CN105881247A - 磨削磨具 - Google Patents

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Abstract

提供磨削磨具，能够实现加工负荷的降低、散热性的提高以及长寿命化中的至少任意一个效果。磨削磨具(37、47)以规定的体积比包含金刚石磨粒和硼化合物，其对被加工物进行磨削，金刚石磨粒的平均粒径X为0μm＜Y≤50μm，硼化合物相对于金刚石磨粒的平均粒径比Z为0.8≤Z≤3.0。优选所述被加工物为Si晶片，所述平均粒径比Z为0.8≤Z≤2.0。

Description

磨削磨具
技术领域
本发明涉及对被加工物进行磨削的磨削磨具。
背景技术
为了磨削由硬质脆弱性材料构成的被加工物而使用添加了硼化合物的磨削磨具(参照专利文献1)。认为由于硼化合物具有固体润滑性，因此能够抑制因磨削加工导致的磨具的消耗。
专利文献1：日本特开2012-56013号公报
但是，不限于对由硬质脆弱性材料构成的被加工物进行磨削的情况，若对磨削磨具施加的加工负荷较大则通常磨削磨具的消耗量也变大，因此磨削磨具的更换频率变高。并且，因加工而产生的热量无法从磨削磨具散热而是被蓄积，因而无法提高加工速度。在磨削由玻璃等热传导较差的材料形成的被加工物的情况下，这一问题更显著。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种磨削磨具，能够实现加工负荷的降低、散热性的提高以及长寿命化中的至少任意一个效果。
根据本发明，提供一种对被加工物进行磨削的磨削磨具，该磨削磨具以规定的体积比包含金刚石磨粒和硼化合物，该金刚石磨粒的平均粒径X为0μm＜Y≤50μm，该硼化合物相对于该金刚石磨粒的平均粒径比Z为0.8≤Z≤3.0。
优选所述被加工物由硅晶片构成，所述平均粒径比Z为0.1≤Z≤2.0。优选金刚石磨粒与硼化合物的所述规定的体积比为1:1～1:3。优选硼化合物从由碳化硼、立方氮化硼以及六方晶氮化硼构成的组中进行选择。
根据本发明，由于能够实现磨削磨具的加工负荷的降低、散热性的提高以及长寿命化中的至少任意一个效果，因此能够实现提高生产性这样的效果。
附图说明
图1是示出装配有实施方式的磨削磨具的磨削装置的结构例的立体图。
图2是示出基于实施方式的磨削磨具的磨削加工结果的图表。
图3是示出基于实施方式的磨削磨具的磨削加工结果的图表。
图4是示出基于实施方式的磨削磨具的磨削加工结果的其他图表。
图5是示出基于实施方式的磨削磨具的磨削加工结果的又一其他图表。
标号说明
10：磨削装置；11：第一盒；12：第二盒；13：搬出搬入构件；15、16：搬送构件；17～19：卡盘工作台；20：转台；30、40：磨削构件；37、47：磨削磨具。
具体实施方式
关于用于实施本发明的方式(实施方式)一边参照附图一边详细地进行说明。本发明不限于以下的实施方式中记载的内容。并且，以下记载的结构要素中包含本领域技术人员能够容易想到的要素或实质上相同的要素。此外，以下记载的结构可以适当组合。并且，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行结构的各种省略、取代或者变更。
【实施方式】
图1是示出装配有实施方式的磨削磨具的磨削装置的结构例的图。另外，该图中的X轴方向是磨削装置10的宽度方向，Y轴方向是磨削装置10的进深方向，Z轴方向是铅垂方向。
