JP2009208212A - Processing device for thinning and flattening substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板径が450mmと大きな基板であっても、基板の平坦化加工時に基板に割れやチッピングを生じさせることがない高い剛性を有する薄厚平坦化加工装置に関する。この基板の薄厚平坦化加工装置は、シリコンベアウエハ、半導体基板、セラミック基板、GaAs板、サファイア基板等のワークピースの薄厚平坦化加工に使用され、ワークピースの平坦化を向上するとともに基板の加工速度を向上させるものである。 The present invention relates to a thin flattening apparatus having high rigidity that does not cause cracking or chipping of a substrate even when the substrate diameter is as large as 450 mm. This substrate thinning flattening apparatus is used for thinning flattening of workpieces such as silicon bare wafers, semiconductor substrates, ceramic substrates, GaAs plates, sapphire substrates, etc., improving the flattening of the workpieces and processing the substrates. It improves speed.
シリコンベアウエハや半導体基板などのワークピースを、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル上に載置した後、カップホイール型砥石を軸承する砥石軸を回転させつつ、下降してカップホイール型砥石をワークピース表面に摺擦し、砥石軸のワークピースに対する傾斜角度および送り量(切込量)を初めに大きく、次第に小さく制御してワークピース表面を研削し、続いて研削加工された面を研磨加工してワークピースの厚みを薄くする薄厚平坦化加工装置が実用化されている。 After placing a workpiece such as a silicon bare wafer or semiconductor substrate on a porous ceramic rotary chuck table, rotate the grindstone shaft that supports the cupwheel grindstone and lower it to place the cupwheel grindstone on the workpiece surface. Grinding and grinding the workpiece surface by first controlling the inclination angle and feed amount (cutting amount) of the grinding wheel shaft with respect to the workpiece, and gradually reducing it, and then polishing the ground surface. Thin flattening apparatuses that reduce the thickness of workpieces have been put into practical use.
例えば、インデックス型回転テーブルに該回転テーブルの回転軸を中心に円周上に均等間隔で設けられた4組みの基板チャックロータリーテーブル機構上にはそれぞれ1個の半導体基板が載置され、それぞれの上方に粗研削カップホイール型ダイヤモンド砥石、仕上研削カップホイール型ダイヤモンド砥石および研磨パッドが備えられた基板の薄厚平坦化加工装置が提案された。この基板の薄厚平坦化加工装置は、ローディング/アンローディングステージ、粗研削スージ、仕上研削ステージおよび研磨ステージに区画した一台の前記インデックス型回転テーブルに半導体基板1枚を真空チャックできるポーラスセラミック製チャックテーブル4組みを前記インデックス回転テーブルの軸心に対し同一円周上に等間隔で配設した基板の薄厚平坦化加工装置である(例えば、特許文献1参照。)。 For example, one semiconductor substrate is mounted on each of four sets of substrate chuck rotary table mechanisms provided on an index-type rotary table at equal intervals around the rotation axis of the rotary table. There has been proposed a substrate for thinning and flattening a substrate provided with a rough grinding cup wheel type diamond grinding wheel, a finish grinding cup wheel type diamond grinding wheel and a polishing pad. This substrate flattening apparatus is a porous ceramic chuck capable of vacuum chucking one semiconductor substrate on one index type rotary table partitioned into a loading / unloading stage, a rough grinding stage, a finish grinding stage and a polishing stage. This is a substrate thinning and flattening apparatus in which four sets of tables are arranged at equal intervals on the same circumference with respect to the axis of the index rotary table (see, for example, Patent Document 1).
また、基板収納ステ−ジを室外に、多関節型搬送ロボット、位置合わせ用仮置台、研削加工ステージ、移動型搬送パッド、研磨加工ステージ、および洗浄ステージを室内に備える平坦化装置において、該平坦化装置の正面側から背面側に向かって、室外の右側に基板収納ステージを設け、室内においては、室内の前列目に前記基板収納ステージ近傍位置に多関節型搬送ロボットを、その多関節型搬送ロボットの後列の右側に、位置合わせ用仮置台および後列中央側に移動型搬送パッドを設置し、それらの最後列に、時計廻り方向に基板ローディング/アンローディングステージ、粗研削ステージ、および仕上研削ステージの3つのステージを構成するポーラスセラミック製チャックテーブルを第1インデックス型回転テーブルに同心円上に配置した研削加工ステージを設け、前記基板ローディング/アンローディングステージを構成する基板チャックロータリーテーブル機構上方に、ポーラスセラミック製チャックテーブル上面を洗浄する回転式チャッククリーナおよび研削加工された基板面を洗浄する回転式洗浄ブラシ一対を備える洗浄機器をポーラスセラミック製チャックテーブル上面に対し垂直方向および平行方向に移動可能に設け、前記粗研削ステージを構成するポーラスセラミック製チャックテーブル上方に粗研削カップホイ−ル型ダイヤモンド砥石を備えるスピンドルをポーラスセラミック製チャックテーブル上面に対し昇降可能に設け、前記仕上研削ステ−ジを構成するポーラスセラミック製チャックテーブル上方に、仕上研削カップホイール型ダイヤモンド砥石を備えるスピンドルをポーラスセラミック製チャックテーブル上面に対し昇降可能に設け、前記ポーラスセラミック製チャックテーブルと多関節型搬送ロボットと移動型搬送パッドと回転式チャッククリーナおよび回転式洗浄ブラシを備える洗浄機器とで基板ローディング/アンローディングステージを構成し、ポーラスセラミック製チャックテーブルと粗研削カップホイール型ダイヤモンド砥石で粗研削ステージを構成し、ポーラスセラミック製チャックテーブルと仕上研削カップホイール型ダイヤモンド砥石で仕上研削ステージを構成させ、前記多関節型搬送ロボットの左側に、基板ローディング/アンローディング/仕上研磨ステージを構成するポーラスセラミック製チャックテーブルと、粗研磨ステージを構成するポーラスセラミック製チャックテーブルを別の1台の第2インデックス型回転テーブルに同心円上に配置した研磨加工ステージを設け、前記仕上研磨ステージを構成するポーラスセラミック製チャックテーブル上方に、洗浄液供給機構および研磨パッドを回転可能に軸承するスピンドルをポーラスセラミック製チャックテーブル上面に対し昇降可能および平行に揺動可能に設け、このポーラスセラミック製チャックテーブルと研磨パッドと洗浄液供給機構と前記移動型搬送パッドと多関節型搬送ロボットまたは別の搬送パッージを構成し、前記粗研磨ステージを構成するポーラスセラミック製チャックテーブル上方に、研磨剤スラリー液供給機構および研磨パッドを回転可能に軸承するスピンドルをポーラスセラミック製チャックテーブル上面に対し昇降可能および平行に揺動可能に設け、このポーラスセラミック製チャックテーブルと研磨パッドと研磨剤スラリー液供給機構とで基板粗研磨ステージを構成した半導体基板の薄厚平坦化加工装置も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
Further, in a flattening apparatus including a substrate storage stage outside, an articulated transfer robot, a temporary positioning table, a grinding stage, a movable transfer pad, a polishing stage, and a cleaning stage. A substrate storage stage is provided on the right side outside the room from the front side to the back side of the calibrating apparatus. In the room, an articulated transfer robot is installed in the vicinity of the substrate storage stage in the front row of the room. A temporary positioning table for alignment and a movable transfer pad at the center of the rear row are installed on the right side of the rear row of the robot, and the substrate loading / unloading stage, rough grinding stage, and finish grinding stage are clockwise in the last row of these robots. The porous ceramic chuck table that constitutes the three stages is concentrically arranged on the first index type rotary table. A rotary chuck cleaner for cleaning the upper surface of the porous ceramic chuck table and a rotary type for cleaning the ground substrate surface are provided above the substrate chuck rotary table mechanism constituting the substrate loading / unloading stage. A cleaning device including a pair of cleaning brushes is provided so as to be movable in a direction perpendicular to and parallel to the upper surface of the porous ceramic chuck table, and a rough grinding cup wheel type diamond grindstone is disposed above the porous ceramic chuck table constituting the rough grinding stage. A spindle with a finish grinding cup wheel type diamond grindstone is provided above the porous ceramic chuck table constituting the finish grinding stage. The substrate is formed by a cleaning device including a porous ceramic chuck table, an articulated transfer robot, a movable transfer pad, a rotary chuck cleaner, and a rotary cleaning brush. A loading / unloading stage is constructed, a coarse grinding stage is constructed with a porous ceramic chuck table and a coarse grinding cup wheel diamond wheel, and a finishing grinding stage is constructed with a porous ceramic chuck table and a finishing grinding cup wheel diamond wheel. On the left side of the articulated transfer robot, a porous ceramic chuck table constituting a substrate loading / unloading / finish polishing stage and a