JP7253953B2

JP7253953B2 - 基板加工装置

Info

Publication number: JP7253953B2
Application number: JP2019060641A
Authority: JP
Inventors: 正村里
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: JP2020157438A

Description

本発明は、非円形状の基板を平面加工する基板加工装置に関するものである。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体基板（以下、「基板」という）を薄く平坦に平面加工する基板加工装置が知られている。

特許文献１には、チャックテーブルに保持された矩形ワークの上面に回転する砥石を接触させ、矩形ワークを所定厚みに研削する研削装置が開示されている。

特許第５２３０９８２号公報

しかしながら、チャックテーブル及び砥石を回転させながら矩形ワークを研削する場合、チャックテーブルの回転角度に応じて砥石と矩形ワークとの接触面積は拡縮し、例えば、接触面積が比較的大きい領域は、接触面積が比較的小さい領域と比べて、矩形ワークの研削量が減少しがちである。すなわち、砥石を矩形ワークに対して一様に接触させると、砥石と矩形ワークとの接触面積の変化に応じて、加工後の矩形ワークに厚みばらつきが生じるという問題があった。

そこで、非円形状の基板を所望の厚みに平面加工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。

上記目的を達成するために、本発明に係る基板加工装置は、非円形状の基板を平面加工
する基板加工装置であって、前記基板を吸着保持可能なチャックテーブルと、前記チャックテーブルを回転させるチャックスピンドルと、前記チャックテーブルの回転角度を検出可能な回転角度検出部と、を備えている保持手段と、前記基板を加工する砥石と、前記砥石を回転させるスピンドルと、前記砥石を垂直方向に移動させるインフィード機構と、を備えている加工手段と、前記基板と前記砥石とが接触する接触面積の変化に応じて前記インフィード機構を昇降させて前記砥石を押し付ける圧力を調整し、前記チャックテーブルの所定回転角度毎に前記砥石が前記基板を加工する加工速度を加減速させる制御手段と、を備えている。

この構成によれば、チャックテーブルの回転に伴う基板及び砥石の接触面積の変化に応じて、チャックテーブルの所定回転角度毎に砥石が基板を加工する加工速度を加減速させることにより、非円形状の基板の加工量が局所的に変化することを抑制し、基板の形状に起因する加工後の基板の厚みバラつきを軽減することができる。

また、本発明に係る基板加工装置は、前記制御手段が、前記接触面積が予め設定された基準面積と比較して大きい場合には、前記砥石の加工速度を予め設定された基準速度より加速させることが好ましい。

この構成によれば、基準面積より広い基板及び砥石の接触面積内の加工量が局所的に低下することを抑制できる。

また、本発明に係る基板加工装置は、前記制御手段が、前記接触面積が予め設定された基準面積と比較して小さい場合には、前記砥石の加工速度を予め設定された基準速度より減速させることが好ましい。

この構成によれば、基準面積より狭い基板及び砥石の接触面積内の加工量が局所的に増大することを抑制できる。

本発明は、チャックテーブルの回転に伴う基板及び砥石の接触面積の変化に応じて、前記チャックテーブルの所定回転角度毎に砥石が基板を加工する加工速度を加減速させることにより、非円形状の基板の加工量が局所的に変化することを抑制し、基板の形状に起因する加工後の基板の厚みバラつきを軽減することができる。

本発明の一実施形態に係る基板加工装置を示す模式図。基板内の２箇所における基板と砥石との接触面積を比較した平面図。砥石の加工速度を変化させる様子を示す図。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、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。

図１は、基板加工装置１の基本的構成を示す正面図である。基板加工装置１は、ウェハに対して研削加工を行うものである。基板加工装置１は、保持手段２と、加工手段３と、を備えている。

保持手段２は、チャックテーブル２１と、チャックスピンドル２２と、を備えている。

チャックテーブル２１は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる吸着体２３と、吸着体２３を略中央に埋設する緻密体２４と、を備えている。チャックテーブル２１は、内部を通って表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、図示しないロータリージョイントを介して真空源、圧縮空気源又は給水源に接続されている。真空源が起動すると、吸着体２３に載置された基板Ｗが吸着体２３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、基板Ｗと吸着体２３との吸着が解除される。

