JP6192527B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハ等の板状ワークの中心及び形状を認識する機能を有する研削装置に関する。

ＩＣ，ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

半導体チップの小型化及び軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切削して個々のデバイスチップに分割するのに先立って、ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに加工する裏面研削が実施される。

ウエーハを研削する研削装置は、ウエーハを保持する保持面を有するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、研削手段をチャックテーブルに対して接近又は離反する方向に移動させる加工送り手段とを備えていて、ウエーハを所望の厚みに形成することができる。

従来の研削装置では、カセットから搬出されたウエーハは位置合わせテーブルで中心位置合わせが行われる。位置合わせテーブルはウエーハの外周において径方向に移動可能な複数の位置決めピンを備えている（例えば、特開平７−２１１７６６号公報参照）。

位置合わせテーブル上にウエーハが載置されると、複数の位置決めピンがウエーハの外周面に当接されるまで半径方向に移動して、ウエーハの中心を位置合わせテーブルの中心に位置合わせする。中心位置合わせが行われた後、ウエーハはウエーハ搬入機構によりチャックテーブル上に搬入される。

位置合わせテーブルにおいては、ウエーハ等の板状ワークは外周形状に基づき機械的に位置合わせされる。このため、結晶方位を示すオリエンテーションフラットやノッチなどの異形状部が外周に存在する場合には、板状ワークを外周形状に基づいて正確に位置合わせ出来ない恐れがある。

この問題を解消するために、位置合わせテーブル上に載置されたウエーハを撮像カメラで撮像し、撮像された画像からウエーハの外周を判断して中心を検出する位置合わせ方法が提案されている（例えば、特開２０１１−２５３９３６号公報参照）。

特開平７−２１１７６６号公報 特開２０１１−２５３９３６号公報

しかしながら、従来の研削装置においては、位置合わせテーブルやウエーハを撮像するためのスペースを研削装置内に用意しなければならず、またこれらの機構のための部品を数多く使用するため、装置の小型化、低コスト化の障害となっていた。

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、特別に位置合わせテーブルや撮像手段のためのスペースを用意することなく、簡単な構成で板状ワークの中心位置の検出を行うことのできる研削装置を提供することである。

本発明によると、ウエーハに研削加工を行う研削装置であって、ウエーハを保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに研削加工を施す研削手段と、ウエーハを収容したカセットが載置されるカセット載置領域と、該カセットからウエーハを搬出して該チャックテーブルに載置する搬送手段と、該搬送手段が該カセットから搬出したウエーハを撮像する撮像手段と、該チャックテーブル、該研削手段及び該搬送手段を制御する制御手段と、を備え、該撮像手段は、ウエーハを撮像するラインイメージセンサと、該ラインイメージセンサがウエーハを撮像する際にウエーハを照明する光源と、該ラインイメージセンサが撮像したウエーハの画像を該制御手段に出力する出力部と、を有し、該ラインイメージセンサは、ウエーハの直径より長い撮像範囲を有するとともに該搬送手段がウエーハを搬送する搬送経路上に配設され、ウエーハにおける該搬送手段が保持した面の反対側の面を撮像し、該制御手段は、該ラインイメージセンサから出力されたウエーハの画像からウエーハの中心を検出する中心位置検出部を有し、該中心位置検出部が検出したウエーハの中心を該チャックテーブルの回転中心に合わせて載置するように該搬送手段を制御する、ことを特徴とする研削装置が提供される。

好ましくは、該制御手段は、ウエーハの外周に形成された結晶方向を示す異形状部の位置を検出する異形状部検出部を有しており、該チャックテーブルの所定の位置に該異形状部が載置されるように該チャックテーブルの回転を制御する。

好ましくは、ラインイメージセンサは、該光源が発した光のウエーハからの反射光を撮像してウエーハの画像を白色の画像としてとらえ、ウエーハの周囲を黒色の画像としてとらえるように調整されている。

本発明の研削装置は、搬送手段がカセットから搬出したウエーハの位置を検出するラインイメージセンサを備え、制御手段がラインイメージセンサが撮像したウエーハの画像からウエーハの中心を検出する中心位置検出部とを有しているため、制御手段はウエーハの中心と搬送手段との相対的な位置関係を算出することができ、これにより、特別に位置合わせテーブル等のスペースを確保することなく、制御手段は中心位置検出部が検出したウエーハの中心位置をチャックテーブルの回転中心に合わせて載置するように搬送手段を制御することができる。

