JP4721574B2 - 研削装置の原点位置設定機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削工具のチャックテーブルに対する原点位置を設定するための研削装置の原点位置設定機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる切断ラインによって多数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々に半導体回路を形成する。このように多数の半導体回路が形成された半導体ウエーハをストリートに沿って分離することにより、個々の半導体チップを形成する。半導体チップの小型化および軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハをストリートに沿って切断して個々の矩形領域を分離するのに先立って、半導体ウエーハの裏面を研削して所定の厚さに形成している。また、先ダイシング方式と称される半導体チップの分離方式においては、半導体ウエーハの表面からストリートに沿って切削加工により所定深さの溝を形成し、その後に半導体ウエーハの裏面を上記溝まで研削することによって、半導体ウエーハを所定の厚さに形成するとともに、個々の矩形領域を分離している。このような半導体ウエーハの裏面を研削する研削装置は、被加工物を載置する載置面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの載置面上に載置されている被加工物を研削するための研削工具を備えた研削ユニットと、該研削ユニットを該チャックテーブルの該載置面と垂直な方向に移動せしめる研削ユニット送り機構とを具備している。
【0003】
近年、半導体チップを使用する電気機器の小型化および軽量化が進み、半導体ウエーハの厚さは100μm以下、より好ましくは50μm以下に加工することが望まれている。しかるに、半導体ウエーハの裏面を研削して100〜50μm以下の所定の厚さに仕上げるにはチャックテーブルの載置面から研削工具の加工面までの相対距離を高精度に把握しておく必要がある。
【0004】
チャックテーブルの載置面から研削工具の加工面までの相対距離を把握する方法として従来は、チャックテーブルの載置面から予め所定高さ位置に設定された接触センサーを研削工具の下方に移動し、研削ユニットを下降して研削工具が接触センサーに触れた時点における研削ユニットの位置を検出していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
而して、上記従来の方法においては、接触センサーをセットアップ時にその都度研削工具の下方に移動する必要があり、作動機構が複雑となる。また、研削工具がバフ等のように柔らかい場合には、接触センサーの先端形状が針状に細く形成されているため、研削工具に接触センサーが接触した際に研削工具に食い込み又は研削工具がへこんで、接触位置を誤認識する恐れがある。
【0006】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、センサーに作動機構を用いることなく、研削工具のチャックテーブルに対する原点位置を高精度に設定することができる研削装置の原点位置設定機構を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を載置する載置面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの載置面上に載置されている被加工物を研削するための研削工具を備えた研削ユニットと、該研削ユニットを該チャックテーブルの該載置面と垂直な方向に移動せしめる研削ユニット送り機構とを具備する研削装置において、該研削工具の該チャックテーブルに対する原点位置を設定するための原点位置設定機構であって、
該チャックテーブルを回転自在に支持する支持板と該支持板を支持する3本の支持柱との間にそれぞれ配設され該チャックテーブルに作用する荷重を検出する3個の荷重検出手段と、
該研削ユニット送り機構によって移動せしめられる該研削ユニットの移動位置を検出する研削ユニット位置検出手段と、
該3個の荷重検出手段および該研削ユニット位置検出手段からの検出信号に基づいて該原点位置を設定する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該チャックテーブルに作用する荷重を検出した該3個の荷重検出手段からの検出信号のうち最も早い信号が出力された時点における該研削ユニット位置検出手段が検出した研削ユニットの移動位置を原点位置として設定する、
