JP2012135853A

JP2012135853A - 研削装置

Info

Publication number: JP2012135853A
Application number: JP2010291459A
Authority: JP
Inventors: Toru Takazawa; 徹高澤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-19

Abstract

【課題】自動的に原点位置出し（セットアップ）を行うことが可能な研削装置を提供することである。
【解決手段】研削装置であって、チャックテーブルの保持面の高さ位置を検出する保持面高さ位置検出部と、発光部と受光部とを含み、発光部と受光部との間に研削ホイールの研削砥石が位置づけられることで研削砥石の先端の高さ位置を検出する保持面高さ位置検出部から所定距離上方に配設された研削砥石高さ位置検出部とを有する高さ位置検出手段と、高さ位置検出手段をチャックテーブルと研削ホイールとの間である検出位置と、チャックテーブルから外れた退避位置との間で位置付け可能な位置付け手段とを含んでいる。
【選択図】図４

Description

本発明は研削装置に関し、特に、チャックテーブルの保持面と研削砥石先端とが接触する原点位置を自動的に検出可能な研削装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

半導体チップの小型化及び軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切削して個々のデバイス（チップ）に分離するのに先立って、ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに加工する裏面研削が実施される。

ウエーハを研削する研削装置は、ウエーハを保持する保持面を有するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、研削手段をチャックテーブルに対して接近又は離反する方向に移動させる加工送り手段とを備えていて、ウエーハを所望の厚みに形成することができる。

このような研削装置では、加工送り方向（Ｚ軸方向）においてチャックテーブルと研削砥石の先端とが接触する位置を原点位置とし、ウエーハ等の被加工物の研削量（仕上げ厚み）を制御している。

チャックテーブルを新たなチャックテーブルに交換した際、又は研削ホイールを新たな研削ホイールに交換した際には、この原点位置出し（セットアップ）を実施しないと精度良く被加工物を研削できない。

更に、研削に伴って研削砥石は磨耗する上、チャックテーブルもセルフグラインド（研削砥石でチャックテーブルの保持面を研削することで、保持面と研削砥石の研削面とを平行にすること）によって削られるため、必要に応じてセットアップを随時実施するのが好ましい。

従来の研削装置の原点位置出し（セットアップ）は、作業者が研削砥石をチャックテーブルに接近する方向へ加工送りし、研削砥石がチャックテーブルに接触した位置を検出して原点位置とするマニュアルセットアップが一般的であった（例えば、特開２００１−１２６１号公報参照）。或いは、所定厚みの基準片（ブロックゲージ）を用いてマニュアルでセットアップしていた。

特開２００１−１２６１号公報

従来のマニュアルセットアップ方法では、セットアップに時間がかかるという問題があった。この問題は、ターンテーブル上に複数個のチャックテーブルを搭載し、更に粗研削ユニット及び仕上げ研削ユニットを備えた研削装置においては、各チャックテーブル毎及び各研削ユニット毎にセットアップを行う必要があるため、特に顕著となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自動的に原点位置出し（セットアップ）を行うことが可能な研削装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに対向して配設され該チャックテーブルで保持された被加工物を研削する研削砥石を有する研削ホイールと該研削ホイールを支持し該保持面に対して垂直な回転軸を有し該研削ホイールが先端に装着されたスピンドルとを含む研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに対して接近又は離反する方向に移動させる加工送り手段とを備えた研削装置であって、該チャックテーブルの該保持面の高さ位置を検出する保持面高さ位置検出部と、発光部と該発光部から出射された光を受光する受光部とを含み、該発光部と該受光部との間に該研削ホイールの該研削砥石が位置づけられることで該研削砥石の先端の高さ位置を検出する該保持面高さ位置検出部から所定距離上方に配設された研削砥石高さ位置検出部と、を有する高さ位置検出手段と、該高さ位置検出手段を該チャックテーブルと該研削ホイールとの間である検出位置と、該チャックテーブルから外れた退避位置との間で位置付け可能な位置付け手段とを具備し、該位置付け手段により該高さ位置検出手段を該検出位置に位置づけて、該保持面高さ位置検出部で該チャックテーブルの該保持面の高さ位置を検出するとともに、該発光部と該受光部との間に回転している該研削ホイールの該研削砥石を位置づけて該研削砥石高さ位置検出部で該研削砥石の先端の高さ位置を検出し、検出した該保持面の高さ位置と、該研削砥石の先端の高さ位置と、該保持面高さ位置検出部と該研削砥石高さ位置検出部との間の該所定距離とに基づいて、該保持面と該研削砥石の先端とが接触する原点位置を算出することを特徴とする研削装置が提供される。

