JP2023069861A - 研削装置及び被加工物の研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物に対するクリープフィード研削を行う際に、複数の研削砥石と被加工物との接触界面に供給される研削液の減少を抑制できる研削装置及び被加工物の研削方法を提供する。【解決手段】被加工物の表面に平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷が供給された状態で被加工物に対するクリープフィード研削を行う。そして、この氷は複数の研削砥石と被加工物との接触界面に巻き込まれて、被加工物及び複数の研削砥石を冷却するとともに水（研削液）となり、この水によって研削屑が洗い流される。さらに、この氷は、水等の液体とは異なり、研削ホイールに向かって流動することがないため、複数の研削砥石の外側面と衝突して飛散する蓋然性が低い。そのため、被加工物に対するクリープフィード研削を行う際に、複数の研削砥石と被加工物との接触界面に供給される研削液の減少を抑制できる。【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物を研削する研削装置及び被加工物の研削方法に関する。

ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等のデバイスのチップは、携帯電話及びパーソナルコンピュータ等の各種電子機器において不可欠の構成要素である。このようなチップは、例えば、一方の面側に多数のデバイスが形成されたウェーハ等の被加工物を個々のデバイスを含む領域毎に分割することで製造される。

さらに、この被加工物は、チップの小型化及び軽量化等を目的として、その分割前に薄化されることが多い。被加工物を薄化する方法としては、研削装置による研削が挙げられる。この研削装置は、例えば、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、チャックテーブルの上方に設けられ、かつ、研削ホイールが下端部に装着されたスピンドルを有する研削ユニットとを備える。そして、この研削ホイールは、環状に離散して配置され、かつ、それぞれが直方体状の形状を有する複数の研削砥石を含む。

このような研削装置においては、クリープフィード研削とも呼ばれる研削方法によって被加工物を薄化することがある（例えば、特許文献１参照）。この研削方法においては、まず、チャックテーブルの保持面に被加工物の一方の面側が配置された状態でチャックテーブルが被加工物を保持する。次いで、水平方向においてチャックテーブルから離隔するように研削ユニットを位置付けてから、複数の研削砥石のそれぞれの下面を被加工物の他方の面（表面、上面）と一方の面（裏面、下面）との間の高さに位置付ける。

そして、研削ホイールが回転した状態でチャックテーブルと研削ユニットとを水平方向に沿って相対的に移動させることにより複数の研削砥石を被加工物の表面側に接触させて被加工物の表面側の水平方向における一端から他端までを連続的に研削する。これにより、被加工物の表面側の所定の厚さを有する部分が除去されて被加工物が薄化される。

特開２００５－２８５５０号公報

被加工物を研削すると、研削屑が生じ、また、被加工物及び複数の研削砥石が加熱される。そのため、被加工物の研削は、複数の研削砥石と被加工物との接触界面に純水等の液体（研削液）を供給することによって、研削屑を洗い流し、また、被加工物及び複数の研削砥石を冷却しながら行われる。

また、被加工物に対するクリープフィード研削が行われる場合には、主として、複数の研削砥石のそれぞれの外側面の下端部及び下面の外端部によって被加工物の研削が行われる。すなわち、この場合には、これらの部分の近傍に研削屑が生じやすく、また、これらの部分の近傍が加熱されやすい。

ここで、研削ホイールの内側（研削ホイールに囲まれた領域）から研削ホイールに研削液を供給すると、複数の研削砥石のそれぞれの外側面の下端部及び下面の外端部の近傍まで研削液が到達しない蓋然性が高い。そのため、被加工物に対するクリープフィード研削が行われる場合には、これらの部分の近傍に研削液が供給されるように、研削ホイールの外側から研削ホイールに向かって研削液が供給される。

しかしながら、被加工物を研削するためには複数の研削砥石を高速で回転させる必要がある。そのため、被加工物に対するクリープフィード研削が行われる場合には、複数の研削砥石の外側面との衝突に起因して研削液の大半が飛散して、複数の研削砥石と被加工物との接触界面に供給される研削液が減少するおそれがある。

この点に鑑み、本発明の目的は、被加工物に対するクリープフィード研削を行う際に、複数の研削砥石と被加工物との接触界面に供給される研削液の減少を抑制できる研削装置及び被加工物の研削方法を提供することである。

