JP2016132071A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反りを持った板状ワークであっても適切に吸引保持して、均一な厚みで研削すること。
【解決手段】研削装置（１）は、板状ワーク（Ｗ）を保持する保持面（２１ｂ）を有するチャックテーブル（２１）を回転可能に装着する保持手段（２０）と、チャックテーブルで保持する板状ワークを環状の砥石（４８）で研削する研削手段（４１）と、保持手段と研削手段との傾きを相対的に調整する傾き調整手段（５０）とを備える。チャックテーブルの保持面は、外周部分より中央部分が低い中凹形状に形成され、保持面と研削面（４８ａ）とが平行になるように保持手段と研削手段との傾きを調整して研削が実施される。
【選択図】図３

Description

本発明は、板状ワークを研削する研削装置に関し、特に、反りを持った積層ワークを研削する研削装置に関する。

板状ワークを研削する研削装置においては、板状ワークを吸引保持するチャックテーブルが円錐状に形成されており、チャックテーブルの保持面は、チャックテーブルの回転中心を頂点とし外周が僅かに低くなるように傾斜している。このため、保持面に吸引保持される板状ワークも、保持面の形状に沿って緩傾斜の円錐状になる。研削加工の際には、緩傾斜した板状ワークの上面と砥石の研削面とが平行になるようにチャックテーブルの傾きが調整される（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。特許文献１又は特許文献２に記載の研削装置では、チャックテーブルが複数の軸によって支持されており、複数の軸の高さを相対的に微調整することでチャックテーブルの傾きが調整される。

特開平８−０９０３７６号公報 特許第５０２５２９７号公報

ところで、研削対象となる板状ワークには、材質の異なる複数枚の板状ワークを貼り合わせた積層ワークが含まれる。このような板状ワークには、材質の違いに起因して反りが生じている場合がある。例えば、板状ワークの中心部分より外周部分が浮き上がって中凹形状に湾曲した板状ワークの場合、円錐状の保持面で板状ワークを保持しようとすると、板状ワークには元の形状に戻ろうとする反力が作用する。このため、板状ワークの外周部分が適切に吸引保持されず、均一な厚みで板状ワークを研削することができないという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、反りを持った板状ワークであっても適切に吸引保持して、均一な厚みで研削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、板状ワークを保持する保持面を有するチャックテーブルを回転可能に装着する保持手段と、チャックテーブルで保持する板状ワークを環状に配設された砥石を備える研削ホイールの研削面で研削する研削手段と、保持手段と研削手段とを相対的に傾き調整させる傾き調整手段と、を備えた研削装置であって、チャックテーブルの保持面は中央部分が低く外周部分が高く中凹形状に形成され、傾き調整手段によって保持手段と研削手段との傾き関係を調整させ、保持面の中凹形状と砥石の研削面の円弧とを平行に位置づけ、砥石をチャックテーブルが保持する板状ワークの中心を通過させて研削することを特徴とする。

この構成によれば、保持面が中凹形状に形成されるため、外周部分が浮き上がった板状ワークであっても、保持面の形状に倣って吸引保持される。よって、板状ワークが保持面から離れようとする反力を抑えることができ、適切に板状ワークを吸引保持することができる。また、保持面と研削面とが平行になるように保持手段と研削手段の傾きが調整されるため、均一な厚みで板状ワークを研削することができる。

本発明によれば、板状ワークの形状に合わせて保持面を形成することにより、反りを持った板状ワークであっても適切に吸引保持して、均一な厚みで研削することができる。

本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。 本実施の形態に係る研削装置の模式図である。 本実施の形態に係る研削方法の動作説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係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装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。なお、以下の図では、説明の便宜上、ＢＧ（Back-Grinding）テープについては記載を省略している。

