JP2018039091A - 研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の矩形側面を短時間で効率よく研磨することができる研磨方法を提供すること。【解決手段】保持手段の保持面に保持された矩形ワークＷ２の矩形形状の矩形側面Ｗ２ａを研磨する研磨方法である。矩形ワークＷ２は、矩形側面Ｗ２ａが保持手段外周縁から突出して保持面に保持される。研磨ホイール５２３は、円環状の研磨面５２４ａを有する研磨砥石５２４を備え、研磨砥石５２４は、矩形ワークＷ２の矩形側面Ｗ２ａ全面を収容する内径に形成される。矩形側面Ｗ２ａを研磨するときに、研磨ホイール５２３が矩形側面Ｗ２ａの上辺側から垂直方向に移動され、矩形側面Ｗ２ａ全面が研磨砥石５２４の内径に収容される位置まで移動して研磨する。【選択図】図７

Description

本発明は、円環状の研磨砥石を回転して被加工物の矩形側面を研磨する研磨方法に関する。

試験片となるチップとしては、例えばウエーハ形状に形成されたアルチック（アルミナ・チタン・カーバイト複合セラミックス）基板を所定寸法に切断分割したものが用いられる。かかるアルチック基板は、その硬度がビッカース硬度で略２０００と高いため、ダイヤモンド砥粒をボンド剤で固めた切削ブレードによって所定寸法のチップに切断加工される。切断加工されたチップを試験片として利用する場合、切断加工によって形成された側面の面粗さを数十ｎｍ以下の面精度にするよう要求される場合がある。このような面精度を実現するため、例えば特許文献１に開示されるように、チップを被加工物として切断面となる側面を研磨する加工方法が提案されている。

特許文献１の加工方法では、スピンドルに回転可能に装着された環状の研磨ホイールが用いられている。特許文献１では、回転する研磨ホイールの研磨面をチップの側面に作用させて研磨している。この研磨においては、研磨ホイールとチップとの相対移動方向が、チップの幅方向、言い換えると、チップにおける側面の形成縁のうち厚さ方向に直交する方向に設定されている。

特開２００１−２７７１１０号公報

しかしながら、特許文献１の加工方法では、チップの幅方向寸法が大きくなると、研磨時の研磨ホイールとチップとの相対移動量も大きくなり、チップの側面を研磨する時間が長くなる、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、被加工物の矩形側面を効率よく研磨することができる研磨方法を提供することを目的とする。

本発明の研磨方法は、被加工物を保持する水平な保持面を有する保持手段と、先端に加工工具を保持面に平行な回転軸心で回転可能に装着するスピンドルを備えた加工手段と、保持手段と加工手段とを相対的に接近及び離間する方向に移動させる移動手段と、を備える加工装置を用い、スピンドルに研磨工具を装着して保持手段の保持面に保持された被加工物の矩形形状の矩形側面を研磨する研磨方法であって、被加工物は、保持手段の保持面に矩形側面が保持手段外周縁から突出して保持され、研磨工具は、回転軸心を中心とした所定の円周上に円環状の研磨面を有する研磨砥石を備え、円環状の研磨砥石は、被加工物の矩形側面全面を収容する内径に形成されており、研磨工具は、回転軸心を保持手段の保持面に対して垂直方向に且つ、被加工物の矩形側面の上辺側から矩形側面全面が研磨砥石の内径に収容される位置に相対的に移動して、矩形側面を研磨することを特徴とする。

この構成によれば、円環状となる研磨砥石の内側に被加工物の矩形側面全面が収容されるよう研磨するので、保持手段の保持面に対し垂直となる被加工物の厚さ方向に、研磨工具を相対移動して矩形側面を研磨することができる。これにより、従来のように被加工物の矩形側面の幅方向に相対移動して研磨する場合に比べ、相対移動量を小さくでき、研磨時間の短縮化を図ることができる。

