CN106660193B - 研磨装置及研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨装置及研磨方法，本发明的双头研磨加工装置（1）具备：主轴驱动部（30），其使可安装砂轮（10）的主轴（31）旋转；移动部（90），其使主轴驱动部（30）沿接近远离晶片（W）的方向移动；及倾斜测量部（60），其测量主轴驱动部（30）的移动所伴随的主轴（31）的倾斜的变化。

Description

研磨装置及研磨方法

技术领域

本发明涉及一种研磨装置及研磨方法。

背景技术

以往，已知有关于被研磨物的研磨的技术（例如，参考专利文献1、专利文献2）。

在专利文献1中，公开有一种用于对作为被研磨物的半导体晶片（以下称为晶片）进行研磨（表面加工）的装置。

在该装置中，可偏向地支承设置有按压到晶片的双面的环状底盘的旋转轴的至少一方，并测量该被可偏向地支承的旋转轴的倾斜角度，并根据所测量的倾斜角度推测晶片形状，并将推测结果与目标形状进行比较运算，并根据运算结果，使被可偏向地支承的旋转轴偏向。

在专利文献2中，公开有一种用于对作为被研磨物的晶片进行同时双面研磨的方法。

在用于实施该方法的装置中，在被固定于相对向的同一线上的主轴的两个旋转的研磨砥石之间，对晶片进行机械加工。晶片是在机械加工期间沿轴向以实质上无约束力的形式通过两个静压轴承来引导，且沿径向通过导向环来引导，且通过驱动装置来旋转的。并且，在半导体晶片的研磨期间，通过至少两个传感器测量至少一个静压轴承与研磨砥石之间的径向距离，并根据所述距离计算主轴位置的水平方向及垂直方向的校正位置，并与该计算对应地校正主轴位置。

专利文献

专利文献1：日本特开平11-254312号公报

专利文献2：日本特开2009-95976号公报

但是，在如专利文献1、专利文献2所记载的结构中，一般设置有移动部，所述移动部使移动侧环状底盘或研磨盘（以下，有时存在将移动侧环状底盘和研磨盘统称为砂轮的情况）沿接近远离晶片的方向移动。例如，在移动部具备导轨及滑动保持部的情况下，有可能发生如下现象，所述导轨与使砂轮旋转的驱动部一体设置，所述滑动保持部以可滑动的方式保持该导轨。

若重复驱动部相对于晶片的移动，则例如滑动保持部磨损，而有可能导致导轨的端部与滑动保持部部分接触。若在该部分接触的状态下重复砂轮的接近远离，则促进滑动保持部的磨损，而有可能导致导轨的晃动变大。

并且，若导轨的晃动变大，则在研磨晶片后，使砂轮远离晶片的瞬间，砂轮的倾斜大幅度变化，而有可能导致砂轮碰撞到晶片。

因此，优选根据滑动保持部的磨损状态更换滑动保持部，从而将导轨的晃动抑制在最小限度。

然而，在如专利文献1所记载的结构中，仅测量研磨晶片时的砂轮的倾斜角度。并且，在如专利文献2所记载的结构中，仅确定主轴的水平方向及垂直方向的校正位置。因此，在如专利文献1、专利文献2所记载的结构中，无法掌握滑动保持部的磨损状态，即移动部的异常状态。

并且，在如专利文献1、专利文献2所记载的结构中检测异常时，可考虑从移动部拆下驱动部，通过目视或测量来确认滑动保持部的磨损状态。但是，在驱动部的拆卸作业或者基于目视或测量的确认作业时，由于无法进行研磨，因此导致生产效率降低。而且，为了不降低生产效率，也可考虑根据研磨后的晶片的品质来推测异常状态。但是，若不确认品质不良的晶片，则无法掌握异常状态，因此导致良品率降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不降低生产效率及良品率，便可掌握移动部的异常状态的研磨装置及研磨方法。

本发明的研磨装置为利用砂轮研磨被研磨物的研磨装置，其特征在于，具备：主轴驱动部，其使可安装所述砂轮的主轴旋转；移动部，其使所述主轴驱动部沿接近远离所述被研磨物的方向移动；及倾斜测量部，其测量所述主轴驱动部的移动所伴随的所述主轴的倾斜的变化。

本发明的研磨方法为利用砂轮研磨被研磨物的研磨方法，其特征在于，包括：接近工序，使主轴驱动部接近所述被研磨物，所述主轴驱动部使可安装所述砂轮的主轴旋转；研磨工序，通过所述主轴驱动部使所述主轴旋转，并利用所述砂轮研磨所述被研磨物；远离工序，使所述主轴驱动部远离所述被研磨物；及测量工序，测量所述主轴驱动部的移动所伴随的所述主轴的倾斜的变化。

