JP5523230B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の板状物を研削する研削装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、ＩＣやＬＳＩ等による多数の電子回路が表面に形成された半導体ウェーハは、チップに分割される前に裏面が研削装置によって研削され、所定の厚さに薄化されている。半導体ウェーハの裏面研削を行う研削装置としては、ワークの着脱領域と加工領域に沿って回転可能に配設されたターンテーブルと、該ターンテーブルに配設されて順次加工領域に移動させられ、ワークを負圧作用で吸引保持する複数の保持テーブルと、加工領域に配設され、該加工領域に位置付けられた保持テーブル上に保持したワークの裏面を研削する研削ホイールを備えた加工手段とを有するものが知られている（特許文献１等参照）。裏面が研削されるワークは、表面側が保持テーブルに吸引保持されるが、電子回路を保護するために表面には保護テープが貼着される。したがってワークは保護テープを介して保持テーブルに吸引保持される。

この種の研削装置にあっては、保持テーブル上にワークを設置した後、ワークの研削を開始する前にワークを保持テーブルに吸引して吸引力を発生させている圧力を測定し、測定した圧力が所定の閾値まで下がっているか否かを監視することが行われている。この監視作業によって測定した圧力が閾値を下回らない場合には、保持テーブルのワーク吸着面の全面にワーク（厳密には保護テープ）が吸着されておらず空気漏れが起こり、したがってワークが正常に設置されていないと判断される。

特開平１０−８６０４８号公報

ところで、保護テープが貼着されている表面に例えば電極（バンプ）などの凸部が突出して形成されているワークの場合には、裏面を研削する最中においてはワーク全体が保持テーブルに押し付けられるため、保護テープの全面が保持テーブルに密着してワークは正常に保持される。しかしながら、ワークの表面に貼着された保護テープは、通常状態にあっては凸部が形成されている内側の方が凸部が形成されていない外側の方よりも凸部の影響で厚みがある。このため、保護テープを介してワークを保持テーブルに載せて設置すると、保護テープの外側（凸部が形成されていない部分）の表面が保持テーブルに当接せず隙間が空くことになる。

ここで、保持テーブルが、該隙間に対向する部分も空気を吸引する吸着面となっていると、ワーク全体が保持テーブルに押し付けられていない研削の開始前においてワークを吸引した際に、その隙間により空気漏れが起こり、このため吸引力を発生させる圧力が十分に下がらないことになってワークの設置状態を確認することができなくなるという問題が起こっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その主な技術的課題は、表面に凸部が形成されたワークであっても、研削前の保持テーブルへの吸引保持が行われていることを確認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、ワークの表面側に貼着された保護テープを介してワークを吸引保持する保持テーブルと、該保持テーブルを制御する制御部と、を有する保持手段と、該保持テーブルに保持されたワークの裏面側を研削加工する加工手段と、を有する研削装置であって、前記保持テーブルは、ワークの内側に対応する部分を吸着する内部吸引部と、該内部吸引部を囲繞しワークの外側を吸着する外部吸引部と、該内部吸引部に吸引力を発生させた際の圧力を測定する圧力測定器と、を有し、前記制御部は、前記保持テーブルの前記内部吸引部および前記外部吸引部に吸引力を発生させる前に、該内部吸引部に吸引力を発生させて所定の閾値の負圧を検出した際は研削可能と判定し、該所定の閾値の負圧を検出しない場合は研削不能と判定し、研削可能と判定した際は、該内部吸引部および該外部吸引部に吸引力を発生させて該保持テーブル上のワーク全体を保持し研削を開始することを特徴とする。

本発明によれば、保持テーブルに設置されるワークは、内側が保持テーブルの内部吸引部に吸引保持され、外側が保持テーブルの外部吸引部に吸引保持され、この状態で加工手段により裏面側が研削される。本発明では、ワークの内側に上記凸部が形成され、これによって保持テーブルに設置された際に保護テープにおけるワークの外側への貼着部分が外部吸引部から離れて隙間が生じる場合でも、保護テープにおけるワークの内側への貼着部分が内部吸引部に密着する。このため、研削を開始する前において保持テーブルの内部吸引部のみに吸引力を発生させて圧力測定器により圧力を測定することにより、吸引力が十分に発生していることを確認することができる。保護テープにおけるワークの外側への貼着部分が外部吸引部から離れていても、外部吸引部には吸引力を発生させていないため空気漏れという現象は起こらない。

