JP2007223014A

JP2007223014A - スピンドルユニット

Info

Publication number: JP2007223014A
Application number: JP2006050231A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Sekiya; 一馬関家
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】被加工物に対して圧力が加えられて加工が行われる加工装置において、信頼性が高く経済性に優れた機構によって加工時の圧力を計測できるようにする。
【解決手段】加工装置に搭載されるスピンドルユニット３０において、スラストベアリング３０５によって支持されるベアリングプレート３０９の第一のプレート面３０９ａまたは第二のプレート面３０９ｂとの間の間隔に対応した出力を行う間隔対応出力手段３１２、３１３を備え、第一のプレート面３０９ａまたは第二のプレート面３０９ｂとの間の間隔の変化を検知して回転軸に加わる荷重の変化を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、加工装置に搭載されるスピンドルユニットに関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが表面に形成されたウェーハは、裏面が研削されて所定の厚さに形成された後にダイシングされ、個々のデバイスに分割される。

ウェーハの裏面研削時には、裏面を露出させた状態で、ウェーハがチャックテーブルにおいて保持される。そして、回転軸に連結されて回転する研削砥石をウェーハの裏面に接触させ、所定の圧力でウェーハを押圧することにより当該裏面を研削する。研削時は、チャックテーブルを支持する部位に配設された圧力計によって、チャックテーブルに対して加わる圧力が計測される。そして、その計測値が所望の値になるように制御することで、研削砥石からウェーハに加わる圧力を制御している（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−１３８２１９号公報

しかし、上記圧力計は、チャックテーブルによって常時押圧された状態にあるため、誤動作を引き起こす可能性が高く、計測値の信頼性に欠けるという問題がある。また、直接押圧される圧力計は、故障しやすく、比較的頻繁に交換する必要があるため、不経済であるという問題もある。このような問題は、研削時に限らず、押圧力を利用した加工において共通に生じる問題である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、被加工物に対して圧力が加えられて加工が行われる加工装置において、信頼性が高く経済性に優れた機構によって、加工時の圧力を計測できるようにすることにある。

本発明は、回転軸と、回転軸のラジアル方向をエアーで支持するラジアルベアリングとスラスト方向をエアーで支持するスラストベアリングとを含むスピンドルハウジングと、回転軸の先端に形成され加工工具が装着される工具マウントとを少なくとも備えたスピンドルユニットに関するもので、スラストベアリングは、回転軸に形成され回転軸の軸心に直交する第一のプレート面及び第二のプレート面を有するベアリングプレートと、第一のプレート面にエアーを噴出してエアーを介して第一のプレート面を支持する第一の支持部と、第二のプレート面にエアーを噴出してエアーを介して第二のプレート面を支持する第二の支持部とから構成され、第一の支持部または第二の支持部には、第一のプレート面または第二のプレート面との間の間隔に対応した出力を行う間隔対応出力手段を備え、間隔対応出力手段には、第一のプレート面または第二のプレート面との間の間隔の変化を検知して回転軸に加わる荷重の変化を検出する荷重変化検出手段が接続されることを特徴とする。加重変化検出手段としては、例えば静電センサを用いることができる。

本発明では、スピンドルユニットの内部のスラストベアリングに、ベアリングプレートの第一のプレート面または第二のプレート面との間の間隔に対応した出力を行う間隔対応出力手段を配設し、間隔対応出力手段には、第一のプレート面または第二のプレート面との間の間隔の変化を検知して回転軸に加わる荷重の変化を検出する荷重変化検出手段が接続される構成としたため、第一のプレート面または第二のプレート面と間隔対応出力手段との間隔の変化に基づいて、荷重変化検出手段において回転軸に対する荷重の変化を検出することができる。したがって、間隔対応出力手段及び荷重変化検出手段に直接押圧力が作用することがないため、これらが誤動作することがなく、信頼性を向上させることができる。また、故障が生じにくく交換の必要性も低減されるため、経済的である。

