JP2007305628A - 加工装置および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの薄化工程の後に発生するウェーハの破損を防止し、またウェーハの加工コストを抑える。
【解決手段】回転可能なインデックステーブル４１を装置ベース１０ａに配置し、その上にウェーハの裏面を上にして吸着固定するチャックテーブル４０を７つ配置する。ウェーハは、チャックテーブル４０に真空吸着された状態で、第１加工ユニット５０および第２加工ユニット７０において裏面が研削されて薄化され、その後、チャックテーブル４０に吸着固定された状態において、インデックステーブル４１が逐次回転し、ウェーハ裏面に対する研磨、洗浄、半導体チップ積層用のボンディング用接着フィルムの貼着が行われ、最後にフレームマウントユニット１１１を用いてダイシングテープの貼着が行われる。薄化工程の後に真空吸着状態を解除せずにダイシングテープの貼着が行われるので、薄化されたウェーハに応力が加わることによる破損が防止され、加工コストを下げることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハを薄化加工する加工装置に係り、特に、薄化加工の後に吸着テーブルに固定したまま半導体ウェーハの裏面にダイシングテープを貼着する装置に関する。

表面に複数の半導体デバイスを形成した半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」と略称する）は、バックグラインド工程などによって必要な厚みに仕上げる薄化工程の後にダイシングテープに貼着され、ダイシング装置によって個々の半導体チップに分割される。この際、薄化されたウェーハは、カセットなどに収納されるか搬送パッドに吸着固定されるなどしてダイシングテープを貼着するための貼着装置に移送され、そこで吸着テーブルに固定されてダイシングテープの貼着が行われる。この貼着装置については、例えば、特許文献１に記載されている。また、ウェーハの薄化のための加工装置とダイシングテープの貼着装置とを隣接して配置し、薄化工程とダイシングテープの貼着工程とを連続的に行うシステムが知られている。

特開２００３−１５２０５８

ところで、上述した技術においては、薄化工程において吸着保持されていた状態のウェーハを一旦吸着テーブルから離し、それをカセットに収納するか、搬送パッドにより貼着装置に搬送する必要がある。この際、真空吸着を解放する必要があるが、この時に薄化されたウェーハに応力が加わり、ウェーハが破損することがある。特にその厚みが５０μｍ以下となった場合、そうした傾向が顕著になる。また、薄化工程とダイシングテープの貼着工程とを連続的に行うシステムは、２つの装置を隣接して配置するので、装置の設置に必要なスペースが大きくなり、ウェーハの加工コストが高くなるという問題がある。そこで、本発明は、ウェーハの薄化工程の後に発生するウェーハの破損を防止し、またウェーハの加工コストを抑えることができる技術を提供することを目的とする。

本発明の加工装置は、半導体ウェーハを薄化するための加工装置であって、装置ベースに回転可能に設けられたインデックステーブルに配設され、ウェーハをその裏面を表出する向きに吸着固定する複数の吸着テーブルと、吸着固定されたウェーハを薄化加工する加工手段と、吸着テーブルに固定されたウェーハの裏面に、周縁部に剛性を有するダイシングフレームが貼着されたダイシングテープを貼着するウェーハマウント手段とを備えることを特徴とする。

本発明の加工装置では、インデックステーブルが回転することで、加工手段、ウェーハマウント手段の位置に吸着テーブルが逐次移動し、各手段による処理が吸着テーブル上に吸着固定されたウェーハに対して行われる。つまり、ウェーハが吸着テーブルに吸着保持されている状態で、薄化加工とダイシングテープの貼着工程が順次連続的に行われる。そして、ウェーハがダイシングテープに貼着されており、吸着テーブルからウェーハを外す際のウェーハの搬送は、ダイシングフレームを支持することで行われる。ダイシングフレームは剛性を有し、また、ダイシングテープはウェーハを面で支持しているので、ウェーハを吸着状態から開放した際、さらにその後の搬送の際に、破損にいたるような応力がウェーハに加わらない。このため、ウェーハの破損を防止することができる。

また本発明の加工装置は、インデックステーブル上に複数の吸着テーブルが配置され、インデックステーブルが回転することで、各作業が順次行われる構造であるので、異なる装置を２台並べて配置する構造に比較して、小型にすることができる。このため、工場内における設置スペースを小さくすることができ、ウェーハの加工コストを下げることができる。

ウェーハを薄化加工する加工手段としては、研削、研削と研磨の組み合わせ、化学的エッチング（ウェットエッチングやプラズマエッチング）、ケミカルメカニカルポリッシング、これらの複数の組み合わせを利用することができる。このうち、研削、あるいは研削と研磨の組み合わせは、作業効率やコストの点で優位である。

ウェーハマウント手段は、吸着テーブル上に吸着されて保持されているウェーハに、周縁部にリング状で剛性のあるダイシングフレームを貼着したダイシングテープを貼着する装置であり、ダイシングテープは、片面に粘着性を有している。

本発明の加工装置において、吸着テーブルに固定したままウェーハの裏面に、（例えばダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）等の）ボンディング用接着フィルムを貼着する貼着手段を備えることができる。この態様によれば、ウェーハを吸着テーブルに吸着させた状態において、個片化された半導体チップを基板に接着したり、ウェーハを積層したりするための粘着性樹脂をウェーハの裏面に貼着することができる。この場合もウェーハの薄化後に、その真空吸着状態を解除することなしに上記のボンディング用接着フィルムを貼着できるので、ウェーハの破損を防止することができる。

本発明の加工装置において、ウェーハマウント手段は、中央が突出した弾性部材によってダイシングテープをウェーハ裏面に押圧することが望ましい。この態様によれば、中央が突出した弾性部材によって、ダイシングテープがウェーハの裏面に対して押圧される際、ウェーハ裏面の中央から押圧が開始され、押圧が進むにつれて弾性部材が押し潰されて変形し、ウェーハの中心から周囲に向かってダイシングテープの貼着が行われる。これにより、ウェーハとダイシングテープとの間に空気が入らないようにすることができる。ウェーハとダイシングテープとの間に気泡が存在すると、後のダイシングの工程において、切断されたチップが飛散する等の事故が発生する。したがって、ウェーハとダイシングテープとの間に気泡が残らないようにすることは重要である。また、この方法は、機構がシンプルであり、動作上の信頼性が高い。また、弾性部材の変形により押圧を行うので、装置の動作に不良が発生しても、ウェーハを破損する等の事故の発生を防止することができる。

