JP5335448B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の薄板状のワークを研削する研削装置や研磨する研磨装置等の加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、円板状の半導体ウェーハ（以下、ウェーハ）の表面に格子状の分割予定ラインによって多数の矩形領域を区画し、これら矩形領域の表面にＩＣやＬＳＩ等の電子回路を形成した後、全ての分割予定ラインを切断する、すなわちダイシングして、１枚のウェーハから多数の半導体チップを得ている。このようにして得られた半導体チップは、樹脂封止によりパッケージングされて、携帯電話やＰＣ（パーソナル・コンピュータ）等の各種電気・電子機器に広く用いられている。

このような製造工程において、ウェーハは、多数の半導体チップにダイシングされるに先立ち、電子回路が形成された表面とは反対側の裏面が研削され、所定の厚さに薄化されている。ウェーハの薄化は、機器のさらなる小型化や軽量化の他、熱放散性を向上させることなどを目的としてなされており、例えば、当初厚さの７００μｍ前後から、５０〜１００μｍ程度の厚さまで薄化することが行われる。

ウェーハの裏面研削は、通常、チャックテーブルに保持したウェーハの裏面に研削砥石を回転させながら押し当てるといった構成の研削装置が用いられる。研削装置としては、複数のチャックテーブルが外周部に等間隔をおいて配設されたターンテーブルを回転させて、チャックテーブルに保持したウェーハを加工位置に位置付け、加工位置の上方に配設されている研削砥石を回転させながら下降させることにより、多数のウェーハを順次研削するといった構成のものが知られている。例えば特許文献１にはそのような構成が研磨装置に適用されたものが開示されている。

特開平１０−８６０４８号公報

上記文献に記載されるような構成の研磨装置や研削装置にあっては、研磨や研削のための機構の他に、ウェーハの供給／回収やウェーハの搬送、位置決め等の機構を有しており、中には加工後のウェーハを洗浄する機構を具備するものもある。したがって装置の大型化が課題となっており、各機構の省スペース化を図って装置全体をなるべく小型化したいという要望が起きている。

よって本発明は、必要な機構を配置しながらも省スペース化が図られて小型化に寄与することができる加工装置の提供を目的としている。

本発明は、上面にワークを保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段に保持されたワークを加工する加工手段とを含む加工装置であって、保持手段は、保持面を回転可能に支持する回転軸を備えた可動エアベアリング部および該可動エアベアリング部を回転可能に支持する固定エアベアリング部と、保持面を回転させる回転力を起こすモータと、該モータによる回転力を保持面に伝達する駆動軸と回転軸とを連結するカップリング部とを含み、可動エアベアリング部は回転軸を軸心とした円筒状であって、外周部に周溝が形成されているとともに、保持面とは反対側の下面に凹部を有し、該凹部にカップリング部の少なくとも一部が収容されており、固定エアベアリング部は、周溝に係合し、かつ、エア噴出口を有するリング部を備えており、該リング部から噴出するエアによって、該リング部と周溝の内面との間にエア層が形成されることにより、可動エアベアリング部が固定エアベアリング部に回転可能に支持されることを特徴としている。

本発明によれば、カップリング部の少なくとも一部が可動エアベアリング部の下面に形成された凹部に収容されているため、可動エアベアリング部から下方へのカップリング部の突出量を少なくするか、あるいはなくすことができる。このため、カップリング部を配置しながらも省スペース化ならびに装置全体の小型化が図られる。

本発明では、モータの回転力が、カップリング部において駆動軸から可動エアベアリング部の回転軸に伝わり、該回転軸を有する保持手段の保持面が回転する構成である。この構成において、モータから直接駆動軸に回転力が伝わる形態の他に、モータの回転力が伝達ベルトを介して駆動軸に伝達される形態であってもよい。

本発明の加工手段は、研削手段および／または研磨手段であり、本発明は、研削手段と研磨手段のいずれか一方、あるいは双方を具備する加工装置を含む。

なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えばシリコンやＧａＡｓ等からなる半導体ウェーハや、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ _２ Ｏ _３ ）系の無機材料からなる基板、また、板状金属や樹脂の延性材料、さらにはミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度ＴＴＶ（total thickness variation：ワーク被加工面を基準面とした厚さ方向の高さの、ワーク被加工面の全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料等が挙げられる。

