CN109483352B - 磨削磨轮和磨削装置 - Google Patents

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Abstract

提供磨削磨轮和磨削装置，改善对于被磨削面的咬合性能。该磨削磨轮(46)为了对晶片W进行磨削而呈环状配设有多个分别由多个分段磨具(47)构成的磨具组，其中，各磨具组包含厚度不同的至少三个分段磨具(471～473)。厚度不同的三个分段磨具在依照从厚度小的分段磨具(471)至厚度大的分段磨具(473)的顺序使内周对齐的状态下呈环状配设，并且在相邻的分段磨具之间设置均等的间隙而配置。

Description

磨削磨轮和磨削装置
技术领域
本发明涉及磨削磨轮和磨削装置。
背景技术
对晶片进行磨削的磨削装置使呈环状配设有多个分段磨具的磨削磨轮旋转而利用分段磨具对晶片的磨削面进行磨削。以往，提出了具有不产生单侧消减而均匀且高精度地对作为磨削对象的晶片的中心部进行磨削的磨削磨具的磨削磨轮(例如，参照专利文献1)。
在专利文献1记载的磨削磨轮中，在呈环状安装于磨削磨轮的端面的多个磨削磨具中，交替设置接近磨削磨轮的中心侧而配置的接近部分以及远离磨削磨轮的中心而配置的远离部分，它们夹着磨削磨轮的中心分别呈点对称配置。由此，避免磨具体相对于晶片的旋转中心部始终接触而对晶片的整个正面进行均匀地磨削，并且在稳定状态下使磨削磨轮旋转而确保高精度的磨削。
专利文献1：日本特开2001-096467号公报
但是，在上述的公开公报记载的磨削磨轮中，由接近部分的磨削磨具和远离部分的磨削磨具对晶片的被磨削面上的不同的位置进行磨削。因此，可能发生无法充分确保对于被磨削面的咬合性能的情况。特别是，这样咬合性能不充分的问题容易在由SiC或蓝宝石那样的较硬材质构成的晶片中产生。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供磨削磨轮和磨削装置，能够改善对于被磨削面的咬合性能。
根据本发明的一个方式，提供磨削磨轮，其呈环状配设有多个分段磨具，其中，该磨削磨轮具有呈环状配设的多个磨具组，该各磨具组分别包含厚度不同的至少三个分段磨具，该各磨具组构成为将厚度不同的三个该分段磨具依照从厚度小的分段磨具至厚度大的分段磨具的顺序在相邻的该分段磨具之间设置均等的间隙并且使该各分段磨具的内周对齐而呈环状配设。
根据本发明的另一方式，提供磨削装置，其中，该磨削装置具有：保持工作台，其具有对晶片进行保持的保持面；保持工作台旋转单元，其使该保持工作台在规定的旋转方向上旋转；磨削单元，其具有安装于主轴的前端的磨削磨轮，使该磨削磨轮在与该保持工作台的旋转方向相同的方向上旋转而对该保持工作台所保持的晶片进行磨削；磨削进给单元，其使该磨削单元在与该保持面垂直的方向上移动；以及进退单元，其使该保持工作台在相对于该磨削单元接近和远离的方向上进行直线移动，该磨削磨轮具有呈环状配设的多个磨具组，该各磨具组分别包含厚度不同的至少三个分段磨具，该各磨具组构成为将厚度不同的三个该分段磨具依照从厚度小的分段磨具至厚度大的分段磨具的顺序在相邻的该分段磨具之间设置均等的间隙并且使该各分段磨具的内周对齐而呈环状配设，利用该进退单元定位成使该分段磨具在该保持工作台所保持的晶片的中心通过的磨削位置，使该磨具组的厚度最小的该分段磨具先从该保持工作台所保持的晶片的外周侵入而对晶片进行磨削。
根据该结构，厚度不同的三个分段磨具依照从厚度小的分段磨具至厚度大的分段磨具的顺序使内周对齐而呈环状配设，从厚度小的分段磨具起依次进入至磨削加工区域。由此，能够在利用容易咬合于被磨削面的最薄的分段磨具进行了磨削加工之后，使厚度更大的分段磨具接着对利用最薄的分段磨具进行了磨削的区域进行磨削加工。其结果是，与利用具有相同的厚度尺寸的分段磨具进行磨削加工的情况相比，能够改善对于被磨削面的咬合性能。
