JP2022065818A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの被研削面に形成されるダメージ層を薄くする。【解決手段】エスケープカット加工およびスパークアウト加工の際、第２制御部２２が、隙間変更機構１２０を制御して、スラスト隙間３０１の距離を、所定距離よりも拡げる。したがって、研削砥石７７にかかる荷重を小さくすることができる。これにより、ウェーハ１００の被研削面である裏面１０２に形成されるダメージ層を薄くすることが可能となるとともに、ウェーハ１００の裏面１０２の中心に凹みが形成されることを、抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、研削装置に関する。

チャックテーブルの保持面に保持されたウェーハを研削砥石によって研削する研削装置では、特許文献１および２に開示のように、スピンドルの先端に装着された研削砥石を、大きな力でウェーハに押し付けて研削を実施することにより、ウェーハを、短時間で所定の厚みすることができる。

特開平１１－１３２２３２号公報 特開２００８－０４９４４５号公報

しかし、このように研削すると、ウェーハの被研削面からデバイスが形成される面に向かって、ダメージ層と呼ばれる複数のひび割れが形成される可能性がある。このダメージ層が厚く形成されると、ダメージ層がデバイスの性能に悪影響を及ぼす。

したがって、本発明の目的は、研削砥石によってウェーハを短時間で所定の厚みに研削する際に被研削面に形成されるダメージ層を、薄くすることにある。

本発明の研削装置（本研削装置）は、保持面によってウェーハを保持するチャックテーブルと、スピンドルの先端に装着された環状の研削砥石の下面によって、該保持面に保持されたウェーハを所定の厚みに研削する研削手段と、該チャックテーブルと該研削手段とを該保持面に垂直な方向に相対的に移動させる研削送り手段と、制御手段と、を備える研削装置であって、該研削手段は、該スピンドルと、該スピンドルを回転させる回転手段と、該スピンドルを回転可能にエアによって非接触で支持するスラストベアリングおよびラジアルベアリングを形成するスピンドルハウジングと、を備え、該スラストベアリングは、該スピンドルの軸方向に直交する方向の該スピンドルの外側面と該スピンドルハウジングの内側面との間の隙間にエアを供給するエア供給部と、該スピンドルの外側面または該スピンドルハウジングの内側面を該軸方向に移動させることによって、該隙間の該軸方向の距離を変更する隙間変更機構と、該隙間の該軸方向の距離を測定する距離測定手段と、を備え、該制御手段は、該研削送り手段によって該研削手段を該チャックテーブルの該保持面に接近させ、該保持面に保持されたウェーハの上面に該研削砥石の下面を接触させる際、および、該ウェーハを所定の厚みに研削している際に、該隙間変更機構によって、該隙間の該軸方向の距離を、予め設定した距離とする第１制御部と、該ウェーハを所定の厚みに研削した後に、該研削送り手段によって該研削手段を該チャックテーブルの該保持面に接近させる移動を停止させると共に、該隙間変更機構によって該隙間の該軸方向の距離を予め設定した距離よりも拡げて該スピンドルを該軸方向に移動可能にし、該ウェーハにかかる荷重を小さくしながらウェーハを研削する第２制御部と、を備える。

本研削装置では、該距離測定手段は、該隙間に供給されたエアの圧力を検知する圧力センサであってもよく、該第１制御部は、該隙間を狭める際には、該圧力センサによって検知される圧力値が予め設定した値よりも大きくなるように、該隙間変更機構を制御してもよく、第２制御部は、該隙間を拡げる際には、該圧力センサによって検知される圧力値が予め設定した値よりも小さくなるように、該隙間変更機構を制御してもよい。

本研削装置では、該距離測定手段は、該スラストベアリングを形成する該隙間の一方の面から他方の面に向かって測定光を投光する投光部と、該測定光における該他方の面での反射光を受光する受光部とによって、該隙間の該距離を測定してもよい。

本研削装置では、該距離測定手段は、該スラストベアリングを形成する該隙間の一方の面から他方の面に向かって超音波振動を発振する超音波振動発振器と、該超音波振動が該他方の面で反射されることによって形成される反射超音波振動を受振する受振部と、によって該隙間の該距離を測定してもよい。

本研削装置では、隙間変更機構により、スピンドルの軸方向に直交する方向のスピンドルの外側面とスピンドルハウジングの内側面との隙間（スラスト隙間）の距離を調整することが可能である。そして、制御手段の第１制御部は、保持面に保持されているウェーハの上面に研削砥石の下面を接触させる際、および、ウェーハを所定の厚みに研削している際に、隙間変更機構によって、スラスト隙間の距離を、所定距離としている。これにより、研削加工の際に、スピンドルハウジングに、高剛性のスラストベアリングを形成することができる。したがって、研削加工の開始前および加工中に、高荷重を受けたスピンドルが傾くことを抑制することができる。これにより、ウェーハの上面を、高荷重で研削することができる。

また、本研削装置では、ウェーハを所定の厚みに研削した後、たとえばエスケープカット加工およびスパークアウト加工の際に、第２制御部が、隙間変更機構を制御して、スラスト隙間の距離を、所定距離よりも拡げている。これにより、研削砥石にかかる荷重を小さくすることができる。したがって、たとえば、エスケープカット加工およびスパークアウト加工において、小さい荷重を受けている研削砥石によって、ウェーハの上面を、なぞるように研削することができる。これにより、ウェーハの上面に形成されるダメージ層を薄くすることが可能となるとともに、ウェーハの上面の中心に凹みが形成されることを、抑制することができる。

研削装置の構成を示す斜視図である。 スピンドルユニットの構成を示す説明図である。 隙間変更機構の構成を示す説明図である。 研削砥石の高さの時間変化を示すグラフである。 スピンドルユニットの他の構成を示す説明図である。 隙間変更機構の他の構成を示す説明図である。 距離測定手段の他の構成を示す説明図である。 距離測定手段のさらに他の構成を示す説明図である。

