CN109420947B - 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，抑制磨具的磨损并且顺畅地磨削。磨削装置包含：工作台(30)，其对被加工物(W)进行保持；磨削单元(7)，其包含安装于主轴(70)的磨削磨轮(74)，其中，磨削磨轮(74)具有利用结合剂(B1)将磨粒(P1)结合而得的磨具(74a)，该磨削装置(1)包含：提供单元(8)，当对被加工物(W)进行磨削时该提供单元至少向磨具(74a)提供磨削水；以及光照射单元(9)，其与工作台相邻地配设，向对工作台(30)所保持的被加工物(W)进行磨削的磨具(74a)的磨削面照射光，光照射单元(9)具有：发光部(91)，其发出光；以及扩散防止壁(94)，其围绕发光部，防止光的扩散。

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在被磨削装置(例如，参照专利文献1)磨削而薄化成规定的厚度之后，被切削装置等分割成各个器件芯片，分割得到的各个器件芯片被使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，存在磨削磨轮的磨削磨具的磨损量剧增而导致生产成本升高的问题。并且，在对由金属形成的晶片或晶片的被磨削面上局部露出有金属电极的晶片进行磨削的情况下，存在因金属的延展性而很难磨削的问题。
因此，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，存在抑制磨削磨具的过度磨损并且能够顺畅地进行磨削的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供磨削装置，在对由难磨削材料形成的晶片等进行磨削的情况下，能够抑制磨具的磨损并且顺畅地进行磨削。
用于解决上述课题的本发明是磨削装置，其包含：保持工作台，其对被加工物进行保持；以及磨削单元，其包含主轴和磨削磨轮，该磨削磨轮安装于该主轴而对该保持工作台所保持的被加工物进行磨削，其中，该磨削磨轮具有利用结合剂结合了磨粒而得的磨削磨具，该磨削装置包含：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向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，向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照射光，该光照射单元具有：发光部，其发出该光；以及扩散防止壁，其围绕该发光部，防止该光的扩散。
优选所述光照射单元在所述磨削磨轮的旋转轨迹上与所述磨削磨具的磨削面对置地配置，在所述扩散防止壁上形成有供该磨削磨轮进入的入口部和供该磨削磨轮退出的出口部。
优选所述磨削磨具是利用所述结合剂结合了所述磨粒和光催化剂颗粒而得的，该光照射单元照射激发该光催化剂颗粒的该光。
优选所述结合剂为陶瓷结合剂。
本发明的磨削装置的磨削磨轮具有利用结合剂结合了磨粒而得的磨削磨具，磨削装置包含：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向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，向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照射光，光照射单元具有：发光部，其发出光；以及扩散防止壁，其围绕发光部，防止光的扩散，因此，在磨削加工中，发光部所产生的光由于扩散防止壁而不发生扩散，提高了光对磨削磨具的磨削面的照射效率，通过对切入到被加工物的磨削磨具进行高效地亲水化等，提高了磨削水的冷却效果，抑制了磨削磨具的磨损，并且能够提高磨削屑的排出性。此外，由于通过磨削磨具的亲水化等将磨削水有效地提供到磨削磨具对被加工物进行磨削的加工区域，所以能够防止因加工热导致的加工品质的恶化，即使被加工物是由难磨削材料形成的晶片，也能够顺畅地进行磨削。
并且，磨削磨具是利用结合剂结合了磨粒和光催化剂颗粒而得的，光照射单元照射激发光催化剂颗粒的光，由此，能够使提供的磨削水显现出羟基自由基的氧化力。因此，即使例如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脆化一边进行磨削，能够对被加工物进行顺畅地磨削。同样，即使被加工物是由金属形成的晶片或晶片的被磨削面上局部露出有金属电极的晶片，也能够在通过羟基自由基的强氧化力使金属氧化而脆化的同时进行磨削，因此能够对被加工物进行顺畅地磨削。
