JP2007199013A - 厚さ計測装置および研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエーハに傷が付いて抗折強度が低下することなく、厚さを正確に計測しながらウエーハを研削する。
【解決手段】チャックテーブル１４上に保持したウエーハ１上に水を供給して水膜Ｗを形成し、この水膜Ｗに、計測器５１の滑走部材５２を滑走させながら、滑走部材５２に固定した送受器５３の送波部５７からウエーハ１に向けて超音波を送波する。送受器５３の受波部５８で、ウエーハ１１の上面と下面から反射波を受け、その時間差に基づいてウエーハ１の厚さを算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、板状物の厚さを計測する厚さ計測装置と、厚さ計測装置によって厚さを計測しながら板状物を研削して厚さを減じる研削装置に関する。本発明での計測および研削対象物は特に限定されないが、例えば、厚さ１ｍｍ以下程度の半導体ウエーハ等の、極めて薄く、かつ、脆性があって比較的傷付きやすい材料でできた板放物に好適とされる。

ＩＣやＬＳＩ等の電子回路が表面に形成された半導体チップは、各種電気・電子機器を小型化する上で今や必須のものとなっている。半導体チップは、円盤状の半導体ウエーハの表面に、ストリートと呼ばれる切断ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら矩形領域に電子回路を形成した後、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するといった工程で製造される。

このような製造工程において、半導体ウエーハは、半導体チップに分割されるに先だち、電子回路が形成されたデバイス面とは反対側の裏面が、グラインダ等の研削装置によって研削されている。裏面の研削は、電子機器のさらなる小型化や軽量化の他、熱放散性を向上させて性能を維持させることなどを目的としており、例えば、当初厚さの６００μｍから、２００〜１００μｍ以下、あるいは５０μｍ以下の厚さにする程度まで行われる。

半導体ウエーハを所定の厚さに研削するには、厚さ計測装置によって半導体ウエーハの厚さを逐一確認しながら、その厚さに達した時点で研削を終了するといった方法が採られる。厚さ計測装置としては、被研削面に計測ゲージの先端を接触させ、研削による厚さの減少に伴って下降する計測ゲージの高さ：「変位計測値」と、研削前の被研削面あるいは半導体ウエーハが載置されるチャックテーブル等の台の上面を基準面とし、この基準面での計測ゲージの高さ：「基準値」とを比較して、研削中の半導体ウエーハの厚さを計測するものが知られている（例えば特許文献１，２，３参照）。

特開平１１−３３３７１９号公報 特開２０００−６０１８号公報 特開２００１−９７１６号公報

しかしながら、上記各文献に記載されている厚さ計測装置は、いずれも計測ゲージを被計測物に接触させる接触式であるため、被計測物の計測ゲージが接触する部分に傷が付くおそれがあった。特に被計測物がシリコンウエーハ等の半導体ウエーハである場合には傷が付きやすく、その傷が元となって折れが発生することもあり、したがって従来の厚さ計測装置は、そのような折れに対する抵抗性すなわち抗折強度を低下させる要因となっていた。

よって本発明は、被計測物に傷が付いて抗折強度が低下するといった不具合が生じることなく被計測物の厚さを正確に計測することのできる厚さ計測装置と、この厚さ計測装置を備えた研削装置を提供することを目的としている。

本発明の厚さ計測装置は、板状物の厚さを計測する厚さ計測装置であって、板状物である被計測物が載置されてその被計測物を保持する保持テーブルと、この保持テーブルに保持された被計測物の上面に流体を供給し、かつ、この流体を被計測物上において膜状に形成する流体供給手段と、被計測物の上面に形成された流体膜上に滑走可能にセットされる滑走部材と、この滑走部材から保持テーブルに保持された被計測物に向けて超音波を送波する超音波送波手段と、この超音波送波手段から被計測物に向けて送波された超音波の反射波を受ける反射波受波手段と、超音波送波手段から被計測物に向けて超音波が送波されてから被計測物の上面で反射した反射波を反射波受波手段が受けるまでの時間Ｔ１と、超音波送波手段から被計測物に向けて超音波が送波されてから被計測物の下面で反射した反射波を反射波受波手段が受けるまでの時間Ｔ２とを比較して被計測物の厚さＷを求める厚さ算出手段とを備えることを特徴としている。

