JP7347967B2

JP7347967B2 - 研削方法

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Publication number: JP7347967B2
Application number: JP2019108555A
Authority: JP
Inventors: 俊洙禹
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2039-06-11
Also published as: JP2020199596A

Description

本発明は、研削方法に関する。

被加工物を研削砥石によって研削する研削加工では、特許文献１及び２に開示のように、インフィード研削とクリープフィード研削とをそれぞれ実施する発明がある。

樹脂などの軟らかいワークを研削する際には、特許文献３に開示のように、研削屑が研削砥石に付着するのを防止できるクリープフィード研削が用いられている。しかし、クリープフィード研削を行った場合、被研削面には縞模様が形成され、その縞模様がデバイスの形成に支障をきたすという問題があり、水平方向にチャックテーブルを移動させる速度を遅くするという対策がとられている。

特開２０１０－０１６１８１号公報特開２０１３－２１２５６１号公報特開２０１５－２２３６５２号公報

上記のように、クリープフィード研削において水平方向にチャックテーブルを移動させる速度を遅くすると、研削加工時間が大きくなり生産性が低下する。一方、インフィード研削においては、研削砥石が常に被加工物の中心に接触するように研削するため、被加工物の中心に凹みが形成されてしまうという問題がある。
従って、軟らかい材質のウェーハの研削加工においては、生産性を低下させないこと、被研削面に縞模様が発生しないように研削加工をすること、被加工物の中心に凹みが形成されないようにすること、及び、研削砥石への研削屑の付着を抑制することという課題がある。

本発明は、被加工物を保持する保持面の中心を軸に該保持面に保持された被加工物を回転させる回転機構を有する保持手段と、研削砥石を環状に配置した研削ホイールを先端に装着したスピンドルを回転させ該研削砥石で該保持手段が保持した被加工物を研削する研削手段と、該保持手段と該研削手段とを相対的に該保持面に垂直な方向に移動させる垂直移動手段と、該保持手段と該研削手段とを相対的に該保持面に平行な水平方向に移動させる水平移動手段と、を備える研削装置を用いて、研削砥石によって被加工物を研削する研削方法であって、該保持面は、中心を頂点とし外周が中心より低い円錐面に形成され、該保持面の斜面と、該研削砥石の下面とが平行になるよう該保持手段と該研削手段との傾き関係が調整されていて、該研削砥石を該保持面に保持された被加工物から該保持面に平行な水平方向における被加工物の外側に離間した位置に該研削砥石を位置付け、さらに、該研削砥石の該下面を該被加工物の上面より低い位置に位置付ける準備工程と、該回転機構によって該被加工物を回転させ、該水平移動手段によって該保持手段と該研削手段とを接近する方向に移動させ、回転する該研削砥石の外周面から被加工物に接触させて、該研削砥石の外側面と該被加工物の外周とが当接する位置に向けて該研削砥石の回転方向と同じ方向で研削水を噴射し回転する被加工物の外周から研削していき、少なくとも該研削砥石が被加工物の回転中心に到達したら研削を終了させる研削工程と、からなる研削方法である。

被加工物を回転させながらクリープフィード研削を行うことによって、水平方向にチャックテーブルを移動させる速度を遅くすることによる生産性の低下を防ぐともに、被加工物の被研削面に縞模様が形成されるのを防ぐことができる。
チャックテーブルを回転させながらクリープフィード研削すると、砥石に研削屑を付着させることなく研削することができる。また、通常のインフィード研削では被加工物の中央に研削砥石が接触し続け、被加工物の中央が蓄熱され加工痕が荒れるという問題があったが、本クリープフィード研削では、被加工物の中央を研削する時間が短くて済み、被加工物の中央が蓄熱されないので、加工痕が荒れるのを防止することができる。さらに、通常のインフィード研削を行わないため、研削砥石への研削屑の付着を抑制することができる。

研削装置全体を表す斜視図である。（ａ）は、研削砥石が保持面に保持されている被加工物から保持面に平行な水平方向に離間している位置に位置付けられている様子を表す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の様子を研削砥石の上からみた断面図である。（ａ）は、研削砥石の側面が保持面に保持された被加工物の外周に当接している様子を表す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の様子を研削砥石の上からみた断面図である。（ａ）は、研削砥石の側面が被加工物の中心と外周との略中間の位置に位置付けられている様子を表す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の様子を研削砥石の上からみた断面図である。（ａ）は、研削砥石の側面が被加工物の中心に位置づけられている様子を表す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の様子を研削砥石の上からみた断面図である。

１研削装置
図１に示す研削装置１は、例えば樹脂や金属等の軟性を有する円板形状の半導体ウェーハ等である被加工物Ｗを、研削手段３に備える研削砥石３４０を用いて研削する研削装置である。以下、研削装置１について説明する。

