JP2010207984A

JP2010207984A - 面取り加工装置及び面取り加工方法

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Publication number: JP2010207984A
Application number: JP2009058165A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Yamada; 和義山田
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: JP5321813B2

Abstract

【課題】
ダミーウェーハを使用せずに加工用砥石とウェーハまたはツルアーとの相対的位置または加工砥石直径を決定し、短時間で無駄なく面取り形状精度を向上させる面取り加工装置及び面取り加工方法を提供すること。
【解決手段】
ウェーハＷまたはツルアーＴに供給される加工補助液Ｌを介して設けられたセンサ３によりウェーハＷまたはツルアーＴと加工用砥石との接触を検知し、接触した座標位置から相対的座標位置または加工用砥石直径を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体インゴットから切断された半導体装置や電子部品等の材料となるウェーハの面取りを行なう面取り加工方法及び面取り加工装置に関するものである。

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加工用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６に面取り加工装置の従来例を示す。図６は従来の面取り加工装置の正面図である。面取り加工装置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、及び面取り加工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加工用砥石としての外周加工砥石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及びノッチ粗研エアタービン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か加工用砥石としての外周精研削砥石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、ウェーハテーブル３４と相対的に移動されることにより、それぞれ加工位置に位置づけられる。

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によりツルーイングされ外周精研削用溝が形成される。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。

説明した通り、半導体装置や電子部品等の素材となるウェーハは、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、各種砥石により外周部が面取り加工されて製造される。このとき、加工用溝によりウェーハ端部に形成される面取り形状は、上下の面取り幅が均等に若しくは所定の面取り幅になるように加工される。

特開２００５−１５３０８５号公報

このような加工においてウェーハテーブルの平面度、ウェーハ厚さのばらつき、ウェーハの反りなどによりウェーハと加工用砥石の位置にズレが生じるため、面取り加工装置では予めダミーのウェーハを加工することにより加工用砥石とウェーハの位置を決定し、相対的な座標位置の修正を行っている。しかし、これには多くのダミーウェーハを消費するのでコストや段取り時間の増加の原因となっていた。

また、加工用砥石のドレッシング及びツルーイングを行う場合においては、ダミーウェーハを加工することにより得られた座標を用いて位置を修正している。このようなドレッシング及びツルーイングにおいて、ツルアー端部の形状と溝の形状が合っていない様な場合、加工用砥石とツルアーの位置関係にズレが生じて加工用砥石とツルアーとの接近時に偏当たりや過度な当たり、または当たり不足が起こり正確なドレッシング、ツルーイングが行われない場合があった。

本発明はこのような問題に対して成されたものであり、ダミーウェーハを使用せずに加工用砥石とウェーハまたはツルアーとの相対的位置または加工用砥石直径を決定し、短時間で無駄なく面取り形状精度を向上させる面取り加工装置及び面取り加工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、ウェーハまたはツルーイング砥石を載置するウェーハテーブルと、前記ウェーハの端部を研削する１つ以上の加工用砥石と、前記ウェーハテーブルを前記加工用砥石に対して相対的に移動させる移動手段と、前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石に生じるアコースティックエミッションを前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石の表面に供給される加工補助用の流体を介して検知するセンサと、前記センサを前記ウェーハテーブルに対して垂直に接離移動させる駆動部と、前記センサにより得られるアコースティックエミッションの変化を前記ウェーハまたはツルーイング砥石の座標位置とともに記憶し演算を行う制御部と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明は前記発明において、前記センサはアコースティックエミッションセンサであることを特徴としている。

本発明によれば、面取り加工装置はウェーハテーブルと、加工用砥石と、移動手段と、センサと、駆動部と、制御部とを備えている。

ウェーハテーブルはウェーハまたはツルーイング砥石が吸着載置される。吸着載置されたウェーハまたはツルーイング砥石は回転され、台形形状に加工用溝が形成された回転する加工用砥石に接触させることによりウェーハの端部を面取り加工または加工用砥石のツルーイング加工が行われる。

このとき、面取り加工装置にはウェーハまたはツルーイング砥石に生じるアコースティックエミッション（以下、ＡＥと称する）をウェーハまたはツルーイング砥石の表面に供給される加工補助用の流体を介して検知するＡＥセンサ等のセンサが設けられている。センサは予め測定されたウェーハの厚みのバラつきとウェーハテーブル表面の面振れのデータに基づき、駆動装置によってウェーハテーブルに対して一定の距離を保つように垂直に接離移動される。

