CN117415692A - 被加工物的磨削方法 - Google Patents

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CN117415692A CN202310833301.1A CN202310833301A CN117415692A CN 117415692 A CN117415692 A CN 117415692A CN 202310833301 A CN202310833301 A CN 202310833301A CN 117415692 A CN117415692 A CN 117415692A
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Abstract

本发明提供被加工物的磨削方法，能够抑制磨削被加工物所需的时间变长。在进行无火花磨削的停止步骤之前，实施如下的分离步骤：维持多个磨削磨具与被加工物接触的状态不变、使移动机构进行动作而使卡盘工作台与磨削磨轮分离。而且，在分离步骤中，磨削载荷减少。因此，与未实施分离步骤的情况相比，完成无火花磨削所需的时间缩短，能够抑制磨削被加工物所需的时间变长。

Description

被加工物的磨削方法
技术领域
本发明涉及对被加工物进行磨削的被加工物的磨削方法。
背景技术
IC(Integrated Circuit：集成电路)等器件芯片是在移动电话和个人计算机等各种电子设备中不可缺少的结构要素。这样的芯片例如通过在将正面上形成有多个器件的晶片等被加工物进行薄化之后按照包含各个器件的每个区域对被加工物进行分割而制造。
作为将被加工物薄化的方法，例如可列举出磨削装置对被加工物的背面侧的磨削。该磨削装置通常具有：卡盘工作台，其能够以通过保持面的中心的直线为旋转轴线而旋转；以及主轴，其在前端部安装有磨削磨轮，该磨削磨轮呈环状离散地配置有多个磨削磨具。
并且，在磨削装置中，一边使在保持面上保持着被加工物的卡盘工作台和主轴这双方旋转，一边利用能够调整卡盘工作台与磨削磨轮的间隔的移动机构使双方接触，由此对被加工物进行磨削。即，该磨削在卡盘工作台和磨削磨轮双方旋转的状态下在双方隔着被加工物而相互推压的状态下进行。
当这样磨削被加工物时，有时在被加工物的被磨削面上形成周期性的凹凸(磨削痕)。因此，在对被加工物进行磨削时，有时最后进行用于去除磨削痕而使被加工物的被磨削面平坦化的磨削即所谓的无火花磨削(例如，参照专利文献1、2)。
具体而言，无火花磨削如下进行：一边使保持面上保持着被加工物的卡盘工作台和主轴这双方旋转，一边在被加工物与多个磨削磨具接触的状态下使移动机构的动作停止。
在无火花磨削时，产生所谓的回弹，即，通过卡盘工作台与磨削磨轮隔着被加工物相互推压而施加于双方的载荷(磨削载荷)减小并且双方的间隔变小。并且，当产生回弹时被加工物被磨削，在回弹实质上完成的时刻，被加工物实质上不被磨削。
专利文献1：日本特开2003-236736号公报
专利文献2：日本特开2009-12134号公报
为了对由碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或蓝宝石(Al2O3)等硬质材料构成的被加工物进行磨削，需要增大磨削载荷。但是，在磨削载荷大的情况下，为了完成无火花磨削而需要的时间也变长。
发明内容
因此，在该情况下，在磨削装置中磨削被加工物时的生产量有可能降低。鉴于这一点，本发明的目的在于提供被加工物的磨削方法，能够抑制磨削被加工物所需的时间变长。
