KR20230077658A - 연삭 휠 및 연삭 방법 - Google Patents

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마사루 나가미
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 하나의 스핀들에 하나의 연삭 휠을 장착하여, 서로 상이한 연삭 특성을 갖는 2개의 연삭 휠을 이용한 연삭과 동일한 연삭을 피가공물에 실시한다.
(해결 수단) 스핀들의 선단부에 장착되고, 스핀들을 회전시킴으로써 피가공물을 연삭하기 위한 연삭 휠로서, 원환형의 베이스와, 베이스의 일면 측에 있어서, 베이스의 둘레 방향을 따라 환형으로 배치된 복수의 연삭 지석 세트를 구비하고, 복수의 연삭 지석 세트의 각각에는, 제1 연삭 지석과, 제1 연삭 지석에 비해 자생 발인 능력이 낮은 제2 연삭 지석이 베이스의 둘레 방향에 있어서 소정의 방향으로 인접하도록 설치되고, 각 연삭 지석 세트의 사이에는, 베이스의 둘레 방향에 있어서의 제1 연삭 지석 및 제2 연삭 지석의 간격보다 큰 소정의 간격이 형성되어 있는 연삭 휠을 제공한다.

Description

연삭 휠 및 연삭 방법{GRINDING WHEEL AND GRINDING METHOD}
본 발명은, 피가공물을 연삭하기 위한 연삭 휠, 및 연삭 휠로 피가공물을 연삭하는 연삭 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 칩을 박화하기 위해서는, 통상적으로, 실리콘 등의 반도체로 형성된 웨이퍼의 표면 측에 IC(Integrated Circuit) 등의 디바이스를 형성한 후에, 웨이퍼의 이면 측을 연삭 장치로 연삭한다.
연삭 장치는, 소정의 회전축의 둘레로 회전 가능한 원판 형상의 척 테이블을 구비한다. 척 테이블의 상방에는, 연삭 유닛이 배치되어 있다. 연삭 유닛은, 길이부가 Z축 방향(예를 들어, 연직 방향)을 따라 배치된 스핀들을 갖는다.
스핀들의 하단부에는, 원판 형상의 마운트를 통해 원환형의 연삭 휠이 장착되어 있다. 연삭 휠은, 금속으로 형성된 원환형의 베이스를 갖는다. 베이스의 일면(하면) 측에는, 지립 및 본드재를 각각 갖는 복수의 연삭 지석이, 베이스의 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 배치되어 있다.
인피드 연삭에 의해 웨이퍼의 이면 측을 연삭할 때에는, 웨이퍼의 표면 측을 흡인 유지한 척 테이블을 소정의 회전축의 둘레로 회전시킨다. 또한, 웨이퍼의 이면 측에 순수 등의 연삭수를 공급함과 함께, 스핀들로 연삭 휠을 회전시키면서 연삭 유닛을 소정의 속도로 가공 이송한다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그런데, 웨이퍼의 피연삭면에는, 웨이퍼를 구성하는 재료와는 상이한 재료나 성질의 층 또는 막이 형성되어 있는 경우가 있다. 예를 들어, 탄화규소(SiC) 웨이퍼의 피연삭면에는, 실리콘(Si)과 카본(C)이 분리된 개질층이 형성되어 있는 경우가 있고, 실리콘 웨이퍼의 피연삭면에는, 산화실리콘막이 형성되어 있는 경우가 있다.
이와 같이, 웨이퍼 본체를 구성하는 재료와는 상이한 재료나 성질의 층 또는 막이 피연삭면에 형성되어 있는 경우에는, 통상, 당해 층 또는 막을 연삭하기 위해 제1 연삭 휠을 사용하고, 당해 층 또는 막의 제거 후에, 웨이퍼 본체를 연삭하기 위해, 제1 연삭 휠과는 상이한 특성의 제2 연삭 휠을 사용한다.
그러나, 통상, 하나의 연삭 유닛(즉, 하나의 스핀들)에는, 하나의 연삭 휠이 장착되기 때문에, 서로 상이한 연삭 특성을 갖는 제1 연삭 휠 및 제2 연삭 휠을 이용하여 웨이퍼를 연삭하기 위해서는, 2개의 연삭 유닛이 필요해진다.
