JP2006038744A - 厚み計測器及び研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板状物に傷を付けずにその厚みを正確に計測する。
【解決手段】保持テーブルに保持された板状物２の上面２ａに向けて流体を流出させて流体膜３を形成すると共に、筒体１２の内部に流体柱４を形成し、送波部１７から超音波を送信してからその反射波が到達までの時刻から板状物２の厚みを求める。筒体１２は板状物２の接触しないため、板状物に傷を付けることがない。
【選択図】図３

Description

本発明は、板状物の厚みを計測する厚み計測器及びこれを搭載した研削装置に関するものである。

板状物を加工して所望の厚みに形成しようとする際には、加工中においてその板状物の厚みを正確に計測する必要がある。例えば、表面に複数の回路が形成された半導体ウェーハを所望の厚みに形成しようとするときは、その厚みを計測しながら裏面を研削し、計測結果が所望の厚みになったときに研削を終了させることとしている（例えば特許文献１、２、３、４参照）。

特開２００１−１２６１号公報 特開２００１−９７１６号公報 特開平８−２１０８３３号公報 特開平９−１８９５４２号公報

しかしながら、上記いずれの文献に記載された発明も、厚み計測用のゲージ等が計測対象物に接触する構成となっているため、計測対象物に傷がつくという問題がある。特に、厚みの計測対象物が半導体ウェーハのように薄く形成されているものである場合は、抗折強度を低下させる原因となる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、厚みの計測対象物に傷を付けることなくその厚みを正確に計測し、計測対象物の抗折強度を低下させないようにすることである。

本発明は、板状物の厚みを計測する厚み計測器であって、板状物を保持する保持テーブルと、保持テーブルに保持された板状物の上面に向けて流体を流出させて流体膜を形成し、流体膜を介して板状物の上面に間接的に接触すると共に、内部に流体により構成される流体柱を形成する筒体と、筒体に流体を供給する流体供給部と、超音波を発振する超音波発振部と、超音波発振部において発振した超音波を、流体柱及び流体膜を介して板状物に対して送波する送波部と、板状物に対して送波された超音波の反射波をとらえる受波部と、受波部がとらえた反射波を受信する反射波受信部と、超音波発振部から超音波が送信されてから板状物の下面における反射波を反射波受信部において受信するまでの時間を求めて板状物の厚みを算出する厚み算出部とから構成されることを特徴とする。

厚み計測部は、超音波発振部から超音波が送信されてから板状物の上面における反射波を反射波受信部において受信するまでの時間と、超音波発振部から超音波が送信されてから板状物の下面における反射波を反射波受信部において受信するまでの時間との差を求めて板状物の厚みを算出することが好ましい。超音波発振部においては、パルス超音波を発振することが望ましい。

厚み計測部においては、板状物の厚みをＷとし、板状物中における音速をＶとし、超音波発振部から超音波が送信されてから板状物の上面における反射波を反射波受信部において受信するまでの時間をＴ１とし、超音波発振部から超音波が送信されてから板状物の下面における反射波を反射波受信部において受信するまでの時間をＴ２とし、板状物の厚さＷをＷ＝Ｖ×（Ｔ２−Ｔ１）÷２の計算式によって求める方法が一例として挙げられる。

流体供給部が筒体に供給する流体としては、例えば純水がある。

また本発明に係る研削装置は、板状物の面を研削する研削手段を備え、上記の厚み計測器が搭載され、保持テーブルに保持された板状物の厚みを計測することを特徴とする。

本発明に係る厚み計測装置によれば、筒体を板状物に接触させることなく流体を介して板状物に対して超音波を送信し、その反射波を受信して板状物の厚みを計測することができるため、板状物に傷を付けることがない。また、流体によって超音波の伝播が良好となり計測の精度が向上する。更に、触針式のように板状物の上面と板状物を保持するテーブルの上面との２箇所の高さを計測する必要もないため、計測誤差が生じなくなる。

また、本発明に係る研削装置には上記厚み計測器が搭載されており、研磨中において板状物に接触することなく正確にその板状物の厚みを計測することができるため、板状物を所望の厚みに仕上げることができる。

図１に示す厚み計測装置１においては、厚み計測の対象となる板状物２が保持テーブル１１において保持される。保持テーブル１１の上方には、筒体１２が、保持テーブル１１に対面する第一の開口部１２ａが開口した状態で配設されている。筒体１２のもう一方の開口部である第二の開口部１２ｂにはバルブ１３を介して流体供給部１４が連結されている。

第二の開口部１２ｂ側には超音波を発振する超音波発振部１５を備えており、筒体１２の内部を通る伝播部１６ａを介して送波部１７と接続されている。送波部１７は、筒体１２の内部において保持テーブル１１に対面する位置に配設されており、送波部１７においては、保持テーブル１１に保持された板状物２に対し、超音波発振部１５から伝播部１６ａを介して伝播された超音波を送波する。超音波発振部１５から送信される超音波としては、例えばパルス超音波がある。

