(57)【要約】【課題】効率的な加工を実現可能な加工装置を提供する。【解決手段】チャックテーブル（１２）と、加工手段（２４，２６，２８，５０）と、加工手段を加工送りする加工送り手段（１４）と、を備える加工装置（２）であって、加工手段は、加工工具（４２）が装着されるスピンドル（３４）を支持するスピンドルハウジング（３０）と、スピンドルハウジングが装着されるホルダー（２４）と、ホルダーとスピンドルハウジングとの間でスピンドルハウジングの傾きを制御する傾き制御手段（２６）と、各構成要素を制御する制御手段（５０）と、を備え、傾き制御手段は、荷重検出手段（４４ａ）と、圧電素子からなる傾き調整手段（４４ｂ）と、を含み、制御手段は、被加工物（１１）を加工する際に、荷重検出手段で検出される荷重に応じた電圧を傾き調整手段の圧電素子に印加して傾き調整手段を伸縮させることで、スピンドルハウジングの傾きを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削又は研磨する加工工具が回転可能に装着された加工手段と、該加工手段をチャックテーブルの保持面に対し垂直な方向に加工送りする加工送り手段と、を備えた加工装置であって、
該加工手段は、該加工工具が装着されるスピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングが装着されるホルダーと、該ホルダーと該スピンドルハウジングとの間に介在し該スピンドルハウジングの傾きを制御する傾き制御手段と、各構成要素を制御する制御手段と、を含み、
該傾き制御手段は、荷重検出手段と、圧電素子からなる傾き調整手段と、を含み、３箇所以上で該スピンドルハウジングを支持し、
該制御手段は、該加工手段を加工送りして被加工物を加工する際に、該荷重検出手段で検出される荷重に応じた電圧を該傾き調整手段の該圧電素子に印加して該傾き調整手段を伸縮させることで、該スピンドルハウジングの傾きを制御して該加工工具から被加工物の被加工面に加わる荷重を調整することを特徴とする加工装置。
【請求項２】
該加工工具は、研削砥石又は研磨パッドであることを特徴とする請求項１記載の加工装置。
【請求項３】
該傾き制御手段の該荷重検出手段は、圧電素子で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の被加工物を研削又は研磨する加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型軽量な半導体チップを製造するために、シリコン等の材料でなるウェーハを薄く加工することが求められている。例えば、研削用の砥石を含む研削ホイールや、不織布等でなる研磨パッドを回転させて、ウェーハの被加工面に押し当てることで、ウェーハを研削又は研磨して薄くできる。
【０００３】
ところで、ウェーハのような板状の被加工物を研削又は研磨する際には、通常、被加工物を保持するチャックテーブルに対して、研削ホイールや研磨パッド等の加工工具を僅かに傾けている（例えば、特許文献１参照）。この傾きを調整することによって、加工工具から被加工物に加わる荷重を制御できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−４７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したチャックテーブルに対する加工工具の傾きは、加工後の被加工物の厚みに基づいて調整されている。例えば、加工時に荷重が加わり易い領域では、被加工物が相対的に薄くなるので、荷重を被加工面全体で均一化したい場合には、相対的に薄くなった領域で加工工具が被加工物から離れるように傾きを調整する。
【０００６】
しかしながら、この調整では、被加工物を実際に加工し厚みを測定する必要があるので、必ずしも効率的な加工を実現できない。本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、効率的な加工を実現可能な加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削又は研磨する加工工具が回転可能に装着された加工手段と、該加工手段をチャックテーブルの保持面に対し垂直な方向に加工送りする加工送り手段と、を備えた加工装置であって、該加工手段は、該加工工具が装着されるスピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングが装着されるホルダーと、該ホルダーと該スピンドルハウジングとの間に介在し該スピンドルハウジングの傾きを制御する傾き制御手段と、各構成要素を制御する制御手段と、を含み、該傾き制御手段は、荷重検出手段と、圧電素子からなる傾き調整手段と、を含み、３箇所以上で該スピンドルハウジングを支持し、該制御手段は、該加工手段を加工送りして被加工物を加工する際に、該荷重検出手段で検出される荷重に応じた電圧を該傾き調整手段の該圧電素子に印加して該傾き調整手段を伸縮させることで、該スピンドルハウジングの傾きを制御して該加工工具から被加工物の被加工面に加わる荷重を調整することを特徴とする加工装置が提供される。
