JP2011121130A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より省スペース化を図り、大型の板状物を研削・研磨可能な装置を提供する。
【解決手段】保持面５０ａを有する搬送機構５がワークを保持機構２に搬送する前に、位置合わせ機構７においてワークが所定位置に位置合わせされる研削装置において、位置合わせ機構７は、垂直方向の一面７００を有する板部材７０と、板部材７０から突出し一面７００に沿うワークの外周縁に突き当てる少なくとも３個以上の突き当て部材７０２と、突き当て部材７０２を垂直面内においてワークの外周縁に当接させて互いが接近及び離反する方向に移動させる突き当て部材移動部と、搬送機構５の保持面５０ａと板部材７０の一面７００にワークが挟まれた状態で突き当て部材移動部７０２を駆動して突き当て部材７０２をワークの外周縁に突き当てることによってワークの位置合わせを行う制御部９とを有し、ワークを縦置きして位置合わせを行う機構としてワークが大型化しても装置が大型化することを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物の位置合わせ機構を有し、被加工物を研削加工する研削装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが分割予定ラインによって区画されてその表面に複数形成された半導体ウエーハ、樹脂基板、電子部品に使用される各種セラミック基板、ガラス基板等の板状物は、裏面が研削・研磨されて所定の厚さに形成された後、ダイシング装置やレーザー加工装置によって個々のチップに分割され、分割された各チップは各種電子機器に利用されている。

これら板状物の裏面を研削・研磨する装置としては、粗研削手段と仕上げ研削（研磨）手段とを備えたグラインダと称する研削・研磨装置が広く使用されている。かかる研削・研磨装置は、被加工物を保持する複数のチャックテーブルがターンテーブル上に周方向に等間隔離間して設けられており、被加工物がチャックテーブルに保持された状態でターンテーブルが回転していくことでチャックテーブルが移動し、ターンテーブルに対峙して配設された研削手段又は研磨手段によって、チャックテーブルに保持された板状物について順次粗研削から仕上げ研削又は研磨へと一連の加工が施される。このように構成される研削・研磨装置には、チャックテーブルに板状物を搬入する前に板状物を位置合わせする位置合わせ機構も備えている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２８４３０３号公報

しかし、近年、１枚の板状物当たりのチップの取り量を増やすために、板状物の大型化が進んでおり、特に半導体ウエーハにおいてはφ４５０ｍｍとする規格化が進められている。したがって、半導体ウエーハが例えば現在広く使用されているφ２００ｍｍやφ３００ｍｍからφ４５０ｍｍへ移行した場合、チャックテーブル、研削・研磨手段、位置合わせ機構といった各部位の全てが大型化するために、研削・研磨装置が非常に大型化するという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より省スペース化を図り、大型の板状物を研削・研磨可能な装置を提供することである。

本発明は、ワークを保持する保持機構と、保持機構に保持されたワークを研削加工する研削機構と、保持機構に搬入される前にワークを位置合わせする位置合わせ機構と、ワークを保持する保持面を有し位置合わせ機構にワークを搬入する搬送機構とを有する研削装置に関するもので、位置合わせ機構は、垂直方向に沿う一面を有する板部材と、板部材から突出し当該一面に沿って位置付けされたワークの外周縁に突き当てる少なくとも３個以上の突き当て部材と、突き当て部材を垂直面内においてワークの外周縁に当接させて互いが接近及び離反する方向に進退移動させる突き当て部材移動部と、搬送機構の保持面と板部材の一面にワークが挟まれた状態で突き当て部材移動部を駆動して突き当て部材をワークの外周縁に突き当てることによってワークの位置合わせを行う制御部とを有する。

この研削装置の位置合わせ機構は、前記一面にワークを吸着保持する保持部と、当該該一面を垂直方向に沿う状態から水平方向に沿う状態に回転させる回転部とを有することが望ましい。

従来の研削装置では、ワークを横置きして位置合わせを行う機構であったため、ワークが大型化するとそれに伴って装置も大型化していた。しかし、本発明では、位置合わせ機構において、ワークをワークを垂直方向の面に沿って縦置きして位置合わせを行う機構としたため、ワークが大型化してもそれに伴って装置が大型化することが抑制され、より省スペースな装置で、大型の板状物を研削・研磨可能となる。

また、位置合わせ機構の垂直方向の一面にワークを吸着保持する保持部と、その一面を垂直方向に沿う状態から水平方向に沿う状態に回転させる回転部とを備える構成とすると、位置合わせを行った後に、保持部でワークを保持した状態で位置合わせ機構がそのまま加工用の保持機構にワークを搬入することが出来るため、位置合わせ機構から保持機構への搬送機構を新たに増やす必要が無く、装置の更なる省スペース化に寄与する。

