KR20010082307A

KR20010082307A - 박판 원판형 워크의 양면 연삭 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20010082307A
Application number: KR1020017006269A
Authority: KR
Inventors: 가토다다히로; 이께다순이치; 오꾸라겐지
Original assignee: 시라이시 요시타카; 신에츠 한도타이 가부시키가이샤; 후지시로 쿄우; 고요 기카이 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2001-08-29
Also published as: KR100706626B1; EP1193029A1; EP1193029B1; TW450875B; DE60022356T2; EP1193029A4; US6726525B1; DE60022356D1; WO2001021356A1; JP3829239B2

Abstract

양면 연삭 장치는 한 쌍의 연삭 숫돌(4)과, 워크 자전 장치(1)와, 이동 장치(2)를 구비한다. 각 연삭 숫돌(4)을 회전시키는 동시에, 워크 자전 장치(1)에 의해 워크(W)를 소정의 연삭 가공 위치에 지지하여 자전시킨 상태로 연삭 숫돌(4)의 적어도 한 쪽을 이동시킴으로써, 워크(W)의 외주가 각 연삭 숫돌(4)의 외주와 교차하면서 워크(W)의 중심(c)이 각 연삭면(4a) 내에 위치하도록, 각 연삭면(4a)을 워크(W)의 양면의 가공면(a)에 접촉시켜 소정의 위치까지 절삭하고, 각 연삭 숫돌(4)에 의한 절삭을 정지하여, 이동 장치(2)에 의해 워크(W)의 중심(c)이 각 연삭면(4a)으로부터 벗어날 때까지, 각 연삭 숫돌(4)과 워크(W)를 가공면(a)과 평행한 방향으로 상대 이동시키고, 각 연삭면(4a)을 가공면(a)으로부터 분리한다. 이 때문에, 소형의 장치를 이용하여, 박판 원판형 워크의 양면을 동시에 또한 용이하게 연삭할 수 있고, 더구나 연삭 후의 워크의 두께 변동을 작게 할 수 있다.

Description

박판 원판형 워크의 양면 연삭 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR GRINDING DOUBLE SIDES OF THIN DISK WORK}

워크의 양면을 동시에 연삭하는 연삭 장치로서, 회전하는 원판형 캐리어의 포켓(구멍)에 수용된 워크를 단면의 연삭면이 서로 대향하게 배치되어 회전하는 한 쌍의 연삭 숫돌 사이로 통과시키는 것은 이미 공지되어 있다. 이 경우, 연삭 숫돌의 연삭면의 외경(직경)은 워크의 외경보다 커야 한다. 또한, 통상적으로 캐리어에는 외주 근처의 원주 상에 복수의 포켓이 등간격을 두고 형성되고, 캐리어의 일부도 웨이퍼와 함께 한 쌍의 연삭 숫돌 사이에 들어가지만, 이 부분의 캐리어의 두께는 물론 연삭시의 한 쌍의 연삭 숫돌의 간격, 즉 워크의 마무리 두께보다 작아야 한다.

그런데, 현재 이용되는 반도체 웨이퍼로는 외경이 약 200 mm(8 인치)인 것과 약 300 mm(12 인치)인 것이 있지만, 모두 두께(연삭 마무리 치수)는 0.8 mm 정도이며, 외경에 비해서 두께가 매우 얇다. 이러한 웨이퍼를 전술한 장치로 연삭하는경우, 웨이퍼의 외경이 비교적 크기 때문에 연삭 숫돌의 외경이 커지고, 웨이퍼를 수용하고 회전하는 캐리어도 커진다. 이 때문에, 장치가 대형화 된다. 또한, 웨이퍼의 두께가 얇기 때문에, 웨이퍼와 함께 연삭 숫돌 사이에 들어가는 캐리어의 부분을 매우 얇게 해야 한다. 연삭 숫돌 사이에 들어가는 캐리어의 부분, 특히 포켓 부분에는, 그것에 수용되는 워크를 통해 연삭력이 작용하지만, 이 부분을 얇게 하면 강도가 저하되고, 워크를 원활히 이동시키기 곤란하다. 이 때문에, 종래에는 웨이퍼의 양면 연삭이 곤란하였다.

웨이퍼 이외의 박판 원판형 워크의 경우에도, 동일한 문제가 존재한다.

전술한 문제를 해결하기 위해서, 본원 출원인은 원환형 단면의 연삭면이 서로 대향하는 동시에 축 방향으로 상대 이동할 수 있도록 배치되어 회전하는 한 쌍의 원환형 연삭 숫돌과, 박판 원판형 워크의 양 가공면이 한 쌍의 연삭 숫돌의 연삭면에 각각 대향하는 동시에 워크의 외주가 연삭면의 외주와 교차하면서 워크의 중심이 연삭면 내에 위치하도록 워크를 연삭면 사이의 연삭 가공 위치에 지지하여 자전시키는 워크 자전 수단을 구비하는 박판 원판형 워크의 양면 연삭 장치를 제안하였다(일본 특허 공개 공보 평성 제 10-128646호 참조).