ウェーハテーブルを砥石に対して相対的に移動させる移動手段によりウェーハテーブルが移動することでウェーハまたはツルーイング砥石が加工用砥石に接触すると、センサによりウェーハまたはツルーイング砥石に生じるＡＥの変化が検出される。これにより、ウェーハまたはツルーイング砥石と加工用砥石とが接触したことが検知される。接触した座標位置は制御部に記憶される。

ウェーハまたはツルーイング砥石と加工用砥石との相対的位置または加工用砥石直径の決定では、まず加工用砥石に形成された溝の台形形状の一方の傾斜面にウェーハまたはツルーイング砥石を接触させて座標位置を記憶させ、続いて他方の傾斜面にウェーハまたはツルーイング砥石を接触させて座標位置を記憶させる。制御部はこのようにして得られた２つの座標位置から溝の中間点の座標位置を算出する。続いて中間点の座標へウェーハまたはツルーイング砥石を合わせ、その位置でウェーハまたはツルーイング砥石を加工用砥石へ接触させることにより溝底部の座標位置を検知する。このようにして得られた一方の傾斜面の座標位置、他方の傾斜面の座標位置、溝底部の座標位置に基づき制御部によってウェーハまたはツルーイング砥石と加工用砥石との相対的座標位置または加工用砥石直径を算出し、算出された相対的座標位置に基づき面取り加工を行う。

これにより、ダミーウェーハを多数使用せずに加工用砥石とウェーハまたはツルアーとの相対的位置を決定することが可能となり、ダミーウェーハの搬送、載置などの時間も必要なくなるので短時間で無駄なく面取り形状精度を向上させることが可能となる。

以上説明したように、本発明の面取り加工装置及び面取り加工方法によれば、ウェーハまたはツルーイング砥石に生じるＡＥを表面に供給される加工補助用の流体を介して検知するセンサにより、ダミーウェーハを多数使用せずにウェーハまたはツルーイング砥石と加工用砥石との相対的位置または加工用砥石直径を決定し、短時間で無駄なく面取り形状精度を向上させることが可能となる。

本発明に係わる面取り加工装置の主要部を示す正面図。面取り加工方法が行われるシステム構成図。相対的位置座標を算出する様子を示した断面図。面取り加工方法の手順を示したフロー図。別の実施の形態による面取り加工装置の構成図。従来のウェーハ面取り加工装置の主要部を示す正面図。

以下添付図面に従って本発明に係る面取り加工装置及び面取り加工方法の好ましい実施の形態について詳説する。はじめに、本発明に係るウェーハ面取り加工装置について説明する。図１は、面取り加工装置の主要部を示す正面図、図２は面取り加工方法が行われるシステム構成図である。

面取り加工装置１は、図１に示すようにウェーハ送りユニット２０、砥石回転ユニット５０、測定部２を備えている。また、面取り加工装置１にはこの他に図示しないウェーハ供給／収納部、ウェーハ洗浄／乾燥部、及び面取り加工装置各部の動作を制御する制御部等を備えている。

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サーボモータから成る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またはウェーハＷの周縁を仕上げ面取りする砥石のツルーイングに用いるツルアーＴ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Ｔは図１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。

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加工用砥石としての外周精研削砥石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。

外周加工砥石５２は、ダイヤモンド砥粒のメタルボンド砥石で、粒度＃８００である。外周精研削砥石５５は、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。また、ノッチ粗研削砥石６１は直径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、ノッチ精研削砥石５８は、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。

外周砥石スピンドル５１は、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で、回転速度８，０００ｒｐｍで回転される。また、外周精研スピンドル５４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で、回転速度３５，０００ｒｐｍで回転される。

ノッチ粗研スピンドル６０は、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で、回転速度８０，０００ｒｐｍで回転され、ノッチ精研スピンドル５７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で、回転速度１５０，０００ｒｐｍで回転される。

測定部２はウェーハテーブル３４の上部近傍に設けられ、センサ３、センサ３が取り付けられた駆動部４、ウェーハテーブル３４またはウェーハＷの変位を測定する変位センサ５を備えている。

センサ３はＡＥ（ａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎ）を検出するＡＥセンサであって、ノズル６よりウェーハテーブル３４上のウェーハＷまたはツルアーＴ表面に供給される純水等の加工補助液Ｌに接触するようにウェーハＷまたはツルアーＴ上に設置される。

センサ３は図２に示す制御部７に設けられたコントローラ８を介して記憶演算装置９と接続され、検知したＡＥ信号を記憶演算装置９へ送り、ＡＥ信号はウェーハＷまたはツルアーＴと各加工用砥石との座標位置のデータとともに記憶演算装置９へ記憶される。

