JP5166064B2 - Work chuck rotary table mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、水静圧軸受により軸受けされた中空回転軸に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させたワークチャックロータリーテーブル機構に関する。このワークチャックロータリーテーブル機構は、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(基板)を平面研削加工する際に使用されるチャックロータリーテーブル機構で、剛性が高く、基板径が450mmと大きくなっても、研削加工ワークピースの表面平坦化を向上させるものである。 The present invention relates to a work chuck rotary table mechanism in which a porous ceramic rotary chuck table is supported on a hollow rotary shaft supported by a hydrostatic bearing. This work chuck rotary table mechanism is a chuck rotary table mechanism used when surface grinding a workpiece (substrate) such as a silicon bare wafer, a semiconductor substrate, a ceramic substrate, a GaAs plate, a sapphire substrate, and has high rigidity. Even when the substrate diameter is increased to 450 mm, the surface flattening of the grinding workpiece is improved.
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てワークピース表面を研削し、ワークピースの厚みを薄くする平面研削装置が実用化されている。砥石軸の傾斜を変更することは、研削加工されるワークピースの研削焼けを防止するとともに、ワークピースの厚み分布を可能な限り均一とするためである。 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. A surface grinding apparatus for grinding the surface of a workpiece by rubbing to reduce the thickness of the workpiece has been put into practical use. The reason for changing the inclination of the grindstone axis is to prevent grinding burn of the workpiece to be ground and to make the thickness distribution of the workpiece as uniform as possible.
例えば、水平面内で回転駆動される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ウエハを載置し、ウエハを、垂直方向に配置された研削スピンドルヘッドの下部に取り付けられたカップホイール型ダイヤモンド砥石により研削する研削装置において、前記研削スピンドルヘッドとウエハを垂直方向であるz軸方向に相対移動させる駆動手段と、前記研削スピンドルヘッドまたはウエハを水平面内のx軸およびy軸の回りに回転させる傾動手段と、前記駆動手段および傾動手段を制御して研削スピンドルヘッドの送り量および研削スピンドルヘッドとワークとの相対的な傾きを研削の段階に応じて段階的または連続的に変化させる制御手段とを備えた平面研削装置が提案されている。傾斜手段は、研削スピンドルヘッドの昇降手段を固定するコラムに備えられている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, grinding is performed by placing a wafer on a porous ceramic rotary chuck table that is rotationally driven in a horizontal plane, and grinding the wafer with a cup wheel type diamond grindstone attached to a lower portion of a grinding spindle head arranged in a vertical direction. In the apparatus, driving means for relatively moving the grinding spindle head and the wafer in the vertical z-axis direction, tilting means for rotating the grinding spindle head or wafer about the x-axis and the y-axis in a horizontal plane, Surface grinding with control means for controlling the driving means and the tilting means to change the feed amount of the grinding spindle head and the relative tilt between the grinding spindle head and the workpiece stepwise or continuously according to the stage of grinding A device has been proposed. The tilting means is provided in a column that fixes the lifting means of the grinding spindle head (see, for example, Patent Document 1).
また、ワークピースを保持するポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルと、砥石をスピンドルに取り付けて回転駆動する研削ヘッドと、前記砥石スピンドルを支持する軸受と、前記研削ヘッドの傾動を制御する磁気軸受、前記研削スピンドルのワークピースに対する相対的な姿勢を検出するセンサと、前記センサによって検出した検出データを用いて前記砥石スピンドルが予め設定した姿勢となるように前記磁気軸受を制御する姿勢制御手段とを具備する平面研削を用い、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に保持したワークピースに研削ヘッドの砥石を押し付けた状態でワークピースと研削砥石とを相対運動させることにより被研削物の被研削面を平面状に研削する方法も提案されている(例えば特許文献2参照。)。 In addition, a porous ceramic rotary chuck table for holding a workpiece, a grinding head that rotates by attaching a grindstone to a spindle, a bearing that supports the grindstone spindle, a magnetic bearing that controls tilting of the grinding head, and the grinding A sensor for detecting a relative attitude of the spindle with respect to the workpiece; and attitude control means for controlling the magnetic bearing so that the grinding wheel spindle assumes a preset attitude using detection data detected by the sensor. Using surface grinding, the workpiece and grinding wheel are moved relative to each other while the grinding wheel of the grinding head is pressed against the workpiece held on the porous ceramic rotary chuck table. A grinding method has also been proposed (for example, Patent Document 2). Ether.).
