JP2015147262A - 研削方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】被加工面の平坦性を確保しながら加工時間を短縮可能な新たな研削方法を提供する。【解決手段】研削方法を、板状物１１を保持テーブル１４で保持する保持ステップと、超音波生成手段を作用させて研削砥石４０に第一の振幅を有する振動をスピンドル３２の軸心方向に生じさせつつ保持テーブルで保持された板状物を研削手段２８で研削する第一研削ステップと、第一研削ステップを実施した後、超音波生成手段を作用させて研削砥石に第一の振幅よりも小さい第二の振幅を有する振動をスピンドルの軸心方向に生じさせつつ保持テーブルで保持された板状物を研削手段で研削する第二研削ステップと、を備える構成とした。【選択図】図４
Description
本発明は、半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等の板状物を研削する研削方法に関する。
近年、小型軽量なデバイスを実現するために、半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等の板状物を研削によって薄く加工することが求められている。例えば、研削ホイールの下面に固定された研削用の砥石（研削砥石）を板状物の被加工面に押し付け、板状物と研削ホイールとを相互に回転させることで板状物を研削できる。
上述した研削砥石は、所定サイズの砥粒を含んでいる。この砥粒の粒径（砥粒径）を小さくすると、表面粗さを小さくして被加工面を平坦にできるが、研削に要する時間（加工時間）は長くなる。一方、砥粒径を大きくすると、表面粗さは大きくなるが、加工時間を短くできる。
そのため、一般には、砥粒径の大きな研削砥石を用いて粗い研削（粗研削）を実施した後、砥粒径の小さな研削砥石を用いて細かい研削（仕上げ研削）を実施することで、加工時間を短くすると共に被加工面の平坦性を確保している（例えば、特許文献１参照）。また、実質的な加工時間を短縮するために、複数の研削ホイールを同時に使用する研削方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、上述した研削方法による加工時間の短縮にも限界があり、更なる加工時間の短縮が望まれている。本発明はかかる要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工面の平坦性を確保しながら加工時間を短縮可能な新たな研削方法を提供することである。
本発明によれば、板状物を保持し回転可能な保持テーブルと、該保持テーブルに保持された板状物を研削する研削砥石を含む研削ホイールと該研削ホイールが装着されるスピンドルとを有した研削手段と、該研削砥石に超音波振動を生成する超音波生成手段と、を備えた研削装置で板状物を研削する研削方法であって、板状物を保持テーブルで保持する保持ステップと、該超音波生成手段を作用させて該研削砥石に第一の振幅を有する振動を該スピンドルの軸心方向に生じさせつつ該保持テーブルで保持された板状物を該研削手段で研削する第一研削ステップと、該第一研削ステップを実施した後、該超音波生成手段を作用させて該研削砥石に該第一の振幅よりも小さい第二の振幅を有する振動を該スピンドルの軸心方向に生じさせつつ該保持テーブルで保持された板状物を該研削手段で研削する第二研削ステップと、を備えたことを特徴とする研削方法が提供される。
本発明の研削方法では、研削砥石を第一の振幅で振動させて板状物を研削する第一研削ステップの後に、研削砥石を第一の振幅より小さい第二の振幅で振動させて板状物を研削する第二研削ステップを実施するので、第一研削ステップで加工時間を短縮しながら第二研削ステップで被加工面の平坦性を確保できる。
すなわち、本発明の研削方法によれば、砥粒径の小さな研削砥石を用いても研削の進行速度を低下させずに済むので、例えば、粗研削において、研削の進行速度を低下させることなく被加工面の平坦性を高めることができる。その結果、後の仕上げ研削における研削量を減らして、加工時間を短縮できる。
添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る研削方法は、保持ステップ、第一研削ステップ、第二研削ステップを含む。保持ステップでは、加工対象の板状物を研削装置の保持テーブルに保持させる。
第一研削ステップでは、研削砥石を第一の振幅でスピンドルの軸心方向に振動（超音波振動）させて板状物を研削する。第二研削ステップでは、研削砥石を第一の振幅より小さい第二の振幅でスピンドルの軸心方向に振動（超音波振動）させて板状物を研削する。以下、本実施の形態に係る研削方法について詳述する。
まず、本実施の形態に係る研削方法で使用される研削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る研削方法で使用される研削装置の構成を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係る研削装置２は、各種の構成が搭載される直方体状の基台４を備えている。基台４の後端には、上方に伸びる支持壁６が立設されている。