이 연삭 장치에서, 한 쌍의 연삭 숫돌은 통상적으로 대향하는 연삭면이 서로 평행하도록 세팅된다. 그리고, 박판 원판형 워크의 양면 연삭은 이하와 같이 수행된다. 즉, 워크를 연삭 가공 위치에 있어서 자전시킨 상태에서 한 쌍의 연삭 숫돌을 회전시켜 서로 접근하는 방향으로 이동시킴으로써, 각 연삭면을 대응하는 가공면에 접촉시켜 소정의 위치까지 절삭하고, 각 연삭 숫돌에 의한 절삭을 정지하고소정 시간의 스파크 아웃 연삭(spark out grinding)을 행한 후, 한 쌍의 연삭 숫돌을 서로 멀어지는 방향으로 이동시켜 각 연삭면을 가공면으로부터 분리한다.

이 연삭 장치에 따르면, 워크의 외주가 연삭면의 외주와 교차하면서 워크의 중심이 연삭면 내에 위치된 상태로 워크가 자전함으로써, 워크가 1회전하는 사이에 워크의 가공면의 전체면이 연삭면 사이를 통과하여 연삭면에 접촉하기 때문에, 워크 양면의 가공면의 전면을 동시에 연삭할 수 있다.

그런데, 워크의 중심 근방 이외의 부분은 워크가 1회전하는 사이의 시간의 일부만 연삭면과 접촉하지만, 중심 근방은 항상 연삭면과 접촉한다. 이 때문에, 중심 근방의 연삭량이 다른 부분에 비해서 많아지고, 연삭 후의 워크의 두께는 외주측이 두껍고 중심 근방이 얇으며, 워크의 두께 변동이 크다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제를 해결하고, 연삭 후의 워크의 두께 변동이 작은 박판 원판형 워크의 양면 연삭 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 박판 원판형 워크의 양면 연삭 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면, 예컨대 반도체 웨이퍼 등과 같은 박판 원판형 워크의 양면을 동시에 연삭하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예를 도시하는 양면 연삭 장치의 주요부의 사시도.

도 2는 도 1의 일부 절결 좌측면도.

도 3은 도 2의 주요부를 확대하여 도시하는 일부 절결 좌측면도.

도 4는 연삭 가공시의 연삭 숫돌과 워크의 관계를 순서대로 도시하는 일부 절결 정면도.

도 5는 연삭 작업시의 연삭 숫돌에 의한 절삭 및 워크의 상하 방향 위치의 시간 변화를 도시하는 설명도.

도 6은 실시예에 있어서의 양면 연삭 후의 웨이퍼의 직경 방향 두께 분포를 도시하는 그래프.

도 7은 비교예에 있어서의 양면 연삭 후의 웨이퍼의 직경 방향 두께 분포를 도시하는 그래프.

본 발명에 따른 연삭 방법은 박판 원판형 워크의 양면의 가공면을 대향형으로 배치된 한 쌍의 연삭 숫돌의 원환형 단면의 연삭면에 의해 동시에 연삭하는 방법으로서, 상기 각 연삭 숫돌을 회전시키는 동시에, 상기 워크를 연삭 숫돌 사이의 소정의 연삭 가공 위치에 지지하여 자전시킨 상태에서 상기 연삭 숫돌의 적어도 한 쪽을 이동시킴으로써, 상기 워크의 외주가 각 연삭 숫돌의 외주와 교차하면서 상기 워크의 중심이 각 연삭면 내에 위치하도록 상기 각 연삭면을 각 가공면에 접촉시켜 소정의 위치까지 절삭하고, 각 연삭 숫돌에 의한 절삭을 정지하고 워크의 중심이상기 각 연삭면으로부터 멀어질 때까지 상기 각 연삭 숫돌과 워크를 상기 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시킴으로써, 각 연삭면을 상기 가공면으로부터 분리하는 것을 특징으로 한다.

각 연삭 숫돌은 워크보다도 고속으로 회전한다. 바람직하게는, 연삭 숫돌에 의하여 소정의 위치까지 절삭한 후, 각 연삭 숫돌에 의한 절삭을 정지하고 스파크 아웃 연삭을 시작하여, 스파크 아웃 연삭이 종료될 때까지 각 연삭 숫돌과 워크를 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시킨다. 그러나, 연삭 숫돌에 의한 미소 속도의 절삭 후에, 각 연삭 숫돌에 의한 절삭을 정지하는 동시에 각 연삭 숫돌과 워크를 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시킬 수도 있다. 또한, 연삭 숫돌과 워크의 상대 이동을 정지한 후에도 스파크 아웃 연삭을 계속하여, 각 연삭면을 스파크 아웃 연삭의 종료 후에 가공면으로부터 분리할 수도 있고, 연삭 숫돌과 워크의 상대 이동을 정지하는 동시에 스파크 아웃 연삭을 종료하여 각 연삭면을 가공면으로부터 분리할 수도 있다. 또한, 워크가 한 쌍의 연삭 숫돌 사이로부터 벗어날 때까지 연삭 숫돌과 워크를 상대 이동시킴으로써, 각 연삭면을 가공면으로부터 분리할 수도 있다.

