JP2019155487A

JP2019155487A - 研削盤

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Publication number: JP2019155487A
Application number: JP2018041348A
Authority: JP
Inventors: 文雄間瀬; Fumio Mase; 雅喜金澤; Masaki Kanazawa
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: JP7128635B2

Abstract

【課題】砥石の摩耗を考慮してウェハを高精度に研削する研削盤を提供する。【解決手段】研削盤１は、砥石２１を下端に取り付けて回転可能なスピンドル２３と、スピンドル２３をコラム２２に対して鉛直方向Ｖに送るスピンドル送り機構２５と、砥石２１がウェハＷに切り込んで砥石２１に作用する摩擦力が所定値より高い場合にスピンドル２３及びスピンドル送り機構２５を鉛直方向Ｖに上昇させる定圧シリンダ２６と、砥石２１がウェハＷを研削した研削量Δｔを測定するインプロセスゲージ４と、スピンドル２３が降下した変位量Δｖを測定するリニアエンコーダ５と、変位量Δｖ及び研削量Δｔに基づいて算出される砥石２１の実摩耗速度と予め記憶された砥石２１の適正摩耗速度範囲と比較する制御装置６と、を備えている。【選択図】図５

Description

本発明は、ウェハの裏面を研削する研削盤に関し、特に、脆いウェハにダメージを与えることなく研削可能な研削盤に関する。

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盤として、特許文献１に示すように、下端に砥石が取り付けられたスピンドル送り機構が定圧シリンダに吊設され、ウェハに切り込ませた砥石に作用する摩擦力が所定値より高い場合に、定圧シリンダが、スピンドル及びスピンドル送り機構を鉛直方向に上昇させるものが知られている。

このような研削盤では、砥石に作用する摩擦力が過大となる場合に、定圧シリンダが、スピンドルとスピンドル送り機構とを一時的に上昇させるため、砥石とウェハとが過度に接触しない状態でウェハが延性モード研削されるため、ウェハにダメージを与えることなく安定して研削することができる。

特許第６０３０２６５号公報

上述したような特許文献１記載の研削盤では、研削加工を繰り返すことによって砥石が摩耗するため、砥石をウェハに切り込ませる送り量は砥石の摩耗量に応じて適宜調整する必要がある。しかしながら、延性モード研削では、スピンドル送り機構が定圧シリンダによって引き上げられるため、砥石がウェハにどの程度切り込んでいるかが正確に把握できず、砥石の摩耗量に応じた送り量の調整ができないという問題があった。

そこで、砥石の摩耗を考慮してウェハを高精度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、砥石でウェハを研削する研削盤であって、前記砥石を下端に取り付けて回転可能なスピンドルと、前記スピンドルをコラムに対して鉛直方向に送るスピンドル送り機構と、前記スピンドル送り機構と前記コラムとの間に介装され、前記砥石が前記ウェハに切り込んで前記砥石に作用する摩擦力が所定値より高い場合に前記スピンドル及びスピンドル送り機構を鉛直方向に上昇させる定圧シリンダと、前記砥石が前記ウェハを研削した研削量を測定する研削量測定手段と、前記スピンドルが降下した変位量を測定する変位量測定手段と、前記スピンドルの変位量及び前記ウェハの研削量に基づいて算出される前記砥石の実摩耗速度と予め記憶された前記砥石の適正摩耗速度範囲と比較する制御装置と、を備えている。

この構成によれば、砥石の研削量及びスピンドルの変位量を測定することにより、研削加工中に砥石の実摩耗速度が算出可能であり、砥石の実摩耗速度を適正摩耗速度範囲と比較することにより、砥石の摩耗を考慮してウェハを所望の仕上げ厚みに精度良く研削することができる。

また、本発明に係る研削盤は、前記制御装置は、前記実摩耗速度が前記適正摩耗速度範囲内に収まるように前記スピンドル送り機構の送り速度を調整することが好ましい。

この構成によれば、砥石の実摩耗速度が適正摩耗速度範囲から外れている場合に、砥石の摩耗量が適正範囲内に収まるようにスピンドル送り機構の送り速度を調整することにより、砥石の摩耗を考慮してウェハを所望の仕上げ厚みに精度良く研削することができる。

また、本発明に係る研削盤は、前記制御装置は、前記実摩耗速度が前記適正摩耗速度範囲内に収まるように前記定圧シリンダの駆動圧を調整することが好ましい。

この構成によれば、砥石の実摩耗速度が適正摩耗速度範囲から外れている場合に、砥石の摩耗量が適正範囲内に収まるように定圧シリンダの駆動圧を調整することにより、砥石の摩耗を考慮してウェハを所望の仕上げ厚みに精度良く研削することができる。