根据本发明，由于测量主轴驱动部的移动所伴随的主轴的倾斜的变化，因此作业人员能够根据该测量结果掌握使主轴驱动部移动的移动部的异常状态。并且，在测量主轴的倾斜的变化时，无需停止研磨作业或确认品质不良的晶片。因此，能够提供一种不降低生产效率及良品率，便可掌握移动部的异常状态的研磨装置及研磨方法。

另外，主轴的倾斜可以是主轴的轴相对于被研磨物的被研磨面，以成为垂直的状态为基准的倾斜，也可是以倾斜的状态为基准的倾斜。

在本发明的研磨装置中，优选将具有平面状的被测量面的测量构件安装于所述主轴驱动部，且所述倾斜测量部测量所述被测量面的倾斜的变化，作为所述主轴的倾斜的变化。

根据本发明，仅以将测量构件安装于一直以来所利用的研磨装置的简单的结构，能够适当地测量主轴的倾斜的变化。

在本发明的研磨装置中，优选具备：状态判断部，其根据所述倾斜测量部中的测量结果，判断所述移动部是否为异常状态；及通知部，其通知所述状态判断部的判断结果。

根据本发明，作业人员能够根据通知部的通知，轻松掌握移动部的异常状态。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的双头研磨加工装置的概略结构的示意图，一部分是沿着图2的I-I线的剖视图。

图2是从-X方向侧观察双头研磨加工装置的示意图。

图3是表示主轴驱动部的倾斜角度的计算方法的说明图。

图4表示在导轨产生晃动的情况下，主轴驱动部接近晶片时的状态的示意图。

图5表示在导轨产生晃动的情况下，主轴驱动部远离晶片时的状态的示意图。

图6是表示在导轨产生晃动的情况下的主轴驱动部的移动所伴随的主轴驱动部（主轴）的倾斜角度的变化的图形。

图7是表示在螺纹轴弯曲的情况下的主轴驱动部的移动所伴随的主轴驱动部（主轴）的倾斜角度的变化的图形。

具体实施方式

参考附图，对本发明的一实施方式进行说明。

另外，有时以各图所示的XYZ轴作为基准来说明关于方向的术语。

[双头研磨加工装置的结构]

如图1所示，作为研磨装置的双头研磨加工装置1利用砂轮10研磨作为被研磨物的晶片W。双头研磨加工装置1具备：未图示的垫圈，其在内部保持晶片W；一对研磨部20，其隔着由垫圈保持的晶片W而设置；及未图示的研磨液供给部，其将研磨液供给至砂轮10内。

研磨部20具备主轴驱动部30、支承部40、进退驱动部50、倾斜测量部60、通知部70及作为状态判断部的控制部80。支承部40及进退驱动部50构成本发明的移动部90。

主轴驱动部30使主轴31旋转。主轴驱动部30具备具有主轴31的旋转用马达32及容纳该旋转用马达32的箱33。

在主轴31的前端，设置有可装卸自如地安装砂轮10的轮安装部34。

旋转用马达32与控制部80电连接。

如图2所示，箱33形成为长方形箱状。在箱33的上表面（+Z方向侧的表面）33A，安装有作为测量构件的测量板35。测量板35以平面状的被测量面35A朝向上方向（+Z方向）且相对于主轴31的中心轴C成为大致平行的方式安装于上表面33A。

支承部40将主轴驱动部30支承为可沿接近远离晶片W的方向（X轴方向）移动。支承部40具备一对导轨41及一对滑动保持部42。

导轨41一体设置于箱33的+Y方向侧的第1侧面33B及-Y方向侧的第2侧面33C的下部。导轨41从与晶片W相对置的前表面33D侧的端部至与该前表面33D相反侧的后表面33E侧的端部设置成沿X轴方向延伸。

导轨41从后表面33E侧观察时形成为梯形状。导轨41具备第1滑动面41A、第2滑动面41B及第3滑动面41C。第1滑动面41A及第2滑动面41B设置于与梯形的斜边对应的位置。第3滑动面41C设置于与梯形的彼此平行的一对边中的长边对应的位置。

滑动保持部42固定于未图示的框架。滑动保持部42具备以可滑动的方式保持导轨41的凹部42A。凹部42A形成为与导轨41的外形状对应的形状。凹部42A具备与第1滑动面41A接触的第1接触面42B、与第2滑动面41B接触的第2接触面42C及与第3滑动面41C接触的第3接触面42D。

