JP6576747B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハの被研削面の高さ及び保持面の高さを測定子で測定する研削装置に関する。

研削装置ではウエーハを所望の厚みに研削するため、ウエーハの上面（被研削面）に測定子を接触させて被研削面高さを測定し、チャックテーブルにおけるウエーハを保持する保持面に測定子を接触させて保持面高さを測定している。ウエーハを研削する際にはウエーハの被研削面が研削ホイールによって研削されて研削屑が生じるが、この研削屑が測定子の先端に付着すると測定した値に変化が生じてウエーハの厚みを正確に測定することができない。よって、ウエーハの被研削面に接触する測定子の先端に洗浄水を供給して、研削屑が付着することを防ぐ研削装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２４６４９１号公報

しかしながら、研削屑は研削水によってウエーハの被研削面の外側に流されて、チャックテーブルの保持面に移動する。この場合、ウエーハの外側の保持面高さを測定する測定子の先端に研削屑が付着しやすい。測定子の先端に研削屑が付着すると、保持面高さを正確に測定できず、ウエーハの厚みを正確に算出できないという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、保持面の高さを測定する測定子の先端に研削屑が付着することを防止して、保持面の高さに変化が生じることを防止し、所望の厚みにウエーハを研削することができる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、ウエーハを保持面で保持するチャックテーブルと、保持面中心を軸にチャックテーブルを回転させる回転手段と、チャックテーブルに保持されたウエーハを砥石で研削する研削手段と、チャックテーブルに保持されたウエーハの被研削面に第１の測定子を接触させ被研削面の高さを測定する被研削面高さ測定部と、保持面に第２の測定子を接触させ保持面の高さを測定する保持面高さ測定部と、被研削面高さ測定部の値と保持面高さ測定部の値との差からウエーハの厚みを算出する算出部と、を備える研削装置であって、第１の測定子および第２の測定子のうち少なくとも第２の測定子の先端に向かって水とエアとを混合させた混合液を噴射させる混合液噴射ノズルを備え、混合液噴射ノズルは混合液を温度調整するために混合液の水とエアとの割合を変化可能に設けられ、被研削面および保持面に接触する第１の測定子および第２の測定子のうち少なくとも第２の測定子が接触する保持面の高さの値の変化を防止する。

この構成によれば、第１の測定子および第２の測定子のうち少なくとも第２の測定子の先端に向かって混合液噴射ノズルより混合液を噴射させる。混合液噴射ノズルから水とエアとを混合させた混合液を第２の測定子の先端に噴射することにより、粒径が小さい液滴が第２の測定子の先端に衝突させることで研削屑が剥がされる。このため、研削屑が第２の測定子の先端に付着することを防止できる。これにより、第１の測定子により被研削面の高さを、また第２の測定子により保持面の高さを正確に測定することができるため、被研削面の高さと保持面の高さとの差からウエーハの厚みを正確に算出することができる。よって、所望の厚みにウエーハを研削することができる。

本発明によれば、保持面の高さを測定する測定子の先端に研削屑が付着することを防止して、保持面の高さに変化が生じることを防止し、所望の厚みにウエーハを研削することができる。

本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。 本実施の形態に係る被研削面高さ測定部及び保持面高さ測定部の測定動作の一例を示す図である。 混合液を用いて第２の測定子を洗浄する場合のチャックテーブル周りの温度分布を示す図である。 変形例に係る混合液噴射ノズルを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研磨加工装置や、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、研削装置１は、多数の研削砥石４８を円環状に配設した研削ホイール４６を用いて、チャックテーブル２１に保持されたウエーハＷを研削するように構成されている。研削装置１は、チャックテーブル２１の回転軸と研削ホイール４６の回転軸が間隔を開けて配置され、研削砥石４８がウエーハＷの被研削面８１を通過することでウエーハＷが円弧状に削られて薄化される。なお、ウエーハＷは、サファイア、炭化ケイ素等の硬質なウエーハに限らず、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよいし、樹脂や金属等で形成された基板でもよい。

