JP6113023B2

JP6113023B2 - 研削装置

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Publication number: JP6113023B2
Application number: JP2013168207A
Authority: JP
Inventors: 真司吉田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: JP2015036169A

Description

本発明は、板状ワークを研削する研削装置に関し、特に板状ワークを研削する研削手段の研削面と、板状ワークを保持する保持テーブルの保持面との距離を測定することができる研削装置に関する。

従来、板状ワークの加工装置として、板状ワークを目標である仕上げ厚みまで薄化する研削装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された研削装置は、板状ワークを保持面で保持する保持テーブルと、板状ワークを研削面で研削する研削砥石を備えた研削手段とを有している。また、特許文献１の研削装置は、保持面と研削面とが接触する原点位置を算出するための測定手段を備え、この測定手段は、保持面の高さ位置を検出する保持面高さ位置検出部と、研削面の高さ位置を検出する研削砥石高さ位置検出部とを有している。特許文献１では、保持面高さ位置検出部を所定高さ位置から移動して保持面に当接し、この移動に要するパルスモータのパルス数をカウントして保持面の高さ位置を検出している。

特開２０１２−１３５８５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された研削装置では、測定手段に保持面高さ位置検出部を有していて保持面高さ位置検出部が保持テーブルの上方から下降して保持テーブルの保持面に接触して検出を行うものであり、かかる接触によって保持面に傷が生じる、という問題がある。また、保持面高さ位置検出部を保持面に接触する直前では、接触による衝撃を抑制するために移動速度を低速とすることが要求され、検出に要する時間が長くなる、という問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、保持テーブルの保持面と、研削手段の研削面との距離の測定において、保持面や研削面に傷を付けることを防止でき、測定時間の短縮化を図ることができる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持される板状ワークを研削する研削砥石を備えた研削手段と、該保持テーブルに接近および離反する方向に該研削手段を移動させる研削送り手段と、該保持テーブルが板状ワークを保持する保持面と該研削砥石が板状ワークに接触して研削する研削面との距離を測定する測定手段と、を備えた研削装置において、該測定手段は、測定光を投光させる投光部と、該投光部から投光された該測定光を、該保持面に投光する第１の測定光と該研削面に投光する第２の測定光とに分割する分割器と、該分割器で分割された該第１の測定光が該保持面で反射される第1の反射光と、該第２の測定光が該研削面で反射される第２の反射光とを受光する受光部と、所定の間隔で離間する該保持面と該研削面との間に該分割器を挿入させる挿入手段と、を備え、該挿入手段で該保持面と該研削面との間に挿入された該分割器に対し、該投光部から該測定光を投光させ、該受光部が該第１の反射光及び第２の反射光を受光し該保持面と該研削面との距離を測定可能にしている。

この構成によれば、保持テーブルの保持面と、研削手段の研削面とに測定光を投光して反射した反射光を受光することによって保持面と研削面との距離を測定することができる。これにより、保持面及び研削面に測定手段を非接触として測定することが可能となり、測定手段の接触に起因する保持面や研削面の傷の発生を防止することができる。しかも、保持面及び研削面に測定手段を接触させるべく測定手段等の移動速度を低速にする必要がなくなり、測定の迅速化を図ることができる。

本発明によれば、保持テーブルの保持面と、研削手段の研削面との距離の測定において、保持面や研削面に傷を付けることを防止でき、測定時間の短縮化を図ることができる。

本実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。図２Ａは、上記研削装置の断面模式図であり、図２Ｂは、図２Ａの部分拡大図である。変形例に係る研削装置の断面模式図である。他の変形例に係る研削装置の断面模式図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。図２は、研削装置の断面模式図である。

図１および図２に示すように、研削装置１は、保持テーブル３と研削手段４とを相対回転させることにより、保持テーブル３が保持する板状ワークＷを研削するように構成されている。保持テーブル３の側方（Ｙ方向）両側領域には測定手段５が設けられている。

