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JP2017094417A - 加工装置 - Google Patents

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Jun Suwano
純 諏訪野
杉山　聡
Satoshi Sugiyama
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Abstract

【課題】小さな流量で液体が供給されていることを低いコストで確認できる加工装置を提供する。【解決手段】加工装置（２）であって、被加工物（１１）に液体（３１）を供給する供給ノズル（４０ａ，４２ａ，４６ａ，４８ａ）と、第１流路（５０ａ）及び第２流路（５０ｂ）を含む供給流路（５０）と、供給される液体の流量を調整する流量調整弁（５４）と、第１流路と第２流路との間に設けられ、液体の流れを検出する検出手段（５２）と、検出手段の検出結果に基づいて、供給流路に所定の流量の液体が流れているか否かを判定する判定手段（５８）と、を備え、検出手段は、上部に第１流路の下流端が接続すると共に、下部に第２流路の上流端が接続し、第１流路の下流端及び第２流路の上流端よりも内径が大きい検出管部（７２）と、発光部（７４ａ）及び受光部（７４ｂ）からなり、検出管部内で落下する液体を検出する検出部（７４）と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、板状の被加工物を加工する加工装置に関する。
半導体ウェーハに代表される板状の被加工物を加工する際には、例えば、切削装置、研削装置、研磨装置等の加工装置が使用される（例えば、特許文献１，２参照）。これらの加工装置では、被加工物の冷却、加工の促進、加工屑の排出等を目的として、被加工物に液体を供給しながら加工を遂行する。
上述した加工装置を用いて被加工物を加工する際には、ある程度の大きな流量（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ以上）で液体を供給することが多い。一方で、今後は、小さな流量（例えば、０．１Ｌ／ｍｉｎ以下）で液体を供給しながら被加工物を加工する機会も増えると考えられる。
特開２０１２−１０６２９３号公報 特開２０１５−１２３５６８号公報
しかしながら、これまでの加工装置に用いられてきた浮き子式の流量計では、小さな流量を測定できず、供給される液体の流量が適切であるか否かを判定できなかった。コリオリ式の流量計のように小さな流量を測定可能な流量計を用いる方法も考えられるが、その場合には、加工装置のコストが高くなってしまうという問題がある。
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、小さな流量で液体が供給されていることを低いコストで確認できる加工装置を提供することである。
本発明の一態様によれば、チャックテーブルで保持した被加工物に液体を供給しつつ加工する加工手段を備える加工装置であって、被加工物に液体を供給する供給ノズルと、液体の供給源に接続する第１流路、及び該供給ノズルに接続する第２流路を含む供給流路と、該供給源から供給される液体の流量を調整する流量調整弁と、該第１流路と該第２流路との間に設けられ、液体の流れを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、該供給流路に所定の流量の液体が流れているか否かを判定する判定手段と、を備え、該検出手段は、上部に該第１流路の下流端が接続すると共に、下部に該第２流路の上流端が接続し、該第１流路の下流端及び該第２流路の上流端よりも内径が大きい検出管部と、発光部及び受光部からなり、該第１流路から流れ出て該検出管部内で連続的又は断続的に落下する液体を検出する検出部と、を有し、該判定手段は、単位時間あたりの該受光部の受光量が所定の範囲内である場合に、該所定の流量の液体が流れていると判定することを特徴とする加工装置が提供される。
