JP6736728B2 - 研削加工装置 - Google Patents

Description

本発明は研削加工装置に関するものである。

一般に、シリコンウエハのような半導体ウエハ（以下、これを単に「ウエハ」という）の製造工程では、フレームの保護テープ上にウエハを貼り付けて各工程間を移動させる。また、ウエハの表面を加工して、表面精度や厚みを出す研削加工では、異なるチャックテーブル上で粗研削と精研削を順に行っている。そのため、保護テープの貼り合わせ状態などによって生じるロット間での誤差や、ワークチャックが複数存在する装置ではチャック形状のバラツキなどによって生じるチャック間での誤差が生じる。これらの誤差は、加工後のウエハの精度や厚みにバラツキが生じる。しかし、近年では、ウエハの更なる薄化が求められ、またウエハ表裏の貫通電極の作成に伴い、ウエハの厚みの均一性に対する要求が高まっている。

これを解決するため、ウエハの製造工程では、研削前にウエハの厚み形状を測定し、既存のウエハの形状に合わせてワークチャックの傾斜量と砥石の傾斜量を調節し、所望する研削精度に仕上げるようにして、薄化とウエハ間のバラツキを抑えるようにした技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６、図７は、従来におけるウエハの研削工程における研削加工装置の一構成例を模式的に示す図である。そして、図６はその研削盤の平面図、図７はその側面図であって、図７には研削加工と形状測定の手順を模式的に示している。

図６、図７において、研削盤５０は、チャックテーブル５１と、砥石５２と、砥石台５３と、チルト機構５４、センサ５５等で構成されている。

前記チャックテーブル５１は、前記チルト機構５４を介して回転軸線Ｏを中心として回転可能に配設されており、チルト機構５４は回転軸線Ｏの傾きを調整可能に形成されている。そのチャックテーブル５１上には、図示しないフレーム上に同じく図示しないテープで貼着することによりマウントされた、概略円板状のウエハ（ワーク）Ｗが、上記フレームと共にその中心を回転軸線Ｏに合わせて載置され、そしてチャックテーブル５１でエアチャックされている。

前記砥石５２は、円板状に形成されている。その砥石５２は、砥石台５３に回転可能に支持されている。そして、砥石５２は、図６に示すようにウエハＷの片側半円部分Ｗａの範囲を覆った状態で回転軸線Ｏの片側に、片側半円部分Ｗａと対峙して配設されており、また砥石台５３と共に上下方向（紙面と直交する方向）に移動可能になっている。

前記センサ５４は、非接触で検出可能な光学式のセンサであり、アーム状をしたセンサ移動機構５８に取り付けられている。そのセンサ移動機構５８は、図６に示すように、一端側が研削盤５０に駆動軸５９を支点として水平面に沿って旋回可能に取り付けられており、他端側に前記センサ５４を取り付けている。そして、図６に示すように、センサ移動機構５８は駆動軸５９を支点として旋回され、その旋回によりセンサ５５が、砥石５２と対向する前記ウエハＷの半円部分Ｗａと反対側に位置している片側の半円部分Ｗｂの範囲上を、ワーク外周位置Ｐ１から回転軸線Ｏ上まで移動して、そのウエハＷの形状をスキャンし、そのスキャンによりウエハＷの形状を測定し得るようになっている。

