JP5957338B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の板状ワークを研削する研削装置に関する。

半導体ウェーハ等の板状ワークを研削する研削装置においては、回転可能な研削スピンドルにホイールマウントを介して研削ホイールが装着されており、研削ホイールには研削砥石が固着されている。そして、特に、難研削材の研削を効率よく行うために、研削ホイールに超音波振動子を備え、回転する研削砥石の板状ワークに対する押圧に加え、研削砥石の超音波振動をも用いて板状ワークの研削を行う技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。一方、研削砥石とそれが取り付けられる本体との間の振動絶縁が十分でないと、超音波振動が装置本体に伝わったり、効率的に超音波振動を維持できなかったりするという問題がある。これに対して、振動を絶縁する構造が提案されている(特許文献２、３参照)。

特開２０１１−１５２６０５号公報 特開２０１０−１９４６５１号公報 特開２０１１−５６５８８号公報

しかし、上記いずれの構造を採用しても、依然として振動の絶縁を十分に行うことができないという問題がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、回転する研削砥石を超音波振動させて板状ワークの研削を行う研削装置において、超音波振動子から発生する超音波振動を研削スピンドルおよび装置本体に伝播させないようにすることを目的とする。

本発明は、板状のワークであるウェーハを保持するチャックテーブルと、チャックテーブルが保持するウェーハを研削する研削砥石と、研削砥石が固着された研削ホイールを着脱可能とするホイールマウントと、ホイールマウントが装着され回転可能な研削スピンドルと、研削ホイールに配設される超音波振動子と、超音波振動子に高周波電力を供給する電力供給部と、を少なくとも備えた研削装置に関し、ホイールマウントには、袋体に流体を供給する流体供給口と、電力供給部に接続された給電端子と、を備え、研削ホイールは、ホイールマウントに装着される装着部と、装着部に配設され給電端子に連結され高周波電力を受電する受電端子と、装着部に連結される袋体と、袋体の下面に装着され受電端子に接続される超音波振動子と、超音波振動子に密着する研削砥石と、を備え、流体供給口は、研削スピンドルを貫通する流体供給路に連通し、流体供給路を介して流体供給源に接続され、流体供給源から袋体の内部に流体を供給して袋体を膨らませ、膨らませた袋体の下面に装着された超音波振動子に電力供給部から高周波電力を供給することで、研削砥石に超音波振動を伝播させる。

上記研削装置においては、袋体の内部圧力を制御する制御部を備え、研削中における袋体の内部圧力は、制御部によって所定の圧力に維持され、研削砥石がウェーハを押圧する際の研削荷重が一定に維持されることが望ましい。

研削ホイールについては、装着部がリング状に形成され袋体がドーナツ状に形成された構成、研削ホイールに固着された個々の研削砥石に対応して個別に袋体を配設した構成、複数の研削砥石を備えた砥石ユニットに対応して、砥石ユニットごとに袋体を配設した構成、超音波振動子と受電端子とを接続する接続配線が袋体の内部に配設されている構成等がある。

本発明に係る研削装置は、袋体の下面に超音波振動子を装着し、超音波振動子に研削砥石を密着させて固定したため、袋体に流体を供給して袋体を膨らませた状態で超音波振動子を振動させて研削を行うと、超音波振動が袋体によって遮断され、研削スピンドルには振動がほとんど伝わらない。したがって、超音波振動を効率よく研削砥石に伝えることができるため、難研削材の研削が可能となる。

また、制御部によって袋体の内部圧力が所定の圧力に維持されることにより、ウェーハに対する押圧荷重が一定に維持されるため、ウェーハにダメージを与えることなく、安定的に研削を行うことができる。

研削ホイールの装着部がリング状に形成され、袋体がドーナツ状に形成されると、装着部及び袋体の中心部に加工液供給ノズルを通すことができるため、研削砥石の回転軌道の中心部から加工液を噴出することができる。

研削ホイールに固着された個々の研削砥石または砥石ユニットに対応して個別に袋体を配設すると、個々の研削砥石または砥石ユニットごとに加圧力及び超音波発振条件を調整することが可能であり、ウェーハにダメージを与えたり、研削砥石が損傷したりすることなく、良好な研削を行うことができる。

超音波振動子と受電端子とを接続する接続配線が袋体の内部に配設されていると、配線が外部に露出しないため、断線等のおそれがなくなり、研削砥石を安定的に超音波振動させることができる。

