JP2015039739A

JP2015039739A - 研削方法

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Publication number: JP2015039739A
Application number: JP2013171990A
Authority: JP
Inventors: 吉田　幹; Miki Yoshida; 幹吉田; 木村　謙; Ken Kimura; 謙木村
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-03-02
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: JP6158642B2

Abstract

【課題】板状ワークより小さい直径の研削砥石によって研削することができるようにすること。【解決手段】本発明の研削方法では、保持テーブル（３）に重ならない位置に研削手段（４）を位置付けた後、保持テーブルが保持する板状ワーク（Ｗ）が仕上げ厚みに達しない厚みとなる研削砥石（４ｅ）の第１の研削位置に研削手段を位置付ける研削位置付け工程と、研削位置付け工程の後、回転手段（３１）で保持テーブルを連続回転させながら、研削砥石の最外周位置が板状ワークの中心を通過するまで研削手段を平行移動させる第１の研削工程と、第１の研削工程の後、研削手段を研削送りさせてから、研削砥石の最外周位置が、保持テーブルが保持する板状ワークの最外周位置を通過するまで研削手段を平行移動させる第２の研削工程とを行う。【選択図】図２

Description

本発明は、板状ワークを研削する研削方法に関し、特に研削手段の研削砥石によって板状ワークを研削することができる研削方法に関する。

表面に複数のデバイスが形成された半導体ウエーハ等の板状ワークにあっては、個々のデバイスに分割される前に、裏面が研削されて目標である仕上げ厚みまで薄化される。かかる研削は、板状ワークを保持テーブルで保持し、環状に研削砥石を配置した研削ホイールを回転させながら板状ワークの裏面に研削砥石を接触させることにより行われる。このような研削において、研削砥石は、その径寸法が板状ワークの外周と同径もしくは板状ワークの外周より大きく設定されたものが利用されている。ここで、板状ワークにあっては、特許文献１及び２に開示があるように、近年、１ワーク当たりのチップの取り量を増やすために大口径化が進んでおり、特に半導体ウエーハでは、φ４５０ｍｍとしたものを研削することがある。

特開２００９−３０２３６９号公報特開平０９−１４８２７５号公報

しかしながら、板状ワークの大口径化に応じて研削ホイールの径寸法を大径化すると、研削ホイールが高重量となり、研削ホイールの交換作業を人力で行うには負担が大きくなる。そのため、１人では作業が困難となって複数人での作業が不可避となり、作業効率が低下する、という問題がある。また、研削ホイールを回転させるスピンドル軸にかかるモーメントが大きくなり、回転中の研削ホイールの作動誤差が大きくなって加工精度が低下する、という問題もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、板状ワークより小さい直径の研削砥石によって研削することができる研削方法を提供することを目的とする。

本発明の研削方法は、円板状の板状ワークを保持する保持面を有する保持テーブルと、該保持テーブルを回転させる回転手段と、該保持テーブルに保持された板状ワークを研削する環状に研削砥石を配置した研削ホイールを回転可能に装着した研削手段と、該研削手段と該保持テーブルとを相対的に接近および離反させる方向に研削送りさせる研削送り手段と、該研削手段と該保持テーブルとを相対的に該保持面に対し平行な方向に移動させる平行移動手段と、を備えた研削装置を用いた研削方法であって、該平行移動手段を用いて該保持テーブルに重ならない位置に該研削ホイールを位置付ける工程と、該位置付け工程の後、該保持テーブルが保持する板状ワークが仕上げ厚みに達しない厚みとなる板状ワークの上面となる第１の研削位置に該研削砥石の研削面を該研削送り手段で位置付ける研削位置付け工程と、該研削位置付け工程の後、該回転手段で該保持テーブルを連続回転させながら、該研削砥石の最外周位置が、該保持テーブルが保持する板状ワークの中心を通過するまで該平行移動手段で平行移動させ該保持テーブルで保持する板状ワークを仕上げ厚みに達しない厚みに研削する第１の研削工程と、該第１の研削工程の後、該研削送り手段で研削送りさせてから、該研削砥石の該最外周位置が、該保持テーブルが保持する板状ワークの最外周位置を通過するまで該平行移動手段で平行移動させる第２の研削工程と、により該板状ワークを薄仕上げ研削する。

