JP2015202545A

JP2015202545A - 研削装置

Info

Publication number: JP2015202545A
Application number: JP2014084198A
Authority: JP
Inventors: 井上　雄貴; Yuki Inoue; 雄貴井上; 渡辺　真也; Shinya Watanabe; 真也渡辺; 俊洙禹; Junsoo Woo
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-11-16
Also published as: KR20150119806A; TW201600240A; CN104999370A

Abstract

【課題】研削を連続して行うことができ、研削による消耗品が多量に発生することを防止できるようにすること。【解決手段】本発明の研削装置（１）は、研削ホイール（４１）に洗浄液（５１）を噴射する噴射ノズル本体（５２）と、噴射ノズル本体に洗浄液を供給する洗浄液供給部（５３）と、洗浄液供給部から供給された洗浄液に超音波を付与する超音波振動子（５５）と、超音波振動子に交流電力を印加する電力供給手段（５６）とから構成された超音波洗浄ノズル（５）を備えている。超音波洗浄ノズルは、被加工物（Ｗ）を研削している研削砥石（４２）の研削面（４２ａ）に向けて超音波が付与された洗浄液を噴射するように配設されている。超音波振動子の振動周波数は、４５０ｋＨｚ〜１．０ＭＨｚに設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物に対して研削砥石を当接して研削することができる研削装置に関する。

半導体ウェーハ、サファイア、ＳｉＣ等の各種被加工物は、研削装置によって研削されて所定の厚さに形成された後に分割されてデバイスとなる。研削装置においては、被加工物に対して回転する研削砥石の研削面を当接させることにより被加工物の研削が行われる。かかる研削を行うと、研削面には目詰まりが生じやすく、この目詰まりにより研削能力が低下するため、当該研削面を頻繁にドレッシングする必要がある。また、サファイアやＳｉＣなどの難切削材の研削など、研削砥石に目崩れによる異常摩耗が生じやすい場合には、被加工物の研削中に研削ホイールの研削領域にドレッシングボードを押し当て、研削と同時にドレスを行っている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１８９４５６号公報

しかし、ドレッシングボードを押し当ててドレスを行う場合には、ドレッシングボードを定期的に交換する必要がある。この交換の作業時に研削砥石による研削が停止してしまい、連続加工性が低下する、という問題がある。また、ドレッシングボードが多量に必要となりコストが増大してしまう、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、研削手段による研削を連続して行うことができ、消耗品が多量に発生することを防止することができる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、被加工物を保持し回転する保持テーブルと、保持テーブルに保持された被加工物を研削する研削ホイールを備えた研削手段と、を備える研削装置であって、研削ホイールに洗浄液を噴射する噴射ノズル本体と、噴射ノズル本体に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、洗浄液供給部から供給された洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、超音波振動子に交流電力を印加する電力供給手段とから構成された超音波洗浄ノズルを備え、超音波洗浄ノズルは、被加工物を研削している研削ホイールの研削砥石の研削面に向けて超音波が付与された洗浄液を噴射するように配設されており、超音波振動子の振動周波数は、４５０ｋＨｚ〜１．０ＭＨｚに設定される、ことを特徴とする。

この構成によれば、上記振動周波数の範囲で洗浄液に超音波を付与して、研削中の研削砥石における研削面に超音波が付与された洗浄液を噴射するので、研削面の付着物を効率的に除去することができる。これにより、ドレッシングボードによるドレスが不要となり、多量なドレッシングボード等の消耗品を用意するコスト負担を軽減することができる。しかも、ドレッシングボードの交換のために研削を停止しなくてよくなり、連続加工性を向上することができる。

本発明によれば、研削中の研削砥石における研削面に上記振動周波数の範囲の超音波が付与された洗浄液を噴射するので、研削手段による研削を連続して行うことができ、消耗品が多量に発生することを防止することができる。

本実施の形態に係る研削装置の正面模式図である。研削砥石の消耗量の測定結果を示すグラフである。

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正面模式図である。

図１に示すように、研削装置１は、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が保持する被加工物Ｗを研削するように構成されている。保持テーブル３の図１中右側領域には超音波洗浄ノズル５が設けられている。

研削装置１における被加工物Ｗとしては、硬質な難切削材で構成される板状ワークを採用することができる。被加工物Ｗは、例えば、ホウケイ酸ガラスや、半導体ウェーハ、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの材料により構成される。

保持テーブル３は、円板形状を有し、その上面には、被加工物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。また、保持テーブル３は、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によって保持面３ａに直交する軸回りに回転可能に設けられている。

研削手段４は、概して円板形状を有する研削ホイール４１の下面に研削砥石４２を設けて構成される。研削ホイール４１は、スピンドル４３に接続され、このスピンドル４３によって、研削ホイール４１の円板中心を軸に回転可能に構成される。研削砥石４２は、例えば、ダイヤモンドの砥粒をビトリファイドボンドやレジンボンド等の結合剤で固めたダイヤモンド砥石で構成される。研削手段４は、不図示の移動機構によって鉛直方向を含む直交２軸又は３軸方向に移動可能に構成されている。