本発明によれば、被加工物の厚さ方向に研磨工具を相対移動して被加工物の矩形側面を研磨できるので、矩形側面を短時間で効率よく研磨することができる。

本実施の形態に係る加工装置の概略斜視図である。 加工装置の要部概略斜視図である。 保持手段の要部概略斜視図である。 複合工具をスピンドルに装着した状態を示す概略斜視図である。 本実施の形態の切断工程を示す説明図である。 本実施の形態の研磨工程を示す説明図である。 本実施の形態の研磨工程を示す説明図である。 比較例における研磨方法を示す説明図である。 変形例の研磨工程を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の研磨方法に用いられる加工装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る加工装置の概略斜視図である。図２は、本実施の形態に係る加工装置の要部概略斜視図である。なお、本実施の形態に係る加工装置は、図１乃至図４に示す構成に限定されない。加工装置は、後述するように被加工物の側面を研磨可能であれば、構成を変更してもよい。

図１に示すように、加工装置１０は、加工工具として切削工具と研磨工具とを兼ね備えた複合工具５２が装着されてチャックテーブル３１上に保持された被加工物を加工するように構成されている。ここで、被加工物としては、ウエーハ形状に形成されたビッカース硬度が略２０００のアルチック円盤基板Ｗ１及びアルチック円盤基板Ｗ１から形成される矩形ワークＷ２を例示できる。アルチック円盤基板Ｗ１には複数の切断ライン（不図示）が形成される。加工装置１０は、フレームＦにテープＴによって装着されたアルチック円盤基板Ｗ１を切断ラインに沿って切断して矩形形状の矩形ワークＷ２を形成し、矩形ワークＷ２の側面を研磨する。

加工装置１０は、略直方体状のハウジング１１を具備している。ハウジング１１には、図２に示す基台２、チャックテーブル３１、チャックテーブル移動機構４、加工手段５、加工手段移動機構（移動手段）６が設けられている。

チャックテーブル３１は保持手段３を構成するものであり、チャックテーブル３１の上面には、ポーラスセラミックス材により吸着面３１１が水平に形成されている。吸着面３１１は、チャックテーブル３１内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されており、吸着面３１１上に生じる負圧によってアルチック円盤基板Ｗ１が吸着保持される。

図３は、保持手段の要部概略斜視図である。図３に示すように、保持手段３は、チャックテーブル３１上に着脱可能な被加工物保持部３２（図１及び図２では不図示）を更に備えている。被加工物保持部３２は、基板３２１と、基板３２１上に配設された第１固定部材３２２及び第２固定部材３２３とを具備している。基板３２１は、チャックテーブル３１に吸着保持或いは不図示の固定手段を介して装着される。なお、基板３２１の形状は、特に限定されるものでなく、矩形状とする他、円形に形成してチャックテーブル３１と同一形状にしてもよい。

第１固定部材３２２は直方体状に形成され、その上面に矩形ワークＷ２の下面を吸着保持する水平な保持面３２２ａを有している。保持面３２２ａには、吸引口（不図示）が開口するよう設けられ、この吸引口は吸着面３１１或いは図示しない吸引手段に接続され、保持面３２２ａに生じる負圧によって矩形ワークＷ２が吸着保持される。

第２固定部材３２３は直方体状に形成され、不図示のエアシリンダ等からなる移動手段を介して第１固定部材３２２と相対移動可能に設けられている。第２固定部材３２３は、第１固定部材３２２と並んで配置された状態で、第１固定部材３２２に吸着保持された矩形ワークＷ２の側面を吸着保持する保持面３２３ａを側面に有している。保持面３２３ａには、吸引口（不図示）が開口するよう設けられ、この吸引口も吸着面３１１或いは図示しない吸引手段に接続され、保持面３２３ａに生じる負圧によって矩形ワークＷ２が吸着保持される。

