JP2011093029A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削時に発生する研削屑の除去効果を向上させること。
【解決手段】回転軸４２には、液体を供給する液体源に連通する液体連通路４２１が上下方向に伸びるように形成され、工具マウント４４は、液体連通路４２１に連通する第１流路４４１と、第１流路４４１の下側先端部から回転軸４２に対して放射方向に分岐して形成され、ワークＷに向かって液体を噴出する噴出口５２２に連通する第２流路４４２と、第２流路４４２の中間部に気体を取り込む気体流入口４４３と、を有し、液体源から供給された液体が、回転軸４２の回転により第２流路４４２内で生成される遠心力によって気体流入口４４３から取り込まれた気体と第２流路４４２内で混合され、噴出口５２２からワークＷに向かって混合流体が噴出するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハを研削加工するための研削装置に関する。

半導体デバイス製造工程では、ＩＣ，ＬＳＩ等の回路が複数個形成された半導体ウェーハは、個々の回路に分割される前に、その裏面を研削装置によって研削することにより、所定厚さに研削される。半導体ウェーハの裏面を研削する研削装置は、半導体ウェーハ着脱域及び研削域に沿って回転可能に配設されたターンテーブルと、ターンテーブルに配設され、研削域に順次移動される複数個の保持テーブルと、研削域に配設され、研削域に移動された保持テーブル上に保持された半導体ウェーハの裏面を研削する研削ホイールを備えた研削手段と、を具備する（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−０８６０４８号公報

ところで、従来の研削装置は、研削時に発生する研削屑の除去や加工部の冷却等を目的として、水等の液体を半導体ウェーハに供給しながら半導体ウェーハの裏面を研削する。しかしながら、従来の研削装置では、研削時に発生する研削屑を十分に除去できないことがあった。研削時に発生する研削屑が十分に除去できない場合には、研削屑が回路表面に付着して回路の品質を低下させる可能性がある。このため、研削時に発生する研削屑の除去効果を向上させた研削装置の提供が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、研削時に発生する研削屑の除去効果を向上可能な研削装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る研削装置は、ワークを保持する保持テーブルと、保持テーブルに保持されたワークを研削加工する加工手段と、を有し、加工手段は、ワークに当接して研削を行うリング状に配設された砥石を有する研削工具と、研削工具を下側先端面に支持する工具マウント、工具マウントを支持する回転軸と、回転軸を囲むハウジングと、を有する研削装置であって、回転軸には、液体を供給する液体源に連通する液体連通路が回転軸芯位置に上下に伸びるように形成され、工具マウントは、液体連通路に連通する第１流路と、第１流路の下側先端部から回転軸に対して放射方向に分岐して形成され、ワークに向かって液体を噴出する噴出口に連通する第２流路と、第２流路の中間部に気体を取り込む気体流入口と、を有し、液体源から供給された液体が、回転軸の回転により第２流路内で生成される遠心力によって気体流入口から取り込まれた気体と第２流路内で混合され、噴出口からワークに向かって混合流体が噴出することを特徴とする。

また、本発明に係る研削装置は、第２流路は、第１流路の下側先端部から中間部に通ずる液体導入路と、中間部から水平方向に延在した後に噴出口に連通する混合流路と、を有し、気体流入口は混合流路に連通することを特徴とする。

また、本発明に係る研削装置は、研削工具は、リング状に配設された砥石を支持する基台を有し、基台は、噴出口に連通する流路を有することを特徴とする。

また、本発明に係る研削装置は、ワークを保持する保持テーブルと、保持テーブルに保持されたワークを研削加工する加工手段と、を有し、加工手段は、ワークに当接して研削を行うリング状に配設された砥石を有する研削工具と、研削工具を下側先端面に支持する工具マウント、工具マウントを支持する回転軸と、回転軸を囲むハウジングと、を有する研削装置であって、回転軸には、液体を供給する液体源に連通する液体連通路が回転軸芯位置に上下に伸びるように形成され、工具マウントは、回転軸側に延出して液体連通路に連通する第１流路と、第１流路の下側先端部から回転軸に対して放射方向に分岐して形成され、ワークに向かって液体を噴出する噴出口に連通する第２流路と、第２流路の中間部に気体を取り込む気体流入口と、を有し、液体源から供給された液体が、回転軸の回転により第２流路内で生成される遠心力によって気体流入口から取り込まれた気体と該第２流路内で混合され、噴出口からワークに向かって混合流体が噴出することを特徴とする。