本発明の厚さ計測装置では、流体として水等の液体を、保持テーブル上に保持した板状物である被計測物の上面に供給して流体膜を形成し、この流体膜上に滑走部材を乗せて滑走させ、超音波送波手段によって滑走部材から被計測物に向けて超音波を送波する。超音波は流体膜中を伝播し、さらに被計測物の上面に伝播してから、次いで下面に伝播する。超音波受波手段は、送波した超音波の、被計測物の上面からの反射波と下面からの反射波をそれぞれ受ける。被計測物の上面で超音波が反射する時と下面で反射する時には、上面と下面との間の距離、すなわち被計測物の厚さに相当する時間差が生じ、超音波受波手段は、はじめに反射する上面からの反射波を受け、次に下面からの反射波を受ける。ここで、超音波が送波されてから超音波受波手段がはじめに反射波を受けた時間を上面からの反射波としてその時間をＴ１とし、その次に超音波受波手段が反射波を受けた時間を下面からの反射波としてその時間をＴ２とする。厚さ算出手段は、これら時間Ｔ１，Ｔ２の時間差（Ｔ２−Ｔ１）から被計測物の厚さを求める。

被計測物の厚さＷを求める式としては、次式が用いられる。
Ｗ＝Ｖ×（Ｔ２−Ｔ１）÷２
（Ｖは前記超音波送波手段から送波されて被計測物中を通過する超音波の音速）

本発明の厚さ計測装置によれば、計測ゲージを被計測物に接触させるといった非接触式ではなく、被計測物の上面に形成した流体膜上を滑走する滑走部材から被計測物に向けて超音波を送波し、その超音波の反射波を受けることによって厚さを計測する非接触式である。したがって被計測物を傷付けることがなく、すなわち抗折強度を低下させることなく被計測物の厚さを計測することができる。非接触式のように、被計測物の被計測面と、設定した基準面との２点を計測する構成ではないことから計測誤差が生じにくく、また、流体によって超音波の伝播状態が良好になることと相まって、高い計測精度を発揮する。

流体供給手段は、被計測物上に流体を供給し得る構成であればいかなるものでもよく、また何処に配置されていてもかまわないが、流体上を滑走部材が常に安定して滑走可能になり得ることから、滑走部材に直接設ける形態が好ましい。また、超音波送波手段から送波される超音波はとしては、パルス超音波が好適に選択される。

本発明の厚さ計測装置は、厚さを計測する単独の装置での使用形態の他に、被計測物に加工液を供給しながら所定の加工を施す加工装置とセットの状態で使用される形態もある。この形態において加工装置の加工液供給手段を流体供給手段として兼用させれば、流体供給手段を設ける必要がなく、コスト削減と構成の簡素化が図られる。

次に、本発明の研削装置は、板状物をワークとし、該ワークの厚さを減じる研削手段を有する研削装置であって、上記本発明の厚さ計測装置を備え、上記保持テーブル上に保持したワークを、該厚さ計測装置で該ワークの厚さを計測しながら研削するように構成されていることを特徴としている。本発明の研削装置によれば、厚さ計測装置で厚さを計測しながらワークを研削し、所望の厚さに達したら研削を終えることにより所望厚さの板状物を得ることができる。厚さ計測に関しての作用効果は上記の通りであり、設定した厚さに正確に板状物を研削することができる。研削液が供給される場合には、研削液供給手段を厚さ計測装置の流体供給手段として兼用させることができ、その場合には流体供給手段を設ける必要がなく、コスト削減と構成の簡素化が図られる。

本発明によれば、被計測物の上面に形成した流体膜上を滑走する滑走部材から被計測物に向けて超音波を送波し、その超音波の反射波を受けることによって厚さを計測する非接触式であるため、被計測物に傷が付いて抗折強度が低下するといった不具合が生じることなく被計測物の厚さを計測することができる。また、計測誤差が生じにくく、超音波の伝播状態も良好になるため、高い計測精度を発揮する。

