(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転／直動可能な砥石軸に軸承されたカップホイール型砥石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研削ヘッド、前記砥石軸を回転／直動させる回転／直動複合アクチュエータ、その砥石軸が垂直方向となるよう下面中央位置に研削ヘッドを固定した固定板、前記研削ヘッドの下方に設けたポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルが中空スピンドルにより軸承され、その中空スピンドルが静圧軸受により軸受けされるワークチャックロータリーテーブル機構であって、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の水平方向表面が前記砥石軸に軸承されたカップホイール型砥石の底面に平行となるように設けたワークチャックロータリーテーブル機構、および、前記砥石軸を垂直方向に備えさせた固定板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３基を備える基板の平面研削装置であって、前記固定板昇降機構が、ワークチャックロータリーテーブル機構の機枠ベース表面に固定された中央にボールネジが貫通する孔を有する断面Ｖ形状カップリング雌部材、中央にボールネジが貫通する孔を有し、前記カップリング雌部材のＶ凹部内面壁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、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であって、下端をワークチャックロータリーテーブル機構の機枠ベースの底部で固定具により回転駆動可能により固定され、上端は研削ヘッドの固定板の下面で固定嵌合プレートにより回転駆動可能により固定され、ボールネジの上端側にボールネジ駆動モータとエンコーダとボールネジ螺合体が取り付けられたボールネジ、および、前記カップリング雌部材のＶ凹部と前記カップリング雄部材の底面とで構成される空所内にマイクロサーボモータの駆動により進退移動可能なボールネジの先端に取り付けられた楔、とで構成され、該楔と前記カップリング雄部材の底面の接触により固定板の高さ位置が決定可能である固定板高さ位置調整機構であることを特徴とする、基板の平面研削装置。
【請求項２】
静圧軸受に支持される砥石軸が、磁気軸受と水静圧軸受とが互いに兼用部分が生じるように複合化された複合軸受を介して支持され、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する中空スピンドルが水静圧軸受により支持されることを特徴とする、請求項１に記載の基板の平面研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静圧軸受により軸受けされる回転／直動可能な砥石軸と、ポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルが中空スピンドルにより軸承され、その中空スピンドルが静圧軸受により軸受けされるワークチャックロータリーテーブル機構と、砥石軸傾斜機構とで主に構成される高い剛性を有する平面研削装置に関する。この平面研削装置は、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の平面研削加工に使用され、ワークピースの平坦化を向上するとともに基板の研削速度を向上させるものである。
【背景技術】
【０００２】
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、砥石軸のワークピースに対する傾斜角度および送り量（切込量）を初めに大きく、次第に小さく制御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。  
【０００３】
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。）。  
【０００４】
また、ワークピースの表面を研削する研削砥石が装着されるスピンドル本体と、該スピンドル本体をエアーによって支持するラジアルベアリング、スラストベアリングを含むハウジングとから構成される空気軸受スピンドルにおいて、前記スラストベアリングのエアー吹き出し領域は、少なくとも３つの領域に分割されており、該分割されたエアー吹き出し領域へのエアーの供給圧を個別に調整して前記スピンドル本体の傾きを調整するエアースピンドルの傾き調整機構も提案されている（例えば特許文献２参照。）。  
【０００５】
さらに、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３参照。）。  
【０００６】
さらにまた、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４参照。）。  
【０００７】
および、砥石軸を回転させるスピンドル装置と、ワークピースを保持するワーク保持手段と、これらスピンドル装置の砥石とワーク保持手段に保持されたワークピースとを相対的に移動させる送り手段とを備えた内面円筒研削装置であって、前記スピンドル装置は、砥石を先端に取付けたスピンドルを静圧気体軸受と磁気軸受とが互いに兼用部分が生じるように複合化された静圧磁気複合軸受を介してスピンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルの変位を求める変位測定手段として、前記静圧気体軸受の軸受面の圧力を測定する圧力センサを設け、この圧力センサの測定値から前記スピンドルの変位を求めて前記磁気軸受の磁力制御を行う磁気軸受制御手段を設けた内面円筒研削装置も提案されている（例えば、特許文献５参照。）。  
【０００８】
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。）。  
【０００９】
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。）。  
【００１０】
さらに、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１１参照。）。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１２および特許文献１３参照。）。  
【００１１】
【特許文献１】特許第３，４７２，７８４号明細書
【特許文献２】特開平１１−１３２２３２号公報
【特許文献３】特開２００５−２２０５９号公報
【特許文献４】特開２００５−２６２４３１号公報
【特許文献５】特開２０００−２４８０５号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／０２２２４０１号明細書
【特許文献７】特開２００６−２２０１９６号公報
【特許文献８】特開２００４−３６４３４８号公報
【特許文献９】特開２００６−２２０１７８号公報
【特許文献１０】米国特許第６，１０４，２０２号明細書
【非特許文献１】Bal-tec社、“Ｚ軸用キネマカップリングデザイン”、｛on-line｝、430-434頁、｛平成１７年５月３０日検索｝、インターネット＜URL:http://www.precisionballs.com/kinematic_repeatability.html>
【特許文献１１】特開平１１−２３５６４３号公報
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００７／０２８６５３７号明細書
【特許文献１３】特開２０００−２４０６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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１、特許文献２および特許文献３に記載の砥石軸を傾斜させる研削装置を用いて得られる裏面研削加工半導体基板は中央部が薄く、縁部が厚いものであってもＤＲＡＭ製造実用化に耐える肉厚分布（厚みの振れが１μｍ前後）を有する研削加工半導体基板であるが、次々世代の４５０ｍｍ直径、厚み２０〜５０μｍのＤＲＡＭ用半導体基板においては、目標とする厚み２０〜５０μｍに対する厚みの振れが１μｍの百分率は２〜５％と大きな数値となり、より肉厚分布の優れ（厚みの振れが０．５μ
