JP5709576B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を所望の厚さに研削する研削装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

研削装置は、ウエーハ等の被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に対面して研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、該チャックテーブルに対して該研削手段を相対的に研削送りする研削送り手段と、各手段を制御する制御手段とを少なくとも備えていて、ウエーハを所望の厚みに加工することができる。

研削手段を構成するスピンドルユニットは、研削ホイールを着脱可能に支持するホイールマウントに連結されたスピンドルがエアベアリングで支持された構造となっており、従来はホトセンサによってスピンドルの回転数をカウントして、所望の回転数の下で高精度な研削を可能にしている（例えば、特開２００７−２２３０１４号公報参照）。

特開２００７−２２３０１４号公報

しかし、研削装置のスピンドルはハウジングにエアベアリングを介して支持されているため、ウエーハの研削が終了してスピンドルを回転駆動するサーボモータの電源をＯＦＦ（オフ）すると、エアベアリングの抵抗が小さいためスピンドルが惰性により数十分間回り続ける。

スピンドルの回転速度は徐々に低速になり、ホトセンサからの出力の間隔が長くなって単位時間内にホトセンサからの出力が途絶え、スピンドルが完全に停止していないにも係わらず表示手段上に回転速度０が表示されて、オペレータが研削ホイールを交換する等の作業に取り掛かり怪我をするという問題がある。

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、スピンドルの回転が完全に停止したことを検出してこれを表示可能な研削装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に対面して研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、該チャックテーブルに対して該研削手段を相対的に研削送りする研削送り手段と、前記各手段を制御する制御手段とを備えた研削装置であって、該研削手段は、スピンドルと、該スピンドルのラジアル方向をエアで支持するラジアルエアベアリングと、該スピンドルのスラスト方向をエアで支持するスラストエアベアリングと、該スピンドルを回転可能に収容し該スピンドルとの間に該ラジアルエアベアリングと該スラストエアベアリングを画成するハウジングと、該スピンドルの一端に連結されたホイールマウントと、該ホイールマウントに着脱可能に装着された研削ホイールと、該スピンドルの他端に連結されて該スピンドルを回転するモータと、該ホイールマウント又は該スピンドルの何れかに配設された加速度センサとを含み、該制御手段は、該加速度センサから出力される加速度値を受信する受信部と、該受信部で受信した加速度値を回転速度に変換する変換部とを含んでおり、該変換部は、スピンドルの軸心から加速度センサが配設された半径をｒ（ｍ）とし、角速度をω（ｒａｄ／秒）とし、該加速度センサから出力される加速度値をＨ（ｍ／秒 ^２ ）としたとき、Ｈ＝ｒω ^２ から角速度ωを求め、（ω／２π）×６０から回転速度ｒｐｍを算出し、該変換部で変換された回転速度を表示手段上に表示することを特徴とする研削装置が提供される。

好ましくは、研削手段は、加速度センサが配設された点対象の位置に加速度センサと同じ重さのカウンタバランスを備えている。

本発明によると、スピンドル又はスピンドルに連結されたホイールマウントに加速度センサを配設したので、スピンドルが完全に停止するまで正確な回転速度が表示手段上に表示され、スピンドルが完全に停止した後オペレータは研削ホイールを交換する等の作業に取り掛かることができ、オペレータが怪我をするという問題を回避することができる。

また、常時スピンドルの正確な回転速度を確認できるので回転速度のむらを検出してスピンドルユニットの不具合を事前に発見できるメリットがある。

本発明実施形態に係る研削装置の外観斜視図である。 研削ユニットの縦断面図である。 ホイールマウントに取り付けられた圧力センサのホイールマウントの中心からの距離を示す模式図である。

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を参照すると、本発明実施形態に係る研削装置２の外観斜視図が示されている。４は研削装置２のベース（ハウジング）であり、ベース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スピンドル２２と、スピンドル２２を回転駆動するサーボモータ２３と、スピンドル２２の先端に固定されたホイールマウント２４と、ホイールマウント２４に着脱可能に装着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２５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送り機構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ホイールマウント３９と、ホイールマウント３９に着脱可能に装着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送り機構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。

