JP2010194650A

JP2010194650A - 研削装置

Info

Publication number: JP2010194650A
Application number: JP2009040822A
Authority: JP
Inventors: Takuya Adachi; 卓也足立; Fumiteru Tashino; 文照田篠
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: JP5280247B2

Abstract

【課題】ホイールマウントに研削ホイールを容易に着脱可能な装置を提供すること。
【解決手段】被加工物を保持するチャックテーブルと、被加工物を研削する研削手段とを備えた研削装置であって、該研削手段は、スピンドルと、ホイールマウント２０と、ホイールベースに環状の超音波振動子を備えるとともにホイールベースの自由端部に研削ホイールと、該スピンドルを回転駆動する駆動源とを含んでおり、該研削ホイールの前記ホイールベースには、該超音波振動子に高周波電力を供給する第１の環状電極と第２の環状電極が該超音波振動子と同心円状に配設されており、該ホイールマウントには、該第１の環状電極に対応する位置にばね部材６３によって押圧可能に配設された第１の押圧電極６０と、該第２の環状電極に対応する位置にばね部材６３によって押圧可能に配設された第２の押圧電極６１とを有していることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、サファイアウエーハ等の脆性硬質材料から成る被加工物を研削するのに適した研削装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

ウエーハの裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石を有する研削ホイールが回転可能に装着された研削手段とを備えていて、ウエーハを高精度に所望の厚みに研削できる。

ところで、サファイア、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチック等の脆性硬質材料を研削装置で研削すると長時間を要し、生産性が悪いという問題があることから、本出願人は、超音波振動子を研削ホイールに配設して被加工物を研削する技術を開発し、特許出願した（特開２００８−２３６９３号公報）。

上記の公開公報に開示された研削装置では、研削ホイールを支持するホイールマウントに連結されたスピンドルの上端部に非接触の高周波電力供給手段が配設され、軸心の長手方向に形成された空洞内に挿入されたリード線がスピンドルの下端部に設けられた凹型コネクタに接続され、この凹型コネクタが研削ホイールに形成された凸型コネクタと嵌合することにより、高周波電力が研削ホイールに配設された超音波振動子に供給される。

特開２００８−２３６９３号公報

しかし、特許文献１に開示された研削ホイールの装着構造では、研削ホイールをホイールマウントに着脱する際にコネクタも着脱しなければならず、手間が掛かるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホイールマウントに研削ホイールを容易に着脱可能な研削装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段とを備えた研削装置であって、該研削手段は、スピンドルハウジング中に回転可能に収容されたスピンドルと、スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、該ホイールマウントにねじ締結され、ホイールベースに環状の超音波振動子を備えるとともにホイールベースの自由端部に複数の研削砥石が環状に配設された研削ホイールと、該スピンドルを回転駆動する駆動源とを含んでおり、該研削ホイールの前記ホイールベースには該超音波振動子に高周波電力を供給する第１の環状電極と第２の環状電極が該超音波振動子と同心円状に配設されており、該ホイールマウントは、該第１の環状電極に対応する位置にばね部材によって押圧可能に配設された第１の押圧電極と、該第２の環状電極に対応する位置にばね部材によって押圧可能に配設された第２の押圧電極とを有していることを特徴とする研削装置が提供される。

好ましくは、第１の環状電極と第２の環状電極は、ホイールベースのノード領域（振動が相殺される領域）に配設される。

本発明によると、研削ホイールのホイールベースには環状の超音波振動子に高周波電力を供給する第１の環状電極と第２の環状電極が超音波振動子と同心円状に配設され、ホイールマウントは、第１の環状電極に対応する位置にばね部材によって押圧可能に配設された第１の押圧電極と、第２の環状電極に対応する位置にばね部材によって押圧可能に配設された第２の押圧電極とを有しているので、研削ホイールをホイールマウントに装着するだけで第１及び第２の環状電極が第１及び第２の押圧電極に接続されるので、コネクタの着脱が不要となり研削ホイールを容易にホイールマウントに着脱できる。

本発明実施形態の研削装置の外観斜視図である。研削ユニットの一部断面正面図である。図３（Ａ）はスピンドルの先端部分に装着されたホイールマウントの縦断面図、図３（Ｂ）は押圧電極部分の断面図である。研削ホイールの一実施形態の斜視図である。貫通スリットの他の実施形態を示す研削ホイールの一部平面図である。図６（Ａ）は研削ホイールの一実施形態の縦断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ部分の拡大図である。研削作業の様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明実施形態の研削装置２の外観斜視図を示している。４は研削装置２のハウジングであり、ハウジング４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研削ユニット（研削手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット１０は、スピンドルハウジング１２と、スピンドルハウジング１２を保持する支持部１４を有しており、支持部１４が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１６に取り付けられている。

