JP7469921B2 - 加工システム - Google Patents

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Description

本発明は、異なる径のワークに対応可能なチャック装置を備えている加工システム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、「ワーク」という）を薄く平坦に研削するものとして、回転する研削砥石の研削面をワークに押し当て、ワークの研削を行う研削装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１８－１４２６１６号公報
図４に、径の異なるワーク（例えば、8インチのワーク及び１２インチのワーク）に対応するチャック装置として、小径のワークに応じた内周側チャック１０１と、大径のワークに応じた外周側チャック１０２と、を備えているチャック装置１００を示す。
内周側チャック１０１及び外周側チャック１０２は、ロータリージョイント１０３を介して、負圧源１０４、純水源１０５及び圧縮空気源１０６に接続されている。また、インチ切替バルブ１０７は、ワークの大きさに応じて外周側チャック１０２への負圧又は流体の供給を切り替えるものである。なお、符号１０８ａ～１０８ｃは、負圧源１０４、純水源１０５及び圧縮空気源１０６の上流側に設けられたバルブである。
チャック装置１００は、大径のワークを吸着保持する際には、インチ切替バルブ１０７を開き、外周側チャック１０２への負圧を供給し、小径のワークを供吸着保持する際には、インチ切替バルブ１０７を閉じ、外周側チャック１０２への負圧の供給を停止する。すなわち、チャック１００は、負圧源１０４、純水源１０５及び圧縮空気源１０６と１ラインで接続されており、小径のワークを吸着保持している際には、外周側チャック１０２の制御を行うことはできない。
しかしながら、チャック装置１００を用いてワークの研削加工及び研磨加工を連続して行う場合、外周側チャック１０２の細かい気孔内に加工屑（スラッジ）が堆積しがちであり、外周側チャック１０２に堆積した加工屑は、研磨時にワーク表面にダメージを与えてしまうという問題があった。
そこで、チャック内の加工屑の堆積を抑制し、ウェハへのダメージを抑制す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、本発明に係るチャック装置は、異なる径のワークに対応可能なチャック装置と、前記ワークを研削する研削装置と、研削後の前記ワークを研磨する研磨装置と、前記チャック装置を前記研削装置から前記研磨装置に移動させるインデックステーブルと、を備えている加工システムであって、小径のワークに対応して設けられた第１のポーラスチャックと、大径のワークに対応して前記第１のポーラスチャックの外周に設けられた第２のポーラスチャックと、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックにそれぞれ独立して接続され、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックに負圧を供給する負圧源と、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックにそれぞれ独立して接続され、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックに流体を供給する流体源と、を備え、前記流体源は、前記小径のワークの研削後から研磨前の間に、前記小径のワークが前記第１のポーラスチャックに吸着保持された状態で、前記第２のポーラスチャックに流体を供給する。
この構成によれば、第１のポーラスチャックが小径のワークを吸着保持した状態で、第２のポーラスチャック内に流体を通過させることにより、第２のポーラスチャックの気孔内に加工屑が堆積することを抑制するため、研磨時に加工屑がワークにダメージを与えることを抑制できる。さらに、小径のワークの研磨加工に先行して、第２のポーラスチャックの気孔内の加工屑が排出されるため、研磨加工する際に、加工屑がワークにダメージを与えることを抑制できる。
また、本発明に係る加工システムは、前記流体源が、純水を供給する給水源であることが好ましい。
この構成によれば、純水が第２のポーラスチャック内を通過して、第２のポーラスチャックの気孔内の加工屑を排出することができる。
