JP5975839B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ、光デバイスウエーハ等の被加工物を研削する研削装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、シリコンや化合物半導体からなるウエーハの表面にストリートと呼ばれる格子状の分割予定ラインが形成される。そして、分割予定ラインによって区画された各領域にＩＣやＬＳＩ等のデバイスが形成される。

これらのウエーハは裏面が研削装置によって研削されて所定の厚みへと薄化された後、切削装置又はレーザー加工装置によってストリートに沿って切削され、個々のチップへと分割されることで半導体デバイスが製造される。このようにして製造された半導体デバイスは、携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

半導体デバイスの薄化に伴って、ウエーハを例えば１００μｍ以下に研削する要望がある。ウエーハを破損させることなく薄化するためには、粗研削と仕上げ研削を実施し、更には研削歪を除去するために研磨加工等のストレスリリーフが必要である。一台の加工装置で複数の加工を可能にする装置が例えば特開２００５−１５３０９０号公報に開示されている。

この公報に開示された加工装置では、水平面内で回転するターンテーブル上に４個のチャックテーブルを搭載し、チャックテーブルに保持されたウエーハをターンテーブルを回転することにより、粗研削加工領域、仕上げ研削加工領域、研磨領域にそれぞれ位置付け、ウエーハに対して連続的な加工を可能にしている。

特開２００５−１５３０９０号公報

近年、半導体ウエーハの大型化が進んでおり、現在主流のφ３００ｍｍのウエーハに代わってφ４５０ｍｍのウエーハの開発が進んでいる。ウエーハの大型化に伴って、ウエーハを加工する各種加工装置も大型化することは否めないが、できるだけフットプリント（占有スペース）の小型化が要望されている。

引用文献１に記載された加工装置では、水平面内で回転するターンテーブル上に４個のチャックテーブルを回転可能に搭載する構成であるため、φ４５０ｍｍのウエーハの研削を実施するためには、非常に直径の大きなチャックテーブルが必要であり、更にチャックテーブルを搭載して回転するターンテーブルは非常に大型化せざるをえず、フットプリントも必然的に大きくなる。

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、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である。

本発明によると、被加工物を研削する研削装置であって、被加工物を回転可能に保持する第１保持手段と、回転駆動される第１スピンドルと、該第１スピンドルの先端部に装着され該第１保持手段で保持された被加工物に対面した第１研削砥石を含む第１研削ホイールとを有する第１研削手段と、該第１研削手段を該第１保持手段に接近離反する方向に移動させる第１移動手段と、を備えた第１加工領域と、被加工物を回転可能に保持する第２保持手段と、回転駆動される第２スピンドルと、該第２スピンドルの先端部に装着され該第２保持手段で保持された被加工物に対面した第２研削砥石を含む第２研削ホイールとを有する第２研削手段と、該第２研削手段を該第２保持手段に接近離反する方向に移動させる第２移動手段と、を備えた第２加工領域と、該第１保持手段から該第２保持手段へ被加工物を搬送する搬送手段と、を具備し、該第１加工領域と該第２加工領域とは鉛直方向に並んで配設されていることを特徴とする研削装置が提供される。

好ましくは、前記第１保持手段は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルが回転可能に載置される第１載置基台と、を有し、前記第２保持手段は、該チャックテーブルが回転可能に載置される第２載置基台を有し、前記搬送手段は、第１保持手段から被加工物とともに該チャックテーブルを該第２載置基台へと搬送する。

本発明の研削装置は、複数の加工領域が鉛直方向に並んで配設されるため、フットプリントの小型化が可能となる。

請求項２記載の発明によると、ウエーハを保持したチャックテーブルごと搬送することで、研削加工実施後のウエーハの破損リスクを低減できる。

本発明第１実施形態の研削装置の側面図である。 第１実施形態の研削装置の粗研削ユニット部分の斜視図である。 本発明第２実施形態の研削装置の側面図である。 チャックテーブルの搬送を説明する斜視図である。 本発明第３実施形態の研削装置の側面図である。

