JP5231070B2 - 気体軸受けの接触検知機構 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハや電子部品を研削、研磨、又は切削する半導体製造装置に用いられる気体軸受けの接触検知機構に関する。

シリコン基板にＩＣ、ＬＳＩ等の回路が複数形成された半導体ウエーハ、又は電子部品に使用される各種セラミック基板、ガラス基板、樹脂基板等の板状物は研削・研磨装置によってその裏面が研削・研磨された後に、ダイシング装置やレーザー加工機等の切削装置によって個々のチップに分割され、各種電子機器に広く利用されている。

これら研削装置、研磨装置、切削装置等の半導体製造装置には、例えば切削ブレードや研削ホイールを回転させるスピンドルの支持手段として、切削装置において被加工物を保持し、加工中に切削ブレードに対してチャックテーブルを加工送りするチャックテーブルのスライダの支持手段として、更に研削装置においては、粗研削領域から仕上げ研削領域に被加工物を移動せしめるターンテーブルの支持手段として空気軸受け等の気体軸受けが用いられている。
特許公報第２６８８６２３号 特開２００１−３１３３２６号公報

一般にこれら気体軸受けの気体供給路には気体の供給量を管理する電磁弁が設置されているが、電磁弁と気体軸受けとの間で気体供給路に破損が生じた場合には気体軸受けに気体が供給されず、可動部が基台に接触してしまうことになる。可動部が基台に接触した状態で装置が稼動されると、当然部品が破壊されてしまうという問題を生じる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可動部と基台とが接触した際に接触を検知可能な気体軸受けの接触検知機構を提供することである。

本発明によると、基台に対して可動部を絶縁状態で支持する気体軸受けの接触検知機構であって、第１及び第２接触検知回路と、該第１及び第２接触検知回路の異常を判定する異常判定手段とを具備し、前記第１接触検知回路は、該可動部に接続された電源と、該基台に一端が接続された抵抗値Ｒ１を有する第１抵抗体と、一端が該電源に接続され他端が該第１抵抗体の他端に接続された抵抗値Ｒ２を有する第２抵抗体と、一端が該第１及び第２抵抗体の他端に接続され、他端がグランドに接続された抵抗値Ｒ３を有する第３抵抗体と、該第３抵抗体の前記一端と他端との間の電位差を検出する第１電位差検出手段とから構成され、前記第２接触検知回路は、該基台に一端が接続された抵抗値Ｒ１を有する第４抵抗体と、一端が前記可動部を介して前記電源に接続され他端が該第４抵抗体の他端に接続された抵抗値Ｒ２を有する第５抵抗体と、一端が該第４及び第５抵抗体の他端に接続され、他端がグランドに接続された抵抗値Ｒ３を有する第６抵抗体と、該第６抵抗体の前記一端と他端との間の電位差を検出する第２電位差検出手段から構成され、前記異常判定手段は、電源電圧をＥとしたとき、前記第１電位差検出手段で検出された電位差と前記第２電位差検出手段で検出された電位差が｛Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）｝Ｅに一致した場合のみ正常と判定し、｛Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）｝Ｅに一致しない電位差が検出された場合に異常と判定することを特徴とする気体軸受けの接触検知機構が提供される。

本発明によると、複数の接触検知回路を有するため、回路に破断が生じることで接触を検知できない危険性を低減することができ、可動部を基台に接触した状態で装置を稼動させてしまうことを確実に防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の気体軸受けの接触検知機構を適用するのに適した研削装置２の斜視図を示している。

４は研削装置２のハウジングであり、ハウジング４の後方には二つのコラム６ａ，６ｂが垂直に立設されている。コラム６ａには、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って粗研削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。粗研削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

粗研削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定された複数の粗研削用の研削砥石２６を有する研削ホイール２４を含んでいる。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される粗研削ユニット移動機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

他方のコラム６ｂにも、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）１９が固定されている。この一対のガイドレール１９に沿って仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動可能に装着されている。

