JP2006312212A - 研削方法及び研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 研削量を安定化し、被研削試料の割れを防止し、高精度の研削加工製品が供給できる研削方法及び研削装置を提供する。
【解決手段】 被研削試料１を第一のモータ２で回転させ、上記被研削試料１に接した研削工具３を第二のモータ４で回転させることにより、上記被研削試料１を研削する方法において、上記被研削試料１と上記研削工具３との間に生じている研削抵抗を上記第二のモータ４の電力量として検出し、その電力量に応じて上記第一のモータ２を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被研削試料と研削工具とを共に回転させて研削を行う研削方法及び研削装置に係り、研削量を安定化し、被研削試料の割れを防止し、高精度の研削加工製品が供給できる研削方法及び研削装置に関する。

ガリウム砒素、シリコンなどの半導体結晶等のウェハを被研削試料とし、この被研削試料を回転させつつ、上記被研削試料に接した砥石等の研削工具を回転させることにより、上記被研削試料を研削することができる。以下、被研削試料はウェハであるとし、研削工具は砥石であるとして説明する。この場合、研削の目的は、ウェハ表面にある凹凸をなくしてウェハを平坦にすること、及びウェハの厚さを所望の値にすることである。この種の研削加工を平面研削加工あるいは面取りと言う。

一般に、砥石の回転速度はウェハの回転速度よりも高速である。その高速回転している砥石とウェハとの接触部には、加工熱の抑制、及び加工屑の除去のためにクーラント水をかけながら平面研削加工を行う。平面研削加工中の砥石回転数（回転速度のこと）とウェハ回転数（回転速度のこと）は、それぞれあらかじめ設定されており、平面研削加工中の砥石回転速度とウェハ回転速度は共に、設定されたとおりの値に一定に維持される。なお、ウェハ回転速度を研削速度と呼ぶことがある。

特開２０００−３０１４４０号公報

従来の平面研削加工技術では、平面研削加工中に研削抵抗の増減が発生する。その要因は、クーラント水の供給量あるいは勢いが変動すること、ウェハ形状によって研削量が変化すること、砥石の摩耗や目詰まりが生じることなどである。このような研削抵抗の増減に対し、研削速度、すなわちウェハ回転速度があらかじめ設定されたウェハ回転速度に一定維持されると、研削抵抗の増減がさらに顕著になる。例えば、研削抵抗が増加している場合に、ウェハ回転速度を一定に維持しようとすることで、いっそう研削抵抗が増加する。その結果、ウェハの研削量が不安定になったり、また、ウェハの割れ（欠け）が発生する。このようして高い加工精度を維持することができなくなる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、研削量を安定化し、被研削試料の割れを防止し、高精度の研削加工製品が供給できる研削方法及び研削装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の方法は、被研削試料を第一のモータで回転させ、上記被研削試料に接した研削工具を第二のモータで回転させることにより、上記被研削試料を研削する方法において、上記被研削試料と上記研削工具との間に生じている研削抵抗を上記第二のモータの電力量として検出し、その電力量に応じて上記第一のモータを制御するものである。

上記電力量が一定値を保つように、検出された電力量が増加したときには、上記第一のモータの回転速度を減少させ、検出された電力量が減少したときには、上記第一のモータの回転速度を増加させてもよい。

また、本発明の装置は、被研削試料を回転させる第一のモータと、上記被研削試料に接した研削工具を回転させる第二のモータとを用いて、上記被研削試料を研削する装置において、上記被研削試料と上記研削工具との間に生じている研削抵抗を上記第二のモータの電力量として検出する電力量検出器と、その電力量に応じて上記第一のモータを制御する制御器とを備えたものである。

上記制御器は、上記電力量が一定値を保つように、検出された電力量が増加したときには、上記第一のモータの回転速度を減少させ、検出された電力量が減少したときには、上記第一のモータの回転速度を増加させてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）研削量を安定化することができる。

（２）被研削試料の割れを防止することができる。

（３）高精度の研削加工製品が供給できるようになる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る研削装置は、被研削試料１を回転させる第一のモータ２と、上記被研削試料１に接した研削工具３を回転させる第二のモータ４とを用いて、上記被研削試料１を研削する装置において、上記被研削試料１と上記研削工具３との間に生じている研削抵抗を上記第二のモータ４の電力量として検出する電力量検出器５と、その電力量に応じて上記第一のモータ２を制御する制御器６とを備えたものである。

図１に示した実施形態の研削装置は、被研削試料１としてのウェハ１ａを研削工具３としての砥石３ａでもって平面研削加工するものである。

ウェハ１ａは、水平な搭載面を有するターンテーブル７の搭載面上に載せられ、このターンテーブル７に固定される。ターンテーブル７は垂直軸８の周りに回転するようになっており、その回転駆動源が第一のモータ２である。よって、第一のモータ２が回転すると、ターンテーブル７上のウェハ１ａは水平な状態で垂直軸８の周りに回転する。

また、ターンテーブル７は垂直軸に沿って上下方向にも動かすことができ、これによって研削量の調整が可能となっている。

砥石３ａは、ウェハ１ａの上面に接して設けられている。砥石３ａは、連結機構９の垂直軸（図示せず）に取り付けられており、垂直軸の周りに回転するようになっている。連結機構９は、第二のモータ４から水平に伸びた伝達軸に連結されており、第二のモータ４の回転を垂直軸の回転に変換することができる。

電力量検出器５は、第二のモータ４で消費される電力量を検出するものである。第二のモータ４で消費される電力量は、第二のモータ４に掛かる負荷に比例する。第二のモータ４に掛かる負荷は、砥石３ａとウェハ１ａとの接触部に生じている研削抵抗に比例して増減する。よって、電力量検出器５が検出する電気量は、研削抵抗を表すものである。

