JP5001064B2 - チャックテーブル機構 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を切削する切削装置等の加工装置に装備され被加工物を保持するチャックテーブル機構に関する。

例えば、半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画された多数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成し、該デバイスが形成された各領域をストリートに沿って分割することにより個々のデバイスを製造している。半導体ウエーハを分割する分割装置としては一般にダイシング装置としての切削装置が用いられている。この切削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルを備えたチャックテーブル機構と、該チャックテーブル機構のチャックテーブルに保持され被加工物を切削する切削ブレードを備えた切削手段とを具備している。上記チャックテーブル機構は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転可能に支持する円筒状の支持部材とを具備し、該円筒状の支持部材に軸受を介してチャックテーブルの回転軸を回転可能に支持するように構成されている。（例えば下記特許文献１参照）
特開昭６３−１７４８４１号公報

而して、上述したチャックテーブルの支持構造は、チャックテーブルを回転軸に軸受のインナーレースを装着し、円筒状の支持筒に軸受のアウターレースを装着する構成であるため、軸受のインナーレースとアウターレースを装着する装着部の加工精度が低いと、チャックテーブルの回転軸中心と軸受の回転中心が合致せず、チャックテーブルが歪んで回転するという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、チャックテーブルの回転軸中心と軸受の回転中心を合致して組み付けることができるチャックテーブル機構を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブル機構であって、
円筒状の固定支持部材と、該円筒状の固定支持部材の外周に軸受手段を介して回転可能に外嵌され上端にチャックテーブル支持部を備えた円筒状の回転支持部材とを具備し、
該軸受手段は、該円筒状の固定支持部材の外周面に形成されたV溝からなる第１の環状溝と、該円筒状の回転支持部材の内周面に該第１の環状溝と対向して形成されたV溝からなる第２の環状溝と、該第１の環状溝と該第２の環状溝間に配設された複数の鋼球とからなっている、
ことを特徴とするチャックテーブル機構が提供される。

また、上記回転支持部材の外周面には従動プーリが設けられ、上記チャックテーブル支持基台にはモータが配設されており、該モータの駆動軸に装着された駆動プーリと従動プーリとに無端ベルトが巻回されている。

本発明によるチャックテーブル機構は以上のように構成され、円筒状の固定支持部材の外周に円筒状の回転支持部材を回転可能に支持する軸受手段が、円筒状の固定支持部材の外周面に形成されたV溝からなる第１の環状溝と、円筒状の回転支持部材の内周面に第１の環状溝と対向して形成されたV溝からなる第２の環状溝と、第１の環状溝と第２の環状溝間に配設された複数の鋼球とからなっているので、固定支持部材と回転支持部材とを組み立てた状態で両者の位置関係が精密に規定されるため、回転支持部材は軸受手段の回転中心を中心として回転することができる。

以下、本発明に従って構成されたチャックテーブルの支持機構およびチャックテーブル機構の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成されたたチャックテーブルの支持機構およびチャックテーブル機構を装備した切削装置の斜視図が示されている。
図１に示された切削装置は、略直方体状の装置ハウジング１を具備している。この装置ハウジング１内には、図２に示す静止基台２と、該静止基台２上に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、該チャックテーブル機構３を切削送り方向である矢印Ｘで示す方向に移動可能に支持するチャックテーブル移動機構４と、静止基台２に割り出し送り方向である矢印Ｙで示す方向（切削送り方向である矢印Ｘで示す方向に直交する方向）に移動可能に配設されたスピンドル支持機構５と、該スピンドル支持機構５に切り込み送り方向である矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設された切削手段としてのスピンドルユニット６が配設されている。

上記チャックテーブル機構３について、図３および図４を参照して説明する。
図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、チャックテーブル支持基台３０と、該チャックテーブル支持基台３０の上面に配設されチャックテーブル支持機構３１と、該チャックテーブル支持機構３１に支持されるチャックテーブル３５を具備している。上記チャックテーブル支持基台３１は矩形状に形成され、その下面には２条の被案内溝３０１、３０１が形成されている。

