特許 7464412 加工装置

(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】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】加工装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 49/04 20060101AFI20240402BHJP

   B24B 49/12 20060101ALI20240402BHJP

   B24B 7/04 20060101ALI20240402BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

B24B49/04 Z

B24B49/12

B24B7/04 A

H01L21/304 631

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020040366

(22)【出願日】2020-03-09

(65)【公開番号】P2021137942

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100169960

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 貴光

(72)【発明者】

【氏名】佃 昌治

(72)【発明者】

【氏名】牧野 智彦

(72)【発明者】

【氏名】森田 由希

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－００９０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１６６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１１１２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７２５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５４９２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ７／００ － ７／３０

Ｂ２４Ｂ ４９／０４

Ｂ２４Ｂ ４９／１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｇ０１Ｂ ７／００

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの表面を加工する加工装置であって、
前記ワークを吸着保持した状態で回転可能なチャックテーブルと、
前記ワークの表面までの距離を非接触で測定する測定手段と、
前記チャックテーブルの回転に応じて前記ワークの周方向に移動する前記測定装置の測定点の軌跡上において、前記チャックテーブルの回転数、前記チャックテーブルの回転周期及び前記測定装置のサンプリング周期に応じて算出される前記測定点間の距離が前記測定点のスポット径を下回り、前記測定点が前記軌跡の全周に亘って隙間なく設定されるように、前記チャックテーブルの回転周期及び前記測定装置のサンプリング周期を調整可能な制御手段と、
を備えていることを特徴とする加工装置。

【請求項2】

前記測定装置は、光干渉式の変位センサであることを特徴とする請求項１記載の加工装置。

【請求項3】

前記測定装置は、光量測定センサであることを特徴とする請求項１記載の加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークの表面を加工する加工装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

特許文献１には、粗研削加工及び精研削加工の順にワークを加工する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－１１７６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ワークに対して研削加工又は研磨加工を行う際に、ワークの表面（被加工面）に溝状のクラックが生じることがある。特に、目の粗い研削砥石を用いる粗研削加工では、クラックが生じやすい傾向にある。クラックが生じると、ワークから剥離した破片が砥石に噛み込んで、その後に加工するワークにひっかき傷のような深刻なダメージを与える虞があった。

【0006】

しかしながら、従来は、オペレ―タが加工後のワークを目視で検査するため、クラックの発生を事後的に確認するに留まっており、さらに、クラックが何れのタイミングで形成されたかが定かではないため、クラック発生の原因究明に時間を要するという問題があった。

【0007】

そこで、クラックを速やか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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明に係る加工装置は、ワークの表面を加工する加工装置であって、前記ワークを吸着保持した状態で回転可能なチャックテーブルと、前記ワークの表面までの距離を非接触で測定する測定手段と、前記チャックテーブルの回転に応じて前記ワークの周方向に移動する前記測定装置の測定点の軌跡上において、前記チャックテーブルの回転数、前記チャックテーブルの回転周期及び前記測定装置のサンプリング周期に応じて算出される前記測定点間の距離が前記測定点のスポット径を下回り、前記測定点が前記軌跡の全周に亘って隙間なく設定されるように、前記チャックテーブルの回転周期及び前記測定装置のサンプリング周期を調整可能な制御手段と、を備えている。

【0009】

この構成によれば、測定装置の測定点がワーク上で周方向に略全周に拡がるため、ワークの加工中に、ワーク表面に生じたクラックを直ちに検知することができる。

【0010】

また、本発明に係る加工装置は、前記測定装置が、光干渉式の変位センサであることが好ましい。

【0011】

また、本発明に係る加工装置は、前記測定装置が、光量測定センサであることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、ワークの加工中に、ワーク表面に生じたクラックを直ちに検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る研削装置を示す正面図。

【図2】チャックテーブルと測定装置の配置関係を示す平面図。

【図3】チャックテーブルが回転する度に、測定装置の測定点が増加する様子を示す模式図。

【図4】測定装置の測定点間の距離がスポット径に対して広い状態を示す模式図と、測定装置の測定値を示すグラフ。

【図5】測定装置の地点間の距離がスポット径に対して狭い状態を示す模式図と、測定装置の測定値を示すグラフ。

【図6】本発明の変形例において、クラックの有無を判定する様子を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の一実施形態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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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、チャックテーブル３と、を備えている。

【0018】

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。

【0019】

研削砥石２１は、例えば＃６００の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。

【0020】

砥石スピンドル２２は、研削砥石２１を回転軸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。なお、研削砥石２１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（時計回り）であっても構わない。

【0021】

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。

【0022】

チャックテーブル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（反時計回り）であっても構わない。

【0023】

チャックテーブル３は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる図示しない吸着体が埋設されている。チャックテーブル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、チャックテーブル３に載置されたワークＷがチャックテーブル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とチャックテーブル３との吸着が解除される。

【0024】

研削装置１は、測定装置４を備えている。測定装置４は、チャックテーブル３の上方に配置されている。測定装置４は、光干渉式の変位センサであり、例えば、株式会社東京精密製のＯｐｔ－ｍｅａｓｕｒｅ等である。

【0025】

測定装置４は、ワークＷの表面に向けて照射光を照射し、ワークＷの表面で反射した反射光を受光することで、測定装置４とワークＷ表面との距離（変位）を非接触で計測する。すなわち、測定装置４は、測定装置４の直下に設定される測定点ＰにおけるワークＷまでの距離を測定する。

