JP2014042959A

JP2014042959A - 研削装置

Info

Publication number: JP2014042959A
Application number: JP2012186489A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Rikiishi; 利康力石
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-03-13

Abstract

【課題】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。
【解決手段】粗研削ホイール（第一ホイール）３６と、粗研削ホイール３６よりも大径の仕上げ研削ホイール（第二ホイール）３７とを同心状に配設して二重ホイール３５を構成する。粗研削ホイール３６の直径Ｄ１を被加工物１の半径ｒと略同じ長さ、仕上げ研削ホイール３７の半径Ｒ２と粗研削ホイール３６の半径Ｒ１との差を被加工物１の半径ｒ以上とする。回転させた二重ホイール３５を被加工物１に向けて下降させ被加工面１ａを研削するにあたり、粗研削ホイール３６での粗研削、仕上げ研削ホイール３７での仕上げ研削のいずれの工程でも、被加工物１の中心に研削ホイール３６，３７の外周を位置付けて被加工面１ａの全面を研削する。
【選択図】図４

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面を有した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、被加工物の半径と略同じ長さの直径を有した第一ホイールと、該第一ホイールの外周側に同心円状に配設された該第一ホイールより大径の第二ホイールと、を含み、該第二ホイールの半径と該第一ホイールの半径との差が被加工物の半径以上である二重ホイールと、該二重ホイールが装着されるスピンドルと、を有し、該研削手段を前記保持テーブルの前記保持面に対して鉛直方向で相対移動させる鉛直移動手段と、前記第一ホイールの外周と前記第二ホイールの外周にそれぞれ前記保持テーブルに保持された被加工物の中心が位置付けられるように該保持テーブルを位置付ける位置付け手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、保持テーブルに保持された被加工物の中心を、位置付け手段により第一ホイールの外周に位置付けた際、および被加工物の中心を第二ホイールの外周に位置付けた際のそれぞれの状態において、被加工物を保持テーブルとともに回転させ、研削手段を鉛直移動手段により被加工物に近付け、回転する第一ホイール、および第二ホイールを被加工物に押し付け、第一ホイールおよび第二ホイールによる研削を順次行う。ここで、第一ホイールおよび第二ホイールは、例えば、粗研削ホイールおよび仕上げ研削ホイールとして適用することができる。

本発明によれば、二重ホイールの第一ホイールと第二ホイールとが同心円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。また、第一ホイールの直径が被加工物の半径と略同じ長さであり、第二ホイールの半径と第一ホイールの半径との差が被加工物の半径以上という寸法設定に対し、第一ホイールと第二ホイールによる各研削工程において被加工物の中心に研削ホイールの外周を位置付けて研削を行うことにより、粗研削および仕上げ研削の各工程では、他方側の研削ホイールに干渉することなく被加工物の全面を確実に研削することができる。また、二重ホイールの外径すなわち第二ホイールの外径をできるだけ小さくすることができるといった利点も得られる。

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。本発明の他の実施形態の二重ホイールを示す側断面図であって、該二重ホイールで、（ａ）粗研削ホイールによる粗研削を行っている状態、（ｂ）仕上げ研削ホイールによる仕上げ研削を行っている状態を示している。

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（位置付け手段）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は多孔質体により平面状に形成されている。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。

なお、保持テーブル２０の保持面２１は、厳密には回転中心を頂点として傾斜角度の小さい（例えば０．０１°程度）勾配の傾斜面を有する円錐面状に形成されており、被加工物１は保持面２１に吸着されると、保持面２１に倣って円錐面状に僅かに変形した状態となる。そして被加工物１の研削時には、後述する研削ホイールの研削面と傾斜面が平行になるように、保持テーブル２０は僅かに傾斜した状態に設定される。

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粗研削ホイール（第一ホイール）３６と、粗研削ホイール３６よりも大径の環状の仕上げ研削ホイール（第二ホイール）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、移動台１４を移動させて被加工物１を研削領域１１Ａに送るとともに被加工物１を所定位置に位置付け、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内周側の粗研削ホイール３６による粗研削が先に行われ、次いで外周側の仕上げ研削ホイール３７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は内周側の粗研削ホイール３６と外周側の仕上げ研削ホイール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（粗研削砥石３６１および仕上げ研削砥石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。粗研削ホイール３６および仕上げ研削ホイール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水平面に形成されている。これら研削面３６２，３７２は、同一面内に形成されている。