上記チャックテーブル支持機構３１は、固定支持部材３２と、該固定支持部材３２の外周に軸受手段３３を介して回転可能に外嵌された回転支持部材３４とを具備している。固定支持部材３２は、図４に示すように円筒状に形成されており、その下端がチャックテーブル支持基台３０の上面に固定されている。上記回転支持部材３４も円筒状に形成されており、上記固定支持部材３２に軸受手段３３を介して回転可能に支持されている。軸受手段３３は、固定支持部材３２の外周面に形成された第１の環状溝３３１と、回転支持部材３４の内周面に第１の環状溝３３１と対向して形成された第２の環状溝３３２と、第１の環状溝３３１と第２の環状溝３３２間に配設された複数の鋼球３３３とからなっている。なお、第１の環状溝３３１と第２の環状溝３３２は、V溝からなっていることが望ましい。ここで、第１の環状溝３３１と第２の環状溝３３２間に複数の鋼球３３３を配設する構成について図４を参照して説明する。上記回転支持部材３４における第２の環状溝３３２が形成された外周の一部には、外周面から第２の環状溝３３２に連通する鋼球挿入穴３３４が形成されている。この鋼球挿入穴３３４を通して複数の鋼球３３３を挿入し、第１の環状溝３３１と第２の環状溝３３２間に複数の鋼球３３３を配設することができる。なお、鋼球挿入穴３３４の内周面には雌ネジが形成されており、上述したように鋼球挿入穴３３４を通して複数の鋼球３３３を挿入したら、鋼球挿入穴３３４にプラグ３３５を螺合する。このような鋼球３３３の挿入は、チャックテーブル支持機構３１を構成する固定支持部材３２と回転支持部材３４とを組み立てる際に実施し、固定支持部材３２と回転支持部材３４とを組み立てた状態で、チャックテーブル支持機構３１の固定支持部材３２をチャックテーブル支持基台３０に固定する。このように固定支持部材３２に回転支持部材３４を回転可能に支持する軸受手段３３は、固定支持部材３２の外周面に形成された第１の環状溝３３１と、回転支持部材３４の内周面に第１の環状溝３３１と対向して形成された第２の環状溝３３２と、第１の環状溝３３１と第２の環状溝３３２間に配設された複数の鋼球３３３とからなっているので、固定支持部材３２と回転支持部材３４とを組み立てた状態で両者の位置関係が精密に規定されるため、回転支持部材３４は軸受手段３３の回転中心を中心として回転することができる。

上述したように構成されたチャックテーブル支持機構３１の回転支持部材３４の上端には環状のチャックテーブル支持部３４１が設けられており、該環状のチャックテーブル支持部３４１は固定支持部材３２の上端より上方に突出するように構成されている。この環状のチャックテーブル支持部３４１の上面に、環状のセラミックス板３６を介してチャックテーブル３５が装着される。なお、上記環状のチャックテーブル支持部３４１の下面には回転支持部材３４の回転角度を検出するためのロータリースケール３７が装着されており、固定支持部材３２の上端面にはロータリースケール３７と対向する位置に読み取りヘッド３７０が配設されている。

チャックテーブル３５は、円柱状の本体３５１と、該本体３５１の上面に配設され無数の吸引孔を備えたポーラスなセラミックス等からなる多孔性部材によって形成された吸着チャック３５２とからなっている。本体３５１は、ステンレス鋼等の金属材によって形成されており、その上面には円形の嵌合凹部３５１aが設けられている。この嵌合凹部３５１aには底面の外周部に吸着チャック３５２が載置される環状の載置棚３５１bが設けられている。そして、本体３５１の嵌合凹部３５１aに嵌合した吸着チャック３５２は、環状の載置棚３５１bに載置される。また、本体３５１には嵌合凹部３５１aに開口する吸引通路３５１cが設けられており、この吸引通路３５１cは、図示しない吸引手段に連通されている。従って、図示しない吸引手段が作動すると、吸引通路３５１cを通して嵌合凹部３５１aに負圧が作用し、この結果、無数の吸引孔を備えた吸着チャック３５２の上面である保持面に負圧が作用せしめられる。また、本体３５１の中間部には、図４に示すように環状の溝３５１dが形成されている。この環状の溝３５１d内には４個のクランプ３５３の基部が配設され、このクランプ３５３の基部が本体３５１に適宜の固定手段によって取付けられている。

図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、チャックテーブル３５を支持するチャックテーブル支持機構３１の回転支持部材３４を回転するための回転駆動手段３８を具備している。図示の実施形態における回転駆動手段３８は、チャックテーブル支持基台３０に配設されたパルスモータ３８１と、該パルスモータ３８１の駆動軸３８１aに装着された駆動プーリ３８２と、上記回転支持部材３４の下端部外周に設けられた従動プーリ３８３と、駆動プーリ３８２と従動プーリ３８３に巻回された無端ベルト３８４とからなっている。このように構成された回転駆動手段３８は、パルスモータ３８１を駆動することにより、駆動プーリ３８２、無端ベルト３８４、従動プーリ３８３を介してチャックテーブル３５を支持する回転支持部材３４を回転せしめる。このように回転駆動手段３８はパルスモータ３８１が回転支持部材３４と独立して配設されているので、パルスモータ３８１が作動により発熱しても回転支持部材３４が熱膨張することがないため、チャックテーブル３５の高さ位置を常に所定の位置に維持することができる。なお、図示の実施形態における回転駆動手段３８はパルスモータ３８１の駆動力を回転支持部材３４に伝達する動力伝達機構としてベルト機構を用いる例を示したが、動力伝達機構として歯車機構を用いてもよい。