吸着体２３は、平面から視て基板Ｗに応じた形状に形成されている。また、緻密体２４は、平面から視て略円形状に形成されているが、緻密体２４の形状はこれに限定されるものではない。

チャックスピンドル２２は、回転軸２ａ回りにチャックテーブル２１を回転駆動するように構成されている。チャックスピンドル２２の駆動源は、例えばサーボモータ等が考えられる。

保持手段２は、回転角度検出部２５をさらに備えている。回転角度検出部２５は、チャックテーブル２１の回転角度を検出し、チャックテーブル２１が所定角度だけ回転する度に検出信号を後述する制御装置４に送る。回転角度検出部２５は、例えば、チャックスピンドル２２をサーボモータで回転駆動させる場合、チャックテーブル２１の回転角度とサーボモータの回転角度とが対応するため、サーボモータの回転角度を読み取ることで、チャックテーブル２１の回転角度を検出することができる。

加工手段３は、砥石３１と、砥石スピンドル３２と、インフィード機構３３と、を備えている。

砥石３１は、例えばカップ型砥石であり、砥石スピンドル３２の下端に取り付けられている。

砥石スピンドル３２は、回転軸３ａ回りに回転可能であり、砥石３１及び砥石スピンドル３２が、一体となって回転可能に構成されている。

インフィード機構３３は、砥石スピンドル３２を垂直方向に昇降させる。インフィード機構３３は、公知の構成であり、例えば、砥石スピンドル３２の移動方向を案内する複数のリニアガイドと、砥石スピンドル３２を昇降させるボールネジスライダ機構と、で構成されている。インフィード機構３３は、砥石スピンドル３２とコラム３４との間に介装されている。

基板加工装置１の動作は、制御装置４によって制御される。制御装置４は、基板加工装置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４は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置４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。

次に、非円形状の基板Ｗの被加工面に対して砥石３１の加工面を平行に接触させて基板Ｗを平面加工する場合に、基板Ｗの加工量（研削量）が面内で安定しない理由について説明する。図２は、基板Ｗ内の２地点における基板Ｗと砥石３１との接触面積を比較した平面図である。なお、以下では、平面視で正方形状の基板Ｗを例に説明するが、基板Ｗの形状はこれに限定されるものではない。

図２に示すように、砥石３１の加工面が基板Ｗの角及びチャックテーブル２１の回転中心Ｏを通るように設定された基板Ｗと砥石３１との接触面積Ｓ１と、砥石３１の加工面が基板Ｗの辺の中央及び回転中心Ｏを通るように設定された基板Ｗと砥石３１との接触面積Ｓ２とを比較すると、接触面積Ｓ１が接触面積Ｓ２より約２倍程度広いことが分かる。

そして、砥石３１を基板Ｗに全面に亘って一様に接触させた場合、基板Ｗと砥石３１との接触面積が大きくなるにしたがい、基板Ｗの加工量が減少して加工後の基板Ｗが厚くなる。したがって、図２に示す接触面積Ｓ１、Ｓ２を比較すると、接触面積Ｓ１の方が、加工後の基板Ｗが局所的に厚くなることが予測される。

そこで、基板加工装置１では、チャックテーブル２１の回転に伴う基板Ｗ及び砥石３１の接触面積の変化に応じて、インフィード機構３３を駆動して砥石３１を昇降させて、砥石３１を基板Ｗに向けて押し付ける圧力を調整し、砥石３１が基板Ｗを加工する加工速度を加減速させる。

以下、砥石３１の加工速度を加減速させる手順について、具体的に説明する。図３は、チャックテーブル２１の回転角度に応じて砥石３１の加工速度が変化する様子を示す模式図である。なお、図３中のＡは、図２における砥石３１が基板Ｗの角及び回転中心Ｏを通るように接触する場合（回転角度＝Θ）に対応するチャックテーブル２１の回転角度を示し、図３中のＢは、図２における砥石３１が基板Ｗの辺の中央及び回転中心Ｏを通るように基板Ｗと砥石３１とが接触する場合（回転角度＝Θ－４５度）に対応するチャックテーブル２１の回転角度を示す。

［準備工程］
まず、チャックテーブル２１の所定回転角度毎に（基板Ｗの向き毎に）、基板Ｗ及び砥石３１の接触面積を算出し、制御装置４に記憶させる。なお、接触面積を算出するチャックテーブル２１の回転角度の間隔は、任意に変更可能である。

