JP5588748B2

JP5588748B2 - 研削装置

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Publication number: JP5588748B2
Application number: JP2010126741A
Authority: JP
Inventors: 暢之福士; 徹雄久保
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: JP2011253936A

Description

本発明は、半導体ウェーハを研削加工する際に、保持手段に対して半導体ウェーハを所定の向きおよび位置に位置付ける研削装置に関する。

ＩＣやＬＳＩ等のデバイスが表面に形成された半導体チップは、各種電子機器を小型化する上で必須のものとなっている。この半導体チップは、略円盤状の半導体ウェーハの表面を格子状の分割予定ライン（ストリート）により複数の矩形領域に区画し、区画された各矩形領域にデバイスを形成した後、分割予定ラインに沿って矩形領域が分割されることで製造される。

このような半導体チップの製造工程においては、半導体ウェーハの分割に先だち、研削装置により半導体ウェーハが所定の厚さに研削される。この研削装置は、分割前の半導体ウェーハをチャックテーブルに保持させて、チャックテーブルと研削ホイールとの相対回転により半導体ウェーハを研削している。ところで、半導体ウェーハは、外周縁部に結晶方位を示すオリエンテーションフラットやノッチ等の異形状部が形成されており、異形状部により向きが特定される。このため、研削装置においては、チャックテーブルに対して半導体ウェーハを所定の向きおよび位置に位置付けて搬入する必要がある。

従来、半導体ウェーハの位置調整や向き調整する研削装置として、半導体ウェーハの外周形状を検出する検出手段に、位置合わせ機構を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。位置合わせ機構は、半導体ウェーハよりも小径な仮置きテーブル（支持部）と、仮置きテーブルの周囲において、仮置きテーブルの中心に対して径方向に移動可能な複数のピンとを有している。位置合わせ機構では、仮置きテーブルに半導体ウェーハが載置されると、複数のピンが半導体ウェーハの外周面に当接されて仮置きテーブルの中心に位置合わせされる。

また、検出手段は、仮置きテーブル上の半導体ウェーハの外周縁を挟むように上下に対向配置した発光部および受光部を有している。検出手段では、位置合わせ機構により半導体ウェーハが仮置きテーブルに対して位置合わせされた後、仮置きテーブルを回転して発光部からの光を半導体ウェーハの異形状部を介して受光することで、半導体ウェーハの向きを検出する。そして、半導体ウェーハは、仮置きテーブルに対して所定の向きおよび位置に位置付けられた状態で搬入手段によりチャックテーブルに搬入されることで、チャックテーブルに対する半導体ウェーハの向きと位置とが位置付けられる。

特開２０１０−３４２４９号公報

しかしながら、上記した従来の研削装置においては、仮置きテーブルに載置された半導体ウェーハに対し、位置合わせ機構により位置調整が行われ、検出部による異形状部の検出に基づいて向き調整が行われるため、装置構成が煩雑となると共に、装置の製造コストが増大するという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な装置構成にして製造コストを低減させることができると共に、保持手段に対して半導体ウェーハを所望の向きおよび位置に位置付けた状態で搬入することができる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、円形を呈し円弧の一部をフラットに切り欠いたオリエンテーションフラットを有するウェーハを、鉛直方向を回転軸として回転可能に保持する保持手段と、前記保持手段に保持されたウェーハを研削加工する研削加工手段と、前記保持手段にウェーハを搬入する搬入手段と、を有する研削装置であって、前記保持手段にウェーハを搬入する前に円形を呈したウェーハの円の中心位置と前記オリエンテーションフラットの位置とを検出する検出手段を有し、前記検出手段は、ウェーハを支持する支持部と、前記支持部に支持されたウェーハの全体が撮像範囲に含まれるように配置された撮像部と、前記撮像部で撮像したデータを処理して前記中心位置と前記オリエンテーションフラットの位置を算出する算出部と、を有し、前記搬入手段は、前記算出部で算出した前記中心位置に基づいて前記中心位置が前記保持手段上の所望の位置へ位置づけられる様にウェーハを搬入し、前記保持手段は、前記算出部で算出した前記オリエンテーションフラットの位置に基づいて前記オリエンテーションフラットが前記保持手段上で所定の向きに位置づけられる様に前記保持手段の向きを調整し、前記ウェーハが前記保持手段に受け渡されることを特徴とする。
また、上記した研削装置において、前記算出部は、前記撮像部で撮像したデータからウェーハの仮の中心位置を算出し、前記仮の中心位置からウェーハの外周位置までの距離に基づいて前記オリエンテーションフラットの仮の位置を算出し、前記オリエンテーションフラットの前記仮の位置を避けたウェーハの外周位置に基づいてウェーハの前記中心位置を算出し、前記中心位置からウェーハの前記外周位置までの距離に基づいて前記オリエンテーションフラットの位置を算出する。

