JP7529501B2

JP7529501B2 - 加工システム

Info

Publication number: JP7529501B2
Application number: JP2020154877A
Authority: JP
Inventors: 創赤堀
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2024-08-06
Anticipated expiration: 2040-09-15
Also published as: JP2022048835A

Description

本発明は、ワークを薄く加工する加工システムに関するものである。

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。

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し、保護テープ及びワーク裏面の洗浄を行った後に、静電容量センサによってワークの厚みを測定する装置が開示されている。

特開２００９－１１７６４８号公報

しかしながら、ワークの加工効率が向上するにしたがって、ワーク洗浄後のワーク厚み測定に要する時間がスループットに悪影響を及ぼすという問題があった。また、ワークの厚み測定結果に基づいて、その後のワークの加工条件を補正する場合には、さらにスループットが悪化する虞があった。

そこで、ワークの加工効率を損なうことなく短時間で高精度に複数のワークを連続して加工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。

上記目的を達成するために、本発明に加工システムは、複数のワークを連続して加工する加工システムであって、前記ワークを研削する研削装置と、前記ワークを回転可能に保持するチャックと、前記チャックの回転軸を傾斜可能なチルト装置と、前記チャックが前記ワークの加工工程に対応する複数のステージを順に移動するように、前記チャックを所定軌道上で回転移動させるインデックステーブルと、平面から視て測定点が前記チャックの中心軸の回転軌道上に設定されて、前記測定点を回転しながら通過する研削後のワークの前記測定点における膜厚を非接触で測定する測定装置と、前記測定装置の測定値に基づいて前記研削後のワークの形状を演算し、前記研削後において最大厚みと最小厚みの差が小さくなるように前記チルト装置の傾斜角を算出し、前記研削後のワークの膜厚を測定した際の前記チャックにその次のワークを保持させて研削する場合、前記傾斜角だけ前記チャックを傾斜させる制御装置と、を備えている。

この構成によれば、測定装置が、先行して研削されたワークの膜厚を研削後に速やかに測定し、制御装置が、測定装置の測定値に基づいてワークの形状を演算するとともに先行して研削されたワークを略平坦に研削可能なチャックの回転軸の傾斜角度を算出し、同一のチャックで続いて研削されるワークを研削する際に、予め算出した傾斜角度だけチャックの回転軸を傾斜させた状態でワークを研削を行うことにより、ワークを高精度に研削可能なため、加工システムの加工効率を損なうことなく、高精度に複数のワークを連続して加工することができる。

また、本発明に係る加工システムは、前研削及び精研削の順に加工を行う複数のステージを備え、前記測定装置は、精研削後の前記ワークの膜厚を測定し、前記制御装置は、前研削終了後から精研削開始前の間に前記チャックを傾斜させることが好ましい。

この構成によれば、ワークの大凡の形状が定まる前研削ステージでは、何れのワークに対しても同様の条件で加工を行い、ワークの細かい形状が定める精研削ステージでは、先行して加工されたワークの形状を考慮して、その後に加工されるワークを傾斜させた状態で精研削するため、複数のワークを安定して高精度に加工することができる。

本発明は、加工システムの加工効率を損なうことなく、高精度に複数のワークを連続して加工することができる。

本発明の一実施形態に係る加工システムを示す平面図。ワーク上における測定装置の測定点の位置関係を示す模式図。同一チャックで順に加工されるワークの様子を示す模式図。

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。

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。

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。

図１は、加工システム１の基本的構成を示す平面図である。加工システム１は、ワークＷの複数の研削工程を連続して行うものである。なお、加工システム１は、研削加工又は研磨加工の何れか一方のみを行うものであっても構わない。

加工システム１には、プラットフォームステージＳＴ１、粗研削ステージＳＴ２、中研削ステージＳＴ３及び精研削ステージＳＴ４の４つのステージが設けられている。なお、精研削ステージＳＴ４より上流側でワークＷを順に加工するステージ（前研削ステージ）の数は、粗研削ステージＳＴ２及び中研削ステージＳＴ３の２つに限定されず、１又は３以上であっても構わない。