さらに、砥石送り手段によって所定位置に保持されてワークを研削する回転砥石と、ワークを支持するワーク支持台と、ワーク支持台をワークの被加工面と平行な方向に移動させるワーク支持台送り手段とを備えている研削装置において、回転砥石の砥石軸の位置を制御する磁気軸受装置と、磁気軸受装置のアキシャル方向制御電流およびラジアル方向制御電流を使用して砥石送り手段とワーク支持台送り手段とを制御する制御手段とをさらに備えており、磁気軸受装置のラジアル方向制御電流に基づいてワーク支持台の送りが制御されるとともに、磁気軸受装置のアキシャル方向制御電流に基づいて回転砥石のワークの被加工面と垂直な方向の停止位置が制御される平面研削装置も提案されている(例えば、特許文献3参照。)。 Furthermore, a rotating grindstone that holds the workpiece while being held in place by the grindstone feeding means, a workpiece support base that supports the workpiece, and a workpiece support base feed means that moves the workpiece support base in a direction parallel to the workpiece surface. A magnetic bearing device for controlling the position of the grindstone shaft of the rotating grindstone, and a grindstone feeding means and a workpiece support base feeding means using the axial direction control current and the radial direction control current of the magnetic bearing device. And a control means for controlling the feed of the workpiece support base based on the radial direction control current of the magnetic bearing device, and the rotating grindstone workpiece based on the axial direction control current of the magnetic bearing device. A surface grinding apparatus is also proposed in which a stop position in a direction perpendicular to the surface to be processed is controlled (see, for example, Patent Document 3).
さらに、研削砥石軸の軸受として、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記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4参照。)。 Further, as a grinding wheel shaft bearing, a grinding wheel shaft that supports a rotor of a built-in motor is supported by a hydrostatic thrust bearing and a hydrostatic radial bearing, and the grinding wheel shaft is constituted by a heat pipe, and heat generation of the rotor is performed by a heat pipe. There is also known a grinding head that is supported by a hydrostatic bearing having a cooling structure that is transmitted in the longitudinal direction of the grinding wheel shaft and escapes from the hydrostatic bearing to the outside (see, for example, Patent Document 4).
および、砥石軸ラジアル方向力とスラスト方向力を支えるために、ワンピースの水静圧軸受が具備され、装着される砥石軸が、水の圧力により、接触なく高い剛性をもって装着され、水静圧軸受の本体が、数個のチャンネルを有し、これらチャンネルは噴出口で終端し、この噴出口及び装着される砥石軸と、面で隣接する他の要素との一方又は両方の間には、高さの異なるギャップが配置され、該噴出口の中を水が流れ、装着される該砥石塾が水膜によって支持され、この軸受の全力は、砥石にボルト固定されるフランジにより支えられる砥石軸も提案されている(例えば、特許文献5参照。)。 In order to support the wheel shaft radial direction force and thrust direction force, a one-piece hydrostatic bearing is provided, and the mounted wheel shaft is mounted with high rigidity without contact by water pressure, and the hydrostatic bearing The body has several channels that terminate at the spout, and between one or both of the spout and the mounted grindstone shaft and other elements adjacent in the plane A gap of different thickness is arranged, water flows through the jet nozzle, and the grindstone school to be mounted is supported by a water film, and the full force of this bearing is also applied to the grindstone shaft supported by the flange bolted to the grindstone. It has been proposed (see, for example, Patent Document 5).
一方、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6、特許文献7、特許文献8および特許文献9参照。)。
On the other hand, 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10、非特許文献1参照。)。 There is also known a test apparatus including a height position adjuster using a kinematic coupling in which a male member and a female member are coupled (see, for example, Patent Document 10 and Non-Patent Document 1).
さらに、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11および特許文献12参照。)。 Further, a porous chuck table made of a porous ceramic for work supported by a hydrostatic bearing has also been proposed (see, for example, Patent Document 11 and Patent Document 12).
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13、特許文献14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 a cylindrical bush as a bearing housing (cylindrical bush) have also been proposed (see, for example,
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14参照。)。 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. There has been proposed an internal fluid bearing in which one or more oil drain holes that flow out are open (see, for example, Patent Document 14).
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であるうちは特許文献11および特許文献12に記載のワークチャックロータリーテーブル機構を用いてもよいが、次々世代の450mm直径、厚み20〜50μmのDRAM用半導体基板の研削加工においては、ワークチャックロータリーテーブル機構の剛性が2,500ニュートンでは不足し、研削中、半導体基板に割れやクラックが生じる。 As long as the semiconductor substrate (workpiece) has a diameter of 200 mm or 300 mm and a thickness of 100 to 770 μm, the work chuck rotary table mechanism described in Patent Document 11 and Patent Document 12 may be used. In grinding a semiconductor substrate for DRAM having a thickness of 20 to 50 μm, the rigidity of the work chuck rotary table mechanism is insufficient at 2,500 Newtons, and cracks and cracks occur in the semiconductor substrate during grinding.
