JP5184242B2 - 半導体ウエーハの加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、外周に結晶方位を示すマークを備えた半導体ウエーハを研削又は研磨した後に次工程へ搬出する半導体ウエーハの加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが表面に形成され、個々のデバイスが分割予定ラインによって区画された半導体ウエーハは研削・研磨装置によって裏面が研削又は研磨されて所望の厚みへ加工された後、ダイシング装置等によって分割予定ラインが切削され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。

近年、電気機器の軽量化、小型化を達成するために、これら半導体ウエーハ等の被加工物を例えば、１００μｍ以下更には５０μｍ以下と非常に薄く研削することが要求されている。

しかし、例えば５０μｍ以下と非常に薄く研削された半導体ウエーハは破損し易く、ハンドリングが困難になるという問題がある。通常、裏面が研削又は研磨された半導体ウエーハは研削・研磨装置から搬出された後、ダイシング後のチップピックアップを容易にするために、ダイシングの前に環状フレームに装着されたダイシングテープに貼着される。

一方、ダイシング装置で半導体ウエーハを切削する際に、装置が自動で切削位置を検出できるようにダイシングテープへの貼着時にウエーハの向きを揃える必要がある。

そこで一般に、研削又は研磨されたウエーハはテープ貼着装置へと搬送された後、テープ貼着装置の位置合わせテーブル上に載置されて所定の向きへ位置合わせされてから、テープマウント用テーブルへと搬送されてダイシングテープが貼着される。
特開２００６−２１２６４号公報

ところが、薄い半導体ウエーハでは抗折強度が十分でないため、テーブルへ載置する際に破損してしまうことが多く、テーブルへの載置回数が多ければそれだけ破損の可能性は高くなる。

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、研削又は研磨された半導体ウエーハを所定の向きに位置合わせした後、次工程へ搬出可能な半導体ウエーハの加工装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、外周に結晶方位を示すマークを備えた半導体ウエーハの裏面を研削又は研磨する半導体ウエーハの加工装置であって、回転可能な保持テーブルを有し、半導体ウエーハの該マークを検出して半導体ウエーハを、加工装置から搬出されて実施される次工程で設定された半導体ウエーハの角度情報に基づいて決定される所定の向きに位置付ける位置合わせ手段と、該位置合わせ手段で所定方向へ位置付けられた半導体ウエーハを回転可能に保持するチャックテーブルと、該位置合わせ手段から該チャックテーブルへ半導体ウエーハを搬入すると共に加工済のウエーハを該チャックテーブルから搬出する所定角度を旋回可能な搬入・搬出手段と、該チャックテーブルに保持された半導体ウエーハの裏面を所望の厚みに研削又は研磨する加工手段と、研削又は研磨された半導体ウエーハを洗浄及びスピン乾燥するスピンナテーブルを有するスピンナ洗浄手段と、該スピンナ洗浄手段により洗浄及びスピン乾燥された半導体ウエーハを該スピンナテーブル上から次工程へ搬出する所定角度を旋回可能な搬出手段とを備え、前記チャックテーブルは研削又は研磨終了時に研削又は研磨開始時と同一位置でチャックテーブルの回転を停止させる第１定点停止手段を有し、前記スピンナ洗浄手段は半導体ウエーハの洗浄及びスピン乾燥終了時に該スピンナテーブルの回転を一定位置で停止させる第２定点停止手段を有しており、前記スピンナ洗浄手段は該第２定点停止手段により前記スピンナテーブルの回転位置を検出して、半導体ウエーハの洗浄及びスピン乾燥後に該スピンナテーブルへのウエーハの搬入時と同一位置に該スピンナテーブルを停止させた後、前記搬出手段で半導体ウエーハを該スピンナテーブル上から次工程へ搬出することを特徴とする半導体ウエーハの加工装置が提供される。

好ましくは、半導体ウエーハの結晶方位を示すマークは半導体ウエーハの外周に形成された切欠き又は平坦部から構成される。位置合わせ手段は、保持テーブルに保持された半導体ウエーハの外周部の上方と下方に対峙して配設された発光部と受光部とからなる光検知器を備えている。

請求項１記載の発明によると、位置合わせ手段で半導体ウエーハを所定の向きに位置付けることが可能であるため、ダイシングテープを貼着するテープマウント工程等の次工程で、再度半導体ウエーハの向きを揃えるステップを省略でき、半導体ウエーハの破損を低減できる。