この方法によれば、板状ワークを回転させながら、回転する板状ワークの最外周位置と中心との間で研削砥石を移動して研削を行うので、板状ワークより研削砥石を小径としても、板状ワーク全体を研削することが可能となる。これにより、研削ホイールの小型化、軽量化を図ることができ、交換作業の負担を軽くできるばかりでなく、１人での人力作業を可能として交換作業の効率を向上させることができる。また、研削砥石を配置した研削ホイールが小径になることで、研削ホイールを回転させるスピンドル軸にかかるモーメントを小さくすることができる。つまり、研削負荷に耐えられるスピンドル軸を備えることとなり、大きなスピンドルに大きな研削ホイールで研削するより加工精度を高精度にして仕上げることが可能になる。しかも、板状ワークの最外周位置から中心を挟んで反対側の最外周位置に研削砥石を通過して研削する場合に比べ、研削砥石の移動距離を短くすることができ、研削手段を移動する装置の小型化を図ることもできる。上述の作用、効果等は、板状ワークの径寸法が大きくなる場合に、より良く得ることができる。

また、本発明の研削方法では、該研削位置付け工程、該第１の研削工程、該第２の研削工程の順で、これらの工程を繰り返して行い、該板状ワークを所定の厚みに仕上げる最後の工程を該第２の研削工程としても良い。この方法によれば、研削送り量を小さく設定しても、各工程を繰り返し行うことで板状ワークを所定の厚みに仕上げることができる。また、最後の工程を第２の研削工程としたので、研削終了時に、研削手段が保持テーブルに重ならない位置として、次の板状ワークを研削する待機位置までの移動距離を短くでき、研削のスループットを向上することができる。

また、本発明の研削方法では、環状に配置される該研削砥石の外径は、該板状ワークの半径以下で形成される該研削ホイールを用いても良い。この方法によれば、研削ホイールをより一層小型化、軽量化することができる。また、複数の研削ホイールを保持面に平行に並べて研削を行うことも可能となる。

また、本発明の研削方法では、該平行移動手段により該保持テーブルが保持する板状ワークの径方向で該研削手段と該保持テーブルとを相対的に移動させても良い。この方法によれば、板状ワークの半径以下となる外径の研削砥石において、板状ワーク全体を研削することが可能となる。

本発明によれば、板状ワークより小さい直径の研削砥石によって研削することができる。

本実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。上記研削装置の正面模式図である。図３Ａは、上記研削装置の研削方法での動作を示す平面説明図であり、図３Ｂは、変形例に係る研削装置の研削方法での動作を示す平面説明図である。上記実施の形態に係る研削装置の研削方法での動作を示す正面説明図である。他の変形例に係る研削装置の図３と同様の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態に係る研削装置の一例を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る研削装置の正面模式図である。

図１および図２に示すように、研削装置１は、略直方体形状の基台２の上部に保持テーブル３と、研削手段４とを備えており、研削手段４によって保持テーブル３が保持する板状ワークＷを研削するように構成されている。保持テーブル３の左側領域には検出手段５が設けられている。

研削装置１における被加工物である板状ワークＷとしては、シリコンウエーハや、硬質な難研削材で構成される基板を採用することができる。このような板状ワークＷは、たとえば、ビッカーズ硬度２０００以上の硬質を有する、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルチック（ＡｌＴｉＣ）またはアルミナセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）などの材料により構成される。

保持テーブル３は、円盤形状を有し、不図示のモータやギヤ構造等により構成される回転手段３１によってＺ軸回りに回転可能に設けられている。保持テーブル３の上面には、板状ワークＷを吸着保持する保持面３ａが設けられている。保持面３ａは、たとえば、ポーラスセラミック材により構成されており、ポーラスセラミック材が吸引源（不図示）に接続されている。