また、本発明に係る研削盤は、前記実摩耗速度が前記適正摩耗速度範囲から外れている場合に、前記砥石の研削面をドレッシングするドレス手段をさらに備えていることが好ましい。

この構成によれば、砥石の目詰まりを早期に解消することにより、砥石の目詰まりに起因してウェハに過度な摩擦力が作用してダメージを与えることを抑制することができる。

また、本発明に係る研削盤は、前記砥石が前記ウェハを研削する加工点を挟み込むように前記スピンドルの外周に配置されて、前記スピンドルを前記コラムに対して鉛直方向に摺動可能に支持する少なくとも３つのリニアガイドをさらに備え、前記スピンドルの重心は、平面視で前記リニアガイドにより形成される多角形内に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、スピンドルの外周に配置されたリニアガイドがスピンドルの姿勢を規制することにより、スピンドルがコラムに対してヨーイング、チッピング又はローリングすることが規制され、砥石の表面が水平にウェハに押し当てられるため、ウェハを精度良く研削することができる。

本発明は、砥石の研削量及びスピンドルの変位量を測定することにより、研削加工中に砥石の実摩耗速度が算出可能であり、砥石の実摩耗速度を適正摩耗速度範囲と比較することにより、砥石の摩耗を考慮してウェハを所望の仕上げ厚みに精度良く研削することができる。

本発明の一実施例に係る研削盤を示す斜視図。図１に示すメインユニットの平面図。図１に示すメインユニットの側面図。研削加工によってウェハ厚み及び砥石位置が変化する様子を示す図。砥石が摩耗する様子及び各部材が上昇又は降下する様子を示す模式図。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、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、本実施形態において、「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、研削盤１を示す斜視図である。図２は、図１に示すメインユニット２の平面図である。図３は、メインユニット２の側面図である。

研削盤１は、ウェハＷを裏面研削して薄膜に形成する。研削盤１を用いて研削加工が施されるウェハＷは、シリコンウェハ、シリコンカーバイドウェハ等の高硬度・高脆性を示すものが好適であるが、これらに限定されるものではない。研削盤１は、砥石２１を備えるメインユニット２と、メインユニット２の下方に配置された搬送ユニット３と、を備えている。

メインユニット２は、アーチ状のコラム２２と、砥石２１が取り付けられたスピンドル２３と、スピンドル２３を鉛直方向Ｖに摺動可能に支持する３つのリニアガイド２４と、スピンドル２３を鉛直方向Ｖに昇降させるスピンドル送り機構２５と、を備えている。

搬送ユニット３は、ウェハＷを吸着保持可能なチャック３１と、チャック３１を載置するスライダ３２と、を備えている。

チャック３１は、図示しない真空源に接続されており、ウェハＷをチャック３１の表面に真空吸着可能である。また、チャック３１は、図示しないモータによってチャック３１の中心を通る鉛直軸回りに回動可能である。

スライダ３２は、図示しないスライダ駆動機構によってレール３３上を摺動可能であり、これにより、チャック３１とスライダ３２とは、ウェハ搬送方向Ｄ１に一体になってスライドするようになっている。

このようにして、チャック３１上に真空吸着されたウェハＷは、研削加工前に、スライダ３２によって砥石２１の下方まで搬入され、研削加工後に、砥石２１の下方からメインユニット２の後方まで搬出される。

次に、研削盤１の具体的構成について説明する。

スピンドル２３は、コラム２２の前面２２ａに鉛直方向Ｖに亘って凹設された溝２２ｂ内に収容されている。スピンドル２３は、砥石２１を下端に取り付けたサドル２３ａと、サドル２３ａ内に設けられて砥石２１を回転させる図示しないモータと、を備えている。

リニアガイド２４は、鉛直方向Ｖに沿って昇降するサドル２３ａの案内レールであり、２つの前方リニアガイド２４ａと、１つの後方リニアガイド２４ｂと、で構成される。

前方リニアガイド２４ａは、コラム２２の前方で溝２２ｂの縁部に配置され、鉛直方向Ｖに沿って互いに平行に設けられている。また、前方リニアガイド２４ａには、サドル２３ａが直接取り付けられている。

