JP2021154459A

JP2021154459A - 加工装置

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Publication number: JP2021154459A
Application number: JP2020059144A
Authority: JP
Inventors: 正季栗原; Masaki Kurihara; 智栄宮川; Chie Miyakawa; 廣継飛山; Hirotsugu Tobiyama; 恵太北出; Keita Kitade
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: JP7551321B2

Abstract

【課題】チャックのセットアップ作業を簡便、正確かつ安全に実施する加工装置を提供する。【解決手段】加工装置１は、インデックステーブル２と、ワークＷを吸着保持するチャック３と、ワークＷを粗研削加工する研削砥石４１を備えた粗研削装置４と、ワークＷを精研削加工する精研削砥石５１を備えた粗研削装置５と、インデックステーブル２の上方で所定位置に固定され、チャック３の中心点及びチャック３の外周部の少なくとも２点の高さをそれぞれ測定する高さ測定手段７ａ〜７ｃと、高さ測定手段７ａ〜７ｃの測定値に基づいて、粗研削砥石４１、精研削砥石５１の各回転軸に対するチャック３の傾きを演算する制御装置８と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを加工する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加工装置が開示されている。

このような加工装置では、ワークの加工を開始する前に、チャックのセットアップ作業が行われる。チャックのセットアップ作業とは、チャックの平坦度を測定したり、研削砥石の回転軸に対するチャックの傾き（研削角度）を測定することをいう。

チャックの平坦度を測定する場合には、オペレータが手作業でチャックの中心点を跨ぐように平坦度測定器を配置し、平坦度測定器に設けられたダイヤルゲージの目盛をオペレータが目視で読み取り、チャック外周上の２点に対するチャック中心の高さを測定する。

また、研削角度を測定する場合には、オペレータが研削砥石を回転させる砥石スピンドルに角度調整治具を取り付け、角度調整治具の下端に設けられた接触体をチャック内の３か所（チャックの中心点、及び平面からみて研削時に研削砥石と重なるチャック内の円弧の両端の２か所）に当てて、接触体が押し込まれた変位量を角度調整治具に設けられたダイヤルゲージの目盛をオペレータが目視で読み取り、砥石スピンドルの回転軸を基準としたチャック外周とチャック中心の相対的な位置関係を測定する。

特開２００９−１１７６４８号公報

しかしながら、上述した平坦度測定器や角度調整治具を用いたチャックの高さ測定は、測定器等の校正や取り付けを測定の度に手動で行わなければならず、煩雑になりがちである。

また、平坦度測定器の配置位置や角度調整治具の接触体を当てるチャック中心の位置が作業の度に異なり、また、オペレータがダイヤルゲージの目盛を目視で読み取るため、測定結果の信頼性が低いという問題があった。

さらに、セットアップ作業後に平坦度測定器や角度調整治具を撤去し忘れて、加工装置を破損させる虞があった。

そこで、チャックのセットアップ作業を簡便、正確かつ安全に実施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、本発明に係る加工装置は、ワークを加工する加工装置であって、前記ワークを吸着保持するチャックと、前記チャックを所定の軌道上で移動させるインデックステーブルと、前記ワークを研削する研削砥石を備えた研削手段と、前記インデックステーブルの上方で所定位置に固定され、前記チャックの中心点及び前記チャックの外周部の少なくとも２点の高さをそれぞれ測定する高さ測定手段と、前記高さ測定手段の測定値に基づいて、前記研削砥石の回転軸に対する前記チャックの傾きを演算する制御手段と、を備えている。

この構成によれば、チャックの中心点及びチャックの外周部の少なくとも２点の高さを自動で測定するため、従来のようなダイヤルゲージの読み取り誤差が生じず、研削角度を簡便且つ正確に測定することができる。また、高さ測定手段が所定位置に固定されていることにより、測定の度にチャック内の測定点が変動することを抑制できる。さらに、角度調整治具を用いることなく、チャックの研削角度を測定可能なため、測定後の治具の撤去忘れに起因する加工装置の破損を回避することができる。

また、本発明に係る加工装置は、前記高さ測定手段が、平面から視て前記チャックの中心点の軌道上に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、高さ測定手段が、チャックの中心点及びチャック上の軌道の両端の２点の高さを測定することにより、１台の高さ測定手段を用いて研削角度を測定することができる。

