JP5049095B2 - 研削ホイール - Google Patents

Description

本発明は、チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段を構成する回転スピンドルの一端に設けられたホイールマウントに取り付けられるホイール基台と、該ホイール基台に装着された円環状の研削砥石とからなる研削ホイールに関するものである。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと称される分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ，ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザダイオード等の光デバイスに分割され、電子機器に広く利用されている。

このように分割されるウエーハは、ストリートに沿って切断する前に研削装置によって裏面が研削され、所定の厚さに加工される。研削装置の研削砥石によってウエーハの裏面を研削すると、研削砥石の目詰まりやコンタミ排出が円滑にいかない等の影響により研削能力が低下する。特に、サファイヤ、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチック等の脆性硬質材料を研削すると、研削砥石の目詰まり等による研削能力の低下によって生産性が著しく低下するという問題がある。

このような問題を解消するために、被加工物を保持するチャックテーブルと、このチャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削砥石を保持する砥石保持部材との少なくとも一方に、研削砥石による被加工物の研削部に超音波振動を付与する超音波印加手段を配設した研削装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平２−２３２１６４号公報

しかしながら、特許文献１の研削装置においては、チャックテーブルに超音波振動を付与するために超音波印加手段をチャックテーブルに配設した具体例について開示されているが、超音波振動子が生成する超音波を対象となる研削砥石に十分かつ均一に伝達させるための具体的構成については記載されておらず、研削砥石に十分かつ均一に超音波振動を伝達させることができず、難研削材を円滑に研削できないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、超音波振動子の超音波を研削砥石に対して十分かつ均一に伝達させることができ、難研削材であっても効率よく研削できる研削ホイールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる研削ホイールは、チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段を構成する回転スピンドルの一端に設けられたホイールマウントに取り付けられるホイール基台と、該ホイール基台に装着された円環状の研削砥石とからなる研削ホイールであって、前記ホイール基台は、前記ホイールマウントと連結するリング状の連結部と、該連結部の内周部に連結された円盤形状の砥石装着部とからなり、前記砥石装着部は、前記ホイールマウント側となる上面は該ホイールマウントに対して相対的に非接触に構成され、下面側に前記研削砥石が装着され、前記研削砥石よりも内周側で当該研削ホイールの中心周りに前記研削砥石と同心円をなす位置に配設された円環状の超音波振動子を有し、前記連結部と当該砥石装着部との境界部に位置させて、周方向に形成された複数の円弧状スリットを備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる研削ホイールは、上記発明において、前記砥石装着部は、ドーナツ形状に形成され、前記超音波振動子は、ドーナツ形状の前記砥石装着部の内周部と前記円弧状スリットとの間の中央位置に配設されていることを特徴する。

また、本発明にかかる研削ホイールは、上記発明において、前記複数の円弧状スリットは、異なる半径による円周上に位置させて互い違いに形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる研削ホイールは、上記発明において、前記砥石装着部の上面側は、前記連結部に対して凹形状に形成されることにより前記ホイールマウントに対して非接触に構成されていることを特徴とする。

本発明にかかる研削ホイールは、ホイールマウントと連結するリング状の連結部と、該連結部の内周部に連結された円盤形状の砥石装着部とからなるホイール基台について、砥石装着部が、ホイールマウント側となる上面は該ホイールマウントに対して相対的に非接触に構成され、下面側に研削砥石が装着され、研削砥石よりも内周側で当該研削ホイールの中心周りに研削砥石と同心円をなす位置に配設された円環状の超音波振動子を有し、連結部と砥石装着部との境界部に位置させて、周方向に形成された複数の円弧状スリットを備えように構成および配置を工夫したので、超音波振動子が発生する超音波振動を外周側に位置する研削砥石に対して十分かつ均一に伝達させることができ、よって、従来に比して研削砥石に大きな振幅を得ることができ、研削砥石の目詰まりを解消して難研削材であっても効率よく研削することができるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態である研削ホイールについて図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の研削ホイールを含む研削装置全体の構成例を示す斜視図であり、図２は、電装制御系を併せて示す研削装置に含まれるスピンドルユニットの縦断側面図である。本実施の形態の研削装置は、装置ハウジング２を具備している。装置ハウジング２は、細長く延在する直方体状の主部２１と、この主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ実質上鉛直に延びる一対の直立壁２２とを有する。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１に研削手段３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削手段３は、移動基台３１とこの移動基台３１に装着されたスピンドルユニット４を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１が設けられ、この一対の脚部３１１に一対の案内レール２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２が形成されている。移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられ、この支持部３１３にスピンドルユニット４が取り付けられている。

