CN111065488B - 加工装置 - Google Patents

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Abstract

加工装置具有：保持加工工具(24)并能够旋转的卡盘(23)；保持被加工物(W)的卡盘平板(1)；安装有上述卡盘平板(1)，并具备磁耦合的从动侧磁铁(13)的转子(4、5、6、12、13)；能够转动地轴支承上述转子(4、5、6、12、13)的静压气体轴承(2)；调整上述静压气体轴承(2)的姿势的倾斜调整部件(19)；马达(18)；以及将上述马达(18)的旋转驱动力传递给上述磁耦合的原动侧磁铁(16)的传递部件(14、17)。

Description

加工装置
技术领域
本发明涉及具有旋转的加工工具和保持被加工物的旋转工作台的加工装置。尤其涉及具备保持半导体晶圆等被加工物的旋转工作台和用于对被加工物进行磨削的旋转工具，且能够进行旋转轴的姿势调整的加工装置。
背景技术
近年来，要求能够调整旋转轴的姿势的旋转装置。例如，在用于对作为半导体器件的原料的硅晶圆进行薄板化加工的平面磨床的领域中，为了提高硅晶圆的平坦度，需要适时调整旋转的磨削工具或晶圆载置台的姿势。
例如，在专利文献1中公开了一种磨床，其具备经由带传递马达的旋转力而旋转的磨削工具、对磨削工具进行轴支承的空气主轴、以及对磨削工具的姿势进行控制的磁轴承。在该装置中，使用位移传感器计算被磨削物与磨削工具的倾斜状态，基于计算出的倾斜状态来控制磁轴承的电磁线圈的励磁，从而调整被磨削物与磨削工具的相对姿势。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-22059号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在以上述磨床为首的加工装置的旋转机构中，即使在调整旋转轴的姿势时，也要求旋转力稳定地传递到旋转轴，而且不会对旋转轴的轴支承机构施加过度的负荷。
然而，在专利文献1所记载的磨床中，若控制磁轴承的电磁线圈的励磁而使旋转轴倾斜，则传递马达的旋转力的带的张力发生变化。因此，每当调整磨削工具的姿势时，带的张力发生变化，无法将旋转力稳定地传递到旋转轴，磨削工具的旋转变得不稳定。另外，由于带的周期性的伸缩运动作用于旋转轴，因此也有可能在旋转轴上引起不需要的振动。
另外，若磁轴承欲使旋转轴倾斜而较强地作用，则也有可能对空气主轴的轴支承机构施加过度的负荷，由空气压支承的部分的间隙变得不均匀，或者根据情况而产生构件彼此的干涉，轴支承机构的寿命变短。
用于解决课题的技术方案
根据本发明的第1技术方案，一种加工装置，其特征在于，具有：卡盘，保持加工工具并能够旋转；卡盘平板，保持被加工物；转子，安装有所述卡盘平板，且具备磁耦合的从动侧磁铁；静压气体轴承，将所述转子轴支承为能够转动；倾斜调整部件，对所述静压气体轴承的姿势进行调整；马达；以及传递部件，将所述马达的旋转驱动力向所述磁耦合的原动侧磁铁传递。
此外，根据本发明的第2技术方案，一种加工装置，其特征在于，具有：卡盘平板，保持被加工物并能够旋转；卡盘，保持加工工具；转子，安装有所述卡盘，且具备磁耦合的从动侧磁铁；静压气体轴承，将所述转子轴支承为能够转动；倾斜调整部件，对所述静压气体轴承的姿势进行调整；马达；以及传递部件，将所述马达的旋转驱动力向所述磁耦合的原动侧磁铁传递。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够调整旋转轴的姿势、且即使在调整旋转轴的姿势时也能够减小从马达向旋转轴传递的旋转力的变动且小型的旋转装置。
通过参照附图的以下的说明，本发明的其它的特征及优点将变得明确。另外，在附图中，对相同或者同样的结构标注相同的附图标记。
附图说明
图1是实施方式1的加工装置的剖视图。
图2是表示壳体部、倾斜调整机构的配置的一个例子的俯视图。
图3是说明实施方式1的初始状态下的旋转工作台的姿势的剖视图。
图4是说明实施方式1的倾斜调整时的旋转工作台的姿势的剖视图。
图5A是实施方式1的磁铁部的俯视图。
图5B是实施方式2的磁铁部的俯视图。
图6是表示实施方式2的旋转工作台的剖视图。
图7是实施方式3的磁铁部的俯视图。
图8是实施方式4的加工装置的剖视图。
具体实施方式
[实施方式1]
以下，参照附图，对作为本发明的实施方式1的加工装置进行说明。
图1是示意性地表示对实施方式1的半导体晶圆进行磨削加工的加工装置的概略结构的剖视图。
本装置是使配置于上方的砂轮一边旋转一边下降，并使其与保持于旋转工作台的卡盘平板而旋转的半导体晶圆接触，磨削至半导体晶圆达到规定的厚度的装置。
