JP5943578B2 - ウェーハ面取り装置、および面取り用砥石の表面状態または面取り用砥石によるウェーハの加工状態の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハ面取り装置、および面取り用砥石の表面状態または面取り用砥石によるウェーハの加工状態の検出方法に関する。

半導体装置や電子部品等の素材となるシリコン（Ｓｉ）等のウェーハは、結晶インゴットの状態から、内周刃やワイヤーソー等のスライサで板状にスライスされた後、その周縁（エッジ）の割れや欠け等を防止するために外周部に面取り加工が施される。

特許文献１に記載されるように、面取り加工に使用されるウェーハ面取り装置は、ウェーハ外周部を研削する外周部用砥石や、方位の基準位置となるＶ字状のノッチ部を研削するノッチ部用砥石等の各種砥石が複数取り付けられ、これらの砥石をスピンドルにより高速に回転させて加工を行なう。加工の際には、ウェーハをウェーハテーブル上に吸着載置して回転する。ウェーハテーブルまたは砥石は、移動機構によりＸＹＺの３軸方向に相対的に移動可能であり、砥石に形成された面取り用の溝へウェーハ外周部を当てることにより面取り加工を行う。

電子部品の素材となるウェーハの材料は、シリコン（Ｓｉ）のほか、ガリウム窒素（ＧａＮ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体用ウェーハ、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム等の酸化物単結晶ウェーハ、またはＬＥＤ用差ファイヤウェーハ等多岐に渡っている。ウェーハ面取り装置は、材料が異なるごとに、ツール回転数、ワーク送り速度、砥石粒度等の研削条件を設定する必要がある。材料に応じた研削条件の設定は、カット＆トライで実施しており、テスト加工で多くのウェーハを消費していた。

砥石は、研削前に、砥石の表面を良好な研削が行なえる状態にする目立て処理（ドレッシング）を行なう必要がある。また、研削により表面が目詰まりすると、良好な研削が行なえなくなるので、随時ドレッシングを行なう必要があり、例えば、ワークの加工数量が、あらかじめ取得した統計データ等に基づいて決定した量に達した時にドレッシングを行なうようにしている。

ドレッシングは、これまで作業員が手に保持したドレス材の棒（ドレス砥石）を砥石の溝に突き当てて実施していた。しかし、この手法では、ドレス砥石の、砥石の溝への押しつけ力、接触位置を正確に制御できない。さらに、砥石の表面が研削を行なうのに適した状態であるかの判定は、実際にテスト用ウェーハを研削して判定しており、テスト用ウェーハの使用量が大きく、作業が煩雑である。また、ドレス砥石の使用量も多く、十分な管理が難しい。そこで、ドレス材で作られた円板状のドレス砥石をウェーハテーブルに保持して、ドレス砥石を、砥石に接触させてドレッシングを行なうことが考えられる。

さらに、特許文献２および３に記載されるように、ウェーハの面取り加工では、ウェーハのエッジを所定の形状にするため、所定の形状の溝を有する砥石を使用する必要があり、作業員が手に保持したツルアーを砥石の溝に突き当てて、砥石に所定形状の溝を形成するツルーイングが行なわれる。この場合も、作業員が手作業で行なったのでは、ツルアーの、砥石の溝への押しつけ力、接触位置を正確に制御できず、偏当たりや過度の当たりが生じ、または当たり不良により正確なツルーイングが困難であった。

ウェーハテーブルに保持した円板状のドレス砥石およびツルアーを使用することにより、砥石の接触位置等は正確に制御可能になるが、接触圧を正確に制御することは難しく、砥石の表面状態を把握することもできない。

そこで、例えば砥石を回転するスピンドルモータの電流を検出することにより、砥石に掛かる負荷を検出することが行なわれる。しかし、スピンドルモータの電流検出のみでは、砥石とドレス砥石またはツルアーとの接触状態を十分に把握できない。

ＡＥセンサは、１００ｋＨｚ以上の高周波数の音響信号を検出する素子で、ワーク（ウェーハ）と砥石の接触点で発生する高周波数の破砕音信号を検出することができる。ＡＥセンサを砥石の回転機構の固定部に配置して、破砕音信号を検出することが行なわれている。しかし、この構成でＡＥセンサが検出するのは回転部の軸受け部（ベアリング）を介して伝播した破砕音信号であり、軸受け部で発生するノイズに比べて破砕音信号の検出レベルが低く、接触状態や砥石の表面状態を判定可能なレベルのＡＥ信号を得ることが難しかった。

特許文献４は、ＡＥセンサおよびＡＥセンサと共振回路を形成する第１インダクタンス要素（コイル）を砥石（回転側）に内蔵し、第１インダクタンス要素と電磁結合する第２インダクタンス要素（コイル）を固定側に設け、ＡＥセンサの出力変化により共振回路に発生する信号変化を、電磁結合を介して固定側の第２インダクタンス要素の信号に誘起し、その信号を検出することを、記載している。しかし、第２インダクタンス要素に生じる信号は、雑音が大きく、接触状態や砥石の表面状態を判定できるほど十分にＳ／Ｎ比が高くないという問題があった。

特許文献５は、ＡＥセンサ、ＡＥセンサの信号をデジタル信号に変換して無線信号として出力する信号処理回路および電源を内蔵した砥石を記載している。このような砥石であれば、ＡＥセンサで破砕音信号を直接検出し、それをデジタル信号に変換して送信するので、Ｓ／Ｎ比の高いＡＥ信号を得ることができ、接触状態や砥石の表面状態を判定することが可能であると考えられる。しかし、ＡＥセンサ、信号処理回路および電源を砥石に内蔵する必要があり、大型の砥石であれば適用可能であるが、小型の砥石には適用できない上、消耗品である砥石のコストが大幅に増加するという問題がある。

特許文献６は、ＡＥセンサおよびＡＥセンサの信号を増幅する増幅器を砥石に設け、増幅器への電源供給および増幅器の出力の固定側への送信は電磁カップリングを介して行なうことを記載している。特許文献６に記載された構成は、特許文献５に記載された構成に比べて、電源を内蔵しない分だけ砥石に設ける部分を小型化できるが、ＡＥセンサおよび増幅器を砥石に内蔵する必要があり、砥石に設ける部分を十分に小型化するのは難しい。また、電源供給と信号送信の２つの電磁カップリングを設ける必要があり、電磁カップリングが複雑になる。そのため、特許文献５と同様に、大型の砥石であれば内蔵可能であるが、小型の砥石には適用できない上、消耗品である砥石のコストが大幅に増加するという問題がある。

