JP6425505B2 - 被加工物の研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状の被加工物を研削加工する研削方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の電子デバイスは、一般に、シリコンウェーハを用いて製造される。これに対して、ＬＥＤ等の光デバイスは、機械的、熱的に優れた特性を示し、化学的にも安定なサファイア基板を用いて製造されることが多い。さらに、近年では、高耐圧化、低損失化に有利なＳｉＣ基板を用いて、電力制御用のパワーデバイスを製造することもある。

シリコンウェーハに比べて高価なサファイア基板やＳｉＣ基板では、２インチから４インチ程度の直径が主流となっている。このような小径の基板を１枚ずつ研削加工すると、十分な生産性を維持できなくなるので、複数の基板を同時に研削加工できる研削方法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２４７３１１号公報

しかしながら、上述の研削方法で複数の基板を同時に研削加工すると、基板の中央部分よりも外周部分が多く削られてしまい、基板全体を平坦化できないことがある。本発明はかかる問題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、複数の被加工物の全体を適切に平坦化できる被加工物の研削方法を提供することである。

本発明によれば、板状の被加工物を保持するチャックテーブルと、該被加工物を研削加工する研削ホイールを装着した研削手段と、を備える研削装置を用いて、複数の該被加工物を同時に研削加工する被加工物の研削方法であって、複数の該被加工物を、隣接する２枚の該被加工物に間隔（ゼロを除く）が形成されるように保持部材に貼着する被加工物貼着工程と、該保持部材に貼着された該複数の被加工物を該チャックテーブルで保持する保持工程と、該研削ホイールを該複数の被加工物に接触させて該複数の被加工物を同時に研削加工する研削工程と、を備え、該研削ホイールは、円盤状のホイール基台と、該ホイール基台の第１面に環状に配列された複数の第１の研削砥石と、該複数の第１の研削砥石の半径方向内側で該複数の第１の研削砥石と同心円状に配列された複数の第２の研削砥石と、を含み、該複数の第１の研削砥石と該複数の第２の研削砥石との該半径方向の間隔は、隣接する２枚の該被加工物の最小間隔よりも広いことを特徴とする被加工物の研削方法が提供される。

本発明において、前記ホイール基台に配列された前記第２の研削砥石の数は、前記ホイール基台に配列された前記第１の研削砥石の数よりも少ないことが好ましい。

また、本発明において、前記ホイール基台に配列された前記第２の研削砥石の耐消耗性は、前記ホイール基台に配列された前記第１の研削砥石の耐消耗性よりも低いことが好ましい。

また、本発明において、前記被加工物は、例えば、サファイア基板又はＳｉＣ基板である。

本発明に係る被加工物の研削方法では、同心円状に配列された複数の第１の研削砥石と複数の第２の研削砥石との半径方向の間隔が隣接する被加工物の最小間隔よりも広い研削ホイールを用いて複数の被加工物を同時に研削加工するので、第１の研削砥石と第２の研削砥石とで研削の圧力を分散して、特に、被加工物の外周部分に加わる研削の圧力を低く抑えることができる。

これにより、被加工物の中央部分よりも外周部分が多く削られてしまうのを防止できる。すなわち、本発明に係る被加工物の研削方法によれば、複数の被加工物の全体を適切に平坦化できる。

研削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 被加工物貼着工程を模式的に示す斜視図である。 研削ホイールの構成例を模式的に示す斜視図である。 各被加工物と研削ホイールとの位置関係の例を模式的に示す図である。 比較例における各被加工物と研削ホイールとの位置関係の例を模式的に示す図である。 変形例に係る被加工物貼着工程を模式的に示す斜視図である。 変形例における各被加工物と研削ホイールとの位置関係の例を模式的に示す図である。 比較例における各被加工物と研削ホイールとの位置関係の例を模式的に示す図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、複数の被加工物を粘着テープに貼着した状態を模式的に示す斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る被加工物の研削方法は、被加工物貼着工程、保持工程、及び研削工程を含む。被加工物貼着工程では、研削の対象となる複数の被加工物を保持部材に貼着する。

保持工程では、保持部材に貼着された複数の被加工物をチャックテーブルで保持する。研削工程では、研削ホイールを複数の被加工物に接触させて同時に複数の被加工物を研削加工する。以下、本実施形態に係る被加工物の研削方法について詳述する。

まず、本実施形態に係る被加工物の研削方法で使用される研削装置について説明する。図１は、研削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の研削装置２は、各構造が搭載される直方体状の基台４を備えている。基台４の後端には、支持壁６が立設されている。