また、図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、チャックテーブル３５の下側周囲を覆うカバーテーブル３９を具備している。このカバーテーブル３９は、チャックテーブル支持基台３１の４隅に立設された４本の支持柱３９０によって支持されている。カバーテーブル３９の中央部には開口３９１が形成されており、この開口３９１の周縁に上方に突出するフランジ部３９２が設けられている。このフランジ部３９２がチャックテーブルを構成する本体３５１の下端部に形成されたスカート部３５１eの内側に位置付けられる。

図２に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構３を切削送り方向である矢印Ｘで示す切削送り方向に移動可能に支持するチャックテーブル移動機構４は、静止基台２上に矢印Ｘで示す方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、上記チャックテーブル機構３を一対の案内レール４１、４１に沿って移動せしめる切削送り手段４２とからなっている。一対の案内レール４１、４１には、上記チャックテーブル機構３を構成するチャックテーブル支持基台３０の下面に設けられた２条の被案内溝３０１、３０１が摺動可能に嵌合せしめられる。上記切削送り手段４２は、上記２本の案内レール４１と４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４２１と、該雄ネジロッド４２１を回転駆動するためのサーボモータ４２２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４２１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック４２３に回転自在に支持されており、その他端が上記サーボモータ４２２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４２１は、上記チャックテーブル支持基台３０の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、サーボモータ４２２によって雄ネジロッド４２１を正転および逆転駆動することにより、チャックテーブル機構３は一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｘで示す切削送り方向に移動せしめられる。

上記スピンドル支持機構５は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール５１、５１と、該一対の案内レール５１、５１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台５２を具備している。この可動支持基台５２は、一対の案内レール５１、５１上に移動可能に配設された移動支持部５２１と、該移動支持部５２１に取り付けられた装着部５２２とからなっている。移動支持部５２１の下面には一対の案内レール５１、５１と嵌合する２条の被案内溝５２１a、５２１aが形成されており、この被案内溝５２１a、５２１aを一対の案内レール５１、５１に嵌合することにより、可動支持基台５２は一対の案内レール５１、５１に沿って移動可能に構成される。また、装着部５２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向に延びる一対の案内レール５２２a、５２２aが平行に設けられている。

図示の実施形態におけるスピンドル支持機構５は、可動支持基台５２を一対の案内レール５１、５１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための割り出し送り手段５３を具備している。割り出し送り手段５３は、上記一対の案内レール５１、５１の間に平行に配設された雄ネジロッド５３１と、該雄ねじロッド５３１を回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド５３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ５３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド５３１は、可動支持基台５２を構成する移動支持部５３１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ５３２によって雄ネジロッド５３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台５２は一対の案内レール５１、５１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。

図示の実施形態のおけるスピンドルユニット６は、ユニットホルダ６１と、該ユニットホルダ６１に取り付けられたスピンドルハウジング６２と、該スピンドルハウジング６２に回転可能に支持された回転スピンドル６３を具備している。ユニットホルダ６１は、上記装着部５２２に設けられた一対の案内レール５２２a、５２２aに摺動可能に嵌合する２条の被案内溝６１ａ、６１ａが設けられており、この被案内溝６１ａ、６１ａを一対の案内レール５２２a、５２２aに嵌合することにより、矢印Ｚで示す切り込み送り方向に移動可能に支持される。上記回転スピンドル６３はスピンドルハウジング６２の先端から突出して配設されており、この回転スピンドル６３の先端部に切削ブレード６４が装着されている。なお、切削ブレード６４を装着した回転スピンドル６３は、サーボモータ６５等の駆動源によって回転駆動せしめられる。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット６は、ホルダ６１を一対の案内レール５２２a、５２２aに沿って矢印Ｚで示す切り込み送り方向に移動させるための切り込み送り手段６６を具備している。切り込み送り手段６６は、上記切削送り手段４２および上記割り出し送り手段５３と同様に一対の案内レール５２２a、５２２aの間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ６６２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ６６２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ６１とスピンドルハウジング６２および回転スピンドル６３を一対の案内レール５２２a、５２２aに沿って矢印Ｚで示す切り込み送り方向に移動せしめる。

