JP2020157384A

JP2020157384A - 研削装置

Info

Publication number: JP2020157384A
Application number: JP2019056243A
Authority: JP
Inventors: 二郎現王園; Jiro Genoen
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01

Abstract

【課題】研削装置のテーブル保持面を傷つけずに保持面高さを測定し、保持される被加工物の厚みを測定しつつ所望厚みまで研削する。【解決手段】保持面３００ａ周囲にテーブル３０と共に回転しないように固定された柱３７を備え、厚み測定手段８は、保持面３００ａに保持された被加工物の上面高さを測定する第１ゲージ８１と、柱３７の上面高さを測定する第２ゲージ８２と、第１ゲージ８１又は第２ゲージ８２で保持面高さと柱上面高さとを測定してその第１の差を記憶する第１記憶部８６と、第１ゲージ８１が測定した保持面３００ａに保持された被加工物の上面高さと第１ゲージ８１又は第２ゲージ８２が測定した柱上面高さとの第２の差を記憶する第２記憶部８７と、該第２の差から第１の差を差し引き被加工物の厚みとして算出する算出部８９と、を備え、算出部８９で算出した被加工物の厚みが予め設定した仕上げ厚みになるまで被加工物を研削砥石７４０で研削する研削装置１。【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物を研削砥石で研削する研削装置に関する。

チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削砥石で研削する研削装置は、被加工物の上面高さと被加工物を保持する保持面の高さとを接触式のゲージで測定し、その差を算出して被加工物の厚みとし、その算出する厚みが予め設定した所望の厚みになるまで被加工物を研削している（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

特開２００８−０７３７８５号公報特開２０１４−０７９８３８号公報

しかし、保持面の高さを測定するために保持面に接触するゲージの先端に研削屑が付着し、その研削屑によりゲージが測定する保持面に傷がつけられてしまい、正確な保持面の高さの測定ができなくなるという問題がある
したがって、被加工物を研削砥石で研削する研削装置においては、保持面を傷つけることなく保持面の高さを測定し、保持面が保持する被加工物の厚みを測定しながら予め設定した所望の厚みになるまで研削を遂行するという課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、保持面で被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転させるテーブル回転手段と、研削砥石を環状に配置した研削ホイールを回転可能に装着し該研削砥石で該保持面に保持された被加工物を研削する研削手段と、該保持面に保持された被加工物の厚みを測定する厚み測定手段とを備えた研削装置であって、該保持面の周囲に該チャックテーブルと共に回転しないように固定配置された柱を備え、該厚み測定手段は、該保持面に保持された被加工物の上面高さを測定する第１ゲージと、該柱の上面高さを測定する第２ゲージと、該第１ゲージ又は該第２ゲージで該保持面の高さと該柱の上面高さとを測定して該保持面の高さと該柱の上面高さとの第１の差を記憶する第１記憶部と、該第１ゲージが測定した該保持面に保持された被加工物の上面高さと該第２ゲージが測定した該柱の上面高さとの第２の差を記憶する第２記憶部と、該第２記憶部に記憶されている該第２の差の値から該第１記憶部に記憶されている該第１の差の値を差し引き被加工物の厚みとして算出する算出部と、を備え、該算出部で算出した被加工物の厚みが予め設定した仕上げ厚みになるまで被加工物を研削砥石で研削する研削装置である。

