JP2007203432A - 基板の研削装置および研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の中央部と外周部に対する研削負荷を均等にして研削仕上がりを均一にするとともに、加工タクトを短縮する。
【解決手段】まず、第２のカップホイール２５により研削領域ｂ２の研削を開始する。次いで、第１のカップホイール２５により研削領域ｂ１の研削を開始し、第１、第２のカップホイールにより研削領域ｂ１，ｂ２の研削を行う。研削の最終段階では、第２のカップホイールを退避させ、第１のカップホイールのみによって研削領域ｂ１，ｂ２の研削を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエーハ（以下、「ウエーハ」と略称する）などの基板を研削して厚さを減じる研削装置に係り、特に、基板の中央部と外周部に対する研削負荷を均等にして研削仕上がりを均一にするとともに、加工タクトを短縮する技術に関する。

ＩＣやＬＳＩ等の電子回路が表面に形成された半導体チップは、円盤状のウエーハ等の基板の表面に、ストリートと呼ばれる切断ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら矩形領域に電子回路を形成した後、基板をストリートに沿って分割するといった工程で製造される。

このような製造工程において、半導体チップに分割されるに先だち、電子回路が形成されたデバイス面とは反対側の裏面を研削加工して基板の厚みを減じることにより、最終的に得られる半導体チップの厚みを薄くし、軽量かつ大容量の半導体パッケージを生産する方法が知られている（例えば特許文献１および特許文献２）。

ウエーハの裏面を研削する方法として、例えば特許文献１には、チャックテーブルにウエーハを吸着して自転させ、ウエーハの自転中心を複数の砥石部が通過するように配設した砥石をウエーハの裏面に押圧して研削する方法が開示されている。また、特許文献１では、ターンテーブルに複数のチャックテーブルを配置し、研削ユニットによってウェーハの粗研削を行った後に別の研削ユニットで仕上げ研削を行うことも開示されている。さらに、特許文献２には、相対向する両頭の研削ホイールにより、ウエーハの表裏面を同時に研削する技術が開示されている。この技術においても、ウエーハの自転中心を複数の砥石部が通過するように配設した砥石をウエーハの面に押圧して研削している。

特開平７−１３０６９２号公報 特開平１０−２５６２０３号公報

上記各特許文献に記載されている技術では、ウエーハの一面は常に１つの研削ユニットで研削しているため、加工タクトの短縮には限界がある。またウェーハを自転させながら加工するので、ウェーハの中心付近と外縁部付近では、回転周速に大きな差が生じる。特に、外径の大きなウェーハでは、外周部の方が中央部よりも砥石による加工負荷がかなり高くなり、その結果、中央部と外周部とで研削加工の仕上がりに顕著な差が生じてしまうという問題がある。

よって、本発明は、基板の中央部と外周部に対する研削負荷を均等にして研削仕上がりを均一にするとともに、加工タクトを短縮することができる基板の研削装置および研削方法を提供することを目的としている。

本発明は、基板の一の面を研削加工するための加工装置であって、基板を吸着固定する回転可能な保持テーブルと、この保持テーブルの回転中心を通る軌跡に砥石部が配置され、回転可能な第１のカップホイールと、回転中心を通らずかつ基板の外周側の面と接触する位置に砥石部が配置され、第１のカップホイールとは独立して駆動および回転可能な第２のカップホイールとを備え、基板を回転させながら第１のカップホイールと第２のカップホイールを同時に基板の一の面に押圧しながら研削加工することを特徴としている。

本発明の基板の研削加工装置では、回転中心を通る軌跡に砥石部が配置された第１のカップホイールと、基板の外周側の面と接触する位置に砥石部が配置された第２のカップホイールとを備えているから、第１、第２のカップホイールに研削加工を分担させることにより、１つのカップホイールによる研削速度（基板への送り速度）を高めて加工タクトを短縮することができる。また、第２のカップホイールは、基板の外周側の面と接触するから、その加工エリアの内周側と外周側では、回転周速の差が少ない。よって、加工エリアの内周側と外周側での砥石による加工負荷の差を小さくして研削加工の仕上がりを同等にすることができる。

