JP5582916B2 - 研削盤 - Google Patents

Description

本発明は、基板、特に難削材からなる基板の表面を研削する研削盤に関する。

半導体製造分野においてはシリコン基板が年々大型化する傾向にあり、また、実装密度を高めるために基板の薄膜化が進んでいる。基板を薄膜化するために、半導体基板の裏面を研削するいわゆる裏面研削（バックグラインド）が行われる。

特許文献１においては、真空の吸引力を利用したチャックに基板を吸着保持させて基板の裏面を研削することが開示されている。特許文献１に開示される研削盤は、三つのリニアガイドを備えており、これら三つのリニアガイドが形成する三角形の重心位置に研削ホイールの回転軸が配置されている。

特許第２９２８２１８号

ところで、近年では光デバイスの需要が増加しているので、サファイア基板を研削する要求が高まっている。さらに、シリコン基板の代替品として、炭化ケイ素基板を研削することも要求されている。このようなサファイアおよび炭化ケイ素は硬度が高く、サファイアのビッカース硬さは約２３ＧＰａであり、炭化ケイ素は２４ＧＰａに達する。このため、これら材料を研削するのは困難であり、これら材料は一般に「難削材」と呼ばれている。

通常の研削盤は、研削ホイールに関するユニットが研削盤の側面に片持ち式に支持されている。このため、通常の研削盤により難削材を研削する際には、研削盤の剛性が不足する場合がある。そのような場合には、研削ユニット自体が研削盤に対してヨーイング、チッピングおよび／またはローリングを起こす可能性がある。

特許文献１に開示される研削盤の研削ホイールは三つのリニアガイドにより支持されているので、研削盤の剛性は比較的高い。しかしながら、特許文献１では、研削ホイールの回転軸が三つのコラムからなる三角形の重心位置に配置されているものの、研削ホイールの縁部は三角形の重心位置から偏倚した場所にある。通常は、研削ホイールの縁部が基板を研削するので、実際の研削部位は研削ホイールの半径分だけ三角形の重心位置からずれた場所にある。このため、特許文献１に開示される研削盤により難削材を研削する際には、研削ホイールの回転軸が傾斜して研削ユニットがローリングを起こす場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、難削材からなる基板を研削する場合であっても、ヨーイングなどを起こすことなしに基板を高精度で研削できると共に、高い剛性を備えた研削盤を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、三角形をなすよう配列された三つのリニアガイドと、これらリニアガイドに沿って摺動可能に取付けられたサドルと、該サドルの下端に取付けられていて、前記サドルの摺動方向回りに回転可能な研削ホイールと、該研削ホイールに対面して配置されていて、基板を保持しつつ回転可能なチャックと、前記研削ホイールを前記チャックに向かって送込む研削送り部とを具備し、前記三つのリニアガイドのうちの二つのリニアガイドはメインユニットの一つの側面に形成された縦方向に延びる溝の両側に配置されており、前記三つのリニアガイドのうちの残りのリニアガイドは前記溝の底部に配置されており、前記研削送り部は前記溝の内部に配置されており、前記研削ホイールが前記基板を研削する研削部位が前記リニアガイドにより形成される三角形の重心に対応する位置に配置されている、研削盤が提供される。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記研削送り部が前記研削ホイールを送込む送込み方向は、前記研削ホイールが前記基板を研削する前記研削部位と前記重心とを結ぶ直線上に在るようにした。

３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記研削ホイールが前記基板を研削する研削部位が前記研削ホイールの縁部である。

１番目の発明においては、サドルが三つのリニアガイドに摺動可能に支持されていると共に、研削ホイールの研削部位、例えば環状領域が三つのリニアガイドから形成される三角形の重心に対応した位置に在る。このため、研削ホイールを下方に摺動させるときの力を研削ホイールの研削部位に直接的に作用する。それゆえ、難削材からなる基板を研削する場合であっても、ヨーイングなどを起こすことなしに基板を高精度で研削し、また研削盤の剛性を高めることができる。なお、三つのリニアガイドから形成される三角形は二等辺三角形または正三角形であるのが好ましく、この場合には、より安定して研削を行うことができる。

２番目の発明においては、このことは、研削時における研削盤の剛性をさらに高められる。難削材製基板を研削する際に特に有利である。

３番目の発明においては、研削ホイールの半径が大きい場合であっても、ローリングが起きるのを避けられる。

本発明に基づく研削盤の略斜視図である。 本発明に基づく研削盤の側面図である。 図２に示される研削盤の背面図である。 図２に示される研削盤の頂面図である。 本発明に基づく研削盤の頂面を示す略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に基づく研削盤の略斜視図である。図１に示されるように、研削盤１０は、研削ホイール３６を備えるアーチ型のメインユニット１２と、メインユニット１２の下方部に配置された搬送ユニット１１とを主に含んでいる。

