JP2008042081A - ウエーハ研削装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】研削軸を複数備えた多軸式の研削装置において、ウエーハのサイズに応じて交換した砥石ホイールを、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置調整できるようにする。
【解決手段】ターンテーブル20を回転させるとチャックテーブル30が粗研削位置および仕上げ研削位置に位置付けられ、各位置には、チャックテーブル30上に保持されたウエーハ1を粗研削する粗研削ユニット40Aと仕上げ研削する仕上げ研削ユニット40Bが配置されている。これら研削ユニット40A,40Bを、チャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ軸間方向に沿って移動自在とし、各研削ユニット40A,40Bの砥石ホイール45の位置をウエーハサイズに応じた凹部形成可能位置に対応できるように調整可能とした。
【選択図】図4

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを裏面研削して所定厚さに薄化させるウエーハ研削装置に係り、特に、外周部を残し、外周部の内側のデバイス形成領域のみを研削するにあたって好適なウエーハ研削装置に関する。
各種電子機器に用いられるデバイスの半導体チップは、一般に、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分割予定ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら領域の表面に電子回路を形成してから、裏面を研削して薄化し、ストリートに沿って分割するといった方法で製造される。ところで、近年の電子機器の小型化・薄型化は顕著であり、これに伴って半導体チップもより薄いものが求められ、これは半導体ウエーハを従来よりも薄くする必要が生じるということになる。
ところが、半導体ウエーハを薄くすると剛性が低下するため、その後の工程での取扱いが困難になったり、割れやすくなったりする問題が生じる。そこで、裏面研削の際に、表面に半導体チップが形成された円形のデバイス形成領域に対応する部分のみを必要厚さに研削して薄化すると同時に、その周囲の環状の外周余剰領域を比較的肉厚の補強部として残すことにより、薄化による上記問題が生じないようにすることが行われている。このように外周部を肉厚として裏面に凹部を形成する技術は、例えば特許文献1,2等に開示されている。
特開2004−281551号公報 特開2005−123425号公報
ウエーハ裏面に凹部を形成する方法としては、回転可能な真空チャック式等のチャックテーブル上に、裏面を露出させた状態でウエーハを同心状に吸着させて保持し、ウエーハを回転させながら、複数の砥石が環状に配列されたカップ状の砥石ホイールを被研削面に押し付ける方法がある。この方法では、砥石ホイールの直径はウエーハの半径にほぼ等しいものが用いられ、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過するようにウエーハに対向させることにより、外周部を残してデバイス形成領域に対応する部分のみが研削されるようになされている。
ところで、半導体ウエーハのサイズすなわち直径は様々であり、主流の200mmの他には例えば150mm、125mmといったものが使用されている。サイズの異なる半導体ウエーハに対して上記の裏面研削加工を行う場合には、砥石ホイールをウエーハのサイズに合わせて変更するとともに、砥石ホイールのウエーハへの対向位置を上記のように刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する位置に調整する必要があり、この位置調整は、砥石ホイールかチャックテーブルのいずれか一方を水平移動させることにより可能である。
砥石ホイールを回転させる研削軸が1つの簡素な研削装置であれば、チャックテーブルあるいは研削軸を水平移動させる機構を設けることは比較的容易である。しかしながら、粗研削用と仕上げ研削用といった複数の研削軸を備え、ターンテーブルを回転させることで複数のチャックテーブル上のウエーハに対し粗研削と仕上げ研削を順次施す多軸式の研削装置にあっては、砥石ホイールのウエーハへの対向位置を調整し得る機構を有するものは提供されていないのが現状である。
よって本発明は、研削軸を複数備えた多軸式のウエーハ研削装置において、ウエーハのサイズに応じて交換した砥石ホイールを、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置調整することが可能となり、1台の装置で複数のウエーハサイズに対応しながら裏面に凹部を形成する運転を円滑に進めることができるウエーハ研削装置を提供することを目的としている。
本発明は、円盤状のウエーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削するウエーハ研削装置であって、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを自転可能に支持し、チャックテーブルに対してウエーハを着脱させるウエーハ着脱位置と、ウエーハを粗研削する第1の研削位置と、粗研削後のウエーハを仕上げ研削する第2の研削位置の3位置に、該チャックテーブルを位置付けるターンテーブルと、チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する環状の砥石ホイールと、該砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、第1の研削位置に位置付けられたウエーハを粗研削する第1の研削手段と、チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する環状の砥石ホイールと、該砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