porous ceramic constituting a coarse polishing stage A polishing stage in which the chuck table is concentrically arranged on another second index type rotary table is provided, and the cleaning liquid supply mechanism and the polishing pad can be rotated above the porous ceramic chuck table constituting the finish polishing stage. A spindle for bearing is provided so as to be movable up and down and swingable in parallel with the upper surface of the porous ceramic chuck table, the porous ceramic chuck table, the polishing pad, the cleaning liquid supply mechanism, the movable transfer pad, the articulated transfer robot, or A separate conveying page is formed, and the abrasive slurry liquid supply mechanism and the spindle that rotatably supports the polishing pad can be moved up and down relative to the upper surface of the porous ceramic chuck table above the porous ceramic chuck table constituting the rough polishing stage. And An apparatus for thinning and flattening a semiconductor substrate, which is provided so as to be capable of swinging in parallel and constitutes a substrate rough polishing stage with a porous ceramic chuck table, a polishing pad, and an abrasive slurry liquid supply mechanism, has also been proposed (for example, patents). See
一方、基板の研削装置ではないが、砥石軸を回転させるスピンドル装置と、ワークピースを保持するワーク保持手段と、これらスピンドル装置の砥石とワーク保持手段に保持されたワークピースとを相対的に移動させる送り手段とを備えた内面円筒研削装置であって、前記スピンドル装置は、砥石を先端に取付けたスピンドルを静圧気体軸受と磁気軸受とが互いに兼用部分が生じるように複合化された静圧磁気複合軸受を介してスピンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルの変位を求める変位測定手段として、前記静圧気体軸受の軸受面の圧力を測定する圧力センサを設け、この圧力センサの測定値から前記スピンドルの変位を求めて前記磁気軸受の磁力制御を行う磁気軸受制御手段を設けた内面円筒研削装置も提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
On the other hand, although it is not a substrate grinding device, a spindle device for rotating a grinding wheel shaft, a workpiece holding means for holding a workpiece, and a workpiece held by the grinding wheel of the spindle device and the workpiece holding means are relatively moved. An internal cylindrical grinding device having a feed means for causing the spindle device to have a static pressure gas bearing and a magnetic bearing combined with each other so that a static pressure gas bearing and a magnetic bearing are combined with each other. A pressure sensor for measuring the pressure of the bearing surface of the hydrostatic gas bearing is provided as a displacement measuring means that is rotatably installed on the spindle device body via a magnetic composite bearing and obtains the displacement of the spindle. Also proposed is an internal cylindrical grinding device provided with magnetic bearing control means for controlling the magnetic force of the magnetic bearing by obtaining the displacement of the spindle from the value For example, see
さらに、研削装置への利用を開示するものではないが、回転/直動可能な工具主軸を回転および直動させる複合(回転/直動)アクチュエータも提案されている(例えば、特許文献4、特許文献5、特許文献6および特許文献7参照。)。
Further, although not disclosed for use in a grinding apparatus, a composite (rotation / linear motion) actuator that rotates and linearly moves a rotatable / linearly movable tool spindle has also been proposed (for example,
また、雄部材と雌部材がカップリングするキネマカップリング(kinematic coupling)を利用した高さ位置調整具を備えるテスト装置も知られている(例えば、特許文献8、非特許文献1参照。)。
There is also known a test apparatus including a height position adjusting tool using a kinematic coupling in which a male member and a female member are coupled (see, for example,
さらにまた、ビルトインモータのロータを支持する砥石軸を水静圧スラスト軸受および水静圧ラジアル軸受で支持するとともに前記砥石軸をヒートパイプにより構成し、ロータの発熱をヒートパイプにより砥石軸の長手方向に伝達して前期水静圧軸受から外部に逃がす冷却
構造とした水静圧軸受で支持される研削ヘッドも知られている(例えば、特許文献9参照。)。水静圧軸受で支持されるワーク用ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルも提案されている(例えば、特許文献10および特許文献11参照。)。
Furthermore, the grindstone shaft that supports the rotor of the built-in motor is supported by a hydrostatic thrust bearing and a hydrostatic radial bearing, and the grindstone shaft is constituted by a heat pipe, and the heat generation of the rotor is performed by the heat pipe in the longitudinal direction of the grindstone shaft. There is also known a grinding head that is supported by a hydrostatic bearing having a cooling structure that is transmitted to the previous stage and escapes from the hydrostatic bearing to the outside (see, for example, Patent Document 9). A work-use porous ceramic rotary chuck table supported by a hydrostatic bearing has also been proposed (see, for example, Patent Document 10 and Patent Document 11).
さらにまた、静圧軸受において、軸受ハウジング(円筒状ブッシュ)として円筒状ブッシュ内壁に流体通路が設けられた流体軸受も提案されている(例えば、特許文献12、特許文献13および非特許文献2参照。)。
Furthermore, in hydrostatic bearings, fluid bearings in which a fluid passage is provided on the inner wall of the cylindrical bush as a bearing housing (cylindrical bush) have also been proposed (see, for example, Patent Document 12,
例えば、回転軸を支持する軸受面において、回転軸の滑動面の移動方向に適宜の間隔をあけて複数の静圧ポケットが列設され、静圧ポケット以外の区域にランドが形成され、軸受面の静圧ポケットには給油手段に連通する給油孔が開口し、ランドには、排出手段に連通し、回転軸回転速度を検出する回転速度検出手段、軸受内の流体圧を検出する圧力センサ、軸受面と回転軸の滑動面との軸受隙間を検出する変位計及び軸受内の流体温度を測定する温度センサからの検出信号に応じて制御手段で調整される可変絞り弁を介して潤滑油を流出する排油孔が1個以上開口している内部流体軸受が提案されている(例えば、特許文献13参照。)。 For example, in the bearing surface that supports the rotating shaft, a plurality of static pressure pockets are arranged at appropriate intervals in the moving direction of the sliding surface of the rotating shaft, and lands are formed in areas other than the static pressure pockets. An oil supply hole communicating with the oil supply means opens in the static pressure pocket, and the land communicates with the discharge means. The rotation speed detection means detects the rotation shaft rotation speed, the pressure sensor detects the fluid pressure in the bearing, Lubricating oil is supplied via a variable throttle valve that is adjusted by a control means according to a detection signal from a displacement meter that detects the bearing gap between the bearing surface and the sliding surface of the rotating shaft and a temperature sensor that measures the fluid temperature in the bearing. An internal fluid bearing has been proposed in which one or more oil drain holes that flow out are opened (see, for example, Patent Document 13).
特許文献1および特許文献2に記載のコラムに研削砥石軸を昇降可能に設置し、かつ、インデックス型チャックロータリーテーブルを平坦化装置は、半導体基板(ワークピース)の直径が200mmまたは300mm、厚みが100〜770μmであるうちは中央部が薄く、縁部が厚いものであってもDRAM製造実用化に耐える肉厚分布(厚みの振れが1μm前後)を有する研削加工半導体基板を提供可能であるが、次々世代の450mm直径、厚み20〜50μm、厚み振れ0.5μm未満のDRAM用半導体基板を得る薄厚化加工においては、研削あるいは研磨加工中に半導体基板に割れやクラックが生じる欠点があり、より高剛性の基板の薄厚平坦化加工装置の実現が望まれている。
The grinding wheel shaft is installed on the columns described in
また、半導体製造業界では基板加工中に基板が油で汚れるのを嫌い、水静圧軸受の基板の薄厚平坦化加工装置の出現が望まれている。 In addition, the semiconductor manufacturing industry dislikes that the substrate is soiled with oil during substrate processing, and the emergence of a substrate for thinning and flattening a hydrostatic pressure bearing substrate is desired.