以下、図面を参照して本発明を半導体ウエーハを研削して薄化する研削装置に適用した一実施形態を説明する。
［１］半導体ウエーハ（板状物であり被計測物）
図１（ａ）は、研削加工が施される円盤状の半導体ウエーハ（以下、ウエーハと略称）を示している。このウエーハ１はシリコンウエーハ等であって、厚さは６００〜７００μｍ程度のものである。ウエーハ１の表面には格子状の分割予定ライン２によって多数の矩形状の半導体チップ３が区画されており、これら半導体チップ３の表面にはＩＣやＬＳＩ等の電子回路が形成されている。

ウエーハ１は裏面側が研削されて目的厚さ（例えば５０〜１００μｍ程度）に薄化された後、分割予定ライン２に沿って切断、分割され、多数の半導体チップ３に個片化される。研削加工される際には、図１（ｂ）に示すように、電子回路を保護する目的で、この電子回路が形成された側の表面に保護テープ４が貼着される。この保護テープ４は研削加工終了後には剥がされる。

［２］研削装置
図２は、上記ウエーハ１の裏面を研削して、設定された厚さに薄化する研削装置１０を示している。図２の符号１１は各種機構が搭載された基台であり、この基台１１は水平な上面を備えた直方体状の部分を主体とし、長手方向の一端部（図２の奥側の端部）に、上面に対して垂直に立つ壁部１２を有している。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、長手方向のほぼ中間部分から壁部１２側が研削エリア１０Ａとされ、この反対側が、研削エリア１０Ａに研削前のウエーハ１を供給し、かつ研削後のウエーハ１を回収する供給・回収エリア１０Ｂとされている。

基台１１の上面における研削エリア１０Ａには、浅い矩形状の凹所であるピット１１ａが形成されており、このピット１１ａ内に、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。そしてターンテーブル１３上の外周部には、回転軸がターンテーブル１３のそれと同一のＺ方向に延び、上面が水平とされた複数（この場合は３つ）の円盤状のチャックテーブル１４が、周方向に等間隔をおいて回転自在に設けられている。

チャックテーブル１４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エーハ１がチャックテーブル１４上に吸着、保持される。各チャックテーブル１４は、それぞれがターンテーブル１３内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向、または両方向に独自に回転させられる。

図２に示すように２つのチャックテーブル１４が壁部１２側でＸ方向に並んだ状態において、それらチャックテーブル１４の直上には、ターンテーブル１３の回転方向上流側から順に、粗研削用の第１の研削ユニット２０Ａと、仕上げ研削用の第２の研削ユニット２０Ｂとが、それぞれ配されている。各チャックテーブル１４は、ターンテーブル１３の間欠的な回転によって、第１の研削ユニット２０Ａの下方である粗研削位置と、第２の研削ユニット２０Ｂの下方である仕上げ研削位置と、最も供給・回収エリア１０Ｂに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。

研削ユニット２０Ａ，２０Ｂは同一構成であるから、共通の符号を付して説明する。
これら研削ユニット２０Ａ，２０Ｂは、基台１１の壁部１２に、スライダ３１およびガイドレール３２を介してＺ方向に昇降自在に取り付けられ、昇降駆動機構３３によって昇降させられる。研削ユニット２０Ａ，２０Ｂは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、円筒状のハウジング２１内に組み込まれたスピンドル２２がモータ２３によって回転駆動させられると、スピンドル２２の先端にフランジ２４を介して固定されたカップホイール２５が回転し、カップホイール２５の下面の外周部に全周にわたって環状に配列されて固定された多数の砥石２６が、ワークを研削するものである。砥石２６の円形の研削軌跡の外径は、ウエーハ１の直径にほぼ等しい。

