JP2000158306A - 両面研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円板状の被加工物の両面に対向して設けられ
た一対の円環状研削工具と、この円環状研削工具の外側
に被加工物の両面に対向して設けられた静圧保持部材と
しての一対の静圧パッドと、を具備する両面研削装置に
おいて、連続加工による研削砥石の砥粒層の摩耗に起因
する静圧パッドの位置調整を不要とするとともに、加工
前後の研削砥石の離反時においても静圧パッドによる被
加工物の保持機能が正常に働くようにする。 【解決手段】 一対の静圧パッドに関して、一方の静圧
パッドについてはこの静圧パッドが被加工物を挟持する
よう付勢する弾性体を介して固定軸に取り付けられ、他
方の静圧パッドについてはこの静圧パッドが被加工物を
挟持するよう付勢する他の弾性体を介して円環状研削工
具の回転軸方向に移動可能にされた移動軸に取り付けら
れているようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＩＣ基板等
に用いられる半導体ウエハに代表される円板状の被加工
物の両面を平面研削加工するための両面研削装置に関
し、特に、加工中に被加工物を安定して保持することに
適した保持部材を有する両面研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高脆性材を材質とする円板状の被加工
物、例えばＩＣ基板等に用いられる半導体ウエハの表面
の研削（または研磨）においては、ウエハ表面を片面ず
つ研削する方法では研削工具から受ける応力により研削
中のウエハに反りが発生し、その結果平面度の高い研削
加工が行われないという問題があるため、ウエハ両面の
同時研削が一般に行われている。ウエハ両面を同時に研
削する方法としては、ウエハをその外周位置に設けた複
数個のローラにより支持し、ウエハ両面に対向して設け
られた一対の研削工具により、ウエハ両面を同時研削す
る方法が従来から行われていた。

【０００３】しかし、一般に、ウエハを支持するローラ
は、ウエハの研削面と直交する方向については高荷重に
対処できる機構とはなっていないために、ウエハ両面に
対向して設けられた一対の研削工具のそれぞれが研削中
にウエハに与える切削荷重に偏りがあると、加工中のウ
エハに反りが発生し、また、ウエハ両面の切削量にも偏
りが発生するために、平面度の高い研削加工が行われな
いという問題があった。

【０００４】そこで、この問題に対処するものとして、
特開平９−２６２７４７号では、被加工物の両面に対向
して設けられた一対の静圧パッドからなる静圧保持部材
により研削加工中の被加工物を支持するような両面研削
装置が提供されており、これにより被加工物が、その両
面に対向して設けられた一対の研削工具の代わりに、一
対の静圧パッドからなる静圧保持部材により非接触状態
で支持されるようにしている。さらに、このものは、静
圧保持部材を研削工具と連動して動作させるようにして
いるので、研削によって被加工物の厚みが薄くなっても
各静圧パッドと被加工物との間隔が良好に保たれるよう
配慮している。

【０００５】この両面研削装置によれば、被加工物はこ
れを保持する静圧パッドのほぼ中間位置で非接触で支持
されることになる。一般に、被加工物の表面には微小な
凹凸が多く存在し、そのような被加工物を自転させた場
合、前記凹凸の影響を受け、被加工物は厚み方向に振動
しながら回転することになる。従来の接触式の支持方法
では、接触点での前記凹凸によって被加工物全体の姿勢
が決まるため高精度に支持することが難しい。それに対
して、特開平９−２６２７４７号に開示されているよう
に、被加工物を静圧パッドで支持した場合には、面での
支持であること、及び浮上した状態で支持していること
から、前記凹凸の影響が平均化されかつ低減されるた
め、高精度な支持が可能となるという利点がある。

【０００６】また、従来の接触式の支持方法では、被加
工物に圧痕や擦り傷などのダメージを与える可能性が高
いが、特開平９−２６２７４７号に開示されているよう
に、被加工物を静圧パッドで支持した場合には、圧痕や
擦り傷などのダメージのない高品位な加工が可能となる
という利点もある。

【０００７】さらに、特開平９−２６２７４７号に開示
されている構成では、静圧保持部材を研削工具と連動し
て動作させることにより、被加工物に対してはこれを保
持する静圧パッドによってその中間位置に移動させる力
が作用するため、両研削砥石による被加工物各面の研削
が同時に実行されることになる。そのため、上記のとお
り高精度に支持されることと合わせて、平面度の高い両
面研削加工が可能となるという利点もある。

【０００８】さらにまた、特開平９−２６２７４７号に
開示されている構成では、静圧パッドから放出される静
圧流体としてクーラントを使用しているので、静圧保持
部材は、被加工物の保持だけではなく、研削時に発生す
る切屑の排出および被加工物の冷却にも寄与することに
なる。

【０００９】以上のことから、特開平９−２６２７４７
号に開示されている静圧保持部材による非接触な被加工
物保持機構は、作動流体による潤滑という、静圧軸受の
持つ特徴を最大限に利用した保持方法であるといえる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平９−
２６２７４７号に開示されているように、静圧パッドか
らなる静圧保持部材を研削工具と連動して動作させる場
合、研削工具は静圧パッドよりも被加工物に対して接近
した位置にあることが必要であり、よって研削工具の研
削面を静圧パッド面より突き出す形で両者の間に一定の
段差を設けることが必要となる。被加工物に対する保持
力などの静圧パッドの特性は、この段差の大きさによっ
て大きく影響されるので、加工によって研削工具が摩耗
することに起因して段差が変化すると、静圧パッドの特
性が変化することになる。一般に、段差を小さくした方
が、言い換えれば被加工物表面に対する静圧パッドの浮
上量を小さくした方が、静圧パッドの支持能力や姿勢の
矯正能力は高くなる。そのため、研削工具と静圧パッド
との段差はできるだけ小さく設定することが好ましい
が、この場合、研削工具のわずかな摩耗の進行により、
静圧パッドが被加工物に接触することになってしまう。