本発明の第一の目的は、前記特許文献1および特許文献2に記載のインデックス型チャックロータリーテーブルを利用する基板の平坦化加工装置において、特許文献4、特許文献5、特許文献6および特許文献7で提案されているスピンドル回転/直動アクチュエータを粗研削装置と仕上加工装置(仕上研削装置もしくは研磨装置)のツール軸の駆動手段として用い、これに特許文献8や非特許文献1記載のキネマカップリングの高さ位置調整の技術をアッセンブリすることにより高剛性の基板の薄厚平坦化加工装置を提供することである。
A first object of the present invention is to provide a substrate flattening apparatus using the index type chuck rotary table described in
本発明の第二の目的は、この高剛性の基板の薄厚平坦化加工装置の粗研削装置の砥石スピンドルと仕上研削装置の砥石スピンドルもしくは研磨装置のプラテンスピンドルなどのツール軸の軸受に、特許文献9乃至特許文献13、または非特許文献2に記載の水静圧軸受技術を応用して環境に優しい水静圧軸受の基板の薄厚平坦化加工装置を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a bearing for a tool shaft such as a grinding wheel spindle of a rough grinding device and a grinding wheel spindle of a finish grinding device or a platen spindle of a polishing device of the high-rigidity substrate thinning and flattening apparatus. An object of the present invention is to provide an environment-friendly hydrostatic bearing substrate thinning and flattening apparatus by applying the hydrostatic bearing technology described in 9 to
請求項1の発明は、円筒状有底空所を有する機枠の円筒状有底部内にインデックス型回転テーブルのステージ指示軸を中心に円周上に均等間隔で設けられた3組みの基板チャックロータリーテーブル機構、該基板チャックロータリーテーブル機構を前記インデックス型回転テーブルのステージ指示軸の回りに回転自在に設けたインデックス型回転テーブル機構、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル上に基板を載置するまたは第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルから基板を搬送する基板搬送用ロボット、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第二ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル上方に回転/直動可能な砥石軸に軸承されたカップホイール型砥石を静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した粗研削ヘッド、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第三ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル上方に回転/直動可能なツール軸に軸承された仕上加工ツールを静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した仕上加工ツールヘッド、前記粗研削ヘッドを中央部に垂下させた正三角形固定板をこの固定板下面の中心点に対し正三角形の頂点位置の三箇所に前記固定板を上下移動させるキネマカップリングとシリンダロッドを備える固定板昇降機構3基、および、前記仕上加工ツールヘッドを中央部に垂下させた正三角形固定板をこの固定板下面の中心点に対し正三角形の頂点位置の三箇所に前記固定板を上下移動させるキネマカップリングとシリンダロッドを備える固定板昇降機構3基とを備える、基板の薄厚平坦化加工装置であって、前記インデックス型回転テーブルは、前記第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと基板搬送用ロボットとでローディング/アンローディングステージを、前記第二ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと粗研削ヘッドとで粗研削ステージを、第三ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと仕上加工ツールヘッドとで仕上加工ステージを構成するものであることを特徴とする、基板の薄厚平坦化加工装置を提供するものである。 According to the first aspect of the present invention, there are provided three sets of substrate chucks provided at equal intervals on the circumference around the stage indicating shaft of the index type rotary table in the cylindrical bottomed portion of the machine frame having a cylindrical bottomed cavity. A rotary table mechanism, an index type rotary table mechanism in which the substrate chuck rotary table mechanism is rotatably provided around a stage indicating shaft of the index type rotary table, and a first porous ceramic rotary chuck table of the substrate chuck rotary table mechanism. A substrate transfer robot for mounting a substrate on the substrate or transferring a substrate from a first porous ceramic rotary chuck table, and a grindstone shaft that can rotate / linearly move above the second porous ceramic rotary chuck table of the substrate chuck rotary table mechanism Cup hoist supported by A rough grinding head that supports a rotating grindstone with a hydrostatic bearing and a magnetic bearing, and a tool shaft that can be rotated / directly moved above the third porous ceramic rotary chuck table of the substrate chuck rotary table mechanism. A finishing tool head that supports the finished finishing tool rotatably and linearly with a hydrostatic bearing and a magnetic bearing, and a regular triangular fixed plate with the rough grinding head suspended at the center is the center point of the lower surface of the fixed plate. On the other hand, three fixed plate elevating mechanisms including a kinema coupling and a cylinder rod that move the fixed plate up and down at three positions of the apex of the regular triangle, and an equilateral triangular fixed plate in which the finishing tool head is suspended in the center. A kinema coupling and a cylinder for moving the fixing plate up and down at three points of the apex position of an equilateral triangle with respect to the center point of the lower surface of the fixing plate A substrate thinning and flattening apparatus comprising three fixed plate lifting / lowering mechanisms including a lid, wherein the index-type rotary table is loaded with a rotary chuck table made of the first porous ceramic and a substrate transfer robot. The unloading stage is composed of the second porous ceramic rotary chuck table and the rough grinding head, and the coarse grinding stage is composed of the third porous ceramic rotary chuck table and the finishing tool head. An apparatus for thinning and flattening a substrate is provided.
請求項2の発明は、静圧軸受に支持される砥石軸が、磁気軸受と水静圧軸受とが互いに兼用部分が生じるように複合化された複合軸受を介して支持され、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルを軸承する中空スピンドルが水静圧軸受により支持されることを特徴とする、請求項1に記載の基板の薄厚平坦化加工装置を提供するものである。
The invention according to
請求項3の発明は、円筒状有底空所を有する機枠の円筒状有底部内にインデックス型回転テーブルのステージ指示軸を中心に円周上に均等間隔で設けられた4組みの基板チャックロータリーテーブル機構、該基板チャックロータリーテーブル機構を前記インデックス型回転テーブルのステージ指示軸の回りに回転自在に設けたインデックス型回転テーブル機構、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル上に基板を載置するまたは第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルから基板を搬送する基板搬送用ロボット、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第二ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル上方に回転/直動可能な砥石軸に軸承されたカップホイール型粗研削砥石を静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した粗研削ヘッド、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第三ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル上方に回転/直動可能なツール軸に軸承されたカップホイール型中仕上研削砥石を静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した中仕上研削ヘッド、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第四ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル上方に回転/直動可能なツール軸に軸承された研磨パッドを静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した仕上加工ツールヘッド、前記粗研削ヘッドを中央部に垂下させた正三角形固定板をこの固定板下面の中心点に対し正三角形の頂点位置の三箇所に前記固定板を上下移動させるキネマカップリングとシリンダロッドを備える固定板昇降機構3基、前記中仕上研削ヘッドを中央部に垂下させた正三角形固定板をこの固定板下面の中心点に対し正三角形の頂点位置の三箇所に前記固定板を上下移動させるキネマカップリングとシリンダロッドを備える固定板昇降機構3基、および、前記仕上加工ツールヘッドを中央部に垂下させた正三角形固定板をこの固定板下面の中心点に対し正三角形の頂点位置の三箇所に前記固定板を上下移動させるキネマカップリングとシリンダロッドを備える固定板昇降機構3基とを備える、基板の薄厚平坦化加工装置であって、前記インデックス型回転テーブルは、前記第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと基板搬送用ロボットとでローディング/アンローディングステージを、前記第二ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと粗研削ヘッドとで粗研削ステージを、第三ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと中仕上研削ヘッドとで中仕上研削ステージを、第四ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと仕上加工ツールヘッドとで仕上加工ステージを構成するものであることを特徴とする、基板の薄厚平坦化加工装置を提供するものである。 According to a third aspect of the present invention, there are provided four sets of substrate chucks provided at equal intervals on the circumference around the stage indicating shaft of the index type rotary table in the cylindrical bottomed portion of the machine frame having a cylindrical bottomed cavity. A rotary table mechanism, an index type rotary table mechanism in which the substrate chuck rotary table mechanism is rotatably provided around a stage indicating shaft of the index type rotary table, and a first porous ceramic rotary chuck table of the substrate chuck rotary table mechanism. A substrate transfer robot for mounting a substrate on the substrate or transferring a substrate from a first porous ceramic rotary chuck table, and a grindstone shaft that can rotate / linearly move above the second porous ceramic rotary chuck table of the substrate chuck rotary table mechanism Cup hoist supported by A rough grinding head that supports a rotary rough grinding wheel with a hydrostatic bearing and a magnetic bearing, and a tool shaft that can rotate / directly move above the third porous ceramic rotary chuck table of the substrate chuck rotary table mechanism. A semi-finished grinding head that supports a cup wheel type semi-finished grinding wheel that is supported by a hydrostatic bearing and a magnetic bearing so as to be rotatable and linearly movable, and rotates above the fourth porous ceramic rotary chuck table of the substrate chuck rotary table mechanism. / A finishing tool head that supports a polishing pad supported by a linearly movable tool shaft so that it can be rotated and linearly moved by a hydrostatic bearing and a magnetic bearing, and an equilateral triangular fixed plate in which the rough grinding head is suspended in the center. A kinemaca that moves the fixed plate up and down in three places at the apex position of the equilateral triangle with respect to the center point of the lower surface of the fixed plate Three fixed plate elevating mechanisms including a pulling and a cylinder rod, and an equilateral triangle fixed plate in which the intermediate finishing grinding head is suspended at the center, are fixed to the three points of the apex of the equilateral triangle with respect to the center point of the lower surface of the fixed plate. Three fixed plate elevating mechanisms including a kinema coupling and a cylinder rod for moving the plate up and down, and a regular triangle fixed plate with the finishing tool head suspended in the center, are equilateral triangles with respect to the center point of the lower surface of the fixed plate. A substrate thinning and flattening apparatus comprising a kinema coupling that moves the fixed plate up and down at three locations of the apex position and three fixed plate lifting and lowering mechanisms including a cylinder rod, wherein the index-type rotary table comprises: A loading / unloading stage with the first porous ceramic rotary chuck table and the substrate transfer robot, Rough grinding stage with 2nd porous ceramic rotary chuck table and coarse grinding head, intermediate finish grinding stage with 3rd porous ceramic rotary chuck table and intermediate finish grinding head, and finish with 4th porous ceramic rotary chuck table. The present invention provides an apparatus for thinning and flattening a substrate, characterized in that a finishing stage is constituted by a processing tool head.