从旋转工作台开始依次进行说明。在图1中，附图标记W是作为被加工物的半导体晶圆，附图标记1是保持半导体晶圆W的卡盘平板。
卡盘平板1是比半导体晶圆W大的圆板，例如由氧化铝这样的陶瓷构成。在卡盘平板1的上表面、即保持半导体晶圆W的面上设置有多个同心圆状的槽25。槽25与贯通至卡盘平板1的底面或侧面的规定位置的未图示的连通路连接，从未图示的真空泵向该连通路供给负压。当将半导体晶圆W载置于卡盘平板时，半导体晶圆W的底面和槽25形成的空间成为负压，半导体晶圆W被吸附于卡盘平板1。
附图标记2是将卡盘平板1支承为能够转动的静压气体轴承。静压气体轴承2具备转子部和轴承壳体部，通过从轴承壳体部的多孔质节流部向与转子部之间的间隙喷出气体，能够以非接触的方式旋转自如地支承转子部。多孔质节流部的材料使用铜合金、超硬合金、碳系材料、或者多孔质陶瓷等。
转子部具备中空轴4、推力板5、推力板6、磁铁保持部12、从动侧磁铁部13。图中的附图标记A1是转子部的中心轴。中空轴4、推力板5、推力板6由金属材料制成。
在推力板5的上方安装有卡盘平板1，卡盘平板1与转子部一体地旋转。另外，在推力板6的下方设置有中空的磁铁保持部12，在其外侧面固定有从动侧磁铁部13。从动侧磁铁部13与后述的原动侧磁铁部16一起构成内外型的磁耦合。即，在磁铁保持部12中，作为磁耦合的一部分的从动侧磁铁部13以中心轴A1为中心被保持为同心圆状。从动侧磁铁部13的预先被磁化成N极的多个磁铁和与之相同数量的预先被磁化成S极的磁铁以等角度间隔交替地配置。
壳体部具备本体7、径向轴承垫8、推力轴承垫9、推力轴承垫10。径向轴承垫8、推力轴承垫9、推力轴承垫10由多孔质体构成，通过热压配合或粘接等固定于壳体部的本体7。壳体部的本体7为圆环形状，在其侧面设置有加压气体供给孔11，与未图示的加压气体供给源连接。从加压气体供给源向加压气体供给孔11供给的加压气体经由分配流路11a分配供给到径向轴承垫8、推力轴承垫9、推力轴承垫10，并从各垫喷出气体。
径向轴承垫8以包围转子部的中空轴4的方式设置为圆环状，与作为中空轴4的外表面的轴承面3相向。推力轴承垫9以包围转子部的中心轴A1的方式设置为圆环状，与推力板5的下表面即轴承面5a相向。推力轴承垫10以包围转子部的中心轴A1的方式设置为圆环状，与推力板6的上表面即轴承面6a相向。通过从各垫喷出的气体的压力，转子部被支承为能够从壳体部离开而旋转。
各轴承垫优选使用石墨碳，各轴承面的表面被覆优选使用氧化铝(Al2O3)。这是因为，由于未预期的过负荷、被供给的气体的压力不足或旋转速度的降低等，在相互相向的轴承面接触时，能够大幅降低摩擦，防止热粘、划伤或者轴承精度的降低。石墨碳由于结晶面的滑动而产生的自润滑性和耐磨耗性优异，具有也能够进一步大幅减轻摩擦的产生的优点。
壳体部的本体7由支柱26和多个倾斜调整机构19支承在旋转工作台框体20之上。图2表示本体7、支柱26及倾斜调整机构19的配置，因此，在沿Z方向观察圆环状的本体7的下表面的俯视图中，支柱26和两个倾斜调整机构19相对于圆环的中心相互成120度的角度地配置。本体7由一定高度的支柱26和能够沿Z方向伸缩的两个倾斜调整机构19支承，通过独立地调整两个倾斜调整机构19的Z方向的伸缩，能够控制本体7相对于旋转工作台框体20的姿势。作为倾斜调整机构19，使用电动缸。
另外，能够调整壳体部的本体7的姿势的支承方法不限于本实施方式的例子，例如也可以将4个倾斜调整机构正方配置。另外，倾斜调整机构只要能够控制Z方向的长度即可，例如也能够采用使用压电元件或者利用电动马达使滚珠丝杠转动来使支承静压轴承本体的可动销进退的方式。
另外，倾斜调整的基准点不限于图示的支柱26的前端位置，也可以设置于其它的场所。
在旋转工作台框体20的内部，作为用于对转子部赋予旋转力的驱动机构，设置有带轮14、轴承15、原动侧磁铁部16、带17、马达18。
带轮14为中空的轴构件，在其内径侧固定有原动侧磁铁部16。轴承15例如是深沟球轴承，在原动侧磁铁部16成为与从动侧磁铁部13相向的高度的位置，将带轮14支承为能够旋转。图5A是用于表示磁铁的配置的俯视图。原动侧磁铁部和从动侧磁铁部是沿着直径互不相同的圆筒的侧面交替配置N极和S极的磁铁。原动侧磁铁部16与从动侧磁铁部13被配置成，磁化了相反的磁极的磁铁相向，通过磁力的作用发挥耦合功能，若带轮14旋转，则转子部也从动旋转。由原动侧磁铁部16和从动侧磁铁部13构成内外型的磁耦合。另外，从动侧磁铁部13和原动侧磁铁部16的推力方向(Z方向)的长度在图1中以相同的长度表示，但也可以不必相同。
