JP2012089628A

JP2012089628A - 研削ホイール

Info

Publication number: JP2012089628A
Application number: JP2010233940A
Authority: JP
Inventors: Ryogo Umaji; 良吾馬路; Ryuji Oshima; 龍司大島
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-05-10
Also published as: CN102452045A; KR20120040106A

Abstract

【課題】研削面にムシレ及び割れを生じることなく硬質脆性材料を所望の厚みに研削可能な研削ホイールを提供することである。
【解決手段】被加工物を研削する研削ホイールであって、ホイールマウントに装着されるホイールマウント装着面を有する環状基台と、該環状基台の自由端部にリング状に配設されたホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を含有した複数の研削砥石と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、硬質脆性材料を研削するのに適した研削ホイールに関する。

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格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）によって区画されたシリコンウエーハは、切削ブレードを備えた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。

また、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）等の数多くの発光デバイスが表面に形成され、且つ個々の発光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サファイアウエーハは、レーザビームを照射するレーザ加工装置によって個々の発光デバイスに分割され、分割された発光デバイスは電球、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

シリコンウエーハ又はサファイアウエーハは、ダイシング装置又はレーザ加工装置を使用して個々のデバイスに分割する前に研削装置によって裏面が研削され、放熱性、輝度の向上を図るために薄く加工される（例えば、特開２０１０−４６７４４号公報参照）。

特開平１０−３０５４２０号公報特開２０１０−４６７４４号公報

しかし、特にサファイアウエーハをダイアモンド砥粒を主成分とする複数の研削砥石が環状基台の自由端部にリング状に配設された研削ホイールで研削すると、研削面にムシレが生じ、更にサファイアウエーハが１００μｍ以下の厚みに研削されると割れが生じて品質を著しく低下させ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、サファイアウエーハのような硬質脆性材料であっても研削面にムシレ及び割れを生じることなく所望の厚みに研削可能な研削ホイールを提供することである。

本発明によると、被加工物を研削する研削ホイールであって、ホイールマウントに装着されるホイールマウント装着面を有する環状基台と、該環状基台の自由端部にリング状に配設されたホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を含有した複数の研削砥石と、を具備したことを特徴とする研削ホイールが提供される。

好ましくは、研削砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をレジンボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンドの何れかに混錬して焼結した焼結砥石から構成される。或いは、研削砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をニッケルメッキで固定した電鋳砥石から構成される。

本発明は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒によって研削砥石を形成し、この研削砥石を環状基台の自由端部に複数配設して研削ホイールを構成したので、サファイアウエーハ、ＳｉＣウエーハ、ガラス板等の硬質脆性材料を研削しても、潤滑性と耐熱性によって衝撃力と砥粒の磨耗が緩和され、ムシレ及び割れを生じることなく硬質脆性材料を所望の厚みに研削することができる。

本発明の研削ホイールを具備した研削装置の外観斜視図である。サファイアウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す斜視図である。図３（Ａ）は第１実施形態の研削ホイールの斜視図、図３（Ｂ）はその縦断面図である。研削時におけるチャックテーブルと研削ホイールとの位置関係を示す斜視図である。図５（Ａ）は第２実施形態の研削ホイールの斜視図、図５（Ｂ）はその縦断面図である。

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ホイールを具備した研削装置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（ベース）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送り機構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を参照すると、サファイアウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。サファイアウエーハ１１の表面１１ａには複数の分割予定ライン１３が格子状に形成され、これらの分割予定ライン１３によって区画された各領域にＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光デバイス１５が形成されている。

サファイアウエーハ１１は、その表面１１ａに複数の発光デバイス１５が形成されたデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を有している。サファイアウエーハ１１の研削に先立ち、その表面１１ａには発光デバイス１５を保護する目的で保護テープ２３が貼着される。

図３（Ａ）を参照すると、本発明第１実施形態の研削ホイール２２の斜視図が示されている。図３（Ｂ）はその縦断面図である。研削ホイール２２は、ホイールマウント２０に装着されるホイールマウント装着面２２ａを有する環状基台２４と、環状基台２４の自由端部に環状に配設された複数の研削砥石２６とから構成される。

研削砥石２６は直方体形状に形成されたレジンボンド砥石であり、その厚さｔは約３〜５ｍｍである。環状基台２４には、ホイールマウント２０にねじ締結するための４個のねじ穴２７と、複数の研削水供給孔４４が形成されている。

レジンボンドは、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等から構成される。本実施形態では、レジンボンドとしてフェノール樹脂を使用し、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をフェノール樹脂に混錬して直方体形状に成形し、焼結温度１８０℃〜２００℃で７乃至８時間焼結して焼結研削砥石２６を製造した。

焼結研削砥石２６はレジンボンド焼結砥石に限定されるものではなく、メタルボンド焼結砥石又はビトリファイドボンド焼結砥石も採用可能である。メタルボンド焼結砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をメタルボンドに混錬して直方体形状に成形し、焼結温度６００℃〜７００℃で約１時間焼結して製造する。ここで、メタルボンドとしては、銅と錫合金であるブロンズを主成分とし、コバルト、ニッケル等を微量混入したものを採用するのが好ましい。

