特許第6441056号(P6441056)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6441056
(24)【登録日】2018年11月30日
(45)【発行日】2018年12月19日
(54)【発明の名称】研削装置
(51)【国際特許分類】
   B24B 49/12 20060101AFI20181210BHJP
   B24B 7/04 20060101ALI20181210BHJP
   H01L 21/304 20060101ALI20181210BHJP
   B24B 1/00 20060101ALI20181210BHJP
【FI】
   B24B49/12
   B24B7/04 A
   H01L21/304 631
   B24B1/00 B
【請求項の数】1
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2014-250114(P2014-250114)
(22)【出願日】2014年12月10日
(65)【公開番号】特開2016-107389(P2016-107389A)
(43)【公開日】2016年6月20日
【審査請求日】2017年10月26日
(73)【特許権者】
【識別番号】000134051
【氏名又は名称】株式会社ディスコ
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【弁理士】
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100132067
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 喜雅
(74)【代理人】
【識別番号】100137903
【弁理士】
【氏名又は名称】菅野 亨
(74)【代理人】
【識別番号】100150304
【弁理士】
【氏名又は名称】溝口 勉
(72)【発明者】
【氏名】山中 聡
【審査官】 亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】 特開2005−251924(JP,A)
【文献】 特開2009−050944(JP,A)
【文献】 特開2012−152858(JP,A)
【文献】 特開平11−288902(JP,A)
【文献】 特開2013−016535(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B24B 49/12
G01B 11/30
B24B 7/04
H01L 21/304
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを連続回転させる回転手段と、該チャックテーブルを該回転手段で連続回転させ保持する板状ワークを研削砥石で研削する研削手段と、を備えた研削装置であって、
該研削手段で研削される該チャックテーブルが保持する板状ワークの割れを検出する割れ検出手段を備え、
該割れ検出手段は、板状ワークの上方から板状ワークの上面に向って測定光を照射する照射部と、該照射部から照射される測定光が板状ワークの該上面で反射した反射光と板状ワークの下面で反射した反射光とを受光する受光部と、板状ワークの該上面及び該下面で反射した反射光から板状ワークの厚みを算出する厚み算出部と、該受光部が受光する該上面で反射した反射光または該下面で反射した反射光の受光量が予め設定した許容範囲を超えた時に割れと判断する判断部と、を備える研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、サファイア(Al)、炭化ケイ素(SiC)等の硬質な板状ワークを研削する研削装置に関する。
【背景技術】
【0002】
サファイア、炭化ケイ素等の硬質な板状ワークの研削加工では、研削荷重によって板状ワークが割れる場合がある。板状ワークに割れが生じた状態で研削加工が継続されると、研削砥石に欠けが生じて研削砥石の研削力が低下する。研削力の低下により板状ワークが減厚され難くなり、板状ワークに余計な荷重が掛ることで更に割れが悪化すると共に、研削砥石に多くの欠けが生じてしまう。この結果、チャックテーブルの保持面に板状ワークの破損屑が付着すると共に正常な研削力を持たない研削砥石で後続の板状ワークが研削されるため、後続の板状ワークにも割れが生じていた。
【0003】
このため、板状ワークに割れが生じた状態で研削を継続させないように、定期的に板状ワークの割れを特定する方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。特許文献1に記載の方法では、板状ワークから保護テープを剥がしたときに、板状ワークの割れが保護テープに転写されることを利用して、保護テープに生じた凹凸形状から板状ワークの割れを特定している。特許文献2に記載の方法では、チャックテーブル内に設けられた発光部からチャックテーブル上の板状ワークを照射して、板状ワークの割れ目から漏れる光を撮像して板状ワークの割れを特定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2013−131537号公報
