JP5356740B2

JP5356740B2 - 研削装置

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Publication number: JP5356740B2
Application number: JP2008178706A
Authority: JP
Inventors: 善浩桜井
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: JP2010017787A

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。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板や炭化珪素(SiC)基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。このようにして分割されるウエーハは、ストリートに沿って切断する前に研削装置によって裏面が研削され、所定の厚さに加工される。

半導体ウエーハの裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブル上に保持されたウエーハを研削する環状の研削砥石を有する研削ホイールを備えた研削ユニットと、該研削ユニットをチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向に研削送りする研削送り機構と、チャックテーブル上に保持されたウエーハの厚みを計測する厚み計測手段と、該厚み計測手段からの検出信号に基いて研削送り機構を制御する制御手段を具備している。（例えば、特許文献１参照）
特開昭６３−１０２８７２号公報

上記研削装置の厚み計測手段はチャックテーブルの上面の高さ位置を検出する第１のハイトセンサーとチャックテーブル上に保持されたウエーハの被研削面の高さ位置を検出する第２のハイトセンサーを備え、制御手段は第２のハイトセンサーによって検出された高さ位置(H2)から第１のハイトセンサーによって検出された高さ位置(H1)を減算することによってウエーハの厚み(h)を求めている（h＝H2−H1）。そして、制御手段は、ウエーハの厚み(h)が予め設定された目標の厚み(T)に達したら、研削送り機構を制御して研削送りを停止する。

而して、ウエーハの被研削面を研削すると研削屑が発生するとともに、研削砥石が磨耗して砥粒が脱落し、ハイトセンサーの計測針が研削屑または脱落した砥粒の上に瞬間的に乗り上げることがある。特に、チャックテーブルの外周部に漂う研削屑または脱落した砥粒の上に瞬間的に乗り上げたときのハイトセンサーから出力される検出信号に基いてウエーハの厚みを計算すると、ウエーハの厚みが薄くなったと判定してウエーハの厚み(h)が予め設定された仕上がり厚み(T)に達したと判断し、ウエーハの厚み(h)が予め設定された仕上がり厚み(T)に達していないのに研削送りを停止して研削作業を終了してしまうという問題がある。

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、ハイトセンサーの計測針が研削屑または脱落した砥粒の上に瞬間的に乗り上げ異常信号を出力しても被加工物を予め設定された仕上がり厚みに達するまで継続して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有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの該保持面に保持された被加工物を研削するための研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの該保持面に垂直な方向に研削送りする研削送り手段と、該チャックテーブルの上面の高さ位置を検出する第１のハイトセンサーと、該チャックテーブル上に保持された被加工物の被研削面の高さ位置を検出する第２のハイトセンサーと、該第１のハイトセンサーおよび第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて該研削送り手段を制御する制御手段と、を具備する研削装置において、
該制御手段は、該研削送り手段を作動して研削送りを開始したら該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号を所定時間入力して研削時間に対する被加工物の厚み予測値を求め、以後、該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが該予測値の許容範囲でない場合には該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号が異常値であると判断して無視し該研削送り手段による研削送りを継続して実施するとともに該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号を入力し、該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが該予測値の許容範囲ではあるが目標の厚みに達しない場合には該研削送り手段による研削送りを継続して実施するとともに該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号を入力し、該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが該予測値の許容範囲で且つ目標の厚みに達したら該研削送り手段による研削送りを停止する、
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は、研削送り手段を作動して研削送りを開始したら第１のハイトセンサーおよび第２のハイトセンサーからの検出信号を所定時間入力して研削時間に対する被加工物の厚み予測値を求め、以後、第１のハイトセンサーおよび第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが予測値の許容範囲でない場合には第１のハイトセンサーまたは第２のハイトセンサーが研削屑または脱落した砥粒の上に瞬間的に乗り上げ異常値を出力したものと判断して無視し、研削送り手段による研削送りを継続して実施するので、被加工物の厚みが予め設定された目標の厚みに達していないのに研削送りを停止して研削作業を終了することはない。そして、第１のハイトセンサーおよび第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが予測値の許容範囲ではあるが目標の厚みに達しない場合には研削送り手段による研削送りを継続して実施するとともに該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号を入力し、第１のハイトセンサーおよび第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが予測値の許容範囲で且つ目標の厚みに達したら研削送り手段による研削送りを停止するので、被加工物を目標の厚みに確実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１に示す研削装置は、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に研削手段としての研削ユニット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４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４が取り付けられる。

