JP2014091193A

JP2014091193A - 研削ホイール

Info

Publication number: JP2014091193A
Application number: JP2012242658A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Takatori; 王昌高鳥
Original assignee: Takatori Corp
Current assignee: Takatori Corp
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-19

Abstract

【課題】サファイアやＳｉＣ等の基板の研削装置に用いられ、基板を精度良く、高速に研削する低廉な研削ホイールを提供する。
【解決手段】
回転駆動されるホイールマウント８を備えた研削装置１の該ホイールマウント８に着脱自在に装着される研削ホイール１０において、前記ホイールマウント８に装着される円形のホイールベース１１と、前記ホイールベース１１の一方面に設けられ、前記ホイールベース１１の外周近傍に所定の間隔を開けて環状に配置された複数の研削砥石１２とを備え、前記ホイールベース１１が樹脂製部材で形成する。さらに、前記研削砥石１２を、円柱状に形成し、その平面部分の一方を前記ホイールベース１１に固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮなどの基板を研削する研削ホイールに関する。さらに詳しくは、基板研削装置に着脱自在に装着されるとともに、その一方面にダイヤモンド等で形成された研削砥石を備えた研削ホイールに関する。

従来から、ワイヤソーや内周刃などの切断手段でウエハ状に切り出されたサファイアやＳｉＣ、ＧａＮなどの基板は、複数の研削及び研磨工程を経て、表面に回路が形成され、裏面研磨で薄厚化された後、ダイシング工程を経てチップ化されている。

例えば、前記研削工程においては、環状のホイールベースの一方面に研削砥石が間隔を開けて複数個環状に配置された研削ホイールが用いられている。前記研削砥石は、ダイヤモンド等の砥粒にレジンボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンド等を混練して焼結することで形成されている。また、前記研削砥石は略楕円形状で長細く形成されている（例えば特許文献１）。

また、前記研削ホイールは、アルミニウム合金などの金属部材で形成されており、該研削ホイールは、研削装置の回転自在なスピンドルの先端に脱着可能になっている。また、該研削ホイールの研削面と対向するように設けられた保持テーブル上に研削する基板を保持し、該研削ホイールと保持テーブルを互いに同一または逆方向に回転させながら、該研削ホイールの内側から水等の加工液を供給することで、基板が研削される（例えば特許文献２）。

特開２００６−２２４２０１号特開２０１０−１９４６５１号公報

ところで、上記特許文献２においては、前述のように研削ホイールのホイールベースがアルミニウム合金で形成されている。この研削ホイールは、基板を研削すると研削砥石が摩耗していくので、所定枚数の基板を研削するごとに該研削ホイールをホイールベースと一体に研削装置から取り外し、新しい研削ホイールに交換される。

しかし、上記研削装置から取り外された研削ホイールは、研削砥石のみが再生されるのではなく、ホイールベース自体も金属部材として回収され、ホイールベースと研削砥石は、新たに一から作製されている。

このため、研削ホイールのホイールベースは、アルミニウム合金等の金属部材で毎回新規に作製されていることもあり、コストが高くつく問題がある。

また、上記特許文献１のように通常の平面研削における研削ホイールは、前述のように略楕円形状の研削砥石が複数個環状に配置されて構成されており、一つの研削砥石は長細く形成されている。従って、研削時に研削ホイールの内部から供給される加工液が、前記長細い研削砥石の壁面に遮られ、研削砥石の加工面内部にまで行き渡り難くなる問題がある。

上記のように加工液が研削砥石の加工面に行き渡り難くなると、研削砥石を形成している砥石が加工熱によって脱落したり、摩耗が早まったりする問題や基板自体に傷が付いたりする問題があった。また、加工熱により基板が反ったり、厚みがばらついたりするなど加工精度が悪くなる問題もあった。

そこで請求項１の発明は、回転駆動されるホイールマウントを備えた研削装置の該ホイールマウントに着脱自在に装着される研削ホイールにおいて、前記ホイールマウントに装着される円形のホイールベースと、前記ホイールベースの一方面に設けられ、前記ホイールベースの外周近傍に所定の間隔を開けて環状に配置された複数の研削砥石とを備え、前記ホイールベースが樹脂製部材で形成されている構成を採用した研削ホイールである。