後方リニアガイド２４ｂは、溝２２ｂの底部に鉛直方向Ｖに沿って互いに平行に設けられている。また、後方リニアガイド２４ｂには、後述するナット２５ａを介して、サドル２３ａが取り付けられている。

前方リニアガイド２４ａと後方リニアガイド２４ｂとは、図３に示すように、平面視でスピンドル２３の重心Ｇが前方リニアガイド２４ａ及び後方リニアガイド２４ｂで形成される三角形Ｔ内に配置されるように、互いに離間して配置されている。

スピンドル送り機構２５は、サドル２３ａと後方リニアガイド２４ｂとを連結するナット２５ａと、ナット２５ａを昇降させるボールネジ２５ｂと、ボールネジ２５ｂを回転させるモータ２５ｃと、を備えている。

モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが回転すると、ナット２５ａが鉛直方向Ｖと平行なボールネジ２５ｂの送り込み方向Ｄ２にスライドすることにより、サドル２３ａが下降する。送り込み方向Ｄ２は、砥石２１がウェハＷを加工する加工点Ｐを通って鉛直方向Ｖに平行な直線上にある。換言すると、ボールネジ２５ｂの回転軸Ｏと砥石２１の加工点Ｐとは、鉛直方向Ｖにおいて同一直線上に配置されている。

メインユニット２には、定圧シリンダ２６が設けられている。定圧シリンダ２６は、スピンドル送り機構２５を挟んで水平方向Ｈの両側に１つずつ設けられている。定圧シリンダ２６は、図示しないシリンダ、ピストン、ピストンロッド、コンプレッサ等から成る公知の構成を採用したエアシリンダである。定圧シリンダ２６は、スピンドル２３及びスピンドル送り機構２５を溝２２ｂ内で吊設しており、定圧シリンダ２６のピストンロッドが、モータ２５ｃに連結されている。

定圧シリンダ２６の駆動圧は、砥石２１がウェハＷの臨界切り込み深さ（Ｄｃ値）だけ切り込んだ際に砥石２１に作用する摩擦力に対応した値以下に設定される。Ｄｃ値は、ウェハＷの材料毎に異なり、例えば、シリコンウェハで０．０９μｍ、シリコンカーバイドウェハで０．１５μｍである。

研削盤１には、ウェハＷの厚みを計測するインプロセスゲージ４が設けられている。インプロセスゲージ４は、後述するように、ウェハ表面の外周縁に接触する内周側ゲージ４１と、チャック３１の表面に接触する外周側ゲージ４２と、を備えている。内周側ゲージ４１が測定した高さから外周側ゲージ４２が測定した高さを減じることにより、ウェハＷの厚みを計測することができる。

研削盤１には、スピンドル２３の鉛直方向Ｖの変位量を測定するリニアエンコーダ５が設けられている。リニアエンコーダ５は、スケール５１と、測定ヘッド５２と、を備えている。スケール５１は、前方リニアガイド２４ａのスライダの側面に鉛直方向Ｖに沿って取り付けられ、スピンドル２３と一体となって昇降する。測定ヘッド５２は、スケール５１と対向するようにコラム２２の前面２２ａに固定されている。なお、スピンドル２３の変位量を測定可能であれば、リニアエンコーダ５の設置位置は何れであっても構わない。

研削盤１の動作は、制御装置６によって制御される。制御装置６は、研削盤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６は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置６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６には、加工時間に応じた砥石２１の摩耗量の推移、換言すれば砥石２１の適正摩耗速度範囲が予め記憶されている。砥石２１の適正摩耗速度範囲は、例えばサンプルウェハを研削して砥石２１が適正に摩耗した場合の摩耗量から算出される。適正摩耗速度範囲は、砥石２１の番手、ウェハＷの材質等によって変動する。

次に、研削盤１の作用についてＳｉＣ基板を研削加工する場合を例に説明する。図４は、研削加工が進むにつれてウェハ厚み及び砥石位置が変化する様子を示す図であり、横軸が時間、左縦軸がウェハＷの厚み（μｍ）、右縦軸がインプロセスゲージ４で測定したスピンドル２３の高さ（μｍ）である。なお、図４中の実線は、リニアエンコーダ５で測定するスピンドル２３の位置を示し、図４中の破線は、インプロセスゲージ４で測定するウェハＷの厚みを示す。図５（ａ）は、研削加工前のウェハＷ及び研削盤１の様子を示す模式図であり、図５（ｂ）は、研削加工中のウェハＷ及び研削盤１の様子を示す模式図である。

