JP5973284B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハ等の板状物を被加工物として研削する研削装置に関する。

半導体デバイスの製造工程では、シリコンやガリウムヒ素等の半導体材料からなるウェーハの表面に格子状の分割予定ラインが設定され、この分割予定ラインで囲まれた多数の矩形状領域に、ＩＣやＬＳＩ等の電子回路を有するデバイスが形成される。そしてこのウェーハは、裏面が研削されて設定厚さに薄化されるなどの所定の工程を経てから、分割予定ラインに沿って切断されることにより、多数のチップ状のデバイスに分割される。このようにして得られたデバイスは、樹脂やセラミックでパッケージングされ、各種電子機器に実装される。

ウェーハの研削装置としては、保持テーブル上に被加工面を上方に露出した状態でウェーハを保持し、保持テーブルの上方に配設した研削ホイールを回転させながら、研削ホイールが有する研削砥石をウェーハに押し付けて研削する形式のものが一般的である。ウェーハを研削するにあたっては、はじめに粗研削を行い、引き続き仕上げ研削を行うと効率的な研削がなされ、これを実現するために、粗研削用と仕上げ研削用の研削ホイールが並列して配設され、これら研削ホイールに対しウェーハが回転するターンテーブルによって順に搬送される構成のものが知られている（例えば特許文献１）。

特開２０００−２８８８８１号公報

ところで、近年では半導体ウェーハの大型化が進んでおり、例えばφ（直径）４５０ｍｍといったウェーハの開発が進んでいる。ウェーハの大型化に伴って、ウェーハを加工する各種装置も大型化することは否めないが、フットプリントをできるだけ小型化することが切望されており、それは上記のウェーハ研削装置も同様である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる課題は、フットプリントの小型化を可能とする研削装置を提供することにある。

本発明の研削装置は、被加工物を回転可能に保持する保持テーブルと該保持テーブルで保持された被加工物を研削する研削手段とを備えた研削装置であって、前記研削手段は、仕上げ研削砥石を含み被加工物の直径以上の直径を有した仕上げ研削ホイールと 該仕上げ研削ホイールの外周側に同心円状に配設された粗研削砥石を含む被加工物の直径の２倍以上の直径を有した粗研削ホイールと、を有する二重ホイールと、該二重ホイールが装着されて該二重ホイールを回転させるスピンドルと、を有し、該研削手段を鉛直方向に移動させる鉛直移動手段と、所定高さに位置付けられた前記粗研削ホイールの下方で被加工物を保持した前記保持テーブルを水平方向に移動させて被加工物に粗研削を施すとともに、該粗研削ホイールを通過した被加工物の中心に前記仕上げ研削ホイールの外周が位置付けられるように該保持テーブルを移動させる水平移動手段と、を備え、前記二重ホイールは、前記粗研削ホイールの半径と前記仕上げ研削ホイールの半径との差が被加工物の半径以上であって被加工物の直径以下であり、かつ、前記仕上げ研削ホイールの研削面が前記粗研削ホイールの研削面よりも鉛直方向上方に形成されていることを特徴とする研削装置。

本発明によれば、水平移動手段により保持テーブルを水平移動させ、保持テーブルに保持した被加工物を、回転する二重ホイールを通過させることで、被加工物を粗研削ホイールと仕上げ研削ホイールとで連続して研削することができる。二重ホイールの粗研削ホイールと仕上げ研削ホイールとが同心状に配設されているため、これら研削ホイールを並列して配設した場合と比べるとフットプリントは小さくなる。二重ホイールの粗研削ホイールの半径と仕上げ研削ホイールの半径との差が被加工物の半径以上であって被加工物の直径以下であり、かつ、仕上げ研削ホイールの研削面が粗研削ホイールの研削面よりも鉛直方向上方に形成されていることにより、粗研削および仕上げ研削の各工程で被加工面の全面を研削可能である。

本発明によれば、フットプリントの小型化を可能とする研削装置が提供され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斜視図である。 同研削装置の二重ホイールを示す（ａ）側断面図、（ｂ）下面図である。 粗研削ホイールで粗研削を行っている状態を示す（ａ）側断面図、（ｂ）平面的なイメージを示す図である。 仕上げ研削ホイールで仕上げ研削を行っている状態を示す（ａ）側断面図、（ｂ）平面的なイメージを示す図である。 二重ホイールの変形例を示す側断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）研削装置の基本的な構成および動作
はじめに、一実施形態の研削装置の基本的な構成および動作について説明する。
図１は、一実施形態に係る研削装置１０の全体を示している。この研削装置１０は、シリコンウェーハ等の円板状の半導体ウェーハ等を被加工物（図３の符号１）とし、この被加工物１の少なくとも片面を所定厚さになるまで研削して薄化するように用いられる。