送波部１７に隣接して、送波部１７から送波された超音波の板状物２における反射波を受波する受波部１８が配設されている。受波部１８は、送波部１７と等しい高さに位置している。受波部１８は、筒体１２の内部を通る伝播部１６ｂを介して第二の開口部１２ｂ側に備えた反射波受信部１９に接続されており、受波部１８において受波した反射波は、伝播部１６ｂを介して反射波受信部１９に伝播される。なお、超音波発振部１５が反射波受信部１９を兼ねる場合がある。また、送波部１７が受波部１８を兼ねる場合もある。更には、超音波発振部１５と送波部１７、受波部１８と反射波受信部１９が一体に構成されていてもよい。

超音波発振部１５及び反射波受信部１９には厚み算出部２０が接続されている。厚み算出部２０においては、超音波発振部１５において発振されて板状物２において反射した反射波が反射波受信部１９に到達するまでの時間に基づいて板状物２の厚みを算出する。

保持テーブル１１に保持された板状物２の厚みを計測する際は、筒体１２の第一の開口部１２ａ側が板状物２の上面に接触していない状態で、バルブ１３を開いて流体供給部１４から筒体１２の内部に流体、例えば純水を供給し、第一の開口部１２ａからその流体を流出させる。そうすると、図２に示すように、板状物２の上面２ａと第一の開口部１２ａとの間に流体膜３が形成される。更に、筒体１２の内部においては、流体膜３と連なった状態で、流出した流体により構成される流体柱４が形成される。

このようにして流体膜３及び流体柱４が形成された状態で、図３に示すように、図１に示した超音波発振部１５において発振した超音波１００（例えば周波数は３０ＭＨｚ程度）を送波部１７から板状物２に対して発射する。そうすると、板状物２の表面２ａにおいて反射する反射波２００と板状物２の裏面２ｂにおいて反射波２０１とが受波部１８において受波され、反射波２００と反射波２０１とが図１に示した伝播部１６ｂを介して反射波受信部１９に伝達される。

厚み算出部２０では、２つの反射波が反射波受信部１９に到達する時刻を認識し、その時間差に基づいて、板状物２の厚みを算出することができる。すなわち、超音波発振部１５から超音波が送信されてから板状物２の上面２ａにおける反射波を反射波受信部１９において受信するまでの時間と、超音波発振部１５から超音波が送信されてから板状物２の下面２ｂにおける反射波を反射波受信部１９において受信するまでの時間との差を求めることにより、板状物２の厚みを算出することができる。

超音波発振部１５から送信された超音波１００が板状物２の上面２ａにおいて反射してその反射波２００が反射波受信部１９に到達するまでの時間をＴ１とし、超音波１００が板状物２の下面２ｂにおいて反射してその反射波２０１が反射波受信部１９に到達するまでの時間をＴ２とし、板状物２の内部における音速をＶとすると、板状物２の厚みＷは、
Ｗ＝Ｖ×（Ｔ１―Ｔ２）÷２
の計算式によって求めることができる。（Ｔ１―Ｔ２）の値は、２つの反射波の到達時刻の差に等しい。

また、いわゆる共振法を用いて板状物２の厚みを求めることもできる。この場合は、超音波発振部１５における周波数を可変とする。そして、板状物２への超音波の送信を続けながら周波数ｆを連続的に変え、言い換えれば波長λを連続的に変えると、半波長の整数倍（ｎ倍）と板状物２の厚みＷとが等しくなったとき、つまり、
Ｗ＝ｎ×λ÷２
となったときに、板状物２の内部で超音波が共振する。したがって、連続した共振周波数の間隔（ｆ_ｎ＋１―ｆ_ｎ）を計測することにより、
Ｗ＝Ｖ÷｛２×（ｆ_ｎ＋１―ｆ_ｎ）｝
の計算式によって、板状物２の厚みＷの値を求めることができる。共振法を用いる場合も、流体膜３及び流体柱４を介して超音波及びその反射波を伝播させることができる。

このように、板状物２の厚みを計測する際に筒体１２が板状物２に接触することがないため、板状物２が傷付くことがない。また、送波部１７及び受波部１８と板状物２との間には、流体膜３及び流体柱４によって常に流体が満たされており、超音波が空気中を伝わることはない。超音波は空気中よりも流体中の方が減衰が少なく伝播性が良いため、計測をより正確に行うことができる。流体として純水を用いると、より伝播性が良くなる。

図１〜図３に示した厚み計測器１は、例えば図４に示す研削装置５に搭載される。この研削装置５は、板状物の面を研削して所望の厚みに仕上げる装置であり、厚み計測器１を構成する保持テーブル１１が移動基台５０に対して回転可能に配設されている。移動基台５０からは筒体１２が突出し、第一の開口部１２ａが保持テーブル１１に向けられている。図４においては図示していないが、移動基台５０の下方には、図１に示した流体供給源１４、バルブ１３、超音波発振部１５、反射波受信部１９及び厚み算出部２０を備えている。

