JP6866097B2

JP6866097B2 - 研削装置

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Publication number: JP6866097B2
Application number: JP2016193731A
Authority: JP
Inventors: 涼松橋
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: JP2018051723A

Description

本発明は、保持テーブルに保持されたウエーハを研削する研削装置に関する。

ウエーハを研削する研削装置においては、保持テーブルの保持面に保持されたウエーハの上面を研削砥石で研削する。ウエーハが研削装置に搬入されると、保持テーブルは位置付け手段により研削砥石の下方に位置付けられる。そして、保持テーブルが回転するとともに、回転する研削砥石がウエーハに接触してウエーハが研削される。研削により研削砥石の研削面が目潰れしたり目詰まりしたりすると、研削砥石の砥粒がウエーハに食い込まなくなりウエーハの研削が困難になる。この状態で研削が続けられると、保持テーブルに保持されるウエーハに研削砥石を押し付ける力が所定値以上となり、このときの研削抵抗によって研削装置に振動が発生する。

目潰れや目詰まりにより研削砥石の研削能力は低下するため、研削装置では研削手段に検知部を配置して検知部において研削装置の振動を検知させ、研削を停止するようにしている。そして、研削面をドレッシングした後、再び研削を継続する。

特開２０１２−９１２４５号公報

振動を検知する検知部は、研削装置のコントローラと配線で接続されている（例えば、特許文献１参照）。検知部が振動を検知すると、検知部において振動により微弱電流が発生され、配線を介して研削装置のコントローラに振動値として取り入れられる。研削装置は振動値の大きさを判断して研削を停止するか否かを決定する。これにより装置の振動を検知して研削不良を防止できるが、配線により検知部と検知部から離れた場所に設置されるコントローラを接続することで装置構成が複雑になる問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な装置構成でウエーハの研削を制御できる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の研削装置は、ウエーハを保持する保持手段と、研削砥石を環状に配設する研削ホイールを回転可能に装着して保持手段が保持するウエーハを研削する研削手段と、研削手段を保持手段に対して接近および離間する研削送り手段と、を備える研削装置であって、研削加工時の振動を検知して研削装置の受信部に振動を送信する振動送信手段を備え、振動送信手段は、保持手段もしくは研削手段に配設し、研削砥石がウエーハを研削加工して発生した振動により発電する発電部と、発電部により発電された電圧値を発電部より発電した電力を利用して受信部に無線で送信する送信部と、を備え、研削加工で発生した振動で発電部が発電し、発電部が発電した電圧値を発電部より発電した電力を利用して送信部から受信部に送信し、予め設定された設定値と送信部が送信して受信部が受信した電圧値とを比較して研削送り手段を制御する制御部を備える。

この構成によれば、振動送信手段により研削加工時の振動が検知されると、発電部が発電して振動に応じた電圧値が得られるとともに、振動によって発電部で発電される電力を利用して電圧値が送信部から受信部に無線で送信される。無線送信された電圧値に応じて制御部でウエーハの研削が制御できるため、送信部から受信部の通信に配線を用いなくても研削装置が振動を認識しウエーハの研削を制御することができる。

本発明によれば、簡易な装置構成でウエーハの研削を制御できる。

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振動送信手段の斜視図である。本実施の形態に係る電圧値と設定値との関係を示す図である。

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、保持テーブル２４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、保持テーブル２４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の上面を通過することでウエーハＷが削られて薄化される。なお、ウエーハＷとしては、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。

基台１１上のコラム１４には、研削手段４１を保持テーブル２４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、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、保持テーブル２４に保持されたウエーハＷを研削する。

研削手段４１の下方には、保持テーブル２４が設けられている。保持テーブル２４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、保持テーブル２４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。

保持テーブル２４は、位置付け手段５０の移動基台５２に立設した支持柱２５によって下方から支持されている。保持テーブル２４と、支持柱２５と、位置付け手段５０とで、保持手段２１を構成している。保持テーブル２４は回転手段（不図示）によって回転される。移動基台５２上には、後述する振動送信手段６０が設けられている。

