(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、この発明を実施するための形態(以下、実施形態という)につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0012】
図1は、本実施形態に係る研磨装置の構成例を示す斜視図である。
図2は、本実施形態に係る各部の位置関係等を示すレイアウト図である。
図3は、研磨部の構成を模式的に示す概略側面図である。
図4は、本実施形態に係る研磨装置の筐体が有する開口を示す平面図である。研磨装置1は、半導体ウエーハ等の円盤状のワークWの裏面を薄型化のために研削加工するとともに、研削加工されたワークWの研削面を高精度に平坦化するために研磨加工するものである。研磨装置1は、例えば、ハウジング2と、第1の研削部3と、第2の研削部4と、研磨部5と、ターンテーブル6上に設置された例えば4つの保持手段7と、カセット8、9と、位置合わせ手段10と、搬入手段11と、搬出手段12と、洗浄手段13と、搬出入手段14とを主に備えている。
【0013】
第1の研削部3は、スピンドルの下端に装着された研削砥石を有する研削ホイールを回転させながら粗研削位置Bの保持手段7に保持された、被加工物としてのワークWの裏面(上面)に押圧することによって、ワークWの裏面を粗研削加工するためのものである。同様に、第2の研削部4は、スピンドルの下端に装着された研削砥石を有する研削ホイールを回転させながら仕上げ研削位置Cに位置する保持手段7に保持された粗研削済みのワークWの裏面に押圧することによって、ワークWの裏面を仕上げ研削加工するためのものである。
【0014】
本実施形態において、研磨部5は、
図3に示すように、スピンドル5aの下端に装着された研磨パッド等の乾式の研磨工具5bを保持手段7の保持面に対向して配置させる。研磨部5は、研磨工具5bを回転させながら、研磨位置Dに位置する保持手段7の保持面に保持された仕上げ研削済みのワークWの被研磨面(裏面)Wbに押圧することによって、ワークWの被研磨面Wbを研磨加工するためのものである。
【0015】
ターンテーブル6は、ハウジング2の上面に設けられた円盤状のテーブルであり、水平面内で回転可能に設けられ、所定のタイミングで回転駆動される。このターンテーブル6上には、例えば4個の保持手段7が、例えば90度の位相角で等間隔に配設されている。これら4個の保持手段7は、上面に真空チャックを備えたチャックテーブル構造のものであり、載置されたワークWを真空吸着して保持する。これら保持手段7は、研削加工時及び研磨加工時には、鉛直方向と平行な軸を回転軸として、回転駆動機構によって水平面内で回転駆動される。このように、保持手段7は、被加工物としてのワークWを回転可能に保持する保持面を有している。このような保持手段7は、ターンテーブル6の回転によって、搬入搬出位置A、粗研削位置B、仕上げ研削位置C、研磨位置D、搬入搬出位置Aに順次移動される。
【0016】
カセット8、9は、複数のスロットを有するウエーハ用の収容器である。一方のカセット8は、研削加工前のワークWを収容し、他方のカセット9は、研磨加工後のワークWを収容する。また、位置合わせ手段10は、カセット8から取り出されたワークWが仮置きされて、その中心位置合わせを行うためのテーブルである。
【0017】
搬入手段11は、吸着パッドを有して水平面内で回転駆動される搬送アームを有し、位置合わせ手段10で位置合わせされた研削加工前のワークWを吸着保持して搬入搬出位置Aに位置する保持手段7上に搬入する。搬出手段12は、吸着パッドを有して水平面内で回転駆動される搬送アームを有し、搬入搬出位置Aに位置する保持手段7上に保持された研磨加工後のワークWを吸着保持して洗浄手段13に搬出する。
【0018】
搬出入手段14は、例えばU字型ハンド14aを備えるロボットピックであり、U字型ハンド14aによってワークWを吸着保持して搬送する。具体的には、搬出入手段14は、研削加工前のワークWをカセット8から位置合わせ手段10へ搬出するとともに、研磨加工後のワークWを洗浄手段13からカセット9へ搬入する。洗浄手段13は、研磨加工後のワークWを洗浄し、研削及び研磨された加工面に付着している研削屑及び研磨屑等のコンタミネーションを除去する。
【0019】
本実施形態において、
図2に示すように、研磨装置1は、第1、第2の研削部3、4によりワークWを研削する粗研削位置B、仕上げ研削位置C周りの領域が研削領域E1として設定され、研磨部5によりワークWに対して研磨を行う研磨位置D周りの領域が研磨領域E2として設定されている。そして、研削領域E1及び研磨領域E2に対応して少しでも閉塞的となる研削雰囲気及び研磨雰囲気を形成するようにターンテーブル6上を覆う、平面視において略L字状に形成された筐体51がハウジング2上に設けられている。
