JPH11207635A - カップ型砥石およびウェーハの平面研削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い精度を以てウェーハの平面研削を行うこ
とができ、しかも製造が容易なカップ型砥石を提供す
る。 【解決手段】 カップ型台金１１の軸線方向の一端面
に、ウェーハＷに当接する複数の砥粒層セグメント１
２，１４を、台金軸線を中心とする円周に沿って周方向
に間隔を空けた状態で配列したカップ型砥石１０であ
る。一部の砥粒層セグメント１４は、砥石回転方向前端
から後端へ行くに従って一次関数的に幅が拡大する楔形
状とされている。砥粒層セグメント１４の後端幅ＤＢは
前端幅ＤＦの１．２〜２倍であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種平面研削に使
用されるカップ型砥石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カップ型砥石は、図１０および図１１に
示すように、カップ型台金３の軸線方向端面に、湾曲し
た長方形状の砥粒層セグメント４を、台金軸線を中心と
する円周に沿って多数並べて固定したものであり、各種
の平面研削に使用される。

【０００３】この種の平面研削の中でも、特に高い平面
精度が要求されるのはウェーハの平面研削である。一般
的なウェーハの平面研削では、図１０に示すように下定
盤１上にウェーハＷを平行かつ同軸に固定し、下定盤１
を軸線回りに回転させる。一方、カップ型砥石２の砥粒
層セグメント４の下端面をウェーハＷの上面に平行に当
接させながら、カップ型砥石２をその軸線回りに回転さ
せることにより、ウェーハＷの上面を平面研削する。こ
のとき、砥粒層セグメント４はほぼウェーハＷの中心上
を通過するように位置決めされ、ウェーハＷの中心部も
削り残すことがないように配慮される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の方法に
よると、砥粒層セグメント４の外周側および内周側のエ
ッジにおいてウェーハ研削量が大きくなるので、これら
内外縁部分において砥粒層セグメント４の摩耗速度が相
対的に大きくならざるを得ない。したがって、時間経過
につれて砥粒層セグメント４の内外縁部分に形状ダレが
生じ、特に、ウェーハＷの中心に僅かな突起が形成さ
れ、この突起によってウェーハの平面精度が悪化すると
いう問題があった。同様の問題は他の被削材、他の形式
の平面研削においても発生しえるものである。

【０００５】そこで、例えば実公平７−５９８３号公報
には、砥粒層セグメントの配列を完全な真円ではなく、
部分的に内または外へ偏心した歪んだ円形状にする発明
が開示されている。この発明によれば、砥石回転につれ
て、砥粒層セグメントが砥石半径方向の内外に揺動する
ため、この揺動につれてウェーハ中心部の突起の発生を
防止することが可能である。しかし、実公平７−５９８
３号公報に記載された発明においては、砥粒層セグメン
トを複雑な曲線に沿って配列させ、しかも砥石全体の重
心を砥石軸線と合致させなければならないため、実際に
は製造が難しくコストがかかるという問題があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、高い精度を以て平面研削を行うことができ、しか
も製造が容易なカップ型砥石を提供することを課題とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るカップ型砥石は、カップ型台金の軸線
方向の一端面に、被削材に当接する複数の砥粒部が台金
軸線を中心とする円周に沿って配列され、前記砥粒部の
うち少なくとも一部の砥粒部は、砥石回転方向前方にあ
る先端部の幅に比して回転方向後方にある後端部の幅が
拡大された形状をなしていることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係るウェーハの平面研削方
法は、本発明に係るカップ型砥石を前記砥石回転方向に
回転させ、ウェーハの研削すべき面に、前記カップ型砥
石の前記砥粒部を平行に当接させ、さらに前記ウェーハ
をその中心軸線回りに回転させることを特徴としてい
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るカップ型砥
石の一実施形態を下から見た図であり、このカップ型砥
石１０は、カップ型台金１１の軸線方向の一端面に、複
数の砥粒層セグメント（砥粒部）１２，１４を、台金軸
線を中心とする円周に沿って周方向に間隔を空けた状態
で配列したものである。一部の砥粒層セグメント１４
は、砥石回転方向前方にある先端部の幅に比して回転方
向後方にある後端部の幅が拡大された形状とされてお
り、残りの砥粒層セグメント１２は従来形状とされてい
る点が本発明の主特徴である。