この構成によれば、搬入手段により半導体ウェーハの中心位置が保持テーブルの所望の位置に位置付けられると共に、保持手段によりオリエンテーションフラットが所定の向きに位置付けられる。このため、検出手段は、半導体ウェーハの中心位置およびオリエンテーションフラットの位置を検出すればよく、従来の研削装置のような支持部に対する半導体ウェーハの位置合わせ機構が不要となる。また、撮像部の撮像したデータにより半導体ウェーハの中心位置とオリエンテーションフラットの位置とが検出されるため、半導体ウェーハの中心位置を検出する機構とオリエンテーションフラットの位置を検出する機構とを個別に設ける必要がない。したがって、研削装置を簡易な装置構成として製造コストを低減することができる。

本発明によれば、簡易な装置構成にして製造コストを低減させることができると共に、保持手段に対して半導体ウェーハを所望の向きおよび位置に位置付けた状態で搬入することができる。

本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、研削装置の外観斜視図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、半導体ウェーハの仮の中心位置の算出処理の説明図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、オリエンテーションフラットの仮の形成位置の算出処理の説明図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、微分処理の一例を示す図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、半導体ウェーハの中心位置の算出処理の説明図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、オリエンテーションフラットの形成位置の算出処理の説明図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、チャックテーブルに対する半導体ウェーハの位置および向きの位置付け動作の説明図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、稼働前作業時における研削装置の部分拡大図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、ウェーハ供給部の直線移動時の補正処理の説明図である。本発明に係る研削装置の実施の形態を示す図であり、ウェーハ供給部の旋回移動時の補正処理の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る研削装置の外観斜視図である。なお、以下の説明では、本発明の特徴部分である位置合わせ処理を研削装置に適用した例について説明するが、研削装置だけでなく、半導体ウェーハの向きおよび中心位置をチャックテーブル（保持手段）に位置付ける加工装置に適用することも可能である。

図１に示すように、研削装置１は、裏面側を上向きにした半導体ウェーハＷが保持されたチャックテーブル３と研削ユニット（研削加工手段）４の研削ホイール５９とを相対回転させることで、半導体ウェーハＷの裏面を研削するように構成されている。半導体ウェーハＷは、略円板状に形成されており、表面に格子状に配列された図示しない分割予定ラインによって複数の領域に区画されている。分割予定ラインによって区画された各領域には、半導体ウェーハＷの中央においてＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。

また、半導体ウェーハＷには、外周縁部の一部をフラットに切り欠いて、結晶方位を示すオリエンテーションフラット６６が形成されている。半導体ウェーハＷの表面には保護テープが貼着されており、この保護テープにより半導体ウェーハＷの裏面加工時にデバイスが保護される。このように構成された半導体ウェーハＷは、搬入側のカセット６に収容された状態で研削装置１に搬入される。

なお、本実施の形態においては、ワークとしてシリコンウェーハ（Ｓｉ）、ガリウムヒソ（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の半導体ウェーハＷを例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではない。例えば、セラミック、ガラス、サファイヤ系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダ（TTV: total thickness variation）の平坦度が要求される各種加工材料をワークとしてもよい。なお、ここでいう平坦度とは、ワークの被研削面を基準面として厚み方向を測定した高さのうち、最大値と最小値との差を示している。

研削装置１は、略直方体状の基台２を有し、基台２にはカセット６、７が載置される一対のカセット載置部１１、１２が前面８から前方に突出するように設けられている。カセット載置部１１は、搬入口として機能し、加工前の半導体ウェーハＷが収容された搬入側のカセット６が載置される。カセット載置部１２は、搬出口として機能し、加工後の半導体ウェーハＷが収容される搬出側のカセット７が載置される。

基台２の上面には、カセット載置部１１、１２に面して、カセット６、７に対して半導体ウェーハＷの搬入および搬出を行う搬入搬出アーム１３が設けられている。搬入搬出アーム１３の一側方には、加工前の半導体ウェーハＷの中心位置およびオリエンテーションフラット６６を検出する検出部（検出手段）１４が設けられている。また、搬入搬出アーム１３の他側方には、加工済みの半導体ウェーハＷを洗浄する洗浄部１５が設けられている。

検出部１４と洗浄部１５との間には、チャックテーブル３に加工前の半導体ウェーハＷを供給するウェーハ供給部（搬入手段）１６と、チャックテーブル３から加工済みの半導体ウェーハＷを回収するウェーハ回収部１７が設けられている。また、基台２の上面には、ウェーハ供給部１６およびウェーハ回収部１７に隣接して、前後方向に延在する矩形状の開口部２１が形成され、開口部２１の後方に研削ユニット４を支持する支柱部２２が立設されている。また、基台２の内部には、研削装置１を統括制御する制御部２３が設けられている。

開口部２１は、チャックテーブル３と共に移動可能な移動板２４および蛇腹状の防塵カバー２５により被覆されている。防塵カバー２５の下方には、チャックテーブル３を前後方向に移動させる図示しないボールねじ式の移動機構が設けられている。チャックテーブル３は、移動機構によりウェーハ供給部１６およびウェーハ回収部１７に半導体ウェーハＷが移載される移載位置と研削ユニット４に臨む加工位置との間を往復動される。