根据本发明，提供被加工物的磨削方法，在具有卡盘工作台、主轴以及移动机构的磨削装置中对被加工物进行磨削，该卡盘工作台能够以通过保持面的中心的直线为旋转轴线而旋转，该主轴在前端部安装有圆环状的磨削磨轮，该磨削磨轮呈环状离散地配置有多个磨削磨具，该移动机构能够对该卡盘工作台与该磨削磨轮的间隔进行调整，其中，该被加工物的磨削方法具有如下的步骤：保持步骤，在该卡盘工作台的该保持面上保持该被加工物；以及磨削步骤，在该保持步骤之后，一边使该卡盘工作台以及该主轴这双方旋转，一边按照使该多个磨削磨具与该被加工物接触的方式使该移动机构进行动作，从而对该被加工物进行磨削，该磨削步骤包含如下的步骤：接近步骤，按照以该卡盘工作台与该磨削磨轮隔着该被加工物而相互推压的状态对该被加工物进行磨削的方式使该移动机构进行动作而使该卡盘工作台与该磨削磨轮接近；分离步骤，在该接近步骤之后，按照维持该多个磨削磨具与该被加工物接触的状态不变而使施加于该卡盘工作台以及该磨削磨轮的磨削载荷减少的方式使该移动机构进行动作而使该卡盘工作台与该磨削磨轮分离；以及停止步骤，在该分离步骤之后，按照一边使该磨削载荷减少一边对该被加工物进行磨削的方式使该移动机构的动作停止。
在本发明中，在进行无火花磨削的停止步骤之前，实施如下的分离步骤：维持多个磨削磨具与被加工物接触的状态不变而使移动机构进行动作从而使卡盘工作台与磨削磨轮分离。
并且，在分离步骤中，施加于卡盘工作台和磨削磨轮的磨削载荷减少。因此，在本发明中，与未实施分离步骤的情况相比，完成无火花磨削所需的时间缩短，能够抑制磨削被加工物所需的时间变长。
附图说明
图1是示意性示出磨削装置的一例的立体图。
图2是示意性示出磨削装置的一例的局部剖视侧视图。
图3是示意性示出在磨削装置中对被加工物进行磨削的被加工物的磨削方法的一例的流程图。
图4是示意性示出对被加工物进行磨削时的动作的一例的流程图。
图5是示意性示出在磨削被加工物时隔着被加工物而施加于卡盘工作台和磨削磨轮的磨削载荷的经时变化的曲线图。
标号说明
2：磨削装置；4：基台(4a：槽)；6：X轴方向移动机构；8：导轨；10：X轴移动板；11：被加工物；12：丝杠轴；13：晶片(13a：正面、13b：背面)；14：脉冲电动机；15：保护带；16：螺母；18：从动带轮；20：可动轴；22：工作台基座；24：卡盘工作台(24a：保持面)；26：框体；28：多孔板；30：工作台罩；32：防尘防滴罩；34：支承构造；36：Z轴方向移动机构；38：导轨；40：滑块；42：Z轴移动板；44：丝杠轴；46：脉冲电动机；48：螺母；50：磨削单元；52：保持部件；54：主轴壳体；56：主轴；58：旋转驱动源；60：磨轮安装座；62：磨削磨轮(62a：磨削磨具、62a：磨轮基台)；64：测量单元(64a、64b：高度计)。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是示意性示出磨削装置的一例的立体图，另外，图2是示意性示出图1所示的磨削装置的一例的局部剖视侧视图。
此外，图1以及图2所示的X轴方向(前后方向)以及Y轴方向(左右方向)是在水平面上相互垂直的方向，另外，Z轴方向(上下方向)是与X轴方向以及Y轴方向垂直的方向(铅垂方向)。
图1和图2所示的磨削装置2具有对各结构要素进行支承的基台4。在该基台4的上表面形成有沿着X轴方向延伸的长方体状的槽4a。并且，在槽4a的底面设置有使后述的卡盘工作台24沿着X轴方向移动的X轴方向移动机构6。