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、本発明第１実施形態の研削装置２の側面図が示されている。床４に立設された垂直コラム６の中間部分には、第１載置基台８が固定されている。第１載置基台８には第１チャックテーブル１０が回転可能に配設されており、第１載置基台８と第１チャックテーブル１０とで第１保持手段９を構成する。

符号１２は粗研削ユニットであり、ハウジング１４中にスピンドル１６が回転可能に収容されている。スピンドル１６はハウジング１４内に収容された図示しないモータにより回転駆動される。

スピンドル１６の先端にはホイールマウント１８が固定されており、ホイールマウント１８には粗研削ホイール２０が図示しないねじにより着脱可能に装着されている。粗研削ホイール２０は、環状基台２２と、環状基台２２の下端部外周に固着された粗研削用の複数の研削砥石２４から構成される。

垂直コラム６には第１固定台３０が固定されており、この第１固定台３０に上下方向に延びる一対のガイドレール（一本のみ図示）３２が取り付けられている。この一対のガイドレール３２に沿って粗研削ユニット１２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１２は、そのハウジング１４が支持部２６を介して一対のガイドレール３２に沿って上下方向に移動する移動基台２８に取り付けられている。

粗研削ユニット１２は、図２に最も良く示されるように、粗研削ユニット１２を一対のガイドレール３２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とから構成される粗研削ユニット送り機構３８を備えている。ボールねじ３４が移動基台２８に内蔵されたナットに螺合している。パルスモータ３６を駆動すると、ボールねじ３４が回転し移動基台２８が上下方向に移動される。

第１載置基台８と第１チャックテーブル１０とからなる第１保持手段９と、粗研削ユニット１２と、粗研削ユニット送り機構３８は、垂直コラム６の上半分である第１加工領域４０に配設されている。

床４には第２載置基台４２が固定されており、第２載置基台４２には第２チャックテーブル４４が回転可能に配設されている。第２載置基台４２と第２チャックテーブル４４とで第２保持手段４３を構成する。

垂直コラムの下部には、第２固定台６４が取り付けられている。第２固定台６４には上下方向に延びる一対のガイドレール（一本のみ図示）６６が取り付けられている。この一対のガイドレール６６に沿って仕上げ研削ユニット４６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４６は、ハウジング４８と、ハウジング４８中に回転可能に収容されたスピンドル５０と、スピンドル５０を回転駆動するハウジング４８中に収容された図示しないモータを含んでいる。

スピンドル５０の先端にはホイールマウント５２が固定されており、このホイールマウント５２には図示しないねじにより着脱可能に仕上げ研削ホイール５４が装着されている。仕上げ研削ホイール５４は、ホイール基台５６と、ホイール基台５６の下端部外周に固着された複数の仕上げ研削用の研削砥石５８とから構成される。

仕上げ研削ユニット４６は、そのハウジング４８が支持部６０を介して一対のガイドレール６６に沿って上下方向に移動する移動基台６２に取り付けられている。仕上げ研削ユニット４６は、仕上げ研削ユニット４６を一対のガイドレール６６に沿って上下方向に移動する図示しないボールねじとパルスモータ６８とから構成される仕上げ研削ユニット送り機構７０を備えている。

仕上げ研削ユニット送り機構７０のボールねじが移動基台６２に内蔵されたナットに螺合している。パルスモータ６８を駆動すると、ボールねじが回転し、仕上げ研削ユニット４６が上下方向に移動される。

第２載置基台４２と第２チャックテーブル４４とからなる第２保持手段４３と、仕上げ研削ユニット４６と、仕上げ研削ユニット送り機構７０は、垂直コラム６の下半分である第２加工領域７０に配設されている。

垂直コラム６に対向して床４には一対のガイドレール（一本のみ図示）７４が立設されている。一対のガイドレール７４の間には上下方向に伸長する図示しないボールねじが配設されており、ボールねじの一端にはパルスモータ７６が連結されている。ボールねじは上下方向に移動する移動部材７８に内蔵されたナットに螺合している。