図３（ｂ）に示すように、粗研削ホイール３６の直径Ｄ１は被加工物１の半径ｒと略同じ長さであり、仕上げ研削ホイール３７の半径Ｒ２と粗研削ホイール３６の半径Ｒ１との差が被加工物１の半径ｒ以上に設定されている。

（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、図３に示すように、移動台１４を移動させて被加工物１の上面すなわち被加工面１ａの中心を粗研削ホイール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、回転する粗研削ホイール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、粗研削ホイール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で粗研削される。

上記のように、被加工物１の半径ｒが粗研削ホイール３６の直径Ｄ１と略同じ長さであり、仕上げ研削ホイール３７の半径Ｒ２と粗研削ホイール３６の半径Ｒ１との差が被加工物１の半径ｒ以上という寸法設定に対し、粗研削ホイール３６の外周が被加工面１ａの中心を通過するように被加工物１を位置付けることにより、研削面３６２，３７２が同一面内に形成されていても、被加工物１は外周側の仕上げ研削ホイール３７に干渉することなく被加工面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、一旦研削手段３０を上昇させて粗研削ホイール３６を被加工物１から離間させる。続いて、保持テーブル２０を回転させたまま移動台１４を移動させ、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３７の外周下方に位置付け、研削手段３０を下降させて回転する仕上げ研削ホイール３７の研削面３７２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３７の研削面３７２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。

仕上げ研削では、仕上げ研削ホイール３７の半径Ｒ２と粗研削ホイール３６の半径Ｒ１との差が被加工物１の半径ｒ以上という寸法設定であり、仕上げ研削ホイール３７の外周が被加工面１ａの中心を通過するように被加工物１を位置付けることにより、研削面３６２，３７２が同一面内に形成されていても、被加工物１は内周側の粗研削ホイール３６に干渉することなく被加工面１ａの全面が仕上げ研削される。

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３７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、粗研削ホイール３６と仕上げ研削ホイール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、粗研削ホイール３６の直径Ｄ１が被加工物１の半径ｒと略同じ長さであり、仕上げ研削ホイール３７の半径Ｒ２と粗研削ホイール３６の半径Ｒ１との差が被加工物１の半径ｒ以上という寸法設定に対し、粗研削ホイール３６と仕上げ研削ホイール３７による各研削工程において被加工面１ａの中心に各研削ホイール３６，３７の外周を位置付けて研削を行うことにより、粗研削および仕上げ研削の各工程では、他方側の研削ホイールに干渉することなく被加工面１ａの全面を確実に研削することができる。また、二重ホイール３５の外径すなわち仕上げ研削ホイール３７の外径をできるだけ小さくすることができるといった作用効果も得ることができる。

（４）他の実施形態
上記実施形態は、本発明の内周側の第一ホイールを粗研削ホイール３６、本発明の外周側の第二ホイールを仕上げ研削ホイール３７としているが、これとは逆の配置パターン、すなわち図５に示すように、内周側の第一ホイールを仕上げ研削ホイール３７、外周側の第二ホイールを粗研削ホイール３６としてもよい。

この実施形態では、二重ホイール３５を回転させた状態で、はじめに図５（ａ）に示すように外周側の粗研削ホイール３６で被加工物１を粗研削し、次いで図５（ｂ）に示すように内周側の仕上げ研削ホイール３７で被加工物１を仕上げ研削する。粗研削と仕上げ研削のいずれの工程でも、回転させた研削ホイール３６，３７の外周が被加工面１ａの中心を通過する状態で研削を行うことで、各工程において被加工面１ａの全面を研削する。

１…被加工物
１０…研削装置
１４…移動台（位置付け手段）
２０…保持テーブル
２１…保持面
３０…研削手段
３２…スピンドル
３５…二重ホイール
３６…粗研削ホイール（第一ホイール）
３７…仕上げ研削ホイール（第二ホイール）
４０…鉛直移動手段

Claims

被加工物を回転可能に保持する保持面を有した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、
被加工物の半径と略同じ長さの直径を有した第一ホイールと、
該第一ホイールの外周側に同心円状に配設された該第一ホイールより大径の第二ホイールと、を含み、該第二ホイールの半径と該第一ホイールの半径との差が被加工物の半径以上である二重ホイールと、
該二重ホイールが装着されるスピンドルと、を有し、
該研削手段を前記保持テーブルの前記保持面に対して鉛直方向で相対移動させる鉛直移動手段と、
前記第一ホイールの外周と前記第二ホイールの外周にそれぞれ前記保持テーブルに保持された被加工物の中心が位置付けられるように該保持テーブルを位置付ける位置付け手段と、
を備えることを特徴とする研削装置。