本発明に係る研削装置によれば、液体の圧力と遠心力による圧力で圧縮された気泡が弾ける時に生じる衝撃波によって研削加工時に発生する研削屑が除去されるので、研削時に発生する研削屑の除去効果を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態である研削装置の構成を示す斜視図である。 図２は、スピンドルユニットの構成を示す縦断側面図である。 図３は、工具マウントと研削工具との構成を示す部分拡大断面図である。 図４は、工具マウントと研削工具との構成を示す下面図である。 図５は、図３に示す工具マウントの変形例を示す部分拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である研削装置の構成について説明する。

〔研削装置の全体構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である研削装置の全体構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である研削装置の構成を示す斜視図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である研削装置１は、装置ハウジング２を備える。装置ハウジング２は、細長く延在する直方体状の主部２１と、主部２１の後端部（図１における右端部）に設けられ、鉛直上方に延びる一対の直立壁２２と、を有する。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１，２２１が設けられている。一対の案内レール２２１，２２１には、加工手段３が上下方向に移動可能に装着されている。

加工手段３は、移動基台３１と、移動基台３１に装着されたスピンドルユニット４と、を備える。移動基台３１の後面両側には、上下方向に延びる一対の脚部３１１，３１１が設けられている。一対の脚部３１１，３１１には、一対の案内レール２２１，２２１と摺動可能に係合する一対の被案内溝３１２，３１２が形成されている。移動基台３１の前面には、前方に突出する支持部３１３が設けられ、支持部３１３には、スピンドルユニット４が取り付けられている。スピンドルユニット４の下面には、ボルト５１によって研削工具５が締結されている。スピンドルユニット４及び研削工具５の構成についは後述する。スピンドルユニット４及び研削工具５は、本発明に係る加工手段として機能する。

研削装置１は、スピンドルユニット４を一対の案内レール２２１，２２１に沿って上下方向に移動させる研削ユニット送り機構１０を備える。研削ユニット送り機構１０は、直立壁２２の前側に配設され、鉛直上方に延びる雄ネジロッド１０１を備える。雄ネジロット１０１は、その上端部及び下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材１０２，１０３によって回転自在に支持されている。

上側の軸受部材１０２には、雄ネジロッド１０１を回転駆動するパルスモータ１０４が配設されている。移動基台３１の後面には、その軸方向中央部から後方に延びる図示しない貫通雌ネジ孔が形成されている。雄ネジロッド１０１は、図示しない貫通雄ネジ孔に螺合している。従って、パスモータ１０４が正転した場合、移動基台３１、すなわち加工手段３は下降（前進）し、パルスモータ１０４が逆転した場合には、移動基台３１，すなわち加工手段３は上昇（後進）する。

ハウジング２の主部２１には、チャックテーブル機構１１が配設されている。チャックテーブル機構１１は、保持テーブル１２と、保持テーブル１２の周囲を覆うカバー部材１３と、カバー部材１３の前後に配設された蛇腹手段１４，１５と、を備える。保持テーブル１２は、図示しない回転手段によって回転されるものであり、図示しない吸引手段を作動することによってその上面にワークＷを吸引保持するように構成されている。

ワークＷは、特に限定されないが、例えばシリコンウェーハやＧａＡｓウェーハ等の半導体ウェーハ、セラミックス，ガラス，サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（ＴＴＶ：Total Thickness Variation：ワーク被研削面を基準面として厚み方向に測定した高さのワーク被研削面全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料等を例示することができる。

