(57)【要約】【課題】負荷電流値や荷重センサによらない加工手段の負荷検出を可能として加工手段の送り動作を確実かつ安定して行うことができる加工装置を提供する。【解決手段】加工ユニット３０の送り動作で変化するエアベアリングスピンドルのスラスト方向あるいはラジアル方向のギャップ量を、該ギャップに生じるエア圧力の変化で認識し、加工ユニット３０の送り動作を安全に制御する。【選択図】図９
2008049445.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、
前記被加工物を加工する加工工具をエアベアリングスピンドルによって回転可能に保持し、前記保持手段に対して接近する送り動作によって前記被加工物を加工する加工手段とを有する加工装置であって、
前記エアベアリングスピンドルは、
スピンドルハウジングと、
該スピンドルハウジング内に回転可能に挿入され、前記加工工具を支持するスピンドルシャフト部と、
前記スピンドルハウジングに形成され、前記スピンドルハウジングと前記スピンドルシャフト部との間のギャップにエアを供給するエア供給路と、
前記スピンドルハウジングに形成され、前記ギャップに供給されたエアを排気するためのエア排気路とを備え、
さらに該加工装置は、
前記エア排気路を通過するエアの圧力を検出するエア圧力センサと、
該エア圧力センサの検出信号が入力されるとともに、該検出信号に基づいて前記ギャップの圧力を測定し該ギャップの圧力をモニタするギャップ圧力測定部と、
送り動作によって前記加工手段が受ける負荷値を所定の目標負荷値として記憶する記憶部と、
前記ギャップ圧力測定部と前記記憶部から受ける情報に基づいて前記加工手段の前記送り動作を制御する制御部と
を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
被加工物をエアベアリングスピンドルによって回転可能に保持する保持手段と、
前記被加工物を加工する加工工具を回転可能に保持し、前記保持手段に対して接近する送り動作によって前記被加工物を加工する加工手段とを有する加工装置であって、
前記エアベアリングスピンドルは、
スピンドルハウジングと、
該スピンドルハウジング内に回転可能に挿入され、前記保持手段を支持するスピンドルシャフト部と、
前記スピンドルハウジングに形成され、前記スピンドルハウジングと前記スピンドルシャフト部との間のギャップにエアを供給するエア供給路と、
前記スピンドルハウジングに形成され、前記ギャップに供給されたエアを排気するためのエア排気路とを備え、
さらに該加工装置は、
前記エア排気路を通過するエアの圧力を検出するエア圧力センサと、
該エア圧力センサの検出信号が入力されるとともに、該検出信号に基づいて前記ギャップの圧力を測定し該ギャップの圧力をモニタするギャップ圧力測定部と、
送り動作によって前記加工手段が受ける負荷値を所定の目標負荷値として記憶する記憶部と、
前記ギャップ圧力測定部と前記記憶部から受ける情報に基づいて前記加工手段の前記送り動作を制御する制御部と
を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項３】
前記加工工具は、前記保持手段が前記被加工物を保持する保持面に平行な加工面を有する研削工具または研磨工具であることを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記ギャップ圧力測定部による測定値に係数を乗じて負荷値に換算し、該演算結果が、前記記憶部に記憶された前記目標負荷値に収斂するように前記加工手段の送り動作を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加工装置。
【請求項５】
前記エア圧力センサは、前記スピンドルシャフト部の周方向の一定位置におけるエアの圧力を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を加工する加工手段や被加工物を保持する保持手段がエアベアリングスピンドルによって回転可能に保持され、加工手段の送り動作によって保持手段に保持した被加工物を加工する加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの軽薄短小化や容量増大化の要求に対しては、ＳＩＰ（システム・イン・パッケージ）やＭＣＰ（マルチ・チップ・パッケージ）といった複数の半導体チップを積層させた半導体パッケージで対応する例がある。こうした積層パッケージを製造するには、半導体チップの素材である半導体ウエーハをより薄化させる必要がある。薄化加工は砥石による研削加工が挙げられ、研削加工して薄化した場合には、研削面に残る機械的ダメージを除去するために研磨加工を施している。
【０００３】