［加工準備］
まず、ウェハＷをチャック３１に吸着保持させる。また、ボールネジ２５ｂを正回転させ、ナット２５ａ及びサドル２３ａを送り込み方向Ｄ２にスライドさせて、砥石２１をウェハＷの近傍まで下降させる（図４中の符号Ａ）。次に、砥石２１及びチャック３１をそれぞれ回転させる。例えば、スピンドル２３の回転速度は２０００ｒｐｍ、チャック３１の回転速度は３００ｒｐｍに設定される。砥石２１の番手は、例えば＃８０００である。

内周側ゲージ４１をウェハＷの表面に着地させ、外周側ゲージ４２をチャック３１の表面に着地させる。制御装置６には、研削加工開始前の内周側ゲージ４１と外周側ゲージ４２の差、すなわちウェハＷの初期厚み（例えば、７７５μｍ）が記憶される。

リニアエンコーダ５を起動させ、研削加工開始前のスピンドル２３の鉛直方向Ｖの初期高さ（例えば、７９５μｍ）が制御装置６に記憶される。

［研削加工］
スピンドル送り機構２５がスピンドル２３をウェハＷに接近させ（図４中の符号Ｂ）、砥石２１がウェハＷに着座した状態から（図４中の符号Ｃ）、研削加工を開始する。例えば、スピンドル送り機構２５の送り速度は０．４μｍ／ｓに設定される。

研削加工は、砥石２１の砥粒が研削加工中にウェハＷに過剰に接触しない、いわゆるフローティングした状態でウェハＷを延性モード研削することで行われる（図４中の符号Ｄ）。

具体的には、スピンドル２３が自重（例えば、２０ｋｇ）で砥石２１をウェハＷに押し付けながら研削加工を行い、砥石２１に作用する摩擦力がピストンロッドに伝わると、定圧シリンダ２６のシリンダ内に充填された圧縮空気を押し戻すようにピストンを上昇させる。したがって、砥石２１が所望の研削量（例えば、Ｄｃ値）より深く切り込もうとして、砥石２１に作用する摩擦力が過大になる場合、スピンドル２３及びスピンドル送り機構２５が一時的に上昇する。これにより、砥石２１がＤｃ値以上に切り込むことが抑制される。

また、送り込み方向Ｄ２が鉛直方向Ｖに沿って平行で砥石２１の加工点Ｐを通る直線上に配置されていることにより、砥石２１がウェハＷに接触する際の反力を抑えるようにスピンドル送り機構２５がスピンドル２３を送り出すため、スピンドル２３がフローティングした状態での延性モード研削を安定して行うことができる。

また、定圧シリンダ２６がスピンドル送り機構２５を挟んで水平方向Ｈの両側に設けられることにより、スピンドル送り機構２５が上昇する際にスピンドル送り機構２５が水平方向Ｈに傾くことが抑制される。

そして、インプロセスゲージ４の測定値がウェハＷの仕上げ厚み（例えば、８０μｍ）に達すると、ボールネジ２５ｂを逆回転させて、ナット２５ａ及びサドル２３ａを上昇させることにより、砥石２１をウェハＷから離間させて、研削加工を終了する（図４中の符号Ｅ）。

［砥石の摩耗に応じた制御］
図５（ｂ）に示すように、研削加工が進むにつれて、ウェハＷの厚み及び砥石２１の厚みは徐々に薄くなる。また、スピンドル２３は、スピンドル送り機構２５による降下と定圧シリンダ２６による上昇によって上下動する。

そこで、制御装置６は、研削加工中に、砥石２１の実摩耗量及び実摩耗速度を適宜算出する。具体的には、スピンドル２３の変位量Δｖから砥石２１がウェハＷを研削した研削量Δｔを減じることにより、砥石２１の実摩耗量を算出する。そして、砥石２１の実摩耗量を加工時間で除することにより、砥石２１の実摩耗速度が得られる。

そして、制御装置６は、砥石２１の実摩耗速度と予め記憶された適正摩耗速度範囲とを比較して、砥石２１の実摩耗速度が適正摩耗速度範囲から外れている場合には、実摩耗速度が適正摩耗速度範囲内に収まるように所定の制御を行う。このような制御は、砥石２１の送り速度のフィードバッグ制御、砥石２１の押圧力のフィードバッグ制御、又は砥石２１のドレッシングのうち少なくとも１つ以上を行う。