在对半导体晶圆进行磨削加工的加工装置的情况下，为了以高的精度使半导体晶圆平坦化，需要调整旋转工作台的姿势并使其稳定化。在这一点上，在例如利用板簧那样的弹性构件连结而传递旋转力的接触式的耦合方式中，在使旋转工作台倾斜时，由于耦合部的弹性构件的变形而产生阻力，旋转工作台的姿势可能变得不稳定。另外，弹性构件也有时因反复变形而劣化，无法期待充分的耐久性。
另一方面，在实施方式1或者后述的其它的实施方式中使用的磁耦合的原动侧与从动侧是非接触的，因此在使旋转工作台倾斜时构件不会变形而产生阻力，并且能够实现较高的耐久性。另外，虽然在实施方式1或者后述的其它的实施方式的说明中未图示，但为了可靠地防止磁耦合的从动侧磁铁与原动侧磁铁接触，也可以设置限制倾斜角度的止挡件。
在旋转工作台框体20上固定有马达18，用于将马达18的旋转驱动力传递到带轮14的环状的带17卷挂于马达18的旋转轴和带轮14。通过带轮14、带17、马达18形成有带驱动机构。
接着，对加工工具部进行说明。加工工具部能够使砂轮一边旋转一边下降，并使砂轮与保持于旋转工作台的卡盘平板1而旋转的半导体晶圆W接触。加工工具部具备装入式马达21、轴承22、卡盘23、砂轮24。装入式马达21的旋转经由轴承22传递到砂轮24。图中的附图标记A2是装入式马达21的旋转轴。砂轮24例如使用直径300mm的金刚石砂轮，以1000～4000转/每分钟的速度旋转。砂轮24被卡盘23支承，在使其朝向半导体晶圆W下降时，能够一边对半导体晶圆W施加与Z方向相反侧的力一边以旋转轴A2为中心进行旋转。
另外，在本实施方式中，为了向作为加工工具的砂轮24传递马达的旋转力，使用了轴承22，但不限于此。例如，也可以使用带和带轮的组合、齿轮来传递旋转力。
具备以上的旋转工作台和加工工具部的本实施方式的加工装置进行用于使半导体晶圆薄型化的进给加工，但半导体晶圆的平坦性依赖于加工时的砂轮24与半导体晶圆W的相对的角度。在本实施方式的加工装置中，使用未图示的传感器来检测砂轮24与半导体晶圆W的相对的角度，驱动控制倾斜调整机构以使两者成为适当的角度，从而调整旋转工作台的转子的倾斜。
图3是用于说明使砂轮24与半导体晶圆W接触而开始加工之前、即初始状态下的旋转工作台的姿势的剖视图。
倾斜调整机构19调整壳体部的本体7的姿势，以使半导体晶圆W与水平面即XY平面平行。在该状态下，被支承为能够从壳体部离开而旋转的转子部的主面当然与水平面即XY平面平行，转子部的中心轴A1与Z轴平行。带轮14以旋转轴方向与Z轴平行的方式被轴承15支承，用于将马达18的旋转力传递到带轮14的环状的带17被张力架设的方向T与水平即XY平面平行。另外，图中的附图标记C是转子部的中心轴A1为与垂直即Z轴平行的状态下的带轮14与转子的距离、即磁耦合的原动侧磁铁部16与从动侧磁铁部13的距离。另外，图中的附图标记H是从作为倾斜调整时的基准点的支柱26的前端到作为转子的最低点的磁耦合为止的、Z方向的距离。
接着，图4是用于说明在使砂轮24与半导体晶圆W接触而进行加工时，对倾斜调整机构进行驱动控制而调整旋转工作台的转子的倾斜的状态的剖视图。另外，为了便于说明，省略了加工工具部的图示。
图4表示倾斜调整机构19以壳体部相对于水平面倾斜θ的方式动作的状态。在该状态下，被支承为能够从壳体部离开而旋转的转子部的主面当然从水平面即XY平面倾斜θ，转子部的中心轴A1从Z轴倾斜θ。但是，带轮14以旋转轴方向与Z轴平行的方式被轴承15支承，用于将马达18的旋转力传递到带轮14的环状的带17被张力架设的方向T与水平即XY平面平行。
即，在本实施方式的加工装置中，在调整旋转工作台的转子的倾斜时，作为用于对转子部赋予旋转力的驱动机构的带轮14、轴承15、原动侧磁铁部16、带17、马达18的配置也不受影响。因此，即使使转子部的旋转轴倾斜，传递马达的旋转力的带的张力也不会变化。因此，在每次调整磨削工具的姿势时，带的张力不会变化，能够将旋转力稳定地传递到旋转轴，半导体晶圆的旋转不会变得不稳定。另外，由于带的周期性的伸缩运动作用于旋转轴，因此也不可能在旋转轴上引起不需要的振动。因此，能够使半导体晶圆的加工精度极高。
另外，在本实施方式中，在使倾斜调整机构能够倾斜的静压气体轴承或转子的倾斜角度θ的最大值为θMAX[度]时，以下的数学式1和数学式2成立。
(数学式1)
|U×(1-cosθMAX)-V×sinθMAX|<C
(数学式2)
|U×sinθMAX+V×(cosθMAX-1)|<D