搬入搬出アーム１３は、駆動領域の広い多節リンク機構３１と、多節リンク機構３１の先端に設けられた保持部３２とを有している。搬入搬出アーム１３は、多節リンク機構３１を駆動して搬入側のカセット６内に収容された半導体ウェーハＷを検出部１４に搬入する他、洗浄部１５から搬出側のカセット７内に半導体ウェーハＷを収容する。

検出部１４は、搬入搬出アーム１３により半導体ウェーハＷが仮置きされる仮置きテーブル（支持部）３５と、仮置きテーブル３５に仮置きされた半導体ウェーハＷを撮像する撮像部３６とを有している。仮置きテーブル３５は、半導体ウェーハＷよりも小径な円盤状に形成されている。また、仮置きテーブル３５の周囲は、発光面３７となっており、仮置きテーブル３５に仮置きされた半導体ウェーハＷを下側から照射する。

撮像部３６は、Ｌ字状の支持アーム３８を介して仮置きテーブル３５の上方に支持され、仮置きテーブル３５上の半導体ウェーハＷの全体を撮像範囲に収めるように配置されている。撮像部３６は、発光面３７からの照射により半導体ウェーハＷの外形を読み取り、半導体ウェーハＷの画像データを生成する。撮像部３６により撮像された画像データは、制御部２３に出力されて半導体ウェーハＷの中心位置とオリエンテーションフラット６６の形成位置とが求められる。すなわち、制御部２３の一部により検出部１４の算出部が構成される。

ウェーハ供給部１６は、上下方向に延在する回動軸４１と、回動軸４１の上端に支持された旋回アーム４２と、旋回アーム４２の先端に設けられ、半導体ウェーハＷを吸着保持する吸着保持部４３とを有している。回動軸４１は、上下動可能かつ前後動可能かつ回動可能に構成されている。吸着保持部４３は、回動軸４１の前後動および回動により水平面内における位置調整がされ、回動軸４１の上下動により高さ方向における位置調整がされる。

また、ウェーハ供給部１６は、制御部２３により駆動制御されており、制御部２３により回動軸４１の上下方向の移動量、前後方向の移動量、回動量が調整される。そして、ウェーハ供給部１６は、制御部２３に制御されて、仮置きテーブル３５から半導体ウェーハＷを吸着保持して持ち上げ、チャックテーブル３に供給する。このとき、半導体ウェーハＷの中心をチャックテーブル３の中心に一致させるように位置合わせされる。

ウェーハ回収部１７は、前後動しない点を除いてはウェーハ供給部１６と略同一の構成を有している。ウェーハ回収部１７は、制御部２３に制御されて、チャックテーブル３から半導体ウェーハＷを吸着保持して回収し、洗浄部１５の洗浄テーブル５１に載置する。このとき、チャックテーブル３の中心および洗浄テーブル５１の中心がウェーハ回収部１７の旋回軌跡上に位置するため、半導体ウェーハＷの中心が洗浄テーブル５１の中心に位置合わせされる。

洗浄テーブル５１は、半導体ウェーハＷよりも小径な円盤状に形成されている。洗浄テーブル５１は、加工済みの半導体ウェーハＷが載置されると、開口部５２を介して基台２に下降する。そして、洗浄テーブル５１は、高速回転しつつ、洗浄水が噴射されることで半導体ウェーハＷを洗浄する。その後、洗浄テーブル５１は、高速回転された状態で洗浄水の噴射が停止され、半導体ウェーハＷを乾燥する。

チャックテーブル３は、円盤状に形成されており、上面に半導体ウェーハＷを吸着保持する吸着面２７を有している。吸着面２７は、ポーラスセラミック材により形成されており、基台２内に配置された図示しない吸引源に接続されている。また、吸着面２７は、半導体ウェーハＷの外形形状に沿ってオリエンテーションフラット６６に対応する部分を切り欠いた形状を有している。このオリエンテーションフラット６６に対応する部分の向きによりチャックテーブル３の向きが規定される。

チャックテーブル３は、図示しない回転駆動機構に接続され、回転駆動機構により回転可能に構成されている。チャックテーブル３は、ウェーハ回収部１７による半導体ウェーハＷの載置時に、回転駆動機構により回転駆動されて半導体ウェーハＷの向きに対して吸着面２７の向きを合わせている。

支柱部２２の前面には、研削ユニット４を上下方向に移動させる研削ユニット移動機構５４が設けられている。研削ユニット移動機構５４は、上下方向に延在する互いに平行な一対のガイドレール５５と、一対のガイドレール５５にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル５６とを有している。Ｚ軸テーブル５６の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ５７が螺合されている。ボールネジ５７の一端には駆動モータ５８が連結され、駆動モータ５８によりボールネジ５７が回転駆動される。

Ｚ軸テーブル５６の前面には、支持部５３を介して研削ユニット４が支持されている。研削ユニット４は、図示しないスピンドルの下端に着脱自在に装着された研削ホイール５９を有している。研削ホイール５９は、例えば、ダイヤモンドの砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めたダイヤモンド砥石で構成されている。そして、研削ユニット４は、加工位置に移動された半導体ウェーハＷに対し、研削量を確認しつつＺ軸方向に研削送りされる。

