JP6295146B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物の上面高さを計測しながら被加工物の研削を行う研削装置に関する。

各種の被加工物を薄化研削して所望の厚さに仕上げる場合においては、被加工物の厚さを計測しながら研削を行い、所望の厚さになると研削を終了するようにしている。被加工物の厚さを計測する方法としては、厚さ計測器の接触子を被加工物の表面及び被加工物を保持する保持テーブルの表面に接触させ、その高さの差を求めて当該差の値から被加工物の厚さを求める接触式の計測方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、サファイアや窒化ガリウム（ＧａＮ）などで形成された被加工物としてのウエーハには、通常のウエーハと比べて径が小さいものがある。このように径が小さいウエーハの研削については、１つの保持テーブルの同一保持面上において複数のウエーハを保持し、複数のウエーハを同時に研削することによって、研削にかかる時間を短縮する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−００６０１８号公報 特開２０１２−１０１２９３号公報

複数のウエーハを同時に研削する場合、上述のように厚さ計測器の接触子を被加工物の表面に接触させながら研削を行おうとすると、回転する小径の被加工物の間で接触子が引っかかり安定して被加工物の保持面からの高さを計測することが出来ないという問題がある。

本発明の目的は、複数の被加工物を同時に保持し研削を行う場合においても、接触針を安定して被加工物の上面に接触させて被加工物の厚さを計測可能な研削装置を提供することである。

上述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１記載の本発明に係る研削装置は、被加工物を保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物の上面を研削する研削手段と、該研削手段により研削された被加工物の該上面の高さを測定する高さ測定器と、を備えた研削装置であって、該保持手段は、複数の被加工物を保持し被加工物のサイズよりも大きいサイズに形成された保持面を有し、該保持面に直交するとともに該保持面の中心を通る回転軸を中心として回転可能であり、該保持面上において該回転軸を中心とした円周上で該複数の被加工物を周方向に保持し、該高さ測定器は、被加工物の上面に接触させる接触点が同一高さ位置に配設された２つの計測針を備え、該２つの計測針は該保持手段の回転軸を中心とした該円周上に沿って並列し且つ隣接する被加工物同士の周方向の間隔よりも大きい間隔離間して配設され、複数の被加工物を研削時においては、一方の該計測針が該複数の被加工物の間に位置する際にはもう一方の該計測針は複数の被加工物のいずれかの上面に接触して被加工物の高さ位置を常時計測することを特徴とする。なお、請求項１でいう隣接する被加工物同士の周方向の間隔とは、被加工物が周方向に等間隔で並んでいる場合には、隣接する被加工物同士の間隔をいい、被加工物が周方向に等間隔で並んでいない場合には、隣接する被加工物同士の間隔のうちの一番離間した被加工物同士の間隔をいう。

本発明の研削装置によると、計測針を２つ備え、２つの計測針を保持手段の回転軸を中心とした円周に沿って並列し且つ隣接する被加工物同士の周方向の間隔よりも大きい間隔離間して配設している。そのため、研削時に一方の計測針が複数の被加工物の間に位置する時には、もう一方の計測針は必ず複数の被加工物の上面に接触して計測可能となる。したがって、複数の被加工物を同時に保持し研削を行う場合においても、被加工物の間に計測針が落下したり被加工物にひっかかることが無く、計測針を安定して被加工物の上面に接触させて被加工物の厚さを計測することができる。

図１は、実施形態に係る研削装置の構成を示す外観斜視図である。 図２は、実施形態に係る研削装置の保持手段と高さ測定器などの斜視図である。 図３は、実施形態に係る研削装置の高さ測定器と複数の被加工物の斜視図である。 図４は、実施形態に係る研削装置の高さ測定器などと複数の被加工物の平面図である。 図５は、実施形態に係る研削装置の高さ測定器と複数の被加工物の側面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

本発明の実施形態に係る研削装置を、図１から図５に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る研削装置の構成を示す外観斜視図であり、図２は、実施形態に係る研削装置の保持手段と高さ測定器などの斜視図であり、図３は、実施形態に係る研削装置の高さ測定器と複数の被加工物の斜視図であり、図４は、実施形態に係る研削装置の高さ測定器などと複数の被加工物の平面図であり、図５は、実施形態に係る研削装置の高さ測定器と複数の被加工物の側面図である。