如图1所示，磨削装置10具有：第一盒11和第二盒12，其收纳多张作为被加工物的晶片W；共用的搬出搬入构件13，其兼用作从第一盒11搬出晶片W的搬出构件和向第二盒12搬入磨削完成的晶片W的搬入构件；对位构件14，其进行晶片W的中心对位；搬送构件15、16，其搬送晶片W；3个卡盘工作台17～19，其吸引保持晶片W；转台20，其对这些卡盘工作台17～19分别以能够旋转的方式进行支承并旋转；作为加工构件的磨削构件30、40，其对保持在各卡盘工作台17～19上的晶片W实施作为加工的磨削处理；清洗构件51，其清洗磨削后的晶片W；以及清洗构件52，其清洗磨削后的卡盘工作台17～19。
在上述磨削装置10中，收纳在第一盒11中的晶片W通过搬出搬入构件13的搬出动作被搬送到对位构件14，这里在进行了中心对位之后，通过搬送构件15搬送到卡盘工作台17～19、在该图中为卡盘工作台17上进行载置。本实施方式中的3个卡盘工作台17～19采用如下的结构：相对于转台20在周向上等间隔地配置，分别能够旋转且伴随着转台20的旋转在XY平面上移动。对于卡盘工作台17～19而言，在吸引保持着晶片W的状态下，转台20旋转规定的角度，从而卡盘工作台17～19例如向逆时针方向旋转120度而被定位在磨削构件(磨削单元)30的正下方。
磨削构件30对保持在卡盘工作台17～19上的晶片W进行粗磨削，其安装于竖立设置在基台21的Y轴方向的端部的壁部22。磨削构件30构成为：由在壁部22中在Z轴方向上配设的一对导轨31引导，并且由利用电动机32的驱动而上下移动的支承部33支承，伴随着支承部33的上下移动而沿Z轴方向上下移动。磨削构件30具有：电动机34，其使被支承为能够旋转的主轴34a旋转；以及磨削轮36，其经由轮座35装配于主轴34a的前端，对晶片W的背面进行磨削。磨削轮36具有圆环状地固定安装在其下表面的粗磨削用的多个磨削磨具37。
粗磨削是以如下的方式实施的：通过电动机34使主轴34a旋转从而磨轮36旋转，并且向Z轴方向的下方磨削进给该磨轮36，由此旋转的磨削磨具37与晶片W的背面接触，从而对保持在卡盘工作台17上且定位在磨削构件30的正下方的晶片W的背面进行磨削。这里，若保持在卡盘工作台17上的晶片W的粗磨削结束，则通过使转台20向逆时针方向旋转120度而将粗磨削后的晶片W定位在磨削构件(磨削单元)40的正下方。
磨削构件40对保持在卡盘工作台17～19上的晶片W进行精磨削，其构成为：由在壁部22中在Z轴方向上配设的一对导轨41进行引导，并且由利用电动机42的驱动而上下移动的支承部43进行支承，伴随着支承部43的上下移动而沿Z轴方向上下移动。磨削构件40具有：电动机44，其使被支承为能够旋转的主轴44a旋转；以及磨削轮46，其经由轮座45装配在主轴44a的前端，对晶片W的背面进行磨削。磨削轮46具有圆环状地固定安装在其下表面的精磨削用的多个磨削磨具47。即，磨削构件40与磨削构件30的基本结构相同，采用仅在磨削磨具37、47的种类方面不同的结构。
精磨削是以如下的方式实施的：通过电动机44使主轴44a旋转从而磨轮46旋转，并且向Z轴方向的下方磨削进给该磨轮46，由此旋转的磨削磨具47与晶片W的背面接触，从而对保持在卡盘工作台17上且定位在磨削构件40的正下方的晶片W的背面进行磨削。这里，若保持在卡盘工作台17上的晶片W的精磨削结束，则通过使转台20向逆时针方向旋转120度而返回到图1所示的初始位置。在该位置，背面进行了精磨削的晶片W被搬送构件16搬送到清洗构件51，在通过清洗去除了磨削屑之后，通过搬出搬入构件13的搬入动作而搬入到第二盒12。另外，清洗构件52对因搬送构件16拾取精磨削后的晶片W而成为空闲状态的卡盘工作台17进行清洗。另外，对于保持在其他的卡盘工作台18、19上的晶片W进行的粗磨削、精磨削以及晶片W相对于其他的卡盘工作台18、19的搬出搬入等也根据转台20的旋转位置同样地进行。
