JP2019149461A - 加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は、ウエーハを所望の厚みに形成することができる加工装置を提供することにある。【解決手段】本発明によれば、ウエーハWの面を加工する加工装置1であって、ウエーハWを吸引保持する保持面111を有する吸引保持部75と、吸引保持部75の外周を囲繞する枠体76と、枠体76に形成され吸引源に連通する連通路と、を備えたチャックテーブル71と、チャックテーブル71に保持されたウエーハWの面を加工する加工手段と、を少なくとも含み、吸引保持部75は、吸引孔101が形成された基台100と、基台100に配設されウエーハWを支持する複数の圧電素子110と、各圧電素子110に電圧を印加して各圧電素子110を保持面111に対して垂直方向に膨張させる電圧印加手段と、電圧印加手段を制御する制御手段10と、から少なくとも構成され、電圧印加手段の作用によって各圧電素子110を膨張させてウエーハWの高さを調整する加工装置1が提供される。【選択図】図3

Description

本発明は、ウエーハの面を加工する加工装置に関する。
IC、LSI等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され、表面に形成されたウエーハは、研削装置による裏面の研削、及び研磨装置による裏面の研磨等が施されて所望の厚み、及び粗さに仕上げた後、レーザー加工装置、ダイシング装置等の分割装置によって個々のデバイスに分割され携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
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環状の研削砥石を回転可能に備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに接近、及び離反させ該チャックテーブルに保持されたウエーハに該研削砥石を押圧及び離反させる送り手段と、から概ね構成されている(例えば、特許文献1を参照。)。
また、研磨装置も、上記研削装置と略同様の構成を備えており、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磨する研磨パッドを回転可能に備えた研磨手段と、該研磨手段を該チャックテーブルに接近、及び離反させ該チャックテーブルに保持されたウエーハに該研磨パッドを押圧及び離反させる送り手段と、から概ね構成されていて、ウエーハの裏面を研磨しながら所望の粗さに仕上げることができる(例えば、特許文献2を参照。)。
特開2005−246491号公報 特開平08−099265号公報
上記した研削装置、及び研磨装置によって、ウエーハが所望の厚みに研削され、及び所望の粗さに研磨される。しかし、加工が施されるウエーハの厚みが不均一で、裏面にウネリがあった場合は、ウネリに倣って研削加工、及び研磨加工が施されることになり、研削後、及び研磨後のウエーハの厚みが不均一のままとなり、意図しない厚みばらつきが残るという問題がある。また、たとえば、ウエーハの中心の厚みを外側よりも厚くしたりする等、意図的に厚みを不均一にしたい場合も、特許文献1、及び特許文献2に記載された技術では対応が困難であるという問題もある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、ウエーハを所望の厚みに形成することができる加工装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハの面を加工する加工装置であって、ウエーハを吸引保持する保持面を有する吸引保持部と、該吸引保持部の外周を囲繞する枠体と、該枠体に形成され吸引源に連通する連通路と、を備えた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の面を加工する加工手段と、を少なくとも含み、該吸引保持部は、吸引孔が形成された基台と、該基台に配設されウエーハを支持する複数の圧電素子と、各圧電素子に電圧を印加して各圧電素子を該保持面に対して垂直方向に膨張させる電圧印加手段と、該電圧印加手段を制御する制御手段と、から少なくとも構成され、該電圧印加手段の作用によって各圧電素子を膨張させてウエーハの高さを調整する加工装置が提供される。
該加工装置は、該チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを検出する厚み検出手段と、該厚み検出手段によって検出された厚みデータを記憶する記憶手段と、を備え、該制御手段は、該記憶手段に記憶された厚みデータに基づいて該電圧印加手段を作動して各電圧素子を膨張させウエーハの高さを調整するようにすることができる。
該加工手段は、ウエーハの面を研磨する研磨パッドを回転可能に備えた研磨手段であってもよく、ウエーハの面を研削する研削砥石を環状に備えた研削ホイールを回転可能に備えた研削手段であってもよい。