保持テーブル１２は、図示しない保持テーブル移動手段によってワーク載置域２４と研削工具５と対向する研削域２５との間で移動される。蛇腹手段１４，１５は、キャンパス布等の適宜材料によって形成されている。蛇腹手段１４の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。保持テーブル１２が矢印２３ａで示す方向に移動する場合、蛇腹手段１４及び蛇腹手段１５はそれぞれ伸長及び収縮し、保持テーブル１２が矢印２３ｂで示す方向に移動する場合には、蛇腹手段１４及び蛇腹手段１５はそれぞれ収縮及び伸長する。

〔スピンドルユニットの構成〕
次に、図２を参照して、スピンドルユニット４の構成について説明する。

図２は、スピンドルユニット４の構成を示す縦断側面図である。図２に示すように、スピンドルユニット４は、図１に示す支持部３１３に装着されたハウジング４１と、ハウジング４１に回転自在に支持された回転軸４２と、回転軸４２を回転駆動するための電動モータ４３と、を備える。

ハウジング４１は、略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸孔４１１を備える。回転軸４２は、軸孔４１１に挿通してハウジング４１に配設される。回転軸４２は、ハウジング４１に形成されたエアー導入口４１２及び気体軸受４１３を介して軸孔４１１の内壁との間に供給される高圧エアーによって、ハウジング４１に回転自在に支持される。

回転軸４２の下端部は、ハウジング４１の下端から突出するように配設され、回転軸４２の下端部には、工具マウント４４が設けられている。工具マウント４４の構成については後述する。回転軸４２の軸芯位置には、上下方向に延びる液体連通路４２１が形成されている。液体連通路４２１の上端部は、液体を供給する液体源に連通し、その下端部は、工具マウント４４の軸中心位置に形成された第１流路４４１に連通している。

電動モータ４３は、永久磁石式モータにより構成され、回転軸４２に形成された永久磁石からなるロータ４３１と、ロータ４３１の外周側においてハウジング４１に配設されたステータコイル４３２と、を備える。ロータ４３１は、後述する電力供給手段４５からステータコイル４３２に交流電力を供給することにより回転し、ロータ４３１の回転に伴いロータ４３１が装着された回転軸４２が回転する。電力供給手段４５は、交流電源４５１と、制御回路４５２と、を備える。制御回路４５２は、電動モータ４３のステータコイル４３２に交流電源４５１の交流電力を供給する。

〔工具マウントの構成〕
次に、図３及び図４を参照して、工具マウント４４の構成について説明する。

図３は、工具マウント４４と研削工具５との構成を示す部分拡大断面図であり、図４は、工具マウント４４と研削工具５との構成を示す下面図である。図３に示すように、工具マウント４４は、回転軸４２の下端に一体に円盤状に形成されている。工具マウント４４の内部には、第１流路４４１と、第２流路４４２と、気体流入口４４３と、が形成されている。第１流路４４１は、回転軸４２の液体連通路４２１に連通し、工具マウント４４内部を上下方向に延びる。

第２流路４４２は、第１流路４４１の下端先端部から放射方向（径外方向）に複数（本実施形態では８つ）に分岐して形成され、保持テーブル１２に保持されたワークＷに向かって液体を噴射する噴射口５２２に連通する。なお本実施形態では、第２流路４４２は、図４に示すように、周方向に４５度間隔で配置することによって８つに分岐されているが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、例えば周方向に６０度間隔で配置することによって６つに分岐させるようにしてもよい。

第２流路４４２は、第１流路４４１の下端先端部から中間部４４５に通じる液体導入路４４２ａと、中間部４４５から水平方向（径外方向）に延在した後に噴出口５２２に通じる混合流路４４２ｂと、を有する。気体流入口４４３は、第２流路４４２の中間部４４５に連通し、焼結材４４３ａを介して中間部４４５に外気等の気体を導入する。焼結材４４３ａは、青銅等の材料により形成され、気体流入口４４３から中間部４４５側に流入する気体の容量を調整する。

