JP2016187856A - ワーク加工装置 - Google Patents

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【課題】全てのワークの厚みを実際に測定して仕上がり厚みにバラツキがなく、また歩留まりの良い加工を行うことができるようにしたワーク加工装置を提供する。【解決手段】複数のウェハWを同心円上に配列して保持する支持基盤12と該支持基盤12に直交する回転軸心O1を支点に回転するチャックテーブル11と、支持基盤12上のウェハWと対向して配設される回転する加工ホイール15と、加工ホイール15を回転可能に支持して支持基盤12方向に送り、支持基盤12上のウェハWに加工ホイール15を押し付ける送り機構16と、ウェハWの厚み形状を測定する接触型のセンサ17と、ウェハWの厚み形状を測定する非接触型のセンサ18と、センサ17、18の測定結果に基づいてウェハWの形状を判定し、送り機構16の動作を制御する制御手段20と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明はワーク加工装置に関するものである。
従来、例えば半導体デバイスや光デバイスの製造プロセスでは、インゴットから切り出された炭化ケイ素(SiC)、サファイア、LTなどのウェハが、研削装置や研磨装置によって研削・研磨されて、所定の厚みへと薄化及び平坦化される。
そして、薄化・平坦化されたウェハの表面に複数の回路素子を形成し、更にウェハの裏面が研削・研磨されて所定の厚みへと薄化された後、ダイシング装置などによりウェハを個々のデバイスへと分割することで、各種の半導体デバイスや光デバイスが製造される。
また、研削装置や研磨装置による加工中に、被加工物の厚みを測定しつつ研削や研磨を遂行し、被加工物が所定の厚みに達した場合に加工を終了するようにした手段も知られている(例えば、特許文献1参照)。
さらに、1つの環状フレームの開口部内に粘着シートを介して複数の被加工物を装着し、研削や研磨を同時に実施して、全ての被加工物を所定の厚みへと薄化するようにした手段も知られている(例えば、特許文献2参照)。
その特許文献2に開示される構造は、図5及び図6に示すように、1つの環状フレームFに貼着された粘着テープTの中心に第1ウェハWaを貼着すると共に、複数(6個)の第2ウェハWbをその周りに貼着したウェハユニット51を形成し、そのウェハユニット51をチャックテーブル52上に配置している。また、チャックテーブル51の回転軸心から第2ウェハWbの最外周位置までの長さより大きい半径を有する加工ホイール54の外周縁が、第1ウェハWaの中心を通過するように、チャックテーブル52と加工ホイール54の位置関係を設定する。そして、接触型の厚みセンサ55で第1ウェハWaの厚みを測定しながら第1ウェハWa及び第2ウェハWbの研削を同時に実施し、第1ウェハWaの厚みが所定厚みへ達した際に、全てのウェハWa、Wbが所定の厚みに研削されたと見なして研削送りを停止するようにしたものである。
その第2ウェハWbの他に第1ウェハWaを使用するのは、次のような理由による。すなわち、研削・研磨加工では、チャックテーブル52は毎分30〜300回転程度の高速で回転している。したがって、第2ウェハWbだけを設けて、第2ウェハWbが通過する軌跡上に接触型の厚みセンサ55を配置して測定をしようとした場合、接触型の厚みセンサ55は高速で回転しているチャックテーブル52と第2ウェハWaとの上を交互に接触しながら測定を行うことになる。このような測定の仕方では、接触型の厚みセンサ55が、チャックテーブル52上から第2ウェハWb上に乗り移るとき、図7に示すように接触型の厚みセンサ55の先端が段差を有する第2ウェハWbの外周縁に当たるので、当たった時の衝撃で第2ウェハWbの外周縁にヒビ56が入る、あるいは欠損するなどの心配があり、それを避けるためである。この場合、第1ウェハWaには、常に厚みセンサが機械的に当接して摩擦などによる多少のダメージを受けるが、その周囲にある第2ウェハWbにはセンサが当接しないので、第2ウェハWbがダメージを受けることはない。
