(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明の課題は、生産性を犠牲にすることなく、研削砥石との接触によって被加工物が損傷することを抑制することができる切削装置を提供することにある。【解決手段】研削装置１は、被加工物を保持する保持手段７と、保持手段７に保持された被加工物を研削する研削砥石が環状に配設された研削ホイール３６を回転可能に備えた研削手段３と、から少なくとも構成され、研削手段１は、研削ホイール３６を着脱自在に支持するホイールマウント３５と、ホイールマウント３５に連結される回転軸と、回転軸を回転可能に支持するハウジング３１と、を備え、ホイールマウント３５と回転軸との間には、被加工物と接触する研削砥石の衝撃力を緩和するダンパー機構が配設されている。【選択図】図１
2020025989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を研削する研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に備えた研削手段と、から少なくとも構成される研削装置であって、
該研削手段は、研削ホイールを着脱自在に支持するホイールマウントと、該ホイールマウントに連結される回転軸と、該回転軸を回転可能に支持するハウジングと、を備え、
該ホイールマウントと該回転軸との間には、被加工物と接触する研削砥石の衝撃力を緩和するダンパー機構が配設されている研削装置。
【請求項２】
該ダンパー機構は、該ホイールマウントの上部に配設されたピストンと、該回転軸の先端に形成され該ピストンを収容するシリンダーと、から構成され、
該シリンダーには、液体を供給する液体供給手段と、気体を供給する気体供給手段と、が接続され、
該ピストンと該シリンダーとで形成されるダンパー空間に貯留する液体と気体との流体比で衝撃力を緩和する度合いを調整する請求項１に記載の研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被加工物を研削する研削手段を備えた研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、研削装置によって裏面が研削され所望の厚みに形成された後、ダイシング装置によって個々のデバイスに分割され携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
【０００３】
研削装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を研削する研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に備えた研削手段と、から少なくとも構成されていて、ウエーハを所望の厚みに形成することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０２１２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載された研削手段によって、保持手段に保持された被加工物を研削する場合、保持手段に保持された被加工物に対して回転する研削ホイールを徐々に近づけて研削砥石を接触させて研削を実施するが、研削砥石が接触する際の衝撃力が大きいため、薄板状の被加工物（例えば、半導体ウエーハ）であると、該衝撃力によって被加工物が損傷するという問題がある。この問題に対処するために、研削砥石が配設された研削ホイールの研削送り速度を極めて低速（例えば０．１μｍ／ｓｅｃ）にすることが考えられる。しかし、被加工物の損傷を回避しようとして、研削ホイールの研削送り速度を遅くすると、今度は生産性が低下してしまう、という新たな問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、生産性を犠牲にすることなく、研削砥石との接触によって被加工物が損傷することを抑制することができる切削装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を研削する研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に備えた研削手段と、から少なくとも構成される研削装置であって、該研削手段は、研削ホイールを着脱自在に支持するホイールマウントと、該ホイールマウントに連結される回転軸と、該回転軸を回転可能に支持するハウジングと、を備え、該ホイールマウントと該回転軸との間には、被加工物と接触する研削砥石の衝撃力を緩和するダンパー機構が配設されている研削装置が提供される。