また、本発明に係る加工システムは、前記流体源が、圧縮空気を供給する圧縮空気源であることが好ましい。
この構成によれば、圧縮空気が第２のポーラスチャック内を通過して、第２のポーラスチャックの気孔内の加工屑を排出することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明に係るチャック装置は、異なる径のワークに対応可能なチャック装置と、前記ワークを研削する研削装置と、研削後の前記ワークを研磨する研磨装置と、前記チャック装置を前記研削装置から前記研磨装置に移動させるインデックステーブルと、を備えている加工システムであって、小径のワークに対応して設けられた第１のポーラスチャックと、大径のワークに対応して前記第１のポーラスチャックの外周に設けられた第２のポーラスチャックと、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックにそれぞれ独立して接続され、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックに負圧を供給する負圧源と、を備え、前記負圧源は、前記小径のワークの研削後から研磨前の間に、前記小径のワークが前記第１のポーラスチャックに吸着保持された状態で、前記第２のポーラスチャックに負圧を供給する。
この構成によれば、第１のポーラスチャックが小径のワークを吸着保持した状態で、第２のポーラスチャック内の加工屑を吸引することにより、第２のポーラスチャックの気孔内に加工屑が堆積することを抑制するため、研磨時に加工屑がワークにダメージを与えることを抑制できる。さらに、小径のワークの研磨加工に先行して、第２のポーラスチャックの気孔内の加工屑が排出されるため、研磨加工する際に、加工屑がワークにダメージを与えることを抑制できる。
本発明は、研削加工時に生じた加工屑が、第２のポーラスチャック３２内に堆積し、研磨加工する際にワークにダメージを与えることを抑制できる。
本発明の一の実施形態に係る加工システム示す平面図。 チャック装置を示す平面図。 チャック装置の構造を示す模式図。 従来のチャック装置を示す模式図。
本発明の一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、加工システム１の基本的構成を示す平面図である。加工システム１は、ワークＷの研削加工及び研磨加工を連続して行うものである。加工システム１は、外径が異なる２種類のワークＷ（例えば、８インチ及び１２インチのワーク）に対応している。なお、加工システム１は、研削加工又は研磨加工の何れか一方のみを行うものであっても構わない。
加工システム１には、プラットフォームステージＳＴ１、粗研削ステージＳＴ２、精研削ステージＳＴ３及び研磨ステージＳＴ４の４つのステージが設けられている。
加工システム１は、図１の紙面を時計回り又は反時計回りに回動可能なインデックステーブル２と、インデックステーブル２の回転軸２ａを中心に同心円上で等間隔に離間して配置された４つのチャックテーブル３と、を備えている。インデックステーブル２が、９０°ずつステップ回転することにより、チャックテーブル３は、プラットフォームステージＳＴ１、粗研削ステージＳＴ２、精研削ステージＳＴ３、研磨ステージＳＴ４の順に移動可能である。
チャックテーブル３は、所謂ユニバーサルチャックであり、ワークＷを吸着保持する。チャックテーブル３の具体的構成については後述する。
プラットフォームステージＳＴ１では、研削前のワークＷが図示しない搬送アームによってチャックテーブル３上に搬送される。ワークＷは、その向きを所定方向に一致させる位置出しが予め行われている。
粗研削ステージＳＴ２には，粗研削装置４が設けられている。粗研削装置４は、図示しない粗研削砥石と、粗研削砥石が下端に取り付けられるとともに粗研削砥石を回転可能に支持する第１のスピンドル４１と、第１のスピンドル４１を鉛直方向に昇降させる第１のスピンドル送り機構４２と、を備えている。粗研削砥石には、例えば＃６００のカップ型砥石が用いられる。第１のスピンドル送り機構４２は、第１のスピンドル４１の移動方向を案内する２本のリニアガイド４３と、第１のスピンドル４１を昇降させるボールネジスライダ機構４４と、で構成されている。
精研削ステージＳＴ３には、精研削装置５が設けられている。精研削装置５は、図示しない精研削砥石と、精研削砥石が下端に取り付けられるとともに精研削砥石を回転可能に支持する第２のスピンドル５１と、第２のスピンドル５１を鉛直方向に昇降させる第２のスピンドル送り機構５２と、を備えている。精研削砥石には、例えば＃４０００のカップ型砥石が用いられる。第２のスピンドル送り機構５２は、第２のスピンドル５１の移動方向を案内する２本のリニアガイド５３と、第２のスピンドル５１を昇降させるボールネジスライダ機構５４と、で構成されている。
