JP2016078147A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】砥石における欠け等の破損を判断することができ、板状ワークの被研削面の状態を均一に維持できるようにすること。【解決手段】本発明の研削装置（１）は、板状ワーク（Ｗ）を保持するチャックテーブル（３）と、板状ワークを研削する砥石（４ｄ）を環状に配設させた研削ホイール（４ｆ）を回転可能に装着する研削手段（４）と、砥石の側面（４ｅ）を測定する測定手段（５）とを備えている。測定手段は、砥石の側面に測定光（Ｂ１）を照射させる発光部（５１）と、発光部から照射される測定光が砥石の側面で反射した反射光（Ｂ２）を受光するイメージセンサー（５２）と、イメージセンサーが反射光を検出した検出位置によって発光部から砥石の側面までの距離を演算する演算部（５６）と、演算部が演算した距離の変化によって砥石の破損を判断する判断部（５７）とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、板状ワークを研削する研削装置に関し、特に環状に配設させた砥石を回転させて板状ワークを研削することができる研削装置に関する。

従来、ウエーハ等の板状ワークを所定の厚さまで減じさせる研削装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された研削装置は、複数の砥石を環状に並べて配設させた研削ホイールを回転体に装着させている。このような研削装置において、板状ワークを仕上げ厚みまで薄化する場合、回転体の回転によって研削ホイールを回転させながら、環状に配設した砥石を板状ワークに当接させて研削を行っている。

従来の研削では、砥粒の粒度が＃３４０程度となる砥石を用いた粗研削を行い、その後、砥粒の粒度が＃２０００程度となる砥石を用いた仕上げ研削を行っており、近年では、砥粒の粒度が＃７０００、＃８０００になる砥石を用いた研削も行われている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許第４７３４０４１号公報 特開２０１０−２８００４１号公報

しかしながら、上述のように砥粒の粒度が大きくなって砥粒が細かくなると、砥石が柔らかいボンドで形成される場合が多くなる。このため、板状ワークの研削中に、砥石に欠けが生じ易くなる、という問題がある。

また、このような研削では、板状ワークの上面（被研削面）において、研削による研削痕を均一にする必要があるが、欠けを生じた砥石で研削すると研削痕が不均一になる。このため、板状ワークをウエーハとした場合、板状ワークを分割して形成された個々のデバイスの品質に影響を及ぼす、という問題もある。

更に、仮に、光学的な測定手段を用いて砥石の欠けを検出する場合、噴霧した状態となる研削液の影響を少なくしつつ、検出精度を良好に維持することが要求される。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、砥石における欠け等の破損を判断することができ、板状ワークの被研削面の状態を均一に維持することができる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、板状ワークを保持するチャックテーブルと、チャックテーブルが保持する板状ワークを研削する砥石を環状に配設させた研削ホイールを回転可能に装着する研削手段と、砥石の側面を測定する測定手段と、を備える研削装置であって、測定手段は、砥石の側面に測定光を照射させる発光部と、発光部から照射される測定光が砥石の側面で反射した反射光を受光するイメージセンサーと、イメージセンサーが反射光を検出した検出位置によって発光部から砥石の側面までの距離を演算する演算部と、演算部が演算した距離の変化によって砥石の破損を判断する判断部と、を備えることを特徴とする。

この構成においては、発光部から回転する砥石の側面までの距離を演算部で演算している。そして、その距離は、砥石に欠け等の破損があると、その破損位置だけ部分的に長くなるように変化するので、かかる変化によって砥石の破損を判断部で判断することができる。従って、判断部の判断結果を利用することによって、破損した砥石によって研削を継続することを回避することができる。これにより、板状ワークの被研削面に、傷（スクラッチ）が形成されたり、斑（ムラ）のある研削模様が形成されたりすることを抑制することができる。その結果、被研削面に形成される研削痕の状態を均一にすることができ、ひいては、板状ワークの品質の安定化を図ることができる。また、発光部及びイメージセンサーが砥石の側面に対して投光及び受光するので、発光部及びイメージセンサーの表面を鉛直面に沿って配設でき、かかる表面に噴霧して付着した研削液が流れ落ち易くなって研削液の付着量を少なくすることができる。更に、発光部及びイメージセンサーと、砥石の側面との間にエアカーテン等を設ける構成を容易に採用でき、この場合には、研削液の付着をより良く少なくして測定精度の安定化を図ることが可能となる。