、第2の研削位置に位置付けられたウエーハを仕上げ研削する第2の研削手段と、第1の研削手段を、チャックテーブルのウエーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる第1の垂直方向移動手段と、第1の研削手段とチャックテーブルとを、該チャックテーブルのウエーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる第1の平行方向移動手段と、第2の研削手段を、チャックテーブルのウエーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる第2の垂直方向移動手段と、第2の研削手段とチャックテーブルとを、該チャックテーブルのウエーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる第2の平行方向移動手段とを備えることを特徴としている。
本発明のウエーハ研削装置では、ウエーハ着脱位置に位置付けられたチャックテーブルにウエーハが保持され、次いで、ターンテーブルが回転してウエーハが第1の研削位置に位置付けられ、第1の研削手段によってウエーハの片面が粗研削される。研削する部分は片面の外周部を残した該外周部の内側であり、片面には凹部が形成される。次にウエーハはターンテーブルが回転して第2の研削位置に位置付けられ、粗研削された面が第2の研削手段によって仕上げ研削される。この後ウエーハはウエーハ着脱位置に戻されて装置から搬出され、次の加工すべき新たなウエーハがチャックテーブルに移されて保持され、上記の研削動作が繰り返される。
本発明では、ウエーハをチャックテーブルに保持してから、粗研削、仕上げ研削を経てウエーハを搬出する一連の工程を効率的に行う観点から、チャックテーブルを、少なくともターンテーブルの上記3位置に対応する位置に1つずつ、計3つ設け、各位置においてウエーハに対する処理を行う形態が好ましい。
第1および第2の研削手段は、環状の砥石ホイールを回転駆動源で回転させる構成である。これら研削手段は、それぞれ第1および第2の垂直方向移動手段でチャックテーブル方向に移動させられることにより砥石ホイールがウエーハに押し付けられる。チャックテーブルによってウエーハを回転させながら、砥石ホイールをウエーハに押し付けることにより、ウエーハが研削される。砥石ホイールはウエーハの半径にほぼ等しい直径のものが用いられ、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過するようにウエーハに対向させられた位置(以降、凹部形成可能位置と呼ぶ場合がある)でウエーハに押し付けられることにより、ウエーハの片面は外周部を残して該外周部の内側が研削され、凹部が形成される。
このように凹部を形成するための砥石ホイールは、上記のように直径がウエーハの半径にほぼ等しいものが用いられる。直径が異なるウエーハを研削する場合には、ウエーハのサイズに応じて砥石ホイールを交換する必要があり、この交換とともに、砥石ホイールの刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過するように、ウエーハに対する砥石ホイールの位置を調整する必要がある。
それには、粗研削する第1の研削手段においては、第1の平行方向移動手段により、第1の研削手段とチャックテーブルとを、該チャックテーブルのウエーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる。また、第2の研削手段においては、第2の平行方向移動手段により、第2の研削手段とチャックテーブルとを、該チャックテーブルのウエーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる。
上記相対移動の方向としては、各研削位置に位置付けられたチャックテーブルの回転中心とターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向が挙げられる。この場合には、第1の平行方向移動手段は、チャックテーブルが第1の研削位置に位置付けられた時に、該チャックテーブルと第1の研削手段とを、チャックテーブルの回転中心とターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向に相対移動させて両者の軸間距離を可変させ、第2の平行方向移動手段は、チャックテーブルが第2の研削位置に位置付けられた時に、該チャックテーブルと第2の研削手段とを、チャックテーブルの回転中心とターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向に相対移動させて両者の軸間距離を可変させる形態となる。
上記のように、第1の研削位置および第2の研削位置のいずれの位置においても、チャックテーブルとそれぞれの研削手段との相対移動の方向を、チャックテーブルの回転中心とターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向とすることにより、次の利点がある。すなわち、各研削手段の砥石ホイールがウエーハに接触して押し付けられる円弧状の加工点が、チャックテーブル上で見た場合に、第1の研削位置と第2の研削位置とで同じとなる。このため、はじめに第1の研削位置で第1の研削手段により粗研削されたウエーハの加工点に対して、第2の研削位置で第2の研削手段により仕上げ研削する際、ウエーハに対して砥石ホイールの接触面が平行となり、仕上げ研削量が径方向にわたって均一となる。したがって仕上げ研削での砥石ホイールの偏った接触が起こらない。この作用は、特にチャックテーブルのウエーハ保持面が回転中心を頂点として傘状に僅かに傾斜している場合に、特に有効である。
上記の各平行方向移動手段による相対移動は、各研削手段とチャックテーブルのいずれか一方を上記軸間方向に移動させることによりなされる。すなわち、第1の平行方向移動手段は第1の研削手段を軸間方向に移動させ、第2の平行方向移動手段は第2の研削手段を軸間方向に移動させる形態や、第1の平行方向移動手段および第2の平行方向移動手段は、チャックテーブルを軸間方向に移動させる形態が、具体的な形態となる。
