JP2009078326A - ウェーハ面取り装置、及びウェーハ面取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
加工歪みを低減するとともに加工面粗さを向上させ、ウェーハの破損を防止するウェーハ面取り装置及びウェーハ面取り方法を提供すること。
【解決手段】
ウェーハＷを回転するウェーハテーブル３４に保持し、砥石でウェーハＷの外周部を研削するウェーハ面取り装置において、センサ３、センサ４、外周精研モータ５６に取り付けられたセンサまたはノッチ精研モータ５９に取り付けられたセンサにより電流値の変化、回転数の変化、及び振動の変化を検出し、検出された結果に基づき外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８の外径を算出する、または外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８の押圧力を調整することにより、加工歪みを低減するとともに加工面粗さを向上させ、ウェーハＷの破損を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置や電子部品等の素材となるウェーハの外周部に面取り加工を行なうウェーハ面取り装置とウェーハ面取り方法に関する。

半導体装置や電子部品等の素材となるシリコン等のウェーハは、インゴットの状態から内周刃やワイヤーソー等のスライシング装置でスライスされた後、その周縁の割れや欠け等を防止するために外周部に面取り加工が施される。面取り加工に使用される面取り装置は、ウェーハ外周部を研削する外周部用砥石や、方位の基準位置となるＶ字状のノッチ部を研削するノッチ部用砥石等の各種砥石が複数取り付けられ、これらの砥石をスピンドルにより高速に回転させて加工を行なう。加工の際には、ウェーハを回転するウェーハテーブル上に吸着載置し、Ｘガイド、Ｙガイド、及びＺガイドの各ガイド軸によりウェーハと砥石とを相対的に移動させ、砥石に形成された面取り用の溝へウェーハ外周部を当てることにより面取り加工を行う。

図３に面取り装置の従来例を示す。図３は従来の面取り装置の側面図である。面取り装置１０は、ウェーハ送りユニット２０、砥石回転ユニット５０、図示しないウェーハ供給／収納部、ウェーハ洗浄／乾燥部、ウェーハ搬送手段、及び面取り装置各部の動作を制御するコントローラ等から構成されている。

ウェーハ送りユニット２０は、本体ベース１１上に載置されたＸ軸ベース２１、２本のＸ軸ガイドレール２２、２２、４個のＸ軸リニアガイド２３、２３、…、ボールスクリュー及びサーボモータから成るＸ軸駆動手段２５によって図のＸ方向に移動されるＸテーブル２４を有している。

Ｘテーブル２４には、２本のＹ軸ガイドレール２６、２６、４個のＹ軸リニアガイド２７、２７、…、図示しないボールスクリュー及びサーボモータから成るＹ軸駆動手段によって図のＹ方向に移動されるＹテーブル２８が組込まれている。

Ｙテーブル２８には、２本のＺ軸ガイドレール２９、２９と図示しない４個のＺ軸リニアガイドによって案内され、ボールスクリュー及びステッピングモータから成るＺ軸駆動手段３０によって図のＺ方向に移動されるＺテーブル３１が組込まれている。

Ｚテーブル３１には、θ軸モータ３２、θスピンドル３３が組込まれ、θスピンドル３３にはウェーハＷを吸着載置するウェーハテーブル３４が取り付けられており、ウェーハテーブル３４はウェーハテーブル回転軸心ＣＷを中心として図のθ方向に回転される。ウェーハテーブル３４の上面は、図示しない真空源と連通する吸着面になっており、面取り加工されるウェーハＷ、または面取り加工を行う砥石をツルーイングするツルーイング砥石Ｔ（以下、ツルアーと称する）が載置されて吸着固定される。

このウェーハ送りユニット２０によって、ウェーハＷ及びツルアーは図のθ方向に回転されるとともに、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向に移動される。

砥石回転ユニット５０は、複数の外周粗研削用溝が形成された外周加工砥石５２が取り付けられ、図示しない外周砥石モータによって軸心ＣＨを中心に回転駆動される外周砥石スピンドル５１、外周加工砥石５２の上方に取付けられた外周精研スピンドル５４及び外周精研モータ５６、ノッチ粗研スピンドル６０及びノッチ粗研モータ６２、ノッチ精研スピンドル５７及びノッチ精研モータ５９を有している。