通过使磨削磨具的结合剂为陶瓷结合剂，能够进一步加快通过光的照射使磨削磨具亲水化等。
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是对磨削磨具的一部分进行了放大的主视图。
图4是示出磨削单元、保持工作台以及光照射单元的位置关系的一例的立体图。
图5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6的(A)是对磨削加工中的磨削磨轮的旋转轨迹、磨削磨具对被加工物的加工区域以及光照射单元的位置关系从上方进行了观察的情况的说明图。图6的(B)是对磨削面刚被光照射之后的磨削磨具切入到被加工物的状态从侧方进行了观察的情况的说明图。
图7是局部地示出在磨削加工中朝向发光部上的罩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：保持架；7：磨削单元；70：主轴；70a：流路；71：外壳；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；93：罩；94：扩散防止壁；940：外侧板；941：内侧板；94a：入口部；94b：出口部；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对保持在保持工作台30上的被加工物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)是相对于保持工作台30进行被加工物W的装卸的区域(即装卸区域A)，基座10上的后方是利用磨削单元7进行被加工物W的磨削的区域(即磨削区域B)。在基座10上的前方侧配设有输入单元12，该输入单元12用于供操作人员对磨削装置1输入加工条件等。
保持工作台30例如其外形为圆形，具有对被加工物W进行吸附的吸附部300和对吸附部300进行支承的框体301。吸附部300与未图示的吸引源连通，将被加工物W吸引保持在作为吸附部300的露出面的保持面300a上。保持工作台30的保持面300a形成为具有以保持工作台30的旋转中心为顶点的极其平缓的斜度的圆锥面。保持工作台30被罩31从周围围住，能够绕Z轴方向的轴心进行旋转，并且能够通过罩31和未图示的Y轴方向进给单元在装卸区域A与磨削区域B之间沿Y轴方向往返移动，其中，该Y轴方向进给单元配设在与罩31连结的波纹罩31a的下方。
在磨削区域B中竖立设置有柱11，在柱11的侧面上配设有对磨削单元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平行配设；电动机52，其与滚珠丝杠50的上端连结，使滚珠丝杠50进行转动；升降板53，其内部的螺母与滚珠丝杠50螺合，侧部与导轨滑动接触；保持架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进行转动时，与此相伴地升降板53被导轨51引导而在Z轴方向上往返移动，将保持于保持架54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：主轴70，其轴向为Z轴方向；外壳71，其将主轴70支承为能够旋转；电动机72，其对主轴70进行旋转驱动；安装座73，其与主轴70的前端连结；以及磨削磨轮74，其被安装成能够相对于安装座73的下表面装卸。
图2所示的磨削磨轮74包含：环状的磨轮基台74b；以及多个大致长方体形状的磨削磨具74a，它们呈环状配设在磨轮基台74b的底面(自由端部)上。并且，在磨轮基台74b的上表面设置有螺纹孔74c和朝向磨削磨具74a喷射磨削水的喷射口74d。在本实施方式中，如图3所示，磨削磨具74a是将金刚石磨粒P1和氧化钛(TiO2)颗粒等光催化剂颗粒P2混合在一起并利用玻璃质、陶瓷质的结合剂即陶瓷结合剂B1进行结合而得的。通过使图1所示的螺钉73a穿过设置于安装座73的孔而与磨轮基台74b的螺纹孔74c螺合，从而将磨削磨轮74安装于安装座73的下表面。