特開2006−21264号公報。 特開2012−1021264号公報。
特許文献2に開示された加工の仕方では、第1ウェハWaの厚みだけを見て、第2ウェハWbの厚みは見なし測定をしている。このため、実際には測定は行っていないので仕上がり厚みのバラツキが大きい。また、加工の途中で、第2ウェハWbの実際の厚み測定を行い、その厚み測定と加工ホイール54の見なし送りによる加工を繰り返し行うため、加工時間が長くなるという問題点があった。さらに、第1ウェハWaは、製品としては使えなくなることもあるので、無駄が発生して歩留まりが悪く、コスト的にも問題があった。
そこで、全てのワークの厚みを実際に測定して仕上がり厚みにバラツキがなく、また歩留まりの良い加工を行うことができるようにしたワーク加工装置を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項1に記載の発明は、複数のワークを同時に研削又は研磨して所定の厚みへと加工するワーク加工装置において、複数の前記ワークを同心円上に配列して保持する保持面を有し、該保持面に直交する回転軸心を支点に回転するチャックテーブルと、前記保持面上のワークと対向して配設される研削又は研磨部材と共に回転する加工ホイールと、前記加工ホイールを回転可能に支持して前記ワーク方向に送り、前記保持面上のワークに前記研削又は研磨部材を押し付ける送り機構と、前記ワークの厚み形状を測定する接触型のセンサと、前記ワークの厚み形状を測定する非接触型のセンサと、前記各センサの測定結果に基づいて前記ワークの形状を判定し、前記送り機構の動作を制御する制御手段と、を備える、ワーク加工装置を提供する。
この構成によれば、例えば、加工が開始されてチャックテーブルの回転が高速になる前などであって、接触型のセンサを当接してもワークにヒビや欠けなどの影響を与えないときには、表面形状と厚みを検出可能な接触型のセンサを使った厚み測定を行い、チャックテーブルの回転が高速になったときには非接触型のセンサを使った厚み測定を行うことができる。したがって、ウェハの測定は見なし測定ではなく、全てを実際に測定して行うので、精度の良い測定が可能となる。また、測定のために作業途中で加工を停止しなくても良いので、加工時間の短縮が図れ、スループットが向上する。
さらに、非接触型のセンサでは、ワークの厚みが大きい、またはワークの表面が鏡面になっていない加工初期の段階では、正確に測定ができないこともあるが、接触型のセンサでは、ワークの厚みが大きく、またワークの表面が鏡面になっていなくても測定が可能である。したがって、加工の初期段階から精度の良い測定が可能となる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の構成において、前記ワークと前記研削又は研磨部材が当接する加工位置の上流側に冷却水を供給するノズルを設け、前記加工位置の下流側に前記接触型のセンサ及び前記非接触型のセンサを配置してなる、ワーク加工装置を提供する。
この構成によれば、ノズルからワーク上に供給された冷却水は、回転している研削又は研磨部材との加工位置において除去され、下流側の接触型のセンサ及び非接触型のセンサの箇所に到達するときには、その冷却水のほとんどが除去されて無くなっているので、冷却水が接触型のセンサの測定及び非接触型のセンサの測定に影響を及ぼすことが少なく、精度の良い測定を可能にする。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の構成において、前記非接触型のセンサが測定する前記ワーク上の表面にエアを吹き付けるノズルを設けた、ワーク加工装置を提供する。