【０００８】
該ダンパー機構は、該ホイールマウントの上部に配設されたピストンと、該回転軸の先端に形成され該ピストンを収容するシリンダーと、から構成され、該シリンダーには、液体を供給する液体供給手段と、気体を供給する気体供給手段と、が接続され、該ピストンと該シリンダーとで形成されるダンパー空間に貯留する液体と気体との流体比で衝撃力を緩和する度合いを調整することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の研削装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を研削する研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に備えた研削手段と、から少なくとも構成される研削装置であって、該研削手段は、研削ホイールを着脱自在に支持するホイールマウントと、該ホイールマウントに連結される回転軸と、該回転軸を回転可能に支持するハウジングと、を備え、該ホイールマウントと該回転軸との間には、被加工物と接触する研削砥石の衝撃力を緩和するダンパー機構が配設されていることから、被加工物に接触する研削砥石の衝撃力が緩和されて、被加工物が損傷することを抑制することができる。その結果、研削砥石の研削送り速度を極めて低下させる必要がなくなり、生産性の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。
【図２】図１に示す研削装置に配設される研削手段の回転軸の斜視図である。
【図３】図２に示す回転軸、及び研削ホイールの分解斜視図である。
【図４】図２に示す回転軸の概略断面図、並びに研削水供給手段、液体供給手段、及び気体供給手段の概略を示す概念図である。
【図５】図１に示す研削手段の作動を説明するための概略断面図である。
【図６】研削手段によって研削加工を実施する態様を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に基づいて構成された実施形態に係る研削装置について、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００１２】
図１に記載された研削装置１は、被加工物（例えば、半導体からなるウエーハ）を研削する研削手段３と、被加工物を保持する保持手段７と、研削手段３を直下に位置付けられた保持手段７に接近及び離反させる研削送り手段４とを少なくとも備えている。
【００１３】
研削手段３は、移動基台３４と、移動基台３４に装着されるスピンドルユニット３０を備えている。移動基台３４は、基台２上の後方端部から立ち上がる直立壁２ａの前面
に配設された一対の案内レール４３、４３と摺動可能に係合するように構成されている。スピンドルユニット３０は、移動基台３４の前面から前方に突出した支持部３４ａを介して支持されている。スピンドルユニット３０は、図２に示す回転軸１０（中間部の一部を省略している。）を内部に回転可能に支持するハウジング３１を備えている。回転軸１０の先端部（下端部）には、研削ホイール３６を装着するためのホイールマウント３５が配設されている。
【００１４】
研削送り手段４は、直立壁２ａの前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド４１、及び雄ねじロッド４１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ４２を備え、移動基台３４の背面に備えられた図示しない雄ねじロッド４１の軸受部材等から構成される。このパルスモータ４２が正転すると案内レール４３、４３に沿って、移動基台３４と共にスピンドルユニット３０が下降させられ、パルスモータ４２が逆転すると移動基台３４と共にスピンドルユニット３０が上昇させられる。
【００１５】
保持手段７は、図示しない移動手段によって矢印Ｘで示す方向において所望の位置に移動させることができ、少なくとも被加工物を保持手段７に対して搬入、搬出する位置（図１で示されている位置）と、スピンドルユニット３０の直下で加工が実施される加工位置とに位置付けられる。
【００１６】
図３には、スピンドルユニット３０のハウジング３１内に収容される回転軸１０と、回転軸１０内に配設される研削水パイプ２０と、回転軸１０に連結されるホイールマウント３５と、ホイールマウント３５に装着される研削ホイール３６と、を分解した状態の斜視図を示している。なお、回転軸１０の中間部は適宜省略して示している。