滑动保持部42构成为如下：在该滑动保持部42未磨损的状态下，通过第1接触面42B、第2接触面42C、第3接触面42D分别与第1滑动面41A、第2滑动面41B、第3滑动面41C面接触，从而可滑动地保持导轨41。

进退驱动部50具备：移动用马达52，其使沿X轴方向延伸的螺纹轴51旋转；螺母53，其在内周面具有与螺纹轴51的螺纹槽51A相对置的未图示的螺纹槽；未图示的多个滚珠，其滚动自如地设置于通过螺纹轴51的螺纹槽51A和螺母53的螺纹槽所形成的螺旋状的滚珠滚动空间；及一对轴承54，其支承螺纹轴51的一端侧及另一端侧。

移动用马达52与控制部80电连接。螺母53设置于箱33的下表面（-Z方向侧的表面）33F的后端侧（远离晶片W的侧）。

根据控制部80的控制，移动用马达52使螺纹轴51旋转，由此，进退驱动部50使由支承部40支承的主轴驱动部30沿+X方向及-X方向移动。

倾斜测量部60固定于未图示的框架。倾斜测量部60具备第1传感器61、第2传感器62及倾斜计算部63。

第1传感器61、第2传感器62为非接触式传感器。第1传感器61、第2传感器62与倾斜计算部63电连接。第1传感器61、第2传感器62在主轴驱动部30的移动路径的上侧，沿X轴方向并列设置。第1传感器61比第2传感器62更靠晶片W侧设置。在主轴驱动部30位于图1中由实线所示的等待位置的情况及位于由双点划线所示的研磨位置的情况下，第1传感器61、第2传感器62设置成被测量面35A位于该第1传感器61、第2传感器62的下方。第1传感器61、第2传感器62分别检测直至被测量面35A为止的Z轴方向的距离，并将该检测结果输出至倾斜计算部63。

倾斜计算部63与控制部80电连接。倾斜计算部63根据来自第1传感器61、第2传感器62的检测结果，计算被测量面35A的倾斜的变化。例如，在如图3所示的情况下，将第1传感器61至第2传感器62的最短距离设为L1、将第1传感器61至被测量面35A的Z轴方向的距离设为D1、将第2传感器62至被测量面35A的Z轴方向的距离设为D2、将被测量面35A相对于作为基准面的XY平面SA的倾斜角度设为θ时，倾斜计算部63根据以下的式（1），计算倾斜角度θ。

θ=Tan^-1（（D2-D1）/L1）……（1）

倾斜计算部63将倾斜角度θ的计算结果输出至控制部80。

在此，如上所述，被测量面35A设置成相对于主轴31的中心轴C大致平行。因此，由倾斜计算部63计算出的倾斜角度θ与主轴31相对于XY平面SA的倾斜角度，即与以主轴31相对于晶片W成为垂直的状态作为基准的倾斜角度大致相等。

另外，在第1传感器61、第2传感器62中，至少一方的传感器可以是接触式传感器。

通知部70与控制部80电连接。通知部70根据控制部80的控制，通知各种信息。例如，通知部70通知基于由倾斜测量部60所测量的主轴31的倾斜角度的变化的信息。作为通知部70，能够例示如下结构：通过声音、文字、符号、颜色等作业人员能够确认的方法来通知各种信息。

控制部80通过CPU（Central Processing Unit）处理未图示的存储手段所存储的程序及数据，从而进行各种控制。

另外，也可将用于自如地调整主轴31的倾斜的倾斜机构设置于研磨部20。

[研磨方法]

接着，对使用双头研磨加工装置1的研磨方法进行说明。

另外，在被测量面35A成为与XY平面SA平行时，即主轴31相对于晶片W成为垂直时，对主轴31的倾斜角度θ成为0的情况进行例示说明。

首先，作业人员以未图示的垫圈保持晶片W。接着，控制部80控制移动用马达52，使安装有砂轮10的一对主轴驱动部30接近晶片W。并且，控制部80控制旋转用马达32使主轴31旋转，并且控制未图示的研磨液供给部将研磨液供给至砂轮10内。然后，控制部80驱动垫圈使晶片W旋转，并且将移动至研磨位置的一对砂轮10按压到晶片W的双面，由此，研磨晶片W。