移動部材７８には水平方向に移動可能なハンド８２を有する搬送ロボット８０が取り付けられている。図示しないボールねじとパルスモータ７６とで搬送ロボット８０を上下方向に移動する搬送ロボット移動機構７７を構成する。

以下、本実施形態の研削装置２の作用について説明する。図１に示すように、第１チャックテーブル１０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）Ｗが吸引保持されている。ウエーハＷはその表面に保護テープが貼着され、保護テープ側が第１チャックテーブル１０に吸引保持されその裏面が露出されている。

図１に示された状態から、第１チャックテーブル１０を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、粗研削ホイール２０を第１チャックテーブル１０と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、粗研削ユニット送り機構３８を作動して粗研削用の研削砥石２４をウエーハＷの裏面に接触させる。

そして、粗研削ホイール２０を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハＷの裏面の粗研削を実施する。この粗研削は研削砥石２４とウエーハＷに研削液を供給しながら実施される。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハＷの厚みを測定しながらウエーハＷを所望の厚みに研削する。

粗研削が終了すると、図１に示された状態から、搬送ロボット移動機構７７のパルスモータ７６を駆動して、搬送ロボット８０のハンド８２が第１チャックテーブル１０に保持されたウエーハＷを吸引保持できる高さ位置まで上昇させる。

次いで、搬送ロボット８０のハンド８２を水平右方向に移動して第１チャックテーブル１０に保持されたウエーハＷの上方に位置付ける。第１チャックテーブル１０の吸引保持を解除してから、搬送ロボット８０のハンド８２でウエーハＷの裏面側を吸引保持する。

次いで、ウエーハＷを吸引保持したハンド８２を水平左方向に移動してから、搬送ロボット駆動機構７７のパルスモータ７６を駆動して、搬送ロボット８０のハンド８２が第２チャックテーブル４４にウエーハＷを受け渡す位置まで搬送ロボット８０を下降させる。

次いで、ウエーハＷを吸着したハンド８２を水平右方向に移動してウエーハＷを第２チャックテーブル４４上に載置する。ハンド８２の吸引保持を解除してから第２チャックテーブル４４でウエーハＷを吸引保持する。次いで、仕上げ研削ユニット４６によりウエーハＷの仕上げ研削を実施する。

この仕上げ研削では、第２チャックテーブル４４を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、仕上げ研削ホイール５４を第２チャックテーブル４４と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、仕上げ研削ユニット送り機構７０を作動して仕上げ研削用の研削砥石５８をウエーハＷの裏面に接触させる。

そして、仕上げ研削ホイール５４を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハＷの裏面研削を実施する。この仕上げ研削も研削砥石５８とウエーハＷに研削液を供給しながら実施される。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハＷの厚みを測定しながらウエーハＷを所望の厚み、例えば５０μｍに仕上げる。

本実施形態の研削装置２は、第１加工領域４０及び第２加工領域７２が鉛直方向に並んで配設されているため、フットプリント（占有スペース）の小型化が可能となる。よって、φ４５０ｍｍの大型ウエーハの研削に際しても、装置を大型化せずにフットプリントの小さな研削装置２で対応可能である。

尚、本実施形態の研削装置２では、粗研削ユニット１２を上方に配設し、仕上げ研削ユニット４６を下方に配設しているが、粗研削ユニット１２を下方に配置し、仕上げ研削ユニット４６を上方に配置するようにしても良い。

図３を参照すると、本発明第２実施形態の研削装置２Ａの側面図が示されている。本実施形態の説明において、上述した第１実施形態の研削装置２と実質的に同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明を省略する。

本実施形態の研削装置２Ａでは、第１載置基台８に回転軸１１を立設するとともに第２載置基台４２に回転軸４４を立設し、回転軸１１にチャックテーブル１０を着脱可能に装着し、回転軸４４にチャックテーブル１０を着脱可能に装着している点が第１実施形態と相違する。

