(57)【要約】【課題】液体中の伝播により検査用光線が減衰することを容易に抑えることができる非接触式の厚さ測定手段を備えた研削装置を提供する。【解決手段】発光受光部５０のケース５２の下面であるワーク１への対向面５２ｃとワーク１との隙間５７に水Ｗを供給して充満させた状態で、ケース５２内に収容された発光受光ヘッド５３から検査用光線をワーク１に発光し、水Ｗ中を伝播してワーク１の表面および裏面で反射した検査用光線の干渉波を発光受光ヘッド５３で受光し、受光した干渉波の波形に基づいてワーク１の厚さを求める構成において、発光受光部５０と別体でケース５２の外部に配設した液体供給部６０から隙間５７に水Ｗを供給する構成として、対向面５２ｃをワーク１に極力接近させることができるようにする。【選択図】図４
2011240452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する保持手段と、
該保持手段に保持されたワークを研削加工する加工手段と、
前記保持手段に保持されたワークの厚さを非接触で測定する非接触測定手段と、
を有する研削装置であって、
前記非接触測定手段は、
ワークに向けて検査用光線を発する発光部と、
ワークの表面および裏面で反射した前記検査用光線の干渉波を受ける受光部と、
該受光部で受光された前記干渉波の波形に基づいてワークの厚さを求める演算部と、
前記発光部と前記受光部とを囲み、ワークに対向する対向面が前記検査用光線を透過する部材で構成されたケースと、
前記対向面とワークとの間の空間を液体で満たす液体供給部と、を含み、
該液体供給部は、
前記ケースの外部から前記対向面とワークとの隙間の空間に液体を供給すること
を特徴とする研削装置。
【請求項２】
前記対向面とワークとの隙間は１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等の薄板状のワークを研削する研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスでは、デバイスの目的厚さを得るために、多数のデバイスの集合体である半導体ウェーハの段階で、裏面研削して薄化することが行われている。昨今のデバイスの顕著な薄型化に応じて半導体ウェーハは一層薄く加工されており、このため、厚さの管理はより高い精度が求められる。半導体ウェーハの研削や研磨は厚さを測定しながら進められるが、そのような形態での厚さ測定の手段としては、測定用のプローブを被加工面に接触させながら厚さの変位を検出する接触式が知られている（特許文献１等）。
【０００３】
しかしながら接触式の厚さ測定手段では、接触するプローブによって被加工面に傷がつき、その傷が半導体ウェーハの抗折強度を低下させる原因になるといった問題や、表面に貼着する保護テープの厚さを除いて半導体ウェーハの厚さのみを測定することができない等の問題があった。そこで本出願人は、半導体ウェーハにプローブ等を接触させることなく厚さを測定可能な光学式で非接触式の厚さ測定手段を提案している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９７１６号公報
【特許文献２】特開２００９−５０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献２に記載の厚さ測定手段では、検査用光線（同文献ではレーザ光線）の発光部とワークとの間に液体を充満した状態でワークに検査用光線を発光しているが、発光部から発せられた検査用光線がワークに到達するまでの間に多くの液体を伝播することから、検査用光線が減衰してしまい厚さの測定が正確にできない場合が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、液体中の伝播により検査用光線が減衰することを容易に抑えることができる非接触式の厚さ測定手段を備えた研削装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の研削装置は、ワークを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたワークを研削加工する加工手段と、前記保持手段に保持されたワークの厚さを非接触で測定する非接触測定手段とを有する研削装置であって、前記非接触測定手段は、ワークに向けて検査用光線を発する発光部と、ワークの表面および裏面で反射した前記検査用光線の干渉波を受ける受光部と、該受光部で受光された前記干渉波の波形に基づいてワークの厚さを求める演算部と、前記発光部と前記受光部とを囲み、ワークに対向する対向面が前記検査用光線を透過する部材で構成されたケースと、前記対向面とワークとの間の空間を液体で満たす液体供給部とを含み、該液体供給部は、前記ケースの外部から前記対向面とワークとの隙間の空間に液体を供給することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、上記ケースの外部から該ケースの対向面とワークとの隙間の空間に液体を供給するため、液体を供給する液体供給部とは関係なく該対向面をワークに接近させることができ、したがって該対向面をワークに極力接近させることができる。その結果、ケース内部の発光部から発した検査用光線がワークに到達するまでの間に伝播する液体の量が少なくなり、検査用光線が減衰することが抑えられる。また、検査用光線が伝播する液体中に乱流が起こりにくくなり、このため、検査用光線が安定してワークに伝播し、安定した厚さ測定が可能となる。
