JP2008093735A - 加工装置 - Google Patents

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歩 岡野
Shinji Yoshida
真司 吉田
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Abstract

【課題】砥石工具の情報に基づいて各種のトラブルを未然に防ぐことができるとともに、加工条件に合った適確な加工を円滑に行う。
【解決手段】研削ホイール35のフレーム36に埋設された無線ICタグ80に書き込まれている研削ホイール35に関する各種情報信号をアンテナ81で受信し、制御部60がそれら情報を読み出す。記憶部61に記憶されている研削加工条件と砥石情報との適応表を見て砥石情報を照合するとともに研削加工条件に合った砥石か否かを判断し、適合している場合にのみ、運転を開始する。
【選択図】図3

Description

本発明は、砥石工具で被加工物を加工する装置に係り、特に、砥石工具が有する各種情報を知見したり識別するために、それらの情報が書き込まれたり読み出されたりすることができる無線ICタグを砥石工具自体に埋設し、無線ICタグが保有する情報に基づいて運転を制御する技術に関する。
半導体や電子部品の材料となる半導体基板は、例えばシリコンなどの単結晶材料からなるものや、複数の元素を有する化合物からなるものなどがあるが、これら基板は、研削によって平坦に、かつ薄く加工されている。基板の研削は、研削用の砥石を有する環状のホイールを回転させながら基板に押圧するといった構成を用いた研削加工装置が用いられている。砥石ホイールに取り付けられる砥石は、ビトリファイドやレジノイド等の結合材中にダイヤモンド砥粒を混合して所定形状に成形して焼結したものが用いられている。
ところで本出願人は、非接触式の無線ICタグを埋設して、砥石の摩耗量等、砥石に関する情報をその無線ICタグに記録するようにした砥石工具を提案している(特許文献1)。この砥石工具によると、砥石工具が使用時に破損したり被加工物に損傷を与えたりした場合、無線ICタグに記録された砥石の特性や使用履歴情報を読み出して確認することにより、その原因を検証することができるとされている。
特開2006−51596公報
ところが、上記特許文献1に記載の砥石工具では、無線ICタグに書き込まれた情報は、今後のトラブル発生を防ぐ手立てとして利用することはできるが、トラブル発生を未然に防ぐまでには至らない。例えば、砥石が摩耗し切った状態であるにもかかわらずそのまま加工を続けることによる基板の破損や、目的の加工条件に適応しない砥石の使用、さらには砥石工具を装着しないまま運転するといったようなトラブルは、単に砥石工具に無線ICタグを埋設しただけでは防ぐことができない。
よって本発明は、砥石工具の情報に基づいて各種のトラブルを未然に防ぐことができるとともに、加工条件に合った適確な加工を円滑に行うことができる加工装置を提供することを目的としている。
本発明は、非接触で情報の読み出しおよび書き込みが可能な無線ICタグが埋設された砥石工具を具備した加工装置であって、無線ICタグより情報を読み出しおよび書き込みするための情報受発信部と、該情報受発信部を介して読み出した情報に応じて装置の運転を制御するとともに、装置の運転結果情報を無線ICタグに書き込む制御手段とを備えることを特徴としている。
本発明の加工装置では、制御手段が、装着された砥石工具に埋設された無線ICタグに書き込まれている該砥石工具が保有する各種の情報を、情報受発信部を介して読み出すとともに、読み出した情報に応じて被加工物の加工を制御する。砥石工具の情報としては、砥石工具が装着されたか否かも含む。本発明によれば、加工前に砥石工具の情報を取得し、その情報に基づいた制御を行うことにより、トラブルを未然に防ぐことができる。
本発明では、制御手段には、各種加工条件と、それら加工条件に適応して使用可能な砥石工具との組み合わせを示す適応表が記憶された記憶手段が接続されており、該制御手段は、設定された加工条件と、無線ICタグから読み出した砥石工具の情報とを、記憶手段に記憶された適応表に照合し、照合結果が適応していて使用可能な組み合わせであった場合にのみ、該装置を運転可能とする制御を行う形態が挙げられる。
