JP2023087899A - スピンドルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】スピンドルに加工屑が固着することを防止する。【解決手段】スピンドル４４が回転すると、その第２円板部７７の外側面に形成されている螺旋溝９０により、筒状隙間８８に下方向の螺旋気流が発生する。このため、この螺旋気流によって、筒状隙間８８内に導入された排気エアをかき乱すことができるので、筒状隙間８８内の全域に、エアベアリング８５から排気された排気エアを行き渡らせることが可能になる。すなわち、筒状隙間８８に間隔の狭い部分があったとしても、筒状隙間８８内を周回しながら下方に流れる螺旋気流によって、筒状隙間８８の全域に、エアベアリング８５から排気された排気エアを通すことができる。このため、筒状隙間８８の内部に研削廃液の噴霧が進入することを防止できるので、第２円板部７７の外側面および筒カバー６６の内面に研削廃液中の加工屑が固着することを防止することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、スピンドルユニットに関する。

ウェーハを研削する研削装置では、チャックテーブルが保持したウェーハを、環状の研削砥石で研削している。環状の研削砥石は、スピンドルの先端に装着されている。スピンドルを回転させることで、研削砥石が回転される。

スピンドルは、エアベアリングを介してスピンドルを囲むケーシングによって、回転可能に支持されている。エアベアリングは、スピンドルの外側面とケーシングの内側面との隙間にエアを供給することによって形成される。

また、スピンドルは、ケーシングの下端部から下方に延出されており、先端に、研削砥石が環状に配置された研削ホイールを装着するためのマウントが連結されている。そして、ケーシングの下端から延出しているスピンドルの側面は、カバーで覆われている。

なお、研削加工中では、カバーの下端は加工室内に入っている。しかし、スピンドルの外側面とカバーの内側面との間の筒状隙間を、エアベアリングから排気された排気エアが通り、加工室内に排出される。この排気エアが筒状隙間を満たし、加工室内で発生する加工屑を含む噴霧がエアベアリングに入ることを抑制している。

しかし、スピンドルとカバーとの間の筒状隙間が均一な厚みになっていないなどの理由から、筒状隙間内の一部分だけに排気エアが流れている。そのため、筒状隙間における排気エアが流れていない部分に加工屑を含む噴霧が進入して、加工屑が排気エアによって乾燥し、スピンドルまたはカバーに固着して、筒状隙間に加工屑が固着された際に、スピンドルが回転しにくくなるという問題が生じる。

そのため、特許文献１に開示の技術では、筒状隙間に、円環状の狭い部分を設けている。この構成では、筒状隙間から下方に噴出される排気エアが、スピンドルの外側面全域に円状に行きわたる。

特開２０２１－０２４０３５号公報

しかし、特許文献１の技術では、筒状隙間から下方に噴出される排気エアの勢いが均一ではないため、筒状隙間に噴霧が進入した場合に、筒状隙間に入った噴霧の水を排気エアによって掃き出せる部分と、掃き出せない部分とができてしまい、掃き出せない部分に加工屑が固着することがある。

したがって、本発明の目的は、スピンドルユニットにおける研削砥石を先端に装着したスピンドルに加工屑が固着することを防止することにある。

本発明のスピンドルユニット（本スピンドルユニット）は、加工具を装着するためのマウントが下端に連結されているスピンドルと、該スピンドルの外側面を囲繞する、エアベアリングによって該スピンドルを回転可能に支持するケーシングと、を備えるスピンドルユニットであって、該スピンドルは、該ケーシングの下端から下方に延出されており、該スピンドルの下端に該マウントが連結されており、該ケーシングの下端と該マウントとの間で該スピンドルの外側面を囲って筒状隙間を形成する筒カバーと、該ケーシングの下端と該マウントとの間の該スピンドルの外側面に配置され、該筒状隙間に下方向の螺旋気流を発生させる螺旋気流発生部と、を備える。
本スピンドルユニットでは、該螺旋気流発生部は、該スピンドルの外側面に形成された螺旋状の溝であってもよい。
本スピンドルユニットでは、該螺旋気流発生部は、該スピンドルの外側面に貼着された螺旋状模様のシールであってもよい。
本スピンドルユニットは、該筒状隙間に水を供給する水供給部を備えてもよい。