加工システム１は、図１の紙面を時計回りに回動可能なインデックステーブル２と、インデックステーブル２の回転軸２ａを中心に同心円上で等間隔に離間して配置された４つのチャック３と、を備えている。インデックステーブル２が、９０°ずつステップ回転することにより、チャック３は、プラットフォームステージＳＴ１、粗研削ステージＳＴ２、中研削ステージＳＴ３、精研削ステージＳＴ４の順に移動可能である。

チャック３は、回転テーブル３１の上面にアルミナ等の多孔質材料からなる後述の吸着体３２が埋設されている。チャック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３に載置されたワークＷがチャック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３との吸着が解除される。

回転テーブル３１は、図示しないチャックスピンドルに接続されている。チャックスピンドルは、回転テーブル３１に垂直な回転軸回りに回転駆動可能に構成されている。なお、チャック３は、回転テーブル３１を傾斜可能で公知の構成から成る図示しないチルト機構を備えていても構わない。

プラットフォームステージＳＴ１では、研削前のワークＷが図示しない搬送アームによってチャック３上に搬送される。ワークＷには、その向きを所定方向に一致させる位置出しが予め行われている。また、研削後のワークＷが搬送アームによってチャック３から図示しない洗浄装置に搬出される。

粗研削ステージＳＴ２には，粗研削装置４が設けられている。粗研削装置４は、図示しない粗研削砥石と、粗研削砥石が下端に取り付けられるとともに粗研削砥石を回転可能に支持する第１のスピンドル４１と、第１のスピンドル４１を鉛直方向に昇降させる第１のスピンドル送り機構４２と、を備えている。

粗研削砥石には、例えば＃８０００のカップ型砥石が用いられる。第１のスピンドル送り機構４２は、第１のスピンドル４１の移動方向を案内する２本のリニアガイド４３と、第１のスピンドル４１を昇降させるボールネジスライダ機構４４と、で構成されている。

また、粗研削装置４には、第１の接触式厚み測定装置４５が設けられている。第１の接触式厚み測定装置４５は、先端に接触子が設けられた一対の検出アーム４６、４７を備えている。

粗研削加工中に、検出アーム４６の接触子がワークＷの上面に当接し、検出アーム４７の接触子がチャック３の上面に当接することにより、検出アーム４６、４７の各接触子が検出する高さの差分からワークＷの厚みを測定可能である。なお、第１の接触式厚み測定装置４５が測定したワークＷの厚みには、ワークＷの一面に形成されたデバイスや一面に貼着された保護テープ等の厚みが含まれている。

中研削ステージＳＴ３には、中研削装置５が設けられている。中研削装置５は、図示しない中研削砥石と、中研削砥石が下端に取り付けられるとともに中研削砥石を回転可能に支持する第２のスピンドル５１と、第２のスピンドル５１を鉛直方向に昇降させる第２のスピンドル送り機構５２と、を備えている。

中研削砥石には、例えば＃８０００のカップ型砥石が用いられる。第２のスピンドル送り機構５２は、第２のスピンドル５１の移動方向を案内する２本のリニアガイド５３と、第２のスピンドル５１を昇降させるボールネジスライダ機構５４と、で構成されている。

また、中研削装置５には、第２の接触式厚み測定装置５５が設けられている。第２の接触式厚み測定装置５５は、先端に接触子が設けられた一対の検出アーム５６、５７を備えている。

中研削加工中に、検出アーム５６の接触子がワークＷの上面に当接し、検出アーム５７の接触子がチャック３の上面に当接することにより、検出アーム５６、５７の各接触子が検出する高さの差分からワークＷの厚みを測定可能である。なお、第２の接触式厚み測定装置５５が測定したワークＷの厚みには、ワークＷの一面に形成されたデバイスや裏面に貼着された保護テープ等の厚みが含まれている。

精研削ステージＳＴ４には、精研削装置６が設けられている。精研削装置６は、精研削砥石６１と、精研削砥石６１が下端に取り付けられるとともに精研削砥石６１を回転可能に支持する第３のスピンドル６２と、第３のスピンドル６２を鉛直方向に昇降させる図示しない第３のスピンドル送り機構と、を備えている。

