JP2015098074A

JP2015098074A - 研削装置

Info

Publication number: JP2015098074A
Application number: JP2013239707A
Authority: JP
Inventors: 巨悟三橋; Masasato Mihashi
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: JP6180901B2

Abstract

【課題】板状ワークの被研削面の高さを測定する測定器の測定誤差を小さくすることにより、研削装置の研削精度を高める。【解決手段】チャックテーブル１１上の板状ワーク６０を研削し高さ測定器１４ａにより板状ワーク６０の上面の高さを測定する研削装置において、高さ測定器１４ａは、板状ワーク６０の上面に接触させる測定子４４と、測定子４４に接続され上下駆動部４６によって支持部４２を支点として上下させられるアーム４３と、上下するアーム４３の位置を読み取るセンサー４５と、支持部４２と上下駆動部４６とセンサー４５とを収容するとともにアーム４３を突出させる第一のケース４１と、高さ測定器１４ａを収容した第２のケース１５とを備え、第２のケース１５に水を供給して、第２のケース１５内の温度を一定にするとともに、第２のケース１５に設けた通過口５３１から冷却水を排出することにより測定子４４に異物が付着するのを防ぐ。【選択図】図２

Description

本発明は、板状ワークを研削する研削装置に関する。

板状ワークを研削する研削装置では、研削された板状ワークの厚さを所望の厚さにするため、板状ワークの被研削面の高さを測定しながら研削を行っている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。板状ワークの被研削面の高さを測定する測定器（ハイトゲージ）としては、揺動可能なアームの端に接続された測定子（フィーラ）を測定対象に接触させ、アームの位置を読取部（トランスデューサ）で電気信号に変換する接触式センサー（例えば、特許文献３参照）などが使用される。

また、研削中は、測定子の先端に研削屑などの異物が付着する場合がある。特に、板状ワークが、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）など硬質な被加工物である場合、研削屑が測定子と板状ワークの被研削面との間に入り込むと、被研削面に傷が付いたり、測定子の先端が破損しあるいは磨耗したりする場合がある。測定子に傷が付くと、正確な測定ができなくなる。このような問題が生じるのを回避するために、特許文献２には、測定子と板状ワークとの接触部に洗浄水を供給して、異物の付着を防ぐことが記載されている。

特開昭６１−２５７６９号公報特開２００５−２４６４９１号公報特許３８５６８４２号

しかし、研削をしながら被研削面の高さを測定する場合、加工熱の影響により測定子やアームが熱膨張するなどして、測定誤差が生じる場合がある。研削精度を高くするためには、測定誤差を小さくする必要がある。そのため、例えば、測定器を冷却水で冷却して温度を一定にすることが考えられるが、加工室内の温度の影響により読取部の温度が上昇し、読取部の温度上昇に起因する測定誤差が生じる可能性がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、板状ワークの被研削面の高さ測定の誤差を小さくすることにより、研削装置の研削精度を高めることを目的とする。

本発明に係る研削装置は、板状ワークを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された該板状ワークの上面を研削する研削手段と、該研削手段により研削された該板状ワークの該上面の高さを測定する高さ測定器と、を備えた研削装置であって、該高さ測定器は、少なくとも板状ワークの上面に接触させる測定子と、該測定子に接続されたアームと、該アームを支持する支持部と、該支持部を支点として該アームを上下させる上下駆動部と、上下する該アームの位置を読み取るセンサーと、該支持部と該上下駆動部と該センサーとを収容するとともに、該アームを突出させる第一のケースと、を備え、さらに、該高さ測定器を囲繞する側壁と、該側壁の上辺に連結された天板と、該側壁の下辺に連結された底板と、を有する第２のケースを備え、該底板には、該上下駆動部により上下動作する該測定子を通過させる通過口を備え、該天板には、該第２のケース内に冷却水を供給する供給口を備え、該チャックテーブルに保持された該板状ワークの該上面の高さを該高さ測定器が測定する際、該供給口から冷却水の供給を受けることにより該第２のケース内の温度を一定にするとともに、該冷却水を該通過口から排出することにより該測定子の該接触部に異物が付着するのを防ぐ。

前記第２のケースは、前記冷却水を排出する排出口を前記天板に備え、前記通過口から排出される量よりも多い量の冷却水を前記供給口から取り込むことにより、該第２のケース内を該冷却水で満たし、溢れた冷却水を該排出口から排出することが好ましい。