회전하는 연삭 숫돌의 연삭면을 워크의 가공면에 접촉시켜 절삭을 수행함으로써 가공면이 연삭되고, 워크의 외주가 연삭면의 외주와 교차하면서 워크의 중심이 연삭면 내에 위치한 상태로 워크가 자전함으로써, 워크가 1회전하는 사이에 워크의 가공면의 전체면이 연삭면 사이를 통과하여 연삭면에 접촉한다. 이 때문에, 워크의 반경보다 연삭면의 외경이 약간 큰 연삭 숫돌을 이용하여 워크를 그 자리에서 자전시키는 것만으로, 그 양 가공면의 전체면을 동시에 연삭할 수 있다. 워크를 그 자리에서 자전시키는 것만이 요구되고, 종래와 같이 캐리어 등을 이용하여 이동시킬 필요가 없기 때문에, 박판 원판형의 워크라도 용이하고 확실하게 연삭할 수 있으며, 장치의 소형화도 또한 가능하다. 또한, 워크의 반경보다 연삭면의 외경이 약간 큰 연삭 숫돌을 이용하여 워크의 가공면 전체를 연삭할 수 있고, 워크의 외경보다 연삭면의 외경이 큰 대형의 연삭 숫돌을 이용할 필요가 없기 때문에, 이 점으로부터도 장치의 소형화가 가능하다.

워크의 중심이 연삭면으로부터 멀어지면, 워크의 중심 근방은 연삭면에 전혀 접촉하지 않는다. 따라서, 연삭 숫돌에 의하여 소정의 위치까지 절삭한 후에, 각 연삭 숫돌에 의한 절삭을 정지하여 워크의 중심이 각 연삭면으로부터 멀어질 때까지 각 연삭 숫돌과 워크를 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시킴으로써, 워크의 중심 근방은 연삭면에 접촉하지 않는 상태로 그 이외의 부분만이 연삭된다. 이 때문에, 연삭 후의 워크의 중심 근방의 두께와 그 이외의 부분의 두께의 차가 작아지고, 워크 전체의 두께 변동이 작아진다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 연삭 방법에 따르면, 소형의 장치로도 박판 원판형 워크의 양면을 동시에 용이하게 연삭할 수 있고, 또한 연삭 후의 워크의 두께 변동을 작게 할 수 있다.

상기 워크의 회전수를 그 때까지의 연삭시보다도 낮게 한 상태로, 상기 각 연삭 숫돌과 워크를 상기 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 워크를 가공면과 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 상기 각 연삭 숫돌과 워크를 상기 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시키는 것이 바람직하다.

연삭 숫돌을 이동시키는 경우, 한 쌍의 연삭 숫돌을 상호 위치 관계를 일정하게 유지하면서 이동시킬 필요가 있어서 높은 정밀도가 요구되며, 따라서 연삭 숫돌과 워크를 상대 이동시키는 것은 곤란하다. 이에 비하여, 전술한 바와 같이 워크를 이동시키면, 연삭 숫돌을 이동시킬 필요가 없고, 따라서 연삭 숫돌과 워크를 용이하게 상대 이동시킬 수 있다.

본 발명에 따른 장치는, 원환형 단면의 연삭면이 서로 대향하는 동시에 축 방향으로 상대 이동할 수 있도록 배치되어 회전하는 한 쌍의 연삭 숫돌과, 박판 원판형 워크의 양측 가공면이 상기 각 연삭 숫돌의 연삭면에 각각 대향하도록 상기 워크를 연삭면 사이에 지지하여 자전시키는 워크 자전 수단과, 상기 각 연삭 숫돌과 워크 자전 수단을 이 수단에 지지된 워크의 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시키는 이동 수단을 구비하며, 상기 각 연삭 숫돌이 회전하는 동시에, 상기 워크가 소정의 연삭 가공 위치에 지지되어 자전된 상태로 상기 연삭 숫돌의 적어도 한 쪽이 이동됨으로써, 상기 워크의 외주가 각 연삭 숫돌의 외주와 교차하면서 상기 워크의 중심이 상기 각 연삭면 내에 위치하도록 상기 각 연삭면이 각 가공면에 접촉되어 소정의 위치까지 절삭되며, 상기 각 연삭 숫돌에 의한 절삭이 정지되어 상기 워크의 중심이 상기 각 연삭면으로부터 멀어질 때까지 상기 각 연삭 숫돌과 워크가 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동되며, 상기 각 연삭면은 상기 가공면으로부터 분리되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

워크는 워크 자전 수단에 의해 연삭 가공 위치에 지지되어 자전되고, 한 쌍의 연삭 숫돌이 워크보다 고속으로 회전한다. 이러한 상태에서, 연삭 숫돌의 적어도 한쪽이 이동됨으로써, 워크의 외주가 각 연삭면의 외주와 교차하면서 워크의 중심이 각 연삭면 내에 위치하도록 각 연삭면이 각 가공면에 접촉되어, 소정의 위치까지 절삭된다. 그 후, 각 연삭 숫돌에 의한 절삭이 정지된 상태에서, 이동 수단에 의해 워크의 중심이 각 연삭면으로부터 멀어지기까지 각 연삭 숫돌과 워크가 가공면과 평행한 방향으로 이동되고, 각 연삭면이 가공면으로부터 분리된다.

이와 같이, 본 발명의 연삭 장치에 따르면, 전술한 본 발명에 따른 연삭 방법을 실시할 수 있고, 따라서 전술한 바와 마찬가지로 박판 원판형 워크의 양면을 동시에 용이하게 연삭할 수 있는 동시에, 장치를 소형화할 수 있으며, 연삭 후의 워크의 두께 변동을 작게 할 수 있다.