本装置１０は、基板Ｗ、例えばサファイアまたは炭化ケイ素などの難削材製基板の表面（パターン形成面とは反対側の面）を研削する。図示されるように、メインユニット１２の一方の側面１２ｂには単一の溝１３が縦方向に形成されており、この溝１３はメインユニット１２の頂面１２ａから下方通路１４まで延びている。また、搬送ユニット１１は、そのような基板Ｗを研削部まで搬入し、研削後に研削部から搬出するよう構成されている。

図１から分かるように、側面１２ｂには、二つのリニアガイド３２、３３がそれぞれ溝１３の両縁部、もしくは隣接して設けられている。さらに、同様なリニアガイド３１が溝１３の底部において、リニアガイド３２、３３に対して平行に設けられている。これらリニアガイド３１、３２、３３は単一のサドルを摺動する案内レールとしての役目を果たす。

図２は本発明に基づく研削盤の側面図であり、図３は図２に示される研削盤の正面図であり、図４は図２に示される研削盤の頂面図である。これら図面から分かるように、搬送ユニット１１は、互いに平行な二つのレール２２が配置された搬送台２１を含んでいる。レール２２上には、スライダ２５が摺動可能に配置されている。スライダ２５は、ベルト・プーリ機構２４を介してモータ２６によりレール２２上を摺動する。

図２に示されるように、図示しない基板Ｗを保持するチャック２９がスライダ２５に取付けられている。従って、チャック２９はスライダ２５と一体的にレール２２上を摺動する。なお、チャック２９は図示しない真空源に接続されており、真空作用などにより基板Ｗを保持する。さらに、搬送台２１の下方にはモータ２７が配置されており、チャック２９は基板Ｗを保持しつつ鉛直軸回りに回転する。

さらに、図２および図３から分かるように、メインユニット１２のリニアガイド３２、３３には、サドル３４が摺動可能に取付けられている。また、サドル３４は、ボールネジ３８のナット３９を介してリニアガイド３１にも摺動可能に取付けられている。図示されるように、サドル３４の下方には、カップ型の研削ホイール３６が取付けられており、研削ホイール３６はサドル３４と一体的にリニアガイド３１〜３３に沿って摺動する。研削ホイール３６の回転軸はリニアガイド３１〜３３に対して平行に配置されており、サドル３４内部に備えられたモータ３５が駆動すると、研削ホイール３６は回転軸回りに回転する。

前述したように、ボールネジ３８はサドル３４とリニアガイド３１との間に配置されている。ボールネジ３８は上方に配置されたモータ３７により駆動し、研削ホイール３６をチャック２９の基板Ｗに向かって付加的に送込む研削送り部としての役目を果たす。図２および図４から分かるように、研削ホイール３６を基板Ｗに向かって送込む送込み方向上、あるいは送込み方向に隣接して、カップ型研削ホイール３６の縁部が位置している。

図５は本発明に基づく研削盤の頂面を示す略図である。図５から分かるように、研削盤１０の三つのリニアガイド３１〜３３は、概ね二等辺三角形、好ましくは正三角形の頂点にそれぞれ配置されている。そして、三角形の重心Ａに、研削ホイール３６の縁部近傍が対応して位置決めされている。研削ホイール３６はカップ型であるので、研削ホイール３６が基板Ｗを研削する研削部位は研削ホイール３６の縁部近傍に在る環状領域Ｂ内に位置している。

また、前述したように、モータ３７およびボールネジ装置３８等からなる研削送り部は、研削ホイール３６の環状領域Ｂ近傍に位置している。従って、本発明においては、研削ホイール３６を基板Ｗに向かって送込む送込み方向、三角形の重心Ａおよび研削ホイール３６の環状領域Ｂの一部は同一直線上に概ね位置している（図５を参照されたい）。

動作時においては、図２等には示さない基板Ｗ、例えば難削材からなる基板Ｗをチャック２９に載置する。チャック２９が基板Ｗを真空保持すると、モータ２６が駆動し、それにより、チャック２９はスライダ２５と一緒にレール２２上を摺動するようになる。チャック２９は、図２に示される位置まで摺動し、モータ２７により鉛直軸線回りに回転する。なお、図２に示される位置においては、研削ホイール３６の縁部近傍の環状領域Ｂが基板Ｗの中心に対応した位置に配置されることに注意されたい。

