JP2006086240A - 半導体基板の平面研削・研磨装置および研削・研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フットプリント面積に対する半導体基板のスル−プットが縮減できる半導体基板の平面研削・研磨装置の提供。
【解決手段】 ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７、粗研削ステ−ジ１８、仕上研削ステ−ジ２０および研磨ステ−ジ２２を構成する一対の真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂ８組み３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０を同心円３４ｂ上に備えるインデックス回転テ−ブル３４に半導体基板を載せ、１台の研削砥石で同時に２枚の半導体基板を研削加工するに真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸３６ｃを傾斜させて研削加工を行い、研磨加工時は、研磨パッド５６の平面と半導体基板の裏面が平行となるように真空チャックのスピンドルを傾斜させないで研磨を行う。砥石の切刃が半導体基板面に摺擦する面積が小さいので、基板の焼けが防止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体基板に焼けや破損を引き起こすことなく２枚の半導体基板の絶縁層を同時にｉ台のカップホイ−ル型砥石で平面研削し、更に研磨パッドで同時に研磨して鏡面に仕上げる平面加工装置および平面加工方法に関する。

半導体基板を研削する方法として、ロ−ド／アンロ−ドステ−ジＡ、第１粗研削ステ−ジＢ、第２仕上研削ステ−ジＣおよび研磨ステ−ジＤに区画した一台のインデックス回転テ−ブルに小径の半導体基板５枚を真空チャックできる基板ホルダ−テ−ブル４組みを前記インデックス回転テ−ブルの軸心に対し同一円周上に等間隔で配設した平面研削・研磨装置を用い、各基板ホルダ−テ−ブルに対してインデックス回転テ−ブルの９０度の回転に伴うそれぞれのステ−ジで搬送ロボットによる半導体基板のロ−ディング、粗研削平砥石による基板裏面の粗研削加工、仕上研削平砥石による基板裏面の仕上研削加工、研磨パッドによる鏡面研磨加工および搬送ロボットによるアンロ−ディングの処理を順次行うことは知られている。この平面研削・研磨装置では、粗研削平砥石、仕上研削平砥石および研磨パッドのそれぞれの直径は、基板ホルダ−テ−ブルの直径より大きいものが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。

半導体基板の直径が２００ｍｍ（８インチ）と大きくなり、インデックス回転テ−ブルに設けられた４組みの基板ホルダ−テ−ブル上にはそれぞれ１個の半導体基板が載置され、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石および研磨パッドが備えられた平面加工装置が提案された。図４および図５に示すように、この平面加工装置１０は、ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７、粗研削ステ−ジ１８、仕上研削ステ−ジ２０および研磨ステ−ジ２２に区画した一台のインデックス回転テ−ブル３４に半導体基板１枚を真空チャックできる基板ホルダ−テ−ブル４組み３２，３６，３８，４０を前記インデックス回転テ−ブル３４の軸心に対し同一円周上に等間隔で配設した平面研削・研磨装置１０であり、粗研削砥石４６、仕上研削砥石５４および研磨パッド５６の直径は基板ホルダ−テ−ブルの直径の１〜１．３倍寸法である（例えば、特許文献２参照。）。

図４および図５に示す平面研削・研磨装置１０おいて、手前より２６，２６はロ−ドポ−ト（収納カセット）とアンロ−ドポ−ト（収納カセット）、１４はカセット収納ステ−ジ、２８は半導体基板、１２はベ−ス、１６は基板アライメントステ−ジ、２３は研磨パッド洗浄ステ−ジ、２４は洗浄ステ−ジ、３０は天井吊り搬送用ロボット、５８は走行レ−ル、９７は搬送用ロボット、３４はインデックス回転テ−ブル、３７はインデックス回転テ−ブルのスピンドル軸、３２，３６，３８，４０は基板ホルダ−テ−ブル、２３は研磨パッド洗浄器、２７は研磨パッドドレッシングステ−ジである。

かかる平面研削・研磨装置１０を用いて半導体基板２８裏面の研削および研磨を行う工程は、カセット収納ステ−ジ１４にあるロ−ドポ−ト２６に収納されている半導体基板２８一枚を天井吊り搬送用ロボット３０のハンド３１で吸着把持し、これを基板アライメントステ−ジ１６へ搬送し、そこで半導体基板２８の位置合わせを行う。位置合わせ後、再び半導体基板２８は、前記搬送用ロボット３０のハンド３１に吸着把持された後、インデックス回転テ−ブル３４のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７位置の真空チャック３２上に搬送され、その真空チャック３２に吸着保持される。

