CN109108811B - 磨削装置 - Google Patents

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Abstract

提供磨削装置，在对由难磨削材料形成的晶片等进行磨削的情况下，能够抑制磨削磨具的磨损，并且能够顺利地进行磨削。该磨削装置具有：保持工作台，其对被加工物进行保持；以及磨削单元，其具有对保持工作台所保持的被加工物进行磨削的磨削磨轮，磨削磨轮具有磨削磨具，该磨削磨具是利用陶瓷结合剂将磨粒和光催化剂颗粒结合而成的，该磨削装置具有：磨削水提供单元，当利用磨削单元对保持工作台所保持的被加工物进行磨削时，该磨削水提供单元至少对磨削磨具提供磨削水；以及光照射单元，其与保持工作台相邻地配设，使光照射至对保持工作台所保持的被加工物进行磨削的磨削磨具的磨削面。

Description

磨削装置
技术领域
本发明涉及磨削装置，该磨削装置具有：保持工作台，其对被加工物进行保持；以及磨削单元，其具有对保持工作台所保持的被加工物进行磨削的磨削磨轮。
背景技术
半导体晶片等板状的被加工物通过磨削装置(例如，参照专利文献1)进行磨削而薄化至规定的厚度，然后利用切削装置等进行分割而成为各个器件芯片，并被用于各种电子设备等。
专利文献1：日本特开2001-284303号公报
在晶片由氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)或砷化镓(GaAs)等难磨削材料形成的情况下，存在下述问题：磨削磨轮的磨削磨具的磨损量很大而导致生产成本增加。另外，在对由金属形成的晶片或金属电极在晶片的被磨削面上局部露出的晶片进行磨削的情况下，存在由于金属的延展性而难以进行磨削的问题。
由此，在对由难磨削材料形成的晶片或包含金属的晶片进行磨削的情况下，存在下述课题：能够抑制磨削磨具的过度磨损，并且能够顺利地进行磨削。
发明内容
本发明的目的在于提供磨削装置，该磨削装置具有：保持工作台，其对被加工物进行保持；以及磨削单元，其具有对保持工作台所保持的被加工物进行磨削的磨削磨轮。
用于解决上述课题的本发明是磨削装置，其具有：保持工作台，其对被加工物进行保持；以及磨削单元，其具有对该保持工作台所保持的被加工物进行磨削的磨削磨轮，其中，该磨削磨轮具有磨削磨具，该磨削磨具是利用陶瓷结合剂将磨粒和光催化剂颗粒结合而成的，该磨削装置具有：磨削水提供单元，当利用该磨削单元对该保持工作台所保持的被加工物进行磨削时，该磨削水提供单元至少对该磨削磨具提供磨削水；以及光照射单元，其与该保持工作台相邻地配设，使光照射至对该保持工作台所保持的被加工物进行磨削的该磨削磨具的磨削面。
优选所述光照射单元在所述磨削磨轮的旋转轨迹上配设在该磨削磨轮即将进入所述保持工作台所保持的被加工物前的位置。
优选所述光照射单元具有：发光部，其发出所述光；以及清洗水提供部，其朝向该发光部提供清洗水。
对于本发明的磨削装置，磨削磨轮具有磨削磨具，该磨削磨具是利用陶瓷结合剂将磨粒和光催化剂颗粒结合而成的，该磨削装置具有：磨削水提供单元，当利用磨削单元对保持工作台所保持的被加工物进行磨削时，磨削水提供单元至少对磨削磨具提供磨削水；以及光照射单元，其与保持工作台相邻地配设，使光照射至对保持工作台所保持的被加工物进行磨削的磨削磨具的磨削面，因此在磨削加工中，使切入被加工物的磨削磨具高效地亲水化，从而能够提高磨削水所带来的冷却效果而抑制磨削磨具的过度磨损，并且能够提高磨削屑的排出性。另外，过磨削磨具的亲水化，对磨削磨具磨削被加工物的加工区域有效地提供磨削水，因此能够防止加工热所导致的加工品质的劣化，即使被加工物是由难磨削材料形成的晶片，也能够顺利地进行磨削。
