JP6704256B2

JP6704256B2 - 研削装置

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Publication number: JP6704256B2
Application number: JP2016009559A
Authority: JP
Inventors: 聡山中; 一史千嶋
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2017127936A

Description

本発明は、被加工物を研削する研削装置に関する。

硬い被加工物を研削する際には、例えば、ビトリファイドボンドで形成される砥石が用いられる。ビトリファイドボンド砥石は、ビトリファイドボンドで砥粒を強固に保持しているため、レジンボンド砥石よりも砥粒の保持力が強く、例えば、サファイア、SiCなどの硬い被加工物の研削に適しているが、自生発刃作用が不十分となる。そのため、下記の特許文献１において、自生発刃作用を良好にするために、連通しない独立した気孔が複数形成された砥石が提案されている。

特開２００６−２２４２０１号公報

硬い被加工物を研削する場合、砥石を強い力で押し付けて砥粒を被加工物に噛み込ませて研削しているため、上記のような砥石を用いたとしても砥石に欠けが発生し、その欠けが被加工物の研削結果に悪影響を及ぼしている。さらに、欠けが生じた砥石を使用し続けると、砥石の欠けた部分と被加工物の角部分（被加工物の外周部）とが衝突し、被加工物が割れるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、砥石に欠けが生じたとしても、被加工物の割れを防止できるようにすることを目的とする。

本発明は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、ビトリファイドボンドで形成される砥石が円周方向に間隔を設けて回転可能な研削ホイールに配設され該チャックテーブルに保持されるウエーハを研削する研削手段と、該研削手段と該チャックテーブルとを相対的に接近及び離反する方向に研削送りする研削送り手段と、該研削ホイールに配設された該砥石の欠けを検出する欠け検出手段とを備える研削装置であって、該欠け検出手段は、測定光を投光する投光部と該測定光を受光する受光部とを有し該研削ホイールの径方向において該投光部と該受光部との間に該砥石が進入可能な光透過センサと、該光透過センサを検出位置と退避位置とに移動させる移動手段と、該砥石の厚みが薄くなるように該砥石が欠けているために該砥石を通過した該測定光を該光透過センサの該受光部が受光する受光量が予め設定されたしきい値以上のときに該砥石が欠けていると判断する判断部と、を備える。

本発明にかかる研削装置は、ビトリファイドボンドで形成される砥石が円周方向に間隔を設けて回転可能な研削ホイールに配設されチャックテーブルに保持されるウエーハを研削する研削手段と、該研削手段と該チャックテーブルとを相対的に接近及び離反する方向に研削送りする研削送り手段と、該研削ホイールに配設された該砥石の欠けを検出する欠け検出手段を備え、該欠け検出手段は、該研削ホイールの径方向において投光部と受光部とを有し該研削ホイールの径方向において該投光部と該受光部との間に該砥石が進入可能な光透過センサと、該光透過センサを検出位置と退避位置とに移動させる移動手段と、該光透過センサの該受光部が受光する受光量が予め設定されたしきい値以上のときに該砥石が欠けていると判断する判断部とを備えるため、該受光部で受光された測定光の受光量に基づいて、該判断部が該砥石に欠けが発生しているかどうかを検出し、被加工物の割れを未然に防いで被加工物が破損するのを防止することができる。

研削装置の一例を示す斜視図である。欠け検出手段の構成を示す斜視図である。欠け検出手段によって砥石が欠けていないと判断される検出例を示す拡大断面図である。欠け検出手段によって砥石が欠けていると判断される検出例を示す拡大断面図である。欠け検出手段の変形例を備える研削装置の一例を示す斜視図である。

図１に示す研削装置１は、被加工物であるウエーハＷを研削する研削装置の一例であって、Ｙ軸方向に延在する装置ベース２を有している。装置ベース２の上面には、ウエーハＷを保持するチャックテーブル４が配設されている。チャックテーブル４の上面はウエーハＷを保持する保持面４ａとなっており、保持面４ａは吸引源に接続されている。チャックテーブル４の周囲はカバー５によって覆われている。そして、チャックテーブル４は、図示しないＹ軸方向移動手段によりＹ軸方向に移動することができる。

装置ベース２のＹ軸方向後部には、Ｚ軸方向に延在するコラム３が立設されている。コラム３の前方には、チャックテーブル４に保持されるウエーハＷを研削する研削手段１０と、研削手段１０とチャックテーブル４とを相対的に接近及び離反する方向に研削送りする研削送り手段２０とを備えている。

研削送り手段２０は、Ｚ軸方向に延在するボールネジ２１と、ボールネジ２１の一端に接続されたモータ２２と、ボールネジ２１と平行に延在する一対のガイドレール２３と、一方の面が研削手段１０に固定された昇降板２４とを備えている。一対のガイドレール２３には昇降板２４の他方の面が摺接し、昇降板２４の内部に形成されたナットにはボールネジ２１が螺合している。モータ２２によってボールネジ２１を回動させることにより、昇降板２４とともに研削手段１０をＺ軸方向に昇降させることができる。