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、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）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_２Ｏ_３）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、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、表面に凸部が形成されたワークであっても、研削前の保持テーブルへの吸引保持が行われていることを確認することができる研削装置が提供されるといった効果を奏する。

裏面に保護テープが貼着された半導体ウェーハの（ａ）全体側面図、（ｂ）一部拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る研削装置の斜視図である。 同装置において加工位置に位置付けられたワークと加工手段の位置関係を示す平面図である。 同装置が具備する保持テーブルの斜視図である。 ワークを保持テーブルに保持する直前の状態を示す一部拡大断面図である。 保持テーブルの内部吸引部のみに吸引力を発生させてワークの内側のみを保持テーブルに保持させている状態を示す一部拡大断面図である。 保持テーブルの内部吸引部と外部吸引部の双方に吸引力を発生させてワーク全体を保持テーブルに保持させている状態を示す一部拡大断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）半導体ウェーハ
図１（ａ）の符号１は、一実施形態のワークである円板状の半導体ウェーハ（以下、ウェーハと略称）を示している。このウェーハ１の表面１Ａには、図１（ｂ）に示すようにＩＣやＬＳＩからなる電子回路を有する多数のデバイス２が形成されている。各デバイス２の表面には複数の凸部３が突出して形成されている。これら凸部３は、バンプと呼ばれる電極である。凸部３は、図１（ｃ）に示すウェーハ１における表面１Ａの円環状の外側１ａを残した円形状の内側１ｂの領域（二点鎖線の内側）に形成されている（図１（ｃ）ではデバイス２および凸部３を図示略）。

ウェーハ１の厚さは例えば７００μｍ程度であり、裏面１Ｂが研削されて目的厚さ（例えば１００μｍ程度）に薄化される。そして薄化されたウェーハ１は、多数のデバイス２（半導体チップ）に分割される。ウェーハ１の裏面１Ｂを研削する際には、デバイス２の電子回路や凸部３を保護するために、表面１Ａに保護テープ５が貼着される。保護テープ５は、ウェーハ１の表面１Ａ全面を覆う円形状のものである。

図１（ｂ）に示すように、保護テープ５は、ポリエチレン等の合成樹脂からなる基材５ａの片面に粘着層５ｂが形成されたもので、粘着層５ｂをウェーハ１の表面１Ａに合わせて貼着される。ウェーハ１の表面１Ａから突出する凸部３は、保護テープ５の粘着層５ｂ内に埋没した状態となる。そして保護テープ５は、凸部３が形成されている内側１ｂの方が凸部３が形成されていない外側１ａの方よりも凸部３の影響で厚みがあり、内側１ｂと外側１ａとではギャップｄが生じる。ウェーハ１は、このように表面１Ａに保護テープ５が貼着された状態で、図２に示す一実施形態に係る研削装置１０によって裏面１Ｂが研削されて薄化処理される。

（２）研削装置の概要
図２および図３により、研削装置１０の基本的な構成および動作を説明する。この研削装置１０では、ウェーハ１が真空チャック式の保持テーブル２１上に裏面１Ｂを上方に露出した状態で水平に保持され、裏面１Ｂが加工手段３０により研削される。研削のための動作は、制御部２５により制御される。

図２の符号１１は、Ｘ方向に長い直方体状の装置台である。この装置台１１には、矩形状のテーブルベース１２がＸ方向に移動可能に設けられており、このテーブルベース１２に、保持手段２０を構成する円板状の保持テーブル２１がＺ方向（鉛直方向）を回転軸方向として回転可能に支持されている。ウェーハ１は、保持テーブル２１の直径と同等の直径を有するものとされる。

保持テーブル２１は、図２においてテーブルベース１２がＸ方向に移動することにより、手前側（Ｘ１側）の搬入出位置から奥側（Ｘ２側）の加工位置の間を往復移動する。装置台１１にはテーブルベース１２をＸ方向に移動させる移動機構が設けられており、テーブルベース１２には保持テーブル２１を回転させる回転駆動機構が設けられている（いずれも図示略）。テーブルベース１２の移動方向の両側には、テーブルベース１２の移動路を覆って研削屑等が装置台１１内に落下することを防ぐ伸縮自在な蛇腹状のカバー１３が設けられている。

