JP2015112698A - 加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高さ位置測定手段が高さを測定すべき位置に高さ位置測定手段の測定位置を正しく位置付けることにより、被加工物の損傷を防ぐ。
【解決手段】位置ずれ検出ステップにおいて、撮像手段１３が撮影する位置と、高さ位置測定手段１４が被加工物の高さを測定する測定位置との間のずれを検出し、領域検出ステップにおいて、撮像手段１３で被加工物を撮影し、撮影した画像に基づいて高さ位置測定手段１４が被加工物の高さを測定すべき位置を算出し、上面高さ位置測定ステップにおいて、領域検出ステップで検出した位置に位置ずれ検出ステップで検出したずれを加味して高さ位置測定手段１４を位置付け、被加工物の上面の高さを測定する。加工ステップにおいては、高さ測定ステップで測定した高さを基準として、加工手段１２で被加工物を加工することで、被加工物の損傷を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物を加工する加工方法に関する。

ウェーハなどの被加工物の上面から所定の深さ切り込んだ溝を形成する場合や、被加工物の上面から所定の厚さ研削する場合など、被加工物の上面の高さ（上面高さ位置）を基準として被加工物を加工する場合がある。例えば、特許文献１には、被加工物の上面の高さを背圧式センサーで測定し、測定した高さを基準として切削溝を形成する切削装置が記載されている。

特開２００１−２９８００３号公報

被加工物の上面が面一ではなく高低差がある場合は、高さ位置測定手段の測定位置によって高さ位置が変化するため、高さ位置測定手段の測定位置を被加工物上の所望の位置に位置付けることが必要となる。例えば、高低差がある被加工物上面の最頂点の高さ位置を測定したい場合等、所望の位置の高さ位置を測定するには、顕微鏡などの撮像手段で被加工物の上面を撮影し、撮影した画像から高さ位置測定手段が高さを測定すべき位置を検出し、検出した位置に高さ測定手段の測定位置を位置付ける。

しかし、高さ位置測定手段の組付け位置がずれていると、所望の位置に高さ位置測定手段を位置付けることができないという問題がある。高さ位置測定手段が所望の位置に位置付けられず、所望の位置とは異なる位置で被加工物の上面高さ位置を測定し、その上面高さ位置を基準として被加工物に対して加工を施すと、例えば深すぎる溝が形成されるなど、被加工物が損傷するおそれがある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、高さ測定手段が高さを測定すべき位置に高さ測定手段の測定位置を正しく位置付けることにより、被加工物の損傷を防ぐことを目的とする。

本発明に係る加工方法は、被加工物を加工する加工手段と、被加工物を撮影する撮像手段と、被加工物の高さ位置を測定する高さ位置測定手段と、を備えた加工装置を用いて被加工物を加工する加工方法であって、該撮像手段が撮影する座標位置と、該高さ位置測定手段が高さ位置を測定する座標位置との間のずれを検出する位置ずれ検出ステップと、被加工物を該撮像手段で撮影し、撮影した画像に基づいて該高さ位置測定手段が上面高さ位置を測定すべき位置の座標を測定位置座標として検出する領域検出ステップと、該領域検出ステップで検出された該測定位置座標に該位置ずれ検出ステップで検出されたずれを加味した位置に該高さ位置測定手段を位置付け、被加工物の上面の高さ位置を測定する上面高さ位置測定ステップと、該上面高さ位置測定ステップで測定された上面高さ位置を基準として、被加工物に該加工手段で加工を施す加工ステップと、を備える。

本発明に係る加工方法によれば、撮像手段が撮影する座標位置と高さ位置測定手段が高さ位置を測定する座標位置との間のずれを検出し、検出したずれを加味した位置に高さ位置測定手段を位置付けるため、測定すべき位置の高さ位置を正確に測定することができる。そして、測定すべき位置に高さ位置測定手段を正しく位置付けて測定した上面高さ位置を基準として加工を行うため、被加工物の損傷を防ぐことができる。

加工装置を示す斜視図。 テープを介してフレームに支持されたダミーチップを示す斜視図。 撮像ステップを示す平面図。 仮位置付けステップを示す平面図。 第１走査ステップを示す平面図。 第２走査ステップを示す平面図。 被加工物を示す斜視図。 領域検出ステップを示す平面図。 高さ測定ステップを示す平面図。 加工ステップを示す斜視図。