本実施形態では、気体流入口４４３から中間部４４５側に流入する気体の容量を調整するために気体流入口４４３に焼結材４４３ａを配置したが、焼結材４４３ａの代わりに、空気は通すが水は通さないフィルターや、水が通りにくい微小孔を有する部材を用いてもよい。また、気体流入口４４３に部材を配置する代わりに、気体が流入する管路の径の大きさを調整することによって、気体流入口４４３から中間部４４５側に流入する気体の容量を調整するようにしてもよい。

〔研削工具の構成〕
次に、図３及び図４を参照して、研削工具５の構成について説明する。

研削工具５は、締結ボルト５１（図１参照）によって工具マウント４４の下面に着脱可能に締結され、基台５２と、砥石５３と、を備える。基台５２は、工具マウント４４に対応する大きさに形成されたリング状の部材であり、締結ボルト５１によって工具マウント４４の下側外周面に着脱可能に締結される。基台５２は、工具マウント４４の混合流路４４２ｂと連通する流路５２１を備える。混合流路４４２ｂから供給された液体と気体との混合流体は、流路５２１を通じて保持テーブル１２に保持されたワークＷに向かって噴射口５２２から噴射される。砥石５３は、基台５２の下面の噴射口５２２より外周側にリング状に複数装着され、ワークＷに当接してワークＷ表面の研削加工を行う。

〔研削装置の作用〕
次に、本実施形態の研削装置１の作用について説明する。

ワークＷに対して研削加工を施す場合には、始めに、研削装置１のワーク載置域２４に位置付けられた保持テーブル１２上にワークＷを載置する。なおワークＷが半導体ウェーハである場合、デバイスが形成された表面には保護テープＴが貼り付けられているので、この保護テープＴ側をチャックテーブル１２に載置する。保持テーブル１２に載置されたワークＷは、図示しない吸引手段によって保持テーブル１２上に吸引保持される。そして、図示しない保持テーブル移動手段を作動させることにより、保持テーブル１２を矢印２３ａで示す方向に移動させ、研削域２５に位置付ける。そして、砥石５３の外周縁が保持テーブル１２の回転中心、すなわちワークＷの中心位置を通過するように位置付ける。

このような位置関係に位置付けた後、保持テーブル１２を例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させると共に、研削工具５を同一方向に例えば６００ｒｐｍの回転速度で回転させる。すなわち、電力供給手段４５からステータコイル４３２に交流電力を供給することにより、電動モータ４３が回転して回転軸４２が回転し、回転軸４２の先端に取り付けられた工具マウント４４が回転する。そして、工具マウント４４を加工させて砥石４７をワークＷの上面である裏面に所定の圧力で押圧する。この結果、ワークＷの裏面全面が研削される。

この時、砥石４７による研削加工部には液体と気体との混合流体が供給される。すなわち、上述の位置付けを行った後、回転軸４２の液体連通路４２１に液体源から液体が供給される。液体連通路４２１に供給された液体は、工具マウント４４の回転に伴い発生する遠心力によって、第１流路４４１，液体導入路４４２ａ，及び中間部４４５の順に流れる。一方、第２流路４４２の中間部４４５には、工具マウント４４の回転に伴い工具マウント４４の下側が負圧になることによって、気体流入口４４３からの気体が導入される。これにより、液体導入路４４２ａから供給された液体と気体流入口４４３から導入された気体とは、中間部４４５において混合され、遠心力による圧力で圧縮された気泡を含む液体と気体との混合流体が生成される。