外周精研スピンドル５４にはウェーハＷの外周を仕上げ研削する面取り用砥石である外周精研削砥石５５が取付けられている。ノッチ粗研スピンドル６０にはノッチ粗研削砥石６１が、またノッチ精研スピンドル５７には、ノッチ部を仕上げ研削する面取り砥石であるノッチ精研削砥石５８が取付けられている。

外周精研削砥石５５、ノッチ粗研削砥石６１、及びノッチ精研削砥石５８は、ロータリー６３が回転することにより、それぞれ加工位置へ移動する。

外周精研削砥石５５とノッチ精研削砥石５８とは、ウェーハテーブル３４上面に載置されたツルアーＴ、またはウェーハテーブル下部に取り付けられたツルアーＴによりツルーイングされ外周精研削用溝およびノッチ精研削用溝が形成される。また、ウェーハにオリフラが形成されている場合にはオリフラ精研用溝が形成される。このような面取り装置としては例えば、特許文献１に記載されるウェーハ面取り装置が提案されている。

近年、このようなウェーハ面取り装置においては、外周精研削砥石用およびノッチ精研削砥石用の砥石として、研磨用の砥粒をレジンボンドやゴム等の弾性材料により保持した弾性砥石が用いられる。弾性砥石による面取り加工では、弾性材料の弾性変形により砥粒がウェーハの外周部に均一に接触するため、加工歪みが減少し、加工面荒さが向上する。これにより、面取り加工後に行われる各種工程において、加工負荷が低減し効率の良い半導体装置や電子部品等の製造が可能となる。
特開２００５−１５３０８５号公報

しかし、このような弾性砥石では、ツルアーによりツルーイングされて外周精研削用溝、ノッチ精研削用溝、またはオリフラ精研用溝が形成される際にも弾性変形するため、ツルーイング終了後にツルーイング時の負荷がなくなると形成された各溝が膨張する。この状態のままウェーハの加工を行った場合、各溝の位置が砥石の外径、ノッチ部形状、またはオリフラ形状より設定された位置よりも近くなるため、ウェーハが各溝に早く接触し、ウェーハの面取り形状に異常が生じるだけでなく、ウェーハを破損する場合があり大きな問題となっていた。

本発明は、このような問題に対して成されたものであり、弾性砥石を用いたウェーハの面取り加工において加工歪みを低減するとともに加工面粗さを向上させ、ウェーハの破損を防止するウェーハ面取り装置及びウェーハ面取り方法を提供することを目的としている。

本発明は前記目的を達成するために、本発明のウェーハ面取り装置は、ウェーハを保持して回転するウェーハテーブルと、前記ウェーハの外周部、ノッチ部、またはオリフラ部のいずれかの研削を行なう1つ以上の回転する砥石と、前記砥石を回転させるスピンドルと、前記ウェーハテーブルを前記砥石に対して相対的に移動させる移動手段と、前記スピンドルに備えられたモータの電流値の変化または前記モータの回転数の変化または前記砥石の振動の変化を検出する１つ以上のセンサと、を備えたことを特徴としている。

また、本発明は上記発明において、前記砥石は、レジンボンドまたはゴムを用いた弾性材料により形成されていること。更に、本発明は上記発明において、前記スピンドルには、前記砥石の振動を検出する振動ピックアップセンサが設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、回転するウェーハテーブルに保持されたウェーハの外周部、ノッチ部、またはオリフラ部のいずれかをスピンドルにより回転する砥石で研削するウェーハ面取り装置には、スピンドルに備えられたモータの電流値の変化またはモータの回転数の変化または砥石の振動の変化を検出する１つ以上のセンサが備えられている。このとき、砥石はレジンボンドまたはゴム等の弾性材料により形成された弾性砥石であって、スピンドルには砥石の振動を検出する圧電式加速度型等の振動ピックアップセンサが備えられている。