この構成によれば、非接触型のセンサが測定するワーク上の表面に残っている冷却水などは、ノズルで吹き付けるエアで飛ばされて取り除かれ、取り除かれた状態で測定が行われるので、精度の良い測定を行うことができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1、2または3に記載の構成において、前記制御手段は、ワーク加工開始時におけるチャックテーブルの低速回転時に前記接触型のセンサを使用し、チャックテーブルが所定の回転速度を超えたら前記非接触型のセンサを用いた測定に切り換える、ワーク加工装置を提供する。
この構成によれば、ワークの加工が開始されてチャックテーブルの回転が低速のときに、接触型のセンサを使用し、チャックテーブルの回転が所定の回転速度を超えて高速になったときには非接触型のセンサを使った厚み測定を行うことができるので、加工の初期段階から最終段階まで精度の良い測定が可能になる。
請求項5記載の発明は、請求項1、2、3または4に記載の構成において、前記ワークが半導体ウェハである、ワーク加工装置を提供する。
この構成によれば、半導体ウェハを精度良く加工することができる。
本発明によれば、全てのワークの厚みを実際に測定しながら加工を行うことができるので、仕上がり厚みにバラツキが少なく、また加工時間が短縮し、更に歩留まりの良い加工を行うことができる。これにより、製品精度の向上とコスト低減などが期待できる。
本発明の実施形態に係るワーク加工装置の概略側面図である。 同上ワーク加工装置の平面図である。 同上ワーク加工装置における非接触型センサ周辺の構成を説明する図で、(a)その一部を破断して示す側面図、(b)はその正面図である。 同上ワーク加工装置における接触型のセンサから得られる測定波形の一例を示す図で、(a)は正常時の波形図、(b)は異常時の波形図である。 従来の一例として示すワーク加工装置の概略斜視図である。 複数のウェハを支持した環状フレームの一例を示す斜視図である。 接触型のセンサを使用した場合における問題点を説明する図である。
本発明は全てのワークの厚みを実際に測定して仕上がり厚みにバラツキがなく、また歩留まりの良い加工を行うことができるワーク加工装置を提供するという目的を達成するために、複数のワークを同時に研削又は研磨して所定の厚みへと加工するワーク加工装置において、複数の前記ワークを同心円上に配列して保持する保持面を有し、該保持面に直交する回転軸心を支点に回転するチャックテーブルと、前記保持面上のワークと対向して配設される研削又は研磨部材と共に回転する加工ホイールと、前記加工ホイールを回転可能に支持して前記ワーク方向に送り、前記保持面上のワークに前記研削又は研磨部材を押し付ける送り機構と、前記ワークの厚み形状を測定する接触型のセンサと、前記ワークの厚み形状を測定する非接触型のセンサと、前記各センサの測定結果に基づいて前記ワークの形状を判定し、前記送り機構の動作を制御する制御手段と、を備えることにより実現した。
以下、本発明の実施形態によるワーク加工装置を半導体製造プロセスにおいて、ウェハを研削して所定の厚みへと薄化し、また平坦化する研削装置に適用した場合を例に挙げ、図1乃至図4を参照しながら好適な実施例について詳細に説明する。なお、本実施例では、ウェハを研削して所定の厚みへと薄化する場合について説明するが、ウェハを研磨する研磨装置にも同様して適用することができるものである。
図1及び図2は半導体製造プロセスにおいて、ウェハを研削して所定の厚みへと薄化し、平坦化する研削装置を示すものであり、図1はその概略側面図、図2はその平面図である。
図1及び図2において、ワーク加工装置としての研削装置10は、チャックテーブル11と、チャックテーブル11上にセットされた支持基盤12と、支持基盤12上に冷却水(純水)を供給する冷却水供給ノズル13と、砥石14を設けた加工ホイール15と、加工ホイール15を支持する送り機構16と、接触型のセンサ17と、非接触型のセンサ18と、エア供給ノズル19及び制御手段20などを備えている。
前記制御手段20は、接触型のセンサ17及び非接触型のセンサ18からの測定結果を基に前記研削装置10を決められた手順で動作させるプログラムなどが格納されてなる、例えばコンピュータである。