【0020】
次に、研磨部5について、
図3を用いてより詳細に説明する。研磨部5は、上述の研磨工具5b及び筐体51の他、回転支持部52、蓋部53、筐体内洗浄手段54、平行送り手段55、直交送り手段56及び制御手段57を備える。
【0021】
研磨手段としての回転支持部52は、保持手段7の保持面7Sに対向して配置される研磨工具5bを有し、研磨工具5bを保持手段7の保持面7Sに直交する回転軸を中心として回転可能に支持している。本実施形態において、回転支持部52は、鉛直方向を回転軸として回転可能に研磨工具5bを上側から支持するスピンドル5aとこのスピンドル5aを囲む円筒形状のカバー部5cとをさらに備えるとともに、スピンドル5aを回転させるモータを内蔵している。筐体51は、少なくとも研磨位置Dに位置する保持手段7と研磨工具5bとを、閉塞的空間が形成されるように囲むものである。
【0022】
筐体51は、底部51aと、側部51bと、天井部51cとからなり、さらに伸縮可能な蛇腹部51eを備えている。天井部51cには、回転支持部52が平行送り手段55により移動可能な楕円形の開口51dが形成されている。本実施形態において、開口51dは、平面視において、
図4に示すように、2本の円弧(半円)R、Rを2本の直線S、Sで連結した形状になっている。このように、本実施形態における楕円形には、いわゆる楕円の他、2本の円弧を2本の直線で連結した形状も含まれる。蛇腹部51eは、一端51eaが楕円形の開口51dに固定され、他端51ebが研磨手段としての回転支持部52に、天井板51gを介して固定されている。
【0023】
このような構造により、筐体51は、研磨工具5b及び回転支持部52を上下左右に移動可能とし、かつ閉塞的な空間を維持する。また、蓋部53は、筐体51の一部に設けられた開口部51fを閉塞するためのものであり、図示しないロック機構を備えている。蓋部53は、前記ロック機構のロックを解除することにより開口部51fを開閉することができる。蓋部53は、例えば研磨加工によって消耗した研磨工具5bを交換する際に開放される。
【0024】
平行送り手段55は、研磨手段としての回転支持部52を、保持手段7に対し保持面7Sと平行方向に相対的に移動させるものである。本実施形態において、平行送り手段55は、
図1に示すように、垂直に設けられた固定板15に搭載されて回転支持部52と研磨工具5bとを一体として水平方向に往復移動させる。平行送り手段55は、研磨位置Dに位置するワークWに対する研磨工具5bの接触量(オーバーラップ量)を調整したり、研磨工具5bを水平方向に往復運動させたりしながらワークWを研磨する。平行送り手段55は、例えばボールねじ構造を有しており、水平に配設支持されたボールねじ55aと、このボールねじ55aを回転駆動させるモータ55bと、水平に配設されたガイド55c等とを含む。ボールねじ55aの一部は、回転支持部52を支持する支持板55dの一部に螺合している。
【0025】
直交送り手段56は、研磨手段としての回転支持部52を、保持手段7に対し保持面7Sと直交方向に相対的に移動させるものである。本実施形態において、直交送り手段56は、
図1に示すように、平行送り手段55が有する支持板55dに搭載されて、回転支持部52と研磨工具5bとを一体として鉛直方向に往復移動させる。直交送り手段56は、支持板55dに取り付けられる一対のガイドレール56a、56aと、それぞれのガイドレール56a、56aにガイドされるとともに回転支持部52が取り付けられる一対の移動体56b、56bと、一対の移動体56b、56bを移動させる図示しないモータ等と、を含む。直交送り手段56は、研磨工具5bとワークWとの距離を調整したり、研磨工具5bがワークWを押圧する力を調整したりするものである。
【0026】
筐体内洗浄手段54は、筐体51の内壁として天井部51cの下面に配設されて、筐体51内で水を噴出して洗浄を行うためのものであり、複数個設けられている。制御手段57は、平行送り手段55及び直交送り手段56の動作を制御する。また、制御手段57は、研磨加工によって消耗した研磨工具5bを交換するために蓋部53を開ける前に筐体内洗浄手段54の噴出口54cから水が噴出するように筐体内洗浄手段54を制御する。このような構造により、研磨装置1は、第1の研削部3及び第2の研削部4によるワークWの研削加工に並行して、研磨領域E2では、保持手段7に保持された研削済みのワークWに対して研磨工具5bによって研磨加工を行う。次に、蛇腹部51eについて、より詳細に説明する。