前記テーブル回転手段は、前記チャックテーブルを回転可能に支持するチャックベースを備え、前記柱は、該チャックベースから立設すると好ましい。

本発明に係る研削装置は、チャックテーブルの保持面の周囲にチャックテーブルと共に回転しないように固定配置された柱を備え、厚み測定手段は、保持面に保持された被加工物の上面高さを測定する第１ゲージと、柱の上面高さを測定する第２ゲージと、第１ゲージ又は第２ゲージで保持面の高さと柱の上面高さとを測定して保持面の高さと柱の上面高さとの第１の差を記憶する第１記憶部と、第１ゲージが測定した保持面に保持された被加工物の上面高さと第２ゲージが測定した柱の上面高さとの第２の差を記憶する第２記憶部と、第２記憶部に記憶されている第２の差の値から第１記憶部に記憶されている第１の差の値を差し引き被加工物の厚みとして算出する算出部と、を備え、算出部で算出した被加工物の厚みが予め設定した仕上げ厚みになるまで被加工物を研削砥石で研削することで、従来において研削中にチャックテーブルの保持面の高さを測定していた第２ゲージが、保持面に接触して傷を付ける事が無くなり、代わりに厚み測定のための基準面となる柱の上面の高さを測定することによって、正確に被加工物の厚みを測定しつつ被加工物を所望の仕上げ厚みまで研削できる。

テーブル回転手段は、チャックテーブルを回転可能に支持するチャックベースを備え、柱は、チャックベースから立設することで、研削中に第２ゲージが厚み測定のための基準面となる柱の上面の高さを測定することによって、第２ゲージが保持面に傷を付ける事が無くなったので、正確に被加工物の厚みを測定しつつ被加工物を所望の仕上げ厚みまで研削できる。

研削装置の一例を示す斜視図である。研削手段、チャックテーブル、及びテーブル回転手段の構造を示す断面図である。チャックテーブルの保持面に保持された被加工物が、厚み測定がされつつ研削砥石で研削されている状態を示す断面図である。

図１に示す研削装置１は、チャックテーブル３０上に保持された被加工物Ｗを研削手段７によって研削する装置であり、研削装置１のベース１０上の前方（−Ｙ方向側）は、チャックテーブル３０に対して被加工物Ｗの着脱が行われる領域であり、ベース１０上の後方（＋Ｙ方向側）は、研削手段７によってチャックテーブル３０上に保持された被加工物Ｗの研削が行われる領域である。

被加工物Ｗは、例えば、シリコン母材等からなる円形の半導体ウェーハであり、図１において下方を向いている被加工物Ｗの下面Ｗａは、格子状に区画された領域に複数のデバイスが形成されており、図示しない保護テープが貼着されて保護されている。被加工物Ｗの上面Ｗｂは、研削加工が施される被加工面となる。なお、被加工物Ｗはシリコン以外にガリウムヒ素、サファイア、窒化ガリウム、セラミックス、樹脂、又はシリコンカーバイド等で構成されていてもよいし、矩形のパッケージ基板等であってもよい。

被加工物Ｗを保持する図１、２に示すチャックテーブル３０は、例えば、その外形が円形状であり、ポーラス部材等からなり被加工物Ｗを吸着する吸着部３００と、吸着部３００を支持する枠体３０１とを備える。吸着部３００は図示しない吸引源に連通し、吸着部３００の露出面と枠体３０１の上面とからなる保持面３００ａ上で被加工物Ｗを吸引保持する。なお、保持面３００ａは、チャックテーブル３０の回転中心を頂点とする極めて緩やかな円錐面となっている。

図１に示すように、チャックテーブル３０は、カバー３９によって囲繞されていると共に、その下方に配設されたテーブル回転手段４（図２参照）により回転可能である。また、チャックテーブル３０は、図１に示すカバー３９及びカバー３９に連結された蛇腹カバー３９ａの下方に配設された図示しない移動手段によってＹ軸方向に往復移動可能となっている。

チャックテーブル３０の移動経路両脇には、図示しないウォーターケースの開口が位置している。ウォーターケースは、被加工物Ｗが研削されることで排出される研削屑を含みチャックテーブル３０から流下する加工廃液等を受け止めて、図示しない廃液処理機構へと送る。

