JP2006075929A

JP2006075929A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2006075929A
Application number: JP2004260847A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Kuwana; 一孝桑名
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: JP4477974B2

Abstract

【課題】ターンテーブルの回転中心と研磨ホイールの回転中心を結ぶ方向の長さを短縮することができる研磨装置を提供する。
【解決手段】被加工物着脱域と研磨域に沿って回転可能に配設されたターンテーブル７と、該ターンテーブル７に配設され順次研磨域に移動せしめられる被加工物保持面を備えた少なくとも２個のチャックテーブル８と、研磨域に位置付けられたチャックテーブル８の被加工物保持面上８１に保持された被加工物８２を研磨する環状の研磨砥石を備えた研磨ホイール５を有する１個の研磨手段とを具備する研磨装置であって、研磨ホイール５の環状の研磨砥石が研磨域に位置付けられたチャックテーブル８の回転中心Ｐ２を通過するように配置され、その際チャックテーブル８の回転中心Ｐ２と研磨ホイール５の回転中心Ｐ３を結ぶ線と、チャックテーブル８の回転中心９２とターンテーブル７の回転中心Ｐ１を結ぶ線が所定の角度になるように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ターンテーブルに配設された複数個のチャックテーブルと、該チャックテーブル上に保持された被加工物を研磨域に配設された研磨手段の研磨ホイールによって研磨する研磨装置に関する。

当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、ＩＣ、ＬＳＩ等の回路が複数個形成された半導体ウエーハは、個々のチップに分割される前にその裏面を研磨装置によって研磨して所定の厚さに形成されている。半導体ウエーハの裏面を研磨する研磨装置は、被加工物着脱域と研磨域に沿って回転可能に配設されたターンテーブルと、該ターンテーブルに配設され順次研磨域に移動せしめられる複数個のチャックテーブルと、研磨域に配設され研磨域に位置付けられたチャックテーブル上に保持された被加工物を研磨する研磨ホイールを備えた研磨手段とを具備している。

上述した研磨装置においては研磨手段として通常荒研磨手段と仕上げ研磨手段を備えているが、１個の研磨手段によって研磨する研磨装置も検討されている。このような１個の研磨手段を備えた研磨装置は、図４に示すようにターンテーブル０１の回転中心P1と研磨域に位置付けられたチャックテーブ０２の回転中心P2を結ぶ線と、ターンテーブル０１の回転中心P1と研磨ホイール０３の回転中心P3を結ぶ線が同一線上となるようにレイアウトされる。

而して、上述したようにレイアウトされた研磨装置においては、ターンテーブル０１の回転中心P1と研磨ホイール０３の回転中心P3を結ぶ方向の長さが長くなる。近年、被加工物である半導体ウエーハの径は２００mmから３００mmへと大径化しており、これに伴ってターンテーブル、チャックテーブルおよび研磨ホイールの径も大径化するため、特にターンテーブルの回転中心と研磨ホイールの回転中心を結ぶ方向の長さが長くなり、研磨装置全体が大型化するという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、特にターンテーブルの回転中心と研磨ホイールの回転中心を結ぶ方向の長さを短縮することができる研磨装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物着脱域と研磨域に沿って回転可能に配設されたターンテーブルと、該ターンテーブルに配設され順次研磨域に移動せしめられる被加工物保持面を備えた少なくとも２個のチャックテーブルと、該研磨域に位置付けられた該チャックテーブルの該被加工物保持面上に保持された被加工物を研磨する環状の研磨砥石を備えた研磨ホイールを有する１個の研磨手段と、を具備する研磨装置において、
該研磨ホイールの環状の研磨砥石が該研磨域に位置付けられた該チャックテーブルの回転中心を通過するように配置され、その際該チャックテーブルの回転中心と該研磨ホイールの回転中心を結ぶ線と、該チャックテーブルの回転中心と該ターンテーブルの回転中心を結ぶ線が所定の角度になるように構成されている、
ことを特徴とする研磨装が提供される。