基台４の上面には、Ｘ軸方向（前後方向）に長い矩形状の開口４ａが形成されている。この開口４ａ内には、Ｘ軸移動テーブル８、Ｘ軸移動テーブル８をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（不図示）、及びＸ軸移動機構を覆う防水カバー１０が配置されている。また、開口４ａの前方には、研削条件等を入力するための操作パネル１２が設置されている。
Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を備えており、Ｘ軸ガイドレールには、Ｘ軸移動テーブル８がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル８の下面側には、ナット部（不図示）が固定されており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレールと平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。
Ｘ軸ボールネジの一端部には、Ｘ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｘ軸パルスモータでＸ軸ボールネジを回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル８はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。
Ｘ軸移動テーブル８上には、半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等の板状物１１（図４参照）を吸引保持する保持テーブル１４が設けられている。保持テーブル１４は、モータ等の回転機構（不図示）と連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向）に伸びる回転軸の周りに回転する。また、保持テーブル１４は、上述したＸ軸移動機構によって、Ｘ軸移動テーブル８と共にＸ軸方向に移動する。
保持テーブル１４の上面は、板状物１１を吸引保持する保持面１４ａとなっている。この保持面１４ａは、保持テーブル１４の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。保持テーブル１４に載置された板状物１１は、保持面１４ａに作用する吸引源の負圧で保持テーブル１４に吸引保持される。
支持壁６の前面には、Ｚ軸移動機構１６が設けられている。Ｚ軸移動機構１６は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール１８を備えており、このＺ軸ガイドレール１８には、Ｚ軸移動テーブル２０がスライド可能に設置されている。
Ｚ軸移動テーブル２０の後面側（裏面側）には、ナット部（不図示）が固定されており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール１８と平行なＺ軸ボールネジ２２が螺合されている。Ｚ軸ボールネジ２２の一端部には、Ｚ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｚ軸パルスモータ２４でＺ軸ボールネジ２２を回転させることにより、Ｚ軸移動テーブル２０はＺ軸ガイドレール１８に沿ってＺ軸方向に移動する。
Ｚ軸移動テーブル２０の前面（表面）には、前方に突出した支持構造２６が設けられており、この支持構造２６には、板状物１１を研削する研削ユニット（研削手段）２８が支持されている。研削ユニット２８は、支持構造２６に固定されたスピンドルハウジング３０を含んでいる。スピンドルハウジング３０には、スピンドル３２が回転可能に支持されている。
図２は、研削ユニット２８の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、スピンドルハウジング３０の内部に設けられた収容室３０ａには、回転軸となるスピンドル３２が収容されている。スピンドルハウジング３０の下端側には、収容室３０ａを開放する開口３０ｂが形成されており、開口３０ｂを通じて収容室３０ａの外部に突き出たスピンドル３２の先端部（下端部）３２ａには、円盤状のホイールマウント３４が固定されている。
ホイールマウント３４の下面には、ホイールマウント３４と略同径に構成された円柱状の研削ホイール３６が複数のボルト３８で取り付けられている。この研削ホイール３６の下面には、全周にわたって複数の研削砥石４０が固定されている。また、研削ホイール３６の内部には、研削砥石４０をスピンドル３２の軸心方向（すなわち、Ｚ軸方向）に振動（超音波振動）させる超音波振動子（超音波生成手段）８４（図３参照）が設けられている。
スピンドル３２の中間部３２ｂには、スピンドル３２に回転力を付与するモータ４２が連結されている。モータ４２は、スピンドルハウジング３０の収容室３０ａ内に固定されたステータ４４と、スピンドル３２の中間部３２ｂに取り付けられたロータ４６とを含み、ステータ４４とロータ４６との間に作用する電磁力でスピンドル３２を回転させる。
