JP2013202704A - 研削装置及び研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 サブストレート上に貼着された被加工物を容易に所定厚みに研削できる研削装置及び研削方法を提供することである。
【解決手段】 被加工物と、被加工物が接着部材を介して貼着された被加工物より大きい面積を有するサブストレートと、を含む被加工物ユニットの被加工物を研削する研削装置であって、研削中の被加工物の厚みを検出する厚み検出手段とを備え、該厚み検出手段は、チャックテーブルの枠体の上面に当接して該枠体の上面高さ位置を検出する第１高さ位置検出器と、該チャックテーブルに保持された該被加工物ユニットの該サブストレートの上面に当接して該サブストレートの上面高さ位置を検出する第２高さ位置検出器と、研削手段で研削されている被加工物の上面に当接して被加工物の上面高さ位置を検出する第３高さ位置検出器と、を含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、サブストレート上に貼着された被加工物を研削する研削方法及び該研削方法を実施するのに適した研削装置に関する。

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、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

ウエーハ等の被加工物の裏面を研削する研削装置は、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に保持されたウエーハを研削する研削砥石を有する研削ホイールが回転可能に装着された研削ユニットとを備えていて、ウエーハを高精度に所望の厚みに研削できる。

研削に伴って研削砥石が磨耗していくため、所定のタイミングで研削ユニットをチャックテーブルに接近移動させて研削砥石がチャックテーブルの保持面に当接する位置を記憶させる所謂セットアップ作業を実施している（例えば、特開２００１−００１２６１号公報参照）。

そして、被加工物の研削時には、チャックテーブルの上面高さ位置を基準に研削砥石を所定の高さまで研削送りすることで、被加工物を研削して所定の厚みに薄化している。

被加工物の研削時には、例えば特開２０１０−８９２４３号公報に開示されるように、接触式の高さ位置検出器で被加工物の上面とチャックテーブルの保持面の高さ位置をそれぞれ検出することで被加工物の厚みを算出し、被加工物が所定の厚みになるように研削している。

ウエーハの裏面研削時には、ウエーハの表面に形成されたデバイスを保護するためにウエーハの表面に表面保護テープを貼着し、表面保護テープ側をチャックテーブルで吸引保持してウエーハの裏面を研削している。

ところが、被加工物を研削して例えば５０μｍ以下にウエーハを薄化するとハンドリングが非常に難しくなるため、ガラスウエーハやシリコンウエーハからなるサブストレート上にウエーハを接着部材を介して接着した状態で被加工物の裏面を研削する場合がある（例えば、特開２００４−１１１４３４号公報参照）。

特開２００１−００１２６１号公報 特開２０１０−８９２４３号公報 特開２００４−１１１４３４号公報

しかし、サブストレートは固体毎に厚みばらつきが大きいため、チャックテーブルの保持面高さ位置とウエーハ等の被加工物の上面高さ位置とからサブストレートの厚みと被加工物の厚みの合計値を算出し、この合計値を基に研削を遂行すると、被加工物を所望厚みに研削できないという問題がある。

また、被加工物をサブストレートに貼着した後、サブストレート毎に厚みを測定し記録しておくのは非常に手間で管理が煩雑にな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、サブストレート上に貼着された被加工物を容易に所定厚みに研削できる研削装置及び研削方法を提供することである。

請求項１記載の発明によると、被加工物と、被加工物が接着部材を介して貼着された被加工物より大きい面積を有するサブストレートと、を含む被加工物ユニットの被加工物を研削する研削装置であって、該サブストレートと略同一サイズを有し、該被加工物ユニットを吸引保持する保持面を有する保持部と、該保持部を囲繞する枠体とを含み、該保持面と該枠体の上面とが面一に形成された回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルで該サブストレート側が保持された該被加工物ユニットの被加工物の一部を露出させた状態で当接して被加工物を研削する研削砥石を有する研削ホイールと、該研削ホイールを回転可能に支持するスピンドルと、を含む研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに対して接近離反可能に相対移動させる移動手段と、研削中の被加工物の厚みを検出する厚み検出手段と、を具備し、該厚み検出手段は、該チャックテーブルの該枠体の上面に当接して該枠体の上面高さ位置を検出する第１高さ位置検出器と、該チャックテーブルに保持された該被加工物ユニットの該サブストレートの上面に当接して該サブストレートの上面高さ位置を検出する第２高さ位置検出器と、該研削手段で研削されている被加工物の上面に当接して被加工物の上面高さ位置を検出する第３高さ位置検出器と、を含むことを特徴とする研削装置が提供される。

