JP2016154170A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保護部材を用いることなくウエーハを研削すること。
【解決手段】研削装置（１）は、ウエーハ（Ｗ）を保持するチャックテーブル（３）と、チャックテーブルの保持面（３１）に負圧を生成する負圧生成部（３２）と、ウエーハの上面を研削する研削手段（２）と、ウエーハの外周縁を支持すると共に自転する複数の支持ローラ（４）と、を備え、保持面とウエーハの下面との間に隙間を開けた状態でウエーハを非接触保持し、支持ローラを自転させることで支持ローラに接触するウエーハを回転させながら、研削手段でウエーハを研削する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエーハを研削する研削装置に関し、特に、ウエーハの下面を非接触で保持して研削する研削装置に関する。

研削装置でウエーハを研削する場合、デバイスが形成されている面にＢＧテープ（バックグラインドテープ）等の保護部材が貼着され、ウエーハは、保護部材を介してチャックテーブル上に保持される。そして、保護部材が貼着された面とは反対の面が研削砥石によって研削されることにより、ウエーハが所定の厚みに薄化される（例えば、特許文献１参照）。

特許第４４８８５８１号公報

ところで、上記した保護部材を研削加工に用いる場合、保護部材をウエーハに貼着する工程や、研削後にウエーハから保護部材を剥離する工程が必要である。また、ウエーハ毎に保護部材が必要なため、保護部材にかかるコストが不経済であるという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、保護部材を用いることなくウエーハを研削することができる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、負圧生成部により生成された負圧によってウエーハを保持する保持手段と、保持手段で保持するウエーハを環状に砥石を配設した研削ホイールを回転可能に装着して研削する研削手段と、を備える研削装置であって、負圧生成部は、ウエーハの面積に対応した保持面と、保持面から液体を噴出する噴出孔と、で構成され、噴出孔から噴出される液体が保持面とウエーハの下面との隙間に流通して隙間に負圧を生成し、保持手段は、保持面の外側に配設する少なくとも３つの支持ローラと、支持ローラをウエーハの径方向に進退させ支持ローラの外側面をウエーハの外周縁に接触および離間させる進退手段と、支持ローラを自転させ支持ローラの外側面が接触するウエーハを回転させる自転手段と、を備え、保持手段でウエーハを非接触保持し自転手段で回転するウエーハを砥石で研削することを特徴とする。

この構成によれば、ウエーハの下面と保持面との隙間に液体が流通して当該隙間に負圧が生成されることにより、保持面に対してウエーハが非接触で保持される。また、３つの支持ローラの外側面がウエーハの外周縁に接触した状態で各支持ローラが自転することにより、保持面に対してウエーハが回転される。そして、回転されるウエーハの上面を砥石で研削することで、保持面に対してウエーハを非接触で保持しながら研削することができる。よって、保護部材を用いることなくウエーハを研削することができる。

本発明によれば、保持面に対してウエーハを非接触で保持しながら研削することにより、保護部材を用いることなくウエーハを研削することができる。

本実施の形態に係る研削装置（保持手段）の斜視図である。 本実施の形態に係る研削装置を側面から見た模式図である。 本実施の形態に係る研削装置の保持動作及び研削動作を示す上面図である。 本実施の形態に係る研削装置の保持動作を示す側面図である。 本実施の形態に係る研削装置の研削動作を示す側面図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る研削装置を側面から見た模式図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの研削装置で構成してもよい。また、図２において、説明の便宜上、チャックテーブルを断面図で示している。

図１及び図２に示すように、研削装置１は、多数の研削砥石２４を円環状に並べた研削ホイール２２を装着する研削手段２を用いて、チャックテーブル３に保持されたウエーハＷを研削するように構成されている。研削装置１は、チャックテーブル３の回転軸と研削手段２の回転軸とが平行な状態でウエーハＷの面方向にずらされ、円環状に並んだ研削砥石２４がウエーハＷの上面（被研削面）に円弧状に接触すると共にウエーハＷの中心を研削砥石２４が通過することで、ウエーハＷを研削し薄化する。なお、ウエーハＷは、サファイア、炭化ケイ素等の硬質なウエーハに限らず、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよいし、樹脂や金属等で形成された基板でもよい。

