JP2020110901A - 平面加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】砥石をスピンドルに安全且つ簡便に取り付ける平面加工装置を提供する。【解決手段】平面加工装置１は、スピンドル２３に連結されたスピンドルフランジ２６に設けられ、スピンドル２３の径方向Rに沿ってピストンロッド５２を進退移動可能なシリンダ５０と、ピストンロッド５２に接続され、ピストンロッド５２の進行方向に沿って徐々に開口するように形成された開口部５４で砥石２１を保持する環状の砥石ホイール２１aを把持可能なクランプ５３と、を備えている。クランプ５３が進行方向に移動すると、クランプ５３の支持面５４ａが砥石ホイール２１ａの下面に形成された傾斜面２１ｂを押し上げて、砥石ホイール２１ａを支持面５４ａと平坦面５４ｃとで把持する。【選択図】図７

Description

本発明は、砥石でウェハを加工する平面加工装置に関するものである。

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、「ウェハ」という）を薄膜に形成するために、ウェハの裏面を研削する裏面研削が行われている。

特許文献１には、スピンドル９４の先端にカップ型砥石５６が取り付けられた研削装置１が開示されている。カップ型砥石５６は、スピンドル９４に図示しないボルトで締結されており、スピンドル９４に対して脱着自在に構成されている。なお、符号は特許文献１における符号である。

特開平１１−３０９６７３号公報

しかしながら、特許文献１記載の研削装置１では、作業員が手作業で１０本程度のボルトを締結することによって、カップ型砥石５６がスピンドル９４に取り付けられるため、カップ型砥石５６の取付作業が煩雑になりがちであった。また、取付作業の際に、カップ型砥石５６を誤って落下する等してカップ型砥石５６を破損させる虞があるという問題があった。

そこで、砥石をスピンドルに安全且つ簡便に取り付け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。

上記目的を達成するために、本発明に係る平面加工装置は、スピンドルに取り付けられた砥石でウェハを加工する平面加工装置であって、前記スピンドルに連結されたスピンドルフランジに設けられ、前記スピンドルの径方向に沿ってピストンロッドを進退移動可能なシリンダと、前記ピストンロッドに接続され、前記ピストンロッドの進行方向に沿って徐々に開口するように形成された開口部で前記砥石を保持する環状の砥石ホイールを把持可能なクランプと、を備えている。

この構成によれば、シリンダがクランプを進行方向に移動させることにより、砥石ホイールが開口部に把持されるため、作業員が手作業を介することなく、砥石をスピンドルに安全且つ簡便に取り付けることができる。

また、本発明に係る平面加工装置は、前記開口部には、前記砥石ホイールの下面に形成された傾斜面の傾斜角度と略一致するように傾斜し、前記傾斜面を支持可能な支持面が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、クランプが進行方向に移動すると、開口部の支持面が砥石ホイールの傾斜面を滑りながら持ち上げるようにして砥石ホイールを所定の取り付け位置に位置決めするため、砥石をスピンドルに安全且つ簡便に取り付けることができる。

また、本発明に係る平面加工装置は、前記開口部には、前記支持面に対向して設けられ、前記砥石ホイールの上面に当接可能な平坦面が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、支持面が砥石ホイールを所定の取り付け位置に位置決めした際に、砥石ホイールが支持面と平坦面とで挟持されることにより、砥石をスピンドルにさらに正確に取り付けることができる。

また、本発明に係る平面加工装置は、前記クランプは、前記スピンドルの径方向内側から外側に向かって移動可能に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、砥石ホイールの径方向内側に配置されたクランプが砥石ホイールを内側から把持可能なことにより、砥石をスピンドルに取り付ける機構を省スペースで設けることができる。

本発明は、シリンダがクランプを進行方向に移動させることにより、砥石ホイールが開口部に把持されて、作業員が手作業を介することなく、砥石をスピンドルに安全且つ簡便に取り付けることができる。

