JP5632215B2 - 研削加工ツール - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の板状物を研削する研削装置に具備される研削加工ツールに関する。

半導体ウェーハの如き板状のワークを研削する研削装置は、チャックテーブル上に吸着保持された板状物を研削する研削加工手段を具備している。この種の研削加工手段としては、回転可能に配設され鉛直方向に延在するスピンドルと、スピンドルの下端に装着されたホイールマウントと、ホイールマウントに着脱自在に装着される研削ホイール（研削加工ツール）とから構成されたものが知られている（特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示される研削ホイールは、円環形状の基台部と、この基台部の下面に固着された砥石とから構成されている。そして、基台部には上面から下面に貫通する複数のノズル（研削液が噴出する貫通孔）が形成されており、かかるノズルは、ホイールマウントに形成されている研削液供給路を介して研削液源に連通されている。この構成により、研削の際には研削液供給路および複数のノズルを介して研削液が砥石の内周側に供給され、これによって砥石が冷却され研削屑が排出されるようになっている。

特開２００３−０６８６９０号公報

ところで、上記研削ホイールは、基台部に形成される研削液噴出口であるノズルの形態（形状、長さ、形成位置等）と、砥石の種類（粗さ、形状等）との組み合わせで、多様な研削条件に対応したものが用意されるが、その数は膨大なものとなり、管理が煩雑であるという問題があった。また、使用によって消耗するのは砥石のみであるにもかかわらず、基台部を含めた研削ホイール全体を消耗品として扱うことになるため、研削ホイールに高いコストがかかっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その主な技術的課題は、管理の負担軽減およびコストの低減を図ることができる研削加工ツールを提供することにある。

本発明の研削加工ツールは、円環状の基台部と、該基台部上に円環状に並べて複数配設され、ワークの露出面に当接する砥石と、前記基台部に配設され、ワークと前記砥石の接触部に加工液を導くノズルと、を有し、ワークを研削加工する際に用いられる研削加工ツールであって、前記基台部は前記砥石が配設された第１の部位と、前記ノズルが形成された第２の部位とから構成され、前記第１の部位と前記第２の部位とは分離可能であるとともに、前記第１の部位と前記２の部位とが上方からねじ込まれるねじにより固定され、さらに該第２の部位が上方からねじ込まれるねじにより固定部に固定されることを特徴とする（請求項１）。
また、請求項２に記載の本発明の研削加工ツールは、円環状の基台部と、該基台部上に円環状に並べて複数配設され、ワークの露出面に当接する砥石と、前記基台部に配設され、ワークと前記砥石の接触部に加工液を導くノズルと、を有し、ワークを研削加工する際に用いられる研削加工ツールであって、前記基台部は前記砥石が配設された第１の部位と、前記ノズルが形成された第２の部位とから構成され、前記第１の部位と前記第２の部位とは分離可能であるとともに、前記第１の部位と前記２の部位とが上方からねじ込まれるねじにより固定部に一括して固定されることを特徴とする（請求項２）。

本発明の研削加工ツールによれば、砥石が配設された第１の部位とノズルが形成された第２の部位とを組み合わせることにより、１つの研削加工ツールとして用いられる。砥石の種類に応じて複数の第１の部位が用意され、ノズルの種類に応じて第２の部位が用意され、研削条件に適合する第１の部位と第２の部位を選択して組み合わせ、使用される。このため、管理すべき個体数は第１の部位と第２の部位の総数であり、研削条件に応じた砥石とノズルの双方を基台部に組み合わせて設けている一体物の従来構成と比べると、管理すべき数は格段に少なくなり、管理のための負担が軽減する。また、消耗する砥石が配設された第１の部位のみが消耗品として扱われ、ノズルが形成されている第２の部位は交換せずに使用できるため、従来よりもコストが低減する。

本発明では、前記第１の部位と前記第２の部位とが固定具により固定部に一括して固定される形態を含む。

なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えば、シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等からなる半導体ウェーハ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）系の無機材料基板、板状金属や樹脂の延性材料、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（ＴＴＶ：total thickness variation−ワークの被研削面を基準として厚さ方向に測定した高さのワークの被研削面全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料等が挙げられる。