本スピンドルユニットでは、ケーシングの下端とマウントとの間のスピンドルの外側面に、螺旋気流発生部が配置されている。したがって、スピンドルの回転に伴って、螺旋気流発生部により、スピンドルの外側面と筒カバーとの間の筒状隙間に、下方向の螺旋気流が発生する。

このため、この螺旋気流によって、エアベアリングから筒状隙間内に導入された排気エアをかき乱すことができるので、筒状隙間内の全域に、エアベアリングから排気された排気エアを行き渡らせることが可能になる。すなわち、筒状隙間に間隔の狭い部分があったとしても、筒状隙間内を周回しながら下方に流れる螺旋気流によって、筒状隙間の全域にエアベアリングから排気された排気エアを通して、筒状隙間の下端から排気エアを排気することができる。

このため、本スピンドルユニットでは、このような排気エアの流れによって、筒状隙間の下端から筒状隙間の内部に加工屑を含む研削廃液の噴霧が進入することを防止することが可能となっている。したがって、筒状隙間において、スピンドルの外側面および筒カバーの内面に研削廃液中の加工屑が固着することを、良好に防止することができる。このため、スピンドルが回転しにくくなることを防止することが可能となるとともに、スピンドルおよび筒カバーを清掃する必要性を低減することができる。

実施形態にかかる研削装置の斜視図である。 研削機構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、チャックテーブル２０が配置されている。チャックテーブル２０は、ウェーハ１００を保持する保持面２１を備えている。

チャックテーブル２０の保持面２１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２０は、保持面２１によってウェーハ１００を保持する。

また、チャックテーブル２０は、下方に設けられた図示しない支持部材により、保持面２１によってウェーハ１００を保持した状態で、保持面２１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２１に保持されて保持面２１の中心を回転軸として回転される。

チャックテーブル２０の周囲には、チャックテーブル２０とともにＹ軸方向に沿って移動するカバー板２３が設けられている。また、カバー板２３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２０の下方には、図示しないＹ軸方向移動機構が配設されている。Ｙ軸方向移動機構は、チャックテーブル２０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２０は、保持面２１にウェーハ１００を保持させるための－Ｙ方向側の載置位置と、ウェーハ１００が研削される＋Ｙ方向側の研削位置との間を、Ｙ軸方向移動機構によって、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＋Ｙ方向側には、コラム１１が立設されている。コラム１１には、ウェーハ１００を研削する研削機構４０、および、研削送り機構３０が設けられている。

研削送り機構３０は、チャックテーブル２０に対して、研削機構４０をＺ軸方向に移動させるように構成されている。
研削送り機構３０は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール３１、このＺ軸ガイドレール３１上をスライドするＺ軸移動テーブル３３、Ｚ軸ガイドレール３１と平行なＺ軸ボールネジ３２、Ｚ軸モータ３４、および、Ｚ軸移動テーブル３３に取り付けられた支持ケース３６を備えている。支持ケース３６は、研削機構４０を支持している。

Ｚ軸移動テーブル３３は、Ｚ軸ガイドレール３１にスライド可能に設置されている。Ｚ軸移動テーブル３３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３２が螺合されている。Ｚ軸モータ３４は、Ｚ軸ボールネジ３２の一端部に連結されている。

研削送り機構３０では、Ｚ軸モータ３４がＺ軸ボールネジ３２を回転させることにより、Ｚ軸移動テーブル３３が、Ｚ軸ガイドレール３１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３３に取り付けられた支持ケース３６、および、支持ケース３６に支持された研削機構４０が、Ｚ軸移動テーブル３３とともにＺ軸方向に移動する。

研削機構４０は、いわゆるエアスピンドルユニットとしてのスピンドルユニット４２、スピンドルユニット４２の下端に取り付けられたマウント４５、および、研削砥石４８を有する研削ホイール４６を備えている。研削機構４０の構成については後述する。

チャックテーブル２０に隣接する位置には、厚み測定器５５が配設されている。厚み測定器５５は、研削中に、ウェーハ１００の厚みを、たとえば接触式にて測定することができる。すなわち、厚み測定器５５は、チャックテーブル２０の保持面２１およびウェーハ１００に、それぞれ、接触子５６および接触子５７を接触させる。これにより、厚み測定器５５は、チャックテーブル２０の保持面２１の高さおよびウェーハ１００の高さを求め、これらの高さの差分に基づいて、ウェーハ１００の厚みを測定することができる。

