JP4634950B2

JP4634950B2 - ウエーハの保持機構

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Publication number: JP4634950B2
Application number: JP2006080975A
Authority: JP
Inventors: 一孝桑名
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: CN101043019B; JP2007258450A; CN101043019A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを保持するためのウエーハの保持機構に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述したように分割されるウエーハは、ストリートに沿って切断する前に裏面を研削またはエッチングによって所定の厚さに形成される。近年、電気機器の軽量化、小型化を達成するためにウエーハの厚さを５０μm以下に形成することが要求されている。
しかるに、ウエーハの厚さを５０μm以下に形成すると破損し易くなり、ウエーハの搬送等の取り扱いが困難になるという問題がある。

上述した問題を解消するために本出願人は、ウエーハの裏面におけるデバイス領域に対応する領域を研削してデバイス領域の厚さを所定厚さに形成するとともに、ウエーハの裏面における外周部を残存させて環状の補強部を形成することにより、剛性を有するウエーハを形成することができるウエーハの加工方法を特願２００５−１６５３９５号として提案した。

上述したように所定の厚さに形成されたウエーハを搬送するためには、一般にウエーハの全面を吸引保持する全面吸着パッドが用いられている。しかるに、上述した外周部に環状の補強部が設けられ凹部が形成されたウエーハを全面吸着パッドによって吸引保持すると、薄く形成されたデバイス領域が湾曲して破損するという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、外周部に環状の補強部が設けられ凹部が形成されたウエーハであっても破損させることなくウエーハを保持することができるウエーハの保持機構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、ウエーハの外周縁を保持する少なくとも３個の保持部材と、該少なくとも３個の保持部材を放射方向に案内する案内部を備え該案内部に沿って移動可能に支持する支持プレートと、該少なくとも３個の保持部材を該案内部に沿って移動せしめる移動手段とを、備え、
該移動手段は、該少なくとも３個の保持部材とそれぞれ一端部が回動可能に連結された少なくとも３個のリンクと、該３個のリンクの他端部と回動可能に連結され該支持プレートの中心部に回動可能に配設された回動プレートと、該回動プレートを回動せしめる駆動手段とを具備している
ことを特徴とするウエーハの保持機構が提供される。

上記支持プレートの案内部は放射方向に長い長穴からなり、上記保持部材はウエーハの外周縁に係合する係合凹部を備えた係合部と該係合部の上面から立設して設けられ支持プレートに設けられた長穴に嵌挿される被案内支持部とからなっている。
また、上記保持部材は、係合凹部と連続して上側に形成されウエーハの外周縁を係合凹部に案内するテーパー面を備えている。
上記支持プレートには、上記保持部材の保持部より下方に突出する複数の間隔形成ピンが設けられている。

本発明による、ウエーハの保持機構においては、少なくとも３個の保持部材によってウエーハの外周縁を保持するので、外周部に環状の補強部が設けられ凹部が形成されたウエーハであっても破損させることなくウエーハを保持することができる。

以下、本発明によるウエーハの保持機構の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
先ず、本発明によるウエーハの保持機構によって保持される表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたウエーハの加工方法について説明する。
図１には、所定の厚さに加工される前のウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図１に示す半導体ウエーハ１０は、例えば厚さが７００μmのシリコンウエーハからなっており、表面１０ａに複数のストリート１０１が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１０１によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス１０２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１０は、デバイス１０２が形成されているデバイス領域１０４と、該デバイス領域１０４を囲繞する外周余剰領域１０５を備えている。

上記のように構成された半導体ウエーハ１０の表面１０ａには、図２に示すように保護部材１１を貼着する（保護部材貼着工程）。従って、半導体ウエーハ１０の裏面１０bが露出する形態となる。

保護部材貼着工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０の裏面１０bにおけるデバイス領域１０４に対応する領域を研削してデバイス領域１０４の厚さを所定厚さに形成するとともに、半導体ウエーハ１０の裏面１０bにおける外周余剰領域１０５に対応する領域を残存させて環状の補強部を形成する補強部形成工程を実施する。この補強部形成工程は、図３に示す研削装置によって実施する。