制御部２３は、検出部１４による半導体ウェーハＷの中心位置およびオリエンテーションフラット６６の位置の算出処理、ウェーハ供給部１６による半導体ウェーハＷの位置合わせ処理、チャックテーブル３による半導体ウェーハＷに対する向き合せ処理等の各処理を実行する。なお、制御部２３は、各種処理を実行するプロセッサや、メモリ等により構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。また、メモリには、各処理の制御プログラムと共に、画像データ用の直交平面座標系（図７参照）が記憶されている。

円形状の半導体ウェーハの中心位置は、外周縁部の任意の２点を結ぶ線分を２つ用意し、これら線分の垂直二等分線の交点により求められるが、オリエンテーションフラット６６が形成された本実施の形態に係る半導体ウェーハＷの中心位置は、この方法では正確に求められない場合ある。また、半導体ウェーハＷの正確な中心位置が求められなければ、オリエンテーションフラットの形成位置が正確に求められず、半導体ウェーハＷの向きを特定できない。

そこで、検出部１４は、最初に半導体ウェーハＷの大体の中心位置である仮の中心位置を求め、仮の中心位置に基づいて大体のオリエンテーションフラットの形成位置であるオリエンテーションフラットの仮の形成位置を求めている。そして、検出部１４は、半導体ウェーハＷの仮の中心位置とオリエンテーションフラット６６の仮の形成位置に基づいて、半導体ウェーハＷの中心位置とオリエンテーションフラット６６の形成位置とを精度よく求めるようにしている。

図２から図６を参照して、半導体ウェーハの中心位置およびオリエンテーションフラットの形成位置の算出処理について説明する。最初に、半導体ウェーハの仮の中心位置の算出処理について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る半導体ウェーハの仮の中心位置の算出処理の説明図である。

図２（ａ）に示すように、撮像部３６により半導体ウェーハＷが撮像されると、制御部２３により半導体ウェーハＷの画像データのエッジ検出処理が行われて、直交平面座標系に半導体ウェーハＷの外周縁部を示す外形線が描かれる。次に、図２（ｂ）に示すように、半導体ウェーハＷの外形線を構成するプロットのうち、Ｘ軸方向で対向する２点間の中心座標を全て求めてプロットし、全てのプロットを結ぶことでラインＬ１を得る。同様に、半導体ウェーハＷの外形線を構成するプロットのうち、Ｙ軸方向で対向する２点間の中心座標を全て求めてプロットし、全てのプロットを結ぶことでラインＬ２を得る。

この場合、ラインＬ１およびラインＬ２は、オリエンテーションフラット６６のエッジ情報を含み、部分的に膨らんだ線分となる。このため、ラインＬ１およびラインＬ２の交点を半導体ウェーハＷの中心座標とすることができない。なお、半導体ウェーハＷの外形線から、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の全ての中心座標を算出する構成としたが、必ずしも全ての中心座標を算出する必要はなく、算出精度等に応じて適宜変更可能である。

次に、図２（ｃ）に示すように、ラインＬ１を構成するプロットのＸ座標の平均値が算出され、この平均値を通りＹ軸に平行な平均ラインＬ３が描かれる。これにより、平均値よりもＸ座標が大きいプロットが平均ラインＬ３の右側に位置され、平均値よりもＸ座標が小さいプロットが平均ラインＬ３の左側に位置される。そして、平均ラインＬ３の右側に位置するプロット数と平均ラインＬ３の左側に位置するプロット数とが比較され、プロット数の少ない側のプロットが全て破棄される。図２（ｃ）においては、平均ラインＬ３の右側のプロットが全て破棄される。

同様に、ラインＬ２を構成するプロットのＹ座標の平均値が算出され、この平均値を通りＸ軸に平行な平均ラインＬ４が描かれる。これにより、平均値よりもＹ座標が大きいプロットが平均ラインＬ４の上側に位置され、平均値よりもＹ座標が小さいプロットが平均ラインＬ４の下側に位置される。そして、平均ラインＬ４の上側に位置するプロット数と平均ラインＬ４の下側に位置するプロット数とが比較され、プロット数の少ない側のプロットが全て破棄される。図２（ｃ）においては、平均ラインＬ４の上側のプロットが全て破棄される。

次に、図２（ｄ）に示すように、再びラインＬ１を構成するプロットから破棄したプロット以外で平均ラインＬ５が描かれる。そして、平均ラインＬ５の左右のプロット数が比較され、プロット数の少ない側（平均ラインＬ５の右側）のプロットが全て破棄される。同様に、ラインＬ２を構成するプロットから破棄したプロット以外で平均ラインＬ６が描かれる。そして、平均ラインＬ６の上下のプロット数が比較され、プロット数の少ない側（平均ラインＬ６の上側）のプロットが全て破棄される。

