特開 2022-147550 ワーク保持装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022147550

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】ワーク保持装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 41/06 20120101AFI20220929BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20220929BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20220929BHJP

   B24B 7/04 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

B24B41/06 L

H01L21/68 N

H01L21/304 621C

B24B7/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021048840

(22)【出願日】2021-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100169960

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 貴光

(72)【発明者】

【氏名】村里 正

【テーマコード（参考）】

3C034

3C043

5F057

5F131

【Ｆターム（参考）】

3C034AA08

3C034AA13

3C034BB73

3C034DD10

3C034DD20

3C043BA03

3C043BA09

3C043BA12

3C043BA16

3C043CC04

3C043DD03

3C043DD05

3C043EE02

5F057AA02

5F057AA03

5F057BA11

5F057EB15

5F057FA02

5F057FA11

5F057FA13

5F131AA03

5F131BA32

5F131CA02

5F131CA06

5F131CA07

5F131CA08

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA05

5F131EA24

5F131EB01

5F131EB03

5F131EB78

5F131EB79

5F131FA14

5F131FA32

(57)【要約】

【課題】ワークを精度良く加工可能なワーク保持装置を提供する。
【解決手段】加工装置１の保持部３は、砥石２１で加工されるワークＷを回転可能に保持するワーク保持装置であって、ベース３４と、ベース３４より低熱膨張係数を示す素材から成り、ベース３４上に載置され、ワークＷを吸着保持可能なチャック３３と、ベース３４の径方向Ｄにおいてチャック３３との間に隙間Ｇ１、Ｇ２を空けてベース３４に取り付けられ、チャック３３のフランジ３６ａをベース３４に押さえつけるクランプ部材４０と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

砥石で加工されるワークを回転可能に保持するワーク保持装置であって、
ベースと、
前記ベース上に載置され、前記ワークを吸着保持可能なチャックと、
前記ベースの径方向において前記チャックとの間に隙間を空けて前記ベースに取り付けられ、前記チャックの周縁を前記ベースに押さえつけるクランプ部材と、
を備えていることを特徴とするワーク保持装置。

【請求項2】

前記ベースの前記チャックに対向する対向面又は前記チャックの前記ベースに対向する対向面の少なくとも一方には、前記チャックに対する前記ベースの横滑りを促す易滑り層が被膜されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク保持装置。

【請求項3】

前記ベース又は前記チャックの少なくとも一方は、前記チャックに対する前記ベースの横滑りを促す素材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク保持装置。

【請求項4】

前記チャックの前記クランプ部材に対向する被クランプ面又は前記クランプ部材の前記チャックに対向するクランプ面の少なくとも一方には、前記チャックに対する前記クランプ部材の横滑りを促す易滑り層が被膜されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク保持装置。

【請求項5】

前記チャック又は前記クランプ部材の少なくとも一方は、前記チャックに対する前記クランプ部材の横滑りを促す素材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク保持装置。

【請求項6】

前記クランプ部材は、前記チャックの凹部に嵌合されて、前記ベースに対する前記チャックの周方向の回転を規制する回り止め突部を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のワーク保持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、砥石で加工されるワークを回転可能に保持するワーク保持装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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、「ワーク」という）の加工装置は、チャックテーブルに吸着保持されたワークに研削砥石を押し当てて、ワークの表面を平坦に研削加工する。

【0003】

このような加工装置として、例えば、図６（ａ）に示すように、ワークＷを保持する吸着体１０１及び吸着体１０１を固定する枠体１０２を備えるチャックテーブル１００と、チャックテーブル１００を載置するとともにボルト１０３を介してチャックテーブル１００と一体化されたベース１０４と、を備え、恒温チラー水１０５が吸着体１０１及び枠体１０２に供給されることにより、加工時にチャックテーブル１００の温度を略等しく維持するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－６９４２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１記載の加工装置では、図６（ｂ）に示すように、ステンレス製のベース１０４とアルミナ製のチャックテーブル１００との間で加工熱に伴う熱膨張量が一致せず、ベース１０４が枠体１０２より径方向に大きく膨張し、さらに、ボルト１０３が、ベース１０４の膨張にチャックテーブル１００を追従させるため、チャックテーブル１００の上面（吸着面）に凹状の反りが生じる場合がある。そして、このような反りが生じた場合、チャックテーブル１００では、加工後のワークＷに厚みばらつきが悪化するという問題があった。