【0026】

測定点Ｐは、クラックが比較的生じ易いワークＷの周縁付近（例えば、ワークＷの外周から５ｍｍ程度内側）に設定されるのが好ましい。ワークＷ上の測定点Ｐは、チャックテーブル３の回転駆動により、図２中の円状の軌跡Ｌに沿ってワークＷの周方向に移動する。

【0027】

研削装置１の動作は、制御装置５によって制御される。制御装置５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５は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置５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。

【0028】

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。

【0029】

まず、ワークＷをチャックテーブル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及びチャックテーブル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。

【0030】

次に、測定装置４は、ワークＷ上の測定点Ｐまでの距離を測定し、測定値を制御装置５に送る。また、ワークＷが回転軸３ａ周りに回転するにしたがって、ワーク上の測定点Ｐが、ワークＷの周方向に移動する。

【0031】

また、制御装置５は、ワークＷを繰り返し回転させて、測定点Ｐが軌跡Ｌの全周に及ぶように、制御装置５は、チャックテーブル３の回転周期、測定装置４のサンプリング周期の位相差を調整する。チャックテーブル３、測定装置４の測定条件の一例を以下に示す。

【0032】

［測定条件］
・ワークＷの外径：12ｉｎｃｈ
・ワークＷの厚み：２５μｍ
・チャックテーブル３の回転速度：２０１ｒｐｍ
・チャックテーブル３の周期：３．３５Ｈｚ
・測定点Ｐの位置：ワーク外周から内側に５ｍｍ
・測定点Ｐスポットの径：約５０μｍ
・測定装置４のサンプリング周期：１０２５Ｈｚ

【0033】

図３（ａ）～（ｃ）は、チャックテーブル３の回転数に応じて、測定点Ｐが増加する様子を示す模式図である。図３（ａ）は、ワークＷが１回転した場合の測定点Ｐの位置関係を示し、図３（ｂ）は、ワークＷが２回転した場合の測定点Ｐの位置関係を示し、図３（ｃ）は、測定点ＰがワークＷの全周に及んだ状態を示す。なお、図３中の測定点Ｐのスポット径は、説明の都合により実際よりも拡大している。

【0034】

上述した測定条件においては、図３（ａ）に示すように、ワークＷが１周した際の測定点Ｐの数は約３０６であり、測定点Ｐ間の距離は約２９７８μｍとなる。同様に、図３（ｂ）に示すように、ワークＷが２周した際の測定点Ｐの数は約６１２であり、測定点Ｐ間の距離は約１４８９μｍとなる。このように、ワークＷの回転数が少ない場合には、測定点Ｐ間の距離が測定点Ｐのスポット径を上回っており、測定装置４の測定点Ｐが軌跡Ｌ上に疎らに散乱している状態である。

【0035】

その後もワークＷを回転し続けて、ワークＷが６７周すると、図３（ｃ）に示すように、測定点Ｐの数は約２０５００点になり、測定点Ｐ間の距離が４４．４μｍとなり、測定点Ｐのスポット径（５０μｍ）を下回り、測定点Ｐが軌跡Ｌの全周に亘って隙間なく設定される。

【0036】

次に、制御装置５は、測定装置４の測定値に基づいてワークＷ表面にクラック（微小な段差）が生じているか否かを判定する。

【0037】

具体的には、図４（ａ）に示すように、ワークＷ上で隣り合う測定点Ｐ間の距離が測定点Ｐの径に比べて著しく長い場合、隣り合う測定点Ｐの間にクラックが形成されていると、図４（ｂ）に示すように測定装置４の測定値に変動はないため、制御装置５は、変位の変動に基づいてクラックを検出することができない。なお、図４（ｂ）に示す測定装置４の測定値は、測定装置４とワークＷ表面との距離の変動を微分したものであり、測定装置４とワークＷ表面との距離に変動がないため、測定値は略一定である。

【0038】

一方、図５（ａ）に示すように、隣り合う測定点Ｐが軌跡Ｌの略全周に拡がり、ワークＷ上で隣り合う測定点Ｐ間の距離が測定点Ｐの径に比べて短い場合には、少なくとも１つの測定点Ｐがクラック内に配置されるため、図５（ｂ）に示すように測定装置４の測定値がクラックの位置に応じて変動するため、制御装置５は、変位の変動に基づいてクラックを検出することができる。なお、図５（ｂ）に示す測定装置４の測定値は、測定装置４とワークＷ表面との距離の変動を微分したものであり、クラックの前後で測定値は増大した後に減少する。

【0039】

このようにして、制御装置５は、ワークＷの研削加工中に、ワークＷ表面に形成されたクラックを直ちに検知することができる。

【0040】

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及びチャックテーブル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、チャックテーブル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。

【0041】

なお、測定装置４は、上述した構成に代えて、ワークＷ表面で反射した反射光の光強度を測定する光量測定センサであっても構わない。この場合には、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、測定装置４の測定値は、クラックにおいて減少するように変動することから、制御装置５は、反射光の光強度の変動に基づいて、クラックの有無を検知することができる。なお、このような測定装置４としては、上述した変位センサの分光器を用いることが考えられるが、これに限定されるものではない。

【0042】

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。

【0043】

なお、本実施形態は、研削装置１に測定装置４を適用した場合を例に説明したが、ワークＷを研磨パッドで研磨する研磨装置に測定装置４を適用することも可能である。

【符号の説明】

【0044】

１ ：研削装置（加工装置）
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 ：チャックテーブル
３ａ ：回転軸
３１ ：チャックスピンドル
４ ：測定装置（測定手段）
５ ：制御装置（制御手段）
Ｌ ：軌跡
Ｐ ：測定点
Ｗ ：ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】