このように、平均ラインの算出処理を繰り返すことにより、ラインＬ１の平均ラインとラインＬ２の平均ラインとの交点が、半導体ウェーハＷの中心座標に近づいてくる。本実施の形態では、図２（ｅ）に示すように、上記の処理を２回繰り返した後の平均ラインＬ７、Ｌ８の交点を半導体ウェーハＷの仮の中心位置としている。

次に、オリエンテーションフラットの仮の形成位置の算出処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るオリエンテーションフラットの仮の形成位置の算出処理の説明図である。

半導体ウェーハＷの仮の中心位置が求められると、それぞれの角度における半導体ウェーハＷの仮の中心位置から外周位置までの距離が測定される。この場合、半導体ウェーハの仮の中心位置と実際の中心位置とが偏芯しているため、図３（ａ）に示すようなｓｉｎカーブＷ１が得られる。ｓｉｎカーブＷ１においては、オリエンテーションフラット６６の部分が、部分的に落ち込むような形状となる。

次に、図３（ｂ）に示すように、ｓｉｎカーブＷ１が微分され、局所的な変化が顕著となる波形Ｗ２が得られる。この場合、例えば、図４に示すように、ｓｉｎカーブＷ１を構成するプロットとから計算データを求め、これを角度毎にプロットすることで波形Ｗ２を得ている。なお、微分処理は、波形の局所的な変化を顕著にする手法であれば、どのような手法を用いてもよい。

次に、図３（ｃ）に示すように、波形Ｗ２がさらに微分され、さらに局所的な変化が顕著となる波形Ｗ３が得られる。この場合も、図４に示すように、波形Ｗ２を構成するプロットから計算データを求め、この計算データを角度毎にプロットすることで波形Ｗ３を得ている。このように、微分を繰り返すことにより、オリエンテーションフラット６６の形成箇所における値の変化が顕著となる。

ここで、オリエンテーションフラット６６の形状は、規格により定まっており、規格に基づいて設定された条件と波形Ｗ３とを比較することにより、細かな欠け等と区別してオリエンテーションフラット６６を特定することが可能である。図３（ｃ）における閾値Ｔ１は、既知のオリエンテーションフラットに基づいて設定された外周縁部の局所的な変化量の閾値を示している。波形Ｗ３において、閾値Ｔ１を超えたピーク値が存在する位置をオリエンテーションフラットのエッジ候補とされる。

図３（ｃ）における角度範囲Ｒ１、Ｒ２は、既知のオリエンテーションフラットに基づいて設定されたオリエンテーションフラットが存在する角度範囲の上限範囲と下限範囲を示している。波形Ｗ３において、閾値Ｔ１を超えたピーク値のうち、角度範囲Ｒ１よりも小さく、角度範囲Ｒ２よりも大きな間隔のピーク値のペアがオリエンテーションフラット６６の仮の形成位置として判定される。このようにして、オリエンテーションフラット６６が存在する大体の角度範囲がオリエンテーションフラット６６の仮の形成位置として検出される。

次に、半導体ウェーハＷの中心位置の算出処理について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る半導体ウェーハの中心位置の算出処理の説明図である。

図５（ａ）に示すように、半導体ウェーハＷの仮の中心座標およびオリエンテーションフラット６６の仮の形成位置に基づいて、半導体ウェーハＷの外形線上から３つのプロットＡ、Ｂ、Ｃが抽出される。プロットＡは、オリエンテーションフラット６６の仮の形成位置（角度範囲）に対し、仮の中心位置を挟んで１８０度反対側の円弧上に設定される。プロットＢ、Ｃは、プロットＡから±１２０度回転された位置に設定される。

このように、半導体ウェーハＷの外形線上にオリエンテーションフラット６６を避けて３つのプロットが設定される。そして、プロットＡとプロットＢとを結ぶ線分の垂直二等分線とプロットＡとプロットＣとを結ぶ線分の垂直二等分線との交点から半導体ウェーハＷの中心位置が精度よく求められる。なお、本実施の形態では、プロットＢ、プロットＣは、プロットＡから±１２０回転された位置に設定されたが、これに限定されるものではない。プロットが、オリエンテーションフラット６６上に設定されなければよい。

図５（ｂ）に示すように、半導体ウェーハＷに２つのオリエンテーションフラット６６、６７が形成されている場合には、プロットＡは、２つのオリエンテーションフラット６６、６７の形成位置間の円弧上に設定され、プロットＢ、Ｃは、プロットＡから±１２０度回転された位置に設定される。また、図５（ｃ）に示すように、半導体ウェーハＷに３つのオリエンテーションフラット６６、６７、６８が形成されている場合には、プロットＡは、一番小さなオリエンテーションフラット６８を除く、２つのオリエンテーションフラット６６、６７の形成位置間の円弧上に設定され、プロットＢ、Ｃは、プロットＡから±１２０度回転された位置に設定される。なお、半導体ウェーハＷに複数のオリエンテーションフラットが形成される場合、それぞれの相対位置関係も規定により定められている。よって、規定により定められた相対位置関係により、オリエンテーションフラットを避けてプロットを抽出することが可能となる。また、単一のオリエンテーションフラットの仮の形成位置をだけを算出して、残りのオリエンテーションフラットの仮の形成位置を特定する構成としてもよい。