ついで、インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転し、半導体基板２８を載置している真空チャック３２を第１粗研削ステ−ジ１８の真空チャック３６位置へ導き、そこで、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を回転させ、下降させて半導体基板裏面を切込研削加工し、半導体基板の厚みを所望の厚み近傍（例えば、１００〜２５０μｍ、あるいは３０〜１２０μｍ）としたら粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６は上昇され、半導体基板裏面より遠ざけられる。

粗研削加工された半導体基板２８は、インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることにより第２仕上研削ステ−ジ２０の真空チャック３８位置へと移動され、そこで、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４を回転させ、下降させて半導体基板裏面を１０〜２０μｍ程度の厚みを切込研削加工し、半導体基板の厚みを所望の厚み近傍（例えば、８０〜２２０μｍ、あるいは２０〜１００μｍ）としたら仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４は上昇され、半導体基板裏面より遠ざけられる。

仕上研削加工された半導体基板２８は、インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることにより研磨ステ−ジ２２のチャック４０位置へと移動され、そこで、回転する研磨パッド５６を振り子方向に往復揺動させることにより仕上研削された基板面が研磨されて研削ダメ−ジのある５〜１０μｍ厚み量が取り去られ、鏡面に仕上げられた後、研磨パッド５６は半導体基板裏面より遠ざけられる。

鏡面研磨加工された半導体基板２８は、インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることによりロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７の最初の真空チャック３２位置へと戻され、搬送用ロボット９７の吸着パッドに吸着された後、洗浄ステ−ジ２４へ搬送され、そこで研削・研磨加工面を洗浄され、乾燥される。ついで、前記搬送用ロボット９７の吸着パッドに再び吸着された後、アンロ−ドポ−ト２６に搬送され、カセット２６内に収納される。

上記各々のインデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させた後、各ステ−ジでは半導体基板のロ−ディングおよびアンロ−ディング、粗研削加工、仕上研削加工、研磨加工が行われる。また、研磨パッド洗浄ステ−ジ２３では研磨パッド５６の洗浄が行われ、研磨パッドドレッシングステ−ジ２７では洗浄された研磨パッド５６のドレス加工およびチャッククリ−ナ４２により基板チャック面の洗浄行われる。

研削に使用されるカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石は、加工メ−カ−により異なるが、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６として砥番が３６０メッシュのカップホイ−ル型砥石を、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４として砥番が１，５００メッシュのカップホイ−ル型砥石を用いて基板裏面を平坦に研削するか、粗研削砥石として砥番が３２５メッシュのカップホイ−ル型砥石を、仕上研削砥石として砥番が２，０００メッシュのカップホイ−ル型砥石を用いて基板裏面を平坦に研削しているのが実情である。

また、この研削加工時、半導体基板の焼けを防止するため、砥石スピンドルを若干半導体基板面に対し若干傾斜（基板面に対する砥石スピンドル軸の角度は８５．００〜８９．０５度、よって、傾斜角度は０．０５〜５．００度）して切込研削加工させ、研削終了時に向かってこの傾斜角度を暫時小さくし、研削終了時には傾斜角度を０度近傍としているのが実情である（例えば、特許文献３、および特許文献４参照。）。
特開昭６０−７６９５９号公報 特開２０００−２５４８５７号公報 特開平１０−３１５１０３号公報 特開平１１−３０９６５３号公報

半導体基板の直径が従来の６インチ、８インチ（２００ｍｍ）から現在の１２インチ（３００ｍｍ）、次世代用の１６インチ（４５０ｍｍ）と拡径し、その厚みも２０〜１２０μｍの極薄のものが望まれるにつれ、および、半導体基板上に積層されるプリント配線層が３〜７層と高層化されるにつれ、１枚の半導体基板裏面をより平坦化できる研削・研磨するインデックス回転テ−ブル、複数のチャックテ−ブルを用いる研削・研磨装置であって、スル−プット時間が短く、かつ、平面加工装置のフットプリント（設置面積）がより小さい平面研削・研磨装置の出現が半導体素子の前加工工程メ−カ−より望まれている。

本発明者等は、特許文献１の複数の半導体基板裏面を同時に研削・研磨加工する技術を特許文献２に記載のカップホイ−ル型砥石を用いる技術と結合すれば、フットプリントの面積の増加は若干あっても、フットプリント面積当たりのスル−プット時間は短縮されることに着目し、カップホイ−ル型砥石で同時に２枚の半導体基板裏面を研削し、ついで、研磨パッドで半導体基板裏面を研磨する研削・研磨装置を試作し、基板裏面の平面加工を試みたが、研削時点で半導体基板の裏面に焼けを生じ、基板を搬送ロボットで搬送している途中で基板が破損する欠陥があることが見出された。

