JP7783117B2

JP7783117B2 - 研削装置

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Publication number: JP7783117B2
Application number: JP2022066958A
Authority: JP
Inventors: 大輔山本; 裕樹阿部
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2022-04-14
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2025-12-09
Anticipated expiration: 2042-04-14
Also published as: JP2023157205A

Description

本発明は、研削ホイールのセグメント砥石の残量を算出する残量算出部を備えた研削装置に関する。

研削砥石が研削加工によって一定量だけ摩耗すると、研削ホイールが新しいものと交換されるが、研削砥石の残量は、交換直後の研削ホイールの研削砥石の残量をノギスなどによって実測し、この交換直後の研削砥石の残量から、研削加工によって摩耗した研削砥石の摩耗量を差し引くことによって算出するようにしている。そして、算出された研削砥石の現在の残量が所定の値を下回ったときに研削ホイールを交換するようにしている。

しかしながら、上述のように研削ホイールの交換直後にノギスなどによって実測された研削砥石の残量と、研削砥石の実際の残量との間には誤差が生じ得るという問題がある。

そこで、特許文献１には、研削ホイールの基台の下面と研削砥石の下面が所定の位置に達したことが透過型フォトセンサなどによって光学的に検知されたタイミングで、研削機構の高さ位置を高さ測定手段によって実測し、それぞれのタイミングで実測された高さの差分を研削砥石の残量として算出する研削装置が提案されている。

特開２０２０－０９７０８９号公報

しかしながら、特許文献１において提案された研削装置においては、研削ホイールの基台の下面を検知する動作と、研削砥石の下面を検知する動作とを別々に行わなければならないため、研削砥石の残量の算出に時間を要するという問題がある。

したがって、研削装置には、研削砥石の残量を短時間で算出したいという課題がある。

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、該保持面に保持された被加工物をスピンドルに装着した研削ホイールに環状に配置した複数のセグメント砥石で研削する研削機構と、該研削機構を該保持面に垂直方向に移動させ該研削機構の高さ位置を認識する位置認識部を有する移動機構と、を備える研削装置であって、該研削ホイールは、該スピンドルの先端に連結したマウントに装着する環状の基台と、該基台の下面に隙間をあけて環状に配置する複数のセグメント砥石と、から構成され、該移動機構によって移動した該研削ホイールの該基台が進入可能に該基台の径方向に離間して対向配置する投光部と受光部とからなる検知機構と、該受光部の受光量によって該セグメント砥石の下面を認識する砥石下面認識部と、該受光部の受光量によって該基台の下面を認識する基台下面認識部と、該セグメント砥石の残量を算出する残量算出部と、を備え、該残量算出部は、該移動機構によって該研削機構を該検知機構に向かって下降させ、該砥石下面認識部が、回転する該研削ホイールの該セグメント砥石の下面を認識した際に該砥石下面認識部が認識する該研削機構の第１位置と、さらに、該研削機構を下降させ該基台下面認識部が、回転する該研削ホイールの該基台の下面を認識した際に該基台下面認識部が認識する該研削機構の第２位置と、の差を該セグメント砥石の残量として算出する研削装置である。

本発明によれば、研削機構を１回だけ下降させて研削ホイールのセグメント砥石の下面の高さ位置（第１位置）と基台の下面の高さ位置（第２位置）とを検知機構によってそれぞれ光学的に認識し、第１位置と第２位置との高さの差をセグメント砥石の残量として算出するようにしたため、セグメント砥石の残量を短時間で正確に求めることができる。

本発明に係る研削装置の破断斜視図である。本発明に係る研削装置の研削ホイールにおけるセグメント砥石の配列を示す平断面である。（ａ），（ｂ）は検知機構の投光部および受光部と研削ホイールとの位置関係を示す図２のＡ－Ａ線断面図である。研削機構の高さ位置と検知機構の出力電圧との関係を示す図である。