中央が突出した弾性部材としては、気体の圧力により膨らむバルーン状の薄皮の弾性部材やスポンジ状の材質のものを丸いドーム状の凸型に成形した部材を挙げることができる。バルーン状の弾性部材を用いる方法は、膨らます気体の圧力を制御することで、押圧の状態を細かく調整することができる利点がある。

本発明の加工方法は、吸着テーブル上に裏面を表出する向きに吸着固定された半導体ウェーハを薄化加工する薄化加工ステップと、この薄化加工の後、吸着テーブルに固定されたままのウェーハの裏面に、周縁部に剛性を有するダイシングフレームが貼着されたダイシングテープを貼着するダイシングテープ貼着ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ウェーハが吸着テーブルに吸着されている状態において、ウェーハの薄化工程とその後のウェーハに対するダイシングテープの貼着工程とが行われる。ダイシングテープに貼着後のウェーハは、ダイシングテープによって面で支持され、搬送はダイシングフレームを支持して行われるので、吸着テーブルからウェーハを外す際、さらにその後の搬送状態において、ウェーハの破損を誘発するような応力がウェーハに加わらないようにすることができる。このため、ウェーハの薄化工程の後に発生するウェーハの破損を防止することができる。また、回転可能なインデックステーブル上に複数の吸着テーブルを配置した構造であるので、加工装置を小型化することができる。このため、工場内における装置の占有面積を小さくすることができ、ウェーハの加工コストを下げることができる。

（薄化加工されるウェーハ）
図１は、薄化加工が行われるウェーハを示す図である。図１に示すように、ウェーハ１の表面には、半導体集積回路デバイスを有する半導体チップ領域１ａが形成され、その周囲の一箇所に位置決めに利用されるノッチ１ｂが形成されている。また、その表面には、保護テープ２が貼着されている。以下の説明において、ウェーハ１の半導体チップ領域１ａが形成されている面を表側とし、その裏面側を裏側と表現する。

（加工装置の構成）
図２は、本発明を利用したウェーハの加工装置を示す斜視図である。図３は、図２に示す加工装置の平面図である。加工装置１０は、矩型形状の装置ベース１０ａ上にウェーハに対する各種加工軸や搬送システム等を配設した構成となっている。図１に示すウェーハ１は、ウェーハキャリア１１に表面を上にして水平に配置され、さらに縦に複数枚が並べられて収納されている。ウェーハキャリア１１は２つあり、それぞれウェーハキャリアステージ１２上に載置されている。ウェーハキャリア１１内のウェーハ１は、ウェーハ搬送用の多関節ロボット１３によって引き出され、位置決めステージ２０に搬送される。

多関節ロボット１３は、ロボットベース１４上に固定されている。ロボットベース１４は、リニアガイド１５上に配置され、駆動モータ１６によって駆動されるボールネジ送り機構１７によって、Ｘ方向に移動可能とされている。多関節ロボット１３は、真空吸着機構を備えたパッド１３ａと４軸の多関節機構１３ｂを備えている。多関節機構１３ｂは、図示しない機構により上下に移動可能とされている。パッド１３ａは、多関節機構１３ｂによってＸ−Ｙ平面内において自在に移動する。また、パッド１３ａは、その上にウェーハを吸着固定した状態で、１８０°上下を反転させることができる機構を備えている。

ウェーハキャリア１１からウェーハ１を引き出す際には、ロボットベース１４がＸ軸方向に動いて一方のウェーハキャリア１１に正対し、次いで多関節機構１３ｂが上下に動いて搬送対象となるウェーハ１の高さに合うようにパッド１３ａの高さが調整され、さらに多関節機構１３ｂを伸ばしてパッド１３ａを当該ウェーハ１の下に差し込む。そして、パッド１３ａを少し持ち上げ、その真空吸着機構によりウェーハ１の裏面側を吸着保持し、次いで多関節機構１３ｂを縮めることで、ウェーハ１をウェーハキャリア１１から引き出す。この際、上述したパッド１３ａの上下反転機構により、適当なタイミングにおいてウェーハキャリア１１から引き出されたウェーハ１の表裏が反転される。

パッド１３ａに吸着固定された状態で表裏が反転されたウェーハ１は、次に説明する位置決めステージ２０上に裏側を上にした状態で搬送される。この際、多関節機構１３ｂが回転し、さらに多関節機構１３ｂが伸びることで位置決めステージ２０へのウェーハ１の搬送が行われる。

位置決めステージ２０は、真空吸着機能と回転機能を有するテーブル２０ａとウェーハ１の外縁付近に配された複数の位置決めピン２２を備えている。テーブル２０ａは、エンコーダ付きＡＣサーボモータによって回転が制御され、ウェーハ１のノッチ１ｂ（図１参照）の位置を所定の角度位置で停止させることができるようにされている。位置決めピン２２は、ウェーハ１の中心に向かって同時に駆動され、常に一定の位置でテーブルの回転中心とウェーハの中心とが合致されるように作動する。また、位置決めステージ２０は、投光受光式センサを用いたノッチセンサ２１を備えている。ノッチセンサ２１は、ウェーハのノッチ１ｂの位置を検出する。位置決めステージ２０のテーブル２０ａを回転させてノッチセンサ２１によってノッチ１ｂの位置を検出し、ノッチ１ｂの位置を規準としてさらにウェーハを回転させることで、チャックテーブル４０上に固定されるウェーハのノッチ１ｂの位置決めが行われる。