研削装置１の基台１１の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル２１と共に移動可能な移動板１２及び蛇腹状の防水カバー１３に覆われている。防水カバー１３の下方には、チャックテーブル２１をＸ軸方向に移動させるボールねじ式の移動手段（不図示）と、チャックテーブル２１を回転させる回転手段２２とが設けられている。チャックテーブル２１の表面には、多孔質のポーラス材によってウエーハＷを吸着する保持面２３が形成されている。保持面２３は、チャックテーブル２１内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されており、保持面２３に生じる負圧によってウエーハＷが吸引保持される。

基台１１上のコラム１４には、研削手段４１をチャックテーブル２１に研削送り方向（Ｚ軸方向）に接近および離間する方向に移動させる研削送り手段３１が設けられている。研削送り手段３１は、コラム１４に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３２と、一対のガイドレール３２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３３とを有している。Ｚ軸テーブル３３の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３４が螺合されている。ボールネジ３４の一端部に連結された駆動モータ３５によりボールネジ３４が回転駆動されることで、研削手段４１がガイドレール３２に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４１は、ハウジング４２を介してＺ軸テーブル３３の前面に取り付けられており、モータ等を含むスピンドル４３の下端にマウント４４を設けて構成されている。スピンドル４３にはフランジ４５が設けられ、フランジ４５を介してハウジング４２に研削手段４１が支持される。マウント４４の下面には、ホイール基台４７に複数の研削砥石４８が真円の環状に配設された研削ホイール４６が回転可能に装着されている。研削ホイール４６は、スピンドル４３の駆動によって回転される。複数の研削砥石４８は、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤で固めたセグメント砥石で構成される。研削砥石４８により、チャックテーブル２１に保持されたウエーハＷを研削する。

研削手段４１の下方の研削位置に位置付けられたチャックテーブル２１の近傍には、被研削面高さ測定部６２と、保持面高さ測定部６５とを支持する支持部６８が配設されている。被研削面高さ測定部６２は、アーム６３の先端にピン状の第１の測定子６４を備えて構成され、保持面高さ測定部６５は、アーム６６の先端にピン状の第２の測定子６７を備えて構成される。被研削面高さ測定部６２は、チャックテーブル２１に保持されたウエーハＷの被研削面８１に第１の測定子６４を接触させ被研削面８１の高さＨ１を測定する（図２参照）。保持面高さ測定部６５は、保持面２３に第２の測定子６７を接触させ保持面２３の高さＨ２を測定する（図２参照）。チャックテーブル２１はウエーハＷの搬入位置から研削位置に移動してウエーハＷを位置付けて、研削手段４１により研削が開始される。

また、研削装置１には、装置各部を統括制御する制御部６０が設けられている。制御部６０には、算出部６１が設けられている。算出部６１では、被研削面高さ測定部６２で測定された被研削面の高さＨ１の値と、保持面高さ測定部６５で測定された保持面の高さＨ２の値との差ΔＨからウエーハＷの厚みを算出する（図２参照）。制御部６０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。制御部６０は、算出部６１からの出力結果に応じ、研削手段４１の研削送り量を制御する。

一般に、研削装置１では、ウエーハＷと研削ホイール４６との間に研削水を供給しながらウエーハＷを研削する。これにより、ウエーハＷと研削ホイール４６が接触して回転することで発生する加工熱を冷却すると共に、ウエーハＷに研削屑が付着することを防止している。チャックテーブル２１が回転すると、研削屑は研削水と共に遠心力を受けてウエーハＷの被研削面８１を径方向外側に移動し、ウエーハＷの被研削面８１からチャックテーブル２１の保持面２３に移動する。また、研削ホイール４６の回転による遠心力で、ウエーハＷの外側のチャックテーブル２１の保持面２３に飛ばされる。よって、研削屑はウエーハＷの被研削面８１に接触する第１の測定子６４よりも、ウエーハＷの外側に配置された第２の測定子６７に付着しやすい。