図３に示す研削装置２は、略直方体状の装置ハウジング２０を具備している。装置ハウジング２０の図３において右上端には、静止支持板２１が立設されている。この静止支持板２１の内側面には、上下方向に延びる１対の案内レール２２、２２が設けられている。一対の案内レール２２、２２には研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、ユニットハウジング３１と、該ユニットハウジング３１の下端に回転自在に装着されたホイールマウント３２に締結ボルト３３４によって締結され装着された研削ホイール３３と、該ユニットハウジング３１の上端に装着されホイールマウント３２を矢印３２aで示す方向に回転せしめる電動モータ３４と、ユニットハウジング３１を装着した取り付け部材３５と、該取り付け部材３５が取付けられた移動基台３６を具備している。研削ホイール３３は、円板状の基台３３１と、該基台３３１の下面に装着された環状の研削砥石３３２とからなっており、基台３３１が複数の締結ボルト３３４によってホイールマウント３２に取付けられている。

図示の実施形態における研削ユニット３は、上記移動基台３６を一対の案内レール２２、２２に沿って移動させ研削ホイール３３を後述するチャックテーブルの保持面に垂直な方向に移動せしめる垂直移動手段３７を具備している。垂直移動手段３７は、上記静止支持板２１に一対の案内レール２２、２２と平行に上下方向に配設され回転可能に支持された雄ねじロッド３７１と、該雄ねじロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２と、上記移動基台３６に装着され雄ねじロッド３７１と螺合する図示しない雌ねじブロックを具備しており、パルスモータ３７２によって雄ねじロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、研削ユニット３を上下方向（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）に移動せしめる。

図示の実施形態における研削装置２は、上記静止支持板２１の前側において装置ハウジング２０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４を具備している。このターンテーブル４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４ａで示す方向に適宜回転せしめられる。ターンテーブル４には、図示の実施形態の場合それぞれ１８０度の位相角をもって２個のチャックテーブル５が水平面内で回転可能に配置されている。このチャックテーブル５は、円盤状の基台５１とポーラスセラミック材によって円盤状に形成され吸着保持チャック５２とからなっており、吸着保持チャック５２上（保持面）に載置された被加工物を図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持する。また、チャックテーブル５は図示しない送風手段に接続されており、該送風手段を作動することにより吸着保持チャック５２上に載置された被加工物を保持面から僅かに浮き上がらせるようになっている。このように構成されたチャックテーブル５は、図３に示すように図示しない回転駆動機構によって矢印５aで示す方向に回転せしめられる。ターンテーブル４に配設された２個のチャックテーブル５は、ターンテーブル４が適宜回転することにより被加工物搬入・搬出域Ａ、研削加工域Ｂおよび被加工物搬入・搬出域Ａに順次移動せしめられる。図示の実施形態における研削装置２は、チャックテーブル５上に保持され後述する研削加工が施された半導体ウエーハ１０をチャックテーブル５から搬出するウエーハ搬送手段６を具備している。このウエーハ搬送手段６については、後で詳細に説明する。

上述した研削装置２を用いて補強部形成工程を実施するには、被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられたチャックテーブル５の上面（保持面）に図示しないウエーハ搬入手段によって搬送された上記半導体ウエーハ１０の保護部材１１側を載置し、半導体ウエーハ１０をチャックテーブ５上に吸引保持する。次に、ターンテーブル４を図示しない回転駆動機構によって矢印４ａで示す方向に１８０度回動せしめて、半導体ウエーハ１０を載置したチャックテーブル５を研削加工域Ｂに位置付ける。ここで、チャックテーブル５に保持された半導体ウエーハ１０と研削ホイール３３を構成する環状の研削砥石３３２の関係について、図４を参照して説明する。チャックテーブル５の回転中心P1と環状の研削砥石３３２の回転中心P2は偏芯しており、環状の研削砥石３３２の外径は、半導体ウエーハ１０のデバイス領域１０４と余剰領域１０５との境界線１０６の直径より小さく境界線１０６の半径より大きい寸法に設定され、環状の研削砥石３３２がチャックテーブル５の回転中心P1（半導体ウエーハ１０の中心）を通過するようになっている。