図１に示すように、本実施形態にかかる研削装置１は、被研削物としてのウェーハ１００を研削するための装置である。ウェーハ１００は、たとえば半導体ウェーハである。図１においては下方を向いているウェーハ１００の表面１０１は、複数のデバイスを保持しており、保護テープ１０３が貼着されることによって保護されている。ウェーハ１００の裏面１０２は、研削加工が施される被研削面となる。

研削装置１は、直方体状の基台１０、および、上方に延びるコラム１１を備えている。

基台１０の上面側には、開口部１３が設けられている。そして、開口部１３内には、保持手段としてのチャックテーブル３１が配置されている。チャックテーブル３１は、ウェーハ１００を保持する保持面３２を備えている。

チャックテーブル３１の保持面３２は、ポーラス材からなり、吸引源（図示せず）に連通されることにより、ウェーハ１００を吸引保持する。すなわち、チャックテーブル３１は、保持面３２によってウェーハ１００を保持する。

また、チャックテーブル３１は、下方に設けられた図示しない支持部材により、保持面３２によってウェーハ１００を保持した状態で、保持面３２の中心を通りＺ軸方向に延在するテーブル中心軸を中心として回転可能である。したがって、ウェーハ１００は、保持面３２に保持されて保持面３２の中心を回転軸として回転される。

チャックテーブル３１の周囲には、チャックテーブル３１とともにＹ軸方向に沿って移動されるカバー板３９が設けられている。また、カバー板３９には、Ｙ軸方向に伸縮する蛇腹カバー１２が連結されている。そして、チャックテーブル３１の下方には、図示しないＹ軸方向移動手段が配設されている。Ｙ軸方向移動手段は、チャックテーブル３１をＹ軸方向に沿って移動させる。

本実施形態では、チャックテーブル３１は、大まかにいえば、保持面３２にウェーハ１００を載置するための前方（－Ｙ方向側）の載置位置と、ウェーハ１００が研削される後方（＋Ｙ方向側）の研削位置との間を、Ｙ軸方向移動手段によって、Ｙ軸方向に沿って移動される。

また、図１に示すように、基台１０上の後方（＋Ｙ方向側）には、コラム１１が立設されている。コラム１１の前面には、ウェーハ１００を研削する研削手段７０、および、研削送り手段５０が設けられている。

研削送り手段５０は、チャックテーブル３１と研削手段７０とを、保持面３２に垂直なＺ軸方向（研削送り方向）に、相対的に移動させる。本実施形態では、研削送り手段５０は、チャックテーブル３１に対して、研削手段７０をＺ軸方向に移動させるように構成されている。

研削送り手段５０は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール５１、このＺ軸ガイドレール５１上をスライドするＺ軸移動テーブル５３、Ｚ軸ガイドレール５１と平行なＺ軸ボールネジ５２、Ｚ軸モータ５４、および、Ｚ軸移動テーブル５３の前面（表面）に取り付けられた支持ケース５６を備えている。支持ケース５６は、研削手段７０を支持している。

Ｚ軸移動テーブル５３は、Ｚ軸ガイドレール５１にスライド可能に設置されている。Ｚ軸移動テーブル５３の後面側（裏面側）には、図示しないナット部が固定されている。このナット部には、Ｚ軸ボールネジ５２が螺合されている。Ｚ軸モータ５４は、Ｚ軸ボールネジ５２の一端部に連結されている。

研削送り手段５０では、Ｚ軸モータ５４がＺ軸ボールネジ５２を回転させることにより、Ｚ軸移動テーブル５３が、Ｚ軸ガイドレール５１に沿って、Ｚ軸方向に移動する。これにより、Ｚ軸移動テーブル５３に取り付けられた支持ケース５６、および、支持ケース５６に支持された研削手段７０も、Ｚ軸移動テーブル５３とともにＺ軸方向に移動する。

研削手段７０は、スピンドルハウジング７１、スピンドル７２および回転モータ７３を含む、スピンドルユニット７８を備えている。スピンドルユニット７８は、支持ケース５６に固定されている。

スピンドルハウジング７１は、Ｚ軸方向に延びるように支持ケース５６に保持されている。スピンドル７２は、チャックテーブル３１の保持面３２と直交するようにＺ軸方向に延び、スピンドルハウジング７１に回転可能に支持されている。回転モータ７３は、スピンドル７２を回転させる回転手段の一例であり、スピンドル７２の上端側に連結されている。この回転モータ７３により、スピンドル７２は、軸方向であるＺ軸方向に延びる回転軸を中心として回転する。

研削手段７０は、さらに、スピンドル７２の下端に取り付けられたホイールマウント７４、および、ホイールマウント７４に支持された研削ホイール７５を備えている。

ホイールマウント７４は、円板状に形成されており、スピンドル７２の下端（先端）に固定されている。ホイールマウント７４は、研削ホイール７５を支持している。

研削ホイール７５は、外径がホイールマウント７４の外径と略同径を有するように形成されている。研削ホイール７５は、金属材料から形成された円環状のホイール基台（環状基台）７６を含む。ホイール基台７６の下面には、全周にわたって、加工具の一例である研削砥石７７が固定されている。

研削砥石７７は、環状に形成されており、その中心を通りＺ軸方向に延びる回転軸を中心として、スピンドル７２、ホイールマウント７４、およびホイール基台７６を介して、回転モータ７３によって回転され、研削位置に配置されているチャックテーブル３１に保持されたウェーハ１００を研削する。

このように、研削装置１では、研削砥石７７が、ホイールマウント７４、およびホイール基台７６を介して、スピンドル７２の先端に装着されている。そして、研削手段７０では、スピンドル７２の先端に装着された環状の研削砥石７７の下面によって、保持面３２に保持されたウェーハ１００を所定の厚みに研削する。

