JP2009039808A

JP2009039808A - 半導体基板の裏面研削方法

Info

Publication number: JP2009039808A
Application number: JP2007206226A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Tsuji; 克浩辻
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】半導体基板の裏面エッジ部の面取り加工と、裏面の平面研削加工が１台の裏面研削装置でフットプリントを増加させることなく実施させる装置の提供。
【解決手段】基板ホルダーテーブルの上方に昇降可能に設けた研削砥石軸を備える裏面研削装置１を用い、基板ホルダーテーブルＨを搭載するスライドウエイＳ_ｂをリニアガイドウエイＧ_ｂ上で直線移動させてエッジ研削ステージＳ_ｅ位置に基板ホルダーテーブルを移動させてエッジ研削を行う。さらに、前記基板ホルダーテーブルＨを研削砥石軸下方向に直線移動させて裏面研削ステージＳ_ｂｇに基板ホルダーテーブル位置を移動させ、裏面研削を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、１基の研削砥石で半導体基板のエッジ研削加工（面取り加工）と裏面研削加工をなす基板の裏面研削方法に関する。

半導体基板の径が３００ｍｍ、４５０ｍｍと拡径するとともに、厚みが２０〜８０μｍと極薄の半導体基板が望まれている。配線プリント面が保護テープで被覆されている半導体基板のシリコン基板面を研削砥石で研削加工し、ついで、研削加工シリコン面を研磨加工または／およびエッチング加工して基板の厚みを２０〜８０μｍと薄肉化および鏡面化する平坦化装置として、１台のインデックス型回転テーブルに複数の基板ホルダーテーブルの回転軸を同一円周上に、かつ、等間隔に搭載し、それぞれの基板ホルダーテーブルの上方に粗研削砥石を備える回転スピンドル、仕上研削砥石を備える回転スピンドル、および研磨工具を備える回転スピンドルを配置し、基板収納カセット内に保管されている基板を位置合わせ用の仮置台へ搬送する多関節型搬送ロボット、基板ホルダーテーブル上の基板を次ぎの加工ステージへと搬送する搬送パッドを備えた搬送器具および基板洗浄機器を備える平坦化装置を用い、前記基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の裏面を粗研削砥石で研削し、ついでインデックス型回転テーブルを回転させた後、粗研削された基板裏面を仕上研削砥石で裏面研削し、更にインデックス型回転テーブルを回転させた後に仕上研削された基板面を研磨加工して基板裏面を平坦化する方法が実施されている（例えば、特許文献１参照。）。

半導体基板の厚みが２０〜５０μｍと極薄が要求され、かかる厚みが希望される半導体基板のある種の素性の半導体基板を裏面研削加工するにおいて半導体基板裏面研削加工に起因して半導体基板エッヂ（縁）部分に脆い加工変質層が発生し、裏面研削加工中に半導体基板のエッジ部が破損、あるいは、後工程の研磨加工中、もしくは半導体基板搬送中に半導体基板のエッジ部が破損する現象が半導体基板の生産において２〜１０％のロス率と多く見受けられることが半導体素子製造メーカから指摘されている。

よって、半導体基板の裏面粗研削工程前に半導体基板エッジ部をエッジ研削砥石により面取りするエッジ研削工程を加えた平坦化装置が提案されている（特許文献２および特許文献３参照）。

また、基板の研削加工前に、基板平坦化装置とは独立したエッジ加工装置を用いてエッジ加工する方法も提案されている。例えば、エッジ研削砥石を用いて半導体基板の円周端面のエッジ加工を実施、または、レーザ光を用いて半導体基板縁部を面取り加工する方法である（特許文献４および特許文献５参照）。

特開２０００−２５４８５７号公報特開２００１−２５２８５３号公報特開２００７−１６５８０２号公報米国特許第５２９５３３１号明細書特開２００６−１０８５３２号公報

前記特許文献２および特許文献３に記載される基板平坦化装置においては、粗研削加工ステージの他にエッジ研削加工ステージが必要とされ、平坦化装置のフットプリントが増加する。

