JP6621337B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、研削装置に関し、特に、ウェハを傾斜させながら研削可能な研削装置に関する。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）を薄膜に形成するために、ウェハの裏面を研削する裏面研削が行われている。

ウェハの裏面研削を行う研削装置として、特許文献１には、ウェハを保持する保持手段と、ウェハを研削する研削手段と、保持手段の傾きを任意の角度に調整する傾き角度調整手段と、ウェハの厚みを径方向の複数のポイントで計測する非接触式厚み計測手段と、を備えたものが開示されている。傾き角度調整手段は、非接触式厚み計測手段が計測したウェハの厚みに基づいて、ウェハの厚みが均一になるように保持手段の傾きを調整し、研削手段は、ウェハに対して斜めに当接した状態で研削を進める。

図７に示すように、傾き角度調整手段９１は、１つの固定支持部９２と、２つの可動支持部９３と、から成り、保持手段９４を３点で支持している。可動支持部９３が、長手方向に一致する図７の紙面垂直方向に伸縮することにより、保持手段９４が、固定支持部９２を基準として任意の傾き角度に調整される。

特開２０１０−１３１６８７号公報

しかしながら、上述したような特許文献１記載の研削装置では、研削手段９５がウェハＷを研削する研削領域Ａ５が、平面視で円弧状に形成される。そして、研削領域Ａ５が、端部を固定支持部９２と可動支持部９３とで支持された保持手段９４の中央付近に配置されるため、研削手段９５がウェハＷを押圧する場合に、保持手段９４が十分な剛性で支持されず、研削加工時に発振したり、荷重で変位が生じる虞があった。そして、このような振動や変位が生じてしまうと、ウェハＷを平坦度サブミクロンで精度良く研削するのが難しいという問題があった。

そこで、ウェハを精度良く平坦に加工するという解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェハを保持して回転可能な保持手段と、前記ウェハに押圧されて前記ウェハを研削する研削手段と、前記保持手段を鉛直方向に固定して支持する固定支持部と前記鉛直方向に伸縮自在な複数の可動支持部とで前記保持手段を前記研削手段に対して傾斜可能な傾斜手段と、を備えた研削装置であって、前記固定支持部と前記可動支持部とは、平面視で前記保持手段の回転軸を中心に同心円上に等間隔に配置され、前記ウェハの中心を通り前記研削手段が前記ウェハを研削する研削領域は、平面視で前記回転方向において前記固定支持部及び前記可動支持部の中間点より前記固定支持部側に形成され、前記中間点より前記保持手段を支持する支持剛性が高い高支持剛性領域内に配置されている研削装置を提供する。

この構成によれば、研削手段の研削領域が高支持剛性領域内に配置されていることにより、研削加工時の発振や研削手段をウェハに押し付ける際の荷重に起因する変位の発生が抑制されるため、ウェハを精度良く研削することができる。すなわち、従来の研削装置は、研削手段が平面から視て剛性が低い固定支持部と可動支持部との中間点上を通過するように配置されていたのに比較して、研削手段の研削領域が固定支持部に接近して傾斜手段が保持手段を高剛性で支持可能なことにより、研削加工時の発振や研削手段をウェハに押し付ける際の荷重に起因する変位の発生が抑制されるため、ウェハを精度良く研削することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記可動支持部は、前記固定支持部に対して前記保持手段の回転方向上流側に配置され、前記保持手段を鉛直方向に昇降可能に支持する上流側可動支持部と、前記固定支持部に対して前記保持手段の回転方向下流側に配置され、前記保持手段を鉛直方向に昇降可能に支持する下流側可動支持部と、から成り、前記高支持剛性領域の周縁は、平面視で前記固定支持部と前記上流側可動支持部との中間点より前記回転方向の下流側で、且つ前記固定支持部と前記下流側可動支持部との中間点より前記回転方向の上流側である研削装置を提供する。

