JP5410940B2 - 研削装置 - Google Patents

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本発明は、半導体ウェーハ等の板状のワークを研削する研削装置に関する。
ICやLSI等の電子回路を有する多数のデバイスが分割予定ラインによって区画された状態でその表面に形成されている半導体ウェーハや、樹脂基板、電子部品等に使用される各種セラミック基板やガラス基板等の板状物は、裏面が研削・研磨されて所定の厚さに薄化された後、切削加工あるいはレーザ加工等の手段で個々のデバイスに分割される。裏面研削による薄化は、機器の小型化や軽量化、熱放散性の向上等を目的として行われている。このようにして加工され、分割されたデバイス(チップ)は、携帯電話やパーソナル・コンピュータ等の各種電気・電子機器に広く用いられる。
上記板状物を裏面研削する研削装置としては、粗研削手段と仕上げ研削手段(研磨手段を含む場合もある)といった複数の研削(研磨)手段を備えたグラインダと呼ばれる研削装置が一般的に用いられている。この種の研削装置は、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て裏面を露出させた板状物であるワーク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手段または研磨手段によって、粗研削から仕上げ研削そして研磨へと一連の加工をワークに対し順次施すものが知られている(例えば特許文献1、2等)。
特開2001−284303号公報 特開平10−86048号公報
ところで近年の上記板状物にあっては、1ワーク当たりのデバイスの数を増やすために大型化が進んでおり、特に半導体ウェーハにおいてはφ450mmとする規格化が進められている。現在における半導体ウェーハは、例えばφ200mmやφ300mmといった大きさが一般的であり、したがってφ450mmの半導体ウェーハはサイズが大幅に増大することになる。したがって、このような大きな半導体ウェーハの研削装置を上記のようなターンテーブル式のもので作製するには、ターンテーブルを含めて装置全体が大型化・重量化し、また、ターンテーブルを回転させるための回転機構等は大量の稼働エネルギーを備えたものが必要となるといった問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、より省スペースで大型の板状物を研削することができる研削装置を提供することにある。
本発明の研削装置は、両端面の間に複数の側面を有し、該両端面間にわたる軸心方向に延びる回転軸を中心として回転可能に支持される多角柱状の回転保持体と、該回転保持体を間欠的に回転させる回転駆動手段と、板状のワークを保持する保持面と該保持面に直交する方向を自転軸として該保持面を回転可能に支持する保持面支持部とを有し、該保持面が前記側面と平行に配設されて前記回転保持体に支持される保持テーブルと、前記回転保持体の回転停止時における前記保持テーブルの前記保持面に対向配置され、該保持面に保持されたワークに作用する研削工具を含む研削手段とを備えることを特徴とする。
本発明の研削装置では、ワークを保持する複数の保持テーブルが回転保持体の各側面に配設されており、これら保持テーブルに保持されたワークに対し、各側面に対向配置される研削手段で研削加工が施される。研削手段を粗研削用、仕上げ用といったように段階的に研削するもの(研磨手段を含んでもよい)とし、回転保持体を回転させてワークを各研削手段に対向する位置で停止させ、ワークを研削していくといった過程を繰り返すことにより、ワークを粗研削から仕上げ研削または研磨まで順次加工することができる。
本発明によれば、ワークを保持する保持テーブルが、多角柱状の回転保持体の側面に配設されているため、ワークが立体的に位置付けられて保持される。したがって上記従来のターンテーブル式のようにワークが平面的に配列されるものと比べると大幅な省スペース化が図られる。
なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハやガリウムヒ素(GaAs)等からなる半導体ウェーハ、セラミック、ガラス、サファイア(Al)系の無機材料基板、板状金属や樹脂等の延性材料、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−ワークの被研削面を基準として厚さ方向に測定した高さのワークの被研削面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、多角柱状の回転保持体にワークを立体的に配列して保持する構成のため、より省スペースで大型の板状物を研削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で研削・研磨処理される保護テープ付きのウェーハの斜視図である。 一実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。 図1の一部拡大図であって、回転保持体およびその周辺部分を示す斜視図である。 回転保持体の内部構成および研削手段の配置を示す平面図である。 一実施形態に係る研削装置の研削・研磨動作の1サイクルの過程を示す正面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る半導体ウェーハの研削装置を説明する。
(1)半導体ウェーハ
はじめに、図1を参照して、一実施形態の研削装置で裏面研削される円板状の半導体ウェーハ(ワーク、以下ウェーハと略称)Wを説明する。ウェーハWはシリコンウェーハ等であって、裏面研削前の厚さは例えば700μm程度である。このウェーハWの表面(図1では表面は下側、したがって裏面が上方に露出している)全面には格子状の分割予定ライン2によって区画された多数の矩形状のデバイス(チップ領域)3が形成されている。これらデバイス3の表面には、ICやLSI等の図示せぬ電子回路が形成されている。ウェーハWの周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すV字状の切欠き(ノッチ)4が形成されている。
ウェーハWは、図2に示す一実施形態の研削装置10によって裏面が研削されて、例えば50〜100μm程度の厚さに薄化される。研削装置10に供されるウェーハWの表面全面には、上記電子回路の保護のために保護テープ5が貼着される。保護テープ5は、例えば、厚さ70〜200μm程度のポリオレフィン等の樹脂製基材シートの片面に厚さ5〜20μm程度の粘着層が形成されたものが用いられ、粘着層をウェーハWの表面に合わせて貼着される。
なお、ウェーハWの表面には、保護テープ5に代えて、剛性を有するサブストレートが貼着される場合もある。該サブストレートは、研削によりきわめて薄く加工されて剛性が低下したウェーハWを、撓むことなく平らな状態として確実に搬送可能とするもので、例えば半導体ウェーハWの材料であるシリコン、あるいはガラス等によって円板状に形成されたものが用いられる。
(2)研削装置
(2−1)研削装置の構成
次に、図2に示す研削装置10の構成を説明する。図2で符号11はX軸方向に長い直方体状の装置基台である。この装置基台11のY軸方向の奥側(Y2側)の端部には、Z軸方向に沿って立設された装置壁部12が固定されている。装置基台11の上面は、ウェーハWの搬入/搬出ステージ11Aとされ、また、装置壁部12の装置基台11側の前面は、加工ステージ12Aとされている。
装置基台11のY軸方向の手前側(Y1側)には、X軸方向に並ぶ2つのカセット台13A,13Bが設けられている。これらカセット台13A,13Bのうち、X1側のカセット台13Aには供給側カセット14aが載置され、X2側のカセット台13Bには回収側カセット14bが載置される。これらカセット14a,14bは同一構成であって、内部に、図1に示した表面に保護テープ5が貼着された複数のウェーハWを積層状態で収納するトレーを備えている。各カセット14a,14bは、ウェーハWの出し入れ口である開口をY2側すなわち搬入/搬出ステージ11A側に向けて、カセット台13A,13Bにそれぞれ載置される。
