JP6292958B2

JP6292958B2 - 研削装置

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Publication number: JP6292958B2
Application number: JP2014086172A
Authority: JP
Inventors: 修長井
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2034-04-18
Also published as: JP2015205358A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を所定の厚みに研削する研削装置に関する。

例えば、半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるウエーハの表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成し、該デバイスが形成された各領域を分割予定ラインに沿って分割することにより個々のデバイスを製造している。なお、ウエーハは、一般に個々のデバイスに分割する前にその裏面を研削装置によって研削して所定の厚みに形成される。

研削装置は、被加工物を保持する保持面を有する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物の上面を研削する研削ホイールを備えた研削手段と、該研削手段を被加工物保持手段の保持面に垂直な方向に移動せしめる研削送り手段と、被加工物保持手段と研削手段および研削送り手段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２００７−１９４４７１号公報

而して、被加工物は円形でない場合には、被加工物を均一な厚みに研削することができないという問題がある。
即ち、被加工物保持手段は被加工物を保持する保持面が僅かな円錐形に形成された保持テーブルと、円錐形の頂点を中心として保持テーブルを回転する駆動手段とから構成されており、研削ホイールを構成する環状に配設された研削砥石は、円錐形に形成された保持面の頂点から裾野に倣うように位置付けられて研削するので、例えば被加工物が正四角形の場合、被加工物に対して研削砥石が接触する接触領域は対角線上で最も大きくなり、対角線から４５度の位置で最も小さくなることに起因して、被加工物の厚みは対角線上で厚く対角線から４５度の位置で薄くなるという問題がある。

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、円形でない被加工物でも均一な厚み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有する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物の上面を研削する研削ホイールを備えた研削手段と、該研削手段を被加工物保持手段の保持面に垂直な方向に移動せしめる研削送り手段と、被加工物保持手段と研削手段および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、
該被加工物保持手段は、被加工物を保持する保持面が円錐形に形成された保持テーブルと、円錐形の頂点を中心として保持テーブルを回転する回転駆動手段とを備え、
該研削ホイールを構成する環状に配設された研削砥石は、円錐形に形成された保持面の頂点から裾野に倣うように位置付けられて研削するように構成されており、
該制御手段は、該保持テーブルを回転によって該研削砥石が被加工物に接触する接触領域の変化に追随して、該接触領域が小さいときには該保持テーブルの回転速度が速く、該接触領域が大きいときには該保持テーブルの回転速度が遅くなるように該回転駆動手段を制御し、
被加工物の形状が正四角形とし、対角線から４５度の位置における該保持テーブルの角速度を(ω)とし、対角線から４５度を基準として該接触領域が(θ)の位置にある場合の角速度を(τ)とすると、
該制御手段は、(θ)が０度〜４５度、４５度〜９０度、９０度〜１３５度、１３５度〜１８０度、１８０度〜２２５度、２２５度〜２７０度、２７０度〜３１５度、３１５度〜３６０度を繰り返す範囲で、τ＝ωcosθ、τ＝ωcos(９０度−θ)、τ＝ωcos(θ−９０度)、τ＝ωcos(１８０度−θ)、τ＝ωcos(θ−１８０度)、τ＝ωcos(２７０度−θ)、τ＝ωcos(θ−２７０度)、τ＝ωcos(３６０度−θ)となるように該回転駆動手段を制御する、
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においては、被加工物保持手段は、被加工物を保持する保持面が円錐形に形成された保持テーブルと、円錐形の頂点を中心として保持テーブルを回転する回転駆動手段とを備え、
研削ホイールを構成する環状に配設された研削砥石は、円錐形に形成された保持面の頂点から裾野に倣うように位置付けられて研削するように構成されており、
制御手段は、保持テーブルを回転によって研削砥石が被加工物に接触する接触領域の変化に追随して、接触領域が小さいときには保持テーブルの回転速度が速く、接触領域が大きいときには保持テーブルの回転速度が遅くなるように回転駆動手段を制御し、
被加工物の形状が正四角形とし、対角線から４５度の位置における保持テーブルの角速度を(ω)とし、対角線から４５度を基準として接触領域が(θ)の位置にある場合の角速度を(τ)とすると、
制御手段は、(θ)が０度〜４５度、４５度〜９０度、９０度〜１３５度、１３５度〜１８０度、１８０度〜２２５度、２２５度〜２７０度、２７０度〜３１５度、３１５度〜３６０度を繰り返す範囲で、τ＝ωcosθ、τ＝ωcos(９０度−θ)、τ＝ωcos(θ−９０度)、τ＝ωcos(１８０度−θ)、τ＝ωcos(θ−１８０度)、τ＝ωcos(２７０度−θ)、τ＝ωcos(θ−２７０度)、τ＝ωcos(３６０度−θ)となるように回転駆動手段を制御するので、被加工物が円形でない場合であっても均一な厚みに研削することができる。

