JP2005022059A - Grinder and grinding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェーハ等の被研削物の製造工程で使用される平面研削盤に関し、特に被研削物と研削工具の相対的な姿勢を安定化または変化させることによって研削加工を安定化または変化させることができる研削盤及び研削方法に関するものである。 The present invention relates to a surface grinder used in a manufacturing process of an object to be ground such as a semiconductor wafer, and in particular, stabilizes or changes a grinding process by stabilizing or changing a relative posture between the object to be ground and a grinding tool. The present invention relates to a grinding machine and a grinding method that can be performed.
従来、半導体ウェーハの加工に、平面研削盤(グラインディング装置)が採用されている。平面研削盤は、一回の研削で半導体ウェーハを大幅に削ることができ、半導体ウェーハの厚みの薄型化に効果的である。 Conventionally, a surface grinding machine (grinding apparatus) has been employed for processing semiconductor wafers. The surface grinder can sharply cut a semiconductor wafer by one grinding, and is effective in reducing the thickness of the semiconductor wafer.
この種の平面研削盤は、図10に示すように、その下面にリング状に複数の砥石211を取り付けることでカップ型とした研削工具210を、ターンテーブル230上に固定した半導体ウェーハWの表面に当接させると同時に研削工具210とターンテーブル230とをそれぞれ独立して回転することで、半導体ウェーハWの表面を砥石211によって平坦に研削するように構成されている。
As shown in FIG. 10, this type of surface grinding machine has a surface of a semiconductor wafer W in which a cup-
そして前記研削加工による半導体ウェーハWの平坦度は、半導体ウェーハWと研削工具210の相対的な位置関係(主に傾斜角度θ)に依存する。そこで従来、実際に半導体ウェーハWを研削し満足する平坦度が得られない場合は、微妙な前記傾斜角度θの微調整を技術者の勘と経験によって行う必要があった。そのため前記調整に多大な時間と技術を必要としていた。
The flatness of the semiconductor wafer W by the grinding process depends on the relative positional relationship (mainly the inclination angle θ) between the semiconductor wafer W and the
また前記傾斜角度θを一度最適なものに調整しても、装置内で発生する振動、外部からの振動、外気温の変化、研削盤内の温度変化、研削工具210の切れ味の変化、半導体ウェーハWの研削前の平坦度や材質の違いなどの外乱によって、平坦度が変化してしまうが、この外乱による研削面の平坦度の変化に対して、リアルタイムでの調整は不可能であった。しかも研削後に調整しなおすとしても、その調整は前述のように技術者の勘と経験によるところが多大であり、さらに平坦度の変化のたび毎に何度も調整しなおす必要があった。
Even if the inclination angle θ is adjusted to an optimum value once, vibration generated in the apparatus, vibration from outside, change in outside air temperature, change in temperature in the grinding machine, change in sharpness of the
一方研削の途中に異常研削が発生したときも、研削が終了した半導体ウェーハWをチェックするまでは異常発生を検知することができないために、半導体ウェーハW,研削工具210,ターンテーブル230などに大きなダメージ(例えば半導体ウェーハWの研削面のいわゆる焼け,損傷など)を与える恐れがあった。この異常研削は、研削水切れ,研削工具210の状態の変化,半導体ウェーハWの初期表面粗さや材質の変化などによって生じる。
On the other hand, even when abnormal grinding occurs during grinding, since the occurrence of abnormality cannot be detected until the semiconductor wafer W after grinding is checked, the semiconductor wafer W, the
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、技術者の勘や経験に頼ることなく、被研削物と研削工具の相対的な位置関係をリアルタイムで自動的に安定化又は変化させることができ、また異常研削もリアルタイムで即座に検知することができる研削盤及び研削方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to automatically stabilize the relative positional relationship between an object to be ground and a grinding tool in real time without depending on the intuition and experience of an engineer. It is an object of the present invention to provide a grinding machine and a grinding method that can be changed and that abnormal grinding can be immediately detected in real time.