그러나, 하나의 연삭 유닛을 각각 갖는 연삭 장치를 2대 사용하여 웨이퍼를 연삭하는 경우에는, 연삭 장치 사이에서 웨이퍼를 반송하는 공정이 추가적으로 필요해져, 그만큼, 공정수가 소요된다. 또한, 이와 같이 연삭 장치를 2대 사용하면, 클린룸 등의 실내에 있어서의 장치의 풋 프린트가 증가한다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2014-124690호
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 하나의 스핀들에 하나의 연삭 휠을 장착하여, 서로 상이한 연삭 특성을 갖는 2개의 연삭 휠을 이용한 연삭과 동일한 연삭을 피가공물에 실시하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 스핀들의 선단부에 장착되고, 그 스핀들을 회전시킴으로써 피가공물을 연삭하기 위한 연삭 휠로서, 원환형의 베이스와, 상기 베이스의 일면 측에 있어서, 상기 베이스의 둘레 방향을 따라 환형으로 배치된 복수의 연삭 지석 세트를 구비하고, 상기 복수의 연삭 지석 세트의 각각에는, 제1 연삭 지석과, 그 제1 연삭 지석에 비해 자생 발인 능력이 낮은 제2 연삭 지석이 상기 베이스의 둘레 방향에 있어서 소정의 방향에서 인접하도록 설치되고, 각 연삭 지석 세트의 사이에는, 상기 베이스의 둘레 방향에 있어서의 상기 제1 연삭 지석 및 상기 제2 연삭 지석의 간격보다 큰 소정의 간격이 설치되어 있는 연삭 휠이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 연삭 휠로, 표면에 비단결정층이 형성된 단결정의 기판을 갖는 상기 피가공물을 연삭하는 연삭 방법으로서, 상기 기판의 상기 표면과는 반대 측에 위치하는 이면 측을 척 테이블로 흡인 유지하는 유지 단계와, 상기 유지 단계 후, 상기 연삭 지석 세트에 있어서 상기 제2 연삭 지석이 상기 제1 연삭 지석보다 선두가 되도록, 소정의 방향으로 상기 스핀들을 회전시켜, 상기 표면 측을 연삭하여 상기 비단결정층을 제거하는 제1 연삭 단계와, 상기 제1 연삭 단계 후, 상기 연삭 지석 세트에 있어서 상기 제1 연삭 지석이 상기 제2 연삭 지석보다 선두가 되도록, 상기 소정의 방향과는 반대 방향으로 상기 스핀들을 회전시켜, 상기 기판을 연삭하는 제2 연삭 단계를 구비하는 연삭 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 연삭 휠로, 표면에 막이 형성된 기판을 갖는 상기 피가공물을 연삭하는 연삭 방법으로서, 상기 기판의 상기 표면과는 반대 측에 위치하는 이면 측을 척 테이블로 흡인 유지하는 유지 단계와, 상기 유지 단계 후, 상기 연삭 지석 세트에 있어서 상기 제1 연삭 지석이 상기 제2 연삭 지석보다 선두가 되도록, 소정의 방향으로 상기 스핀들을 회전시켜, 상기 막을 연삭하여 상기 막을 제거하는 제1 연삭 단계와, 상기 제1 연삭 단계 후, 상기 연삭 지석 세트에 있어서 상기 제2 연삭 지석이 상기 제1 연삭 지석보다 선두가 되도록, 상기 소정의 방향과는 반대 방향으로 상기 스핀들을 회전시켜, 상기 기판을 연삭하는 제2 연삭 단계를 구비하는 연삭 방법이 제공된다.
본 발명의 일 양태에 관련된 연삭 휠을 사용하면, 연삭 지석 세트에 있어서 제2 연삭 지석이 제1 연삭 지석보다 선두가 되도록 소정 방향으로 스핀들을 회전시킨 연삭과, 연삭 지석 세트에 있어서 제1 연삭 지석이 제2 연삭 지석보다 선두가 되도록, 소정 방향과는 반대 방향으로 스핀들을 회전시킨 연삭으로, 연삭의 특성을 바꿀 수 있다.
즉, 하나의 스핀들의 회전 방향을 바꿈으로써, 상이한 연삭 특성으로 피가공물을 연삭할 수 있다. 그러므로, 하나의 스핀들에 하나의 연삭 휠을 장착한 상태에서, 서로 상이한 연삭 특성을 갖는 2개의 연삭 휠을 이용한 연삭과 동일한 연삭을 피가공물에 실시할 수 있다.
도 1(A)는, 연삭 휠의 상면도이고, 도 1(B)는, 연삭 휠의 단면도이고, 도 1(C)는, 연삭 휠의 하면도이다.
도 2는, 연삭 장치의 사시도이다.
도 3은, 척 테이블 등의 상면도이다.
도 4는, 연삭 방법의 흐름도이다.
도 5는, 유지 단계를 도시하는 도면이다.
도 6(A)는, 제1 연삭 단계를 도시하는 도면이고, 도 6(B)는, 제1 연삭 단계를 도시하는 일부 확대 단면도이다.
도 7(A)는, 제2 연삭 단계를 도시하는 도면이고, 도 7(B)는, 제2 연삭 단계를 도시하는 일부 확대 단면도이다.
도 8은, 제2 실시 형태의 유지 단계를 도시하는 도면이다.
도 9는, 제2 실시 형태의 제1 연삭 단계를 도시하는 도면이다.
도 10은, 제2 실시 형태의 제2 연삭 단계를 도시하는 도면이다.