研削手段４では、円筒状のスピンドル軸４ａの下端にホイールマウント４ｂが設けられ、ホイールマウント４ｂの下面に対し、研削ホイール４ｃが装着されている。研削ホイール４ｃは、ホイール基台４ｄの下面に複数の研削砥石４ｅを環状に配置して構成されている。研削砥石４ｅは、たとえば、ビトリファイドボンド砥石で構成される。研削砥石４ｅは、スピンドル軸４ａの駆動に伴ってＺ軸まわりに高速回転し、下面が研削面４ｆとなって板状ワークＷに接触して研削する。研削砥石４ｅの外径寸法は、板状ワークＷの外径寸法より小さく形成され、本実施の形態では、板状ワークＷの外径の１／２より若干大きく設定されている。なお、スピンドル軸４ａは、駆動モータ６の出力軸に固定されている。従って、研削ホイール４ｆは、駆動モータ６の駆動によってスピンドル軸４ａを介して回転される。

研削手段４は、基台２の上面における保持テーブル３の後方に立設されたコラム２１に支持されている。研削手段４は、コラム２１に設けられた平行移動手段４１によって左右方向（Ｙ軸方向）に移動可能に構成され、研削手段４を保持面３ａに対し平行な方向に相対的に移動させることが可能となる。平行移動手段４１は、コラム２１の前面に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール４１ａと、一対のガイドレール４１ａにスライド可能に設置されたＹ軸テーブル４１ｂとを有している。Ｙ軸テーブル４１ｂの背面には、ナット部（不図示）が設けられ、ナット部にはボールネジ４１ｅが螺合されている。そして、ボールネジ４１ｅの一端部に連結されたサーボモータ４１ｃの駆動によって、ボールネジが回転駆動され、Ｙ軸テーブル４１ｂがガイドレール４１ａに沿ってＹ軸方向に移動される。

研削手段４は、Ｙ軸テーブル４１ｂに設けられた研削送り手段４２によって駆動されて上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成され、研削手段４と保持テーブル３とを相対的に接近および離反させることが可能となる。研削送り手段４２は、一対のガイドレール４２ｆにスライド可能に設けられたＺ軸テーブル４２ａを有しており、Ｚ軸テーブル４２ａの前面側に取り付けられた支持部４２ｂを介して研削手段４が支持されている。Ｚ軸テーブル４２ａの背面には、後方に突出したナット部（不図示）が設けられている。Ｚ軸テーブル４２ａのナット部には、Ｙ軸テーブル４１ｂの前面に設けられたボールネジ４２ｃが螺合されている。そして、ボールネジ４２ｃの一端部に連結されたサーボモータ４２ｄが回転駆動されることで、研削手段４が上下方向（Ｚ軸方向）に移動される。

サーボモータ４１ｃ，４２ｄには回転数（パルス数）を検知する検知部としてロータリエンコーダ４１ｄ，４２ｅが配設されていて、サーボモータ４１ｃ，４２ｄの回転数を検出するロータリーエンコーダ４１ｄ，４２ｅから出力されるパルス信号によって研削手段４の移動量を算出している。

検出手段５は、基台２上に垂直に設けられた支持部５ａと、支持部５ａの上部に設けられた２つの測定用のプローブ５ｂ，５ｃと、を含んで構成される。検出手段５は、一方のプローブ５ｂを保持テーブル３に保持された板状ワークＷの上面に接触させるとともに、他方のプローブ５ｃを保持テーブル３の保持面３ａに接触させて、それぞれのプローブ５ｂ，５ｃの高さ位置を測定する。また、プローブ５ｂ，５ｃの高さ位置の差分を取ることにより、板状ワークＷの厚みが認識される。

基台２内には、研削装置１の各部を統括制御する制御手段７が設けられている。制御手段７は、各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ），ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体を含んで構成される。制御手段７は、たとえば、検出手段５で認識した板状ワークＷの上面高さや厚みに応じ、研削装置１の各部の駆動するタイミングや駆動量を制御する。

