JP2017140661A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削加工時の砥石の姿勢をウェハに対して平行に維持して、ウェハの研削加工を高品位に行う研削装置を提供する。【解決手段】研削装置１は、ウェハＷを研削する研削手段２と、ウェハＷを保持して回転可能なウェハチャック３と、研削手段２を片持ち支持すると共に研削手段２をウェハＷに向けて送る送り手段４と、を備えている。研削手段２がウェハＷを研削する研削領域Ａ１は、平面視で砥石２１の中心を通るヨー軸Ｙ１を跨いで円弧状に形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、研削装置に関し、特に、研削手段を鉛直方向に平行なロール軸に沿ってウェハに向けて送りながらウェハを研削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、ウェハを吸着保持するチャックと、ウェハを研削するカップ型砥石を先端に備えたスピンドルと、スピンドルを片持ち支持する砥石送り装置と、を備えたものが知られている。砥石送り装置は、スピンドルを昇降させるものであり、スピンドルを下降させることにより、カップ型砥石がウェハに押し付けられ、ウェハの裏面が研削されるようになっている。

このような研削装置では、図６に示すように、カップ型砥石９１とウェハチャック９２に吸着保持されたウェハＷとは、平面視でそれぞれの中心をヨー軸Ｙが通るように互いにオフセット配置されている。そして、カップ型砥石９１がウェハＷを研削する研削領域Ａ２は、ウェハＷの中心Ｏ３とカップ型砥石９１の外周との間に円弧状に形成される。

特開２０１３−２１２５７１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、スピンドル９２は、ヨー軸Ｙ回りの回転に対して強固に支持されるものの、ピッチ軸Ｘ回りの回転に対しては支持力が弱いため、研削加工の際にカップ型砥石９１に作用する背分力に起因して、ピッチ軸Ｘ回りに回転し易く、スピンドル９２の姿勢をウェハＷに対して平行に維持できずに、ウェハＷに局所的に過剰な力が作用して、ウェハＷが損傷する虞があるという問題があった。

そこで、研削加工時の砥石の姿勢をウェハに対して平行に維持して、ウェハの研削加工を高品位に行う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、ウェハを保持して回転可能な保持手段と、前記ウェハを研削する研削手段と、該研削手段を片持ち支持すると共に前記研削手段を鉛直方向と平行なロール軸に沿って前記ウェハに向けて送る送り手段と、を備えた研削装置であって、前記研削手段が前記ウェハを研削する研削領域は、平面視で前記ロール軸に対して垂直で前記研削手段の中心を通るヨー軸を跨いで円弧状に形成されている研削装置を提供する。

この構成によれば、研削領域がヨー軸を跨いで形成されることにより、研削手段のピッチ軸回りの回転を誘発する研削領域のピッチング成分が低減され、研削手段のピッチ軸回りの回転が抑制されるため、研削手段の姿勢がウェハに対して平行に維持され、研削領域内でウェハを均等に研削加工することができる。

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、前記研削領域は、平面視で前記研削手段のヨ―軸の先端側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記載の発明の効果に加えて、研削領域がヨー軸の先端側に形成される場合には、研削手段と送り手段とが離間して研削手段がピッチ軸回りに回転し易いところ、研削領域がヨー軸の先端側を跨いで形成されることにより、研削領域のピッチング成分が低減され、研削手段のピッチ軸回りの回転が効果的に抑制されるため、研削手段の姿勢がウェハに対して平行に維持され、研削領域内でウェハを均等に研削加工することができる。

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、前記研削領域は、平面視で前記ヨ―軸を挟んで対称に形成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、研削領域がヨー軸を挟んで対称に形成されていることにより、研削領域のピッチング成分がさらに低減され、研削手段の姿勢がウェハに対して平行に維持されるため、研削領域内でウェハを均等に研削加工することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の発明の構成に加えて、前記研削領域は、平面視で前記ウェハの中心から前記ウェハの外周に向かって円弧状に形成される研削装置を提供する。