研削手段２は、円筒状のスピンドル２０の下端にマウント２１を設けて構成されている。マウント２１の下面には、ホイール基台２３に複数の研削砥石２４が真円の環状に装着された研削ホイール２２が保持されている。複数の研削砥石２４は、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンド、ビトリファイドボンド等のボンド剤で固めたセグメント砥石で構成される。また、研削手段２が、研削送り手段１０によって鉛直方向に昇降移動されることにより、研削手段２とチャックテーブル３とが相対的に接近及び離間される。研削送り手段１０は、例えば、モータ駆動のガイドアクチュエータで構成される。

チャックテーブル３は、円板状の保持部３０の上面（保持面３１）でウエーハを非接触で保持するいわゆるベルヌーイ方式のチャックテーブルで構成される。保持部３０の上面には、ウエーハＷの面積に対応した保持面３１が形成されている。具体的には、ウエーハＷの外径より保持面３１の外径が僅かに大きく形成されている。チャックテーブル３には、保持面３１に負圧を生成させる負圧生成部３２と、ウエーハＷの外周を支持してウエーハＷを回転可能にする３つの支持ローラ４とが設けられている。負圧生成部３２は、保持面３１と、保持部３０に高圧な液体を供給する液体供給源３３と、液体供給源３３から供給される液体を所定の流速で保持面３１から噴出させる環状の噴出孔３４とを含んで構成される。

噴出孔３４は、保持面３１の中央付近に形成されており、保持面３１の中心を環状に囲うように形成されている。また、保持部３０には、液体供給源３３と噴出孔３４とを連通する流路３５が形成されている。流路３５は、保持部３０の下面から鉛直方向に延び、保持部３０の中心軸に沿う第１の流路３６と、第１の流路３６の上端から放射状に延び、噴出孔３４に連通する複数の第２の流路３７とで構成される。第１の流路３６は、保持部３０の内部であって保持部３０の上面（保持面３１）付近で第２の流路３７に連通する。第２の流路３７は、保持部３０の中心から径方向外側に向かって僅かに上方に傾斜するように形成されている。

３つの支持ローラ４は、保持面３１の外周において周方向に保持面３１の中心を囲むように並んで配設されている。支持ローラ４は、例えば、ゴム材料や樹脂材料、又は、スポンジ材で形成される。各支持ローラ４は、鉛直方向に延びる円柱形状に形成され、同一の外径を有している。各支持ローラ４の下端には、軸心に鉛直方向に延びるシャフト４１が固定されている。シャフト４１は、保持部３０の厚みに対して十分に長く形成されている。保持部３０の下側において、シャフト４１の途中には、プーリ４２が一体固定されている。

また、シャフト４１の下端には、支持ローラ４、シャフト４１及びプーリ４２をウエーハＷの径方向に進退させる進退手段５が設けられている。進退手段５は、支持ローラ４、シャフト４１及びプーリ４２がシャフト４１を中心に一体回転できるように、シャフト４１を支持する。進退手段５は、移動ブロック５０と、ガイドレール５１と、図示しないエアシリンダとを備えている。移動ブロック５０は、シャフト４１を支持すると共に径方向に移動可能に構成される。ガイドレール５１は、径方向に延びる長尺体で形成され、移動ブロック５０の径方向の移動をガイドする。エアシリンダは、移動ブロック５０に連結され、移動ブロック５０に対して駆動力を付与する。なお、進退手段５はこの構成に限定されず、モータ駆動のガイドアクチュエータで構成してもよい。

各プーリ４２には、ベルト４３が巻き掛けられており、ベルト４３に対してモータ４４からの駆動力が付与されることにより、各支持ローラ４（プーリ４２及びシャフト４１を含む）に回転力が伝達される。ここで、ベルト４３及びモータ４４は、支持ローラ４を自転させる自転手段を構成する。また、ベルト４３には、ベルトテンショナ６によって径方向内側に向かう押圧力が付与されており、ベルト４３のテンションが一定に保たれている。

