JP6196534B2 - 半導体基板の研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板の研削装置に関する。

従来より、基板を薄肉且つ平坦に加工する半導体基板の研削装置として、複数の基板を収納する基板収納部と、多関節型ロボットから成る基板搬送装置を有する基板搬送部と、基板の裏面をダイヤモンドレジンボンド砥石で研削する基板研削部と、基板の裏面を研磨パッドで研磨する基板研磨部と、基板を洗浄する基板洗浄部と、を備えているものが知られている（特許文献１を参照）。

基板搬送装置は、基板の基板面を傷付けることなく基板を所望の位置に搬送する必要があり、このような基板搬送装置としては、基板を本体部の前後に形成された嵌合部に載置する、所謂、トレイ型ハンド（特許文献２を参照）や、基板の外周を爪で把持する、所謂、エッジクランプ型ハンドが知られている（特許文献３を参照）。

特開２００９−２８５７３８号公報。 特開平７−３３５７１４号公報。 特許第４６００８５６号公報。

しかしながら、上述したような半導体基板の研削装置では、基板の加工プロセスにおいて高い洗浄度が要求される場合、基板に触れる基板搬送装置を研削加工前後で変える必要があり、２本のアームを備えたダブルハンドロボットを設けるか、基板搬送装置を２台用意する必要があるため、基板搬送装置が複雑化・大型化する分だけ、半導体基板の研削装置が大型化したり、製造コストが上昇する虞があった。

また、パーティクルが研削後の基板に吸着することを抑制するために、研削後の基板を保湿する必要があり、基板搬送装置が大型化すると、研削装置内で保湿する容積が増加し、基板を保湿するための機構も大型化するという問題があった。

そこで、高い洗浄度が要求される半導体基板の研削装置を省スペースで設置すると共に低コストで提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、インデクサ部と、基板研削部と、基板研磨部と、基板洗浄部と、前記インデクサ部、基板研削部、基板研磨部及び基板洗浄部間で基板を搬送する基板搬送装置を備えた基板搬送部と、を備えた半導体基板の研削装置であって、前記基板搬送装置は、水平方向に延びた本体部と、該本体部の上面に凹設されて前記基板の周縁を支持可能な基板支持部と、前記本体部の下面に配置されて前記基板の周縁を把持可能な基板把持部と、
を備え、前記基板搬送部は、前記本体部より下方が湿潤状態に維持されている半導体基板の研削装置を提供する。

この構成によれば、本体部の上面に設けられた基板支持部が研削加工前の基板の周縁を支持して搬送することができると共に、本体部の下面に設けられた基板把持部が研削加工後の基板の周縁を把持して搬送することができる。

さらに、基板搬送部が、基板搬送装置の本体部より下方が湿潤状態に維持されていることにより、研削加工後の基板を搬送する際に、基板の表面を保湿することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体基板の研削装置の構成に加えて、前記基板把持部は、前記本体部の先端側に設けられた先端側固定把持部分と、該先端側固定把持部分に対向して前記本体部の基端側に配設されて、前記先端側固定把持部分に向けて前記水平方向に往復動可能な基端側可動把持部分と、を備えている半導体基板の研削装置を提供する。

この構成によれば、基板の径寸法に応じて、基端側可動把持部を水平方向にスライドさせることにより、先端側固定把持部と基端側可動把持部とが、基板の周縁を把持することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の半導体基板の研削装置の構成に加えて、前記基板搬送装置は、前記基板が前記基板支持部に載置されていることを検知する透過性ファイバセンサを備えている半導体基板の研削装置を提供する。

この構成によれば、本体部の湿潤状態にかかわらず、基板を検知することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の半導体基板の研削装置の構成に加えて、前記透過性ファイバセンサの投光部は、前記本体部に埋設され、前記透過性ファイバセンサの受光部は、前記本体部の基端側に配置され、前記基板支持部に載置された前記基板が前記投光部の光軸内に置かれて光を遮断することにより前記基板を検知する半導体基板の研削装置を提供する。

