JP2017001136A - 研削砥石 - Google Patents

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Abstract

【課題】加工負荷の低減と、長寿命化とのすくなくとも一方を達成可能な研削砥石を提供すること。
【解決手段】ダイヤモンド砥粒と、ホウ素化合物を含み、被加工物を研削する研削砥石３７，４７であって、ダイヤモン砥粒の平均粒径Ｘは、３μｍ≦Ｘ≦１０μｍであり、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が０．８≦Ｚ≦３．０である。この研削砥石３７，４７において、被加工物は、ＳｉＣウエーハであり、平均粒径比Ｚが１．２≦Ｚ≦２．０であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、研削砥石に関する。
半導体製造に用いられる基板を研削するために、ホウ素化合物を添加した研削砥石が用いられている（例えば、特許文献１参照）。ホウ素化合物は、固体潤滑性を有するので、研削加工による加工点での発熱や砥石の消耗を抑える効果がある。
特開２０１２−０５６０１３号公報
しかしながら、特許文献１に示された研削砥石は、硬質基板（例えば、ＳｉＣ基板）を研削する場合、砥石にかかる加工負荷が大きくなるため砥石の消耗量も大きくなり交換頻度が高くなる。また、特許文献１に示された研削砥石は、ガラスなどの熱伝導の悪い材料を研削する場合には、加工して発生した熱の蓄積を抑えるため加工速度を上げることができない。そこで、研削砥石は、加工物の加工特性を良好に保ちつつ、さらに生産性を向上することが求められている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、加工負荷の低減と、長寿命化とのすくなくとも一方を達成可能な研削砥石を提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の研削砥石は、ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物とを含む研削砥石であって、該ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、３μｍ≦Ｘ≦１０μｍであり、該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は、０．８≦Ｚ≦３．０であることを特徴とする。
また、前記研削砥石では、被加工物はＳｉＣウエーハであり、前記平均粒径比Ｚは、１．２≦Ｚ≦２．０であるものとすることができる。
本願発明の研削砥石は、ダイヤモンド砥粒の粒径に対するホウ素化合物の粒径（粒径比）を制御することにより加工品質を高めつつ、研削砥石の加工負荷の低減、放熱性の向上、長寿命化（消耗量を低減）を達成することができる。
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、粗研削用の研削砥石のホウ素化合物の平均粒径に対する消耗率（％）を示す図である。 図３は、粗研削用の研削砥石のホウ素化合物の平均粒径に対する最大研削荷重（Ｎ）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、被加工物であるウエーハ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からウエーハＷを搬出する搬出手段と第二のカセット１２に研削済みのウエーハ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、ウエーハＷの中心位置合わせを行う位置合わせ手段１４と、ウエーハＷを搬送する搬送手段１５，１６と、ウエーハ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に保持されたウエーハ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、研削後のウエーハ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に収容されたウエーハ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、ウエーハ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に保持されたウエーハＷを粗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エーハ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。なお、粗研削とは、ウエーハＷを所望の厚みまで薄化する研削である。
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がウエーハ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エーハ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に保持されウエーハ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、粗研削されたウエーハ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に保持されたウエーハＷを仕上げ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エーハ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。なお、仕上げ研削とは、ウエーハＷを所望の厚みまで薄化するとともに、粗研削によりウエーハＷの裏面に生じた研削条痕を除去する研削である。
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がウエーハ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エーハ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に保持されウエーハ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エーハ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エーハ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に保持されたウエーハ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に対するウエーハ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。
本実施形態における被加工物であるウエーハＷを、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）を含むＳｉＣウエーハとする。ＳｉＣウエーハは、シリコンで構成されたウエーハよりも硬質なものである。
