JP5301321B2

JP5301321B2 - 研削ホイール

Info

Publication number: JP5301321B2
Application number: JP2009052902A
Authority: JP
Inventors: 暁明邱; 文照田篠; 壮祐熊谷; 卓也足立
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: JP2010201603A

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プレートと、中央部に形成され該マウント装着プレートに連結する第１の厚みを有する円柱状連結部と、該円柱状連結部を囲繞して形成され該第１の厚みよりも薄い第２の厚みを有する環状共振部と、該環状共振部を囲繞して形成され該第２の厚みよりも薄い第３の厚みを有する環状振動伝達部と、該環状振動伝達部を囲繞し研削砥石が環状に固定される環状研削砥石固定部とを有するホイールベースと、該ホイールベースの該環状研削砥石固定部に固定された複数の研削砥石と、該ホイールベースの前記環状共振部に配設された超音波振動子と、該マウント装着プレートの全周と該ホイールベースの全周とを囲繞するように該マウント装着プレートの外周と該ホイールベースの外周とに締結された円筒状薄板と、を具備したことを特徴とする研削ホイールが提供される。

本発明の研削ホイールは、超音波振動子が取り付けられた環状共振部を囲繞するように形成された厚さの薄い環状振動伝達部を有しているため、超音波振動子が生成した超音波振動を研削砥石に十分伝達できるとともに、マウント装着プレート及びホイールベースの外周に締結された円筒状薄板により垂直加重に対するホイールベースの撓みを抑制できるため、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。

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。本発明実施形態の研削ホイールの分解斜視図である。ホイールマウント及びホイールマウントに装着される研削ホイールの分解斜視図である。研削ホイールの縦断面図である。

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のオペレータが検索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４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９０を有しており、これらの丸穴９０にボルト８８を挿入して研削ホイール２２のねじ穴にボルト８８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４に示すように径が拡大されたコネクター挿入孔１９に形成されている。コネクター挿入孔１９中に凹型コネクター９２が挿入されており、この凹型コネクター９２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６４が嵌合される。

図３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４はホイールマウント２０と研削ホイール２２の分解斜視図、図５は研削ホイール２２の縦断面図である。

４６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４６の上面４６ａの中央部にはマウント装着プレート６８に連結される円柱状連結部４８が一体的に形成されている。円柱状連結部４８は第１の厚みを有している。ホイールベース４６の直径が２００ｍｍの場合、第１の厚みは例えば２０ｍｍである。

ホイールベース４６は、円柱状連結部４８を囲繞するように形成された第１の厚みよりも薄い第２の厚みを有する環状共振部４９を有している。第２の厚みは例えば１５ｍｍである。

図５の断面図から明らかなように、環状共振部４９の上面には環状溝５５が形成されており、この環状溝５５中に環状の超音波振動子５６が挿入されて接着剤等により固着されている。超音波振動子５６として、複数の円弧状超音波振動子を環状溝５５中に挿入固定するようにしてもよい。

ここで、環状共振部４９の上面に環状溝５５を形成せずに、環状又は円弧状の超音波振動子５６を接着力の強い接着剤により環状共振部４９の上面に直接接着するようにしてもよい。

ホイールベース４６には更に、環状共振部４９を囲繞するように環状溝５１が形成されており、この環状溝５１により第２の厚みを有する環状共振部４９よりも薄い第３の厚みを有する環状振動伝達部５３が画成されている。第３の厚みは例えば３ｍｍである。

ホイールベース４６は環状振動伝達部５３の外周に第２の厚みを有する環状の研削砥石固定部５７を有しており、この環状の研削砥石固定部５７の下面、即ちホイールベース４６の下面４６ｂの外周部には複数の研削砥石６０が環状に固着されている。

円柱状連結部４８には４個の縦方向の丸穴５０と、２個の横穴５２と、中心穴５４が形成されており、一端が凸型コネクター６４に接続された導電線６２が、中心穴５４及び横穴５２を通して配線されてその他端が超音波振動子５６に接続されている。ホイールベース４６の外周には所定間隔で複数のねじ穴５８が形成されている。

６８は円盤状のマウント装着プレートであり、マウント装着プレート６８は円柱状連結部４８の中心穴５４に対応する中心穴７０と、研削ホイール２２をホイールマウント２０に締結するためのボルト８８が螺合する４個のねじ穴７２が形成されている。

マウント装着プレート６８の外周には所定間隔離間して複数個のねじ穴７４が形成されている。更に、マウント装着プレート６８の下面には、ホイールベース４６の丸穴５０に対応する位置に４個のねじ穴が形成されている。

７６は円筒状薄板であり、ホイールベース４６のねじ穴５８に対応する複数個の丸穴７８と、マウント装着プレート６８のねじ穴７４に対応する複数個の丸穴８０を有している。円筒状薄板７６は、例えば厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼板から形成される。

研削ホイール２２を組立てるには、図５に示すようにボルト８２をホイールベース４６の円柱状連結部４８の丸穴５０を通してマウント装着プレート６８のねじ穴に螺合して、ホイールベース４６をマウント装着プレート６８に固定する。ホイールベース４６の下面４６ｂにはボルト８２の頭部を収容する座繰り６６が形成されている。

