JP4740886B2 - 基板の吸着方法 - Google Patents

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本発明は、半導体ウエーハ等の基板に研削や研磨、あるいはダイシング等の各種加工を施す際に、その基板を固定状態で保持し、加工用の各種工具に加工面を対面させて加工できる状態とするための基板の吸着方法に関する。
表面に半導体デバイスが形成されたシリコンウエーハ等の半導体基板は、個々のチップに分割される前に、裏面が研削や研磨されて所望の厚さに薄化加工されている。この種の基板を薄化加工する研削装置等には、加工面である裏面が露出する状態に基板を吸着、保持する吸着装置が備えられている。そのような吸着装置としては、載置された基板を吸着、保持する真空チャック式の吸着テーブルを用いたものが一般的である(特許文献1,2等参照)。
特開平11−284056公報 特開平06−302569公報
シリコンウエーハは一般に円形の薄板であり、サイズすなわち直径がφ300mmやφ200mmといった種類に集約分類される。そして上記吸着テーブルは、ウエーハサイズに応じた大きさの円形の吸着エリアを有するものが数種類用意される。ここで言う吸着エリアとは、多数の空気吸引孔が形成されたり多孔質材で形成されたりした空気吸引作用が生じる部分のことである。ところが、LED等の光学系デバイスの原料となるガリウム−リン(GaP)やインジウム−リン(InP)、あるいはシリコンカーバイド(SiC)等の基板は、円形とは限らず六角形等の不定形のものがあったり、円形ではあるもののφ2インチ前後の小径であったりする。
これら特異形状の基板を円形の吸着エリアを有する一般的な吸着テーブルに吸着、保持させると、保持面には基板で覆われない非載置領域が生じる。例えば六角形の基板であれば、円形の吸着エリアの中心に載置した状態では基板の外側が非載置領域となる。また、小径基板の場合には複数を吸着エリアに載置できるが、その状態では基板の間や外周部分に非載置領域が生じる。これらの非載置領域においては単に空気吸引が生じるのみでリークの状態となるので、結果として基板の吸引力が低下してしまう。
そこで、これら特異形状の基板を十分な吸引力で吸着テーブルに保持するためには、基板の形状およびサイズに対応した吸着エリアを有する吸着テーブルを別途製造する必要があった。しかしながら特異形状の基板を加工するたびに専用の吸着テーブルを製造することは手間がかかるとともに不経済である。また、上記特許文献2に記載されるように、外周部に環状のフレームが貼着された粘着テープ上に基板を貼り付け、粘着テープを吸着エリア全面に被せて真空引きするといった方法もある。この方法では一般的な吸着テーブルを用いることができるといった利点があるが、使用する粘着テープの量が多くなってコスト的に不利であり、また、粘着テープが使用不可能な高い加工精度を必要とするような加工には用いることができないといった不都合な面がある。
よって本発明は、上記のような特異形状の基板を、一般的な吸着テーブルを使用しながらも、十分な吸引力により、かつ低コストで吸着、保持することができる基板の吸着方法を提供することを目的としている。
本発明の基板の吸着方法は、基板を吸着して保持する保持面、および該保持面に対応する裏面を有するとともに、裏面から保持面にわたって複数の真空引き通路が貫通形成された吸着テーブルの保持面に該保持面よりも小さい基板を載置して、該基板を保持面に吸着する方法であって、基板が載置されない保持面の非載置領域に対応する吸着テーブルにおける裏面領域を目張り部材で被覆し、保持面の非載置領域を位置決め部材で被覆し、該位置決め部材の内側に形成されている基板形状の開口部に基板を当てはめて該基板を保持面に載置し、吸着テーブルの裏面側を真空引きすることを特徴とする。
本発明の基板の吸着方法は、吸着エリアが円形である一般的な吸着テーブルに、六角形等の不定形の基板を吸着、保持させる場合に有用である。このような吸着テーブルに不定形の基板を載置すると、保持面には基板で覆われない領域:非載置領域が生じる。本発明は、吸着テーブルの裏面の非載置領域に対応した領域を目張り部材で被覆するものであり、これによって非載置領域に対応した真空引き通路が目張り部材で遮断され、真空引き作用は基板に対応した載置領域のみで発生する。したがって保持面の非載置領域で空気吸引は起こらず、十分な吸引力で基板を保持面に吸着させることができる。