この形態によれば、当該加工装置による各種加工条件に適応する砥石工具の種類が書かれた適応表が記憶手段に記憶されており、制御手段は、装着された砥石工具の無線ICタグから該砥石工具が、これから行う加工条件に適応するものか否かを判断し、適応している砥石工具であればその加工を開始し、適応していない場合には運転停止を保持する。このように制御することにより、加工条件に適応した砥石工具を常に使用して被加工物の加工を行うことができ、砥石工具の不適応によるトラブル発生が防止される。
また、本発明では、制御手段には記憶手段が接続されており、無線ICタグから読み出した砥石工具の情報の中から、砥石工具の寿命情報を選択して該記憶手段に記憶させ、運転中における砥石工具の累積摩耗情報が寿命情報に到達した時点で、運転を中止する制御を行う形態が挙げられる。
この形態によれば、運転を続けていくにしたがって摩耗していく砥石工具の累積摩耗情報を制御手段が逐一認識し、その累積摩耗情報が記憶手段に記憶させた寿命情報に到達したら、砥石工具が使用不能なまでに摩耗して寿命に達したと判断され、運転が中止される。したがって、砥石工具の寿命が尽きてもまだ加工を続けようとして、被加工物を損傷させるなどのトラブルが防止される。
本発明によれば、加工前に砥石工具の情報を取得し、その情報に基づいた制御を行うことにより、トラブルを未然に防ぐことができるとともに、加工条件に合った適確な加工を円滑に行うことができるといった効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
[1]研削加工装置の構成と概略動作
図1は、本発明が適用された研削加工装置を示している。この研削加工装置10は、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハ(以下、ウエーハと略称)の表面を研削するものである。図2は、研削加工するウエーハの一例を示しており、このウエーハ1は、原材料のインゴットをスライスして得た後、ラッピングによって厚さが調整され、次いでラッピングで形成された両面の機械的ダメージ層をエッチングによって除去した素材段階のものである。ウエーハ1の外周縁には、結晶方位を示すV字状の切欠き(ノッチ)2が形成されている。ウエーハ1の厚さは、例えば800μm程度であるが、その厚さは均一ではなく、エッチングによる2〜3um程度の面内厚さムラがある。よってウエーハ1は研削加工装置10により、例えば10〜20μm程度の厚さが除去される。
図1に示す研削加工装置10は、上面が水平な直方体状の基台11を備えている。図1では、基台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方向で示している。基台11のY方向一端部には、X方向に並ぶコラム12が一対の状態で立設されている。基台11上には、Y方向のコラム12側にウエーハ1を研削加工する加工エリア11Aが設けられ、コラム12とは反対側には、加工エリア11Aに加工前のウエーハ1を供給し、かつ、加工後のウエーハ1を回収する着脱エリア11Bが設けられている。
加工エリア11Aには、回転軸がZ方向と平行で上面が水平とされた円盤状のターンテーブル13が回転自在に設けられている。このターンテーブル13は、図示せぬ回転駆動機構によって矢印R方向に回転させられる。ターンテーブル13上の外周部には、回転軸がZ方向と平行で上面が水平とされた複数(この場合は3つ)の円盤状のチャックテーブル20が、周方向に等間隔をおいて回転自在に配置されている。
これらチャックテーブル20は一般周知の真空チャック式であり、上面に載置されるウエーハ1を吸着、保持する。図3に示すように、チャックテーブル20は、円盤状の枠体21の上面中央部に、多孔質のセラミックス材からなる円形の吸着エリア22が設けられた構成である。吸着エリア22の周囲に枠体21の環状の上面21aが形成されており、この上面21aと、吸着エリア22の上面22aは、ともに水平で、かつ互いに平坦な同一平面(チャックテーブル上面20A)をなしている。各チャックテーブル20は、それぞれがターンテーブル13内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向、または両方向に独自に回転すなわち自転するようになっており、ターンテーブル13が回転すると公転の状態になる。