ベルトテンショナ６は、ベルト４３に外側から当接するテンションプーリ６０と、テンションプーリ６０を回転可能に支持するシャフト６１と、シャフト６１を径方向内側に押圧する押圧手段６２とを備えている。押圧手段６２は、移動ブロック６３と、ガイドレール６４と、エアシリンダ６５とを備えている。移動ブロック６３は、シャフト６１を支持すると共に径方向に移動可能に構成される。ガイドレール６４は、径方向に延びる長尺体で形成され、移動ブロック６３の径方向の移動をガイドする。エアシリンダ６５は、径方向に進退可能なロッド６６を移動ブロック６３に固定し、移動ブロック６３に所定の押圧力を付与する。本実施の形態では、支持ローラ４、進退手段５及びモータ４４（自転手段）を含んで保持手段が構成される。

ところで、ベルヌーイパッドのようにベルヌーイの定理を利用した非接触式の搬送手段は従来から存在した。しかしながら、ベルヌーイの定理をチャックテーブルに適用し、ウエーハを非接触保持した状態で研削するものは存在しなかった。例えば、ベルヌーイの定理をそのままチャックテーブルに適用することも考えられる。この場合、ウエーハが径方向に移動するのを防止するため、ウエーハの外周縁に複数の支持部を接触させてウエーハの径方向の移動を規制する必要がある。ウエーハの外周縁を支持部で支持した状態で研削加工を実施しようとした場合、ウエーハを保持したチャックテーブルが回転されることで複数の支持部も回転される。このため、研削砥石がウエーハの半径部分に接触するように研削手段を降下させると、砥石と支持部が衝突（干渉）してしまい、ウエーハを研削することができないという問題があった。

そこで、本件発明者等は、研削装置において、ウエーハＷの外周を支持ローラ４で支持すると共に、支持ローラ４を自転させることにより、チャックテーブル３自体を回転させることなく、ウエーハＷだけを回転させることに想到した。これにより、外周を支持する支持部（支持ローラ４）が研削手段に干渉することなく、ウエーハＷ全面を研削することが可能になった。また、ベルヌーイの原理を用いてウエーハＷの下面を非接触保持した状態で研削加工を実現することにより、ウエーハのデバイス面にＢＧテープ等の保護部材を貼着する必要がなくなった。

ここで、図３から図４を参照して、本実施の形態に係る研削装置のウエーハ保持動作について説明する。図３は、本実施の形態に係る研削装置の保持動作等を示す上面図である。図３Ａは支持ローラがウエーハの外周縁から離間した状態を示し、図３Ｂは支持ローラがウエーハの外周縁に接触した状態を示している。図４は、本実施の形態に係る研削装置の保持動作を示す側面図である。図４Ａは支持ローラがウエーハの外周縁から離間した状態を示し、図４Ｂは支持ローラがウエーハの外周縁に接触した状態を示している。

図３及び図４に示すように、支持ローラ４が保持面３１の外周から外側に退避された状態で、ウエーハＷは、図示しない搬送手段によってチャックテーブル３の保持面３１上に載置される。このとき、図３Ａに示すように、ベルト４３の外側面にはテンションプーリ６０が接触しており、ベルト４３及びテンションプーリ６０は、押圧手段６２によって径方向内側に向かって押し付けられている。これにより、ベルト４３のテンションが一定に保たれている。

また、図４Ａに示すように、保持部３０には、液体供給源３３から高圧水が供給されており、高圧水は、保持部３０内の流路３５（第１の流路３６及び第２の流路３７）を伝って噴出孔３４から所定の流速で噴出されている。噴出孔３４から噴出される高圧水は、ウエーハＷの下面と保持面３１との間を保持面３１の中心（噴出孔３４）から保持面３１の外周に向かって保持面３１に沿って流れる。この高圧水の流速によってウエーハＷと保持面３１との間には負圧が生成される。すなわち、ウエーハＷと保持面３１との間に存在する高圧水によって引き起こされるベルヌーイ効果により、ウエーハＷの下面が保持面３１に向かって引っ張られるように吸引力が発生する。

このように、噴出孔３４から噴出される高圧水によって保持面３１に負圧が生成され、ウエーハＷが保持面３１に向かって引き寄せられる。このとき、ウエーハＷと保持面３１との間には高圧水の層Ｌ（隙間Ｇ）が形成され、ウエーハＷの下面は、高圧水の層Ｌによって所定の隙間を空けた状態で保持面３１に非接触で吸引保持される。なお、本実施の形態では、高圧水を用いたことにより、高圧水の層ＬがウエーハＷを押し上げているため、研削手段２による研削加工負荷に耐えることができる。また、高圧水の層Ｌを形成する高圧水がウエーハＷの外周から排出されることにより、研削加工中にウエーハＷの下面に研削屑が付着するのを防止している。

