JP2009061570A

JP2009061570A - ドレッサ付基板ホルダー機構およびそれを用いて基板を研削する方法

Info

Publication number: JP2009061570A
Application number: JP2007233593A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Okonogi; 弘孝小此木; Kazuhiro Takaoka; 和宏高岡; Hideji Nozaki; 英司野崎; Tomio Kubo; 富美夫久保
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-03-26

Abstract

【課題】基板の平面研削加工と同時に研削砥石のドレッシングを実施する方法の提供。
【解決手段】円盤状基板ホルダーテーブル４の外周に環状ドレッサ砥石を高さ調整機構を介して両者の円心が同一軸線上となるように設けたドレッサ付基板ホルダー機構と、カップホイール型砥石を備える研削ヘッドを用い、回転している円盤状基板ホルダーテーブル４に載置された基板３表面にカップホイール型砥石５０で切り込み研削をかける。高さ調整機構のバネの付勢力が環状ドレッサ砥石６底面に対し上向きに作用するので、基板研削時の基板研削面位置と環状ドレッサ砥石上面位置との面一が保つことができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板ホルダー機構の円盤状基板ホルダーテーブル表面に載置された円盤状基板をカップホイール型砥石でインフィード平面研削加工すると同時にカップホイール型砥石の砥石刃をドレッサでドレッシングすることができるドレッサ付基板ホルダー機構に関する。本発明のドレッサ付基板ホルダー機構を用いて平面研削加工された基板は、良好な平坦度（ＴＴＶ）を有する。

基板ホルダー機構の円盤状基板ホルダーテーブル表面に載置された円盤状基板をカップホイール型砥石でインフィード平面研削加工することは知られている。円盤状基板とカップホイール型砥石の刃先が摺擦する加工点には、研削液が供給され、基板の熱焼けを防止する（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

基板の平面研削加工の途中、加工後に、カップホイール型砥石の砥石刃より突出する研削砥粒高さを均一とするため、および基板研削屑の除去のためにドレッシング砥石によるドレッシング（目立ておよび目詰り除去）が行われる。

ドレッシング砥石の設置場所は、基板ホルダー機構より離れた位置で、カップホイール型砥石をこのドレッシング砥石上へ移動させて砥石刃のドレッシングを行う研削装置が一般的である（例えば、特許文献３参照。）。

前述の基板の平面研削ステージとは別の位置で砥石刃のドレッシングを行う方法では、ドレッシング時間が基板の研削加工時間に付加され、基板のスループット時間が長くなるので、基板ホルダー機構より離れた位置にカップホイール型砥石を配置し、カップホイール型砥石による基板の平面研削加工と同時に砥石刃のドレッシング加工を行うことが提案されている（例えば、特許文献４および特許文献５参照。）。

特開２００３−２１８０７９号公報米国特許第７２３８０８７号明細書の図３米国特許公開第２００６／０１１１０２１号明細書の図７特開２００３−１７０３３８号公報の図１特開２００６−２６８０４号公報の図１

半導体基板の径が２００ｍｍから３００ｍｍへ、あるいは次世代の４５０ｍｍへと拡径するにつれ、および基板の厚みも２００〜７００μｍから８０〜１００μｍ、あるいは次世代、次々世代の２０〜５０μｍと極薄となり、面粗さが(Ｒａ_ｍａｘ)プラスマイナス０．５μｍの鏡面が要求される半導体基板においては、研削加工された基板の平坦度（ＴＴＶ）も小さい値であることが要求される。

本発明は、カップホイール型砥石による基板の平面研削加工と同時に砥石刃のドレッシング加工を行うことができ、かつ、研削加工された基板の平坦度（ＴＴＶ）も小さい値である研削加工基板が得られる基板の研削方法の提供を目的とする。

また、本発明の別の目的は、前記基板の研削方法に用いられるドレッサ付基板ホルダー機構の提供にある。

請求項１の発明は、円盤状基板ホルダーテーブルと、この円盤状基板ホルダーテーブルを収納するフレームと、このフレームを軸承するスピンドルと、このスピンドルの回転機構と、前記フレームの上方部に固定した環状ドレッサ砥石の高さ調整機構と、前記フレームの環状上面に前記環状ドレッサ砥石を前記高さ調整機構の上下可動リング板を介して円盤状基板ホルダーテーブルの中心点と環状ドレッサ砥石の中心点が同一軸線上となるように円盤状基板ホルダーテーブルの外周に配置した環状ドレッサ砥石とを備えるドレッサ付基板ホルダー機構であって、前記高さ調整機構のバネの付勢力が前記上下可動リング板底面に対し上向きであることを特徴とする、ドレッサ付基板ホルダー機構を提供するものである。