このモータ４２は、配線４８及び回転制御装置５０を介して交流電源５２と接続されている。回転制御装置５０は、操作パネル１２（図１）等と接続されており、入力された研削条件等に対応するスピンドル３２の回転数を実現するように、交流電源５２の交流電力を調整してモータ４２に供給する。
また、スピンドル３２の基端部（上端部）３２ｃには、研削ホイール３６の超音波振動子８４に交流電力を供給するためのロータリートランス５４が接続されている。このロータリートランス５４は、スピンドルハウジング３０の収容室３０ａ内に固定された給電部５６と、スピンドル３２の基端部３２ｃに取り付けられた受電部５８とを含む。
給電部５６は、収容室３０ａ内に固定された円筒状のステータコア６０と、ステータコア６０の内周面に設けられた給電コイル６２とで構成される。一方、受電部５８は、スピンドル３２に装着されたローターコア６４と、ローターコア６４の外周面に巻回された受電コイル６６とで構成されている。
給電部５６の給電コイル６２は、配線６８及び電圧調整装置７０を介して交流電源５２と接続されている。電圧調整装置７０には、給電コイル６２に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整装置７２が接続されている。また、電圧調整装置７０及び周波数調整装置７２には、これらを制御する振動制御装置７４が接続されている。
振動制御装置７４は、操作パネル１２等と接続されており、入力された研削条件等に対応する研削砥石４０の振動（超音波振動）を実現するように、電圧調整装置７０及び周波数調整装置７２を制御する。
受電部５８の受電コイル６６には、導線７６の一端側が接続されている。この導線７６は、スピンドル３２の内部において軸心方向に形成された貫通孔３２ｄに挿通されており、ホイールマウント３４に形成された開口３４ａ（図３参照）を通じて研削ホイール３６側の導線８６（図３参照）と接続される。これにより、給電コイル６２から受電コイル６６に伝送された交流電力を超音波振動子８４に供給できる。
図３は、研削ホイール３６の構成を模式的に示す一部断面側面図である。図３に示すように、研削ホイール３６は、ホイールマウント３４の下面に固定される円盤状の装着プレート７８を備えている。装着プレート７８の中央部分には、ホイールマウント３４の開口３４ａに対応する貫通孔７８ａが形成されている。
また、装着プレート７８の外周部分には、ホイールマウント３４の外周部分に設けられたボルト挿通孔３４ｂに対応するネジ孔７８ｂが形成されている。このネジ孔７８ｂに、ボルト挿通孔３４ｂを通じてボルト３８を締め込むことで、研削ホイール３６をホイールマウント３４に固定できる。
装着プレート７８の下面には、ベースプレート８０が固定されている。ベースプレート８０は、円盤状のプレート部８０ａと、プレート部８０ａの中央から上方に突出する円柱状の連結部８０ｂとを含んでいる。ベースプレート８０の下面（すなわち、プレート部８０ａの下面）には、全周にわたって複数の研削砥石４０が固定されている。
また、プレート部８０ａの下面中央には、装着プレート７８にベースプレート８０を固定するためのボルト８２を収容する凹部８０ｃが形成されている。ベースプレート８０は、この凹部８０ｃに収容されたボルト８２によって、連結部８０ｂの上面を装着プレート７８の下面に接触させた状態で装着プレート７８に固定される。
プレート部８０ａの上面には、連結部８０ｂを囲む環状の溝８０ｄが形成されている。環状の溝８０ｄには、研削砥石４０を振動（超音波振動）させる超音波振動子８４が固定されている。超音波振動子８４としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の材料で構成されたものを用いることができる。
この超音波振動子８４には、導線８６の一端側が接続されている。導線８６は、連結部８０ｂを水平方向に貫通する貫通孔８０ｅ、連結部８０ｂを鉛直方向に貫通する貫通孔８０ｆ、及び装着プレート７８の貫通孔７８ａを通じて研削ホイール３６の上面側に引き出され、コネクタ８８を介してスピンドル３２側の導線７６と接続される。
装着プレート７８及びベースプレート８０の外周には、ステンレス鋼板等で形成された円筒状の薄板９０が、複数のネジ９２で固定されている。この薄板９０により、研削ホイール３６の側面（外周）全体が覆われている。
次に、上述した研削装置２を用いて実施される本実施の形態に係る研削方法を説明する。本実施の形態に係る研削方法では、まず、加工対象の板状物１１を研削装置２の保持テーブル１４で保持する保持ステップを実施する。なお、板状物１１の被保持面（被加工面とは反対側の面）には、あらかじめ保護部材１３を貼着しておく。
保持ステップでは、板状物１１に貼着された保護部材１３を保持テーブル１４の保持面１４ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、板状物１１は、被保持面側に貼着された保護部材１３を介して保持テーブル１４に吸引保持され、板状物１１の被加工面が上方に露出する。
保持ステップの後には、例えば、粗研削ステップの一部として、研削砥石４０を第一の振幅で振動させて板状物１１を研削する第一研削ステップを実施する。図４は、第一研削ステップ及び第二研削ステップを模式的に示す斜視図である。