该X轴方向移动机构6具有分别沿着X轴方向延伸的一对导轨8。在一对导轨8的上侧，以能够沿着X轴方向滑动的方式安装有长方体状的X轴移动板10。另外，在一对导轨8之间配置有沿着X轴方向延伸的丝杠轴12。
并且，在丝杠轴12的后端部连结有用于使丝杠轴12旋转的脉冲电动机14。另外，在丝杠轴12的形成有螺纹牙的外周面上设置有螺母16，该螺母16收纳根据丝杠轴12的旋转而循环的多个滚珠而构成滚珠丝杠。
另外，螺母16固定于X轴移动板10的下表面侧。因此，如果利用脉冲电动机14使丝杠轴12旋转，则X轴移动板10与螺母16一起沿着X轴方向移动。
在X轴移动板10上设置有在下端部连结有从动带轮18的旋转体以及连结于主动带轮(未图示)的电动机等的旋转驱动源(未图示)。另外，在从动带轮18和主动带轮上搭挂有环形带(未图示)。
而且，在X轴移动板10上设置有倾斜调整机构，该倾斜调整机构具有一个固定轴(未图示)和两个可动轴20，两个可动轴20各自的沿着Z轴方向的长度可变。另外，固定轴和两个可动轴20连结于工作台基座22的下表面侧，对工作台基座22进行支承。
在该工作台基座22的中央形成有贯通孔(未图示)，在该贯通孔中贯穿有在下端部连结有从动带轮18的旋转体。并且，该旋转体的上端部与圆板状的卡盘工作台24的下表面侧连结。
因此，当按照使搭挂于从动带轮18的环形带旋转的方式使连结于主动带轮的旋转驱动源进行动作时，卡盘工作台24沿着卡盘工作台24的周向旋转。
另外，卡盘工作台24借助轴承(未图示)而支承于工作台基座22。因此，即使如上述那样使卡盘工作台24旋转，工作台基座22也不会旋转。
另一方面，当设置在X轴移动板10上的倾斜度调整机构进行动作时，即，当调整两个可动轴20中的至少一个可动轴20的沿着Z轴方向的长度时，不仅调整卡盘工作台24的倾斜，也调整工作台基座22的倾斜。
卡盘工作台24具有由陶瓷等构成的圆板状的框体26。该框体26具有圆板状的底壁和从该底壁竖立设置的圆筒状的侧壁。即，在框体26的上表面侧形成有由底壁和侧壁划定的圆板状的凹部。
另外，框体26的侧壁的内径比后述的被加工物11的直径稍短，并且该侧壁的外径比被加工物11的直径稍长。另外，在框体26的底壁上形成有在凹部的底面开口的流路(未图示)，该流路与喷射器等吸引源(未图示)连通。
并且，在形成于框体26的上表面侧的凹部中固定有圆板状的多孔板28，多孔板28具有与该凹部的直径大致相等的直径。该多孔板28例如由多孔质陶瓷构成。另外，多孔板28的上表面和框体26的侧壁的上表面具有与圆锥的侧面对应的形状(中心比外周突出的形状)。
并且，当使与形成于框体26的内部的流路连通的吸引源进行动作时，吸引力作用于多孔板28的上表面附近的空间。因此，多孔板28的上表面和框体26的侧壁的上表面作为卡盘工作台24的保持面24a发挥功能(参照图1)。
例如，在将被加工物11放置于卡盘工作台24的保持面24a的状态下使吸引源进行动作，从而将被加工物11保持于卡盘工作台24。该被加工物11例如由碳化硅、氮化镓或蓝宝石等构成，具有在正面13a上形成有多个器件的晶片13。
另外，在晶片13的正面13a上粘贴有保护带15，该保护带15例如由树脂构成，防止对晶片13的背面13b侧进行磨削时的器件的破损。而且，被加工物11按照隔着保护带15而保持晶片13的方式即按照晶片13的背面13b露出的方式保持于卡盘工作台24。
并且，在卡盘工作台24的周围设置有长方体状的工作台罩30，工作台罩30按照使该保持面24a露出的方式包围卡盘工作台24。该工作台罩30的宽度(沿着Y轴方向的长度)与形成于基台4的上表面的槽4a的宽度大致相等。
