JP2023140052A - チッピング発生検知装置及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チッピングの発生を速やかに検知するチッピング発生検知装置及び加工装置を提供する。
【解決手段】チッピング発生検知装置５は、チャック３に吸着保持されたワークＷを研削する際にワークＷに生じたチッピングを検知するチッピング発生検知装置５であって、ワークＷの被加工面の周縁に設定された測定点Pで反射した反射光の反射光量を加工中に測定する測定部５５と、反射光量に基づいてワークＷにチッピングが生じた面積に応じて変動する相関値である平均反射光量を算出し、平均反射光量が所定閾値に達したときにチッピングが発生したと判定する判定部５６と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、チッピング発生検知装置及び加工装置に関するものである。

半導体製造分野では、研削又は研磨されたシリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ワーク」という）に対して、加工異常の有無を検出する装置が知られている。

特許文献１には、カメラが、ワークの被加工面を含む比較対象画像を撮像し、制御手段が、比較対象画像と基準画像とを比較して、比較対象画像にチッピング等が存在する場合に研削又は研磨が正常に行われていないと判定するウェハ加工異常検出装置が開示されている。

特開２０２０－１３６４９８号公報

しかしながら、特許文献１記載の装置は、加工後のワークに対してチッピングのサイズ、個数又は位置等を詳細に把握して加工の適否を事後的に判定するものであるため、チッピングが加工のどのタイミングで生じたのかが定かではなく、チッピング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、チッピングの発生を速やかに検知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、本発明に係るチッピング発生検知装置は、チャックに吸着保持されたワークを加工する際に前記ワークに生じたチッピングを検知するチッピング発生検知装置であって、前記ワークの被加工面の周縁に設定された測定点で反射した反射光の反射光量を加工中に測定する測定部と、前記反射光量に基づいて前記ワークに前記チッピングが生じた面積に応じて変動する相関値を算出し、前記相関値が所定閾値に達したときに前記チッピングが発生したと判定する判定部と、を備えている。

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、上述したチッピング発生検知装置と、前記ワークを吸着保持した状態で回転可能なチャックと、前記ワークを研削又は研磨する加工部と、を備えている。

本発明は、反射光の光量に基づいて算出されてチッピングが生じた面積に応じて変動する相関値が所定閾値に達したときにチッピングが発生したと判定されることにより、加工中にチッピングの発生を検知することができる。

本発明の一実施形態に係る研削装置を示す模式図。 ピッチング発生検知装置の構成を示す模式図。 チャックとピッチング発生検知装置との位置関係を示す模式図。 ピッチング発生検知装置の測定点がワークの周方向に走査される様子を示す模式図。 図４に示す測定点（Ａ部）の拡大図。 図４に示す測定点（Ｂ部）の拡大図。 チャックスピンドルの回転角度（０度、９０度、１８０度、２７０度）に対応する測定点での反射光量の測定結果を示す表。 チャックスピンドルの回転角度（０度、９０度、１８０度、２７０度）に対応する各測定点の平均反射光量の変位を示すグラフ。

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に示す研削装置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。研削砥石２１がワークＷに接触する付近には、ノズル２４によって研削水が供給されている。研削砥石２１がワークＷを研削する研削領域には、ノズル２４によって冷却水としての純水が供給される。

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２５との間に介装されている。

チャック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、回転軸３ａ回りに回転駆動するように構成されている。チャック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。

研削装置１の動作は、制御装置４によって制御される。制御装置４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４は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置４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。

研削装置１は、チッピング発生検知装置５を備えている。チッピング発生検知装置５は、チャック３の上方に配置されている。チッピング発生検知装置５は、分光干渉式の膜厚センサであり、例えば、株式会社キーエンス製のSｉ－ｆシリーズ等である。

チッピング発生検知装置５は、ワークＷの表面に向けて照射光を照射し、ワークＷの表面で反射した反射光を受光することで、チッピング発生検知装置５の直下に設定される測定点Ｐにおける反射光の光量（反射光量）を測定する。

具体的には、図２に示すように、チッピング発生検知装置５は、センサヘッド５１に複数の光ファイバー５２ａ、５２ｂを接続して構成されている。光ファイバー５２ａは、光源ユニット５３に接続されている。光源ユニット５３は、例えば、波長４００～８００ｎｍの白色光を出射するハロゲン光源であるが、これに限定されるものではない。光ファイバー５２ｂは、分光器５４に接続されている。

