JP7507576B2

JP7507576B2 - 研削装置

Info

Publication number: JP7507576B2
Application number: JP2020046983A
Authority: JP
Inventors: 智彦牧野
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2024-06-28
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: JP2021146428A

Description

本発明は、研削装置に関するものである。

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、「ワーク」という）を薄く平坦に研削するものとして、回転する研削砥石の研削面をワークに押し当て、ワークの研削を行う研削装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような研削装置では、研削砥石の目詰まり具合、ワークのドープ状態等の影響により、研削面が目詰まりしてスムーズに研削が進まず、研削砥石とワーク等との間に摩耗に起因する発熱が生じ、ワーク表面が焼ける面焼け現象が生じることがある。そこで、研削砥石を回転駆動させる誘導モータの電流値をモニタリングし、電流値が過度に上昇した場合に、研削面の目詰まりが発生したことを知らせる構成が採用されている。

特開２０１１－１８９４５６号公報

ところで、ワークの面焼け現象が生じると、そのワークは破棄しなければならない上、摩耗した研削砥石の再セッティングに時間を要し、装置稼働率の低下は避けられない。

しかしながら、上述したような誘導モータの電流値変化を介して研削面の目詰まりを検知する場合には、モータ電流値の過度な上昇を検知した時点で、既にワークの面焼け現象が生じており、ワークの面焼け現象を事前に回避するには至らないという問題があった。

そこで、ワークの面焼け現象の兆候を早期に検知するために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。

上記目的を達成するために、本発明に係る研削装置は、ワークを吸着保持するチャックと、前記ワークを研削する研削砥石と、前記ワークの表面温度を測定する赤外線放射式の測定装置と、前記測定装置の測定温度を前記ワークの赤外線放射率に応じて補正した予想温度と予め記憶された前記ワークに面焼けが生じる状態を再現して研削を行った際の前記ワークの温度に基づいて設定された閾値とを比較して、前記ワークの面焼けの兆候の有無を判定する制御装置と、を備えている。

この構成によれば、測定装置が、ワークの表面温度を加工中に非接触で測定し、制御装置が、ワークの赤外線放射率を考慮して測定装置の測定温度を補正した上で、補正後のワークの表面温度（予想温度）とワークの表面温度の閾値とを比較することにより、ワークの温度が過度に上昇してワークの面焼け現象が生じる兆候の有無を加工中に判定し、ワークの面焼け現象の発生を未然に抑制することができる。

また、本発明に係る研削装置は、前記ワーク上に冷却水を供給する供給装置と、前記測定装置の測定範囲内の冷却水を気体で飛散させる気体供給装置と、をさらに備えていることが好ましい。

この構成によれば、測定装置の測定範囲内の冷却水の水膜が気体で飛散されることにより、ワークの表面温度を安定して測定することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る研削装置は、ワークを吸着保持するチャックと、前記ワークを研削する研削砥石と、前記ワーク上に冷却水を供給する供給装置と、前記冷却水の温度を測定する赤外線放射式の測定装置と、前記測定装置が測定した温度と予め記憶された前記ワークに面焼けが生じる状態を再現して研削を行った際の前記冷却水の温度に基づいて設定された閾値とを比較して、前記ワークの面焼けの兆候の有無を判定する制御装置と、を備えている。

この構成によれば、測定装置が、ワーク上の冷却水の温度を加工中に非接触で測定し、制御装置が、測定装置の測定温度と冷却水の温度の閾値とを比較することにより、ワークの面焼け現象の発生を未然に抑制することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る研削装置は、上面に樹脂製の保護材が接着されたワークを吸着保持するチャックと、前記保護材を研削する研削砥石と、前記保護材の温度を測定する赤外線放射式の測定装置と、前記測定装置の測定範囲内の冷却水を気体で飛散させる気体供給装置と、前記測定装置が測定した温度と予め記憶された前記ワークに面焼けが生じる状態を再現して研削を行った際の前記保護材の温度に基づいて設定された閾値とを比較して、前記ワークの面焼けの兆候の有無を判定する制御装置と、を備えている。

