JP7258566B2 - 平面加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、砥石でウェハを加工する平面加工装置に関するものである。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）を薄膜に形成するために、ウェハの裏面を研削する裏面研削が行われている。

特許文献１には、スピンドル９４の先端にカップ型砥石５６が取り付けられた研削装置１が開示されている。カップ型砥石５６は、スピンドル９４に図示しないボルトで締結されており、スピンドル９４に対して脱着自在に構成されている。なお、符号は特許文献１における符号である。

特開平１１－３０９６７３号公報

しかしながら、特許文献１記載の研削装置１では、作業員が手作業で１０本程度のボルトを締結することによって、カップ型砥石５６がスピンドル９４に取り付けられるため、カップ型砥石５６の取付作業が煩雑になりがちであった。また、取付作業の際に、カップ型砥石５６を誤って落下する等してカップ型砥石５６を破損させる虞があるという問題があった。

そこで、砥石をスピンドルに安全且つ簡便に取り付けるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る平面加工装置は、スピンドルに取り付けられた砥石でウェハを加工する平面加工装置であって、前記スピンドルに連結されたスピンド
ルフランジに設けられ、前記砥石を保持する環状の砥石ホイールとの間に負圧を発生させて前記スピンドルフランジに前記砥石ホイールを吸着保持させる吸着保持機構と、前記スピンドルフランジの下端に設けられた押えホイールを付勢手段で垂直方向の下方に付勢して移動させるとともに、該押えホイールに外挿されたコレットが前記スピンドルフランジの径方向に拡径して前記砥石ホイールの内周面を把握して保持する摩擦保持機構と、を備えている。

この構成によれば、砥石ホイールがスピンドルフランジに吸着保持されるとともに、押えホイールが垂直方向に移動するにしたがって拡径するコレットが砥石ホイールを把握して保持するため、作業員が手作業を介することなく、砥石をスピンドルに安全且つ簡便に取り付けることができる。

また、本発明に係る平面加工装置は、前記摩擦保持機構は、前記押えホイールを上方に持ち上げて拡径状態の前記コレットを前記スピンドルフランジの径方向に縮径させ、前記コレットによる前記砥石ホイールの保持を解除可能なシリンダを備えていることが好ましい。

この構成によれば、摩擦保持機構が砥石ホイールを保持する際には、シリンダを停止することにより付勢手段の付勢力で押えホイールを垂直方向の下方に移動させるため、平面加工装置への給電が停止したような場合であっても、付勢手段が砥石ホイールを垂直方向の下方に付勢し続けてコレットの把握力を維持するため、砥石の落下を抑制することができる。

また、本発明に係る平面加工装置は、前記砥石ホイールが前記スピンドルフランジに吸着保持されていないことを検知する検知手段をさらに備えていることが好ましい。

この構成によれば、検知手段が、砥石ホイールがスピンドルフランジに吸着保持されていないことを検知することにより、砥石ホイールがスピンドルフランジに対して斜めに取り付けられる等の取付不良を加工開始前に予め把握可能なため、砥石をスピンドルにさらに安全に取り付けることができる。

本発明は、砥石ホイールがスピンドルフランジに吸着保持されるとともに、押えホイールが移動するにしたがって拡径するコレットが砥石ホイールを把握して保持するため、作業員が手作業を介することなく、砥石をスピンドルに安全且つ簡便に取り付けることができる。

本発明の一実施形態に係る平面加工装置を示す斜視図。 図１に示すメインユニットの側面図。 スピンドルフランジ及び砥石を示す斜視図。 図３に示すスピンドルフランジ及び砥石を下方から視た斜視図。 砥石をスピンドルフランジから取り外した状態を示す斜視図。 押えホイールにコレットを装着した状態を示す斜視図。 スピンドル先端の横断面図。 図７のＡ－Ａ線断面図。 図７のＢ－Ｂ線断面図。 図９の要部を示す拡大図。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

図１は、スピンドル送り機構２５及び搬送ユニット３を省略した平面加工装置１の基本的構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すメインユニット２及び搬送ユニット３の内部構造を示す縦断面図である。

平面加工装置１は、ウェハＷの裏面を研削するものであり、具体的には、サファイア又は炭化ケイ素等の難削材製基板の裏面（デバイスが形成された表面とは反対側の面）を研削するものである。しかしながら、平面加工装置１の加工対象物はこれらに限定されず、例えば、ガラス又はシリコン等であっても良く、若しくは支持基板に取り付けられた複合基板等であっても構わない。