図２に戻り、チャックテーブル移動機構４は、基台２上に設けられてチャックテーブル３１をＸ方向に移動する。チャックテーブル移動機構４は、基台２上に配置されたＸ方向に平行な一対のガイドレール４１と、一対のガイドレール４１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル４２とを有している。Ｘ軸テーブル４２の上部には、θテーブル４３を介してチャックテーブル３１が回転可能に設けられている。Ｘ軸テーブル４２の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ４４が螺合されている。そして、ボールネジ４４の一端部に連結された駆動モータ４５が回転駆動されることで、チャックテーブル３１がガイドレール４１に沿ってＸ方向に移動される。

加工手段５は、スピンドル５１の先端に複合工具５２を装着して構成される。スピンドル５１は、Ｙ方向に延在するスピンドルハウジング５３内にて、図示しない回転駆動機構によって回転駆動されて複合工具５２を回転させる。スピンドル５１の回転軸心は、Ｙ方向に向けられており、上述した水平な保持面３２２ａ（図３参照）と平行となっている。

次に、複合工具５２について、図４を参照して説明する。図４は、複合工具をスピンドルに装着した状態を示す斜視図である。複合工具５２は、円筒状の基台（ハブ）５２１と、基台５２１の片側面外周部に設けられた環状の切断ブレード５２２と、基台５２１の他側面に設けられた環状の研磨ホイール（研磨工具）５２３とからなっている。このように構成された複合工具５２は、スピンドル５１に取り付けられたマウンター５４に基台５２１を嵌合し、マウンター５４の端部外周面に形成されたネジに締付ナット５５を螺合することにより、スピンドル５１に装着される。切削ブレード５２２としては、例えば、ダイヤモンド砥粒を電鋳ボンドで固めて円形にした電鋳ブレードが選択される。

研磨ホイール５２３は、円環状に配設された多数の研削砥石５２４を備え、研削砥石５２４としては、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで結合したレジンボンド砥石等が用いられる。研削砥石５２４は、その先端側にてスピンドル５１の回転軸心を中心とした円周上に円環状の研磨面５２４ａを有する。ここで、図７に示すように円環状の研磨砥石５２４の内径寸法Ｄは、被加工物となる矩形ワークＷ２の矩形側面Ｗ２ａの幅より大きく形成されている。従って、研磨砥石５２４は矩形側面Ｗ２ａ全面を収容する内径に形成される。

図２に戻り、加工手段移動機構６は、基台２上に設けられて加工手段５をチャックテーブル３１の上方でＹ方向及びＺ方向に移動させ、チャックテーブル３１と加工手段５とを相対的に接近及び離間する方向に移動させる。加工手段移動機構６は、基台２上に配置されたＹ方向に平行な一対のガイドレール６１と、一対のガイドレール６１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＹ軸テーブル６２とを有している。Ｙ軸テーブル６２は上面視矩形状に形成されており、このＹ軸テーブル６２の上面には側壁部６３が立設されている。

また、切削手段移動機構６は、側壁部６３の壁面に設置されたＺ方向に平行な一対のガイドレール６４（１つのみ図示）と、一対のガイドレール６４にスライド可能に設置されたＺ軸テーブル６５とを有している。Ｙ軸テーブル６２、Ｚ軸テーブル６５の背面側には、それぞれ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６６、６７が螺合されている。そして、ボールネジ６６、６７の一端部に連結された駆動モータ６８、６９が回転駆動されることで、加工手段５がガイドレール６１、６４に沿ってＹ方向及びＺ方向に移動される。

図１に戻り、加工装置１０は、アルチック円盤基板Ｗ１を切断する際に、アルチック円盤基板Ｗ１をストックするカセット１２と、被加工物搬出手段１３と、被加工物搬送手段１４と、洗浄手段１５と、洗浄搬送手段１６と、顕微鏡やＣＣＤカメラ等で構成されるアライメント手段１７とを具備している。なお、アルチック円盤基板Ｗ１は、フレームＦに装着された状態でカセット１２に収容される。また、カセット１２は、図示しない昇降手段によって上下に移動可能に配設されたカセットテーブル１２１上に載置される。