特開２００９−７８３２６号公報 特開２００５−１５３０８５号公報 特開平７−５８０６５号公報 特開２００９−４７４４９号公報 特開平１１−１０５３５号公報 特表２００５−５１９２６５号公報

特許文献５および６に記載された砥石を使用すれば、Ｓ／Ｎ比の高いＡＥ信号を得ることができるが、小型の砥石には適用できない上、消耗品である砥石のコストが大幅に増加するという問題がある。

一方、特許文献４に記載されたＡＥセンサは、小型の砥石にも適用可能で、比較的低コストであるが、十分にＳ／Ｎ比が高い信号が得られないという問題がある。

本発明は、ウェーハのエッジに高速回転する砥石が接触することにより発生する破砕音信号の発生メカニズムと、雑音発生の主要因に着目して、回転側のＡＥセンサの検出信号を非接触で固定側に誘起し、誘起した信号の信号処理により、接触状態や砥石の表面状態を判定可能にすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、面取り用砥石を保持して回転する砥石回転ユニットに設けられたＡＥセンサの信号を送信手段が出力し、送信手段が出力する電気信号を受信手段が検出し、受信手段の電気信号をデジタル信号に変換し、デジタル電気信号に対して、低周波数成分を除去するフィルタリング処理と、回転ユニットの回転周期に対応した信号変化を抽出する処理と、をデジタル処理で行なう。送信手段および受信手段は、例えば、回転ユニットと固定ユニットに対向して設けられる第１および第２インダクタンス要素（コイル）で実現できるが、ＡＥセンサの信号を非接触で送信できる関係にあれば、どのようなものでもよい。

すなわち、本発明の第１の態様のウェーハ面取り装置は、ウェーハを保持して回転するウェーハテーブルと、ウェーハのエッジに接触する面取り用砥石を保持して回転する砥石回転機構と、を備えるウェーハ面取り装置であって、砥石回転機構は、面取り用砥石を含む回転ユニットと、固定ユニットと、を備え、回転ユニットは、ＡＥセンサと、ＡＥセンサに接続された送信手段と、を備え、固定ユニットは、回転ユニットに対向して設けられ、送信手段と通信する受信手段と、受信手段の電気信号を処理する信号処理回路と、を備え、信号処理回路は、受信手段の電気信号を増幅するアンプと、アンプの出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、デジタル信号を処理するデジタル処理回路と、を備え、デジタル処理回路は、低周波数成分を除去するフィルタリング処理を行い、さらに回転ユニットの回転周期に対応した信号変化を抽出する処理を行うことを特徴とする。

また、本発明の第２の態様の方法は、ウェーハのエッジの面取りを行なうために、回転状態でウェーハのエッジに接触する面取り用砥石の表面状態または面取り用砥石によるウェーハの加工状態の検出方法であって、回転状態の面取り用砥石に、ウェーハまたはドレス材を接触させ、面取り用砥石を保持して回転する砥石回転ユニットに設けられた送信手段が出力するＡＥセンサの電気信号を、送信手段と通信する固定の受信手段の電気信号として検出し、受信手段の電気信号をデジタル信号に変換し、受信手段のデジタル電気信号に対して、低周波数成分を除去するフィルタリング処理と、回転ユニットの回転周期に対応した信号変化を抽出する処理と、をデジタル処理で行ない、デジタル処理結果に基づいて、面取り用砥石の表面状態または面取り用砥石によるウェーハの加工状態を判定することを特徴とする。

特許文献４に記載されたように、面取り用砥石を保持して回転する砥石回転ユニットに設けられたＡＥセンサおよび第１インダクタンス要素が形成する共振回路の電気信号を、第１インダクタンス要素と電磁結合する固定の第２インダクタンス要素の電気信号として検出することが可能である。しかし、このような電気信号は、雑音が大きく、Ｓ／Ｎ比が不十分であった。

高周波数の音響信号は、伝播距離に応じて減衰する。雑音は主として回転部の軸受け部で発生することに着目して、ＡＥセンサは回転するが、回転中心に対して常時一定距離に位置するため、軸受け部で発生した雑音は、ＡＥセンサには、常時一定のレベルで影響すると考えられる。これに対して、破砕音信号はワークと砥石の接触部で発生し、ＡＥセンサは回転するために接触部との距離が、砥石の回転周期を１周期として変化するため、この周期で変化する。そこで、本発明では、受信手段の電気信号から低周波数成分、例えば、砥石の回転周期の２倍より長い周期に対応する周波数より低周波数の成分を除去することにより、軸受け部で発生する雑音を除去する。その後、砥石の回転周期を周期として変化する信号変化を抽出する。そして、抽出した信号の強度レベルの変化で、面取り用砥石の表面状態または面取り用砥石によるウェーハの加工状態を判定する。このような処理をアナログ信号に対して行うのは難しいため、受信手段の電気信号をデジタル信号に変換した後、デジタル処理で上記の処理を行なう。

