JP2019136783A

JP2019136783A - 両面研削装置

Info

Publication number: JP2019136783A
Application number: JP2018019360A
Authority: JP
Inventors: 洋人福田; Hiroto Fukuda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: JP7102758B2

Abstract

【課題】板状の被研削物の厚さを測定可能であって、被研削物を精度よく所望の厚さに研削加工できる両面研削装置を提供すること。【解決手段】両面研削装置１は、上面が第１砥石面１１であって、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転する第１砥石１０と、下面が第２砥石面２１であって、第１中心軸Ｃ１に平行な第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する第２砥石２０と、第１砥石面１１に載置された被研削物５０の上面の鉛直方向位置および第１砥石面１１の鉛直方向位置を検知することで被研削物５０の厚さを測定可能な測定部４０と、を備える。第１砥石面１１および第２砥石面２１は、被研削物５０を加工する研削加工領域において対向しており、研削加工領域における第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離は、測定部４０で測定された被研削物５０の厚さに基づいて決定される。【選択図】図１

Description

本発明は、両面研削装置に関するものである。

ウェハを所望の厚さに研削加工するためには、研削時におけるウェハの厚さを正確に把握することが好ましい。特許文献１には、ウェハを研削加工する研削装置と、当該研削装置から取り出したウェハの厚さを測定する測定装置とを備えた、ウェハのラッピング装置が開示されている。

特開平０５−１８５３６７号公報

特許文献１に係るラッピング装置では、研削装置からウェハを取り出して厚さを測定し、再度研削装置にウェハを取り付けて研削するといった動作を繰り返す必要がある。しかし、ウェハを取り出したり取り付けたりする際に、研削装置に設置するウェハの位置がずれてしまい、ウェハの加工精度が落ちてしまうことがあるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、板状の被研削物の厚さを測定可能であって、被研削物を精度よく所望の厚さに研削加工できる両面研削装置を提供するものである。

本発明に係る両面研削装置は、上面が第１砥石面であって、第１中心軸を回転軸として回転する第１砥石と、下面が第２砥石面であって、前記第１中心軸に平行な第２中心軸を回転軸として回転する第２砥石と、前記第１砥石面に載置された被研削物の上面の鉛直方向位置および前記第１砥石面の鉛直方向位置を検知することで前記被研削物の厚さを測定可能な測定部と、を備え、前記第１砥石面および前記第２砥石面は、前記被研削物を加工する研削加工領域において対向しており、前記研削加工領域における前記第１砥石面と前記第２砥石面との距離は、前記測定部で測定された前記被研削物の厚さに基づいて決定されることを、特徴としたものである。

本発明に係る両面研削装置は、被研削物を研削加工するための第１砥石および第２砥石と、第１砥石の第１砥石面上に載置された被研削物の厚さを測定可能な測定部と、を備える。このような構成においては、被研削物の厚さ測定と研削加工を第１砥石上で行うことができる。したがって、被研削物の厚さを測定する際に被研削物を取り外す必要が無く、加工プロセス中における誤差の発生を抑制することができる。すなわち、被研削物を精度よく所望の厚さに研削加工することができる。

本発明により、板状の被研削物の厚さを測定可能であって、被研削物を精度よく所望の厚さに研削加工できる両面研削装置を提供することができる。

被研削物が載置される際の両面研削装置を示す斜視図である。被研削物が載置された後の両面研削装置を示す斜視図である。図２の状態における両面研削装置の、切断線ＩＩＩ−ＩＩＩでの断面図である。両面研削装置を用いて被研削物の研削加工を行う場合の流れを説明するフロー図である。ステップＳ１における両面研削装置の状態を示す斜視図である。ステップＳ２における両面研削装置の状態を示す斜視図である。ステップＳ３における両面研削装置の状態を示す斜視図である。図７の状態における両面研削装置の、切断線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩでの断面図である。ステップＳ４における両面研削装置の状態を示す斜視図である。ステップＳ７における両面研削装置の状態を示す斜視図である。図１０の状態における両面研削装置の、切断線ＸＩ−ＸＩでの断面図である。ステップＳ７の詳細なフローを示すフロー図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
なお、当然のことながら、図１およびその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