本実施形態において、テーブル回転手段４は、図２に示すプーリ機構４０と、チャックテーブル３０を回転可能に支持しチャックテーブル３０と共に回転しないチャックベース４２とを備えている。
プーリ機構４０は、チャックテーブル３０の下面に接続されチャックテーブル３０に対して垂直に延在する回転軸４００を備えている。回転軸４００を回転させる駆動源となるモータ４０２のシャフトには、主動プーリ４０３が取り付けられており、主動プーリ４０３には無端ベルト４０４が巻回されている。回転軸４００の下端側には従動プーリ４０５が取り付けられており、無端ベルト４０４は、この従動プーリ４０５にも巻回されている。図２に示すモータ４０２が主動プーリ４０３を回転駆動することで、主動プーリ４０３の回転に伴って無端ベルト４０４が回動し、無端ベルト４０４が回動することで従動プーリ４０５及び回転軸４００が回転する。
なお、回転軸４００の下端側に回転軸４００を回転させるモータがカップリング等を介して直に接続されていてもよい。

例えば筒状のチャックベース４２は、図１に示すカバー３９の下方に配設されており、回転軸４００の周囲を囲繞している。図２に示すように、チャックベース４２の内周側にはベアリング４２０が配設されており、該ベアリング４２０によってチャックベース４２はチャックテーブル３０を回転軸４００を介して回転可能に支持している。

チャックベース４２は、例えば、図２に示すチャックテーブル３０の極めて緩やかな円錐面である保持面３００ａの傾きを調整する傾き調整手段４９によって支持されている。
傾き調整手段４９は、例えば、チャックベース４２の底面に周方向に等間隔空けて２つ以上設けられている。即ち、例えば該周方向に１２０度間隔で、２つの傾き調整手段４９と、チャックベース４２を固定する図示しない支持柱とが配設されている。２つの傾き調整手段４９は、例えば、ピストンロッド４９０がＺ軸方向に上下動可能である電動シリンダやエアシリンダ等である。２つの傾き調整手段４９のピストンロッド４９０が上下動することで、保持面３００ａの研削手段７の研削砥石７４０の研削面（下面）に対する傾きを調整することができる。

研削装置１は、チャックテーブル３０の保持面３００ａの周囲に配置され、テーブル回転手段４によるチャックテーブル３０の回転と共に回転しないように固定配置された柱３７を備えている。柱３７は、例えば、チャックテーブル３０の枠体３０１と同素材のカーボン、セラミックス、又はＳＵＳ等の合金等で構成されており、円柱状又は角柱状の外形を備えている。柱３７の上面３７ａは、例えば、平滑な平坦面に形成されていると好ましい。本実施形態において、柱３７は、回転しないチャックベース４２の上面に立設している。そして、例えば、図１に示すカバー３９には柱３７を通過させる通過孔３９０が厚み方向に貫通形成されており、柱３７の上部側は該通過孔３９０からカバー３９上方に所定長さで突き出ている。
なお、柱３７は、例えば、保持面３００ａの周囲となるカバー３９の上面から直に立設していてもよい。

図１に示すベース１０上の研削領域には、コラム１１が立設されており、コラム１１の前面には研削手段７をチャックテーブル３０に対して離間又は接近するＺ軸方向（鉛直方向）に研削送りする研削送り手段５が配設されている。研削送り手段５は、鉛直方向の軸心を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０と平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０の上端に連結しボールネジ５０を回動させるモータ５２と、内部のナットがボールネジ５０に螺合し側部がガイドレール５１に摺接する昇降板５３とを備えており、モータ５２がボールネジ５０を回動させると、これに伴い昇降板５３がガイドレール５１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、昇降板５３に固定されている研削手段７がＺ軸方向に研削送りされる。

チャックテーブル３０に保持された被加工物Ｗを研削する研削手段７は、軸方向がＺ軸方向であるスピンドル７０と、スピンドル７０を回転可能に支持するハウジング７１と、スピンドル７０を回転駆動するモータ７２と、スピンドル７０の下端に接続された円環状のマウント７３と、マウント７３の下面に着脱可能に装着された研削ホイール７４と、ハウジング７１を支持し研削送り手段５の昇降板５３にその側面が固定されたホルダ７５とを備える。