複合アクチュエータにより回転および直動される砥石軸や研磨軸にカップホイール型砥石や研磨プラテンなどの加工ツールを軸承させた加工ヘッド構造としたことにより、基板の平面研削加工時は砥石軸の0〜1.5mmの進退直動移動による基板表面への切り込みあるいは基板表面からの後退をさせ、砥石ヘッドの待機位置への移動にはキネマカップリング、シリンダロッドを備える固定板昇降機構を用い固定板を上昇または下降させることにより行うので研削加工時間を短くすることができる。また、仕上加工時は、ツール軸の0〜10μmの進退直動移動による基板表面への切り込みあるいは基板表面からの後退をさせ、加工ツールヘッドの待機位置への移動にはキネマカップリング、シリンダロッドを備える固定板昇降機構を用い固定板を上昇または下降させることにより行うので仕上加工時間を短くすることができる。 By using a processing head structure in which a processing tool such as a cup wheel type grinding wheel or a polishing platen is supported by a grinding wheel shaft or polishing shaft that is rotated and linearly moved by a composite actuator, 0 to 0 of the grinding wheel shaft during surface grinding of a substrate. In order to move the grinding wheel head to the standby position by cutting or retreating from the substrate surface by a 1.5 mm forward / backward movement, the fixed plate is moved using a kinematic coupling and a fixed plate lifting mechanism equipped with a cylinder rod. Since it is performed by raising or lowering, the grinding time can be shortened. Also, during finishing, the tool axis is cut or moved back and forth from the substrate surface by moving the tool axis between 0 and 10 μm, and kinema coupling and cylinder rod are used to move the processing tool head to the standby position. Therefore, the finishing time can be shortened by moving the fixed plate up or down using a fixed plate lifting mechanism.
また、3基の固定板高さ位置調整機構で砥石軸の傾斜角を設定するので傾斜角の設定が容易、かつ、正確であり、ワークチャックロータリーテーブル機構の剛性も固定板の荷重に耐える4,000〜4,500ニュートンと従来のコラムタイプの研削装置用のロータリーテーブルを拡径して調製される剛性が2,000〜2,500のものと比較し、2から3倍高いものとなる。よって、基板径が450mmと大きい基板であっても平坦な肉厚分布の優れた平坦化加工基板が得られる。 In addition, since the inclination angle of the grindstone shaft is set by the three fixed plate height position adjusting mechanisms, the inclination angle can be set easily and accurately, and the rigidity of the work chuck rotary table mechanism can withstand the load of the fixed plate. Rigidity prepared by expanding the diameter of a rotary table for a conventional column type grinding apparatus is 2 to 3 times higher than that of 2,000 to 2,500. . Therefore, even if the substrate diameter is as large as 450 mm, a flattened substrate having an excellent flat thickness distribution can be obtained.
さらに、ローディング/アンローディングステージ、粗研削ステージおよび仕上加工ステージへの基板の搬送にインデックス型回転テーブルに設置された同一のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルの回転が利用されるので、粗研削加工および仕上加工時に基板の表裏反転作業がなく、平坦化加工基板が割れる機会が減少される。 Furthermore, rotation of the same porous ceramic rotary chuck table installed on the index-type rotary table is used for transporting the substrate to the loading / unloading stage, rough grinding stage and finishing stage, so that rough grinding and finishing are performed. There is no work to reverse the front and back of the substrate at the time of processing, and the opportunity to break the flattened substrate is reduced.
ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルを軸承する中空スピンドルおよびツールスピンドルの軸受に水静圧軸受を使用するときは、環境に優しい基板の薄厚平坦化加工装置となる。 When hydrostatic pressure bearings are used as bearings for hollow spindles and tool spindles for bearing porous ceramic rotary chuck tables, an environment-friendly substrate thinning and flattening apparatus is obtained.
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明す
る。図1は本発明の基板の薄厚平坦化加工装置の要部を示す斜視図、図2は基板平面研削装置の要部を示す斜視図で、図1においてI−I線方向から見た図で、固定板昇降機構3基の内2基については、ボールネジのハウジング材を省いて示している。図3は基板平面研削装置の正面断面図、図4は基板平面研削装置の研削ヘッドの断面図、図5はワークチャックロータリーテーブル機構の断面図、図6は固定板昇降機構のキネマカップリング部の平面図、および、図7は固定板昇降機構のキネマカップリング部の側面図である
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a substrate flattening apparatus of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the substrate surface grinding apparatus, and is a view seen from the direction of the line I-I in FIG. Of the three fixed plate lifting mechanisms, two are shown with the ball screw housing material omitted. 3 is a front sectional view of the substrate surface grinding apparatus, FIG. 4 is a sectional view of a grinding head of the substrate surface grinding apparatus, FIG. 5 is a sectional view of a work chuck rotary table mechanism, and FIG. 6 is a kinema coupling portion of a fixed plate lifting mechanism. FIG. 7 is a side view of the kinema coupling portion of the fixed plate lifting mechanism.
