JP2009214279A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジチッピングの発生を防止した研削装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る研削装置は、ヘッド部材に保持されて回転する砥石２３を保持機構に保持されて回転するウェハ５に当接させることでウェハ５の研削加工を行うように構成された研削装置において、砥石２３の外径をＤとし、砥石２３の径方向の幅をＷとし、ウェハ５の半径をＲとしたとき、Ｒ＜Ｄ＜｛Ｒ＋（２×Ｗ）｝の条件を満足するとともに、砥石２３をウェハ５に当接させたとき、砥石２３がウェハ５の外周部および回転中心Ｏ１に接触するように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板の裏面側を研削する研削装置に関する。

近年、半導体の微細化が困難になるのに伴って、チップの大容量化、高速化、および小型化を維持するために、いわゆる「３Ｄ ＩＣ」や多層パッケージ技術が注目されている。多層パッケージ技術においては、積層されるチップを薄くしてパッケージの小型化を図るため、研削装置（例えば、特許文献１を参照）を用いてウェハの裏面側を研削し、ウェハの厚さを３０μｍ程度まで薄くする研削加工技術が重要となる。このような研削加工を行う研削装置として、例えば、図４に示すように、ウェハ５′を研削するための砥石１２３や、当該砥石１２３とウェハ５′との当接部に冷却等のための研削水を供給する研削水供給装置１４０等を有し、図示しないチャックに回転保持されたウェハ５′の裏面側にウェハ５′よりも径の大きいリング状の砥石１２３を回転させながら当接させることで、ウェハ５′の裏面側を研削加工する構成のものがある。
特開２００７−３３５４５８号公報

しかしながら、上述のような研削装置では、ウェハ５′のエッジ部分において、ウェハ５′の周方向（図４における矢印Ａの方向）に対しほぼ垂直な方向（図４における矢印Ｂの方向）に砥石１２３が通過する。このため、砥石１２３に接触するウェハ５′の二つのエッジ部分のうち、砥石１２３からウェハ５′の径方向内方に向けての力を受ける一方のエッジ部分に砥石１２３が引っ掛かる所謂チッピングが前記一方のエッジ部分に発生しやすくなっていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、エッジチッピングの発生を防止した研削装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る研削装置は、円盤状の基板を保持して回転可能な保持機構と、前記保持機構と対向するように設けられて回転可能なヘッド部材と、前記ヘッド部材に保持されて前記基板を研削可能なリング状の砥石とを備え、前記ヘッド部材に保持されて回転する前記砥石を前記保持機構に保持されて回転する前記基板に当接させることで前記基板の研削加工を行うように構成された研削装置において、前記砥石の外径をＤとし、前記砥石の径方向の幅をＷとし、前記基板の半径をＲとしたとき、次式
Ｒ＜Ｄ＜｛Ｒ＋（２×Ｗ）｝
の条件を満足するとともに、前記砥石を前記基板に当接させたとき、前記砥石が前記基板の回転中心に接触するように構成される。

本発明によれば、エッジチッピングの発生を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明を適用した研削装置１の概略構成を図１に示す。研削装置１は、半導体ウェハ５を保持して回転可能な保持機構１０と、保持機構１０の上方に対向して設けられた研削ユニット２０と、ウェハ５に対して研削ユニット２０を昇降および相対揺動させる研削ユニット移動機構３０と、ウェハ５に研削水を供給する研削水供給機構４０と、保持機構１０、研削ユニット２０、研削ユニット移動機構３０、および研削水供給機構４０等の作動を制御する制御装置５０とを主体に構成される。

ウェハ５は、図３に示すように、加工前の厚さが８００μｍ程度の円盤状に形成されており、ウェハ５の裏面５ｂに対する研削加工によって、例えば、３０μｍ以下の所定の厚さまで薄くされる。ウェハ５の表面５ａには、複数のチップ領域（図示せず）が区画形成されており、各チップ領域に所定の電子回路が形成される。裏面研削が施されるウェハ５の表面５ａ側には、電子回路を保護する等の目的で保護テープ６が貼り付けられる。保護テープ６は、例えば、ポリエチレンやポリオレフィンシートの片面に粘着剤を塗布した構成のものが用いられる。

