JP7351669B2

JP7351669B2 - スピンドルユニット

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Publication number: JP7351669B2
Application number: JP2019144400A
Authority: JP
Inventors: 乃力劉
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2023-09-27
Anticipated expiration: 2039-08-06
Also published as: US11673219B2; KR20210018081A; TW202106447A; CN112338706A; CN112338706B; JP2021024035A; US20210039213A1

Description

本発明は、スピンドルユニットに関する。

研削装置では、チャックテーブルに保持された被加工物を、研削水を供給しながら研削砥石によって研削している。研削砥石は、基台に環状に配置されており、基台とともに研削ホイールを構成する。研削ホイールは、スピンドルユニットのマウントに装着され、高速回転される。

スピンドルユニットは、スピンドルと、スピンドルの下端に連結されたマウントと、スピンドルの側面をエアベアリングによって支持するケーシングと、スピンドルを回転させるモータとを備える。

被加工物を研削すると、研削屑などの加工屑を含んだ研削廃液が生じる。この研削廃液がスピンドルの側面に付着することを抑制するために、スピンドルの側面を覆うカバーが備えられている。このカバーは、ケーシングの下端とマウントの上面との間に配設される。このカバーの内面とスピンドルの側面との間の狭い隙間は、エアベアリングのエアを排気する排気路となっており、スピンドルの下部に位置する排気路の下端が、排気口となっている。

特開２０１７－２２２００３号公報

エアベアリングのエアが停止されると、排気口からのエアの排気が停止される。このため、スピンドルとカバーとの隙間に、研削廃液が進入することがある。この場合、隙間に進入した研削廃液が乾燥して、スピンドルの側面とカバーの内面とに加工屑が固着して隙間を埋め、スピンドルが回転しにくくなることがある。

これに関し、特許文献１には、カバーを分解して清掃可能な構成が開示されている。しかし、このような清掃を実施するには、カバーの分解作業、清掃作業、およびカバーの取付作業という作業が必要であり、時間がかかるので、生産性が低下する。

したがって、本発明の目的は、研削装置のスピンドルユニットのような、先端に加工具を装着したスピンドルを高速回転することによって被加工物を加工するスピンドルユニットに関し、研削屑などの加工屑によってスピンドルが回転しにくくなることを抑制することにある。

本発明のスピンドルユニット（本スピンドルユニット）は、加工具を装着するためのマウントが先端に連結されているスピンドルと、該スピンドルの外側面を囲繞する、エアベアリングによって該スピンドルを回転自在に支持するケーシングと、を備えるスピンドルユニットであって、該ケーシングの下端と該マウントとの間で該スピンドルを囲繞するスピンドルカバーを備え、該スピンドルカバーが、該スピンドルの外側面に対面する内側面を有し、該内側面と該スピンドルの外側面との間に第１の隙間を形成するカバー部と、該カバー部の下端部に設けられ、該スピンドルの外側面に向かって傾斜している内斜面部を有するシール部と、を含み、該シール部が、該スピンドルの外側面との間に、該第１の隙間よりも狭い第２の隙間を形成しており、該シール部が、該内斜面部として、該第２の隙間の下側において該スピンドルの外側面に向かって上方に傾斜している下側面を有しており、該スピンドルの外側面に対する加工屑の乾燥付着を抑制する。

本スピンドルユニットでは、スピンドルカバーにおけるカバー部の下端部に設けられたシール部が、スピンドルの外側面に向かって傾斜している内斜面部を有している。そして、この内斜面部により、シール部が、スピンドルの外側面との間に、カバー部による第１の隙間よりも狭い第２の隙間を形成している。

このように、本スピンドルユニットでは、スピンドルとスピンドルカバーとの隙間の下端に、幅の狭い部分（第２の隙間）が形成されている。このため、この隙間に加工屑を含む研削廃液が入り込むことを、抑制することが可能となっている。

したがって、本スピンドルユニットでは、スピンドルとスピンドルカバーとの隙間において、スピンドルの外側面に研削廃液中の加工屑が固着（乾燥付着）することを、良好に抑制することができる。このため、スピンドルが回転しにくくなることを抑制することができる。