研削ユニット１０はスピンドルハウジング１２中に回転可能に収容されたスピンドル１８と、スピンドル１８の先端に固定されたホイールマウント２０と、ホイールマウント２０にねじ締結され環状に配設された複数の研削砥石を有する研削ホイール２２と、スピンドル１８を回転駆動する電動モーターを含んでいる。研削ユニット１０にはホース４６を介して研削水が供給される。

研削装置２は、研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ２８とパルスモータ３０とから構成される研削ユニット移動機構３２を備えている。パルスモータ３０を駆動すると、ボールねじ２８が回転し、移動基台１６が上下方向に移動される。

ハウジング４の上面には凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにチャックテーブル機構３４が配設されている。チャックテーブル機構３４はチャックテーブル３６を有し、図示しない移動機構によりウエーハ着脱位置Ａと、研削ユニット１０に対向する研削位置Ｂとの間でＹ軸方向に移動される。３８，４０は蛇腹である。ハウジング４の前方側には、研削装置２のオペレータが研削条件等を入力する操作パネル４２が配設されている。

図２及び図３に示すように、スピンドル１８の先端は小径先端部１８ａに形成されており、この小径先端部１８ａにホイールマウント２０が固定されている。ホイールマウント２０は６個の丸穴４７を有しており、これらの丸穴４７にボルト４８を挿入して研削ホイール２２のねじ穴にボルト４８を螺合することにより、研削ホイール２２がホイールマウント２０に取り付けられる。

図３（Ａ）に示すように、ホイールマウント２０はボルト４８が挿入される丸穴４７を周方向に離間して６個有すると共に、ホイールマウント２０には後に説明する受電コイルに接続された導電線５２が挿入される挿入穴５６と、スピンドル１８の貫通穴２１に連通する研削水供給路５７が形成されており、研削水供給路５７の先端（下端）５７ａはホイールマウント２０の下端面に環状に開口している。

ホイールマウント２０はその下端に一体的に形成された円形突出部５０を有しており、この円形突出部５０にそれぞれ導電線５２に接続された第１押圧電極６０及び第２押圧電極６１が配設されている。

図３（Ｂ）に示すように、円形突出部５０にはスプリング収容穴６２が形成されており、第２押圧電極６１のヘッド６１ａがこのスプリング収容穴６２中に収容されるとともに、スプリング収容穴６２中に収容されたコイルスプリング６３により第２押圧電極６１が下方に付勢されて円形突出部５０に配設されている。第１押圧電極６０も第２押圧電極６１の取り付け構造と同様な構造により、コイルスプリングにより下方に付勢されて円形突出部５０に配設されている。

図４を参照すると、本発明実施形態の研削ホイール２２の斜視図が示されている。図６（Ａ）は研削ホイール２２の縦断面図である。図６（Ａ）に最もよく示されるように、研削ホイール２２は、ホイールマウント２０に装着される装着部７１を有する装着リング２４と、第１面（上面）２６ａ及び第１面２６ａと反対側の第２面（下面）２６ｂを有し、複数の研削砥石５８が第２面２６ｂの外周部に環状に固定されたホイールベース２６を含んでおり、装着リング２４とホイールベース２６は環状連結部２７で一体的に連結されている。

研削ホイール２２は、装着リング２４とホイールベース２６が環状連結部２７で一体的に連結された一体構成物であり、環状連結部２７とホイールベース２６の上面２６ａにより円形凹部６４が画成されている。円形凹部６４の中心部にはホイールベース２６を上下に貫通する中心穴６５が形成されている。

装着リング２４の環状装着部７１には周方向に等間隔離間して６個のねじ穴（雌ねじ）７２が形成されている。装着リング２４は更に、環状装着部７１の内側に環状棚部６６を有しており、この環状棚部６６には周方向に離間して環状に形成された複数の貫通スリット７３が形成されている。

研削ホイール２２は、装着リング２４とホイールベース２６との間に環状の切欠き６７を有しており、貫通スリット７３は環状の切欠き６７に開口している。研削ホイール２２は、例えばアルミニウム合金から形成されている。

ホイールベース２６には、環状連結部２７より外側で且つ環状に配設された複数の研削砥石５８の内側の位置に、周方向に離間して複数の貫通孔７５が形成されている。図６（Ａ）に見られるように、貫通孔７５は末広がりに斜めに形成され、その上端部は環状の切欠き６７に開口している。図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ部分の拡大図である。

図４に示されるように、ホイールベース２６の第１面（上面）２６ａには環状の超音波振動子６８と、同じく環状の第１及び第２電極６９，７０が配設されている。第１及び第２電極６９，７０は環状の超音波振動子６８に電気的に接続されている。