根据本发明，能够改善对于被磨削面的咬合性能。
附图说明
图1是本实施方式的磨削装置的立体图。
图2是示出本实施方式的磨削装置所具有的磨削磨轮与晶片的关系的示意性俯视图。
图3是利用本实施方式的磨削装置进行磨削的晶片的被磨削面的放大图。
图4是利用本实施方式的磨削装置进行磨削的晶片的被磨削面的放大图。
图5是利用本实施方式的磨削装置进行磨削的晶片的被磨削面的放大图。
图6是利用本实施方式的磨削装置进行磨削的晶片的被磨削面的放大图。
标号说明
1：磨削装置；20：卡盘工作台；21：保持面；22：工作台旋转单元；40：磨削单元；42：主轴单元；45：安装座；46：磨削磨轮；47、471～473：分段磨具；50：进退单元；W：晶片。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的磨削装置进行说明。图1是本实施方式的磨削装置的立体图。另外，磨削装置不限于图1所示那样的磨削加工专用的装置结构，例如可以组装至以全自动方式实施磨削加工、研磨加工、清洗加工等一系列加工的全自动型的加工装置。
如图1所示，磨削装置1构成为使用呈圆环状配置有多个分段磨具47的磨削磨轮46对卡盘工作台(保持工作台)20所保持的晶片W进行磨削。晶片W在粘贴有保护带T的状态下被搬入至磨削装置1并保持于卡盘工作台20的保持面21上。另外，晶片W只要是作为磨削对象的板状部件即可，可以是硅、砷化镓等半导体晶片，可以是陶瓷、玻璃、蓝宝石等光器件晶片，也可以是形成器件图案前的原切割晶片。
在磨削装置1的基台10的上表面上，形成有在X轴方向上延伸的矩形状的开口，该开口被能够与卡盘工作台20一起移动的移动板11和波纹状的防水罩12覆盖。在防水罩12的下方设置有使卡盘工作台20在X轴方向上移动的滚珠丝杠式的进退单元50。进退单元50构成定位单元，该定位单元使卡盘工作台20和后述的磨削单元40在保持面21方向(X轴方向)上相对地移动，从而定位成使分段磨具47在卡盘工作台20所保持的晶片W的中心通过的位置关系。
进退单元50具有：与X轴方向平行的一对导轨51，它们配置在基台10内；电动机驱动的X轴工作台52，其以能够滑动的方式设置在一对导轨51上。在X轴工作台52的下表面侧形成有未图示的螺母部，在这些螺母部螺合有滚珠丝杠53。利用与滚珠丝杠53的一个端部连结的驱动电动机54对滚珠丝杠53进行旋转驱动，从而X轴工作台52沿着导轨51在X轴方向上移动。
在进退单元50的X轴工作台52上设置有工作台旋转单元22。在该工作台旋转单元22的上方侧连结有卡盘工作台20。工作台旋转单元22与未图示的旋转驱动机构连接而构成使卡盘工作台20在规定的旋转方向上旋转的保持工作台旋转单元。卡盘工作台20构成为能够通过工作台旋转单元22的驱动而以晶片W的中心为轴进行旋转。
在卡盘工作台20的上表面上，由多孔质的多孔材料形成有对晶片W进行吸引保持的保持面21。在卡盘工作台20的内部形成有与吸引源(未图示)连通的连通路(未图示)。连通路与保持面21连通，从而在保持面21的上表面上通过吸引源的负压对晶片W进行吸引保持。另外，保持面21具有以卡盘工作台20的旋转中心(保持面21的中心)为顶点、按照外周侧略微降低的方式倾斜的倾斜面。当晶片W被吸引保持于呈圆锥状倾斜的保持面21时，沿着保持面21的形状变形为平缓倾斜的圆锥状。