本発明の一側面によれば、被加工物を研削する研削装置であって、該被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、水平面上において環状に配置された複数の研削砥石を有する研削ホイールが先端部に装着され、かつ、鉛直方向に沿って延在するスピンドルを有し、該鉛直方向に沿った直線を回転軸として該研削ホイールを回転させる研削ユニットと、該チャックテーブルと該研削ユニットとを水平方向に沿って相対的に移動させる移動機構と、該チャックテーブルに保持された該被加工物の表面に平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷を供給する氷供給ユニットと、を備える研削装置が提供される。

また、本発明の別の側面によれば、被加工物を研削する被加工物の研削方法であって、該被加工物を保持する保持ステップと、該保持ステップ後に、該被加工物の表面に平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷を供給する氷供給ステップと、該氷供給ステップの後に、又は、該氷供給ステップと並行して、水平面上において環状に配置された複数の研削砥石を有する研削ホイールが鉛直方向に沿った直線を回転軸として回転した状態で該被加工物と該研削ホイールとを水平方向に沿って相対的に移動させることにより該複数の研削砥石を該被加工物の表面側に接触させて該被加工物の該表面側の該水平方向における一端から他端までを連続的に研削する研削ステップと、を備える被加工物の研削方法が提供される。

本発明においては、被加工物の表面に平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷が供給された状態で被加工物に対するクリープフィード研削が行われる。そして、この氷は複数の研削砥石と被加工物との接触界面に巻き込まれて、被加工物及び複数の研削砥石を冷却するとともに水（研削液）となり、この水によって研削屑が洗い流される。

さらに、この氷は、水等の液体とは異なり、研削ホイールに向かって流動することがないため、複数の研削砥石の外側面と衝突して飛散する蓋然性が低い。そのため、本発明においては、被加工物に対するクリープフィード研削を行う際に、複数の研削砥石と被加工物との接触界面に供給される研削液の減少を抑制できる。

図１は、研削装置の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、研削装置の構成要素の一部を模式的に示す一部断面側面図である。 図３は、研削装置において被加工物に対するクリープフィード研削を行う被加工物の研削方法の一例を模式的に示すフローチャートである。 図４は、保持ステップの様子を模式的に示す側面図である。 図５は、研削ユニットの位置を調整する様子を模式的に示す側面図である。 図６は、氷供給ステップの様子を模式的に示す側面図である。 図７は、研削ステップの様子を模式的に示す側面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、研削装置の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図１に示されるＸ軸方向（前後方向）及びＹ軸方向（左右方向）は、水平面上において互いに直交する方向であり、Ｚ軸方向（上下方向）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（鉛直方向）である。また、図１においては、便宜上、研削装置の構成要素の一部がブロックで示されている。

図１に示される研削装置２は、各構成要素を支持又は収容する基台４を有する。この基台４の上面側には、Ｘ軸方向に沿って延在する直方体状の溝４ａが形成されている。また、基台４の上面側の後端部には、Ｚ軸方向に沿って延在する直方体状の支持構造６が設けられている。

この研削装置２においては、被加工物を保持するチャックテーブル８が基台４の溝４ａにおいて露出するように設けられている。このチャックテーブル８は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に双方に平行な円状の上面（保持面）を有し、この保持面においては円盤状のポーラス板８ａが露出している。

さらに、ポーラス板８ａは、チャックテーブル８の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そして、この吸引源が動作すると、チャックテーブル８の保持面近傍の空間に負圧が生じる。

また、チャックテーブル８は、チャックテーブル８をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸方向移動機構１０と連結されている。このＸ軸方向移動機構１０は、基台４の溝４ａの内側に設けられている。図２は、研削装置２の構成要素の一部（Ｘ軸方向移動機構１０等）を模式的に示す一部断面側面図である。

このＸ軸方向移動機構１０は、溝４ａの底面に固定され、かつ、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を有する。そして、一対のＸ軸ガイドレールの上面側には、一対のＸ軸ガイドレールに沿ってスライド可能な態様でＸ軸移動プレート１２が連結されている。

また、一対のＸ軸ガイドレールの間には、Ｘ軸方向に沿って延在するねじ軸１４が配置されている。このねじ軸１４の後端部には、ねじ軸１４を回転させるためのモータ１６が連結されている。また、ねじ軸１４の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸１４の表面を転がるボールを収容するナット部１８が設けられ、ボールねじが構成されている。

すなわち、ねじ軸１４が回転するとボールがナット部１８内を循環してナット部１８がＸ軸方向に沿って移動する。さらに、このナット部１８は、Ｘ軸移動プレート１２の下面側に固定されている。そのため、モータ１６でねじ軸１４を回転させれば、ナット部１８とともにＸ軸移動プレート１２及びＸ軸移動プレート１２に連結されているチャックテーブル８がＸ軸方向に沿って移動する。