磨削磨具74a的形状可以形成为一体的环状，并且，光催化剂颗粒P2可以是氧化锡颗粒、氧化锌颗粒或氧化铈颗粒等。另外，磨削磨具74a可以不包含光催化剂颗粒P2，也可以使用陶瓷结合剂以外的结合剂来作为结合剂。
磨削磨轮74的制造方法例如如下。首先，对陶瓷结合剂B1混入粒径#1000的金刚石磨粒P1，再混入光催化剂颗粒P2，之后进行搅拌而混在一起。作为陶瓷结合剂B1，例如，以二氧化硅(SiO2)为主要成分，也可以为了控制熔点而添加微量的添加剂。接着，在规定的温度下对该混合物进行加热，然后冲压而成型为大致长方体状。之后，进一步在高温下烧结数个小时，从而制造出磨削磨具74a。磨削磨具74a中的光催化剂颗粒P2的含有量例如为15重量％。然后，将多个制造出的磨削磨具74a呈环状配设在磨轮基台74b的底面上并进行固定，从而制造出磨削磨轮74。另外，金刚石磨粒P1的粒径并不限定于本实施方式的例子，能够根据光催化剂颗粒P2的种类和含有量等进行适当变更。
在图1所示的主轴70的内部，沿主轴70的轴向(Z轴方向)贯通设置有作为磨削水的通道的流路70a，该流路70a与对磨削磨具74a提供磨削水的磨削水提供单元8连通，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。
磨削水提供单元8具有：磨削水源80，其蓄积有水(例如，纯水)；配管81，其与磨削水源80连接并与流路70a连通；以及调整阀82，其配设在配管81上的任意的位置，对磨削水的提供量进行调整，该磨削水提供单元8至少对磨削磨具74a提供磨削水。
如图1、4所示，磨削装置1具有光照射单元9，该光照射单元9与保持工作台30相邻配设，向对保持工作台30所保持的被加工物W进行磨削的磨削磨具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，其配设成在台部90的上表面上排列多个(在图示的例中为4个)；清洗水提供部92，其朝向发光部91提供清洗水(例如，纯水)；罩93，其防止污物附着于发光部91；以及扩散防止壁94，其围绕发光部91，防止光的扩散。
发光部91例如埋设在形成于台部90的上表面的凹陷部中，该发光部91是LED照明部，能够发出规定的波长的光，能够通过未图示的电源对接通/断开进行切换。另外，在如本实施方式那样磨削磨具74a所包含的光催化剂颗粒P2为氧化钛粒的情况下，优选发光部91所产生的光(紫外光)的波长例如为201nm以上且400nm以下，更优选为201nm以上且365nm以下。
另外，在磨削磨具74a不包含光催化剂颗粒P2的情况下，优选发光部91是能够发出两个波长的光的双波长LED或低压汞灯，更优选能够发出80nm以上且200nm以下的波长(例如，波长为185nm)的光和240nm以上且280nm以下的波长(例如，波长为254nm)的光。当然，在磨削磨具74a不包含光催化剂颗粒P2的情况下也可以照射波长为201nm以上且365nm以下的光。
板状的罩93例如由玻璃等透明部件构成，该罩93以覆盖发光部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在考虑了磨削磨具74a的磨削进给位置的希望的高度位置。
清洗水提供部92例如具有蓄积有水的未图示的清洗水源和与清洗水源连通的清洗水喷嘴920。清洗水喷嘴920例如在台部90的侧面上按照沿着台部90的方式固定，沿长边方向排列设置有多个朝向将发光部91覆盖的罩93喷射清洗水的窄宽度的缝状的喷射口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，以使所喷射的清洗水能够在罩93的上表面上整流化。
围绕发光部91的扩散防止壁94例如具有外侧板940和内侧板941，外侧板940和内侧板941是将SUS等金属板按照台部90的外形弯曲成形而形成的，它们分别固定在台部90的侧面。在外侧板940和内侧板941上形成有未图示的排水口，从清洗水喷嘴920喷射并对罩93的上表面进行了清洗的清洗水在从罩93的上表面流下之后，从该排水口排出到扩散防止壁94的外部。在扩散防止壁94上形成有供磨削磨轮74进入的入口部94a和供磨削磨轮74退出的出口部94b。入口部94a和出口部94b形成为至少能够供磨削磨具74a通过的程度的大小。在图4中，外侧板940和内侧板941的内侧面为圆滑的曲面，但并不限定于此，外侧板940和内侧板941也可以按照规定的角度进行弯折而形成从而其内侧面为多面体状。