도 11(A)는, 제2 연삭 지석을 선두로 하는 경우의 척 테이블의 회전 방향과 가공 영역의 대응 관계를 도시하는 도면이고, 도 11(B)는, 제1 연삭 지석을 선두로 하는 경우의 척 테이블의 회전 방향과 가공 영역의 대응 관계를 도시하는 도면이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 양태에 관한 실시 형태에 관해 설명한다. 도 1(A)는, 연삭 휠(2)의 상면도이고, 도 1(B)는, 연삭 휠(2)의 단면도이며, 도 1(C)는, 연삭 휠(2)의 하면도이다.
연삭 휠(2)은, 알루미늄 합금 등의 금속으로 형성된 원환형의 베이스(4)를 갖는다. 예를 들어, 베이스(4)의 외경은 200mm이지만, 베이스(4)의 외경은, 연삭의 목적 등에 따라 적절히 선택된다.
베이스(4)는, 각각 대략 평탄하며 원환형의 상면(타면)(4a) 및 하면(일면)(4b)을 갖는다. 상면(4a)에는, 도 2에 도시되는 마운트(28)에 연삭 휠(2)을 장착할 때에 이용되는 나사 구멍(4c)이, 베이스(4)의 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 형성되어 있다.
또한, 하면(4b)보다 내주 측에 위치하는 베이스(4)의 원뿔대 형상의 내주 측면에는, 순수 등의 연삭수를 각각 공급하기 위한 복수의 개구(도시하지 않음)가, 베이스(4)의 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 설치되어도 좋다.
도 1(C)에 도시되는 바와 같이, 베이스(4)의 하면(4b) 측에는, 복수의 연삭 지석 세트(6)가, 베이스(4)의 둘레 방향을 따라 대략 등간격으로 환형으로 배치되어 있다. 도 1(C)에서는, 24개의 연삭 지석 세트(6)가 배치되어 있지만, 연삭 지석 세트(6)의 수는 24개에 한정되지 않는다.
도 1(B)에 도시되는 바와 같이, 하나의 연삭 지석 세트(6)는, 각각 세그먼트형의 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)을 갖는다. 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 상단부는, 베이스(4)의 하면(4b) 측에 형성된 홈부에 배치되고, 접착제(도시하지 않음)에 의해 베이스(4)에 고정되어 있다.
또한, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)은, 소정의 돌출량(세그먼트 높이라고도 함)이 되도록, 각 하단부가 하면(4b)으로부터 돌출되어 있다. 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 돌출량은, 대략 동일하다.
제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)은, 예를 들어, 동일한 재질로 형성되고, 또한, 동일한 입도의 지립(예를 들어, 다이아몬드 지립)을 갖고, 양자에 있어서 지립의 집중도는 대략 동일하지만, 본드재의 재질과 기공률은 상이하다.
본 명세서에 있어서, 제1 연삭 지석(8)은 비교적 부드러운 지석이며, 제2 연삭 지석(10)은 제1 연삭 지석(8)에 비해 단단한 지석이다. 연삭 지석의 경도는, 예를 들어, 3점 굽힘 시험으로 평가할 수 있다. 제2 연삭 지석(10)의 굽힘 강도는, 제1 연삭 지석(8)의 굽힘 강도의 2배 이상이다.
지석의 경도는, 예를 들어, 본드재의 재료에 기인한다. 제1 연삭 지석(8)의 본드재가 레진 본드이고, 제2 연삭 지석(10)의 본드재가 비트리파이드 본드인 경우, 제2 연삭 지석(10)의 경도는, 제1 연삭 지석(8)의 경도보다 높다.
또한, 예를 들어, 지석의 경도는, 기공률에서 기인한다. 제1 연삭 지석(8)의 본드재와, 제2 연삭 지석(10)의 본드재가, 모두 대략 동일 성분의 비트리파이드 본드이지만, 제1 연삭 지석(8)의 기공률이 제2 연삭 지석(10)의 기공률보다 높은 경우, 제2 연삭 지석(10)의 경도는, 제1 연삭 지석(8)의 경도보다 높다.
또한, 제1 연삭 지석(8)의 본드재와, 제2 연삭 지석(10)의 본드재가, 모두 대략 동일 성분인 레진 본드이지만, 제1 연삭 지석(8)의 기공률이 제2 연삭 지석(10)의 기공률보다 높은 경우, 마찬가지로, 제2 연삭 지석(10)의 경도는, 제1 연삭 지석(8)의 경도보다 높다 .
이와 같이, 제2 연삭 지석(10)의 경도가, 제1 연삭 지석(8)의 경도보다 높은 경우, 제2 연삭 지석(10)의 본드재 등에 의한 지립을 고정하는 힘(즉, 결합력)은, 제1 연삭 지석(8)의 본드재의 결합력에 비해 강하다.
이 결합력의 차이에서 기인하여, 비교적 부드러운 제1 연삭 지석(8)의 자생 발인(自生發刃) 능력은 비교적 높고, 비교적 단단한 제2 연삭 지석(10)의 자생 발인 능력은 제1 연삭 지석(8)에 비해 낮다.