まず、本発明の実施形態に係る両面研削装置１の全体的な構成について、まず図１〜図３を用いて説明する。図１は、被研削物５０が載置される際の両面研削装置１を示す斜視図である。図２は、被研削物５０が載置された後の両面研削装置１を示す斜視図である。図３は、図２の状態における両面研削装置１の、切断線ＩＩＩ−ＩＩＩでの断面図である。なお、図１の斜視図、および図３以降の全ての断面図においては、第２砥石２０を省略しないが、図２以降の斜視図においては、説明の便宜上、第２砥石２０を省略する。また、図１の斜視図においては、説明の便宜上、第２砥石２０を実際の位置よりも上方に示している。

図１に示すように、両面研削装置１は、第１砥石１０と、サンギア１５と、第２砥石２０と、カウンタギア２５と、測定部４０と、キャリアギア５５と、を備える。また、両面研削装置１は、図示しない制御部をさらに備える。両面研削装置１は、キャリアギア５５に保持された被研削物５０の両面を研削する装置である。

第１砥石１０は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転する、円板状の部材である。第１中心軸Ｃ１は、鉛直方向である。第１砥石１０は、図示しない下本体部の上方に配置されている。下本体部は、例えば、中心軸を鉛直方向とした円筒の形状であるが、下本体部の形状は円筒状に限らず、直方体状でもよい。第１砥石１０の上面は、第１砥石面１１である。

第１砥石面１１の中心部には、上方に開口した内孔１２が設けられている。内孔１２内には、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転するサンギア１５が、第１砥石１０と同軸に配置されている。

第１砥石面１１には、吸着孔１３が設けられている。吸着孔１３は、第１砥石１０を貫通している。第１砥石面１１の吸着孔１３上には、被研削物５０が載置される。吸着孔１３の内部は、下本体部によって減圧することができる。したがって、吸着孔１３上に載置された被研削物５０は第１砥石面１１に吸着される。なお、吸着孔１３は複数備えられていてもよい。第１砥石１０は、第１砥石面１１上に配置された被研削物５０を研削する。

第２砥石２０は、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する、円板状の部材である。第２中心軸Ｃ２は、第１中心軸Ｃ１と平行であり鉛直方向である。第２砥石２０は、図示しない上本体部の下方に配置されている。上本体部は、例えば、中心軸を鉛直方向とした円筒の形状であるが、上本体部の形状は円筒状に限らず、直方体状でもよい。第２中心軸Ｃ２は、第１中心軸Ｃ１と間隔を空けて配置されている。第２砥石２０の上面は、第２砥石面２１である。

第２砥石面２１の中心部には、下方に開口した内孔２２が設けられている。なお、説明の便宜上、図１において第２砥石２０は実際の位置よりも上方に示されている。実際には、図３に示すように、内孔２２内にカウンタギア２５が配置されるように第２砥石２０が配置されている。すなわち、内孔２２内には、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転するカウンタギア２５が、第２砥石２０と同軸に配置されている。

図１に示すように、第２砥石面２１には、吸着孔２３が設けられている。吸着孔２３は、第２砥石２０を貫通している。吸着孔２３の内部は、上本体部によって減圧される。吸着孔２３の内部が減圧されることによって、図３に示すように、キャリアギア５５は第２砥石面２１に吸着される。なお、吸着孔２３は複数備えられていてもよい。

図１に示すように、第１砥石１０及び第２砥石２０は、回転軸が間隔を空けて配置されたオフセット配置となっている。第２砥石２０における第２砥石面２１と、第１砥石１０における第１砥石面１１とは、部分的に対向している。第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向する領域を、研削加工領域という。第２砥石２０は、研削加工領域に配置された被研削物５０を研削する。

