TWI601597B - Grinding device and grinding method - Google Patents

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TWI601597B
TWI601597B TW104108733A TW104108733A TWI601597B TW I601597 B TWI601597 B TW I601597B TW 104108733 A TW104108733 A TW 104108733A TW 104108733 A TW104108733 A TW 104108733A TW I601597 B TWI601597 B TW I601597B
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Yoshinobu Nishimura
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Description

研磨裝置及研磨方法
本發明係有關於研磨裝置及研磨方法。
以往，已知關於被研磨物之研磨的技術(例如，參照專利文獻1、2)。
在專利文獻1，揭示用以研磨(表面加工)作為被研磨物之半導體晶圓(以下稱為晶圓)的裝置。
在此裝置，可偏向地支撐設置被壓在晶圓之雙面的環狀平板之轉軸的至少一方，並測量該被可偏向地支撐之轉軸的傾斜角度，再從該測量之傾斜角度推測晶圓形狀後，將推測結果與目標形狀進行比較運算，因應於運算結果，使被可偏向地支撐之轉軸偏向。
在專利文獻2，揭示用以對作為被研磨物之晶圓進行雙面研磨的方法。
在用以實施此方法的裝置，在被固定於相向之同一線上的2個轉動的磨石之間，對晶圓進行機械加工。晶圓係在機械加工之間，在軸向，以實質上無束縛力之形式藉2個靜壓軸承導引，而且，在徑向藉導環導引，而且，藉驅動裝置轉動。而且，在半導體晶圓的研磨之間，藉至少2個感測器，測量至少一個靜壓軸承與砂輪之間的徑向距離，再從該距離計算主軸位置之 水平方向及垂直方向的修正位置後，對應於該計算，修正主軸位置。
【先行專利文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開平11-254312號公報
[專利文獻1]日本特開2009-95976號公報
可是，一般，在如專利文獻1、2所記載的構成，設置使移動側環狀平板或研磨碟片(以下有將移動側環狀平板或研磨碟片總稱為砂輪的情況)在接近、遠離晶圓之方向移動的移動部。例如，在移動部包括與使砂輪轉動之驅動部一體地設置的導軌、與將該導軌固持成可滑動的滑動固持部的情況，會發生如以下所示的現象。
移動部對晶圓之驅動部的移動重複時，例如滑動固持部磨耗，而可能導軌之端部偏向地碰觸滑動固持部。在此偏向地碰觸之狀態砂輪重複接近、遠離時，促進滑動固持部之磨耗，而導軌之背隙可能變大。
又，若導軌之背隙變大，在研磨晶圓後，在使砂輪遠離晶圓之瞬間，砂輪之傾斜大為變化，而砂輪可能碰撞晶圓。
因此，因應於滑動固持部之磨耗狀態，更換滑動固持部，藉此，將導軌之背隙抑制成最小限度較佳。
可是，在如專利文獻1所記載的構成，只是測量 研磨晶圓時之砂輪的傾斜角度。又，在如專利文獻2所記載的構成，只是決定主軸之水平方向及垂直方向的修正位置。因此，在如專利文獻1、2所記載的構成，無法掌握滑動固持部之磨耗狀態，即移動部之異常狀態。