この構成によれば、測定装置が、ワーク上の保護材の温度を加工中に非接触で測定し、制御装置が、測定装置の測定温度と保護材の温度の閾値とを比較することにより、ワークの面焼け現象の発生を未然に抑制することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る研削装置は、ワークを吸着保持するチャックと、前記ワークを研削する研削砥石と、前記研削砥石の温度を測定する赤外線放射式の測定装置と、前記測定装置が測定した温度と予め記憶された前記ワークに面焼けが生じる状態を再現して研削を行った際の前記研削砥石の温度に基づいて設定された閾値とを比較して、前記ワークの面焼けの兆候の有無を判定する制御装置と、を備えている。

この構成によれば、測定装置が、研削砥石の温度を加工中に非接触で測定し、制御装置が、測定装置の測定温度と研削砥石の温度の閾値とを比較することにより、ワークの面焼け現象の発生を未然に抑制することができる。

本発明は、ワークの面焼け現象の発生を未然に抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る研削装置を示す正面図。研削砥石、チャック及び測定装置の位置関係を示す平面図。測定装置が温度測定を行う様子を示す模式図。測定装置の内部構造を示す模式図。本発明の第２の実施形態に係る研削装置を示す正面図。研削砥石、チャック及び測定装置の位置関係を示す平面図。

本発明の第１の実施形態に係る研削装置１について図面に基づいて説明する。なお、以下では、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。

研削装置１は、ワークＷを薄く平坦に研削加工するものである。ワークＷは、シリコンウェハ等の半導体ウェハである。研削装置１は、研削手段２と、チャック３と、を備えている。

研削手段２は、研削砥石２１と、砥石スピンドル２２と、スピンドル送り機構２３と、を備えている。

研削砥石２１は、例えばカップ型砥石であり、下面がワークＷを研削する研削面２１ａを構成している。研削砥石２１は、砥石スピンドル２２の下端に取り付けられている。

砥石スピンドル２２は、回転軸２ａ回りに図２中の矢印Ａ方向に回転駆動するように構成されている。砥石スピンドル２２の回転駆動には、誘導モータが用いられている。なお、砥石スピンドル２２の回転方向は、図２中の矢印Ａの向きに限定されず、反対向きであっても構わない。

スピンドル送り機構２３は、砥石スピンドル２２を上下方向に昇降させる。スピンドル送り機構２３は、公知の構成であり、例えば、砥石スピンドル２２の移動方向を案内する複数のリニアガイドと、砥石スピンドル２２を昇降させるボールネジスライダ機構と、で構成されている。スピンドル送り機構２３は、砥石スピンドル２２とコラム２４との間に介装されている。

チャック３は、チャックスピンドル３１を備えている。チャックスピンドル３１は、回転軸３ａ回りに図２中の矢印Ｂ方向に回転駆動するように構成されている。なお、チャックスピンドル３１の回転方向は、図２中の矢印Ｂの向きに限定されず、反対向きであっても構わない。

チャック３は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる吸着体３２が埋設されている。チャック３は、内部を通って表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、図示しないロータリージョイントを介して真空源、圧縮空気源又は給水源に接続されている。真空源が起動すると、チャック３に載置されたワークＷがチャック３に吸着保持される。また、圧縮空気源又は給水源が起動すると、ワークＷとチャック３との吸着が解除される。

研削装置１は、研削砥石２１がワークＷを研削する研削領域（図２中の矢印Ｃの範囲）に冷却水を供給する供給装置４を備えている。供給装置４は、例えば、純水を吐出する冷却水ノズル等である。冷却水の温度は、例えば２３℃に設定される。

研削装置１は、測定装置５を備えている。測定装置５は、チャック３の上方に配置されている。測定装置５の測定範囲は、研削部分（ワークＷの回転中心）又は研削領域の下流側（加工後の領域）に設置されている。

