(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、ウエーハがサファイア基板やシリコンカーバイド基板等の硬い基板である場合は研削荷重を必要とするため、ウエーハに保護テープの代わりにセラミックスからなるサブストレートを貼着してウエーハを保持テーブルに保持している。サブストレートは熱が伝わり易いため、ウエーハの上面に研削水を供給しても加工熱はサブストレートに伝熱し、保持テーブルを伝って、さらには保持テーブルを支持する支持柱に伝わる。また、ウエーハが硬いため研削時間が長くなり、支持柱に熱が伝わる時間が長くなる。このため、支持柱は熱膨張して保持テーブルの保持面の傾きが変化するおそれがあった。
【0005】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、熱膨張による保持テーブルの傾き変化を抑えて、ウエーハを良好に研削することができる研削装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様の研削装置は、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段で保持したウエーハを研削砥石で研削する研削手段とを備える研削装置であって、該保持手段は、ウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルを支持する支持テーブルと、該支持テーブルを回転させる回転手段と、該支持テーブルを回転可能に支持する枠体と、該基台から該枠体を支持する少なくとも3つの支持柱とを備え、該支持柱は、下端を該基台に接続し上端を該枠体に接続して、内部を貫通する貫通孔と、該下端側に配設し該貫通孔とエア供給源とを連通する供給口と、該上端側に配設し該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気する排気口とを備え、該貫通孔にエアを流して該支持柱を冷却するとともに、該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し該支持テーブルを冷却して該支持柱と該支持テーブルとの熱変形を防止する。
【0007】
この構成によれば、貫通孔にエアを流すことで支持柱に伝達された加工熱を冷却できるため、支持柱の熱膨張を抑えることができる。また、エアを支持テーブルに向かって排気することで支持テーブルを冷却できるため、支持テーブルの熱膨張を抑えることができる。支持柱及び支持テーブルの熱膨張を抑えることができるため、保持テーブルの熱膨張による傾きの変化が防止される。このため、ウエーハが保持テーブルに適切に保持されてウエーハを良好に研削することができる。
【0008】
本発明の一態様の研削装置においては、該3つの支持柱のうち少なくとも1つの支持柱は、該枠体と該基台との距離を調節する調節機構を備え、該調節機構は、該基台の上面から垂下する方向で上端から垂下する第1の雌ネジ孔を備えて該基台に配設されるベース部と、該第1の雌ネジ孔に螺入する第1の雄ネジが下端に形成されると共に、該第1の雌ネジ孔とは異なるネジピッチで該第1の雌ネジ孔の延在方向と平行に延在し該枠体を貫通する第2の雌ネジ孔に螺入する第2の雄ネジが上端に形成されて、該基台と該枠体とを連結させるネジ柱とを備え、該調節機構の延在方向に内部を貫通する貫通孔が形成され、該供給口は該調節機構の下端側で該貫通孔とエア供給源とを連通し、該排気口は該調節機構の上端側で該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し、該貫通孔にエアを流して該ネジ柱を冷却するとともに、該貫通孔を流れたエアを該支持テーブルに向かって排気し該支持テーブルを冷却して該ネジ柱と該支持テーブルとの熱変形を防止する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、熱膨張による保持テーブルの傾き変化を抑えて、ウエーハを良好に研削することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。
図1は、本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、
図1に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研磨加工装置や、研削加工、研磨加工、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に組み込まれてもよい。
【0012】
図1に示すように、研削装置1は、多数の研削砥石48を円環状に配設した研削ホイール46を用いて、保持テーブル24に保持されたウエーハWを研削するように構成されている。研削装置1は、保持テーブル24の回転軸と研削ホイール46の回転軸が間隔を開けて配置され、研削砥石48がウエーハWの上面を通過することでウエーハWが削られて薄化される。ウエーハWの下面には、ウエーハWより外径が大きい円板状のサブストレートSがワックス等で貼着されている。なお、ウエーハWとしては、サファイア、シリコンカーバイド等を用いることができる。
