JP2021160068A - 超音波研削ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】研削砥石に伝達される垂直方向の振動における振幅量を、硬い被加工物を研削する場合でも研削速度を速くすることが可能な振幅量とする。【解決手段】ホイールマウント７４と研削砥石９０との間に、垂直方向に超音波振動する圧電アクチュエータ９２を備えている。このため、圧電アクチュエータ９２における垂直方向の超音波振動を、直接的に研削砥石９０に伝達し、研削砥石９０を、垂直方向に振動させることができる。このため、研削砥石９０における垂直方向の振動の振幅量を、容易に大きくすることができる。したがって、ウェーハ１００がＳｉＣ基板などの硬い被加工物である場合にも、研削速度を速くすることができる。すなわち、研削砥石９０に伝達される垂直方向の超音波振動における振幅量を、硬い被加工物を研削する場合でも研削速度を速くすることが可能な振幅量とすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、超音波研削ホイールに関する。

特許文献１および２には、超音波研削ホイールが開示されている。超音波研削ホイールでは、研削砥石に超音波振動を伝達しながら、研削砥石によって被加工物を研削する。従来、超音波研削ホイールでは、環状の超音波振動子に高周波電力を供給することによって、水平方向の振動を生成し、これを垂直方向の振動に変更して、研削砥石に伝達している。

特開２０１０−２０１６０３号公報 特開２０１４−０３７０３４号公報

しかし、水平方向の振動を垂直方向の振動に変更すると、振動の振幅量が小さくなり、研削砥石の振幅量が小さくなる。このため、ＳｉＣ基板などの硬い被加工物を研削する際に、研削速度を速くすることが困難である。

したがって、本発明の目的は、研削砥石に伝達される垂直方向の振動における振幅量を、硬い被加工物を研削する場合でも研削速度を速くすることが可能な振幅量とすることにある。

本発明の超音波研削ホイール（本研削ホイール）は、保持面に保持された被加工物を研削する研削砥石が環状に配置された研削ホイールを、スピンドルの先端のマウントに装着し、該研削砥石に超音波振動を伝達して該被加工物を該研削砥石によって研削する研削装置に用いられる研削ホイールであって、該研削ホイールが該マウントに装着された際に、該研削砥石と該マウントとの間に配置され、該研削砥石を該スピンドルの軸心方向に超音波振動させる圧電アクチュエータ、を備える。

本研削ホイールは、該マウントの装着面に連結される上面を備えた連結板と、基台と、をさらに備えてもよく、該研削砥石は、該基台の下面に環状に配置されてもよく、該圧電アクチュエータは、該連結板の下面と該基台の上面とを連結するように配置されてもよく、該基台の水平方向の移動を抑制する一方、該圧電アクチュエータによる該基台の垂直方向の移動を可能にするガイド部、をさらに備えてもよい。

あるいは本研削ホイールは、基台と、該基台の下面に開口され、該研削砥石の上部分を収容する凹部と、をさらに備えてもよく、該圧電アクチュエータは、該凹部に上部分が収容された該研削砥石の上面と該凹部の底面とを連結するように配置されてもよく、該凹部に上部分が収容された該研削砥石の上下方向の移動が可能なように、該凹部の内側面と該研削砥石の外側面との間を埋めて該研削砥石を支持する、弾性支持部材、をさらに備えてもよい。

本研削ホイールでは、マウントと研削砥石との間に、研削砥石をスピンドルの軸心方向（保持面に垂直な方向；垂直方向）に超音波振動させる圧電アクチュエータを備えている。このため、圧電アクチュエータにおける垂直方向の超音波振動を直接的に研削砥石に伝達して、研削砥石を垂直方向に振動させることが可能である。このため、研削砥石における垂直方向の振動の振幅量を、容易に大きくすることができる。したがって、研削砥石に伝達される垂直方向の超音波振動における振幅量を、硬い被加工物を研削する場合でも研削速度を速くすることが可能な振幅量とすることができる。

研削装置の構成を示す斜視図である。 研削ホイールおよびチャックテーブルの近傍を示す断面図である。 研削ホイールの分解斜視図である。 小型ローラを用いた第１ガイド部を示す説明図である。 他の態様の研削ホイールを示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態にかかる研削装置１は、被加工物としてのウェーハ１００を研削するための装置であり、直方体状の基台１０、上方に延びるコラム１１、および、研削装置１の各部材を制御する制御部１５を備えている。

ウェーハ１００は、たとえば、円形の半導体ウェーハである。図１においては下方を向いているウェーハ１００の表面１０１は、複数のデバイスを保持しており、保護テープ１０３が貼着されることによって保護されている。ウェーハ１００の裏面１０２は、研削加工が施される被加工面となる。

基台１０の上面側には、開口部１３が設けられている。そして、開口部１３内には、保持手段３０が配置されている。保持手段３０は、ウェーハ１００を吸着する保持面３２を備えたチャックテーブル３１、チャックテーブル３１を支持する支持部材３３、および、チャックテーブル３１および支持部材３３を回転させる回転手段３４を含んでいる。

チャックテーブル３１の保持面３２は、チャックテーブル３１に取り付けられたポーラス板３２０（図２参照）の上面である。保持面３２は、吸引源３６（図２参照）に連通されており、保護テープ１０３を介してウェーハ１００を吸引保持する。すなわち、保持手段３０は、保持面３２によってウェーハ１００を保持する。