測定装置５は、ワークＷ表面の温度を非接触で測定する。測定装置５は、センサヘッド５１と、センサホルダ５２と、を備えている。

センサヘッド５１は、ワークＷの表面に向けて視野が設定された赤外線放射式の温度測定センサである。センサヘッド５１は、測定対象から放出される赤外線を検知して温度に応じた電気信号を出力するものであり、センサヘッド５１が測定する温度は、視野内の温度を平均化したものである。なお、測定対象から放出される赤外線は、材質に応じて放射率εが異なり、黒体（理想体）が１、黒色のゴムが０．９５、ＰＥＴが０．９２、水が０．９５～０．９８、Ｓｉが０．６９～０．７１等である。センサヘッド５１は、耐水性を有しているものが好ましく、例えば、オプテック・エフエー株式会社製のＣＳ－３０ＴＡＣ等である。

センサホルダ５２には、第１の開口５２ａと、第２の開口５２ｂと、が形成されている。

第１の開口５２ａは、センサホルダ５２を垂直方向に延伸されており、センサヘッド５１の視野を確保するように開口されている。

第２の開口５２ｂは、センサホルダ５２の側方に形成され、第１の開口５２ａに連通されている。

第２の開口５２ｂは、エアーを供給する空気源５３に接続されている。空気源５３から供給されたエアーは、図４中の矢印に示すように流れて、第１の開口５２ａを介して、ワークＷ上のセンサヘッド５１の測定範囲に吐出される。

研削装置１の動作は、制御装置６によって制御される。制御装置６は、研削装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御装置６は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置６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、研削装置１でワークＷを研削加工する手順について説明する。

まず、ワークＷをチャック３に吸着保持する。次に、スピンドル送り機構２３のスライダによって研削砥石２１をワークＷの上方に移動させる。そして、研削砥石２１及びチャック３をそれぞれ回転させながら、研削砥石２１の研削面２１ａがワークＷに押し当てられることにより、ワークＷが研削される。なお、研削中には、供給装置４が研削領域に冷却水を供給し続けている。

測定装置５は、測定範囲においてワークＷの温度を測定する。このとき、測定範囲における冷却水が、第１の開口５２ａから吐出されたエアーで飛散させることにより、ワークＷ表面が露出する、又は冷却水の水膜が薄く略均一な厚みに均されることにより、センサヘッド５１は、ワークＷの表面温度を安定して測定することができる。

また、エアーが第１の開口５２ａから吐出されることにより、センサヘッド５１の視野が確保されるとともに、スラッジを含む冷却水がセンサヘッド５１に付着することを抑制できる。

次に、制御装置６は、センサヘッド５１が測定した温度を補正する。これは、赤外線放射率が低いＳｉのワークＷの場合、センサヘッド５１による測定値が、実際のワークＷの表面温度より低くなるためである。制御装置６による補正は、例えば、Ｓｉの赤外線放射率（０．６９～０．７１）を１に補正するように測定値を補正することが考えらえる。

次に、制御装置６は、補正後のワークＷの表面温度である予想温度と制御装置６に予め記憶されたワークＷの上限温度である閾値（約４５℃）とを比較する。

判定の結果、ワークＷの予想温度が閾値に達しない場合には、加工を継続する。一方、ワークＷの予想温度が閾値に達した場合には、ワークＷの面焼け現象が生じる虞があるため、制御装置６は、加工を中止する等してワークＷ及び研削砥石２１への悪影響を最小限に留める。

このようにして、加工中にワークＷの温度が過度に上昇するか否かをモニタリングすることにより、ワークＷの面焼け現象の兆候の有無を加工中に判定することができる。

なお、判定の基準となるワークＷの表面温度の閾値は、予め摩耗した研削砥石２１を用いて面焼け現象が生じる状態を再現して加工を行い、その際のワークＷの温度（例えば、５０～６０℃）より低い温度に設定される。