前記研削砥石は、円柱状に形成され、その平面部分の一方が前記ホイールベースに固定されている構成を採用した請求項１に記載の研削ホイールである。

前記研削砥石は、少なくとも２つを１セットとして曲面部が互いに当接して形成されるとともに前記ホイールベースの外周に沿って環状に固定されている構成を採用した請求項２に記載の研削ホイールである。

本発明は、研削ホイールのホイールベースを樹脂で形成しているので、成形も容易で、使用する樹脂も塩化ビニール等を用いれば製造コストを低減できる。また、炭素繊維含有樹脂（ＣＦＲＰ）を用いれば研削時に強度や剛性が必要な基板を研削する際にも強度や剛性を保って研削できる。

また、本発明は、研削砥石を円柱状に形成し、所定の間隔を開けて環状に配置されているので、円柱の曲面に沿って加工液が外側に向かって円滑に流れ、研削砥石の加工部の内部にまで加工液が行き渡るようになる。従って、研削する基板の加工熱が効率よく除去されるので加工効率が向上して高速に研削することが可能となるとともに加工精度も向上する。

また、本発明は、研削砥石を少なくとも２つを１セットとして曲面部が互いに当接した状態で環状にホイールベースに固定するようにすれば、前記互いに当接した研削砥石の個々の当接部にも円柱の外周曲面に沿って加工部の内部まで加工液が供給されるので、加工効率と加工精度が向上する。

は、本発明の研削ホイールが装着される研削装置の一実施形態を表す全体概略側面図である。は、本発明の研削ホイールの底面図である。は、図２のＡ−Ａ方向断面矢視図である。は、本発明の研削ホイールを用いて基板を研削する際の一部切欠き動作説明図である。は、本発明の研削ホイールを用いて基板を研削する際の加工液の流れを説明する一部拡大動作説明図である。は、本発明の別の実施形態に係る研削ホイールの平面図である。

以下、本発明の研削ホイールの第１の実施形態について図１乃至図６に基づいて説明する。

図１は、本発明の研削ホイール１０が装着される研削装置１の一実施形態を表す全体概略側面図である。前記研削装置１は、水平に設けられた機台３と、前記機台３上の後方に立設されたコラム４と、前記機台３上に設けられ、その上面で基板Ｗを保持する保持テーブル２４と、前記コラム４の前方に上下動可能に設けられた研削ユニット２とから構成される。

前記機台３の上面には、図示左右方向に沿ってレール２０が敷設されている。前記レール２０上にはその上面に基板Ｗを吸着保持する保持テーブル２４が設けられている。前記保持テーブル２４は、下方にスピンドル２３が接続され、その保持テーブル２４のテーブル面が図示しない適宜な駆動源によって回転可能になっている。

また、前記保持テーブル２４は前記スピンドル２３を介して支持台２１上に設けられており、この支持台２１は、スライドガイド２２を介してレール２０に摺動可能に嵌合している。前記支持台２１は、図示二点鎖線位置の基板供給・排出位置ａから実線位置の基板研削位置ｂへと図示しない適宜な駆動源によって水平動自在になっている。

前記基板供給・排出位置ａには図示しない適宜の基板供給・排出ユニットが設けられ、基板の１枚ずつの供給と、研削された基板の排出が行われるようになっている。

前記コラム４は、その前面の上下方向に沿ってレール５が敷設されており、前記レール５にスライドガイド６を介して研削ユニット２が図示しない適宜の駆動源によって昇降動自在に設けられている。

前記研削ユニット２は、内部にスピンドル７が設けられており、このスピンドル７の下端にホイールマウント８が図示しない適宜なモーターによって回転可能に固定されている。また、前記スピンドル７の中心を貫通して加工液パイプ３０が設けられ、該加工液パイプ３０は、前記ホイールマウント８に連通し、一端が該ホイールマウント８内で環状に広がるように開口している。前記加工液パイプ３０は、後述する研削ホイール１０に冷却水等の加工液３１を供給するようになっている。なお、前記加工液パイプ３０の他端側には適宜のポンプが接続され、加工液３１を送出するようになっている。

前記ホイールマウント８は、上下方向に垂直に図示しないネジ穴が複数穿設され、これらネジ穴にボルトを挿通して研削ホイール１０のネジ穴に螺合させることで、この研削ホイール１０がホイールマウント８に装着固定される。

