JP7328099B2

JP7328099B2 - 研削装置および研削方法

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Publication number: JP7328099B2
Application number: JP2019170326A
Authority: JP
Inventors: 聡山中
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2023-08-16
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Description

本発明は、研削装置および研削方法に関する。

特許文献１に開示の研削装置では、チャックテーブルの保持面に保持されたウェーハに接近するように研削砥石を降下して、ウェーハの厚みを測定しながら、所定の厚みになるまで研削砥石によってウェーハをインフィード研削する。

研削砥石を降下する際、保持面に保持されているウェーハの上面近くまでは、研削砥石を高速で降下させる。その後、降下速度を低速に変更して、研削砥石をウェーハに接触させる。このように、降下速度を低速に変更した後、ウェーハの上面近くからウェーハに研削砥石が接触するまで、研削砥石を低速でウェーハに接近させることを、エアカットと呼んでいる。

特開２００８－０７３７８５号公報

エアカットでは、研削砥石の降下速度が速すぎると、研削砥石がウェーハに接触した衝撃で、ウェーハが破損することや研削砥石を欠けさせることがある。一方、研削速度が遅すぎると、加工時間が長くなり、効率が悪い。

したがって、本発明の目的は、ウェーハ等の被加工物の破損を抑制しながら、加工時間を短縮することにある。

本発明の研削装置（本研削装置）は、保持面によって被加工物を保持する保持手段と、
該保持面に保持されて該保持面の中心を軸に回転される被加工物を、回転する研削ホイールに環状に配置された研削砥石で研削する研削手段と、該保持手段と該研削手段とを相対的に該保持面に平行な水平方向に移動させる水平移動手段と、該研削手段を該保持面に垂直な方向に移動させる研削送り手段と、制御手段と、を備える研削装置であって、該制御手段は、該保持面の上方から見て、該保持面に保持された被加工物に該研削砥石が被らないように、該水平移動手段を用いて該保持手段と該研削手段とを位置づける第１制御部と、該第１制御部によって位置づけられた該保持手段の該保持面に保持された被加工物の厚みを厚み測定手段によって測定し、該保持面に保持された該被加工物の上面高さを算出する第２制御部と、該第２制御部によって算出された該被加工物の上面高さまで、該研削砥石の下面を下げるように、該研削送り手段を制御する第３制御部と、該第３制御部によって該被加工物の該上面高さまで該研削砥石の下面が下げられた後、該水平移動手段を用いて、該保持手段の該保持面に保持された被加工物の回転中心に該研削砥石が位置づけられるまで、該保持手段と該研削手段とを相対的に水平方向に移動させる第４制御部と、該第４制御部によって該被加工物の該回転中心に該研削砥石が位置づけられた後、予め設定された研削送り速度で該研削手段を研削送りしながら、被加工物を所定の厚みに研削する第５制御部と、を備える。

本発明の研削方法（本研削方法）は、研削装置の制御手段あるいは作業者が、保持面を有する保持手段に被加工物を保持させる保持工程と、該保持工程の後、該制御手段の第１制御部が、該保持手段と研削砥石を有する研削手段とを、該保持面の上方から見て、該保持面に保持された被加工物に該研削砥石が被らないように、水平方向に離間させる第１工程と、該第１工程の後、該制御手段の第２制御部が、該保持面に保持された被加工物の上面高さを算出する第２工程と、該制御手段の第３制御部が、該第２工程で算出された該被加工物の上面高さまで、該研削砥石の下面を下げるように、該研削手段を該保持面に垂直な方向に研削送りする第３工程と、該第３工程の後、該制御手段の第４制御部が、被加工物の回転中心に該研削砥石が位置づけられるまで、該保持手段と該研削手段とを相対的に水平方向に移動させる第４工程と、該第４工程の後、該制御手段の第５制御部が、予め設定された研削送り速度で該研削手段を研削送りしながら、被加工物を所定の厚みに研削する第５工程と、を含む。

本研削装置および本研削方法では、研削砥石を被加工物に被らない位置に配置した状態で、研削砥石を、被加工物の上面高さまで降下させている。このため、研削砥石を降下させる際、研削砥石が被加工物に接触することを回避することができる。これにより、エアカットを実施する必要がないので、研削砥石を、高い降下速度で、被加工物の上面高さまで降下させることができる。したがって、被加工物の加工にかかる時間を短縮することができる。

研削装置の構成を示す説明図である。制御手段の構成を示すブロック図である。研削装置におけるウェーハの研削動作を示す説明図である。研削装置におけるウェーハの研削動作を示す説明図である。研削装置におけるウェーハの研削動作を示す説明図である。