另外，通过使提供至磨削磨具的磨削水与被光照射的磨具中的光催化剂颗粒接触，从而能够使所提供的磨削水表现出基于羟基自由基的氧化力。由此，例如即使被加工物是由难磨削材料形成的晶片，也能够一边通过所生成的羟基自由基的强氧化力使被加工物的被磨削面氧化而使其脆弱化一边进行磨削，能够顺利地对被加工物进行磨削。同样地，即使被加工物是由金属形成的晶片或在晶片的背面金属电极局部露出的晶片，也能够一边通过羟基自由基的强氧化力使金属氧化而使其脆弱化一边进行磨削，因此能够顺利地对被加工物进行磨削。
另外，将光照射单元在磨削磨轮的旋转轨迹上配置在磨削磨轮即将进入保持工作台所保持的被加工物前的位置，从而能够在磨削磨轮的磨削磨具即将切入至被加工物之前急剧提高磨削磨轮的磨削磨具的亲水性，能够进一步提高磨削水所带来的冷却效果而进一步抑制磨削磨具的磨损，并且能够进一步提高磨削屑的排出效率。
另外，使光照射单元具有：发光部，其发出光；以及清洗水提供部，其朝向发光部提供清洗水，从而能够防止产生由于发光部的磨削屑等所导致的污染而使光无法适当地照射至磨削磨具之类的情况。
附图说明
图1是示出磨削装置的一例的立体图。
图2是示出磨削磨轮的一例的立体图。
图3是将磨削磨具的一部分放大的主视图。
图4是示出磨削单元、保持工作台和光照射单元的位置关系的一例的立体图。
图5是示出喷射口的一例的说明图。
图6是示出喷射口的另一例的说明图。
图7是示出喷射口的另一例的说明图。
图8是示出利用磨削磨具对保持工作台所保持的被加工物进行磨削的状态的剖视图。
图9的(A)是从上方观察磨削加工中的磨削磨轮的旋转轨迹、基于磨削磨具的被加工物的加工区域以及光照射单元的位置关系的情况的说明图。图9的(B)是从侧方观察刚对磨削面照射了光之后的磨削磨具切入至被加工物的状态的情况的说明图。
图10是局部示出在磨削加工中朝向发光部提供清洗水的状态的剖视图。
标号说明
1：磨削装置：10：基座：11：柱：12：输入单元；30：保持工作台；300：吸附部；300a：保持面；301：框体；31：罩；31a：波纹罩；5：磨削进给单元；50：滚珠丝杠；51：导轨；52：电动机；53：升降板；54：支托；7：磨削单元；70：旋转轴；70a：流路；71：壳体；72：电动机；73：安装座；73a：螺钉；74：磨削磨轮；74a：磨削磨具；74b：磨轮基台；74c：螺纹孔；8：磨削水提供单元；80：磨削水源；81：配管；82：调整阀；9：光照射单元；90：台部；91：发光部；92：清洗水提供部；920：清洗水喷嘴；93：罩；P1：金刚石磨粒；P2：光催化剂颗粒；B1：陶瓷结合剂；W：被加工物；Wa：被加工物的正面；Wb：被加工物的背面；T：保护带；A：装卸区域；B：磨削区域。
具体实施方式
图1所示的磨削装置1是通过具有磨削磨轮74的磨削单元7对保持工作台30上所保持的被加工物W进行磨削的装置。磨削装置1的基座10上的前方侧(-Y方向侧)作为装卸区域A，其是相对于保持工作台30进行被加工物W的装卸的区域，基座10上的后方成为磨削区域B，其是利用磨削单元7进行被加工物W的磨削的区域。在基座10上的前方侧配设有用于供操作者对磨削装置1输入加工条件等的输入单元12。