なお、本スピンドルユニットでは、スピンドルカバーの下端に内斜面部を設けることによって、スピンドルとスピンドルカバーとの隙間を、部分的に狭めている。すなわち、スピンドルとスピンドルカバーとの隙間に、わずかな長さ（スピンドルの延びる方向（上下方向）の長さ）の、幅の狭い第２の隙間を設けている。

このように、本スピンドルユニットでは、幅の狭い第２の隙間は円を描くように形成され、第２の隙間の長さが短いため（線状に形成されているため）、研削廃液が第２の隙間を通過して第１の隙間に進入することを、抑制することができる。

また、第２の隙間が短いため、第２の隙間に加工屑が乾燥付着したとしても、その量は少なくなる。このため、第２の隙間に溜まる加工屑がスピンドルの回転を阻害することを抑制することができる。また、このような加工屑は、少量であるため、スピンドルを回転させることによって、容易に除去すること（弾き飛ばすこと）ができる。したがって、スピンドルカバーを清掃する必要性を低減することができる。

実施形態にかかる研削装置の斜視図である。スピンドルユニットの説明図である。スピンドルカバーの構成を示す説明図である。スピンドルカバーの変形例を示す説明図である。

図１に示す研削装置１は、被加工物としてのウェーハＷに対して研削処理を行うための装置である。図１に示すウェーハＷは、たとえば、円形の半導体ウェーハである。
ウェーハＷの表面Ｗａには、図示しないデバイスが形成されている。表面Ｗａは、図１においては下方を向いており、保護テープＴが貼着されることによって保護されている。ウェーハＷの裏面Ｗｂは、研削加工が施される被加工面となる。

研削装置１は、Ｙ軸方向に延設された基台１０と、基台１０の上における＋Ｙ方向側に立設されたコラム１５とを備えている。
基台１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成されている。この開口は、移動板１１および蛇腹状の防水カバー１２によって覆われている。

移動板１１の上には、チャックテーブル２０が備えられている。チャックテーブル２０は、ウェーハＷを保持するための円板形状のテーブルであり、保持面２１を備えている。保持面２１は、多孔質のポーラス材を含んでいる。保持面２１にウェーハＷが載置された状態で、図示しない吸引源によって発揮される吸引力が保持面２１に伝達されることによって、ウェーハＷが、保持面２１によって吸引保持される。

移動板１１には、防水カバー１２が伸縮自在に連結されている。チャックテーブル２０および移動板１１は、ウェーハＷの研削加工の際に、基台１０の内部に配設されているＹ軸方向への移動手段によって、Ｙ軸方向に一体的に往復移動する。防水カバー１２は、移動板１１のＹ軸方向の移動に伴って伸縮する。

基台１０上のコラム１５の前面には、ウェーハＷを研削する研削手段４０、および、研削手段４０を研削送り方向であるＺ軸方向に移動させる研削送り手段３０が設けられている。

研削送り手段３０は、Ｚ軸方向に平行な一対のガイドレール３１、このガイドレール３１上をスライドする移動テーブル３２、ガイドレール３１と平行なボールネジ３３、モータ３４、および、移動テーブル３２の前面（表面）に取り付けられたホルダ３５を備えている。ホルダ３５は、研削手段４０を保持している。

移動テーブル３２は、ガイドレール３１にスライド可能に設置されている。図示しないナット部が、移動テーブル３２の後面側（裏面側）に固定されている。このナット部には、ボールネジ３３が螺合されている。モータ３４は、ボールネジ３３の一端部に連結されている。

研削送り手段３０では、モータ３４がボールネジ３３を回転させることにより、移動テーブル３２が、ガイドレール３１に沿って、Ｚ軸方向に移動する。これにより、移動テーブル３２に取り付けられたホルダ３５、および、ホルダ３５に保持された研削手段４０も、移動テーブル３２とともにＺ軸方向に移動する。

研削手段４０は、スピンドルユニット４２、スピンドルユニット４２の先端（下端）に取り付けられたマウント４５、および、研削砥石４７を有する研削ホイール４６を備えている。

スピンドルユニット４２は、いわゆるエアスピンドルユニットである。スピンドルユニット４２は、ケーシング４３、ケーシング４３に支持されているスピンドル４４、および、スピンドル４４の下端部分を覆うスピンドルカバー６６を備えている。