保持機構１０は、図１に示すように、円盤状のチャック１１と、このチャック１１の下部から鉛直下方に延びるスピンドル１２と、スピンドル１２に回転駆動力を伝達してチャック１１を水平面内で回転させるチャック駆動モータ１３等を有して構成される。チャック１１は、セラミック等の高剛性材料を用いて平面度の高い円盤状に形成され、上面側においてウェハ５の中心軸Ｏ１とチャック１１の回転軸とが一致するようにウェハ５を吸着保持する。チャック１１の内部には、保護テープ６が貼り付けられたウェハ５の表面５ａを真空吸着する真空チャック構造が設けられてウェハ５を着脱可能に構成されており、チャック１１に吸着保持されたウェハ５の裏面５ｂ（すなわち被研削面）が上向きの水平姿勢で保持される。

保持機構１０の近傍には、研削ユニット移動機構３０が設けられており、研削ユニット移動機構３０を構成するアーム部材３２の先端に研削ユニット２０が設けられる。研削ユニット２０は、砥石ユニット２１と、砥石ユニット２１が取り付けられるヘッド部材２５と、ヘッド部材２５の上部から鉛直上方に延びるスピンドル２６と、スピンドル２６に回転駆動力を伝達してヘッド部材２５および砥石ユニット２１を水平面内で回転させる砥石駆動モータ２７等を有して構成される。

砥石ユニット２１は、円盤状のベースプレート２２と、ベースプレート２２に結合されたリング状の砥石２３とから構成され、ヘッド部材２５の下面側に取り付けられて研削面が下向きの水平姿勢で保持される。ベースプレート２２は、ステンレス材等を用いて円盤状に形成され、ベースプレート２２の中心部には、研削水供給機構４０より供給される研削水を砥石２３の中心側に供給するための孔部２２ａが上下に貫通して形成されている。

ベースプレート２２と結合される砥石２３は、基材がステンレス材等を用いてベースプレート２２と同等の外径を有するリング状に形成され、下面側に研削を行うためのダイヤモンド砥粒等が固着されて研削面を形成する。砥石２３の内部には、砥石２３の内周側に溜まった研削水を外部へ逃がす複数の水逃げ孔２３ａが径方向に貫通するように形成されている。また、砥石２３の外径は、砥石２３の外径をＤとし、砥石２３の径方向の幅をＷ（図２も参照）とし、ウェハ５の半径をＲとしたとき、次の（１）式で表わされる条件を満足するように設計される。

Ｒ＜Ｄ＜｛Ｒ＋（２×Ｗ）｝ …（１）

ヘッド部材２５は、ステンレス材等を用いて、ベースプレート２２と同等の径を有する円盤状に形成され、ヘッド部材２５の下面側において砥石ユニット２１を保持する。そして、ベースプレート２２に取り付けられた砥石ユニット２１は、スピンドル２６および砥石駆動モータ２７を用いて、砥石ユニット２１（砥石２３）の中心軸Ｏ２を回転中心軸として回転可能に構成される。また、ヘッド部材２５の中心部には、研削水供給機構４０より供給される研削水を砥石２３の中心側に供給するための孔部２５ａが上下に貫通して形成されている。