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、ワークを加工する加工装置であって、前記ワークを吸着保持するチャックと、前記チャックを所定の軌道上で移動させるインデックステーブルと、前記インデックステーブルの上方で所定位置に固定され、前記チャックの中心点及び前記チャックの外周部の少なくとも３点の高さをそれぞれ測定する高さ測定手段と、前記高さ測定手段の測定値に基づいて、前記チャックの平坦度を演算する制御手段と、を備えている。

この構成によれば、チャックの中心点及びチャックの外周部の少なくとも３点の高さを自動で測定するため、従来のようなダイヤルゲージの読み取り誤差が生じず、チャックの平坦度を簡便且つ正確に測定することができる。また、高さ測定手段が所定位置に固定されていることにより、測定の度にチャック内の測定点が変動することを抑制できる。さらに、平坦度測定器を用いることなく、チャックの平坦度を測定可能なため、測定後の測定器の撤去忘れに起因する加工装置の破損を回避することができる。

また、本発明に係る加工装置は、前記高さ測定手段が、平面から視て前記チャックの中心点の軌道上に配置された第１の測定器と、平面から視て前記チャックの中心点の軌道を除く前記チャックの回転軌道上に配置された第２の測定器と、を備えていることが好ましい。

この構成によれば、第１の測定器及び第２の測定機が、チャックの中心点及びチャックの外周部の少なくとも３点の高さを測定することにより、２台の測定器を用いてチャックの平坦度を測定することができる。

本発明は、チャックのセットアップ作業を簡便、正確かつ安全に実施することができる。

本発明の一実施形態に係る加工装置を示す平面図。高さ測定手段を示す斜視図。高さ測定手段を示す正面図。高さ測定手段の配置関係及び測定点の位置関係を示す模式図。

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。

加工装置１は、ワークＷの粗研削加工、精研削加工及び研磨加工を連続して行うものである。なお、加工装置１は、粗研削加工、精研削加工及び研磨加工の少なくとも１つを行うものであれば、如何なるものであっても構わない。

加工装置１には、プラットフォームステージＳＴ１、粗研削ステージＳＴ２、精研削ステージＳＴ３及び研磨ステージＳＴ４の４つのステージが設けられている。

加工装置１は、図１の紙面を反時計回りに回動可能なインデックステーブル２と、インデックステーブル２の回転軸２ａを中心に同心円上で等間隔に離間して配置された４つのチャック３と、を備えている。インデックステーブル２が、９０°ずつステップ回転することにより、チャック３は、プラットフォームステージＳＴ１、粗研削ステージＳＴ２、精研削ステージＳＴ３、研磨ステージＳＴ４の順に移動可能である。

チャック３は、回転テーブル３２の上面にアルミナ等の多孔質材料からなる吸着体３１が埋設されている。チャック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３に載置されたワークＷがチャック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３との吸着が解除される。

回転テーブル３２は、図示しないチャックスピンドルに接続されている。チャックスピンドルは、回転軸回りに回転駆動可能に構成されている。なお、チャック３は、回転テーブル３２を傾斜させる図示しないチルト機構を備えていても構わない。

プラットフォームステージＳＴ１では、研削前のワークＷが図示しない搬送アームによってチャック３上に搬送される。ワークＷは、その向きを所定方向に一致させる位置出しが予め行われている。なお、図１、２中の符号Ｎは、加工後のワークＷに洗浄水を吐出する洗浄ノズルである。

粗研削ステージＳＴ２には，粗研削装置４が設けられている。粗研削装置４は、粗研削砥石４１を備えている。粗研削砥石４１には、例えば＃６００のカップ型砥石が用いられる。

粗研削砥石４１は、図示しない第１のスピンドルの下端に取り付けられている。第１のスピンドルは、図１の紙面に垂直な回転軸周りに粗研削砥石４１を回転可能に支持している。

第１のスピンドルは、図示しない第１のスピンドル送り機構に垂直方向に昇降可能に接続されている。第１のスピンドル送り機構は、公知の構成であり、例えば、第１のスピンドルの移動方向を案内する２本のリニアガイドと、第１のスピンドル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。

粗研削加工では、粗研削砥石４１及びチャック３をそれぞれ回転させた状態で、粗研削砥石４１の研削面をワークＷに押し当てて、ワークＷの粗研削を行う。ワークＷが所望の厚みに達すると、粗研削装置４は、粗研削を終了する。