第一研削ステップでは、保持テーブル１４とスピンドル３２とを、それぞれ所定の回転方向に回転させつつ、スピンドル３２を下降させて、図４に示すように、板状物１１の被加工面に研削砥石４０の下面を接触させる。
この時、超音波振動子８４に所定の電力を供給し、研削砥石４０に、スピンドル３２の軸心方向の第一の振幅の振動（超音波振動）を発生させておく。この振動によって研削能力は高められるので、研削に使用する研削砥石４０の砥粒径を小さくしても、研削速度は低下せずに済む。
例えば、シリコンウェーハの粗研削は、通常、♯２８０、♯３２０程度の粗い砥粒を含む研削砥石４０を用いて実施されている。これに対して、本実施の形態の研削方法では、例えば、超音波振動子８４に５Ｗ程度の電力を供給することで、♯６００程度の比較的細かい砥粒を含む研削砥石４０を用いても、同等以上の研削速度を実現できる。
第一研削ステップの後には、例えば、粗研削ステップの一部として、研削砥石４０を第一の振幅より小さい第二の振幅で振動させて板状物１１を研削する第二研削ステップを実施する。この第二研削ステップは、第一研削ステップと同じ研削砥石４０を用いて、第一研削ステップと同様に実施される。
ただし、この第二研削ステップでは、超音波振動子８４に第一研削ステップで供給した電力より小さい電力を供給し、研削砥石４０に、スピンドル３２の軸心方向の第一の振幅より小さい第二の振幅の振動（超音波振動）を発生させる。
これにより、第一研削ステップと比較して研削速度は低下するが、被加工面の平坦性を高めることができる。例えば、上述した♯６００程度の砥粒を含む研削砥石４０を用いるシリコンウェーハの粗研削では、超音波振動子８４に３Ｗ程度の電力を供給しながら第二研削ステップを実施すると良い。
なお、第二研削ステップでは第一研削ステップよりも研削速度が低下するので、加工時間を十分に短くするためには、第二研削ステップの研削量を第一研削ステップの研削量より小さく設定しておくことが好ましい。
第二研削ステップの後には、例えば、任意の仕上げ研削ステップを実施する。上述したシリコンウェーハの仕上げ研削は、通常、♯２０００程度の砥粒をレジンで結合した研削砥石や、♯６０００程度の砥粒をビトリファイドで結合した研削砥石を用いて実施できる。
以上のように、本実施の形態に係る研削方法では、研削砥石４０を第一の振幅で振動させて板状物１１を研削する第一研削ステップの後に、研削砥石４０を第一の振幅より小さい第二の振幅で振動させて板状物１１を研削する第二研削ステップを実施するので、第一研削ステップで加工時間を短縮しながら第二研削ステップで被加工面の平坦性を確保できる。
すなわち、本実施の形態に係る研削方法によれば、砥粒径の小さな研削砥石４０を用いても研削の進行速度を低下させずに済むので、例えば、粗研削において、研削の進行速度を低下させることなく被加工面の平坦性を高めることができる。その結果、後の仕上げ研削における研削量を減らして、加工時間を短縮できる。
なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施の形態では、いわゆる粗研削に本発明の研削方法を適用しているが、本発明の研削方法は、仕上げ研削に適用されても良い。
また、本発明の第一研削ステップを粗研削として用い、本発明の第二研削ステップを仕上げ研削として用いることもできる。この場合、１台の研削ユニット２８で板状物１１の粗研削及び仕上げ研削を実施できるので、研削装置２が大型化せずに済むというメリットがある。
さらに、上記実施の形態では、二段階の研削ステップ（第一研削ステップ及び第二研削ステップ）を含む研削方法について示しているが、本発明の研削方法は、三段階以上の研削ステップを含んでも良い。ただし、後段の研削ステップでは、前段の研削ステップよりも被加工面の平坦性を高めるようにする。
例えば、第二研削ステップの後に、第二の振幅より小さい第三の振幅で研削砥石４０を振動させて板状物１１を研削する第三研削ステップを実施することができる。上述した♯６００程度の砥粒を含む研削砥石４０を用いるシリコンウェーハの粗研削では、例えば、超音波振動子８４に１Ｗ程度の電力を供給しながら第三研削ステップを実施すると良い。
各研削ステップの研削量は任意であるが、加工時間を十分に短くするためには、第二研削ステップ及び第三研削ステップの研削量を第一研削ステップの研削量より小さく設定しておくことが好ましい。
例えば、♯６００程度の砥粒を含む研削砥石４０を用いてシリコンウェーハを７２５μｍから２００μｍまで薄くする場合には、第一研削ステップの研削量を４６５μｍ程度とし、第二研削ステップの研削量を３０μｍ程度とし、第三研削ステップの研削量を３０μｍ程度とすれば良い。
また、第二研削ステップ（又は第三研削ステップ）の後には、研削砥石４０を振動させずに板状物１１を研削する研削ステップを実施しても良い。その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、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できる。
２ 研削装置
４ 基台
４ａ 開口
６ 支持壁
８ Ｘ軸移動テーブル
１０ 防水カバー
１２ 操作パネル
１４ 保持テーブル
１４ａ 保持面
１６ Ｚ軸移動機構
１８ Ｚ軸ガイドレール
２０ Ｚ軸移動テーブル