図１で符号１１は装置台であり、この装置台１１の長手方向一端部（図１の右奥側の端部）には、壁部１２が立設されている。図１では、装置台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方向としている。

装置台１１上においては、長手方向のほぼ中間部分から壁部１２側に凹所１３が形成されており、この凹所１３内には、移動台（水平移動手段）１４を介して、真空チャック式の円板状の保持テーブル２０がＹ方向に移動可能に設けられている。移動台１４は、装置台１１内に配設された図示せぬ移動機構によりＹ方向に沿って往復移動する。

移動台１４の移動経路は、移動台１４の移動方向両側に設けられた蛇腹状のカバー１５，１６によって覆われている。カバー１５，１６は移動台１４の移動に伴って伸縮し、これらカバー１５，１６によって該移動経路への研削屑の落下が防がれるようになっている。

保持テーブル２０は、移動台１４に回転可能に支持され、図示せぬ回転駆動機構により一方向または双方向に回転駆動させられ、また、回転停止状態が保持される。保持テーブル２０の上面は、被加工物１が載置される円形状の保持面２１に形成されている。この保持面２１は多孔質体により水平に形成されている。保持面２１の直径は、被加工物１の直径と同等である。

保持面２１は図示せぬ吸引機構の運転によって負圧状態となり、保持面２１に載置された被加工物１は、負圧作用によって保持面２１に吸引、保持される。このようにして保持テーブル２０に保持された被加工物１は、移動台１４が壁部１２側に移動することにより研削領域１１Ａに位置付けられる。その研削領域１１Ａの上方には、研削手段３０が配設されている。

研削手段３０は、装置台１１の壁部１２の前面に、鉛直移動手段４０によってＺ方向に昇降自在に設けられている。鉛直移動手段４０は、壁部１２の前面に固定された左右一対のＺ方向に延びるガイドレール４１と、ガイドレール４１に摺動可能に支持された昇降スライダ４２と、昇降スライダ４２に螺合して連結されたボールねじ４３と、ボールねじ４３を正逆回転させるモータ４４とから構成され、ボールねじ４３の回転により昇降スライダ４２をガイドレール４１に沿って昇降させるものである。

研削手段３０は、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のハウジング３１と、ハウジング３１内に同軸的、かつ回転可能に支持されたスピンドル３２（図２（ａ）に示す）と、スピンドル３２を回転駆動するサーボモータ３３と、スピンドル３２の下端に円板状のマウント３４を介して同軸的に固定され、研削領域１１Ａに位置付けられる被加工物１に対面する二重ホイール３５とから構成されている。

二重ホイール３５は被加工物１を研削する研削ホイールであって、図２に示すように、環状の仕上げ研削ホイール３６と、仕上げ研削ホイール３６よりも大径の環状の粗研削ホイール３７とが同心状に配設されて構成されたものである。

研削手段３０は、ハウジング３１がホルダ３９を介して鉛直移動手段４０の昇降スライダ４２に固定されており、昇降スライダ４２と一体に鉛直方向に昇降する。これにより二重ホイール３５は保持テーブル２０に保持された被加工物１に対して近接離反させられる。サーボモータ３３でスピンドル３２が回転駆動されることにより、二重ホイール３５は回転する。

移動台１４が研削領域１１Ａから壁部１２と離れる方向に移動した移動端が、搬入出領域１１Ｂとなっている。保持テーブル２０に保持された被加工物１は、移動台１４の移動により、研削領域１１Ａと搬入出領域１１Ｂとを往復移動させられる。

装置台１１の凹所１３より手前側は被加工物１の供給・回収エリア１７となっている。供給・回収エリア１７の中央には、２節リンク式のピックアップロボット５０が設置されており、このピックアップロボット５０の周囲には、上から見た状態で、反時計回りに、カセット５１、位置決め手段５２、搬入手段５３、搬出手段５４、スピンナ式の洗浄手段５５、カセット５６が、それぞれ配置されている。

カセット５１、位置決め手段５２および搬入手段５３は、被加工物１を保持テーブル２０に搬入する系統であり、搬出手段５４、洗浄手段５５およびカセット５６は、研削後の被加工物１を保持テーブル２０から搬出する系統である。２つのカセット５１，５６は同一の構造であり、ここでは用途別に、搬入カセット５１、搬出カセット５６と称する。これらカセット５１，５６は、複数の被加工物１を積層状態で収容して運搬可能とするもので、装置台１１の所定位置にセットされる。搬入手段５３および搬出手段５４はともに同様の構造であって、それぞれ水平旋回アーム５３ａ，５４ａの先端に、被加工物１の上面を負圧作用で吸着する吸着パッド５３ｂ，５４ｂが取り付けられたものである。