本発明によれば、消耗品である砥石のコスト増加を抑制して、砥石の接触状態や砥石の表面状態が判定可能になる。

図１は、第１実施形態のウェーハ面取り装置における各部の配置を示す図である。 図２は、砥石回転機構の面取り用砥石の保持部分を示す一部断面図である。 図３は、フランジおよびＡＥセンサ固定部の溝が形成される表面および断面を示す図である。 図４は、ＡＥセンサ、および対向する円形コイルにより形成される検出回路の構成を示す図である。 図５は、第１実施形態におけるＡＥ信号検出システムの全体構成を示す図である。 図６は、アンプの出力する信号処理前のＡＥ信号の例を示す図である。 図７は、面取り用砥石がワーク等と接触することにより発生する破砕音のＡＥ信号と、スピンドルモータの軸受け部で発生するＡＥ信号のＡＥセンサに対する影響の違いを説明する図である。 図８は、第１実施形態の信号処理部が行う信号処理を説明する図である。 図９は、バンドパスフィルタ処理を行った後、回転周期で変化している信号成分を抽出した信号の時間に応じた信号強度の変化例を示す図である。 図１０は、バンドパスフィルタ処理を行った後、回転周期で変化している信号成分を抽出した信号の時間に応じた信号強度の別の変化例を示す図である。 図１１は、第２実施形態におけるフランジのＡＥセンサ固定部に対向する表面および円形コイルと２個のＡＥセンサとの配線を示す図である。 図１２は、第２実施形態において、２個のＡＥセンサ、および対向する円形コイルにより形成される検出回路の構成を示す図である。 図１３は、第３実施形態におけるフランジのＡＥセンサ固定部に対向する表面を示す図である。 図１４は、第３実施形態におけるＡＥ信号検出システムの全体構成を示す図である。 図１５は、第４実施形態におけるフランジのＡＥセンサ固定部に対向する表面を示す図である。 図１６は、第４実施形態において、４個のＡＥ、および対向する円形コイルにより形成される検出回路の構成を示す図である。 図１７は、第４実施形態におけるＡＥ信号検出システムの全体構成を示す図である。 図１８は、Ｎ個の周波数特性の異なるＡＥセンサを使用した場合の、ＡＥ信号検出システムの周波数に対する合成感度を示す図である。 図１９は、ＡＥセンサおよび回転側の円形コイルを砥石に設けた変形例の砥石回転機構の面取り用砥石の保持部分を示す一部断面図である。

第１実施形態のウェーハ面取り装置は、ウェーハＷを保持して回転するウェーハテーブル１０と、ウェーハＷのエッジに接触する面取り用砥石２０を保持して回転する砥石回転機構と、ノッチ部を研削するノッチ部用砥石１１を保持して回転するノッチ部用砥石回転機構と、ウェーハテーブル１０との間で面取りするウェーハＷを供給／排出するロード／アンロード部１２と、を有する。

図１は、第１実施形態のウェーハ面取り装置における各部の配置を示す図である。未処理のウェーハＷは、図示していない搬送アームにより、ロード／アンロード部１２からウェーハテーブル１０上に載置（ロード）される。ウェーハテーブル１０は、載置された未処理のウェーハＷを真空吸着等により保持する。ウェーハテーブル１０は、図示していないＸＹＺ移動機構により、３軸方向に移動可能に支持されると共に、テーブル回転機構により所定の速度で回転する。未処理のウェーハＷを保持したウェーハテーブル１０は、回転した状態で移動し、スピンドルモータ等の砥石回転機構により高速回転する面取り用砥石２０に接触する。これによりウェーハＷのエッジの面取りが行なわれる。面取りが終了した後、ウェーハテーブル１０は面取り用砥石２０から離れて所定の回転位置で停止し、高速回転するノッチ部用砥石１１に接触するように移動する。これにより、ウェーハＷの所定位置にノッチが形成される。面取り処理の終了したウェーハＷは、搬送アームにより、ウェーハテーブル１０からロード／アンロード部１２に移動（アンロード）される。ここでは、ウェーハテーブル１０が３軸方向に移動可能であるが、面取り用砥石２０およびノッチ部用砥石１１をそれぞれ移動可能にすることも可能である。

ウェーハ面取り装置については、例えば特許文献１等に記載されており、広く知られているので、これ以上の説明は省略する。

図２は、砥石回転機構の面取り用砥石２０の保持部分を示す一部断面図である。

スピンドルモータ２３は、筐体２１に固定される。スピンドルモータ２３は、端部に回転体２４を有し、回転体２４には主軸部２６が設けられている。回転体２４とエアー軸受け部の隙間は、エアー軸受け部に供給される空気が噴出するスピンドルエアパージ噴出口２５である。主軸部２６は、テーパ状の先端部を有し、ネジ穴が形成されている。フランジ３０は、主軸部２６の先端部２６のねじに、ワッシャ２７を介してねじ２８を締結することにより、主軸部２６に取り付けられる。

面取り用砥石２０は、主軸部２６の外周部のねじに、ナット２９を締結することにより取り付けられる。面取り用砥石２０は、複数の溝を有する層型砥石である。複数の溝は、例えば、粗研用溝および精研用溝を含み、面取りの粗研および精研が同一の面取り用砥石２０で行なえるようにしても、粗研用溝および／または精研用溝を複数含み、砥石の交換頻度を低減するようにしてもよい。

筐体２１には、支持部材２２が取り付けられ、支持部材２２にＡＥセンサ固定部４０が取り付けられる。支持部材２２およびＡＥセンサ固定部４０は、スピンドルモータ２３の回転体２４をカバーする形状を有し、ＡＥセンサ固定部４０と主軸部２６の間には狭いギャプが形成される。また、ＡＥセンサ固定部４０の表面およびフランジ３０の表面は、回転軸に垂直な平面で、ＡＥセンサ固定部４０の表面とフランジ３０の表面の間には狭いギャップが形成される。

支持部材２２上のＡＥセンサ固定部４０の周囲には、クーラントガード５１が設けられ、加工時に面取り用砥石２０に供給されるクーラントが、ＡＥセンサ固定部４０の表面とフランジ３０の表面の間に侵入するのを防止する。さらに、ＡＥセンサ固定部４０の表面の周辺部に、クーラントガード５１を通り抜けて進入したクーラントを排出するための排出口５４が設けられている。また、支持部材２２の側面には、複数箇所に、パージエアー排出口５２、５３が設けられる。ＡＥセンサ固定部４０と主軸部２６の間のギャプは、支持部材２２に設けられたパージエアー排出口５２、５３より十分に狭く、スピンドルエアパージ噴出口２５から噴出したパージエアーは、大部分がパージエアー排出口５２、５３から排出され、ＡＥセンサ固定部４０の表面とフランジ３０の表面の間には侵入しない。なお、パージエアー排出口５３は、パージエアー排出口５２より開口面積が大きく、パージエアー排出口５２と５３の開口面積比は、例えば、２：８である。

フランジ３０のＡＥセンサ固定部４０と対向する表面には、主軸部２６を中心とする円環状の溝が形成され、内部に導線が配置され、主軸部２６を中心とする円形コイル３１を形成する。同様に、ＡＥセンサ固定部４０のフランジ３０と対向する表面には、主軸部２６を中心とする円環状の溝が形成され、内部に導線が配置され、主軸部２６を中心とする円形コイル４１を形成する。

