JP2004351560A

JP2004351560A - Polishing tool and nc grinding machine using the same

Info

Publication number: JP2004351560A
Application number: JP2003151974A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Okuyama; 哲雄奥山; Shiro Murai; 史朗村井
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing tool for enabling mirror surface finishing on a condition that a grinding wheel is a dry type and a wafer W is a wet type and reduction of environmental load by reducing amount of etching chemical liquid after grinding and reducing colloidal silica, and a NC (numerical control) grinding machine using the same. <P>SOLUTION: This polishing tool 12 performs mirror surface finishing for surfaces of electronic parts such as a semiconductor wafer and an aluminum hard disk. In the polishing tool 12 in which soft abrasive grain having a chemical action is made as a fixed abrasive grain grinding wheel 5, a ring-shaped cover 1 is provided on an outer peripheral surface side of the polishing tool 12 and a ring-shaped cover 6 is provided on an inner peripheral surface side. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ、アルミハードディスク、ガラスハードディスク等の電子部品、及び光学部品に、鏡面仕上げを施す鏡面仕上げ用の研磨工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＴＣ装置付ＮＣ研削盤について簡単に説明する。図６は、従来のＡＴＣ（自動工具交換）装置付ＮＣ研削盤の左側面を示す模式図である。図６に示すように、ＡＴＣ装置付ＮＣ研削盤３０（以下、単に研削盤ともいう）は、主軸２４を回転可能に軸支する主軸ヘッド２６と、ベッド３１に載置された回転テーブル装置４０と、ＡＴＣ装置５０と、工具ストッカ６０とから構成されている。
主軸ヘッド２６は、ベッド３１の上部のフレーム３２に固定された主軸台２０上に支持され、そして、主軸台２０には、昇降用モータ２１の駆動により主軸ヘッド２６を上下に移動させるためのＺ１軸の主軸昇降機構が備えられている。
主軸２４内には、砥石工具を固定するクランプ機構が内蔵されており、荒引き用砥石工具２３が装着されている。また、主軸ヘッド２６には、主軸２４を回転させるためのビルトインモータ２５が設けられている。主軸２４の下端面には、仕上げ用砥石工具２２が直付けにて固定されている。
【０００３】
回転テーブル装置４０は、ベッド３１上に、例えば、電子部品の１つである半導体ウェーハＷ（以下、ウェーハＷという）を固定し、回転させるための装置であり、回転テーブル４１のテーブル上面は、多孔質の吸着パッドが備えられた吸着面となっており、ウェーハＷが加工中に浮き上がるのを防止して、均一な厚みに加工することができるように、微細な孔から空気を抜き取る真空チャックとなっている。
【０００４】
ＡＴＣ装置５０は、回転テーブル４１の後部（図６では左側）に設けられており、昇降用モータの駆動によりＡＴＣ装置５０のアーム５１、５２を上下（Ｚ３軸）に移動させるためのＡＴＣ装置昇降機構と、ＡＴＣ装置５０が任意の角度に割り出された旋回可能な旋回装置と、主軸２４の位置と工具ストッカ６０との間をシリンダの駆動によりＸ２軸方向に伸縮自在に移動する移動機構を備えている。ここでは、工具ストッカ６０は、ＡＴＣ装置５０の後部（図６では左側）に設けられ、ＡＴＣ装置５０の旋回中心であるＺ３軸を中心に、円弧状に工具ストッカ棚６５が形成されており、複数個の工具の貯蔵が可能である。
【０００５】
このような研削盤３０において、荒引き用砥石工具２３によるウェーハＷの荒引き加工が終了すると、荒引き用砥石工具２３とカバー部材１４とがＡＴＣ装置５０によって左右交換される。このカバー部材１４は、テーパシャンク部１４ａとアーム把持部１４ｂとが分離可能に２ピースになっており、テーパシャンク部１４ａが主軸テーパ部１６にクランプされると、アーム把持部１４ｂは分離されて外される。
そして、主軸２４に直付けにされた仕上げ用砥石工具２２が備える微細な砥粒の仕上げ用砥石によって仕上げ加工が行われ、ウェーハＷは所定の形状精度に仕上げられる。
【０００６】
図７は、従来の研削盤の主軸の工具取付部を示し、図７（ａ）は、ポリッシングパッド工具２８を示す縦断面図であり、左下方の図は、ウェーハの回転テーブル装置４０を示す縦断面図である。図７（ａ）に示すように、ポリッシングパッド工具２８は、カバー部材１４とＡＴＣ装置によって交換された後を示している。また、主軸２４の下端面には、仕上げ用砥石工具２２が直に固定されている。
【０００７】
下方の左図は、ウェーハＷの回転テーブル装置４０の断面図である。回転テーブル４１の中心には、スピンドル４２が固着され、スピンドル４２は、上下のベアリング４４を介してベッドに対して鉛直軸回りを回転可能に軸承されている。
図７（ｂ）は、ポリッシングパッド工具２８のＡ矢視を示す下面図である。図７（ｂ）に示すように、ポリッシングパッド工具２８の下面には、ドーナツ状に形成されたポリッシングパッド２８ａが貼付されており、ポリッシング加工が行われ、鏡面仕上げが行われている。
【０００８】
