JP2004253629A - ウェーハ研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交換研削工具の支持剛性を高めることにより研削の精度を向上し、加工液供給ノズルの設置が容易なウェーハ研削装置を提供する。
【解決手段】ウェーハ研削装置のスピンドル側は、主にスピンドル１、固定研削工具２、ツールホルダ３、研削工具４、工具交換アーム（ＡＴＣ）５および加工液供給ノズル６から構成される。ウェーハ研削装置の被加工物側は、主に支持テーブル７および回転テーブル８から構成される。ツールホルダ３は、スピンドル側より順に、プルスタッド３ａ、シャンク部３ｂ、フランジ部３ｃおよびボス３ｄから構成される。ここで、フランジ部３ｃの径は、スピンドル１の下端面１ｃの径より大きく、かつ仕上砥石部２ｂの内径より小さく形成される。このことにより、仕上砥石台（台金部）２ａの下面２ｅとフランジ部３ｃの上面３ｇとが当接可能となる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハの研削装置に関し、特にカップ状の研削工具を用いて片面研削を行うウェーハ研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハを研削する装置として、自動工具交換装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ、以下ＡＴＣと略して記載する。）を利用したウェーハ研削装置がある。その中に、本発明と同一の出願人により開示された、スピンドルに固定された研削工具および交換可能な研削工具を備えた片面研削装置がある（例えば、特許文献１を参照。）。以下、特許文献１に記載の片面研削装置について説明する。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載の片面研削装置の主要部を示す概略断面図である。図５に示すように、片面研削装置は、主にスピンドル５１、固定研削工具５２、ツールホルダ５３、研削工具５４、工具交換アーム５５、ノズル５６（固定研削工具用ノズル５６ａ・研削工具用ノズル５６ｂ）、支持テーブル５７、回転テーブル５８および被加工物であるウェーハ５９から構成される。
【０００４】
スピンドル５１は、鉛直軸を回転軸として回転運動を行う主軸であり、下側にクランプ機構５１ａおよびテーパ穴５１ｂが形成されている。
固定研削工具５２は、台金部をなすカップ状の仕上砥石台５２ａおよびその下側周縁に取り付けられ、研削砥粒層をなす仕上砥石５２ｂから構成されており、スピンドル５１の下側に、下方のウェーハ５９を研削可能に固定されている。また、主軸方向に貫通する複数の加工液供給孔５２ｃを有する。
着脱可能なツールホルダ５３は、上側から順に、プルスタッド５３ａ、シャンク部５３ｂおよび周縁に把持溝を形成したフランジ部５３ｃから構成される。フランジ部５３ｃの下側には、研削工具５４が固定されている。
研削工具５４は、台金部をなすカップ状の粗砥石台５４ａおよびその下側周縁に取り付けられ、研削砥粒層をなす粗砥石５４ｂから構成されており、フランジ部５３ｃの下側に、下方のウェーハ５９を研削可能に固定されている。
工具交換アーム（ＡＴＣ）５５は、複数のツールホルダを収納するマガジン（図示せず）から、使用する研削工具５４を有するツールホルダ５３を選び出し、スピンドル５１に装着したり、使用後のツールホルダ５３を取り外し、マガジンに収納したりすることができる。
ノズル５６は、研削部位に加工液（例えば、冷却水）を供給するためのノズルであり、固定研削工具用ノズル５６ａおよび研削工具用ノズル５６ｂがある。
【０００５】
上述したように、固定研削工具５２に仕上砥石５２ｂ、研削工具５４に粗砥石５４ｂを使用した理由を以下に示す。
（１） 一般的には、粗砥石５４ｂは、被加工物の種類等により、使い分けられる。そのため工具交換アーム５５を用いて適宜交換可能とするため、研削工具５４を粗砥石５４ｂとする。
（２） 仕上砥石５２ｂは、被加工物の種類等に関係なく、仕上加工工程（後述する）で使用される（したがって使用頻度が高い。）。また、粗砥石５４ｂと比較して砥粒が細かいので、砥石の磨耗が少なく、交換が少なくて済む。また、仕上加工工程では粗加工工程よりも高い研削精度が求められる。したがって、スピンドル５１に直接固定することにより、交換による精度のばらつきを少なくして、高い繰り返し精度を確保することが望ましい。そのため、固定研削工具５２を仕上砥石５２ｂとする。
【０００６】