以上の構成を有する研削装置１０では、次のようにして被加工物１が研削される。
はじめに、ピックアップロボット５０によって搬入カセット５１内から１枚の被加工物１が取り出され、その被加工物１は、ピックアップロボット５０によって位置決め手段５２上に被加工面を上側にして載置される。位置決め手段５２上で被加工物１は所定の搬送開始位置に位置決めされ、次いでその被加工物１は、搬入手段５３の吸着パッド５３ｂで保持され、水平旋回アーム５３ａの旋回により、予め搬入出領域１１Ｂに位置付けられている保持テーブル２０の保持面２１に同心状に載置される。

被加工物１は保持テーブル２０の保持面２１に負圧作用で吸着、保持され、移動台１４が壁部１２側に移動して研削領域１１Ａに送られる。そして、二重ホイール３５を回転させた研削手段３０を鉛直移動手段４０によって二重ホイール３５が所定の研削高さになるまで下降させる動作と、移動台１４を被加工物１の搬入出領域１１Ｂ方向に移動させる動作とを適宜組み合わせることにより、被加工物１の被加工面が研削される。

研削は被加工面に対し粗研削ホイール３７による粗研削が先に行われ、次いで仕上げ研削ホイール３６による仕上げ研削が行われる。研削の際には図示せぬ加工液供給手段から被加工面に加工液が供給される。また、被加工物１の厚さが図示せぬ厚さ測定手段で測定される。被加工物１の被加工面全面が研削されて厚さが目的厚さに達したら、研削手段３０を上昇させて二重ホイール３５を被加工物１から離間させ、研削を終える。

研削後は、保持テーブル２０を搬入出領域１１Ｂまで移動させるとともに保持面２１への被加工物１の吸着が解除され、被加工物１は搬出手段５４によって洗浄手段５５内に移送される。被加工物１は、洗浄手段５５内で水洗、乾燥処理され、この後、ピックアップロボット５０によって搬出カセット５６内に移送、収容される。

以上が１枚の被加工物１を研削加工して洗浄し、回収するサイクルであり、このサイクルが繰り返し行われる。そして搬入カセット５１内の全ての被加工物１に対して処理が終わったら、被加工物１は搬出カセット５６ごと次の工程に移される。

（２）二重ホイール
以上が研削装置１０の基本的な構成および動作であり、次に、上記二重ホイール３５について詳述する。

（２−１）二重ホイールの構成
上記のように二重ホイール３５は内周側の仕上げ研削ホイール３６と外周側の粗研削ホイール３７とが同心状に配設されて構成されたもので、図２に示すように、これら研削ホイール３６，３７は円板状のフレーム３８の下面に設けられている。フレーム３８は上記マウント３４に同心状、かつ着脱可能に固定される。マウント３４は、上記スピンドル３２の先端軸心に突出形成されたチャック３２１に対して着脱可能に固定され、各研削ホイールは、スピンドル３２とともに回転する。

各研削ホイール３６，３７は、チップ状に形成された直方体状の複数の砥石（仕上げ研削砥石３６１および粗研削砥石３７１）が、それぞれフレーム３８の下面に環状に固着されて構成されている。各砥石３６１，３７１は、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。仕上げ研削ホイール３６および粗研削ホイール３７の下面で形成される各研削面３６２，３７２は、スピンドル３２の軸方向に直交する平面であって保持テーブル２０の保持面２１と平行に形成されている。そして、図２（ａ）に示すように、仕上げ研削ホイール３６の研削面３６２は粗研削ホイール３７の研削面３７２よりも所定高さ鉛直方向上方に形成されている。

図３（ｂ）に示すように、仕上げ研削ホイール３６の直径Ｄ１は、被加工物１の直径ｄ以上の直径を有しており、粗研削ホイール３７の直径Ｄ２は、被加工物１の直径ｄの２倍以上の直径を有している。そして、仕上げ研削ホイール３６の半径Ｒ１と粗研削ホイール３７の半径Ｒ２との差は、被加工物１の半径ｒ以上であって被加工物１の直径ｄ以下に設定されている。

（２−２）二重ホイールによる研削
上記構成を有する二重ホイール３５では、次のようにして被加工物１が研削される。
はじめの粗研削では、被加工物１を研削領域１１Ａに送る前に、研削手段３０を、鉛直移動手段４０によって粗研削ホイール３７の研削面３７２が被加工物１の被加工面１ａを粗研削する高さ位置になるまで下降させ、二重ホイール３５を回転させる。そして、保持テーブル２０を回転停止状態とし、移動台１４を壁部１２側に移動させて被加工物１を研削領域１１Ａに送る。図３に示すように、被加工物１が加工送りされるに伴って被加工面１ａは回転する粗研削ホイール３７の研削面３７２により研削される。