次に、図３および図４に示すようにチャックテーブル５を矢印５aで示す方向に３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石３３２を矢印３２aで示す方向に６０００ｒｐｍで回転せしめるとともに、垂直移動手段３７を作動して研削ホイール３３即ち研削砥石３３２を半導体ウエーハ１０の裏面に接触させる。そして、研削ホイール３３即ち研削砥石３３２を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。この結果、半導体ウエーハ１０の裏面には、図５に示すようにデバイス領域１０４に対応する領域が研削除去されて所定厚さ（例えば３０μm）の円形状の凹部１０４bに形成されるとともに、外周余剰領域１０５に対応する領域が残存されて環状の補強部１０５bに形成される。

上述した補強部形成工程を実施したならば、ターンテーブル４を図示しない回転駆動機構によって矢印４ａで示す方向に１８０度回動せしめて、補強部形成工程が実施された半導体ウエーハ１０を載置したチャックテーブル５を被加工物搬入・搬出域Ａに位置付ける。被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられたチャックテーブル５に保持された補強部形成工程が実施された半導体ウエーハ１０は、ウエーハ搬送手段６の保持機構７に保持され次工程に搬送される。

ここで、ウエーハ搬送手段６について、図６乃至図８を参照して説明する。
図６乃至図８に示すウエーハ搬送手段６は、本発明に従って構成された保持機構７と、該保持機構７を支持する作動アーム８を具備しており、作動アーム８の基端部が図３に示すように回動軸９に連結されている。なお、回動軸９は図示しない回転駆動手段によって回動せしめられるとともに、図示しない移動手段によって上下方向に移動せしめられるようになっている。

保持機構７は、図６および図７に示すように上記半導体ウエーハ１０の外周縁を保持する３個の保持部材７１と、該３個の保持部材７１を放射方向に移動可能に支持する支持プレート７２を具備している。保持部材７１は、外周面に上記半導体ウエーハ１０の外周縁に係合する環状の係合凹部７１１aを備えた保持部７１１と、該保持部７１１の上面から立設して設けられた円柱状の被案内支持部７１２とからなっている。保持部７１１は、図８に示すように係合凹部７１１aと連続して上側に形成され半導体ウエーハ１０の外周縁を係合凹部７１１aに案内するテーパー面７１１bを備えている。また、被案内支持部７１２には、その上面から軸方向に設けられた雌ねじ穴７１２aが形成されている。このように構成された保持部材７１は、フッ素系樹脂等の摩擦抵抗の小さい合成樹脂によって形成されている。

上記支持プレート７２は、図示の実施形態においては円形状プレートからなっている、その外周部には周方向に所定の間隔を置いて径方向(放射方向)に長い３個の長穴７２１が設けられている。この長穴７２１の幅は、上記保持部材７１の被案内支持部７１２の外径より僅かに大きい寸法に設定されている。このように形成された長穴７２１に図８に示すように上記保持部材７１の被案内支持部７１２が支持プレート７２の下面側から挿入される。また、支持プレート７２の中心部上面には、大径部７２２aと小径部７２２bを有する段付きナット７２２が取り付けられている。

図示の実施形態における保持機構７は、上記支持プレート７２に設けられた３個の長穴７２１にそれぞれ挿入された３個の保持部材７１を長穴７２１に沿って移動せしめる移動手段７３を具備している。移動手段７３は、上記３個の保持部材７１の被案内支持部７１２にそれぞれ一端部が回動可能に連結された３個のリンク７３１と、該３個のリンク７３１のそれぞれ他端部を回動可能に支持する回動プレート７３２と、該回動プレート７３２を回動せしめる駆動手段としてのエアーシリンダー７３３とからなっている。リンク７３１の一端部には図８に示すように穴７３１aが設けられており、この穴７３１aが上記被案内支持部７１２に遊嵌される。なお、リンク７３１の穴７３１aを被案内支持部７１２に遊嵌する前に、被案内支持部７１２には環状のスペーサー７３４が嵌合されている。このスペーサー７３４は、摩擦抵抗の小さい合成樹脂によって形成することが望ましい。このようにしてリンク７３１の穴７３１aを被案内支持部７１２に遊嵌したならば、保持部材７１の被案内支持部７１２に設けられた雌ねじ穴７１２aに抜け止め用のボルト７３５を螺合する。