基台４の上面には、Ｘ軸方向（前後方向）に長い矩形状の開口４ａが形成されている。この開口４ａ内には、Ｘ軸移動テーブル８、Ｘ軸移動テーブル８をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（不図示）、及びＸ軸移動機構を覆う防塵防滴カバー１０が配置されている。また、開口４ａの前方には、研削条件等を入力するための操作パネル１２が設置されている。

Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を備えており、Ｘ軸ガイドレールには、Ｘ軸移動テーブル８がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル８の下面側には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレールと平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。

Ｘ軸ボールネジの一端部には、Ｘ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｘ軸パルスモータでＸ軸ボールネジを回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル８はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル８上には、板状の被加工物１１（図２等参照）を吸引保持するチャックテーブル１４が設けられている。チャックテーブル１４は、モータ等の回転駆動源（不図示）と連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向）と平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル１４は、上述したＸ軸移動機構によって、Ｘ軸移動テーブル８と共にＸ軸方向に移動する。

チャックテーブル１４の上面は、被加工物１１を吸引保持する保持面１４ａとなっている。この保持面１４ａは、チャックテーブル１４の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。チャックテーブル１４に載置された被加工物１１は、保持面１４ａに作用する吸引源の負圧でチャックテーブル１４に吸引保持される。

支持壁６の前面には、Ｚ軸移動機構１６が設けられている。Ｚ軸移動機構１６は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール１８を備えており、このＺ軸ガイドレール１８には、Ｚ軸移動プレート２０がスライド可能に設置されている。

Ｚ軸移動プレート２０の後面側（裏面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール１８と平行なＺ軸ボールネジ２２が螺合されている。Ｚ軸ボールネジ２２の一端部には、Ｚ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｚ軸パルスモータ２４でＺ軸ボールネジ２２を回転させることにより、Ｚ軸移動プレート２０はＺ軸ガイドレール１８に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動プレート２０の前面（表面）には、前方に突出した支持構造２６が設けられており、この支持構造２６には、被加工物１１を研削加工する研削ユニット（研削手段）２８が支持されている。研削ユニット２８は、支持構造２６に固定されたスピンドルハウジング３０を含む。スピンドルハウジング３０には、回転軸となるスピンドル３２が回転可能に支持されている。

スピンドル３２の下端部（先端部）には、円盤状のホイールマウント３４が設けられている。ホイールマウント３４の下面には、ホイールマウント３４と略同径に構成された円盤状の研削ホイール３６がボルト等で固定されている。研削ホイール３６の詳細については後述する。

スピンドル３２の上端側（基端側）には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。研削ホイール３６は、この回転駆動源から伝達される回転力によって、Ｚ軸方向と平行な回転軸の周りに回転する。チャックテーブル１４と研削ホイール３６とを相対的に回転させつつ、研削ホイール３６を下降させ、純水等の研削液を供給しながら被加工物１１に接触させることで、被加工物１１を研削加工できる。

次に、上述した研削装置２を用いて実施される被加工物の研削方法を説明する。本実施の形態に係る被加工物の研削方法では、まず、研削の対象となる複数の被加工物１１を保持部材に貼着する被加工物貼着工程を実施する。図２は、被加工物貼着工程を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、本実施形態の被加工物貼着工程では、３枚の被加工物１１を保持部材１３に貼着する。

各被加工物１１は、例えば、６５０μｍの厚みに形成された円盤状のサファイア基板、又はＳｉＣ基板である。ただし、本発明で研削される被加工物は、これに限定されない。板状の被加工物であれば、本発明の研削方法で適切に研削加工できる。本実施形態では、この被加工物１１の表面１１ａ側を研削加工する。

保持部材１３は、例えば、複数の被加工物１１を重ねずに載置できる大きさの板状物であり、セラミックス等の材料で形成される。本実施形態では、図２に示すように、３枚の被加工物１１を配置できる大きさの円盤状の保持部材１３を用いる。ただし、本発明の保持部材はこれに限定されない。

被加工物貼着工程では、保持部材１３の表面１３ａと被加工物１１の裏面１１ｂとを対面させるように３枚の被加工物１１を保持部材１３に載置する。３枚の被加工物１１は、互いに重ならないように載置される。また、保持部材１３と各被加工物１１との間には、ワックス（接着剤）を介在させる。これにより、被加工物１１の裏面１１ｂ側を保持部材１３の表面１３ａ側に貼着できる。

被加工物貼着工程の後には、保持部材１３に貼着された各被加工物１１をチャックテーブル１４で保持する保持工程を実施する。この保持工程では、保持部材１３の裏面１３ｂとチャックテーブル１４の保持面１４ａとを対面させるように保持部材１３をチャックテーブル１４に載置して、吸引源の負圧を作用させる。これにより、保持部材１３に貼着された各被加工物１１は、保持部材１３を介してチャックテーブル１４に吸引保持される。

