JP5731806B2

JP5731806B2 - 研削装置

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Publication number: JP5731806B2
Application number: JP2010269149A
Authority: JP
Inventors: 岳彦檜垣; 真司吉田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP2012115960A

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の薄板状のワークを研削する研削装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスでは、デバイスの目的厚さを得るために、多数のデバイスに分割される前の半導体ウェーハの段階で、該ウェーハの裏面を研削して薄化することが行われている。昨今のデバイスの顕著な薄型化に応じて半導体ウェーハは一層薄く加工されており、このため、厚さの管理はより高い精度が求められる。半導体ウェーハの研削や研磨は厚さを測定しながら進められるが、そのような形態での厚さ測定の手段としては、ワークに向けて検査用光線を発してワークの表面および裏面で反射した光線の干渉波を受光し、受光した干渉波の波形に基づいてワークの厚さを求めるといった光学式で非接触式のものが知られている（特許文献１）。

特開２００９−５０９４４号公報

上記特許文献１に記載の厚さ測定手段では、発光部から発せられる検査用光線は、ガラス板等の窓部と、該窓部とワークとの間に設けられた流路に充満する水を通してワークに発せられ、検査用光線および干渉波が水を伝播することにより、安定した測定値が得られるようになっている。ところが、研削が終わることにより測定が停止したり、装置の稼働を停止するなどして流路への水の供給を停止した際には、該流路に加工屑等を含む外部の空気が流入することによって窓部の表面が汚れてしまい、厚さの測定が困難になる場合があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、厚さ測定用の非接触測定手段の発光部から発せられる検査用光線が透過する窓部とワークとの間に液体を供給することを停止した際に、外部の空気が窓部の表面に到達することが従来よりも低減される研削装置を提供することにある。

本発明の研削装置は、ワークを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたワークを研削加工する加工手段と、前記保持手段に保持されたワークの厚さを非接触で測定する非接触測定手段と、を有し、前記非接触測定手段は、ワークに向けて検査用光線を発する発光部と、ワークの表面および裏面で反射した前記検査用光線の干渉波を受ける受光部と、該受光部で受光された前記干渉波の波形に基づいてワークの厚さを求める演算部と、前記発光部と前記受光部とを囲み、ワークに対向する対向面に前記検査用光線を透過する部材で構成された窓部を有する第一のケースと、前記窓部とワークとの間の空間を液体で満たし、液体クッションを形成する開口部を有する第二のケースと、を含む研削装置であって、前記第二のケースは、該第二のケースへ液体を供給する液体源と該第二のケースへ気体を供給する気体源とに連通し、測定が終了し該液体源から該第二のケースへの液体の供給が停止した際に該気体源から該第二のケースに気体を供給して前記窓部をエアーブローする制御部を有し、該第二のケースへ供給された液体および気体は、前記窓部の側方から該窓部における前記ワークへの対向面に沿って流れるように供給されることを特徴とする。

本発明によれば、厚さ測定時には液体源から第二のケース内に液体を供給して第一のケースの窓部とワークとの間に液体クッションを形成し、非接触測定手段の発光部から発せられる検査用光線を、窓部および液体クッションを通してワークに発する。次に、厚さの測定が終了して液体源から第二のケースへの液体の供給を停止した際には、気体源から第二のケース内に気体を供給して窓部をエアーブローする。これにより、第二のケース内に外部の空気が流入して窓部の表面に到達することが従来よりも低減される。

なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えば、シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等からなる半導体ウェーハ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（ＴＴＶ：total thickness variation−ワークの被加工面を基準として厚さ方向に測定した高さのワークの被加工面全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料等が挙げられる。

本発明によれば、厚さ測定用の非接触測定手段の発光部から発せられる検査用光線が透過する窓部とワークとの間に液体を供給することを停止した際に、外部の空気が窓部の表面に到達することが従来よりも低減される研削装置が提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。一実施形態に係る研削装置において、加工位置に位置付けられたワークと非接触測定手段および加工手段の位置関係を示す平面図である。一実施形態の非接触測定手段でワークの厚さを測定している状態を示す一部断面側面図である。一実施形態の非接触測定手段において、厚さ測定終了後に第二のケース内に空気を供給している状態を示す一部断面側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る研削装置を説明する。
（１）研削装置の基本的な構成および動作
はじめに、図１に示す一実施形態の研削装置１０の基本的な構成および動作を説明する。この研削装置１０は、半導体ウェーハ等の円板状のワーク１の被加工面を加工手段３０によって研削するものである。ワーク１は、基台１１上に設けられた円板状の保持手段２０にオペレータ等によって矢印のように運ばれ、被加工面を上方に露出させて保持手段２０の上面の円形状の保持面２１に同心状に載置される。