研削装置１における被加工物である板状ワークＷとしては、シリコンウエーハや、硬質な難研削材で構成される基板を採用することができる。このような板状ワークＷは、たとえば、ビッカーズ硬度２０００以上の硬質を有する、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルチック（ＡｌＴｉＣ）またはアルミナセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）などの材料により構成される。

研削装置１は、略直方体形状の基台２を有している。基台２の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口部２１と、開口部２１の後方に垂直に設けられたコラム２２と、が配置されている。開口部２１は、保持テーブル３を支持するテーブル支持台２４および蛇腹状の防塵カバー２５で覆われている。コラム２２は、直方体形状を有し、その前面に研削手段４が設けられている。

テーブル支持台２４は、略正方形状を有し、保持テーブル３を支持する。また、テーブル支持台２４は、図示しない駆動機構に接続されており、この駆動機構から供給される駆動力によって、開口部２１内をＸ軸方向にスライド移動する。これにより、保持テーブル３は、加工前の板状ワークＷを供給し、また、加工後の板状ワークＷを回収する載せ替え位置と、研削手段４と板状ワークＷとが対向する研削位置との間をスライド移動する。

防塵カバー２５は、板状ワークＷの研削加工時に発生する研削屑などが基台２内へ侵入することを防止する。防塵カバー２５は、テーブル支持台２４の前面および後面に取り付けられるとともに、その移動位置に応じて伸縮可能に設けられている。

保持テーブル３は、円盤形状を有し、図示しないチャック回転手段によって円盤中心を軸に回転可能に設けられている。保持テーブル３の上面には、板状ワークＷを吸着保持する保持面３ａが設けられている。保持面３ａは、たとえば、ポーラスセラミック材により構成されており、ポーラスセラミック材は吸引源（不図示）に接続されている。

研削手段４は、円筒状のスピンドル４ａと、スピンドル４ａの下端に設けられたホイールマウント４ｂと、ホイールマウント４ｂの下面に取り付けられた研削ホイール４ｃと、を含んで構成される。研削ホイール４ｃは、円環状に配列された複数の研削砥石４ｄを有している。研削砥石４ｄは、たとえば、ビトリファイドボンド砥石で構成される。研削砥石４ｄは、スピンドル４ａの駆動に伴ってＺ軸まわりに高速回転し、下面が研削面４ｅとなって板状ワークＷに接触して研削する。

研削手段４は、コラム２２に設けられた研削送り手段４４によって駆動されて上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成され、研削手段４と保持テーブル３とを相対的に接近および離反させることが可能である。研削送り手段４４は、Ｚ軸テーブル４４ａを有しており、Ｚ軸テーブル４４ａの前面側に取り付けられた支持部４４ｂを介して研削手段４が支持されている。Ｚ軸テーブル４４ａの背面には、後方に突出したナット部（不図示）が設けられている。Ｚ軸テーブル４４ａのナット部には、コラム２２の前面に設けられたボールネジ４４ｃが螺合されている。そして、ボールネジ４４ｃの一端部に連結されたサーボモータ４４ｄが回転駆動されることで、研削手段４が上下方向（Ｚ軸方向）に移動される。サーボモータ４４ｄには回転数（パルス数）を検知する検知部としてロータリエンコーダ４４ｅが配設されていて、サーボモータ４４ｄの回転数を検出するロータリーエンコーダ４４ｅから出力されるパルス信号によって研削手段４の移動量を算出している。

測定手段５は、基台２の上面側であって、保持テーブル３の図２中右側（図１では左側）に設けられた測定器５１を備えている。測定器５１は、基台２の上面に立設された支柱５２を介して支持され、保持テーブル３の保持面３ａより上方に配置されている。測定器５１は、保持テーブル３側に向けられた面に投光部５１ａ及び受光部５１ｂを有している。投光部５１ａは、保持テーブル３の上方位置に向け、断面が楕円のレーザ光となる測定光Ｂを水平に投光する。受光部５１ｂは、保持面３ａ及び研削面４ｅに測定光Ｂを投光して反射された反射光Ｃを受光する。受光部５１ｂは、ＣＣＤを備えており、ＣＣＤに受光する反射光Ｃの位置に応じて保持面３ａと研削面４ｅとの距離を測定する。