하나의 연삭 지석 세트(6)에 있어서, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)은, 베이스(4)의 둘레 방향에 있어서 소정의 방향이 되도록 배치되어 있다. 도 1(C)에 도시하는 하면도에서는, 하나의 연삭 지석 세트(6)에 있어서 제2 연삭 지석(10)으로부터 제1 연삭 지석(8)으로 진행하는 방향이 시계 방향이 되도록, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)이 배치되어 있다.
다만, 연삭 휠(2)을 마찬가지로 하면에서 본 경우에, 하나의 연삭 지석 세트(6)에 있어서 제1 연삭 지석(8)으로부터 제2 연삭 지석(10)으로 진행하는 방향이 시계 방향이 되도록, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)을 배치해도 좋다 .
도 1(C)에 도시되는 바와 같이, 하나의 연삭 지석 세트(6)에 있어서 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)은, 서로 인접하도록 설치되어 있다. 본 실시 형태의 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)은, 대략 접촉하고 있지만, 베이스(4)의 둘레 방향에 있어서 약간 간격이 생길 정도로 인접하고 있어도 좋다.
제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10) 사이에 있어서의 베이스(4)의 둘레 방향의 약간의 간격은, 예를 들어, 베이스(4)의 둘레 방향에 있어서 인접하는 2개의 연삭 지석 세트(6) 사이의 소정의 간격(6a)보다 충분히 작다.
제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10) 사이의 베이스(4)의 둘레 방향의 간격은, 소정의 간격(6a)의 1/3 이하, 바람직하게는 1/4 이하이다. 예를 들어, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10) 사이의 베이스(4)의 둘레 방향의 간격은, 1mm 이하이다.
또한, 예를 들어, 제2 연삭 지석(10)에 인접하는 제1 연삭 지석(8)의 측면으로부터 돌출되어 있는 지립이, 제2 연삭 지석(10)에 접하고 있거나, 또는, 제1 연삭 지석(8)에 인접하는 제2 연삭 지석(10)의 측면으로부터 돌출되어 있는 지립이, 제1 연삭 지석(8)에 접하고 있을 정도로, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)은 근접하고 있다 .
상술한 바와 같이, 각 연삭 지석 세트(6)의 사이에는, 소정의 간격(6a)이 형성되어 있고, 소정의 간격(6a)은, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10) 사이의 베이스(4)의 둘레 방향의 약간의 간격보다 크다.
베이스(4)의 둘레 방향을 따르는 소정의 간격(6a)은, 예를 들어 3.0mm 이상 4.0mm 이하의 소정 값이지만, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 개수, 사이즈 등에 따라, 이 소정의 간격(6a)은 적절하게 조정된다.
제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)은, 예를 들어, 본드재, 지립, 필러 등을 혼합한 후, 압축 성형, 소성 및 정형을 거쳐, 개별적으로 형성된다. 지립으로서는, 다이아몬드, cBN(cubic boron nitride) 등의 소위 초지립이 이용된다.
정형 후, 도 1(A) 내지 도 1(C)에 도시하는 배치가 되도록, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)을 접착제로 베이스(4)에 고정한다. 이와 같이 하여 제조된 연삭 휠(2)은, 피가공물(11)(도 5 등 참조)을 연삭하는 연삭 장치(12)로 사용된다.
도 2는, 연삭 장치(12)의 사시도이다. 또한, 도 2에서는, 연삭 장치(12)의 주요부를 도시하고, 편의상, 다른 구성 요소를 생략하고 있다. 또한, 도 2에 도시하는 Z축 방향은, 예를 들어, 연직 방향과 평행하다.
연삭 장치(12)는, 원판 형상의 척 테이블(14)을 갖는다. 척 테이블(14)은, 비다공질 세라믹스로 형성된 원판 형상의 프레임(16)(도 5 참조)을 갖는다. 프레임(16)의 상부에는, 원판 형상의 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부에는, 다공질 세라믹스로 형성된 원판 형상의 다공질판(18)(도 5 참조)이 고정되어 있다.
프레임(16)에는, 기체 유로(16a)(도 5 참조)가 형성되어 있고, 이 기체 유로(16a)의 일단부에는 이젝터 등의 흡인원(도시하지 않음)이 연결되어 있다. 흡인원으로부터의 부압은, 기체 유로(16a)를 통해 다공질판(18)에 전달된다.
프레임(16)의 상면과, 다공질판(18)의 상면은, 대략 동일 평면으로 되어 있고, 피가공물(11)을 흡인 유지하는 유지면(14a)으로서 기능한다. 다공질판(18)의 중앙부는, 외주부에 비해 돌출되어 있고, 유지면(14a)은, 원추 형상으로 되어 있다.
다만, 중앙부의 돌출량은, 유지면(14a)의 직경에 비해서 매우 작다. 예를 들어, 중앙부의 돌출량이 20㎛인 것에 대하여, 유지면(14a)의 직경은 200mm이다. 그러므로, 도 5에서는, 편의 상, 유지면(14a)을 대략 평탄하게 도시하고 있다.