各研削ユニット２０Ａ，２０Ｂは、チャックテーブル１４に対して同軸的には配置されておらずオフセットされている。詳しくは図３（ｂ）に示すように、環状に配列された多数の砥石２６のうち最もチャックテーブル１４の内側に位置するものの刃先の刃厚（径方向長さ）のほぼ中央部分が、チャックテーブル１４の中心を通る鉛直線上に位置するように、相対位置が設定されている。この位置関係により、チャックテーブル１４とともにウエーハ１を回転させながらカップホイール２５の砥石２６でウエーハ１の裏面を押圧すると、その裏面全面が研削される。なお、カップホイール２５には、下方のワークに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図示せぬ研削水供給口が設けられている。研削ユニット２０Ａ，２０Ｂには、その研削水供給口に研削水を供給する給水ラインが備えられている（図示略）。

砥石２６は、例えば砥粒径が５０μｍ程度のものと５μｍ程度のものを組み合わせたダイヤモンド砥粒が用いられる。第１の研削ユニット２０Ａのカップホイール２５は、粗研削用の砥石２６が固着されたものが用いられ、第２の研削ユニット２０Ｂのカップホイール２５は、仕上げ研削用のものが用いられる。
上記構成の研削ユニット２０Ａ，２０Ｂは、ハウジング２１がブロック２７を介してスライダ３１に固定されている。

図２に示すように、基台１１上のピット１１ａ内におけるターンテーブル１３の周囲であって最も供給・回収エリア１０Ｂに近い位置には、着脱位置にあるチャックテーブル１４に洗浄水を吐出してチャックテーブル１４を洗浄するチャックテーブル洗浄ノズル１５が配設されている。また、ピット１１ａの壁部１２側の一角には、ピット１１ａ内の水を外部に排出するための排水孔１６が設けられている。

ウエーハ１は、粗研削位置において第１の研削ユニット２０Ａにより、また、仕上げ研削位置において第２の研削ユニット２０Ｂにより所定の厚さに研削されるが、図２に示すように、ピット１１ａ内におけるターンテーブル１３の周囲であってそれぞれの研削位置の近傍には、ウエーハ１の厚さを計測する厚さ計測装置４０が配設されている。ウエーハ１は、各研削位置においてこれら厚さ計測装置４０により厚さが逐一計測されながら、所定の厚さまで研削される。

厚さ計測装置４０は、図３および図４に示すように、支持部材４１と、この支持部材４１にワイヤ４９を介して係留され実際に厚さを計測する部分である計測器５１とを備えている。支持部材４１は、上下に伸縮自在で図示せぬ駆動手段で伸縮するようになされたポスト４２と、このポスト４２の上端部に固定されて各研削位置に配されたチャックテーブル１４の上方まで水平に延びるアーム４３とからなる逆Ｌ字状のものである。図４に示すように、ポスト４２およびアーム４３は内部が空洞の管状部材でできており、両者の内部は互いに連通している。

計測器５１は、図５および図６に示すように、略長方形状の板材でできた滑走部材５２と、この滑走部材５２に設けられた超音波送受器（以下、送受器と略称）５３とを備えている。滑走部材５２はウエーハ１上に供給された液体上を滑走可能とされるもので、長手方向両端部には上方に反り上がった反り部５２ａが形成されており、この反り部５２ａが流動する液体から受ける抵抗を少なくして、計測器５１が円滑に滑走することができるものとなっている。また、図６に示すように、滑走部材５２には中心から一方の端部に向けて延びるスリット５２ｂが形成されている。送受器５３は円筒状のホルダ５４を有しており、このホルダ５４は、軸方向が滑走部材５２の上面に直交する状態で、その上面の中心に固着されている。これによってホルダ５４の内部は、スリット５２ｂの最深部の空間に通じている。滑走部材５２は、アルミナ・チタニウム・カーバイトやセラミックス等の、十分な強度を有し、かつ、下面の滑走面が平滑に研磨可能な材質によるものが好適とされる。