研削砥石４２は、高速回転しながら、下面が研削面４２ａとなって被加工物Ｗに接触して研削する。この研削中に、研削ホイール４１の回転中心は、保持テーブル３の回転中心に対し、図１中右方向にずれて配設される。そして、研削砥石４２による研削は、研削ホイール４１の回転中心に対して左側で行われ、研削砥石４２の略右半部領域が、下方に向かって露呈するようになる。

超音波洗浄ノズル５は、先端から洗浄液５１を噴射する噴射ノズル本体５２と、噴射ノズル本体５２に洗浄液５１を供給する洗浄液供給部５３とを備えている。洗浄液供給部５３としてはポンプ等が例示できる。なお、洗浄液５１とは、純水あるいは洗浄剤を含む洗浄水を意味する。

超音波洗浄ノズル５は、噴射ノズル本体５２の内部に設けられた超音波振動子５５と、超音波振動子５５に交流電力を印加する電力供給手段５６とを更に備えている。超音波振動子５５は、印加された交流電力によって、洗浄液供給部５３から供給された洗浄液５１に超音波振動を付与するように設置されている。

超音波洗浄ノズル５の配設箇所は、保持テーブル３に隣接する位置であって、露呈する研削砥石４２の下方位置に設定される。そして、噴射ノズル本体５２では、先端（上端）から上方に向かって超音波振動が付与された洗浄液５１が噴出される。つまり、超音波洗浄ノズル５は、被加工物Ｗを研削すべく回転中の研削砥石４２の研削面４２ａに向かって洗浄液５１を噴射可能に設置されている。

ここで、本実施の形態における超音波洗浄ノズル５の仕様は、以下のようになる。
超音波振動子５５の振動周波数：４５０ｋＨｚ〜１．０ＭＨｚ
電力供給手段５６の出力：４０〜１００Ｗ
噴射ノズル本体５２からの洗浄液５１のノズル流量：１０００〜１５００ｃｃ/ｍｉｎ

超音波洗浄ノズル５から噴射された洗浄液５１において、超音波振動子５５によって付与された超音波による振動は、洗浄液５１の噴射方向の所定範囲（例えば、鉛直方向の幅が１０ｍｍ程度）内で発生する。この所定範囲の中間領域に、研削砥石４２の研削面４２ａが位置するよう超音波洗浄ノズル５の鉛直方向での位置が設定され、これにより、研削中に研削面４２ａが下降しても研削面４２ａが洗浄液５１により継続して洗浄される。

続いて、本実施の形態の研削装置１を用いた研削方法について説明する。先ず、搬送手段（不図示）によって被加工物Ｗが保持テーブル３に搬送され、被加工物Ｗが保持テーブル３の保持面３ａで吸引保持される。次に、回転手段３１で保持テーブル３を連続回転させ、スピンドル４３を駆動して研削ホイール４１を回転させる。そして、それらが高速回転した状態で、保持テーブル３の上方に研削手段４を移動させ、被加工物Ｗの中心上に研削砥石４２の左端側が位置し、研削砥石４２の略右半部が保持テーブル３より右側にはみ出る位置に位置付ける。位置付け後、保持テーブル３と研削ホイール４１の回転を継続しながら、所定の送り速度で研削手段４を下降させる。この下降によって、研削砥石４２が被加工物Ｗに接触する直前位置まで達すると、超音波洗浄ノズル５によって研削面４２ａに向けて洗浄液５１が噴射される。この洗浄液５１は、超音波振動子５５によって４５０ｋＨｚ〜１．０ＭＨｚの振動周波数の超音波振動が付与される。

保持テーブル３及び研削ホイール４１の回転を行いつつ、研削手段４の下降によって研削砥石４２を被加工物Ｗに接触させることで、被加工物Ｗが研削手段４の下降量に応じた所定の厚みに研削される。この研削中においても、露呈した研削面４２ａに対し超音波洗浄ノズル５からの洗浄液５１の噴射が継続して行われる。洗浄液５１の噴射によって、研削と同時進行で研削砥石４２の研削面４２ａが洗浄、ドレスされ、研削面４２ａの付着物を効率的に除去でき、目詰まりの発生を抑制して研削品質の向上が図られる。

以上のように、本実施の形態によれば、研削ホイール４１に超音波が付与された洗浄液５１を噴射して研削面４２ａをドレスするので、ドレッシングボードによるドレスを不要とすることができる。これにより、多量なドレッシングボードを用意するコストや管理負担をなくすことができる。しかも、研削を中断してドレッシングボードを交換する作業を省略でき、研削の連続性を高めて研削効率の向上を図ることができる。