研削装置の一例を示す斜視図である。 突き当て部材移動部の構成を示す説明図である。 突き当て部材移動部の動作を示す説明図である。 位置合わせ機構を示す斜視図である。 位置合わせ機構にワークを搬入する前の状態を示す正面図である。 位置合わせ機構にワークが搬入された状態を示す正面図である。 位置合わせ機構に搬入されたワークの外周縁に突き当て部材が当接した状態を示す正面図である。 位置合わせ機構においてワークの位置決めがなされた状態を示す正面図である。

図１に示す研削装置１は、保持機構２において板状のワークを保持し、そのワークを研削機構３を用いて研削加工する装置であり、研削加工前のワークは、カセット載置台４ａに載置されたカセット４０ａに収容され、研削加工後のワークは、カセット載置台４ｂに載置されたカセット４０ｂに収容される。

保持機構２は、板状のワークを吸引保持して回転可能な保持面２０を有している。保持機構２は、蛇腹２１の伸縮をともなって水平方向に移動可能な移動基台２２によって回転可能に支持されており、研削機構３に対して接近及び離反可能となっている。保持機構２の可動範囲のうち、研削機構３側を研削域、カセット４０ａに近い側を着脱域という。

研削機構３は、保持機構２に保持されたワークに作用して研削加工を行う研削工具３０と、研削工具３０を支持する支持マウント３１と、支持マウント３１を先端部において支持し鉛直方向に延びる回転軸３２と、回転軸３２を回転させるモータ３３とを備えている。研削工具３０は、支持マウント３１に固定された基台３００と、基台３００の下面に固着された複数の砥石３０１とから構成される。なお、砥石に代えて研磨パッドが使用されることもある。

カセット４０ａ、４０ｂの近傍には、カセット４０ａから研削加工前のワークを搬出するとともにカセット４０ｂに研削加工後のワークを搬入する搬送機構５を備えている。搬送機構５は、平面上に形成され片面に吸引面である保持面５０ａを有する保持部５０と、保持部５０を垂直方向に回転させる回転駆動部５１と、先端部に回転駆動部５１が固定され保持部５０を所望の位置に移動させる屈曲可能なアーム部５２とから構成される。

カセット４０ｂの近傍には、研削加工後のワークを洗浄する洗浄機構９が配設されている。洗浄機構９は、ワークを保持して回転可能な保持テーブル９０と、保持テーブル９０に保持されたワークに向けて洗浄液、高圧エアーを噴出する図示しないノズル等を備えている。

研削機構３は、研削送り機構６によって昇降可能となっている。研削送り機構６は、鉛直方向の軸心を有するボールスクリュー６０と、ボールスクリュー６０と平行に配設された一対のガイドレール６１と、ボールスクリュー６０を回動させるパルスモータ６２と、ボールスクリュー６０に螺合するナット（図示せず）を内部に有するとともに側部がガイドレール６１に摺接する摺動基台６３とを備えており、パルスモータ６２によって駆動されてボールスクリュー６１が回動するのにともない摺動基台６３がガイドレール６１に案内されて昇降動する構成となっている。摺動基台６３に固定された支持部６４は、研削機構３を支持しているため、摺動基台６３の昇降動により研削機構３も昇降動する構成となっている。

搬送機構５を構成する保持部５０の可動域には、研削加工前のワークを保持機構２に搬入する前に所定の位置に位置合わせする位置合わせ機構７が配設されている。位置合わせ機構７は、板部材７０と、板部材７０を回転させて垂直状態と水平状態とに切り替える回転部７１とを備えている。板部材７０の一方の面（一面）は、位置合わせ対象のワークと対向する面であって垂直方向に沿う状態をとりうる対向面７００となっており、対向面７００には、径方向に複数の長孔７０１が形成され、長孔７０１には、板部材７０の対向面７００から水平方向に突出する少なくとも３個以上の突き当て部材７０２が長孔７０１に沿って移動可能に配設されている。すなわち、突き当て部材７０２は、互いが接近または離反して進退移動し、これらによって形成される円が縮径する方向及び拡径する方向に移動可能となっている。突き当て部材７０２は、板部材７０の内部に備えた図２に示す突き当て部材移動部７２によって駆動されて移動する。また、板部材７０の対向面７００の中心部には、ワークを吸着保持する保持部７０３が配設されている。

図２に示すように、突き当て部材移動部７２は、図示しないモータにより面方向に回転駆動される回動プレート７２０と、回動プレート７２０の周縁部から外周側に突出し突き当て部材７０１と同数形成されたアーム部７２１と、アーム部７２１に対して枢軸７２２ａによって一端が回動自在に連結されるとともに他端が図１に示した長孔７０１を摺動自在であるリンク部材７２２とから構成される。リンク部材７２の当該他端の裏側には、図１に示した突き当て部材７０２が形成されている。