また、図１に示すように、チャックテーブル３１は、下方に設けられた回転手段３４により、保持面３２によってウェーハ１００を保持した状態で、保持面３２の中心を通るＺ軸方向に延在する中心軸を中心として、支持部材３３とともに回転可能である。したがって、ウェーハ１００は、保持面３２に保持されて保持面３２の中心を回転軸として回転される。

チャックテーブル３１の周囲には、カバー板３９が設けられている。また、カバー板３９には、Ｙ軸方向に伸縮する蛇腹カバー１２が連結されている。そして、保持手段３０の下方には、Ｙ軸方向移動手段４０が配設されている。

Ｙ軸方向移動手段４０は、水平移動手段の一例である。Ｙ軸方向移動手段４０は、保持手段３０と研削手段７０とを、相対的に、保持面３２に平行なＹ軸方向に移動させる。本実施形態では、Ｙ軸方向移動手段４０は、研削手段７０に対して、保持手段３０をＹ軸方向に移動させるように構成されている。
なお、水平移動手段は、複数の保持手段３０が配置されたターンテーブルであってもよい。

Ｙ軸方向移動手段４０は、Ｙ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール４２、このＹ軸ガイドレール４２上をスライドするＹ軸移動テーブル４５、Ｙ軸ガイドレール４２と平行なＹ軸ボールネジ４３、および、Ｙ軸ボールネジ４３に接続されているＹ軸サーボモータ４４、Ｙ軸サーボモータ４４の回転速度および位置を検知するためのＹ軸エンコーダ４６、および、これらを保持する保持台４１を備えている。

Ｙ軸移動テーブル４５は、Ｙ軸ガイドレール４２にスライド可能に設置されている。Ｙ軸移動テーブル４５の下面には、ナット部（図示せず）が固定されている。このナット部には、Ｙ軸ボールネジ４３が螺合されている。Ｙ軸サーボモータ４４は、Ｙ軸ボールネジ４３の一端部に連結されている。

Ｙ軸方向移動手段４０では、Ｙ軸サーボモータ４４がＹ軸ボールネジ４３を回転させることにより、Ｙ軸移動テーブル４５が、Ｙ軸ガイドレール４２に沿って、Ｙ軸方向に移動する。Ｙ軸移動テーブル４５には、保持手段３０が載置されている。したがって、Ｙ軸移動テーブル４５のＹ軸方向への移動に伴って、チャックテーブル３１を含む保持手段３０が、Ｙ軸方向に移動する。

本実施形態では、保持手段３０は、大まかにいえば、保持面３２にウェーハ１００を載置するための前方（−Ｙ方向側）のウェーハ載置位置と、ウェーハ１００が研削される後方（＋Ｙ方向側）の研削領域との間を、Ｙ軸方向移動手段４０によって、Ｙ軸方向に沿って移動される。

また、図１に示すように、基台１０上の後方（＋Ｙ方向側）には、コラム１１が立設されている。コラム１１の前面には、ウェーハ１００を研削する研削手段７０、および、研削送り手段５０が設けられている。

研削送り手段５０は、保持手段３０と研削手段７０とを、相対的に、保持面３２に垂直なＺ軸方向（研削送り方向）に移動させる。本実施形態では、研削送り手段５０は、保持手段３０に対して、研削手段７０をＺ軸方向に移動させるように構成されている。

研削送り手段５０は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール５１、このＺ軸ガイドレール５１上をスライドするＺ軸移動テーブル５３、Ｚ軸ガイドレール５１と平行なＺ軸ボールネジ５２、Ｚ軸サーボモータ５４、Ｚ軸サーボモータ５４の回転速度および位置を検知するためのＺ軸エンコーダ５５、および、Ｚ軸移動テーブル５３の前面（表面）に取り付けられたホルダ５６を備えている。ホルダ５６は、研削手段７０を保持している。

Ｚ軸移動テーブル５３は、Ｚ軸ガイドレール５１にスライド可能に設置されている。Ｚ軸移動テーブル５３の後面側（裏面側）には、ナット部（図示せず）が固定されている。このナット部には、Ｚ軸ボールネジ５２が螺合されている。Ｚ軸サーボモータ５４は、Ｚ軸ボールネジ５２の一端部に連結されている。

研削送り手段５０では、Ｚ軸サーボモータ５４がＺ軸ボールネジ５２を回転させることにより、Ｚ軸移動テーブル５３が、Ｚ軸ガイドレール５１に沿って、Ｚ軸方向に移動する。これにより、Ｚ軸移動テーブル５３に取り付けられたホルダ５６、および、ホルダ５６に保持された研削手段７０も、Ｚ軸移動テーブル５３とともにＺ軸方向に移動する。

研削手段７０は、ホルダ５６に固定されたスピンドルハウジング７１、スピンドルハウジング７１に回転可能に保持されたスピンドル７２、スピンドル７２を回転駆動する回転モータ７３、マウントの一例であるホイールマウント７４、および、ホイールマウント７４に支持された研削ホイール８０を備えている。

スピンドルハウジング７１は、Ｚ軸方向に延びるようにホルダ５６に保持されている。スピンドル７２は、チャックテーブル３１の保持面３２と直交するようにＺ軸方向に延び、スピンドルハウジング７１に回転可能に支持されている。

回転モータ７３は、スピンドル７２の上端側に連結されている。この回転モータ７３により、スピンドル７２は、図２に示すように、Ｚ軸方向に延びるスピンドル回転軸７２１を中心として、たとえば矢印３０１の方向に回転する。