サンギア１５は、歯車状の部材であり、外周に複数の歯が形成されている。サンギア１５は、第１砥石１０と同軸に、第１砥石１０に設けられた内孔１２内に配置される。ここで、サンギア１５の上面は、第１砥石面１１よりも上方に突出しており、図示しないサンギア回転軸に接続されている。サンギア回転軸も、第１砥石１０の第１中心軸Ｃ１と同軸になるように、配置されている。ｘｙ平面視では、サンギア１５は、第２砥石２０の外側に配置されている。

カウンタギア２５は、歯車状の部材であり、外周に複数の歯が形成されている。カウンタギア２５は、第２砥石２０と同軸に、第２砥石２０に設けられた内孔２２内に配置される。ここで、カウンタギア２５の下面は、第２砥石面２１よりも下方に突出しており、カウンタギア回転軸２６に接続されている。カウンタギア回転軸２６も、第１砥石１０の第１中心軸Ｃ１と同軸になるように、配置されている。ｘｙ平面視では、カウンタギア２５は、第１砥石１０の外側に配置されている。

被研削物５０は、平坦な両面を有する板状の部材である。被研削物５０は、例えば、ウェハである。なお、被研削物５０は、研削される平坦な両面を有していれば、ウェハに限らない。
被研削物５０は、第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向する研削加工領域に配置されて研削される。図２に示すように、被研削物５０の下面５１は、第１砥石１０の第１砥石面１１に当接し、被研削物５０の上面５２は、第２砥石２０の第２砥石面２１に当接する。これにより、被研削物５０の下面５１は、第１砥石面１１により研削され、被研削物５０の上面５２は、第２砥石面２１により研削される。

図１に示すように、キャリアギア５５は、歯車状の部材であり、外周面に複数の歯が形成されている。また、キャリアギア５５は、内部に被研削物５０を保持する保持孔が設けられている。キャリアギア５５は、被研削物５０を保持するので、単に、キャリアともいう。その場合には、外周の複数の歯をキャリアギアという。

キャリアギア５５の中心軸と、保持孔の中心軸とは、ずれていてもよい。キャリアギア５５は、被研削物５０の外周面を囲んで被研削物５０を保持する。被研削物５０は、例えば、保持孔に嵌合されて保持される。キャリアギア５５の厚さは、被研削物５０の厚さよりも薄い。よって、キャリアギア５５に保持されたときの被研削物５０の下面５１及び上面５２は、保持孔から突出している。例えば、キャリアギア５５の厚さは、７０［μｍ］である。

図３に示すように、初め、キャリアギア５５は第２砥石２０の吸着孔２３に吸着されている。キャリアギア５５は、被研削物５０の研削時に降下され、第１砥石面１１上の被研削物５０を保持孔に保持する。被研削物５０を保持したキャリアギア５５は、第１砥石１０と第２砥石２０との間に配置される。この場合に、ｘｙ平面視では、キャリアギア５５に保持された被研削物５０は、研削加工領域内に配置される。一方、キャリアギア５５の歯は、ｘｙ平面視では、第１砥石面１１から外側に突出する部分及び第２砥石面２１から外側に突出する部分を有している。

サンギア１５は、図示しないサンギア回転軸の回転に伴って回転される。カウンタギア２５は、第１中心軸Ｃ１を回転軸としたサンギア１５の回転に連動して、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する。サンギア１５及びカウンタギア２５に噛み合うキャリアギア５５は、第１砥石面１１と第２砥石面２１との間で、第１砥石面１１に平行な面内で回転する。

一方、第１砥石１０は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転し、第２砥石２０は、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する。これにより、被研削物５０の下面５１は第１砥石面１１によって研削され、被研削物５０の上面５２は、第２砥石面２１によって研削される。なお、第１砥石１０とサンギア１５は、独立に回転してもよいし、それぞれ一体となって回転してもよい。また、第２砥石２０とカウンタギア２５は、独立に回転してもよいし、それぞれ一体となって回転してもよい。