この構成によれば、透過性ファイバセンサを省スペースで設置可能なため、基板搬送装置の小型化を実現することができる。

請求項１記載の発明は、基板の加工プロセスにおいて高い洗浄度が要求される場合であっても、基板搬送装置を小型化して半導体基板の研削装置を省スペースで設置することができると共に、複雑な基板搬送装置を設けたり、複数の基板搬送装置を設ける半導体基板の研削装置と比較して、部品点数、製造負担が軽減して低コストな半導体基板の研削装置を得ることができる。さらに、搬送部内で基板搬送装置より下方が湿潤状態に維持されるため、研削加工後の基板へのパーティクルの付着を抑制することができる

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明が奏する効果に加えて、先端側固定把持部と基端側可動把持部とが、水平方向の先端側と基端側とで基板の周縁を安定して把持することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明が奏する効果に加えて、本体部の湿潤状態にかかわらず、基板を検知することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明が奏する効果に加えて、基板搬送装置の小型化を実現することができる。

本発明の一実施例に係る半導体基板の研削装置を示す平面模式図。 半導体基板の研削装置の一部を示す断面斜視図。 基板搬送部を示す断面斜視図。 基板搬送部内の垂直方向断面模式図。 基板搬送装置を示す斜視図。 基板搬送装置の先端を示す斜視図。 基板搬送装置の先端を示す垂直方向断面模式図であり、（ａ）は、支持斜面が基板の周縁を支載している状態を示す図であり、（ｂ）は、基板把持部が基板を把持している状態を示す図である。

本発明は、高い洗浄度が要求される半導体基板の研削装置を省スペースで設置すると共に低コストで提供するという目的を達成するために、インデクサ部と、基板研削部と、基板研磨部と、基板洗浄部と、インデクサ部、基板研削部、基板研磨部及び基板洗浄部間で基板を搬送する基板搬送装置を備えた基板搬送部と、を備えた半導体基板の研削装置であって、基板搬送装置は、水平方向に延びた本体部と、本体部の上面に凹設されて基板の周縁を支持可能な基板支持部と、本体部の下面に配置されて基板の周縁を把持可能な基板把持部と、を備え、基板搬送部は、本体部より下方が湿潤状態に維持されていることにより実現する。

以下、本発明の一実施例に係る半導体基板の研削装置１について、図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、半導体基板の研削装置１の平面から視た模式図であり、図１中の実線Ｒ１は、研削加工前の基板Ｗの流れを示し、図１中の破線Ｒ２は、研削加工後の基板Ｗの流れを示す。図２は、基板研削部３、基板研磨部４を除いた半導体基板の研削装置１の断面斜視図である。

半導体基板の研削装置１は、基板Ｗを供給するインデクサ部２と、基板Ｗを研削する基板研削部３と、基板を研磨する基板研磨部４と、基板Ｗを洗浄する基板洗浄部５と、インデクサ部２、基板研削部３、基板研磨部４及び基板洗浄部５間で基板Ｗを搬送する基板搬送装置１００を収容した基板搬送部１０と、を備えている。

基板搬送部１０は、インデクサ部２、基板研削部３、基板研磨部４及び基板洗浄部５に囲繞されており、基板搬送部１０は、インデクサ部２、基板研削部３、基板研磨部４及び基板洗浄５部に連通されている。

インデクサ部２は、ＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）であり、基板Ｗを収容した図示しないキャリアを投入する２つのロードポート２１を備えている。

インデクサ部２内には、基板Ｗを搬送する公知の第１の搬送ロボット２２が配置されており、搬送ロボット２２は、ロードポート２１からキャリア内の基板Ｗを取り出し、基板Ｗを基板搬送部１０内の基板受取り部１１に搬送する。また、洗浄を終えた基板Ｗを基板洗浄部５から取り出し、ロードポート２１からキャリア内に収容する。

基板受取り部１１上に載せられた基板Ｗは、基板搬送装置１００によって、基板研削部３と基板搬送部１０との間に設けられた基板受渡し部６に搬送される。

基板研削部３内には、基板受渡し部６上の基板Ｗを取り出し、後述する回転テーブル３５に搬送する公知の第2の搬送ロボット３１が配置されている。

基板研削部３は、基板Ｗの裏面をそれぞれ研削する粗研削グラインダ３２と、中仕上げグラインダ３３と、仕上げグラインダ３４と、基板Ｗを載置して回転可能な回転テーブル３５と、を備えている。

粗研削グラインダ３２と、中仕上げグラインダ３３と、仕上げグラインダ３４とは、回転テーブル３５の図１の紙面反時計回りの回転方向に沿ってこの順で配置されており、基板Ｗは、粗研削グラインダ３２、中仕上げグラインダ３３、仕上げグラインダ３４の順に研削される。

