JP2017226046A

JP2017226046A - 研削装置

Info

Publication number: JP2017226046A
Application number: JP2016124295A
Authority: JP
Inventors: 吉三佐藤; Yoshizo Sato
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28

Abstract

【課題】研削面を良好な状態に維持することで、モータの発熱を抑えてスピンドル軸の齧りを防止すること。
【解決手段】研削装置（１）は、ウエーハを保持する保持テーブル（２０）と、保持テーブル上のウエーハを研削する研削手段（４０）と、保持テーブル及び研削手段を制御する制御手段（６５）と、研削手段に対するドレスのタイミングを表示する表示手段（６６）とを備え、研削手段にはマウント（４５）を介して研削ホイール（４６）が装着されたスピンドル軸（４４）と、スピンドル軸を回転させるモータと、スピンドル軸の温度を測定する温度計とが設けられており、温度計で測定した温度が予め設定した温度に達したら表示手段で研削ホイールの研削砥石のドレスを促す構成にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエーハを研削する研削装置に関する。

研削装置として、複数の研削砥石を環状に並べた研削ホイールによって、保持テーブル上のウエーハを研削するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の研削装置は、スピンドル軸の先端側のマウントに研削ホイールが装着され、スピンドル軸の後端側にモータが連結されている。モータの駆動によってスピンドル軸が高速回転され、スピンドル軸の先端側の研削砥石が保持テーブル上のウエーハに押し付けられる。研削砥石によってウエーハの表面が削り取られることで、所望の厚みまでウエーハが研削される。

特開２０１３−１５８８７２号公報

ところで、サファイアやシリコンカーバイド等の硬質の難研削材に対しては、比較的研削し易いシリコンと比べて研削砥石を強く押し付けて研削している。このため、研削ホイールを回転させる際のモータに作用する回転負荷が大きくなり、さらに研削時間が長くなるため研削砥石をウエーハに対して長時間当て続けなければならない。回転負荷の増加と研削時間の増加によってモータが発熱し易くなるため、通常はスピンドルユニットにモータを冷却する冷却機構が取り付けられている。しかしながら、冷却機構の性能にも限界があり、効果的にモータを冷却できないおそれがある。

また、研削し易いウエーハであっても、研削砥石の研削面に屑が詰まったり、研削面が目潰れしたりしていると、研削面の状態が悪化して回転負荷が大きくなると共に、研削時間が長くなってモータが発熱してしまう場合がある。このような回転負荷の増加に伴うモータの発熱がスピンドル軸に伝達されると、スピンドル軸が蓄熱されて熱膨張してしまう。研削装置のスピンドルユニットはスピンドル軸をケーシング内で支持するエアスピンドルで構成されているが、スピンドル軸の膨張によってケーシングとのクリアランスが狭められて、スピンドル軸が齧ってしまう可能性があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、研削面を良好な状態に維持することで、モータの発熱を抑えてスピンドル軸の齧りを防止することができる研削装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様の研削装置は、ウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持したウエーハを研削砥石を環状に備えた研削ホイールの中心をスピンドル軸として回転させて研削する研削手段と、制御手段と、表示ランプまたはモニタによる表示手段と、を備える研削装置であって、該研削手段は、該スピンドル軸の先端に連結し該研削ホイールを装着するマウントと、該スピンドル軸の側面にエアを噴射し回転可能に支持するエアベアリングを形成するケーシングと、該スピンドル軸の後端に連結し該スピンドル軸の回転駆動源のモータと、該スピンドル軸の温度を測定する温度計と、を備え、該温度計が測定した温度が、あらかじめ設定した温度に達したら該制御手段で研削送りを停止させ、該表示手段で研削砥石の研削面のドレスが必要なことを表示する。

この構成によれば、回転負荷によるモータの発熱がスピンドル軸に伝達されて蓄熱され、このモータの発熱によるスピンドル軸の温度変化が温度計によって測定されている。このとき、スピンドル軸が所定の温度に達したら研削送りが停止され、表示手段の表示に従って研削砥石の研削面がドレスされて研削再開時の回転負荷が低減される。このように、研削砥石の研削面が良好な状態に維持されてモータの発熱が抑えられることで、スピンドル軸の温度が高くなり過ぎることがなく、スピンドル軸の熱膨張によるスピンドル軸の齧りを確実に防止することができる。