測定部４０は、被研削物５０の厚さを測定するための装置である。図２に示すように、測定部４０は、支持部材４１と、第１変位センサ４２と、第２変位センサ４３と、を備えている。支持部材４１は、第１変位センサ４２および第２変位センサ４３を支持する部材である。第１変位センサ４２および第２変位センサ４３は、ｙ軸周りに回動可能な棒状部材である。測定時において、第１変位センサ４２および第２変位センサ４３は、鉛直方向を向く。

第１変位センサ４２は、測定時において鉛直方向に伸縮する。第１変位センサ４２は、第１砥石面１１に載置された被研削物５０の上面５２に接触することで、被研削物５０の上面５２の鉛直方向位置（以下、鉛直位置）を検知する。また、第１変位センサ４２は、第１砥石面１１に接触することで、第１砥石面１１の鉛直位置を検知する。第１変位センサ４２は、非測定時においては鉛直方向を向いておらず、被研削物５０や第１砥石面１１と接しない。

第２変位センサ４３は、測定時において鉛直方向に伸縮する。第２変位センサ４３は、第２砥石面２１に接触することで、第２砥石面２１の鉛直位置を検知する。第２変位センサ４３は、非測定時においては鉛直方向を向いておらず、第２砥石面２１と接しない。

制御部（不図示）は、例えば、コンピュータのような演算機能を有する装置である。制御部は、両面研削装置１の各部の動作を制御する。
また、制御部は、測定部４０が検知した第１砥石面１１の鉛直位置から、第１砥石１０の摩耗量を算出する。また、制御部は、測定部４０が検知した被研削物５０の上面５２の鉛直位置と第１砥石面１１の鉛直位置との差から、第１砥石面１１に載置された被研削物５０の厚さを算出する。また、制御部は、測定部４０が検知した第２砥石面２１の鉛直位置から、第２砥石２０の摩耗量を算出する。

また、制御部は、測定部４０で測定された被研削物５０の厚さに基づいて、研削加工時における第２砥石面２１の高さを調整する。制御部は、測定部４０が検知した第２砥石面２１の鉛直位置をさらに考慮して、研削加工時における第２砥石面２１の高さを調整してもよい。

ここで、両面研削装置１を用いて被研削物５０の研削加工を行う場合の流れについて、図４〜図１２を用いて説明する。図４は、両面研削装置１を用いて被研削物５０の研削加工を行う場合の流れを説明するフロー図である。

まず、ステップＳ１において、被研削物５０は測定部４０の近くに搬送される。図５は、ステップＳ１における両面研削装置１の状態を示す斜視図である。図５に示すように、ステップＳ１において、制御部は第１砥石面１１を回転させる。これによって、被研削物５０は、第１変位センサ４２によって鉛直位置を測定できる位置に搬送される。

次に、図４に示すように、ステップＳ２において、測定部４０は被研削物５０の上面５２の鉛直位置を検知する。具体的には、第１変位センサ４２が被研削物５０の上面５２の鉛直位置を検知する。図６は、ステップＳ２における両面研削装置１の状態を示す斜視図である。図６に示すように、ステップＳ２において、第１変位センサ４２は鉛直方向を向くように回動する。第１変位センサ４２は、この状態で鉛直方向に伸長することで被研削物５０の上面５２と接触し、被研削物５０の上面５２の鉛直位置を検知する。第１変位センサ４２は、被研削物５０の上面５２の鉛直位置を検知したのち、鉛直方向に収縮する。

次に、図４に示すように、ステップＳ３において、測定部４０は被研削物５０を研削加工領域に搬送される。図７は、ステップＳ３における両面研削装置１の状態を示す斜視図である。図８は、図７の状態における両面研削装置１の、切断線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩでの断面図である。