若晶片W的研磨结束，则控制部80使一对主轴驱动部30远离晶片W。主轴驱动部30移动至等待位置后，由作业人员或机器人等，将已结束研磨的晶片W更换成新的晶片W，进行下一研磨。

在此，在主轴驱动部30移动期间，控制部80控制倾斜计算部63，并根据第1传感器61及第2传感器62中的检测结果，在每隔规定时间或每隔规定位置获取主轴驱动部30的移动所伴随的主轴31的倾斜角度θ的计算结果。例如，主轴驱动部30在等待位置与研磨位置间进行往复移动期间，控制部80获取倾斜角度θ的计算结果。

在此，控制部80也可在研磨晶片W期间不获取倾斜角度θ的计算结果。并且，控制部80可仅在主轴驱动部30在等待位置与研磨位置之间的部分区间移动的情况下，获取倾斜角度θ的计算结果。

然后，控制部80根据倾斜角度θ的变化，判断移动部90是否为异常状态。在判断为异常状态的情况下，控制部80将该异常状态作为基于倾斜角度θ的变化的信息，经由通知部70通知作业人员。

在此，若重复主轴驱动部30相对于晶片W的往复移动，则导轨41的第1滑动面41A、第2滑动面41B、滑动保持部42的第1接触面42B、第2接触面42C中的至少一个磨损。例如，如图4所示，在滑动保持部42的第1接触面42B、第2接触面42C磨损的情况下，伴随该磨损，产生导轨41的晃动。

在产生导轨41的晃动的情况下，如图4中由箭头A1所示，若使主轴驱动部30接近晶片W，则主轴驱动部30以倾斜成移动方向的前端比后端位于更上侧，即主轴驱动部30及主轴31的倾斜角度θ大于0的状态移动。并且，如图5中由箭头A2所示，若使主轴驱动部30远离晶片W，则主轴驱动部30以倾斜成倾斜角度θ小于0的状态移动。

如此，若主轴驱动部30移动，则导轨41的在第1滑动面41A侧的移动方向的前端及在第2滑动面41B侧的移动方向的后端分别与滑动保持部42的第1接触面42B及第2接触面42C部分接触。因此，促进第1接触面42B、第2接触面42C的磨损，导轨41的晃动进一步变大。

并且，若主轴驱动部30如图4及图5所示那样移动，则主轴驱动部30的移动方向切换时，砂轮10的倾斜大幅度变化，因此砂轮10的上侧与晶片W碰撞，从而有可能导致晶片W破损或损坏。

如图6所示，在主轴驱动部30接近晶片W时，主轴31的倾斜角度θ大于超过0的第1阈值，而且，在主轴驱动部30远离晶片W时，倾斜角度θ小于小于0的第2阈值的情况下，由于产生导轨41的晃动，因此控制部80判断移动部90的支承部40为异常状态。然后，控制部80经由通知部70通知移动部90为异常状态。

另一方面，在主轴驱动部30接近及远离晶片W时的倾斜角度θ为第1阈值以下且第2阈值以上的情况下，控制部80判断支承部40为非异常状态。另外，控制部80在判断支承部40为非异常状态的情况下，可经由通知部70通知支承部40为非异常状态，也可不进行通知。

并且，在螺纹轴51弯曲的情况下，如图7所示，倾斜角度θ变化成以恒定的周期振动。在此情况下，导轨41的第1滑动面41A侧的移动方向的前端及第2滑动面41B侧的移动方向的后端分别强度较大地压紧于滑动保持部42的第1接触面42B及第2接触面42C。其结果，促进第1接触面42B、第2接触面42C的磨损，产生导轨41的晃动。

如图7所示，控制部80在倾斜角度θ的最大值大于第1阈值且最小值小于第2阈值的情况下，判断移动部90的进退驱动部50为异常状态，在最大值为第1阈值以下且最小值为第2阈值以上的情况下，判断进退驱动部50为非异常状态。然后，控制部80经由通知部70通知关于进退驱动部50的判断结果。另外，控制部80可以以相同的方式通知关于支承部40的判断结果和关于进退驱动部50的判断结果，也可以以不同的方式进行通知。

然后，若作业人员掌握支承部40为异常状态，则更换或维修导轨41及滑动保持部42中的至少一方。并且，若作业人员掌握进退驱动部50为异常状态，则更换或维修螺纹轴51、螺母53、滚珠、轴承54中的至少一个。

[实施方式的作用效果]

