JP5455609B2

JP5455609B2 - 研削装置及び該研削装置を使用したウエーハの研削方法

Info

Publication number: JP5455609B2
Application number: JP2009290819A
Authority: JP
Inventors: 智久石川
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP2011131291A

Description

本発明は、研削装置及び該研削装置を使用したウエーハの研削方法に関する。

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に分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

電気製品は常に小型化、薄型化が要求されるため、電気製品に搭載されるＩＣやＬＳＩも年々薄く小さくなってきている。そのため、ウエーハの状態で行われる研削加工は、７００μｍ程度の厚みであるアズスライスウエーハを数十μｍとう極薄の状態にまで研削する。

ウエーハの研削工程では、まず粗研削砥石が装着された粗研削手段（粗研削ユニット）で粗研削工程を実施し、粗研削されたウエーハを仕上げ研削砥石が装着された仕上げ研削手段（仕上げ研削ユニット）で仕上げ研削する。また必要に応じて、研削歪を除去し抗折強度を増強するために研磨工程を実施する（例えば、特開２００１−２８３５５号公報参照）。

従来の研削装置では、粗研削工程は粗研削砥石が装着された粗研削ユニットで実施し、仕上げ研削工程は粗研削ユニットに隣接して配置され、仕上げ研削砥石が装着された仕上げ研削ユニットで実施する構成が広く採用されている。

また、一つの研削ユニットに同心状に装着された二つのスピンドルを備え、一方のスピンドルに粗研削砥石を装着し、他方のスピンドルに仕上げ研削砥石を装着した構成の研削装置も提案されている（例えば、特開昭６３−６２６５０号公報参照）。

特開２００１−２８３５５号公報特開昭６３−６２６５０号公報

研削装置でウエーハの裏面の研削を遂行する際、粗研削工程及び仕上げ研削工程を同時に開始して並行して行われるが、粗研削工程及び仕上げ研削工程の両方の工程が終了した後、それぞれの構成で加工されたウエーハは同時に次工程へ搬送される。しかし実際は、工程ごとに研削加工時間が異なる場合が多く、通常は、粗研削工程は仕上げ研削工程に比べて研削量が多いため、時間がかかる工程となっている。

よって、粗研削工程が加工時間のボトルネックとなることが多く、仕上げ研削工程では研削加工が終了しても次のウエーハの仕上げ研削を開始するまで待ち時間が生じているのが一般的であり、生産性が悪いという問題がある。

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、生産性よくウエーハを研削可能な研削装置及び研削方法を提供することである。

請求項１記載の発明によると、ウエーハの裏面を研削する研削装置であって、回転駆動される第１スピンドルと、該第１スピンドルの先端に装着された下端に複数の第１研削砥石を有する第１研削ホイールと、該第１スピンドルを回転駆動する第１駆動手段と、該第１スピンドルを研削送りする第１研削送り手段とを含んだ第１研削手段と、該第１研削手段に隣接して配設され、該第１研削手段で研削されたウエーハを研削する第２研削手段と、水平面内で回転可能に配設されたターンテーブルと、該ターンテーブルにそれぞれ回転可能に配設され、該第１及び第２研削手段で研削するウエーハを吸引保持する第１及び第２チャックテーブルとを具備し、該第２研削手段は、円筒状第２スピンドルと、該円筒状第２スピンドルの先端に装着された下端に複数の第２研削砥石を有する第２研削ホイールと、該円筒状第２スピンドルを回転駆動する第２駆動手段と、該円筒状第２スピンドルを研削送りする第２研削送り手段と、該円筒状第２スピンドル内に回転可能に配設された第３スピンドルと、該第３スピンドルの先端に装着された下端に複数の第３研削砥石を有する第３研削ホイールと、該第３スピンドルを回転駆動する第３駆動手段と、該第３スピンドルを研削送りする第３研削送り手段とを含んでおり、前記第１研削砥石は粗研削用の研削砥石から構成され、前記第２研削砥石は仕上げ研削用の研削砥石から構成され、前記第３研削砥石は粗研削用の研削砥石から構成され、ウエーハの研削時には、該第２及び第３スピンドルの先端に装着された該第２研削ホイール及び該第３研削ホイールの位置を調整することにより、該第２研削ホイール又は第３研削ホイールの何れかを単独で使用できるように選択可能に構成したことを特徴とする研削装置が提供される。

請求項２記載の発明によると、請求項１記載の研削装置を使用したウエーハの研削方法であって、粗研削用の研削砥石での研削時間をｘ、仕上げ研削用の研削砥石での研削時間をｘより短いｙとしたとき、該第１研削手段で（ｘ＋ｙ）／２で求められる時間、粗研削加工を実施する第１研削工程と、該第１研削手段で研削後のウエーハを該第２研削手段の該第３研削砥石を使用して、ｘ−（ｘ＋ｙ）／２で求められる時間、粗研削加工を実施する第２研削工程と、該第２研削手段の該第２研削砥石を使用して、ｙの時間仕上げ研削加工を実施する第３研削工程と、を具備したことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。