保持工作台30例如其外形为圆形状，具有：吸附部300，其对被加工物W进行吸附；以及框体301，其对吸附部300进行支承。吸附部300与未图示的吸引源连通，在作为吸附部300的露出面的保持面300a上对被加工物W进行吸引保持。保持工作台30的保持面300a形成为圆锥面，该圆锥面具有以保持工作台30的旋转中心为顶点的极其平缓的倾斜。保持工作台30被罩31从周围包围，能够绕Z轴方向的轴心进行旋转，并且通过配设在罩31以及与罩31连结的波纹罩31a的下方的未图示的Y轴方向进给单元而能够在装卸区域A与磨削区域B之间沿Y轴方向往复移动。
在磨削区域B竖立设置有柱11，在柱11的侧面上配设有将磨削单元7在Z轴方向上进行磨削进给的磨削进给单元5。磨削进给单元5包含：滚珠丝杠50，其具有Z轴方向的轴心；一对导轨51，它们与滚珠丝杠50平行地配设；电动机52，其与滚珠丝杠50的上端连结，使滚珠丝杠50转动；升降板53，其内部的螺母与滚珠丝杠50螺合，升降板53的侧部与导轨51滑动连接；以及支托54，其与升降板53连结，对磨削单元7进行保持，当电动机52使滚珠丝杠50转动时，与此相伴升降板53被导轨51引导而在Z轴方向上往复移动，将支托54所保持的磨削单元7在Z轴方向上进行磨削进给。
磨削单元7具有：旋转轴70，其轴向为Z轴方向；壳体71，其将旋转轴70支承为能够旋转；电动机72，其对旋转轴70进行旋转驱动；安装座73，其与旋转轴70的前端连结；以及磨削磨轮74，其以能够装卸的方式安装在安装座73的下表面上。
图2所示的磨削磨轮74包含：环状的磨轮基台74b；以及呈环状配设在磨轮基台74b的底面(自由端部)上的多个大致长方体形状的磨削磨具74a。另外，在磨轮基台74b的上表面上设置有螺纹孔74c和朝向磨削磨具74a喷射磨削水的喷射口74d。如图3所示，磨削磨具74a是金刚石磨粒P1和光催化剂颗粒P2(例如氧化钛(TiO2)颗粒)混在一起，并且由作为玻璃质、陶瓷质的结合剂的陶瓷结合剂B1进行结合而成的。另外，磨削磨具74a的形状也可以形成一体的环状，另外，光催化剂颗粒P2也可以为氧化锡颗粒、氧化锌颗粒或氧化铈颗粒等。通过将图1所示的螺钉73a插入至设置在安装座73的孔而使其与磨轮基台74b的螺纹孔74c螺合，从而将磨削磨轮74安装在安装座73的下表面。
磨削磨轮74的制造方法例如如下所述。首先，对于陶瓷结合剂B1混入粒径#1000的金刚石磨粒P1，进而混入光催化剂颗粒P2，然后进行搅拌使其混在一起。作为陶瓷结合剂B1，例如以二氧化硅(SiO2)为主成分，为了控制熔点可以添加微量的添加剂。接着，将该混合物在规定的温度下进行加热，然后进行按压而成型为大致长方体状。然后，在更高温下进行烧结，从而制造出磨削磨具74a。磨削磨具74a中的光催化剂颗粒P2的含量例如为15重量％。并且，将多个所制造出的磨削磨具74a呈环状配设并粘固在磨轮基台74b的底面上，从而制造出磨削磨轮74。另外，金刚石磨粒P1的粒径并不限于本实施方式中的例子，可以通过光催化剂颗粒P2的种类和含量等进行变更。
在图1所示的旋转轴70的内部，与对磨削磨具74a提供磨削水的磨削水提供单元8连通而作为磨削水的通道的流路70a沿旋转轴70的轴向(Z轴方向)贯通而设置，通过了流路70a的磨削水能够通过安装座73从磨轮基台74b朝向磨削磨具74a喷出。