研削手段としてのスピンドルユニット４は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１に回転自在に配設された回転スピンドル４２と、該回転スピンドル４２を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ４３とを具備している。スピンドルハウジング４１に回転可能に支持された回転スピンドル４２は、一端部(図１において下端部)がスピンドルハウジング４１の下端から突出して配設されており、その一端(図１において下端)にホイールマウント４４が設けられている。そして、このホイールマウント４４の下面に研削ホイール４５が取り付けられる。この研削ホイール４5は、環状の砥石基台４５１と、該環状の砥石基台４５１の下面に装着された研削砥石４５２からなる複数のセグメントとによって構成されており、環状の砥石基台４５１が締結ネジ４５３によってホイールマウント４４に装着される。上記サーボモータ４３は、後述する制御手段によって制御される。

図示の実施形態における研削装置は、上記研削ユニット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即ち研削ユニット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即ち研削ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。上記パルスモータ５４は、後述する制御手段によって制御される。

上記装置ハウジング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。チャックテーブル機構６は、図２に示すように支持台６１とこの支持台６１に実質上鉛直に延びる回転中心軸線を中心として回転自在に配設されたチャックテーブル６２とを含んでいる。支持台６１は、ハウジング２の主部２１に前後方向（直立壁２２の前面に垂直な方向）である矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に延在する一対の案内レール２３、２３上に摺動自在に載置されており、後述するチャックテーブル移動機構６６によって図１に示す被加工物搬入・搬出域２４（図２において実線で示す位置）と上記スピンドルユニット３２を構成する研削ホイール４５と対向する加工域２５（図２において２点鎖線で示す位置）との間で移動せしめられる。

上記チャックテーブル６２は、チャックテーブル本体６２１と、該チャックテーブル本体６２１の上面に配設された吸着保持チャック６２２とからなっており、吸着保持チャック６２２の上面（保持面）に被加工物であるウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。このように構成されたチャックテーブル６２は、支持台６１上に配設された駆動源としてのサーボモータ６３によって回転せしめられるように構成されている。なお、図示の実施形態におけるチャックテーブル機構６は、チャックテーブル６２を挿通する穴を有し上記支持台６１等を覆い支持台６１とともに移動可能に配設されたカバー部材６４を備えている。

図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態における研削装置は、上記チャックテーブル６２を一対の案内レール２３に沿って矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめるチャックテーブル移動機構６６を具備している。チャックテーブル移動機構６６は、一対の案内レール２３、２３間に配設され案内レール２３、２３と平行に延びる雄ねじロッド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、上記支持台６１に設けられたネジ穴６１１と螺合して、その先端部が一対の案内レール２３、２３を連結して取り付けられた軸受部材６６３によって回転自在に支持されている。上記サーボモータ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が正転すると支持台６１即ちチャックテーブル機構６が矢印２３ａで示す方向に移動し、サーボモータ６６２が逆転すると支持台６１即ちチャックテーブル機構６が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる。矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめられるチャックテーブル機構６は、図２において実線で示す被加工物搬入・搬出域と２点鎖線で示す加工域に選択的に位置付けられる。

図１に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構６を構成する支持台６１の移動方向両側には、横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記一対の案内レール２３、２３や雄ねじロッド６６１およびサーボモータ６６２等を覆っている蛇腹手段６７および６８が付設されている。蛇腹手段６７および６８はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段６７の前端は加工作業部２１１の前面壁に固定され、後端はチャックテーブル機構６のカバー部材６４の前端面に固定されている。蛇腹手段６８の前端はチャックテーブル機構６のカバー部材６４の後端面に固定され、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。チャックテーブル機構６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、チャックテーブル機構６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、上記カバー部材６４に配設されチャックテーブル６２の上面の高さ位置を検出する第１のハイトセンサー７１と、チャックテーブル６２上に保持された被加工物の上面（被研削面）の高さ位置を検出する第２のハイトセンサー７２を具備している。第１のハイトセンサー７１は計測針７１１を備え、図４に示すように計測針７１１をチャックテーブル６２の上面に接触させることによりチャックテーブル６２の上面の高さ位置信号を後述する制御手段に出力する。また、第２のハイトセンサー７２も計測針７２１を備え、図４に示すように計測針７２１をチャックテーブル６２上に保持された被加工物の上面（被研削面）に接触させることによりチャックテーブル６２上に保持された被加工物の上面（被研削面）の高さ位置信号を後述する制御手段に出力する。