【0013】
基台11上のコラム14には、研削手段41を保持テーブル24に研削送り方向(Z軸方向)に接近および離間する方向に移動させる研削送り手段31が設けられている。研削送り手段31は、コラム14に配置されたZ軸方向に平行な一対のガイドレール32と、一対のガイドレール32にスライド可能に設置されたモータ駆動のZ軸テーブル33とを有している。Z軸テーブル33の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ34が螺合されている。ボールネジ34の一端部に連結された駆動モータ35によりボールネジ34が回転駆動されることで、研削手段41がガイドレール32に沿ってZ軸方向に移動される。
【0014】
研削手段41は、ハウジング42を介してZ軸テーブル33の前面に取り付けられており、モータ等を含むスピンドル43の下端にマウント44を設けて構成されている。スピンドル43にはフランジ45が設けられ、フランジ45を介してハウジング42に研削手段41が支持される。マウント44の下面には、ホイール基台47に複数の研削砥石48が真円の環状に配設された研削ホイール46が回転可能に装着されている。研削ホイール46は、スピンドル43の駆動によって回転される。複数の研削砥石48は、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤で固めたセグメント砥石で構成される。研削砥石48により、保持テーブル24に保持されたウエーハWを研削する。
【0015】
研削手段41の下方には、保持テーブル24が設けられている。保持テーブル24の表面には、多孔質のポーラス材によってウエーハWを吸着する保持面23が形成されている。保持面23は、チャック保持テーブル24内の流路を通じて吸引源(不図示)に接続されており、保持面23に生じる負圧によってウエーハWが吸引保持される。
【0016】
保持テーブル24は、支持テーブル26及び枠体25を介して、後述する移動手段50の移動基台(基台)52に立設した3つの支持柱71(74)によって下方から支持されている。支持テーブル26は後述する回転手段90を構成するモータ91(
図2参照)によって回転され、これにより保持テーブル24が回転される。これら保持テーブル24と、支持テーブル26と、枠体25と、支持柱71(74)と、回転手段90とによりウエーハWを保持する保持手段21が構成されている。
【0017】
研削装置1の基台11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、この開口は蛇腹状の防水カバー13に覆われている。防水カバー13の下方には、保持テーブル24をX軸方向に移動させる移動手段50が設けられている。
【0018】
移動手段50は、移動基台52上に配置されたX軸方向に平行な一対のガイドレール51と、その間に配置されたボールネジ53とを有している。一対のガイドレール51には、上述の移動基台52がスライド可能に設置されている。移動基台52の背面側には、ナット部(不図示)が形成され、このナット部にボールネジ53が螺合されている。そして、ボールネジ53の一端部に連結された駆動モータ54が回転駆動されることで、保持テーブル24が一対のガイドレール51に沿ってX軸方向に動かされる。保持テーブル24は移動手段50によりウエーハWの搬入位置から研削位置に移動してウエーハWを位置付けて、研削手段41により研削が開始される。
【0019】
研削中は、保持テーブルが回転するとともに、研削砥石が回転しながらウエーハWに接触してウエーハWが研削されるため、研削砥石とウエーハWとの摩擦によりウエーハWに加工熱が生じる。加工熱は保持テーブルを伝って、保持テーブルを支持する支持テーブル及び支持柱に伝わる。このため、支持柱及び支持テーブルが加工熱によって熱膨張する問題がある。また、モータが回転することによりモータ熱が発生し、保持テーブルの周囲の温度が上昇する。このため、ウエーハWの上面に研削水を供給しても加工熱が除去しきれず、支持柱及び支持テーブルの熱膨張が原因となって保持テーブルの保持面の傾きが変化する場合がある。
【0020】
ウエーハWがシリコン等の硬質な基板である場合は、ウエーハWがサブストレートSを介して保持テーブルに保持されるが、加工熱がサブストレートSを伝って支持テーブル及び支持柱に伝わり易くなる。特に、硬質のウエーハWは研削時間が長くなり、支持柱及び支持テーブルに長時間にわたって熱が伝わり続けるため、支持柱及び支持テーブルの熱膨張による変化が大きくなる。そこで本実施の形態では、支持柱71(74)に貫通孔71c、74cを形成してエアを流すことにより支持柱71(74)に伝わる加工熱を冷却し、さらにエアを支持テーブル26に向かって排気することで支持テーブル26を冷却するようにしている。
【0021】
以下、
図2を参照して、本実施の形態に係る保持手段の構成について詳細に説明する。
図2は、本実施の形態に係る保持手段の断面図である。
【0022】