研削装置の第１の実施形態を略示的に示す断面図である。 研削装置の第２の実施形態を略示的に示す断面図である。 研削装置の第２の実施形態を示す底面図である。 研削装置の第３の実施形態を略示的に示す断面図である。 研削装置の第３の実施形態を示す底面図である。 研削装置の第４の実施形態を略示的に示す断面図である。 研削装置の第４の実施形態を示す底面図である。

（１）第１の実施形態
図１に示す研削装置１は、チャックテーブル２において保持した板状のワークを研削手段３によって研削する装置であり、チャックテーブル２は、板状のワークであるウェーハＷを保持して回転可能となっている。

研削手段３は、鉛直方向の軸心を有し回転可能な研削スピンドル４と、研削スピンドル４を回転可能に支持するハウジング５と、研削スピンドル４の下端に装着されたホイールマウント６と、ホイールマウント６に装着された研削ホイール７とを備えている。

研削ホイール７は、ホイールマウント６に装着される部分である装着部７０と、装着部７０に連結される袋体７１と、袋体７１の下面に装着される超音波振動子７２と、超音波振動子７２に密着した状態でリング状に固着された研削砥石７３と、装着部７０に配設され超音波振動子７２と接続され超音波振動子７２の動作に必要となる高周波電力を受電する受電端子７４とを備えている。なお、研削砥石７３は、袋体７１の下面に全面配置するようにしてもよい。装着部７０は、中心部分が厚さ方向に貫通したリング状に形成されている。袋体７１は、中心部分が厚さ方向に貫通し、外径がホイールマウント６と同等かホイールマウント６より大径のドーナツ形状に形成されている。また、超音波振動子７２と受電端子７４とを接続する接続配線７１０は、袋体７１の内部に配設されており、外部に露出しないため、断線等のおそれがなくなり、研削砥石７３を安定的に超音波振動させることができる。

ホイールマウント６には、袋体７１に流体を供給する流体供給口６０と、受電端子７４と連結される給電端子６１とを備えている。給電端子６１は、高周波電力を超音波振動子７２に供給する電力供給部８３に接続されている。ホイールマウント６に研削ホイール７を装着した状態では、給電端子６１と受電端子７４とが接続される。

研削スピンドル４には、軸方向に貫通する流体供給路４０が形成されている。この流体供給路４０は、ホイールマウント６に形成された流体供給口６０に連通しているとともに、袋体７１に対する流体の供給源である流体供給源８１に連通している。

流体供給路４０には、流体の圧力を測定する圧力計４１と、流体の圧力を調整するレギュレータ４２とが設けられており、圧力計４１及びレギュレータ４２には制御部８２が接続されている。制御部８２は、圧力計４１によって測定された流体の圧力値に基づき、レギュレータ４２を用いて袋体７１の内部圧力を調整することができる。

流体供給路４０を介して流体供給源８１から袋体７１に流体、例えばエアが供給されると、袋体７１が膨張する。また、電力供給部８３から超音波振動子７２に電力が供給されると、超音波振動子７２が振動し、その振動を研削砥石７３に伝播させることができる。なお、流体としては、エアのほかに、水等を使用することができる。

研削手段３は、研削送り手段９によって駆動されて昇降可能となっている。研削送り手段９は、鉛直方向の軸心を有するボールネジ９０と、ボールネジ９０を回転させるモータ９１と、ボールネジ９０に螺合するナット構造を有する昇降部９２とから構成され、モータ９１によって駆動されてボールネジ９０が回転すると、昇降部９２が昇降する構成となっている。昇降部９２は、研削手段３を構成するハウジング５に連結されており、昇降部９２の昇降によって研削手段３も昇降する構成となっている。

このように構成される研削装置１では、チャックテーブル２において研削しようとするウェーハＷを保持し、チャックテーブル２を回転させる。また、流体供給源８１より袋体７１にエアを供給して袋体７１を膨張させ、袋体７１の内部の圧力を一定に維持して、研削スピンドル４を回転させるとともに、研削送り手段９は、研削手段３を保持手段２に接近する方向に研削送りする。さらに、電力供給部８３から超音波振動子７２に対して電力を供給して超音波振動子７２を振動させることにより、研削砥石７３を超音波振動させる。

