JP4763478B2

JP4763478B2 - 研削装置

Info

Publication number: JP4763478B2
Application number: JP2006046897A
Authority: JP
Inventors: 一孝桑名
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: JP2007222986A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研削するための研削装置に関する。

当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが複数個形成されたウエーハは、個々のデバイス（チップ）に分割される前にその裏面を研削装置によって研削して所定の厚さに形成されている。このような半導体ウエーハの表面を研削する研削装置は、図６に示すように被加工物であるウエーハWを保持するチャックテーブルCTと、該チャックテーブルCTに保持されているウエーハWを研削するための研削砥石GWを備えた研削ユニットとを具備している。そして、ウエーハWを保持するチャックテーブルCTを例えば３００rpmの回転速度で回転するとともに、研削砥石GW例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転しつつ下方に研削送りすることにより、研削砥石GWによってウエーハWを所定の厚さに研削する。

上述した研削装置を用いてウエーを所定の厚さに研削するためには、チャックテーブルCTに保持されたウエーハWの厚さを検出しつつ研削する必要がある。このため、チャックテーブルCTの高さ位置を検出する第１の高さ位置センサーHS1と、チャックテーブルCTに保持されたウエーハWの高さ位置を検出する第２の高さ位置センサーHS2を配設し、第２の高さ位置センサーHS2によって検出されたウエーハWの高さ位置と第１の高さ位置センサーHS1によって検出されたチャックテーブルCTの高さ位置との差が所定値に達したとき研削砥石GWを上方に後退させるようにしている。

而して、上述したように第２の高さ位置センサーHS2によって検出されたウエーハWの高さ位置と第１の高さ位置センサーHS1によって検出されたチャックテーブルCTの高さ位置との差に基づいてウエーハWを所定の厚さに研削しても、所定の厚さに仕上がっていない場合がある。
本発明者は上記不具合について検討した結果、チャックテーブルCTに保持されたウエーハWに研削砥石GWを所定の圧力で押圧しつつ研削送りする際に、チャックテーブルCTが傾斜せしめられることに起因することが判った。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、チャックテーブルに保持された被加工物に研削砥石が押圧することによりチャックテーブルが傾斜しても、被加工物を所定の厚さに研削することができる研削装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を備え回転可能に構成されたチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削砥石を備え該研削砥石を回転せしめる駆動手段を備えた研削ユニットと、該研削ユニットを該チャックテーブルの該保持面に対して垂直な方向に移動せしめる研削送り手段と、該チャックテーブルの該保持面に接触する第１の接触子を備えた第１の高さ位置検出手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の加工面に接触する第２の接触子を備えた第２の高さ位置検出手段と、該第１の高さ位置検出手段と該第２の高さ位置検出手段からの検出信号に基づいて被加工物の厚さを演算する制御手段と、を具備する研削装置において、
該第１の高さ位置検出手段の該第１の接触子と該第２の高さ位置検出手段の該第２の接触子は、該第１の接触子と該第２の接触子とを結ぶ線が該チャックテーブルに保持された被加工物に研削砥石が接触した際に該チャックテーブルが傾斜する中心軸に対して平行になるように配置されている、
ことを特徴とする研削装置が提供される。

本発明による研削装置においては、チャックテーブルの保持面に接触する第１の高さ位置検出手段の第１の接触子とチャックテーブルに保持された被加工物の加工面に接触する第２の高さ位置検出手段の第２の接触子は、第１の接触子と第２の接触子とを結ぶ線がチャックテーブルに保持された被加工物に研削砥石が接触した際にチャックテーブルが傾斜する中心軸に対して平行になるように配置されているので、チャックテーブルが上記傾斜の中心軸を中心として傾斜しても第１の接触子と第２の接触子の変位量は変わらないため正確な厚さを検出することができる。従って、本発明による研削装置によれば、チャックテーブルに保持された被加工物に研削砥石が押圧することによりチャックテーブルが傾斜しても、被加工物を所定の厚さに研削することができる。

以下、本発明に従って構成された研削装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。

図１には本発明に従って構成された研削装置の斜視図が示されている。
図示の研削装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット３２が取り付けられる。

