JP5743817B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物を研削または研磨する加工装置に関する。

半導体ウェーハ等の被加工物を研削、研磨するための研削装置や研磨装置として、特許文献１、２に開示される構成ものは周知であり、広く利用されている。

これらの研削装置や研磨装置では、保持テーブルに保持されて回転する被加工物の中心部と外周部における周速が異なるため、単位時間当たりの仕事量に差が生じ、加工の進行度が異なる。このため、加工された被加工物の中心部と外周部とで厚みにばらつきが生じてしまうという問題があった。

そこで、この問題を解決する手法として、特許文献３では、研削後の被加工物の平坦度を検出し、検出された平坦度に応じて保持テーブルの傾きを変更し得る研削装置が提案されている。この技術によれば、１枚目に加工する被加工物について保持テーブルの傾きを調整することで、２枚目以降の被加工物について所望の平坦度が実現され易いこととなる。

特開２００２−２００５４５号公報 特開２００６−２１６８９５号公報 特開２００８―２６４９１３号公報

ところが、特許文献３に開示されるような研削装置を用いる場合には、被加工物を一度研削した後に、その平坦度を検出し、その検出された平坦度に基づいて保持テーブルの傾きを調整するものであったため、１枚目に加工する被加工物については、１回の研削加工で平坦化させることが予定されていないものであった。

このため、１枚目に加工する被加工物については、平坦度の検出、その後の保持テーブルの傾き調整をすることが前提となっており、場合によっては、１枚目に加工する被加工物について、研削、平坦度の検出、保持テーブルの傾き調整、といった一連のステップを繰り返す必要が生じてしまうことになる。

そこで、本発明では、１枚目に加工する被加工物についても１回の加工によって所望の平坦度に加工することを実現するための加工装置を提案する。

請求項１に記載の発明によると、被加工物を保持する保持面を有した保持手段と、保持手段で保持された被加工物を研削または研磨する加工手段と、加工手段を保持手段の保持面に対して近接離反する方向に所定の送り速度で移動させる加工送り手段と、加工送り手段を制御する制御手段と、を備えた加工装置であって、加工装置は、加工後の被加工物の被加工面の所望平坦度を入力する所望平坦度入力手段をさらに具備し、加工手段は、研削砥石または研磨パッドを含む加工ホイールと、加工ホイールが装着されるマウンタと、マウンタを支持するスピンドルとスピンドルを回転させるモータとを含むスピンドルユニットと、を有し、制御手段は、加工中のモータの最大負荷電流値と、最大負荷電流値以内で加工された被加工物の加工後の被加工面の平坦度を示す被加工面平坦度毎最大負荷電流値表を格納する格納部と、加工中のモータの負荷電流値をモニタする負荷電流値モニタ部と、所望平坦度と格納部に格納された被加工面平坦度毎最大負荷電流値表とから所望平坦度に対応する最大負荷電流値を選択する選択部と、負荷電流値モニタ部でモニタされる加工中のモータの負荷電流値が、選択部で選択された最大負荷電流値以下になるように加工送り手段の送り速度を制御する送り制御部と、を備えることを特徴とする加工装置が提供される。

好ましくは、加工後の被加工物の被加工面の平坦度を検出する平坦度検出手段をさらに備える。

本発明の加工装置では、制御手段に被加工面平坦度毎最大負荷電流値表を格納しており、所望の平坦度に応じて加工手段のモータの最大負荷電流値が選択される。そして加工中の加工手段のモータの負荷電流値が選択された最大負荷電流値以内となるように加工送り速度が制御されるため、１枚目に加工する被加工物であっても、１回の加工によって所望の平坦度へ加工できる。

加工装置の一例である研削装置の外観斜視図である。 制御手段と所望平坦度入力手段について示すブロック図である。 （Ａ）は、粗研削がなされる場合の被加工面平坦度毎最大負荷電流値表の例について示す図。（Ｂ）は、仕上げ研削がなされる場合の被加工面平坦度毎最大負荷電流値表の例について示す図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。加工装置の一例として、半導体ウェーハの研削装置２の外観斜視図が図１に示されている。４は研削装置２のハウジング（ベース）であり、ハウジング４の後方には二つのコラム６ａ，６ｂが垂直に立設されている。

コラム６ａには、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。この一対のガイドレール８に沿って粗研削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。粗研削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

加工手段としての粗研削ユニット１０は、複数の粗研削用の研削砥石２６を有する研削ホイール２４と、ハウジング２０中に回転可能に収容されて研削ホイール２４が装着されるマウンタ（不図示）と、マウンタを支持するスピンドルとスピンドルを回転させるサーボモータ２２と、を含んでいる。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される粗研削ユニット移動機構１８を備えている。粗研削ユニット移動機構１８は、加工送り手段として機能するものであり、パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