回転テーブル３５は、図示しない真空ポンプによって基板Ｗを回転テーブル３５上に真空吸着させる。回転テーブル３５は、４つのステージＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に等分されており、基板Ｗは、各ステージに１つずつ載せられる。図１に示す基板研削部３の右上のステージＳ４には、第２の搬送ロボット３１が基板受渡し部６から取り出した基板Ｗが載せられる。第２の搬送ロボット３１は、仕上げグラインダ３４による研削加工を終えたステージＳ４上の基板Ｗを、基板受渡し部６の下方に設けられた基板両面洗浄ユニット７に搬送する。

基板両面洗浄部７は、基板Ｗの周縁を３本又は４本のコマで支持しながら、基板Ｗの上面及び下面に純水とミストから成る２流体ミストを吹き付けて、基板Ｗの上面及び下面に付着したパーティクルを吹き飛ばして洗浄する。

基板研磨部４は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により基板Ｗを研磨するものである。基板研磨部４は、仮置きステージ４１と、粗研磨ステージ４２と、仕上げ研磨ステージ４３と、を備えている。

仮置きステージ４１には、基板両面洗浄部７による洗浄を終えて、基板両面洗浄部７から基板搬送装置１００によって運び出された基板Ｗが搬送される。

粗研磨ステージ４２は、主に、図示しない研磨ヘッドと、表面に粗研磨パッドが貼着された図示しないプラテンと、で構成されている。研磨ヘッドが基板Ｗを保持して、基板Ｗを粗研磨パッドに所定の圧力で押し付け、粗研磨パッド上にスラリーを供給しながら、粗研磨パッドと基板Ｗとを夫々回転させ、基板Ｗ上の所定の膜を研磨する。

仕上げ研磨ステージ４３は、主に、図示しない研磨ヘッドと、表面に仕上げ研磨パッドが貼着された図示しないプラテンと、で構成されている。研磨ヘッドが基板Ｗを保持して、基板Ｗを仕上げ研磨パッドに所定の圧力で押し付け、仕上げ研磨パッド上にスラリーを供給しながら、仕上げ研磨パッドと基板Ｗとを夫々回転させ、基板Ｗ上の所定の膜を研磨する。

基板洗浄部５は、仮置きステージ５１と、１次洗浄ステージ５２と、２次洗浄ステージ５３とを備えている。

仮置きステージ５１には、研磨加工後の基板Ｗが基板搬送装置１００によって搬送される。

１次洗浄ステージ５２と、２次洗浄ステージ５３とは、純水等の洗浄液で研磨加工後の基板Ｗを洗浄する。

次に、基板搬送部１０及び基板搬送装置１００について、図３及び４に基づいて説明する。図３は、基板搬送部１０の断面斜視図であり、図４は、基板搬送部１０の垂直方向断面視の模式図である。

基板搬送部１０内は、インデクサ部２、基板研削部３、基板研磨部４及び基板洗浄５部よりも低圧に設定されており、基板搬送部１０内のパーティクルが、インデクサ部２、基板研削部３、基板研磨部４及び基板洗浄部５に流入することが抑制されている。なお、インデクサ部２と基板搬送部１０とを連通する開口２ａ、基板研磨部４と基板搬送部１０とを連通する図示しない開口、基板洗浄部５と基板搬送部１０とを連通する開口５ａ、基板受渡し部６と基板搬送部１０とを連通する開口６ａ、基板両面洗浄部７と基板搬送部１０とを連通する開口７ａには、開閉自在なシャッターがそれぞれ設けられている。

基板搬送部１０内は、底面１０ａに設けられたスプリンクラー１１から研削加工後の基板Ｗを保湿するための保湿ミストＭが供給されて、所定量の水Ｐが底面１０ａ上に保持されている。これにより、基板搬送部１０の下部は、湿潤状態に維持されている。なお、図４の符号１２は、余剰の水Ｐを外部に排水する排水口である。

また、基板搬送部１０の上方に取り付けられた空調ユニット１３を介して基板搬送部１０の上部から供給されるダウンフローＤＦが、基板搬送部１０の下部に設けられた排気ダクト１４から排気されており、基板搬送部１０内の気流が整流されて、基板Ｗへのパーティクルの付着が抑制されている。

