JP2018015823A - 研削装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱膨張による保持テーブルの傾き変化を抑えて、ウエーハを良好に研削すること。
【解決手段】研削装置（１）は、ウエーハ（Ｗ）を保持する保持テーブル（２４）と、保持テーブルを支持する支持テーブル（２６）と、支持テーブルを回転させる回転手段（９０）と、支持テーブルを回転可能に支持する枠体（２５）と、基台（５２）から枠体を支持する少なくとも３つの支持柱（７１）とを備え、支持柱の内部には貫通孔（７１ｃ）と、貫通孔とエア供給源（６０）とを連通する供給口（７３ａ）と、貫通孔を流れたエアを支持テーブルに向かって排気する排気口（７２ａ）とが形成され、貫通孔にエアを流して支持柱を冷却するとともに、貫通孔を流れたエアを支持テーブルに向かって排気する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、保持テーブルに保持されたウエーハを研削する研削装置に関する。
ウエーハを研削する研削装置においては、保持テーブルの保持面に保持されたウエーハの上面を研削砥石で研削する。研削中は、保持テーブルが回転するとともに、回転する研削砥石がウエーハに接触してウエーハが研削されるため、ウエーハに加工熱が生じる。ウエーハに生じた加工熱は保持テーブルに伝わり、保持テーブルは熱を受けることで熱膨張により変形する場合がある。このため研削装置では、ウエーハの上面に研削水を供給しながらウエーハを研削することで、加工熱を除去している（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０００−００６０１８号公報
ところで、ウエーハがサファイア基板やシリコンカーバイド基板等の硬い基板である場合は研削荷重を必要とするため、ウエーハに保護テープの代わりにセラミックスからなるサブストレートを貼着してウエーハを保持テーブルに保持している。サブストレートは熱が伝わり易いため、ウエーハの上面に研削水を供給しても加工熱はサブストレートに伝熱し、保持テーブルを伝って、さらには保持テーブルを支持する支持柱に伝わる。また、ウエーハが硬いため研削時間が長くなり、支持柱に熱が伝わる時間が長くなる。このため、支持柱は熱膨張して保持テーブルの保持面の傾きが変化するおそれがあった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、熱膨張による保持テーブルの傾き変化を抑えて、ウエーハを良好に研削することができる研削装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の研削装置は、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段で保持したウエーハを研削砥石で研削する研削手段とを備える研削装置であって、該保持手段は、ウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルを支持する支持テーブルと、該支持テーブルを回転させる回転手段と、該支持テーブルを回転可能に支持する枠体と、該基台から該枠体を支持する少なくとも３つの支持柱とを備え、該支持柱は、下端を該基台に接続し上端を該枠体に接続して、内部を貫通する貫通孔と、該下端側に配設し該貫通孔とエア供給源とを連通する供給口と、該上端側に配設し該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気する排気口とを備え、該貫通孔にエアを流して該支持柱を冷却するとともに、該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し該支持テーブルを冷却して該支持柱と該支持テーブルとの熱変形を防止する。
この構成によれば、貫通孔にエアを流すことで支持柱に伝達された加工熱を冷却できるため、支持柱の熱膨張を抑えることができる。また、エアを支持テーブルに向かって排気することで支持テーブルを冷却できるため、支持テーブルの熱膨張を抑えることができる。支持柱及び支持テーブルの熱膨張を抑えることができるため、保持テーブルの熱膨張による傾きの変化が防止される。このため、ウエーハが保持テーブルに適切に保持されてウエーハを良好に研削することができる。
本発明の一態様の研削装置においては、該３つの支持柱のうち少なくとも１つの支持柱は、該枠体と該基台との距離を調節する調節機構を備え、該調節機構は、該基台の上面から垂下する方向で上端から垂下する第１の雌ネジ孔を備えて該基台に配設されるベース部と、該第１の雌ネジ孔に螺入する第１の雄ネジが下端に形成されると共に、該第１の雌ネジ孔とは異なるネジピッチで該第１の雌ネジ孔の延在方向と平行に延在し該枠体を貫通する第２の雌ネジ孔に螺入する第２の雄ネジが上端に形成されて、該基台と該枠体とを連結させるネジ柱とを備え、該調節機構の延在方向に内部を貫通する貫通孔が形成され、該供給口は該調節機構の下端側で該貫通孔とエア供給源とを連通し、該排気口は該調節機構の上端側で該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し、該貫通孔にエアを流して該ネジ柱を冷却するとともに、該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し該支持テーブルを冷却して該ネジ柱と該支持テーブルとの熱変形を防止する。