図１に示すように、ホイールマウント７４は、円板状に形成されており、スピンドル７２の下端（先端）に固定されている。ホイールマウント７４は、研削ホイール８０を支持する。

研削ホイール８０は、超音波研削ホイールの一例である。研削ホイール８０は、ホイールマウント７４と略同径を有するように形成されている。研削ホイール８０は、環状に配置された複数のセグメント砥石である研削砥石９０を有している。研削ホイール８０は、その中心を軸に、スピンドル７２およびホイールマウント７４を介して回転モータ７３によって回転され、研削領域に配置されているチャックテーブル３１に保持されたウェーハ１００の裏面１０２を、研削砥石９０によって研削する。

また、図１に示すように、基台１０における開口部１３の側部には、厚み測定手段６０が配設されている。厚み測定手段６０は、保持面３２に保持されたウェーハ１００の厚みを、接触式にて測定することができる。

すなわち、厚み測定手段６０は、チャックテーブル３１の保持面３２およびウェーハ１００に、それぞれ、第１接触子６１および第２接触子６２を接触させる。これにより、厚み測定手段６０は、チャックテーブル３１の保持面３２の高さおよびウェーハ１００の高さを測定することができる。厚み測定手段６０は、測定された保持面３２の高さとウェーハ１００の高さとの差分に基づいて、ウェーハ１００の厚みを算出することができる。

なお、厚み測定手段６０は、第１接触子６１および第２接触子６２に代えて、非接触式の距離測定器、たとえばレーザー式の距離測定器を備えてもよい。この距離測定器は、たとえば、ウェーハ１００を透過する波長を有するレーザー光線をウェーハ１００に照射し、ウェーハ１００の底面からの反射光とウェーハ１００の上面からの反射光を受光し、これらに基づいてウェーハ１００の厚みを測定する。

また、図１に示すように、コラム１１には、研削手段７０の高さ位置を測定するためのリニアスケール６５が配設されている。リニアスケール６５は、Ｚ軸移動テーブル５３に設けられ、Ｚ軸移動テーブル５３とともにＺ軸方向に移動する読取部６６、および、Ｚ軸ガイドレール５１の表面に設けられたスケール部６７を含んでいる。読取部６６が、スケール部６７の目盛りを読み取ることで、研削送り手段５０によってＺ軸方向に移動される研削手段７０の位置（高さ位置）を検知する。

ここで、チャックテーブル３１およびその近傍の構成について、詳細に説明する。
図２に示すように、チャックテーブル３１を回転させるための回転手段３４は、たとえば、プーリ機構である。すなわち、回転手段３４は、駆動源となるモータ３４１、モータ３４１のシャフト取り付けられた主動プーリ３４２、主動プーリ３４２に対して無端ベルト３４３を介して接続されている従動プーリ３４４、および、従動プーリ３４４を支持する回転軸３４０を備えている。なお、図２では、支持部材３３の図示を省略している。

回転軸３４０は、チャックテーブル３１の下面における保持面３２の中心の直下に接続されており、チャックテーブル３１の保持面３２に対して垂直に延在している。モータ３４１が主動プーリ３４２を回転駆動することで、主動プーリ３４２の回転に伴って無端ベルト３４３が回動する。無端ベルト３４３が回動することで、従動プーリ３４４および回転軸３４０が回転する。これにより、チャックテーブル３１が、保持面３２の中心を軸に回転される。

また、研削装置１は、流体流通機構３５を備えている。流体流通機構３５は、チャックテーブル３１の保持面３２に対して、流体であるエアあるいは水を供給する、あるいは、保持面３２を吸引するための機構である。

流体流通機構３５は、吸引溝３５１、吸引溝３５１に連通されている吸引流路３５０、回転軸３４０を覆うロータリージョイント３５２、および、吸引流路３５０に連通されている吸引配管３６１を備えている。

吸引溝３５１は、ポーラス板３２０の下面に接するように、チャックテーブル３１内に設けられている。吸引溝３５１は、たとえば、チャックテーブル３１の中心を中心として、同心円状に形成されている。

吸引流路３５０は、吸引溝３５１の底面から、チャックテーブル３１、回転軸３４０およびロータリージョイント３５２を通過するように延びている。ロータリージョイント３５２は、回転軸３４０を囲繞するように配設されている。ロータリージョイント３５２は、吸引源３６が生み出す吸引力を回転軸３４０側に移送する。

吸引流路３５０は、ロータリージョイント３５２の外部で、吸引配管３６１に接続されている。吸引配管３６１は、チャックテーブル３１の保持面３２と吸引源３６とを連通するための配管である。吸引配管３６１の一端側は、吸引流路３５０に連通されている。吸引配管３６１の他端側には、吸引源３６が接続されている。この吸引源３６は、たとえば、エジェクター機構あるいは真空発生装置等を備え、チャックテーブル３１の保持面３２に吸引力を与えるために用いられる。

また、吸引配管３６１には、吸引配管３６１と吸引源３６との連通状態を切り換えるための吸引開閉弁３６２が配設されている。また、吸引配管３６１における吸引流路３５０と吸引開閉弁３６２との間には、吸引配管３６１の圧力値を検出するための圧力センサ３６３が設けられている。

また、吸引配管３６１には、エア配管３７１が連通されている。エア配管３７１は、チャックテーブル３１の保持面３２とエア供給源３７とを連通するための配管である。

エア配管３７１の一端側は、吸引配管３６１を介して、吸引流路３５０に連通されている。エア配管３７１の他端側には、エア供給源３７が接続されている。エア供給源３７は、コンプレッサー等を備え、チャックテーブル３１の保持面３２にエアを供給するために用いられる。

