(57)【要約】  【課題】研削熱の影響による静圧パッドの局部的な熱膨張を少なくしてワークとの隙間をその頬全面で均一化でき、ワークに対する静圧支持力がワークの略全面で安定して研削精度の高精度化と安定化を実現することができるようにする。  【解決手段】薄板状のワークを両面から流体の静圧により非接触支持する一対の静圧パッドと、この静圧パッドにより非接触支持されたワークを回転させるキャリアと、各静圧パッドの切り欠き部に配置され且つワークを研削する研削砥石とを備え、各静圧パッド、キャリアの外周部に配置されたキャリアリングを熱膨張係数の低い材料によりを構成する。熱膨張係数の低い材料はセラミック材が適当である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状のワークを両面から流体の静圧により非接触支持する一対の静圧パッドと、該静圧パッドにより非接触支持された前記ワークを回転させるキャリアと、前記各静圧パッドの切り欠き部に配置され且つ前記ワークを研削する研削砥石とを備えた両頭平面研削盤において、熱膨張係数の低い材料により前記各静圧パッドを構成したことを特徴とする両頭平面研削盤。
【請求項２】
前記キャリアの外周部に配置されたキャリアリングを熱膨張係数の低い材料により構成したことを特徴とする請求項１に記載の両頭平面研削盤。
【請求項３】
前記熱膨張係数の低い材料はセラミック材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の両頭平面研削盤。
【請求項４】
一対の静圧パッドの非接触支持面側に供給される流体の静圧により薄板状のワークを両側から非接触支持した状態で前記ワークを回転させながら、前記各静圧パッドの切り欠き部に配置された研削砥石により前記ワークの両面を研削するに際し、前記各静圧パッドに熱膨張係数の低い材料を用いることを特徴とするワークの両面研削方法。
【請求項５】
前記熱膨張係数の低い材料はセラミック材であることを特徴とする請求項４に記載のワークの両面研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ等の薄板状のワークの両面を研削するための両頭平面研削盤及びワークの両面研削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ等の薄板状のワークの両面を研削する両頭平面研削盤としては、従来、特許文献１、２に記載されたものがある。この両頭平面研削盤は、ポケット部から供給された流体の静圧によりワークを両側から非接触支持する一対の静圧パッドと、この静圧パッドにより非接触支持されたワークを回転させるキャリアと、各静圧パッドの切り欠き部に配置され且つワークを研削する研削砥石とを備えている。
【０００３】
静圧パッドには切り欠き部の内周縁に沿って円弧状の内周ポケット部が形成されると共に、この内周ポケット部に対して切り欠き部と反対側に周方向に多数の外周ポケット部が形成され、この各ポケット部相互間に各ポケット部を区画するランド部が形成されている。そして、各ポケット部内には、流体を供給するための供給孔が形成されている。
【０００４】
そして、ワークの研削に際しては、静圧パッドの各供給孔から供給される流体の静圧によりワークを両面側から非接触支持した状態で、キャリアによりワークをその中心廻りに回転させながら、研削砥石の中心側から研削砥石面に研削水を供給しつつ研削砥石によりワークの両面を研削する。
【特許文献１】特開２００５−２０５５２８号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、ワークがシリコンウェーハの場合には要求精度が高精度化し、加工精度の向上とその安定化が必要になっている。しかし、従来は複雑な形状でも加工し易いアルミニウム合金を母材とし、表面加工とアルミニウムイオン流出の防止のために表面をコーティング処理した静圧パッドが使用されている。このためワークの研削中に静圧パッドが研削熱の影響を受けて局部的な熱膨張が発生し、ワークの研削精度に悪影響を与えるという問題がある。
【０００６】
即ち、両頭平面研削盤では、その研削方法からワークの中央部は常に研削砥石と接触している。そのため組み付けられた静圧パッドの平面バラツキによる流体の圧力変動が生まれ、研削中のワークがその圧力変動を受けると研削点に応力が働き、ワークにその影響が転写され研削精度を悪化させてしまう。従って、静圧パッドの取り付け時の組み付け精度は平面度及び平行度を約１０μｍ以内に収まるように調整している。
【０００７】