また、チャックテーブル８の周囲には、チャックテーブル８を囲むテーブルカバー２０が設けられている（図１参照）。このテーブルカバー２０の前方及び後方には、Ｘ軸方向に沿って伸縮可能な蛇腹状の防塵防滴カバー２２が設けられている。そして、テーブルカバー２０及び防塵防滴カバー２２は、溝４ａの内側に設けられたＸ軸方向移動機構１０の構成要素を覆っている。

また、支持構造６の前面側には、Ｚ軸方向移動機構２４が設けられている。このＺ軸方向移動機構２４は、支持構造６の前面に固定され、かつ、Ｚ軸方向に沿って延在する一対のＺ軸ガイドレール２６を有する。そして、一対のＺ軸ガイドレール２６の前面側（表面側）には、一対のＺ軸ガイドレール２６に沿ってスライド可能な態様でＺ軸移動プレート２８が連結されている。

また、一対のＺ軸ガイドレール２６の間には、Ｚ軸方向に沿って延在するねじ軸３０が配置されている。このねじ軸３０の上端部には、ねじ軸３０を回転させるためのモータ３２が連結されている。また、ねじ軸３０の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸３０の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。

すなわち、ねじ軸３０が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＺ軸方向に沿って移動する。さらに、このナット部は、Ｚ軸移動プレート２８の後面側（裏面側）に固定されている。そのため、モータ３２でねじ軸３０を回転させれば、ナット部とともにＺ軸移動プレート２８がＺ軸方向に沿って移動する。

また、Ｚ軸移動プレート２８の前面（表面）には、支持部材３４が設けられている。この支持部材３４は、研削ユニット３６の円柱状のハウジング３８を支持している。そして、ハウジング３８には、Ｚ軸方向に沿って延在する円柱状のスピンドル４０が収容されている。

このスピンドル４０の先端部（下端部）は、ハウジング３８の下面から下方に突出している。そして、スピンドル４０の先端部には、金属等からなる円盤状のマウント４２が固定されている。また、スピンドル４０の基端部（上端部）には、スピンドル４０を回転させるモータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。

そして、スピンドル４０の基端部に連結されている回転駆動源が動作すると、Ｚ軸方向に沿った直線を回転軸としてスピンドル４０が回転する。さらに、マウント４２の下面側には、円環状の研削ホイール４４が装着されている。この研削ホイール４４は、例えば、ボルト等の固定具（不図示）を用いてマウント４２に固定される。

これにより、研削ホイール４４がマウント４２を介してスピンドル４０の先端部に装着される。そして、スピンドル４０が回転すると、その先端部に装着されている研削ホイール４４もＺ軸方向に沿った直線を回転軸として回転する。

研削ホイール４４は、ホイール基台４６と、このホイール基台４６の下面に固定されている複数の研削砥石４８とを有する。このホイール基台４６は、その外径がマウント４２の直径と概ね等しい円環状の形状を有し、例えば、ステンレス若しくはアルミニウム等の金属又は樹脂等からなる。

また、複数の研削砥石４８は、研削ホイール４４（ホイール基台４６）の周方向に沿って離散して配置されている。すなわち、複数の研削砥石４８は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な面（水平面）上において環状に配置されている。

そして、複数の研削砥石４８のそれぞれは、例えば、ダイヤモンド又はｃＢＮ（ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）等からなる砥粒と、この砥粒を固定する結合材（ボンド材）とを含む。なお、この結合材としては、例えば、メタルボンド、レジンボンド又はビトリファイドボンド等が適用される。

研削ユニット３６の前方には、チャックテーブル８に保持された被加工物の表面に平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷を供給する氷供給ユニット５０が設けられている。この氷供給ユニット５０は、基台４の溝４ａの上方に設けられている。すなわち、この氷供給ユニット５０は、Ｘ軸方向移動機構１０によってチャックテーブル８を移動させた時のチャックテーブル８の移動経路と重なるように設けられている。

この氷供給ユニット５０は、例えば、溝４ａの幅方向（Ｙ軸方向）に沿って延在し、その長さがチャックテーブル８の保持面の直径以上である正四角柱状のパイプである。また、このパイプは、それぞれのサイズが概ね等しい長方形状の４つの側面を有し、各側面がチャックテーブル８の保持面に対して傾くように設けられている。