光源ユニット５３から出射された測定光は、光ファイバー５２ａ及びセンサヘッド５１を介し、ワークＷの被加工面内の測定点Ｐに向けて照射される。測定点Ｐは、チッピングが比較的生じ易いワークＷの周縁付近（ワークＷの最外周より内周側で且つ想定されるチッピング深さの底面より外周側の範囲内）に設定されるのが好ましい。ワークＷ上の測定点Ｐは、チャック３の回転駆動により、ワークＷの周方向に移動する。測定点Ｐのスポット径は、例えば、数十μｍに設定される。

ワークＷのシリコン層の表面及び裏面でそれぞれ反射した反射光は、センサヘッド５１で受光され、光ファイバー５２ｂを介して分光器５４に導かれる。分光器５４は、シリコン層の膜厚（光路長）に応じて干渉の仕方が変化する干渉光を波長に応じて分解し、波長と反射光量との関係を示す分光波形を生成する。

測定部５５は、分光器５４で生成された分光波形から反射光量を測定する。また、判定部５６は、反射光量に基づいて後述する相関値を算出する。また、判定部５６は、相関値に基づいてチッピングが発生したか否かを判定する。

センサヘッド５１を収容するセンサホルダ５７は、移動機構５８に支持されている。移動機構５８は、例えばリニアアクチュエータやスイングアーム等である。移動機構５８が、センサヘッド５１をスライドさせることにより、測定点ＰがワークＷの径方向に移動する。

センサホルダ５７には、第１の開口５７ａと、第２の開口５７ｂと、が形成されている。

第１の開口５７ａは、センサホルダ５７を垂直方向に延伸されており、センサヘッド５１の視野を確保するように開口されている。

第２の開口５７ｂは、センサホルダ５７の側方に形成され、第１の開口５７ａに連通されている。第２の開口５７ｂは、エアーを供給する飛散手段としてのブロワ５９に接続されている。ブロワ５９から供給されたエアーは、図２中の矢印に示すように流れて、第１の開口５７ａを介して、ワークＷ上の測定点Ｐに吐出される。これにより、測定点ＰにおいてワークＷの被加工面が露出することにより、測定点Ｐにおける光の反射が抑制される。

次に、チッピング発生検知装置５がワークＷに発生したチッピングを検知する手順について説明する。

チッピング発生検知装置５は、ワークＷの研削加工中にチッピングの発生検知を行う。すなわち、まず、ワークＷをチャック３に吸着保持する。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。

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。

このようなワークＷの研削において、測定部５５が、ワークＷ上の測定点Ｐで反射した反射光量を測定する。図３、図４に示すように、ワーク上の測定点Ｐは、ワークＷの回転に伴ってワークＷの周方向に走査され、測定点Ｐの軌跡Ｌは、ワークＷの全周に及ぶ。なお、図４中の黒塗り部分は、チッピングＣが生じた部分である。

測定点Ｐの数は、例えば１００点程度であるが、チャック３の回転数（例えば、１００～３００ｒｐｍ）及びチッピング発生検知装置５のサンプリング周期に応じて任意に変更可能である。例えば、隣り合う測定点Ｐが互いに少なくとも一部が重なるように配置されると、ワークＷの全周に亘って測定点Ｐが配置される点で好ましい。一方、隣り合う測定点Ｐが適当な間隔を空けて配置されると、短時間で反射光量の測定を行える点で好ましい。

次に、判定部５６は、反射光量に基づいて、ワークＷ表面にチッピング（微小な欠け）が生じているか否かを判定する。

例えば、測定点Ｐ内においてチッピングが生じていない場合、照射光のほぼ全量が反射するため、照射光量のほぼ全量が反射光量として測定される。

一方、測定点Ｐ内においてシリコン層で反射する反射光の光量は、シリコン層に生じたチッピングのサイズや個数等に起因してチッピングが測定点Ｐのスポット範囲内を占有する面積（チッピング面積）に応じて減少する。したがって、図５に示すような測定点Ｐ内においてチッピングＣのチッピング面積が比較的小さい場合、反射光量は減少し、図６に示すような測定点Ｐ内においてチッピングＣのチッピング面積が比較的大きい場合、反射光量はさらに減少する。すなわち、反射光量とチッピングＣのチッピング面積とは逆相関の関係にある。