这里，磨削磨具37、47包含金刚石磨粒和硼化合物。金刚石磨粒包含天然金刚石、合成金刚石、金属包覆合成金刚石中的至少任意一种金刚石。并且，硼化合物包含B4C(碳化硼)、CBN(立方氮化硼)以及HBN(六方氮化硼)中的至少任意一种化合物。磨削磨具37、47是利用陶瓷接合剂、树脂接合剂或者金属接合剂中的任意一种对金刚石磨粒和硼化合物进行混制而通过热压进行了成型之后进行烧结、或者通过镀镍电铸于基底而构成的。金刚石磨粒与硼化合物的体积比优选为1:1～1:3。
在将硼化合物的平均粒径设为X【μm】、将金刚石磨粒的平均粒径设为Y【μm】的情况下，磨削磨具37、47中的硼化合物相对于金刚石磨粒的平均粒径比Z(＝X/Y)为0.8≤Z≤3.0。这里，使平均粒径比Z为0.8以上是因为，当小于0.8时硼化合物作为使磨削磨具37、47变脆的构造材料(填料)的功能或作用较大。另一方面，使平均粒径比Z为3.0以下是因为，当超过3.0时主磨粒即金刚石磨粒与作为磨粒的功能相比，其作为构造材料的功能/作用较大，难以对磨削加工作出贡献。并且，金刚石磨粒的平均粒径Y为0μm＜Y≤50μm。这里，使金刚石磨粒的平均粒径Y为50μm以下是因为，作为形成有电子器件的晶片W的磨削加工用途使用平均粒径Y为50μm以下的金刚石磨粒是适当的。
作为本实施方式的被加工物即晶片W，例如在以包含Si的Si晶片(硅晶片)为对象的情况下，磨削磨具37的金刚石磨粒的平均粒径X优选为20μm≤X≤50μm，以使得作为粗磨削用的磨削磨具比精磨削用的磨削磨具平均粒径大。并且，磨削磨具47的金刚石磨粒的平均粒径X优选为0.5μm≤X≤1μm，以使得作为精磨削用的磨削磨具比粗磨削用的磨削磨具平均粒径小。
如上所述，通过使硼化合物相对于金刚石磨粒的平均粒径比Z为0.8≤Z≤3.0，并使金刚石磨粒的平均粒径Y为0μm＜Y≤50μm，从而在磨削晶片W时，硼化合物的固体润滑性的特性有效地发挥作用，能够降低磨削磨具37、47的加工负荷。因此，通过降低磨削磨具37、47的加工负荷而能够降低通过磨削磨具37、47磨削1张晶片W时的磨削磨具37、47的消耗量，结果能够实现长寿命化。并且，硼化合物的热传导率较高，特别是CBN和HBN的热传导率较高。因此，在磨削磨具37、47对被加工物进行磨削加工时，能够提高来自加工点的散热性。由此，磨削装置10的磨削磨具37、47的消耗程度也被抑制得低，因此能够降低更换频率，能够提高磨削装置10的磨削加工整体的生产性。
【实施例】
以下，对以往的磨削磨具与本发明的磨削磨具进行比较。图2～图4是示出基于实施方式的磨削磨具的磨削加工结果的图表。在图2和图4中，纵轴是供给到使磨削磨具旋转的电动机的电流值【安】，横轴是每1张晶片W的加工时间【秒】。在图3中纵轴是消耗量【μm】，横轴是进行了加工的晶片W的张数，各点是各晶片W的磨削加工结束时的消耗量。
以往的磨削磨具(以下，“现有产品”)和本发明的磨削磨具(以下，“本发明产品1～4”)都是粗磨削用的磨削磨具，“本发明产品1～4”是实施方式的磨削磨具37。“现有产品”不包含硼化合物而只包含金刚石磨粒，金刚石磨粒的平均粒径Y为20μm。“本发明产品1～4”是硼化合物为CBN、通过陶瓷接合剂与金刚石磨粒进行混制并烧结而得到的。“本发明产品1”的硼化合物的平均粒径X和金刚石磨粒的平均粒径Y都为20μm、平均粒径比Z为1、硼化合物与金刚石磨粒的体积比为1。“本发明产品2”的硼化合物的平均粒径X为30μm且金刚石磨粒的平均粒径Y为20μm、平均粒径比Z为1.5、硼化合物与金刚石磨粒的体积比为1。“本发明产品3”的硼化合物的平均粒径X为45μm且金刚石磨粒的平均粒径Y为20μm、平均粒径比Z为2.25、硼化合物与金刚石磨粒的体积比为1。“本发明产品4”的硼化合物的平均粒径X为50μm且金刚石磨粒的平均粒径Y为20μm、平均粒径比Z为2.5、硼化合物与金刚石磨粒的体积比为1。“现有产品”和“本发明产品1～4”所磨削的作为被加工物的晶片W是存在形成于表面的氧化膜(为SiO2且约为600nm)的Si晶片，对多张晶片W进行磨削加工。