研磨ステージＳＴ４には、研磨装置６が設けられている。研磨装置６は、図示しない研磨パッドが下端に取り付けられた研磨ヘッド６１と、研磨ヘッド６１が下端に取り付けられるとともに研磨ヘッド６１を回転可能に支持する第３のスピンドル６２と、第３のスピンドル６２を鉛直方向に昇降させる図示しない第３のスピンドル送り機構と、を備えている。
加工システム１の動作は、図示しない制御装置によって制御される。制御装置は、加工システム１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御装置は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置の機能は、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。
次に、チャックテーブル３の構造について、図２、３に基づいて説明する。
チャックテーブル３は、第１のポーラスチャック３１と、第２のポーラスチャック３２と、回転テーブル３３と、を備えている。
第１のポーラスチャック３１及び第２のポーラスチャック３２は、アルミナ等の多孔質材料からなる吸着体であり、回転テーブル３３の上面に埋設されている。
第１のポーラスチャック３１は、平面から視てチャックテーブル３の中央に配置されている。第１のポーラスチャック３１の外径は、小径のワークＷの形状に応じてワークＷの外径より僅かに小さく設定されている。
第２のポーラスチャック３２は、略円環状に形成されており、第１のポーラスチャック３１を囲繞するように第１のポーラスチャック３１の外周に配置されている。第２のポーラスチャック３２の外径は、大径のワークＷの形状に応じてワークＷの外径より僅かに小さく設定されている。
回転テーブル３３は、中心軸Ａ回りに回転駆動するように構成されている。回転テーブル３３に連結された回転軸３３ａの外周には、プーリ３３ｂが取り付けられている。プーリ３３ｂは、ベルト３４を介して駆動モータ３５の出力軸３５ａに接続されている。駆動モータ３５が駆動されると、出力軸３５ａの回転がベルト３４及びプーリ３３ｂを介して回転軸３３ａに伝達され、回転軸３３ａが回転テーブル３３と一体で回転する。
回転テーブル３３の内部には、第１のポーラスチャック３１を収容する内周側収容孔３３ｃの表面に延びる第１の流体通路３６及び第２のポーラスチャック３２を収容する外周側収容孔３３ｄに延びる第２の流体通路３７が形成されている。
第１の流体通路３６及び第２の流体通路３７は、ロータリージョイント３８を介して真空源Ｓ１、給水源Ｓ２又は圧縮空気源Ｓ３にそれぞれ接続されている。すなわち、真空源Ｓ１、給水源Ｓ２又は圧縮空気源Ｓ３は、それぞれ二つに分岐したラインで第１の流体通路３６及び第２の流体通路３７に接続されており、それぞれが第１のポーラスチャック３１及び第２のポーラスチャック３２に独立して接続されている。なお、符号３９ａ～３９ｃは、第１の流体通路３６と真空源Ｓ１、給水源Ｓ２又は圧縮空気源Ｓ３との間に設けられたバルブであり、符号３９ｄ～３９ｆは、第２の流体通路３７と真空源Ｓ１、給水源Ｓ２又は圧縮空気源Ｓ３との間に設けられたバルブである。なお、給水源Ｓ２又は圧縮空気源Ｓ３は、必要に応じて設けられるものであって適宜省略しても構わない。
［大径ワークの加工］
次に、加工システム１を用いて大径のワークＷを加工する場合について説明する。
プラットフォームステージＳＴ１にて、図２（ａ）に示すように、ワークＷが第１のポーラスチャック３１及び第２のポーラスチャック３２上に載置される。そして、バルブ３９ａ、３９ｄが開かれ、真空源Ｓ１が起動すると、ワークＷと吸着面３ａとの間に負圧が供給されて、ワークＷがチャックテーブル３に吸着保持される。
次に、インデックステーブル２が回転して、チャックテーブル３が粗研削ステージＳＴ２に移動し、ワークＷに対する粗研削加工が行われる。粗研削加工では、粗研削砥石及びチャックテーブル３をそれぞれ回転させた状態で、粗研削砥石の研削面をワークＷに押し当てて、ワークＷの粗研削を行う。
次に、インデックステーブル２が回転して、チャックテーブル３が精研削ステージＳＴ３に移動し、ワークＷに対する精研削加工が行われる。精研削加工では、精研削砥石及びチャックテーブル３をそれぞれ回転させた状態で、精研削砥石の研削面をワークＷに押し当てて、ワークＷの精研削を行う。