研削や研磨を行う加工装置としては、研磨用あるいは研削用の工具を回転させながら被加工面に押し付ける形式のものが一般的であり、そのような加工装置としては、スピンドルハウジング内に挿入されたスピンドルシャフト部を高圧空気で保持するエアベアリングスピンドルを採用しているものが多用されている（特許文献１等参照）。
【０００４】
このような加工装置では、従来、被加工物に対する加工工具の押圧荷重が過剰になることを防ぐために、モータの負荷電流値を検知しながら加工工具の送り動作を制御していた。また、加工工具側あるいは被加工物を保持する保持手段側に荷重センサを設けて押圧荷重を制御することも行われている（特許文献２等参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３８４３２号公報
【特許文献２】特開２００３−３２６４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、研削による半導体ウエーハの薄化加工にあっては、ウエーハ外周部を残してデバイス形成領域のみを薄化し、薄化しても外周部の肉厚で剛性を確保する技術がある。このような研削加工の際に、研削砥石等の加工工具の被加工物に対する押圧荷重をモータの負荷電流値で制御するには、研削工具の砥石径が比較的小さいため負荷値の変動が小さく、押圧荷重の過剰などの研削不良が検知されにくいといった不具合があった。また、加工工具側あるいは被加工物を保持する保持手段側に荷重センサを設けた場合には、荷重センサが設けられた部材の剛性が低下し、加工手段の押圧荷重がかかった時に該部材に変形や傾きが生じて正確かつ均一な量の加工が阻害されるといった問題があった。
【０００７】
よって本発明は、加工手段の負荷値の変動が小さい場合であっても確実にその変動を検知することができ、また、荷重センサを装備した時のような不具合は発生せず、安全な加工手段の送り動作を確実かつ安定して行うことができる加工装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被加工物を保持する保持手段と、被加工物を加工する加工工具をエアベアリングスピンドルによって回転可能に保持し、保持手段に対して接近する送り動作によって被加工物を加工する加工手段とを有する加工装置であって、エアベアリングスピンドルは、スピンドルハウジングと、該スピンドルハウジング内に回転可能に挿入され、加工工具を支持するスピンドルシャフト部と、スピンドルハウジングに形成され、スピンドルハウジングとスピンドルシャフト部との間のギャップにエアを供給するエア供給路と、スピンドルハウジングに形成され、ギャップに供給されたエアを排気するためのエア排気路とを備え、さらに該加工装置は、エア排気路を通過するエアの圧力を検出するエア圧力センサと、該エア圧力センサの検出信号が入力されるとともに、該検出信号に基づいてギャップの圧力を測定し該ギャップの圧力をモニタするギャップ圧力測定部と、送り動作によって加工手段が受ける負荷値を所定の目標負荷値として記憶する記憶部と、ギャップ圧力測定部と記憶部から受ける情報に基づいて加工手段の送り動作を制御する制御部とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明は、上記構成において、加工手段側に代えて保持手段側にエアベアリングスピンドルを有する同様構成も発明としている。すなわちその発明は、被加工物をエアベアリングスピンドルによって回転可能に保持する保持手段と、被加工物を加工する加工工具を回転可能に保持し、保持手段に対して接近する送り動作によって被加工物を加工する加工手段とを有する加工装置であって、エアベアリングスピンドルは、スピンドルハウジングと、該スピンドルハウジング内に回転可能に挿入され、保持手段を支持するスピンドルシャフト部と、スピンドルハウジングに形成され、スピンドルハウジングとスピンドルシャフト部との間のギャップにエアを供給するエア供給路と、スピンドルハウジングに形成され、ギャップに供給されたエアを排気するためのエア排気路とを備え、さらに該加工装置は、エア排気路を通過するエアの圧力を検出するエア圧力センサと、該エア圧力センサの検出信号が入力されるとともに、該検出信号に基づいてギャップの圧力を測定し該ギャップの圧力をモニタするギャップ圧力測定部と、送り動作によって加工手段が受ける負荷値を所定の目標負荷値として記憶する記憶部と、ギャップ圧力測定部と記憶部から受ける情報に基づいて加工手段の送り動作を制御する制御部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、加工手段を送り動作させることにより、保持手段で保持された被加工物に対して加工工具が所定の加工を施す。その加工時には、エアベアリングスピンドルのスピンドルシャフト部が加工工具の送り動作に応じてスピンドルハウジングに対して相対移動し、スピンドルハウジングとスピンドルシャフト部との間のギャップ量が変化する。圧力測定部ではギャップ量の変化に応じてギャップの圧力が逐一モニタされる。ここで制御部が、モニタされるギャップ圧力と、記憶部が記憶している上記目標負荷値とを比較し、ギャップ圧力が目標負荷値に応じたものになるように加工手段の送り動作を制御することにより、ギャップ圧力を目標負荷値に応じたものとすることができる。目標負荷値は、ギャップ量が最適な状態である場合の負荷値とされ、したがってこのように制御することにより、加工手段が受ける負荷が過剰にならず常に安全な運転が可能となる。