【００１７】
回転軸１０の先端（図中下端）領域の内部には、点線で示すように、直方体形状をなすピストン収容空間１２２と、ピストン収容空間１２２から回転軸１０の下端面に連通して開口する連通孔１２４とを備えたシリンダー１２が形成されている。回転軸１０の軸中心には、長手（上下）方向に貫通し、研削水パイプ２０が挿入される貫通孔１０ａが形成されている。回転軸１０の側面の上部には、後述する液体供給手段６０から供給される液体Ｌを導入するための液体導入口１０ｂと、回転軸１０の軸中心部を挟んで液体導入口１０ｂとは反対側の領域に、後述する気体供給手段７０から供給される気体Ｇを導入するための気体導入口１０ｃが形成されている。液体導入口１０ｂ、及び気体導入口１０ｃは、水平方向で見て重ならないように、すなわち、上下方向にずらして配設される。さらに、回転軸１０の内部には、液体導入口１０ｂとピストン収容空間１２２とを接続する液体連通路１０１と、気体導入口１０ｃとピストン収容空間１２２とを接続する気体連通路１０２が形成されている。
【００１８】
ホイールマウント３５は円盤形状に形成されており、ホイールマウント３５の中央の上部には、上記したピストン収容空間１２２に収容される直方体形状のピストン１４が配設され、ホイールマウント３５とピストン１４は、円柱状の支持軸１４２で連結される。研削ホイール３６は、環状のホイール形状をなしており、複数のボルト孔３６ａが形成され、中央に円形状の開口部３６ｂを備えている。研削ホイール３６の下面の外周部には、複数の研削砥石３８が環状に配設されている。ホイールマウント３５は、ホイールマウント３５に形成された連通孔３５ａを介して、締結ボルト１６を研削ホイール３６のボルト孔３６ａに締結することによって、研削ホイール３６を着脱自在に支持する。ピストン１４、支持軸１４２、及びホイールマウント３５には、内部を上下に貫通し、研削水パイプ２０が挿入される貫通孔１４ａが形成されている。
【００１９】
回転軸１０、ピストン１４、支持軸１４２、及びホイールマウント３５は、適宜の位置で分解可能に構成されており、ピストン１４をシリンダー１２に収容した状態として組み立てることができる。シリンダー１２を構成するピストン収容空間１２２は、その高さが、ピストン１４の高さ寸法に対して大きい寸法（例えば１ｃｍ程度）となるように設定されており、ホイールマウント３５と回転軸１０との間で、シリンダー１２及びピストン１４によってダンパー機構Ｄを構成する。上記したように、研削水パイプ２０は、回転軸１０の貫通孔１０ａ、及びピストン１４の貫通孔１４ａに挿入されるが、研削水パイプ２０は、貫通孔１０ａに圧入されることにより固定される。また、貫通孔１４ａは、貫通孔１０ａに対して僅かに大きな寸法で設定され、ピストン１４がシリンダー２のピストン収容空間１２２内で上下に摺動する際に、研削水パイプ２０の外周に沿って摺動する。回転軸１０、ピストン１４、支持軸１４２、ホイールマウント３５、及び研削水パイプ２０を組み立てることで、図２に示す状態とすることができる。
【００２０】
なお、図中省略された回転軸１０の中間部の外周面にはロータが装着され、ハウジング３１の該ロータに対面する位置には、ステータコイルが備えられる。このロータ、及びステータコイルによって電動モータが構成され、ステータコイルに高周波電源を接続し、所定の電力を供給することによって回転軸１０が高速で回転する。上記したように、ピストン収容空間１２２と、ピストン収容空間１２２に収容されるピストン１４は共に直方体形状であり、水平方向の断面形状は、略同寸法（ピストン１４が僅かに小さい）で設定されていることから、回転軸１０の回転が、ピストン１４、及び支持軸１４２を介してホイールマウント３５に伝達される。
【００２１】
図４を参照しながら、回転軸１０に研削水Ｗを供給する研削水供給手段５０、液体Ｌを供給する液体供給手段６０、及び気体Ｇを供給する気体供給手段７０、さらには、研削水Ｗ、液体Ｌ、気体Ｇが導入される回転軸１０の内部構造について説明する。
【００２２】
研削水供給手段５０は、研削水貯留タンク５１と、研削水供給路５２と、研削水供給路５２上に配設される開閉弁５４とを備えている。研削水貯留タンク５１には、図示しない圧送ポンプが内蔵されており、研削水供給路５２は、回転軸１０に挿入された研削水パイプ２０の導入口２２に接続される。開閉弁５４を開とすると共に該圧送ポンプを作動することによって、研削水貯留タンク５１に貯留された研削水Ｗが、研削水供給路５４、及び研削水パイプ２０を介してホイールマウント３５に供給される。
【００２３】