次に、本発明の研削ホイール１０の第１実施形態について、図２及び図３に基づいて説明する。

図２のように前記研削ホイール１０は、円形状のホイールベース１１の下面側（図示表面側）外周部に複数の研削砥石１２が環状に配置されて構成されている。前記ホイールベース１１は、例えば塩化ビニールのような樹脂を成型して形成されている。なお、このホイールベース１１に用いられる樹脂は、各種の物が使用でき、例えばポリエチレン、炭素繊維含有樹脂（ＣＦＲＰ）などが好ましく用いられる。

前記ホイールベース１１は、図３のように断面が略凹状に形成され、内周部が窪んだ状態で形成されている。また、前記ホイールベース１１は、中央に開口部１３が形成され、ホイールマウント８に装着した際に該ホイールマウント８の開口と合わさって、研削ホイール１０内に加工液３１が供給されるようになっている。

また、前記ホイールベース１１の外周の凸部には、該ホイールベース１１の外周に沿って環状に等間隔で楕円溝１４が形成されている。前記楕円溝１４は、前記研削砥石１２をホイールベース１１に接着する際の接着代となるもので、接着強度や研削砥石１２の形状に応じて適宜深さや形状を変更することができる。

また、前記ホイールベース１１の凹部には、３か所の固定穴が設けられ、これら固定穴に支持ピン１６が立設されている。前記支持ピン１６の他端側には前記開口部１３を遮蔽するように遮蔽板１５が設けられる。

前記遮蔽板１５は、ホイールベース１１の凹部の外径よりもやや小さい円形に形成され、前記加工液パイプ３０からホイールマウント８の開口を経由して供給される加工液３１が直接基板面に供給されないように、一旦加工液３１を受けて外周方向の研削砥石１２の方向に広げるようになっている。

前記研削砥石１２は、ダイヤモンド、シリコンカーバイド、ボロンなどの砥粒にビトリファイドボンド（セラミック質ボンド）、メタルボンド（金属系ボンド）、レジンボンド（樹脂系ボンド）などの接着剤を混練したものを焼結して形成されている。また、本発明においては、前記研削砥石１２は円柱状（直径５〜１５ｍｍ程度）に形成されている。なお、前記研削砥石１２の直径は上記に限定されるものではなく、研削する基板Ｗの材質や、研削砥石１２の材質、接着剤、砥粒の粒径や集中度に応じて適宜選択すれば良い。

前記研削砥石１２は、その平面の一方が前記楕円溝１４に接着され、隣接して３個の研削砥石１２がその円柱面にそれぞれ当接するように接着される。従って、１つの楕円溝１４内には３個の研削砥石１２が１セットとなって接着され、前記研削ホイール１０の外周に沿って環状に等間隔で配置される。

上記のように形成された研削ホイール１０は、研削装置１のホイールマウント８に図示しないボルトを螺合させることで装着される。

次に本発明の研削ホイール１０を装着した研削装置１での基板Ｗの研削について、図１、図４及び図５に基づいて説明する。

図１のように二点鎖線の供給・排出位置ａに位置した保持テーブル２４上に図示しない適宜な搬送機構によって基板Ｗが搬送され、該基板Ｗが保持テーブル２４上に吸着保持される。前記基板Ｗが保持された保持テーブル２４は、研削ユニット２の下方の研削位置ｂ（実線位置）に移動される。

前記保持テーブル２４が研削位置ｂに位置すると、該保持テーブル２４が回転するとともに、研削ホイール１０を保持テーブル２４と同一方向または逆方向に回転させながら研削ユニット２４を下降させ、研削砥石１２を保持テーブル２４上の基板Ｗに当接させる。なお、前記保持テーブル２４は、必要に応じて適宜前後動しながら基板Ｗが研削される。また、前記研削ホイール１０と保持テーブル２４の回転方向は、基板Ｗの材質、使用する研削砥石１２の砥粒、接着剤等に応じて適宜選択できる。

図４は、上記基板Ｗの研削の様子を表す一部切欠き動作説明図である。図４のように基板Ｗの研削中は、加工液パイプ３０を通じて冷却水などの加工液３１が研削ホイール１０の内部に供給される。前記加工液３１は、前記加工液パイプ３０から図示しないポンプを通じてスピンドル７の内部に供給され、スピンドル７の下端部でホイールマウント８の開口部に供給される。前記ホイールマウント８に供給された加工液３１は、研削ホイール１０の開口部１３から噴出し、遮蔽板１５上に供給される。