【0006】

そこで、ワークを精度良く加工す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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明に係るワーク保持装置は、砥石で加工されるワークを回転可能に保持するワーク保持装置であって、ベースと、前記ベース上に載置され、前記ワークを吸着保持可能なチャックと、前記ベースの径方向において前記チャックとの間に隙間を空けて前記ベースに取り付けられ、前記チャックの周縁を前記ベースに押さえつけるクランプ部材と、を備えている。

【0008】

この構成によれば、ベースに設けられたクランプ部材が、チャックの周縁をベースに押さえつけた状態を維持したまま、ベース及びチャックがそれぞれ独立して熱膨張可能なため、ワークの加工に伴う加工熱でベースがチャックに対して相対的に大きく熱膨張する場合であっても、チャックの吸着面に反りが生じることなく、ワークを精度良く加工することができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、ワークの加工に伴う加工熱でベースがチャックに対して相対的に大きく熱膨張する場合であっても、チャックの吸着面に反りが生じることなく、ワークを精度良く加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係るワーク保持装置を適用した加工装置を示す模式図である。

【図2】ワーク保持装置を示す平面図である。

【図3】図２中のＡ－Ａ線断面図及び一部拡大図である。

【図4】クランプ部材の構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。

【図5】チャックテーブルに対するクランプ部材の取付位置を示す斜視図である。

【図6】従来のチャックテーブル及びベースを示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はベースの熱膨張に伴ってチャックテーブルに反りが生じている様子を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

また、本実施形態において、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、各構成要素が図面に描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

【0015】

加工装置１は、ワークＷに対して研削加工を行うものである。図１に示すように、加工装置１は、加工部２と、ワーク保持装置としての保持部３と、を備えている。

【0016】

加工部２は、砥石２１と、砥石スピンドル２２と、インフィード機構２３と、を備えている。

【0017】

砥石２１は、例えばカップ型砥石であり、砥石スピンドル２２の下端に取り付けられている。

【0018】

砥石スピンドル２２は、回転軸２ａ回りに回転可能であり、砥石２１及び砥石スピンドル２２が、一体となって回転可能に構成されている。

【0019】

インフィード機構２３は、砥石スピンドル２２を垂直方向に昇降させる。インフィード機構２３は、公知の構成であり、例えば、砥石スピンドル２２の移動方向を案内する複数のリニアガイドと、砥石スピンドル２２を昇降させるボールネジスライダ機構と、で構成されている。インフィード機構２３は、砥石スピンドル２２とコラム２４との間に介装されている。

【0020】

保持部３は、チャックテーブル３１と、チャックスピンドル３２と、を備えている。

【0021】

図２、３に示すように、チャックテーブル３１は、チャック３３と、ベース３４と、を備えている。

【0022】

チャック３３は、吸着体３５と、枠体３６と、を備えている。吸着体３５は、平面から視てワークＷに応じた形状に形成されている。吸着体３５は、アルミナの多孔質材料から成る。

【0023】

チャックテーブル３１は、内部を通って表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、図示しないロータリージョイントを介してバキュームポンプＰ及び図示しない圧縮空気源又は給水源に接続されている。バキュームポンプＰが起動すると、吸着体３５に載置されたワークＷと吸着体３５の上面（吸着面３５ａ）との間に負圧が生じて、ワークＷが吸着面３５ａに吸着保持される。また、圧縮空気源又は給水源が起動すると、ワークＷと吸着体３５との吸着が解除される。