次に、インデックステーブル２が回転して、チャックテーブル３が研磨ステージＳＴ４に移動し、ワークＷに対する研磨加工が順次行われる。研磨加工では、研磨パッド及びチャックテーブル３をそれぞれ回転させた状態で、研磨パッドの下面をワークＷに押し当てて、ワークＷの研磨を行う。
そして、インデックステーブル２が回転して、チャックテーブル３がプラットフォームステージＳＴ１に移動すると、バルブ３９ａ、３９ｄが閉じて、真空源Ｓ１が停止する。その後、バルブ３９ｂ、３９ｅが開き、給水源Ｓ２を起動してワークＷと吸着面３ａとの間に純水が供給されて、ワークＷとチャックテーブル３との吸着が解除される。または、バルブ３９ｃ、３９ｆが開き、圧縮空気源Ｓ３を起動してワークＷと吸着面３ａとの間に圧縮空気（リリースエアー）が供給されて、ワークＷとチャックテーブル３との吸着が解除される。
［小径ワークの加工］
次に、加工システム１を用いて小径のワークＷを加工する場合について説明する。
まず、プラットフォームステージＳＴ１にて、図２（ｂ）に示すように、ワークＷが第１のポーラスチャック３１上に載置される。そして、バルブ３９ａが開かれ、真空源Ｓ１が起動すると、ワークＷと吸着面３ａとの間に負圧が供給されて、ワークＷが第１のポーラスチャック３１に吸着保持される。このとき、バルブ３９ｄは閉じており、第２のポーラスチャック３２に負圧は供給されない。
次に、インデックステーブル２が回転して、チャックテーブル３が粗研削ステージＳＴ２、精研削ステージＳＴ３の順に移動し、ワークＷに対する粗研削加工、精研削加工が行われる。粗研削加工及び精研削加工は、上述した大径のワークＷを加工する場合と同様に行う。研削加工時には、第２のポーラスチャック３２の表面は、加工屑（スラッジ）を含む冷却水に晒されるため、細かい加工屑が第２のポーラスチャック３２の気孔内に入り込んで堆積する虞がある。
そこで、給水源Ｓ２を起動し、バルブ３９ｅを開くことにより、純水が第２のポーラスチャック３２内を通って第２のポーラスチャック３２の表面から溢れ出る。これにより、加工屑が第２のポーラスチャック３２の気孔内に堆積することを抑制できる。なお、純水による加工屑の排出は、粗研削及び精研削加工時に行われるのが好ましいが、研削加工後に行っても構わない。純水の供給が所定時間行われた後には、バルブ３９ｅが閉じて、給水源Ｓ２を停止し、第２のポーラスチャック３２への純水の供給が終了する。
次に、インデックステーブル２が回転してチャックテーブル３が研磨ステージＳＴ４に移動すると、ワークＷに対する研磨加工が行われる。研磨加工は、上述した大径のワークＷを加工する場合と同様に行う。このとき、研磨加工に先行して、第２のポーラスチャック３２内に純水を通過させることで気孔内の加工屑が予め排出されていることにより、研磨加工の際に、第２のポーラスチャック３２の気孔内に残存した加工屑が研磨パッドとワークＷとの間に入り込んで、ワークＷの研磨面にダメージが生じることを抑制できる。
そして、インデックステーブル２が回転してチャックテーブル３がプラットフォームステージＳＴ１に移動すると、第１の流体通路３６に接続されるバルブ３９ａが閉じて、真空源Ｓ１が停止する。その後、バルブ３９ｂが開き、給水源Ｓ２を起動してワークＷと吸着面３ａとの間に純水が供給されて、ワークＷとチャックテーブル３との吸着が解除される。または、バルブ３９ｃが開き、圧縮空気源Ｓ３を起動してワークＷと吸着面３ａとの間に圧縮空気（リリースエアー）が供給されて、ワークＷとチャックテーブル３との吸着が解除される。
このようにして、異なる径のワークに対応可能なチャックテーブル３において、第１のポーラスチャック３１及び第２のポーラスチャック３２に、真空源Ｓ１、給水源Ｓ２又は圧縮空気源Ｓ３がそれぞれ独立して接続されていることにより、研削加工の際に、第１のポーラスチャック３１が小径のワークＷを吸着保持した状態で、第２のポーラスチャック３２内に純水を通過させて気孔内に加工屑が堆積することを抑制可能なため、研磨時に、加工屑が研磨パッド及びワークＷの間に入り込んで、ワークＷの研磨面にダメージが生じることを抑制できる。
なお、本実施形態では、第２のポーラスチャック３２内に純水を通過させる場合を例に説明したが、加工屑を気孔から排出可能であれば、如何なる方法であっても構わない。