本発明は、１台の基板ホルダーテーブルを直線移動可能とし、その基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の裏面を１基の研削砥石で半導体基板のエッジ研削加工（面取り加工）と裏面研削加工をなす方法を提供するものである。

請求項１の発明は、リニアガイドウエイ上を往復移動可能なスライドウエイに１台の基板ホルダーテーブルを搭載し、この基板ホルダーテーブルの回転軸心を含む該基板ホルダーテーブル進退方向垂直面と１基の研削砥石軸心を含む垂直面が一致するよう前記基板ホルダーテーブルの上方に昇降可能に設けた研削砥石軸を備える裏面研削装置を用い、次の工程を経て半導体基板の裏面研削加工を行うことを特徴とする半導体基板の裏面研削方法にある。
（１）基板ホルダーテーブル上に半導体基板裏面を上向きに載置する。
（２）前記ホルダーテーブルを研削砥石軸下方向に直線移動させて基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の外周縁部の垂直面と研削砥石の外周縁部の垂直面とが０．５〜３ｍｍ幅重なり合う位置に基板ホルダーテーブル位置を移動させる。
（３）この基板ホルダーテーブルの回転軸を回転させるとともに、前記研削砥石軸を回転させつつ下降させて研削砥石を半導体基板の外周縁部で摺擦させて前記基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の裏面外周縁部を面取りするエッジ研削加工を行う。
（４）エッジ研削加工後、前記研削砥石軸を上昇させる。
（５）外周縁部が面取りされた半導体基板を載置する前記基板ホルダーテーブルを更に研削砥石軸下方向に直線移動させて半導体基板の中心点を経過する垂直面と前記研削砥石の外周を含む垂直面が一致する位置に基板ホルダーテーブル位置を移動させる。
（６）前記基板ホルダーテーブルの回転軸を回転させるとともに、前記研削砥石軸を回転させつつ下降させて前記半導体基板の中心点部を通る位置で前記研削砥石を摺擦させて前記基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の裏面を平面研削加工する。
（７）平面研削加工後、前記研削砥石軸を上昇させる。

本発明の基板の裏面研削方法は、１台の基板ホルダーテーブルの直線移動により１基の研削砥石を用いて半導体基板の面取り加工と裏面研削加工を行うことが可能であり、裏面研削装置のフットプリントがコンパクトとなる。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は裏面研削装置の斜視図、図２は基板ホルダーテーブルとスライドウエイの断面図、図３は裏面研削装置の部分平面図で、基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板と研削砥石の相関位置を説明する図、および、図４は研削砥石軸の半導体基板裏面のエッジ研削加工および裏面研削加工の状態を示すステップ図である。

図１に示すように、本発明の裏面研削装置１は、ベース（Ｂ）上に据え付けられたセラミック製ガイドウエイ（Ｇ_ａ）上をリニアモータ駆動により左右方向（Ｘ軸方向）に直動駆動する断面Ｌ字状の静圧水軸受セラミック製スライドウエイ（Ｓ_ａ）とからなるツールテーブル（Ｔ_ｔ）、基板の平面平坦化工具を上下方向に直動および水平方向に回転移動可能に静圧水軸受で支持するスピンドルよりなるツールステージ（Ｔ_ｓ）、このツールステージを固定する前記ツールテーブル上に起立して搭載されたコラム（Ｃ）、前記ベース上にツールテーブル（Ｔ_ｔ）に対しＬ字型に配置されたセラミック製ガイドウエイ（Ｇ_ｂ）上をリニアモータ駆動により前後方向に直動駆動する静圧水軸受セラミック製スライドウエイ（Ｓ_ｂ）とからなるワークホルダーテーブル（Ｔ_ｗ）、ならびに、セラミック製ロータリーテーブルホルダー（Ｈ）を静圧水軸受で軸承するセラミック製スピンドル、および、このスピンドルを水平方向に回転させるリニアモータ駆動機構を前記ワークホルダーテーブル（Ｔ_ｗ）上に搭載したワークステージ（Ｗ_ｓ）を備える。図１中、Ｐは純水供給ポンプ、１００は基板収納カセット、１０１は反動ロボットの吸着アーム、１０２は貯水槽、１０３，１０４は分配器で、図示していないがそれぞれ圧力調整コントローラを備える。１０５はドレン抜き管、１０６はフィルタ、１０７は廃液貯槽、１０８はツールスピンドル固定スライド、１０９はその案内レール、１１０はツールスピンドル軸傾斜測定センサである。

