KR20180075663A - 가공 장치 - Google Patents

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마사키 카나자와
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가부시키가이샤 토쿄 세이미쯔
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Abstract

취성(脆性) 모드 연삭을 억제하여 웨이퍼를 안정적으로 연삭하는 가공 장치를 제공한다.
가공 장치(1)는 거친 연삭 스테이지(S2)로부터 정밀 연삭 스테이지(S3)로 웨이퍼(W)를 이동시키는 인덱스 테이블(2), 거친 연삭 스테이지(S2) 및 정밀 연삭 스테이지(S3)의 상방에 걸치도록 설치된 칼럼(4), 거친 연삭 스테이지(S2)의 상방에서 칼럼(4)에 설치되어 웨이퍼(W)를 거친 연삭 가공하는 거친 연삭 수단(5), 및 정밀 연삭 스테이지(S3)의 상방에서 칼럼(4)에 설치되어 웨이퍼(W)를 정밀 연삭 가공하는 정밀 연삭 수단(6)을 구비한다.

Description

가공 장치
본 발명은 웨이퍼에 거친 연삭 가공 및 정밀 연삭 가공을 행하는 가공 장치에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼에 손상을 주지 않고 거친 연삭과 정밀 연삭을 연속하여 행하는 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 분야에서는 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼(이하, "웨이퍼"라고 함)를 박막으로 형성하기 위해, 웨이퍼의 이면(裏面)을 연삭하는 이면 연삭이 행해지고 있다.
웨이퍼의 이면 연삭을 행하는 가공 장치로서, 특허문헌 1에는 카세트 수납 스테이지, 정렬 스테이지, 거친 연삭 스테이지, 정밀 연삭 스테이지, 연마 스테이지, 연마포 세정 스테이지, 연마포 드레싱 스테이지, 및 웨이퍼 세정 스테이지가 설치되고, 인덱스 테이블이 웨이퍼를 각 스테이지로 이동시키는 평면 가공 장치가 알려져 있다. 이러한 평면 가공 장치에서는 인덱스 테이블의 외측에 배치된 연마석 이송 장치의 선단에 각각 캔틸레버식으로 지지된 2개의 연마석이 제공되며, 한쪽의 연마석이 웨이퍼를 거친 연삭하고, 다른 한쪽의 연마석이 웨이퍼를 정밀 연삭한다.
이러한 가공 장치에서는 도 9(a)에 도시하는 바와 같이, 칼럼(91), 칼럼(91)에 볼 나사(92)를 통하여 캔틸레버식으로 지지된 스핀들(93), 및 스핀들(93)의 하단에 부착된 연마석(94)을 구비하고, 스핀들(93)을 회전시키면서, 볼 나사(92)로 스핀들(793)을 하강시켜, 연마석(94)으로 척(95)에 재치된 웨이퍼(W)를 연삭한다.
특허문헌 1: 일본국 특개 2003-7661호 공보
그러나, 상술한 바와 같은 특허문헌 1에 기재된 평면 가공 장치에서는 연삭 가공 중에 큰 수직 항력이 생기면, 캔틸레버식으로 지지된 연마석이 튀어오르듯 기울어지는, 소위 축 기울어짐(spindle tilting)이 발생하여, 웨이퍼의 연삭면에 피라미드 형상의 연삭흔이 남는 등 웨이퍼에 손상을 줄 우려가 있었다.
즉, 도 9(a)에 도시한 바와 같은 연마석(94)을 지지하는 점이 가공하는 작용점(가공점)과 떨어진 캔틸레버식의 가공 장치의 경우, 도 10(b)에 도시하는 바와 같이, 연삭 가공 중에 연마석(94)의 한쪽이 올라가면, 연마석(94)의 자세를 웨이퍼(W)에 대하여 평행하게 유지할 수 없게 된다. 그 결과, 국소적인 부분에 과도한 힘이 가해져, 도 10에 도시하는 바와 같이, 연마 입자 선단이 웨이퍼(W)에 크게 들어가는 개소가 발생하여, 크랙이 생기게 되는 문제가 있었다.
또한, 연마석 이송 기구를 통하여 2개의 연마석이 연결되어 있기 때문에, 연삭 가공 중에 연마석이 진동하면, 2개의 연마석이 공진하여 진폭이 증폭되어, 웨이퍼의 가공 정밀도가 저하될 우려가 있었다.