前記研削ホイール１０は回転しているので、その遠心力により、前記加工液３１は、遮蔽板１５上を放射状に広がり、該遮蔽板１５とホイールベース１１の隙間から噴出する。

図５は、前記遮蔽板１５とホイールベース１１の隙間から噴出した加工液３１が研削砥石の方に流れていく様子を説明する動作説明図である。

前記加工液３１は、研削砥石１２に向かって流れ、一部は研削砥石１２間の隙間から研削ホイール１０の外側へ流れていく。そして、残りの加工液３１は、３本セットとなった研削砥石１２の円柱面に沿って流れ、研削砥石１２同士の当接部に向けて流れていく。ここで、前記当接部は、研削砥石１２同士が線接触しているだけであるので、研削部の略中心まで加工液３１が流れて供給されることになる。なお、必要に応じて研削砥石１２を当接させずにわずかな隙間を設けても良い。

このように研削部の略中心まで加工液３１が供給されるので、研削砥石１２の加工熱が抑えられて研削砥石１２の寿命が向上するとともに、研削負荷が低減されるので、加工精度の向上と研削速度の向上が図れる。なお、本実施形態においては、３本の研削砥石１２を１セットに環状に配置したが、研削砥石１２は３本に限定されず、２本でも良く、また４本以上の複数本をセットとしても良い。

基板Ｗの研削が終了すると研削ユニット２４が上昇し、保持テーブル２４が図１の供給・排出位置ａ（二点鎖線）まで後退する。なお、研削の終了は、保持テーブル２４や研削ユニット２４に設けられた図示しない適宜の厚みセンサで基板Ｗの厚みを測定することで検出する。

基板Ｗの供給・排出位置ａまで後退した保持テーブル２４上から、適宜の搬送機構で基板Ｗが排出され、次の工程に搬送される。なお、適宜反転機構で基板Ｗを反転させるようにし、両面を研削するようにしても良い。

次に本発明の第２の実施形態について図６に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同じ部品は同一の符番を付している。

図６のように、本実施形態においては、研削砥石１２の配置が前述の第１の実施形態と異なる以外は同一であるので、同一部分の説明は省略する。

前記研削砥石１２は、それぞれ等間隔でホイールベース１１の外周に沿って環状に配置されている。このように円柱形状の研削砥石１２を適宜の間隔を開けて複数個配置しているので、加工液３１がその隙間から外方に向けて流出するとともに研削砥石１２の円柱面に沿って加工液３１が円滑に流れるので、冷却効率が上がり研削砥石の寿命が向上するとともに加工精度が向上し、さらには加工時間も短縮できる。

以上が本発明の研削ホイールの実施形態であるが、本発明はこれらに限定されず、発明の範囲内で適宜変更が行える。例えば、使用した研削砥石の個数は、研削する基板の大きさや材質、厚み等に応じて変更できる。また、加工液の供給方法も適宜変更できる。

Ｗ基板
ａ供給・排出位置
ｂ研削位置
１研削装置
２研削ユニット
３機台
４コラム
５レール
６スライドガイド
７スピンドル
８ホイールマウント
１０研削ホイール
１１ホイールベース
１２研削砥石
１３開口部
１４楕円溝
１５遮蔽板
１６支持ピン
２０レール
２１支持台
２２スライドガイド
２３スピンドル
２４保持テーブル
３０加工液パイプ
３１加工液

Claims

回転駆動されるホイールマウントを備えた研削装置の該ホイールマウントに着脱自在に装着される研削ホイールにおいて、
前記ホイールマウントに装着される円形のホイールベースと、
前記ホイールベースの一方面に設けられ、前記ホイールベースの外周近傍に所定の間隔を開けて環状に配置された複数の研削砥石とを備え、
前記ホイールベースが樹脂製部材で形成されていることを特徴とする研削ホイール。
前記研削砥石は、円柱状に形成され、その平面部分の一方が前記ホイールベースに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の研削ホイール。
前記研削砥石は、少なくとも２つを１セットとして曲面部が互いに当接して形成されるとともに前記ホイールベースの外周に沿って環状に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の研削ホイール。