また、コラム１５には、研削機構４０の高さ位置を測定するためのリニアスケール５１が配設されている。リニアスケール５１は、Ｚ軸移動テーブル３３に設けられ、Ｚ軸移動テーブル３３とともにＺ軸方向に移動する読取部５２、および、Ｚ軸ガイドレール３１の表面に設けられたスケール部５３を含んでいる。読取部５２が、スケール部５３の目盛りを読み取ることで、研削機構４０の高さ位置が測定される。

また、研削装置１は、研削装置１の各構成要素を制御する制御部５０を備えている。制御部５０は、上述した研削装置１の各構成要素を制御して、ウェーハ１００に対する研削加工を実施する。

次に、本実施形態の研削機構４０について、より詳細に説明する。
図２に示すように、研削機構４０のスピンドルユニット４２は、直立姿勢のスピンドル４４、スピンドル４４を覆っており、スピンドル４４を支持するケーシング４３、スピンドル４４の下端部分を覆う筒カバー６６、および、スピンドル４４を回転駆動するスピンドルモータ７１を備えている。

スピンドル４４は、Ｚ軸方向に延びている。スピンドル４４の中間部分には、大径の第１円板部７６が形成されている。また、スピンドル４４の下端部分にも、大径の第２円板部７７が形成されている。

スピンドル４４の上端には、スピンドルモータ７１が連結されている。スピンドルモータ７１は、スピンドル４４の上端部分に設けられたロータ７２と、ステータ７３とを有している。ステータ７３は、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が形成されている。これらの冷却水路７５によって、スピンドルモータ７１が冷却される。

ケーシング４３は、スピンドル４４の外側面を囲繞し、エアベアリングによってスピンドル４４を回転自在に支持するように構成されている。
ケーシング４３は、その下端部分に、環状部７８を備えている。環状部７８は、スピンドル４４の第１円板部７６と第２円板部７７との間に入り込むように、かつ、小径部４９、第１円板部７６および第２円板部７７と環状部７８との間に僅かな隙間のエアベアリング８５が形成可能に、ケーシング４３に設けられている。なお、小径部４９は、スピンドル４４における第１円板部７６と第２円板部７７との間の、比較的に径の小さい円柱部分である。

また、ケーシング４３は、エア供給源８０に接続されたエア供給路８２、および、複数のエア噴出口７９を備えている。エア供給路８２は、環状部７８を含むケーシング４３内に延びるように形成されている。エア噴出口７９は、環状部７８に、スピンドル４４の小径部４９、第１円板部７６および第２円板部７７と対向するように設けられており、エア供給路８２に接続されている。

スピンドル４４は、このケーシング４３の下端から下方に延出されている。スピンドル４４の下端には、加工具を装着するための上述したマウント４５が連結されている。マウント４５には、加工具としての研削ホイール４６が装着されている。研削ホイール４６は、外径がマウント４５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４６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）４７を含む。ホイール基台４７の下面には、全周にわたって、研削砥石４８が固定されている。

研削砥石４８は、たとえば、ダイヤモンド砥粒を、メタルボンドあるいはレジンボンド等の結合剤で固めることによって形成される。研削砥石４８は、チャックテーブル２０に保持されたウェーハ１００の裏面１０２を研削する（図１参照）。

筒カバー６６は、ケーシング４３の下端に設けられている。また、筒カバー６６の下端は、マウント４５とは離接されている。そして、筒カバー６６は、ケーシング４３の下端とマウント４５との間で、スピンドル４４の外側面を囲って、筒状隙間８８を形成している。

すなわち、筒カバー６６は、ケーシング４３の下端から突出しているスピンドル４４の下端部分である第２円板部７７を囲繞し、この第２円板部７７と筒カバー６６との間に筒状隙間８８が形成されるように、ケーシング４３の下端に配置されている。筒状隙間８８は、スピンドル４４の第２円板部７７と筒カバー６６との間で、ケーシング４３の下端からＺ軸方向に延びる筒状の隙間であり、その上端が上述したエアベアリング８５に連通されるとともに、下端が外部に開放されている。