また、エア配管３７１には、エア配管３７１とエア供給源３７との連通状態を切り換えるためのエア供給開閉弁３７２が配設されている。さらに、エア配管３７１には水配管３８１が連通されている。水配管３８１は、チャックテーブル３１の保持面３２と水供給源３８とを連通するための配管である。

水配管３８１の一端側は、エア配管３７１および吸引配管３６１を介して、吸引流路３５０に連通されている。水配管３８１の他端側には、水供給源３８が接続されている。水供給源３８は、ポンプ等を備え、チャックテーブル３１の保持面３２に水（たとえば洗浄水）を供給するために用いられる。
また、水配管３８１には、水供給開閉弁３８２が配設されている。水供給開閉弁３８２は、水配管３８１と水供給源３８との連通状態を切り換える。

次に、研削ホイール８０およびその近傍の構成について、詳細に説明する。
本実施形態にかかる研削ホイール８０では、チャックテーブル３１の保持面３２に保持された被加工物を研削する研削砥石９０が環状に配置されている。この研削ホイール８０は、スピンドル７２の先端のホイールマウント７４に装着される。この研削ホイール８０は、研削砥石９０に超音波振動を伝達してウェーハ１００を研削砥石９０によって研削する研削装置１に用いられる。

図２の断面図および図３の分解斜視図に示すように、スピンドル７２の下端に取り付けられたホイールマウント７４は、円板状を有しており、その外周に、１６個の通し穴（マウント通し穴７４１）が、ホイールマウント７４を貫通するように、略等間隔で設けられている（図３参照）。ホイールマウント７４の下面７４２は、研削ホイール８０を装着するための装着面となっている。

また、研削ホイール８０は、ホイールマウント７４に連結される連結板８１、研削砥石９０を有する砥石保持部８２、および、砥石保持部８２の周囲に配置される支持枠８３を有している。

連結板８１は、ホイールマウント７４と略同径を有する円板状に形成されており、ホイールマウント７４の下面７４２に連結される上面８１０を有している。また、連結板８１の外周には、８個の通し穴（連結板通し穴８１１）、および、８個のネジ穴（連結板ネジ穴８１２）が、交互に、略等間隔で、連結板８１を貫通するように設けられている。また、連結板通し穴８１１および連結板ネジ穴８１２の内側には、５つのザグリ穴（上方ザグリ穴８１３）が、連結板８１を貫通するように形成されている。

また、連結板８１の下面には、円柱部８１４が形成されている。さらに、円柱部８１４の側面に、３つの溝（第１連結板溝８１５）が、略等間隔で配置されている。各第１連結板溝８１５は、連結板８１の上面８１０に設けられたボール挿入孔８１９に連通されている。各第１連結板溝８１５は、略半円形の断面を有するように形成されており、底部８１７を備えている。
また、連結板８１には、上面８１０の中央から円柱部８１４を貫通するように、連結板中央穴８１８が設けられている。

砥石保持部８２は、基台の一例としてのホイール基台９１を備えている。ホイール基台９１は、ホイールマウント７４および連結板８１よりも小さい外径を有する円環状に形成されている。ホイール基台９１の内径は、連結板８１の円柱部８１４を嵌合可能な大きさに設定されている。
さらに、砥石保持部８２は、ホイール基台９１の下面に、その全周にわたって環状に配置された研削砥石９０を有している。

また、ホイール基台９１の内側面には、連結板８１の第１連結板溝８１５に対応する、３つの溝（第１基台溝９１１）が、略等間隔で配置されている。各第１基台溝９１１は、第１連結板溝８１５と同様に、略半円形の断面を有するように形成されており、底部９１５を備えている。

また、ホイール基台９１の外側面には、３つの溝（第２基台溝９１２）が、略等間隔で配置されている。各第２基台溝９１２は、第１基台溝９１１と同様に、略半円形の断面を有するように形成されており、底部９１６を備えている。

また、砥石保持部８２は、ホイール基台９１の上面に、略等間隔に配置された５つの圧電アクチュエータ９２を備えている。

本実施形態では、圧電アクチュエータ９２は、電圧を加えると伸縮する圧電素子を多層積層することによって形成されている積層型の圧電アクチュエータである。圧電アクチュエータ９２は、高周波電源に接続されることにより、圧電素子の積層方向に超音波振動するように形成されている。

本実施形態では、圧電アクチュエータ９２は、研削ホイール８０がホイールマウント７４に装着された際に、研削砥石９０とホイールマウント７４との間に、圧電素子の積層方向がスピンドル７２の軸心方向に平行となるように、配置される。したがって、圧電アクチュエータ９２は、研削ホイール８０がホイールマウント７４に装着された際に、研削砥石９０を、スピンドル７２の軸心方向に超音波振動させることができる。スピンドル７２の軸心方向は、スピンドル７２のスピンドル回転軸７２１（図２参照）の延びる方向である。

この圧電アクチュエータ９２は、両端部の中央にネジ穴を有している。そして、図２に示すように、ホイール基台９１に設けられた下部ザグリ穴９２３に挿入される下部ネジ９２２によって、圧電アクチュエータ９２の下端が、ホイール基台９１の上面に固定される。

支持枠８３は、ホイールマウント７４の外径と略同じ外径を有する円環状を有するように形成されている。支持枠８３の内径は、砥石保持部８２のホイール基台９１を嵌合可能な大きさに設定されている。図３に示すように、支持枠８３の外周には、８個のネジ穴（支持枠ネジ穴８３１）が、略等間隔で設けられている。