上記チャックテーブルの回転中心と上記研磨ホイールの回転中心とを結ぶ線と、上記チャックテーブルの回転中心と上記ターンテーブルの回転中心とを結ぶ線とのなす角度が直角に構成されていることが望ましい。
また、上記チャックテーブルの被加工物保持面は回転中心を頂点として円錐形に形成され、チャックテーブルは上記ターンテーブルに３点で支持されており、上記研磨ホイールの研磨砥石によるチャックテーブルの被加工物保持面上に保持された被加工物への加工位置がチャックテーブルを支持する３点で形成される三角形の内側に位置するように構成されていることが望ましい。

本発明による研削装置は、研磨ホイールの環状の研磨砥石が研磨域に位置付けられたチャックテーブルの回転中心を通過するように配置され、かつ、ターンテーブルの回転中心と研磨ホイールの回転中心を結ぶ線と、ターンテーブルの回転中心とチャックテーブルの回転中心を結ぶ線が所定の角度になるように構成されているので、ターンテーブルの回転中心とチャックテーブルの回転中心とを結ぶ線上に研磨ホイールを配設した場合と比べて、ターンテーブルの回転中心と研磨ホイールの回転中心とを結ぶ方向の寸法を短縮することができる。

以下、本発明に従って構成された研削装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には本発明に従って構成された研削装置の斜視図が示されている。
図示の実施形態における研削装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研磨手段としての研磨ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研磨ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット３２が取り付けられる。

スピンドルユニット３２は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング３３と、該スピンドルハウジング３３に回転自在に配設された回転スピンドル３４と、該回転スピンドル３４を回転駆動するための駆動手段としてのサーボモータ３５とを具備している。回転スピンドル３４の下端部はスピンドルハウジング３３の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状のホイールマウント４が設けられている。このホイールマウント４の下面に研磨ホイール５が取付けボルト５０によって装着される。研磨ホイール５は、環状のホイールベース５１と該環状のホイールベース５１の下面に装着された環状の研磨砥石５２とからなっており、環状のホイールベース５１がホイールマウント４の下面に取付けボルト５０によって装着される。このように構成された研磨ホイール５は、サーボモータ３５が作動すると矢印５aで示す方向に回転せしめられる。

図示の実施形態における研磨装置は、上記研磨ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研磨ユニット送り機構６を備えている。この研磨ユニット送り機構６は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド６１を具備している。この雄ねじロッド６１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材６２および６３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材６２には雄ねじロッド６１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ６４が配設されており、このパルスモータ６４の出力軸が雄ねじロッド６１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド６１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ６４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ６４が逆転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

図示の実施形態における研削装置は、上記直立壁２２の前側において装置ハウジング２の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル７を具備している。このターンテーブル７は、比較的大径の円盤状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって回転中心p1を中心として矢印７ａで示す方向に適宜回転せしめられる。また、図示しない回転駆動機構は後述する研磨作業時においてターンテーブル７を矢印７ａで示す方向と矢印７ａと反対方向に交互に僅かの回転角度だけ回動するようになっている。ターンテーブル７には、図示の実施形態の場合それぞれ１８０度の位相角をもって２個のチャックテーブル８、８が水平面内で回転可能に配置されている。このチャックテーブル８は、円盤状の基台８１とポーラスセラミック材によって円盤状に形成され吸着保持チャック８２とからなっており、吸着保持チャック８２の上面である被加工物保持面８２１上に載置された被加工物を図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持する。なお、図示の実施形態における吸着保持チャック８２の被加工物保持面８２１は、図２において誇張して示すように回転中心P2を頂点として円錐形に形成されている。この円錐形に形成された被加工物保持面８２１は、その半径をRとし、頂点の高さをHとすると、勾配（H/R）が０．００００１〜０．００１に設定さえている。このように構成されたチャックテーブル８は、図示しない回転駆動機構によって図１において矢印８aで示す方向に回転せしめられる。ターンテーブル７に配設された２個のチャックテーブル８、８は、ターンテーブル７が適宜回転することにより被加工物着脱域Ａ、加工域Ｂ、被加工物着脱Ａに順次移動せしめられる。なお、チャックテーブル８、８は、ターンテーブル７のそれぞれ後述するように３点で支持されている。