また、ターンテーブルをチャックテーブルが上記3位置から僅かにずれる位置に回転させることによっても砥石ホイールの位置を凹部形成可能位置に調整することができる。すなわちこの場合には、ターンテーブルが第1の平行方向移動手段および第2の平行方向移動手段となる。
本発明によれば、研削軸を複数備えた多軸式のウエーハ研削装置において、ウエーハのサイズに応じて交換した砥石ホイールを、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置調整することが可能となり、1台の装置で複数のウエーハサイズに対応しながら裏面に凹部を形成する運転を円滑に進めることができるといった効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
[1]半導体ウエーハ
図1の符号1は、一実施形態のウエーハ研削装置によって裏面に凹部が形成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、加工前の厚さは例えば600〜700μm程度である。ウエーハ1の表面には、格子状の分割予定ライン2によって複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等の図示せぬ電子回路が形成されている。
複数の半導体チップ3は、ウエーハ1と同心の概ね円形状のデバイス形成領域4に形成されている。デバイス形成領域4はウエーハ1の大部分を占めており、このデバイス形成領域4の周囲のウエーハ外周部が、半導体チップ3が形成されない環状の外周余剰領域5とされている。また、ウエーハ1の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すV字状の切欠き(ノッチ)6が形成されている。このノッチ6は、外周余剰領域5内に形成されている。ウエーハ1は、最終的には分割予定ライン2に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ3に個片化される。本実施形態に係るウエーハ研削装置は、半導体チップ3に個片化する前の段階でウエーハ1の裏面のデバイス形成領域4に対応する領域を目的厚さまで研削して薄化し、裏面に凹部を形成する装置である。
ウエーハ1を裏面研削する際には、電子回路を保護するなどの目的で、図1に示すように電子回路が形成された側の表面に保護テープ7が貼着される。保護テープ7は、例えば厚さ100〜200μm程度のポリエチレンやポリオレフィンシートの片面に10μm程度の粘着剤を塗布した構成のものが用いられる。
[2]ウエーハ研削装置の構成
続いて、本実施形態のウエーハ研削装置を説明する。
図2は、ウエーハ研削装置10の全体を示しており、このウエーハ研削装置10は、上面が水平とされた直方体状の基台11を備えている。図2では、基台11の長手方向、長手方向に直交する水平な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Y方向一端部には、X方向(ここでは左右方向とする)に並ぶ一対のコラム12,13が立設されている。基台11上には、Y方向のコラム12,13側にウエーハ1を研削加工する加工エリア11Aが設けられ、コラム12,13とは反対側に、加工エリア11Aに加工前のウエーハ1を供給し、かつ、加工後のウエーハ1を回収する着脱エリア11Bが設けられている。
加工エリア11Aには、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20が回転自在に設けられている。このターンテーブル20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。ターンテーブル20上の外周部には、回転軸がZ方向と平行で、上面(ウエーハ保持面)30a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30が、周方向に等間隔をおいて回転自在に配置されている。
これらチャックテーブル30は一般周知の真空チャック式であり、上面30aに載置されるウエーハ1を吸着、保持する。各チャックテーブル30は、それぞれがターンテーブル20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すなわち自転するようになっており、ターンテーブル20が回転すると公転の状態になる。
図2に示すように2つのチャックテーブル30がコラム12、13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30の直上には、ターンテーブル20の回転方向上流側から順に、粗研削ユニット(第1の研削手段)40Aと、仕上げ研削ユニット(第2の研削手段)40Bとが、それぞれ配されている。各チャックテーブル30は、ターンテーブル20の間欠的な回転によって、粗研削ユニット40Aの下方である粗研削位置と、仕上げ研削ユニット40Bの下方である仕上げ研削位置と、着脱エリア11Bに最も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ようになっている。
粗研削ユニット40Aおよび仕上げ研削ユニット40Bは、コラム(粗研削側コラム12、仕上げ研削側コラム13)にそれぞれ取り付けられている。これらコラム12,13に対する粗研削ユニット40Aおよび仕上げ研削ユニット40Bの取付構造は同一であってX方向で左右対称となっている。そこで、図2を参照して仕上げ研削側を代表させてその取付構造を説明する。