また、測定手段５は、図２において分割器５３を支持して保持面３ａと研削砥石４ｄとの間に分割器５３を挿入させる挿入手段５４を含んで構成されている。分割器５３は、円筒状の筐体５３ａの内部に配置されたビームスプリッタ５３ｂ及びミラー５３ｃを備えている。

ビームスプリッタ５３ｂは、投光部５１ａから投光された測定光Ｂを分割し、図２Ｂに示すように、測定光Ｂの半分を第１の測定光Ｂ１として測定光Ｂの進行方向を９０°角度変更させ下方に向けて反射させ、残りの半分を第２の測定光Ｂ２として進行方向を変えずにそのまま透過させる。第１の測定光Ｂ１は、保持面３ａに向けて投光して保持面３ａで反射され、第１の反射光Ｃ１となってビームスプリッタ５３ｂに向けて進行する。第２の測定光Ｂ２は、ミラー５３ｃで第２の測定光Ｂ２の進行方向を９０°角度変更させ上方に向けて反射されてから、研削面４ｅに投光して研削面４ｅで反射され、第２の反射光Ｃ２となってミラー５３ｃに向けて進行する。第１の反射光Ｃ１は、ビームスプリッタ５３ｂで反射されて受光部５１ｂに受光され、第２の反射光Ｃ２は、ミラー５３ｂで反射されてからビームスプリッタ５３ｂを透過し、受光部５１ｂに受光される。図２Ｂに示すように、測定光Ｂ１が保持面３ａで反射した第１の反射光Ｃ１を受光部５１ｂが受光する受光位置、測定光Ｂ２が研削面で反射した第２の反射光Ｃ２を受光部５１ｂが受光する受光位置、によって、測定器５１から被測定部までの距離から、測定器５１から分割器５３までの距離を差し引き、分割器５３から保持面３ａまでの距離と分割器５３から研削面４ｅまでの距離を算出している。なお、図３に示すように図２Ｂの分割器５３を上下逆転させビームスプリッタ５３ｂで反射した測定光Ｂを第２の測定光Ｂ２とし、ビームスプリッタ５３ｂを透過しミラー５３ｃで反射する測定光Ｂを第１の測定光Ｂ１とし、上記同様に第２の測定光Ｂ２で研削面４ｅを測定し、第１の測定光Ｂ１で保持面３ａを測定させても良い。

挿入手段５４は、筐体５３ａに連結されて水平に延びるアーム部５４ａと、アーム部５４ａに連結されて上下方向に延びる回転軸部５４ｂと、回転軸部５４ｂの下端側を回転可能に支持する回転支持部５５とを含んで構成されている。回転支持部５５は、円筒状のカバー部材５５ａと、カバー部材５５ａの内部に配置されて回転軸部５４ｂを回転駆動する駆動モータ５５ｂと、カバー部材５５ａに保持されて回転軸部５４ｂの外周に接する軸受５５ｃとを有している。挿入手段５４は、駆動モータ５５ｂを作動することで、回転軸部５４ｂを回転中心として分割器５３を回動し、分割器５３が所定の間隔で離間する保持面３ａと研削面４ｅとの間に挿入した位置と、それらの間から退避した位置とで往復移動させることができる。なお、図４に示すように図２Ｂの測定器５１をアーム部５４ａの上部に配置させる構造でも良い。この構成では、測定器５１と分割器５３と挿入手段５４とが一体となり、挿入手段５４にてアーム部５４ａを回動して分割器５３の位置を変更する場合であっても、測定器５１と分割器５３との角度調整の必要をなくすことができる。