液体供給手段６０は、液体貯留タンク６１と、液体供給路６２と、液体供給路６２上に配設される開閉弁６４とを備えている。液体貯留タンク６１には、図示しない圧送ポンプが内蔵されており、開閉弁６４を開とすると共に該圧送ポンプを作動することによって、液体貯留タンク６１に貯留された液体Ｌが圧送され、液体供給路６２、及び回転軸１０の液体連通路１０１を通り、シリンダー１２のピストン収容空間１２２、及びピストン１４によって形成されるダンパー空間Ｓに導入される。なお、液体供給路６２には、液体排出路６６が接続され、液体排出路６６上には、排出用の開閉弁６８が配設されている。なお、液体Ｌは、研削水Ｗと同様の水でもよいし、研削水Ｗとは別の、例えば、オイル等であってもよい。
【００２４】
気体供給手段７０は、気体貯留タンク７１と、気体供給路７２と、気体供給路７２上に配設される開閉弁７４とを備えている。気体貯留タンク７１には、図示しない蓄圧ポンプが内蔵されており、気体貯留タンク７１に一定の圧力で気体を蓄圧し、開閉弁７４を開とすることによって、気体貯留タンク７１に蓄圧された気体Ｇが圧送され、気体供給路７２、及び回転軸１０の気体連通路１０２を通り、ダンパー空間Ｓに導入される。なお、気体供給路７２には、気体を排出するための気体排出路７６が接続され、気体排出路７６上には、気体を排出するための開閉弁７８も配設されている。また、気体供給手段７０には、必ずしも気体貯留タンク７１を備える必要はなく、例えば、圧送ポンプとフィルタを備えることにより、大気中の空気を気体Ｇとして気体供給路７４に供給するようにすることもできる。
【００２５】
上記した液体供給手段６０、及び気体供給手段７０を適宜作動させることにより、ダンパー機構Ｄを構成するダンパー空間Ｓに導入される液体Ｌ、及び気体Ｇの量、すなわち、液体Ｌと気体Ｇの容積の比率（流体比）を調整することができ、ダンパー機構Ｄの特性を変化させることができる。
【００２６】
図５には、２点鎖線で示すハウジング３１内に収容された状態の回転軸１０がより具体的に示されている。図５では、回転軸１０の下部には、図２乃至４においては省略していた、スラストプレート１２６も示されている。スラストプレート１２６は、相応の厚みを有する円盤形状である。スラストプレート１２６が形成された回転軸１０と、ハウジング３１の内壁３１ａ、及びスラスト収容部３１ｂとの間には僅かな隙間（５〜１０μｍ）ができるように設定されており、図示しない高圧ポンプから供給される高圧エアーをこの隙間に供給することで、回転軸１０と、ハウジング３１の内壁３１ａ、スラスト収容部３１ｂとが非接触となるエアーベアリングを構成する。
【００２７】
図５に示すように、ハウジング３の上端側には、回転軸１０の上端部を収容し、液体供給手段６０から供給される液体Ｌを導入する液体導入路３１１と、気体供給手段７０から供給される気体Ｇを導入する気体導入路３１２とが形成されている。本実施形態では、液体導入路３１１から回転軸１０の液体導入口１０ｂに対して液体Ｌを導入し、気体導入路３１２から回転軸１０の気体導入口１０ｃに対して気体Ｇを導入するロータリージョイントが形成されている。より具体的には、ハウジング３１の内壁３１ａにおいて、回転軸１０の液体導入口１０ｂに対応する高さ領域に、回転軸１０の回転位置に関わらず、常に液体導入口１０ｂに液体導入路３１１を連通する周溝３１１ａが形成され、同様に、回転軸１０の気体導入口１０ｃに対応する高さ領域に、回転軸１０の回転位置に関わらず、常に気体導入口１０ｃに気体導入路３１２を連通する周溝３１２ａが形成されている。このようにしてロータリージョイントが形成されることにより、回転軸１０の回転状態に関わらず、シリンダー１２内のダンパー空間Ｓに導入する液体Ｌ及び気体Ｇの流体比を適宜に調整することが可能になっている。
【００２８】
本実施形態の研削装置１は、概ね上記したとおりの構成を備えており、以下に、この研削装置１を用いて被加工物（半導体のウエーハＷ）に対して研削加工を実施する態様について説明する。
【００２９】
ウエーハＷの裏面を研削する際には、保護テープＴをウエーハＷの表面側に貼着し、図６に示すように、保護テープＴ側を下にして、保持手段７に載置して、吸引保持させる。保持手段７にウエーハＷを吸引保持させたならば、図示しない移動手段を作動して、研削手段３の直下に保持手段７を移動させる。このとき、ウエーハＷの中心と、研削ホイール３６の中心とは、適宜変位させられる。ここで、研削加工を開始する前は、図４に示されているように、ダンパー機構Ｄに形成されているダンパー空間Ｓには液体Ｌが供給されていない。そこで、被加工物となるウエーハＷの特性、厚さ、剛性等に応じて予め設定された液体Ｌ、及び気体Ｇの流体比に応じて、液体供給手段６０、気体供給手段７０を作動して、ダンパー空間Ｓに所定量の液体Ｌ、及び気体Ｇを供給し、図５に示すような所望の流体比とする。なお、気体Ｇの割合を多くすることにより、ダンパー機構Ｄは柔らかくなり、気体Ｇの割合を少なくすることによりダンパー機構Ｄは硬くなる。