好ましくは、前記保持面高さ位置検出部は前記チャックテーブルの前記保持面に接触する接触部を有し、研削装置は、該高さ位置検出手段を該チャックテーブルに対して接近又は離反する方向に移動させる昇降手段を更に具備している。

好ましくは、前記保持面高さ位置検出部は、レーザビーム又は超音波を前記保持面に対して照射する照射部と、該照射部から照射されたレーザビーム又は超音波が該保持面で反射された反射光又は反射波を受信する受信部とを含んでいる。

本発明によると、自動的に短時間でセットアップが可能な研削装置を提供することができる。更に、本発明の研削装置は発光部と受光部との間に回転している研削ホイールの研削砥石を位置づけて研削砥石先端の高さ位置を検出するため、研削砥石の高さばらつきによって低い研削砥石部分でセットアップをしてしまうことが防止され、セルフグラインド時等に高い（突出した）研削砥石の先端部分がチャックテーブルに突っ込んでチャックテーブルを損傷してしまうことが防止される。

本発明実施形態に係る研削装置の外観斜視図である。本発明第１実施形態に係るセットアップユニットの側面図である。図２のＡ方向矢視図である。保持面の高さ位置及び研削砥石の先端の高さ位置検出時の図２のＡ方向矢視図である。本発明第２実施形態に係るセットアップユニットの側面図である。本発明第３実施形態に係るセットアップユニットの側面図である。

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。図１を参照すると、本発明実施形態にかかる研削装置２の外観斜視図が示されている。４は研削装置のベース（ハウジング）であり、ベース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。

粗研削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２１（図２参照）と、スピンドル２１を回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定された複数の粗研削用の研削砥石２６を有する研削ホイール２４を含んでいる。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対の案内レール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送り機構１８を備えている。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。

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、ハウジング３６と、ハウジング３６中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ３８と、スピンドルの先端に固定された仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０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を一対の案内レール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送り機構３４を備えている。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の前側においてベース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保持部を有しており、保持部の保持面上に載置されたウエ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。

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、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

粗研削加工領域Ｂに位置づけられたチャックテーブル４６に隣接して研削中のウエーハの厚みを測定する厚み測定ゲージ４７と、セットアップユニット４８とが配設されている。セットアップユニット４８は、後述する高さ位置検出手段をチャックテーブル４６と粗研削ホイール２４との間である実線で示された研削位置と、チャックテーブル４６から外れた破線で示された退避位置に位置づけるように回動される。

同様に、仕上げ研削領域Ｃに位置づけられたチャックテーブル４６に隣接して、研削中のウエーハの厚みを測定する厚み測定ゲージ４９と、セットアップユニット５０が配設されている。セットアップユニット５０は、セットアップユニット４８と同様に、検出位置と退避位置との間で回動される。

ベース４の前側部分には、ウエーハカセット５１と、リンク５３及びハンド５４を有するウエーハ搬送ロボット５２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、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６０と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２と、研削されたウエ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エーハを収容する収容カセット６６が配設されている。

図２を参照すると、本発明第１実施形態のセットアップユニット４８の側面図が示されている。セットアップユニット４８は昇降手段７４を含んでいる。昇降手段７４は、ベース４に固定されたコラム７６と、パルスモータ７８と、パルスモータ７８に一端が連結された図示しないボールねじと、Ｚ軸方向に伸長するガイドレール７９と、ボールねじのナットが内蔵された移動ブロック８０とから構成される。

パルスモータ７８を回転すると、ボールねじのナットが回転されて移動ブロック８０が昇降される（上下方向に移動される）。この実施形態では、昇降手段７４としてパルスモータ及びボールねじを使用しているが、この構成に替えてエアシリンダにより昇降手段７４を構成するようにしてもよい。

移動ブロック８０にはモータ８２が搭載されており、モータ８２の出力軸に固定されたギア８４とシャフト８８に固定されたギア８６とが噛み合っている。シャフト８８は垂直部材９２に固定されている。

モータ８２、ギア８４，８６、シャフト８８及び垂直部材９２で、高さ位置検出手段９４をチャックテーブル４６と研削ホイール２４との間である検出位置と、チャックテーブル４６から外れた退避位置との間で位置付け可能な位置付け手段９０を構成する。

高さ位置検出手段９４は水平方向に伸長する板ばね９６を介して垂直部材９２により支持されている。高さ位置検出手段９４は、円筒状部材９８と、円筒状部材９８の下端に固定された保持面高さ位置検出部１００と、円筒状部材９８の上端部に配設された研削砥石高さ位置検出部１０２とから構成される。

図示の実施形態では、保持面高さ位置検出部１００は半球形状をしているが、この形状に限定されるものではない。研削砥石高さ位置検出部１０２は、図３及び図４に示されるように、発光部１０４と、発光部１０４から出射された光を受光する受光部１０６とを含んでいる。