ここで、ＳｉＣウエーハであるウエーハＷに粗研削又は仕上げ研削を行うための研削砥石３７，４７は、ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物とをボンドで結合されて構成される。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ボンドである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Ｙ〔μｍ〕、ダイヤモンド砥粒の平均粒径をＸ〔μｍ〕とした場合に、研削砥石３７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（＝Ｙ／Ｘ）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Ｘは、３μｍ≦Ｘ≦１０μｍである。ここで、ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘを１０μｍ以下とするのは、電子デバイスが形成されたシリコンウエーハよりも硬質なＳｉＣウエーハであるウエーハＷの研削加工用途としては、平均粒径Ｘが１０μｍ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。
本実施形態では、ＳｉＣウエーハであるウエーハＷを粗研削するための研削砥石３７におけるダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、３μｍ≦Ｘ≦１０μｍであることが好ましい。粗研削用の研削砥石３７では、平均粒径Ｘが３μｍを下回るダイヤモンド砥粒を用いると、粗研削にかかる所要時間が長時間化するとともに、研削砥石３７が脆くなるからである。ＳｉＣウエーハであるウエーハＷを仕上げ研削するための研削砥石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であってよい。
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Ｘを３μｍ≦Ｘ≦１０μｍとすることで、ウエーハ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の加工負荷を低減することができる。従って、研削砥石３７の加工負荷を低減することで、研削砥石３７により１枚のウエーハＷを研削する際の研削砥石３７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、研削砥石３７による被加工物の研削加工時に加工点での発熱を抑えることができ、研削速度を速めることができ、生産性を向上することができる。以上より、研削装置１０における研削砥石３７の消耗度合いも低く抑えられ、砥石の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。よって、研削砥石３７は、平均粒径比Ｚが０．８≦Ｚ≦３．０であるので、加工負荷の低減と、長寿命化の少なくとも一方を達成することができる。
また、本実施形態では、ＳｉＣウエーハであるウエーハＷに粗研削を行うための研削砥石３７は、平均粒径比Ｚが１．２≦Ｚ≦３．０であることが好ましい。この場合、研削砥石３７は、研削中の消耗を抑制することができ、長寿命化を達成することができる。
また、本実施形態では、ＳｉＣウエーハであるウエーハＷに粗研削を行うための研削砥石３７は、平均粒径比Ｚが０．８≦Ｚ≦２．０であることが好ましい。この場合、研削砥石３７は、加工負荷の低減を達成することができる。
さらに、本実施形態では、ＳｉＣウエーハであるウエーハＷに粗研削を行うための研削砥石３７は、平均粒径比Ｚが１．２≦Ｚ≦２．０であることが好ましい。この場合、研削砥石３７は、加工負荷の低減と、長寿命化との双方を達成することができる。
次に、本発明の発明者らは、本発明の効果を確認するために、ホウ素化合物の平均粒径の異なる粗研削用の研削砥石３７を製造して、ＳｉＣウエーハであるウエーハＷに粗研削した際の研削砥石３７の消耗率と、最大研削荷重を測定した。結果を、図２及び図３に示す。図２は、粗研削用の研削砥石のホウ素化合物の平均粒径に対する消耗率（％）を示す図であり、図３は、粗研削用の研削砥石のホウ素化合物の平均粒径に対する最大研削荷重（Ｎ）を示す図である。
図２及び図３で用いられた粗研削用の研削砥石３７は、ホウ素化合物としてＣＢＮを用い、ＳｉＯ２を主成分とする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。図２及び図３で用いられた粗研削用の研削砥石３７は、ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘが４μｍ、ホウ素化合物とダイヤモンド砥粒との体積比が１：１であり、ホウ素化合物の平均粒径Ｙを３μｍから２０μｍの間で変化させた。
図２及び図３中の横軸は、ホウ素化合物の平均粒径Ｙ及び平均粒径比Ｚを示す。図２中の縦軸は、研削砥石３７の消耗率である。この消耗率とは、実際の研削量に対する研削砥石３７の消耗量（％）である。図３中の縦軸は、粗研削加工中にかかった荷重の最大値（Ｎ）である。また、図２及び図３では、同一平均粒径Ｙのホウ素化合物の平均粒径Ｙを含んだ粗研削用の研削砥石３７を複数製造し、各研削砥石３７を用いて被加工物としてのＳｉＣウエーハを粗研削した際の消耗率と最大研削荷重を測定した。なお、図２及び図３には、消耗率と最大研削荷重の平均値を点線で示す。
図２によると、平均粒径比Ｚを１．２以上でかつ３．０以下とすることで、平均粒径比Ｚを１．２未満又は３．０を超える値とする場合よりも、研削砥石３７の消耗率を１０％程度以下に抑制できることが明らかとなった。また、図３によると、平均粒径比Ｚを０．８以上でかつ２．０以下とすることで、平均粒径比Ｚを２．０を超える値とする場合よりも、最大研削荷重を抑制（即ち、加工負荷の低減）されることが明らかとなった。さらに、図２によると、平均粒径比Ｚを０．８未満とすると、研削砥石３７の消耗率が大きくなることが明らかとなった。
このように、図２及び図３によると、研削砥石３７は、平均粒径比Ｚを０．８以上でかつ３．０以下とすることで、長寿命化と加工負荷の低減の少なくとも一方を達成することができ、平均粒径比Ｚを１．２以上でかつ２．０以下とすることで、長寿命化と加工負荷の低減との双方を達成することができることが明らかとなった。
なお、前述した実施形態及び実施例では、主に研削砥石３７について記載しているが、本発明は、仕上げ研削用の研削砥石４７に用いても良い。
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 粗研削用の研削砥石
４７ 仕上げ研削用の研削砥石
Ｗ ウエーハ（被加工物）

Claims (2)

  1. ダイヤモンド砥粒とホウ素化合物とを含む研削砥石であって、
    該ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｘは、３μｍ≦Ｘ≦１０μｍであり、
    該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は、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記載の研削砥石において、被加工物はＳｉＣウエーハであり、
    前記平均粒径比Ｚは、１．２≦Ｚ≦２．０である、
    ことを特徴とする研削砥石。
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