前記ベース（Ｂ）の素材は、大理石、セラミック、黒御影石（グラナイト）、レジンコンクリート製が好ましい。前記ツールテーブル（Ｔ_ｔ）は、ガイドウエイ（Ｇ_ａ）上を左右方向に滑走できる。

図１に示すように、この静圧水軸受直動ツールテーブル（Ｔ_ｔ）３上にコラム（Ｃ）を起立して据え付け、コラム前面に案内レール１０９を設け、この案内レール面をリニアモータ駆動される静圧水軸受が裏面に備えられたスライダ１０８が設けられ、セラミック製ツールスピンドルを上下方向に移動可能に固定する。このスライダ１０８は砥石ヘッドを迅速に待機位置に戻す他に研削砥石（Ｔ）による半導体基板のインフィード切り込みに利用することも可能である。

スライドウエイ（Ｓａ）の左右方向のストローク幅は、６００〜１，０００ｍｍで、リニアモータ駆動移動速度は０〜３０ｍ／分が好ましい。スライドウエイ（Ｓａ）は、リニアモータ駆動により左右方向に駆動され、スライドウエイ（Ｓａ）に搭載された砥石ヘッド（Ｔ）は基板ホルダーテーブル(Ｈ)側へ近づいたり遠ざかったりする。このスライドウエイ（Ｓａ）の左右移動の際、ガイドウエイ（Ｇａ）とスライドウエイ（Ｓａ）間の摺動面のセラミック製パッドに貯水槽１０２内の静圧水はポンプにより供給され、水供給ポケットより供給され、ガイドウエイ（Ｇａ）とスライドウエイ（Ｓａ）間の隙間を５〜１０μｍ程度に保つ。

次に、図２を用いてセラミック製ロータリーテーブルホルダー（Ｈ）２００を備えるワークステージ（Ｗ_ｓ）について詳細に説明する。

図２において、２０２は下部ロータ（可動子），２０３は上部ロータ（可動子）、２０４はステータ（固定子）、２０５はスペーサ、２０６は拘束リング、２０７は純水供給孔、２０８は廃液孔、２０９はボルト孔、２１０は中央中空部である。前記下部ロータ２０２上傾斜面および上部ロータ２０３の下傾斜面には、ポケット２０２ａ，２０３ａ、ベアリングランド２０２ｂ，２０３ｂおよびリークランド２０２ｃ，２０３ｃが交互に配置されている。

この上部ロータ２０３表面にポーラスセラミックチャックテーブル（Ｔ）２０１が載置され、その底部にバキューム機構の減圧室２１５が前記中央中空部２１０に設けられる。

図１に示すようにワークステージ（Ｗ_ｓ）は、セラミック製ガイドウエイ（Ｇ_ｂ）上をリニアモータ駆動により前後方向に直動駆動する静圧水軸受セラミック製スライドウエイ（Ｓ_ｂ）上に基板ホルダーテーブルステージ（Ｔ_ｗ）を搭載するものである。前記静圧水軸受セラミック製スライドウエイ（Ｓ_ｂ）は、これに搭載される基板ホルダーテーブルステージ（Ｔ_ｗ）を前方向に移動させて研削砥石軸下方向に直線移動させて基板ホルダーテーブル（Ｈ）上に載置された半導体基板の外周縁部の垂直面と研削砥石の外周縁部の垂直面とが０．５〜３ｍｍ幅重なり合う位置に基板ホルダーテーブル（Ｈ）位置を移動させる。その位置で基板ホルダーテーブル（Ｈ）と研削砥石（Ｔ）とでエッジ研削ステージ（Ｓ_ｅ）を構成する。