図１に示すように、本実施形態にかかる研削装置１１は、被加工物としてのウェーハＷを研削するための装置であり、直方体状の基台１２、上方に延びるコラム１３、研削装置１１の各部材を制御する制御手段７０を備えている。

ウェーハＷは、たとえば、円形の半導体ウェーハである。図１においては下方を向いているウェーハＷの表面は、複数のデバイスを保持しており、保護テープＴが貼着されることによって保護されている。ウェーハＷの裏面は、研削加工が施される被加工面となる。

基台１２の上面側には、開口部１２ａが設けられている。そして、開口部１２ａ内には、保持手段１５が配置されている。保持手段１５は、ウェーハＷを吸着する保持面１９を備えたチャックテーブル１８、および、チャックテーブル１８を支持する支持部材１６を含んでいる。

チャックテーブル１８の保持面１９は、吸引源（図示せず）に連通されており、保護テープＴを介してウェーハＷを吸引保持する。すなわち、保持手段１５は、保持面１９によってウェーハＷを保持する。

また、チャックテーブル１８は、図示しない回転手段により、保持面１９にウェーハＷを保持した状態で、保持面１９の中心を通るＺ軸方向に延在する中心軸を中心として回転可能である。したがって、ウェーハＷは、保持面１９に保持されて保持面１９の中心を軸に回転される。

チャックテーブル１８の周囲には、Ｙ軸方向に伸縮する蛇腹カバーＪが連結されている。そして、保持手段１５の下方には、Ｙ軸方向移動手段４０が配設されている。

Ｙ軸方向移動手段４０は、水平移動手段の一例である。Ｙ軸方向移動手段４０は、保持手段１５と研削手段３０とを、相対的に、保持面１９に平行な水平方向に移動させる。Ｙ軸方向移動手段４０は、Ｙ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール４２、このＹ軸ガイドレール４２上をスライドするＹ軸移動テーブル４５、Ｙ軸ガイドレール４２と平行なＹ軸ボールネジ４３、および、Ｙ軸ボールネジ４３に接続されているＹ軸サーボモータ４４、Ｙ軸サーボモータ４４の回転速度および位置を検知するためのＹ軸エンコーダ４６、および、これらを保持する保持台４１を備えている。

Ｙ軸移動テーブル４５は、Ｙ軸ガイドレール４２にスライド可能に設置されている。Ｙ軸移動テーブル４５の下面には、ナット部４５ａ（図３参照）が固定されている。このナット部４５ａには、Ｙ軸ボールネジ４３が螺合されている。Ｙ軸サーボモータ４４は、Ｙ軸ボールネジ４３の一端部に連結されている。

図１に示すように、Ｙ軸方向移動手段４０では、Ｙ軸サーボモータ４４がＹ軸ボールネジ４３を回転させることにより、Ｙ軸移動テーブル４５が、Ｙ軸ガイドレール４２に沿って、Ｙ軸方向に移動する。Ｙ軸移動テーブル４５には、保持手段１５の支持部材１６が載置されている。したがって、Ｙ軸移動テーブル４５のＹ軸方向への移動に伴って、チャックテーブル１８を含む保持手段１５が、Ｙ軸方向に移動する。

なお、図３に示すように、支持部材１６は、Ｙ軸移動テーブル４５上に、傾き変更部材１７を介して載置されている。傾き変更部材１７は、保持手段１５における保持面１９の傾きを変更するために用いられる。

本実施形態では、保持手段１５は、大まかにいえば、保持面１９にウェーハＷを載置するための前方（－Ｙ方向側）のウェーハ載置位置と、ウェーハＷが研削される後方（＋Ｙ方向側）の研削領域との間を、Ｙ軸方向に沿って移動する。さらに、研削手段３０の研削砥石３７によるウェーハＷの研削時には、保持面１９を有する保持手段１５が、研削領域内で、Ｙ軸方向に沿って移動する。

また、図１に示すように、基台１２上の後方（＋Ｙ方向側）には、コラム１３が立設されている。コラム１３の前面には、ウェーハＷを研削する研削手段３０、および、研削手段３０を保持面１９に垂直なＺ軸方向（研削送り方向）に移動させる研削送り手段１４が設けられている。

研削送り手段１４は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール２１、このＺ軸ガイドレール２１上をスライドするＺ軸移動テーブル２３、Ｚ軸ガイドレール２１と平行なＺ軸ボールネジ２０、Ｚ軸サーボモータ２２、Ｚ軸サーボモータ２２の回転速度および位置を検知するためのＺ軸エンコーダ２５、および、Ｚ軸移動テーブル２３の前面（表面）に取り付けられたホルダ２４を備えている。ホルダ２４は、研削手段３０を保持している。