ウェーハ１は、オペレータにより、搬入出位置に位置付けられた保持テーブル２１上に保護テープ５を介して同心状に載せて設置される。そして保持テーブル２１が真空運転され、吸引力が発生した保持テーブル２１にウェーハ１が吸引保持される。次いで、テーブルベース１２が図２においてＸ２方向に移動し、ウェーハ１が加工位置に位置付けられて上方の加工手段３０に対向配置させられる。

図２に示すように、加工手段３０は、装置台１１の後端部（Ｘ２側の端部）に立設されたコラム１３の前面側に配設されている。コラム１３の前面には、一対のＺ軸ガイド１４を介してスライダ１５がＺ方向に沿って昇降可能に取り付けられており、このスライダ１５に、加工手段３０が固定されている。

加工手段３０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３１内にスピンドルシャフト３２が同軸的、かつ回転自在に組み込まれ、該スピンドルシャフト３２の下端に設けられたフランジ状のホイールマウント３３に研削ホイール３４が着脱自在に固定された構成のものである。スピンドルハウジング３１の上端部にはモータ部３５が設けられており、このモータ部３５によってスピンドルシャフト３２が回転駆動される。

研削ホイール３４は、ホイールマウント３３の下面に着脱可能に固定される円環状の基台部３４１と、基台部３４１の下面の外周部に円環状に並べて固着された多数の砥石３４２とを有している。砥石３４２はワークすなわちウェーハ１に応じたものが用いられ、例えば、ダイヤモンドの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。研削ホイール３４は、モータ部３５によってスピンドルシャフト３２と一体に回転駆動される。

加工手段３０は、ホイールマウント３３が下方に配されて軸方向がＺ方向と平行な状態で、スピンドルハウジング３１がホルダ３６を介してスライダ１５に固定されている。スライダ１５は、一対のＺ軸ガイド１４間に配設されてスライダ１５に螺合した状態で連結されたＺ方向に延びるボールねじ３７１と、ボールねじ３７１を回転駆動するサーボモータ３７２とを備えた加工送り手段３７によって昇降駆動される。したがって、加工手段３０は加工送り手段３７によってスライダ１５と一体に昇降する。

上記加工位置に位置付けられたウェーハ１は、上方に露出させられた裏面１Ｂが加工手段３０によって研削され、目的厚さに薄化される。加工手段３０による研削は、モータ部３５を作動させて研削ホイール３４を回転させながら、かつ保持テーブル２１を一方向に回転させてウェーハ１を自転させながら、加工送り手段３７によりスライダ１５とともに加工手段３０を下降させ、回転する研削ホイール３４の砥石３４２をウェーハ１の裏面１Ｂに当接させることによりなされる。

図３は、加工位置に位置付けられた保持テーブル２１上のウェーハ１と研削ホイール３４の水平方向における位置関係を示している。同図に示すように、研削ホイール３４の研削外径（砥石３４２の回転軌跡の最外径）は、ウェーハ１の直径と同程度に設定される。また、ウェーハ１の加工位置は、砥石３４２の下面である刃先が、自転するウェーハ１の回転中心を通過する位置に設定される。そして、保持テーブル２１を一方向に回転させてウェーハ１を自転させながら研削ホイール３４の砥石３４２をウェーハ１の裏面１Ｂに当接させることにより、裏面１Ｂ全面が研削される。

研削中のウェーハ１の厚さは、図示せぬ厚さ測定手段で測定される。加工送り手段３７による加工手段３０の加工送り動作は、該厚さ測定手段で逐一測定される厚さ測定値に基づいて制御される。そして、厚さ測定値が目的値になったら加工手段３０が上昇して砥石３４２がウェーハ１から離れ、研削が終了となる。研削終了後は、テーブルベース１２が図２のＸ１方向に移動してウェーハ１が搬入出位置まで戻され、かつ保持テーブル２１の回転が停止する。そして、保持テーブル２１によるウェーハ１の吸引保持が解除される。この後、ウェーハ１はオペレータにより保持テーブル２１上から搬出され、次の工程に移される。