次いで、円筒状薄板７６でホイールベース４６の全周及びマウント装着プレート６８の全周を囲繞するように、ねじ８４を円筒状薄板７６の丸穴７８を通してホイールベース４６のねじ穴５８に締結し、ねじ８６を円筒状薄板７６の丸穴８０を通してマウント装着プレート６８のねじ穴７４に締結する。

これにより、図４に示すような研削ホイール２２が組み立てられる。研削ホイール２２は、ボルト８８をホイールマウント２０の丸穴９０を通してマウント装着プレート６８のねじ穴７２に螺合することにより、ホイールマウント２０に取り付けられる。

超音波振動子５６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。

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９４を備えている。電動モーター９４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９４は、スピンドル１８の中間部に形成されたモーター装着部９６に装着された永久磁石からなるローター９８と、ローター９８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１００とから構成される。

このように構成された電動モーター９４は、ステータコイル１００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９８が回転し、ローター９８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５６に交流電力を印加するとともに電動モーター９４に交流電力を印加する電力供給手段１０２を具備している。電力供給手段１０２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１０４を含んでいる。

ロータリートランス１０４は、スピンドル１８の上端に配設された受電手段１０６と、受電手段１０６と対向して配設された給電手段１０８を具備している。受電手段１０６は、スピンドル１８に装着されたローターコア１１０と、ローターコア１１０に巻回された受電コイル１１２とから構成される。

このように構成された受電手段１０６の受電コイル１１２には導電線９３が接続されている。この導電線９３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４に示す凹型コネクター９２に接続されている。

給電手段１０８は、受電手段１０６の外周側に配設されたステータコア１１４と、ステータコア１１４に配設された給電コイル１１６とから構成される。このように構成された給電手段１０８の給電コイル１１６には、電気配線１１８を介して交流電力が供給される。

電力供給手段１０２は、交流電源１２０と、交流電源１２０とロータリートランス１０４の給電コイル１１６との間に挿入された電圧調整手段１２２と、給電手段１０８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１２４と、電圧調整手段１２２及び周波数調整手段１２４を制御する制御手段１２６と、制御手段１２６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１２８を具備している。

交流電源１２０は、制御回路１３２及び電気配線１３０を介して電動モーター９４のステータコイル１００に交流電力を供給する。周波数調整手段１２４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１０ｋＨｚ〜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、表面に保護テープが貼付されたウエーハを保護テープ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に対して、チャックテーブル３６を例えば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６０をウエーハの裏面に接触させる。

この研削加工時には、電力供給手段１０２によってロータリートランス１０４を構成する給電手段１０８の給電コイル１１６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１０６の受電コイル１１２、導電線９３、凹型コネクター９２、凸型コネクター６４、導電線６２を介して超音波振動子５６に所定周波数の交流電力が印加され、超音波振動子５６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、環状共振部４９を囲繞するように形成された厚さの薄い環状振動伝達部５３を介して複数の研削砥石６０に伝達され、研削砥石６０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、ホイールベース４６及び円盤状マウント装着プレート６８の全周を囲繞するように、ホイールベース４６の外周及びマウント装着プレート６８の外周に締結された円筒状薄板７６により、研削中のホイールベース４６の撓みを抑制でき、更に、厚さの薄い振動伝達部５３が超音波振動子５６が装着された環状共振部４９を囲繞するように形成されているため、超音波振動子５６から発生された超音波振動は、環状振動伝達部５３を介して複数の研削砥石６０に効率的に伝達される。

このように超音波振動子５６で研削砥石６０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、ウエーハの研削を実施する。

研削砥石６０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６０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６０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６０の目詰まりを防止することができると共に超音波の振動エネルギーによって、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。

超音波振動子５６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５６に１９ｋＨｚの周波数で７５Ｖの電圧を印加した。

その結果、研削砥石６０は１９ｋＨｚの周波数でラジアル方向（径方向）に６．５μｍ前後の振幅で振動した。研削砥石６０は軸方向にも超音波振動するが、軸方向への振幅は２．０μｍ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。

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
４６ホイールベース
４８円柱状連結部
４９環状共振部
５３環状振動伝達部
５６超音波振動子
６０研削砥石
６８円盤状マウント装着プレート
７６円筒状薄板

Claims

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プレートと、
中央部に形成され該マウント装着プレートに連結する第１の厚みを有する円柱状連結部と、該円柱状連結部を囲繞して形成され該第１の厚みよりも薄い第２の厚みを有する環状共振部と、該環状共振部を囲繞して形成され該第２の厚みよりも薄い第３の厚みを有する環状振動伝達部と、該環状振動伝達部を囲繞し研削砥石が環状に固定される環状研削砥石固定部とを有するホイールベースと、
該ホイールベースの該環状研削砥石固定部に固定された複数の研削砥石と、
該ホイールベースの前記環状共振部に配設された超音波振動子と、
該マウント装着プレートの全周と該ホイールベースの全周とを囲繞するように該マウント装着プレートの外周と該ホイールベースの外周とに締結された円筒状薄板と、
を具備したことを特徴とする研削ホイール。