JP2008246628A - チャックテーブル機構 - Google Patents

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、加工時の圧力を制御できるようにする。
【解決手段】軸心に対して直交する面を有するベアリングプレート２４０を備えた回転軸２１がラジアルベアリング２３及びスラストベアリング２４によって支持されるチャックテーブル機構２において、スラストベアリング２４に、ベアリングプレート２４０との間隔に対応した出力を行う間隔対応出力手段２６、２７を設け、その出力の変化に基づいて荷重の変化を認識することにより、荷重を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、加工装置に搭載されるチャックテーブル機構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、ウェーハが研削装置の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、加工時の圧力の制御を可能とすることにある。

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及び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を備えたハウジングと、回転軸の先端においてウェーハを保持する保持部とから少なくとも構成されるチャックテーブル機構に関するもので、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隔に対応した情報を出力する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。

間隔対応出力手段としては、例えば静電センサを用いることができる。

本発明では、スラストベアリングを構成する第一の支持部または第二の支持部に、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情報を出力する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し、検出結果に基づく制御をすることが可能となる。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。

本発明に係るチャックテーブル機構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機構２と、チャックテーブル機構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。

チャックテーブル機構２は、ウェーハを保持する保持部２０を備えており、保持部２０は、回転可能であると共に水平方向に移動可能となっている。

研削手段３は、垂直方向の軸心を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するスピンドルハウジング３１と、スピンドル３０の先端に形成されたホイールマウント３２と、ホイールマウント３２に固定された研削ホイール３３と、研削ホイール３３の下面に固着された研削砥石３４と、スピンドル３０を駆動するモータ３５とから構成される。モータ３５は、制御手段５による制御の下で駆動される。

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ハウジング３１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、チャックテーブル機構２は、吸引路２０ａを介して吸引源に連通する保持部２０と、垂直方向の軸心を有する回転軸２１と、回転軸２１を回転可能に支持するハウジング２２とを備えている。ハウジング２２には、回転軸２１をラジアル方向にエアーで支持するラジアルベアリング２３と、回転軸２１をスラスト方向にエアーで支持するスラストベアリング２４とを備えている。

ラジアルベアリング２３は、ハウジング２２の内周面において回転軸２１の軸心に向けてエアーを噴出する複数の噴出口２３０により構成され、これらの噴出口２３０は、エアー流路２５に連通している。

一方、スラストベアリング２４は、回転軸２１と一体に形成され回転軸２１の軸心に対して直交する第一のプレート面２４０ａ及び第二のプレート面２４０ｂを有するベアリングプレート２４０と、ベアリングプレート２４０の第一のプレート面２４０ａに対して噴出口２４１ａからエアーを噴出してそのエアーを介して第一のプレート面２４０ａを支持する第一の支持部２４１と、ベアリングプレート２４０の第二のプレート面２４０ｂに対して噴出口２４２ａからエアーを噴出してそのエアーを介して第二のプレート面２４０ｂを支持する第二の支持部２４２とから構成される。

ベアリングプレート２４０は、回転軸２１の円柱部分よりも拡径して円板状に形成されており、これに対応して、ハウジング２２の内周も拡径している。そして、ハウジング２２の内周の拡径している部分に、垂直方向（回転軸２１の軸心方向）に高圧エアーを噴出する噴出口２４１ａ、２４２ａが形成されている。噴出口２４１ａ、２４２ａは、エアー流路２５に連通し、エアー流路２５を介して図示しない高圧エアー供給源に連通している。第一の支持部２４１及び第二の支持部２４２は、ベアリングプレート２４０を支持することにより、回転軸２１をスラスト方向に支持する。

第一の支持部２４１には第一の間隔対応出力手段２６が配設され、この第一の間隔対応出力手段２６は、第一のプレート面２４０ａと第一の支持部２４１の下面２４１ｂとの間の間隔を計測する。一方、第二の支持部２４２には第二の間隔対応出力手段２７が配設され、この第二の間隔対応出力手段２７は、第二のプレート面２４０ｂと第二の支持部２４２の上面２４２ｂとの間の間隔を計測する。

