JP2016100557A

JP2016100557A - 研削方法

Info

Publication number: JP2016100557A
Application number: JP2014238608A
Authority: JP
Inventors: 昌史青木; Masashi Aoki; 真一郎堀; Shinichiro Hori
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】電鋳砥石を研削砥石として使用可能な研削方法を提供することである。
【解決手段】被加工物を保持するチャックテーブルと、複数の研削砥石が固定された研削ホイールを回転可能に支持し該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、該研削砥石に超音波振動を付与する超音波生成手段と、を備えた研削装置で被加工物を研削する研削方法であって、被加工物を該チャックテーブルで保持する保持ステップと、該超音波生成手段で該研削砥石に超音波振動を付与しながら、該研削手段を研削送りして該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する超音波研削ステップと、を備え、該研削砥石は、砥粒がニッケルメッキで固定された電鋳砥石から構成されることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、シリコンウェーハ等の板状の被加工物の研削方法に関する。

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複数の分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウェーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（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チップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）の裏面を研削する研削装置は、ウェーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウェーハを研削する複数の研削砥石が固定された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段とを備えていて、ウェーハを高精度に所望の厚みに研削できる。

代表的な半導体ウェーハはシリコンウェーハから構成されており、シリコンウェーハは脆性材料であり研削抵抗が小さいため、一般的な研削ホイールでは研削による自生発刃が発生し易いレジンボンドからなる研削砥石が用いられている。

一方、サファイア、シリコンナイトライド、リチウムタンタレイト、アルチック等の脆性硬質材料を研削装置で研削すると長時間を要し、生産性が悪いという問題があることから、超音波振動子を研削ホイールに配設して研削砥石に超音波を付与しながら被加工物を研削する方法が本出願人により開発された（例えば、特開２０１１−１４８０２８号公報参照）。

特開２０１１−１４８０２８号公報

しかし、レジンボンド砥石は自生発刃により消耗が早く、一本の研削ホイールで研削可能なウェーハ枚数が少ないという課題があった。また、反対に消耗が少ない電鋳砥石を研削砥石として用いると、自生発刃が発生しにくく、目つぶれ状態となって研削不良が発生してしまうため、従来技術では電鋳砥石を研削砥石として用いることは不可能であった。

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、電鋳砥石を研削砥石として使用可能な研削方法を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持するチャックテーブルと、複数の研削砥石が固定された研削ホイールを回転可能に支持し該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、該研削砥石に超音波振動を付与する超音波生成手段と、を備えた研削装置で被加工物を研削する研削方法であって、被加工物を該チャックテーブルで保持する保持ステップと、該超音波生成手段で該研削砥石に超音波振動を付与しながら、該研削手段を研削送りして該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する超音波研削ステップと、を備え、該研削砥石は、砥粒がニッケルメッキで固定された電鋳砥石から構成されることを特徴とする研削方法が提供される。

好ましくは、被加工物はシリコンウェーハから構成される。

本発明の研削方法によると、研削砥石として電鋳砥石を使用し、研削砥石に超音波振動を付与しながら被加工物の研削を実施するため、超音波振動により電鋳砥石の自生発刃が促進される。

その結果、通常ほとんど消耗がなかった電鋳ボンド砥石による被加工物の研削でも適度な消耗が発生するため、安定した研削と、消耗の抑制を両立させることができる。また、電鋳ボンド砥石はボンドが固いため、研削力も強いので、研削速度を上げて研削加工が可能であり、研削時間の短縮化を実現できる。

本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置の斜視図である。研削ユニットの断面図である。研削ホイールをホイールマウントに装着する様子を示す分割斜視図である。研削ホイールの断面図である。図５（Ａ）は第１実施形態の研削砥石の配置を示す研削ホイールの底面図、図５（Ｂ）は第２実施形態の研削砥石の配置を示す研削ホイールの底面図である。被加工物を研削している状態の要部側面図である。

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を参照すると、本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置２の斜視図が示されている。４は研削装置２のベースであり、ベース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を支持する支持部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、研削ユニット１０が上下方向に移動される。

ベース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ェーハ着脱位置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はチャックテーブル移動機構を覆う蛇腹である。ベース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及び図３に示すように、スピンドル１８の先端は小径先端部１８ａに形成されており、この小径先端部１８ａにホイールマウント２０が固定されている。図３に示すように、ホイールマウント２０が４個の丸穴４７を有しており、これらの丸穴４７にボルト４８を挿入して研削ホイール２２のねじ穴７１にボルト４８を螺合することにより、研削ホイール２２がホイールマウント２０に取り付けられる。