研削ホイール７４は、ホイール基台７４１と、ホイール基台７４１の底面に環状に配置された略直方体形状の複数の研削砥石７４０とを備える。研削砥石７４０は、適宜のバインダー（接着剤）でダイヤモンド砥粒等が固着されて成形されており、主にその下面が研削面となる。

スピンドル７０の内部には、研削水供給源に連通し研削水の通り道となる図示しない流路が、スピンドル７０の軸方向（Ｚ軸方向）に貫通して設けられており、該流路は、さらにマウント７３を通り、ホイール基台７４１の底面において研削砥石７４０に向かって研削水を噴出できるように開口している。
なお、チャックテーブル３０の側方に別途の洗浄ノズルを配設して、研削砥石７４０と被加工物Ｗとの接触部位に対して洗浄ノズルから洗浄水を直接供給してもよい。

研削手段７の下方に位置づけられたチャックテーブル３０に隣接する位置には、チャックテーブル３０の保持面３００ａに保持された被加工物Ｗの厚みを接触式にて測定する厚み測定手段８が配設されている。

厚み測定手段８は、保持面３００ａに保持された被加工物Ｗの上面Ｗｂの高さを測定する第１ゲージ８１と、柱３７の上面３７ａの高さを測定する第２ゲージ８２とを備えている。
第１ゲージ８１及び第２ゲージ８２は、その各先端に、上下方向に昇降し各測定面に接触するコンタクトを備えており、該コンタクトは、例えば、その下端が半球状に丸められている。第１ゲージ８１（第２ゲージ８２）は、その上端側が略水平方向に延在する第１の支持部８３（第２の支持部８４）によって支持されている。第１の支持部８３（第２の支持部８４）は、第１ゲージ８１（第２ゲージ８２）を上下動可能に支持していると共に、例えば内部に内蔵したスプリングが生み出す反発力によって、第１ゲージ８１（第２ゲージ８２）を各被測定面に対して適宜の力で押し付けることができる。

厚み測定手段８は、例えば、記憶素子等からなる第１記憶部８６と、記憶素子等からなる第２記憶部８７と、ＣＰＵ等からなる算出部８９とを備えている。そして、第１ゲージ８１又は第２ゲージ８２が測定した被測定面の高さについての情報は無線又は有線の通信経路を介して算出部８９に送信される。

以下に、上記図１に示す研削装置１を用いて被加工物Ｗの上面Ｗｂを研削する場合の、研削装置１の動作について説明する。
例えば、まず、図１に示す被加工物Ｗを保持していないチャックテーブル３０が、厚み測定手段８の第１ゲージ８１及び第２ゲージ８２の下までＹ軸方向へ移動する。そして、図２に示すように、例えば、第１ゲージ８１の下方にチャックテーブル３０の保持面３００ａが位置付けられ、第２ゲージ８２の下方に柱３７の上面３７ａが位置付けられる。
また、傾き調整手段４９によって、極めて緩やかな傾斜面である保持面３００ａが研削手段７の研削砥石７４０の研削面（下面）に対して平行になるように、チャックテーブル３０の傾きが調整される。これに伴って、柱３７の上面３７ａの傾きも調整される。

そして、図２に示すように、チャックテーブル３０の保持面３００ａに第１ゲージ８１が所定の押圧力で押し付けられ、また、柱３７の上面３７ａに第２ゲージ８２が所定の押圧力で押し付けられる。第１ゲージ８１により保持面３００ａの高さＺ１が測定され、第２ゲージ８２により柱３７の上面３７ａの高さＺ２が測定され、該測定値についての情報が算出部８９に送信される。