其中，C[m]是转子部的中心轴A1为与铅垂方向即重力方向(Z轴)平行的状态下的带轮14与转子的距离、即磁耦合的原动侧磁铁部16与从动侧磁铁部13的距离。另外，转子部的中心轴A1为与铅垂方向即重力方向(Z轴)平行的状态也可以换言之是倾斜调整机构调整的角度为0[度]的状态。
另外，在转子部的中心轴A1为与铅垂即Z轴平行的状态下，将作为倾斜调整时的基准点的支柱26的前端设为G点，将从动侧磁铁部13中的距G点最远的最远点设为P点时，U[m]是G点与P点的水平方向(X方向)的距离。另外，V[m]是G点与P点的铅垂方向(Z方向)的距离。
另外，在使中心轴A1倾斜到同中心轴A1为与Z轴平行的状态相比磁耦合传递的扭矩减少30％的角度的状态下，将从动侧磁铁部13中的距G最远的最远点设为Q点时，D[m]是P点与Q点的Z方向的距离。换言之，在倾斜调整部件使倾斜角度从0度增加到磁耦合传递的扭矩减少30％的角度的期间，从动侧磁铁在铅垂方向上移动的距离为D[m]。
或者，在本实施方式中，构成为上述的数学式1和下述数学式3成立。
(数学式3)
Tq(θMAX)>Tq(θ0)×0.7
其中，Tq(θ0)[N·m]表示在倾斜调整机构的倾斜角度为0[度]的状态下所述磁耦合传递的扭矩，Tq(θMAX)[N·m]表示在倾斜调整机构的倾斜角度为θMAX[度]的状态下所述磁耦合传递的扭矩。在此，Tq(θ0)[N·m]和Tq(θMAX)[N·m]分别是在倾斜角度为0[度]和θMAX[度]的状态下，将相同大小的扭矩输入到原动侧磁铁部时传递给转子的扭矩。
这样，本实施方式的装置构成为满足数学式1与数学式2的组对、和数学式1与数学式3的组对中的至少一方的组对。因此，转子部与驱动机构的带轮不会接触，能够与倾斜调整机构的驱动状态无关地稳定地传递驱动力。而且，由于转子部与驱动机构的带轮不会接触，因此不会对静压空气轴承的轴支承机构施加过度的负荷，静压空气轴承的动作也能够稳定且能够延长寿命。
[实施方式2]
在实施方式1的加工装置中，在用于对旋转工作台的转子部赋予旋转力的驱动机构中使用了内外型的磁耦合，但在实施方式2中使用圆盘型的磁耦合。
图6是表示实施方式2的旋转工作台的剖视图，具备与实施方式1相同的转子部和壳体部。对于与图3所示的实施方式1的旋转工作台同样的部分，在图6中也标注相同的附图标记来表示，省略详细的说明。
在图6中，附图标记61为圆盘型的从动侧磁铁部，附图标记62为圆盘型的原动侧磁铁部，均如图5B的俯视图所示配置有磁铁51。即，从动侧磁铁部61将预先被磁化成N极的多个磁铁和与之相同数量的预先被磁化成S极的磁铁以中心轴A1为中心以等角度间隔呈放射状地交替配置。另外，原动侧磁铁部62也将预先被磁化成N极的多个磁铁和与之相同数量的预先被磁化成S极的磁铁以旋转轴为中心以等角度间隔呈放射状地交替配置。并且，从动侧磁铁部61和原动侧磁铁部62被配置成相互的N极和S极相向，通过磁力的作用发挥耦合功能，若带轮14旋转，则转子部也从动旋转。由原动侧磁铁部62和从动侧磁铁部61构成圆盘型的磁耦合。
在本实施方式的加工装置中，在调整旋转工作台的转子的倾斜时，作为用于对转子部赋予旋转力的驱动机构的带轮14、轴承15、原动侧磁铁部62、带17、马达18的配置也不受影响。
因此，即使使转子部的旋转轴倾斜，传递马达的旋转力的带的张力也不会变化。因此，在每次调整磨削工具的姿势时，带的张力不会变化，能够将旋转力稳定地传递到旋转轴，半导体晶圆的旋转不会变得不稳定。另外，由于带的周期性的伸缩运动作用于旋转轴，因此也不可能在旋转轴上引起不需要的振动。
另外，在本实施方式中，在将倾斜调整机构能够倾斜的静压轴承或转子的倾斜角度θ的最大值设为θMAX[度]时，以下的数学式4和数学式5成立。
(数学式4)
|E×sinθMAX+F×(cosθMAX-1)|<DS
(数学式5)
|E×(1-cosθMAX)-F×sinθMAX|<XS
其中，DS[m]是转子部的中心轴A1为与铅垂方向即重力方向(Z轴)平行的状态下的原动侧磁铁部62与从动侧磁铁部61的距离。另外，转子部的中心轴A1为与铅垂方向即重力方向(Z轴)平行的状态也可以换言之是倾斜调整机构调整的角度为0[度]的状态。
另外，在转子部的中心轴A1为与铅垂即Z轴平行的状态下，将作为倾斜调整时的基准点的支柱26的前端设为G点，将从动侧磁铁部61中的距G点最远的最远点设为P点时，E[m]是G点与P点的水平方向(X方向)的距离。另外，F[m]是G点与P点的铅垂方向(Z方向)的距离。
另外，在使中心轴A1倾斜到同中心轴A1为与Z轴平行的状态相比磁耦合传递的扭矩减少30％的角度的状态下，将从动侧磁铁部61中的距G最远的最远点设为Q点时，XS[m]是P点与Q点的X方向的距离。换言之，在倾斜调整部件使倾斜角度从0[度]增加到磁耦合传递的扭矩减少30％的角度的期间，从动侧磁铁在水平方向上移动的距离为XS[m]。