図1に示すように2つのチャックテーブル20がコラム12側でX方向に並んだ状態において、それらチャックテーブル20の直上には、研削ユニット30がそれぞれ配されている。各チャックテーブル20は、ターンテーブル13の回転によって、各研削ユニット30の下方の研削位置と、着脱エリア11Bに最も近付いた着脱位置との3位置にそれぞれ位置付けられるようになっている。研削位置は2箇所あり、これら研削位置ごとに研削ユニット30が配備されている。この場合、ターンテーブル13の回転によるチャックテーブル20の矢印Rで示す移送方向上流側(図1で奥側)の研削位置が一次研削位置、下流側の研削位置が二次研削位置とされている。一次研削位置では粗研削が行われ、二次研削位置では仕上げ研削が行われる。
各研削ユニット30は、コラム12に昇降自在に取り付けられたスライダ40に固定されている。スライダ40は、Z方向に延びるガイドレール41に摺動自在に装着されており、サーボモータ42によって駆動されるボールねじ式の送り機構43によってZ方向に移動可能とされている。各研削ユニット30は、送り機構43によってZ方向に昇降し、下降によってチャックテーブル20に接近する送り動作により、チャックテーブル20に保持されたウエーハ1の露出面を研削する。
研削ユニット30は、図3に示すように、軸方向がZ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング31と、このスピンドルハウジング31内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト32と、スピンドルハウジング31の上端部に固定されてスピンドルシャフト32を回転駆動するモータ33と、スピンドルシャフト32の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ34とを具備している。そしてフランジ34の下面に、研削ホイール(砥石工具)35がねじ止め等の取付手段によって着脱自在に取り付けられる。
研削ホイール35は、アルミニウム等からなる環状のフレーム36の下面に、全周にわたって複数の砥石37が配列されて固着されたものである。砥石37は、例えばビトリファイド等の結合材中にダイヤモンド砥粒を混合して成形したものが用いられる。一次研削位置の上方に配された一次研削用の研削ユニット30のフランジ34には、例えば♯2000〜♯8000の砥粒を含む砥石37が固着された研削ホイール35が取り付けられる。また、二次研削位置の上方に配された二次研削用の研削ユニット30のフランジ34には、例えば♯10000以上の砥粒を含む砥石37が固着された研削ホイール35が取り付けられる。フランジ34および研削ホイール35には、研削面の冷却や潤滑あるいは研削屑の排出のための研削水を供給する研削水供給機構(図示省略)が設けられ、該機構には給水ラインが接続されている。
図1に示すように、基台11上には、基準側ハイトゲージ51とウエーハ側ハイトゲージ52との組み合わせで構成される厚さ測定ゲージ50が、一次研削側および二次研削側に位置するチャックテーブル20に対して、それぞれ配設されている。図3に示すように、基準側ハイトゲージ51は、揺動する基準プローブ51aの先端が、ウエーハ1で覆われないチャックテーブル20の枠体21の上面21aに接触し、該上面21aの高さ位置を検出するものである。ウエーハ側ハイトゲージ52は、揺動する変動プローブ52aの先端がチャックテーブル20に保持されるウエーハ1の上面すなわち被研削面に接触することで、ウエーハ1の上面の高さ位置を検出するものである。
厚さ測定ゲージ50によれば、ウエーハ側ハイトゲージ52の測定値から基準側ハイトゲージ51の測定値を引いた値に基づいてウエーハ1の厚さが測定される。ウエーハ1が目標厚さ:t1まで研削されるとすると、研削前において元の厚さ:t2がまず測定され、(t2−t1)が研削量とされる。ウエーハ側ハイトゲージ52によるウエーハ1の厚さ測定ポイント、すなわち変動プローブ52aの接触点は、図3(a)の破線で示すようにウエーハ1の外周縁に近い外周部分が好適である。