上記移動手段７３を構成する回動プレート７３２は、中心部に上記支持プレート７１の中心部に取り付けられた段付きナット７２２の小径部７２２bに回動可能に嵌合する穴７３２aを備えているとともに、外周面から周方向に所定の間隔を置いて径方向(放射方向)に突出して設けられた３個のアーム部７３２bを備えている。この３個のアーム部７３２bの先端部は、それぞれ上記リンク７３１の他端部と枢軸７３６によって互いに回動可能に連結されている。また、３個のアーム部７３２bの一つには後述するエアーシリンダー７３３のピストンロッドと連結するための連結突起７３２cが設けられている。なお、図示の実施形態における回動プレート７３２には、中心部に設けられた穴７３２aの外側に３個の開口７３２dが周方向に所定の間隔を置いて設けられている。このように構成された回動プレート７３２は、図８に示すように中心部に設けられた穴７３２aが段付きナット７２２の小径部７２２bに回動可能に嵌合される。そして、段付きナット７２２に抜け止め用のボルト７３７を螺合することによって、回動プレート７３２の抜けを規制する。

上記移動手段７３を構成するエアーシリンダー７３３は、支持プレート７２の上面に配設されている。このエアーシリンダー７３３のピストンロッド７３３aの先端が上記３個のアーム部７３２bの一つに設けられた連結突起７３２cに連結される。

図示の実施形態における保持機構７は、支持プレート７２の外周部下面に上記保持部材７１の保持部７１１の下面が上記チャックテーブル５の上面に接触することを防止するための３個の間隔形成ピン７３８が周方向に所定の間隔を置いて取り付けられている。この３個の間隔形成ピン７３８は、長さが上記保持部７１１の軸方向長さより０．５mm程度長く形成されており、保持部７１１の下端より下方に突出して設けられている。

以上のように構成された保持機構７は、弾性支持手段７４によって上記作動アーム８の先端に支持される。図示の実施形態における弾性支持手段７４は、支持プレート７２の上面に立設して設けられた３本の支持柱７４１と、該３本の支持柱７４１にそれぞれ嵌挿される３本のコイルバネ７４２と、上記作動アーム８の先端に取り付けられた取り付け板７４３とを具備している。３本の支持柱７４１は、それぞれ上記回動プレート７３２に設けられた３個の開口７３２dを挿通する位置に配置されており、上端部に雌ねじ穴７４１aが設けられている。上記取り付け板７４３には、３本の支持柱７４１と対応する位置にそれぞれ挿通穴７４３aが設けられている。この挿通穴７４３aは、支持柱７４１の外径より大きくコイルバネ７４２の外径より小さい内径に形成されている。従って、支持柱７４１を挿通穴７４３aに挿通し、支持柱７４１の上端部に設けられた雌ねじ穴７４１aに抜け止め用のボルト７４４を螺合することによって、保持機構７はコイルバネ７４２によって下方に向けて付勢された状態で作動アーム８の先端に弾性支持される。

図示の実施形態におけるウエーハ搬送手段６は以上のよう構成されており、以下その作用について説明する。
ウエーハ搬送手段６は図３に示す状態から図示しない回転駆動機構によって回動軸９を所定角度回動し、作動アーム８の先端部に装着された保持機構７を被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられたチャックテーブル５に保持されている半導体ウエーハ１０の上方に移動する。次に、図示しない移動手段によって回動軸９を下方に移動することにより、図９に示すように保持機構７の３個の間隔形成ピン７３８がチャックテーブル５の外周部上面に載置される。この結果、保持機構７を構成する保持部材７１の保持部７１１は、チャックテーブル５の外周部上面から僅かに浮いた状態となる。