本発明によれば、熱膨張による保持テーブルの傾き変化を抑えて、ウエーハを良好に研削することができる。
本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。 本実施の形態に係る保持手段の断面図である。 本実施の形態に係る支持柱及び支持テーブルの冷却動作の一例を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、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、研磨加工装置や、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４８を円環状に配設した研削ホイール４６を用いて、保持テーブル２４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。研削装置１は、保持テーブル２４の回転軸と研削ホイール４６の回転軸が間隔を開けて配置され、研削砥石４８がウエーハＷの上面を通過することでウエーハＷが削られて薄化される。ウエーハＷの下面には、ウエーハＷより外径が大きい円板状のサブストレートＳがワックス等で貼着されている。なお、ウエーハＷとしては、サファイア、シリコンカーバイド等を用いることができる。
基台１１上のコラム１４には、研削手段４１を保持テーブル２４に研削送り方向（Ｚ軸方向）に接近および離間する方向に移動させる研削送り手段３１が設けられている。研削送り手段３１は、コラム１４に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３２と、一対のガイドレール３２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３３とを有している。Ｚ軸テーブル３３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３４が螺合されている。ボールネジ３４の一端部に連結された駆動モータ３５によりボールネジ３４が回転駆動されることで、研削手段４１がガイドレール３２に沿ってＺ軸方向に移動される。
研削手段４１は、ハウジング４２を介してＺ軸テーブル３３の前面に取り付けられており、モータ等を含むスピンドル４３の下端にマウント４４を設けて構成されている。スピンドル４３にはフランジ４５が設けられ、フランジ４５を介してハウジング４２に研削手段４１が支持される。マウント４４の下面には、ホイール基台４７に複数の研削砥石４８が真円の環状に配設された研削ホイール４６が回転可能に装着されている。研削ホイール４６は、スピンドル４３の駆動によって回転される。複数の研削砥石４８は、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤で固めたセグメント砥石で構成される。研削砥石４８により、保持テーブル２４に保持されたウエーハＷを研削する。
研削手段４１の下方には、保持テーブル２４が設けられている。保持テーブル２４の表面には、多孔質のポーラス材によってウエーハＷを吸着する保持面２３が形成されている。保持面２３は、チャック保持テーブル２４内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されており、保持面２３に生じる負圧によってウエーハＷが吸引保持される。
保持テーブル２４は、支持テーブル２６及び枠体２５を介して、後述する移動手段５０の移動基台（基台）５２に立設した３つの支持柱７１（７４）によって下方から支持されている。支持テーブル２６は後述する回転手段９０を構成するモータ９１（図２参照）によって回転され、これにより保持テーブル２４が回転される。これら保持テーブル２４と、支持テーブル２６と、枠体２５と、支持柱７１（７４）と、回転手段９０とによりウエーハＷを保持する保持手段２１が構成されている。
研削装置１の基台１１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、この開口は蛇腹状の防水カバー１３に覆われている。防水カバー１３の下方には、保持テーブル２４をＸ軸方向に移動させる移動手段５０が設けられている。