本発明に係るスピンドルユニットを搭載した加工装置の一例として、図１に示す研削装置１について説明する。この研削装置１は、ウェーハＷを保持するチャックテーブル２と、チャックテーブル２に保持されたウェーハＷを研削する研削手段３と、研削手段３を垂直方向に移動させて研削送りする研削送り手段４と、研削送り手段４を制御する制御手段５とを備えている。

チャックテーブル２は、回転可能であると共に、水平方向に移動可能であり、保持面２０においてウェーハＷを吸引保持することができる。

研削手段３は、スピンドルユニット３０と、スピンドルユニット３０に装着された研削ホイール３１と、研削ホイール３１の下面に固着された研削砥石３２とから構成される。

研削送り手段４は、垂直方向に配設されたボールネジ４０と、ボールネジ４０の一端に連結されたパルスモータ４１と、ボールネジ４０と平行に配設された一対のガイドレール４２と、内部のナット（図示せず）がボールネジ４０に螺合すると共に側部がガイドレール４２に摺接する昇降板４３と、昇降板４３に連結されスピンドルユニット３０を支持する支持部４４とから構成され、パルスモータ４１に駆動されてボールネジ４０が回動することにより、昇降板４３がガイドレール４２にガイドされて昇降し、これに伴い支持部４４及び研削手段３が昇降する構成となっている。パルスモータ４１は、制御手段５による制御の下で駆動される。

図２に示すように、スピンドルユニット３０は、垂直方向の軸心を有する回転軸３００と、回転軸３００をエアーによって非接触状態で支持するスピンドルハウジング３０１と、回転軸３００の先端に形成され加工工具が装着される工具マウント３０２と、回転軸を回転駆動するモータ３０３とから構成される。モータ３０３には、回転軸３００に連結されて回転可能なロータ３０３ａと、ロータ３０３ａを回転させるステータ３０３ｂとを備えている。工具マウント３０２には、ボルト３１ａによって研削ホイール３１が固定される。

スピンドルハウジング３０１には、回転軸のラジアル方向をエアーで支持するラジアルベアリング３０４と、回転軸のスラスト方向をエアーで支持するスラストベアリング３０５とを備えている。

スピンドルハウジング３０１は円筒状に形成されており、その内周面には、例えば１[ＭＰａ]程度の高圧エアーを回転軸３００の回転中心に向けて噴出するエア噴出口３０４ａが複数形成されている。複数の噴出口３０４ａは、エア流路３０６に連通し、エア流路３０６は、エア流入口３０７を介して高圧エア供給源３０８に連通している。複数の噴出口３０４ａから噴出されるエアによってラジアルベアリング３０４が構成される。

回転軸３００には、円柱部分よりも径が大きく形成された円板状のベアリングプレート３０９が形成されており、これに対応して、スピンドルハウジング３０１の内周も拡径している。拡径している部分には、垂直方向（回転軸３００の軸心方向）に高圧エアを噴出するエア噴出口３０５ａ、３０５ｂが形成されている。エア噴出口３０５ａは、エア流路３０６に連通し、エア流路３０６を介して高圧エア供給源３０８に連通している。

ベアリングプレート３０９は、回転軸３００の軸心に直交する第一のプレート面３０９ａと第二のプレート面３０９ｂとを有しており、それぞれの面に対してエア噴出口３０５ａ３０５ｂから高圧エアが噴出されている。第一のプレート面３０９ａに対して高圧エアを噴出するエア噴出口３０５ａは、エアを介して第一のプレート面３０９ａを支持する第一の支持部３１０を構成し、第二のプレート面３０９ｂに対して高圧エアを噴出するエア噴出口３０５ｂは、エアを介して第二のプレート面３０９ｂを支持する第二の支持部３１１を構成する。ベアリングプレート３０９と第一の支持部３１０と第二の支持部３１１とによってスラストベアリング３０５が構成される。第一の支持部３１０及び第二の支持部３１１は、ベアリングプレート３０９を支持することにより、回転軸３００をスラスト方向に支持する。

第一の支持部３１０及び第二の支持部３１１には、第一のプレート面３０９ａとの間の間隔、及び、第二のプレート面３０９ｂとの間の間隔に対応した出力を行う間隔対応出力手段３１２、３１３がそれぞれ配設されている。