【０００９】
本発明では、前記対向面とワークとの隙間は１〜３ｍｍであることを好ましい形態としている。
【００１０】
なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えば、シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等からなる半導体ウェーハ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（ＴＴＶ：total thickness variation−ワークの被加工面を基準として厚さ方向に測定した高さのワークの被加工面全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液体中の伝播により検査用光線が減衰することを容易に抑えることができる非接触式の厚さ測定手段を備えた研削装置が提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。
【図２】一実施形態の研削装置が備える非接触測定手段を示す斜視図である。
【図３】加工位置に位置付けられたワークと非接触測定手段、および加工手段の位置関係を示す平面図である。
【図４】一実施形態の非接触測定手段でワークの厚さを測定している状態を示す一部断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る研削装置を説明する。
（１）研削装置の基本的な構成および動作
はじめに、図１に示す一実施形態の研削装置１０の基本的な構成および動作を説明する。研削装置１０は、半導体ウェーハ等の厚さが例えば７００μｍ程度の薄板状のワーク１（図３および図４参照）をチャックテーブル（保持手段）２０に保持してワーク１の被加工面を上方に露出させ、その被加工面を加工手段３０により研削してワーク１を所定厚さに加工するものである。
【００１４】
図１で符号１１は研削装置１０の基台である。基台１１には、長方形状のテーブルベース２５がＸ方向に移動可能に設けられている。テーブルベース２５には、円板状のチャックテーブル２０がＺ方向（鉛直方向）を回転軸方向として回転可能に支持されている。チャックテーブル２０は一般周知の真空チャック式のもので、図４に示すように、水平に設定される上面である保持面２１に負圧作用でワーク１を吸着して保持するように構成されている。
【００１５】
チャックテーブル２０に保持されたワーク１は、テーブルベース２５がＸ方向に移動することにより、図１において手前側（Ｘ１側）の端部の搬入出位置から奥側（Ｘ２側）の加工位置の間を往復移動させられる。基台１１にはテーブルベース２５をＸ方向に移動させる移動機構が設けられており、テーブルベース２５にはチャックテーブル２０を回転させる回転駆動機構が設けられている（いずれも図示略）。テーブルベース２５の移動方向の両側には、テーブルベース２５の移動路を覆って研削屑等が基台１１内に落下することを防ぐ伸縮自在な蛇腹状のカバー１２が設けられている。
【００１６】
基台１１の上記加工位置の後方（Ｘ２側）には、コラム１３が立設されている。コラム１３の前面側（Ｘ１側）に形成されたＹ方向およびＺ方向に沿った鉛直面には、一対のＺ軸ガイド１４を介してスライダ１５がＺ方向（鉛直方向）に沿って昇降可能に取り付けられており、このスライダ１５に、加工手段３０が固定されている。
【００１７】
加工手段３０は、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング３１内に、図示せぬスピンドルシャフトが同軸的、かつ回転自在に組み込まれ、スピンドルシャフトの下端に設けられたフランジ状のマウント３２に研削工具３３が着脱自在に固定された構成のものである。スピンドルハウジング３１の上端部にはモータ部３４が設けられており、このモータ部３４によって上記スピンドルシャフトが回転駆動される。
【００１８】
研削工具３３は、マウント３２の下面に着脱可能に固定される研削ホイール３３ａと、研削ホイール３３ａの下面の外周部に環状に配列されて固着された多数の研削砥石３３ｂとから構成されるものである。研削砥石３３ｂはワーク１に応じたものが用いられ、例えば、ダイヤモンドの砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて成形したダイヤモンド砥石等が用いられる。研削工具３３は、モータ部３４によって上記スピンドルシャフトと一体に回転駆動される。
【００１９】