図1に示すように、本発明の基板の薄厚平坦化装置300は、基板平面粗研削装置100、仕上加工装置200、円筒状有底空所9cを有する機枠9の該円筒状有底部内にインデックス型回転テーブルのステージ指示軸を中心に円周上に均等間隔で設けられた3組みの基板チャックロータリーテーブル機構2、前記円筒状有底空所9cの中心部より起立して設けられたインデックス型回転テーブルのステージ指示軸9b、前記インデックス型回転テーブルのステージ指示軸9bを中心に円周上に均等間隔で設けられた三組みの基板チャックロータリーテーブル機構2,2,2、該基板チャックロータリーテーブル機構を前記インデックス型回転テーブルのステージ指示軸9bの回りに回転自在に設けたインデックス型回転テーブル機構2a、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21a上に基板を載置するまたは第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルから基板を搬送する基板搬送用ロボット400、機枠ベース9a上に設置された基板収納カセット500および洗浄機器600を備える。
As shown in FIG. 1, the substrate thinning and flattening
インデックス型回転テーブル機構2aは、機枠の底部より起立して設けられたステージ指示軸(固定軸)9bの外周をスラスト軸受、ラジアル軸受する円筒状軸受ハウジングに囲繞され、その外周も円筒状外ハウジング2cに囲繞されており、円筒状外ハウジング内壁において前記円筒状軸受ハウジングを固定している。その円筒状外ハウジング2c外周壁より120度の間隔で3方に延びた基板チャックロータリーテーブル機構保持アーム突き出る3本のアーム2kにより基板チャックロータリーテーブル機構3基2,2,2を等間隔にステージ指示軸(固定軸)9b周りに支持している。エンコーダE付サーボモータM1の駆動力を円筒状外ハウジングの外壁を囲むプーリーPにより円筒状外ハウジング2cに伝達することによりインデックス型回転テーブル機構2aは指示軸(固定軸)9b回りを回転する。
In the index type
図1および図2で示す平面研削装置100において、前記基板チャックロータリーテーブル機構2の第二ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21b上方に回転/直動可能な砥石軸に軸承されたカップホイール型砥石14を静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した粗研削ヘッド1、前記基板チャックロータリーテーブル機構の第三ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21c上方に回転/直動可能なツール軸に軸承されたカップホイール型砥石41を静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した研削ヘッドもしくは回転/直動可能なツール軸に軸承された研磨プラテン41を静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した仕上加工ヘッド200a、前記粗研削ヘッドを中央部に垂下させた正三角形固定板6をこの固定板下面の中心点に対し正三角形の頂点位置の三箇所に前記固定板を上下移動させるキネマカップリングとシリンダロッドを備える固定板昇降機構7を3基、および、前記仕上加工ヘッド200aを中央部に垂下させた正三角形固定板6をこの固定板下面の中心点に対し正三角形の頂点位置の三箇所に前記固定板を上下移動させるキネマカップリングとシリンダロッドを備える固定板昇降機構7を3基とを備える。固定板昇降機構7の3基のうち、1基はインデックス型回転テーブル機構2aの固定軸9b上に設置される。
In the
前記基板の薄厚平坦化加工装置300は、前記第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21aと基板搬送用ロボット400とでローディング/アンローディングステージs1を、前記第二ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21bと粗研削ヘッド1とで粗研削ステージs2を、第三ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと仕上加工ヘッドとで仕上加工ステージs3を構成する。
インデックス型回転テーブル機構2aのサーボモータM1は外ハウジング材2cを120度、120度、120度時計回り方向に回転させることにより、もしくは120度、120度、−240度時計回り方向に回転させることにより、各ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21a,21b,21cをローディング/アンローディングステージs1、粗研削ステージs2、または仕上研削ステージs3へと移動させる。
Index servomotor M 1 of the
次に基板平面研削装置100を図3、図4および図5を用いて説明する。図に示すように、基板平面研削装置100は、機枠9の中央円形型窩内に据え付けられたワークチャックテーブル機構2、回転/直動可能な砥石軸13に軸承されたカップホイール型砥石14を静圧軸受と磁気軸受で回転および直動可能に支持した研削ヘッド1、前記砥石軸13を回転/直動させる回転/直動複合アクチュエータ18、前記砥石軸13が垂直方向となるよう下面中央位置に研削ヘッド1を固定した固定板6および前記砥石軸13を垂直方向に備えさせた固定板6下面の中心点に対し正三角形または二等辺三角形の頂点位置の三箇所に前記固定板を上下移動させるキネマカップリングとシリンダロッドを備える固定板昇降機構7の3基、を主なアッセンブリ材として構成される。
Next, the substrate
前記3基のワークチャックロータリーテーブル機構2は、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21が中空スピンドル22により軸承され、その中空スピンドル22が静圧軸受により軸受けされており、前記ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21の水平方向表面が前記砥石軸13に軸承されたカップホイール型砥石14の底面に平行となるように設けられている。中空スピンドル22の下端はロータリージョイント29により図示されていない真空ポンプ、コンプレッサ、純水供給ポンプに接続する3本の供給管に接続されている。3本の供給管には切り替え弁が取り付けられ、基板加工プロセスに応じてワークピース吸着時の減圧、基板をポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルより外すときの加圧、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルの洗浄時の加圧水供給時に切り替える。
In the three work chuck
前記機枠9は、大理石、セラミック、黒御影石(グラナイト)、レジンコンクリート、鋳物鋼などを素材とする。
The
次に、図3と図4を用いて研削ヘッド1の構造を詳細に説明する。図に示すように、カップホイール型研削砥石14を砥石軸13の下方に軸承する研削ヘッド1は、そのカップホイール型研削砥石14の環状に並設された刃先14aの底面がポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21表面に平行となるよう砥石軸の加工待機位置として設置する。
Next, the structure of the grinding
研削ヘッド1は、平面が正三角形上の固定板6の底面中心点よりカップホイール型ダイヤモンド研削砥石14が下端となるよう垂下して設置される。
The grinding
カップホイール型研削砥石14の刃先14aは砥石フランジ14bの下面に環状に並設され、砥石フランジ14bの上面に設けられた環状凹状溝には研削液供給ノズル14c,14cより研削液が供給される。砥石軸の回転数は、最大5,000rpmまで可能で、基板研削時は、1,000〜2,500rpmの回転数が利用される。
The
砥石軸13は円筒状ハウジング15により囲繞され、砥石軸13の下方部は、水静圧ラジアル軸受される。円筒状ハウジング15内壁には、水通路15eが設けられ、給水口15aより水は水通路15eへ供給される。円筒状ハウジング15内壁と砥石軸13外の間を流れて砥石軸13を冷却した水は、バキューム吸引管15bより排出される。基板研削終了後は、圧空供給口15cより加圧空気が供給され水通路15e内に残留する冷却水および水滴をドレン管15dより円筒状ハウジング15外へ放出する構造としている。
The
砥石軸13の中央部には、砥石軸13を水平方向に回転させるビルトインモータ16が設置され、ビルトインモータ16は円筒状ハウジング15に設けられた冷却液導入パイプ15fより供給された冷却液が円筒状ハウジング15内壁に設けられた冷却液流路15hを通って排出管15gへ導かれる。
A built-in
前記ラジアル軸受される部室とビルトインモータ16の冷却液室とは、リップシール15jによりそれぞれの室に供給される液体が混合しないよう区画されている。
The radial bearing part chamber and the coolant chamber of the built-in
砥石軸13の上方には、砥石軸13の上端に設けられたボールターゲット17の位置検出素子である位置センサ85を搭載し、可動子(永久磁石)18aを固定した砥石軸13を上下方向に0〜1.5mm程度移動させるためのコイル18bが設置されている。
A
前記ビルトインモータ16で砥石軸13の回転を、可動子18aとコイル18bとの組み合わせのモータ18で砥石軸13の1.5mm以下のスラスト直動を行うことができ、これらモータ16,18を合わせて回転/直線複合アクチュエータと呼ぶ。
The built-in
砥石軸の回転/直動線複合アクチュエータの構造は、記述した特許文献4、特許文献5、特許文献6および特許文献7に開示されるスピンドルの回転/直動線複合アクチュエータの構造としてもよい。
The structure of the grindstone shaft rotation / linear motion line combined actuator may be the structure of the spindle rotation / linear motion line composite actuator disclosed in
仕上加工ステージs3の仕上加工ツールとしては、砥番が3,800〜10,000のカップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石、セリア砥粒固定平砥石、ウレタン製研磨パッド、セリアやシリカ砥粒固定不織布製研磨パッドなどが使用される。仕上加工においては、基板が加工される厚みは、0.5〜10μm程度であるので、仕上加工ヘッドを垂下させている固定板6の基板表面に対する傾斜角度は、0度(固定版底面と基板表面が平行)に近い方がよい。仕上砥石軸の回転数は、最大5,000rpmまで可能で、基板仕上研削時は、1,000〜2,500rpmの回転数が利用される。仕上研磨軸の回転数は、最大200rpmまで可能で、基板仕上研磨時は、50〜120rpmの回転数が好ましい。
The finishing finishing tool working stages s 3, the cup wheel type diamond vitrified bonded grinding wheel abrasive numbered 3,800~10,000, ceria abrasive grains fixed flat grindstone, urethane polishing pad, ceria and silica abrasive fixed nonwoven A polishing pad or the like is used. In finishing, the thickness of the processed substrate is about 0.5 to 10 μm. Therefore, the inclination angle of the fixed