スピンドルユニット３２は、支持部３１３に装着されたユニットハウジング３２１と、該ユニットハウジング３２１に回転自在に配設された回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２を回転駆動するための駆動手段としてのサーボモータ３２３とを具備している。回転スピンドル３２２の下端部はユニットハウジング３２１の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状のマウンター３２４が設けられている。なお、マウンター３２４には、周方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔（図示していない）が形成されている。このマウンター３２４の下面に研削ホイール４が着脱可能に装着される。この研削ホイール４は、環状の支持部材４１と、該環状の支持部材４１の下面に同一円周上に装着された複数個の研削砥石４２とからなっており、支持部材４１が上記マウンター３２４の下面に締結ボルト３２５によって装着される。

図示の実施形態における研磨装置は、上記研磨ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削送り手段５を備えている。この研削送り手段５は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド５１を具備している。この雄ねじロッド５１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材５２および５３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材５２には雄ねじロッド５１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ５４が配設されており、このパルスモータ５４の出力軸が雄ねじロッド５１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド５１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ５４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ５４が逆転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

上記ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構６が配設されている。このチャックテーブル機構６について、図２を参照して説明する。
チャックテーブル機構６は、支持基台６１と、この支持基台６１に支持手段６２によって回転可能に支持されたチャックテーブル６３と、該チャックテーブル６３の周囲を覆うカバー部材６４を具備している。支持基台６１は、主部２１に前後方向（図２において左右方向）に延在する案内レール６５上に摺動自在に載置されており、チャックテーブル移動機構６６によって被加工物搬入・搬出域（図２において２点鎖線で示す位置）と加工域（図２において実線で示す位置）との間で移動せしめられる。チャックテーブル移動機構６６は、案内レール６５に沿って配設された雄ねじロッド６６１と、該雄ねじロッド６６１を回転駆動するサーボモータ６６２を具備している。雄ねじロッド６６１は、上記支持基台６１に設けられたネジ穴(図示せず)と螺合して、その先端部が軸受部材６６３によって回転自在に支持されている。サーボモータ６６２は、その駆動軸が雄ねじロッド６６１の基端と伝動連結されている。従って、サーボモータ６６２が正転すると支持基台６１が図２において右方(図１において矢印２３ａで示す方向)に移動し、サーボモータ６６２が逆転すると支持基台６１が図２において左方（(図１において矢印２３ｂで示す方向）に移動せしめられる。

上記支持手段６２は、支持基台６１上に立設された３本の支持柱６２１a、６２１b、６２１cと、該３本の支持柱６２１a、６２１b、６２１c上に荷重検出手段としてのキスラー動力計６２２を介して支持された環状の支持盤６２３とからなっている。なお、図示の実施形態においては３本の支持柱中２本の支持柱６２１a、６２１bは上下方向に微調整可能に構成されており、他の１本の６２１cは固定支柱となっている。支持盤６２３の上面にはベアリング６２４が環状に配設されており、このベアリング６２４上にチャックテーブル６３が回転可能に支持される。チャックテーブル６３は、上面が被加工物を保持する保持面６３aとして機能し、下面には回転軸６３１が設けられている。この回転軸６３１が支持基台６１上に配設されたサーボモータ６７の駆動軸に伝動連結されている。なお、チャックテーブル６３の保持面６３aは、図示しない吸引手段に接続されている。

上記チャックテーブル６３の周囲を覆うカバー部材６４は、支持基台６１上に配設されている。このカバー部材６４の前後には、図１に示すように蛇腹手段６７、６８がそれぞれ装着されている。この蛇腹手段６７、６８はキャンパス布の如き適宜の材料によって形成され、蛇腹手段６７の前端は主部２１の前面壁に固定され、蛇腹手段６８の後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル６３が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６７が伸張されて蛇腹手段６８が収縮され、チャックテーブル６３が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６７が収縮されて蛇腹手段６８が伸張せしめられる。