間隔対応出力手段３１２、３１３は、例えば静電容量の変化に対応する電圧出力を発生させる静電センサにより構成され、自身と第一のプレート面３０９ａとの間の間隔Ｄ１、自身と第二の支持部３１１と第二のプレート面３０９ｂとの間の間隔Ｄ２に対応する電圧等を出力する。この出力は、常時行われている。なお、図示の例では、第一の支持部３１０と第二の支持部３１１にそれぞれ間隔対応出力手段３１２、３１３を備えているが、第一の支持部３１０または第二の支持部３１１のいずれか一方にのみ間隔対応出力手段を備えた構成としてもよい。

図１に示すように、間隔対応出力手段３１２、３１３は、荷重変化検出手段６に電気的に接続されており、間隔対応出力手段３１２、３１３からの出力は、常時荷重変化検出手段６に転送される。荷重変化検出手段６は、ＣＰＵ、メモリ等を有し、間隔対応出力手段３１２、３１３から送られてくる出力の値をメモリに記憶させると共に、その記憶させた出力の値と、最新の出力の値とを比較し、両値が異なる場合は、図２に示した間隔Ｄ１、間隔Ｄ２が変化し、回転軸３００に加わる荷重が変化したと判断する。

荷重変化検出手段６は、制御手段５に接続されており、制御手段５においては、荷重変化検出手段６における判断結果に基づき、パルスモータ４１を制御して研削手段３を研削送りし、間隔対応出力手段３１２、３１３における出力の値が一定に保たれるようにフィードバック制御する。

図１に示したチャックテーブル２には、裏面が露出した状態で研削対象のウェーハＷが保持される。そして、ウェーハＷは、チャックテーブル２の水平方向の移動によって、研削手段３の直下に位置付けられる。

次に、制御手段５による制御の下で、図２に示したスピンドルユニット３０を構成するモータ３０３を駆動して回転軸３００を回転させて研削砥石３２を回転させると共に、図１に示した研削送り手段４を構成するパルスモータ４１を駆動して研削手段３を下降させていく。研削手段３を構成する研削砥石３２がウェーハＷに接触せずに回転している状態では、図２に示した間隔Ｄ１と間隔Ｄ２とは、等しい値（例えば１０μｍ）に保たれている。

一方、研削手段３が下降して回転する研削砥石３２がウェーハＷの裏面に接触し、研削砥石３２からウェーハＷに対して押圧力が加えられて当該裏面が研削されると、回転軸３００に対して上方に向けて荷重が加わるため、間隔Ｄ１の値が例えば９μｍと小さくなり、間隔Ｄ２の値が例えば１１μｍと大きくなる。間隔Ｄ１の値が９μｍ、間隔Ｄ２の値１１μｍという状態が維持されている間は、適正な荷重のもとで研削が行われていると考えられる場合は、そのまま研削手段３を徐々に下降させていけばよい。このときの間隔対応出力手段３１２、３１３からの出力の値（以下、「正常値」という。）は、荷重変化検出手段６に記憶させておく。

研削を続けているうちに、例えば間隔Ｄ１の値が７μｍ、間隔Ｄ２の値が１３μｍとなった場合は、間隔対応出力手段３１２、３１３からの出力の値も変化し、荷重変化検出手段６がその変化を認識する。そうすると、間隔対応出力手段３１２、３１３からの出力の値が正常値に戻るように、制御手段５が研削送り手段４の制御を行う。具体的には、間隔対応出力手段３１２、３１３の計測値が正常値に戻るまで、制御手段５が、パルスモータ４１の駆動による研削手段３の送り速度を遅くすることにより、ウェーハＷに対する圧力を弱めるようにする。かかる制御を継続することによって、間隔対応出力手段３１２、３１３からの出力の値が正常値に戻る。そして、以降も、荷重変化検出手段６が同様の監視を続け、間隔対応出力手段３１２、３１３からの出力が正常値に維持されるようにする。