そして、図４に示されるように、発光部１０４と受光部１０６との間に研削ホイール２４の環状に配設された研削砥石２６が位置づけられることで研削砥石２６の先端の高さ位置を検出する。保持面高さ位置検出部１００の先端と研削砥石高さ位置検出部１０２との間は所定距離Ｈ１に設定されている。

本実施形態では、発光部１０４は図示しない光ファイバの一端部から構成され、光ファイバの他端部は発光素子に接続されている。受光部１０６も光ファイバの一端部から構成され、この光ファイバの他端部は受光素子に接続されている。

以下、このように構成されたセットアップユニット４８の作用について説明する。研削装置２の原点位置出し（セットアップ）は、研削装置２の立ち上げ時、或いはチャックテーブル４６を新たなチャックテーブルに交換した際、又は研削ホイール２４，４０を新たな研削ホイールに交換した際には原則的に実施する必要がある。

更に、研削に伴って研削砥石２６，４２は磨耗する上、チャックテーブル４６もセルフグラインド（研削砥石でチャックテーブルの保持面を研削することで、保持面と研削砥石の研削面とを平行にすること）によって削られるため、必要に応じてセットアップを随時実施するのが好ましい。

このセットアップ時には、位置付け手段９０を作動して板ばね９６に支持されている高さ位置検出手段９４をチャックテーブル４６と研削ホイール２４との間である研削位置に位置付け、更に昇降手段７４を駆動して、図３に示すように、高さ位置検出手段９４を矢印Ｚ方向に移動して保持面高さ位置検出部１００をチャックテーブル４６の保持面４６ａに当接させる。この移動時にパルスモータ７８のパルス数をカウントすることにより、保持面４６ａの高さ位置が検出される。

板ばね９６は、保持面高さ位置検出部１００が保持面４６ａに当接する際の衝撃を吸収するもので、板ばねにかえて平行リンクを用いてもよい。

次いで、研削ユニット送り機構１８を作動することにより、図４の矢印Ｚ方向に研削ユニット１０を移動し、環状に配設された研削砥石２６を研削砥石高さ位置検出部１０２の発光部１０４と受光部１０６との間に上方から徐々に挿入する。この時、研削ホイール２４を回転しながら粗研削ユニット１０を下降する。

複数の研削砥石２６の高さにはばらつきがあるため、一番高さの高い研削砥石２６の先端が発光部１０４と受光部１０６との間に挿入されて、発光部１０４からの光を遮ると受光部１０６の受光量が低下する。

この受光量の低下を受光部に接続された受光素子で検出し、この検出時を研削砥石２６の先端の高さ位置とする。粗研削ユニット１０のＺ方向の移動は粗研削ユニット送り機構１８のパルスモータを駆動することにより実施されるため、この移動時のパルス数をカウントすることにより研削砥石２６の先端の高さ位置を検出することができる。

検出した保持面４６ａの高さ位置と研削砥石２６の先端の高さ位置は研削装置２のコントローラのメモリに格納される。保持面高さ位置検出部１００と研削砥石高さ位置検出部１０２との間は所定距離Ｈ１に設定され、この所定距離Ｈ１もコントローラのメモリに格納されている。

よって、コントローラのメモリに格納されている保持面４６ａの高さ位置と、研削砥石２６の先端の高さ位置と、保持面高さ位置検出部１００と研削砥石高さ位置検出部１０２との間の所定距離Ｈ１とに基づいて、研削砥石２のコントローラは保持面４６ａと研削砥石２６の先端とが接触する原点位置を算出することができる。この原点位置は、粗研削ユニット送り機構１８のパルスモータ１６の原点位置（パルス数０の位置）としてコントローラのメモリに格納される。

本実施形態の研削装置２は、ターンテーブル４４に搭載された３個のチャックテーブル４６を有しているため、これら３個のチャックテーブル４６をそれぞれ粗研削ユニット１０に対向させてそれぞれのチャックテーブル４６に対してセットアップを実施するとともに、更に３個のチャックテーブル４６のそれぞれを仕上げ研削ユニット２８に対向させて仕上げ研削ユニット２８に対するそれぞれのチャックテーブル４６のセットアップを実施する。

このセットアップ時の粗研削ユニット１０及び仕上げ研削ユニット２８の原点位置は各チャックテーブル４６に対して一様ではないため、各チャックテーブル４６に対して検出した原点位置をコントローラのメモリに格納し、被加工物の研削時にはメモリに格納した各チャックテーブル４６の原点位置に基づいて、被加工物の研削加工を実施する。セットアップユニット５０の構成及び作用はセットアップユニット４８の構成及び作用と同様であるので、その説明を省略する。

