JP2021143990A - 検査装置及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥を速やかに検知する検査装置及び加工装置を提供する。【解決手段】研削装置は、ワークＷを吸着保持した状態で回転可能なチャックテーブル３と、ワークＷを加工する研削砥石と、加工中のワークに対して欠陥検査を行う検査装置と、を備えている。検査装置は、カメラ４１と、ワークＷとの相対速度を減らすようにカメラ４１の視野を走査させるミラー４２と、カメラ４１の撮影画像と予め記憶された欠陥を有しないワークＷの基準画像とを比較して、加工中のワークＷに欠陥が発生したか否かを判定する判定手段と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、加工中のワークに対して欠陥検査を行う検査装置及び該検査装置を備えた加工装置に関するものである。

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、「ワーク」という）を薄く平坦に研削するものとして、回転する研削砥石の研削面をワークに押し当て、ワークの研削を行う研削装置が知られている。

特許文献１には、粗研削加工及び精研削加工の順にワークを加工する装置が開示されている。

特開２００９−１１７６４８号公報

ところで、ワークに対して研削加工又は研磨加工を行う際に、ワークの表面（被加工面）に亀裂や欠け等の欠陥が生じることがある。特に、ワークの仕上がり厚みが薄くなるにしたがって、欠陥が生じやすい傾向にある。また、欠陥は、ワークの中心から外周に向かうにつれて生じる頻度が増し、ワークの周縁が最も生じ易い。また、一般的に、ワークの欠陥は、ワーク内に生じた小さな亀裂が進展して欠けに至る。

従来では、加工後のワークに対してカメラの視野を移動させて、ワーク全体の静止画像を撮影し、この画像に欠陥に相当する小さな点群（例えば、５０μｍ×５μｍ）が表れているか否かにより欠陥検査を行っており、欠陥の発生を事後的に確認しており、さらに、欠陥が何れのタイミングで形成されたかが定かではないため、欠陥発生の原因究明に時間を要するという問題があった。

そこで、欠陥を速やかに検出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。

上記目的を達成するために、本発明に係る検査装置は、加工中のワークに対して欠陥検査を行う検査装置であって、撮影手段と、前記ワークとの相対速度を減らすように前記撮影手段の視野を走査させる視野走査手段と、前記撮影手段の撮影画像と予め記憶された欠陥を有しない前記ワークの基準画像とを比較して、前記加工中のワークに欠陥が発生したか否かを判定する判定手段と、を備えている。

この構成によれば、カメラの視野がワークとの相対速度を減らすように移動しながらワークを撮影することにより、ブレが少ない鮮明な撮影画像を得ることができるため、ワークの加工中にワーク表面に生じた欠陥を検知することができる。

また、本発明に係る検査装置は、前記撮影手段が、前記ワークの外周縁を撮影することが好ましい。

この構成によれば、欠陥が生じ易いワークの外周縁に対して加工中に欠陥検査を行うことができる。

また、本発明に係る検査装置は、前記視野走査手段が、所定の回転方向に向かって前記カメラの視野を光学的に走査するミラーであることが好ましい。

この構成によれば、ミラーの回転に伴ってカメラの視野を走査可能なことにより、簡便な構成で加工中にワークの欠陥検査を行うことができる。

また、本発明に係る検査装置は、前記ミラーは、前記回転方向に沿って並設された複数の反射面を備えていることが好ましい。

この構成によれば、反射面の数に応じてカメラの待機時間が短くなり、撮影画像の枚数が増えるため、広範囲に亘ってワークの欠陥検査を行うことができる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る加工装置は、上述した検査装置と、前記ワークを吸着保持して、回転可能なチャックテーブルと、前記ワークを加工する加工手段と、を備えている。

