JP2016147359A - 研削砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】加工負荷の低減、放熱性の向上、長寿命化の少なくともいずれかを実現できる研削砥石を提供する。
【解決手段】ダイヤモンド砥粒と、ホウ素化合物を含み、被加工物であるウェーハＷを研削する研削砥石３７，４７であって、ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙは、０μｍ＜Ｙ≦５０μｍであり、平均粒径Ｘのホウ素化合物のダイヤモンド砥粒に対する平均粒径比Ｚ（＝Ｘ／Ｙ）が０．８≦Ｚ≦３．０である。この研削砥石において、前記ウェーハＷはＳｉウェーハであり、前記平均粒径比Ｚが０．８≦Ｚ≦２．０であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物を研削する研削砥石に関する。

硬質脆弱性材料からなる被加工物を研削するためにホウ素化合物を添加した研削砥石が用いられている（特許文献１参照）。ホウ素化合物は、固体潤滑性を有するため、研削加工による砥石の消耗を抑制すると考えられている。

特開２０１２−５６０１３号公報

ところで、硬質脆弱性材料からなる被加工物を研削する場合に限らず、研削砥石にかかる加工負荷が大きくなると一般的に研削砥石の消耗量も大きくなるので、研削砥石の交換頻度が高くなる。また、加工により発生した熱が研削砥石から放熱されずに蓄積されることとなり、加工速度を上げることができない。ガラスなどの熱伝導の悪い材料から形成される被加工物を研削する場合には、より顕著になる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工負荷の低減、放熱性の向上、長寿命化の少なくともいずれかを実現できる研削砥石を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ダイヤモンド砥粒と、ホウ素化合物を含み、被加工物を研削する研削砥石であって、前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、０μｍ＜Ｘ≦５０μｍであり、前記ホウ素化合物の前記ダイヤモンド砥粒に対する平均粒径比Ｚが０．８≦Ｚ≦３．０であることを特徴とする。

また、上記研削砥石において、前記被加工物は、Ｓｉウェーハであり、前記平均粒径比Ｚが０．８≦Ｚ≦２．０であることが好ましい。

本発明によれば、研削砥石の加工負荷の低減、放熱性の向上、長寿命化の少なくともいずれかを実現できるので、生産性を向上することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る研削砥石が装着された研削装置の構成例を示す図である。 図２は、実施形態に係る研削砥石による研削加工結果を示す図である。 図３は、実施形態に係る研削砥石による研削加工結果を示す図である。 図４は、実施形態に係る研削砥石による研削加工結果を示す図である。 図５は、実施形態に係る研削砥石による研削加工結果を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
図１は、実施形態に係る研削砥石が装着された研削装置の構成例を示す図である。なお、同図におけるＸ軸方向は、研削装置１０の幅方向であり、Ｙ軸方向は研削装置１０の奥行き方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

研削装置１０は、図１に示すように、被加工物であるウェーハＷを複数枚収容した第一のカセット１１および第二のカセット１２と、第一のカセット１１からウェーハＷを搬出する搬出手段と第二のカセット１２に研削済みのウェーハＷを搬入する搬入手段とを兼用する共通の搬出入手段１３と、ウェーハＷの中心位置合わせを行う位置合わせ手段１４と、ウェーハＷを搬送する搬送手段１５，１６と、ウェーハＷを吸引保持する３つのチャックテーブル１７〜１９と、これらのチャックテーブル１７〜１９をそれぞれ回転可能に支持して回転するターンテーブル２０と、各チャックテーブル１７〜１９に保持されたウェーハＷに加工としての研削処理を施す加工手段である研削手段３０，４０と、研削後のウェーハＷを洗浄する洗浄手段５１と、研削後のチャックテーブル１７〜１９を洗浄する洗浄手段５２とを備えている。

上記研削装置１０においては、第一のカセット１１に収容されたウェーハＷが搬出入手段１３の搬出動作によって位置合わせ手段１４に搬送され、ここで中心位置合わせがされた後、搬送手段１５によってチャックテーブル１７〜１９、同図ではチャックテーブル１７上に搬送され載置される。本実施形態における３つのチャックテーブル１７〜１９は、ターンテーブル２０に対して周方向に等間隔に配置され、それぞれが回転可能であるとともにターンテーブル２０の回転に伴ってＸＹ平面上を移動する構成である。チャックテーブル１７〜１９は、ウェーハＷを吸引保持した状態において、所定角度、例えば反時計方向に１２０度回転することにより研削手段３０の直下に位置づけられる。