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は所定の厚さに加工される前の第１実施形態の半導体ウエーハ１１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成っており、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複数の領域に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（切欠き）２１が形成されている。このノッチ２１の方向は、一方の方向のストリート１３に平行である。

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保護テープ２３が貼着される。従って、半導体ウエーハ１１の研削時には、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、所定の厚さに加工される前の第２実施形態の半導体ウエーハ１１Ａの斜視図が示されている。半導体ウエーハ１１Ａは、第１実施形態の半導体ウエーハ１１のノッチ２１に代わり、オリエンテーションフラット部（平坦部）２５を有している。この平坦部２５もシリコンウエーハ１１Ａの結晶方位を示すマークとして機能する。平坦部２５は一方の方向のストリート１３と平行に形成されている。

以下、このように形成された半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを所定厚さに研削する研削装置２を図４を参照して説明する。４は研削装置２のハウジングであり、ハウジング４の後方には二つのコラム６ａ６ｂ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に沿って粗研削ユニット１０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。

粗研削ユニット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図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定された複数の粗研削用の研削砥石２６を有する研削ホイール２４を含んでいる。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対の案内レール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とから構成される粗研削ユニット移動機構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に沿って仕上げ研削ユニット２８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。仕上げ研削ユニット２８は、ハウジング３６と、ハウジング３６中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ３８と、スピンドルの先端に固定された仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０を含んでいる。

仕上げ研削ユニット２８は、仕上げ研削ユニット２８を一対の案内レール１９に沿って上下方向に移動するボールねじ３０とパルスモータ３２とから構成される仕上げ研削ユニット移動機構３４を備えている。パルスモータ３２を駆動すると、ボールねじ３０が回転し、仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動される。

研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてハウジング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４４を具備している。ターンテーブル４４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４５で示す方向に回転される。

ターンテーブル４４には、互いに円周方向に１２０°離間して３個のチャックテーブル４６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４６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。

各チャックテーブル４６は回転角度位置を検出する図示しないエンコーダを有している。各エンコーダは半導体ウエーハの研削又は研磨終了時にチャックテーブル４６を一定位置で停止させる定点停止手段として機能する。

ターンテーブル４４に配設された３個のチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４が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、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。

ハウジング４の前側部分には、ウエーハカセット５０と、リンク５１及びハンド５２を有するウエーハ搬送ロボット５４と、ウエーハを位置合わせする位置合わせ手段５６が配設されている。

位置合わせ手段５６は、回転可能な保持テーブル（位置合わせテーブル）５８と、保持テーブル５８の回転角度位置を検出する図示しないエンコーダと、半径方向に移動可能な複数の位置決めピン５９と、光検知器７２とを含んでいる。

図５に示すように、光検知器７２は支持部材７４と、半導体ウエーハの外周部の上方と下方に対峙して配設されるように支持部材７４に取り付けられた発光部７６と受光部７８を含んでいる。発光部７６は例えばレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子から構成され、受光部７８は例えばフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子から構成される。

ハウジング４の前側部分には更に、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６０と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２と、研削されたウエーハを洗浄及びスピン乾燥するスピンナ洗浄装置６４と、スピンナ洗浄装置６４で洗浄及びスピン乾燥された研削後のウエーハを次工程へ搬出する搬出手段６６が配設されている。

スピンナ洗浄装置６４は、研削された半導体ウエーハを吸引保持して回転するスピンナテーブル６８と、スピンナテーブル６８の回転角度位置を検出する図示しないエンコーダと、スピンナテーブル６８に吸着保持された研削済みのウエーハに向けて洗浄水を供給する図示しない洗浄水供給ノズルと、カバー７０とを有している。該エンコーダは、ウエーハの洗浄及びスピン乾燥終了時にスピンナテーブル６８を一定位置で停止させる定点停止手段として機能する。

このように構成された研削装置２の研削作業について以下に説明する。ウエーハカセット５０中に収容された半導体ウエーハは、ウエーハ搬送ロボット５４の上下動作及び進退動作によって搬送され、位置合わせ手段５６の保持テーブル５８上に載置される。