上記研削ユニット30は、研削ホイール35が例えば3000〜5000rpmで回転しながら所定速度(例えば一次研削では0.3〜0.5μm/秒程度、二次研削では0.1〜0.2μm/秒程度)で下降することにより、研削ホイール35の砥石37がウエーハ1の表面を押圧し、これによって該表面が研削される。研削の際、ウエーハ1はチャックテーブル20とともに研削ホイール35と同方向に回転させられるが、チャックテーブル20の回転速度は通常の10rpm程度から、最大で300rpm程度とされる。研削ユニット30による研削量は、上記厚さ測定ゲージ50によってウエーハ1の厚さを測定することにより制御される。
図3(b)に示すように、研削ホイール35は、その直径と同等である砥石37の研削外径がチャックテーブル20の半径よりも大きなものが用いられ、研削ホイール35は、砥石37による研削外周縁がチャックテーブル20の回転中心すなわちウエーハ1の中心を通過するようにウエーハ1に対面して位置付けられる。この位置関係により、回転するウエーハ1の表面全面が研削ホイール35の砥石37で一様に研削される。
ウエーハ1は、最初に一次研削位置で研削ユニット30により一次研削された後、ターンテーブル13が図1に示すR方向に回転することにより二次研削位置に移送され、ここで研削ユニット30により二次研削される。図3(a)に示すように、研削されるウエーハ1の裏面には、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削条痕9が残留する。この研削条痕9は、例えば一次研削において形成され、これが二次研削によって除去されるとともに二次研削による新たな研削条痕が残留する。
図1に示すように、研削加工装置10は、厚さ測定ゲージ50の測定値が供給されるとともに、その厚さ測定値に基づいてチャックテーブル20や研削ユニット30の動作を制御する制御部(制御手段)60を有している。この制御部60により、チャックテーブル20の回転速度、研削ユニット30の昇降動作やその際の昇降速度、研削ホイール35の回転速度等が制御されるようになっている。制御部60には、所定の情報を記憶する記憶部(記憶手段)61が接続されている。
図3に示すように、研削ホイール35のフランジ34の外周面には、砥石37やフレーム36に関する各種情報が書き込まれ、また読み出される無線ICタグ80が埋設されている。無線ICタグ80は、電波または電磁波を用いて非接触で情報を読み出しおよび書き込みが可能なチップ状のメモリからなるものである。この無線ICタグ80には、フレーム36に埋設されてから、該フレーム36に固着されている砥石37、あるいはフレーム36に関する各種情報が、例えば研削ホイール35の製造直後に電波信号の発信を受けることにより書き込まれる。
図1に示すように、研削加工装置10は、無線ICタグ80に対するリード・ライトヘッドであるアンテナ(情報受発信部)81を有している。このアンテナ81は、一方または各々のコラム12の下部に取り付けられており、無線ICタグ80への情報の書き込みは、上記制御部60からコントローラ62を介しアンテナ81を通して電波信号を発信することにより書き込まれる。また、無線ICタグ80に書き込まれた情報は、アンテナ81で受信され、コントローラ62を介して制御部60で読み出される。制御部60は、読み出した砥石37やフレーム36に関する情報を参照して、研削ユニット30等の制御を行う。
無線ICタグ80に書き込まれる情報としては、砥石37の製造履歴(例えば焼結時の温度、時間等の焼結条件やロット番号)、砥石37の成分(結合材と砥粒の種類)、用途、形状、寸法、フレーム36の外径、フレーム36に固着された砥石37の個数等が挙げられる。また、ユーザーまたは制御部60から、砥石37の使用時間、研削加工した被加工物の種類、砥石寿命(砥石刃先有効長)等の他、使用日時、使用装置等の使用履歴情報が書き込まれる。
図1に示すように、着脱エリア11Bの中央には、上下移動する2節リンク式のピックアップロボット70が設置されている。そしてこのピックアップロボット70の周囲には、上から見て反時計回りに、供給カセット71、位置合わせ台72、供給アーム73、回収アーム74、スピンナ式洗浄装置75、回収カセット76が、それぞれ配置されている。カセット71,76は複数のウエーハ1を水平な姿勢で、かつ上下方向に一定間隔をおいて積層状態で収容するもので、基台11上の所定位置にセットされる。