図３は、フランジ３０およびＡＥセンサ固定部４０の溝が形成される表面および断面を示す図であり、（Ａ）がフランジ３０の表面および断面を、（Ｂ）がＡＥセンサ固定部４０の表面および断面を、それぞれ示す。

フランジ３０の表面に形成される円環状の溝３２およびＡＥセンサ固定部４０の表面に形成される円環状の溝は、同一の直径で形成され、対向して配置される。フランジ３０の表面には、さらに円環状の溝３２に隣接して１個の穴３３が形成される。

フランジ３０の円環状の溝３２には絶縁した導線が複数巻き固定され、円形コイル３１が形成される。フランジ３０の穴３３にはＡＥセンサが固定され、円形コイル３１に接続される。円環状の溝３２内の導線（円形コイル３１）および穴３３内のＡＥセンサは、樹脂により封止される。

ＡＥセンサ固定部４０の円環状の溝４２には、フランジ３０と同様に、絶縁した導線が複数巻き固定され、円形コイル４１が形成される。

円形コイル３１および円形コイル４１は、対向して配置されており、一方のコイルに発生した電気信号の変化が他方のコイルの電気信号の変化を誘起する電磁結合関係にある。

図４は、ＡＥセンサ３４、円形コイル３１および円形コイル４１により形成される検出回路の構成を示す図である。

ＡＥセンサ３４は、絶縁体を介してフランジ３０に固定しても、絶縁体を設けず、ＡＥセンサ３４の面を直接フランジ３０に固定することも可能である。図４の（Ａ）は、ＡＥセンサ３４を絶縁体を介してフランジ３０に固定した場合の回路を、図４の（Ｂ）は、ＡＥセンサ３４の面を直接フランジ３０に固定した場合の回路を、それぞれ示す。

図４の（Ａ）に示すように、回転するフランジ３０に設けられたＡＥセンサ３４および円形コイル３１は、送信側回路６０を形成する。ＡＥセンサ３４は、回路的には容量と等価であり、円形コイル３１はインダクタンス要素であり、ＡＥセンサ３４および円形コイル３１はＬＣ共振回路を形成する。ＡＥセンサ３４は、フランジ３０の本体側に固定される面から入力する高周波数の音響信号を受けるので、フランジ３０側の面が検出面であり、フランジ３０側の面から入力する高周波数の音響信号に応じて電荷を生成する。ＡＥセンサ３４に入力する音響信号には、面取り用砥石２０がワーク等を研削する時に発生する破砕音信号の他に各種の雑音が含まれる。

ＡＥセンサ固定部４０に設けられた円形コイル４１は、図示していない増幅器（アンプ）６３と受信側回路６１を形成する。円形コイル４１は円形コイル３１と電磁結合関係にあり、円形コイル４１は、円形コイル４１の固定のインダクタンス値に、送信側回路６０に形成される共振回路の電気的特性を合わせた電気的特性を示す。

以上のように、第１実施形態では、円形コイル３１が送信手段を、円形コイル４１が受信手段を形成する。しかし、送信手段および受信手段は、ＡＥセンサの信号を非接触で送信できる関係にあれば、どのようなものでもよい。

図５は、第１実施形態におけるＡＥ信号検出システムの全体構成を示す図である。

図５に示すように、ＡＥ信号検出システムは、ＡＥセンサ３４、送信手段３８、受信手段６２、増幅器（アンプ）６３、ＡＤ変換器６４および信号処理部６５を有する。送信手段３８および受信手段６２は、電磁結合された円形コイル３１および４１により実現され、非接触で信号を伝達する。ＡＥセンサ３４および送信手段３８は、回転する回転体（フランジ３０）に設けられ、受信手段６２、増幅器（アンプ）６３、ＡＤ変換器６４および信号処理部６５は、非回転体に設けられる。受信手段６２である円形コイル４１は、ＡＥセンサ固定部４０に設けられる。それ以外の部分は、どこに設けてもよいが、アンプ６３は、円形コイル４１の近傍に設けることが望ましい。信号処理部６５は、コンピュータやＤＳＰで実現される。

ＡＥ信号検出システムでは、ＡＥセンサ３４で検出した高周波音響信号（ＡＥ信号）を、送信手段３８および受信手段６２を介してアンプ６３に伝達し、アンプ６３がＡＥ信号を増幅して出力する。ＡＤ変換器６４は、アンプ６３の出力するアナログＡＥ信号をデジタルデータに変換する。信号処理部６５は、デジタルデータに対してフィルタ処理等を行う。

図６は、アンプ６３の出力する信号処理前のＡＥ信号の例を示す図であり、横軸が時間（ｍｓ単位）であり、縦軸が信号強度である。図６のＡＥ信号は、図２において、クーラントガード５１を設けず、ＡＥセンサ固定部４０と主軸部２６に広い隙間が形成され、パージエアー排出口５２、５３等は設けない状態で検出した信号である。言い換えれば、フランジ３０とＡＥセンサ固定部４０の間に、クーラントおよびパージエアーが侵入する状態で検出した信号である。

図６において、Ｐで示す部分が、面取り用砥石２０がワーク等を研削する研削状態の波形を示し、それ以外の部分は、面取り用砥石２０が他の部分に接触せずに回転している定常状態の波形を示す。図６から、研削状態と定常状態の違いは識別可能であるが、研削状態における細部の差は、ノイズが大きく識別できない。

図６の定常状態は、定常状態のノイズ強度と研削状態のノイズ強度の差が小さいことが分かる。これにはパージエアーおよびクーラントにより生じるノイズが大きく影響していると考えられる。そこで、第１実施形態では、前述のように、クーラントガード５１を設け、ＡＥセンサ固定部４０と主軸部２６の間のギャップを狭くし、パージエアー排出口５２および５３を設けて、フランジ３０とＡＥセンサ固定部４０の間に、クーラントおよびパージエアーが侵入しない構成とした。