保持手段２０は、基台１１上にＸ方向に移動可能に設けられた移動台２５上に、Ｚ方向（鉛直方向）を回転軸方向として回転可能に支持されている。保持手段２０は一般周知の真空チャック式のもので、水平に設定される保持面２１に負圧作用でワーク１を吸着して保持するように構成されている。

保持手段２０の保持面２１に保持されたワーク１は、移動台２５がＸ方向に移動することにより、図１において手前側（Ｘ１側）の搬入／搬出位置と後方（Ｘ２側）の加工位置との間を往復移動させられる。基台１１には移動台２５をＸ方向に移動させる移動機構が設けられており、移動台２５には保持手段２０を回転させる回転駆動機構が設けられている（いずれも図示略）。移動台２５の移動方向の両側には、移動台２５の移動路を覆って研削屑等が基台１１内に落下することを防ぐ伸縮自在な蛇腹状のカバー１２が設けられている。

基台１１の上記加工位置の後方には、コラム１３が立設されている。コラム１３の前面には、一対のＺ軸ガイド１４を介してスライダ１５がＺ方向に沿って昇降可能に取り付けられており、このスライダ１５に、加工手段３０が固定されている。

加工手段３０は、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング３１内に、図示せぬスピンドルシャフトが同軸的、かつ回転自在に組み込まれ、このスピンドルシャフトの下端に設けられたフランジ状のマウント３２に研削工具３３が着脱自在に固定された構成のものである。スピンドルハウジング３１の上端部には、上記スピンドルシャフトを回転駆動するモータ部３４が設けられている。

研削工具３３は、マウント３２の下面に着脱可能に固定される研削ホイール３３ａと、研削ホイール３３ａの下面の外周部に環状に配列されて固着された多数の研削砥石３３ｂとから構成されるものである。研削砥石３３ｂはワーク１に応じたものが用いられ、例えば、ダイヤモンドの砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて成形したダイヤモンド砥石等が用いられる。研削工具３３は、モータ部３４によって上記スピンドルシャフトと一体に回転駆動される。

加工手段３０は、マウント３２を下方に配して軸方向をＺ方向と平行にした状態で、スピンドルハウジング３１がホルダ３５を介してスライダ１５に固定されている。スライダ１５は、一対のＺ軸ガイド１４間に配設されてスライダ１５に螺合した状態で連結されたＺ方向に延びるボールねじ３６ａと、ボールねじ３６ａを回転駆動するサーボモータ３６ｂとを備えた加工送り手段３６によって昇降駆動される。すなわち、加工手段３０は加工送り手段３６によってスライダ１５と一体に昇降する。

上記加工位置に位置付けられたワーク１は、上方に露出させられた被加工面が加工手段３０によって研削され、目的厚さに薄化される。加工手段３０による研削は、モータ部３４を作動させて研削工具３３を回転させながら、加工送り手段３６によりスライダ１５とともに加工手段３０を下降させ、回転する研削工具３３の研削砥石３３ｂをワーク１の被加工面に押し付けることによりなされる。研削の際には、潤滑、冷却および清浄化等を目的として、図示せぬ研削液供給手段からワーク１の被加工面に研削液が供給される。

この場合、図２に示すように、研削工具３３の研削外径、すなわち研削砥石３３ｂの回転軌跡の最外径は、ワーク１の直径と同程度に設定されている。また、移動台２５がＸ方向に移動して定められるワーク１の加工位置は、研削砥石３３ｂの下面である刃先が、自転するワーク１の回転中心を通過する位置に設定される。そして、保持手段２０を一方向に回転させてワーク１を自転させながら研削工具３３の研削砥石３３ｂをワーク１の被加工面に押し付けることにより、被加工面の全面が研削される。

ワーク１の厚さは、加工位置の近傍に配設された非接触測定手段４０によって測定される。そして、加工送り手段３６による加工手段３０の加工送り動作は、非接触測定手段４０で測定される厚さ測定値に基づいて制御部６０により制御される。厚さ測定値が目的値になったら加工手段３０による研削が終了するように制御され、研削終了後は、移動台２５がＸ１方向に移動してワーク１が上記搬入／搬出位置まで戻されるとともに、保持手段２０の回転が停止する。そして、研削済みのワーク１は保持手段２０から搬出され、次の工程に移される。

（２）非接触測定手段
次いで、本発明に係る非接触測定手段４０を詳述する。

（２−１）非接触測定手段の構成
非接触測定手段４０は、検査用光線の干渉波を利用してワーク１の厚さを非接触で測定するものであり、図１および図２に示すように、基台１１に立設された中空管状のポスト４０１の先端に測定ヘッド４０２が設けられた構成である。ポスト４０１はＬ字状に形成されたもので、上記加工位置に位置付けられるワーク１の上方に延びている。ワーク１の上方に位置する測定ヘッド４０２は、図３に示すように、ポスト４０１の先端に固定され、発光受光部（本発明の発光部および受光部）４３を収容する円筒状の第一のケース４１と、第一のケース４１の下方に固定された第二のケース４２とを備えている。