搬入/搬出ステージ11Aの中央には、凹所11aが形成されている。この凹所11aの底部には、旋回式の搬送アーム21の先端に薄板状の吸着部22が取り付けられた搬入/搬出ロボット20が設置されている。搬入/搬出ロボット20は、供給側カセット14aから、保護テープ5が貼着された1枚のウェーハW(以下では、この保護テープ付きウェーハを単にウェーハWと称する)を吸着部22に吸着して搬出し、また、研削・研磨処理されたウェーハWを吸着部22に吸着して回収側カセット14bに搬入する。
搬入/搬出ステージ11Aにおける凹所11aのX1側には、搬入/搬出ロボット20によって供給側カセット14aから搬出されたウェーハWが載置される位置決めテーブル30が配設されている。この位置決めテーブル30では、載置されたウェーハWの水平方向の位置調整がなされてウェーハWが一定の搬送開始位置に位置決めされる。
また、搬入/搬出ステージ11Aにおける凹所11aのX2側には、研削・研磨処理されたウェーハWを洗浄・乾燥処理するスピンナ式洗浄装置40が配設されている。このスピンナ式洗浄装置40は、昇降式のカバー41aで内部が開閉されるケーシング41内に真空チャック式のスピンナテーブル42が配設され、このスピンナテーブル42に載置されて吸引保持されたウェーハWに対し、図示せぬ洗浄水噴射ノズルから洗浄水を噴射し、次いで乾燥空気を噴射するといった構成のものである。研削・研磨処理されたウェーハWは、搬入/搬出ロボット20によりスピンナテーブル42に移され、カバー41aが閉じられてケーシング41内で洗浄、乾燥処理される。
次に、加工ステージ12Aについて説明する。図2および図3に示すように、加工ステージ12Aの中央部には、Y軸方向に延びる回転軸50を介して四角柱状の箱体からなる回転保持体60が回転可能に支持されている。図4に示すように、回転保持体60は、装置壁部12の前面と平行なY2側の端面61aおよびY1側の端面61bを有している。回転軸50は、両端面61a,61bにわたる回転保持体60の軸心方向に沿って延びており、Y2側の端面61aを有する壁部61Aを貫通した状態で該壁部61Aに固定されている。これにより、回転保持体60は回転軸50と一体に回転する。
また、回転保持体60は、両端面61a,61bの間にX軸方向と平行な4つの側面62を有している。これら側面62は、互いに対面する各1組が互いに平行となっている。そしてこれら側面62には、チャックテーブル(保持テーブル)70がそれぞれ回転可能に配設されている。回転軸50は、図示せぬ回転駆動手段により、回転保持体60の各側面62のうちの、対面する1組がX・Y平面と平行になり、かつ、他の1組がY・Z平面と平行になる状態に、90°ずつ間欠的に回転駆動される。該回転駆動手段は、例えば装置壁部12内に配設される。
チャックテーブル70は、図4に示すように、ステンレス等からなる円板状の枠体(保持面支持部)71と、無数の気孔が散在する円板状の多孔質体72とを備えている。枠体71の表面の大部分には、外周縁部71aを残して円形の凹所71bが同心状に形成されており、この凹所71bに多孔質体72が嵌合されている。多孔質体72の表面と枠体71の外周縁部71aの表面は面一となっており、多孔質体72の表面が、ウェーハW全体を吸着して保持する保持面73として構成されている。チャックテーブル70は、空気を吸引して生じる負圧作用によって保持面73に載置されるワーク(この場合、ウェーハW)を吸引保持する一般周知の真空チャック式のものである。保持面73はウェーハWと同等の直径を有しており、ウェーハWは、保持面73に同心状に載置されて、吸引保持される。
図4に示すように、チャックテーブル70は回転保持体60の側面62に対し、保持面73が側面62よりも外側に突出し、かつ、側面62と平行な状態に配設されている。このように各側面62に配設されたチャックテーブル70は、回転保持体60の内部の中心部に収容されたモータボックス74に、自転軸75を介して回転可能に支持されている。モータボックス74は、上記回転軸50における回転保持体60内の端部に固定されている。そして自転軸75は、モータボックス74に、それぞれが独自に回転可能に支持され、その先端にチャックテーブル70の枠体71の裏面が同心状に固定されている。各チャックテーブル70ごとに設けられた自転軸75の軸方向は、モータボックス74から鉛直面内に沿う方向に沿って放射状(十字状)に延びている。