さらに、実験の結果、ノイズの多くがスピンドルモータ２３の軸受け部から発生することが判明した。

図７は、面取り用砥石２０がワークＷ等と接触することにより発生する破砕音のＡＥ信号と、スピンドルモータ２３の軸受け部で発生するＡＥ信号のＡＥセンサ３４に対する影響の違いを説明する図である。

破砕音のＡＥ信号は、面取り用砥石２０とワークＷが接触するポイントＡで発生し、軸受け部で発生するＡＥ信号は、面取り用砥石２０の回転中心Ｂで発生する。ＡＥセンサ３４は、回転中心Ｂを中心として面取り用砥石２０の回転周期Ｔで回転する。例えば、面取り用砥石２０が３００００ｒｐｍで回転する場合には、ＡＥセンサ３４も３００００ｒｐｍで回転し、回転周期は２ｍｓであり、回転周波数は５００Ｈｚである。ＡＥセンサ３４は、回転中心Ｂを中心として回転しており、回転位置にかかわらず、ＡＥセンサ３４と回転中心Ｂの距離は半径ｒで一定ある。ＡＥ信号は、伝播距離に応じて減衰するが、ＡＥセンサ３４と回転中心Ｂの距離は一定であるから、軸受け部で常時同じ強度のＡＥ信号が発生すると仮定すると、回転位置にかかわらず、ＡＥセンサ３４に入力する軸受け部で発生するＡＥ信号は一定強度である。言い換えれば、軸受け部で発生しＡＥセンサ３４に入力するＡＥ信号は、一定である。

これに対して、面取り用砥石２０とワークＷの接触ポイントＡからＡＥセンサ３４までの距離は、回転位置により異なる。図７に示すように、ポイントＡからＡＥセンサ３４までの距離は、ＡＥセンサ３４が３４Ａで示す位置にある時にはＬＡ、３４Ｂで示す位置にある時にはＬＢであり、回転周期Ｔに応じて変化する。例えば、ポイントＡと回転中心Ｂとの距離をＬとし、ポイントＡと回転中心Ｂを結ぶ方向をθ＝０とすると、ポイントＡからＡＥセンサ３４までの距離ＬＲは、次の式で表される。

ＬＲ^２＝（Ｌ−ｒｃｏｓθ）^２＋（ｒｓｉｎθ）^２
したがって、距離ＬＲは、回転周期Ｔを１周期として変化する。

ＡＥ信号は、伝播距離に応じて、例えば、伝播距離の２乗に比例して減衰するので、ＡＥセンサ３４に入る面取り用砥石２０がワークＷを研削することにより発生する破砕音のＡＥ信号は、回転周期Ｔを１周期として変化すると考えられる。

図８は、第１実施形態の信号処理部６５が行う信号処理を説明する図である。

図８の（Ａ）は、信号処理部６５が１ステップ目に行うフィルタ処理のゲイン（透過率）を示す図である。面取り用砥石２０がワークＷ等を研削する場合に発生する破砕音は、高周波数のＡＥ信号である。これに対して、クーラントおよびパージエアーなどが散乱する際に発生するＡＥ信号は比較的低周波数のＡＥ信号である。そこで、信号処理部６５は、１ステップ目で、低周波数のＡＥ信号を除去するハイパスフィルタ処理を行う。なお、破砕音の高調波成分も除去することが望ましいので、同時に非常に高い周波数成分も除去する。言い換えれば、信号処理部６５は、１ステップ目でバンドパスフィルタ処理を行う。バンドパスの周波数の下限と上限は、例えば、ＡＥセンサの検出する中心周波数を２７０ｋＨｚで、下限が１００ｋＨｚ、上限が４００ｋＨｚである。

図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）のバンドパスフィルタ処理を行った後のＡＥ信号の時間に応じた信号強度の変化例を示す図である。図７で説明したように、ＡＥセンサ３４に入る破砕音のＡＥ信号は、回転周期Ｔを１周期として変化すると考えられる。図８の（Ｂ）において、周期Ｔで変化している信号が破砕音に起因する成分と考えられる。そこで、信号処理部６５は、２ステップ目で図８の（Ｂ）において、周期Ｔで変化している信号成分を抽出する。

図９は、バンドパスフィルタ処理を行った後周期Ｔで変化している信号成分を抽出した信号の時間に応じた信号強度の変化例を示す図である。図６の信号と比較して、ノイズが除去されている。

図９において、Ｒで示す信号部分は、表面状態が研削に適した切れ味の良好な状態の面取り用砥石２０がワークＷに接触した状態のＡＥ信号を示す。Ｓで示す信号部分は、表面状態が研削に適さない切れ味の悪い状態の面取り用砥石２０がワークＷに接触した状態のＡＥ信号を示す。このような状態では、面取り用砥石２０がワークＷを研削せずにすべりが生じるので、ドレッシングが必要である。Ｔで示す信号部分は、面取り用砥石２０がワークＷに接触していない定常状態のＡＥ信号を示す。

図１０は、バンドパスフィルタ処理を行った後周期Ｔで変化している信号成分を抽出した信号の時間に応じた信号強度の別の変化例を示す図である。Ｕは、面取り用砥石２０の表面で目詰まりが生じ、表面状態が研削に適さなくなる状態の面取り用砥石２０がワークＷに接触した状態のＡＥ信号を示す。Ｖは、上記の表面状態が研削に適さなくなる状態の面取り用砥石２０をドレッシング処理した後に、ワークＷに接触した状態のＡＥ信号を示す。ドレッシング処理により、信号強度の平均レベルがＷだけ向上する。

以上説明したように、第１実施形態では、図９および図１０に示した状態の識別が可能である。

次に、第２実施形態のウェーハ面取り装置について説明する。第２実施形態のウェーハ面取り装置は、フランジ３０にＡＥセンサを２個設けることのみが第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施形態のウェーハ面取り装置と同じである。

図１１は、第２実施形態におけるフランジ３０のＡＥセンサ固定部４０に対向する表面を示す図である。

図１１に示すように、第２実施形態におけるフランジ３０の表面には、円環状の溝３２と、２個の穴３３Ａおよび３３Ｂと、が形成される。言い換えれば、図３の第１実施形態におけるフランジ３０の表面に、１個の穴を加えた構成を有する。２個の穴３３Ａおよび３３Ｂは、フランジ３０の回転中心に対して対称に、円環状の溝３２に隣接して設けられる。２個の穴３３Ａおよび３３Ｂには、２個のＡＥセンサが、絶縁体を介してフランジ３０の表面に固定され、円環状の溝３２には絶縁した導線が複数巻き固定される。