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。

ベース４の前側部分には、ウエーハカセット５０と、リンク５１及びハンド５２を有する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、研削されたウエーハを洗浄及びスピン乾燥するスピンナ洗浄装置６４と、スピンナ洗浄装置６４で洗浄及びスピン乾燥された研削後のウエーハを収容する収容カセット６６と、表示モニタ（表示手段）７６が配設されている。

スピンナ洗浄装置６４は、研削された半導体ウエーハを吸引保持して回転するスピンナテーブル６８と、スピンナテーブル６８をカバーするカバー７４とを有している。

図２を参照すると、粗研削ユニット１０の縦断面図が示されている。粗研削ユニット１０のスピンドル２２は、スピンドル２２と一体的に形成されたスラストプレート２２ａを有している。粗研削ユニット１０は、スピンドル２２のラジアル方向をエアで支持するラジアルエアベアリング８０と、スピンドル２２のスラスト方向をエアで支持するスラストプレート２２ａの両側に形成されたスラストエアベアリング８２を含んでいる。

ハウジング２０に形成されたエア供給路８４は第１分岐エア供給路８４ａに分岐され、更にエア噴出口８４ｂを介してラジアルエアベアリング８０に連通されている。また、エア供給路８４は第２分岐エア供給路８４ｃに分岐され、更にエア噴出口８４ｄを介してスラストエアベアリング８２に連通している。

ハウジング２０にはエア供給路８４に接続されたエア供給口８６が配設されており、エア供給源８８から供給される高圧のエア、例えば０．６ＭＰａのエアはエア供給口８６を介してエア供給路８４に供給される。

スピンドル２２の上端部には、スピンドル２２に連結されてスピンドル２２を回転するステータ２５とロータ２７とから構成されるサーボモータ２３が配設されている。スピンドル２２の下端部に固定されたホイールマウント２４に加速度センサ９０が装着されている。

加速度センサ９０としては、日立金属株式会社が提供する「小型無線加速度センサＷＡＡ−００６」を採用することができ、加速度センサ９０の配線が不要となり、粗研削ユニット１０の構成を簡単にすることができる。図３に模式的に示すように、加速度センサ９０はホイールマウント２４の中心から距離ｒ（ｍ）の位置に装着される。

研削装置２は各機構部を制御する制御手段９２を備えており、制御手段９２は無線加速度センサ９０から出力される加速度値を受信する受信部９４と、受信部９４で受信した加速度値を回転速度に変換する変換部９６とを有している。好ましくは、ホイールマウント２４には、軸心Ｃ１に対して加速度センサ９０と点対称の位置に加速度センサ９０と同じ重さのカウンタバランス９１が配設されている。

以下、このように構成された粗研削ユニット１０の作用について説明する。エア供給源８８から供給された高圧のエアは、エア供給口８６を介してエア供給路８４に供給され、更に第１分岐エア供給路８４ａ及びエア噴出口８４ｂを介してラジアルエアベアリング８０に供給され、スピンドル２２を回転可能に支持する。

一方、エア供給路８４から第２分岐エア供給路８４ｃに供給されたエアは、エア噴出口８４ｄを介してスラストエアベアリング８２に供給され、スピンドル２２のスラスト方向をエアで支持する。

このようにスピンドル２２をラジアルエアベアリング８０及びスラストエアベアリング８２で支持した状態で、サーボモータ２３を作動する。サーボモータ２３によりスピンドル２２を例えば６０００ｐｍで回転させながら、チャックテーブル４６に保持されたウエーハ等の被加工物の研削を実施する。

本実施形態の粗研削ユニット１０では、スピンドル２２の回転速度は加速度センサ９０が検出した加速度値に基づいて算出される。即ち、スピンドル２２が回転中にはホイールマウント２４に装着された加速度センサ９０には遠心力が発生し、この遠心力が加速度センサ９０により加速度値として検出される。

加速度センサ９０で検出した加速度値は制御手段９２の受信部９４で受信され、変換部９６で加速度値をスピンドル２２の回転速度ｒｐｍに変換する。即ち、図３に示すように、スピンドル２２の軸心から加速度センサ９０までの半径をｒ（ｍ）とし、角速度をω（ｒａｄ／秒）とし、加速度センサ９０から出力される加速度値をＨ（ｍ／秒^２）としたとき、制御手段９２の変換部９６ではＨ＝ｒω^２からω＝（Ｈ／ｒ）^１／２が得られる。更に、一分間当たりの回転数ｒｐｍ＝ω・１／２π・６０＝（Ｈ／ｒ）^１／２・１／２π・６０から一分間当たりの回転数ｒｐｍを算出することができる。