請求項２記載の発明によると、被加工物と、被加工物が接着部材を介して貼着された被加工物より大きい面積を有するサブストレートと、を含む被加工物ユニットの被加工物を請求項１記載の研削装置で研削する研削方法であって、前記移動手段で前記研削手段を前記チャックテーブルに対して相対的に接近移動させて、該研削手段の該研削砥石が該チャックテーブルの前記保持面に当接する高さ位置を記憶する当接位置記憶ステップと、該当接位置記憶ステップを実施した後、該チャックテーブルで該被加工物ユニットの該サブストレート側を保持する保持ステップと、該保持ステップを実施した後、該チャックテーブルを回転させつつ回転する該研削ホイールを該被加工物ユニットの被加工物に当接させながら該研削手段を該チャックテーブルに接近する方向に移動させることで被加工物を押圧しながら研削する研削ステップと、を備え、該研削ステップでは、前記第１高さ位置検出器が前記枠体の上面に当接して該枠体の上面高さ位置を第１高さ位置として検出し、前記第２高さ位置検出器は該チャックテーブルに保持された該被加工物ユニットの該サブストレートの上面に当接して該サブストレートの上面高さ位置を第２高さ位置として検出し、前記第３高さ位置検出器は該チャックテーブルに保持された該被加工物ユニットの被加工物の上面に当接して被加工物の上面高さ位置を第３高さ位置として検出し、該第３高さ位置から該第２高さ位置を減じた値を被加工物の厚みとして算出するとともに、該第１高さ位置を基準に該研削砥石を所定高さまで移動させることで被加工物を所定の厚みへと研削することを特徴とする研削方法が提供される。

本発明の研削装置は第１乃至第３高さ位置検出器を備えているため、チャックテーブルの保持面の高さ位置、サブストレートの上面の高さ位置及び被加工物上面の高さ位置をそれぞれ検出し、サブストレートに厚みばらつきがあった場合にも、被加工物上面の高さ位置からサブストレートの上面の高さ位置を減ずることにより、被加工物の厚みを正確に検出することができ、被加工物を所望の厚みに研削できる。

研削時に研削ホイールが被加工物を押圧することでチャックテーブルは僅かに沈み込むが、本発明の研削装置では、第１高さ位置検出器でチャックテーブル上面の高さ位置を検出するため、チャックテーブルが僅かに沈み込んでも被加工物を所望厚みに研削できる。

本発明実施形態に係る研削装置の斜視図である。 半導体ウエーハの表面側斜視図である。 表面にサブストレートが貼着された状態のウエーハユニットの側面図である。 保持ステップを示す一部断面側面図である。 研削ステップを示す一部断面側面図である。

以下、本発明実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態に係る研削装置２の斜視図が示されている。４は研削装置２のベースであり、ベース４の後方には二つのコラム６ａ，６ｂが垂直に立設されている。

コラム６ａ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）８が固定されている。この一対のガイドレール８に沿って粗研削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。粗研削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

粗研削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２７（図５参照）と、スピンドル２７を回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドル２７の先端に固定されたホイールマウント２９と、ホイールマウント２９に着脱可能に装着された研削ホイール２４を含んでいる。研削ホイール２４は、環状基台３１の下端部外周に複数の研削砥石２６が環状に固着されて構成されている。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される粗研削ユニット移動機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

他方のコラム６ｂにも、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）４８が固定されている。この一対のガイドレール４８に沿って仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動可能に装着されている。

仕上げ研削ユニット２８は、そのハウジング３６が一対のガイドレール４８に沿って上下方向に移動する図示しない移動基台に取り付けられている。仕上げ研削ユニット２８は、ハウジング３６と、ハウジング３６中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ３８と、スピンドルの先端に固定された仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０を含んでいる。