モータボックス74内には、各自転軸75を回転させる図示せぬモータが各自転軸75ごとに組み込まれている。各自転軸75はそれらモータによって独自に回転させられ、自転軸75が回転することによりチャックテーブル70は中心を軸として回転するようになっている。
図2に示すように、上記回転保持体60が設けられた加工ステージ12Aにおける回転保持体60のX軸方向両側(X1側とX2側)および上方の3箇所には、同一構造の研削手段80が、回転保持体60に対して進退可能に配設されている。すなわち加工ステージ12AのX1側およびX2側には、ガイド15に沿ってスライド板16がX軸方向に移動可能に取り付けられており、このスライド板16に、研削手段80が固定されている。また、加工ステージ12Aの上方にも、ガイド15に沿ってスライド板16がZ軸方向に移動可能に取り付けられており、このスライド板16に、研削手段80が固定されている。各スライド板16は、サーボモータ17aによって駆動されるボールねじ式の加工送り手段17によりガイド15に沿って移動するようになっており、各研削手段80は、スライド板16と一体に回転保持体60に対して進退する。
研削手段80は、ハウジング81内に回転可能に支持された図示せぬスピンドルの先端に研削ホイール82が固定された構成のものである。各研削手段80は、スピンドルがスライド板16の移動方向と平行になり、かつ、研削ホイール82が回転保持体60側である内側に向く状態に、ハウジング81がスライド板16に固定されている。スピンドルはハウジング81に固定されたスピンドルモータ83によって回転駆動され、研削ホイール82はスピンドルと一体に回転する。
研削ホイール82には、回転保持体60のチャックテーブル70に保持されるウェーハWの裏面を研削する研削工具84が装着される。研削工具84は、研削手段80の数に応じて粗研削用砥石84a、仕上げ研削用砥石84b、研磨工具84cの3種類であり、砥石は環状のものが用いられ、研磨工具は円板状のものが用いられる。
この場合、図2に示すように、回転保持体60のX2側の研削手段80の研削ホイール82に粗研削用砥石84aが装着され、回転保持体60の上方の研削手段80の研削ホイール82に仕上げ研削用砥石84bが装着され、回転保持体60のX1側の研削手段80の研削ホイール82に研磨工具84cが装着されている。すなわち、回転保持体60のX2側の研削手段80が粗研削用研削手段80A、回転保持体60の上方の研削手段80が仕上げ研削用研削手段80B、回転保持体60のX1側の研削手段80が研磨用研削手段80Cとされる。
なお、研削砥石84a,84bおよび研磨工具84cは、ウェーハWに応じたものが選択される。例えば研削砥石84a,84bとしては、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて成形したダイヤモンド砥石等が用いられる。また、研磨工具は、研磨布や研磨紙等からなる研磨パッド等が用いられる。
図4に示すように、研削ホイール82の直径は、チャックテーブル70の直径と同等程度、すなわちウェーハWと同等程度である。そして各研削手段80(80A,80B,80C)は、研削ホイール82が、チャックテーブル70に対して同心位置から半径相当の長さ分だけ加工ステージ12側(Y2側)にオフセットする位置に配設されている。
各研削手段80(80A〜80C)によれば、研削ホイール82が回転しながら、チャックテーブル70に保持されたウェーハW方向に加工送り手段17で加工送りされることにより、研削工具84(84a,84b,84c)がウェーハWの裏面を押圧して該裏面を研削(研磨)する。また、この研削(研磨)時には、チャックテーブル70が回転してウェーハWが自転した状態とされる。したがって、回転する研削工具84(84a〜84c)の外周部が自転するウェーハWの中心を通過しながら該ウェーハWを押圧し、これによってウェーハWの裏面全面が研削(研磨)される。
なお、回転保持体60の各側面62には、研削や研磨に応じた加工液をウェーハWに供給する図示せぬ加工液供給手段が設けられており、研削時や研磨時には、この加工液供給手段からウェーハWに加工液が供給される。また、各側面62には、ウェーハWの厚さを測定する図示せぬ厚さ測定手段が設けられており、ウェーハWはこの厚さ測定手段で測定される厚さに基づいて、所定の厚さに研削される。