本実施形態に係る研削装置１は、被加工物Ｗ（図３に示す）に研削（加工に相当する）を施す装置である。ここで、加工対象としての被加工物Ｗは、本実施形態では、シリコン、サファイア、窒化ガリウム（ＧａＮ）などを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハである。被加工物Ｗは、例えば、表面ＷＳに格子状に形成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、これらの区画された領域にデバイスが形成されている。被加工物Ｗは、図３に示すように、表面ＷＳが保持部材Ｍに貼着されて、保持部材Ｍ上に複数保持された状態で、表面ＷＳの裏側の裏面ＷＲ（図３及び図４に示す）に研削砥石２６により研削が施される。なお、本実施形態では、保持部材Ｍを円板状に形成し、５つの被加工物Ｗを保持部材Ｍの外縁部に周方向に等間隔に配置している。

研削装置１は、図１に示すように、保持手段１０と、研削手段２０と、加工送り手段３０と、高さ測定器４０（図２に示す）と、制御手段１００などを備える。

保持手段１０は、保持部材Ｍを介して被加工物Ｗの表面ＷＳが載置されて、載置された複数の被加工物Ｗを吸引保持する保持面１０ａを有するものである。保持手段１０は、図２に示すように、保持面１０ａを構成する部分がポーラスセラミック等から形成された円盤形状であり、図示しない真空吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続され、保持面１０ａに載置された被加工物Ｗを保持部材Ｍを介して吸引することで保持する。

即ち、保持手段１０は、被加工物Ｗのサイズよりも大きなサイズに形成された保持面１０ａを有している。保持手段１０は、図示しない保持手段移動手段により研削手段２０の下方の加工位置と、研削手段２０の下方から離間した着脱位置とに亘ってＹ軸方向に移動される。保持手段１０は、図示しない回転駆動手段により吸引保持した被加工物Ｗを保持面１０ａに直交するとともに保持面１０ａの中心を通る回転軸Ａ（図２及び図３に一点鎖線で示す）を中心として回転可能である。保持手段１０は、保持面１０ａ上に保持部材Ｍを介して複数の被加工物Ｗを保持することで、保持面１０ａ上において回転軸Ａを中心とした円周上で複数の被加工物Ｗを周方向に等間隔に保持する。

加工送り手段３０は、研削手段２０を保持面１０ａに対して近接離間する方向にＺ軸と平行に移動させるものである。加工送り手段３０は、加工送りモータ３１などを備える。加工送りモータ３１は、研削手段２０が装着された移動基台２１を案内レール３３に沿って加工送りするためのものである。加工送りモータ３１は、研削装置１の装置本体２から立設した柱部３に取り付けられ、出力軸にリードスクリュー３４が取り付けられている。リードスクリュー３４は、Ｚ軸と平行に配置され、柱部３に軸心回りに回転自在に支持されている。リードスクリュー３４は、移動基台２１に取り付けられた図示しないナットに螺合している。案内レール３３は、Ｚ軸と平行に柱部３に取り付けられて、移動基台２１をＺ軸方向にスライド自在に支持している。

研削手段２０は、保持手段１０に保持された複数の被加工物Ｗの裏面ＷＲ（上面に相当）加工液としての研削液を供給しながら研削するものである。研削手段２０は、図１に示すように、研削ホイール２３を先端に装着するスピンドル２４と、スピンドルモータ２７などを備える。

研削ホイール２３は、円盤状の砥石基台２５と、複数の研削砥石２６とを具備している。砥石基台２５は、スピンドル２４の先端に設けられたフランジ部２４ａにボルトなどにより取り付けられる。研削砥石２６は、砥石基台２５の外縁部に円環上に設けられている。研削砥石２６は、周知の砥粒と、砥粒を固めるボンド剤などで構成され、スピンドルモータ２７によりスピンドル２４が鉛直方向と平行なＺ軸回りに回転されることで、被加工物Ｗの裏面ＷＲを研削する。なお、図４に示すように、研削砥石２６は、スピンドルモータ２７の回転により、加工位置の保持手段１０の回転軸Ａ上を通過する。このために、研削中には、保持手段１０に保持された被加工物Ｗの裏面ＷＲの一部は、露出している。

スピンドル２４は、スピンドルハウジング２８内にＺ軸回りに回転自在に収容されている。スピンドルハウジング２８は、移動基台２１に取り付けられた支持部２９に保持されている。スピンドルモータ２７は、スピンドル２４即ち研削ホイール２３をＺ軸回りに回転させる。