スピンドルユニット４は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング４１と、このスピンドルハウジング４１に回転自在に配設された回転スピンドル４２とを具備している。ここで、図２に示すように、スピンドルハウジング４１は、略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸孔４１１を備えている。スピンドルハウジング４１に形成された軸孔４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、その中央部には径方向に突出して形成されたスラスト軸受フランジ４２１が設けられている。これにより、回転スピンドル４２は、軸孔４１１の内壁との間に供給される高圧エアーによって回転自在に支持される。回転スピンドル４２は、一端部（図２において下端部）がスピンドルハウジング４１の下端から突出して配設されており、その一端にホイールマウント４３が設けられている。このホイールマウント４３の下面に本実施の形態による研削ホイール５が取り付けられる。ホイールマウント４３および研削ホイール５については、後述する。

また、研削装置は、スピンドルユニット４を一対の案内レール２２１に沿って上下方向に移動させる研削ユニット送り機構１０を備えている。研削ユニット送り機構１０は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド１０１を備えている。雄ねじロッド１０１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材１０２，１０３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材１０２には雄ねじロッド１０１を回転駆動するパルスモータ１０４が配設されている。移動基台３１の後面には、その幅方向中央部から後方に延びる貫通雌ねじ孔（図示せず）が形成されており、この貫通雌ねじ孔に雄ねじロッド１０１が螺合している。したがって、パルスモータ１０４が正転すると、移動基台３１、すなわち研削手段３が下降（前進）し、パルスモータ１０４が逆転すると移動基台３１、すなわち研削手段３が上昇（後退）する。

また、ハウジング２の主部２１には、チャックテーブル機構１１が配設されている。チャックテーブル機構１１は、チャックテーブル１２と、このチャックテーブル１２の周囲を覆うカバー部材１３と、カバー部材１３の前後に配設された蛇腹手段１４，１５を具備している。チャックテーブル１２は、回転手段（図示せず）によって回転されるものであり、その上面に被加工物Ｗを吸引手段（図示せず）を作動することにより吸引保持するように構成されている。また、チャックテーブル１２は、チャックテーブル移動手段（図示せず）によって図１に示す被加工物載置域２４とスピンドルユニット４を構成する研削ホイール５と対向する研削域２５との間で移動される。蛇腹手段１４，１５は、キャンパス布の如き適宜材料から形成されている。蛇腹手段１４の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材１３の前端面に固定されている。蛇腹手段１５の前端はカバー部材１３の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル１２が矢印２３ａで示す方向に移動する際には蛇腹手段１４が伸張し蛇腹手段１５が収縮し、逆に、チャックテーブル１２が矢印２３ｂで示す方向に移動する際には蛇腹手段１４が収縮し蛇腹手段１５が伸張する。

ついで、ホイールマウント４３および研削ホイール５について、図３〜図６を参照して説明する。図３は、ホイールマウントおよび研削ホイールを示す分解斜視図であり、図４は、研削ホイールを示す俯瞰図であり、図５は、研削ホイールを示す縦断正面図であり、図６は、研削ホイールを示す簡略的な底面図である。

まず、ホイールマウント４３は、図３に示すように、回転スピンドル４２の下端に一体に円盤状に形成されている。このホイールマウント４３には、複数個のボルト挿通孔４３ａが設けられている。また、ホイールマウント４３の中心部には、コネクタ挿入孔４３ｂが形成されている。

一方、研削ホイール５は、ＳＵＳ等からなるもので、図３〜図６に示すように、ホイールマウント４３に取り付けられるホイール基台５１と、このホイール基台５１の下面に円環状をなすように装着される複数の研削砥石５２とからなる。ホイール基台５１は、ホイールマウント４３に対応する大きさに形成されたもので、外周部に位置してホイールマウント４３と連結するためのリング状の連結部５１１と、この連結部５１１の内周部に連結された円盤形状の砥石装着部５１２とからなる。連結部５１１には、ホイールマウント４３に形成された複数個のボルト挿通孔４３ａと対応する複数個のネジ孔５１１ａが形成されている。