本発明に基づき構成される加工装置は、ウエーハを吸引保持する保持面を有する吸引保持部と、該吸引保持部の外周を囲繞する枠体と、該枠体に形成され吸引源に連通する連通路と、を備えた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の面を加工する加工手段と、を少なくとも含み、該吸引保持部は、吸引孔が形成された基台と、該基台に配設されウエーハを支持する複数の圧電素子と、各圧電素子に電圧を印加して各圧電素子を該保持面に対して垂直方向に膨張させる電圧印加手段と、該電圧印加手段を制御する制御手段と、から少なくとも構成され、該電圧印加手段の作用によって各圧電素子を膨張させてウエーハの高さを調整するので、ウエーハを均一な厚みに加工することができる。また、各圧電素子の膨張量を適宜調整することにより、ウエーハの厚みに所望の変化(ウエーハの中央を厚くする、ウエーハの中央を薄くする等)をもたらすことができる。
本実施形態に係る研磨装置の全体斜視図である。 図1に示される研磨装置のチャックテーブルの一部拡大斜視図である。 図2に示されるチャックテーブルのA−A断面図である。 厚み検出手段によりウエーハWの厚みを検出する際の厚みデータの一部を抜粋して示すイメージ図である。 電圧印加手段により圧電素子毎に電圧を印加する際の印加電圧値の一部を抜粋して示すイメージ図である。
以下、本発明の実施形態に係る加工装置について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図1に示す加工装置は、ウエーハの裏面を研磨する研磨装置1である。研磨装置1は、図に示すように、装置ハウジング2を備えている。この装置ハウジング2は、略直方体形状の主部21と、主部21の後端部(図1において右上端)に設けられ上方に延びる直立壁22とを有している。直立壁22の前面には、加工手段としての研磨ユニット3が上下方向に移動可能に装着されている。
研磨ユニット3は、移動基台31と移動基台31に装着されたスピンドルユニット4、及び研磨パッド5を備えている。移動基台31は、直立壁22に配設された一対の案内レール23、23と摺動可能に係合するように構成されている。このように直立壁22に設けられた一対の案内レール23、23に摺動可能に装着された移動基台31の前面には、前方に突出した支持部を介してスピンドルユニット4が取り付けられる。
スピンドルユニット4は、スピンドルハウジング41と、スピンドルハウジング41に回転自在に配設された回転スピンドル42と、回転スピンドル42を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ43とを備えている。スピンドルハウジング41に回転可能に支持された回転スピンドル42は、下方側の端部がスピンドルハウジング41の下端から突出するように配設され、該端部には、ホイールマウント44が設けられている。このホイールマウント44の下面には、研磨パッド5が取り付けられる。回転スピンドル42、サーボモータ43、ホイールマウント44の内部には、上下方向に貫通するスラリー供給路46が形成されており、サーボモータ43の上端部には、スラリー供給路46に連通するスラリー投入口45が形成されている。
研磨パッド5を、図1の左上方に下面が見える状態で示す。研磨パッド5は、ホイールマウント44にボルトで固定される基台51と、研磨シート52とから構成される。基台51は、ホイールマウント44と同様の円板形状であり、たとえばアルミ合金で構成される。研磨シート52は、たとえば発泡ウレタンシートで構成され、基台51の下面に両面テープ等の接着手段により接着される。研磨シート52の表面には、研磨加工時に供給されるスラリーSが研磨シート52の表面全体に行き渡るようにするための細溝52aが格子状に形成されている。研磨シート52の中央には、スラリー供給孔53が形成されており、スラリー投入口45から投入されるスラリーSは、スラリー供給路46を介して、このスラリー供給孔53から供給される。研磨シート52は、所定時間使用された後、基台51から剥がして、新しい研磨パッド52に交換することができる。
図示の研磨装置1は、研磨ユニット3を一対の案内レール23、23に沿って上下方向(後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向)に移動させる研磨ユニット送り機構6を備えている。この研磨ユニット送り機構6は、直立壁22の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド61、雄ねじロッド61を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ62を備え、移動基台31の背面に備えられた図示しない雄ねじロッド61の軸受部材等から構成される。このパルスモータ62が正転すると研磨ユニット3が下降させられ、パルスモータ62が逆転すると研磨ユニット3が上昇させられる。