ことを特徴とする研削装置の原点位置設定機構が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された研削装置の原点位置設定機構の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0010】
図1には本発明による原点位置設定機構を備えた研削装置の斜視図が示されている。
研削装置は、全体を番号2で示す装置ハウジングを具備している。装置ハウジング2は、細長く延在する直方体形状の主部21と、該主部21の後端部(図1において右上端)に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁22とを有している。直立壁22の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール221、221が設けられている。この一対の案内レール221、221に研削ユニット3が上下方向に移動可能に装着されている。
【0011】
研削ユニット3は、移動基台31と該移動基台31に装着されたスピンドルユニット32を具備している。移動基台31は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部311、311が設けられており、この一対の脚部311、311に上記一対の案内レール221、221と摺動可能に係合する被案内溝312、312が形成されている。このように直立壁22に設けられた一対の案内レール221、221に摺動可能に装着された移動基台31の前面には前方に突出した支持部313が設けられている。この支持部313にスピンドルユニット32が取り付けられる。
【0012】
スピンドルユニット32は、支持部313に装着されたスピンドルハウジング321と、該スピンドルハウジング321に回転自在に配設された回転スピンドル322と、該回転スピンドル322を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ323(M1)とを具備しており、サーボモータ323(M1)の出力軸が図示しない減速機構を介して回転スピンドル322と伝動連結されている。回転スピンドル322の下端部はスピンドルハウジング321の下端を越えて下方に突出せしめられており、回転スピンドル322の下端には研削工具325が装着されている。詳述すると、回転スピンドル322の下端には円板形状の装着部材324が固定されており、この装着部材324には周方向に間隔をおいて複数個の貫通孔(図示していない)が形成されている。研削工具325は、図3および図4に図示する如く、円板形状の支持部材326と円板形状の研削部材327とから構成されている。支持部材326には周方向に間隔をおいてその上面から下方に延びる複数個の盲ねじ穴326aが形成されている。支持部材326の下面は円形支持面を構成しており、研削部材327はエポキシ樹脂系接着剤の如き適宜の接着剤によって支持部材326の円形支持面に接合されている。研削部材327は、図示の実施形態においてはフエルトに砥粒を分散させ適宜のボンド剤で固定したフエルト砥石が用いられている。このフエルト砥石からなる研削部材327自体の構成についての詳細な説明は、本出願人が既に提案した特願2001−93397の明細書および図面に詳細に説明されているのでかかる記載に委ね、本明細書においては説明を省略する。上記回転スピンドル322の下端に固定されている装着部材324の下面に研削工具325を位置付け、装着部材324に形成されている貫通孔を通して研削工具325の支持部材326に形成されている盲ねじ孔326aに締結ボルト327を螺着することによって、装着部材324に研削工具325が装着される。
【0013】
図1に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研削装置は、上記研削ユニット3を上記一対の案内レール31、31に沿って上下方向(後述するチャックテーブルの載置面と垂直な方向)に移動せしめる研削ユニット送り機構4を備えている。この研削ユニット送り機構4は、直立壁22の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド41を具備している。この雄ねじロッド41は、その上端部および下端部が直立壁22に取り付けられた軸受部材42および43によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材42には雄ねじロッド41を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ44(M2)が配設されており、このパルスモータ44(M2)の出力軸が雄ねじロッド41に伝動連結されている。移動基台31の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部(図示していない)も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド41が螺合せしめられている。従って、パルスモータ44(M2)が正転すると移動基台31即ち研削ユニット3が下降せしめられ、パルスモータ44(M2)が逆転すると移動基台31即ち研削ユニット3が上昇せしめられる。