保持工程の後には、各被加工物１１を研削加工する研削工程を実施する。図３は、研削ホイール３６の構成例を模式的に示す斜視図であり、図４は、研削工程中の各被加工物１１と研削ホイール３６との位置関係の例を模式的に示す図である。

図３に示すように、研削ホイール３６は、中央に開口を備えた円盤状のホイール基台３８を含む。ホイール基台３８の第１面３８ａには、複数の第１の研削砥石４０が環状に配列されている。

また、複数の第１の研削砥石４０より内側（複数の第１の研削砥石４０の半径方向内側）の領域には、複数の第２の研削砥石４２が環状に配列されている。すなわち、ホイール基台３８の第１面３８ａには、複数の第１の研削砥石４０と複数の第２の研削砥石４２とが同心円状に配置されている。

また、図４に示すように、複数の第１の研削砥石４０と複数の第２の研削砥石４２との間隔（半径方向の間隔）Ｄ２は、互いに隣接する２枚の被加工物１１の最小間隔Ｄ１よりも広くなっている。研削ホイール３６は、第１の研削砥石４０及び第２の研削砥石４２が固定された第１面３８ａとは反対の第２面３８ｂを接触させることで、ホイールマウント３４の下面に装着される。

研削工程では、まず、チャックテーブル１４及び研削ホイール３６を所定の回転方向Ｒ１，Ｒ２にそれぞれ所定の回転数で回転させる。チャックテーブル１４の回転数は、例えば、３００ｒｐｍ程度、研削ホイール３６の回転数は、例えば、８００ｒｐｍ程度とする。ただし、研削の条件はこれらに限定されない。

次に、研削ホイール３６を下降させて、純水等の研削液を供給しながら被加工物１１の表面１１ａに第１の研削砥石４０及び第２の研削砥石４２の下面を接触させる。これにより、複数の被加工物１１が同時に研削加工される。被加工物１１が所望の厚み（例えば、１６０μｍ）まで研削加工されると、研削工程は終了する。

図５は、比較例の研削方法において各被加工物１１と研削ホイールとの位置関係を模式的に示す図である。図５に示すように、比較例の研削ホイール４６は、円盤状のホイール基台４８と、環状に配列された複数の研削砥石５０とで構成されている。図５では、２枚の被加工物１１の外周部分にのみ研削の圧力が加わっている。

これに対して、本実施形態の研削ホイール３６では、複数の第１の研削砥石４０と複数の第２の研削砥石４２とが同心円状に配置され、また、第１の研削砥石４０と第２の研削砥石４２との間隔Ｄ２は、被加工物１１の最小間隔Ｄ１よりも広くなっている。そのため、図４では、３枚の被加工物１１に研削の圧力が加わっている。

このように、本実施形態に係る被加工物の研削方法では、第１の研削砥石４０と第２の研削砥石４２とで研削の圧力を分散しながら被加工物１１を研削加工できるので、特に、被加工物１１の外周部分に加わる研削の圧力を低く抑えることができる。これにより、被加工物１１の中央部分よりも外周部分が多く削られてしまうのを防止できる。すなわち、本実施形態に係る被加工物の研削方法によれば、複数の被加工物１１の全体を適切に平坦化できる。

なお、本実施形態の研削ホイール３６において、第２の研削砥石４２は、第１の研削砥石４０より内側に配置されているので、研削時において、第２の研削砥石４２の被加工物１１に対する移動速度は、第１の研削砥石４０の被加工物１１に対する移動速度より低くなる。その結果、第１の研削砥石４０の消耗量（摩耗量）と第２の研削砥石４２の消耗量とに差が生じ易い。

この問題に対しては、例えば、研削ホイール３６に配列される第２の研削砥石４２の数を、研削ホイール３６に配列される第１の研削砥石４０の数よりも少なくすると良い。又は、第２の研削砥石４２の耐消耗性を、第１の研削砥石４０の耐消耗性よりも低くすると良い。これらにより、第１の研削砥石４０の消耗量と第２の研削砥石４２の消耗量との差を十分に小さくして、複数の被加工物１１の全体を適切に平坦化できる。

第２の研削砥石４２の耐消耗性を、第１の研削砥石４０の耐消耗性よりも低くするには、例えば、第２の研削砥石４２に含まれる砥粒の集中度を第１の研削砥石４０に含まれる砥粒の集中度よりも低くする。又は、第２の研削砥石４２に含まれる結合材料を第１の研削砥石４０に含まれる結合材料よりも柔らかくする。第１の研削砥石４０及び第２の研削砥石４２の耐消耗性は、例えば、ヤング率や曲げ強度等に基づいて判定できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、保持部材１３に３枚の被加工物１１を貼着して３枚の被加工物１１を同時に研削しているが、保持部材１３に貼着される被加工物１１の数は特に限定されない。