ウェーハＷの仕上げ加工の後には、薬液によるエッチングが行われ（例えば、特許文献１参照）、ポリッシング（研磨）加工が行われる。ポリッシング加工では、ポリッシングパッド２８ａに軟質砥粒である液状のコロイダルシリカを流し、薬液の中に砥粒が浮遊する浮遊砥粒状態をつくり、ポリッシングパッド工具２８とウェーハＷに回転を与えてメカノケミカル作用（以下、化学的作用ともいう）の現象を発現させ、ポリッシングによる鏡面仕上げが行われる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０９−２２３６８０号（図１）
【００１０】
しかしながら、ポリッシング加工前には薬液によってエッチングが施され、ポリッシング加工では、コロイダルシリカを使用するアルカリ性の薬液を用いるため、環境に対する負荷が大きいという問題があった。また、メカノケミカル現象を発現させるには、砥石は乾式、ウェーハＷは加工液を散水して冷却する湿式が好ましく、相反する条件を満足させる研磨工具が要望されていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、研削加工後の面品位を向上させることにより、エッチング除去量を減らすことで使用する薬液の量を減らし、あるいは無くし、コロイダルシリカも減少し、あるいは無くすことを目指し、砥石は乾式、ウェーハＷは湿式という条件で鏡面仕上げを可能にし、環境負荷の低減も可能にする研磨工具を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の研磨工具は、半導体ウェーハ、アルミハードディスク等の電子部品の表面を鏡面仕上げするカップ状の研磨工具であって、化学的作用のある軟質砥粒を固定した軟質砥粒砥石を有し、前記研磨工具の外周面側にリング状のカバーを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、研磨工具の外周にリング状のカバーを設けたことにより、研磨工具と半導体ウェーハとの摺接部においては、加工液がシャットアウトされて砥石は乾いた状態が確保され、ウェーハＷには加工液を噴射して冷却する湿潤状態が確保されて研磨を行うことができる。これにより、化学的作用であるメカノケミカル現象を発現させることができるため、傷の残らない研磨によって鏡面仕上げを行うことができる。また、化学的作用のある軟質砥粒を固定砥粒とした固定砥粒砥石を研磨工具に設けたことにより、エッチング工程を廃止すると共に、遊離砥粒のコロイダルシリカを使用しないため、環境負荷を低減することができる。さらに、研磨工具を固定砥粒砥石としたことにより、浮遊砥粒の場合と比較して砥粒の数を大幅に削減できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨工具であって、前記研磨工具の砥石の内周面側に、リング状のカバーを設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、化学的作用のある軟質砥粒を固定砥粒砥石としたの研磨工具の外周面側の他に内周面側からもガードすることにより、加工液が砥石工具の砥石に直接飛散することがなくなるため、砥石は乾いた状態を維持でき、乾式研磨を行うことができる。また、化学的作用のある軟質砥粒を固定砥粒とした固定砥粒砥石を研磨工具に設けたことにより、環境負荷を低減することができる。さらに、被加工物は加工液で十分に冷却できることから、研磨工具の軟質砥粒と被加工物（ウェーハ）との微小接触点にメカノケミカル現象を発現させるための条件を整えることができ、化学的作用であるメカノケミカル作用の研磨によって鏡面仕上げを行うことができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の研磨工具であって、前記リング状のカバーは、弾性変形可能な材質で形成され、研磨工具の先端面より突出した寸法に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、リング状のカバーは、弾性変形可能な材質で形成され、研磨工具の先端面より突出した寸法に形成されているので、多少の押し込み量の変化に柔軟に変形し、加工液の浸入を防止することができる。また、ワイパやスクレーパのように、切粉、砥粒等の微粉を除去することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、鏡面仕上げする化学的作用のある軟質砥粒を固定した軟質砥粒砥石を有するカップ状の研磨工具を使用するＮＣ研削盤であって、前記研磨工具の外周面側に主軸ヘッドからリング状のカバーを設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、鏡面仕上げ用の研磨工具の外周面側に主軸ヘッドからリング状のカバーを設けたことにより、加工液が砥石工具の砥石に直接当たることがないため、砥石は乾いた状態を維持できる乾式研磨を行うことができる。また、化学的作用のある軟質砥粒を固定砥粒とした固定砥粒砥石を研磨工具に設けたことにより、環境負荷を低減することができる。さらに、被加工物は加工液で十分に冷却できることから、研磨工具の軟質砥粒と被加工物（ウェーハ）と微小接触点にメカノケミカル現象を発現させるための条件を整えることができ、化学的作用の研磨によって鏡面仕上げを行うことができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の研磨工具を用いたＮＣ研削盤であって、自動工具交換装置により工具が自動交換されることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、鏡面仕上げ用の研磨工具は、主軸テーパに嵌合するテーパ部と自動工具交換（ＡＴＣ）装置のアームが把持する把持溝とを有する工具ホルダと、主軸内に引っ張り上げて係合する際の係合部であるプルスタッドを有し、工具が自動交換できるように構成されたことにより、ＮＣ研削盤にて研削加工が終了した後、引き続き鏡面仕上げ用の研磨工具がＡＴＣ装置によって自動工具交換をすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、同様の部位については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
＜第１実施の形態＞
図１（ａ）は、第１実施の形態である研磨工具１０を示す縦断面図であり、図１（ｂ）は、その下面図である。図１（ａ）の拡大図ａに示すように、カップ状研磨工具１０の化学的作用のある軟質砥粒を固定した軟質砥粒砥石５の外周面側には、リング状のカバー１が設けられている。研磨工具１０のホルダ２の外周に段差部２ａが形成され、リング状のカバー１が段差部２ａまで挿入され、リング状の締め板を２つ割りしたクランパ８，８がカバー１を挟持して止めねじ８ｂ、８ｂ…にて固定している。