加工手段３０は、マウント３２を下方に配して軸方向をＺ方向と平行にした状態で、スピンドルハウジング３１がホルダ３５を介してスライダ１５に固定されている。スライダ１５は、一対のＺ軸ガイド１４間に配設されて該スライダ１５に螺合した状態で連結されたＺ方向に延びるボールねじ３６ａと、ボールねじ３６ａを回転駆動するサーボモータ３６ｂとを備えた加工送り手段３６によって昇降駆動される。したがって、加工手段３０は加工送り手段３６によってスライダ１５と一体に昇降する。
【００２０】
上記加工位置に位置付けられたワーク１は、上方に露出させられた被加工面が加工手段３０によって研削され、目的厚さに薄化される。加工手段３０による研削は、モータ部３４を作動させて研削工具３３を回転させながら、加工送り手段３６によりスライダ１５とともに加工手段３０を下降させ、回転する研削工具３３の研削砥石３３ｂをワーク１の被加工面に押し付けることによりなされる。研削の際には、潤滑、冷却および清浄化等を目的として、図示せぬ研削液供給手段からワーク１の被加工面に研削液が供給される。被加工面に供給された研削液は、研削で生じた研削屑を含んで被加工面を流動し、排水される。
【００２１】
この場合、図３に示すように、研削工具３３の研削外径（研削砥石３３ｂの回転軌跡の最外径）は、ワーク１の直径と同程度に設定されている。また、テーブルベース２５がＸ方向に移動して定められるワーク１の加工位置は、研削砥石３３ｂの下面である刃先が、自転するワーク１の回転中心を通過する位置に設定される。そして、チャックテーブル２０を一方向に回転させてワーク１を自転させながら研削工具３３の研削砥石３３ｂをワーク１の被加工面に押し付けることにより、被加工面の全面が研削される。
【００２２】
ワーク１の厚さは、加工位置の近傍に配設された非接触測定手段４０によって測定され、加工送り手段３６による加工手段３０の加工送り動作は、非接触測定手段４０で測定される厚さ測定値に基づいて制御部７０により制御される。そして、厚さ測定値が目的値になったら加工手段３０による研削が終了する。研削終了後は、テーブルベース２５がＸ１方向に移動してワーク１が搬入出位置まで戻されるとともに、チャックテーブル２０の回転が停止する。そして、研削済みのワーク１はチャックテーブル２０からピックアップされ、次の工程に移される。
【００２３】
（２）非接触測定手段
次いで、本発明に係る非接触測定手段４０を詳述する。
【００２４】
（２−１）非接触測定手段の構成
非接触測定手段４０は、レーザ光線等の検査用光線の干渉波を利用してワーク１の厚さを非接触で測定するものであり、図２に示すように、発光受光部５０と、液体供給部６０とから構成されている。
【００２５】
図２〜図４に示すように、発光受光部５０は、逆Ｌ字状に形成された中空管状のポスト５１と、ポスト５１の先端に固定された円筒状のケース５２と、ケース５２の内部に収容された発光受光ヘッド（発光部、受光部）５３と、光源ユニット５４と、演算部５５とを備えるものである。ポスト５１は、一端部が基台１１に固定され、加工位置に向けて延びている。ケース５２は、軸線方向がＺ方向に沿う状態にポスト５１の先端に固定されている。図３に示すように、発光受光部５０は、加工位置に位置付けられるワーク１の上方であって加工手段３０の研削工具３３に干渉しない位置（加工手段３０のＸ１側）に位置付けられている。
【００２６】
ケース５２で囲まれた発光受光ヘッド５３からは、検査用光線が下方のワーク１に向けて発光される。発光受光ヘッド５３には、光源ユニット５４から光伝達部材５６を介して検査用光線が導かれ、該検査用光線が発光受光ヘッド５３から下方に向けて発光される。光源ユニット５４としては、検査用光線がレーザ光線であった場合にはレーザ光源やレーザ発振器等を備えたレーザ光線ユニットが挙げられ、その場合の光源としては、例えば波長が０．８〜１．３μｍ程度のＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）等が用いられる。また、光伝達部材５６としては、例えば光ファイバ等が用いられる。
【００２７】
光源ユニット５４は、例えば基台１１の内部に収容され、光伝達部材５６は光源ユニット５４からポスト５１内に通されて発光受光ヘッド５３に接続される。また、発光受光ヘッド５３は、検査用光線がワーク１に反射した干渉波を受光する。発光受光ヘッド５３で受光された干渉波は光伝達部材５６を逆行し、光源ユニット５４内に設けられた図示せぬ受光手段で受光される。受光手段としては、例えばフォトダイオード等が用いられる。
【００２８】
図４に示すように、ケース５２の下端は底板５２ａで閉塞されている。底板５２ａの中央部は、ガラス等の検査用光線を透過する部材で構成された透明板部５２ｂとなっており、発光受光ヘッド５３からワーク１に向けて発せられた検査用光線およびワーク１に反射した干渉波は、この透明板部５２ｂを透過する。ケース５２は、透明板部５２ｂのワーク１に対向する下面である対向面５２ｃとワーク１との間に所定距離の隙間５７が形成されるように位置付けられる。
