JP5259307B2 - 研削ホイール - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研削するための研削装置に装着される研削ホイールに関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

ウエーハの裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石を有する研削ホイールが回転可能に装着された研削手段とを備えていて、ウエーハを高精度に所望の厚みに研削できる。

ところで、サファイア、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装置で研削すると長時間を要し、生産性が悪いという問題があることから、本出願人は、超音波振動子を研削ホイールに配設して被加工物を研削する技術を開発し、特許出願した（特開２００８−２３６９３号公報）。
特開２００８−２３６９３号公報

しかし、特許文献１に開示された研削ホイールの構造では、超音波振動子が生成する超音波振動が研削砥石に充分伝達しないという問題があることが判明した。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、研削砥石に超音波振動子が生成する超音波振動を充分伝達可能な研削ホイールを提供することである。

本発明によると、研削装置のスピンドル先端に固定されたホイールマウントに装着される研削ホイールであって、該ホイールマウントに装着されるマウント装着リングと、第１面及び該第１面と反対側の第２面を有し、複数の研削砥石が該第２面の外周部に固定されたホイールベースと、該研削砥石の半径方向内側で該ホイールベースの該第１面に配設された超音波振動子と、該マウント装着リングと該ホイールベースとの間に介装された振動吸収リングと、を具備し、前記振動吸収リングは、該ホイールベースに連結される第１の連結部と、該マウント装着リングに連結される第２の連結部と、該第１の連結部と該第２の連結部との間に形成され、該ホイールベースに生成された超音波振動を吸収するスリット部とを有していることを特徴とする研削ホイールが提供される。

好ましくは、ホイールベースは第１面に環状溝を有しており、超音波振動子は該環状溝中に挿入固定されている。

更に好ましくは、前記振動吸収リングは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリアセタール（ＰＯＭ）の何れかである硬質樹脂から形成される。

本発明によると、複数の研削砥石が固定された面と反対側のホイールベースの面上で且つ研削砥石の内側に超音波振動子を配設するとともに、研削砥石と超音波振動子とが固定されたホイールベースを振動吸収リングを介してマウント装着リングに取り付けたので、超音波振動子が生成した超音波振動が振動吸収リングで吸収されてホイールマウントに伝達されることが抑制され、超音波振動を研削砥石に充分伝達することができ、効率良くサファイア等の脆性硬質材料を研削することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明実施形態の研削ホイールを具備した研削装置２の外観斜視図を示している。４は研削装置２のハウジングであり、ハウジング４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研削ユニット（研削手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット１０は、スピンドルハウジング１２と、スピンドルハウジング１２を保持する支持部１４を有しており、支持部１４が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１６に取り付けられている。

研削ユニット１０はスピンドルハウジング１２中に回転可能に収容されたスピンドル１８と、スピンドル１８の先端に固定されたホイールマウント２０と、ホイールマウント２０にねじ締結され環状に配設された複数の研削砥石を有する研削ホイール２２と、スピンドル１８を回転駆動する電動モーターを含んでいる。

研削装置２は、研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ２８とパルスモータ３０とから構成される研削ユニット移動機構３２を備えている。パルスモータ３０を駆動すると、ボールねじ２８が回転し、移動基台１６が上下方向に移動される。

ハウジング４の上面には凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにチャックテーブル機構３４が配設されている。チャックテーブル機構３４はチャックテーブル３６を有し、図示しない移動機構によりウエーハ着脱位置Ａと、研削ユニット１０に対向する研削位置Ｂとの間でＹ軸方向に移動される。３８，４０は蛇腹である。ハウジング４の前方側には、研削装置２のオペレータが研削条件等を入力する操作パネル４２が配設されている。

図２及び図３に示すように、スピンドル１８の先端は小径先端部１８ａに形成されており、この小径先端部１８ａにホイールマウント２０が固定されている。ホイールマウント２０は４個の丸穴４７を有しており、これらの丸穴４７にボルト４８を挿入して研削ホイール２２のねじ穴にボルト４８を螺合することにより、研削ホイール２２がホイールマウント２０に取り付けられる。

スピンドル１８には、スピンドル１８を上下方向に貫通する貫通孔２１が形成されており、この貫通孔２１の先端部は図３に示すように径が拡大されたコネクター挿入孔１９が形成されている。コネクター挿入孔１９中に凹型コネクター５０が挿入されており、この凹型コネクター５０に後で説明する超音波振動子に接続された凸型コネクター６５が嵌合される。

図４を参照すると、本発明実施形態の研削ホイール２２の分解斜視図が示されている。図５は研削ホイール２２の斜視図、図６は研削ホイール２２の一部断面正面図である。５６は研削ホイール２２のホイールベースであり、ホイールベース５６の第２面即ち下面５６ｂ（図７参照）の外周には複数の研削砥石５８が環状に固着されている。