本発明は、カップホイ−ル型砥石で同時に２枚の半導体基板裏面を研削、研磨パッドで半導体基板裏面を研磨することが可能なインデックス回転テ−ブル、複数のチャックテ−ブルを備える研削・研磨装置であって、研削時の半導体基板裏面の焼けが防止され、搬送ロボットによる半導体基板搬送時に基板の破損のない基板の平面加工（研削・研磨）装置および半導体基板裏面の研削・研磨方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、カセット収納ステ−ジ１４、左右に移動可能な天井吊り搬送用ロボット３０、基板アライメントステ−ジ１６、基板洗浄ステ−ジ２４、パッドを支持するア−ム８１ａが左右に移動可能なロ−ディング吸着パッド８１、パッドを支持するア−ム８２ａが左右に移動可能なアンロ−ディング吸着パッド８２、ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７、粗研削ステ−ジ１８、仕上研削ステ−ジ２０および研磨ステ−ジ２２に区画した一台のインデックス回転テ−ブル３４、前記ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７、粗研削ステ−ジ１８、仕上研削ステ−ジ２０および研磨ステ−ジ２２を構成する位置へ一対の真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを備えるホルダ−テ−ブル８組み３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０を前記インデックス回転テ−ブル３４の軸心に対し同一円周上に等間隔で配設した基板真空チャック機構３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０、前記真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂ８組みのスピンドル軸を半導体基板裏面の垂直面に対し傾斜可能な傾斜調整機構９０、スピンドル軸傾斜コントロ−ラ９１、前記ホルダ−テ−ブル３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０を構成する真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのテ−ブル直径の２．０〜２．６倍寸法の直径を有する粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６および仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４、および、前記真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂ上に保持された半導体基板裏面を半導体基板の半径の１．２５〜１．５０倍の直径を有する研磨パッド５６，５６一対を左右方向に揺動させながら摺擦する研磨手段、とを備える基板の平面研削・研磨装置１０を提供するものである。

請求項２の発明は、半導体基板裏面を次の工程を経て研削・研磨する方法を提供するものである。
１）．カセット収納ステ−ジ１４より天井吊り搬送用ロボット３０のハンドで半導体基板２８を基板アライメントステ−ジ１６へ搬送し、半導体基板２８の位置合わせを行う。
２）．基板アライメントステ−ジ１６上の位置合わせされた半導体基板２８裏面をロ−ディング吸着パッド８１で吸着し、インデックス回転テ−ブル３４のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７位置の真空チャックＨ_ａ上に搬送し、該真空チャック上に半導体基板２８裏面を上向きにして載置し、真空固定する。
３）.前記１）と２）の工程を繰り返し、インデックス回転テ−ブル３４のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７の真空チャックＨ_ｂ上に搬送し、該真空チャック上に半導体基板２８裏面を上向きにして載置し、真空固定する。
４）．半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸を傾斜調整機構９０で傾斜させる。
５）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転し、半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを粗研削ステ−ジ１８へ導き、そこで、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を回転させ、下降させて半導体基板裏面の切込研削加工を開始し、真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸の傾斜角度を暫時小さくしつつ切込研削加工を行って半導体基板の厚みを所望の厚みとしたら粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を上昇して半導体基板裏面より遠ざける。
６）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることにより半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを第２仕上研削ステ−ジ２０のチャック位置へと移動させ、そこで粗研削加工された半導体基板２８を仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４を回転させ、下降させて半導体基板裏面の切込研削加工を開始し、真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸の傾斜角度を暫時小さくしつつ切込研削加工を行って半導体基板裏面を切込研削加工し、半導体基板の厚みを所望の厚みとしたら仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４を上昇して半導体基板裏面より遠ざける。
７）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度、または逆時計回り方向へ２７０度回転させることにより鏡面研磨加工された半導体基板２８を最初のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７のチャック位置へ戻し、そこで半導体基板の研削・研磨加工面を洗浄し、次いで、搬送パッド８２の吸着パッドに半導体基板を吸着した後、スピナ２３へ搬送し、そこで半導体基板の乾燥を行う。

