JP2019181608A - 研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被研削物が吹き飛ぶことを抑制する研削方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る研削方法は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転可能な第１砥石面１１と、第１中心軸Ｃ１に平行な第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転可能な第２砥石面２１とで被研削物５０を挟み、第１及び第２砥石面１１、２１を回転させることで被研削物５０の両面を研削する研削方法であって、第１砥石面１１のうち、第２砥石面２１と対向する領域に被研削物５０を吸着させるステップと、第１砥石面１１に被研削物５０を吸着させた状態で、回転する第２砥石面２１を第１砥石面１１に近付け、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が所定距離になるまで被研削物５０を研削するステップと、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が所定距離になった後に、第１砥石面１１と被研削物５０との吸着を解除し、第１砥石面１１を回転させるステップと、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、研削方法に関するものである。

特許文献１及び特許文献２には、ウェハの上下に設けられた上砥石及び下砥石がウェハと接触しながら回転することによって、ウェハの両面を研削する研削方法が開示されている。

特開２００３−０４８１５６号公報 特開平０３−１１７５６０号公報

通常、研削前におけるウェハ等の被研削物の表面は、凹凸やうねりを有している。特許文献１及び特許文献２に係る研削方法においては、被研削物の当該表面に、回転した砥石を当接させることで、被研削物を研削する。
一方、砥石の表面も多少の凹凸やうねりを有している。したがって、例えば砥石と被研削物の凸部同士が接触することによって、砥石の回転方向の力が被研削物に伝わってしまい、被研削物が砥石の回転方向に吹き飛ばされてしまうおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、被研削物が吹き飛ぶことを抑制する研削方法を提供するものである。

本発明に係る研削方法は、第１中心軸を回転軸として回転可能な第１砥石面と、前記第１中心軸に平行な第２中心軸を回転軸として回転可能な第２砥石面とで被研削物を挟み、前記第１及び第２砥石面を回転させることで前記被研削物の両面を研削する研削方法であって、前記第１砥石面のうち、前記第２砥石面と対向する領域に前記被研削物を吸着させるステップと、前記第１砥石面に前記被研削物を吸着させた状態で、回転する前記第２砥石面を前記第１砥石面に近付け、前記第１砥石面と前記第２砥石面との距離が所定距離になるまで前記被研削物を研削するステップと、前記第１砥石面と前記第２砥石面との距離が前記所定距離になった後に、前記第１砥石面と前記被研削物との吸着を解除し、前記第１砥石面を回転させるステップと、を備えることを、特徴としたものである。
このような構成においては、被研削物を吸着させた状態で、回転した砥石を被研削物に接触させるため、被研削物が吹き飛ぶことを抑制することができる。

本発明により、被研削物が吹き飛ぶことを抑制する研削方法を提供することができる。

被研削物が載置される際の両面研削装置を示す斜視図である。 被研削物が載置された後の両面研削装置の、切断線ＩＩ−ＩＩでの断面図である。 各回転角における第１砥石面の鉛直位置を示すグラフの例である。 各回転角における第２砥石面の鉛直位置を示すグラフの例である。 被研削物の高低差を表す概略図である。 本発明に係る研削方法のフロー図である。 ステップＳ２の前における両面研削装置の状態を表す断面図である。 ステップＳ２の後における両面研削装置の状態を表す断面図である。 ステップＳ３における両面研削装置の状態を示す断面図である。 ステップＳ４における両面研削装置の状態を示す断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
なお、当然のことながら、図１およびその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

まず、本発明の実施形態に係る両面研削装置１の全体的な構成について、まず図１及び図２を用いて説明する。図１は、被研削物５０が載置される際の両面研削装置１を示す斜視図である。図２は、被研削物５０が載置された後の両面研削装置１の、切断線ＩＩ−ＩＩでの断面図である。

図１に示すように、両面研削装置１は、第１砥石１０と、サンギア１５と、第２砥石２０と、カウンタギア２５と、測定部４０と、キャリアギア５５と、を備える。また、両面研削装置１は、図示しない制御部をさらに備える。両面研削装置１は、キャリアギア５５に保持された被研削物５０の両面を研削する装置である。

第１砥石１０は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転する、円板状の部材である。第１中心軸Ｃ１は、鉛直方向である。第１砥石１０は、図示しない下本体部の上方に配置されている。下本体部は、例えば、中心軸を鉛直方向とした円筒の形状であるが、下本体部の形状は円筒状に限らず、直方体状でもよい。第１砥石１０の上面は、第１砥石面１１である。すなわち、第１砥石面１１は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転可能である。