【0024】

枠体３６は、吸着体３５を略中央に埋設してアルミナの緻密体から成る。枠体３６の外周には、フランジ３６ａが形成されている。

【0025】

吸着体３５及び枠体３６は、上述したようにアルミナが用いられるのが一般的であるが、ベース３４より低熱膨張係数を示す材質であれば良く、軽量で耐食性・耐熱性に優れた炭化珪素、又は良好な熱伝導率を示す窒化アルミニウム等であっても構わない。

【0026】

ベース３４は、チャックスピンドル３２に接続されている。ベース３４の上面中央に設けられた凸部３４ａが、枠体３６の下面中央に設けられた中央凹部３６ｂに密に嵌合することにより、枠体３６の中心とベース３４の中心とが一致している。

【0027】

ベース３４は、吸着体３５及び枠体３６より高熱膨張係数を示す材質から成り、例えばステンレスから成る。なお、アルミナの熱膨張係数は、７．２×１０―６／℃であり、ステンレス（ＳＵＳ３０４）の熱膨張係数は、１７．３×１０―６／℃である。

【0028】

また、図４に示すように、チャックテーブル３１は、クランプ部材４０を備えている。クランプ部材４０は、本体部４１と、張り出し部４２と、を備えている。クランプ部材４０は、例えばステンレスで構成されている。

【0029】

本体部４１は、平面からみて略扇状に形成されている。本体部４１は、ボルト孔４１ａに挿通されたボルトＢを介してベース３４に締結されている。

【0030】

張り出し部４２は、本体部４１の内側面４１ｂに立設されている。張り出し部４２の下面には、回り止め突部４２ａが設けられている。図５に示すように、回り止め突部４２ａは、フランジ３６ａの表面に形成された外周凹部３６ｃに嵌合可能に構成されている。

【0031】

回り止め突部４２ａは、ボルトＢの締結力に伴ってフランジ３６ａをベース３４に押さえつける。具体的には、フランジ３６ａの張り出し部４２に対向する被クランプ面３６ｄが、回り止め突部４２ａのフランジ３６ａに対向するクランプ面４２ｂによってベース３４に向けて押し付けられている。また、回り止め突部４２ａが、ボルトＢに対してオフセットして片持ちで本体部４１に支持されていることにより、ボルトＢの締結力でフランジ３６ａに過度なクランプ力が作用することを抑制する。なお、回り止め突部４２ａは、後述するベース３４の熱膨張に伴ってチャック３３に対して相対的に移動するため、移動前後でフランジ３６ａに接触可能なサイズに設定される。

【0032】

枠体３６の下面３６ｅ又はベース３４の上面３４ｂの少なくとも一方には、図示しない低摩擦性を示す易滑り層が被膜されているのが好ましい。易滑り層は、例えばグラファイト、二硫化モリブデン又はＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ）等である。または、枠体３６又はベース３４の少なくとも一方が、固体潤滑剤が分散されて低摩擦性を示すグラファイト、二硫化モリブデン又はＤＬＣ等で構成されているのが好ましい。

【0033】

また、被クランプ面３６ｄ又はクランプ面４２ｂの少なくとも一方には、図示しない低摩擦性を示す易滑り層が被膜されているのが好ましい。易滑り層は、例えばグラファイト、二硫化モリブデン又はＤＬＣ等である。または、枠体３６又はクランプ部材４０の少なくとも一方が、固体潤滑剤が分散されて低摩擦性を示すグラファイト、二硫化モリブデン又はＤＬＣ等で構成されているのが好ましい。

【0034】

本体部４１の内側面４１ｂ及び張り出し部４２の内周面４２ｃと枠体３６の外周面３６ｆとの間には、隙間Ｇ１、Ｇ２がそれぞれ確保されている。隙間Ｇ１、Ｇ２は、ベース３４が加工熱で径方向Ｄに膨張する前の初期状態において、クランプ部材４０が径方向Ｄにおいて枠体３６に接触しないように設定される。