或者，在本实施方式中，构成为上述的数学式4和下述的数学式6成立。
(数学式6)
Tq(θMAX)>Tq(θ0)×0.7
其中，Tq(θ0)[N·m]表示在倾斜调整机构的倾斜角度为0[度]的状态下上述磁耦合传递的扭矩，Tq(θMAX)[N·m]表示在倾斜调整机构的倾斜角度为θMAX[度]的状态下上述磁耦合传递的扭矩。在此，Tq(θ0)[N·m]和Tq(θMAX)[N·m]分别是在倾斜角度为0[度]和θMAX[度]的状态下，将相同大小的扭矩输入到原动侧磁铁部时传递给转子的扭矩。
这样，本实施方式的装置构成为满足数学式4与数学式5的组对、和数学式4与数学式6的组对中的至少一方的组对。因此，动力侧磁铁部62与从动侧磁铁部61不会接触，能够与倾斜调整机构的驱动状态无关地稳定地传递驱动力。而且，不会对静压空气轴承的轴支承机构施加过度的负荷，静压空气轴承的动作也能够稳定且能够延长寿命。
[实施方式3]
在实施方式2的加工装置中，在用于对旋转工作台的转子部赋予旋转力的驱动机构中使用了图5B所示的圆盘型的磁耦合，但在实施方式3中使用磁铁的排列不同的圆盘型的磁耦合。
实施方式3的旋转工作台也具备圆盘型的从动侧磁铁部和圆盘型的原动侧磁铁部。旋转工作台的剖视图与图6相同，因此省略说明。
实施方式3的从动侧磁铁部和原动侧磁铁部均具备图7所示的平面形状的磁铁71。在预先被磁化成N极的多个磁铁和与之相同数量的预先被磁化成S极的磁铁以旋转轴为中心以等角度间隔放射状地交替配置这一点上，与实施方式2相同，但在旋转轴部分配置N极这一点不同。从动侧磁铁部和原动侧磁铁部在圆周部使相互的N极和S极相向而耦合，但在旋转轴部分由于彼此相同极性的磁极相向而产生排斥力，起到支承施加于推力方向的载荷的作用。因此，能够使两磁铁部的间隔稳定。
在本实施方式的加工装置中，在调整旋转工作台的转子的倾斜时，作为用于对转子部赋予旋转力的驱动机构的带轮14、轴承15、原动侧磁铁部62、带17、马达18的配置也不受影响。
因此，即使使转子部的旋转轴倾斜，传递马达的旋转力的带的张力也不会变化。因此，在每次调整磨削工具的姿势时，带的张力不会变化，能够将旋转力稳定地传递到旋转轴，半导体晶圆的旋转不会变得不稳定。另外，由于带的周期性的伸缩运动作用于旋转轴，因此也不可能在旋转轴上引起不需要的振动。
另外，由于构成为满足前面所述的数学式2的关系，因此在本实施方式的装置中，原动侧磁铁部62与从动侧磁铁部61也不会接触，能够与倾斜调整机构的驱动状态无关地稳定地传递驱动力。而且，不会对静压空气轴承的轴支承机构施加过度的负荷，静压空气轴承的动作也能够稳定且能够延长寿命。
[实施方式4]
在实施方式1～3的加工装置中，在保持被加工物的旋转工作台的旋转机构中使用了具备倾斜调整机构的静压气体轴承和磁耦合，但在实施方式4中，在加工工具的旋转机构中使用具备倾斜调整机构的静压气体轴承和磁耦合。
图8是示意性地表示对实施方式4的半导体晶圆进行磨削加工的加工装置的概略结构的剖视图。
本装置是使配置于上方的砂轮一边旋转一边下降，并使其与保持于旋转工作台的卡盘平板而旋转的半导体晶圆接触，磨削至半导体晶圆达到规定的厚度的装置。
从旋转工作台开始依次进行说明。在图8中，附图标记W是作为被加工物的半导体晶圆，附图标记1是保持半导体晶圆W的卡盘平板。
卡盘平板1是比半导体晶圆W大的圆板状，例如由氧化铝这样的多孔质材料构成。在卡盘平板1的上表面、即保持半导体晶圆W的面上设置有多个同心圆状的槽25。槽25与贯通至卡盘平板1的底面或侧面的规定位置的未图示的连通路连接，从未图示的真空泵向该连通路供给负压。当将半导体晶圆W载置于卡盘平板时，半导体晶圆W的底面和槽25形成的空间成为负压，半导体晶圆W被吸附于卡盘平板1。装入式马达21的旋转经由轴承22传递到卡盘平板1。图中的附图标记A2是装入式马达21的旋转轴。
接着，对加工工具部进行说明。加工工具部能够使砂轮一边旋转一边下降，使砂轮与保持于旋转工作台的卡盘平板1而旋转的半导体晶圆W接触。砂轮24例如使用直径300mm的金刚石砂轮，以1000～4000转/每分钟的速度旋转。在使砂轮24朝向半导体晶圆W下降时，砂轮24隔着卡盘23在Z方向上被推力板5和推力板6支承，因此能够一边对半导体晶圆W施加与Z方向相反的一侧的力一边以旋转轴A1为中心进行旋转。
附图标记2是将加工工具支承为能够转动的静压气体轴承。静压气体轴承2具备转子部和轴承壳体部，通过从轴承壳体部的多孔质节流部向与转子部之间的间隙喷出气体，能够以非接触的方式旋转自如地支承转子部。多孔质节流部的材料使用铜合金、超硬合金、碳系材料、或者多孔质陶瓷等。