支持枠８３の内側面には、ホイール基台９１の第２基台溝９１２に対応する、３つの溝（第２支持枠溝８３２）が、略等間隔で配置されている。各第２支持枠溝８３２は、第２基台溝９１２と同様に、略半円形の断面を有するように形成されており、底部８３３を備えている。

このような構成を有する研削ホイール８０の組み立てでは、たとえば、まず、図２および図３に示すように、連結板８１と砥石保持部８２とが連結される。すなわち、連結板８１の円柱部８１４が、砥石保持部８２のホイール基台９１の内部に嵌合される。

この際、連結板８１に対する砥石保持部８２（ホイール基台９１）の向きは、ホイール基台９１の第１基台溝９１１と連結板８１の第１連結板溝８１５とが互いに対向するように、調整される。これにより、図２に示すように、対向配置された第１基台溝９１１および第１連結板溝８１５が、円筒形の有低穴状の第１溝８４０を形成する。

そして、この第１溝８４０は、ホイール基台９１に設けられたボール挿入孔８１９に連通される。このボール挿入孔８１９を介して、第１溝８４０に、第１ボール８１６が挿入および配置される。これにより、連結板８１と砥石保持部８２（ホイール基台９１）との間に、第１溝８４０および第１ボール８１６を含む、３つの第１ガイド部８５０（図２参照）が形成される。

また、連結板８１の上方ザグリ穴８１３に挿入される上部ネジ９２０によって、圧電アクチュエータ９２の上端が、連結板８１に固定される。これにより、圧電アクチュエータ９２が、連結板８１の下面とホイール基台９１の上面とを連結するように配置される。
このようにして、連結板８１と砥石保持部８２とは、圧電アクチュエータ９２によって互いに連結される。

さらに、連結板８１と砥石保持部８２との間に設けられた第１ガイド部８５０では、第１ボール８１６が、砥石保持部８２のホイール基台９１を、側面（内側）から押圧することによって、連結板８１の円柱部８１４に対して支持している。したがって、連結板８１と砥石保持部８２（ホイール基台９１）とは、第１ガイド部８５０によって、側面からも連結されている。

ここで、第１ガイド部８５０では、第１ボール８１６が、第１溝８４０内に配置されている。このため、第１ボール８１６は、第１溝８４０に平行な方向、すなわち、スピンドル７２の軸心方向に移動可能である。したがって、この第１ボール８１６によって側面から押圧されている砥石保持部８２（ホイール基台９１）は、連結板８１に対して、スピンドル７２の軸心方向に振動（移動）されることが可能である。

このように、第１ガイド部８５０は、ホイール基台９１を内側から押圧することにより、ホイール基台９１の水平方向（スピンドル回転軸７２１に直交する方向、ホイール基台９１の周方向を含む）の移動を抑制する一方、垂直方向（スピンドル回転軸７２１に沿う、保持面３２に垂直な方向）の振動（移動）を可能にする。

次に、砥石保持部８２と支持枠８３とが連結される。すなわち、図２および図３に示すように、ホイール基台９１が、支持枠８３の内部に嵌合される。

この際、砥石保持部８２に対する支持枠８３の向きは、ホイール基台９１の第２基台溝９１２と支持枠８３の第２支持枠溝８３２とが互いに対向するように、調整される。これにより、図２に示すように、対向配置された第２基台溝９１２および第２支持枠溝８３２が、円筒形の有低穴状の第２溝９４０を形成する。そして、この第２溝９４０に、第２ボール９１３が配置される。これにより、砥石保持部８２と支持枠８３との間に、第２溝９４０および第２ボール９１３を含む、３つの第２ガイド部９５０（図２参照）が形成される。

この第２ガイド部９５０では、第２ボール９１３が、砥石保持部８２のホイール基台９１を、側面（外側）から押圧することによって、支持枠８３に対して支持している。したがって、砥石保持部８２（ホイール基台９１）と支持枠８３とは、第２ガイド部９５０によって、側面から連結されている。

ここで、第２ガイド部９５０では、第２ボール９１３が、第２ガイド部９５０内に配置されている。このため、第２ボール９１３は、第２溝９４０に平行な方向、すなわち、スピンドル７２の軸心方向に移動可能である。したがって、この第２ボール９１３によって側面から押圧されている砥石保持部８２（ホイール基台９１）は、支持枠８３に対して、スピンドル７２の軸心方向に振動（移動）されることが可能である。

このように、第２ガイド部９５０は、ホイール基台９１を外側から押圧することにより、ホイール基台９１の水平方向の移動を抑制する一方、垂直方向の振動（移動）を可能にする。

また、本実施形態では、連結板８１に対する砥石保持部８２の向き、および、砥石保持部８２に対する支持枠８３の向きを、上記のように調整することにより、連結板８１の連結板通し穴８１１を通ったネジを支持枠８３の支持枠ネジ穴８３１に螺合させ連結板８１と支持枠８３とをネジ締結させる。

このようにして、研削ホイール８０の組み立てが完了する。
組み立てられた研削ホイール８０は、ホイールマウント７４に装着される。この装着では、まず、ホイールマウント７４の下面７４２に、研削ホイール８０の上面８１０が合わせられる。この際、研削ホイール８０に対するホイールマウント７４の向きは、ホイールマウント７４のマウント通し穴７４１と、連結板８１の連結板通し穴８１１および連結板ネジ穴８１２とが、スピンドル回転軸７２１に関して合致するように、調整される。これにより、図３に示すように、マウント通し穴７４１、連結板通し穴８１１および支持枠ネジ穴８３１が、スピンドル回転軸７２１に関して、互いに合致するように配置される。