本願の請求項1に記載の発明は、被研削物を保持して回転駆動するターンテーブルと、砥石を取り付けて回転駆動する研削工具とを具備し、前記ターンテーブルに保持した被研削物に研削工具の砥石を押し付けた状態で被研削物と研削工具とを相対運動させることにより被研削物の被研削面を平面状に研削する研削盤において、前記研削工具に、この研削工具の姿勢を制御する磁気軸受を設置したことを特徴とする研削盤である。磁気軸受を設置したので、研削加工時の研削工具と被研削物との相対的な姿勢を容易に所望の姿勢(位置関係)に常に安定化させることができ、被研削物の研削加工を安定化させることができる。また磁気軸受を用いて研削工具と被研削物との相対的な姿勢(位置関係)を調整できるので、被研削物の加工形状を素早く、容易に調整することができる。また非接触式の磁気軸受を使用し、且つ研削工具の姿勢制御を行うので、研削工具をスムーズに高速回転でき、被研削物を高速回転(≧1000rpm)によって加工することが容易に行える。
The invention according to
本願の請求項2に記載の発明は、前記研削盤は、前記研削工具の被研削物に対する相対的な姿勢を検出するセンサと、前記センサによって検出した検出データを用いて前記研削工具が予め設定した姿勢となるように前記磁気軸受を制御する姿勢制御手段とを具備することを特徴とする請求項1に記載の研削盤である。センサを用いて研削工具と被研削物との相対的な姿勢(位置関係)をモニタリングできるので、異常研削をリアルタイムで確認でき、異常研削時の被研削物、研削工具、ターンテーブルなどへのダメージを最小限にすることができる。またセンサを用いて研削工具と被研削物との相対的な姿勢(位置関係)をモニタリングし、モニタリングした結果をフィードバックして研削工具の姿勢制御を行うので、外乱に対する研削加工への影響を最小限にすることができる。
In the invention according to claim 2 of the present application, the grinding machine is preset by the grinding tool using a sensor that detects a relative posture of the grinding tool with respect to an object to be ground, and detection data detected by the sensor. The grinding machine according to
本願の請求項3に記載の発明は、前記センサは、前記磁気軸受の固定側部材と研削工具間の相対的位置の変位を複数箇所で検出する変位センサであることを特徴とする請求項2に記載の研削盤である。 The invention according to claim 3 of the present application is characterized in that the sensor is a displacement sensor that detects a displacement of a relative position between a stationary member of the magnetic bearing and a grinding tool at a plurality of locations. It is a grinding machine as described in above.
本願の請求項4に記載の発明は、前記センサは、ターンテーブルを設置する研削盤本体と研削工具間の相対的位置の変位を複数箇所で検出する変位センサと、研削盤本体とターンテーブル間の相対的位置の変位を複数箇所で検出する変位センサとを具備して構成されていることを特徴とする請求項2に記載の研削盤である。 In the invention according to claim 4 of the present application, the sensor includes a displacement sensor that detects a displacement of a relative position between a grinding machine body and a grinding tool on which the turntable is installed at a plurality of locations, and between the grinding machine body and the turntable. The grinding machine according to claim 2, further comprising a displacement sensor that detects a displacement of the relative position at a plurality of locations.
本願の請求項5に記載の発明は、前記磁気軸受は、研削工具を回転駆動する駆動軸を軸支する軸受とは別に、前記研削工具近傍に設置されていることを特徴とする請求項1乃至4の内の何れかに記載の研削盤である。これによって研削工具を回転駆動する駆動軸を軸支する軸受を大型化しなくても、十分研削工具の姿勢を目的の姿勢に制御でき、被研削物の研削精度への要求を容易に満足することができる。 The invention according to claim 5 of the present application is characterized in that the magnetic bearing is installed in the vicinity of the grinding tool separately from a bearing that supports a drive shaft that rotationally drives the grinding tool. The grinding machine according to any one of 1 to 4. This makes it possible to sufficiently control the grinding tool's posture to the desired posture without easily increasing the size of the bearing that supports the drive shaft that rotationally drives the grinding tool, and easily satisfy the requirements for the grinding accuracy of the workpiece. Can do.
本願の請求項6に記載の発明は、ターンテーブルに保持した被研削物に研削工具の砥石を押し付けた状態で被研削物と研削工具とを相対運動させることで被研削物の被研削面を平面状に研削する研削方法において、前記被研削物と研削工具との相対運動は、前記研削工具の被研削物に対する相対的な姿勢をセンサによって検出し、検出した姿勢が予め設定した姿勢となるように前記研削工具を軸支する磁気軸受を制御しながら行うことを特徴とする研削方法である。 In the invention according to claim 6 of the present application, the surface to be ground of the object to be ground is moved by relatively moving the object to be ground and the grinding tool in a state where the grindstone of the grinding tool is pressed against the object to be ground held on the turntable. In the grinding method for grinding into a flat shape, the relative motion between the object to be ground and the grinding tool is detected by detecting a relative attitude of the grinding tool with respect to the object to be ground, and the detected attitude becomes a preset attitude. Thus, the grinding method is performed while controlling a magnetic bearing that supports the grinding tool.
本願の請求項7に記載の発明は、被研削物を保持するテーブルと、砥石を取り付けて回転駆動する研削工具とを具備した研削盤において、前記研削工具に、磁気軸受を設置したことを特徴とする研削盤である。 The invention according to claim 7 of the present application is characterized in that in a grinding machine comprising a table for holding an object to be ground and a grinding tool that is rotationally driven by attaching a grindstone, a magnetic bearing is installed in the grinding tool. It is a grinder.
本願の請求項8に記載の発明は、前記研削工具に、静圧軸受を設置したことを特徴とする請求項7に記載の研削盤である。 The invention according to claim 8 of the present application is the grinding machine according to claim 7, wherein a hydrostatic bearing is installed on the grinding tool.