平面加工装置１は、砥石２１を備えるメインユニット２と、メインユニット２の下方に配置された搬送ユニット３と、を備えている。

メインユニット２は、アーチ状のコラム２２と、砥石２１が取り付けられたスピンドル２３と、スピンドル２３を垂直方向Ｖに摺動可能に支持する３つのリニアガイド２４と、スピンドル２３を垂直方向Ｖに昇降させるスピンドル送り機構２５と、を備えている。

スピンドル２３は、コラム２２の前面２２ａに垂直方向Ｖに亘って凹設された溝２２ｂ内に収容されている。スピンドル２３は、下端に接続されたスピンドルフランジ２６を介して砥石２１を取り付け、図示しないモータによって砥石２１を回転可能に構成されている。砥石２１及びスピンドルフランジ２６の詳しい構成については後述する。

リニアガイド２４は、コラム２２の前方に配置された２つの前方リニアガイド２４ａと、溝２２ｂに配置された１つの後方リニアガイド２４ｂと、で構成される。

前方リニアガイド２４ａは、溝２２ｂの縁部に配置されており、サドル２３ａの前方端部を支持するように取り付けられている。後方リニアガイド２４ｂは、溝２２ｂの底部に配置されており、サドル２３ａの後方中央を支持するように取り付けられている。

前方リニアガイド２４ａ及び後方リニアガイド２４ｂは、垂直方向Ｖに沿って互いに平行に設けられている。これにより、前方リニアガイド２４ａと後方リニアガイド２４ｂとは、サドル２３ａの案内レールとして機能する。

スピンドル送り機構２５は、サドル２３ａに連結されたスライダ２５ａと、スライダ２５ａを昇降させるボールネジ２５ｂと、ボールネジ２５ｂを回転させるモータ２５ｃと、を備えている。モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが正回転し、スライダ２５ａが垂直方向Ｖの下方に下降することにより、サドル２３ａが下降する。

メインユニット２には、ウェハＷの厚みを計測する図示しないインプロセスゲージが設けられている。インプロセスゲージが計測したウェハＷの厚みが所望の値に達すると、モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが逆回転し、スライダ２５ａに連結されたサドル２３ａが上昇することで、ウェハＷと砥石２１とが離間する。

搬送ユニット３は、ウェハＷを吸着保持可能なチャック３１と、チャック３１を載置するスライダ３２と、スライダ３２を駆動させるスライダ駆動機構３３と、を備えている。

チャック３１は、図示しない負圧源に接続されており、ウェハＷをチャック３１上に吸着保持することができる。また、チャック３１は、モータ３１ａによってチャック３１の中心を通る垂直軸回りに回動可能である。

スライダ３２は、レール３２ａ上を摺動可能であり、これにより、チャック３１とスライダ３２とは、一体になってスライドするようになっている。

スライダ駆動機構３３は、ベルト・プーリ機構３３ａを介してモータ３３ｂによりスライダ３２を摺動させる。

平面加工装置１の動作は、制御ユニット４によって制御される。制御ユニット４は、平面加工装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御ユニット４は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御ユニット４の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。

このような構成により、平面加工装置１は、以下の手順によりウェハＷを研削する。まず、ウェハＷをチャック３１に吸着保持する。次に、スライダ３２によってウェハＷを砥石２１の下方まで搬入した後に、モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが順回転し、スライダ２５ａに連結されたサドル２３ａが下降することで、砥石２１をウェハＷの近傍まで接近させる。そして、砥石２１及びチャック３１をそれぞれ回転させながら、砥石２１がウェハＷ裏面に押し当てられることにより、ウェハＷが研削される。

その後、ウェハＷが所望の厚みまで研削されると、砥石２１及びチャック３１の回転を停止させ、モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが逆回転し、スライダ２５ａに連結されたサドル２３ａが上昇することで、砥石２１をウェハＷから離間させる。次に、スライダ３２がウェハＷをメインユニット２の後方まで搬出する。そして、チャック３１によるウェハＷの吸着保持を解除して、平面加工装置１によるウェハＷの研削加工が終了する。

次に、砥石２１をスピンドルフランジ２６に取り付ける機構について、図３～９に基づいて詳しく説明する。

砥石２１は、環状の砥石ホイール２１ａの下端に砥石ホイール２１ａの周方向に沿って複数個設置されている。砥石ホイール２１ａは、五形状の断面を呈しており、略垂直な内周面２１ｂと、略平坦な上面２１ｃと、を備えている。