図２に示したように、初期状態では、複数のアーム部７２１がリンク部材７２と一直線上にある。そして、図３に示すように、回動プレート７２０が矢印Ａ方向に回動してアーム部７２１が回動すると、リンク部材７２２が枢軸７２２ａを中心として回動しながら長孔７０１を互いが近づく方向に摺動し、これにともない突き当て部材７０２も互いが近づく方向に移動する。

回転部７１は、図４に示すように、水平方向にのびる軸状の回転支持部７１０と、回転支持部７１０を軸として板部材７０を回動させる図示しないモータ等とを備えている。回転部７１によって駆動されて回転支持部７１０を軸として板部材７０が回転することにより、図１に示したように板部材７０が起立し対向面７００が垂直方向に沿う状態と、図４に示したように板部材７０が対向面７００を下に向けて倒れて対向面７００が水平方向に沿う状態とをとることができる。

図４に示すように、回転支持部７１は、スライド板８０に連結されている。スライド板８０は、位置合わせ機構７を水平方向に移動させる水平駆動手段８を構成する部材であり、水平駆動手段８は、水平方向に配設されたボールスクリュー８１と、ボールスクリュー８１と平行に配設された一対のガイドレール８２と、ボールスクリュー８１を回動させる図１に示したパルスモータ８３とを備えており、パルスモータ８３に駆動されてボールスクリュー８１が回動するのにともないスライド板８０がガイドレール８２にガイドされて水平方向に移動する構成となっている。そして、スライド板８０が移動すると、位置合わせ機構７も一体となって移動する。保持機構２、研削手段３、搬送機構５、研削送り機構６、位置合わせ機構７、及び水平駆動手段８の各動作は、制御部９によって制御される。

次に、上記のように構成される研削装置１の動作について説明する。最初に、図１に示した搬送手段５の保持部５０がカセット４０ａに進入し、研削前のワークを保持する。そして、ワークを保持した状態で保持部５０がカセット４０ａの外部に出ることによってワークを搬出し、図５に示すように、位置合わせ機構７の板部材７０を起立させた状態としておき、保持部５０を９０度回転させることにより、板状のワークＷが起立した状態で位置合わせ機構７に搬送する。なお、ワークは特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハやGaAs等の半導体ウェーハ、セラミックス、ガラス、サファイア（Al₂O₃）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、さらには、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（TTV：total thickness variation：ワーク被研削面を基準面として厚み方向に測定した高さのワーク被研削面の全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料が挙げられる。

次に、図６に示すように、突き当て部材７０２を互いが離れた状態としておき、制御部９による制御の下で、保持面５０ａによって保持されたワークＷを複数の突き当て部材７０２の内側に移動させて板部材７０の対向面７００に沿ってワークＷを位置付け、垂直面内において保持面５０ａと板部材７０の一面とでワークＷが挟まれた状態とする。このとき、制御部９は、ワークＷが板部材７０の中心より若干下方にずれた位置に位置するように制御を行う。

そして、図７に示すように、制御部９が図２及び図３に示した突き当て部材移動部７２を駆動することによって、複数の突き当て部材７０２によって形成される円が縮径する方向に突き当て部材７０２を移動させる。そうすると、ワークＷが板部材７０の中心より若干下方にずれた位置にあるため、図７において拡大して示すように、やがて複数の突き当て部材７０２のうち下部にあるものがワークＷの外周縁に当接し、突き当て部材移動部７２の駆動源であるモータの負過電流の値が大きくなる。そして、図１に示した制御部９がそのことを認識すると、制御部９は、保持面５０ａにおけるワークＷの保持を解除する。このときにワークＷの外周縁に当接した突き当て部材７０２によってワークＷが下方から支持されるので保持面５０ａにおけるワークＷの保持が解除されてもワークＷが突き当て部材７０２上に落下して破損などが起こることが無い。保持面５０ａによるワークの保持解除後は、再びモータを駆動させてさらに突き当て部材７０２を互いが近づく方向に移動させる。そうすると、図８に示すように、すべての突き当て部材７０２がワークＷの外周縁に当接し、ワークＷが板部材７０の中心位置に位置合わせされる。こうしてワークＷの位置合わせ完了後、図１に示した保持部７０３による吸着を開始してワークＷを吸着保持する。このように、ワークＷが縦置きされた状態で位置合わせを行うことができるため、省スペース化を図ることができる。