第一のケース４１で囲まれた発光受光部４３からは、レーザ光線等の検査用光線が下方のワーク１に向けて発光される。検査用光線の光源としては、例えば波長が０．８〜１．３μｍ程度のＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）等が用いられる。また、発光受光部４３は、検査用光線がワーク１に反射した干渉波を受光するフォトダイオード等の受光手段を有している。

第一のケース４１の下端は底板４１１で閉塞されている。この底板の下面はワーク１に対向する対向面となっており、この対向面の中央部には、ガラス（石英、ＳｉＯ_２）や樹脂等からなり検査用光線を透過する部材で構成された窓部４１２が形成されている。第二のケース４２は第一のケース４１の窓部４１２の下方に内部空間を有する円筒状に形成されたもので、第一のケース４１と同軸的に底板４１１に固定されている。第二のケース４２の底板４１１の中心部には開口部４２１が形成されている。測定ヘッド４０２は、第二のケース４２の底板４１１とワーク１との間に所定距離の空間４４が形成されるように位置付けられる。

発光受光部４３からワーク１に向けて発せられた検査用光線は窓部４１２を透過して第二のケース４２内に入り、開口部４２１を通過してワーク１に到達する。検査用光線がワーク１に到達するとワーク１の被加工面である表面１ａおよび裏面１ｂで反射し、これら反射光は干渉波となって開口部４２１から第二のケース４２内に入り、第一のケース４１の窓部４１２を透過して発光受光部４３で受けられる。非接触測定手段４０は、発光受光部４３で受光された干渉波の波形に基づいてワーク１の厚さを求める演算部４５を有している。

第二のケース４２は配管接続部４２２を有しており、この配管接続部４２２には主配管５０が接続されている。そして主配管５０は、給水管５０１、給気管５０２に分岐しており、これら給水管５０１、給気管５０２には、それぞれ給水ポンプ等の液体源５１およびエアーコンプレッサ等の気体源５２が接続されている。すなわち、第二のケース４２は、配管接続部４２２、主配管５０、給水管５０１を介して液体源５１に連通しており、また第二のケース４２は、配管接続部４２２、主配管５０、給気管５０２を介して気体源５２に連通している。給水管５０１には給水バルブ５１１が設けられており、給気管５０２には給気バルブ５１２が設けられている。これらバルブ５１１，５１２は管路を開閉するもので、制御部６０によって開閉動作が制御される。

（２−２）非接触測定手段の作用および効果
非接触測定手段４０によってワーク１の厚さを測定する時には、制御部６０により、給水バルブ５１１が開かれるとともに給気バルブ５１２が閉じられる。これにより液体源５１から液体（本実施形態では水）が給水管５０１、主配管５０、配管接続部４２２を経て第二のケース４２内に供給される。図３に示すように、第二のケース４２内に水Ｗが供給されると、水Ｗは第二のケース４２内に充満するとともに、開口部４２１から吐出してワーク１の表面１ａに達する。これにより、第一のケース４１の窓部４１２とワーク１との間には水Ｗが満たされてなる液体クッションＷ１が形成される。

液体源５１から第二のケース４２に水Ｗが連続的に供給されることにより液体クッションＷ１は保持され、第二のケース４２の開口部４２１から吐出する水Ｗはワーク１の表面１ａを流動して排水される。このように窓部４１２とワーク１との間に液体クッションＷ１が形成された状態で、発光受光部４３から検査用光線がワーク１に向けて発光される。

発光受光部４３から発光された検査用光線は、窓部４１２を透過して液体クッションＷ１中を伝播してワーク１に到達する。ここで、ワーク１の厚さ測定には、ワーク１の表面１ａで反射した第一反射光と、ワーク１の内部を透過し、裏面１ｂで反射した第二反射光との干渉波が利用される。これら反射光は、それぞれワーク１の表面１ａと裏面１ｂで反射してから相互に干渉し合い干渉波を発生させる。その干渉波は、液体クッションＷ１中を伝播し、窓部４１２を透過して発光受光部４３で受けられる。なお、図３の符号４３Ａで差し示す矢印は、発光受光部４３から発せられた検査用光線がワーク１の表面１ａおよび裏面１ｂで反射し、反射した干渉波が発光受光部４３で受光される状態を示している。