又，認為在如專利文獻1、2所記載的構成偵測異常時，從移動部拆下驅動部，藉目視或測量確認滑動固持部之磨耗。可是，在驅動部之拆下作業、或藉目視或測量之確認作業時，因為無法研磨，所以生產效率降低。進而，為了不降低生產效率，亦想到根據研磨之晶圓的品質，推測異常狀態。可是，若不確認品質不良的晶圓，因為無法掌握異常狀態，所以良品率降低。
本發明之目的在於提供一種不會降低生產效率及良品率，並可掌握移動部之異常狀態的研磨裝置及研磨方法。
本發明之研磨裝置係以砂輪研磨被研磨物之研磨裝置，其特徵為包括：主軸驅動部，係使可安裝該砂輪之主軸轉動；移動部，係使該主軸驅動部在接近、遠離該被研磨物之方向移動；以及傾斜量測部，係測量該主軸驅動部之移動所伴隨之該主軸之傾斜的變化。
本發明之研磨方法係以砂輪研磨被研磨物之研磨方法，其特徵為包括：接近步驟，係使用以使可安裝該砂輪之主軸驅動部接近該被研磨物；研磨步驟，係以該主軸驅動部使該主軸轉動，並以該砂輪研磨該被研磨物；遠離步驟，係使該主軸驅動部遠離該被研磨物；以及量測步驟，係測量該主軸驅動部之移 動所伴隨之該主軸之傾斜的變化。
若依據本發明，因為測量主軸驅動部之移動所伴隨之主軸之傾斜的變化，所以作業員可根據該量測結果，掌握使主軸驅動部移動之移動部的異常狀態。又，在測量主軸之傾斜的變化時，不必停止研磨作業、或確認品質不良的晶圓。因此，可提供不會降低生產效率及良品率，並可掌握移動部之異常狀態的研磨裝置及研磨方法。
此外，主軸之傾斜係主軸之軸對被研磨物之被研磨面，亦可是以垂直之狀態為基準的傾斜，亦可是以傾斜之狀態為基準的傾斜。
在本發明之研磨裝置，將具有平面狀之被量測面的量測構件安裝於該主軸驅動部，該傾斜量測部係測量該被量測面之傾斜的變化，作為該主軸之傾斜的變化較佳。
若依據本發明，藉只是將量測構件安裝於自以往所利用之研磨裝置之簡單的構成，可適當地測量主軸之傾斜的變化。
在本發明之研磨裝置，最好包括：狀態判斷部，係根據在該傾斜量測部之量測結果，判斷該移動部是否是異常狀態；及通知部，係通知該狀態判斷部之判斷結果。
若依據本發明，作業員係可根據通知部之通知，易於掌握移動部之異常狀態。
1‧‧‧雙頭研磨加工裝置(研磨裝置)
10‧‧‧砂輪
30‧‧‧主軸驅動部
31‧‧‧主軸
35A‧‧‧被量測面
35‧‧‧量測板(量測構件)
90‧‧‧移動部
60‧‧‧傾斜量測部
70‧‧‧通知部
80‧‧‧控制部(狀態判斷部)
W‧‧‧晶圓(被研磨物)
第1圖係表示本發明之一實施形態的雙頭研磨加工裝置之 示意構成的模式圖，一部分係沿著第2圖之I-I線的剖面圖。
第2圖係從-X方向觀察雙頭研磨加工裝置之模式圖。
第3圖係表示主軸驅動部之傾斜角度之計算方法的說明圖。
第4圖係在導軌發生背隙的情況，表示主軸驅動部接近晶圓時之狀態的模式圖。
第5圖係在導軌發生背隙的情況，表示主軸驅動部遠離晶圓時之狀態的模式圖。
第6圖係表示在導軌發生背隙的情況之主軸驅動部的移動所伴隨之主軸驅動部(主軸)的傾斜角度之變化的圖形。
第7圖係表示在螺桿軸彎曲的情況之主軸驅動部的移動所伴隨之主軸驅動部(主軸)的傾斜角度之變化的圖形。
參照圖面，說明本發明之一實施形態。
此外，關於方向之術語係有將各圖所示之XYZ軸作為基準來說明的情況。
[雙頭研磨加工裝置的構成]
如第1圖所示，作為研磨裝置之雙頭研磨加工裝置1係以砂輪10研磨作為被研磨物之晶圓W。雙頭研磨加工裝置1包括：未圖示之環套，係以內部固持晶圓W；一對研磨部20，係設置成隔著以環套所固持之晶圓W；以及未圖示之研磨液供給部，係將研磨液供給至砂輪10內。