請求項２の発明は、請求項１記載のドレッサ付基板ホルダー機構の円盤状基板ホルダーテーブル上に基板を載置し、スピンドルの回転機構により円盤状基板ホルダーテーブルを収納するフレームを回転させた後、カップホイール型砥石を軸承するスピンドルを回転させつつ下降させて前記基板表面に対し前記カップホイール型砥石の砥石刃による基板面の切り込みを開始するとともにこの基板表面と前記カップホイール型砥石の砥石刃とを摺擦させて基板の平面研削加工を行うと同時に環状ドレッサ砥石によりカップホイール型砥石の砥石刃をドレッシング加工することを特徴とする、基板の平面研削方法を提供するものである。

ドレッサ付基板ホルダー機構の円盤状基板ホルダーテーブル上に固定された基板をカップホイール型砥石で平面研削加工している際、カップホイール型砥石の砥石刃は、基板の中心点位置に懸かる回転軌跡を描く。よって、回転している環状ドレッサ砥石の上面の二場所においてはカップホイール型砥石の砥石刃により下向きの応力が働いている一方、高さ調整機構のバネの付勢力が環状ドレッサ砥石底面に作用するので、環状ドレッサ砥石上面と研削加工されている基板表面は常に面一に保たてられる。回転している環状ドレッサ砥石は、カップホイール型砥石の下降インフィードにより押し下げられ、基板表面にかかるカップホイール型砥石荷重と環状ドレッサ砥石にかかるカップホイール型砥石荷重はほぼ等しい。円盤状基板ホルダーテーブル上の研削加工基板が除去されると、環状ドレッサ砥石は高さ調整機構のバネの付勢力により元の高さ位置に戻される。

特許文献４や特許文献５に記載の平面研削装置では、基板の研削加工時、ドレッサ砥石は、カップホイール型砥石の砥石刃と一場所で接触するのみで、かつ、ドレッサ砥石は回転しないで静止しているので、カップホイール型砥石の砥石刃先は他の砥石刃先と平行を保ってドレッシングされず、傾斜してドレッシングされ易い。よって、かかるドレッシング加工されたカップホイール型砥石で研削加工された基板は、平坦度（ＴＴＶ）の大きい表面形状を示す。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図１は基板の平面研削装置の一部を切り欠いた正面図、図２はドレッサ付基板ホルダー機構の一部を示す部分斜視図、図３はドレッサ付基板ホルダー機構の平面図、図４はドレッサ付基板ホルダー機構の環状ドレッサ砥石の高さ調整機構の環状部分断面図、および、図５はカップホイール型砥石の砥石刃がドレッサ付基板ホルダー機構の上面で描く回転軌跡を示す。

図１に示す基板の平面研削装置１は、研削ヘッド構造Ｈとドレッサ付基板ホルダー機構ＶＣを有する。研削ヘッド構造Ｈにおいて、８はスピンドル、９は軸受、１１はカップホイール型砥石の取付板、１２はスピンドルケーシング取付部材、１３は傾斜調整ボルト駆動用モータ、１４はスピンドル８を回転駆動させるビルド・イン・モータ、２２は空気軸受、２３は空気供給管、２４は取付板１１とスピンドルを軸承する固定板２５との連結軸、２６はスピンドルケーシング１０冷却液供給管、２７は空気軸受２２と該空気軸受の周壁下に設けた囲板（砥石カバー）２８とからなるヘッドＨ内に設けられた空間部、５０はカップホイール型砥石、５１は周壁部、５２は底壁、５３はカップ状基体（台金）、５５は砥石刃、５６は環状溝、５７は研削液導入孔、５９は研削液供給ノズル、６０は研削液供給管、６１は研削液取入口であり、この研削液供給管は図示されていないが、昇降機構の取付部材に固定されており、研削液タンクと可撓性ホースで接続されている。