本発明の一態様において、該受光部の受光量が該所定の範囲よりも多い場合、該供給流路に該所定の流量よりも小さな流量の液体が流れている、又は該供給流路に液体が流れていないと判定することが好ましい。
また、本発明の一態様において、該受光部の受光量が該所定の範囲よりも少ない場合、該供給流路に該所定の流量よりも大きな流量の液体が流れている、又は該供給流路に液体が流れていないと判定することが好ましい。
本発明の一態様に係る加工装置では、第１流路の下流端及び第２流路の上流端よりも内径が大きい検出管部と、発光部及び受光部からなり、第１流路から流れ出て検出管部内で連続的又は断続的に落下する液体を検出する検出部と、で構成されるシンプルな検出手段を用い、単位時間あたりの受光部の受光量が所定の範囲内である場合に、所定の流量の液体が流れていると判定するので、小さな流量で液体が供給されていることを低いコストで確認できる。また、この検出手段には、可動部分が存在しないので、本発明の一態様に係る加工装置は、可動部分のある流量計を備えた加工装置に比べて故障し難い。
研磨装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 研磨ユニットの構造等を模式的に示す一部断面側面図である。 図３（Ａ）は、検出ユニットの構造等を模式的に示す縦断面図であり、図３（Ｂ）は、検出ユニットの構造等を模式的に示す横断面図である。 図４（Ａ）は、液体が断続的に落下している状態を模式的に示す縦断面図であり、図４（Ｂ）は、受光ユニットの受光量と時間との関係を示すグラフである。 図５（Ａ）は、液体が連続的に落下している状態を模式的に示す縦断面図であり、図５（Ｂ）は、受光ユニットの受光量と時間との関係を示すグラフである。 図６（Ａ）は、第１流路から検出管に液体が供給されない状態を模式的に示す縦断面図であり、図６（Ｂ）は、受光ユニットの受光量と時間との関係を示すグラフである。 図７（Ａ）は、検出管から第２流路に液体が排出されない状態を模式的に示す縦断面図であり、図７（Ｂ）は、受光ユニットの受光量と時間との関係を示すグラフである。 変形例に係る検出ユニットの構造等を模式的に示す縦断面図である。
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る研磨装置の構成例を模式的に示す斜視図である。なお、本実施形態では、加工装置の例として、板状の被加工物を研磨加工する研磨装置を示すが、本発明の加工装置は、被加工物を切削加工する切削装置や、被加工物を研削加工する研削装置等でも良い。
図１に示すように、研磨装置（加工装置）２は、各構成要素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、壁状の支持構造６が設けられている。基台４の上面前部には、開口４ａが形成されており、この開口４ａ内には、板状の被加工物１１を搬送する搬送ユニット８が設けられている。
被加工物１１は、例えば、円盤状の半導体ウェーハや樹脂基板、セラミックス基板等であり、その一方側の面には、樹脂等でなる保護部材２１（図２参照）が貼り付けられている。本実施形態の研磨装置２では、保護部材２１が貼り付けられていない他方側の面を研磨加工する。なお、被加工物１１の材質、形状等に制限はない。また、保護部材２１を省略することもできる。
開口４ａの側方の領域には、複数の被加工物１１を収容するカセット１０ａ，１０ｂが載せられる。一方のカセット１０ａが載せられる領域の後方には、アライメント機構１２が設置されている。アライメント機構１２は、例えば、搬送ユニット８でカセット１０ａ，１０ｂから搬送された被加工物１１の中心の位置を調整する。
アライメント機構１２の後方には、被加工物１１を保持して旋回する搬入ユニット１４が設けられている。搬入ユニット１４の更に後方には、開口４ｂが形成されている。この開口４ｂ内には、Ｘ軸移動テーブル１６、Ｘ軸移動テーブル１６をＸ軸方向（前後方向）に移動させるＸ軸移動ユニット１８、及びＸ軸移動ユニット１８を覆う防塵防滴カバー２０が配置されている。