本発明によれば、保持面がエアベアリング機構により回転可能に支持される保持手段において、モータの回転力を保持面の回転軸に伝達するカップリング部の少なくとも一部が可動エアベアリング部の下面に形成された凹部に収容されているため、可動エアベアリング部から下方へのカップリング部の突出量を少なくするか、あるいはなくすことができる。このため、カップリング部を配置しながらも省スペース化が図られ、装置の小型化に寄与することができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る研削装置の全体を示す斜視図である。 一実施形態の研削装置が備える保持手段を示す一部断面側面図である。 本発明に対する比較例となる従来の保持手段の一例を示す一部断面側面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］研削装置の全体構成および動作
図１は、一実施形態に係る研削装置を示している。この研削装置１０は、円板状のワークを負圧吸着式のチャックテーブル（保持手段）３０に吸着して保持し、２台の研削ユニット（粗研削用と仕上げ研削用）４０Ａ，４０Ｂによりワークに対し粗研削と仕上げ研削を順次行ってワークを薄化加工するものである。ワークとしては、例えば電子回路を有する多数のチップが表面に格子状に形成されたシリコンウェーハ等の半導体ウェーハであって、研削装置１０により、チップが形成された表面とは反対側の裏面が研削されて所定の厚さに加工されるものなどが挙げられる。以下、研削装置１０の構成ならびに動作を説明する。

図２の符号１１はワークに研削加工を施す加工ステージであり、この加工ステージ１１のＹ方向手前側には、加工ステージ１１に研削前のワークを供給し、かつ、研削後のワークを回収する供給／回収ステージ１２が併設されている。

供給／回収ステージ１２のＹ方向手前側の端部には、Ｘ方向に並ぶ２つのエレベータ１３Ａ，１３Ｂが設置されている。これらエレベータ１３Ａ，１３Ｂのうち、Ｘ方向手前側のエレベータ１３Ａには、研削前の複数のワークを収納する供給カセット１４Ａがセットされる。また、Ｘ方向奥側のエレベータ１３Ｂには、研削後のワークを収納する回収カセット１４Ｂがセットされる。これらカセット１４Ａ，１４Ｂは同一構成であって、ワークを１枚ずつ積層状態で収納するトレーを備えている。

供給カセット１４Ａに収納されたワークは、エレベータ１３Ａの昇降によって所定の取り出し高さ位置に位置付けられる。そしてそのワークは、搬送ロボット１５によって供給カセット１４Ａから取り出され、ワークの被研削面を上に向けた状態で、供給／回収ステージ１２に設けられた仮置きテーブル１６上に一時的に載置される。仮置きテーブル１６に載置されたワークは、一定の搬送開始位置に位置決めされる。

加工ステージ１１上には、Ｒ方向に回転駆動されるターンテーブル１７が設けられている。そしてこのターンテーブル１７上の外周部には、複数（この場合、３つ）の円板状のチャックテーブル３０が、周方向に等間隔をおいて配設されている。これらチャックテーブル３０は、上面に載置されるワークを負圧作用で吸着、保持するものであり、後述するモータ３５０によって所定速度で回転させられる。

仮置きテーブル１６上で位置決めがなされたワークは、旋回アーム２１の先端にワークを負圧作用で吸着する吸着パッド２２が装着された供給手段２０によって仮置きテーブル１６から取り上げられ、ワーク着脱位置に位置付けられた負圧発生運転がなされている１つのチャックテーブル３０の上方まで搬送される。そしてワークは、そのチャックテーブル３０上に被研削面を上に向けた状態で同心状に載置され、保持される。ワーク着脱位置はチャックテーブル３０が最も供給／回収ステージ１２に近接した位置であり、ターンテーブル１７の回転によってチャックテーブル３０はワーク着脱位置に位置付けられる。