図示の実施形態における研削装置は、図１に示すようにチャックテーブル６３の高さ位置を検出する第１の高さ位置検出手段７aと、チャックテーブル６３に保持された被加工物の加工面の高さ位置を検出する第２の高さ位置検出手段７bとを具備している。第１の高さ位置検出手段７aおよび第２の高さ位置検出手段７bは、図示の実施形態においては上記カバー部材６３の上面に配設されている。第１の高さ位置検出手段７aはチャックテーブル６３の保持面６３aに接触する第１の接触子７１aを備えており、第２の高さ位置検出手段７bはチャックテーブル６３に保持された被加工物の加工面(上面) に接触する第２の接触子７１bを備えている。このように構成された第１の高さ位置検出手段７aおよび第２の高さ位置検出手段７bは、それぞれ検出信号を制御手段８に送る。制御手段８は、第１の高さ位置検出手段７aおよび第２の高さ位置検出手段７bからの検出信号に基づいてチャックテーブル６３に保持された被加工物の厚さを演算し、上記研削送り手段５のパルスモータ５４や研削ユニット３２のサーボモータ３２３等に制御信号を出力する。

次に、上記第１の高さ位置検出手段７aの第１の接触子７１aと第２の高さ位置検出手段７bの第２の接触子７１bの配設位置について、図３および図４を参照して説明する。
図３および図４に示す実施形態は、チャックテーブル６３の保持面６３aが回転中心P１を頂点として円錐形に形成されている。この円錐形に形成された保持面６３aは、その半径をRとし、頂点の高さをHとすると、勾配（H/R）が０．００００１〜０．００１に設定されている。ここで、チャックテーブル６３を支持する３本の支持柱６２１a、６２１b、６２１cと、研削ホイール４の研削砥石４２によるチャックテーブル６３の保持面６３a上に保持された被加工物であるウエーハWへの加工位置(荷重位置)との関係について説明する。

図示の実施形態においては、チャックテーブル６３の保持面６３aは、図３に示すように回転中心P１を頂点として円錐形に形成されている。従って、図３に示すように円錐形に形成された保持面６３a上に吸引保持された被加工物であるウエーハWも、回転中心P１を頂点として円錐状となる。図３に示す実施形態においては、チャックテーブル６３はその回転中心P１の軸芯が保持面６３aの勾配に対応する角度だけ研削ホイール４の回転中心P２の軸芯に対して傾斜して配設されている。従って、チャックテーブル６３の保持面６３aに吸着保持されたウエーハWに研削ホイール４の環状の研削砥石４２を接触させると、環状の研削砥石４２による加工位置(荷重位置)は、図４において斜線で示す領域Ｓ1となる。即ち、加工位置(荷重位置)S1は、被加工物である半導体ウエーハWの回転中心（チャックテーブル６３の回転中心P１に相当する）から円錐形の外周縁に至る領域となる。図示の実施形態のおいては、環状の研削砥石４２の加工位置(荷重位置)S1は、上記３本の支持柱６２１a、６２１b、６２１cで形成される三角形の内側に位置するように構成されている。従って、研削作業時には研削ホイール４の環状の研削砥石４２がチャックテーブル６３の保持面６３a上に吸引保持されたウエーハWを上記加工位置(荷重位置)S1で押圧することになるが、この加工位置(荷重位置)S1は３本の支持柱６２１a、６２１b、６２１cで形成される三角形の内側に位置しているので、チャックテーブル６３は安定した状態に維持される。

上述したように、研削ホイール４の環状の研削砥石４２がチャックテーブル６３の保持面６３a上に吸引保持されたウエーハWを上記加工位置(荷重位置)S1で押圧すると、研削ホイール４の押圧荷重によって３本の支持柱６２１a、６２１b、６２１cに歪が発生する。この結果、チャックテーブル６３は、加工位置(荷重位置)S1側が下がって傾斜する。この傾斜の中心軸Ｌ１は、計算によって求めることができるが、チャックテーブル６３の保持面６３aの複数の高さを測定して求めてもよい。

このようにして、チャックテーブル６３が傾斜する中心軸Ｌ１が求められたならば、第１の高さ位置検出手段７aの第１の接触子７１aと第２の高さ位置検出手段７bの第２の接触子７１bとの配設位置を設定する。チャックテーブル６３は傾斜の中心軸Ｌ１を中心として傾斜するので、第１の接触子７１aと第２の接触子７１bとを結ぶ線L２が中心軸Ｌ１と平行になるように第１の接触子７１aと第２の接触子７１bを配置すれば、チャックテーブル６３が傾斜の中心軸Ｌ１を中心として傾斜しても、第１の接触子７１aと第２の接触子７１bの変位量は変わらない。従って、第２の接触子７１bによって検出されたチャックテーブル６３の保持面６３a上に吸引保持されたウエーハWの上面(加工面)の高さ位置と、第１の接触子７１aによって検出されたチャックテーブル６３の保持面６３aの高さ位置との差を求めることにより、ウエーハWの厚さを正確に検出することができる。