第１砥石面１１の中心部には、上方に開口した内孔１２が設けられている。内孔１２内には、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転するサンギア１５が、第１砥石１０と同軸に配置されている。

第１砥石面１１には、吸着孔１３が設けられている。吸着孔１３は、第１砥石１０を貫通している。第１砥石面１１の吸着孔１３上には、被研削物５０が載置される。吸着孔１３の内部は、下本体部によって減圧することができる。したがって、吸着孔１３上に載置された被研削物５０は第１砥石面１１に吸着される。なお、吸着孔１３は複数備えられていてもよい。第１砥石１０は、第１砥石面１１上に配置された被研削物５０を研削する。

第２砥石２０は、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する、円板状の部材である。第２中心軸Ｃ２は、第１中心軸Ｃ１と平行であり鉛直方向である。第２砥石２０は、図示しない上本体部の下方に配置されている。上本体部は、例えば、中心軸を鉛直方向とした円筒の形状であるが、上本体部の形状は円筒状に限らず、直方体状でもよい。第２中心軸Ｃ２は、第１中心軸Ｃ１と間隔を空けて配置されている。第２砥石２０の上面は、第２砥石面２１である。すなわち、第２砥石面は、第１中心軸に平行な第２中心軸を回転軸として回転可能に形成されている。

第２砥石面２１の中心部には、下方に開口した内孔２２が設けられている。第２砥石２０がｚ軸下方向に移動すると、内孔２２内にカウンタギア２５が配置されるよう、第２砥石２０が配置されている。すなわち、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転するカウンタギア２５が、第２砥石２０と同軸に配置されている。

図１に示すように、第１砥石１０及び第２砥石２０は、回転軸が間隔を空けて配置されたオフセット配置となっている。第２砥石２０における第２砥石面２１と、第１砥石１０における第１砥石面１１とは、部分的に対向している。第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向する領域を、研削加工領域という。第２砥石２０は、研削加工領域に配置された被研削物５０を研削する。

サンギア１５は、歯車状の部材であり、外周に複数の歯が形成されている。サンギア１５は、第１砥石１０と同軸に、第１砥石１０に設けられた内孔１２内に配置される。ここで、サンギア１５の上面は、第１砥石面１１よりも上方に突出しており、サンギア回転軸１６（図２参照）に接続されている。サンギア回転軸１６も、第１砥石１０の第１中心軸Ｃ１と同軸になるように、配置されている。ｘｙ平面視では、サンギア１５は、第２砥石２０の外側に配置されている。

カウンタギア２５は、歯車状の部材であり、外周に複数の歯が形成されている。カウンタギア２５は、第２砥石２０と同軸に、第２砥石２０に設けられた内孔２２内に配置される。ここで、カウンタギア２５の下面は、第２砥石面２１よりも下方に突出しており、カウンタギア回転軸２６に接続されている。カウンタギア回転軸２６も、第１砥石１０の第１中心軸Ｃ１と同軸になるように、配置されている。ｘｙ平面視では、カウンタギア２５は、第１砥石１０の外側に配置されている。

被研削物５０は、両面研削装置１によって両面を研削される板状の部材である。被研削物５０は、例えば、ウェハである。なお、被研削物５０は、研削される両面を有していれば、ウェハに限らない。
被研削物５０は、第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向する研削加工領域に配置されて研削される。研削時において、被研削物５０の下面５１は、第１砥石１０の第１砥石面１１に当接し、被研削物５０の上面５２は、第２砥石２０の第２砥石面２１に当接する。すなわち、被研削物５０は、第１砥石面１１と第２砥石面２１とで挟まれる。この状態で第２砥石面２１を回転させると、被研削物５０の上面５２は第２砥石面２１により研削される。また、第１砥石面１１を回転させると、被研削物５０の下面５１は第１砥石面１１により研削される。

図１に示すように、キャリアギア５５は、歯車状の部材であり、外周面に複数の歯が形成されている。また、キャリアギア５５は、内部に被研削物５０を保持する保持孔が設けられている。キャリアギア５５は、被研削物５０を保持するので、単に、キャリアともいう。その場合には、外周の複数の歯をキャリアギアという。