图1所示的磨削水提供单元8例如具有：磨削水源80，其贮存有水(例如纯水)；配管81，其与磨削水源80连接，与流路70a连通；以及调整阀82，其配设在配管81上的任意位置，对磨削水的提供量进行调整。
如图1、图4所示，磨削装置1具有光照射单元9，其与保持工作台30相邻地配设，对磨削保持工作台30所保持的被加工物W的磨削磨具74a的磨削面(下表面)照射光。如图4所示，光照射单元9例如具有：台部90，其具有大致圆弧状的外形；发光部91，其按照多个(在图示的例子中为四个)并列的方式配设在台部90的上表面上；清洗水提供部92，其朝向发光部91提供清洗水(例如纯水)；以及罩93，其防止在发光部91上附着污染物。
例如埋设在形成于台部90的上表面的凹部的发光部91是LED照明，能够发出规定的波长的光，能够通过未图示的电源进行开/关(ON/OFF)切换。另外，在如本实施方式那样磨削磨具74a所含的光催化剂颗粒P2为氧化钛颗粒的情况下，发光部91所产生的光(紫外光)的波长例如优选为201nm以上且400nm以下，更优选为201nm以上且365nm以下。另外，根据光催化剂颗粒P2的种类，发光部91并不限于照射紫外光的LED照明，例如若光催化剂颗粒P2为因可见光线的照射而表现出光催化剂活性的掺氮的掺氮型氧化钛颗粒等，则发光部91可以为照射波长400nm～740nm左右的可见光线的氙灯或荧光灯等。
板状的罩93例如由使发光部91所产生的光透过的玻璃等透明部件构成，按照覆盖发光部91的方式固定在台部90的上表面上。例如台部90能够通过未图示的Z轴方向移动单元进行上下移动，在实施磨削加工时，能够将罩93的上表面的高度位置设定为考虑了磨削磨具74a的磨削进给位置的期望的高度位置。
清洗水提供部92例如具有：未图示的清洗水源，其贮存有水(例如纯水)；以及清洗水喷嘴920，其与清洗水源连通。清洗水喷嘴920例如按照沿着台部90的方式固定在台部90的侧面上，在长度方向上成列地设置有多个能够朝向发光部91喷射清洗水的喷射口920a。对喷射口920a的形状、尺寸以及相对于发光部91的角度等进行设定，以便能够使所喷射的清洗水在罩93的上表面上进行整流化。喷射口920a优选如图4、图5所示那样形成为窄幅的缝状，在清洗水喷嘴920的侧面等成列地设置有多个，但并不限于此。例如也可以如图6所示，喷射口920a形成为圆孔状，在清洗水喷嘴920的侧面等成列地设置有多个。或者，也可以如图7所示，在清洗水喷嘴920的侧面等，喷射口920a形成为一条连续延伸的窄幅的缝状。
以下，对使用图1所示的磨削装置1对被加工物W进行磨削的情况下的、磨削装置1的动作进行说明。
图1所示的外形为圆形板状的被加工物W例如是由难磨削材料的SiC形成的半导体晶片，在图1中朝向下侧的被加工物W的正面Wa上，在由分割预定线划分的格子状的区域形成有多个器件，并粘贴有保护正面Wa的保护带T。被加工物W的背面Wb作为利用磨削磨轮74进行磨削的被磨削面。另外，对于被加工物W的形状和种类没有特别限定，可以利用与磨削磨轮74的关系适当变更，也包含由GaAS或GaN等形成的晶片、由金属形成的晶片或金属电极在晶片的背面上局部露出的晶片。
首先，在装卸区域A内，将被加工物W按照背面Wb成为上侧的方式载置于保持工作台30的保持面300a上。并且，利用未图示的吸引源产生的吸引力传递至保持面300a，从而保持工作台30在保持面300a上对被加工物W进行吸引保持。被加工物W成为遵循作为平缓的圆锥面的保持面300a而被吸引保持的状态。