次に、チャックテーブル６３の保持面６３aが平面に形成されている場合の実施形態について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、チャックテーブル６３の保持面６３aが平面に形成されている場合には、チャックテーブル６３の保持面６３aに吸着保持されたウエーハWに研削ホイール４の環状の研削砥石４２を接触させると、環状の研削砥石４２による加工位置(荷重位置)は、図４において斜線で示す領域Ｓ2となる。このように、研削ホイール４の環状の研削砥石４２がチャックテーブル６３の保持面６３a上に吸引保持されたウエーハWを上記加工位置(荷重位置)S2で押圧すると、研削ホイール４の押圧荷重によって３本の支持柱６２１a、６２１b、６２１cに歪が発生する。この結果、チャックテーブル６３は、加工位置(荷重位置)S2側が下がって傾斜する。この傾斜の中心軸Ｌ1は、上述したように計算によって求めることができるが、チャックテーブル６３の保持面６３aの複数の高さを測定して求めてもよい。従って、第１の接触子７１aと第２の接触子７１bとを結ぶ線L２が中心軸Ｌと平行になるように第１の接触子７１aと第２の接触子７１bを配置すれば、チャックテーブル６３が中心軸Ｌ１を中心として傾斜しても、第１の接触子７１aと第２の接触子７１bの変位量は変わらない。このように、第２の接触子７１bによって検出されたチャックテーブル６３の保持面６３a上に吸引保持されたウエーハWの上面(加工面)の高さ位置と、第１の接触子７１aによって検出されたチャックテーブル６３の保持面６３aの高さ位置との差を求めることにより、ウエーハWの厚さを正確に検出することができる。

図示の実施形態における研削装置は以上のように構成されており、以下その作用につい主に図１を参照して説明する。
被加工物であるウエーハWを加工面を上側にして図１に示す研磨装置の被加工物載置域２４に位置付けられているチャックテーブル６３の保持面６３a上に載置する。このとき、第１の接触子７１aと第２の接触子７１bは、退避位置に位置付けられている。そしてチャックテーブル６３の回転中心とウエーハWの中心が一致するようにウエーハWを載置する。このようにしてチャックテーブル６３の保持面６３a上に載置されたウエーハWは、図示しない吸引手段によってチャックテーブル６３の保持面６３a上に吸引保持される。チャックテーブル６３の保持面６３a上にウエーハWを吸引保持したならば、第１の高さ位置検出手段７aの第１の接触子７１aをチャックテーブル６３の保持面６３aにおける所定位置に載置するとともに、第２の高さ位置検出手段７bの第２の接触子７１bをチャックテーブル６３の保持面６３a上に保持されたウエーハWの加工面(上面)における所定位置に載置する。なお、第１の高さ位置検出手段７aの第１の接触子７１aと第２の高さ位置検出手段７bの第２の接触子７１bは、上述した図４および図５に示すように第１の接触子７１aと第２の接触子７１bとを結ぶ線L2が上記チャックテーブル６３の中心軸Ｌ１と平行になるように配置するようになっている。

チャックテーブル６３の保持面６３aおよび保持面６３a上に保持されたウエーハWの所定位置に第１の高さ位置検出手段７aの第１の接触子７１aおよび第２の高さ位置検出手段７bの第２の接触子７１bをセットしたならば、上記チャックテーブル移動機構６５(図２参照)を作動してチャックテーブル６３を矢印２３ａで示す方向に移動し研削域２５に位置付ける。ウエーハWを保持したチャックテーブル６３は、研削域２５に位置付けられるとサーボモータ６７(図２参照)の駆動によって図４および図５において矢印６３０で示す方向にたとえば３００ｒｐｍの回転速度で回転せしめられる。また、研削ユニット３のサーボモータ３２３が駆動され研削ホイール４が図４および図５において矢印４０で示す方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転せしめられるとともに、研削送り手段５のパルスモータ５４が正転駆動して研削ホイール４を下降せしめる。この結果、チャックテーブル６３の保持面６３aに保持されているウエーハWの加工面(上面)に研削ホイール４の環状に配設された研削砥石４２が押圧され研削加工が施される。