次に、このように構成された研削盤５０の動作を図７の（ａ）〜（ｅ）の順に説明する。
（ａ） まず、ウエハＷが載置される前のチャックテーブル５１の形状が測定され、その測定結果が図示しない制御部などに記憶される。
（ｂ） 続いて、砥石５２が上方に砥石台５３と共に移動された状態において、研削前のウエハＷがチャックテーブル５１上にエアチャックして取り付けられる。次いで、チャックテーブル５１がウエハＷと一体に回転する。また、砥石５２が回転しながら、ウエハＷの表面と接触するまで砥石台５３と共に下降し、ウエハＷの粗研削を行う。
（ｃ） ウエハＷの粗研削が終わると、砥石５２がセンサ５５と干渉しない上方の位置に砥石台５３と共に移動し、その後、センサ５５によるウエハＷの形状の測定が行われる。この形状の測定では、センサ５５がセンサ移動機構５８と共に駆動軸５９を支点として水平に旋回し、ワーク外周位置Ｐ１から回転軸線Ｏ上まで移動してウエハＷの形状をスキャンする。そのセンサ５５で測定されたデータは図示しない制御部に送られ、その制御部では測定データを演算する。また、測定後、センサ５５は、砥石５２と干渉しない位置までセンサ５５と共に移動する。
（ｄ） さらに、制御部では、その演算結果から既存のウエハ形に合わせてチルト機構５４を制御し、そのチルト機構５４を介してチャックテーブル５１の回転軸線Ｏの傾きを制御する。すなわち、その回転軸線Ｏの傾きの制御により、ウエハＷと砥石５２との相対位置関係が調節される。
（ｅ） 次いで、チャックテーブル５１がウエハＷと一体に回転し、また砥石５２が回転しながらウエハＷの表面と接触するまで、砥石台５３と共に下降し、ウエハＷに対する精研削が行われる。これにより、ウエハＷの厚みが均一に研削され、ウエハＷの粗研削から精研削までの処理が完了する。この研削手順では、ウエハＷ間のバラツキを抑え、高精度、かつ、厚みの均一性が得られる。

特開２００３−２５１９７号公報。

上述した従来の研削加工装置におけるウエハＷと砥石５２との相対位置関係を調節する方法では、ウエハＷの粗研削が終り、その後、センサ５５によりウエハＷの形状を測定する際、センサ５５はセンサ移動機構５８と共にワーク外周位置Ｐ１から回転軸線Ｏ上の位置まで移動し、回転軸線Ｏ上ではウエハＷと砥石５２との間をセンサ５５が横切る形でスキャンをして測定を行う。そのため、砥石５２は、センサ５５との干渉を避けるのに砥石台５３ａと共に上方の位置に大きく移動し、ウエハＷとの間に大きな隙間を作った後で測定を行うようにしている。したがって、砥石５２の上下の移動量が多くなるために研削加工処理時間も多くなり、問題があった。なお、従来の研削加工装置における砥石５２の上下方向に移動するストロークは１００ｍｍ、移動速度は１０ｍｍ／sec、退避動作時間は２０secである。

そこで、ワークを研削する砥石の移動量を減らして研削加工処理時間の短縮を可能にする研削加工装置を提供するために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に記載の発明は、ワーク表面を砥石で研削する研削加工装置であって、前記砥石に対向する前記ワークの一部と前記ワークの回転軸線を挟んで反対側に位置する部分のワーク表面上を、ワーク外周位置から前記砥石と干渉しない回転軸線の手前の位置まで前記ワークの形状を測定し得るセンサと、予め既存のワーク全面の形状をデータ化して記憶しているデータマップから前記センサが測定した前記ワークの一部形状に対応するパターンを含むワーク形状を呼び出し、前記ワークの回転軸線手前の位置から前記回転軸線の位置までの形状を予測する制御手段と、を備える研削加工装置を提供する。

この構成によれば、ワークの形状を測定するセンサは、ワーク外周位置から砥石と干渉しない回転軸線の手前の位置まで移動し、残りの回転軸線手前の位置から回転軸線までの形状の測定は、既存のウエハの形状データの結果に基づいて予測し、実際に移動（スキャン）をして測定は行わない。したがって、センサは、ウエハと砥石との間を横切る形でスキャンして測定を行うことがない。そのため、従来装置のように、測定を行う都度、砥石を上方の退避位置に大きく移動させて、スキャンするための隙間を作る必要がないので、砥石の上下移動量が少なくなり、また祖研削加工から精研削加工まで、加工をほぼ連続して行うことができる。これにより、研削加工処理時間の短縮を可能にする。また、回転軸線手前の位置から残りの回転軸線までの形状の予測は、制御手段に予め格納されている既存のウエハの形状データを基に作成されたデータパターンを含むデータマップを参照して、容易に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記センサは、スキャン式の非接触式厚み測定センサである、研削加工装置を提供する。

この構成によれば、スキャン式の非接触式厚み測定センサを使用して、非接触状態でウエハの形状を測定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記ワークの回転方向において、前記砥石の下流側に前記センサを配設し、前記砥石の上流側に研削水を供給するスラリー供給機構を配設している、研削加工装置を提供する。