図７に示すように、ステップＳ３において、第１変位センサ４２はｙ軸周りに回動して被研削物５０の上面５２から退避する。その後、制御部は第１砥石面１１を回転させる。これによって、被研削物５０は研削加工領域に搬送される。このとき、図８に示すように、キャリアギア５５は第２砥石面２１の吸着孔２３に吸着されているため、被研削物５０は、キャリアギア５５の下をくぐって保持孔の下に搬送される。

次に、図４に示すように、ステップＳ４において、測定部４０は第１砥石面１１の鉛直位置を検知する。具体的には、第１変位センサ４２が第１砥石面１１の鉛直位置を検知する。図９は、ステップＳ４における両面研削装置１の状態を示す斜視図である。図９に示すように、ステップＳ４において、第１変位センサ４２は鉛直方向を向くように回動する。第１変位センサ４２は、この状態で鉛直方向に伸長することで第１砥石面１１と接触し、第１砥石面１１の鉛直位置を検知する。第１変位センサ４２は、第１砥石面１１の鉛直位置を検知したのち、鉛直方向に収縮する。

また、ステップＳ４において、測定部４０は第２砥石面２１の鉛直位置を検知してもよい。具体的には、第２変位センサ４３が第２砥石面２１の鉛直位置を検知する。この場合、ステップＳ４において、第２変位センサ４３も鉛直方向を向くように回動する。第２変位センサ４３は、この状態で鉛直方向に伸長することで第２砥石面２１と接触し、第２砥石面２１の鉛直位置を検知する。第２変位センサ４３は、第２砥石面２１の鉛直位置を検知したのち、鉛直方向に収縮する。

次に、図４に示すように、ステップＳ５において、制御部は被研削物５０の厚さを算出する。具体的には、制御部は、測定部４０が検知した被研削物５０の上面５２の鉛直位置と第１砥石面１１の鉛直位置との差を算出し、その結果を被研削物５０の厚さとする。

次に、ステップＳ６において、制御部は、測定部４０で測定された被研削物５０の厚さが所望の厚さよりも大きいか判断する。測定部４０で測定された被研削物５０の厚さが所望の厚さ以下である場合は、被研削物５０を研削する必要がないため、フローを終了する。すなわち、被研削物５０を両面研削装置１から取り外す。測定部４０で測定された被研削物５０の厚さが所望の厚さよりも大きい場合は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、第１砥石１０と第２砥石２０は、測定部４０で測定された被研削物５０の厚さに基づいて、被研削物５０を研削加工する。図１０は、ステップＳ７における両面研削装置１の状態を示す斜視図である。図１１は、図１０の状態における両面研削装置１の、切断線ＸＩ−ＸＩでの断面図である。

図１０に示すように、ステップＳ７において、第１変位センサ４２はｙ軸周りに回動して第１砥石面１１から退避する。また、第２変位センサ４３はｙ軸周りに回動して第２砥石面２１から退避する。また、制御部は、吸着孔２３によるキャリアギア５５の吸着を止め、キャリアギア５５を第１砥石面１１上に降下させる。また、制御部は、吸着孔１３による被研削物５０の吸着を止める。その後、制御部は、図１１に示すように、第２砥石面２１と被研削物５０とが接する位置まで第２砥石２０を降下させる。第２砥石面２１と被研削物５０とが接する位置まで第２砥石２０を降下させた後、制御部は、第１砥石面１１、第２砥石面２１、サンギア１５、カウンタギア２５、およびキャリアギア５５を回転させ、被研削物５０の研削加工を開始する。

また、制御部は、測定部４０で測定された被研削物５０の厚さに基づいて、研削完了時における第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離を設定する。制御部は、被研削物５０を研削しながら、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が設定した値になるまで、第２砥石２０を降下させる。

制御部は、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が設定した値になったと判断したら、第１砥石面１１、第２砥石面２１、サンギア１５、カウンタギア２５、およびキャリアギア５５の回転を止め、被研削物５０の研削を終了する。その後、制御部は、吸着孔２３によるキャリアギア５５の吸着を再開し、第２砥石２０を元の位置に戻す。また、制御部は、吸着孔１３による被研削物５０の吸着を再開する。
その後、再びステップＳ１に戻る。具体的には、第１砥石面１１が回転し、被研削物５０を測定部４０の近くに搬送する。