本発明の研削装置は複数の研削手段を備え、且つ少なくとも第２研削砥石及び第３研削砥石の何れか一方として仕上げ研削砥石を装着し他方として粗研削砥石を装着した第２研削手段では、第２研削砥石又は第３研削砥石の何れか一方を選択して使用できるため、本発明の研削方法では加工時間の異なる複数の研削工程を最も効率的に実行することができ、待ち時間を抑制して効率的な研削加工が可能となる。

研削加工前の半導体ウエーハの表面側斜視図である。表面に保護テープが貼着された状態の半導体ウエーハの裏面側斜視図である。本発明実施形態に係る研削装置の概略構成図である。第２研削ユニットの一部断面正面図である。第２研削ユニットの底面図である。第２研削ユニットの円筒状スピンドルに研磨パッドを装着し、円筒状スピンドル内に同心状に設けられた中心スピンドルに研削砥石を装着した状態の底面図である。本発明の研削方法を説明する一部断面正面図である。本発明の研削方法を説明する一部断面正面図である。本発明の研削方法を説明する一部断面正面図である。

以下、本発明実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は所定の厚さに加工される前の半導体ウエーハの斜視図である。図１に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数のストリート１３が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１３によって区画された各領域にそれぞれＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

このように構成された半導体ウエーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

半導体ウエーハの研削工程に先立って、半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、保護テープ貼着工程によりデバイス１５を保護する保護テープ２３が貼着される。従って、半導体ウエーハ１１の表面１１ａは保護テープ２３によって保護され、図２に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。

図３を参照すると、本発明実施形態に係る研削装置２の斜視図が示されている。４は研削装置２のベースであり、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（一本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って第１研削ユニット（第１研削手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。第１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。

第１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２１と、スピンドル２１を回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドル２１の先端に固定された複数の粗研削用の研削砥石２６をその下端に有する研削ホイール２４を含んでいる。

第１研削ユニット１０は、第１研削ユニット１０を一対のガイドレール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とから構成される第１研削送り機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４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（一本のみ図示）１９が固定されている。この一対のガイドレール１９に沿って第２研削ユニット（第２研削手段）２８が上下方向に移動可能に装着されている。

図４の一部断面正面図に最も良く示されるように、第２研削ユニット２８は、そのハウジング３６が一対のガイドレール１９に沿って上下方向に移動する図示しない移動基台に取り付けられている。ハウジング３６中には、一対の軸受３９を介して円筒状スピンドル３８が回転可能に取り付けられている。

円筒状スピンドル３８の先端には、ホイール基台４０と、ホイール基台４０の下端（自由端部）に固定された仕上げ研削用の複数の研削砥石４２から構成された仕上げ研削ホイール４０が装着されている。

ハウジング３６及びハウジング３６中に回転可能に収容された円筒状スピンドル３８は、ボールねじ３０及びパルスモータ３２とから構成される第２研削送り機構３４により垂直方向に移動される。

ハウジング３６の側面にはモータ４４が装着されており、モータ４４の出力軸４６には駆動プーリ４８が固定されている。一方、円筒状スピンドル３８の外周には従動プーリ５０が固定されており、駆動プーリ４８及び従動プーリ５０にわたり駆動ベルト５２が巻回されている。モータ４４を駆動すると、出力軸４６、駆動プーリ４８、駆動ベルト５２及び従動プーリ５０を介して円筒状スピンドル３８が回転される。

円筒状スピンドル３８内には、中心スピンドル５４が円筒状スピンドル３８と同心状に配設されている。中心スピンドル５４は一対の軸受５５により回転可能及び軸方向移動可能に支持されている。

中心スピンドル５４の先端部にはホイール基台５７と、ホイール基台５７の下端（自由端部）に固定された複数の粗研削用の研削砥石５８とから構成される粗研削ホイール５６が装着されている。

中心スピンドル５４の上端は移動基台６２に固定されたモータ６０に連結されている。移動基台６２はボールねじ６４及びパルスモータ６６とから構成される第３研削送り機構６８により一対のガイドレール７０に沿って上下方向に移動される。

図５を参照すると、第２研削ユニット２８の底面図が示されている。仕上げ研削ホイール４０は、環状のホイール基台４１の下端に複数のセグメント状の仕上げ研削砥石４２が固定されて構成されており、粗研削ホイール５６は、環状のホイール基台５７の下端に複数のセグメント状の粗研削砥石５８が固定されて構成されている。