【0014】
図示の実施形態における研削装置は、図2に示すように上記研削ユニット3の移動位置を検出するための研削ユニット位置検出手段5を具備している。研削ユニット位置検出手段5は、直立壁22内に上記雄ねじロッド41と平行に配設されたリニヤスケール51と、上記移動基台31に取り付けられリニヤスケール51の被検出線を検出する検出器52(LIS)とからなっている。検出器52(LIS)は、それ自体周知の光電式検出器でよく、上記リニヤスケール51の被検出線(例えば1μm間隔で形成されている)の検出に応じてパルス信号を生成し、このパルス信号を後述する制御手段に送る。なお、上記直立壁22には、検出器52(LIS)の移動を許容する長穴が形成されている。
【0015】
図1および図2を参照して説明を続けると、ハウジング2の主部21の後半部上には略矩形状の没入部211が形成されており、この没入部211にはチャックテーブル機構6が配設されている。チャックテーブル機構6は、支持基台61とこの支持基台61に実質上鉛直に延びる回転中心軸線を中心として回転自在に配設された円板形状のチャックテーブル62とを含んでいる。支持基台61は、上記没入部211上に前後方向(直立壁22の前面に垂直な方向)である矢印23aおよび23bで示す方向に延在する一対の案内レール23(図2においては一方の案内レールのみが示されている)に摺動自在に装着されている。
【0016】
上記チャックテーブル62は、上面に被加工物を載置する載置面621を有し、上記支持基台61上に支持手段63によって回転可能に支持されている。チャックテーブル62の下面には、その中心部に回転軸622が装着されている。なお、チャックテーブル62は、多孔質セラミッックスの如き適宜の多孔性材料から構成されており、図示しない吸引手段に接続されている。従って、チャックテーブル62を図示しない吸引手段に選択的に連通することにより、載置面621上に載置された被加工物を吸引保持する。
【0017】
チャックテーブル機構6を構成する支持手段63は、支持基台61上に配設された3本(図2においては2本のみ示されている)の支持柱631と、該支持柱631上に配設された円板形状の支持板632とからなっており、支持板632上にボールベアリング633を介して上記チャックテーブル62を回転自在に支持している。なお、支持板632中心部には、上記回転軸622が挿通する穴632aが設けられている。支持板632の下方における支持基台61上にはチャックテーブル62を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ65(M3)が配設されている。このサーボモータ65(M3)の出力軸が上記チャックテーブル62の回転軸622に伝動連結されている。なお、図示の実施形態においては、上記3本の支持柱631と支持板632との間にチャックテーブル62に作用する荷重を検出する荷重検出手段64(LOS)がそれぞれ配設されている。この荷重検出手段64(LOS)は、図示の実施形態においてはキスラー動力計が用いられており、チャックテーブル62に作用する荷重に対応した電圧信号を出力する。荷重検出手段64(LOS)から出力された電圧信号は、図示しないA/D変換器によってデジタル信号に変換されて後述する制御手段に送られる。
【0018】
図示の実施形態における研削装置は、図2に示すように上記チャックテーブル機構6を一対の案内レール23に沿って矢印23aおよび23bで示す方向に移動せしめるチャックテーブル移動機構66を具備している。チャックテーブル移動機構66は、一対の案内レール23間に配設され案内レール23と平行に延びる雄ねじロッド661を具備している。この雄ねじロッド661は、その両端部が一対の案内レール23を連結して取り付けられた軸受部材662および663によって回転自在に支持されている。前側の軸受部材662には雄ねじロッド661を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ664(M4)が配設されており、このサーボモータ664(M4)の出力軸が雄ねじロッド661に伝動連結されている。支持基台61の前端(図2において左端)には貫通雌ねじ穴を備えた雌ねじブロック665が取り付けられており、この雌ねじブロック665の貫通雌ねじ穴に上記雄ねじロッド661が螺合せしめられている。