次に、基板搬送装置１００の具体的な構成について、図４乃至図７に基づいて説明する。図５は、基板搬送装置１００を示す斜視図であり、図６は、基板搬送装置の先端を示す斜視図であり、図７は、基板搬送装置１００の先端を示す垂直方向断面視の模式図である。

基板搬送装置１００は、基板搬送部１０の下方に収容される図示しない基部と、基部上に設置されて垂直方向Ｖに平行な回転軸Ａ回りに旋回可能な旋回部１０１と、旋回部１０３上に設置されて垂直方向Ｖに昇降可能な昇降部１０２と、昇降部１０２の上端に載置され、外周リンク１０３ａ、中間リンク１０３ｂ、内周リンク１０３ｃを有し、これらリンクを互い回動させて伸縮自在な伸縮部１０３と、を備えている。

また、基板搬送装置１００は、伸縮部１０３の先端に連結されて水平方向Ｈに延びた本体部としてのハンド１１０と、ハンド１１０の上面１１０ａに凹設されて基板Ｗの周縁を支持する基板支持部としての支持斜面１２０と、ハンド１１０の下面１１０ｂに配置されて基板Ｗの周縁を把持する基板把持部１３０と、を備えている。

ハンド１１０の先端部分１１１は、二股のフォーク状に形成されており、本体部１１０の基端部分１１２は、外周リンク１０３ａの先端にボルト１１３を介して連結されている。

支持斜面１２０は、ハンド１１０の上面１１０ａにすり鉢状に凹設されている。なお、支持斜面１２０の具体的な断面形状は、支持斜面１２０が基板Ｗの周縁に嵌合して基板Ｗの周縁を支持可能であれば如何なるものであっても良く、複数の斜面から成るものであっても、滑らかな曲面から成るものであっても構わない。

基板把持部１３０は、ハンド１１０の下面１１０ｂの先端に設けられた２つの先端側固定把持部分１３１と、先端側固定把持部分１３１に対向してハンド１１０の下面１１０ｂの基端に配設された基端側可動把持部分１３２と、を備えている。

先端側固定把持部分１３１は、内周面１３１ａが断面く字状に形成されている。また、基端側可動把持部分１３２は、内周面１３２ａが断面く字状に形成されている。内周面１３１ａと内周面１３２ａとが、互いに対向して基板Ｗを挟むため、基板Ｗを把持し易くなっている。

基端側可動把持部分１３２は、外周リンク１０３ａ内に埋設されたシリンダ１３３内を空気圧で水平方向Ｈに往復動可能なピストン１３４と一体に連結されたプッシャーであり、ピストン１３４の往復動に連動して水平方向Ｈに往復動するようになっている。基端側可動把持部分１３２が、先端側固定把持部分１３１に向かってスライドすることにより、先端側固定把持部分１３１と、基端側可動把持部分１３２が、水平方向Ｈの先端側と基端側とで基板Ｗの周縁を把持するようになっている。

また、基板搬送装置１００は、基板Ｗが上面１１０ａに載置されたことを検知する透過性ファイバセンサ１４０を備えている。具体的には、透過性ファイバセンサ１４０は、ハンド１１０の中央付近に埋設された投光部１４１と、ハンド１１０の基端側に配置された受光部１４２と、を備えており、基板Ｗがハンド１１０上に載っていない通常時には、受光部１４２が投光部１４１の光を受光する。一方、基板Ｗがハンド１１０上に載せられた乗載時には、基板Ｗが光軸上にあり遮光するため、受光部１４１が投光部１４１の光を受光できないようになっている。

これにより、透過性ファイバセンサ１４０は、基板搬送部１０内の湿潤状態にかかわらず、ハンド１１０上に載置された基板Ｗを検知することができる。また、投光部１４１がハンド１１０内に埋設されていることにより、基板搬送装置１００を小型化することができる。

次に、基板搬送装置１００の作用について説明する。

研削加工前の搬送時、即ち、基板搬送装置１００が、基板Ｗを基板受取り部１１上の基板を取り出して基板受渡し部６に搬送する際には、図７（ａ）に示すように、基板Ｗは、ハンド１１０の上面１１０ａに載置されて、基板Ｗの周縁が、支持斜面１２０に嵌合される。