【００１１】このように、静圧保持部材の特性を設計緒
元どおりに維持させるためには、研削工具と静圧パッド
との段差を常に正確に維持することが必要となるが、研
削工具の研削面が具備している砥粒層には微小な凹凸が
多く存在するため、計測装置などによりその端面位置を
測定することは困難であり、よって研削工具と静圧パッ
ドとの段差の大きさを正確に維持し続けることが困難な
ものとなっている。

【００１２】また、被加工物の保持は加工中だけでな
く、加工開始前の研削工具接近時には既に被加工物の姿
勢を矯正するという形で機能している必要があり、また
加工終了後は研削工具を被加工物に接触させることなく
離反させるために機能している必要がある。しかし、特
開平９−２６２７４７号に開示されているように、静圧
パッドと研削工具との段差を固定し、移動動作を連動さ
せる構成では、静圧パッドが被加工物に対して機能する
範囲が非常に小さく、特に静圧パッドにて被加工物をそ
の研削面に対して直交する方向に支持し加工する両面研
削装置に適用しようとする場合、静圧パッドの機能範囲
が小さいという点が顕在化することになる。この場合、
特に加工終了後に研削工具が離反しようとする際、静圧
パッドの機能が低下するため、被加工物の姿勢が乱れ、
研削工具との接触する可能性が高くなる。

【００１３】以上の点に鑑み、被加工物の加工中だけで
はなく、加工前後の研削工具の離反時においても、静圧
パッドを適正な状態で機能させるための機構の付与が必
要となる。

【００１４】本発明は、かかる従来技術の課題を解決す
るためになされたものであり、被加工物の両面に対向し
て設けられた一対の静圧パッドからなる静圧保持部材に
より研削加工中の被加工物を保持するような両面研削装
置において、連続加工による研削砥石の砥粒層の摩耗に
起因する静圧パッドの位置調整を不要とするとともに、
研削工具と静圧パッドとの段差を常に正確に維持し、さ
らには加工中に加えて加工前後の研削砥石の接近時及び
離反時においても、静圧パッドによる被加工物への保持
機能が正常に働くような両面研削装置を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、各静圧パッドとウエハ表面との間隔
が、研削砥石の砥粒層の摩耗量に係わりなく、加工中及
び繰り返しの加工において常に一定になるような機構を
設けるようにした。

【００１６】すなわち、請求項１にかかる発明では、円
板状の被加工物の両面に対向して設けられた一対の円環
状研削工具と、この円環状研削工具の外側に被加工物の
両面に対向して設けられた静圧保持部材としての一対の
静圧パッドと、を具備する両面研削装置において、この
一対の静圧パッドに関して、一方の静圧パッドについて
はこの静圧パッドが被加工物を挟持するよう付勢する弾
性体を介して固定軸に取り付けられ、他方の静圧パッド
についてはこの静圧パッドが被加工物を挟持するよう付
勢する他の弾性体を介して円環状研削工具の回転軸方向
に移動可能にされた移動軸に取り付けられているように
した。なお、「円環状研削工具の回転軸方向に移動可能
にされた」とあるのは、円環状研削工具の回転軸と平行
な方向に移動可能にされているとの意である。

【００１７】これにより、一対の静圧パッドには、弾性
体の作用により被加工物を挟持する力が働くが、一方、
静圧パッドから放出される静圧流体の作用により被加工
物から離反する力も働き、その結果、各静圧パッドとウ
エハ表面とは一定の間隔を保ちつつ、ウエハは静圧保持
部材としての一対の静圧パッドに静圧保持されることに
なる。ここで、研削砥石が摩耗した場合について論ずる
と、本構成においては静圧パッドと研削工具との間には
弾性体が介在しているので、従来技術のように研削砥石
の摩耗につれて静圧パッド相互の間隔が許容量以上に接
近することは起こりえず、したがって静圧パッドがウエ
ハ表面に接触するという状態も起こり得ないことにな
る。

【００１８】請求項２にかかる発明では、請求項１にか
かる発明において、２つの弾性体は共にバネであり、こ
のバネは弾性力を調整可能とした。これにより、一対の
静圧パッドからなる静圧保持部材の保持力は、バネの弾
性力を調整することにより容易に変更可能になる。

【００１９】請求項３にかかる発明では、請求項１また
は２にかかる発明において、一対の円環状研削工具に関
して、一方の円環状研削工具は固定軸に取り付けられ、
他方の円環状研削工具は移動軸の動作に連動して移動可
能に取り付けられるよう構成した。これにより、静圧パ
ッドの一方は被加工物に対してこれと同方向にある円環
状研削工具とは弾性体を介して共に固定軸に取り付けら
れ、静圧パッドの他方は被加工物に対してこれと同方向
にある円環状研削工具とは弾性体を介して共に移動軸に
取り付けられることになるので、加工中、移動軸の動作
に連動して移動軸側の円環状研削工具が被加工物に対し
て切削切り込みを行う場合でも、被加工物は常に一対の
静圧パッドの中間位置に存在することになるので、被加
工物の両面は互いに等しく研削されることになる。

【００２０】請求項４にかかる発明では、請求項１乃至
３のいずれかにかかる発明において、各静圧パッドの被
加工物の表面に対向した面には複数個のクーラント吐出
口を設けるようにした。このため、被加工物は弾性体の
弾性力に対抗して吐出されるクーラントの圧力により安
定して静圧保持されるとともに、被加工物表面を満たす
ことになるクーラントは、研削時に発生する切粉の排出
及び被加工物の冷却にも寄与することになる。