Ｘ軸移動ユニット１８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１６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１６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軸ガイドレールに平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。
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により、Ｘ軸移動テーブル１６はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。Ｘ軸移動テーブル１６の上面には、被加工物１１を吸引、保持するチャックテーブル２２が設けられている。
チャックテーブル２２は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向）に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２２は、上述のＸ軸移動ユニット１８により、被加工物１１が搬入、搬出される前方の搬入搬出領域と、被加工物１１が研磨加工される後方の研磨領域との間を移動する。
チャックテーブル２２の上面は、被加工物１１を吸引、保持する保持面２２ａとなっている。この保持面２２ａは、チャックテーブル２２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）に接続されている。搬入ユニット１４でチャックテーブル２２に搬入された被加工物１１は、保持面２２ａに作用する吸引源の負圧で吸引、保持される。
支持構造６の前面には、Ｚ軸移動ユニット２４が設けられている。Ｚ軸移動ユニット２４は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール２６を備えており、このＺ軸ガイドレール２６には、Ｚ軸移動プレート２８がスライド可能に取り付けられている。Ｚ軸移動プレート２８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２６に平行なＺ軸ボールネジ３０が螺合されている。
Ｚ軸ボールネジ３０の一端部には、Ｚ軸パルスモータ３２が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３２でＺ軸ボールネジ３０を回転させることにより、Ｚ軸移動プレート２８はＺ軸ガイドレール２６に沿ってＺ軸方向に移動する。Ｚ軸移動プレート２８の前面には、固定具３４が設けられている。この固定具３４には、被加工物１１を研磨加工する研磨ユニット（加工手段）３６が支持されている。
研磨ユニット３６は、固定具３４に固定された筒状のスピンドルハウジング３８を備えている。スピンドルハウジング３８の内部には、回転軸となるスピンドル４０が収容されており、スピンドル４０の下端部は、スピンドルハウジング３８から露出している。露出したスピンドル４０の下端部には、円盤状のマウント４２が固定されており、マウント４２の下面には、マウント４２と概ね同径の研磨ホイール４４が装着されている。
図２は、研磨ユニット３６の構造等を模式的に示す一部断面側面図である。図２に示すように、研磨ホイール４４は、円盤状の基台４６を備えている。基台４６の下面には、不織布等でなる研磨パッド４８が接着されている。基台４６及び研磨パッド４８の中央部には、スラリー等の研磨用の液体を供給するための貫通穴（供給ノズル）４６ａ，４８ａが設けられている。
この貫通穴４６ａ，４８ａは、スピンドル４０及びマウント４２の内部に設けられた貫通穴（供給ノズル）４０ａ，４２ａに接続されている。図１及び図２に示すように、貫通穴４０ａの上端には、配管等でなる供給流路５０、液体の流れを検出する検出ユニット（検出手段）５２、液体の流量を調整する流量調整弁５４等を介して、液体の供給源５６が接続されている。流量調整弁５４としては、例えば、チューブポンプを使用できる。また、検出ユニット５２は、制御ユニット（判定手段）５８によって制御される。