そこで本実施の形態では、研削屑が付着しやすい第２の測定子６７をねらって、水とエアとを混合させた混合水を噴射する混合液噴射ノズル７１を備えるようにしている。これにより第２の測定子６７に研削屑が付着するのを防止している。

以下、図２を参照して、ウエーハＷの厚みを測定する際の測定動作について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る被研削面高さ測定部及び保持面高さ測定部の測定動作の一例を示す図である。

図２に示すように、チャックテーブル２１に保持されたウエーハＷの被研削面８１には、第１の測定子６４が接触し、チャックテーブル２１の保持面２３には、第２の測定子６７が接触している。また、支持部６８には、第２の測定子６７の先端に向かって水とエアとを混合させた混合液を噴射させる混合液噴射ノズル７１が備えられており、保持面２３に接触する第２の測定子６７の先端に研削屑が付着することを防止している。

混合液噴射ノズル７１は、研削ホイール４６によりウエーハＷが研削される際、第２の測定子６７の先端に向かって混合液を噴射する。混合液噴射ノズル７１は、水供給口７１ａ及びエア供給口７１ｂを介して、水供給源（不図示）及びエア供給源（不図示）に接続されている。水とエアを混合した混合液は液滴の粒径が小さくなるため、混合液を噴射することで、第２の測定子６７の先端に付着している微細な研削屑が剥がされやすくなる。また、水にエアを混合することにより高速の流れをつくることができるため、研削屑を洗い流すことができる。これらにより、混合液中の水の割合が少なくても第２の測定子６７の先端から研削屑を効果的に除去することができる。

また混合液噴射ノズル７１からは、チャックテーブル２１の径方向内側から外側に向かい、チャックテーブル２１の回転方向に沿う方向から、第２の測定子６７の先端をねらって混合液が噴射される（図３Ｂ参照）。これにより、被研削面８１から保持面２３に移動する研削水の流れに沿って、第２の測定子６７に混合液を噴射することができるため、研削屑が第２の測定子６７に再付着することを防止できる。

以上のように、研削屑が付着しやすい第２の測定子６７に混合液を噴射することで、保持面２３の高さの測定精度を上げることができ、ウエーハＷの厚みを正確に算出することができる。よって、ウエーハＷを所望の厚さに研削することができる。

このように構成された研削装置１は、チャックテーブル２１上にウエーハＷが載置されると、チャックテーブル２１の保持面２３にウエーハＷが保持される。チャックテーブル２１がウエーハＷの搬入位置から研削位置に移動して、研削ホイール４６の外周がウエーハＷの中心を通過する位置に位置付けられると、被研削面高さ測定部６２では、ウエーハＷの被研削面に第１の測定子６４を接触させて被研削面８１の高さＨ１を測定する。保持面高さ測定部６５では、保持面２３に第２の測定子６７を接触させて保持面２３の高さＨ２を測定する。測定結果は算出部６１（図１参照）に出力され、被研削面高さ測定部６２で測定された被研削面の高さＨ１の値と、保持面高さ測定部６５で測定された保持面２３の高さＨ２の値との差ΔＨからウエーハＷの厚みが算出される。

次に、研削ホイール４６がウエーハＷの被研削面８１に近づけられ、研削ホイール４６がウエーハＷの被研削面８１に接触されて、被研削面８１が研削ホイール４６によって研削される。このとき、被研削面高さ測定部６２、及び保持面高さ測定部６５によって、被研削面８１の高さＨ１、及び保持面２３の高さＨ２がリアルタイムに測定され、測定結果に基づいて算出部６１でウエーハＷの厚みが算出される。第２の測定子６７には混合液が噴射されて研削屑の付着が防止されるため、ウエーハＷの厚みが精度よく算出される。算出されたウエーハＷの厚みにより制御部６０（図１参照）によって研削手段４１が制御される。所望の厚さになるまでウエーハＷの研削が続けられ、所望の厚さになるとウエーハＷの研削が中止される。

次に図３を参照して、混合液噴射ノズル７１において混合液を用いて第２の測定子６７を洗浄する場合のチャックテーブル周りの温度分布について詳細に説明する。図３は、混合液を用いて第２の測定子を洗浄する場合のチャックテーブル周りの温度分布を示す図である。