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被加工物保持手段の斜視図。図２に示す被加工物保持手段を構成する保持テーブルの断面図。図１に示す研削装置に装備される制御手段のブロック構成図。被加工物としての正四角形状のウエーハが円形の保護テープに貼着された状態を示す斜視図。図１に示す研削装置によって実施される研削工程を示す説明図。

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１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に移動基台３が摺動可能に装着されている。移動基台３は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１、３１が設けられており、この一対の脚部３１、３１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３１１、３１１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３の前面には前方に突出した支持部３２が設けられている。この支持部３２に研削手段としてのスピンドルユニット４が取り付けられる。

スピンドルユニット４は、支持部３２に装着された円筒状の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５が取り付けられる。研削ホイール５は、環状のホイール基台５１と該ホイール基台５１の下面における外周部の砥石装着部に環状に装着された複数の研削砥石５２とからなっており、環状のホイール基台５１が締結ボルト５３によってホイールマウント４４に装着される。なお、スピンドルユニット４は、研削ホイール５を構成する研削砥石５２の下面である研削面が後述する被加工物保持手段の保持テーブルを構成する吸着保持チャックの保持面である円錐面と平行になるように、即ち頂点から裾野に倣うように位置付けられている。

図示の実施形態における研削装置１は、上記スピンドルユニット４を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向に移動せしめる研削送り手段６を備えている。この研削送り手段６は、直立壁２２の前側に配設され上下方向に延びる雄ねじロッド６１を具備している。この雄ねじロッド６１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６２および６３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材６２には雄ねじロッド６１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ６４が配設されており、このパルスモータ６４の出力軸が雄ねじロッド６１に伝動連結されている。上記移動基台３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）が形成されており、この連結部には貫通雌ねじ穴（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６１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ６４が正転すると移動基台３およびスピンドルユニット４が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ６４が逆転すると移動基台３およびスピンドルユニット４が上昇即ち後退せしめられる。

図１を参照して説明を続けると、ハウジング２の主部２１には被加工物保持機構７が配設されている。被加工物保持機構７は、被加工物保持手段７０と、該被加工物保持手段７０の周囲を覆うカバー部材８１と、該カバー部材８１の前後に配設された蛇腹手段８２および８３を具備している。被加工物保持手段７０は、図示しない移動手段によって図１に示す被加工物着脱域２４と上記研削ユニット４を構成する研削ホイール５と対向する研削域２５との間で移動せしめられる。蛇腹手段８２および８３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８２の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材８１の前端面に固定されている。また、蛇腹手段８３の前端はカバー部材８１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。被加工物保持手段７０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８２が伸張されて蛇腹手段８３が収縮され、被加工物保持手段７０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８２が収縮されて蛇腹手段８３が伸張せしめられる。