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、保持テーブル２４をＸ軸方向に移動させる位置付け手段５０が設けられている。

位置付け手段５０は、基台１１上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール５１と、その間に配置されたボールネジ５３とを有している。一対のガイドレール５１には、上述の移動基台５２がスライド可能に設置されている。移動基台５２の背面側には、ナット部（不図示）が形成され、このナット部にボールネジ５３が螺合されている。そして、ボールネジ５３の一端部に連結された駆動モータ５４が回転駆動されることで、保持テーブル２４が一対のガイドレール５１に沿ってＸ軸方向に動かされる。保持テーブル２４は位置付け手段５０によりウエーハ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。研削中は保持テーブル２４が回転するとともに、研削砥石４８が回転しながらウエーハＷに接触してウエーハＷが研削され、研削終了後は保持テーブル２４は位置付け手段５０によりウエーハＷの研削位置から搬出位置に移動される。

また、研削装置１には、コラム１４の側面に制御部７０が配設されており、制御部７０には振動送信手段６０から送信される電圧値を受信する受信部７２及び予め設定された設定値Ｃ、Ｌ（図３参照）と受信した電圧値とを比較する判断部７１が備えられている。制御部７０は、電圧値に応じ、研削送り手段３１の研削送り速度を制御する。制御部７０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（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。

ここで、ウエーハの研削を行うと研削砥石に目詰まりや目潰れが生じ、研削砥石の研削能力が低下する場合がある。この状態で研削が続けられると、研削抵抗によって保持テーブル及び研削手段に振動が発生する。このため、従来構造では研削手段のスピンドル付近に検知部を設置し、検知部で振動を検知している。検知部で検知された振動は振動値として制御部に備えられる受信部に入力され、制御部が研削送り手段を制御することで研削が停止される。これにより研削不良を防止できるが、スピンドル付近に配置される検知部と、コラムに配置される制御部とが配線を介して接続されるため、配線同士が絡まって、研削手段の動きを邪魔する問題があった。また、配線の部品が増えるため装置構成が複雑になり、配線の設置場所を確保する必要があった。そこで本実施の形態では、振動送信手段において振動によって得られた電圧値を送信部から受信部に無線で送信するようにしている。

以下、図２を参照して、本実施の形態に係る振動送信手段の構成について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る振動送信手段の斜視図である。なお、図１に示すように振動送信手段６０は、保持テーブル２４の下方の移動基台５２上に、コラム１４に配設される受信部７２に対向して配置され、研削砥石４８がウエーハＷを研削加工して発生した振動を検知して受信部７２に振動を送信する。図２に示すように、振動送信手段６０には、発電部６１と、発電部６１に接続される送信部６２とが備えられている。

発電部６１においては、例えば、エレクトレット振動発電が用いられる。エレクトレット振動発電においては、相対的に移動可能に配置された一対の基板の一方に複数のエレクトレットが並設され、他方に電極が備えられる。ウエーハＷを研削加工して振動が発生すると、一対の基板の相対的に移動して電極とエレクトレット間の静電容量が変化するため、その変化分が電力として出力される。これにより発電部６１が発電することによって、研削加工時の振動が検知される。エレクトレットが並設された基板と、電極が備えられた基板が相対的に一定周期で移動すると、電圧が一定周期でカーブを描いて変動する。カーブの振幅の大きさは振動の大きさに対応しており、振幅の大きさが電圧値とされる。電圧値は発電部６１から送信部６２に出力される。

送信部６２は、発電部６１で発電される電力を利用して、電圧値を制御部７０の受信部７２に無線で送信する（図１参照）。受信部７２で受信された電圧値は、判断部７１で予め設定された設定値Ｌ、Ｃ（図３参照）と比較され、電圧値の大きさに応じて研削が制御される。振動によって発電部６１で発電される電力を利用して電圧値を無線送信できるため、送信部６２から受信部７２の通信に配線を用いなくても研削装置１が振動を認識して研削を制御することができる。このため、配線の設置場所をとらず、研削装置１の構成を簡易にすることができる。