另外，在工作台罩30的前后设置有能够沿着X轴方向伸缩的防尘防滴罩32。另外，在基台4的上表面中的位于槽4a的后方的区域设置有四棱柱状的支承构造34。
在该支承构造34的前表面上设置有能够调整卡盘工作台24与后述的磨削磨轮62之间的间隔的Z轴方向移动机构36。该Z轴方向移动机构36具有分别沿着Z轴方向延伸的一对导轨38。
而且，在一对导轨38各自的前侧，以能够沿着Z轴方向滑动的方式设置有滑块40(参照图2)。另外，滑块40的前端部固定于长方体状的Z轴移动板42的后表面侧。而且，在一对导轨38之间配置有沿着Z轴方向延伸的丝杠轴44。
并且，在丝杠轴44的上端部连结有用于使丝杠轴44旋转的脉冲电动机46。另外，在丝杠轴44的形成有螺纹牙的外周面上设置有螺母48，该螺母48收纳根据丝杠轴44的旋转而循环的多个滚珠而构成滚珠丝杠。
另外，螺母48固定于Z轴移动板42的后表面侧。因此，如果利用脉冲电动机46使丝杠轴44旋转，则Z轴移动板42与螺母48一起沿着Z轴方向移动。
在Z轴移动板42的前侧设置有磨削单元50。该磨削单元50具有固定于Z轴移动板42的前表面的圆筒状的保持部件52。并且，在保持部件52的内侧设置有沿着Z轴方向延伸的圆筒状的主轴壳体54。
另外，在主轴壳体54的内侧设置有沿着Z轴方向延伸的圆柱状的主轴56(参照图2)。该主轴56以能够旋转的方式支承于主轴壳体54，主轴56的上端部(基端部)与电动机等旋转驱动源58连结。
另外，主轴56的下端部(前端部)从主轴壳体54露出，成为圆板状的磨轮安装座60。并且，在磨轮安装座60的下表面侧，使用螺栓等固定部件(未图示)安装有圆环状的磨削磨轮62，磨削磨轮62具有与磨轮安装座60的直径大致相等的外径。
该磨削磨轮62具有多个磨削磨具62a和磨轮基台62b，该磨轮基台62b具有呈环状离散地配置有多个磨削磨具62a的下表面。并且，当使旋转驱动源58进行动作时，磨轮安装座60和磨削磨轮62以沿着Z轴方向的直线为旋转轴线与主轴56一起旋转。
另外，多个磨削磨具62a具有分散在陶瓷结合剂或树脂结合剂等粘结材料中的金刚石或cBN(立方氮化硼)等磨粒。另外，磨轮基台62b例如由不锈钢或铝等金属材料构成。
并且，在磨削磨轮62的附近设置有磨削水提供喷嘴。在利用多个磨削磨具62a对被加工物11进行磨削时，该磨削水提供喷嘴以规定的流量向加工点提供纯水等液体(磨削水)。
另外，在基台4的上表面中的位于槽4a的侧方且接近磨削单元50的区域设置有测量单元64。该测量单元64例如具有对各个测量头所接触的位置的高度进行测量的一对高度计64a、64b。
高度计64a的测量头例如按照与卡盘工作台24所保持的被加工物11所包含的晶片13的背面13b接触的方式配置。另外，高度计64b的测量头例如按照与卡盘工作台24的保持面24a(具体而言，框体26的侧壁的上表面)接触的方式配置。
并且，通过在晶片13的背面13b侧的磨削之前或者在该磨削中这样配置各高度计64a、64b的测量头，能够在测量单元64中测量被加工物11的厚度。
图3是示意性示出在磨削装置2中对被加工物11进行磨削的被加工物的磨削方法的一例的流程图。在该方法中，首先，在卡盘工作台24的保持面24a上保持被加工物11(保持步骤：S1)。
具体而言，以保护带15朝下且使被加工物11的下表面(保护带15的下表面)的中心与卡盘工作台24的保持面24a的中心一致的方式将被加工物11搬入至卡盘工作台24。并且，通过使与形成于卡盘工作台24的框体26的底壁的流路连通的吸引源进行动作，使吸引力作用于被加工物11。