中間部４４５において生成された混合流体は、工具マウント４４の回転に伴い発生する遠心力によって、混合流路４４２ｂ，流路５２１の順に流れ、噴射５２２からワークＷ表面に向かって噴射される。これにより、砥石５２による研削加工部には、液体と気体との混合流体が供給され、液体の圧力と遠心力による圧力で圧縮された気泡が弾ける時に生じる衝撃波によって研削加工時に発生する研削屑が除去される。従って、この研削装置１によれば、液体のみを供給する従来までの研削装置と比較して、研削時に発生する研削屑の除去効果を向上させることができる。

なお、上述の通り、中間部４４５及び混合流路４４２ｂは、遠心力の力によって気体を圧縮して液体に混合させる部位であるので、気体流入口４４３から導入された気体が遠心力の力をより大きく受け、気泡が弾ける時に生じる衝撃波を大きくするために、中間部４４５及び混合流路４４２ｂの管径は気体流入口４４３の管径より大きくすることが望ましい。

また、本実施形態では、液体連通路４２１に連通する第１流路４４１は工具マウント４４側に形成されているが、図５に示すように、第１流路４４１を回転軸４２側に延出させて液体連通路４２１に連通させると共に、液体導入路４４２ａを設けずに第１流路４４１と混合流路４４２ｂの接続部を中間部４４５とするようにしてもよい。

１ 研削装置
４ スピンドルユニット
５ 研削工具
１２ 保持テーブル
４１ ハウジング
４２ 回転軸
４４ 工具マウント
５２ 基台
５３ 砥石
４２１ 液体連通路
４４１ 第１流路
４４２ 第２流路
４４２ａ 液体導入路
４４２ｂ 混合流路
４４３ 気体流入口
４４５ 中間部
５２１ 流路
５２２ 噴出口
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持されたワークを研削加工する加工手段と、を有し、該加工手段は、ワークに当接して研削を行うリング状に配設された砥石を有する研削工具と、該研削工具を下側先端面に支持する工具マウント、該工具マウントを支持する回転軸と、該回転軸を囲むハウジングと、を有する研削装置であって、
   該回転軸には、液体を供給する液体源に連通する液体連通路が回転軸芯位置に上下に伸びるように形成され、
   該工具マウントは、該液体連通路に連通する第１流路と、該第１流路の下側先端部から回転軸に対して放射方向に分岐して形成され、ワークに向かって液体を噴出する噴出口に連通する第２流路と、第２流路の中間部に気体を取り込む気体流入口と、を有し、
   該液体源から供給された液体が、該回転軸の回転により該第２流路内で生成される遠心力によって該気体流入口から取り込まれた気体と該第２流路内で混合され、該噴出口からワークに向かって混合流体が噴出すること
   を特徴とする研削装置。
2. 該第２流路は、
   該第１流路の下側先端部から該中間部に通ずる液体導入路と、
   該中間部から水平方向に延在した後に該噴出口に連通する混合流路と、を有し、
   該気体流入口は該混合流路に連通すること
   を特徴とする請求項１に記載の研削装置。
3. 該研削工具は、リング状に配設された砥石を支持する基台を有し、
   該基台は、噴出口に連通する流路を有すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研削装置。
4. ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持されたワークを研削加工する加工手段と、を有し、該加工手段は、ワークに当接して研削を行うリング状に配設された砥石を有する研削工具と、該研削工具を下側先端面に支持する工具マウント、該工具マウントを支持する回転軸と、該回転軸を囲むハウジングと、を有する研削装置であって、
   該回転軸には、液体を供給する液体源に連通する液体連通路が回転軸芯位置に上下に伸びるように形成され、
   該工具マウントは、該回転軸側に延出して該液体連通路に連通する第１流路と、該第１流路の下側先端部から回転軸に対して放射方向に分岐して形成され、ワークに向かって液体を噴出する噴出口に連通する第２流路と、第２流路の中間部に気体を取り込む気体流入口と、を有し、
   該液体源から供給された液体が、該回転軸の回転により該第２流路内で生成される遠心力によって該気体流入口から取り込まれた気体と該第２流路内で混合され、該噴出口からワークに向かって混合流体が噴出すること
   を特徴とする研削装置。

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