仕上げ研削ユニット２８は、仕上げ研削ユニット２８を一対の案内レール４８に沿って上下方向に移動するボールねじ３０とパルスモータ３２とから構成される仕上げ研削ユニット移動機構３４を備えている。パルスモータ３２を駆動すると、ボールねじ３０が回転し、仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動される。

研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてベース４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル４４を具備している。ターンテーブル４４は比較的大径の円盤状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印４５で示す方向に回転される。

ターンテーブル４４には、互いに円周方向に１２０°離間して３個のチャックテーブル４６が水平面内で回転可能に配置されている。チャックテーブル４６は、ポーラスセラミック材によって円盤状に形成された吸引保持部を有しており、吸引保持部の保持面上に載置されたウエーハを真空吸引手段を作動することにより吸引保持する。

ターンテーブル４４に配設された３個のチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

ベース４の前側部分には、ウエーハカセット５０と、リンク５１及びハンド５２を有するウエーハ搬送ロボット５４と、複数の位置決めピン５８を有する位置決めテーブル５６と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６０と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２と、研削されたウエーハを洗浄及びスピン乾燥するスピンナ洗浄装置６４と、スピンナ洗浄装置６４で洗浄及びスピン乾燥された研削後のウエーハを収容する収容カセット６６が配設されている。

スピンナ洗浄装置６４には、研削された半導体ウエーハ１１を吸引保持して回転する半導体ウエーハ１１より小径のスピンナテーブル６８が装着されている。７０はスピンナ洗浄装置６４のカバーである。

粗研削加工領域Ｂに位置付けられたチャックテーブル４６に隣接して、第１厚み検出ユニット７２がベース４に配設されており、仕上げ研削加工領域Ｃに位置付けられたチャックテーブル４６に隣接して、第２厚み検出ユニット７４がベース４上に配設されている。第１厚み検出ユニット７２は、三つの高さ位置検出器から構成される。同様に、第２厚み検出ユニット７４も三つの高さ位置検出器から構成される。

図２を参照すると、被加工物の一例である半導体ウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハから成っており、表面１１ａに複数の分割予定ライン１３が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

このように構成された半導体ウエーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９をその表面１１ａに備えている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されているとともに、表面１１ａから裏面１１ｂに渡る円弧状の面取り部１１ｅが形成されている。

本発明の研削方法では、半導体ウエーハ１１の表面１１ａは、図３に示すように、半導体ウエーハ１１より大きい面積を有するサブストレート２３に接着剤２５により接着してウエーハユニット５を形成する。接着剤２５に替えて、両面テープ等の接着部材を使用してもよい。サブストレート２３は、ガラスウエーハ、シリコンウエーハ等から形成される。

本発明の研削方法では、研削に伴って研削砥石が磨耗しているため、所定のタイミングで粗研削ユニット１０を粗研削ユニット移動機構１８でチャックテーブル４６に接近移動させて、粗研削用の研削砥石２６がチャックテーブル４６の保持面に当接する位置を記憶させる当接位置記憶ステップ、所謂セットアップ作業を実施する。

同様に、仕上げ研削ユニット２８を仕上げ研削ユニット移動機構３４でチャックテーブル４６に接近移動させて、仕上げ研削用の研削砥石４２がチャックテーブル４６の保持面に当接する位置を記憶させる当接位置記憶ステップ、所謂セットアップ作業を実施する。

ウエーハユニット５は研削すべきウエーハ１１の裏面１１ｂを上向きにした状態でウエーハカセット５０中に収容される。粗研削ユニット１０及び仕上げ研削ユニット２８のセットアップ作業を実施した後、ウエーハ搬送ロボット５４によりウエーハカセット５０中からウエーハユニット５を取り出し、位置決めテーブル５６上に載置する。

位置決めテーブル５６上で複数の位置決めピン５８によりウエーハユニット５の中心出しをしてから、ウエーハ搬入機構６０でウエーハユニット５を吸着してウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられているチャックテーブル４６上に載置し、図４に示すように、チャックテーブル４６の吸引保持部４６ａでウエーハユニット５のサブストレート２３を吸引保持する。