砥石装着部５１２は、上面側が連結部５１１に対して凹形状をなすように凹部５３が形成されることにより連結部５１１がホイールマウント４３に連結された状態で砥石装着部５１２の上面側はホイールマウント４３に対して非接触となるように構成されている。すなわち、砥石装着部５１２は、連結部５１１の厚みに比して十分薄く形成されている。また、砥石装着部５１２は、中央部に配線挿通孔５１２ａが形成され、全体的にはドーナツ形状に形成されている。このような砥石装着部５１２の下面側の適宜半径位置には、複数個の研削砥石５２が周方向に適宜に接着剤によって円環状をなすように装着されている。

さらに、砥石装着部５１２において、研削砥石５２よりも内周側位置であって、研削ホイール５（配線挿通孔５１２ａ）の中心周りに円環状をなす研削砥石５２と同心円をなす上下両面位置には、適宜の接着剤によって装着された円環状の超音波振動子６が配設されている。これら超音波振動子６は、研削砥石５２に超音波振動を付与するためのものであり、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって形成されている。本実施の形態の超音波振動子６としては、例えばＰＺＴ振動子が用いられている。このようにして砥石装着部５１２の上下両面に装着された超音波振動子６の表裏面の＋，−端子には、導電線６１の一端がそれぞれ接続されている。なお、下面側の超音波振動子６の＋，−端子に対しては配線挿通孔５１２ａを通して導電線６１が接続されている。また、導電線６１の他端は、凸型コネクタ６２に接続されている。この凸型コネクタ６２は、後述する電力供給手段に着脱可能に接続される。

また、砥石装着部５１２において、研削砥石５２よりも外周側位置となる連結部５１１と砥石装着部５１２との境界部に位置させて、周方向に複数の円弧状スリット５１３が形成されている。円弧状スリット５１３は、複数列、例えば異なる半径による２つの円周上に位置させて２列状態で形成され、２列の円弧状スリット５１３が半径方向に見て均等にオーバーラップするよう互い違いに千鳥配列させて形成されている。なお、図６では、これら円弧状スリット５１３や複数の研削砥石５２は、円周上において繋がった状態に簡略化して示している。

このように構成された研削ホイール５は、ホイールマウント４３に形成されたボルト挿通孔４３ａによってそれぞれ挿通された締結ボルト５５をネジ孔５１１ａにそれぞれ螺着することによって、マウントホイール４３に着脱可能に装着される。

図２に戻って説明を続けると、スピンドルユニット４は、回転スピンドル４２を回転駆動するための電動モータ７を備えている。この電動モータ７は、例えば永久磁石式モータによるもので、回転スピンドル４２の中間部に形成されたモータ装着部４２２に装着された永久磁石からなるロータ７１と、このロータ７１の外周側においてスピンドルハウジング４１に配設されたステータコイル７２とからなる。この電動モータ７は、ステータコイル７２に後述する電力供給手段によって交流電力を供給することによりロータ７１が回転し、このロータ７１を装着した回転スピンドル４２を回転させる。

また、スピンドルユニット４は、超音波振動子６に交流電力を供給するとともに電動モータ７に交流電力を供給する電力供給手段８を具備している。電力供給手段８は、スピンドルユニット４の後端部に配設されたロータリトランス８０を具備している。ロータリトランス８０は、回転スピンドル４２の後端に配設された受電手段８１と、この受電手段８１に対向して配設されスピンドルハウジング４１の後端部に配設された給電手段８２とを具備している。受電手段８１は、回転スピンドル４２に装着されたロータ側コア８１１と、このロータ側コア８１１に巻回された受電コイル８１２とからなる。受電コイル８１２には、導電線８１３が接続されている。この導電線８１３は、回転スピンドル４２の中心部に軸方向に形成された孔４２３内に配設され、その先端が凸型コネクタ６２と嵌合する凹型コネクタ８１４（図３参照）に接続されている。また、給電手段８２は、受電手段８１の外周側に配設されたステータ側コア８２１と、このステータ側コア８２１に配設された給電コイル８２２とからなる。給電コイル８２２は、配線８３を介して交流電力が供給される。

また、電力供給手段８は、ロータリトランス８０の給電コイル８２２に供給する交流電力の交流電源９１と、電圧調整手段９２と、給電手段８２に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段９３と、電圧調整手段９２および周波数調整手段９３を制御する制御手段９４と、この制御手段９４に複数の研削砥石５２に付与する超音波振動子６の超音波振動の振幅等を入力する入力手段９５を具備している。なお、電力供給手段８は、制御回路９６および配線７２１を介して電動モータ７のステータコイル７２に交流電力を供給する。

