JP2017104952A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削加工の際に生じる摩擦熱に起因したチルト角の誤差を考慮して、ウェハを所望の形状に研削する研削装置を提供する。【解決手段】研削装置は、可動支持部８３でウェハチャック３を研削手段に対して傾斜可能な傾斜手段５と、可動支持部８３の温度を計測する接触式温度センサと、研削加工前後の可動支持部８３の計測温度に応じて、可動支持部８３の熱変形量を演算し、該熱変形量をキャンセルするように可動支持部８３の伸縮量を制御する制御手段と、を備えている【選択図】図２

Description

本発明は、ウェハを研削砥石に対して傾斜させて研削可能な研削装置に関し、特に、研削加工の際に生じる摩擦熱に起因したチルト角の影響をキャンセルする研削装置に関する。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）を薄膜に形成するために、ウェハの裏面を研削する裏面研削が行われている。

ウェハの裏面研削を行う研削装置として、特許文献１には、ウェハを保持する保持手段と、ウェハを研削する研削手段と、保持手段の傾きを任意の角度に調整する傾き角度調整手段と、ウェハの厚みを径方向で複数のポイントで計測する非接触式厚み計測手段と、を備えたものが開示されている。傾き角度調整手段は、計測されたウェハの厚みに基づいて、ウェハの厚みが均一になるように保持手段の傾きを調整し、研削手段は、ウェハに対して斜めに当接した状態で研削を進める。

特開２０１０−１３１６８７号公報

しかしながら、上述したような特許文献１記載の研削装置では、研削加工の際に生じる摩擦熱で保持手段や傾き角度調整手段が熱変形すると、ウェハの厚みに応じて調整されるチルト角が所望の値から外れ、ウェハを所望の形状に研削できない虞があった。

そこで、研削加工の際に生じる摩擦熱に起因したチルト角の誤差を考慮して、ウェハを所望の形状に研削するという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記載の発明は、ウェハを保持する保持手段と、前記ウェハを研削する研削手段と、鉛直方向に伸縮自在な昇降手段で前記保持手段を前記研削手段に対して傾斜可能な傾斜手段と、を備えた研削装置であって、前記昇降手段の温度を計測する温度計測手段と、研削加工前後の前記昇降手段の計測温度に応じて、前記昇降手段の熱変形量を演算し、該熱変形量をキャンセルするように前記昇降手段の伸縮量を補正する制御手段と、を備えている研削装置を提供する。

この構成によれば、制御手段が、研削加工前後の可動支持部の温度差から可動支持部の熱変形量を演算し、この熱変形量をキャンセルするように可動支持部の伸縮量を補正するため、研削加工の摩擦熱に起因して可動支持部が熱変形する場合であっても、チルト角を所望の値に維持してウェハを所望の形状に研削することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、研削加工の際に前記昇降手段に作用する圧力を計測する圧力計測手段を備え、前記制御手段は、前記昇降手段に作用する圧力に応じて、前記昇降手段の圧縮量を演算し、該圧縮量をキャンセルするように前記昇降手段の伸縮量を補正する研削装置を提供する。

この構成によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、制御手段が、研削手段がウェハを押圧して研削する際に可動支持部に作用する圧力から可動支持部の圧縮量を演算し、この圧縮量をキャンセルするように可動支持部の伸縮量を補正するため、研削加工時に可動支持部が沈降する場合であっても、チルト角を所望の値に維持してウェハを所望の形状に研削することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の構成に加えて、前記温度計測手段は、前記昇降手段の近傍に配置されている研削装置を提供する。

この構成によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、温度計測手段は、可動支持部の僅かな温度上昇でも精度良く計測可能なため、チルト角を早期に所望の値に復帰させることができる。

本発明は、制御手段が、研削加工前後の可動支持部の温度差から可動支持部の熱変形量を演算し、この熱変形量をキャンセルするように可動支持部の伸縮量を補正するため、研削加工の摩擦熱に起因して可動支持部が熱変形する場合であっても、チルト角を所望の値に維持してウェハを所望の形状に研削する