研磨部20包括主軸驅動部30、支撐部40、進退驅動部50、傾斜量測部60、通知部70、以及作為狀態判斷部 之控制部80。支撐部40及進退驅動部50構成本發明之移動部90。
主軸驅動部30係使主軸31轉動。主軸驅動部30包括具有主軸31之轉動用馬達32、與收容該轉動用馬達32之箱33。
在主軸31的前端，設置可拆裝自如地安裝砂輪10之輪安裝部34。
轉動用馬達32係與控制部80以電性連接。
箱33係亦如第2圖所示，形成長方形箱狀。在箱33的上面(+Z方向側的面)33A，安裝作為量測構件之量測板35。量測板35係以平面狀之被量測面35A朝向上方向(+Z方向)而且對主軸31之中心軸C成為大致平行的方式安裝於上面33A。
支撐部40係將主軸驅動部30支撐成可在對晶圓W接近遠離之方向(X軸方向)移動。支撐部40包括一對導軌41與一對滑動固持部42。
導軌41係一體地設置於在箱33之+Y方向側的第1側面33B、及-Y方向側之第2側面33C的下部。導軌41係從與晶圓W相對向之前面33D側的端部至與該前面33D相反側之後面33E的端部設置成在X軸方向延伸。
導軌41係從後面33E側觀察時形成梯形。導軌41包括第1滑動面41A、第2滑動面41B以及第3滑動面41C。第1滑動面41A及第2滑動面41B係設置於與梯形之斜邊對應的位置。第3滑動面41C係設置於與梯形之彼此平行的一對邊中之長邊對應的位置。
滑動固持部42被固定於未圖示之機架。滑動固持 部42具備將導軌41固持成可滑動的凹部42A。凹部42A形成與導軌41之外形對應的形狀。凹部42A包括與第1滑動面41A接觸之第1接觸面42B、與第2滑動面41B接觸之第2接觸面42C、以及與第3滑動面41C接觸之第3接觸面42D。
滑動固持部42係在該滑動固持部42未磨耗之狀態，藉由第1、第2、第3接觸面42B、42C、42D分別與第1、第2、第3滑動面41A、41B、41C面接觸，構成為將導軌41固持成可滑動。
進退驅動部50包括：移動用馬達52，係使在X軸方向延伸之螺桿軸51轉動；螺帽53，係在內周面具有與螺桿軸51之螺紋槽51A相對向之未圖示的螺紋槽；未圖示之複數個滾珠，係轉動自如地設置於藉螺桿軸51之螺紋槽51A與螺帽53之螺紋槽所形成之螺旋狀的滾珠滾動空間；以及一對軸承54，係支撐螺桿軸51之一端側及另一端側。
移動用馬達52係與控制部80以電性連接。螺帽53係設置於在箱33之下面(-Z方向側的面)33F的後端側(遠離晶圓W之側)。
進退驅動部50係根據控制部80之控制，移動用馬達52使螺桿軸51轉動，藉此，使以支撐部40所支撐之主軸驅動部30在+X方向及-X方向移動。
傾斜量測部60被固定於未圖示之機架。傾斜量測部60包括第1感測器61、第2感測器62以及傾斜計算部63。
第1、第2感測器61、62係非接觸式感測器。第1、第2感測器61、62係與傾斜計算部63以電性連接。第1、第2感 測器61、62係在主軸驅動部30之移動路俓的上側，設置成在X軸方向並列。第1感測器61設置於比第2感測器62更靠近晶圓W側。第1、第2感測器61、62係在主軸驅動部30位於在第1圖以實線所示之等待位置的情況、及位於以二點鏈線所示之研磨位置的情況，設置成被量測面35A位於該第1、第2感測器61、62的下方。第1、第2感測器61、62係分別檢測出至被量測面35A之Z軸方向的距離後，將該檢測結果輸出至傾斜計算部63。