【００２１】請求項５にかかる発明では、請求項１乃至
４のいずれかにかかる発明において、各静圧パッドの外
周部に研削用クーラント放出用のクーラントノズルをそ
れぞれ設け、それぞれのクーラントノズルを静圧パッド
に保持された被加工物のそれぞれの表面のうち円環状研
削工具と接触する箇所に向けるようにした。前述したよ
うに、静圧パッドに設けたクーラント吐出口から吐出さ
れる静圧流体としてのクーラントは、研削時に発生する
切粉の排出及び被加工物の冷却にも寄与するが、切粉の
排出効率及び冷却効率の向上のために、研削用クーラン
ト放出用のクーラントノズルを上記構成のように別個に
設けるようにしてもよい。これにより、加工中は静圧パ
ッドの中間位置に静圧保持されている被加工物の研削面
に対して、効率よく研削用クーラントを放出することが
できる。

【００２２】請求項６にかかる発明では、請求項１乃至
５のいずれかにかかる発明において、一対の静圧パッド
の間隔をインプロセスで測定することにより、加工中の
被加工物の厚みを測定するようにした。加工中の静圧パ
ッドの浮上量（静圧パッドと被加工物との間隙の量）は
予圧（弾性体の弾性力）によって決まるため、予圧が予
め判っていれば、対向する一対の静圧パッドの間隔を測
定することにより、被加工物に接触することなく、被加
工物の厚みを測定することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、被加工物としての
ウエハ１、円環状研削砥石としての固定軸側研削砥石２
ａ及び移動軸側研削砥石２ｂ、静圧保持部材としての固
定軸側静圧パッド３ａ及び移動軸側静圧パッド３ｂ、弾
性体としての固定軸側バネ４ａ及び移動軸側バネ４ｂ、
固定軸５ａ及び移動軸５ｂ、固定軸側静圧パッド保持ア
ーム６ａ及び移動軸側静圧パッド保持アーム６ｂ、固定
軸側クーラント供給源７ａ及び移動軸側クーラント供給
源７ｂ、ローラ１０を含む、本発明の一実施形態にかか
る両面研削装置の要部の側断面を示した概念図である。

【００２４】固定軸５ａは図示しない両面研削装置本体
ベース上に固定されている。ウエハ１に関して固定軸５
ａに対向して配置された移動軸５ｂは、本体ベースに対
して回転軸１１と平行な方向に移動可能にされている。
この移動軸５ｂの送り機構は、加工時にはウエハ１への
砥石の切り込みすなわち切削送りのために使用され、ま
たウエハ１の脱着時には、図示しないウエハ搬入出機構
が研削砥石２ａ、２ｂ間の加工領域に進入できるよう、
移動軸側研削砥石２ｂの加工領域からの離反のために用
いられる。ウエハの平面研削の場合、切削送りはミクロ
ン単位で行う必要があるために、送り機構にはサーボモ
ータを使用し、これを図示しない数値制御装置により制
御するようにしている。

【００２５】固定軸５ａと移動軸５ｂにはそれぞれ、ウ
エハ１に関して対向して固定軸側研削砥石２ａと移動軸
側研削砥石２ｂが、それぞれの回転軸１１が同一となる
ように連結されている。研削砥石２ａ、２ｂは、それぞ
れの回転駆動用モータに接続されている。これにより、
移動軸側研削砥石２ｂは移動軸５ｂの動作に連動して移
動することになる。なお、これら研削砥石２ａ、２ｂの
回転方向は互いに逆向きとしている。この理由は、もし
回転方向を互いに同一とした場合、ウエハ１を回転軸１
１と直交する方向に支持するローラ１０に対して大きな
押し付け力が加わるために、ローラ１０の摩耗が激しく
なることによるものである。

【００２６】これら研削砥石２ａ、２ｂと同様にウエハ
１に関して対向して固定軸側静圧パッド３ａ及び移動軸
側静圧パッド３ｂが配置されている。このうち固定軸側
静圧パッド３ａは固定軸側静圧パッド保持アーム６ａを
介して固定軸側バネ４ａの一端に連結され、この固定軸
側バネ４ａの他端は固定軸側バネ固定部材１２ａにより
固定軸５ａに固定されている。同様に、移動軸側静圧パ
ッド３ｂは移動軸側静圧パッド保持アーム６ｂを介して
移動軸側バネ４ｂの一端に連結され、この移動軸側バネ
４ｂの他端は移動軸側バネ固定部材１２ｂにより移動軸
５ｂに固定されている。

【００２７】固定軸側バネ４ａ及び移動軸側バネ４ｂは
共に弾性力を調整可能にされているので、一対の静圧パ
ッド３ａ、３ｂからなる静圧保持部材の保持力を容易に
変更可能としている。具体的には、バネ４ａ、４ｂのそ
れぞれの一端を固定するバネ固定部材１２ａ、１２ｂの
それぞれの取り付け位置を、回転軸１１方向に変更可能
にしている。これにより、研削工具の研削面と静圧パッ
ド面との段差の設定値を容易に変更できるので、この段
差の大きさによって影響される被加工物に対する保持力
などの静圧パッドの特性が容易に変更可能となる。な
お、固定軸側静圧パッド保持アーム６ａは固定軸５ａに
載置されている固定軸側保持アーム支持部材８ａによ
り、回転軸１１方向に摺動可能に支持されており、同様
に、移動軸側静圧パッド保持アーム６ｂは移動軸５ｂに
載置されている移動軸側保持アーム支持部材８ｂによ
り、回転軸１１方向に摺動可能に支持されている。