상기 이동 수단이 워크를 가공면과 평행한 방향으로 이동시킴으로써 상기 각 연삭 숫돌과 워크를 상기 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시키는 것이 바람직하다.

결과적으로, 전술한 바와 마찬가지로 연삭 숫돌과 워크를 용이하게 상대 이동시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 반도체 웨이퍼의 양면 연삭에 적용한 실시예에 관해서 설명한다.

도 1 및 도 2는 양면 연삭 장치의 주요부를 도시한다. 양면 연삭 장치는 횡축 양두 평면 연삭기에 워크 자전 수단으로서의 워크 자전 장치(1)와 이동 수단으로서의 이동 장치(2)가 부가된 것으로, 도 1 및 도 2에는 연삭기 중 한 쌍의 연삭 숫돌(3,4)의 부분만이 도시되어 있다. 이하의 설명에 있어서, 도 2의 지면의 표면을 좌측으로, 그 이면을 우측으로 하고, 도 2의 우측을 전방, 그 좌측을 후방으로 한다. 또한, 도 3은 자전 장치(1)에 지지된 박판 원판형 워크(웨이퍼; W)와 숫돌(3,4)의 관계를 도시하고, 도 4는 연삭시의 워크(W)와 숫돌(3,4)의 관계를 도시한다.

이 실시예의 대상이 되는 워크(W)는 위치 결정용 평탄부가 형성되어 있지 않은 것으로서, 그 외경은 완전한 원형을 이룬다. 후술하는 바와 같이, 워크(W)는 자전 장치(1)에 의해 양 가공면(a,b)이 좌우를 향하는 자세로, 그 중심(c)을 중심으로 자전된다. 이 때에 좌측을 향하는 가공면(a)을 좌측 가공면, 우측을 향하는 가공면(b)을 우측 가공면이라 한다.

도시는 생략했지만, 연삭기는 베드, 베드의 상면에 고정된 좌우의 숫돌 헤드를 구비하며, 각 숫돌 헤드 내에 좌우 방향으로 수평 연장되는 숫돌 축이 회전 지지되어 있다. 좌우 숫돌 축의 축심이 좌우 방향으로 연장되는 하나의 공통 수평 축과 일치하도록, 좌우 숫돌 헤드의 자세가 조정되고, 각 숫돌 축은 각각의 숫돌 헤드에 대하여 축 방향(좌우 방향)으로 이동된다. 좌측 숫돌 헤드에서 우측으로 돌출한 좌측 숫돌 축의 선단부에 좌측 컵형 베이스(5)가 동심형으로 고정되고, 이 베이스(5)의 우측 개방 단면에 원환형의 좌측 연삭 숫돌(3)이 동심형으로 고정된다. 이 숫돌(3)의 우단면은 좌측 숫돌 축의 축심과 직교하면서 이 축심을 중심으로 하는 좌측 원환형 연삭면(3a)으로 되어 있다. 우측 숫돌 헤드에서 좌측으로 돌출한 우측 숫돌 축의 선단부에 좌측 베이스(5)와 좌우 대칭인 우측 컵형 베이스(6)가 동심형으로 고정되고, 이 베이스(6)의 좌측 개방 단면에 좌측 숫돌(3)과 좌우 대칭인 원환형의 우측 연삭 숫돌(4)이 동심형으로 고정된다. 이 숫돌(4)의 좌단면은 우측 숫돌 축의 축심과 직교하면서 이 축심을 중심으로 하는 우측 연삭면(4a)으로 되어 있다. 그리고, 좌우의 연삭면(3a,4a)은 서로 평행하다. 좌우의 숫돌 축이 축 방향으로 이동함으로써, 좌우의 숫돌(3,4)이 축 방향으로 상대 이동한다. 좌우의 숫돌 축은 도시 생략한 구동 수단에 의해, 서로 같은 방향으로 같은 속도로회전되고, 그 결과 좌우의 숫돌(3,4)이 서로 같은 방향으로 같은 속도로 회전한다. 또한, 좌우 숫돌(3,4)의 회전 방향 및 회전 속도는 서로 다른 경우도 있다. 연삭기의 다른 부분은, 공지의 횡축 양두 평면 연삭기와 마찬가지로 구성될 수 있다.

워크 자전 장치(1)는 이동 장치(2)를 통해 연삭기의 베드에 부착된다.

후술하는 바와 같이, 이동 장치(2)는 워크 자전 장치(1) 및 이에 지지된 워크(W)를 그 가공면(a,b)과 평행한 대략 상하 방향으로 이동시키며, 다음과 같이 구성되어 있다.

상하 폭보다 전후 폭이 큰 연직 판형의 지지 부재(7)의 후단부가 좌우 방향의 수평축(8)을 중심으로 상하로 회동할 수 있도록 베드에 부착되고, 지지 부재(7)의 전단부가 적당한 액추에이터(9)를 통해 베드에 부착된다. 그리고, 지지 부재(7)는 액추에이터(9)의 작동에 의해 수평축(8)을 중심으로 상하로 회동된다. 도 2에 있어서, 실선은 지지 부재(7)가 하단 위치에 있는 상태를 나타내고, 쇄선은 지지 부재(7)가 그보다 조금 상방의 중간 위치에 있는 상태를 나타낸다.