図１に示す加工装置１０は、被加工物を保持する保持手段１１と、保持手段１１に保持された被加工物を加工する加工手段１２と、保持手段１１に保持された被加工物を撮影する撮像手段１３と、保持手段１１に保持された被加工物の高さ位置を測定する高さ位置測定手段１４と、加工手段１２及び撮像手段１３及び高さ位置測定手段１４を±Ｚ方向に移動させるＺ方向移動手段１５と、保持手段１１を±Ｘ方向に移動させるＸ方向移動手段１６と、加工手段１２及び撮像手段１３及び高さ位置測定手段１４を±Ｙ方向に移動させるＹ方向移動手段１７とを備え、保持手段１１に保持された被加工物に対して加工手段１２が加工を施す装置である。

保持手段１１は、ＸＹ平面に平行な保持面１１１を有し、保持面１１１に載置された被加工物を吸引して保持する。

加工手段１２は、±Ｙ方向の軸心を有するスピンドル２１と、スピンドル２１の先端に装着された切削ブレード２０とを備え、回転する切削ブレード２０を被加工物に作用させることにより切削加工を行う。

撮像手段１３は、例えば−Ｚ方向の所定範囲を撮影する顕微鏡を有しており、加工手段１２に固定されている。

高さ位置測定手段１４は、例えば特許文献１に記載された背圧センサを有しており、下方に位置する被加工物の±Ｚ方向の高さ位置を測定する。高さ位置測定手段１４は、加工手段１２に固定されている。

Ｚ方向移動手段１５は、±Ｚ方向に平行なボールねじをモータ５１が回転させることにより、ボールねじに係合した移動部５３がガイド５４に案内されて±Ｚ方向に移動する構成となっている。移動部５３には、加工手段１２が固定され、移動部５３の移動に伴って、加工手段１２並びにそれに固定された撮像手段１３及び高さ位置測定手段１４が±Ｚ方向に移動する。これにより、加工手段１２及び撮像手段１３及び高さ位置測定手段１４と、保持手段１１とが相対的に±Ｚ方向に移動する。

Ｘ方向移動手段１６は、±Ｘ方向に平行なボールねじ６２をモータ６１が回転させることにより、ボールねじ６２に係合した移動部６３がガイド６４に案内されて±Ｘ方向に移動する。移動部６３には、保持手段１１が固定され、移動部６３の移動に伴って、保持手段１１が±Ｘ方向に移動する。これにより、加工手段１２及び撮像手段１３及び高さ位置測定手段１４と、保持手段１１とが相対的に±Ｘ方向に移動する。

Ｙ方向移動手段１７は、±Ｙ方向に平行なボールねじ７２をモータ７１が回転させることにより、ボールねじ７２に係合した移動部７３がガイド７４に案内されて±Ｙ方向に移動する。移動部７３には、Ｚ方向移動手段１５が固定され、移動部７３の移動に伴って、Ｚ方向移動手段１５、それに固定された加工手段１２並びに加工手段１２に固定された撮像手段１３及び高さ位置測定手段１４が、±Ｙ方向に移動する。これにより、加工手段１２及び撮像手段１３及び高さ位置測定手段１４と、保持手段１１とが相対的に±Ｙ方向に移動する。

Ｘ方向移動手段１６及びＹ方向移動手段１７によって撮像手段１３と保持手段１１とがＸＹ平面内で相対的に自在に移動可能であるため、撮像手段１３は、保持手段１１に保持された被加工物の上面の任意の位置を撮影することができる。また、Ｘ方向移動手段１６及びＹ方向移動手段１７によって高さ位置測定手段１４と保持手段１１とがＸＹ平面内で相対的に自在に移動可能であるため、保持手段１１に保持された被加工物の上面の任意の位置の真上に高さ位置測定手段１４を位置づけ、Ｚ方向移動手段１５によって高さ位置測定手段１４と保持手段１１とを相対的に接近させることにより、被加工物の上面の任意の位置の高さを測定することができる。

撮像手段１３が固定されている位置と高さ位置測定手段１４が固定されている位置とが異なるため、例えば撮像手段１３で撮影した画像内の所定の座標（例えば原点）に写った部分の高さを高さ位置測定手段１４で測定しようとすると、撮像手段１３が固定されている位置と高さ位置測定手段１４が固定されている位置との差の分だけ、撮像手段１３及び高さ位置測定手段１４と保持手段１１とをＸＹ平面内で相対的に移動させる必要がある。この差を「オフセット量」と呼ぶ。

加工装置１０は、オフセット量の設計上の理論値をあらかじめ記憶している。しかし、撮像手段１３や高さ位置測定手段１４の組み付け位置には誤差があるため、実際のオフセット量が設計上の理論値と異なる場合がある。このため、実際に被加工物を加工する前に、実際のオフセット量と理論値との差を検出する。以下では、実際のオフセット量と理論値との差を考慮して被加工物を加工する方法について説明する。