算出部８９は、送られてきた測定値から保持面３００ａの高さＺ１と柱３７の上面３７ａの高さＺ２との第１の差であるＺ１−Ｚ２＝Ｈ１を算出する。そして、第１記憶部８６は、該第１の差Ｈ１を記憶する。
なお、該第１の差Ｈ１を記憶させるために、第１ゲージ８１で保持面３００ａの高さＺ１及び柱３７の上面３７ａの高さＺ２を測定してもよいし、第２ゲージ８２で保持面３００ａの高さＺ１及び柱３７の上面３７ａの高さＺ２を測定してもよい。

次に、図１に示すチャックテーブル３０の保持面３００ａによって、被加工物Ｗが上面Ｗｂが上側を向いた状態で吸引保持される。被加工物Ｗの上面Ｗｂの中心とチャックテーブル３０の回転中心とは略合致している。次いで、被加工物Ｗを保持したチャックテーブル３０が、研削手段７の下まで＋Ｙ方向へ移動する。そして、研削手段７の研削砥石７４０とチャックテーブル３０に保持された被加工物Ｗとの位置合わせがなされる。位置合わせは、図３に示すように、例えば、研削ホイール７４の回転中心が被加工物Ｗの回転中心に対して所定の距離だけ水平方向にずれ、研削砥石７４０の回転軌跡が被加工物Ｗの回転中心を通るように行われる。
また、第１ゲージ８１の下方にチャックテーブル３０に吸引保持され研削加工が施される前の被加工物Ｗの上面Ｗｂが位置付けられ、第２ゲージ８２の下方に柱３７の上面３７ａが位置付けられる。

次いで、研削手段７が研削送り手段５により−Ｚ方向へと送られ、スピンドル７０の回転に伴って回転する研削砥石７４０が被加工物Ｗの上面Ｗｂに当接することで研削が行われる。研削中は、図３に示すテーブル回転手段４が、チャックテーブル３０を例えば研削砥石７４０と同方向に回転するのに伴って、保持面３００ａ上に保持された被加工物Ｗも回転するので、研削砥石７４０によって被加工物Ｗの上面Ｗｂ全面の研削加工が行われる。また、研削水が研削砥石７４０と被加工物Ｗとの接触部位に対して供給され、接触部位が冷却・洗浄される。

研削砥石７４０による被加工物Ｗの上面Ｗｂの研削加工が開始されると、図３に示すように、被加工物Ｗの上面Ｗｂに第１ゲージ８１が所定の押圧力で押し付けられ、また、柱３７の上面３７ａに第２ゲージ８２が所定の押圧力で押し付けられる。第１ゲージ８１により被加工物Ｗの上面Ｗｂの研削によって変化する高さＺｆが順次測定され、第２ゲージ８２により柱３７の上面３７ａの高さＺ２が測定され、該測定値についての情報が算出部８９に送信される。

算出部８９は、送られてきた測定値から被加工物Ｗの上面Ｗｂの高さＺｆと柱３７の上面３７ａの高さＺ２との第２の差であるＺｆ−Ｚ２＝Ｈｆを順次算出する。そして、第２記憶部８７は、第２の差Ｈｆを順次記憶していく。さらに、算出部８９は、第２記憶部８７に記憶されていく第２の差Ｈｆの値から第１記憶部８６に記憶されている図２に示す第１の差Ｈ１の値を差し引き被加工物Ｗの研削により変化していく厚み（Ｈｆ−Ｈ１）として順次算出していく。

従来の研削装置では、研削中における被加工物Ｗの厚み測定のために、第２ゲージ８２は回転するチャックテーブル３０の枠体３０１の上面に当接して保持面３００ａの高さ（基準面の高さ）を測定していた。したがって、研削により発生する研削屑が第２ゲージ８２の下端に付着した場合には、回転するチャックテーブル３０の枠体３０１の上面が第２ゲージ８２の下端側に付着した研削屑により削られて傷つけられてしまうことがあった。
これに対して、本発明に係る研削装置１においては、研削中における被加工物Ｗの厚み測定のために、第２ゲージ８２は回転していない柱３７の上面３７ａを基準面と見立てて当接していることによって、第２ゲージ８２の下端に付着した研削屑により削られて傷つけられてしまうことがない。また、第２ゲージ８２が当接する柱３７の上面３７ａはチャックテーブル３０の保持面３００ａと一体となっておらず隔絶されているため、研削屑が付着しにくく、それ故、第２ゲージ８２の下端に研削屑が付着しにくい。