本発明の一態様の研削装置において、該研削手段に装着した該研削ホイールの該研削面をドレスするドレス用砥石を備えたドレスユニットを備え、該制御手段は、該温度計が測定した温度が、あらかじめ設定した温度に達したら該研削面をウエーハから離間させ該ドレスユニットで該研削面をドレスした後、再び研削をする。

本発明によれば、スピンドル軸の温度が所定の温度に達したら、研削送りを停止して研削砥石の研削面にドレスを促すことで、モータの発熱を抑えてスピンドル軸の齧りを防止することができる。

本実施の形態の研削装置の斜視図である。本実施の形態のスピンドルユニットの断面模式図である。本実施の形態の研削装置のドレス動作の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の研削装置について説明する。図１は、本実施の形態の研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態の研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、研削装置１は、多数の研削砥石４７を環状に並べた研削ホイール４６を用いて、保持テーブル２０に保持されたウエーハＷを研削するように構成されている。ウエーハＷは保護テープＴが貼着された状態で研削装置１に搬入され、保護テープＴを介して保持テーブル２０に保持される。なお、ここではウエーハＷとしてサファイアやシリコンカーバイド等の硬質の難研削材で形成されたウエーハを想定しているが、ウエーハＷは、研削対象となる板状部材であればよい。例えば、シリコン等の比較的研削し易い材料で形成されたウエーハであってもよい。

研削装置１の基台１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口は保持テーブル２０と共に移動可能な移動板１１及び蛇腹状の防水カバー１２に覆われている。防水カバー１２の下方には、保持テーブル２０をＸ軸方向に移動させるボールねじ式の進退手段（不図示）が設けられている。保持テーブル２０は回転手段（不図示）に連結されており、回転手段の駆動によって回転可能に構成されている。また、保持テーブル２０の上面には、多孔質のポーラス材によってウエーハＷを吸引保持する保持面２１が形成されている。

基台１０上のコラム１５には、研削手段４０を保持テーブル２０に対して接近及び離反させる方向（Ｚ軸方向）に研削送りする研削送り手段３０が設けられている。研削送り手段３０は、コラム１５に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３１と、一対のガイドレール３１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３２とを有している。Ｚ軸テーブル３２の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３３が螺合されている。ボールネジ３３の一端部に連結された駆動モータ３４によりボールネジ３３が回転駆動されることで、研削手段４０がガイドレール３１に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４０は、ハウジング４１を介してＺ軸テーブル３２の前面に取り付けられており、スピンドルユニット４２で研削ホイール４６を中心軸回りに回転させるように構成されている。スピンドルユニット４２は、いわゆるエアスピンドルであり、ケーシング４３の内側でエアを介してスピンドル軸４４を浮動支持している。スピンドル軸４４の先端にはマウント４５が連結されており、マウント４５には多数の研削砥石４７が環状に配設された研削ホイール４６が装着されている。研削砥石４７は、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて形成されている。

また、研削手段４０の高さ位置はリニアスケール５１によって測定されている。リニアスケール５１は、Ｚ軸テーブル３２に設けた読取部５２でガイドレール３１の表面に設けたスケール部５３の目盛りを読み取ることで、研削手段４０の高さ位置を測定している。基台１０の上面には、ウエーハＷの厚みを測定する厚み測定手段５５が設けられている。厚み測定手段５５は、保持テーブル２０の保持面２１及びウエーハＷの上面に一対の接触子５６、５７を接触させ、保持テーブル２０の保持面高さとウエーハＷの上面高さの差分からウエーハＷの厚みを測定している。

また、研削手段４０の真下には、研削砥石４７の研削面をドレスするドレスユニット６０が設けられている。ドレスユニット６０は、ドレステーブル６１上に板状のドレス用砥石６２が設置されており、昇降機構（不図示）の昇降駆動によってドレス用砥石６２を研削砥石４７の研削面に離接させる。ドレスユニット６０によって研削砥石４７の研削面がドレスされることで、研削面の目詰まりや目潰れ等による研削性能の低下が改善されることで、研削手段４０による研削加工時の研削負荷が低減される。なお、ドレスユニット６０としては、研削面をドレス可能であればよく、例えば、特開２０１１−１８９４５６号公報に記載のものが使用される。