スピンドルフランジ２６は、スピンドル２３の下端に図示しないボルトで取り付けられている。スピンドルフランジ２６は、断面Ｈ字状の基部２６ａと、基部２６ａの周縁から垂直方向Ｖの下方に立設した外周リング部２６ｂと、を備えている。スピンドルフランジ２６には、吸着保持機構と、摩擦保持機構と、が設けられている。

吸着保持機構は、外周リング部２６ｂの下面に形成された吸着溝５１に管路５１ａを介して接続された負圧源５２と、スピンドルフランジ２６の下面に形成されたシール溝５３に装着されたＯリング５４と、を備えている。吸着溝５１及びシール溝５３は、外周リング２６ｂの下面にスピンドル２３の回転軸を中心として同心円上に周方向Ｃに亘って形成されている。吸着溝５１は、２本のシール溝５３の間に形成されている。

Ｏリング５４が外周リング部２６ｂの下面と砥石ホイール２１ａの上面２１ｃとの間を封止し、負圧源５２が外周リング部２６ｂの下面と砥石ホイール２１ａの上面２１ｃとの間に負圧を生じさせることにより、砥石ホイール２１ａがスピンドルフランジ２６に吸着保持されるように構成されている。

なお、砥石ホイール２１ａがスピンドルフランジ２６に吸着保持されていないことを検知する図示しない検知手段を設けても構わない。検知手段は、例えば管路５１ａ内の圧力を監視する圧力センサ等である。このような圧力センサを用いると、例えば、砥石ホイール２１ａがスピンドルフランジ２６に対して斜めに取り付けられる等の取付不良に起因して管路５１ａ内の圧力低下が生じない場合に、砥石ホイール２１ａがスピンドルフランジ２６に吸着保持されていないことを加工開始前に予め把握することができる。

摩擦保持機構は、スピンドルフランジ２６の下端に設けられた押えホイール６１と、押えホイール６１に外挿されたコレット６２と、を備えている。

押えホイール６１は、外周リング部２６ｂより小径に形成され、基部２６ａ内に収容されている。また、押えホイール６１の下方外周縁には、垂直方向Ｖの上方から下方に向かって徐々に縮径するように傾斜した押え面６１ａが形成されている。

スピンドルフランジ２６と押えホイール６１との間には、付勢手段６３と、シリンダ６４と、が設けられている。

付勢手段６３は、例えばコイルスプリングであり、スピンドルフランジ２６に対して押えホイール６１を遠ざける方向、即ち垂直方向Ｖの下方に付勢するように設けられている。

シリンダ６４は、スピンドルフランジ２６に対して押えホイール６１を近づける方向、即ち垂直方向Ｖの上方に移動可能に構成されており、例えばエアシリンダである。なお、シリンダ６４の駆動方式は空気圧であるが、これに限定されるものではない。

なお、スピンドルフランジ２６と押えホイール６１との間に軸受６５を設けるのが好ましい。軸受６５は、例えば直動玉軸受であり、スピンドルフランジ２６に対して押えホイール６１が垂直方向Ｖに相対移動することをガイドする。

付勢手段６３、シリンダ６４及び軸受６５は、図７に示すように、平面から視て押えホイール６１に周方向Ｃに沿って設けられている。具体的には、６つのシリンダ６４が互いに等間隔に離間して配置され、隣り合う２つのシリンダ６４の間には付勢手段６３又は軸受６５が１つずつ設けられている。

また、３つの付勢手段６３が平面から視て正三角形の頂点に配置され、３つの軸受６５が平面から視て正三角形の頂点に配置されていることにより、押えホイール６１が水平姿勢のまま垂直方向Ｖに移動することができる。

なお、上述した構成では、付勢手段６３及び単動式のシリンダ６４が協働して、押えホイール６１を垂直方向Ｖに沿って上下動するようになっているが、例えば複動式のシリンダ６４が押えホイール６１を垂直方向Ｖに上下動する場合には、付勢手段６３は省略されても構わない。

コレット６２は、押えホイール６１に外挿されている。コレット６２は、金属製で環状に形成されている。コレット６２は、周方向Ｃに亘って周面６２ａに形成された略円形状のスリ割り窓６２ｂと、スリ割り窓６２ｂとコレット６２の下端面６２ｃとを接続する略垂直なスリ割り６２ｄと、を備えている。これにより、コレット６２は、下端面６２ｃからスリ割り窓６２ｂに亘って剛性が低減されている。