本発明では、第１、第２のカップホイールが互いに独立して駆動および回転可能であるから、第１、第２のカップホイールの加工負荷を状況に応じて適宜設定することができる。
たとえば、第２のカップホイールにより基板の外周側の部分を研削しながら第１のカップホイールにより基板の全面を研削することができる。この場合には、第１、第２のカップホイールの砥石の下端位置を同一にしておけばよい。

また、第２のカップホイールの砥石の下端位置が第１のカップホイールの砥石の下端位置よりも下方になるようにすれば、基板の外周側の部分は第２のカップホイールのみによって研削され、第１のカップホイールが研削する部分は、第２のカップホイールが研削しない中央部のみとなる。したがって、第１のカップホイールが基板の全面を研削する場合のように、加工エリアの中心付近と外周側とで大きな回転周速の差が生じないから、砥石による加工負荷の差をさらに小さくして研削加工の仕上がりをより一層均一にすることができる。この場合において、第１、第２のカップホイールによる基板の表出面の研削面積をほぼ同一にすれば、理論上は従来の半分のタクトで加工することが可能となる。

上記のような態様では、第２のカップホイールの砥石が第１のカップホイールの砥石に先行しているから、第１、第２のカップホイールによる研削加工を同時に終了すると、２つの加工エリアの境界に段差が生じる。これを回避するには、研削加工の最終段階で第２のカップホイールを退避させ、表出面全面を第１のカップホイールにより研削して所定の厚みに仕上げればよい。

本発明では、加工中の基板の厚みを測定するための測定端子により、少なくとも第２のカップホイールが研削加工するエリアを測定することが望ましい。これにより、第２のカップホイールの位置制御を行いながら、第２のカップホイールを待避させるタイミングを得ることができるとともに、第１のカップホイールによる仕上げの厚みも測定することができる。測定端子は接触式や非接触式のものを使用することができ、測定端子を備えた測定手段としては、対象物に水を供給して水に超音波を通して対象物で反射させる方式のものや、内蔵したコンデンサの静電容量の値から測定端子の変位を検出する方式のものなど、任意のものを用いることができる。

本発明によれば、独立して駆動および回転可能な第１、第２のカップホイールにより基板の一の面を研削加工するので、基板の中央部と外周部に対する研削負荷を均等にして研削仕上がりを均一にするとともに、加工タクトを短縮することができる等の効果を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明を半導体ウエーハを研削して薄化する研削装置に適用した一実施形態を説明する。
［１］半導体ウエーハ
図１（ａ），（ｂ）は、本実施形態で研削加工を行う基板である円盤状の半導体ウエーハ（以下、ウエーハと略称）１の斜視図および側面図をそれぞれ示している。このウエーハ１はシリコンウエーハ等であって、厚さは６００〜７００μｍ程度のものである。ウエーハ１の表面には格子状のストリート２によって多数の矩形状の半導体チップ３が区画されており、これら半導体チップ３の表面にはＩＣやＬＳＩ等の電子回路が形成されている。また、ウエーハ１の側面には、Ｖ字状をなすオリエンテーションノッチ４が形成されている。

ウエーハ１は裏面側が研削されて目的厚さ（例えば５０〜１００μｍ程度）に薄化された後、ストリート２に沿って切断、分割され、多数の半導体チップ３に個片化される。研削加工される際には、電子回路を保護する目的で、この電子回路が形成された側の表面に保護テープ５が貼着される。この保護テープ５は研削加工終了後には剥がされる。図２は、ウエーハ１を薄化するための研削加工装置である。以下、研削加工装置１０について説明する。