また、制御装置４は、制御装置４に予め記憶された基準となる基板Ｗ及び砥石３１の接触面積（基準面積）と、チャックテーブル２１の回転角度毎の基板Ｗ及び砥石３１の接触面積とを比較し、チャックテーブル２１の回転角度毎に平面加工時の砥石３１の加工速度を算出して記憶する。

具体的には、基板Ｗ及び砥石３１の接触面積が基準面積より大きい場合には、砥石３１の加工速度を予め設定された基準速度より加速させて、基板Ｗの加工量を局所的に増大させる。なお、基準速度とは、基準面積を加工した場合に基板Ｗを所望の厚みに加工可能な加工速度を意味する。これにより、基準面積より広い基板Ｗ及び砥石３１の接触面積内の加工量が、局所的に低下することを抑制できる。

また、基板Ｗ及び砥石３１の接触面積が基準面積より小さい場合には、砥石３１の加工速度を基準速度より減速させて、基板Ｗの加工量を局所的に減少させる。これにより、基準面積より狭い基板Ｗ及び砥石３１の接触面積内の加工量が、局所的に増大することを抑制できる。

砥石３１の加工速度の変化量は、例えば基準面積に対する基板Ｗ及び砥石３１の接触面積の比率に応じて、砥石３１の加工速度を基準速度に対して比例して増減させるように算出させても構わない。例えば、図２に示す接触面積Ｓ２を基準面積に設定し、基準速度（接触面積Ｓ２内での加工速度）を０．２５μｍ／ｓに設定する場合、接触面積Ｓ２に対して約２倍の接触面積Ｓ１内の加工速度を０．５μｍ／ｓに設定することが考えられる。

［平面加工工程］
まず、回転角度検出部２５が、加工中にチャックテーブル２１の回転角度を検出し、チャックテーブル２１の回転角度を制御装置４に送る。

制御装置４は、回転角度検出部２５が検出したチャックテーブル２１の回転角度に基づいて、予め記憶されたチャックテーブル２１の回転角度毎の砥石３１の加工速度を呼び出し、この加工速度に合致するようにインフィード機構３３を制御して、砥石３１が基板Ｗを加工する加工速度を加減速させる。

このようにして、本実施形態に係る基板加工装置１は、基板Ｗ及び砥石３１の接触面積の変化に応じて、チャックテーブル２１の回転角度毎に砥石３１が基板Ｗを加工する加工速度を加減速させることにより、非円形状の基板Ｗの加工量が局所的に変化することを抑制し、基板Ｗの形状に起因する加工後の基板Ｗの厚みバラつきを軽減することができる。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも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。また、上述した実施形態及び各変形例は、互いに組み合わせても構わない。

１・・・基板加工装置
２・・・保持手段
２１・・・チャックテーブル
２２・・・チャックスピンドル
２３・・・吸着体
２４・・・緻密体
２５・・・回転角度検出部
３・・・加工手段
３１・・・砥石
３２・・・砥石スピンドル
３３・・・インフィード機構
３４・・・コラム
４・・・制御装置（制御手段）
Ｏ・・・（チャックテーブルの）回転中心
Ｗ・・・基板

Claims

非円形状の基板を平面加工する基板加工装置であって、
前記基板を吸着保持可能なチャックテーブルと、前記チャックテーブルを回転させるチャックスピンドルと、前記チャックテーブルの回転角度を検出可能な回転角度検出部と、を備えている保持手段と、
前記基板を加工する砥石と、前記砥石を回転させるスピンドルと、前記砥石を垂直方向に移動させるインフィード機構と、を備えている加工手段と、
前記基板と前記砥石とが接触する接触面積の変化に応じて前記インフィード機構を昇降させて前記砥石を押し付ける圧力を調整し、前記チャックテーブルの所定回転角度毎に前記砥石が前記基板を加工する加工速度を加減速させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする基板加工装置。
前記制御手段は、前記接触面積が予め設定された基準面積と比較して大きい場合には、前記砥石の加工速度を予め設定された基準速度より加速させることを特徴とする請求項１記載の基板加工装置。
前記制御手段は、前記接触面積が予め設定された基準面積と比較して小さい場合には、前記砥石の加工速度を予め設定された基準速度より減速させることを特徴とする請求項１又は２記載の基板加工装置。