JP6153323B2

JP6153323B2 - 研削装置及び研削方法

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Publication number: JP6153323B2
Application number: JP2012277897A
Authority: JP
Inventors: 博公橋本
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP2014123601A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研削する研削装置及び研削方法に関する。

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、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

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。

ウエーハ等の被加工物を研削する際には、研削ホイールを回転しながらチャックテーブルに保持された被加工物に研削砥石を当接させて、研削送り機構により所望の研削送り速度で研削ホイールを下方に研削送りしながら被加工物の研削を実施する。

研削送り速度は使用する研削ホイールの種類や研削する被加工物の種類等に応じて適宜設定される。例えば、シリコンから形成された半導体ウエーハを研削する場合には、比較的早い研削送り速度が設定され、サファイア、アルチック等の脆性硬質材料を研削する際には、比較的遅い研削送り速度が設定される。

特開２００３−０６８６９０号公報特開２０１１−１８９４５６号公報

この研削送り速度の設定は重要であり、例えば被加工物に対して過度に研削送り速度を早く設定してしまった状態で研削を開始した場合は、被加工物の研削中に研削砥石に目つぶれや目詰まり等の異常が発生して研削負荷が上昇する。この状態で一定速度で研削送りを続けると、被加工物や研削ホイールが破損してしまう恐れがある。

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、被加工物や研削ホイールが破損してしまう恐れを低減可能な研削装置及び研削方法を提供することである。

請求項１記載の発明によると、被加工物を研削する研削装置であって、被加工物を回転可能に保持するチャックテーブルと、スピンドルと、該スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、該ホイールマウントに装着されて該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ホイールと、を有する研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルに保持された被加工物に対して接近離反する方向に相対的に加工送りする加工送り手段と、該研削手段に作用する振動を検出して検出した振動に対応した振動信号を発生する振動信号発生手段と、該振動信号発生手段で発生した該振動信号に基づいて該加工送り手段による加工送りを制御する制御手段と、を具備し、該振動信号発生手段は、該研削手段に配設され該研削手段に作用する振動に対応した該振動信号である電圧を発生する超音波振動子と、該超音波振動子と接続され該電圧を該制御手段に送電する送電手段と、を含み、該ホイールマウントは、ホイール基台装着部と、該ホイール基台装着部を囲繞する超音波振動子装着部と、を有し、該超音波振動子装着部の上面に該超音波振動子が配設されたことを特徴とする研削装置が提供される。

好ましくは、前記制御手段は、検出した電圧を所定電圧と比較する比較部を備え、該所定電圧は、第１の電圧値と、該第１の電圧値より低い第２の電圧値と、を含み、該制御手段は、前記超音波振動子が発生する該電圧を該第１の電圧値以下、該第２の電圧値以上の範囲内となるように該研削ホイールの研削送り速度を制御する。

請求項３記載の発明によると、請求項１又は２記載の研削装置で被加工物を研削する研削方法であって、被加工物を前記チャックテーブルで保持する保持ステップと、該チャックテーブルに保持された被加工物を回転させつつ回転する前記研削ホイールを被加工物に当接させて、前記加工送り手段で前記研削手段を加工送りして被加工物を研削する研削ステップと、該研削ステップの実施中に、前記振動信号発生手段で発生した振動信号を検出する振動信号検出ステップと、を備え、前記研削ステップでは、該振動信号検出ステップで検出された振動信号に基づいて該加工送り手段の加工送りを制御することを特徴とする研削方法が提供される。

一般に加工負荷が高くなると、研削手段に作用する振動は大きくなり、加工負荷が低くなると、研削手段に作用する振動は小さくなる。そこで、本発明の研削装置は、研削手段に作用する振動を検出し、検出した振動に対応した振動信号を発生する振動信号発生手段と、発生した振動信号に基づいて加工送り手段による加工送りを制御する制御手段を備えている。

よって、振動が大きいことを示す振動信号が検出された際に、加工送り手段による加工送りを減速させることができるため、加工負荷が上昇した状態で一定速度で加工送りが続けられることがなく、被加工物や研削ホイールが破損してしまう恐れを低減できる。

また、振動が所定値より小さいことを示す振動信号が検出された際には、加工送り手段による加工送り速度を上昇させることができるため、研削時間を短縮して生産性を向上させることが可能となる。

本発明実施形態に係る研削装置の斜視図である。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分解斜視図である。ホイールマウントに研削ホイールを装着する様子を示す分解斜視図である。被加工物を研削中の検出電圧の経過を示すタイムチャートである。