따라서, 웨이퍼의 거친 연삭 및 정밀 연삭을 연속하여 고품위로 행한다는 해결해야 할 기술적 과제가 생기는 것이며, 본 발명은 이 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 제안된 것으로, 청구항 1에 기재된 발명은, 웨이퍼에 거친 연삭 가공 및 정밀 연삭 가공을 행하는 가공 장치로서, 적어도 거친 연삭 스테이지와 정밀 연삭 스테이지가 설치되고, 상기 거친 연삭 스테이지로부터 상기 정밀 연삭 스테이지로 상기 웨이퍼를 이동시키는 인덱스 테이블; 상기 거친 연삭 스테이지 및 상기 정밀 연삭 스테이지의 상방에 걸치도록 설치된 칼럼; 상기 거친 연삭 스테이지의 상방에서 상기 칼럼에 설치되어 상기 웨이퍼를 거친 연삭 가공하는 거친 연삭 수단; 및 상기 정밀 연삭 스테이지의 상방에서 상기 칼럼에 설치되어 상기 웨이퍼를 정밀 연삭 가공하는 정밀 연삭 수단을 구비하는 가공 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 칼럼이 인덱스 테이블의 거친 연삭 스테이지 및 정밀 연삭 스테이지에 걸치도록 설치되고, 거친 연삭 수단이 거친 연삭 스테이지의 상방에서 칼럼에 지지됨과 동시에 정밀 연삭 수단이 정밀 연삭 스테이지의 상방에서 칼럼에 지지된다. 즉, 칼럼이 거친 연삭 수단을 지지하는 점과 거친 연삭 수단의 가공점이 가까이에 배치되고, 칼럼이 정밀 연삭 수단을 지지하는 점과 정밀 연삭 수단의 가공점이 가까이에 배치된다. 이것에 의해, 연삭 가공 중에 생긴 수직 항력에 기인한 거친 연삭 수단 및 정밀 연삭 수단의 축 기울어짐이 억제되기 때문에, 웨이퍼를 고품위로 연삭 가공할 수 있다.
또한, 웨이퍼가 거친 연삭 가공 및 정밀 연삭 가공에서 동일한 척으로 유지됨으로써, 웨이퍼를 유지하는 척을 고강성으로 형성할 수 있고, 연마석에 대한 웨이퍼의 틸트각 등의 가공 조건이 거친 연삭 가공과 정밀 연삭 가공에서 통일되기 때문에, 연삭 가공의 스루풋(throughput)이 향상된다. 또한, 칼럼을 인덱스 테이블보다 직경이 넓고 고강성으로 형성할 수 있기 때문에, 거친 연삭 수단 및 정밀 연삭 수단의 공진이 억제되어 웨이퍼를 고품위로 연삭 가공할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명의 구성에 더하여, 상기 거친 연삭 수단과 상기 칼럼 사이에 개재되어, 상기 거친 연삭 수단을 일정 압력으로 이송하는 제1 정압 이송 기구를 구비하는 가공 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 청구항 1에 기재된 발명의 효과에 더하여, 거친 연삭 가공 시에 거친 연삭 수단에 작용하는 배분력(背分力)이 과대하게 되는 경우에는, 제1 정압 이송 기구가 거친 연삭 수단을 일시적으로 상승시킴으로써, 거친 연삭 수단이 부유(浮游)한 상태로 웨이퍼가 연성 모드 연삭되기 때문에, 웨이퍼에 손상을 주지 않고 안정적으로 연삭할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명의 구성에 더하여, 상기 거친 연삭 수단의 가공점을 끼우도록 상기 거친 연삭 수단의 외주에 배치되고, 상기 거친 연삭 수단을 상기 칼럼에 대하여 연직 방향으로 슬라이드 가능하게 지지하는 적어도 2개의 제1 가이드를 구비하는 가공 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 청구항 1 또는 청구항 2 기재된 발명의 효과에 더하여, 제1 가이드가 거친 연삭 수단을 연직 방향으로만 슬라이드 가능하게 지지함으로써, 연삭 가공 중에 생긴 수직 항력에 기인한 거친 연삭 수단의 축 기울어짐이 억제되기 때문에, 웨이퍼를 고품위로 연삭 가공할 수 있다. 또한, 제1 가이드가 거친 연삭 수단의 발진을 수직 방향으로만 한정하기 때문에, 거친 연삭 수단에 병설된 정밀 연삭 수단에 대한 진동의 영향을 억제할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 발명의 구성에 더하여, 상기 정밀 연삭 수단과 상기 칼럼 사이에 개재되어, 상기 정밀 연삭 수단을 일정 압력으로 이송하는 제2 정압 이송 기구를 구비하는 가공 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 더하여, 정밀 연삭 수단이 원하는 연삭량보다 깊게 들어가려고 하여, 연마석에 작용하는 배분력이 과대하게 되는 경우에는, 제2 정압 이송 기구가 정밀 연삭 수단을 일시적으로 상승시킴으로써, 정밀 연삭 수단의 연마석이 부유한 상태로 웨이퍼가 연성 모드 연삭되기 때문에, 웨이퍼에 손상을 주지 않고 안정적으로 연삭할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 발명의 구성에 더하여, 상기 정밀 연삭 수단의 가공점을 끼우도록 상기 정밀 연삭 수단의 외주에 배치되고, 상기 정밀 연삭 수단을 상기 칼럼에 대하여 연직 방향으로 슬라이드할 수 있게 지지하는 적어도 2개의 제2 가이드를 구비하는 가공 장치를 제공한다.
이 구성에 따르면, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 발명의 효과에 더하여, 제2 가이드가 정밀 연삭 수단을 연직 방향으로만 슬라이드 가능하게 지지함으로써, 연삭 가공 중에 생긴 수직 항력에 기인한 정밀 연삭 수단의 축 기울어짐이 억제되기 때문에, 웨이퍼를 고품위로 연삭 가공할 수 있다. 또한, 제2 가이드가 정밀 연삭 수단의 발진을 수직 방향으로만 한정하기 때문에, 정밀 연삭 수단에 병설된 거친 연삭 수단에 대한 진동의 영향을 억제할 수 있다.