他方のコラム６ｂにも、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）１９が固定されている。この一対のガイドレール１９に沿って仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動可能に装着されている。

加工手段としての仕上げ研削ユニット２８は、そのハウジング３６が一対のガイドレール１９に沿って上下方向に移動する図示しない移動基台に取り付けられている。仕上げ研削ユニット２８は、複数の仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０と、ハウジング３６中に回転可能に収容されて研削ホイール４０が装着されるマウンタ（不図示）と、マウンタを支持するスピンドルとスピンドルを回転させるサーボモータ３８と、を含んでいる。

仕上げ研削ユニット２８は、仕上げ研削ユニット２８を一対のガイドレール１９に沿って上下方向に移動するボールねじ３０とパルスモータ３２とから構成される仕上げ研削ユニット移動機構３４を備えている。仕上げ研削ユニット移動機構３４は、加工送り手段として機能するものであり、パルスモータ３２を駆動すると、ボールねじ３０が回転し仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動される。

研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてハウジング４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル４４を具備している。ターンテーブル４４は比較的大径の円盤状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印４５で示す方向に回転される。

ターンテーブル４４には、互いに円周方向に１２０°離間して３個のチャックテーブル４６が水平面内で回転可能に配置されている。チャックテーブル４６は、ポーラスセラミック材によって円盤状に形成された吸着チャックを有しており、吸着チャックの保持面上に載置されたウェーハを真空吸引手段を作動することにより吸引保持する保持手段として機能する。

ターンテーブル４４に配設された３個のチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４が適宜回転することにより、ウェーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウェーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃのそれぞれの位置には、各チャックテーブル４６に載置された加工後のウェーハの被加工面（裏面）の平坦度を検出するための平坦度検出手段４７，４８が設けられる。平坦度検出手段４７，４８の具体的な構造については特に限定されるものではないが、例えば、ウェーハの被加工面（裏面）を走査するために揺動するプローブ４７ａ，４８ａを設け、プローブ４７ａ，４８ａにて平坦度を検出する構成が考えられる。

ハウジング４の前側部分には、ウエーハカセット５０と、リンク５１及びハンド５２を有するウェーハ搬送ロボット５４と、複数の位置決めピン５８を有する位置決めテーブル５６と、ウェーハ搬入機構（ローディングアーム）６０と、ウェーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２と、研削されたウェーハを洗浄及びスピン乾燥するスピンナ洗浄装置６４と、スピンナ洗浄装置６４で洗浄及びスピン乾燥された研削後のウェーハを収容する収容カセット６６が配設されている。

スピンナ洗浄装置６４には、研削された半導体ウェーハ１１を吸引保持して回転する半導体ウェーハ１１より小径のスピンナテーブル６８が装着されている。７０はスピンナ洗浄装置６４のカバーである。

図２に示されるように、本実施形態では、粗研削ユニット１０、仕上げ研削ユニット２８において、各ユニットをそれぞれ上下方向に移動させるパルスモータ１６，３２や、研削ホイール２４，４０を回転駆動するサーボモータ２２，３８を制御するための制御手段８０を備えている。

制御手段８０は、加工中のサーボモータ２２，３８の最大負荷電流値Ｍと、最大負荷電流値Ｍ以内で加工されたウェーハ１１の加工後の被加工面の平坦度Ｈを示す被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１，Ｔ２（図３（Ａ）（Ｂ）参照）を格納する格納部８１と、加工中のサーボモータ２２，３８の負荷電流値をモニタする負荷電流値モニタ部８２と、所望平坦度と格納部に格納された被加工面平坦度毎最大負荷電流値表とから所望平坦度に対応する最大負荷電流値を選択する選択部８３と、負荷電流値モニタ部でモニタされる加工中のモータの負荷電流値が、選択部８３で選択された最大負荷電流値以下になるように加工送り手段の送り速度を制御する送り制御部８４と、を有している。

格納部８１には、図３（Ａ）（Ｂ）にて概念的に示されるデータテーブルが格納される。図３（Ａ）は、粗研削ユニット１０のサーボモータ２２を駆動する際の最大負荷電流値Ｍと、最大負荷電流値Ｍ以内で加工されたウェーハ１１の加工後の被加工面の平坦度Ｈと、を対応付けた被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１の概念図である。なお、本明細書における「平坦度」とは、被加工物の最大厚み寸法と最小厚み寸法の差であり、例えば、マイクロメートル（μｍ）の単位が使用される。