図2Aに示すように、保持テーブル24は支持テーブル26によって下方から支持され、支持テーブル26はベアリング28を介して枠体25に回転可能に支持されている。枠体25には外周から突出するようにフランジ25aが形成され、保持テーブル24はフランジ25aで移動基台52に立設する3つの支持柱71、74(1本は不図示)よって支持されている。支持テーブル26の側方には回転手段90を構成するモータ91が設置されており、モータ91の出力軸には駆動プーリ92が取り付けられている。支持テーブル26の下端にはボルトで従動プーリ27が取り付けられており、従動プーリ27及び駆動プーリ92にベルト95が巻き掛けられている。モータ91が駆動されると、ベルト95を介して駆動プーリ92から従動プーリ27に駆動が伝達されて支持テーブル26と一体の保持テーブル24が回転される。
【0023】
支持柱71は、支持柱本体71aの上端にフランジ25を押える押さえ部72、支持柱本体71aの下端に継手部73を設けて構成される。支持柱71の支持柱本体71aの下端は移動基台52に接続され、支持柱本体71aの上端は枠体25のフランジ25aの取付穴に挿し込まれている。フランジ25aは、支持柱本体71aの中間位置に設けられたストッパー部分71bで下方から支持される。支持柱本体71aの上端側には押さえ部72が配置され、押さえ部72を介して支持柱本体71aの上端側に形成された雌ネジにボルト81を螺入することにより支持柱71の上端が枠体25に接続される。支持柱本体71aの内部には貫通孔71cが形成されている。
【0024】
支持柱71の下端側の継手部73には貫通孔71cとエア供給源60を連通する供給口73aが配設され、支持柱71の上端側の押さえ部72には貫通孔71cに流れたエアを支持テーブル26に向かって排気する排気口72aが配設されている。エア供給源60から供給口73aにエアが供給されると、供給口73aから入ったエアが貫通孔71cを通って排気口72aから排気される。支持柱71内を流れるエアによって支持柱71に伝達された加工熱が冷却され、排気口72aから支持テーブル26に向けて排気されたエアによって支持テーブル26に伝達された加工熱が冷却される。これにより、支持柱71及び支持テーブル26が冷却されて熱変形が防止される。
【0025】
また、支持柱74は、枠体25と移動基台52との距離を調節する調節機構74aを備えている。調節機構74aは、移動基台52に立設される棒状のベース部75と枠体25の間にネジ柱76を配置して、ネジ柱76の回転によって保持テーブル26の傾きを調節するように構成されている。ベース部75の上端はフランジ状に形成され、ベース部75の下端は雄ネジが切られている。ベース部75は移動基台52の取付穴に挿し込まれ、ベース部75の上端のフランジ部分が移動基台52の上面に当接され、移動基台52の下面から突出した雄ネジ部分に皿バネ86を介してナット85が締めつけられている。ベース部75には、移動基台52の上面から垂下する方向で、ベース部75の上端から垂下する第1の雌ネジ孔75aが形成されている。また、ベース部75は、第1の雌ネジ孔75aの底部からベース部75の下端に向かって貫通している。
【0026】
ネジ柱76は両端ネジであり、ネジ柱76の下端にはベース部75の第1の雌ネジ孔75aに螺入する第1の雄ネジ76aが形成されており、ネジ柱76の上端には枠体25の第2の雌ネジ孔25cに螺入する第2の雄ネジ76bが形成されている。枠体25の第2の雌ネジ孔25cは、第1の雌ネジ孔75aとは異なるネジピッチで第1の雌ネジ孔75aの延在方向と平行に延在している。また、ネジ柱76の内部は、上端から下端に向かって貫通している。
【0027】
第2の雌ネジ孔25cの上方、すなわちフランジ25aの上面には窪み25bが形成されており、窪み25bの底面は第2の雌ネジ孔25cに向かって貫通している。すなわち、枠体25は、第2の雌ネジ孔25cによって貫通されている。また、窪み25bを覆うように押さえ部77が配置され、押さえ部77を介して連結棒82がフランジ25a、ネジ柱76、ベース部75の貫通孔に挿し込まれる。連結棒82の両端には雄ネジが切られており、二重ナット83、84を締め付けることで枠体25に対して支持柱74に取り付けられる。また、ベース部75が皿バネ86を介してナット85で締め付けられることで移動基台52に対してベース部75の緩みが防止されている。また、連結棒82の下端が皿バネ87を介して二重ナット84で締め付けられていることで、ネジ柱76の第1及び第2の雄ネジ76a、76bの緩みが防止されている。
【0028】
また、上記したように、第2の雌ネジ孔25cは第1の雌ネジ孔75aとは異なるネジピッチで形成されているため、ネジ柱76を回転させることによりベース部75に対するネジ柱76の移動量とネジ柱76に対する枠体25の移動量が可変される。ネジ柱76の上下動の変化量が異なるため、基台52から枠体25までの距離を微調整することができる。これにより、研削砥石48(
図1参照)の研削面に対する保持テーブル24の保持面23の傾きを精度よく調節することができる。
【0029】