図４において、チャックテーブル４６はポーラスセラミックス等から形成された吸引保持部４６ａと、吸引保持部４６ａを囲繞する金属から形成された枠体４６ｂとを含んでおり、枠体４６ｂには図示しない吸引源に接続される吸引路４７が形成されている。

吸引保持部４６ａの上面である保持面と枠体４６ｂの上面とは面一に形成されている。吸引保持部４６ａの直径はサブストレート２３の直径と同一サイズか或いは僅かばかり小さい直径に形成されている。

これにより、ウエーハユニット５のサブストレート２３を吸引保持するときに、吸引保持部４６ａから負圧がリークすることなくサブストレート２３を確実に吸引保持することができる。

ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたチャックテーブル４６でウエーハユニット５を吸引保持した後、ターンテーブル４４を矢印４５方向に１２０度回転して粗研削加工領域Ｂに位置付ける。

粗研削加工領域Ｂに配設された第１厚み検出ユニット７２は、図５に示すように、チャックテーブル４６の枠体４６ｂの上面に当接して枠体４６ｂの上面高さ位置を検出する第１高さ位置検出器７２ａと、チャックテーブル４６で保持されたウエーハユニット５のサブストレート２３の上面に当接してサブストレート２３の上面高さ位置を検出する第２高さ位置検出器７２ｂと、粗研削ユニット１０で研削されているウエーハ１１の上面（裏面）１１ｂに当接してウエーハ１１の上面高さ位置を検出する第３高さ位置検出器７２ｃを含んでいる。

粗研削加工領域Ｂに位置付けられたウエーハユニット５に対してチャックテーブル４６を例えば矢印ａ方向に３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２４をチャックテーブル４６と同一方向に、即ち矢印ｂ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１８を作動して粗研削用の研削砥石２６をウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール２４を所定の研削送り速度で下方に移動して研削砥石２６がウエーハ１１を押圧しながらウエーハ１１の粗研削を実施する。この粗研削ステップでは、第１高さ位置検出器７２ａが枠体４６ｂの上面に当接して枠体４６ｂの上面高さ位置ｈ１を第１高さ位置として検出し、第２高さ位置検出器７２ｂがチャックテーブル４６で保持されたウエーハユニット５のサブストレート２３の上面に当接してサブストレート２３の上面高さ位置ｈ２を第２高さ位置として検出し、第３高さ位置検出器７２ｃがチャックテーブル４６で保持されたウエーハユニット５のウエーハ１１の上面（裏面）１１ｂに当接してウエーハ１１の上面高さ位置ｈ３を第３高さ位置として検出する。

そして、第３高さ位置から第２高さ位置を減じた値をウエーハ１１の厚みとして算出するとともに、枠体４６ｂの高さ位置ｈ１である第１高さ位置を基準に粗研削用の研削砥石２６を所定高さまで移動させることでウエーハ１１を所定の厚みへと研削する。

このように本実施形態の研削方法では、第１乃至第３高さ位置検出器７２ａ〜７２ｃを有する第１厚み検出ユニット７２で研削中のウエーハ１１の厚みを検出しながらウエーハ１１を研削するため、サブストレート２３の厚みばらつきに関わらずウエーハ１１を正確に所望の厚みに研削することができる。

粗研削時に研削ホイール２４がウエーハユニット５を押圧することでチャックテーブル４６は僅かに沈み込む。本実施形態では、第１高さ位置検出器７２ａがチャックテーブル４６の枠体４６ｂの上面の高さ位置を検出するため、チャックテーブル４６は僅かに沈みこんでもウエーハ１１を所望の厚みに研削できる。

粗研削終了後、ターンテーブル４４を矢印４５方向に更に１２０度回転して仕上げ研削加工領域Ｃに位置付ける。そして、仕上げ研削ユニット２８によるウエーハ１１の仕上げ研削を実施する。

第２厚み検出ユニット７４は、第１厚み検出ユニット７２と同様に、第１乃至第３高さ位置検出器から構成され、それぞれチャックテーブル４６の枠体４６ｂの上面高さ位置、サブストレート２３の上面高さ位置及びウエーハ１１の上面（裏面）１１ｂの上面高さ位置を検出しながら仕上げ研削を実施する。