本発明の一実施形態に係る平面加工装置を示す斜視図。 図１に示すメインユニットの側面図。 スピンドルフランジ及び砥石を示す斜視図。 図３に示すスピンドルフランジ及び砥石を下方から視た斜視図。 図３に示すスピンドルフランジ及び砥石の底面図。 砥石をスピンドルフランジに取り付ける前の状態を示す縦断面図。 砥石をスピンドルフランジに取り付けた後の状態を示す縦断面図。 図７の要部を示す拡大図。

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。

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。

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。

図１は、スピンドル送り機構２５及び搬送ユニット３を省略した平面加工装置１の基本的構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すメインユニット２及び搬送ユニット３の内部構造を示す縦断面図である。

平面加工装置１は、ウェハＷの裏面を研削するものであり、具体的には、サファイア又は炭化ケイ素等の難削材製基板の裏面（デバイスが形成された表面とは反対側の面）を研削するものである。しかしながら、平面加工装置１の加工対象物はこれらに限定されず、例えば、ガラス又はシリコン等であっても良く、若しくは支持基板に取り付けられた複合基板等であっても構わない。

平面加工装置１は、砥石２１を備えるメインユニット２と、メインユニット２の下方に配置された搬送ユニット３と、を備えている。

メインユニット２は、アーチ状のコラム２２と、砥石２１が取り付けられたスピンドル２３と、スピンドル２３を垂直方向Ｖに摺動可能に支持する３つのリニアガイド２４と、スピンドル２３を垂直方向Ｖに昇降させるスピンドル送り機構２５と、を備えている。

スピンドル２３は、コラム２２の前面２２ａに垂直方向Ｖに亘って凹設された溝２２ｂ内に収容されている。スピンドル２３は、下端に接続されたスピンドルフランジ２６を介して砥石２１を取り付け、図示しないモータによって砥石２１を回転可能に構成されている。砥石２１及びスピンドルフランジ２６の詳しい構成については後述する。

リニアガイド２４は、コラム２２の前方に配置された２つの前方リニアガイド２４ａと、溝２２ｂに配置された１つの後方リニアガイド２４ｂと、で構成される。

前方リニアガイド２４ａは、溝２２ｂの縁部に配置されており、サドル２３ａの前方端部を支持するように取り付けられている。後方リニアガイド２４ｂは、溝２２ｂの底部に配置されており、サドル２３ａの後方中央を支持するように取り付けられている。

前方リニアガイド２４ａ及び後方リニアガイド２４ｂは、垂直方向Ｖに沿って互いに平行に設けられている。これにより、前方リニアガイド２４ａと後方リニアガイド２４ｂとは、サドル２３ａの案内レールとして機能する。

スピンドル送り機構２５は、サドル２３ａに連結されたスライダ２５ａと、スライダ２５ａを昇降させるボールネジ２５ｂと、ボールネジ２５ｂを回転させるモータ２５ｃと、を備えている。モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが正回転し、スライダ２５ａが垂直方向Ｖの下方に下降することにより、サドル２３ａが下降する。

メインユニット２には、ウェハＷの厚みを計測する図示しないインプロセスゲージが設けられている。インプロセスゲージが計測したウェハＷの厚みが所望の値に達すると、モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが逆回転し、スライダ２５ａに連結されたサドル２３ａが上昇することで、ウェハＷと砥石２１とが離間する。

搬送ユニット３は、ウェハＷを吸着保持可能なチャック３１と、チャック３１を載置するスライダ３２と、スライダ３２を駆動させるスライダ駆動機構３３と、を備えている。

チャック３１は、図示しない負圧源に接続されており、ウェハＷをチャック３１上に吸着保持することができる。また、チャック３１は、モータ３１ａによってチャック３１の中心を通る垂直軸回りに回動可能である。