リング状のカバー１は、リング状に成形したものであるが、帯状のものをリング状に形成してもよい。カバー１の材質は、弾性変形可能なもので、例えば発泡ウレタンや発泡ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等が好適であり、発泡ウレタンや発泡ＰＶＡの弾性力が抜け止めとなっている。また、このリング状のカバー１は、その下面を化学的作用のある軟質砥粒を固定した軟質砥粒砥石５の下面より寸法ｂだけ突出させることにより、ウェーハＷの上面に密着し、加工液の浸入を防止することができる。また、切粉、砥粒等の微粉を除去するワイパやスクレーパの働きも兼ね備えている。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、研磨工具１０は、化学的作用のある軟質砥粒を固定した軟質砥粒砥石５を保持するホルダ２と、主軸テーパに嵌合するテーパシャンク部３ａと、２面拘束の当接面となる３ｃと、ＡＴＣ装置５０（図６参照）のアーム５１，５２が把持する把持部３ｂとを有する工具ホルダ３と、主軸内にボール１３、１３…（図７参照）を介して引っ張り上げる際の係合部であるプルスタッド４から構成されており、ホルダ２は、カップ状に形成され、中心に形成された穴２ｄに工具ホルダ３のボス３ｄが嵌合されて、ボルトにて一体に固着されている。
また、軟質砥粒は、シリカ（ＳｉＯ_２）のほか、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが有効であり、例えば、炭酸バリウムの場合では、ＢａＣＯ_３との接触によって加工物の表面により酸化の化学反応が起こってケイ酸バリウムが生成し、ケイ酸バリウムがＢａＣＯ_３砥粒に付着して脱落することよって表面に傷がつかない研磨加工が行われ、鏡面加工仕上げができる。
この他に、各種材料（左）に対して最適な酸化物砥粒（右）の組み合わせを以下に例示する。
（イ）水晶：Ｆｅ_３Ｏ_４
（ロ）Ｓｉ：ＢａＣｏ_３，ＣａＣＯ_３
（ハ）Ｓｉ_３Ｎ_４：Ｃｒ_２Ｏ_３
（ニ）Ｆｅ_２Ｏ_３：Ｆｅ_３Ｏ_４
（ホ）ＡｌＯ_３：ＳｉＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｆｅ_３Ｏ_４
（ヘ）Ｓｉ_３Ｎ_４：ＣａＣＯ_３，ＭｇＯ，ＳｉＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｆｅ_３Ｏ_４
（ト）ガラス：ＣｅＯ_２
（チ）ＳｉＣ：Ｃｒ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３
（リ）ＡｌＮ：Ｃｒ_２Ｏ_３
（ヌ）ＺｒＯ_２：ＳｉＯ_２，ＣｅＯ_２
【００２４】
図２（ａ）は、第１実施の形態の変形例である研磨工具１１を示す縦断面図であり、図２（ｂ）は、その下面図である。図２（ａ）の拡大図ａに示すように、前記研磨工具１０と研磨工具１１の違いは、研磨工具１１では、リング状のカバー１を別途セット組付けにできるようにした点である。ホルダ２上面の外周に段差部２ｂを形成し、リング状のカバー１用のサポート９を付加している。そして、リング状に形成されたサポート９に設けられた段差部９ｃにリング状のカバー１を挿入し、リング状の締め板である２つ割りしたクランパ８、８によってカバー１を挟持して止めねじ８ｂ、８ｂ…にて固定している。
【００２５】
＜第２実施の形態＞
図３（ａ）は、第２実施の形態である研磨工具１２を示す縦断面図であり、図３（ｂ）は、その下面図である。図３（ａ）の拡大図ａに示すように、第２実施の形態では、第１実施の形態の他に、軟質砥粒砥石５の内周面側にもリング状のカバー６が形成されている。
ホルダ２の内周面側にリング状に形成されたサポート９ａとクランパ８ａ、８ａが設けられ、このクランパ８ａ、８ａによって、リング状のカバー６が挟持され、ボルト９ｂ、９ｂ…にて固定している。また、カバー６は、その下面を軟質砥粒砥石５の下面より寸法ｂだけ突出させることにより、ウェーハＷの上面に密着し、リング状のカバー６により加工液の浸入を防止することができるため、都合がよい。
【００２６】
＜第３実施の形態＞
図４（ａ）は、第３実施の形態である研削盤３０（図６参照）の主軸ヘッド２６を示す縦断面図であり、図４（ｂ）は、その下面図である。本発明のリング状のカバー７は、主軸ヘッド２６に固定されていることを特徴としている。図４（ａ）の拡大図ａに示すように、リング状のカバー７は、仕上げ用砥石工具２２が主軸２４の下端面に直に固定されている場合に適用される。
主軸ヘッド２６の下面２６ａには、リング状に形成されたサポート１９がボルト９ｂ、９ｂ…によって固定されている。そして、サポート１９に設けられた段差部１９ｃの当接させてカバー７が装着され、クランパ１８、１８によってカバー７が挟持されている。また、カバー７は、その下面を軟質砥粒砥石５の下面より寸法ｂだけ突出させることにより、ウェーハＷの上面に密着し、カバー７により加工液の浸入を防止することができる。
【００２７】
＜第４実施の形態＞
第４実施の形態は、鏡面仕上げ用の研磨工具が自動工具交換装置により自動工具交換がなされる研削盤としている。図１〜３に示すように、鏡面仕上げ用の研磨工具は、図６に示す工具ストッカ棚６５に格納されており、ＡＴＣ装置５０のアーム５１によって把持され、自動工具交換によって主軸に装着される。これによって、図示しないポリシングマシンの研磨加工が、引き続いて研削盤によって加工できるとともに、自動運転が可能であり、固定砥粒とした化学的作用のある研磨工具により鏡面仕上げができる。
【００２８】
続いて、図３、図５、図６等を参照して、動作について説明する。
図６に示すように、回転テーブル４１の多孔質の吸着パッド４３（図７参照）からなるテーブル上面に、ウェーハＷを載置してワーククランプ釦を押す。するとウェーハＷは、図示しない真空ポンプの負圧源に接続された真空チャックにより、テーブル上面に吸着され、回転テーブル４１に固定される。
【００２９】
つぎに、ドア８０を閉め、起動釦（図示せず）を押すと、事前にＮＣプログラムが入力されたプログラムの手順にしたがって、各ユニットが稼動する。