(2−2)研削装置の動作
以上が研削装置10の構成であり、続いてこの研削装置10によってウェーハWを裏面研削して所定の厚さに薄化する動作を説明する。
搬入/搬出ロボット20により、供給側カセット14aから1枚のウェーハW(1枚目のウェーハW1、図5参照)が搬出され、位置決めテーブル30に搬送されて載置される。そしてこのウェーハW1は、位置決めテーブル30上で一定の搬送開始位置に位置決めされる。次いでウェーハW1は再び搬入/搬出ロボット20により、下方に向いているチャックテーブル70の保持面73に搬送されて、図5(a)に示すように該保持面73に吸引保持される。ウェーハW1は、被研削面である裏面が露出するように保持面73に保持される。ここで、チャックテーブル70が下方に向く位置を搬入/搬出位置と称する。すなわち搬入/搬出位置に位置付けられたチャックテーブル70にウェーハW1が搬入され、吸引保持される。
次に、図5(b)に示すように、回転保持体60が図中矢印で示す反時計方向(図3で矢印L方向)に90°回転し、1枚目のウェーハW1が、粗研削用研削手段80Aの研削ホイール82に対向する粗研削加工位置に位置付けられる。この後、搬入/搬出位置に位置付けられている下面側のチャックテーブル70の保持面73に、次の2枚目のウェーハW2が上記と同じ要領で吸引保持される。
続いて、図5(b)に示すように1枚目のウェーハW1の裏面が粗研削される。すなわち、チャックテーブル70が回転して1枚目のウェーハW1が自転させられるとともに、研削ホイール82が回転駆動された粗研削用研削手段80Aが加工送り手段17によって加工送りされ、回転する粗研削用砥石84aが自転するウェーハW1に押圧される。これにより1枚目のウェーハW1の裏面が粗研削される。なお、図5で各研削手段80A〜80Cに付加している矢印は、当該の研削手段80A〜80Cの研削工具84a〜84cがウェーハWに作用して研削あるいは研磨している状態を示している。
1枚目のウェーハW1が目的厚さまで粗研削されたら、粗研削用研削手段80AがウェーハWから退避し、図5(c)に示すように、回転保持体60が図中矢印で示す反時計方向に再度90°回転する。これにより、1枚目のウェーハW1が仕上げ研削用研削手段80Bの研削ホイール82に対向する仕上げ研削加工位置に位置付けられ、2枚目のウェーハW2が粗研削加工位置に位置付けられる。この後、搬入/搬出位置に位置付けられている下面側のチャックテーブル70の保持面73に、次の3枚目のウェーハW3が吸引保持される。
続いて、図5(c)に示すように、1枚目のウェーハW1の裏面が仕上げ研削されるとともに、2枚目のウェーハW2の裏面が粗研削される。すなわち、自転する1枚目のウェーハW1に、加工送りされる仕上げ研削用研削手段80Bの研削砥石84bが押圧されて仕上げ研削が行われ、また、自転する2枚目のウェーハW2に、加工送りされる粗研削用研削手段80Aの研削砥石84aが押圧されて粗研削が行われる。なお、粗研削では、仕上げ研削後の厚さの例えば30〜40μm手前まで研削され、残りが仕上げ研削で研削される。
1枚目のウェーハW1に対する仕上げ研削と2枚目のウェーハW2に対する粗研削がそれぞれ目的厚さになるまで行われたら、粗研削用研削手段80Aと仕上げ研削用研削手段80BがウェーハW1,W2からそれぞれ退避し、次いで図5(d)に示すように、回転保持体60が図中矢印で示す反時計方向に再度90°回転する。これにより、1枚目のウェーハW1が研磨用研削手段80Cの研削ホイール82に対向する研磨加工位置に位置付けられる。また、2枚目のウェーハW2は仕上げ研削加工位置に、3枚目のウェーハW3は粗研削加工位置に、それぞれ位置付けられる。この後、搬入/搬出位置に位置付けられた下面側のチャックテーブル70の保持面73に、次の4枚目のウェーハW4が吸引保持される。
続いて、図5(d)に示すように、1枚目のウェーハW1の裏面が研磨され、2枚目のウェーハW2の裏面が仕上げ研削され、3枚目のウェーハW3の裏面が粗研削される。1枚目のウェーハW1に対する裏面研磨は、自転するウェーハW1に、加工送りされる研磨用研削手段80Cの研磨工具84cが押圧されてなされる。また、2枚目のウェーハW2への仕上げ研削および3枚目のウェーハW3への粗研削は、上記と同じ要領でなされる。