一対の半導体基板裏面を１台のカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石で研削する際、真空チャックを軸承するスピンドル軸が若干傾斜されることにより各々の半導体基板も若干傾斜されて保持されるため、カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石の砥石切刃が一対の半導体基板と接触する部分も限られるので研削時の基板の焼けが防止される。研磨する際は、真空チャックを軸承するスピンドル軸の傾斜をなくして半導体基板裏面に対し研磨パッド面が平行となるようにして研磨を行うので半導体基板の焼けや搬送時の基板の破損が防止できる。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は研削・研磨装置装置の平面図、図２は図１においてＩ−Ｉ線方向から見た研削・研磨装置装置の正面図、および図３は一対の真空チャック上の半導体基板とダイヤモンドカップホイ−ル型砥石の切刃との相対位置を示す図である。

図１、図２および図３に示す半導体基板の裏面用研削・研磨装置１０において、１２はベ−ス、１３は電線や用役管等が内臓されている支柱、１４はカセット収納ステ−ジ（２６，２６はロ−ドポ−ト）で、このステ−ジ１４面が平面研削・研磨装置１０の正面側となる。１６は基板アライメントステ−ジ、２３はスピナ、３０は天井吊り搬送用ロボットでベ−ス１２より起立して設けられたレ−ル５８を走行する。８１はロ−ディング吸着パッドで、パッドを支持するア−ム８１ａの支持軸８１ｂ回りに回動可能で、前記基板アライメントステ−ジ１６の半導体基板を吸着し、ア−ム８１ａを回動させてインデックス回転テ−ブル３４上のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７位置にある真空チャック（Ｈ_ａ）３２上に半導体基板を搬送する。このロ−ディング吸着パッド８１の支持軸８１ｂは矢印８１ｃで示す左右方向に移動可能に設置され、前記基板アライメントステ−ジ１６の半導体基板を吸着パッド８１で吸着し、右方向に支持軸８１ｂを移動させた後、ア−ム８１ａを回動させてインデックス回転テ−ブル３４上のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７位置にある真空チャック（Ｈ_ｂ）３２上に半導体基板を搬送する。

３４はインデックス回転テ−ブルで、ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７、粗研削ステ−ジ１８、仕上研削ステ−ジ２０、研磨ステ−ジ２２に壁３４ａで区画されている。このインデックス回転テ−ブル３４は半導体基板１枚を真空チャックできる一対の真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを備える基板ホルダ−テ−ブル８組み（３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０）を前記インデックス回転テ−ブル３４のスピンドル軸心３７に対し同一円周上に等間隔で配設している。このスピンドル軸３７はサ−ボモ−タＭ_１により回転される。

インデックス回転テ−ブル３４のスピンドル軸３７をサ−ボモ−タＭ_１により９０度時計回り方向に回転させるとロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７上の半導体基板は、粗研削ステ−ジ１８へと移動される。粗研削ステ−ジ１８は、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を有する砥石頭４６ａを空気軸受し、砥石軸を回転させるサ−ボモ−タＭ_６と、前記砥石頭を固定する取付板４６ｂと、これの裏面を螺合板４６ｆを介してボ−ルネジ４６ｇに螺合し、サ−ボモ−タＭ_２の回転運動を受けて取付板４６ｂをレ−ル４６ｃ上に滑走させる駆動機構および、一対の真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂよりなる。

この粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６および後述する仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４の直径は、基板ホルダ−テ−ブルを構成する真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂテ−ブル直径の２．０〜２．６倍寸法である。図１に示すように、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６および後述する仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４の切刃Ｄは、基板ホルダ−テ−ブルを構成する一対の真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂテ−ブル上に真空固定された半導体基板の中心点を通過するよう位置される。

インデックス回転テ−ブル３４のスピンドル軸３７をサ−ボモ−タＭ_１により９０度時計回り方向に回転させると粗研削ステ−ジ１８上の半導体基板は、仕上研削ステ−ジ２０へと移動される。仕上研削ステ−ジ２０は、砥石の砥番、気孔率、結合材等が異なる他は粗研削ステ−ジ１８と同じ構成を有し、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石３８を有する砥石頭の砥石軸を回転させるモ−タと、前記砥石頭を固定する取付板と、螺合体を介して取付板をボ−ルネジに螺合し、サ−ボモ−タの回転運動を受けて取付板をレ−ル上に滑走させる駆動機構、および、一対の真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂよりなる。