移動手段５０は、移動基台５２上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール５１と、その間に配置されたボールネジ５３とを有している。一対のガイドレール５１には、上述の移動基台５２がスライド可能に設置されている。移動基台５２の背面側には、ナット部（不図示）が形成され、このナット部にボールネジ５３が螺合されている。そして、ボールネジ５３の一端部に連結された駆動モータ５４が回転駆動されることで、保持テーブル２４が一対のガイドレール５１に沿ってＸ軸方向に動かされる。保持テーブル２４は移動手段５０によりウエーハＷの搬入位置から研削位置に移動してウエーハＷを位置付けて、研削手段４１により研削が開始される。
研削中は、保持テーブルが回転するとともに、研削砥石が回転しながらウエーハＷに接触してウエーハＷが研削されるため、研削砥石とウエーハＷとの摩擦によりウエーハＷに加工熱が生じる。加工熱は保持テーブルを伝って、保持テーブルを支持する支持テーブル及び支持柱に伝わる。このため、支持柱及び支持テーブルが加工熱によって熱膨張する問題がある。また、モータが回転することによりモータ熱が発生し、保持テーブルの周囲の温度が上昇する。このため、ウエーハＷの上面に研削水を供給しても加工熱が除去しきれず、支持柱及び支持テーブルの熱膨張が原因となって保持テーブルの保持面の傾きが変化する場合がある。
ウエーハＷがシリコン等の硬質な基板である場合は、ウエーハＷがサブストレートＳを介して保持テーブルに保持されるが、加工熱がサブストレートＳを伝って支持テーブル及び支持柱に伝わり易くなる。特に、硬質のウエーハＷは研削時間が長くなり、支持柱及び支持テーブルに長時間にわたって熱が伝わり続けるため、支持柱及び支持テーブルの熱膨張による変化が大きくなる。そこで本実施の形態では、支持柱７１（７４）に貫通孔７１ｃ、７４ｃを形成してエアを流すことにより支持柱７１（７４）に伝わる加工熱を冷却し、さらにエアを支持テーブル２６に向かって排気することで支持テーブル２６を冷却するようにしている。
以下、図２を参照して、本実施の形態に係る保持手段の構成について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る保持手段の断面図である。
図２Ａに示すように、保持テーブル２４は支持テーブル２６によって下方から支持され、支持テーブル２６はベアリング２８を介して枠体２５に回転可能に支持されている。枠体２５には外周から突出するようにフランジ２５ａが形成され、保持テーブル２４はフランジ２５ａで移動基台５２に立設する３つの支持柱７１、７４（１本は不図示）よって支持されている。支持テーブル２６の側方には回転手段９０を構成するモータ９１が設置されており、モータ９１の出力軸には駆動プーリ９２が取り付けられている。支持テーブル２６の下端にはボルトで従動プーリ２７が取り付けられており、従動プーリ２７及び駆動プーリ９２にベルト９５が巻き掛けられている。モータ９１が駆動されると、ベルト９５を介して駆動プーリ９２から従動プーリ２７に駆動が伝達されて支持テーブル２６と一体の保持テーブル２４が回転される。
支持柱７１は、支持柱本体７１ａの上端にフランジ２５を押える押さえ部７２、支持柱本体７１ａの下端に継手部７３を設けて構成される。支持柱７１の支持柱本体７１ａの下端は移動基台５２に接続され、支持柱本体７１ａの上端は枠体２５のフランジ２５ａの取付穴に挿し込まれている。フランジ２５ａは、支持柱本体７１ａの中間位置に設けられたストッパー部分７１ｂで下方から支持される。支持柱本体７１ａの上端側には押さえ部７２が配置され、押さえ部７２を介して支持柱本体７１ａの上端側に形成された雌ネジにボルト８１を螺入することにより支持柱７１の上端が枠体２５に接続される。支持柱本体７１ａの内部には貫通孔７１ｃが形成されている。
支持柱７１の下端側の継手部７３には貫通孔７１ｃとエア供給源６０を連通する供給口７３ａが配設され、支持柱７１の上端側の押さえ部７２には貫通孔７１ｃに流れたエアを支持テーブル２６に向かって排気する排気口７２ａが配設されている。エア供給源６０から供給口７３ａにエアが供給されると、供給口７３ａから入ったエアが貫通孔７１ｃを通って排気口７２ａから排気される。支持柱７１内を流れるエアによって支持柱７１に伝達された加工熱が冷却され、排気口７２ａから支持テーブル２６に向けて排気されたエアによって支持テーブル２６に伝達された加工熱が冷却される。これにより、支持柱７１及び支持テーブル２６が冷却されて熱変形が防止される。
また、支持柱７４は、枠体２５と移動基台５２との距離を調節する調節機構７４ａを備えている。調節機構７４ａは、移動基台５２に立設される棒状のベース部７５と枠体２５の間にネジ柱７６を配置して、ネジ柱７６の回転によって保持テーブル２６の傾きを調節するように構成されている。ベース部７５の上端はフランジ状に形成され、ベース部７５の下端は雄ネジが切られている。ベース部７５は移動基台５２の取付穴に挿し込まれ、ベース部７５の上端のフランジ部分が移動基台５２の上面に当接され、移動基台５２の下面から突出した雄ネジ部分に皿バネ８６を介してナット８５が締めつけられている。ベース部７５には、移動基台５２の上面から垂下する方向で、ベース部７５の上端から垂下する第１の雌ネジ孔７５ａが形成されている。また、ベース部７５は、第１の雌ネジ孔７５ａの底部からベース部７５の下端に向かって貫通している。
