JP2016209996A - 研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】脆性モード研削を抑制してウェハを安定して研削する研削盤を提供する。【解決手段】研削盤は、砥石２１を下端に取り付けて回転可能なスピンドル２３と、スピンドル２３をコラム２２に対して摺動可能に支持するリニアガイド２４ａ、２４ｂと、スピンドル２３を鉛直方向Ｖに送るスピンドル送り機構２５と、スピンドル送り機構２５とコラム２２との間に介装されてスピンドル送り機構２５を吊設する定圧シリンダと、を備えている。スピンドル送り機構２５が砥石２１をウェハＷに切り込ませて砥石２１に作用する摩擦力が所定値より高い場合に、定圧シリンダがスピンドル２３及びスピンドル送り機構２５を鉛直方向Ｖに上昇させる。【選択図】図２

Description

本発明は、ウェハの裏面を研削する研削盤に関し、特に、脆いウェハにダメージを与えることなく研削可能な研削盤に関する。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）を薄膜に形成するために、ウェハの裏面を研削する裏面研削が行われている。

ウェハの裏面研削を行う研削盤として、図６（ａ）に示すように、コラム４１と、コラム４１にボールネジ４２を介して片持ち支持されたスピンドル４３と、スピンドル４３の下端に取り付けられた砥石４４と、を備え、スピンドル４３を回転させながら、ボールネジ４２でスピンドル４３を下降させ、砥石４４でチャック４５に載置されたウェハＷを研削する研削盤４０が知られている（例えば、特開２００３−００７６６１号公報）。

このような研削盤４０では、図６（ｂ）に示すように、スピンドル４３は、研削時の反力で姿勢が傾くことがあり、ウェハＷを所望の断面形状に加工できなかったり、ウェハＷの裏面にいわゆるアヤ目が形成されてウェハＷにダメージを与えてしまう虞があった。

このような研削時のスピンドルの傾きを抑制するものとして、特許文献１では、研削部材を保持する研削機構を水平方向に滑動させるガイドと、研削機構を半導体基板に定速で移動させて半導体基板を研削する定速移動機構と、定速移動機構による研削後に半導体基板と研削機構とが定圧で押圧されるように研削機構を半導体基板に移動させる定圧移動機構と、を備えた半導体基板研削機が開示されている。

また、特許文献２では、研削ホイールがリニアガイドを介して鉛直方向に摺動可能に設けられ、研削ホイールが所望の研削量に応じて下降して、ウェハの裏面をインフィード研削する研削盤が開示されている。

特開２００９−２７２３２３号公報 特許第５５８２９１６号公報

しかしながら、上述したような特許文献１記載の半導体基板研削機や特許文献２記載の研削盤では、ガイドが砥石をウェハに接近させる際にガイドに生じる摺動抵抗に起因して、砥石はいわゆる溜め送りで移動するため、ウェハを微小な研削量で切り込むことが難しかった。そして、砥石（砥粒）の切り込み深さがウェハの臨界切り込み深さ（Ｄｃ値）より大きい場合には、図７に示すように、ウェハの研削時にウェハに欠けやひび割れが生じる脆性モード研削となる虞があった。

例えば、引用文献１に示す構成では、研削機構を水平方向に送るガイドは研削機構がウェハを研削する加工点の下方に設置されているため、加工時の加工抵抗によっては、研削機構とガイドとの間でモーメントが生じ、微小ではあるが研削機構とウェハとが平行ではなくなる虞があった。

また、特許文献２に示す構成では、定速で砥石を送りながら加工する場合、砥粒先端の切れ味は逐次変化する一方で、その砥石を一定の切込みを絶えず与え続けてしまうと、一つ一つの砥粒がクラックを発生する限界以上の切り込みをウェハに与えてしまうことがある。その結果、実際の砥粒先端でウェハ表面に微小な欠けやひび割れ、クラック等が生じる虞があった。

また、図６（ａ）、（ｂ）に示したような従来の研削盤の場合、砥石を支持する点が加工する作用点と離れ、片持ち式である場合が多い。こうした場合、仮に砥石の先端の砥粒の切れ味に応じて一定圧力で押圧したとしても、片持ち式であるために、砥石の片方が持ち上がって、砥石の姿勢そのものがウェハに対して平行ではなくなる。その結果、局所的な部分に過剰な力がかかって、砥粒先端がウェハに大きく切り込む箇所が発生し、クラックが生じてしまう問題があった。したがって、ウェハに切り込みを与えるときは、砥石の姿勢を安定に保ちながら、砥粒の切れ味や集中度なども考慮して、一つの砥粒が所定の破壊限界以上の切込みを与えないように、砥石全体を注意して送らなければならない。