目張り部材は、裏面の非載置領域に対応する形状に形成可能なシート状のものが使用され、例えば粘着テープやラバーシート等を基板形状に合わせてカッターで切り抜くことにより容易に得ることができる。したがって、本発明は特異形状の基板を一般的な吸着テーブルに十分な吸引力で、かつ低コストで適確に吸着、保持させることができる。本発明で用いる吸着テーブルは、真空引き通路が裏面から保持面にわたってのみ連通するように構成されるものが適切である。これは、非載置領域に存在する真空引き通路が載置領域に存在する真空引き通路と連通していると、吸着テーブルの裏面側を真空引きした際に、非載置領域の真空引き通路も空気吸引の作用が起こり、吸引力の低下を招いてしまうからである。したがって、吸着テーブルは通気性を有さない材質のものが選択される。
また、本発明では、吸着テーブルの保持面に基板を載置するに際し、該保持面の非載置領域を位置決め部材で被覆し、該位置決め部材の内側に形成されている基板形状の開口部に基板を当てはめて該基板を保持面に載置することにより、裏面に設けられた目張り部材によって真空引き通路が遮断されておらず基板が載置されるべき保持面の載置領域に、基板を適確、かつ容易に位置決めして載置することができる。
本発明によれば、特異形状の基板を、一般的な吸着テーブルを使用しながらも、十分な吸引力により、かつ低コストで吸着、保持することができるといった効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図1は、一実施形態に係る吸着方法を好適に実施し得る研削装置を示している。この研削装置1は、直方体状の基台11を備えている。図1では、基台11の長手方向、幅方向および鉛直方向を、それぞれY方向、X方向およびZ方向で示している。基台11の上面のY方向一端部(奥側の端部)には、コラム12が立設されている。このコラム12の前面(基台11側に向いたX・Z方向に沿った面)には、研削ユニット20が昇降可能に装備されている。
研削ユニット20は、図2に示すように、軸方向がZ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング21と、このスピンドルハウジング21内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト22と、スピンドルハウジング21の上端部に固定されてスピンドルシャフト22を回転駆動するモータ23と、スピンドルシャフト22の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ24とを具備している。そしてフランジ24の下面に、砥石ホイール25がねじ止め等の取付手段によって着脱自在に取り付けられる。
砥石ホイール25は、金属製の環状フレーム26の下面に、全周にわたって複数の砥石27が配列されて固着されたものである。砥石27は、被加工物に応じたものが用いられ、例えば、ボンド材中に適宜な粒度のダイヤモンド砥粒等を混合して成形し、焼結したものなどが用いられる。フランジ24および砥石ホイール25には、研削加工の際の冷却や潤滑あるいは研削屑の排出のための研削水を供給する研削水供給機構(図示省略)が設けられている。
このような構成の研削ユニット20は、図1に示すように、スピンドルハウジング21が、コラム12に昇降自在に取り付けられたスライダ13に固定されている。スライダ13は、Z方向に延びる一対(図1では1つしか見えない)のガイドレール14に摺動自在に装着されている。スライダ13は、サーボモータ15によって駆動されるボールねじ式の送り機構16によってZ方向に移動可能とされている。この構成により、研削ユニット20はスライダ13とともに昇降する。研削ユニット20は、スライダ13に対してスピンドル22の軸心がZ方向に延びる状態に固定されており、砥石27の加工面である下面は水平に設定される。
研削ユニット20は、砥石ホイール25を回転させながら、送り機構16によって下降することにより、砥石ホイール27を被加工物に押圧して被加工物を研削する。被加工物は、基台11上にY方向に移動自在に設けられた一実施形態に係る吸着装置30に吸着、保持され、必要に応じて自転しながら研削される。
吸着装置30は、基台11の上面に設けられた矩形状のテーブルベース17に設けられている。テーブルベース17は、基台11の手前側からコラム12の近傍にわたってY方向に移動自在に設けられている。テーブルベース17の移動路には、該移動路に研削屑等が落下することを防ぐ蛇腹状のカバー18が伸縮自在に設けられている。
吸着装置30は、テーブルベース17のY方向の移動により、基台11手前側の端部の被加工物着脱位置と、上記研削ユニット20の下方の研削位置との間を往復移動させられる。被加工物は、着脱位置で待機する吸着装置30上に保持され、テーブルベース17の移動により加工位置まで送られる。そして加工位置で、研削ユニット20により研削加工される。研削ユニット20、テーブルベース17および吸着装置30の動作制御は、基台11の手前側に設けられた操作パネル19で行われる。