更に、本実施形態の搬送ロボット８０Ａのハンド８２Ａは第１実施形態の搬送ロボット８０のハンド８２と以下の点で相違する。第１実施形態のハンド８２はウエーハＷの上側から吸引保持する構成であるが、第２実施形態のハンド８２Ａは図４に示すような構造を有している。

図４に示すように、チャックテーブル１０はＳＵＳ等の金属から形成された枠体１３と、枠体１３に囲繞されたポーラスセラミックス等から形成された吸引保持部１５とから構成される。ハンド８２Ａは切欠き８３を有するＵ形状に形成されている。

本実施形態の研削装置２Ａは、ウエーハＷをチャックテーブル１０ごと搬送することにより、研削により薄化したウエーハＷの破損リスクを低減するようにしたものである。以下、第１載置基台８の回転軸１１に装着されているチャックテーブル１０を第２載置基台４２に配設されている回転軸４５に装着する場合について説明する。

ウエーハＷの粗研削が終了すると、図３に示した状態から、搬送ロボット移動機構７７のパルスモータ７６を駆動して、搬送ロボット８０Ａを所定位置まで上昇させる。次いで、搬送ロボット８０Ａのハンド８２Ａを右方向に水平移動してＵ形状のハンド８２Ａをチャックテーブル１０の下側に差し込む。

チャックテーブル１０の回転軸１１との係合関係を解除してから、搬送ロボット８０Ａのハンド８２Ａでチャックテーブル１０を持ち上げ、ハンド８２Ａを水平左方向に移動する。

次いで、搬送ロボット移動機構７７のパルスモータ７６を駆動して、搬送ロボット８０Ａを所定位置まで下降させる。そして、チャックテーブル１０を支持したハンド８２Ａを水平右方向に移動して第２載置基台４２に配設された回転軸４５にチャックテーブル１０を装着する。これにより、ウエーハＷの仕上げ研削の準備が完了したことになり、仕上げ研削ユニット４６によりウエーハＷの仕上げ研削を実施する。

このように本実施形態の研削装置２Ａでは、搬送ロボット８０ＡによりウエーハＷをチャックテーブル１０ごと搬送することで、研削終了後のウエーハＷの破損リスクを低減することができる。

図５を参照すると、本発明第３実施形態の研削装置２Ｂの側面図が示されている。本実施形態の説明において、図１に示された第１実施形態の研削装置２と実質的に同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明を省略する。

本実施形態の研削装置２Ｂは、第１加工領域４０及び第２加工領域７２を有する第１実施形態の研削装置２に研磨加工を実施する第３加工領域１１２を追加したものである。

第３加工領域１１２には、第３載置基台８４と第３チャックテーブル８６とからなる第３保持手段８５と、研磨ユニット８８が配設されている。研磨ユニット８８は、そのハウジング９０中に回転可能に収容されたスピンドル９２と、スピンドル２２を回転駆動するハウジング９０中に収容されたモータと、スピンドル９２の先端部に固定されたホイールマウント９４と、ホイールマウント９４に図示しないねじで着脱可能に装着された研磨ホイール９６とを含んでいる。

研磨ホイール９６は、ホイールマウント９４に装着される基台９８と、基台９８に貼着された研磨パッド９８とから構成される。研磨パッド９８としては、例えば発泡ウレタン中に砥粒を分散させ適宜のボンド材で固定した固定砥粒研磨パッドを好適に使用できる。

砥粒としては例えば粒径０．２〜１．５μｍのＧＣ（Ｇｒｅｅｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）砥粒を発泡ウレタン中に含有させる。発泡ウレタンに変えて不織中にＧＣ砥粒を含有させてもよい。

垂直コラム６Ａの下方部分には、第３固定台１０４が取り付けられており、この第３固定台１０４に一対のガイドレール（一本のみ図示）１０６が取り付けられている。研磨ユニット８８は、そのハウジング９０が支持部１００を介して一対のガイドレール１０６に沿って上下方向に移動する移動基台１０２に取り付けられている。

研磨ユニット８８は、研磨ユニット８８を一対のガイドレール１０６に沿って上下方向に移動する図示しないボールねじとパルスモータ１０８とから構成される研磨ユニット送り機構１１０を備えている。