本発明実施形態に係る研削装置の斜視図である。 ウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す斜視図である。 カセット内に収容された複数のウエーハを示す斜視図である。 ウエーハを収容したカセットとウエーハ搬送ロボット（搬送手段）との関係を示す斜視図である。 カセット内からウエーハを取り出すウエーハ搬送ロボット及びラインイメージセンサとの関係を示す一部断面側面図である。 カセット内からウエーハを取り出し中のウエーハ搬送ロボットとラインイメージセンサとの関係を示す平面図である。 図７（Ａ）はハンドの中心とウエーハの中心とが合致している状態のラインイメージセンサの撮像画像、図７（Ｂ）はハンドの中心とウエーハの中心とがずれている状態のラインイメージセンサの撮像画像である。 ウエーハ搬送ロボットでウエーハの中心をチャックテーブルの回転中心に合わせて載置する様子を示す説明図である。

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を参照すると、本発明実施形態に係る研削装置２の外観斜視図が示されている。４は研削装置のベース（ハウジング）であり、ベース４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、上下方向に伸びる一対のガイドレール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スピンドル２２と、スピンドル２２を回転駆動するハウジング２０中に収容されたサーボモータと、スピンドルの先端に固定されたホイールマウント２４と、ホイールマウント２４に着脱可能に固定された複数の粗研削用の研削砥石を有する研削ホイール２６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送り機構１８を備えている。パルスモータ１６を駆動すると、ボールねじ２２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２８が固定されている。この一対のガイドレール２８に沿って仕上げ研削ユニット３０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３０は、そのハウジング４０が一対のガイドレール２８に沿って上下方向に移動する移動基台３２に取り付けられている。仕上げ研削ユニット３０は、ハウジング４０と、ハウジング４０中に回転可能に収容されたスピンドル４２と、スピンドル４２を回転駆動するハウジング４０中に収容されたサーボモータと、スピンドル４２の先端に固定されたホイールマウント４４と、ホイールマウント４４に着脱可能に固定された仕上げ研削用の研削砥石を有する研削ホイール４６を含んでいる。

仕上げ研削ユニット３０は、仕上げ研削ユニット３０を一対の案内レール２８に沿って上下方向に移動するボールねじ３４とパルスモータ３６とから構成される仕上げ研削ユニット送り機構３８を備えている。パルスモータ３６を駆動すると、ボールねじ３４が回転し、仕上げ研削ユニット３０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の上面と平行となるように配設されたターンテーブル４８を具備している。ターンテーブル４８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４９で示す方向に回転される。

ターンテーブル４８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５０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５０は、ポーラスセラミック材によって円盤状に形成された保持部を有しており、保持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４８に配設された３個のチャックテーブル５０は、ターンテーブル４８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、ベース４に固定された２つのカセット置台５４，５６からなるカセット載置領域５２が配設されている。カセット置台５４上には、研削前のウエーハを収容するカセット５８が載置され、カセット置台５６上には研削後のウエーハを収容するカセット６０が載置される。

図２に示すように、半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと略称することがある）１１の表面には複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されており、分割予定ライン１３によって区画された各領域にＩＣ，ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。ウエーハ１１には、ウエーハ１１の結晶方位を示すオリエンテーションフラット１７が形成されている。

ウエーハ１１の裏面研削を実施するに当たり、表面に形成されたデバイス１５を保護するために、ウエーハ１１の表面には表面保護テープ１９が貼着され、表面に貼着された保護テープ１９を上向きにした状態でウエーハ１１は図３に示すようなカセット５８内に収容される。

カセット５８の両側壁５０ａの内側には複数の収容溝（棚）７０が形成されており、ウエーハ１１は左右で対応する高さの収容溝７０に支持されて裏面を上向きにしてカセット５８内に収容されている。カセット６０もカセット５８と同様な構成を有している。

再び図１を参照すると、カセット載置領域５２に隣接したベース４には凹部６２が形成されており、この凹部６２内にウエーハ搬送ロボット（搬送手段）６４が配設されている。ウエーハ搬送ロボット６４は、図４に示すように、複数のリンクを回動可能に連結した屈曲リンク機構７２と、屈曲リンク機構７２の先端部に連結されたウエーハ吸引保持部（ハンド）７４とから構成される。

屈曲リンク機構７２は、図示しない駆動手段によりＺ軸方向（上下方向）に移動される支持部材７６と、支持部材７６に対して回動可能に取り付けられた第１リンク７８と、第１リンク７８に対して回動可能に取り付けられた第２リンク８０とから構成される。

第２リンク８０の先端部には、駆動部８２を介してウエーハ吸引保持部（ハンド）７４が取り付けられている。ウエーハ吸引保持部７４の上面７４ａには負圧吸引源に選択的に連通される吸引孔７５が形成されている。ウエーハ吸引保持部７４は回転可能に駆動部８２に取り付けられている。