本発明の一実施例に係る研削装置を示す一部切り欠き側面図。 ウェハチャックの内部構造を示す断面図。 可動支持部の近傍を示す要部拡大断面図。 傾斜手段を示す斜視図。 研削加工時の摩擦熱によるウェハ回転機構及び傾斜手段の温度変化の様子を示すグラフ。 複数のウェハを連続して加工した場合のチルト角の変位量を示すグラフ。

本発明に係る研削装置は、研削加工の際に生じる摩擦熱に起因したチルト角の誤差を考慮して、ウェハを所望の形状に研削するという目的を達成するために、ウェハを保持する保持手段と、ウェハを研削する研削手段と、鉛直方向に伸縮自在な昇降手段で前記保持手段を前記研削手段に対して傾斜可能な傾斜手段と、を備えた研削装置であって、前記昇降手段の温度を計測する温度計測手段と、研削加工前後の前記昇降手段の計測温度に応じて、前記昇降手段の熱変形量を演算し、該熱変形量をキャンセルするように前記昇降手段の伸縮量を補正する制御手段と、を備えていることにより実現する。

以下、本発明の一実施例に係る研削装置１について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わず、また、装置構成も研削装置に限らず、研削軸が研磨軸に置換された研磨装置であっても構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

図１は、研削装置１の基本的構成を示す一部切り欠き側面図である。図２は、ウェハチャック３を示す断面図である。図３は、可動支持部８３の近傍を示す要部拡大断面図である。図４は、傾斜手段５を示す斜視図である。

研削装置１は、研削手段２でウェハＷを裏面研削して薄膜に形成する。研削手段２は、砥石２１と、砥石２１を先端に取り付けたスピンドル２２と、スピンドル２２を所定の送り速度で送るスピンドル送り機構２３と、を備えている。

砥石２１は、スピンドル２２の先端に水平に取り付けられ、砥石２１の研削面は水平状態に維持されている。砥石２１がウェハＷに押し当てられることにより、ウェハＷが研削される。

スピンドル２２は、図示しないモータによって砥石２１を回転軸Ａ１回りに回転させる。

スピンドル送り機構２３は、鉛直方向Ｖに沿って延設され、コラム４に装着されたボールネジ２３ａと、ボールネジ２３ａの上端に配置され、ボールネジ２３ａを回転させるモータ２３ｂと、ボールネジ２３ａの回転に応じて昇降するスライダ２３ｃと、を備えている。

研削手段２の下方には、ウェハチャック３が配置されている。ウェハチャック３は、ウェハＷを保持するウェハ保持機構５と、ウェハＷを回転させるウェハ回転機構６と、を備えている。なお、複数のウェハＷを連続して研削加工するために、研削装置１は、複数のウェハチャック３を備えている。複数のウェハチャック３は、インデックステーブル７上に回転軸Ａ１を中心に円周上で所定の間隔を空けて配置されている。

ウェハ保持機構５は、チャックベース５１と、チャックベース５１と略同径に形成されてチャックベース５１の上面に載置されたチャック５２と、チャック５２の上面に埋設されたアルミナ等の多孔質材料からなる吸着体５３と、を備えている。

ウェハ保持機構５は、チャックベース５１及びウェハ回転機構６を通ってチャック５２内からチャック５２の表面に延びる管路５４を備えている。管路５４は、後述するロータリージョイント６２を介して図示しない真空源、圧縮空気源及び給水源に接続されている。真空源が起動すると、チャック５２に載置されたウェハＷがチャック５２に吸着保持されている。また、圧縮空気源又は給水源が起動すると、ウェハＷとチャック５２との吸着を解除する。

ウェハ回転機構６は、ウェハ保持機構５が保持するウェハＷを回転軸Ａ２回りに回転させる。ウェハＷの回転方向は、砥石２１の回転方向とは逆向きに設定される。ウェハウェハ回転機構６は、モータ６１と、ロータリージョイント６２と、エアベアリング６３と、を備えている。

モータ６１は、インデックステーブル７の裏面に装着されている。モータ６１の出力軸６１ａとロータリージョイント６２のプーリ６２ａとにベルト６１ｂが掛けられており、モータ６１の出力が、ロータリージョイント６２に伝動される。