（研削装置の構成）
図１に示す研削装置１は、被加工物である円板状のウェーハ１００を研削加工するものであって、上面の円形の保持面１１でウェーハ１００を保持するチャックテーブル１０と、チャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持されたウェーハ１００を研削加工する研削機構２０と、研削機構２０をチャックテーブル１０の保持面１１に垂直な方向（Ｚ軸方向）に移動（昇降動）させる移動機構３０と、研削機構２０の研削ホイール２５における基台２５１の下面２５５（図３参照）とセグメント砥石２５２の下面２５６（図３参照）とを光学的に検知する検知機構４０と、検知機構４０によって検知されたセグメント砥石２５２の下面２５６の位置（第１位置）と基台２５１の下面２５５の位置（第２位置）とからセグメント砥石２５２の残量を算出する制御部５０とを備えている。

ここで、ウェーハ１００は、単結晶のシリコン母材で構成されており、図１に示す状態において下方を向いている表面には、複数の不図示のデバイスが形成されており、これらのデバイスは、ウェーハ１００の表面に貼着された不図示の保護テープによって保護されている。そして、ウェーハ１００は、その表面（図１においては下面）がチャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持され、裏面（図１においては上面）が研削機構２０のセグメント砥石２５２によって研削加工される。

チャックテーブル１０は、円板状の部材であって、その中央部に形成された円形の凹部１２には、多孔質のセラミックなどで構成された円板状のポーラス部材１３が組み込まれている。ここで、ポーラス部材１３は、その上面が円板状のウェーハ１００を吸引保持する保持面１１を構成している。なお、図示しないが、ポーラス部材１３は、真空ポンプなどの不図示の吸引源に接続されている。

なお、チャックテーブル１０は、該チャックテーブル１０の下方に縦置き状態で配置された駆動源である不図示のモータによって軸中心周りにＸＹ平面（水平面）上を所定の速度で回転駆動される。

ここで、本実施の形態に係る研削装置１は、図１に示すように、Ｙ軸方向（前後方向）に長い矩形ボックス状のベース２を備えており、このベース２の内部には、矩形ブロック状の内部ベース３が収容されている。そして、この内部ベース３上には、チャックテーブル１０をＹ軸方向（前後方向）に沿って移動させるための水平移動機構６０が設けられている。この水平移動機構６０は、ブロック状のスライダ６１を備えており、このスライダ６１は、Ｙ軸方向（前後方向）に沿って互いに平行に配置された左右一対のガイドレール６２に沿ってＹ軸方向に摺動可能である。したがって、このスライダ６１に支持されたチャックテーブル１０と不図示のモータなどは、スライダ６１と共にＹ軸方向に沿って摺動可能である。

そして、内部ベース３上の左右一対のガイドレール６２の間には、Ｙ軸方向（前後方向）に延びる回転可能なボールネジ軸６３が配設されており、ボールネジ軸６３のＹ軸方向一端（図１の左端）は、駆動源である正逆転可能なモータ６４に連結されている。また、ボールネジ軸６３のＹ軸方向他端（図１の右端）は、内部ベース３上に立設された軸受６５によって回転可能に支持されている。そして、このボールネジ軸６３には、スライダ６１から下方に向かって突設された不図示のナット部材が螺合挿通している。

したがって、モータ６４を正逆転させてボールネジ軸６３を正逆転させると、このボールネジ軸６３に螺合挿通する不図示のナット部材がスライダ６１と共にボールネジ軸６３に沿ってＹ軸方向（前後方向）に摺動するため、このスライダ６１と共にチャックテーブル１０もＹ軸方向に沿って一体的に移動する。この結果、チャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持された被加工物であるウェーハ１００もＹ軸方向に沿って移動する。

また、図１に示すように、ベース２の上面には、Ｙ軸方向に長い矩形の開口部４が形成されており、この開口部４にはチャックテーブル１０が収容されている。そして、ベース２の上面に開口する開口部４のチャックテーブル１０の周囲は、矩形プレート状のカバー５によって覆われており、開口部４のカバー５の前後（－Ｙ方向と＋Ｙ方向）の部分は、カバー５と共に移動して伸縮する蛇腹状の伸縮カバー６，７によってそれぞれ覆われている。したがって、チャックテーブル１０がＹ軸方向に移動し、このチャックテーブル１０がどの位置にあっても、ベース２の開口部４は、カバー５と伸縮カバー６，７によって常に覆われているため、ベース２内への異物の侵入がカバー５と伸縮カバー６，７によって確実に防がれる。