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、水静圧軸受の基板平面研削装置の出現が望まれている。さらに、ワークチャックロータリーテーブル機構が稼動しておらず、長期運転が停止されている場合、水藻が水静圧軸受の水通路内に発生してしまう問題がある。 In addition, the semiconductor manufacturing industry dislikes that the substrate is soiled with oil during substrate processing, and the emergence of a hydrostatic bearing substrate surface grinding apparatus is desired. Furthermore, when the work chuck rotary table mechanism is not operating and long-term operation is stopped, there is a problem that algae are generated in the water passage of the hydrostatic bearing.
本発明の目的は、内部流体軸受としてブッシュを利用し、剛性が4,000〜5,000ニュートンの水静圧軸受ワークチャックロータリーテーブル機構の提供にある。 An object of the present invention is to provide a hydrostatic pressure bearing work chuck rotary table mechanism that uses a bush as an internal fluid bearing and has a rigidity of 4,000 to 5,000 Newton.
請求項1の発明は、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)、この中空スピンドル(22)外表面を囲繞する内周壁に水通路(23a,25b)が設けられた円筒状ブッシュ(23)、この円筒状ブッシュの外表面を囲繞する円筒状外ハウジング(24)、前記円筒状ブッシュに設けられた水通路(23a,25b)に連通するよう設けられた水を供給する水供給口(24aと水通路24a,25b)内を減圧して水を通り易くするバキューム減圧口(24b)と該水通路(23a,25b)内の水を前記円筒状外ハウジング外へ排出するドレン抜口(24d)と該水通路内へ加圧空気を供給して過剰の水が水通路に供給されないようシールする圧空供給口(24c)、前記円筒状外ハウジング(24)の内側に設けられた冷却水通路に冷却水を供給する注水口(24f,26a)、冷却水通路内の水を円筒状外ハウジングの外へ排出する排水口(24g,26c)、前記中空スピンドル(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)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、ワークチャックロータリーテーブル機構(2)にある。
According to the first aspect of the present invention, a hollow spindle (22) that supports a porous ceramic rotary chuck table (21) is provided, and water passages (23a, 25b) are provided on an inner peripheral wall surrounding the outer surface of the hollow spindle (22). A cylindrical bush (23), a cylindrical outer housing (24) surrounding the outer surface of the cylindrical bush, and water provided to communicate with water passages (23a, 25b) provided in the cylindrical bush are supplied. The water supply port (24a and the
砥石軸を水静圧軸受としたことにより環境に優しい研削装置を提供できる。また、平面研削装置の長期運転停止時は、先ず水通路口を減圧し、次いで、圧空を水静圧軸受の水通路内へ供給することにより残存する水や水滴をドレン抜口より円筒状外ハウジング外へ排出および水通路内を乾燥でき、水藻の発生を抑制することができる。 An environmentally friendly grinding device can be provided by using a hydrostatic bearing as the grinding wheel shaft. When the surface grinding machine is stopped for a long period of time, the water passage port is first depressurized, and then the remaining water and water droplets are removed from the drain outlet by supplying compressed air into the water passage of the hydrostatic bearing. The discharge to the outside of the housing and the inside of the water passage can be dried, and the generation of algae can be suppressed.
さらに、前記円筒状軸受ハウジング23内壁と中空スピンドル22外表面間の水通路23a,25bを流れて中空スピンドル22を軸受した水は、ドレン抜口24dより排出される。基板研削終了後、ワークチャックロータリーテーブル機構2の長期運転停止時は、先ず水通路減圧口24bを減圧し、次いで、圧空を圧空供給口24cより水静圧軸受の水通路23a,25b内へ供給することにより残存する水や水滴をドレン抜口24dより平面研削ヘッドシステム1外へ排出および水通路23a,25b内を乾燥でき、水藻の発生を抑制することができる。
Further, the water bearing the
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図1は本発明の平面研削ヘッドシステムを備える平面研削装置の要部を示す斜視図で、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2は平面研削装置の正面断面図、図3は平面研削装置の側面断面図、図4は平面研削装置の水平方向断面図で、図2におけるI−I線下方方向から見た図を示す。図5は平面研削装置の平面図、図6は固定板昇降機構のキネマカップリング部の正面断面図、図7は固定板昇降機構のキネマカップリング部の平面図、図8は固定板昇降機構のキネマカップリング部の側面図、図9は固定板昇降機構のカップリング部に取り付けた高さ位置測定変位センサの正面図、図10は平面研削ヘッドシステムの断面図、および、図11はワークチャックロータリーテーブル機構の断面図である 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 surface grinding apparatus provided with a surface grinding head system according to the present invention. Two of the three fixed plate lifting mechanisms are shown with the ball screw housing material omitted. 2 is a front cross-sectional view of the surface grinding apparatus, FIG. 3 is a side cross-sectional view of the surface grinding apparatus, and FIG. 4 is a horizontal cross-sectional view of the surface grinding apparatus. . 5 is a plan view of the surface grinding apparatus, FIG. 6 is a front sectional view of the kinema coupling portion of the fixed plate elevating mechanism, FIG. 7 is a plan view of the kinema coupling portion of the fixed plate elevating mechanism, and FIG. 9 is a side view of the kinema coupling part, FIG. 9 is a front view of a height position measuring displacement sensor attached to the coupling part of the fixed plate lifting mechanism, FIG. 10 is a sectional view of the surface grinding head system, and FIG. It is sectional drawing of a chuck | rotary rotary table mechanism.