仕上げ研削ユニット２８は、そのハウジング３６が一対のガイドレール１９に沿って上下方向に移動する図示しない移動基台に取り付けられている。仕上げ研削ユニット２８は、ハウジング３６と、ハウジング３６中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ３８と、スピンドルの先端に固定された仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０を含んでいる。

仕上げ研削ユニット２８は、仕上げ研削ユニット２８を一対の案内レール１９に沿って上下方向に移動するボールねじ３０とパルスモータ３２とから構成される仕上げ研削ユニット移動機構３４を備えている。パルスモータ３２を駆動すると、ボールねじ３０が回転し、仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動される。

研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてハウジング４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル４４を具備している。ターンテーブル４４は比較的大径の円盤状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印４５で示す方向に回転される。

ターンテーブル４４は図示しないターンテーブルベースとターンテーブル４４との間に導入された圧縮空気等の気体軸受けにより回転可能に支持されている。ターンテーブル４４とターンテーブルベースとの間の接触を検知する本発明実施形態の気体軸受けの接触検知機構については後に詳細に説明する。

ターンテーブル４４には、互いに円周方向に１２０°離間して３個のチャックテーブル４６が水平面内で回転可能に配置されている。チャックテーブル４６は、ポーラスセラミック材によって円盤状に形成された吸着チャックを有しており、吸着チャックの保持面上に載置されたウエーハを真空吸引手段を作動することにより吸引保持する。４８は研削されたウエーハの厚みを測定する厚みゲージである。

ターンテーブル４４に配設された３個のチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

ハウジング４の前側部分には、第１のウエーハカセット５０と、第２のウエーハカセット５２と、ウエーハ搬送ロボット５４と、複数の位置決めピン５８を有する位置決めテーブル５６と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６０と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２と、スピンナユニット６３が配設されている。ウエーハ搬出機構６２は本発明の板状物の搬送装置の一実施形態である。

また、ハウジング４の概略中央部には、チャックテーブル４６を洗浄する洗浄水噴射ノズル６７が設けられている。この洗浄水噴射ノズル６７は、チャックテーブル４６がウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられた状態において、チャックテーブル４６に向かって洗浄水を噴射する。

図２を参照すると、本発明実施形態の気体軸受けの接触検知機構の回路図が示されている。６８は静止基台としてのターンテーブルベースであり、図示しないモータによりターンテーブル回転軸７０を回転することにより、ターンテーブル４４が空気軸受け等の気体軸受け７２により支持されながらターンテーブルベース６８に対して回転される。

第１抵抗体Ｒ１の一端はターンテーブルベース６８に接続され、第２抵抗体Ｒ２の一端はＥボルト（Ｖ）の電源及びターンテーブル４４に接続されている。第１及び第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２の他端同士は互いに接続されている。

さらに、第３抵抗体Ｒ３の一端が第１及び第２抵抗体Ｒ１，Ｒ２の他端に接続され、第３抵抗体Ｒ３の他端はグランドに接続されている。第３抵抗体Ｒ３の両端には第１電位差検出手段Ｖ１が接続されており、第３抵抗体Ｒ３の一端と他端との間の電位差を検出する。

第４抵抗体Ｒ４の一端がターンテーブルベース６８に接続され、第５抵抗体Ｒ５の一端がターンテーブル４４を介してＥボルト（Ｖ）の電源に接続されている。第４及び第５抵抗体Ｒ４，Ｒ５の他端同士は互いに接続されている。

さらに、第６抵抗体Ｒ６の一端が第４及び第５抵抗体Ｒ４，Ｒ５の他端に接続され、第６抵抗体Ｒ６の他端はグランドに接続されている。第６抵抗体Ｒ６の両端には第２電位差検出手段Ｖ２が接続されており、第６抵抗体Ｒ６の一端と他端との間の電位差を検出する。

本実施形態では、第１抵抗体Ｒ１と第４抵抗体Ｒ４の抵抗値は等しく、第２抵抗体Ｒ２と第５抵抗体Ｒ５の抵抗値は等しく、第３抵抗体Ｒ３と第６抵抗体Ｒ６の抵抗値は等しく設定されている。