精研削ステージＳＴ３には、精研削装置５が設けられている。精研削装置５は、精研削砥石５１を備えている。精研削砥石５１には、例えば＃４０００のカップ型砥石が用いられる。

精研削砥石５１は、図示しない第２のスピンドルの下端に取り付けられている。第２のスピンドルは、図１の紙面に垂直な回転軸周りに精研削砥石５１を回転可能に支持している。

第２のスピンドルは、図示しない第２のスピンドル送り機構に垂直方向に昇降可能に接続されている。第２のスピンドル送り機構は、公知の構成であり、例えば、第２のスピンドルの移動方向を案内する２本のリニアガイドと、第２のスピンドル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。

精研削加工では、精研削砥石５１及びチャック３をそれぞれ回転させた状態で、精研削砥石５１の研削面をワークＷに押し当てて、ワークＷの精研削を行う。ワークＷが所望の厚みに達すると、精研削装置５は、精研削を終了する。

研磨ステージＳＴ４には、研磨装置６が設けられている。研磨装置６は、図示しない研磨パッドが下端に取り付けられた研磨ヘッド６１と、研磨ヘッド６１が下端に取り付けられるとともに研磨ヘッド６１を回転可能に支持する図示しない第３のスピンドルと、第３のスピンドルを垂直方向に昇降させる図示しない第３のスピンドル送り機構と、を備えている。

研磨加工では、研磨パッド及びチャック３をそれぞれ回転させた状態で、研磨パッドの下面をワークＷに押し当てて、ワークＷの研磨を行う。

加工装置１には、高さ測定装置７が設けられている。高さ測定装置７は、加工装置１内に架設されたフレーム１ａに固定され、インデックステーブル２の上方に配置されている。

高さ測定装置７は、センサヘッド７１と、シリンダ７２と、図示しない演算部と、を備えている。高さ測定装置７は、例えば株式会社キーエンス製の接触式デジタルセンサ（ＧＴ２−Ａ１２Ｋ）等である。

センサヘッド７１は、チャック３の表面に接触することを検知する。

シリンダ７２は、フレーム１ａに固定されたシリンダチューブ７２ａと、シリンダチューブ７２ａ内に一部が挿通されて進退移動するピストンロッド７２ｂと、を備えている。ピストンロッド７２ｂの下端には、センサヘッド７１が取り付けられている。シリンダ７２は、例えば、圧縮空気によってピストンロッド７２ｂが進退移動してセンサヘッド７１が垂直方向に昇降可能に構成されたエアシリンダ等である。シリンダ７２の移動範囲は、例えば１２ｍｍに設定される。

演算部は、センサヘッド７１の待機位置からセンサヘッド７１がチャック３に接触するまでにシリンダ７２が伸長した長さに基づいて、チャック３の高さを演算する。高さ測定装置７は、演算部が算出したチャック３の高さを図示しない外部装置にデジタル表示するように構成されても構わない。

このようにして、高さ測定装置７は、センサヘッド７１に接触したチャック３の高さを測定することができる。なお、高さ測定装置７は、上述した構成に限定されないが、接触式の高さ測定器が好ましい。例えば、非接触式のレーザー干渉計を用いてチャック３の高さ測定を試みる場合には、レーザーが吸着体の気孔で拡散するため、正確に高さ測定を行うことができないためである。

高さ測定装置７は、インデックステーブル２の径方向に沿って３台が並んで設けられている。以下、３台の高さ測定装置７をそれぞれ区別して説明する場合には、インデックステーブル２の径方向の内側から外側に向かって順に符号７ａ、７ｂ、７ｃを付して区別する。

高さ測定装置７ａは、平面から視てチャック３の中心点の回転軌道上に配置されている。高さ測定装置７ｂ、７ｃは、平面から視てチャック３の回転範囲内に配置されている。なお、図１中の破線Ｌ１は、高さ測定装置７ａの測定点の軌道であり、破線Ｌ２は、高さ測定装置７ｂの測定点の軌道であり、破線Ｌ３は、高さ測定装置７ｃの測定点の軌道である。

加工装置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、加工装置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。