続いて、片面研削装置による研削動作について説明する。図６は特許文献１に記載の片面研削装置の動作を示す図であり、（ａ）は粗加工工程を示す概略断面図であり、（ｂ）は仕上加工工程を示す概略断面図である。
【０００７】
（粗加工工程）
まず、工具交換アーム５５（図５参照）により、使用する研削工具５４を有するツールホルダ５３を選び出し、スピンドル５１に装着する。装着後、図６（ａ）に示すように、研削工具５４により、ウェーハ５９の粗研削を行う。この際、研削工具用ノズル５６ｂにより加工液を研削部位に供給する。これらの動作を仕上加工可能な状態となるまで繰り返す。
【０００８】
（仕上加工工程）
粗加工工程終了後、工具交換アーム５５により、ツールホルダ５３をマガジンに収納し、カバー部材６３をスピンドル５１に装着する。その後、図６（ｂ）に示すように、固定研削工具５２により、ウェーハ５９の仕上研削を行う。この際、固定研削工具用ノズル５６ａにより加工液供給孔５２ｃを通じて、加工液を研削部位に供給する。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の片面研削装置には、以下に示す問題があった。
（１） スピンドル５１とツールホルダ５３の装着部分の支持剛性が十分でないため、研削工具５４の変形が大きく、研削の形状精度を保つのが困難である。
（２） 加工液を供給するためには、固定研削工具用ノズル５６ａと研削工具用ノズル５６ｂとを別に設置する必要があり、そのためのスペースを確保することが困難である。
【００１０】
ここで、問題点（１）についてさらに説明を加える。図７は従来のウェーハ研削装置の二面拘束を説明する概略断面図である。図７に示すように、スピンドル７１は、クランプ機構７１ａおよびテーパ穴７１ｂを有する。ツールホルダ７３は、プルスタッド７３ａ、シャンク部７３ｂおよびフランジ部７３ｃから構成され、カップ状の研削工具７４を固定されている。装着時には、クランプ機構７１ａがプルスタッド７３ａを引っ張り上げてクランプする。また、スピンドルのテーパ穴７１ｂにシャンク部７３ｂが挿入されて当接し、スピンドル７１の下面７１ｃとフランジ部７３ｃの上面７３ｄ（テノンともいう）とが当接することにより固定される。
近年、一度に大量のウェーハを研削するため、ウェーハおよび研削工具の径の大型化が行われている。しかし、スピンドル７１とツールホルダ７３との当接部位の径は、スピンドル７１の下端面７１ｃの径の範囲内であり、カップ状の研削工具７４の径と比べて小さい。したがって、スピンドル７１は、研削部位から離れた位置でフランジ部７３ｃを当接・支持することになり、十分な支持剛性が得られないという問題がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２４６５５７号公報（［００３２］〜［００４６］、第２図、第３図、第４図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、研削工具の支持剛性を高めることにより研削の精度を向上し、ノズルの設置が容易なウェーハ研削装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１に記載のウェーハ研削装置は、スピンドルに固定されるカップ状の固定研削工具と、前記スピンドルに着脱可能に装着されるツールホルダと、前記ツールホルダに固定されるカップ状の研削工具と、を備えるウェーハ研削装置であって、前記ツールホルダを前記スピンドルに装着したときに、前記固定研削工具の台金部と前記ツールホルダのフランジ部とが当接する構成とした。
【００１４】
ここでいう「固定研削工具」とは、「スピンドルに対して固定されている研削工具」という意味であり、「研削工具」とは、「スピンドルに対して交換される研削工具」という意味である。交換は手動でもよいし、ＡＴＣによるものでもよい。また、各構成要件の「径」とは、使用状態における主軸まわりの径のことを指す。
【００１５】
フランジ部の径は、スピンドルの下端面の径より大きく、かつ固定研削工具の径より小さくなるように形成される。したがって、ツールホルダを装着したときに、固定研削工具の台金部の下面と、フランジ部の上面（テノンともいう）とが当接する構成となる。したがって、フランジ部の当接部位を、スピンドルの下端面の径よりも大きくとることが可能となり、固定研削工具による研削部位により近い位置で当接・支持することができる。したがって、より支持剛性の高いウェーハ研削装置を提供できる。
【００１６】