ここで、スピンドルユニット４の作用について説明する。研削作業を行う際には、電力供給手段８から電動モータ７のステータコイル７２に交流電力が供給される。この結果、電動モータ７が回転して回転スピンドル４２が回転し、回転スピンドル４２の先端に取り付けられた研削ホイール５が回転する。

一方、電力供給手段８は、制御手段９４によって電圧調整手段９２および周波数調整手段９３を制御し、交流電力の電圧を所定電圧に制御するとともに、交流電力の周波数を所定周波数に変換して、ロータリトランス８０を構成する給電手段８２の給電コイル８２２に供給する。所定周波数、所定電圧の交流電力が給電コイル８２２に供給されると、回転する受電手段８１の受電コイル８１２、導電線８１３、凹型コネクタ８１４、凸型コネクタ６２、導電線６１を介して円環状の超音波振動子６に所定電圧、所定周波数の交流電力が印加される。この結果、超音波振動子６は半径方向に超音波振動する。超音波振動子６が発生した超音波振動は、砥石装着部５１２を介して複数の研削砥石５２に伝達される。

次に、本実施の形態の研削装置の作用について説明する。まず、図１に示すように研削装置の被加工物載置域２４に位置付けられたチャックテーブル１２上に半導体ウエーハ等の研削対象となる被加工物Ｗを載置する。なお、被加工物Ｗが半導体ウエーハの場合、デバイスが形成された表面には保護テープＴが貼着されており、この保護テープＴ側をチャックテーブル１２に載置する。チャックテーブル１２に載置された被加工物Ｗは、図示しない吸引手段によってチャックテーブル１２上に吸引保持される。そして、図示しないチャックテーブル移動手段を作動してチャックテーブル１２を矢印２３ａで示す方向に移動し、研削域２５に位置付ける。そして、研削ホイール５における研削砥石５２の外周縁がチャックテーブル１２の回転中心（すなわち、被加工物Ｗの中心）を通過するように位置付ける。

このような位置関係に位置付けた後、チャックテーブル１２を例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させるとともに、研削ホイール５を同一方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転させる。すなわち、電力供給手段８からステータコイル７２に交流電力を供給することにより、電動モータ７が回転して回転スピンドル４２が回転し、回転スピンドル４２の先端に取り付けられた回転ホイール５が回転する。そして、研削ホイール５を下降させて研削砥石５２を被加工物Ｗの上面である裏面（被研削面）に所定の圧力で押圧する。この結果、被加工物Ｗの被研削面は全面に亘って研削される。このとき、複数の研削砥石５２による研削加工部には研削液が供給される。

このような研削加工時には、電力供給手段８によってロータリトランス８０を構成する給電手段８２の給電コイル８２２に所定電圧、所定周波数の交流電力を供給する。この結果、回転する受電手段８１の受電コイル８１２、導電線８１３、凹型コネクタ８１４、凸型コネクタ６２、導電線６１を介して超音波振動子６に所定電圧、所定周波数の交流電力が印加される。これにより、超音波振動子６は、半径方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、砥石装着部５１２を介して複数の研削砥石５２に伝達され、複数の研削砥石５２が半径方向に超音波振動する。

ここで、本実施の形態の研削ホイール５においては、超音波振動を伝達すべき複数の研削砥石５２が装着される砥石装着部５１２が、連結部５１１よりも薄く形成されて上方のホイールマウント４３と非接触状態にあり、かつ、連結部５１１との境界部に複数の円弧状スリット５１３が形成されることで連結部５１１に対して変形しやすい断続的な連結状態となっている。よって、この砥石装着部５１２に配設させた超音波振動子６を超音波振動させた場合に変形しやすい砥石装着部５１２を介して研削砥石５２に超音波振動を十分な振幅で伝達させることが可能となる。特に、円弧状スリット５１３が２列で互い違いに配設されているので、砥石装着部５１２は固定的な連結部５１１に対して自由度が高く変形しやすい状態にあり、より一層効果的となる。また、超音波振動子６が研削砥石５２よりも内周側位置に配設されているので、超音波振動子６が発生する半径方向の超音波振動をその外周側に位置する研削砥石５２に効率よく伝達させることができる。特に、全体的に円環状をなす研削砥石５２に対して超音波振動子６も円環状であって、同心円をなす位置に配設されているので、複数の研削砥石５２に対して超音波振動を均一に伝達させることができる。

このように複数の研削砥石５２が半径方向に超音波振動すると、研削により生成され研削砥石５２の砥粒間に滞留して目詰まりの原因となる研削屑が研削砥石５２に作用する微振動により流動して除去される。したがって、研削砥石５２の目詰まりを防止でき、脆性硬質材料のような難研削材であっても効率よく研削することができる。