そして、比較的に長い８本のボルト（図示せず）が、ホイールマウント７４側から、マウント通し穴７４１に挿入され、さらに連結板８１の連結板通し穴８１１に挿通され、砥石保持部８２のホイール基台９１の外側を通って、支持枠８３の支持枠ネジ穴８３１に螺合される。これにより、ホイールマウント７４と研削ホイール８０（連結板８１、砥石保持部８２および支持枠８３）とが、互いに固定される。
なお、長さの短い８本のボルトを用いて連結板８１と支持枠８３とを締結することによって、研削ホイール８０を形成してもよい。その際は、連結板８１の上面から飛び出したボルトの頭は、ホイールマウント７４に形成されたマウント通し穴７４１内に収容される。

また、比較的に短い別の８本のボルト（図示せず）が、ホイールマウント７４側から、マウント通し穴７４１に挿通され、連結板８１の連結板ネジ穴８１２に螺合される。これにより、ホイールマウント７４と連結板８１とが、互いに堅固に固定される。

このようにして、研削ホイール８０のホイールマウント７４への装着が完了する。この装着により、図２に示すように、スピンドル７２に設けられている研削水路７２２が、ホイールマウント７４の中央穴であるマウント中央穴７４３および連結板８１の連結板中央穴８１８に連通する。

また、連結板中央穴８１８の下方には、流路形成用板７２３が配置される。この流路形成用板７２３は、連結板８１の円柱部８１４の底面に対して、部分的に連結されている。流路形成用板７２３は、研削水路７２２、マウント中央穴７４３および連結板中央穴８１８を介して流れる加工水を受け止めて、研削砥石９０の方向に向けて流れる加工水の流路を形成する。

また、本実施形態では、ホイールマウント７４と連結板８１との境界近傍に、高周波電源８６に接続されることが可能な接続端子８４が設けられている。そして、各圧電アクチュエータ９２は、接続端子８４に対して、導線８５を介して接続されている。すなわち、接続端子８４は、圧電アクチュエータ９２と高周波電源８６とを接続する端子である。

圧電アクチュエータ９２は、接続端子８４および導線８５を介して高周波電源８６から供給される電力によって、スピンドル回転軸７２１に沿って超音波振動することができる。そして、この超音波振動は、ホイール基台９１に伝達される。

ここで、研削装置１におけるウェーハ１００に対する研削加工の動作について説明する。本実施形態では、まず、作業者あるいは制御部１５が、チャックテーブル３１の保持面３２に、ウェーハ１００を、裏面１０２が上向きとなるように保持させる。

次に、制御部１５が、回転モータ７３を制御してスピンドル７２を回転させることにより、ホイールマウント７４および研削ホイール８０（研削砥石９０）を回転させる。さらに、制御部１５は、回転手段３４により、チャックテーブル３１（ウェーハ１００）を回転させる。

また、制御部１５は、Ｙ軸方向移動手段４０を制御して、保持手段３０におけるチャックテーブル３１の保持面３２に保持されたウェーハ１００の回転中心に、研削砥石９０が位置づけられるまで、保持手段３０を、Ｙ軸方向に移動させる。その後、制御部１５は、研削送り手段５０を用いて、原点高さ位置にある研削手段７０を降下させて、研削ホイール８０の研削砥石９０を、保持面３２に保持されているウェーハ１００の裏面１０２に近づけて、研削砥石９０による裏面１０２の研削を実施する。

この際、制御部１５は、接続端子８４を制御して、圧電アクチュエータ９２と高周波電源８６とを接続する。これにより、圧電アクチュエータ９２が、スピンドル回転軸７２１の延びる方向、すなわち、保持面３２に保持されているウェーハ１００の裏面１０２に垂直な方向に沿って、振動する。

ここで、本実施形態では、第１ガイド部８５０および第２ガイド部９５０が、砥石保持部８２のホイール基台９１を内側および外側から押圧することにより、ホイール基台９１の水平方向（スピンドル回転軸７２１の直交する方向）の移動を抑制する一方、垂直方向（スピンドル回転軸７２１に沿う、保持面３２に垂直な方向）の移動を可能にしている。

このため、本実施形態では、ホイール基台９１、および、ホイール基台９１に備えられた研削砥石９０は、圧電アクチュエータ９２の超音波振動を受けて、垂直方向に振動（移動）する。したがって、本実施形態では、垂直方向に振動する研削砥石９０を用いて、ウェーハ１００の裏面１０２に研削砥石９０の研削面を食い込ませながら、裏面１０２を研削することができる。

制御部１５は、ウェーハ１００の厚みが予め設定された所定厚みに近くなるまで、裏面１０２を研削して、ウェーハ１００を薄化する。その後、制御部１５は、接続端子８４を制御して、圧電アクチュエータ９２と高周波電源８６との接続を解除し、圧電アクチュエータ９２の振動を停止する。そして、制御部１５は、振動を受けていない研削砥石９０を用いて、ウェーハ１００の厚みが所定厚みになるまで、裏面１０２の研削を続行する。これにより、被研削面である裏面１０２の表面を滑らかにすることができる。