本発明によれば、砥石における欠け等の破損を判断することができ、板状ワークの被研削面の状態を均一に維持することができる。

実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。 上記研削装置が有する測定手段の測定要領を示す説明図である。 上記測定手段の測定結果を示すグラフである。 変形例に係る研削装置を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。

図１に示すように、研削装置１は、チャックテーブル３と研削手段４とを相対回転させることにより、チャックテーブル３が保持する板状ワークＷを研削するように構成されている。チャックテーブル３の右側領域には測定手段５が設けられている。

研削装置１における被加工物である板状ワークＷとしては、シリコンウエーハや、硬質な難研削材で構成される基板を採用することができる。このような板状ワークＷは、たとえば、ビッカーズ硬度２０００以上の硬質を有する、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルチック（ＡｌＴｉＣ）またはアルミナセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）などの材料により構成される。

研削装置１は、略直方体形状の基台２を有している。基台２の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口部２１と、開口部２１の後方に垂直に設けられたコラム２２と、が配置されている。開口部２１は、チャックテーブル３を支持するテーブル支持台２４および蛇腹状の防塵カバー２５で覆われている。コラム２２は、直方体形状を有し、その前面に研削手段４が設けられている。

テーブル支持台２４は、略正方形状を有し、チャックテーブル３を支持する。また、テーブル支持台２４は、図示しない駆動機構に接続されており、この駆動機構から供給される駆動力によって、開口部２１内をＸ軸方向にスライド移動する。これにより、チャックテーブル３は、加工前の板状ワークＷを供給し、また、加工後の板状ワークＷを回収する載せ替え位置と、研削手段４と板状ワークＷとが対向する研削位置との間をスライド移動する。

防塵カバー２５は、板状ワークＷの研削加工時に発生する研削屑などが基台２内へ侵入することを防止する。防塵カバー２５は、テーブル支持台２４の前面および後面に取り付けられるとともに、その移動位置に応じて伸縮可能に設けられている。

チャックテーブル３は、円盤形状を有し、図示しないチャック回転手段によって円盤中心を軸に回転可能に設けられている。チャックテーブル３の上面には、板状ワークＷを吸着保持する保持面３ａが設けられている。保持面３ａは、たとえば、ポーラスセラミック材により構成されており、ポーラスセラミック材が吸引源（不図示）に接続されている。

研削手段４では、円筒状のスピンドル４ａの下端にホイールマウント４ｂが設けられ、ホイールマウント４ｂの下面に対し、研削ホイール４ｆが装着されている。研削ホイール４ｆは、ホイール基台４ｃの下面に複数の砥石４ｄを環状に配置して構成されている。砥石４ｄは、たとえば、ビトリファイドボンド砥石で構成される。砥石４ｄは、スピンドル４ａの駆動に伴ってＺ軸まわりに高速回転し、下面が研削面となって板状ワークＷに接触して研削する。なお、スピンドル４ａは、回転手段となる駆動モータ８の出力軸に固定されている。従って、研削ホイール４ｆは、駆動モータ８の駆動によってスピンドル４ａを介して回転される。

研削手段４は、コラム２２に設けられた研削送り手段４４によって駆動されて上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成され、研削手段４とチャックテーブル３とを相対的に接近および離反させることが可能である。研削送り手段４４は、Ｚ軸テーブル４４ａを有しており、Ｚ軸テーブル４４ａの前面側に取り付けられた支持部４４ｂを介して研削手段４が支持されている。Ｚ軸テーブル４４ａの背面には、後方に突出したナット部（不図示）が設けられている。Ｚ軸テーブル４４ａのナット部には、コラム２２の前面に設けられたボールネジ４４ｃが螺合されている。そして、ボールネジ４４ｃの一端部に連結されたサーボモータ４４ｄが回転駆動されることで、研削手段４が上下方向（Ｚ軸方向）に移動される。

次いで、図１に加えて図２を参照して、測定手段５について説明する。図２は、測定手段の測定要領を示す説明図である。

測定手段５は、発光部５１と、イメージセンサー５２とを備え、これら発光部５１及びイメージセンサー５２は枠体５３に組み込まれている。枠体５３は、基台２の上面から立設された支柱５４を介して研削ホイール４ｆと同程度の高さ位置に配置されている（図２では不図示）。発光部５１及びイメージセンサー５２は、砥石４ｄの側面４ｅから側方（Ｙ軸方向）に所定距離離れて配置されている。発光部５１及びイメージセンサー５２の表面は、鉛直面に沿って配設されている。