ロータリージョイント６２は、非回転部がインデックステーブル７に固定されると共に、回転部が後述するロータ６３ａを介してチャックベース５１と連結されている。ロータリージョイント６２は、回転軸Ａ２回りに回転可能である。

エアベアリング６３は、回転軸Ａ２回りに回転可能なロータ６３ａと、ロータ６３ａの外周に配置されたステータ６３ｂと、を備えている。ロータ６３ａとチャックベース５１とは、ボルト６３ｃを介して固定されている。ロータ６３ａとステータ６３ｂとの間には、所定の間隙（エアギャップ）を設けられており、この間隙に圧縮空気を外部から供給することにより、ロータ６３ａがステータ６３ｂに対して非接触で回転することができる。

研削装置１は、ウェハチャック３の回転軸Ａ２を砥石２１の回転軸Ａ１に対して傾斜させる傾斜手段８を備えている。傾斜手段８は、チルトテーブル８１と、固定支持部８２と、可動支持部８３と、を備えている。

チルトテーブル８１は、平面視で略三角形状に形成されている。チルトテーブル８１には、１つの固定支持部８２及び２つの可動支持部８３が、回転軸Ａ２を中心にして円周上に１２０度離れて配置されている。

固定支持部８２は、チルトテーブル８１にボルト８２ａで締結されている。固定支持部８２は、砥石２１の下方に配置されている。固定支持部８２には、図示しない温度計測手段や圧力計測手段が設けられていても構わない。

可動支持部８３は、チルトテーブル８１に埋め込まれたナット８３ａと、インデックステーブル７に固定され、上部がナット８３ａに螺合するチルト用ボールネジ８３ｂと、チルト用ボールネジ８３ｂを回転させるチルト用モータ８３ｃと、を備えている。可動支持部８３は、固定支持部８２より長く形成されている。２つの可動支持部８３のうち一方は、砥石２１の下方に配置されている。なお、可動支持部８３は、鉛直方向Ｖに伸縮可能なものであれば良く、例えば、エアシリンダ等であっても構わない。

研削装置１は、可動支持部８３の温度を計測する温度計測手段９としての接触式温度センサ９ａと非接触式温度センサ９ｂを備えている。温度計測手段９は、公知の温度センサであり、接触式、非接触式の何れであっても構わない。温度計測手段９は、可動支持部８３の近傍に配置され、可動支持部８３の温度変化を正確に計測するのが好ましい。接触式温度センサ９ａは、チルト用ボールネジ８３ｂの上端に埋設され、チルト用ボールネジ８３ｂの上部の温度を計測する。非接触式温度センサ９ｂは、チルト用ボールネジ８３ｂの中央近傍に配置され、チルト用ボールネジ８３ｂの中央部の温度を計測する。

研削装置１は、可動支持部８３に作用する圧力を計測するロードセル１０を備えている。ロードセル１０は、砥石２１をウェハＷに押圧する際に、可動支持部８３に作用する圧力を計測する。

研削装置１の動作は、制御装置１１によって制御される。制御装置１１は、研削装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御装置１１は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置１１の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。

制御装置１１は、図示しない厚みセンサが計測したウェハＷの現在の厚みに基づいて、所望のウェハ厚を得られるように、回転軸Ａ２を回転軸Ａ１に対して傾斜させて、砥石２１がウェハＷを研削する加工領域を調整する。なお、厚みセンサは、研削装置１の構成に含まれるものに限らず、例えば、研削装置１の外部装置で計測したデータを制御装置１１にフィードバックさせるものであっても構わない。以下、回転軸Ａ１に対する回転軸Ａ２の角度を「チルト角」と称す。２つの可動支持部８３をそれぞれ独立して鉛直方向Ｖに沿って伸縮させ、チルトテーブル８１が固定支持部８２を基準として傾斜することにより、回転軸Ａ２を傾けることができる。