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内形成有多个器件，并且粘贴有对正面Wa进行保护的保护带T。被加工物W的背面Wb是被磨削磨轮74磨削的被磨削面。另外，被加工物W的形状和种类没有特别地限定，能够按照与磨削磨轮74的关系来适当变更，也包含由GaAs或GaN等形成的晶片、由金属形成的晶片或晶片的背面上局部露出有金属电极的晶片。
首先，在装卸区域A内，被加工物W以背面Wb成为上侧的方式被载置在保持工作台30的保持面300a上。然后，通过将未图示的吸引源所产生的吸引力传递至保持面300a，保持工作台30将被加工物W吸引保持在保持面300a上。被加工物W成为效仿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借助未图示的Y轴方向进给单元朝+Y方向移动到磨削单元7的下方，进行磨削磨轮74与保持于保持工作台30的被加工物W的对位。例如按照如下方式进行对位：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在+Y方向上错开，使磨削磨具74a的旋转轨迹经过被加工物W的旋转中心。并且，调整保持工作台30的斜度以使作为平缓的圆锥面的保持面300a与作为磨削磨具74a的下表面的磨削面平行，从而使被加工物W的背面Wb与磨削磨具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对主轴70进行旋转驱动，与此相伴地，如图5所示，使磨削磨轮74从+Z方向侧观察绕逆时针方向进行旋转。并且，磨削单元7被磨削进给单元5向-Z方向进给，磨削磨轮74向-Z方向下降，通过使磨削磨具74a与被加工物W的背面Wb抵接而进行磨削加工。此外，在磨削中，保持工作台30从+Z方向侧观察绕逆时针方向进行旋转，与此相伴地被加工物W也进行旋转，因此磨削磨具74a进行被加工物W的背面Wb的整个面的磨削加工。
在磨削加工中，磨削水提供单元8对主轴70中的流路70a提供磨削水。如图5所示，提供到流路70a的磨削水在通过流路73b之后从磨轮基台74b的喷射口74d朝向磨削磨具74a喷射，其中，该流路73b在安装座73的内部沿安装座73的周向隔开一定的间隔而形成。
由于被加工物W在保持工作台30的作为平缓的圆锥面的保持面300a上效仿保持面300a而被吸引保持，所以在图6的(A)中用双点划线示出的磨削磨轮74的旋转轨迹中的区域E(以下，称为加工区域E。)内，磨削磨具74a与被加工物W抵接而进行磨削。
关于与保持工作台30相邻配设的光照射单元9，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，如图6的(A)所示的那样配置在磨削磨具74a即将进入加工区域E之前的位置，并且如图6的(B)所示的那样，光照射单元9在磨削磨轮74的旋转轨迹上与磨削磨具74a的磨削面(下表面)对置而配置。随着磨削加工的开始，发光部91变成接通状态，发光部91发出例如波长为365nm左右的光(紫外光)。然后，当旋转的磨削磨轮74的磨削磨具74a从入口部94a进入到扩散防止壁94内时，发光部91所产生的光透过罩93在扩散防止壁94内对磨削磨具74a的磨削面进行照射。扩散防止壁94能够防止发光部91所产生的光发生扩散，由于光被会聚于在扩散防止壁94内的上方通过的磨削磨具74a的磨削面，所以光对磨削磨具74a的磨削面的照射效率比以往高。
通过光的照射，混在磨削磨具74a中的光催化剂颗粒P2被激发(即，光催化剂颗粒P2的价带的电子被激发)，产生电子和空穴这两个载流子。混在磨削磨具74a中的光催化剂颗粒P2所产生的空穴将与光催化剂颗粒P2的表面接触的磨削水氧化，生成氧化能力较高的羟基自由基。因此，与从出口部94b退出的磨削磨具74a的磨削面接触的磨削水至少在被加工物W的背面Wb上被赋予了基于羟基自由基的氧化力。
由SiC形成的被加工物W被所生成的羟基自由基氧化而脆化，因此能够容易地利用磨削磨轮74对被加工物W进行磨削。并且，由于所产生的羟基自由基的存在时间非常短，所以不会出现磨削水对被加工物W的背面Wb以外的氧化。并且，喷射出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，并且还进行产生于被加工物W的背面Wb的磨削屑的去除。