本願の請求項9に記載の発明は、被研削物を保持するテーブルと、砥石を取り付けて回転駆動する研削工具と、前記研削工具を軸支する軸受と、前記研削工具の傾動を制御する磁気軸受と、を備えたことを特徴とする研削盤である。 The invention according to claim 9 of the present application is directed to a table for holding an object to be ground, a grinding tool to which a grindstone is attached and rotationally driven, a bearing for pivotally supporting the grinding tool, and a magnetic for controlling tilting of the grinding tool. A grinding machine comprising a bearing.
本願の請求項10に記載の発明は、前記軸受は、静圧軸受であることを特徴とする請求項9に記載の研削盤である。
The invention according to
本発明によれば、以下のような効果を生じる。
(1)研削工具に、この研削工具の姿勢を制御する磁気軸受を設置したので、研削加工時の研削工具と被研削物との相対的な姿勢を容易に所望の姿勢(位置関係)に常に安定化させることができ、被研削物の研削加工を安定化させることができる。
According to the present invention, the following effects are produced.
(1) Since the magnetic tool for controlling the attitude of the grinding tool is installed in the grinding tool, the relative attitude between the grinding tool and the workpiece to be ground during grinding is always easily set to the desired attitude (positional relationship). It can be stabilized, and the grinding of the workpiece can be stabilized.
(2)磁気軸受を用いて研削工具と被研削物との相対的な姿勢(位置関係)を調整できるので、被研削物の加工形状を素早く、容易に調整することができる。 (2) Since the relative posture (positional relationship) between the grinding tool and the workpiece can be adjusted using the magnetic bearing, the processing shape of the workpiece can be adjusted quickly and easily.
(3)センサを用いて研削工具と被研削物との相対的な姿勢(位置関係)をモニタリングできるので、異常研削をリアルタイムで確認でき、異常研削時の被研削物、研削工具、ターンテーブルなどへのダメージを最小限にすることができる。 (3) Since the relative posture (positional relationship) between the grinding tool and the workpiece can be monitored using a sensor, abnormal grinding can be confirmed in real time, and the workpiece, grinding tool, turntable, etc. during abnormal grinding Damage to the can be minimized.
(4)センサを用いて研削工具と被研削物との相対的な姿勢(位置関係)をモニタリングし、モニタリングした結果をフィードバックして研削工具の姿勢制御を行うので、外乱に対する研削加工への影響を最小限にすることができる。 (4) Since the relative attitude (positional relationship) between the grinding tool and the workpiece is monitored using a sensor, and the attitude of the grinding tool is controlled by feeding back the monitored result, the influence on the grinding process due to disturbances Can be minimized.
(5)非接触式の磁気軸受を使用し、且つ研削工具の姿勢制御を行うので、研削工具をスムーズに高速回転でき、被研削物を高速回転(≧1000rpm)によって加工することが容易に行える。 (5) Uses a non-contact type magnetic bearing and controls the attitude of the grinding tool, so that the grinding tool can be smoothly rotated at a high speed, and the workpiece can be easily processed at a high speed (≧ 1000 rpm). .
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施の形態にかかる研削盤(平面研削盤)1を示す全体概略構成図である。同図に示すようにこの研削盤1は、被研削物である半導体ウェーハWをその上面に保持するターンテーブル(テーブル)10と、ターンテーブル10を設置する研削盤本体20と、下面にリング状に砥石45を取り付けてなる研削工具40と、研削工具40の姿勢を制御する磁気軸受(姿勢制御手段)60と、研削工具40や磁気軸受60を保持する研削工具ヘッド80と、変位センサ23,27,29からの出力信号を入力して研削工具40の半導体ウェーハWに対する相対的な姿勢を検出して研削工具40の半導体ウェーハWに対する相対的な姿勢を制御する姿勢制御手段100と、ターンテーブル10及び研削工具ヘッド80及び研削工具40を駆動制御する駆動制御手段130とを具備して構成されている。以下各構成部分について詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram showing a grinding machine (surface grinding machine) 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
