JP2014039985A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削装置の装置コストを上昇させることなく、飛沫やミストの影響を受けずにウェーハの厚さ測定を可能とし、保持テーブルに対するウェーハのロード及び保持テーブルからのウェーハのアンロードを可能とする。
【解決手段】回転軸２０を中心として回転する保持手段２に備えた保持プレート２４に保持されたウェーハＷとラップ定盤４とが接近及び離反する構成の研削装置１において、回転軸２０と保持プレート２４との間にエアバッグ２３を配設し、ウェーハＷの厚みの変位を測定する変位計３３をエアバッグ２３の内部に配設する。エアバッグ２３にエアを供給することにより、ウェーハＷの薄化によって減圧されるエアバッグ２３の内部圧力を所定の圧力に維持しつつ、ウェーハＷの薄化によりラップ定盤４に接近する方向に降下する保持プレート２４の変位量を変位計３３によって測定し、保持プレート２４の変位量をウェーハの研削量として認識する。
【選択図】図１

Description

本発明は、板状のウェーハを研削する研削装置に関する。

半導体ウェーハ等の板状のウェーハを研削する研削装置では、厚さ測定器を用いて研削中にウェーハの厚さを測定しながら研削を行い、板状のウェーハが所望の厚みに達した時点で研削を終了することとしている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−０３４４６２号公報

しかし、加工中は、ウェーハと定盤との間にノズル等から研削液が供給されるため、研削屑の飛沫やミスト状になった研削液が厚さ測定器に侵入して故障を引き起こすおそれがある。したがって、飛沫やミストが厚さ測定器に侵入しない装置構造や、飛沫やミストが測定精度に影響しないような測定原理が求められる。

また、ウェーハ上に厚さ測定器を位置させてウェーハの厚さを測定する場合には、ウェーハを保持する保持手段へのロード時及び保持手段からのウェーハのアンロード時に邪魔にならないように、保持手段から厚さ測定器を退避させる機構が必要となる。そして、これらの要求を満たそうとすると、使用できる厚さ測定器が限定されたり、装置構造が複雑化したりして、装置コストが上昇する要因となる。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、研削装置の装置コストを上昇させることなく、飛沫やミストの影響を受けずにウェーハの厚さ測定を可能とし、保持テーブルに対するウェーハのロード及び保持テーブルからのウェーハのアンロードを可能とすることを目的とする。

本発明は、複数の吸引口を備えた保持面において板状のウェーハを吸引保持して回転可能な保持手段と、砥粒を用いてウェーハを加工するラップ定盤と、ラップ定盤と保持手段とを相対的に接近及び離反させる研削送り手段と、ラップ定盤と保持手段との相対的な位置を研削送り位置として検出する位置検出手段と、保持手段が保持するウェーハの所望研削量を指定する指定部と、を備え、一方の面が該保持手段に保持されて回転するウェーハの他方の面をラップ定盤に接触させて研削する研削装置に関し、保持手段には、保持面においてウェーハの一方の面を保持する保持プレートと、回転軸と保持プレートとの間に配設されるエアバッグと、回転軸を貫通して形成されエアバッグにエアを供給する供給源に連通する供給路と、エアバッグの内部圧力を測定する圧力計と、圧力計が測定したエアバッグの内部圧力を所定の圧力に維持する制御部と、回転軸を貫通して配設され保持プレートの吸引口と吸引源とを連通させる吸引路と、エアバッグの内部に配設され保持プレートの保持面の反対面の位置を測定する変位計と、を少なくとも備え、研削送り手段は、供給源よりエアバッグにエアを供給しエアバッグを膨張させた状態で、ウェーハを保持した保持手段をラップ定盤に接近させる方向に研削送りし、ウェーハがラップ定盤に接触した後の研削送り量が所望研削量よりも多くなるように研削送りを行った後に研削送りを停止し、停止時に位置検出手段が検出する研削送り位置である研削開始位置において研削加工を実施することによってウェーハを薄化し、ウェーハの薄化によって減圧されるエアバッグの内部圧力を制御部の制御によってエアバッグにエアを供給して所定の圧力に維持しつつ、ウェーハの薄化によりラップ定盤に接近する方向に降下する保持プレートの変位量を変位計によって測定し、保持プレートの変位量をウェーハの研削量として認識する。