また、請求項２に記載のウェーハ研削装置は、請求項１に記載のウェーハ研削装置であって、前記固定研削工具、前記ツールホルダおよび前記研削工具はそれぞれ、主軸方向に貫通する加工液供給孔を有し、前記加工液供給孔は、前記ツールホルダを前記スピンドルに装着したときに、前記固定研削工具、前記ツールホルダおよび前記研削工具を連通するように形成されている構成とした。
【００１７】
このように構成することにより、研削工具による研削（粗加工）時において、スピンドル側に設けられたノズルから供給された加工液は、固定研削工具、ツールホルダおよび研削工具を連通した加工液供給孔を通って研削部位に到達する。また、固定研削工具による研削（仕上加工）時には、スピンドル側に設けられたノズルから供給された加工液は、固定研削工具の加工液供給孔を通って研削部位に到達する。したがって、交換研削工具用、研削工具用に別のノズルを設置する必要がなくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しながら説明する。本実施形態は鉛直軸を主軸としたインフィード研削を例にとって説明するが、これに限定されるものではない。また、以下の説明における位置・方向を特定する用語（上下等）は、ウェーハ研削装置に設置された状態を基準としている。
図１は、本発明の実施形態に係るウェーハ研削装置の主要部を示す概略断面図である。図１に示すように、ウェーハ研削装置の上（スピンドル）側は、主にスピンドル１、固定研削工具２、ツールホルダ３、研削工具４、工具交換アーム（ＡＴＣ）５およびノズル６から構成される。ウェーハ研削装置の下（被加工物）側は、主に支持テーブル７および回転テーブル８から構成される。また、ウェーハ９は、被加工物である。
【００１９】
スピンドル１は、鉛直軸を回転軸として回転運動を行う主軸であり、下側に、クランプ機構１ａおよびテーパ穴１ｂを有する。ドローバーおよびボールからなるクランプ機構１ａは、鉛直方向に移動可能であり、プルスタッド３ａ（後述する）を引っ張り上げてクランプする。テーパ穴１ｂには、シャンク３ｂ（後述する）が嵌合される。また、スピンドル１の被加工物側は固定研削工具２を固定可能な形状に形成されている。
【００２０】
固定研削工具２は、台金部をなすカップ状の仕上砥石台２ａおよび研削砥粒層をなす仕上砥石２ｂから構成される。仕上砥石台２ａは、その主軸中央に穴部２ｃを有し、スピンドル１を嵌め込んでいる。そしてスピンドル１の下側に、複数のボルト２ｄにより固定される。仕上加工工程時には、スピンドル１により主軸まわりに回転する。また、主軸方向に貫通する複数の加工液供給孔２ｆを有する。仕上砥石２ｂは、仕上加工のための砥石であり、仕上砥石台２ａの下側外縁に周設され、スピンドル１の回転によりウェーハ９を研削する。仕上砥石２ｂには、メッシュサイズ＃２０００程度の細かい砥石が好適である。
【００２１】
ツールホルダ３は、上側より順に、プルスタッド３ａ、シャンク部３ｂ、フランジ部３ｃおよびボス３ｄから構成される。プルスタッド３ａは、クランプ機構１ａにより引っ張り上げられクランプされる。シャンク部３ｂは、テーパ面を有し、テーパ穴１ｂに挿入される。フランジ部３ｃは、その周方向に形成された把持溝３ｅを有する。把持溝３ｅの形状は、工具交換アーム５の把持部５ａ・５ｂ（後述する）により把持可能に形成される。また、主軸方向に貫通する複数の加工液供給孔３ｆを有する。ボス３ｄは、フランジ部３ｃの下側に形成された凸部であり、穴部４ｃ（後述する）に嵌め込まれる。
【００２２】
ここで、フランジ部３ｃの径は、スピンドル１の下端面１ｃの径より大きく、かつ仕上砥石２ｂの内径より小さく形成される。このことにより、仕上砥石台２ａの下面２ｅとフランジ部３ｃの上面３ｇとが当接可能となる。
【００２３】
研削工具４は、台金部をなすカップ状の粗砥石台４ａおよび研削砥粒層をなす粗砥石４ｂから構成される。粗砥石台４ａは、主軸中央に穴部４ｃを有し、ボス３ｄを嵌め込んでいる。そして、フランジ部３ｃの下面に、複数のボルト４ｄにより固定される。粗加工工程時には、スピンドル１により主軸まわりに回転する。また、主軸方向に貫通する複数の加工液供給孔４ｆを有する。粗砥石４ｂは、粗加工のための砥石であり、粗砥石台４ａの下側外縁に周設され、スピンドル１の回転によりウェーハ９を研削する。粗砥石４ｂには、仕上砥石２ｂより砥粒の粗い砥石が用いられる。
【００２４】
ウェーハ研削装置は、異なる研削工具を固定したツールホルダを複数有しており、これらはマガジン（図示せず）の中に収納されている。そして、使用時にはプログラムによる指令によって、工具交換アーム５によりスピンドル１に装着される。
【００２５】