【００２８】ウエハ１は、研削砥石２ａ、２ｂの回転軸
１１と直交する方向に関しては、少なくとも３個以上の
ローラ１０にて、その外周を支持されている。このロー
ラ１０は、固定軸側静圧パッド３ａの動作に連動して回
転軸１１と平行な方向に移動可能にされている。また、
数種類のウエハに対応するために、複数個からなるロー
ラ１０の幾つかはウエハ１の外径の大きさに合わせて回
転軸１１と直交する方向に対して移動可能にされてい
る。これら複数個のローラ１０のうち少なくとも一つに
は図示しないローラ駆動用モータが接続されており、加
工中はこのローラ駆動用モータに接続されたローラの駆
動によりウエハ１が回転し、これによりウエハ１の全面
が研削されるようにしている。なお、ローラ駆動用モー
タに接続されていないローラはウエハ１の回転に伴い連
れ回りすることになる。

【００２９】固定軸側研削砥石２ａ及び移動軸側研削砥
石２ｂは、通称カップ砥石と呼ばれる皿状の形態のもの
であり、皿の縁部がウエハ１の表面に接触することによ
り研削が行われる。本発明ではウエハ１の両面に対して
同時研削を行うため、研削砥石は２個一対として使用す
ることになる。また、ウエハ１の両面を均等に研削する
ために、これら一対の研削砥石２ａ、２ｂのそれぞれの
形状及び材質は同一なものを用いる。各研削砥石２ａ、
２ｂの縁部にはダイヤモンド砥粒からなる砥粒層２ｃが
設けられている。

【００３０】本発明における重要な構成要素である静圧
保持部材は、ウエハ１の両面に対向して設けられた一対
の静圧パッドすなわち固定軸側静圧パッド３ａ及び移動
軸側静圧パッド３ｂからなっている。各静圧パッド３
ａ、３ｂのウエハ１の表面に対向した面には複数個の静
圧ポケットが設けられており、さらにそれぞれの静圧ポ
ケットの内部には、クーラント供給源７ａ、７ｂに接続
されたクーラント吐出口が設けられている。各静圧ポケ
ットのクーラント吐出口から規定圧のクーラントを吐出
することにより、各静圧ポケットの内部、及びウエハ表
面と静圧パッドとの隙間はクーラントにより満たされ、
この結果ウエハ１は静圧パッド３ａ、３ｂの間に非接触
状態で静圧保持されることになる。静圧パッド３ａ、３
ｂがウエハ１を安定して静圧保持するために、固定軸側
静圧パッド３ａと移動軸側静圧パッド３ｂの形状を互い
に等しくし、なおかつ吐出されるクーラントの圧力を等
しくする。

【００３１】なお、この時ウエハ表面を満たすことにな
るクーラントは研削時に発生する切粉の排出及び被加工
物であるウエハ１の冷却にもある程度寄与することにな
るが、切粉の排出効率及び冷却効率の向上のために、研
削用クーラント放出用のクーラントノズルを別途設ける
ようにしてもよい。具体的には、クーラントノズルを各
静圧パッド３ａ、３ｂの外周部にそれぞれ取り付けるこ
とによりクーラントノズルを各静圧パッド３ａ、３ｂの
動作に追随して移動するようにし、加工時には各研削砥
石２ａ、２ｂとウエハ１の研削面に向けて研削用クーラ
ントが放出されるようにする。これにより、加工中は静
圧パッド３ａ、３ｂの中間位置に静圧保持されているウ
エハ１の研削面に対して、効率よく研削用クーラントを
放出することができる。

【００３２】ところで、静圧パッド３ａ、３ｂがウエハ
１を安定して保持するためには、ウエハ１を挟み込む方
向に静圧パッド３ａ、３ｂを付勢するバネ４ａ、４ｂの
弾性力と、これに対向する静圧パッド３ａ、３ｂから吐
出されるクーラントの設定圧とを、適正な値に設定しな
ければならない。例えば、クーラントの設定圧に対して
バネ４ａ、４ｂの弾性力が著しく大きい場合は、静圧パ
ッドの浮上量（ウエハ１の表面と静圧パッドとの間隙）
は著しく小さくなるので、研削中に静圧パッドとウエハ
との接触が発生する恐れがある。一方、クーラントの設
定圧に対してバネ４ａ、４ｂの弾性力が著しく小さい場
合は、静圧パッドの浮上量は著しく大きくなるので、ウ
エハが安定して保持されないばかりか、クーラントの吐
出量の増大を招くことになる。

【００３３】ここで、本実施形態における、バネ４ａ、
４ｂの弾性力、静圧パッド３ａ、３ｂから吐出されるク
ーラントの設定圧、及び研削砥石２ａ、２ｂの摩耗の関
係について詳述する。

【００３４】上述したが、本実施形態では、静圧パッド
３ａ、３ｂを支持方向に可動式にしてバネ４ａ、４ｂに
より予圧を掛ける機構としている。また、静圧パッド３
ａ、３ｂは、それぞれ研削砥石２ａ、２ｂとはバネ４
ａ、４ｂを介して間接的に連動する機構としている。静
圧パッド３ａ、３ｂの浮上量は、静圧パッド３ａ、３ｂ
から吐出されるクーラントの圧力とパッドの面積および
負荷によって決定される。このうちクーラントの圧力と
パッドの面積が決まっている場合は、負荷すなわち予圧
によって静圧パッド３ａ、３ｂの浮上量は変化する。し
たがって、バネ４ａ、４ｂにより適切な予圧を与えるこ
とによって、静圧パッド３ａ、３ｂの浮上量を最適値に
設定することが可能となる。