キャリアギア５５の中心軸と、保持孔の中心軸とは、ずれていてもよい。キャリアギア５５は、被研削物５０の外周面を囲んで被研削物５０を保持する。被研削物５０は、例えば、保持孔に嵌合されて保持される。キャリアギア５５の厚さは、被研削物５０の厚さよりも薄い。よって、キャリアギア５５に保持されたときの被研削物５０の下面５１及び上面５２は、保持孔から突出している。例えば、キャリアギア５５の厚さは、７０［μｍ］である。

被研削物５０を保持したキャリアギア５５は、第１砥石１０と第２砥石２０との間に配置される。この場合に、ｘｙ平面視では、キャリアギア５５に保持された被研削物５０は、研削加工領域内に配置される。一方、キャリアギア５５の歯は、ｘｙ平面視では、第１砥石面１１から外側に突出する部分及び第２砥石面２１から外側に突出する部分を有している。

サンギア１５は、サンギア回転軸１６（図２参照）の回転に伴って回転される。カウンタギア２５は、第１中心軸Ｃ１を回転軸としたサンギア１５の回転に連動して、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する。サンギア１５及びカウンタギア２５に噛み合うキャリアギア５５は、第１砥石面１１と第２砥石面２１との間で、第１砥石面１１に平行な面内で回転する。

第１砥石１０は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転し、第２砥石２０は、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する。これにより、被研削物５０の下面５１は第１砥石面１１によって研削され、被研削物５０の上面５２は、第２砥石面２１によって研削される。なお、第１砥石１０とサンギア１５は、独立に回転可能であってもよいし、それぞれ一体となって回転してもよい。一方、第２砥石２０とカウンタギア２５は、独立に回転可能に設けられている。

測定部４０は、被研削物５０の厚さを測定するための装置である。測定部４０は、支持部材４１と、第１変位センサ４２と、第２変位センサ４３と、を備えている。支持部材４１は、第１変位センサ４２および第２変位センサ４３を支持する部材である。第１変位センサ４２および第２変位センサ４３は、ｙ軸周りに回動可能な棒状部材である。測定時において、第１変位センサ４２および第２変位センサ４３は、鉛直方向を向く。

第１変位センサ４２は、測定時において鉛直方向に伸縮する。第１変位センサ４２は、第１砥石面１１に接触することで、第１砥石面１１の鉛直方向位置（以下、鉛直位置）を検知する。また、第１変位センサ４２は、第１砥石面１１に載置された被研削物５０の上面５２に接触することで、被研削物５０の上面５２の鉛直位置を検知する。第１変位センサ４２は、非測定時においては鉛直方向を向いておらず、被研削物５０や第１砥石面１１と接しない。

第２変位センサ４３は、測定時において鉛直方向に伸縮する。第２変位センサ４３は、第２砥石面２１に接触することで、第２砥石面２１の鉛直位置を検知する。第２変位センサ４３は、非測定時においては鉛直方向を向いておらず、第２砥石面２１と接しない。

制御部（不図示）は、例えば、コンピュータのような演算機能を有する装置である。制御部は、両面研削装置１の各部の動作を制御する。
また、制御部は、測定部４０が検知した第１砥石面１１の鉛直位置から、第１砥石１０の摩耗量を算出する。また、制御部は、測定部４０が検知した第２砥石面２１の鉛直位置から、第２砥石２０の摩耗量を算出する。

また、制御部は、測定部４０で測定された被研削物５０の厚さに基づいて、研削加工時における第２砥石面２１の高さを調整する。制御部は、測定部４０が検知した第２砥石面２１の鉛直位置をさらに考慮して、研削加工時における第２砥石面２１の高さを調整してもよい。

また、第１砥石面１１と第１変位センサ４２を接触させながら第１砥石１０を回転させることで、測定部４０は各回転角における第１砥石面１１の鉛直位置を測定することができる。このとき、制御部は、各回転角における第１砥石面１１の鉛直位置に基づいて、第１砥石面１１のうねりを評価する。図３Ａは、各回転角における第１砥石面１１の鉛直位置を示すグラフの例である。図３Ａに示すように、第１砥石面１１の鉛直位置が最も高い点と最も低い点の差を第１砥石面１１の高低差βとする。なお、高低差βが大きいほど、第１砥石面１１の有しているうねりが大きいと評価できる。