研削手段１０は、Ｚ軸方向の軸心を有するスピンドル１１と、スピンドル１１の外周を囲繞するスピンドルハウジング１２を保持するホルダ１３と、スピンドル１１の一端に取り付けられたモータ１４と、ホイールマウント１５を介してスピンドル１１の下端に回転可能に装着された研削ホイール１６と、研削ホイール１６の下部において円周方向に沿って間隔を設けて配設された複数の砥石１７とを備えている。モータ１４がスピンドル１１を回転させることにより、研削ホイール１６を所定の回転速度で回転させることができる。

砥石１７は、例えば、ビトリファイドボンドによって砥粒が保持され形成されている。このように、砥粒の保持力の高いボンドで砥石１７が形成されるため、砥石１７は硬い被加工物の研削に適している。本実施形態に示す砥石１７は、直方体形状のセグメント砥石であり、研削対象のウエーハＷに接触する下面が研削面１７０となっている。また、隣り合う砥石１７の間には、ほぼ等間隔の隙間が設けられている。なお、研削ホイール１６に配設される砥石１７の個数は、特に限定されない。

研削装置１は、研削ホイール１６の下部に配設された砥石１７の欠けを検出する欠け検出手段３０を備えている。欠け検出手段３０は、研削ホイール１６の径方向において砥石１７が進入可能な光透過センサ３１と、砥石１７の欠けを検出する検出位置と砥石１７の欠けを検出しない退避位置とに光透過センサ３１を移動させる移動手段３２と、光透過センサ３１が受光する受光量が予め設定されたしきい値以上のときに砥石１７が欠けていると判断する判断部３３とを備えている。

図２に示すように、光透過センサ３１は、その一端側において測定光を投光する投光部３１０と、他端側において投光部３１０から投光された測定光を受光する受光部３１１とを有している。光透過センサ３１では、光軸が一致するように投光部３１０と受光部３１１とが対向配置されている。この光軸は、研削ホイール１６のほぼ径方向に向いている。投光部３１０と受光部３１１との間には、図１に示した砥石１７が進入可能な空隙３１２が形成されている。空隙３１２は、砥石１７の欠けを検出するための検出領域であり、少なくとも砥石１７が進入できる程度の幅を有している。

移動手段３２は、光透過センサ３１を下方から支持するアーム部３２０と、アーム部３２０を旋回させる旋回軸３２１と、旋回軸３２１を駆動させるモータ３２２とにより構成されている。モータ３２２が旋回軸３２１を駆動させることにより、アーム部３２０とともに光透過センサ３１を旋回させ、砥石１７の欠けを検出する検出位置と、砥石１７の欠けを検出しない退避位置とに光透過センサ３１をそれぞれ移動させることができる。ここで、検出位置とは、研削ホイール１６の径方向において研削ホイール１６の回転にともない周回する砥石１７が光透過センサ３１の空隙３１２に進入可能な位置である。また、退避位置とは、研削ホイール１６の回転にともない周回する砥石１７の軌道上から離れた位置（図１の例では、チャックテーブル４の側方側の位置）である。

光透過センサ３１は、チャックテーブル４よりも高い位置に配置されて使用される。すなわち、チャックテーブル４と光透過センサ３１とが衝突しないように、光透過センサ３１を支持する図２に示したアーム部３２０の高さ位置が、チャックテーブル４の保持面４ａの高さ位置よりも上方側に突出するように、旋回軸３２１の長さが調節されている。

判断部３３は、図３に示すアンプ３４を介して投光部３１０と受光部３１１とに接続されている。アンプ３４は、投光部３１０から投光され受光部３１１で受光された測定光を電気信号に変換する変換部と、該電気信号の電圧値を検出する電圧値検出部とにより少なくとも構成されている。判断部３３には、砥石１７の欠けの判断基準となる電圧値のしきい値が設定される。そして、判断部３３は、受光部３１１で受光される測定光の受光量に対応した電圧値と判断部３３に設定されたしきい値とを比較して砥石１７に欠けが生じているかどうかを判断することができる。

次に、図１に示した研削装置１の動作例について説明する。ウエーハＷは、円形板状の被加工物の一例である。ウエーハＷは、例えば、サファイアやシリコンカーバイト（SiC）などの硬質の基板を有し、その表面Ｗａには、デバイスを保護する保護テープＴが貼着されている。一方、表面Ｗａと反対側の裏面Ｗｂは、砥石１７によって研削されて薄化される被研削面となっている。