척 테이블(14)의 하부에는, 원기둥 형상의 회전축(20)(도 5 참조)이 설치되어 있다. 이 회전축(20)은, 풀리, 벨트 등의 구동 기구(도시하지 않음)에 의해, 소정의 방향으로 회전한다. 도 2에서는, 회전축(20)의 회전 중심(20a)을 일점 쇄선으로 나타낸다.
척 테이블(14)은, 테이블 베이스(22)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 테이블 베이스(22)의 하부에는, 테이블 베이스(22)의 기울기를 조정하기 위한 기울기 조정 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
기울기 조정 기구는, Z축 방향의 길이가 고정된 제1 지지부와, Z축 방향의 길이를 각각 독립적으로 바꿀 수 있는 제2 지지부 및 제3 지지부를 갖는다. 제1 내지 제3 지지부는, 테이블 베이스(22)의 둘레 방향에 있어서 대략 등간격으로 배치되어 있고, 테이블 베이스(22)를 3점에서 지지하고 있다.
척 테이블(14)의 근방에는, 연삭 휠(2)과 피가공물의 접촉 영역(가공 영역)에 연삭수를 공급하기 위한 내부 노즐(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 연삭 지석의 내주 측에서 피가공물을 연삭하는 내측날(內刃) 연삭을 실시하기 때문에, 연삭 지석의 내주 측에 연삭수를 공급하는 내부 노즐을 이용한다.
또한, 베이스(4)에 설치된 개구로부터 연삭수를 공급해도 좋다. 또한, 연삭 지석의 외주 측에서 피가공물을 연삭하는 외측날(外刃) 연삭을 실시하는 경우에는, 연삭 지석의 외주 측에 연삭수를 공급하는 외부 노즐(도시하지 않음)을 사용해도 된다.
척 테이블(14)의 상방에는 연삭 유닛(24)이 설치되어 있다. 연삭 유닛(24)은, 원통 형상의 스핀들 하우징(도시하지 않음)을 갖는다. 스핀들 하우징에는, 볼 나사식의 Z축 방향 이동 유닛(도시하지 않음)이 장착되어 있다.
Z축 방향 이동 유닛은, 스핀들 하우징을 Z축 방향을 따라 상하 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 연삭 시에는, 소정의 가공 이송 속도로 연삭 유닛(24)을 하방으로 이동시킨다(즉, 가공 이송한다).
스핀들 하우징에는, 원기둥 형상의 스핀들(26)의 일부가 회전 가능하게 수용되어 있다. 스핀들 하우징의 상단부의 근방에는, 스핀들(26)을 회전시키기 위한 모터 등의 구동원(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 구동원에 공급되는 전류의 방향에 의해, 스핀들(26)은, 우회전 및 좌회전 중 어느 방향으로도 회전 가능하다.
스핀들(26)의 하단부(선단부)(26a)는, 스핀들 하우징으로부터 돌출되어 있다. 하단부(26a)에는, 원판 형상의 마운트(28)의 상면 측이 고정되어 있다. 마운트(28)의 하면 측에는, 볼트(30)에 의해 상술한 연삭 휠(2)이 장착되어 있다.
이와 같이, 하단부(26a)에는 마운트(28)를 통해 연삭 휠(2)이 장착되어 있다. 스핀들(26)의 회전에 의해 연삭 휠(2)이 회전하면, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 하면의 궤적에 의해 원환형의 연삭면이 형성된다.
척 테이블(14)의 회전축(20)은, 유지면(14a)의 일부의 영역(14b)(도 3 참조)이 연삭면과 대략 평행해지도록 기울어져 있다. 영역(14b)은, 유지면(14a)의 중심을 통과하는 원호형의 영역이다.
영역(14b)은, 복수의 연삭 지석 세트(6)의 바로 아래에 위치하고 있고, 도 3에서는, 영역(14b)의 범위가 양 화살표로 도시되고 있다. 연삭 시에는, 유지면(14a)으로 흡인 유지된 피가공물(11) 중, 이 영역(14b)에 대응하는 영역이 연삭된다(즉, 가공 영역이 된다).
도 3은, 척 테이블(14) 등의 상면도이다. 또한, 도 3에서는, 척 테이블(14)에 더하여, 유지면(14a) 상에 위치하는 연삭 유닛(24) 중 복수의 연삭 지석 세트(6)만을 함께 도시한다.
다음에, 도 4 내지 도 7(B)를 참조하여, 제1 실시 형태의 연삭 방법을 설명한다. 도 4는, 제1 실시 형태에 있어서의 연삭 방법의 흐름도이다. 제1 실시 형태에서는, 유지 단계(S10), 제1 연삭 단계(S20) 및 제2 연삭 단계(S30)의 순서로, 피가공물(11)에 대하여 인피드 연삭을 실시한다.