工具交換アーム５は、第一把持部５ａ、第二把持部５ｂ（図中省略）および回転軸５ｃから構成される。把持部５ａ・５ｂはツールホルダ４の把持溝４ｄおよびカバー部材１３（後述する）の把持溝を把持可能な形状に形成される。本実施形態では、フランジ部３ｃの径は従来のものより大きくなっているため、把持部５ａ・５ｂもそれにあわせて大きくなる。把持部５ａ・５ｂはツールホルダ３（の把持溝４ｄ）を把持し、スピンドル１に装着したり、マガジンに収納したりするための搬送を行う。
【００２６】
ノズル６は、加工液供給孔を通じて加工液を研削部位に供給する。加工液は、例えば冷却水であり、研削部位の熱を取り除いたり、砥石の目詰まりを防止したりする。
【００２７】
支持テーブル７は、回転テーブル８を回転可能に支持する。
【００２８】
回転テーブル８は、ウェーハ９を真空チャック（図示せず）により吸着・固定し、主軸まわりに回転運動を行いながら主軸と直交する方向に移動する。なお、通常のインフィード研削において、スピンドル１の回転数には回転テーブル８の回転数より一桁以上大きい値が用いられる。
【００２９】
被加工物であるウェーハ９は、回転テーブル８に、その片面（上面）を研削可能な状態で吸着・固定される。
【００３０】
ここで、ツールホルダの装着時における当接部位の状態について説明する。図２は、ツールホルダの装着時における当接部位の状態の例を示す概略断面図である。図２（ａ）では、テーパ穴１ｂにシャンク部３ｂが挿入されて当接するのに加え、仕上砥石台２ａの下面２ｅとフランジ部３ｃの上面３ｇとが当接する。スピンドル１の下端面１ｃは仕上砥石台２ａの下面２ｅに対して逃がした状態となっており、フランジ部３ｃの上面３ｇと当接していない（この当接状態をＡと呼ぶ。）。
【００３１】
また、ツールホルダの装着時における当接部位の状態の別の例を図２（ｂ）に示す。スピンドル１の下端面１ｃと仕上砥石台２ａの下面２ｅとが連続面を形成している。図２（ｂ）では、テーパ穴１ｂにシャンク部３ｂが挿入されて当接するのに加え、前記連続面とフランジ部３ｃの上面３ｇとが当接する（この当接状態をＢと呼ぶ。）。
【００３２】
Ａ・Ｂともに、従来よりも当接部位の径を大きくとることが可能となり、より研削部位に近い位置で当接・支持することができる。したがって、研削部位である粗砥石４ｂに生じる研削応力に対する支持剛性を高めている。ここではＢの方が当接部位の面積が大きいため、より大きい支持剛性を得ることができるが、その一方で連続面を形成するための当り作業が必要となる。また、Ａ・Ｂともに、仕上砥石台２ａの下面２ｅを滑らかにする加工等を施すことが望ましい（仕上砥石台２ａとフランジ部３ｃの接触状態を良くし、支持剛性を高めるため。）。
【００３３】
図３は、加工液供給孔の連通状態を示す概略斜視図である。図３に示すように、各加工液供給孔２ｆ・３ｆ・４ｆのそれぞれは、主軸中心から同一距離・等間隔・同一形状に形成されている（図３ではそれぞれ６個であるが、これに限定されない。）。加工液供給孔４ｆの上側開口と、加工液供給孔３ｆの下側開口とは、ボルト４ｄ（図１参照）により粗砥石台４ａをツールホルダ２に固定する際に連通するように設計されている。また、加工液供給孔３ｆの上側開口と、加工液供給孔２ｆの下側開口とは、ツールホルダ３をスピンドル２に装着する際に、図示しないキーによる位置合せが行われることにより、連通するように設計されている。
【００３４】
また、加工液供給孔２ｆ・４ｆのそれぞれは、下側に向かって拡がるように勾配を有する。これは、加工液供給孔を通った加工液が、研削部位（砥石２ｂ・４ｂ方向）へ向かうようにするためである。この場合には、研削工具４の径を固定研削工具２の径よりも大きくすることが望ましい。
【００３５】
続いて、本発明の実施形態に係る片面研削装置の動作について説明する。図４は片面研削装置の動作を示す図であり、（ａ）は粗加工工程を示す概略断面図、（ｂ）は仕上加工工程を示す概略断面図である。
【００３６】
（粗加工工程）
工具交換アーム５（図１参照）により、マガジン（図示せず）に収納された複数のツールホルダの中から、使用する研削工具４を有するツールホルダ３を選び出し、スピンドル１に装着する。
装着後、スピンドル１および回転テーブル８を回転させながら、図４（ａ）に示すように、粗砥石４ｂによりウェーハ９にインフィード研削（粗研削）を行う。ノズル６から供給された加工液の一部は、連通した加工液供給孔２ｆ・３ｆ・４ｆを通って研削部位に到達する。
ここで、粗加工工程をウェーハ９が仕上加工可能な状態となるまで適宜繰り返す。すなわち、ウェーハ９の研削面の状態に適した研削工具４を有するツールホルダ３を適宜交換・装着し研削を行う。