【００１１】
より具体的には、ギャップ圧力測定部による測定値に係数を乗じて負荷値に換算し、該演算結果が、記憶部に記憶された目標負荷値に収斂するように加工手段の送り動作を制御する方法が挙げられ、本発明はこのような制御を行う制御部を有することを好ましい形態としている。
【００１２】
本発明では、エア圧力センサがスピンドルシャフト部の周方向の一定位置におけるエアの圧力を検出することを好ましい形態としている。上記負荷値が一定でスピンドルシャフト部が回転している場合において、スピンドルシャフト部が１周する間でギャップ量が周方向のどの箇所でも常に一定であれば、本形態である必要はない。ところが、スピンドルシャフト部が変形していたりスピンドルシャフト部の回転軸に僅かなぶれが生じていることなどに起因して、ギャップ量が周方向で一定はなくばらつきが生じている場合がある。そこで、常に周方向の一定位置でギャップ量を測定すればギャップ量の変化はスピンドルシャフト部の変形や軸ぶれなどよるものではなく、スピンドルハウジングに対するスピンドルシャフト部の相対移動であり、ギャップ量に応じたエアの圧力を正確に検出することができる。
【００１３】
本発明の加工工具としては、保持手段が被加工物を保持する保持面に平行な加工面を有する研削工具または研磨工具が挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加工手段の送り動作で変化するスピンドルシャフト部とスピンドルハウジングとの間のギャップ量をエア圧力センサで検出し、そのギャップ量を最適な目標負荷値として制御することにより、安全な加工手段の送り動作を確実かつ安定して行うことができる。また、荷重センサを不要とするので、正確かつ均一な量の加工が達成でき、また、コスト低減も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］加工装置の概略構成
図１は、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハ（以下、ウエーハと略称）を被加工物とし、そのウエーハの裏面を研削または研磨する加工装置を示している。この加工装置１０は、上面が水平な直方体状の基台１１を備えている。図１では、基台１１の長手方向、幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。基台１１のＹ方向一端部には、Ｘ方向（ここでは左右方向とする）に並ぶコラム１２が一対の状態で立設されている。基台１１上には、Ｙ方向のコラム１２側にウエーハを研削加工する加工エリア１１Ａが設けられ、コラム１２とは反対側に、加工エリア１１Ａに加工前のウエーハを供給し、かつ、加工後のウエーハを回収する着脱エリア１１Ｂが設けられている。
【００１６】
加工エリア１１Ａには、回転軸がＺ方向と平行で上面が水平とされた円盤状のターンテーブル１３が回転自在に設けられている。このターンテーブル１３は、図示せぬ回転駆動機構によって矢印Ｒ方向に回転させられる。ターンテーブル１３上の外周部には、回転軸がＺ方向と平行で上面が水平とされた複数（この場合は３つ）の円盤状のチャックテーブル（保持手段）２０が、周方向に等間隔をおいて回転自在に配置されている。
【００１７】
これらチャックテーブル２０は一般周知の真空チャック式であり、上面に載置されるウエーハを吸着、保持する。各チャックテーブル２０は、それぞれがターンテーブル１３内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向、または両方向に独自に回転すなわち自転するようになっており、ターンテーブル１３が回転すると公転の状態になる。
【００１８】
図１に示すように２つのチャックテーブル２０がコラム１２側でＸ方向に並んだ状態において、それらチャックテーブル２０の直上には、加工ユニット（加工手段）３０がそれぞれ配されている。各チャックテーブル２０は、ターンテーブル１３の回転によって、各加工ユニット３０の下方の加工位置と、着脱エリア１１Ｂに最も近付いた着脱位置との３位置にそれぞれ位置付けられるようになっている。
【００１９】
各加工ユニット３０は、コラム１２に昇降自在に取り付けられたスライダ４０に固定されている。スライダ４０は、Ｚ方向に延びるガイドレール４１に摺動自在に装着されており、モータ４２によって駆動されるボールねじ式の送り機構４３によって、Ｚ方向に移動可能とされている。各加工ユニット３０は、送り機構４３によってＺ方向に昇降させられ、下降してチャックテーブル２０に接近する送り動作によってウエーハを加工する。