精研削砥石６１は、例えば＃８０００のカップ型砥石である。また、精研削ステージＳＴ４には、後述する非接触式厚み測定装置６３が設けられている。非接触式厚み測定装置６３は、精研削中にワークＷの厚み（膜厚）を測定する。

加工システム１には、膜厚測定装置７が設けられている。膜厚測定装置７は、ワークＷの厚み（膜厚）を非接触で測定する。なお、膜厚測定装置７が測定したワークＷの膜厚には、ワークＷの一面に形成されたデバイスや一面に貼着された保護テープ等の厚みは含まれない。膜厚測定装置７は、例えば、分光干渉式の膜厚測定器である。

膜厚測定装置７は、加工システム１内に架設されたフレーム１ａに固定され、インデックステーブル２の上方に設置されている。膜厚測定装置７がワークＷの膜厚を測定する測定点は、平面から視てチャック３の中心軸の回転軌道Ｏ上に設定されている。

図２は、ワークＷ上における膜厚測定装置７の測定点の位置関係を示す模式図である。なお、図２では、インデックステーブル２の回転数を２０ｄｅｇ／ｓ、チャック３の回転数を４００ｒｐｍ、膜厚測定装置７のサンプリング周期を４ｍｓｅｃに設定した場合の膜厚測定装置７の測定点の位置関係を例示している。ワークＷは、膜厚測定装置７の直下を回転しながら通過するため、膜厚測定装置７の測定点の軌跡は、ワークＷの中心を含みワークＷ全面に拡がる。なお、膜厚測定装置７の測定点の軌跡は、インデックステーブル２の回転数、チャック３の回転数、膜厚測定装置７のサンプリング周期によって適宜変更可能である。

膜厚測定装置７は、インデックステーブル２の回転方向において、精研削ステージＳＴ４の上流側及び下流側にそれぞれ１台ずつ設けられている。これは、加工後のワークＷを精研削ステージＳＴ４からプラットフォームステージＳＴ１に移送するときに、インデックステーブル２の回転機構の関係上、インデックステーブル２が図１紙面上で時計回りに回転する場合と反時計回りに回転する場合があり、インデックステーブル２の各回転方向に対応するために、膜厚測定装置７が、精研削ステージＳＴ４の上流側及び下流側にそれぞれ１台ずつ設けられている。

加工システム１の動作は、制御装置８によって制御される。制御装置８は、加工システム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８は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置８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。

次に、同一チャックで２枚のワークＷを順に加工する手順について説明する。以下、２枚のワークＷを区別する場合には、符号Ｗ１、Ｗ２を付して区別する。

＜１枚目のワーク＞
プラットフォームステージＳＴ１にて、ワークＷ１がチャック３上に載置される。そして、真空源が起動すると、ワークＷ１とチャック３との間に負圧が供給されて、ワークＷ１がチャック３に吸着保持される。

次に、インデックステーブル２が回転してチャック３が粗研削ステージＳＴ２に向けて移動する際に、膜厚測定装置７が、直下を回転しながら通過する粗研削加工前のワークＷ１の膜厚を測定する。

チャック３が粗研削ステージＳＴ２に移動し、ワークＷ１に対する粗研削加工が行われる。粗研削加工では、粗研削砥石及びチャック３をそれぞれ回転させた状態で、粗研削砥石の研削面をワークＷ１に押し当てて、ワークＷ１の粗研削を行う。第１の接触式厚み測定装置４５の測定値が所望の厚みに達すると、粗研削装置４は、粗研削砥石及びチャック３の回転を停止させ、粗研削砥石を上方に退避させて、粗研削を終了する。

次に、インデックステーブル２が回転して、チャック３が中研削ステージＳＴ３に向けて移動する。中研削ステージＳＴ３では、ワークＷ１に対する中研削加工が行われる。中研削加工では、中研削砥石及びチャック３をそれぞれ回転させた状態で、中研削砥石の研削面をワークＷ１に押し当てて、ワークＷ１の中研削を行う。第２の接触式厚み測定装置５５の測定値が所望の厚みに達すると、中研削装置５は、中研削砥石及びチャック３の回転を停止させ、中研削砥石を上方に退避させて、中研削を終了する。