자전 장치(1)는 워크(W)를 그 축심이 숫돌(3,4)의 축심과 평행하게 되도록 좌우의 연삭면(3a,4a) 사이에 연직으로 지지하여 자전시키며, 외주 가이드 롤러(10), 구동 롤러(11) 및 억제 롤러(12)를 3개씩 구비한다. 상세한 도시는 생략했지만, 롤러(10,11,12)는 모두 지지 부재(7)에 부착되어 있다. 롤러(10,11,12) 중의 소정의 롤러는 워크(W)를 지지하여 자전시킬 때의 작동 위치와, 자전 장치(1)에 대한 워크(W)의 반입, 반출을 행할 때의 대기 위치 사이에서 전환된다. 도 1∼도 3은 그러한 롤러(10,11,12)가 모두 작동 위치에 있는 상태를 도시한다.

도 3은, 숫돌(3,4), 자전 장치(1)의 롤러(10,11,12) 및 자전 장치(1)에 지지된 워크(W)의 좌측으로부터 본 위치 관계를 도시한다. 자전 장치(1) 및 그것에 지지된 워크(W)는, 지지 부재(7)가 상하로 회동함으로써, 수평축(8)을 중심으로 하는 원호형의 궤적 위를 상하 방향으로 이동한다. 도 2의 실선 및 도 3의 쇄선은 워크(W)가 하단의 연삭 가공 위치에 있는 상태를 나타내고, 도 2의 쇄선 및 도 3의 실선은 워크(W)가 그보다 약간 상방의 중간 위치에 있는 상태를 나타낸다. 이 실시예의 경우, 숫돌(3,4)의 외경은 워크(W) 외경의 약 2/3이고, 연삭 가공 위치에 지지된 워크(W)의 중심(c)은 숫돌(3,4)의 중심보다 상방에 위치한다. 그리고, 워크(W)가 연삭 가공 위치에 지지된 상태에서는, 워크(W)의 중심(c)을 포함하는 하측 부분이 숫돌(3,4) 사이로 도입되고, 나머지의 상측 부분은 숫돌(3,4) 사이로부터 외측으로 나와 있으며, 워크(W)의 양면 가공면(a,b)이 좌우의 연삭면(3a,4a)에 각각 대향하는 동시에, 워크(W)의 외주가 연삭면(3a,4a)의 외주와 교차하면서 워크(W)의 중심(c)이 연삭면(3a,4a) 내〔연삭면(3a,4a)의 외주와 내주〕에 위치되어 있다.

가이드 롤러(10)는 숫돌(3,4) 사이로부터 벗어나는 워크(W) 부분의 외주면에 접촉하여 워크(W)의 직경 방향의 위치를 규제하며, 워크(W)를 원주 방향으로 3등분하는 위치, 즉 워크(W)의 전후 방향 중앙의 상측의 1개소와, 워크(W)의 하부의 전후 2개소에 설치되어 있다. 구동 롤러(11)와 억제 롤러(12)는 쌍을 이루고, 숫돌(3,4) 사이로부터 벗어나는 워크(W) 부분의 3개소를 구동 롤러(11)와 억제 롤러(12)로 좌우로부터 끼워 워크의 축 방향(좌우 방향) 위치를 규제한다. 억제 롤러(12)는 스프링(도시 생략)에 의하여 워크(W)의 우측 가공면(b)에 압력 접촉되고, 워크(W)의 좌측 가공면(a)이 구동 롤러(11)에 압력 접촉된다. 구동 롤러(11)는 전동 모터(13)에 의해 회전 구동되고, 워크(W)의 가공면(a)에 압력 접촉되어 회전함으로써 워크(W)를 회전시킨다. 억제 롤러(12)는 워크(W)의 가공면(b)에 압력 접촉하여 여유있게 구른다. 구동 롤러(11) 및 억제 롤러(12)는 워크(W)를 원주 방향으로 4등분하는 위치 중의 3개소, 즉 워크(W)의 전후 방향 중앙의 상부의 1개소와, 워크(W)의 상하 방향 중앙의 전후 2개소에 설치되어 있다.

다음에, 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 연삭 장치에 의한 워크(W)의 양면 연삭 작업의 일례에 관해서 설명한다. 도 5는 연삭 작업시의 숫돌(3,4)에 의한 절삭 및 워크(W)의 상하 방향의 위치의 시간 변화를 도시하며, 실선은 숫돌(3,4)에 의한 절삭을 나타내며, 파선은 워크(W)의 위치를 나타낸다.

연삭 작업 중, 좌우의 숫돌(3,4)은 도 2 및 도 3에 화살표로 도시한 바와 같이 서로 같은 방향으로 같은 속도로 회전한다.

숫돌(3,4)이 좌우로 벌어진 대기 위치에 정지한 상태로, 자전 장치(1)의 소정의 롤러(10,11,12)는 대기 위치로 이동되고, 워크 반송 장치(도시 생략)에 의해 자전 장치(1)에 워크(W)가 반입되며, 상기 소정의 롤러(10,11,12)가 작동 위치로 이동되어 워크(W)가 지지된다. 연삭 개시 시에, 워크(W)는 도 2에 실선(도 3에 쇄선)으로 도시한 바와 같이 연삭 가공 위치에 지지되고, 워크(W)의 상측 부분이 좌우의 숫돌(3,4) 사이에 도입되며, 워크(W)의 중심(c)이 연삭면(3a,4a)의 상부의 외주와 내주 사이에 위치한다. 이 때의 숫돌(3,4)과 워크(W)의 위치 관계를 앞으로부터 본 것이 도 4(a)에 표시되어 있다.