【0027】
図5は、本実施形態に係る研磨装置が備える蛇腹部の平面図である。
図6は、
図5のA−A断面図である。
図7は、固定具の斜視図である。蛇腹部51eは、樹脂製蛇腹部材60と、形状維持ワイヤー62と、固定具63とを含む。樹脂製蛇腹部材60は、可撓性を有する樹脂材料(例えば、セシーナ生地等)で作られている。樹脂製蛇腹部材60は、山部60Mと谷部60Vとが繰り返す山谷形状で形成されている。そして樹脂製蛇腹部材60は、研磨手段としての回転支持部52側の円形から筐体51の開口51dの楕円形に、段階的に至る山部60Mを有している。すなわち、蛇腹部51eの他端51ebにおいて山部60Mは円形であり、他端51ebよりも一端51ea側においては、山部60Mは楕円形になる。
【0028】
形状維持ワイヤー62は、金属で作られており、山部60Mの形状を維持するために、山部60Mの内部に挿入されている。形状維持ワイヤー62は、山部60Mと同様に、蛇腹部51eの他端51ebにおいて円形である。他端51ebよりも一端51ea側において、形状維持ワイヤー62は楕円形になる。
【0029】
固定具63は、それぞれの形状維持ワイヤー62を樹脂製蛇腹部材60の外側から少なくとも1箇所で挟み込んで、樹脂製蛇腹部材60の所定位置に固定する。このようにすることで、固定具63は、形状維持ワイヤー62が樹脂製蛇腹部材60の山部60Mの内部で回動(周方向への移動)を防止する。
図7に示すように、固定具63は、円筒形状の部材の一部を、一端部から他端部にわたって取り除いた、断面がC形状の金具である。固定具63は、形状維持ワイヤー62の外径よりも大きい内径dを有している。このようにすることで、固定具63を容易かつ確実に樹脂製蛇腹部材60の山部60Mに取り付けることができる。固定具63の材料は特に問わないが、例えば、アルミニウム合金等を用いることができる。
【0030】
図5に示すように、複数の固定具63は、一端51eaから他端51ebへ向かって、それぞれが重ならないように、例えば、互い違いに取り付けられることが好ましい。このようにすることで、蛇腹部51eが揺動した場合において、固定具63同士の干渉を回避できるので、固定具63の耐久性低下を抑制できる。
【0031】
固定具63は、開口部63Hから形状維持ワイヤー62の部分における樹脂製蛇腹部材60の外側に取り付けられる。その後、固定具63の径方向内側(
図7の矢印Kで示す方向)に向かって固定具63をかしめることによって、固定具63が形状維持ワイヤー62を樹脂製蛇腹部材60の外側から挟み込む。そして、形状維持ワイヤー62は、固定具63によって樹脂製蛇腹部材60の所定位置に固定される。
【0032】
固定具63が取り付けられたら、固定具63の外周面に、補強材として、例えば樹脂シート等を貼り付ける。このようにすることで、固定具63と樹脂製蛇腹部材60とがこすれることによる樹脂製蛇腹部材60の耐久性低下を抑制できるとともに、固定具63の本体部63Bの腐食を抑制できる。次に、固定具63を取り付ける工具について説明する。
【0033】
図8は、固定具の取付工具を示す図である。取付工具70は、本体部71と、締め付け部72と、締め付けボルト73とを含む。本体部71と締め付け部72とは、それぞれ断面三角形状の溝74、75を有している。本体部71と締め付け部72とは、それぞれの溝74、75が対向した状態で、締め付けボルト73によって連結されている。本実施形態において、締め付けボルト73は2本である。また、本実施形態において、締め付けボルト73と溝74、75の底部(三角形の頂部)との距離は、7mm〜8mm程度である。
【0034】
取付工具70を用いて固定具63をかしめる場合、本体部71の溝74と締め付け部72の溝75との間に固定具63を配置する。そして、締め付けボルト73を規定のトルクで締め込み、固定具63をその径方向内側に向かって変形させることにより、固定具63を樹脂製蛇腹部材60の外側から形状維持ワイヤー62の部分に取り付ける。締め付けボルト73を適切なトルクで締め込むことにより、形状維持ワイヤー62の回動を十分に抑制できるとともに、樹脂製蛇腹部材60及び形状維持ワイヤー62に傷が付く等の不具合を回避できる。締め付けボルト73を適切なトルクは、形状維持ワイヤー62の外径及び材質等によって適宜変更できるが、一例としては、17N・m以上20N・m以下である。
【0035】
