JP2008264913A - 研削加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャックテーブルの傾き角度を調整してウェーハ厚さを所望の状態に調整可能な研削加工装置において、ウェーハ厚さを把握しながらウェーハを研削する工程での、厚さ測定にかかる手間を軽減して生産効率を高める。
【解決手段】二次研削位置の近傍に、二次研削されたウェーハ１のみの厚さを径方向に複数ポイント測定する仕上げ厚さ測定装置８０を配設し、該装置８０で測定されたウェーハ１の厚さからウェーハ１の径方向の厚さ分布を把握する。把握した径方向の厚さ分布に基づき、傾き角度調整機構７０によってチャックテーブル２０を傾斜させて砥石３７に対するウェーハ１の角度を適宜調整し、二次研削後のウェーハ厚さを所望の状態にする。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板を自転させながら砥石等の研削工具を被研削面に押し当てて研削する研削加工装置に係り、特に、基板の保持角度が可変であって砥石に対する被研削面の傾き角度の調整が可能な研削加工装置に関する。

半導体デバイスの軽薄短小化は、近年益々顕著となってきている。デバイスの薄化を実現するには、多数のデバイスが表面に形成された半導体ウェーハ等のデバイス基板を、デバイスに個片化する前の段階で裏面研削して所望の厚さに薄化加工することが行われている。ウェーハの薄化は、デバイスを薄化させることは勿論のこと、デバイスの熱放散性を向上させて性能を維持させる目的も含まれており、昨今では、ウェーハの当初厚さの７００μｍ前後から、５０μｍ、あるいは３０μｍといったきわめて薄いデバイスが製造されている。

ウェーハは、通常、シリコン等の半導体材料からなる円柱状のインゴットをワイヤソー等によって薄い円盤状にスライスして得られている。このようなウェーハは、表面にデバイスを形成する前の素材ウェーハの段階で、ラッピング、両頭研削加工、平面研削加工等により両面が平坦、かつ平行に加工されている。この際の加工は、平坦度および平行度が例えば１μｍ以内といったように高精度になされている。

ウェーハ（上記素材ウェーハを含む）の研削には、ウェーハを真空チャック式のチャックテーブルに吸着、保持し、このチャックテーブルを回転させることによりウェーハを自転させながら、砥石等の研削工具をウェーハの被研削面に押し付けるといったインフィード研削を行う研削加工装置が、一般に用いられている。このような研削加工装置によって表面にデバイスが形成されたウェーハの裏面研削を行う場合には、ウェーハの表面を保護部材で被覆し、チャックテーブルの保持面に表面が直接接触することを防止している。これは、デバイスの電子回路が損傷したり研削廃液によって汚染されたりすることを防止するためになされている。

保護部材としては、一般に、厚さ１００〜２００μｍ程度のポリエチレンやポリオレフィンシートの基材の片面に１０μｍ程度の粘着剤を塗布した構成の保護テープが挙げられる。このような保護テープは、デバイスの種類等に応じて基材や粘着材の厚さや弾力性が異なるものを適宜選択され、ウェーハの表面に貼着されている。例えば、デバイスの表面にバンプと呼ばれる複数の突起状の電極が形成されている場合には、それら電極による影響を緩衝するために、保護テープは、粘着材や基材の厚さが大きいものや弾力性が大きいものが用いられる。このような比較的厚く弾力性のある保護テープは、ウェーハに加工荷重がかかった際の弾性変形量が、薄く弾力性の少ない保護テープに比べ大きくなる。

ところで、上記インフィード研削では、ウェーハの回転中心付近と外周部とでは、周速の違いによって単位時間当たりの仕事量に差が生じており、一般的な傾向としては、回転中心から外周へ向かうほど加工負荷が大きくなる。このため、ウェーハに貼着されている上記保護テープの弾性変形量は、回転中心からの距離に比例して増加し、これはすなわちウェーハの外周部が回転中心付近に比べて沈むといった現象になって現れる。こうなるとウェーハの厚さ方向の研削量は、回転中心よりも外周部側の方が少なくなり、その結果として、研削加工後のウェーハの厚さは、回転中心からの距離に比例して厚くなり、均一にならない。このような厚さのばらつき傾向は、保護テープの厚さや弾力性が大きいほど顕著に現れてくるものであり、また、半導体ウェーハの直径が大きいほど、やはり顕著となる。従来の、比較的仕上げ厚さが厚いウェーハでは、厚さばらつきが微少（例えば１〜２μｍ程度）であっても、この厚さのばらつき傾向はさして問題にならなかったが、ウェーハの仕上げ厚さが例えば３０μｍ程度といったようにきわめて薄い場合には、厚さのばらつきは仕上げ厚さに大きく影響するため問題となってくる。

また、素材ウェーハを研削して平坦加工する場合には保護テープは貼着しないが、使用する研削工具の微妙なコンディションの変化や自転するウェーハの内外周速差の影響などによって、厚さが均一になりにくく、例えば断面形状が中心がへこんだ凹状に加工されやすい傾向にある。