워크(W)가 연삭 가공 위치에 지지되면, 구동 롤러(11)가 회전을 시작한다. 구동 롤러(11)가 회전함으로써, 워크(W)는 롤러(10,11,12)에 의해 직경 방향 및 축 방향의 위치가 규제된 상태로, 도 2 및 도 3에 화살표로 도시한 바와 같이, 구동 롤러(11)의 회전 방향에 의해 결정되는 방향으로 숫돌(3,4)보다도 저속으로 그 중심(c)을 중심으로 자전한다.

동시에(도 5의 시점 t0), 숫돌(3,4)이 비교적 고속의 빠른 이송 속도로 서로 접근하는 절삭 방향으로 이동된다. 숫돌(3,4)이 어느 정도 워크(W)에 접근하면(시점 t1), 숫돌(3,4)은 빠른 이송 속도보다도 저속의 거친 연삭 이송 속도로 다시 절삭 방향으로 이동된다. 이에 따라, 연삭면(3a,4a)이 대응하는 가공면(a,b)에 접촉하고(시점 t2), 숫돌(3,4)이 축방향으로 절삭된다. 연삭면(3a,4a)이 가공면(a,b)에 접촉했을 때의 숫돌(3,4)과 워크(W)를 앞으로부터 본 위치 관계가 도 4(b)에 도시되어 있다. 숫돌(3,4)이 소정의 위치까지 절삭하면(시점 t3), 숫돌은 보다 저속의 미세한 연삭 이송 속도로 다시 절삭 방향으로 이동된다. 숫돌(3,4)이 소정의 위치까지 절삭하면(시점 t4), 숫돌(3,4)에 의한 절삭이 정지되고, 스파크 아웃 연삭이 시작된다.

스파크 아웃 연삭의 종료 전에(시점 t5), 숫돌(3,4)에 의한 절삭을 정지한 상태에서 이동 장치(2)의 액추에이터(9)가 구동되어 지지 부재(7)가 상방으로 회동되고, 이에 따라 자전 장치(1)와 그에 지지된 워크(W)가 연삭 가공 위치로부터 상방으로 이동된다. 이 경우, 워크(W)의 중심(c)이 연삭면(3a,3b)으로부터 벗어나도록 하기 위해서, 적어도 절삭면(3a,3b)의 폭의 1/2이상 이동시킬 필요가 있다. 워크(W)의 중심(c)이 연삭면(3a,4a)으로부터 상측으로 벗어나는 소정의 위치까지 워크(W)가 이동하면(시점 t6), 액추에이터(9)가 정지되어 자전 장치(1) 및 워크(W)의 이동이 정지되고, 스파크 아웃 연삭이 계속된다. 스파크 아웃 연삭이 종료되면(시점 t7), 숫돌(3,4)이 좌우로 분리된 대기 위치까지 이동되고, 연삭면(3a,4a)이 가공면(a,b)으로부터 분리된다(시점 t8). 워크(W)의 중심(c)이 연삭면(3a,4a)으로부터 벗어난 위치까지 워크(W)가 이동했을 때의 숫돌(3,4)과 워크(W)를 앞으로부터 본 위치 관계가 도 4(c)에 도시되어 있다.

숫돌(3,4)이 워크(W)로부터 분리되면, 이동 장치(2)의 지지 부재(7)가 정지되고, 숫돌(3,4)이 대기 위치에 정지한 상태로 워크 반송 장치에 의해 연삭이 종료된 워크(W)가 자전 장치(1)로부터 반출된다. 그리고, 전술한 바와 마찬가지로, 다음 워크(W)가 자전 장치(1)에 반입되어 연삭 작업이 수행된다.

숫돌(3,4)에 의한 절삭 중 및 시점 t5까지의 스파크 아웃 연삭 중에, 숫돌(3,4)이 회전함으로써 이들 연삭면(3a,4a)에 접촉하는 워크(W)의 가공면(a,b)이 연삭되고, 워크(W)의 외주가 연삭면(3a,4a)의 외주와 교차하면서 워크(W)의 중심(c)이 연삭면(3a,4a) 내에 위치한 상태로 워크(W)가 자전함으로써, 워크(W)가 1회전하는 사이에 워크(W)의 가공면(a,b)의 전체면이 연삭면(3a,4a) 사이를 통과하여 연삭면(3a,4a)에 접촉하고, 그 결과 워크(W)가 몇 회전하는 사이에 양면의 가공면(a,b)의 전체면이 동시에 연삭된다. 이 때, 워크(W)의 중심(c) 근방 이외의 부분은 워크(W)가 1회전하는 사이의 시간의 일부만 연삭면(3a,4a)과 접촉하지만, 중심(c) 근방은 항상 연삭면(3a,4a)과 접촉한다. 이 때문에, 시점 t5까지 스파크 아웃 연삭이 행해졌을 때의 워크(W)의 두께는 외주측이 두껍고, 중심(c) 근방이 얇아진다. 그런데, 시점 t5 이후의 워크(W)의 이동에 의해 워크(W)의 중심(c)이 연삭면(3a,4a)으로부터 벗어나면, 워크(W)의 중심(c) 근방은 연삭면(3a,4a)과 전혀 접촉하지 않게 되고, 워크(W)의 중심(c)이 연삭면(3a,4a)으로부터 벗어나서 워크(W)가 이동하는 사이 및 그 후의 워크(W)의 이동이 정지하는 사이에, 워크(W)의 중심(c) 근방 이외의 두께가 두꺼운 부분이 연삭되고, 시점 t7에 있어서 스파크 아웃 연삭이 종료한 상태에서는, 시점 t5에 있어서의 상태와 비교해서 워크(W)의 중심(c) 근방과 그 외의 부분의 두께의 차가 작아진다. 따라서, 연삭 가공 후의 워크(W)의 두께 변동은 작다.