そこで、脆性モード研削を抑制してウェハを安定して研削するという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。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェハを研削する砥石を下端に取り付けて回転可能なスピンドルと、前記スピンドルをコラムに対して鉛直下方向に送るスピンドル送り機構と、を備え、前記スピンドルを鉛直下方向に送りながら前記砥石でウェハを加工する研削盤であって、前記スピンドル送り機構と前記コラムとの間に定圧シリンダが介装され、前記スピンドル送り機構が前記定圧シリンダに吊設され、前記スピンドル送り機構が前記砥石を前記ウェハに切り込ませて該砥石に作用する摩擦力が所定値より高い場合に、前記定圧シリンダは、前記スピンドル及び前記スピンドル送り機構を鉛直方向に上昇させる研削盤を提供する。

この構成によれば、砥石が所望の研削量より深く切り込もうとして、砥石に作用する摩擦力が過大となる場合に、定圧シリンダが、スピンドルとスピンドル送り機構とを一時的に上昇させることにより、砥石とウェハとが過度に接触しない、いわゆるスピンドルがフローティングした状態でウェハが延性モード研削されるため、ウェハにダメージを与えることなく安定して研削することができる。

また、鉛直方向に砥石が送られることにより、砥石とスピンドルとが重力方向に沿って下降してウェハに力がかかる。仮に砥石の先端の切れ味が変化したとしても、重力を含む一定の圧力でウェハを押圧しているため、その切れ味に応じた切込みをウェハに与えることになる。これにより、従来のような定速で砥石を送るものと比較して、砥石の切れ味に応じて所定の圧力で砥石を送りながら切込みをウェハに与えることができ、安定した切込みが与えられ、クラックの発生を抑制することができる。また、実際のウェハが加工によって除去される速度に応じて、自動的に砥石が送られていくため、加工中も安定して一定切込みの加工を継続することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記砥石が前記ウェハを研削する加工点を挟み込むように前記スピンドルの外周に配置されて前記スピンドルをコラムに対して摺動可能に支持する少なくとも３つのリニアガイドをさらに備え、前記スピンドルの重心は、平面視で前記リニアガイドにより形成される多角形内に配置されている研削盤を提供する。

この構成によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、少なくとも３つのリニアガイドが、加工点を挟み込むように配設されていることにより、砥石がウェハから加工に伴う反力を受けた場合であっても、その反力によって砥石が傾くことはなく、鉛直上方向に押し戻されるだけで、砥石の姿勢は常にウェハと平行であり、水平状態を保つことができる。これにより、砥石の一部で加工応力が過剰になることを抑制しながら、絶えず一定の切込みを与え続けることができる。

また、スピンドルの重心はリニアガイドが形成する多角形内に配置されることにより、砥石に作用する摩擦力が過大となり、定圧シリンダがスピンドルとスピンドル送り機構を上昇させる場合に、スピンドルの周囲に配置されたリニアガイドがスピンドルの姿勢を規制して、スピンドルが研削盤に対してヨーイング、チッピング又はローリングすることを規制するため、スピンドルがフローティングした状態での延性モード研削を安定して行うことができる。

本発明は、砥石が所望の研削量より深く切り込もうとして、砥石に作用する摩擦力が過大となる場合には、定圧シリンダが、スピンドル及びスピンドル送り機構を一時的に上昇させることにより、スピンドルがフローティングした状態でウェハが延性モード研削されるため、ウェハにダメージを与えることなく安定して研削することができる。さらに、重力による自然な重さによって一定の圧力を与えているため、砥粒先端の切れ味に対応して常に一定圧力がウェハ表面に与えられ、一定の切り込み深さを保ちながら、ウェハにとってクラック発生するような致命的にならない切込み量を維持しながら、延性モードで研削することが可能となる。