また、図１に示すように、ベース２の上面の＋Ｙ軸方向端部（後端部）上には、矩形ボックス状のコラム８が垂直に立設されており、このコラム８の－Ｙ軸方向端面（前面）には、研削機構２０をＺ軸方向（上下方向）に沿って昇降動させる移動機構３０が設けられている。

研削機構２０は、Ｚ軸方向の回転中心軸を有するスピンドル２１と、該スピンドル２１を回転可能に支持するハウジング２２と、スピンドル２１を回転駆動するスピンドルモータ２３と、スピンドル２１の下端に接続されたマウント２４と、該マウント２４の下面に着脱可能に装着された研削ホイール２５とを備えている。ここで、研削ホイール２５は、基台２５１と、該基台２５１の下面に円環状に配列された略直方体状の複数のセグメント砥石２５２とを備えている。なお、各セグメント砥石２５２は、ウェーハ１００を研削するための加工具であって、その下面２５６（図３参照）は、ウェーハ１００に接触する研削面を構成している。

ここで、複数のセグメント砥石２５２の配列状態を図２に示すが、図２に示す例では、周方向長さ２５３の３６個のセグメント砥石２５２が周方向に等角度ピッチ（１０°ピッチ）で円環状に配列されており、隣接する２つのセグメント砥石２５２の間には周方向隙間２５４がそれぞれ形成されている。なお、セグメント砥石２５２の数は、３６個に限定される訳ではなく任意である。

移動機構３０は、研削機構２０をチャックテーブル１０の保持面１１に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に沿って昇降動させるものであって、矩形プレート状の昇降板３１及びハウジング２２を支持するホルダ２６を、ハウジング２２及び該ハウジング２２に保持されたスピンドル２１やスピンドルモータ２３、研削ホイール２５などと共に左右一対のガイドレール３２に沿ってＺ軸方向に昇降動させるものである。ここで、左右一対のガイドレール３２は、コラム８の前面に垂直且つ互いに平行に配設されており、これらのガイドレール３２には、上下方向に沿うガイド溝３２１（図１には一方のみ図示）がそれぞれ形成されている。

また、昇降板３１の左右一対のガイドレール３２のガイド溝３２１に対応する箇所の上下には、不図示の係合突起がそれぞれ後方（＋Ｙ軸方向）に向かって突設されており、これらの係合突起は、左右一対の各ガイドレール３２にそれぞれ形成されたガイド溝３２１に係合している。

そして、図１に示すように、左右一対のガイドレール３２の間には、回転可能なボールネジ軸３３がＺ軸方向に沿って垂直に立設されており、該ボールネジ軸３３の上端は、駆動源である正逆転可能なモータ３４に連結されている。ここで、モータ３４は、コラム８の上面に取り付けられた矩形プレート状のブラケット３５を介して縦置き状態で取り付けられている。このモータ３４には、該モータ３４の回転角度を検出するエンコーダ３６が設けられており、このエンコーダ３６とモータ３４は、制御部５０に電気的に接続されている。

また、ボールネジ軸３３の下端は、軸受３７によってコラム８に回転可能に支持されている。なお、ボールネジ軸３３には、昇降板３１の背面に後方（＋Ｙ軸方向）に向かって水平に突設された不図示のナット部材が螺合挿通している。

さらに、図１に示すように、一方のガイドレール３２の前面（－Ｙ軸方向の面）には、スケール７０が固設されており、昇降板３１の＋Ｘ軸方向側の側面には、研削機構２０（研削ホイール２５）の高さ位置を測定する読み取り部７１が取り付けられている。この読み取り部７１は、例えば、スケール７０に刻設された目盛の値を光学的に読み取る認識機構などを備えており、スケール７０の目盛を光学的に認識することによって研削機構２０の研削ホイール２５の基台２５１やセグメント砥石２５２の高さ位置を認識することができる。なお、読み取り部７１は、制御部５０に電気的に接続されている。
なお、スケール７０，読み取り部７１を備えない場合には、制御部５０は、エンコーダ３６の回転角度を検知して（目盛を光学的に認識することによって）研削機構２０の研削ホイール２５の基台２５１やセグメント砥石２５２の高さ位置を認識する。