図2Bに示すように、調節機構74aには内部を延在方向に貫通する貫通孔74cが形成されている。貫通孔74cには隙間を空けて連結棒82が差し込まれており、この貫通孔74cと連結棒82の隙間がエアの流路を形成している。調節機構74aの下端側、すなわちベース部75の下端側には、T字路を備えた継手部100がシール89を介して接続されており、継ぎ部100とベース部75の接続部分は気密にシールされている。
【0030】
調節機構74aの下端側の継手部100には貫通孔74cとエア供給源60を連通する供給口74bが配設され、調節機構74aの上端側の押さえ部77には貫通孔74cに流れたエアを支持テーブル26に向かって排気する排気口77aが配設されている。エア供給源60から供給口74bにエアが供給されると、供給口74bから入ったエアが貫通孔74cと連結棒82の隙間を通って排気口77aから排気される。支持柱74内を流れるエアによって支持柱74に伝達された加工熱が冷却され、排気口77bから支持テーブル26に向けて排気されたエアによって支持テーブル26に伝達された加工熱が冷却される。これにより、支持柱74及び支持テーブル26が冷却されて熱変形が防止される。
【0031】
次に、
図3を参照して、支持柱71、74及び支持テーブル26の冷却動作について詳細に説明する。
図3は、本実施の形態に係る支持柱及び支持テーブルの冷却動作の一例を示す図である。
【0032】
図3Aに示すように、保持テーブル24の保持面23にサブストレートSを介してウエーハWが載置される。モータ91が駆動されると、従動プーリ27が駆動されて支持テーブル26が回転することで(
図2参照)、保持テーブル24が回転される。研削砥石48(
図1参照)が回転してウエーハWに接触し、ウエーハWの上面に研削水を供給しながらウエーハWが研削される(
図1参照)。このとき、ウエーハWと研削砥石48の摩擦により加工熱が生じると共に、モータ熱により保持テーブル24の周囲の空気が温められる。加工熱はサブストレートSに伝わり、保持テーブル24を伝って、保持テーブル24を支持する支持テーブル26、枠体25及び支持柱71、74伝わる。また、モータ熱により枠体25及び支持柱71、74の周囲の空気が温められ、加工熱が除去され難くなる。
【0033】
この場合、支持柱71では、エア供給源60によって供給口73aにエアが送り込まれており、供給口73aから貫通孔71cを通じて排気口72aに向けて流れ込む。貫通孔71cを流れるエアは支持柱71から熱を奪いながら冷却して、排気口72aから支持テーブル26に向かって排気される。これにより、支持柱71が冷却されて熱膨張が抑えられると共に、保持テーブル24の周囲の空気が冷却されて枠体25を介して支持テーブル26の熱膨張が抑えられる。
【0034】
一方で、
図3Bに示すように、支持柱74では、エア供給源60によって供給口74bにエアが送り込まれており、供給口74bから貫通孔74cと連結棒82の隙間を通じて排気口77aに向けて流れ込む。貫通孔74cを流れるエアは支持柱74(ネジ柱76)やフランジ部25aから熱を奪いながら冷却して窪み25bに入り込み、排気口77aから支持テーブル26に向かって排気される。これにより、支持柱74が冷却されて熱膨張が抑えられると共に、保持テーブル23の周囲の空気が冷却され枠体25が冷却されて枠体25を介して支持テーブル26の熱膨張が抑えられる。
【0035】
以上のように、貫通孔71c、74cにエアを流すことで支持柱71、74に伝達された加工熱を冷却できるため、支持柱71、74の熱膨張を抑えることができる。また、エアを支持テーブル26に向かって排気することで支持テーブル26を冷却できるため、支持テーブル26の熱膨張を抑えることができる。支持柱71、74及び支持テーブル26の熱膨張を抑えることできるため、保持テーブル24の熱膨張による傾きの変化が防止される。このため、ウエーハWが保持テーブル24に適切に保持されてウエーハWを良好に研削することができる。
【0036】
上記実施の形態においては、ウエーハWとしてサファイア、シリコンカーバイドを用いる構成としたが、ウエーハWはシリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよいし、樹脂や金属等で形成された基板でもよい。また、ウエーハWはサブストレートSを貼着されていなくてもよい。
【0037】
また、上記実施の形態においては、支持柱を3つ備える構成としたが、少なくとも3つの支持柱を備えていればよい。また、調節機構は全ての支持柱に設けられていてもよいし、1つの支持柱に設けられていてもよい。また、全ての支持柱に調節機構が設けられていなくてもよい。
【0038】
また、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記各実施の形態を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
【0039】
また、本発明の実施の形態は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【0040】
本実施の形態では、本発明をウエーハWを研削する研削装置に適用した構成について説明したが、保持テーブルに伝わる加工熱を冷却する加工装置に適用することも可能である。