このようにインフィード研削ではウェーハ単体での厚さの不均一が生じる傾向にあるが、この不都合は、ウェーハを保持するチャックテーブルの回転軸を傾かせ、研削工具に対するウェーハの被研削面の角度を平行から適宜角度に変更すれば解消することができる。例えばウェーハの外周側が厚くなっていたのであれば、外周側が研削工具にさらに近付くようにチャックテーブルを傾けることにより、外周側の研削量を増やすことができ、その結果、厚さを径方向にわたって均一にすることができる。このようにチャックテーブルの回転軸の角度調整を可能として研削加工装置が、例えば特許文献１に開示されている。

特開平８−９０３７６号公報

上記特許文献１に開示されるような装置では、チャックテーブルを傾斜させてウェーハの厚さを均一に研削加工することができるが、その過程では、ある程度の研削を行った後に厚さのばらつき程度を調べ、その結果に応じて研削を続けるか、あるいは終了するといった判断を行うことになる。その場合、ウェーハを研削加工装置から取り上げて厚さ測定装置にセットするといった手間が生じ、再度研削が必要な場合にはその手間が繰り返されることになる。したがって工程が煩雑となって時間もかかり、結果として生産効率の低下を招くといった問題が生じる。

よって本発明は、上記チャックテーブル等の保持手段の傾き角度が可変とされることにより、インフィード研削する基板の厚さを所望の状態に調整可能な研削加工装置において、基板の厚さを把握しながら基板を研削する工程での、厚さ測定にかかる手間が軽減し、かつその工程を円滑に進めることができ、結果として作業時間の短縮に伴う生産効率の向上が図られる研削加工装置を提供することを目的としている。

本発明は、円形状の基板を、該基板の一の面が露出する状態に保持する保持面を有するとともに、該保持面に直交する回転軸を中心に回転可能とされた保持手段と、該保持手段の回転軸の傾きを基本角度から任意の角度に調整する傾き角度調整手段と、保持手段の保持面に対向配置され、基本角度の状態の保持手段の回転軸と平行な回転軸を有する研削手段とからなる研削部を有するとともに、保持手段と研削手段とを、研削手段の回転軸の延びる方向に沿って相対移動させて互いに接近・離間させるとともに、接近時に研削手段によって基板の一の面を研削して該基板の厚さを減じる送り手段を有する研削加工装置において、研削部には、保持手段に保持された基板の一の面に近接して、該基板の厚さを少なくとも径方向に複数ポイント測定可能な非接触式厚さ測定手段が設けられ、該厚さ測定手段で測定された結果に基づいて、傾き角度調整手段による保持手段の回転軸の傾き角度調整がなされることを特徴としている。

本発明では、基板の研削加工の途中、または研削加工直後に、研削部に設けられた非接触式厚さ測定手段によって、保持手段に保持したままの基板の厚さを径方向に複数ポイント測定することで、その厚さの状態（径方向にわたる厚さ分布）を把握する。そしてその測定結果に基づき、必要に応じて、基板の厚さの状態が所望の通り（例えば均一な厚さ）になるように傾き角度調整手段により保持手段の回転軸の傾き角度を調整して、研削を進める。このような動作を行うことにより、最終的に厚さの状態が所望の通りの基板を得ることができる。本発明によれば、基板の厚さ測定手段が測定部に設けられており、基板を保持手段に保持したまま、基板厚さを測定することができる。したがって、厚さ測定にかかる手間が軽減するとともに作業時間が短縮する。

本発明は、表面にデバイスが形成され、該表面に保護テープ等の保護部材が被覆された半導体ウェーハの裏面を研削して薄化処理する際に用いて好適な研削加工装置である。そのような半導体ウェーハを研削加工する際には、加工荷重を受けて弾性変形する保護部材を含む厚さを測定したのでは、所望の通りの厚さの状態に加工できないため、非接触式厚さ測定手段では保護部材を含まない半導体ウェーハのみの厚さを測定する。

本発明によれば、基板の厚さを把握しながら基板を研削する工程での、厚さ測定にかかる手間が軽減し、かつその工程を円滑に進めることができるので、生産効率の向上が図られるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］半導体ウェーハ（基板）
図１の符合１は、図２に示す一実施形態の研削加工装置によって裏面が研削されて薄化される円盤状の半導体ウェーハ（以下ウェーハと略称）を示している。このウェーハ１はシリコンウェーハ等であって、加工前の厚さは例えば７００μｍ程度である。ウェーハ１の表面には格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ３が区画されている。これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。また、ウェーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）４が形成されている。ウェーハ１は、最終的には分割予定ライン２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。