ホルダ５４の上端周縁の適宜箇所には２つのワイヤ係止リング５５が取り付けられている。また、図４に示すように支持部材４１のアーム４３の先端にも同様のワイヤ係止リング４８が取り付けられている。アーム４３側のワイヤ係止リング４８にはワイヤ４９が通され、このワイヤ４９の両端が、ホルダ５４側の各ワイヤ係止リング５５にそれぞれ係止されている。これにより計測器５１は、支持部材４１のアーム４３にワイヤ４９によって吊り下げられた状態で係留されている。

図７に示すように、ホルダ５４の内部の下方には円盤状のプレート５６が固着されており、このプレート５６には、超音波の送波部５７と受波部５８とが貫通して固着されている。送波部５７および受波部５８は細長い円筒部材であり、先端（下端）が滑走部材５２の裏面である滑走面から下方には突出しないようにプレート５６に固着されている。送波部５７および受波部５８の下方は、送波部５７の超音波送波、および受波部５８の超音波受波を妨げないように、スリット５２ｂによって開放されている。

図４に示すように、当該研削装置１０には、超音波発振部６１と反射波受信部６２とが設けられており、さらにこれらには厚さ算出部６３が接続されている。超音波発振部６１からはパルス超音波等の超音波が発振され、その超音波は、支持部材４１の中を通された発振ケーブル６１ａを介して送波部５７から下方のワーク、すなわちウエーハ１に向けて送波される。送波部５７から送波された超音波は、このウエーハ１の上面と下面で反射し、その２種類の反射波が受波部５８で受けられるようになっている。受波部５８で受けた反射波信号は、支持部材４１の中を通された受信ケーブル６２ａを介して反射波受信部６２に入力される。厚さ算出部６３には、超音波発振部６１が超音波を発振した時間と、反射波受信部６２に反射信号が入力した時間が、それぞれ入力される。

反射波受信部６２には、上記のようにウエーハ１の上面からと下面からの２種類の反射波、すなわち２回の反射波が入力され、それら反射波の受信タイミングは、ウエーハ１の厚さに相当する時間差がある。厚さ算出部６３では、この時間差に基づきウエーハ１の厚さが求められるが、その方法は後述する。本実施形態では、超音波発振部６１、発振ケーブル６１ａおよび送波部５７により超音波送波手段が構成され、受波部５８、受信ケーブル６２ａおよび反射波受信部６２により反射波受波手段が構成されている。

また、図７に示すように、ホルダ５４内のプレート５６には２本の給水管５９の先端が貫通して固定されている。この給水管５９は、図４に示すように留め具４７により支持部材４１に沿って配管され、図示せぬ給水源に接続されている。給水管５９からは下向きに水が噴出され、この水は、研削中のウエーハ１上に供給されるようになっている。

計測器５１は、後述するようにチャックテーブル１４に保持されたウエーハ１上の水膜の上を滑走部材５２が滑走するように作用する。ポスト４２の伸縮ストロークは、計測器５１がウエーハ１上の水膜上を滑走する計測位置と、計測器５１がウエーハ１から十分に上方に離れた退避位置との間を往復可能なように設定される。なお、ポスト４２を軸回りに回転可能に設置して、計測器５１がウエーハ１の上方からさらにターンテーブル１３の周囲に退避できるように構成してもよい。

次に、供給・回収エリア１０Ｂについて説明する。
供給・回収エリア１０Ｂの中央には、上下移動する２節リンク式の移送ロボット６０が設置されている。そしてこの移送ロボット６０の周囲には、上から見た状態で反時計回りに、供給カセット６１、位置合わせ台６２、旋回アーム４３式の供給アーム６３、供給アーム６３と同じ構造の回収アーム６４、スピンナ式の洗浄装置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、位置合わせ台６２および供給アーム６３はウエーハ１をチャックテーブル１４に供給する手段であり、回収アーム６４、洗浄装置６５およびカセット６６は、裏面の研削が終了したウエーハ１をチャックテーブル１４から回収する手段である。カセット６１，６６は複数のウエーハ１を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。

移送ロボット６０によって供給カセット６１内から１枚のウエーハ１が取り出されると、そのウエーハ１は保護テープ４が貼られていない裏面側を上に向けた状態で位置合わせ台６２上に載置され、ここで一定の位置に決められる。次いでウエーハ１は、供給アーム６３によって位置合わせ台６２から吸着されて取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル１４上に載置される。