位置決めステージ２０上における位置決めが終了したウェーハは、真空吸着機能を備えた搬送パッド３０を先端に備えた搬送アーム３１によってチャックテーブル４０に裏側を上にした状態で搬送される。搬送パッド３０は、真空吸着機能を有し、搬送アーム３１は、図示しない機構により旋回すると共に上下に移動することができる。チャックテーブル４０は、回転機能と真空吸着機能とを有し、インデックステーブル４１上に均等な角度位置になるように７つ配置されている。チャックテーブル４０は、エンコーダ付きＡＣサーボモータによって回転が制御される。これにより、チャックテーブル４０上に固定されたウェーハ１のノッチ１ｂの位置が、回転後に常に一定の角度位置になるようにされている。インデックステーブル４１は、装置ベース１０ａ上において回転可能とされている。この機能により、図３に示すように、最初にＡの位置にあるチャックテーブル４０上に裏側を上にして吸着固定されたウェーハは、チャックテーブル４０が時計回りに回転することで、次にＢの位置に移動し、そこで所定の加工を受け、次にＣの位置に移動し、次の加工を受け、さらにＤ→Ｅ→Ｆ→Ｇと逐次移動して所定の加工や処理を順次受ける。

図３のＡの位置において、チャックテーブル４０に固定されたウェーハは、インデックステーブル４１の時計回り方向への回転により、Ｂに示す第１加工ユニット５０の下に位置付けられる。第１加工ユニット５０は、粗研削を行う研削加工ユニットであり、装置ベース１０ａ上に配置されたコラム５８と、このコラム５８に対してＺ方向に上下するスピンドル５１を備えている。スピンドル５１は、第１加工軸ベース５５に固定され、第１加工軸ベース５５は、リニアガイド５６にＺ方向への移動が可能な状態で支持されている。第１加工軸ベース５５は、図示しないボールネジ送り機構を備えた第１加工軸駆動機構５７に係合しており、その働きにより、スピンドル５１は、上下に動くことができる。

図４は、スピンドル５１の部分を拡大した斜視図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。スピンドル５１の上方にはスピンドルモータ５２が配置されている。このスピンドルモータ５２によってスピンドル５１の回転軸５１ａが回転する。回転軸５１ａの下端には、フランジ５３が固定され、フランジ５３には、加工工具であるカップホイール５４が固定されている。カップホイール５４の下面の縁の環状の部分には、＃３２０〜６００程度の砥粒サイズの砥石５９が複数固定されている。カップホイール５４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口（図示省略）が設けられている。また、第１加工ユニット５０には、この研削水供給口に研削水を供給する給水ライン（図示省略）が設けられている。

図４における符号６０は、ウェーハ１の表面の位置を検出するハイトゲージである。ハイトゲージ６０は、プローブ６１の先端がウェーハ１の表面に接触することで、ウェーハ１の表面の位置（高さ方向における位置）を検出する。また、ハイトゲージ６０に隣接してハイトゲージ６２が配置され、そのプローブ６３の先端はチャックテーブル４０の表面に接触し、チャックテーブル４０の表面の位置の検出が行われる。そして、ハイトゲージ６０と６２の出力が比較され、ウェーハ１の厚みがリアルタイムに計測される。

研削工程では、ウェーハ１がチャックテーブル４０上に固定された状態で、チャックテーブル４０が１００〜３００ｒｐｍで自転する。そこへ同じく２０００〜５０００ｒｐｍで同方向に自転するカップホイール５４を、表出するウェーハ１の裏面に押圧することで研削加工が行われる。この際、図２に示す第１加工軸駆動機構５７の機能により、スピンドル５１が下降することで加工軸の送りが行われ、カップホイール５４のウェーハ１裏面への押圧が行われる。加工中および加工前のウェーハ１の厚みは、ハイトゲージ６０および６２によってリアルタイムでモニタされ、ウェーハ１があらかじめ設定した厚みに到達した時点で加工軸の送りを停止するインプロセス制御が行われる。なお、チャックテーブル４０の回転方向と、カップホイール５４の回転方法とを逆方向としてもよい。

第１加工ユニット５０における研削が行われたウェーハは、チャックテーブル４０に吸着されたままの状態において、インデックステーブル４１の回転により、第２加工ユニット７０の位置（図３のＣの位置）に移動する。第２加工ユニット７０は、第１加工ユニット５０と同じ基本構造を備えている。第２加工ユニット７０において、コラム７８にスピンドル７１が第２加工軸駆動機構７７によって上下に移動可能な状態で固定され、スピンドル７１の下には、スピンドルモータ７２によって回転駆動されるカップホイール７４を備えている。第２加工ユニット７０が第１加工ユニット５０と異なるのは、カップホイール７４に取り付けられる砥石の砥粒サイズである。この例では、第２加工ユニット７０による砥石の砥粒サイズを＃２０００〜＃８０００程度とし、第１加工ユニット５０において行われた粗研削の後の仕上げ研削を第２加工ユニット７０において行う設定としている。

第２加工ユニットによる研削が行われたウェーハは、チャックテーブル４０に吸着されたままの状態において、インデックステーブル４１の回転により、第３加工ユニット８０の位置（図３のＤの位置）に移動する。第３加工ユニット８０は、第１加工ユニット５０と同じ基本構造を備えている。第３加工ユニット８０において、コラム８８にスピンドル８１が第３加工軸駆動機構８７によって上下に移動可能な状態で固定され、スピンドル８１の下には、スピンドルモータ８２によって回転駆動される研磨ホイール８４が取り付けられている。研磨ホイール８４には、その下面にフェルト砥石が固定されている。この研磨ホイール８４下面のフェルト砥石をウェーハ１裏面へ押圧した状態で、研磨ホイール８４とチャックテーブルを同方向または逆方向に回転させることでウェーハ１の裏面側の研磨が行われる。このフェルト砥石は、フェルト中に砥石を分散させたものを接着剤で固めたものである。フェルトの材料は、ポリエステルやナイロン等の合成繊維、羊毛、綿、麻等の天然繊維が用いられ、適度な硬さと密度を有するように形成されている。フェルト中に分散させる砥粒は、シリカ、アルミナ、ダイヤモンド等からなるものが用いられ、その粒径は、例えば０．０１〜１００μｍ程度とされる。なお、フェルト砥石に関しては、本出願人の発明が記載されている特許文献：特開２０００―２８３２４３号公報や特開２００３−１８８１１８号公報に詳述されている。