また、外周縁部が面取りされた半導体基板を載置する前記基板ホルダーテーブル（Ｈ）を更に研削砥石軸下に直線移動させて半導体基板の中心点を経過する垂直面と前記研削砥石（Ｔ）の外周を含む垂直面が一致する位置に基板ホルダーテーブルステージ（Ｔ_ｗ）位置を移動させる。その位置で基板ホルダーテーブル（Ｈ）と研削砥石（Ｔ）とで裏面研削ステージ（Ｓ_ｂｇ）を構成する。このように、研削砥石（Ｔ）と基板ホルダーテーブル（Ｈ）の位置合わせを行うのに使用される外に基板ホルダーテーブルを基板収納カセット（１００）側へ５０〜５００ｍｍ幅前後移動させるためにも使用される。

なお、半導体基板裏面の平面研削加工時にスライドウエイ（Ｓ_ｂ）を５〜２０ｍｍ幅揺動させることにより裏面研削加工基板に砥石条痕が付くのを防止する。

図２に戻って、前記セラミック製ガイドウエイ（Ｇ_ｂ）は、ベース（Ｂ）上に既述のツールテーブル（Ｔ_ｔ）に対して直交するＬ字型に配置される。セラミック製ガイドウエイ（Ｇ_ｂ）は、固定台３１１を介して一対のガイドレール３１２，３１２をベース（Ｂ）上に前後に平行に接着固定して形成される。

セラミック製スライドウエイ（Ｓ_ｂ）は、前記ガイドレール３１２，３１２上面に対向する内周面に静圧パッド４１３，４１３を形成し、ガイドレール３１２，３１２の側面に対向する内周側面に静圧パッド４１４，４１４を形成し、ガイドレール３１２，３１２の下面に対向する内周上面に静圧パッド４１５，４１５を形成している。各々の静圧パッド４１３，４１４，４１５には、貯水槽１０２からギアポンプＰにより純水が分配器１０３および圧力調整器を経由して供給され、スライドウエイ（Ｓ_ｂ）とガイドレール３１２間の間隙を５〜１０μｍに保ち、スライドウエイ（Ｓ_ｂ）はフローティング状態となる。セラミック製スライドウエイ（Ｓ_ｂ）の上方中央部には、減圧管５０１、ロータリーバルブ５０２が収納できる空間部４０１がスライドウエイ中央部４１６に形成されている。

セラミック製ロータリーテーブルホルダー２００は制振パッド２１１を介して前記スライドウエイ（Ｓ_ｂ）上面に搭載される。ロータリーテーブルホルダー２００の上方ロータ２０３上面外周縁よりポーラスセラミック製チャック板２０１を支持する固定リング２１２が起立され、不通気性外周縁２１３を有するポーラスセラミック製チャック板２０１が当て嵌められている。また、上方ロータ２０３上面中央部に仕切板２１４を設け、この仕切板と、前記固定リング２１２とポーラスセラミック製チャック板２０１とで減圧室２１５を形成している。仕切板２１４中央部には孔があり、中空スピンドル２１６が鉛直方向に挿入されている。その中空スピンドル２１６の上端は前記減圧室に連通し、下端はロータリーバルブ５０２上フランジに接続し、下フランジは減圧管５０１（図１参照）に接続し、その先は図示されていない真空ポンプに接続されている。

前記中空スピンドル２１６のロータリージョイント近傍には、磁性材から形成された下部の歯形部２１８を備え、その下面にエンコーダ２１９を備え、これに対向してセンサ２２０がスライドウエイ（Ｓ_ｂ）に設けられ、スライドウエイ（Ｓ_ｂ）に対するポーラスセラミック製チャック板２０１の回転角度を分解能１秒角以下で測定できるようになっている。エンコーダ２２０とセンサ２２１とで測定手段を構成する。

