JP5335593B2 - 研削装置のチャックテーブル - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハ研削時にウエーハの表面を吸引保持する研削装置のチャックテーブルに関する。

半導体装置は、電気製品の薄型化・小型化の要求に応えるため、様々な形状に加工されている。その一例として、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）といった種類のパッケージ形態が挙げられる。

その中でも、ＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ ＣＳＰ）という種類のＣＳＰ半導体装置は、ウエーハの状態で全面を樹脂膜で覆われており、シリコンウエーハ上に形成された半導体装置の電極に接続された半田ボールがその上面に整列した状態で形成されている。このようなＷＬ−ＣＳＰは切削装置により各半導体装置のチップに切り分けられる（例えば、特許文献１及び２参照）。

ＷＬ−ＣＳＰの加工においては、通常、チップに切り出す前にシリコンウエーハの裏面の研削が実施される。これは、保護膜の形成や半田ボールの形成などの製造工程においては、シリコンウエーハが厚く剛性を有していたほうがハンドリングが容易であるためにウエーハの厚さが厚い状態で保護膜や半田ボールの形成が行われ、その後チップの薄型化、小型化のためにウエーハの裏面を研削する必要があるからである。

特開２００１−７１３５号公報 特開２００２−１６０９３号公報 特開２００９−１２５９１５号公報

しかし、シリコンウエーハは通常表裏面とも平坦であるが、ＷＬ−ＣＳＰは樹脂膜の上面から突出するように半導体装置の電極パッド上に数多くの半田ボールが搭載されている。そのため、半田ボール側の裏面となるシリコンウエーハの裏面を研削する際に、半田ボール側を研削装置のチャックテーブルで吸引保持する必要がある。しかし、半田ボール側は凹凸が激しく、安定して吸引できないという問題が生じる。

現在では、チャックテーブルで吸引保持する面（即ち半田ボール側の面）に貼着する保護テープの技術も進み、半田ボールの凹凸を厚い糊層で吸収し、面全体を概略一様な厚さとする保護テープも開発されている。

しかし、半田ボールはその高さが５０〜３００μｍと大きさが多種類あり、その高さが１００μｍを越えるとどうしても半田ボールがある領域とない領域（外周余剰領域）では、保護テープを介しても高さに違いがでてしまう。

そのため、研削するために保護テープ面をチャックテーブルで吸引保持すると、外周余剰領域は保護テープが吸引されるため、ウエーハの外周が全体的にチャックテーブル側に下がってしまい、ウエーハ裏面を均一に研削できないという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエーハの表面に突起部を有するウエーハの裏面を均一に研削することを可能とする研削装置のチャックテーブルを提供することである。

本発明によると、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有し、該デバイス領域の表面に複数の凸部材が設けられたウエーハの表面に保護テープが貼着されたウエーハの裏面を研削する研削装置のチャックテーブルであって、載置されたウエーハを吸引保持する円盤状のポーラス吸着部と、該ポーラス吸着部の外周を囲繞する枠体とを具備し、該ポーラス吸着部は、研削するウエーハの直径未満でウエーハの該デバイス領域の直径と同等以上の直径の円形凹部を有し、該円形凹部の深さは、該デバイス領域と該外周余剰領域における該保護テープを含めたウエーハの厚さの差と同等であることを特徴とする研削装置のチャックテーブルが提供される。

好ましくは、該ポーラス吸着部は、ウエーハの直径より小さい強力吸引部と、該強力吸引部を囲繞する細メッシュのポーラスで形成されたバリア部とから構成され、該円形凹部を画成する段差は該バリア部に形成されている。

本発明によると、ウエーハ外周の垂れ下がりを防止できるため、ウエーハの表面に複数の凸部材が設けられたウエーハの裏面を均一な厚さに研削できる。従来のチャックテーブルでは、垂れ下がった部分の保護テープは完全にチャックテーブルに吸着されないことが多いため、保護テープとチャックテーブルの間隙に研削時に供給される研削水が入り込み、研削水に含まれる研削屑が保護テープ表面に付着し、その後の工程で研削屑が飛散するなど悪影響を及ぼすが、本発明ではその危険性が低いという効果もある。

本発明のチャックテーブルを具備した研削装置の外観斜視図である。 図２（Ａ）はＷＬ−ＣＳＰの表面側斜視図、図２（Ｂ）はＷＬ−ＣＳＰの裏面側斜視図である。 本発明実施形態のチャックテーブル上にＷＬ−ＣＳＰを搭載する様子を示す斜視図である。 図４（Ａ）はチャックテーブル上にＷＬ−ＣＳＰを搭載する様子を示す縦断面図、図４（Ｂ）はチャックテーブル上にＷＬ−ＣＳＰが搭載された状態の縦断面図である。 他の実施形態のチャックテーブル上にＷＬ−ＣＳＰが搭載された状態の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明実施形態のチャックテーブルを具備した研削装置２の斜視図を示している。４は研削装置２のベースであり、ベースの後方には二つのコラム６ａ，６ｂが垂直に立設されている。コラム６ａには、上下方向に延びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って粗研削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。粗研削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