仕上げ研削側コラム13の加工エリア11Aに面する前面13aは、基台11の上面に対しては垂直面であるが、X方向の中央から端部に向かうにしたがって奥側(反着脱エリア11B側)に所定角度で斜めに後退したテーパ面に形成されている。このテーパ面13a(粗研削側のコラム12ではテーパ面12a)の水平方向すなわちテーパ方向は、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ線に対して平行になるように設定されている。そしてこのテーパ面13aには、X軸送り機構(第2の平行方向移動手段)50を介してX軸スライダ55が取り付けられ、さらにX軸スライダ55にはZ軸送り機構(第2の垂直方向移動手段)60を介してZ軸スライダ65が取り付けられている。
X軸送り機構50は、テーパ面13a(12a)に固定された上下一対のガイドレール51と、これらガイドレール51の間に配されてX軸スライダ55に螺合して貫通する図示せぬねじロッドと、このねじロッドを正逆回転させるモータ53とから構成される。ガイドレール51およびねじロッドはいずれもテーパ面13a(12a)のテーパ方向と平行に延びており、X軸スライダ55はガイドレール51に摺動自在に装着されている。X軸スライダ55は、モータ53で回転するねじロッドの動力が伝わりガイドレール51に沿って往復移動するようになっている。X軸スライダ55の往復方向は、ガイドレール51の延びる方向、すなわちテーパ面13a(12a)のテーパ方向と平行である。
X軸スライダ55の前面はX・Z方向に沿った面であり、その前面に、Z軸送り機構60が設けられている。Z軸送り機構60は、X軸送り機構50の送り方向をZ方向に変更させた構成であって、X軸スライダ55の前面に固定されたZ方向に延びる左右一対(図2では右側の1つしか見えない)のガイドレール61と、これらガイドレール61の間に配されてZ軸スライダ65に螺合して貫通するZ方向に延びるねじロッド62と、このねじロッド62を正逆回転させるモータ63とから構成される。Z軸スライダ65は、ガイドレール61に摺動自在に装着されており、モータ63で回転するねじロッド62の動力によりガイドレール61に沿って昇降するようになっている。
粗研削側コラム12の加工エリア11Aに面する前面12aは、仕上げ研削側コラム13と左右対称的に、X方向の中央から端部に向かうにしたがって所定角度で斜めに後退したテーパ面に形成され、このテーパ面12aに、X軸送り機構(第1の平行方向移動手段)50を介してX軸スライダ55が取り付けられ、さらにX軸スライダ55にはZ軸送り機構(第1の垂直方向移動手段)60を介してZ軸スライダ65が取り付けられている。粗研削側コラム12のテーパ面12aのテーパ方向は、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ線と平行になるように設定されている。
粗研削側コラム12および仕上げ研削側コラム13に取り付けられた各Z軸スライダ65には、上記粗研削ユニット40Aおよび仕上げ研削ユニット40Bがそれぞれ固定されている。これらユニット40A,40Bについて以下に説明するが、同一構成であるため共通の符号を付すこととする。
各研削ユニット40A,40Bは、図3に示すように、軸方向がZ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング41と、このスピンドルハウジング41内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドル42と、スピンドルハウジング41の上端部に固定されてスピンドル42を回転駆動するモータ(回転駆動源)43と、スピンドル42の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ44とを具備している。そしてフランジ44には、砥石ホイール45がねじ止め等の手段によって着脱自在に取り付けられる。
砥石ホイール45は、円盤状で下部が円錐状に形成されたフレーム46の下端面に、該下端面の外周部全周にわたって複数の砥石47が環状に配列されて固着されたものである。砥石47は、例えばビトリファイドと呼ばれるガラス質の焼結材料にダイヤモンド砥粒を混ぜて焼成したものなどが用いられる。砥石ホイール45は、砥石47による研削外径、すなわち複数の砥石47の外周縁の直径が、ウエーハ1の半径にほぼ等しいものが用いられる。これは、ウエーハ1の裏面研削の際に、砥石47の刃先がウエーハ1の回転中心と外周余剰領域5の内周縁を通過し、外周余剰領域5の厚さを残してデバイス形成領域4に対応する領域のみを研削することを可能とするための寸法設定である。
なお、砥石ホイール45の砥石47は、シリコンウエーハの研削用としては♯280〜♯8000程度の粒度の砥粒が混入されたものが用いられ、さらに、粗研削ユニット40Aに用いられる砥石47としては、例えば♯280〜♯600の砥粒を含むものが好適であり、また、仕上げ研削ユニット40Bに用いられる砥石47としては、例えば♯2000〜♯8000の砥粒を含むものが好適である。
粗研削ユニット40Aは、砥石ホイール45の回転中心(スピンドル42の軸心)が、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ線の直上に存在するように位置設定がなされている。粗研削ユニット40Aは、Z軸スライダ65の往復移動に伴い、コラム12のテーパ面12aのテーパ方向に沿って往復移動する。したがって、その往復移動の際には、砥石ホイール45の回転中心が、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ線の直上において往復移動するようになっている。この往復移動方向は、チャックテーブル30とターンテーブル20の軸間の方向であるから、以降は「軸間方向」と略称する。
上記位置設定は仕上げ研削ユニット40B側も同様であって、仕上げ研削ユニット40Bの砥石ホイール45の回転中心(スピンドル42の軸心)は、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ線の直上に存在しており、仕上げ研削ユニット40BがZ軸スライダ65とX軸スライダ55とともにコラム13のテーパ面13aのテーパ方向に沿って往復移動する際には、砥石ホイール45の回転中心が、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ線の直上において、その線の方向すなわち軸間方向に沿って往復移動するようになっている。