ウエーハＷの表面Ｗａ側をチャックテーブル４の保持面４ａに載置して裏面Ｗｂを上向きにさせる。図示しない吸引源の吸引力を作用させた保持面４ａでウエーハＷを吸引保持したら、チャックテーブル４を回転させながら研削手段１０の下方に移動させる。続いて、研削送り手段２０によって、研削手段１０とチャックテーブル４とを相対的に接近する方向に研削手段１０を下降させる。研削手段１０は、スピンドル１１を回転させることにより、研削ホイール１６を回転させながら、砥石１７の研削面１７０でウエーハＷの裏面Ｗｂを押圧しながら所望の厚みに至るまで研削する。ウエーハＷの研削中は、図示しない研削水供給源から砥石１７に向けて研削水を供給し続ける。研削水としては、例えば、純水が用いられる。

ウエーハＷを研削した後、欠け検出手段３０を用いて、砥石１７に欠けが発生しているかどうかを検出する。判断部３３には、予め砥石１７の欠けの判断基準となる電圧値のしきい値が設定されている。ウエーハＷの研削中は、多量の研削水を用いるため、検出精度の観点から砥石１７の欠けの検出は行わず、ウエーハＷの研削後に砥石１７の欠けの検出を行うことが好ましい。

具体的には、移動手段３２によって、光透過センサ３１を図１に示した退避位置から検出位置に移動させる。すなわち、図２に示したモータ３２２が旋回軸３２１を駆動することにより、アーム部３２０とともに光透過センサ３１を旋回させ、光透過センサ３１を検出位置に移動させる。次いで、研削手段１０は、研削ホイール１６を回転させつつ、研削送り手段２０によって研削ホイール１６を下降させ、図３に示すように、投光部３１０と受光部３１１との間の空隙３１２に砥石１７を徐々に進入させる。この際、投光部３１０から受光部３１１に向けて測定光３５を投光する。

このとき、測定光３５が砥石１７の研削面１７０側に当たるように、図１に示した研削送り手段２０によって、研削ホイール１６の研削送り量を調節する。砥石１７には、無数の気孔が形成され、ビトリファイドボンドのガラス質で砥粒が結合されているため、測定光３５を砥石１７に当てると、一部の測定光３５が該気孔と該ガラス質とを通過し受光部３１１で受光されるが、その受光量は砥石１７に欠けがあるかどうかで変化する。すなわち、投光部３１０から投光された測定光３５の光路上に位置する砥石１７に欠けが生じていると、砥石１７の内部を通過する測定光の光量が増える。つまり、欠けが生じていると砥石１７の厚みが薄くなり測定光を遮光する砥粒が少なくなるため、受光部３１１で受光される測定光３５の受光量も増える。そして、砥石１７に欠けが発生しているかどうかは、受光部３１１で受光される測定光３５の受光量に基づいて判断される。

ここで、図３に示すように、欠け検出手段３０の検出対象となる砥石１７に欠けが生じていない場合、砥石１７が空隙３１２に進入していくにつれて、投光部３１０から受光部３１１に向けて投光されている測定光３５が砥石１７によって遮光されると、砥石１７の内部を通過する測定光３５の光量が少ないため、受光部３１１で受光される測定光３５の受光量も少なくなり、かかる受光量に応じてアンプ３４が検出する電圧値も下がる。よって、判断部３３は、アンプ３４が検出した電圧値が予め設定されたしきい値以下であると認識したら、砥石１７が欠けていないと判断する。

一方、図４に示すように、欠け検出手段３０の検出対象となる砥石１７ａに欠け１８が生じている場合は、砥石１７ａが空隙３１２に進入しても、投光部３１０から受光部３１１に向けて投光されている測定光３５の多くが砥石１７ａの内部を通過し、受光部３１１で受光される測定光３５の受光量があまり小さくならず、かかる受光量に応じてアンプ３４が検出する電圧値もあまり下がらない。よって、判断部３３は、アンプ３４が検出した電圧値が予め設定されたしきい値以上であると認識したら、砥石１７ａが欠けていると判断する。このようにして砥石１７ａの欠け１８を検出したら、砥石１７ａのドレッシングや交換等を行う。

このように、本発明の研削装置１は、研削ホイール１６の砥石１７の欠けを検出する欠け検出手段３０を備え、欠け検出手段３０は、研削ホイール１６の径方向において投光部３１０と受光部３１１との間の空隙３１２に砥石１７が進入可能な光透過センサ３１と、光透過センサ３１を検出位置と退避位置とに移動させる移動手段３２と、光透過センサ３１の受光部３１１が受光する受光量が予め設定されたしきい値以上のときに砥石１７が欠けていると判断する判断部３３とを備えるため、受光部３１１で受光された測定光３５の受光量に基づいて砥石１７ａの欠け１８を検出することが可能となり、ウエーハＷの割れを未然に防ぎ、ウエーハＷが破損するのを防止することができる。