前記歯形部２１８は、外周に複数の歯が形成され、一歯ずつ磁化されることによりＮ極とＳ極が交互に配列される。この歯形部２１８に対向してスライドウエイ（Ｓ_ｂ）の上突起部の上面であってステータ２０４の下面にあたる位置には制振パッド２１１を介してコイル２２２が配置されている。コイルの歯数は、歯形部２１８の歯数より１個だけ多い。歯形部２１８とコイル２２２とでＡＣサーボモータを構成する。このサーボモータは、中空スピンドル２１６の回転駆動力となる。

固定子２０４の外周縁には純水供給孔２０７が設けられ、貯水槽１０２からポンプＰで汲み上げられた水が図示されていない圧力調整器で流量を調節されて純水供給孔２０７に給水され、その先の絞りで絞られて拘束リング２０６内周面とロータ間の隙間を経し、上部ロータ２０３下斜面および下部ロータ２０２上斜面に設けられたポケット２０３ａに供給され、ポーラスセラミック製チャック板２０１を搭載するロータ２０３，２０２外周面を固定子２０４内周面からフローティングさせる。拘束リング２０６はボルト２０９ａにより上部ロータ２０３と下部ロータ２０２を締結している。

ロータ斜面ポケット部に供給された純水は、廃液孔２０８を経由してロータリーテーブルホルダー２００外部へ排出される。図２の円内拡大図に示されるように、ロータ２０３外周縁斜面と固定子２０４内周壁が対向する位置にある廃液通路２０８ａは、固定子２０４内周壁に接着２１９されたゴム舌２１８がロータ斜面を被い、水漏れを防いでいる。

ポーラスセラミック製チャック板２０１は、ロータ（可動子）が回転することにより水平方向で回転する。また、減圧室を真空ポンプで減圧することにより平坦加工される基板裏面を吸着する。

図１に示す裏面研削装置１を用いて基板を平坦化加工する手順を以下に説明する。収納カセット１００内の基板を多関節型ロボットの吸着アーム１０１で吸着し、吸着アーム１０１を後退、前進、下降移動させて半導体基板を基板ホルダーテーブル（Ｈ）のポーラスセラミック製チャック板２０１上に移送し、基板ホルダーテーブル上に半導体基板裏面を上向きにして載置する。

真空ポンプを稼動させて減圧室２１５を減圧し、基板をポーラスセラミック製チャック板２０１上に固定する。ついで、ロータ２０２，２０３を回転させることにより半導体基板を水平方向に１０〜３００ｍｉｎ^−１で回転させる。

スライドウエイＳ_ｂを前方向に直進させ、また、スライドウエイＳ_ａを左方向へ移動させ、基板ホルダーテーブル（Ｈ）上に載置された半導体基板の外周縁部の垂直面と研削砥石（Ｔ）の外周縁部の垂直面とが０．５〜３ｍｍ幅重なり合う位置に基板ホルダーテーブル（Ｈ）位置を移動させる位置合わせ（図３で仮想線で示す位置）を行う。

研削砥石（Ｔ）軸を１，０００〜３，０００ｍｉｎ^−１で回転させながら下降させてダイヤモンドカップホイール型砥石（Ｔ）により回転している半導体基板のエッジ面への研削切り込みを開始する。エッジ研削中は、図示されていない加工液供給ノズルより半導体基板裏面に、もしくは、半導体基板裏面と研削砥石が接触する加工作用点に加工液を供給する。

半導体基板裏面の外周縁部の厚みが所望の２２〜５２μｍの厚みとなるエッジ研削加工(図４のａ参照)が終了したら、前記ダイヤモンドカップホイール型粗研削砥石（Ｔ）軸を上昇させる(図４のｂ参照)。

ついで、スライドウエイＳ_ｂを更に前方向に直進させることにより、外周縁部が面取りされた半導体基板を載置する前記基板ホルダーテーブル（Ｈ）を更に研削砥石（Ｔ）軸下方向に直線移動させて半導体基板の中心点を経過する垂直面と前記研削砥石の外周を含む垂直面が一致する位置（図３で実線で示されるステージ位置Ｓ_ｂｇ）に基板ホルダーテーブル（Ｈ）位置を移動させる。