次に、オリエンテーションフラットの形成位置の算出処理について説明する。図６は、本発明の実施の形態に係るオリエンテーションフラットの形成位置の算出処理の説明図である。

半導体ウェーハＷの中心位置が精度よく求められると、それぞれの角度における半導体ウェーハＷの中心位置から外周位置までの距離が測定される。この場合、図６（ａ）に示すような波形Ｗ４が得られる。波形Ｗ４においては、オリエンテーションフラット６６の部分が、部分的に落ち込むような形状となる。

次に、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、オリエンテーションフラット６６の仮の形成位置を求めた場合と同様に、波形Ｗ４が２回微分され規格に基づいて設定された条件と比較されることで、オリエンテーションフラット６６の形成位置が精度良く検出される。このようにして、半導体ウェーハＷの中心位置とオリエンテーションフラット６６の形成位置とが精度よく算出される。このオリエンテーションフラットの形成位置（角度範囲）から半導体ウェーハＷの向きが検出される。

図７を参照して、チャックテーブルに対する半導体ウェーハの位置および向きの位置付け動作について説明する。図７は、本発明の実施の形態に係るチャックテーブルに対する半導体ウェーハの位置および向きの位置付け動作の説明図である。

図７に示すように、直交平面座標系には、予め記憶されたチャックテーブル３の中心座標Ｐ２、算出された半導体ウェーハＷの中心座標Ｐ１および半導体ウェーハＷの向きを示す角度θ１が設定されている。まず、制御部２３によりチャックテーブル３の中心座標Ｐ２と半導体ウェーハＷの中心座標Ｐ１との差分に基づいて、ウェーハ供給部１６の回動軸４１の前後方向の移動量および回動量が算出されると共に、半導体ウェーハＷの向きを示す角度θ１に基づいてチャックテーブル３の回転量が算出される。

次に、ウェーハ供給部１６は、仮置きテーブル３５の上方に位置した状態から、回動軸４１を下動させて吸着保持部４３により半導体ウェーハＷを吸着保持して上動する。次に、ウェーハ供給部１６は、制御部２３に算出された回動軸４１の前後方向の移動量および回動量に応じて回動軸４１を駆動し、半導体ウェーハＷをチャックテーブル３の上方に位置させる。この時点で、半導体ウェーハＷの中心位置とチャックテーブル３の中心位置とが一致している。

次に、チャックテーブル３は、Ｙ軸正方向を向いた初期状態から角度θ１だけ回転し、半導体ウェーハＷの向きにチャックテーブル３の向きを一致させる。次に、ウェーハ供給部１６は、回動軸４１を下動させて、吸着保持部４３の吸着を解除する。このようにして、半導体ウェーハＷの中心がチャックテーブル３の中心に位置合わせされると共に、半導体ウェーハＷの向きがチャックテーブル３の向きに合わせられる。

このように、半導体ウェーハＷの向きがチャックテーブル３の向きに合わせられた状態で、半導体ウェーハＷがチャックテーブル３に位置合わせされるため、半導体ウェーハＷがチャックテーブル３の吸着面２７に合致するように載置される。したがって、半導体ウェーハＷに形成されたオリエンテーションフラット６６と吸着面２７におけるオリエンテーションフラット６６に対応する部分が一致し、この半導体ウェーハＷと吸着面２７との位置ズレにより吸着力が低下することが防止される。

ところで、ウェーハ供給部１６により半導体ウェーハＷの中心をチャックテーブル３の中心に合わせるように搬送するには、ウェーハ供給部１６の動作に用いられる直交平面座標系と撮像部３６の画像データの直交平面座標系とが一致している必要がある。そこで、本実施の形態に係る研削装置１では、稼働前にウェーハ供給部１６が撮像部３６で用いられる直交平面座標系で動作するように調整している。

図８に示すように、ウェーハ供給部１６の調整時には、加工時に使用される仮置きテーブル３５と発光面３７とが設けられたプレートの代わりに、調整用のプレート６１が取り付けられる。調整用のプレート６１には、撮像部３６に対向する中心位置に発光面６２が設けられている。また、プレートの交換に合わせて、ウェーハ供給部が加工用から調整用のものに取り換えられる。調整用のウェーハ供給部６３は、吸着保持部６４の中心位置に対応して貫通孔６５が形成されている。

このため、発光面６２の上方においては、発光面６２からの光がウェーハ供給部６３の貫通孔６５を介して撮像部３６に取り込まれる。そして、撮像部３６により撮像された状態で、ウェーハ供給部６３が移動されることで、撮像部３６の直交平面座標系における貫通孔６５の移動軌跡が求められる。検出部１４では、発光面６２内における貫通孔６５の移動軌跡に基づいて、撮像部３６の直交平面座標系におけるウェーハ供給部６３の補正値を算出する。