つまり、ＡＴＣ装置５０のアーム５１は、工具ストッカ棚６５に格納されている鏡面仕上げ用の研磨工具１２を把持し、アーム５２は、荒引き用砥石工具２３と、主軸２４に装着されたカバー部材１４ａ（図４参照）とを交換するために分離されたカバー部材１４ｂを把持し、カバー部材１４ａに装着する。そして、主軸２４内のクランプ機構が解除されると、カバー部材１４ａとカバー部材１４ｂとが一体となったカバー部材１４が抜き取られ、研磨工具１２と交換される。
【００３０】
図５（ａ）は、研削盤３０に研磨工具１２を装着し、化学的作用のある研磨工具１２により鏡面仕上げを行う様子を模式的に示す斜視図であり、図５（ｂ）は、その断面図である。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、研磨工具１２がＣ１方向に回転し、ウェーハＷがＣ２方向に回転する。このとき、加工液がノズル４２から噴射され、ウェーハＷの上面に散水されて冷却する。そして、主軸ヘッド２６（図６参照）がウェーハＷの所定の厚み位置まで下方に移動する。主軸ヘッド２６にＸ１軸方向への送りが入り、ウェーハＷに研磨工具１２を接近する。そして、研磨工具１２がウェーハＷの上面に接触すると、リング状のカバー１が寸法ｂ（図３参照）だけ弾性変形して摺接し、少し遅れて研磨工具１２の軟質砥粒砥石５が摺接し、リング状のカバー６も寸法ｂだけ弾性変形して摺接する。
【００３１】
しかし、噴射ノズル４２から噴射され飛散した加工液は、研磨工具１２の外周面、内周面に設けられたリング状のカバー１、６により軟質砥粒砥石５への飛散が防止され、浸入も防止される。
これにより、メカノケミカル現象を発現させる軟質砥粒砥石５は、化学的作用を妨げる要因である水濡れを防止できて乾いた状態が確保されると共に、乾いた状態では熱が蓄積して軟質砥粒砥石５の砥粒が脱落するため、ウェーハＷには十分な加工液を供給して冷却効果を高めることができるので、研磨工具の軟質砥粒とウェーハＷとの微小接触点にメカノケミカル現象を発現し易くなり、理想的な条件で化学的作用による研磨加工が行われ、鏡面仕上げ面が得られる。
【００３２】
なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能であり、本発明はこの改造、変更された発明であっても、研磨工具に及ぶことは当然である。例えば、図４（ａ）に示す主軸２４に直に固定した仕上げ用砥石工具２２の外周に、図１、２に示すリング状のカバー１を設けてもよいし、図３に示すリング状のカバー６を設けても構わない。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおり、請求項１に係る発明によれば、研磨工具の外周にリング状のカバーを設けたことにより、研磨工具と半導体ウェーハとの摺接部においては、加工液がシャットアウトされて砥石は乾いた状態が確保され、ウェーハＷには加工液を噴射して冷却する湿潤状態が確保されて研磨を行うことができる。これにより、化学的作用であるメカノケミカル現象を発現させることができるため、傷の残らない研磨によって鏡面仕上げを行うことができる。また、化学的作用のある軟質砥粒を固定砥粒とした固定砥粒砥石を研磨工具に設けたことにより、エッチング工程を廃止すると共に、遊離砥粒のコロイダルシリカを使用しないため、環境負荷を低減することができる。
【００３４】
請求項２に係る発明によれば、化学的作用のある軟質砥粒を固定砥粒砥石としたの研磨工具の外周面側の他に内周面側からもガードすることにより、加工液が砥石工具の砥石に直接飛散することがなくなるため、砥石は乾いた状態を維持でき、乾式研磨を行うことができる。また、化学的作用のある軟質砥粒を固定砥粒とした固定砥粒砥石を研磨工具に設けたことにより、環境負荷を低減することができる。
【００３５】
請求項３に記載の発明によれば、リング状のカバーは、弾性変形可能な材質で形成され、研磨工具の先端面より突出した寸法に形成されているので、多少の押し込み量の変化に柔軟に変形し、加工液の浸入を防止することができる。また、ワイパやスクレーパのように、切粉、砥粒等の微粉を除去することができる。
【００３６】
請求項４に係る発明によれば、鏡面仕上げ用の研磨工具の外周面側に主軸ヘッドからリング状のカバーを設けたことにより、加工液が砥石工具の砥石に直接当たることがないため、砥石は乾いた状態を維持できる乾式研磨を行うことができる。また、化学的作用のある軟質砥粒を固定砥粒とした固定砥粒砥石を研磨工具に設けたことにより、環境負荷を下げることができる。
【００３７】
請求項５に係る発明によれば、鏡面仕上げ用の研磨工具は、自動工具交換ができるように構成されたことにより、ＮＣ研削盤にて研削加工が終了した後、引き続き鏡面仕上げ用の研磨工具がＡＴＣ装置によって自動工具交換をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、第１実施の形態である研磨工具を示す縦断面図であり、（ｂ）は、その下面図である。
【図２】（ａ）は、第１実施の形態の変形例である研磨工具を示す縦断面図であり、（ｂ）は、その下面図である。
【図３】（ａ）は、第２実施の形態である研磨工具を示す縦断面図であり、（ｂ）は、その下面図である。
【図４】（ａ）は、第３実施の形態であるＮＣ研削盤の主軸ヘッドを示す縦断面図であり、（ｂ）は、その下面図である。
【図５】（ａ）は、ＮＣ研削盤に研磨工具を装着し、化学的作用のある研磨工具により鏡面仕上げを行う様子を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、その断面図である。
【図６】従来のＡＴＣ装置付ＮＣ研削盤の左側面を示す模式図である。
【図７】従来の研削盤の主軸の工具取付部を示し、（ａ）は、ポリッシングパッド工具を示す縦断面図であり、左下方の図は、ウェーハの回転テーブル装置を示す縦断面図である。（ｂ）は、ポリッシングパッド工具のＡ矢視を示す下面図である。
【符号の説明】
１、６、７カバー
２ホルダ
２ａ、２ｂ、２ｃ、９ｃ段差部
３工具ホルダ
４プルスタッド
５軟質砥粒砥石
８、８ａクランパ
８ｂ止めねじ
９、９ａサポート
９ｂボルト
１０、１１、１２研磨工具
１８クランパ
１９サポート
２０主軸台
２４主軸
２６主軸ヘッド
３０ＡＴＣ装置付ＮＣ研削盤（ＮＣ研削盤）
４２噴射ノズル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mirror-finish polishing tool for mirror-finishing electronic components such as semiconductor wafers, aluminum hard disks, and glass hard disks, and optical components.