そして、図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、進退手段５（移動ブロック５０）が駆動されることにより、支持ローラ４、シャフト４１及びプーリ４２が径方向内側に移動され、支持ローラ４の外側面がウエーハＷの外周に当接する。これにより、ウエーハＷは３点支持され、径方向の移動が規制される。この結果、ウエーハＷの位置決めがなされる。プーリ４２が径方向内側に移動されることにより、ベルト４３は弛もうとする。しかしながら、ベルト４３に接触しているテンションプーリ６０が押圧手段６２によって径方向内側に押圧されているため、テンションプーリ６０はベルト４３の外側面に接触したままガイドレール６４に沿って径方向内側に移動される。テンションプーリ６０は、ベルト４３のテンションが適正になる位置まで移動される。このように、ベルト４３がテンションプーリ６０によって一定の押圧力で径方向内側に押圧され、ベルト４３の外側面にテンションプーリ６０が一定の押圧力で接触された状態が維持される。これにより、ベルト４３のテンションが一定に保たれる。

次に、図３及び図５を参照して、本実施の形態に係る研削装置の研削動作について説明する。図５は、本実施の形態に係る研削装置の研削動作を示す側面図である。なお、図５においては、説明の便宜上、高圧水の層を省略している。

図３Ｂ及び図５に示すように、ウエーハＷが保持面３１に吸引保持された状態で、チャックテーブル３が研削手段２の下方に位置付けられる。より具体的には、ウエーハＷの中軸（回転軸）と研削ホイール２２の回転軸とが平行な状態で保持面３１の面方向にずらされウエーハＷの中心軸上に研削砥石が位置するように、チャックテーブル３が研削手段２の下方に位置付けられる。このとき、上面視において、研削砥石２４が支持ローラ４に干渉しないように、２つの支持ローラ４間に研削砥石２４が位置付けられている。このように、支持ローラ４を避けるように研削砥石２４が位置付けられることで、研削加工の際に研削砥石２４を回転させながら研削手段２を降下させても、支持ローラ４と研削砥石２４が衝突することがない。

図３Ｂにおいて説明したように、ウエーハＷの外周縁には、３つの支持ローラ４が接触しており、ベルト４３のテンションは、ベルトテンショナ６によって一定に保たれている。モータ４４が回転駆動されると、ベルト４３を介してプーリ４２、シャフト４１及び支持ローラ４にモータ４４の駆動力が伝達される。これにより、各支持ローラ４は同一の回転速度で自転する。支持ローラ４にはウエーハＷの外周縁が接触しているため、支持ローラ４が回転されることでウエーハＷも回転される。このように、保持面３１に対してウエーハＷの下面を非接触で吸引保持しながら、チャックテーブル３自体を回転させることなくウエーハＷのみを回転させることができる。なお、モータ４４が駆動されている間もベルトテンショナ６によってベルト４３のテンションが一定に保たれているため、ベルト４３が弛むことなく、モータ４４の駆動力を各支持ローラ４に適切に伝達することができる。

そして、研削ホイール２２をスピンドル２０で回転させながら、研削手段２を研削送り手段１０により下降させる。研削砥石２４の研削面とウエーハＷの被研削面（上面）とが接触され、ウエーハＷの研削が実施される。研削加工中は、ウエーハＷと保持面３１との隙間Ｇを維持するように、研削送り手段１０の送り速度が調整される。具体的には、研削砥石２４がウエーハＷに押し付けられることで隙間Ｇが所定の隙間（距離）より小さくなる場合には、研削送り手段１０の送り速度を遅くする。これにより、ウエーハＷの下面が保持面３１に対して非接触の状態を維持しながら、ウエーハＷの上面を研削することができる。

ここで、隙間Ｇを維持するとは、隙間Ｇを一定の距離に維持するだけでなく、隙間Ｇがゼロにならないように維持することも含むものとする。研削加工中は、ウエーハＷが研削手段２に押し込まれても、ウエーハＷの下面が保持面３１に接触しない程度の隙間Ｇが維持されればよい。また、ウエーハＷは、材質の異なる複数の板状ワークを張り合わせたウエーハ等、比較的仕上げ厚みの大きい（例えば、１００μｍ）ものが好ましい。比較的仕上げ厚みの大きいウエーハであれば、薄化後にウエーハを反り難くすると共に、ウエーハの平坦度に影響を与え難くすることができる。