図１に示すように、研削装置１は、Ｙ軸方向に延設されたベース１０と、ベース１０の上における＋Ｙ方向側に立設されたコラム１１とを備えている。

図１に示すように、研削装置１のベース１０の上には、保持手段２が備えられている。保持手段２は、例えば、円板形状のテーブルであり、吸引部２０と、吸引部２０を支持する枠体２１とを備えている。吸引部２０の上面は、被加工物Ｗが保持される保持面２０ａとなっており、図２（ａ）に示すように、保持面２０ａの中心Ｏを頂点として外周が中心Ｏより低い円錐面に形成されている。また、研削装置１においては、図示しない傾き調整手段等を用いて保持手段２の保持面２０ａの傾きを調整することができる。
図１に示すように、保持手段２には、吸引路２８を介して吸引手段２７が接続されている。例えば、保持面２０ａに被加工物Ｗが載置されている状態で、吸引手段２７を制御して吸引力を発揮させることにより、生み出された吸引力が吸引路２８を通じて保持面２０ａに伝達されて、保持面２０ａに被加工物Ｗを吸引保持することができる。
保持手段２は、有底筒状のケーシング２４に支持されており、ケーシング２４の内部には、回転軸２５を軸にして保持手段２を回転させる回転機構２３が配設されている。
保持手段２の周囲にはカバー１２が配設されており、カバー１２には蛇腹１３がＹ軸方向に伸縮自在に連結されている。

研削装置１のベース１０の内部には、内部ベース１００が配設されており、内部ベース１００の上には、保持手段２をＹ軸方向に移動させる水平移動手段５が配設されている。
図１に示すように、水平移動手段５は、Ｙ軸方向の回転軸５５を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０に対して平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０に連結され回転軸５５を軸にしてボールネジ５０を回動させるモータ５２と、内部のナットがボールネジ５０に螺合し底部がガイドレール５１に摺接する可動板５３とを備えている。可動板５３の上面５３ａにはケーシング２４が配設されており、可動板５３は、ケーシング２４を介して保持手段２を支持している。
モータ５２にボールネジ５０が駆動されてボールネジ５０が回転軸５５を軸として回転すると、これに伴い、可動板５３がガイドレール５１に案内されて水平方向（Ｙ軸方向）に移動し、可動板５３に配設されているケーシング２４とケーシング２４を介して可動板５３に支持されている保持手段２とがともにＹ軸方向に移動することとなる。水平移動手段５を用いて、保持手段２と研削手段３とを相対的に保持面２０ａに平行な水平方向（Ｙ軸方向）に移動させることができる。
なお、保持手段２がＹ軸方向に移動すると、カバー１２が保持手段２と一体的にＹ軸方向に移動して、蛇腹１３が伸縮することとなる。

図１に示すように、コラム１１の－Ｙ方向側の側面には、研削手段３をＺ軸方向に昇降可能に支持する垂直移動手段４が配設されている。図１に示すように、研削手段３は、Ｚ軸方向の回転軸３５を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するハウジング３１と、回転軸３５を軸にしてスピンドル３０を回転駆動するモータ３２と、スピンドル３０の下端に接続された円環状のマウント３３と、マウント３３の下面に着脱可能に装着された研削ホイール３４とを備える。研削ホイール３４は、ホイール基台３４１と、ホイール基台３４１の下面に環状に配列された略直方体形状の複数の研削砥石３４０とを備えており、研削砥石３４０の下面は被加工物Ｗを研削する研削面３４０ａとなっている。

図１に示すように、垂直移動手段４は、Ｚ軸方向の回転軸４５を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０に対して平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４０の上端に連結され回転軸４５を軸にしてボールネジ４０を回動させるモータ４２と、内部のナットがボールネジ４０に螺合し側部がガイドレール４１に摺接する昇降板４３と、昇降板４３に連結され研削手段３を保持するホルダ４４とを備えている。
モータ４２によってボールネジ４０が駆動されて、ボールネジ４０が回転軸４５を軸にして回転すると、これに伴って、昇降板４３がガイドレール４１に案内されてＺ軸方向に昇降移動するとともにホルダ４４に保持されている研削手段３が保持面２０ａに垂直な方向（Ｚ軸方向）に移動することとなる。垂直移動手段４を用いて、保持手段２と研削手段３とを相対的に保持面２０ａに垂直な方向（Ｚ軸方向）に移動させることができる。

図１に示すように、ベース１０の上には、被加工物Ｗの研削加工中に、保持面２０ａに保持されている被加工物Ｗの上面Ｗａに向けて研削水を供給する研削水ノズル６が備えられている。研削水ノズル６は噴射口６ａを有しており、図示しない水源から研削水ノズル６に供給される研削水を噴射口６ａから噴射することによって、保持面２０ａに保持されている被加工物Ｗに研削水を供給することができる。