次に、本実施形態のスピンドルユニット７８について、より詳細に説明する。
図２に示すように、スピンドルユニット７８は、直立姿勢のスピンドル７２、スピンドル７２を覆っており、スピンドル７２を支持するスピンドルハウジング７１、スピンドル７２の下端部分を覆うスピンドルカバー６６、および、スピンドル７２を回転駆動する回転モータ７３を備えている。

スピンドル７２は、回転軸の方向であるＺ軸方向に延びている。スピンドル７２の中間部分には、大径の第１円板部８１が形成されている。また、スピンドル７２の下端部分にも、大径の第２円板部８２が形成されている。

スピンドル７２の上端には、回転モータ７３が連結されている。回転モータ７３は、スピンドル７２の上端部分に設けられたロータ８５と、ステータ８６とを有している。ステータ８６に所定の電圧を印加することにより、ロータ８５が回転し、スピンドル７２が、その回転軸を中心として回転する。

また、ステータ８６は、冷却ジャケット８７を介して、スピンドルハウジング７１の内周面に設けられている。冷却ジャケット８７内には、多数の冷却水路８８が形成されている。これらの冷却水路８８によって、回転モータ７３が冷却される。

スピンドルハウジング７１におけるスピンドル７２の上端近傍には、回転検知センサ８９が設けられている。回転検知センサ８９は、スピンドル７２の上端に取り付けられた被検知部９０に対向可能に設けられている。回転検知センサ８９は、被検知部９０の回転移動を検知することにより、スピンドル７２の回転を検知するように構成されている。

スピンドル７２の先端（下端）には、上述したホイールマウント７４が連結されている。ホイールマウント７４には、研削砥石７７を含む研削ホイール７５が装着されている。

スピンドル７２の上端には、研削水源１３０に連通される研削水導入路１３１が取り付けられている。また、研削水導入路１３１は、スピンドル７２、ホイールマウント７４およびホイール基台７６内に設けられている研削水路１３２に連通されている。このような構造により、研削水源１３０からの研削水が、研削水導入路１３１および研削水路１３２を介して、研削砥石７７に供給される。

スピンドルハウジング７１は、スピンドル７２を囲繞し、エアベアリングによりスピンドル７２を回転自在に支持するように構成されている。

スピンドルハウジング７１は、その下端部分に、環状部９１を備えている。環状部９１は、スピンドル７２の第１円板部８１と第２円板部８２との間に入り込むように、かつ、第１円板部８１および第２円板部８２と環状部９１との間に僅かな隙間が形成されるように、スピンドルハウジング７１に設けられている。

また、スピンドルハウジング７１は、エア供給源１１０に接続されたエア供給路１１１に連通されている、ラジアルベアリングを構成する複数のラジアル側エア噴出口９３を備えている。

エア供給路１１１は、スピンドルユニット７８の外部から環状部９１を含むスピンドルハウジング７１の内部に延びるように形成されており、開閉バルブ１１２および逆止弁１１３を備えている。

ラジアル側エア噴出口９３は、環状部９１に、スピンドル７２における第１円板部８１と第２円板部８２との間に延びるラジアル側面８４に対向するように設けられており、エア供給路１１１に接続されている。

ラジアル側エア噴出口９３は、スピンドル７２のラジアル側面８４とスピンドルハウジング７１の環状部９１との間の隙間であるラジアル隙間３００に向けて開口されている。ラジアル側エア噴出口９３が、このラジアル隙間３００に向けてラジアル方向に高圧のエアを噴出することにより、スピンドルハウジング７１とスピンドル７２との間であるラジアル隙間３００に、スピンドル７２を回転可能にエアによって非接触で支持するラジアルベアリングが形成される。

また、スピンドルハウジング７１は、スラストベアリングを構成する複数の隙間変更機構１２０を備えている。

隙間変更機構１２０は、スピンドルハウジング７１のスラスト凹部９５内に設けられている。スラスト凹部９５および隙間変更機構１２０は、スピンドルハウジング７１の環状部９１に、スピンドル７２の第１円板部８１および第２円板部８２に対向するように形成されている。

図３に、第１円板部８１に対向する隙間変更機構１２０の構成を示す。図３に示すように、隙間変更機構１２０は、スラスト凹部９５の底面９６に固定されている圧電アクチュエータ１２１、スピンドル７２の軸方向であるＺ軸方向に可動な可動部１２２、および、可動部１２２とスラスト凹部９５の側面９７との間に配されているシール材１２５、を備えている。

可動部１２２は、圧電アクチュエータ１２１の表面に設けられている。可動部１２２は、第１円板部８１に対向する可動部表面１２４を備えている。この可動部表面１２４は、Ｚ軸方向に直交する方向のスピンドルハウジング７１の内側面の一例である。

この可動部表面１２４には、スピンドル７２の第１円板部８１（第２円板部８２）の表面である円板部表面８３が対向している。この円板部表面８３は、Ｚ軸方向に直交する方向のスピンドル７２の外側面の一例である。

可動部１２２は、この可動部表面１２４に、エア供給路１１１に接続されている複数のスラスト側エア噴出口１２３を備えている。スラスト側エア噴出口１２３は、エア供給部の一例である。すなわち、スラスト側エア噴出口１２３は、スピンドルハウジング７１の可動部表面１２４とスピンドル７２の円板部表面８３との間の隙間であるスラスト隙間３０１に向けて開口されており、このスラスト隙間３０１に向けてエアを供給する。

すなわち、スラスト側エア噴出口１２３が、スラスト隙間３０１に向けてスラスト方向であるＺ軸方向に高圧のエアを噴出することにより、スピンドルハウジング７１の可動部表面１２４とスピンドル７２の円板部表面８３との間であるスラスト隙間３０１に、スピンドル７２を回転可能にエアによって非接触で支持するスラストベアリングが形成される。

このように、研削手段７０のスピンドルハウジング７１は、スピンドル７２を回転可能にエアによって非接触で支持するスラストベアリングおよびラジアルベアリングを形成し、これらのベアリングを含む。また、スラストベアリングは、エア供給部としてのスラスト側エア噴出口１２３、および、隙間変更機構１２０を含む。