【００１０】台金１１の形状や材質は本発明では限定さ
れず、従来よりカップ型砥石に使用されているものであ
ればいかなる形状、材質であってもよい。台金１１は図
示しない締結手段を介して砥石軸１６に取り付け可能と
され、この砥石軸１６によって回転駆動される。

【００１１】砥粒層セグメント１２、１４は、ダイヤモ
ンドやＣＢＮなどの超砥粒、もしくはＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃
等の一般砥粒などを金属、樹脂、もしくはガラスなどの
結合材で固めてなるメタルボンド砥粒層、レジンボンド
砥粒層、ビトリファイドボンド砥粒層、または電着砥粒
層のいずれでもよい。砥粒層セグメント１２，１４は相
互に素材が異なっていてもよく、例えば変形が加えられ
ている砥粒層セグメント１４のみを、砥粒層セグメント
１２よりも摩耗しにくい、相対的に硬い砥粒層によって
形成してもよい。あるいは逆に、砥粒層セグメント１４
を、砥粒層セグメント１２よりも摩耗しやすい、相対的
に柔らかい砥粒層によって形成してもよい。

【００１２】砥粒層セグメント１２は、従来のカップ型
砥石と同様に、円弧状に湾曲した長方形状をなし、その
曲率および湾曲の向きは、砥粒層セグメント１２，１４
の配列線と一致している。砥粒層セグメント１２の幅は
限定されないが、例えばウェーハ研削用として使用する
のであれば１．５〜６ｍｍ程度であると好適である。砥
粒層セグメント１２の長さは限定されないが、ウェーハ
研削用であれば１０〜４０ｍｍ程度が好適である。さら
に、砥粒層セグメント同士の周方向における間隙は、限
定されるものではないが、ウェーハ研削用であれば１〜
３ｍｍ程度であることが好ましい。

【００１３】この実施形態における砥粒層セグメント１
４は、図３に示すように、砥石回転方向前端から後端へ
行くに従って一次関数的に幅が拡大する楔形状とされて
いる。砥粒層セグメント１４の砥石回転方向前端部の幅
ＤＦと後端部の幅ＤＢは必ずしも限定はされないが、後
端幅ＤＢは前端幅ＤＦの１．２〜２倍であることが好ま
しい。この範囲内であると、研削抵抗と研削面品位との
バランスがよい。また、この実施形態では、砥粒層セグ
メント１４の外周側エッジ２０が、砥石回転方向前端か
ら後端へ行くに従って、砥粒層セグメント１２の外周側
エッジの延長である仮想線（イ）上から略一定角度αを
保って半径方向外方へ延びている。一方、砥粒層セグメ
ント１４の内周側エッジ１８は、砥粒層セグメント１２
の内周側エッジの延長である仮想線（ロ）上から略一定
角度αを保って半径方向内方へ延びている。

【００１４】前記角度α、βは限定されることはない
が、角度αは０．２〜１５゜であることが好ましく、さ
らに好ましくは０．７〜８゜であり、角度βは０．２〜
１０゜であることが好ましく、さらに好ましくは０．７
〜７゜である。また、仮想線（イ）からの外周側エッジ
２０の後端の離間量（突出量）Ｄ１は、本発明では限定
はされないが、ウェーハ研削用等であれば０．２〜２ｍ
ｍであることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜１
ｍｍとされる。また、仮想線（ロ）からの内周側エッジ
１８の後端の離間量（突出量）Ｄ２は、本発明では限定
はされないが、０．２〜１．５ｍｍであることが好まし
く、より好ましくは０．５〜０．８ｍｍとされる。離間
量Ｄ１、Ｄ２は互いに等しくてもよいが、等しくなくて
もよい。

【００１５】砥粒層セグメント１４の台金周方向の長さ
は、限定されるものではないが、この実施形態では、砥
粒層セグメント１２と略等しくされている。そのほうが
製造容易だからである。しかし、砥粒層セグメント１４
は砥粒層セグメント１２より短くても、長くても構わな
い。長い場合には、同じ突出量Ｄ１、Ｄ２を確保する場
合にも、内周側エッジ１８および外周側エッジ２０の前
記角度α、βが小さくなるため、研削中にこれらエッジ
１８，２０が受ける研削抵抗が小さくなる。