본 발명은 칼럼이 인덱스 테이블의 거친 연삭 스테이지 및 정밀 연삭 스테이지에 걸치도록 설치되고, 거친 연삭 수단이 거친 연삭 스테이지의 상방에서 칼럼에 지지됨과 동시에 정밀 연삭 수단이 정밀 연삭 스테이지의 상방에서 칼럼에 지지됨으로써, 연삭 가공 중에 생긴 수직 항력에 기인한 거친 연삭 수단 및 정밀 연삭 수단의 축 기울어짐이 억제되기 때문에, 웨이퍼를 고품위로 연삭 가공할 수 있다. 또한, 웨이퍼가 거친 연삭 가공 및 정밀 연삭 가공에서 동일한 척으로 유지됨으로써, 웨이퍼를 유지하는 척을 고강성으로 형성할 수 있고, 연마석에 대한 웨이퍼의 틸트각 등의 가공 조건이 거친 연삭 가공과 정밀 연삭 가공에서 통일되기 때문에, 연삭 가공의 스루풋이 향상된다. 또한, 칼럼을 인덱스 테이블보다 직경이 넓고 고강성으로 형성할 수 있기 때문에, 거친 연삭 수단 및 정밀 연삭 수단의 공진이 억제되어 웨이퍼를 고품위로 연삭 가공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 장치를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 나타내는 가공 장치의 평면도.
도 3은 도 1에 나타내는 가공 장치의 일부를 생략한 사시도.
도 4는 도 3에 나타내는 가공 장치의 평면도.
도 5는 메인 유닛을 모식적으로 나타내는 측면도.
도 6은 메인 유닛을 모식적으로 나타내는 평면도.
도 7은 메인 유닛의 상부를 나타내는 사시도.
도 8은 연성 모드 연삭의 양태를 나타내는 모식도.
도 9는 종래의 가공 장치를 나타내는 모식도이며, 도 9(a)는 연삭 전의 양태를 나타내는 도면이고, 도 9(b)는 연삭 중의 양태를 나타내는 도면.
도 10은 취성(脆性) 모드 연삭의 양태를 나타내는 모식도.
본 발명에 따른 가공 장치는 웨이퍼의 거친 연삭 및 정밀 연삭을 연속하여 고품위로 행한다는 목적을 달성하기 위해, 웨이퍼에 거친 연삭 가공 및 정밀 연삭 가공을 행하는 가공 장치로서, 적어도 거친 연삭 스테이지와 정밀 연삭 스테이지가 설치되고, 거친 연삭 스테이지로부터 정밀 연삭 스테이지로 웨이퍼를 이동시키는 인덱스 테이블, 거친 연삭 스테이지 및 정밀 연삭 스테이지의 상방에 걸치도록 설치된 칼럼, 거친 연삭 스테이지의 상방에서 칼럼에 설치되어 웨이퍼를 거친 연삭 가공하는 거친 연삭 수단, 및 정밀 연삭 스테이지의 상방에서 칼럼에 설치되어 웨이퍼를 정밀 연삭 가공하는 정밀 연삭 수단을 구비하여 실현된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 장치(1)에 대하여, 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 있어서, 구성 요소의 수, 수치, 양, 범위 등을 언급하는 경우, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 분명하게 특정 수로 한정되는 경우를 제외하고, 그 특정 수로 한정되는 것은 아니고, 특정 수 이상이어도 이하이어도 상관없다.
또한, 구성 요소 등의 형상, 위치 관계를 언급할 때는 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 분명하게 그렇지 않다고 생각되는 경우 등을 제외하고, 실질적으로 그 형상 등에 근사 또는 유사한 것 등을 포함한다.
또한, 도면은 특징을 알기 쉽게 하기 위해 특징적인 부분을 확대하는 등 하여 과장하는 경우가 있고, 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 같다고 한정되는 것은 아니다. 또한, 단면도에서는 구성 요소의 단면 구조를 알기 쉽게 하기 위해, 일부 구성 요소의 해칭을 생략하는 경우가 있다.
도 1은 가공 장치(1)의 기본적 구성을 나타내는 사시도이다. 도 2는 가공 장치(1)의 평면도이다. 도 3은 정압 이송 기구를 생략한 가공 장치(1)를 나타내는 사시도이다. 도 4는 정압 이송 기구를 생략한 가공 장치(1)의 평면도이다.
가공 장치(1)는 병렬로 나열된 2개의 연마석으로 웨이퍼를 연속적으로 연삭 가공한다. 가공 장치(1)는 웨이퍼(W)를 이면 연삭하여 박막으로 형성한다. 가공 장치(1)를 이용하여 연삭 가공이 실시되는 웨이퍼(W)는 실리콘 웨이퍼, 실리콘 카바이드 웨이퍼 등의 고경도·고취성을 나타내는 것이 적합하지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 가공 장치(1)는 인덱스 테이블(2)과 인덱스 테이블(2)의 상방에 배치된 메인 유닛(3)을 구비한다.