ウェーハ１を裏面研削する際には、電子回路を保護するなどの目的で、図１（ｂ）に示すように電子回路が形成された側の表面に保護テープ（保護部材）５が貼着される。保護テープ５は、例えば厚さ１００〜２００μｍ程度のポリオレフィン等の柔らかい樹脂製基材シートの片面に１０μｍ程度の粘着剤を塗布した構成のものが用いられ、粘着剤をウェーハ１の表面に合わせて貼り付けられる。ウェーハ１は、図２に示す研削加工装置で裏面研削されることにより、例えば３０〜５０μｍ程度まで薄化される。

［２］研削加工装置の基本的な構成および動作
図２に示す一実施形態の研削加工装置１０は、上面が水平な直方体状の基台１１を備えている。図２では、基台１１の長手方向、幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。基台１１のＹ方向一端部（奥側の端部）には、Ｘ方向に並ぶ一対のコラム１２が立設されている。基台１１上のコラム１２側である奥側は、ウェーハ１を研削加工する加工エリア１１Ａとされ、手前側は、加工エリア１１Ａに加工前のウェーハ１を供給し、かつ、加工後のウェーハ１を回収する着脱エリア１１Ｂとされている。

加工エリア１１Ａには、回転軸がＺ方向と平行で上面が水平とされた円盤状のターンテーブル１３が回転自在に設けられている。このターンテーブル１３は、図示せぬ回転駆動機構によって矢印Ｒ方向に回転させられる。ターンテーブル１３上には、複数（この場合は３つ）の円盤状のチャックテーブル（保持手段）２０が、周方向に等間隔をおいて回転自在に配置されている。各チャックテーブル２０は、回転軸がＺ方向と平行に設定され得るもので、自身が回転、すなわち自転するとともに、ターンテーブル１３が回転すると公転の状態になる。ウェーハ１は、略水平とされるこれらチャックテーブル２０の上面に同心状に保持される。

チャックテーブル２０は一般周知の真空チャック式であり、上面に載置されるウェーハ１を真空作用によって吸着、保持する。図３に示すように、チャックテーブル２０は外形が円盤状の枠体２２で形成され、この枠体２２の上面に形成された浅い凹部２２ｂに、多孔質の吸着エリア２１が形成されている。ウェーハ１は、吸着エリア２１の上面（保持面）２１ａに吸着、保持される。

図３に示すように、チャックテーブル２０は円筒状のボディ２３の上端面に、円盤状のアッパーディスク２４を介して設置されている。チャックテーブル２０はアッパーディスク２４に固定されており、アッパーディスク２４がボディ２３に回転自在に支持されている。ボディ２３内には、アッパーディスク２４を回転させるモータが収納されており（図示略）、このモータが作動することによりチャックテーブル２０は回転する。ボディ２３の外周面であって軸方向の中間部には、鍔状のミドルディスク２５がボディ２３と一体に設けられている。チャックテーブル２０、アッパーディスク２４およびミドルディスク２５は外径が同じ寸法であり、かつボディ２３に対して同心状に設けられている。

ボディ２３は、ターンテーブル１３と一体のフレーム１４上に、傾き角度調整機構（傾き角度調整手段）７０を介して、その中心軸２０ａの角度が傾動可能に支持されている。ボディ２３の中心軸２０ａはチャックテーブル２０の回転軸と一致している。したがってチャックテーブル２０の回転軸２０ａの角度は、傾き角度調整機構７０によって任意の角度に調整可能となっている。傾き角度調整機構７０については、後で詳述する。

図２に示すように２つのチャックテーブル２０がコラム１２に近接してＸ方向に並んだ状態において、それらチャックテーブル２０の直上には、研削ユニット（研削手段）３０がそれぞれ配されている。各チャックテーブル２０は、ターンテーブル１３の回転によって、各研削ユニット３０の下方の研削位置と、着脱エリア１１Ｂに最も近付いた着脱位置との３位置にそれぞれ位置付けられるようになっている。研削位置は２箇所あり、これら研削位置ごとに研削ユニット３０が配備されている。この場合、ターンテーブル１３の回転によるチャックテーブル２０の矢印Ｒで示す移送方向上流側（図２で右側）の研削位置が一次研削位置、下流側の研削位置が二次研削位置とされている。一次研削位置では粗研削が行われ、二次研削位置では仕上げ研削が行われる。

各研削ユニット３０は、コラム１２に昇降自在に取り付けられたスライダ４０に固定されている。スライダ４０は、Ｚ方向に延びるガイドレール４１に摺動自在に装着されており、サーボモータ４２によって駆動されるボールねじ式の送り機構４３によってＺ方向に移動可能とされている。各研削ユニット３０は、送り機構４３によってＺ方向に昇降し、下降によってチャックテーブル２０に接近する送り動作により、チャックテーブル２０に保持されたウェーハ１の露出面を研削する。

研削ユニット３０は、図４に示すように、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング３１と、このスピンドルハウジング３１内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト３２と、スピンドルハウジング３１の上端部に固定されてスピンドルシャフト３２を回転駆動するモータ３３と、スピンドルシャフト３２の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ３４とを具備している。そしてフランジ３４の下面に、砥石ホイール３５がねじ止め等の取付手段によって着脱自在に取り付けられる。