【００２０】
着脱エリア１１Ｂの中央には、上下移動する２節リンク式のピックアップロボット７０が設置されている。そしてこのピックアップロボット７０の周囲には、上から見て反時計回りに、供給カセット７１、位置合わせ台７２、供給アーム７３、回収アーム７４、スピンナ式洗浄装置７５、回収カセット７６が、それぞれ配置されている。カセット７１，７６は複数のウエーハを水平な姿勢で、かつ上下方向に一定間隔をおいて積層状態で収容するもので、基台１１上の所定位置にセットされる。
【００２１】
加工されるウエーハは、はじめにピックアップロボット７０によって供給カセット７１内から取り出され、位置合わせ台７２上に載置されて一定の位置に決められる。次いでウエーハは、供給アーム７３によって位置合わせ台７２から取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル２０上に、加工面である裏面を上に向けて載置される。一方、加工ユニット３０で加工され、着脱位置に位置付けられたチャックテーブル２０上のウエーハ１は回収アーム７４によって取り上げられ、洗浄装置７５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置７５で洗浄処理されたウエーハ１は、ピックアップロボット７０によって回収カセット７６内に移送、収容される。
【００２２】
［２］被加工物であるウエーハ
（ａ）研削されるウエーハ
図２は、上記加工装置１０によって裏面が研削されて薄化される円盤状のウエーハを示している。このウエーハ１Ａは、加工前の厚さが例えば６００〜７００μｍ程度であり、裏面研削によって２００〜１００μｍ程度、あるいは５０μｍ程度の厚さに薄化される。ウエーハ１Ａの表面には、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ３が区画されており、これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。
【００２３】
複数の半導体チップ３は、ウエーハ１Ａと同心の概ね円形状のデバイス形成領域４に形成されている。デバイス形成領域４はウエーハ１Ａの大部分を占めており、このデバイス形成領域４の周囲のウエーハ外周部が、半導体チップ３が形成されない環状の外周余剰領域５とされている。また、ウエーハ１Ａの周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）６が形成されている。ウエーハ１Ａは、最終的には分割予定ライン２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。ウエーハ１Ａの裏面研削は、裏面全体を研削する場合の他に、デバイス形成領域４に対応する領域を目的厚さまで研削して薄化し、裏面に凹部を形成する場合もある。
【００２４】
ウエーハ１Ａを裏面研削する際には、電子回路を保護するなどの目的で、図２（ｂ）に示すように、電子回路が形成された側の表面に保護テープ７が貼着される。保護テープ７は、例えば厚さ１００〜２００μｍ程度のポリエチレンやポリオレフィンシートの片面に１０μｍ程度の粘着剤を塗布した構成のものが用いられる。ウエーハ１Ａは、加工装置１０の着脱位置にあるチャックテーブル２０上に、該チャックテーブル２０の回転中心と同心状に載置されて保持される。
【００２５】
（ｂ）研磨されるウエーハ
図３は、裏面研削によって薄化され、研削された裏面が上記加工装置１０によって研磨加工されるウエーハを示している。このウエーハ１Ｂは、上記のように２００〜１００μｍ程度、あるいは５０μｍ程度に薄化されており、薄化されている以外は図２に示したウエーハ１Ａと同様のものである。すなわち、保護テープ７が貼着された表面には、電子回路が形成された複数の半導体チップ３が分割予定ライン２で区画されており、周面の所定箇所にはノッチ６が形成されている。
【００２６】
［３］加工ユニットの詳細
加工ユニット３０は、図４に示すように、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング３１と、このスピンドルハウジング３１内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト部３２と、スピンドルハウジング３１の上端部に固定されてスピンドルシャフト部３２を回転駆動するモータ３３と、スピンドルシャフト部３２の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ３４とを具備している。そしてフランジ３４には、加工工具がねじ止め等の手段によって着脱自在に取り付けられるようになっている。加工工具は、図２に示したウエーハ１Ａの裏面を研削する研削工具や、図３に示したウエーハ１Ｂの裏面を研磨する研磨工具等が挙げられる。