次いで、モータ３５が研削ホイール３６を鉛直軸線回りに回転させつつ、サドル３４が三つのリニアガイド３１〜３３に沿って下方に摺動する。そして、研削ホイール３６の環状領域Ｂが基板Ｗに当接して、インフィード研削する。インプロセスゲージ４３により検出される基板Ｗの厚さが所定値に到達すると、サドル３４は上方に摺動して基板Ｗから離間する。その後、スライダ２５はレール２２上を摺動して初期位置まで戻り、基板Ｗがチャック２９から取外される。

図５を再び参照すると、三つのリニアガイド３１〜３３は研削ホイール３６の周方向に概ね等間隔で配置されている。このため、本発明においては、サドル３４に備えられた研削ホイール３６は研削盤１０に安定して取付けられており、ヨーイング、チッピングおよび／またはローリングの発生を抑えている。

さらに、本発明においては、研削ホイール３６の環状領域Ｂの一部が三つのリニアガイド３１〜３３により形成される三角形の重心に対応する位置に配置されている。研削ホイール３６の環状領域Ｂは基板Ｗに直接的に接触して基板Ｗを研削する部位であるので、環状領域Ｂには研削時における負荷が最も係りやすい。本発明では、研削ホイール３６の環状領域Ｂが三角形の重心に対応した位置にあるので、研削ホイール３６を下方に摺動させるときの力が研削ホイール３６の研削部位に直接的に作用し、効率よく研削を行うことができる。このような構成であるので、研削時には、ヨーイング、チッピングおよび／またはローリングが起こるのを抑えられ、研削盤１０の剛性を高めつつ、基板Ｗを安定して高精度で研削することができる。

さらに、本発明においては、モータ３７およびボールネジ装置３８を用いて、研削時に研削ホイール３６を送込むことができる。そして、研削ホイール３６を送込む送込み方向は、前述した三角形の重心と研削ホイール３６の環状領域Ｂとを結ぶ直線上に存在している。従って、本発明では、研削盤１０の剛性をさらに高められ、その結果、難削材からなる基板Ｗを研削する場合であっても、ヨーイング、チッピングおよび／またはローリングを起こすことなしに、基板Ｗを円滑に研削することができる。

図面を参照して説明した実施形態においてはサドル３４が、三角形を形成する三つのリニアガイドの間に配置されている。しかしながら、本発明は三つのリニアガイドに限定されず、三つよりも多数のリニアガイドが多角形を形成するよう配置されていて、その多角形の重心に対応する位置に研削ホイール３６の環状領域Ｂが配置されていてもよい。そのような場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。また、難削材でない材料、例えばシリコンからなる基板Ｗであっても、本発明の研削盤１０を適用できるのは明らかであろう。

１０ 研削盤
１１ 搬送ユニット
１２ メインユニット
１２ａ 頂面
１２ｂ 側面
１３ 溝
１４ 下方通路
２２ レール
２４ プーリ機構
２５ スライダ
２６ モータ
２７ モータ
２９ チャック
３１〜３３ リニアガイド
３４ サドル
３５ モータ
３６ 研削ホイール
３７ モータ（研削送り部）
３８ ボールネジ（研削送り部）
３９ ナット

Claims (3)

1. 三角形をなすよう配列された三つのリニアガイドと、
   これらリニアガイドに沿って摺動可能に取付けられたサドルと、
   該サドルの下端に取付けられていて、前記サドルの摺動方向回りに回転可能な研削ホイールと、
   該研削ホイールに対面して配置されていて、基板を保持しつつ回転可能なチャックと、
   前記研削ホイールを前記チャックに向かって送込む研削送り部とを具備し、
   前記三つのリニアガイドのうちの二つのリニアガイドはメインユニットの一つの側面に形成された縦方向に延びる溝の両側に配置されており、前記三つのリニアガイドのうちの残りのリニアガイドは前記溝の底部に配置されており、前記研削送り部は前記溝の内部に配置されており、
   前記研削ホイールが前記基板を研削する研削部位が前記リニアガイドにより形成される三角形の重心に対応する位置に配置されている、研削盤。
2. 前記研削送り部が前記研削ホイールを送込む送込み方向は、前記研削ホイールが前記基板を研削する前記研削部位と前記重心とを結ぶ直線上に在るようにした請求項１に記載の研削盤。
3. 前記研削ホイールが前記基板を研削する研削部位が前記研削ホイールの縁部である、請求項１に記載の研削盤。

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