従って、サーボモータ664(M4)が正転すると支持基台61即ちチャックテーブル機構6が矢印23aで示す方向に移動し、サーボモータ664(M4)が逆転すると支持基台61即ちチャックテーブル機構6が矢印23bで示す方向に移動せしめられる。矢印23aおよび23bで示す方向に移動せしめられるチャックテーブル機構6は、矢印23aおよび23bで示す方向に間隔をおいて位置せしめられている被加工物搬入・搬出域24および研削域25に選択的に位置付けられる。また、チャックテーブル機構6は、研削域25においては所定範囲に渡って矢印矢印23aおよび23bで示す方向に往復動せしめられる。
【0019】
上記チャックテーブル移動機構66の移動方向両側には、図1に示すように横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記雄ねじロッド661等を覆っている蛇腹手段71および72が付設されている。蛇腹手段71および72はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段71の前端は没入部211の前面壁に固定され、後端はチャックテーブル移動機構65の支持基台61の前端面に固定されている。蛇腹手段72の前端はチャックテーブル移動機構65の支持基台61の後端面に固定され、後端は装置ハウジング2の直立壁22の前面に固定されている。チャックテーブル移動機構65が矢印23aで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段71が伸張されて蛇腹手段72が収縮され、チャックテーブル移動機構65が矢印23bで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段71が収縮されて蛇腹手段72が伸張せしめられる。
【0020】
図1に基づいて説明を続けると、装置ハウジング2の主部21における前半部上には、第1のカセット11と、第2のカセット12と、被加工物仮載置手段13と、洗浄手段14と、被加工物搬送手段15と、被加工物搬入手段16および被加工物搬出手段17が配設されている。第1のカセット11は研削加工前の被加工物を収納し、装置ハウジング2の主部21におけるカセット搬入域に載置される。第2のカセット12は装置ハウジング2の主部21におけるカセット搬出域に載置され、研削加工後の被加工物を収納する。被加工物仮載置手段13は第1のカセット11と被加工物搬入・搬出域24との間に配設され、研削加工前の被加工物を仮載置する。洗浄手段14は被加工物搬入・搬出域24と第2のカセット12との間に配設され、研削加工後の被加工物を洗浄する。被加工物搬送手段15第1のカセット11と第2のカセット12との間に配設され、第1のカセット11内に収納された被加工物を被加工物仮載置手段13に搬出するとともに洗浄手段14で洗浄された被加工物を第2のカセット12に搬送する。被加工物搬入手段16は被加工物仮載置手段13と被加工物搬入・搬出域24との間に配設され、被加工物仮載置手段13上に載置された研削加工前の被加工物を被加工物搬入・搬出域24に位置付けられたチャックテーブル機構6のチャックテーブル62上に搬送する。被加工物搬出手段17は被加工物搬入・搬出域24と洗浄手段14との間に配設され、被加工被加工物搬入・搬出域24に位置付けられたチャックテーブル62上に載置されている研削加工後の被加工物を洗浄手段14に搬送する。
【0021】
上記第1のカセット11に収容される被加工物は、環状のフレームに保護テープを介して表面側が装着された半導体ウエーハ(従って、半導体ウエーハは裏面が上側に位置する)、或いは支持基板(サブストレート)上に表面側が装着された半導体ウエーハ(従って、半導体ウエーハは裏面が上側に位置する)でよい。このような被加工物である半導体ウエーハを収容した第1のカセット11は、装置ハウジング2の主部21における所定のカセット搬入域に載置される。そして、カセット搬入域に載置された第1のカセット11に収容されていた研削加工前の半導体ウエーハが全て搬出されると、空のカセット11に代えて複数個の半導体ウエーハを収容した新しいカセット11が手動でカセット搬入域に載置される。一方、装置ハウジング2の主部21における所定のカセット搬出域に載置された第2のカセット12に所定数の研削加工後の半導体ウエーハが搬入されると、かかる第2のカセット12が手動で搬出され、新しい空の第2のカセット12が載置される。
【0022】