図３Ａは、比較例に係る噴射ノズル９１で洗浄水のみを噴射した場合を示している。研削手段４１においては、ウエーハＷと研削ホイール４６との間に研削水を供給しながらウエーハＷを研削する。ウエーハＷと研削ホイール４６が接触して回転する研削加工により加工熱が発生するため、ウエーハＷの被研削面８１には、加工熱により温められた研削水が広がっていて、加工熱がウエーハＷからチャックテーブル２１に伝達している。また、噴射ノズル９１から第２の測定子６７に洗浄水が噴射される。この洗浄水は、本実施の形態と異なりエアを含んでおらず、加工熱で温まった研削水よりも温度が低くなる。

比較例に係る研削では、ウエーハＷの加工部分の周辺が加工熱によって研削水の温度が高くなっている。この研削水がチャックテーブル２１の回転による遠心力でウエーハＷの径方向外側に広がりながら冷されることで、第１の測定子６４付近では温度が下がっている。また、本実施の形態の混合液噴射ノズル７１の代わりとなる噴射ノズル９１で洗浄水が噴射されているため、第２の測定子６７付近では更に温度が低くなっている。洗浄水のみを噴射させ研削屑を吹き飛ばすには、洗浄水の勢いを確保するため洗浄水を多く流す必要がある。したがって、ウエーハＷの被研削面８１の第１の測定子６４が接触する付近の温度と、チャックテーブル２１の保持面２３の第２の測定子６７が接触する付近の温度とに差が生じてしまう。つまり、加工熱がウエーハＷからチャックテーブル２１に伝達するため、チャックテーブル２１の中心を中心とする同心円状にチャックテーブル２１の中心から外周に向かって冷たくなる温度分布が形成される。図３において、高温部分から中温部分へは緩やかに温度変化する。中温部分から低温部分へは急激に温度変化する。このため、第１の測定子６４及び第２の測定子６７の測定位置の温度差によって測定結果に誤差が生じてしまう。

図３Ｂは、本実施の形態に係る混合液噴射ノズル７１において水とエアとを混合させた混合液を噴射した場合を示している。図３Ａと同様に、ウエーハＷの被研削面８１の研削ホイール４６と接触する付近からはウエーハＷと研削ホイール４６が回転することによる加工熱によって温められた研削水が広がっている。

一方、混合液噴射ノズル７１からは、第２の測定子６７の先端に向かって水とエアとを混合させた混合液が噴射されている。混合液は水にエアが混合されているため、比較例に係る洗浄水よりも水の量が少ない。このため混合液の噴射による保持面２３の温度は、比較例に係る洗浄水の噴射による保持面２３の温度ほど低くならない。したがって、ウエーハＷの被研削面８１の第１の測定子６４が接触する付近の温度と、チャックテーブル２１の保持面２３の第２の測定子６７が接触する付近の温度との差を小さくすることができる。これにより、第１の測定子６４及び第２の測定子６７の測定位置の温度差を小さくして、測定精度を向上させることができる。

なお、混合液噴射ノズル７１は混合液の水とエアとの割合を変化させることができるため、エアの割合を調整することにより混合液の温度調整をしてもよい。エアの割合を増やすことにより、水の割合を減らして混合液の温度を上げることができる。したがって、混合液中のエアの割合を調整して、保持面２３に広がる混合液の温度を被研削面８１に広がる研削水の温度に近づけることができる。これにより、第２の測定子６７の測定精度を更に上げることができる。

このように本実施の形態においては、混合液噴射ノズル７１が第２の測定子６７の先端に向かって混合液を噴射させる。これにより、第２の測定子６７が接触する保持面２３の高さの値が変化することを防止できる。保持面２３の高さの値の変化とは、第２の測定子６７の先端に研削屑が付着することによる保持面２３の高さの値の変化、又は第１の測定子６４及び第２の測定子６７の測定位置の温度差により生じる保持面２３の高さの値の変化をいう。