本発明に係る研削装置によれば、供給口から取り込んだ冷却水により第２のケース内の温度を一定にすることができるため、第２のケースに収容された高さ測定器の温度も一定となり、一定温度環境での測定が可能となり、板状ワークの被研削面の高さ測定誤差を小さくすることができる。また、通過口から冷却水を排出して測定子の接触部に異物が付着するのを防ぐため、接触部が傷付いて測定誤差が発生するのを防ぐことができる。これにより、研削装置の研削精度を高くすることができる。また、板状ワークが傷付くのも防ぐことができる。

通過口から排出される量よりも多い冷却水を供給口から取り込み、第２のケース内を冷却水で満たせば、第１のケースが完全に水没するので、高さ測定器の温度を更に一定にすることができ、研削装置の研削精度を更に高くすることができる。

研削装置を示す一部破断斜視図。研削装置を示す側面視拡大断面図。別の研削装置を示す側面視拡大断面図。

図１に示す研削装置１０は、ウェーハなどの板状ワークを保持するチャックテーブル１１と、チャックテーブル１１に保持された板状ワークの上面を研削する研削手段１２と、研削手段１２を±Ｚ方向に移動させる研削送り手段１３と、研削手段１２により研削された板状ワークの上面の高さを測定する高さ測定器１４ａと、チャックテーブル１１の保持面１１１の高さを測定する高さ測定器１４ｂと、２つの高さ測定器１４ａ，１４ｂを収容した第２のケース１５と、高さ測定器１４ａ，１４ｂ及び第２のケース１５を支持する支柱１６とを備えている。なお、チャックテーブル１１の保持面１１１の高さを測定する高さ測定器１４ｂが存在せず、研削された板状ワークの上面の高さを測定する高さ測定器１４ａのみが第２のケース１５に収容されている場合もある。

チャックテーブル１１は、±Ｙ方向に移動可能であるとともに、回転可能であり、保持面１１１に載置された板状ワークを吸引して保持することができる。

研削手段１２は、±Ｚ方向の軸心を有するスピンドル１２１を回転させて、スピンドル１２１の−Ｚ側の端に設けられたマウント１２２に装着された研削ホイール２０を回転させることができる。研削ホイール２０の下面には、複数の研削砥石２１が円環状に固着されている。

研削送り手段１３は、±Ｚ方向に平行なねじ軸１３１をモータ１３２が回転させることにより、ねじ軸１３１に係合した移動部１３３をガイド１３４にしたがって±Ｚ方向に移動させることができる。研削手段１２は、移動部１３３に固定されており、移動部１３３の移動に伴って、±Ｚ方向に移動する。

第２のケース１５は、流体供給手段３０に接続されている。流体供給手段３０は、一定の温度の冷却水を供給する冷却水供給源３１と、冷却水の供給量を調整するバルブ３２とを備えており、供給量を調整された冷却水が第２のケース１５に供給される。

研削装置１０では、研削対象の板状ワークがチャックテーブル１１に保持され、研削手段１２が研削ホイール２０を回転させ、研削送り手段１３が研削手段１２を−Ｚ方向に移動させてチャックテーブル１１に接近させ、研削ホイール２０の−Ｚ側の面に固定された研削砥石２１を、チャックテーブル１１に保持された板状ワークの＋Ｚ側の面に接触させることにより、板状ワークを研削する。

研削装置１０は、板状ワークを研削しながら、高さ測定器１４ａが測定した板状ワークの上面の高さと、高さ測定器１４ｂが測定したチャックテーブル１１の保持面１１１の高さとの差から、板状ワークの現在の厚さを算出し、算出した厚さが所望の厚さになった時点で、研削を終了する。なお、高さ測定器１４ｂを備えていない場合は、高さ測定器１４ａが測定した板状ワークの上面の高さが所定の高さになった時点で研削を終了する。