そして、ワークＷが所望の厚みまで研削されると、研削砥石２１及びチャック３の回転を停止させ、スピンドル送り機構２３のスライダが起動して、研削砥石２１をワークＷから離間させる。そして、チャック３によるワークＷの吸着保持を解除して、研削装置１によるワークＷの研削加工が終了する。

次に、本実施形態の第１の変形例について説明する。なお、本変形例は、以下に説明する構成を除き、上述した実施形態と同様の構成である。

測定装置５は、ワークＷ上の冷却水の温度を測定する。空気源５３により供給されるエアーは、測定装置５の測定範囲内の冷却水の水膜を安定して略均一の厚みに均す。

そして、制御装置６は、測定装置５が測定した冷却水の温度と制御装置６に予め記憶された冷却水の上限温度である閾値（約４０℃）とを比較する。なお、ワークＷ上の冷却水は、赤外線放射率が理想体に近いため、上述した実施形態のような赤外線放射率が低いことに起因する測定装置５の測定温度の補正は必ずしも必要ない。

判定の結果、冷却水の温度が閾値に達しない場合には、加工を継続する。一方、冷却水の温度が閾値に達した場合には、ワークＷの面焼け現象が生じる虞があるため、制御装置６は、加工を中止する等してワークＷ及び研削砥石２１への悪影響を最小限に留める。

このようにして、加工中において、ワークＷの温度が過度に上昇してワークＷの面焼け現象の兆候の有無を冷却水の温度変化を介して間接的に判定することができる。

なお、判定の基準となる冷却水の温度の閾値は、予め摩耗した研削砥石２１を用いて面焼け現象が生じる状態を再現して加工を行い、その際の冷却水の温度（例えば、４５～５５℃）より低い温度に設定される。

次に、本実施形態の第２の変形例について説明する。なお、本変形例は、以下に説明する構成を除き、上述した実施形態と同様の構成である。

ワークＷは、上面にデバイス保護材である樹脂層が積層されている。研削砥石２１は、ワークＷ上のデバイス保護樹脂層を研削する。また、測定装置５は、デバイス保護樹脂層の温度を測定する。

制御装置６は、測定装置５が測定したデバイス保護樹脂層の温度と制御装置６に予め記憶されたデバイス保護樹脂層の上限温度である閾値（約４５℃）とを比較する。なお、樹脂製のデバイス保護樹脂層は、赤外線放射率が理想体に近いため、上述した実施形態のような測定対象の赤外線放射率が低いことに起因する測定装置５の測定温度の補正は必ずしも必要ない。

判定の結果、デバイス保護樹脂層の温度が閾値に達しない場合には、加工を継続する。一方、デバイス保護樹脂層の温度が閾値に達した場合には、ワークＷの面焼け現象が生じる虞があるため、制御装置６は、加工を中止する等してワークＷ及び研削砥石２１への悪影響を最小限に留める。

このようにして、加工中において、ワークＷの温度が過度に上昇してワークＷの面焼け現象の兆候の有無をデバイス保護樹脂層の温度変化を介して間接的に判定することができる。

なお、判定の基準となるデバイス保護樹脂層の温度の閾値は、予め摩耗した研削砥石２１を用いて面焼け現象が生じる状態を再現して加工を行い、その際のデバイス保護樹脂層の温度（例えば、５０～６０℃）より低い温度に設定される。

また、本変形例では、ワークＷの上面に積層されたデバイス保護樹脂層の温度を測定することで、ワークＷの面焼けを未然に防止する場合を例に説明したが、デバイス保護樹脂層がワークWの下面側に積層された場合であっても、測定装置５が、ワークWを透過してデバイス保護樹脂層の温度を測定することで、ワークWの面焼けを未然に防止するように構成されても構わない。

次に、本発明の第２の実施形態について図５、６に基づいて説明する。なお、本実施形態は、以下に説明する構成を除き、上述した第１の実施形態と同様の構成である。

測定装置５は、研削砥石２１に対向するように配置され、研削砥石２１の温度を測定する。なお、図６に示す測定装置５は、研削領域の上流側に設置されているが、測定装置５の設置位置は、これに限定されるものではない。