この構成によれば、請求項１乃至３の何れか１項記載の発明の効果に加えて、研削手段がウェハの外周に抜けるように研削領域が形成されるため、ウェハのエッヂチッピングを抑制することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の発明の構成に加えて、前記研削手段の前記ロール軸及び前記ヨ―軸に垂直なピッチ軸回りの傾きに応じて前記保持手段を傾斜させる傾斜手段を備えている研削装置を提供する。

この構成によれば、請求項１乃至４の何れか１項記載の発明の効果に加えて、送り手段に片持ち支持された研削手段が自重で傾く、いわゆる軸倒れをする場合であっても、傾斜手段が研削手段の傾きに応じて保持手段を傾斜させることにより、研削手段の姿勢がウェハに対して平行に維持されるため、ウェハの研削加工を高品位に行うことができる。

本発明は、研削領域がヨー軸を跨いで形成されることにより、研削手段のピッチ軸回りの回転を誘発する研削領域のピッチング成分が低減され、研削手段のピッチ軸回りの回転が抑制されるため、研削手段の姿勢がウェハに対して平行に維持され、研削領域内でウェハを均等に研削加工することができる。

本発明の一実施例に係る研削装置を示す側面図。 図１に示す研削装置の平面図。 傾斜手段の内部構造及び保持手段を示す図２のＩ−Ｉ線部分断面図。 研削手段とチャックとの配置関係を示す平面図。 研削手段の軸倒れに応じて保持手段を傾斜させる様子を示す模式図。 従来の研削手段で用いられる研削手段とウェハとの配置関係を示す平面図。

本発明に係る研削装置は、研削加工時の砥石の姿勢をウェハに対して平行に維持して、ウェハの研削加工を高品位に行うという目的を達成するために、ウェハを保持して回転可能な保持手段と、ウェハを研削する研削手段と、研削手段を片持ち支持すると共に研削手段を鉛直方向と平行なロール軸に沿ってウェハに向けて送る送り手段と、を備えた研削装置であって、研削手段がウェハを研削する研削領域は、平面視でロール軸に対して垂直で研削手段の中心を通るヨー軸を跨いで円弧状に形成され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。なお、本実施例において、「上」、「下」の語は、鉛直方向における上方、下方に対応するものとする。

図１は、研削装置１の基本的構成を示す側面図である。図２は、研削装置１の平面図である。図３は、傾斜手段６の内部構造及び保持手段３を示す図２のＩ−Ｉ線部分断面図である。

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を鉛直方向Ｖに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。以下、砥石２１がウェハＷを研削する円弧状の範囲を「研削領域Ａ１」と称す。

スピンドル２２は、図示しないモータによって回転軸ａ１を中心として回転方向Ｃ１に沿って砥石２１を回転させる。

スピンドル送り機構２３は、コラム４とスピンドル２２とを連結する２つのリニアガイド２３ａと、スピンドル２２を鉛直方向Ｖに昇降させる公知のボールネジスライダ機構（不図示）と、を備えている。以下、リニアガイド２３ａがスピンドル２２を昇降させる送り方向を「ロール軸Ｚ」と称す。研削手段２には、ロール軸Ｚと垂直で並設されたリニアガイド２３ａを結ぶピッチ軸方向Ｘ１と、ロール軸Ｚと垂直で砥石２１の回転中心Ｏ１を通るヨー軸Ｙ１と、が設定されている。

研削手段２の下方には、保持手段としてのウェハチャック３が配置されている。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５の回転軸を中心に円周上で所定の間隔を空けて配置されている。

ウェハチャック３は、チャック３１と、エアベアリング３２と、を備えている。

チャック３１は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる図示しない吸着体が埋設されている。ウェハチャック３は、チャック３１及びエアベアリング３２内を通ってチャック３１の表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、エアベアリング３２のロータ３２ａに連結された図示しないロータリージョイント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３１に載置されたウェハＷがチャック３１に吸着保持される。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３１との吸着が解除される。