よって、ウエーハユニット５のサブストレート２３に厚みばらつきがある場合にも、ウエーハ１１を正確に所望の厚みに仕上げ研削することができる。

上述した実施形態では、被加工物としてサブストレート２３に貼着された半導体ウエーハ１１を研削しているが、被加工物は半導体ウエーハに限定されるものではなく、例えば光デバイスウエーハ、パターンが形成されていないウエーハ、ガラスウエーハ、リチウムタンタレート（ＬＴ）、リチウムナイオベート（ＬＮ）、更には各種セラミックス等を含むものである。

１０ 粗研削ユニット
１１ 半導体ウエーハ
２３ サブストレート
２６ 粗研削用の研削砥石
２８ 仕上げ研削ユニット
４２ 仕上げ研削用の研削砥石
４４ ターンテーブル
４６ チャックテーブル
４６ａ 吸引保持部
４６ｂ 枠体
７２ 第１厚み検出ユニット
７２ａ 第１高さ位置検出器
７２ｂ 第２高さ位置検出器
７２ｃ 第３高さ位置検出器
７４ 第２厚み検出ユニット

Claims (2)

1. 被加工物と、被加工物が接着部材を介して貼着された被加工物より大きい面積を有するサブストレートと、を含む被加工物ユニットの被加工物を研削する研削装置であって、
   該サブストレートと略同一サイズを有し、該被加工物ユニットを吸引保持する保持面を有する保持部と、該保持部を囲繞する枠体とを含み、該保持面と該枠体の上面とが面一に形成された回転可能なチャックテーブルと、
   該チャックテーブルで該サブストレート側が保持された該被加工物ユニットの被加工物の一部を露出させた状態で当接して被加工物を研削する研削砥石を有する研削ホイールと、該研削ホイールを回転可能に支持するスピンドルと、を含む研削手段と、
   該研削手段を該チャックテーブルに対して接近離反可能に相対移動させる移動手段と、
   研削中の被加工物の厚みを検出する厚み検出手段と、を具備し、
   該厚み検出手段は、
   該チャックテーブルの該枠体の上面に当接して該枠体の上面高さ位置を検出する第１高さ位置検出器と、
   該チャックテーブルに保持された該被加工物ユニットの該サブストレートの上面に当接して該サブストレートの上面高さ位置を検出する第２高さ位置検出器と、
   該研削手段で研削されている被加工物の上面に当接して被加工物の上面高さ位置を検出する第３高さ位置検出器と、を含むことを特徴とする研削装置。
2. 被加工物と、被加工物が接着部材を介して貼着された被加工物より大きい面積を有するサブストレートと、を含む被加工物ユニットの被加工物を請求項１記載の研削装置で研削する研削方法であって、
   前記移動手段で前記研削手段を前記チャックテーブルに対して相対的に接近移動させて、該研削手段の該研削砥石が該チャックテーブルの前記保持面に当接する高さ位置を記憶する当接位置記憶ステップと、
   該当接位置記憶ステップを実施した後、該チャックテーブルで該被加工物ユニットの該サブストレート側を保持する保持ステップと、
   該保持ステップを実施した後、該チャックテーブルを回転させつつ回転する該研削ホイールを該被加工物ユニットの被加工物に当接させながら該研削手段を該チャックテーブルに接近する方向に移動させることで被加工物を押圧しながら研削する研削ステップと、を備え、
   該研削ステップでは、前記第１高さ位置検出器が前記枠体の上面に当接して該枠体の上面高さ位置を第１高さ位置として検出し、
   前記第２高さ位置検出器が該チャックテーブルに保持された該被加工物ユニットの該サブストレートの上面に当接して該サブストレートの上面高さ位置を第２高さ位置として検出し、
   前記第３高さ位置検出器が該チャックテーブルに保持された該被加工物ユニットの被加工物の上面に当接して被加工物の上面高さ位置を第３高さ位置として検出し、
   該第３高さ位置から該第２高さ位置を減じた値を被加工物の厚みとして算出するとともに、該第１高さ位置を基準に該研削砥石を所定高さまで移動させることで被加工物を所定の厚みへと研削することを特徴とする研削方法。

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