カップホイール型砥石５０は、ビルド・イン・モータ１４の回転駆動をスピンドル８、固定板２５、連結軸２４、取付板１１を経て伝達し、回転させる。ヘッドは取付部材１２に固定されているのでカップホイール型砥石５０が回転しても、ヘッド自身は回転駆動しない。従って、研削液供給ノズル５９と研削液供給タンクを連結する可撓性ホースが捻れて破損することはない。研削液供給ノズル５９より砥石５０の環状溝５６に供給された研削液は、導入孔５７，５７を経て砥石周壁内５６面に導かれ、さらにスリット５０ｆを通過してカップホイール型砥石の周壁外側へ排出される。研削液の供給量は、基板の直径により異なるが０．５〜１０リットル／分が好ましい。

カップホイール型砥石５０の砥石刃５５群の直径は、環状ドレッサ砥石の直径の０．９〜１．５倍である。基板径と比較すると、カップホイール型砥石５０の砥石刃５５群の直径は、研削される基板３の直径の１．０５〜１．６倍が好ましい。カップホイール型砥石５０は、図５に示すようにカップホイール型砥石の砥石刃５５が研削加工される基板の略中心点Ｏを通過する回転軌跡を描くようにドレッサ付基板ホルダー機構ＶＣに対して配置される。

砥石刃５５，５５間のスリットは斜めであっても、平行であってもよい。台金に研削液供給ようの環状溝とこの環状溝の上部より砥石刃に向けて斜め孔を穿ったカップホイール型砥石も使用できる（特開平６−２３６７４号公報）。

粗研削カップホイール型ダイヤモンド砥石５０としては、砥番（ＪＩＳ一般砥粒粒度）８００〜１，８００のレジンボンドダイヤモンド砥石が、仕上研削カップホイール型ダイヤモンド砥石としては、砥番２，０００〜８，０００のメタルボンドダイヤモンド砥石またはビトリファイドボンドダイヤモンド砥石が好ましい。これらカップホイール型ダイヤモンド砥石には、特開２００４−１６７６１７号公報の図１に開示されるように研削液給水ガイドが設けられている。

カップホイール型砥石５０を備える研削ヘッドＨの取り付け部１２下部には半球状凹部１９が設けられ、下部には前記半球状凹部に嵌合する半球状凸部１８が設けられ、半球状凹部１９と半球状凸部１８間には０．０５〜０．１ｍｍの隙間が形成されている。傾斜調整ボルト１５をモ−タ１３の駆動力で締めたり緩めたりすることにより昇降機構の下部の半球状凸部１８を中心に取り付け部下部の半球状凹部１９前に設けた前記隙間を利用してスピンドル８が傾斜する。

図１に示されるドレッサ付基板ホルダー機構ＶＣは、円盤状基板ホルダーテーブル４と、この円盤状基板ホルダーテーブルを収納するフレーム５と、このフレームを軸承する中空スピンドル２と、このスピンドルの回転機構（図示されていない）と、前記フレームの上方部に固定した環状ドレッサ砥石６の高さ調整機構７を有する。中空スピンドル２は、図示されていない純水供給機構と減圧機構に接続されている。図中、９０は環状ドレッサ砥石６とカップホイール型ダイヤモンド砥石の砥石刃５５が接触する研削作用点に研削液を噴射する冷却水供給ノズルである。

前記環状ドレッサ砥石６は、前記フレーム５の環状上面および側壁面に前記高さ調整機構７の上下可動リング板７ｃを介して円盤状基板ホルダーテーブルの中心点Ｏと環状ドレッサ砥石の中心点が同一軸線上となるように円盤状基板ホルダーテーブル４の外周に配置される。環状ドレッサ砥石６を固定する上下可動リング板７ｃ底面には、前記高さ調整機構のバネの付勢力が上向きに作用する。前記環状ドレッサ砥石の内周面と円盤状基板ホルダーテーブル４上面とで仮想線で示されている基板３を収納する空間が設けられる。前記環状ドレッサ砥石の内周面と円盤状基板ホルダーテーブル上面に載置された基板の外周面の隙間は、０．５〜３ｍｍで十分である。

環状ドレッサ砥石は、その環状幅が２５〜４０ｍｍであり、厚みは２〜４０ｍｍで十分である。研削加工される基板３の取り代（厚み）が０．０１〜１ｍｍであり、基板研削に２０００回以上使用されるので、ドレッシングされる量を考慮すると前記厚みで十分である。環状ドレッサ砥石の素材は、研削される基板がシリコンウエハやセラミックウエハ、サファイヤ基板であるときは、砥盤が＃２４０〜＃６００のＧＣ炭化シリコンが使用される。

