JP2011161546A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削装置を、板状物を保持した保持テーブルごと搬送する構成とした場合においても、保持テーブルを支持する支持台が有する鉛直方向の回転軸に対して直角な面を容易に精度良く得ることができるようにする。
【解決手段】ワークを保持する保持テーブル２を回転可能に支持する回転支持台８ａ、８ｂ、８ｃと、保持テーブル２の保持面に保持されたワークに対向配置された研削工具３０を有する研削機構３ａ、３ｂと、保持面にワークを保持した保持テーブル２を回転支持台８ａ、８ｂ、８ｃに搬入搬出する搬送機構９とを有する研削装置において、回転支持台８ａ、８ｂ、８ｃにおいて保持テーブル２の下面を下側から支持する支持面８１１を、研削工具３０によって研削可能な被研削部材によって形成し、支持面８１１の研削により、支持面８１１を回転支持台の鉛直方向の回転軸に対して直角な面とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のワークを研削加工する研削装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが分割予定ラインによって区画されてその表面に複数形成された半導体ウエーハや、樹脂基板、電子部品に使用される各種セラミック基板やガラス基板等の板状物は、裏面が研削・研磨されて所定の厚さに形成された後、ダイシング装置やレーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割された各デバイスは各種電子機器に利用されている。

板状物の裏面の研削・研磨に使用される研削・研磨装置は、被加工物を保持する複数の保持テーブルがターンテーブル上に周方向に等間隔離間して設けられており、被加工物が保持テーブルに保持された状態でターンテーブルが回転していくことで、ターンテーブルに対峙して配設された研削手段又は研磨手段によって、順次粗研削から仕上げ研削又は研磨へと一連の加工が施される（例えば特許文献１参照）。

近年、用途によっては板状物の研削厚さは薄化が進んでおり、それに伴い板状物の厚さ精度や平坦精度等の要求も厳しくなっている。そうした中、特に薄化された板状物については、搬送受け渡し時に板状物にクラックやダメージを与えたり、破損させてしまうリスクも高くなっている。そこで、これらの問題を解決するために、本出願人は、板状物の搬送方法の一例として、受け渡し回数を減らし、板状物を保持した保持テーブルごと搬送をする機構について特許出願している（特許文献２参照）。

特開２００１−２８４３０３号公報 特開２００９−１７０７９７号公報

上記特許文献２の搬送装置を使用することにより、搬送時の板状物の破損等のリスクは低減することができる。しかし、保持テーブルを研削装置に用いた場合は、保持テーブルを下側から支持する支持台の上面を、支持台が有する鉛直方向の回転軸に対して直角な面とする必要があるが、そのような直角な面を得るように装置を製造することが困難であるという問題があった。

本発明は、これらの事実に鑑みてなされたものであって、その主な技術的課題は、板状物を保持した保持テーブルごと搬送する構成とした場合において、保持テーブルを支持する支持台が有する鉛直方向の回転軸に対して直角な面を容易に精度良く得ることができる研削装置を提供することにある。

本発明は、ワークを保持する保持面を有する保持テーブルと、保持テーブルを回転可能に支持する回転支持台と、保持面に保持されたワークに対向配置された研削工具を有する研削機構と、保持面にワークを保持した保持テーブルを回転支持台に搬入搬出する搬送機構とを有する研削装置に関するもので、回転支持台は、保持テーブルの下面を下側から支持する支持面が、研削機構が有する研削工具によって研削可能な被研削部材によって形成されて構成される。被研削部材は、研削工具によって研削可能であれば特に限定はされないが、例えばカーボン製又はアルミナセラミック製が例として挙げられる。

本発明に係る研削装置は、保持テーブルの下面を下側から支持する支持面が、研削機構が有する研削工具によって研削可能な被研削部材によって形成されているため、研削工具の作用面と回転支持台の回転軸とが直角になるように調整しておくことで、研削工具を用いて支持面を研削することにより、容易に、回転支持台の支持面を回転支持台の鉛直方向の回転軸に対して直角な面とすることができる。