なお、上記スピンドルユニット６を構成するスピンドルハウジング６２の先端部には、チャックテーブル３５に保持された被加工物の加工領域を撮像するための撮像手段６７が配設されている。この撮像手段６７は、顕微鏡等の光学系と撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

図１に戻って説明すると、上記装置ハウジング１におけるカセット載置領域７aには、被加工物を収容するカセットを載置するカセット載置テーブル７が配設されている。このカセット載置テーブル７は、図示しない昇降手段によって上下方向に移動可能に構成されている。カセット載置テーブル７上には、被加工物としてのウエーハ１０を収容するカセット８が載置される。カセット８に収容される被加工物としてのウエーハ１０は、表面に格子状のストリートが形成されており、この格子状のストリートによって区画された複数の矩形領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。このように形成されたウエーハ１０は、環状の支持フレーム１１に装着された保護テープ１２の表面に貼着された状態でカセット８に収容される。

また、図示の実施形態における切削装置は、カセット載置テーブル７上に載置されたカセット８に収容されているウエーハ１０（環状のフレーム１１に保護テープ１２を介して支持されている状態）を仮置きテーブル１３に搬出する搬出手段１４と、仮置きテーブル１３に搬出されたウエーハ１０を上記チャックテーブル機構３のチャックテーブル３５上に搬送する第１の搬送手段１５と、チャックテーブル３５上で切削加工されたウエーハ１０を洗浄する洗浄手段１６と、チャックテーブル３５上で切削加工されたウエーハ１０を洗浄手段１６へ搬送する第２の搬送手段１７を具備している。更に、図示の切削装置は、上記撮像手段６７によって撮像された画像等を表示する表示手段１８を具備している。

以上のように構成された切削装置の作動について、簡単に説明する。
カセット載置テーブル７上に載置されたカセット８の所定位置に収容されているウエーハ１０（環状のフレーム１１に保護テープ１２を介して支持されている状態）は、図示しない昇降手段によってカセット載置テーブル７が上下動することにより搬出位置に位置付けられる。次に、搬出手段１４が進退作動して搬出位置に位置付けられたウエーハ１０を仮置きテーブル１３上に搬出する。仮置きテーブル１３に搬出されたウエーハ１０は、第１の搬送手段１５によって上記チャックテーブル機構３のチャックテーブル３５上に搬送される。チャックテーブル３５上にウエーハ１０が載置されたならば、図示しない吸引手段が作動してウエーハ１０をチャックテーブル３５上に吸引保持する。また、ウエーハ１０を保護テープ１２を介して支持する支持フレーム１１は、上記４個のクランプ３５３によって固定される。このようにしてウエーハ１０を保持したチャックテーブル３５は、撮像手段６７の直下まで移動せしめられる。チャックテーブル３５が撮像手段６７の直下に位置付けられると、撮像手段６７によってウエーハ１０に形成されているストリートが検出され、スピンドルユニット５を割り出し方向である矢印Ｙ方向に移動調節してストリートと切削ブレード６４との精密位置合わせ作業が行われる（アライメント工程）。このとき、ウエーハ１０に形成されたストリートが切削送り方向Xと平行になっていない場合には、チャックテーブル機構３の回転駆動手段３８を構成するパルスモータ３８１を作動して、ストリートが切削送り方向Xと平行になるように位置付ける。