研削加工されるウエーハ1は、はじめにピックアップロボット70によって供給カセット71内から取り出され、位置合わせ台72上に載置されて一定の位置に決められる。次いでウエーハ1は、供給アーム73によって位置合わせ台72から取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル20上に被研削面を上に向けて載置される。ウエーハ1はターンテーブル13のR方向への回転によって一次研削位置と二次研削位置にこの順で移送され、これら研削位置で、研削ユニット30により上記のようにして表面が研削される。
二次研削が終了したウエーハ1は、さらにターンテーブル13がR方向に回転することにより着脱位置に戻される。着脱位置に戻ったチャックテーブル20上のウエーハ1は回収アーム74によって取り上げられ、洗浄装置75に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置75で洗浄処理されたウエーハ1は、ピックアップロボット70によって回収カセット76内に移送、収容される。
[2]無線ICタグの情報に基づく運転制御
本実施形態の研削加工装置10では、ウエーハ1の研削加工条件に応じた研削ホイール35が研削ユニット30のフランジ34に装着される。そして、その研削ホイール35のフレーム36に埋設された無線ICタグ80に書き込まれている情報に基づいて制御部60が各動作機構に制御信号を供給することにより、適切に研削加工の運転がなされる。
無線ICタグ80に書き込まれている情報は、アンテナ81で受信され、コントローラ62を介し制御部60によって読み出される。また、所定枚数のウエーハ1の研削加工が終了した砥石37の摩耗量と、摩耗量に基づく砥石寿命等の情報がコントローラ62から発信され、その情報がアンテナ81で受信されて無線ICタグ80に情報の更新として書き込まれる。砥石工具の情報としては、砥石工具が装着されたか否かも含む。
無線ICタグ80に書き込まれた情報に基づく運転制御の形態例を、以下に説明する。
まず、上記記憶部61には、各種研削加工条件と、それら加工条件に適応して使用可能な研削ホイール35の砥石37との組み合わせを示す適応表が記憶されており、制御部60は常時この適応表を参照している。表1は適応表の一例であり、砥石37の条件として「砥石刃先有効長(mm)」が挙げられている。また、研削加工の運転条件範囲として、研削ユニット30の加工速度である「研削送り速度(μm/秒)」、研削ホイール35の回転速度である「砥石回転数(rpm)」、チャックテーブル20の回転速度である「ウエーハ回転数(rpm)」等の他に、「フルオート運転可否判定」が挙げられている。つまり、制御部60は記憶部61に設定・記憶されている研削加工条件と、無線ICタグ80から読み出した砥石種別情報とを照合し、それが適応表にある運転条件範囲内であることを確認することで、フルオート運転を許容する。
Figure 2008093735
フルオート運転とは、カセット71からウエーハ1を取り出してターンテーブル13のチャックテーブル20に保持させ、ターンテーブル13を一次研削位置、二次研削位置に移動させて各位置にて研削加工を行い、研削加工を終えたウエーハ1を洗浄装置75で洗浄して回収カセット76に収める一連の工程を、所定枚数(カセット71,76に収納される枚数)のウエーハ1に対して連続的に行う動作を言う。
表1に示した適応表には、砥石37の種類としてA,B,Cが登録されており、また、砥石37が無い、すなわち研削ホイール35が装着されていないという情報も確認するようになっている。砥石B,Cが適応可能な運転条件は表1に記載の通りであり、これら砥石B,Cではフルオート運転は可能とされている。また、砥石Aは、チャックテーブル上面20Aを研削するセルフグラインド用である。セルフグラインドとは、所定枚数のウエーハ1を研削するごとにチャックテーブル上面20Aを研削して平坦に加工することであり、ウエーハ1を研削する砥石とは種類が異なるもので、砥石無しの場合と同様にフルオート運転は不可能と判定される。
ここで、新たに研削ホイール35が研削ユニット30に装着されたとして、制御部60は、その研削ホイール35のフレーム36に埋設されている無線ICタグ80に書き込まれている砥石37の情報を読み出すとともに上記適応表に照合する。そして、これから行うウエーハ1の研削加工条件にその砥石が適応しているかを判断し、適応していて使用可能であると判断されたら、フルオート運転での研削加工を許容する。また、照合の結果、不適応な砥石であったと判断されたら運転は開始せず、警告信号等を発してその旨を知らせる。