转子部具备中空轴4、推力板5、推力板6、磁铁保持部12、从动侧磁铁部13。图中的附图标记A1是转子部的中心轴。中空轴4、推力板5、推力板6由金属材料制成。
在推力板5的下方隔着卡盘23安装有砂轮24，砂轮24与转子部一体地旋转。另外，在推力板6的上方设置有中空的磁铁保持部12，在其外侧面固定有从动侧磁铁部13。从动侧磁铁部13与原动侧磁铁部16一起构成内外型的磁耦合。即，在磁铁保持部12中，作为磁耦合的一部分的从动侧磁铁部13以中心轴A1为中心被保持为同心圆状。从动侧磁铁部13以等角度间隔交替配置有预先被磁化成N极的多个磁铁和与之相同数量的预先被磁化成S极的磁铁。
壳体部具备本体7、径向轴承垫8、推力轴承垫9、推力轴承垫10。径向轴承垫8、推力轴承垫9、推力轴承垫10由多孔质体构成，通过热压配合或粘接等固定于壳体部的本体7。壳体部的本体7为圆环形状，在其侧面设置有加压气体供给孔11，与未图示的加压气体供给源连接。从加压气体供给源向加压气体供给孔11供给的加压气体经由分配流路11a分配供给到径向轴承垫8、推力轴承垫9、推力轴承垫10，并从各垫喷出气体。
径向轴承垫8以包围转子部的中空轴4的方式设置为圆环状，与作为中空轴4的外表面的轴承面3相向。推力轴承垫9以包围转子部的中心轴A1的方式设置为圆环状，与推力板5的上表面相向。推力轴承垫10以包围转子部的中心轴A1的方式设置为圆环状，与推力板6的下表面相向。通过从各垫喷出的气体的压力，转子部被支承为能够从壳体部离开而旋转。
在各轴承垫中优选使用石墨碳，在各轴承面的表面被覆中优选使用氧化铝(Al2O3)。这是因为，由于未预期的过负荷或被供给的气体的压力不足或旋转速度的降低等，在相互相向的轴承面接触时，能够大幅降低摩擦，防止热粘、划伤或者轴承精度的降低。石墨碳由于晶面的滑动而产生的自润滑性和耐磨耗性优异，也具有能够进一步大幅减轻摩擦的产生的优点。
壳体部的本体7通过多个倾斜调整机构19悬架于加工工具框体80。通过独立地调整倾斜调整机构19的Z方向的伸缩，能够控制本体7相对于加工工具框体80的姿势。其结果，能够控制与转子部一起旋转的砂轮24的姿势。作为倾斜调整机构19，例如使用电动缸。
在加工工具框体80的内部，作为用于对转子部赋予旋转力的驱动机构，设置有带轮14、轴承15、原动侧磁铁部16、带17、马达18。
带轮14为中空的轴构件，在其内径侧固定有原动侧磁铁部16。轴承15例如是深沟球轴承，在原动侧磁铁部16成为与从动侧磁铁部13相向的高度的位置，将带轮14支承为能够旋转。图5A是用于表示磁铁的配置的俯视图。原动侧磁铁部16与从动侧磁铁部13被配置成，磁化了相反的磁极的磁铁相向，通过磁力的作用发挥耦合功能，若带轮14旋转，则转子部也从动旋转。由原动侧磁铁部16和从动侧磁铁部13构成内外型的磁耦合。另外，从动侧磁铁部13和原动侧磁铁部16的推力方向(Z方向)的长度在图8中以相同的长度表示，但也可以不必相同。
在加工工具框体80上固定有马达18，用于将马达18的旋转驱动力向带轮14传递的环状的带17卷绕在马达18的旋转轴和带轮14上。通过带轮14、带17、马达18形成有带驱动机构。
在本实施方式的加工装置中，在调整加工工具部的转子的倾斜时，作为用于对转子部赋予旋转力的驱动机构的带轮14、轴承15、原动侧磁铁部16、带17、马达18的配置也不受影响。
因此，即使在进行进给加工时使转子部的旋转轴倾斜，传递马达的旋转力的带的张力也不会变化。因此，每当调整磨削工具的砂轮24的姿势时，带的张力不会变化，能够将旋转力稳定地传递给旋转轴，砂轮24的旋转不会变得不稳定。另外，由于带的周期性的伸缩运动作用于旋转轴，因此也不可能在旋转轴上引起不需要的振动。
另外，由于构成为满足前面所述的数学式1的关系，因此在本实施方式的装置中，原动侧磁铁部与从动侧磁铁部也不会接触，能够与倾斜调整机构的驱动状态无关地稳定地传递驱动力。而且，不会对静压空气轴承的轴支承机构施加过度的负荷，静压空气轴承的动作也能够稳定且能够延长寿命。
另外，在本实施方式中，作为磁耦合使用了图5A所示的内外型，但也能够使用图5B或图7所示的圆盘型。
[其它的实施方式]
本发明的实施方式不限于上述的实施方式，能够适当变更或组合。
例如，在实施方式1至3中，在将马达的旋转力传递到旋转工作台的路径中，使用带和带轮向原动侧磁铁部传递旋转力，但本发明的实施方式并不限于该例。例如，既可以从马达经由齿轮或者减速器向磁耦合的原动侧磁铁部传递旋转力，也可以根据情况使马达与原动侧磁铁部直接连结。即使在这样的情况下，根据本发明，由于通过磁耦合的作用使传递***分离，因此在调整转子的倾斜时也不会对原动侧造成影响。