研削に使用されるカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石は、既存の加工メ−カ−が使用している粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６として砥番が３６０メッシュのカップホイ−ル型砥石を、仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４として砥番が１，５００メッシュのカップホイ−ル型砥石の組み合わせ、あるいは、粗研削砥石として砥番が３２５メッシュのカップホイ−ル型砥石を、仕上研削砥石として砥番が２，０００メッシュのカップホイ−ル型砥石の組み合わせでもよいが、半導体基板の径が３００ｍｍ以上で厚みが２０〜１２０μｍと薄物の場合は、粗研削砥石として砥番（ＪＩＳ一般砥粒粒度）が３２０番〜３６０番、結合度がＪまたはＬの軟、集中度が６０〜８０、気孔率０％、レジンボンドのカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を用い、仕上研削砥石として砥番が２，０００番〜２，５００番、集中度が１２０〜１６０、気孔率８〜１２％、レジンボンドのカップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を用いるのが好ましい。ダイヤモンド砥粒としては、天然ダイヤモンド（Ｄ）、合成ダイヤモンド（ＳＤ）、または金属被覆合成ダイヤモンド（ＳＤＣ）が用いられる。

カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６，５４は、台金の下面外周縁に砥石切刃Ｄが２０〜３０ｍｍの間隔を置いて環状に並べられたものであり、台金は研削頭４６ａの取付板に取り付けられている。砥石切刃Ｄの刃幅は２〜４ｍｍ、扇部の中心線刃長さは５〜１０ｍｍ、高さは４〜１０ｍｍが好ましい。

砥石の粒度は、数字が小さいほうが砥粒のサイズは大きくなり、３２０番（＃３２０）の平均粒径は４０μｍ、２，０００番（＃２，０００）の平均粒径は８μｍである。結合度は結合材が砥粒を保持する強度を表し、アルファベッド文字２６種類に分けられており、ＪおよびＬは軟の部類である。集中度は、砥粒層中に砥粒がどれだけ含有されているかを表す指標で砥粒率が容積％で２５％（４．４ｃｔ／ｃｍ³）を集中度１００と定義したものである。

気孔率は、その値が大きいほど研削屑の排出が良好、目詰りし難い、大量の研削液を研削点に供給できるので砥石や基板の温度上昇を抑制できる。しかし、ダイヤモンドレジンボンド砥石はビトリファイドボンド砥石やメタルボンド砥石と比較して一般にヤング率が低く、破壊靭性も低いので通常は気孔率が０％のものが使用されてきたが、初頭で既述したように最近、気孔率が低い（５％）ものも市販され利用されるようになっている。本発明の基板の研削では、粗研削では気孔率が０％のダイヤモンドレジンボンド砥石を用い、硬い酸化珪素や窒化ケイソのような絶縁層の研削を行い、仕上研削では従来のレジンボンド仕上砥石よりも更に気孔率を８〜１２％と高めたダイヤモンドレジンボンド砥石を用い、基板および砥石の温度上昇を抑制し、基板の焼け、破損を防止する。

図３に示すように、真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂは、ポ−ラスセラミック板３６ａまたは穿孔３６ｂされた吸着板３６ａを中空スピンドル３６ｃで軸承し、この中空スピンドルに気体供給管３６ｄをロ−タリ−ジョイント３６ｅを介して内蔵、および、液体供給管３６ｆをロ−タリ−ジョイント３６ｇを介して内蔵させている。気体供給管３６ｄの先は三方コック３６ｈを介し、真空ポンプとコンプレッサに接続されている。液体供給管３６ｆの先は開閉コック３６ｉを介して液体ポンプに連結されている。真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂの傾斜調整機構９０は、例えばスイベル軸９０ａ回りをスピンドル３６ｃがピボット９０ｅ式に旋回可能に固定され、油圧−油流調整シリンダ９０ｂのロッド９０ｃでスイベル軸を傾斜させる。コントロ−ラ９１の指示で傾斜角度に応じた油圧が油圧−油流調整シリンダ９０ｂに指示され、それに応じた油流が出力され、ロッドがスイベル軸を回転させ、スピンドル軸を傾斜させる。傾斜調整機構９０は、スピンドル軸をスイベルドラムにより基準軸を中心にして旋回するようにし、スピンドル軸に対し傾斜するように設けた回転台にスピンドルを固定した構造のものであってもよい。

前記中空スピンドル３６ｃはサ−ボモ−タＭ_７により回転駆動される。真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂ一対は、支持柱３６で対称に支持され、各ステ−ジ１７，１８，２０および２２において基板ホルダ−３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０を構成するこれら真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを支持する４本の支持柱３６ｋは、インデックス回転テ−ブル３４を軸承するスピンドル軸３７下部位置でフレ−ムにより結合され、これら８組みの真空チャックの中心がスピンドル軸３７の軸に対し同心円３４ｂ上にあるように設置されている。