この被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１は、被加工物がシリコンウェーハであり、＃３２０の番手（種別）の研削ホイールを用いて研削量Ｖ１だけ加工した場合における、最大負荷電流値Ｍと、平坦度Ｈを関連付けたものであり、例えば、最大負荷電流値Ｍが「５」Ａ（アンペア）以下の場合には、平坦度Ｈが「３」μｍとなることが関連付けられている。

さらに、被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１には、最大負荷電流値Ｍと、被加工面形状の関連付けがされている。つまり、例えば、最大負荷電流値Ｍが「５」Ａ以下の場合には、中凹形状（被加工物の中心部の厚みが外周部の厚みよりも薄い形状）となることが関連付けられている。

図３（Ｂ）は、同様に、仕上げ研削ユニット２８のサーボモータ３８を駆動する際の最大負荷電流値Ｍと、最大負荷電流値Ｍ以内で加工されたウェーハ１１の加工後の被加工面の平坦度Ｈと、を対応付けた被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ２の概念図である。

同様に、この被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ２は、被加工物がシリコンウェーハであり、＃２０００の番手（種別）の研削ホイールを用いて研削量Ｖ２だけ加工した場合における、最大負荷電流値Ｍと、平坦度Ｈを関連付けたものであり、例えば、最大負荷電流値Ｍが「６」Ａ以下の場合には、平坦度Ｈが「３」μｍとなることが関連付けられている。

さらに、同様に、被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ２には、最大負荷電流値Ｍと、被加工面形状の関連付けがされている。つまり、例えば、最大負荷電流値Ｍが「９」Ａ以下の場合には、中凸形状（被加工物の中心部の厚みが外周部の厚みよりも厚い形状）となることが関連付けられている。

被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１，Ｔ２は、予めテスト加工を実施してデータを集めて作成され、格納部８１に記憶された状態とされる。被加工面平坦度毎最大負荷電流値表は、例えば、被加工物の材質ごと、研削ホイールの種類ごと、研削量ごとに作成される。この被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１，Ｔ２を作成する際には、平坦度検出手段４７，４８による測定結果をデータとして用いることができる。

そして、以上の被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１，Ｔ２を予め作成、格納しておくことにより、所望平坦度（所望の平坦度）が指定された際に、当該指定された平坦度に対応する最大負荷電流値Ｍが指定されることができる。本実施形態では、図２に示すように、制御手段８０に選択部８３が設けられることにより、所望平坦度入力手段９０により入力される所望平坦度に対応する最大負荷電流値Ｍを、格納部８１から選択することとしている。

所望平坦度入力手段９０は、制御手段８０の選択部８３に情報を入力するための入力手段であり、例えば、タッチパネルなどで構成される。所望平坦度入力手段９０にて入力される入力情報は、加工後の被加工物の所望平坦度、被加工物の材質、研削ホイールの種類、研削量、などである。なお、所望平坦度入力手段９０の形態については、具体的な数値を入力する形態とするほか、例えば、図３（Ａ）に示される被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１をタッチパネル上に表示させ、数値を選択させる形態も考えられる。

そして、選択部８３は、これらの入力情報に対応する被加工面平坦度毎最大負荷電流値表を選択するとともに、当該選択された被加工面平坦度毎最大負荷電流値表中における所望平坦度と一致する平坦度Ｈに対応する最大負荷電流値Ｍを選択する。

図２に示されるように、加工中においては、制御手段８０の負荷電流値モニタ部８２により、サーボモータ２２，３８の負荷電流値がモニタされ、モニタされた各負荷電流値は送り制御部８４に入力される。送り制御部８４は、加工送り手段（粗研削ユニット移動機構１８、仕上げ研削ユニット移動機構３４）の送り速度を制御するためのものであり、具体的にはパルスモータ１６，３２を制御することで研削ホイール２４，４０の移動速度を制御するものである。

そして、送り制御部８４においては、負荷電流値モニタ部８２でモニタされる加工中のサーボモータ２２，３８の負荷電流値が、選択部８３で選択された最大負荷電流値Ｍ以下になるように加工送り手段の送り速度、即ち、研削ホイール２４，４０の移動速度が制御される。

次に、以上の構成とする研削装置２における研削加工について説明する。研削装置２における各チャックテーブル４６においては傾きがあることが想定され、裏面研削加工後のウェーハにおいて所望の平坦度が得られないことが想定されるが、以上の実施形態によれば、所望平坦度を実現することができることになる。

図１及び図２に示すように、まず、ウエーハカセット５０内のウェーハ１１は、ウェーハ搬送ロボット５４により取り出されて位置決めテーブル５６に載置され、ウェーハ搬入機構６０によりウェーハ搬入・搬出領域Ａに載置される。