在基台10上的柱15上设置有磨削进给单元30，其将磨削单元40在相对于卡盘工作台20(更具体而言为保持面21)接近和远离的方向(Z轴方向(垂直方向))上进行磨削进给。磨削进给单元30具有：与Z轴方向平行的一对导轨31，它们配置在柱15上；以及电动机驱动的Z轴工作台32，其以能够滑动的方式设置在一对导轨31上。在Z轴工作台32的背面侧形成有未图示的螺母部，滚珠丝杠33与这些螺母部螺合。利用与滚珠丝杠33的一个端部连结的驱动电动机34对滚珠丝杠33进行旋转驱动，从而使磨削单元40沿着导轨31在Z轴方向上移动。
磨削单元40借助壳体41而安装在Z轴工作台32的前表面上，构成为利用主轴单元42使磨削磨轮46绕中心轴旋转。主轴单元42是所谓的空气主轴，在壳体的内侧借助高压空气将主轴44支承为能够旋转。主轴单元42使磨削磨轮46在与卡盘工作台20的旋转方向相同的方向上旋转。
在主轴44的前端连结有安装座45，在安装座45上安装有呈环状具有分段磨具47的磨削磨轮46。分段磨具47例如是利用陶瓷结合剂将规定的磨粒直径的金刚石磨粒结合而构成的。另外，分段磨具47不限于此，可以利用金属结合剂或树脂结合剂等结合剂将金刚石磨粒固定而形成。关于详细情况，如后文所述，在磨削磨轮46上配设有在径向上厚度不同的三种分段磨具47。
这里，参照图2对本实施方式的磨削磨轮46的结构以及磨削磨轮46与晶片W的关系进行说明。图2是示出本实施方式的磨削装置1所具有的磨削磨轮46与晶片W的关系的示意性俯视图。在图2中，示出如下状态：利用进退单元50定位成使分段磨具47在卡盘工作台20所保持的晶片W的中心Wc通过的位置关系。
在本实施方式的磨削装置1中，卡盘工作台20和磨削磨轮46在相同的方向(图2所示的逆时针方向)上旋转。关于卡盘工作台20和磨削磨轮46的旋转速度，在设定成磨削磨轮46比卡盘工作台20快的前提下可以任意地设定。
如图2所示，在磨削磨轮46上配设有在径向上厚度不同的三种分段磨具471、472、473。分段磨具471构成为厚度最小，分段磨具473构成为厚度最大。分段磨具472具有分段磨具471、473的中间的厚度尺寸。例如分段磨具471、472、473分别设定为在磨削磨轮46的径向上为2mm、3mm、4mm的厚度尺寸，但并不限于此，可以适当变更。
分段磨具47从磨削磨轮46的旋转方向的前方侧朝向后方侧依照分段磨具471、472、473的顺序进行配设。这些分段磨具471、472、473分别使内周对齐而呈环状配设。在磨削磨轮46上沿着周向配置有多组由这样排列的分段磨具471、472、473构成的磨具组470。在分段磨具473中的磨削磨轮46的旋转方向的后方侧，配置有相邻的磨具组470的分段磨具471。在相邻的分段磨具47之间配置有均等的间隙。即，分段磨具47隔着均等的间隙在磨削磨轮46的周向上呈环状配设。
进退单元50将卡盘工作台20所保持的晶片W的中心Wc定位在从分段磨具47的内周(更具体而言为分段磨具471～473的内周)47i至分段磨具47的最外周(更具体而言为分段磨具473的外周)47o为止的环状区域(即带状的环状区域)内。此时，晶片W的中心Wc配置在图2中单点划线A所示的圆周上，该圆周在分段磨具47的内周47i与分段磨具47的最外周47o的中间通过。另一方面，磨削磨轮46的中心46c配置在与晶片W的外周重叠的位置上。
如上所述，晶片W在被吸引保持于保持面21的状态下沿着保持面21的形状变形为平缓倾斜的圆锥状。因此，磨削磨轮46的磨削加工区域GP按照分段磨具47的旋转轨迹形成在从晶片W的外周至中心Wc的区域。另外，在磨削磨轮46的分段磨具47的内侧，按照规定的间隔形成有磨削水提供口461。在利用磨削磨轮46进行磨削加工时，从磨削水提供口461提供磨削水。