図示の実施形態における研削装置は、図３に示す制御手段１０を具備している。制御手段１０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２と、被加工物の目標の厚みや演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３と、タイマー１０４と、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６とを備えている。制御手段１０の入力インターフェース１０５には、上記第１のハイトセンサー７１や第２のハイトセンサー７２等からの検出信号が入力される。そして、制御手段１０の出力インターフェース１０６からは、上記スピンドルユニット４のサーボモータ４３、研削送り手段５のパルスモータ５４、チャックテーブル６２を回転駆動するためのサーボモータ６３、チャックテーブル移動機構６６のサーボモータ６６２等に制御信号を出力する。

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て説明する。
図１に示すように研削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６２の上面である保持面上に被加工物としてのウエーハ１１を載置する。なお、ウエーハ１１にはデバイスが形成された表面にデバイスを保護するための保護テープ１２が貼着されており、この保護テープ１２側をチャックテーブル６２の上面に載置する。従って、チャックテーブル６２上に保持されたウエーハ１１は、裏面が上側となる。このようにしてチャックテーブル６２上に被加工物としてのウエーハ１１を載置したならば、制御手段１０は図示しない吸引手段を作動する。この結果、チャックテーブル６２上に載置されたウエーハ１１は、保護テープ１２を介してチャックテーブル６２上に吸引保持される。このようにして、チャックテーブル６２上にウエーハ１１を吸引保持したならば、制御手段１０は上記チャックテーブル移動機構６６のサーボモータ６６２を作動してチャックテーブル６２を矢印２３ａで示す方向に移動し研削域２５に位置付ける。

このようにしてチャックテーブル６２が研削域２５に位置付けられたならば、制御手段１０はチャックテーブル機構６のサーボモータ６３を駆動してチャックテーブル６２を所定の方向に例えば３００rpmの回転速度で回転するとともに、研削ユニット３のスピンドルユニット４を構成するサーボモータ４３を駆動して研削ホイール４５を所定の方向に例えば６０００rpmの回転速度で回転する。そして、制御手段１０は研削送り手段５のパルスモータ５４を正転駆動し研削ユニット３を下降せしめる研削送りを実施し、チャックテーブル６２に保持されたウエーハ１１を研削加工する。

ここで、研削加工時におけるチャックテーブル６２に保持されたウエーハ１１、研削ホイール４５、第１のハイトセンサー７１、第２のハイトセンサー７２の関係について、図４を参照して説明する。
チャックテーブル６２に保持されたウエーハ１１は、その中心(P)が研削ホイール４５の研削砥石４５２が通過するように位置付けられる。そして、第１のハイトセンサー７１の計測針７１１をチャックテーブル６２の外周部上面に接触させるとともに、第２のハイトセンサー７２の計測針７２１をチャックテーブル６２に保持されたウエーハ１１の上面（被研削面）に接触させる。そして、制御手段１０は研削ホイール４５の研削送り速度が例えば０．５μm／秒になるように研削送り手段５のパルスモータ５４を制御する。

次に、上記のようにして研削加工を開始してからウエーハ１１を目標の厚み(T)まで研削するための制御手段１０の制御手順について図５に示すフローチャートを参照して説明する。
制御手段１０は、先ずステップS1において第１のハイトセンサー７１と第２のハイトセンサー７２からの検出信号(H1)、(H2)を所定時間（例えば１０秒間）入力し、ステップS2に進んで研削時間に対するウエーハ１１の厚み予測値を求める。この研削時間に対するウエーハ１１の厚み予測値を求めるのは、研削送り速度が同じであってもウエーハWの材質によって研削時間に対する研削量が異なるからである。このステップS2について更に詳細に説明すると、ウエーハ１１の厚み(h)と時間(t)とに基いてウエーハの厚み予測値(H)を研削時間(t)の関数として求める（H＝f(t)）。なお、ウエーハ１１の厚み(h)は、第２のハイトセンサー７２によって検出されたチャックテーブル６２に保持されたウエーハWの上面（被研削面）高さ位置(H2)から第１のハイトセンサーによって検出されたチャックテーブル６２の外周部上面の高さ位置(H1)および保護テープ１２の厚み(A)減算することによって求める（h＝H2−H1−A）。そして、ウエーハ１１の厚み(h)が目標の厚み（T：例えば１００μm）に達するまでの時間を上記式（H＝f(t)）に代入して研削時間(t)に対応する厚みの予測値(H)を演算する。この結果、図６に示すように研削時間(t)に対するウエーハ１１の厚みの予測値(H)を求めることができる。なお、図６に示す制御マップは上記第１のハイトセンサー７１と第２のハイトセンサー７２からの検出信号に基いて厚みが７００μmのウエーハが目標の厚み（T：１００μm）に達するまでの予測値を示したものである。このマップは、上記制御手段１０のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納される。