砥石２１の送り速度のフィードバッグ制御とは、実摩耗速度が適正摩耗速度範囲の上限値を上回っている場合には、モータ２５ｃの回転速度を下げて、スピンドル２３の下降速度を遅くし、実摩耗速度が適正摩耗速度範囲の下限値を下回っている場合には、モータ２５ｃの回転速度を上げて、スピンドル２３の下降速度を早くするものである。

また、砥石２１の押圧力のフィードバッグ制御とは、実摩耗速度が適正摩耗速度範囲の上限値を上回っている場合には、砥石２１がウェハＷを押圧する圧力が低下するように、定圧シリンダ２６のコンプレッサを制御して定圧シリンダ２６の駆動圧を下げ、実摩耗速度が適正摩耗速度範囲の下限値を下回っている場合には、砥石２１がウェハＷを押圧する圧力が上昇するように、定圧シリンダ２６のコンプレッサを制御して定圧シリンダ２６の駆動圧を上げるものである。

また、砥石２１のドレッシングとは、実摩耗速度が適正摩耗速度範囲から外れている場合に、図示しないドレスユニットによって砥石２１の表面をドレッシングすることにより、砥石２１の目詰まりを解消するものである。なお、砥石２１のドレッシングは、一旦加工を中断して実施するもの又は加工を継続しながら実施するものの何れであっても構わない。

このようにして、上述した研削盤１は、砥石２１の研削量Δｔ及びスピンドル２３の変位量Δｖに基づいて砥石２１の実摩耗速度を研削加工中に算出し、砥石２１の実摩耗速度を適正摩耗速度範囲と比較することにより、砥石２１の摩耗を考慮してウェハＷを所望の仕上げ厚みに精度良く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・・・研削盤
２・・・メインユニット
２１・・・砥石
２２・・・コラム
２２ａ・・・前面
２２ｂ・・・溝
２３・・・スピンドル
２３ａ・・・サドル
２４・・・リニアガイド
２４ａ・・・前方リニアガイド
２４ｂ・・・後方リニアガイド
２５・・・スピンドル送り機構
２５ａ・・・ナット
２５ｂ・・・ボールネジ
２５ｃ・・・モータ
２６・・・定圧シリンダ
３・・・搬送ユニット
３１・・・チャック
３２・・・スライダ
３３・・・レール
４・・・インプロセスゲージ（研削量測定手段）
４１・・・内周側ゲージ
４２・・・外周側ゲージ
５・・・リニアエンコーダ（変位量測定手段）
５１・・・スケール
５２・・・測定ヘッド
６・・・制御装置
Ｄ１・・・ウェハ搬送方向
Ｄ２・・・送り込み方向
Ｈ・・・水平方向
Ｖ・・・鉛直方向
Ｗ・・・ウェハ

Claims

砥石でウェハを研削する研削盤であって、
前記砥石を下端に取り付けて回転可能なスピンドルと、
前記スピンドルをコラムに対して鉛直方向に送るスピンドル送り機構と、
前記スピンドル送り機構と前記コラムとの間に介装され、前記砥石が前記ウェハに切り込んで前記砥石に作用する摩擦力が所定値より高い場合に前記スピンドル及びスピンドル送り機構を鉛直方向に上昇させる定圧シリンダと、
前記砥石が前記ウェハを研削した研削量を測定する研削量測定手段と、
前記スピンドルが降下した変位量を測定する変位量測定手段と、
前記スピンドルの変位量及び前記ウェハの研削量に基づいて算出される前記砥石の実摩耗速度と予め記憶された前記砥石の適正摩耗速度範囲と比較する制御装置と、
を備えていることを特徴とする研削盤。
前記制御装置は、前記実摩耗速度が前記適正摩耗速度範囲内に収まるように前記スピンドル送り機構の送り速度を調整することを特徴とする請求項１記載の研削盤。
前記制御装置は、前記実摩耗速度が前記適正摩耗速度範囲内に収まるように前記定圧シリンダの駆動圧を調整することを特徴とする請求項１又は２項記載の研削盤。
前記実摩耗速度が前記適正摩耗速度範囲から外れている場合に、前記砥石の研削面をドレッシングするドレス手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の研削盤。
前記砥石が前記ウェハを研削する加工点を挟み込むように前記スピンドルの外周に配置されて、前記スピンドルを前記コラムに対して鉛直方向に摺動可能に支持する少なくとも３つのリニアガイドをさらに備え、
前記スピンドルの重心は、平面視で前記リニアガイドにより形成される多角形内に配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の研削盤。