第２研削ユニット２８の変形例として、図６に示すように円筒状スピンドル３８に研磨ホイール９４を装着するようにしてもよい。即ち、環状のホイール基台４１に変わって底面積の大きい環状のホイール基台４３を円筒状スピンドル３８の下端に装着し、環状のホイール基台４３に研磨パッド９６を固定して研磨ホイール９４を構成する。

この場合には、中心スピンドル５４の下端に環状のホイール基台５７にセグメント状の複数の仕上げ研削砥石５８Ａを固定した仕上げ研削ホイール５６Ａを装着し、研削・研磨ユニット２８Ａとして利用する。

図３乃至図５を参照して説明した実施形態の第２研削ユニット２８では、仕上げ研削砥石は細かい砥粒を含んでいるため磨耗が早いので、仕上げ研削ホイール４０を円筒状スピンドル３８に装着しているが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、円筒状スピンドル３８に粗研削ホイールを装着し、中心スピンドル５４に仕上げ研削ホイールを装着するようにしてもよい。

図３を再び参照すると、研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてベース４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル７２を具備している。ターンテーブル７２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７３で示す方向に回転される。

ターンテーブル７２には、互いに円周方向に１２０度離間して３個のチャックテーブル７４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７４は、ポーラスセラミック材によって円盤状に形成された吸着チャックを有しており、吸着チャック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。７６は研削中のウエーハ厚みを測定する厚みゲージである。

ターンテーブル７２に配設された３個のチャックテーブル７４は、ターンテーブル７２を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、粗研削・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、第１のウエーハカセット７８と、第２のウエーハカセット８０と、ウエーハ搬送ロボット８２と、複数の位置決めピン８６を有する位置決めテーブル８４と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）８８と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）９０と、スピンナユニット９２が配設されている。

このように構成された研削装置２を使用した本発明のウエーハの研削方法について以下に説明する。第１のウエーハカセット７８中に収容された半導体ウエーハ１１は、ウエーハ搬送ロボット８２の上下動作及び進退動作によって搬送され、ウエーハ位置決めテーブル８４に載置される。

ウエーハ位置決めテーブル８４に載置されたウエーハは、複数の位置決めピン８６によって中心合わせが行われた後、ローディングアーム８８の旋回動作によってウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置せしめられているチャックテーブル７４に載置され、チャックテーブル７４によって吸引保持される。

次いで、ターンテーブル７２が反時計回り方向に１２０度回転されて、ウエーハ１１を保持したチャックテーブル７４が粗研削加工領域Ｂに位置づけられる。本発明の研削方法では、ウエーハ１１をまず粗研削した後、仕上げ研削をして研削が完了するが、粗研削ではウエーハ１１の裏面を大量に研削するため、仕上げ研削に要する時間に比べて長時間必要である。

よって、本発明の研削方法では、最短時間で研削を完了させるため、第１研削ユニット１０及び第２研削ユニット２８を以下のように制御して研削を実行する。即ち、粗研削用の研削砥石での研削時間をｘ、仕上げ研削用の研削砥石での研削時間をｘより短いｙとしたとき、第１研削ユニット１０では、（ｘ＋ｙ）／２で求められる時間、粗研削加工を実施する。

具体的には、粗研削加工領域Ｂに位置づけられたチャックテーブル７４に吸引保持されているウエーハに対して、チャックテーブル７４を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、粗研削ホイール２４をチャックテーブル７４と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、第１研削送り機構１８を作動して粗研削用の研削砥石２６をウエーハの裏面に接触させる。

そして、研削ホイール２４を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、（ｘ＋ｙ）／２で求められる時間ウエーハ１１の粗研削を実施する。この状態が図７に示されており、粗研削・仕上げ研削加工領域Ｃに位置づけられているチャックテーブル７４に対向する第２研削ユニット２８はチャックテーブル７４に対して上昇された状態で保持されている。

第１研削ユニット１０でウエーハ１１の粗研削が終了すると、ウエーハ１１を保持したチャックテーブル７４は、ターンテーブル７２を反時計回り方向に更に１２０度回転することにより、粗研削・仕上げ研削加工領域Ｃに位置づけられる。そして、粗研削加工領域Ｂには、未研削のウエーハ１１を保持したチャックテーブル７４が位置づけられる。

この状態で、第２研削ユニット２８の第３研削送り機構６８を駆動して、図８に示すように、中心スピンドル５４を下方に所定量研削送りしながらモータ６０を駆動して、粗研削ホイール５６によりｘ−（ｘ＋ｙ）／２で求められる時間ウエーハ１１の粗研削加工を更に実施する。

この粗研削ホイール５６による粗研削加工では、チャックテーブル７４を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、粗研削ホイール５６をチャックテーブル７４と同一方向に例えば４０００ｒｐｍで回転させて粗研削を遂行する。