次に、図１に示した保持機構２を、着脱域（装置の前部側）に位置付けるとともに、水平駆動手段８により位置合わせ機構７を研削域側に若干移動させ、保持機構２が位置合わせ機構７の正面に位置する状態とする。そして、図４に示したように、回転支持部７１０を軸としてワークＷを保持した板部材７０を垂直方向に回転させてゆっくりと倒し、ワークＷを保持機構２の保持面２０に当接させる。そして、保持面２０に吸引力を作用させて吸着する。このとき、ワークＷは位置合わせ機構７によって一定の位置に位置合わせされているため、保持面２０の一定の位置に保持される。

保持面２０によってワークＷが吸着されると、保持部７０３による保持を解除し、板部材７０を回転させて起立させる。そして、ワークＷを保持した保持機構２を研削域に移動させ、ワークＷを研削機構３の直下に位置付ける。次に、保持面２０を回転させるとともに、モータ３３による駆動により研削工具３０を回転させ、それとともに研削送り機構６によって駆動されて研削機構３が下降し、回転する砥石３０１がワークＷに作用してワークＷの露出面が研削される。

こうして研削が行われた後は、保持機構２が着脱域に戻る。そして、搬送機構６の保持面６０が研削後のワークＷを洗浄機構９の保持テーブル９０に搬送し載置する。洗浄機構９では保持テーブル９０が回転するとともに図示しないノズルから洗浄液が噴出されてワークＷに付着した研削屑等が除去される。そして、乾燥が行われた後、搬送機構５の保持面５０ａによって再び保持され、カセット４０ｂに収容される。

以上説明した例では、板部材７０が倒れることによりワークＷが保持機構２によって保持される構成としたが、板部材７０が倒れる構成は必須ではない。板部材７０が起立した状態から倒れない構成とした場合は、位置合わせ機構７におけるワークの位置合わせが行われた後に、搬送機構５の保持部５０が位置合わせ後のワークを保持し、保持機構２に搬送するようにすればよい。また、この場合、位置合わせ機構７の保持部７０３は必須ではない。

一方、上記説明した例のように、板部材７０が倒れることによりワークＷが保持機構２によって保持される構成とした場合は、ワークの研削が行われている間に位置合わせ機構７において次のワークの位置合わせを行って保持しておけば、研削が終了したワークを搬送機構５が洗浄機構９に搬送している間に、位置合わせ機構７が保持機構２にワークを搬入することができるため、複数のワークの処理を効率良く行うことができる。

１：研削装置
２：保持機構 ２０：保持面 ２１：蛇腹 ２２：移動基台
３：研削機構
３０：研削工具 ３００：基台 ３０１：砥石
３１：支持マウント ３２：回転軸 ３３：モータ
４ａ、４ｂ：カセット載置台 ４０ａ、４０ｂ：カセット
５：搬送機構
５０：保持部 ５０ａ：保持面 ５１：回転駆動部 ５２：アーム部
６：研削送り機構 ６０：ボールスクリュー ６１：ガイドレール
６２：パルスモータ ６３：摺動基台 ６４：支持部
７：位置合わせ機構
７０：板部材
７００：対向面 ７０１：長孔 ７０２：突き当て部材 ７０３：保持部
７１：回転部 ７１０：回転支持部
７２：突き当て部材移動部
７２０：回動プレート ７２１：アーム部 ７２２：リンク部材 ７２２ａ：枢軸
８：水平駆動手段 ８０：スライド板 ８１：ボールスクリュー ８２：ガイドレール
８３：パルスモータ
９：洗浄機構 ９０：保持テーブル

Claims (2)

1. ワークを保持する保持機構と、該保持機構に保持されたワークを研削加工する研削機構と、該保持機構に搬入される前にワークを位置合わせする位置合わせ機構と、ワークを保持する保持面を有し該位置合わせ機構にワークを搬入する搬送機構と、を有する研削装置であって、
   該位置合わせ機構は、
   垂直方向に沿う一面を有する板部材と、
   該板部材から突出し、該一面に沿って位置付けされたワークの外周縁に突き当てる少なくとも３個以上の突き当て部材と、
   該突き当て部材を垂直面内においてワークの外周縁に当接させて互いが接近及び離反する方向に進退移動させる突き当て部材移動部と、
   該搬送機構の該保持面と該板部材の該一面にワークが挟まれた状態で該突き当て部材移動部を駆動して該突き当て部材をワークの外周縁に突き当てることによってワークの位置合わせを行う制御部と、
   を有する研削装置。
2. 前記位置合わせ機構は、
   前記一面にワークを吸着保持する保持部と、
   該一面を垂直方向に沿う状態から水平方向に沿う状態に回転させる回転部と、
   を有する、請求項1に記載の研削装置。

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