この構成によれば、ワークの加工中にワーク表面に生じた欠陥を検知することができる。

本発明は、ワークの加工中にワーク表面に生じた欠陥を検知することができる。

本発明の一実施形態に係る加工装置を示す正面図。 チャックテーブル及び検査装置の配置関係を示す模式図。 ミラーを示す正面図及び斜視図。 カメラの視野を走査させる様子を示す模式図。 図４に示すミラーを用いて撮影を行った場合の撮影のタイミングを示す図。 図４に示すミラーを用いて撮影を行った場合のワーク上のカメラの撮影位置を示す平面図。 本発明の変形例に係る検査装置のミラーを示す正面図及び斜視図。 図７に示すミラーを用いて撮影を行った場合の撮影のタイミングを示す図。 図７に示すミラーを用いて撮影を行った場合のワーク上のカメラの撮影位置を示す平面図。

本発明の一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。

図１は、加工装置１を示す正面図である。研削装置１は、ワークＷを薄く平坦に研削加工するものである。ワークＷは、シリコンウェハ等の半導体ウェハである。研削装置１は、研削手段２と、チャックテーブル３と、を備えている。

研削手段２は、研削砥石２１と、砥石スピンドル２２と、スピンドル送り機構２３と、を備えている。

研削砥石２１は、例えば＃６００のカップ型砥石であり、下面がワークＷを研削する研削面２１ａを構成している。研削砥石２１は、砥石スピンドル２２の下端に取り付けられている。

砥石スピンドル２２は、研削砥石２１を回転軸２ａ回りに回転駆動するように構成されている。

スピンドル送り機構２３は、砥石スピンドル２２を上下方向に昇降させる。スピンドル送り機構２３は、公知の構成であり、例えば、砥石スピンドル２２の移動方向を案内する複数のリニアガイドと、砥石スピンドル２２を昇降させるボールネジスライダ機構と、で構成されている。スピンドル送り機構２３は、砥石スピンドル２２とコラム２４との間に介装されている。

チャックテーブル３は、チャックスピンドル３１を備えている。チャックスピンドル３１は、図示しないサーボモータによって回転軸３ａ回りにチャックテーブル３を図２中の矢印Ａ方向に回転駆動するように構成されている。なお、サーボモータの回転角度を読み取ることにより、チャックテーブル３の回転角度が検出可能である。

チャックテーブル３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。チャックテーブル３は、内部を通って表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、図示しないロータリージョイントを介して真空源、圧縮空気源又は給水源に接続されている。真空源が起動すると、チャックテーブル３に載置されたワークＷがチャックテーブル３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、ワークＷとチャックテーブル３との吸着が解除される。

図１、２に示すように、研削装置１は、検査装置４を備えている。検査装置４は、カメラ４１と、視野走査手段としてのミラー４２と、判定手段４３と、を備えている。

カメラ４１は、ワークＷの被加工面で反射した光を撮像素子で受光することによってワークＷを撮影する。カメラ４１が撮影する画像は、静止画又は動画の何れであっても構わない。カメラ４１は、例えば株式会社キーエンス社製のＣＡ−Ｈ２１００Ｍ等である。カメラ４１の露光時間は、チャックテーブル３及びミラー４２の各回転速度に応じて調整可能である。

図３に示すように、ミラー４２は、略斜切円柱状に形成されている。ミラー４２は、図示しないモータによって図２中の矢印Ｂ方向に回転駆動するように構成されている。なお、ミラー４２の回転速度は、任意に調整可能である。

ミラー４２は、カメラ４１の視野を略直角に反射可能な反射面４２ａを備えている。反射面４２ａは、ワークＷの外周縁上に位置するように設置されている。反射面４２ａで反射したカメラ４１の視野は、少なくともワークＷの外周縁をカバーするように設定される。ミラー４２が回転することにより、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、１回の撮影において（カメラ４１の露光時間の間に）カメラ４１の視野Ｆが、ワークＷとの相対速度を減らすように図４の紙面で上方から下方に向かって直線移動する。なお、図４（a）は、カメラ４１の露光開始時点におけるワークＷに対する視野Ｆの位置を示し、図４（ｂ）は、カメラ４１の露光中で視野Ｆの中心がワークＷの端部に重なる位置を示し、図４（ｃ）は、カメラ４１の露光終了時点におけるワークＷに対する視野Ｆの位置を示す。