また、研削加工中においては、チャックテーブル３０のみならず、柱３７の上面３７ａを含む上端側にも遠心力を受けた研削水がかかる。つまり、研削水によって、研削加工中における柱３７の温度はチャックテーブル３０と略同一の温度に保たれる。よって加工中に温度変化があったとしても、チャックテーブル３０の熱膨張する割合と柱３７の熱膨張する割合とは殆ど等しくなるため、研削加工中における柱３７及びチャックテーブル３０の温度変化を要因とした算出部８９による被加工物Ｗの厚み算出誤差は生じない。
また、柱３７の上面３７ａは、研削屑を含んだ研削水がかかり、上面３７ａに研削屑を堆積させないように球面で形成してもよい。

研削加工が続行され、算出部８９が上述のように誤差なく算出していく被加工物Ｗの正確な厚み（Ｈｆ−Ｈ１）が、予め設定され例えば第１記憶部８６に記憶されている仕上げ厚みと同一値となると、研削手段７が＋Ｚ方向へと引き上げられて研削砥石７４０が被加工物Ｗから離間し、被加工物Ｗの研削が終了する。

本発明に係る研削装置１は上記実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。また、添付図面に図示されている研削装置１の各構成の形状等についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。

Ｗ：被加工物
１：研削装置１０：ベース１１：コラム
３０：チャックテーブル３００：吸着部３００ａ：保持面３０１：枠体
３９：カバー３９ａ：蛇腹カバー３９０：通過孔
３７：柱３７ａ：柱の上面
４：テーブル回転手段４０：プーリ機構４００：回転軸４０２：モータ
４０３：主動プーリ４０４：無端ベルト４０５：従動プーリ
４２：チャックベース４２０：ベアリング
４９：傾き調整手段
５：研削送り手段５０：ボールネジ５２：モータ
７：研削手段７０：スピンドル７２：モータ７４：研削ホイール７４０：研削砥石
８：厚み測定手段８１：第１ゲージ８２：第２ゲージ
８６：第１記憶部８７：第２記憶部８９：算出部

Claims

保持面で被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転させるテーブル回転手段と、研削砥石を環状に配置した研削ホイールを回転可能に装着し該研削砥石で該保持面に保持された被加工物を研削する研削手段と、該保持面に保持された被加工物の厚みを測定する厚み測定手段とを備えた研削装置であって、
該保持面の周囲に該チャックテーブルと共に回転しないように固定配置された柱を備え、
該厚み測定手段は、
該保持面に保持された被加工物の上面高さを測定する第１ゲージと、該柱の上面高さを測定する第２ゲージと、該第１ゲージ又は該第２ゲージで該保持面の高さと該柱の上面高さとを測定して該保持面の高さと該柱の上面高さとの第１の差を記憶する第１記憶部と、
該第１ゲージが測定した該保持面に保持された被加工物の上面高さと該第２ゲージが測定した該柱の上面高さとの第２の差を記憶する第２記憶部と、該第２記憶部に記憶されている該第２の差の値から該第１記憶部に記憶されている該第１の差の値を差し引き被加工物の厚みとして算出する算出部と、を備え、
該算出部で算出した被加工物の厚みが予め設定した仕上げ厚みになるまで被加工物を研削砥石で研削する研削装置。
前記テーブル回転手段は、前記チャックテーブルを回転可能に支持するチャックベースを備え、
前記柱は、該チャックベースから立設する請求項１に記載の研削装置。