ターンテーブル10はステンレス製の基台11上に多孔質セラミック板製のチャックテーブル13と、その外周に設けられたセラミック製のシールリング13−1を固定して構成されている。チャックテーブル13はターンテーブル10の駆動軸15内に設けた真空吸引路17によって真空引きされることで、チャックテーブル13上に載置した半導体ウェーハWの裏面全体を吸着・固定する。また、チャックテーブル13の外周部にシールリング13−1を設け、真空が外に漏れないように構成されている。駆動軸15は機械的な軸受18によって回転自在に軸支され、ベルト19によって駆動モータ(駆動手段)21に連結されている。そして駆動モータ21を回転駆動すれば、ターンテーブル10及びその上面に固定した半導体ウェーハWが回転する。ターンテーブル10の回転速度は、例えば数rpm〜数百rpmである。
The
一方研削盤本体20の上部には、固定側部材であるこの研削盤本体20と、回転側部材であるターンテーブル10の下面との間の離間距離を複数箇所で検出する変位センサ(センサ)23が設置されている。これら変位センサ23は図2に示すように、この実施の形態ではターンテーブル10の回転中心に対して円周方向に等間隔(90°間隔)に四箇所設置されており、各変位センサ23が各変位センサ23からターンテーブル10の下面までの離間距離を測定することで、研削盤本体20に対してターンテーブル10の面(つまり半導体ウェーハWの表面)が、水平な位置からどの程度傾斜しているかを検出する。
On the other hand, on the upper part of the
また研削盤本体20の外周から突出するアーム25の先端には、この研削盤本体20と、回転側部材である研削工具40のターゲットベース41の外周下面との間の離間距離を検出する変位センサ(センサ)27が設置されている。変位センサ27はこの実施の形態では図2に示すように、研削工具40の回転中心に対して円周方向に三箇所設置されており、各変位センサ27が各変位センサ27から研削工具40の下面までの離間距離を測定することで、研削盤本体20に対して研削工具40の面(つまり砥石45の表面)が、水平な位置からどの程度傾斜しているかを検出する。
Further, a displacement sensor that detects a separation distance between the grinding
図3(a)は研削工具40及び磁気軸受60の部分を詳細に示す要部概略断面図、図3(b)は研削工具40を下面側(図3(a)の矢印C方向)から見た一部裏面図である。同図及び図1に示すように、研削工具40は、略円板状のターゲットベース41の下面にリング状の砥石保持具43を取り付け、さらに砥石保持具43の下面に多数の平板状の砥石45をリング状に取り付けることでカップ型の研削工具40を構成している。ここで砥石45は平板状であり、この砥石45を多数枚砥石保持具43の下面に全体としてリング状になるように取り付けている。砥石45は、固定砥粒であり、例えばダイヤモンド製の砥粒(例えば粒径2〜3μm)をレジンボンドなどからなるバインダで固めて構成されている。一方ターゲットベース41の中央部には駆動軸47が固定され、この駆動軸47はエアスピンドル49によって軸支されている。エアスピンドル49とはいわゆる静圧軸受であり、駆動軸47とは非接触状態でエアの力でこの駆動軸47を浮上させたまま回転自在に確実に支える軸支手段である。エアスピンドル49の上部から突出した駆動軸47には、図1に示すように動力伝達機構51を介して駆動モータ(駆動手段)53が連結されている。なお研削工具ヘッド80には、図示はしないがその全体を上下方向に駆動する上下方向駆動機構(例えばボールネジ機構)と、垂直な軸L1を中心に回動する回転方向駆動機構とが設置されている。
3A is a schematic cross-sectional view of the main part showing in detail the portions of the grinding
図4は磁気軸受60の平面図である。同図及び図3に示すように、磁気軸受60は回転側部材である前記ターゲットベース41の上面に固定された円筒形状のラジアルターゲット61と、ラジアルターゲット61の内部に設置されて固定側部材である研削工具ヘッド80に固定される四つの電磁石コア63a〜d及び電磁石コア63a〜dに巻き回される電磁コイル65a〜dとを具備して構成されている。各電磁石コア63a〜dの先端と前記ラジアルターゲット61の内周面とは所定のギャップを有して対向している。電磁石コア63a〜dとラジアルターゲット61は何れもパーマロイなどの磁性材によって構成されている。また各電磁石コア63a〜dはコ字状に形成され、電磁コイル65aはX軸正方向側に配置され、電磁コイル65bはX軸負方向側に配置され、電磁コイル65cはY軸正方向側に配置され、電磁コイル65dはY軸負方向側に配置されている。
FIG. 4 is a plan view of the
各電磁石コア63a〜dの下面にはそれぞれ変位センサ(センサ)29が取り付けられている。各変位センサ29は電磁石コア63a〜dとその真下に位置する研削工具40のターゲットベース41の上面との間の離間距離を測定する。変位センサ29は図2に示すように、この実施の形態では研削工具40の回転軸に対して円周方向に等間隔(90°間隔)に四箇所設置されており、各変位センサ29が各変位センサ29から研削工具40の上面(ターゲットベース41の上面)までの離間距離を測定することで、固定側部材である電磁石コア63a〜d(つまり研削工具ヘッド80)に対して回転側部材である研削工具40の面が、所定の位置(水平位置)からどの程度傾斜しているかを検出する。
Displacement sensors (sensors) 29 are attached to the lower surfaces of the