［２］研削装置
図２において符号１１は各種機構が搭載された基台であり、この基台１１は水平な上面を備えた直方体状の部分を主体とし、長手方向の一端部（図２の奥側の端部）に、上面に対して垂直に立つ壁部１２を有している。図２では、基台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方向で示している。基台１１の、長手方向のほぼ中間部分から壁部１２側が研削エリア１０Ａとされ、この反対側が、研削エリア１０Ａに研削前のウエーハ１を供給し、かつ研削後のウエーハ１を回収する供給・回収エリア１０Ｂとされている。

基台１１の上面における研削エリア１０Ａには、回転軸がＺ方向と平行で上面が水平とされた円盤状のターンテーブル１３が回転自在に設けられている。このターンテーブル１３は、図示せぬ回転駆動機構によって矢印Ｒ方向に回転させられる。そしてターンテーブル１３上の外周部には、回転軸がターンテーブル１３のそれと同一のＺ方向に延び、上面が水平とされた複数（この場合は３つ）の円盤状のチャックテーブル（保持テーブル）１４が、周方向に等間隔をおいて回転自在に設けられている。

チャックテーブル１４は一般周知の真空チャック式であり、上面に載置されるウエーハ１がチャックテーブル１４上に吸着、保持される。各チャックテーブル１４は、それぞれがターンテーブル１３内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向、または両方向に独自に回転させられる。

図２に示すように２つのチャックテーブル１４が壁部１２側でＸ方向に並んだ状態において、それらチャックテーブル１４の上方には、ターンテーブル１３の回転方向上流側から順に、粗研削用の一対の第１研削ユニット２０Ａと、仕上げ研削用の一対の第２研削ユニット２０Ｂとが、それぞれ配されている。各チャックテーブル１４は、ターンテーブル１３の間欠的な回転によって、第１研削ユニット２０Ａの下方である粗研削位置と、第２研削ユニット２０Ｂの下方である仕上げ研削位置と、最も供給・回収エリア１０Ｂに近付いた着脱位置との３位置にそれぞれ位置付けられる。

第１、第２研削ユニット２０Ａ，２０Ｂは同一構成であるから、共通の符号を付して説明する。これら第１、第２研削ユニット２０Ａ，２０Ｂは、基台１１の壁部１２に、スライダ３１およびガイドレール３２を介してＺ方向に昇降自在に取り付けられ、昇降駆動機構３３によって昇降させられる。第１、第２研削ユニット２０Ａ，２０Ｂは、図３および図４に示すように、円筒状のハウジング２１内に組み込まれたスピンドル２２がモータ２３によって回転駆動させられると、スピンドル２２の先端にフランジ２４を介して固定されたカップホイール２５が回転し、カップホイール２５の下面の外周部に全周にわたって環状に配列されて固定された多数の砥石２６が、ワークを研削するものである。砥石２６の円形の研削軌跡の外径は、ウエーハ１の直径にほぼ等しい。

一対の第１研削ユニット２０Ａは、チャックテーブル１４（ウエーハ１）に対して対称に配置されておらずオフセットされている。詳しくは図５に示すように、左側の研削ユニット２０Ａは、カップホイール（以下、「第１のカップホイール」と称する）２５の輪郭線がチャックテーブル１４の回転中心ｂＯを通るように配置され、右側の研削ユニット２０Ａは、カップホイール（以下、「第２のカップホイール」と称する）２５がウエーハ１の外周側の部分と接触するように配置されている。この構成により、チャックテーブル１４とともにウエーハ１を回転させながら第２のカップホイール２５の砥石２６でウエーハ１の裏面を押圧すると、その裏面の外周側の研削領域ｂ２のみが研削される。また、第１のカップホイール２５の砥石２６でウエーハ１の裏面を押圧すると、ウエーハ１の中央部分の研削領域ｂ１あるいは研削領域ｂ１およびｂ２が研削される。