チャックテーブル２０に隣接する位置には、厚み測定器５５が配設されている。厚み測定器５５は、研削中に、ウェーハＷの厚みを、たとえば接触式にて測定することができる。すなわち、厚み測定器５５は、チャックテーブル２０の保持面２１およびウェーハＷの裏面Ｗｂに、それぞれ、接触子５６および接触子５７を接触させる。これにより、厚み測定器５５は、チャックテーブル２０の保持面２１の高さおよびウェーハＷの裏面Ｗｂの高さを求め、これらの高さの差分に基づいて、ウェーハＷの厚みを測定することができる。

また、コラム１５には、研削手段４０の高さ位置を測定するためのリニアスケール５１が配設されている。リニアスケール５１は、移動テーブル３２に設けられ、移動テーブル３２とともにＺ軸方向に移動する読取部５２、および、ガイドレール３１の表面に設けられたスケール部５３を含んでいる。読取部５２が、スケール部５３の目盛りを読み取ることで、研削手段４０の高さ位置が測定される。

また、研削装置１は、研削装置１の各構成要素を制御する制御手段５０を備えている。制御手段５０は、上述した研削装置１の各構成要素を制御して、ウェーハＷに対して作業者の所望とする加工を実施する。

次に、本実施形態のスピンドルユニット４２について、より詳細に説明する。
図２に示すように、スピンドルユニット４２は、直立姿勢のスピンドル４４、スピンドル４４を覆っており、スピンドル４４を支持するケーシング４３、スピンドル４４の下端部分を覆うスピンドルカバー６６、および、スピンドル４４を回転駆動するモータ７１を備えている。

スピンドル４４は、Ｚ軸方向に延びている。スピンドル４４の中間部分には、大径の円板部７６が形成されている。また、スピンドル４４の下端部分にも、大径の円板部７７が形成されている。

スピンドル４４の上端には、モータ７１が連結されている。モータ７１は、スピンドル４４の上端部分に設けられたロータ７２と、ステータ７３とを有している。ステータ７３は、冷却ジャケット７４を介して、ケーシング４３の内周面に設けられている。冷却ジャケット７４内には、多数の冷却水路７５が形成されている。これらの冷却水路７５によって、モータ７１が冷却される。

スピンドル４４の先端（下端）には、上述したマウント４５が連結されている。
マウント４５には、加工具としての研削ホイール４６が装着されている。研削ホイール４６には、多数の研削砥石４７が、環状に配設されている。研削砥石４７は、たとえば、ダイヤモンド砥粒を、メタルボンドあるいはレジンボンド等の結合剤で固めることによって形成される。研削砥石４７は、チャックテーブル２０に保持されたウェーハＷの裏面Ｗｂを研削する（図１参照）。

図２に示すように、ケーシング４３は、スピンドル４４の外側面を囲繞し、エアベアリングによりスピンドル４４を回転自在に支持するように構成されている。
ケーシング４３は、その下端部分に、環状部７８を備えている。環状部７８は、スピンドル４４の円板部７６と円板部７７との間に入り込むように、かつ、円板部７６および円板部７７と環状部７８との間に僅かな隙間Ｓが形成されるように、ケーシング４３に設けられている。

また、ケーシング４３は、エア供給源８０に接続されたエア供給路１２０、および、複数のエア噴出口７９を備えている。エア供給路１２０は、環状部７８を含むケーシング４３内に延びるように形成されている。エア噴出口７９は、環状部７８に、スピンドル４４の円板部７６および円板部７７と対向するように設けられており、エア供給路１２０に接続されている。

スピンドルカバー６６は、ケーシング４３の下端に設けられている。すなわち、スピンドルカバー６６は、ケーシング４３の下端とマウント４５の上面との間に配されている。そして、スピンドルカバー６６は、ケーシング４３の下端から突出しているスピンドル４４の下端部分である円板部７７を囲繞している。また、スピンドルカバー６６の下端は、マウント４５とは離接されている。

図３に示すように、スピンドルカバー６６は、ケーシング４３に取り付けられている上方部分であるカバー部６７、および、カバー部６７の下端部に設けられたシール部６８を有している。