インデックス回転テ−ブル３４を軸承するスピンドル軸３７をサ−ボモ−タＭ_１により９０度時計回り方向に回転させると仕上研削ステ−ジ２０上の半導体基板は、研磨ステ−ジ２２へと移動される。研磨ステ−ジ２２は、研磨パッド５６を備える研磨ヘッド５６ａのスピンドル軸５６ｂを回転駆動させるモ−タＭ_３と、スピンドル軸５６ｂを上下方向に昇降させる油圧シリンダ５６ｄと、スピンドル軸５６ｂをレ−ル５６ｃ上に左右方向に滑走させるモ−タＭ_５と、研磨パッド５６が右側へと後退された際、その研磨布表面をドレッシングするドレッサ２７、および、一対の真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂよりなる。研磨パッド５６の直径は、真空チャックに保持される半導体基板半径の１．２５〜１．５０倍の直径を有する。

インデックス回転テ−ブル３４のスピンドル軸３７をサ−ボモ−タＭ_１により９０度時計回り方向に、または２７０度逆時計回り方向に回転させると研磨ステ−ジ２２上の半導体基板は、最初のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７へと移動される。

ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７へ移動された半導体基板は、真空チャックを回転させながらその研磨面を洗浄ステ−ジ２４の基板洗浄ブラシ２４ａにより洗浄される。

洗浄ステ−ジ２４は、前記基板洗浄ブラシ２４ａとセラミック製チャッククリ−ナ２４ｂを１枚の固定板に取り付け、この固定板を天井に前後方向に移動、上下方向に昇降可能に取り付けた兼用洗浄クリ−ナ、半導体基板テ−プ面洗浄および研磨パッド５６面洗浄を兼ねる兼用洗浄ブラシ２４ｃ、必要により付加される前後方向に移動可能に取り付けられた半導体基板裏面洗浄ブラシ２４ｄよりなる。

ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７で洗浄された半導体基板は、その洗浄面をアンロ−ディング吸着パッド８２に吸着され、前記兼用洗浄ブラシ２４ｃを経由してスピナ２３上へと搬送され、そこでスピン乾燥される。アンロ−ディング吸着パッド８２は、パッドを支持するア−ム８２ａの支持軸８２ｂ回りに回動可能に取り付けられ、この支持軸８２ｂは前記ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７手前のベ−ス１２上に左右方向に移動可能に設置される。このアンロ−ディング吸着パッド８２の支持軸８２ｂは矢印８２ｃで示す左右方向に移動可能に設置されている。

前記スピナ２３は基板アライメント機能を備える。スピン乾燥している間にアンロ−ディング吸着パッド８２は逆方向に回動され、兼用洗浄ブラシ２４ｃに接触してパッド面を洗浄され、待機位置へと戻される。一方、ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７の真空チャック３２は空であるのでチャッククリ−ナ２４ｂを前進させ、回転および下降させて真空チャックテ−ブルを摺擦し、真空チャックを洗浄する。洗浄後、チャッククリ−ナ２４ｂは上昇され、ついで待機位置へ後退される。

必要により洗浄ブラシ２４ｄを後退させて前記スピナ２３上でスピン乾燥された半導体基板の研磨面を洗浄し、スピン乾燥させ、ついで待機位置へと洗浄ブラシ２４ｄを前方向へ移動させる。スピン乾燥された半導体基板を次工程（例えばマウンタ工程）へと搬送するため、レ−ル９７ａを左右に走行可能に取り付けた搬送パッド９７に吸着させ、前記レ−ル９７ａ上を右方向へと移動させて次工程へ搬送する。この搬送の途中で半導体基板のテ−プ面は補助乾燥器２３ａにより加熱または熱風を吹き付けられ、乾燥する。次工程が収納カセット２６内へ搬送する工程であるときは、搬送パッド９７の代りに搬送ロボットを用い、そのハンドに半導体基板を保持させ、収納カセット２６内へと搬送する。

ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７で洗浄された他方の真空チャック３２上半導体基板は、その洗浄面をアンロ−ディング吸着パッド８２に吸着され、前記兼用洗浄ブラシ２４ｃを経由してスピナ２３上へと搬送され、以下、前記と同様にしてスピン乾燥、補助乾燥される。