粗研削ホイール３７の下方を外周側から内周側に向けて通過することで、被加工物１の被加工面１ａは全面が研削される。仕上げ研削ホイール３６の研削面３６２は粗研削ホイール３７の研削面３７２よりも上方にあるため、被加工物１は仕上げ研削ホイール３６に干渉せず、被加工面１ａの全面が粗研削される。

被加工物１が粗研削による所定厚さに達したら、図４に示すように被加工面１ａの中心を仕上げ研削ホイール３６の外周下方に位置付け、保持テーブル２０を回転させて被加工物１を自転させる。そして、研削手段３０を下降させ、回転する仕上げ研削ホイール３６の研削面３６２を、回転する被加工面１ａに押し付ける。これにより、仕上げ研削ホイール３６の研削面３６２は回転する被加工面１ａの中心を通過し、被加工面１ａの全面が研削面３６２で仕上げ研削される。

仕上げ研削により被加工物１が目的厚さに達したら、研削手段３０を上昇させて仕上げ研削ホイール３６を被加工物１から離間させ、研削を終える。この後は、上記のように被加工物１は洗浄手段５５で洗浄され、搬出カセット５６内に収容される。

（３）一実施形態の作用効果
上記研削装置１０によれば、仕上げ研削ホイール３６と粗研削ホイール３７とを同心状に配設して二重ホイール３５とした構成により、これら研削ホイールを並列して配設した場合と比べるとフットプリントを小さくすることができる。

また、仕上げ研削ホイール３６の研削面３６２を粗研削ホイール３７の研削面３７２よりも鉛直方向上方に形成しているため、本実施形態のように各研削ホイール３６，３７の半径Ｒ１，Ｒ２の差が被加工物１の半径ｒ以上であって被加工物１の直径ｄ以下に設定されている場合、粗研削および仕上げ研削の各工程で、他方側の研削ホイールに干渉せずに被加工面１ａの全面を確実に研削することができる。

（４）一実施形態の変形例
図５に示すように、仕上げ研削ホイール３６の半径Ｒ１と粗研削ホイール３７の半径Ｒ２との差が被加工物１の直径ｄ以上あるように設定した場合には、仕上げ研削ホイール３６の外周縁と粗研削ホイール３７の内周縁との間に被加工物１が入り込むことができる。これにより、粗研削ホイール３７の外周側から被加工物１を加工送りして粗研削する際に、仕上げ研削ホイール３６に被加工物１は干渉することがない。このため、双方の研削ホイール３６，３７の研削面３６２，３７２を同一面内に形成することができる。

なお、この場合にあっても、粗研削は被加工物１を回転停止状態として移動台１４の移動により粗研削ホイール３７に対し加工送りして行う。そして仕上げ研削は、被加工面１ａの中心を仕上げ研削ホイール３６の外周下方に位置付け、保持テーブル２０を回転させて被加工物１を自転させ、研削手段３０を下降させて仕上げ研削ホイール３６を被加工面１ａの中心を通過する状態で、仕上げ研削ホイール３６により被加工面１ａの全面を仕上げ研削する。

１…被加工物
１０…研削装置
１４…移動台（水平移動手段）
２０…保持テーブル
３０…研削手段
３２…スピンドル
３５…二重ホイール
３６…仕上げ研削ホイール
３６１…仕上げ研削砥石
３６２…仕上げ研削ホイールの研削面
３７…粗研削ホイール
３７１…粗研削砥石
３７２…粗研削ホイールの研削面
４０…鉛直移動手段

Claims (1)

1. 被加工物を回転可能に保持する保持テーブルと該保持テーブルで保持された被加工物を研削する研削手段とを備えた研削装置であって、
   前記研削手段は、仕上げ研削砥石を含み被加工物の直径以上の直径を有した仕上げ研削ホイールと 該仕上げ研削ホイールの外周側に同心円状に配設された粗研削砥石を含む被加工物の直径の２倍以上の直径を有した粗研削ホイールと、を有する二重ホイールと、該二重ホイールが装着されて該二重ホイールを回転させるスピンドルと、を有し、
   該研削手段を鉛直方向に移動させる鉛直移動手段と、
   所定高さに位置付けられた前記粗研削ホイールの下方で被加工物を保持した前記保持テーブルを水平方向に移動させて被加工物に粗研削を施すとともに、該粗研削ホイールを通過した被加工物の中心に前記仕上げ研削ホイールの外周が位置付けられるように該保持テーブルを移動させる水平移動手段と、を備え、
   前記二重ホイールは、前記粗研削ホイールの半径と前記仕上げ研削ホイールの半径との差が被加工物の半径以上であって被加工物の直径以下であり、かつ、前記仕上げ研削ホイールの研削面が前記粗研削ホイールの研削面よりも鉛直方向上方に形成されている
   ことを特徴とする研削装置。

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