【０００８】
本発明において、該加工工具は、研削砥石又は研磨パッドであることが好ましい。
【０００９】
本発明において、該傾き制御手段の該荷重検出手段は、圧電素子で構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る加工装置は、ホルダーとスピンドルハウジングとの間に、圧電素子からなる傾き調整手段と荷重検出手段とを含む傾き制御手段を備えているので、荷重検出手段で検出される荷重に応じた電圧を傾き調整手段の圧電素子に印加して傾き調整手段を伸縮させることで、スピンドルハウジングの傾きを制御して加工工具から被加工物の被加工面に加わる荷重を調整できる。
【００１１】
すなわち、本発明に係る加工装置では、被加工物の加工中に荷重を検出して調整できるので、従来のように被加工物を実際に加工して厚みを測定する必要がない。そのため、被加工物の加工が効率化される。このように、本発明によれば、効率的な加工を実現可能な加工装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】研削装置を模式的に示す図である。
【図２】ホルダー、傾き制御ユニット及び加工ユニットを模式的に示す分解斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は、被加工物を模式的に示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、被加工物に保護部材が貼り付けられる様子を模式的に示す斜視図であり、図３（Ｃ）は、被加工物に保護部材が貼り付けられる様子を模式的に示す断面図である。
【図４】被加工物が研削される様子を模式的に示す図である。
【図５】研磨装置の構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る研削装置（加工装置）の構造を模式的に示す図である。図１に示すように、研削装置（加工装置）２は、各構造が搭載される直方体状の基台４を備えている。基台４の後端には、上方に伸長する壁状の支持構造６が設けられている。
【００１４】
基台４の上面には、Ｘ軸方向（前後方向）に長い矩形状の開口４ａが形成されている。この開口４ａ内には、Ｘ軸移動テーブル８、Ｘ軸移動テーブル８をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（不図示）、及びＸ軸移動機構を覆う防塵防滴カバー１０が設けられている。
【００１５】
Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を備えており、Ｘ軸ガイドレールには、Ｘ軸移動テーブル８がスライド可能に取り付けられている。Ｘ軸移動テーブル８の下面側には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレールと平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。
【００１６】
Ｘ軸ボールネジの一端部には、Ｘ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｘ軸パルスモータでＸ軸ボールネジを回転させることで、Ｘ軸移動テーブル８はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。
【００１７】
Ｘ軸移動テーブル８上には、被加工物１１（図３、図４等参照）を吸引、保持するチャックテーブル１２が設けられている。チャックテーブル１２は、モータ等の回転駆動源（不図示）と連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向）に対して概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル１２は、上述したＸ軸移動機構によってＸ軸移動テーブル８と共にＸ軸方向に移動する。
【００１８】