另外，例如，即使被加工物W是由金属形成的晶片或晶片的背面上局部露出有金属电极的晶片，但由于能够一边通过羟基自由基的强氧化力使金属氧化而脆化一边进行磨削，所以能够对被加工物进行顺畅地磨削。
并且，使用陶瓷结合剂B1作为结合剂的磨削磨具74a的磨削面例如因光的照射而形成极性较大的亲水基团，从而提高了亲水性，在磨削磨具74a的磨削面上，磨削水不容易成为水滴而是容易在磨削磨具74a的整个磨削面上呈水膜状扩散。因此，已亲水化的磨削磨具74a带着更多的磨削水进入到加工区域E内，对被加工物W的背面Wb进行磨削。磨削水更多地进入到被加工物W的背面Wb与磨削磨具74a的磨削面的接触部位，从而能够抑制产生于接触部位的摩擦热的产生。因此，能够抑制磨削磨具74a的过度磨损，并且提高了磨削屑的排出性。此外，由于通过磨削磨具74a的亲水化将磨削水有效地提供到磨削磨具74a对被加工物W进行磨削的加工区域E，所以能够防止因加工热导致的加工品质的恶化。
另外，在磨削磨具74a不包含光催化剂颗粒P2的情况下，发光部91也可以朝向磨削磨具74a照射例如波长为185nm的紫外光和波长为254nm的紫外光。通过对磨削磨具74a的磨削面照射波长为185nm的紫外光，存在于磨削磨具74a的下表面与发光部91之间的空气中的氧分子吸收紫外光而生成基态的氧原子。所生成的氧原子与周围的氧分子结合而生成臭氧。进而，所产生的臭氧通过吸收波长为254nm的紫外光而生成激发状态的活性氧。由于活性氧和臭氧具有较高的氧化力，所以与产生于磨削磨具74a的磨削面的碳或氢等结合而在磨削磨具74a的磨削面上形成极性较大的亲水基团，其结果是使磨削磨具74a亲水化。
并且，如图7所示，在磨削加工中，清洗水提供部92对发光部91上的罩93提供清洗水。即，从清洗水喷嘴920喷射到罩93上的清洗水一边使流动适度整流化一边将附着在罩93上的磨削屑等污物去除，由此，在磨削中发光部91所产生的光总是恰当地照射于磨削磨具74a的加工面。从罩93上流下的清洗水从未图示的排水口排出到扩散防止壁94的外部。
作为进行磨削加工而得的实验结果的一例，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只需90秒，能够实现磨削时间的缩短。并且，在被加工物W的Si面的磨削中，在磨削量为100的情况下在以往的磨削装置中磨削磨具的整体磨损了83％，但在本发明的磨削装置1中，在磨削量为100的情况下磨削磨具74a的磨损仅为整体的57％。此外，在被加工物W的C面的磨削中，在磨削量为100的情况下在以往的磨削装置中磨削磨具的整体磨损了60％，但在本发明的磨削装置1中在磨削量为100的情况下磨削磨具74a的磨损仅为整体的39％。

Claims (3)

1.一种磨削装置，其包含：
保持工作台，其对被加工物进行保持；以及
磨削单元，其包含主轴和磨削磨轮，该磨削磨轮安装于该主轴而对该保持工作台所保持的被加工物进行磨削，
其中，
该磨削磨轮具有利用结合剂结合了磨粒而得的磨削磨具，
该磨削磨轮包含：环状的磨轮基台；以及多个该磨削磨具，它们呈环状配设在该磨轮基台的底面上，
该磨削装置包含：
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向该磨削磨具提供磨削水；以及
光照射单元，其以与该保持工作台相邻且与加工时的该磨削磨轮的轴向末端对置的方式配设，向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照射光，
该光照射单元具有：
发光部，其发出该光；以及
扩散防止壁，其围绕该发光部，防止该光的扩散，
所述光照射单元以与由所述磨削磨具配设成的环状相交的方式与所述磨削磨具的磨削面对置地配置，
所述扩散防止壁具有由曲面构成的内侧面，在所述扩散防止壁上形成有供该磨削磨轮进入的入口部和供该磨削磨轮退出的出口部。
2.根据权利要求1所述的磨削装置，其中，
所述光照射单元还具有朝向所述发光部提供清洗水的清洗水提供部，在所述磨削磨轮的旋转轨迹上与所述磨削磨具的磨削面对置地配置。
3.根据权利要求1或2所述的磨削装置，其中，
所述结合剂是陶瓷结合剂。
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