図２に示すように、高さ測定器１４ａは、支柱１６に固定された第１のケース４１と、第１のケース４１に収容された支持部４２と、支持部４２に備えた支点４２１を中心として上下に揺動可能に支持部４２によって支持されたアーム４３と、アーム４３に連結された測定子４４と、第１のケース４１に収容され揺動したアーム４３の位置を読み取るセンサー４５と、第１のケース４１に収容され支持部４２を支点としてアーム４３を上下に揺動させる上下駆動部４６とを備えている。図１に示した高さ測定器１４ｂの構造は、高さ測定器１４ａと同様である。２つの高さ測定器１４ａ，１４ｂにそれぞれ第１のケース４１を備えていてもよいし、１つの第１のケース４１に、２つの高さ測定器１４ａ，１４ｂを構成する支持部４２、アーム４３、センサー４５及び上下駆動部４６が収容された構成としてもよい。

第１のケース４１には、アーム４３を突出させるための開口４１１が設けられている。第１のケース４１のなかに冷却水が侵入するのを防ぐため、開口４１１は、アーム４３が貫通したパッキン４１２で塞がれている。パッキン４１２は、アーム４３の揺動を邪魔しないよう、柔軟に変形可能に構成されている。

アーム４３は、±Ｙ方向に平行な支軸を中心として、ＸＺ平面に平行な平面内で揺動する。測定子４４は、±Ｚ方向にほぼ平行な状態で、アーム４３が第１のケース４１から突出した突出部４３１に連結されている。

センサー４５は、コイル４５１と、アーム４３に固定されたコア４５２とを備えている。アーム４３が揺動すると、コイル４５１とコア４５２との位置関係が変化し、これにより、コイル４５１のインダクタンスが変化する。これを電気信号に変換することにより、センサー４５は、アーム４３の位置を測定する。センサー４５が測定した結果は、記憶部１７に記憶される。測定子４４の−Ｚ側の端に設けられた接触部４４１を板状ワーク６０の上面６１に接触させたときにセンサー４５が測定したアーム４３の位置に基づいて、板状ワーク６０の上面６１の高さが求められる。なお、センサー４５は、作動トランス（ＬＶＤＴ）などの誘導型に限らず、例えば静電容量の変化を読み取る静電容量型やその他の方式によって、アーム４３の位置を測定するものであってもよい。

上下駆動部４６は、シリンダ４６１と、シリンダ４６１によって駆動されて±Ｚ方向に移動するピストン４６２とを備える。板状ワーク６０の上面６１の高さを測定するときは、ピストン４６２を−Ｚ方向に移動させることにより、アーム４３が自由に上下動できるようにする。これにより、測定子４４の接触部４４１が第２のケース１５の外に出て、板状ワーク６０の上面６１に接触する。測定開始前や測定終了後は、ピストン４６２を＋Ｚ方向に移動させることにより、ピストン４６２の＋Ｚ側の端でアーム４３を持ち上げ、測定子４４の接触部４４１を第２のケース１５のなかに収納する。

第２のケース１５は、２つの高さ測定器１４ａ，１４ｂを囲繞している側壁５１と、側壁５１の上辺に連結された天板５２と、側壁５１の下辺に連結された底板５３とを備えている。

天板５２には、第２のケース１５内に冷却水を供給する供給口５４が設けられている。供給口５４は、バルブ３２に接続されている。バルブ３２は、開閉する双方向弁３２１と、冷却水の供給量を調整するための可変絞り弁３２２とを備える。なお、供給口５４を、天板５２ではなく、側壁５１に設けてもよい。

底板５３には、上下駆動部４６により駆動されて上下動作する測定子４４の接触部４４１を通過させるための通過口５３１が設けられている。研削装置１０が２つの高さ測定器１４ａ，１４ｂを備える場合は、それぞれの測定子４４に対応して２つの通過口５３１が配設されていてもよいし、１つの共通の通過口５３１を２つの測定子４４が通過するように構成してもよい。

第２のケース１５の中には、冷却水を満遍なく放出するための散水部５５が設けられている。散水部５５は、中空板状であり、＋Ｚ側の面に供給口５４に接続された取入口５５１を有し、−Ｚ側の面に多数の散水穴５５２を有する。バルブ３２を介して供給された冷却水は、取入口５５１から散水部５５のなかに取り入れられ、散水穴５５２から放出される。