この構成によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、傾斜手段が、固定支持部、上流側可動支持部及び下流側可動支持部の３点で保持手段を支持し、高支持剛性領域が、平面から視て固定支持部と上流側可動支持部との中間点より回転方向の下流側で、且つ固定支持部と下流側可動支持部との中間点より回転方向の上流側に形成され、傾斜手段が保持手段を高剛性で支持することにより、研削加工時の発振や押圧荷重に起因する変位の発生が抑制されるため、ウェハを精度良く研削することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の構成に加えて、前記研削領域は、平面視で前記ウェハの中心から前記固定支持部の近傍に向かって円弧状に形成される研削装置を提供する。

この構成によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、研削手段が保持手段を最も高剛性で支持する固定支持部付近に抜けるように研削領域が形成されるため、研削加工時の発振や押圧荷重に起因する変位の発生が抑制されるため、ウェハを精度良く研削することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の発明の構成に加えて、前記研削領域は、平面視で前記ウェハの中心から前記ウェハの外周に向かって円弧状に形成される研削装置を提供する。

この構成によれば、請求項１乃至３の何れか１項記載の発明の効果に加えて、研削手段がウェハの外周に抜けるように研削領域が形成されるため、ウェハのエッヂチッピングを抑制することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の発明の構成に加えて、前記傾斜手段は、前記研削手段の傾きに応じて前記保持手段を傾斜させる研削装置を提供する。

この構成によれば、請求項１乃至４の何れか１項記載の発明の効果に加えて、片持ち支持の研削手段が自重で傾く、いわゆる軸倒れをする場合に、傾斜手段が研削手段の傾きに応じて保持手段を傾斜させることにより、研削手段の姿勢がウェハに対して平行に維持されるため、ウェハの研削加工を高品位に行うことができる。

本発明は、研削領域が高支持剛性領域内に配置されていることにより、研削加工時の発振や研削手段をウェハに押し付ける際の荷重に起因する変位の発生が抑制されるため、ウェハを精度良く研削することができる。

本発明の一実施例に係る研削装置を示す側面図。 図１に示す研削装置の平面図。 傾斜手段の内部構造及び保持手段を示す図２のＩ−Ｉ線部分断面図。 固定支持部と下流側可動支持部との間の剛性を示すグラフ。 高支持剛性領域の範囲を示す平面図。 研削手段の軸倒れに応じて保持手段を傾斜させる様子を示す模式図。 従来の研削手段で用いられる研削手段とウェハとの配置関係を示す平面図。

本発明に係る研削装置は、ウェハを精度良く平坦に加工するという目的を達成するために、ウェハを保持して回転可能な保持手段と、ウェハに押圧されてウェハを研削する研削手段と、保持手段を鉛直方向に固定して支持する固定支持部と鉛直方向に伸縮自在な複数の可動支持部とで保持手段を研削手段に対して傾斜可能な傾斜手段と、を備えた研削装置であって、固定支持部と可動支持部とは、平面視で保持手段の回転軸を中心に同心円上に等間隔に配置され、ウェハの中心を通り研削手段がウェハを研削する研削領域は、平面視で回転方向において固定支持部及び可動支持部の中間点より固定支持部側に形成され、中間点より保持手段を支持する支持剛性が高い高支持剛性領域内に配置されていることにより実現する。

以下、本発明の一実施例に係る研削装置１について、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。なお、本実施例において、「上」、「下」の語は、鉛直方向における上方、下方に対応するものとする。

図１は、研削装置１の基本的構成を示す側面図である。図２は、研削装置１の平面図である。図３は、傾斜手段６の内部構造及び保持手段３を示す図２のＩ−Ｉ線部分断面図である。

研削装置１は、研削手段２でウェハWを裏面研削して薄膜に形成する。研削手段２は、砥石２１と、砥石２１を先端に取り付けたスピンドル２２と、スピンドル２２を鉛直方向Ｖに送るスピンドル送り機構２３と、を備えている。

砥石２１は、スピンドル２２の先端に水平に取り付けられている。砥石２１がウェハWに押し当てられることにより、ウェハWが研削される。以下、砥石２１がウェハＷを研削する円弧状の範囲を「研削領域Ａ１」と称す。