인덱스 테이블(2)은 도시하지 않은 모터에 연결된 회전축(21) 방향으로 회전 가능하다. 인덱스 테이블(2)은 회전축(21)을 중심으로 하여 원주 상에 120도의 간격을 두고 배치된 3개의 척(22)을 구비하고 있다. 척(22)은 도시하지 않은 진공원에 접속되어 있고, 척(22) 위에 재치된 웨이퍼(W)를 부압(負壓)으로 흡착한다. 척(22)은 도시하지 않은 모터에 연결되어 있고 회전 가능하다. 인덱스 테이블(2)은 정렬 스테이지(S1), 거친 연삭 스테이지(S2), 정밀 연삭 스테이지(S3)로 구획되어 있다. 척(22) 사이에는 칸막이 판(23)이 배치되어 있고, 각 스테이지에서 사용하는 가공액이 인접한 스테이지로 비산하는 것을 억제한다.
정렬 스테이지(S1)는 도시하지 않은 반송 장치 등에 의해 웨이퍼(W)를 척(22) 위로 반송하여, 웨이퍼(W)를 소정의 위치에 위치 맞춤하는 스테이지이다. 척(22) 위에 흡착 유지된 웨이퍼(W)는 거친 연삭 스테이지(S2)로 이송된다.
거친 연삭 스테이지(S2)는 웨이퍼(W)가 거친 연삭 가공된 스테이지이다. 거친 연삭 가공된 웨이퍼(W)는 정밀 연삭 스테이지(S3)로 이송된다.
정밀 연삭 스테이지(S3)는 웨이퍼(W)가 정밀 연삭 가공되는 스테이지이다. 정밀 연삭 가공된 웨이퍼(W)는 정렬 스테이지(S1)로 이송되어 도시하지 않은 반송 장치 등에 의해 척(22)으로부터 도시하지 않은 랙 등에 수용된다.
메인 유닛(3)은 인덱스 테이블(2)에 걸치도록 배치된 아치 형상의 칼럼(4), 거친 연삭 스테이지(S2)의 상방에서 칼럼(4)에 부착된 거친 연삭 수단(5), 및 정밀 연삭 스테이지(S3)의 상방에서 칼럼(4)에 부착된 정밀 연삭 수단(6)을 구비하고 있다.
거친 연삭 수단(5)은 거친 연삭 연마석(51), 거친 연삭 연마석(51)이 하단에 부착된 제1 스핀들(52), 및 제1 스핀들(52)을 연직 방향(V)으로 승강시키는 제1 스핀들 이송 기구(53)를 구비하고 있다. 또한, 거친 연삭 수단(5)에는 제1 정압 이송 기구로서의 정압 실린더(54)가 설치되어 있다.
정밀 연삭 수단(6)은 정밀 연삭 연마석(61), 정밀 연삭 연마석(61)이 하단에 부착된 제2 스핀들(62), 및 제2 스핀들(62)을 연직 방향(V)으로 승강시키는 제2 스핀들 이송 기구(63)를 구비하고 있다. 또한, 정밀 연삭 수단(6)에는 제2 정압 이송 기구로서의 정압 실린더(64)가 설치되어 있다.
가공 장치(1)에는 제1 스핀들(52)을 연직 방향(V)으로 슬라이드 가능하게 지지하는 제1 가이드(7)와 제2 스핀들(62)을 연직 방향(V)으로 슬라이드 가능하게 지지하는 제2 가이드(8)가 설치되어 있다.
가공 장치(1)의 동작은 도시하지 않은 제어 유닛에 의해 제어된다. 제어 유닛은 가공 장치(1)를 구성하는 구성 요소를 각각 제어하는 것이다. 제어 유닛은 예를 들면, CPU, 메모리 등에 의해 구성된다. 또한, 제어 유닛의 기능은 소프트웨어를 이용하여 제어함으로써 실현되어도 좋고, 하드웨어를 이용하여 동작함으로써 실현되어도 좋다.
이와 같이, 가공 장치(1)는 정렬 스테이지(S1)의 척(22)에 흡착 유지된 웨이퍼(W)를 동일한 척(22)에 재치한 상태로, 거친 연삭 스테이지(S2), 정밀 연삭 스테이지(S3)의 순으로 연속하여 이송한다. 또한, 웨이퍼(W)를 흡착 유지하는 척(22)은 벨트 컨베이어 등의 다른 웨이퍼 유지 장치에 비해, 고강성으로 형성할 수 있다. 이것들에 의해, 연삭 가공의 스루풋이 향상됨과 동시에, 웨이퍼(W)를 고품위로 연삭 가공할 수 있다.
다음에, 칼럼(4)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 칼럼(4)은 평면에서 봤을 때, U자형으로 형성된 기부(41)와 기부(41)의 중앙으로부터 돌출하여 형성된 중앙 기둥부(42)를 구비하고, 평면에서 봤을 때, E자 형상으로 형성되어 있다.
기부(41)는 거친 연삭 스테이지(S2) 및 정밀 연삭 스테이지(S3)에 걸치도록 형성되어 있다. 이에 의해, 평면에서 봤을 때, 정렬 스테이지(S1)는 칼럼(4)의 측방에 노출되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W)를 척(22)으로 반송하거나 척(22)으로부터 반출하거나 할 때, 반송 장치 등이 칼럼(4)에 간섭되지 않고 척(22)에 액세스 할 수 있다. 기부(41)는 인덱스 테이블(2)의 외주에 입설된 2개의 지주(41a)를 연결함으로써 기부(41)의 강성이 증대된다.