以上のように、本実施の形態に係る研削装置１では、第２の測定子６７の先端に向かって混合液噴射ノズル７１より混合液を噴射させる。混合液噴射ノズル７１から水とエアとを混合させた混合液を第２の測定子６７の先端に噴射することにより、粒径が小さい液滴が第２の測定子６７の先端から研削屑を効果的に剥がす。このため、研削屑が第２の測定子６７の先端に付着することを防止できる。これにより、第１の測定子６４により被研削面８１の高さを、また第２の測定子６７により保持面２３の高さを正確に測定することができるため、被研削面８１の高さと保持面２３の高さとの差からウエーハＷの厚みを正確に算出することができる。よって、所望の厚みにウエーハＷを研削することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態においては、混合液を第２の測定子６７だけに向かって噴射する構成としたが、この構成に限定されない。図４は、変形例に係る混合液噴射ノズルを示す図である。図４に示すように、研削装置１は、第２の測定子６７に向かって混合液を噴射する混合液噴射ノズル７１の他に、第１の測定子６４に向かって混合液を噴射する混合液噴射ノズル７６を備えていてもよい。この構成により、第１の測定子６４に研削屑が付着することを防止できるため、被研削面８１の高さを正確に測定することができ、ウエーハＷの厚みをより正確に算出することができる。

また、混合液噴射ノズル７１から噴射される混合液と、混合液噴射ノズル７６から噴射される混合液のエアの割合を調整する構成として、混合液の温度を適切に調整してもよい。これにより、ウエーハＷの被研削面８１に広がる混合液と研削水、及び保持面２３に広がる混合液の温度の差を小さくし、ウエーハＷの被研削面８１の高さ及び保持面２３の高さの測定結果に誤差が生じることを防止することができる。

例えば、研削手段４１をチャックテーブル２１に対して研削送り方向（Ｚ軸方向）に移動させる構成としたが、この構成に限定されない。研削手段４１とチャックテーブル２１とを研削送り方向（Ｚ軸方向）に相対的に接近および離間する方向に移動させる構成としてもよく、例えば、研削手段４１に対してチャックテーブル２１を研削送り方向に移動させてもよい。

また、本実施の形態は、研削装置に限定されず、バイト工具を用いた旋削装置に用いられてもよい。本実施の形態に係る研削は、インフォード研削に限定されず、クリープフィード研削でもよい。また、第１の測定子６４及び第２の測定子６７の形状は、ピン状に限定されず、接触式であればよい。

以上説明したように、本発明は、第２の測定子の先端に研削屑が付着することを防止して、所望の厚みにウエーハを研削することができるという効果を有し、特に、ウエーハの被研削面の高さ及び保持面の高さを測定子で測定する研削装置に有用である。

１ 研削装置
２１ チャックテーブル
２２ 回転手段
２３ 保持面
４８ 砥石
６１ 算出部
６２ 被研削面高さ測定部
６４ 第１の測定子
６５ 保持面高さ測定部
６７ 第２の測定子
７１、７６ 混合液噴射ノズル
８１ 被研削面
Ｗ ウエーハ

Claims (1)

1. ウエーハを保持面で保持するチャックテーブルと、該保持面中心を軸に該チャックテーブルを回転させる回転手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハを砥石で研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハの被研削面に第１の測定子を接触させ被研削面の高さを測定する被研削面高さ測定部と、該保持面に第２の測定子を接触させ該保持面の高さを測定する保持面高さ測定部と、該被研削面高さ測定部の値と該保持面高さ測定部の値との差からウエーハの厚みを算出する算出部と、を備える研削装置であって、
   該第１の測定子および該第２の測定子のうち少なくとも第２の測定子の先端に向かって水とエアとを混合させた混合液を噴射させる混合液噴射ノズルを備え、該混合液噴射ノズルは混合液を温度調整するために混合液の水とエアとの割合を変化可能に設けられ、該被研削面および該保持面に接触する該第１の測定子および該第２の測定子のうち少なくとも第２の測定子が接触する該保持面の高さの値の変化を防止することを特徴とする研削装置。