しかし、従来のアルミニウム合金を母材とした静圧パッドでは、研削精度の高精度化と安定化を実現することは困難であった。そこで、その不安定要素を解明するために、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように静圧パッド１の略中央部Ａ１と、静圧パッド１の下部に形成された切り欠き部２の開口部３の後部Ｂ１及び前部Ｃ１の両側とに変位センサを取り付けて、静圧パッド１の各測定点の変位を測定したところ、図１１に示すような結果が得られた。
【０００８】
図１１は１回の研削サイクルにおける測定結果を示し、Ａは静圧パッドの略中央部Ａ１の変位を、Ｂは静圧パッド１の後部Ｂ１の変位を、Ｃは静圧パッド１の前部Ｃ１の変位を夫々示す。またＤはキャリアの外周部のキャリアリングよりも下でのドレン水温を示し、Ｅは研削砥石の駆動モータが消費する砥石電流値を示す。
【０００９】
この図１１の測定結果からも判るように、従来の静圧パッド１は熱膨張係数の高いアルミニウム合金を母材としているため、ワークの研削加工中にその研削熱の影響を非常に受け易く、局部的な熱膨張が発生している。特に静圧パッド１の中央領域４での変形量Ｘは、およそ片側で７μｍ以上になっており、ワークとの隙間が極端に狭くなっていることが判った。
【００１０】
これは、ワークを研削砥石で研削する際に発生する研削熱によって熱せられた研削水が、高速回転する研削砥石の遠心力を受けて、静圧パッド１の切り欠き部２の内周面に飛散し、静圧パッド１に局部的な熱膨張が発生するためである。
【００１１】
因みに静圧パッド１がどのような形状に変形するかを捉えるために、静圧パッド１の取り付け状態をモデリングして、切り欠き部２の内周面側に熱影響を受けた静圧パッドの１形状を熱解析ソフトを用いて解析したところ、静圧パッド１のワーク側の全体が膨張するのではなく、図１０（ｂ）に示す略中央部Ａ１及びその周辺部分を含む中央領域４が、図１０（ａ）に二点鎖線で示すように略中央部Ａ１を頂点として山形状に隆起することが判った。
【００１２】
従って、静圧パッド１を如何に高精度に組み付けても、熱膨張係数の高いアルミニウム合金を母材とした静圧パッドを使用する限りは、静圧パッド１の形状が研削熱の影響によって崩れ、ワークを非接触支持している静圧パッド１とワークとの隙間が狭くなることにより、ポケットから供給される流体の圧力が上昇し、ワークの研削精度に悪影響を与えることになる。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、研削熱の影響による静圧パッドの局部的な熱膨張が少なくワークとの隙間をその略全面で均一化でき、ワークに対する静圧支持力がワークの略全面で安定し研削精度の高精度化と安定化を実現することができる両頭平面研削盤及びワークの両面研削方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、薄板状のワークを両面から流体の静圧により非接触支持する一対の静圧パッドと、該静圧パッドにより非接触支持された前記ワークを回転させるキャリアと、前記各静圧パッドの切り欠き部に配置され且つ前記ワークを研削する研削砥石とを備えた両頭平面研削盤において、熱膨張係数の低い材料により前記各静圧パッドを構成したものである。前記キャリアの外周部に配置されたキャリアリングを熱膨張係数の低い材料により構成してもよい。前記熱膨張係数の低い材料はセラミック材であることが望ましい。
【００１５】
また別の本発明は、一対の静圧パッドの非接触支持面側に供給される流体の静圧により薄板状のワークを両側から非接触支持した状態で前記ワークを回転させながら、前記各静圧パッドの切り欠き部に配置された研削砥石により前記ワークの両面を研削するに際し、前記各静圧パッドに熱膨張係数の低い材料を用いるものである。前記熱膨張係数の低い材料はセラミック材であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、各静圧パッドに熱膨張係数の低い材料を使用することにより、研削熱の影響による静圧パッドの局部的な熱膨張が少なくワークとの隙間をその略全面で均一化でき、ワークに対する静圧支持力がワークの略全面で安定し研削精度の高精度化と安定化を実現することができる利点がある。
【００１７】
特に熱膨張係数の低い材料としてはセラミック材、ステンレス鋼等の材料を使用することが可能であるため、アルミニウム合金を使用する従来に比較して材料の剛性が向上して、静圧パッド自体の加工精度（平面度や平行度）を高精度に製作することができる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。図１〜図４は本発明を横型両頭平面研削盤に採用した第１の実施例を例示する。横型両頭平面研削盤は、図１〜図３に示すように、薄板状のワークＷを両面から水等の流体の静圧により非接触支持する左右一対の静圧パッド１０と、この静圧パッド１０により非接触支持されたワークＷを回転させるキャリア１１と、各静圧パッド１０の切り欠き部１２に配置され且つワークＷを研削する左右一対の研削砥石１３とを備えている。