これにより、センサにより検出された値の変化と移動手段から得られるウェーハの位置から、ツルーイング時に弾性変形してツルーイング後に膨張した外周精研削用溝、ノッチ用精研削用溝、またはオリフラ用精研削用溝を有する砥石の正しい外径を算出することが可能になる。また、ウェーハのノッチ部分などの直線部分で砥石の押圧が低下またはＲ部分などで押圧が増加した際などに、センサより検出された値に基づき移動手段を制御してウェーハと砥石とが接触する押圧を増加または減少させ、ウェーハのいずれの場所でも最適な押圧力でウェーハ面取り加工を行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明のウェーハ面取り装置、及びウェーハ面取り方法によれば、スピンドルに備えられたモータの電流値の変化またはモータの回転数の変化または砥石の振動の変化を検出する１つ以上のセンサにより、弾性砥石を用いたウェーハの面取り加工において加工歪みを低減するとともに加工面粗さを向上させ、ウェーハの破損を防止する面取り加工を可能にする

以下、添付図面に従って本発明に係るウェーハ面取り装置及びウェーハ面取り方法の好ましい実施の形態について詳説する。

まず初めに、本発明に係わる面取り装置の構成について説明する。図１は面取り装置の全体上面図である。

面取り装置１は、移動手段としてのウェーハ送りユニット２０、砥石回転ユニット５０、図示しないウェーハ供給／収納部、ウェーハ洗浄／乾燥部、ウェーハ搬送手段、及び面取り装置各部の動作を制御するコントローラ等から構成されている。

ウェーハ送りユニット２０は、本体ベース１１上に載置されたＸ軸ベース２１、２本のＸ軸ガイドレール２２、２２、４個のＸ軸リニアガイド２３、２３、…、ボールスクリュー及びサーボモータから成るＸ軸駆動手段２５によって図のＸ方向に移動されるＸテーブル２４を有している。

Ｘテーブル２４には、２本のＹ軸ガイドレール２６、２６、４個のＹ軸リニアガイド２７、２７、…、図示しないボールスクリュー及びサーボモータから成るＹ軸駆動手段によって図のＹ方向に移動されるＹテーブル２８が組込まれている。

Ｙテーブル２８には、２本のＺ軸ガイドレール２９、２９と図示しない４個のＺ軸リニアガイドによって案内され、ボールスクリュー及びステッピングモータから成るＺ軸駆動手段３０によって図のＺ方向に移動されるＺテーブル３１が組込まれている。

Ｚテーブル３１には、θ軸モータ３２、θスピンドル３３が組込まれ、θスピンドル３３にはウェーハＷを吸着載置するウェーハテーブル３４が取り付けられており、ウェーハテーブル３４はウェーハテーブル回転軸心ＣＷを中心として図のθ方向に回転される。ウェーハテーブル３４の上面は、図示しない真空源と連通する吸着面になっており、面取り加工されるウェーハＷ、または面取り加工を行う砥石をツルーイングするツルーイング砥石Ｔ（以下、ツルアーと称する）が載置されて吸着固定される。

このウェーハ送りユニット２０によって、ウェーハＷ及びツルアーは図のθ方向に回転されるとともに、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向に移動される。

砥石回転ユニット５０は、外周砥石スピンドル５１に取り付けられた外周加工砥石５２、外周精研スピンドル５４及び外周精研モータ５６、ノッチ粗研スピンドル６０及びノッチ粗研モータ６２、ノッチ精研スピンドル５７及びノッチ精研モータ５９を備えている。外周精研スピンドル５４、ノッチ粗研スピンドル６０、及びノッチ精研スピンドル５７は、外周加工砥石５２の情報に設けられたロータリー６３に、それぞれの加工位置へ移動可能に取り付けられている。

外周加工砥石５２は、ウェーハＷの外周部を粗研磨する複数の外周粗研削用溝が形成された砥石であって、図示しない外周砥石モータによって軸心ＣＨを中心に回転駆動される外周砥石スピンドル５１によって回転する。外周砥石スピンドル５１の側面には、外周砥石スピンドル５１の振動の変化を検出する圧電式加速度型振動ピックアップであるセンサ２がウェーハテーブル３４と外周加工砥石５２との回転中心を結んだ線分と平行になるように取り付けられている。

