JP2011125988A

JP2011125988A - 研削装置

Info

Publication number: JP2011125988A
Application number: JP2009288946A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Takada; 暢行高田; Atsuhiro Onishi; 淳裕大西; Fumi Nakamura; 文中村
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】ウエーハの割れを発生させることなく大径のウエーハを研削可能な研削装置を提供する。
【解決手段】第１及び該第２チャックテーブル１０の各々は、ウエーハＷを吸引保持する吸引保持部７４と、該吸引保持部７４の外周に配置された環状フレーム保持部７６とを含み、該環状フレーム保持部７６に保持された該環状フレームＦの上面は該吸引保持部７４の上面より低くなるように設定されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを研削する研削装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

近年半導体ウエーハは、一枚のウエーハからより多くの半導体デバイス（チップ）を形成できるように大径化が進み、チップのサイズもより小さくより薄くなってきている。そのため、ウエーハの裏面を研削する研削装置が、大径化されたウエーハをどこまで薄く加工できるかが常に課題となっている。

このような技術的トレンドの中で大きな問題となるのが、大径化が進んだウエーハ（例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍ）の搬送である。即ち、大きなウエーハを数十μｍと薄く研削した非常に脆い状態のウエーハを、いかに割れることなく搬送できるかということが近年、半導体製造装置業界で共通した課題となっている。

従来対策として実施されてきたのは、ウエーハを保持する研削装置のチャックテーブルをターンテーブルと呼ばれる回転式の基台上に設け、各研削工程をチャックテーブルごと移動させることで、ウエーハをチャックテーブルから着脱する回数を最小まで抑え、ウエーハに割れが発生する原因を減らすという方法である（例えば、特開平１０−１７９３２号公報参照）。

従来採用されてきた他の対策としては、ウエーハと同等サイズの保護テープをデバイスが形成された表面側に貼着し、保護テープ付きのウエーハをチャックテーブルに保持してウエーハの裏面を研削するといった方法である。

この方法では、ウエーハをリークすることなくチャックテーブルで吸引保持するために、チャックテーブルの吸着面（多孔質セラミックス等で形成されている）がウエーハより数ｍｍ小さい直径で形成されている（例えば、特開２００１−３８５５６号公報参照）。

特開平１０−１７９３２号公報特開２００１−３８５５６号公報特開平７−２１１７６６号公報

しかし、ターンテーブルは機構が複雑なため比較的重量があり、ウエーハが大型になると必然的にターンテーブル自体も重くなるので、研削装置の装置重量が非常に重くなるという問題が生じる。

また、従来は保護テープが表面に貼着されたウエーハをリークすることなく吸引保持するために、チャックテーブルの吸着面がウエーハより数ｍｍ小さい径で形成されているので、ウエーハの最外周部は吸着が不十分であり、研削時に発生するコンタミ水がその部分に回り込み易く、延いてはコンタミの噛み込みによりウエーハ割れや不均一な研削面となったりするという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、薄く研削された大径のウエーハを割れを発生することなく搬送可能な研削装置を提供することである。

本発明によると、粘着テープを介して環状フレームに支持されたウエーハを研削する研削装置であって、該粘着テープを介してウエーハを吸引保持する固定基台に設置された第１チャックテーブルと、該第１チャックテーブルに対向して配設され、粗研削用の第１の砥石を有する第１研削ユニットと、該粘着テープを介してウエーハを吸引保持する該固定基台に設置された第２チャックテーブルと、該第２チャックテーブルに対向して配設され、仕上げ研削用の第２の砥石を有する第２研削ユニットと、複数の吸着パッドを有し、該吸着パッドで該環状フレームを吸着して該第１チャックテーブルから該第２チャックテーブルへウエーハを搬送するウエーハ搬送手段とを具備し、該第１及び該第２チャックテーブルの各々は、ウエーハを吸引保持する吸引保持部と、該吸引保持部の外周に配置された環状フレーム保持部とを含み、該環状フレーム保持部に保持された該環状フレームの上面は該吸引保持部の上面より低くなるように設定されていることを特徴とする研削装置が提供される。