在这样构成的磨削装置1中，使分段磨具47从卡盘工作台20所保持的晶片W的外周进入磨削加工区域GP而进行晶片W的被磨削面(上表面)的磨削加工。此时，分段磨具47按照厚度尺寸逐渐增大的方式依照分段磨具471、472、473的顺序进入至磨削加工区域GP。
另外，在利用具有厚度尺寸相同的分段磨具的以往的磨削磨轮进行对于晶片的磨削加工的情况下，分段磨具的磨削加工面积相同，产生无法充分确保对于晶片的被磨削面的咬合性能的情况。例如在晶片由SiC或蓝宝石那样的硬的材质构成的情况下、以及磨削磨轮的旋转速度为高速的情况下(磨削加工条件严格的情况下)等，容易产生这样的咬合性能的问题。
本发明人着眼于相同的厚度尺寸的分段磨具所进行的磨削加工可能由于磨削加工的条件而使咬合性能不充分的情况。并且，发现了具有不同的厚度尺寸的分段磨具并按照厚度尺寸逐渐增大的方式实施来磨削加工有助于改善对于被磨削面的咬合性能，从而想到了本发明。
即，本发明的主旨在于，为了对晶片W进行磨削，在呈环状配设有多个分段磨具47的磨削磨轮46中，具有至少厚度不同的三个分段磨具47(471～473)，这三个分段磨具47依照从厚度小的分段磨具471至厚度大的分段磨具473的顺序使内周对齐而呈环状配设。由此，能够在利用容易咬合于被磨削面的最薄的分段磨具471进行了磨削加工之后，使厚度更大的分段磨具472、473重复对利用该分段磨具471进行了磨削的区域进行磨削加工。其结果是，与利用具有相同的厚度尺寸的分段磨具进行磨削加工的情况相比，能够改善对于被磨削面的咬合性能。
以下，参照图3～图6对本实施方式的磨削装置1的磨削工序中的晶片W的被磨削面的磨削状态进行说明。图3～图6是示出利用本实施方式的磨削装置1进行磨削的晶片W的被磨削面与分段磨具471、472、473的关系的放大俯视图。在图3～图6中，将晶片W中的磨削加工区域GP的周边放大而示出，为了便于说明，仅示出构成单一的磨具组470的分段磨具471～473。
在图3中，示出分段磨具471刚进入了磨削加工区域GP之后的状态。当分段磨具471从晶片W的外周进入磨削加工区域GP时，如图3所示，晶片W的被磨削面根据分段磨具471的厚度尺寸而被磨削。此时，分段磨具471的厚度尺寸充分小。因此，容易咬合于被磨削面，能够在具有良好的咬合性能的状态下对晶片W进行磨削加工。另外，在图3中，用虚线示出分段磨具471的磨削痕SM1。对于图4及后面的图也是同样的。
当晶片W和磨削磨轮46从图3所示的状态旋转时，后续的分段磨具472从晶片W的外周进入磨削加工区域GP。在图4中，示出分段磨具472刚进入了磨削加工区域GP之后的状态。当分段磨具472进入磨削加工区域GP时，如图4所示，晶片W的被磨削面根据分段磨具472的厚度尺寸而被磨削。另外，在图4中，用单点划线示出基于分段磨具472的磨削痕SM2。对于图5及后面的图也是同样的。
此时，分段磨具471的磨削痕SM1如图4所示那样按照从当前的分段磨具471的位置朝向晶片W的外周侧扩展的方式形成。这样磨削痕SM1按照扩展的方式形成是因为晶片W和磨削磨轮46同时旋转。
进入了磨削加工区域GP的分段磨具472与这样利用分段磨具471进行了磨削的区域(磨削痕SM1的区域)的一部分重复地进行磨削。在进行对于该区域(磨削痕SM1的区域)的磨削的同时，分段磨具472追随分段磨具471进行分段磨具471未磨削的部分(不与磨削痕SM1重复的部分)的磨削。
另外，在磨削磨轮46的旋转速度比晶片W的旋转速度快的情况下，能够使分段磨具472与利用分段磨具471进行了磨削的区域(磨削痕SM1的区域)的一部分重复地进行磨削的区域较大。另外，磨削磨轮46的旋转速度越快、或者卡盘工作台20的旋转越慢，则磨削痕SM1的扩展越小，后续的分段磨具472对磨削痕SM1进行重复磨削的比例也越小。由此，分段磨具472变得容易咬合，能够加快旋转速度。