図５を参照すると、本発明第２実施形態のセットアップユニットを４８Ａの側面図が示されている。本実施形態では、保持面高さ位置検出部としてタッチセンサ１０８を使用している。

本実施形態のセットアップユニット４８Ａは、高さ位置検出手段９４Ａの保持面高さ位置検出部としてタッチセンサ１０８を使用するため、高さ位置検出手段９４Ａを第１実施形態の板ばねではなく横方向に伸長する部材９７で支持することができる。本実施形態の他の構成及び作用は上述した第１実施形態と同様であるので、重複を避けるためその説明を省略する。

図６を参照すると、本発明第３実施形態のセットアップユニット４８Ｂの側面図が示されている。本実施形態は保持面高さ位置検出部１１０として非接触センサを使用したものである。

例えば、保持面高さ位置検出部１１０は、レーザビームを照射する照射部１１２と、照射部１１２から照射されたレーザビームが保持面４６ａで反射された反射光を受信する受信部１１４を有する非接触センサから構成される。

或いは、保持面高さ位置検出部１１０は、超音波を発振する発振部１１２と、発振部１１２から発振された超音波が保持面４６ａで反射された反射波を受信する受信部１１４とを有する非接触センサから構成される。

本実施形態では、保持面高さ位置検出部１１０として非接触センサを使用しているため、第１及び第２実施形態で必要とした昇降手段７４を省略することができる。本実施形態の他の構成及び作用は、上述した第１実施形態と同様であるため、重複を避けるためその説明を省略する。

上述した各実施形態のセットアップユニット４８，４８Ａ，４８Ｂによれば、発光部１０４と受光部１０６との間に回転している研削ホイール２４の研削砥石２６を位置づけて研削砥石２６の先端の高さ位置を検出するため、研削砥石２６の高さばらつきによって低い研削砥石部分でセットアップをしてしまうことが防止され、セルフグラインド時等に高い（突出した）研削砥石２６の先端部分がチャックテーブル４６に突っ込んで、チャックテーブル４６を損傷してしまうことが防止される。

２研削装置
１０粗研削ユニット
２４研削ホイール
２６研削砥石
２８仕上げ研削ユニット
４０研削ホイール
４２研削砥石
４４ターンテーブル
４６チャックテーブル
４８，４８Ａ，４８Ｂ，５０セットアップユニット
７４昇降手段
９０位置付け手段
９４高さ位置検出手段
１００，１０８，１１０保持面高さ位置検出部
１０２研削砥石高さ位置検出部
１０４発光部
１０６受光部

Claims

被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルに対向して配設され該チャックテーブルで保持された被加工物を研削する研削砥石を有する研削ホイールと該研削ホイールを支持し該保持面に対して垂直な回転軸を有し該研削ホイールが先端に装着されたスピンドルとを含む研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに対して接近又は離反する方向に移動させる加工送り手段とを備えた研削装置であって、
該チャックテーブルの該保持面の高さ位置を検出する保持面高さ位置検出部と、発光部と該発光部から出射された光を受光する受光部とを含み、該発光部と該受光部との間に該研削ホイールの該研削砥石が位置づけられることで該研削砥石の先端の高さ位置を検出する該保持面高さ位置検出部から所定距離上方に配設された研削砥石高さ位置検出部と、を有する高さ位置検出手段と、
該高さ位置検出手段を該チャックテーブルと該研削ホイールとの間である検出位置と、該チャックテーブルから外れた退避位置との間で位置付け可能な位置付け手段とを具備し、
該位置付け手段により該高さ位置検出手段を該検出位置に位置づけて、該保持面高さ位置検出部で該チャックテーブルの該保持面の高さ位置を検出するとともに、
該発光部と該受光部との間に回転している該研削ホイールの該研削砥石を位置づけて該研削砥石高さ位置検出部で該研削砥石の先端の高さ位置を検出し、
検出した該保持面の高さ位置と、該研削砥石の先端の高さ位置と、該保持面高さ位置検出部と該研削砥石高さ位置検出部との間の該所定距離とに基づいて、該保持面と該研削砥石の先端とが接触する原点位置を算出することを特徴とする研削装置。
前記保持面高さ位置検出部は前記チャックテーブルの前記保持面に接触する接触部を有し、
該高さ位置検出手段を該チャックテーブルに対して接近又は離反する方向に移動させる昇降手段を更に具備した請求項１記載の研削装置。
前記保持面高さ位置検出部は、レーザビーム又は超音波を前記保持面に対して照射する照射部と、該照射部から照射されたレーザビーム又は超音波が該保持面で反射された反射光又は反射波を受信する受信部とを含む請求項１記載の研削装置。