図７に、加工開始から６０秒おきに３００秒に至るまで測定した、チャックスピンドル３１の回転角度（０度、９０度、１８０度、２７０度）に対応する測定点Ｐでの反射光量の測定結果及びチャックスピンドル３１の回転角度（０度、９０度、１８０度、２７０度）に対応する各測定点Ｐの反射光量の平均値である、１周当たりの平均反射光量（以下、単に「平均反射光量」という）を示す。また、図８に、平均反射光量の変位に関するグラフを示す。

ここで、平均反射光量は、各測定点Ｐにおけるチッピングのサイズや個数に相関する相関値であって、チッピング面積が増えるにしたがって減少する値である。なお、平均反射光量を算出する測定点Ｐのサンプリング範囲は、チッピングの発生を漏れなく検知する観点から広範囲に設定されるのが好ましいが、平均反射光量を安定して算出可能であれば、ワークＷの周方向の一部であっても構わない。また、相関値は、平均反射光量に代えて、ワークＷの周方向に走査させた各測定点Ｐにおける反射光量の積算値であっても構わない。

図７によれば、加工時間が１８０秒に至るまでは、平均反射光量が１７８．５で一定であることが分かる。しかしながら、加工時間が２４０秒に至ると、平均反射光量が９５．２５まで大きく減少し、加工時間が３００秒に至ると、平均反射光量が９２．７５にさらに減少していることが分かる。

そして、平均反射光量の閾値を、例えば１００に設定した場合、判定部５６は、加工時間１８０～２４０秒の間にチッピングが発生したと判定する。なお、平均反射光量の閾値は、任意に変更可能である。

このようにして、本実施形態に係るチッピング発生検知装置５は、チャック３に吸着保持されたワークＷを研削する際にワークＷに生じたチッピングを検知するチッピング発生検知装置５であって、ワークＷの被加工面の周縁に設定された測定点Ｐで反射した反射光の反射光量を加工中に測定する測定部５５と、反射光量に基づいてチッピング面積に応じて変動する相関値を算出し、相関値が所定閾値に達したときにチッピングが発生したと判定する判定部５６と、を備えている構成とした。

この構成によれば、判定部５６は、チッピング面積に応じて変動する相関値が所定閾値に達したときにチッピングが発生したと判定することにより、発生したチッピングのサイズや個数又は発生位置を特定することを必要とせず、チッピングが発生した可能性を大局的且つ速やかに検知することができる。

また、本実施形態に係る研削装置１は、測定部５５が、測定点Ｐにおいてチッピングが占有する面積に応じて減少する反射光量を測定し、相関値が、測定点ＰをワークＷの周方向に走査させたときの各測定点Ｐにおける反射光量の平均値であり、判定部５６は、相関値が所定閾値まで低下したときにワークＷにチッピングが発生したと判定する構成とした。

この構成によれば、相関値が、ワークＷの周方向に沿って設定された各測定点Ｐにおける反射光量の平均値に設定されることにより、広範囲に亘ってチッピングの発生を検知することができる。

また、本実施形態に係るチッピング発生検知装置５は、測定部５５が、光を照射するとともに反射光を受光するセンサヘッド５１と、センサヘッド５１をワークＷの径方向に移動可能な移動機構５８と、を備えている構成とした。

この構成によれば、センサヘッド５１の直下に設定される測定点ＰをワークＷ面内の任意の位置に設定することができる。

また、本実施形態に係る研削装置１は、上述したチッピング発生検知装置５と、ワークＷを吸着保持した状態で回転可能なチャック３と、ワークＷを研削する研削手段２と、を備えている構成とした。

この構成によれば、チッピングのサイズ又は個数に相関する平均反射光量が閾値に達したときにチッピングが発生したと判定することにより、チッピングの発生を大局的且つ速やかに検知することができる。

なお、チッピング発生の判定に用いる相関値は、上述したようにワークＷ上に等間隔に設定された４点の測定点Pの平均反射光量に限定されず、例えば、判定部５６が、測定点Ｐ毎にチッピングの有無を判定し、その比率をチッピングが生じた面積に応じて変動する相関値としても構わない。