図示の研磨装置は、被加工物着脱域Ａに対して一方側に配設され研磨加工前の被加工物である半導体ウエーハWをストックする第１のカセット１１と、被加工物着脱域Ａに対して他方側に配設され研磨加工後の被加工物である半導体ウエーハをストックする第２のカセット１２と、第１のカセット１１と被加工物着脱域Ａとの間に配設され被加工物の中心合わせを行う中心合わせ手段１３と、被加工物着脱域Ａと第２のカセット１２との間に配設されたスピンナー洗浄手段１４と、第１のカセット１１内に収納された被加工物である半導体ウエーハを中心合わせ手段１３に搬出するとともにスピンナー洗浄手段１４で洗浄された半導体ウエーハを第２のカセット１２に搬送する被加工物搬送手段１５と、中心合わせ手段１３上に載置され中心合わせされた半導体ウエーハを被加工物着脱域Ａに位置付けられたチャックテーブル８上に搬送するとともに、被加工物着脱域Ａに位置付けられたチャックテーブル８上に載置されている研磨加工後の半導体ウエーハを洗浄手段１４に搬送する被加工物搬入・搬出手段１６とを具備している。なお、研磨加工前の被加工物である半導体ウエーハWは、表面に保護テープTが貼着された状態で、裏面を上側にして第１のカセット１１内に収納される。

ここで、上記ターンテーブル７とチャックテーブル８と研磨ホイール５との関係について、図３を参照して説明する。
図３に示すように、ターンテーブル７と研磨域Ｂに位置付けられたチャックテーブル８と研磨ホイール５は、ターンテーブル７の回転中心P1と研磨ホイール５の回転中心P3とを結ぶ線と、ターンテーブル７の回転中心P1とチャックテーブル８の回転中心P2とを結ぶ線が所定の角度θ(０度を含まない)を持って構成される。そして、研磨ホイール５の環状の研磨砥石５２がチャックテーブル８の回転中心P2を通過するように配置される。従って、チャックテーブル８の回転中心P2と研磨ホイール５の回転中心P3を結ぶ線と、チャックテーブル８の回転中心P2とターンテーブル７の回転中心P1とを結ぶ線とのなす角度αは、１８０度未満の所定の角度となる。図示の実施形態においては、上記角度αは、直角になるように構成されている。以上のように図示の研磨装置は、ターンテーブル７の回転中心P1と研磨ホイール５の回転中心P3とを結ぶ線と、ターンテーブル７の回転中心P1と研磨域Ｂに位置付けられたチャックテーブル８の回転中心P2とを結ぶ線が所定の角度θを持って構成されているので、図４に示すようにターンテーブル０１の回転中心P1とチャックテーブル０２の回転中心P2とを結ぶ線上に研磨ホイール０３を配設した場合と比べて、ターンテーブル７の回転中心P1と研磨ホイール５の回転中心P2とを結ぶ方向の長さを短くすることができる。