第２のケース１５の中には、更に、第１のケース４１を水没させるための溢水管５６が設けられている。溢水管５６は、±Ｚ方向に平行な管状であり、−Ｚ側の端が通過口５３１に接続され、＋Ｚ側の端が開放している。測定子４４は、溢水管５６の内部に配置されている。測定子４４に連結されたアーム４３を通すため、溢水管５６の側面にはスリット５６１が設けられている。研削装置１０が２つの高さ測定器１４ａ，１４ｂを備える場合は、それぞれの測定子４４に対応して２つの溢水管５６が配設されていてもよいし、１つの共通の溢水管５６に測定子４４が収容される構成としてもよい。

チャックテーブル１１に保持された板状ワーク６０を図１に示した研削手段１２を用いて研削する際には、チャックテーブル１１を回転させるとともに、回転する研削砥石２１を板状ワーク６０に接触させる。かかる研削中は、板状ワーク６０の上面の高さを高さ測定器１４ａによって測定するとともに、冷却水がバルブ３２を介して第２のケース１５に供給される。バルブ３２を介して供給された冷却水は、供給口５４から第２のケース１５の中に取り入れられ、散水部５５によって、第２のケース１５のなかに満遍なく散水される。したがって、第２のケース１５内の温度を一定にすることができる。

散水された冷却水が高さ測定器１４ａ，１４ｂにかかることにより、高さ測定器１４ａ，１４ｂが冷却され、一定の温度に保たれる。散水された冷却水は、第２のケース１５の中に滞留する。第２のケース１５のなかの水位がスリット５６１に達すると、スリット５６１とアーム４３との間の隙間から冷却水が溢水管５６のなかに流れ込むが、その量はわずかであるため、更に水位が上昇する。溢水管５６の上端にまで水位が達すると、溢水管５６の中に冷却水が流れ込むため、水位はそれ以上上昇せず、一定に保たれる。溢水管５６の上端は、少なくともアーム４３が完全に水没する位置に設け、第１のケース４１がほぼ水没する位置に設けることが望ましい。高さ測定器１４ａ，１４ｂを水没させることにより、冷却効果が高まり、高さ測定器１４ａ，１４ｂが一定の温度に保たれる。なお、スリット５６１から冷却水が流れ出さないようにするために、開口４１１と同じようにパッキンで塞ぐ構成としてもよい。

第１のケース４１の外に配設されているアーム４３の突出部４３１や測定子４４は、常に水没しているため、冷却水によって直接冷却され、一定の温度に保たれる。

一方、第１のケース４１は、パッキン４１２により密閉されているため、第１のケース４１を水没させても、第１のケース４１のなかに冷却水が侵入することはない。このため、センサー４５が濡れて誤動作するなどの不具合を防ぐことができる。

センサー４５など第１のケース４１の中に配設されている部分には、冷却水がかからないので、直接は冷却されないが、第１のケース４１が水没しているので、加工熱が冷却水で遮られ、第１のケース４１のなかの温度が一定になる。このため、センサー４５の温度特性などの影響による測定誤差の発生を防ぐことができる。このように、高さ測定器１４ａ，１４ｂにおける測定誤差の発生を防ぐことができるので、研削装置１０の研削精度を高めることができる。

溢水管５６の中に流れ込んだ冷却水は、通過口５３１から第２のケース１５の外に排出される。第２のケース１５の外に排出された冷却水は、板状ワーク６０の上面６１に、接触部４４１を中心として外側に向かう放射状の水流を作る。この水流により、研削屑などの異物が測定子４４に近づくことができなくなるため、測定子４４に異物が付着するのを防ぐことができる。また、仮に、測定子４４に異物が付着したとしても、測定子４４は、冷却水によって常に清掃されるので、すぐに異物が洗い流される。したがって、接触部４４１や板状ワーク６０の上面６１が傷付くのを防ぐことができる。また、接触部４４１が傷付くことによる測定誤差が発生するのを防ぐことができるので、研削装置１０の研削精度を高めることができる。更に、高さ測定器１４ａ，１４ｂの冷却に使用した冷却水を利用するので、洗浄水を別途供給する必要がない。このため、研削装置１０の構造を簡略化できるとともに、水の使用量を抑えることができ、コストを削減することができる。

図３に示した研削装置１０Ａは、第２のケース１５Ａに溢水管５６が設けられていない点と、第２のケース１５の天板５２に冷却水を排出する排出口５２１が設けられている点とが、図２に示した研削装置１０と異なる。