供給流路５０は、検出ユニット５２より上流側の第１流路５０ａと、検出ユニット５２より下流側の第２流路５０ｂとに分けられている。第１流路５０ａの上流端は、液体の供給源５６に接続されており、第２流路５０ｂの下流端は、スピンドル４０の貫通穴４０ａに接続されている。流量調整弁５４は、第１流路５０ａの中流部に設けられている。
そのため、供給源５６から供給された研磨用の液体は、流量調整弁５４で流量を調整された後に、検出ユニット５２を経て、貫通穴４０ａへと送られる。貫通穴４０ａへと送られた液体は、貫通穴４８ａ等を通じて被加工物１１へと供給される。これにより、研磨用の液体を供給しながら被加工物１１を研磨加工できる。
スピンドル４０の上端側には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、研磨ホイール４４は、この回転駆動源から伝達される回転力で回転する。また、研磨ホイール４４は、上述したＺ軸移動ユニット２４によって下降する。これにより、チャックテーブル２２に保持された被加工物１１に研磨パッド４８を押し当てて、被加工物１１を研磨加工できる。
この研磨装置２で被加工物１１を研磨加工する際には、まず、保護部材２１を保持面２２ａに接触させるように被加工物１１をチャックテーブル２２に載せ、吸引源の負圧を作用させる。これにより、被加工物１１は、保護部材２１の貼り付けられていない他方側の面（被研磨面）が上方に露出した状態でチャックテーブル２２に吸引、保持される。
次に、チャックテーブル２２を研磨領域に移動させる。そして、チャックテーブル２２と研磨ホイール４４とを相互に回転させて、上述した研磨用の液体を供給しながら被加工物１１の他方側の面に研磨パッド４８の下面（研磨面）４８ｂを押し当てる。これにより、被加工物１１の他方側の面を研磨加工できる。
図１に示すように、搬入ユニット１４に隣接する位置には、被加工物１１を保持して旋回する搬出ユニット６０が設けられている。搬出ユニット６０の前方、かつ、他方のカセット１０ｂが載せられる領域の後方には、研磨加工後の被加工物１１を洗浄する洗浄ユニット６２が配置されている。
洗浄ユニット６２で洗浄された被加工物１１は、例えば、搬送ユニット８で搬送され、カセット１０ａ，１０ｂに収容される。開口４ａの前方には、研磨加工の条件等を入力するための操作パネル６４が設置されている。
次に、上述した検出ユニット５２について詳述する。図３（Ａ）は、検出ユニット５２の構造等を模式的に示す縦断面図であり、図３（Ｂ）は、検出ユニット５２の構造等を模式的に示す横断面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、検出ユニット５２は、筒状の検出管（検出管部）７２と、光学式の検出器（検出部）７４と、を備えている。
検出管７２は、例えば、検出器７４で使用される波長の光を透過する材質で形成されており、筒状の側壁部７２ｃと、側壁部７２ｃの両端を閉じる２つの底壁部７２ａ，７２ｂとを備える。この検出管７２は、図３（Ａ）に示すように、一方側の底壁部７２ａを上方に位置付け、他方側の底壁部７２ｂを下方に位置付けるように配置される。
上方の底壁部７２ａには、第１流路５０ａの下流端が接続されている。一方、下方の底壁部７２ｂには、第２流路５０ｂの上流端が接続されている。また、検出管７２は、検出管７２の内径（内側の幅）が、第１流路５０ａの下流端の内径（内側の幅）及び第２流路５０ｂの上流端の内径（内側の幅）よりも大きくなるように形成されている。
そのため、第１流路５０ａの下流端から流れ出た液体３１は、検出管７２内の検出空間７２ｄを重力によって落下する。落下後の液体３１は、第２流路５０ｂを通じてスピンドル４０の貫通穴４０ａに供給される。
検出器７４は、検出管７２の側壁部７２ｃを透過する波長の光３３を発する発光ユニット（発光部）７４ａと、発光ユニット７４ａからの光３３を受けて受光量に関する情報（電気信号）を制御ユニット５８に送る受光ユニット（受光部）７４ｂと、を備えている。この発光ユニット７４ａからの光３３が落下する液体３１によって遮られると、受光ユニット７４ｂの受光量は低下する。本実施形態では、この現象を利用して液体３１の流れを検出する。