【００２７】
図４は、研削工具５０がフランジ３４に取り付けられた加工ユニット３０によって図２に示したウエーハ１Ａの裏面を研削している状態を示している。この場合は、図５に示すようにデバイス形成領域５に対応する領域を研削して裏面に凹部４Ａを形成しており、凹部４Ａの周囲には、外周余剰領域５の元の厚さが残ったことにより裏面に突出する環状凸部５Ａが形成される。
【００２８】
図４に示すように、研削工具５０は、円盤状で下部が円錐状に形成されたフレーム５１の下端面に、該下端面の外周部全周にわたって複数の砥石５２が環状に配列されて固着されたものである。砥石５２は、例えばビトリファイドと呼ばれるガラス質の焼結材料にダイヤモンド砥粒を混ぜて焼成したものなどが用いられる。研削工具５０は、砥石５２による研削外径、すなわち複数の砥石５２の外周縁の直径が、ウエーハ１Ａの半径にほぼ等しいものが用いられる。これは、ウエーハ１Ａを裏面研削する際に、砥石５２の刃先がウエーハ１の回転中心と外周余剰領域５の内周縁を通過し、外周余剰領域５の厚さを残してデバイス形成領域４に対応する領域のみを研削して凹部４Ａを形成することを可能とするための寸法設定である。
【００２９】
ウエーハ１Ａの裏面研削は、粗研削と仕上げ研削の少なくとも２段階に分けて実施され、上記加工装置１０にあっては、ターンテーブル１３の回転によるチャックテーブル２０の矢印Ｒで示す移送方向上流側（図１で奥側）の加工ユニット３０が粗研削用、下流側の加工ユニット３０が仕上げ研削用とされる。粗研削用の加工ユニット３０のフランジ３４には、砥石５２が例えば♯２８０〜♯６００の砥粒を含む研削工具５０が取り付けられ、仕上げ研削用の加工ユニット３０のフランジ３４には、砥石５２が例えば♯２０００〜♯８０００の砥粒を含む研削工具５０が取り付けられる。
【００３０】
研削後のウエーハ１Ａは、図５に示すように、裏面に形成された凹部４Ａの底面４ａに、中心から放射状に多数の弧を描いた形状の研削条痕９が残留する。この研削条痕９は砥石５２中の砥粒による破砕加工の軌跡であり、マイクロクラック等を含む機械的ダメージ層である。
【００３１】
図６は、研磨工具６０がフランジ３４に取り付けられた加工ユニット３０によって図３に示したウエーハ１Ｂの裏面全面を研磨している状態を示している。研磨工具６０は、円盤状のフレーム６１の下面に、円盤状の研磨パッド６２が固着されたものである。研磨パッド６２は、不織布等からなる研磨用布等の基材中にシリカなどの酸化金属の研磨砥粒を含浸させて円盤状に成形したもので、接着手段等によってフレーム６１に固着されている。研磨によりウエーハ１Ｂの裏面は鏡面仕上げされるとともに、図５に示したような研削条痕９による機械的ダメージが除去され、強度の改善がなされる。
【００３２】
加工ユニット３０は、モータ３３によってスピンドルシャフト部３２が回転し、フランジ３４に取り付けられた研削工具５０あるいは研磨工具６０が回転しながら、送り機構４３により下方に送られて、回転する砥石５２や研磨パッド６２がウエーハの裏面に押し当てられることにより、ウエーハの裏面を研削したり研磨したりする。研削工具５０や研磨工具６０の加工面である下面は、ウエーハが保持されるチャックテーブル２０の上面に対して平行とされる。なお、研削や研磨を実施する際には、必要に応じて所定の研削液および研磨液がウエーハの加工部分に供給される。
【００３３】
次に、本発明に係る加工ユニット３０の軸受構造を説明する。
図７に示すように、上記加工ユニット３０は、スピンドルハウジング３１内に挿入されたスピンドルシャフト部３２を高圧空気で回転自在に保持するエアベアリングスピンドル構造が採用されている。図９はその詳細を示しており、同図に示すように、スピンドルハウジング３１においては、主体となるハウジング本体３１１の下端部にリング３１２を介してベアリングプレート３１３が固定されている。また、スピンドルシャフト部３２においては、主体となるシャフト部本体３２１の下端部に、円盤状の上側スラストプレート３２２と下側スラストプレート３２３とがスラストカラー３２４を挟んで固定されている。上記フランジ３４は、下側スラストプレート３２３の下端面に固定されている。
【００３４】
スピンドルシャフト部３２の上側スラストプレート３２２がハウジング本体３１１とベアリングプレート３１３との間にギャップを空けて嵌合されるとともに、スピンドルハウジング３１のベアリングプレート３１３が上下のスラストプレート３２２，３２３の間にギャップを空けて嵌合されることにより、スピンドルシャフト部３２はスラスト荷重が支持される構造となっている。
【００３５】