本発明の研削装置では、ウエーハを粘着テープを介して環状フレームで支持するので、ウエーハの搬送による割れという問題を解決できるとともに、チャックテーブル全面を粘着テープで覆うことで研削中のコンタミ水がチャックテーブルとウエーハとの間に浸入するのを防止することができる。

また、搬送手段を採用したことによりターンテーブル機構を省略することができるため、装置の軽量化が容易になるとともに、第１及び第２チャックテーブルとして第１及び第２研削ユニットによる研削工程の特性に合わせたモータを搭載したチャックテーブルを個々に採用することが可能となる。

更に、従来の保護テープに代わり外周部が環状フレームに装着された粘着テープをウエーハの裏面に貼着しているため、ウエーハの裏面からウエーハをチップに分割することが可能な切削装置やレーザ加工装置を使用する場合には、研削からウエーハの分割まで単一の粘着テープの使用で実施可能であるので、テープの張り替え工程の省略化及び従来の保護テープの省略化が実現できる。

また、研削時に環状フレームを固定して粘着テープを介してウエーハを吸引保持するので、リークの問題を回避可能であるとともに、フレームが剛性があり突き当て等によって位置決めできることから、従来必要であったポジショニングテーブルによるフレーム位置決め手段（例えば、特許文献３参照）が不要となる。

環状フレーム及びウエーハの表面に粘着テープを貼着する状態の斜視図である。粘着テープを介して環状フレームに支持されたウエーハの裏面側斜視図である。本発明実施形態の研削装置の平面図である。搬送装置の側面図である。図５（Ａ）は第１実施形態のチャックテーブルでウエーハを保持しながら粗研削ユニットでウエーハを研削している状態の斜視図、図５（Ｂ）はその一部断面側面図である。図６（Ａ）は第２実施形態のチャックテーブルでウエーハを保持しながら粗研削ユニットでウエーハを研削している状態の斜視図、図６（Ｂ）はその一部断面側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１を参照すると、例えば、作業テーブル上に載置された環状フレームＦ及び環状フレームＦの開口中央部に配設されたウエーハＷの表面に、粘着テープＴを貼着する状態の斜視図が示されている。ウエーハＷは、格子状に形成された複数の分割予定ライン（ストリート）１１により区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１３が形成されて構成されている。

ウエーハＷは、例えばその直径が４５０ｍｍで、７００μｍの厚さを有している。粘着テープＴは、樹脂から成る基材上に粘着層が塗布されて形成されている。図１では、粘着層が下側となっている。

図２は環状フレームＦ及びウエーハＷの表面に粘着テープＴを貼着してから、反転した状態の斜視図を示している。ウエーハＷはその表面が粘着テープＴで保護されて裏面が露出した状態となっている。

図３を参照すると、本発明実施形態に係る研削装置２の平面図が示されている。４は研削前のウエーハＷを収容する第１カセットであり、進退可能及び旋回可能な搬送装置６により下側から環状フレームＦが持ち上げられて、第１カセット４からウエーハＷは取り出され、搬送装置６が旋回することにより第１チャックテーブル１０上に載置される。

第１チャックテーブル１０は静止基台８上に搭載されており、第１チャックテーブル１０に対向して粗研削ユニット１２が配設されている。粗研削ユニット１２は、図５（Ｂ）に示すように垂直コラム５６に上下方向に移動可能に取り付けられているが、その重量が重いため粗研削ユニット１２のハウジング５２の側面に一対のエアシリンダ１４のピストンロッドが連結されて、粗研削ユニット１２を上下方向移動可能に支持している。

第１チャックテーブル１０に隣接して第２チャックテーブル１６が静止基台８に搭載されている。第２チャックテーブル１６に対向して仕上げ研削砥石を有する仕上げ研削ユニット１８が配設されている。

仕上げ研削ユニット１８は、図５（Ｂ）に示した粗研削ユニット１２と同様に、上下方向移動可能に垂直方向に伸長するコラムに搭載されている。仕上げ研削ユニット１８を支持するために、一対のエアシリンダ２０のピストンロッドが仕上げ研削ユニット１８のハウジングに連結され、仕上げ研削ユニット１８を上下方向移動可能に支持している。