傾斜計算部63係與控制部80以電性連接。傾斜計算部63係根據來自第1、第2感測器61、62之檢測結果，計算被量測面35A之傾斜的變化。例如，在如第3圖所示的情況，將從第1感測器61至第2感測器62的最短距離設為L1、將從第1感測器61至被量測面35A之Z軸方向的距離設為D1、將從第2感測器62至被量測面35A之Z軸方向的距離設為D2、將被量測面35A對作為基準面之XY平面SA的傾斜角度設為θ的情況，傾斜計算部63係根據以下之數學式(1)，計算傾斜角度θ。
θ=Tan-1((D2-D1)/L1)...(1)
傾斜計算部63將傾斜角度θ之計算結果輸出至控制部80。
在此，如上述所示，被量測面35A設置成對主軸31之中心軸C大致平行。因此，以傾斜計算部63所計算之傾斜角度θ係與主軸31對XY平面SA的傾斜角度，即以將主軸31對晶圓W垂直之狀態作為基準的傾斜角度大致相等。
此外，亦可在第1、第2感測器61、62中至少一方的感測器係接觸式感測器。
通知部70係與控制部80以電性連接。通知部70係根據控制部80之控制，通知各種資訊。例如，通知部70通知根據以傾斜量測部60所測量之主軸31的傾斜角度之變化的資訊。作為通知部70，可舉例表示藉聲音、文字、記號、顏色等之作業員可確認的方法來通知各種資訊的構成。
控制部80係藉由CPU(Central Processing Unit)處理未圖示之記憶手段所記憶之程式及資料，進行各種控制。
此外，亦可將用以自如地調整主軸31之傾斜的傾斜機構設置於研磨部20。
[研磨方法]
其次，說明使用雙頭研磨加工裝置1之研磨方法。
此外，舉例說明在被量測面35A成為與XY平面SA平行時，即在主軸31成為對晶圓W垂直時，主軸31之傾斜角度θ成為0的情況。
首先，作業員以未圖示之環套固持晶圓W。接著，控制部80係控制移動用馬達52，使已安裝砂輪10之一對主軸驅動部30接近晶圓W。又，控制部80係控制轉動用馬達32，使主軸31轉動，而且控制未圖示之研磨液供給部，將研磨液供給至砂輪10內。然後，控制部80係驅動環套，使晶圓W轉動，而且將移至研磨位置之一對砂輪10壓在晶圓W的雙面，藉此，研磨晶圓W。
控制部80係晶圓W之研磨結束時，使一對主軸驅動部30 遠離晶圓W。主軸驅動部30移至等待位置後，藉作業員或機器人等，將已結束研磨之晶圓W更換成新的晶圓W後，進行下一研磨。
在此，控制部80係在主軸驅動部30移動之間，控制傾斜計算部63，並根據第1感測器61及第2感測器62之檢測結果，在每隔既定時間或每隔既定位置取得主軸驅動部30之移動所伴隨之主軸31之傾斜角度θ的計算結果。例如，控制部80係在主軸驅動部30在等待位置與研磨位置往復移動之間，取得傾斜角度θ的計算結果。
在此，亦可控制部80係不在研磨晶圓W之間，取得傾斜角度θ的計算結果。又，亦可控制部80係僅在主軸驅動部30在等待位置與研磨位置之間的部分區間移動的情況，取得傾斜角度θ的計算結果。
然後，控制部80係根據傾斜角度θ的變化，判斷移動部90是否是異常狀態。控制部80係在判斷是異常狀態的情況，將該異常狀態作為根據傾斜角度θ之變化的資訊，經由通知部70通知作業員。
在此，重複主軸驅動部30對晶圓W之往復移動時，在導軌41之第1、第2滑動面41A、41B、滑動固持部42之第1、第2接觸面42B、42C中之至少一個磨耗。例如，如第4圖所示，在滑動固持部42之第1、第2接觸面42B、42C磨耗的情況，伴隨該磨耗，導軌41發生背隙。