次に、上記チャックテーブル８のターンテーブル７への支持部と、研磨ホイール５の環状の研磨砥石５２によるチャックテーブル８上に保持された被加工物である半導体ウエーハWへの加工位置との関係について説明する。図示の実施形態においては、チャックテーブル８は図３においてQ1、Q2、Q3で示す３点でターンテーブル７に支持されている。上述したようにチャックテーブル８の吸着保持チャック８２の被加工物保持面８２１は、回転中心P2を頂点として円錐形に形成されている。従って、図２に示すように円錐形に形成された被加工物保持面８２１上に吸引保持された被加工物である半導体ウエーハWも、回転中心P2を頂点として円錐状となる。図２に示す実施形態においては、チャックテーブル８はその回転中心P2の軸芯が被加工物保持面８２１の勾配に対応する角度だけ研磨ホイール５の回転中心P3の軸芯に対して傾斜して配設されている。従って、被加工物保持面８２１に吸着保持された半導体ウエーハWに研磨ホイール５の環状の研磨砥石５２を接触させると、環状の研磨砥石５２による加工位置は、図３において斜線で示す領域Ｓとなる。即ち、加工位置Sは、被加工物である半導体ウエーハWの回転中心（チャックテーブル８の回転中心P2に相当する）から円錐形の外周縁に至る領域となる。図示の実施形態のおいては、環状の研磨砥石５２の加工位置Sは、上記チャックテーブル８の３個の支持点Q1、Q2、Q3で形成される三角形の内側に位置するように構成されている。従って、研磨作業時には研磨ホイール５の環状の研磨砥石５２が吸着保持チャック８２の被加工物保持面８２１上に吸引保持された半導体ウエーハWを上記加工位置Sで押圧することになるが、この加工位置Sはチャックテーブル８の３個の支持点Q1、Q2、Q3で形成される三角形の内側に位置しているので、チャックテーブル８は安定した状態に維持される。

図示の実施形態における研磨装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
第１のカセット１に収容された研磨加工前の被加工物である半導体ウエーハWは被加工物搬送手段１５の上下動作および進退動作により搬送され、中心合わせ１３に載置され６本のピン１３１の中心に向かう径方向運動により中心合わせされる。中心合わせ手段１３に載置され中心合わせされた半導体ウエーハWは、被加工物搬入・搬出手段１６の旋回動作によって被加工物着脱域Ａに位置付けられたチャックテーブル８の吸着保持チャック８２上に載置される。そして、図示しない吸引手段を作動して、半導体ウエーハWを吸着保持チャック８２上に吸引保持する。次に、ターンテーブル７を図示しない回転駆動機構によって矢印７ａで示す方向に１８０度回動せしめて、半導体ウエーハWを載置したチャックテーブル８を研磨加工域Ｂに位置付ける。

半導体ウエーハWを保持したチャックテーブル８は、研磨加工域Ｂに位置付けられると図示しない回転駆動機構によって矢印８aで示す方向に回転せしめられる。一方、研磨ユニット３の研磨ホイール５は、矢印５aで示す方向に回転せしめられつつ送り機構６によって所定量下降する。この結果、チャックテーブル８の吸着保持チャック８２上の半導体ウエーハWの裏面(上面)に研磨ホイール５の環状の研磨砥石５２が押圧され研磨加工が施される。このとき、ターンテーブル７を矢印７ａで示す方向と矢印７ａと反対方向に交互に僅かの回転角度だけ回動する。このようにターンテーブル７を往復動することにより、半導体ウエーハWの中心部に研磨残りが発生するのを防止することができる。なお、図示の実施形態においては、上述したように研磨ホイール５の回転中心P3とチャックテーブル８の回転中心P2とを結ぶ線とチャックテーブル８の回転中心P2とターンテーブル７の回転中心P1とを結ぶ線とのなす角度αが直角になるように構成されているので、上記ターンテーブル７を往復動する際にはチャックテーブル８の移動方向が研磨ホイール５の回転中心P3とチャックテーブル８の回転中心P2とを結ぶ線の方向、即ちターンテーブル７の回転中心P1を中心として回転するチャックテーブル８の回転中心P2の接線方向となるため、半導体ウエーハWの中心部の研磨が確実となる。

上述した研磨作業を実施している間に被加工物着脱域Ａに位置付けられた次のチャックテーブル８上には、上述したように研磨加工前の半導体ウエーハＷが載置される。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、半導体ウエーハWをチャックテーブル８上に吸引保持する。次に、ターンテーブル７を矢印７aで示す方向に１８０度回動せしめて、研磨加工前の半導体ウエーハＷを保持したチャックテーブル８を研磨加工域Ｂに位置付けるとともに、研磨加工された半導体ウエーハWを保持しているチャックテーブル８を被加工物着脱域Ａに戻す。