【００３７】
（仕上加工工程）
粗加工工程終了後、工具交換アーム５により、ツールホルダ３を取り外し、カバー部材１３をスピンドル１に装着する。カバー部材１３は、加工液供給孔２ｆを塞がない様、ツールホルダ３より小さい径に形成されており、仕上加工工程において、切りくず等がスピンドル１のテーパ穴１ｂに付着するのを防ぐ。
装着後、スピンドル１および回転テーブル８を回転させながら、図４（ｂ）に示すように、仕上砥石２ｂによりウェーハ９にインフィード研削（仕上研削）を行う。ノズル６から供給された加工液の一部は、加工液供給孔２ｆを通って研削部位に到達する。
【００３８】
上述したように、フランジ部３ｃの当接部位の径が大きくなり、より研削部位に近い位置で当接・支持することになるので、粗砥石４ｂに生じる研削応力に対する支持剛性が高まる。したがって、粗加工工程において、研削精度を向上できる。
また、粗加工工程において、連通した加工液供給孔２ｆ・３ｆ・４ｆを通じて加工液を供給するので、ノズル６を固定研削工具用、研削工具用と用途別に設置する必要がなくなる。
【００３９】
上述した実施形態は、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、主軸は水平軸であってもよいし、ウェーハは回転せず、砥石との間で相対直線移動させて研削するようにしてもよい。また、インフィード研削でなくてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載のウェーハ研削装置によれば、研削工具を装着したときの支持剛性を高めることにより、研削工具による研削作業の精度を高めることのできるウェーハ研削装置を提供できる。
【００４１】
また、本発明の請求項２に記載のウェーハ研削装置によれば、固定研削工具、ツールホルダのフランジ部および研削工具を連通する加工液供給孔を有することにより、ノズルの設置が容易なウェーハ研削装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るウェーハ研削装置の主要部を示す概略断面図である。
【図２】ツールホルダの装着時における当接部位の状態の例を示す概略断面図である。
【図３】加工液供給孔の連通状態を示す概略斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るウェーハ研削装置の動作を示す図であり、（ａ）は粗加工工程を示す概略断面図、（ｂ）は仕上加工工程を示す概略断面図である。
【図５】特許文献１に記載の片面研削装置の主要部を示す概略断面図である。
【図６】特許文献１に記載の片面研削装置の動作を示す図であり、（ａ）は粗加工工程を示す概略断面図、（ｂ）は仕上加工工程を示す概略断面図である。
【図７】従来のウェーハ研削装置の二面拘束を説明する図である。
【符号の説明】
１ スピンドル
１ａ クランプ機構
１ｂ テーパ穴
１ｃ 下端面
２ 固定研削工具
２ａ 仕上砥石台（台金部）
２ｂ 仕上砥石
２ｃ 穴部
２ｄ ボルト
２ｅ 下面
２ｆ 加工液供給孔
３ ツールホルダ
３ａ プルスタッド
３ｂ シャンク部
３ｃ フランジ部
３ｄ ボス
３ｅ 把持溝
３ｆ 加工液供給孔
３ｇ 上面
４ 研削工具
４ａ 粗砥石台（台金部）
４ｂ 粗砥石
４ｃ 穴部
４ｄ ボルト
４ｆ 加工液供給孔
５ 工具交換アーム
５ａ 第一把持部
５ｂ 第二把持部
５ｃ 回転軸
６ ノズル
７ 支持テーブル
８ 回転テーブル
９ ウェーハ（被加工物）
１３ カバー部材

Claims (2)

1. スピンドルに固定されるカップ状の固定研削工具と、前記スピンドルに着脱可能に装着されるツールホルダと、前記ツールホルダに固定されるカップ状の研削工具と、を備えるウェーハ研削装置であって、
   前記ツールホルダを前記スピンドルに装着したときに、前記固定研削工具の台金部と前記ツールホルダのフランジ部とが当接することを特徴とするウェーハ研削装置。
2. 前記固定研削工具、前記ツールホルダおよび前記研削工具はそれぞれ、主軸方向に貫通する加工液供給孔を有し、
   前記加工液供給孔は、前記ツールホルダを前記スピンドルに装着したときに、前記固定研削工具、前記ツールホルダおよび前記研削工具を連通するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研削装置。

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