上述したようにウエーハが目標の厚み（T：１００μm）に達するまでの予測値(H)を求めたならば、制御手段１０はステップS3に進んで第１のハイトセンサー７１および第２のハイトセンサー７２からの検出信号を入力し、ステップS4に進んで上述したようにウエーハ１１の厚み(h)を求める（h＝H2−H1−A）。

ステップS4においてウエーハ１１の厚み(h)を求めたならば、制御手段１０はステップS5に進んでウエーハ１１の厚み(h)が上記図6に示す制御マップに示す対応する研削時間(t)に対する予測値(H)の許容範囲(±α)であるか否かをチェックする（H−α≦h≦H＋α）。なお、許容範囲(±α)は例えば±１０μmに設定されている。

ステップS5においてウエーハ１１の厚み(h)が予測値(H)の許容範囲(±α)でない場合には、制御手段１０は第１のハイトセンサー７１または第２のハイトセンサー７２がチャックテーブルの外周部またはウエーハ１１の被研削面に漂う研削屑または脱落した砥粒の上に瞬間的に乗り上げ異常値を出力したものと判断し、上記ステップS4における演算結果を無視し上記ステップS3に戻って研削送りを継続する。一方、ステップS5においてウエーハ１１の厚み(h)が予測値(H)の許容範囲(±α)である場合には、制御手段１０はステップS6に進んでウエーハ１１の厚み(h)が目標の厚み(T)に達したか（h≦T）否かをチェックする。ステップS6においてウエーハ１１の厚み(h)が目標の厚み(T)に達していない場合には、制御手段１０は上記ステップS3に戻りステップS3乃至ステップS6を繰り返し実行する。一方、ウエーハ１１の厚み(h)が目標の厚み(T)に達した場合には、制御手段１０はステップS7に進んで研削送り手段５のパルスモータ５４を逆転駆動し、研削ユニット３を上昇させて停止し、研削送りを終了する。

以上のように本発明においては、第１のハイトセンサー７１および第２のハイトセンサー７２からの検出信号に基いて演算して求められたウエーハ１１の厚み(h)が予測値(H)の許容範囲(±α)でない場合には、制御手段１０は第１のハイトセンサー７１または第２のハイトセンサー７２がチャックテーブルに外周部またはウエーハ１１の被研削面に漂う研削屑または脱落した砥粒の上に瞬間的に乗り上げ異常値を出力したものと判断し、研削送り手段による研削送りを継続して実施するので、ウエーハ１１の厚みが予め設定された目標の厚み(T)に達していないのに研削送りを停止して研削作業を終了することはない。

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要部斜視図。図１に示す研削装置に装備される制御手段のブロック図。図１に示す研削装置によって実施する研削加工時の説明図。図１に示す研削装置に装備される制御手段による制御手順を示すフローチャート。図１に示す研削装置によって実施する研削加工における研削時間に対する被加工物の厚み予測値を示す制御マップ。

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
４：スピンドルユニット
４２：回転スピンドル
４３：サーボモータ
４４：ホイールマウント
４５：研削ホイール
５：研削送り手段
５４：パルスモータ
６：チャックテーブル機構
６２：チャックテーブル
６３：サーボモータ
６６：チャックテーブル移動機構
７１：第１のハイトセンサー
７２：第２のハイトセンサー
１０：制御手段
１１：ウエーハ
１２：保護テープ

Claims

被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの該保持面に保持された被加工物を研削するための研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの該保持面に垂直な方向に研削送りする研削送り手段と、該チャックテーブルの上面の高さ位置を検出する第１のハイトセンサーと、該チャックテーブル上に保持された被加工物の被研削面の高さ位置を検出する第２のハイトセンサーと、該第１のハイトセンサーおよび第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて該研削送り手段を制御する制御手段と、を具備する研削装置において、
該制御手段は、該研削送り手段を作動して研削送りを開始したら該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号を所定時間入力して研削時間に対する被加工物の厚み予測値を求め、以後、該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが該予測値の許容範囲でない場合には該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号が異常値であると判断して無視し該研削送り手段による研削送りを継続して実施するとともに該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号を入力し、該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが該予測値の許容範囲ではあるが目標の厚みに達しない場合には該研削送り手段による研削送りを継続して実施するとともに該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号を入力し、該第１のハイトセンサーおよび該第２のハイトセンサーからの検出信号に基いて求めた被加工物の厚みが該予測値の許容範囲で且つ目標の厚みに達したら該研削送り手段による研削送りを停止する、
ことを特徴とする研削装置。