以上が基台11上の加工エリア11Aに係る構成であり、次に、着脱エリア11Bについて図2を参照して説明する。
着脱エリア11Bの中央には、上下移動する2節リンク式のピックアップロボット70が設置されている。そしてこのピックアップロボット70の周囲には、上から見て反時計回りに、供給カセット71、位置合わせ台72、供給アーム73、回収アーム74、スピンナ式洗浄装置75、回収カセット76が、それぞれ配置されている。
カセット71、位置合わせ台72および供給アーム73はウエーハ1をチャックテーブル30に供給する手段であり、回収アーム74、洗浄装置75およびカセット76は、裏面研削が終了したウエーハ1をチャックテーブル30から回収して次工程に移すための手段である。カセット71,76は複数のウエーハ1を水平な姿勢で、かつ上下方向に一定間隔をおいて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。
ピックアップロボット70によって供給カセット71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7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72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73によって位置合わせ台72から取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル30上に載置される。
一方、各研削ユニット40A,40B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30上のウエーハ1は回収アーム74によって取り上げられ、洗浄装置75に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置75で洗浄処理されたウエーハ1は、ピックアップロボット70によって回収カセット76内に移送、収容される。
[3]ウエーハ研削装置の動作
以上がウエーハ研削装置10の構成であり、次に、このウエーハ研削装置10によってウエーハ1の裏面を研削して凹部を形成する動作を説明する。
まず、ピックアップロボット70によって、供給カセット71内に収容された1枚のウエーハ1が位置合わせ台72に移されて位置決めされ、続いて供給アーム73によって、着脱位置で待機し、かつ真空運転されているチャックテーブル30上に裏面側を上に向けてウエーハ1が載置される。位置合わせ台72で位置決めされたことにより、ウエーハ1はチャックテーブル30と同心状に載置される。ウエーハ1は表面側の保護テープ7がチャックテーブル30の上面30aに密着し、裏面が露出する状態でその上面30aに吸着、保持される。
次に、ターンテーブル20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30が粗研削ユニット40Aの下方の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30が位置付けられ、そのチャックテーブル30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。
粗研削位置に位置付けられたウエーハ1の上方の粗研削ユニット40Aを、X軸送り機構50によって軸間方向に適宜移動させ、図4に示すように、ウエーハ1の裏面に対して粗研削ユニット40Aの砥石ホイール45を、砥石47の刃先がウエーハ1の回転中心Oと外周余剰領域5の内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置付ける。凹部形成可能位置は、この場合、ウエーハ1の回転中心よりもターンテーブル20の外周側となる。次いで、チャックテーブル30を回転させることによりウエーハ1を一方向に回転させるとともに、砥石ホイール45を高速回転させて粗研削ユニット40AをZ軸送り機構60により下降させ、砥石ホイール45の砥石47をウエーハ1の裏面に押し付ける。
これによりウエーハ1の裏面はデバイス形成領域5に対応する領域のみが研削されていき、図5に示すように研削領域が凹部1Aとなり、凹部1Aの周囲の外周部には元の厚さが残った環状凸部5Aが形成される。粗研削では、デバイス形成領域4は例えば200〜100μm、あるいは50μm程度まで薄化されるが、いずれにしても仕上げ厚さよりも数μm程度厚い程度まで研削される。
デバイス形成領域4が粗研削での目的厚さに至ったら、Z軸送り機構60による砥石ホイール45の下降を停止し、一定時間そのまま砥石ホイール45を回転させた後、粗研削ユニット40Aを上昇させて粗研削を終える。粗研削後のウエーハ1は、図5(a)に示すように、凹部1Aの底面4aに、中心から放射状に多数の弧を描いた形状の研削条痕9が残留する。この研削条痕9は砥石47中の砥粒による破砕加工の軌跡であり、マイクロクラック等を含む機械的ダメージ層である。この機械的ダメージ層が、次の仕上げ研削で除去される。
粗研削を終えたウエーハ1は、ターンテーブル20をR方向に回転させることによって仕上げ研削ユニット40Bの下方の仕上げ研削位置に移送される。そして、予め着脱位置のチャックテーブル30に保持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粗研削が施される。さらに、着脱位置に移動させられたチャックテーブル30上には、次に処理すべきウエーハ1がセットされる。