また、研削装置１には、装置各部を統括制御する制御手段６５及び各種情報を表示する表示手段６６が設けられている。制御手段６５及び表示手段６６は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。この研削装置１では、研削水を供給しながら研削ホイール４６の研削砥石４７でウエーハＷの上面を削り取ることで薄化している。このとき、制御手段６５は、リニアスケール５１で測定した研削手段４０の高さ位置と厚み測定手段５５で測定したウエーハＷの厚みとに基づいて、研削手段４０の研削送り量を高精度に制御している。

ところで、一般的な研削装置でウエーハＷとしてサファイアやシリコンカーバイド等の硬質の難研削材を加工する際には、難研削材に対して研削砥石を強く押し付けながら研削しなければならない。また、研削砥石の研削面に目詰りや目潰れ等が生じると、研削面の状態が悪化して研削性能が大幅に低下する。これらに起因してモータに対する回転負荷が大きくなると、モータに供給される電流量が増加してモータが発熱し易くなる。また、難研削材の切削時や研削性能の低下時には研削時間が長くなるため、モータが長時間に亘って発熱し続けてしまう。

このため、モータの発熱がスピンドル軸に伝達されて、スピンドル軸が蓄熱されて熱膨張する。スピンドル軸の熱膨張による齧りを防止するために、モータに対する負荷電流の増加を検出する検出器を設ける構成が考えられる。しかしながら、モータの負荷電流が増加しても規定値以下であれば電流値エラーが発生しないため、スピンドル軸の熱膨張量を予測することはできない。例えば、研削開始時であれば負荷電流が大きくてもスピンドル軸の温度が低く熱膨張量が小さい。一方、研削終了間際であれば負荷電流が小さくてもスピンドル軸の温度が高く熱膨張量が大きくなる。

このように、スピンドル軸にモータの発熱が蓄熱されることで熱膨張が生じているため、モータの負荷電流の大きさからスピンドル軸の熱膨張量を予測することはできない。すなわち、モータの負荷電流が規定値を超えることでスピンドル軸の齧りを検出することができるものの、スピンドル軸の齧りを事前に予測して防止することはできない。そこで、本実施の形態では、スピンドル軸の温度を測定してスピンドル軸の熱膨張によってスピンドル軸が齧る前に、オペレータに研削砥石の研削面のドレスを促している。これにより、研削砥石４７の研削性能を回復して、回転負荷によるモータの発熱を抑えることで、スピンドル軸の齧りを防止している。

以下、図２を参照して、本実施の形態のスピンドルユニットについて説明する。図２は、本実施の形態のスピンドルユニットの断面模式図である。

図２に示すように、スピンドルユニット４２は、直立姿勢のスピンドル軸４４をケーシング４３で囲繞して、スピンドル軸４４の側面に対してケーシング４３からエアを噴出させて、スピンドル軸４４を回転可能に支持するエアベアリングを形成している。スピンドル軸４４の先端には研削ホイール４６を装着したマウント４５が連結され、スピンドル軸４４の後端には回転駆動源のモータ７１が連結されている。モータ７１は、スピンドル軸４４の上端部分に設けられたロータ７２と、冷却ジャケット７４を介してケーシング４３の内周面に設けられたステータ７３とで構成されている。冷却ジャケット７４内には多数の冷却水路７５が形成されており、冷却水路７５によってモータ７１の発熱が抑えられている。

スピンドル軸４４の下端部分及び中間部分には大径の円板部７６、７７が形成され、ケーシング４３の下端部分には円板部７６、７７の間に入り込むように環状部７８が形成されている。この場合、スピンドル軸４４の円板部７６、７７とケーシング４３の環状部７８の間には、エアの通り路になる僅かな隙間が設けられている。環状部７８の外面には多数の噴射口７９が形成されており、各噴射口７９は環状部７８内の流路を通じてエア供給源８０に接続されている。環状部７８の多数の噴射口７９からスピンドル軸４４の外面に噴射されることで、スピンドル軸４４がケーシング４３に対してエアを介して浮動支持される。