図１に示すように、研削装置１は、円環状に配設された砥石４８を備える研削ホイール４６を用いて、チャックテーブル２１に保持された板状ワークＷを研削するように構成されている。研削装置１は、チャックテーブル２１の回転軸と研削ホイール４６の回転軸が偏心され、円環状に配設された砥石４８が板状ワークＷの上面を通過することで板状ワークＷが円弧状に削られて薄化される。なお、板状ワークＷとしては、例えば、シリコンウエーハの上面に樹脂が塗布された積層ワークや、Ｗ−ＣＳＰ（Wafer level Chip Size Package）基板等の半導体製品のパッケージ基板が挙げられる。板状ワークは、上記した構成に限定されず、サファイア、炭化ケイ素等の無機材料基板、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよいし、樹脂や金属等で形成された基板でもよい。

研削装置１の基台１１の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口は保持手段２０と共に移動可能な移動板１２及び蛇腹状の防水カバー１３に覆われている。防水カバー１３の下方には、保持手段２０をＸ軸方向に移動させるボールねじ式の進退手段（不図示）と、チャックテーブル２１を連続回転可能にする回転手段２３とが設けられている。保持手段２０は、テーブル基台２２（図２参照）を介してチャックテーブル２１を回転手段２３に装着する。チャックテーブル２１の表面には、多孔質のポーラス材によって板状ワークＷを吸着する保持面２１ｂが形成されている。保持面２１ｂは、チャックテーブル２１内の流路を通じて吸引源２４に接続されており、保持面２１ｂに生じる負圧によって板状ワークＷが吸引保持される。

基台１１上のコラム１４には、研削手段４１を保持手段２０に対して研削送り方向（Ｚ軸方向）に接近及び離間させる研削送り手段３１が設けられている。研削送り手段３１は、コラム１４に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３２と、一対のガイドレール３２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３３とを有している。Ｚ軸テーブル３３の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３４が螺合されている。ボールネジ３４の一端部に連結された駆動モータ３５によりボールネジ３４が回転駆動されることで、研削手段４１がガイドレール３２に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４１は、ハウジング４２を介してＺ軸テーブル３３の前面に取り付けられており、円筒状のスピンドル４３の下端にマウント４４を設けて構成されている。スピンドル４３にはフランジ４５が設けられ、フランジ４５を介してハウジング４２に研削手段４１が支持される。マウント４４の下面には、ホイール基台４７に環状に形成される砥石４８が装着された研削ホイール４６が保持されている。砥石４８は、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンド、ビトリファイドボンド等のボンド剤で固めて形成される。

また、研削装置１は、保持手段２０と研削手段４１とを相対的に傾き調整する傾き調整手段５０を備えている。傾き調整手段５０は、研削手段４１の内部（より具体的には、フランジ４５）に設けられ、研削手段４１の傾きを調整する。傾き調整手段５０は、例えば、２つの可動支持部と１つの固定支持部とからなり、研削手段４１を３点支持する。傾き調整手段５０は、２つの可動支持部の上下動により、固定支持部を支点に研削手段４１を傾斜させることで、研削手段４１の傾きを調整する。

このように構成された研削装置１では、先ずチャックテーブル２１上に板状ワークＷが保持される。図１では保持面２１ｂが平坦に描かれているが、図２に示すように、実際の保持面２１ｂは中央部分が低く外周部分が高く形成された中凹形状を有しており、板状ワークＷも保持面２１ｂに沿って中凹形状に保持される。そして、砥石４８の研削面に対して中凹形状の板状ワークＷの上面（保持面２１ｂ）が平行になるように研削手段４１の傾きが調整された後、研削水が供給されながら砥石４８と板状ワークＷが回転接触することで研削される。研削加工中は、図示しない厚み測定手段によって板状ワークＷの厚みがリアルタイムに測定され、厚み測定手段の測定結果に基づいて研削手段４１の送り量が制御されている。

ところで、上記したように、材質の異なる複数枚の板状ワークを貼り合わせた積層ワークで構成される板状ワークの場合、材質の違いに起因して反りが生じていることがある。このような反りを持った板状ワークは、チャックテーブルに吸引保持される際に、保持面とは反対の方向に反力（復帰力）が作用し、板状ワークの一部分が保持面から浮き上がってしまうおそれがあった。また、この状態で研削加工が実施されると、保持面から浮き上がった板状ワークの一部が砥石に引っ掛かってしまい、板状ワークが保持面から引き離されてしまうおそれもあった。これらにより、適切な吸引保持がなされることなく、均一な厚みで板状ワークを研削することができないという問題があった。