そして、このパイプの４つの側面のうち下方後側を向くように設けられている側面５０ａ（図２参照）には、溝４ａの幅方向（Ｙ軸方向）に沿って概ね等間隔に複数の氷供給ノズル（不図示）が設けられている。あるいは、この側面５０ａには、氷供給ノズルに代えて、複数のシャッター（不図示）が設けられていてもよい。

なお、氷供給ユニット５０の設置方法に制限はない。例えば、この氷供給ユニット５０は、所定の接続部材（不図示）を介して基台４の上面又は研削ユニット３６に固定される。また、マウント４２を囲むようなカバー（不図示）が研削装置２に設けられている場合には、このカバーに氷供給ユニット５０が固定されてもよい。

また、氷供給ユニット５０は、製氷機５２に接続されている。この製氷機５２は、例えば、純水から直接的に平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷を製造する。あるいは、製氷機５２は、純水から各辺が数センチメートル程度のブロック状の氷を製造した後、このブロック状の氷を砕いて平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷を製造してもよい。

なお、製氷機５２において製造された氷は、シャーベット状の氷であると表現することもできる。そして、この氷は、氷供給ユニット５０の側面５０ａに設けられたノズルを介して、又は、氷供給ユニット５０の側面５０ａに設けられたシャッターを開くことによって下方に供給される。

図３は、研削装置２において被加工物に対するクリープフィード研削を行う被加工物の研削方法の一例を模式的に示すフローチャートである。この方法においては、まず、チャックテーブル８の保持面において被加工物を保持する（保持ステップ：Ｓ１）。図４は、保持ステップ（Ｓ１）の様子を模式的に示す側面図である。

この方法において研削される被加工物１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料からなり、かつ、互いに概ね平行な表面１１ａ及び裏面１１ｂを有する円盤状のウェーハである。この被加工物１１は、格子状に設定された分割予定ラインによって複数の領域に区画されており、各領域の裏面１１ｂ側には、ＩＣ又はＬＳＩ等のデバイスが形成されている。

なお、被加工物１１の種類、材質、大きさ、形状及び構造等に制限はない。被加工物１１は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）等のシリコン以外の半導体材料からなっていてもよい。あるいは、被加工物１１は、ガラス、セラミックス、樹脂又は金属等からなる円盤状又は矩形状の基板であってもよいが、この場合には、チャックテーブル８のポーラス板８ａの形状も矩形状に変更する必要がある。

さらに、被加工物１１の裏面１１ｂには、デバイスを保護するためのテープが貼着されていてもよい。なお、分割予定ラインによって区画された複数の領域のそれぞれに形成されるデバイスの種類、数量、形状、構造、大きさ及び配置等にも制限はない。また、被加工物１１には、このようなデバイスが形成されていなくてもよい。

保持ステップ（Ｓ１）においては、まず、チャックテーブル８を基台４の前側に位置付けてから、チャックテーブル８の保持面の中心と被加工物１１の裏面１１ｂの中心とを一致させるように被加工物１１をチャックテーブル８に置く。次いで、被加工物１１がチャックテーブル８によって保持されるように、チャックテーブル８のポーラス板８ａと連通する吸引源を動作させる。

次いで、Ｚ軸方向における研削ユニット３６の位置を調整する。図５は、研削ユニット３６の位置を調整する様子を模式的に示す側面図である。具体的には、複数の研削砥石４８の下面が被加工物１１の表面１１ａよりも低く、その裏面１１ｂよりも高い位置に位置付けられるように、Ｚ軸方向移動機構２４によって研削ユニット３６のＺ軸方向における位置を調整する。

次いで、Ｘ軸方向に沿ってチャックテーブル８を移動させながら、被加工物１１の表面１１ａに氷を供給する（氷供給ステップ：Ｓ２）。図６は、氷供給ステップ（Ｓ２）の様子を模式的に示す側面図である。

この氷供給ステップ（Ｓ２）においては、チャックテーブル８が複数の研削砥石４８に接近するようにＸ軸方向移動機構１０によってチャックテーブル８をＸ軸方向に沿って移動させながら、氷供給ユニット５０から被加工物１１の表面１１ａに平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷２１を連続的に供給する。

次いで、研削ホイール４４がＺ軸方向に沿った直線を回転軸として回転した状態でチャックテーブル８をＸ軸方向に沿って移動させることにより複数の研削砥石４８を被加工物１１の表面１１ａ側に接触させて被加工物１１の表面１１ａ側のＸ軸方向における一端から他端までを連続的に研削する（研削ステップ：Ｓ３）。