由此，被加工物11按照仿照卡盘工作台24的保持面24a的方式弹性变形。即，被加工物11按照与圆锥的侧面对应的方式变形，通过被加工物11覆盖卡盘工作台24的保持面24a。其结果是，在卡盘工作台24的保持面24a上保持被加工物11。
在该保持步骤(S1)之后，一边使卡盘工作台24和主轴56这双方旋转，一边使Z轴方向移动机构36进行动作以便使多个磨削磨具62a与被加工物11接触，由此对被加工物11进行磨削(磨削步骤：S2)。
在该磨削步骤(S2)中，首先，按照使主轴56旋转时的多个磨削磨具62a的轨迹与被加工物11在Z轴方向上重叠的方式使X轴方向移动机构6(具体而言，脉冲电动机14)进行动作而调整卡盘工作台24的位置。
另外，在该调整中，例如使将卡盘工作台24的保持面24a的中心与外周以最短距离连结并且与Z轴方向垂直的线段的一部分与旋转的多个磨削磨具62a的轨迹在Z轴方向上重叠。
即，使与Z轴方向垂直的坐标平面(XY坐标平面)中的该线段的一部分的坐标与该轨迹的坐标在Z轴方向上重叠。为此，如果需要也可以在该调整之前使倾斜调整机构进行动作来调整卡盘工作台24的倾斜。
接着，配置成使高度计64a的测量头与被加工物11的上表面(晶片13的背面13b)接触，并且配置成使高度计64b的测量头与卡盘工作台24的框体26的侧壁的上表面接触。
此时，在测量单元64中，测量磨削步骤(S2)的开始时刻的被加工物11的厚度。另外，在磨削步骤(S2)的过程中继续进行测量单元64对被加工物11的厚度的测量。
接着，一边使卡盘工作台24和主轴56这双方旋转，一边按照使被加工物11的上表面与多个磨削磨具62a的下表面接触的方式使Z轴方向移动机构36(具体而言，脉冲电动机14)进行动作，使卡盘工作台24与磨削磨轮62接近也即是使磨削磨轮62下降。
另外，当多个磨削磨具62a的下表面与被加工物11的上表面接触时，用于使主轴56旋转的提供至旋转驱动源58的电流变大，另外，对卡盘工作台24和磨削磨轮62施加的磨削载荷也变大。因此，通过检测该电流或磨削载荷，能够掌握多个磨削磨具62a的下表面与被加工物11的上表面接触的时机。
另外，从设置于磨削磨轮62的附近的磨削水提供喷嘴向多个磨削磨具62a的下表面与被加工物11的上表面的接触界面提供磨削水。并且，如果多个磨削磨具62a的下表面与被加工物11的上表面接触，则开始被加工物11的磨削。
图4是示意性示出对被加工物11进行磨削时的动作的一例的流程图。另外，图5是示意性示出在磨削被加工物11时隔着被加工物11而施加于卡盘工作台24和磨削磨轮62的磨削载荷的经时变化的曲线图。
在对被加工物11进行磨削时，首先，使卡盘工作台24与磨削磨轮62接近(接近步骤：S21)。具体而言，按照使磨削磨轮62以规定的磨削进给速度(例如，0.1μm/s～0.5μm/s、代表性地为0.3μm/s)下降的方式使Z轴方向移动机构36进行动作。
在此，在接近步骤(S21)的初期(图5所示的T0～T1)，磨削进给速度比通过磨削而去除的被加工物11的厚度的减少速度大。在该情况下，磨削载荷也随时间变大。另一方面，当磨削载荷变大时，该减少速度也变大。
并且，当磨削载荷达到该减少速度与磨削进给速度相等时的磨削载荷即L1时，磨削载荷几乎不从L1变化。另外，接近步骤(S21)例如在测量单元64所测量的被加工物11的厚度达到规定的厚度的时机(图5所示的T2)结束。
在接近步骤(S21)之后，维持多个磨削磨具62a与被加工物11接触的状态不变而使卡盘工作台24与磨削磨轮62分离(分离步骤：S22)。