本発明によれば、管理の負担軽減およびコストの低減を図ることができる研削加工ツールが提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る研削ホイール（研削加工ツール）が適用された研削装置の斜視図である。 同装置において加工位置に位置付けられたワークと研削加工手段の位置関係を示す平面図である。 一実施形態の研削ホイールがスピンドルシャフトに取り付けられている状態を示す断面図である。 図３のIV部拡大図である。 本発明の他の実施形態の研削ホイールがスピンドルシャフトに取り付けられている状態を示す断面図である。 図５のVI部拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）研削装置
図１により、一実施形態に係る研削ホイール（研削加工ツール）が適用された研削装置を説明する。この研削装置１０は、例えば厚さが７００μｍ程度の円板状の半導体ウェーハ等をワークとするもので、そのようなワークを真空チャック式のチャックテーブル２０に水平に保持してワークの被加工面を上方に露出させ、その被加工面を研削加工手段３０により研削してワークを所定厚さに加工するものである。

研削装置１０は、Ｘ方向に長い直方体状の装置台１１を有している。装置台１１には、長方形状のテーブルベース２５がＸ方向に移動可能に設けられており、このテーブルベース２５に、上記チャックテーブル２０がＺ方向（鉛直方向）を回転軸方向として回転可能に支持されている。チャックテーブル２０は、多孔質セラミックからなる保持部２１を表面側に有しており、真空運転された状態で保持部２１の表面である保持面２１１にワークが負圧作用で吸着保持される。

チャックテーブル２０は、図１においてテーブルベース２５がＸ方向に移動することにより、手前側（Ｘ１側）の端部の搬入出位置から奥側（Ｘ２側）の加工位置の間を往復移動させられる。装置台１１にはテーブルベース２５をＸ方向に移動させる移動機構が設けられており、テーブルベース２５にはチャックテーブル２０を回転させる回転駆動機構が設けられている（いずれも図示略）。テーブルベース２５の移動方向の両側には、テーブルベース２５の移動路を覆って研削屑等が装置台１１内に落下することを防ぐ伸縮自在な蛇腹状のカバー１２が設けられている。

チャックテーブル２０は、はじめは搬入出位置に位置付けられており、このチャックテーブル２０の保持部２１の保持面２１１に、オペレータによってワークを載置する。そしてチャックテーブル２０を真空運転して、保持面２１１に発生する負圧作用により保持面２１１にワークを吸着保持する。ワークは保持部２１と同程度の直径を有するものとされ、保持面２１１に同心状に載置される。

チャックテーブル２０の保持部２１にワークを吸着保持させたら、テーブルベース２５を図１においてＸ２方向に移動させ、ワークを加工位置に位置付けて上方の研削加工手段３０に対向配置させる。

図１に示すように、研削加工手段３０は、装置台１１の後端部（Ｘ２側の端部）に立設されたコラム１３の前面側に配設されている。コラム１３の前面には、一対のＺ軸ガイド１４を介してスライダ１５がＺ方向に沿って昇降可能に取り付けられており、このスライダ１５に、研削加工手段３０が固定されている。

研削加工手段３０は、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング３１内にスピンドルシャフト３２が同軸的、かつ回転自在に組み込まれ、該スピンドルシャフト３２の下端に設けられたフランジ状のホイールマウント３３に研削ホイール３４が着脱自在に固定された構成のものである。スピンドルハウジング３１の上端部にはモータ部３５が設けられており、このモータ部３５によってスピンドルシャフト３２が回転駆動される。

研削ホイール３４は、ホイールマウント３３の下面に着脱可能に固定される円環状の基台部４０と、基台部４０の下面の外周部に円環状に並べて固着された多数の砥石４１９とを有している。砥石４１９はワークに応じたものが用いられ、例えば、ダイヤモンドの砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて成形したダイヤモンド砥石等が用いられる。研削ホイール３４は、モータ部３５によってスピンドルシャフト３２と一体に回転駆動される。研削ホイール３４は本発明に係るものであり、構成および作用等を後で詳述する。