砥石ホイール３５は、アルミニウム等からなる環状のフレーム３６の下面に複数の砥石３７が配列されて固着されたものである。砥石３７の加工面である下面は、研削ユニット３０の回転軸、すなわちスピンドルシャフト３２の軸方向に直交するように設定される。砥石３７は、例えばガラス質のボンド材中にダイヤモンド砥粒を混合して成形し、焼結したものが用いられる。ここで、一次研削用の研削ユニット３０の砥石３７は、例えば♯３２０〜♯４００程度の比較的粗い砥粒を含むものが用いられる。また、二次研削用の研削ユニット３０の砥石３７は、例えば♯２０００〜♯８０００程度の比較的細かい砥粒を含むものが用いられる。各フランジ３４および各砥石ホイール３５には、研削面の冷却や潤滑あるいは研削屑の排出のための研削水を供給する研削水供給機構（図示省略）が設けられ、該機構には給水ラインが接続されている。
本実施形態では、上記チャックテーブル２０、研削ユニット３０および傾き角度調整機構７０によって本発明の研削部が構成される。

図２に示すように、基台１１上には、基準側ハイトゲージ５１とウェーハ側ハイトゲージ５２との組み合わせで構成される厚さ測定ゲージ５０が、一次研削側および二次研削側に位置するチャックテーブル２０に対して、それぞれ配設されている。図４（ａ）に示すように、基準側ハイトゲージ５１は、揺動する基準プローブ５１ａの先端が、ウェーハ１で覆われないチャックテーブル２０の枠体２２の上面２２ａに接触し、該上面２２ａの高さ位置を検出するものである。枠体２２の上面２２ａは、実際にウェーハ１を吸着、保持する吸着エリア２１の上面２１ａと同一平面である。ウェーハ側ハイトゲージ５２は、揺動する変動プローブ５２ａの先端がチャックテーブル２０に保持されるウェーハ１の上面すなわち被研削面に接触することで、ウェーハ１の上面の高さ位置を検出するものである。

厚さ測定ゲージ５０によれば、ウェーハ側ハイトゲージ５２の測定値から基準側ハイトゲージ５１の測定値を引いた値に基づいてウェーハ１の厚さが測定される。この場合はウェーハ１の表面に保護テープ５が貼着されているので、保護テープ５の厚さも加味してウェーハ１の厚さが算出される。ウェーハ側ハイトゲージ５２によるウェーハ１の厚さ測定ポイント、すなわち変動プローブ５２ａのウェーハ１への接触点は、ウェーハ１の外周縁に近い外周部分が好適である。

また、本実施形態の研削加工装置１０には、図２に示すように、二次研削位置に位置付けられたチャックテーブル２０上に保持されているウェーハ１の厚さを測定する仕上げ厚さ測定装置（非接触式厚さ測定手段）８０が、基台１１上に配設されている。この仕上げ厚さ測定装置８０は、二次研削の途中、あるいは二次研削が終了後に、ウェーハ１の厚さを径方向に複数ポイント測定するものであって、保護テープ５を除くウェーハ１のみが測定可能な非接触式のものが用いられる。仕上げ厚さ測定装置８０については、傾き角度調整機構７０とともに後で詳述する。

上記研削ユニット３０は、砥石ホイール３５が例えば３０００〜５０００ｒｐｍで回転しながら所定速度（例えば一次研削では３〜５μｍ／秒程度、二次研削では０．２〜０．５μｍ／秒程度）で下降することにより、砥石ホイール３５の砥石３７が、チャックテーブル２０上に保持されたウェーハ１の被研削面である裏面を押圧し、これによって裏面が研削される。研削の際、ウェーハ１はチャックテーブル２０とともに砥石ホイール３５と同方向に回転させられるが、チャックテーブル２０の回転速度は通常の１０ｒｐｍ程度から、最大で３００ｒｐｍ程度とされる。研削ユニット３０による研削量は、上記厚さ測定ゲージ５０によってウェーハ１の厚さを測定することにより制御される。

図４（ｂ）および図５に示すように、砥石ホイール３５の砥石３７による研削外径（回転軌跡の外径）３７ａは、チャックテーブル２０の半径（吸着エリア２１の半径）よりも大きなものが用いられる。そして砥石ホイール３５は、一定の幅を有する砥石３７の下端面である刃先がチャックテーブル２０の回転中心、すなわちウェーハ１の中心を通過するように、ウェーハ１に対面して位置付けられる。この位置関係により、チャックテーブル２０上に保持され、チャックテーブル２０の回転によって自転するウェーハ１の裏面全面が、砥石ホイール３５の砥石３７で一様に研削される。