図示の実施形態における研削装置は、図2に示すように制御手段10を具備している。制御手段10はマイクロコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)101と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)102と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)103と、タイマー(T)104と、入力インターフェース105および出力インターフェース106とを備えている。このように構成された制御手段10の入力インターフェース105には、上記研削ユニット位置検出手段5を構成するリニヤスケール51の検出器52(LIS)、荷重検出手段64(LOS)、セットアップスイッチ110(SW1)等からの信号が入力される。また、出力インターフェース106からは、上記サーボモータ323(M1)、パルスモータ44(M2)、サーボモータ65(M3)、サーボモータ664(M4)および洗浄手段14、被加工物搬送手段15、被加工物搬入手段16、被加工物搬出手段17等に制御信号を出力する。
【0023】
次に、上述した研削装置の加工処理動作について図1を参照して簡単に説明する。
第1のカセット11に収容された研削加工前の被加工物としての半導体ウエーハは被加工物搬送手段15の上下動作および進退動作により搬送され、被加工物仮載置手段13に載置される。被加工物仮載置手段13に載置された半導体ウエーハは、ここで中心合わせが行われた後に被加工物搬入手段16の旋回動作によって被加工物搬入・搬出域24に位置せしめられているチャックテーブル機構6のチャックテーブル62上に載置される。チャックテーブル62上に載置された半導体ウエーハは、図示しない吸引手段によってチャックテーブル62上に吸引保持される。しかる後に、チャックテーブル機構6が矢印23aで示す方向に移動され研削域25に位置付けられる。そして、研削域25においては、半導体ウエーハを保持したチャックテーブル62が回転せしめらるとともに、回転駆動せしめられている研削工具325の研削部材327がチャックテーブル62上の半導体ウエーハの裏面に押圧され、そしてまたチャックテーブル機構6が矢印23aおよび23bで示す方向に所定範囲に渡って往復動せしめられ、かくして研削部材327の作用によって半導体ウエーハの裏面が乾式研削され、残留加工歪が除去される。
【0024】
研削が終了すると、研削工具325が半導体ウエーハの裏面から上方に離隔され、チャックテーブル機構6が矢印23bで示す方向に被加工物搬入・搬出域24まで移動せしめられる。しかる後に、チャックテーブル62上の研削加工された半導体ウエーハの吸引保持が解除され、吸引保持が解除された半導体ウエーハは被加工物搬出手段17により搬出されて洗浄手段14に搬送される。洗浄手段14に搬送された半導体ウエーハは、ここで洗浄された後に被加工物搬送手段15よって第2のカセット12の所定位置に収納される。
【0025】
上述した研削作業により被加工物である半導体ウエーハを所定の厚さに精確に加工するには、研削作業に先立って研削工具のチャックテーブルに対する原点位置、即ち研削工具325を構成する研削部材327の研削面がチャックテーブル62の載置面621に接触する位置を設定する、セットアップを実施する必要がある。以下、セットアップについて説明する。
先ず、セットアップスイッチ110(SW1)がONされると、制御手段10はチャックテーブル移動機構66のサーボモータ664(M4)を正転駆動してチャックテーブル機構6を矢印23aで示す方向に移動せしめ、チャックテーブル機構6が研削域25に達したらサーボモータ664(M4)を停止する。次に、制御手段10は研削ユニット送り機構4のパルスモータ44(M2)を正転駆動して研削ユニット3を下降せしめる。そして、研削工具325を構成する研削部材327の研削面がチャックテーブル62の載置面621に接触すると、これまで所定の電圧値を出力していた上記荷重検出手段64(LS)の出力電圧値が急激に変化する。一方、研削ユニット位置検出手段5を構成するリニヤスケール51の検出器52(LIS)は研削ユニット3の下降に伴ってリニヤスケール51の被検出線毎にパルス信号を出力しており、制御手段10は研削ユニット3の移動が所定の基準位置から上記荷重検出手段64(LS)の出力電圧値が急激に変化した時点までのリニヤスケール51に沿って移動する検出器52(LIS)からのパルス数を検出し、このパルス数が原点位置に対応するパルス数としてランダムアクセスメモリ103(RAM)の原点位置記憶領域に格納し、原点位置として設定する。なお、図示の実施形態においては、上記荷重検出手段64(LS)を3個備えているので、出力電圧値の変化が最も早い信号が出力された時点で、上記原点位置を設定する。
【0026】