１ 位置ずれ検出ステップ
位置ずれ検出ステップは、撮像手段１３でダミーチップを撮影する撮像ステップと、オフセット量の理論値に基づいて高さ位置測定手段１４を位置付ける仮位置付けステップと、高さ位置測定手段１４を±Ｘ方向に走査して高さを測定する第１走査ステップと、高さ位置測定手段１４を±Ｙ方向に走査して高さを測定する第２走査ステップとを実行する。
以下、各ステップについて詳述する。

（１）撮像ステップ
撮像ステップでは、実際のオフセット量と理論値との間のずれを算出するための基準となる基準点の位置を検出する。図２に示すダミーチップ８３は、位置ずれ検出ステップで使用されるものであり、円環状のフレーム８１の開口部に貼着されたテープ８２に貼着されることにより、フレーム８１に固定されている。ダミーチップ８３は、例えば正方形板状であり、±ｘ方向に平行な辺と、±ｙ方向に平行な辺とを有している。

まず、ダミーチップ８３を保持手段１１の保持面１１１に載置して保持手段１１で保持する。次に、保持手段１１に保持されたダミーチップ８３全体を撮像手段１３で撮影する。撮像手段１３は、一回の撮影でダミーチップ８３全体を撮影する構成でもよいし、一回の撮影で狭い範囲を撮影し、Ｘ方向移動手段１６及びＹ方向移動手段１７によって保持手段１１と撮像手段１３とをＸＹ平面内で相対的に移動させることにより、ダミーチップ８３全体を走査して撮影する構成でもよい。

図３に示す画像３０は、撮像ステップで撮影される画像の例である。加工装置１０は、撮像手段１３が撮影した画像３０を解析することにより、ダミーチップ８３の四辺に対応するエッジ３１〜３４を検出する。

次に、加工装置１０は、検出したエッジ３１〜３４から基準点（例えばダミーチップ８３の中心）の座標を算出する。例えば、加工装置１０は、互いに平行な一組のエッジ３１，３２の中心線と、互いに平行なもう一組のエッジ３３，３４の中心線との交点の座標を算出することにより、中心３５の座標を算出する。

（２）仮位置付けステップ
次に、撮像ステップで算出した中心３５の座標とオフセット量の理論値とに基づいて、Ｘ方向移動手段１６及びＹ方向移動手段１７によって保持手段１１と高さ位置測定手段１４とをＸＹ平面内で相対的に移動させ、ダミーチップ８３の中心８３５に高さ位置測定手段１４の測定位置を位置付ける。しかし、実際のオフセット量と理論値との間にずれがあるので、図４に示すように、高さ位置測定手段１４の測定位置４５は、ダミーチップ８３の中心８３５からずれている。

（３）第１走査ステップ
第１走査ステップでは、実際のオフセット量と理論値との間の±Ｘ方向におけるずれを算出する。
図５に示すように、高さ位置測定手段１４でダミーチップ８３の上面の高さを測定しながら、仮位置付けステップで位置付けた位置から、Ｘ方向移動手段１６によって高さ位置測定手段１４を保持手段１１に対して相対的に＋Ｘ方向に移動させ、高さ位置測定手段１４の測定位置４５をダミーチップ８３上で＋Ｘ方向に移動させる。そして、高さ位置測定手段１４が測定した高さが急激に変化する位置４１を検出する。

同様に、高さ位置測定手段１４でダミーチップ８３の上面の高さを測定しながら、仮位置付けステップで位置付けた位置から、Ｘ方向移動手段１６によって高さ位置測定手段１４を保持手段１１に対して相対的に−Ｘ方向に移動させ、高さ位置測定手段１４の測定位置４５をダミーチップ８３上で−Ｘ方向に移動させる。そして、高さ位置測定手段１４が測定した高さが急激に変化する位置４２を検出する。

加工装置１０は、検出した２つの位置４１，４２の中間点４６と、仮位置付けステップで位置付けた位置との差を算出することにより、実際のオフセット量と理論値との間の±Ｘ方向における相対的な位置のずれ４８を求める。

（４）第２走査ステップ
第２走査ステップでは、実際のオフセット量と理論値との間の±Ｙ方向におけるずれを算出する。
図６に示すように、高さ位置測定手段１４でダミーチップ８３の上面の高さを測定しながら、仮位置付けステップで位置付けた位置から、Ｙ方向移動手段１６によって高さ位置測定手段１４を保持手段１１に対して相対的に＋Ｙ方向に移動させ、高さ位置測定手段１４の測定位置４５をダミーチップ８３上で＋Ｙ方向に移動させる。そして、高さ位置測定手段１４が測定した高さが急激に変化する位置４３を検出する。