研削加工手段３０は、ホイールマウント３３を下方に配して軸方向をＺ方向と平行にした状態で、スピンドルハウジング３１がホルダ３６を介してスライダ１５に固定されている。スライダ１５は、一対のＺ軸ガイド１４間に配設されてスライダ１５に螺合した状態で連結されたＺ方向に延びるボールねじ３７１と、ボールねじ３７１を回転駆動するサーボモータ３７２とを備えた加工送り手段３７によって昇降駆動される。したがって、研削加工手段３０は加工送り手段３７によってスライダ１５と一体に昇降する。

上記加工位置に位置付けられたワークは、上方に露出させられた被加工面が研削加工手段３０によって研削され、目的厚さに薄化される。研削加工手段３０による研削加工は、モータ部３５を作動させて研削ホイール３４を回転させながら、かつチャックテーブル２０を一方向に回転させてワークを自転させながら、加工送り手段３７によりスライダ１５とともに研削加工手段３０を下降させ、回転する研削ホイール３４の砥石４１９をワークの被加工面に当接させることによりなされる。

図２は、加工位置に位置付けられたチャックテーブル２０上のワーク１と研削ホイール３４の水平方向における位置関係を示している。同図に示すように、研削ホイール３４の研削外径（砥石４１９の回転軌跡の最外径）は、ワーク１の直径と同程度に設定される。また、ワーク１の加工位置は、砥石４１９の下面である刃先が、自転するワーク１の回転中心を通過する位置に設定される。そして、チャックテーブル２０を一方向に回転させてワーク１を自転させながら研削ホイール３４の砥石４１９をワーク１の被加工面に当接させることにより、被加工面の全面が研削される。

研削加工中のワークの厚さは、図示せぬ厚さ測定手段で測定される。加工送り手段３７による研削加工手段３０の加工送り動作は、該厚さ測定手段で逐一測定される厚さ測定値に基づいて制御する。そして、厚さ測定値が目的値になったら研削加工手段３０を上昇させて砥石４１９をワークから離し、研削加工を終了する。研削加工終了後は、テーブルベース２５を図１のＸ１方向に移動させてワークを搬入出位置まで戻すとともにチャックテーブル２０の回転を停止させる。そして、チャックテーブル２０によるワークの吸着保持を解除し、研削加工済みのワークをチャックテーブル２０上から搬出して次の工程に移す。

以上が研削装置１０の構成および動作であり、次に、本発明に係る上記研削ホイール３４について説明する。

（２）研削ホイール
図３に示すように、研削ホイール３４は、上述の如くホイールマウント３３の下面に着脱可能に固定される円環状の基台部４０を有している。基台部４０はホイールマウント３３と径が同一であり、円環状の第１の部位４１と、この第１の部位４１の内側に配設される円環状の第２の部位４２との組み合わせで構成されている。

第１の部位４１は断面矩形状で、外径がホイールマウント３３の径と同一であり、下面に複数の上記砥石４１９が周方向に沿って等間隔おきに配設されている。砥石４１９は第１の部位４１の下面に一部が嵌入され、接着剤による接着等の手段で第１の部位４１に固着されている。

第２の部位４２は、内周面が下方に向かうにしたがってテーパ状に広がり、外周面は円筒状に形成された断面略台形状であり、外周面の上端部に、ホイールマウント３３の径と外径が同じ鍔部４２１が形成されている。第２の部位４２の内部には、上面から下面に貫通する複数のノズル４２２が形成されている。これらノズル４２２は、下方に向かうにしたがって外周側に斜めに延びており、周方向に沿って等間隔おきに配設されている。

図４に示すように、第１の部位４１は、第２の部位４２における鍔部４２１の下方の段部４２３に嵌合されて組み込まれ、六角穴付きねじ等の第１のねじ５１によって第２の部位４２に着脱自在に固定される。第１の部位４１の上面には複数のねじ孔４１４が周方向に沿って等間隔おきに形成されており、一方、第２の部位４２の鍔部４２１には、ねじ孔４１４に対応する複数のねじ挿通孔４２４が形成されている。