【００３５】ここで、研削砥石２ａ、２ｂに摩耗が生じ
た場合を想定すると、本実施形態の構成においては、前
述したように、静圧パッド３ａ、３ｂが支持方向に移動
可能なこと、静圧パッド３ａ、３ｂがウエハ１の両面そ
れぞれの表面に対して浮上すること、このときの浮上量
がバネ４ａ、４ｂの弾性力すなわち予圧によって決まる
ことから、研削砥石２ａ、２ｂの状態により浮上量が影
響を受けることはなく、常に一定のすきまでウエハ１を
非接触で支持することが可能ので、研削砥石２ａ、２ｂ
の摩耗が進行しても、摩耗前と同様の状態で静圧パッド
３ａ、３ｂによりウエハ１を保持することができる。も
ちろん、従来技術のように、研削砥石２ａ、２ｂの摩耗
前すなわち初期状態において、摩耗の度合いを見込ん
で、研削砥石の表面位置と静圧パッドの表面位置との段
差を大きく設定するようなことは本実施形態では不要で
あり、よって、静圧パッドの特性を落とした状態で使用
することなく、静圧パッドからなる静圧保持部材は常に
最適な支持能力を維持することが可能となる。

【００３６】また、前述したように、本実施形態では静
圧パッド３ａ、３ｂを支持方向に移動可動とし、バネ４
ａ、４ｂを介して研削砥石２ａ、２ｂと間接的に連動す
る機構としているので、静圧パッド３ａ、３ｂでウエハ
１を支持した状態のまま、移動軸側研削砥石２ｂの移動
量に対して一定の比率でウエハ１を移動させることが可
能となっている。詳述すると、静圧パッド３ａ、３ｂに
かかる予圧（バネ４ａ、４ｂの弾性力）及びクーラント
の圧力が固定軸側と移動軸側とで等しいものとすると、
図２に示すように、移動軸５ｂが固定軸５ａ側に距離ｘ
だけ移動したとき、バネ４ａとバネ４ｂは共にｘ／２ず
つ圧縮することになるので、ウエハ１は静圧保持状態を
維持したままｘ／２だけ固定軸５ａ側に移動することに
なる。

【００３７】したがって、本実施形態では、対向する研
削砥石２ａ、２ｂのうち一方のみを移動させることによ
り、ウエハ１の両面を同時研削することができる。この
機構により、加工開始前の研削砥石２ａ、２ｂの接近時
にウエハ１の姿勢を矯正することが可能になり、また加
工中にはウエハ１は移動側研削砥石２ｂの移動量とは異
なった移動量が与えられるため、ウエハ１の両面の同時
研削が実行され、さらに加工終了後は研削砥石２ａ、２
ｂをウエハ１に接触させることなく離反させることが可
能となる。すなわち、静圧パッド３ａ、３ｂからなる静
圧保持部材は、ウエハ１のローディング／アンローディ
ング機構や切り込み機構を合わせ持った支持機構という
ことになる。

【００３８】ところで、加工中の静圧パッド３ａ、３ｂ
の浮上量（静圧パッドと被加工物との間隙の量）は予圧
（弾性体の弾性力）によって決まるという特性がある。
この特定を利用すれば、静圧パッド３ａ、３ｂの間隔を
測定器等により測定し、この測定値から予圧より求めら
れる静圧パッドの浮上量を差し引くことにより、ウエハ
１の厚みを測定することができる。この測定方法を用い
れば、ウエハ１を傷つけることなくその厚みを測定で
き、しかもインプロセスで測定することができるので、
測定結果を移動軸５ｂを制御する数値制御装置にフィー
ドバックすることにより、精度の高い加工を行うことが
できるようになる。測定器としては一般によく使用され
るリニアスケールを使用し、これを用いて静圧パッド３
ａ、３ｂあるいはこれを支持する静圧パッド保持アーム
６ａ、６ｂの位置を測定するようにすればよい。

【００３９】次に、前述の両面研削装置を用いた研削方
法の一実施形態について図２を参照して説明する。

【００４０】ステップ１：移動軸５ｂを加工原点に位置
決めする（図２（ａ））。この位置は、図示しないウエ
ハ搬入出装置によりウエハ１を着脱するための位置でも
ある。静圧パッド３ａ、３ｂは前進端にある。図には示
していないが、静圧パッド保持アーム６ａ、６ｂはスト
ロークが限られており、その前進端および後退端にはス
トッパがあるものとする。加工原点では、静圧パッド３
ａ、３ｂは前進端のストッパに当たった状態にある。こ
のときの静圧パッド３ａ、３ｂの表面は、それぞれ研削
砥石２ａ、２ｂよりもウエハ１側に突き出した状態にあ
る。

【００４１】ステップ２：ウエハ１をローラ１０に挟持
させる。このステップでは、図示しないウエハ搬入出装
置を用いて、ウエハ１をローラ１０に挟持させる。ま
ず、複数個あるローラのうちの少なくとも１個以上を回
転軸１１と直交する方向に退避させ、次いで、ウエハ搬
入出装置を作動させてウエハ１をローラ１０の挟持位置
に搬入させ、最後に、ウエハ搬入出装置が退避した後、
退避させていたローラをウエハ挟持位置に戻すことによ
り、ローラ１０によるウエハ１の挟持が完了する。これ
により、加工中、ウエハ１はローラ１０により回転軸１
１と直交する方向に保持されることになる。このときの
ウエハ１と各静圧パッド３ａ、３ｂとの位置関係は、図
２（ａ）に示すように、ウエハ１は、固定軸側静圧パッ
ド３ａの近傍にあり、逆に、移動軸側静圧パッド３ｂと
は離反した位置にある。このステップにおいてウエハ１
は取り敢えず加工機にセットされたことになるが、ロー
ラの遊びなどに起因して、ウエハ１の研削面が研削砥石
２ａ、２ｂに対して傾いて取り付けられていることもあ
る。この傾きは、後述する静圧パッド３ａ、３ｂによる
保持動作により矯正されることになる。