第３加工ユニット８０によって、ウェーハの裏面に対するドライポリッシュが行われ、研削加工により発生した機械的ダメージ層が除去される。これにより、研削後のウェーハの強度が改善される。

第３の加工ユニット８０によるドライポリッシュが行われたウェーハは、チャックテーブル４０に吸着固定された状態において、インデックステーブル４１の時計回り方向への回転により、図３のＥに示す位置に移動される。そして、図３のＥに示す位置において、ウェーハの研削および研磨が行われた面に対する洗浄が行われる。図３のＥに示す付近には、この洗浄を行うためのウェーハ洗浄パッド９０が配置されている。ウェーハ洗浄パッド９０は、平坦な円盤状のウレタン樹脂やその洗浄作用面に適度な凹凸を形成したものである。ウェーハ洗浄パッド９０は、樹脂製の円盤の洗浄作用面にナイロンブラシをウェーハ裏面に対して垂直方向に植毛したものなどでもよい。

ウェーハ洗浄パッド９０は、ウェーハ洗浄アーム９１の先端に回転可能な状態で取り付けられている。ウェーハ洗浄アーム９１の先端には、ウェーハ洗浄パッド９０を回転させるための回転モータ９２が配置され、この回転モータ９２によって、ウェーハ洗浄パッド９０は回転する。ウェーハ洗浄アーム９１は、回動可能であり、ウェーハ洗浄パッド９０は、図３のＥの位置にあるウェーハ上から適宜退避することができる。また、ウェーハ洗浄アーム９１は、ウェーハ洗浄パッド９０をウェーハに対して押圧させるための図示しない上下移動機構を備え、またウェーハ洗浄パッド９０に洗浄水を供給する図示しない洗浄水の供給機構を備えている。なお、洗浄水の供給は、ウェーハ洗浄アーム９１の隣接した位置に配置したノズルによって、ウェーハ洗浄パッド９０上あるいはウェーハの露出した面上に対して行っても良い。

洗浄が完了したウェーハは、チャックテーブル４０に吸着固定された状態において、インデックステーブル４１の時計回り方向への回転により、図３のＦに示す位置に移動される。図３のＦに示す位置において、ウェーハの裏面にボンディング用接着フィルムが貼着される。このボンディング用接着フィルムは、切断されて個片化された半導体チップ（図１に示す半導体チップ領域１ａ毎に分割された状態）を基板に接着する際の接着手段であり、ダイアタッチフィルムやダイボンディングシートとも呼ばれる。なお、このボンディング用接着フィルムが一体になったダイシングテープを利用する場合には、図３のＦの位置におけるボンディング用接着フィルムのウェーハへの貼着は行われない。

ボンディング用接着フィルムは、エポキシやポリイミドなどの熱硬化性または熱可塑性樹脂を１０〜５０μｍ程度の厚みにしたフィルムであり、予めウェーハと同じサイズに打ち抜かれたものが、離型機能を有する長尺状の基台シート１０６に貼着されている。基台シート１０６は、送り出しローラ１０２に巻かれており、ガイドローラ１０３によって引き出される。引き出された基台シート１０６は、貼り付けローラ１０１によって、図３のＦの位置にあるウェーハの裏面上に押し付けられ、基台シート１０６に貼着されているボンディング用接着フィルムがウェーハの裏面に貼着される。貼り付けローラ１０１は、ウェーハを押圧した状態でウェーハ上をインデックステーブル４１の中心方向に向かって、ウェーハの端から端へと回転しつつ移動する。これによりボンディング用接着フィルムは、ウェーハに対して押し付けられ貼着される。ボンディング用接着フィルムのウェーハへの貼着が行われた後、基台シート１０６は、ガイドローラ１０５を経て、巻き取りローラ１０４に巻き取られる。

貼り付けローラ１０１、送り出しローラ１０２、ガイドローラ１０３、巻き取りローラ１０４およびガイドローラ１０５は、図３に示すローラベース１００に支持されている。ローラベース１００は、巻き取りローラ１０４を回転させるための回転機構（図示省略）を備え、また貼り付けローラ１０１をウェーハに押圧した状態で回転させながら移動させる機構（図示省略）を備えている。

図示しないボンディング用接着フィルムの基台シート１０６と逆側の面に離型紙が貼着されている場合には、基台シート１０６を送り出しながら図示しないセパレータローラによって、離型紙を巻き取って貼着面を露出させ、それをウェーハ裏面に正対させながら貼着を行う。また、貼り付けローラ１０１には、ヒータなどの加熱機構が埋設されており、必要に応じて基台シート１０６に貼着されているボンディング用接着フィルムを加熱しながらウェーハ裏面への貼着を行うことができる。

図３のＦにおけるボンディング用接着フィルムの貼着が行われた後、ウェーハ１は、チャックテーブル４０に吸着固定された状態において、インデックステーブル４１の時計回り方向への回転により、図３のＧに示す位置に移動される。図３のＧに示す位置においては、ウェーハ１に対してダイシングテープの貼着が行われ、その後ダイシングテープに貼着された状態のウェーハ１がダイシングフレームごとチャックテーブル４０から外され、フレームカセットに搬送される。

すなわち、図３のＧの位置の上方には、チャックテーブル４０上に吸着固定されているウェーハにダイシングテープを貼着するためのフレームマウントユニット１１１が配置されている。フレームマウントユニット１１１は、装置ベース１０ａに固定されたフレームマウントベース１１０によって支持されている。フレームマウントベース１１０は、図示しない上下動駆動機構によって、装置ベース１０ａに対して上下に動き、フレームマウントベース１１０の下端面の高さ位置を調整することができるようにされている。