ここで、研削完了時における第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離を、測定部４０で測定された被研削物５０の厚さに基づいて決定する方法について、図１２を用いて説明する。図１２は、ステップＳ７の詳細なフローを示すフロー図である。

まず、ステップＳ７１において、制御部は、被研削物５０の研削加工回数が１回目であるか、２回目以降であるかを判断する。被研削物５０の研削加工回数が１回目である場合は、ステップＳ７２に進み、被研削物５０の研削加工回数が２回目以降である場合は、ステップＳ７３に進む。
ステップＳ７２に進んだ場合、制御部は、研削完了時における第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離を所望の厚さに設定する。

被研削物５０の研削加工回数が２回目以降である場合は、研削完了時における第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離を所望の厚さに設定しても、被研削物５０が十分に研削されない状況であることがわかる。すなわち、第１砥石１０や第２砥石２０の摩耗、あるいは校正のずれ等といった装置誤差が生じていることがわかる。そこで、ステップＳ７３に進んだ場合は、研削完了時における第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離を、直前の設定値から距離ｈだけ小さく設定する。距離ｈは、次式（１）で定義される。
ｈ＝（測定部４０で測定された被研削物５０の厚さ）−（所望の厚さ）・・・（１）

研削完了時における第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離をこのように設定することで、装置誤差による研削量のずれを低減させることができる。従って、被研削物５０を精度よく所望の厚さに研削加工することができる。

また、ステップＳ７３において、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離を、直前の設定値から距離ｈ’だけ小さくしてもよい。距離ｈ’は、次式（２）で定義される。
ｈ’＝（測定部４０で測定された被研削物５０の厚さ）−（所望の厚さ）
＋（第２砥石２０の鉛直位置の変化量）・・・（２）
なお、式（２）において「第２砥石２０の鉛直位置の変化量」とは、測定部４０で測定された第２砥石２０の鉛直位置と、その直前に測定部４０で測定された第２砥石２０の鉛直位置との差を指す。

このように第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離を設定した場合は、摩耗や熱膨張に伴う第２砥石２０の鉛直位置の変化によって生じる装置誤差の影響を低減させることができる。従って、被研削物５０をさらに精度よく所望の厚さに研削加工することができる。

以上で説明したように、本実施形態に係る両面研削装置１は、被研削物５０の厚さ測定と研削加工とを同一の装置上で行うことができる。従って、被研削物５０を精度よく所望の厚さに研削加工することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記の実施形態において、第１変位センサ４２および第２変位センサ４３として接触式の変位センサを用いたが、例えば、光学式センサや磁気検出センサのような非接触式の変位センサを用いてもよい。

１両面研削装置
１０第１砥石
１１第１砥石面
１２内孔
１３吸着孔
１５サンギア
２０第２砥石
２１第２砥石面
２２内孔
２３吸着孔
２５カウンタギア
２６カウンタギア回転軸
４０測定部
４１支持部材
４２第１変位センサ
４３第２変位センサ
５０被研削物
５１下面
５２上面
５５キャリアギア
Ｃ１第１中心軸
Ｃ２第２中心軸

Claims

上面が第１砥石面であって、第１中心軸を回転軸として回転する第１砥石と、
下面が第２砥石面であって、前記第１中心軸に平行な第２中心軸を回転軸として回転する第２砥石と、
前記第１砥石面に載置された被研削物の上面の鉛直方向位置および前記第１砥石面の鉛直方向位置を検知することで前記被研削物の厚さを測定可能な測定部と、を備え、
前記第１砥石面および前記第２砥石面は、前記被研削物を加工する研削加工領域において対向しており、
前記研削加工領域における前記第１砥石面と前記第２砥石面との距離は、前記測定部で測定された前記被研削物の厚さに基づいて決定される、
両面研削装置。