このとき、ケーシング４３の環状部７８によってエアを介して広い面積でスピンドル軸４４の円板部７６、７７が浮動支持されているため、スピンドル軸４４に対してスラスト方向に作用する加工負荷が分散されている。また、スピンドル軸４４とケーシング４３内のエアは、モータ７１を空冷しながらスピンドルユニット４２の上方から排気されると共に、ケーシング４３の下端に設けられたカバー８１の内側を通ってスピンドルユニット４２の下方から排気される。また、カバー８１の下部内面には、スピンドルカバー６０内への研削水の進入を防止する帯状のスポンジ材６４が取り付けられている。

ケーシング４３の側面には、モータ７１付近のスピンドル軸４４の温度を測定する温度計８２が設置されている。温度計８２は、非接触式の放射温度計であり、スピンドル軸４４から放射される赤外線の強度からスピンドル軸４４の温度を測定している。温度計８２は制御手段６５に接続されており、温度計８２から制御手段６５にスピンドル軸４４の温度に応じた信号が出力される。制御手段６５には研削送り手段３０（図１参照）及び表示手段６６が接続されており、温度計８２の測定温度に応じて研削手段４０及び表示手段６６の駆動が制御される。この場合、制御手段６５には研削砥石４７のドレスが必要となる温度が予め設定されており、温度計８２の測定温度と制御手段６５に予め設定された温度とが比較されている。

温度計８２の測定温度が予め設定された温度に達すると、制御手段６５によって研削送りが停止される共に、表示手段６６で研削砥石４７の研削面にドレスが必要なことが表示される。なお、表示手段６６は表示ランプ又はモニタで構成されており、表示ランプの点滅や点灯等によってオペレータに研削砥石４７のドレスを促してもよいし、モニタにテキストメッセージを表示してオペレータに研削砥石４７のドレスを促してもよい。また、表示手段６６による表示に加えて、警告音、ビープ音等の音声報知等によってオペレータに対して研削砥石４７のドレスを促してもよい。

また、制御手段６５には、事前にスピンドル軸４４の温度変化に応じたスピンドル軸４４の熱膨張量の測定が繰り返されることで、スピンドル軸４４の齧りを防止するのに最適な温度が予め設定されている。なお、制御手段６５には、事前にスピンドル軸４４の温度変化に応じたモータ７１の回転負荷や研削砥石４７の表面状態の測定が繰り返されることで、スピンドル軸４４の齧りを防止するのに最適な温度が予め設定されてもよい。さらに、制御手段６５には、上記のように実験的に求められた温度に限らず、経験的又は理論的に求められた温度が予め設定されてもよい。

このように、スピンドル軸４４が齧る前に研削送りが停止されて、研削砥石４７がドレスされて研削装置１の研削機能が回復される。研削加工の再開時のモータ７１の回転負荷が低減されるため、モータ７１に供給される電流が減ることでモータ７１の発熱が抑えられる。よって、モータ７１の発熱によってスピンドル軸４４が過度に膨張することがなく、スピンドル軸４４の齧りが効果的に防止される。また、サファイアやシリコンカーバイド等の難研削材であっても、適切なタイミングで研削砥石４７のドレスが実施されることで連続的に研削することが可能になっている。

続いて、図３を参照して、研削装置のドレス動作について説明する。図３は、本実施の形態の研削装置のドレス動作の説明図である。なお、図３Ａは研削動作の一例、図３Ｂはドレス動作の一例をそれぞれ示している。

図３Ａに示すように、保持テーブル２０にウエーハＷが載置されると、保持面２１の吸引力によってウエーハＷが保持される。また、保持テーブル２０が研削手段４０の下方に位置付けられ、保持テーブル２０が回転されると共に研削手段４０の研削ホイール４６が高速回転される。そして、保持テーブル２０上のウエーハＷに対して研削ホイール４６が近づけられて、ウエーハＷの表面が研削砥石４７によって研削される。このとき、保持テーブル２０の隣にはドレスユニット６０が設けられているが、ドレスユニット６０が下降位置に位置付けられてドレス用砥石６２が研削砥石４７から離間されている。

研削手段４０によって研削が継続されると、研削砥石４７の研削面が悪化し始めて回転負荷が徐々に大きくなる。回転負荷の増加に伴ってモータ７１の発熱し、モータ７１の発熱がスピンドル軸４４に蓄熱されてスピンドル軸４４の温度が上昇していく。このとき、温度計８２によってスピンドル軸４４の温度が測定されており、温度計８２から測定結果が制御手段６５に出力されている。スピンドル軸４４の温度が予め設定した温度に達したら、制御手段６５によって研削送りが停止されると共に、表示手段６６でオペレータに対して研削砥石４７のドレスが促される。