ウエーハ1が仕上げ研削位置に位置付けられたら、仕上げ研削ユニット40Bを、X軸送り機構50によって軸間方向に適宜移動させ、砥石ホイール45が凹部1A内に入り込んで砥石47の刃先がウエーハ1の回転中心と環状凸部5Aの内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置させる。ここでも凹部形成可能位置はウエーハ1の回転中心よりもターンテーブル20の外周側となる。次いで、チャックテーブル30を回転させることによりウエーハ1を一方向に回転させるとともに、仕上げ研削ユニット40Bの砥石ホイール45を高速回転させ、仕上げ研削ユニット40BをZ軸送り機構60により下降させ、砥石ホイール45の砥石47をウエーハ1の裏面に形成された凹部1Aの底面4aに押し付ける。
これにより凹部1Aの底面4aが仕上げ研削用の砥石47で研削される。仕上げ研削量は、デバイス形成領域4が目的とする半導体チップ3の厚さに至るまでであり、その厚さまで研削されたら、Z軸送り機構60による砥石ホイール45の下降を停止し、一定時間そのまま砥石ホイール45を回転させた後、仕上げ研削ユニット40Bを上昇させて仕上げ研削を終える。仕上げ研削により、図5(a)に示した研削条痕9による機械的ダメージ層が除去され、凹部1Aの底面4aが鏡面に仕上げられる。
ここで、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。粗研削ユニット40Aおよび仕上げ研削ユニット40Bとも、砥石ホイール45の回転速度は3000〜5000RPM、チャックテーブル30の回転速度は100〜300RPMである。また、粗研削ユニット40Aの加工送り速度である下降速度は3〜5μm/秒、仕上げ研削ユニット40B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20をR方向に回転させ、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30上のウエーハ1は回収アーム74によって洗浄装置75に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置75で洗浄処理されたウエーハ1は、ピックアップロボット70によって回収カセット76内に移送、収容される。
以上が1枚のウエーハ1の裏面に凹部1Aを形成して裏面側のデバイス形成領域4のみを半導体チップ3の厚さまで薄化するサイクルである。本実施形態のウエーハ研削装置10によれば、上記のようにターンテーブル20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。
本実施形態のウエーハ研削装置10では、ウエーハ1の裏面に凹部1Aを形成する砥石ホイール45は、直径がウエーハ1の半径にほぼ等しいものが用いられる。したがってサイズ(直径)が異なるウエーハを研削する際には、そのウエーハに応じたサイズを有する砥石ホイール45に交換される。砥石ホイール45の交換は、粗研削ユニット40Aおよび仕上げ研削ユニット40Bの双方に対して行われる。
そして砥石ホイール45の交換した後は、これら研削ユニット40A,40BをX軸送り機構50によって軸間方向に適宜移動させ、砥石ホイール45を、ウエーハ1の裏面に凹部1Aを形成し得る凹部形成可能位置に位置付ける。このようにウエーハ1のサイズに応じて砥石ホイール45を移動させることにより、砥石ホイール45の砥石47の刃先がウエーハ1の回転中心と外周余剰領域5の内周縁を通過する位置であって、粗研削においてはデバイス形成領域5に対応する領域のみが研削されて凹部1Aが形成され、仕上げ研削においては凹部1Aの底面4aが仕上げ研削される。
図6は、図4に示したウエーハ1よりも直径が小さいウエーハ1Bに対して裏面研削する状態を示しており、砥石ホイール45Bは、直径がウエーハ1Bの半径にほぼ等しく、ウエーハ1Bに応じた小さいものが用いられる。そして、砥石ホイール45B(粗研削ユニット40A)は、図4の場合よりもターンテーブル20の回転中心寄りに移動させられ、ウエーハ1Bに対する凹部形成可能位置に位置付けられる。
本実施形態のウエーハ研削装置10は、研削ユニットを粗研削用と仕上げ研削用の2つ備えたものであるが、各研削ユニット40A,40BをX軸送り機構50によって軸間方向に移動可能に構成したことにより、ウエーハ1(1B…)のサイズに応じて交換した砥石ホイール45(45B…)を凹部形成可能位置に位置調整することが可能となり、その結果、1台で複数のウエーハサイズに対応しながら裏面に凹部1Aを形成する運転を円滑に進めることができるものとなっている。
[4]軸間方向への移動手段の他の実施形態
上記軸間方向に粗研削ユニット40Aと仕上げ研削ユニット40Bを移動させる代わりに、粗研削位置および仕上げ研削位置に位置付けられる各チャックテーブル30を軸間方向に移動させても、ウエーハに対する砥石ホイールの水平方向の位置を調整して凹部形成可能位置に位置付けることができる。図7は、そのようにチャックテーブル30が移動し、各研削ユニット40A,40Bは水平方向には移動しないように変更させたウエーハ研削装置10Bを示しており、同一構成要素には同一の符号を付してある。
まず、この場合の粗研削ユニット40Aおよび仕上げ研削ユニット40Bは、Z方向のみに移動し、X・Y方向の面に沿った水平方向へは移動しないようになされている。すなわち、これら研削ユニット40A,40Bが固定されたZ軸スライダ65は、X・Z方向に沿った面に形成されたコラム12,13の前面12a,13aに、ガイドレール61、およびモータ63で回転するねじロッド62からなるZ軸送り機構60を介してZ方向に移動可能に取り付けられている。各研削ユニット40A,40Bは、Z軸送り機構60によってZ方向に昇降させられ、砥石ホイール45が回転状態で下降し、ウエーハ1の裏面に押し当てられることによりウエーハ1の裏面を研削する。
各研削ユニット40A,40Bの水平方向の位置は、粗研削ユニット40Aにおいては、砥石ホイール45の回転中心が、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ線の直上に存在し、仕上げ研削ユニット40Bにおいては、砥石ホイール45の回転中心が、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ線の直上に存在する位置に、それぞれ固定されている。