そこで、本件発明者は、反りを持った板状ワークの形状に着目し、本発明に想到した。すなわち、本発明では、チャックテーブルの保持面の形状を板状ワークの反り形状に合わせ、板状ワークを吸引保持したときに板状ワークを保持面の形状に倣わせることで、板状ワークの一部分が保持面から浮き上がることを防止している。これにより、板状ワークを適切に吸引保持することができ、均一な厚みで板状ワークを研削することが可能になっている。

ここで、図２を参照して、本実施の形態に係る保持手段について説明する。図２は、本実施の形態に係る研削装置の模式図である。

図２に示すように、保持手段２０は、円板状のチャックテーブル２１と、チャックテーブル２１が載置される円板状のテーブル基台２２と、テーブル基台２２を介してチャックテーブル２１を回転駆動する回転手段２３とを含んで構成される。チャックテーブル２１には、多孔質部材で形成されるポーラス材２１ａがはめ込まれている。ポーラス材２１ａは、板状ワークＷの外径より僅かに小さい円板状に形成されている。チャックテーブル２１の上面は、板状ワークＷを吸引保持する保持面２１ｂになっている。

保持面２１ｂは、中央部分より外周部分が高い中凹形状を有している。より具体的には、中央部分（チャックテーブル２１の回転中心）だけが僅かに上方に突出しており、径方向外側に向かうに従って保持面２１ｂの高さ徐々に高くなるように傾斜している。そして、結果として中央部分の高さより外周部分の高さが高くなっている。また、チャックテーブル２１及びテーブル基台２２の内部には、ポーラス材２１ａに連通する連通路２１ｃ、２２ａが形成されており、テーブル基台２２の連通路２２ａの先には、吸引源２４が接続されている。ポーラス材２１ａには、連通路２１ｃ、２２ａを介して吸引源２４の吸引力が伝達される。これにより、保持面２１ｂに負圧が生じ、板状ワークＷを保持面２１ｂに吸引保持することができる。なお、本発明における中凹形状とは、保持面２１ｂの中央部分に対して外周部分が高くなるような形状を含むものとし、保持面２１ｂの傾斜度合いは、板状ワークＷの反り具合に近く、研削面と平行になり得る程度の傾斜であることが好ましい。

研削対象となる板状ワークＷは、被研削面となる上面の中央部分が凹んでおり、中央部分から外周部分に向かって上側に反った形状を有している。このように、本実施の形態においては、チャックテーブル２１の保持面２１ｂを板状ワークＷの反り形状に合わせて形成している。これにより、反った板状ワークＷを保持面２１ｂに吸引保持させたときに、板状ワークＷに元の反り形状に戻ろうとする反力が生じたとしても、保持面２１ｂが板状ワークＷと相補形状のため、板状ワークＷの裏面全体を保持面に接触させることができる。よって、板状ワークＷの外周部分が、保持面２１ｂから浮き上がるのを防止することができる。

次に、図３を参照して、本実施の形態に係る研削装置の研削動作について説明する。図３は、本実施の形態に係る研削方法の動作説明図である。

図３に示すように、板状ワークＷが保持面２１ｂに吸引保持された状態で、保持手段２０が研削手段４１の下方に位置付けられる。より具体的には、チャックテーブル２１の回転軸と研削ホイール４６の回転軸とが偏心され、さらに砥石４８がチャックテーブル２１の回転軸（保持面２１ｂの中心（頂点））の真下になるように、保持手段２０が位置付けられる。このとき、砥石４８の研削面４８ａと保持面２１ｂとが平行になるように傾き調整手段５０によって研削手段４１の傾きが調整される。