研削ホイール35が装着されていない場合には、無線ICタグ80からの砥石情報を読み出すことが無いことをもって運転はされず、また、セルフグラインド用の砥石Aが装着された場合には、その情報を受けることにより、セルフグラインドの運転指示のみが許容される。
上記制御形態は、研削ユニット30に装着された研削ホイール35の無線ICタグから砥石37の情報を読み出して、その砥石37が研削加工条件に適応するものか否かを判断し、適応していれば運転を開始し、適応していない場合には運転停止を保持するといったものである。このように制御することにより、研削加工条件に適応した砥石を常に使用してウエーハ1の加工を行うことができ、その結果として砥石の不適応によるトラブル発生が防止される。
本実施形態の研削加工装置10では、上記制御形態の他にも無線ICタグ80を利用して様々な安全運転のための制御を行うことが可能であり、例えば、次のような砥石37の寿命の管理を行うことができる。
まず、制御部60が、研削ユニット30に装着された研削ホイール35の砥石37の寿命情報(例えば砥石37の高さに基づく)を選択して記憶部61に記憶させる。そして、ウエーハ研削の運転を続けていくにしたがって摩耗していく砥石37の累積摩耗情報を制御部60が逐一認識し、その累積摩耗情報が記憶部61に記憶させた寿命情報に到達したら、制御部60は砥石37が使用不能なまでに摩耗して寿命に達したと判断し、運転を中止させる。このような制御によれば、砥石37の寿命が尽きても研削加工を続けるといったことが起こらず、ウエーハ1やチャックテーブル20等を損傷させるといったトラブルが防止される。
なお、砥石37の累積摩耗情報は、例えば、次の方法で取得される。すなわち、研削ユニット30が持つZ方向位置情報、つまり当該研削加工装置10が認識している砥石37の先端(刃先部)のチャックテーブル上面20Aからの距離と、実際にウエーハ1を研削した結果の厚さ測定ゲージ50で読み取った厚さの情報(測定値)とを比較し、ウエーハ1がある厚さに到達した時の研削ユニット30のZ方向位置にズレが生じていた場合には、その分が砥石37の刃先の磨耗によるものと判断され、磨耗値として認識される。この確認作業をウエーハの研削ごとに行い、累積された磨耗値を制御部60が認識する。
本発明の一実施形態に係る研削加工装置の斜視図である。 同研削加工装置で研削加工されるウエーハの(a)斜視図、(b)側面図である。 同研削加工装置が具備する研削ユニットでウエーハ表面を研削している状態を示す(a)斜視図、(b)側面図である。
符号の説明
1…半導体ウエーハ、10…研削加工装置、20…チャックテーブル、
30…研削ユニット、35…研削ホイール(砥石工具)、37…砥石(刃先部)、
60…制御部(制御手段)、61…記憶部(記憶手段)、80…無線ICタグ、
81…アンテナ(情報受発信部)。

Claims (3)

  1. 非接触で情報の読み出しおよび書き込みが可能な無線ICタグが埋設された砥石工具を具備した加工装置であって、
    前記無線ICタグより情報を読み出しおよび書き込みするための情報受発信部と、
    該情報受発信部を介して読み出した情報に応じて装置の運転を制御するとともに、装置の運転結果情報を前記無線ICタグに書き込む制御手段と
    を備えることを特徴とする加工装置。
  2. 前記制御手段には、各種加工条件と、それら加工条件に適応して使用可能な砥石工具との組み合わせを示す適応表が記憶された記憶手段が接続されており、
    該制御手段は、設定された加工条件と、前記無線ICタグから読み出した砥石工具の情報とを、前記記憶手段に記憶された前記適応表に照合し、照合結果が適応していて使用可能な組み合わせであった場合にのみ、該装置を運転可能とする制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
  3. 前記制御手段には記憶手段が接続されており、前記無線ICタグから読み出した前記砥石工具の情報の中から、砥石工具の寿命情報を選択して該記憶手段に記憶させ、運転中における砥石工具の累積摩耗情報が前記寿命情報に到達した時点で、運転を中止する制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
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