【００１６】この実施形態では、砥粒層セグメント１４
の回転方向前方側のエッジ２２の幅および台金半径方向
における位置が、砥粒層セグメント１２の周方向両端の
エッジの幅および台金半径方向における位置と等しくさ
れている。本発明はこの構成のみに限定はされないが、
エッジ２２の幅が砥粒層セグメント１２の周方向両端の
エッジの幅よりも大きかったり、台金半径方向における
位置が、砥粒層セグメント１２の位置からずれていたり
すると、回転方向前方側のエッジ２２が被削材に強く当
たるようになる。エッジ２２の幅が砥粒層セグメント１
２の周方向両端のエッジの幅よりも小さすぎると、離間
量Ｄ１、Ｄ２を十分大きく確保しにくくなる。

【００１７】砥粒層セグメント１４の４つの角は、必要
であれば図４に示すように、適宜丸められていてもよ
い。砥粒層セグメント１２についても同様である。ま
た、砥粒層セグメント１４は、図５に示すように、回転
方向前方側の部分が一定幅であり、後方側において急激
に幅が広がる形状としてもよい。さらに、砥粒層セグメ
ント１２，１４の四辺は、必要であればいずれも面取り
されていてよい。

【００１８】砥粒層セグメント１２，１４の総数に対す
る砥粒層セグメント１４の占める割合は、限定されるも
のではないが、一般には５〜３５％であることが好まし
く、より好ましくは７〜３０％とされる。５％よりも少
ないと、砥粒層セグメント１４の内周側エッジ１８、外
周側エッジ２０にかかる研削負担が大きくなり、これら
の摩耗速度が大きすぎて、本発明の効果が不十分となる
おそれがある。一方、３５％より大きいと、それ以上は
効果の向上が期待できずにコスト増を招く。

【００１９】砥粒層セグメント１４同士の間に配置され
る砥粒層セグメント１２の個数は一定でなくても良く、
砥石の重心さえ回転軸に一致していれば、不等間隔で配
置してもよい。

【００２０】砥粒層セグメント１２、１４を台金１１に
固定する構造は限定されないが、図６および図７に示す
ように環状の溝１１Ａを形成し、この溝１１Ａに砥粒層
セグメント１２、１４の基端部をはめ込んだ構造として
もよいし、溝を形成せずに台金の端面に直接、ロウ付け
等により固定してもよい。砥粒層セグメント１４を砥粒
層セグメント１２と共通の環状溝１１Ａにはめ込むため
には、図６に示す通り砥粒層セグメント１４の台金側部
分に直角の段差部を形成してもよいし、図７に示すよう
に、砥粒層セグメント１４の断面形状を被削材への当接
面から台金側へ向けて幅が減少するテーパ形状にしても
よい。テーパの向きを図７とは逆にして段差を形成する
構成も実施可能である。

【００２１】次に、上記のカップ型砥石１０を使用した
ウェーハの平面研削方法の実施形態を説明する。この方
法ではまず、研磨すべきウェーハＷを従来通りの方法に
より下定盤１上に同軸に固定し、下定盤１をその軸線回
りに定速で回転させる。さらに、カップ型砥石１０をそ
の軸線回りに各図に示す矢印方向へ回転させながら、ウ
ェーハＷの研削すべき面に、図２に示すように、砥粒層
セグメント１２，１４の下端面を平行に当接させる。

【００２２】この時、ウェーハＷとカップ型砥石１０と
の位置は、図８の通りに設定することが望ましい。この
図において斜線部分２４は、砥粒層セグメント１２によ
って研削される主研削部分を示し、その両側の斜線部分
２６は、砥粒層セグメント１４の突出部１８，２０によ
って研削される副研削部分を示している。研削を行うと
き、ウェーハＷの中心Ｏは、主研削部分２４に入ってい
ることが必要であり、より好ましくは仮想線（イ）また
は仮想線（ロ）上にウェーハＷの中心Ｏを位置させる。
仮想線（イ）上にウェーハＷの中心Ｏを位置させた場
合、砥石１０の回転につれて砥粒層セグメント１４の外
側の突出部２０のエッジによりウェーハＷの中心部が剪
断的に研削されるため、中心Ｏに突起が一層残りにくく
なる。また、仮想線（ロ）上にウェーハＷの中心Ｏを位
置させた場合、砥石１０の回転につれて砥粒層セグメン
ト１４の内側の突出部１８のエッジによりウェーハＷの
中心部が剪断的に研削されるため、やはり中心Ｏに突起
が残りにくくなる。