図５は、ダイシングテープフレームを示す上面図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。図５に示すように、ダイシングテープフレーム５は、円形のダイシングテープ４の周辺部に略リング状のフレーム３を貼着して構成されている。ダイシングテープ４は、図５（Ｂ）に示す下側の面に粘着剤が塗布された膜状の樹脂材料である。この粘着剤の粘着性により、ダイシングテープ４はダイシングフレーム３に固定される。またこの粘着性により、ダイシングテープ４はウェーハ１に貼着し、ウェーハ１を面によって支持する。ダイシングテープ４は、ダイシングフレーム３に貼着されているので、ダイシングテープ４に貼着された状態のウェーハ１の搬送は、ダイシングフレーム３をクランプ機構によって掴むことで行われる。

図６は、フレームマウントユニットの動作の概要を示す動作図である。図６（Ａ）には、チャックテーブル４０が図３のＧに示す位置にあり、その上に保護テープ２を下（表側を下）にして吸着固定されているウェーハ１の上方に隙間を空けて、ダイシングテープフレーム５を位置させ、さらにダイシングテープフレーム５の上方にフレームマウントユニット１１１を位置させた状態が示されている。なお、図６においては、図３のＦに示す位置において貼着されたボンディング用接着フィルムは図示省略されている。

フレームマウントユニット１１１は、内径がウェーハ１より大きい円筒形状を有している。フレームマウントユニット１１１の底面の開口部は、膜状の弾性部材１１２によって塞がれている。弾性部材１１２は、ラバーなどのシート材から成り、厚みは０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度で、その材料物性に応じて最適な厚みが選択される。弾性部材１１２の内側には、隙間を空けて抑えプレート１１３が設けられている。抑えプレート１１３の中央には、給気管１１４が設けられ、弾性部材１１２と抑えプレート１１３との間の隙間に圧力気体が注入できるようになっている。給気管１１４から高圧気体を注入すると、図６（Ｂ）に示すように弾性部材１１２が下方に凸形状に膨張する。この弾性部材１１２の膨張により、ダイシングテープ４がウェーハ１に押し付けられ、ダイシングテープ４へのウェーハ１の貼着が行われる。なお、注入される圧力気体はドライエアや不活性ガスが好ましいが、特に限定されるものではない。

図５に示すダイシングテープフレーム５は、図２および図３に示すフレームカセット１２０に、複数枚が水平に縦に並べて収納されている。なお、ダイシングテープフレーム５は、図５に示す表裏の向きでフレームカセット１２０に収納されている。フレームカセット１２０は、フレームカセットステージ１２１上に載置され、エレベータ１２４によって上下に移動可能とされている。フレームカセット１２０に収納されたダイシングテープフレーム５は、プッシュプルクランプ１２２によってフレームカセット１２０から引き出される。プッシュプルクランプ１２２は、ダイシングテープフレーム５のダイシングフレーム部分を掴んだ状態で、装置ベース１０ａに設けられた溝１２３内をＹ方向に移動する。プッシュプルクランプ１２２によりダイシングテープフレーム５を掴む際、エレベータ１２４が上下し、プッシュプルクランプ１２２の位置にフレームカセット１２０内に収納されたダイシングテープフレーム５の高さが合わせられる。

プッシュプルクランプ１２２によってフレームカセット１２０から引き出されたダイシングテープフレーム５は、フレームクランプ１３５によって掴まれ、図３のＧに示す位置に搬送される。フレームクランプ１３５は、フレームクランプアーム１３１に取り付けられ、フレームクランプアーム１３１の一端は、シリンダロッド１３４の下端に固定されている。シリンダロッド１３４は、フレームクランプシリンダ１３３から下方に出入り自在とされている。このシリンダロッド１３４の動きは、フレームクランプシリンダ１３３に内蔵された図示しないアクチュエータによって制御される。このシリンダロッド１３４の動きにより、フレームクランプアーム１３１の上下方向における位置が調整可能とされている。フレームクランプシリンダ１３３は、アーム支持ベース１３６に固定され、アーム支持ベース１３６は、支持部１３８に支持された回転軸１３７に固定されている。回転軸１３７は、支持部１３８に固定されたフレームクランプ回転モータ１３２に駆動されて回転し、これに伴いアーム支持ベース１３６が回動し、同時にフレームクランプアーム１３１が回動する。支持部１３８は、フレーム送り機構１３０にその延在方向（インデックステーブル４１に向かう方向またはインデックステーブル４１から退避する方向）に移動可能な状態で取り付けられている。フレーム送り機構１３０は、内部にボールネジ送り機構を内蔵しており、このボールネジ送り機構により、支持部１３８のフレーム送り機構１３０に対する移動が行われる。フレーム送り機構１３０は、インデックステーブル４１から離れた端部において、装置ベース１０ａに固定されており、それ以外の部分では、装置ベース１０ａとの間に図示しない隙間が設けられている。フレームクランプアーム１３１は、この隙間を通り抜けて回動することができる構造とされている。

以上説明した実施形態によれば、ウェーハに対する加工軸が第１から第３まで配置されている。本実施例では、第１の加工軸は粗研削、第２の加工軸は仕上げ研削、第３はドライポリッシュによる研磨の組み合わせとなっている。この態様によれば、例えば７００μｍ前後の厚みのウェーハを最終的には５０μｍ程度の厚みまで粗研削及び仕上げ研削による研削加工にて薄化する。そして、ドライポリッシュ加工にて研削加工による機械的ダメージ層が除去される。

ウェーハに対する加工軸の数は、本実施形態の３軸に限定されない。またその組み合わせも上記の組み合わせに限定されない。例えば、研削を行うための加工軸を２軸以外の数に設定することもできる。また、研磨を行うための加工軸を２軸以上とすることもできる。また、ウェーハの薄化と表層のダメージの除去ができるのであれば、研削のみで全ての加工軸を構成することや、本実施形態と異なる加工技術を利用することもできる。このような加工技術としては、化学的エッチング（ウェット、プラズマ）やケミカルメカニカルポリッシングなどが挙げられる。またこれら加工技術の複数を適宜組み合わせることもできる。

また、フレームカセットステージ１２１はエレベータ１２４によって上下動インデックスするので、必要に応じてカセットを複数積層積みし、ダイシングテープフレームの収容枚数を増やすこともできる。