研削手段３０は、チャックテーブル１７〜１９に保持されたウェーハＷを研削するものであり、基台２１のＹ軸方向における端部に立設された壁部２２に設けられている。研削手段３０は、壁部２２においてＺ軸方向に配設された一対のガイドレール３１にガイドされ、かつモータ３２の駆動により上下動する支持部３３に支持され、支持部３３の上下動に伴ってＺ軸方向に上下動するように構成されている。研削手段３０は、回転可能に支持されたスピンドル３４ａを回転させるモータ３４と、スピンドル３４ａの先端にホイールマウント３５を介して装着されてウェーハＷの裏面を研削する研削ホイール３６とを備えている。研削ホイール３６は、その下面に円環状に固着された粗研削用の研削砥石３７を備えている。

粗研削は、研削ホイール３６がモータ３４によりスピンドル３４ａが回転することで回転し、かつＺ軸方向の下方に研削送りされることで、回転する研削砥石３７がウェーハＷの裏面に接触することにより、チャックテーブル１７に保持され研削手段３０の直下に位置づけられたウェーハＷの裏面を研削することで行われる。ここで、チャックテーブル１７に保持されウェーハＷの粗研削が終了すると、ターンテーブル２０が反時計方向に所定角度だけ回転することにより、粗研削されたウェーハＷが研削手段４０の直下に位置づけられる。

研削手段４０は、チャックテーブル１７〜１９に保持されたウェーハＷを研削するものであり、壁部２２においてＺ軸方向に配設された一対のガイドレール４１にガイドされ、かつモータ４２の駆動により上下動する支持部４３に支持され、支持部４３の上下動に伴ってＺ軸方向に上下動するように構成されている。研削手段４０は、回転可能に支持されたスピンドル４４ａを回転させるモータ４４と、スピンドル４４ａの先端にホイールマウント４５を介して装着されてウェーハＷの裏面を研削する研削ホイール４６とを備えている。研削ホイール４６は、その下面に円環状に固着された仕上げ研削用の研削砥石４７を備えている。つまり、研削手段４０は、研削手段３０と基本構成は同一であり、研削砥石３７，４７の種類のみが異なる構成とされている。

仕上げ研削は、研削ホイール４６がモータ４４によりスピンドル４４ａが回転することで回転し、かつＺ軸方向の下方に研削送りされることで、回転する研削砥石４７がウェーハＷの裏面に接触することにより、チャックテーブル１７に保持され研削手段４０の直下に位置づけられたウェーハＷの裏面を研削することで行われる。ここで、チャックテーブル１７に保持されウェーハＷの仕上げ研削が終了すると、ターンテーブル２０が反時計方向に所定角度だけ回転することにより、図１に示す初期位置に戻される。この位置で、裏面が仕上げ研削されたウェーハＷは、搬送手段１６によって洗浄手段５１に搬送され、洗浄により研削屑が除去された後に、第二のカセット１２に搬出入手段１３の搬入動作によって搬入される。なお、洗浄手段５２は、仕上げ研削されたウェーハＷが搬送手段１６によって取り上げられて空き状態となったチャックテーブル１７の洗浄を行う。なお、他のチャックテーブル１８，１９に保持されたウェーハＷに対する粗研削、仕上げ研削、他のチャックテーブル１８，１９に対するウェーハＷの搬出入等もターンテーブル２０の回転位置に応じて同様に行われる。

ここで、研削砥石３７，４７は、ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物とを含む。ダイヤモンド砥粒とは、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、金属被覆合成ダイヤモンドの少なくともいずれか１以上である。また、ホウ素化合物とは、Ｂ４Ｃ（炭化ホウ素）、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）およびＨＢＮ（六方晶窒化ホウ素）の少なくともいずれか１以上である。研削砥石３７，４７は、ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物とをビトリファインドボンド、レジンボンドおよびメタルボンドのいずれかで混練して焼結、またはニッケルメッキにより固定して構成されている。ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物との体積比は、１：１〜１：３である。

ホウ素化合物の平均粒径をＸ〔μｍ〕、ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙ〔μｍ〕とした場合に、研削砥石３７，４７におけるホウ素化合物のダイヤモンド砥粒に対する平均粒径比Ｚ（＝Ｘ／Ｙ）は、０．８≦Ｚ≦３．０である。ここで、平均粒径比Ｚを０．８以上とするのは、０．８未満であると、ホウ素化合物が研削砥石３７，４７を脆くする構造材（フィラー）としての機能や役割が大きくなるためである。一方、平均粒径比Ｚを３．０以下とするのは、３．０を超えると、主砥粒であるダイヤモンド砥粒が砥粒としての機能よりも構造材としての機能・役割が大きくなり、研削加工に寄与しにくくなるためである。また、ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙは、０μｍ＜Ｙ≦５０μｍである。ここで、ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙを５０μｍ以下とするのは、電子デバイスが形成されたウェーハＷの研削加工用途としては、平均粒径Ｙが５０μｍ以下のダイヤモンド砥粒を用いるのが適当であるためである。