また、第２砥石面２１と第２変位センサ４３を接触させながら第２砥石２０を回転させることで、測定部４０は各回転角における第２砥石面２１の鉛直位置を測定することができる。このとき、制御部は、各回転角における第２砥石面２１の鉛直位置に基づいて、第２砥石面２１のうねりを評価する。図３Ｂは、各回転角における第２砥石面２１の鉛直位置を示すグラフの例である。図３Ｂに示すように、第２砥石面２１の鉛直位置が最も高い点と最も低い点の差を第２砥石面２１の高低差γとする。なお、高低差γが大きいほど、第２砥石面２１の有しているうねりが大きいと評価できる。

また、図３Ｃに示すように、被研削物５０の上面５２において、鉛直位置の最高点と最低点の差を、上面５２の高低差δとする。高低差δは、例えば、研削前の被研削物５０を製造する工程における処理精度によって定められる。あるいは、高低差δは、各回転角における被研削物５０の上面５２の鉛直位置に基づいて測定される。各回転角における被研削物５０の上面５２の鉛直位置は、例えば、上面５２と第１変位センサ４２を接触させながらキャリアギア５５を回転させることで測定することができる。

ここで、両面研削装置１を用いて被研削物５０の研削加工を行う研削方法について、図４〜図７を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る研削方法を説明するフロー図である。図５Ａ、図５Ｂ、図６、及び図７は、本実施形態に係る研削方法の各ステップにおける両面研削装置１の様子を表す断面図である。

図４に示すように、本発明に係る研削方法では、まずステップＳ１において、第１砥石面１１のうち、第２砥石面２１と対向する領域に被研削物５０を吸着させる。具体的には、第１砥石面１１の研削加工領域に設けられた吸着孔１３の上に被研削物５０を配置し、吸着孔１３の内部を減圧する。このとき、第１砥石１０、及び被研削物５０は回転していない。

次に、ステップＳ２において、第１砥石面１１に被研削物５０を吸着させた状態で、回転する第２砥石面２１を第１砥石面１１に近付け、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が所定距離になるまで被研削物５０を研削する。ステップＳ２における両面研削装置１の具体的な動作については、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、ステップＳ２の前における両面研削装置１の状態を表す断面図である。図５Ｂは、ステップＳ２の後における両面研削装置１の状態を表す断面図である。

ステップＳ２では、まず、図５Ａに示すように、吸着孔１３の内部を減圧した状態で、第２砥石２０を回転させながら下方に移動させる。このとき、被研削物５０は第１砥石面１１に吸着されているため、被研削物５０が第２砥石面２１の回転方向の力を受けた場合においても、被研削物５０が第１砥石面１１から飛び出すことを抑制することができる。

また、吸着孔１３の内部を減圧したままの状態で、図５Ｂに示すように、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が距離Ｄになるまで被研削物５０を研削する。なお、距離Ｄの値は、研削前の被研削物５０の厚さ以下で、かつ研削加工後における被研削物５０の所望の厚さよりも大きく、両面研削装置１のユーザが任意に設定することができる値である。

次に、ステップＳ３において、第１砥石面１１と被研削物５０との吸着を解除し、第１砥石面１１を回転させる。ステップＳ３における両面研削装置１の具体的な動作については、図６を用いて説明する。図６は、ステップＳ３における両面研削装置１の状態を表す断面図である。

ステップＳ３では、図６に示すように、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が距離Ｄになった後に吸着孔１３の内部の減圧を停止し、第１砥石１０を回転させる。
このとき、被研削物５０の上面５２は、予め第２砥石面２１によって研削されているため、被研削物５０の上面５２の凹凸やうねりは、研削前と比べて小さくなっている。したがって、上面５２と被研削物５０の凸部同士の接触が抑制されるため、被研削物５０を第１砥石面１１に吸着させていなくても、被研削物５０が吹き飛びにくい。この状態で第１砥石１０を回転させることによって、被研削物５０の下面５１を研削することができる。

なお、第１砥石１０の回転に伴って、サンギア１５、カウンタギア２５、及びキャリアギア５５を回転させてもよい。このようにすることで、被研削物５０自身も研削加工領域内で回転するため、より被研削物５０の下面５１及び上面５２を均一に研削することができる。

次に、ステップＳ４において、被研削物５０が所望の厚さになるまで研削を行う。ステップＳ４における両面研削装置１の具体的な動作については、図７を用いて説明する。図７は、ステップＳ４における両面研削装置１の状態を表す断面図である。