次に、インデックステーブル２が回転して、チャック３が精研削ステージＳＴ４に向けて移動する。精研削ステージＳＴ４では、ワークＷ１に対する精研削加工が行われる。具体的には、図３（ａ）～（ｃ）に示すように、精研削加工では、精研削砥石６１及びチャック３をそれぞれ回転させた状態で、精研削砥石６１の研削面をワークＷ１に押し当てて、ワークＷ１の精研削を行う。非接触式厚み測定装置６３の測定値が所望の厚みに達すると、精研削装置６は、精研削砥石６１及びチャック３の回転を停止させ、精研削砥石６１を上方に退避させて、精研削を終了する。

次に、インデックステーブル２が回転して、チャック３がプラットフォームステージＳＴ１に向けて移動する際に、図３（ｄ）に示すように、膜厚測定装置７が、ワークＷの全面に亘る複数の測定点におけるワークＷ１の膜厚を測定する。ワークＷ１上の膜厚測定装置７の測定点は、例えば２００点に設定される。測定点が平面から視てチャック３の中心軸の回転軌道Ｏ上に設定されている膜厚測定装置７は、ワークＷ１がプラットフォームステージＳＴ１に戻る途中で、ワークＷ１の研削加工のスループットを低下させることなく、ワークＷ１の膜厚測定を行うことができる。

次に、制御装置８は、膜厚測定装置７の測定値に基づいて、精研削加工後のワークＷ１の形状を演算する。例えば、図３（ｄ）に図示されたワークＷ１は、周縁が中央より厚い中凹形状である。制御装置８は、１枚目に加工したワークＷ１において膜厚の最大値及び最小値の差が小さくなるようにチルト機構の傾斜角を算出する。なお、ワークＷ１の形状とチルト機構の傾斜角との関係については、実験等により予め設定されている。

そして、プラットフォームステージＳＴ１にて、ワークＷ１とチャック３との間に吸着保持が解除されて、ワークＷ１がチャック３から洗浄装置に移送される。

＜２枚目のワーク＞
次に、１枚目のワークＷ１と同一のチャック３に２枚目のワークＷ２が吸着保持され、上述した１枚目のワークＷ１に対する粗研削加工、中研削加工と同様にして２枚目のワークＷ２に対して粗研削加工、中研削加工が行われる。なお、粗研削ステージＳＴ２及び中研削ステージＳＴ３では、チャック３の回転軸３ａの傾斜角度は、１枚目のワークＷ１を加工した際と略同一に設定されている。

その後、インデックステーブル２が回転して、チャック３が精研削ステージＳＴ４に向けて移動する。精研削ステージＳＴ４では、ワークＷ１に対する精研削加工が行われる。

具体的には、図３（ｅ）に示すように、まず、１枚目のワークＷ１の精研削後の形状に基づいて算出されたチルト機構の傾斜角だけチャック３の回転軸３ａを傾斜させる。すなわち、ワークＷの大凡の形状が定まる粗研削ステージＳＴ２及び中研削ステージＳＴ３では、ワークＷ１、Ｗ２に対してチャック３の回転軸３ａの傾斜角度は略同一に設定された状態で加工を実施するのに対して、ワークＷの細かい形状が定める精研削ステージＳＴ４では、２枚目のワークＷ２を加工する際に、１枚目のワークＷ１の加工結果を考慮したチャック３の回転軸３ａの傾斜角度に設定される。

次に、図３（ｆ）に示すように、精研削砥石６１及びチャック３をそれぞれ回転させた状態で、精研削砥石６１の研削面をワークＷ２に押し当てて、ワークＷ２の精研削を行う。

そして、非接触式厚み測定装置６３の測定値が所望の厚みに達すると、図３（ｇ）に示すように、精研削装置６は、精研削砥石６１及びチャック３の回転を停止させ、精研削砥石６１が上方に退避させて、精研削を終了する。