かかる半導体基板の平面加工装置１０を用いて半導体基板裏面を研削、研磨、洗浄する工程は次のように行われる。

１）．カセット収納ステ−ジ１４より天井吊り搬送用ロボット３０のハンドで半導体基板２８を基板アライメントステ−ジ１６へ搬送し、半導体基板２８の位置合わせを行う。

２）．基板アライメントステ−ジ１６上の位置合わせされた半導体基板２８裏面をロ−ディング吸着パッド８１で吸着し、インデックス回転テ−ブル３４のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７位置の真空チャックＨ_ａ上に搬送し、該真空チャック上に半導体基板２８裏面を上向きにして載置し、真空ポンプを作動させて真空固定する。

３）.前記１）と２）の工程を繰り返し、インデックス回転テ−ブル３４のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７の真空チャックＨ_ｂ上に搬送し、該真空チャック上に半導体基板２８裏面を上向きにして載置し、真空固定する。

４）．半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸を傾斜調整機構９０で０．２０〜１．０度傾斜させる。

５）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転し、半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを粗研削ステ−ジ１８へ導き、そこで、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を回転させ、下降させて半導体基板裏面の切込研削加工を開始し、真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸の傾斜角度を暫時（連続的または間歇的に）小さくしつつ（０．１５〜０．３５度へ）切込研削加工を行って半導体基板の厚みを所望の厚み近傍としたら粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を上昇させて半導体基板裏面より遠ざける。

６）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることにより半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを仕上研削ステ−ジ２０のチャック位置へと移動させ、そこで粗研削加工された半導体基板２８を仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４を回転させ、下降させて半導体基板裏面の切込研削加工を開始し、真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸の傾斜角度を暫時傾斜調整機構を利用して小さくしつつ（０．００〜０．０２度へ）切込研削加工を行って半導体基板裏面を１０〜２０μｍ程度の厚みを切込研削加工し、半導体基板の厚みを所望の厚みとしたら仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４を上昇して半導体基板裏面より遠ざける。

７）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度、または逆時計回り方向へ２７０度回転させることにより鏡面研磨加工された半導体基板２８を最初のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７のチャック位置３２，３２へ戻し、そこで半導体基板の研削・研磨加工面を基板洗浄ブラシ２４ｄを用いて洗浄し、次いで、搬送パッド８２の吸着パッドに半導体基板を吸着した後、真空チャックテ−ブル下部の真空を止め、ついで、コンプレッサを開放して真空チャックテ−ブル下部より加圧空気を供給して半導体基板のチャック離れを容易とする。その後、搬送パッド８２をスピナ２３上方へ導き、半導体基板の研削・研磨面を上にしてスピナ上に載置し、そこで半導体基板の乾燥を行う。

半導体基板の乾燥が終了したら補助洗浄器２４ｄで半導体基板の研磨面を洗浄し、再びスピン乾燥し、ついで、搬送パッド９７で次工程のステ−ジへと研磨・洗浄された半導体基板を搬送する。この間に、搬送パッド８２をロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７上に移動し、そこで別の半導体基板をパッドに吸着した後、真空チャックテ−ブル下部の真空を止め、ついで、コンプレッサを開放して真空チャックテ−ブル下部より加圧空気を供給して半導体基板のチャック離れを容易とし、その後、搬送パッド８２をスピナ２３上方へ導き、半導体基板の研削・研磨面を上にしてスピナ上に載置し、そこで半導体基板の乾燥を行う。

以下、インデックス回転テ−ブル３４が９０度、または２７０度回転される節、各々の加工ステ−ジで半導体基板のロ−ディング／アンロ−ディング、粗研削加工、仕上研削加工、研磨加工、洗浄、乾燥が行われる。

本発明の半導体基板の裏面研削・研磨方法は、インデックス回転テ−ブル３４を軸承するスピンドル軸３７の回動の節、同時に２枚の半導体基板を各ステ−ジで加工することができ、しかもインデックス回転テ−ブルを利用することにより連続して加工でき、平面加工装置１０の設置面積に対し１枚当りの加工時間（スル−プットの時間）が短縮できる。しかも、研削時は、半導体基板の平面に対し、砥石切刃が傾斜して摺擦するため、研削焼けが半導体基板の研削面に生じない利点を有する。

半導体基板裏面の研削・研磨装置装置の平面図である。 図１においてＩ−Ｉ線方向から見た研削・研磨装置装置の正面図である。 一対の真空チャック上の半導体基板とダイヤモンドカップホイ−ル型砥石の切刃との相対位置を示す図である。 半導体基板裏面の平面加工装置の斜視図である。（公知） 半導体基板裏面の平面加工装置の平面図である。（公知）