ｍ未満）、研削中、半導体基板に割れやクラックが生じない高剛性の平面研削装置の実現が望まれている。  
【００１３】
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。  
【００１４】
本発明の第一の目的は、前記特許文献６、特許文献７、特許文献８および特許文献９に記載の回転／直動可能な砥石軸を磁気軸受けやスラスト軸受で回転および直動可能に支持した研削ヘッド技術と、特許文献１０や非特許文献１記載のキネマカップリングの高さ位置調整の技術を、特許文献１乃至特許文献５に記載の表面研削装置の技術にアッセンブリして高剛性の基板平面研削装置を提供することである。  
【００１５】
本発明の第二の目的は、この高剛性の基板平面研削装置の砥石スピンドルおよびワークスピンドルの軸受に、特許文献１２および特許文献１３に記載の水静圧軸受技術を応用に、環境に優しい水静圧軸受の基板平面研削装置を提供することである。  
【００１６】
本発明の第三の目的は、新しいキネマカップリング構造を利用する昇降機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１の発明は、回転／直動可能な砥石軸に軸承されたカップホイール型砥石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研削ヘッド、前記砥石軸を回転／直動させる回転／直動複合アクチュエータ、その砥石軸が垂直方向となるよう下面中央位置に研削ヘッドを固定した固定板、前記研削ヘッドの下方に設けたポーラスセラミック製ロータリーチャックテーブルが中空スピンドルにより軸承され、その中空スピンドルが静圧軸受により軸受けされるワークチャックロータリーテーブル機構であって、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の水平方向表面が前記砥石軸に軸承されたカップホイール型砥石の底面に平行となるように設けたワークチャックロータリーテーブル機構、および、前記砥石軸を垂直方向に備えさせた固定板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３基を備える基板の平面研削装置であって、前記固定板昇降機構が、ワークチャックロータリーテーブル機構の機枠ベース表面に固定された中央にボールネジが貫通する孔を有する断面Ｖ形状カップリング雌部材、中央にボールネジが貫通する孔を有し、前記カップリング雌部材のＶ凹部内面壁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、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であって、下端をワークチャックロータリーテーブル機構の機枠ベースの底部で固定具により回転駆動可能により固定され、上端は研削ヘッドの固定板の下面で固定嵌合プレートにより回転駆動可能により固定され、ボールネジの上端側にボールネジ駆動モータとエンコーダとボールネジ螺合体が取り付けられたボールネジ、および、前記カップリング雌部材のＶ凹部と前記カップリング雄部材の底面とで構成される空所内にマイクロサーボモータの駆動により進退移動可能なボールネジの先端に取り付けられた楔、とで構成され、該楔と前記カップリング雄部材の底面の接触により固定板の高さ位置が決定可能である固定板高さ位置調整機構であることを特徴とする、基板の平面研削装置を提供するものである。
【００１８】
請求項２の発明は、静圧軸受に支持される砥石軸が、磁気軸受と水静圧軸受とが互いに兼用部分が生じるように複合化された複合軸受を介して支持され、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する中空スピンドルが水静圧軸受により支持されることを特徴とする、請求項１に記載の基板の平面研削装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】
砥石軸のワークピース（基板）に対する傾斜角度が、砥石軸を垂直方向に備えさせた固定板下面の三箇所に備えた固定板昇降機構３基により行われるので、基板研削時、固定板の荷重も砥石を通じて基板表面に負荷が懸かり、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４の研削装置と比較し、より剛性の高い平面研削装置となっており、基板径が４５０ｍｍと大きいワークピースであっても平坦な肉厚分布の優れた研削加工基板が得られる。  
【００２１】
また、特許文献１に記載の砥石軸を昇降可能に固定するコラムのｘ軸、ｙ軸の二軸を傾斜させる方法、および特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５に記載される砥石軸を空気軸受の三点や磁気軸受の四点で傾斜させる方法と比較し、３基の固定板高さ位置調整機構で砥石軸の傾斜角を設定するのが容易で、かつ、正確であり、剛性が高いものとなる。  
【００２２】
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する中空スピンドルおよび砥石軸の軸受に水静圧軸受を使用するときは、環境に優しい平面研削装置となる。  
【００２３】
複合アクチュエータにより回転および直動される砥石軸にカップホイール型砥石を軸承させた研削ヘッド構造としたことにより、基板の平面研削加工時は砥石軸の０〜１．５ｍｍの進退直動移動による基板表面への切り込みあるいは基板表面からの後退をさせ、砥石ヘッドの待機位置への移動にはキネマカップリング、シリンダロッドを備える固定板昇降機構を用い固定板を上昇または下降させることにより行うので研削加工時間を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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は研削ヘッドの断面図、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  
【００２５】
図１、図２および図３に示すように、本発明の基板表面研削装置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研削ヘッド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。  
【００２６】
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。  
【００２７】
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。  
【００２８】
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。  
【００２９】
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。  
【００３０】
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。  
【００３１】
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。  
【００３２】
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。  
【００３３】
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。  
【００３４】
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。  
【００３５】
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。  
【００３６】
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。  
【００３７】