前記基板ホルダーテーブル（Ｈ）軸を１，０００〜３，０００ｍｉｎ^−１で回転させつつ下降させて前記半導体基板の中心点部を通る位置で前記研削砥石（Ｔ）を摺擦させて前記基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の裏面を平面研削加工する(図４のｃ参照。)。半導体基板の裏面研削中は、図示されていない加工液供給ノズルより基板裏面上に、もしくは、半導体基板と研削砥石が接触する加工作用点に加工液を供給する。

所望により、裏面研削加工中、ワークテーブルスライドウエイ（Ｓ_ｂ）の５〜２０ｍｍ幅の前後揺動、または／および、ツールテーブルスライドウエイ（Ｓ_ａ）の５〜２０ｍｍ幅左右揺動を行うことにより、半導体基板の裏面研削加工面には研削傷条痕が残らない。

所望の２２〜５２μｍの厚みの裏面研削加工基板が得られたら研削砥石（Ｔ）軸を上昇させ、回転を止め、ワークテーブルスライドウエイ（Ｓ_ｂ）を後退させて基板ホルダーテーブル（Ｈ）位置を待機位置へと戻す。

本発明の裏面研削方法は、基板ホルダーテーブル（Ｈ）の前後直線方向の移動に応じて、１基の基板ホルダーテーブル（Ｈ）と１つの研削砥石（Ｔ）とでエッジ研削ステージおよび裏面研削ステージを構成できるので、エッジ研削加工を行う研削砥石を用いて裏面研削加工を行うことが可能であり、研削装置のフットプリントを増大させることはなく、コンパクトに設計できる。

裏面研削装置の斜視図である。基板ホルダーテーブルとスライドウエイの断面図である。裏面研削装置の部分平面図で、基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板と研削砥石の相関位置を説明する図である。研削砥石軸の半導体基板裏面のエッジ研削加工および裏面研削加工の状態を示すステップ図である。

符号の説明

１裏面研削装置
Ｈ基板ホルダーテーブル
Ｓ_ｂスライドウエイ
Ｇ_ｂガイドウエイ
Ｓ_ｅエッジ研削ステージ
Ｓ_ｂｇ裏面研削ステージ
Ｔ研削砥石（カップホイール型ダイヤモンド砥石）

Claims

リニアガイドウエイ上を往復移動可能なスライドウエイに１台の基板ホルダーテーブルを搭載し、この基板ホルダーテーブルの回転軸心を含む該基板ホルダーテーブル進退方向垂直面と１基の研削砥石軸心を含む垂直面が一致するよう前記基板ホルダーテーブルの上方に昇降可能に設けた研削砥石軸を備える裏面研削装置を用い、次の工程を経て半導体基板の裏面研削加工を行うことを特徴とする半導体基板の裏面研削方法。
（１）基板ホルダーテーブル上に半導体基板裏面を上向きに載置する。
（２）前記ホルダーテーブルを研削砥石軸下方向に直線移動させて基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の外周縁部の垂直面と研削砥石の外周縁部の垂直面とが０．５〜３ｍｍ幅重なり合う位置に基板ホルダーテーブル位置を移動させる。
（３）この基板ホルダーテーブルの回転軸を回転させるとともに、前記研削砥石軸を回転させつつ下降させて研削砥石を半導体基板の外周縁部で摺擦させて前記基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の裏面外周縁部を面取りするエッジ研削加工を行う。
（４）エッジ研削加工後、前記研削砥石軸を上昇させる。
（５）外周縁部が面取りされた半導体基板を載置する前記基板ホルダーテーブルを更に研削砥石軸下方向に直線移動させて半導体基板の中心点を経過する垂直面と前記研削砥石の外周を含む垂直面が一致する位置に基板ホルダーテーブル位置を移動させる。
（６）前記基板ホルダーテーブルの回転軸を回転させるとともに、前記研削砥石軸を回転させつつ下降させて前記半導体基板の中心点部を通る位置で前記研削砥石を摺擦させて前記基板ホルダーテーブル上に載置された半導体基板の裏面を平面研削加工する。
（７）平面研削加工後、前記研削砥石軸を上昇させる。