一方、各研削ユニット２０Ａ，２０Ｂによって裏面が研削され、着脱位置に位置付けられたチャックテーブル１４上のウエーハ１は回収アーム６４によって吸着されて取り上げられ、洗浄装置６５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置６５で洗浄処理されたウエーハ１は、移送ロボット６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。

次に、上記研削装置１０によってウエーハ１の裏面を研削する動作を説明する。
まず、移送ロボット６０によって、供給カセット６１内に収容された１枚のウエーハ１が位置合わせ台６２に移されて位置決めされ、続いて供給アーム６３によって、着脱位置で待機し、かつ真空装置が運転されているチャックテーブル１４上に裏面側を上に向けてウエーハ１が載置される。これによってウエーハ１はチャックテーブル１４に吸着、保持される。なお、このときには粗研削側および仕上げ研削側の厚さ計測装置４０においては、ポスト４２が伸びてワイヤ４９で吊り下げられた計測器５１はチャックテーブル１４から上方に離れた待機位置にある。

次に、ターンテーブル１３が図２の矢印Ｒ方向に回転し、ウエーハ１を保持したチャックテーブル１４が粗研削位置に停止する。この時、着脱位置には、次のチャックテーブル１４が位置付けられ、そのチャックテーブル１４には上記のようにして次に研削するウエーハ１がセットされる。粗研削位置のチャックテーブル１４を回転させてウエーハ１を回転させ、一方、粗研削用の第１の研削ユニット２０Ａのカップホイール２５を、回転させながら、かつ、カップホイール２５の研削水供給口から所定の研削水を供給しながら、所定速度でゆっくり下降させ、砥石２６をウエーハ１の裏面に押圧して粗研削を開始する。

ウエーハ１上には、供給された研削水がカップホイール２５の中心から放射状に散水され、図４に示すように水膜Ｗが形成される。この直後に、厚さ計測装置４０のポスト４２を縮ませて計測器５１を下降させ、滑走部材５２をウエーハ１上の水膜上に載置し、計測器５１全体をその水膜上で滑走させる。図３（ａ）に示すように、計測器５１は水膜Ｗの流れに沿ってワイヤ４９に引っ張られた状態が概ね保持されながら、その水膜Ｗに対して相対的に滑走する。

支持部材４１の位置は、図４に示すように、滑走部材５２がアーム４３と平行になり、一方の反り部５２ａが水流に向かう姿勢となってこの反り部５２ａにより水の抵抗を受けにくい状態になるような位置に配置されることが好ましい。また、ウエーハ１上の水膜Ｗは滑走部材５２の滑走面に密着するのみならず、図７に示すようにプレート５６の下面に接し送波部５７および受波部５８の下面が水膜Ｗ中に没する状態とする。このように研削水による水膜Ｗが十分な厚さに形成されないようであれば、給水管５９から水を噴出させて、計測器５１とウエーハ１との間に水膜Ｗが確実に介在するように調整する。このように滑走する計測器５１によって、ウエーハ１の厚さが次のように計測される。

超音波発振部６１から超音波を発振し、その超音波を送受器５３の送波部５７からウエーハ１に向けて送波する。厚さ算出部６３には、超音波が発振された時間が入力される。図７に示すように、送波された超音波Ｓは水膜Ｗ中を伝播してウエーハ１の上面に伝播してから、次いで下面に伝播する。計測器５１の受波部５８は、ウエーハ１の上面からの反射波Ｓ１を受け、続いて下面からの反射波Ｓ２を受ける。受波部５８が受ける超音波（反射波）はこのように時間差をおいて２回あり、その時間差は、ウエーハ１の上面と下面との間の距離、すなわちウエーハ１の厚さに相当する。厚さ算出部６３では、超音波発振部６１より超音波が発振されてから反射波受信部６２がはじめに反射波を受けた時間をウエーハ上面からの反射波としてその時間をＴ１とし、その次に反射波受信部６２が反射波を受けた時間をウエーハ下面からの反射波としてその時間をＴ２とし、次式によってウエーハ１の厚さＷを求める。
Ｗ＝Ｖ×（Ｔ２−Ｔ１）÷２
（Ｖは超音波送波手段から送波されてウエーハ１中を通過する超音波の音速）