[0002]
[Prior art]
An NC grinding machine with an ATC device will be briefly described. FIG. 6 is a schematic diagram showing a left side surface of a conventional NC grinding machine with an ATC (automatic tool changing) device. As shown in FIG. 6, an NC grinding machine 30 with an ATC device (hereinafter, also simply referred to as a grinding machine) includes a spindle head 26 that rotatably supports a spindle 24 and a rotary table device 40 mounted on a bed 31. , An ATC device 50, and a tool stocker 60.
The spindle head 26 is supported on a headstock 20 fixed to a frame 32 above the bed 31. The headstock 20 has a Z1 for moving the spindle head 26 up and down by driving a motor 21 for elevation. A spindle elevating mechanism is provided.
The main shaft 24 has a built-in clamp mechanism for fixing the grindstone tool, and has a roughing grindstone tool 23 mounted thereon. The spindle head 26 is provided with a built-in motor 25 for rotating the spindle 24. A finishing whetstone tool 22 is directly fixed to the lower end surface of the main shaft 24.
[0003]
The rotary table device 40 is a device for fixing and rotating, for example, a semiconductor wafer W (hereinafter, referred to as a wafer W), which is one of the electronic components, on the bed 31. Vacuum chuck that has a suction surface with a porous suction pad and prevents air from being lifted during processing and allows air to be drawn out from minute holes so that it can be processed to a uniform thickness. It has become.
[0004]
The ATC device 50 is provided at the rear part (the left side in FIG. 6) of the rotary table 41, and moves the arms 51 and 52 of the ATC device 50 up and down (Z3 axis) by driving a lifting motor. A mechanism, a revolving device in which the ATC device 50 is rotatable at an arbitrary angle, and a moving mechanism that moves between the position of the main shaft 24 and the tool stocker 60 in the X2 axis direction by driving a cylinder. Have. Here, the tool stocker 60 is provided at the rear part (the left side in FIG. 6) of the ATC device 50, and the tool stocker shelf 65 is formed in an arc shape around the Z3 axis which is the turning center of the ATC device 50. Storage of multiple tools is possible.
[0005]
In such a grinding machine 30, when the roughing of the wafer W by the roughing grindstone tool 23 is completed, the ATC device 50 exchanges the left and right of the roughing grindstone tool 23 and the cover member 14. The cover member 14 has two pieces so that the tapered shank portion 14a and the arm gripping portion 14b can be separated. When the tapered shank portion 14a is clamped to the main shaft tapered portion 16, the arm gripping portion 14b is separated. Removed.
Then, the finishing process is performed by the finishing grindstone of fine abrasive grains provided in the finishing grindstone tool 22 directly attached to the main shaft 24, and the wafer W is finished to a predetermined shape accuracy.
[0006]
FIG. 7 shows a tool mounting portion of a spindle of a conventional grinding machine. FIG. 7A is a longitudinal sectional view showing a polishing pad tool 28, and a lower left figure shows a rotary table device 40 for wafers. It is a longitudinal cross-sectional view. As shown in FIG. 7A, the polishing pad tool 28 is shown after being replaced with the cover member 14 by the ATC device. The finishing whetstone tool 22 is directly fixed to the lower end surface of the main shaft 24.
[0007]
The lower left diagram is a cross-sectional view of the rotary table device 40 for the wafer W. A spindle 42 is fixed to the center of the turntable 41, and the spindle 42 is rotatably supported about a vertical axis with respect to the bed via upper and lower bearings 44.
FIG. 7B is a bottom view of the polishing pad tool 28 as viewed from the direction indicated by the arrow A. As shown in FIG. 7 (b), a donut-shaped polishing pad 28a is attached to the lower surface of the polishing pad tool 28, and is polished and mirror-finished.
[0008]
After the finish processing of the wafer W, etching with a chemical solution is performed (for example, see Patent Literature 1), and polishing (polishing) processing is performed. In the polishing process, liquid colloidal silica, which is a soft abrasive, is flowed through the polishing pad 28a to create a floating abrasive state in which the abrasive is suspended in a chemical solution, and the polishing pad tool 28 and the wafer W are rotated to give mechanochemical properties. A phenomenon of an action (hereinafter also referred to as a chemical action) is developed, and mirror finishing by polishing is performed.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-09-223680 (FIG. 1)
[0010]
However, before the polishing process, etching is performed with a chemical solution. In the polishing process, since an alkaline chemical solution using colloidal silica is used, there is a problem that the load on the environment is large. Further, in order to exhibit the mechanochemical phenomenon, it is preferable that the grindstone is dry, and the wafer W is wet, in which the working liquid is sprinkled and cooled, and a polishing tool satisfying the contradictory conditions has been demanded.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention aims to improve the surface quality after grinding, thereby reducing or eliminating the amount of chemical solution used by reducing the amount of etching removal, and reducing or eliminating colloidal silica. It is an object of the present invention to provide a polishing tool that enables a mirror finish on a dry type and a wet type on a wafer W, and also enables a reduction in environmental load.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The polishing tool according to claim 1 of the present invention, which solves the above problem, is a cup-shaped polishing tool for mirror-finishing the surface of an electronic component such as a semiconductor wafer or an aluminum hard disk, and is a soft tool having a chemical action. The polishing tool has a soft abrasive grindstone with fixed abrasive grains, and a ring-shaped cover is provided on the outer peripheral surface side of the polishing tool.