以上のように、本実施形態では、ホイールマウント７４と研削砥石９０との間に、垂直方向に超音波振動することによって、研削砥石９０を垂直方向に超音波振動させる、圧電アクチュエータ９２を備えている。このため、圧電アクチュエータ９２における垂直方向の超音波振動を、直接的に研削砥石９０に伝達し、研削砥石９０を、垂直方向に振動させることが可能である。これにより、本実施形態では、研削砥石９０における垂直方向の振動の振幅量を、容易に大きくすることができる。したがって、ウェーハ１００がＳｉＣ基板などの硬い被加工物である場合にも、研削速度を速くすることができる。

このように、本実施形態によれば、研削砥石９０に伝達される垂直方向の超音波振動における振幅量を、硬い被加工物を研削する場合でも研削速度を速くすることが可能な振幅量とすることができる。
また、本実施形態では、研削ホイール８０が、連結板８１、砥石保持部８２および支持枠８３という３つの部材を組み合わせて構成される。したがって、砥石保持部８２の研削砥石９０が消耗した場合、砥石保持部８２のみを交換して、連結板８１および支持枠８３を継続的に利用することができる。これにより、研削ホイール８０に関するコストを低減することができる。

なお、本実施形態に示したマウント通し穴７４１、連結板通し穴８１１、連結板ネジ穴８１２、および支持枠ネジ穴８３１の数は、これらの穴を用いて研削ホイール８０を組み立てられる限り、任意の数であってよい。
また、本実施形態では、砥石保持部８２に、５つの圧電アクチュエータ９２が設けられている。これに関し、圧電アクチュエータ９２の数は、４つ以下であってもよいし、６つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、第１ガイド部８５０が、第１溝８４０および第１ボール８１６を含んでいる。これに代えて、図４に示すように、第１ガイド部８５０は、第１ボール８１６に代えて、第１溝８４０内に配置される小型ローラ８２０を備えてもよい。

この場合、第１溝８４０を構成する第１連結板溝８１５および第１基台溝９１１は、略矩形の断面を有するように形成されている。したがって、図４に示すように、対向配置された第１基台溝９１１および第１連結板溝８１５が、小型ローラ８２０の形状に応じた、矩形の有低穴状の第１溝８４０を形成する。この第１溝８４０内に、矢印３０３に示すように、小型ローラ８２０が挿入されて配設される。

この構成でも、第１ガイド部８５０における小型ローラ８２０が、砥石保持部８２のホイール基台９１を、側面（内側）から押圧することによって、連結板８１の円柱部８１４に対して支持することができる。また、小型ローラ８２０は、第１溝８４０の延びる方向であるスピンドル７２（図２参照）の軸心方向に移動可能である。したがって、小型ローラ８２０によって側面から押圧されているホイール基台９１は、スピンドル７２の軸心方向に振動されることが可能である。

このように、小型ローラ８２０を用いた構成でも、第１ガイド部８５０は、ホイール基台９１を側方から押圧することにより、ホイール基台９１の水平方向の移動を抑制する一方、垂直方向の移動を可能にする。

なお、第１ガイド部８５０と同様に、第２ガイド部９５０（図２参照）についても、第２溝９４０を矩形の有低穴状とし、この第２溝９４０内に、第２ボール９１３に代えて小型ローラを配設することが可能である。

また、研削装置１は、本実施形態に示した研削ホイール８０に代えて、図４に示すような研削ホイール２００を備えてもよい。研削ホイール２００は、超音波研削ホイールの一例であり、基台の一例としてのホイール基台２０１、ウェーハ１００の裏面１０２を研削するための研削砥石２１０、および、研削砥石２１０をスピンドル７２の軸心方向に超音波振動させる圧電アクチュエータ２２０を備えている。

ホイール基台２０１は、ホイールマウント７４の外径と同様の外径を有する円板状に形成されており、その上面２０２が、ホイールマウント７４の下面７４２に連結されている。また、ホイール基台２０１の下面には、研削砥石２１０の上部分を収容するための複数の凹部２０３が形成されている。

複数の凹部２０３は、ホイール基台２０１の外周に沿って、略等間隔で配置されている。研削砥石２１０は、セグメント砥石であり、この凹部２０３の内部に、その上部分を収容された状態で、取り付けられている。

また、図５の拡大図に示すように、凹部２０３は、底面２０４および内側面２０５を有している。そして、各凹部２０３の底面２０４には、圧電アクチュエータ２２０が取り付けられている。

圧電アクチュエータ２２０は、上述した圧電アクチュエータ９２と同様の構成を有しており、電圧を加えると伸縮する圧電素子を多層積層することによって形成されている積層型の圧電アクチュエータである。

圧電アクチュエータ２２０は、ホイール基台２０１における凹部２０３に上部分が収容された研削砥石２１０の上面である砥石上面２１１と、凹部２０３の底面２０４とを連結するように配置されている。
すなわち、圧電アクチュエータ２２０の上端は、凹部２０３の底面２０４に、たとえばネジ留めによって固定されている。同様に、圧電アクチュエータ２２０の下端は、研削砥石２１０の砥石上面２１１に固定されている。

また、研削ホイール２００でも、上述した研削ホイール８０と同様に、ホイールマウント７４とホイール基台２０１との境界近傍に、高周波電源８６に接続されることが可能な接続端子８４が設けられている。そして、各圧電アクチュエータ２２０は、接続端子８４に対して、導線８５を介して接続されている。

また、研削ホイール２００は、ホイール基台２０１の凹部２０３の内側面２０５と、凹部２０３内に収容されている研削砥石２１０の外側面である砥石側面２１２との間に、研削砥石２１０を支持する弾性支持部材２３０をさらに備えている。