チャックテーブル２１及び研削ホイール４６を回転させ、研削手段４１を研削送り手段３１によって下降させる。そして、砥石の研削面４８ａと板状ワークＷの被研削面Ｗａとが接触される。このとき、板状ワークＷの中心から外周に至る半径部分に砥石４８が接触され、いわゆるインフィード研削が実施される。上記したように、板状ワークＷの裏面全体が保持面に吸引保持され、板状ワークＷの外周部分が保持面２１ｂから浮き上がるのが防止されているため、砥石４８が板状ワークＷの外周部分に引っ掛かることがない。また、研削面４８ａと保持面２１ｂが平行になっているため、板状ワークＷの半径部分と砥石４８が回転接触されることで、結果として、板状ワークＷの全面が均一な厚みで研削される。

以上のように、本実施の形態に係る研削装置１によれば、保持面２１ｂが中凹形状に形成されるため、外周部分が浮き上がった板状ワークＷであっても、保持面２１ｂの形状に倣って吸引保持される。よって、板状ワークＷが保持面２１ｂから離れようとする反力を抑えることができ、適切に板状ワークＷを吸引保持することができる。また、保持面２１ｂと研削面とが平行になるように保持手段２０と研削手段４１の傾きが調整されるため、均一な厚みで板状ワークを研削することができる。

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、上記した実施の形態では、環状に配設される砥石４８として、環状に形成される単一の砥石４８を用いたが、この構成に限定されない。例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤で固めた複数のセグメント砥石を環状に等間隔に配設する構成にしてもよい。

また、上記した実施の形態では、研削手段４１に傾き調整手段５０が設けられ、傾き調整手段５０は、研削手段４１の傾きを調整する構成としたが、この構成に限定されない。傾き調整手段５０は、保持手段２０に設けられてもよく、保持手段２０の傾きを調整する構成としてもよい。

また、上記した実施の形態では、傾き調整手段５０を３つの支持部（可動支持部、固定支持部）で構成したが、この構成に限定されない。傾き調整手段５０は、３つ以上の支持部で構成されてもよい。

また、上記した実施の形態では、反りを持った板状ワークＷを研削加工の対象としたが、この構成に限定されない。例えば、反りを持たない平坦な板状ワークＷを研削加工の対象としてもよい。

また、上記した実施の形態では、チャックテーブル２１の保持面２１ｂが中凹形状で、砥石４８の研削面４８ａと保持面２１ｂとが平行になるように傾き調整手段５０で傾き調整する構成としたが、この構成に限定されない。予め、傾き調整された研削手段４１でポーラス材２１ａの表面を研削して中凹形状の保持面２１ｂを形成（セルフグラインド）してもよい。保持面２１ｂを中凹形状にセルフグラインドする方法の例としては、保持面２１ｂが平面であった場合に、保持面２１ｂの中心と研削面４８ａとの距離が、保持面２１ｂの外周と研削面４８ａとの距離よりも小さくなるように傾き調整手段５０で傾き調整する。そして、砥石４８ａで保持面２１ｂを研削して保持面２１ｂを中凹形状に整形することにより、保持面２１ｂと研削面４８ａとを平行にすることができる。

以上説明したように、本発明は、反りを持った板状ワークであっても適切に吸引保持して、均一な厚みで研削することができるという効果を有し、特に、反りを持った積層板状ワークを研削する研削装置に有用である。

Ｗ 板状ワーク
１ 研削装置
２１ チャックテーブル
２１ｂ 保持面
２０ 保持手段
４１ 研削手段
４６ 研削ホイール
４８ 砥石
４８ａ 研削面
５０ 傾き調整手段

Claims (1)

1. 板状ワークを保持する保持面を有するチャックテーブルを回転可能に装着する保持手段と、該チャックテーブルで保持する板状ワークを環状に配設された砥石を備える研削ホイールの研削面で研削する研削手段と、該保持手段と該研削手段とを相対的に傾き調整させる傾き調整手段と、を備えた研削装置であって、
   該チャックテーブルの該保持面は中央部分が低く外周部分が高く中凹形状に形成され、該傾き調整手段によって該保持手段と該研削手段との傾き関係を調整させ、該保持面の中凹形状と該砥石の該研削面の円弧とを平行に位置づけ、該砥石を該チャックテーブルが保持する板状ワークの中心を通過させて研削する研削装置。

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