カバー部６７は、内側面６７ａを有する概略円筒形状の部分であり、スピンドル４４の円板部７７の外側面７７ａの周囲を、外側面７７ａと略平行となるように覆っている。カバー部６７の内側面６７ａは、スピンドル４４の円板部７７の外側面７７ａに対面している。カバー部６７は、内側面６７ａと外側面７７ａとの間に、幅Ｌ１を有する第１の隙間Ｔ１を形成している。この第１の隙間Ｔ１の幅Ｌ１は、たとえば、３．５ｍｍである。

シール部６８は、上側面６８ａおよび下側面６８ｂを有し、略三角形の断面を有する概略リング形状の部分である。
上側面６８ａは、カバー部６７の内側面６７ａから、スピンドル４４の円板部７７の外側面７７ａに向かって下方に傾斜している傾斜面である。下側面６８ｂは、スピンドルカバー６６の下端に設けられている。下側面６８ｂは、スピンドルカバー６６の下端から、外側面７７ａに向かって上方に傾斜している面である。上側面６８ａおよび下側面６８ｂは、外側面７７ａに向かって（外側面７７ａに近づくように）傾斜している内斜面部の一例に相当する。

上側面６８ａと下側面６８ｂとは、頂部６８ｃにおいて接している。そして、シール部６８は、上側面６８ａおよび下側面６８ｂによって、円板部７７の外側面７７ａとの間に、第２の隙間Ｔ２を形成している。この第２の隙間Ｔ２の幅Ｌ２は、第１の隙間Ｔ１の幅Ｌ１よりも狭く、たとえば、０．５ｍｍである。

このような構成を有する研削装置１では、スピンドルユニット４２のスピンドル４４を回転させて、これとともに回転する研削ホイール４６の研削砥石４７によって、ウェーハＷが研削加工される（図１参照）。
また、ウェーハＷに対する研削加工の際、スピンドルユニット４２では、図２に示したエア噴出口７９から、スピンドル４４の円板部７６および円板部７７とケーシング４３の環状部７８との隙間Ｓに向けて、矢印Ｋに示すように、高圧のエアが噴出される。このように、高圧のエアが、スピンドル４４（円板部７６および円板部７７）の外面に噴射されることにより、スピンドル４４が、ケーシング４３に対して、エアを介して浮動支持される。すなわち、スピンドル４４が、ケーシング４３と非接触の状態で、ケーシング４３によって回転可能に支持される。

また、隙間Ｓに供給されたエアは、モータ７１を空冷しながら、スピンドルユニット４２の上方から排気されるとともに、ケーシング４３の下端に設けられたスピンドルカバー６６の下端から、すなわち、スピンドル４４（円板部７７）とスピンドルカバー６６との間の下端から排気される。

また、研削加工の際、図示しない研削水供給源から、研削水が、たとえばスピンドル４４に設けられた流路を介して、ウェーハＷに供給される。このため、研削加工では、研削屑等の加工屑を含んだ研削廃液が生成される。

これに関し、本実施形態にかかるスピンドルユニット４２では、図３に示したように、スピンドルカバー６６におけるカバー部６７の下端部に設けられたシール部６８が、スピンドル４４の外側面７７ａに向かって下方に傾斜している上側面６８ａ、および、外側面７７ａに向かって上方に傾斜している下側面６８ｂを有している。そして、これら上側面６８ａおよび下側面６８ｂにより、シール部６８が、スピンドル４４の円板部７７の外側面７７ａとの間に、カバー部６７による第１の隙間Ｔ１よりも狭い第２の隙間Ｔ２を形成している。

このように、本実施形態では、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との第１の隙間Ｔ１の下端に、幅の狭い部分である第２の隙間Ｔ２が形成されている。このため、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との間の下端からのエアの排気の有無に関わらず、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との間に加工屑を含む研削廃液が入り込むことを、抑制することが可能となっている。

したがって、本実施形態では、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との間において、スピンドル４４の円板部７７の外側面７７ａに研削廃液中の加工屑が固着（乾燥付着）することを、良好に抑制することができる。このため、スピンドル４４が回転しにくくなることを抑制することができる。