図6は磁気軸受60を制御する姿勢制御手段100の機能構成を示すブロック図である。図示するように姿勢制御手段100は、減算器110及びコントローラ111を具備し、減算器110には研削工具40の姿勢の目標値と、センサ(変位センサ)23,27,29で検出され座標変換部115で変換された制御対象(研削工具40)の変位値α,βが入力され、その差が誤差信号eα,eβとしてコントローラ111に入力される。ここでα,βはそれぞれ図5に示すように、X軸回りの傾き、Y軸回りの傾きを示す。X軸,Y軸は水平面内に位置している。この場合、研削工具40はX軸回りの傾動及びY軸回りの傾動の複合運動となる。誤差信号eα,eβはPID+局部位相進み処理部111−1で傾き制御及び減衰処理を受け、さらに振動除去のためノッチフィルタ111−2を通って電圧指令信号Vα,Vβに変換される。そして座標変換部111−3で磁気軸受60用の制御信号Vxu,Vyuに変換されて駆動部112に供給される。駆動部112は電磁コイル65a〜dとこれらを励磁する駆動回路112−1,2で構成されている。上記信号Vxu,Vyuのそれぞれは各駆動回路112−1,2に供給され、各駆動回路112−1,2でラジアルターゲット61を図4に示すX,Y軸の正負の方向へ変位させるための励磁電流Ixu+,Ixu−,Iyu+,Iyu−に変換され、各電磁コイル65a〜dに供給され、制御対象物(研削工具40)の姿勢を制御する。即ちラジアルターゲット61を図4に示すX,Y軸の正負の方向に変位させると、研削工具40は水平面に対して任意の方向に傾動することができる。
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of the attitude control means 100 that controls the
図1に戻って駆動制御手段130は、前記研削盤本体20の駆動モータ21や、研削工具ヘッド80の駆動モータ53や、研削工具ヘッド80の図示しない上下方向駆動機構及び回転方向駆動機構や、半導体ウェーハWの真空吸着用の図示しない真空ポンプなどの、研削盤1を駆動する各種機構を制御するものである。
Returning to FIG. 1, the drive control means 130 includes a
次に上記研削盤1による研削方法を説明する。まずターンテーブル10のチャックテーブル13上に研削しようとする半導体ウェーハWを真空吸着によって固定する。次に駆動モータ21を駆動することでターンテーブル10を回転する(例えば数十rpm)。一方駆動モータ53を駆動することでベルト51を介して研削工具40を回転し(例えば数千rpm)、次に研削工具ヘッド80を下降して図1に示すように研削工具40の砥石45の先端を半導体ウエーハWの中心を常に通過するように半導体ウェーハWの被研削面(表面)W1に当接して半導体ウェーハWの被研削面W1を平面状に研削してその厚みを所定の厚みにする。この研削中、図示はしないが研削水を供給する。研削終了後は研削工具ヘッド80を上昇し、駆動モータ21,53を停止し、研削工具ヘッド80を図示しない揺動手段により、水平方向へ揺動してターンテーブル10の真上から移動した後に、チャックテーブル13上の半導体ウェーハWを取り外す。尚、駆動軸47はベルト等を介さず、駆動モータを直接連結したダイレクトドライブ方式を用いてもよい。
Next, a grinding method using the grinding
ところで上記研削中、研削工具40はターンテーブル10上に所定の押圧力で押し付けられるので、図1に示すように研削工具40は研削工具ヘッド80に対して所定の微小傾斜角度θ1−1傾く恐れがあり、また研削工具ヘッド80自体が研削盤本体20に対して微小傾斜角度θ1−2傾く恐れがあり、これらの傾斜角度θ1−1,θ1−2の合計として、図7に示すように、半導体ウェーハW(ターンテーブル10)に対して砥石45の下面(研削工具40)が水平面から所望の傾斜角度θだけ傾斜する恐れがある。そこでこの実施の形態においては、研削工具40が半導体ウェーハWに対して水平(θ=0)となるように、または水平面に対して任意の方向に任意の傾斜角度θになるように(即ち予め設定しておいた研削工具40の姿勢の目標値となるように)、前記姿勢制御手段100を用いて研削工具40の姿勢を前記磁気軸受60によって制御する。これによって研削工具40は半導体ウェーハWを最適な姿勢で研削することができる。具体的には研削工具40を水平にして研削したり、さらに積極的に研削工具40を任意の姿勢に変化させることによって半導体ウェーハWの加工形状を変化させることができる。前記磁気軸受60による研削工具40の姿勢の制御は、研削中継続して行われるので、装置内で発生する振動、外部からの振動、研削実行中に変化する雰囲気温度や研削工具40の切れ味、また連続処理している半導体ウェーハWの研削前の平坦度や材質の違いなどの外乱が生じても、リアルタイムでの研削工具40の姿勢の調整が自動的に行え、従来のように、技術者の勘と経験に頼る必要がなく、極めて容易に半導体ウェーハWの適正な研削が実現できる。
By the way, since the grinding
なお研削工具40の傾きを検知するのに、全ての変位センサ23,27,29を用いなくても良い。即ち例えば半導体ウェーハWの面の傾きと研削工具40の面の傾きとは、変位センサ23と変位センサ27とを用いれば測定できるので、両者の出力を比較すれば半導体ウェーハWの面と研削工具40の砥石45の面の相対的な傾きが求まる。このとき変位センサ29は不要である。変位センサ23は半導体ウェーハWに最も近い位置でターンテーブル10の傾きを検知し、変位センサ27は砥石45に最も近い位置で研削工具40の傾きを検知するので、最も正確に半導体ウェーハWの面と研削工具40の砥石45の面の相対的な傾きが求まり、適正な研削実現のために好適である。
Note that not all the
また例えば研削盤本体20と研削盤本体20に固定している研削工具ヘッド80は、外乱があっても当初の設定位置からほとんど変化しないので、ターンテーブル10の面、即ち半導体ウェーハWの被研削面W1と、研削工具ヘッド80に固定した磁気軸受60の固定側の部材(具体的には電磁石コア63a〜d)とは何れも高い精度で当初の位置(水平位置)を保持している。そこで電磁石コア63a〜dに取り付けた変位センサ29のみの出力を用いて、磁気軸受60の固定側の部材に対して、研削工具40がどのように傾斜しているかを求め、この傾斜状態を半導体ウェーハWの被研削面W1と研削工具40の砥石45の面との傾斜状態として算定し、これによって磁気軸受60を制御しても良い。この方式の場合、センサは変位センサ29の一種類で済む(変位センサ23,27は不要)。また変位センサ29は、磁気軸受60の固定側部材(電磁石コア63a〜d)と研削工具40の上面間の変位を直接測定することで、この発明が制御しようとしている研削工具40の面の傾斜状態を直接測定・制御するので、精度の良い研削が実現できる。