図1、図2および図3に示すように、基板表面研削装置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平面研削ヘッドシステム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16,18、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。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the substrate
前記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。
The 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2、図3および図11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、内周壁に水通路23a,25bが設けられた窒化炭素セラミック製円筒状ブッシュ23、この円筒状SiCセラミック製ブッシュの水通路23a,25bに連通するよう設けられた水を供給する水供給口24aと水通路24a,25b内を減圧して水を通り易くするバキューム減圧口24bと該水通路23a,25b内の水を円筒状外ハウジング外へ排出するドレン抜口24dと該水通路内へ加圧空気を供給して過剰の水が水通路に供給されないようシールする圧空供給口24c、中空スピンドル22を囲繞する円筒状外ハウジング材24、円筒状外ハウジング材の内側に設けられた冷却水通路に冷却水を供給する注水口24f,26a、冷却水通路内の水を円筒状外ハウジング材の外へ排出する排水口24g,26c、前記中空スピンドル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
前記円筒状軸受ハウジング23内壁と中空スピンドル22外表面間の水通路23a,25bを流れて中空スピンドル22を軸受した水は、ドレン抜口24dより排出される。基板研削終了後、ワークチャックロータリーテーブル機構2の長期運転停止時は、先ず水通路減圧口24bを減圧し、次いで、圧空を圧空供給口24cより水静圧軸受の水通路23a,25b内へ供給することにより残存する水や水滴をドレン抜口24dより平面研削ヘッドシステム1外へ排出および水通路23a,25b内を乾燥でき、水藻の発生を抑制することができる。
The water bearing the
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24cより水が給水され、ドレン抜口24d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24a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、基板研削時は、50〜200rpm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
次に、図2と図3を参照しながら図10を用いて平面研削ヘッドシステム1の構造を詳細に説明する。図10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システム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 surface grinding
研削ヘッドシステム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が下端となるよう研削ヘッドを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は円筒状外ハウジング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。円筒状外ハウジング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。
The
円筒状軸受ハウジング(ブッシュ)15m内壁にはラジアル軸受けの水通路15kが設けられ、図示されていないが前記円筒状外ハウジングの外側壁に設けられた注水口よりポンプにより給水される水が前記円筒状軸受ハウジング内壁に設けられた水通路に供給される。円筒状外ハウジング15は、さらに、水通路15k内を減圧して水を通り易くするバキューム減圧口15bと該水通路15k内の水を円筒状外ハウジング外へ排出するドレン抜口15dと該水通路内へ加圧空気を供給して過剰の水が水通路に供給されないようシールする圧空供給口15cが設けられる。この円筒状軸受ハウジング15mと砥石軸13外表面間の水通路15kを流れて砥石軸13を軸受した水は、ドレン抜口15dより排出される。基板研削終了後、平面研削ヘッドシステムの長期運転停止時は、先ず水通路減圧口15bを減圧し、次いで、圧空を圧空供給口15cより水静圧軸受の水通路15k内へ供給することにより残存する水や水滴をドレン抜口15dより平面研削ヘッドシステム1外へ排出および水通路内を乾燥でき、水藻の発生を抑制することができる。
A
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は円筒状外ハウジング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外ハウジング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流体(水および空気)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。位置センサ85はボールターゲット17の変位を読み取り、図示されていないコントローラへ測定値を電気信号に変えて送信する。
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
円筒状外ハウジング15、円筒状ブッシュ15m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 cylindrical
図1、図2および図3に示すように、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。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, 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を駆動させてカップリング雄部材74を押し下げて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
図3および図4に示す基板表面研削装置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。
3 and FIG. 4, in the vicinity of the porous ceramic rotary chuck table 21 of the work chuck
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。
The ratio of the diameter r g of the annular grinding blade of the cup wheel
また、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。
Further, three
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、図7、および図8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 space 70 formed by 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4、図6および図9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。
On the opposite side where the micro servo motor 82 is installed, three
さらに、図8に示すように、キネマカップリングを構成する雄部材74の側壁板74cには、前記空所70高さを測定するため、一対の測定プローブを有する高さ位置測定センサ86が取り付けられている。
Further, as shown in FIG. 8, a height position measuring sensor 86 having a pair of measuring probes is attached to the side wall plate 74c of the
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に示す基板の平面研削装置100を用いて基板を平坦化研削加工する工程を以下に説明する。
A process of flattening and grinding a substrate using the substrate
1)搬送ロボットや搬送パッドを用いて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21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21a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21上に固定する。 1) The substrate is placed on the porous ceramic rotary chuck table 21 using a transfer robot or a transfer pad, and then the vacuum pump is operated to depressurize the decompression chamber 21a on the bottom surface of the porous ceramic rotary chuck table. It is fixed on a rotary chuck table 21 made of porous ceramic.