再び図１を参照すると、ターンテーブル４８及びウエーハ搬送ロボット６４に隣接して、研削されたウエーハをスピン洗浄及びスピン乾燥するスピンナー洗浄装置６６が配設されている。更に、カセット載置台５４，５６に載置されたカセット５８，６０の前方には撮像手段６８が配設されている。

撮像手段６８は、図５に示すように、ウエーハを撮像するラインイメージセンサ８６と、ラインイメージセンサ８６がウエーハ１１を撮像する際にウエーハ１１を照明する光源８４と、ラインイメージセンサ８６が撮像したウエーハ１１の画像を制御手段９０に出力する出力部を有している。

制御手段９０にラインイメージセンサ８６の撮像画像が入力されると、制御手段９０は中心位置検出部で撮像画像の外周の３点以上の座標からウエーハ１１の中心を検出し、中心とウエーハ搬送ロボット６４の吸引保持部（ハンド）７４との相対的な位置関係を算出する。

制御手段９０は更に、ウエーハ１１の外周に形成された結晶方向を示すオリエンテーションフラット（異形状部）１７の位置を検出する異形部検出手段を有している。異形部検出手段が検出したウエーハ１１のオリエンテーションフラット１７の位置に基づいて、制御手段９０はチャックテーブル５０の所定の位置にオリエンテーションフラット１７が載置されるようにチャックテーブル５０の回転を制御する。

ラインイメージセンサ８６は、ウエーハ１１の直径より長い撮像範囲を有するとともにウエーハ搬送ロボット６４がウエーハ１１を搬送する搬送経路上に配設され、ウエーハ搬送ロボット６４の吸引保持部７４が保持した面の反対側の面（保護テープ１９）を撮像する。

好ましくは、ラインイメージセンサ８６は、光源８４が発した光の保護テープ１９からの反射光を撮像して保護テープ１９が貼着されたウエーハ１１の撮像画像を白色の画像としてとらえ、ウエーハ１１の周囲を黒色の撮像画像としてとらえるように調整されている。

以下、図５乃至図８を参照して、撮像手段６８の作用について説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、ウエーハ搬送ロボット６４の吸引保持部７４を矢印Ｙ１方向に移動してカセット５８に近づけ、図５（Ｂ）に示すように、吸引保持部７４をカセット５８内に挿入してウエーハ１１を吸引保持する。

次いで、図５（Ｃ）に示すように、吸引保持部７４を矢印Ｙ２方向に移動してウエーハ１１をカセット５８内から引き出す（搬出する）。カセット１１搬出時の吸引保持部７４の移動速度は一定速度である。

ウエーハ搬送ロボット６４によるカセット１１の搬出中には、撮像手段６８の光源８４を点灯して保護テープ１９に照射し、保護テープ１９での反射光をラインイメージセンサ８６で連続的に撮像する。なお、図３乃至図８では保護テープ１９は省略されている。

図５（Ｄ）に示すように、吸引保持部７４に吸引保持されたウエーハ１１の最後尾が通過するまで、吸引保持部７４を一定速度で矢印Ｙ２方向に移動しながらラインイメージセンサ８６でウエーハ１１の表面に貼着された保護テープ１９を撮像する。ウエーハ１１をカセット５８から搬出中の状態の平面図が図６に示されている。

ここで、ウエーハ搬送ロボット６４の吸引保持部（ハンド）７４の原点位置での吸引保持部７４の中心のＸ，Ｙ座標は予め制御手段９０に登録されている。そして、カセット５８からウエーハ１１を搬出する時には、ウエーハ搬送ロボット６４の吸引保持部７４はＹ軸方向に一直線に移動する。従って、ウエーハ搬送ロボット６４の吸引保持部７４の中心座標は制御手段９０で常に算出できる。

ラインイメージセンサ８６は、光源８４が発した光の保護テープ１９からの反射光を連続的に撮像してウエーハ１１の撮像画像を白色の画像としてとらえ、ウエーハ１１の周囲を黒色の撮像画像としてとらえるように調整されているため、ウエーハ１１の外周はラインイメージセンサ８６の撮像画像を合成することにより容易に検出することができる。

このようにウエーハ１１の外周が検出されると、ウエーハ１１の外周の３点をとり、２点間を結んだ線分の垂直２等分線の交点としてウエーハ１１の中心を検出することができる。図７（Ａ）は、ウエーハ１１の中心が吸引保持部７４の中心Ｘ０，Ｙ０に一致している状態のラインイメージセンサ８６の撮像画像を示している。