制御手段９２の変換部９６で算出されたスピンドル２２の回転数は、表示手段７６上に表示され、研削装置２のオペレータは粗研削ユニット１０のスピンドル２２が回転しているか否かを確認することができる。

特に図示していないが、粗研削ユニット１０のスピンドル２２はカバーで覆われているため、外部から目視によりスピンドル２２が回転しているか否かを確認することができない。

しかし、本実施形態では、ホイールマウント２４に装着した加速度センサ９０により回転しているスピンドル２２の加速度値を検出し、この加速度値から制御手段９２の変換部９６で一分間当たりの回転数ｒｐｍを算出し、この回転数を表示手段７６上に表示するため、研削装置２のオペレータはスピンドル２２の回転数を常に把握することができ、スピンドル２２が回転を停止したか否かを容易に確認することができる。

よって、スピンドル２２が完全に停止した後にオペレータは研削ホイール２５を交換する等の作業に容易に取り掛かることができるので、オペレータが怪我をするという問題を解消できる。

上述した実施形態では、加速度センサ９０をホイールマウント２４に装着した例について説明したが、加速度センサ９０をスピンドル２２に取り付けるようにしてもよい。また、仕上げ研削ユニット２８についても、粗研削ユニット１０と同様に加速度センサ９０をホイールマウント又はスピンドルに装着して回転中の加速度を検出し、この加速度値から制御手段９２の変換部９６により一分間当たりの回転数を算出し、この回転数を表示手段７６上に表示する。

よって、研削装置２のオペレータは仕上げ研削ユニット２８のスピンドルが完全に停止したか否かを表示手段７６により確認することができ、仕上げ研削ユニット２８のスピンドルが完全に停止した後、オペレータは研削ホイール４０を交換する等の作業に取り掛かることができるので、怪我をするという問題を解消できる。

２ 研削装置
１０ 粗研削ユニット
２２ スピンドル
２４ ホイールマウント
２５ 研削ホイール
２８ 仕上げ研削ユニット
４０ 研削ホイール
４４ ターンテーブル
４６ チャックテーブル
７６ 表示手段
８０ ラジアルエアベアリング
８２ スラストエアベアリング
９０ 加速度センサ
９２ 制御手段
９６ 変換部

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に対面して研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、該チャックテーブルに対して該研削手段を相対的に研削送りする研削送り手段と、前記各手段を制御する制御手段とを備えた研削装置であって、
   該研削手段は、スピンドルと、該スピンドルのラジアル方向をエアで支持するラジアルエアベアリングと、該スピンドルのスラスト方向をエアで支持するスラストエアベアリングと、該スピンドルを回転可能に収容し該スピンドルとの間に該ラジアルエアベアリングと該スラストエアベアリングを画成するハウジングと、該スピンドルの一端に連結されたホイールマウントと、該ホイールマウントに着脱可能に装着された研削ホイールと、該スピンドルの他端に連結されて該スピンドルを回転するモータと、該ホイールマウント又は該スピンドルの何れかに配設された加速度センサとを含み、
   該制御手段は、該加速度センサから出力される加速度値を受信する受信部と、該受信部で受信した加速度値を回転速度に変換する変換部とを含んでおり、
   該変換部は、スピンドルの軸心から加速度センサが配設された半径をｒ（ｍ）とし、角速度をω（ｒａｄ／秒）とし、該加速度センサから出力される加速度値をＨ（ｍ／秒 ^２ ）としたとき、Ｈ＝ｒω ^２ から角速度ωを求め、（ω／２π）×６０から回転速度ｒｐｍを算出し、
   該変換部で変換された回転速度を表示手段上に表示することを特徴とする研削装置。
2. 該研削手段は、該加速度センサが配設された点対称の位置に該加速度センサと同じ重さのカウンタバランスを備えている請求項１記載の研削装置。

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