エアベアリング３２は、回転軸ａ２回りに回転可能なロータ３２ａと、ロータ３２ａの外周に配置されたステータ３２ｂと、を備えている。ロータ３２ａとチャック３１とは、図示しないボルトで固定されている。ロータ３２ａは、ロータリージョイントに接続され、回転軸ａ２を中心にして回転方向Ｃ２に沿ってチャック３１を回転させる。ロータ３２ａとステータ３２ｂとの間には、所定の間隙（エアギャップ）が設けられており、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３２ａがステータ３２ｂに対して非接触で回転することができる。ウェハチャック３には、ロール軸Ｚと垂直でウェハチャック３の回転中心Ｏ２を通るヨー軸Ｙ２が設定されている。ウェハチャック３のヨー軸Ｙ２は、研削手段２のヨー軸Ｙ１と平行である。

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６を備えている。傾斜手段６は、チルトテーブル６１と、固定支持部６２と、上流側可動支持部６３と、下流側可動支持部６４と、を備えている。

チルトテーブル６１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６１には、固定支持部６２、上流側可動支持部６３及び下流側可動支持部６４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６２は、チルトテーブル６１にボルト６２ａで締結されている。

上流側可動支持部６３は、固定支持部６２に対してウェハチャック３の回転方向Ｃ２の上流側に配置されている。なお、上流側可動支持部６３の構造は、下流側可動支持部６４と同様であるから、下流側可動支持部６４を例にその構造を説明し、上流側可動支持部６３に関する説明を省略する。なお、研削装置１に用いられる鉛直方向Ｖに昇降自在な可動支持部は２つに限定されず、３つ以上であっても構わない。

下流側可動支持部６４は、固定支持部６２に対してウェハチャック３の回転方向Ｃ２の下流側に配置されている。下流側可動支持部６４は、チルトテーブル６１に埋め込まれたナット６４ａと、インデックステーブル５に固定され、上部がナット６４ａに螺合するチルト用ボールネジ６４ｂと、チルト用ボールネジ６４ｂを回転させるチルト用モータ６４ｃと、を備えている。下流側可動支持部６４は、固定支持部６２より鉛直方向Ｖに長く形成されている。

研削装置１は、研削手段２がウェハＷを押圧する際の荷重でチルトテーブル６１が落ち込んだ沈降量を計測するスケール７を備えている。

研削装置１の動作は、制御装置８によって制御される。制御装置８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８は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置８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８は、図示しない厚みセンサが計測したウェハＷ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を研削する加工範囲を調整する。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定されず、例えば、研削装置１の外部装置で計測されたデータを制御装置８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。上流側可動支持部６３及び下流側可動支持部６４がそれぞれ独立して鉛直方向Ｖに沿って伸縮し、チルトテーブル６１が固定支持部６２を基準として傾斜することにより、回転軸ａ２を傾斜させることができる。

制御装置８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、研削前のウェハＷの厚み又は研削中のウェハＷの厚みを計測し、この厚みと所望のウェハの厚みの差分から研削量及びチルト角を調整する。

次に、研削装置１の作用について、図面に基づいて説明する。図４は、研削手段２とウェハチャック３との配置関係を示す平面図である。図５は、研削手段１の軸倒れに応じて保持手段３を傾斜させる様子を示す模式図であり、（ａ）は軸倒れ前の状態を示し、（ｂ）は軸倒れ後の状態を示す。

研削手段２は、ピッチ軸Ｘ１方向に並設された２つのリニアガイド２３ａを介してコラム４に片持ち支持されている。したがって、研削手段２は、研削加工の際に砥石２１に作用する背分力のヨーイング成分、すなわちヨー軸Ｙ１回りの回転に強い一方、ピッチング成分、すなわちピッチ軸Ｘ１回りの回転に弱くなりがちである。

そこで、研削装置１では、研削領域Ａ１が、ヨー軸Ｙ１の先端を跨ぐようにして配置されている。図６に示す従来の研削装置の研削領域Ａ２のピッチング成分と比較して、研削領域Ａ１のピッチング成分は小さく設定されており、ピッチ軸Ｘ１回りの回転モーメントが低減されている。なお、研削領域Ａ１は、ヨー軸Ｙ１の基端側を跨ぐように配置されても構わず、このように配置することにより、ピッチ軸Ｘ１回りの回転モーメントが更に低減されると共に、ウェハチャック３が研削手段２の下方に配置されることにより、研削装置１を省スペースで配置することができる。