중앙 기둥부(42)는 평면에서 봤을 때, 거친 연삭 스테이지(S2)와 정밀 연삭 스테이지(S3) 사이에 배치되어 있다. 중앙 기둥부(42)의 하단은 인덱스 테이블(2)의 상방까지 연장되어 있다. 중앙 기둥부(42)는 후술하는 전방 가이드(71, 81)를 설치할 수 있는 길이를 확보할 수 있다면 어떤 길이여도 상관없다.
칼럼(4)의 전면(4a)에는 연직 방향(V)에 걸쳐 오목 설치된 홈(4b, 4c)이 나란히 배치되어 있다. 홈(4b)에는 거친 연삭 수단(5)이 수용되어 있다. 또한, 홈(4c)에는 정밀 연삭 수단(6)이 수용되어 있다.
다음에, 거친 연삭 수단(5) 및 제1 가이드(7)에 대하여, 도 5∼도 8에 기초하여 설명한다. 도 5는 메인 유닛(3)의 측면도이다. 도 6은 메인 유닛(3)의 평면도이다. 도 7은 메인 유닛(3)의 상부를 나타내는 사시도이다. 도 8은 연성 모드 연삭의 양태를 나타내는 모식도이다.
거친 연삭 연마석(51)은 둘레 방향으로 복수의 컵형 연마석을 하단에 배치하여 구성되어 있다.
제1 스핀들(52)은 거친 연삭 연마석(51)을 하단에 부착한 새들(52a)과 새들(52a) 내에 설치되어 거친 연삭 연마석(51)을 회전시키는 도시하지 않은 모터를 구비하고 있다.
제1 스핀들 이송 기구(53)는 새들(52a)과 후술하는 후방 가이드(72)를 연결하는 너트(53a), 너트(53a)를 승강시키는 볼 나사(53b), 및 볼 나사(53b)를 회전시키는 모터(53c)를 구비하고 있다.
모터(53c)가 구동하여 볼 나사(53b)가 정회전하고, 너트(53a)가 연직 방향(V)과 평행한 볼 나사(53b)의 이송 방향(D)으로 하강함으로써, 새들(53a)이 하강한다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 이송 방향(D)은 거친 연삭 연마석(51)이 웨이퍼(W)를 가공하는 가공점(P1)을 통과하여 연직 방향(V)과 평행한 직선 상에 있다. 바꿔 말하면, 볼 나사(53b)의 회전축(O)과 거친 연삭 연마석(51)의 가공점(P1)은 연직 방향(V)에서 동일 직선 상에 배치되어 있다.
메인 유닛(3)에는 웨이퍼(W)의 두께를 계측하는 도시하지 않은 인 프로세스 게이지(in-process gauge)가 설치되어 있다. 인 프로세스 게이지가 계측한 웨이퍼(W)의 두께가 원하는 값에 달하면, 모터(53c)가 구동하여 볼 나사(53b)가 역회전하고, 너트(53a)에 연결된 새들(52a)이 상승함으로써, 웨이퍼(W)와 거친 연삭 연마석(51)이 이간한다.
도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 정압 실린더(54)는 제1 스핀들 이송 기구(53)의 너트(53a)를 끼우고 수평 방향(H)의 양측에 하나씩 설치되어 있다. 정압 실린더(54)는 제1 스핀들(52) 및 제1 스핀들 이송 기구(53)를 홈(4b) 내에서 매달아 설치하고 있다. 구체적으로는 정압 실린더(54)의 피스톤 로드의 하단이 너트(53a)에 연결되어 있다. 정압 실린더(54)가 제1 스핀들 이송 기구(53)를 끼우고 수평 방향(H)의 양측에 설치됨으로써, 제1 스핀들 이송 기구(53)가 상승할 때, 제1 스핀들 이송 기구(53)가 수평 방향(H)으로 기울어지는 것이 규제된다.
정압 실린더(54)는 도시하지 않은 실린더, 피스톤, 피스톤 로드, 압축기 등으로 구성되는 공지의 구성을 채용한 에어 실린더이다. 정압 실린더(54)는 연삭 가공 시에 거친 연삭 연마석(51)에 작용하는 배분력이 피스톤 로드에 전해지면, 정압 실린더(54)의 실린더 내에 충전된 압축 공기를 되밀어내도록 피스톤을 상승시킨다. 정압 실린더(54)의 구동압은 거친 연삭 연마석(51)이 웨이퍼(W)의 임계 노치 깊이(Dc값)만큼 들어갔을 때 거친 연삭 연마석(51)에 작용하는 배분력에 대응한 값 이하로 설정된다. Dc값은 웨이퍼(W)의 재료에 따라 달라지는데, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼일 때 0.09μm, 실리콘 카바이트 웨이퍼일 때 0.15μm이다.
거친 연삭 연마석(51)이 원하는 연삭량(예를 들면, Dc값)보다 깊게 들어가려고 하여, 거친 연삭 연마석(51)에 작용하는 배분력이 과대하게 되는 경우에는, 제1 스핀들(52) 및 제1 스핀들 이송 기구(53)가 일시적으로 상승하기 때문에, 거친 연삭 연마석(51)이 Dc값 이상으로 들어가는 것이 억제된다.