第２チャックテーブル１６に隣接して第３チャックテーブル２２が静止基台８に搭載されている。第３チャックテーブル２２に対向して研磨ユニット２４が上下方向及び水平方向に移動可能に配設されている。

即ち、静止部材３０に移動部材２６が左右に移動可能に配設されており、移動部材２６の両端に取り付けられた一対のエアシリンダ２８により研磨ユニット２４が上下方向移動可能に支持されている。第３チャックテーブル２２に隣接して、研削及び研磨後のウエーハを洗浄し乾燥するスピンナ洗浄装置３２が静止基台８に搭載されている。

環状フレームＦで支持されたウエーハＷを、第１チャックテーブル１０、第２チャックテーブル１６、第３チャックテーブル２２及びスピンナ洗浄装置３２の順に搬送するために、搬送装置３４が静止基台８に搭載されている。

搬送装置３４は、図４に示すように概略Ｔ形状の旋回アーム３６と、旋回アーム３６の各端部に伸縮自在に挿入された支持フレーム３８と、支持フレーム３８の下端部に取り付けられた複数の吸着パッド４８とから構成される。旋回アーム３６は、図示しない駆動手段により９０度ずつ回転される。

図３を再び参照すると、４０はスピンナ洗浄装置３２で洗浄済みのウエーハＷを搬送する搬送装置であり、環状フレームＦに支持された洗浄済みのウエーハＷを、吸着パッドで環状フレームＦを吸着することにより、スピンナ洗浄装置３２から一対の搬送ガイドレール４２まで搬送する。

即ち、搬送装置４０でウエーハＷを支持した環状フレームＦを一対の搬送ガイドレール４２上に搬送し、エアシリンダから構成されるプッシュ装置４４により環状フレームＦをプッシュして、研削後のウエーハを収容する第２カセット４６中に押し込む。

図５（Ａ）を参照すると、第１実施形態の第１チャックテーブル１０と、粗研削ユニット１２の斜視図が示されている。図５（Ｂ）はその一部断面側面図である。図５（Ｂ）に示すように、垂直コラム５６には上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）６２が固定されている。

この一対のガイドレール６２に沿って粗研削ユニット１２が上下方向移動可能に装着されている。粗研削ユニット１２は、そのハウジング５２が一対のガイドレール６２に沿って上下方向に移動する移動基台５４に取り付けられている。

粗研削ユニット１２は、ハウジング５２と、ハウジング５２中に回転可能に収容されたスピンドル６４と、スピンドル６４を回転駆動するサーボモータ７０と、スピンドル６４の先端に固定された複数の粗研削用の研削砥石６８を有する研削ホイール６６を含んでいる。

粗研削ユニット１２は、粗研削ユニット１２を一対の案内レール６２に沿って上下方向に移動する図示しないボールねじと、パルスモータ５８とから構成される粗研削ユニット移動機構６０を備えている。パルスモータ５８をパルス駆動すると、ボールねじが回転し、移動基台５４が上下方向に移動される。

第１チャックテーブル１０は、ＳＵＳ等の金属から形成された枠体７２と、枠体７２の凹部中に嵌合されたポーラス吸着部７４とから構成される。枠体７２の外周部上部には磁石等から形成された環状フレーム保持部７６が配設されている。

図５（Ｂ）に示すように、ウエーハＷを粘着テープＴを介して吸引保持し、環状フレーム保持部７６で環状フレームＦを保持すると、環状フレーム保持部７６で保持された環状フレームＦの上面はポーラス吸着部７４の上面よりも低くなる様に形成されている。即ち、環状フレームの保持部７６で環状フレームＦを保持すると、環状フレームＦはポーラス吸着部７４の上面に対して所定距離引き落とされることになる。

第２チャックテーブル１６、第３チャックテーブル２２も上述した第１チャックテーブル１０と同様に構成されている。また、仕上げ研削ユニット１８は、仕上げ研削用の砥石を有する点を除いて、上述した粗研削ユニット１２と同様に構成されている。