この構成によれば、研削水を供給するスラリー供給機構を砥石の上流側に配設し、砥石の下流側にセンサを設けている。したがって、スラリー供給機構から供給された研削水のほとんどは砥石の部分で払拭され、研削水が下流側のセンサの測定に影響を与えることも少ない。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の構成において、前記ワークは、半導体ウエハである、研削加工装置を提供する。

この構成によれば、半導体ウエハの研削加工を容易にし、高精度で厚みに均一性のある半導体ウエハが容易に得られる。

本発明の研削加工装置によれば、ワークを研削する砥石の移動量を減らして研削加工処理時間の短縮を可能し、生産性の向上に寄与する。また、ワークの研削を高精度に行うことができ、厚みが均一なワークが容易に得られ、品質の向上に寄与する。

本発明の実施形態として示す半導体製造工程における研削加工装置の平面図である。 図１に示す研削加工装置の模式図である。 図２中のＡ−Ａ位置で切断した同上研削加工装置の断面図である。 同上研削加工装置の駆動を制御する制御系の一例を示す構成ブロック図である。 同上研削加工装置の制御手順を説明する図である。 従来の一例として示す研削加工装置の平面図である。 従来における研削加工装置を模式的に示す側面図である。

本発明は、ウエハを研削する砥石の移動量を減らして研削加工処理時間の短縮を可能にする研削加工装置を提供するという目的を達成するために、ワーク表面を砥石で研削する研削加工装置であって、前記砥石に対向する前記ワークの一部と前記ワークの回転軸線を挟んで反対側に位置する部分のワーク表面上を、ワーク外周位置から前記砥石と干渉しない回転軸線の手前の位置まで前記ワークの形状を測定し得るセンサと、予め既存のワーク全面の形状をデータ化して記憶しているデータマップから前記センサが測定した前記ワークの一部形状に対応するパターンを含むワーク形状を呼び出し、前記ワークの回転軸線手前の位置から前記回転軸線の位置までの形状を予測する制御手段と、を備えることにより実現した。

以下、本発明の実施形態による研削加工装置を、半導体製造装置においてウエハを製造する場合に適用して説明する。

図１乃至図３は本発明の一実施例としての半導体製造工程における研削加工装置を示すもので、図１はその研削加工装置の平面図、図２はその研削加工装置の要部を模式的に示した平面図、図３は図２中のＡ−Ａ位置で切断した研削加工装置の概略断面図である。

図１及び図２において、研削加工装置１０は、チャックテーブル１１と、砥石１２と、砥石台１３と、チルト機構１４、センサ１５、スラリー供給機構としてのクーラント供給機構１７等で構成されている。

前記チャックテーブル１１は、前記チルト機構１４を介して、回転軸線Ｏを中心として時計まわり方向（図１中の矢印３１の方向）に回転可能に配設されており、チルト機構１４は回転軸線Ｏの傾きをＸ−Ｙ方向に調整可能に形成されている。そのチャックテーブル１１上には、図１に示すように基板１６上にテープ（図示せず）で貼着することによりマウントされた、概略円板状のウエハ（ワーク）Ｗが、その中心を回転軸線Ｏに合わせて基板１６と共に載置され、そのチャックテーブル１１でエアチャックされている。

前記砥石１２は、円板状に形成されている。その砥石１２は、砥石台１３に時計回り方向（図１中の矢印３２の方向）に回転可能に支持されている。そして、砥石１２は図１及び図２に示すように、ウエハＷの一部、すなわち片側半円部分Ｗａの範囲（図２のＡ−Ａ線位置の上側）を覆った状態で回転軸線Ｏの片側に、片側半円部分Ｗａと対向して配設されており、また砥石台１３と共に上下方向（紙面と直交する方向）に移動可能になっている。

前記センサ１５は、非接触で検出可能な光学式のセンサであり、アーム状をしたセンサ移動機構１８に取り付けられている。そのセンサ移動機構１８は、図１及び図２に示すように、一端側が装置本体１０ａの駆動軸１９に、その駆動軸１９を支点として回転可能に取り付けられており、他端側に前記センサ１５を取り付けている。そして、センサ移動機構１８は駆動軸１９を支点として水平面（装置本体１０ａの上面）に沿って旋回され、その旋回によりセンサ１５が、砥石１２に対向する前記ウエハＷの半円部分Ｗａと反対側に位置している部分である片側の半円部分Ｗｂの範囲上を、ワーク外周位置Ｐ１（図１中に実線で示す位置）から回転軸線Ｏに向かって、前記砥石１２と干渉しない手前の位置Ｐ２（図１中に点線で示す位置）上まで移動して、そのウエハＷの形状をスキャンし、そのスキャンによりウエハＷの形状を測定し得るようになっている。