このように、間隔対応出力手段３１２、３１３をスピンドルユニット３０の内部のスラストベアリング３０５に配設し、ベアリングプレート３０９と間隔対応出力手段３１２、３１３との間隔の変化に基づいて荷重の変化を検出することにより、間隔対応出力手段３１２、３１３に直接押圧力を作用させることなく、ウェーハに対する圧力を調整することができる。したがって、間隔対応出力手段３１２、３１３が誤動作することがなく、信頼性を向上させることができると共に、故障が少なく交換の頻度も低くなるため、経済的である。

なお、間隔対応出力手段３１２、３１３としては、静電センサのほか、レーザ光等を発してその反射光が到達するまでの時間に基づいて距離を求めることができるセンサを用いることもできる。この場合は、間隔対応出力手段３１２、３１３において、間隔Ｄ１、Ｄ２を直接求めることができる。したがって、荷重の調整が必要となる間隔Ｄ１、Ｄ２の限界値を操作手段７（図１参照）から入力して荷重変化検出手段６に記憶させておけば、間隔対応出力手段３１２、３１３において認識した間隔の値が、予め記憶させたその限界値に達したときに、制御手段５による研削送り手段４の調整をすることができる。

また、間隔対応出力手段３１２、３１３が間隔Ｄ１、Ｄ２を直接的に求めることができない場合であっても、間隔と電圧出力との対応関係を予め荷重変化検出手段６に記憶させておけば、上記と同様に、荷重の調整が必要となる間隔Ｄ１、Ｄ２の限界値を直接入力して記憶させておくことで、荷重を適正に制御することができる。更には、間隔Ｄ１、Ｄ２と荷重の値との対応関係も荷重変化検出手段６に記憶させておけば、操作手段７から、荷重の制御が必要となる荷重の限界値を予め入力して荷重変化検出手段６に記憶させることにより、荷重の限界値を超えたか否かに基づく直接的な制御も可能となる。

研削装置の一例を示す斜視図である。スピンドルユニットの一例を略示的に示す断面図である。

符号の説明

１：研削装置
２：チャックテーブル
２０：保持面
３：研削手段
３０：スピンドルユニット
３００：回転軸３０１：スピンドルハウジング３０２：工具マウント
３０３：モータ
３０４：ラジアルベアリング
３０４ａ：エア噴出口
３０５：スラストベアリング
３０５ａ：エア噴出口
３０６：エア流路３０７：エア流入口３０８：高圧エア供給源
３０９：ベアリングプレート
３０９ａ：第一のプレート面３０９ｂ：第二のプレート面
３１０：第一の支持部３１１：第二の支持部
３１２、３１３：間隔対応出力手段
３１：研削ホイール３２：研削砥石
４：研削送り手段
４０：ボールネジ４１：パルスモータ４２：ガイドレール
４３：昇降板４４：支持部
５：制御手段
６：荷重変化検出手段
７：操作手段

Claims

回転軸と、該回転軸のラジアル方向をエアーで支持するラジアルベアリングとスラスト方向をエアーで支持するスラストベアリングとを含むスピンドルハウジングと、該回転軸の先端に形成され加工工具が装着される工具マウントとを少なくとも備えたスピンドルユニットであって、
該スラストベアリングは、該回転軸に形成され該回転軸の軸心に直交する第一のプレート面及び第二のプレート面を有するベアリングプレートと、該第一のプレート面にエアーを噴出して該エアーを介して該第一のプレート面を支持する第一の支持部と、該第二のプレート面にエアーを噴出して該エアーを介して該第二のプレート面を支持する第二の支持部とから構成され、
該第一の支持部または該第二の支持部には、該第一のプレート面または該第二のプレート面との間の間隔に対応した出力を行う間隔対応出力手段を備え、
該間隔対応出力手段には、該第一のプレート面または該第二のプレート面との間の間隔の変化を検知して該回転軸に加わる荷重の変化を検出する荷重変化検出手段が接続されるスピンドルユニット。
前記間隔対応出力手段は、静電センサにより構成される請求項１に記載のスピンドルユニット。