振動送信手段６０は、保持テーブル２４の下方の移動基台５２上に配置される（図１参照）。研削砥石４８の目詰まり及び目潰れを起因とする振動は保持テーブル２４で発生するため、振動送信手段６０が保持テーブル２４の下方に配置されることで、発電部６１で振動を検知し易くなる。また、保持テーブル２４が配設されている移動基台５２は、材質の違いから保持テーブル２４よりも振動が大きくなるため、振動送信手段６０が移動基台５２上に配置されることで、発電部６１で更に振動を検知し易くなる。また、振動送信手段６０は、移動基台５２上のコラム１４側で受信部７２に対向する位置に配設される。これにより、振動送信手段６０と受信部７２との間には通信を妨げる構成がなくなるため、送信部６２から受信部７２に電圧値が送信され易くなる。

振動送信手段６０から無線送信される電圧値に対して、制御部７０においては設定値として、限界値Ｌと警戒値Ｃを設定して（図３参照）、研削送り手段３１を制御することができる（図１参照）。限界値Ｌは、発電部６１において研削が続行可能な振動から求められる電圧値の最大値であり、電圧値０から限界値Ｌまでが電圧値の許容範囲とされる。また、警戒値Ｃは限界値Ｌの８０％の電圧値として設定される。なお、警戒値Ｃの電圧値は限界値Ｌより小さければよく、研削条件により適宜設定することができる。

次に、図３を参照して、電圧値と設定値との関係から制御部７０が研削送り手段３１を制御する動作について詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る電圧値と設定値との関係を示す図である。なお、図３において、横軸は時間、縦軸は電圧値をそれぞれ示している。

ウエーハＷが搬入され保持テーブル２４に吸引保持されると、保持テーブル２４は位置付け手段５０により搬入位置から研削位置に移動されウエーハＷは研削手段４１の下方に位置付けられる（図１参照）。保持テーブル２４が回転するとともに、研削送り手段３１により所定の研削送り速度で所定量研削手段４１が研削送りされ、研削砥石４８が回転しながらウエーハＷに接触してウエーハＷが研削されると、保持テーブル２４に振動が発生する。保持テーブル２４及び研削砥石４８の回転が速くなるに連れ、保持テーブル２４の振動は徐々に大きくなり、所定の振動で一定となる。この場合、移動基台５２に配置される振動送信手段６０の発電部６１で生じる電圧の振幅は徐々に大きくなり、所定の振幅で一定となる。

このとき、図３Ａに示すように、発電部６１で求められる電圧値は振動が大きくなるに連れて徐々に大きくなり、電圧値が警戒値Ｃを下回る所定の値に維持される。電圧値は、振動により発電部６１で発電された電力によって送信部６２から受信部７２に無線送信される。判断部７１は、電圧値を予め設定された設定値Ｌ、Ｃと比較し、電圧値が警戒値Ｃを超えない場合は、ウエーハＷの研削が続行可能である許容範囲内にあると判断して、研削送り手段３１の研削送り速度が維持される。

研削が続行されているうちに研削砥石４８が目潰れ又は目詰まりを引き起こすと、その時点（図３Ｂの時間ｔ１）からウエーハＷの研削が困難になるため振動が大きくなり、発電部６１の電圧の振幅が大きくなる。このとき、図３Ｂに示すように、発電部６１で求められる電圧値は振動が大きくなるに連れて徐々に大きくなり、目潰れ又は目詰まりが起きた時点で電圧値が上昇し始め（図３Ｂの時間ｔ１）、警戒値Ｃを上回るが限界値Ｌ以下となる値をとる（図３Ｂの時間ｔ２）。電圧値が送信部６２から受信部７２に無線送信されると、判断部７１は、電圧値は警戒値Ｃを超えるが限界値Ｌを超えない許容範囲内にあると判断して、振動が小さくなり発電部６１の電圧の振幅が小さくなるような研削加工条件に切り替える。例えば、研削送り手段３１の研削送り速度を半分にして所定時間研削を続行した後、元の研削送り速度に戻す。研削送り速度を下げることで研削砥石４８に自生発刃を行わせて目潰れ及び目詰まりを解消することができるため、振動が所定の大きさに戻り、電圧値が所定の値に戻る（図３Ｂの時間ｔ３）。このため、研削送り手段３１の研削送り速度が元の速さに戻されてウエーハＷの研削が続行される。なお、判断部７１により切り替えられる研削加工条件は、研削砥石４８に自生発刃を行わせることができる条件であれば限定されない。