また、ケーシング４３の下端とマウント４５との間におけるスピンドル４４の外側面、すなわち、スピンドル４４の第２円板部７７の外側面には、螺旋状の溝である螺旋溝９０が形成されている。螺旋溝９０は、スピンドル４４が研削加工のために図２に示す矢印３０１の方向に回転したときに、筒状隙間８８内に下方向の螺旋気流を発生させるように、第２円板部７７の外側面に形成されている。したがって、螺旋溝９０は、筒状隙間８８に下方向の螺旋気流を発生させる螺旋気流発生部として機能する。

このような構成を有する研削装置１では、ウェーハ１００に対する研削加工の際、制御部５０の制御により、スピンドルモータ７１によって、矢印３０１に示すようにスピンドル４４を回転させる。これにより、スピンドル４４とともに回転する研削ホイール４６の研削砥石４８によって、ウェーハ１００が研削加工される（図１参照）。

また、ウェーハ１００に対する研削加工の際、制御部５０は、図２に示したエア供給源８０からエア供給路８２に対してエアを供給することにより、スピンドルユニット４２のケーシング４３の環状部７８のエア噴出口７９から、スピンドル４４の小径部４９、第１円板部７６および第２円板部７７に向けて、矢印２０１に示すように、高圧のエアを噴出させる。

このように、高圧のエアが、スピンドル４４における小径部４９、第１円板部７６および第２円板部７７の外面に噴射されることにより、これらとケーシング４３の環状部７８との間にエアベアリング８５が形成され、スピンドル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。すなわち、スピンドル４４が、ケーシング４３と非接触の状態で、ケーシング４３によって回転可能に支持される。

また、エアベアリング８５を形成しているエアの一部は、スピンドルモータ７１を空冷しながら、スピンドルユニット４２の上方の排気口４１から排気される。一方、エアベアリング８５を形成しているエアの他の一部は、ケーシング４３の下端に配置された筒状隙間８８に導入され、筒状隙間８８の下端から排気される。

また、研削加工の際、図示しない研削水供給源から、研削水が、たとえばスピンドル４４に設けられた流路を介して、ウェーハ１００と研削砥石４８との接点に供給される。このため、研削加工では、研削砥石４８がウェーハ１００を研削することによって、研削屑等の加工屑を含む研削廃液の噴霧が生成される。

これに関し、本実施形態にかかるスピンドルユニット４２では、図２に示したように、スピンドル４４における第２円板部７７の外側面に、螺旋気流発生部としての上述した螺旋溝９０が配置されている。したがって、スピンドル４４の回転に伴って、螺旋溝９０により、第２円板部７７の外側面と筒カバー６６との間の隙間である筒状隙間８８に、下方向の螺旋気流が発生する。

このため、この螺旋気流によって、エアベアリング８５から筒状隙間８８内に導入された排気エアをかき乱すことができるので、筒状隙間８８内の全域に、エアベアリング８５から排気された排気エアを行き渡らせることが可能になる。すなわち、筒状隙間８８に間隔の狭い部分があったとしても、筒状隙間８８内を周回しながら下方に流れる螺旋気流によって、筒状隙間８８の全域にエアベアリング８５から排気された排気エアを通して、筒状隙間８８の下端から排気エアを排気することができる。
このため、本実施形態では、このような排気エアの流れによって、筒状隙間８８の下端から筒状隙間８８の内部に加工屑を含む研削廃液の噴霧が進入することを防止することが可能となっている。

したがって、本実施形態では、筒状隙間８８において、スピンドル４４における第２円板部７７の外側面および筒カバー６６の内面に研削廃液中の加工屑が固着（乾燥付着）することを、良好に防止することができる。このため、スピンドル４４が回転しにくくなることを防止することが可能となるとともに、第２円板部７７および筒カバー６６を清掃する必要性を低減することができる。

なお、エアベアリング８５から筒状隙間８８に排気エアが導入されると、スピンドル４４の螺旋溝９０によって螺旋気流が形成されることにより、スピンドル４４が回転力を受ける。このため、スピンドルユニット４２は、スピンドル４４の回転を停止するための、電磁ブレーキなどの停止装置を有していてもよい。この場合、制御部５０は、たとえば、スピンドル４４の回転を停止させておく場合には、停止装置を用いてスピンドル４４の回転を止めて停止状態を維持する一方、スピンドルモータ７１によってスピンドル４４を回転させる際には、スピンドル４４が回転可能なように、停止装置を解除する。