次に、図3および図5を用いてワークチャックロータリーテーブル機構2の構造を詳細に説明する。ワークチャックロータリーテーブル機構2は、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21を軸承する中空スピンドル22が、内周壁に水通路23aが設けられた窒化炭素セラミック製円筒状ブッシュ23と、この円筒状SiCセラミック製ブッシュの水通路23aに水を供給する水供給口24a、排水する減圧排出口24b、前記水通路23aに残存する水をドレン排出口24dよりドレン抜きするために圧空を供給する圧空供給口24cを有する円筒状ハウジング部材24と、中空スピンドル22の上方に設けたスラスト軸受25aおよび中空スピンドル22の中央部に設けたラジアル軸受25bと、前記中空スピンドル22の下方部に設けた中空スピンドル回転駆動機構であるビルトインモータ27、エンコーダ28および中空スピンドル22下端で連結されるロータリージョイント29、ならびに、このロータリージョイント29を介して前記中空スピンドル22管内の流体を減圧する減圧機構である真空ポンプ、中空スピンドル管内を加圧する加圧気体供給機構であるコンプレッサおよび前記中空スピンドル22管内に純水を供給する給水ポンプに接続される管22a,22bを備える。
Next, the structure of the work chuck
中空スピンドル22および円筒状ブッシュ23の素材は、窒下珪素、窒化炭素、酸化珪素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックが好ましいが、従来のステンレスあるいはクロム
メッキ鋼製スピンドル表面をセラミック化学蒸着で100〜500μm厚コーティングしたものでもよい。
The material of the
前記スラスト軸受25aの水通路には、8箇所設けられている純水供給ノズル25a1より純水が供給され、排出管25a2より排水する。ラジアル軸受25bの水通路23aには、前記水供給口24aより水が給水され、減圧排出口24bより排水される。ビルトインモータ27の冷却水は、給水口26aより給水され、排出口26bより排水される。ビルトインモータ27を冷却する冷却水は、給水口26aより供給され、排水口26bより排出される。
Wherein the water passage of the
ワークピース(基板)は、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21上に載置され、真空ポンプを稼動させてワークピースをポーラスセラミック製テーブル21上に位置固定し、ついで、ビルトインモータ27で中空スピンドル22を水平方向に回転させる。中空スピンドル22の回転数は500rpmまで可能で、基板粗研削時は、50〜200rpmで利用される。基板仕上加工時の中空スピンドル22の回転数は、50〜120rpmで利用される。
The workpiece (substrate) is placed on the porous ceramic rotary chuck table 21, the vacuum pump is operated to fix the workpiece on the porous ceramic table 21, and the built-in
図3、図6および図7を用い、固定板昇降機構7を説明する。この固定板昇降機構7は、ワークチャックロータリーテーブル機構2の機枠9の外周円筒状枠ベース9a上表面に固定された中央にボールネジ72が貫通する孔を有する断面V形状カップリング雌部材73と、中央にボールネジ72が貫通する孔を有し、前記カップリング雌部材73のV凹部内面に嵌合する底部断面形状がV形状のカップリング雄部材74と、前記カップリング雌部材の貫通孔およびカップリング雌部材の貫通孔を鉛直線上に貫通して設置されるボールネジ72とこのボールネジ下端をワークチャックロータリーテーブル機構2の機枠ベース9a底部、回転軸9b側壁凹部で固定具79aにより回転駆動可能により固定され、ボールネジ上端は研削ヘッド1の固定板6の下面で固定嵌合プレート79bにより回転駆動可能により固定され、ボールネジ72の上端側にボールネジ駆動モータ71とエンコーダ76とボールネジ螺合体77が取り付けられている。前記カップリング雌部材73のV凹部と前記カップリング雄部材74の底面とで構成される空所70内には、ボールネジ81の先端に取り付けられた楔83がマイクロサーボモータ82の駆動により空所70内に進退移動可能に設けられている。
The fixed
前記カップリング雌部材73のV凹部73aと前記カップリング雄部材74の底面とで構成される空所70内に前記マイクロサーボモータ82の駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を進入させ、次いで、ボールネジ72を駆動させて固定具79aを押し下げてその下部凸部を前記カップリング雄部材74と当接させその雄部材底面を楔83上面に当接させると固定板6底面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21表面間の高さは僅かに高くなる。一方、楔83を空所70から後退させ、次いで、ボールネジ72を駆動させて固定具79aを押し下げてその下部凸部を前記カップリング雄部材74を押し下げて雄部材底面を楔83上面に当接させると固定板6底面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21間の高さは僅かに低くなる。楔83の上面と前記カップリング雄部材74の底面の接触固定により固定板6底面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21の水平方向表面間の高さが決められる。
A wedge attached to the tip of a ball screw 81 that can be moved forward and backward by driving the micro servo motor 82 in a
図3に示す基板平面研削装置100において、ワークチャックロータリーテーブル機構2のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21の近傍にはワークピース表面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21表面にそれぞれプローブピンを接触して基板の厚みを測定する2点式プロセスインジケータ91が設けられている。基板の厚みは、基板研削加工するときの砥石軸の基板表面に対する傾斜角度を定めるに利用される。
In the substrate
ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21の直径rcに対するカップホイール型砥石14の環状砥石刃の直径rgの比(rg/rc)は、1.01〜1.25倍が好ましい。カップホイール型砥石14の環状砥石刃が基板中心点を通過するよう砥石軸13にカップホイール型砥石14は軸承される。基板平面粗研削装置100のカップホイール型砥石14は、砥番が1,000〜2,000のカップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石またはカップホイール型ダイヤモンドメタルボンド砥石が用いられる。仕上加工ツールとしては、砥番が3,800〜10,000のカップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド砥石、セリア砥粒固定平砥石、ポリウレタン製研磨パッド、セリアやシリカ砥粒固定不織布製研磨パッドなどが使用される。仕上加工ツールが平砥石、研磨パッドであるときは、仕上加工ツールが基板表面全体を覆うようにして加工を行う。
The ratio of the diameter r g of the annular grinding blade of the cup wheel
固定板の昇降機構7は、シリンダのプランジャに固定型カップリング雌部材73と移動型カップリング雄部材74,79bを取り付け、前記プランジャの上下移動により前記移動型カップリング雄部材を固定型カップリング雌部材が受容または移動型カップリング雄部材が固定型カップリング雌部材から離間する構造の固定板昇降機構である。固定板昇降機構7のカップリング雌部材73側部には固定板底面高さ位置を測定するリニアセンサ84が3基備え付けられている。研削加工前に、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21表面と固定板底面間の三点の高さと、3つの楔83のキネマカップリング部空所70進入距離および後退距離と、砥石軸13のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21表面に対する傾斜角度の相関データを予め表に纏め、数値制御装置のメモリーに記憶させることにより、研削加工された基板の厚みに応じて砥石軸13の傾斜角度を変化させる基板研削加工ソフトプログラムの設計が可能である。砥石軸の傾斜角度変更ソフトプログラムは、固定板昇降機構7のボールネジ72(シリンダロッド)が固定板6底面を正三角形の三頂点位置で支持する方式を採用する方が砥石軸傾斜角度ソフトプログラムの設計を容易とする。
The fixed
基板の研削加工中に砥石軸13の基板表面に対する角度を変えて異なった三点の接触点位置で基板を研削加工する方法は、一点の接触点位置で基板を研削加工する方法より、更に優れた平坦性を有する研削加工基板を与える。
The method of grinding the substrate at three different contact point positions by changing the angle of the
ボールネジ72を除いて図示した図6および図7に示す固定板昇降機構7のカップリング部品73,74において、雌部材73は、ワークチャックロータリーテーブル機構2の機枠ベース9a表面上およびインデックス指示軸2bに固定されている。雌部材73は、断面V形状をしており、底部73aは傾斜している。また、雌部材73は中央にボールネジ72が貫通する孔を有する。
In the
雄部材74は、2枚の底部を形成する断面略V状のプレート74aとその上方に設けた幅の小さいプレート74bとこれら2枚のプレートを固定する側壁板74cにより構成され、中央にボールネジ72が貫通する孔を有し、前記断面略V状のプレート74aの底部も傾斜している。この断面略V状のプレート74aの底面と前記雌部材73のV形状凹部とで空所70が構成される。
The
ボールネジ72は、前記雌部材73の貫通孔および雄部材74の貫通孔に鉛直方向に挿入される。
The ball screw 72 is inserted into the through hole of the
前記雌部材73と雄部材74で形成される空所70内には、ボールネジ81の先端に取り付けられた楔83がマイクロサーボモータ82の駆動により進退移動可能に設けられている。楔83を空所70内に進退移動させるボールネジ81も雌部材73の底部傾斜と同じく機枠ベース9a上表面に対して4〜7度傾斜して設置される。
In the
このマイクロサーボモータ82が設置されている反対側には、図3および図6に示されるようにリニアセンサ84が3基設置され、リニアセンサ84は固定板6底面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21表面間の垂直間距離を測定する。
As shown in FIGS. 3 and 6, three
固定板昇降機構7は、固定板6の高さ位置を移動させることができるキネマカップリング、シリンダロッドを備える高さ調整装置であればよい。例えば、上述のサーボモータ駆動ボールネジ72の代わりに空気圧もしくは油圧シリンダで上下移動できるシリンダロッドを用いた固定板昇降機構も利用できる。また、上述の固定板昇降機構7のボールネジ駆動モータ位置を機枠ベース9a底側に上下逆にして設置してもよい。さらに、キネマカップリングの雌部材73と雄部材74、楔83の構造を公知のキネマカップリング構造に変更したものを利用してもよい。
The fixed
図1に示す基板の薄厚平坦化加工装置300を用いて基板を平坦化加工する工程を以下に説明する。
A process of planarizing the substrate using the substrate thinning
1)搬送ロボット400でカセット内の基板を把持/吸着し、ついで、基板をローディング/アンローディングステージs1位置にあるポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21a上へ載置し、ついで、真空ポンプを稼動させてポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル底面の減圧室を減圧し、基板をポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21a上に固定する。
1) The
2)インデックス型回転テーブル機構2aを固定軸9bの回りに時計方向に120度回転させ、ローディング/アンローディングステージs1位置にあるポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21aを粗研削ステージs2位置のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21b位置へと移動させる。
2) The index type
3)ビルトインモータ27を駆動して中空スピンドル22を50〜200rpm回転させる。