図２、図３および図４に示すように、前記高さ調整機構７は、可動リングスライド部Ｃと支持リング位置固定部Ｂと付勢部Ｄを少なくとも有する。可動リングスライド部Ｃは、ポーラスセラミック製円盤状基板ホルダーテーブル４を収納するフレーム５の上方部ベースリング７ａ上面よりフランジ付リニアブッシュ７１を起立して設け、このフランジ付リニアブッシュ上端を支持リング７ｂの穿孔部に嵌挿させ、環状ドレッサ砥石６底面を固定する可動リング７ｃに設けられた穿孔部に前記フランジ付リニアブッシュ中央空洞内に内挿したシャフト７２を固定する六角ボルト７３を内挿した構造を採る。リニアブッシュ７１を支持リング７ｂに固定する固定ボルト７５の間にはスペーサ７４が咬まされている。

支持リング位置固定部Ｂは、フレーム５の上方部ベースリング７ａの外周壁より外周に向かってブラケット７６を張り出して設け、支持リング７ｂの穿孔部よりこのブラケット７６に垂下させて支持リング７ｂを固定する六角ボルト７７および可動リング７ｃならびに環状ドレッサ砥石６の回転遠心力方向の飛び出しを防止する六角ボルト７８を備える。

付勢部Ｄは、フレームの上方部ベースリング７ａ上面より外周に張り出して設けたカラー７９の略中央部に設けられた穿孔にヒンジピン８０の頭部を下方にして起立させ、このヒンジピンを支持リング７ｂの穿孔内に内挿させてヒンジピン先端を可動リング７ｃ底部に当接させ、可動リングの穿孔に六角ボルト８１を挿入し、六角ボルト８１の先端部を前記ヒンジピン８０の中央空洞部に内挿させ、更に、カラー７９と支持リング７ｂ間に位置する六角ボルト８１外周にコイルバネ８２を嵌挿した構造となっている。コイルバネ８２の可動リング７ｃ底面への付勢力は、研削ヘッドのカップホイール型砥石５０の砥石刃５５，５５が基板面をインフィード（切り込み）研削加工する際に基板面かかる研削圧力よりも小さく設定する。コイルバネ８２に代えて、皿バネを使用してもよい。

図３に示されるドレッサ付基板ホルダー機構ＶＣは、上述の可動リングスライド部Ｃ、支持リング位置固定部Ｂおよび付勢部Ｄをそれぞれ６個所の位置に円周上に等間隔に備えている。

ドレッサ付基板ホルダー機構ＶＣの円盤状基板ホルダーテーブル４上に固定された基板３をカップホイール型砥石５０で平面研削加工している際、カップホイール型砥石の砥石刃５５は、図５に示すように基板の中心点Ｏ位置に懸かる回転軌跡を描く。よって、回転している環状ドレッサ砥石６の上面の二場所６ａ，６ａにおいてはカップホイール型砥石の砥石刃５５により下向きの応力が働いている一方、高さ調整機構７のコイルバネ８２の付勢力が環状ドレッサ砥石６底面に作用するので、環状ドレッサ砥石上面と研削加工されている基板表面が常に面一に保たてられる。回転している環状ドレッサ砥石６は、カップホイール型砥石５０の下降により押し下げられ、基板表面にかかるカップホイール型砥石荷重と環状ドレッサ砥石にかかるカップホイール型砥石荷重はほぼ等しく保たてられる。

基板の平面研削加工は、ドレッサ付基板ホルダー機構ＶＣの円盤状基板ホルダーテーブル４上に基板３を載置し、中空スピンドル２内を真空ポンプ（図示されていない）で減圧して基板３を円盤状基板ホルダーテーブル４に固定保持し、中空スピンドル２をモータ（図示されていない）で水平方向に回転させることにより前記円盤状基板ホルダーテーブル４に保持された基板３および環状ドレッサ砥石６を水平方向に回転させつつ、カップホイール型砥石５０を軸承するスピンドル８をモータ１４で回転させつつ下降させて前記基板３表面に当接させて前記カップホイール型砥石の砥石刃５５による基板面の切り込みを開始するとともにこの基板表面と前記カップホイール型砥石の砥石刃５５とを摺擦させて基板３の平面研削加工を行う。この平面研削加工と同時に環状ドレッサ砥石６によりカップホイール型砥石の砥石刃５５をドレッシング加工する。