研削装置の一例を示す斜視図である。 回転支持台及び保持テーブルを示す分解斜視図である。 搬送機構を構成するテーブル保持部を示す断面図である。 回転支持台に保持テーブルが載置され保持テーブルにウェーハが載置された状態を示す断面図である。 搬送機構が保持テーブルを保持した状態を示す断面図である。 搬送機構が保持テーブル及びワークを搬出する状態を示す断面図である。 保持テーブルに保持されたワークを研削機構が研削する前の状態を示す断面図である。 研削機構が支持台を研削する前の状態を示す断面図である。 研削機構が支持台を研削する状態を示す断面図である。

図１に示す研削装置１は、搬送可能な保持テーブル２に保持されたワークを２つの研削機構３ａ、３ｂによって研削加工する装置であり、装置の前部側には、研削前の板状物（ワーク）を収容するカセット４０を載置するための載置台４が設けられている。

カセット４０に対面する位置には、カセット４０からのワークの搬出を行う搬出機構５が配設されている。搬出機構５は、ワークを保持する保持部５０と、保持部５０を水平方向の軸を中心として回動させる回動部５１と、屈曲自在なアーム部５２とを備えている。

搬出機構５を構成する保持部５０の可動範囲には、ワークを所定の位置に位置合わせする位置合わせ機構６が配設されている。位置合わせ機構６は、放射状に形成された複数の長孔６０と、長孔６０を移動可能な突き当て部材６１とを備え、複数の突き当て部材６１が互いが近づく方向に移動してワークの周縁部を押すことによりワークを一定の位置に位置合わせすることができる。

研削装置１の後部側には、２つの研削機構３ａ、３ｂが配設されている。研削機構３ａ、３ｂは、構造が同様であるため、共通の符号を付して説明する。研削機構３ａ、３ｂは、板状のワークに作用して研削加工を行う研削工具３０と、研削工具３０を支持する支持マウント３１と、支持マウント３１を先端部において支持し鉛直方向の回転軸を有する回転軸３２と、回転軸３２を回転させるモータ３３とを備えている。研削工具３０は、支持マウント３１に固定された基台３００と、基台３００の下面に固着された複数の砥石３０１とから構成される。研削機構３ａを構成する砥石３０１は粗研削用のもの、研削機構３を構成する砥石３０１は仕上げ研削用または研磨用のものである。

研削機構３ａ、３ｂは、研削送り機構７ａ、７ｂによって駆動されて昇降動可能となっている。研削送り機構７ａ、７ｂは、構造が同様であるため、共通の符号を付して説明する。研削送り機構７ａ、７ｂは、鉛直方向の軸心を有するボールスクリュー７０と、ボールスクリュー７０と平行に配設された一対のガイドレール７１と、ボールスクリュー７０を回動させるパルスモータ７２と、ボールスクリュー７０に螺合するナット（図示せず）を内部に有するとともに側部がガイドレール７１に摺接する摺動基台７３とを備えており、パルスモータ７２によって駆動されてボールスクリュー７１が回動するのにともない摺動基台７３がガイドレール７１に案内されて昇降動する構成となっている。摺動基台７３に固定された支持部７４は、研削機構３ａ、３ｂを支持しており、摺動基台７３の昇降動により研削機構３ａ、３ｂも昇降動する構成となっている。

研削機構３ａ、３ｂの下方には、回転支持台８ａ、８ｂがそれぞれ配設されている。また、搬出機構５を構成する保持部５０の可動範囲には、回転支持台８ｃが配設されている。これら回転支持台８ａ、８ｂ、８ｃは、保持テーブル２を回転可能に支持するものであり、図２に示すように、回転支持台８ａ、８ｂ、８ｃは、中央部に凹部８００が形成された基台８０と、基台８０の上に載置される支持板８１とから構成され、図示しないモータ等によって駆動されて基台８０が回転し、これによって保持テーブル２を回転させることができる。