高さ測定器４０は、研削手段２０により研削された複数の被加工物Ｗの保持手段１０の保持面１０ａからの裏面ＷＲの高さを測定するためのものである。高さ測定器４０は、図２に示すように、本体部４１と、本体部４１に上下方向に揺動自在に支持された計測アーム４２と、計測アーム４２の先端部４２ａに取り付けられた２つの計測針４３とを備える。本体部４１は、加工位置の保持手段１０の近傍に配置される。本体部４１は、先端部４２ａが上下動するように計測アーム４２を揺動自在に支持している。本体部４１には、エアー供給源４４から加圧された気体が供給されると、計測アーム４２の揺動中心Ｍよりも基端側を下方に押圧して計測アーム４２の先端部４２ａを上昇させるエアシリンダ４５が設けられている。また、本体部４１には、計測アーム４２の揺動中心Ｍ回りの回転位置を検出して、被加工物Ｗの裏面ＷＲの高さを検出する検出手段（図示せず）が設けられている。検出手段は、検出結果を制御手段１００に出力する。

計測アーム４２は、円柱棒形状に形成され、基端部４２ｂを中心として揺動自在に本体部４１に支持されている。計測アーム４２の先端部４２ａには、２つの計測針４３が取り付けられた針支持部材４６が設けられている。

２つの計測針４３は、円柱棒形状に形成され、かつ針支持部材４６に取り付けられている。２つの計測針４３は、計測アーム４２と平行な平行部４７と、平行部４７の先端から保持手段１０の保持面１０ａに向かって延びて被加工物Ｗの裏面ＷＲと接触する接触部４８とを備えている。接触部４８の下端は、被加工物Ｗの裏面ＷＲと接触する接触点４８ａをなしている。２つの計測針４３は、研削中に露出する被加工物Ｗの裏面ＷＲに接触させる接触点４８ａが同一高さ位置に配設されている。２つの計測針４３は、図５に示すように、平行部４７が互いに平行でかつ水平方向に間隔をあけて配置され、接触部４８の長さＬが等しく形成されている。２つの計測針４３は、図３及び図４に示すように、保持手段１０の回転軸Ａを中心とした円周Ｃ（図４中に一点鎖線で示す）上に沿って並列し且つ隣接する被加工物Ｗ同士の周方向の間隔Ｗ２よりも大きい間隔Ｗ１離間して配設されている。

なお、本発明でいう隣接する被加工物Ｗ同士の周方向の間隔Ｗ２とは、接触点４８ａが被加工物Ｗの裏面ＷＲ上を通る円周Ｃ上の間隔Ｗ２をいう。また、本実施形態では、２つの計測針４３の間隔Ｗ１は、これらの計測針４３の中心間の間隔Ｗ１をいう。また、２つの計測針４３の間隔Ｗ１は、被加工物Ｗの裏面ＷＲの外縁と前記円周Ｃとが交差する点Ｐ間の間隔Ｗ３よりも十分に小さく形成されている。

このように、２つの計測針４３は配設されることで、保持部材Ｍを介して複数の被加工物Ｗを保持手段１０に保持する研削時においては、図５に点線で示すように、一方の計測針４３が複数の被加工物Ｗの間に位置する際には、もう一方の計測針４３は複数の被加工物Ｗのいずれかの裏面ＷＲに接触して、被加工物Ｗの裏面ＷＲの高さ位置を常時計測する。

制御手段１００は、研削装置１を構成する上述した構成要素をそれぞれ制御して、被加工物Ｗに対する加工動作を研削装置１に行わせるものである。なお、制御手段１００は、例えばＣＰＵ等で構成された演算処理装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える図示しないマイクロプロセッサを主体として構成されており、加工動作の状態を表示する図示しない表示手段や、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる図示しない操作手段などと接続されている。

次に、本実施形態に係る研削装置１の加工動作について説明する。まず、オペレータが加工内容情報を制御手段１００に登録し、オペレータから加工動作の開始指示があった場合に、研削装置１が加工動作を開始する。加工動作において、研削手段２０の下方から離間した着脱位置において保持手段１０上に表面ＷＳに保持部材Ｍに貼着された複数の被加工物Ｗが載置されると、制御手段１００が、被加工物Ｗを保持手段１０に吸引保持させる。また、制御手段１００は、エアー供給源４４から加圧された気体をエアシリンダ４５に供給して、計測アーム４２の先端部４２ａ及び計測針４３を図２中に二点鎖線で示すように、保持手段１０の保持面１０ａよりも上昇させる。

制御手段１００は、保持手段移動手段により保持手段１０を移動して、保持手段１０を加工位置に位置付け、エアー供給源４４からエアシリンダ４５への加圧された気体の供給を停止して、２つの計測針４３の接触点４８ａを保持手段１０に保持された被加工物Ｗの裏面ＷＲに接触させる。制御手段１００は、スピンドルモータ２７により回転する研削ホイール２３を、図４に示すように、回転する保持手段１０の回転軸Ａ上に位置付ける。そして、制御手段１００は、加工送り手段３０により研削ホイール２３を徐々に下降していき、被加工物Ｗの裏面ＷＲに研削送りする。被加工物Ｗの裏面ＷＲを研削ホイール２３の研削砥石２６で研削する。研削中は、常に、高さ測定器４０で裏面ＷＲの高さを測定する。