その後、切削ブレード６４による切り込み送りの基準位置を定める。即ち、切削ブレード６４を下降し、セラミック板３６によって絶縁されたチャックテーブル３５の本体３５１（ステンレス鋼等の金属材によって形成されている）と電気的接触した位置を基準位置を定める。このようにして、切削ブレード６４による切り込み送りの基準位置を定めたならば、切り込み送り手段６６のパルスモータ６６２を作動して切削ブレード６４を矢印Ｚで示す方向に所定量切り込み送りするとともに、サーボモータ６５を作動して切削ブレード６４を所定の回転方向に２００００〜４００００rpmの回転速度で回転させつつ、ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３５を切削送り方向である矢印Ｘで示す方向に所定の切削送り速度で移動せしめる（切削工程）。この結果、チャックテーブル３５上に保持されたウエーハ１０は切削ブレード６４により所定のストリートに沿って切断される。このようにして、ウエーハ１０を所定のストリートに沿って切断したら、チャックテーブル３５を矢印Ｙで示す方向にストリートの間隔だけ割り出し送りし、上記切断工程を実施する。そして、ウエーハ１０の所定方向に延在するストリートの全てに沿って切断作業を実施したならば、チャックテーブル機構３の回転駆動手段３８を構成するパルスモータ３８１を作動してチャックテーブル３５を９０度回転させる。このとき、回転支持部材３４のチャックテーブル支持部３４１に装着されたロータリースケール３７を固定支持部材３２に装着された読み取りヘッド３７０によって読み取ることにより、チャックテーブル３５の回転角度を検出しつつチャックテーブル３５を９０度回転させる。そして、ウエーハ１０の所定方向と直交する方向に延在するストリートに沿って上記切削工程を実行することにより、ウエーハ１０に格子状に形成された全てのストリートが切削されて個々のデバイスに分割される。なお、上述したようにチャックテーブル３５を９０度回転させる際に、チャックテーブル機構３の回転駆動手段３８を構成するパルスモータ３８１を作動することによりパルスモータ３８１が発熱しても、パルスモータ３８１はチャックテーブル３５を支持する回転支持部材３４と独立して配設されているので、回転支持部材３４が熱膨張することがない。従って、回転支持部材３４によって支持されるチャックテーブル３５の高さ位置が変位することがないので、切削ブレード６４のウエーハに対する切り込み送り量は所定量に維持される。上記切削工程を実施することによって分割されたデバイスは、保護テープ１２の作用によってバラバラにはならず、フレーム１１に支持されたウエーハの状態が維持されている。

上述したようにウエーハ１０に形成された全てのストリートに沿って切断工程実施したならば、ウエーハ１０を保持したチャックテーブル３５は最初にウエーハ１０を吸引保持した位置に戻される。そして、ウエーハ１０の吸引保持を解除する。次に、ウエーハ１０は第２の搬送手段１７によって洗浄手段１６に搬送される。洗浄手段１６に搬送されたウエーハ１０は、ここで洗浄および乾燥される。このようにして洗浄および乾燥されたウエーハ１０は、第１の搬送手段１５によって仮置きテーブル１３に搬出される。そして、ウエーハ１０は、搬出手段１４によってカセット８の所定位置に収納される。

本発明に従って構成されたチャックテーブル機構を装備した切削装置の斜視図。 図１に示す切削装置の要部斜視図。 図１に示す切削装置に装備されるチャックテーブル機構の分解斜視図。 図１に示す切削装置に装備されるチャックテーブル機構の断面図。

符号の説明

１：切削装置の装置ハウジング
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３０：チャックテーブル支持基台
３１：チャックテーブル支持機構
３２：固定支持部材
３３：軸受手段
３４：回転支持部材
３５：チャックテーブル
３６：環状のセラミックス板
３７：ロータリースケール
３７０：読み取りヘッド
３８：回転駆動手段
３８１：パルスモータ
３８２：駆動プーリ
３８３：従動プーリ
３８４：無端ベルト
４：チャックテーブル移動機構
４１：案内レール
４２：切削送り手段
５：スピンドル支持機構
５１：案内レール
５２：可動支持基台
５３：割り出し送り手段
６：スピンドルユニット
６１：ユニットホルダ
６２：スピンドルハウジング
６３：回転スピンドル
６４：切削ブレード
６５：サーボモータ
６６：切り込み送り手段
６７：撮像手段
７：カセット載置テーブル
８：カセット
１０：ウエーハ
１１：環状の支持フレーム
１２：保護テープ
１３：仮置きテーブル
１４：搬出手段
１５：第１の搬送手段
１６：洗浄手段
１７：第２の搬送手段
１８：表示手段

Claims (2)

1. 被加工物を保持するチャックテーブルを備えたチャックテーブル機構であって、
   該チャックテーブルを支持するためのチャックテーブル支持基台と、該チャックテーブル支持基台の上面に配設された円筒状の固定支持部材と、該円筒状の固定支持部材の外周に軸受手段を介して回転可能に外嵌され上端に該チャックテーブルを支持する円筒状の回転支持部材とを具備し、
   該軸受手段は、該円筒状の固定支持部材の外周面に形成されたV溝からなる第１の環状溝と、該円筒状の回転支持部材の内周面に該第１の環状溝と対向して形成されたV溝からなる第２の環状溝と、該第１の環状溝と該第２の環状溝間に配設された複数の鋼球とからなっている、
   ことを特徴とするチャックテーブル機構。
2. 該回転支持部材の外周面には従動プーリが設けられ、該チャックテーブル支持基台にはモータが配設されており、該モータの駆動軸に装着された駆動プーリと該従動プーリとに無端ベルトが巻回されている、請求項３又は４記載のチャックテーブル機構。

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