この弾性支持部材２３０は、ホイール基台２０１の凹部２０３に上部分が収容された研削砥石２１０の上下方向の移動が可能なように、凹部２０３の内側面２０５と研削砥石２１０の砥石側面２１２との間を埋めて、研削砥石２１０を支持する。この弾性支持部材２３０により、研削砥石２１０は、垂直方向（スピンドル回転軸７２１に沿う、保持面３２に垂直な方向）に振動（移動）することが可能であるとともに、水平方向の移動を抑制された状態で、ホイール基台２０１の凹部２０３に支持される。

この構成でも、制御部１５は、スピンドル７２およびホイールマウント７４を回転させて研削ホイール２００を回転させることにより、研削ホイール２００の研削砥石２１０を、保持面３２に保持されているウェーハ１００の裏面１０２に近づけて、研削砥石２１０による裏面１０２の研削を実施することができる
また、この研削の際、制御部１５は、接続端子８４を制御して、圧電アクチュエータ２２０と高周波電源８６とを接続する。これにより、圧電アクチュエータ２２０が、スピンドル回転軸７２１の延びる方向（垂直方向）に沿って超音波振動する。

この構成では、弾性支持部材２３０が、研削砥石２１０の砥石側面２１２とホイール基台２０１における凹部２０３の内側面２０５との間を埋めて、研削砥石２１０を凹部２０３に支持している。これにより、弾性支持部材２３０が、研削砥石２１０の水平方向（スピンドル回転軸７２１の直交する方向）の移動を抑制する一方、垂直方向の移動を可能にしている。

このため、研削砥石２１０は、圧電アクチュエータ２２０の超音波振動を受けて、垂直方向に振動（移動）する。したがって、この構成でも、垂直方向に振動する研削砥石２１０を用いて、ウェーハ１００の裏面１０２に研削砥石２１０の研削面を食い込ませながら、裏面１０２を研削することができる。

この研削ホイール２００では、圧電アクチュエータ２２０が、研削砥石２１０毎に、凹部２０３内に配置されている。このような研削ホイール２００を用いる場合でも、圧電アクチュエータ２２０における垂直方向の超音波振動を、直接的に研削砥石２１０に伝達し、研削砥石２１０を、垂直方向に振動させることが可能である。このため、研削砥石２１０における垂直方向の振動の振幅量を、容易に大きくすることができる。すなわち、研削砥石２１０に伝達される垂直方向の超音波振動における振幅量を、硬い被加工物を研削する場合でも研削速度を速くすることが可能な振幅量とすることができる。

１：研削装置、１０：基台、１１：コラム、
１５：制御部、
３０：保持手段、３１：チャックテーブル、３２：保持面、
７０：研削手段、７１：スピンドルハウジング、７３：回転モータ、
７２：スピンドル、７２１：スピンドル回転軸、
７４：ホイールマウント、７４１：マウント通し穴、７４３：マウント中央穴、
８０：研削ホイール、
８１：連結板、８１０：上面、８１４：円柱部、８１８：連結板中央穴
８１９：ボール挿入孔、
８２：砥石保持部、９１：ホイール基台、９０：研削砥石、
９２：圧電アクチュエータ、
８３：支持枠、
８４：接続端子、８５：導線、８６：高周波電源、
８５０：第１ガイド部、８１６：第１ボール、
８４０：第１溝、８１５：第１連結板溝、９１１：第１基台溝、
８２０：小型ローラ、
９５０：第２ガイド部、９１３：第２ボール、
９４０：第２溝、８３２：第２支持枠溝、９１２：第２基台溝、
２００：研削ホイール、２０１：ホイール基台、２０２：上面、
２０３：凹部、２０４：底面、２０５：内側面、
２１０：研削砥石、２１１：砥石上面、２１２：砥石側面、
２２０：圧電アクチュエータ、２３０：弾性支持部材、
１００：ウェーハ、１０１：表面、１０２：裏面、１０３：保護テープ

Claims (3)

1. 保持面に保持された被加工物を研削する研削砥石が環状に配置された研削ホイールを、スピンドルの先端のマウントに装着し、該研削砥石に超音波振動を伝達して該被加工物を該研削砥石によって研削する研削装置に用いられる研削ホイールであって、
   該研削ホイールが該マウントに装着された際に、該研削砥石と該マウントとの間に配置され、該研削砥石を該スピンドルの軸心方向に超音波振動させる圧電アクチュエータ、を備える、
   超音波研削ホイール。
2. 該マウントの装着面に連結される上面を備えた連結板と、
   基台と、をさらに備え、
   該研削砥石は、該基台の下面に環状に配置されており、
   該圧電アクチュエータは、該連結板の下面と該基台の上面とを連結するように配置されており、
   該基台の水平方向の移動を抑制する一方、該圧電アクチュエータによる該基台の垂直方向の移動を可能にするガイド部、をさらに備える、
   請求項１に記載の超音波研削ホイール。
3. 基台と、
   該基台の下面に開口され、該研削砥石の上部分を収容する凹部と、をさらに備え、
   該圧電アクチュエータは、該凹部に上部分が収容された該研削砥石の上面と該凹部の底面とを連結するように配置されており、
   該凹部に上部分が収容された該研削砥石の上下方向の移動が可能なように、該凹部の内側面と該研削砥石の外側面との間を埋めて該研削砥石を支持する、弾性支持部材、をさらに備える、
   請求項１に記載の超音波研削ホイール。

Images