【００２３】上記構成からなるカップ型砥石およびウェ
ーハの平面研削方法によれば、図８に示すように、砥粒
層セグメント１２が研削を行う主研削部分２４の両側に
位置する副研削部分２６を、砥粒層セグメント１４の突
出部１８，２０によって主研削部分２４になだらかにつ
ながるように研削することができるので、砥粒層セグメ
ント１２の内周側および外周側の部分での研削量を減ら
して、早く摩耗しすぎることを防止できる。したがっ
て、砥粒層セグメント１２の形状ダレによってウェーハ
Ｗの中心Ｏに突起が生じることが防止できるから、高い
精度を以てウェーハＷの平面研削を行うことが可能であ
る。同様の効果は、ウェーハＷ以外の被削材に対しても
得ることが可能である。

【００２４】また、上記実施形態では、砥粒層セグメン
ト１２，１４を真円に沿って配列すればよいから、砥石
製造時にこれらの位置決めが容易であり、例えば、セグ
メント１２，１４をはめ込むために台金１１に環状溝１
１Ａを形成する場合などでも、溝１１Ａの形成コストが
安く済む。砥粒層セグメント１４は異形状ではあって
も、圧粉焼結体もしくは電着砥粒層であるから、製造コ
ストは従来形状の砥粒層セグメント１２とそれほど変わ
らない。

【００２５】また、砥粒層セグメントの配列そのものを
歪んだ円形とする実公平７−５９８３号公報に記載され
た発明に比べ、カップ型砥石１０の角度が異なってもウ
ェーハＷに対する研削抵抗を一定にしやすいため、回転
バランスがよいという利点も有する。

【００２６】なお、上記実施形態では、内外のエッジ１
８，２０が両方とも円周線に対して傾斜した砥粒層セグ
メント１４を使用していたが、図９に示すように、一方
のエッジのみが傾斜した楔状の砥粒層セグメント２８，
３０を使用してもよい。この実施形態では、外周側の側
面２８Ａが外方へ傾斜する砥粒層セグメント２８と、内
周側の側面３０Ａが内方へ傾斜する砥粒層セグメント３
０とを使用しており、砥粒層セグメント２８，３０をそ
れぞれ周方向等間隔毎に配置している。ただし、図示の
配置に限定される必要はなく、要は回転バランスを保て
るように配置しさえすればよい。

【００２７】砥粒層セグメント２８の側面２８Ａ、およ
び砥粒層セグメント３０の側面３０Ａはそれぞれ、第１
実施形態の砥粒層セグメント１４の側面２０，１８と同
様に形成されている。砥粒層セグメント１２，２８，３
０の総数のうちに、砥粒層セグメント２８，３０がそれ
ぞれ占める割合も、第１実施形態における砥粒層セグメ
ント１４の割合と同様でよい。他の構成も、第１実施形
態と同様でよい。この第２実施形態のカップ型砥石１０
を用いた研削方法も第１実施形態と同様に行うことがで
き、このような第２実施形態においても、第１実施形態
と同様の効果を得ることが可能である。

【００２８】

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明の効果を実証
する。図３に示すような砥粒部形状を有するカップ型砥
石（実施例１〜４）および図５に示すような砥粒部形状
を有するカップ型砥石（実施例５）を作成し、従来のカ
ップ型砥石（比較例）とともに研削試験を行ない、研削
動力、ウェーハ平坦度、ウェーハ中心部の切り残しの有
無、および砥石摩耗を比較した。

【００２９】全ての実施例および比較例に共通の寸法は
以下のとおりである。 突出部を有しない砥粒層セグメントの外周仮想線の外
径：２５０ｍｍ 突出部を有しない砥粒層セグメントの台金半径方向への
幅：３ｍｍ 砥石中の砥粒層セグメントの総数：２４個 使用したダイヤモンド砥粒の平均粒径：６．２μｍ 砥粒層セグメント中の砥粒含有率：２５ｖｏｌ％ 結合材の組成：フェノール樹脂７５ｖｏｌ％＋ＣａＦ₂
２５ｖｏｌ％ 実施例１〜５および比較例の相違点は表１に示すとおり
にした。なお、実施例５で用いた尾鰭状の砥粒層セグメ
ント１４（図５参照）は、砥石周方向全長の中間点から
末端まで突出部１８，２０が形成されているものとし
た。