このようにして、研磨加工域Ｂに位置付けられたチャックテーブル８上に保持された研磨加工前の半導体ウエーハWには上述したように研磨ホイール５によって研磨加工が施される。一方、被加工物着脱域Ａに戻されたチャックテーブル８は、ここで研磨加工後の半導体ウエーハWの吸着保持を解除する。そして、被加工物着脱域Ａに位置付けられたチャックテーブル8上の研磨加工後の半導体ウエーハWは、被加工物搬入・搬出手段１６によってスピンナー洗浄手段１４に搬出される。スピンナー洗浄手段１４に搬送された半導体ウエーハWは、ここで裏面（研削面）および側面に付着している研削屑が洗浄除去されるとともに、スピン乾燥される。このようにして洗浄およびスピン乾燥された半導体ウエーハＷは、被加工物搬送手段１５によって第２のカセット１２に搬送され収納される。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形が可能である。即ち、図示の実施形態においてはターンテーブルに２個のチャックテーブルを配設した例を示したが、本発明はターンテーブルに３個のチャックテーブルを配設し被加工物着脱域を被加工物搬入域と被加工物搬出域に分けて配置した研磨装置にも適用することができる。

本発明によって構成された研削装置の斜視図。図１に示す研削装置に装備されるチャックテーブルと研磨ホイールとの関係を示す説明図。図１に示す研削装置に装備されるターンテーブルとチャックテーブルと研磨ホイールとの関係を示す説明図。従来の研削装置のターンテーブルとチャックテーブルと研磨ホイールとの関係を示す説明図。

符号の説明

２：装置ハウジング
３：研磨ユニット
３１：移動基台
３２：スピンドルユニット
３３：スピンドルハウジング
３４：回転スピンドル
３５：サーボモータ
４：ホイールマウント
５：研磨ホイール
５２：環状の研磨砥石
６：研磨ユニット送り機構
７：ターンテーブル
８：チャックテーブル
８１：基台
８２：吸着保持チャック
１１：第１のカセット
１２：第２のカセット
１３：中心合わせ手段
１４：スピンナー洗浄手段
１５：被加工物搬送手段
１６：被加工物搬入・搬出手段
W：半導体ウエーハ

Claims

被加工物着脱域と研磨域に沿って回転可能に配設されたターンテーブルと、該ターンテーブルに配設され順次研磨域に移動せしめられる被加工物保持面を備えた少なくとも２個のチャックテーブルと、該研磨域に位置付けられた該チャックテーブルの該被加工物保持面上に保持された被加工物を研磨する環状の研磨砥石を備えた研磨ホイールを有する１個の研磨手段と、を具備する研磨装置において、
該研磨ホイールの環状の研磨砥石が該研磨域に位置付けられた該チャックテーブルの回転中心を通過するように配置され、その際該チャックテーブルの回転中心と該研磨ホイールの回転中心を結ぶ線と、該チャックテーブルの回転中心と該ターンテーブルの回転中心を結ぶ線が所定の角度になるように構成されている、
ことを特徴とする研磨装置。
該チャックテーブルの回転中心と該研磨ホイールの回転中心を結ぶ線と、該チャックテーブルの回転中心と該ターンテーブルの回転中心を結ぶ線とのなす角度が直角に構成されている、請求項１記載の研磨装置。
該チャックテーブルの該被加工物保持面は回転中心を頂点として円錐形に形成され、該チャックテーブルは該ターンテーブルに３点で支持されており、該研磨ホイールの該研磨砥石による該チャックテーブルの該被加工物保持面上に保持された被加工物への加工位置が該チャックテーブルを支持する３点で形成される三角形の内側に位置するように構成されている、請求項１又は２記載の研磨装置。