スライダ３２は、レール３２ａ上を摺動可能であり、これにより、チャック３１とスライダ３２とは、一体になってスライドするようになっている。

スライダ駆動機構３３は、ベルト・プーリ機構３３ａを介してモータ３３ｂによりスライダ３２を摺動させる。

平面加工装置１の動作は、制御ユニット４によって制御される。制御ユニット４は、平面加工装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御ユニット４は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御ユニット４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。

このような構成により、平面加工装置１は、以下の手順によりウェハＷを研削する。まず、ウェハＷをチャック３１に吸着保持する。次に、スライダ３２によってウェハＷを砥石２１の下方まで搬入した後に、モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが順回転し、スライダ２５ａに連結されたサドル２３ａが下降することで、砥石２１をウェハＷの近傍まで接近させる。そして、砥石２１及びチャック３１をそれぞれ回転させながら、砥石２１がウェハＷ裏面に押し当てられることにより、ウェハＷが研削される。

その後、ウェハＷが所望の厚みまで研削されると、砥石２１及びチャック３１の回転を停止させ、モータ２５ｃが駆動してボールネジ２５ｂが逆回転し、スライダ２５ａに連結されたサドル２３ａが上昇することで、砥石２１をウェハＷから離間させる。次に、スライダ３２がウェハＷをメインユニット２の後方まで搬出する。そして、チャック３１によるウェハＷの吸着保持を解除して、平面加工装置１によるウェハＷの研削加工が終了する。

次に、砥石２１をスピンドルフランジ２６に取り付ける機構について、図３〜６に基づいて詳しく説明する。

砥石２１は、環状の砥石ホイール２１ａの下端に砥石ホイール２１ａの周方向に沿って複数個設置されている。砥石ホイール２１ａは、五形状の断面を呈しており、傾斜面２１ｂと、内周面２１ｃと、上面２１ｄと、を備えている。傾斜面２１ｂは、水平方向に対して所定角度（例えば、３０度）だけ傾斜している。

スピンドルフランジ２６は、スピンドル２３の下端に図示しないボルト２７で取り付けられている。スピンドルフランジ２６は、略円板状に形成されている。スピンドルフランジ２６には、放射状に径方向Ｒに沿って形成された３本のシリンダ収容溝２６ａが形成されている。シリンダ収容溝２６ａは、互いに等間隔に離れて設けられている。

シリンダ収容溝２６ａには、シリンダ５０がそれぞれ収容されている。シリンダ５０は、シリンダチューブ５１と、ピストンロッド５２と、を備えている。

シリンダ５０は、シリンダチューブ５１内においてピストンロッド５２を径方向Ｒに沿って進退させるように構成されており、例えばエアシリンダである。なお、シリンダ５０の駆動方式は空気圧であるが、これに限定されるものではない。

各ピストンロッド５２には、径方向Ｒの外周側端部にクランプ５３が接続されている。クランプ５３は、ピストンロッド５２の進退移動に追従して移動するように構成されていれば良く、クランプ５３がピストンロッド５２に直接的に又は間接的に接続されているかは何れであっても構わない。

クランプ５３の先端は、ピストンロッド５２の進行方向に沿って徐々に開口する開口部５４が形成されている。開口部５４の下端には、所定角度に傾斜する支持面５４ａが形成されている。支持面５４ａの傾斜角度は、傾斜面２１ｂの傾斜角度に略一致するように設定されるのが好ましい。

また、開口部５４には、支持面５４ａと対向する位置に設けられた略水平な平坦面５４ｂが形成されている。平坦面５４ｂは、支持面５４ａから砥石ホイール２１ａの厚み寸法（傾斜面２１ｂと上面２１ｄとの距離）に略一致する距離だけ離間して設けられている。

なお、開口部５４には、略垂直な基準面５４ｃを設けてもよい。基準面５４ｃの径寸法が内周面２１ｃの径寸法と略一致するように設定されれば、砥石ホイール２１ａがクランプ５３に把持された状態で砥石ホイール２１aの回転中心とスピンドルフランジ２６の回転中心とを一致させることができる。