第１の部位４１は、第２の部位４２の段部４２３に嵌合してねじ孔４１４をねじ挿通孔４２４に一致させ、ねじ挿通孔４２４に通した第１のねじ５１をねじ孔４１４にねじ込んで締結することにより固定され、これによって基台部４０が組み立てられた状態となる。基台部４０に組み立てられた状態で、第１の部位４１と第２の部位４２の下面は面一となり、砥石４１９が突出した状態となる。第１のねじ５１を外すと、第１の部位４１と第２の部位４２とは分離可能となる。

図３に示すように、第１の部位４１と第２の部位４２からなる基台部４０は、第２の部位４２の内周縁がホイールマウント３３の下面に形成された位置決め用凸部３３１の外周縁に嵌合されて組み込まれ、六角穴付きねじ等の第２のねじ５２によってホイールマウント３３に着脱自在に固定される。

図４に示すように、第２の部位４２の上面には複数のねじ孔４２５が周方向に沿って等間隔おきに形成されており、一方、ホイールマウント３３には、ねじ孔４２５に対応する複数のねじ挿通孔３３５が形成されている。基台部４０は、第２の部位４２をホイールマウント３３の凸部３３１に嵌合してねじ孔４２５をねじ挿通孔３３５に一致させ、ねじ挿通孔３３５に通した第２のねじ５２をねじ孔にねじ込んで締結することにより、ホイールマウント３３に水平な状態に固定される。

図３に示すように、スピンドルシャフト３２の内部には、研削液源６０に連通する研削液供給路３２１が形成されている。この研削液供給路３２１は、スピンドルシャフト３２の中心を通ってホイールマウント３３に向かって延び、ホイールマウント３３の内部で放射状に分岐している。ホイールマウント３３内での分岐数は第２の部位４２のノズル４２２の数に対応しており、ホイールマウント３３に固定された第２の部位４２の各ノズル４２２は、放射状の各研削液供給路３２１に連通した状態となる。

このような構成の研削ホイール３４においては、スピンドルシャフト３２とともに回転する研削ホイール３４の砥石４１９がワークの被加工面に当接されて該被加工面が研削加工される。そしてこの研削加工時には、研削液源６０から研削液供給路３２１に純水等の研削液が供給される。研削液供給路３２１に供給された研削液は基台部４０の第２の部位４２の各ノズル４２２に流入し、これらノズル４２２から噴出することにより砥石４１９の内周側に供給される。これにより、砥石４１９によるワークの加工点が冷却されるとともに、ワークの研削屑や砥石屑等が研削液によって流され、排出される。

本実施形態の研削ホイール３４によれば、砥石４１９を有する第１の部位４１とノズル４２２を有する第２の部位４２とを組み合わせて使用される。図示した砥石４１９の種類（形状、長さ、形成位置等）とノズル４２２の種類（粗さ、形状等）は研削条件に応じた任意のものが第１の部位４１および第２の部位４２にそれぞれ設けられる。したがって第１の部位４１は砥石４１９の種類に応じて複数が用意され、第２の部位４２はノズル４２２の種類に応じて複数が用意される。そして、研削条件に適合する砥石４１９を有する第１の部位４１と研削条件に適合するノズル４２２を有する第２の部位４２とが選択されて組み合わされ、研削ホイール３４として使用される。

このような研削ホイール３４においては、管理すべき個体数は第１の部位４１と第２の部位４２の総数である。この数は、基台部４０に種類に応じた砥石４１９とノズル４２２の双方を組み合わせて設けている一体物の従来構成の場合と比べると格段に少ない。したがって研削ホイール３４を管理するための負担が軽減する。また、消耗する砥石４１９が配設された第１の部位４１のみが消耗品として扱われ、ノズル４２２が形成されている第２の部位４２は交換せずに使用できるため、従来よりもコストが低減する。