ビトリファイドボンド焼結砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をビトリファイドボンドに混錬して直方体形状に成形し、焼結温度７００℃〜８００℃で約１時間焼結して製造する。ここで、ビトリファイドボンドとしては、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を主成分とし、長石等を微量混入したものを採用するのが好ましい。

ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒は、例えば特表２００６−５０２９５５号に開示されたような粉末セル方法により製造される。この粉末セル方法では、グラファイトと、触媒又は溶媒金属と、任意のダイアモンド種結晶と、ホウ素源とを含む十分高密度な混合物を形成する。この混合物をダイアモンドを製造するのに十分高温高圧な雰囲気中で十分な時間保持し、炭素原子をホウ素で置換してホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を製造することができる。

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。保護テープ２３を下にしてチャックテーブル３６に吸引保持されたサファイアウエーハ１１が図１の研削位置Ｂに位置づけられると、図４に示すように、チャックテーブル３６を矢印ａ方向に３０〜５００ｒｐｍ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１０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ユニット送り機構３２を作動して研削砥石２６をウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール２２を所定の研削送り速度（例えば０．２〜３．０μｍ／秒）で下方に所定量研削送りして、ウエーハ１１の研削を実施する。図示しない接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハの厚みを測定しながらウエーハを所望の厚み、例えば１００μｍに仕上げる。

ウエーハ１１の研削時には、図３（Ｂ）の拡大図に示すように、研削水供給孔４４を介して研削領域に研削水を供給しながらサファイアウエーハ１１の研削を実行する。研削面を観察したところ、鏡面になっていることが判明した。

図５（Ａ）を参照すると、本発明第２実施形態の研削ホイール２２Ａの斜視図が示されている。図５（Ｂ）はその縦断面図である。本実施形態の研削砥石２２Ａは、環状基台２４Ａの自由端部に複数の研削砥石挿入穴４５を有し、この研削砥石挿入穴４５中にパイプ形状電鋳砥石４６が挿入固定されて構成されている。

パイプ形状電鋳砥石４６は、例えばホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を混入したニッケルメッキ液中にアルミニウムの線材を挿入し、アルミニウムの線材の表面にホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を含有したニッケルメッキを成長させ、その後アルミニウムの線材を溶解して除去することにより形成される。

図５（Ｂ）の部分拡大図において、パイプ形状電鋳砥石４６の直径Ｄは２〜５ｍｍ、パイプの厚さｔは０．１〜１．０ｍｍ、電鋳砥石４６の基台２２Ａからの突出量Ｐは１〜１０ｍｍが好ましい。

本実施形態の研削ホイール２２Ａは、パイプ形状電鋳砥石４６が硬いので、サファイアウエーハ等の硬質脆性材料の研削に特に適している。研削時に研削ホイール２２Ａの研削水供給孔４４Ａを介して供給された研削水は、矢印ａ及びｂに示すように二手に分かれて研削領域に供給される。

フェノール樹脂からなるレジンボンドに平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を体積比で１０〜２０％とフィラーとしての平均粒径１μｍのＳｉＣ粒子を体積比で３５〜２５％混入し直方体形状に成形した。この成形体を１８０℃の焼結温度で約８時間焼結してレジンボンド砥石を製造した。

このレジンボンド砥石を複数個環状基台２４の自由端部に固定して研削ホイールを形成した。この研削ホイールをホイールマウント２０に装着して、スピンドルの回転数１０００ｒｐｍ、チャックテーブルの回転数５００ｒｐｍ、研削ホイールの送り速度０．２μｍ／秒の加工条件で厚さ３００μｍのサファイアウエーハを研削した。その結果、サファイアウエーハにムシレ及び割れを生じることなく９０μｍの厚さまで研削でき、研削面を鏡面に仕上げることができた。

このレジンボンド砥石の磨耗量は８．５μｍであり、従来のレジンボンド砥石に比べて磨耗量を１／２以下に低減することができた。また、このレジンボンド砥石を装着した研削ホイールによると、研削開始から約１０秒で負荷電流値が安定した。

ブロンズを主成分とし、コバルト及びニッケルを僅かに混入したメタルボンドに平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を体積比で１０〜２０％とフィラーとしての平均粒径１μｍのＳｉＣ粒子を体積比で３５〜２５％混入し直方体形状に成形した。この成形体を７００℃の焼結温度で約１時間焼結してメタルボンド砥石を製造した。

このメタルボンド砥石を複数個環状基台２４の自由端部に環状に固定して研削ホイールを形成した。この研削ホイールをホイールマウント２０に装着して、実施例１と同一条件でサファイアウエーハを研削したところ、サファイアウエーハにムシレ及び割れを生じることなく９０μｍの厚さまで研削でき、研削面を鏡面に仕上げることができた。

このメタルボンド砥石の磨耗量は７．５μｍであり、ホウ素をドープしない従来のメタルボンド砥石の磨耗量に比べてその磨耗量を約１／２に低減することができた。更に、メタルボンド砥石を有する研削ホイールによると、研削開始から約１０秒で負荷電流値が安定した。