チャックテーブル１２の上面は、被加工物１１を吸引、保持する保持面１２ａとなっている。この保持面１２ａは、チャックテーブル１２の内部に形成された流路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）と接続されている。被加工物１１は、保持面１２ａに作用する吸引源の負圧でチャックテーブル１２に吸引、保持される。
【００１９】
支持構造６の前面には、Ｚ軸移動機構（加工送り手段）１４が設けられている。Ｚ軸移動機構１４は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール１６を備えており、Ｚ軸ガイドレール１６には、Ｚ軸移動プレート１８がスライド可能に取り付けられている。
【００２０】
Ｚ軸移動プレート１８の後面側（裏面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール１６に平行なＺ軸ボールネジ２０が螺合されている。Ｚ軸ボールネジ２０の一端部には、Ｚ軸パルスモータ２２が連結されている。Ｚ軸パルスモータ２２でＺ軸ボールネジ２０を回転させることにより、Ｚ軸移動プレート１８は、Ｚ軸ガイドレール１６に沿ってＺ軸方向に移動する。
【００２１】
Ｚ軸移動プレート１８の前面（表面）には、前方に突き出たホルダー（加工手段）２４が設けられている。このホルダー２４には、傾き制御ユニット（傾き制御手段、加工手段）２６を介して加工ユニット（加工手段）２８が装着されている。
【００２２】
図２は、ホルダー２４、傾き制御ユニット２６及び加工ユニット２８を模式的に示す分解斜視図である。図２に示すように、ホルダー２４の中央部には、ホルダー２４を上下に貫通する円形の貫通穴２４ａが設けられている。この貫通穴２４ａには、加工ユニット２８を構成する円筒状のスピンドルハウジング３０が上方から挿入される。
【００２３】
スピンドルハウジング３０の側面３０ａには、円環状の鍔部３２が設けられている。鍔部３２の外径は、貫通穴２４ａの径よりも大きくなっている。また、鍔部３２には、鍔部３２を上下に貫通する複数（本実施形態では４個）の貫通穴３２ａが概ね等角度間隔に設けられている。
【００２４】
スピンドルハウジング３０の内部には、回転軸を構成するスピンドル３４が収容されている。スピンドル３４の下端部は、スピンドルハウジング３０の外部に露出している。このスピンドル３４の下端部には、円盤状のマウント３６が固定されている。マウント３６の下面には、マウント３６と概ね同径の研削ホイール３８が装着されている。
【００２５】
研削ホイール３８は、アルミニウム、ステンレス等の金属材料で形成されたホイール基台４０を備えている。ホイール基台４０の下面には、複数の研削砥石（加工工具）４２が環状に配列されている。スピンドル３４の上端側には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。研削ホイール３８は、この回転駆動源から伝達される回転力によって回転する。
【００２６】
スピンドルハウジング３０を貫通穴２４ａに挿入した状態で、ホルダー２４と鍔部３２との間には、傾き制御ユニット２６が配置される。傾き制御ユニット２６は、円筒状に形成された複数（本実施形態では４個）の荷重センサ付きアクチュエータ４４を含んでいる。この荷重センサ付きアクチュエータ４４は、例えば、荷重センサ部（荷重検出手段）４４ａとアクチュエータ部（傾き調整手段）４４ｂとを備えている。
【００２７】
荷重センサ部４４ａ及びアクチュエータ部４４ｂは、例えば、圧電素子によって構成される。圧電素子は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の材料で形成されており、力学的な力と電圧とを相互に変換する。
【００２８】
各荷重センサ付きアクチュエータ４４には、円柱状のガイドロッド４６を通す挿入穴４４ｃが設けられている。また、ホルダー２４の貫通穴３２ａに対応する位置には、ガイドロッド４６を通すガイド穴２４ｂ（図４参照）が設けられている。
【００２９】
ガイドロッド４６は、上端部にナット４８が固定された状態で、貫通穴３２ａ、挿入穴４４ｃ及びガイド穴２４ｂに挿入される。これにより、スピンドルハウジング３０の鍔部３２は、複数の箇所（本実施形態では４箇所）で傾き制御ユニット２６の荷重センサ付きアクチュエータ４４に支持される。
【００３０】
この傾き制御ユニット２６は、図１に示すように、制御装置（制御手段、加工手段）５０に接続されている。制御装置５０は、荷重センサ部４４ａの圧電素子から伝送される電圧に基づいて荷重センサ部４４ａに加わる荷重を検出し、また、検出された荷重に応じた電圧をアクチュエータ部４４ｂの圧電素子に印加する。
【００３１】