제1 가이드(7)는 기부(41) 및 중앙 기둥부(42)의 전면(前面)에 각각 1개씩 배치된 전방 가이드(71)와 홈(4b)에 배치된 1개의 후방 가이드(72)로 구성된다. 전방 가이드(71) 및 후방 가이드(72)는 예를 들면, 리니어 가이드이다. 전방 가이드(71)에는 새들(52a)이 직접 부착되어 있다. 또한, 후방 가이드(72)에는 너트(54a)를 통하여 새들(52a)이 부착되어 있다.
전방 가이드(71) 및 후방 가이드(72)는 연직 방향(V)을 따라 서로 평행하게 설치되어 있다. 이것에 의해, 전방 가이드(71) 및 후방 가이드(72)는 새들(52a)을 연직 방향(V)을 따라 이동하도록 규제한다. 또한, 전방 가이드(71) 및 후방 가이드(72)는 거친 연삭 연마석(51)의 가공점(P1)을 끼우도록 배치되어 있다.
제1 가이드(7)는 도 6에 도시하는 바와 같이, 평면에서 봤을 때, 전방 가이드(71) 및 후방 가이드(72)에 의해 형성되는 삼각형(T1) 내에 제1 스핀들(52)이 배치되어 있다. 구체적으로는 제1 스핀들(52)의 중심(G1)이 평면에서 봤을 때, 전방 가이드(71) 및 후방 가이드(72)에 의해 형성되는 삼각형(T1) 내에 배치되어 있다. 또한, 제1 가이드(7)는 제1 스핀들(52)의 축 기울어짐을 억제할 수 있다면 어떤 것이어도 좋고, 예를 들면, 2개의 리니어 가이드를 제공하여, 평면에서 봤을 때, 이 리니어 가이드들을 연결하는 직선 상에 중심(G1)이 배치되도록 배치되는 것이어도 상관없다.
상술한 바와 같이, 거친 연삭 연마석(51)의 가공점(P1)이 볼 나사(53b)의 회전축(O) 위에 배치됨으로써, 거친 연삭 연마석(51)에 작용하는 배분력이 과대하게 되는 경우에는, 제1 스핀들(52) 및 제1 스핀들 이송 기구(53)가 연직 방향(V)으로 빠져나가게 되어 있다. 또한, 제1 스핀들(52)의 중심(G1)이 전방 가이드(71) 및 후방 가이드(72)에 의해 형성되는 삼각형(T1) 내에 배치됨으로써, 거친 연삭 수단(5)의 축 기울어짐이 억제된다. 또한, 거친 연삭 연마석(51)에 작용하는 배분력이 과대하게 되는 경우에, 정압 실린더(54)가 제1 스핀들(52) 및 제1 스핀들 이송 기구(53)를 일시적으로 상승시켜, 거친 연삭 수단(5)의 자체 무게에 의해 일정 압력으로 거친 연삭 가공하기 때문에, 도 8에 도시하는 바와 같이, 거친 연삭 연마석(51)의 연마 입자가 연삭 가공 중에 웨이퍼(W)에 과잉으로 접촉하지 않는, 소위 부유한 상태로 웨이퍼(W)를 연성 모드 연삭할 수 있다.
다음에, 정밀 연삭 수단(6) 및 제2 가이드(8)에 대하여, 도 6 및 도 7에 기초하여 설명한다. 또한, 정밀 연삭 수단(6)의 기본적인 구성은 거친 연삭 수단(5)의 기본적 구성에 대응되므로, 중복되는 설명을 생략한다.
정밀 연삭 연마석(61)은 둘레 방향으로 복수의 컵형 연마석을 하단에 배치하여 구성된다.
제2 스핀들(62)은 정밀 연삭 연마석(61)을 하단에 부착한 새들(62a) 및 새들(62a) 내에 설치되어 정밀 연삭 연마석(61)을 회전시키는 도시하지 않은 모터를 구비하고 있다.
제2 스핀들 이송 기구(63)는 제1 스핀들 이송 기구(53)와 같은 구성이며, 새들(62a)과 후방 가이드(82)를 연결하는 도시하지 않은 너트, 너트를 승강시키는 도시하지 않은 볼 나사, 및 볼 나사를 회전시키는 모터(63a)를 구비하고 있다. 볼 나사의 회전축과 정밀 연삭 연마석(61)의 가공점(P2)은 연직 방향(V)에서 동일 직선 상에 배치되어 있다. 모터(63a)의 운전은 상술한 인 프로세스 게이지가 계측한 막 두께에 기초하여 제어된다.
정압 실린더(64)는 제2 스핀들 이송 기구(63)를 끼우고 수평 방향(H)의 양측에 하나씩 설치되어 있고, 칼럼(4)과 너트 사이에 개재되어 있다. 정압 실린더(64)는 제2 스핀들(62) 및 제2 스핀들 이송 기구(63)를 홈(4c) 내에서 매달아 설치하고 있다. 정밀 연삭 연마석(61)이 Dc값보다 깊게 들어가려고 하여, 정밀 연삭 연마석(61)에 작용하는 배분력이 과대하게 되는 경우에는, 정압 실린더(64)가 제2 스핀들(62) 및 제2 스핀들 이송 기구(63)를 일시적으로 상승시키기 때문에, 정밀 연삭 연마석(61)이 Dc값 이상으로 들어가는 것이 억제된다.