ターンテーブル４４が回転し、ウェーハ１１が粗研削加工領域Ｂに移動されると、粗研削ユニット１０によりウェーハ１１の裏面が粗研削される。この粗研削は、研削ホイール２４を回転させることで行われるが、粗研削後に求められる所望平坦度が予め入力されることで、制御手段８０では、所望平坦度に対応する最大負荷電流値Ｍ（サーボモータ２２の駆動電流値）を超えないように、加工送り手段（粗研削ユニット移動機構１８）の送り速度が制御される。

そして、例えば、所望平坦度が図３（Ａ）における「２」μｍとして指定された場合には、制御手段８０により最大負荷電流値Ｍが「６」Ａ以下となる制御が実施され、粗研削が終わった段階で、中凹形状であって平坦度を「２」μｍとする粗研削加工がなされた状態とすることができる。

次に、ターンテーブル４４が回転し、ウェーハ１１が仕上げ研削加工領域Ｃに移動されると、仕上げ研削ユニット２８によりウェーハ１１の裏面が仕上げ研削される。この仕上げ研削は、研削ホイール４０を回転させることで行われるが、仕上げ研削後に求められる所望平坦度が予め入力されることで、制御手段８０では、所望平坦度に対応する最大負荷電流値Ｍ（サーボモータ３８の駆動電流値）を超えないように、加工送り手段（仕上げ研削ユニット移動機構３４）の送り速度が制御される。

そして、例えば、所望平坦度が図３（Ｂ）における「２」μｍとして指定された場合には、制御手段８０により最大負荷電流値Ｍが「７」Ａ以下となる制御が実施され、粗研削が終わった段階で、中凹形状であって平坦度を「２」μｍとする仕上げ研削加工がなされた状態とすることができる。

以上のように、本発明の加工装置では、制御手段８０に被加工面平坦度毎最大負荷電流値表Ｔ１，Ｔ２を格納しており、所望の平坦度に応じて加工手段のモータの最大負荷電流値Ｍが選択される。そして加工中の加工手段のモータが選択された最大負荷電流値以内となるように加工送り速度が制御されるため、１枚目に加工する被加工物であっても、１回の加工によって所望の平坦度へ加工できる。

また、図１に示されるように、加工後のウェーハの被加工面（裏面）の平坦度を検出するための平坦度検出手段４７，４８を設けることで、加工後の平坦度を確認することも可能である。

なお、本実施形態では、二つのコラムにそれぞれ研削ユニットが設けられ、粗研削と仕上げ研削が連続的に行われる加工装置の例を用いて説明したが、一つの研削ユニットが設けられる加工装置についても本発明は適用可能である。また、研削加工の例を用いて説明したが、研磨加工がなされる加工装置においても、当然に本発明は適用可能である。

２ 研削装置
１０ 粗研削ユニット
１１ 半導体ウェーハ
１６ パルスモータ
１８ 粗研削ユニット移動機構
２２ サーボモータ
２４ 研削ホイール
３２ パルスモータ
３４ 研削ユニット移動機構
３８ サーボモータ
４０ 研削ホイール
４６ チャックテーブル
８０ 制御手段
８１ 格納部
８２ 負荷電流値モニタ部
８３ 選択部
８４ 制御部
９０ 所望平坦度入力手段

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持面を有した保持手段と、
   該保持手段で保持された被加工物を研削または研磨する加工手段と、
   該加工手段を該保持手段の該保持面に対して近接離反する方向に所定の送り速度で移動させる加工送り手段と、
   該加工送り手段を制御する制御手段と、を備えた加工装置であって、
   該加工装置は、加工後の該被加工物の被加工面の所望平坦度を入力する所望平坦度入力手段をさらに具備し、
   該加工手段は、
   研削砥石または研磨パッドを含む加工ホイールと、
   該加工ホイールが装着されるマウンタと、
   該マウンタを支持するスピンドルと該スピンドルを回転させるモータとを含むスピンドルユニットと、
   を有し、
   該制御手段は、
   加工中の該モータの最大負荷電流値と、該最大負荷電流値以内で加工された被加工物の加工後の被加工面の平坦度を示す被加工面平坦度毎最大負荷電流値表を格納する格納部と、
   加工中の該モータの負荷電流値をモニタする負荷電流値モニタ部と、
   該所望平坦度と該格納部に格納された該被加工面平坦度毎最大負荷電流値表とから該所望平坦度に対応する最大負荷電流値を選択する選択部と、
   該負荷電流値モニタ部でモニタされる加工中の該モータの負荷電流値が、該選択部で選択された該最大負荷電流値以下になるように該加工送り手段の送り速度を制御する送り制御部と、
   を備えることを特徴とする加工装置。
2. 加工後の該被加工物の被加工面の平坦度を検出する平坦度検出手段をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。

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