同様に、高さ位置測定手段１４でダミーチップ８３の上面の高さを測定しながら、仮位置付けステップで位置付けた位置から、Ｙ方向移動手段１６によって高さ位置測定手段１４を保持手段１１に対して相対的に−Ｙ方向に移動させ、高さ位置測定手段１４の測定位置４５をダミーチップ８３上で−Ｙ方向に移動させる。そして、高さ位置測定手段１４が測定した高さが急激に変化する位置４４を検出する。

加工装置１０は、検出した２つの位置４３，４４の中間点４７と、仮位置付けステップで位置付けた位置との差を算出することにより、実際のオフセット量と理論値との間の±Ｙ方向における相対的な位置のずれ４９を求める。

このようにして算出したずれ４８，４９を用いて、オフセット量の理論値を補正することにより、実際のオフセット量、すなわち、撮像手段１３が撮影する座標位置と、高さ位置測定手段１４が高さ位置を測定する座標位置との間のずれを検出することができる。

上記位置ずれ検出ステップの後、撮像手段１３で被加工物９０を撮影して高さ位置を測定すべき位置を検出する領域検出ステップと、領域検出ステップで検出した位置における被加工物９０の高さを高さ位置測定手段１４で測定する上面高さ位置測定ステップと、上面高さ位置測定ステップで測定した高さを基準にして被加工物を加工する加工ステップとを実行する。

以下では、図７に示すように、±ｙ方向に平行な複数の溝９２と、±ｘ方向に平行な複数の溝９３とが上面９１に形成された被加工物９０（溝入りウェーハ）を切削して、溝９２，９３の底から更に所定量の深さの溝を形成する場合を例にして、各ステップについて詳述する。

２ 領域検出ステップ
まず、被加工物９０を図１に示した保持手段１１の保持面１１１に載置して保持手段１１で保持する。次に、図８に示すように、Ｘ方向移動手段１６及びＹ方向移動手段１７によって保持手段１１と撮像手段１３とをＸＹ平面内で相対的に移動させることにより、撮像手段１３で撮影される撮像範囲３６を移動させながら、保持手段１１に保持された被加工物９０を撮像手段１３で撮影し、撮影した画像を解析することにより、溝９２または溝９３の底に当たる位置３７の座標、すなわち、高さ位置測定手段１４が上面高さ位置を測定すべき位置の座標を測定位置座標として検出する。この例では、溝９２，９３を所定量だけ深く形成するために、溝９２，９３の底における被加工物９０の上面の高さを基準にして加工手段１２を制御する必要がある。

３ 上面高さ位置測定ステップ
そこで、Ｘ方向移動手段１６及びＹ方向移動手段１７によって保持手段１１と高さ位置測定手段１４とをＸＹ平面内で相対的に移動させることにより、高さ位置測定手段１４の測定位置４５を、位置３７に位置付ける。
仮に、オフセット量の理論値を使って高さ位置測定手段１４を位置付けたとすると、高さ位置測定手段１４の測定位置４５は、位置３７からずれてしまうので、溝９２，９３の底ではない位置の高さを測定することになり、加工ステップで被加工物９０を正しく加工することができない。これに対し、位置ずれ検出ステップで検出したずれを加味して理論値を補正することにより得られた実際のオフセット量を使って高さ位置測定手段１４を位置付ければ、図９に示すように、高さ位置測定手段１４の測定位置４５を位置３７に正しく位置付けることができる。この状態で、高さ位置測定手段１４が被加工物９０の上面（すなわち溝９３の底）の高さを測定する。

４ 加工ステップ
図１０に示すように、図１に示したＺ方向移動手段１５によって加工手段１２を保持手段１１に対して−Ｚ方向に相対的に移動させることにより、上面高さ位置測定ステップで測定した上面高さ位置を基準にして、切削ブレード２０が被加工物９０に所定量切り込む位置に、加工手段１２を位置付ける。また、Ｙ方向移動手段１６によって加工手段１２と保持手段１１とを±Ｙ方向に相対的に移動させることにより、切削ブレード２０をいずれかの溝９２，９３の延長線上に位置付ける。そして、切削ブレード２０を回転させながら、Ｘ方向移動手段１６によって加工手段１２と保持手段１１とを±Ｘ方向に相対的に移動させることにより、切削ブレード２０を被加工物９０に切り込ませ、所定の深さの溝を形成する。