尚、第１及び第２電極６９，７０を振動が相殺されるノード領域に配設することで第１及び第２の押圧電極６０，６１との摩擦を軽減できる。

好ましくは、環状の超音波振動子６８及び環状の第１及び第２電極６９，７０はホイールベース２６の上面２６ａに形成された浅い環状溝中に挿入され、接着剤等により接着固定されている。環状溝を形成せずに、環状の超音波振動子６８及び環状の第１及び第２電極６９，７０を直接ホイールベース２６の上面２６ａに接着固定するようにしてもよい。

図４に示した研削ホイール２２では、同一円周上に複数のスリット７３が環状に配列されているが、図５に示すように同一円周上に環状に配列された複数のスリット７３に加えて、スリット７３と一部が重なるように複数のスリット７３ａを環状に配列するようにしてもよい。

このようにスリット７３，７３ａを二重に配列することにより、超音波振動子６８で生成した超音波振動がスリット７３，７３ａで吸収されてホイールマウント２０に伝達されることがより抑制される。

超音波振動子６８としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ_３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）等を用いることができる。

研削ホイール２２をホイールマウント２０に装着するには、ホイールマウント２０の丸穴４７中にボルト４８を挿入して研削ホイール２２の装着部７１に形成された雌ねじ７２に螺合する。

ボルト４８を雌ねじ７２に締め付けると、ホイールマウント２０に装着した第１及び第２の押圧電極６０，６１が研削ホイール２２の第１及び第２の環状電極６９，７０に圧接される。

ホイールマウント２０に装着した第１及び第２の押圧電極６０，６１はコイルスプリング６３の付勢力により弾性的にホイールマウント２０に装着されているので、研削ホイール２２をホイールマウント２０に締結固定した際、第１及び第２の押圧電極６０，６１と研削ホイール２２に配設した第１及び第２の環状電極６９，７０との電気的接続を確実に取ることができる。

更に、第１及び第２の電極６９，７０は環状に形成されているため、研削ホイール２２をホイールマウント２０に装着する際、第１及び第２の押圧電極６０，６１と第１及び第２の環状電極６９，７０との電気的接続を取るために、その周方向の方向性が問題とされることがない。

図２を再び参照すると、研削ユニット１０はスピンドル１８を回転駆動する電動モーター７４を備えている。電動モーター７４は例えば永久磁石式モーターから構成される。電動モーター７４は、スピンドル１８の中間部に形成されたモーター装着部７６に装着された永久磁石からなるローター７８と、ローター７８の外周側においてスピンドルハウジング１２に配設されたステータコイル８０とから構成される。

このように構成された電動モーター７４は、ステータコイル８０に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりローター７８が回転し、ローター７８が装着されたスピンドル１８が回転される。

研削ユニット１０は更に、超音波振動子６８に交流電力を印加するとともに電動モーター７４に交流電力を印加する電力供給手段８２を具備している。電力供給手段８２は、スピンドル１８の上端に配設されたロータリートランス８４を含んでいる。

ロータリートランス８４は、スピンドル１８の上端に配設された受電手段８６と、受電手段８６と対向して配設された給電手段８８を具備している。受電手段８６は、スピンドル１８に装着されたローターコア９０と、ローターコア９０に巻回された受電コイル９２とから構成される。

このように構成された受電手段８６の受電コイル９２には導電線５２が接続されている。この導電線５２は、スピンドル１８の中心に軸方向に形成された貫通穴２１内に配設され、その先端が押圧電極６０，６１に接続されている。

給電手段８８は、受電手段８６の外周側に配設されたステータコア９４と、ステータコア９４に配設された給電コイル９６とから構成される。このように構成された給電手段８８の給電コイル９６には、電気配線９８を介して交流電力が供給される。

電力供給手段８２は、交流電源１００と、交流電源１００とロータリートランス８４の給電コイル９６との間に挿入された電圧調整手段１０２と、給電手段８８に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段１０４と、電圧調整手段１０２及び周波数調整手段１０４を制御する制御手段１０６と、制御手段１０６に研削砥石に付与する超音波振動の振幅等を入力する入力手段１０８を具備している。

交流電源１００は、制御回路１１２及び電気配線１１０を介して電動モーター７４のステータコイル８０に交流電力を供給する。周波数調整手段１０４としては、株式会社エヌエフ回路設計ブロックが提供するデジタルファンクションジェネレータ、商品名「ＤＦ−１９０５」を使用することができる。ＤＦ−１９０５によると、周波数を１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲内で適宜調整することができる。

このように構成された研削装置２の研削作業について以下に説明する。図１に示すウエーハ着脱位置Ａに位置付けられたチャックテーブル３６上に、図７に示すように表面に保護テープＴが貼付されたウエーハＷを保護テープＴを下にして吸引保持する。次いで、チャックテーブル３６をＹ軸方向に移動して研削位置Ｂに位置付ける。