【特許文献2】特開2014−154708号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1、2に記載の板状ワークの割れの特定方法は、いずれも研削加工後の板状ワークの割れを判断するものである。すなわち、特許文献1に記載の方法は、板状ワークから保護テープを剥がさなければ割れを特定できず、特許文献2に記載の方法は、研削加工を停止させなければ、板状ワークの表面を撮像することができない。したがって、板状ワークの研削が完了するまでは、板状ワークが割れた状態であっても研削加工が継続されてしまうため、研削砥石の劣化が進むと共に破損屑がチャックテーブルに付着して、板状ワークに割れが発生するという問題があった。
【0006】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、板状ワークの割れを最小限に留めて、研削砥石の劣化を抑制して後続の板状ワークの割れを防止することができる研削装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の研削装置は、板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを連続回転させる回転手段と、該チャックテーブルを該回転手段で連続回転させ保持する板状ワークを研削砥石で研削する研削手段と、を備えた研削装置であって、該研削手段で研削される該チャックテーブルが保持する板状ワークの割れを検出する割れ検出手段を備え、該割れ検出手段は、板状ワークの上方から板状ワークの上面に向って測定光を照射する照射部と、該照射部から照射される測定光が板状ワークの該上面で反射した反射光と板状ワークの下面で反射した反射光とを受光する受光部と、板状ワークの該上面及び該下面で反射した反射光から板状ワークの厚みを算出する厚み算出部と、該受光部が受光する該上面で反射した反射光または該下面で反射した反射光の受光量が予め設定した許容範囲を超えた時に割れと判断する判断部と、を備える。
【0008】
この構成によれば、板状ワークに向けて測定光を照射して、反射光の受光量の変化から板状ワークの割れが判断される。研削加工を継続した状態で受光量の変化を監視するため、板状ワークの割れを即座に判断することができる。よって、板状ワークの割れを最小限に留めて、研削手段の研削砥石の劣化が進む前に研削加工を停止することができ、研削砥石の劣化や板状ワークの破損屑による後続の板状ワークの割れを防止することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、板状ワークに向けて測定光を照射して、反射光の受光量の変化から板状ワークの割れを判断することで、板状ワークの割れを最小限に留めて、研削砥石の劣化を抑制して後続の板状ワークの割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。
図2】本実施の形態に係る研削動作の説明図である。
図3】本実施の形態に係る厚み測定手段の模式図である。
図4】本実施の形態に係る板状ワークの割れと受光量の関係を示す説明図である。
図5】本実施の形態に係る板状ワークの厚み測定及び割れ検出の説明図である。
図6】変形例に係る高さ測定手段の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。図1は、本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、図1に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。なお、以下の図では、説明の便宜上、BG(Back-Grinding)テープについては記載を省略している。
【0013】
図1に示すように、研削装置1は、多数の研削砥石48を円環状に並べた研削ホイール46を用いて、チャックテーブル21に保持された板状ワークWを研削するように構成されている。研削装置1は、チャックテーブル21の回転軸と研削ホイール46の回転軸が偏心され、円環状に並んだ研削砥石48が板状ワークWの上面81を通過することで板状ワークWが円弧状に削られて薄化される。なお、板状ワークWは、サファイア、炭化ケイ素等の硬質な板状ワークに限らず、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよいし、樹脂や金属等で形成された基板でもよい。
【0014】
研削装置1の基台11の上面には、X軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル21と共に移動可能な移動板12及び蛇腹状の防水カバー13に覆われている。防水カバー13の下方には、チャックテーブル21をX軸方向に移動させるボールねじ式の進退手段(不図示)と、チャックテーブル21を連続回転させる回転手段22とが設けられている。チャックテーブル21の表面には、多孔質のポーラス材によって板状ワークWを吸着する保持面23が形成されている。保持面23は、チャックテーブル21内の流路を通じて吸引源(不図示)に接続されており、保持面23に生じる負圧によって板状ワークWが吸引保持される。