スピンドルハウジング３１のベアリングプレート３１３には、ベアリングプレート３１３と上下のスラストプレート３２２，３２３との間の上下のギャップ３００ａ，３００ｂに、圧縮された高圧エアを供給するエア供給路３０１と、それらのギャップ３００ａ，３００ｂに供給されたエアを排気するためのエア排気路３０２とが、それぞれ形成されている。ベアリングプレート３１３の上下の端面には、エア供給路３０１の開口３０１ａと、エア排気路３０２の開口３０２ａが形成されている。
【００３６】
図８に示すように、これらのエア供給路３０１の開口３０１ａとエア排気路３０２の開口３０２ａは、上下でそれぞれ複数（図示例では３つであるが、数はこれに限定されない）設けられ、周方向に等間隔をおいて、かつ同じ周方向位置において径方向にずれて形成されている。この場合は、エア供給路３０１の開口３０１ａの外周側にエア排気路３０２の開口３０２ａが形成されている。また、エア供給路３０１は１つで各開口３０１ａに分岐しているが、エア排気路３０２は、各開口３０２ａごとに個別に形成されている。
【００３７】
図９に示すように、各エア排気路３０２には排気管３０４が接続され、これら排気管３０４には、該排気管３０４を通って排気されるエアの圧力を、エア圧力センサで検出し、その検出信号に基づいて測定するギャップ圧力測定部４０１が接続されている。ギャップ圧力測定部４０１で測定されるエア圧力は、該測定部４０１に対応するエア排気側の開口３０２ａに面するギャップ３００ｂのエア圧力と同等である。ギャップ圧力測定部４０１は、周方向３箇所の上下のエア排気側の開口３０２ａに対応して都合６個備えており、上下のギャップ３００ａ，３００ｂのエア圧力は、各ギャップ圧力測定部４０１によってモニタされる。
【００３８】
なお、ギャップ圧力測定部４０１で用いられる圧力センサとしては、例えばクロダニューマティクス社製：ＭＰＳ−Ｒ３ＳＲＣ−ＧＨＡ−Ｄ１３が好適に用いられる。各ギャップ圧力測定部４０１で測定されたエア圧力検出信号は制御部４０２に供給される。また、制御部４０２は、上記送り機構４３のモータ４２を駆動部４０３を介して制御する。さらに制御部４０２には、所定の情報を記憶し、記憶情報を制御部４０２が受ける記憶部４０４が接続されている。
【００３９】
［４］制御部による加工ユニットの制御動作
次に、制御部４０２によって制御される加工ユニット３０の動作を説明する。
加工ユニット３０においては、圧縮された高圧エアをエア供給路３０１に圧送することにより、上下のギャップ３００ａ，３００ｂがともに同じギャップ量（例えば２０μｍ程度）で空いた状態となってスピンドルハウジング３１に回転自在に支持される。そして、送り機構４３によって加工ユニット３０が下降して、上記の研削工具５０や研磨工具６０等の加工工具が、チャックテーブル２０上に保持されたウエーハの裏面に押し当てられることにより、ウエーハは所定の加工がなされる。
【００４０】
加工時には、ウエーハに押し当てられて上下方向は固定状態のスピンドルシャフト部３２に対してスピンドルハウジング３１が押圧力に見合った量で下降し、このためスピンドルシャフト部３２はスピンドルハウジング３１に対して相対的に上昇する。したがって、エアベアリングスピンドルにおいては、上側のギャップ３００ａが当初の基準ギャップよりも拡大してエア圧力が低くなり、反対に下側のギャップ３００ｂは基準ギャップよりも縮小してエア圧力は高くなる。
【００４１】
実際の運転において、エア供給路３０１からギャップ３００ａ，３００ｂに供給されるエアの圧力は、例えば０．５ＭＰａ程度とされ、この場合の排気圧力は０．４ＭＰａ程度である。そして、スピンドルシャフト部３２の押圧力によるスラスト荷重が１０Ｎ程度であったとすると、排気圧力は無負荷の時に対して０．０５ＭＰａ（５０ｋＰａ）程度変化する。このようなギャップにおけるエア圧力の変動は各ギャップ圧力測定部４０１で測定されており、その測定値が異常値を示した時に、制御部４０２は駆動部４０３を介してモータ４２を制御し、送り機構４３の送り動作を制御する。異常値は、例えば設定したしきい値を超えた値であって、しきい値は記憶部４０４に記憶される。
【００４２】
制御部４０２が異常値として判断するエア圧力の測定値は、上下のギャップ３００ａ，３００ｂのうちのいずれか一方側のエア圧力であるか、あるいは双方の場合がある。また、上下のエア圧力の差すなわち変化量を平均化処理してより正確なエア圧力を求めるようにしてもよい。さらに、周方向に並ぶ各測定点（エア供給側の開口３０１ａとエア排気側の開口３０２ａ）の測定値を、上下でそれぞれ加重平均することは望ましい方法である。
【００４３】
送り動作の制御の形態は、例えば、エア圧力が異常値を示した時点で加工ユニット３０の下降を停止して上昇させる形態が挙げられ、その時には、例えば警報信号を表示したり発音させたりしてもよい。また、記憶部４０４は許容される最大ギャップの時の加工ユニット３０が受ける負荷値を目標負荷値として記憶し、制御部４０２は、ギャップ圧力測定部４０１での測定値に基づく負荷値が目標負荷値に収斂するようにフィードバック制御してもよい。ここでの負荷値は、ギャップ圧力測定部４０１による測定値に係数を乗じて換算される。このようなフィードバック制御を行うと、加工ユニット３０の送り動作を停止することなく加工を行うことができるといった利点がある。