（加工装置の動作）
以下、図２および図３に示す加工装置を用いて、ウェーハを薄化し、さらにダイシングテープを貼着する工程の一例を説明する。加工工程の前に、図１に示すウェーハを必要枚数収納したウェーハキャリア１１をウェーハキャリアステージ１２上にセットとする。また、図５に示すダイシングテープフレーム５を必要枚数収納したフレームカセット１２０をフレームカセットステージ１２１上にセットする。なお、ウェーハ１は表側を上にしてウェーハキャリア１１に収納され、ダイシングテープフレーム５は、ダイシングテープ４が貼着された側を上にしてフレームカセット１２０に収納される。

加工が開始されると、まず、ウェーハキャリア１１内から１枚目のウェーハが、多間接ロボット１３によって引き出される。この際、多関節ロボット１３は、パッド１３ａ上にウェーハの裏面側を載せた状態でウェーハを真空吸着し、ウェーハキャリア１１内からウェーハを引き出す。そして、パッド１３ａにウェーハを真空吸着させた状態において、パッド１３ａの表裏を反転させる。これにより、ウェーハは、デバイスが形成された面（表側）が下になり、裏面側が上からパッド１３ａに吸着された状態となる。この状態でウェーハは、位置決めステージ２０の上に載置される。つまり、デバイスが形成された面が下、デバイスが形成されていない面側が上になった状態で、図１に示すウェーハ１が位置決めステージ２０上に載置される。

位置決めステージ２０では、ウェーハの外縁付近に配された複数の位置決めピン２２がウェーハの中心に向かって同時に駆動され、位置決めステージ２０のテーブル２０ａの回転中心と、ウェーハ中心とを合致させる。その後、テーブル２０ａにウェーハを真空吸着して固定する。そして、テーブル２０ａを回転させながらノッチセンサ２１によって、ウェーハのノッチの位置を検出する。次に検出されたウェーハのノッチが、チャックテーブル４０に載置された際にインデックステーブル４１の回転中心に対して１８０°逆向きに位置するように、テーブル２０ａを回転させる。その後、搬送アーム３１を動かして搬送パッド３０をウェーハの裏面側に吸着させる。次いでテーブル２０ａの真空吸着状態を解除し、搬送アーム３１を動かして、ウェーハを図３のＡの場所に位置したチャックテーブル４０に搬送する。ウェーハをＡの場所に位置するチャックテーブル４０上に載置したら、ウェーハをチャックテーブル４０に吸着固定する。こうして、１枚目のウェーハがインデックステーブル４１上に配置される。

チャックテーブル４０に載置された際にウェーハのノッチを、インデックステーブル４１の回転中心に対して１８０°逆向きに位置させるのは、後に行われるＧに示す位置におけるダイシングテープテープへの貼着工程において、ダイシングテープフレーム５に対するウェーハの向きを揃えるためである。なお、この目的を実現するためにＢ、Ｃ、ＤおよびＥに示す位置における処理の終了後、チャックテーブル４０は、図１に示すウェーハ１のノッチ１ｂが常にインデックステーブル４１の回転中心に対して１８０°逆向きに位置するように停止する。

次にインデックステーブル４１を３６０°／７時計回りに回転させ、１枚目のウェーハを第１加工ユニット５０の下の位置（図３のＢの位置）に移動させる。そして、第１加工ユニット５０による１枚目のウェーハの裏面側に対する研削加工（粗研削）が行われる。この研削加工が行われている間に、Ａの場所に位置するチャックテーブル４０上に２枚目のウェーハを載置し、そこに吸着固定させる。チャックテーブル４０上にウェーハを載置するまでの手順は、１枚目のウェーハの場合と同じである。そして、１枚目のウェーハの裏面側を所定の厚みまで研削したら、第１加工ユニット５０を用いた粗研削を終了する。この際、チャックテーブル４０は、ウェーハのノッチ１ｂの位置がインデックステーブル４１の回転中心に対して１８０°逆向きに位置するように停止する。この制御は、エンコーダ付きＡＣサーボモータの機能により行われる。その後、スピンドル５１を上方に退避させ、インデックステーブル４１を３６０°／７時計回りに回転させる。この結果、１枚目のウェーハが図３のＣの位置に移動し、２枚目のウェーハがＢの位置に移動する。

次にＣの位置において、１枚目のウェーハの対する第２加工ユニット７０を用いた仕上げ研削が行われ、同時にＢの位置において、２枚目のウェーハの対する第１加工ユニット５０を用いた粗研削が行われる。これら研削が行われている間に、３枚目のウェーハをＡの部分に位置するチャックテーブル４０上に載置し、そこに吸着固定させる。Ｃの位置においても、仕上げ研削の終了後、ウェーハのノッチの位置がインデックステーブル４１の回転中心に対して１８０°逆向きに位置するようにチャックテーブル４０が停止する。両研削が終了したら、スピンドル５１およびスピンドル７１を上方に退避させ、インデックステーブル４１を３６０°／７時計回りに回転させる。この結果、１枚目のウェーハが図３のＤの位置に移動し、２枚目のウェーハがＣの位置に移動し、３枚目のウェーハがＢの位置に移動する。

そして、Ｄの位置において、１枚目のウェーハに対して第３加工ユニット８０による研磨を行い、同時にＣの位置において、２枚目のウェーハに対して第２加工ユニット７０による仕上げ研削を行い、同時にＢの位置において、３枚目のウェーハに対して第１加工ユニット５０による粗研削が行われる。そしてこれらの加工が行われている間に、４枚目のウェーハをＡの部分に位置するチャックテーブル４０上に載置し、そこに吸着固定させる。Ｄの位置においても、研磨の終了後、ウェーハのノッチの位置がインデックステーブル４１の回転中心に対して１８０°逆向きに位置するようにチャックテーブル４０が停止する。同時進行している各加工が全て終了したら、スピンドル５１、スピンドル７１およびスピンドル８１を上方に退避させ、インデックステーブル４１を３６０°／７時計回りに回転させる。この結果、１枚目のウェーハは図３のＥの位置に移動する。また、Ａ〜Ｃの位置にあるウェーハは、それぞれＢ〜Ｄの位置に移動する。