超音波の発振を、例えば０．１秒に１回といった割合で定期的に行い、粗研削されているウエーハ１の厚さを上記の作用で逐一計測する。計測値が粗研削で出すべき厚さになり、かつ、その値が安定的に出力されたら、ポスト４２を伸ばして計測器５１を上方に退避させ、厚さ計測を終える。次いでカップホイール２５の回転を一定時間続けた後、第１の研削ユニット２０Ａも上昇させて粗研削を終える。

続いて、粗研削を終えたウエーハ１は、ターンテーブル１３をＲ方向に回転させることによって仕上げ研削位置に移送され、ここで、上記と同様にしてチャックテーブル１４を回転させるとともに仕上げ研削用の第２の研削ユニット２０Ｂを用いることにより、ウエーハ１の裏面が仕上げ研削される。このとき、仕上げ研削側の厚さ計測装置４０を、上記の粗研削の場合と同様に稼働させて、ウエーハ１の厚さを逐一計測しながら仕上げ研削を行う。なお、予め着脱位置でセットされていたウエーハ１は粗研削位置に移送され、このウエーハ１は先行する仕上げ研削と並行して上記と同様に厚さが計測されながら粗研削される。さらに、着脱位置に移動させられたチャックテーブル１４上には、次に処理すべきウエーハ１がセットされる。

ここで、上記の粗研削および仕上げ研削の好適な運転条件例を挙げておく。第１および第２の研削ユニット２０Ａ，２０Ｂとも、カップホイール２５の回転速度は３０００〜５０００ＲＰＭ、チャックテーブル１４の回転速度は１００〜３００ＲＰＭである。また、粗研削用の第１の研削ユニット２０Ａの研削送り速度である下降速度は３〜５μｍ／秒、仕上げ研削用の第２の研削ユニット２０Ｂの下降速度は０．３〜１μｍ／秒である。

並行して行っていた仕上げ研削と粗研削をともに終えたら、ターンテーブル１３を回転させて仕上げ研削が終了したウエーハ１を着脱位置まで移送する。これにより、後続のウエーハ１は粗研削位置と仕上げ研削位置にそれぞれ移送される。着脱位置に位置付けられたチャックテーブル１４上のウエーハ１は回収アーム６４によって洗浄装置６５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置６５で洗浄処理されたウエーハ１は移送ロボット６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。

以上が１枚のウエーハ１を、厚さ計測装置４０によって厚さを計測しつつ、所望の厚さに仕上げて洗浄、回収するサイクルである。本実施形態の研削装置１０によれば、上記のようにターンテーブル１３を間欠的に回転させながら、ウエーハ１に対して粗研削位置で粗研削を、また、仕上げ研削位置で仕上げ研削を並行して行うことにより、複数のウエーハ１の研削処理が効率よく行われる。

そして、厚さ計測装置４０に関しては、従来のように計測ゲージを被計測物すなわちウエーハ１の裏面に接触させるといった非接触式ではなく、ウエーハ１の上面に形成した水膜Ｗ上で計測器５１を滑走させ、この計測器５１からウエーハ１に向けて超音波を送波し、その超音波の反射波を受けることによって厚さを計測する非接触式である。したがってウエーハ１を傷付けることがなく、すなわち抗折強度を低下させることなくウエーハ１の厚さを計測することができる。その上、非接触式のように、ウエーハ１の裏面と、設定した基準面との２点を計測する構成ではないので、計測誤差が生じにくく、また、水膜Ｗによって超音波の伝播状態が良好になることと相まって、高い計測精度を得ることができる。