研削ユニット移動機構３０は、加工テーブル３９から上方に突出する基部３１と、この基部３１から水平に延びるアーム部材３２と、基部３１を通って上下に延びる揺動軸を中心としてアーム部材３２を水平揺動させるアーム揺動機構３５と、アーム部材３２全体を垂直昇降させるアーム昇降機構（図示せず）等を有して構成され、上述した研削ユニット２０がアーム部材３２の先端部に設けられている。研削ユニット移動機構３０は、アーム揺動機構３５によりアーム部材３２を水平揺動させたときの研削ユニット２０の揺動軌跡上に保持機構１０が位置するように構成されており、砥石ユニット２１をチャック１１に保持されたウェハ５と対向させた状態でアーム部材３２全体を昇降させ、砥石２３をウェハ５の裏面５ｂに当接させることができるようになっている。またこのとき、図２に示すように、砥石２３がウェハ５の外周部および回転中心（中心軸Ｏ１）の両方と接触するように当接させる。

図１に示す研削水供給機構４０は、ウェハ５の冷却や潤滑、あるいは研削屑の排出のための研削水４１（図２を参照）を、ベースプレート２２およびヘッド部材２５に形成された各孔部２２ａ，２５ａを通じて、砥石ユニット２１（砥石２３）の中心軸Ｏ２の方からウェハ５上に供給する。また、制御装置５０は、研削装置１に予め設定記憶された制御プログラム、および研削対象物に応じて読み込まれた加工プログラムに基づいて、保持機構１０、研削ユニット２０、研削ユニット移動機構３０、および研削水供給機構４０等の作動を制御する。

以上のように構成された研磨装置１において、ウェハ５の研削加工を行うには、研削ユニット移動機構３０によりアーム部材３２を揺動させて研削ユニット２０を保持機構１０の上方に対向して位置させ、砥石ユニット２１およびチャック１１をともに回転させながら砥石ユニット２１を研削位置に下降させて、砥石２３の下面（研削面）をチャック１１に保持されて回転するウェハ５の裏面５ｂに当接させる。このとき、図２に示すように、砥石２３がウェハ５の外周部および回転中心（中心軸Ｏ１）の両方と接触するように当接させるとともに、研削水供給機構４０を用いて、研削水４１を砥石ユニット２１（砥石２３）の中心軸Ｏ２の方からウェハ５と砥石２３との当接部に供給する。またこのとき、ウェハ５および砥石２３をそれぞれ同一方向に回転させるとともに、ウェハ５の外周部の速度がウェハ５の外周部を通過する砥石２３の速度よりも低くなるようにする。これにより、砥石２３を揺動させることなく、ウェハ５の研削加工を行うことができる。

上述したように、本実施形態の研削装置１においては、砥石２３の外径が（１）式で表わされる条件を満足するように設計され、砥石２３をウェハ５に当接させたとき、砥石２３がウェハ５の外周部および回転中心（中心軸Ｏ１）に接触するようになっている。そのため、ウェハ５のエッジ部分において、ウェハ５の周方向（図２における矢印Ｃの方向）に倣うような方向（図２における矢印Ｄの方向）で砥石２３が通過することから、エッジチッピングの発生を防止することが可能になる。

これに対し、砥石２３の外径がウェハ５の半径よりも小さい場合、例えば砥石２３がウェハ５の回転中心に接触するように砥石２３を配置したとき、ウェハ５の外周部に砥石２３を接触させることができないため、ウェハ５に研磨ムラが生じてしまう。また、砥石２３の外径Ｄが（１）式における｛Ｒ＋（２×Ｗ）｝よりも大きい場合、ウェハ５のエッジ部分に従来のようなチッピングが発生しやすくなる傾向がある。

なお、例えば、砥石２３の外径が（１）式で表わされる条件を満足する（２）式の条件で設計される場合、ウェハ５の中心軸Ｏ１と砥石２３の中心軸Ｏ２との間の距離Ｌが（３）式で表わされる条件を満足する場合に、砥石２３がウェハ５の外周部および回転中心（中心軸Ｏ１）に接触することになる。