次に、チャックテーブル30を軸間方向に移動させる機構を図8〜図10を参照して説明する。
ターンテーブル20は、基台11に回転自在に取り付けられた円盤状のテーブルベース21と、このテーブルベース21の上方を覆うカバー22とから構成されている。テーブルベース21上には、一対のガイドレール23を介して、チャックテーブルスライダ31がテーブルベース21の径方向に沿って移動自在に取り付けられている。チャックテーブルスライダ31は、ガイドレール23と平行で、チャックテーブル移動用モータ32によって回転させられるねじロッド33が螺合して貫通している。チャックテーブルスライダ31は、チャックテーブル移動用モータ32によってねじロッド33が回転することにより、ターンテーブル20の径方向に沿って往復移動させられる。
チャックテーブル30は、チャックテーブルスライダ31に回転自在に支持された円柱状のチャックテーブルベース34の上端に固定されている。チャックテーブルベース34は、回転軸心がターンテーブル20の回転軸心と平行で、チャックテーブルスライダ31を貫通している。チャックテーブル30は、上記チャックテーブル移動用モータ32によりねじロッド33が回転することにより、チャックテーブルベース34を介して、ターンテーブル20の径方向に沿って、該ターンテーブル20の回転中心に対して離接する方向に往復移動する。カバー22の、チャックテーブル30の移動領域には、その移動方向に沿った長孔22aが形成されており、チャックテーブル30は長孔22aからカバー22の上方に突出している。
チャックテーブルスライダ31には、チャックテーブル自転用モータ35が固定されている。該モータ35のピニオン35aはチャックテーブルベース34と平行で、チャックテーブルスライダ31の下側に突出している。そして、このピニオン35aとチャックテーブルベース34の下側の突出端部34aとに、タイミングベルト36が巻回されており、チャックテーブル自転用モータ35が作動すると、その動力がタイミングベルト36、チャックテーブルベース34を介してチャックテーブル30に伝わり、チャックテーブル30が回転するようになっている。
このようにしてチャックテーブル30がターンテーブル20の径方向に移動する形態によると、ターンテーブル20を回転させてウエーハ1を粗研削位置および仕上げ研削位置にそれぞれ位置付けてから、チャックテーブル30をチャックテーブル移動用モータ32によってターンテーブル20の径方向に適宜移動させることにより、ウエーハ1のサイズに応じて各研削ユニットに装着された砥石ホイール45を凹部形成可能位置に位置付けることができる。ターンテーブル20の径方向は、粗研削位置および仕上げ研削位置にそれぞれ位置付けられたチャックテーブル30の回転中心とターンテーブル20の回転中心とを結ぶ軸間方向に一致している。
図10(a)は、比較的ウエーハが小径でウエーハの回転中心をターンテーブル20の外周側に寄らせた状態であり、(b)は(a)の位置からチャックテーブル30をターンテーブル20の内周側に移動させた状態であって比較的大径のウエーハに対応させた状態を示している。
なお、ウエーハ1の裏面研削時には、測定基準面をチャックテーブル30の上面30aとしてウエーハ厚さを測定しながら研削されるが、研削前には、チャックテーブル30の上面30aを砥石ホイール45で研削することが行われる。このセルフグラインドと呼ばれる研削は、チャックテーブルの半径以上の直径を有する砥石ホイールが用いられるが、上記各実施形態のように砥石ホイール45とチャックテーブル30を軸間方向に相対移動させる構成においては、これら砥石ホイール45あるいはチャックテーブル30の移動範囲をなるべく小さくしてスペースの効率化を図るために、セルフグラインド用の砥石ホイールは、チャックテーブルの半径よりもやや大きな直径のものでよい。
[5]平行方向移動手段の他の実施形態
上記各実施形態は、研削ユニット40A,40Bの砥石ホイール45とチャックテーブル30を軸間方向に相対移動させることによってウエーハ1に対する砥石ホイール45の水平方向の位置を調整する形態である。本発明では、軸間方向に限らず、砥石ホイール45とチャックテーブル30とが互いに離接する方向であれば、目的の位置調整を行うことができる。
また、研削ユニット40A,40Bやチャックテーブル30に水平方向への移動機構を設けることなく、ターンテーブル20を僅かに回転させることによっても、砥石ホイール45を凹部形成可能位置に位置付けることができる。図11は、図7に示したウエーハ研削装置10Bを、ターンテーブル20を回転させることによって砥石ホイールの位置調整を可能としたウエーハ研削装置10Cを示しており、ターンテーブル20をL方向に回転させてチャックテーブル30を破線の位置から実線の位置まで移動させた状態を示している。
詳細には、はじめに、図12(a)に示す比較的大径(例えば200mm径)のウエーハ1がチャックテーブル30に保持され、このウエーハ1に対応する(直径がウエーハ1の半径程度)大径用砥石ホイール45が、ウエーハ1に対応する凹部形成可能位置に位置付けられている。このウエーハ1に対する研削加工が終わり、次いで図12(b)の実線で示す小径(例えば150mm径)のウエーハ1Bをチャックテーブル30に保持した場合には、このウエーハ1B用の砥石ホイール45Bを各研削ユニット40A,40Bに装着し、ターンテーブル20を矢印L方向に僅かに回転させることにより、砥石ホイール1Bをウエーハ1Bに対応する凹部形成可能位置に位置付けることができる。
このように大径ウエーハから小径ウエーハへの交換の場合には、ターンテーブル20は矢印L方向に回転させられるが、この逆に小径ウエーハから大径ウエーハへの交換の場合には、ターンテーブル20は矢印R方向に回転させられて位置調整がなされる。