피가공물(11)은, 원판 형상이며, 주로 탄화규소(SiC)로 형성된 단결정의 기판(웨이퍼)(13)을 갖는다. 피가공물(11)을 형성할 때에는, 우선, SiC 잉곳의 소정 깊이에 레이저 빔을 집광시켜 비정질 영역(개질 영역, 분리 영역 등이라고도 불림)을 형성한다.
비정질(아몰퍼스) 영역에서는, 아몰퍼스 카본(C)과, 아몰퍼스 실리콘(Si)이 형성되어 있다고 생각되고 있다. 비정질 영역을 형성 후, 비정질 영역을 경계로 기판(13)을 잉곳으로부터 분리한다.
그 때문에, 잉곳으로부터 분리된 기판(13)의 표면(13a)에는, 비정질층(비단결정층)(15)이 형성되어 있다. 또한, 분리 후의 표면(13a)은, 예를 들어 80㎛ 내지 100㎛ 정도의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는다.
피가공물(11)을 연삭할 때에는, 먼저, 표면(13a)과는 반대 측에 위치하는 기판(13)의 이면(13b) 측을 유지면(14a)으로 흡인 유지한다(유지 단계(S10)). 도 5는, 유지 단계(S10)를 도시하는 도면이다.
유지 단계(S10) 후, 제1 연삭 단계(S20)를 실시한다. 도 6(A)는, 제1 연삭 단계(S20)를 도시하는 도면이다. 제1 연삭 단계(S20)에서는, 비정질층(15)을 제거하기 위해서, 비교적 딱딱하고 자생 발인 능력이 낮은 제2 연삭 지석(10)을 주로 사용하여 표면(13a) 측을 연삭한다.
제1 연삭 단계(S20)에서는, 척 테이블(14)을 소정 방향으로 100rpm 이상 300rpm 이하의 소정 값으로 회전시키고, 스핀들(26)을 소정 방향으로 1000rpm 이상 4000rpm 이하의 소정 값으로 회전시킨다. 이와 함께, 가공점에 연삭수를 공급하면서, 0.1㎛/s 이상 2.0㎛/s 이하의 소정 값의 가공 이송 속도로 연삭 유닛(24)을 연삭 이송한다.
특히, 제1 연삭 단계(S20)에서는, 연삭 지석 세트(6)에 있어서 제2 연삭 지석(10)이 제1 연삭 지석(8)보다 선두가 되도록, 소정 방향으로 스핀들(26) 및 연삭 휠(2)을 회전시킨다. 도 6(B)는, 제1 연삭 단계(S20)를 도시하는 일부 확대 단면도이다.
도 6(B)에 도시되는 바와 같이, 제1 연삭 단계(S20)에서는, 각 연삭 지석 세트(6)의 제2 연삭 지석(10)을 주로 사용하여 표면(13a) 측을 연삭한다. 그러므로, 제2 연삭 지석(10)의 연삭 특성을 반영한 연삭을 실시할 수 있다. 구체적으로는, 지석의 소모량을 저감하면서 표면(13a) 측을 연삭할 수 있다.
또한, 제1 연삭 단계(S20)에 있어서, 비교적 부드럽고 자생 발인 능력이 높은 제1 연삭 지석(8)은, 제2 연삭 지석(10)이 연삭한 표면(13a)을 그대로 따를 뿐이기 때문에, 제1 연삭 지석(8)의 소모량은, 제2 연삭 지석(10)의 소모량과 대략 동일해진다.
이와 같이, 제1 연삭 단계(S20)에서는, 연삭 지석의 소모량을 비교적 저감하면서 피가공물(11)을 연삭할 수 있다. 제1 연삭 단계(S20)에서는, 비정질층(15)을 제거하고, 기판(13) 본체를 노출시킬 때까지, 표면(13a) 측을 연삭한다.
제1 연삭 단계(S20) 후, 제2 연삭 단계(S30)를 실시한다. 단결정의 기판(13) 본체는, 비정질층(15)의 영역에 비해 단단하다. 이 단단한 기판(13) 본체를 연삭할 때에는, 지석의 덜링(dulling)이나 셰딩(shedding)이 발생하기 쉽다.
따라서, 기판(13) 본체를 안정적으로 연삭하기 위해서는, 지석의 자생 발인을 촉진하면서 연삭을 진행할 필요가 있다. 제2 연삭 단계(S30)에서는, 비교적 부드럽고 자생 발인 능력이 높은 제1 연삭 지석(8)을 효과적으로 이용하여 기판(13)을 연삭한다.
제2 연삭 단계(S30)에서는, 우선, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)이 피가공물(11)에 접하지 않을 정도로, 연삭 유닛(24)을 상승시킨다. 또한, 척 테이블(14)의 회전 방향 및 회전 속도는, 제1 연삭 단계(S20)와 동일하게 유지한다.