一方、図７（Ｂ）は、ウエーハ１１の中心Ｘ１，Ｙ１が吸引保持部７４の中心Ｘ０，Ｙ０と一致していない場合のラインイメージセンサ８６の撮像画像を示している。吸引保持部７４の中心Ｘ０，Ｙ０は研削措置２の制御手段９０で常に算出して把握されているため、吸引保持部７４の中心Ｘ０，Ｙ０を原点位置とした場合の、ウエーハ１１の中心Ｘ１，Ｙ１のずれ量（ウエーハ１１の中心Ｘ１，Ｙ１の吸引保持部７４の中心Ｘ０，Ｙ０に対する相対値）は容易に算出することができる。

このようにウエーハ１１の中心と吸引保持部７４の中心との相対的なずれ量が判明しているため、図８（Ａ）に示すように、ウエーハ搬送ロボット６４は吸引保持部７４を矢印Ｙ２方向に移動してウエーハ１１をウエーハ搬入・搬出位置に位置付けられたチャックテーブル５０に近づけ、吸引保持部（ハンド）７４を１８０度回転してウエーハ１１の裏面を上向きにする。

次いで、制御手段９０は、図８（Ｂ）に示すように、ウエーハ１１の中心１１ａをチャックテーブル５０の回転中心５０ａに合わせてウエーハ１１をチャックテーブル５０上に載置するようにウエーハ搬送ロボット６４を制御する。

上述した実施形態によると、光源８４及びラインイメージセンサ８６を具備した撮像手段６８で、ウエーハ搬送ロボット６４がカセット５８中から引き出すウエーハを撮像して、撮像画像を制御手段９０に出力する。

制御手段９０では、ウエーハ１１の外周の３点の座標位置からウエーハ１１の中心を検出できるとともに、ウエーハ１１の中心とウエーハ搬送ロボット６４の吸引保持部７４の中心との相対的な位置関係も算出することができる。

従って、制御手段９０はウエーハ搬送ロボット６４を制御して、ウエーハ１１の中心をチャックテーブルの中心に合わせてウエーハ１１をチャックテーブル５０上に載置することができる。

制御手段９０はラインイメージセンサ８６の撮像画像からオリエンテーションフラット１７を検出できるため、ウエーハ搬送ロボット６４がチャックテーブル５０上にウエーハ１１の中心をチャックテーブル５０の回転中心に合わせて載置した後、制御手段９０がチャックテーブル５０の所定の位置にオリエンテーションフラット１７が位置づけられるようにチャックテーブル５０の回転を制御する。

１０ 粗研削ユニット
１１ 半導体ウエーハ
１７ オリエンテーションフラット
３０ 仕上げ研削ユニット
４８ ターンテーブル
５０ チャックテーブル
５８，６０ カセット
６４ ウエーハ搬送ロボット（搬送手段）
６８ 撮像手段
７４ 吸引保持部（ハンド）
８４ 光源
８６ ラインイメージセンサ

Claims (3)

1. ウエーハに研削加工を行う研削装置であって、
   ウエーハを保持する保持面を有するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルに保持されたウエーハに研削加工を施す研削手段と、
   ウエーハを収容したカセットが載置されるカセット載置領域と、
   該カセットからウエーハを搬出して該チャックテーブルに載置する搬送手段と、
   該搬送手段が該カセットから搬出したウエーハを撮像する撮像手段と、
   該チャックテーブル、該研削手段及び該搬送手段を制御する制御手段と、を備え、
   該撮像手段は、ウエーハを撮像するラインイメージセンサと、該ラインイメージセンサがウエーハを撮像する際にウエーハを照明する光源と、該ラインイメージセンサが撮像したウエーハの画像を該制御手段に出力する出力部と、を有し、
   該ラインイメージセンサは、ウエーハの直径より長い撮像範囲を有するとともに該搬送手段がウエーハを搬送する搬送経路上に配設され、ウエーハにおける該搬送手段が保持した面の反対側の面を撮像し、
   該制御手段は、該ラインイメージセンサから出力されたウエーハの画像からウエーハの中心を検出する中心位置検出部を有し、該中心位置検出部が検出したウエーハの中心を該チャックテーブルの回転中心に合わせて載置するように該搬送手段を制御する、ことを特徴とする研削装置。
2. 該制御手段は、ウエーハの外周に形成された結晶方向を示す異形状部の位置を検出する異形状部検出部を有しており、該チャックテーブルの所定の位置に該異形状部が載置されるように該チャックテーブルの回転を制御する、ことを特徴とする請求項１記載の研削装置。
3. ラインイメージセンサは、該光源が発した光のウエーハからの反射光を撮像してウエーハの画像を白色の画像としてとらえ、ウエーハの周囲を黒色の画像としてとらえるように調整されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の研削装置。