在如上所述的本实施方式中，能发挥如下所述的作用效果。

（1）双头研磨加工装置1的控制部80测量主轴驱动部30的移动所伴随的主轴31的倾斜角度的变化。因此，作业人员能够根据控制部80中的测量结果，掌握移动部90的支承部40或进退驱动部50的异常状态。并且，在测量主轴31的倾斜角度的变化时，无需停止研磨作业或确认品质不良的晶片W。因此，能够提供一种不降低生产效率及良品率，便可掌握移动部90的异常状态的双头研磨加工装置1。

（2）将具有被测量面35A的测量板35安装于主轴驱动部30的箱33。而且，倾斜测量部60测量被测量面35A的倾斜角度θ的变化，作为主轴31的倾斜角度θ的变化。

因此，仅以将测量板35安装于一直以来所利用的双头研磨加工装置1的简单的结构，能够适当地测量主轴31的倾斜角度的变化。

（3）由于双头研磨加工装置1的控制部80经由通知部70通知移动部90的状态，因此作业人员能够轻松掌握移动部90的异常状态。

[其他实施方式]

另外，本发明并不仅限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种改良及设计的变更等。

例如，也可不将测量板35安装于主轴驱动部30，并由倾斜测量部60测量箱33的上表面33A的倾斜角度的变化，作为主轴31的倾斜角度的变化。并且，如图2中由双点划线所示，也可将测量板35设置于箱33的第1侧面33B，并且将第1传感器61、第2传感器62设置于与该测量板35相对置的位置。若设为这种结构，能够测量主轴31相对于XZ平面的倾斜角度θ。

在倾斜测量部60，沿X轴方向并列设置了两个传感器（第1传感器61及第2传感器62），但是也可沿X轴方向并列设置三个以上传感器。并且，也可在主轴驱动部30的移动路径的上侧仅设置一个可测量被测量面35A的倾斜角度的传感器。

也可以为如下：控制部80不判断移动部90是否为异常状态，而控制部80将主轴31的倾斜角度的变化显示于通知部70，作业人员根据该显示，掌握移动部90的异常状态。

作为支承部40，也可将滚珠或辊配置于滑动保持部42的第1接触面42B、第2接触面42C、第3接触面42D，通过使该滚珠或辊旋转而使主轴驱动部30移动。

也可以为如下：根据主轴31的倾斜角度，控制部80驱动倾斜机构，由此调整主轴31的倾斜。

并且，例示了同时研磨晶片W的双面的双头研磨加工，但是也可将本发明的研磨装置用于仅研磨晶片W的单面的加工，并且，作为被研磨物，也可将陶瓷或石材等晶片W以外的物体作为对象。

符号说明

1-双头研磨加工装置（研磨装置），10-砂轮，30-主轴驱动部，31-主轴，35A-被测量面，35-测量块（测量构件），90-移动部，60-倾斜测量部，70-通知部，80-控制部（状态判断部），W-晶片（被研磨物）。

Claims (4)

1.一种研磨装置，其利用砂轮研磨被研磨物，其特征在于，具备：

主轴驱动部，其使可安装所述砂轮的主轴旋转；

移动部，其使所述主轴驱动部沿接近远离所述被研磨物的方向移动；及

倾斜测量部，其测量所述主轴驱动部的移动所伴随的所述主轴的倾斜的变化，

所述移动部具有将所述主轴驱动部支承为可移动的支承部及令由该支承部支承的主轴驱动部移动的进退驱动部，

所述支承部具有设置于所述主轴驱动部的导轨及以可滑动的方式保持所述导轨的滑动保持部。

2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，

将具有平面状的被测量面的测量构件安装于所述主轴驱动部，

所述倾斜测量部测量所述被测量面的倾斜的变化，作为所述主轴的倾斜的变化。

3.根据权利要求1或2所述的的研磨装置，其特征在于，具备：

状态判断部，其根据所述倾斜测量部中的测量结果，判断所述移动部是否为异常状态；及

通知部，其通知所述状态判断部的判断结果。

4.一种研磨方法，其利用砂轮研磨被研磨物，其特征在于，包括：

接近工序，令设置于主轴驱动部的导轨相对于保持该导轨的滑动保持部滑动，从而使所述主轴驱动部接近所述被研磨物，该主轴驱动部使可安装所述砂轮的主轴旋转；

研磨工序，通过所述主轴驱动部使所述主轴旋转，并利用所述砂轮研磨所述被研磨物；

远离工序，令所述导轨相对于所述滑动保持部滑动，从而使所述主轴驱动部远离所述被研磨物；及

测量工序，测量所述主轴驱动部的移动所伴随的所述主轴的倾斜的变化。