次いで、本実施の形態の研削装置１を用いた研削方法について、図３及び図４も参照しながら説明する。図３は、本実施の形態における研削方法での動作を示す平面説明図である。図４は、本実施の形態における研削方法での動作を示す正面説明図であり、図４Ａは研削位置付け工程の直後（第１の研削工程の直前）、図４Ｂは第１の研削工程の直後（第２の研削工程の直前）、図４Ｃは、各工程の順序を説明するための図である。

先ず、図１及び図２に示すように、搬送手段（不図示）によって板状ワークＷが保持テーブル３に搬送され、板状ワークＷが保持テーブル３の保持面３ａで吸引保持された後、検出手段５で板状ワークＷにおける上面位置（Ｚ軸方向位置）と厚さとが測定され、制御手段７に出力される。制御手段７では、それら測定結果と、予め入力された板状ワークＷの仕上げ厚み等とから、下記に詳述する研削位置付け工程、第１の研削工程、第２の研削工程を行う回数（本実施の形態では各２回）が算出される（図４Ｃ参照）。

次に、待機位置に研削手段４を位置付ける位置付け工程を行う。この工程では、研削送り手段４２を駆動して研削手段４を上方向（Ｚ軸方向）に移動し、研削砥石４ｅの研削面４ｆが板状ワークＷの上面から十分に離れて位置するように研削手段４を位置付ける。更に、平行移動手段４１を駆動して研削手段４を右方向（Ｙ軸方向）に移動し、研削手段４の研削ホイール４ｃが保持テーブル３にＺ軸方向で重ならない位置に位置付ける（図３参照）。位置付け工程が完了した研削手段４の位置が待機位置となり、本実施の形態では、図３Ａに示すように、板状ワークＷと研削ホイール４ｃとの各中心位置Ｃ，ＣａがＸ軸方向において一致している。なお、図３Ｂに示すように、板状ワークＷを研削するときに、研削ホイール４ｃが板状ワークＷの中心位置Ｃを通過可能とする限りにおいて、板状ワークＷと研削ホイール４ｃとの各中心位置Ｃ，ＣａがＸ軸方向で異なっていてもよい。

次いで、研削位置付け工程を行う。この工程では、先ず、検出手段５で板状ワークＷにおける上面位置（Ｚ軸方向位置）と厚さとを測定し、Ｚ軸方向における第１の研削位置として、測定された板状ワークＷの上面位置より低く、板状ワークＷの仕上げ厚みとなる上面位置より高い位置が制御手段７で算出される。その後、研削送り手段４２を駆動して研削手段４を下方向（Ｚ軸方向）に移動し、第１の研削位置に、研削砥石４ｅの研削面４ｆが位置するように研削手段４を位置付ける（図４Ａ参照）。

上記の研削位置付け工程の後、第１の研削工程を行う。この工程は、先ず、図２に示すように、回転手段３１で保持テーブル３を連続回転させ、駆動モータ６を駆動して研削ホイール４ｃを回転させる。図４Ａに示すように、保持テーブル３及び研削ホイール４ｃの両方を連続回転させながら、平行移動手段４１（図４Ａでは不図示）を駆動して研削手段４を左方向（Ｙ軸方向）に移動し、回転する研削砥石４ｅに回転する板状ワークＷを接触させる。ここで、板状ワークＷの研削の進行方向は、研削手段４の移動方向となる板状ワークＷの外周から中心位置に向かう方向になり、また、板状ワークＷが回転しながら研削されるので、研削砥石４ｅに接触する領域の周方向にも研削が進行する。そして、図３の二点鎖線で示すように、研削砥石４ｅの移動方向（Ｙ軸方向）最先端となる最外周位置（左端）が、保持テーブル３が保持する板状ワークＷの中心位置Ｃを所定長さ通過するまで、研削手段４を左方向に移動する（図４Ｂ参照）。これにより、板状ワークＷの上面全領域が研削砥石４ｅに接触され、板状ワークＷが第１の研削位置に応じた所定の厚みに研削される。かかる研削が完了した後、研削手段４の左方向への移動が停止される。