本発明の一実施例に係る研削盤を示す斜視図。 図１に示すメインユニットの平面図。 図１に示すメインユニットの側面図。 メインユニットの上部を示す斜視図。 延性モード研削の様子を示す模式図。 従来の研削盤を示す模式図であり、（ａ）は、研削前の様子を示す図であり、（ｂ）は、研削中の様子を示す図である。 脆性モード研削の様子を示す模式図。

本発明に係る研削盤は、脆性モード研削を抑制してウェハを安定して研削するという目的を達成するために、ウェハを研削する砥石を下端に取り付けて回転可能なスピンドルと、前記スピンドルをコラムに対して鉛直下方向に送るスピンドル送り機構と、を備え、前記スピンドルを鉛直下方向に送りながら前記砥石でウェハを加工する研削盤であって、スピンドル送り機構とコラムとの間に定圧シリンダが介装され、スピンドル送り機構が定圧シリンダに吊設され、スピンドル送り機構が砥石をウェハに切り込ませて砥石に作用する摩擦力が所定値より高い場合に、定圧シリンダは、スピンドル及びスピンドル送り機構を鉛直方向に上昇させることにより実現する。

本発明に係る研削盤は、砥石がウェハの臨界切り込み深さ以上の切り込み量で研削することなく、スピンドルがウェハに過度に接触しないフローティング状態でウェハを延性モード研削するものであれば、その具体的な実施態様は如何なるものであっても構わない。

以下、本発明の一実施例に係る研削盤１について説明する。なお、以下の実施例において、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。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

なお、本実施例において、「上」、「下」の語は、鉛直方向における上方、下方に対応するものとする。

図１は、定圧シリンダを省略した研削盤１の基本的構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すメインユニット２の平面図である。図３は、メインユニット２の側面図である。図４は、メインユニット２の上部を示す斜視図である。

研削盤１は、ウェハＷを裏面研削して薄膜に形成する。研削盤１を用いて研削加工が施されるウェハＷは、シリコンウェハ、シリコンカーバイドウェハ等の高硬度・高脆性を示すものが好適であるが、これらに限定されるものではない。研削盤１は、砥石２１を備えるメインユニット２と、メインユニット２の下方に配置された搬送ユニット３と、を備えている。

メインユニット２は、アーチ状のコラム２２と、砥石２１が取り付けられたスピンドル２３と、スピンドル２３を鉛直方向Ｖに摺動可能に支持する３つのリニアガイド２４と、スピンドル２３を鉛直方向Ｖに昇降させるスピンドル送り機構２５と、を備えている。

搬送ユニット３は、ウェハＷを吸着保持可能なチャック３１と、チャック３１を載置するスライダ３２と、を備えている。チャック３１は、図示しない真空源に接続されており、ウェハＷをチャック３１の表面に真空吸着可能である。また、チャック３１は、図示しないモータによってチャック３１の中心を通る鉛直軸回りに回動可能である。スライダ３２は、図示しないスライダ駆動機構によってレール３３上を摺動可能であり、これにより、チャック３１とスライド３２とは、ウェハ搬送方向Ｄ１に一体になってスライドするようになっている。このようにして、チャック３１上に真空吸着されたウェハＷは、研削加工前に、スライダ３２によって砥石２１の下方まで搬入され、研削加工後に、砥石２１の下方からメインユニット２の後方まで搬出される。

研削盤１の動作は、図示しない制御ユニットによって制御される。制御ユニットは、研削盤１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御ユニットは、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御ユニットの機能は、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、メインユニット２の具体的構成について説明する。スピンドル２３は、コラム２２の前面２２ａに鉛直方向Ｖに亘って凹設された溝２２ｂ内に収容されている。スピンドル２３は、砥石２１を下端に取り付けたサドル２３ａと、サドル２３ａ内に設けられて砥石２１を回転させるモータ２３ｂと、を備えている。

リニアガイド２４は、コラム２２の前方に配置された２つの前方リニアガイド２４ａと、溝２２ｂに配置された１つの後方リニアガイド２４ｂと、で構成される。前方リニアガイド２４ａと後方リニアガイド２４ｂとは、鉛直方向Ｖに沿って互いに平行に設けられている。前方リニアガイド２４ａには、サドル２３ａが直接取り付けられている。また、後方リニアガイド２４ｂには、後述するナット２５ａを介して、サドル２３ａが取り付けられている。これにより、前方リニアガイド２４ａと後方リニアガイド２４ｂとは、サドル２３ａの案内レールとして機能する。