【００４２】ステップ３：ウエハ１を静圧保持状態にす
る（図２（ｂ））。このステップでは、まず、加工原点
にある移動軸５ｂを動作させ、移動軸側研削砥石２ｂを
ウエハ１に接近させる。このとき、バネ４ｂを介して移
動軸５ｂに連結されている移動軸側静圧パッド３ｂもウ
エハ１に接近することになる。そして、移動軸側研削砥
石２ｂがウエハ１に接触する直前で、静圧パッド３ａ、
３ｂから静圧流体としてのクーラントを吐出させる。次
いで、ローラ駆動用モータを作動させることにより、こ
れに連結されたローラ１０を駆動させ、ウエハ１を回転
させる。この状態からさらに移動軸側研削砥石２ｂをウ
エハ１に接近させると、静圧パッド３ａ、３ｂがその静
圧保持能力を発揮し、これによりウェハ１の姿勢が矯正
されるとともに、ウェハ１を固定軸側静圧パッド３ａ側
へ押しやる力が生じる。前述したように、このとき、ウ
ェハ１は回転しているので、ウェハ１はローラ１０の外
周を滑りやすくなり、その結果、ウェハ１の姿勢矯正や
移動がスムーズに行われるものとなっている。最終的
に、ウェハ１はこれを保持する各静圧パッド３ａ、３ｂ
から受ける力の吊りあった位置に移動して静圧保持され
ることになる。なお、このとき、各静圧パッド３ａ、３
ｂは共に、ストッパに当たった状態で、前進端位置にあ
る。

【００４３】ステップ４：ウエハ１を各研削砥石２ａ、
２ｂ間の中央に位置させる。ステップ３に引き続いて、
さらに移動軸側研削砥石２ｂをウエハ１に接近させる
と、ウェハ１と各静圧パッド３ａ、３ｂとの間隔がさら
に狭くなり、静圧により各静圧パッド３ａ、３ｂをウェ
ハ１とは逆向きに押し返す力が大きくなる。そして、こ
の力が、バネ４ａ、４ｂが静圧パッド支持アーム６ａ、
６ｂをストッパに押し付けている力よりも大きくなる
と、各静圧パッド３ａ、３ｂのいずれか一方がストッパ
から外れ後方（ウエハ１とは反対方向）に移動する。こ
のときの移動量は静圧とバネの押し付け力のつり合う位
置となる。なお、各静圧パッド３ａ、３ｂのうち、どち
らが先に移動するかについては、各バネ４ａ、４ｂの位
置や長さなどの初期設定に依存するが、この点に関して
は本発明が奏する作用・効果には影響しない。通常は、
ウェハ１の両面を同時に研削砥石２ａ、２ｂに接触させ
るように設定するため、どちらの静圧パッドが先に動く
かはその設定によって変わることになる。この状態でさ
らに移動軸５ｂを動作させ移動軸側研削砥石２ｂをウエ
ハ１に接近させると、静圧は更に高まり、残る一方の静
圧パッドについても、バネの押し付け力を越えた時点で
ストッパから外れることになる。最終的に、ウエハ１は
静圧パッド３ａ、３ｂを介してバネ４ａ、４ｂで挟み込
まれた状態になる。バネ４ａ、４ｂのそれぞれのバネ定
数が等しいという設定においては、ウエハ１は各研削砥
石２ａ、２ｂ間の中央に位置することになる。

【００４４】ステップ５：研削砥石２ａ、２ｂを回転駆
動させ、研削送り速度で移動軸側研削砥石２ｂをウエハ
１に接近させる（図２（ｃ））。ステップ４に引き続い
て、さらに移動軸側研削砥石２ｂをウエハ１に接近させ
ながら、研削砥石２ａ、２ｂのそれぞれの回転駆動用モ
ータを駆動させ、研削砥石２ａ、２ｂを回転駆動させ
る。さらに、必要に応じて研削用クーラントを放出す
る。ここで、必要に応じてとしたのは、静圧パッド３
ａ、３ｂから吐出される静圧用のクーラントは、加工面
の冷却機能や切粉の排出機能も有することになるが、さ
らにこの機能を高める必要がある場合は、別個に設けた
研削用クーラントを使用するものとしたためである。な
お、この状態において移動軸側研削砥石２ｂがウエハ１
に接近していくと、その移動量の半分だけウェハ１が固
定軸側研削砥石２ａ側に移動していくので、移動軸側研
削砥石２ｂと固定軸側研削砥石２ａとはそれぞれ同じ移
動量ずつウエハ１の各研削面に近づいていくことにな
る。最終的に、固定軸側研削砥石２ａと移動軸側研削砥
石２ｂとは、同時にウエハ１に接触することになる。

【００４５】ステップ６：ウェハ１の両研削面に対して
研削加工を行う。研削砥石２ａ、２ｂがウエハ１に接触
した後、さらに研削送り速度で移動軸側研削砥石２ｂを
移動させると、バネ４ａ、４ｂによってウェハ１に対し
ては研削砥石２ａ、２ｂ間の中央位置に移動させる力が
作用するため、ウェハ１の両研削面は研削砥石２ａ、２
ｂのそれぞれにより、同じ量だけ研削加工されることに
なる。移動軸側研削砥石２ｂを移動させることにより所
定の切り込み量だけ研削動作を行った後、スパークアウ
ト、すなわち移動軸側研削砥石２ｂの移動を停止させ、
その位置にて数秒間研削加工を行う。この動作を行う理
由は、本実施形態ではウェハ１を回転させながら研削送
りを与えるため、ウェハ１の研削面は螺旋状に削られる
ことになるので、これを平面仕上げする目的で、研削砥
石の送りを止め、その位置での削り残し分の加工を行う
ためである。このスパークアウトにて研削加工は終了す
る。