２個のＡＥセンサは、一方の上面が他方の下面に、一方の下面が他方の上面に接続されるように、導線により形成される円形コイル３１に接続される。円環状の溝３２および２個の穴３３Ａおよび３３Ｂは、図４に示したのと同様に、樹脂により封止される。

ＡＥセンサ固定部４０の円環状の溝４２には、第１実施形態と同様に、絶縁した導線が複数巻き固定されて円形コイル４１を形成しており、円形コイル３１と円形コイル４１は電磁結合関係にある。

図１２は、第２実施形態において、２個のＡＥセンサ３４Ａおよび３４Ｂ、円形コイル３１および円形コイル４１により形成される検出回路の構成を示す図である。第１実施形態と異なるのは、送信側回路６０において、２個のＡＥセンサ３４Ａおよび３４Ｂが並列に接続されていることである。前述のように、ＡＥセンサ３４は、フランジ３０側の面が検出面であり、２個のＡＥセンサ３４Ａおよび３４Ｂは、検出面が逆になるように接続されている。

２個のＡＥセンサ３４Ａおよび３４Ｂは、回転中心に対して対称に配置されており、軸受け部で発生するＡＥ信号は、２個のＡＥセンサ３４Ａおよび３４Ｂに、同時に同じ強度で検出面に入ると考えられる。図１２の送信側回路６０において、２個のＡＥセンサ３４Ａおよび３４Ｂは、検出面が逆になるように接続されているので、軸受け部で発生するＡＥ信号による２個のＡＥセンサ３４Ａおよび３４Ｂの生成電荷は、互いに相殺すると考えられる。言い換えれば、第２実施形態で、送信側回路６０は、軸受け部で発生するＡＥ信号を検出しないと考えられる。

図１３は、第３実施形態におけるフランジ３０のＡＥセンサ固定部４０に対向する表面を示す図である。図１３に示すように、フランジ３０の表面には、２個の円環状の溝３２Ａおよび３２Ｂと、２個の穴３３Ｃおよび３３Ｄと、が形成されている。２個の円環状の溝３２Ａおよび３２Ｂは、回転中心を中心とした同心円である。２個の穴３３Ｃおよび３３Ｄは、フランジ３０の回転中心に対して反対側に、それぞれ円環状の溝３２Ａおよび３２Ｂに隣接して設けられる。２個の円環状の溝３２Ａおよび３２Ｂには、それぞれ絶縁した導線が複数巻き固定され、２個の穴３３Ｃおよび３３Ｄには、２個のＡＥセンサが固定され、第１実施形態と同様に接続される。なお、２個のＡＥセンサは、第１実施形態同様に、フランジ３０に、絶縁体を介して固定されても、絶縁体を設けずに固定されてもよい。２個の円環状の溝３２Ａおよび３２Ｂと、２個の穴３３Ａおよび３３Ｂは、図４に示したのと同様に、樹脂により封止される。

図１４は、第３実施形態におけるＡＥ信号検出システムの全体構成を示す図である。

図１４に示すように、第３実施形態におけるＡＥ信号検出システムは、図５の第１実施形態のＡＥ信号検出システムを２系統有し、信号処理部が共通化されている構成を有する。信号処理部は、２系統のデジタルＡＥ信号に対して、図８の（Ａ）のバンドパスフィルタ処理および図８の（Ｂ）の回転周期Ｔの成分を抽出する処理を行い、面取り用砥石２０がワークＷに接触することにより発生する破砕音に対応するＡＥ信号を検出する処理を行う。例えば、第３実施形態では、２個のＡＥセンサは、回転中心に対して反対側に設けられるが、回転中心からの距離が異なるので、２個のＡＥセンサに入る軸受けで発生する雑音の強度が異なるので、その分の補正を行う。また、面取り用砥石２０がワークＷに接触するポイントからの距離も異なるので、その分の補正も行う。

図１５は、第４実施形態におけるフランジ３０のＡＥセンサ固定部４０に対向する表面を示す図である。図１５に示すように、第４実施形態におけるフランジ３０の表面には、円環状の溝３２と、４個の穴３３Ｅ−３３Ｈと、が形成される。４個の穴３３Ｅ−３３Ｈは、フランジ３０の回転中心にから等距離に、円環状の溝３２に隣接して設けられる。４個の穴３３Ｅ−３３Ｈには、４個のＡＥセンサが配置され、円環状の溝３２には絶縁した導線３７が複数巻き固定され円形コイルを形成する。複数巻きの導線３７の両側の一方が４個のＡＥセンサの上面に、他方が４個のＡＥセンサの下面に、接続される。円環状の溝３２および４個の穴３３Ｅ−３３Ｈは、図４に示したのと同様に、樹脂により封止される。

図１６は、第４実施形態において、４個のＡＥセンサ３４Ｅ−３３Ｈ、円形コイル３１および円形コイル４１により形成される検出回路の構成を示す図である。第４実施形態は、送信側回路６０において、４個のＡＥセンサ３４Ｅ−３３Ｈが並列に接続されていることが、第１実施形態と異なる。

ＡＥセンサは、周波数特性を有し、検出感度が最大になる中心周波数を有する。そこで、検出対象に応じた中心周波数を有するＡＥセンサを選択して使用することが望ましい。第４実施形態では、中心周波数の異なる複数のＡＥセンサを用いて周波数範囲を拡大する。

図１７は、第４実施形態におけるＡＥ信号検出システムの全体構成を示す図である。

図１７に示すように、第４実施形態におけるＡＥ信号検出システムでは、送信側回路６０において、４個のＡＥセンサ３４Ｅ−３３Ｈが並列に接続されており、４個のＡＥセンサ３４Ｅ−３３Ｈの検出信号が加算器３９で加算されて、送信手段３８に入力される。これ以外の部分は、第１実施形態と同じである。

第４実施形態では、４個のＡＥセンサ３４Ｅ−３３Ｈを用いたが、個数は特に制限されず、ＡＥセンサの周波数特性および対称とするＡＥ信号の周波数に応じて適宜決定すればよい。