3) The built-in
4)待機位置にある粗研削ヘッド1を垂下して固定する固定板6の固定板昇降機構7三基のボールネジ72を駆動させて固定板6を上昇させた後、固定板昇降機構7のカップリング雌部材73とカップリング雄部材74とで形成された空所70内にマイクロサーボモータ82の一基による駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を進入させながら他のマイクロサーボモータ82の二基による駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を後退させ、次いで、ボールネジ72を駆動させて固定具79bを押し下げてカップリング雄部材74に当接させることによりその雄部材底面を楔83上面に当接させて固定板6底面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21b表面間の高さ設定を行う。
4) The fixed
5)砥石軸13をビルトインモータ16で2,000rpm回転させながら固定板昇降機構7のボールネジ72を下降させて砥番1,300のカップホイール型ダイヤモンド研削砥石14を回転している基板面へ摺擦させ、基板の研削切り込みを開始する。この際、カップホイール型ダイヤモンド研削砥石14のフランジ14b上方溝内へ研削液が供給ノズル14cより供給され、フランジ壁斜めに設けられた貫通孔を経由して研削液は基板表面へ供給され、カップホイール型ダイヤモンド研削砥石14の砥石刃14aと基板を冷却する。基板の切り込みのための砥石軸下方送り込みは回転/直動複合アクチュエータによる砥石軸送りで行う。
5) The ball screw 72 of the fixed
6)粗研削加工途中に、2点式プロセスインジケータ91により基板の厚みを測定し、その厚み値を基に粗研削砥石軸13の基板表面に対する傾斜角を定めた砥石軸傾斜プログラムに指示される固定板6の高さ位置にするため、前述の固定板昇降機構7のボールネジ72を上昇させることにより固定板6を若干上昇させて雌部材73と雄部材74の空所70の高さを若干拡げ、ついで、マイクロサーボモータ82の二基による駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を進入させながら他のマイクロサーボモータ82の一基による駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を後退さ
せ、次いで、ボールネジ72を駆動させて固定具79bを押し下げてカップリング雄部材74に当接させることによりその雄部材底面を楔83上面に当接させて固定板6底面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21b表面間の高さ設定(傾斜角度5〜3度)を行う。
6) During the rough grinding process, the thickness of the substrate is measured by the two-point process indicator 91, and an instruction is given to a grinding wheel shaft tilting program that determines the tilt angle of the rough
7)角度調整の行われた粗研削砥石軸13を固定板昇降機構7のボールネジ72の下降により行い、カップホイール型ダイヤモンド研削砥石14の砥石刃14aの基板表面に接触させ、砥石刃14aによる基板表面の摺擦を再開する。基板の切り込みのための砥石軸下方送り込みは回転/直動複合アクチュエータによる砥石軸送りで行う。
7) The angle-adjusted coarse
8)前述の6)工程の基板厚み測定と砥石軸傾斜角度調整、および7)工程の基板摺擦を繰り返す。基板の厚みが所望の最終厚みとなったときは、粗研削砥石軸13を回転/直動複合アクチュエータ駆動により上昇させ、待機位置に来たら粗研削砥石軸の回転を停止させる。一方、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21bを軸承する中空スピンドル22の回転を停止する。
8) The substrate thickness measurement and the grinding wheel axis tilt angle adjustment in the above 6) step, and the substrate rubbing in the 7) step are repeated. When the thickness of the substrate reaches the desired final thickness, the coarse
9)インデックス型回転テーブル機構2aを固定軸9bの回りに時計方向に120度回転させ、粗研削ステージs2位置にあるポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21bを仕上加工ステージs3位置のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21c位置へと移動させる。
9) index type rotating
10)ビルトインモータ27を駆動して中空スピンドル22を50〜100rpm回転させる。
10) The built-in
11)待機位置にある仕上加工研削ヘッド1を垂下して固定する固定板6の固定板昇降機構7三基のボールネジ72を駆動させて固定板6を上昇させた後、固定板昇降機構7のカップリング雌部材73とカップリング雄部材74とで形成された空所70内にマイクロサーボモータ82の一基による駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を進入させながら他のマイクロサーボモータ82の二基による駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を後退させ、次いで、ボールネジ72を駆動させて固定具79bを押し下げてカップリング雄部材74に当接させることによりその雄部材底面を楔83上面に当接させて固定板6底面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21b表面間の高さ設定を行う(傾斜角度2〜1度)。
11) The finishing
12)仕上研削砥石軸13をビルトインモータ16で2,000rpm回転させながら固定板昇降機構7のボールネジ72を下降させて砥番4,500のカップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド研削砥石14を回転している基板面へ摺擦させ、基板の研削切り込みを開始する。この際、カップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド研削砥石14のフランジ14b上方溝内へ研削液が供給ノズル14cより供給され、フランジ壁斜めに設けられた貫通孔を経由して研削液は基板表面へ供給され、カップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド研削砥石14の砥石刃14aと基板を冷却する。基板の切り込みのための砥石軸下方送り込みは回転/直動複合アクチュエータによる砥石軸送りで行う。
12) The ball screw 72 of the fixed
13)仕上研削加工途中に、2点式プロセスインジケータ91により基板の厚みを測定し、その厚み値を基に粗研削砥石軸13の基板表面に対する傾斜角を定めた砥石軸傾斜プログラムに指示される固定板6の高さ位置にするため、前述の固定板昇降機構7のボールネジ72を上昇させることにより固定板6を若干上昇させて雌部材73と雄部材74の空所70の高さを若干拡げ、ついで、マイクロサーボモータ82の二基による駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を進入させながら他のマイクロサーボモータ82の一基による駆動により進退移動可能なボールネジ81の先端に取り付けられた楔83を後退させ、次いで、ボールネジ72を駆動させて固定具79bを押し下げてカップリング雄部材74に当接させることによりその雄部材底面を楔83上面に当接させて固定板6底面とポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21b表面間の高さ設定を行う(傾斜角度0.5〜0度)。仕上研削砥石軸13の基板表面に対する傾斜角度が0度(固定板6底面あるいはカップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド研削砥石の環状砥石刃14a群の底面と、基板の水平方向表面あるいは機枠ベース9a表面とが平行)となるよう砥石軸傾斜角度を暫時減少させて行う。
13) During the finish grinding process, the thickness of the substrate is measured by the two-point process indicator 91, and an instruction is given to a grinding wheel shaft tilting program that determines the tilt angle of the rough
14)角度調整の行われた仕上研削砥石軸13を固定板昇降機構7のボールネジ72の下降により行い、カップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド研削砥石14の砥石刃14aの基板表面に接触させ、砥石刃14aによる基板表面の摺擦を再開する。基板の切り込みのための砥石軸下方送り込みは回転/直動複合アクチュエータによる砥石軸送りで行う。
14) The finished
15)前述の13)工程の基板厚み測定と砥石軸傾斜角度調整、および14)工程の基板摺擦を繰り返す。基板の厚みが所望の最終厚みとなったときは、仕上研削砥石軸13を回転/直動複合アクチュエータ駆動により上昇させ、待機位置に来たら仕上研削砥石軸の回転を停止させる。一方、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21cを軸承する中空スピンドル22の回転を停止する。
15) The substrate thickness measurement and the grindstone axis tilt angle adjustment in step 13) described above, and the substrate rubbing in step 14) are repeated. When the thickness of the substrate reaches the desired final thickness, the finish grinding
16)基板の仕上研削加工終了後は、固定板昇降機構7のボールネジ72を上昇させることにより研削ヘッド1を上方へ後退させて研削加工基板より遠ざける待機位置戻しを行う。研削ヘッド待機位置で、リニアセンサ84を用いて固定板6底面までの距離を測定し、砥石軸13の基板表面に対する傾斜角度が0度であったか確認する。0度でないときは、固定板昇降機構7の3本のボールネジ72の昇降を調整し、砥石軸13の基板表面に対する傾斜角度が0度であるよう調整する。
16) After finishing the finishing grinding of the substrate, the
17)ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21cの回転を止めた後、真空ポンプの稼動を停止させ、ついで、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21c底面に加圧水を供給して研削加工基板のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21c表面からの基板剥離を容易とする。 17) After the rotation of the porous ceramic rotary chuck table 21c is stopped, the operation of the vacuum pump is stopped, and then pressurized water is supplied to the bottom surface of the porous ceramic rotary chuck table 21c to provide a porous ceramic rotary chuck table for the ground substrate. The substrate can be easily peeled from the surface 21c.