Ｅの位置に移動した１枚目のウェーハは、ウェーハ洗浄パッド９０を用いた洗浄が行われる。洗浄は、ウェーハ洗浄パット９０とチャックテーブル４０の双方を同方向または逆方向に回転させ、図示しない洗浄水の供給手段から洗浄水を供給しながら行われる。この洗浄により、細かい研削屑や研磨屑が除去される。この洗浄工程と同時に、Ｂ〜Ｄの場所に位置するウェーハには、各位置における処理が行われる。また、Ａの位置にあるチャックテーブル４０に新たなウェーハ（５枚目のウェーハ）が載置され、そこに吸着固定される。Ｅの位置においても、洗浄の終了後、ウェーハのノッチの位置がインデックステーブル４１の回転中心に対して１８０°逆向きに位置するようにチャックテーブル４０が停止する。

洗浄が終了した１枚目のウェーハは、インデックステーブル４１の３６０°／７時計回りの回転により、Ｆの位置に移動する。Ｆの位置においては、１枚目のウェーハの裏面側には、離型機能を有する基台シート１０６に貼着されたボンディング用接着フィルムが貼着される。この際、Ｂ〜Ｅの場所に位置するウェーハには、各位置における処理が行われる。また、Ａの位置にあるチャックテーブル４０に新たなウェーハ（６枚目のウェーハ）が載置され、そこに吸着固定される。なお、Ｆの位置における処理においては、チャックテーブル４０は回転しない。その後、インデックステーブル４１を３６０°／７時計回りに回転させる。この結果、１枚目のウェーハは図３のＦの位置からＧの位置に移動する。また、Ａ〜Ｅの位置にあるウェーハは、それぞれＢ〜Ｆの位置に移動する。

次に図３のＧの位置に移動した１枚目のウェーハに対して、ダイシングテープの貼着が行われる。この工程においては、まずフレームカセット１２０からダイシングテープフレーム５（図５参照）がプッシュプルクランプ１２２によって掴まれ、図３の符号５ａによって示される位置まで引き出される。この際、フレームカセット１２０がエレベータ１２４によって上下され、プッシュプルクランプ１２２の高さにフレームカセット１２０内のダイシングテープフレーム５の高さが合わせられる。

符号５ａの位置に引き出されたダイシングテープフレームは、プッシュプルクランプ１２２から離れ、フレームクランプ１３５によって掴まれる。この状態からフレームクランプ１３５は、時計回りに１８０°−（３６０°／７）回動する。この回動によりダイシングテープフレームは、符号５ｂの位置に移動する。この回動は、図２に示すフレームクランプ回転モータ１３２によって、アーム支持ベース１３６が回動し、それに伴いフレームクランプシリンダ１３３、シリンダロッド１３４およびフレームクランプアーム１３１が回動することで行われる。この回動の範囲は、インデックステーブル４１上に均等配置されたチャックテーブルの数をｎとして、１８０°−（３６０°／ｎ）によって算出される。

図３に示す符号５ｂの位置に移動したダイシングテープフレームは、フレーム送り機構１３０内の図示しないボールネジ送り機構の働きによってＧの位置の上方（符号５ｃの位置）に搬送される。この際、図２に示す支持部１３８がフレーム送り機構１３０に対して、その延在方向に移動し、それに伴いアーム支持ベース１３６、フレームクランプシリンダ１３３、シリンダロッド１３４およびフレームクランプアーム１３１が同様に移動する。

図３の符号５ｃの位置にダイシングテープフレームが位置した状態で、Ｇの場所に位置する１枚目のウェーハの裏面に、ダイシングテープを貼着する。この際、まずフレームクランプ１３５の高さを調整し、またフレームマウントユニット１１１の下端面の位置を調整することで、図６（Ａ）に示す状態とする。図６（Ａ）には、重力によってやや下に凸の形状に変形したバルーン状の弾性部材１１２の凸部先端が、ダイシングテープ４に接触するかしないかの状態が示されている。また、ダイシングテープ４とウェーハ１との間に少しの隙間が形成されている状態が示されている。この時、ダイシングテープ４の高さをウェーハ１の裏面から数ミリの高さに調整する。また、フレームマウントベース１１０に固定されたフレームマウントユニット１１１を図示しない上下動駆動機構によって図６（Ａ）に示す位置にまで下降させる。この際のフレームマウントユニット１１１の高さは、フレームマウントユニット１１１の底面にある弾性部材１１２に圧力気体を注入した時に、弾性変形した弾性部材１１２が少なくともウェーハ１の裏面全面を覆うことのできる程度とする。

図６（Ａ）に示す状態を得たら、給気管１１４から高圧気体を弾性部材１１２の内側に注入し、弾性部材１１２を膨張させる。弾性部材１１２が膨張することで、下に凸の形状が下方に膨らみ、膨らんだ弾性部材１１２によってダイシングテープ４が下方に押される。弾性部材１１２を膨張させてゆくと、図６（Ｂ）に示すように、最初にウェーハ１の中央にダイシングテープ４が接触し、同心円状にその接触部分が周囲に拡がってゆく。そして、弾性部材１１２がある程度膨らんだ時点で図６（Ｃ）に示すように、ウェーハ１の裏面全面にダイシングテープ４が押さえ付けられ貼着される。この際、弾性部材１１２の膨張に応じてシリンダロッド１３４を下方に伸ばし、ダイシングテープフレーム４の高さ位置を徐々に下げる。これにより、ダイシングテープ４の変形に無理が生じないようにし、ウェーハ１とダイシングテープ４との密着不良を防止する。またこの際、弾性部材１１２の膨張に並行してフレームマウントユニット１１１を下降させ、あるいは上昇させ、ウェーハ１とダイシングテープ４との密着性がより高くなるように制御を行っても良い。

図６（Ｃ）に示す状態を得たら、バルーン状の弾性部材１１２の内側の高圧状態を解除し、またフレームマウントユニット１１１を上方に退避させる。次に、チャックテーブル４０の真空吸引状態を解除してフレームクランプアーム１３１を少し上昇させる。こうして、ダイシングテープフレーム５のダイシングテープ４の下側にウェーハ１（１枚目のウェーハ）の裏面側が貼着された状態を得る。