保持工作台30通过未图示的Y轴方向进给单元向+Y方向移动至磨削单元7的下方，进行磨削磨轮74与保持工作台30所保持的被加工物W的对位。对位例如如下进行：使磨削磨轮74的旋转中心相对于被加工物W的旋转中心按照规定的距离向+Y方向偏移，使磨削磨具74a的旋转轨迹通过被加工物W的旋转中心。另外，调整保持工作台30的倾斜，以便作为平缓的圆锥面的保持面300a相对于作为磨削磨具74a的下表面的磨削面平行，从而使被加工物W的背面Wb相对于磨削磨具74a的磨削面平行。
在进行了磨削磨轮74与被加工物W的对位之后，通过电动机72对旋转轴70进行旋转驱动，与此相伴，如图8所示，磨削磨轮74向从+Z方向侧观察为逆时针的方向旋转。另外，磨削单元7被磨削进给单元5向-Z方向送出，磨削磨轮74向-Z方向下降，磨削磨具74a与被加工物W的背面Wb抵接，从而进行磨削加工。另外，磨削中，保持工作台30向从+Z方向侧观察为逆时针的方向旋转，与此相伴，被加工物W也进行旋转，因此磨削磨具74a进行被加工物W的整个背面Wb的磨削加工。
在磨削加工中，磨削水提供单元8对旋转轴70中的流路70a提供磨削水。如图8所示，提供至流路70a的磨削水通过流路73b进一步从磨轮基台74b的喷射口74d朝向磨削磨具74a喷射，该流路73b在安装座73的内部沿安装座73的周向隔着一定的间隔而形成。
上述的磨削加工条件例如如下述例子那样进行设定。
磨削磨轮74的转速：3000rpm
磨削进给速度：1.5μm/秒
保持工作台30的转速：40rpm
磨削水量：3.0L/分钟
被加工物W在保持工作台30的作为平缓的圆锥面的保持面300a上遵循保持面300a而被吸引保持，因此在图9的(A)中在以双点划线所示的磨削磨轮74的旋转轨迹中的区域E(以下称为加工区域E)中，磨削磨具74a与被加工物W抵接而进行磨削。
如图9的(A)所示，例如在进行了磨削磨轮74与保持工作台30的对位的状态下，与保持工作台30相邻地配设的光照射单元9在保持工作台30和磨削磨轮74的旋转轨迹上配置在磨削磨轮74即将进入保持工作台30所保持的被加工物W前的位置，即配设在磨削磨具74a即将进入加工区域E前的位置。
如图9的(B)所示，随着磨削加工的开始，发光部91成为开(ON)状态，发光部91例如朝向+Z方向照射波长为365nm左右的光(紫外光)。所照射的光透过罩93而照射至即将进入加工区域E前的磨削磨具74a的下表面。通过光的照射，磨削磨具74a中所混在的光催化剂颗粒P2被激发，即光催化剂颗粒P2的价电子带的电子被激发，产生电子和空穴这两种载流子。
产生于磨削磨具74a中所混在的光催化剂颗粒P2的空穴使与光催化剂颗粒P2的表面接触的磨削水氧化，生成氧化力高的羟基自由基。因此，与磨削磨具74a的磨削面接触的磨削水至少在被加工物W的背面Wb上赋予羟基自由基所带来的氧化力。并且，由SiC形成的被加工物W通过所生成的羟基自由基进行氧化而脆弱化，因此能够容易地利用磨削磨轮74对被加工物W进行磨削。另外，所生成的羟基自由基的存在时间非常短，因此不会产生磨削水所带来的被加工物W的背面Wb以外的氧化。另外，所喷射的磨削水对磨削磨具74a与被加工物W的背面Wb的接触部位进行冷却，并且还将在被加工物W的背面Wb上产生的磨削屑去除。