上記研削装置においては、研削送り手段が研削開始位置から研削送りを行いつつ、制御部の制御によってエアバッグの内部圧力を所定の圧力に維持し、位置検出手段と変位計とによって検知・算出される保持プレートの研削開始位置からの変位量を、ウェーハの研削量とすることができる。エアバッグの内部圧力は、機械的な調圧スプリングおよびリリーフポートを用いて圧力を一定に維持する機能を有するエアレギュレータにより所定の圧力に維持されることが望ましい。

本発明に係る研削装置では、保持手段を構成する回転軸と保持プレートとの間にエアバッグを配設し、ウェーハの厚みの変位を測定する変位計をエアバッグの内部に配設したため、飛沫やミストが変位計に侵入するおそれがなく、ウェーハのロード時及びアンロード時に邪魔になることもない。したがって、変位計の選択肢が広がり、高精度化及び低コスト化を測ることが可能となる。また、エアバッグにエアを供給することにより、ウェーハＷの薄化によって減圧されるエアバッグの内部圧力を所定の圧力に維持しつつ、ウェーハＷの薄化によりラップ定盤に接近する方向に降下する保持プレートの変位量を変位計によって測定することで、保持プレートの変位量をウェーハの研削量として認識することができる。

研削装置の構成を示す正面図である。 ウェーハを研削する状態を示す正面図である。 研削送り量と保持プレートの変位量と研削量との関係を示すグラフである。

図１に示す研削装置１は、保持手段２によって保持された板状のウェーハＷにラップ定盤４を接触させて研削加工を行う装置である。

保持手段２は、ハウジング２１によって回転可能に支持された回転軸２０を備えており、回転軸２０には、マウント２２を介してエアバッグ２３が取り付けられている、エアバッグ２３の下部には、ウェーハＷの一方の面を吸引保持する保持プレート２４が装着されている。保持プレート２４の下面は、ウェーハＷを吸引保持する保持面２４ａであり、保持プレート２４には、保持面２４ａにおいて開口する複数の吸引口２４０が形成されている。一方、保持面２４ａの反対面は、エアバッグ２３に固定された被固定面２４ｂとなっている。ハウジング２１の内部には、回転軸２０を回転させる図示しないモータを備えている。

回転軸２０には、その内部を貫通し、エアの供給元となる供給源２５に連通する供給路２００が形成されており、供給源２５から供給路２００を経てエアバッグ２３にエアが供給される構成となっている。

研削装置１には、エアバッグ２３の内部の圧力を測定する圧力計２６を備えている。圧力計２６は、回転軸２０の内部に形成された供給路２００を介してエアバッグ２３の内部に通じており、エアバッグ２３の内部の圧力をリアルタイムに認識することができる。

供給路２００には、機械的な調圧スプリング及びリリーフポートを用いてエアバッグ２３の内部の圧力を一定に維持する機能を有するエアレギュレータ２７が圧力計２６と並列に接続されており、さらに、エアの流量を調整する調整バルブ２８がエアレギュレータ２７と直列に接続されている。調整バルブ２８には、エアの供給元となる供給源２５が接続されている。

圧力計２６は、制御部２９に接続されている。制御部２９は、圧力計２６が測定したエアバッグ２３の内部圧力を読み出し、その値に応じて例えばエアレギュレータ２７又は調整バルブ２８を制御することにより、エアバッグ２３の内部圧力を指定された一定の圧力に維持する機能を有する。

制御部２９には、保持プレート２４において保持するウェーハＷの所望研削量を指定して入力するための指定部３０が接続されており、指定部３０から入力された値は、制御部２９に備えたメモリ等の記憶素子に記憶される。

保持プレート２４に形成された吸引口２４０は、回転軸２０及びマウント２２の内部を貫通する吸引路３１を介して吸引源３２に連通しており、吸引源３２から生じる吸引力を保持プレート２４の保持面２４ａに作用させてウェーハＷを吸引保持することができる。