次に、図示しない吸引手段の作動を停止してチャックテーブル５による半導体ウエーハ１０の吸引保持を解除し、図示しない送風手段を作動する。この結果、チャックテーブル５に保持されていた半導体ウエーハ１０は浮上する。この際、半導体ウエーハ１０は水平方向に移動しても３個の間隔形成ピン７３８によって囲まれているので、水平方向の移動が規制される。このようにして浮上せしめられた半導体ウエーハ１０は、図９に示すように外周縁が保持機構７を構成する保持部材７１の保持部７１１に設けられたテーパー面７１１bに当接する。次に、エアーシリンダー７３３を作動して、ピストンロッド７３３aを図６において矢印７３９aで示す方向に作動する。従って、回動プレート７３２が７３９bで示す方向に回動し、回動プレート７３２のアーム部７３２bと連結されたリンク７３１が矢印７３９cで示す方向に作動するため、リンク７３１に連結された保持部材７１が矢印７３９dで示すように長穴７２１に沿って径方向内方に移動せしめられる。この結果、半導体ウエーハ１０の外周縁（半導体ウエーハ１０の外周余剰領域１０５即ち環状の補強部１０５bの外周縁）がテーパー面７１１bに沿って相対的に係合凹部７１１aに向けて移動し、図１０に示すように半導体ウエーハ１０の外周縁が係合凹部７１１aに係合する。このように保持機構７は、保持部材７１の保持部７１１に設けられた係合凹部７１１aによって半導体ウエーハ１０の外周余剰領域１０５即ち環状の補強部１０５bのみを保持するので、デバイス領域１０４に接触することがないため、デバイス領域１０４を損傷させることなく搬送することができる。

以上本発明によるウエーハの保持機構を研削装置の搬送手段に適用した例を示すたが、本発明によるウエーハの保持機構は他の加工装置および加工装置間においてウエーハを搬送する搬送手段にも適用することができる。

本発明によるウエーハの保持機構によって保持されるウエーハにおける研削加工前の半導体ウエーハを示す斜視図図１に示す半導体ウエーハの表面に保護部材を貼着した状態を示す斜視図。図１に示す半導体ウエーハの裏面を研削加工するための研削装置の斜視図。図３に示す研削装置によって半導体ウエーハの裏面を研削加工する補強部形成工程の説明図。図５に示す補強部形成工程が実施された半導体ウエーハの断面図。図３に示す研削装置に装備されるウエーハ搬送手段の要部を拡大して示す斜視図。図６に示すウエーハ搬送手段の構成部材を分解して示す斜視図。図６に示すウエーハ搬送手段を構成する保持機構の断面図。本発明に従って構成されたウエーハの保持機構によって半導体ウエーハを保持する工程を示す断面図。本発明に従って構成されたウエーハの保持機構によって半導体ウエーハを保持した状態を示す断面図。

符号の説明

２：研削装置
２０：装置ハウジング
３：研削ユニット
３１：ユニットハウジング
３２：ホイールマウント
３３：研削ホイール
３３２：環状の研削砥石
４：ターンテーブル
５：チャックテーブル
６：ウエーハ搬送手段
７：保持機構
７１：保持部材
７２：支持プレート
７２１：長穴
７３：移動手段
７３１：リンク
７３２：回動プレート
７３３：エアーシリンダー
７３８：間隔形成ピン
７４：弾性支持手段
７４１：支持柱
７４２：コイルバネ
８：作動アーム
９：回動軸
１０：半導体ウエーハ
１０１：ストリート
１０２：デバイス
１０４：デバイス領域
１０５：余剰領域
１０４b：円形状の凹部
１０５b：環状の補強部

Claims

ウエーハの外周縁を保持する少なくとも３個の保持部材と、該少なくとも３個の保持部材を放射方向に案内する案内部を備え該案内部に沿って移動可能に支持する支持プレートと、該少なくとも３個の保持部材を該案内部に沿って移動せしめる移動手段とを、備え、
該移動手段は、該少なくとも３個の保持部材とそれぞれ一端部が回動可能に連結された少なくとも３個のリンクと、該３個のリンクの他端部と回動可能に連結され該支持プレートの中心部に回動可能に配設された回動プレートと、該回動プレートを回動せしめる駆動手段とを具備している
ことを特徴とするウエーハの保持機構。
該支持プレートの該案内部は放射方向に長い長穴からなり、該保持部材はウエーハの外周縁に係合する係合凹部を備えた係合部と該係合部の上面から立設して設けられ該支持プレートに設けられた長穴に嵌挿される被案内支持部とからなっている、請求項１記載のウエーハの保持機構。
該保持部材は、該係合凹部と連続して上側に形成されウエーハの外周縁を係合凹部に案内するテーパー面を備えている、請求項２記載のウエーハの保持機構。
該支持プレートには、該保持部材の保持部より下方に突出する複数の間隔形成ピンが設けられている、請求項１から３のいずれかに記載のウエーハの保持機構。