判定手段４３は、カメラ４１の撮影画像に基づいてワークＷの被加工面に欠陥（亀裂や欠け）が生じているか否かを判定する。判定手段４３による判定の具体的手順は後述する。

研削装置１の動作は、制御装置５によって制御される。制御装置５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５は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置５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。

次に、研削装置１でワークＷを研削加工する手順について説明する。

まず、ワークＷをチャックテーブル３に吸着保持する。以下、直径１００ｍｍのワークＷを例に説明するが、ワークＷの直径はこれに限定されるものではない。

次に、カメラ４１が、亀裂や欠け等の欠陥が生じていないワークＷの外周縁を写した基準画像を撮影する。カメラ４１が撮影した基準画像は、判定手段４３に記憶される。なお、基準画像の撮影は、ワークＷを回転させながら行っても構わないし、ワークＷを適宜停止させて行っても構わない。

次に、スピンドル送り機構２３のスライダによって研削砥石２１をワークＷの上方に移動させる。そして、研削砥石２１及びチャックテーブル３をそれぞれ回転させながら、研削砥石２１の研削面２１ａがワークＷに押し当てられることにより、ワークＷが研削される。例えば、研削砥石２１の回転数は２０００ｒｐｍ、ワークＷの回転数は３００ｒｐｍにそれぞれ設定され、このときのワークＷの周速は、ワークＷの周長（１００πｍｍ）にワークＷの回転数を乗じて算出される約１．５ｍ／ｓとなる。

ワークＷの研削加工と並行して、カメラ４１が、加工するワークＷの外周縁の撮影を行う。以下、カメラ４１の視野を５ｍｍ四方、カメラ４１の空間分解能（１ｐｘの視野）を約１μｍ角、カメラ４１の露光時間を０．２秒に設定した場合を例に説明する。

例えば、カメラ４１の視野を固定してワークＷを撮影した場合、カメラ４１の露光時間の間にワークＷが３ｍｍ回転することにより、約３０００ｐｘ分のブレが生じるため、欠陥検査を行える程度に鮮明な撮影画像を得ることができない。

一方、ミラー４２が回転することにより、カメラ４１の視野Fが、ワークＷの周速との相対速度を小さくするようにカメラ４１の視野が移動する。

例えば、ミラー４２の回転数を５０ｒｐｓに設定し、ミラー４２とワークＷとの離間距離を約５．１ｍｍにそれぞれ設定した場合、カメラ４１の視野移動速度は、ミラー４２及びワークＷの離間距離を半径とした円の周長（約１０．２πｍｍ）にミラー４２の回転数（５０ｒｐｓ）を乗じて算出される１．６ｍ／ｓとなる。

また、ミラー４２が１回転して反射面４２aがワークWの上方に戻るまでに２０ミリ秒を要することから、図５に示すように、カメラ４１は、２ミリ秒の露光時間の後に１８ミリ秒待機する必要がある。さらに、ミラー４２及びワークＷの回転数の差から、図６に示すように、ワークW上のカメラ４１の撮影地点Ｐは、ワークＷ上の１０カ所に設定される。

このようにして、カメラ４１の視野移動速度とワークＷの周速との相対移動速度が小さい状態でワークＷの外周縁を撮影する、いわゆる流し撮りでカメラＷの外周縁を撮影することにより、カメラ４１の空間分解能に対するブレが小さく鮮明な撮影画像を得ることができる。

次に、判定手段４３は、カメラ４１の撮影画像に基づいて、ワークＷの被加工面内に欠陥が生じているか否かを判定する。

具体的には、判定手段４３は、予め記憶された加工前のワークＷの画像とカメラ４１が撮影した加工中のワークＷの撮影画像とを比較して、加工中のワークＷの撮影画像に亀裂や欠け等が写っている場合には、ワークＷに欠陥が生じたものと判定する。

また、判定手段４３は、欠陥が写った撮影画像の位置からワークW内の欠陥の位置を特定することができる。さらに、加工中のワークＷの撮影画像に写る欠陥の数を数えることにより、欠陥の発生数を把握することができる。