次に、本実施の形態における加工装置１０によって、アルチック円盤基板Ｗ１から矩形ワークＷ２に切断する加工処理動作について説明する。ここでは、フレームＦに装着された状態のアルチック円盤基板Ｗ１（以下、フレームＦに装着された状態のアルチック円盤基板Ｗ１を単にアルチック円盤基板Ｗ１という）はカセット１２の所定位置に収容される。収容されたアルチック円盤基板Ｗ１は、被加工物搬出手段１３及び被加工物搬送手段１４を介してチャックテーブル３１上に搬送されて吸引保持される。その後、チャックテーブル３１がアライメント手段１７の直下に位置付けられ、アライメント手段１７によってアルチック円盤基板Ｗ１に形成されている切断ラインが検出されて位置合わせされる。

かかる位置合わせ後に、複合工具５２の切断ブレード５２２は割り出し方向であるＹ方向及び切り込み方向であるＺ方向に移動調整されて位置決めされ、複合工具５２が回転駆動される。この状態で、チャックテーブル３１が切削送り方向であるＸ方向に移動され、チャックテーブル３１に保持されたアルチック円盤基板Ｗ１が複合工具５２の切断ブレード５２２によって所定の切断ラインに沿って切断される。上記のように切断ラインに沿って切断する毎に、複合工具５２がＹ方向に割り出し送りして切断が繰り返され、アルチック円盤基板Ｗ１にてＸ方向に延びる切断ライン全てが切断されたら、チャックテーブル３１が９０°回転される。この回転後、Ｘ方向に延びるそれぞれの切断ラインに沿って上記と同様に切断が行われ、アルチック円盤基板Ｗ１から複数の矩形ワークＷ２（図３参照）が分割して形成される。分割された矩形ワークＷ２は、テープＴの作用によってバラバラにはならず、フレームＦに装着されたアルチック円盤基板Ｗ１の状態が維持される。

アルチック円盤基板Ｗ１の切断が終了した後、アルチック円盤基板Ｗ１が洗浄搬送手段１６によって洗浄手段１５に搬送されて洗浄される。そして、洗浄後、被加工物搬出手段１３及び被加工物搬送手段１４を介してアルチック円盤基板Ｗ１が搬送されてカセット１２の所定位置に収納される。その後、フレームＦに装着されたテープＴから矩形ワークＷ２を取り剥がすことによって矩形ワークＷ２が得られる。

続いて、本実施の形態における加工装置１０によって、矩形ワークＷ２における矩形形状をなす矩形側面Ｗ２ａ（図５参照）を研磨する研磨方法について説明する。

先ず、図３に示すように、矩形ワークＷ２を保持手段３にて保持させる保持工程が実施される。この保持工程では、チャックテーブル３１に被加工物保持部３２の基板３２１が装着される。この装着によってチャックテーブル３１の吸着面３１１と、第１固定部材３２２の保持面３２２ａ及び第２固定部材３２３の保持面３２３ａとが連通し、各保持面３２２ａ、３２３ａにて負圧が生じるようになる。続いて、矩形ワークＷ２の下面が第１固定部材３２２の保持面３２２ａに載置されて吸着保持されつつ、矩形ワークＷ２の図３中左側の側面が第２固定部材３２３の保持面３２３ａに接触して吸着保持される。このとき、第１固定部材３２２の外周縁から矩形ワークＷ２が図３中左側に突出して保持されるようになる。

図５は、本実施の形態における切断工程の説明図である。図５に示すように、保持工程の後には切断工程が実施される。切断工程では、複合工具５２の切断ブレード５２２がＹ方向及びＺ方向に移動調整されて矩形ワークＷ２の切断位置に位置決めされ、複合工具５２が回転駆動される。この状態で、チャックテーブル３１上で各固定部材３２２、３２３を介して保持された矩形ワークＷ２がＸ方向に移動される。これにより、各固定部材３２２、３２３に保持された矩形ワークＷ２における第１固定部材３２２の外縁から突出した部分が複合工具５２の切断ブレード５２２によって切断される。