外周加工砥石５２としては、例えばダイヤモンド砥粒のメタルボンド砥石で、粒度＃８００の物が使用される。外周砥石スピンドル５１としては、例えばボールベアリングを用いたビルトインモータ駆動のスピンドルが用いられ、回転速度８，０００ｒｐｍで回転される。

外周精研スピンドル５４にはウェーハＷの外周を仕上げ研削する面取り用砥石である外周精研削砥石５５が取付けられ、外周精研削砥石５５の振動の変化を検出する圧電式加速度型振動ピックアップであるセンサ３がウェーハテーブル３４と外周精研削砥石５５との回転中心を結んだ線分と平行になるように取り付けられている。外周精研スピンドル５４としては、例えばエアーベアリングを用いたビルトインモータ駆動のスピンドルが用いられ、回転速度３６，０００ｒｐｍで回転される。

外周精研モータ５６には、消費電流の変化を検出する不図示のセンサと回転数を検出する不図示のセンサが取り付けられている。センサにより検出された電流値の変化量と回転数の変化は不図示のコントローラに送られ記録される。

外周精研削砥石５５は、レジンボンドまたはゴム等の弾性材料により砥粒が保持されることにより形成された弾性砥石である。外周精研削砥石５５としては、例えば直径５０ｍｍのダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石で、粒度＃３０００が用いられている。

ノッチ粗研スピンドル６０にはウェーハＷのノッチ部を粗研磨するノッチ粗研削砥石６１が取り付けられている。ノッチ粗研スピンドル６０としては、例えばエアーベアリングを用いたエアータービン駆動のスピンドルが用いられ、回転速度８０，０００ｒｐｍで回転される。また、ノッチ粗研削砥石６１としては、例えば直径１．８ｍｍ〜２．４ｍｍの小径で、ダイヤモンド砥粒のメタルボンド砥石、粒度＃８００が用いられる。

ノッチ精研スピンドル５７には、ノッチ部を仕上げ研削する面取り砥石であるノッチ精研削砥石５８が取付けられ、ノッチ精研削砥石５８の振動の変化を検出する圧電式加速度型振動ピックアップであるセンサ４がウェーハテーブル３４とノッチ精研削砥石５８との回転中心を結んだ線分と平行になるように取り付けられている。ノッチ精研スピンドル５７としては、エアーベアリングを用いたビルトインモータ駆動のスピンドルが用いられ、回転速度１５０，０００ｒｐｍで回転される。

ノッチ精研モータ５９には、消費電流の変化を検出する不図示のセンサと回転数を検出する不図示のセンサが取り付けられている。センサにより検出された電流値の変化量と回転数の変化は不図示のコントローラに送られ記録される。

ノッチ精研削砥石５８は、レジンボンドまたはゴム等の弾性材料により砥粒が保持されることにより形成された弾性砥石である。ノッチ精研削砥石５８としては、例えば直径１．８ｍｍ〜２．４ｍｍの小径で、ダイヤモンド砥粒のレジンボンド砥石、粒度＃４０００が用いられている。

外周精研削砥石５５とノッチ精研削砥石５８とは、ウェーハテーブル３４上面に載置されたツルアーＴ、またはウェーハテーブル下部に取り付けられたツルアーＴによりツルーイングされ外周精研削用溝、ノッチ精研削用溝、またはオリフラ精研削用溝が形成される。

面取り装置１のその他の構成部分については、一般的によく知られた機構であるため、詳細な説明は省力する。

次に、本発明に係るウェーハ面取り方法について説明する。図２は砥石のツルーイングから再度ツルーイングするまでの手順を示したフロー図である。

図１に示すように、面取り装置１は、移動手段としてのウェーハ送りユニット２０、砥石回転ユニット５０、図示しないウェーハ供給／収納部、ウェーハ洗浄／乾燥部、ウェーハ搬送手段、及び面取り装置各部の動作を制御するコントローラ等から構成されている。