粗研削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定された複数の粗研削用の研削砥石２６を有する研削ホイール２４を含んでいる。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される粗研削ユニット移動機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

他方のコラム６ｂにも、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）１９が固定されている。この一対のガイドレール１９に沿って仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動可能に装着されている。

仕上げ研削ユニット２８は、そのハウジング３６が一対のガイドレール１９に沿って上下方向に移動する図示しない移動基台に取り付けられている。仕上げ研削ユニット２８は、ハウジング３６と、ハウジング３６中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ３８と、スピンドルの先端に固定された仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０を含んでいる。

仕上げ研削ユニット２８は、仕上げ研削ユニット２８を一対の案内レール１９に沿って上下方向に移動するボールねじ３０とパルスモータ３２とから構成される仕上げ研削ユニット移動機構３４を備えている。パルスモータ３２を駆動すると、ボールねじ３０が回転し、仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動される。

研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてベース４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４４を具備している。ターンテーブル４４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４５で示す方向に回転される。

ターンテーブル４４には、互いに円周方向に１２０°離間して３個のチャックテーブル４６が水平面内で回転可能に配置されている。チャックテーブル４６は、ポーラスセラミック材によって円盤状に形成された吸着部を有しており、吸着部の保持面上に載置されたウエーハを真空吸引手段を作動することにより吸引保持する。

ターンテーブル４４に配設された３個のチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

ベース４の前側部分には、第１のウエーハカセット５０と、第２のウエーハカセット５２と、ウエーハ搬送ロボット５４と、複数の位置決めピン５８を有する位置決めテーブル５６と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６０と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２と、スピンナユニット６３が配設されている。

図２（Ａ）を参照すると、研削装置２による研削対象のＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ ＣＳＰ）６４の表面側斜視図が示されている。図２（Ｂ）はＷＬ−ＣＳＰ６４の裏面側斜視図である。

ＷＬ−ＣＳＰ６４はシリコンウエーハ６６上に複数の半導体装置（半導体デバイス）が形成されており、その表面はポリイミド、シリコン樹脂等の樹脂膜６８で覆われている。各半導体デバイスの電極パッドに接続された複数の半田ボール７０が樹脂膜６８から突出するように形成されている。

シリコンウエーハ６６は半導体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有しており、半田ボール７０はデバイス領域に形成された半導体デバイスの電極パッドに接続されて樹脂膜６８から突出しているため、シリコンウエーハ６６の外周余剰領域には半田ボール７０は存在しない。

図３を参照すると、本発明第１実施形態のチャックテーブル４６上に、シリコンウエーハ６６の表面を被覆する樹脂膜６８上に保護テープ７２が貼着されたＷＬ−ＣＳＰ６４を搭載する様子の斜視図が示されている。チャックテーブル４６は支持基台７４上に搭載されている。

図４の断面図に示すように、チャックテーブル４６はＳＵＳ等の金属から形成された枠体７６と、枠体７６の凹部７７中に収容されたポーラス吸着部７８とから構成される。ポーラス吸着部７８は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の多孔質セラミックスから形成される。ポーラス吸着部７８は円形凹部８０を有している。

円形凹部８０は、研削するシリコンウエーハ６６の直径未満でシリコンウエーハ６６のデバイス領域の直径と同等以上の直径を有している。実際には、搬送誤差を吸収するために、円形凹部８０の直径は半田ボール７０がある領域よりも１〜３ｍｍ程度大きいのが好ましい。

円形凹部８０の深さ、即ち段差８１は半田ボール７０の高さよりも５０μｍ程度低い高さが好ましい。実際には、保護テープ７０が貼付された状態の半田ボール７０がある部分の厚さと、外周余剰領域の半田ボールがない部分との厚さの差となる。

ここで注意すべきは、ＷＬ−ＣＳＰ６４の半田ボール面に保護テープ７２を貼ると、保護テープ７２の粘着層に半田ボール７０がめり込むため、半田ボール７０の高さがそのまま保護テープ７２を含めた外周部分と半田ボール部分との差にはならないことである。

チャックテーブル４６のポーラス吸着部７８に円形凹部８０を形成するには、予め円形凹部８０を形成してからポーラス吸着部７８を焼成する。或いは、通常用いる表面が平坦なポーラス吸着部を、小径の研削砥石を用いてポーラス吸着部表面を研削することにより形成する。

チャックテーブル４６は複数のねじ８２により支持基台７４に固定される。支持基台７４には図示しない負圧吸引源に接続される吸引路８４が形成されており、チャックテーブル４６の枠体７６には支持基台７４の吸引路８４に連通する複数の吸引路８６が形成されている。吸引路８４と吸引路８６との接続部分にはパッキン８８が設けられている。

図５を参照すると、本発明第２実施形態のチャックテーブル４６ＡでＷＬ−ＣＳＰ６４を吸引保持した状態の縦断面図が示されている。本実施形態のチャックテーブル４６Ａでは、第１実施形態のチャックテーブル４６のポーラス吸着部７８がシリコンウエーハ６６の直径よりも数ｍｍ小さい直径のポーラス吸着部７８Ａと、ポーラス吸着部７８Ａを囲繞する幅１０ｍｍ以下程度のバリア部９０とから構成される。