前方リニアガイド２４ａは、溝２２ｂの縁部に配置されている。後方リニアガイド２４ｂは、溝２２ｂの底部に配置されている。前方リニアガイド２４ａと後方リニアガイド２４ｂとは、図３に示すように、平面視でスピンドル２３の重心Ｇが前方リニアガイド２４ａ及び後方リニアガイド２４ｂで形成される三角形Ｔ内に配置されるように、互いに離間して配置されている。

スピンドル送り機構２５は、サドル２３ａと後方リニアガイド２４ｂとを連結するナット２５ａと、ナット２５ａを昇降させるボールネジ２５ｂと、ボールネジ２５ｂを回転させるモータ２５ｃと、を備えている。モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが正回転し、ナット２５ａが鉛直方向Ｖと平行なボールネジ２５ｂの送り込み方向Ｄ２に下降することにより、サドル２３ａが下降する。送り込み方向Ｄ２は、砥石２１がウェハＷを加工する加工点Ｐを通って鉛直方向Ｖに平行な直線上にある。換言すると、ボールネジ２５ｂの回転軸Ｏと砥石２１の加工点Ｐとは、鉛直方向Ｖにおいて同一直線上に配置されている。

メインユニット２には、ウェハＷの厚みを計測する図示しないインプロセスゲージが設けられている。インプロセスゲージが計測したウェハＷの厚みが所望の値に達すると、モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが逆回転し、ナット２５ａに連結されたサドル２３ａが上昇することで、ウェハＷと砥石２１とが離間する。

メインユニット２には、定圧シリンダ２６が設けられている。定圧シリンダ２６は、スピンドル送り機構２５のナット２５ａを挟んで水平方向Ｈの両側に１つずつ設けられており、コラム２２とナット２５ａとの間に介装されている。定圧シリンダ２６は、図示しないシリンダ、ピストン、ピストンロッド、コンプレッサ等から成る公知の構成を採用したエアシリンダである。定圧シリンダ２６の駆動圧は、砥石２１がウェハＷの臨界切り込み深さ（Ｄｃ値）だけ切り込んだ際に砥石２１に作用する摩擦力に対応した値以下に設定される。Ｄｃ値は、ウェハＷの材料毎に異なり、例えば、シリコンウェハで０．０９μｍ、シリコンカーバイドウェハで０．１５μｍである。

定圧シリンダ２６は、スピンドル２３及びスピンドル送り機構２５を溝２２ｂ内で吊設している。具体的には、定圧シリンダ２６のピストンロッドの下端がナット２５ａに連結されており、研削加工時に砥石２１に作用する摩擦力がピストンロッドに伝わると、定圧シリンダ２６のシリンダ内に充填された圧縮空気を押し戻すようにピストンを上昇させる。したがって、砥石２１が所望の研削量（例えば、Ｄｃ値）より深く切り込もうとして、砥石２１に作用する摩擦力が過大となる場合には、スピンドル２３及びスピンドル送り機構２５が一時的に上昇する。これにより、砥石２１がＤｃ値以上に切り込むことが抑制される。また、定圧シリンダ２６がスピンドル送り機構２５を挟んで水平方向Ｈの両側に設けられることにより、スピンドル送り機構２５が上昇する際にスピンドル送り機構２５が水平方向Ｈに傾くことが規制される。したがって、図５に示すように、砥石２１の砥粒が研削加工中にウェハＷに過剰に接触しない、いわゆるフローティングした状態でウェハＷを延性モード研削することができる。

研削盤１を用いてＳｉＣ基板を延性モード研削する際の具体的な加工条件の一例としては、＃８０００の砥石２１を用意し、スピンドル２３の回転速度を２０００ｒｐｍ、チャック３１の回転速度を３００ｒｐｍ、研削時の荷重を２０ｋｇ、スピンドル送り機構２５の送り速度を０．４μｍ／ｓに設定することが考えられる。これにより、ＳｉＣ基板を延性モード研削することができる。

このようにして、上述した研削盤１は、砥石２１が所望の研削量より深く切り込もうとして、砥石２１に作用する摩擦力が過大となる場合には、定圧シリンダ２６が、スピンドル送り機構２５を一時的に上昇させて加工点Ｐでの圧力集中を抑制することにより、スピンドル２３がフローティングした状態でウェハＷを延性モード研削するため、ウェハＷにダメージを与えることなく安定して研削することができる。