次に、上記被加工物保持手段７０について、図２および図３を参照して説明する。
被加工物保持手段７０は、図３に示すように被加工物を保持する保持テーブル７１と、該保持テーブル７１を回転する回転駆動手段としてのサーボモータ７２とからなっており、該サーボモータ７２の回転軸７２１が保持テーブル７１に連結されている。なお、サーボモータ７２には、保持テーブル７１の回転角度を検出するためのロータリーエンコーダ７２２が配設されている。このロータリーエンコーダ７２２は、検出信号を後述する制御手段に送る。上記保持テーブル７１は、円形状のテーブル本体７１１と、該テーブル本体７１１の上面に配設された円形状の吸着保持チャック７１２とからなっている。テーブル本体７１１は、ステンレス鋼等の金属材によって形成されており、上面に円形の嵌合凹部７１１aが形成されており、この嵌合凹部７１１aの底面外周部に環状の載置棚７１１bが設けられている。そして、嵌合凹部７１１aに無数の吸引孔を備えたポーラスなセラミックス等からなる多孔性部材によって形成された吸着保持チャック７１２が嵌合される。このようにテーブル本体７１１の嵌合凹部７１１aに嵌合された吸着保持チャック７１２は、上面である保持面７１２aが図３において誇張して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。この円錐形に形成された保持面７１２a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。また、テーブル本体７１１には、嵌合凹部７１１aに連通する連通路７１１cが形成されており、この連通路７１１cが図示しない吸引手段に連通されている。従って、吸着保持チャック７１２の上面である保持面７１２a上に被加工物を載置し、図示しない吸引手段を作動することにより被加工物は保持面７１２a上に吸引保持される。

図示の実施形態における研削装置１は、図４に示す制御手段９を具備している。制御手段９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）９１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）９２と、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）９３と、入力インターフェース９４および出力インターフェース９５とを備えている。制御手段９の入力インターフェース９４には、上記ロータリーエンコーダ７２２等からの検出信号が入力される。そして、制御手段９の出力インターフェース９５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６のパルスモータ６４、被加工物保持手段７０のサーボモータ７２等に制御信号を出力する。

図１乃至図４に示す研削装置１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５には、本発明による加工方法によって加工される被加工物としての正四角形状のウエーハが示されている。図５に示すウエーハ１０は、一辺が１５０mm、厚みが３００μmに形成されている。このように形成されたウエーハ１０は、円形の保護テープTに貼着される。

上述したウエーハ１０を所定の厚みに研削するには、保護テープTに貼着されたウエーハ１０を図１に示す研削装置１における被加工物着脱域２４に位置付けられている被加工物保持手段７０の保持テーブル７１を構成する吸着保持チャック７１２の保持面７１２aに保護テープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより吸着保持チャック７１２上に保護テープTを介してウエーハ１０を吸引保持する。このようにして、吸着保持チャック７１２上に保護テープTを介してウエーハ１０を吸引保持したならば、図示しない移動手段を作動して被加工物保持手段７０を構成する保持テーブル７１を矢印２３ａで示す方向に移動し研削域２５に位置付ける。

このようにして保持テーブル７１が研削域２５に位置付けられると、図６の(a)に示すように研削ホイール５を構成する研削砥石５２の下面である研削面が保持テーブル７１を構成する吸着保持チャック７１２の保持面７１２aである円錐面と平行になるように、即ち頂点から裾野に倣うように位置付けられる。従って、吸着保持チャック７１２の保持面７１２aに保護テープTを介して吸引保持されたウエーハ１０の上面も保持面７１２aである円錐面に倣って円錐面となっているため、研削ホイール５を構成する研削砥石５２の下面である研削面はウエーハ１０の上面（円錐面）と平行になるように、即ち頂点から裾野に倣うように位置付けられることになる。

次に、図６の(a)に示す状態から保持テーブル７１を矢印７１aで示す方向に後述するように回転するとともに、研削ホイール５を図６の(a)に示すように矢印５aで示す方向に例えば６０００rpmの回転速度で回転しつつ矢印Fで示す方向に研削送りする。この結果、研削ホイール５を構成する研削砥石５２とウエーハ１０は図６の(b)に示す切削領域で接触することになる。ここで、保持テーブル７１を回転するサーボモータ７２の回転速度について説明する。
図５および図６の(b)に示すように被加工物としてのウエーハ１０が正四角形の場合、上述したようにウエーハ１０に対して研削ホイール５の研削砥石５２が接触する接触領域Sは対角線上で最も大きくなり、対角線から４５度の位置で最も小さくなることに起因して、ウエーハ１０の厚みは対角線上で厚く対角線から４５度の位置で薄くなるという問題がある。このような問題を解消するために、本発明においては、保持テーブル７１を回転によって研削砥石５２がウエーハ１０に接触する接触領域の変化に追随して、該接触領域が小さいときには保持テーブル７１の回転速度が速く、接触領域が大きいときには保持テーブル７１の回転速度が遅くなるように回転駆動手段としてのサーボモータ７２を制御する。