発光部５１は、レーザ光となる測定光Ｂ１を側方（左方）に位置する砥石４ｄの側面４ｅに向けて照射させる。発光部５１から照射される測定光Ｂ１は、砥石４ｄの側面４ｅで反射されて反射光Ｂ２となり、この反射光Ｂ２がイメージセンサー５２によって受光される。イメージセンサー５２は、ＣＣＤを備えており、ＣＣＤが受光する反射光Ｂ２の位置に応じた信号を出力する。

測定手段５は、演算部５６及び判断部５７（両方とも図２では不図示）を含んで構成される。演算部５６には、イメージセンサー５２が検出した反射光Ｂ２の検出位置が信号として入力される。演算部５６は、入力した信号に応じて発光部５１から砥石４ｄの側面４ｅまでの距離を演算する。判断部５７は、演算部５６が演算した距離の変化によって、砥石４ｄの破損の有無を判断する。なお、演算部５６及び判断部５７は、研削装置１の各部を統括制御する制御部（不図示）に含まれて構成され、かかる制御部は、各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体を含んで構成される。

制御部は、たとえば、予め入力して記憶された制御情報に応じ、チャックテーブル３のチャック回転手段（不図示）の駆動タイミング、回転数等、研削装置１の各部の駆動を制御する。具体例としては、砥石４ｄの側面４ｅに破損があるとする判断部５７の判断によって、サーボモータ４４ｄの駆動を制御して研削手段を上昇させ板状ワークＷの研削を停止する。また、判断部５７が判断した砥石４ｄの側面４ｅにおける破損有無に応じ、表示装置（不図示）に研削ホイール４ｆの交換時期等を表示する処理を制御する。

次いで、本実施の形態の研削装置１を用いた研削方法について説明する。先ず、板状ワークＷがチャックテーブル３の保持面３ａで吸引保持された後、テーブル支持台２４を駆動してチャックテーブル３がＸ軸方向に移動され、板状ワークＷが砥石４ｄと対向する研削位置で位置決めされる。

これと前後して、検出手段（不図示）によって、板状ワークＷの上面位置とチャックテーブル３の上面（保持面３ａ）の位置とが測定され、測定結果から算出した板状ワークＷの厚み、もしくは、板状ワークＷの上面と下面とで反射した光路長により検出した板状ワークＷの厚みと、予め規定された板状ワークＷの仕上げ厚み等とから、研削送り手段４４による研削送り量が求められる。そして、チャックテーブル３と研削ホイール４ｆとを連続回転させながら、砥石４ｄが求められた研削送り量で下方向に研削送りされ、板状ワークＷが仕上げ厚みまで研削される。この研削は、ノズル（不図示）から、砥石４ｄと板状ワークＷの被研削面とに向かって研削液を噴射させながら行われる。

板状ワークＷの研削加工中、回転する研削ホイール４ｆにおける砥石４ｄの側面４ｅが測定手段５によって測定される。この測定では、測定手段５の発光部５１から測定光Ｂ１が照射される。すると、研削ホイール４ｆは回転するので、測定光Ｂ１が入射する砥石４ｄの側面４ｅの位置が回転方向に変位される。砥石４ｄの側面４ｅで反射した反射光Ｂ２はイメージセンサー５２で受光され、砥石４ｄの側面４ｅと発光部５１との距離が演算部５６によってリアルタイムで演算される。この演算結果に基づき、判断部５７では波形処理（図３参照）が行われ、砥石４ｄの破損の有無が判断される処理が行われる。この処理については、以下に説明する。

図３は、測定手段５による測定結果のグラフである。図３において、縦軸は、砥石４ｄの側面４ｅと発光部５１との距離を示し、横軸は研削中の時間を示している。図３に示すように、所定時間毎に、砥石４ｄの側面４ｅと発光部５１との距離が長くなっているが、これは、複数の砥石４ｄが環状に並設され、隣り合う砥石４ｄの間に隙間があることを示すものである。従って、図３中、距離が長くなる２つの部分の間の符号Ｄで示す部分は、砥石４ｄの幅を示し、この部分において砥石４ｄの破損が判断される。