Further, for example, the grinder
もちろん前記三種類の変位センサ23,27,29を全て用いて半導体ウェーハWに対する研削工具40の傾斜状態を測定して制御すれば、最も精度良くその研削ができることは言うまでもない。
Of course, if all the three types of
また変位センサ27によって、ターンテーブル10と研削工具40との離間距離が測定できるので、この測定データから、半導体ウェーハWの研削量、研削工具の摩耗量の管理をすることもでき、これによって加工条件を修正していくこともできる。
In addition, since the distance between the
一方研削の途中に異常研削が発生したときも、これを即座にリアルタイムで検出して即座に対応することができる。即ち例えば研削水切れ,研削工具40による押圧力の変化,半導体ウェーハWの初期表面粗さや材質の変化などによって、半導体ウェーハWに押し付けられている研削工具40が予め設定しておいた所定の傾斜角度を越えた場合や、前記傾斜角度は設定値以内ではあるが目標としている傾斜角度に制御しようとしても制御できないような場合や、電磁コイル65a〜dの電流値が所定の値をオーバーした場合などは、異常研削が発生したと判断し、例えば即座に前記研削を停止すると共に、異常信号や警報を発して異常を伝える。つまり本発明においては、磁気軸受60を制御するためのセンサを用いて異常研削のリアルタイムでの検出も可能となる。これによって半導体ウェーハW,研削工具40,ターンテーブル10などに大きなダメージ(例えば半導体ウェーハWの研削面のいわゆる焼け,損傷など)を与える恐れもなくなる。
On the other hand, even when abnormal grinding occurs during grinding, it can be detected immediately in real time and immediately dealt with. That is, for example, the grinding
上記研削盤1のように、駆動軸47を軸支する軸支手段であるエアスピンドル49の他に、本発明のように磁気軸受60を取り付けると、さらに以下のような効果が生じる。即ちエアスピンドル49は駆動軸47を軸支する軸支手段として強固なものではあるが、半導体ウェーハWの研削精度への要求が高まると、このエアスピンドル49だけで駆動軸47を支えて研削工具40の水平度を出そうとした場合、エアスピンドル49を大型化しなければならなくなるばかりか、例え大型化しても限度があった。これに対して別途姿勢制御用の磁気軸受60を設ければ、エアスピンドル49を大型化することなく、半導体ウェーハWの研削精度への要求を満足することができる。なおこの実施の形態では駆動軸47の軸支手段としてエアスピンドル49を用いたが、エアスピンドル49の代りにメカニカル軸受や磁気軸受を用いても良い。
When the
図8は本発明の他の実施の形態にかかる研削盤(平面研削盤)1−2を示す全体概略構成図である。同図に示す研削盤1−2において前記図1に示す研削盤1と相違する点は、駆動軸47への研削工具40の取付構造のみである。即ちこの研削盤1−2においては、駆動軸47への研削工具40の取付部分にジンバル機構90、即ちベアリングボール91を介在させ、駆動フランジ92と駆動ピン93とからなる駆動伝達機構94を設けることによって、駆動軸47に対して研削工具40の傾動を許容しつつ、駆動軸47から研削工具40に動力を伝達して一体に回動する機構を設けた点のみである。このように構成すれば、駆動軸47に対して研削工具40を水平面に対して所定の角度まで容易に傾動できるので、磁気軸受60による研削工具40の傾動動作をよりスムーズに行わせることができる。
FIG. 8 is an overall schematic configuration diagram showing a grinding machine (surface grinding machine) 1-2 according to another embodiment of the present invention. The grinder 1-2 shown in the figure is different from the
図9は本発明のさらに他の実施の形態にかかる研削盤(平面研削盤)1−3を示す全体概略構成図である。同図に示す研削盤1−3において前記図1に示す研削盤1と相違する点は、ターンテーブル10の側にも姿勢制御用の磁気軸受60−3を設置し、これによって研削工具40とターンテーブル10の両方の姿勢制御を磁気軸受60,60−3によって行うようにした点である。この磁気軸受60−3は、研削工具40に取り付けた磁気軸受60とその構造は同一であり、図9,図4を用いて説明すると、磁気軸受60−3は回転側部材であるターンテーブル10の下面に固定された円筒形状のラジアルターゲット61−3と、ラジアルターゲット61−3の内部に設置されて固定側部材である研削盤本体20に固定される四つの電磁石コア63−3a〜d及び電磁石コア63−3a〜dに巻き回される電磁コイル65−3a〜dとを具備して構成されている。各電磁石コア63−3a〜dの先端と前記ラジアルターゲット61−3の内周面とは所定のギャップを有して対向している。電磁石コア63−3a〜dとラジアルターゲット61−3は何れもパーマロイなどの磁性材によって構成されている。また各電磁石コア63−3a〜dはコ字状に形成され、電磁コイル65−3aはX軸正方向側に配置され、電磁コイル65−3bはX軸負方向側に配置され、電磁コイル65−3cはY軸正方向側に配置され、電磁コイル65−3dはY軸負方向側に配置されている。
FIG. 9 is an overall schematic configuration diagram showing a grinding machine (surface grinding machine) 1-3 according to still another embodiment of the present invention. The grinder 1-3 shown in the figure is different from the