図６（Ａ）を参照すると、本発明第２実施形態の第１チャックテーブル１０Ａと、第１チャックテーブル１０Ａに対向して配設された粗研削ユニット１２の斜視図が示されている。図６（Ｂ）はその一部断面側面図である。

本実施形態の第１チャックテーブル１０Ａは、環状フレームＦを固定する固定手段として第１実施形態の磁石に換えて複数のクランプ８２を採用している。即ち、図６（Ｂ）に示すように、ウエーハＷを粘着テープＴを介してポーラス吸着部７４で吸引保持し、クランプ８２で環状フレームＦをクランプすることにより、環状フレームＦを固定する。

この状態では、クランプ８２に保持された環状フレームＦの上面はポーラス吸着部７４の上面より低くなる様に設定されている。即ち、クランプ８２で環状フレームＦをクランプすると、環状フレームＦはポーラス吸着部７４の上面に対して所定距離引き落とされる。

本実施形態の他の構成は、図５に示した第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。第２チャックテーブル１６及び第３チャックテーブル２２も上述した第１チャックテーブル１０Ａと同様に構成されている。

以下、このように構成された研削装置２の作用について説明する。まず、搬送装置６が第１カセット４中に挿入されて、図２に示された環状フレームＦを下から持ち上げて後退することにより、環状フレームＦに支持されたウエーハＷを第１カセット４中から引き出し、搬送装置６が旋回することにより第１チャックテーブル１０まで環状フレームＦに支持されたウエーハＷを搬送する。

第１チャックテーブル１０では、ポーラス吸着部７４で粘着テープＴを介してウエーハＷを吸引保持し、磁石から形成された環状フレーム保持部７６で環状フレームＦを保持する。

この状態で、第１チャックテーブル１０を図５（Ａ）に示すように矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール６６を第１チャックテーブル１０と同一方向に、即ち矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、粗研削ユニット移動機構６０を作動して粗研削用の研削砥石６８をウエーハＷの裏面に接触させる。

そして、研削ホイール６６を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハＷの粗研削を実施する。接触式の厚みゲージによってウエーハＷの厚みを測定しながらウエーハＷを所望の厚み、例えば６０μｍに仕上げる。

粗研削が終了したウエーハＷは、搬送装置３４の支持フレーム３８を吸着位置まで伸長した後、吸着パッド４８により環状フレームＦを吸着し、旋回アーム３６が９０度反時計回り方向に回転することにより、環状フレームＦに支持されたウエーハＷを第２チャックテーブル１６まで搬送する。

搬送後に、支持フレーム３８は図示した待機位置まで引っ込められる。第２チャックテーブル１６では、ポーラス吸着部で粘着テープＴを介して粗研削されたウエーハＷを吸引保持するとともに、環状フレームＦを環状フレーム保持部で保持する。

この状態で、粗研削と同様に第２チャックテーブル１６を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、第２研削ユニット１８の研削ホイールを第２チャックテーブル１６と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、仕上げ研削ユニット移動機構を作動して仕上げ研削用の研削砥石をウエーハＷの裏面に接触させる。

そして、仕上げ研削用の研削ホイールを所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハＷの仕上げ研削を実施する。接触式の厚みゲージによってウエーハＷの厚みを測定しながらウエーハＷを所望の厚み（例えば５０μｍ）に仕上げる。

仕上げ研削を終了したウエーハＷは、ウエーハＷを支持する環状フレームＦが搬送装置３４の吸着パッド４８で吸着されて、旋回アーム３６を反時計回りに更に９０度回転することにより第３チャックテーブル２２まで搬送される。第３チャックテーブル２２で粘着テープＴを介して吸引保持されたウエーハＷは、研磨ユニット２４で研磨されて、研磨歪が除去され、抗折強度が増強される。

研磨の終了したウエーハＷは、搬送装置３４の吸着パッド４８でウエーハＷを支持する環状フレームＦが吸着されて、旋回アーム３６が反時計回り方向に更に９０度回転することによりスピンナ洗浄装置３２まで搬送される。