前記クーラント供給機構１７は、砥石１２とウエハＷとの間にノズルから研削水（冷却水）を供給ためのものである。なお、クーラント供給機構１７は、ウエハＷの回転方向（チャックテーブル１１の回転方向）において、砥石１２の上流側に配設され、砥石１２の下流側にセンサ１５を配設している。したがって、クーラント供給機構１７から供給された研削水のほとんどは砥石１２の部分で払拭されるので、例え研削を行っているオンラインの状態でセンサ１５が測定を行ったとしても、研削水が下流側のセンサ１５の測定に与える影響は少なくなる。

図４は、研削加工装置１０の駆動を制御する制御系の構成ブロック図である。同図において、研削加工装置１０の制御系は、研削加工装置１０の全体を予め決められた手順で制御する制御手段としての主制御部２１と、前記チャックテーブル１１の回転及びチャックの開閉動作を制御するチャックテーブル制御部２２と、砥石１２の回転を制御する砥石回転駆動制御部２３と、センサ移動機構１８の旋回動作を制御するセンサ移動機構駆動制御部２４と、チルト機構１４を制御するチルト機構制御部２５などを備えている。

主制御部２１は、メインの制御部であり、例えばコンピュータである。主制御部２１は、研削加工装置１０の全体を予め決められた手順で制御する制御系のプログラムを有するメモリ２１ａと、既存のウエハＷの形状データが電子化されてデータパターンとして予め記憶されているマップなどを含む各種のデータを読み書き可能に格納するメモリ２１ｂと、メモリ２１ａ、２１ｂ及びセンサ１５から入力されるデータを演算処理するＣＰＵ（演算処理装置）２１ｃなどで構成されている。

また、主制御部２１では、センサ１５が前記ワーク外周位置Ｐ１から砥石１２と干渉しない手前の前記位置Ｐ２上まで移動してウエハＷの形状をスキャンして得られた結果と、既存のウエハＷの形状をデータ化して予め記憶しているマップ２２ｂ内のデータパターンを参照して、例えば今回スキャンして得られた結果が、既存のウエハＷから得られたどのパターンに対応しているかを判定し、ウエハＷ上における残りの位置Ｐ２から中心軸線Ｏまでの範囲における形状を演算して予測することができるようになっている。そして、主制御部２１では、その予測に基づいてチルト機構制御部２５を介してチルト機構１４を制御し、チャックテーブル１１の傾きを調整することができるようになっている。

図５は研削加工装置１０の動作手順の一例を示す図である。その研削加工装置１０の動作を、図５の（ａ）〜（ｆ）の順に説明する。
（ａ） まず、ウエハＷが載置される前のチャックテーブル１１の形状が測定され、その測定結果が主制御部２１のメモリ２１ｂなどに予め格納される。
（ｂ） 次いで、砥石１２が上方に、砥石台１３と共に移動された状態において、チャックテーブル１１上に研削前のウエハＷがエアチャックして取り付けられる。また、チャックテーブル１１がウエハＷと一体に回転するとともに、砥石１２が回転しながらウエハＷの表面と接触するまで砥石台１３と共に下降し、クーラント供給機構１７から研削水を供給しながらウエハＷの粗研削を行う。ウエハＷの粗研削後、クーラント供給機構１７による研削水の供給を停止するとともに、砥石１２はチャックテーブル１１の傾斜、すなわちチルト機構１４によるチャックテーブル１１のチルト制御の邪魔にならない位置まで、上方に砥石台１３と共に移動される。
（ｃ） その後、センサ１５によるウエハＷの形状の測定が行われる。この形状の測定では、センサ１５がセンサ移動機構１８と共に駆動軸１９を支点として水平に旋回し、図１及び図２に示すワーク外周位置Ｐ１から砥石１２と干渉しない手前の位置Ｐ２まで移動してウエハＷの形状をスキャンし、そのウエハＷの形状を測定する。そして、センサ１５の測定の結果がデータとして主制御部２１に入力される。
（ｄ） 主制御部２１では、センサ１５が測定したデータとデータマップ２２ｂ内に予め格納されているデータパターンを参照し、どのデータパターンと対応しているかを判定し、ウエハＷ上における残りの位置Ｐ２から中心軸線Ｏまでの範囲における形状を演算して予測する。
（ｅ） そして、主制御部２１では、その予測値に基づいてチルト機構制御部２５を介してチルト機構１４を制御し、チャックテーブル１１の回転軸線Ｏの傾きを調整する。すなわち、ウエハＷと砥石５２との相対位置関係を調節する。
（ｆ） 次いで、チャックテーブル５１がウエハＷと一体に回転し、また砥石５２が回転しながらウエハＷの表面と接触するまで、砥石台５３と共に下降し、クーラント供給機構１７から研削水を供給しながらウエハＷに対する精研削が行われる。これにより、ウエハＷは厚みが均一になるように精研削され、ウエハＷの粗研削から精研削までの一連の処理が完了する。この研削手順では、ウエハＷ間のバラツキを抑え、高精度、かつ、厚みの均一性が得られる。