スピンドル２２は、図示しないモータによって回転軸ａ１を中心として回転方向Ｃ１に沿って砥石２１を回転させる。

スピンドル送り機構２３は、コラム４とスピンドル２２とを連結する２つのリニアガイド２３ａと、スピンドル２２を鉛直方向Ｖに昇降させる公知のボールネジスライダ機構（不図示）と、を備えている。

研削手段２の下方には、保持手段としてのウェハチャック３が配置されている。なお、複数のウェハＷを連続して研削加工するために、研削装置１は、複数のウェハチャック３を備えている。複数のウェハチャック３は、インデックステーブル５の回転軸を中心に円周上で所定の間隔を空けて配置されている。

ウェハチャック３は、チャック３１と、エアベアリング３２と、を備えている。

チャック３１は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる図示しない吸着体が埋設されている。ウェハチャック３は、チャック３１及びエアベアリング３２内を通ってチャック３１の表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、エアベアリング３２のロータ３２ａに連結された図示しないロータリージョイントを介して図示しない真空源、圧縮空気源及び給水源に接続されている。真空源が起動すると、チャック３１に載置されたウェハＷがチャック３１に吸着保持される。また、圧縮空気源又は給水源が起動すると、ウェハＷとチャック３１との吸着が解除される。

エアベアリング３２は、回転軸ａ２回りに回転可能なロータ３２ａと、ロータ３２ａの外周に配置されたステータ３２ｂと、を備えている。ロータ３２ａとチャック３１とは、図示しないボルトで固定されている。ロータ３２ａは、ロータリージョイントに接続され、回転軸ａ２を中心にして回転方向Ｃ２に沿ってチャック３１を回転させる。ロータ３２ａとステータ３２ｂとの間には、所定の間隙（エアギャップ）が設けられており、この間隙に圧縮空気を外部から供給することにより、ロータ３２ａがステータ３２ｂに対して非接触で回転することができる。

研削装置１は、ウェハチャック３の回転軸ａ２を砥石２１の回転軸ａ１に対して傾斜させる傾斜手段６を備えている。傾斜手段６は、チルトテーブル６１と、固定支持部６２と、上流側可動支持部６３と、下流側可動支持部６４と、を備えている。

チルトテーブル６１は、平面視で略三角形状に形成されている。チルトテーブル６１には、固定支持部６２、上流側可動支持部６３及び下流側可動支持部６４が、回転軸ａ２を中心にして円周上に１２０度離れて配置されている。

固定支持部６２は、チルトテーブル６１にボルト６２ａで締結されている。

上流側可動支持部６３は、固定支持部６２に対してウェハチャック３の回転方向Ｃ２の上流側に配置されている。なお、上流側可動支持部６３の構造は、下流側可動支持部６４と同様であるから、下流側可動支持部６４を例にその構造を説明し、上流側可動支持部６３に関する説明を省略する。なお、研削装置１に用いられる鉛直方向Ｖに昇降自在な可動支持部は２つに限定されず、３つ以上であっても構わない。

下流側可動支持部６４は、固定支持部６２に対してウェハチャック３の回転方向Ｃ２の下流側に配置されている。下流側可動支持部６４は、チルトテーブル６１に埋め込まれたナット６４ａと、インデックステーブル５に固定され、上部がナット６４ａに螺合するチルト用ボールネジ６４ｂと、チルト用ボールネジ６４ｂを回転させるチルト用モータ６４ｃと、を備えている。下流側可動支持部６４は、固定支持部６２より鉛直方向Ｖに長く形成されている。

研削装置１は、研削手段２がウェハＷを押圧する際の荷重でチルトテーブル６１が落ち込んだ沈降量を計測するスケール７を備えている。

研削装置１の動作は、制御装置８によって制御される。制御装置８は、研削装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御装置８は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置８の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。