研削手段３が降下することにより、研削砥石７３がウェーハＷの上面Ｗａに接触し、さらに研削送りを行い、そこで研削送りを停止し、ウェーハＷの上面Ｗａを研削する。

研削中は、圧力計４１によって袋体７１の内部の圧力を監視する。研削送りを停止した状態で研削によりウェーハＷが薄化されると、エアバッグ２３の内部圧力が徐々に減圧されるため、かかる減圧を防ぐために、制御部８２による制御の下で流体供給源８１から袋体７１に対してエアを供給することにより、袋体７１の内部圧力を一定の値に維持する。具体的には、圧力計４１が袋体７１の内部圧力を検知し、その値を制御部８２が読み取り、圧力計４１が検知する袋体７１の内部圧力が一定となるように、レギュレータ４２を制御する。
また、研削送りを連続的に行いながら、袋体７１の内部圧力が一定となるように制御しながら研削加工を行うこともできる。

このように、袋体７１の内部圧力を調整することにより、研削砥石７３がウェーハＷを押圧する押圧荷重を一定に維持することができる。また、ウェーハＷの加工特性に応じた圧力に調整して研削加工を行うことができる。

超音波振動子７２は、袋体７１の下面に装着されているため、袋体７１にも振動が伝播するが、袋体７１が振動を遮断するため、ホイールマウント６、研削スピンドル４及びハウジング５には振動がほとんど伝わらない。したがって、超音波振動を効率よく研削砥石７３に伝えることができるため、難研削材の研削も可能となる。

（２）第２の実施形態
図２に示す研削ホイール７ａは、本発明の第２の実施形態を示しており、この研削ホイール７ａにおいては、袋体７１ａがドーナツ型に形成されており、装着部７０ａにおいて袋体７１ａの上部がホイールマウント６に固着されている。袋体７１ａの下部は、図２及び図３に示すように、基台７５ａによって支持されている。なお、研削装置のうち研削ホイール７ａ以外の部分は、図示していないが、第１の実施形態と同様に構成されている。

基台７５ａの外周部の下面には、基台７５ａの外周部の円弧に沿って形成されたリング状の基台７６０を介して複数の砥石ユニット７６が固定されている。各砥石ユニット７６は、取付ボルト７７によって基台７５ａに固定されている。砥石ユニット７６は、基台７６０の上面に取り付けられた超音波振動子７２ａと、基台７６０の下面に取り付けられた研削砥石７３ａとから構成されている。図３の例では、１つの砥石ユニット７６には、２つの研削砥石７３ａを備えている。また、超音波振動子７２は、接続配線７１０ａによって、図１に示した電力供給部８３に接続されている。

ホイールマウント６の中心部及び基台７５ａの中心部には、加工液供給ノズル７８が貫通し、基台７５ａの下方に突出している。装着部７０ａがリング状に形成され、袋体７１ａがドーナツ状に形成され、ともに中心部に貫通孔が形成されているため、中心部に加工液供給ノズル７８を通すことが可能となっており、研削砥石７３ａの回転軌道の中心部から加工液を噴出することができる。

このように構成される研削ホイール７ａでは、ウェーハの研削時に研削ホイール７ａが回転するとともに超音波振動子７２ａが振動することにより、研削砥石７３ａが超音波振動しながら研削が行われる。研削ユニット７６が固定される基台７５ａとホイールマウント６との間には袋体７１ａが介在しているため、袋体７１が振動を遮断し、ホイールマウント６、図１に示した研削スピンドル４及びハウジング５には振動がほとんど伝わらない。したがって、超音波振動を効率よく研削砥石７３に伝えることができるため、難研削材の研削も可能となる。

（３）第３の実施形態
図４に示す研削ホイール７ｂは、本発明の第３の実施形態を示しており、この研削ホイール７ｂにおいては、第１の袋体７１ｂと第２の袋体７１ｃとを備え、第１の袋体７１ｂはドーナツ型に形成され、第２の袋体７１ｃは内部に空間を有する扁平球状に形成されている。第１の袋体７１ｂは、ホイールマウント６とほぼ同様の外径を有し、その上部が装着部７０ｂにおいてホイールマウント６に固着され、下部は、第一の袋体７１ｂとほぼ外径の等しいリング状に形成された第１の基台７５ｂに固着されている。一方、第二の袋体７１ｃは、その上部が装着部７０ｃにおいて第１の基台７５ｂに固着され、下部は、円形に形成された第２の基台７５ｃに固着されている。ホイールマウント６の中心部と第１の基台７５ｂの中心部には、加工液供給ノズル７８が貫通し、第１の基台７５ｂの下方に突出している。なお、研削装置のうち研削ホイール７ｂ以外の部分は図示していないが、第１の実施形態と同様に構成されている。