図１８は、Ｎ個の周波数特性の異なるＡＥセンサを使用した場合の、ＡＥ信号検出システムの周波数に対する合成感度を示す図である。図１８に示すように、システムの感度は、各ＡＥセンサの感度を合成した感度であり、検出する周波数範囲が広がる。

第１から第４実施形態は、ＡＥセンサおよび回転側の円形コイルをフランジ３０に設けたが、砥石２０にＡＥセンサおよび回転側の円形コイルを設けることも可能である。

図１９は、ＡＥセンサおよび回転側の円形コイルを砥石２０に設けた変形例の砥石回転機構の面取り用砥石２０の保持部分を示す一部断面図である。

スピンドルモータ２３は、筐体２１に固定される。スピンドルモータ２３は、端部に回転体２４を有し、回転体２４には主軸部２６が設けられている。回転体２４とエアー軸受け部の隙間は、エアー軸受け部に供給される空気が噴出するスピンドルエアパージ噴出口２５である。主軸部２６は、テーパ状の先端部を有し、その外周部の先端にネジが形成されている。面取り用砥石２０は、主軸部２６の先端部２６のねじに、ナット２９を締結することにより、主軸部２６に取り付けられる。

筐体２１には、支持部材２２が取り付けられ、支持部材２２にＡＥセンサ固定部４０が取り付けられる。支持部材２２およびＡＥセンサ固定部４０は、スピンドルモータ２３の回転体２４をカバーする形状を有し、ＡＥセンサ固定部４０と主軸部２６の間には狭いギャプが形成される。また、ＡＥセンサ固定部４０の表面および面取り用砥石２０の表面は、回転軸に垂直な平面で、ＡＥセンサ固定部４０の表面と面取り用砥石２０の表面の間には狭いギャップが形成される。

支持部材２２上のＡＥセンサ固定部４０の周囲には、クーラントガード５１が設けられ、加工時に面取り用砥石２０に供給されるクーラントが、ＡＥセンサ固定部４０の表面と面取り用砥石２０の表面の間に侵入するのを防止する。また、支持部材２２の側面には、複数箇所に、パージエアー排出口５２、５３が設けられる。

面取り用砥石２０のＡＥセンサ固定部４０と対向する表面には、主軸部２６を中心とする円環状の溝が形成され、内部に導線が配置され、主軸部２６を中心とする円形コイル３１を形成する。同様に、ＡＥセンサ固定部４０のフランジ３０と対向する表面には、主軸部２６を中心とする円環状の溝が形成され、内部に導線が配置され、主軸部２６を中心とする円形コイル４１を形成する。ＡＥセンサは、第１から第４実施形態と同様に設けられる。

以上説明した第１から第４実施形態および変形例のウェーハ面取り装置では、高速回転する面取り用砥石２０がウェーハ等に接触することにより発生する研削の破砕音のＡＥ信号を、高いＳ／Ｎ比で検出することができる。このような高いＳ／Ｎ比のＡＥ信号を利用することにより、以下に説明するような応用が可能である。

（１）面取り加工を適切に効率よく行うには、加工条件や砥石の表面状態を適切に管理する必要がある。例えば、図１１でＵで示したように、砥石の表面に目詰まりが生じている場合には、ウェーハは研削されず、すべりが発生する。これは、ウェーハの押し当て力が、研削能力よりも大きい場合も同様である。この時、ウェーハの破砕が進行しないので、ＡＥ信号強度は低下する。研削条件は、スピンドルモータの回転数。ウェーハの送り速度、切り込み量を個別にまたは同時に可変し、上記のようにして得られるＡＥ信号の強度が一定レベルになる条件をウェーハ面取り装置が診断することで最適なレシピを作り出すことが可能である。

これまで、研削条件のレシピは、多量のテストウェーハを使用して、作製してきた。これに対して、実施形態のウェーハ面取り装置では、上記のように、多量のテストウェーハを使用すること無しに、研削条件のレシピの作成が可能になる。これに応じて、テストによる砥石の負荷も軽減されるので、砥石の寿命（ライフ）も向上する。さらに、スピンドルモータやウェーハテーブルの移動機構への負荷も抑制されるので、機械的な構成部品の故障リスクが軽減される。

さらに、砥石との接触点と加工終了点を、ＡＥ信号を監視することにより一層正確に見極めることが可能になるので、ウェーハの進入速度、逃げ速度を端出する制御が可能になり、加工のスループットが向上し、生産性が向上する。

特許文献３に記載されるように、面取り加工の面幅調整のため、砥石溝に対してウェーハを微小量切り込み、上下移動させる。その際、ＡＥ信号が均一になるポイントを検出することで、溝中心を割り出することができ、調整によるダウンタイムを軽減できる。

さらに、面取りを行なうウェーハの直径方向の加工量（取り代）が多い場合には、これまで複数回のパスで研削を行っているが、センタリング誤差により取り代が大きくなることによる問題はこれまで軽減できなかった。実施形態のＡＥ信号を使用すれば、接触点を正確に検出し、測定値との誤差を割り出すことにより、パス数や切り込み量を自動補正し、ウェーハダメージを軽減できる。

（２）切れ味の限界点（レベル）を設定しておき、ＡＥ信号の変化点を監視して限界点以下になった場合には、自動的にドレッシングが必要と判断することができる。ドレッシングのタイミングを正確に判定すれば、溝の形状が変形する前にドレッシングを実行できるため、砥石のライフが向上する。

ドレッシング処理で、一番制御が難しいとされているのは砥石の回転数の制御であるが、これを、ＡＥ信号を監視しながら、負荷が一定になるように回転速度制御を行なうことが可能になる。さらに、砥石の切れ味の復活具合に応じて、砥石の回転数を変化させる制御を行なうことも可能である。ドレッシング処理が進むと、砥石の切れ味が上昇するので、ＡＥ信号は使用前の砥石のＡＥ信号強度に近い値まで戻る。この数値に達したことを確認してドレッシング処理を終了とする。このように、砥石の切れ味の状態を正確に見極められるので、ドレッシングの時間を短縮でき、ドレッシング砥石の使用量を低減してランニングコストを低減できる。