ステップＳ４では、図７に示すように、第１砥石１０、第２砥石２０、及び被研削物５０を回転させながら、第２砥石２０を下方に移動させる。このようにすることで、被研削物５０の下面５１及び上面５２を研削することができる。また、第１砥石面１１と第２砥石面２１の距離が被研削物５０の所望の厚みになるまで研削を続けることによって、被研削物５０を所望の厚みに研削加工することができる。被研削物５０を所望の厚みに研削加工した後、フローを終了する。

以上で説明したように、本実施形態に係る研削方法においては、被研削物５０の上面５２の凹凸やうねりを予め小さくしてから、第１砥石面１１及び第２砥石面２１を回転させる。従って、被研削物５０が吹き飛ぶことを抑制しつつ、被研削物５０を研削加工することができる。

なお、距離Ｄは、ステップＳ２の処理終了時に被研削物５０の上面５２の凹凸やうねりが十分小さくなるように設定することが好ましい。例えば、距離Ｄは、研削前の被研削物５０の厚さから上面５２の高低差δを差し引いた値とすることができる。このように距離Ｄを設定した場合、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が距離Ｄになるまで被研削物５０を研削した際に上面５２の凹凸やうねりが十分小さくなり、被研削物５０がより吹き飛びにくくなる。

また、被研削物５０の研削時において、第２砥石面２１はゆっくりと下降させることが好ましい。第２砥石面２１をゆっくりと下降させることによって、研削加工後の被研削物５０の表面粗さを小さくすることができる。したがって、ステップＳ２において、被研削物５０を研削する前の段階では第２砥石面２１を素早く下降させ、被研削物５０を研削する段階では第２砥石面２１をゆっくりと下降させることが好ましい。このようにすることで、研削加工にかかる時間を短縮しつつ、加工精度を高めることができる。
具体的には、例えば、被研削物５０を研削する位置よりもエアカットαだけ高い鉛直位置になるまでは第２砥石面２１を素早く下降させ、その後、第２砥石面２１をゆっくりと下降させることが好ましい。すなわち、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が距離（Ｄ＋α）になるまでは第２砥石面２１を素早く下降させ、第１砥石面１１と第２砥石面２１との距離が距離（Ｄ＋α）になった後は第２砥石面２１をゆっくりと下降させることが好ましい。なお、エアカットαは、例えば、次式（１）に示すように、高低差β、γ、δ（図３Ａ〜Ｃ参照）の和とすることができる。
α＝β＋γ＋δ ・・・式（１）

さらに、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記の実施形態において、第１変位センサ４２および第２変位センサ４３として接触式の変位センサを用いたが、光学式センサや磁気検出センサのような非接触式の変位センサを用いてもよい。

１ 両面研削装置
１０ 第１砥石
１１ 第１砥石面
１２ 内孔
１３ 吸着孔
１５ サンギア
１６ サンギア回転軸
２０ 第２砥石
２１ 第２砥石面
２２ 内孔
２５ カウンタギア
２６ カウンタギア回転軸
４０ 測定部
４１ 支持部材
４２ 第１変位センサ
４３ 第２変位センサ
５０ 被研削物
５１ 下面
５２ 上面
５５ キャリアギア
Ｃ１ 第１中心軸
Ｃ２ 第２中心軸
Ｄ 距離
ＩＩ−ＩＩ 切断線
α エアカット
β、γ、δ 高低差

Claims (1)

1. 第１中心軸を回転軸として回転可能な第１砥石面と、前記第１中心軸に平行な第２中心軸を回転軸として回転可能な第２砥石面とで被研削物を挟み、前記第１及び第２砥石面を回転させることで前記被研削物の両面を研削する研削方法であって、
   前記第１砥石面のうち、前記第２砥石面と対向する領域に前記被研削物を吸着させるステップと、
   前記第１砥石面に前記被研削物を吸着させた状態で、回転する前記第２砥石面を前記第１砥石面に近付け、前記第１砥石面と前記第２砥石面との距離が所定距離になるまで前記被研削物を研削するステップと、
   前記第１砥石面と前記第２砥石面との距離が前記所定距離になった後に、前記第１砥石面と前記被研削物との吸着を解除し、前記第１砥石面を回転させるステップと、を備える、
   研削方法。

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