그리고, 연삭 지석 세트(6)에 있어서 제1 연삭 지석(8)이 제2 연삭 지석(10)보다 선두가 되도록, 제1 연삭 단계(S20)의 소정 방향과는 반대 방향으로 스핀들(26) 및 연삭 휠(2)을 1000rpm 이상 4000rpm 이하의 소정의 값으로 회전시킨다.
그 후, 스핀들(26)을 회전시킴과 함께, 가공점에 연삭수를 공급하면서 0.1㎛/s 이상 2.0㎛/s 이하의 소정 값의 가공 이송 속도로 연삭 유닛(24)을 연삭 이송한다. 도 7(A)는, 제2 연삭 단계(S30)를 도시하는 도면이다.
제2 연삭 단계(S30)에서는, 제1 연삭 지석(8)의 연삭 특성을 반영한 연삭을 실시할 수 있다. 구체적으로는, 높은 자생 발인 능력을 반영한 연삭을 실시할 수 있다.
또한, 제1 연삭 지석(8)의 본드재(8a)로부터 탈락된 지립(8b)이, 제2 연삭 지석(10)의 하면(연삭면)에 진입함으로써, 비교적 단단하고 자생 발인 능력이 낮은 제2 연삭 지석(10)의 자생 발인이 촉진된다.
도 7(B)는, 제2 연삭 단계(S30)를 도시하는 일부 확대 단면도이다. 도 7(B)에 도시되는 바와 같이, 제2 연삭 단계(S30)에서는, 탈락된 지립(8b)에 의해 제2 연삭 지석(10)의 자생 발인을 촉진시킬 수 있다. 그 결과, 제1 연삭 지석(8)과 제2 연삭 지석(10)의 소모량은, 대략 동일해진다.
이와 같이, 제2 연삭 단계(S30)에서는, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 소모량을 제1 연삭 단계(S20)에 비해 증가시키면서 피가공물(11)을 연삭하고, 소정의 마무리 두께가 될 때까지 기판(13)을 연삭한다.
제1 실시 형태에서는, 하나의 스핀들(26)에 장착된 하나의 연삭 휠(2)을 이용하여, 스핀들(26)의 회전 방향에 따라, 제1 연삭 단계(S20)에서는 지석의 소모량을 저감한 연삭을 할 수 있고, 또한, 제2 연삭 단계(S30)에서는 높은 자체 발생 능력을 발휘할 수 있다. 이와 같이, 스핀들(26)의 회전 방향에 따라 연삭의 특성을 바꿀 수 있다.
즉, 스핀들(26)의 회전 방향에 따라, 서로 상이한 연삭 특성을 갖는 2개의 연삭 휠을 이용한 연삭과 동일한 연삭을 피가공물(11)에 실시할 수 있다. 그러므로, 연삭 장치 사이에서의 반송 공정의 추가나, 연삭 장치의 풋 프린트의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 복수의 연삭 지석 세트(6)가 베이스(4)의 둘레 방향을 따라 환형으로 배치되어 있기 때문에, 스핀들(26)의 회전 방향이 어느 쪽이라도, 연삭 휠(2)의 연삭면의 내경 및 외경을 대략 동일하게 할 수 있다고 하는 특징도 있다.
그런데, 출원인이 실시한 실험에 의하면, 제1 연삭 단계(S20)에 있어서의 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 소모량을 1로 한 경우에, 제2 연삭 단계(S30)에 있어서의 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 소모량은, 1.5가 되었다.
(비교 실험)
이에 대하여, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)이 베이스(4)의 둘레 방향을 따라 교대로 3.0mm 이상 4.0mm 이하의 소정의 간격으로 환형으로 배치된 연삭 휠을 사용하여, 피가공물의 일면을 각각 연삭하는 비교 실험을 실시하였다.
비교 실험에서는, 소정 방향으로 연삭 휠을 회전시켜 피가공물을 연삭하는 제1 공정과, 소정 방향과는 반대 방향으로 연삭 휠을 회전시켜 피가공물을 연삭하는 제2 공정에서는, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 소모량은, 대략 동일해졌다.
그 때문에, 회전 방향에 따라 연삭 특성을 바꾸기 위해서는, 하나의 연삭 지석 세트(6)를 구성하는 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)의 베이스(4)의 둘레 방향의 간격을, 베이스(4)의 둘레 방향에 있어서의 연삭 지석 세트(6)끼리의 간격보다 좁게 할 필요가 있다고 할 수 있다.
다음에, 제2 실시 형태를 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 상술한 연삭 휠(2)이 장착된 연삭 장치(12)를 이용하여, 도 4에 도시되는 흐름도에 도시되는 연삭 방법에 따라 피가공물(21)(도 8 참조)을 연삭한다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 피가공물(21)은, 주로 실리콘으로 형성된 단결정의 기판(웨이퍼)(23)을 갖는다. 기판(23)은, 원판 형상을 가지며, 기판(23)의 표면(23a)에는, 산화 실리콘(예를 들면 SiO2)막, 질화 실리콘(예를 들면 Si3N4)막, 금속막 등의, 기판(23) 본체와는 다른 재료로 형성된 막(25)이 형성되어 있다.