吸着装置30は、図3に示すように、円盤状のチャックテーブル(吸着テーブル)31と、このチャックテーブル31が上面に固定されたアッパーディスク41とを備えている。アッパーディスク41はステンレス等からなるもので、チャックテーブル31と同径の円筒状部材であり、テーブルベース17に回転自在に支持されている。
チャックテーブル31の材質は、アルミナセラミックスやシリコンカーバイト等の、通気性を有さず、かつ十分な剛性を有するものが好適とされる。このチャックテーブル31の上面は水平で、外周部には厚さが薄くなった環状の段部32が形成されている。段部32で囲まれたチャックテーブル31の上面が、被加工物を吸着、保持する保持面33とされ、この保持面33と平行な裏面34には、一定深さの浅い凹所35が外周部を残して同心状に形成されている。
チャックテーブル31の凹所35に対応する部分には、多数の通気部材36が等間隔をおいて埋設されている。通気部材36には、凹所35から保持面33にわたって貫通する複数の微細な空洞が真空引き通路として形成されている。通気部材36としては、多孔質のアルミナセラミックスや、前出の特許文献1(特開平06−302569公報)に開示されるような、中空のガラス線材を束ねて一体化させたものなどの円柱状部材が好適に用いられる。
通気部材36は、3〜10mm程度の直径の円柱状で、チャックテーブル31に形成した孔に圧入するなどの方法で埋設される。チャックテーブル31には、通気部材36により、凹所35から保持面33にわたって空気の吸引通路すなわち真空引き通路が形成されている。チャックテーブル31は通気性を有していない材質であるから、各通気部材36は独立状態で通気部材36間の空気の連通は生じず、厚さ方向のみに連通している。
チャックテーブル31は、アッパーディスク41の上面に凹所35を対向させて同心状に重ねられ、段部32に通した複数のボルト37によってアッパーディスク41に着脱自在に固定されている。アッパーディスク41の上面には、凹所35に対応して複数(この場合3つ)の環状の溝42が同心状に形成されている。そしてアッパーディスク41内には、各溝42に連通する空気吸引通路43が形成されている。上記基台11内には、コンプレッッサ等のバキューム装置が収容されており(図示略)、そのバキューム装置の吸引ノズルが、空気吸引通路43の末端に接続されている。
バキューム装置が運転されると、空気吸引通路43、溝42、凹所35を経て、通気部材36からチャックテーブル31の保持面33の上方の空気が吸引される。保持面33に被加工物が載置されている状態では、その被加工物で通気部材36が塞がれるので、空気の吸引が遮断されて真空状態が形成され、この真空作用によって被加工物は保持面33に吸着、保持されるようになっている。
チャックテーブル31の保持面33においては、多数の通気部材36が埋設された領域が、実質的に被加工物を吸着、保持する吸着エリアとされている。通常、この吸着エリアは保持面33の外周部を残した円形であり、その直径は、円形のシリコンウエーハに応じたサイズ(例えばφ200mmやφ300mm)に設定される。
さて、本実施形態で研削加工される被加工物は、図4(a)に示すように、正六角形状の基板W1である。この基板W1は、シリコンウエーハ等と同様のデバイス基板であるが、前述したLED等の光学系デバイスの原料となるガリウム−リン(GaP)やインジウム−リン(InP)、あるいはシリコンカーバイド(SiC)等からなるものである。基板W1のサイズはチャックテーブル31の吸着エリアよりも小さく、図5(a)に示すように、その直径(対角の距離)は吸着エリアのおよそ1/2の大きさである。
この基板W1を、チャックテーブル31の保持面33の中央に載置すると、基板W1の周囲には基板W1で覆われていない、すなわち載置されていない非載置領域33aが存在する。この非載置領域33aは、保持面33に対応する円形から基板W1の形状をくり抜いた形状である。本実施形態では、図5に示すように、チャックテーブル31の裏面の凹所35に嵌合し、かつ、この非載置領域33aに対応する形状の、図4(b)に示す円形シート状の目張り部材51が、チャックテーブル31とアッパーディスク41との間に挟み込まれ、この目張り部材51によって、非載置領域33aに存在する通気部材36が塞がれている。