また、研削手段２とウェハチャック３とは、研削手段２のヨー軸Ｙ１とウェハチャック３のヨー軸Ｙ２とがウェハチャック３の直径の１／４だけ離間するように、配置されている。したがって、研削領域Ａ１は、ヨー軸Ｙ１を挟んで左右対称に形成されており、研削領域Ａ１のピッチング成分は、必要最小限に低減されている。

研削領域Ａ１は、ウェハＷの中心からウェハＷの外周に向かって形成されるのが好ましい。これにより、ウェハＷの周縁と砥石２１とが当接する際のエッヂチッピングが抑制される。

傾斜手段６は、研削手段２の自重によるリニアガイド２３ａ回りの回転モーメントに起因する研削手段２の軸倒れを考慮し、砥石２１とウェハＷとが平行になるようにウェハチャック３を傾斜させるものが好ましい。すなわち、コラム４に片持ち支持された研削手段２は自重で傾くことがあり、このように研削手段２が傾いた状態で研削加工を行うと、砥石２１がウェハＷに片当たりする虞がある。そこで、研削手段２の傾き角度と同じ角度だけチルトテーブル６１を傾ける。

例えば、図６（ａ）に示すように、研削手段２が水平姿勢を維持する場合には、傾斜手段６は、ウェハＷの厚みに基づいてチルトテーブル６１の傾きを調整する。

しかしながら、図６（ｂ）に示すように、研削手段２が自重で傾く場合には、上流側可動支持部６３を伸長させて、チルトテーブル６１を研削手段２と同様に傾かせることで、研削手段２の軸倒れに起因する砥石２１とウェハＷとの片当たりを抑制することができる。

このようにして、上述した研削装置１は、研削領域Ａ１がヨー軸Ｙ１を跨いで形成されることにより、研削手段２のピッチ軸Ｘ１回りの回転を誘発する研削領域Ａ１のピッチング成分が低減され、研削手段２のピッチ軸Ｘ１回りの回転が抑制されるため、研削手段２の姿勢がウェハＷに対して平行に維持され、研削領域Ａ１内でウェハＷを均等に研削加工することができる。

上述した研削装置１は、傾斜手段６を備えたものを例に説明したが、本発明は、傾斜手段を備えていない研削装置にも適用可能なことは言うまでもない。

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・・・リニアガイド
３ ・・・ ウェハチャック（保持手段）
３１・・・ チャック
３２・・・ エアベアリング
３２ａ・・・ロータ
３２ｂ・・・ステータ
４ ・・・ コラム
５ ・・・ インデックステーブル
６ ・・・ 傾斜手段
６１・・・ チルトテーブル
６２・・・ 固定支持部
６２ａ・・・ボルト
６３・・・ 上流側可動支持部
６４・・・ 下流側可動支持部
６４ａ・・・ナット
６４ｂ・・・チルト用ボールネジ
６４ｃ・・・チルト用モータ
７ ・・・ スケール
８ ・・・ 制御装置
Ａ１・・・ 研削領域
Ｗ ・・・ ウェハ

Claims (5)

1. ウェハを保持して回転可能な保持手段と、前記ウェハを研削する研削手段と、該研削手段を片持ち支持すると共に前記研削手段を鉛直方向と平行なロール軸に沿って前記ウェハに向けて送る送り手段と、を備えた研削装置であって、
   前記研削手段が前記ウェハを研削する研削領域は、平面視で前記ロール軸に対して垂直で前記研削手段の中心を通るヨー軸を跨いで円弧状に形成されていることを特徴とする研削装置。
2. 前記研削領域は、平面視で前記ヨ―軸の先端側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の研削装置。
3. 前記研削領域は、平面視で前記ヨ―軸を挟んで対称に形成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。
4. 前記研削領域は、平面視で前記ウェハの中心から前記ウェハの外周に向かって円弧状に形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の研削装置。
5. 前記研削手段の前記ロール軸及び前記ヨ―軸に垂直なピッチ軸回りの傾きに応じて前記保持手段を傾斜させる傾斜手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の研削装置。