由“现有产品”和“本发明产品1”所进行的对晶片W的磨削加工如图2所示，将“现有产品”和“本发明产品1”对第1张晶片W的磨削结果设为QS1、PS1，将第2张晶片W的磨削结果设为QS2、PS2，将第3张晶片W的磨削结果设为QS3、PS3。在由“现有产品”所进行的磨削加工(该图所示的QS1～QS3)中，不受磨削的晶片W的张数的限制，在磨削开始时不存在显著的峰值，整体上是均匀的电流值。另一方面，在“本发明产品1”的磨削加工(该图所示的PS1～PS3)中，不受磨削的晶片W的张数的限制，虽然在磨削开始时产生超过“现有产品”的磨削开始时的电流值的峰值，但次后以与“现有产品”的磨削加工时的电流值相比明显较低的电流值进行磨削加工。在“本发明产品1(本发明产品2～4也相同)”中，为了在磨削开始时磨削形成于晶片W的表面的自然氧化膜(SiO2)，作为表示磨削负荷的电流值显示出比“现有产品”大的峰值，但在去除了氧化膜之后，急剧地减少。即，整体上磨削负荷大幅地减少。
关于“本发明产品1”，由于与“现有产品”相比磨削加工1张晶片W时的电流值较低，因此如图3所示，每1张晶片W的消耗量显著降低。结果为，磨削多张晶片W情况下的“本发明产品1”的消耗量的斜度(该图所示的PS)与“现有产品”的消耗量的斜度(该图所示的QS)相比显著变缓。结果为，由于“本发明产品1”与“现有产品”相比加工负荷降低，因而消耗量与“现有产品”相比降低，比“现有产品”更长寿命化。
关于由“现有产品”和“本发明产品1～4”对晶片W进行的磨削加工，如图4所示，将“现有产品”对规定的张数的晶片W的磨削结果设为QS4，将“本发明产品1”对规定的张数的晶片W的磨削结果设为PS4，将“本发明产品2”对规定的张数的晶片W的磨削结果设为PS5，将“本发明产品3”对规定的张数的晶片W的磨削结果设为PS6，将“本发明产品4”对规定的张数的晶片W的磨削结果设为PS7。在“现有产品”的磨削加工(该图所示的QS4)中，在氧化膜的磨削开始时不存在显著的峰值，整体上是一样的电流值(以15～16安培推移)。另一方面，在“本发明产品1”的磨削加工(该图所示的PS4)中，虽然在磨削开始时产生“现有产品”的磨削开始时的电流值以下的峰值(约15安培)，但此后以明显低于“现有产品”的磨削加工时的电流值的电流值(12～13安培)进行磨削加工。并且，在“本发明产品2”的磨削加工(该图所示的PS5)中，虽然在磨削开始时产生超过“现有产品”和“本发明产品1”的磨削开始时的电流值的峰值(约16安培)，但此后以明显低于“现有产品”的磨削加工时的电流值且与“本发明产品1”同等的电流值(约12安培)进行磨削加工。并且，在“本发明产品3”的磨削加工(该图所示的PS6)中，虽然在磨削开始时产生超过“现有产品”和“本发明产品1、2”的磨削开始时的电流值的峰值(约18安培)，但此后以明显低于“现有产品”的磨削加工时的电流值且与“本发明产品1、2”同等的电流值(约12安培)进行磨削加工。并且，在“本发明产品4”的磨削加工(该图所示的PS7)中，虽然在磨削开始时产生超过“现有产品”和“本发明产品1～3”的磨削开始时的电流值的峰值(约18安培)，但此后以明显低于“现有产品”的磨削加工的电流值且与“本发明产品1～3”同等的电流值进行磨削加工。在本发明产品1～4中，在磨削开始时(磨削氧化膜时)分别从9安培上升到上述的电流值峰值，然后电流值减少到12～13安培而进行Si晶片的磨削。示出了与现有产品相比氧化膜突破后的磨削负荷大幅减小的情况。