なお、本実施形態では、スピンドルカバー６６の下端に上側面６８ａおよび下側面６８ｂを設けることによって、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との隙間を、部分的に狭めている。すなわち、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との間に、わずかな長さ（スピンドル４４の延びる方向（上下方向）の長さ）の、幅の狭い第２の隙間Ｔ２を設けている。
このように、幅の狭い第２の隙間Ｔ２は円を描くように形成され、第２の隙間Ｔ２の長さが短いため、研削廃液が第２の隙間Ｔ２を通過して第１の隙間Ｔ１に進入することを、抑制することができる。

また、第２の隙間Ｔ２が短いため、第２の隙間Ｔ２に加工屑が乾燥付着したとしても、その量は少なくなる。このため、第２の隙間Ｔ２に溜まる加工屑がスピンドル４４の回転を阻害することを抑制することができる。また、このような加工屑は、少量であるため、スピンドル４４を回転させることによって、容易に除去すること（弾き飛ばすこと）ができる。したがって、スピンドルカバー６６を清掃する必要性を低減することができる。

なお、本実施形態では、スピンドル４４（円板部７７）とスピンドルカバー６６のカバー部６７との間における第１の隙間Ｔ１の幅Ｌ１は、研削廃液が毛細管現象によって第１の隙間Ｔ１を伝い昇ることのないように、比較的に広い幅とすることが好ましい。

また、本実施形態の研削装置は、図１に示すような装置構成に限定されず、たとえば、カセットに対するウェーハの搬出および搬入、研削加工、研磨加工および洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施される、フルオートタイプの加工装置であってもよい。

また、本実施形態に示したスピンドルユニット４２は、研磨装置に適用されることも可能である。この場合、スピンドルユニット４２は、研削ホイール４６に代えて、研磨パッドを備える。

また、本実施形態では、図３に示したように、スピンドルカバー６６のシール部６８における下側面６８ｂが、スピンドル４４における円板部７７の外側面７７ａに向かって上方に傾斜している面である。これに代えて、下側面６８ｂは、図４に示すように、円板部７７の外側面７７ａに向かって、この外側面７７ａに略直交するように延びる面であってもよい。この構成でも、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との間に、幅の狭い第２の隙間Ｔ２を形成することができる。

すなわち、本実施形態では、シール部６８における上側面６８ａおよび下側面６８ｂのいずれか一方が、スピンドル４４の円板部７７の外側面７７ａに向かって傾斜している傾斜面（内斜面部）であればよい。これにより、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との間に、幅の狭い第２の隙間Ｔ２を形成することができる。
ただし、シール部６８の上側面６８ａは、外側面７７ａに略直交するように延びるよりも、外側面７７ａに向かって下方に傾斜していることが好ましい。この場合、スピンドル４４とスピンドルカバー６６との間（第１の隙間Ｔ１）に研削廃液等が進入してしまっても、これらを排出することが容易となる。

１：研削装置、
２０：チャックテーブル、２１：保持面、
３０：研削送り手段、
４０：研削手段、４５：マウント、４６：研削ホイール、４７：研削砥石、
４２：スピンドルユニット、４３：ケーシング、
４４：スピンドル、７６：円板部、７７：円板部、７７ａ：外側面、
６６：スピンドルカバー、
６７：カバー部、６７ａ：内側面、Ｔ１：第１の隙間、
６８：シール部、６８ａ：上側面、６８ｂ：下側面、Ｔ２：第２の隙間、
Ｗ：ウェーハ、Ｗａ：表面、Ｗｂ：裏面

Claims

加工具を装着するためのマウントが先端に連結されているスピンドルと、該スピンドルの外側面を囲繞する、エアベアリングによって該スピンドルを回転自在に支持するケーシングと、を備えるスピンドルユニットであって、
該ケーシングの下端と該マウントとの間で該スピンドルを囲繞するスピンドルカバーを備え、
該スピンドルカバーが、
該スピンドルの外側面に対面する内側面を有し、該内側面と該スピンドルの外側面との間に第１の隙間を形成するカバー部と、
該カバー部の下端部に設けられ、該スピンドルの外側面に向かって傾斜している内斜面部を有するシール部と、を含み、
該シール部が、該スピンドルの外側面との間に、該第１の隙間よりも狭い第２の隙間を形成しており、
該シール部が、該内斜面部として、該第２の隙間の下側において該スピンドルの外側面に向かって上方に傾斜している下側面を有しており、
該スピンドルの外側面に対する加工屑の乾燥付着を抑制する、スピンドルユニット。