ネジ柱７６は両端ネジであり、ネジ柱７６の下端にはベース部７５の第１の雌ネジ孔７５ａに螺入する第１の雄ネジ７６ａが形成されており、ネジ柱７６の上端には枠体２５の第２の雌ネジ孔２５ｃに螺入する第２の雄ネジ７６ｂが形成されている。枠体２５の第２の雌ネジ孔２５ｃは、第１の雌ネジ孔７５ａとは異なるネジピッチで第１の雌ネジ孔７５ａの延在方向と平行に延在している。また、ネジ柱７６の内部は、上端から下端に向かって貫通している。
第２の雌ネジ孔２５ｃの上方、すなわちフランジ２５ａの上面には窪み２５ｂが形成されており、窪み２５ｂの底面は第２の雌ネジ孔２５ｃに向かって貫通している。すなわち、枠体２５は、第２の雌ネジ孔２５ｃによって貫通されている。また、窪み２５ｂを覆うように押さえ部７７が配置され、押さえ部７７を介して連結棒８２がフランジ２５ａ、ネジ柱７６、ベース部７５の貫通孔に挿し込まれる。連結棒８２の両端には雄ネジが切られており、二重ナット８３、８４を締め付けることで枠体２５に対して支持柱７４に取り付けられる。また、ベース部７５が皿バネ８６を介してナット８５で締め付けられることで移動基台５２に対してベース部７５の緩みが防止されている。また、連結棒８２の下端が皿バネ８７を介して二重ナット８４で締め付けられていることで、ネジ柱７６の第１及び第２の雄ネジ７６ａ、７６ｂの緩みが防止されている。
また、上記したように、第２の雌ネジ孔２５ｃは第１の雌ネジ孔７５ａとは異なるネジピッチで形成されているため、ネジ柱７６を回転させることによりベース部７５に対するネジ柱７６の移動量とネジ柱７６に対する枠体２５の移動量が可変される。ネジ柱７６の上下動の変化量が異なるため、基台５２から枠体２５までの距離を微調整することができる。これにより、研削砥石４８（図１参照）の研削面に対する保持テーブル２４の保持面２３の傾きを精度よく調節することができる。
図２Ｂに示すように、調節機構７４ａには内部を延在方向に貫通する貫通孔７４ｃが形成されている。貫通孔７４ｃには隙間を空けて連結棒８２が差し込まれており、この貫通孔７４ｃと連結棒８２の隙間がエアの流路を形成している。調節機構７４ａの下端側、すなわちベース部７５の下端側には、Ｔ字路を備えた継手部１００がシール８９を介して接続されており、継ぎ部１００とベース部７５の接続部分は気密にシールされている。
調節機構７４ａの下端側の継手部１００には貫通孔７４ｃとエア供給源６０を連通する供給口７４ｂが配設され、調節機構７４ａの上端側の押さえ部７７には貫通孔７４ｃに流れたエアを支持テーブル２６に向かって排気する排気口７７ａが配設されている。エア供給源６０から供給口７４ｂにエアが供給されると、供給口７４ｂから入ったエアが貫通孔７４ｃと連結棒８２の隙間を通って排気口７７ａから排気される。支持柱７４内を流れるエアによって支持柱７４に伝達された加工熱が冷却され、排気口７７ｂから支持テーブル２６に向けて排気されたエアによって支持テーブル２６に伝達された加工熱が冷却される。これにより、支持柱７４及び支持テーブル２６が冷却されて熱変形が防止される。
次に、図３を参照して、支持柱７１、７４及び支持テーブル２６の冷却動作について詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る支持柱及び支持テーブルの冷却動作の一例を示す図である。
図３Ａに示すように、保持テーブル２４の保持面２３にサブストレートＳを介してウエーハＷが載置される。モータ９１が駆動されると、従動プーリ２７が駆動されて支持テーブル２６が回転することで（図２参照）、保持テーブル２４が回転される。研削砥石４８（図１参照）が回転してウエーハＷに接触し、ウエーハＷの上面に研削水を供給しながらウエーハＷが研削される（図１参照）。このとき、ウエーハＷと研削砥石４８の摩擦により加工熱が生じると共に、モータ熱により保持テーブル２４の周囲の空気が温められる。加工熱はサブストレートＳに伝わり、保持テーブル２４を伝って、保持テーブル２４を支持する支持テーブル２６、枠体２５及び支持柱７１、７４伝わる。また、モータ熱により枠体２５及び支持柱７１、７４の周囲の空気が温められ、加工熱が除去され難くなる。
この場合、支持柱７１では、エア供給源６０によって供給口７３ａにエアが送り込まれており、供給口７３ａから貫通孔７１ｃを通じて排気口７２ａに向けて流れ込む。貫通孔７１ｃを流れるエアは支持柱７１から熱を奪いながら冷却して、排気口７２ａから支持テーブル２６に向かって排気される。これにより、支持柱７１が冷却されて熱膨張が抑えられると共に、保持テーブル２４の周囲の空気が冷却されて枠体２５を介して支持テーブル２６の熱膨張が抑えられる。
一方で、図３Ｂに示すように、支持柱７４では、エア供給源６０によって供給口７４ｂにエアが送り込まれており、供給口７４ｂから貫通孔７４ｃと連結棒８２の隙間を通じて排気口７７ａに向けて流れ込む。貫通孔７４ｃを流れるエアは支持柱７４（ネジ柱７６）やフランジ部２５ａから熱を奪いながら冷却して窪み２５ｂに入り込み、排気口７７ａから支持テーブル２６に向かって排気される。これにより、支持柱７４が冷却されて熱膨張が抑えられると共に、保持テーブル２３の周囲の空気が冷却され枠体２５が冷却されて枠体２５を介して支持テーブル２６の熱膨張が抑えられる。