【００３０】
上記したように、ダンパー空間Ｓ内の流体比を所望の流体比としたならば、研削水供給手段５０を作動させることにより、図５に示すように、研削水パイプ２０を介して、研削ホイール３６の開口部３６ａから下方に向けて研削水Ｗを供給する。そして、図６に示すように、研削手段３の回転軸１０を矢印Ｒ１で示す方向に例えば３０００ｒｐｍで回転させつつ、保持手段７を図中矢印Ｒ２で示す方向に、例えば３００ｒｐｍで回転させる。そして、研削送り手段４を作動して、研削ホイール３５を矢印Ｚで示す方向に下降させて、研削ホイール３６の研削砥石３８をウエーハＷの表面（裏面）に接触させる。この研削ホイール３６下降させる際の研削送り速度は、例えば、０．５μｍ／秒に設定する。図示しない接触式の測定ゲージによりウエーハ１０の厚みを測定しながら研削を進めることができ、ウエーハＷの裏面を所定量研削し、ウエーハＷを所定の厚さとして、研削手段３による研削加工を停止する。
【００３１】
上記したように、ピストン１４とシリンダー１２とで形成されるダンパー機構Ｄに貯留される液体Ｌと気体Ｇとの流体比によって、図６に矢印Ｚ１で示す方向における衝撃力を緩和する度合いを調整することができる。例えば、被加工物となるウエーハＷが損傷しやすい場合は、ダンパー空間Ｓに供給される液体Ｌの比を小さく、気体Ｇの比を大きくするとよい。気体Ｇは、液体Ｌに対して圧縮率が高く、気体Ｇの比を大きくすることで、ダンパー効果が高まる。ダンパー空間Ｓの流体比を変更すべく、ダンパー空間Ｓに供給された液体Ｌを排出する場合は、上記した液体供給路６２上の開閉弁６４を閉じたまま、液体排出路６６上の開閉弁６８を開放し、気体供給手段７０から気体Ｇを供給することでダンパー空間Ｓから液体Ｌを排出することができる。また、気体Ｇを排出する場合は、気体供給路７２上の開閉弁７４を閉じたまま、気体排出路７６上の開閉弁７８を開放し、液体供給手段６０からダンパー空間Ｓに液体Ｌを供給することで、気体Ｇを排出することができる。このように適宜調整されたダンパー機構Ｄによって、研削ホイール３６が下降してウエーハＷに研削砥石３８が接触する際の衝撃力が、大幅に緩和される。したがって、研削ホイール３８の研削送り速度を極端に低速にする必要なく、生産性が向上する。
【００３２】
本発明によれば、上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形例が提供される。例えば、上記した実施形態では、ホイールマウント３５と回転軸１０との間に被加工物と接触する研削砥石３８の衝撃力を緩和するダンパー機構Ｄとして、ダンパー機構Ｄ内のダンパー空間Ｓ内の液体Ｌと気体Ｇとの流体比を変更するものを提示したが、本発明はこれに限定されず、ピストンを内蔵した機械式オイルダンパー等、他の周知のダンパー機構を利用することができる。
【００３３】
上記した実施形態では、ダンパー機構を構成するピストン１４、シリンダー１２内に形成されるピストン収容空間１２２の形状を直方体形状としたが、本発明はこれに限定されず、回転軸１０の回転をホイールマウントに伝達できる構成であれば、直方体形状でなくてもよい。例えば、三角柱形状、五角柱形状等であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１：研削装置
２：基台
２ａ：直立壁
３：研削手段
４：研削送り手段
７：保持手段
１０：回転軸
１０ａ：貫通孔
１２：シリンダー
１４：ピストン
１６：締結ボルト
２０：研削水パイプ
３０：スピンドルユニット
３１：ハウジング
３４：移動基台
３５：ホイールマウント
３６：研削ホイール
３８：研削砥石
４１：雄ねじロッド
４２：パルスモータ
４３：案内レール
５０：研削水供給手段
６０：液体供給手段
７０：気体供給手段
１０１：液体連通路
１０２：気体連通路
１２２：ピストン収容空間
１４２：支持軸
Ｄ：ダンパー機構
Ｓ：ダンパー空間
Ｗ：研削水
Ｌ：液体
Ｇ：気体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020025989.tif 000006
【図５】
2020025989.tif 000007
【図６】
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