基台８０に形成された凹部８００は、上方に向けて拡径した形状となっており、内周はテーパ面８００ａとなっている。凹部８００の外周側の上面は、平面状に形成され支持板８１を下方から支持する支持板載置部８０１となっている。支持板載置部８０１には、上方に開口し図示しない吸引源に連通する吸引孔８０２が周方向に配置されて複数形成されている。一方、凹部８００には、その底面において開口し図示しない吸引源に連通する吸引孔８０３が配設されている。

支持板８１は、研削工具３０を構成する砥石３０１によって研削可能な被研削部材、例えばカーボンまたはアルミナセラミックスにより形成され、凹部８００の最大径より大径の貫通孔８１０を有するリング状に形成されており、その上面は、保持テーブル２を下側から支持する支持面８１１となっている。また、基台８０に形成された吸引孔８０２に対応する位置には、貫通孔８１２が形成されている。

図２に示すように、保持テーブル２は、支持板８１に載置されることにより、その下面が支持板８１の支持面８１１によって支持される。保持テーブル２は、支持面８１１によって直接的に下側から支持される枠体２０と、枠体２０によって支持される保持部材２１とから構成される。

枠体２０は、中央部に形成された円形凹部２００と、その周囲に立設された内周壁２０１と、内周壁２０１の周囲において円環状に窪んだ円環凹部２０２と、円環凹部２０２の外周側に立設された外周壁２０３とを有している。円形凹部２００には、表裏を貫通する貫通孔２０４が形成されている。円形凹部２００の裏側は、下方に向けて縮径し、基台８０の凹部８００のテーパ面８００ａと係合する位置決め突起２０５となっている。外周壁２０３の外周側面には、内周側に向けて陥没する複数の嵌合穴２０６が等間隔に形成されている。この嵌合凹部２０６には、円環凹部２０２の底面において開口する吸引口２０８に連通する貫通孔２０７が形成されている。

保持部材２１は、枠体２０の円形凹部２００に収容される円形保持部材２１０と、枠体２０の円環凹部２０２に収容される円環保持部材２１１とから構成される。円形保持部材２１０及び円環保持部材２１１は、ポーラスセラミックス等の多孔質部材により構成され、その上面は、それぞれがワークを保持する保持面２１０ａ、２１１ａとなる。

図１に示すように、３つの回転支持台８ａ、８ｂ、８ｃの近傍には、各回転支持台間で保持テーブル２を搬入搬出する搬送機構９が配設されている。搬送機構９は、昇降及び回動可能な軸部９０と、軸部９０から水平方向にのぶスライド可能なアーム部９１と、アーム部９１の先端に固定されたテーブル保持部９２とから構成される。テーブル保持部９２は、図２に示した保持テーブル２を保持する機能を有し、ベース板９２０と、ベース板９２０の上面に配設された可動部９２１とから構成される。可動部９２１は、エアシリンダ９２１ａと、断面Ｌ字型に形成されエアシリンダ９２１ａによって水平方向に駆動される嵌合部材９２１ｂとから構成され、嵌合部材９２１ｂの先端は、ベース板９２０の中心方向に向いている。図３に示すように、嵌合部材９２１ｂの内部には、吸引源に連通し、嵌合部材９２１ｂの先端において水平方向に開口する吸引孔９２１ｃが形成されている。

図１に示すように、搬送機構９の近傍には、水平方向に移動可能な支持台１０が配設されている。この支持台１０は、保持テーブル２を保持して水平移動可能であり、回転支持台８ａ、８ｂ、８ｃと同様に構成されるが、必ずしも保持テーブル２を回転させる機能は有していなくてもよい。

次に、図１に示した研削装置を用いてワークを研削する場合の装置の動作について説明する。なお、研削対象のワークは特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハやGaAs等の半導体ウェーハ、セラミック基板、ガラス基板、サファイア（Al₂O₃）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、さらには、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（TTV：total thickness variation：ワーク被研削面を基準面として厚み方向に測定した高さのワーク被研削面の全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料が挙げられる。