上記実施形態の厚さ計測装置４０は、給水管５９を具備し、カップホイール２５からの研削水による水膜Ｗの状態が計測器５１を滑走させるに不十分である場合には、その給水管５９から水を補充的に供給することができる自己給水機能を有するものである。つまり、カップホイール２５からの研削水の供給量が十分である場合には、給水管５９からの水の供給をする必要はない。そこで、カップホイール２５からの水の供給量が計測器５１の滑走を常に十分とする保証がある場合には、給水管５９は特に必要としない。図８は、上記実施形態の給水管５９を省略し、カップホイール２５から供給される研削水だけで厚さを計測することのできるタイプの厚さ計測装置４０を示している。

また、図９に示すように支持部材４１のアーム４３に、ワイヤ係止リング４８を該アーム４３の長手方向にある程度離して２つ配置し、これらリング４８と計測器５１側のリング５５とを２本のワイヤ４９で連結すると、滑走部材５２がアーム４３と平行になりやすく計測器５１の滑走姿勢をより安定させることができる。

本発明の一実施形態によって裏面が研削される半導体ウエーハの（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。 一実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。 図１に示した研削装置が具備する研削ユニットの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 研削装置が具備する厚さ計測装置を示す一部断面側面図である。 厚さ計測装置を構成する計測器の側面図である。 図５に示した計測器の平面図である。 同計測器の断面図である。 本発明の他の実施形態の厚さ計測装置の一部断面側面図である。 本発明のさらに他の実施形態の厚さ計測装置の一部断面側面図である。

符号の説明

１…ウエーハ（板状物、被計測物）
１０…研削装置
１４…チャックテーブル（保持テーブル）
４０…厚さ計測装置
４１…支持部材
５１…計測器
５２…滑走部材
５７…送波部
５８…受波部
５９…給水管（流体供給手段）
６１…超音波発振部
６２…反射波受信部
６３…厚さ算出部（厚さ算出手段）
Ｗ…水膜

Claims (7)

1. 板状物の厚さを計測する厚さ計測装置であって、
   板状物である被計測物が載置されてその被計測物を保持する保持テーブルと、
   この保持テーブルに保持された前記被計測物の上面に流体を供給し、かつ、この流体を被計測物上において膜状に形成する流体供給手段と、
   前記被計測物の上面に形成された流体膜上に滑走可能にセットされる滑走部材と、
   この滑走部材から前記保持テーブルに保持された前記被計測物に向けて超音波を送波する超音波送波手段と、
   この超音波送波手段から前記被計測物に向けて送波された超音波の反射波を受ける反射波受波手段と、
   前記超音波送波手段から前記被計測物に向けて超音波が送波されてから被計測物の上面で反射した反射波を前記反射波受波手段が受けるまでの時間Ｔ１と、
   前記超音波送波手段から前記被計測物に向けて超音波が送波されてから前記被計測物の下面で反射した反射波を前記反射波受波手段が受けるまでの時間Ｔ２とを比較して被計測物の厚さＷを求める厚さ算出手段とを備えることを特徴とする厚さ計測装置。
2. 前記流体供給手段が前記滑走部材に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の厚さ計測装置。
3. 前記超音波送波手段から送波される超音波はパルス超音波であることを特徴とする請求項１または２に記載の厚さ計測装置。
4. 前記厚さ算出手段は、前記被計測物の厚さＷを次式から求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の厚さ計測装置。
   Ｗ＝Ｖ×（Ｔ２−Ｔ１）÷２
   （Ｖは前記超音波送波手段から送波されて被計測物中を通過する超音波の音速）
5. 前記被計測物に加工液を供給しながら所定の加工を施す加工装置に具備され、該加工装置の加工液供給手段が前記流体供給手段とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の厚さ計測装置。
6. 板状物をワークとし、該ワークの厚さを減じる研削手段を有する研削装置であって、
   請求項１〜５のいずれかに記載の厚さ計測装置を備え、前記保持テーブル上に保持したワークを、該厚さ計測装置で該ワークの厚さを計測しながら研削するように構成された研削装置。
7. 前記ワークに研削液を供給する研削液供給手段を有し、該研削液供給手段が前記流体供給手段とされることを特徴とする請求項６に記載の研削装置。

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