[0013]
According to the first aspect of the present invention, by providing the ring-shaped cover on the outer periphery of the polishing tool, in the sliding contact portion between the polishing tool and the semiconductor wafer, the working liquid is shut out and the grindstone is dried. The state is ensured, and the wafer W can be polished by injecting the working liquid and cooling in a wet state. Thereby, a mechanochemical phenomenon, which is a chemical action, can be exhibited, and mirror finishing can be performed by polishing without leaving scratches. In addition, by providing a fixed abrasive whetstone using soft abrasives with chemical action as fixed abrasives in the polishing tool, the etching process is abolished, and the use of free abrasive colloidal silica is not used. Can be reduced. Further, by using a fixed abrasive grindstone as the polishing tool, the number of abrasive grains can be significantly reduced as compared with the case of floating abrasive grains.
[0014]
A second aspect of the present invention is the polishing tool according to the first aspect, wherein a ring-shaped cover is provided on an inner peripheral surface side of a grindstone of the polishing tool.
[0015]
According to the invention as set forth in claim 2, the working fluid is protected by guarding not only the outer peripheral surface side but also the inner peripheral surface side of the polishing tool in which soft abrasive grains having a chemical action are used as fixed abrasive grindstones. Since it does not scatter directly on the grindstone of the grindstone tool, the grindstone can be kept dry and dry grinding can be performed. Further, by providing a fixed abrasive grindstone in which a fixed abrasive is made of a soft abrasive having a chemical action, as a fixed abrasive, the environmental load can be reduced. Furthermore, since the workpiece can be sufficiently cooled with the working fluid, the conditions for expressing the mechanochemical phenomenon at the minute contact point between the soft abrasive grains of the polishing tool and the workpiece (wafer) can be adjusted, and the Mirror finishing can be performed by polishing the mechanochemical action which is a mechanical action.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the polishing tool according to the first or second aspect, wherein the ring-shaped cover is formed of an elastically deformable material, and has a dimension protruding from a tip end surface of the polishing tool. It is characterized by being formed in.
[0017]
According to the third aspect of the present invention, since the ring-shaped cover is formed of an elastically deformable material and formed to have a dimension protruding from the tip surface of the polishing tool, it is flexible to a slight change in the amount of pushing. And the infiltration of the working fluid can be prevented. In addition, fine particles such as chips and abrasive grains can be removed like a wiper or a scraper.
[0018]
An invention according to claim 4 is an NC grinding machine that uses a cup-shaped polishing tool having a soft abrasive grindstone to which a soft abrasive having a chemical action for mirror finishing is fixed, wherein an outer peripheral surface of the polishing tool is used. A ring-shaped cover is provided on the side from the spindle head.
[0019]
According to the invention as set forth in claim 4, since the ring-shaped cover is provided from the spindle head on the outer peripheral surface side of the polishing tool for mirror finishing, the working fluid does not directly hit the grindstone of the grindstone tool. The grindstone can perform dry polishing that can maintain a dry state. Further, by providing a fixed abrasive grindstone in which a fixed abrasive is made of a soft abrasive having a chemical action, as a fixed abrasive, the environmental load can be reduced. Furthermore, since the workpiece can be sufficiently cooled with the working fluid, the conditions for developing the mechanochemical phenomenon at the minute contact point between the soft abrasive grains of the polishing tool and the workpiece (wafer) can be adjusted, and the chemical A mirror finish can be achieved by polishing the action.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an NC grinding machine using the polishing tool according to the first or second aspect, wherein the tool is automatically changed by an automatic tool changing device.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a polishing tool for mirror finishing, comprising: a tool holder having a tapered portion fitted to a spindle taper and a gripping groove gripped by an arm of an automatic tool changer (ATC) device; It has a pull stud that is an engaging part when it is pulled up and engaged in the inside, and the tool is configured to be able to be automatically changed. Can perform automatic tool change by the ATC device.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
<First embodiment>
FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing a polishing tool 10 according to a first embodiment, and FIG. 1B is a bottom view thereof. As shown in an enlarged view a of FIG. 1A, a ring-shaped cover 1 is provided on the outer peripheral surface side of a soft abrasive grindstone 5 to which a soft abrasive having a chemical action of a cup-shaped polishing tool 10 is fixed. Have been. A step 2a is formed on the outer periphery of the holder 2 of the polishing tool 10, the ring-shaped cover 1 is inserted up to the step 2a, and the clampers 8, 8 which divide the ring-shaped tightening plate into two clamp the cover 1. It is fixed with set screws 8b, 8b.
Although the ring-shaped cover 1 is formed in a ring shape, a band-shaped cover 1 may be formed in a ring shape. The material of the cover 1 is elastically deformable, for example, urethane foam or foamed PVA (polyvinyl alcohol) is suitable, and the elastic force of the foamed urethane or foamed PVA is prevented from coming off. Further, the ring-shaped cover 1 is brought into close contact with the upper surface of the wafer W by projecting the lower surface thereof by a dimension b from the lower surface of the soft abrasive grindstone 5 on which soft abrasive particles having a chemical action are fixed. Can be prevented from entering. Further, it also has a function of a wiper or a scraper for removing fine powder such as cutting powder and abrasive grains.
[0023]
As shown in FIG. 1A, a polishing tool 10 includes a holder 2 for holding a soft abrasive grindstone 5 to which a soft abrasive having a chemical action is fixed, a taper shank 3a fitted to a main shaft taper, A tool holder 3 having a contact surface 3c serving as a two-surface constraint, a gripping portion 3b gripped by arms 51, 52 of the ATC device 50 (see FIG. 6), and balls 13, 13,... ), And the pulling stud 4 is an engaging portion when pulled up. The holder 2 is formed in a cup shape, and the boss 3d of the tool holder 3 is fitted into a hole 2d formed at the center. Then, they are integrally fixed by bolts.
As the soft abrasive, in addition to silica (SiO ₂ ), calcium carbonate (CaCO ₃ ), barium carbonate (BaCO ₃ ), zinc oxide (ZnO), and the like are effective. For example, in the case of barium carbonate, BaCO ₃ A chemical reaction of oxidation occurs by the surface of the workpiece due to contact with barium silicate to generate barium silicate, and the barium silicate adheres to the BaCO ₃ abrasive grains and falls off, thereby performing a polishing process that does not damage the surface. , Can be mirror finished.