荷重センサ部４４ａに加わる荷重は、研削砥石４２から被加工物１１に加わる荷重に対応している。そのため、荷重センサ部４４ａに加わる荷重に応じた電圧をアクチュエータ部４４ｂの圧電素子に印加して、アクチュエータ部４４ｂを伸縮させることで、被加工物１１に加わる荷重に応じたスピンドルハウジング３０の傾き制御が可能になる。
【００３２】
なお、この制御装置５０は、開口４ａの前方に設置された操作パネル５２や、Ｘ軸移動機構、チャックテーブル１２、Ｚ軸移動機構１４、加工ユニット２８等にも接続されており、操作パネル５２を通じて設定される加工の条件等に基づいて各部の動作を制御する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る研削装置２で被加工物１１が研削される様子を説明する。図３（Ａ）は、本実施形態の被加工物１１を模式的に示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、被加工物１１に保護部材が貼り付けられる様子を模式的に示す斜視図であり、図３（Ｃ）は、被加工物１１に保護部材が貼り付けられる様子を模式的に示す断面図である。
【００３４】
図３（Ａ）に示すように、被加工物１１は、例えば、シリコン、サファイア等の材料でなる円形のウェーハであり、表面１１ａは、中央のデバイス領域１３と、デバイス領域１３を囲む外周余剰領域１５とに分けられる。デバイス領域１３は、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）１７でさらに複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＥＤ等のデバイス１９が形成されている。
【００３５】
この被加工物１１の裏面（被加工面）１１ｂ側を研削する際には、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、被加工物１１の表面１１ａ側に保護部材２１の第１面２１ａ側を貼り付ける。保護部材２１は、例えば、被加工物１１と概ね同形の粘着テープ、樹脂基板、被加工物１１と同種又は異種のウェーハ等である。このように、被加工物１１の表面１１ａ側に保護部材２１を貼り付けることで、研削時に加わる荷重等によるデバイス１９の破損を防止できる。
【００３６】
図４は、被加工物１１が研削される様子を模式的に示す図である。研削装置２で被加工物１１を研削する際には、まず、被加工物１１に貼り付けられた保護部材２１の第２面２１ｂをチャックテーブル１２の保持面１２ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、被加工物１１は、裏面１１ｂ側が上方に露出した状態でチャックテーブル１２に吸引、保持される。
【００３７】
次に、チャックテーブル１２を研削ホイール３８の下方に移動させ、チャックテーブル１２と研削ホイール３８とをそれぞれ回転させつつ加工ユニット２８（研削砥石４２）を下降（加工送り）させる。加工ユニット２８の下降速度（下降量）は、被加工物１１の裏面１１ｂ側に研削砥石４２の下面が押し付けられる程度とする。これにより、被加工物１１の裏面１１ｂ側を研削できる。
【００３８】
本実施形態では、被加工物１１の研削時に荷重センサ部４４ａで荷重を検出し、この荷重に応じた電圧をアクチュエータ部４４ｂの圧電素子に印加する。上述のように、荷重センサ部４４ａに加わる荷重は、研削砥石４２から被加工物１１の裏面１１ｂに加わる荷重に対応している。
【００３９】
そのため、荷重センサ部４４ａで検出される荷重に応じた電圧をアクチュエータ部４４ｂの圧電素子に印加してアクチュエータ部４４ｂを伸縮させることで、スピンドルハウジング３０の傾きを制御して、研削砥石４２から被加工物１１の裏面１１ｂに加わる荷重を調整できる。なお、この荷重の調整は、研削工程中において連続的に繰り返されても良いし、任意の間隔で断続的に行われても良い。
【００４０】
また、スピンドルハウジング３０の傾きは、裏面１１ｂ全体で荷重が均一化されるように制御されても良いし、裏面１１ｂ内で荷重の偏りができるように制御されても良い。例えば、裏面１１ｂ全体で荷重を均一化したい場合には、相対的に大きな荷重が検出された荷重センサ部４４ａに対応するアクチュエータ部４４ｂを伸ばすような制御を行えば良い。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係る研削装置（加工装置）２は、ホルダー２４とスピンドルハウジング３０との間に、荷重センサ部（荷重検出手段）４４ａと、圧電素子からなるアクチュエータ部（傾き調整手段）４４ｂと、を含む傾き制御ユニット（傾き制御手段）２６を備えるので、荷重センサ部４４ａで検出される荷重に応じた電圧をアクチュエータ部４４ｂの圧電素子に印加してアクチュエータ部４４ｂを伸縮させることで、スピンドルハウジング３０の傾きを制御して研削砥石（加工工具）４２から被加工物１１の裏面（被加工面）１１ｂに加わる荷重を調整できる。