上述したＧの位置において、チャックテーブル４０は回転しない。したがって、図１に示すウェーハ１のノッチ１ｂの位置がインデックステーブル４１の回転中心に対して１８０°逆向きに位置する状態で、ウェーハ１に対するダイシングテープ４の貼着が行われる。このため、ダイシングテープフレーム５に対するノッチ１ｂの位置は、各ウェーハにおいて常に一定な位置とされる。

図２および図３に戻り、ダイシングテープに貼着された１枚目のウェーハは、ダイシングテープフレームごと先程とは逆の経路を辿って、フレームカセット１２０まで搬送される。すなわち、１枚目のウェーハが貼着されたダイシングテープフレームは、図３の符号５ｃの位置から符号５ｂの位置に搬送され、さらにフレームクランプ１３５が反時計回りに１８０°−（３６０°／７）回動することで符号５ａの位置に搬送される。符号５ａの位置に搬送されたダイシングテープフレームは、プッシュプルクランプ１２２によってフレームカセット１２０に搬送され、そこに収納される。

図３のＧの位置における処理と同時にＢ〜Ｆの位置における処理も行われる。また、これらの処理が行われている最中に７枚目のウェーハが、ウェーハキャリア１１から引き出され、Ａの場所に位置するチャックテーブル４０上に載置され、そこに吸着固定される。

ダイシングテープに貼着された１枚目のウェーハがダイシングテープフレームごとフレームカセット１２０に収納された後、フレームカセット１２０が適宜上下に移動し、次のダイシングテープフレームが上述した搬送工程によってＧの位置に搬送される。そして、２枚目のウェーハをダイシングテープに貼着する工程が行われる。

以上説明した作業を繰り返すことで、ウェーハキャリア１１に収納されたウェーハが次々とインデックステーブル４１上に搬送され、インデックステーブル４１が適宜回転しつつ、各処理が順次行われる。つまり、ＢおよびＣの位置における研削によるウェーハの薄化加工、Ｄの位置における薄化されたウェーハの研磨加工、研磨後におけるＥの位置におけるウェーハの洗浄、Ｆの位置におけるウェーハ裏面に対するボンディング用接着フィルムの貼着、そしてＧの位置におけるウェーハ裏面へのダイシングテープへの貼着が、インデックステーブル４１が回転することで順次行われる。そして、薄化されダイシングテープに貼着されたウェーハが順次フレームカセット１２０に収納される。

以上の動作によれば、ウェーハをチャックテーブルに吸着固定した状態で、研削→研磨→洗浄→チップ積層用のボンディング用接着フィルムの貼着→ダイシングテープの貼着、の一連の工程が順次行われる。これらの工程間においては、薄化したウェーハを真空吸着状態から開放し、その後に搬送手段により搬送する必要がない。そのため、ダイシングテープへの貼着工程の前段階における薄化されたウェーハの破損を防ぐことができる。なお、ダイシングテープに貼着されたウェーハがチャックテーブルに吸着固定された状態を解除し、それを搬送する際には、ウェーハが弾性部材であるダイシングテープに面で保持された状態であり、また強度が確保されたダイシングフレームを搬送に利用するので、破損を誘発するような応力がウェーハに加わらず、ウェーハの破損は発生し難い。

また、ウェーハへのダイシングテープの貼着を、バルーン状の弾性部材の膨張を利用し、押圧する領域を中心から周辺へと同心円状に広げてゆく方法とすることで、界面への気泡の侵入を防止すると共にウェーハに強い応力が加わらないようにすることができる。このため、薄化され応力が加わることで破損し易いウェーハを破損させることなく、同時にウェーハに対するダイシングテープの密着性を良好な状態とすることができる。

本発明は、半導体ウェーハを薄化する加工装置に利用することができる。

半導体デバイスが形成された半導体ウェーハを概念的に示す斜視図および側面図である。 発明を利用した加工装置の概要を示す斜視図である。 発明を利用した加工装置を上面から見た上面図である。 研削加工を行う手段の一部を示す斜視図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。 ダイシングフレームにダイシングテープを貼着した構造のダイシングテープフレームを示す上面図（Ａ）とＢ−Ｂの線断面図（Ｂ）である。 フレームマウントユニットの動作の概要を示す動作図である。

符号の説明

１…ウェーハ、３…ダイシングフレーム、４…ダイシングテープ、５…ダイシングテープフレーム、１０ａ…装置ベース、４０…チャックテーブル（吸着テーブル）、４１…インデックステーブル、５０…第１加工ユニット（ウェーハを薄化加工する手段）、７０…第２加工ユニット（ウェーハを薄化加工する手段）、１１１…フレームマウントユニット。

Claims (5)

1. 半導体ウェーハを薄化するための加工装置であって、
   装置ベースに回転可能に設けられたインデックステーブルに配設され、前記ウェーハをその裏面を表出する向きに吸着固定する複数の吸着テーブルと、
   前記吸着固定されたウェーハを薄化加工する加工手段と、
   前記吸着テーブルに固定された前記ウェーハの裏面に、周縁部に剛性を有するダイシングフレームが貼着されたダイシングテープを貼着するウェーハマウント手段と
   を備えることを特徴とする加工装置。
2. 前記加工手段が少なくとも研削手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記吸着テーブルに固定したまま前記ウェーハの裏面にボンディング用接着フィルムを貼着する貼着手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
4. 前記ウェーハマウント手段は、中央が突出した弾性部材によって前記ダイシングテープを前記ウェーハ裏面に押圧することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加工装置。
5. 吸着テーブル上に裏面を表出する向きに吸着固定された半導体ウェーハを薄化加工する薄化加工ステップと、
   前記薄化加工の後、前記吸着テーブルに固定された前記ウェーハの裏面に、周縁部に剛性を有するダイシングフレームが貼着されたダイシングテープを貼着するダイシングテープ貼着ステップと
   を備えることを特徴とする加工方法。

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