（３）研削ホイールの他の実施形態
図５および図６は、本発明の他の実施形態の研削ホイール３４がホイールマウント３３に固定された状態を示している。この実施形態の研削ホイール３４も、基台部４０が分離可能な第１の部位４１と第２の部位４２とで構成されており、これら第１の部位４１と第２の部位４２とが、複数の六角穴付きねじ等のねじ（固定具）５３によりホイールマウント３３に一括して固定されている。

第１の部位４１は、内周面が下方に向かうにしたがってテーパ状に広がり、外周面は円筒状に形成された断面略台形状であり、下面に複数の砥石４１９が円環状に並べて固着されている。図６に示すように、第１の部位４１の上面には、複数のねじ孔４１６が周方向に沿って等間隔おきに形成されている。第２の部位４２は平板状であって内周側にホイールマウント３３の放射状の研削液供給路３２１に連通する複数のノズル４２２が形成されており、これらノズル４２２の外周側に、ねじ孔４１６に対応する複数のねじ挿通孔４２６が形成されている。第２の部位４２のノズル４２２が形成された部分には、下方に突出する凸条４２７が形成されている。

この場合の研削ホイール３４は、第２の部位４２の内周縁をホイールマウント３３の位置決め用凸部３３１の外周縁に嵌合するとともに、第１の部位４１の内周縁を第２の部位４２の凸条４２７の外周面に嵌合し、さらに、ねじ挿通孔４２６およびねじ孔４１６をホイールマウント３３のねじ挿通孔３３５に一致させ、この状態からねじ挿通孔３３５，４２６に通したねじ５３をねじ孔４１６にねじ込んで締結することにより、ホイールマウント３３に水平な状態に固定される。

この実施形態では、ねじ５３により第１の部位４１と第２の部位４２がホイールマウント３３に共締めされて固定され、固定と同時にこれら部位４１，４２が組み合わされて研削ホイール３４に構成される。したがってホイールマウント３３に固定される前は、第１の部位４１と第２の部位４２はばらばらの状態で管理される。また、１種類のねじ５３で第１の部位４１と第２の部位４２を互いに固定状態とすることができるため、部品種類の数が減るとともにねじ締め作業の負担が軽減する。これに対し上記一実施形態においては、第１のねじ５１により第１の部位４１と第２の部位４２を組み合わせた状態でホイールマウント３３に固定することができる。

１…ワーク
１０…研削装置
３３…ホイールマウント（固定部）
３４…研削ホイール（研削加工ツール）
４０…基台部
４１…第１の部位
４１９…砥石
４２…第２の部位
４２２…ノズル
５３…ねじ（固定具）

Claims (2)

1. 円環状の基台部と、
   該基台部上に円環状に並べて複数配設され、ワークの露出面に当接する砥石と、
   前記基台部に配設され、ワークと前記砥石の接触部に加工液を導くノズルと、を有し、
   ワークを研削加工する際に用いられる研削加工ツールであって、
   前記基台部は前記砥石が配設された第１の部位と、前記ノズルが形成された第２の部位とから構成され、
   前記第１の部位と前記第２の部位とは分離可能であるとともに、
   前記第１の部位と前記２の部位とが上方からねじ込まれるねじにより固定され、さらに該第２の部位が上方からねじ込まれるねじにより固定部に固定されること
   を特徴とする研削加工ツール。
2. 円環状の基台部と、
   該基台部上に円環状に並べて複数配設され、ワークの露出面に当接する砥石と、
   前記基台部に配設され、ワークと前記砥石の接触部に加工液を導くノズルと、を有し、
   ワークを研削加工する際に用いられる研削加工ツールであって、
   前記基台部は前記砥石が配設された第１の部位と、前記ノズルが形成された第２の部位とから構成され、
   前記第１の部位と前記第２の部位とは分離可能であるとともに、
   前記第１の部位と前記２の部位とが上方からねじ込まれるねじにより固定部に一括して固定されること
   を特徴とする研削加工ツール。

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