第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７としては、例えば静電容量の変化に対応する電圧を出力する静電センサを用いることができ、第一の支持部２４１の下面２４１ｂと第一のプレート面２４０ａとの間の間隔Ｄ１、第二の支持部２４２の上面２４２ｂと第二のプレート面２４０ｂとの間の間隔Ｄ２に対応する電圧等の情報を出力する。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２４１と第二の支持部２４２にそれぞれ間隔対応出力手段２６、２７を備えているが、第一の支持部２４１または第二の支持部２４２のいずれか一方にのみ備えた構成としてもよい。

図１に示すように、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７は、荷重変化検出手段２８に電気的に接続されており、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７から出力される情報は、常時荷重変化検出手段２８に転送される。荷重変化検出手段２８は、ＣＰＵ、メモリ等を有し、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７から送られてくる電圧等の値をメモリに記憶させると共に、その記憶させた電圧の値と、最新の電圧の値とを比較し、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２１に加わる荷重が変化したと判断する。

荷重変化検出手段２８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２８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、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７からの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。

ウェーハ研削時の研削装置１の動作について説明すると、保持面２０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。そしてそのウェーハ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の直下に移動する。

次に、制御手段５による制御の下で、モータ３５を駆動してスピンドル３０を回転させ研削砥石３４を回転させると共に、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。研削砥石３４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３４がウェーハの裏面に接触し、研削砥石３４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、チャックテーブル機構２を構成する回転軸２１に対して下方に向けて荷重が加わるため、間隔Ｄ１の値が例えば１１μｍと大きくなり、間隔Ｄ２の値が例えば９μｍと大きくなる。間隔Ｄ１の値が１１μｍ、間隔Ｄ２の値９μｍ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。このときの第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７からの出力の値（以下、「正常値」という。）は、荷重変化検出手段２８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１３μｍ、間隔Ｄ２の値が７μｍとなり、両値の差が大きくなった場合は、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７からの出力の値も変化し、荷重変化検出手段２８がその変化を認識する。そうすると、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７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、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７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。このような制御を継続することによって、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７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２８が同様の監視を続け、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７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、第一の間隔対応出力手段２６を第一の支持部２４１に配設し、第二の間隔対応出力手段２７を第二の支持部２４２に配設して荷重の変化を検出することにより、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７に直接押圧力を作用させることなく、ウェーハＷに対する圧力を調整することができる。したがって、第一の間隔対応出力手段２６及び第二の間隔対応出力手段２７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２６、２７としては、間隔対応出力手段のほか、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２６、２７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の限界値を予めオペレータが入力して荷重変化検出手段２８に記憶させておけば、間隔対応出力手段２６、２７において認識した間隔の値が、予め記憶させた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２６、２７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、間隔と出力される電圧との対応関係を予め荷重変化検出手段２８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２８に記憶させておけば、荷重の制御が必要となる荷重の限界値を予めオペレータが入力して荷重変化検出手段２８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。 チャックテーブル機構の構造を示す断面図である。

符号の説明

１：研削装置
２：チャックテーブル機構
２０：保持部 ２０ａ：吸引路
２１：回転軸 ２２：ハウジング
２３：ラジアルベアリング
２４：スラストベアリング ２４０ａ：第一のプレート面 ２４０ｂ：第二のプレート面
２４１：第一の支持部 ２４１ａ：噴出口 ２４１ｂ：下面
２４２：第二の支持部 ２４２ａ：噴出口 ２４２ｂ：上面
２５：エアー流路 ２６：第一の間隔対応出力手段 ２７：第二の間隔対応出力手段
２８：荷重変化検出手段
３：研削手段
３０：スピンドル ３１：スピンドルハウジング ３２：ホイールマウント
３４：研削砥石 ３５：モータ
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

Claims (2)

1. 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及び該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を備えたハウジングと、該回転軸の先端においてウェーハを保持する保持部とから少なくとも構成されるチャックテーブル機構であって、
   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隔に対応した情報を出力する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
   チャックテーブル機構。
2. 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に記載のチャックテーブル機構。

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