なお、研削時に供給される冷却水や研削時に生じたスラッジは、回転するワークＷの遠心力により飛散するため、繰り返し撮影される撮影画像上に、これらが継続して写り込むことはない。

このようにして、判定手段４３は、加工前のワークＷの撮影画像と加工中のワークＷの撮影画像とを比較することによって欠陥の有無を判定する。

このようにして、検査装置４は、ワークＷの研削加工中に、ワークＷの被加工面に形成された欠陥を検出する。

そして、ワークＷが所望の厚みまで研削されると、研削砥石２１及びチャックテーブル３の回転を停止させ、スピンドル送り機構２３のスライダが起動して、研削砥石２１をワークＷから離間させる。そして、チャックテーブル３によるワークＷの吸着保持を解除して、研削装置１によるワークＷの研削加工が終了する。

次に、本実施形態の変形例に係る検査装置４を図面に基づいて説明する。なお、本変形例は、以下に説明する構成を除き、上述した実施形態と同様の構成であり、重複する説明を省略する。

本変形例では、ミラー４２は、図７に示すように、ミラー４２の回転方向に沿って並設された８つの反射面４２ａを備えている。これにより、図８に示すように、カメラ４１の撮影後の待機時間が短くなり、広範囲に亘ってワークＷの外周縁を撮影することができる。

また、カメラ４１の撮影ピッチ（ワークＷの周方向に隣り合う視野Ｆ間の距離）をカメラ４１の視野幅より小さく設定することにより、ワークＷの外周縁全周を隙間なく撮影することができる。

本変形例では、カメラ４１の待機時間であるサンプリング周期（２．５ミリ秒）にワークＷの周速（約１．５ｍ／ｓ）を乗じた撮影ピッチ（３．７５ｍｍ）が、カメラ４１の視野幅（５ｍｍ）より小さく設定されており、図９に示すように、ワークＷの周方向に隣り合う視野Ｆ同士が互いに一部重なるように設定されるため、ワークＷの外周縁全周を隙間なく撮影可能で、精度よく欠陥検査を行うことができる。なお、図８、９中の「反射面１〜８」とは、８つの反射面４２aそれぞれに対応するものである。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも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。

なお、本実施形態は、検査装置４を適用した研削装置１を例に説明したが、ワークＷを研磨パッドで研磨する研磨装置に検査装置４を適用することも可能である。

１ ：研削装置（加工装置）
２ ：研削手段（加工手段）
２１ ：研削砥石
２１ａ：研削面
２２ ：砥石スピンドル
２３ ：スピンドル送り機構
２４ ：コラム
３ ：チャックテーブル
３ａ ：回転軸
３１ ：チャックスピンドル
４ ：検査装置
４１ ：カメラ（撮影手段）
４２ ：ミラー（視野走査手段）
４３ ：判定手段
５ ：制御装置
Ｆ ：視野
Ｗ ：ワーク

Claims (5)

1. 加工中のワークに対して欠陥検査を行う検査装置であって、
   撮影手段と、
   前記ワークとの相対速度を減らすように前記撮影手段の視野を走査させる視野走査手段と、
   前記撮影手段の撮影画像と予め記憶された欠陥を有しない前記ワークの基準画像とを比較して、前記加工中のワークに欠陥が発生したか否かを判定する判定手段と、
   を備えていることを特徴とする検査装置。
2. 前記撮影手段は、前記ワークの外周縁を撮影することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 前記視野走査手段は、所定の回転方向に向かって回転することにより前記カメラの視野を光学的に走査するミラーであることを特徴とする請求項２記載の検査装置。
4. 前記ミラーは、前記回転方向に沿って並設された複数の反射面を備えていることを特徴とする請求項３記載の検査装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項記載の検査装置と、
   前記ワークを吸着保持して、回転可能なチャックテーブルと、
   前記ワークを加工する加工手段と、
   を備えていることを特徴とする加工装置。
   

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