第１のカップホイール２５により中央部分の研削領域ｂ１のみを研削する場合には、研削領域ｂ１と研削領域ｂ２とをほぼ同一にすることが望ましい。そのためには、中央部分の研削領域ｂ１の半径をＡ、外周側の研削領域ｂ２の半径方向の長さをＢとしたときに、Ａ：Ｂ＝７：３を満たすようにすれば良い。

第２研削ユニット２０Ｂも第１研削ユニット２０Ａと同等に構成されているので、同符号を付して説明を省略する。第１研削ユニットは粗研削を行うものであり、第２研削ユニット２０Ｂは仕上げ研削を行うものであるので、両者に用いられる砥石２６に含まれる砥粒の粒度が異なっている。第１研削ユニット２０Ａの砥石２６は粗研削用のものが用いられ、砥粒の粒径が例えば２０〜６０μｍ程度のものが使用される。また、第２研削ユニット２０Ｂの砥石２６は仕上げ研削用のものが用いられ、砥粒の粒径が例えば０μｍを超え３μｍ以下程度のものが用いられる。

ウエーハ１は、粗研削位置において第１研削ユニット２０Ａにより、また、仕上げ研削位置において第２研削ユニット２０Ｂにより所定の厚さに研削されるが、図２に示すように、ターンテーブル１３の周囲であってそれぞれの研削位置の近傍には、ウエーハ１の厚さを計測する厚さ計測装置４０が配設されている。ウエーハ１は、各研削位置においてこれら厚さ計測装置４０により厚さが逐一計測されながら、所定の厚さまで研削される。

厚さ計測装置４０は、１つのチャックテーブル１４につき２個設けられている。厚さ計測装置４０は、基台１１の上面に設けられた図示しないスタンドに支持され、内蔵された駆動機構により上下方向に回動する測定端子４０ａを備えている。そして、駆動機構により測定端子４０ａを下方へ回動させることにより、測定端子４０ａの先端部が被測定物に押圧されるようになっている。一方の厚さ計測装置の測定端子４０ａはターンテーブル１３に上面に押圧され、他方の厚さ計測装置の測定端子４０ａはウエーハ１の裏面の外周側の部分、つまり、研削領域ｂ２に押圧される。したがって、２つの厚さ測定装置４０の測定値を減算することにより、ウエーハ１の厚さを算出することができる。

次に、供給・回収エリア１０Ｂについて説明する。
供給・回収エリア１０Ｂの中央には、上下移動する２節リンク式の移送ロボット６０が設置されている。そしてこの移送ロボット６０の周囲には、上から見た状態で反時計回りに、供給カセット６１、位置合わせ台６２、旋回アーム式の供給アーム６３、供給アーム６３と同じ構造の回収アーム６４、スピンナ式の洗浄装置６５、回収カセット６６が、それぞれ配置されている。

カセット６１、位置合わせ台６２および供給アーム６３はウエーハ１をチャックテーブル１４に供給する手段であり、回収アーム６４、洗浄装置６５およびカセット６６は、裏面の研削が終了したウエーハ１をチャックテーブル１４から回収する手段である。カセット６１，６６は複数のウエーハ１を積層状態で収容するもので、基台１１上の所定位置にセットされる。

移送ロボット６０によって供給カセット６１内から１枚のウエーハ１が取り出されると、そのウエーハ１は保護テープ５が貼られていない裏面側を上に向けた状態で位置合わせ台６２上に載置され、ここで一定の位置に決められる。次いでウエーハ１は、供給アーム６３によって位置合わせ台６２から吸着されて取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル１４上に載置される。

一方、第１、第２研削ユニット２０Ａ，２０Ｂによって裏面が研削され、着脱位置に位置付けられたチャックテーブル１４上のウエーハ１は回収アーム６４によって吸着されて取り上げられ、洗浄装置６５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置６５で洗浄処理されたウエーハ１は、移送ロボット６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。