【００４６】ステップ７：ウエハ１から研削砥石２ａ、
２ｂを離反させる（図２（ｃ）の状態から図２（ｂ）の
状態へ移行）。ステップ６において研削加工が終了した
のち、移動軸５ｂをウエハ１から離反する方向に動作さ
せる。これによりウエハ１は移動軸５ｂに連結されてい
る移動軸側研削砥石２ｂから離反することになるのは当
然であるが、バネ４ａ、４ｂに付勢された静圧パッド３
ａ、３ｂの作用により、この状態においてもウエハ１は
各研削砥石２ａ、２ｂ間の中央に位置し続けるので、ウ
エハ１は固定軸側研削砥石２ａからも離反することにな
る。研削砥石２ａ、２ｂがウエハ１から離反しても、ウ
エハ１は依然として静圧パッド３ａ、３ｂに保持された
状態にあるので、研削砥石の離反時に発生しがちなウェ
ハの姿勢の乱れなどによる傷の発生はない。ウエハ１が
研削砥石２ａ、２ｂからある程度離反したところで、研
削砥石２ａ、２ｂの回転駆動及び研削用クーラントの放
出を停止させる。

【００４７】ステップ８：静圧保持状態の解除。ステッ
プ７に引き続いて移動軸５ｂがさらに後退すると、静圧
パッド保持アーム６ａ、６ｂが前進端のストッパに達す
る。ストッパに達した後は、静圧のつり合いでウエハ１
は若干移動することになるが、ローラ駆動用モータを停
止させることによりウエハ１の回転を停止させ、さらに
静圧パッド３ａ、３ｂからのクーラントの吐出を停止さ
せることにより、ウエハ１の移動は完全に停止し、ウエ
ハ１はローラ１０のみにより保持された状態になる。

【００４８】ステップ９：移動軸５ｂを加工原点に戻す
（図２（ａ））。移動軸５ｂを加工原点まで動作させる
ことにより、移動軸側研削砥石２ｂ及び移動軸側静圧パ
ッド３ｂを加工部位から大きく退避させる。次いで、回
転軸１１と直交する方向に退避可能にしているローラ１
０を退避させた後、図示しないウエハ搬入出装置を作動
させることにより、ウエハ１をローラ１０の挟持位置か
ら搬出させる。

【００４９】以上、研削方法の一実施形態を詳述した
が、サイクルタイムを問題とする場合は、研削砥石２
ａ、２ｂの回転駆動については、上述のように１枚のウ
エハの加工毎に０Ｎ／ＯＦＦさせずに、回転し続けるよ
うにしてもよい。

【００５０】以上、本発明が適用される両面研削装置の
構成、及びこの両面研削装置を用いた両面研削方法につ
いて説明した。本実施形態では、半導体ウエハのような
高脆性材を材質とする被加工物への適用について示した
が、鋼やアルミ等に代表される金属材料やガラス（レン
ズ）等の非金属材料への適用も、本発明の技術範囲内で
可能である。特にレンズに代表される割れやすく傷つき
易い被加工物の表面を両面研削する場合は、被加工物を
静圧保持部材により非接触状態で静圧保持することによ
り、被加工物が研削工具（あるいは研磨工具）から受け
る研削荷重を極力小さくするように研削工具の研削送り
量を微小に設定することができ、その結果加工中の被加
工物の割れを防ぐとともに加工完了後の被加工物表面の
研削傷を最小限に抑えることが可能となる。また、本実
施形態では、クーラント圧による静圧保持について示し
たが、この代わりに空気圧による静圧保持としても本実
施形態のものとほぼ同等の効果が得られる。ただし、こ
の場合は別個に研削用のクーラント供給手段を設けるこ
とが必須となる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１にかかる発明によれば、円板状
の被加工物の両面に対向して設けられた一対の円環状研
削工具と、この円環状研削工具の外側に被加工物の両面
に対向して設けられた静圧保持部材としての一対の静圧
パッドと、を具備する両面研削装置において、この一対
の静圧パッドに関して、一方の静圧パッドについてはこ
の静圧パッドが被加工物を挟持するよう付勢する弾性体
を介して固定軸に取り付けられ、他方の静圧パッドにつ
いてはこの静圧パッドが被加工物を挟持するよう付勢す
る他の弾性体を介して円環状研削工具の回転軸方向に移
動可能にされた移動軸に取り付けられているようにし
た。そのため、一対の静圧パッドには、弾性体の作用に
より被加工物を挟持する力が働くが、一方、静圧パッド
から放出される静圧流体の作用により被加工物から離反
する力も働き、その結果、各静圧パッドと被加工物表面
とは一定の間隔を保ちつつ、被加工物は静圧保持部材と
しての一対の静圧パッドに静圧保持されることになるの
で、研削砥石の砥粒層の摩耗に起因する静圧パッドの位
置調整の必要はなくなった。

【００５２】これにより、静圧パッドと被加工物表面と
の間隔は砥粒層の摩耗を考慮しなければならない従来技
術のものよりも小さく設定できるので、静圧パッドから
吐出される静圧流体の量も少なくてすむことになり、そ
の結果、静圧流体を吐出するポンプの小容量化も図られ
ることとなった。また、静圧パッドと被加工物表面との
間隔を小さく設定できることは、静圧パッドの被加工物
に対する姿勢の矯正能力の向上にも寄与することとなっ
た。さらに、静圧パッドが弾性体を介して研削砥石と連
結されていることに起因して、各研削砥石が互いに離反
している状態、例えば、加工開始前あるいは加工開始後
においても、弾性体の作用により静圧パッドによる被加
工物への保持機能が正常に働くものとなった。さらにま
た、研削砥石の砥粒層の材質としては、従来技術のよう
に摩耗量の少ないダイヤモンド砥粒の使用に限定する必
要はなくなった。