【００４４】
なお、ベアリングプレート３１３および上下のスラストプレート３２２，３２３の、上下のギャップ３００ａ，３００ｂを形成する互いの対向面は、必ずしも平坦ではないか、あるいは傾斜していたりすることにより、上下のギャップ量が周方向で一定ではなくばらつきが生じている場合がある。このばらつきは、スピンドルシャフト部３２の軸ぶれによっても生じる。このようなばらつきがあった場合には、エア圧力は周方向で異なるものとなってしまい、正確なエア圧力測定に基づく制御がなされないということになる。そこで、回転するスピンドルシャフト部３２の上下のスラストプレート３２２，３２３の一定位置でのエア圧力を測定するようにすれば、ギャップ量の変化は上下のスラストプレート３２２，３２３の変形や軸ぶれなどよるものではなく、正規なギャップ量の変化となり、ギャップ量に応じたエア圧力を正確に測定することができる。
【００４５】
そのためには、スピンドルシャフト部３２の回転速度を考慮して測定タイミングを一定とすればよく、具体的には、例えばスピンドルシャフト部３２が３６００ｒｐｍで回転している時には、１／６０秒ごとにエア圧力を測定する。こうすると、１回転につき１回の測定となって常に一定位置のエア圧力を測定することになる。
【００４６】
本実施形態によれば、加工ユニット３０の送り動作で変化するエアベアリングスピンドルの上下のギャップ量をエア圧力の変化で認識して、加工ユニット３０の送り動作を制御するため、安全な加工ユニット３０の送り動作を確実かつ安定して行うことができる。また、スピンドルハウジング３１やチャックテーブル２０に荷重センサを設ける必要がないので、正確かつ均一な量の加工が達成でき、また、コスト低減を図ることができる。
【００４７】
［５］ラジアル方向の荷重を支持する加工ユニットの形態
上記各実施形態はスピンドルシャフト部３２のスラスト方向の荷重を支持するエアベアリングスピンドルの例であるが、本発明はラジアル方向の荷重を支持するエアベアリングスピンドルの形態にも適用可能である。
【００４８】
図１０はそのような形態であって、上記加工ユニット３０が、スピンドルシャフト部３２の回転軸をチャックテーブル２０の上面と平行にした状態で昇降可能に設置されており、フランジ３４には切削ブレード８０が取り付けられている。切削ブレード８０の刃先は比較的厚く、その周面で、チャックテーブル２０上に保持されたウエーハ（図１０ではウエーハ１Ｂ）の裏面を研削している。
【００４９】
図１１に示すように、この実施形態のスピンドルシャフト部３２のシャフト部本体３２１は先端付近にスラストプレート３２５を有し、このスラストプレート３２５は、スピンドルハウジング３１の、ハウジング本体３１１と、ハウジング本体３１１の先端面にスラストカラー３１２を介して固定されたベアリングプレート３１３との間に、ギャップを空けて嵌合されている。そして、スラストカラー３１２の上下部分には、それぞれエア供給路３０１とエア排気路３０２が形成されている。エア供給路３０１とエア排気路３０２の上下の開口３０１ａ，３０２ａは、スラストカラー３１２の内周面における最も上側および下側に位置しており、その部分におけるスラストカラー３１２とスラストプレート３２５との間の上下のギャップ３００ａ，３００ｂに臨んでいる。
【００５０】
先の実施形態と同様に、各エア排気路３０２には排気管３０４およびギャップ圧力測定部４０１が接続され、これらギャップ圧力測定部４０１で、上下のギャップ３００ａ，３００ｂにおけるエア圧力がモニタされる。そして、さらに同様にして各ギャップ圧力測定部４０１には送り機構４３のモータの駆動部４０３と記憶部４０４が接続された制御部４０２が接続されている。
【００５１】
この実施形態では、圧縮された高圧エアをエア供給路３０１に圧送することにより、スラストカラー３１２とスラストプレート３２５との間の環状のギャップが一定となった状態で、スピンドルシャフト部３２はスピンドルハウジング３１に回転自在に支持される。そして、送り機構４３によって加工ユニット３０が下降して、切削ブレード８０がチャックテーブル２０上に保持されたウエーハ１Ｂの裏面に押し当てられることにより、ウエーハ１Ｂは切削加工が施される。
【００５２】
この加工時には、ウエーハ１Ｂに押し当てられて上下方向は固定状態のスピンドルシャフト部３２に対してスピンドルハウジング３１が押圧力に見合った量で下降し、このためスピンドルシャフト部３２はスピンドルハウジング３１に対して相対的に上昇する。したがって、環状のギャップにおける上側のギャップ３００ａが当初の基準ギャップよりも縮小してエア圧力が高くなり、反対に下側のギャップ３００ｂは基準ギャップよりも拡大してエア圧力は低くなる。これらギャップ３００ａ，３００ｂのエア圧力の変動は各ギャップ圧力測定部４０１で測定され、その測定値が異常値を示した時に、制御部４０２は駆動部４０３を介してモータ４２を制御し、送り機構４３の送り動作を上記実施形態と同様に制御する。