制御手段１００は、高さ測定器４０の検出結果に基いて、被加工物Ｗの裏面ＷＲの高さが所望の高さになると、加工送り手段３０により研削手段２０を被加工物Ｗから離間させる。さらに、制御手段１００は、エアー供給源４４から加圧された気体をエアシリンダ４５に供給して、計測アーム４２の先端部４２ａ及び計測針４３を保持手段１０の保持面１０ａよりも上昇させる。

制御手段１００は、その後、保持手段移動手段により保持手段１０を研削手段２０の下方の加工位置から着脱位置に向かって移動させる。そして、保持手段１０が着脱位置に位置すると、制御手段１００が、保持手段移動手段による保持手段１０の移動を停止し、保持手段１０の被加工物Ｗの吸引保持を解除させる。研削後の被加工物Ｗと研削前の被加工物Ｗが交換されると、研削装置１は、前述した工程と同様に、被加工物Ｗに研削を施す。

以上のように、本実施形態に係る研削装置１は、計測針４３を２つ備え、２つの計測針４３を保持手段１０の回転軸Ａを中心とした円周に沿って並列し且つ隣接する被加工物Ｗ同士の周方向の間隔Ｗ２よりも大きい間隔Ｗ１離間して配設している。さらに、２つの計測針４３間の間隔Ｗ１を被加工物Ｗの裏面ＷＲの外縁と前記円周Ｃとが交差する点Ｐ間の間隔Ｗ３よりも十分に小さく形成している。そのため、研削時に一つの計測針４３が複数の被加工物Ｗの間に位置する時には、もう一方の計測針４３は必ず複数の被加工物Ｗの裏面ＷＲに接触して計測可能となる。したがって、複数の被加工物Ｗを同時に保持し研削を行う場合においても、被加工物Ｗの間に計測針４３が落下したり被加工物Ｗにひっかかることが無く、計測針４３を安定して被加工物Ｗの裏面ＷＲに接触させて被加工物Ｗの厚さを計測することができる。

また、本発明では、研削装置１は、保持手段１０と研削手段２０を複数備えても良い。本発明では、研削の事前に保持手段１０の保持面１０ａの高さ位置を高さ測定器４０で測定しておいて、制御手段１００は、研削中に測定した高さ位置との差を算出し、差の値から被加工物Ｗの厚さを求めて、所望の厚さになるまで研削するように制御してもよい。

さらに、本発明では、保持手段１０の保持面１０ａの外径が被加工物Ｗ又は保持部材Ｍの外径と略同等に形成されている場合に、保持面１０ａの外周の外周部１０ｂ（図２に示す）に接触する計測針を一つ有する高さ測定器（図示せず）を別途設ける。制御手段１００は、研削中に別途設けた高さ測定器の計測針を外周部１０ｂに接触させて、常時、保持手段１０の高さ位置を測定して、測定した値などから被加工物Ｗの厚さを求めるようにしてもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 研削装置
１０ 保持手段
１０ａ 保持面
２０ 研削手段
４０ 高さ測定器
４３ 計測針
４８ａ 接触点
Ａ 回転軸
Ｃ 円周
Ｗ 被加工物
ＷＲ 裏面（上面）
Ｗ１ 間隔
Ｗ２ 間隔

Claims (1)

1. 被加工物を保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物の上面を研削する研削手段と、該研削手段により研削された被加工物の該上面の高さを測定する高さ測定器と、を備えた研削装置であって、
   該保持手段は、複数の被加工物を保持し被加工物のサイズよりも大きいサイズに形成された保持面を有し、該保持面に直交するとともに該保持面の中心を通る回転軸を中心として回転可能であり、該保持面上において該回転軸を中心とした円周上で該複数の被加工物を周方向に保持し、
   該高さ測定器は、被加工物の上面に接触させる接触点が同一高さ位置に配設された２つの計測針を備え、該２つの計測針は該保持手段の回転軸を中心とした該円周上に沿って並列し且つ隣接する被加工物同士の周方向の間隔よりも大きい間隔離間して配設され、
   複数の被加工物を研削時においては、一方の該計測針が該複数の被加工物の間に位置する際にはもう一方の該計測針は複数の被加工物のいずれかの上面に接触して被加工物の高さ位置を常時計測すること、を特徴とする研削装置。

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