基台２内には、研削装置１の各部を統括制御する制御部６が設けられている。制御部６は、各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ），ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体を含んで構成される。制御部６は、たとえば、測定手段５で測定された保持面３ａと研削面４ｅとの距離に応じてサーボモータ４４ｄを駆動させ、研削手段４のＺ軸方向の移動量をロータリーエンコーダ４４ｅで検出させ制御している。

続いて、研削手段４の原点位置出し（セットアップ）について説明する。セットアップは、研削装置１の起動時、保持テーブル３の交換時、研削砥石４ｄを含む研削ホイール４ｃの交換時に原則行われる。また、研削を行うに従って研削砥石４ｄが磨耗したり、保持テーブル３もセルフグラインド（研削砥石４ｄで保持テーブル３の保持面３ａを研削することで、保持面３ａと研削面４ｅとを平行にすること）によって削られたりするので、必要に応じたタイミングでセットアップが行われる。

セットアップにおいて、先ず、テーブル支持台２４を図示しない駆動機構によってＸ軸方向にスライド移動し、研削手段４と保持テーブル３とを対向させる。その後、サーボモータ４４ｄを駆動して研削手段４をＺ軸方向に移動し、研削砥石４ｄの研削面４ｅと、保持テーブル３の保持面３ａとが所定の間隔で離間された状態に位置付ける。そして、回転支持部５５の駆動モータ５５ｂを駆動し、分割器５３を図１の実線で示す位置から点線で示す位置に回動することで、保持面３ａと研削面４ｅとの間に分割器５３を挿入する。

この状態で、スピンドル４ａを駆動して研削砥石４ｄを回転する一方、測定器５１の投光部５１ａから分割器５３に向けて測定光Ｂを投光する。測定光Ｂは、図２Ｂに示すように、分割器５３のビームスプリッタ５３ｂによって第１の測定光Ｂ１及び第２の測定光Ｂ２に分割される。第１の測定光Ｂ１は保持面３ａで反射されて第１の反射光Ｃ１となり、この第１の反射光Ｃ１はビームスプリッタ５３ｂで反射されて受光部５１ｂで受光される。一方、第２の測定光Ｂ２はミラー５３ｃで進行方向を変えてから回転する研削面４ｅで反射され、第２の反射光Ｃ２となる。この第２の反射光Ｃ２は、ミラー５３ｂで進行方向を変えてビームスプリッタ５３ｂを透過し、受光部５１ｂに受光される。なお、研削砥石４ｄの高さにばらつきがあるため、回転した状態で測定を行うと、一番高さの高い部分の研削面４ｅが測定位置とされる。

ここで、第１の反射光Ｃ１は、分割器５３と保持面３ａとのＺ軸方向の距離に応じて、受光部５１ｂに受光される位置が変化する。また、第２の反射光Ｃ２は、分割器５３と研削面４ｅとのＺ軸方向の距離に応じて、受光部５１ｂに受光される位置が変化するものである。従って、受光部５１ｂにおいて、第１の反射光Ｃ１及び第２の反射光Ｃ２が受光した位置をそれぞれ検出することで、分割器５３及び保持面３ａ間の距離と、分割器５３及び研削面４ｅ間の距離とが測定され、これらの距離を合算することで、保持面３ａと研削面４ｅとのＺ軸方向の距離が測定される。

測定された保持面３ａと研削面４ｅとの距離によって、保持面３ａと研削面４ｅとが接触する原点位置を制御部６によって算出することができる。この原点位置は、研削送り手段４４の原点位置（ロータリーエンコーダ４４ｅのパルス数０（ゼロ）の位置）として制御部６のメモリに格納される。

次いで、本実施の形態の研削装置１を用いた研削方法について説明する。先ず、板状ワークＷを保持テーブル３の保持面３ａで吸引保持した後、テーブル支持台２４を駆動して、保持テーブル３をＸ軸方向に移動して、板状ワークＷが研削砥石４ｄと対向する研削位置で位置決めする。この状態で、分割器５３は、駆動モータ５５ｂによって回動され、研削面４ｅと保持面３ａとの間から退避した位置に配設される。