18)搬送ロボットにより研削加工基板を把持/吸着し、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21c表面より次の洗浄工程へ研削加工基板を移送する。 18) The grinding substrate is held / adsorbed by the transfer robot, and the grinding substrate is transferred from the surface of the porous ceramic rotary chuck table 21c to the next cleaning step.
19)図示されていないポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル洗浄機器によりポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21c表面を洗浄した後、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル底面より加圧水を0.1〜0.5秒ジェットフラッシュ(噴出)させてポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル洗浄を行う。 19) After cleaning the surface of the porous ceramic rotary chuck table 21c with a porous ceramic rotary chuck table cleaning device (not shown), pressurizing water (jetting) from the bottom surface of the porous ceramic rotary chuck table for 0.1 to 0.5 seconds. ) To clean the porous ceramic rotary chuck table.
20)インデックス型回転テーブル機構2aを固定軸9bの回りに時計方向に120度または逆時計廻り方向に240度回転させて、仕上加工ステージs3位置にあるポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21cをローディング/アンローディングステージs1位置にあるポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21a位置へと移動させる。
20) index type rotating
21)以下、前記1)工程に戻って新しい基板のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21a上への載置を再開し、以下、2)工程から20)工程を繰り返す連続運転を行う。 21) Hereinafter, returning to the above 1) step, the placement of the new substrate on the porous ceramic rotary chuck table 21a is resumed, and thereafter, the continuous operation is repeated from 2) to 20).
上記実施例では、仕上加工ツールとしてカップホイール型ダイヤモンドビトリファイドボンド研削砥石を用いたが、セリア砥粒固定平砥石、ポリウレタン製研磨パッド、セリアやシリカ砥粒固定不織布製研磨パッドなどの仕上加工ツールを用いてもよい。 In the above embodiment, a cup wheel type diamond vitrified bond grinding wheel was used as a finishing tool, but a finishing tool such as a ceria abrasive fixed flat grindstone, a polyurethane polishing pad, a ceria or silica abrasive fixed nonwoven polishing pad, etc. It may be used.
また、上記実施例では第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと基板搬送用ロボットとでローディング/アンローディングステージを、前記第二ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと粗研削ヘッドとで粗研削ステージを、第三ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと仕上加工ツールヘッドとで仕上加工ステージを構成する基板の薄厚平坦化加工装置を示したが、前記特許文献1に記載されるように第一ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと基板搬送用ロボットとでローディング/アンローディングステージを、前記第二ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと粗研削ヘッドとで粗研削ステージを、第三ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと中仕上研削ヘッドとで中仕上加工ステージを、第四ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと研磨パッドとで仕上加工ステージを構成する基板の薄厚平坦化加工装置としてもよい。
In the above embodiment, the first porous ceramic rotary chuck table and the substrate transfer robot are used for the loading / unloading stage, the second porous ceramic rotary chuck table and the rough grinding head are used for the rough grinding stage. Although the substrate-thinning and flattening processing apparatus constituting the finishing stage is shown by the porous ceramic rotary chuck table and the finishing tool head, as described in
上記の4基のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルを利用する基板の薄厚平坦化加工装置においては、各ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルの各ステージへのインデックス回転移動は、時計回り方向に90度、90度、90度、90度、もしくは、時計回り方向に90度、90度、90度、−270度の回転で実施される。 In the substrate thinning and flattening processing apparatus using the four porous ceramic rotary chuck tables, the index rotary movement of each porous ceramic rotary chuck table to each stage is 90 degrees and 90 degrees in the clockwise direction. 90 degrees, 90 degrees, or 90 degrees, 90 degrees, 90 degrees, and -270 degrees in the clockwise direction.
本発明の基板の薄厚平坦化加工装置300は、ツール軸13の基板表面に対する傾斜角度調整に加工ツールヘッド1を垂下させた固定板6下面の三箇所にキネマカップリング、ボールネジ(昇降シリンダロッド)を備えた固定板昇降機構3基を配して行うので、基板加工(研削加工、研磨加工)時、固定板の荷重も砥石、研磨パッドを通じて基板表面に負荷が懸かり、高剛性の基板チャックロータリーテーブル機構となっている。それゆえ、基板径が450mmと大きいワークピースであっても平坦性に優れた加工基板が得られる。
The substrate
また、ローディング/アンローディングステージ、粗研削ステージおよび仕上加工ステージへの基板の搬送にインデックス型回転テーブルに設置された同一のポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルの回転が利用されるので、粗研削加工および仕上加工時に基板の表裏反転作業がなく、平坦化加工基板が割れる機会が減少される。 In addition, the rotation of the same porous ceramic rotary chuck table installed on the index-type rotary table is used for transporting the substrate to the loading / unloading stage, rough grinding stage, and finishing stage, so that rough grinding and finishing are performed. There is no work to reverse the front and back of the substrate at the time of processing, and the opportunity to break the flattened substrate is reduced.
100 平面粗研削装置 200 仕上加工装置 300 基板の薄厚平坦化加工装置 400 基板搬送用ロボットs1 ローディング/アンローディングステージs2 粗研削ステージs3 仕上加工ステージ 1 研削ヘッド 13 砥石軸 14 カップホイール型砥石 14c 研削液供給ノズル 15 円筒状ハウジング 18 回転/直動複合アクチュエータ 2 ワークチャックロータリーテーブル機構 2a インデックス型回転テーブル機構 21 ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル 22 中空スピンドル 23 円筒状ブッシュ 24 円筒状ハウジング部材 25a スラスト軸受 25b ラジアル軸受 23a,25a1 水通路 27 ビルトインモータ 28 エンコーダ 29 ロータリージョイント 6 研削ヘッドの固定板 7 固定板昇降機構 70 空所 71 ボールネジ駆動モータ 72 ボールネジ 73 カップリング雌部材 74 カップリング雄部材 76 エンコーダ 79a 固定具 79b 固定嵌合プレート 81 ボールネジ
82 マイクロサーボモータ 83 楔 84 リニアセンサ85 高さ位置測定センサ 9 機枠 9a 円筒状有底機枠ベース 9b インデックス型回転テーブルの固定軸91 二点式プロセスインジケータ
DESCRIPTION OF
82
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