ワーク着脱位置でチャックテーブル３０に保持されたワークは、ターンテーブル１７がＲ方向へ所定角度回転することにより、粗研削用研削ユニット４０Ａの下方の一次加工位置に送り込まれ、この位置で該研削ユニット４０Ａによりワークの被研削面が粗研削される。次いでワークは、再度ターンテーブル１７がＲ方向へ所定角度回転することにより、仕上げ研削用研削ユニット４０Ｂの下方の二次加工位置に送られ、この位置で該研削ユニット４０Ｂによりワークの被研削面が仕上げ研削される。

加工ステージ１１のＹ方向奥側の端部には、Ｘ方向に並ぶ２つのコラム５０Ａ，５０Ｂが立設されており、これらコラム５０Ａ，５０Ｂの前面に、各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂが、それぞれＺ方向（鉛直方向）に昇降自在に設置されている。各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂは、各コラム５０Ａ，５０Ｂの前面に設けられたＺ方向に延びるガイド５１にスライダ５２を介して摺動自在に装着されており、サーボモータ５３によって駆動されるボールねじ式の送り機構５４により、スライダ５２を介してＺ方向に昇降するようになっている。

各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂは同一構成であり、装着される砥石が粗研削用と仕上げ研削用と異なることで、区別される。研削ユニット４０Ａ，４０Ｂは、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４１を有しており、このスピンドルハウジング４１内には、スピンドルモータ４２によって回転駆動される図示せぬスピンドルシャフトが支持されている。そしてこのスピンドルシャフトの下端に、フランジ４３を介して、ワークを研削する複数の砥石４４が環状に配列された砥石ホイール４５が取り付けられている。

砥石４４はワークに応じたものが選択され、例えば、ガラス質のボンド材中にダイヤモンド砥粒を混合して成形し、焼結したものなどが用いられる。各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂには、被研削面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（図示略）が設けられている。

砥石ホイール４５は上記スピンドルシャフトと一体に回転し、回転する砥石４４の研削外径は、ワークの直径よりも大きく設定されている。また、ターンテーブル１７が所定角度回転して定められるワークの加工位置は、砥石４４の下面である刃先が、チャックテーブル３０が回転することによって自転するワークの回転中心を通過して被研削面全面が研削され得る位置に設定される。

ワークの被研削面は、粗研削および仕上げ研削の各加工位置において、各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂにより研削される。被研削面の研削は、チャックテーブル３０を回転させてワークを自転させ、送り機構５４によって研削ユニット４０Ａ（４０Ｂ）を下降させる研削送りをしながら、回転する砥石ホイール４５の砥石４４を、ワークの露出している被研削面に押し付けることによりなされる。ワークは、粗研削から仕上げ研削を経て目標仕上げ厚さまで薄化される。なお、ワークの研削は、図示せぬ厚さ測定装置でワークの厚さを測定しながら行われ、厚さ測定値に基づいて送り機構５４による研削送り量が制御されるようになっている。

粗研削から仕上げ研削を経てワークが目標仕上げまで薄化されたら、次のようにしてワークの回収に移る。まず、仕上げ研削ユニット４０Ｂが上昇してワークから退避し、次いでターンテーブル１７がＲ方向へ所定角度回転することにより、ワークは上記ワーク着脱位置に戻される。次いでチャックテーブル３０の負圧発生運転が停止し、この後、ワークは供給／回収ステージ１２に設けられた回収手段６０によってスピンナ式洗浄装置７０に搬送される。回収手段６０は、上記供給手段２０と同様の構成のもので、旋回アーム６１の先端にワークを負圧作用で吸着する吸着パッド６２が装着されたものである。

研削されたワークは、回収手段６０により、スピンナ式洗浄装置７０が備える負圧吸着式のスピンナテーブル７１に移され、該スピンナテーブル７１に吸着、保持される。スピンナ式洗浄装置７０では、スピンナテーブル７１とともに回転するワークに洗浄水が供給されてワークが洗浄され、この後、スピンナテーブル７１を回転させたまま洗浄水の供給を停止してワークを乾燥させるといった処理がなされる。洗浄および乾燥処理されたワークは、上記搬送ロボット１５によってスピンナテーブル７１から取り上げられ、回収カセット１４Ｂに収納される。