このように位置付けられたウエーハＷに対して、図７に示すようにチャックテーブル３６を矢印Ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２２をチャックテーブル３６と同一方向に、即ち矢印Ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転駆動させるとともに、研削ユニット移動機構３２を作動して研削砥石５８をウエーハＷの裏面に接触させる。

この研削加工時には、電力供給手段８２によってロータリートランス８４を構成する給電手段８８の給電コイル９６に所定周波数の交流電力を供給する。その結果、回転する受電手段８６の受電コイル９２、導電線５２、押圧電極６０，６１、及び環状の第１及び第２電極６９，７０を介して超音波振動子６８に所定周波数の交流電力が印加され、超音波振動子６８は主にラジアル方向（径方向）に超音波振動する。この超音波振動は、従ホイールベース２６を介して複数の研削砥石５８に伝達され、研削砥石５８がラジアル方向に超音波振動する。

本実施形態の研削ホイール２２では、装着リング２４に、環状連結部２７より外側で且つ周方向に離間して形成された複数の雌ねじ７２より内側の位置に、周方向に離間して複数の貫通スリット７３が環状に形成されているため、超音波振動子６８が発生する超音波振動のホイールマウント２０への伝達が抑制される。従って、超音波振動子６８から発生された超音波振動は、ホイールベース２６を介して複数の研削砥石５８に効果的に伝達される。

一方、ウエーハＷの研削中には研削水がホース４６を介してスピンドル１８の貫通穴２１中に供給される。この研削水はホイールマウント２０の研削水供給路５７を介して研削ホイール２２の環状棚部６６に位置づけられる研削水供給路５７の先端５７ａから供給され、更にスリット７３及び貫通孔７５を介して研削砥石５８に供給される。

この貫通孔７５は、環状連結部２７より外側で且つ環状に配設された複数の研削砥石５８の内側の位置のホイールベース２６に周方向に離間して形成されているため、研削砥石５８の内側に効率良く研削水を供給することができる。また、研削水にも超音波振動が伝達されていることから、研削砥石５８とウエーハＷとの接触部に効果的に研削水が供給され、研削による面焼けを防止できる。

本実施形態の研削装置２では、超音波振動子６８で研削砥石５８を主にラジアル方向に振動させるとともに、研削水を研削砥石５８の内側に供給しながら研削ホイール２２を所定の研削送り速度（例えば３〜５μｍ／秒）で下方に所定量研削送りして、ウエーハＷの研削を実施する。

研削砥石５８がラジアル方向に超音波振動すると、研削によって生成され研削砥石５８の砥粒間に滞留して目詰まりの原因となる研削屑が、研削砥石５８に作用する微振動により研削水とともに流動されて除去される。

従って、振動エネルギーと研削砥石５８の目詰まりの防止により、サファイア、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチック等の脆性硬質材料であっても効率良く研削することができる。

超音波振動子６８をチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ_３）から形成した本発明実施形態の研削ホイール２２をホイールマウント２０に装着し、超音波振動子６８に５０ｋＨｚの周波数で１５０Ｖの電圧を印加した。

その結果、研削砥石５８は５０ｋＨｚの周波数でラジアル方向（径方向）に６μｍ前後の振幅で振動した。研削砥石５８は軸方向にも超音波振動するが、軸方向への振幅は２．０μｍ前後でラジアル方向に比較して小さいものであった。

尚、比較のために特許文献１に開示された研削ホイールをホイールマウントに装着し、実施例と同一条件で超音波振動子に交流電圧を印加したところ、研削砥石はラジアル方向に僅かに超音波振動したが、その振幅は０．２μｍ前後で充分な振幅は得られなかった。

２研削装置
１０研削ユニット
２０ホイールマウント
２２研削ホイール
２４装着リング
２６ホイールベース
２７環状連結部
３６チャックテーブル
５８研削砥石
６０，６１押圧電極
６８超音波振動子
６９，７０環状電極
７１装着部
７３貫通スリット
７５貫通孔

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段とを備えた研削装置であって、
該研削手段は、スピンドルハウジング中に回転可能に収容されたスピンドルと、スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、該ホイールマウントとねじ締結され、ホイールベースに環状の超音波振動子を備えるとともにホイールベースの自由端部に複数の研削砥石が環状に配設された研削ホイールと、該スピンドルを回転駆動する駆動源とを含んでおり、
該研削ホイールの前記ホイールベースには、該超音波振動子に高周波電力を供給する第１の環状電極と第２の環状電極が該超音波振動子と同心円状に配設されており、
該ホイールマウントには、該第１の環状電極に対応する位置にばね部材によって押圧可能に配設された第１の押圧電極と、該第２の環状電極に対応する位置にばね部材によって押圧可能に配設された第２の押圧電極とを有していることを特徴とする研削装置。
該第１の環状電極と該第２の環状電極は、該ホイールベースのノード領域（振動が相殺される領域）に配設されていることを特徴とする請求項１記載の研削装置。