なお、図4〜図7においては、目張り部材51(図6、図7では目張り部材52)の存在を明確にするために、あえて目張り部材51(52)にドットを付してある。また、図5(b)および図7(b)では、目張り部材51(52)で塞がれ、本来であれば描かれないか隠れ線となる非載置領域33aに存在する通気部材36も、塞がれていることを示すためにあえて図示している。
目張り部材51は、ラバーシートや汎用的な粘着テープ等の通気性を有さないシート状部材をカッターで切り抜くなどの方法で得ることができる。この場合の目張り部材51は、凹所35にぴったりと嵌合し得る外径を有し、中央に基板W1と同寸・同形状の孔51aが中心に形成されている。目張り部材51は、例えば凹所35の底面に粘着材を介して密着させられ、通気部材36の裏面側の開口を塞ぐように設けられる。厚さが凹所35の深さよりも大きく、かつ、弾力性のある材料で目張り部材51を作製することもでき、このようなものの場合には、粘着材で貼り付けることなく、チャックテーブル31とアッパーディスク41と間に挟み込んで圧縮させることにより、安定して装着することができる。
このように目張り部材51は凹所35に嵌合され、これによってチャックテーブル31の裏面34における凹所35の底面の上記非載置領域33aに対応する領域が、目張り部材51で被覆される。そして基板W1をチャックテーブル31の保持面33に載置する際には、目張り部材51の孔51aに対応させる。つまり、上から見て基板W1の下方への投影が孔51aに合致するように、基板W1を保持面33に載置する。基板W1を載置した後は、バキューム装置を運転して保持面33への基板の吸着、保持がなされる。
このとき、基板W1の非載置領域33aに存在する通気部材36が目張り部材51で塞がれているので、これらの通気部材36から空気は吸引されず、真空引き作用は、孔51aが形成されて通気部材36が塞がれていない基板W1の載置領域でのみで発生する。すなわち実質的な吸着エリアは基板W1に対応した部分のみとなり、保持面33の非載置領域33aで空気吸引は起こらず、真空引き作用は基板W1に対してのみ発生する。その結果、基板W1は十分な吸引力でチャックテーブル31の保持面33に吸着する。
本実施形態の吸着装置30を用いた吸着方法によれば、チャックテーブル31は吸着エリアが円形の一般的なものであるにもかかわらず、真空引き作用を不定形の基板W1のみに生じさせてリークが防止され、十分な吸引力で基板W1をチャックテーブル31の保持面33に吸着させることができる。この作用を得るためには、基板W1のサイズおよび形状に対応する目張り部材51をチャックテーブル31の裏面に装着するわけであるが、この目張り部材51は、上記のように粘着テープやラバーシート等の安価な材料で作製することができる。このように一般的な構成のチャックテーブル31に安価な目張り部材51を装着することにより、特異形状の基板W1に応じた専用のチャックテーブルを製造する必要がなく、この基板W1を低コストで、かつ十分な吸引力をもってチャックテーブル31に保持させることができる。
基板W1のみを真空引きするといった作用は、チャックテーブル31の裏面にではなく、表面側の保持面33に基板W1に対応した目張り部材を貼り付ければ、同様に発生させることができる。しかしながらこの形態では、基板W1の研削時に研削水の影響を受けて目張り部材の端部が捲れてチャックテーブル31から剥離し、剥離部分が砥石27に接触して砥石27に目詰まりが起こり、研削不良になるなどの問題が生じる。また、研削によって薄化される基板W1の厚さが目張り部材より薄くなると、砥石27が目張り部材の表面を削って同様に目詰まりが起こり、研削不良になるといった不都合が生じる。したがってチャックテーブル31の裏面側に目張り部材51を装着することが有効である。
また、本実施形態では、チャックテーブル31の厚さ方向のみに貫通する真空引き通路が通気部材36によって設けられている。真空引き通路としては、単なる孔であってもよい。しかしながら、多数、かつなるべく小径の孔を点在させて十分な吸引力を発生させることが、被加工物の変形を抑えるなどの目的から望ましく、これを満足させるには、複数の小径の真空引き通路がまとまった状態の通気部材36が好適である。さらに、アスペクト比の高い小径かつ深い孔をチャックテーブル31に形成するには加工が難しく実質的に不可能であり、この点、ある程度の大きさの孔に通気部材36を埋設する方が、容易に真空引き通路を形成することができるといった利点がある。
目張り部材51に対応させて基板W1をチャックテーブル31の保持面33に載置するには、ガイドがあった方が便利である。そこで、保持面33における基板W1の非載置領域を被覆する位置決め部材を、基板W1の載置時に保持面33にセットするとよい。位置決め部材は、目張り部材51と同寸・同形状で、樹脂板等のある程度の剛性を有するものが好適に用いられる。位置決め部材は粘着材を介して保持面33に着脱可能に貼り付けられる形態が好ましく、研削時には保持面33から除去する。しかしながら、基板W1よりも十分に薄く研削に支障がない場合には、そのまま設置されていてもよい。