二酸化珪素を主成分とし、長石を僅かに混入したビトリファイドボンドに平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を体積比で１０〜２０％とフィラーとしての平均粒径１μｍのＳｉＣ粒子を体積比で３５〜２５％混入し直方体形状に成形した。この成形体を７００℃の焼結温度で約１時間焼結してビトリファイドボンド砥石を製造した。

この砥石を複数個環状基台２４の自由端部に固定して研削ホイールを形成した。この研削ホイールをホイールマウント２０に装着して、実施例１と同一条件でサファイアウエーハを研削したところ、サファイアウエーハにむしれ及び割れを生じることなく９０μｍの厚さまで研削でき、研削面を鏡面に仕上げることができた。

このビトリファイド砥石の磨耗量は８μｍであり、従来のビトリファイド砥石の磨耗量に比べてその磨耗量を約１／２に低減することができた。更に、このビトリファイド砥石を有する研削ホイールによると、研削開始から約１０秒で負荷電流値が安定した。

（比較例１）
フェノール樹脂から形成されたレジンボンドに平均粒径５μｍのダイアモンド砥粒を体積比で１０〜２０％と平均粒径１μｍのＳｉＣ粒子を体積比で３５〜２５％混入して直方体形状に成形した。この成形体を１８０℃の焼結温度で約８時間焼結してレジンボンド砥石を製造した。

このレジンボンド砥石を複数個環状基台２４の自由端部に固定して研削ホイールを形成した。この研削ホイールをホイールマウント２０に装着して、実施例１と同一条件でサファイアウエーハを研削したところ、サファイアウエーハにムシレが生じるとともに厚さが１５０μｍに達すると割れが発生した。その結果、従来のレジンボンド砥石ではサファイアウエーハの研削に適していないことが判明した。

従来のレジンボンド砥石の磨耗量は２０μｍであり、実施例１のレジンボンド研削砥石の磨耗に比べて約２倍であった。更に、この従来のレジンボンド砥石を有する研削ホイールによると、研削開始から負荷電流値が中々安定せず、安定するまで長時間を要した。

平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を混入したニッケルメッキ液を作成した。このニッケルメッキ液中にアルミニウムの線材を挿入して電気鋳造した。電気鋳造後アルミニウムの線材を溶解して平均粒径５μｍのホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を体積比で１５〜２０％含有したパイプ形状電鋳砥石を製造した。

この電鋳砥石を複数個環状基台２４Ａの自由端部に固定して研削ホイールを形成した。この研削ホイールをホイールマウント２０に装着して、スピンドルの回転数１０００ｒｐｍ、チャックテーブルの回転数３０ｒｐｍ、研削ホイールの送り速度３μｍ／秒の加工条件で厚さ３００μｍのサファイアウエーハを研削した。その結果、サファイアウエーハにムシレ及び割れを生じることなく７０μｍの厚さまで研削できた。

この電鋳砥石の磨耗量は５μｍであり、ホウ素をドープしない従来の電鋳砥石の磨耗量に比べてその磨耗量が約１／２に低減した。また、この電鋳砥石を有する研削ホイールによると、研削開始から約１５秒で負荷電流値が安定した。

（比較例２）
平均粒径５μｍのダイアモンド砥粒を混入してニッケルメッキ液を作成した。このニッケルメッキ液中にアルミニウムの線材を挿入して電気鋳造した。電気鋳造後アルミニウムの線材を溶解して平均粒径５μｍのダイアモンド砥粒を体積比で１５〜２０％含有したパイプ形状電鋳砥石を形成した。

この電鋳砥石を複数個環状基台２４Ａの自由端部に環状に固定して研削ホイールを形成した。この研削ホイールをホイールマウント２０に装着して、実施例４と同一条件でサファイアウエーハを研削したところ、サファイアウエーハにムシレが生じるとともに厚さが１１０μｍに達すると割れが発生した。よって、このパイプ形状電鋳砥石はサファイアウエーハの研削に適していないことが判明した。

従来の電鋳砥石の磨耗量は９μｍであり、実施例４の電鋳砥石の磨耗に比べて約２倍の磨耗量であった。また、この電鋳砥石を有する研削ホイールによると、研削開始から負荷電流値が中々安定せず、安定するまで長時間を要した。

２研削装置
１０研削ユニット
１１サファイアウエーハ
１８スピンドル
２０ホイールマウント
２２，２２Ａ研削ホイール
２３保護テープ
２４，２４Ａ環状基台
２６研削砥石（レジンボンド砥石）
３６チャックテーブル
４６パイプ形状電鋳砥石

Claims

被加工物を研削する研削ホイールであって、
ホイールマウントに装着されるホイールマウント装着面を有する環状基台と、
該環状基台の自由端部にリング状に配設されたホウ素をドープしたダイアモンド砥粒を含有した複数の研削砥石と、
を具備したことを特徴とする研削ホイール。
該研削砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をレジンボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンドの何れかに混錬して焼結した焼結砥石から構成される請求項１記載の研削ホイール。
該研削砥石は、ホウ素をドープしたダイアモンド砥粒をニッケルメッキで固定した電鋳砥石から構成される請求項１記載の研削ホイール。