例えば、研削加工後に、圧縮空気源Ｓ３を起動し、第２の流体通路３７に接続されるバルブ３９ｆを開くことにより、圧縮空気が第２のポーラスチャック３２内を通って第２のポーラスチャック３２の表面から排出される構成が考えられる。これにより、第２のポーラスチャック３２の気孔内に堆積した加工屑を除去することができる。
また、研削加工後に、真空源Ｓ１が起動した状態で第２の流体通路３７に接続されるバルブ３９ｄを開くことにより、第２のポーラスチャック３２内の加工屑を含む冷却水を吸引して、第２のポーラスチャック３２の気孔内の加工屑を除去する構成が考えられる。なお、吸引された加工屑は、第２の流体通路３７に接続される図示しないバッファタンク等に収容されるのが好ましい。
また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。また、上述した実施形態及び各変形例は、互いに組み合わせても構わない。
１ ：加工システム
２ ：インデックステーブル
２ａ ：（インデックステーブルの）回転軸
３ ：チャックテーブル（チャック装置）
３ａ ：吸着面
３１ ：第１のポーラスチャック
３２ ：第２のポーラスチャック
３３ ：回転テーブル
３３ａ：（回転テーブルの）回転軸
３３ｂ：プーリ
３３ｃ：内周側収容孔
３３ｄ：外周側収容孔
３４ ：ベルト
３５ ：駆動モータ
３５ａ：出力軸
３６ ：第１の流体通路
３７ ：第２の流体通路
３８ ：ロータリージョイント
３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅ、３９ｆ：バルブ
４ ：粗研削装置
５ ：精研削装置
６ ：研磨装置
Ｓ１ ：真空源
Ｓ２ ：給水源
Ｓ３ ：圧縮空気源
ＳＴ１：プラットフォームステージ
ＳＴ２：粗研削ステージ
ＳＴ３：精研削ステージ
ＳＴ４：研磨ステージ
Ｗ ：ワーク

Claims (4)

  1. 異なる径のワークに対応可能なチャック装置と、前記ワークを研削する研削装置と、研削後の前記ワークを研磨する研磨装置と、前記チャック装置を前記研削装置から前記研磨装置に移動させるインデックステーブルと、を備えている加工システムであって、
    小径のワークに対応して設けられた第１のポーラスチャックと、
    大径のワークに対応して前記第１のポーラスチャックの外周に設けられた第２のポーラスチャックと、
    前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックにそれぞれ独立して接続され、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックに負圧を供給する負圧源と、
    前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックにそれぞれ独立して接続され、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックに流体を供給する流体源と、
    を備え、
    前記流体源は、前記小径のワークの研削後から研磨前の間に、前記小径のワークが前記第１のポーラスチャックに吸着保持された状態で、前記第２のポーラスチャックに流体を供給することを特徴とする加工システム。
  2. 前記流体源は、純水を供給する給水源であることを特徴とする請求項１記載の加工システム。
  3. 前記流体源は、圧縮空気を供給する圧縮空気源であることを特徴とする請求項１記載の加工システム。
  4. 異なる径のワークに対応可能なチャック装置と、前記ワークを研削する研削装置と、研削後の前記ワークを研磨する研磨装置と、前記チャック装置を前記研削装置から前記研磨装置に移動させるインデックステーブルと、を備えている加工システムであって、
    小径のワークに対応して設けられた第１のポーラスチャックと、
    大径のワークに対応して前記第１のポーラスチャックの外周に設けられた第２のポーラスチャックと、
    前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックにそれぞれ独立して接続され、前記第１のポーラスチャック及び前記第２のポーラスチャックに負圧を供給する負圧源と、
    を備え、
    前記負圧源は、前記小径のワークの研削後から研磨前の間に、前記小径のワークが前記第１のポーラスチャックに吸着保持された状態で、前記第２のポーラスチャックに負圧を供給することを特徴とする加工システム。
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