【００１９】
静圧パッド１０は横軸心上に遠近方向に摺動自在に配置されたパッド取り付け台１４に着脱自在に装着されている。静圧パッド１０、パッド取り付け台１４は下部側に円形状の切り欠き部１２，１５を有し、この切り欠き部１２，１５を除く全体が略円形状に形成されている。
【００２０】
静圧パッド１０は熱膨張係数の低い材料、例えばアルミナ等のセラミック材Ｓを母材として構成されており、ワークＷと対向する非接触支持面２５側に凸状のランド部１６〜２０と、このランド部１６〜２０により区画された複数個のポケット部２１〜２３とを有し、その各ポケット部２１〜２３内に静圧水（流体）の供給孔２４が設けられている。
【００２１】
ポケット部２１〜２３には切り欠き部１２に近い側に形成された内周ポケット部２１と、切り欠き部１２から遠い側に形成された外周ポケット部２２，２３とがある。内周ポケット部２１はその切り欠き部１２に沿って長い円弧状であって、周方向に複数個、例えば２個形成されている。外周ポケット部２２，２３は内周ポケット部２１を挟んで切り欠き部１２と反対側に周方向に複数個、例えば４個あり、内周側ポケット部２１の数よりも多くなっている。
【００２２】
ランド部１６〜２０は各ポケット部２１〜２３を区画するように網目状に形成され、そのランド部１７〜２０には流体を逃がす溝２６が形成されている。ランド部１６〜２０には、切り欠き部１２に沿って周方向に形成された内周ランド部１６と、静圧パッド１０の外周に沿って周方向に形成され且つ両端が内周ランド部１６の両端に接続された外周ランド部１７と、内周ポケット部２１及び外周ポケット部２２，２３間に内周ランド部１６に沿って周方向に形成され且つ両端が外周ランド部１７に接続された中間ランド部１８と、静圧パッド１０の略中央部から静圧パッド１０の径方向に上下に延び且つ内周ランド部１６、外周ランド部１７及び中間ランド部１８に夫々接続された縦ランド部１９と、この縦ランド部１９の両側に所定の間隔を置いて斜め方向に形成され且つ両端が外周ランド部１７及び中間ランド部１８に接続された斜めランド部２０とがある。
【００２３】
各ポケット部２１〜２３には、このポケット部２１〜２３内に静圧水（流体）を供給する供給孔２４が形成されている。この供給孔２４は各ポケット部２１〜２３に夫々複数個設けられているが、内周ポケット部２１、外周ポケット部２２の供給孔２４は、静圧パッド１０の略中央を通る縦ランド部１９の両側周辺に集中的に配置されている。特に内周ポケット部２１の供給孔２４は縦ランド部１９の近傍の数が多くなるように周方向の両端に複数個ずつ配置されている。各供給孔２４は静圧パッド１０内又は静圧パッド１０の非接触支持面２５と反対の裏側に形成された供給通路２４ａを介して裏側の供給口（図示省略）に連通されている。中間ランド部１８、縦ランド部１９及び斜めランド部２０には、静圧水を静圧パッド１０の外周側に逃がすための溝２６が形成されている。
【００２４】
キャリア１１は一対の静圧パッド１０間でワークＷを回転可能に支持するもので、ワークＷが内周孔に横方向に着脱自在に嵌合するキャリア板２７と、静圧パッド１０の外周の段部３６に対応して外周部に配置され且つキャリア板２７の外周側を着脱自在に支持するキャリアリング２８とを備えている。キャリアリング２８は周方向に複数個の支持ローラ（図示省略）により回転自在に支持され、内周ギヤ２９に噛合する駆動ギヤ３０により回転駆動される。駆動ギヤ３０は一方の静圧パッド１０、パッド取り付け台１４の上部の通孔３１に挿通された駆動軸３２により装着されている。
【００２５】
なお、キャリアリング２８は、ワークＷの研削中の挙動に影響があるため、ワークＷの研削熱によって熱せられた研削水が飛散しても熱膨張し難くなるように、静圧パッド１０と同様に熱膨張係数の低い材料、例えばアルミナ等のセラミック材Ｓ、又はステンレス鋼を母材として構成することが望ましい。
【００２６】
研削砥石１３はカップ型等であって、静圧パッド１０の軸心と平行に配置された一対の砥石軸３３の対向端側の砥石取り付け台３４に着脱自在に装着されている。研削砥石１３はワークＷの研削時にその中心部と外周部とを通過可能な直径を有する。各砥石軸３３は軸心方向に移動可能であり、この各砥石軸３３には研削砥石１３の中心側から研削砥石面に研削水を供給する供給通路３５が形成されている。なお、砥石軸３３は研削時には図外の砥石駆動モータにより回転駆動される。
【００２７】