【0015】
基台11上のコラム14には、研削手段41をチャックテーブル21に対して研削送り方向(Z軸方向)に接近及び離間させる研削送り手段31が設けられている。研削送り手段31は、コラム14に配置されたZ軸方向に平行な一対のガイドレール32と、一対のガイドレール32にスライド可能に設置されたモータ駆動のZ軸テーブル33とを有している。Z軸テーブル33の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ34が螺合されている。ボールネジ34の一端部に連結された駆動モータ35によりボールネジ34が回転駆動されることで、研削手段41がガイドレール32に沿ってZ軸方向に移動される。
【0016】
研削手段41は、ハウジング42を介してZ軸テーブル33の前面に取り付けられており、円筒状のスピンドル43の下端にマウント44を設けて構成されている。スピンドル43にはフランジ45が設けられ、フランジ45を介してハウジング42に研削手段41が支持される。マウント44の下面には、ホイール基台47に複数の研削砥石48が真円の環状に装着された研削ホイール46が保持されている。複数の研削砥石48は、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤で固めたセグメント砥石で構成される。
【0017】
研削手段41の近傍には、板状ワークWの厚みを測定する厚み測定手段51が設けられている。厚み測定手段51は、例えば非接触式の干渉分光方式で板状ワークWの厚みを測定するものであり、板状ワークWの上面81及び下面82からの反射光の光路差によって板状ワークWの厚みを測定する。また、研削装置1には、装置各部を統括制御する制御手段61が設けられている。制御手段61は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。
【0018】
このように構成された研削装置1では、先ずチャックテーブル21上に板状ワークWが保持される。図1では保持面23が平坦に描かれているが、図2に示すように、実際の保持面23はチャックテーブル21の回転中心を頂点とする緩傾斜の円錐状であり、板状ワークWも保持面23に沿って円錐状に保持される。研削砥石48の研削面に対して円錐状の板状ワークWの上面が平行になるようにチャックテーブル21の傾きが調整された後、研削水が供給されながら研削砥石48と板状ワークWが回転接触することで研削される。研削加工中は、厚み測定手段51によって板状ワークWの厚みがリアルタイムに測定され、厚み測定手段51の測定結果に基づいて研削手段41の送り量が制御されている。
【0019】
ところで、硬質な板状ワークWの研削加工では、上記の研削装置1を用いて、例えば、Z1軸加工、Z2軸加工、Z3軸加工の3段階で徐々に研削砥石の砥粒の粒度を細かくして目標厚みに近づけられる。Z2軸加工では研削荷重によって板状ワークWの割れが生じ易く、板状ワークWの割れに入り込んだ砥粒によって研削砥石48が削られて、研削砥石48に欠けが生じるおそれがある。欠けが生じた研削砥石48で板状ワークWの研削が継続されると、さらに板状ワークWに割れが生じ易くなる。この板状ワークWの割れと研削砥石48の欠けが繰り返されることで研削砥石48の劣化が進み、後続の板状ワークWで割れが生じ易くなるという問題がある。
【0020】
本件発明者が、板状ワークWの受光量と板状ワークWの割れとの関係を調べたところ、厚み測定手段51からの測定光が板状ワークWの割れによって拡散反射して受光量に変化が生じることを発見した。そこで、本実施の形態では、研削加工を継続させた状態で、厚み測定手段51によって板状ワークWの厚みを測定すると共に受光量の変化から板状ワークWの割れを検出するようにしている。これにより、板状ワークWの割れを即座に検出することができ、早期に研削砥石48の劣化を抑えて後続の板状ワークWの割れを防止することが可能になっている。
【0021】
ここで、図3及び図4を参照して厚み測定手段について説明する。図3は、本実施の形態に係る厚み測定手段の模式図である。図4は、本実施の形態に係る板状ワークの割れと受光量の関係を示す説明図である。なお、本実施の形態に係る厚み測定手段は、図3に示す構成に限定されず、光学式で板状ワークの厚みを測定可能な構成であれば、どのように構成されてもよい。
【0022】
図3に示すように、厚み測定手段51には、板状ワークWの上方から板状ワークWの上面81に向かって測定光を照射する照射部52と、測定光が板状ワークWで反射した反射光を受光する受光部53とが設けられている。照射部52から照射された測定光は、板状ワークWの上面81及び下面82で反射されてそれぞれ受光部53で受光される。また、厚み測定手段51には、板状ワークWの上面81及び下面82で反射した反射光から板状ワークWの厚みを算出する厚み算出部54が設けられている。厚み算出部54は、板状ワークWの上面81及び下面82からの反射光の光路差によって板状ワークWの厚みを算出する。