なお、図５は、ターンテーブル１３を上方から見た際の模式図であって、砥石３７の研削外径３７ａとチャックテーブル２０の位置関係を示したものである。チャックテーブル２０の上面は、研削ユニット３０との位置関係を調整するために、研削ユニット３０によって予めセルフグラインドと呼ばれる研削加工がなされる。このセルフグラインドの際には、チャックテーブル研削用の砥石が用いられるが、これによってチャックテーブル２０の上面は、図６に示すように、中心を頂点とし、外周縁に向かうにしたがって微少角度で下り傾斜となる略傘状に形成される。そのため、砥石３７がウェーハ１に接触して研削する領域は、中心からウェーハ１の外周縁までの接触領域の範囲に限られる（符号３７ｂで示す太線の円弧部分）。

ウェーハ１は、最初に一次研削位置で研削ユニット３０により一次研削された後、ターンテーブル１３が図２に示すＲ方向に回転することにより二次研削位置に移送され、ここで研削ユニット３０により二次研削される。図４（ａ）に示すように、ウェーハ１の被研削面には、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削条痕９が残留する。研削条痕９は、まず一次研削において形成され、これが二次研削によって除去されるものの、二次研削で新たな研削条痕が形成される。

以上が加工エリア１１Ａに関する構成であり、次に、着脱エリア１１Ｂについて説明する。図２に示すように、着脱エリア１１Ｂの中央には、上下移動可能で２節リンク式の旋回アームを備えたピックアップロボット６０が設置されている。そしてこのピックアップロボット６０の周囲には、上から見て反時計回りに、供給カセット６１、位置合わせ台６２、供給アーム６３、洗浄ノズル６７、回収アーム６４、スピンナ式洗浄ユニット（洗浄手段）６５、回収カセット６６が、それぞれ配置されている。カセット６１，６６は複数のウェーハ１を水平な姿勢で、かつ上下方向に一定間隔をおいて積層状態で収容するもので、基台１１上の所定位置にセットされる。

研削加工されるウェーハ１は、はじめにピックアップロボット６０によって供給カセット６１内から取り出され、位置合わせ台６２上に載置されて一定の位置に決められる。次いでウェーハ１は、供給アーム６３によって位置合わせ台６２から取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル２０上に裏面を上に向けて同心状に載置される。ウェーハ１はターンテーブル１３のＲ方向への回転によって一次研削位置と二次研削位置にこの順で移送され、これら研削位置で、研削ユニット３０により上記のようにして裏面が研削される。

一次研削および二次研削は、厚さ測定ゲージ５０によってウェーハ１の厚さを測定しながら行われ、その測定値に基づいて送り機構４３による砥石ホイール３５の送り量が制御され、二次研削終了の段階でウェーハ１は所望厚さまで裏面研削される。なお、一次研削では、所望厚さの例えば２０〜４０μｍ手前まで粗研削され、残りが二次研削で仕上げ研削される。

二次研削が終了したウェーハ１は、さらにターンテーブル１３がＲ方向に回転することにより着脱位置に戻される。着脱位置に戻ったチャックテーブル２０上のウェーハ１は回収アーム６４によって取り上げられ、洗浄ユニット６５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄ユニット６５で洗浄処理されたウェーハ１は、ピックアップロボット６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。洗浄ノズル６７からは、着脱位置に位置付けられたチャックテーブル２０に向けて洗浄水が噴射されるようになっており、ウェーハ１が研削されるごとにこの動作が繰り返され、これによって供給アーム６３からウェーハ１が供給される時のチャックテーブル２０は、常に洗浄された状態とされる。
以上が研削加工装置１０の基本的な構成および動作であり、次に、本発明に係る傾き角度調整機構７０および仕上げ厚さ測定装置８０を説明する。

［３］傾き角度調整機構
図５に示すように、上記ミドルディスク２５には、１つの固定支持部２５ａと、２つの可動支持部２５ｂ，２５ｃが設定されている。これら支持部２５ａ〜２５ｃは、周方向等分箇所に配設されている。図３に示すように、ミドルディスク２５の固定支持部２５ａには、フレーム１４上に固定された固定軸７１が貫通している。この固定軸７１は、ボルト止め等によりミドルディスク２５に締結されている。各可動支持部２５ｂ，２５ｃは、傾き角度調整機構７０により、固定支持部２５ａを支点として上下動させられ、これによってボディ２３とともにチャックテーブル２０が傾動するようになっている。

図３の傾き角度調整機構７０は、可動支持部２５ｃ側のものを示している。可動支持部２５ｂ側の傾き角度調整機構７０も同一構成であって、図５に示す、チャックテーブル２０の回転軸すなわちウェーハ１の自転軸と固定支持部２５ａを通る線Ｌを対称線として、可動支持部２５ｂ，２５ｃ双方の傾き角度調整機構７０は、互いに対称的に構成されている。

さて、その傾き角度調整機構７０は、図３に示すように、フレーム１４の下面に固定されたモータ７２と、フレーム１４に螺合して貫通しておりモータ７２によって回転駆動される駆動ボルト７３と、フレーム１４上に支点ブロック７４を介して揺動可能に支持され、揺動先端部が駆動ボルト７３の上端部に支持されている調整梃子７５と、調整梃子７５に支持され、ミドルディスク２５に貫通固定された調整ブロック７６とを具備している（特開２００２−１６５３号公報参照）。