【００４２】
すなわち、本実施形態に係る加工装置２では、被加工物１１の加工中に荷重を検出して調整できるので、従来のように被加工物１１を実際に加工してから厚みを測定する必要がない。そのため、被加工物１１の加工が効率化される。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、被加工物１１を研削する研削装置２について説明しているが、本発明に係る加工装置は、被加工物１１を研磨する研磨装置でも良い。図５は、研磨装置の構成例を模式的に示す図である。
【００４４】
図５に示すように、研磨装置（加工装置）６２の基本的な構成は、研削装置２と同様である。よって、研削装置２と同様の構成要素には、共通の符号を付して詳細な説明を省略する。なお、研磨装置６２には、研削ホイール３８の代わりに、不織布等でなる研磨パッド（加工工具）６４が装着されている。また、研磨装置６２は、研磨液を使用するＣＭＰ等の湿式研磨、研磨液を使用しない乾式研磨（ドライポリッシュ）のいずれにも適用可能である。
【００４５】
この研磨装置６２も、ホルダー２４とスピンドルハウジング３０との間に、荷重センサ部（荷重検出手段）４４ａと、圧電素子からなるアクチュエータ部（傾き調整手段）４４ｂと、を含む傾き制御ユニット（傾き制御手段）２６を備えるので、荷重センサ部４４ａで検出される荷重に応じた電圧をアクチュエータ部４４ｂの圧電素子に印加してアクチュエータ部４４ｂを伸縮させることで、スピンドルハウジング３０の傾きを制御して研磨パッド６４から被加工物１１の裏面（被加工面）１１ｂに加わる荷重を調整できる。
【００４６】
また、上記実施形態及び変形例では、圧電素子によって構成された荷重センサ部（荷重検出手段）４４ａ及びアクチュエータ部（傾き調整手段）４４ｂを一体に備える荷重センサ付きアクチュエータ４４を用いているが、任意の荷重センサ（荷重検出手段）と任意のアクチュエータ（傾き調整手段）とを組み合わせて用いることもできる。例えば、圧電素子によって構成された荷重センサ（荷重検出手段）の代わりに、応力によって歪む起歪体と、歪に応じて電気抵抗が変化する歪ゲージとで構成されたロードセル（荷重検出手段）を用いても良い。
【００４７】
また、上記実施形態及び変形例において、スピンドルハウジング３０は、４箇所で傾き制御ユニット（傾き制御手段）２６に支持されているが、スピンドルハウジング３０は、少なくとも３箇所以上で傾き制御ユニット２６に支持されていれば良い。また、被加工物１１に制限はなく、例えば、半導体、セラミック、樹脂、金属等の材料でなる任意の基板を、被加工物１１として使用できる。
【００４８】
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００４９】
２  研削装置（加工装置）
４  基台
４ａ  開口
６  支持構造
８  Ｘ軸移動テーブル
１０  防塵防滴カバー
１２  チャックテーブル
１２ａ  保持面
１４  Ｚ軸移動機構（加工送り手段）
１６  Ｚ軸ガイドレール
１８  Ｚ軸移動プレート
２０  Ｚ軸ボールネジ
２２  Ｚ軸パルスモータ
２４  ホルダー（加工手段）
２４ａ  貫通穴
２４ｂ  ガイド穴
２６  傾き制御ユニット（傾き制御手段、加工手段）
２８  加工ユニット（加工手段）
３０  スピンドルハウジング
３０ａ  側面
３２  鍔部
３２ａ  貫通穴
３４  スピンドル
３６  マウント
３８  研削ホイール
４０  ホイール基台
４２  研削砥石（加工工具）
４４  荷重センサ付きアクチュエータ
４４ａ  荷重センサ部（荷重検出手段）
４４ｂ  アクチュエータ部（傾き調整手段）
４４ｃ  挿入穴
４６  ガイドロッド
４８  ナット
５０  制御装置（制御手段、加工手段）
５２  操作パネル
１１  被加工物
１１ａ  表面
１１ｂ  裏面（被加工面）
１３  デバイス領域
１５  外周余剰領域
１７  分割予定ライン（ストリート）
１９  デバイス
２１  保護部材
２１ａ  第１面
２１ｂ  第２面
【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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