図４に示すように、第２の基台７５ｃの下部には、それぞれの第２の基台７５ｃに対応させて個別に振動子ユニット７９がそれぞれ固着されている。振動子ユニット７９は、板状に形成されたベース部材７９０と、ベース部材７９０に収容された超音波振動子７９１とから構成されている。また、超音波振動子７９１は、接続配線７１０ａによって、図１に示した電力供給部８３に接続されている。

それぞれの振動子ユニット７９の外周側側方には、砥石ユニット８０がそれぞれ取付ボルト８０１によって取り付けられている。各砥石ユニット８０は、ベース部８００と、ベース部８００を水平方向に貫通しその先端が振動子ユニット７９のベース部材７９０に螺着される取付ボルト８０１と、ベース部８００の下面に固着された研削砥石８０２とから構成されている。研削砥石８０２は、全体としてリング状に配置されている。砥石ユニット８０に対応して、砥石ユニット８０ごとに第２の袋体７１ｃが配設されている。なお、図５の例では、１つの砥石ユニット８０に２つの研削砥石８０２を備えているが、１つの砥石ユニットに１つまたは３つ以上の研削砥石を備える構成としてもよい。

各振動子ユニット７９は、第１の袋体７１ｂと第２の袋体７１ｃを介してホイールマウント６に連結されているため、第１の袋体７１ｂ及び第２の袋体７１ｃが超音波振動子７９１の振動を遮断し、ホイールマウント６、研削スピンドル４及びハウジング５には振動がほとんど伝わらない。したがって、超音波振動を効率よく研削砥石８０２に伝えることができるため、難研削材の研削も可能となる。

また、各砥石ユニット８０が共通の基台等に固定されていると、磨耗の進行が遅い研削砥石にかかる負荷が大きくなり、ウェーハの特定の部分にダメージを与えたり、研削砥石が損傷したりすることがあるが、研削ホイール７ｂにおいては、各砥石ユニット８０がそれぞれ別の振動子ユニット７９に固定されているため、研削砥石８０２の磨耗量に差がある場合も、一定の圧力で加圧を続けることができ、ウェーハにダメージを与えたり、研削砥石８０２が損傷したりすることなく、良好な研削が可能となる。

（４）第４の実施形態
図６に示す研削ホイール７ｃは、本発明の第４の実施形態を示しており、この研削ホイール７ｃにおいては、複数の扁平球状の袋体７１ｄの上部がそれぞれ装着部７０ｃにおいてホイールマウント６に固着され、袋体７１ｄの下部は円板状に形成された基台７５ｄに固着されている。なお、研削装置のうち研削ホイール以外の部分は図示していないが、第１の実施形態と同様に構成されている。

図７に示すように、基台７５ｄの下部には、各基台７５ｄに対応させて個別に振動子ユニット７９がそれぞれ固着されている。すなわち、１つの袋体７１ｄに基台７５ｄを介して１つの振動子ユニット７９が固定されている。振動子ユニット７９は、板状に形成されたベース部材７９０と、ベース部材７９０に収容された超音波振動子７９１とから構成されている。ホイールマウント６の中心部には加工液供給ノズル７８が貫通し、ホイールマウント６の下方に突出している。また、超音波振動子７９１は、接続配線７１０ａによって、図１に示した電力供給部８３に接続されている。

それぞれの振動子ユニット７９の外周側側方には、砥石ユニット８０がそれぞれ取付ボルト８０１によって取り付けられている。各砥石ユニット８０は、ベース部８００と、ベース部８００を水平方向に貫通しその先端が振動子ユニット７９のベース部材７９０に螺着される取付ボルト８０１と、ベース部８００の下面に固着された研削砥石８０２とから構成されている。研削砥石８０２は、全体としてリング状に配置されている。なお、図７の例では、１つの砥石ユニットに２つの研削砥石８０２を備えているが、１つの砥石ユニットに１つまたは３つ以上の研削砥石を備える構成としてもよい。