エアバッグ２３の内部には、変位計３３が収容されている。変位計３３は、保持プレート２４の被固定面２４ｂの鉛直方向の位置を測定することができる。測定により得られた情報は、制御部２９において読み取ることができる。変位計３３としては、接触式、非接触式のいずれのタイプのものも使用することができる。接触式としては、デジタルゲージ、非接触式としては、レーザ変位計、渦電流式変位計、差動トランス方式変位計、静電容量方式変位計等、各種の方式のものを使用可能である。なお、変位計３３は、被固定面２４ｂ以外の部分の鉛直方向の位置に基づいて保持プレート２４の変位を認識できるように構成してもよい。

ラップ定盤４は、上面４０が研削面となっている。ラップ定盤４の近傍には、上面４０に向けて遊離砥粒を含むスラリーを噴出するノズル４１が配設されている。なお、ラップ定盤４の上面４０に固定砥粒を含有する固定砥粒定盤を用いることもできる。その場合は、砥粒を含まない研削液をノズル４１から噴出する。

保持手段２は、研削送り手段６によって駆動されて鉛直方向に昇降可能となっている。研削送り手段６は、鉛直方向の軸心を有するボールネジ６０と、ボールネジ６０と平行に配設されたガイドレール６１と、ボールネジ６０を回転させるモータ６２と、ボールネジ６０に螺合するナット構造を有するとともにガイドレール６１に摺接する昇降部材６３とを備えており、モータ６２によって駆動されてボールネジ６０が回転することによって昇降部材６３がガイドレール６１にガイドされて昇降する構成となっている。

昇降部材６３は、保持手段２を構成するハウジング２１に固定されており、昇降部材６３の昇降にともない保持手段２も昇降し、保持手段２とラップ定盤４とが相対的に接近及び離反する構成となっている。

また、ボールネジ６０と平行にリニアスケール６４が配設されており、昇降部材６３にはリニアスケール６４の目盛りを指すヘッド６３０を備え、リニアスケール６４にはヘッド６３０によりポイントされた目盛りを研削送り位置として読み取る位置検出手段６５が接続されている。なお、位置検出手段６５は、リニアスケール６４の目盛りを読み取るものには限定されない。例えば、研削送り手段６を構成するモータに送出するパルス数に基づいて昇降部材６３の鉛直方向の位置を認識することもできる。

保持手段２とラップ定盤４とは、相対的に接近及び離反可能な構成であればよく、保持手段２が固定され、ラップ定盤４が昇降する構成としてもよい。この場合における研削送り手段は、ラップ定盤を昇降させる機構となり、位置検出手段は、ラップ定盤の鉛直方向の位置を研削送り位置として認識し、その位置情報を制御手段２９に通知することができる。さらに、保持手段２とラップ定盤４の双方が昇降する構成としてもよい。

このように構成される研削装置１を用いてウェーハＷの研削を行う場合は、図１に示したように、保持プレート２４によってウェーハＷを保持する。また、オペレータは、予め指定部３０からエアバッグ２３の内部圧力の所定の値とウェーハの所望研削量とを入力して制御部２９に記憶させておく。

図１に示すように、ウェーハＷが定盤４から離間している状態で、供給源２５よりエアバッグ２３にエアを供給してエアバッグ２３を膨張させ、一定の圧力を維持する。そして、回転軸２０を回転させてウェーハＷを保持した保持手段２を回転させるとともに、研削送り手段６は、保持手段２をラップ定盤４に接近する方向に研削送りする。ラップ定盤４も回転させる。

かかる研削送りにより、図２（ａ）に示すように、ウェーハＷの下面Ｗ１が、ラップ定盤４の上面４０に接触する。位置検出手段６５は、この時のリニアスケール６４の目盛りの値を検出し、接触位置情報として制御部２９がその値を記憶する。