調整梃子７５は、基端である支点部７５ａが支持ブロック７４に固定されており、揺動先端部である力点部７５ｃが駆動ボルト７３の上端部に支持されている。そして、支点部７５ａと力点部７５ｃとの間の作用点部７５ｂ上に調整ブロック７６が支持されている。調整梃子７５の支点部７５ａ側の端部には、上方に凸の半円弧状の弾性首部７３ｄが形成されている。駆動ボルト７３はモータ７２の作動によって上方に進出したり下方に退避したりし、その上下動が、力点部７５ｃに伝わると弾性首部７３ｄが歪み、これによって調整梃子７５は上下方向に揺動するようになっている。

このようにして調整梃子７５が揺動すると、作用点部７５ｂ上に支持されている調整ブロック７６が上下動する。これによりミドルディスク２５の各可動支持部２５ｂ、２５ｃは上下動し、その結果、チャックテーブル２０の回転軸２０ａは固定支持部２５ａを支点として傾き、それに伴ってチャックテーブル２０が傾動する。チャックテーブル２０の回転軸２０ａは、研削ユニット３０の回転軸（図６、図７等で３０ａ）が延びるＺ方向と平行な状態が基本角度とされ、この基本角度を基準として傾斜角度の調整がなされるようになっている。

図５に示すように、ウェーハ１に対する砥石の接触領域３７ｂは、ウェーハ１の回転中心から固定支持部２５ａにわたっている。したがって傾き角度調整機構７０によってチャックテーブル２０が傾動すると、図６に示すように、接触領域３７ｂ（実際に砥石３７で研削される領域）は、ウェーハ１の外周縁の固定支持部２５ａに対応する部分が支点となり、かつ回転中心が揺動端部となる状態で、砥石３７に対して近付いたり離れたりするように傾動する。

［４］仕上げ厚さ測定装置
仕上げ厚さ測定装置８０は、図４に示すように、複数（この場合、３つ）の厚さセンサ８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃを有している。これら厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃは、チャックテーブル２０上に保持されたウェーハ１の直上に、該ウェーハ１の径方向に沿って直線状に、かつ略等間隔をおいて配列されている。これら厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃは、基台１１上にスタンド８２を介して支持され、チャックテーブル２０上に延びるアーム８３に保持されている。厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃは、保護テープ５を除いたウェーハ１のみの厚さを測定する機能を有するもので、ウェーハ１に向けて測定光を照射し、ウェーハ１の上下の界面（上面と下面）に反射した反射光を受けた時のタイミングの差からウェーハ１の厚さを導く光学式センサ等が好適に用いられる（例えば特開２００１−２０３２４９号公報に記載されるもの）。

各厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃのうち、アーム８３の最も先端側に配された厚さセンサ８１Ａは、ウェーハ１の中心付近の厚さを測定し、最もスタンド８２側の厚さセンサ８３Ｃは、ウェーハ１の外周縁付近の厚さを測定する。そして、厚さセンサ８１Ａ，８１Ｃの間の厚さセンサ８１Ｂは、ウェーハ１の径方向の中間部分の厚さを測定する。図７（ｂ）のＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ厚さセンサ８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃで厚さが測定されるウェーハ１の各部位を示している。この仕上げ厚さ測定装置８０によれば、各厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃでウェーハ１の径方向にわたる厚さが同時に複数ポイント（この場合、３ポイント）測定され、これに伴ってウェーハ１の断面形状の傾向が把握される。

なお、アーム８３はスタンド８２に固定されているが、スタンド８２を軸に水平に旋回してウェーハ１上から退避可能に設け、厚さ測定時にウェーハ１上に各厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃが配されるようにしてもよい。このようにアーム８３を旋回式にした場合には、厚さセンサは厚さ測定ポイントの数を必要とはせず、１つで十分である。

図１０はその形態を示しており、基台に回転自在に支持されたスタンド８２が、動力伝達ベルト８４を介して連結されたモータ８５によって回転するようになっており、そのスタンド８２にアーム８３が固定されている。アーム８３の先端部には、上記厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃと同様の厚さセンサ８１Ｄが保持されており、スタンド８２が回転するとアーム８３が旋回し、その旋回途中において、ウェーハ１の厚さを径方向にわたって測定することができるようになっている。この形態では、径方向にわたる厚さ測定を同時にはできないことから、３ポイントを同時に測定可能な図４の形態より測定時間は長くなるが、厚さセンサの数が１つと少なくてよいことや、厚さ測定ポイントの数を多くすることができるなどの利点がある。

次に、上記傾き角度調整機構７０および仕上げ厚さ測定装置８０の作用を説明する。
ウェーハ１に対して一次研削および二次研削を行い、所望の厚さに仕上げたと判断されたら、引き続きウェーハ１をチャックテーブル２０に保持したまま、仕上げ厚さ測定装置８０によってそのウェーハ１の厚さを測定する。厚さ測定は、径方向に配列された厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃによって測定され、これによって二次研削後のウェーハ１の断面形状の傾向が把握される。