バリア部９０は、ウエーハ吸引時のリーク防止のために設けられており、ウエーハを強力に吸引するポーラス吸着部７８Ａより細メッシュのポーラスで形成されており、吸引力は弱くなっている。円形凹部８０を形成する段差８１はバリア部９０に形成されている。

このように構成された研削装置２の研削作業について以下に説明する。第１のウエーハカセット５０中に収容されたＷＬ−ＣＳＰ６４は、ウエーハ搬送ロボット５４の上下動作及び進退動作によって搬送され、ウエーハ位置決めテーブル５６に載置される。

ウエーハ位置決めテーブル５６に載置されたＷＬ−ＣＳＰ６４は、複数の位置決めピン５８によって中心合わせが行われた後、ローディングアーム６０の旋回動作によって、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置せしめられているチャックテーブル４６に載置され、チャックテーブル４６によって吸引保持される。

この時、チャックテーブル４６のポーラス吸着部７８が円形凹部８０を有しているため、図４（Ｂ）に示すように、ＷＬ−ＣＳＰ６４の半田ボール７０のある領域が円形凹部８０内に嵌合されて吸引保持され、半田ボール７０のない領域はポーラス吸着部７８の外周部表面で支持されて吸引保持されるため、従来のようにウエーハの外周が垂れ下がることなく、シリコンウエーハ６６の裏面が一様な高さでチャックテーブル４６により吸引保持される。

次いで、ターンテーブル４４が１２０°回転されて、ＷＬ−ＣＳＰ６４を保持したチャックテーブル４６が粗研削加工領域Ｂに位置付けられる。このように位置付けられたＷＬ−ＣＳＰ６４に対してチャックテーブル４６を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２４をチャックテーブル４６と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、粗研削ユニット移動機構１８を作動して粗研削用の研削砥石２６をシリコンウエーハ６６の裏面に接触させる。

そして、研削ホイール２４を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、シリコンウエーハ６６の粗研削を実施する。図示しない接触式の厚み測定ゲージによってＷＬ−ＣＳＰ６４の厚みを測定しながらＷＬ−ＣＳＰ６４を所望の厚みに仕上げる。

粗研削が終了したＷＬ−ＣＳＰ６４を保持したチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４を１２０°回転することにより、仕上げ研削加工領域Ｃに位置付けられ、仕上げ研削用の研削砥石４２を有する仕上げ研削ユニット２８による仕上げ研削が実施される。

仕上げ研削を終了したＷＬ−ＣＳＰ６４を保持したチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４を１２０°回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられる。

チャックテーブル４６に保持されているＷＬ−ＣＳＰ６４の吸引保持が解除されてから、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２の搬送パッドでウエーハが吸着されて、アンローディングアーム６２が旋回することによりスピンナユニット６３に搬送される。

スピンナユニット６３でＷＬ−ＣＳＰ６４がスピン洗浄及びスピン乾燥される。乾燥されたＷＬ−ＣＳＰ６４はウエーハ搬送ロボット５４で把持されて第２のウエーハカセット５２中に収容される。

上述した説明では、研削対象となる被加工物としてＷＬ−ＣＳＰ６４について説明したが、本発明のチャックテーブル４６で吸引保持するのに適した被加工物はＷＬ−ＣＳＰ６４に限定されるものではない。ウエーハ上に何らかの部品が搭載されている被加工物、例えばフリップチップデバイスにようにシリコンウエーハ上に直接半田ボールが搭載されている被加工物にも本発明のチャックテーブル４６を適用可能である。

２ 研削装置
１０ 粗研削ユニット
２８ 仕上げ研削ユニット
４４ ターンテーブル
４６ チャックテーブル
６４ ＷＬ−ＣＳＰ
６６ シリコンウエーハ
６８ 樹脂膜
７０ 半田ボール
７２ 保護テープ
７６ 枠体
７８ ポーラス吸着部
８０ 円形凹部
８１ 段差
９０ バリア部

Claims (2)

1. 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有し、該デバイス領域の表面に複数の凸部材が設けられたウエーハの表面に保護テープが貼着されたウエーハの裏面を研削する研削装置のチャックテーブルであって、
   載置されたウエーハを吸引保持する円盤状のポーラス吸着部と、
   該ポーラス吸着部の外周を囲繞する枠体とを具備し、
   該ポーラス吸着部は、研削するウエーハの直径未満でウエーハの該デバイス領域の直径と同等以上の直径の円形凹部を有し、
   該円形凹部の深さは、該デバイス領域と該外周余剰領域における該保護テープを含めたウエーハの厚さの差と同等であることを特徴とする研削装置のチャックテーブル。
2. 該ポーラス吸着部は、ウエーハの直径より小さい強力吸引部と、該強力吸引部を囲繞する細メッシュのポーラスで形成されたバリア部とから構成され、該円形凹部を画成する段差は該バリア部に形成されている請求項１記載の研削装置のチャックテーブル。

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