在導軌41發生背隙的情況，如在第4圖以箭號A1所示，使主軸驅動部30接近晶圓W時，主軸驅動部30係 在傾斜成移動方向的前端位於比後端更上側，即主軸驅動部30及主軸31之傾斜角度θ大於0之狀態移動。又，如在第5圖以箭號A2所示，使主軸驅動部30遠離晶圓W時，主軸驅動部30係在傾斜成傾斜角度θ小於0之狀態移動。
依此方式主軸驅動部30移動時，導軌41之在第1滑動面41A側之移動方向的前端、及在第2滑動面41B側之移動方向的後端分別偏向地碰觸滑動固持部42之第1接觸面42B及第2接觸面42C。因此，促進第1、第2接觸面42B、42C之磨耗，而導軌41之背隙變成更大。
又，若主軸驅動部30如第4圖及第5圖所示移動，在主軸驅動部30之移動方向切換時，因為砂輪10之傾斜變大，所以砂輪10之上側碰撞晶圓W，而晶圓W可能受傷或損壞。
控制部80係如第6圖所示，在主軸驅動部30接近晶圓W時，主軸31之傾斜角度θ大於超過0之第1臨限值，而且，在主軸驅動部30遠離晶圓W時，傾斜角度θ小於未滿0之第2臨限值的情況，因為導軌41發生背隙，所以判斷移動部90之支撐部40是異常狀態。然後，控制部80係經由通知部70通知移動部90是異常狀態。
另一方面，控制部80係在主軸驅動部30接近及遠離晶圓W時之傾斜角度θ為第1臨限值以下而且第2臨限值以上的情況，判斷支撐部40不是異常狀態。此外，控制部80係在已判斷支撐部40不是異常狀態的情況，亦可經由通知部70，通知支撐部40不是異常狀態，亦可不通知。
又，在螺桿軸51彎曲的情況，傾斜角度θ如第7 圖所示，變化成以固定之週期振動。在此情況，導軌41之在第1滑動面41A側之移動方向的前端、及在第2滑動面41B側之移動方向的後端分別被滑動固持部42之第1接觸面42B及第2接觸面42C強力地壓住。結果，促進第1、第2接觸面42B、42C之磨耗，而導軌41發生背隙。
控制部80係如第7圖所示，在傾斜角度θ之變化的振幅(最大值與最小值之差)為臨限值以上的情況，判斷移動部90之進退驅動部50是異常狀態，而在未滿臨限值的情況，判斷進退驅動部50不是異常狀態。然後，控制部80係經由通知部70，通知關於進退驅動部50之判斷結果。此外，控制部80係亦可一樣地通知關於支撐部40之判斷結果與關於進退驅動部50之判斷結果，亦可不一樣地通知。
然後，作業員掌握支撐部40是異常狀態時，更換或維修導軌41及滑動固持部42中之至少一方。又，作業員掌握進退驅動部50是異常狀態時，更換或維修螺桿軸51、螺帽53、滾珠、軸承54中之至少一方。
[實施形態之作用效果]
在如上述所示之本實施形態，可具有如以下所示之作用效果。
(1)雙頭研磨加工裝置1之控制部80測量主軸驅動部30之移動所伴隨之主軸31之傾斜角度的變化。因此，作業員可根據在控制部80之量測結果，掌握移動部90之支撐部40或進退驅動部50的異常狀態。又，在測量主軸31之傾斜角度的變化時，不必停止研磨作業、或確認品質不良的晶圓W。因此， 可提供一種不會降低生產效率及良品率，並可掌握移動部90之異常狀態的雙頭研磨加工裝置1。
(2)將具有被量測面35A之量測板35安裝於主軸驅動部30的箱33。而，傾斜量測部60係測量被量測面35A之傾斜角度θ的變化，作為主軸31之傾斜角度θ的變化。
因此，藉只是將量測板35安裝於自以往所利用之雙頭研磨加工裝置1之簡單的構成，可適當地測量主軸31之傾斜角度θ的變化。
(3)因為雙頭研磨加工裝置1之控制部80係經由通知部70通知移動部90之狀態，所以作業員可易於掌握移動部90之異常狀態。
[其他的實施形態]
此外，本發明係未限定為僅該實施形態，係可在不超出本發明之主旨的範圍內進行各種的改良及設計之變更等。