ところで、ウェーハ１を研削するにあたっては、上述したようにチャックテーブル２０が傘状にセルフグラインドされることにより、図５に示したようにウェーハ１に対する砥石の接触領域３７ｂはウェーハ１の中心から外周縁までと設定される。したがってこの接触領域３７ｂが砥石３７による研削面と平行になるように、上記傾き角度調整機構７０によってチャックテーブル２０は予め基本角度から所定角度傾いた状態に調整される。図７（ａ）はその状態を示しており、チャックテーブル２０の回転軸２０ａは、砥石３７の回転軸３０ａに対して平行な基本角度から若干傾斜させられて、砥石３７の接触領域３７ｂが砥石３７の研削面と平行に調整されている。

ウェーハ１を均一厚さに研削する場合、図７（ａ）に示したようにしてウェーハ１の被研削面を砥石３７の研削面と平行にすれば、ウェーハ１の厚さを均一に仕上げることができると考えられる。ところが「背景技術」で述べたようにウェーハ１の中心から外周側に向かうほど加工負荷が大きくなって保護テープ５の沈み量もそれに比例することから、ウェーハ１の厚さは外周側が研削されにくく、図７（ｂ）に示すように中心が薄く外周側が厚いといったように厚さが不均一になる傾向がある。

ウェーハ１の厚さを均一に仕上げる場合にはこの傾向を踏まえて研削する必要があり、そのために、まず仕上げ厚さ測定装置８０によって二次研削した後のウェーハ１の厚さを測定し、径方向の厚さ分布を把握する。次に、その測定結果に基づいて、ウェーハ１への砥石３７の接触領域３７ｂが、砥石３７に対してどのくらいの角度で対面したらよいのかを求め、その角度が実現されるように、傾き角度調整機構７０によってチャックテーブル２０を傾斜させる。

図８（ａ）はウェーハ１を均一厚さに仕上げる場合の例であって、図７（ａ）の状態から、各可動支持部２５ｂ、２５ｃを均一量下降させ、ウェーハ１を中心側よりも外周側が砥石３７に近付くようにチャックテーブル２０を傾斜させている。このようにチャックテーブル２０の傾き角度を調整することにより、中心から外周にわたって加工荷重が等しくなり、結果として図８（ｂ）に示すようにウェーハ１は均一厚さに仕上げられる。

図８はウェーハ厚さを均一にする場合の角度調整を示したが、二次研削後のウェーハ１には、図７（ｂ）に示したよりも、さらに外周側が厚くなったものが求められる場合もある。その場合には、図７（ａ）の状態から、各可動支持部２５ｂ、２５ｃを均一量上昇させ、図９（ａ）に示すようにウェーハ１を外周側よりも中心側が砥石３７に近付くようにチャックテーブル２０を傾斜させる。このようにチャックテーブル２０の傾き角度を調整すると、中心側の加工荷重がより増大し、結果として図９（ｂ）に示すようにウェーハ１の厚さは外周に向かうにしたがってより厚くなる状態に仕上げられる。

なお、チャックテーブル２０の傾きを調整する動作は、上記のように二次研削を終えた段階でウェーハ１の厚さを測定し、厚さ調整の必要が生じた場合に行う他に、二次研削の途中で一旦ウェーハ１の厚さを測定して二次研削の傾向を把握し、その傾向に応じて二次研削を再開するようにしてもよい。

本実施形態では、二次研削終了後、または二次研削途中に、仕上げ厚さ測定装置８０によってチャックテーブル２０に保持したままのウェーハ１の厚さを径方向に複数ポイント測定することで、その厚さの状態（径方向にわたる厚さ分布）を把握する。そしてその測定結果に基づき、必要に応じて、ウェーハ１の厚さの状態が所望の通り（例えば均一な厚さ）になるように、傾き角度調整機構７０によってチャックテーブル２０の傾き角度を調整して、二次研削を行う。このような動作を行うことにより、ウェーハ１の厚さの状態を最終的に所望の通りにすることができる。本実施形態によれば、仕上げ厚さ測定装置８０が二次研削位置の近傍に設けられており、ウェーハ１をチャックテーブル２０に保持したまま厚さを測定することができる。したがって、径方向の厚さ分布を把握する手間が軽減するとともに作業時間が短縮し、その結果として生産効率の向上が図られる。

上記実施形態の仕上げ厚さ測定装置８０は、チャックテーブル２０上に配されるアーム８３に厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃが保持された構成であるが、厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃを、図１１に示す研削部カバー９１の内部に設けることもできる。研削部カバー９１は、図２には示さなかったが一次研削位置と二次研削位置に位置付けられるチャックテーブル２０の上方を覆い、かつ研削ユニット３０が干渉しない形状のものであり、研削時に飛散する研削水などが周囲に飛散するのを抑えるために、一次研削側と二次研削側にそれぞれ設けられる。

厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃは、二次研削側の研削部カバー９１の天板９１ａの下面に取り付けるか、あるいはその研削部カバー９１の着脱位置側の側板９１ｂの内面に取り付ける形態とされる。天板９１ａ側に設ける形態では、二次研削位置に位置付けられたチャックテーブル２０上のウェーハ１の厚さを径方向にわたって３ポイント測定できる位置に、各厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃが配列される。また、側板９１ｂに設ける形態は、ターンテーブル１３の回転によって二次研削位置から着脱位置方向に移動させられる途中で、チャックテーブル２０上のウェーハ１の厚さを径方向にわたって３ポイント測定できる位置に、各厚さセンサ８１Ａ〜８１Ｃが配列される。このように３つの厚さセンサ８１Ａを適宜な位置に配置することより、ウェーハ１の厚さを同時に測定することができ、径方向の厚さ分布を短時間で把握することができる。

なお、１つの厚さセンサを側板９１ｂの内面に取り付け、ターンテーブル１３を回転させながらチャックテーブル２０上のウェーハ１の厚さ測定ポイントを径方向にわたって変えることができるように構成することもできる。その場合の厚さセンサは、ターンテーブル１３の回転によって二次研削位置から着脱位置方向に移動させられる途中で、チャックテーブル２０上のウェーハ１の厚さを中心から外周縁にかけて複数ポイント測定できる適宜位置に配置される。厚さセンサが１つの場合は径方向の厚さ分布の把握に比較的時間がかかるが、厚さセンサの数が１つと少なくてよいことや、厚さ測定ポイントの数を多くすることができるなどの利点がある。

本発明の一実施形態に係る研削加工装置によって裏面研削される半導体ウェーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 本発明の一実施形態に係る研削加工装置の斜視図である。 チャックテーブルおよび傾き角度調整機構を示す側面図である。 図２に示した研削加工装置が備える研削ユニットでウェーハ裏面を研削している状態、および仕上げ厚さ測定装置を示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 図２に示した研削加工装置の砥石の研削外径とチャックテーブルの位置関係を示す平面図である。 チャックテーブルの傾動動作を示す側面図である。 （ａ）は、ウェーハの砥石接触領域を砥石研削面と平行にして二次研削する場合を示す側面図、（ｂ）はその研削加工で得られたウェーハの断面図である。 （ａ）は傾き角度調整機構によりチャックテーブルを傾斜させてウェーハを厚さ均一に二次研削する場合を示す側面図、（ｂ）はその研削加工で得られたウェーハの断面図である。 （ａ）は傾き角度調整機構によりチャックテーブルを傾斜させてウェーハを外周側が厚くなるように二次研削する場合を示す側面図、（ｂ）はその研削加工で得られたウェーハの断面図である。 仕上げ厚さ測定装置のアームに設ける厚さセンサが１つの場合の形態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 仕上げ厚さ測定装置の他の形態を備えた研削加工装置を示す斜視図である。

符号の説明

１…半導体ウェーハ（基板）
５…保護テープ（保護部材）
１０…研削加工装置
２０…チャックテーブル（保持手段）
２０ａ…チャックテーブルの回転軸（保持手段の回転軸）
２１ａ…吸着エリアの上面（保持面）
３０…研削ユニット（研削手段）
３０ａ…研削ユニットの回転軸（研削手段の回転軸）
４３…送り手段
７０…傾き角度調整機構（傾き角度調整手段）
８０…仕上げ厚さ測定装置（非接触式厚さ測定手段）

Claims (2)

1. 円形状の基板を、該基板の一の面が露出する状態に保持する保持面を有するとともに、該保持面に直交する回転軸を中心に回転可能とされた保持手段と、該保持手段の前記回転軸の傾きを基本角度から任意の角度に調整する傾き角度調整手段と、前記保持手段の前記保持面に対向配置され、前記基本角度の状態の前記保持手段の前記回転軸と平行な回転軸を有する研削手段とからなる研削部を有するとともに、
   前記保持手段と前記研削手段とを、研削手段の前記回転軸の延びる方向に沿って相対移動させて互いに接近・離間させるとともに、接近時に研削手段によって前記基板の前記一の面を研削して該基板の厚さを減じる送り手段を有する研削加工装置において、
   前記研削部には、前記保持手段に保持された前記基板の前記一の面に近接して、該基板の厚さを少なくとも径方向に複数ポイント測定可能な非接触式厚さ測定手段が設けられ、該厚さ測定手段で測定された結果に基づいて、前記傾き角度調整手段による前記保持手段の前記回転軸の傾き角度調整がなされることを特徴とする研削加工装置。
2. 前記基板は、表面にデバイスが形成され、該表面に保護部材が被覆された半導体ウェーハであり、かつ、前記一の面は、該半導体ウェーハの裏面であり、前記非接触式厚さ測定手段では、該保護部材を含まない厚さが測定されることを特徴とする請求項１に記載の研削加工装置。

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