研削対象のワークは、搬出機構５の保持部５０がカセット４０に進入することによって保持され、保持部５０がカセット４０から退避することによって搬出される。そして、保持部５０に保持されたワークは、位置合わせ機構６に搬送され、突き当て部材６１が互いに近づく方に移動することによりワークが一定の位置に位置合わせされる。

次に、位置合わせされたワークは、搬出機構５の保持部５０によって保持されて回転支持台８ｃに搬送される。回転支持台８ｃには、図２に示した保持テーブル２が載置されており、搬送されたワークは、保持テーブル２の上に載置される。

図４に示すように、保持テーブル２に保持されるワークＷは、円環保持部材２１１より大径に形成されており、円形保持部材２１０及び円環保持部材２１１を覆う状態で載置される。次に、図１に示した搬送機構９のアーム部９１が回動してテーブル保持部９２がワークＷの直上に移動し、テーブル保持部９２を降下させる。このとき、複数の嵌合部材９２１ｂを互いが離れた状態としておく。そして、嵌合部材９２１ｂと枠体２０に形成された嵌合穴２０６とが同じ高さになった時点でテーブル保持部９２の降下を止め、エアシリンダ９２１ａが嵌合部材９２１ｂを互いが近づく方向に駆動し、図５に示すように、嵌合部材９２１ｂを嵌合穴２０６に嵌合させる。

こうして嵌合部材９２１ｂを嵌合穴２０６に嵌合させることにより保持テーブル２がテーブル保持部９２によって保持されると、吸引孔９２１ｃに吸引力を作用させてワークＷを保持し、図６に示すように、テーブル保持部９２を上昇させることにより、保持テーブル２をワークＷとともに持ち上げ、回転支持台８ｃから搬出する。そして、搬送機構９のアーム部９１が旋回することにより、保持テーブル２を図１に示した回転支持台８ａの直上に移動させ、そこでテーブル保持部９２を降下させて、図５に示したように保持テーブル２を回転支持台８ａに載置する。このとき、位置決め突起２０５が凹部８００のテーパ面８００ａに案内されることにより、保持テーブル２の載置位置が位置決めされる。そして、嵌合部材９２１ｂと嵌合穴２０６との嵌合を解除し、テーブル保持部９２を上昇させて退避させる。

図７に示すように、回転支持台８ａに保持テーブル２が載置されると、吸引孔８０２に吸引力を作用させて保持テーブル２を吸引保持するとともに、吸引孔８０３に吸引孔を作用させてワークＷを吸引保持する。このとき、ワークＷには研削工具３０を構成する砥石３０１が対面している。

この状態から、回転支持台８ａ及び保持テーブル２を回転させながら、研削工具３０を回転させるとともに図１に示した研削送り機構７ａが研削機構３ａを降下させることにより、ワークＷに対向配置され回転する研削工具３０の砥石３０１の下面３０１ａをワークＷの露出面に作用させて粗研削を行う。

粗研削終了後は、図５及び図６に示したように、回転支持台８ｃから保持テーブル２及ぶウェーハＷを搬出したときと同様の手順によって回転支持台８ａから保持テーブル２及びウェーハＷを搬出し、回転支持台８ｂに搬送し、回転支持台８ａに載置したときと同様の手順により、保持テーブル２が回転支持台８ｂに載置される。そして、粗研削時と同様に、ワークＷ及び保持テーブル２が吸引保持された状態で、回転支持台８ｂ及び保持テーブル２を回転させながら、回転する砥石３０１がワークＷに作用し、仕上げ研削が行われる。

仕上げ研削終了後は、同様に、保持テーブル２及びワークＷが回転支持台８ｂから搬出され、回転支持台１０に搬送され、吸引保持される。そして、回転支持台１０が水平移動し、次の工程へと搬送される。