In addition, examples of combinations of oxide abrasive grains (right) that are optimal for various materials (left) are shown below.
(A) Quartz: Fe ₃ O ₄
(B) Si: BaCo ₃ , CaCO ₃
(C) Si ₃ N ₄ : Cr ₂ O ₃
(D) Fe ₂ O ₃ : Fe ₃ O ₄
(E) AlO ₃ : SiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄
(F) Si ₃ N ₄ : CaCO ₃ , MgO, SiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄
(G) Glass: CeO ₂
(H) SiC: Cr ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃
(I) AlN: Cr ₂ O ₃
(V) ZrO ₂ : SiO ₂ , CeO ₂
[0024]
FIG. 2A is a longitudinal sectional view showing a polishing tool 11 as a modification of the first embodiment, and FIG. 2B is a bottom view thereof. As shown in the enlarged view a of FIG. 2A, the difference between the polishing tool 10 and the polishing tool 11 is that the ring-shaped cover 1 of the polishing tool 11 can be separately assembled. A step 2b is formed on the outer periphery of the upper surface of the holder 2, and a support 9 for the ring-shaped cover 1 is added. Then, the ring-shaped cover 1 is inserted into the step 9c provided on the ring-shaped support 9, and the cover 1 is clamped and stopped by the split clampers 8, 8 which are ring-shaped fastening plates. It is fixed with screws 8b.
[0025]
<Second embodiment>
FIG. 3A is a longitudinal sectional view showing a polishing tool 12 according to a second embodiment, and FIG. 3B is a bottom view thereof. As shown in the enlarged view a of FIG. 3A, in the second embodiment, in addition to the first embodiment, a ring-shaped cover 6 is also formed on the inner peripheral surface side of the soft abrasive grindstone 5. ing.
A ring-shaped support 9a and clampers 8a, 8a are provided on the inner peripheral surface side of the holder 2, and the ring-shaped cover 6 is clamped by the clampers 8a, 8a and fixed by bolts 9b, 9b. ing. The lower surface of the cover 6 protrudes from the lower surface of the soft abrasive grindstone 5 by the dimension b, so that the cover 6 is in close contact with the upper surface of the wafer W, and the ring-shaped cover 6 can prevent the penetration of the processing liquid. ,convenient.
[0026]
<Third embodiment>
FIG. 4A is a longitudinal sectional view showing a spindle head 26 of a grinding machine 30 (see FIG. 6) according to the third embodiment, and FIG. 4B is a bottom view thereof. The ring-shaped cover 7 of the present invention is characterized in that it is fixed to the spindle head 26. As shown in the enlarged view a of FIG. 4A, the ring-shaped cover 7 is applied when the finishing grindstone tool 22 is directly fixed to the lower end surface of the main shaft 24.
A ring-shaped support 19 is fixed to the lower surface 26a of the spindle head 26 by bolts 9b. Then, the cover 7 is mounted in contact with a step 19 c provided on the support 19, and the cover 7 is clamped by the clampers 18. Further, the lower surface of the cover 7 projects from the lower surface of the soft abrasive grindstone 5 by the dimension b, so that the cover 7 is in close contact with the upper surface of the wafer W, and the cover 7 can prevent the penetration of the processing liquid.
[0027]
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, a grinding machine is used in which a polishing tool for mirror finish is changed automatically by an automatic tool changer. As shown in FIGS. 1 to 3, the polishing tool for mirror finishing is stored in the tool stocker shelf 65 shown in FIG. 6, is gripped by the arm 51 of the ATC device 50, and is mounted on the spindle by automatic tool change. . As a result, polishing by a polishing machine (not shown) can be subsequently performed by a grinding machine, automatic operation can be performed, and mirror finishing can be performed by a polishing tool having fixed abrasive grains and having a chemical action.
[0028]
Subsequently, the operation will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, the wafer W is placed on the upper surface of the rotary table 41 including the porous suction pads 43 (see FIG. 7), and the work clamp button is pressed. Then, the wafer W is attracted to the upper surface of the table by a vacuum chuck connected to a negative pressure source of a vacuum pump (not shown) and fixed to the rotary table 41.
[0029]
Next, when the door 80 is closed and a start button (not shown) is pressed, each unit operates according to the procedure of the program in which the NC program is input in advance.
In other words, the arm 51 of the ATC device 50 grips the polishing tool 12 for mirror finishing stored in the tool stocker shelf 65, and the arm 52 includes the roughing grindstone tool 23 and the cover member mounted on the spindle 24. The cover member 14b separated to be exchanged with the cover member 14a (see FIG. 4) is gripped and attached to the cover member 14a. When the clamp mechanism in the main shaft 24 is released, the cover member 14 in which the cover member 14a and the cover member 14b are integrated is pulled out and replaced with the polishing tool 12.
[0030]
FIG. 5A is a perspective view schematically showing a state in which the polishing tool 12 is mounted on the grinding machine 30 and a mirror finish is performed by the polishing tool 12 having a chemical action, and FIG. It is sectional drawing.
As shown in FIGS. 5A and 5B, the polishing tool 12 rotates in the C1 direction, and the wafer W rotates in the C2 direction. At this time, the processing liquid is sprayed from the nozzle 42, is sprayed on the upper surface of the wafer W, and cools. Then, the spindle head 26 (see FIG. 6) moves downward to a predetermined thickness position of the wafer W. The feed in the X1-axis direction enters the spindle head 26, and the polishing tool 12 approaches the wafer W. Then, when the polishing tool 12 comes into contact with the upper surface of the wafer W, the ring-shaped cover 1 elastically deforms by a dimension b (see FIG. 3) and comes into sliding contact with the soft abrasive grindstone 5 of the polishing tool 12 with a slight delay. The ring-shaped cover 6 is also elastically deformed by the dimension b and comes into sliding contact.