スピンドル１８には、スピンドル１８を上下方向に貫通する貫通穴２１が形成されており、この貫通穴２１の先端部は図３に示すように径が拡大されたコネクタ挿入穴１９に形成されている。コネクタ挿入穴１９中に凹型コネクタ５０が挿入されており、この凹型コネクタ５０に後で説明する超音波振動子に接続された凸型コネクタ７２が嵌合される。

図３及び図４に示す研削ホイール２２は、基台５６と、基台５６の下面に固着された複数の研削砥石６４とを含んでいる。基台５６は、底壁５８と、環状側壁６０と、ホイールマウント２０に装着される上壁６２とを含んでおり、内部に空間６３が画成されている。図５（Ａ）に示すように、底壁５８には複数のスリット５９が形成されており、上壁６２にはねじ４８が螺合される４個のねじ穴７１が形成されている。

基台５６の底壁５８の外周に環状に固着された複数の研削砥石６４はダイヤモンド砥粒をニッケルメッキで固定した電鋳ボンド砥石から構成される。本実施形態では、メッシュサイズ＃６００のダイヤモンド砥粒を使用した。

図５（Ａ）に示すように、直方体形状の各研削砥石６４は斜めに配設されているのが好ましい。研削ホイール２２の接線に対する研削砥石６４の傾斜角は、２０°〜４５°程度が好ましい。このように各研削砥石６４を斜めに配設した実施形態では、研削ホイール２２の回転方法は矢印Ｒ１方向が好ましい。

このように直方体形状の研削砥石６４を斜めに配設することで、研削時に研削砥石６４がウェーハ１１と接触する面積を小さくすることができ、電鋳砥石６４の消耗を促すことができる。

図５（Ｂ）を参照すると、第２実施形態の研削砥石６４Ａが基台５６の底壁５８に環状に固着された第２実施形態の研削ホイール２２Ａの底面図が示されている。本実施形態では、パイプ状の研削砥石６４Ａを採用した。

パイプ状の研削砥石６４Ａも図５（Ａ）に示した直方体形状の研削砥石６４と同様に、メッシュサイズ＃６００のダイヤモンド砥粒をニッケルメッキで固定した電鋳ボンド砥石から構成される。このようにパイプ状の研削砥石６４Ａを採用することにより、研削時に研削砥石６４Ａがウェーハ１１と接触する面積を小さくして研削砥石６４Ａの消耗を促すことができる。

図３及び図４に最も良く示されるように、基台５６の底壁５８上に超音波生成ユニット（超音波生成手段）６６が適宜の接着剤により固定されている。図４に示すように、超音波生成ユニット６６は、超音波振動子６８と、超音波振動子６８の両側分極面にそれぞれ装着された一対の電極板７０ａ，７０ｂとから構成される。

超音波振動子６８は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレイト等の圧電セラミックスによって環状に形成されている。電極板７０ａは導電線７３ａの一端に接続され、電極板７０ｂは導電線７３ｂの一端に接続されている。導電線７３ａ，７３ｂの他端は、図３に示すように、凸型コネクタ７２に接続されている。

以上のように構成された研削ホイール２２は、図３に示すように、ホイールマウント２０に設けられた丸穴４７にボルト４８を挿入し、ボルト４８を研削ホイール２２の上壁６２に形成されたねじ穴７１に螺合して締め付けることにより、ホイールマウント２０に着脱可能に装着される。

図２を再び参照すると、研削ユニット１０はスピンドル１８を回転駆動する電動モーター７４を備えている。電動モーター７４は例えば永久磁石式モーターから構成される。電動モーター７４は、スピンドル１８の中間部に形成されたモーター装着部７６に装着された永久磁石からなるローター７８と、ローター７８の外周側においてスピンドルハウジング１２に配設されたステータコイル８０とから構成される。

このように構成された電動モーター７４は、ステータコイル８０に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりローター７８が回転し、ローター７８が装着されたスピンドル１８が回転される。

研削ユニット１０は更に、超音波振動子６０に交流電力を印加するとともに電動モーター７４に交流電力を印加する電力供給手段８２を具備している。電力供給手段８２は、スピンドル１８の上端に配設されたロータリートランス８４を含んでいる。