図６は、変形例に係る被加工物貼着工程を模式的に示す斜視図であり、図７は、変形例における各被加工物１１と研削ホイール３６との位置関係の例を模式的に示す図であり、図８は、比較例における各被加工物１１と研削ホイール４６との位置関係の例を模式的に示す図である。

図６に示すように、変形例に係る被加工物の研削方法では、保持部材１３に５枚の被加工物１１を貼着している。この場合にも、図７に示すように、複数の第１の研削砥石４０と複数の第２の研削砥石４２との間隔（半径方向の間隔）Ｄ２が隣接する被加工物１１の最小間隔Ｄ１よりも広くなるように研削ホイール３６を構成する。

その結果、図７に示す状態では、４枚の被加工物１１に研削の圧力が加わるようになる。一方、図８に示す比較例では、２枚の被加工物１１の外周部分にのみ研削の圧力が加わっている。

このように、変形例に係る被加工物の研削方法でも、第１の研削砥石４０と第２の研削砥石４２とで研削の圧力を分散して、特に、被加工物１１の外周部分に加わる研削の圧力を低く抑えることができる。これにより、被加工物１１の中央部分よりも外周部分が多く削られてしまうのを防止できる。

また、上記実施形態及び変形例では、セラミックス等の材料でなる板状物を保持部材１３として用いているが、粘着テープ等を保持部材として用いても良い。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、複数の被加工物１１を粘着テープに貼着した状態を模式的に示す斜視図である。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、複数の被加工物１１を粘着テープ（保持部材）１５に貼着する場合にも、同様の手順で被加工物１１を研削加工できる。なお、この場合には、粘着テープ１５の外周部分に環状のフレーム１７を固定しておくと良い。

その他、上記実施形態及び変形例に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ 被加工物
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１３ 保持部材
１３ａ 表面
１３ｂ 裏面
１５ 粘着テープ（保持部材）
１７ フレーム
２ 研削装置
４ 基台
４ａ 開口
６ 支持壁
８ Ｘ軸移動テーブル
１０ 防塵防滴カバー
１２ 操作パネル
１４ チャックテーブル
１４ａ 保持面
１６ Ｚ軸移動機構
１８ Ｚ軸ガイドレール
２０ Ｚ軸移動プレート
２２ Ｚ軸ボールネジ
２４ Ｚ軸パルスモータ
２６ 支持構造
２８ 研削ユニット（研削手段）
３０ スピンドルハウジング
３２ スピンドル
３４ ホイールマウント
３６ 研削ホイール
３８ ホイール基台
３８ａ 第１面
３８ｂ 第２面
４０ 第１の研削砥石
４２ 第２の研削砥石
４６ 研削ホイール
４８ ホイール基台
５０ 研削砥石
Ｄ１ 最小間隔
Ｄ２ 間隔（半径方向の間隔）
Ｒ１ 回転方向
Ｒ２ 回転方向

Claims (4)

1. 板状の被加工物を保持するチャックテーブルと、該被加工物を研削加工する研削ホイールを装着した研削手段と、を備える研削装置を用いて、複数の該被加工物を同時に研削加工する被加工物の研削方法であって、
   複数の該被加工物を、隣接する２枚の該被加工物に間隔（ゼロを除く）が形成されるように保持部材に貼着する被加工物貼着工程と、
   該保持部材に貼着された該複数の被加工物を該チャックテーブルで保持する保持工程と、
   該研削ホイールを該複数の被加工物に接触させて該複数の被加工物を同時に研削加工する研削工程と、を備え、
   該研削ホイールは、円盤状のホイール基台と、該ホイール基台の第１面に環状に配列された複数の第１の研削砥石と、該複数の第１の研削砥石の半径方向内側で該複数の第１の研削砥石と同心円状に配列された複数の第２の研削砥石と、を含み、該複数の第１の研削砥石と該複数の第２の研削砥石との該半径方向の間隔は、隣接する２枚の該被加工物の最小間隔よりも広いことを特徴とする被加工物の研削方法。
2. 前記ホイール基台に配列された前記第２の研削砥石の数は、前記ホイール基台に配列された前記第１の研削砥石の数よりも少ないことを特徴とする請求項１記載の被加工物の研削方法。
3. 前記ホイール基台に配列された前記第２の研削砥石の耐消耗性は、前記ホイール基台に配列された前記第１の研削砥石の耐消耗性よりも低いことを特徴とする請求項１記載の被加工物の研削方法。
4. 前記被加工物は、サファイア基板又はＳｉＣ基板であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の被加工物の研削方法。