検知機構４０は、研削ホイール２５に設けられた基台２５１の下面２５５（図３参照）とセグメント砥石２５２の下面２５６（図３参照）の各位置を光学的に検知する透過型フォトセンサ（フォトインタラプタ）で構成されており、図１に示すように、チャックテーブル１０の周囲に設けられたカバー４に取り付けられている。この検知機構４０は、図２および図３に示すように、研削ホイール２５の径方向に対向して配置された投光部（発光素子）４１と受光部（受光素子）４２を備えており、投光部４１から受光部４２に向けて出射する光４１１を受光部４２が受光すると受光量に応じた電圧を発生するものである。ここで、投光部４１は、研削ホイール２５の径方向内側に配置されており、この投光部４１と径方向外側に配置された受光部４２との間には、セグメント砥石２５２が進入可能な凹状の隙間４３が形成されている。

前記制御部５０は、図１に示す研削機構２０のスピンドルモータ２３や移動機構３０のモータ３４の駆動を制御するとともに、検知機構４０の受光部４２の受光量（出力電圧値）によってセグメント砥石２５２の残量を算出する機能を有するものである。具体的には、この制御部５０には、図１に示すように、検知機構４０の受光部４２の受光量（出力電圧値）によってセグメント砥石２５２の下面２５６（図３参照）の高さ位置（研削機構２０の第１位置）を認識する砥石下面認識部５１と、検知機構４０の受光部４２の受光量（出力電圧値）によって基台２５１の下面２５５（図３参照）の高さ位置（研削機構２０の第２位置）を認識する基台下面認識部５２と、研削機構２０の第１位置と第２位置との差をセグメント砥石２５２の残量として算出する残量算出部５３が設けられている。

（研削装置の作用）
次に、以上のように構成された研削装置１によるウェーハ１００の研削加工について説明する。

ウェーハ１００を研削加工する際には、該ウェーハ１００をチャックテーブル１０の保持面１１上に表面を下にして載置する。そして、チャックテーブル１０のポーラス部材１３に接続されている不図示の吸引源を駆動してポーラス部材１３を真空引きする。すると、ポーラス部材１３に負圧が発生し、ポーラス部材１３の上面（保持面１１）上に載置されているウェーハ１００が負圧によって保持面１１上に吸引保持される。

上記状態から水平移動機構６０を駆動してチャックテーブル１０を＋Ｙ軸方向（後方）に移動させ、該チャックテーブル１０に吸引保持されているウェーハ１００を研削機構２０の研削ホイール２５の下方に位置決めする。すなわち、モータ６４が起動されてボールネジ軸６３が回転すると、このボールネジ軸６３に螺合挿通する不図示のナット部材が取り付けられたスライダ６１がチャックテーブル１０などと共に左右一対のガイドレール６２に沿って＋Ｙ軸方向に摺動するため、チャックテーブル１０の保持面１１に保持されているウェーハ１００が研削機構２０の研削ホイール２５の下方に位置決めされる。なお、このとき、セグメント砥石２５２の下面（加工面）２５５（図３参照）がウェーハ１００の中心を通るように両者の水平位置関係が調整される。

また、不図示のモータを駆動してチャックテーブル１０を回転させ、該チャックテーブル１０の保持面１１に保持されているウェーハ１００を回転させるとともに、スピンドルモータ２３を駆動して研削ホイール２５を回転させておく。

上述のように、ウェーハ１００と研削ホイール２５が回転している状態で、移動機構３０を駆動して研削ホイール２５を－Ｚ軸方向に下降させる。すなわち、モータ３４が駆動されてボールネジ軸３３が回転すると、このボールネジ軸３３に螺合挿通する不図示のナット部材が設けられた昇降板３１がハウジング２２や研削ホイール２５などと共に－Ｚ軸方向に下降する。すると、研削ホイール２５のセグメント砥石２５２の下面（加工面）２５６（図３参照）がウェーハ１００の上面（裏面）に接触する。このように、セグメント砥石２５２の下面２５６がウェーハ１００の上面に接触している状態から、研削ホイール２５をさらに－Ｚ軸方向に所定量だけ下降させると、ウェーハ１００の上面がセグメント砥石２５２によって所定量だけ研削される。