次に、上記研削装置１０によってウエーハ１の裏面を研削する動作を説明する。この研削では第１のカップホイール２５により研削領域ｂ１のみを研削し、第２のカップホイール２５により研削領域ｂ２のみを研削する。まず、移送ロボット６０によって、供給カセット６１内に収容された１枚のウエーハ１が位置合わせ台６２に移されて位置決めされ、続いて供給アーム６３によって、着脱位置で待機し、かつ真空装置が運転されているチャックテーブル１４上に裏面側を上に向けてウエーハ１が載置される。これによってウエーハ１はチャックテーブル１４に吸着、保持される。なお、このときには粗研削側および仕上げ研削側の厚さ計測装置４０の測定端子４０ａは上方に回動しており、移動するチャックテーブル１４と干渉しないようになっている。

次に、ターンテーブル１３が図２の矢印Ｒ方向に回転し、ウエーハ１を保持したチャックテーブル１４が粗研削位置に停止する。そして、厚さ計測装置４０の測定端子４０ａを下方に回動させ、一方の測定端子４０ａをウエーハ１の研削領域ｂ１に、他方の測定端子４０ａをターンテーブル１３の上面に押圧する。この時、着脱位置には、次のチャックテーブル１４が位置付けられ、そのチャックテーブル１４には上記のようにして次に研削するウエーハ１がセットされる。

次いで、粗研削位置のチャックテーブル１４を回転させてウエーハ１を回転させ、一方、粗研削用の第１の研削ユニット２０Ａの第２のカップホイール２５を、回転させながら所定速度でゆっくり下降させ、砥石２６をウエーハ１の裏面に押圧して研削領域ｂ２の粗研削を開始する。次いで、第１のカップホイール２５を所定速度でゆっくり下降させ、砥石２６をウエーハ１の裏面に押圧して研削領域ｂ１の粗研削を開始する。
なお、カップホイール２５の回転速度は３０００〜６０００ＲＰＭである。

第１、第２のカップホイール２５によりウエーハ１の裏面の研削が進行し、厚さ計測装置４０により測定されるウエーハ１の厚さが、設定された粗研削後の厚さよりも所定寸法厚い厚さとなったら、第２のカップホイール２５を上昇させる。これにより、第１のカップホイール２５は、ウエーハ１の全面研削を開始する。そして、ウエーハ１の厚さが設定された厚さとなったら、第１のカップホイール２５を上昇させて研削を終了する。第１のカップホイール２５による全面研削により、研削領域ｂ１およびｂ２の境界に生じていた段差が消失する。

続いて、粗研削を終えたウエーハ１は、ターンテーブル１３をＲ方向に回転させることによって仕上げ研削位置に移送され、ここで、上記と同様にしてチャックテーブル１４を回転させるとともに仕上げ研削用の第２研削ユニット２０Ｂを用いることにより、ウエーハ１の裏面が仕上げ研削される。このとき、仕上げ研削側の厚さ計測装置４０を、上記の粗研削の場合と同様に稼働させて、ウエーハ１の厚さを逐一計測しながら仕上げ研削を行う。なお、予め着脱位置でセットされていたウエーハ１は粗研削位置に移送され、このウエーハ１は先行する仕上げ研削と並行して上記と同様に厚さが計測されながら粗研削される。さらに、着脱位置に移動させられたチャックテーブル１４上には、次に処理すべきウエーハ１がセットされる。

並行して行っていた仕上げ研削と粗研削をともに終えたら、ターンテーブル１３を回転させて仕上げ研削が終了したウエーハ１を着脱位置まで移送する。これにより、後続のウエーハ１は粗研削位置と仕上げ研削位置にそれぞれ移送される。着脱位置に位置付けられたチャックテーブル１４上のウエーハ１は回収アーム６４によって洗浄装置６５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置６５で洗浄処理されたウエーハ１は移送ロボット６０によって回収カセット６６内に移送、収容される。