図９および図１０を参照して、ウェーハ供給部の補正処理について説明する。図９は、本発明の実施の形態に係るウェーハ供給部の直線移動時の補正処理の説明図である。図１０は、本発明の実施の形態に係るウェーハ供給部の旋回移動時の補正処理の説明図である。なお、図９（ｂ）、図１０（ｂ）の縦軸および横軸は、それぞれ撮像部の直交平面座標のＹ軸およびＸ軸を示している。

上記したように、ウェーハ供給部６３は、前後方向の直線移動および旋回移動により水平面内で位置調整される。したがって、ウェーハ供給部６３の直線移動と旋回移動とを個別に実施し、貫通孔６５が描くそれぞれの移動軌跡に基づいて補正値が求められる。図９（ａ）に示すように、ウェーハ供給部６３が直線移動されると、発光面６２内を貫通孔６５が矢印Ｄ１に示すように直線的に移動される。そして、制御部２３により貫通孔６５の中心点の移動軌跡が直線運動撮像データとして取得される。

次に、図９（ｂ）に示すように、直線運動撮像データから撮像部３６の直交平面座標系におけるウェーハ供給部６３の直線移動の移動軌跡を示すグラフが得られる。このグラフでは、撮像部３６の直交平面座標系において、ウェーハ供給部１６が直線移動時に斜め方向にズレながら移動することを示している。このように、直線運動撮像データからウェーハ供給部１６の直線移動と撮像部３６の直交平面座標のＹ軸とのズレ量が求められる。

図１０（ａ）に示すように、ウェーハ供給部６３が旋回移動されると、発光面６２内を貫通孔６５が矢印Ｄ２に示すように円弧状に移動される。そして、制御部２３により貫通孔６５の中心点の移動軌跡が旋回運動撮像データとして取得される。次に、図１０（ｂ）に示すように、旋回運動撮像データから撮像部３６の直交平面座標系におけるウェーハ供給部１６の旋回運動の移動軌跡を示すグラフが得られる。このグラフから、ウェーハ供給部１６の旋回中心の座標が得られる。

ウェーハ供給部１６の旋回中心の座標は、例えば、移動軌跡上の２点のプロットを結ぶ線分を２つ用意し、これらの垂直二等分線の交点から求められる。そして、撮像部３６の直交平面座標におけるウェーハ供給部１６の直線移動のズレ量と旋回中心とに基づいて補正値が算出される。この補正値により、ウェーハ供給部１６の動作に用いられる直交平面座標系が、撮像部３６の直交平面座標系に一致される。ウェーハ供給部１６は、補正値に基づいて駆動制御され、撮像部３６の直交平面座標系において半導体ウェーハＷの中心をチャックテーブル３の中心に合わせるように搬送することが可能となる。

ここで、研削装置による全体的な研削動作の流れについて説明する。まず、搬入搬出アーム１３によりカセット６から加工前の半導体ウェーハＷが取り出され、仮置きテーブル３５に仮置きされる。次に、撮像部３６により半導体ウェーハＷが撮像され、撮像された画像データに基づいて半導体ウェーハＷの中心位置およびオリエンテーションフラット６６の形成位置が算出される。次に、半導体ウェーハＷの中心位置に基づいて、ウェーハ供給部１６により半導体ウェーハＷの中心がチャックテーブル３の中心に位置付けられる。この場合、ウェーハ供給部１６の動作に用いられる直交平面座標系が、撮像部３６の直交平面座標系に一致されている。

次に、オリエンテーションフラットの形成位置に基づいて、半導体ウェーハＷの向きがチャックテーブル３の向きに合わせられる。チャックテーブル３に保持された半導体ウェーハＷは、加工位置において研削ユニット４により所定の厚みまで研削される。次に、研削済みの半導体ウェーハＷは、移載位置においてウェーハ回収部１７により洗浄テーブル５１に移載される。次に、洗浄テーブル５１により加工済みの半導体ウェーハＷが洗浄され、搬入搬出アーム１３により半導体ウェーハＷがカセット７内に収容される。

以上のように、本実施の形態に係る研削装置１によれば、ウェーハ供給部１６により半導体ウェーハＷの中心がチャックテーブル３の中心に位置付けられると共に、チャックテーブル３によりオリエンテーションフラット６６が所定の向きに位置付けられる。このため、検出部１４は、半導体ウェーハＷの中心位置およびオリエンテーションフラット６６の形成位置を検出すればよく、従来の研削装置のような仮置きテーブル上の半導体ウェーハに対する位置合わせ機構が不要となる。また、撮像部３６の撮像したデータにより半導体ウェーハＷの中心位置とオリエンテーションフラット６６の形成位置とが検出されるため、半導体ウェーハＷの中心位置を検出する機構とオリエンテーションフラット６６の形成位置を検出する機構とを個別に設ける必要がない。したがって、研削装置１を簡易な装置構成として製造コストを低減することができる。