なお、ドレッシング砥石は、一般的にはスティック型が使用され、作業者が手で保持して行なわれるが、ウェーハと同じ形状の円板型のドレッシング砥石を使用し、ウェーハと同じロード／アンロード経路を使用して、ドレッシング砥石をウェーハテーブルに保持してドレッシングを行なうことも可能である。これにより、ドレッシング時期の判定を含めて、すべて自動で行なうことも可能になる。

（３）また、面取り用砥石２０の溝を所望の形状にするツルーイングでは、ＡＥ信号によりツルーイングの負荷ポイントを正確に検出し、ツルアーが最適な当たりとなるように位置制御の座標データにフィードバックすることができる。さらに、ＡＥ信号を監視し、溝形成の進展具合に応じて、ＡＥ信号が低下もしくは無くなったところでツルーイングの終了ポイントとして判定することができる。これにより、ツルーイングに要する時間の短縮、およびツルアーのライフの向上および砥石のライフの向上が図れる。

以上、本発明の実施例を説明したが、各所の変形例が可能であるのはいうまでもない。

１０ ウェーハテーブル
２０ 面取り用砥石
２３ スピンドルモータ
２６ 主軸部
３０ フランジ
３１ 円形コイル（送信手段）
３４ ＡＥセンサ
４０ ＡＥセンサ固定部
４１ 円形コイル（受信手段）

Claims (9)

1. ウェーハを保持して回転するウェーハテーブルと、前記ウェーハのエッジに接触する面取り用砥石を保持して回転する砥石回転機構と、を備えるウェーハ面取り装置であって、
   前記砥石回転機構は、前記面取り用砥石を含む回転ユニットと、固定ユニットと、を備え、
   前記回転ユニットは、ＡＥセンサと、前記ＡＥセンサに接続された円形コイルを含む送信手段と、を備え、
   前記ＡＥセンサおよび前記送信手段の前記円形コイルがＬＣ共振回路を形成し、
   前記固定ユニットは、前記回転ユニットに対向して設けられ、前記送信手段と通信する受信手段と、前記受信手段の電気信号を処理する信号処理回路と、を備え、
   前記信号処理回路は、前記受信手段の電気信号を増幅するアンプと、前記アンプの出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記デジタル信号を処理するデジタル処理回路と、を備え、
   前記デジタル処理回路は、低周波数成分を除去するフィルタリング処理を行い、さらに前記回転ユニットの回転周期に対応した信号変化を抽出する処理を行うことを特徴とするウェーハ面取り装置。
2. 前記回転ユニットは、回転軸に固定され、前記面取り用砥石が取り付けられるフランジを備え、
   前記ＡＥセンサおよび前記送信手段は、前記フランジに設けられる請求項１記載のウェーハ面取り装置。
3. 前記面取り用砥石は、前記回転ユニットの回転軸に固定され、
   前記ＡＥセンサおよび前記送信手段は、前記面取り用砥石に設けられる請求項１記載のウェーハ面取り装置。
4. 前記送信手段および前記受信手段は、前記回転ユニットの回転軸に対して同心円状に設けられたコイルである請求項１から３のいずれか１項記載のウェーハ面取り装置。
5. 前記送信手段および前記受信手段のぞれぞれは、前記回転ユニットの回転軸に対して同心円状に設けられた２個のコイルを備え、
   前記回転ユニットは、前記送信手段の前記２個のコイルにそれぞれ近接して配置され、且つ前記回転ユニットの回転軸を通る直線上の前記回転軸に対して反対側の配置された２個の前記ＡＥセンサを備える請求項４記載のウェーハ面取り装置。
6. 前記回転ユニットは、前記コイルに近接して配置された周波数特性の異なる複数個の前記ＡＥセンサを備え、
   前記複数個のＡＥセンサは、前記送信手段に並列に接続される請求項４記載のウェーハ面取り装置。
7. 前記信号処理回路の処理結果に基づいて、前記面取り用砥石の表面状態または前記面取り用砥石による前記ウェーハの加工状態を判定する判定回路をさらに備える請求項１から６のいずれか１項記載のウェーハ面取り装置。
8. ウェーハを保持して回転するウェーハテーブルと、前記ウェーハのエッジに接触する面取り用砥石を保持して回転する砥石回転機構と、を備えるウェーハ面取り装置であって、
   前記砥石回転機構は、前記面取り用砥石を含む回転ユニットと、固定ユニットと、を備え、
   前記回転ユニットは、ＡＥセンサと、前記ＡＥセンサに接続された送信手段と、を備え、
   前記固定ユニットは、前記回転ユニットに対向して設けられ、前記送信手段と通信する受信手段と、前記受信手段の電気信号を処理する信号処理回路と、を備え、
   前記回転ユニットは、前記回転ユニットの回転軸に対して対称に配置されるように、前記回転ユニットに固定された２個の前記ＡＥセンサを備え、
   前記２個のＡＥセンサは、前記送信手段に並列に接続され、
   前記信号処理回路は、前記受信手段の電気信号を増幅するアンプと、前記アンプの出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記デジタル信号を処理するデジタル処理回路と、を備え、
   前記デジタル処理回路は、低周波数成分を除去するフィルタリング処理を行うことを特徴とするウェーハ面取り装置。
9. ウェーハのエッジの面取りを行なうために、回転状態で前記ウェーハのエッジに接触する面取り用砥石の表面状態または前記面取り用砥石による前記ウェーハの加工状態の検出方法であって、
   回転状態の前記面取り用砥石に、前記ウェーハまたはドレス材を接触させ、
   前記面取り用砥石を保持して回転する砥石回転ユニットに設けられ、ＡＥセンサに接続され前記ＡＥセンサとＬＣ共振回路を形成する円形コイルを含む送信手段が出力する前記ＡＥセンサの電気信号を、前記送信手段と通信する固定の受信手段の電気信号として検出し、
   前記受信手段の電気信号をデジタル信号に変換し、
   前記受信手段のデジタル電気信号に対して、低周波数成分を除去するフィルタリング処理と、前記回転ユニットの回転周期に対応した信号変化を抽出する処理と、をデジタル処理で行ない、
   前記デジタル処理結果に基づいて、前記面取り用砥石の表面状態または前記面取り用砥石による前記ウェーハの加工状態を判定することを特徴とする方法。

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