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。  
【００３８】
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。  
【００３９】
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。  
【００４０】
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。  
【００４１】
次に、図２と図３を参照しながら図１０を用いて研削ヘッド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。  
【００４２】
研削ヘッド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が下端となるよう垂下して設置される。  
【００４３】
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。  
【００４４】
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。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１５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１５ｍ内壁に設けられた水通路１５ｋに供給される。円筒状外ハウジング１５は、さらに前記水通路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内の水を円筒状外フジング１５外へ排出するドレン抜口１５ｄと該水通路１５ｋ内へ加圧空気を供給して過剰の水が水通路内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、平面研削装置の稼動を停止し、長期運転休止のさいは、先ずバキューム減圧口１５ｂを減圧し、次いで、圧空を圧空供給口１５ｃより水通路１５ｋ内へ供給することにより水通路１５ｋ内に残留する水および水滴をドレン抜口１５ｄより円筒状外ハウジング１５外へ放出するとともに、水通路内を乾燥させ、藻の発生を防ぐ。  
【００４５】
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。  
【００４６】
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、空気）が混合しないよう区画されている。  
【００４７】
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。  
【００４８】
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。  
【００４９】
砥石軸の回転／直動線複合アクチュエータの構造は、既述した特許文献６、特許文献７および特許文献８に開示されるスピンドルの回転／直動線複合アクチュエータの構造としてもよい。  
【００５０】
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供給口２４ａとこれら水通路２３ａ，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２４外へ排水するドレン抜口２４ｄと該水通路内へ加圧空気を送って過剰の水が水通路内２３ａ，２５ｂへ供給されないようシールする圧空供給供給口２４ｃを備える円筒状外ハウジング２４、円筒状外ハウジング２４の内壁に設けられた冷却水通路に冷却水を供給する注水口２４ｆ，２６ｃ、これら冷却水通路内の水を円筒状外ハウジング２４外へ排水する排水口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。  
【００５１】
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。  
【００５２】
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。  
【００５３】
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。  
【００５４】
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。  
【００５５】
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。  
【００５６】
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。  
【００５７】
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。  
【００５８】
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。  
【００５９】
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８
１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。  
【００６０】
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。  
【００６１】
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。  
【００６２】
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。  
【００６３】
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。  
【００６４】
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。  
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の基板の研削装置１００は、砥石軸１３の基板表面に対する傾斜角度調整に砥石ヘッド１を垂下させた固定板６下面の三箇所にキネマカップリング、ボールネジ（昇降シリンダロッド）を備えた固定板昇降機構３基を配して行うので、基板研削時、固定板の荷重も砥石を通じて基板表面に負荷が懸かり、高剛性の平面研削装置となっている。それゆえ、基板径が４５０ｍｍと大きいワークピースであっても平坦性に優れた研削加工基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の平面研削装置の要部を示す斜視図である。
【図２】平面研削装置の断面図である。
【図３】平面研削装置の平面図である。
【図４】平面研削装置の水平方向断面図である。
【図５】平面研削装置の平面図である。
【図６】固定板昇降機構のキネマカップリング部の正面断面図である。
【図７】固定板昇降機構のキネマカップリング部の平面図である。
【図８】固定板昇降機構のキネマカップリング部の側面図である。
【図９】固定板昇降機構のキネマ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である。
【図１０】研削ヘッドの断面図である。
【図１１】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。
【符号の説明】
【００６８】
１００    平面研削装置        １    研削ヘッド      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
【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】
0005184910.tif 000009
【図９】
0005184910.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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