[0031]
However, the working fluid sprayed and scattered from the spray nozzle 42 is prevented from being scattered to the soft abrasive grindstone 5 by the ring-shaped covers 1 and 6 provided on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the polishing tool 12, and is also prevented from entering. Is prevented.
As a result, the soft abrasive grindstone 5 exhibiting the mechanochemical phenomenon can prevent water wetting, which is a factor hindering the chemical action, and secure a dry state. Since the abrasive grains of the grain whetstone 5 fall off, a sufficient working liquid can be supplied to the wafer W to enhance the cooling effect. Therefore, the mechanochemical phenomenon occurs at the minute contact point between the soft abrasive grains of the polishing tool and the wafer W. And polishing is performed by a chemical action under ideal conditions to obtain a mirror-finished surface.
[0032]
It should be noted that the present invention can be variously modified and changed within the scope of the technical idea. Even if the modified and changed invention is applied to the present invention, it naturally extends to a polishing tool. For example, the ring-shaped cover 1 shown in FIGS. 1 and 2 may be provided on the outer circumference of the finishing whetstone tool 22 directly fixed to the main shaft 24 shown in FIG. 4A, or the ring-shaped cover shown in FIG. A cover 6 may be provided.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, by providing the ring-shaped cover on the outer periphery of the polishing tool, in the sliding contact portion between the polishing tool and the semiconductor wafer, the working fluid is shut out and the grinding stone is removed. In this case, a dry state is ensured, and a wet state in which the processing liquid is sprayed and cooled on the wafer W is ensured, so that polishing can be performed. Thereby, a mechanochemical phenomenon, which is a chemical action, can be exhibited, and mirror finishing can be performed by polishing without leaving scratches. In addition, by providing a fixed abrasive whetstone using soft abrasives with chemical action as fixed abrasives in the polishing tool, the etching process is abolished, and the use of free abrasive colloidal silica is not used. Can be reduced.
[0034]
According to the invention according to claim 2, the working fluid can be used as a grinding wheel by guarding not only the outer peripheral surface side but also the inner peripheral surface side of the polishing tool in which soft abrasive grains having a chemical action are used as fixed abrasive wheels. Since it does not scatter directly on the grindstone of the tool, the grindstone can be kept dry and dry grinding can be performed. Further, by providing a fixed abrasive grindstone in which a fixed abrasive is made of a soft abrasive having a chemical action, as a fixed abrasive, the environmental load can be reduced.
[0035]
According to the third aspect of the present invention, since the ring-shaped cover is formed of an elastically deformable material and formed to have a dimension protruding from the tip surface of the polishing tool, it is flexible to a slight change in the amount of pushing. And the infiltration of the working fluid can be prevented. In addition, fine particles such as chips and abrasive grains can be removed like a wiper or a scraper.
[0036]
According to the invention according to claim 4, since the ring-shaped cover is provided from the spindle head on the outer peripheral surface side of the polishing tool for mirror finishing, the working fluid does not directly hit the grindstone of the grindstone tool. Can perform dry polishing capable of maintaining a dry state. In addition, by providing a fixed abrasive grindstone using a soft abrasive having chemical action as a fixed abrasive in the polishing tool, the environmental load can be reduced.
[0037]
According to the invention according to claim 5, the polishing tool for mirror finishing is configured to be capable of automatic tool change, so that after the grinding process is completed by the NC grinder, the polishing tool for mirror finishing is continued. Can perform automatic tool change with the ATC device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing a polishing tool according to a first embodiment, and FIG. 1B is a bottom view thereof.
FIG. 2A is a vertical sectional view showing a polishing tool as a modification of the first embodiment, and FIG. 2B is a bottom view thereof.
FIG. 3A is a longitudinal sectional view showing a polishing tool according to a second embodiment, and FIG. 3B is a bottom view thereof.
FIG. 4A is a longitudinal sectional view showing a spindle head of an NC grinding machine according to a third embodiment, and FIG. 4B is a bottom view thereof.
FIG. 5A is a perspective view schematically showing a state in which a polishing tool is mounted on an NC grinding machine and a mirror finish is performed by a polishing tool having a chemical action, and FIG. 5B is a cross-sectional view thereof. It is.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a left side surface of a conventional NC grinding machine with an ATC device.
FIG. 7 shows a tool mounting portion of a spindle of a conventional grinding machine, (a) is a longitudinal sectional view showing a polishing pad tool, and a lower left figure is a longitudinal sectional view showing a rotary table device for wafers. is there. (B) is a bottom view showing the polishing pad tool as viewed in the direction of arrow A.
[Explanation of symbols]
1, 6, 7 Cover 2 Holder 2a, 2b, 2c, 9c Step 3 Tool holder 4 Pull stud 5 Soft abrasive grindstone 8, 8a Clamper 8b Set screw 9, 9a Support 9b Bolt 10, 11, 12 Polishing tool 18 Clamper 19 support 20 headstock 24 spindle 26 spindle head 30 NC grinding machine with ATC device (NC grinding machine)
42 injection nozzle

Claims

A cup-shaped polishing tool for mirror-finishing the surface of electronic components such as semiconductor wafers and aluminum hard disks,
Having a soft abrasive grain with a soft abrasive with chemical action fixed,
A polishing tool, wherein a ring-shaped cover is provided on the outer peripheral surface side of the polishing tool.

The polishing tool according to claim 1, wherein a ring-shaped cover is provided on the inner peripheral surface side of the grindstone of the polishing tool.

The polishing tool according to claim 1, wherein the ring-shaped cover is formed of a material that can be elastically deformed, and has a dimension protruding from a tip end surface of the polishing tool.

An NC grinding machine using a cup-shaped polishing tool having a soft abrasive grindstone in which soft abrasive grains having a chemical action to be mirror-finished are fixed, wherein a ring-shaped cover is provided from a spindle head to an outer peripheral surface side of the polishing tool. An NC grinding machine characterized by comprising:

An NC grinding machine using the polishing tool according to claim 1 or 2, wherein the tool is automatically changed by an automatic tool changing device.