本発明の一実施形態に係るウエーハ研削装置で研削加工が施されるウエーハの(a)斜視図、(b)側面図である。 本発明の一実施形態に係るウエーハ研削装置の斜視図である。 ウエーハ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。 凹部形成可能位置に位置付けられた砥石ホイールでウエーハの裏面を研削している状態を示す(a)側面図、(b)平面図である。 裏面に凹部が形成されたウエーハの(a)斜視図、(b)断面図である。 サイズの異なる(小径)ウエーハに対応して凹部形成可能位置に位置付けられた砥石ホイールでウエーハの裏面を研削している状態を示す(a)側面図、(b)平面図である。 本発明の他の実施形態に係るウエーハ研削装置の斜視図である。 他の実施形態に係るウエーハ研削装置のチャックテーブル移動機構を示す斜視図である。 図8のIX矢視一部断面図である。 図8のX矢視一部断面図であって、(a)はチャックテーブルが小径ウエーハ/小径砥石ホイールに対応した位置にある状態、(b)はチャックテーブルが大径ウエーハ/大径砥石ホイールに対応した位置にある状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係るウエーハ研削装置の斜視図である。 (a)は図11に示したウエーハ研削装置において大径ウエーハに対して大径ウエーハ用砥石ホイールが凹部形成可能位置に位置付けられた状態を示す平面図、(b)はターンテーブルを回転させて小径ウエーハに対して小径ウエーハ用砥石ホイールが凹部形成可能位置に位置付けられた状態を示す平面図である。
符号の説明
1…半導体ウエーハ
1A…凹部
3…半導体チップ(デバイス)
4…デバイス形成領域
5…外周余剰領域(外周部)
5A…環状凸部(外周部)
10,10B,10C…ウエーハ研削装置
20…ターンテーブル
30…チャックテーブル
30a…上面(ウエーハ保持面)
40A…粗研削ユニット(第1の研削手段)
40B…仕上げ研削ユニット(第2の研削手段)
43…モータ(回転駆動源)
45…砥石ホイール
47…砥石
50…X軸送り機構(第1の平行方向移動手段、第2の平行方向移動手段)
60…Z軸送り機構(第1の垂直方向移動手段、第2の垂直方向移動手段)

Claims (6)

  1. 円盤状のウエーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削するウエーハ研削装置であって、
    ウエーハを保持するチャックテーブルと、
    該チャックテーブルを自転可能に支持し、チャックテーブルに対してウエーハを着脱させるウエーハ着脱位置と、ウエーハを粗研削する第1の研削位置と、粗研削後のウエーハを仕上げ研削する第2の研削位置の3位置に、該チャックテーブルを位置付けるターンテーブルと、
    前記チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心と前記外周部の内周縁を通過する環状の砥石ホイールと、該砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、前記第1の研削位置に位置付けられたウエーハを粗研削する第1の研削手段と、
    前記チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心と前記外周部の内周縁を通過する環状の砥石ホイールと、該砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、前記第2の研削位置に位置付けられた前記ウエーハを仕上げ研削する第2の研削手段と、
    前記第1の研削手段を、前記チャックテーブルのウエーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる第1の垂直方向移動手段と、
    前記第1の研削手段と前記チャックテーブルとを、該チャックテーブルのウエーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる第1の平行方向移動手段と、
    前記第2の研削手段を、前記チャックテーブルのウエーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる第2の垂直方向移動手段と、
    前記第2の研削手段と前記チャックテーブルとを、該チャックテーブルのウエーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる第2の平行方向移動手段と
    を備えることを特徴とするウエーハ研削装置。
  2. 前記チャックテーブルは、少なくとも、前記ターンテーブルの前記3位置に対応する位置に1つずつ、計3つ設けられていることを特徴とする請求項1に記載のウエーハ研削装置。
  3. 前記第1の平行方向移動手段は、前記チャックテーブルが前記第1の研削位置に位置付けられた時に、該チャックテーブルと前記第1の研削手段とを、チャックテーブルの回転中心と前記ターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向に相対移動させて両者の軸間距離を可変させ、
    前記第2の平行方向移動手段は、前記チャックテーブルが前記第2の研削位置に位置付けられた時に、該チャックテーブルと前記第2の研削手段とを、チャックテーブルの回転中心と前記ターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向に相対移動させて両者の軸間距離を可変させることを特徴とする請求項1または2に記載のウエーハ研削装置。
  4. 前記第1の平行方向移動手段は前記第1の研削手段を前記軸間方向に移動させ、前記第2の平行方向移動手段は前記第2の研削手段を前記軸間方向に移動させることを特徴とする請求項3に記載のウエーハ研削装置。
  5. 前記第1の平行方向移動手段および前記第2の平行方向移動手段は、前記チャックテーブルを前記軸間方向に移動させることを特徴とする請求項3に記載のウエーハ研削装置。
  6. 前記第1の平行方向移動手段および前記第2の平行方向移動手段は、前記ターンテーブルであることを特徴とする請求項1に記載のウエーハ研削装置。
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