研磨ユニット送り機構１１０のボールねじが移動基台１０２に内蔵されたナットに螺合している。研磨ユニット１１０のパルスモータ１０８を駆動すると、ボールねじが回転し、研磨ユニット８８が上下方向に移動される。

以下、本実施形態の研削装置２Ｂの作用について説明する。ウエーハＷに対する粗研削加工及び仕上げ研削加工は上述した第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。仕上げ研削加工の終了したウエーハＷは、搬送ロボット８０のハンド８２に吸引保持されて第３加工領域１１２に移動され、搬送ロボット８０のハンド８２により第３チャックテーブル８６上に搬送されて第３チャックテーブル８６により吸引保持される。

ウエーハＷの研磨加工では、ウエーハＷの裏面と研磨パッド９８に研磨液を供給しつつ、第３チャックテーブル８６を回転するとともに、研磨パッド９８を第３チャックテーブル８６と同一方向に回転しながら、ウエーハＷの裏面に研磨パッド９８を押し付けてウエーハＷの裏面の研磨を実施する。

この研磨加工により、仕上げ研削加工で生成された研削歪が除去される。研磨液としては、ウエーハＷがシリコンからなる本実施形態では、例えばアルカリ性の研磨液を使用する。

本実施形態の研削装置２Ｂでは、第１加工領域４０、第２加工領域７２及び第３加工領域１１２を鉛直方向に並んで配設したため、フットプリントの小型化が可能となる。更に、研削装置２Ｂが研磨ユニット８８を備えているため、研削加工により生成された研削歪を除去するストレスリリーフが可能となる。

図５に示した実施形態では、第１加工領域４０、第２加工領域７２及び第３加工領域１１２を上からこの順に配設しているが、この順を逆にして最下方に第１加工領域４０を配置し、その上に第２加工領域７２を配置し、一番上に第３加工領域１１２を配置するようにしてもよい。

２，２Ａ，２Ｂ 研削装置
６ 垂直コラム
９ 第１保持手段
１０ 第１チャックテーブル
１２ 粗研削ユニット
２０ 粗研削ホイール
４０ 第１加工領域
４４ 第２チャックテーブル
４３ 第２保持手段
４６ 仕上げ研削ユニット
５４ 仕上げ研削ホイール
７２ 第２加工領域
７４ ガイドレール
８０ 搬送ロボット
８２，８２Ａ ハンド
８５ 第３保持手段
８６ 第３チャックテーブル
８８ 研磨ユニット
９８ 研磨パッド
１１２ 第３加工領域

Claims (2)

1. 被加工物を研削する研削装置であって、
   被加工物を回転可能に保持する第１保持手段と、
   回転駆動される第１スピンドルと、該第１スピンドルの先端部に装着され該第１保持手段で保持された被加工物に対面した第１研削砥石を含む第１研削ホイールと、を有する第１研削手段と、
   該第１研削手段を該第１保持手段に接近離反する方向に移動させる第１移動手段と、を備えた第１加工領域と、
   被加工物を回転可能に保持する第２保持手段と、
   回転駆動される第２スピンドルと、該第２スピンドルの先端部に装着され該第２保持手段で保持された被加工物に対面した第２研削砥石を含む第２研削ホイールと、を有する第２研削手段と、
   該第２研削手段を該第２保持手段に接近離反する方向に移動させる第２移動手段と、を備えた第２加工領域と、
   該第１保持手段から該第２保持手段へ被加工物を搬送する搬送手段と、を具備し、
   該第１加工領域と該第２加工領域とは鉛直方向に並んで配設されていることを特徴とする研削装置。
2. 前記第１保持手段は、
   被加工物を保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルが回転可能に載置される第１載置基台と、を有し、
   前記第２保持手段は、
   該チャックテーブルが回転可能に載置される第２載置基台を有し、
   前記搬送手段は、第１保持手段から被加工物とともに該チャックテーブルを該第２載置基台へと搬送する請求項１記載の研削装置。

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