駆動部４はボールネジやリニアモーター等の直動駆動機構を用いた駆動装置であって、取り付けられたセンサ３をウェーハテーブル３４に対して垂直に接離移動させる。センサ３の駆動部４による移動は、レーザーセンサー、静電容量センサ、空気マイクロセンサ等の変位測定センサである変位センサ５により予め測定されて記憶演算装置９に記憶されたウェーハＷの厚みのバラつきとウェーハテーブル３４表面の面振れのデータに基づいて行われ、センサ３とウェーハＷまたはツルアーＴとの間隔が常に一定になるようにセンサ３が移動する。

面取り加工装置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、詳細な説明は省略する。

次に、本発明に係る面取り加工方法について説明する。図３は相対的座標位置を算出する様子を示した側面図、図４は面取り加工方法の手順を示したフロー図である。

面取り加工方法では、まず変位測定工程として図１に示す変位センサ５によりウェーハテーブル３４表面の面振れが測定され、データが制御部７へ送られて記憶される。ウェーハテーブル３４の面振れが測定された後、ウェーハ搬送手段によりウェーハ供給／収納部から搬送されたウェーハＷまたはツルアーＴがウェーハテーブル３４まで搬送されて吸着載置される。吸着載置後、変位センサ５によりウェーハＷ端部の厚みや反りのバラつきが測定され、データが制御部７へ送られて記憶される（図４に示すステップＳ１。）。

続いて、ウェーハＷまたはツルアーＴにノズル６より加工補助液Ｌが供給され、センサ３が加工補助液Ｌに接触するようにウェーハＷまたはツルアーＴ上に設置される。センサ３が設置された後、第１の傾斜面検知工程として図３（ａ）に示すように回転するウェーハＷまたはツルアーＴを回転する加工用砥石の加工用溝１２の上部傾斜面１２ａへ低速で接近させて接触させる（ステップＳ２。）。

上部傾斜面１２ａに接触することにより発生したＡＥはセンサ３により検知され制御部７の記憶演算装置９へ送られ、接触した位置の座標データと共に記憶される。

続いて、第２の傾斜面検知工程として図３（ｂ）に示すように回転するウェーハＷまたはツルアーＴを回転する加工用砥石の加工用溝１２の下部傾斜面１２ｂへ低速で接近させて接触させる（ステップＳ３。）。

下部傾斜面１２ｂに接触することにより発生したＡＥはセンサ３により検知され制御部７の記憶演算装置９へ送られ、接触した位置の座標データと共に記憶される。

続いて、第１の傾斜面検知工程と第２の傾斜面検知工程とにより得られた上部傾斜面１２ａと下部傾斜面１２ｂとの位置座標より中間点の座標を記憶演算装置９により算出する（ステップＳ４。）。

算出された上部傾斜面１２ａと下部傾斜面１２ｂとの中間点は加工用溝１２の中央であって、ウェーハＷの外周面を加工する位置となる。

続いて、図３（ｃ）に示すようにウェーハＷまたはツルアーＴを算出された中間点に合うように移動させ、その状態で回転するウェーハＷまたはツルアーＴを回転する加工用砥石の加工用溝１２の加工用溝底部１２ｃへ低速で接近させて接触させる（ステップＳ５。）。

加工用溝底部１２ｃに接触することにより発生したＡＥはセンサ３により検知され制御部７の記憶演算装置９へ送られ、接触した位置の座標データと共に記憶される。これにより加工用溝１２中央の径方向の終点となる座標が検知される。

このようにして得られたウェーハＷまたはツルアーＴと加工用溝１２の上部傾斜面１２ａ、下部傾斜面１２ｂ、加工用溝底部１２ｃとが接触する位置座標に基づき、ウェーハＷまたはツルアーＴと加工用砥石との相対的座標位置が記憶演算装置９により算出される。面取り加工装置１は、算出された相対的座標位置に基づきウェーハＷまたはツルアーＴと加工用砥石との位置を調整し、ウェーハＷの面取り加工及び加工用砥石のツルーイングを行う。

これにより、ダミーウェーハを使用せずに加工用砥石とウェーハＷまたはツルアーＴとの相対的位置または加工用砥石直径を決定することが可能となり、ダミーウェーハの搬送、載置などの時間も必要なくなるので短時間で無駄なく面取り形状精度を向上させることが可能となる。