また、上述の実施形態では、螺旋気流発生部として、スピンドル４４における第２円板部７７の外側面に形成された螺旋溝９０を用いている。これに関し、螺旋溝９０に代えて、螺旋気流発生部として、スピンドル４４の外側面である第２円板部７７の外側面に貼着された螺旋状模様のシールを用いてもよい。螺旋状模様は、たとえば、立体的な螺旋状の模様（螺旋状の溝、あるいは、螺旋状のドット）である。

この構成でも、螺旋状模様のシールにより、スピンドル４４の回転に伴って、筒状隙間８８に導入された排気エアをかき乱し筒状隙間８８に下方向の螺旋気流を発生させることができるので、筒状隙間８８に研削廃液の噴霧が進入することを防止することが可能となる。

また、本実施形態では、図２に示すように、スピンドルユニット４２は、筒状隙間８８に水を供給するための水供給部としての水供給口９５を備えていてもよい。この水供給口９５は、筒カバー６６に設けられた開口部であり、水供給路９７を介して、水供給源９６に接続されている。

この構成では、制御部５０は、ウェーハ１００に対する研削加工の際、水供給源９６から水供給路９７に対して水を供給することにより、筒カバー６６に形成された水供給口９５から、筒状隙間８８に向けて水を供給する。

これにより、筒状隙間８８に形成される螺旋気流に、水を混入させることができる。すなわち、この構成では、水と排気エアとの混合物である二流体からなる螺旋気流を筒状隙間８８に発生させることができる。したがって、筒状隙間８８の下端から筒状隙間８８に、加工屑を含む研削廃液の噴霧が進入することを、より良好に防止することが可能となる。

また、本実施形態の研削装置は、図１に示すような装置構成に限定されず、たとえば、カセットに対するウェーハの搬出および搬入、研削加工、研磨加工および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であってもよい。

また、本実施形態に示したスピンドルユニット４２は、研磨装置に適用されることも可能である。この場合、スピンドルユニット４２は、研削ホイール４６に代えて、研磨ホイールを備える。

１：研削装置、１０：基台、１１：コラム、１２：蛇腹カバー、１３：開口部、
１５：コラム、２０：チャックテーブル、２１：保持面、２３：カバー板、
３０：研削送り機構、３１：Ｚ軸ガイドレール、３２：Ｚ軸ボールネジ、
３３：Ｚ軸移動テーブル、３４：Ｚ軸モータ、３６：支持ケース、
４０：研削機構、４２：スピンドルユニット、４３：ケーシング、
４４：スピンドル、４５：マウント、４６：研削ホイール、４７：ホイール基台、
４８：研削砥石、４９：小径部、５０：制御部、５１：リニアスケール、
５２：読取部、５３：スケール部、５５：厚み測定器、５６：接触子、
５７：接触子、６６：筒カバー、７１：スピンドルモータ、７２：ロータ、
７３：ステータ、７４：冷却ジャケット、７５：冷却水路、７６：第１円板部、
７７：第２円板部、７８：環状部、７９：エア噴出口、８０：エア供給源、
８２：エア供給路、８５：エアベアリング、８８：筒状隙間、９０：螺旋溝、
９５：水供給口、９６：水供給源、９７：水供給路、
１００：ウェーハ、１０１：表面、１０２：裏面、１０３：保護テープ

Claims (4)

1. 加工具を装着するためのマウントが下端に連結されているスピンドルと、該スピンドルの外側面を囲繞する、エアベアリングによって該スピンドルを回転可能に支持するケーシングと、を備えるスピンドルユニットであって、
   該スピンドルは、該ケーシングの下端から下方に延出されており、該スピンドルの下端に該マウントが連結されており、
   該ケーシングの下端と該マウントとの間で該スピンドルの外側面を囲って筒状隙間を形成する筒カバーと、
   該ケーシングの下端と該マウントとの間の該スピンドルの外側面に配置され、該筒状隙間に下方向の螺旋気流を発生させる螺旋気流発生部と、
   を備えるスピンドルユニット。
2. 該螺旋気流発生部は、該スピンドルの外側面に形成された螺旋状の溝である、
   請求項１記載のスピンドルユニット。
3. 該螺旋気流発生部は、該スピンドルの外側面に貼着された螺旋状模様のシールである、
   請求項１記載のスピンドルユニット。
4. 該筒状隙間に水を供給する水供給部を備える、
   請求項１記載のスピンドルユニット。

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