前記チャックテーブル11は、回転軸心O1を支点に図2中の矢印Aで示す反時計回りに回転する。
前記支持基盤12は、チャックテーブル11上に、チャックテーブル11の保持面として一体回転可能に取り付けられた円板状の基盤であり、チャックテーブル11の回転軸心O1と同心的に配設されている。その支持基盤12は、例えばセラミック材などで形成されている。そして、支持基盤12上には、回転軸心O1の周りで、かつ同心円上に4つのウェハW(A)、W(B)、W(C)、W(D)がほぼ等間隔で配置されて固定されている。そのウェハW(A)〜W(D)は基本的には同じウェハWであり、これらウェハW(A)〜W(D)の固定は、例えばワックスなどで固定される。なお、支持基盤12上に配置するウェハWの数は、支持基盤12の大きさによって変更される。また、支持基盤12は必ずしも必要とするものではなく、チャックテーブル11の上面を保持面として使用する場合もある。
前記加工ホイール15は、支持基盤12と対向する面に砥石14を設けて、回転可能に前記送り機構16に取り付けられている。加工ホイール15の砥石面(砥石14が占める面)は、支持基盤12の最外周縁から回転軸心O1のほぼ近傍の位置を通過するように、支持基盤12との位置関係を設定する。その加工ホイール15は、回転軸心O2を支点に図2中の矢印Bで示す時計回りに回転する。
前記送り機構16は、加工ホイール15と砥石14を一体に、前記支持基盤12上のウェハW(A)〜W(D)に対し送り移動させて、加工ホイール15と共に回転している前記砥石14を支持基盤12上のウェハW(A)〜W(D)に押し付けることができるようになっている。
前記冷却水供給ノズル13は、切削ホイール15の砥石14と支持基盤12が当接する位置(以下、この位置を「加工位置」と言う)の上流側に、供給水吹出口をその加工位置に向けて配設されている。その冷却水供給ノズル13は、砥石14と支持基盤12が当接する加工位置に冷却水を供給して、その加工位置での温度上昇を抑える。
前記接触型のセンサ17は、第1センサ17aと第2センサ17bとでなり、その接触型のセンサ17は、切削ホイール15の砥石14と支持基盤12が当接する加工位置の下流側に配置されている。また、第1のセンサ17aは支持基盤12の最外周縁とウェハW(A)〜W(D)との間の位置に配設され、支持基盤12がチャックテーブル11と共に回転してもウェハW(A)〜W(D)と当接しない支持基盤12上の位置に配置されている。一方、第2センサ17bは、チャックテーブル11と共に支持基盤12が回転すると、ウェハW(A)〜W(D)と当接可能な位置に配置されている。そして、通常、第1センサ17aは支持基盤12に当接している。一方、第2センサ17bは支持基盤12から離れた位置に保持されており、支持基盤12がチャックテーブル11と共に回転してもウェハW(A)〜W(D)と当接しないように設定されている。なお、接触型のセンサ17は、第2センサ17bだけを設けて、第1センサ17aは設けない場合もある。
前記非接触型のセンサ18は、切削ホイール15と支持基盤12が当接する位置の下流側で、また接触型のセンサ17の更に下流側に配置されている。非接触型のセンサ18は、非接触でウェハW(A)〜W(D)の厚みを測定可能な光学式のセンサである。また、その非接触型のセンサ18が配置された位置には、非接触型のセンサ18の下面側に取り付けられた状態にして、前記エア供給ノズル19が、そのエア吹出口を、非接触型のセンサ18が測定するウェハW(A)〜W(D)上の表面上に向けて配設されている。そのエア供給ノズル19は、非接触型のセンサ18が測定するウェハW(A)〜W(D)の表面上の位置にエアを吹きかけ、その非接触型のセンサ18が測定する表面上に付着している水滴などを吹き飛ばして水滴などが非接触型のセンサ18の測定に影響を与えないようにする機能を有する。