第２研削ユニット２８によるウエーハ１１の粗研削と同時に、第１研削ユニット１０では未研削のウエーハ１１に対して（ｘ＋ｙ）／２で求められる時間粗研削を遂行する。即ち、図８では、未研削のウエーハ１１に対して第１研削ユニット１０で粗研削を実施すると共に、第１研削ユニット１０で粗研削されたウエーハ１１に対して第２研削ユニット
２８の粗研削ホイール５６でｘ−（ｘ＋ｙ）／２の間粗研削を更に実施する。

第２研削ユニット２８での粗研削が完了すると、図９に示すように粗研削ホイール５６を上昇させるとともに仕上げ研削ホイール４０を下降させて、仕上げ研削砥石４２を粗研削されたウエーハ１１の裏面に当接させて、時間ｙの間仕上げ研削を実施する。尚、粗研削ホイール５６と仕上げ研削ホイール４０の交代作業時間を時間ｙに含むこともできる。

この仕上げ研削時にも、上述した粗研削と同様に、チャックテーブル７４を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、仕上げホイール４０をチャックテーブル７４と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させて仕上げ研削を実施する。第２研削ユニット２８の仕上げ研削ホイール４０による仕上げ研削と並行して、第１研削ユニット１０による粗研削を継続して実施する。

仕上げ研削を終了したウエーハ１１を保持したチャックテーブル７４は、ターンテーブル７２を反時計回り方向に更に１２０度回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置づけられる。チャックテーブル７４がウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置づけられたならば、洗浄水噴射ノズル９３から洗浄水を噴射して、チャックテーブル７４を洗浄する。

チャックテーブル７４に保持されているウエーハの吸引保持が解除されてから、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）９０でウエーハが吸着されて、アンローディングアーム９０が旋回することによりスピンナユニット９２に搬送される。

スピンナユニット９２に搬送されたウエーハは、ここで洗浄されるとともにスピン乾燥される。次いで、ウエーハ搬送ロボット８２により第２のウエーハカセット８０の所定位置にウエーハ１１が収容される。

２研削装置
１０第１研削ユニット
１１半導体ウエーハ
２８第２研削ユニット
３８円筒状スピンドル
４０仕上げ研削ホイール
５４中心スピンドル
５６粗研削ホイール
７２ターンテーブル
７４チャックテーブル

Claims

ウエーハの裏面を研削する研削装置であって、
回転駆動される第１スピンドルと、該第１スピンドルの先端に装着された下端に複数の第１研削砥石を有する第１研削ホイールと、該第１スピンドルを回転駆動する第１駆動手段と、該第１スピンドルを研削送りする第１研削送り手段とを含んだ第１研削手段と、
該第１研削手段に隣接して配設され、該第１研削手段で研削されたウエーハを研削する第２研削手段と、
水平面内で回転可能に配設されたターンテーブルと、
該ターンテーブルにそれぞれ回転可能に配設され、該第１及び第２研削手段で研削するウエーハを吸引保持する第１及び第２チャックテーブルとを具備し、
該第２研削手段は、
円筒状第２スピンドルと、
該円筒状第２スピンドルの先端に装着された下端に複数の第２研削砥石を有する第２研削ホイールと、
該円筒状第２スピンドルを回転駆動する第２駆動手段と、
該円筒状第２スピンドルを研削送りする第２研削送り手段と、
該円筒状第２スピンドル内に回転可能に配設された第３スピンドルと、
該第３スピンドルの先端に装着された下端に複数の第３研削砥石を有する第３研削ホイールと、
該第３スピンドルを回転駆動する第３駆動手段と、
該第３スピンドルを研削送りする第３研削送り手段とを含んでおり、
前記第１研削砥石は粗研削用の研削砥石から構成され、前記第２研削砥石は仕上げ研削用の研削砥石から構成され、前記第３研削砥石は粗研削用の研削砥石から構成され、
ウエーハの研削時には、該第２及び第３スピンドルの先端に装着された該第２研削ホイール及び該第３研削ホイールの位置を調整することにより、該第２研削ホイール又は第３研削ホイールの何れかを単独で使用できるように選択可能に構成したことを特徴とする研削装置。
請求項１記載の研削装置を使用したウエーハの研削方法であって、
粗研削用の研削砥石での研削時間をｘ、仕上げ研削用の研削砥石での研削時間をｘより短いｙとしたとき、
該第１研削手段で（ｘ＋ｙ）／２で求められる時間、粗研削加工を実施する第１研削工程と、
該第１研削手段で研削後のウエーハを該第２研削手段の該第３研削砥石を使用して、ｘ−（ｘ＋ｙ）／２で求められる時間、粗研削加工を実施する第２研削工程と、
該第２研削手段の該第２研削砥石を使用して、ｙの時間仕上げ研削加工を実施する第３研削工程と、
を具備したことを特徴とするウエーハの研削方法。