各電磁石コア63−3a〜dの上面にはそれぞれ変位センサ(センサ)23−3が取り付けられている。各変位センサ23−3は電磁石コア63−3a〜dとその真上に位置するターンテーブル10の下面との間の離間距離を測定する。変位センサ23−3はこの実施の形態では前記図2に示す変位センサ23と同様に、ターンテーブル10の回転中心に対して円周方向に等間隔(90°間隔)に四箇所設置されており、各変位センサ23−3が各変位センサ23−3からターンテーブル10の下面までの離間距離を測定することで、固定側部材である電磁石コア63−3a〜d(つまり研削盤本体20)に対して回転側部材であるターンテーブル10の面が、所定の位置(水平位置)からどの程度傾斜しているかを検出するものである。なお変位センサ23−3を、前記図1に示す変位センサ23として使用することで磁気軸受60の制御にも利用することができる。
A displacement sensor (sensor) 23-3 is attached to the upper surface of each electromagnet core 63-3a-d. Each displacement sensor 23-3 measures a separation distance between the electromagnet cores 63-3a to 63-3d and the lower surface of the
そしてこの磁気軸受60−3の場合も、前記図6に示す姿勢制御手段100と同様の制御を行うことで、制御対象物(ターンテーブル10)の姿勢を制御する。即ちターンテーブル10が目標値として予め設定した姿勢となるように、ラジアルターゲット61−3を図4に示すX,Y軸の正負の方向へ変位させるための励磁電流を姿勢制御手段100によって求めてこれら励磁電流を各電磁コイル65−3a〜dに供給し、制御対象物(ターンテーブル10)の姿勢を制御し、ターンテーブル10を水平面に対して任意の方向に傾動する。
And also in this magnetic bearing 60-3, the attitude | position of a control target object (turntable 10) is controlled by performing control similar to the attitude | position control means 100 shown in the said FIG. That is, the attitude control means 100 obtains an excitation current for displacing the radial target 61-3 in the positive and negative directions of the X and Y axes shown in FIG. 4 so that the
この実施の形態にかかる研削盤1−3は、研磨工具40の姿勢制御を行なう上に、ターンテーブル10の姿勢制御も独立して行うので、さらに半導体ウェーハWに対して研磨工具40を最適な姿勢で研削することができ、また研削実行中に外乱が生じても、リアルタイムでのターンテーブル10及び研削工具40の姿勢の調整が自動的に行える。従って従来のように、技術者の勘や経験に頼る必要がなく、極めて容易に半導体ウェーハWの適正な研削が実現できる。
Since the grinding machine 1-3 according to this embodiment controls the attitude of the polishing
一方研削の途中にターンテーブル10側に異常研削が発生したときも、これを即座にリアルタイムで検出して即座に対応することができる。即ち例えば研削水切れ,研削工具40による押圧力の変化,半導体ウェーハWの初期表面粗さや材質の変化などによって、研削工具40が押し付けられているターンテーブル10が予め設定しておいた所定の傾斜角度を越えた場合や、前記傾斜角度は設定値以内ではあるが目標としている傾斜角度に制御しようとしても制御できないような場合は、ターンテーブル10に異常研削が発生したと判断し、例えば即座に前記研削を停止すると共に、異常信号や警報を発して異常を伝える。つまり本発明においては、磁気軸受60−3を制御するためのセンサを用いて異常研削のリアルタイムでの検出も可能となり、これによって半導体ウェーハW,ターンテーブル10,研削工具40などに大きなダメージ(例えば半導体ウェーハWの研削面のいわゆる焼け,損傷など)を与える恐れもなくなる。
On the other hand, even when abnormal grinding occurs on the
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば砥石45の形状、構造、材質に種々の変形が可能であることは言うまでもない。また本発明にかかる研削盤によって研削する被研削物は半導体ウェーハWに限らず、他の各種被研削物の研削、例えばデバイスウェーハのバックグラインディング、ガラス基板の平面研削、一般機械部品の平面研削などに用いても良い。また上記実施の形態では半導体ウェーハWを真空吸着によってターンテーブル10のチャックテーブル13に吸着・固定したが、半導体ウェーハW等の被研削物のターンテーブル10への固定は上記固定方法に限定されず、他の種々の方法を用いて固定しても良い。またセンサ23,27,29は必ずしも上記の位置に設置しなくても良く、要は研削工具の被研削物に対する相対的な姿勢を検出することができる位置であればどこに設置してもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims and the technical idea described in the specification and drawings. Deformation is possible. Note that any shape, structure, or material not directly described in the specification and drawings is within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects and advantages of the present invention are exhibited. For example, it goes without saying that various modifications can be made to the shape, structure and material of the