上記研削加工時においては、第１の高さ位置検出手段７aによって検出されたチャックテーブル６３の保持面６３aの高さ位置信号(H1)が制御手段８に入力されているとともに、第２の高さ位置検出手段７bに検出されたチャックテーブル６３の保持面６３a上に保持されているウエーハWの高さ位置信号(H2)が制御手段８に入力されている。そして、制御手段８は、第１の高さ位置検出手段７aからの高さ位置信号(H1)と第２の高さ位置検出手段７bからの高さ位置信号(H2)に基づいてウエーハWの厚さ（T）を演算する。このウエーハWの厚さ（T）は、T＝H２−H1によって求めることができる。このようにして求めたウエーハWの厚さ（T）は、上述したように第１の高さ位置検出手段７aの第１の接触子７１aと第２の高さ位置検出手段７bの第２の接触子７１bとを結ぶ線L２がチャックテーブル６３の傾斜の中心軸Ｌ１と平行になるように第１の接触子７１aと第２の接触子７１bが配置されているので、チャックテーブル６３が中心軸Ｌ１を中心として傾斜しても第１の接触子７１aと第２の接触子７１bの変位量は変わらないため正確な厚さとなる。

このようにしてウエーハWの厚さ（T）を求めたならば、制御手段８はウエーハWの厚さ（T）が目標とする厚さ（T0）に達したか否かをチェックし、ウエーハWの厚さ（T）が目標とする厚さ（T0）に達していないならば、制御手段８は上記研削加工を継続する。そして、ウエーハWの厚さ（T）が目標とする厚さ（T0）に達したならば、制御手段８は、研削送り手段５のパルスモータ５４を逆転駆動して研削ホイール４を上昇せしめる。また、制御手段８は、サーボモータ３２３の駆動を停止して研削ホイール４の回転を停止するとともに、サーボモータ６６（図２参照）の駆動を停止してチャックテーブル６３の回転を停止する。

本発明に従って構成された研削装置の斜視図。図１に示す研削装置に装備されるチャックテーブル機構の断面図。図１に示す研削装置に装備されるチャックテーブルの保持面が円錐形の場合の研削ホイールとの関係を示す一実施形態第の説明図。図３に示すチャックテーブルと研削ホイールとの関係において第１の高さ位置検出手段の第１の接触子と第２の高さ位置検出手段の第２の接触子の配設位置を示す説明図。図１に示す研削装置に装備されるチャックテーブルの保持面が平面の場合の研削ホイールとの関係において第１の高さ位置検出手段の第１の接触子と第２の高さ位置検出手段の第２の接触子の配設位置を示す説明図。従来用いられている研削装置の説明図。

符号の説明

２：装置ハウジング
３：研削ユニット
３１：移動基台
３２：スピンドルユニット
３２１：スピンドルハウジング
３２２：回転スピンドル
３２３：サーボモータ
３２４：マウンター
４：研削ホイール
４２：研削砥石
５：研削送り手段
６：チャックテーブル機構
６１：支持基台
６２：支持手段
６３：チャックテーブル
６４：カバー部材
６６：チャックテーブル移動機構
７a ：第１の高さ位置検出手段
７１a ：第１の接触子
７b ：第２の高さ位置検出手段
７１b ：第２の接触子
８：制御手段

Claims

被加工物を保持する保持面を備え回転可能に構成されたチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削砥石を備え該研削砥石を回転せしめる駆動手段を備えた研削ユニットと、該研削ユニットを該チャックテーブルの該保持面に対して垂直な方向に移動せしめる研削送り手段と、該チャックテーブルの該保持面に接触する第１の接触子を備えた第１の高さ位置検出手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の加工面に接触する第２の接触子を備えた第２の高さ位置検出手段と、該第１の高さ位置検出手段と該第２の高さ位置検出手段からの検出信号に基づいて被加工物の厚さを演算する制御手段と、を具備する研削装置において、
該第１の高さ位置検出手段の該第１の接触子と該第２の高さ位置検出手段の該第２の接触子は、該第１の接触子と該第２の接触子とを結ぶ線が該チャックテーブルに保持された被加工物に研削砥石が接触した際に該チャックテーブルが傾斜する中心軸に対して平行になるように配置されている、
ことを特徴とする研削装置。