図７は、研削ステップ（Ｓ３）の様子を模式的に示す側面図である。この研削ステップ（Ｓ３）においては、スピンドル４０の基端部に連結されている回転駆動源によってスピンドル４０を介して研削ホイール４４を回転させながらＸ軸方向移動機構１０によってチャックテーブル８をＸ軸方向に沿って移動させる。これにより、被加工物１１の表面１１ａ側の所定の厚さを有する部分が除去されて被加工物１１が薄化される。

なお、図７においては、氷供給ステップ（Ｓ２）と研削ステップ（Ｓ３）とが並行して実施される様子が示されているが、研削ステップ（Ｓ３）は、氷供給ステップ（Ｓ２）が完了してから実施されてもよい。すなわち、被加工物１１の表面１１ａの全域に氷２１が供給されてから研削ステップ（Ｓ３）が実施されてもよい。

研削装置２においては、被加工物１１の表面１１ａに平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷２１が供給された状態で被加工物１１に対するクリープフィード研削が行われる。そして、この氷２１は複数の研削砥石４８と被加工物１１との接触界面に巻き込まれて、被加工物１１及び複数の研削砥石４８を冷却するとともに水（研削液）となり、この水によって研削屑が洗い流される。

さらに、この氷２１は、水等の液体とは異なり、研削ホイール４４に向かって流動することがないため、複数の研削砥石４８の外側面と衝突して飛散する蓋然性が低い。そのため、研削装置２においては、被加工物１１に対するクリープフィード研削を行う際に、複数の研削砥石４８と被加工物１１との接触界面に供給される研削液の減少を抑制できる。

なお、上述した内容は本発明の一態様であって、本発明は上述した内容に限定されない。例えば、本発明においては、チャックテーブル８がＹ軸方向及び／又はＺ軸方向に移動可能なように構成されていてもよく、また、研削ユニット３６がＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動可能なように構成されていてもよい。

その他、上述した実施形態にかかる構造及び方法等は、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できる。

２ ：研削装置
４ ：基台（４ａ：溝）
６ ：支持構造
８ ：チャックテーブル（８ａ：ポーラス板）
１０ ：Ｘ軸方向移動機構
１１ ：被加工物（１１ａ：表面、１１ｂ：裏面）
１２ ：Ｘ軸方向移動プレート
１４ ：ねじ軸
１６ ：モータ
１８ ：ナット部
２０ ：テーブルカバー
２１ ：氷
２２ ：防塵防滴カバー
２４ ：Ｚ軸方向移動機構
２６ ：ガイドレール
２８ ：Ｚ軸方向移動プレート
３０ ：ねじ軸
３２ ：モータ
３４ ：支持部材
３６ ：研削ユニット
３８ ：ハウジング
４０ ：スピンドル
４２ ：マウント
４４ ：研削ホイール
４６ ：ホイール基台
４８ ：研削砥石
５０ ：研削液供給ユニット（５０ａ：側面）
５２ ：製氷機

Claims (2)

1. 被加工物を研削する研削装置であって、
   該被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、
   水平面上において環状に配置された複数の研削砥石を有する研削ホイールが先端部に装着され、かつ、鉛直方向に沿って延在するスピンドルを有し、該鉛直方向に沿った直線を回転軸として該研削ホイールを回転させる研削ユニットと、
   該チャックテーブルと該研削ユニットとを水平方向に沿って相対的に移動させる移動機構と、
   該チャックテーブルに保持された該被加工物の表面に平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷を供給する氷供給ユニットと、
   を備えることを特徴とする研削装置。
2. 被加工物を研削する被加工物の研削方法であって、
   該被加工物を保持する保持ステップと、
   該保持ステップ後に、該被加工物の表面に平均粒径が０．５ｍｍ以下の粒状の氷を供給する氷供給ステップと、
   該氷供給ステップの後に、又は、該氷供給ステップと並行して、水平面上において環状に配置された複数の研削砥石を有する研削ホイールが鉛直方向に沿った直線を回転軸として回転した状態で該被加工物と該研削ホイールとを水平方向に沿って相対的に移動させることにより該複数の研削砥石を該被加工物の表面側に接触させて該被加工物の該表面側の該水平方向における一端から他端までを連続的に研削する研削ステップと、
   を備えることを特徴とする被加工物の研削方法。
   

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