図７に最も良く示されるように、ホイールベース５６の第１面即ち上面５６ａには環状溝５９が形成されており、この環状溝５９中に環状の超音波振動子６０が挿入されて接着剤等により固着されている。ホイールベース５６は中心穴６３を有している。超音波振動子６０は複数の円弧状超音波振動子を環状溝５９中に挿入固定するようにしても良い。

図７に示したホイールベース５６の変形例として、ホイールベース５６の上面５６ａに環状溝５９を形成せずに、環状又は円弧状の超音波振動子６０を接着力の強い接着剤によりホイールベース５６の上面５６ａ上に直接接着するようにしても良い。超音波振動子６０に接続された一対の導電線６１は図３に示した凸型コネクター６５に接続されている。

図４を再び参照すると、６２はマウント装着リングであり、ボルト４８が螺合される４個のねじ穴６４と、４個の貫通穴６６を有している。各貫通穴６６の上部には締結ねじの頭部が挿入される座繰り６６ａが形成されている。

６８は振動吸収リングであり、例えばアルミニウム合金から形成されている。振動吸収リング６８はホイールベース５６に連結される第１の連結部６８ａと、マウント装着リング６２に連結される第２の連結部６８ｂと、第１の連結部６８ａと第２の連結部６８ｂとの間に形成されたホイールベース５６に生成された超音波振動を吸収する複数のスリット７０を有している。振動吸収リング６８は更に、マウント装着リング６２の各貫通穴６６に整列して締結ねじが螺合される４個のねじ穴７２を有している。

研削ホイール２２を組み立てるには、ホイールベース５６を振動吸収リング６８の第１の連結部６８ａに接着等により固定する。更に、マウント装着リング６２の貫通穴６６中に締結ねじを挿入し振動吸収リング６８のねじ穴７２に螺合することにより、振動吸収リング６８を第２の連結部６８ｂでマウント装着リング６２に固定する。

これにより、図５及び図６に示すような研削ホイール２２が得られる。マウント装着リング６２を振動吸収リング６８にねじ締結する代わりに、マウント装着リング６２を振動吸収リング６８に接着固定するようにしても良い。

超音波振動子６０としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ_３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）を用いることができる。

上述した実施形態では、振動吸収リング６８をアルミニウム合金から形成した例について説明したが、振動吸収リング６８としてエンジニアリングプラスチック（硬質樹脂）を採用するようにしても良い。エンジニアリングプラスチックは、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリアセタール（ＰＯＭ）の何れかから選択される。

振動吸収リング６８をエンジニアリングプラスチックから形成した場合には、スリット７０を特に設けなくてもホイールベース５６に生成された超音波振動を吸収できるが、複数のスリット７０を形成すると振動の吸収がより効果的である。

図２を再び参照すると、研削ユニット１０はスピンドル１８を回転駆動する電動モーター７４を備えている。電動モーター７４は例えば永久磁石式モーターから構成される。電動モーター７４は、スピンドル１８の中間部に形成されたモーター装着部７６に装着された永久磁石からなるローター７８と、ローター７８の外周側においてスピンドルハウジング１２に配設されたステータコイル８０とから構成される。

このように構成された電動モーター７４は、ステータコイル８０に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりローター７８が回転し、ローター７８が装着されたスピンドル１８が回転される。

研削ユニット１０は更に、超音波振動子６０に交流電力を印加するとともに電動モーター７４に交流電力を印加する電力供給手段８２を具備している。電力供給手段８２は、スピンドル１８の上端に配設されたロータリートランス８４を含んでいる。

ロータリートランス８４は、スピンドル１８の上端に配設された受電手段８６と、受電手段８６と対向して配設された給電手段８８を具備している。受電手段８６は、スピンドル１８に装着されたローターコア９０と、ローターコア９０に巻回された受電コイル９２とから構成される。

このように構成された受電手段８６の受電コイル９２には導電線５２が接続されている。この導電線５２は、スピンドル１８の中心に軸方向に形成された貫通穴２１内に配設され、その先端が図３に示す凹型コネクター５０に接続されている。

給電手段８８は、受電手段８６の外周側に配設されたステータコア９４と、ステータコア９４に配設された給電コイル９６とから構成される。このように構成された給電手段８８の給電コイル９６には、電気配線９８を介して交流電力が供給される。

電力供給手段８２は、交流電源１００と、交流電源１００とロータリートランス８４の給電コイル９６との間に挿入された電圧調整手段１０２と、給電手段８８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１０４と、電圧調整手段１０２及び周波数調整手段１０４を制御する制御手段１０６と、制御手段１０６に研削砥石に付与する超音波振動の振幅等を入力する入力手段１０８を具備している。

交流電源１００は、制御回路１１２及び電気配線１１０を介して電動モーター７４のステータコイル８０に交流電力を供給する。周波数調整手段１０４としては、株式会社エヌエフ回路設計ブロックが提供するデジタルファンクションジェネレータ、商品名「ＤＦ−１９０５」を使用することができる。ＤＦ−１９０５によると、周波数を１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲内で適宜調整することができる。