上記ハウジング2の主部21には、被加工物としての板状物(たとえば半導体のウエーハ。)を保持する保持手段としてのチャックテーブル機構7が配設されている。チャックテーブル機構7は、チャックテーブル71と、チャックテーブル71の周囲を覆うカバー部材72と、カバー部材72の前後に配設された蛇腹手段73と、を備えている。装置ハウジング2の上面で、蛇腹手段73が配設される領域の近傍には、チャックテーブル上のウエーハに供給されるスラリーを回収するための回収孔9が形成される。
チャックテーブル71は、図示しない回転駆動手段によって回転可能に構成されると共に、図示しないチャックテーブル移動手段によって図1に示す被加工物載置域71aと研磨パッド5と対向する研磨域71bとの間(矢印Xで示すX軸方向)で移動させられる。
図示の研削装置1は、チャックテーブル71に保持されるウエーハの厚みを計測する厚み検出手段8を備える。この厚み検出手段8は、図に示すように装置ハウジング2を構成する直方体形状の主部21の上面において、チャックテーブル71が被加工物載置領域71aから研磨域71b間を移動させられる経路途中の側方に配設されている。厚み検出手段8は、回転軸部81と、回転軸部81の先端から水平に延びる測定端子82とからなり、図示しない駆動手段により回転軸部81を中心に測定端子82が回転する。測定端子82の下面には、長手方向に配列される図示しない複数の発光部と、該発光部に対応して配設される図示しない受光部とが配設される。チャックテーブル71上に保持されるウエーハの厚みを計測する場合は、回転軸部81を回転することにより測定端子82を蛇腹手段73上に位置付け、チャックテーブル71を被加工物載置領域71aと研磨域71bとの間で移動させる。その際、測定端子82の直下をウエーハが移動すると、該発光部からウエーハに入射した光の一部がウエーハの表面で反射し、他の一部がウエーハを透過した後、ウエーハとチャックテーブル71の保持面との境界面で反射する。各反射光は、該受光部で検出され、検出値は、後述する制御手段10(図2を参照。)に送られる。この2つの反射光にはウエーハの厚みに応じた光路差による位相ずれが生じることから干渉現象が起こる。制御手段10は、予め記憶された制御プログラムによって、ウエーハの表面で反射した反射光と、ウエーハとチャックテーブル71との境界面で反射した反射光との干渉で得られた分光干渉波形に基づき、チャックテーブル71上の所定位置における厚みを算出する。なお、厚みを算出する方法については、種々の方法が知られており、詳細な説明については省略する。
図2、及び図3を参照しながら、チャックテーブル71の構成についてさらに詳細に説明する。図2には、チャックテーブル機構7のカバー部材72、及び蛇腹手段73を省略して、チャックテーブル71を斜視図で示している。チャックテーブル71は、ウエーハを吸引保持するための吸引保持部75と、吸引保持部75の外周を囲繞する枠体76と、枠体76の下面中心部から下方に延びる軸部77を備えている。軸部77の内部には、枠体76を図示しない吸引源に連通する連通路77aが形成されている。軸部77は、図示しない駆動用モータに接続され、チャックテーブル71は、所定の回転速度で駆動される。
図3に、図2で示すチャックテーブル71のA−A断面を示す。図3に示すように、枠体76に囲繞されて保持される吸引保持部75は、基台100と、基台100上に保持される複数の圧電素子110と、を備えており、圧電素子110の上面が、ウエーハを保持する保持面111を構成する。基台100は、枠体71に囲繞される円盤形状をなしており、枠体76の内部に形成され空間部76aと外部とを連通する吸引孔101が複数形成されている。空間部76aは、連通路77aと接続されており、隣接する圧電素子110間に形成される空隙112と、基台100の吸引孔101を介して保持面111側に吸引作用を生じさせる。本実施形態の圧電素子110は、印加される電圧に比例して垂直方向に膨張(厚みが変化)するものとして周知の構成であり、たとえば1Vの電圧に対して1μm膨張する。各圧電素子110には、基台100を介して電圧を印加するための電圧供給線121と、接地(アース)用のアース線122が接続される。
図2、及び図3から理解されるように、電圧供給線121は、吸引保持部75を構成する圧電素子110に対応して個々に配設されるものであり、アース線122は、各圧電素子110に共通する線である。チャックテーブル71は回転するように構成されているため、軸部77には、個々の電圧供給線121のそれぞれに接続される回転接点121A、及びアース線122に接続される回転接点122Aが配設される。
回転接点121A、及び122Aが配設されたチャックテーブル71の軸部77に隣接して、回転接点122Aに接する接点12、及び回転接点121Aに接する接点13が配設される。接点12はアースに接続され、接点13は配線131を介して制御手段10に接続される。上記した接点12、及び接点13から圧電素子110まで形成される回路が、本実施形態の電圧印加手段を構成する。