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を回転する電動モーター２０と、スピンドル１８の先端に固定されたホイールマウント２２と、ホイールマウント２２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２４とを含んでいる。

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３０とパルスモーター３２とから構成される研削ユニット送り機構３４を備えている。パルスモーター３２を駆動すると、ボールねじ３０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３６が配設されている。チャックテーブル機構３６はチャックテーブル３８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。４０，４２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４４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の先端にホイールマウント２２が固定されている。ホイールマウント２２は、ホイール基台装着部２２ａと、ホイール基台装着部２２ａを囲繞する超音波振動子装着部２２ｂとを有している。

ホイール基台装着部２２ａには、４個のボルト挿通穴４７が設けられている。更に、ホイール基台装着部２２ａには、スピンドル１８の貫通穴２１に連通する４個の穴４９が外周面に開口して形成されている。

ホイールマウント２２の超音波振動子装着部２２ｂはホイール基台装着部２２ａの上面より下側に段差を持って形成されており、ホイール基台装着部２２ａとの境界部に周方向に４個の円弧状スリット４８が上面から下面に貫通して形成されている。

このように形成された超音波振動子装着部２２ｂの上面には４個の円弧状の超音波振動子４６がそれぞれ４個の円弧状スリット４８と対応した位置に接着剤によって強固に接着される。

超音波振動子４６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及び図４に示すように、ホイールマウント２２の超音波振動子装着部２２ｂに接着された超音波振動子４６は、それぞれスピンドル１８の中心部に軸方向に形成された貫通穴２１及びホイール基台装着部２２ａに形成された穴４９を通して配線された導電線６１によって送電手段（ロータリートランス）７０の給電コイル７８に接続されている。

ロータリートランス７０は、スピンドル１８の上端に配設された給電手段７２と、給電手段７２と対向して配設された受電手段７４を具備している。給電手段７２は、スピンドル１８に装着されたローターコア７６と、ローターコア７６に巻回された給電コイル７８とから構成される。

受電手段７４は、給電手段７２の外周側に配設されたステータコア８０と、ステータコア８０に配設された受電コイル８２とから構成される。このように構成された受電手段７４の受電コイル８２は、配線８４を介してコントローラ８６に接続されている。コントローラ８６は、電圧検出部８８と、電圧検出部８８で検出した電圧を所定電圧と比較する比較部９０を有している。

再び図４を参照すると、研削ホイール２４は、円環状のホイール基台５０と、ホイール基台５０の下面外周に固着された複数の研削砥石５２とから構成される。ホイール基台５０には、ホイールマウント２２に形成されたボルト挿通穴４７に対応した４個のねじ穴５１が形成されている。

研削ホイール２４は、ホイールマウント２２のホイール基台装着部２２ａに設けられたボルト挿通穴４７にそれぞれ挿通された締結ボルト５３をホイール基台５０に形成されたねじ穴５１に螺合することにより、ホイールマウント２２に着脱可能に装着される。

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２０を備えている。電動モーター２０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２０は、スピンドル１８の中間部に形成されたモーター装着部５６に装着された永久磁石からなるローター５８と、ローター５８の外周部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６０とから構成される。

電動モーター２０のステータコイル６０は、電気配線６６を介して駆動回路６４に接続されており、駆動回路６４は交流電源６２に接続されている。駆動回路６４によって電動モーター２０のステータコイル６０に交流電力を印加すると、ローター５８が回転し、ローター５８が装着されたスピンドル１８が回転される。

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３８上に、表面に保護テープが貼付されたサファイア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３８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サファイアウエーハに対して、チャックテーブル３８を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２４をチャックテーブル３８と同一方向に、例えば１０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ユニット送り機構（加工送り手段）３４を作動して研削砥石５２をウエーハの裏面に接触させる。

そして、所定の研削送り速度（加工送り速度）で、研削ホイール２４を下方に研削送りしながらウエーハの研削を実施する。研削を実施すると振動が発生し、この振動に応じてホイールマウント２２に接着された超音波振動子４６に電圧が発生する。

この電圧は導電線６１を介して送電手段７０の給電コイル７８に供給され、この電圧に応じて受電コイル８２に電圧が発生する。この電圧は配線８４を介してコントローラ８６に入力され、コントローラ８６の電圧検出部８８で検出される。