以上が１枚のウエーハ１を、厚さ計測装置４０によって厚さを計測しつつ、所望の厚さに仕上げて洗浄、回収するサイクルである。本実施形態の研削装置１０によれば、上記のようにターンテーブル１３を間欠的に回転させながら、ウエーハ１に対して粗研削位置で粗研削を、また、仕上げ研削位置で仕上げ研削を並行して行うことにより、複数のウエーハ１の研削処理が効率よく行われる。

上記構成の研削加工装置では、チャックテーブル１４の回転中心ｂＯを通る軌跡に砥石２６が配置された第１のカップホイール２５により中央部の研削領域ｂ１を研削し、第２のカップホイール２５により外周側の研削領域ｂ２を研削するから、研削加工が第１、第２のカップホイール２５に分担される。したがって、第１、第２のカップホイール２５による研削速度を高めて加工タクトを短縮することができる。特に、上記実施形態では、終始１つのカップホイールがウエーハ１の全面を研削する場合のように、加工エリアの中心付近と外周側とで大きな回転周速の差が生じないから、砥石２６による加工負荷の差をさらに小さくして研削加工の仕上がりをより一層均一にすることができる。

本発明の一実施形態によって裏面が研削される半導体ウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 一実施形態に係る研削加工装置の全体斜視図である。 図１に示した研削加工装置が具備する研削ユニットの斜視図である。、（ｂ）側面図である。 図１に示した研削加工装置が具備する研削ユニットの側面図である。 第１、第２のカップホイールによる研削領域を示す平面図である。 ターンテーブルに対する第１、第２のカップホイールの配置を示す平面図である。

符号の説明

１…ウエーハ（基板）
１０…研削装置
１４…チャックテーブル（保持テーブル）
４０…厚さ計測装置
４０ａ…測定端子
２５…第１、第２のカップホイール
２６…砥石（砥石部）
ｂＯ…回転中心

Claims (6)

1. 基板の一の面を研削加工するための加工装置であって、前記基板を吸着固定する回転可能な保持テーブルと、この保持テーブルの回転中心を通る軌跡に砥石部が配置され、回転可能な第１のカップホイールと、前記回転中心を通らずかつ前記基板の外周側の面と接触する位置に砥石部が配置され、前記第１のカップホイールとは独立して駆動および回転可能な第２のカップホイールとを備え、前記基板を回転させながら前記第１のカップホイールと前記第２のカップホイールを同時に前記基板の一の面に押圧しながら加工することを特徴とする基板の研削加工装置。
2. 加工中の前記基板の厚みを測定するための測定端子が、少なくとも前記基板の前記第２のカップホイールが研削加工するエリアを測定することを特徴とする請求項１に記載の基板の研削加工装置
3. 基板を回転可能な保持テーブルに吸着固定し、基板の表出面を研削加工する基板の研削加工方法であって、前記保持テーブルの回転中心を通る軌跡に砥石部が配置される回転可能な第１のカップホイールと、前記回転中心を通らずかつ前記表出面のうち外周側の部分と接触する位置に砥石部が配置された回転可能な第２のカップホイールとを用い、前記基板を回転させながら前記第１のカップホイールと第２のカップホイールを同時に前記基板の表出面に押圧しながら研削加工することを特徴とする基板の研削加工方法
4. 前記第２のカップホイールを退避させ、前記表出面全面を前記第１のカップホイールにより所定の厚みに仕上げることを特徴とする請求項３に記載の基板の研削加工方法。
5. 前記第２のカップホイールを前記第１のカップホイールに対して先行して前記基板側へ送ることにより、第１のカップホイールにより前記表出面の中央部を研削し、前記第２のカップホイールにより前記表出面の前記外周側の部分を研削することを特徴とする請求項３または４に記載の基板の研削加工方法。
6. 前記第２のカップホイールによる前記基板の前記表出面の研削面積を、全研削面積のほぼ半分にすることを特徴とする請求項５に記載の基板の加工方法。

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