また、可動部１２２は、スラスト凹部９５内において、Ｚ軸方向に沿って移動可能に設けられている。シール材１２５は、可動部１２２の移動の際に、可動部１２２の側面を封止するためのものである。

圧電アクチュエータ１２１には、図２および図３に示すように、電力線１４２が接続されている。この電力線１４２は、直流電源１４０、および、この直流電源１４０を制御するための電圧調整部１４１に接続されている。すなわち、電圧調整部１４１は、電力線１４２を介して、各圧電アクチュエータ１２１に電気的に接続されている。電圧調整部１４１は、直流電源１４０からの直流電力を、その電圧値を調整しながら、電力線１４２を介して、圧電アクチュエータ１２１に伝達する。

圧電アクチュエータ１２１は、電圧調整部１４１から供給された直流電力の電圧値に応じて、スラスト方向であるＺ軸方向に伸縮する。すなわち、圧電アクチュエータ１２１は、Ｚ軸方向に伸縮することにより、その表面に設けられている可動部１２２を、Ｚ軸方向に移動させる。可動部１２２がＺ軸方向に沿って移動することにより、スピンドル７２の円板部表面８３に垂直なＺ軸方向におけるスラスト隙間３０１の距離（幅;スピンドル７２の軸方向における距離）、すなわち、可動部表面１２４と円板部表面８３との間の距離が変動される。以下では、スラスト隙間３０１のＺ軸方向における距離を、単にスラスト隙間３０１の距離と称する。

このように、圧電アクチュエータ１２１は、スピンドルハウジング７１に配置され、スラストベアリングを形成するスピンドルハウジング７１の可動部表面１２４をＺ軸方向に移動させるものである。そして、隙間変更機構１２０は、圧電アクチュエータ１２１を用いてスピンドルハウジング７１の可動部表面１２４をスピンドル７２の軸方向であるＺ軸方向に移動させることによって、スラスト隙間３０１の距離を変更するように構成されている。

また、隙間変更機構１２０の可動部１２２には、図２および図３に示すように、その第１円板部８１（第２円板部８２）に対向する可動部表面１２４に、圧力素子１１５が備えられている。この圧力素子１１５は、スピンドルユニット７８の外部の圧力測定部１１６に接続されている。

圧力素子１１５は、可動部表面１２４とスピンドル７２の円板部表面８３との間のスラスト隙間３０１のエア圧力に応じた電気信号を生成し、圧力測定部１１６に伝達する。圧力測定部１１６は、この電気信号に基づいて、このスラスト隙間３０１のエア圧力を測定する。

これら圧力素子１１５および圧力測定部１１６は、スラスト隙間３０１に供給されたエアの圧力（すなわち、スラスト隙間３０１の圧力）を検知する圧力センサを構成する。この圧力センサは、スラスト隙間３０１の距離を測定する距離測定手段の一例であり、スラストベアリングに含まれる。

すなわち、スラスト隙間３０１の圧力は、実質的に、スラスト隙間３０１の距離に対応する。たとえば、スラスト隙間３０１の距離が比較的に長い場合には、スラスト隙間３０１の圧力は、比較的に小さくなる。一方、スラスト隙間３０１の距離が比較的に短い場合には、スラスト隙間３０１の圧力は、比較的に高くなる。
したがって、圧力測定部１１６は、圧力素子１１５によってスラスト隙間３０１の圧力を測定することによって、スラスト隙間３０１の距離を測定することが可能である。

また、図１および図３に示すように、研削装置１は、制御手段２０を有している。制御手段２０は、上述した研削装置１の各部材を制御することにより、研削装置１による研削加工を制御する。また、制御手段２０は、第１制御部２１および第２制御部２２を備えている。

以下に、第１制御部２１および第２制御部２２の機能とともに、制御手段２０の制御による研削装置１における研削加工について説明する。

本実施形態では、まず、作業者は、載置位置にあるチャックテーブル３１の保持面３２（図１参照）に、ウェーハ１００を、裏面１０２が上向きとなるように保持させる。

次に、制御手段２０は、図示しないＹ軸方向移動手段を制御して、チャックテーブル３１を、研削位置に配置されるようにＹ軸方向に移動させる。研削位置では、チャックテーブル３１の保持面３２に保持されたウェーハ１００の回転中心に、研削砥石７７が位置づけられる。

また、制御手段２０は、研削手段７０の回転モータ７３を制御して、スピンドル７２とともに研削ホイール７５（研削砥石７７）を回転させる。さらに、制御手段２０は、回転手段３４により、チャックテーブル３１の保持面３２（ウェーハ１００）を回転させる。

次に、制御手段２０は、研削送り手段５０を用いて、原点高さ位置にある研削手段７０を、チャックテーブル３１に近づける。

図４に、研削砥石７７の高さ（研削砥石７７の下面（研削面）の高さ）の時間変化を示す。図４に示すように、制御手段２０は、まず、研削砥石７７の高さが、所定のエアカット開始高さＨ１となるまで、研削手段７０を、比較的に高速の初期速度Ｖ１で、チャックテーブル３１に近づくように降下させる（時間範囲Ｔ１）。

また、この際、制御手段２０は、圧力素子１１５および圧力測定部１１６によってスラスト隙間３０１の圧力を測定することによりスラスト隙間３０１の距離を測定しながら、電圧調整部１４１を制御して、スラスト隙間３０１の距離を調整する。このとき、制御手段２０は、たとえば、スラスト隙間３０１の距離が予め設定した比較的に広い初期距離となるように、電圧調整部１４１を制御して、各圧電アクチュエータ１２１に供給する直流電力の電圧を調整する。この段階でスラスト隙間３０１を、予め設定した比較的に広い初期距離（たとえば５０μｍ）に拡げることにより、研削加工の前に、スピンドル７２を円滑に回転させることができる。
なお、制御手段２０は、この段階で、スラスト隙間３０１を、初期距離よりも狭い予め設定した所定距離（たとえば１０μｍ）とするような制御を実施してもよい。