位置ずれ検出ステップで検出したずれに基づいて高さ測定ステップで高さ位置測定手段１４を位置付けるので、高さ位置測定手段１４を正しい位置に位置付けることができる。これにより、誤って測定した高さを基準にして被加工物を加工するのを防ぐことができるので、被加工物の損傷を防ぐことができる。

なお、加工手段１２は、被加工物の上面の高さを基準として被加工物を加工するものであれば、切削手段に限らず、例えばレーザ加工手段や研削手段などであってもよい。

高さ位置測定手段１４は、被加工物の上面の高さを測定するものであれば、背圧センサに限らず、レーザ距離計など他の非接触式センサであってもよいし、接触式センサであってもよい。なお、高さ位置測定手段１４が背圧センサであれば、被加工物の上面に触れることなく測定できるので被加工物に傷がつくのを防ぐことができるとともに、被加工物の上面が透明である場合でも測定が可能である。

ダミーチップ８３は、撮像手段１３で撮影可能かつ高さ位置測定手段１４で検出可能なエッジを有するものであれば、正方形板状に限らず、例えば長方形板状、菱形板状、円形板状など他の形状であってもよい。また、エッジは、高低差があればよいので、ダミーチップ８３の外周に限らず、ダミーチップ８３の上面に形成された溝であってもよい。例えば、被加工物９０のように、格子状に溝が形成されたものをダミーチップ８３として使用してもよい。また、ダミーチップ８３の代わりに、被加工物９０そのものを使用してもよい。

ダミーチップ８３を保持手段１１で保持する向きは、エッジがＸ方向及びＹ方向に平行になる向きに限らず、斜めであってもよい。上述した中心点検出方法によれば、ダミーチップ８３が斜めであっても、ダミーチップ８３の中心点を検出することができる。

また、位置ずれ検出の基準点は、ダミーチップ８３の中心に限らず、任意の位置であってもよい。例えば、互いに平行な一組のエッジからの距離の比がａ：ｂで、互いに平行なもう一組のエッジからの距離との比がｃ：ｄである点（ａ，ｂ，ｃ及びｄは、正の実数。）を基準点としてもよい。その場合も、ダミーチップ８３を保持手段１１で保持する向きは、斜めであってもよい。あるいは、第一の方向に延びるエッジからの距離がｐ、第一の方向と異なる第二の方向に延びるエッジからの距離がｑである点（ｐ及びｑは、各エッジの長さよりも小さい正の実数。）を基準点としてもよい。その場合、例えば、第一の方向が±Ｘ方向と平行で、かつ、第二の方向が±Ｙ方向と平行になる向きに、保持手段１１でダミーチップ８３を保持すればよい。

領域検出ステップで検出する高さを測定すべき位置は、撮像手段１３によって検出可能なものであればよく、溝の底に限らず、例えば、最頂点の位置であってよい。

１０ 加工装置、
１１ 保持手段、１１１ 保持面、
１２ 加工手段、２０ 切削ブレード、２１ スピンドル、
１３ 撮像手段、１４ 高さ位置測定手段、
１５ Ｘ方向移動手段，１６ Ｙ方向移動手段，１７ Ｚ方向移動手段、
５１，６１，７１ モータ、６２，７２ ボールねじ、５３，６３，７３ 移動部、
５４，６４，７４ ガイド、
３０ 画像、３１，３２，３３，３４ エッジ、３５，８３５ 中心、
３６ 撮像範囲、３７，４１，４２，４３，４４ 位置、４５ 測定位置、
４６，４７ 中間点、４８，４９ ずれ、
８１ フレーム、８２ テープ、８３ ダミーチップ、
９０ 被加工物、９１ 上面、９２，９３ 溝

Claims (1)

1. 被加工物を加工する加工手段と、被加工物を撮影する撮像手段と、被加工物の高さ位置を測定する高さ位置測定手段と、を備えた加工装置を用いて被加工物を加工する加工方法であって、
   該撮像手段が撮影する座標位置と、該高さ位置測定手段が高さ位置を測定する座標位置との間のずれを検出する位置ずれ検出ステップと、
   被加工物を該撮像手段で撮影し、撮影した画像に基づいて該高さ位置測定手段が上面高さ位置を測定すべき位置の座標を測定位置座標として検出する領域検出ステップと、
   該領域検出ステップで検出された該測定位置座標に該位置ずれ検出ステップで検出されたずれを加味した位置に該高さ位置測定手段を位置付け、被加工物の上面の高さ位置を測定する上面高さ位置測定ステップと、
   該上面高さ位置測定ステップで測定された上面高さ位置を基準として、被加工物に該加工手段で加工を施す加工ステップと、
   を備えた、加工方法。

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