另外，倾斜调整的基准点的位置不限于在上述的实施方式中图示的例子，也可以设置于其它的场所。
另外，为了防止磁耦合的从动侧磁铁与原动侧磁铁接触，也可以设置限制倾斜的止挡件。
而且，本发明的实施并不限定于将半导体晶圆作为被加工物的磨削装置。另外，被加工物的保持机构不限于真空卡盘，也可以根据被加工物的性质，使用例如静电卡盘等其它的保持机构。
另外，实施了本发明的加工装置进行的加工处理并不限于以平坦化为目的的磨削，例如也可以是开孔、切削、曲面研磨等。即，本发明只要根据作为目标的加工处理而适当选择加工工具或被加工物的保持机构，就能够适用于该旋转轴的轴支承。
另外，在设有具备磁耦合的从动侧磁铁的转子、能够转动地轴支承转子的静压气体轴承、调整静压气体轴承的姿势的倾斜调整机构、马达、以及将马达的旋转驱动力向磁耦合的原动侧磁铁传递的传递部件的本发明的旋转装置中，旋转的对象物不限于被加工物、加工工具。即，若使用与在实施方式中说明的加工装置所包含的机构相同的旋转装置，则能够使所保持的对象物高精度地旋转，因此本发明的旋转装置也能够应用于测量装置等工业设备。
产业上的可利用性
本发明能够在具有旋转的加工工具和保持被加工物的旋转工作台的加工装置中实施。特别是，能够在具备保持半导体晶圆等被加工物的旋转工作台和用于对被加工物进行磨削的旋转工具、并能够进行旋转轴的姿势调整的加工装置中适当地实施。
本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种变更和变形。因此，为了明确本发明的范围，附加以下的权利要求。
附图标记的说明
1卡盘平板；2静压气体轴承；3轴承面；4中空轴；5推力板；5a轴承面；6推力板；6a轴承面；7本体；8径向轴承垫；9推力轴承垫；10推力轴承垫；11加压气体供给孔；11a分配流路；12磁铁保持部；13从动侧磁铁部；14带轮；15轴承；16原动侧磁铁部；17带；18马达；19倾斜调整机构；20旋转工作台框体；21装入式马达；22轴承；23卡盘；24砂轮；26支柱；51磁铁；61圆盘型的从动侧磁铁部；62圆盘型的原动侧磁铁部；71磁铁；W半导体晶圆。

Claims (11)

1.一种加工装置，其特征在于，
具有：
卡盘，保持加工工具并能够旋转；
卡盘平板，保持被加工物；
转子，安装有所述卡盘平板，且具备磁耦合的从动侧磁铁；
静压气体轴承，将所述转子轴支承为能够转动；
倾斜调整部件，对所述静压气体轴承的姿势进行调整；
马达；以及
传递部件，将所述马达的旋转驱动力向所述磁耦合的原动侧磁铁传递。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
所述卡盘平板是真空卡盘，所述转子具有中空的旋转轴，经由所述旋转轴的中空的部分向所述卡盘平板供给负压。
3.一种加工装置，其特征在于，
具有：
卡盘平板，保持被加工物并能够旋转；
卡盘，保持加工工具；
转子，安装有所述卡盘，且具备磁耦合的从动侧磁铁；
静压气体轴承，将所述转子轴支承为能够转动；
倾斜调整部件，对所述静压气体轴承的姿势进行调整；
马达；以及
传递部件，将所述马达的旋转驱动力向所述磁耦合的原动侧磁铁传递。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加工装置，其特征在于，
所述传递部件具有固定有所述原动侧磁铁的带轮、和卷挂在所述带轮和所述马达的旋转轴上的环状的带。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的加工装置，其特征在于，
所述磁耦合的原动侧磁铁和从动侧磁铁是沿着直径互不相同的圆筒的侧面交替配置有N极和S极的磁铁。
6.根据权利要求5所述的加工装置，其特征在于，
将所述倾斜调整部件使所述静压气体轴承倾斜的角度的最大值设为θMAX[度]，
将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的所述磁耦合的原动侧磁铁与从动侧磁铁的距离设为C[m]，
将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的从倾斜调整的基准点到所述从动侧磁铁的最远点为止的铅垂方向的距离设为V[m]、将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的从倾斜调整的基准点到所述从动侧磁铁的最远点为止的水平方向的距离设为U[m]，