続いて、研削送り手段４４のサーボモータ４４ｄを駆動することによって、研削手段４が高速で下降し、保持テーブル３上の板状ワークＷに接近する。そして、サーボモータ４４ｄに配設されるロータリーエンコーダ４４ｅのパルス数をカウントし、研削手段４が待機する研削加工開始位置から所定距離だけ接近したことを検出すると、研削砥石４ｄを回転させるとともに、研削手段４の下降速度を低速とする。研削手段４の下降が進み、研削砥石４ｄが板状ワークＷの表面に達すると研削加工が開始される。研削加工中は、サーボモータ４４ｄに配設されるロータリーエンコーダ４４ｅのパルス数をカウントすることで、原点位置に対する研削手段４の位置がリアルタイムに測定される。その測定結果が目標の仕上げ厚みに近付くようにサーボモータ４４ｄによる研削手段４の送り量が制御され、研削砥石４ｄによって板状ワークＷが仕上げ厚みまで研削される。

以上のように、本実施の形態に係る研削装置１によれば、保持面３ａと研削面４ｅとに投光して反射した光を受光することで、それらの距離測定を行うので、保持面３ａ及び研削面４ｅに測定手段５が全く接触しなくなり、測定時において保持面３ａ及び研削面４ｅを傷付けることを防止することができる。

ここで、従来のように、保持面３ａと研削面４ｅとに測定手段を接触して測定を行う場合は、接触の直前に測定手段の移動速度を低速に調整して接触による衝撃を緩和する必要がある。ところが、本実施の形態では、かかる移動速度の調整が不要となり、保持面３ａ及び研削面４ｅの距離測定の短時間化を図ることができる。

更に、研削砥石４ｄを回転させながら研削面４ｅに投光して測定を行うので、研削砥石４ｄの高さにばらつきがあっても、保持面３ａとの距離が最も近い部分の研削面４ｅの位置が測定され、セットアップの精度を高めることが可能となる。また、測定手段５は、保持面３ａと研削面４ｅとに接触していないので、保持テーブル３を回転させて測定することも可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態において、挿入手段５４では、分割器５３を回動する構成としたが、保持面３ａ及び研削面４ｅの間に分割器５３を挿入及び退避できる限りにおいて、分割器５３を直線的に移動させたりする等、種々の変更が可能である。

以上説明したように、本発明は、保持テーブルの保持面と、研削手段の研削面との距離を検出するときに、保持面や研削面に傷を付けることを防止できるという効果を有し、特に、研削手段の原点位置出しを行う研削装置に有用である。

１研削装置
３保持テーブル
３ａ保持面
４研削手段
４ｄ研削砥石
４ｅ研削面
４４研削送り手段
５測定手段
５１ａ投光部
５１ｂ受光部
５３分割器
５４挿入手段
Ｂ測定光
Ｂ１第１の測定光
Ｂ２第２の測定光
Ｃ反射光
Ｃ１第１の反射光
Ｃ２第２の反射光
Ｗ板状ワーク

Claims

板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持される板状ワークを研削する研削砥石を備えた研削手段と、該保持テーブルに接近および離反する方向に該研削手段を移動させる研削送り手段と、該保持テーブルが板状ワークを保持する保持面と該研削砥石が板状ワークに接触して研削する研削面との距離を測定する測定手段と、を備えた研削装置において、
該測定手段は、測定光を投光させる投光部と、該投光部から投光された該測定光を、該保持面に投光する第１の測定光と該研削面に投光する第２の測定光とに分割する分割器と、該分割器で分割された該第１の測定光が該保持面で反射される第1の反射光と、該第２の測定光が該研削面で反射される第２の反射光とを受光する受光部と、所定の間隔で離間する該保持面と該研削面との間に該分割器を挿入させる挿入手段と、を備え、
該挿入手段で該保持面と該研削面との間に挿入された該分割器に対し、該投光部から該測定光を投光させ、該受光部が該第１の反射光及び第２の反射光を受光し該保持面と該研削面との距離を測定可能にする研削装置。