第１から第３抵抗体Ｒ１〜Ｒ３と、第１電位差検出手段Ｖ１により第１接触検知回路７４を構成し、第４から第６抵抗体Ｒ４〜Ｒ６と、第２電位差検出手段Ｖ２により第２接触検知回路７６を構成する。すなわち、本実施形態の気体軸受けの接触検知機構においては、電源とグランドとの間に同一構成の第１及び第２接触検知回路７４，７６が並列に接続されている。

図３〜図９を参照して、上述した気体軸受けの接触検知機構の作用について説明する。簡単化のために第１から第６抵抗体Ｒ１〜Ｒ６の抵抗値は全て１Ωとして、電源電圧ＥＶは２４Ｖとして計算する。

図３（Ａ）はターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触で回路の断線がない場合の接触検知機構の接続状態を示しており、図３（Ｂ）はその等価回路を示している。

この場合には、Ｖ１＝｛Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）｝× ２４Ｖ
＝ １／２×２４Ｖ
＝ １２Ｖとなる。

同様に、Ｖ２＝１２Ｖとなる。このように、Ｖ１＝Ｖ２＝１２Ｖを検出することにより、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触であることを検出できる。

図４（Ａ）はターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触し、且つ回路の断線がない時の気体軸受けの接触検知機構の接続状態を示しており、図４（Ｂ）はその等価回路図である。

この場合には、第１抵抗体Ｒ１と第２抵抗体Ｒ２の合成抵抗をＲとすると、
１／Ｒ＝１／Ｒ１＋１／Ｒ２
１／Ｒ＝１＋１＝２
よって、Ｒ＝１／２となる。

従って、Ｖ１＝｛Ｒ３／（Ｒ＋Ｒ３）｝×２４＝｛１＋（１／２＋１）｝×２４＝１６Ｖとなる。同様に、Ｖ２＝１６Ｖとなり、第１及び第２電位差検出手段Ｖ１，Ｖ２が共に１６Ｖを検出することにより、回路の断線はないがターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触していると検出できる。

図５（Ａ）はターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触しており、且つ第１抵抗体Ｒ１が断線している場合の気体軸受けの接触検知機構の接続状態を示しており、図５（Ｂ）はその等価回路図である。この場合には、Ｖ１＝１２Ｖが検出され、Ｖ２＝１６Ｖが検出される。

よって、Ｖ１＝１２Ｖ且つＶ２＝１６Ｖを検出することにより、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触しており、第１抵抗体Ｒ１が断線していると検出することができる。

ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触時で、第１抵抗体Ｒ１に代わり第４抵抗体Ｒ４が断線している場合も同様に計算することができ、この時にはＶ１＝１６Ｖ、Ｖ２＝１２Ｖとなる。

図６（Ａ）はターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触時で第１抵抗体Ｒ１が断線している場合の気体軸受けの接触検知機構の接続状態を示しており、図６（Ｂ）はその等価回路図である。

この場合には、図６（Ｂ）の等価回路図を参照すると明らかなように、回路的には図３（Ｂ）の等価回路と全く同じになる。よって、Ｖ１＝１２Ｖ、Ｖ２＝１２Ｖが検出され、図３に示した正常時と全く区別することができないが、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触であるため問題はない。

ターンテーブル４４とターンテーブルベース６８が非接触時で第４抵抗体Ｒ４が断線した場合も同様であり、本実施形態では、ターンテーブル４４とターンテーブルベース６８が非接触時に第４抵抗体Ｒ４の断線は検出することができないが、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触であるため問題はない。

図７（Ａ）はターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触時に第２抵抗体Ｒ２が断線した場合の気体軸受けの接触検知機構の接続状態を示しており、図７（Ｂ）はその等価回路図である。

この場合には、図７（Ｂ）に示す等価回路は図５（Ｂ）に示す等価回路と同一であるため、Ｖ１＝１２Ｖ、Ｖ２＝１６Ｖが検出される。よって、Ｖ１＝１２Ｖ、Ｖ２＝１６Ｖが検出された場合には、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触しており、且つ第１抵抗体Ｒ１又は第２抵抗体Ｒ２のいずれかが断線していると検出される。

ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触時に第５抵抗体Ｒ５が断線している場合には、同様にしてＶ１＝１６Ｖ、Ｖ２＝１２Ｖが検出される。よって、Ｖ１＝１６Ｖ、Ｖ２＝１２Ｖが検出された場合には、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触しており、且つ第４抵抗体Ｒ４又は第５抵抗体Ｒ５のいずれかが断線していると検出できる。

図８（Ａ）はターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触時で、且つ第２抵抗体Ｒ２が断線している場合の気体軸受けの接触検知機構の接続状態を示しており、図８（Ｂ）はその等価回路図である。

この場合には、第１、第３、第４、第６抵抗体の合成抵抗をＲｙとすると、
１／Ｒｙ＝１／Ｒ６＋１／（Ｒ４＋Ｒ１＋Ｒ３）
＝１＋１／３＝４／３となり、
Ｒｙ＝３／４と求められる。

Ｒｙにかかる電圧をＥｙとすると、
Ｅｙ＝２４Ｖ×｛Ｒｙ／（Ｒ５＋Ｒｙ）｝
＝２４Ｖ×｛３／４／（１＋３／４）｝
＝２４Ｖ×３／７＝１０．２８Ｖとなる。

よって、
Ｖ１＝１０．２８Ｖ×Ｒ３／（Ｒ４＋Ｒ１＋Ｒ３）
＝１０．２８Ｖ×１／３
＝３．４２Ｖとなる。

また、第６抵抗体Ｒ６にかかる電圧Ｖ２は、合成抵抗Ｒｙにかかる電圧と同じであるので、Ｖ２＝１０．２８Ｖとなる。よって、Ｖ１＝３．４２Ｖ、Ｖ２＝１０．２８Ｖを検出することにより、ターンテーブル４４はターンテーブルベース６８に非接触だが、第２抵抗体Ｒ２が断線していると検出できる。

同様にして、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触で第５抵抗体Ｒ５が断線している場合には、Ｖ１＝１０．２８Ｖ、Ｖ２＝３．４２Ｖとなる。よって、Ｖ１＝１０．２８Ｖ、Ｖ２＝３．４２Ｖを検出することにより、ターンテーブル４４はターンテーブルベース６８に非接触であるが、第５抵抗体Ｒ５は断線していると検出できる。

図９を参照すると、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触しており、且つ配線が第３抵抗体Ｒ３側で断線している場合の、気体軸受けの接触検知機構の配線状態を示している。この時には、第３抵抗体Ｒ３側には電流が流れないので、Ｖ１＝Ｎ／Ａ（ノンアドレス）、すなわちＶ１は検出エラーとなる。また、Ｖ２＝１６Ｖと検出される。

よって、Ｖ１＝Ｎ／Ａ、Ｖ２＝１６Ｖと検出された場合には、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触しており、且つ配線が第３抵抗体Ｒ３側で断線していると検出できる。

同様にして、Ｖ１＝１６Ｖ、Ｖ２＝Ｎ／Ａ（検出エラー）を検出した場合には、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に接触しており、且つ配線が第６抵抗体Ｒ６側で断線していると検出できる。

ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触時で、且つ配線が第３抵抗体Ｒ３側で断線している場合には、Ｖ１＝Ｎ／Ａ（検出エラー）、Ｖ２＝１２Ｖと検出される。

よって、Ｖ１＝Ｎ／Ａ（検出エラー）、Ｖ２＝１２Ｖと検出された場合には、ターンテーブル４４はターンテーブルベース６８に非接触であるが、配線が第３抵抗体Ｒ３側で断線していると検出できる。

同様にして、ターンテーブル４４がターンテーブルベース６８に非接触時に、配線が第６抵抗体Ｒ６側で断線している場合には、Ｖ１＝１２Ｖ、Ｖ２＝Ｎ／Ａ（検出エラー）と検出される。