以上のように、貫通孔７１ｃ、７４ｃにエアを流すことで支持柱７１、７４に伝達された加工熱を冷却できるため、支持柱７１、７４の熱膨張を抑えることができる。また、エアを支持テーブル２６に向かって排気することで支持テーブル２６を冷却できるため、支持テーブル２６の熱膨張を抑えることができる。支持柱７１、７４及び支持テーブル２６の熱膨張を抑えることできるため、保持テーブル２４の熱膨張による傾きの変化が防止される。このため、ウエーハＷが保持テーブル２４に適切に保持されてウエーハＷを良好に研削することができる。
上記実施の形態においては、ウエーハＷとしてサファイア、シリコンカーバイドを用いる構成としたが、ウエーハＷはシリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよいし、樹脂や金属等で形成された基板でもよい。また、ウエーハＷはサブストレートＳを貼着されていなくてもよい。
また、上記実施の形態においては、支持柱を３つ備える構成としたが、少なくとも３つの支持柱を備えていればよい。また、調節機構は全ての支持柱に設けられていてもよいし、１つの支持柱に設けられていてもよい。また、全ての支持柱に調節機構が設けられていなくてもよい。
また、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記各実施の形態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各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態様をカバーしている。
本実施の形態では、本発明をウエーハＷを研削する研削装置に適用した構成について説明したが、保持テーブルに伝わる加工熱を冷却す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、熱膨張による保持テーブルの傾き変化を抑えて、ウエーハを良好に研削することができるという効果を有し、特に、保持テーブルに保持されたウエーハを研削する研削装置に有用である。
２１ 保持手段
２４ 保持テーブル
２６ 支持テーブル
９０ 回転手段
２５ 枠体
５２ （移動）基台
７１、７４ 支持柱
７１ｃ、７４ｃ 貫通孔
６０ エア供給源
７３ａ、７４ｂ 供給口
７２ａ、７７ａ 排気口
Ｗ ウエーハ

Claims (2)

  1. ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段で保持したウエーハを研削砥石で研削する研削手段とを備える研削装置であって、
    該保持手段は、ウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルを支持する支持テーブルと、該支持テーブルを回転させる回転手段と、該支持テーブルを回転可能に支持する枠体と、該基台から該枠体を支持する少なくとも３つの支持柱とを備え、
    該支持柱は、下端を該基台に接続し上端を該枠体に接続して、内部を貫通する貫通孔と、該下端側に配設し該貫通孔とエア供給源とを連通する供給口と、該上端側に配設し該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気する排気口とを備え、
    該貫通孔にエアを流して該支持柱を冷却するとともに、該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し該支持テーブルを冷却して該支持柱と該支持テーブルとの熱変形を防止する研削装置。
  2. 該３つの支持柱のうち少なくとも１つの支持柱は、該枠体と該基台との距離を調節する調節機構を備え、
    該調節機構は、該基台の上面から垂下する方向で上端から垂下する第１の雌ネジ孔を備えて該基台に配設されるベース部と、該第１の雌ネジ孔に螺入する第１の雄ネジが下端に形成されると共に、該第１の雌ネジ孔とは異なるネジピッチで該第１の雌ネジ孔の延在方向と平行に延在し該枠体を貫通する第２の雌ネジ孔に螺入する第２の雄ネジが上端に形成されて、該基台と該枠体とを連結させるネジ柱とを備え、該調節機構の延在方向に内部を貫通する貫通孔が形成され、該供給口は該調節機構の下端側で該貫通孔とエア供給源とを連通し、該排気口は該調節機構の上端側で該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し、
    該貫通孔にエアを流して該ネジ柱を冷却するとともに、該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し該支持テーブルを冷却して該ネジ柱と該支持テーブルとの熱変形を防止する請求項１記載の研削装置。
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