当晶片W和磨削磨轮46从图4所示的状态进行旋转时，后续的分段磨具473从晶片W的外周进入磨削加工区域GP。在图5中，示出分段磨具473刚进入了磨削加工区域GP之后的状态。当分段磨具473进入磨削加工区域GP时，如图5所示，晶片W的被磨削面根据分段磨具473的厚度尺寸而被磨削。另外，在图5中，用双点划线示出分段磨具473的磨削痕SM3。对于图6也是同样的。
此时，分段磨具472的磨削痕SM2如图5所示那样按照从当前的分段磨具472的位置朝向晶片W的外周侧扩展的方式形成。另外，分段磨具471的磨削痕SM1按照从图4所示的状态朝向晶片W的外周侧进一步扩展的方式形成。
进入了磨削加工区域GP的分段磨具473与这样利用分段磨具472进行了磨削的区域(磨削痕SM2的区域)的一部分重复地进行磨削。在进行对于该区域(磨削痕SM2的区域)的磨削的同时，分段磨具473追随分段磨具472进行分段磨具472未磨削的部分(不与磨削痕SM2重复的部分)的磨削。
当晶片W和磨削磨轮46从图5所示的状态旋转时，分段磨具471～473在磨削加工区域GP中进入磨削磨轮46的旋转方向的前方侧(下游侧)。在图6中，示出分段磨具471～473从图5所示的状态进一步进行了旋转的状态。此时，如图6所示，分段磨具472继续对一部分与分段磨具471进行了磨削的区域重复的位置进行磨削，分段磨具473继续对一部分与分段磨具471、472进行了磨削的区域重复的位置进行磨削。
对于晶片W的被磨削面而言，随着晶片W和磨削磨轮46的旋转，首先分段磨具471进行咬合，从而进行作为开端的磨削加工。并且，后续的分段磨具472、473一边将分段磨具471进行了磨削的区域慢慢扩大一边进行磨削。由此，即使在晶片W由SiC或蓝宝石那样的硬的材质构成的情况下、以及磨削磨轮46的旋转速度为高速的情况下(磨削加工条件严格的情况下)，也能够有效地对晶片W进行磨削。
这样，在本实施方式的磨削装置1中，厚度不同的三个分段磨具471～473依照从厚度小的分段磨具471至厚度大的分段磨具473的顺序使内周对齐而呈环状配设，从厚度小的分段磨具471起依次从晶片W的外周进入磨削加工区域GP。由此，能够在利用容易咬合于被磨削面的最薄的分段磨具471进行了磨削加工之后，对于利用该分段磨具471进行了磨削的区域，使厚度比分段磨具471大的分段磨具472、473追随而利用分段磨具472与利用分段磨具471进行了磨削的区域重叠地进行磨削，进一步利用分段磨具473与利用分段磨具472进行了磨削的区域重叠地进行磨削加工。其结果是，与利用具有相同的厚度尺寸的分段磨具进行磨削加工的情况相比，能够改善对于被磨削面的咬合性能。
特别是厚度不同的三个分段磨具471～473使内周47i(参照图2)对齐而呈环状配置。由此，能够较大地确保由在先的分段磨具47(例如分段磨具471)进行了磨削的区域中的由后续的分段磨具47(例如分段磨具472)重复地进行磨削的区域，因此能够进行咬合特性更优异的磨削加工。另外，在厚度最大的分段磨具473的后续，分段磨具471从晶片W的外周进入。分段磨具471的厚度小，因此容易咬合但另一方面磨损较大，如瑕疵那样形成宽度较窄的磨削痕SM1。并且，后续的分段磨具472、473的厚度越大则磨损越小，厚度越大则形成越漂亮的磨削痕。即，利用磨损更少的分段磨具473形成晶片W的被磨削面，从而能够形成与以往同样的磨削痕。
另外，本发明的实施方式并不限于上述的实施方式，也可以在不脱离本发明的技术思想的主旨的范围内进行各种变更、置换、变形。进而，如果因技术的进步或衍生出的其他技术而利用其他方法实现本发明的技术思想，则也可以使用该方法进行实施。因此，权利要求书覆盖了能够包含在本发明的技术思想的范围内的所有实施方式。