位置決め部材は目張り部材51とセットで基板W1の孔51aの形状が一致する状態で設置され、基板W1と同一形状に形成された開口部に基板W1が当てはめられる。そのためには、例えばチャックテーブル31の外周部にマークを表示しておき、それを目印として目張り部材51と容易に一致させることができるような工夫を施すとよい。
目張り部材51は真空引き作用を受けるので相応の応力を受け、このため劣化することがある。目張り部材51が劣化したり、あるいはサイズや形状が異なる基板を保持する場合には、チャックテーブル31をアッパーディスク41から外し、新しい目張り部材51や、基板に応じた形状の孔が形成された他の目張り部材をセットすることによって容易に対応可能である。
図6(a)は、形状は円形であるが、チャックテーブル31の円形の吸着エリアよりも小径の基板W2を示している。図7は、その基板W2をチャックテーブル31の保持面33に保持した状態を示しており、基板W2は複数(ここでは4枚)を保持面33に載置することができる。図6(b)は4枚の基板W2に対応した目張り部材52を示している。この目張り部材52は、上記孔51aに代えて、基板W2の配置に対応した4つの円形の孔52aが形成されている。この目張り部材52も、図7に示すようにチャックテーブル31の凹所35に嵌合され、凹所35の底面の、各基板W2の非載置領域に対応した領域を塞いでいる。なお、凹所35は、全ての通気部材36と各溝42とを連通させるために形成されるものであるが、このような凹所は、チャックテーブル31の裏面34に形成される代わりにアッパーディスク41の表面に形成されていてもよく、さらには、双方に形成されていてもよい。
本発明は、チャックテーブル31の吸着エリアよりも小さかったり、あるいは不定形の基板を保持する際に、その基板のサイズや形状、あるいは配置に対応する孔が形成された目張り部材をチャックテーブル31の裏面に装着して基板の非載置領域を塞ぎ、基板のみに対して真空引き作用を生じさせるものである。したがって、目張り部材の孔の形状は上記のものに限定されず、基板に応じた任意のものが作製される。また、本発明は基板の研削装置のみならず、研磨装置やダイシング装置等、加工面を露出させて基板を固定状態で保持することが必要な各種加工装置に適用可能である。
本発明の一実施形態に係る吸着方法を好適に実施し得る研削装置の斜視図である。 図1に示した研削装置が備える研削ユニットで基板を研削している状態を示す(a)斜視図、(b)側面図である。 目張り部材が装着されていない状態の一実施形態の吸着装置を示す図であって、(a)は一部断面側面図、(b)は平面図である。 (a)は被加工物である基板の平面図、(b)は一実施形態の目張り部材の平面図である。 図4(b)の目張り部材を備えた吸着装置により、図4(a)の基板を保持している状態を示す図であって、(a)は一部断面側面図、(b)は(a)のB−B矢視図である。 (a)は他の形態の基板の平面図、(b)は他の形態の目張り部材の平面図である。 図6(b)の目張り部材を備えた吸着装置により、図6(a)の基板を複数保持している状態を示す図であって、(a)は一部断面側面図、(b)は(a)のB−B矢視図である。
符号の説明
30…吸着装置
31…チャックテーブル(吸着テーブル)
33…保持面
33a…非載置領域
34…チャックテーブルの裏面
36…通気部材(真空引き通路)
51,52…目張り部材
W1,W2…基板

Claims (2)

  1. 基板を吸着して保持する保持面、および該保持面に対応する裏面を有するとともに、裏面から保持面にわたって複数の真空引き通路が貫通形成された吸着テーブルの保持面に該保持面よりも小さい基板を載置して、該基板を保持面に吸着する方法であって、
    前記基板が載置されない前記保持面の非載置領域に対応する前記吸着テーブルにおける前記裏面領域を目張り部材で被覆し、
    前記保持面の前記非載置領域を位置決め部材で被覆し、該位置決め部材の内側に形成されている前記基板形状の開口部に基板を当てはめて該基板を保持面に載置し、
    前記吸着テーブルの裏面側を真空引きすることを特徴とする基板の吸着方法。
  2. 前記基板が不定形であることを特徴とする請求項1に記載の基板の吸着方法。
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