図５に示す研削装置１Ａは、砥石１７の欠けを検出する欠け検出手段の変形例である欠け検出手段４０を備えている。研削装置１Ａは、欠け検出手段４０を備えた点以外は上記の研削装置１と同様の構成である。

欠け検出手段４０は、投光部４１０と受光部４１１とを有し研削ホイール１６の径方向において投光部４１０と受光部４１１との間に砥石１７が進入可能な光透過センサ４１と、光透過センサ４１を支持する支持部４２と、支持部４２が連結された固定部４３と、光透過センサ４１が受光する受光量が予め設定されたしきい値以上のときに砥石１７が欠けていると判断する判断部４４とを備えている。判断部４４の構成は、上記の欠け検出手段３０の判断部３３と同様であり、予め砥石１７の欠けの判断基準となる電圧値のしきい値が設定されている。欠け検出手段４０では、固定部４３がカバー５に固定され、光透過センサ４１がチャックテーブル４に隣接配置された構成となっているため、チャックテーブル４がＹ軸方向に移動することにより、光透過センサ４１も同方向に移動する構成となっている。研削装置１Ａにおいても、砥石１７の欠けの検出は、ウエーハＷの研削後に行うことが好ましい。

欠け検出手段４０を用いて砥石１７の欠けを検出するときは、チャックテーブル４をＹ軸方向に移動させることにより、光透過センサ４１を研削ホイール１６の下方に移動させる。その後、欠け検出手段３０と同様の動作によって砥石１７の欠けを検出する。すなわち、研削ホイール１６を回転させつつ、研削送り手段２０によって研削ホイール１６を下降させ、投光部４１０と受光部４１１との間の空隙に砥石１７を進入させる。このとき、投光部４１０から受光部４１１に向けて測定光を投光する。判断部４４によって、受光部４１１で受光された受光量に対応した電圧値が予め設定されたしきい値以下であると認識したら、砥石１７は欠けていないと判断する。一方、判断部４４によって、受光部４１１で受光された受光量に対応した電圧値が予め設定されたしきい値以上であると認識したら、砥石１７は欠けていると判断する。このように、研削装置１Ａにおいても、受光部４１１で受光された測定光の受光量に基づいて、砥石１７に欠けが発生しているかどうかを検出できるため、ウエーハＷの割れを未然に防ぐことができる。

本実施形態に示す光透過センサ３１，４１は、この構成に限定されるものではない。例えば、研削ホイール１６の研削送り方向（Ｚ軸方向）に複数の投光部と受光部とを配列させて光透過センサを構成してもよい。

本実施形態に示したように、砥石１７がセグメント砥石からなり、研削ホイール１６において隣接する砥石１７の間に隙間が設けられている場合は、該隙間を通過し受光部３１１，４１１で受光された測定光の受光量がしきい値よりも大きな値（砥石１７の欠けを判断する場合とは大きくかけ離れた値）となるため、判断部３３，４４が該隙間を欠けと判断しないように該隙間を砥石１７の欠けの判断基準から除外することが好ましい。

１，１Ａ：研削装置２：装置ベース３：コラム４：チャックテーブル
４ａ：保持面５：カバー１０：研削手段１１：スピンドル
１２：スピンドルハウジング１３：ホルダ１４：モータ１５：ホイールマウント
１６：研削ホイール１７，１７ａ：砥石１８：欠け２０：研削送り手段
２１：ボールネジ２２：モータ２３：ガイドレール２４：昇降板
３０：欠け検出手段３１：光透過センサ３１０：投光部３１１：受光部
３１２：空隙３２：移動手段３２０：アーム部３２１：旋回軸３２２：モータ
３３：判断部３４：アンプ３５：測定光４０：欠け検出手段４１：光透過センサ４１０：投光部４１１：受光部４２：支持部４３：固定部４４：判断部

Claims

ウエーハを保持するチャックテーブルと、ビトリファイドボンドで形成される砥石が円周方向に間隔を設けて回転可能な研削ホイールに配設され該チャックテーブルに保持されるウエーハを研削する研削手段と、該研削手段と該チャックテーブルとを相対的に接近及び離反する方向に研削送りする研削送り手段と、該研削ホイールに配設された該砥石の欠けを検出する欠け検出手段とを備える研削装置であって、
該欠け検出手段は、測定光を投光する投光部と該測定光を受光する受光部とを有し該研削ホイールの径方向において該投光部と該受光部との間に該砥石が進入可能な光透過センサと、
該光透過センサを検出位置と退避位置とに移動させる移動手段と、
該砥石の厚みが薄くなるように該砥石が欠けているために該砥石を通過した該測定光を該光透過センサの該受光部が受光する受光量が予め設定されたしきい値以上のときに該砥石が欠けていると判断する判断部と、を備える研削装置。