この横型両頭平面研削盤を使用してシリコンウェーハ等のワークＷを研削する場合には、次のように行う。静圧パッド１０の各供給孔２４から水等の静圧流体を供給して、静圧パッド１０により流体の静圧を介してワークＷを両面から非接触状態で静圧支持すると共に、キャリア１１によりワークＷを図２のＰ矢印方向に回転させる。そして、砥石軸３３の供給通路３５から研削水を研削砥石１３内へと供給しながら、図２のＱ矢印方向に回転する研削砥石１３によりワークＷの両面を研削する。
【００２８】
研削砥石１３内に供給された研削水は、高速回転する研削砥石１３の遠心力を受けて図１に矢印で示すように外周の砥石面側へと流れ、研削砥石１３でワークＷを研削する際に発生する研削熱によって熱せられた後、遠心力によって静圧パッド１０の切り欠き部１２の内周面へと飛散する。
【００２９】
しかし、熱膨張係数の低いアルミナ等のセラミック材Ｓを母材とする静圧パッド１０を使用することにより、研削熱による静圧パッド１０の熱膨張を抑えることができる。この結果、静圧パッド１０の非接触支持面２５の略全面において、静圧パッド１０とワークＷとの隙間変化が小さくなり、全体的に両者の隙間を略均一に保つことができるため、ワークＷを非接触支持する流体の局部的な圧力変化を抑えることが可能となる。従って、研削時のワークＷに余計な応力を与えずに研削できることになり、ワークＷの研削精度の高精度化とその安定化を実現することができる。
【００３０】
因みにアルミナを母材とした静圧パッド１０を製作して、従来のアルミ合金製の静圧パッド１と同様の各部Ａ１〜Ｃ１での研削熱の影響による変位Ａ〜Ｃを測定したところ、図４に示すような測定結果が得られた。この図４の変位Ａからも判るように、静圧パッド１０の母材を熱膨張係数の低いアルミナに変更することによって、静圧パッド１０の略中央部Ａ１の変位量Ｙは、従来のアルミニウム合金製の場合に比較して約１／３程度に抑えることができた。
【００３１】
なお、静圧パッド１０の中央部を通る縦ランド部１９の両側近傍に静圧水の供給孔２４が集中して配置されているため、その各供給孔２４から供給される静圧水によって静圧パッド１０の略中央部の熱膨張を抑えることもできる。
【００３２】
また例えばアルミナの場合にはアルミニウム合金に比較して約５倍のヤング率を有する等、静圧パッド１０の母材にセラミック材Ｓを使用することによりその剛性が向上して、静圧パッド１０自体の加工精度（平面度や平行度）を高精度に製作することができる。
【００３３】
図５は本発明の第２の実施例を例示する。静圧パッド１０はアルミナ等のセラミック材Ｓを母材として構成されると共に、その静圧パッド１０内には研削熱の熱影響を受け易い略中央部に対応して冷却通路３８が形成されており、この冷却通路３８を流れる冷却水により、静圧パッド１０の熱影響を受け易い中央部分を内側から強制冷却するようになっている。
【００３４】
冷却通路３８は静圧パッド１０の略中央部につづら折り、その他の所定形状に集中的に形成されている。また冷却通路３８の両端は非接触支持面２５と反対の裏側に開口する供給口３９と排出口４０とに接続され、供給口３９から供給された冷却水（冷媒）が、この冷却通路３８の静圧パッド１０の中央側から外側へと流れる間に、静圧パッド１０の熱影響を受け易い中央部分を内側から強制冷却する。なお、冷却水の流れは逆でもよい。他の構成は第１の実施例と同じである。
【００３５】
このように静圧パッド１０をセラミック材Ｓを母材として構成する他、静圧パッド１０内にその略中央部に対応して冷却通路３８を形成して、この冷却通路３８を流れる冷却水により静圧パッド１０の略中央部を内側から強制冷却することにより、静圧パッド１０の中央部分の熱膨張を抑えることができる。
【００３６】
特に静圧パッド１０をセラミック材Ｓにより構成することにより、冷却通路３８を容易に形成することができる。即ち、焼成前のセラミック原料を積層して所定形状に成型する際に、その内部に消失型等を入れて成型する等により、静圧パッド１０の略中央部分に冷却通路３８を形成し、その後に焼成すればよいので、機械加工により冷却通路３８を形成する場合に比較して、複雑な回路構成の冷却通路３８を容易に設けることができる。
【００３７】
従って、静圧パッド１０の熱影響を受け易い部分に集中的に冷却通路３８を配置することも可能であり、冷却水により静圧パッド１０を効率的に強制冷却することができる。
【００３８】
なお、静圧パッド１０内の冷却通路３８は薄板状のセラミック原料を複数枚積層することにより設けてもよい。
【００３９】
図６は本発明の第３の実施例を例示する。この実施例では、静圧パッド１０の略中央部分の内、その少なくともランド部１６，１８，１９に対応する部分を強制的に冷却するように、静圧パッド１０内に冷却通路３８が設けられている。他の構成は第１又は第２の実施例と同じである。
【００４０】