关于“本发明产品1～4”，由于与“现有产品”相比磨削加工1张晶片W时的电流值较小，因此与“现有产品”相比磨削多张晶片W的情况下的加工负荷降低，从而消耗量比“现有产品”降低，比“现有产品”更长寿命化。特别是，“本发明产品1、2”与“本发明产品3、4”相比，磨削开始时的峰值低，在磨削Si晶片作为被加工物的晶片W时适合。由此，在被加工物为Si晶片的情况下，优选平均粒径比Z为0.8≤Z≤2.0。并且，图4所示的电流值因磨削装置而发生变化，通常从低加工负荷和对磨削装置的应用这样的观点出发，更优选峰值电流值较小的一方。即，与“本发明产品3”或“本发明产品4”相比，“本发明产品1”、“本发明产品2”更优选。
在上述实施方式中，作为被加工物使用在表面上形成有氧化膜的Si晶片，但本发明不限于此。例如，作为被加工物的晶片W也可以是包含SiC的SiC晶片。在该情况下，磨削磨具37的金刚石磨粒的平均粒径X优选为3μm≤X≤10μm，使得粗磨削用的磨削磨具与精磨削用的磨削磨具相比平均粒径较大。并且，磨削磨具47的金刚石磨粒的平均粒径X优选为0.5μm≤X≤1μm，使得作为精磨削用的磨削磨具与粗磨削用的磨削磨具相比平均粒径较小。此外，平均粒径比Z优选为1.0≤Z≤2.0。
例如，作为被加工物的晶片W也可以是镜面Si晶片。图5是示出实施方式的磨削磨具的磨削加工结果的图表。在图5中，纵轴是供给到使磨削磨具旋转的电动机的电流值【安】，横轴是每1张晶片W的加工时间【秒】。该图反映了通过“现有产品”和“本发明产品1”对镜Si晶片进行磨削加工的情况。这里，镜面Si晶片是对Si晶片的表面进行镜面加工而得到的、在表面上不形成氧化膜或者形成比图2～图4所示的Si晶片薄的氧化膜的晶片。如该图所示，将“现有产品”和“本发明产品1”对第1张晶片W的磨削结果设为QM1、PM1，将第2张晶片W的磨削结果设为QM2、PM2。在“现有产品”的磨削加工(该图所示的QM1、QM2)中，不局限于磨削的晶片W的张数，在磨削开始时不存在显著的峰值，整体上是均匀的电流值(以最大电流约18安培推移)。另一方面，在“本发明产品1”的磨削加工(该图所示的PM1、PM2)中，不局限于磨削的晶片W的张数，在磨削开始时不会产生电流值的峰值，以比“现有产品”的磨削加工时的电流值低的电流值(以最大电流约16安培推移)进行磨削加工。镜面Si晶片也以Si作为主成分，认为示出与在图2～4的Si晶片中完成去除硅氧化膜之后的Si晶片相同的磨削动作，在Si晶片的磨削加工中确认了效果的“本发明产品2”～“本发明产品4”的磨削磨具37对于镜面Si晶片也实现相同的效果。
由于“本发明产品1”与“现有产品”相比，磨削加工1张晶片W时的电流值较低，因此在磨削加工镜面Si晶片的情况下，与“现有产品”相比磨削晶片W情况下的加工负荷降低，从而消耗量与“现有产品”相比降低，比“现有产品”更长寿命化。并且，由于硼化合物的热传导率高，因此能够在磨削磨具37、47对被加工物的磨削加工时提高从加工点的散热性，在被加工物为镜面Si晶片的情况下，也能够考虑磨削时所产生的热量而抑制使磨削速度降低的情况。由此，能够提高生产性。

Claims (4)

1.一种磨削磨具，其对被加工物进行磨削，其特征在于，
该磨削磨具以规定的体积比包含金刚石磨粒和硼化合物，
该金刚石磨粒的平均粒径X为0μm＜Y≤50μm，
该硼化合物相对于该金刚石磨粒的平均粒径比Z为0.8≤Z≤3.0。
2.根据权利要求1所述的磨削磨具，其中，
所述被加工物为硅晶片，所述平均粒径比Z为0.8≤Z≤2.0。
3.根据权利要求1所述的磨削磨具，其中，
所述金刚石磨粒与所述硼化合物的所述规定的体积比为1:1～1:3。
4.根据权利要求1所述的磨削磨具，其中，
所述硼化合物从由碳化硼、立方氮化硼以及六方氮化硼构成的组中进行选择。
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