研削砥石７７がエアカット開始高さＨ１に到達した後、制御手段２０の第１制御部２１は、研削送り手段５０を用いて、研削手段７０の降下速度を、初期速度Ｖ１よりも遅い加工送り速度である第１研削速度Ｖ２に設定する。そして、第１制御部２１は、研削送り手段５０によって、研削手段７０をチャックテーブル３１に接近させる（時間範囲Ｔ２）。すなわち、第１制御部２１は、研削手段７０の降下速度を、初期速度Ｖ１から第１研削速度Ｖ２に遅くする。

時間範囲Ｔ２では、研削砥石７７は、まだウェーハ１００に接触しておらず、エアカットがなされている。この際、第１制御部２１は、電圧調整部１４１を制御して、隙間変更機構１２０によって、スラスト隙間３０１の距離を、予め設定した所定距離（たとえば１０μｍ）に狭める。この所定距離は、比較的に狭い距離であり、スピンドルハウジング７１に高剛性のスラストベアリングを形成することができるような距離である。
その後、第１制御部２１は、研削送り手段５０によって、研削手段７０をチャックテーブル３１の保持面３２に接近させ、保持面３２に保持されているウェーハ１００の上面である裏面１０２に研削砥石７７の下面を接触させる。

すなわち、第１制御部２１は、スラスト隙間３０１の距離が所定距離に狭くなるように、電圧調整部１４１を制御して、各隙間変更機構１２０の圧電アクチュエータ１２１に供給される直流電力の電圧を調整する。

また、このスラスト隙間３０１の距離調整では、第１制御部２１は、圧力センサである圧力素子１１５および圧力測定部１１６によって検知されるスラスト隙間３０１の圧力値を用いる。すなわち、第１制御部２１は、検知されるスラスト隙間３０１の圧力値が、所定距離に応じた予め設定した圧力値となるように、電圧調整部１４１を介して隙間変更機構１２０を制御する。これにより、第１制御部２１は、スラスト隙間３０１の距離を、所定距離に狭くすることができる。

その後、研削砥石７７がウェーハ１００の裏面１０２に接触したとき（時刻ｔ１）以降では、第１制御部２１は、第１研削速度Ｖ２で、研削砥石７７によって、ウェーハ１００の裏面１０２を研削する（時間範囲Ｔ３；第１研削加工）。

制御手段２０は、適宜、図示しない厚み測定手段を用いて、研削されているウェーハ１００の厚みを測定する。そして、ウェーハ１００の厚みが所定値（目標値）に近づいた場合、制御手段２０の第１制御部２１は、研削送り手段５０を用いて、第１研削速度Ｖ２よりも遅い第２研削速度Ｖ３で、研削手段７０をチャックテーブル３１に接近させる（時間範囲Ｔ４）。すなわち、第１制御部２１は、研削手段７０の降下速度を、第１研削速度Ｖ２から第２研削速度Ｖ３にさらに遅くして、研削加工を継続する（第２研削加工）。この第２研削加工では、第１削加工においてウェーハ１００に生じたダメージが低減される。

また、ウェーハ１００を所定の厚みに研削している際（時間範囲Ｔ３，Ｔ４）にも、第１制御部２１は、隙間変更機構１２０を制御して、スラスト隙間３０１の距離を、所定距離に維持する。

ウェーハ１００の厚みが所定値に到達した時刻ｔ２において、制御手段２０の第２制御部２２は、研削送り手段５０によって研削手段７０をチャックテーブル３１の保持面３２に接近させる移動（降下）を停止させる。そして、第２制御部２２は、いわゆるスパークアウト加工と呼ばれる加工を実施する（時間範囲Ｔ５）。

また、この際、第２制御部２２は、電圧調整部１４１を制御して、隙間変更機構１２０によって、スラスト隙間３０１の距離を所定距離よりも広い距離（たとえば、初期距離）に拡げる。すなわち、第２制御部２２は、スラスト隙間３０１の距離が所定距離よりも広くなるように、電圧調整部１４１を制御して、各隙間変更機構１２０の圧電アクチュエータ１２１に供給される直流電力の電圧を調整する。

また、このスラスト隙間３０１の距離調整では、第２制御部２２は、圧力センサである圧力素子１１５および圧力測定部１１６によって検知されるスラスト隙間３０１の圧力値を用いる。すなわち、第２制御部２２は、検知されるスラスト隙間３０１の圧力値が、所定距離に応じた予め設定した圧力値よりも小さくなるように、電圧調整部１４１を介して隙間変更機構１２０を制御する。これにより、第２制御部２２は、スラスト隙間３０１の距離を、所定距離よりも拡げることができる。

このようにスラスト隙間３０１の距離が拡がることにより、スピンドル７２がスピンドル７２の軸方向であるＺ軸方向に移動可能となり、ウェーハ１００にかかる荷重が小さくなる。この状態で、第２制御部２２は、研削手段７０の研削送り移動を停止させ、所定時間、回転する研削砥石７７によってウェーハ１００の裏面１０２を研削（スパークアウト加工）する。このようなスパークアウト加工により、第２制御部２２は、ウェーハ１００の裏面１０２における削り残しを除去する。

その後、制御手段２０の第２制御部２２は、エスケープカット加工を実施する（時間範囲Ｔ６）。この際、第２制御部２２は、研削砥石７７によるウェーハ１００の裏面１０２への悪影響を抑えるために、研削送り手段５０を用いて、研削手段７０を、予め設定されているエスケープカット加工速度Ｖ４で、ゆっくりと上方に移動させることにより、研削砥石７７によってウェーハ１００をエスケープカット加工する。