研削送り手段６は、ウェーハＷの下面Ｗ１がラップ定盤４の上面４０に接触した後も、さらに研削送りを行い、上記接触位置を基準とする研削送り量が所望研削量よりも多くなるように研削送りを行う。例えば、ウェーハＷの所望研削量が５ｍｍである場合に、上記接触位置を基準とする研削送り量を７ｍｍとし、制御部２９に記憶させた接触位置から７ｍｍ降下した位置まで保持手段２を降下させる。そうすると、図２（ｂ）に示すように、エアバッグ２３が圧縮される。図２（ａ）に示すように、ウェーハＷの下面Ｗ１がラップ定盤４の上面４０に接触した時点においてエアバッグ２３の厚みをＡ、図２（ｂ）に示すように、研削開始位置においてエアバッグ２３が圧縮された状態におけるエアバッグ２３の厚みをＢとすると、Ｃ＝Ａ−Ｂは、研削送り量である。

このようにして、研削送り量を７ｍｍとした場合は、上記制御部２９に記憶させた接触位置から７ｍｍ降下したことを位置検出手段６５が検出した時の研削送り位置を研削開始位置とし、その位置で研削送りを停止すると、その位置においてウェーハＷが研削され、ウェーハＷが薄化されていく。研削中は、ノズル４１からウェーハＷと定盤４との接触部分にスラリーが供給される。

ウェーハＷが薄化されると、エアバッグ２３の内部圧力が徐々に減圧されるため、かかる減圧を防ぐために、制御部２９による制御の下で供給源２５からエアバッグ２３に対してエアを供給することにより、エアバッグ２３の内部圧力を一定の値に維持する。具体的には、圧力計２６がエアバッグ２３の内部圧力を検知し、その値を制御部２９が読み取る。制御部２９は、圧力計２６が検知する内部圧力が一定となるように、エアレギュレータ２７及び調整バルブ２８を制御する。

このようにしてエアバッグ２３の内部圧力が所定の値に維持されると、ウェーハＷが薄化されるに従い保持プレート２４も降下する。そして、研削開始位置を基準とする保持プレート２４の被固定面２４ｂの変位量を変位計３３が測定する。変位計３３によって測定された変位量は、ウェーハＷの研削量となる。

このようにして測定された研削量は、制御部２９によって認識され、認識された研削量が指定部３０によって指定された所望研削量に達すると、制御部２９による制御の下で、研削送り手段６が保持手段２を上昇させ、研削を終了する。

研削中は、ノズル４１からウェーハＷと定盤４との接触部分にスラリーが供給され、それがミストとなって飛散する。また、研削により生じる研削屑も飛散する。しかし、変位計は、エアバッグ２３の内部に配設されているため、飛散するミストや研削屑の影響を受けずに保持プレート２４の被固定面２４ｂの変位を正確に測定することができる。したがって、ウェーハＷを高精度に所望量研削することができる。

また、研削が終了して保持手段２を上昇させると、変位計３３を収容したエアバッグ２３も上昇するため、保持手段２に対するウェーハのロード及びアンロードの際に変位計３３が邪魔になることもない。

上記研削例では、研削送りを停止した状態で所望量研削することとしたが、研削送りをしながら所望量研削を行うこともできる。

例えば、図３に、ウェーハＷの下面Ｗ１がラップ定盤４の上面４０に接触した時を研削開始時間として、研削送り手段６が所定の研削送り速度で研削送りを行うとともに、エアバッグ２３の内部圧力を指定された一定の圧力に維持することにより、ウェーハＷの下面Ｗ１を研削する方法を説明する。ここでは説明のため、図２に示すように保持手段２が昇降する鉛直方向をＺ軸とし、Ｚ軸の原点（０点）をラップ定盤４の上面４０よりも下に設定し、その原点から上方に向く方向を正の方向とする。

エアバッグ２３の内部圧力は、指定した一定の圧力に維持しているため、研削開始前のマウント２２の下面２２ａと被固定面２４ｂの距離Ｌ３３は一定である。ウェーハＷと上面４０とが接触した後（研削開始後）は、下面２２ａのＺ軸方向の位置Ｚ２２ａが、所定の研削送り速度で下降するが、仮にウェーハＷが削れない場合を想定すると被固定面２４ｂの下降量は０となる。