制御装置１１には、チルト角に応じたウェハＷの研削量のデータが記憶されている。これにより、ウェハＷの研削前又は研削中の厚みを計測し、この厚みと所望の厚みから研削量及びチルト角を調整する。また、制御装置１１には、可動支持部８３の熱変形量及び圧縮量に関するデータが記憶されている。具体的には、熱変形量に関するデータは、例えば、チルト用ボールネジ８３ｂの長さ、チルト用ボールネジ８３ｂの線膨張係数等である。また、圧縮量に関するデータは、例えば、チルト用ボールネジ８３ｂの長さ、縦弾性係数及び断面積等である。

次に、傾斜手段８の作用について説明する。図５は、研削加工時の摩擦熱によるエアベアリング６３及びチルト用ボールネジ８３ｂの温度変化の様子を示すグラフである。図６は、複数のウェハＷを連続して加工した場合のチルト角の変位量を示すグラフである。

ウェハＷを研削加工する際に生じる摩擦熱で、ウェハ回転機構６及び傾斜手段８は昇温される。この昇温の温度差は部材とウェハＷからの距離に応じて異なり、例えば、ウェハＷに近いエアベアリング６３とウェハＷから遠いチルト用ボールネジ８３ｂとでは、図５に示すように、加工が進むにつれて温度差が生じる。したがって、温度計測手段９は、チルト用ボールネジ８３ｂの近傍に配置されるのが好ましい。これにより、傾斜手段８、特に、可動支持部８３の温度変化を正確に計測することができる。

また、傾斜手段８のチルト角は、可動支持部８３に作用する圧力に応じても変動する。具体的には、図６に示すように、研削加工が始まると、可動支持部８３に作用する圧力でウェハ保持機構５が沈降して、可動支持部８３が長手方向に圧縮され、傾斜手段８のチルト角が小さくなる。次に、ウェハＷを所望の厚みに研削されるまで、可動支持部８３が伸長してチルト角が上昇する。また、ウェハＷを連続的に加工する場合には、ウェハＷ交換の際にチルト角をリセットすることなく、ウェハＷのチルト角の変位量は積算される。

そこで、傾斜手段８のチルト角は、以下のように適正に補正される。まず、制御装置１１は、接触式温度センサ９ａ及び非接触式温度センサ９ｂが計測した研削加工前後の可動支持部８３の温度に基づいて、可動支持部８３の長手方向の熱変形量ΔＬｓを求める。

そして、制御装置１１は、熱変形量ΔＬｓを考慮してチルト角を調整する。具体的には、制御手段１１は、ウェハＷを所望の厚みに研削加工するために必要なチルト角及びこのチルト角を実現するチルト用ボールネジ８３ｂの補正前伸縮量ΔＬ１を求める。次に、制御手段１１は、補正前伸縮量ΔＬ１を熱変形量ΔＬｓの分だけ減じて、チルト用ボールネジ８３ｂの補正伸縮量ΔＬ２を求める。すなわち、制御手段１１は、熱変形量ΔＬｓをキャンセルするよう、可動支持部８３の伸縮量を補正する。

可動支持部８３は、固定支持部８２より長く形成されているため、固定支持部８３が固定支持部８２より大きく熱変形する。そのため、可動支持部８３の熱変形量ΔＬｓを減じることで、摩擦熱の影響を大幅に低減することができる。なお、制御装置１１は、固定支持部８２の熱変形を考慮して、伸縮量を補正するものであっても構わない。すなわち、補正伸縮量ΔＬ２は、補正前伸縮量ΔＬ１に可動支持部８３の熱変形量ΔＬｓを減じると共に固定支持部８２の熱変形量ΔＬ’を加えることで、摩擦熱の影響をキャンセルすることができる。

また、制御装置１１は、ロードセル１０が計測した圧力に基づいて、可動支持部８３の長手方向の圧縮量ΔＬｐを求める。

制御装置１１は、圧縮量ΔＬｐを考慮して、チルトステージ８１のチルト角を調整する。すなわち、制御手段１１は、チルト用ボールネジ８３ｂの補正伸縮量ΔＬ２に圧縮量ΔＬｐを加え、圧縮量ΔＬｐをキャンセルするように可動支持部８３の再補正伸縮量ΔＬ３を求める。