【0035】

チャックスピンドル３２は、回転軸３ａ回りにチャックテーブル３１を回転駆動するように構成されている。チャックスピンドル３２の駆動源は、例えばサーボモータ等が考えられる。

【0036】

加工装置１の動作は、図示しない制御部によって制御される。制御部は、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。制御部は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御部の機能は、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。

【0037】

次に、加工装置１の作用について説明する。

【0038】

まず、ワークＷを図示しない搬送ロボット等を介してチャック３３に載置し、バキュームポンプＰでワークＷと吸着面３５ａとの間に負圧を発生させることにより、ワークＷが吸着体３５に吸着保持される。

【0039】

次に、インフィード機構２３のスライダによって砥石２１をワークＷの上方に移動させる。そして、砥石２１及びチャック３３をそれぞれ回転させながら、砥石２１の研削面２１ａがワークＷに押し当てられることにより、ワークＷが研削される。例えば、砥石２１の回転数は２０００ｒｐｍ、ワークＷの回転数は３００ｒｐｍにそれぞれ設定される。なお、回り止め突部４２ａが外周凹部３６ｃに嵌合してチャック３３の径方向Ｄの回転を規制するため、チャックスピンドル３２の回転駆動がチャック３３に伝達するようになっている。

【0040】

砥石２１の加工が進むにつれて、摩擦に伴う加工熱により、ベース３４及びチャック３３が熱膨張して径方向Ｄに拡径するように変形する。そして、ベース３４及びチャック３３の熱膨張量がそれぞれ異なるため、ベース３４は、ベース３４の上面３４ｂが枠体３６の下面３６ｅに対して滑るように、チャック３３より相対的に大きく熱膨張する。

【0041】

このとき、枠体３６の下面３６ｅ又はベース３４の上面３４ｂの少なくとも一方に易滑り層が被膜されている場合、又は枠体３６又はベース３４の少なくとも一方が低摩擦性を示す材質で構成されている場合には、ベース３４がチャック３３に対して相対的に大きく熱膨張し易い。

【0042】

また、図３中の仮想線に示すように、クランプ部材４０が、ベース３４の熱膨張に伴ってクランプ面４２ｂが被クランプ面３６ｄ上を横滑りするように径方向Ｄの外側に移動しても、回り止め突部４２ａは、フランジ３６ａをベース３４に押し付け続ける。

【0043】

すなわち、クランプ部材４０が、隙間Ｇ１、Ｇ２を空けてチャック３３をベース３４に押さえつけることにより、チャック３３及びベース３４が熱膨張する際に、チャック３３及びクランプ部材４０が、互いに干渉することを回避できる。

【0044】

このとき、被クランプ面３６ｄ又はクランプ面４２ｂの少なくとも一方に易滑り層が被膜されている場合、又は枠体３６又はクランプ部材４０の少なくとも一方が低摩擦性を示す材質で構成されている場合には、クランプ部材４０がチャック３３に対して移動し易い。

【0045】

そして、図示しない膜厚センサ等により、ワークＷが所望の厚みまで研削されると、砥石２１及びチャック３３の回転を停止させ、インフィード機構２３のスライダが起動して、砥石２１をワークＷから退避させる。そして、チャック３３によるワークＷの吸着保持を解除して、加工装置１によるワークＷの研削加工が終了する。

【0046】

このようにして、本実施形態に係る保持部３は、砥石２１で加工されるワークＷを回転可能に保持するワーク保持装置であって、ベース３４と、ベース３４より低熱膨張係数を示す素材から成り、ベース３４上に載置され、ワークＷを吸着保持可能なチャック３３と、ベース３４の径方向Ｄにおいてチャック３３との間に隙間Ｇ１、Ｇ２を空けてベース３４に取り付けられ、チャック３３のフランジ３６ａをベース３４に押さえつけるクランプ部材４０と、を備えている構成とした。