次に、このように構成された研削装置10の動作を(1)〜(5)の順に説明する。
(1) まず、加工に先立ち、チャックテーブル11の保持面である支持基盤12上に、加工を必要とするウェハW(A)〜W(D)が固定してセットされる。
(2)次いで、接触型の第2センサ17bが下降し、ウェハW(A)〜W(D)が通過する支持基盤12上に当接して配置される。
(3)また、加工ホイール15が回転しながら送り機構16により送られ、支持基盤12上に向かって下降されると共に、チャックテーブル11の回転(支持基盤12の回転)と冷却水供給ノズル13からの冷却水の供給が開始されて、砥石14による研削が開始される。さらに、支持基盤12の回転に伴い接触型のセンサ17が支持基盤12上のウェハW(A)〜W(D)の厚み及び表面形状の測定を行う。なお、本実施例での加工ホイール15の回転数は毎分2000回転で、チャックテーブル11の回転数は毎分60回転である。また、ウェハW(A)〜W(D)の設定厚みは300μmである。
この接触型のセンサ17による測定では、加工終了付近では、例えば図4に示すような波形が得られる。図4に示す波形は、縦軸が厚み、横軸が回転角であり、厚みが略0の時は第2センサ17bが支持基盤12の表面に当たり、厚みがある時(300μm)には第2センサ17bがウェハW(A)〜W(D)の表面上に当たっている状態を示している。また、ウェハW(A)〜W(D)の表面が全て滑らかになっている時には、図4の(a)に示すように全ての波形が同じ波形を描き、ウェハW(C)の表面に異常がある場合には、図4の(b)に示すように、ウェハW(C)の部分だけ波形が異なり、ウェハW(C)の表面に異常があることを制御手段20が認識し、必要な処理を施すことができる。
(4) また、チャックテーブル12の回転が所定の速度以上、すなわち接触型の第2センサ17bがウェハW(A)〜W(D)との当接でヒビ割れや欠損などの影響が予想される速度になった場合には、接触型の第2センサ17bを上昇位置に移動させてウェハW(A)〜W(D)から離れる退避位置に移動させる。そして、制御手段20は、代わりに非接触型のセンサ18を動作させ、非接触型のセンサ18の測定結果に基づいて、送り機構16を介して加工ホイール15をチャックテーブル12側に送りながら研削を続ける。また、その間、非接触型のセンサ18ではウェハW(A)〜W(D)の厚みの測定を続ける。この場合、非接触型のセンサ18は、ウェハW(A)〜W(D)と当接することがないので、チャックテーブル12の回転速度が早くなっても、ウェハW(A)〜W(D)に影響を与えることはない。
(5)また、非接触型のセンサ18の測定により、ウェハW(A)〜W(D)の厚みが所定の厚みになったら、加工ホイール15を砥石14と共に支持基盤12から離す。同時に、加工ホイール15及びチャックテーブル12の回転を停止し、研削加工を終了する。
したがって、この実施例による研削装置10によれば、研削加工が開始されてチャックテーブル11(支持基盤12)の回転が高速になる前、すなわち接触型のセンサ17(第2センサ17b)がウェハW(A)〜W(D)に当接しても、そのウェハW(A)〜W(D)にヒビや欠けなどの影響を与えないときには、表面形状と厚みを検出可能な接触型のセンサを使った厚み測定を行う。一方、チャックテーブル11の回転が高速になってウェハW(A)〜W(D)に影響を及ぼす恐れがあるときには、非接触型のセンサ18を使って厚み測定を継続させ、常に実際の測定を行うようにしているので、精度の良い測定が可能になる。また、測定のために加工途中で作業を停止しなくても良いので加工時間の短縮が図れ、スループットが向上する。
さらに、非接触型のセンサ18では、ウェハW(A)〜W(D)の厚みが大きい、またはウェハW(A)〜W(D)の表面が鏡面になっていない加工初期の段階では、正確に測定ができないこともあるが、本実施例の研削装置10では、加工初期の段階は接触型のセンサ17を使用して測定を行うので、ウェハW(A)〜W(D)の厚みが大きく、またウェハW(A)〜W(D)の表面が鏡面になっていなくても測定が可能になる。