また、エスケープカット加工の際（時間範囲Ｔ６）にも、第２制御部２２は、隙間変更機構１２０を制御して、スラスト隙間３０１の距離を、所定距離よりも広い距離（たとえば、初期距離）に維持する。
エスケープカット加工は、たとえば、研削砥石７７がウェーハ１００の裏面１０２から離れるまで実施される。エスケープカット加工の終了後、制御手段２０は、研削送り手段５０を用いて、研削手段７０を、比較的に高速の退避速度Ｖ５で、原点高さ位置に退避させる（時間範囲Ｔ７）。

以上のように、本実施形態では、隙間変更機構１２０によって、スラスト隙間３０１の距離を調整することが可能である。

そして、制御手段２０の第１制御部２１は、保持面３２に保持されているウェーハ１００の裏面１０２に研削砥石７７の下面を接触させる際、および、ウェーハ１００を所定の厚みに研削している際に、隙間変更機構１２０によって、スラスト隙間３０１の距離を、比較的に狭い所定距離（たとえば１０μｍ）としている。

これにより、研削加工の際に、スピンドルユニット７８（スピンドルハウジング７１）に、高剛性のスラストベアリングを形成することができる。したがって、研削加工の開始前および加工中に、高荷重を受けたスピンドル７２が傾くことを抑制することができる。これにより、ウェーハ１００の裏面１０２を、高荷重で研削することができる。
なお、所定距離は、上述した１０μｍに限られず、たとえば５μｍであってもよい。所定距離をより狭くすることにより、スピンドルハウジング７１に、より高剛性のスラストベアリングを形成することができる。

また、本実施形態では、エスケープカット加工およびスパークアウト加工の際、第２制御部２２が、隙間変更機構１２０を制御して、スラスト隙間３０１の距離を、所定距離よりも拡げている。これにより、研削砥石７７にかかる荷重を小さくすることができる。
すなわち、本実施形態では、エスケープカット加工およびスパークアウト加工において、小さい荷重を受けている研削砥石７７によって、ウェーハ１００の裏面１０２を、なぞるように研削している。これにより、ウェーハ１００の裏面１０２に形成されるダメージ層を薄くすることが可能となるとともに、ウェーハ１００の裏面１０２の中心に凹みが形成されることを抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、スラスト隙間３０１の距離を調整可能な隙間変更機構１２０が、スピンドルハウジング７１のスラスト凹部９５内に設けられている。これに関し、隙間変更機構は、スピンドル７２に設けられてもよい。

すなわち、スピンドルユニット７８は、図５に示すような構成を有していてもよい。図５に示すスピンドルユニット７８は、図２に示す構成において、スピンドルハウジング７１の環状部９１に設けられる隙間変更機構１２０に代えて、スピンドル７２の第１円板部８１および第２円板部８２に設けられる隙間変更機構１５０を備えた構成を有している。

図５に示すように、この構成でも、スピンドル７２のラジアル側面８４とスピンドルハウジング７１の環状部９１との間の隙間であるラジアル隙間３００に向けて、ラジアル側エア噴出口９３が開口されている。したがって、ラジアル隙間３００に、スピンドル７２を回転可能にエアによって非接触で支持するラジアルベアリングが形成される。

また、スピンドル７２は、スラストベアリングを構成する複数の隙間変更機構１５０を備えている。

隙間変更機構１５０は、スピンドル７２のスラスト凹部１５１内に設けられている。スラスト凹部１５１および隙間変更機構１５０は、スピンドル７２の第１円板部８１および第２円板部８２に、スピンドルハウジング７１の環状部９１に対向するように形成されている。

図６に、第１円板部８１に形成された隙間変更機構１５０の構成を示す。図６に示すように、隙間変更機構１５０は、スラスト凹部１５１の底面１５２に固定されている圧電アクチュエータ１２１、Ｚ軸方向に可動な可動部１２２、および、可動部１２２とスラスト凹部１５１の側面１５３との間に配されているシール材１２５、を備えている。

可動部１２２は、圧電アクチュエータ１２１の表面に設けられている。可動部１２２は、環状部９１に対向する可動部表面１２４を備えている。この可動部表面１２４は、Ｚ軸方向に直交する方向のスピンドル７２の外側面の一例である。

この可動部表面１２４には、スピンドルハウジング７１の環状部９１の表面である環状部表面９２が対向している。この環状部表面９２は、Ｚ軸方向に直交する方向のスピンドルハウジング７１の内側面の一例である。

環状部９１は、この環状部表面９２に、エア供給路１１１に接続されている複数のスラスト側エア噴出口１２３を備えている。各スラスト側エア噴出口１２３は、エア供給部の一例であり、スピンドル７２の可動部表面１２４とスピンドルハウジング７１の環状部表面９２との間の隙間であるスラスト隙間３０１に向けてエアを供給する。これにより、可動部表面１２４と環状部表面９２との間のスラスト隙間３０１に、スピンドル７２を回転可能にエアによって非接触で支持するスラストベアリングが形成される。

可動部１２２は、スラスト凹部１５１内において、Ｚ軸方向に沿って移動可能に設けられている。シール材１２５は、可動部１２２の移動の際に、可動部１２２の側面を封止する。

圧電アクチュエータ１２１には、図５および図６に示すように、電力線１４３が接続されている。この電力線１４３は、図５に示すように、スピンドル７２に設けられた第１接点１４６、スピンドルハウジング７１に設けられて第１接点１４６に電気的に接続されている第２接点１４５、および、第２接点１４５に接続された電力線１４２を介して、直流電源１４０および電圧調整部１４１に接続されている。

このように、電圧調整部１４１は、図２に示した構成と同様に、各圧電アクチュエータ１２１に電気的に接続されており、直流電源１４０からの直流電力を、その電圧値を調整しながら、圧電アクチュエータ１２１に伝達する。