ここで、本実施の形態による具体的な実施例について説明する。例えば、図５に示すように配線挿通孔５１２ａの直径ｄをｄ＝３０ｍｍ、砥石装着部５１２の直径（外側の円弧状スリット５１３部分の直径）ＤをＤ＝１７０ｍｍとし、超音波振動子６の大きさを規定する直径ＲをＲ＝１００ｍｍとし、超音波振動子６としてＰＺＴ振動子を用い、例えば、３５ｋＨｚ，１００Ｖの交流電力を超音波振動子６に印加した場合、３５ｋＨｚの周波数で研削砥石５２部分において半径方向に８μｍ前後の振動振幅が得られたものである。ちなみに、超音波振動子６の直径ＲをＲ＝１２５ｍｍと大きめにした場合の半径方向の振動振幅は４．９μｍ程度であり、Ｒ＝７５ｍｍと小さめにした場合の半径方向の振動振幅は５．６μｍ程度となったものである。よって、超音波振動子６は、ドーナツ形状の砥石装着部５１２の内周部（配線挿通孔５１２ａの縁部）と円弧状スリット５１３との間の中央位置（すなわち、砥石装着部５１２自身の半径方向中央位置）に配設させると最も効率がよいことが判る。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、ホイール基台５１側において砥石装着部５１２の上面側を連結部５１１に対して凹形状をなすようカップ型に形成することで、砥石装着部５１２をホイールマウント４３に対して非接触に構成したが、相対的に非接触であればよく、砥石装着部５１２の上面側を平坦とし、ホイールマウント４３の下面側を連結部５１１に対して凹形状をなすようにカップ型に形成するような構成であってもよい。

また、本実施の形態では、複数個の研削砥石５２を同一円周上に配設することで円環状としたが、元々円環状に形成された１つの研削砥石を用いるようにしてよい。

また、本実施の形態では、２列の複数の円弧状スリット５１３を半径方向に見て均等にオーバーラップするよう互い違いに千鳥配列させたが、オーバーラップさせずに互い違いに千鳥配列させてもよい。また、１列の円弧状スリットとしてもよい。これらの場合、各円弧状スリットの数や長さ、円弧状スリット間の間隔は、適宜設定すればよい。

本発明の実施の形態の研削ホイールを含む研削装置全体の構成例を示す斜視図である。 電装制御系を併せて示す研削装置に含まれるスピンドルユニットの縦断側面図である。 ホイールマウントおよび研削ホイールを示す分解斜視図である。 研削ホイールを示す俯瞰図である。 研削ホイールを示す縦断正面図である。 研削ホイールを示す簡略的な底面図である。

符号の説明

３ 研削手段
５ 研削ホイール
６ 超音波振動子
１２ チャックテーブル
４２ 回転スピンドル
４３ ホイールマウント
５１ ホイール基台
５２ 研削砥石
５１１ 連結部
５１２ 砥石装着部
５１３ 円弧状スリット
Ｗ 被加工物

Claims (4)

1. チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段を構成する回転スピンドルの一端に設けられたホイールマウントに取り付けられるホイール基台と、該ホイール基台に装着された円環状の研削砥石とからなる研削ホイールであって、
   前記ホイール基台は、前記ホイールマウントと連結するリング状の連結部と、該連結部の内周部に連結された円盤形状の砥石装着部とからなり、
   前記砥石装着部は、
   前記ホイールマウント側となる上面は該ホイールマウントに対して相対的に非接触に構成され、
   下面側に前記研削砥石が装着され、
   前記研削砥石よりも内周側で当該研削ホイールの中心周りに前記研削砥石と同心円をなす位置に配設された円環状の超音波振動子を有し、
   前記連結部と当該砥石装着部との境界部に位置させて、周方向に形成された複数の円弧状スリットを備えることを特徴とする研削ホイール。
2. 前記砥石装着部は、ドーナツ形状に形成され、
   前記超音波振動子は、ドーナツ形状の前記砥石装着部の内周部と前記円弧状スリットとの間の中央位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の研削ホイール。
3. 前記複数の円弧状スリットは、異なる半径による円周上に位置させて互い違いに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の研削ホイール。
4. 前記砥石装着部の上面側は、前記連結部に対して凹形状に形成されることにより前記ホイールマウントに対して非接触に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の研削ホイール。

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