発光受光部４３で受光された干渉波は、検波回路等を備えた演算部４５で波形が分析され、その波形に応じて電気信号等に数値化される。その数値はワーク１の厚さを示すものであり、これによってワーク１の厚さが検出される。演算部４５で求められたワーク１の厚さは制御部６０に供給され、制御部６０はその厚さに基づいて加工送り手段３６による加工手段３０の加工送り動作を制御しながらワーク１に対する研削加工が行われる。

上記のように第一のケース４１の窓部４１２とワーク１との間に常に水Ｗを供給して液体クッションＷ１を形成した状態でワーク１の厚さを測定することにより、検査用光線は常に水Ｗのみを透過する。このため、検査用光線の屈折率が変動したり、検査用光線が照射領域を円滑に透過しなかったりする不都合は起こりにくい。これにより、検査用光線は常に一定の状態でワーク１に照射され、かつ干渉波は安定し、結果として正確な厚さ測定値を得ることができる。

次に、ワーク１が所定厚さまで薄化されて研削が終了すると、同時に非接触測定手段４０による厚さ測定も終了となる。厚さ測定が終了すると、制御部６０により、給水バルブ５１１が閉じられると同時に給気バルブ５１２が開かれる。これにより液体源５１からの水の供給が停止され、気体源５２から気体（本実施形態では空気）が給気管５０２、主配管５０、配管接続部４２２を経て第二のケース４２内に供給される。図４は第二のケース４２内に空気が供給されている状態を示しており、空気は同図の矢印で示すように開口部４２１から排出されていく。第二のケース４２内へ空気が供給されている際には、窓部４１２がエアーブローされる。

窓部４１２がエアーブローされることにより、第二のケース４２内に外部の空気が流入して窓部４１２の表面に到達することが従来よりも低減される。特に、第二のケース４２内への水Ｗの供給が停止されて開口部４２１から水Ｗが排出されていく時には、開口部４２１付近の汚れを含んだ水Ｗが第二のケース４２内に吸い込まれて窓部４１２が汚れるといった現象が起こりがちであった。しかしながら本実施形態では、第二のケース４２からの水Ｗの排出時には第二のケース４２内に空気を供給することにより、開口部４２１付近の汚れを含んだ水Ｗが第二のケース４２内に吸い込まれることが抑制され、これに加えて窓部４１２がエアーブローされるため、窓部４１２が汚れることが防止される。

第二のケース４２内への空気の供給は、上記のように水Ｗの排出時に窓部４１２が汚れやすいことから、少なくとも水Ｗが第二のケース４２から完全に排出されるまでの間において行うようにするとよい。しかしながら、水Ｗが排出された後も引き続き空気を供給してもよく、さらには、研削装置１０自体の稼働を停止している間も空気の供給だけは続けていてもよい。このように次の厚さ測定を開始するために水Ｗを第二のケース４２内に供給するまで空気を供給し続けて第二のケース４２内を正圧に保持しておけば、第二のケース４２内には汚れた空気が流入しにくく、窓部４１２の清浄状態が保持されるので好ましい。

このように窓部４１２がエアーブローされて清浄な状態が保持されることにより、厚さ測定時において窓部４１２を透過する検査用光線および干渉波は汚れで乱されることがなく、正確な厚さ測定値を得ることができる。

１…ワーク
１ａ…ワークの表面
１ｂ…ワークの裏面
１０…研削装置
２０…保持手段
３０…加工手段
４０…非接触測定手段
４１…第一のケース
４１２…窓部
４２…第二のケース
４２１…開口部
４３…発光受光部（発光部、受光部）
４５…演算部
５１…液体源
５２…気体源
６０…制御部
Ｗ…水（液体）
Ｗ１…液体クッション

Claims

ワークを保持する保持手段と、
該保持手段に保持されたワークを研削加工する加工手段と、
前記保持手段に保持されたワークの厚さを非接触で測定する非接触測定手段と、
を有し、
前記非接触測定手段は、
ワークに向けて検査用光線を発する発光部と、
ワークの表面および裏面で反射した前記検査用光線の干渉波を受ける受光部と、
該受光部で受光された前記干渉波の波形に基づいてワークの厚さを求める演算部と、
前記発光部と前記受光部とを囲み、ワークに対向する対向面に前記検査用光線を透過する部材で構成された窓部を有する第一のケースと、
前記窓部とワークとの間の空間を液体で満たし、液体クッションを形成する開口部を有する第二のケースと、
を含む研削装置であって、
前記第二のケースは、該第二のケースへ液体を供給する液体源と該第二のケースへ気体を供給する気体源とに連通し、測定が終了し該液体源から該第二のケースへの液体の供給が停止した際に該気体源から該第二のケースに気体を供給して前記窓部をエアーブローする制御部を有し、該第二のケースへ供給された液体および気体は、前記窓部の側方から該窓部における前記ワークへの対向面に沿って流れるように供給されることを特徴とする研削装置。