電圧検出部８８で検出された電圧は比較部９０で所定電圧と比較される。この所定電圧は、図５のタイムチャートに示す第１電圧値Ｖ１、第２電圧値Ｖ２、第３電圧値Ｖ３を含んでいる。

ここで、電圧が第１電圧値Ｖ１以上となった場合には、研削送りを減速させる。電圧が第２電圧値Ｖ２以下となった場合には、研削送り速度を上昇させる。また、電圧が第１電圧値Ｖ１よりも高い第３電圧値Ｖ３以上となった場合には、研削送りを停止し、被加工物上から研削ユニット１０を退避させる。

図５のタイムチャートは、加工開始時Ｔ１から加工終了時Ｔ２までの電圧検出部８８が検出する電圧の変化を示している。検出電圧が第１電圧値Ｖ１を超えた場合には、超音波振動子４６で検出する振動が許容値以上になったと判断して、パルスモーター３２を制御して研削送り速度を減少させる。

一方、検出電圧が第２電圧値Ｖ２以下になった場合には、パルスモーター３２を制御して研削送り速度を上昇させる。このように、超音波振動子４６が発生する電圧を第１電圧値Ｖ１以下、第２電圧値Ｖ２以上の範囲内に制御するようにして被加工物の研削を実施する。

よって、振動が大きいことを示す振動信号が発生された際、これを第１電圧値Ｖ１で検出し、研削送り機構３４による研削送り速度を減少させることができるため、研削負荷が上昇した状態で一定速度で研削送りが続けられることがなく、被加工物や研削ホイール２４が破損してしまう恐れを低減できる。

また、振動が小さいことを示す振動信号が発生された際には、これを第２電圧値Ｖ２で検出し、研削送り機構３４による研削送り速度を上昇させることができるため、研削時間を短縮して生産性を向上させることができる。

上述した実施形態では、被加工物はサファイアウエーハであるとして説明したが、本発明の研削装置及び研削方法は被加工物がサファイアウエーハに限定されるものではなく、半導体ウエーハ、アルチック基板、ガラス基板等の他の被加工物にも同様に適用することができる。

２研削装置
１０研削ユニット
１８スピンドル
２０電動モーター
２２ホイールマウント
２４研削ホイール
３２パルスモーター
３４研削送り機構
３８チャックテーブル
４６超音波振動子
７０送電手段
８６コントローラ
８８電圧検出部
９０比較部

Claims

被加工物を研削する研削装置であって、
被加工物を回転可能に保持するチャックテーブルと、
スピンドルと、該スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、該ホイールマウントに装着されて該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ホイールと、を有する研削手段と、
該研削手段を該チャックテーブルに保持された被加工物に対して接近離反する方向に相対的に加工送りする加工送り手段と、
該研削手段に作用する振動を検出して検出した振動に対応した振動信号を発生する振動信号発生手段と、
該振動信号発生手段で発生した該振動信号に基づいて該加工送り手段による加工送りを制御する制御手段と、を具備し、
該振動信号発生手段は、該研削手段に配設され該研削手段に作用する振動に対応した該振動信号である電圧を発生する超音波振動子と、該超音波振動子と接続され該電圧を該制御手段に送電する送電手段と、を含み、
該ホイールマウントは、ホイール基台装着部と、該ホイール基台装着部を囲繞する超音波振動子装着部と、を有し、
該超音波振動子装着部の上面に該超音波振動子が配設されたことを特徴とする研削装置。
前記制御手段は、検出した電圧を所定電圧と比較する比較部を備え、
該所定電圧は、第１の電圧値と、該第１の電圧値より低い第２の電圧値と、を含み、
該制御手段は、前記超音波振動子が発生する該電圧を該第１の電圧値以下、該第２の電圧値以上の範囲内となるように該研削ホイールの研削送り速度を制御することを特徴とする請求項１記載の研削装置。
請求項１又は２記載の研削装置で被加工物を研削する研削方法であって、
被加工物を前記チャックテーブルで保持する保持ステップと、
該チャックテーブルに保持された被加工物を回転させつつ回転する前記研削ホイールを被加工物に当接させて、前記加工送り手段で前記研削手段を加工送りして被加工物を研削する研削ステップと、
該研削ステップの実施中に、前記振動信号発生手段で発生した振動信号を検出する振動信号検出ステップと、を備え、
前記研削ステップでは、該振動信号検出ステップで検出された振動信号に基づいて該加工送り手段の加工送りを制御することを特徴とする研削方法。