次に、インデックステーブル２が回転して、チャック３がプラットフォームステージＳＴ１に向けて移動する際に、図３（ｈ）に示すように、膜厚測定装置７が、ワークＷの全面に亘る複数の測定点におけるワークＷ２の膜厚を測定する。ワークＷ２上の膜厚測定装置７の測定点は、例えば２００点に設定される。

そして、制御装置８は、膜厚測定装置７の測定値に基づいて、精研削加工後のワークＷ２の形状を演算する。例えば、図３（ｈ）に図示されたワークＷ２は、最大厚みと最小厚みの差がワークＷ１より小さく略平坦に形成されている。

以下、必要に応じて、３枚目以降のワークＷに対しても同様に、同一のチャック３で直近に加工されたワークＷの形状に基づいて、直近に加工されたワークＷにおいて最大厚みと最小厚みの差が小さくなるように加工可能なチャック３の回転軸３ａの傾斜角度を算出し、その傾斜角度だけチャック３の回転軸３ａを傾斜させた状態で直後のワークＷの研削を行う。

このようにして、本発明に係る加工システム１は、膜厚測定装置７が、同一のチャック３で連続して加工されるワークＷ１、２に対して、先行して加工されたワークＷ１の膜厚を加工後に速やかに測定し、制御装置８が、ワークＷ１の形状からワークＷ１を略平坦に加工可能なチャック３の回転軸３ａの傾斜角度を算出し、精研削装置６が、この傾斜角度だけチャック３の回転軸３ａを傾斜させた状態で、ワークＷ２を精研削することにより、ワークＷ１の加工結果を踏まえてワークＷ２を効率良く且つ高精度に加工することができる。

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。また、上述した実施形態及び各変形例は、互いに組み合わせても構わない。

１：加工システム
２：インデックステーブル
２ａ：（インデックステーブル２の）回転軸
３：チャック
３ａ：（チャックの）回転軸
３１：回転テーブル
３２：吸着体
４：粗研削装置
４１：第１のスピンドル
４２：第１のスピンドル送り機構
４３：（粗研削装置の）リニアガイド
４４：（粗研削装置の）ボールネジスライダ機構
４５：第１の接触式厚み測定装置
４６、４７：検出アーム
５：中研削装置
５１：第２のスピンドル
５２：第２のスピンドル送り機構
５３：（中研削装置の）リニアガイド
５４：（中研削装置の）ボールネジスライダ機構
５５：第２の接触式厚み測定装置
５６、５７：検出アーム
６：精研削装置
６１：精研削ヘッド
６２：第３のスピンドル
６３：非接触式厚み測定装置
７：膜厚測定装置
８：制御装置
ＳＴ１：プラットフォームステージ
ＳＴ２：粗研削ステージ
ＳＴ３：中研削ステージ
ＳＴ４：精研削ステージ
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２：ワーク

Claims

複数のワークを連続して加工する加工システムであって、
前記ワークを研削する研削装置と、
前記ワークを回転可能に保持するチャックと、
前記チャックの回転軸を傾斜可能なチルト装置と、
前記チャックが前記ワークの加工工程に対応する複数のステージを順に移動するように、前記チャックを所定軌道上で回転移動させるインデックステーブルと、
平面から視て測定点が前記チャックの中心軸の回転軌道上に設定されて、前記測定点を回転しながら通過する研削後のワークの前記測定点における膜厚を非接触で測定する測定装置と、
前記測定装置の測定値に基づいて前記研削後のワークの形状を演算し、前記研削後のワークにおいて最大厚みと最小厚みの差が小さくなるように前記チルト装置の傾斜角を算出し、前記研削後のワークの膜厚を測定した際の前記チャックにその次のワークを保持させて研削する場合、前記傾斜角だけ前記チャックを傾斜させる制御装置と、
を備えていることを特徴とする加工システム。
前研削及び精研削の順に加工を行う複数のステージを備え、
前記測定装置は、精研削後の前記ワークの膜厚を測定し、
前記制御装置は、前研削終了後から精研削開始前の間に前記チャックを傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の加工システム。