以上が研削装置１０の基本的な構成および動作であるが、この研削装置１０においては、はじめに保持テーブル２１上にウェーハ１を設置した際には、ウェーハ１が保持テーブル２１上に正常に設置されているか否かを監視する作業が行われる。以下に、その監視のための保持テーブル２１を含む保持手段２０の構成および動作を説明する。

（３）保持手段
保持テーブル２１は、図４に示すように、多孔質セラミックからなる内部吸引部２２および内部吸引部２２を囲繞する外部吸引部２３と、内部吸引部２２内の圧力を測定する圧力測定器２４とを備えている。内部吸引部２２は円板状で、直径はウェーハ１の凸部３が形成された領域である内側１ｂの直径と同等の寸法である。この内部吸引部２２の周囲に、円環状の仕切り２１１を隔てて円環状の外部吸引部２３が配設されている。そして外部吸引部２３は、ウェーハ１の直径と同等の直径を有する円環状の外枠体２１２で囲まれている。

ウェーハ１は、平面に形成された保持テーブル２１の上面に同心状に設置され、その設置状態で、内側１ｂが内部吸引部２２に対応し、外側１ａが外部吸引部２３に対応した状態となる。各吸引部２２，２３は、空気吸引通路を介して空気吸引源に連通されている（いずれも図示略）。空気吸引源を作動させると各吸引部２２，２３内の空気が吸引されて上面が負圧となり、吸引力が発生する。該空気吸引路には、内部吸引部２２のみに吸引力を発生させたり、内部吸引部２２と外部吸引部２３の双方に吸引力を発生させたりすることができる弁装置が設けられている。

圧力測定器２４は、内部吸引部２２に吸引力を発生させた際の圧力（負圧）を測定するものである。この圧力測定器２４で測定された圧力の測定値は制御部２５に供給される。制御部２５は、内部吸引部２２の圧力に対する所定の閾値を保有しており、圧力測定器２４から供給された内部吸引部２２の圧力をその閾値と比較し、比較した結果に基づいて保持テーブル２１を制御する。閾値は、ウェーハ１を十分に吸引保持して裏面１Ｂの研削を確実に遂行することができる負圧とされ、例えば−８０ｋＰａ程度とされる。本実施形態では、保持手段２０は保持テーブル２１と制御部２５とを含む構成であり、以下、制御部２５による保持テーブル２１の制御に関して説明する。

（４）制御部による保持テーブルの制御
ウェーハ１は、図５に示すように、保持テーブル２１の直上に同心状、かつ水平に位置付けられてから矢印のように下ろされて図６に示すように保持テーブル２１の上面に設置される。ここで、上述の如く凸部３の影響で保護テープ５におけるウェーハ１の外側１ａへの貼着部分の厚みが内側１ｂへの貼着部分よりも薄くなっていることから、保持テーブル２１に設置されたウェーハ１においては図６に示すように、保護テープ５の外側１ａへの貼着部分の表面が保持テーブル２１に当接せず、上記ｄに相当する隙間が空くことになる。これに対し保護テープ５の内側１ｂへの貼着部分の表面は、仕切り２１１内の内部吸引部２２の上面全面に密着した状態となる。保持テーブル２１にウェーハ１を設置したら、保持テーブル２１は制御部２５により以下のように制御される。

まず、内部吸引部２２のみに吸引力を発生させる（一次吸引動作）。また、圧力測定器２４により内部吸引部２２に吸引力を発生させている圧力（負圧）を測定する。内部吸引部２２に吸引力が発生することにより、ウェーハ１の内側１ｂが内部吸引部２２に吸引保持される。内部吸引部２２においては、上面全面に保護テープ５におけるウェーハ１の内側１ｂへの貼着部分が密着して塞がっているため空気漏れは起こらず、十分な吸引力で内側１ｂは保護テープ５を介して内部吸引部２２に吸引保持される。なお、この一次吸引動作の際に保持テーブル２１上に水を供給すると、水の表面張力により保護テープ５による内部吸引部２２の上面の密閉性が上がり、圧力の検出がさらに行いやすくなる。