複数の砥石４ｄ全てにおいて、破損がない場合には、図３中符号Ｄで示す部分全てで、砥石４ｄの側面４ｅと発光部５１との距離が一定になる。ここで、砥石４ｄに欠け等の破損が発生すると、その欠けが発生した部分だけ、砥石４ｄの側面４ｅと発光部５１との距離が長くなり、その距離が演算部５６で演算される。この演算結果から、判断部５７では、図３の符号Ｃで示すように、欠けが発生した部分だけ、他の部分と異なって距離が部分的に長くなる波形処理が行われ、砥石４ｄの側面４ｅに破損があると判断される。この判断に基づき、制御部（不図示）は、研削手段４等の作動を制御して研削を中断したり、表示装置や通知装置（何れも不図示）を作動し、オペレータに対して上述の異常が伝えられる。

以上のように、本実施の形態に係る研削装置１によれば、砥石４ｄの砥粒が細かく柔らかいボンドで形成され、研削によって砥石４ｄに欠け等の破損が発生しても、その破損を判断部５７で判断することができる。これにより、破損した砥石４ｄによる研削が継続されることを回避でき、板状ワークＷの被研削面に、傷や、斑のある研削模様が形成される加工不良を抑制することができる。この結果、板状ワークＷの被研削面に形成される研削痕の状態を均一に維持することができ、ひいては、デバイスの品質の安定化、製品精度の向上を図ることができる。

また、発光部５１及びイメージセンサー５２が砥石４ｄの側方に位置するので、砥石４ｄに対して発光部５１及びイメージセンサー５２を遠ざけて設置することができ、それらの表面に、噴霧した研削液が付着することを抑制することができる。しかも、発光部５１及びイメージセンサー５２と、砥石４ｄの側面４ｅとの間にエアカーテン、水シール等を設置する設計を容易に採用可能となり、研削液の付着をより良く抑制することができる。

更に、発光部５１及びイメージセンサー５２の表面が鉛直面に沿って位置するので、それら表面に対し噴霧した研削液が付着しても、流れ落として研削液の付着量を少なくすることができる。これにより、測定手段５による測定精度の安定化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態に対し、枠体５３を囲繞するボックス（不図示）を追加してもよい。ボックスは、発光部５１及びイメージセンサー５２が砥石４ｂの側面４ｅを測定するときに開く開閉扉を備え、開閉扉を閉じて研削液を遮断し、発光部５１とイメージセンサー５２とを保護しても良い。

また、測定手段５における発光部５１及びイメージセンサー５２の設置構造は、上記実施の形態に限られるものでなく、例えば、コラム２２や支持部４４ｂに支持構造を設けたものとしてもよい。具体例として、図４に示す構成を挙げることができる。図４は、変形例に係る研削装置を示す斜視図である。上記実施の形態では、枠体５３を基台２から支柱５４により立設させたが、図４の変形例のように、ブラケット４４ｅを介して支柱５４を支持部４４ｂに接続させ、支持部４４ｂと枠体５３とを連結させても良い。この場合、研削送り手段４４により研削手段４が移動しても、枠体５３と砥石４ｄとの相対位置を一定として砥石４ｄの側面４ｅを測定することができる。その為、研削液の付着を抑制すれば側面４ｅの測定が可能になる。

以上説明したように、本発明は、回転する研削ホイールに装着された研削砥石によって板状ワークを研削する研削装置に有用である。

１ 研削装置
３ チャックテーブル
４ 研削手段
４ｄ 砥石
４ｅ 側面
４ｆ 研削ホイール
５ 測定手段
５１ 発光部
５２ イメージセンサー
５６ 演算部
５７ 判断部
Ｂ１ 測定光
Ｂ２ 反射光
Ｗ 板状ワーク

Claims (1)

1. 板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルが保持する板状ワークを研削する砥石を環状に配設させた研削ホイールを回転可能に装着する研削手段と、該砥石の側面を測定する測定手段と、を備える研削装置であって、
   該測定手段は、
   該砥石の側面に測定光を照射させる発光部と、該発光部から照射される該測定光が砥石の側面で反射した反射光を受光するイメージセンサーと、該イメージセンサーが該反射光を検出した検出位置によって該発光部から該砥石の側面までの距離を演算する演算部と、該演算部が演算した該距離の変化によって該砥石の破損を判断する判断部と、
   を備える研削装置。

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