なお本実施の形態の面取り加工装置１では、水平に回転するウェーハＷまたはツルアーＴを水平に回転する加工用砥石により面取り加工を行うが、本発明はこれに限らず図５に示すようにウェーハテーブル３４の回転軸に対して直交するように配置されたスピンドルに取り付けられた砥石１３により面取り加工を行う方法（コンタリング研削と称する）においても好適に実施可能である。

コンタリング研削により面取り加工を行う面取り加工装置においては、図５に示されるようにウェーハＷまたはツルアーＴを円筒形状砥石１３の外周端部の任意３点以上の場所へ低速で接近させて接触させる。接触することにより発生した振動はセンサ３により検知され制御部７の記憶演算装置９へ送られ、接触した位置の座標データと共に記憶される。このようにして得られた３点の位置座標を最小二乗法で演算処理を行うことにより円筒形状の砥石１３の回転軸の中心座標と砥石１３の直径が算出される。

以上、説明したように、本発明に係わる面取り加工装置及び面取り加工方法によれば、ウェーハまたはツルーイング砥石が加工用砥石に接触する際の振動を、ウェーハまたはツルーイング砥石表面に供給される加工補助用の流体を介して検知するＡＥセンサ等のセンサにより検知することでウェーハまたはツルーイング砥石と加工用砥石との相対的座標位置または加工用砥石直径を決定することが可能となる。これにより、ダミーウェーハを使用せずに短時間で無駄なく面取り形状精度を向上させることが可能となる。

１、１０…面取り加工装置，２…測定部，３…センサ，４…駆動部，５…変位センサ，６…ノズル，７…制御部，８…コントローラ，９…記憶演算装置，１２…加工用溝，１２ａ…上部傾斜面，１２ｂ…下部傾斜面，１２ｃ…加工用溝底部，１３…砥石，２０…ウェーハ送りユニット，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，５４…外周精研スピンドル，５５…外周精研削砥石（面取り用砥石），５８…ノッチ精研削砥石，６１…ノッチ粗研削砥石，Ｌ…加工補助液，Ｗ…ウェーハ

Claims

ウェーハまたはツルーイング砥石を載置するウェーハテーブルと、
前記ウェーハの端部を研削する１つ以上の加工用砥石と、
前記ウェーハテーブルを前記加工用砥石に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石に生じるアコースティックエミッションを前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石の表面に供給される加工補助用の流体を介して検知するセンサと、
前記センサを前記ウェーハテーブルに対して垂直に接離移動させる駆動部と、
前記センサにより得られるアコースティックエミッションの変化を前記ウェーハまたはツルーイング砥石の座標位置とともに記憶し演算を行う制御部と、を備えたことを特徴とする面取り加工装置。
前記センサはアコースティックエミッションセンサであることを特徴とする請求項１に記載の面取り加工装置。
ウェーハまたはツルーイング砥石をウェーハテーブル上に載置して回転させ、台形形状に加工用溝が形成された回転する加工用砥石に接触させることにより前記ウェーハの端部を面取り加工するまたは前記加工用砥石のツルーイング加工を行う面取り加工方法において、
前記ウェーハの厚みのバラつきと前記ウェーハテーブル表面の面振れを測定する変位測定工程と、
前記加工用溝の台形形状の一方の傾斜面に前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石を接触させるとともに、前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石に表面に供給される加工補助用の流体を介して前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石に生じるアコースティックエミッションの変化をセンサにより検知し、アコースティックエミッションの変化が検知された前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石と前記加工用砥石との座標位置を記録する第１の傾斜面検知工程と、
前記加工用溝の台形形状の他方の傾斜面に前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石を接触させるとともに、前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石に生じるアコースティックエミッションの変化を前記センサにより検知し、アコースティックエミッションの変化が検知された前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石と前記加工用砥石との座標位置を記録する第２の傾斜面検知工程と、
前記第１の傾斜面検知工程と前記第２の傾斜面検知工程とにより記録された座標より前記一方の傾斜面と前記他方の傾斜面との中間点の座標を算出する中間点算出工程と、
前記中間点算出工程で算出された中間点の座標へ前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石を合わせ、前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石を前記加工用砥石へ接触させるとともに、前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石に生じるアコースティックエミッションの変化を前記センサにより検知し、アコースティックエミッションの変化が検知された前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石と前記加工用砥石との座標位置を記録する溝底部検知工程と、により前記ウェーハまたは前記ツルーイング砥石と前記加工用砥石との相対的座標位置または加工用砥石直径を算出し、算出された相対的座標位置または加工用砥石直径に基づき面取り加工を行うことを特徴とする面取り加工方法。
前記センサはＡＥセンサであることを特徴とする請求項３に記載の面取り加工方法。