将在所述倾斜调整部件使倾斜调整角度从0[度]增加至磁耦合传递的扭矩减少30％的角度为止的期间，所述从动侧磁铁在铅垂方向上移动的距离设为D[m]时，
|U×(1-cosθMAX)-V×sinθMAX|<C
并且
|U×sinθMAX+V×(cosθMAX-1)|<D
成立。
7.根据权利要求5所述的加工装置，其特征在于，
将所述倾斜调整部件使所述静压气体轴承倾斜的角度的最大值设为θMAX[度]，
将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的所述磁耦合的原动侧磁铁与从动侧磁铁的距离设为C[m]，
将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的从倾斜调整的基准点到所述从动侧磁铁的最远点为止的铅垂方向的距离设为V[m]、将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的从倾斜调整的基准点到所述从动侧磁铁的最远点为止的水平方向的距离设为U[m]，
将在所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下所述磁耦合传递的扭矩设为Tq(θ0)[N·m]，
将在所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为θMAX[度]的状态下所述磁耦合传递的扭矩设为Tq(θMAX)[N·m]时，
|U×(1-cosθMAX)-V×sinθMAX|<C
并且
Tq(θMAX)>Tq(θ0)×0.7
成立。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的加工装置，其特征在于，
所述磁耦合的原动侧磁铁和从动侧磁铁是沿着相互不同的圆盘的主面呈放射状交替配置有N极和S极的磁铁。
9.根据权利要求8所述的加工装置，其特征在于，
将所述倾斜调整部件使所述静压气体轴承倾斜的角度的最大值设为θMAX[度]，
将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的所述磁耦合的原动侧磁铁与从动侧磁铁的距离设为DS[m]，
将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的从倾斜调整的基准点到所述从动侧磁铁的最远点为止的铅垂方向的距离设为F[m]、将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的从倾斜调整的基准点到所述从动侧磁铁的最远点为止的水平方向的距离设为E[m]，
将在所述倾斜调整部件使倾斜调整角度从0[度]增加至磁耦合传递的扭矩减少30％的角度为止的期间，所述从动侧磁铁在水平方向上移动的距离设为XS[m]时，
|E×sinθMAX+F×(cosθMAX-1)|<DS
并且
|E×(1-cosθMAX)-F×sinθMAX|<XS
成立。
10.根据权利要求8所述的加工装置，其特征在于，
将所述倾斜调整部件使所述静压气体轴承倾斜的角度的最大值设为θMAX[度]，
将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的所述磁耦合的原动侧磁铁与从动侧磁铁的距离设为DS[m]，
将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的从倾斜调整的基准点到所述从动侧磁铁的最远点为止的铅垂方向的距离设为F[m]、将所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下的从倾斜调整的基准点到所述从动侧磁铁的最远点为止的水平方向的距离设为E[m]，
将在所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为0[度]的状态下所述磁耦合传递的扭矩设为Tq(θ0)[N·m]，
将在所述倾斜调整部件的倾斜调整角度为θMAX[度]的状态下所述磁耦合传递的扭矩设为Tq(θMAX)[N·m]时，
|E×sinθMAX+F×(cosθMAX-1)|<DS
并且
Tq(θMAX)>Tq(θ0)×0.7
成立。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的加工装置，其特征在于，
所述被加工物为半导体晶圆，所述加工工具为砂轮，通过使用了所述砂轮的进给加工对所述半导体晶圆进行研磨。
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