位置合わせ手段５６の保持テーブル５８上に載置されたウエーハは、複数の位置決めピン５９によって中心合わせが行われた後、保持テーブル５８を回転して発光部７６からの光をノッチ２１を通して受光部７８で受光することによりノッチ２１の位置を検出する。

このようにノッチ２１の位置を検出した後、保持テーブル５８を回転して半導体ウエーハ１１を所定の向きに、即ち一連の研削工程を終えて搬出手段６６でウエーハを次工程へ搬出する際、再度半導体ウエーハの向きを揃える必要のない向きに位置付ける。

保持テーブル５８上で所定の向きに位置付けられたウエーハは、ローディングアーム６０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４６に載置され、チャックテーブル４６によって吸引保持される。

次いで、ターンテーブル４４が１２０度回転されて、ウエーハを保持したチャックテーブル４６は粗研削加工領域Ｂに位置付けられる。このように位置付けられたウエーハに対して、チャックテーブル４６を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２４をチャックテーブル４６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移動機構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、ウエーハの粗研削を実施する。図示しない接触式の厚み測定ゲージによってウエーハの厚みを測定しながらウエーハを所望の厚みに仕上げる。

粗研削が終了したウエーハを保持したチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４を１２０度回転することにより、仕上げ研削加工領域Ｃに位置付けられ、仕上げ研削用の研削砥石４２を有する仕上げ研削ユニット２８による仕上げ研削が実施される。

仕上げ研削を終了した半導体ウエーハを保持したチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４を１２０度回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに再び位置付けられる。

チャックテーブル４６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）６２の搬送パッド６２ｂでウエーハが吸着されて、アンローディングアーム６２が旋回することによりスピンナ洗浄装置６４のスピンナテーブル６８上にウエーハが搬送される。

本実施形態の研削装置２では、粗研削領域Ｂ及び仕上げ研削領域Ｃでの研削加工が終了すると、エンコーダによりチャックテーブル４６の回転角度位置を検出して、チャックテーブル４６は研削開始時と同一位置で停止される。

ローディングアーム６０の旋回角度及びアンローディングアーム６２の旋回角度は予め決められているため、粗研削及び仕上げ研削を終了してアンローディングアーム６２でスピンナテーブル６８上に搬送されたウエーハは、所定の向きに位置付けられていることになる。ここで注意すべきは、スピンナテーブル６８上の所定の向きは、位置合わせ手段５６での所定の向きとは必ずしも一致する必要はない。

スピンナ洗浄装置６４では、研削後の半導体ウエーハが洗浄されるとともにスピン乾燥される。本実施形態では、エンコーダによりスピンナテーブル６８の回転角度位置を常に検出しているため、スピン乾燥終了後のウエーハの向きはアンローディングアーム６２でスピンナテーブル６８上に搬入されたウエーハの向きと一致するように制御される。

ウエーハのスピン乾燥終了後、搬出手段６６は所定の向きに位置付けられたウエーハを吸着して、例えばテープ貼着装置のテープマウント用テーブルへと搬送する。

このテープ貼着装置では、図６に示すように、環状フレームＦに外周部が貼着されたダイシングテープＴに、ウエーハ１１のノッチ２１の向きが両側に切欠き８８，９０を有する環状フレームＦの直線部分８６に概略直交するように半導体ウエーハ１１を貼着する。

上述した実施形態では、位置合わせ手段５６で半導体ウエーハ１１のノッチ２１を検出するとともに、このノッチ２１の位置に基づいて半導体ウエーハ１１を所定の向きに位置付けているが、位置合わせ手段５６ではノッチ２１の位置のみを検出するようにしても良い。

この場合には、半導体ウエーハ１１の洗浄及びスピン乾燥終了時に、スピンナテーブル６８上への半導体ウエーハの搬入時と同一方向にノッチ２１を位置付けた後、位置合わせ手段５６で検出された半導体ウエーハのノッチ２１の位置に基づいて、スピンナ洗浄装置６４がスピンナテーブル６８上で保持された半導体ウエーハ１１を所定の向きに位置付ける。