図３Ｂに示すように、研削送りが停止されると、研削砥石４７の研削面がウエーハＷの表面から離間され、ドレスユニット６０が上昇位置まで上昇して研削砥石４７にドレス用砥石６２が接触する。研削砥石４７がドレス用砥石６２によってドレスされて、研削砥石４７の研削面の研削性能が回復される。そして、ドレスユニット６０が再び下降位置まで下降して研削砥石４７からドレス用砥石６２が離間され、研削砥石４７の研削面がウエーハＷの表面に押し当てられて研削が再開される。スピンドル軸４４が熱膨張によって齧る前に、研削砥石４７の研削性能を回復させることで、回転負荷を低減してモータ７１の発熱を抑えることができる。

以上のように、本実施の形態の研削装置１によれば、回転負荷によるモータ７１の発熱がスピンドル軸４４に伝達されて蓄熱され、モータ７１の発熱によるスピンドル軸４４の温度変化が温度計８２によって測定されている。このとき、スピンドル軸４４が所定の温度に達したら研削送りが停止され、表示手段６６の表示に従って研削砥石４７の研削面がドレスされて研削再開時の回転負荷が低減される。このように、研削砥石４７の研削面が良好な状態に維持されてモータ７１の発熱が抑えられることで、スピンドル軸４４の温度が高くなり過ぎることがなく、スピンドル軸４４の熱膨張によるスピンドル軸の齧りを確実に防止することができる。

なお、本実施の形態では、温度計８２がモータ７１付近のスピンドル軸４４の温度を測定する構成にしたが、この構成に限定されない。温度計８２は、スピンドル軸４４の温度を測定可能であればよく、例えばエアベアリング付近のスピンドル軸４４の温度を測定してもよい。

また、本実施の形態では、研削送りを停止した状態で研削砥石４７をドレスユニット６０でドレスする構成にしたが、この構成に限定されない。研削手段４０の研削送りしながら研削砥石４７をドレスユニット６０でドレスする構成にしてもよい。

また、本実施の形態では、温度計８２の測定温度が予め設定した温度に達したら、表示手段６６で研削砥石４７の研削面にドレスが必要なことを表示する構成としたが、この構成に限定されない。表示手段６６で表示する代わりに、温度計８２の測定温度が予め設定した温度に達したら、自動的に研削砥石４７の研削面をドレスするようにしてもよい。

また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明を研削装置に適用した構成について説明したが、モータの発熱を抑えてスピンドル軸の齧りを防止することができる加工装置に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、研削面を良好な状態に維持することで、モータの発熱を抑えてスピンドル軸の齧りを防止することができるという効果を有し、特に、サファイア及びシリコンカーバイド等の硬質ウエーハを研削する研削装置に有用である。

１研削装置
２０保持テーブル
４０研削手段
４２スピンドルユニット
４３ケーシング
４４スピンドル軸
４５マウント
４６研削ホイール
４７研削砥石
６０ドレスユニット
６２ドレス用砥石
６５制御手段
６６表示手段
７１モータ
８２温度計
Ｗウエーハ

Claims

ウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持したウエーハを研削砥石を環状に備えた研削ホイールの中心をスピンドル軸として回転させて研削する研削手段と、制御手段と、表示ランプまたはモニタによる表示手段と、を備える研削装置であって、
該研削手段は、該スピンドル軸の先端に連結し該研削ホイールを装着するマウントと、該スピンドル軸の側面にエアを噴射し回転可能に支持するエアベアリングを形成するケーシングと、該スピンドル軸の後端に連結し該スピンドル軸の回転駆動源のモータと、該スピンドル軸の温度を測定する温度計と、を備え、
該温度計が測定した温度が、あらかじめ設定した温度に達したら該制御手段で研削送りを停止させ、該表示手段で研削砥石の研削面のドレスが必要なことを表示する研削装置。
該研削手段に装着した該研削ホイールの該研削面をドレスするドレス用砥石を備えたドレスユニットを備え、
該制御手段は、該温度計が測定した温度が、あらかじめ設定した温度に達したら該研削面をウエーハから離間させ該ドレスユニットで該研削面をドレスした後、再び研削をする請求項１記載の研削装置。