コレット６２の基部６２ｅは、外周リング部２６ｂにボルト６６で締結されており、スピンドルフランジ２６とコレット６２とは一体化されている。

コレット６２の下方には、垂直方向Ｖの上方から下方に向かって徐々に縮径するように肉厚に形成されたテーパー部６２ｆが形成されている。

次に、吸着保持機構及び摩擦保持機構の作用について図面に基づいて説明する。

砥石ホイール２１ａをスピンドルフランジ２６に取り付ける場合には、まず砥石ホイール２１ａを所定位置に配置する。具体的には、外周リング部２６ｂと砥石ホイール２１ａとが密着対向するように砥石ホイール２１ａを配置する。

次に、負圧源５２を起動させて、砥石ホイール２１ａがスピンドルフランジ２６に吸着保持される。

砥石ホイール２１ａがスピンドルフランジ２６に吸着保持された状態で、シリンダ６４を停止させて、付勢手段６３の付勢力で押えホイール６１を垂直方向Ｖの下方に移動させる。

すなわち、図１０に示すように、押えホイール６１が移動するにしたがって、コレット６２のテーパー部６２ｆが押え面６１ａによって径方向Ｒに拡径されて、コレット６２が砥石ホイール２１ａを把握して保持する。また、コレット６２が外周全面に亘って砥石ホイール２１ａを把握することにより、コレット６２の把握力が分散して砥石ホイール２１ａを傷付けることなく強固に保持することができる。

また、付勢手段６３が押えホイール６１を垂直方向Ｖの下方に移動させることにより、例えば平面加工装置１への給電が停止したような場合であっても、付勢手段６３が砥石ホイール２１ａを垂直方向Ｖの下方に付勢し続けるため、砥石２１の落下を抑制することができる。

次に、砥石ホイール２１ａをスピンドルフランジ２６から取り外す場合には、シリンダ６４を駆動させて、付勢手段６３の付勢力に抗して押えホイール６１を垂直方向Ｖの上方に移動させる。これにより、押えホイール６１が移動するにしたがって、コレット６２のテーパー部６２ｆが縮径されてコレット６２が砥石ホイール２１ａを把握する把握力が低下する。

そして、コレット６２が砥石ホイール２１ａから離れた後に、負圧源５２を停止させて、砥石ホイール２１ａ及びスピンドルフランジ２６の吸着保持を解除することにより、砥石ホイール２１ａをスピンドルフランジ２６から取り外すことができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ ・・・平面加工装置
２ ・・・メインユニット
３ ・・・搬送ユニット
４ ・・・制御ユニット
２１ ・・・砥石
２１ａ ・・・砥石ホイール
２１ｂ ・・・傾斜面
２１ｃ ・・・内周面
２１ｄ ・・・平坦面
２２ ・・・コラム
２３ ・・・スピンドル
２４ ・・・リニアガイド
２５ ・・・スピンドル送り機構
２６ ・・・スピンドルフランジ
３１ ・・・チャック
３２ ・・・スライダ
３３ ・・・スライダ駆動機構
５１ ・・・吸着溝
５１ａ ・・・管路
５２ ・・・負圧源
５３ ・・・シール溝
５４ ・・・Ｏリング
６１ ・・・押えホイール
６１ａ ・・・押え面
６２ ・・・コレット
６２ｂ ・・・スリ割り窓
６２ｃ ・・・下端面
６２ｄ ・・・スリ割り
６２ｅ ・・・基部
６２ｆ ・・・テーパー部
６３ ・・・付勢手段
６４ ・・・シリンダ
６５ ・・・軸受
６６ ・・・ボルト
Ｗ ・・・ウェハ

Claims (3)

1. スピンドルに取り付けられた砥石でウェハを加工する平面加工装置であって、
   前記スピンドルに連結されたスピンドルフランジに設けられ、前記砥石を保持する環状の砥石ホイールとの間に負圧を発生させて前記スピンドルフランジに前記砥石ホイールを吸着保持させる吸着保持機構と、
   前記スピンドルフランジの下端に設けられた押えホイールを付勢手段で垂直方向の下方に付勢して移動させるとともに、該押えホイールに外挿されたコレットが前記スピンドルフランジの径方向に拡径して前記砥石ホイールの内周面を把握して保持する摩擦保持機構と、
   を備えていることを特徴とする平面加工装置。
2. 前記摩擦保持機構は、前記押えホイールを上方に持ち上げて拡径状態の前記コレットを前記スピンドルフランジの径方向に縮径させ、前記コレットによる前記砥石ホイールの保持を解除可能なシリンダを備えていることを特徴とする請求項１記載の平面加工装置。
3. 前記砥石ホイールが前記スピンドルフランジに吸着保持されていないことを検知する検知手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の平面加工装置。

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