また、定圧シリンダ２６がスピンドル送り機構２５を挟んで設けられることにより、スピンドル送り機構２５が水平方向Ｈへの移動を規制されるため、スピンドル２３がフローティングした状態での延性モード研削をさらに安定して行うことができる。

また、送り込み方向Ｄ２が鉛直方向Ｖに沿って平行で砥石２１の加工点Ｐを通る直線上に配置されていることにより、スピンドル２３をフローティングさせた状態でウェハＷの研削を行う際に、砥石２３がウェハＷに接触する際の反力を抑えるようにスピンドル送り機構２５がスピンドル２３を送り出すため、スピンドル２３がフローティングした状態での延性モード研削をさらに安定して行うことができる。また、スピンドル２３が鉛直方向Ｖに沿って自重のみでウェハＷを押圧しながら研削するため、従来のような水平方向に砥石を送って研削する研削盤と比較して、摺動抵抗が少なく微小な切り込み深さで研削することができる。

さらに、スピンドル２３の重心Ｇが、平面視でリニアガイド２４が形成する三角形Ｔ内に配置されることにより、スピンドル２３の周囲に配置されたリニアガイド２４がスピンドル２３の姿勢を規制するため、フローティングした状態での延性モード研削を安定して行うことができる。

なお、スピンドル及びスピンドル送り機構を一時的に上昇させる機構は、上述したものに限定されるものではなく、砥石に作用する過剰な摩擦力を逃がすようにスピンドルを上昇可能なものであれば如何なる構成であっても構わない。

リニアガイドの具体的構成は、スピンドルの昇降を鉛直方向に規制可能なものであればよく、上述したような、平面視でスピンドルの重心がリニアガイドにより形成される多角形内に配置されるようにスピンドルを支持するものに限定されず、例えば、２つのリニアガイドでスピンドルを支持し、かつ、平面視でスピンドルの重心が２つのリニアガイドにより形成される直線上に配置されるものであっても構わない。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・ 研削盤
２ ・・・ メインユニット
２１・・・ 砥石
２２・・・ コラム
２２ａ・・・（コラムの）前面
２２ｂ・・・溝
２３・・・ スピンドル
２３ａ・・・サドル
２３ｂ・・・（スピンドルの）モータ
２４・・・ リニアガイド
２４ａ・・・前方リニアガイド
２４ｂ・・・後方リニアガイド
２５・・・ スピンドル送り機構
２５ａ・・・ ナット
２５ｂ・・・ ボールネジ
２５ｃ・・・ （スピンドル送り機構の）モータ
２６・・・ 定圧シリンダ
３ ・・・ 搬送ユニット
３１・・・ チャック
３２・・・ スライダ
３３・・・ レール
Ｗ ・・・ ウェハ
Ｄ１・・・ ウェハ搬送方向
Ｄ２・・・ 送り込み方向
Ｖ ・・・ 鉛直方向
Ｈ ・・・ 水平方向
Ｏ ・・・ ボールネジの回転軸
Ｐ ・・・ 砥石の加工点
Ｇ ・・・ スピンドルの重心
Ｔ ・・・ リニアガイドが形成する三角形

Claims (2)

1. ウェハを研削する砥石を下端に取り付けて回転可能なスピンドルと、前記スピンドルをコラムに対して鉛直下方向に送るスピンドル送り機構と、を備え、前記スピンドルを鉛直下方向に送りながら前記砥石でウェハを加工する研削盤であって、
   前記スピンドル送り機構と前記コラムとの間に定圧シリンダが介装され、
   前記スピンドル送り機構が前記定圧シリンダに吊設され、
   前記スピンドル送り機構が前記砥石を前記ウェハに切り込ませて該砥石に作用する摩擦力が所定値より高い場合に、前記定圧シリンダは、前記スピンドル及び前記スピンドル送り機構を鉛直方向に上昇させることを特徴とする研削盤。
2. 前記砥石が前記ウェハを研削する加工点を挟み込むように前記スピンドルの外周に配置されて前記スピンドルをコラムに対して摺動可能に支持する少なくとも３つのリニアガイドをさらに備え、
   前記スピンドルの重心は、平面視で前記リニアガイドにより形成される多角形内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の研削盤。