なお、第１接点１４６と第２接点１４５との接点構造は、たとえば、ブラシ付き直流モータの接点構造と同様であってよい。

圧電アクチュエータ１２１は、電圧調整部１４１から供給された直流電力の電圧値に応じて、Ｚ軸方向に伸縮することにより、その表面に設けられている可動部１２２を、Ｚ軸方向に移動させる。可動部１２２がＺ軸方向に沿って移動することにより、スピンドル７２の可動部表面１２４に垂直なＺ軸方向におけるスラスト隙間３０１の距離、すなわち、可動部表面１２４と環状部表面９２との間の距離が変動される。

このように、図５および図６に示す構成では、圧電アクチュエータ１２１は、スピンドル７２に配置され、スラストベアリングを形成するスピンドル７２の可動部表面１２４を、Ｚ軸方向に移動させる。そして、隙間変更機構１５０は、圧電アクチュエータ１２１を用いてスピンドル７２の可動部表面１２４をＺ軸方向に移動させることによって、スラスト隙間３０１の距離を変更するように構成されている。

このように、本実施形態にかかる隙間変更機構は、Ｚ軸方向に直交する方向のスピンドル７２の外側面、または、スピンドルハウジング７１におけるＺ軸方向に直交する方向の内側面のいずれかを、Ｚ軸方向に移動させることによって、スラスト隙間３０１の該軸方向の距離を変更するように構成されていればよい。

また、図５および図６に示す構成では、スピンドルハウジング７１の環状部９１の環状部表面９２に、スラスト隙間３０１のエア圧力に応じた電気信号を生成する圧力素子１１５が備えられている。この電気信号に基づいて、圧力測定部１１６が、スラストベアリングが形成されているスラスト隙間３０１のエア圧力を測定する。これら圧力素子１１５および圧力測定部１１６も、スラスト隙間３０１に供給されたエアの圧力を検知する圧力センサを構成する。

図５および図６に示す構成のスピンドルユニット７８でも、ウェーハ１００に対する研削加工の際に、スラスト隙間３０１の距離を調整することが可能である。すなわち、第１制御部２１および第２制御部２２は、隙間変更機構１２０の圧電アクチュエータ１２１を用いて、スラスト隙間３０１の距離を調整することができる。

たとえば、制御手段２０の第１制御部２１は、保持面３２に保持されているウェーハ１００の裏面１０２に研削砥石７７の下面を接触させる際、および、ウェーハ１００を研削する際に、隙間変更機構１２０によって、スラスト隙間３０１の距離を、所定距離に狭めることができる。これにより、スピンドルユニット７８に、高剛性のスラストベアリングを形成することが可能となる。したがって、研削加工の開始前および加工中に、高荷重を受けたスピンドルが傾くことを抑制することができるので、ウェーハ１００の裏面１０２を、高荷重で研削することができる。

また、制御手段２０の第２制御部２２は、エスケープカット加工およびスパークアウト加工の際、隙間変更機構１２０を制御して、スラスト隙間３０１の距離を所定距離よりも拡げることができる。これにより、研削砥石７７にかかる荷重を小さくすることができるので、エスケープカット加工およびスパークアウト加工において、ウェーハ１００の裏面１０２に形成されダメージ層を薄くすることが可能となる。さらに、ウェーハ１００の裏面１０２の中心に凹みが形成されることを、抑制することができる。

また、本実施形態では、距離測定手段として、スラスト隙間３０１に供給されたエアの圧力を検知する圧力センサとしての圧力素子１１５および圧力測定部１１６を示している。これに関し、距離測定手段は、図７示すように、光学センサを備えた構成であってもよい。図７に示す構成は、図３に示した構成において、距離測定手段として、圧力素子１１５および圧力測定部１１６に代えて、光学センサとしての投光部２０１および受光部２０２を備えている。この場合、距離測定手段は、投光部２０１および受光部２０２によって、スラスト隙間３０１の距離を測定する。

図７に示す構成では、投光部２０１は、スラストベアリングを形成するスラスト隙間３０１の一方の面であるスピンドルハウジング７１の可動部表面１２４に備えられている。投光部２０１は、制御手段２０による制御により、矢印２１１に示すように、スラスト隙間３０１の他方の面であるスピンドル７２の円板部表面８３に向かって、測定光を投光する。この測定光は、円板部表面８３によって反射されて反射光を形成する。

受光部２０２は、矢印２１２に示すように、測定光における円板部表面８３での反射光の一部を受光する。受光部２０２は、Ｙ軸方向に延びるように形成されており、同じくＹ軸方向に沿って延びる受光面を有している。

この構成では、スラスト隙間３０１の距離が変化して、投光部２０１から円板部表面８３までの距離が変わると、受光部２０２の受光位置、すなわち、受光部２０２の受光面における円板部表面８３からの反射光を受ける位置（Ｙ軸方向での位置）が変化する。したがって、受光部２０２は、受光位置に基づいてスラスト隙間３０１の距離を測定して、測定結果を制御手段２０に伝達することが可能である。

また、距離測定手段は、図８示すように、超音波センサを備えた構成であってもよい。図８に示す構成は、図３に示した構成において、距離測定手段として、圧力素子１１５および圧力測定部１１６に代えて、超音波センサとしての超音波振動発振器２２１および受振部２２２を備えている。この場合、距離測定手段は、超音波振動発振器２２１および受振部２２２によって、スラスト隙間３０１の距離を測定する。

図８に示す構成では、超音波振動発振器２２１、スラストベアリングを形成するスラスト隙間３０１の一方の面であるスピンドルハウジング７１の可動部表面１２４に備えられている。超音波振動発振器２２１は、制御手段２０による制御により、矢印２３１に示すように、スラスト隙間３０１の他方の面であるスピンドル７２の円板部表面８３に向かって、超音波振動を発振する。この超音波振動は、円板部表面８３によって反射される。これにより、超音波振動の反射波である反射超音波振動が形成される。
受振部２２２は、矢印２３２に示すように、反射超音波振動の一部を受振する。