上記の第１の研削工程の後、第２の研削工程を行う。この工程においても、保持テーブル３及び研削ホイール４ｃの両方の連続回転が継続して行われている。また、工程の開始時に、検出手段５で板状ワークＷにおける上面位置（Ｚ軸方向位置）と厚さとを測定し、Ｚ軸方向における第２の研削位置として、測定された板状ワークＷの上面位置より低く、板状ワークＷの仕上げ厚みとなる上面位置より高い位置が制御手段７で算出される。上述の回転継続状態において、研削送り手段４２を駆動して研削手段４を下方向（Ｚ軸方向）に研削送りし、第２の研削位置に研削砥石４ｅの研削面４ｆを位置付ける。次いで、平行移動手段４１を駆動して研削手段４を右方向（Ｙ軸方向）に移動させる。この移動によって、板状ワークＷの中心位置Ｃから外周に向かう方向に研削が進行されると同時に、保持テーブル３及び研削ホイール４ｃの両方の回転によって板状ワークＷの周方向の研削も進行される。そして、研削砥石４ｅの最外周位置（左端）が、保持テーブル３が保持する板状ワークＷの最外周位置（右端）を通過するまで平行移動させる。これにより、板状ワークＷの上面全領域が研削されて第２の研削位置に応じた所定の厚みとなり、かかる研削が完了した後、図４Ｂの二点鎖線で示すように、研削手段４の右方向への移動が停止される。

上記の第２の研削工程の後、上記の研削位置付け工程、第１の研削工程、第２の研削工程の順で、これらの工程を繰り返して行い、板状ワークＷの厚みを徐々に薄く形成する。仕上げ厚みに達する最後の研削工程は、第２の研削工程とされ、この第２の研削工程では、第２の研削位置が板状ワークＷの仕上げ厚みとなる上面位置と同一とされる。そして、最後の第２の研削工程後、板状ワークＷが仕上げ厚みに研削されると、研削手段４を上方向に移動し、研削手段４が待機位置に復帰される。なお、仕上げ厚みに達する最後の研削工程を第１の研削工程としてもよいが、上述のように第２の研削工程とした方が、研削手段４をＹ軸方向に移動させずに待機位置に移動できるので、複数の板状ワークＷを研削する場合、作業時間を短くできる点で有利となる。

以上のように、本実施の形態によれば、板状ワークＷより研削砥石４ｅを小径にしても、板状ワークＷの上面全領域を研削することができる。これにより、板状ワークＷと同径の研削砥石を有する研削ホイールに比べ、研削ホイール４ｃを小型で軽量として、交換等の作業負担を軽減でき、１人の作業者によって簡単且つ効率良く交換等を行うことができる。また、研削ホイール４ｃを小型で軽量とした分、研削ホイール４ｃの回転中にスピンドル軸４ａにかかるモーメントを小さくでき、誤差が生じることを抑制して加工精度の向上を図ることができる。

しかも、本実施の形態では、研削砥石４ｅの最外周位置（左端）が、板状ワークＷの外周から中心位置Ｃを所定長さ通過するまで、研削手段４をＹ軸方向に移動することで、板状ワークＷの上面全領域を研削することができる。これにより、板状ワークＷにおけるＹ軸方向の全長さに亘って研削手段を移動する場合に比べ、研削手段４のＹ軸方向の移動長さを短くでき、平行移動手段４１の小型化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、研削位置付け工程、第１の研削工程、第２の研削工程を行う回数を２回ずつとしたが、１回としたり、３回以上として、研削位置付け工程、第１の研削工程、第２の研削工程の順で、これらの工程を繰り返して行ってもよい。