スピンナ洗浄装置３２では、研磨後のウエーハＷをスピン洗浄すると共に、エアを噴出することにより乾燥する。スピン洗浄されたウエーハＷは、搬送装置４０の吸着パッドで環状フレームＦが吸着されて一対の搬送ガイドレール４２まで搬送され、エアシリンダから構成されるプッシュ装置４４を作動することにより第２カセット４６中に押し込まれる。

上述した実施形態の研削装置２によると、ウエーハＷを粘着テープＴを介して環状フレームＦで支持することにより、ウエーハの搬送中の割れという問題を解決するとともに、チャックテーブル全面を粘着テープＴで覆うことにより研削中のコンタミ水がチャックテーブルとウエーハＷとの間に入り込むことを防止することができる。

また、従来の研削装置では複数のチャックテーブルを搭載していたターンテーブルを省略して、各工程間のウエーハＷの搬送を搬送装置３４で行うようにしたので、第１チャックテーブル１０を粗研削の特性に合わせたチャックテーブルに設計することができ、第２チャックテーブル１６を仕上げ研削の特性に合わせたチャックテーブルに設計することができ、第３チャックテーブル２２を研磨工程の特性に合わせたチャックテーブルに設計することができる。

更に、従来の保護テープに換えてウエーハＷのデバイス面の保護を環状フレームＦに装着された粘着テープＴで行うようにしたので、赤外線撮像装置を搭載した切削装置又はレーザ加工装置でウエーハＷの裏面からアライメントを行い、更にウエーハＷのチップへの分割を行う場合には、粘着テープＴを貼りかえる必要なく、そのまま切削工程又はレーザ加工工程を実施することができ、テープ張替え工程の省略化及び従来の保護テープの省略化が可能である。

また、従来のチャックテーブルのポーラス吸着面はウエーハＷの直径に比較して数ｍｍ程度小さく構成されているので、リークの発生を防止するためにはチャックテーブル上へのウエーハＷの正確な搭載位置決めが必要であったが、本実施形態の研削装置２では、粘着テープＴでリークの問題が回避されることと、環状フレームＦに剛性があるため、環状フレームＦの位置決めピンによる突き当て位置決めが可能であるので、従来必要であったポジショニングテーブルによるフレーム位置決め手段が不要となる。

Ｗ半導体ウエーハ
Ｔ粘着テープ
Ｆ環状フレーム
２研削装置
４第１カセット
６搬送装置
８静止基台
１０第１チャックテーブル
１２粗研削ユニット
１６第２チャックテーブル
１８仕上げ研削ユニット
２２第３チャックテーブル
２４研磨ユニット
３４搬送装置
３６旋回アーム
３８支持フレーム
４０搬送装置
４２搬送ガイドレール
４６第２カセット
４８吸着パッド
６６研削ホイール
６８研削砥石
７４ポーラス吸着部
７６フレーム保持部
８２クランプ

Claims

粘着テープを介して環状フレームに支持されたウエーハを研削する研削装置であって、
該粘着テープを介してウエーハを吸引保持する固定基台に設置された第１チャックテーブルと、
該第１チャックテーブルに対向して配設され、粗研削用の第１の砥石を有する第１研削ユニットと、
該粘着テープを介してウエーハを吸引保持する該固定基台に設置された第２チャックテーブルと、
該第２チャックテーブルに対向して配設され、仕上げ研削用の第２の砥石を有する第２研削ユニットと、
複数の吸着パッドを有し、該吸着パッドで該環状フレームを吸着して該第１チャックテーブルから該第２チャックテーブルへウエーハを搬送するウエーハ搬送手段とを具備し、
該第１及び該第２チャックテーブルの各々は、ウエーハを吸引保持する吸引保持部と、該吸引保持部の外周に配置された環状フレーム保持部とを含み、該環状フレーム保持部に保持された該環状フレームの上面は該吸引保持部の上面より低くなるように設定されていることを特徴とする研削装置。