基板の平面研削加工時、研削液を研削液供給管５９および供給ノズル９０より基板表面に供給しつつカップホイ−ル型砥石５０の砥石刃先５５が前記基板の略中心点Ｏを通過するようにスピンドル８を回転させてカップホイ−ル型砥石５０を基板面上で摺動させて基板表面を研削する。中空スピンドル２の回転数は、３０〜３００ｒｐｍ、スピンドル８の回転数は１，０００〜４，０００ｒｐｍが好ましい。

基板の平面研削加工後、真空ポンプの稼動を止めた後、切換バルブを純水供給側へ切り換え、加圧純水を中空スピンドル２の中空部を経由してポーラスセラミック製基板ホルダーテーブル４底面に導くことにより基板３の基板ホルダーテーブル４からの剥離を容易とする。

本発明のドレッサ付基板ホルダー機構ＶＣは、カップホイ−ル型砥石５０により基板を平面研削するとき、回転している環状ドレッサ砥石６の上面の二場所６ａ，６ａにおいてカップホイール型砥石の砥石刃５５により下向きの応力が働いている一方、高さ調整機構７のコイルバネ８２の付勢力が環状ドレッサ砥石６底面に作用するので、環状ドレッサ砥石６の上面と研削加工されている基板３の表面は常に面一に保たてられる。この基板の平面研削加工時、回転しているカップホイール型砥石の砥石刃５５により回転している環状ドレッサ砥石６の上面もドレッシング加工されるので、基板３とカップホイール型砥石の砥石刃５５と環状ドレッサ砥石６の平行度が保たてられるので、２０００枚の基板の連続平面研削加工においても得られる各々の平面研削加工基板の平坦度（ＴＴＶ）の振れは極めて小さい。

基板の平面研削装置の一部を切り欠いた正面図である。ドレッサ付基板ホルダー機構の一部を示す部分斜視図である。ドレッサ付基板ホルダー機構の平面図である。ドレッサ付基板ホルダー機構の環状ドレッサ砥石の高さ調整機構の環状部分断面図である。カップホイール型砥石の砥石刃がドレッサ付基板ホルダー機構の上面で描く回転軌跡を示す。

符号の説明

１基板表面研削装置
Ｈ研削ヘッド
２中空スピンドル
ＶＣドレッサ付基板ホルダー機構
３基板
Ｏ基板の中心点
４基板ホルダーテーブル
５フレーム
６環状ドレッサ砥石
７高さ位置調整装置
８スピンドル
５０カップホイール型砥石
５５砥石刃
５９研削液供給ノズル
８２コイルバネ
９０冷却水供給ノズル

Claims

円盤状基板ホルダーテーブルと、この円盤状基板ホルダーテーブルを収納するフレームと、このフレームを軸承するスピンドルと、このスピンドルの回転機構と、前記フレームの上方部に固定した環状ドレッサ砥石の高さ調整機構と、前記フレームの環状上面に前記環状ドレッサ砥石を前記高さ調整機構の上下可動リング板を介して円盤状基板ホルダーテーブルの中心点と環状ドレッサ砥石の中心点が同一軸線上となるように円盤状基板ホルダーテーブルの外周に配置した環状ドレッサ砥石とを備えるドレッサ付基板ホルダー機構であって、前記高さ調整機構のバネの付勢力が前記上下可動リング板底面に対し上向きであることを特徴とする、ドレッサ付基板ホルダー機構。
請求項１記載のドレッサ付基板ホルダー機構の円盤状基板ホルダーテーブル上に基板を載置し、スピンドルの回転機構により円盤状基板ホルダーテーブルを収納するフレームを回転させた後、カップホイール型砥石を軸承するスピンドルを回転させつつ下降させて前記基板表面に対し前記カップホイール型砥石の砥石刃による基板面の切り込みを開始するとともにこの基板表面と前記カップホイール型砥石の砥石刃とを摺擦させて基板の平面研削加工を行うと同時に環状ドレッサ砥石によりカップホイール型砥石の砥石刃をドレッシング加工することを特徴とする基板の平面研削方法。