1 研削盤(平面研削盤)
W 半導体ウェーハ(被研削物)
10 ターンテーブル(テーブル)
11 基台
13 チャックテーブル
15 駆動軸
17 真空吸引路
18 軸受
19 ベルト
20 研削盤本体
21 駆動モータ(駆動手段)
25 アーム
23,27,29 変位センサ
40 研削工具
41 ターゲットベース
43 砥石保持具
45 砥石
47 駆動軸
49 エアスピンドル(静圧軸受、軸受)
51 動力伝達機構
53 駆動モータ(駆動手段)
60 磁気軸受(姿勢制御手段)
61 ラジアルターゲット
63a〜d 電磁石コア
65a〜d 電磁コイル
80 研削工具ヘッド
100 姿勢制御手段
110 減算器
111 コントローラ
112 駆動部
115 座標変換部
130 駆動制御手段
1−2 研削盤(平面研削盤)
90 ジンバル機構
91 ベアリングボール
1−3 研削盤(平面研削盤)
60−3 磁気軸受
61−3 ラジアルターゲット
63−3a〜d 電磁石コア
65−3a〜d 電磁コイル
23−3 変位センサ(センサ)
1 Grinding machine (Surface grinding machine)
W Semiconductor wafer (object to be ground)
10 Turntable (table)
DESCRIPTION OF
25
51
60 Magnetic bearing (attitude control means)
61
90
60-3 Magnetic bearing 61-3 Radial target 63-3a to d Electromagnet core 65-3a to d Electromagnetic coil 23-3 Displacement sensor (sensor)
Claims (10)
前記研削工具に、この研削工具の姿勢を制御する磁気軸受を設置したことを特徴とする研削盤。 A turntable that holds and rotates a workpiece and a grinding tool that is rotated by attaching a grindstone, and the workpiece to be ground in a state where the grindstone of the grinding tool is pressed against the workpiece held on the turntable. In a grinding machine that grinds the grinding surface of the workpiece to a flat shape by moving the grinding tool and the grinding tool relative to each other,
A grinding machine, wherein a magnetic bearing for controlling a posture of the grinding tool is installed on the grinding tool.
前記被研削物と研削工具との相対運動は、前記研削工具の被研削物に対する相対的な姿勢をセンサによって検出し、検出した姿勢が予め設定した姿勢となるように前記研削工具を軸支する磁気軸受を制御しながら行うことを特徴とする研削方法。 In the grinding method of grinding the surface to be ground of the object to be ground in a planar shape by relatively moving the object to be ground and the grinding tool in a state where the grindstone of the grinding tool is pressed against the object to be ground held on the turntable,
The relative motion between the object to be ground and the grinding tool is such that a relative posture of the grinding tool with respect to the object to be ground is detected by a sensor, and the grinding tool is pivotally supported so that the detected posture becomes a preset posture. A grinding method characterized by being performed while controlling a magnetic bearing.
砥石を取り付けて回転駆動する研削工具とを具備した研削盤において、
前記研削工具に、磁気軸受を設置したことを特徴とする研削盤。 A table for holding an object to be ground;
In a grinding machine equipped with a grinding tool attached to a grindstone and driven to rotate,
A grinding machine, wherein a magnetic bearing is installed on the grinding tool.
砥石を取り付けて回転駆動する研削工具と、
前記研削工具を軸支する軸受と、
前記研削工具の傾動を制御する磁気軸受と、を備えたことを特徴とする研削盤。 A table for holding an object to be ground;
A grinding tool to which a grindstone is attached and driven to rotate;
A bearing that pivotally supports the grinding tool;
And a magnetic bearing that controls tilting of the grinding tool.
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