発光ユニット７４ａ及び受光ユニット７４ｂは、例えば、図３（Ｂ）に示すように、平面視で検出管７２よりも幅広くなるように形成されている。これにより、検出管７２内で落下する液体３１をもれなく検出できる。ただし、発光ユニット（発光部）７４ａ及び受光ユニット（受光部）７４ｂの幅、形状等に特段の制限はない。
次に、上述した検出ユニット５２による液体３１の検出態様を説明する。図４（Ａ）は、液体３１が断続的に落下している状態を模式的に示す縦断面図であり、図４（Ｂ）は、受光ユニット７４ｂの受光量と時間との関係を示すグラフである。図４（Ａ）に示すように、液体３１が断続的に落下している場合には、図４（Ｂ）に示すように、落下する液体３１が光３３を遮るタイミングで、受光ユニット７４ｂの受光量は僅かに低下する。
図５（Ａ）は、液体３１が連続的に落下している状態を模式的に示す縦断面図であり、図５（Ｂ）は、受光ユニット７４ｂの受光量と時間との関係を示すグラフである。図５（Ａ）に示すように、液体３１が連続的に落下している場合には、図５（Ｂ）に示すように、液体３１が落下している期間で、受光ユニット７４ｂの受光量は僅かに低下した状態となる。
図６（Ａ）は、第１流路５０ａから検出管７２に液体３１が供給されない状態を模式的に示す縦断面図であり、図６（Ｂ）は、受光ユニット７４ｂの受光量と時間との関係を示すグラフである。図６（Ａ）に示すように、第１流路５０ａの詰まり等の理由で第１流路５０ａから検出管７２に液体３１が供給されない場合、検出管７２内で液体３１は落下しない。よって、この場合には、図６（Ｂ）に示すように、受光ユニット７４ｂの受光量も低下しない。
図７（Ａ）は、検出管７２から第２流路５０ｂに液体３１が排出されない状態を模式的に示す縦断面図であり、図７（Ｂ）は、受光ユニット７４ｂの受光量と時間との関係を示すグラフである。図７（Ａ）に示すように、第２流路５０ｂの詰まり等の理由で第２流路５０ｂに液体３１が排出されない場合、検出管７２内の液体３１は徐々に増加する。よって、この場合には、図７（Ｂ）に示すように、検出管７２内の液体３１の液面の高さがある程度に達すると、受光ユニット７４ｂの受光量は大幅に低下した状態となる。
よって、上述のような検出態様を考慮することで、液体３１の流れを検出できる。受光ユニット７４ｂの受光量に関する情報は、制御ユニット５８に通知され、所定の流量の液体３１が流れているか否かの判定処理に使用される。
制御ユニット５８は、例えば、任意の単位時間あたりの受光量が所定の範囲内である場合に、供給流路５０に所定の流量の液体３１が流れていると判定する。所定の範囲は、例えば、液体３１が断続的に落下する場合の受光量（図４（Ｂ））、及び液体３１が連続的に落下する場合の受光量（図５（Ｂ））を含むように設定される。
一方、受光量が所定の範囲よりも多い場合、制御ユニット５８は、供給流路５０に所定の流量よりも小さな流量の液体３１が流れている、又は供給流路５０に液体３１が流れていないと判定する。更に、受光量が所定の範囲よりも少ない場合、制御ユニット５８は、供給流路５０に所定の流量よりも大きな流量の液体３１が流れている、又は供給流路５０に液体が流れていないと判定する。
制御ユニット５８は、供給流路５０に所定の流量の液体３１が流れていると判定しなかった場合には、オペレータ等にその旨を報知することが望ましい。これにより、供給流路５０の詰まり等の問題に対して素早く対応できる。オペレータ等への報知は、警告灯の発光、警告音の発生、操作パネル６４への表示等の方法で行うことができる。
以上のように、本実施形態に係る研磨装置（加工装置）２では、第１流路５０ａの下流端及び第２流路５０ｂの上流端よりも内径が大きい検出管（検出管部）７２と、発光ユニット（発光部）７４ａ及び受光ユニット（受光部）７４ｂからなり、第１流路５０ａから流れ出て検出管７２内で連続的又は断続的に落下する液体３１を検出する検出器（検出部）７４と、で構成されるシンプルな検出ユニット（検出手段）５２を用い、単位時間あたりの受光ユニット７４ｂの受光量が所定の範囲内である場合に、所定の流量の液体３１が流れていると判定するので、小さな流量３１で液体が供給されていることを低いコストで確認できる。また、この検出ユニット５２には、可動部分が存在しないので、本実施形態に係る研磨装置２は、可動部分のある流量計を備えた研磨装置に比べて故障し難い。