本実施形態における被加工物であるウェーハＷとして、例えば、Ｓｉを含むＳｉウェーハ（シリコンウェーハ）が対象である場合、研削砥石３７におけるダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、粗研削用の研削砥石として仕上げ研削用の研削砥石よりも平均粒径が大きくなるように、２０μｍ≦Ｘ≦５０μｍであることが好ましい。また、研削砥石４７におけるダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、仕上げ研削用の研削砥石として粗研削用の研削砥石よりも平均粒径が小さくなるように、０．５μｍ≦Ｘ≦１μｍであることが好ましい。

以上のように、ホウ素化合物のダイヤモンド砥粒に対する平均粒径比Ｚを０．８≦Ｚ≦３．０とし、ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙを０μｍ＜Ｙ≦５０μｍとすることで、ウェーハＷを研削する際に、ホウ素化合物の固体潤滑性の特性が効果的に作用し、研削砥石３７，４７の加工負荷を低減することができる。従って、研削砥石３７，４７の加工負荷を低減することで、研削砥石３７，４７により１枚のウェーハＷを研削する際の研削砥石３７，４７の消耗量を低減することができることとなり、結果として長寿命化を図ることができる。また、ホウ素化合物は、熱伝導率が高く、特に、ＣＢＮおよびＨＢＮは熱伝導率が高い。従って、研削砥石３７，４７による被加工物の研削加工時に加工点からの放熱性を向上することができる。これらにより、研削装置１０における研削砥石３７，４７の消耗度合いも低く抑えられるので、交換頻度を低減することができ、研削装置１０における研削加工全体としての生産性を向上することができる。

以下に、従来の研削砥石と、本発明にかかる研削砥石との比較を行った。図２〜図４は、実施形態に係る研削砥石による研削加工結果を示す図である。図２および図４において、縦軸は研削砥石を回転させるモータに供給される電流値〔Ａ〕、横軸はウェーハＷ１枚当たりの加工時間〔ｓｅｃ〕である。図３において縦軸は消耗量〔μｍ〕、横軸は加工したウェーハＷ枚数であり、各点は各ウェーハＷの研削加工終了時における消耗量である。

従来の研削砥石（以下、「従来品」）および本発明にかかる研削砥石（以下、「本発明品１〜４」）は、ともに粗研削用の研削砥石であり、「本発明品１〜４」が実施形態における研削砥石３７である。「従来品」は、ホウ素化合物が含まれておらずダイヤモンド砥粒のみが含まれており、ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙは２０μｍである。「本発明品１〜４」は、ホウ素化合物がＣＢＮであり、ビトリファイドボンドによりダイヤモンド砥粒と混練して焼結したものである。「本発明品１」は、ホウ素化合物の平均粒径Ｘおよびダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙが２０μｍ、平均粒径比Ｚが１、ホウ素化合物とダイヤモンド砥粒との体積比が１である。「本発明品２」は、ホウ素化合物の平均粒径Ｘが３０μｍおよびダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙが２０μｍ、平均粒径比Ｚが１．５、ホウ素化合物とダイヤモンド砥粒との体積比が１である。「本発明品３」は、ホウ素化合物の平均粒径Ｘが４５μｍおよびダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙが２０μｍ、平均粒径比Ｚが２．２５、ホウ素化合物とダイヤモンド砥粒との体積比が１である。「本発明品４」は、ホウ素化合物の平均粒径Ｘが５０μｍおよびダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｙが２０μｍ、平均粒径比Ｚが２．５、ホウ素化合物とダイヤモンド砥粒との体積比が１である。「従来品」および「本発明品１〜４」が研削する被加工物であるウェーハＷは、表面に形成される酸化膜（ＳｉＯ２で約６００ｎｍ）が存在するＳｉウェーハであり、複数枚のウェーハＷに対して研削加工を行った。