Ｚ軸移動テーブル２３は、Ｚ軸ガイドレール２１にスライド可能に設置されている。Ｚ軸移動テーブル２３の後面側（裏面側）には、ナット部２０ａ（図３参照）が固定されている。このナット部２０ａには、Ｚ軸ボールネジ２０が螺合されている。Ｚ軸サーボモータ２２は、Ｚ軸ボールネジ２０の一端部に連結されている。

図１に示すように、研削送り手段１４では、Ｚ軸サーボモータ２２がＺ軸ボールネジ２０を回転させることにより、Ｚ軸移動テーブル２３が、Ｚ軸ガイドレール２１に沿って、Ｚ軸方向に移動する。これにより、Ｚ軸移動テーブル２３に取り付けられたホルダ２４、および、ホルダ２４に保持された研削手段３０も、Ｚ軸移動テーブル２３とともにＺ軸方向に移動する。

研削手段３０は、ホルダ２４に固定されたスピンドルハウジング３１、スピンドルハウジング３１に回転可能に保持されたスピンドル３２、スピンドル３２を回転駆動するモータ３３、スピンドル３２の下端に取り付けられたホイールマウント３４、および、ホイールマウント３４に支持された研削ホイール３５を備えている。

スピンドルハウジング３１は、Ｚ軸方向に延びるようにホルダ２４に保持されている。スピンドル３２は、チャックテーブル１８の保持面１９と直交するようにＺ軸方向に延び、スピンドルハウジング３１に回転可能に支持されている。
モータ３３は、スピンドル３２の上端側に連結されている。このモータ３３により、スピンドル３２は、Ｚ軸方向に延びる回転軸を中心として回転する。

ホイールマウント３４は、円板状に形成されており、スピンドル３２の下端（先端）に固定されている。ホイールマウント３４は、研削ホイール３５を支持する。

研削ホイール３５は、ホイールマウント３４と略同径を有するように形成されている。研削ホイール３５は、ステンレス等の金属材料から形成された円環状のホイール基台（環状基台）３６を含む。ホイール基台３６の下面には、全周にわたって、環状に配置された複数の研削砥石３７が固定されている。研削砥石３７は、研削領域に配置されているチャックテーブル１８に保持されたウェーハＷの裏面を研削する。なお、この研削砥石３７の下端の外側は、丸められていてもよい。

このように、研削手段３０は、保持手段１５の保持面１９に保持されて、保持面１９の中心を軸に回転されるウェーハＷを、回転する研削ホイール３５に環状に配置された研削砥石３７によって研削する。

また、図１に示すように、基台１２における開口部１２ａの側部には、厚み測定手段５１が配設されている。厚み測定手段５１は、ウェーハＷの厚みを、たとえば接触式にて測定することができる。

すなわち、厚み測定手段５１は、チャックテーブル１８の保持面１９およびウェーハＷに、それぞれ、接触子５４および接触子５５を接触させる。これにより、厚み測定手段５１は、チャックテーブル１８の保持面１９の高さおよびウェーハＷの高さを求め、これらの高さの差分に基づいて、ウェーハＷの厚みを測定することができる。

なお、接触子５４および接触子５５は、非接触式の距離測定器、たとえばレーザ式の距離測定器であってもよい。

制御手段７０は、図２に示すように、第１制御部７１、第２制御部７２、第３制御部７３、第４制御部７４および第５制御部７５を備えている。以下に、これら５つの制御部７１～７５の機能とともに、研削装置１１におけるウェーハＷの研削方法について説明する。

本実施形態では、まず、制御手段７０あるいは作業者は、図１に示す保持面１９を有する保持手段１５に、ウェーハＷを保持させる（保持工程）。

次に、制御手段７０の第１制御部７１が、Ｙ軸方向移動手段４０を制御して、図３に示すように、保持手段１５の保持面１９の上方から見て、保持面１９に保持されたウェーハＷに、研削手段３０の研削砥石３７が被らないように、保持手段１５と研削手段３０とを位置づける。すなわち、第１制御部７１は、保持面１９の上方から見て、保持面１９に保持されたウェーハＷに研削砥石３７が被らないように、保持手段１５と研削手段３０とを、水平方向に離間させる（第１工程）。
本実施形態では、第１制御部７１は、保持面１９の上方から見て、保持面１９に保持されたウェーハＷに研削砥石３７が被らないように、Ｙ軸方向移動手段４０によって保持手段１５を位置づける。