制御装置６は、測定装置５が測定した研削砥石２１の温度と制御装置６に予め記憶された研削砥石２１の上限温度である閾値（約５０℃）とを比較する。なお、研削砥石２１は、赤外線放射率が理想体に近いため、上述した第１の実施形態のような測定対象の赤外線放射率が低いことに起因する測定装置５の測定温度の補正は必ずしも必要ない。

判定の結果、研削砥石２１の温度が閾値に達しない場合には、加工を継続する。一方、研削砥石２１の温度が閾値に達した場合には、ワークＷの面焼け現象が生じる虞があるため、制御装置６は、加工を中止する等してワークＷ及び研削砥石２１への悪影響を最小限に留める。

このようにして、加工中において、ワークＷの温度が過度に上昇してワークＷの面焼け現象の兆候の有無を研削砥石２１の温度変化を介して間接的に判定することができる。

なお、判定の基準となる研削砥石２１の温度の閾値は、予め摩耗した研削砥石２１を用いて面焼け現象が生じる状態を再現して加工を行い、その際の研削砥石２１の温度（例えば、６０～７０℃）より低い温度に設定される。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。また、上述した実施形態及び各変形例は、互いに組み合わせても構わない。

１：研削装置
２：研削手段
２１：研削砥石
２１ａ：研削面
２２：砥石スピンドル
２３：スピンドル送り機構
２４：コラム
３：チャック
３１：チャックスピンドル
３２：吸着体
４：供給装置
５：測定装置
５１：センサヘッド
５２：センサホルダ
５２ａ：第１の開口
５２ｂ：第２の開口
６：制御装置
Ｓ：空気源
Ｗ：ワーク

Claims

研削装置であって、
ワークを吸着保持するチャックと、
前記ワークを研削する研削砥石と、
前記ワークの表面温度を測定する赤外線放射式の測定装置と、
前記測定装置の測定温度を前記ワークの赤外線放射率に応じて補正した予想温度と予め記憶された前記ワークに面焼けが生じる状態を再現して研削を行った際の前記ワークの温度に基づいて設定された閾値とを比較して、前記ワークの面焼けの兆候の有無を判定する制御装置と、
を備えていることを特徴とする研削装置。
前記ワーク上に冷却水を供給する供給装置と、
前記測定装置の測定範囲内の冷却水を気体で飛散させる気体供給装置と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の研削装置。
研削装置であって、
ワークを吸着保持するチャックと、
前記ワークを研削する研削砥石と、
前記ワーク上に冷却水を供給する供給装置と、
前記冷却水の温度を測定する赤外線放射式の測定装置と、
前記測定装置が測定した温度と予め記憶された前記ワークに面焼けが生じる状態を再現して研削を行った際の前記冷却水の温度に基づいて設定された閾値とを比較して、前記ワークの面焼けの兆候の有無を判定する制御装置と、
を備えていることを特徴とする研削装置。
研削装置であって、
上面に樹脂製の保護材が接着されたワークを吸着保持するチャックと、
前記保護材を研削する研削砥石と、
前記保護材の温度を測定する赤外線放射式の測定装置と、
前記測定装置が測定した温度と予め記憶された前記ワークに面焼けが生じる状態を再現して研削を行った際の前記保護材の温度に基づいて設定された閾値とを比較して、前記ワークの面焼けの兆候の有無を判定する制御装置と、
を備えていることを特徴とする研削装置。
研削装置であって、
ワークを吸着保持するチャックと、
前記ワークを研削する研削砥石と、
前記研削砥石の温度を測定する赤外線放射式の測定装置と、
前記測定装置が測定した温度と予め記憶された前記ワークに面焼けが生じる状態を再現して研削を行った際の前記研削砥石の温度に基づいて設定された閾値とを比較して、前記ワークの面焼けの兆候の有無を判定する制御装置と、
を備えていることを特徴とする研削装置。