このように構成された研削装置２の研削作業について以下に説明する。図１に示すウエーハ着脱位置Ａに位置付けられたチャックテーブル３６上に、図８に示すように表面に保護テープＴが貼付されたウエーハＷを保護テープＴを下にして吸引保持する。次いで、チャックテーブル３６をＹ軸方向に移動して研削位置Ｂに位置付ける。

このように位置付けられたウエーハＷに対して、図８に示すようにチャックテーブル３６を矢印Ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２２をチャックテーブル３６と同一方向に、即ち矢印Ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転駆動させるとともに、研削ユニット移動機構３２を作動して研削砥石５８をウエーハＷの裏面に接触させる。

この研削加工時には、電力供給手段８２によってロータリートランス８４を構成する給電手段８８の給電コイル９６に所定周波数の交流電力を供給する。その結果、回転する受電手段８６の受電コイル９２、導電線５２、凹型コネクター５０、凸型コネクター６５、導電線６１を介して超音波振動子６０に所定周波数の交流電力が印加され、超音波振動子６０は主にラジアル方向（径方向）に超音波振動する。この超音波振動は、ホイールベース５６を介して複数の研削砥石５８に伝達され、研削砥石５８がラジアル方向に超音波振動する。

本実施形態の研削ホイール２２では、複数のスリット７０を有する振動吸収リング６８を介してホイールベース５６がマウント装着リング６に取り付けられているため、超音波振動子６０が発生する超音波振動のホイールマウント２０への伝達が抑制される。従って、超音波振動子６０から発生された超音波振動は、ホイールベース５６を介して複数の研削砥石５８に効果的に伝達される。

このように超音波振動子６０で研削砥石５８を主にラジアル方向に振動させながら研削ホイール２２を所定の研削送り速度（例えば３〜５μｍ／秒）で下方に所定量研削送りして、ウエーハＷの研削を実施する。

研削砥石５８がラジアル方向に超音波振動すると、研削によって生成され研削砥石５８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５８に作用する微振動により研削水とともに流動されて除去される。

従って、研削砥石５８の目詰まりを防止することができるため、サファイア、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であっても効率良く研削することができる。

（実施例）
超音波振動子６０をチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ_３）から形成した本発明実施形態の研削ホイール２２をホイールマウント２０に装着し、超音波振動子６０に５０ｋＨｚの周波数で１５０Ｖの電圧を印加した。

その結果、研削砥石５８は５０ｋＨｚの周波数でラジアル方向（径方向）に６μｍ前後の振幅で振動した。研削砥石５８は軸方向にも超音波振動するが、軸方向への振幅は１．０μｍ前後でラジアル方向に比較して小さいものであった。

尚、比較のために特許文献１に開示された研削ホイールをホイールマウントに装着し、実施例と同一条件で超音波振動子に交流電圧を印加したところ、研削砥石はラジアル方向に僅かに超音波振動したが、その振幅は０．２μｍ前後で充分な振幅は得られなかった。

本発明の研削ホイールが装着された研削装置の外観斜視図である。 本発明実施形態の研削ユニットの一部断面正面図である。 スピンドルの先端部分に装着されたホイールマウントの斜視図である。 本発明実施形態の研削ホイールの分解斜視図である。 研削ホイールの斜視図である。 研削ホイールの一部断面正面図である。 ホイールベースの断面図である。 研削作業の様子を示す説明図である。

符号の説明

２ 研削装置
１０ 研削ユニット
２０ ホイールマウント
２２ 研削ホイール
３６ チャックテーブル
５６ ホイールベース
５８ 研削砥石
６０ 超音波振動子
６２ マウント装着リング
６８ 振動吸収リング
７０ スリット

Claims (4)

1. 研削装置のスピンドル先端に固定されたホイールマウントに装着される研削ホイールであって、
   該ホイールマウントに装着されるマウント装着リングと、
   第１面及び該第１面と反対側の第２面を有し、複数の研削砥石が該第２面の外周部に固定されたホイールベースと、
   該研削砥石の半径方向内側で該ホイールベースの該第１面に配設された超音波振動子と、
   該マウント装着リングと該ホイールベースとの間に介装された振動吸収リングと、を具備し、
   前記振動吸収リングは、該ホイールベースに連結される第１の連結部と、該マウント装着リングに連結される第２の連結部と、該第１の連結部と該第２の連結部との間に形成され、該ホイールベースに生成された超音波振動を吸収するスリット部とを有していることを特徴とする研削ホイール。
2. 前記ホイールベースは前記第１面に環状溝を有しており、前記超音波振動子は該環状溝中に挿入固定されていることを特徴とする請求項１記載の研削ホイール。
3. 前記振動吸収リングは硬質樹脂から形成される請求項１又は２記載の研削ホイール。
4. 該硬質樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリアセタール（ＰＯＭ）の何れかである請求項３記載の研削ホイール。

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