面取り装置１では、最初に外周精研削砥石５５やノッチ精研削砥石５８に対して、ウェーハＷの加工を行なう為の溝を形成するツルーイングが行なわれる。ツルーイングではまず、外周部に所望の面取り形状が形成されたツルアーＴをウェーハテーブル３４へ吸着載置する。

吸着載置されたツルアーＴは、ウェーハ送りユニット２０により外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８のいずれかの砥石の溝形成位置へ合わせられる。溝形成位置に合わせられたツルアーＴは、回転するとともに回転する外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８のいずれかに溝が所望の深さとなる位置まで接近しツルーイングを行う。ツルーイングを行った後にツルーイングにより減少した量を差し引いた砥石径が新たな砥石径としてコントローラに記録される（ステップＳ１）。

続いて、外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８のいずれかに形成された溝の外径位置確認を行う為のウェーハＷがウェーハテーブル３４へ吸着載置される。

吸着載置されたウェーハＷは、ウェーハ送りユニット２０により外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８のいずれかの砥石に形成された溝に合わせられ、溝へ接近する。

このとき、外周精研スピンドル５４に取り付けられたセンサ３またはノッチ精研スピンドル５７に取り付けられたセンサ４、外周精研モータ５６にとりつけられたセンサまたはノッチ精研モータ５９にとりつけられたセンサでは、消費される電流値の変化、回転数の変化、及び振動の変化を検出し、検出した値はコントローラに送られる（ステップＳ２）。

続いて、コントローラは送られてくる検出された値に基づき、電流値、回転数、及び振動が著しく変化するなど、溝とウェーハＷとが接触したと判断された時点でウェーハ送りユニット２０を停止させ、ウェーハＷの位置を記憶する。記録されたウェーハＷの位置よりコントローラは外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８の現在の砥石径の算出を行い、ツルーイング終了時に記録された砥石径は算出された砥石径に更新される（ステップＳ３）。

続いて、更新された砥石径に合わせてウェーハＷの移動量が補正されて外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８によりウェーハＷの加工が行われる。加工後のウェーハＷは不図示の測定部、またはオペレータにより外形形状が計測され、予め設定された所望のウェーハＷの形状となっているか確認される（ステップＳ４）。

続いて、ウェーハＷが設定された所望の形状となっていることが確認された後、ウェーハＷを所定の削り代ずつ数回転に分けてウェーハ送りユニット２０により外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８へ接近させて面取り加工を行い外周精研削砥石５５、ノッチ精研削砥石５８のドレッシングを行う（ステップＳ５）。

このとき、センサ３またはセンサ４、外周精研モータ５６に取り付けられたセンサまたはノッチ精研モータ５９に取り付けられたセンサでは、消費される電流値の変化、回転数の変化、及び振動の変化を検出し、検出した値をコントローラに送る。コントローラは送られた値の変化が安定するまでドレッシングを継続して行い、変化が安定した時点でウェーハＷをウェーハ送りユニット２０により退避させ、ドレッシングを終了する（ステップＳ６）。

続いて、ドレッシングが終了した面取り装置１では、製品用のウェーハＷの面取り加工が開始される。加工中はセンサ３またはセンサ４、外周精研モータ５６に取り付けられたセンサまたはノッチ精研モータ５９に取り付けられたセンサにより電流値の変化、回転数の変化、及び振動の変化が引き続き検出されてコントローラに送られる（ステップＳ７）。

このとき、コントローラでは、ウェーハＷのノッチ部分やオリフラ部分などの直線部分で外周精研削砥石５５またはノッチ精研削砥石５８の押圧が低下する、またはＲ部分などで押圧が増加するのを送られてくる電流値の変化、回転数の変化、及び振動の変化より検知する。

コントローラは各センサが検出した値に基づき、押圧が低下して電流値が減少し、回転数が増加するような場合はウェーハ送りユニット２０を制御して外周精研削砥石５５またはノッチ精研削砥石５８をより強くウェーハＷに押し当てる。また、押圧が増加して電流値が増加し、回転数が減少し、振動が増加するような場合は、外周精研削砥石５５またはノッチ精研削砥石５８をウェーハＷより離して加工の負荷を減少させる。