Ｄ＝（Ｒ＋Ｗ） …（２）
｛（Ｒ−Ｗ）／２｝＜Ｌ＜｛（Ｒ＋Ｗ）／２｝ …（３）

また、本実施形態の研削装置１においては、砥石２３の外径がウェハ５の外径よりも小さくなるため、小径の砥石は平面度を出しやすく面振れを抑えることができることから、研削衝撃によるチッピングやウェハ５に対するダメージを軽減させることができる。また、砥石２３の外径がウェハ５の外径よりも小さくなるため、ウェハ５の外径が例えば３００ｍｍから４５０ｍｍへ大型化しても、砥石はウェハよりも大きくならないため、装置の大型化を最小限に抑えることができる。

またこのとき、ウェハ５および砥石２３をそれぞれ同一方向に回転させることがこのましく、このようにすれば、ウェハ５のエッジ部分において、当該エッジ部分の回転方向に倣うような方向で砥石２３が通過することから、エッジチッピングの発生を効果的に防止することができる。

またこのとき、ウェハ５の外周部の速度がウェハ５の外周部を通過する砥石２３の速度よりも低くなるようにすることがこのましく、このようにすれば、ウェハ５のエッジ部分において、当該エッジ部分の回転方向に倣うような方向で砥石２３が通過することから、エッジチッピングの発生を効果的に防止することができる。

またこのとき、研削水供給機構４０を用いて、研削水４１を砥石ユニット２１（砥石２３）の中心軸Ｏ２の方からウェハ５と砥石２３との当接部に供給するようにすることが好ましく、このようにすれば、研削水４１が回転遠心力によりウェハ５と砥石２３との当接部に向けて緩やかに広がるため、ウェハ５のエッジ部分に研削水が衝突するのを回避できることから、エッジチッピングの発生を効果的に防止することができる。

なお、上述の実施形態において、研削ユニット２０（砥石２３）が保持機構１０の上方に対向して設けられているが、これに限られるものではなく、研削ユニット（砥石）が保持機構の下方に対向して設けられてもよく、保持機構の左右方向に対向して設けられても構わない。

また、上述の実施形態において、研削される基板はウェハ５に限られるものではなく、例えばガラス基板等の場合であっても、本発明を適用可能である。

本発明に係る研削装置の概略図である。 ウェハおよび砥石の平面図である。 ウェハの斜視図である。 従来の研削装置におけるウェハおよび砥石の平面図である。

符号の説明

１ 研削装置 ５ ウェハ（５ａ 表面、５ｂ 裏面）
１０ 保持機構 １１ チャック
２０ 研削ユニット
２１ 砥石ユニット
２２ ベースプレート（２２ａ 孔部） ２３ 砥石（２３ａ 水逃げ孔）
２５ ヘッド部材
４０ 研削水供給機構（研削液供給機構）
Ｏ１ ウェハの中心軸 Ｏ２ 砥石の中心軸

Claims (4)

1. 円盤状の基板を保持して回転可能な保持機構と、前記保持機構と対向するように設けられて回転可能なヘッド部材と、前記ヘッド部材に保持されて前記基板を研削可能なリング状の砥石とを備え、前記ヘッド部材に保持されて回転する前記砥石を前記保持機構に保持されて回転する前記基板に当接させることで前記基板の研削加工を行うように構成された研削装置において、
   前記砥石の外径をＤとし、前記砥石の径方向の幅をＷとし、前記基板の半径をＲとしたとき、次式
   Ｒ＜Ｄ＜｛Ｒ＋（２×Ｗ）｝
   の条件を満足するとともに、
   前記砥石を前記基板に当接させたとき、前記砥石が前記基板の回転中心に接触するように構成されることを特徴とする研削装置。
2. 前記基板と前記砥石との当接部に研削液を供給する研削液供給機構を備え、
   前記研削液供給機構は、前記砥石の中心の方から前記研削液を供給することを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
3. 前記基板および前記砥石がそれぞれ同一方向に回転することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の研削装置。
4. 前記回転する前記基板の外周部の速度が、前記回転して前記基板の外周部を通過する前記砥石の速度よりも低いことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の研削装置。

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