研磨装置1は、蛇腹部51eの山部60Mの内部に配置されている形状維持ワイヤー62を、樹脂製蛇腹部材60の外側から固定具63で所定位置に固定する。このようにすることで、形状維持ワイヤー62の回動が抑制されるので、山部60Mにおける樹脂製蛇腹部材60に作用する、形状維持ワイヤー62の回動に起因した力を抑制できる。特に、山部60M及び形状維持ワイヤー62が楕円形状となる部分で形状維持ワイヤー62の回動が発生すると、この回動によって山部60Mにおける樹脂製蛇腹部材60に無理な力が発生するが、固定具63によってこの無理な力を大幅に低減できる。また、形状維持ワイヤー62と樹脂製蛇腹部材60とを全周にわたって接着する訳ではないので、両者間における相対的な移動はある程度許容される。このため、蛇腹部51eが水平移動及び鉛直移動を繰り返した場合における形状維持ワイヤー62と樹脂製蛇腹部材60との微少な移動を許容して、樹脂製蛇腹部材60に作用する無理な力を低減できる。これらの作用により、蛇腹部51eの耐久性低下が抑制される。また、樹脂製蛇腹部材60の外側から固定具63を取り付けるだけでよいので、既存の研磨装置1が有する蛇腹部51eに対しても容易に適用できる。
【0036】
図8に示す取付工具70を用いて蛇腹部51eに固定具63を取り付けて耐久試験を行った。固定具63をかしめる際のトルクは17N・mとし、固定具63を取り付けた蛇腹部51eに対して、7年分の動作に相当する負荷を与えた。その結果、形状維持ワイヤー62の動き及び樹脂製蛇腹部材60の破損は発生しなかった。
【0037】
以上、本実施形態について説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。上述した本実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。
【0038】
例えば、固定具63は、それぞれの形状維持ワイヤー62を樹脂製蛇腹部材60の外側から少なくとも1箇所で挟み込んでいればよいので、複数の固定具63を用いて、形状維持ワイヤー62の周方向において、複数箇所で形状維持ワイヤー62を挟み込んでもよい。
【0039】
また、上記説明において、固定具63は、形状維持ワイヤー62の外径よりも大きい内径dを有しているとしたが、固定具63の内径dは、形状維持ワイヤー62が内部に配置される樹脂製蛇腹部材60の山部60Mの外径よりも大きいことが好ましい。さらには、固定具63の周方向における開口部63Hの寸法は、形状維持ワイヤー62が内部に配置される樹脂製蛇腹部材60の山部60Mの外径よりも大きいことが好ましい。このようにすれば、固定具63をさらに容易に樹脂製蛇腹部材60の山部60Mに取り付けることができる。
【0040】
また、円形の形状維持ワイヤー62、すなわち、研磨手段としての回転支持部52に最も近い形状維持ワイヤー62(他端51ebの形状維持ワイヤー62)は、樹脂製蛇腹部材60の山部60Mの内部で回転しても、樹脂製蛇腹部材60に無理な力は作用しない。このため、上記説明においては、蛇腹部51eのすべての形状維持ワイヤー62を固定具63で固定したが、回転支持部52に最も近い形状維持ワイヤー62は、固定具63で固定しなくてもよい。すなわち、少なくとも、回転支持部52に最も近い形状維持ワイヤー62以外のそれぞれの形状維持ワイヤー62については、樹脂製蛇腹部材60の外側から少なくとも1箇所を固定具63で挟み込んで樹脂製蛇腹部材60の所定位置に固定することが好ましい。このようにすることで、蛇腹部51eに取り付ける固定具63の数を低減できるので、コスト低減及び作業負荷の軽減といった利点が得られる。
【0041】
なお、回転支持部52に最も近い形状維持ワイヤー62の形状が楕円形である場合、この形状維持ワイヤー62の部分にも固定具63を取り付けることが好ましい。このようにすれば、すべての形状維持ワイヤー62の部分において、蛇腹部51eの耐久性低下を抑制することができる。
【0042】
また、上記説明においては、固定具63を樹脂製蛇腹部材60の外側に取り付けたが、これに限定されるものではない。例えば、固定具63を取り付ける樹脂製蛇腹部材60の部分に、補強材として、例えば、樹脂シート等を貼り付け、固定具63と樹脂製蛇腹部材60との間に前記補強材を介在させてもよい。このようにすることで、樹脂製蛇腹部材60に傷等が発生することを抑制できるので、樹脂製蛇腹部材60の耐久性低下を抑制できる。なお、補強材は、例えば、樹脂製蛇腹部材60の材料と同種の材料を用いることができる。
【0043】
また、上記説明においては、形状維持ワイヤー62の部分における樹脂製蛇腹部材60に固定具63を取り付けた後、その外周面に、補強材として、例えば樹脂シート等を貼り付けたが、このような形態に限定されない。例えば、形状維持ワイヤー62の部分における樹脂製蛇腹部材60に、樹脂シート等を貼り付けないで、固定具63を取り付けたままにしてもよい。このようにすることで、作業の手間及び製造コストを軽減できる。