なお、第１制御部７１は、ウェーハＷに研削砥石３７が被らないように保持手段１５を位置づける際、Ｙ軸エンコーダ４６からのエンコーダ信号（Ｙ軸サーボモータ４４の回転数）を用いることができる。すなわち、第１制御部７１は、エンコーダ信号に基づいて、保持手段１５のＹ軸方向における位置を認識することができる。

次に、制御手段７０の第２制御部７２が、保持面１９に保持されたウェーハＷの厚みを、厚み測定手段５１によって測定する。そして、第２制御部７２は、測定されたウェーハＷの厚みに基づいて、ウェーハＷの上面高さを算出する（第２工程）。
なお、ウェーハＷの上面高さは、たとえば、研削装置１１の基準位置（たとえば基台１２の上面）からウェーハＷの上面までの高さである。

次に、図３に示すように、制御手段７０の第３制御部７３が、研削送り手段１４を制御して、第２制御部７２によって算出されたウェーハＷの上面高さＨまで、矢印Ａによって示す－Ｚ方向に沿って、研削手段３０の研削砥石３７の下面を下げる。すなわち、第３制御部７３は、ウェーハＷの上面高さＨまで、研削砥石３７の下面を下げるように、研削手段３０を研削送りする（第３工程）。

なお、第３制御部７３は、研削砥石３７の下面の高さをウェーハＷの上面高さＨに設定する際、Ｚ軸エンコーダ２５からのエンコーダ信号（Ｚ軸サーボモータ２２の回転数）を用いることができる。

すなわち、第３制御部７３は、たとえば、エンコーダ信号に基づいて、研削手段３０（研削砥石３７）の下降速度である研削送り速度が所望の速度となるように、研削送り手段１４（Ｚ軸サーボモータ２２）を制御することができる。さらに、制御手段７０は、エンコーダ信号に基づいて、研削砥石３７の下面の高さを認識することができる。

次に、制御手段７０が、モータ３３を制御して、スピンドル３２とともに研削ホイール３５（研削砥石３７）を回転させる。さらに、制御手段７０は、図示しない回転手段により、チャックテーブル１８（ウェーハＷ）を回転させる。

また、制御手段７０の第４制御部７４が、図４に示すように、Ｙ軸方向移動手段４０を制御して、保持手段１５の保持面１９に保持されたウェーハＷの回転中心に、研削手段３０の研削砥石３７が位置づけられるまで、保持手段１５と研削手段３０とを、相対的に、水平方向に移動させる。
本実施形態では、第４制御部７４は、Ｙ軸方向移動手段４０によって、ウェーハＷの回転中心に研削手段３０の研削砥石３７が位置づけられるように、矢印Ｂによって示す＋Ｙ方向に沿って、保持手段１５を研削手段３０に近づける（第４工程）。

次に、制御手段７０の第５制御部７５が、図５に示すように、予め設定された研削送り速度で、矢印Ｃによって示す研削送り方向（－Ｚ方向）に沿って研削手段３０を研削送りしながら、ウェーハＷを所定の厚みに研削する（第５工程）。

以上のように、本実施形態では、研削砥石３７をウェーハＷに被らない位置に配置した状態で、研削砥石３７を、ウェーハＷの上面高さＨまで降下させている。このため、研削砥石３７を降下させる際、研削砥石３７がウェーハＷに接触することを回避することができる。これにより、研削砥石３７を、高い降下速度で、ウェーハＷの上面高さＨまで降下させることができる。したがって、ウェーハＷの加工にかかる時間を短縮することができる。

すなわち、従来、ウェーハの上面近くまで研削砥石を高速で降下させた後、遅い降下速度で研削砥石をウェーハの上面高さまで降下させるエアカットが実施される。このエアカットでは、粗研削砥石の場合は、降下距離は５０～１００μｍであり、降下速度は５～６μｍ／ｓである。仕上げ研削砥石の場合は、降下距離は１０～２０μｍであり、降下速度は０．５～０．６μｍ／ｓである。したがって、エアカットのために、最大で３０秒ほどの時間がかかる。本実施形態では、このようなエアカットのための時間を省くことができる。

また、第１制御部７１は、第１工程において、保持面１９の上方から見て、研削砥石３７をウェーハＷに被らない位置に配置する際、研削砥石３７とウェーハＷとのＹ軸方向における位置を、これらが重ならない範囲で、なるべく近づけてもよい。この場合、第３工程において、ウェーハＷの上面高さＨまで研削砥石３７の下面を下げたときに、研削砥石３７とウェーハＷとのＹ軸方向における距離を短くすることができる。