制御手段10は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置(CPU)と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えており、少なくとも厚み検出手段8からの検出値が入力され、チャックテーブル71を移動させる移動手段(図示は省略する。)、及び上記電圧印加手段を制御する。
制御手段10のランダムアクセスメモリ(RAM)内には、厚み検出手段8により検出された吸引保持部75上の各座標位置における厚みデータを各座標位置に対応付けて記憶する記憶手段が設定される。そして、制御手段10の記憶手段に記憶された厚みデータを参照しながら、上記した電圧印加手段を制御して、吸引保持部75の各圧電素子110に印加される電圧を調整することで、各圧電素子110が膨張する量を制御し、吸引保持部75の保持面111の高さを調整する。
本実施形態に係る研磨装置1は、概ね上記したように構成されており、以下、上記した研磨装置1を用いてウエーハを研磨する手順について説明する。
研磨作業を実施する作業者は、被加工物であるウエーハのデバイスが形成された表面側に保護テープを貼着し、図1に示す研磨装置1における被加工物載置域71aに位置付けられているチャックテーブル71上に、ウエーハの保護テープ側を下にして載置する。次いで、図示しない吸引手段を作動することによって、軸部77の連通路77a、及び吸引保持部75の吸引孔101を介して保持面111にウエーハを吸引保持する。従って、チャックテーブル71上に吸引保持されたウエーハは、裏面が上側となる。
次に、制御手段10は、チャックテーブル71を移動させる図示しない移動手段を作動し、チャックテーブル71を被加工物載置域71aから移動して研磨域71bに位置付け、研磨パッド5の外周縁をチャックテーブル71の回転中心を通過する位置に位置付ける。この過程で、厚み検出手段8を作動し、チャックテーブル71上のウエーハを厚み検出手段8の測定端子82の直下を通過させる。上記したように、チャックテーブル71の吸引保持部75は、複数の圧電素子110により構成されており、図4に示すように、各圧電素子110は、X−Y座標軸でその位置が特定されるように配設されている。チャックテーブル71が被加工物載置域71aから研磨域71bに移動する際には、研磨装置1の装置ハウジング2上のX−Y方向と、上記チャックテーブル71のX−Y方向が一致するように位置付けられ、各圧電素子110には電圧は印加されておらず、各圧電素子110によって構成される保持面111は均一の高さに設定されている。なお、図4では、チャックテーブル71上にWで示すウエーハが載置されている状態を示しており、ウエーハWの裏面側にある圧電素子110を点線で示し、ウエーハWの表面側に形成されたデバイスは、説明の都合上省略している。
上記したように厚み検出手段8を作動させてウエーハW全面の各X−Y位置に対応する位置の厚みを計測し、図4の下方にその一部を示すように、制御手段10のメモリに各X−Y位置における厚みデータを記憶する。なお、制御手段10のメモリに記憶される厚みデータは、検出された厚みの内、最も小さい値を基準値とした場合の該基準値との差であり、吸引保持部75のX−Y位置に関連付けられてμm単位で記憶される。より具体的には、図4に示すように、たとえば、X−Y位置が7−1で特定される位置は、ウエーハWの厚みが最も小さい位置であり、厚みデータは0μmとなる。また、X−Y位置が10−3で特定される位置では、ウエーハWの厚みデータが3μm(基準値より3μm厚い)であることが理解される。
次いで、制御手段10は、記憶手段に記憶された上記ウエーハWの厚みデータに基づいて、各X−Y位置に対応する位置に配設された各圧電素子110に印加する電圧値を圧電素子110毎に演算する。図5には、図4に示したX−Y位置におけるウエーハWの厚みデータに基づいて演算された当該位置にある圧電素子110に対して印加する印加電圧値の一部を示している。より具体的には、図5に示すように、たとえば、X−Y位置が7−1で特定される位置の圧電素子110に対しては、当該位置のウエーハWの厚みデータが0μmであることから、印加電圧値は0Vであり、また、X−Y位置が10−3で特定される位置の圧電素子110に対しては、当該位置のウエーハWの厚みデータが3μmであることから、印加電圧値は3Vである。このように、各圧電素子110に対する印加電圧値は、以下に示す式(1)に基づき演算される。

印加電圧値(V)=厚みデータ(μm) × 1(V) ・・・・・(1)