【0023】
厚み測定手段51は、板状ワークWの厚み測定の機能に加えて、板状ワークWの割れを検出する機能を有している。上記したように、板状ワークWに割れが生じると、板状ワークWで測定光が拡散反射されるため、厚み測定手段51は、この拡散反射による受光量の変化を利用して板状ワークWの割れを検出している。厚み測定手段51には、板状ワークWの割れを検出させるために、受光部53が受光する反射光の受光量から板状ワークWの割れを判断する判断部55が設けられている。判断部55には、板状ワークWの割れの判断基準となる受光量の許容範囲が設定されている。
【0024】
判断部55は、板状ワークWの上面81で反射した反射光または板状ワークWの下面82で反射した反射光の受光量が予め設定した許容範囲を超えた時に、板状ワークWに割れが生じたと判断する。なお、許容範囲は、例えば、事前に板状ワークWの割れと受光量との関係を求めておくことで決定される。また、許容範囲は、板状ワークWの上面81からの反射光用と板状ワークWの下面82からの反射光用とで共通に設定されてもよいし、個々に設定されてもよい。厚み算出部54の算出結果及び判断部55の判断結果は、制御手段61に出力されて研削手段41の研削動作の制御に用いられる。
【0025】
そして、研削加工中は、厚み算出部54による板状ワークWの厚み算出がリアルタイムで実施され、厚み算出部54の算出結果に基づいて板状ワークWが目標の仕上げ厚みに近づくように研削手段41の送り量が制御される。また、研削加工中は、判断部55による板状ワークWの割れ検出もリアルタイムで実施され、判断部55の判断結果に基づいて研削手段41の駆動と停止が制御される。判断部55によって板状ワークWの割れと判断されていない間は研削加工が継続され、判断部55によって板状ワークWの割れと判断された場合には、研削手段41が停止されて板状ワークWの割れがオペレータに知らされる。
【0026】
図4Aに示すように、板状ワークWの割れ83は、板状ワークの外縁から中心に向って発生し、中心を通過後、板状ワークWの中心から径方向外側の外縁に向かって発生する傾向がある。したがって、厚み測定手段51で板状ワークWの径方向の所定位置に測定光を照射させた状態で板状ワークWを回転させることで、板状ワークWに生じた割れ83を見落とすことなく検出することが可能になっている。なお、厚み測定手段51は、板状ワークWの径方向で位置を変えながら、板状ワークWの径方向の複数の箇所で割れ83を検出してもよい。
【0027】
図4Bに示すように、板状ワークWの割れ83に測定光が反射されると、測定光の拡散反射によって受光量が大きく変化する。受光量は、板状ワークWの割れ83が生じた角度位置において、大きく低下した後に大きく上昇するように変化する。この受光量が許容範囲を超えるか否かに応じて板状ワークWの割れ83が検出される。なお、受光量の変化(ピーク)は周期的に現れるため、受光量の変化が複数回にわたって表れたときに板状ワークWの割れと検出してもよい。また、受光量が許容範囲の上限、下限の一方を超えたときに板状ワークWの割れ83と判断してもよいし、許容範囲の上限、下限の両方を超えたときに板状ワークWの割れ83と判断してもよい。
【0028】
続いて、図5を参照して、厚み測定手段による板状ワークの厚み測定及び割れ検出について説明する。図5は、本実施の形態に係る板状ワークの厚み測定及び割れ検出の説明図である。なお、図5に示す厚み測定処理及び割れ検出処理は一例を示すものであるため、この構成に限定されるものではない。また、チャックテーブルの保持面が平坦に記載されているが、実際には緩傾斜の円錐状に形成されている。さらに、説明の便宜上、Z2軸用の研削装置もZ3軸用の研削装置も同一の符号を付している。
【0029】
図5Aに示すように、Z1軸加工(粗研削加工)後の板状ワークWがZ2軸用の研削装置に搬入されて、板状ワークWの中心がチャックテーブル21の中心に合うように保持される。そして、研削ホイール46がZ軸回りに回転されながら板状ワークWに近づけられ、研削砥石48と板状ワークWとが相対的に摺動されて板状ワークWがZ2軸加工される。Z2軸加工(中研削加工)では、Z1軸加工よりも粒度の細かい研削砥石48を用いて研削加工が実施される。研削加工中は、厚み測定手段51でエアーが噴き付けられながら、板状ワークWの厚みの測定と板状ワークWの割れの検出がリアルタイムで実施されている。
【0030】
厚み測定手段51からの板状ワークWの厚みに基づいて、板状ワークWの厚みが目標の厚みに達するまで板状ワークWが研削加工される。研削加工中に厚み測定手段51によって板状ワークWの割れが検出されると、研削加工が停止されてオペレータにチャックテーブル21上の板状ワークWの撤去が促される。このように、板状ワークWに割れが生じたときには即座に研削加工が停止されるため、板状ワークWが割れた状態で研削が継続されることがなく、研削砥石48の劣化が進むこともない。よって、研削砥石48の劣化が抑えられるため、後続の板状ワークWの割れを防止することができる。