「従来品」および「本発明品１」によるウェーハＷの研削加工は、図２に示すように、「従来品」および「本発明品１」による１枚目のウェーハＷの研削結果をＱＳ１，ＰＳ１とし、２枚目のウェーハＷの研削結果をＱＳ２，ＰＳ２とし、３枚目のウェーハＷの研削結果をＱＳ３，ＰＳ３とする。「従来品」による研削加工（同図に示すＱＳ１〜３）では、研削するウェーハＷの枚数に拘わらず、研削開始時に顕著なピークはなく、全体として均一な電流値となっている。一方、「本発明品１」による研削加工（同図に示すＰＳ１〜３）では、研削するウェーハＷの枚数に拘わらず、研削開始時に、「従来品」の研削開始時の電流値を超えるピークが発生するがその後、「従来品」の研削加工における電流値よりも著しく低い電流値で研削加工が行われている。「本発明品１（本発明品２〜４も同様）」においては、研削開始時にウェーハＷの表面に形成された自然酸化膜（ＳｉＯ_２）を研削しているために、研削負荷を示す電流値として「従来品」よりも大きなピーク値を示すが、酸化膜を除去した後、急激に減少する。つまり、全体的に研削負荷が大きく減少している。

「本発明品１」は、「従来品」よりもウェーハＷを１枚研削加工する際の電流値が低いので、図３に示すように、ウェーハＷ１枚当たりの消耗量が著しく低減している。結果として、複数枚のウェーハＷを研削する場合における「本発明品１」の消耗量の勾配（同図に示すＰＳ）は、「従来品」の消耗量の勾配（同図に示すＱＳ）よりも著しく緩い。結果として、「本発明品１」は、「従来品」よりも加工負荷が低減していることで、消耗量が「従来品」よりも低減しており、「従来品」よりも長寿命化となっている。

「従来品」および「本発明品１〜４」によるウェーハＷの研削加工は、図４に示すように、「従来品」による所定枚数目のウェーハＷの研削結果をＱＳ４，「本発明品１」による所定枚数目のウェーハＷの研削結果をＰＳ４とし、「本発明品２」による所定枚数目のウェーハＷの研削結果をＰＳ５とし、「本発明品３」による所定枚数目のウェーハＷの研削結果をＰＳ６とし、「本発明品４」による所定枚数目のウェーハＷの研削結果をＰＳ７とする。「従来品」による研削加工（同図に示すＱＳ４）では、酸化膜の研削開始時に顕著なピークはなく、全体として一様な電流値（１５〜１６アンペアで推移する）となっている。一方、「本発明品１」による研削加工（同図に示すＰＳ４）では、研削開始時に、「従来品」の研削開始時の電流値を超えるピーク（約１５アンペア）が発生するがその後、「従来品」の研削加工における電流値よりも著しく低い電流値（１２〜１３アンペア）で研削加工が行われている。また、「本発明品２」による研削加工（同図に示すＰＳ５）では、研削開始時に、「従来品」および「本発明品１」の研削開始時の電流値を超えるピーク（約１６アンペア）が発生するがその後、「従来品」の研削加工における電流値よりも著しく低く、かつ「本発明品１」と同等の電流値（約１２アンペア）で研削加工が行われている。また、「本発明品３」による研削加工（同図に示すＰＳ６）では、研削開始時に、「従来品」および「本発明品１，２」の研削開始時の電流値を超えるピーク（約１８アンペア）が発生するがその後、「従来品」の研削加工における電流値よりも著しく低く、かつ「本発明品１，２」と同等の電流値（約１２アンペア）で研削加工が行われている。また、「本発明品４」による研削加工（同図に示すＰＳ７）では、研削開始時に、「従来品」および「本発明品１〜３」の研削開始時の電流値を超えるピーク（約１８アンペア）が発生するがその後、「従来品」の研削加工における電流値よりも著しく低く、かつ「本発明品１〜３」と同等の電流値で研削加工が行われている。本発明品１〜４においては、研削開始時（酸化膜を研削する際）に９アンペアからそれぞれ上述した電流値ピークに上昇して、その後電流値は１２〜１３アンペアに減少してＳｉウェーハの研削が行われる。従来品に比べて酸化膜突破後の研削負荷が大幅に小さくなっていることを示している。

「本発明品１〜４」は、「従来品」よりもウェーハＷを１枚研削加工する際の電流値が小さいので、「従来品」よりも複数枚のウェーハＷを研削する場合における加工負荷が低減していることで、消耗量が「従来品」よりも低減しており、「従来品」よりも長寿命化となっている。特に、「本発明品１，２」は、「本発明品３，４」と比較して、研削開始時におけるピークが低く、被加工物であるウェーハＷとしてＳｉウェーハを研削する際に適している。これにより、被加工物がＳｉウェーハである場合は、平均粒径比Ｚが０．８≦Ｚ≦２．０であることが好ましい。また、図４に示す電流値は、研削装置により大小するものであり、一般に低加工負荷及び研削装置への適用という観点からは、ピーク電流値は小さい方がより好ましい。つまり、「本発明品３」又は「本発明品４」に比べ「本発明品１」、「本発明品２」の方がより好ましい。