另外，例如即使被加工物W是由金属形成的晶片或金属电极在晶片的背面上局部露出的晶片，通过羟基自由基的强氧化力，也能够一边使金属氧化而使其脆弱化一边进行磨削，因此能够顺利地对被加工物进行磨削。
另外，通过光的照射，磨削磨具74a的磨削面形成有极性较大的亲水基，从而亲水性提高，在磨削磨具74a的磨削面上，磨削水不容易成为水滴，在磨削磨具74a的整个磨削面上磨削水容易扩展为水膜状。因此，亲水化的磨削磨具74a伴随较多的磨削水进入加工区域E内而对被加工物W的背面Wb进行磨削。磨削水更多地进入被加工物W的背面Wb与磨削磨具74a的加工面的接触部位，从而能够抑制产生于接触部位的摩擦热。因此，能够抑制磨削磨具74a的过度磨损，并且能够提高磨削屑的排出性。另外，通过磨削磨具74a的亲水化，磨削水被有效地提供至磨削磨具74a对被加工物W进行磨削的加工区域E，因此能够防止加工热所导致的加工品质的劣化。
另外，通过将光照射单元9在磨削磨轮74的旋转轨迹上配置在磨削磨轮74即将进入保持工作台30所保持的被加工物W前的位置，从而能够在磨削磨轮74的磨削磨具74a即将切入被加工物W前急剧地提高磨削磨具74a的亲水性，能够进一步提高磨削水所带来的冷却效果而进一步抑制磨削磨具74a的磨损，能够进一步提高磨削屑的排出效率。
如图10所示，在磨削加工中，清洗水提供部92朝向发光部91提供清洗水。即，从未图示的清洗水源向清洗水喷嘴920提供清洗水，该清洗水从喷射口920a朝向喷嘴外部喷出，按照描绘抛物线的方式到达罩93上。并且，清洗水一边对流动进行适当地整流化一边将附着在罩93上的磨削屑等污染物去除，从而在磨削中，能够维持发光部91所产生的光始终适当地照射在磨削磨具74a的加工面的状态。
作为所得到的实验结果的一例，关于将由SiC形成的被加工物W磨削50μm，在以往的磨削装置中花费110秒，但本发明的磨削装置1用90秒就结束了，能够实现磨削时间的缩短。另外，在被加工物W的Si面的磨削中，在将磨削量设为100的情况下，在以往的磨削装置中，磨削磨具整体的83％发生了磨损，但在本发明的磨削装置1中，在将磨削量设为100的情况下，磨削磨具74a的磨损仅为整体的57％。另外，在被加工物W的C面的磨削中，在将磨削量设为100的情况下，在以往的磨削装置中，磨削磨具整体的60％发生了磨损，但在本发明的磨削装置1中，在将磨削量设为100的情况下，磨削磨具74a的磨损仅为整体的39％。

Claims (2)

1.一种磨削装置，其具有：
保持工作台，其对被加工物进行保持；以及
磨削单元，其具有对该保持工作台所保持的被加工物进行磨削的磨削磨轮，
其中，
该磨削磨轮具有磨削磨具，该磨削磨具是利用陶瓷结合剂将磨粒和光催化剂颗粒结合而成的，
该磨削装置具有：
磨削水提供单元，当利用该磨削单元对该保持工作台所保持的被加工物进行磨削时，该磨削水提供单元至少对该磨削磨具提供磨削水；以及
光照射单元，其与该保持工作台相邻并且在所述磨削磨轮的旋转轨迹上配设在该磨削磨轮即将进入所述保持工作台所保持的被加工物前的位置，使光照射至即将对该保持工作台所保持的被加工物进行磨削的该磨削磨具的磨削面而急剧提高该磨削磨具的亲水性。
2.根据权利要求1所述的磨削装置，其中，
所述光照射单元具有：
发光部，其发出所述光；以及
清洗水提供部，其朝向该发光部提供清洗水。
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