제2 가이드(8)는 기부(41) 및 중앙 기둥부(42)의 전면에 각각 1개씩 배치된 전방 가이드(81)와 홈(4b)에 배치된 1개의 후방 가이드(82)로 구성된다. 전방 가이드(81) 및 후방 가이드(82)는, 예를 들면, 리니어 가이드이다. 전방 가이드(81)에는 새들(62a)이 직접 부착되어 있다. 또한, 후방 가이드(82)에는 제2 스핀들 이송 기구(63)의 너트를 통하여 새들(62a)이 부착되어 있다.
전방 가이드(81)와 후방 가이드(82)는 연직 방향(V)을 따라 서로 평행하게 설치되어 있다. 이것에 의해, 전방 가이드(81) 및 후방 가이드(82)는 새들(62a)을 연직 방향(V)을 따라 이동하도록 규제한다. 또한, 전방 가이드(81) 및 후방 가이드(82)는 정밀 연삭 연마석(61)의 가공점(P2)을 끼우도록 배치되어 있다.
제2 가이드(8)는 평면에서 봤을 때, 전방 가이드(81) 및 후방 가이드(82)에 의해 형성되는 삼각형(T2) 내에, 제2 스핀들(62)이 배치되어 있다. 구체적으로는 제2 스핀들(62)의 중심(G2)이, 평면에서 봤을 때, 전방 가이드(81) 및 후방 가이드(82)에 의해 형성되는 삼각형(T2) 내에 배치되어 있다. 이것에 의해, 제2 스핀들(62)의 주위에 배치된 전방 가이드(81) 및 후방 가이드(82)가 제2 스핀들(62)의 축 기울어짐을 억제한다. 또한, 제2 가이드(8)는 제2 스핀들(62)의 축 기울어짐을 억제할 수 있다면 어떤 것이어도 좋고, 예를 들면, 2개의 리니어 가이드를 제공하여, 평면에서 봤을 때, 이 리니어 가이드들을 묶는 직선 상에 중심(G2)이 배치되도록 배치되는 것이어도 상관없다.
상술한 바와 같이, 정밀 연삭 연마석(61)의 가공점(P2)이 제2 스핀들 이송 기구(63)의 볼 나사의 회전축 위에 배치되어 있음으로써, 정밀 연삭 연마석(61)에 작용하는 배분력이 과대하게 되는 경우에는, 제2 스핀들(62) 및 제2 스핀들 이송 기구(63)가 연직 방향(V)으로 빠져나가게 되어 있다. 또한, 제2 스핀들(62)의 중심(G2)이 전방 가이드(81), 후방 가이드(82)에 의해 형성되는 삼각형(T2) 내에 배치됨으로써, 정밀 연삭 수단(6)의 축 기울어짐이 억제된다. 또한, 정밀 연삭 연마석(61)에 작용하는 배분력이 과대하게 되는 경우에, 정압 실린더(64)가 제2 스핀들(62) 및 제2 스핀들 이송 기구(63)를 일시적으로 상승시켜, 정밀 연삭 수단(6)의 자체 무게에 의해 일정 압력으로 거친 연삭 가공하기 때문에, 정밀 연삭 연마석(61)의 연마 입자가 연삭 가공 중에 웨이퍼(W)에 과잉으로 접촉하지 않는, 소위 부유한 상태로 웨이퍼(W)를 연성 모드 연삭할 수 있다.
상술한 가공 장치(1)를 이용하여 SiC 기판을 연성 모드 연삭할 때의 구체적인 가공 조건의 일례에 대하여 설명한다.
거친 연삭 가공의 가공 조건을, 입도＃400, 결합도(M)의 거친 연삭 연마석(51)을 준비하고, 제1 스핀들(52)의 회전 속도를 2000 rpm, 척(32)의 회전 속도를 301 rpm, 정압 실린더(55)의 구동 압력을 0.4 MPa, 제1 스핀들 이송 기구(53)의 이송 속도를 1μm/s로 설정하여, 연삭량(두께)을 40μm로 하면, 산술 평균 조도(Ra)가 34.5 nm였다.
또한, 정밀 연삭 가공의 가공 조건을, 입도＃3000, 결합도(J)의 정밀 연삭 연마석(61)을 준비하고, 제2 스핀들(62)의 회전 속도를 2000 rpm, 척(32)의 회전 속도를 301 rpm, 정압 실린더(65)의 구동 압력을 0.8 MPa, 제2 스핀들 이송 기구(63)의 이송 속도를 0.4μm/s로 설정하여, 연삭량(두께)을 10μm로 하면, 산술 평균 조도(Ra)가 6.9 nm였다.