この際、基板搬送装置１００の昇降部１０２が基板搬送部１０内を上昇して、基板Ｗは、保湿ミストが届かない乾燥環境下で基板搬送部１０内を搬送される。これにより、基板Ｗは乾燥状態で搬送される。

研削加工後の搬送時、即ち、基板搬送装置１００が、基板Ｗを基板両面洗浄部７から取り出して基板研磨部４に搬送する際、又は、基板研磨部４から基板洗浄部５に搬送する際には、図７（ｂ）に示すように、基板Ｗの周縁が、ハンド１１０の下面１１０ａに設けた先端側可動把持部１３１と基端側可動把持部１３２とで把持される

この際、基板搬送装置１００の昇降部１０２が基板搬送部１０内を下降して、基板Ｗは、保湿ミストによって保湿された湿潤環境下で基板搬送部１０内を搬送される。これにより、基板Ｗは湿潤状態で搬送される。

このようにして、本実施例に係る半導体基板の研削装置１は、基板の研削加工前後で、ハンド１１０の上下を使い分けることができるため、基板Ｗの加工プロセスにおいて高い洗浄度が要求される場合であっても、基板搬送装置１０を小型化して、半導体基板の研削装置１を省スペースで設置することができると共に、複雑な基板搬送装置を設けたり、複数の基板搬送装置を設ける半導体基板の研削装置と比較して、部品点数や製造負担を軽減して、低コストで半導体基板の研削装置１を得ることができる。さらに、基板搬送部１０内で基板搬送装置１００のハンド１１０より下方が湿潤状態に維持されるため、研削加工後の基板Ｗへのパーティクルの付着を抑制することができる。

上述した本実施例において、基板研削前の搬送時には、基板を乾燥状態で搬送する場合を説明したが、基板研削前の搬送時に、基板を湿潤状態で搬送しても構わない。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ 半導体基板の研削装置
２ ・・・ インデクサ部
３ ・・・ 基板研削部
４ ・・・ 基板研磨部
５ ・・・ 基板洗浄部
６ ・・・ 基板受渡し部
７ ・・・ 基板両面洗浄部
１０ ・・・ 基板搬送部
１１ ・・・ 基板受取り部
１００・・・ 基板搬送装置
１０１・・・ 旋回部
１０２・・・ 昇降部
１０３・・・ 伸縮部
１１０・・・ ハンド（本体部）
１１１ａ・・・（ハンドの）上面
１１１ｂ・・・（ハンドの）下面
１１１・・・ 先端部
１１２・・・ 基端部
１１３・・・ ボルト
１２０・・・ 支持斜面（基板支持部）
１３０・・・ 基板把持部
１３１・・・ 先端側固定把持部
１３２・・・ 基端側可動把持部
１３３・・・ シリンダ
１３４・・・ ピストン
Ｈ ・・・ 水平方向
Ｖ ・・・ 垂直方向
Ａ ・・・ （旋回部の）回転軸

Claims (4)

1. インデクサ部と、基板研削部と、基板研磨部と、基板洗浄部と、前記インデクサ部、基板研削部、基板研磨部及び基板洗浄部間で基板を搬送する基板搬送装置を備えた基板搬送部と、を備えた半導体基板の研削装置であって、
   前記基板搬送装置は、
   水平方向に延びた本体部と、
   該本体部の上面に凹設されて前記基板の周縁を支持可能な基板支持部と、
   前記本体部の下面に配置されて前記基板の周縁を把持可能な基板把持部と、
   を備え、
   前記基板搬送部は、前記本体部より下方が湿潤状態に維持されていることを特徴とする半導体基板の研削装置。
2. 前記基板把持部は、
   前記本体部の先端側に設けられた先端側固定把持部分と、
   該先端側固定把持部分に対向して前記本体部の基端側に配設されて、前記先端側固定把持部分に向けて前記水平方向に往復動可能な基端側可動把持部分と、
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の研削装置。
3. 前記基板搬送装置は、前記基板が前記基板支持部に載置されていることを検知する透過性ファイバセンサを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体基板の研削装置。
4. 前記透過性ファイバセンサの投光部は、前記本体部に埋設され、
   前記透過性ファイバセンサの受光部は、前記本体部の基端側に配置され、
   前記基板支持部に載置された前記基板が前記投光部の光軸内に置かれて光を遮断することにより前記基板を検知することを特徴とする請求項３記載の半導体基板の研削装置。

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