上記実施形態では、被加工物として酸化膜が表面に形成されたＳｉウェーハを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、被加工物であるウェーハＷは、ＳｉＣを含むＳｉＣウェーハであってもよい。この場合は、研削砥石３７におけるダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、粗研削用の研削砥石として仕上げ研削用の研削砥石よりも平均粒径が大きくなるように、３μｍ≦Ｘ≦１０μｍであることが好ましい。また、研削砥石４７におけるダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、仕上げ研削用の研削砥石として粗研削用の研削砥石よりも平均粒径が小さくなるように、０．５μｍ≦Ｘ≦１μｍであることが好ましい。さらに、平均粒径比Ｚが１．０≦Ｚ≦２．０であることが好ましい。

例えば、被加工物であるウェーハＷは、ミラーＳｉウェーハであってもよい。図５は、実施形態に係る研削砥石による研削加工結果を示す図である。図５において、縦軸は研削砥石を回転させるモータに供給される電流値〔Ａ〕、横軸はウェーハＷ１枚当たりの加工時間〔ｓｅｃ〕である。同図は、「従来品」および「本発明品１」によりミラーＳｉウェーハに対して研削加工を行ったものである。ここで、ミラーＳｉウェーハとは、Ｓｉウェーハの表面に対して鏡面加工を行ったものであり、表面に酸化膜が形成されていないか、あるいは、図２〜図４に示すＳｉウェーハに比べて薄く酸化膜が形成されたウェーハである。同図に示すように、「従来品」および「本発明品１」による１枚目のウェーハＷの研削結果をＱＭ１，ＰＭ１とし、２枚目のウェーハＷの研削結果をＱＭ２，ＰＭ２とする。「従来品」による研削加工（同図に示すＱＭ１，２）では、研削するウェーハＷの枚数に拘わらず、研削開始時に顕著なピークはなく、全体として均一な電流値（最大電流は約１８アンペアで推移する）となっている。一方、「本発明品１」による研削加工（同図に示すＰＭ１，２）では、研削するウェーハＷの枚数に拘わらず、研削開始時に、電流値のピークが発生することなく、「従来品」の研削加工における電流値よりも低い電流値（最大電流は約１６アンペアで推移する）で研削加工が行われている。ミラーＳｉウェーハもＳｉを主成分とするものであり、図２〜４におけるＳｉウェーハにおいてシリコン酸化膜を除去し終えた後のＳｉウェーハと同様の研削挙動を示すと考えられ、Ｓｉウェーハの研削加工において効果が認められた「本発明品２」〜「本発明品４」の研削砥石３７もミラーＳｉウェーハにおいても同様に効果を奏する。

「本発明品１」は、「従来品」よりもウェーハＷを１枚研削加工する際の電流値が低いので、ミラーＳｉウェーハを研削加工する場合においても、「従来品」よりもウェーハＷを研削する場合における加工負荷が低減していることで、消耗量が「従来品」よりも低減しており、「従来品」よりも長寿命化となっている。また、ホウ素化合物は、熱伝導率が高いため、研削砥石３７，４７による被加工物の研削加工時に加工点からの放熱性を向上することができるため、被加工物がミラーＳｉウェーハである場合にも、研削時に発生する熱を考慮して研削速度を低下させることを抑制することができる。これらにより、生産性を向上することができる。

１０ 研削装置
１１ 第一のカセット
１２ 第二のカセット
１３ 搬出入手段
１５，１６ 搬送手段
１７〜１９ チャックテーブル
２０ ターンテーブル
３０，４０ 研削手段
３７，４７ 研削砥石

Claims (2)

1. ダイヤモンド砥粒と、ホウ素化合物を含み、被加工物を研削する研削砥石であって、
   前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、０μｍ＜Ｙ≦５０μｍであり、
   前記ホウ素化合物の前記ダイヤモンド砥粒に対する平均粒径比Ｚが０．８≦Ｚ≦３．０である、
   ことを特徴とする研削砥石。
2. 請求項１に記載の研削砥石において、前記被加工物は、Ｓｉウェーハであり、前記平均粒径比Ｚが０．８≦Ｚ≦２．０である、
   研削砥石。

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