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、円筒状の検出管７２を用いているが、検出管７２は円筒状でなくても良い。また、上記実施形態では、検出器（検出部）７４を検出管（検出管部）７２の外部に配置した検出ユニット５２を例示しているが、検出管７２の内部に検出器７４を露出させても良い。
図８は、変形例に係る検出ユニット５２の構造等を模式的に示す縦断面図である。図８に示すように、検出管７２の内部に検出器７４（発光ユニット７４ａ及び受光ユニット７４ｂ）を露出させる場合には、検出器７４で使用される波長の光を透過しない材質で検出管７２を形成することもできる。
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。
２ 研磨装置（加工装置）
４ 基台
４ａ，４ｂ 開口
６ 支持構造
８ 搬送ユニット
１０ａ，１０ｂ カセット
１２ アライメント機構
１４ 搬入ユニット
１６ Ｘ軸移動テーブル
１８ Ｘ軸移動ユニット
２０ 防塵防滴カバー
２２ チャックテーブル
２２ａ 保持面
２４ Ｚ軸移動ユニット
２６ Ｚ軸ガイドレール
２８ Ｚ軸移動プレート
３０ Ｚ軸ボールネジ
３２ Ｚ軸パルスモータ
３４ 固定具
３６ 研磨ユニット（加工手段）
３８ スピンドルハウジング
４０ スピンドル
４０ａ 貫通穴（供給ノズル）
４２ マウント
４２ａ 貫通穴（供給ノズル）
４４ 研磨ホイール
４６ 基台
４６ａ 貫通穴（供給ノズル）
４８ 研磨パッド
４８ａ 貫通穴（供給ノズル）
４８ｂ 下面（研磨面）
５０ 供給流路
５０ａ 第１流路
５０ｂ 第２流路
５２ 検出ユニット（検出手段）
５４ 流量調整弁
５６ 供給源
５８ 制御ユニット（判定手段）
６０ 搬出ユニット
６２ 洗浄ユニット
６４ 操作パネル
７２ 検出管（検出管部）
７２ａ 底壁部
７２ｂ 底壁部
７２ｃ 側壁部
７２ｄ 検出空間
７４ 検出器（検出部）
７４ａ 発光ユニット（発光部）
７４ｂ 受光ユニット（受光部）
１１ 被加工物
２１ 保護部材
３１ 液体
３３ 光

Claims (3)

  1. チャックテーブルで保持した被加工物に液体を供給しつつ加工する加工手段を備える加工装置であって、
    被加工物に液体を供給する供給ノズルと、
    液体の供給源に接続する第１流路、及び該供給ノズルに接続する第２流路を含む供給流路と、
    該供給源から供給される液体の流量を調整する流量調整弁と、
    該第１流路と該第２流路との間に設けられ、液体の流れを検出する検出手段と、
    該検出手段の検出結果に基づいて、該供給流路に所定の流量の液体が流れているか否かを判定する判定手段と、を備え、
    該検出手段は、
    上部に該第１流路の下流端が接続すると共に、下部に該第２流路の上流端が接続し、該第１流路の下流端及び該第２流路の上流端よりも内径が大きい検出管部と、
    発光部及び受光部からなり、該第１流路から流れ出て該検出管部内で連続的又は断続的に落下する液体を検出する検出部と、を有し、
    該判定手段は、単位時間あたりの該受光部の受光量が所定の範囲内である場合に、該所定の流量の液体が流れていると判定することを特徴とする加工装置。
  2. 該受光部の受光量が該所定の範囲よりも多い場合、該供給流路に該所定の流量よりも小さな流量の液体が流れている、又は該供給流路に液体が流れていないと判定することを特徴とする請求項１記載の加工装置。
  3. 該受光部の受光量が該所定の範囲よりも少ない場合、該供給流路に該所定の流量よりも大きな流量の液体が流れている、又は該供給流路に液体が流れていないと判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加工装置。
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