２２ Ｚ軸ボールネジ
２４ Ｚ軸パルスモータ
２６ 支持構造
２８ 研削ユニット（研削手段）
３０ スピンドルハウジング
３０ａ 収容室
３０ｂ 開口
３２ スピンドル
３２ａ 先端部（下端部）
３２ｂ 中間部
３２ｃ 基端部（上端部）
３２ｄ 貫通孔
３４ ホイールマウント
３４ａ 開口
３４ｂ ボルト挿通孔
３６ 研削ホイール
３８ ボルト
４０ 研削砥石
４２ モータ
４４ ステータ
４６ ロータ
４８ 配線
５０ 回転制御装置
５２ 交流電源
５４ ロータリートランス
５６ 給電部
５８ 受電部
６０ ステータコア
６２ 給電コイル
６４ ローターコア
６６ 受電コイル
６８ 配線
７０ 電圧調整装置
７２ 周波数調整装置
７４ 振動制御装置
７６ 導線
７８ 装着プレート
７８ａ 貫通孔
７８ｂ ネジ孔
８０ ベースプレート
８０ａ プレート部
８０ｂ 連結部
８０ｃ 凹部
８０ｄ 溝
８０ｅ 貫通孔
８０ｆ 貫通孔
８２ ボルト
８４ 超音波振動子（超音波生成手段）
８６ 導線
８８ コネクタ
９０ 薄板
９２ ネジ
１１ 板状物
１３ 保護部材
４ 基台
４ａ 開口
６ 支持壁
８ Ｘ軸移動テーブル
１０ 防水カバー
１２ 操作パネル
１４ 保持テーブル
１４ａ 保持面
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２６ 支持構造
２８ 研削ユニット（研削手段）
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１１ 板状物
１３ 保護部材
Claims (1)
- 板状物を保持し回転可能な保持テーブルと、該保持テーブルに保持された板状物を研削する研削砥石を含む研削ホイールと該研削ホイールが装着されるスピンドルとを有した研削手段と、該研削砥石に超音波振動を生成する超音波生成手段と、を備えた研削装置で板状物を研削する研削方法であって、
板状物を保持テーブルで保持する保持ステップと、
該超音波生成手段を作用させて該研削砥石に第一の振幅を有する振動を該スピンドルの軸心方向に生じさせつつ該保持テーブルで保持された板状物を該研削手段で研削する第一研削ステップと、
該第一研削ステップを実施した後、該超音波生成手段を作用させて該研削砥石に該第一の振幅よりも小さい第二の振幅を有する振動を該スピンドルの軸心方向に生じさせつつ該保持テーブルで保持された板状物を該研削手段で研削する第二研削ステップと、を備えたことを特徴とする研削方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014020894A JP2015147262A (ja) | 2014-02-06 | 2014-02-06 | 研削方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014020894A JP2015147262A (ja) | 2014-02-06 | 2014-02-06 | 研削方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015147262A true JP2015147262A (ja) | 2015-08-20 |
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Family Applications (1)
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| JP2014020894A Pending JP2015147262A (ja) | 2014-02-06 | 2014-02-06 | 研削方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2015147262A (ja) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH05200659A (ja) * | 1992-01-24 | 1993-08-10 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波研磨装置 |
| JP2005034932A (ja) * | 2003-07-18 | 2005-02-10 | Okamoto Machine Tool Works Ltd | 研削方法 |
| JP2013132721A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Disco Corp | 研削ホイール |
-
2014
- 2014-02-06 JP JP2014020894A patent/JP2015147262A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05200659A (ja) * | 1992-01-24 | 1993-08-10 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波研磨装置 |
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