次に、チャック３のセットアップ作業の手順について、図４に基づいて説明する。図４は、チャック３と粗研削砥石４１、精研削砥石５１との位置関係を示す平面図である。なお、セットアップ作業は、チャック３の平坦度測定、又は、粗研削砥石４１、精研削砥石５１の回転軸に対するチャック３の傾き（研削角度）測定を意味する。

［高さ測定］
まず、チャック３上の点Ａが高さ測定装置７ａの下方に位置するように、インデックステーブル２が回転する。なお、点Ａは、平面から視たチャック３内におけるチャック３の中心点の軌跡の一方端である。

次に、高さ測定装置７ａのシリンダ７２が起動し、センサヘッド７１を点Ａに接触するまでセンサヘッド７１を降下させる。センサヘッド７１が点Ａとの接触を検知すると、シリンダ７２はセンサヘッド７１の降下を停止した後に上方に退避させる。また、演算部は、予め記憶された高さ測定装置７ａのセンサヘッド７１の初期高さから点Ａにおけるシリンダ７２の降下量を減じて、点Ａの高さを演算する。

その後、チャック３上の点Ｂが高さ測定装置７ｃの下方に位置するように、インデックステーブル２が回転する。なお、点Ｂは、平面から視てチャック３と粗研削砥石４１、精研削砥石５１とが重なる円弧状の領域の一方端である。

次に、高さ測定装置７ｃのシリンダ７２が起動し、センサヘッド７１を点Ｂに接触するまでセンサヘッド７１を降下させる。センサヘッド７１が点Ｂとの接触を検知すると、シリンダ７２はセンサヘッド７１の降下を停止した後に上方に退避させる。また、演算部は、予め記憶された高さ測定装置７ｃのセンサヘッド７１の初期高さから点Ｂにおけるシリンダ７２の降下量を減じて、点Ｂの高さを演算する。

その後、チャック３上の点Ｃが高さ測定装置７ａの下方に位置するように、インデックステーブル２が回転する。なお、点Ｃは、チャック３の中心点である。

次に、高さ測定装置７ａのシリンダ７２が起動し、センサヘッド７１を点Ｃに接触するまでセンサヘッド７１を降下させる。センサヘッド７１が点Ｃとの接触を検知すると、シリンダ７２はセンサヘッド７１の降下を停止した後に上方に退避させる。また、演算部は、予め記憶された高さ測定装置７ａのセンサヘッド７１の初期高さから点Ｃにおけるシリンダ７２の降下量を減じて、点Ｃの高さを演算する。

その後、チャック３上の点Ｄが高さ測定装置７ｂの下方に位置するように、インデックステーブル２が回転する。なお、点Ｄは、平面から視てチャック３と粗研削砥石４１、精研削砥石５１とが重なる円弧状の領域の他方端である。

次に、高さ測定装置７ｂのシリンダ７２が起動し、センサヘッド７１を点Ｄに接触するまでセンサヘッド７１を降下させる。センサヘッド７１が点Ｄとの接触を検知すると、シリンダ７２はセンサヘッド７１の降下を停止した後に上方に退避させる。また、演算部は、予め記憶された高さ測定装置７ｂのセンサヘッド７１の初期高さから点Ｄにおけるシリンダ７２の降下量を減じて、点Ｄの高さを演算する。

なお、点Ａ〜Ｄの測定順序は上述したものに限定されず、適宜変更可能である。

［平坦度測定］
制御装置８は、高さ測定装置７ａ〜７ｃが測定した点Ａ〜Ｄの高さに基づいて、点Ａ、Ｂ、Ｄの３点で定まる平面に対する点Ｃの高さを算出することにより、チャック３表面の平坦度を演算する。例えば、点Ｃが、点Ａ、Ｂ、Ｄで定まる平面に対して低い場合、チャック３は、中央が外周に比べて落ち込んだ中凹状に形成されていることが分かる。

また、チャック３の平坦度測定は、チャック３の中心点及びチャック３の外周部上の少なくとも３点の高さを得られれば算出可能である。したがって、３台の高さ測定装置７ａ〜７ｃ全てを用いる必要はなく、例えば、点Ｂ及びチャック３の中心点の軌跡上の３点（点Ａ、Ｃ、Ｅ）の高さを測定する場合には、高さ測定装置７ａ、７ｃを用いればよい。なお、点Ｅは、平面から視たチャック３内におけるチャック３の中心点の軌跡の他方端である。