가공면(a,b)과 평행한 방향으로의 워크(W)의 이동 속도, 이동 거리 등은 워크(W)의 두께에 관해서 요구되는 정밀도 등으로부터 결정될 수 있다.

양면 연삭 장치를 구성하는 연삭기, 워크 자전 장치, 이동 장치 등의 각부의 구성, 연삭 작업의 방법 등은 전술한 실시예의 것으로 한정되지 않고 적절하게 변경 가능하다.

본 발명은 전술한 실시예와 같이 한 쌍의 연삭 숫돌이 수평 방향으로 대향하고 있는 횡형의 것뿐만 아니라, 한 쌍의 연삭 숫돌이 상하 방향으로 대향하고 있는 종형의 것에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 외주의 1개소에 위치 결정용 평탄부가 형성된 워크의 양면 연삭에도 적용될 수 있다. 그 경우, 워크 자전 장치에 있어서, 워크 주위의 3개소에 각각 2개의 외주 가이드 롤러가 위치 결정용 평탄부의 둘레 방향의 치수보다 조금 큰 간격을 두고 설치된다.

상기 실시예에서는, 워크(W)의 이동이 정지된 후에도 스파크 아웃 연삭을 계속하여, 스파크 아웃 연삭의 종료 후에 연삭면(3a,4a)을 가공면(a,b)으로부터 분리하고 있지만, 워크(W)의 이동을 정지함과 동시에 스파크 아웃 연삭을 종료하여, 연삭면(3a,4a)을 가공면(a,b)으로부터 분리하는 것도 가능하다. 또한, 상기 실시예에서는, 워크(W)가 좌우의 연삭면(3a,4a) 사이에 있어 연삭면(3a,4a)의 외주가 가공면(a,b)의 외주와 교차하는 상태로, 스파크 아웃 연삭이 종료했을 때에, 숫돌(3,4)을 좌우로 분리하는 방향으로 이동함으로써, 연삭면(3a,4a)을 가공면(a,b)으로부터 분리하고 있지만, 워크(W)가 좌우의 연삭면(3a,4a) 사이로부터 벗어날 때까지 워크(W)를 가공면(a,b)과 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 연삭면(3a,4a)을 가공면(a,b)으로부터 분리하는 것도 가능하다.

또한, 상기 실시예에서는, 양방의 숫돌(3,4)을 축 방향으로 이동시킴으로써 절삭하고 있지만, 숫돌(3,4)의 한쪽과 워크(W)를 축 방향으로 이동시킴에 따라 절삭하는 것도 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예와 비교예를 참고로 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 이들에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예로서, 도 1에 도시한 양면 연삭 장치를 사용하여, 반도체 실리콘 웨이퍼의 양면 연삭을 행하였다.

실리콘 웨이퍼는, CZ법에 의해 제조된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 와이어톱을 이용하여 슬라이스된 두께 약 1 mm, 직경 200 mm(S 인치), 면방위(1 0 0)의 것을 사용하였다.

연삭 조건으로는, 숫돌에 비트리파이드 # 2000(숫돌 폭 3 mm)을 이용하고, 숫돌의 회전수는 2500 rpm, 웨이퍼의 회전수는 25 rpm으로 했다.

우선, 숫돌을 비교적 고속의 빠른 이송 속도로 서로 접근하는 절삭 방향으로 이동시키고, 숫돌이 어느 정도 웨이퍼에 접근한 부분에서 절삭 속도를 거친 연삭 이송 속도 100 ㎛/min로 했다. 또한, 숫돌을 절삭 방향으로 이동시키고, 숫돌이 웨이퍼 가공면에 접촉하고 나서 웨이퍼가 한 쪽으로 50 ㎛ 연삭된 부분에서 세밀한 연삭 이송 속도 50 ㎛/min로 전환하며, 또한 웨이퍼가 한 쪽으로 10 ㎛ 연삭된 부분에서 숫돌에 의한 절삭을 정지하고 스파크 아웃 연삭을 개시하였다. 스파크 아웃 연삭의 개시로부터 6초 후에, 웨이퍼를 40 mm/min의 속도로 가공면에 평행한 상측 방향으로 6 mm 이동시켰다. 이 때, 웨이퍼의 회전수는 2.5 rpm으로 했다. 그 후, 숫돌을 대기 위치까지 이동시켜 연삭을 종료했다.