制御装置８は、図示しない厚みセンサが計測したウェハＷの厚みに基づいて、所望のウェハ厚を得られるように、回転軸ａ２を回転軸ａ１に対して傾斜させて、砥石２１がウェハＷを研削する加工範囲を調整する。なお、厚みセンサは、研削装置１の構成に含まれるものに限定されず、例えば、研削装置１の外部装置で計測されたデータを制御装置８にフィードバックさせるものであっても構わない。以下、回転軸ａ１に対する回転軸ａ２の角度を「チルト角」と称す。上流側可動支持部６３及び下流側可動支持部６４がそれぞれ独立して鉛直方向Ｖに沿って伸縮し、チルトテーブル６１が固定支持部６２を基準として傾斜することにより、回転軸ａ２を傾斜させることができる。

制御装置８には、チルト角に応じたウェハＷの研削量のデータが記憶されている。これにより、研削前のウェハＷの厚み又は研削中のウェハＷの厚みを計測し、この厚みと所望のウェハの厚みの差分から研削量及びチルト角を調整する。

次に、研削装置１の作用について、図面に基づいて説明する。図４は、固定支持部６２と下流側可動支持部６４との間の剛性を示すグラフである。図５は、高支持剛性領域Ａの範囲を示す平面図である。図６は、研削手段１の軸倒れに応じて保持手段３を傾斜させる様子を示す模式図であり、（ａ）は軸倒れ前の状態を示し、（ｂ）は軸倒れ後の状態を示す。

ウェハチャック３を支持する剛性は、チルトテーブル６１全体で一様に設定されていない。具体的には、図３の線分Ｌ１に示す固定支持部６２と下流側可動支持部６４との間の剛性を例に説明すると、図４に示すように、固定支持部６２と下流側可動支持部６４との中間点Ｍ１付近が最も低剛性であり、固定支持部６２又は下流側可動支持部６４に接近するにしたがって、徐々に剛性が高くなり、固定支持部６２において剛性は最大に達する。固定支持部６２と上流側可動支持部６３との間の剛性についても、同様である。

研削装置１は、砥石２１がウェハＷに押圧されてウェハＷを研削する円弧状の研削領域Ａ１を、平面視で固定支持部６２と上流側可動支持部６３との中間点Ｍ２より回転方向Ｃ２の下流側で、且つ固定支持部６２と下流側可動支持部６４の中間点Ｍ１より回転方向Ｃの上流側の周縁を有する高支持剛性領域Ａ２内に配置している。

すなわち、高支持剛性領域Ａ２は、固定支持部６２及び上流側可動支持部６３の中間点Ｍ２とウェハＷの中心Ｏを通るように配置された仮想研削領域Ａ３と、固定支持部６２及び下流側可動支持部６４の中間点Ｍ１とウェハＷの中心Ｏを通るように配置された仮想研削領域Ａ４とで囲まれた範囲である。このような高支持剛性領域Ａ２は、上述したようなウェハチャック３を支持する支持剛性が、固定支持部６２及び上流側可動支持部６３との中間点Ｍ２、又は固定支持部６２及び下流側可動支持部６４との中間点Ｍ１よりも高い。なお、可動支持部を３つ以上設けた場合には、高支持剛性領域Ａ２は、平面視で回転方向Ｃ２において固定支持部６３と固定支持部６３に隣り合う可動支持部との中間点より固定支持部６３側に形成される。

研削領域Ａ１は、高支持剛性領域Ａ２内であれば何れに配置されても構わないが、ウェハＷの中心から固定支持部６２の近傍に向けて抜けるように形成されるのが好ましい。これにより、ウェハチャック３を高い剛性で支持可能な固定支持部６２付近で研削加工を行うことができる。

さらに、研削領域Ａ１は、ウェハＷの中心からウェハＷの外周に向かって形成されるのが好ましい。これにより、ウェハＷの周縁と砥石２１とが当接する際のエッヂチッピングが抑制される。