【0031】
一方で、研削加工中に板状ワークWに割れが検出されない場合には、Z3軸用の研削装置に搬入されて、Z3軸加工(仕上げ研削加工)が実施される。Z3軸加工では、チャックテーブル21上で接触式の厚み測定装置63で板状ワークWが仕上げ研削される。このように、割れの無い板状ワークWについてのみ後段の研削加工が行われる。Z3軸加工では、Z2軸加工よりも粒度の細かい研削砥石48を用いて研削加工が実施される。また、本実施の形態では、板状ワークWの厚みの測定と板状ワークWの割れの検出を同時に実施する構成にしたが、板状ワークWの厚みの測定中に、板状ワークWの割れの検出を定期的に入れ込む構成にしてもよい。
【0032】
さらに、板状ワークWのZ2軸加工の終了後に板状ワークWの割れを検出する構成にしてもよい。この場合、Z2軸用の研削装置でZ2軸加工後に続けて板状ワークWの割れを検出してもよいし、図5Bに示すように、Z3軸用の研削装置でZ3軸加工前に板状ワークWの割れを検出してもよい。この構成でも、板状ワークWが割れた状態で後段のZ3軸研削が実施されることがなく、研削砥石48の劣化を抑えて、後続の板状ワークWの割れを防止できる。なお、Z2、Z3軸加工のいずれかで板状ワークWの割れを検出する構成に限らず、Z1、Z2、Z3軸加工のすべてで板状ワークWの割れを検出してもよい。Z1軸加工においても割れが発生する場合があり、Z1軸加工で板状ワークWの外周縁にクラックが入り、Z2軸研削中またはZ3軸研削中に割れが発生することもある。このため、Z1軸加工の研削装置についても割れ検出専用の光センサを取り付けるようにしてもよい。
【0033】
以上のように、本実施の形態に係る研削装置1では、板状ワークWに向けて測定光を照射して、反射光の受光量の変化から板状ワークWの割れが判断される。研削加工を継続した状態で受光量の変化を監視するため、板状ワークWの割れを即座に判断することができる。よって、板状ワークWの割れを最小限に留めて、研削手段41の研削砥石48の劣化が進む前に研削加工を停止することができ、研削砥石48の劣化や板状ワークWの破損屑に起因した後続の板状ワークWの割れを防止することができる。
【0034】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【0035】
例えば、上記した実施の形態においては、割れ検出手段として厚み検出手段を用いて板状ワークの割れを検出する構成にしたが、この構成には限定されない。割れ検出手段は、照射部から照射された測定光が板状ワークで反射した反射光を受光部で受光して、受光量から板状ワークの割れを検出可能な構成であれば、どのように構成されていてもよい。例えば、割れ検出手段は、板状ワークの割れ検出専用に構成された検出装置であってもよいし、図6に示すように、非接触式のハイトゲージ等の高さ測定手段71で構成されてもよい。
【0036】
高さ測定手段71のヘッド内には、板状ワークWの上面高さの測定基準となる参照反射面76が設けられている。高さ測定手段71は、ヘッド内の参照反射面76からの反射光と板状ワークWの上面81からの反射光によって上面高さを測定するようにしている。高さ測定手段71には、板状ワークWの上方から測定光を照射する照射部72と、測定光が板状ワークWで反射した反射光を受光する受光部73と、参照反射面76からの反射光と板状ワークWの上面81からの反射光から板状ワークWの上面高さを算出する高さ算出部74が設けられている。
【0037】
また、高さ算出部74には、上記した厚み測定手段51と同様に、受光部73が受光する反射光の受光量から板状ワークWの割れを判断する判断部75が設けられている。判断部75は、板状ワークWの上面81で反射した反射光の受光量が予め設定した許容範囲を超えた時に、板状ワークWに割れが生じたと判断する。このような構成であっても、板状ワークWの割れを即座に検出して、研削手段41の研削砥石48の劣化が進む前に研削加工を停止することができ、後続の板状ワークWの割れを防止することができる。
【0038】
また、上記した実施の形態においては、インフィード研削する際に板状ワークWの割れを検出する構成について説明したが、クリープフィード研削する際に板状ワークWの割れを検出することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【0039】
以上説明したように、本発明は、板状ワークの割れを最小限に留めて、研削砥石の劣化を抑制して後続の板状ワークの割れを防止することができるという効果を有し、特に、サファイア、炭化ケイ素等の硬質な板状ワークを研削する研削装置に有用である。
【符号の説明】
【0040】
1 研削装置
21 チャックテーブル
22 回転手段
41 研削手段
46 研削ホイール
48 研削砥石
51 厚み測定手段(割れ検出手段)
52、72 照射部
53、73 受光部
54 厚み算出部
55、75 判断部
71 高さ測定手段(割れ検出手段)
74 高さ算出部
81 板状ワークの上面
82 板状ワークの下面
83 板状ワークの割れ
W 板状ワーク
図1
図2
図3
図4
図5
図6