具体而言，使Z轴方向移动机构36进行动作，以便在被加工物11因回弹(springback)而追随多个磨削磨具62a而上升的范围内使磨削磨轮62以规定的退避速度(例如，0.5μm/s～1.5μm/s、代表性地为1.0μm/s)稍微上升。
在此，在分离步骤(S22)中，磨削载荷随时间而变小。然后，分离步骤(S22)例如在磨削载荷减少而达到比L1的1/3倍小的L2的时机(图5所示的T3)结束。
在分离步骤(S22)之后，停止Z轴方向移动机构36的动作(停止步骤：S23)。由此，进行一边使磨削载荷减小一边磨削被加工物11的无火花磨削(spark out)。
然后，停止步骤(S23)例如在磨削载荷减少而达到比L2的1/5倍小的时刻或经过了规定的期间的时刻(图5所示的T4)结束。由此，完成磨削装置2中的被加工物11的磨削。
若完成被加工物11的磨削，则使卡盘工作台24和主轴56双方的旋转和从磨削水提供喷嘴进行的磨削水的提供停止，并且使Z轴方向移动机构36进行动作而使卡盘工作台24与磨削磨轮62分离也即是使磨削磨轮62上升。
接着，使高度计64a的测量头从被加工物11的上表面移动，并且使与形成于卡盘工作台24的框体26的底壁的流路连通的吸引源的动作停止。然后，将磨削后的被加工物11从卡盘工作台24搬出。
在上述的被加工物的磨削方法中，在进行无火花磨削的停止步骤(S23)之前，实施如下的分离步骤(S22)：维持多个磨削磨具62a与被加工物11接触的状态不变而使Z轴方向移动机构36进行动作从而使卡盘工作台24与磨削磨轮62分离。
并且，在分离步骤(S22)中，施加于卡盘工作台24和磨削磨轮62的磨削载荷减少。因此，在该方法中，与未实施分离步骤(S22)的情况相比，为了完成无火花磨削而需要的时间缩短，能够抑制磨削被加工物11所需的时间变长。
另外，上述内容是本发明的一个方式，本发明不限于上述内容。例如，在本发明中使用的磨削装置的结构不限于上述磨削装置2的结构。具体而言，在本发明的磨削装置中，也可以设置用于使卡盘工作台24沿着Z轴方向移动的Z轴方向移动机构和用于使磨削单元50沿着X轴方向移动的X轴方向移动机构。
此外，上述的实施方式所涉及的构造以及方法等只要不脱离本发明的目的的范围便能够适当变更而实施。

Claims (1)

1.一种被加工物的磨削方法，在具有卡盘工作台、主轴以及移动机构的磨削装置中对被加工物进行磨削，该卡盘工作台能够以通过保持面的中心的直线为旋转轴线而旋转，该主轴在前端部安装有圆环状的磨削磨轮，该磨削磨轮呈环状离散地配置有多个磨削磨具，该移动机构能够对该卡盘工作台与该磨削磨轮的间隔进行调整，其中，
该被加工物的磨削方法具有如下的步骤：
保持步骤，在该卡盘工作台的该保持面上保持该被加工物；以及
磨削步骤，在该保持步骤之后，一边使该卡盘工作台以及该主轴这双方旋转，一边按照使该多个磨削磨具与该被加工物接触的方式使该移动机构进行动作，从而对该被加工物进行磨削，
该磨削步骤包含如下的步骤：
接近步骤，按照以该卡盘工作台与该磨削磨轮隔着该被加工物而相互推压的状态对该被加工物进行磨削的方式使该移动机构进行动作而使该卡盘工作台与该磨削磨轮接近；
分离步骤，在该接近步骤之后，按照维持该多个磨削磨具与该被加工物接触的状态不变而使施加于该卡盘工作台以及该磨削磨轮的磨削载荷减少的方式使该移动机构进行动作而使该卡盘工作台与该磨削磨轮分离；以及
停止步骤，在该分离步骤之后，按照一边使该磨削载荷减少一边对该被加工物进行磨削的方式使该移动机构的动作停止。
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