例如，亦可在主軸驅動部30不安裝量測板35，而傾斜量測部60測量箱33之上面33A之傾斜角度的變化，作為主軸31之傾斜角度的變化。又，如在第2圖以二點鏈線所示，亦可將量測板35設置於箱33之第1側面33B，而且將第1、第2感測器61、62設置於與該量測板35相對向的位置。若作成這種構成，可測量主軸31之對XY平面的傾斜角度θ。
在X軸方向將2個感測器(第1感測器61及第2感測器62)並列地設置於傾斜量測部60，但是亦可在X軸方向並列地設置3個以上的感測器。又，亦可僅將可測量被量測面 35A之傾斜角度的一個感測器設置於主軸驅動部30之移動路俓的上側。
亦可控制部80不判斷移動部90是否是異常狀態，而控制部80將主軸31之傾斜角度的變化顯示於通知部70，作業員根據此顯示，掌握移動部90之異常狀態。
作為支撐部40，亦可將滾珠或輥配置於滑動固持部42之第1、第2、第3接觸面42B、42C、42D，並使該滾珠或輥轉動，藉此，使主軸驅動部30移動。
亦可作成因應於主軸31之傾斜角度，控制部80驅動傾斜機構，藉此，調整主軸31之傾斜。
又，舉例表示同時研磨晶圓W之雙面的雙頭研磨加工，但是在僅晶圓W之單面的研磨加工，亦可使用本發明之研磨裝置。又，作為被研磨物，亦可將陶瓷或石材等晶圓W以外者作為對象。
1‧‧‧雙頭研磨加工裝置
10‧‧‧砂輪
20‧‧‧研磨部
30‧‧‧主軸驅動部
31‧‧‧主軸
32‧‧‧轉動用馬達
33‧‧‧箱
33A‧‧‧上面
33D‧‧‧前面
33E‧‧‧後面
34‧‧‧輪安裝部
35‧‧‧量測板
35A‧‧‧被量測面
40‧‧‧支撐部
41‧‧‧導軌
41A‧‧‧第1滑動面
41B‧‧‧第2滑動面
41C‧‧‧第3滑動面
42‧‧‧滑動固持部
42B‧‧‧第1接觸面
42C‧‧‧第2接觸面
42D‧‧‧第3接觸面
50‧‧‧進退驅動部
51‧‧‧螺桿軸
51A‧‧‧螺紋槽
53‧‧‧螺帽
54‧‧‧軸承
60‧‧‧傾斜量測部
61‧‧‧第1感測器
62‧‧‧第2感測器
63‧‧‧傾斜計算部
70‧‧‧通知部
80‧‧‧控制部
90‧‧‧移動部
W‧‧‧晶圓
SA‧‧‧XY平面
C‧‧‧中心軸

Claims (3)

  1. 一種研磨裝置，以砂輪研磨被研磨物，其特徵為包括：主軸驅動部，係使可安裝該砂輪之主軸轉動；移動部，係使該主軸驅動部在接近、遠離該被研磨物之方向移動；以及傾斜量測部，係測量當使該主軸驅動部朝被加工物接近時以及遠離時之該主軸之傾斜的變化；將具有平面狀之被量測面的量測構件安裝於該主軸驅動部；該傾斜量測部係測量該被量測面之傾斜的變化，作為該主軸之傾斜的變化。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨裝置，其中包括：狀態判斷部，係根據在該傾斜量測部之量測結果，判斷該移動部是否是異常狀態；及通知部，係通知該狀態判斷部之判斷結果。
  3. 一種研磨方法，以砂輪研磨被研磨物，其特徵為包括：接近步驟，係使用以使可安裝該砂輪之主軸驅動部接近該被研磨物；研磨步驟，係以該主軸驅動部使該主軸轉動，並以該砂輪研磨該被研磨物；遠離步驟，係使該主軸驅動部遠離該被研磨物；以及量測步驟，係測量當使該主軸驅動部朝被加工物接近時以 及遠離時之該主軸之傾斜的變化；將具有平面狀之被量測面的量測構件安裝於該主軸驅動部；該傾斜量測部係測量該被量測面之傾斜的變化，作為該主軸之傾斜的變化。
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