内部吸引部２２に吸引力が発生すると、圧力測定器２４の測定値は下がる。そして所定の閾値の負圧が検出されると、制御部２５により研削可能と判定される。このときには、ウェーハ１の内側１ｂが正常に保持テーブル２１に設置されている。なお、保護テープ５におけるウェーハ１の外側１ａへの貼着部分は保持テーブル２１の外部吸引部２３から離れているが、外部吸引部２３には吸引力を発生させていないため空気漏れという現象は起こらない。

研削可能と判定されたら、ウェーハ１を上記加工位置に移動させて加工手段３０により裏面１Ｂの研削を開始する。研削の際には、下方に加工送りされる加工手段３０によってウェーハ１全体が保持テーブル２１に押し付けられるため、保護テープ５におけるウェーハ１の外側１ａへの貼着部分の外部吸引部２３への密着性が上がる。したがって研削を開始した後には、制御部２５は内部吸引部２２とともに外部吸引部２３にも吸引力を発生させる（二次吸引動作）。これにより図７に示すように、保護テープ５におけるウェーハ１の外側１ａへの貼着部分が外部吸引部２３に吸引されて密着し、したがってウェーハ１全体が保護テープ５を介して保持テーブル２１上に吸引保持される。研削が進むにつれウェーハ１の裏面１Ｂは研削され、図７に示すように薄化される。

上記一次吸引動作の際に、圧力測定器２４で測定される圧力が所定の閾値の負圧を検出しない場合、制御部２５は研削不能と判定する。研削不能と判定すると、ウェーハ１を加工位置に移動させず、内部吸引部２２に吸引力を発生させる真空運転を停止させる。この時に警告音を発するなど研削不能である旨を周囲に報知する手段を設けることは、好ましい形態である。研削不能と判定された場合には、例えばウェーハ１の設置位置がずれていて内部吸引部２２の上面全面が内側１ｂで覆われていなかったり、設置位置は正しくても保護テープ５と内部吸引部２２との間に異物が挟まっていたりしてウェーハ１が正常に設置されておらず、空気漏れが起こって十分な負圧が発生していないということである。そこで研削不能の判定後は、保持テーブル２１に対するウェーハ１の設置状態を確認し、改めて正常に設置し直すなどの処置を行う。

本実施形態によれば、表面１Ａに凸部３が形成されており、これによって表面１Ａに貼着されている保護テープ５の、外側１ａへの貼着部分の厚みが凸部３を覆っている内側１ｂへの貼着部分よりも薄くなっており、保持テーブル２１に設置した状態で外側１ａにおいて空気漏れが起こるウェーハ１でも、まず上記一次吸引動作で内側１ｂのみを内部吸引部２２で吸引することにより、研削前のウェーハ１が保持テーブル２１に吸引保持されていることを確認することができる。その結果、空気漏れが生じていてウェーハ１が保持テーブル２１に正常に設置していないといった誤った判定をすることが防止される。

１…ウェーハ（ワーク）
１Ａ…ウェーハの表面
１Ｂ…ウェーハの裏面
５…保護テープ
１０…研削装置
２０…保持手段
２１…保持テーブル
２２…内部吸引部
２３…外部吸引部
２４…圧力測定器
２５…制御部
３０…加工手段

Claims (1)

1. ワークの表面側に貼着された保護テープを介してワークを吸引保持する保持テーブルと、該保持テーブルを制御する制御部と、を有する保持手段と、
   該保持テーブルに保持されたワークの裏面側を研削加工する加工手段と、
   を有する研削装置であって、
   前記保持テーブルは、
   ワークの内側に対応する部分を吸着する内部吸引部と、該内部吸引部を囲繞しワークの外側を吸着する外部吸引部と、該内部吸引部に吸引力を発生させた際の圧力を測定する圧力測定器と、を有し、
   前記制御部は、
   前記保持テーブルの前記内部吸引部および前記外部吸引部に吸引力を発生させる前に、該内部吸引部に吸引力を発生させて所定の閾値の負圧を検出した際は研削可能と判定し、該所定の閾値の負圧を検出しない場合は研削不能と判定し、
   研削可能と判定した際は、該内部吸引部および該外部吸引部に吸引力を発生させて該保持テーブル上のワーク全体を保持し研削を開始する
   ことを特徴とする研削装置。

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