이와 같이 하여, 상술한 가공 장치(1)는 칼럼(4)이 인덱스 테이블(2)의 거친 연삭 스테이지(S2) 및 정밀 연삭 스테이지(S3)에 걸치도록 설치되고, 거친 연삭 수단(5)이 전방 가이드(71) 및 후방 가이드(72)에 지지되고, 정밀 연삭 수단(6)이 전방 가이드(81) 및 후방 가이드(82)에 지지된다. 즉, 칼럼(4)이 거친 연삭 수단(5)을 지지하는 점과 거친 연삭 수단(5)의 가공점(P1)이 가까이에 배치되고, 또한, 칼럼(4)이 정밀 연삭 수단(6)을 지지하는 점과 정밀 연삭 수단(6)의 가공점(P2)이 가까이에 배치된다. 이것에 의해, 연삭 가공 중에 생긴 수직 항력에 기인한 거친 연삭 수단(5) 및 정밀 연삭 수단(6)의 축 기울어짐이 억제되기 때문에, 웨이퍼(W)를 고품위로 연삭 가공할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)가 거친 연삭 가공 및 정밀 연삭 가공에서 동일한 척(22)에 유지됨으로써, 웨이퍼(W)를 유지하는 척(22)을 고강성으로 형성할 수 있고, 거친 연삭 연마석(51) 및 정밀 연삭 연마석(61)에 대한 웨이퍼(W)의 틸트각 등의 가공 조건이 통일되기 때문에, 연삭 가공의 스루풋이 향상된다. 또한, 칼럼(4)을 고강성으로 형성할 수 있기 때문에, 거친 연삭 수단(5) 및 정밀 연삭 수단(6)의 공진이 억제되어, 웨이퍼(W)를 고품위로 연삭 가공할 수 있다.
또한, 정압 실린더(54, 64)의 구동압을 조정함으로써, 거친 연삭 수단(5) 및 정밀 연삭 수단(6)의 진동 주기가 어긋나기 때문에, 거친 연삭 수단(5) 및 정밀 연삭 수단(6)이 공진하는 것을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 정압 이송 기구의 구체적 구성은 상술한 것에 한정되는 것은 아니고, 연마석에 작용하는 과잉 배분력을 피하도록 스핀들을 상승할 수 있는 것이라면 어떤 구성이어도 상관없다.
또한, 본 발명은 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한 다양하게 개변할 있으며, 본 발명이 이 개변된 것에도 미치는 것은 당연하다.
1 : 가공 장치
2 : 인덱스 테이블
21 : 회전축
22 : 척
23 : 칸막이 판
3 : 메인 유닛
4 : 칼럼
4a : 전면
4b : (거친 연삭 수단을 수용하는) 홈
4c : (정밀 연삭 수단을 수용하는) 홈
41 : 기부
41a : 지주
42 : 중앙 기둥부
5 : 거친 연삭 수단
51 : 거친 연삭 연마석
52 : 제1 스핀들
53 : 제1 스핀들 이송 기구
53a : 너트
53b : 볼 나사
53c : 모터
54 : 정압 실린더(제1 정압 이송 기구)
6 : 정밀 연삭 수단
61 : 정밀 연삭 연마석
62 : 제2 스핀들
63 : 제2 스핀들 이송 기구
63a : 모터
64 : 정압 실린더(제2 정압 이송 기구)
7 : 제1 가이드
71 : 전방 가이드
72 : 후방 가이드
8 : 제2 가이드
81 : 전방 가이드
82 : 후방 가이드
H : 수평 방향
G1 : (제1 스핀들의) 중심
G2 : (제2 스핀들의) 중심
O : 볼 나사의 회전축
P1 : (거친 연삭 연마석의) 가공점
P2 : (정밀 연삭 연마석의) 가공점
S1 : 정렬 스테이지
S2 : 거친 연삭 스테이지
S3 : 정밀 연삭 스테이지
T1 : 제1 가이드가 형성하는 삼각형
T2 : 제2 가이드가 형성하는 삼각형
V : 연직 방향
W : 웨이퍼

Claims (5)

  1. 웨이퍼에 거친 연삭 가공 및 정밀 연삭 가공을 행하는 가공 장치로서,
    적어도 거친 연삭 스테이지와 정밀 연삭 스테이지가 설치되고, 상기 거친 연삭 스테이지로부터 상기 정밀 연삭 스테이지로 상기 웨이퍼를 이동시키는 인덱스 테이블;
    상기 거친 연삭 스테이지 및 상기 정밀 연삭 스테이지의 상방에 걸치도록 설치된 칼럼;
    상기 거친 연삭 스테이지의 상방에서 상기 칼럼에 설치되어 상기 웨이퍼를 거친 연삭 가공하는 거친 연삭 수단; 및
    상기 정밀 연삭 스테이지의 상방에서 상기 칼럼에 설치되어 상기 웨이퍼를 정밀 연삭 가공하는 정밀 연삭 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 거친 연삭 수단과 상기 칼럼 사이에 개재되어,
    상기 거친 연삭 수단을 일정 압력으로 이송하는 제1 정압 이송 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 거친 연삭 수단의 가공점을 끼우도록 상기 거친 연삭 수단의 외주에 배치되고, 상기 거친 연삭 수단을 상기 칼럼에 대하여 연직 방향으로 슬라이드 가능하게 지지하는 적어도 2개의 제1 가이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정밀 연삭 수단과 상기 칼럼 사이에 개재되어, 상기 정밀 연삭 수단을 일정 압력으로 이송하는 제2 정압 이송 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정밀 연삭 수단의 가공점을 끼우도록 상기 정밀 연삭 수단의 외주에 배치되고, 상기 정밀 연삭 수단을 상기 칼럼에 대하여 연직 방향으로 슬라이드할 수 있게 지지하는 적어도 2개의 제2 가이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
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