ウエーハＷを研削して所定厚みに薄化した後、研削手段２を上昇させ、進退手段５を駆動させて各支持ローラ４を径方向外側に移動させる。各支持ローラ４がウエーハＷの外周縁から退避されることにより、ウエーハＷの径方向の支持が解除され、ウエーハＷをチャックテーブル３から搬出することが可能になる。なお、支持ローラ４が径方向外側に移動されると共にテンションプーリ６０も押圧手段６２の押圧力に抗して径方向外側に移動される。これにより、ベルト４３のテンションが調整されるため、支持ローラ４の移動が妨げられない。

以上のように、本実施の形態に係る研削装置１によれば、ウエーハＷの下面と保持面３１との隙間Ｇに液体が流通して当該隙間Ｇに負圧が生成されることにより、保持面３１に対してウエーハＷが非接触で保持される。また、３つの支持ローラ４の外側面がウエーハＷの外周縁に接触した状態で各支持ローラ４が自転することにより、保持面３１に対してウエーハＷが回転される。そして、回転されるウエーハＷの上面を砥石で研削することで、保持面３１に対してウエーハＷを非接触で保持しながら研削することができる。よって、保護部材を用いることなくウエーハＷを研削することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態では、環状の噴出孔３４が保持面３１の中央部分に１つ形成される構成としたが、この構成に限定されない。噴出孔３４を保持面３１を中心とする円周上に均等間隔で複数配設する構成としてもよい。

また、環状の噴出孔３４から噴出する高圧水に洗浄水を用いた場合、ウエーハＷの下面および外周縁を洗浄することが可能になる。洗浄水はウエーハＷの下面から外周縁を伝って放出されるまで洗浄効果を発揮する。また、支持ローラ４が回転する場合には、支持ローラ４をスポンジ材で形成することで、支持ローラ４に洗浄水を浸透させることができる。よって、ウエーハＷの外周縁の洗浄を効果的に行なうことができる。また、洗浄水に、界面活性剤を添加するとさらによい。

また、上記した実施の形態では、モータ４４の駆動力をベルト４３を介して支持ローラ４に伝達する構成としたが、この構成に限定されない。例えば、各支持ローラ４に一つずつモータ４４を取り付け、支持ローラ４を直接自転させてもよい。

また、上記した実施の形態では、エアシリンダ６５によってテンションプーリ６０をベルト４３に押圧する構成としたが、この構成に限定されない。例えば、スプリングによってテンションプーリ６０をベルト４３に押圧する構成としてもよい。

以上説明したように、本発明は、保護部材を用いることなくウエーハを研削することができるという効果を有し、特に、ウエーハの下面を非接触で保持して研削する研削装置に有用である。

Ｗ ウエーハ
Ｇ 隙間
１ 研削装置
２ 研削手段
２２ 研削ホイール
２４ 研削砥石（砥石）
３ 保持手段
３１ 保持面
３２ 負圧生成部
３４ 噴出孔
４ 支持ローラ
４３ ベルト（自転手段）
４４ モータ（自転手段）
５ 進退手段

Claims (1)

1. 負圧生成部により生成された負圧によってウエーハを保持する保持手段と、該保持手段で保持するウエーハを環状に砥石を配設した研削ホイールを回転可能に装着して研削する研削手段と、を備える研削装置であって、
   該負圧生成部は、ウエーハの面積に対応した保持面と、該保持面から液体を噴出する噴出孔と、で構成され、該噴出孔から噴出される該液体が該保持面とウエーハの下面との隙間に流通して該隙間に負圧を生成し、
   該保持手段は、該保持面の外側に配設する少なくとも３つの支持ローラと、該支持ローラをウエーハの径方向に進退させ該支持ローラの外側面をウエーハの外周縁に接触および離間させる進退手段と、該支持ローラを自転させ該支持ローラの外側面が接触するウエーハを回転させる自転手段と、を備え、
   該保持手段でウエーハを非接触保持し該自転手段で回転するウエーハを該砥石で研削する研削装置。

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