以上のウェーハ１００の研削加工によって研削ホイール２５のセグメント砥石２５２が摩耗し、その残量が次第に少なくなるが、この残量が所定値を超えて小さくなると研削ホイール２５が新しいものと交換される。本実施の形態においては、セグメント砥石２５２の残量を、検知機構４０によって光学的に検知されるセグメント砥石２５２の下面２５６の高さ位置（第１位置）と基台２５１の下面２５５の高さ位置（第２位置）とから算出するようにしているが、以下、このセグメント砥石２５２の残量の算出方法について説明する。

（セグメント砥石の残量の算出方法）
図４に研削機構２０の高さ位置ｈと検知機構４０の出力電圧Ｖとの関係を示すが、この図４は、研削ホイール２５を下降させてセグメント砥石２５２や基台２５１が検知機構４０の投光部４１と受光部４２との間の隙間４３に進入していくときに受光部４２が受光する光量に対応する出力電圧Ｖの変化を示しており、この場合、出力電圧Ｖは、研削ホイール２５が１回転するときの出力電圧値の総和(積分値)で表している。

研削ホイール２５を下降させた場合、セグメント砥石２５２が検知機構４０の投光部４１と受光部４２との間の隙間４３に進入する前の状態では、投光部４１から出射する光４１１の全てが受光部４２によって受光されるため、該受光部４２による受光量は最大となり、検知機構４０の出力電圧Ｖは、図４に示す最大値Ｖmaxを示す。なお、受光部４２が受光する光４１１には反射光が含まれるが、この反射光を含まない直射光を受光部４２が受光する場合の出力電圧値Ｖsは、図４に示すように最大値Ｖmaxよりも幾分低い値を示す。

そして、研削ホイール２５がさらに下降し、図３（ａ）に示すように、セグメント砥石２５２の一部が検知機構４０の投光部４１と受光部４２との間の隙間４３に進入すると、投光部４１から出射する光４１１は、回転するセグメント砥石２５２によって間欠的に遮断され、受光部４２には光４１１が断続的に到達して受光される。このため、検知機構４０からの出力電圧Ｖは、研削ホイール２５の下降（研削機構２０の高さ位置ｈの増加）と共に直線的に低下する。

ここで、図３（ａ）に示すように、セグメント砥石２５２の下面２５６が検知機構３０によって光学的に検知されたとき、つまり、研削機構２０の高さ位置ｈが図４に示すｈ１に達し、その時の出力電圧Ｖが図示のａ点においてＶ１を示し、セグメント砥石２５２の下面２５６が検知機構４０によって光学的に検知されると、その旨の信号が検知機構４０から制御部５０に送信される。すると、制御部５０の砥石下面認識部５１は、信号を受信したタイミングにおいて読み取り部７１によってスケール７０から読み取られた研削機構２０の高さ位置ｈ１をセグメント砥石２５２の下面２５６の高さ位置（第１位置）として認識する。

その後、研削ホイール２５がさらに下降し、図３（ｂ）に示すように、基台２５１の一部が検知機構４０の投光部４１と受光部４２との間の隙間４３に進入すると、投光部４１から出射する光４１１は、基台２５１によって完全に遮断され、受光部４２の受光量は０となり、図４に示すように、検知機構４０の出力電圧Ｖも図示の点ｂにおいて０となる。つまり、研削機構２０の高さ位置ｈが図４に示すｈ２に達した図３（ｂ）に示す状態のとき、基台２５１の下面２５５が検知機構４０によって光学的に検知され、その旨の信号が検知機構４０から制御部５０に送信される。すると、制御部５０の基台下面認識部５２は、信号を受信したタイミングにおいて読み取り部７１によってスケール７０から読み取られた研削機構２０の高さ位置ｈ２を基台２５１の下面２５５の高さ位置（第２位置）として認識する。