静圧パッド１０が研削熱の熱影響により熱膨張する場合、凹入状に形成されたポケット部２１〜２３よりも凸状のランド部１６，１８，１９の膨張が問題となる。従って、少なくとも中央部分のランド部１６，１８，１９に対応して冷却通路３８を設けることにより、最重要部分を効率的に強制冷却することができる。
【００４１】
図７は本発明の第４の実施例を例示する。この実施例では、静圧パッド１０の内、熱影響を受け易い中央部分と他の部分とで熱膨張係数の異なるセラミック材Ｓ１，Ｓ２が使用されている。
【００４２】
即ち、熱膨張係数の低いセラミック材Ｓ１，Ｓ２の内でも、静圧パッド１０の熱影響を受け易い中央部分には熱膨張係数のより低いセラミック材Ｓ１が使用され、中央部分を除く他の部分、すなわち中央部分よりも比較的熱影響を受け難い周辺部分には、中央部分のセラミック材Ｓ１よりも熱膨張係数の高いセラミック材Ｓ２が使用されている。他の構成は第１の実施例と同じである。
【００４３】
このように熱膨張係数の異なるセラミック材Ｓ１，Ｓ２を組み合わせることにより、静圧パッド１０全体の熱膨張が略均一になるようにすることも可能である。
【００４４】
図８、図９は本発明の第５の実施例を例示する。この実施例では、静圧パッド１０の内、ポケット部２１〜２３に対応する部分以外の部分の略全体が非多孔質のセラミック材Ｓにより構成されると共に、ポケット部２１〜２３の底部側に、静圧水供給領域４２を構成する多孔質のセラミック材Ｓ３が設けられている。そして、静圧パッド１０の裏側の供給通路２４ａから多孔質のセラミック材Ｓ３を経て各ポケット部２１〜２３に略均等に静圧水を供給するようになっている。静圧水供給領域４２はポケット部２１〜２３の底部の略全面に対応している。なお、他の構成は第１の実施例と同様である。
【００４５】
このように多孔質のセラミック材Ｓ３によりポケット部２１〜２３の底部の略全面に静圧水供給領域４２を形成し、この静圧水供給領域４２の略全面から非接触支持面２５側へと静圧水を供給するようにしてもよい。
【００４６】
なお、この実施例では、ポケット部２１〜２３の底部側の厚さ方向の全体を多孔質のセラミック材Ｓ３により構成しているが、厚さ方向のポケット部２１〜２３側の一部を多孔質のセラミック材Ｓ３により構成するのみでもよい。
【００４７】
以上、本発明の各実施例について詳述したが、この実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、各実施例では熱膨張係数の低い材料としてセラミック材Ｓ〜Ｓ２を例示しているが、セラミック材Ｓ〜Ｓ２に代替してステンレス鋼、その他の低熱膨張材を使用することも可能である。またその場合にも、熱膨張係数の異なる低熱膨張材を組み合わせて使用してもよい。
【００４８】
静圧パッド１０の非接触支持面２５側にはランド部１６〜２０、ポケット部２１〜２３、溝２６が配置されているが、その配置は実施例に例示するものに限らず、他の配置を採用してもよい。横型両頭平面研削盤の他、縦型にも採用可能である。またワークＷはシリコンウェーハ以外のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施例を示す横型両頭平面研削盤の断面図である。
【図２】同静圧パッド等の側面図である。
【図３】同図２のＺ−Ｚ線断面図である。
【図４】同測定結果を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す静圧パッドの一部破断側面図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す静圧パッドの一部破断側面図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す静圧パッドの一部破断側面図である。
【図８】本発明の第５の実施例を示す静圧パッドの側面図である。
【図９】同断面図である。
【図１０】（ａ）は従来の静圧パッドの正面図、（ｂ）はその斜視図である。
【図１１】従来の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ｗ    ワーク
１０  静圧パッド
１１  キャリア
１２  切り欠き部
１３  研削砥石
Ｓ    セラミック材
Ｓ１  セラミック材
Ｓ２  セラミック材
Ｓ３  セラミック材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010064214.tif 000008
【図７】
2010064214.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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