研削装置１０Ａの第２のケース１５Ａには、通過口５３１から排出される冷却水の量よりも多い量の冷却水が、バルブ３２を介して供給口５４から供給される。このため、溢水管５６がなくても、第２のケース１５Ａの中の水位が上昇し、第２のケース１５Ａの中が冷却水で満たされる。第２のケース１５Ａの中が冷却水で満たされ、排出口５２１から冷却水が溢れ出す。

このように、第２のケース１５Ａの中が冷却水で完全に満たされ、高さ測定器１４ａ，１４ｂが完全に水没するので、冷却効果が高くなる。また、第２のケース１５Ａに供給する冷却水の量が多いので、高さ測定器１４ａ，１４ｂを冷却して温められた冷却水がどんどん排出され、新鮮な冷たい冷却水が次から次へと供給される。これにより、冷却効果を更に高めることができる。

また、溢水管５６がないため、研削が終了して冷却水の供給を停止すると、冷却水が通過口５３１から第２のケース１５Ａの外に排出される。次に研削を開始するとき、古くなって温まった冷却水が第２のケース１５Ａのなかに滞留していないため、高さ測定器１４ａ，１４ｂを効率よく冷やすことができ、冷却効果を高めることができる。

高さ測定器１４ａ，１４ｂが一定の温度に保たれるため、アーム４３や測定子４４が熱膨張することによる測定誤差や、センサー４５の温度特性による測定誤差の発生を防ぐことができる。これにより、研削装置１０の研削精度を高めることができる。

なお、排出口５２１は、天板５２ではなく、側壁５１に設けられていてもよいが、第２のケース１５の中が冷却水で満たされるよう、なるべく高い位置に設けることが望ましい。また、天板５２全体を開口して排出口５２１としてもよい。

１０研削装置、１１チャックテーブル、１１１保持面、
１２研削手段、１２１スピンドル、１２２マウント、
１３研削送り手段、
１３１ねじ軸、１３２モータ、１３３移動部、１３４ガイド、
１４ａ，１４ｂ高さ測定器、
４１第１のケース、４１１開口、４１２パッキン、
４２支持部、４２１支点、４３アーム、４３１突出部、
４４測定子、４４１接触部、４５センサー、４５１コイル、４５２コア、
４６上下駆動部、４６１シリンダ、４６２ピストン、
１５，１５Ａ第２のケース、
５１側壁、５２天板、５２１排出口、５３底板、５３１通過口、
５４供給口、５５散水部、５５１取入口、５５２散水穴、
５６溢水管、５６１スリット、
１６支柱、１７記憶部、
２０研削ホイール、２１研削砥石、
３０流体供給手段、３１冷却水供給源、３２バルブ、３２１双方向弁、
３２２可変絞り弁、
６０板状ワーク、６１上面

Claims

板状ワークを保持するチャックテーブルと、
該チャックテーブルに保持された該板状ワークの上面を研削する研削手段と、
該研削手段により研削された該板状ワークの該上面の高さを測定する高さ測定器と、
を備えた研削装置であって、
該高さ測定器は、
少なくとも板状ワークの上面に接触させる測定子と、
該測定子に接続されたアームと、
該アームを支持する支持部と、
該支持部を支点として該アームを上下させる上下駆動部と、
上下する該アームの位置を読み取るセンサーと、
該支持部と該上下駆動部と該センサーとを収容するとともに、該アームを突出させる第一のケースと、を備え、
さらに、
該高さ測定器を囲繞する側壁と、該側壁の上辺に連結された天板と、該側壁の下辺に連結された底板と、を有する第２のケースを備え、
該底板には、該上下駆動部により上下動作する該測定子を通過させる通過口を備え、
該天板には、該第２のケース内に冷却水を供給する供給口を備え、
該チャックテーブルに保持された該板状ワークの該上面の高さを該高さ測定器が測定する際、該供給口から冷却水の供給を受けることにより該第２のケース内の温度を一定にするとともに、該冷却水を該通過口から排出することにより該測定子に異物が付着するのを防ぐ、研削装置。
前記第２のケースは、前記冷却水を排出する排出口を前記天板に備え、
前記通過口から排出される量よりも多い量の冷却水を前記供給口から取り込むことにより、該第２のケース内を該冷却水で満たし、溢れた冷却水を該排出口から排出する、請求項１記載の研削装置。