2)ビルトインモータ27を駆動して中空スピンドル22を回転させる。
2) The built-in
3)待機位置にある研削ヘッド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を駆動させてカップリング雄部材74を押し下げて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21表面間の高さ設定を行う。
3) After driving the three
4)砥石軸13をビルトインモータ16で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。
4) While the
5)研削途中に、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を駆動させてカップリング雄部材74を押し下げて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21表面間の高さ設定を行う。
5) During grinding, the thickness of the substrate is measured by the two-point process indicator 91, and the fixed
6)角度調整の行われた砥石軸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。
6) The
7)前述の5)工程の基板厚み測定と砥石軸傾斜角度調整、および6)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に近い、もしくは、最終厚みとなったときは、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。
7) The substrate thickness measurement and the grindstone axis tilt angle adjustment in the above 5) step, and the substrate rubbing in the 6) step are repeated. When the thickness of the substrate is close to the desired final thickness, or when the final thickness is reached, the inclination angle of the
8)基板の研削加工終了後は、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。
8) After completion of the substrate grinding process, the
9)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21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21表面からの基板剥離を容易とする。 9) After the rotation of the porous ceramic rotary chuck table 21 is stopped, the vacuum pump is stopped, and then pressurized water is supplied to the bottom surface of the porous ceramic rotary chuck table 21 to provide a porous ceramic rotary chuck table for the ground substrate. 21 The substrate can be easily peeled from the surface.
10)搬送ロボットまたは搬送パッドにより研削加工基板を吸着し、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブル21表面より次の加工工程へ研削加工基板を移送する。 10) The ground substrate is sucked by the transport robot or the transport pad, and the ground substrate is transferred from the surface of the porous ceramic rotary chuck table 21 to the next processing step.
11)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21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21a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。 11) After the surface of the porous ceramic rotary chuck table 21 is cleaned by a porous ceramic rotary chuck table cleaning device (not shown), pressurized water is jetted from the bottom surface 21a of the porous ceramic rotary chuck table for 0.1 to 0.5 seconds ( The ceramic ceramic rotary chuck table is cleaned.
なお、円筒状軸受ハウジング(ブッシング)15m内壁に設けられた水通路15kや円筒状軸受ハウジング23の水通路23a,25bに供給される水は、水溶性防藻剤を0.5〜100mg溶解した水、または、水不溶性防藻剤を槽内に容れた水槽内より供給される水であるのが好ましい。水溶性防藻剤としては、イソウロン−D−グルコースとオキシランメタノールとの付加反応物を乳酸、リンゴ酸、クエン酸、またはピロリドカルボン酸などの有機酸と反応させたグリセリル化キトサン塩、スルファミン酸と次亜塩素酸ナトリウムの混合物などが使用され、水不溶性防藻剤としては、銅繊維フィルタ、酸化亜鉛ウイスカー、銀イオン含有ゼオライトなどが使用できる。
The water supplied to the
本発明の基板の平面研削ヘッドシステム1を備える平面研削装置100は、砥石軸が水静圧軸受されており、環境に優しい。
The
100 平面研削装置
1 平面研削ヘッドシステム
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
16,18 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
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 窒化炭素セラミック製円筒状ブッシュ
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 機枠ベース
91 2点式プロセスインジケータ
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