【００２９】
液体供給部６０は、逆Ｌ字状の管状部材から構成されている。液体供給部６０は、一端部が基台１１に固定され、加工位置に向けて延びており、図４に示す先端の吐出口６１から水（液体）Ｗが下方に向けて吐出される。液体供給部６０には給水管６２が接続されており、給水管６２は基台１１内に導かれて、基台１１内に収容された給水ポンプ等の給水源６３に接続されている。液体供給部６０は、図３に示すように発光受光部５０のＸ１側の近傍に配設され、吐出口６１が、加工位置に位置付けられるワーク１の上方に配される位置に位置付けられている。
【００３０】
（２−２）非接触測定手段の作用および効果
非接触測定手段４０では、次のようにしてワーク１の厚さが測定される。すなわち、給水源６３から給水管６２を経て液体供給部６０より水Ｗを吐出させ、発光受光部５０のケース５２の対向面５２ｃとワーク１の表面（被加工面）１ａとの隙間５７の空間を、水Ｗが充満して空気が混入せず、水Ｗで密封された状態に保持する。隙間５７は、液体供給部６０から連続的に水Ｗが供給されることにより常に正圧の状態が保持され、隙間５７に供給される水Ｗはワーク１の被加工面を流動して排水される。このように隙間５７に水Ｗを供給した状態で、光源ユニット５４内の光源で発生された検査用光線が光線伝達部材５６を介して発光受光ヘッド５３に送られ、検査用光線は発光受光ヘッド５３から下方のワーク１に向けて発光される。
【００３１】
発光受光ヘッド５３から発光された検査用光線は、対向面５２ｃを含む透明板部５２ｂを透過し、さらに隙間５７を満たしている水Ｗ中を伝播してワーク１に到達する。ここで、ワーク１の厚さ測定には、ワーク１の表面１ａで反射した第１反射光と、ワーク１の内部を透過し、裏面１ｂで反射した第２反射光との干渉波が利用される。これら反射光は、それぞれワーク１の表面１ａと裏面１ｂで反射してから相互に干渉し合い干渉波を発生させる。その干渉波は、発光受光ヘッド５３で受光され、光線伝達部材５６を逆行して光源ユニット５４内の上記受光手段で受光される。なお、図４の符号５３Ａで差し示す矢印は、発光受光ヘッド５３から発せられた検査用光線がワーク１の表面１ａおよび裏面１ｂで反射し、反射した干渉波が発光受光ヘッド５３で受光される状態を示している。
【００３２】
光源ユニット５４内の受光手段で受光された上記第１反射光と第２反射光との干渉波は、検波回路等を備えた演算部５５で波形が分析され、その波形に応じて電気信号等に数値化される。その数値はワーク１の厚さを示すものであり、これによってワーク１の厚さが検出される。演算部５５で求められたワーク１の厚さは制御部７０に供給され、制御部７０はその厚さに基づいて加工送り手段３６による加工手段３０の加工送り動作を制御する。
【００３３】
本実施形態の非接触測定手段４０によると、ワーク１の厚さ測定時においては、発光受光部５０のケース５２の対向面５２ｃからワーク１までの間の隙間５７が常に水Ｗで満たされて正圧状態となっているため、隙間５７には、研削屑を含む汚れた研削液が侵入することがない。したがって検査用光線のワーク１に対する照射状態が研削液によって乱されることがなく、検査用光線は常に隙間５７を満たす水Ｗのみを透過する。このため、検査用光線の屈折率が変動したり、検査用光線が照射領域を円滑に透過しなかったりする不都合は起こりにくい。これにより、検査用光線は常に一定の状態でワーク１に照射され、かつ干渉波は安定し、結果として正確な厚さ測定値を得ることができる。
【００３４】
また、発光受光部５０と液体供給部６０とは別体となっており、発光受光部５０のケース５２の外部から隙間５７に水Ｗを供給するため、液体供給部６０とは関係なくケース５２の対向面５２ｃをワーク１に接近させることができる。すなわち、対向面５２ｃをワーク１に極力接近させることができる。その結果、ケース５２の内部の発光受光ヘッド５３から発した検査用光線がワーク１に到達するまでの間に伝播する水Ｗの量が少なくなり、検査用光線の減衰を抑えることができる。また、検査用光線が伝播する水Ｗ中に乱流が起こりにくくなる。これらの結果、検査用光線が安定してワーク１に伝播し、より安定した厚さ測定が可能となる。
【００３５】
なお、ケース５２の対向面５２ｃからワーク１までの間の隙間５７は、１ｍｍを下回ると排水性が低下し、３ｍｍを超えると上記効果が得られにくくなる観点から、１〜３ｍｍが好適とされる。
【符号の説明】
【００３６】
１…ワーク
１ａ…ワークの表面
１ｂ…ワークの裏面
１０…研削装置
２０…チャックテーブル（保持手段）
３０…加工手段
４０…非接触測定手段
５０…発光受光部
５２…ケース
５２ｃ…対向面
５３…発光受光ヘッド（発光部、受光部）
５５…演算部
５７…対向面とワークとの隙間
６０…液体供給部
Ｗ…水（液体）
【図１】
2011240452.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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