【００５３】
なお、図１１ではスピンドルシャフト部３２の先端付近にエア排気路と排気管がが設けられているが、スピンドルシャフト部３２は長尺であるため、少なくとも両端部にエア排気路と排気管を設け、それぞれにて上記構成、すなわちギャップのエア圧力を検出して加工ユニット３０の送り動作を制御する構成を具備させてもよい。
【００５４】
［６］チャックテーブル側にエアベアリングスピンドルを有する形態
上記の各実施形態では、加工ユニット３０側にエアベアリングスピンドルが設けられているが、本発明は、上記実施形態でのチャックテーブル２０側にエアベアリングスピンドルが設けられている形態にも適用できる。図１０に示すチャックテーブル２０はそのような構成であり、このチャックテーブル２０は、テーブルベース２１に回転自在に支持されるスピンドルシャフト部２２の上端部に固定されている。スピンドルシャフト部２２は、上端部に上下のスラストプレート２３，２４を有し、これらスラストプレート２３，２４の間にテーブルベース２１に形成されたベアリングプレート２５がギャップを空けて嵌合されている。
【００５５】
この実施形態でも、図９で示した構成と同様に、ベアリングプレート２５にエア供給路およびエア排気路が設けられ、上下のスラストプレート２３，２４とベアリングプレート２５との間の上下のギャップがギャップ圧力測定部で逐一測定され、制御部によって加工ユニット３０の送り動作が制御される。この実施形態では、ウエーハ１Ｂが加工ユニット３０の切削ブレード８０で押圧されると、チャックテーブル２０およびスピンドルシャフト部２２が下降し、したがって上側のギャップが当初の基準ギャップよりも縮小してエア圧力が高くなり、反対に下側のギャップは基準ギャップよりも拡大してエア圧力が低くなる。
【００５６】
このようにチャックテーブル２０側のエアベアリングスピンドルにおいてギャップのエア圧力を検出して加工ユニット３０の送り動作を制御する構成を採れば、加工ユニット３０側のエアベアリングスピンドルについてはエア圧力を検出しなくてもよい。しかしながら、チャックテーブル２０側と加工ユニット３０側の双方でエアベアリングスピンドルのギャップのエア圧力を検出し、それに基づいて加工ユニット３０の送り動作を制御すれば、より精密な制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工装置の斜視図である。
【図２】一実施形態の加工装置で研削加工されるウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。
【図３】一実施形態の加工装置で研磨加工されるウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。
【図４】一実施形態の加工装置が具備する加工ユニットでウエーハの裏面を研削し、かつ凹部を形成している状態の（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。
【図５】図４の加工ユニットによって裏面に凹部が形成されたウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。
【図６】一実施形態の加工装置が具備する加工ユニットでウエーハの裏面を研磨している状態の（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。
【図７】同加工ユニットのエアベアリングスピンドル構造を示す側面図である。
【図８】図７のVIII−VIII矢視図である。
【図９】図７のエアベアリングスピンドル構造の詳細を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態であって、ラジアル荷重を支持する構造の加工ユニットとチャックテーブルにそれぞれエアベアリングスピンドル構造が設けられた加工装置の側面図である。
【図１１】図１０の加工ユニットのエアベアリングスピンドル構造の詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１Ａ，１Ｂ…半導体ウエーハ
１０…加工装置
２０…チャックテーブル（保持手段）
３０…加工ユニット（加工手段）
５０…研削工具（加工工具）
６０…研磨工具（加工工具）
３１…スピンドルハウジング
２２，３２…スピンドルシャフト部
３００ａ，３００ｂ…ギャップ
３０１…エア供給路
３０２…エア排気路
４０１…ギャップ圧力測定部
４０２…制御部
４０４…記憶部
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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