傾斜手段６は、研削手段２の自重によるリニアガイド２３ａ回りの回転モーメントに起因する研削手段２の軸倒れを考慮し、砥石２１とウェハＷとが平行になるようにウェハチャック３を傾斜させるものが好ましい。すなわち、コラム４に片持ち支持された研削手段２は自重で傾くことがあり、このように研削手段２が傾いた状態で研削加工を行うと、砥石２１がウェハＷに片当たりする虞がある。そこで、研削手段２の傾き角度と同じ角度だけチルトテーブル６１を傾ける。

例えば、図６（ａ）に示すように、研削手段２が水平姿勢を維持する場合には、傾斜手段６は、ウェハＷの厚みに基づいてチルトテーブル６１の傾きを調整する。

しかしながら、図６（ｂ）に示すように、研削手段２が自重で傾く場合には、上流側可動支持部６３を伸長させて、チルトテーブル６１を研削手段２と同様に傾かせることで、研削手段２の軸倒れに起因する砥石２１とウェハＷとの片当たりを抑制することができる。

このようにして、上述した研削装置１は、研削領域Ａ１が高支持剛性領域Ａ２内に配置されていることにより、研削加工時の発振や研削手段をウェハＷに押し付ける際の荷重に起因する変位の発生が抑制されるため、ウェハＷを精度良く研削することができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ 研削装置
２ ・・・ 研削手段
２１・・・ 砥石
２２・・・ スピンドル
２３・・・ スピンドル送り機構
２３ａ・・・リニアガイド
３ ・・・ ウェハチャック（保持手段）
３１・・・ チャック
３２・・・ エアベアリング
３２ａ・・・ロータ
３２ｂ・・・ステータ
４ ・・・ コラム
５ ・・・ インデックステーブル
６ ・・・ 傾斜手段
６１・・・ チルトテーブル
６２・・・ 固定支持部
６２ａ・・・ボルト
６３・・・ 上流側可動支持部
６４・・・ 下流側可動支持部
６４ａ・・・ナット
６４ｂ・・・チルト用ボールネジ
６４ｃ・・・チルト用モータ
７ ・・・ スケール
８ ・・・ 制御装置
Ａ１・・・ 研削領域
Ａ２・・・ 高支持剛性領域
Ｗ ・・・ ウェハ

Claims (5)

1. ウェハを保持して回転可能な保持手段と、前記ウェハに押圧されて前記ウェハを研削する研削手段と、前記保持手段を鉛直方向に固定して支持する固定支持部と前記鉛直方向に伸縮自在な複数の可動支持部とで前記保持手段を前記研削手段に対して傾斜可能な傾斜手段と、を備えた研削装置であって、
   前記固定支持部と前記可動支持部とは、平面視で前記保持手段の回転軸を中心に同心円上に等間隔に配置され、
   前記ウェハの中心を通り前記研削手段が前記ウェハを研削する研削領域は、平面視で前記回転方向において前記固定支持部及び前記可動支持部の中間点より前記固定支持部側に形成され、前記中間点より前記保持手段を支持する支持剛性が高い高支持剛性領域内に配置されていることを特徴とする研削装置。
2. 前記可動支持部は、
   前記固定支持部に対して前記保持手段の回転方向上流側に配置され、前記保持手段を鉛直方向に昇降可能に支持する上流側可動支持部と、
   前記固定支持部に対して前記保持手段の回転方向下流側に配置され、前記保持手段を鉛直方向に昇降可能に支持する下流側可動支持部と、
   から成り、
   前記高支持剛性領域の周縁は、平面視で前記固定支持部と前記上流側可動支持部との中間点より前記回転方向の下流側で、且つ前記固定支持部と前記下流側可動支持部との中間点より前記回転方向の上流側であることを特徴とする請求項１記載の研削装置。
3. 前記研削領域は、平面視で前記ウェハの中心から前記固定支持部の近傍に向かって円弧状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の研削装置。
4. 前記研削領域は、平面視で前記ウェハの中心から前記ウェハの外周に向かって円弧状に形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の研削装置。
5. 前記傾斜手段は、前記研削手段の傾きに応じて前記保持手段を傾斜させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の研削装置。