制御器６は、電力量検出器５が検出した電力量に応じて第一のモータ２を制御するものである。具体的には、検出される電力量が一定値を保つように、検出された電力量が増加したときには、第一のモータ２の回転速度を減少させ、検出された電力量が減少したときには、第一のモータ２の回転速度を増加させるという制御を行うようになっている。あらかじめ制御目標となる電力量を設定しておき、この制御目標電力量に対して検出電力量が上回ったか下回ったかで制御を行うとよい。

制御器６は、ＣＰＵで構成することができる。

図示しないが、ウェハ１ａと砥石３ａの接触部に臨ませて、クーラント水を接触部に供給するクーラント水供給源が設けられている。

次に、図１の研削装置の動作を説明する。

第一のモータ２が回転することにより、ターンテーブル７上のウェハ１ａが回転する。一方、第二のモータ４が高速回転することにより、砥石３が高速回転する。ウェハ１ａと砥石３が接していることにより、ウェハ１ａが研削される。このとき、ターンテーブル７を垂直軸に沿って上下方向に動かすことにより、研削量の調整ができる。

このような平面研削加工中に、クーラント水の供給量あるいは勢いが変動したり、砥石３に摩耗や目詰まりが生じたりすることによって、ウェハ１ａと砥石３との間の研削抵抗が変化する。研削抵抗が大きくなると、砥石３を回転させている第二のモータ４の電気量がそれに比例して大きくなる。従って、電力量検出器５において第二のモータ４で消費される電力量を検出することで、研削抵抗の変化を知ることができる。

電力量検出器５で検出された電力量は、制御器６に入力される。制御器６は、検出される電力量が一定値を保つように、検出された電力量が増加したときには、第一のモータ２の回転速度を減少させ、検出された電力量が減少したときには、第一のモータ２の回転速度を増加させるという制御を行う。従って、ウェハ１ａと砥石３との間の研削抵抗が大きくなると第一のモータ２の回転速度が減少され、研削抵抗が小さく抑えられる。逆に、研削抵抗が小さくなれば第一のモータ２の回転速度が増大される。その結果、研削抵抗が安定する。

このようにして平面研削加工中の研削抵抗が安定化されることにより、ウェハ１ａの割れが発生することがなくなり、高い加工精度を維持することができるようになる。

次に、本発明と従来技術の比較を行うために、図１の研削装置と従来の研削速度一定の研削装置を使用し、表１の条件で試験を行った。

表１に示されるように、試験条件を決める項目は、ウェハ材質、ウェハサイズ（外径×厚さ）、ウェハ研削量、ウェハ回転数（回転速度、研削速度）、クーラント水量、砥石回転数（回転速度）、制御目標電力量である。このうち、ウェハ材質がＧａＡｓ単結晶、ウェハ研削量が２０μｍ、砥石回転数が３０００ｒｐｍ、クーラント水量が２０００ｍｌ／ｍｉｎである条件は、従来技術と本発明で同じにしてある。

ウェハサイズは、従来技術、本発明共にではφ１５０ｍｍ×０．８ｍｍとしてある。ウェハ研削量が２０μｍであるから、研削後のウェハサイズはφ１５０ｍｍ×０．７８ｍｍとなる。

ウェハ回転数は、従来技術では１２０ｒｐｍで一定であり、本発明では初期値のみ従来技術と同じ１２０ｒｐｍにする。制御目標電力量は、従来技術では設定できないので、本発明のみ設定する。すなわち、１分間ごとの積算電力量が３０Ｗｈとなるようにした。

上記のような条件で平面研削加工を行ったとき、本発明と従来技術における割れ発生率を調べた。その結果を表２に示す。

表２に示されるように、従来技術における割れ発生率が１％であるのに対し、本発明における割れ発生率はわずか０．７％であった。この結果から、本発明が割れ発生率を低減させることに寄与していることが分かる。

なお、上記の実施形態では、ウェハの平面研削加工を行う研削装置としたが、これに限らず本発明は、被研削試料と研削工具とを共に回転させて研削を行う研削装置の全てに適用できることは言うまでもない。

本発明の一実施形態を示す研削装置の構成図である。

符号の説明

１ 被研削試料
１ａ ウェハ
２ 第一のモータ
３ 研削工具
３ａ 砥石
４ 第二のモータ
５ 電力量検出器
６ 制御器

Claims (4)

1. 被研削試料を第一のモータで回転させ、上記被研削試料に接した研削工具を第二のモータで回転させることにより、上記被研削試料を研削する方法において、上記被研削試料と上記研削工具との間に生じている研削抵抗を上記第二のモータの電力量として検出し、その電力量に応じて上記第一のモータを制御することを特徴とする研削方法。
2. 上記電力量が一定値を保つように、検出された電力量が増加したときには、上記第一のモータの回転速度を減少させ、検出された電力量が減少したときには、上記第一のモータの回転速度を増加させることを特徴とする請求項１記載の研削方法。
3. 被研削試料を回転させる第一のモータと、上記被研削試料に接した研削工具を回転させる第二のモータとを用いて、上記被研削試料を研削する装置において、上記被研削試料と上記研削工具との間に生じている研削抵抗を上記第二のモータの電力量として検出する電力量検出器と、その電力量に応じて上記第一のモータを制御する制御器とを備えたことを特徴とする研削装置。
4. 上記制御器は、上記電力量が一定値を保つように、検出された電力量が増加したときには、上記第一のモータの回転速度を減少させ、検出された電力量が減少したときには、上記第一のモータの回転速度を増加させることを特徴とする請求項３記載の研削装置。
   

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