次に、スピンドルフランジ２６に砥石２１を取り付ける手順について図６〜８に基づいて説明する。

まず、図６に示すように、砥石ホイール２１ａを所定位置に配置する。具体的には、クランプ５３の基準面５４ｃが砥石ホイール２１ａの内周面２１ｃに対向するように砥石ホイール２１ａを配置する。

次に、図７に示すように、シリンダ５０を駆動させて、クランプ５３を径方向Ｒの内側から外側に移動させて開口部５４が砥石ホイール２１ａを把持する。この際、図８に示すように、支持面５４ａが傾斜面２１ｂを滑りながら砥石ホイール２１ａを持ち上げるように支持する。これにより、従来のように作業員が手作業で取付作業を行う場合と比べて、砥石ホイール２１ａが脱落する虞がなく、且つクランプ５３の移動量に応じて砥石ホイール２１ａを所定位置に位置決めするができるため、砥石ホイール２１ａをスピンドルフランジ２６を介してスピンドル２３に安全且つ簡便に取り付けることができる。

さらに、支持面５４ａが砥石ホイール２１ａの傾斜面２１ｂを下方から支持することにより、例えば平面加工装置１への給電が停止したような場合であっても、径方向Ｒの外側に張り出したクランプ５４が砥石ホイール２１ａを把持し続けるため、砥石２１の落下を抑制することができる。

また、支持面５４ａが、上面２１ｄが平坦面５４ｂに当接するまで砥石ホイール２１ａを押し上げることにより、砥石ホイール２１ａが支持面５４ａと平坦面５４ｂとで挟み込まれるため、砥石ホイール２１ａをスピンドルフランジ２６に安定して取り付けることができる。

また、クランプ５３が径方向Ｒの内側から外側に向かって移動するように構成されていることにより、環状の砥石ホイール２１ａの内側にクランプ５３を配置可能なため、砥石２１をクランプ５３に取り付ける機構を省スペースで設置することができる。

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。

１ ・・・平面加工装置
２ ・・・メインユニット
３ ・・・搬送ユニット
４ ・・・制御ユニット
２１ ・・・砥石
２１ａ ・・・砥石ホイール
２１ｂ ・・・傾斜面
２１ｃ ・・・内周面
２１ｄ ・・・平坦面
２２ ・・・コラム
２３ ・・・スピンドル
２４ ・・・リニアガイド
２５ ・・・スピンドル送り機構
２６ ・・・スピンドルフランジ
２６ａ ・・・シリンダ収容溝
３１ ・・・チャック
３２ ・・・スライダ
３３ ・・・スライダ駆動機構
５０ ・・・シリンダ
５１ ・・・シリンダチューブ
５２ ・・・ピストンロッド
５３ ・・・クランプ
５４ ・・・開口部
５４ａ ・・・支持面
５４ｂ ・・・平坦面
５４ｃ ・・・基準面
Ｗ ・・・ウェハ

Claims (4)

1. スピンドルに取り付けられた砥石でウェハを加工する平面加工装置であって、
   前記スピンドルに連結されたスピンドルフランジに設けられ、前記スピンドルの径方向に沿ってピストンロッドを進退移動可能なシリンダと、
   前記ピストンロッドに接続され、前記ピストンロッドの進行方向に沿って徐々に開口するように形成された開口部で前記砥石を保持する環状の砥石ホイールを把持可能なクランプと、
   を備えていることを特徴とする平面加工装置。
2. 前記開口部には、前記砥石ホイールの下面に形成された傾斜面の傾斜角度と略一致するように傾斜し、前記傾斜面を支持可能な支持面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の平面加工装置。
3. 前記開口部には、前記支持面に対向して設けられ、前記砥石ホイールの上面に当接可能な平坦面が形成されていることを特徴とする請求項２記載の平面加工装置。
4. 前記クランプは、前記スピンドルの径方向内側から外側に向かって移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の平面加工装置。