また、上記実施の形態では、研削位置付け工程、第２の研削工程を行う度に、検出手段５で板状ワークＷの上面位置と厚さとを測定し、各研削位置を制御手段７で算出したが、それらの工程を行う前に測定を１回行うことで各工程における研削位置をそれぞれ算出し、研削を行うようにしてもよい。この場合においても、研削の中途段階における板状ワークＷの厚さ等を検出手段５によってリアルタイムで認識して確認できるようにすることが好ましい。

更に、研削ホイール４ｃは、図５に示す構成に変更してもよい。図５Ａ及び図５Ｂは、変形例に係る研削装置の一部の構成を模式的に表した平面説明図である。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、研削砥石４ｅの外径は、板状ワークＷの半径以下で形成され、研削ホイール４ｃのより一層の小型化、軽量化が図られている。また、研削砥石４ｅは、平行移動手段４１（図５では不図示）により、保持テーブル３が保持する板状ワークＷの径方向で研削ホイール４ｃを含む研削手段４（図５では不図示）を移動させている。これにより、板状ワークＷの研削において、研削砥石４ｅは、板状ワークＷの外周から中心位置Ｃを所定長さ通過するまで移動することで、板状ワークＷの上面全領域を研削することができる。ここで、図５Ａ及び図５Ｂに二点鎖線で示すように、研削ホイール４ｃを複数設けてＸ方向、Ｙ方向に並べて研削を行ってもよい。

また、上記実施の形態では、平行移動手段４１及び研削送り手段４２によって研削手段４を移動する構成としたが、これに代えて、保持テーブル３だけを移動したり、研削手段４と保持テーブル３との両方を移動する構成にし、研削手段４及び保持テーブル３が相対的に移動するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、板状ワークより小さい直径の研削砥石によって研削することができるという効果を有し、特に、板状ワークが大きい直径となる場合の研削方法に有用である。

１研削装置
３保持テーブル
３１回転手段
４研削手段
４ｃ研削ホイール
４ｅ研削砥石
４１平行移動手段
４２研削送り手段
Ｗ板状ワーク

Claims

円板状の板状ワークを保持する保持面を有する保持テーブルと、該保持テーブルを回転させる回転手段と、該保持テーブルに保持された板状ワークを研削する環状に研削砥石を配置した研削ホイールを回転可能に装着した研削手段と、該研削手段と該保持テーブルとを相対的に接近および離反させる方向に研削送りさせる研削送り手段と、該研削手段と該保持テーブルとを相対的に該保持面に対し平行な方向に移動させる平行移動手段と、を備えた研削装置を用いた研削方法であって、
該平行移動手段を用いて該保持テーブルに重ならない位置に該研削ホイールを位置付ける位置付け工程と、
該位置付け工程の後、該保持テーブルが保持する板状ワークが仕上げ厚みに達しない厚みとなる板状ワークの上面となる第１の研削位置に該研削砥石の研削面を該研削送り手段で位置付ける研削位置付け工程と、
該研削位置付け工程の後、該回転手段で該保持テーブルを連続回転させながら、該研削砥石の最外周位置が、該保持テーブルが保持する板状ワークの中心を通過するまで該平行移動手段で平行移動させ該保持テーブルで保持する板状ワークを仕上げ厚みに達しない厚みに研削する第１の研削工程と、
該第１の研削工程の後、該研削送り手段で研削送りさせてから、該研削砥石の該最外周位置が、該保持テーブルが保持する板状ワークの最外周位置を通過するまで該平行移動手段で平行移動させる第２の研削工程と、
により該板状ワークを薄仕上げ研削する研削方法。
該研削位置付け工程、該第１の研削工程、該第２の研削工程の順で、これらの工程を繰り返して行い、該板状ワークを所定の厚みに仕上げる最後の工程を該第２の研削工程とする請求項１記載の研削方法。
環状に配置される該研削砥石の外径は、該板状ワークの半径以下で形成される該研削ホイールを用いた請求項１又は２記載の研削方法。
該平行移動手段により該保持テーブルが保持する板状ワークの径方向で該研削手段と該保持テーブルとを相対的に移動させる請求項３記載の研削方法。