このように、製品となるウェーハＷの面取り加工は継続して行われ、検出された電流値の変化、回転数の変化、及び振動の変化が予めコンロローラに設定された閾値を超えた状態となり、その状態が予め設定された一定時間以上続いた場合、コントローラは面取り加工を停止し、再び外周精研削砥石５５またはノッチ精研削砥石５８のツルーイングを実施する（ステップＳ８）。

以上、説明したように、本発明に係わるウェーハ面取り装置、及びウェーハ面取り方法によれば、ピンドルに備えられたモータの電流値の変化またはモータの回転数の変化または砥石の振動の変化を検出する１つ以上のセンサにより、弾性砥石を用いたウェーハの面取り加工において加工歪みを低減するとともに加工面粗さを向上させ、ウェーハの破損を防止する面取り加工を可能にする。

なお、本実施の形態では外周精研削砥石５５またはノッチ精研削砥石５８はレジンボンドまたはゴム等の弾性材料により砥粒が保持されることにより形成された弾性砥石と説明しているが、本発明はこれに限らず、弾性材料により形成される弾性砥石であればいずれのものでも好適に実施可能である。

本発明に係わる面取り装置の全体正面図。 ウェーハの面取り方法の手順を示したフロー図。 従来の面取り装置の全体正面図。

符号の説明

１、１０…面取り装置，２、３、４…センサ，２０…ウェーハ送りユニット，５０…砥石回転ユニット，２４…Ｘテーブル，２８…Ｙテーブル，３３…θスピンドル，３４…ウェーハテーブル，５２…外周加工砥石，５５…外周精研削砥石，５８…ノッチ精研削砥石，６１…ノッチ粗研削砥石，Ｗ…ウェーハ

Claims (7)

1. ウェーハを保持して回転するウェーハテーブルと、
   前記ウェーハの外周部、ノッチ部、またはオリフラ部のいずれかの研削を行なう1つ以上の回転する砥石と、
   前記砥石を回転させるスピンドルと、
   前記ウェーハテーブルを前記砥石に対して相対的に移動させる移動手段と、
   前記スピンドルに備えられたモータの電流値の変化または前記モータの回転数の変化または前記砥石の振動の変化を検出する１つ以上のセンサと、を備えたことを特徴とするウェーハ面取り装置。
2. 前記砥石は、レジンボンドまたはゴムを用いた弾性材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ面取り装置。
3. 前記スピンドルには、前記砥石の振動を検出する振動ピックアップセンサが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウェーハ面取り装置。
4. ウェーハを回転するウェーハテーブルに保持し、スピンドルにより回転される砥石に対して移動手段により前記ウェーハテーブルを相対的に移動させることにより、前記砥石で前記ウェーハの外周部、ノッチ部、またはオリフラ部のいずれかを研削するウェーハ面取り装置において、
   前記ウェーハ面取り装置は、前記スピンドルに備えられたモータの電流値の変化または前記モータの回転数の変化または前記砥石の振動の変化を検出する１つ以上のセンサを備え、
   前記１つ以上のセンサにより検出された値の変化と前記移動手段から得られる前記ウェーハの位置より、前記砥石の外径を算出することを特徴とするウェーハ面取り方法。
5. ウェーハを回転するウェーハテーブルに保持し、スピンドルにより回転される砥石に対して移動手段により前記ウェーハテーブルを相対的に移動させることにより、前記砥石で前記ウェーハの外周部、ノッチ部、またはオリフラ部のいずれかを研削するウェーハ面取り装置において、
   前記ウェーハ面取り装置は、前記スピンドルに備えられたモータの電流値の変化または前記モータの回転数の変化または前記砥石の振動の変化を検出する１つ以上のセンサを備え、
   前記１つ以上のセンサにより検出された値に基づき前記ウェーハと前記砥石とが接触する押圧を増加または減少させることを特徴とするウェーハ面取り方法。
6. 前記砥石は、レジンボンドまたはゴムを用いた弾性材料により形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のウェーハ面取り方法。
7. 前記スピンドルには、前記砥石の振動を検出する振動ピックアップセンサが設けられていることを特徴とする請求項４、５、または請求項６のいずれか１項に記載のウェーハ面取り方法。

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