【0047】

このような構成によれば、ベース３４に設けられたクランプ部材４０が、フランジ３６ａをベース３４に押さつけた状態を維持したまま、ベース３４及びチャック３３がそれぞれ独立して熱膨張可能なため、ワークＷの加工に伴う加工熱でベース３４がチャック３３に対して相対的に大きく熱膨張する場合であっても、チャック３３の吸着面３５ａに反りが生じることなく、ワークＷを精度良く加工することができる。

【0048】

また、本実施形態に係る保持部３は、クランプ部材４０が、チャック３３の外周凹部３６ｃに嵌合されて、ベース３４に対するチャック３３の周方向の回転を規制する回り止め突部４２ａを備えている構成とした。

【0049】

このような構成によれば、回り止め突部４２ａが外周凹部３６ｃに嵌合することにより、チャック３３の周方向への回転が規制されるため、チャック３３に保持されるワークＷを精度良く研削することができる。

【0050】

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。

【0051】

本実施形態では、８個のクランプ部材４０が、枠体３６の外周に互いに等間隔に離間して設けられているが、クランプ部材４０の設置数は、７個以下でも９個以上であっても構わない。また、クランプ部材４０の形状は、上述したものに限定されず、例えば、枠体３６を囲繞するように環状に形成されたものであっても構わない。

【0052】

なお、チャック３３の回転速度が遅く、チャック３３を周方向に回り止めする必要がない場合には、クランプ部材４０は、回り止め突部４２ａを省略し、チャック３３をベース３４に押さえつける力の静摩擦力のみでチャック３３を周方向に回り止めする構成であっても構わない。

【0053】

本実施形態では、チャック３３がベース３４より低熱膨張係数を示す材料の場合について説明したが、チャック３３の材料はこれに限定されるものではない。

【0054】

例えば、チャック３３がベース３４より高熱膨張係数を示す材料である場合、チャック３３は、ワークＷの加工に伴う加工熱によってベース３４に対して相対的に大きく熱膨張する。このような場合であっても、本発明の構成によれば、ベース３４に設けられたクランプ部材４０が、フランジ３６ａをベース３４に押さつけた状態を維持したまま、ベース３４及びチャック３３がそれぞれ独立して熱膨張可能なため、チャック３３の吸着面３５ａに反りが生じることなく、ワークＷを精度良く加工することができる。

【0055】

さらに、チャック３３及びベース３４がそれぞれ略等しい熱膨張係数を示す材料である場合、ワークＷの加工に伴う加工熱が、ベース３４よりチャック３３に多く伝わり、チャック３３がベース４３に対して相対的に大きく熱膨張することがある。このような場合でも、本発明の構成によれば、ベース３４に設けられたクランプ部材４０が、フランジ３６ａをベース３４に押さつけた状態を維持したまま、ベース３４及びチャック３３がそれぞれ独立して熱膨張可能なため、チャック３３の吸着面３５ａに反りが生じることなく、ワークＷを精度良く加工することができる。

【符号の説明】

【0056】

１ ：加工装置
２ ：加工部
２１ ：砥石
２１ａ ：研削面
２２ ：砥石スピンドル
２３ ：インフィード機構
２４ ：コラム
３ ：保持部
３１ ：チャックテーブル
３２ ：チャックスピンドル
３３ ：チャック
３４ ：ベース
３４ａ ：凸部
３４ｂ ：（ベースの）上面
３５ ：吸着体
３５ａ ：吸着面
３６ ：枠体
３６ａ ：フランジ
３６ｂ ：中央凹部
３６ｃ ：外周凹部
３６ｄ ：被クランプ面
３６ｅ ：（枠体の）下面
３６ｆ ：（枠体の）外周面
４０ ：クランプ部材
４１ ：本体部
４１ａ ：ボルト孔
４１ｂ ：（本体部の）内側面
４２ ：張り出し部
４２ａ ：回り止め突部
４２ｂ ：クランプ面
４２ｃ ：（張り出し部の）内周面
Ｇ１、Ｇ２ ：隙間
Ｗ ：ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】