特に、砥石２１の下方に配置された可動支持部８３は、他方の可動支持部８３に比べて、研削加工時に高い圧力が作用する。したがって、２つの可動支持部８３に作用する圧力を個別に計測し、各可動支持部８３について圧縮量ΔＬｐ、再補正伸縮量ΔＬ３を個別に求めるのが好ましい。なお、制御装置１１は、固定支持部８２の圧縮量を考慮して、伸縮量を補正するものであっても構わない。すなわち、再補正伸縮量ΔＬ３は、補正伸縮量ΔＬ２に可動支持部８３の圧縮量ΔＬｐを加えると共に固定支持部８２の圧縮量ΔＬ”を減じることで、研削加工時に砥石２１を押し付けることで生じる圧力の影響を更に正確にキャンセルすることができる。

このようにして、上述した研削装置１は、制御装置１１が、研削加工前後の可動支持部８３の温度差から可動支持部８３の熱変形量を演算し、この熱変形量をキャンセルするように可動支持部８３の伸縮量を制御するため、研削加工の摩擦熱に起因して可動支持部８３が熱変形する場合であっても、チルトテーブル８１のチルト角を所望の値に維持してウェハＷを所望の形状に研削することができる。

さらに、制御手段１１が、研削手段２がウェハＷを押圧して研削する際に可動支持部８３に作用する圧力から可動支持部８３の圧縮量を演算し、この圧縮量をキャンセルするように可動支持部８３の伸縮量を制御するため、研削加工時に可動支持部８３が沈降する場合であっても、チルトテーブル８１のチルト角を所望の値に維持してウェハＷを所望の形状に研削することができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ 研削装置
２ ・・・ 研削手段
２１・・・ 砥石
２２・・・ スピンドル
２３・・・ スピンドル送り機構
２３a・・・ボールネジ
２３ｂ・・・モータ
２３ｃ・・・スライダ
３ ・・・ ウェハチャック（保持手段）
４ ・・・ コラム
５ ・・・ ウェハ保持機構
５１・・・ チャックベース
５２・・・ チャック
５３・・・ 吸着体
５４・・・ 管路
６ ・・・ ウェハ回転機構
６１・・・ モータ
６１ａ・・・出力軸
６１ｂ・・・ベルト
６２・・・ ロータリージョイント
６２ａ・・・プーリ
６３・・・ エアベアリング
６３ａ・・・ロータ
６３ｂ・・・ステータ
６３ｃ・・・ボルト
７ ・・・ インデックステーブル
８ ・・・ 傾斜手段
８１・・・ チルトテーブル
８２・・・ 固定支持部
８２ａ・・・ボルト
８３・・・ 可動支持部
８３ａ・・・ナット
８３ｂ・・・チルト用ボールネジ
８３ｃ・・・チルト用モータ
９ ・・・ 温度計測手段
９ａ ・・・接触式温度センサ
９ｂ ・・・非接触式温度センサ
１０・・・ ロードセル
１１・・・ 制御装置（制御手段）
A１・・・ （研削手段の）回転軸
A２・・・ （ウェハチャックの）回転軸
Ｖ ・・・ 鉛直方向
Ｗ ・・・ ウェハ

Claims (3)

1. ウェハを保持する保持手段と、前記ウェハを研削する研削手段と、鉛直方向に伸縮自在な昇降手段で前記保持手段を前記研削手段に対して傾斜可能な傾斜手段と、を備えた研削装置であって、
   前記昇降手段の温度を計測する温度計測手段と、
   研削加工前後の前記昇降手段の計測温度に応じて、前記昇降手段の熱変形量を演算し、該熱変形量をキャンセルするように前記昇降手段の伸縮量を補正する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする研削装置。
2. 研削加工の際に前記昇降手段に作用する圧力を計測する圧力計測手段を備え、
   前記制御手段は、前記昇降手段に作用する圧力に応じて、前記昇降手段の圧縮量を演算し、該圧縮量をキャンセルするように前記昇降手段の伸縮量を補正することを特徴とする請求項１記載の研削装置。
3. 前記温度計測手段は、前記昇降手段の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の研削装置。