したがって、第４工程において、保持手段１５を移動させてウェーハＷの回転中心に研削砥石３７を位置づけるとき、保持手段１５の移動距離を短くすることができる。したがって、ウェーハＷの加工にかかる時間を、さらに短縮することができる。
なお、研削砥石３７とウェーハＷとのＹ軸方向における距離を短くした場合、第４工程おける保持手段１５の移動時間は、ウェーハＷの半径が１６０ｍｍであり、Ｙ軸方向移動手段４０による保持手段１５の移動速度を２０～３０ｍｍ／ｓとする場合、約８秒とすることができる。
つまり、従来の方法では３０秒程かかっていたエアカットを、約８秒で完了させる事ができる。

また、研削手段３０における研削砥石３７は、研削装置１１の用途に応じて、粗研削用の砥石あるいは仕上げ研削用の砥石のいずれかとすることができる。
つまり、研削砥石の研削力が大きい粗研削砥石の場合は、従来のように研削砥石を降下させてエアカットを実施させ、仕上げ研削砥石の場合は、本発明のように保持面に平行な水平方向に研削砥石を異動させることでエアカットを実施させ、欠けやすい仕上げ研削砥石をウェーハに接触させる際に仕上げ研削砥石にかかる衝撃を小さくさせ、仕上げ研削砥石の欠けを防止させることができる。

１１：研削装置、１２：基台、１３：コラム、
１５：保持手段、１６：支持部材、１８：チャックテーブル、１９：保持面、
１４：研削送り手段、
３０：研削手段、３４：ホイールマウント、３５：研削ホイール、３７：研削砥石、
４０：Ｙ軸方向移動手段、
５１：厚み測定手段、
７０：制御手段、７１：第１制御部、７２：第２制御部、
７３：第３制御部、７４：第４制御部、７５：第５制御部、
Ｗ：ウェーハ、Ｔ：保護テープ

Claims

保持面によって被加工物を保持する保持手段と、
該保持面に保持されて該保持面の中心を軸に回転される被加工物を、回転する研削ホイールに環状に配置された研削砥石で研削する研削手段と、
該保持手段と該研削手段とを相対的に該保持面に平行な水平方向に移動させる水平移動手段と、
該研削手段を該保持面に垂直な方向に移動させる研削送り手段と、
制御手段と、を備える研削装置であって、
該制御手段は、
該保持面の上方から見て、該保持面に保持された被加工物に該研削砥石が被らないように、該水平移動手段を用いて該保持手段と該研削手段とを位置づける第１制御部と、
該第１制御部によって位置づけられた該保持手段の該保持面に保持された被加工物の厚みを厚み測定手段によって測定し、該保持面に保持された該被加工物の上面高さを算出する第２制御部と、
該第２制御部によって算出された該被加工物の上面高さまで、該研削砥石の下面を下げるように、該研削送り手段を制御する第３制御部と、
該第３制御部によって該被加工物の該上面高さまで該研削砥石の下面が下げられた後、該水平移動手段を用いて、該保持手段の該保持面に保持された被加工物の回転中心に該研削砥石が位置づけられるまで、該保持手段と該研削手段とを相対的に水平方向に移動させる第４制御部と、
該第４制御部によって該被加工物の該回転中心に該研削砥石が位置づけられた後、予め設定された研削送り速度で該研削手段を研削送りしながら、被加工物を所定の厚みに研削する第５制御部と、
を備える研削装置。
研削装置の制御手段あるいは作業者が、保持面を有する保持手段に被加工物を保持させる保持工程と、
該保持工程の後、該制御手段の第１制御部が、該保持手段と研削砥石を有する研削手段とを、該保持面の上方から見て、該保持面に保持された被加工物に該研削砥石が被らないように、水平方向に離間させる第１工程と、
該第１工程の後、該制御手段の第２制御部が、該保持面に保持された被加工物の上面高さを算出する第２工程と、
該制御手段の第３制御部が、該第２工程で算出された該被加工物の上面高さまで、該研削砥石の下面を下げるように、該研削手段を該保持面に垂直な方向に研削送りする第３工程と、
該第３工程の後、該制御手段の第４制御部が、被加工物の回転中心に該研削砥石が位置づけられるまで、該保持手段と該研削手段とを相対的に水平方向に移動させる第４工程と、
該第４工程の後、該制御手段の第５制御部が、予め設定された研削送り速度で該研削手段を研削送りしながら、被加工物を所定の厚みに研削する第５工程と、
を含む、研削方法。