２研削方法
（準備工程）
上記の研削装置１を用いた被加工物Ｗの研削方法について説明する。研削方法は、準備工程と研削工程とを備えている。
予め、図示しない傾き変更手段等を用いて、図２（ａ）に示すように、保持面２０ａの斜面と研削砥石３４０の下面である研削面３４０ａとが平行になるように保持手段２と研削手段３との傾き関係を調整しておく。
保持手段２と研削手段３との傾き関係の調整がされている状態で、図１に示す保持手段２の保持面２０ａに被加工物Ｗを載置する。保持面２０ａに被加工物Ｗが載置されている状態で、吸引手段２７が吸引力を発揮することにより、生み出された吸引力が吸引路２８を通じて保持面２０ａに伝達されて、被加工物Ｗが保持面２０ａに吸引保持される。

保持面２０ａに被加工物Ｗが吸引保持されている状態で、図１に示す水平移動手段５を用いて保持手段２をＹ軸方向に適宜移動させて、図２（ａ）に示すように、保持面２０ａに保持されている被加工物Ｗから保持面２０ａに平行な水平方向（Ｙ軸方向）に離間する位置に研削砥石３４０を位置付ける。具体的には、モータ５２を用いてボールネジ５０を駆動して、回転軸５５を軸にしてボールネジ５０を回動させる。これにより、可動板５３がガイドレール５１に案内されながら、例えば－Ｙ方向に移動する。可動板５３が－Ｙ方向に移動すると、可動板５３の上面５３ａに配設されているケーシング２４及びケーシング２４に支持されている保持手段２が－Ｙ方向に一体的に移動して、保持手段２と研削砥石３４０とが離間していく。こうして、図２（ａ）に示すように、研削砥石３４０が保持面２０ａに保持されている被加工物ＷからＹ軸方向に離間された状態になる。

さらに、図１に示す垂直移動手段４を用いて研削手段３をＺ軸方向に移動させて、図２（ａ）に示すように、研削砥石３４０の下面である研削面３４０ａを、被加工物Ｗの上面Ｗａよりも保持面２０ａに対して垂直な方向に低い位置に位置付ける。具体的には、モータ４２を用いてボールネジ４０を駆動して、回転軸４５を軸にしてボールネジ４０を回転させることにより、昇降板４３がガイドレール４１に案内されながら、例えば、－Ｚ方向に移動する。昇降板４３が－Ｚ方向に移動するのに伴って、昇降板４３にホルダ４４を介して支持されている研削手段３が－Ｚ方向に移動する。これにより、図２に示すように、保持面２０ａに対して垂直な方向において、研削砥石３４０の下面である研削面３４０ａの高さ位置が被加工物Ｗの上面Ｗａの高さ位置よりも低い位置に位置付けられる。

（研削工程）
次に、図１に示す回転機構２３を用いて回転軸２５を軸にして保持手段２を回転させることにより、保持面２０ａに保持されている被加工物Ｗを同じく回転軸２５を軸にして回転させる。さらには、図１に示す研削手段３において、モータ３２を用いて回転軸３５を軸にしてスピンドル３０を回転させることにより、スピンドル３０にマウント３３を介して連結されている研削砥石３４０を同じく回転軸３５を軸にして回転させる。
このとき、図２～図５に示すように、被加工物Ｗの回転方向と研削砥石３４０の回転方向とは同じ回転方向である。すなわち、被加工物Ｗの回転方向及び研削砥石３４０の回転方向は、例えば、ともに＋Ｚ方向からみて反時計回り、または、ともに＋Ｚ方向からみて時計回りである。

そして、被加工物Ｗ及び研削砥石３４０が回転している状態で、水平移動手段５を用いて保持手段２を＋Ｙ方向に移動させて、保持手段２と研削手段３とを接近させる。
これにより、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転する研削砥石３４０の側面３４０ｅが回転する被加工物Ｗの外周Ｗｅに当接して、被加工物Ｗの外周Ｗｅを研削していく。なお、図２～図５に示すように、被加工物Ｗの研削中には、研削水ノズル６の噴射口６ａから被加工物Ｗの外周Ｗｅと研削砥石３４０の側面３４０ｅとが当接する位置に向けて研削水を供給する。

研削砥石３４０の側面３４０ｅと被加工物Ｗの外周Ｗｅとが当接してから、さらに保持手段２が＋Ｙ方向に移動していくことによって、被加工物Ｗが研削されていく。図４（ａ）及び（ｂ）においては、研削砥石３４０の側面３４０ｅが被加工物Ｗの中心Ｗｏと外周Ｗｅとの略中間の位置に位置付けられている様子が示されており、このとき、被加工物Ｗの上面Ｗａには、研削加工がなされた円環状の領域Ａと、領域Ａに囲繞されている研削されていない円形状の領域Ｂとが形成されている。