以上の工程が、供給カセット１４Ａ内のワークに対して連続的に繰り返し行われ、ワークの被研削面が研削されて目標仕上げ厚さに薄化された複数のワークが回収カセット１４Ｂ内に収納される。この後、薄化されたワークは回収カセット１４Ｂごと次の工程に運搬される。

［２］チャックテーブル
次に、本発明に係る上記チャックテーブル３０について説明する。
図２はチャックテーブル３０を示しており、同図で符号３１０はチャックテーブル本体である。このチャックテーブル本体３１０は、大径部３１１の上に小径部３１２が同心状に形成された円板状のもので、ステンレス等の中実材料からできている。小径部３１２の上面の大部分には、外周縁部３１２ａを残して円形の凹所３１２ｂが同心状に形成されており、この凹所３１２ｂに、無数の気孔を有する多孔質材からなる吸着部３１３が嵌合されている。吸着部３１３の上面は水平で外周縁部３１２ａの上面と面一となっており、この吸着部３１３の上面が、ワークを吸着して保持する保持面３１３ａとして構成されている。

チャックテーブル本体３１０は、円筒状の可動エアベアリング部３２０と、この可動エアベアリング部３２０を回転可能に支持する固定エアベアリング部３３０とからなるエアベアリング機構３１５によって回転可能に支持されている。

可動エアベアリング部３２０は、チャックテーブル３０の下面に同心状に固定されている。この可動エアベアリング部３２０の外周面には周溝３２１が形成されている。固定エアベアリング部３３０は、厚さ寸法が周溝３２１の幅よりも僅かに小さいプレート状のもので、周溝３２１の径よりも僅かに大きな径の孔３３１が形成されている。

固定エアベアリング部３３０は、孔３３１の周囲のリング部３３２が周溝３２１に挿入されて係合した状態で、水平に支持されている。リング部３３２の上下の面には、エアを噴出するエア噴出口（図示略）が多数形成されており、これらエア噴出口から空気が高圧で噴出されることにより、リング部３３２と周溝３２１の内面との間にエア層３１６が形成されて可動エアベアリング部３２０が回転可能に支持されるようになっている。固定エアベアリング部３３０には、高圧空気をエア噴出口に供給するためのエア配管が設けられている。

可動エアベアリング部３２０の下面３２０ａの中心には、円筒状の凹部３２２が形成されている。この凹部３２２の上面には、可動エアベアリング部３２０の回転軸３２３が設けられている。そしてこの回転軸３２３には、カップリング部３４０を介して駆動軸３４１が連結されている。カップリング部３４０は、回転軸３２３と駆動軸３４１との相対的なずれを吸収して駆動軸３４１の回転を円滑に回転軸３２３に伝える機能を有する。そしてこのカップリング部３４０は、全体が可動エアベアリング部３２０の凹部３２２内に収容されている。

上記保持面３１３ａを備えるチャックテーブル本体３１０は可動エアベアリング部３２０と一体に回転するが、可動エアベアリング部３２０は、隣接するモータ３５０によって回転駆動される。モータ３５０のピニオン３５０ａは下方に延びており、このピニオン３５０ａの先端には第１プーリ３５１が固定されている。一方、上記駆動軸３４１上には第２プーリ３５２が一体に形成されており、この第２プーリ３５２と第１プーリ３５１に、タイミングベルト（伝達ベルト）３５３が巻回されている。この構成により、モータ３５０の回転力はタイミングベルト３５３からカップリング部３４０を経て回転軸３２３に伝わり、可動エアベアリング部３２０とともにチャックテーブル本体３１０が回転する。