【００５３】請求項２にかかる発明によれば、請求項１
にかかる発明において、２つの弾性体は共にバネであ
り、このバネは弾性力を調整可能とした。そのため、一
対の静圧パッドからなる静圧保持部材の保持力は、バネ
の弾性力を調整することにより容易に変更可能になった
ので、静圧パッドと被加工物表面との間隔（段差）の設
定も容易になった。

【００５４】請求項３にかかる発明によれば、請求項１
または２にかかる発明において、一対の円環状研削工具
に関して、一方の円環状研削工具は固定軸に取り付けら
れ、他方の円環状研削工具は移動軸の動作に連動して移
動可能に取り付けられるよう構成した。そのため、加工
中、移動軸の動作に連動して移動軸側の円環状研削工具
が被加工物に対して切削切り込みを行う場合でも、被加
工物は常に一対の静圧パッドの中間位置に存在すること
になるので、被加工物の両面は互いに等しく研削される
ことになった。

【００５５】請求項４にかかる発明によれば、請求項１
乃至３のいずれかにかかる発明において、各静圧パッド
の被加工物の表面に対向した面には複数個のクーラント
吐出口を設けるようにした。そのため、被加工物は弾性
体の弾性力に対抗して吐出されるクーラントの圧力によ
り安定して静圧保持されるとともに、被加工物表面を満
たすことになるクーラントは、研削時に発生する切粉の
排出及び被加工物の冷却にも寄与することになった。

【００５６】請求項５にかかる発明によれば、請求項１
乃至４のいずれかにかかる発明において、各静圧パッド
の外周部に研削用クーラント放出用のクーラントノズル
をそれぞれ設け、それぞれのクーラントノズルを静圧パ
ッドに保持された被加工物のそれぞれの表面のうち円環
状研削工具と接触する箇所に向けるようにした。そのた
め、静圧保持用のクーラントとは別に研削用のクーラン
トが研削面に対して直接放出されることになったので、
切粉の排出効率及び研削砥石と被加工物の冷却効率が向
上するものとなった。

【００５７】請求項６にかかる発明によれば、請求項１
乃至５のいずれかにかかる発明において、一対の静圧パ
ッドの間隔をインプロセスで測定することにより、加工
中の被加工物の厚みを測定するようにした。そのため、
加工中においても、被加工物に接触することなく、被加
工物の厚みを測定することができるものとなった。さら
に、インプロセスで測定された被加工物の厚みデータを
研削砥石の切削送りを制御する数値制御装置にフィード
バックすることにより、より精度の高い加工を行うこと
ができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における、被加工物１、円
環状研削工具２ａ、２ｂ、及び静圧保持部材３ａ、３ｂ
の位置関係を含む、両面研削装置の要部の側断面を示す
概念図である。

【図２】本発明の一実施形態における、被加工物１の保
持から研削に至までの形態の変化を示す概念図である。

【符号の説明】

１ ウエハ（被加工物） ２ａ 固定軸側研削砥石（円環状研削工具） ２ｂ 移動軸側研削砥石（円環状研削工具） ３ａ 固定軸側静圧パッド（静圧保持部材） ３ｂ 移動軸側静圧パッド（静圧保持部材） ４ａ 固定軸側バネ（弾性体） ４ｂ 移動軸側バネ（弾性体） ５ａ 固定軸 ５ｂ 移動軸 ６ａ 固定軸側静圧パッド保持アーム ６ｂ 移動軸側静圧パッド保持アーム ７ａ 固定軸側クーラント供給源 ７ｂ 移動軸側クーラント供給源 ８ａ 固定軸側保持アーム支持部材 ８ｂ 移動軸側保持アーム支持部材 １０ ローラ １１ 回転軸 １２ａ 固定軸側バネ固定部材 １２ｂ 移動軸側バネ固定部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円板状の被加工物の両面に対向して設けら
   れた一対の円環状研削工具と、該円環状研削工具の外側
   に前記被加工物の両面に対向して設けられた静圧保持部
   材としての一対の静圧パッドと、を具備する両面研削装
   置において、 前記一対の静圧パッドに関して、一方の静圧パッドにつ
   いては該静圧パッドが前記被加工物を挟持するよう付勢
   する弾性体を介して固定軸に取り付けられ、他方の静圧
   パッドについては該静圧パッドが前記被加工物を挟持す
   るよう付勢する他の弾性体を介して前記円環状研削工具
   の回転軸方向に移動可能にされた移動軸に取り付けられ
   ていることを特徴とする両面研削装置。
2. 【請求項２】前記２つの弾性体は共にバネであり、該バ
   ネは弾性力を調整可能にされていることを特徴とする請
   求項１に記載の両面研削装置。
3. 【請求項３】前記一対の円環状研削工具に関して、一方
   の円環状研削工具は前記固定軸に取り付けられ、他方の
   円環状研削工具は前記移動軸の動作に連動して移動可能
   に取り付けられていることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の両面研削装置。
4. 【請求項４】前記各静圧パッドの被加工物の表面に対向
   した面には複数個のクーラント吐出口を設けたことを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の両面研削装
   置。
5. 【請求項５】前記各静圧パッドの外周部に研削用クーラ
   ント放出用のクーラントノズルをそれぞれ設け、該それ
   ぞれのクーラントノズルを静圧パッドに保持された被加
   工物のそれぞれの表面のうち前記円環状研削工具と接触
   する箇所に向けるようにしたことを特徴とする請求項１
   乃至４のいずれかに記載の両面研削装置。
6. 【請求項６】前記一対の静圧パッドの間隔をインプロセ
   スで測定することにより、加工中の被加工物の厚みを測
   定するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のい
   ずれかに記載の両面研削装置。