実際にはウェーハＷが削れるため、ウェーハＷの研削量と同じ量だけ被固定面２４ｂが下降する。この下降量、すなわちウェーハＷの研削量を、リニアスケール６４と変位計３３の検出値とから制御部２９で下記の式により算出する。なお、下記の式において、Zstartは、研削開始時の被固定面２４ｂのＺ軸方向の位置である。
研削量＝Zstart−（Ｚ２２ａ−Ｌ３３）
この研削量が所望研削量に達すると、制御部２９による制御の下で、研削送り手段６が保持手段２を上昇させ、研削を終了する。

１：研削装置
２：保持手段
２０：回転軸 ２００：吸引路
２１：ハウジング ２２：マウント ２３：エアバッグ
２４：保持プレート ２４ａ：保持面 ２４ｂ：被固定面 ２４０：吸引口
２５：吸引源 ２６：圧力計 ２７：エアレギュレータ ２８：調整バルブ
２９：制御部 ３０指定部 ３１：吸引路 ３２：吸引源 ３３：変位計
４：ラップ定盤 ４０：上面 ４１：ノズル
６：研削送り手段 ６０：ボールネジ ６１：ガイドレール ６２：モータ
６３：昇降部材 ６３０：ヘッド
６４：リニアスケール ６５：位置検出手段

Claims (3)

1. 複数の吸引口を備えた保持面において板状のウェーハを吸引保持して回転可能な保持手段と、
   砥粒を用いて該ウェーハを加工するラップ定盤と、
   該ラップ定盤と該保持手段とを相対的に接近及び離反させる研削送り手段と、
   該ラップ定盤と該保持手段との相対的な位置を研削送り位置として検出する位置検出手段と、
   該保持手段が保持するウェーハの所望研削量を指定する指定部と、を備え、
   一方の面が該保持手段に保持されて回転するウェーハの他方の面をラップ定盤に接触させて研削する研削装置において、
   該保持手段には、
   該保持面においてウェーハの一方の面を保持する保持プレートと、
   該回転軸と該保持プレートとの間に配設されるエアバッグと、
   該回転軸を貫通して形成され、該エアバッグにエアを供給する供給源に連通する供給路と、
   該エアバッグの内部圧力を測定する圧力計と、
   該圧力計が測定した該エアバッグの内部圧力を所定の圧力に維持する制御部と、
   該回転軸を貫通して配設され該保持プレートの該吸引口と吸引源とを連通させる吸引路と、
   該エアバッグの内部に配設され該保持プレートの該保持面の反対面の位置を測定する変位計と、
   を少なくとも備え、
   該研削送り手段は、該供給源より該エアバッグにエアを供給し該エアバッグを膨張させた状態で、ウェーハを保持した該保持手段を該ラップ定盤に接近させる方向に研削送りし、該ウェーハが該ラップ定盤に接触した後の研削送り量が該所望研削量よりも多くなるように研削送りを行った後に研削送りを停止し、該停止時に該位置検出手段が検出する研削送り位置である研削開始位置において研削加工を実施することによってウェーハを薄化し、該ウェーハの薄化によって減圧される該エアバッグの内部圧力を該制御部の制御によって該エアバッグにエアを供給して所定の圧力に維持しつつ、該ウェーハの薄化により該ラップ定盤に接近する方向に降下する該保持プレートの変位量を該変位計によって測定し、該保持プレートの変位量を該ウェーハの研削量として認識する研削装置。
2. 前記研削送り手段が前記研削開始位置から研削送りを行いつつ、前記制御部の制御によって前記エアバッグの内部圧力を所定の圧力に維持し、
   前記位置検出手段と前記変位計とによって検知・算出される前記保持プレートの該研削開始位置からの変位量を、前記ウェーハの研削量とする
   請求項１に記載の研削装置。
3. 前記エアバッグの内部圧力は、機械的な調圧スプリングおよびリリーフポートを用いて圧力を一定に維持する機能を有するエアレギュレータにより所定の圧力に維持される請求項１または２に記載の研削装置。

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