符号の説明

１０ 平面研削・研磨装置
１２ ベ−ス
Ｈａ 真空チャック
Ｈｂ 真空チャック
１４ カセット収納ステ−ジ
１７ ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ
１８ 粗研削ステ−ジ
２０ 仕上研削ステ−ジ
２２ 研磨ステ−ジ
２４ 洗浄ステ−ジ
２６ 収納カセット（ロ−ドポ−ト）
３２，３６，３８，４０ 基板ホルダ−（真空チャック）
４６ 粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石
５４ 仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石
５６ 研磨パッド
９０ 傾斜調整機構

Claims (2)

1. カセット収納ステ−ジ１４、左右に移動可能な天井吊り搬送用ロボット３０、基板アライメントステ−ジ１６、基板洗浄ステ−ジ２４、パッドを支持するア−ム８１ａが左右に移動可能なロ−ディング吸着パッド８１、パッドを支持するア−ム８２ａが左右に移動可能なアンロ−ディング吸着パッド８２、ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７、粗研削ステ−ジ１８、仕上研削ステ−ジ２０および研磨ステ−ジ２２に区画した一台のインデックス回転テ−ブル３４、前記ロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７、粗研削ステ−ジ１８、仕上研削ステ−ジ２０および研磨ステ−ジ２２を構成する位置へ一対の真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを備えるホルダ−テ−ブル８組み３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０を前記インデックス回転テ−ブル３４の軸心に対し同一円周上に等間隔で配設した基板真空チャック機構３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０、前記真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂ８組みのスピンドル軸を半導体基板裏面の垂直面に対し傾斜可能な傾斜調整機構９０、スピンドル軸傾斜コントロ−ラ９１、前記ホルダ−テ−ブル３２，３２，３６，３６，３８，３８，４０，４０を構成する真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのテ−ブル直径の２．０〜２．６倍寸法の直径を有する粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６および仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４、および、前記真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂ上に保持された半導体基板裏面を半導体基板の半径の１．２５〜１．５０倍の直径を有する研磨パッド５６，５６一対を左右方向に揺動させながら摺擦する研磨手段、とを備える基板の平面研削・研磨装置１０。
2. 半導体基板裏面を次の工程を経て研削・研磨する方法。
   １）．カセット収納ステ−ジ１４より天井吊り搬送用ロボット３０のハンドで半導体基板２８を基板アライメントステ−ジ１６へ搬送し、半導体基板２８の位置合わせを行う。
   ２）．基板アライメントステ−ジ１６上の位置合わせされた半導体基板２８裏面をロ−ディング吸着パッド８１で吸着し、インデックス回転テ−ブル３４のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７位置の真空チャックＨ_ａ上に搬送し、該真空チャック上に半導体基板２８裏面を上向きにして載置し、真空固定する。
   ３）.前記１）と２）の工程を繰り返し、インデックス回転テ−ブル３４のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７の真空チャックＨ_ｂ上に搬送し、該真空チャック上に半導体基板２８裏面を上向きにして載置し、真空固定する。
   ４）．半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸を傾斜調整機構９０で傾斜させる。
   ５）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転し、半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを粗研削ステ−ジ１８へ導き、そこで、粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を回転させ、下降させて半導体基板裏面の切込研削加工を開始し、真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸の傾斜角度を暫時小さくしつつ切込研削加工を行って半導体基板の厚みを所望の厚みとしたら粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石４６を上昇して半導体基板裏面より遠ざける。
   ６）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度回転させることにより半導体基板２８を載置している真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂを第２仕上研削ステ−ジ２０のチャック位置へと移動させ、そこで粗研削加工された半導体基板２８を仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４を回転させ、下降させて半導体基板裏面の切込研削加工を開始し、真空チャックＨ_ａ，Ｈ_ｂのスピンドル軸の傾斜角度を暫時小さくしつつ切込研削加工を行って半導体基板裏面を切込研削加工し、半導体基板の厚みを所望の厚みとしたら仕上研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石５４を上昇して半導体基板裏面より遠ざける。
   ７）．インデックス回転テ−ブル３４を時計回り方向へ９０度、または逆時計回り方向へ２７０度回転させることにより鏡面研磨加工された半導体基板２８を最初のロ−ド／アンロ−ドステ−ジ１７のチャック位置へ戻し、そこで半導体基板の研削・研磨加工面を洗浄し、次いで、搬送パッド８２の吸着パッドに半導体基板を吸着した後、スピナ２３へ搬送し、そこで半導体基板の乾燥を行う。

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