この構成では、スラスト隙間３０１の距離が変化して、超音波振動発振器２２１から円板部表面８３までの距離が変わると、超音波振動発振器２２１からの超音波振動の発信から、受振部２２２による反射超音波振動の受振までに要する時間が変化する。受振部２２２は、この時間と音速とを用いて、スラスト隙間３０１の距離を算出し、算出結果を制御手段２０に伝達することが可能である。

制御手段２０は、図７に示した光学センサあるいは図８に示した超音波センサを用いてスラスト隙間３０１の距離を測定しながら、電圧調整部１４１を制御して、スラスト隙間３０１の距離を調整し、上述したような研削加工を実施することができる。

たとえば、第１制御部２１は、エアカットおよび研削加工の際（図２における時間範囲Ｔ２～４）、光学センサあるいは超音波センサによって検知されるスラスト隙間３０１の距離が所定距離となるように、電圧調整部１４１を介して隙間変更機構１２０を制御する。

また、第２制御部２２は、スパークアウト加工およびエスケープカット加工の際（図２における時間範囲Ｔ５，６）、光学センサあるいは超音波センサによって検知されるスラスト隙間３０１の距離が所定距離よりも広くなるように、電圧調整部１４１を介して隙間変更機構１２０を制御する。

１：研削装置、１０：基台、１１：コラム、
３１：チャックテーブル、３２：保持面、
２０：制御手段、２１：第１制御部、２２：第２制御部、
１００：ウェーハ、１０１：表面、１０２：裏面、１０３：保護テープ、
５０：研削送り手段、７８：スピンドルユニット、
７０：研削手段、７１：スピンドルハウジング、７４：ホイールマウント、
７５：研削ホイール、７６：ホイール基台、７７：研削砥石、
７２：スピンドル、８１：第１円板部、８２：第２円板部、
８３：円板部表面、８４：ラジアル側面、
７３：回転モータ、８５：ロータ、８６：ステータ、
８７：冷却ジャケット、８８：冷却水路、
９１：環状部、９２：環状部表面、
９３：ラジアル側エア噴出口、
９５：スラスト凹部、９６：底面、９７：側面、
３００：ラジアル隙間、３０１：スラスト隙間、
１１０：エア供給源、１１１：エア供給路、
１１５：圧力素子、１１６：圧力測定部、
１２０：隙間変更機構、１２１：圧電アクチュエータ、１２５：シール材、
１２２：可動部、１２４：可動部表面、１２３：スラスト側エア噴出口、
１３０：研削水源、１３１：研削水導入路、１３２：研削水路、
１４０：直流電源、１４１：電圧調整部、１４２：電力線、１４３：電力線、
１４５：第２接点、１４６：第１接点、
１５０：隙間変更機構、１５１：スラスト凹部、１５２：底面、１５３：側面、
２０１：投光部、２０２：受光部、
２２１：超音波振動発振器、２２２：受振部、
Ｈ１：エアカット開始高さ、
Ｔ１～Ｔ７：時間範囲、
Ｖ１：初期速度、Ｖ２：第１研削速度、Ｖ３：第２研削速度、
Ｖ４：エスケープカット加工速度、Ｖ５：退避速度

Claims (4)

1. 保持面によってウェーハを保持するチャックテーブルと、スピンドルの先端に装着された環状の研削砥石の下面によって、該保持面に保持されたウェーハを所定の厚みに研削する研削手段と、該チャックテーブルと該研削手段とを該保持面に垂直な方向に相対的に移動させる研削送り手段と、制御手段と、を備える研削装置であって、
   該研削手段は、
   該スピンドルと、該スピンドルを回転させる回転手段と、該スピンドルを回転可能にエアによって非接触で支持するスラストベアリングおよびラジアルベアリングを形成するスピンドルハウジングと、を備え、
   該スラストベアリングは、
   該スピンドルの軸方向に直交する方向の該スピンドルの外側面と該スピンドルハウジングの内側面との間の隙間にエアを供給するエア供給部と、
   該スピンドルの外側面または該スピンドルハウジングの内側面を該軸方向に移動させることによって、該隙間の該軸方向の距離を変更する隙間変更機構と、
   該隙間の該軸方向の距離を測定する距離測定手段と、を備え、
   該制御手段は、
   該研削送り手段によって該研削手段を該チャックテーブルの該保持面に接近させ、該保持面に保持されたウェーハの上面に該研削砥石の下面を接触させる際、および、該ウェーハを所定の厚みに研削している際に、該隙間変更機構によって、該隙間の該軸方向の距離を、予め設定した距離とする第１制御部と、
   該ウェーハを所定の厚みに研削した後に、該研削送り手段によって該研削手段を該チャックテーブルの該保持面に接近させる移動を停止させると共に、該隙間変更機構によって該隙間の該軸方向の距離を予め設定した距離よりも拡げて該スピンドルを該軸方向に移動可能にし、該ウェーハにかかる荷重を小さくしながらウェーハを研削する第２制御部と、
   を備える研削装置。
2. 該距離測定手段は、該隙間に供給されたエアの圧力を検知する圧力センサであって、
   該第１制御部は、該隙間を狭める際には、該圧力センサによって検知される圧力値が予め設定した値よりも大きくなるように、該隙間変更機構を制御する一方、
   該第２制御部は、該隙間を拡げる際には、該圧力センサによって検知される圧力値が予め設定した値よりも小さくなるように、該隙間変更機構を制御する、
   請求項１記載の研削装置。
3. 該距離測定手段は、該スラストベアリングを形成する該隙間の一方の面から他方の面に向かって測定光を投光する投光部と、該測定光における該他方の面での反射光を受光する受光部とによって、該隙間の該距離を測定する、
   請求項１記載の研削装置。
4. 該距離測定手段は、該スラストベアリングを形成する該隙間の一方の面から他方の面に向かって超音波振動を発振する超音波振動発振器と、該超音波振動が該他方の面で反射されることによって形成される反射超音波振動を受振する受振部と、によって該隙間の該距離を測定する、
   請求項１記載の研削装置。

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