また、本実施例の構成では、砥石14とウェハが当接している加工位置の上流側に冷却水を供給する冷却水供給ノズル13を設け、加工位置の下流側に接触型のセンサ17及び非接触型のセンサ18を配置した構成としている。したがって、冷却水供給ノズル13からウェハ上に供給された冷却水は、回転している砥石14との当接位置において除去され、下流側の接触型のセンサ17及び非接触型のセンサ18の箇所に到達するときには、その冷却水のほとんどは除去されているので、供給された冷却水が接触型のセンサ17の測定及び非接触型のセンサ18の測定に影響を及ぼすことが少なく、精度の良い測定が可能になる。
また、本実施例の構成では、非接触型のセンサ18が測定するウェハ上の表面にエアを吹き付けるエア供給ノズル19を設けているので、非接触型のセンサ18が測定するウェハの表面に残っている冷却水などは、エア供給ノズル19で吹き付けられるエアで吹き飛ばされて取り除かれる。そして、水が取り除かれた状態で測定を行うので、精度の良い測定が可能になる。
なお、上記実施例では、ウェハを研削して所定の厚みへと薄化する場合について説明したが、ウェハを研磨する研磨装置にも同様して適用することができるものである。よって、本発明はワークを研削する研削装置だけでなく、ワークを研磨する研磨装置にも権利化が及ぶものである。
また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
以上説明したように、本発明は半導体製造プロセスにおける加工に限ることなく、広く一般の研磨・研削装置にも応用できる。
10 研削装置(ワーク加工装置)
11 チャックテーブル
12 支持基盤(保持面)
13 冷却水供給ノズル
14 砥石
15 加工ホイール
16 送り機構
17 接触型のセンサ
17a 第1プローブ
17b 第2プローブ
18 非接触型のセンサ
19 エア供給ノズル
20 制御手段
W(A)、W(B)、W(C)、W(D) ウェハ
O1、O2 回転軸心
A、B 矢印(回転方向)

Claims (5)

  1. 複数のワークを同時に研削又は研磨して所定の厚みへと加工するワーク加工装置において、
    複数の前記ワークを同心円上に配列して保持する保持面を有し、該保持面に直交する回転軸心を支点に回転するチャックテーブルと、
    前記保持面上のワークと対向して配設される研削又は研磨部材と共に回転する加工ホイールと、
    前記加工ホイールを回転可能に支持して前記ワーク方向に送り、前記保持面上のワークに前記研削又は研磨部材を押し付ける送り機構と、
    前記ワークの厚み形状を測定する接触型のセンサと、
    前記ワークの厚み形状を測定する非接触型のセンサと、
    前記各センサの測定結果に基づいて前記ワークの形状を判定し、前記送り機構の動作を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とするワーク加工装置。
  2. 前記研削又は研磨部材と前記ワークが当接する加工位置の上流側に冷却水を供給するノズルを設け、前記加工位置の下流側に前記接触型のセンサ及び前記非接触型のセンサを配置してなる、ことを特徴とする請求項1に記載のワーク加工装置。
  3. 前記非接触型のセンサが測定する前記ワーク上の表面に、エアを吹き付けるノズルを設けた、ことを特徴とする請求項1または2に記載のワーク加工装置。
  4. 前記制御手段は、チャックテーブルの低速回転時に前記接触型のセンサを使用し、チャックテーブルが所定の回転速度を超えたら前記非接触型のセンサを使用する測定に切り換える、ことを特徴とする請求項1、2または3に記載のワーク加工装置。
  5. 前記ワークが半導体ウェハである、ことを特徴とする請求項1、2、3または4に記載のワーク加工装置。
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