このようにして、チャック３の平坦度を自動で簡便に且つ正確に測定することができる。また、高さ測定装置７がフレーム１ａに固定されていることによりチャック３内の測定点が測定の度に変動しないため、チャック３の平坦度測定の再現性を向上させることができる。また、ダイヤルゲージの目盛の読み取り誤差が排除させるため、平坦度測定の再現性をさらに向上させることができる。

さらに、平坦度測定器を用いることなく、チャック３の平坦度を測定可能なため、測定後の測定器の撤去忘れにより加工装置１が破損することを回避できる。

［研削角度測定］
制御装置８は、高さ測定装置７ａ〜７ｃが測定した点Ｂ〜Ｄの高さを比較することにより、第１のスピンドル及び第２のスピンドルの各回転軸に対するチャック３の傾斜角度（研削角度）を測定する。例えば、点Ｃが、点Ａ、点Ｂに比べて若干低い場合、点Ｂ〜Ｃの間が研削砥石に接触しない、いわゆる逃げの状態であることが分かる。

なお、研削角度測定は、チャック３の中心点及びチャック３の外周部上の少なくとも２点の高さを得られれば算出可能である。したがって、３台の高さ測定装置７ａ〜７ｃ全てを用いる必要はなく、例えば、チャック３の中心点の軌跡上の３点（点Ａ、Ｃ、Ｅ）の高さを測定する場合には、高さ測定装置７ａのみを用いればよい。

なお、上述した高さ測定では、チャック３上の４点を測定した場合を例示しているが、研削角度のみを測定する場合には、チャック３上の少なくとも３点を測定すればよい。

このようにして、チャック３の研削角度を自動で簡便且つ正確に測定することができる。また、高さ測定装置７がフレーム１ａに固定されていることにより、チャック３内の測定点が測定の度に変動しないため、研削角度測定の再現性を向上させることができる。また、ダイヤルゲージの目盛の読み取り誤差が排除させるため、研削角度測定の再現性をさらに向上させることができる。

さらに、角度調整治具を用いることなく、チャック３の研削角度を測定可能なため、測定後の治具の撤去忘れにより加工装置１が破損することを回避できる。

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。

１：加工装置
１ａ：フレーム
２：インデックステーブル
２ａ：回転軸
３：チャック
３１：吸着体
３２：回転テーブル
４：粗研削装置（研削手段）
４１：粗研削砥石
５：精研削装置（研削手段）
５１：精研削砥石
６：研磨装置
６１：研磨ヘッド
７、７ａ、７ｂ、７ｃ：高さ測定装置（高さ測定手段）
７１：センサヘッド
７２：シリンダ
８：制御装置（制御手段）
ＳＴ１：プラットフォームステージ
ＳＴ２：粗研削ステージ
ＳＴ３：精研削ステージ
ＳＴ４：研磨ステージ
Ｗ：ワーク

Claims

ワークを加工する加工装置であって、
前記ワークを吸着保持するチャックと、
前記チャックを所定の軌道上で移動させるインデックステーブルと、
前記ワークを研削する研削砥石を備えた研削手段と、
前記インデックステーブルの上方で所定位置に固定され、前記チャックの中心点及び前記チャックの外周部の少なくとも２点の高さをそれぞれ測定する高さ測定手段と、
前記高さ測定手段の測定値に基づいて、前記研削砥石の回転軸に対する前記チャックの傾きを演算する制御手段と、
を備えていることを特徴とする加工装置。
前記高さ測定手段は、平面から視て前記チャックの中心点の軌道上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の加工装置。
ワークを加工する加工装置であって、
前記ワークを吸着保持するチャックと、
前記チャックを所定の軌道上で移動させるインデックステーブルと、
前記インデックステーブルの上方で所定位置に固定され、前記チャックの中心点及び前記チャックの外周部の少なくとも３点の高さをそれぞれ測定する高さ測定手段と、
前記高さ測定手段の測定値に基づいて、前記チャックの平坦度を演算する制御手段と、
を備えていることを特徴とする加工装置。
前記高さ測定手段は、
平面から視て前記チャックの中心点の軌道上に配置された第１の測定器と、
平面から視て前記チャックの中心点の軌道を除く前記チャックの回転軌道上に配置された第２の測定器と、
を備えていることを特徴とする請求項３記載の加工装置。