さらに、保持手段２が＋Ｙ方向に移動し続けて、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、少なくとも研削砥石３４０が被加工物Ｗの中心Ｗｏに到達すれば、被加工物Ｗの上面Ｗａは全領域にわたって研削加工される。研削砥石３４０が被加工物Ｗの中心Ｗｏに到達した後、例えば、垂直移動手段４を用いて研削砥石３４０を＋Ｚ方向へと上昇させ、研削砥石３４０を被加工物Ｗの上面Ｗａから離間させる。これにより、被加工物Ｗの研削を終了する。
また、研削砥石３４０が被加工物Ｗの中心Ｗｏに到達した後、所定の時間（例えば１０秒）その位置を維持させ、その後、垂直移動手段４を用いて研削砥石３４０を＋Ｚ方向へと上昇させてもよい。

保持手段２を回転させることにより保持手段２に保持されている被加工物Ｗを回転させながら、水平移動手段５を用いて保持手段２を研削砥石３４０に向かってＹ軸方向に移動させて被加工物Ｗを研削する、本クリープフィード研削を行うことにより、保持手段２のＹ軸方向への移動速度を下げることなく、生産性を低下させずに被加工物Ｗを研削することができ、かつ、被加工物Ｗの上面Ｗａに縞模様が形成されるのを防ぐことができる。
また、被加工物Ｗを回転させながらクリープフィード研削を行えば、研削砥石３４０に研削屑が付着するのを抑制することができる。さらには、本クリープフィード研削は、被加工物Ｗの中心Ｗｏを研削する時間が短いため、被加工物Ｗの中心Ｗｏの付近に蓄熱されるのを防止することができ、これにより加工痕が荒れるのを防ぐことが可能になる。

１：研削装置１０：ベース１１：コラム１００：内部ベース１２：カバー
１３：蛇腹
２：保持手段２０：吸引部２０ａ：保持面Ｏ：保持面の中心２１：枠体
２３：回転機構２４：ケーシング２５：回転軸２７：吸引手段２８：吸引路
３：研削手段３０：スピンドル３１：ハウジング３２：モータ３３：マウント
３４：研削ホイール３４０：研削砥石３４０ａ：研削面
３４０ｅ：研削砥石の側面３４１：ホイール基台３５：回転軸
４：垂直移動手段４０：ボールネジ４１：ガイドレール４２：モータ
４３：昇降板４４：ホルダ４５：回転軸
５：水平移動手段５０：ボールネジ５１：ガイドレール５２：モータ
５３：可動板５３ａ：可動板の上面５５：回転軸
６：研削水ノズル６ａ：噴射口
Ｗ：被加工物Ｗａ：被加工物の上面Ｗｏ：被加工物の中心Ｗｅ：被加工物の外周
Ａ：研削されていない領域Ｂ：研削された領域

Claims

被加工物を保持する保持面の中心を軸に該保持面に保持された被加工物を回転させる回転機構を有する保持手段と、
研削砥石を環状に配置した研削ホイールを先端に装着したスピンドルを回転させ該研削砥石で該保持手段が保持した被加工物を研削する研削手段と、
該保持手段と該研削手段とを相対的に該保持面に垂直な方向に移動させる垂直移動手段と、
該保持手段と該研削手段とを相対的に該保持面に平行な水平方向に移動させる水平移動手段と、を備える研削装置を用いて、
該研削砥石によって被加工物を研削する研削方法であって、
該保持面は、中心を頂点とし外周が中心より低い円錐面に形成され、
該保持面の斜面と、該研削砥石の下面とが平行になるよう該保持手段と該研削手段との傾き関係が調整されていて、
該研削砥石を該保持面に保持された被加工物から該保持面に平行な水平方向における被加工物の外側に離間した位置に位置付け、さらに、該研削砥石の該下面を該被加工物の上面より該保持面に垂直な方向に低い位置に位置付ける準備工程と、
該回転機構によって該被加工物を回転させ、該水平移動手段によって該保持手段と該研削手段とを接近する方向に移動させ、回転する該研削砥石の外周面から被加工物に接触させて、該研削砥石の外側面と該被加工物の外周とが当接する位置に向けて該研削砥石の回転方向と同じ方向で研削水を噴射し回転する被加工物の外周から研削していき、少なくとも該研削砥石が被加工物の回転中心に到達したら研削を終了させる研削工程と、
からなる研削方法。
該研削工程において、該研削砥石が被加工物の回転中心に到達したら、該研削砥石の位置を所定の時間その位置において維持した後に研削を終了させる、
請求項１記載の研削装置。