なお、上記した実施の形態においては、半導体ウェーハの画像データからＸ軸方向およびＹ軸方向の平均ラインが求められることで、半導体ウェーハの仮の中心位置が算出される構成としたが、この構成に限定されるものではない。半導体ウェーハの仮の中心位置は、半導体ウェーハの画像データに基づいて算出されれば、どのような方法で算出されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、半導体ウェーハの仮の中心位置から外周縁部までの距離の局所的な変化が求められることで、オリエンテーションフラットの仮の形成位置が算出される構成としたが、この構成に限定されるものではない。オリエンテーションフラットの仮の形成位置は、半導体ウェーハの画像データに基づいて算出されれば、どのような方法で算出されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、半導体ウェーハの外周縁部の任意の３点を抽出して半導体ウェーハの中心を算出する構成としたが、この構成に限定されるものではない。半導体ウェーハの中心位置は、半導体ウェーハの画像データに基づいて算出されれば、どのような方法で算出されてもよい。例えば、画像データから得られた外形線からそれぞれ２点を検出し、この２点からの法線の交点を半導体ウェーハの中心とすることも可能である。

また、上記した実施の形態においては、半導体ウェーハの中心位置から外周縁部までの距離の局所的な変化が求められることで、オリエンテーションフラットの形成位置が算出される構成としたが、この構成に限定されるものではない。オリエンテーションフラットの形成位置は、半導体ウェーハの画像データに基づいて算出されれば、どのような方法で算出されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、撮像部が半導体ウェーハの全体を撮像範囲に収めるように配置される構成としたが、この構成に限定されるものではない。撮像部は、半導体ウェーハの全体の画像データを取り込むことが可能であればよく、複数の画像データを合成して半導体ウェーハの全体の画像データを生成する構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、算出部が制御部の一部で構成されたが、この構成に限定されるものではない。算出部は、制御部とは別に設けられていてもよい。

また、上記した実施の形態においては、半導体ウェーハの向きを規定する異形状部としてオリエンテーションフラットを例示して説明したが、この構成に限定されるものではない。半導体ウェーハの外周縁部において半導体ウェーハの向きを特定可能なものであればよく、オリエンテーションフラットの代わりにノッチでもよい。

また、上記した実施の形態においては、チャックテーブルの回転量を制御して半導体ウェーハの向きとチャックテーブルの向きを合わせる構成としたが、この構成に限定されるものではない。半導体ウェーハの向きとチャックテーブルの向きを合わせることができる構成であればよく、例えば、ウェーハ供給部側で向きを合わせる構成としてもよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、簡易な装置構成にして製造コストを低減させることができると共に、保持手段に対して半導体ウェーハを所望の向きおよび位置に位置付けた状態で搬入することができるという効果を有し、特に、半導体ウェーハを研削加工する際に保持手段に対し半導体ウェーハを所定の向きおよび位置に位置付ける研削装置に有用である。

１研削装置
２基台
３チャックテーブル（保持手段）
４研削ユニット（研削加工手段）
１４検出部（検出手段）
１６、６３ウェーハ供給部（搬入手段）
２３制御部（算出部）
２７吸着面
３５仮置きテーブル（支持部）
３６撮像部
３７、６２発光面
３８支持アーム
４１回動軸
４２旋回アーム
４３、６４吸着保持部
５９研削ホイール
６１調整用のプレート
６５貫通孔
６６オリエンテーションフラット
Ｗ半導体ウェーハ（ワーク）

Claims

円形を呈し円弧の一部をフラットに切り欠いたオリエンテーションフラットを有するウェーハを、鉛直方向を回転軸として回転可能に保持する保持手段と、
前記保持手段に保持されたウェーハを研削加工する研削加工手段と、
前記保持手段にウェーハを搬入する搬入手段と、を有する研削装置であって、
前記保持手段にウェーハを搬入する前に円形を呈したウェーハの円の中心位置と前記オリエンテーションフラットの位置とを検出する検出手段を有し、
前記検出手段は、
ウェーハを支持する支持部と、
前記支持部に支持されたウェーハの全体が撮像範囲に含まれるように配置された撮像部と、
前記撮像部で撮像したデータを処理して前記中心位置と前記オリエンテーションフラットの位置を算出する算出部と、を有し、
前記搬入手段は、
前記算出部で算出した前記中心位置に基づいて前記中心位置が前記保持手段上の所望の位置へ位置づけられる様にウェーハを搬入し、
前記保持手段は、
前記算出部で算出した前記オリエンテーションフラットの位置に基づいて前記オリエンテーションフラットが前記保持手段上で所定の向きに位置づけられる様に前記保持手段の向きを調整し、前記ウェーハが前記保持手段に受け渡されることを特徴とする研削装置。
前記算出部は、前記撮像部で撮像したデータからウェーハの仮の中心位置を算出し、前記仮の中心位置からウェーハの外周位置までの距離に基づいて前記オリエンテーションフラットの仮の位置を算出し、前記オリエンテーションフラットの前記仮の位置を避けたウェーハの外周位置に基づいてウェーハの前記中心位置を算出し、前記中心位置からウェーハの前記外周位置までの距離に基づいて前記オリエンテーションフラットの位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の研削装置。