上述した各実施形態では、位置合わせ手段５６でノッチ２１の位置を検出して半導体ウエーハ１１を所定の向きに位置付けるか、或いは位置合わせ手段５６ではノッチ２１のみを検出して、スピンナ洗浄装置６４で半導体ウエーハ１１を所定の向きに位置付けることができるため、従来テープ貼着装置で必要であった位置合わせ用テーブルを省略することができる。よって、テープ貼着工程等の次工程で再度ウエーハの向きを揃えるステップを省略することができ、半導体ウエーハの破損を低減することができる。

尚、上述した実施形態の研削装置２は、粗研削ユニット１０と仕上げ研削ユニット２８を具備しているが、仕上げ研削ユニット２８にかえて研磨バフが先端に装着された研磨ユニットを設けるようにすれば、研削されたウエーハの裏面を鏡面に研磨することもできる。

また、上述した実施形態では、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６０及びウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２が設けられているが、ウエーハの搬入及び搬出を一つのウエーハ搬入・搬出機構で実施するようにしても良い。

第１実施形態の半導体ウエーハの表面側斜視図である。 保護テープが貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。 第２実施形態の半導体ウエーハの表面側斜視図である。 本発明実施形態に係る研削装置の外観斜視図である。 位置合わせ手段の保持テーブルに保持された半導体ウエーハと光検知器との関係を示す側面図である。 環状フレームに装着された状態の半導体ウエーハの斜視図である。

符号の説明

２ 研削装置
１０ 粗研削ユニット
１１ 半導体ウエーハ
１３ ストリート
１５ デバイス
２１ ノッチ
２８ 仕上げ研削ユニット
４４ ターンテーブル
４６ チャックテーブル
５６ 位置合わせ手段
５８ 保持テーブル
６０ ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）
６２ ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）
６４ スピンナ洗浄装置
６６ 搬出手段
６８ スピンナテーブル

Claims (3)

1. 外周に結晶方位を示すマークを備えた半導体ウエーハの裏面を研削又は研磨する半導体ウエーハの加工装置であって、
   回転可能な保持テーブルを有し、半導体ウエーハの該マークを検出して半導体ウエーハを、加工装置から搬出されて実施される次工程で設定された半導体ウエーハの角度情報に基づいて決定される所定の向きに位置付ける位置合わせ手段と、
   該位置合わせ手段で所定方向へ位置付けられた半導体ウエーハを回転可能に保持するチャックテーブルと、
   該位置合わせ手段から該チャックテーブルへ半導体ウエーハを搬入すると共に加工済のウエーハを該チャックテーブルから搬出する所定角度を旋回可能な搬入・搬出手段と、
   該チャックテーブルに保持された半導体ウエーハの裏面を所望の厚みに研削又は研磨する加工手段と、
   研削又は研磨された半導体ウエーハを洗浄及びスピン乾燥するスピンナテーブルを有するスピンナ洗浄手段と、
   該スピンナ洗浄手段により洗浄及びスピン乾燥された半導体ウエーハを該スピンナテーブル上から次工程へ搬出する所定角度を旋回可能な搬出手段とを備え、
   前記チャックテーブルは研削又は研磨終了時に研削又は研磨開始時と同一位置でチャックテーブルの回転を停止させる第１定点停止手段を有し、
   前記スピンナ洗浄手段は半導体ウエーハの洗浄及びスピン乾燥終了時に該スピンナテーブルの回転を一定位置で停止させる第２定点停止手段を有しており、
   前記スピンナ洗浄手段は該第２定点停止手段により前記スピンナテーブルの回転位置を検出して、半導体ウエーハの洗浄及びスピン乾燥後に該スピンナテーブルへのウエーハの搬入時と同一位置に該スピンナテーブルを停止させた後、前記搬出手段で半導体ウエーハを該スピンナテーブル上から次工程へ搬出することを特徴とする半導体ウエーハの加工装置。
2. 半導体ウエーハの結晶方位を示す前記マークは半導体ウエーハの外周に形成された切欠き又は平坦部から構成され、前記位置合わせ手段は、該保持テーブルに保持された半導体ウエーハの外周部の上方と下方に対峙して配設された発光部と受光部とからなる光検知器を備え、
   該保持テーブルに半導体ウエーハが保持されるとともに回転される状態で該発光部からの光を該受光部で受光することにより該マークの位置を検出することを特徴とする請求項１記載の半導体ウエーハの加工装置。
3. 前記第１及び第２定点停止手段はエンコーダから構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウエーハの加工装置。

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