以上のように、図示の実施形態における研削装置の原点位置設定機構は、研削ユニット3を下降せしめ研削工具325を構成する研削部材327の研削面がチャックテーブル62の載置面621に接触し、チャックテーブル62に作用する荷重を検出する荷重検出手段64(LS)が荷重を検出した時点において研削ユニット位置検出手段5が検出した研削ユニット3の位置を原点位置として設定するので、研削工具が固定砥石のように硬度が高いものであっても、フェルト砥石のように硬度が低いものであってもチャックテーブル62の載置面621との接触を精確に検出することができ、従って精確な原点位置を設定することができる。また、図示の実施形態における研削装置の原点位置設定機構は、研削工具325を構成する研削部材327の研削面とチャックテーブル62の載置面621との接触を検出する荷重検出手段64(LS)は、従来の接触センサーのように作動機構を用いることがないので、その構成が極めて簡単となる。
【0027】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではない。例えば、実施形態においては研削工具としてフエルトに砥粒を分散させ適宜のボンド剤で固定したフエルト砥石が用いた例を示したが、砥粒を適宜のボンド剤で固定した固定砥石用いた研削装置にも適用することができる。
【0028】
【発明の効果】
本発明による研削装置の原点位置設定機構においては、チャックテーブルに作用する荷重を検出した3個の荷重検出手段からの検出信号のうち最も早い信号が出力された時点における研削ユニット位置検出手段が検出した研削ユニットの移動位置を原点位置として設定するので、研削工具が固定砥石のように硬度が高いものであっても、フェルト砥石のように硬度が低いものであってもチャックテーブルの載置面との接触を精確に検出することができ、従って精確な原点位置を設定することができる。また、研削工具とチャックテーブルの載置面との接触を検出する荷重検出手段は、従来の接触センサーのように作動機構を用いることがないので、その構成が極めて簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による原点位置設定機構を備えた研削装置の斜視図。
【図2】本発明による原点位置設定機構の概略構成図。
【図3】図1に示す研削装置に使用される研削工具を示す斜視図。
【図4】図3に示す研削工具その下面側から見た状態を示す斜視図。
【符号の説明】
2:装置ハウジング
3:研削ユニット
31:移動基台
32:スピンドルユニット
321:スピンドルハウジング
322:回転スピンドル
323:サーボモータ(M1)
325:研削工具
4:研削ユニット送り機構
41:雄ねじロッド
44:パルスモータ(M2)
5:研削ユニット位置検出手段
51:リニヤスケール
52:検出器(LIS)
6:チャックテーブル機構
61:支持基台
62:チャックテーブル
64:荷重検出手段(LOS)
65:サーボモータ(M3)
66:チャックテーブル移動機構
661:雄ねじロッド
664:サーボモータ(M4)
71、72:蛇腹手段
10:制御手段
11:第1のカセット
12:第2のカセット
13:被加工物仮載置手段
14:洗浄手段
15:被加工物搬送手段
16:被加工物搬入手段
17:被加工物搬出手段
Claims (1)
- 被加工物を載置する載置面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの載置面上に載置されている被加工物を研削するための研削工具を備えた研削ユニットと、該研削ユニットを該チャックテーブルの該載置面と垂直な方向に移動せしめる研削ユニット送り機構とを具備する研削装置において、該研削工具の該チャックテーブルに対する原点位置を設定するための原点位置設定機構であって、
該チャックテーブルを回転自在に支持する支持板と該支持板を支持する3本の支持柱との間にそれぞれ配設され該チャックテーブルに作用する荷重を検出する3個の荷重検出手段と、
該研削ユニット送り機構によって移動せしめられる該研削ユニットの移動位置を検出する研削ユニット位置検出手段と、
該3個の荷重検出手段および該研削ユニット位置検出手段からの検出信号に基づいて該原点位置を設定する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該チャックテーブルに作用する荷重を検出した該3個の荷重検出手段からの検出信号のうち最も早い信号が出力された時点における該研削ユニット位置検出手段が検出した研削ユニットの移動位置を原点位置として設定する、
ことを特徴とする研削装置の原点位置設定機構。
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