上述のように、制御部５０の砥石下面認識部５１によってセグメント砥石２５２の下面２５６の高さ位置（第１位置）ｈ１が認識され、基台下面認識部５２によって基台２５１の下面２５５の高さ位置（第２位置）ｈ２が認識されると、制御部５０に設けられた残量算出部５３は、第１位置ｈ１と第２位置ｈ２との差分Δｈ（＝ｈ２－ｈ１）をセグメント砥石２５２の残量として算出する。

（本発明の効果）
以上のように、本発明に係る研削装置１においては、研削機構２０を１回だけ下降させて研削ホイール２５のセグメント砥石２５２の下面２５６の高さ位置（第１位置）ｈ１と基台２５１の下面２５５の高さ位置（第２位置）ｈ２を検知機構４０によってそれぞれ光学的に認識し、これらの高さ位置ｈ１とｈ２の差Δｈ（＝ｈ２－ｈ１）をセグメント砥石２５２の残量として算出するようにしたため、セグメント砥石２５２の残量を短時間で正確に求めることができるという効果が得られる。

なお、以上は、本発明をウェーハの研削装置に対して適用した形態について説明したが、本発明は、ウェーハ以外の他の任意の被加工物の研削加工を行う研削装置もその適用対象に含むものである。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１：研削装置、２：ベース、３：内部ベース、４：ベースの開口部、５：カバー、
６，７：伸縮カバー、８：コラム
１０：チャックテーブル、１１：チャックテーブルの保持面、
１２：チャックテーブルの凹部、１３：ポーラス部材、
２０：研削機構、２１：スピンドル、２２：ハウジング、２３：スピンドルモータ、
２４：マウント、２５：研削ホイール、２５１：基台、２５５：基台の下面、
２５２：セグメント砥石、２５６：セグメント砥石の下面、
３０：移動機構、３１：昇降板、３２：ガイドレール、３２１：ガイド溝、
３３：ボールネジ軸、３４：モータ、３５：ブラケット、３６：エンコーダ、
３７：軸受け、４０：検知機構、４１：投光部、４２、受光部、４３：隙間、
５０：制御部、５１：砥石下面認識部、５２：基台下面認識部、５３：残量算出部、
６０：水平移動機構、６１：スライダ、６２：ガイドレール、
６３：ボールネジ軸、６４：モータ、６５：軸受
７０：スケール、７１：読み取り部、１００：ウェーハ（被加工物）、
４１１：光、ｈ：研削機構の高さ位置、ｈ１：第１位置、ｈ２：第２位置、
Δｈ：セグメント砥石の残量、Ｖ，Ｖ１：出力電圧、Ｖmax：最大出力電圧、
Ｖs：標準出力電圧、２５３：セグメント砥石の周方向長さ、２５４：セグメント砥石の間の隙間

Claims

保持面で被加工物を保持するチャックテーブルと、
該保持面に保持された被加工物をスピンドルに装着した研削ホイールに環状に配置した複数のセグメント砥石で研削する研削機構と、
該研削機構を該保持面に垂直方向に移動させ該研削機構の高さ位置を認識する位置認識部を有する移動機構と、
を備える研削装置であって、
該研削ホイールは、該スピンドルの先端に連結したマウントに装着する環状の基台と、該基台の下面に隙間をあけて環状に配置する複数のセグメント砥石と、から構成され、
該移動機構によって移動した該研削ホイールの該基台が進入可能に該基台の径方向に離間して対向配置する投光部と受光部とからなる検知機構と、該受光部の受光量によって該セグメント砥石の下面を認識する砥石下面認識部と、該受光部の受光量によって該基台の下面を認識する基台下面認識部と、該セグメント砥石の残量を算出する残量算出部と、を備え、
該残量算出部は、該移動機構によって該研削機構を該検知機構に向かって下降させ、該砥石下面認識部が回転する該研削ホイールの該セグメント砥石の下面を認識した際に該砥石下面認識部が認識する該研削機構の第１位置と、さらに、該研削機構を下降させ該基台下面認識部が、回転する該研削ホイールの該基台の下面を認識した際に該基台下面認識部が認識する該研削機構の第２位置と、の差を該セグメント砥石の残量として算出する、研削装置。