チャックテーブル71が研磨域71bに移動され、研磨パッド5とチャックテーブル71が所定の位置関係にセットされたならば、制御手段10は図示しない回転駆動手段を駆動してチャックテーブル71を例えば300rpmの回転速度で回転するとともに、上記したサーボモータ43を駆動して研磨パッド5を例えば6000rpmの回転速度で回転する。そして、研磨シート52とウエーハWの境界部に対してスラリーSを供給しつつ、研磨ユニット送り機構6のパルスモータ62を正転駆動し研磨パッド5を下降し、研磨シート52をウエーハの上面(裏面側)である被研磨面に所定の圧力で押圧する。この際、制御手段10によって電圧印加手段が制御されることにより、吸引保持部75に配設された各圧電素子110に対して図5に示したウエーハの厚みデータに応じた電圧が印加される。その結果、研磨されるウエーハWの高さが各位置の厚みに応じて調整され、高い位置に調整されたウエーハWの特定位置が、より重点的に研磨され、ウエーハWの全体が均一な厚みになるように研磨される。研磨加工が施された後のウエーハWは、適宜洗浄工程等の次工程に搬送される。なお、図1には示されていないが、研磨装置1には、加工前、加工後のウエーハWを収容するカセットを載置するカセットテーブル、カセットから搬出されたウエーハWの位置合わせを行う位置合わせテーブル、加工後のウエーハWを洗浄する洗浄手段、及びそれらの間においてウエーハWを搬送する搬送手段等を備えていてもよい。
上記した実施形態では、加工手段としてウエーハWを研磨する研磨ユニット3を備えた研磨装置1の例を提示したが、本発明はこれに限定されず、特許文献1に示されるような研削装置に適用してもよい。研削装置に適用する場合は、たとえば、加工手段として、ウエーハWの面を研削する研削砥石を環状に備えた研削ホイールを回転可能に備えた研削手段を備えるようにすればよい。本発明を研削装置に適用する場合にも、上記研磨装置1と同様に、チャックテーブルの吸引保持部に複数の圧電素子を配置し、各圧電素子に電圧を印加して各圧電素子を保持面に対して垂直方向に膨張させる電圧印加手段を制御する。これにより、吸引保持部に保持されるウエーハWの高さを調整し、所望の厚みに加工することができる。
上記した実施形態では、研磨装置1によってウエーハWに対して研磨加工を施す際に、記憶手段に記憶された厚みデータに基づいて電圧印加手段を作動しウエーハWの高さを調整して、加工後のウエーハWの厚みが均一になるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、研磨加工後のウエーハWの厚みを、ウエーハの中心側で厚く、外周側で薄くなるようにする場合は、ウエーハWの中心側に位置付けられる圧電素子110に印加される印加電圧値を小さく、外周側に位置付けられる圧電素子110に対する印加電圧値が徐々に大きくなるように印加電圧値を調整してもよい。また、加工前のウエーハWの厚みが分かっている場合は、必ずしもウエーハW全域の厚みを検出する厚み検出手段8を備えなくてもよく、省略することも可能である。
上記した実施形態では、厚みデータに基づき圧電素子110に印加される印加電圧値を上記した式(1)に基づき演算したが、印加電圧値の演算式は、これに限定されず、圧電素子110の膨張特性、或いは、適用される研削装置、及び研磨装置の加工特性に応じて、適宜変更することが可能である。
1:研磨装置
2:装置ハウジング
3:研磨ユニット
31:移動基台
4:スピンドルユニット
41:スピンドルハウジング
42:回転スピンドル
43:サーボモータ
44:ホイールマウント
46:スラリー供給路
5:研磨パッド
51:基台
52:研磨シート
53:スラリー供給孔
7:チャックテーブル機構
71:チャックテーブル
72:カバー部材
73、74:蛇腹手段
75:吸引保持部
76:枠体
76a:空間部
77:軸部
77a:連通路
8:厚み検出手段
10:制御手段
12、13:接点
100:基台
101:吸引孔
110:圧電素子
111:保持面
121:電圧供給線
121A、122A:回転接点

Claims (4)

  1. ウエーハの面を加工する加工装置であって、
    ウエーハを吸引保持する保持面を有する吸引保持部と、該吸引保持部の外周を囲繞する枠体と、該枠体に形成され吸引源に連通する連通路と、を備えた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の面を加工する加工手段と、を少なくとも含み、
    該吸引保持部は、吸引孔が形成された基台と、該基台に配設されウエーハを支持する複数の圧電素子と、各圧電素子に電圧を印加して各圧電素子を該保持面に対して垂直方向に膨張させる電圧印加手段と、該電圧印加手段を制御する制御手段と、から少なくとも構成され、
    該電圧印加手段の作用によって各圧電素子を膨張させてウエーハの高さを調整する加工装置。
  2. 該チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを検出する厚み検出手段と、該厚み検出手段によって検出された厚みデータを記憶する記憶手段と、を備え、
    該制御手段は、該記憶手段に記憶された厚みデータに基づいて該電圧印加手段を作動して各電圧素子を膨張させウエーハの高さを調整する請求項1に記載の加工装置。
  3. 該加工手段は、ウエーハの面を研磨する研磨パッドを回転可能に備えた研磨手段である請求項1に記載の加工装置。
  4. 該加工手段は、ウエーハの面を研削する研削砥石を環状に備えた研削ホイールを回転可能に備えた研削手段である請求項1に記載の加工装置。
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