ロータリートランス８４は、スピンドル１８の上端に配設された受電手段８６と、受電手段８６と対向して配設された給電手段８８を具備している。受電手段８６は、スピンドル１８に装着されたローターコア９０と、ローターコア９０に巻回された受電コイル９２とから構成される。

このように構成された受電手段８６の受電コイル９２には導電線５２が接続されている。この導電線５２は、スピンドル１８の中心に軸方向に形成された貫通穴２１内に配設され、その先端が図３に示す凹型コネクタ５０に接続されている。

給電手段８８は、受電手段８６の外周側に配設されたステータコア９４と、ステータコア９４に配設された給電コイル９６とから構成される。このように構成された給電手段８８の給電コイル９６には、電気配線９８を介して交流電力が供給される。

電力供給手段８２は、交流電源１００と、交流電源１００とロータリートランス８４の給電コイル９６との間に挿入された電圧調整手段１０２と、給電手段８８に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段１０４と、電圧調整手段１０２及び周波数調整手段１０４を制御する制御手段１０６と、制御手段１０６に研削砥石に付与する超音波振動の振幅等を入力する入力手段１０８を具備している。

交流電源１００は、制御回路１１２及び電気配線１１０を介して電動モーター７４のステータコイル８０に交流電力を供給する。周波数調整手段１０４としては、株式会社エヌエフ回路設計ブロックが提供するデジタルファンクションジェネレータ、商品名「ＤＦ−１９０５」を使用することができる。ＤＦ−１９０５によると、周波数を１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲内で適宜調整することができる。

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。図１に示すウェーハ着脱位置Ａに位置づけられたチャックテーブル３６上に、図６に示すように表面に保護テープＴが貼付されたウェーハＷを保護テープＴを下にして吸引保持する。次いで、チャックテーブル３６をＹ軸方向に移動して研削位置Ｂに位置づける。

このように位置づけられたウェーハＷに対して、図６に示すようにチャックテーブル３６を矢印Ａ方向に例えば３００ｒｐｍ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６０００ｒｐｍで回転駆動させるとともに、研削ユニット送り機構３２を作動して研削砥石６４をウェーハＷの裏面に接触させる。

この研削加工時には、電力供給手段８２によってロータリートランス８４を構成する給電手段８８の給電コイル９６に所定周波数の交流電力を供給する。その結果、回転する受電手段８６の受電コイル９２、導電線５２、凹型コネクタ５０、凸型コネクタ７２、導電線７３ａ，７３ｂを介して超音波振動子６８に所定周波数の交流電力が印加され、超音波振動子６８は主にラジアル方向（径方向）に超音波振動する。この超音波振動は、基台５６の底壁５８を介して複数の研削砥石６４に伝達され、研削砥石６４がラジアル方向に超音波振動する。

本実施形態の研削方法では、研削砥石６４を電鋳ボンド砥石から構成し、電鋳ボンドの研削砥石６４に超音波振動を印加しながらウェーハ１１を研削するため、超音波振動により電鋳ボンド砥石６４の自生発刃が促進され、通常はほとんど消耗がなかった電鋳ボンド砥石によるシリコンウェーハ１１の研削でも電鋳ボンド砥石６４に適度な消耗が発生する。

従って、電鋳ボンド砥石６４による安定した研削と消耗の抑制を両立させることができる。また、電鋳ボンド砥石６４は硬いため研削力も強いので、研削速度を上げても研削加工が可能であり、研削時間の短縮化につながる。

２研削装置
１０研削ユニット
２０ホイールマウント
２２研削ホイール
３６チャックテーブル
５６基台
６４，６４Ａ研削砥石
６６超音波生成ユニット
６８超音波振動子

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、複数の研削砥石が固定された研削ホイールを回転可能に支持し該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、該研削砥石に超音波振動を付与する超音波生成手段と、を備えた研削装置で被加工物を研削する研削方法であって、
被加工物を該チャックテーブルで保持する保持ステップと、
該超音波生成手段で該研削砥石に超音波振動を付与しながら、該研削手段を研削送りして該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する超音波研削ステップと、を備え、
該研削砥石は、砥粒がニッケルメッキで固定された電鋳砥石から構成されることを特徴とする研削方法。
被加工物はシリコンウェーハであることを特徴とする請求項１記載の研削方法。