また、研削が続行されているうちに、研削装置１の不具合によりウエーハＷに研削砥石４８を押し付ける圧力が異常になり、その時点（図３Ｃの時間ｔ４）で目潰れ又は目詰まりにより引き起こされる振動よりも大きな振動が生じて、発電部６１の電圧の振幅が瞬間的に増大する場合がある。このとき、図３Ｃに示すように、発電部６１で求められる電圧値は振動が大きくなるに連れて徐々に大きくなり、ウエーハＷに対する研削砥石４８の圧力が異常になった時点で電圧値が瞬間的に限界値Ｌを上回る値をとる（図３Ｃの時間ｔ４からｔ５）。電圧値が送信部６２から受信部７２に無線送信されると、判断部７１は、電圧値が限界値Ｌを超える異常な振動が生じていると判断して、研削送り手段３１の研削送りを停止し、研削手段４１をウエーハＷから上昇させて研削を中止する。これにより、保持テーブル２４の回転軸の傾き及び研削手段４１の回転軸の傾きを調整する等、研削装置１のメンテナンスを行うことができる。

以上のように、振動送信手段６０により研削加工時の振動が検知されると、発電部６１が発電して振動に応じた電圧値が得られるとともに、振動によって発電部６１で発電される電力を利用して電圧値が送信部６２から受信部７２に無線で送信される。無線送信された電圧値に応じて制御部７０でウエーハＷの研削が制御できるため、送信部６２から受信部７２の通信に配線を用いなくても研削装置１が振動を認識しウエーハＷの研削を制御することができる。

上記実施の形態においては、振動送信手段６０が移動基台５２上に配設される構成としたが、発電部６１が振動を検知できれば、振動送信手段６０はスピンドル４３の上部又は支持柱２５に配設されていてもよい。また、フルオートタイプの加工装置の場合は、ターンテーブルに配設されていてもよい。

また、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記各実施の形態を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

本実施の形態では、本発明をウエーハを研削する研削装置に適用した構成について説明したが、加工により振動が発生する加工装置に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、簡易な装置構成でウエーハの研削を制御できるという効果を有し、特に、保持テーブルに保持されたウエーハを研削する研削装置に有用である。

１研削装置
２１保持手段
２４保持テーブル
２５支持柱
３１研削送り手段
４１研削手段
４６研削ホイール
４８研削砥石
５０位置付け手段
５２移動基台
６０振動送信手段
６１発電部
６２送信部
７０制御部
７１判断部
７２受信部
Ｃ警戒値（設定値）
Ｌ限界値（設定値）
Ｗウエーハ

Claims

ウエーハを保持する保持手段と、研削砥石を環状に配設する研削ホイールを回転可能に装着して該保持手段が保持するウエーハを研削する研削手段と、該研削手段を該保持手段に対して接近および離間する研削送り手段と、を備える研削装置であって、
研削加工時の振動を検知して該研削装置の受信部に振動を送信する振動送信手段を備え、
該振動送信手段は、該保持手段もしくは該研削手段に配設し、該研削砥石がウエーハを研削加工して発生した振動により発電する発電部と、該発電部により発電された電圧値を該発電部より発電した電力を利用して該受信部に無線で送信する送信部と、を備え、
研削加工で発生した振動で該発電部が発電し、該発電部が発電した該電圧値を該発電部より発電した電力を利用して該送信部から該受信部に送信し、予め設定された設定値と該送信部が送信して該受信部が受信した該電圧値とを比較して研削送り手段を制御する制御部を備える研削装置。