各振動子ユニット７９は、袋体７１ｄを介してホイールマウント６に連結されているため、袋体７１ｄが超音波振動子７９１の振動を遮断し、ホイールマウント６、研削スピンドル４及びハウジング５には振動がほとんど伝わらない。したがって、超音波振動を効率よく研削砥石８０２に伝えることができるため、難研削材の研削も可能となる。

また、研削ホイール７ｃにおいては、各砥石ユニット８０がそれぞれ別の振動子ユニット７９に固定されているため、研削砥石８０２の磨耗量に差がある場合も、一定の圧力で加圧を続けることができ、ウェーハにダメージを与えたり、研削砥石８０２が損傷したりすることなく、良好な研削が可能となる。

さらに、それぞれの砥石ユニット８０がそれぞれの袋体７１ｄに固着され、それぞれの袋体７１ｄがその圧力を独立で制御できる図示しない複数のレギュレータに接続されていることによって、個々の砥石ユニット８０ごとに加圧力及び超音波発振条件を調整することができる。このため、この観点からも、ウェーハにダメージを与えたり、研削砥石８０２が損傷したりすることなく、良好な研削が可能となる。

１：研削装置
２：チャックテーブル
３：研削手段
４：研削スピンドル ４０：流体供給路 ４１：圧力計 ４２：レギュレータ
５：ハウジング
６：ホイールマウント ６０：流体供給口
６１：給電端子
７、７ａ、７ｂ、７ｃ：研削ホイール
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ：装着部
７１、７１ａ、７１ｄ：袋体 ７１ｂ：第１の袋体 ７１ｃ：第２の袋体
７１０、７１０ａ：接続配線
７２、７２ａ：超音波振動子
７３、７３ａ：研削砥石 ７４：受電端子
７５ａ、７５ｄ：基台 ７５ｂ：第１の基台 ７５ｃ：第２の基台
７６：砥石ユニット ７６０：基台
７７：取付ボルト ７８：加工液供給ノズル
７９：振動子ユニット ７９０：ベース部材 ７９１：超音波振動子
８０：砥石ユニット
８００：ベース部 ８０１：取付ボルト ８０２：研削砥石
８１：流体供給源 ８２：制御部 ８３：電力供給部
９：研削送り手段 ９０：ボールネジ ９１：モータ ９２：昇降部
Ｗ：ウェーハ

Claims (6)

1. 板状のワークであるウェーハを保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルが保持するウェーハを研削する研削砥石と、
   該研削砥石が固着された研削ホイールを着脱可能とするホイールマウントと、
   該ホイールマウントが装着され回転可能な研削スピンドルと、
   該研削ホイールに配設される超音波振動子と、
   該超音波振動子に高周波電力を供給する電力供給部と、を少なくとも備えた研削装置であって、
   該ホイールマウントには、該袋体に流体を供給する流体供給口と、該電力供給部に接続された給電端子と、を備え、
   該研削ホイールは、該ホイールマウントに装着される装着部と、該装着部に配設され該給電端子に連結され高周波電力を受電する受電端子と、該装着部に連結される袋体と、該袋体の下面に装着され該受電端子に接続される該超音波振動子と、該超音波振動子に密着する該研削砥石と、を備え、
   該流体供給口は、該研削スピンドルを貫通する流体供給路に連通し、該流体供給路を介して流体供給源に接続され、
   該流体供給源から該袋体の内部に流体を供給して該袋体を膨らませ、膨らませた該袋体の下面に装着された該超音波振動子に該電力供給部から高周波電力を供給することで、該研削砥石に超音波振動を伝播させる研削装置。
2. 前記袋体の内部圧力を制御する制御部を備え、研削中における該袋体の内部圧力は、該制御部によって所定の圧力に維持され、前記研削砥石がウェーハを押圧する際の研削荷重が一定に維持される請求項１記載の研削装置。
3. 前記研削ホイールは、前記装着部がリング状に形成され、前記袋体がドーナツ状に形成された請求項1又は２記載の研削装置。
4. 前記研削ホイールに固着された個々の研削砥石に対応して、個別に前記袋体を配設した請求項１、２又は３記載の研削装置。
5. 複数の研削砥石を備えた砥石ユニットに対応して、該砥石ユニットごとに前記袋体を複数配設した請求項１、２又は３に記載の研削装置。
6. 前記超音波振動子と前記受電端子とを接続する接続配線は、前記袋体の内部に配設されている請求項１、２又は３記載の研削装置。

Images