［３］一実施形態の作用効果
上記一実施形態に係るチャックテーブル３０によれば、モータ３５０の回転力がタイミングベルト３５３を介して伝達される駆動軸３４１と可動エアベアリング部３２０の回転軸３２３とをフレキシブルに連結するカップリング部３４０が、可動エアベアリング部３２０の下面３２０ａに形成された凹部３２２に収容されている。したがって、カップリング部３４０は可動エアベアリング部３２０の下面３２０ａから下方に突出していない。このため、チャックテーブル３０の保持面３１３ａからタイミングベルト３５３までのチャックテーブル３０が占める高さを小さくすることができ、装置全体の小型化が図られる。

図３は、可動エアベアリング部３２０の下面３２０ａには図２に示した凹部３２２が形成されてはおらず、カップリング部３４０が可動エアベアリング部３２０の下方に配設されている従来構成の一例を示している（図３では、図２と同一構成要素には同一の符号を付してある）。

この従来例と比較して明らかなように、図２に示した本発明の一実施形態では、カップリング部３４０に相当する高さ寸法が減少して省スペース化が達成されている。このように省スペース化されることは、装置の小型化とともに、チャックテーブル３０の下方に空いたスペースを利用して他の必要な機器等を配設するなど、設計の自由度が向上するという利点もある。

本発明は、上記のようなエアベアリング機構３１５によってチャックテーブルの保持面を回転可能に支持する構成において、ワークが大きくなるに伴いチャックテーブルの寸法が大きくなるほど、可動エアベアリング部に凹部を形成しても、エアベアリング機構の軸受け面積（上記実施形態で言うと可動エアベアリング部３２０の周溝３２１の深さと周溝３２１に係合する固定エアベアリング部３３０のリング部３３２の幅に応じた軸受け面積）を確保できるので、特に有効と言える。例えば、直径がφ４５０ｍｍ以上の比較的大型のウェーハ用チャックテーブルにおいては特に有効である。

なお、上記一実施形態ではカップリング部３４０の全体を凹部３２２内に収容しているが、本発明では、カップリング部３４０の一部が収容される深さの凹部を下面３２０ａに形成し、該凹部内にカップリング部３４０の一部を収容した形態も含む。この場合にはカップリング部３４０の一部（下端部）が可動エアベアリング部３２０の下面３２０ａから突出することになるが、従来例よりは高さが抑えられた形態となる。

また、上記一実施形態のチャックテーブル３０は研削装置に適用されているが、該チャックテーブル３０を研磨装置に適用することもできる。

１０…研削装置（加工装置）、３０…チャックテーブル（保持手段）、４０Ａ，４０Ｂ…研削ユニット（加工手段、研削手段）、３１３ａ…保持面、３１５…エアベアリング機構、３１６…エア層、３２０…可動エアベアリング部、３２０ａ…可動エアベアリング部の下面、３２１…周溝、３２２…凹部、３２３…回転軸、３３０…固定エアベアリング部、３３２…リング部、３４０…カップリング部、３４１…駆動軸、３５０…モータ、３５３…タイミングベルト（伝達ベルト）。

Claims (3)

1. 上面にワークを保持する保持面を有する保持手段と、
   該保持手段に保持された前記ワークを加工する加工手段とを含む加工装置であって、
   前記保持手段は、
   前記保持面を回転可能に支持する回転軸を備えた可動エアベアリング部および該可動エアベアリング部を回転可能に支持する固定エアベアリング部と、
   前記保持面を回転させる回転力を起こすモータと、
   該モータによる前記回転力を前記保持面に伝達する駆動軸と前記回転軸とを連結するカップリング部とを含み、
   前記可動エアベアリング部は前記回転軸を軸心とした円筒状であって、外周部に周溝が形成されているとともに、前記保持面とは反対側の下面に凹部を有し、
   該凹部に前記カップリング部の少なくとも一部が収容されており、
   前記固定エアベアリング部は、前記周溝に係合し、かつ、エア噴出口を有するリング部を備えており、
   該リング部から噴出するエアによって、該リング部と前記周溝の内面との間にエア層が形成されることにより、前記可動エアベアリング部が前記固定エアベアリング部に回転可能に支持されることを特徴とする加工装置。
2. 前記モータの回転力が伝達ベルトを介して前記駆動軸に伝達されることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記加工手段は研削手段および／または研磨手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。

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