例如，在上述实施方式中，对于在磨削磨轮46上具有厚度不同的三种分段磨具47(471～473)的情况进行了说明。但是，分段磨具47的厚度尺寸的种类并不限于三种，可以适当变更。在对晶片W的被磨削面适当地进行磨削的前提下，可以在磨削磨轮46上具有四种以上的分段磨具47。
另外，在上述实施方式中，对于使厚度不同的三个分段磨具47的内周对齐而呈环状配设的情况进行了说明。但是，分段磨具47的配置并不限于使内周对齐而进行配置的情况，可以适当变更。在确保对于晶片W的被磨削面的咬合性能，并且由后续的分段磨具47重复地对利用在先的分段磨具47进行了磨削的区域进行磨削的条件下，可以配置成任意的位置。例如可以使厚度不同的三个分段磨具47的外周对齐而呈环状配设。另外，也可以使三个分段磨具471～473中的磨削磨轮46的径向的中央对齐(更具体而言，使分段磨具471～473的中央对齐在图2中单点划线A所示的圆周上)而进行配设。
另外，作为加工对象，可以根据加工的种类，使用例如半导体器件晶片、光器件晶片、封装基板、半导体基板、无机材料基板、氧化物晶片、生陶瓷基板、压电基板等各种工件。作为半导体器件晶片，可以使用形成器件后的硅晶片或化合物半导体晶片。作为光器件晶片，可以使用形成器件后的蓝宝石晶片或碳化硅晶片。另外，作为封装基板，可以使用CSP(Chip Size Package：芯片尺寸封装)基板，作为半导体基板，可以使用硅或砷化镓等，作为无机材料基板，可以使用蓝宝石、陶瓷、玻璃等。另外，作为氧化物晶片，可以使用形成器件后或形成器件前的钽酸锂、铌酸锂。
如以上所说明的那样，本发明具有能够改善对于被磨削面的咬合性能的效果，特别是在对晶片的正面进行磨削的磨削磨轮和磨削装置中有用。

Claims (2)

1.一种磨削磨轮，其呈环状配设有多个分段磨具，其中，
该磨削磨轮具有呈环状配设的多个磨具组，各磨具组分别包含在所送磨削磨轮的径向上厚度不同的至少三个分段磨具，
在所送磨削磨轮的周向上，所述至少三个分段磨具的所述厚度分别固定，
所述至少三个分段磨具通过它们的在所送磨削磨轮的轴向上的末端面对晶片的被磨削面进行磨削，
该各磨具组构成为将厚度不同的三个该分段磨具依照从厚度小的分段磨具至厚度大的分段磨具的顺序在相邻的该分段磨具之间设置均等的间隙并且使该各分段磨具的内周对齐而呈环状配设。
2.一种磨削装置，其中，
该磨削装置具有：
保持工作台，其具有对晶片进行保持的保持面；
保持工作台旋转单元，其使该保持工作台在规定的旋转方向上旋转；
磨削单元，其具有安装于主轴的前端的磨削磨轮，使该磨削磨轮在与该保持工作台的旋转方向相同的方向上旋转而对该保持工作台所保持的晶片进行磨削；
磨削进给单元，其使该磨削单元在与该保持面垂直的方向上移动；以及
进退单元，其使该保持工作台在相对于该磨削单元接近和远离的方向上进行直线移动，
该磨削磨轮具有呈环状配设的多个磨具组，各磨具组分别包含在所送磨削磨轮的径向上厚度不同的至少三个分段磨具，在所送磨削磨轮的周向上，所述至少三个分段磨具的所述厚度分别固定，所述至少三个分段磨具通过它们的在所送磨削磨轮的轴向上的末端面对晶片的被磨削面进行磨削，该各磨具组构成为将厚度不同的三个该分段磨具依照从厚度小的分段磨具至厚度大的分段磨具的顺序在相邻的该分段磨具之间设置均等的间隙并且使该各分段磨具的内周对齐而呈环状配设，
利用该进退单元定位成使该分段磨具在该保持工作台所保持的晶片的中心通过的磨削位置，使该磨具组的厚度最小的该分段磨具先从该保持工作台所保持的晶片的外周侵入而对晶片进行磨削。
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