【００３０】

【表１】

【００３１】研削試験の条件は以下のとおりにした。 被削材：６インチ径のラッピング後のシリコンウェーハ 砥石回転数：２５００ｒｐｍ（周速約２０００ｍ／ｍｉ
ｎ） 切り込み量：８０μｍ／ｍｉｎ 取り代：２００μｍ（ウェーハ初期厚み平均６３０μ
ｍ） 使用装置：縦型平面研削盤 上記の研削条件において２５枚のウェーハを研削し、研
削動力の平均値（Ａ）、ウェーハ平坦度（ＴＴＶ）の平
均値、ウェーハ中心部での切り残しの有無、および突出
部を有しない砥粒層セグメントにおける平均摩耗量（μ
ｍ）を求めた。結果を表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】表２から明らかなように、本発明に係る実
施例１〜５では、比較例に比べてウェーハの平坦度が改
善され、中心部に切り残しも発生せず、砥石摩耗も抑え
られた。また、研削動力においては殆ど遜色がなかっ
た。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るカッ
プ型砥石およびウェーハの平面研削方法によれば、砥粒
部による主研削部分に隣接した部分を、台金半径方向外
方または内方へ張り出した一部の砥粒部によって前記主
研削部分になだらかにつながる面となるように研削する
ことができる。したがって、他の砥粒部の内周側または
外周側の部分が早く摩耗してウェーハ等の被削材の中心
に突起が生じることが防止でき、高い精度を以てウェー
ハ等の平面研削を行うことが可能である。また、砥粒部
の配列そのものは単純で済むので、製造が容易でコスト
が安いという利点も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るカップ型砥石の一実施形態を示
す平面図である。

【図２】 同実施形態を用いたウェーハの平面研削方法
の説明図である。

【図３】 同実施形態の砥粒層セグメントを示す平面図
である。

【図４】 砥粒層セグメントの変形例を示す平面図であ
る。

【図５】 砥粒層セグメントの変形例を示す平面図であ
る。

【図６】 砥粒層セグメントの固定構造を示す縦断面図
である。

【図７】 砥粒層セグメントの固定構造の変形例を示す
縦断面図である。

【図８】 同実施形態の作用を示す説明図である。

【図９】 本発明に係るカップ型砥石の他の実施形態を
示す平面図である。

【図１０】 従来のウェーハの平面研削方法を示す側面
図である。

【図１１】 従来のウェーハの平面研削方法を示す平面
図である。

【符号の説明】

１ 下定盤 Ｗ ウェーハ １０ カップ型砥石 １１ 台金 １２，１４ 砥粒層セグメント（砥粒部） １８ 内周側エッジ ２０ 外周側エッジ ２４ 主研削部分 ２６ 副研削部分 ２８，３０ 砥粒層セグメント ２８Ａ，３０Ａ 側面 ＤＦ 砥粒部の前端の幅 ＤＢ 砥粒部の後端の幅

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カップ型台金の軸線方向の一端面に、被
   削材に当接する複数の砥粒部が台金軸線を中心とする円
   周に沿って配列され、前記砥粒部のうち少なくとも一部
   の砥粒部は、砥石回転方向前方にある先端部の幅に比し
   て回転方向後方にある後端部の幅が拡大された形状をな
   していることを特徴とするカップ型砥石。
2. 【請求項２】 前記砥粒部の後端部の幅は、その先端部
   の幅の１．２〜２倍であることを特徴とする請求項１記
   載のカップ型砥石。
3. 【請求項３】 前記砥粒部の全数に対する前記一部の砥
   粒部の割合は５〜３５％であることを特徴とする請求項
   １または２記載のカップ型砥石。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のカップ
   型砥石を前記砥石回転方向に回転させ、ウェーハの研削
   すべき面に、前記カップ型砥石の前記砥粒部を平行に当
   接させ、さらに前記ウェーハをその中心軸線回りに回転
   させることを特徴とするウェーハの平面研削方法。