このようにして一連の搬送及び研削が行われる研削装置１においては、研削後のワークＷの厚さを均一にするために、回転支持台８ａ、８ｂを構成する支持板８１の支持面８１１が、砥石３０１の下面３０１ａと高精度に平行となっていなければならない。図８に示すように、支持板８１の支持面８１１と砥石３０１の下面３０１ａとが平行になっていない場合は、ワークＷの厚さを均一に仕上げることができない。

そこで、砥石３０１の下面と回転支持台８ａ、８ｂの回転軸とが直角になるように予め調整しておき、図９に示すように、回転支持台８ａまたは８ｂを回転させるとともに、砥石３０１を回転させながら研削機構３ａまたは３ｂを降下させて砥石３０１の下面３０１ａを支持面８１１に作用させて研削することにより、支持面８１１を砥石３０１の下面３０１ａと平行となるように加工する。支持板８１は、砥石３０１によって研削可能な材質により構成されているため、ワークの研削前に支持面８１１をこのように研削加工しておくことにより、支持面８１１を回転支持台８ａ、８ｂの鉛直方向の回転軸に対して直角な面とすることができ、後にワークを所望の厚さに均一に研削することができる。

研削装置１では、ワークＷが１つの保持テーブル２に保持された状態で順次研削が行われるため、従来のように複数の保持テーブル間をワークが搬送されて研削が行われていく場合と比較して、保持テーブルごとの精度誤差の影響を受けることがなくなり、より高精度な研削を行うことが可能となる。

なお、上記実施形態では、保持テーブル２を１つのみ図示したが、装置内に保持テーブルを複数用意しておき、ワークが載置された保持テーブルを次々と回転支持台８ａ、８ｂに搬送して順次研削が行われるようにすれば、効率よく研削を行うことができる。また、研削機構の数は、２つには限られない。

１：研削装置
２：保持テーブル
２０：枠体
２００：円形凹部 ２０１：内周壁 ２０２：円環凹部 ２０３：外周壁
２０４：貫通孔 ２０５：位置決め突起 ２０６：嵌合穴 ２０７：貫通孔
２０８：吸引孔
２１：保持部材
２１０：円形保持部材 ２１０ａ：保持面
２１１：円環保持部材 ２１１ａ：保持面
３ａ、３ｂ：研削機構
３０：研削工具 ３００：基台 ３０１：砥石
３１：支持マウント ３２：回転軸 ３３：モータ
４：載置台 ４０：カセット
５：搬出機構
５０：保持部 ５１：回動部 ５２：アーム部
６：位置合わせ機構
６０：長孔 ６１：突き当て部材
７ａ、７ｂ：研削送り機構
７０：ボールスクリュー ７１：ガイドレール ７２：パルスモータ ７３：摺動基台
７４：支持部
８ａ、８ｂ、８ｃ：回転支持台
８０：基台 ８００：凹部 ８００ａ：テーパ面 ８０１：支持板載置部
８０２、８０３：吸引孔
８１：支持板 ８１０：貫通孔 ８１１：支持面 ８１２：貫通孔
９：搬送機構
９０：軸部 ９１：アーム部
９２：テーブル保持部 ９２０：ベース板
９２１：可動部 ９２１ａ：エアシリンダ ９２１ｂ：嵌合部材 ９２１ｃ：吸引孔
１０：支持台

Claims (2)

1. ワークを保持する保持面を有する保持テーブルと、該保持テーブルを回転可能に支持する回転支持台と、該保持面に保持されたワークに対向配置された研削工具を有する研削機構と、該保持面にワークを保持した該保持テーブルを該回転支持台に搬入搬出する搬送機構と、を有する研削装置であって、
   該回転支持台は、
   該保持テーブルの下面を下側から支持する支持面が、該研削機構が有する研削工具によって研削可能な被研削部材によって形成されている研削装置。
2. 該被研削部材はカーボン製又はアルミナセラミック製である請求項1に記載の研削装置。

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