전술한 조건에서 연삭한 실리콘 웨이퍼 20장에 관해서, 양면의 평탄도를 측정함으로써 두께를 측정하였다. 평탄도 측정은 ADE사 제조의 Ultra Gage 9700+(정전 용량형 평탄도 측정계)을 사용하여 행하였다.

그 결과, 20장의 웨이퍼의 GBIR(Global Backside Ideal Range)의 평균값은 0.50 ㎛, 표준 편차는 0.056 ㎛이었다. 또한, 웨이퍼 중심부에 있어서의 SBIR(Site Backside Ideal Range, Cell Size=25 mm ×25 mm, Offset= 12.5 mm×12.5 mm)의 평균값은 0.24 ㎛, 표준 편차는 0.041 ㎛였다.

실시예에 관해서 행한 전술한 두께 측정의 측정값에 의한 웨이퍼의 지름 방향의 두께 분포를 도 6에 도시한다. 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 실시예에 따르면, 특히 웨이퍼 중심부에 있어서 두께가 얇아지는 것 같은 일은 없었다.

비교예

비교예로서 스파크 아웃 연삭 시에 웨이퍼를 이동시키지 않는 것을 제외하고는, 실시예와 마찬가지의 조건으로 실리콘 웨이퍼의 양면 연삭을 행했다.

그 결과, 20장의 웨이퍼의 상기 GBIR의 평균값은 0.69 ㎛, 표준 편차는 0.042 ㎛였다. 또한, 웨이퍼 중심부에 있어서의 상기 SBIR의 평균값은 0.40 ㎛, 표준 편차는 0.024 ㎛였다.

비교예에 관해서 행한 전술한 두께 측정의 측정값에 의한 웨이퍼의 직경 방향의 두께 분포를 도 7에 도시한다. 도 7로부터 명백한 바와 같이, 비교예에 따르면, 웨이퍼 중심부에 있어서 두께가 급격하게 얇아지고 있다.

본 발명에 따른 박판 원판형 워크의 양면 연삭 방법 및 장치는 반도체 웨이퍼 등의 박판 원판형 워크의 양면 연삭에 이용되는 데에 적합하다.

Claims

박판 원판형 워크의 양면의 가공면을 대향형으로 배치된 한 쌍의 연삭 숫돌의 원환형 단면의 연삭면에 의해 동시에 연삭하는 방법으로서,

상기 각 연삭 숫돌을 회전시키는 동시에, 상기 워크를 연삭 숫돌 사이의 소정의 연삭 가공 위치에 지지하여 자전시킨 상태에서 상기 연삭 숫돌의 적어도 한 쪽을 이동시킴으로써, 상기 워크의 외주가 각 연삭 숫돌의 외주와 교차하면서 상기 워크의 중심이 각 연삭면 내에 위치하도록 상기 각 연삭면을 각 가공면에 접촉시켜 소정의 위치까지 절삭하고, 각 연삭 숫돌에 의한 절삭을 정지하고 워크의 중심이 상기 각 연삭면으로부터 멀어질 때까지 상기 각 연삭 숫돌과 워크를 상기 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시킴으로써, 각 연삭면을 상기 가공면으로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 박판 원판형 워크의 양면 연삭 방법.
제1항에 있어서, 상기 워크의 회전수를 그 때까지의 연삭시보다도 낮게 한 상태로, 상기 각 연삭 숫돌과 워크를 상기 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 박판 원판형 워크의 양면 연삭 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 워크를 가공면과 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 상기 각 연삭 숫돌과 워크를 상기 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 박판 원판형 워크의 양면 연삭 방법.
원환형 단면의 연삭면이 서로 대향하는 동시에 축 방향으로 상대 이동할 수 있도록 배치되어 회전하는 한 쌍의 연삭 숫돌과, 박판 원판형 워크의 양측 가공면이 상기 각 연삭 숫돌의 연삭면에 각각 대향하도록 상기 워크를 연삭면 사이에 지지하여 자전시키는 워크 자전 수단과, 상기 각 연삭 숫돌과 워크 자전 수단을 이 수단에 지지된 워크의 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시키는 이동 수단을 구비하며,

상기 각 연삭 숫돌이 회전하는 동시에, 상기 워크가 소정의 연삭 가공 위치에 지지되어 자전된 상태로 상기 연삭 숫돌의 적어도 한 쪽이 이동됨으로써, 상기 워크의 외주가 각 연삭 숫돌의 외주와 교차하면서 상기 워크의 중심이 상기 각 연삭면 내에 위치하도록 상기 각 연삭면이 각 가공면에 접촉되어 소정의 위치까지 절삭되며, 상기 각 연삭 숫돌에 의한 절삭이 정지되어 상기 워크의 중심이 상기 각 연삭면으로부터 멀어질 때까지 상기 각 연삭 숫돌과 워크가 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동되며, 상기 각 연삭면은 상기 가공면으로부터 분리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 박판 원판형 워크의 양면 연삭 장치.
제4항에 있어서, 상기 이동 수단이 워크를 가공면과 평행한 방향으로 이동시킴으로써 상기 각 연삭 숫돌과 워크를 상기 가공면과 평행한 방향으로 상대 이동시키는 것을 특징으로 하는 박판 원판형 워크의 양면 연삭 장치.