以下、ウエーハ１０の形状が正四角形の場合における回転駆動手段としてのサーボモータ７２の制御について説明する。
ウエーハ１０と研削砥石５２との接触面積に反比例するように保持テーブル７１の角速度を制御する。即ち、図６の(b)に示すように対角線から４５度の位置における保持テーブル７１の角速度を(ω)とし、対角線から４５度を基準として接触領域Sが(θ)の位置にある場合の角速度を(τ)とすると、(θ)が０度〜４５度、４５度〜９０度、９０度〜１３５度、１３５度〜１８０度、１８０度〜２２５度、２２５度〜２７０度、２７０度〜３１５度、３１５度〜３６０度を繰り返す範囲で、τ＝ωcosθ、τ＝ωcos(９０度−θ)、τ＝ωcos(θ−９０度)、τ＝ωcos(１８０度−θ)、τ＝ωcos(θ−１８０度)、τ＝ωcos(２７０度−θ)、τ＝ωcos(θ−２７０度)、τ＝ωcos(３６０度−θ)となるようにサーボモータ７２を制御する。この結果、正四角形のウエーハ１０における研削ホイール５の研削砥石５２が接触する接触領域が大きい対角線領域の回転速度は遅く、対角線から４５度の領域の回転速度は対角線領域の回転速度より速くなる。従って、正四角形のウエーハ１０は均一な厚みに研削される。

２：装置ハウジング
４：スピンドルユニット
４１：スピンドルハウジング
４２：回転スピンドル
４４：ホイールマウント
５：研削ホイール
５１：ホイール基台
５２：研削砥石
６：研削送り手段
７：被加工物保持機構
７０：被加工物保持手段
７１：保持テーブル
７２：サーボモータ
７２２：ロータリーエンコーダ
９：制御手段
１０：ウエーハ

Claims

被加工物を保持する保持面を有する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物の上面を研削する研削ホイールを備えた研削手段と、該研削手段を被加工物保持手段の保持面に垂直な方向に移動せしめる研削送り手段と、被加工物保持手段と研削手段および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、
該被加工物保持手段は、被加工物を保持する保持面が円錐形に形成された保持テーブルと、円錐形の頂点を中心として保持テーブルを回転する回転駆動手段とを備え、
該研削ホイールを構成する環状に配設された研削砥石は、円錐形に形成された保持面の頂点から裾野に倣うように位置付けられて研削するように構成されており、
該制御手段は、該保持テーブルを回転によって該研削砥石が被加工物に接触する接触領域の変化に追随して、該接触領域が小さいときには該保持テーブルの回転速度が速く、該接触領域が大きいときには該保持テーブルの回転速度が遅くなるように該回転駆動手段を制御し、
被加工物の形状が正四角形とし、対角線から４５度の位置における該保持テーブルの角速度を(ω)とし、対角線から４５度を基準として該接触領域が(θ)の位置にある場合の角速度を(τ)とすると、
該制御手段は、(θ)が０度〜４５度、４５度〜９０度、９０度〜１３５度、１３５度〜１８０度、１８０度〜２２５度、２２５度〜２７０度、２７０度〜３１５度、３１５度〜３６０度を繰り返す範囲で、τ＝ωcosθ、τ＝ωcos(９０度−θ)、τ＝ωcos(θ−９０度)、τ＝ωcos(１８０度−θ)、τ＝ωcos(θ−１８０度)、τ＝ωcos(２７０度−θ)、τ＝ωcos(θ−２７０度)、τ＝ωcos(３６０度−θ)となるように該回転駆動手段を制御する、
ことを特徴とする研削装置。