例えば、図７、図８に示す場合では、加工時間１８０秒において、測定位置０度、９０度、１８０度、２７０度の何れにおいても、反射光量が閾値（例えば、１００）に達していないことから、判定部５６は、何れの測定位置においてもチッピングが生じていないと判定する。したがって、チッピング有無の判定の比率である相関値は、一定である。

一方、加工時間２４０秒において、測定位置０度、１８０度では、反射光量が閾値まで低下しておらず、チッピングは生じていないと判定されるのに対し、測定位置９０度、２７０度では、反射光量が閾値を下回っていることから、チッピングが生じたと判定される。したがって、チッピング有無の判定の比率である相関値が変動する。

なお、チッピング発生検知装置５は、上述した構成に代えて、ワークＷのシリコン層の表面及び裏面でそれぞれ反射した反射光が互いに干渉した干渉光の検出に有無に基づいて、チッピングの検出を行っても構わない。

具体的には、分光器５４は、反射光量が所定閾値を下回る場合、分光波形が生成できない。そこで、分光波形を生成可能な反射光量の閾値と、チッピング発生の判定基準とを対応させて、反射光量が分光波形を生成可能な程度に確保されていれば、チッピングは発生していないと判定し、反射光量が分光波形を生成不能な程度に低下していれば、チッピングが発生したと判定し、それらの判定の比率をチッピングが生じた面積に応じて変動する相関値に設定しても構わない。

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、研削装置１にチッピング発生検知装置５を適用した場合を例に説明したが、ワークＷを研磨パッドで研磨する研磨装置にチッピング発生検知装置５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（加工部）
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 ：ノズル
２５ ：コラム
３ ：チャック
３１ ：チャックスピンドル
４ ：制御装置
５ ：チッピング発生検知装置
５１ ：センサヘッド
５２ａ、５２ｂ：光ファイバー
５３ ：光源ユニット
５４ ：分光器
５５ ：測定部
５６ ：判定部
５７ ：センサホルダ
５７ａ：第１の開口
５７ｂ：第２の開口
５８ ：移動機構
５９ ：ブロワ（飛散手段）
Ｌ ：軌跡
Ｐ ：測定点
Ｗ ：ワーク

Claims (6)

1. チャックに吸着保持されたワークを加工する際に前記ワークに生じたチッピングを検知するチッピング発生検知装置であって、
   前記ワークの被加工面の周縁に設定された測定点で反射した反射光の反射光量を加工中に測定する測定部と、
   前記反射光量に基づいて前記ワークに前記チッピングが生じた面積に応じて変動する相関値を算出し、前記相関値が所定閾値に達したときに前記チッピングが発生したと判定する判定部と、
   を備えていることを特徴とするチッピング発生検知装置。
2. 前記測定部は、前記測定点において前記チッピングが占有する面積に応じて減少する前記反射光量を測定し、
   前記相関値は、前記測定点を前記ワークの周方向に走査させたときの各測定点における前記反射光量の平均値又は積算値であり、
   前記判定部は、前記相関値が所定閾値まで低下したときに前記ワークにチッピングが発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載のチッピング発生検知装置。
3. 前記ワークの表面及び裏面でそれぞれ反射した反射光が干渉した干渉光を波長に応じて分解し、各波長と反射光量との関係を示す分光波形を生成する分光器をさらに備え、
   前記相関値は、前記測定点を前記ワークの周方向に走査させたときに、各測定点における前記反射光量が前記分光波形を生成可能な光量を超えたか否かの比率であり、
   前記判定部は、前記相関値が所定閾値まで低下したときに前記ワークにチッピングが発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載のチッピング発生検知装置。
4. 前記測定部は、
   前記光を照射するとともに前記反射光を受光するセンサヘッドと、
   前記センサヘッドを前記ワークの径方向に移動可能な移動機構と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載のチッピング発生検知装置。
5. 前記測定部は、前記被加工面のうち前記光が照射される範囲内の流体を飛散させる飛散手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のチッピング発生検知装置。
6. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のチッピング発生検知装置と、
   前記ワークを吸着保持した状態で回転可能なチャックと、
   前記ワークを研削又は研磨する加工部と、
   を備えていることを特徴とする加工装置。

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