次に、上記の実施の形態に係る研削装置での研削品質改善効果等を確認するために行った実験について説明する。本実験では、実施例１〜３及び比較例１〜４として、被加工物Ｗの厚みを２５０μｍから２００μｍに薄化する研削を行い、被加工物Ｗは円板状のホウケイ酸ガラス（直径３００ｍｍ）とした。実施例１〜３及び比較例１〜４では、洗浄液５１に付与する超音波の周波数をそれぞれ相違する条件とする以外は、上記の実施の形態と同様の研削装置１にて、研削砥石４２を洗浄しながら研削を行った。実施例１〜３及び比較例１〜４の周波数は、順に、４５０ｋＨｚ、７５０ｋＨｚ、１．０ＭＨｚ、超音波無し（０Ｈｚ）、３００ｋＨｚ、１．５ＭＨｚ、３．０ＭＨｚとした。また、実施例１〜３及び比較例１〜４において、以下の条件は同一に設定した。
研削砥石４２の種類：ビトリファイド系＃１０００
スピンドル４３の回転数：１５００ｒｐｍ
保持テーブル３の回転数：１４０ｒｐｍ
研削ホイール４１の鉛直方向送り速度：０．３μｍ／ｓｅｃ
超音波洗浄ノズル５の流量：１２００ｃｃ／ｍｉｎ
超音波洗浄ノズル５の出力：５０Ｗ

実施例１〜３及び比較例１〜４では、被加工物Ｗの研削後、研削砥石４２の消耗量を測定した。この測定結果を図２に示す。また、実施例１〜３及び比較例１〜４における研削後、それぞれの被加工物Ｗの被研削面における品質を確認した。この研削品質の確認結果を下記表１に示す。ここで、表１中、研削品質の「◎」は、被加工物Ｗにおける被研削面の面粗さ、ソーマーク共に非常に良好な状態であり、被加工物Ｗを利用した製品精度が優れたものとなる。「○」は、「◎」より研削品質が若干低下するものの、被加工物Ｗにおける被研削面の面粗さ、ソーマーク共に良好な状態であり、被加工物Ｗを利用した製品精度が優れたものとなる。「△」は、「○」より研削品質が低下し、被加工物Ｗにおける被研削面の面粗さ、ソーマーク共に不十分な状態であり、被加工物Ｗを利用した製品精度について十分とは言えない場合がある。

図１の結果から、周波数が４５０ｋＨｚ〜１．０ＭＨｚとなる実施例１〜３の方が、それ以外の範囲の周波数となる比較例１〜４に比べ、研削砥石４２の消耗量が減少し、目崩れによる消耗量過多状態が改善されたことが理解できる。かかる改善効果は、超音波洗浄ノズル５の出力を同一としながら、周波数を変えることで、洗浄液５１における超音波の振幅も変わり、この振幅と周波数の条件が両方とも適当な値になることで得られたものと推測される。実施例１〜３のように、研削砥石４２の消耗量を減少することで、研削砥石４２の寿命を延ばして研削砥石４２を交換するスパンを長くすることができ、これによっても、研削の連続性を高めて研削効率の向上を図ることができる。

表１の結果から、研削品質に関し、周波数が４５０ｋ〜１．０ＭＨｚ、特に４５０ｋ〜７５０ｋＨｚの範囲において、面粗さ、ソーマーク共に研削品質が向上する傾向が理解できる。この傾向は、上記周波数の範囲において、研削砥石４２の目崩れや消耗量が少なくなると共に被加工物Ｗの研削量が多くなり、研削効率を高めて被研削面の仕上げ精度が向上したものと推測される。

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、超音波洗浄ノズル５において、超音波振動子５５の設置位置は、噴射ノズル本体５２の外部において洗浄液５１を供給する配管に設ける等、種々の設計変更が可能である。

以上説明したように、本発明は、研削による消耗品が多量に発生することを防止できるという効果を有し、特に、研削を連続して行う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
４研削手段
４１研削ホイール
４２研削砥石
４２ａ研削面
５超音波洗浄ノズル
５１洗浄液
５２噴射ノズル本体
５３洗浄液供給部
５５超音波振動子
５６電力供給手段
Ｗ被加工物

Claims

被加工物を保持し回転する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物を研削する研削ホイールを備えた研削手段と、を備える研削装置であって、
該研削ホイールに洗浄液を噴射する噴射ノズル本体と、該噴射ノズル本体に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、該洗浄液供給部から供給された洗浄液に超音波を付与する超音波振動子と、該超音波振動子に交流電力を印加する電力供給手段とから構成された超音波洗浄ノズルを備え、
該超音波洗浄ノズルは、被加工物を研削している該研削ホイールの研削砥石の研削面に向けて超音波が付与された洗浄液を噴射するように配設されており、
該超音波振動子の振動周波数は、４５０ｋＨｚ〜１．０ＭＨｚに設定される研削装置。