この切断にて、切断ブレード５２２の図５中右側に位置する切断面が矩形形状をなす矩形側面Ｗ２ａとして形成される。また、切断工程での切断により矩形ワークＷ２において第２固定部材３２３側に切り離された部分は棒状部分Ｗ３となり、棒状部分Ｗ３は、第２固定部材３２３に吸着されたまま第２固定部材３２３と共に第１固定部材３２２から離れた位置に移動して退避される。

図６及び図７は、本実施の形態における研磨工程の説明図である。図６に示すように、切断工程の後に実施される研磨工程では、複合工具５２が矩形ワークＷ２の上方に位置するようにＺ方向に位置付けられる。また、Ｙ方向にて、研磨砥石５２４の研磨面５２４ａが矩形ワークＷ２の矩形側面Ｗ２ａに作用するように矩形ワークＷ２が移動されて位置付けられる。更に、図７に示すように、Ｘ方向にて、円環状の研磨ホイール５２３の中心位置Ｏ１に対し、矩形ワークＷ２における矩形側面Ｗ２ａの幅方向（Ｘ方向）中心位置Ｏ２が一致するよう位置付けられる。

このように位置付けた状態で、第１固定部材３２２の保持面３２２ａに対して垂直方向（Ｚ方向）に複合工具５２を下降し、研磨砥石５２４を矩形ワークＷ２に対して相対的に移動させる。すると、研磨砥石５２４が矩形ワークＷ２の矩形側面Ｗ２ａの上辺側から、矩形側面Ｗ２ａ全面が図７中二点鎖線で示す研磨砥石５２４の内径に収容される位置に移動される。この移動中に矩形側面Ｗ２ａが回転する研磨面５２４ａに接触しながら通過して研磨される。この研磨によって矩形側面Ｗ２ａの面粗さが所定の精度になり、矩形側面Ｗ２ａ全面が研磨砥石５２４の内側に収まった状態で複合工具５２の下降が停止される。

このように研磨した後、矩形ワークＷ２から研磨砥石５２４を離すようにＹ方向に移動させてから、研磨ホイール５２３を上方に移動させた後、第１固定部材３２２による吸着が解除されて矩形ワークＷ２が得られるようになる。

本実施の形態の研磨工程において、矩形側面Ｗ２ａを研磨する直前から研磨完了直後までの研磨砥石５２４の移動量は、図７に示す移動量Ｌ１となり、研磨砥石５２４の内周半径より小さくなる。ここで、本実施の形態の移動量Ｌ１を比較して説明するために、比較例として図８に示す研磨方法を検討する。

図８は、比較例における研磨方法の説明図である。図８にて、上記実施の形態と同一となる構成については、便宜上同じ符号を付している。比較例においては、上記実施の形態に対し、矩形側面Ｗ２ａを研磨するときの研磨砥石５２４の移動方向を変更している。比較例での研磨砥石５２４の移動方向は、矩形側面Ｗ２ａの幅方向、言い換えると、矩形側面Ｗ２ａにて厚さ方向に直交する辺が延出する方向（Ｘ方向）に設定されている。また、研磨時において、研磨砥石５２４のＺ方向の位置は、矩形側面Ｗ２ａの下面より研磨砥石５２４の内周最下部が若干高くなる位置に設定されている。このとき、矩形側面Ｗ２ａを研磨する直前から研磨完了直後までの研磨砥石５２４の移動量は、図８に示す移動量Ｌ２となり、研磨砥石５２４の外周直径より大きくなる。