1枚目のウェーハW1に対する研磨、2枚目のウェーハW2に対する仕上げ研削、3枚目のウェーハW3に対する粗研削が終了したら、各研削手段80A〜80CがウェーハW1〜W3からそれぞれ退避し、図5(e)に示すように、回転保持体60が図中矢印で示す反時計方向に再度90°回転する。これにより、裏面が研磨された処理済みの1枚目のウェーハW1が搬入/搬出位置に位置付けられる。また、2枚目のウェーハW2は研磨加工位置に、3枚目のウェーハW3は仕上げ研削加工位置に、4枚目のウェーハW4は粗研削加工位置に、それぞれ位置付けられる。
次いで、搬入/搬出位置に位置付けられた処理済みの1枚目のウェーハW1が搬入/搬出ロボット20によって搬出され、回収側カセット14b内に収容される。この後、次のウェーハW(5枚目のウェーハ)が、搬入/搬出位置に位置付けられているチャックテーブル70に、搬入/搬出ロボット20によって位置決めテーブル30から移され、吸引保持される。
以降、上記のように回転保持体60の90°ずつの間欠的な回転と、回転が停止された時の各加工位置での研削(研磨)加工がウェーハWの裏面に施されるといった動作が順次行われ、複数のウェーハWが研削・研磨処理され、回収側カセット14bに収容されていく。
そして、回収側カセット14bに処理済みのウェーハWが所定数貯まったら、その回収側カセット14bは次の工程に運搬され、ウェーハWは、最終的には保護テープ5が剥離された後、分割予定ライン2が切断されて多数のデバイス3に分割される。
(2−3)研削装置の作用効果
上記一実施形態の研削装置10によれば、ウェーハWを保持するチャックテーブル70が、四角柱状の回転保持体60の各側面62に配設されているため、ウェーハWが立体的に位置付けられて保持される。したがって従来のターンテーブル式のようにウェーハWが平面的に配列されるものと比べると、複数のウェーハWを保持する部材(上記実施形態では回転保持体60)の小型化・軽量化が達成され、このため、装置全体の大幅な省スペース化が図られる。その結果、ウェーハWが大型であっても省スペースで研削(研磨)加工を行うことができる。また、回転保持体60はターンテーブルよりも小型となるため、該回転保持体60を回転駆動するための稼働エネルギーを抑えることができるといった利点も備える。
なお、上記一実施形態では回転保持体60の回転パターンは一方向への90°ずつの間欠回転であるが、ウェーハWを各加工位置に位置付ける回転保持体60の回転パターンはこれに限られず、装置設計上の理由等により適宜に設定される。また、上記一実施形態では、回転保持体60は四角柱状で、側面62、すなわちウェーハ1を保持する保持面73を4つ備えているが、本発明の回転保持体はこの形態には限られず、例えば五角柱状や六角柱状といったようにウェーハの保持面が設けられる側面の数を増やした形態として、より多くの加工軸を有するものとしてもよい。
W(W1〜W4)…ウェーハ(ワーク)
10…研削装置
50…回転軸
60…回転保持体
61a,61b…回転保持体の端面
62…回転保持体の側面
70…チャックテーブル(保持テーブル)
71…枠体(保持面支持部)
73…保持面
75…自転軸
80A…粗研削用研削手段
80B…仕上げ研削用研削手段
80C…研磨用研削手段
84a…粗研削用砥石(研削工具)
84b…仕上げ研削用砥石(研削工具)
84c…研磨工具(研削工具)

Claims (1)

  1. 両端面の間に複数の側面を有し、該両端面間にわたる軸心方向に延びる回転軸を中心として回転可能に支持される多角柱状の回転保持体と、
    該回転保持体を間欠的に回転させる回転駆動手段と、
    板状のワークを保持する保持面と該保持面に直交する方向を自転軸として該保持面を回転可能に支持する保持面支持部とを有し、該保持面が前記側面と平行に配設されて前記回転保持体に支持される保持テーブルと、
    前記回転保持体の回転停止時における前記保持テーブルの前記保持面に対向配置され、該保持面に保持されたワークに作用する研削工具を含む研削手段と、
    を備えることを特徴とする研削装置。
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