したがって、本実施形態に係る研削加工装置１０によれば、ウエハ（ワーク）Ｗの形状を測定するセンサ１５は、ワーク外周位置Ｐ１から砥石１２と干渉しない回転軸線Ｏの手前の位置Ｐ２まで移動し、残りの回転軸線Ｏ手前の位置Ｐ２から回転軸線Ｏまでの形状（図２中に示す範囲Ｓ２内の形状）は、既存のウエハＷで予め測定されたデータマップ２２ｂ内のデータパターンを参照して予測し、実際のスキャンは行わない。これにより、センサ１５は、ウエハＷと砥石１２との間を横切る形でスキャンして測定を行うことがないので、回転軸線Ｏの位置までセンサを移動させていた従来装置においては、測定を行う都度、砥石を上方の退避位置に大きく移動させて隙間を作る必要があったが、本実施形態の研削加工装置１０ではその必要はない。このため、砥石の上下移動量が少なくなり、また粗研削加工から精研削加工まで、加工をほぼ連続して行うことができるので、研削加工処理時間の短縮を可能にする。さらに、ウエハＷの研削を高精度に行うことができると共に厚みが均一なワークが容易に得られ、品質の向上に寄与する。

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為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

以上説明したように、本発明は半導体製造工程における研削加工装置を一例として説明したが、半導体製造工程に限らず、広く一般の研削加工装置にも応用できるものである。

１０ 研削加工装置
１０ａ 装置本体
１１ チャックテーブル（ワーク保持部）
１２ 砥石
１３ 砥石台
１４ チルト機構
１５ センサ
１６ 基板
１７ クーラント供給機構
１８ センサ移動機構
１９ 駆動軸
２１ 主制御部（制御手段）
２１ａ メモリ（プログラム）
２１ｂ メモリ（データマップ）
２１ｃ ＣＰＵ（演算処理装置）
２２ チャックテーブル制御部
２３ 砥石回転駆動制御部
２４ センサ移動機構駆動制御部
２５ チルト機構制御部
Ｗ ウエハ（ワーク）
Ｗａ、Ｗｂ 半円部分
Ｏ 回転軸線
Ｐ１１ ワーク外周位置
Ｐ２ ワーク上の位置

Claims (4)

1. ワーク表面を砥石で研削する研削加工装置であって、
   前記砥石に対向する前記ワークの一部と前記ワークの回転軸線を挟んで反対側に位置する部分のワーク表面上を、ワーク外周位置から前記砥石と干渉しない回転軸線の手前の位置まで前記ワークの形状を測定し得るセンサと、
   予め既存のワーク全面の形状をデータ化して記憶しているデータマップから前記センサが測定した前記ワークの一部形状に対応するパターンを含むワーク形状を呼び出し、前記ワークの回転軸線手前の位置から前記回転軸線の位置までの形状を予測する制御手段と、
   を備えることを特徴とする研削加工装置。
2. 前記センサは、スキャン式の非接触式厚み測定センサである、ことを特徴とする請求項１に記載の研削加工装置。
3. 前記ワークの回転方向において、前記砥石の下流側に前記センサを配設し、前記砥石の上流側に研削水を供給するスラリー供給機構を配設している、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の研削加工装置。
4. 前記ワークは、半導体ウエハである、ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の研削加工装置。

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