以上のように、本実施の形態と比較例とを比べると、本実施の形態の方が矩形側面Ｗ２ａを研磨するための研磨砥石５２４の移動量が小さくなることが理解できる。従って、実施の形態のように矩形ワークＷ２の厚さ方向に研磨砥石５２４を移動して研磨した方が研磨時間を短縮でき、効率よく研磨工程を実施することができる。

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、方向などについては、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、上記実施の形態では複合工具５２を用いた場合を説明したが、これに代えて、研磨ホイール５２３だけを備えた研磨工具を用いて研磨を実施してもよい。

また、研磨加工時に、矩形ワークＷ２に対して研磨砥石５２４を移動する方向は上方向としてもよい。この場合、図７中二点鎖線で示すＸ方向及びＺ方向の位置に研磨砥石５２４が位置付けられてから、Ｙ方向にて、研磨砥石５２４の研磨面５２４ａが矩形ワークＷ２の矩形側面Ｗ２ａに作用するように矩形ワークＷ２が移動されて位置付けられる。この状態から、図７の実線で示す位置まで研磨砥石５２４を上方に移動することで、矩形側面Ｗ２ａが研磨される。

また、上記実施の形態では、研磨する被加工物を矩形ワークＷ２としたが、これに代えて棒状部分Ｗ３（図５参照）を被加工物とし、棒状部分Ｗ３の切断面を矩形形状となる矩形側面として研磨してもよい。この場合、棒状部分Ｗ３は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように保持して研磨される。図９は、変形例における研磨工程の説明図であり、図９Ａは研磨中、図９Ｂは研磨直後の状態を示す。変形例では、棒状部分Ｗ３は、矩形側面Ｗ３ａの反対側の面がワックス等の接着剤によって板状の治具３５に接着される。そして、棒状部分Ｗ３が接着された治具３５の下面が第１固定部材３２２の保持面３２２ａに載置されて吸着保持され、第１固定部材３２２の外縁から棒状部分Ｗ３が突出するよう保持される。変形例においても、保持面３２２ａに垂直となるＺ方向の方向に研磨砥石５２４を移動することで、上記実施の形態と同様に矩形側面Ｗ３ａを研磨することができる。

以上説明したように、本発明は、被加工物の矩形側面を短時間で効率よく研磨することができるという効果を有し、特に、難削材等の硬度が高い被加工物の側面を良好な面精度に研磨する研磨方法に有用である。

１０ 加工装置
３ 保持手段
３１ チャックテーブル
３２２ａ 保持面
５ 加工手段
５１ スピンドル
５２ 複合工具（加工工具）
５２３ 研磨ホイール（研磨工具）
５２４ 研削砥石
５２４ａ 研磨面
６ 加工手段移動機構（移動手段）
Ｗ２ 矩形ワーク（被加工物）
Ｗ２ａ 矩形側面
Ｗ３ 棒状部分（被加工物）
Ｗ３ａ 矩形側面

Claims (1)

1. 被加工物を保持する水平な保持面を有する保持手段と、先端に加工工具を該保持面に平行な回転軸心で回転可能に装着するスピンドルを備えた加工手段と、該保持手段と該加工手段とを相対的に接近及び離間する方向に移動させる移動手段と、を備える加工装置を用い、該スピンドルに研磨工具を装着して該保持手段の該保持面に保持された被加工物の矩形形状の矩形側面を研磨する研磨方法であって、
   被加工物は、該保持手段の該保持面に該矩形側面が該保持手段外周縁から突出して保持され、
   該研磨工具は、該回転軸心を中心とした所定の円周上に円環状の研磨面を有する研磨砥石を備え、該円環状の研磨砥石は、被加工物の該矩形側面全面を収容する内径に形成されており、
   該研磨工具は、該回転軸心を該保持手段の該保持面に対して垂直方向に且つ、被加工物の該矩形側面の上辺側から該矩形側面全面が該研磨砥石の内径に収容される位置に相対的に移動して、該矩形側面を研磨することを特徴とする研磨方法。
   

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