研削装置５においては、保持テーブル１１に保持された被研削物に研削加工を施す研削手段５１と研削手段５１を駆動する研削手段駆動部５２とを備えている。

研削手段駆動部５２は、壁部５２０に垂直方向に配設された一対のガイドレール５２１と、ガイドレール５２１と平行に配設されたボールネジ５２２と、ボールネジ５２２の一端に連結されたパルスモータ５２３と、ガイドレール５２１に摺動可能に係合すると共に内部のナットがボールネジ５２２に螺合した支持部５２４とから構成されており、パルスモータ５２３に駆動されてボールネジ５２２が回動するのに伴い、支持部５２４がガイドレール５２１にガイドされて昇降し、支持部５２４に支持された研削手段５１も昇降する構成となっている。

研削手段５１は、垂直方向の軸心を有するスピンドル５１０と、スピンドル５１０を回転駆動する駆動源５１１と、スピンドル５１０の下端においてホイールマウント５１２を介して固定された研削ホイール５１３と、研削ホイール５１３の下面に固着された研削砥石５１４とから構成され、駆動源５１１によって駆動されてスピンドル５１０が回転するのに伴い、研削砥石５１４が回転する構成となっている。

保持テーブル１１において板状物２の下面２ｂ側が保持されて上面２ａが露出した状態となると、移動基台５０が水平方向に移動して研削手段５１の直下に位置付けられる。そして、保持テーブル１１が回転すると共に、研削砥石５１４が回転しながら研削手段５１が下降して板状物２の上面２ａに接触して当該上面２ａが研削される。

研削中は、研削砥石５１４のみでなく、板状物２を保持する保持テーブル１１も回転するため、研削砥石５１４が板状物２の上面２ａの全面に接触する必要はなく、上面２ａには研削砥石５１４が接触しない部分が常に存在する。したがって、研削中は、その部分において常時厚み計測器１を用いた厚みの計測を行うことができる。そして、厚み計測器１による計測が常に行われ、厚み算出部２０（図１参照）において算出した値が所望の値となったときに研削を終了することにより、板状物２が所望の厚みに形成される。

厚み計測装置の一例を示す説明図である。 流体膜及び流体柱を示す略示的断面図である。 超音波が板状物において反射する様子を示す略示的断面図である。 研削装置の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１：厚み計測装置
１１：保持テーブル
１２：筒体
１２ａ：第一の開口部 １２ｂ：第二の開口部
１３：バルブ １４：流体供給源
１５：超音波発振部 １６ａ、１６ｂ：伝播部
１７：送波部 １８：受波部 １９：反射波受信部 ２０：厚み算出部
２：板状物 ３：流体膜 ４：流体柱
５：研削装置
５０：移動基台
５１：研削手段
５１０：スピンドル ５１１：駆動源 ５１２：ホイールマウント
５１３：研削ホイール ５１４：研削砥石
５２：研削手段駆動部
５２０：壁部 ５２１：ガイドレール ５２２：ボールネジ
５２３：パルスモータ ５２４：支持部
１００：超音波 ２００、２０１：反射波

Claims (6)

1. 板状物の厚みを計測する厚み計測器であって、
   板状物を保持する保持テーブルと、
   該保持テーブルに保持された板状物の上面に向けて流体を流出させて流体膜を形成し、該流体膜を介して該板状物の上面に間接的に接触すると共に、内部に該流体により構成される流体柱を形成する筒体と、
   該筒体に流体を供給する流体供給部と、
   超音波を発振する超音波発振部と、
   該超音波発振部において発振した超音波を、該流体柱及び該流体膜を介して該板状物に対して送波する送波部と、
   該板状物に対して送波された超音波の反射波をとらえる受波部と、
   該受波部がとらえた反射波を受信する反射波受信部と、
   該超音波発振部から超音波が送信されてから該板状物の下面における反射波を該反射波受信部において受信するまでの時間を求めて該板状物の厚みを算出する厚み算出部と
   から構成される厚み計測器。
2. 前記厚み計測部は、
   前記超音波発振部から超音波が送信されてから前記板状物の上面における反射波を前記反射波受信部において受信するまでの時間と、該超音波発振部から該超音波が送信されてから該板状物の下面における反射波を該反射波受信部において受信するまでの時間との差を求めて該板状物の厚みを算出する
   請求項１に記載の厚み計測器。
3. 超音波発振部においてはパルス超音波を発振する
   請求項１または２に記載の厚み計測器。
4. 厚み計測部においては、板状物の厚みをＷとし、該板状物中における音速をＶとし、前記超音波発振部から超音波が送信されてから該板状物の上面における反射波を前記反射波受信部において受信するまでの時間をＴ１とし、該超音波発振部から該超音波が送信されてから該板状物の下面における反射波を該反射波受信部において受信するまでの時間をＴ２とし、該板状物の厚さＷを
   Ｗ＝Ｖ×（Ｔ２−Ｔ１）÷２
   の計算式によって求める
   請求項２または３に記載の厚み計測器。
5. 前記流体供給部が前記筒体に供給する流体は純水である
   請求項１、２、３または４に記載の厚み計測器。
6. 板状物の面を研削する研削手段を備えた研削装置であって、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の厚み計測器が搭載され、前記保持テーブルに保持された板状物の厚みを計測する
   研削装置。

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