よって、Ｖ１＝１２Ｖ、Ｖ２＝Ｎ／Ａ（検出エラー）と検出した場合には、ターンテーブル４４はターンテーブルベース６８に非接触であるが、配線が第６抵抗体Ｒ６側で断線していると検出できる。

以上の説明では、本発明の気体軸受けの接触検知機構を研削装置のターンテーブルに適用した例について説明したが、本発明の適用例はこれに限定されるものではなく、切削装置のスピンドルの気体軸受け、切削装置のＸ軸方向移動機構の気体軸受け、更には研削装置又は研磨装置のスピンドルの気体軸受け等にも同様に適用可能である。

本発明の気体軸受けの接触検知機構を適用するのに適した研削装置の全体斜視図である。 本発明実施形態にかかる気体軸受けの接触検知機構の配線関係を示す図である。 図３（Ａ）はターンテーブルがターンテーブルベースに非接触時で且つ断線なしの時の配線状態を示す図であり、図３（Ｂ）はその等価回路図である。 図４（Ａ）はターンテーブルがターンテーブルベースに接触時で且つ断線なしの時の配線状態を示す図であり、図４（Ｂ）はその等価回路図である。 図５（Ａ）はターンテーブルがターンテーブルベースに接触時で且つ第１抵抗体が断線している時の配線状態を示す図であり、図５（Ｂ）はその等価回路図である。 図６（Ａ）はターンテーブルがターンテーブルベースに非接触時で且つ第１抵抗体が断線している時の配線状態を示す図であり、図６（Ｂ）はその等価回路図である。 図７（Ａ）はターンテーブルがターンテーブルベースに接触時で且つ第２抵抗体が断線している時の配線状態を示す図であり、図７（Ｂ）はその等価回路図である。 図８（Ａ）はターンテーブルがターンテーブルベースに非接触時で且つ第２抵抗体が断線している時の配線状態を示す図であり、図８（Ｂ）はその等価回路図である。 ターンテーブルがターンテーブルベースに接触時で且つ配線が第３抵抗体側で断線している時の配線状態を示す図である。

符号の説明

２ 研削装置
１０ 粗研削ユニット
２８ 仕上げ研削ユニット
４４ ターンテーブル
４６ チャックテーブル
６８ ターンテーブルベース
７０ 回転軸
７２ 気体軸受け（空気軸受け）
７４ 第１接触検知回路
７６ 第２接触検知回路

Claims (1)

1. 基台に対して可動部を絶縁状態で支持する気体軸受けの接触検知機構であって、
   第１及び第２接触検知回路と、
   該第１及び第２接触検知回路の異常を判定する異常判定手段とを具備し、
   前記第１接触検知回路は、
   該可動部に接続された電源と、
   該基台に一端が接続された抵抗値Ｒ１を有する第１抵抗体と、
   一端が該電源に接続され他端が該第１抵抗体の他端に接続された抵抗値Ｒ２を有する第２抵抗体と、
   一端が該第１及び第２抵抗体の他端に接続され、他端がグランドに接続された抵抗値Ｒ３を有する第３抵抗体と、
   該第３抵抗体の前記一端と他端との間の電位差を検出する第１電位差検出手段とから構成され、
   前記第２接触検知回路は、
   該基台に一端が接続された抵抗値Ｒ１を有する第４抵抗体と、
   一端が前記可動部を介して前記電源に接続され他端が該第４抵抗体の他端に接続された抵抗値Ｒ２を有する第５抵抗体と、
   一端が該第４及び第５抵抗体の他端に接続され、他端がグランドに接続された抵抗値Ｒ３を有する第６抵抗体と、
   該第６抵抗体の前記一端と他端との間の電位差を検出する第２電位差検出手段から構成され、
   前記異常判定手段は、電源電圧をＥとしたとき、前記第１電位差検出手段で検出された電位差と前記第２電位差検出手段で検出された電位差が｛Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）｝Ｅに一致した場合のみ正常と判定し、｛Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）｝Ｅに一致しない電位差が検出された場合に異常と判定することを特徴とする気体軸受けの接触検知機構。

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