피가공물(21)을 연삭할 때에는, 우선, 표면(23a)과는 반대 측에 위치하는 기판(23)의 이면(23b) 측을 유지면(14a)으로 흡인 유지한다(유지 단계(S10)). 도 8은, 제2 실시 형태의 유지 단계(S10)을 도시하는 도면이다.
유지 단계(S10) 후, 제1 연삭 단계(S20)를 실시한다. 도 9는, 제2 실시 형태의 제1 연삭 단계(S20)를 도시하는 도면이다.
제1 연삭 단계(S20)에서는, 척 테이블(14)을 소정 방향으로 100rpm 이상 300rpm 이하의 소정 값으로 회전시키고, 스핀들(26)을 소정 방향으로 3000rpm 이상 4000rpm 이하의 소정 값으로 회전시킨다. 이와 함께, 가공점에 연삭수를 공급하면서, 0.1㎛/s 이상 2.0㎛/s 이하의 소정 값의 가공 이송 속도로 연삭 유닛(24)을 연삭 이송한다.
제1 연삭 단계(S20)에서는, 연삭 지석 세트(6)에 있어서 제1 연삭 지석(8)이 제2 연삭 지석(10)보다 선두가 되도록, 소정의 방향으로 스핀들(26) 및 연삭 휠(2)을 회전시킨다.
제1 연삭 단계(S20)에서는, 비교적 부드럽고 연삭 시에 지석의 클로깅(clogging)을 발생시키기 쉬운 금속막이나, 비교적 딱딱하고 연삭 시에 지석의 덜링 및 셰딩을 발생시키기 쉬운 산화실리콘막이나 질화실리콘막을 연삭하기 위해서, 비교적 부드럽고 자생 발인 능력이 높은 제1 연삭 지석(8)을 효과적으로 이용하여 막(25)을 연삭한다.
그러므로, 제1 연삭 지석(8)의 연삭 특성을 반영한 연삭을 실시할 수 있다. 구체적으로는, 제1 연삭 지석(8)의 높은 자생 발인 능력을 반영한 연삭을 실시할 수 있다.
또한, 제1 연삭 단계(S20)에서는, 자생 발인 능력이 높은 제1 연삭 지석(8)을 사용하여 막(25)을 연삭함과 함께, 탈락한 지립(8b)으로 제2 연삭 지석(10)의 자생 발인을 촉진하면서 제2 연삭 지석(10)을 사용하여 막(25)을 연삭하는 것도 가능하다.
또한, 제1 연삭 단계(S20)에 있어서, 제1 연삭 지석(8)과 제2 연삭 지석(10)의 소모량은, 대략 동일해진다. 제1 연삭 단계(S20)에서는, 막(25)을 제거할 때까지, 표면(23a) 측을 연삭하여, 기판(23) 본체를 노출시킨다. 제1 연삭 단계(S20) 후, 제2 연삭 단계(S30)를 실시한다.
제2 연삭 단계(S30)에서는, 우선, 제1 연삭 지석(8) 및 제2 연삭 지석(10)이 피가공물(11)에 접하지 않을 정도로, 연삭 유닛(24)을 상승시킨다. 척 테이블(14)의 회전 방향 및 회전 속도는, 제1 연삭 단계(S20)와 동일하게 유지한다.
그리고, 연삭 지석 세트(6)에 있어서 제2 연삭 지석(10)이 제1 연삭 지석(8)보다 선두가 되도록, 제1 연삭 단계(S20)의 소정 방향과는 반대 방향으로 스핀들(26) 및 연삭 휠(2)을 3000rpm 이상 4000rpm 이하의 소정 값으로 회전시킨다.
그 후, 스핀들(26)을 회전시키는 것과 함께, 가공점에 연삭수를 공급하면서 0.5㎛/s 이상 2.0㎛/s 이하의 소정 값의 가공 이송 속도로 연삭 유닛(24)을 연삭 이송한다. 도 10은, 제2 실시 형태의 제2 연삭 단계(S30)를 도시하는 도면이다.
제2 연삭 단계(S30)에서는, 가공 이송을 소정 시간 행하여, 소정의 마무리 두께가 될 때까지 기판(23)을 연삭한다. 제2 연삭 단계(S30)에서는, 각 연삭 지석 세트(6)의 제2 연삭 지석(10)으로 표면(23a) 측을 주로 연삭한다.
그러므로, 제2 연삭 단계(S30)에서는, 제2 연삭 지석(10)의 연삭 특성을 반영한 연삭을 실시할 수 있다. 구체적으로는, 지석의 소모량이 저감되면서 표면(23a) 측을 연삭할 수 있다.
또한, 제2 연삭 단계(S30)에 있어서, 제1 연삭 지석(8)은, 제2 연삭 지석(10)이 연삭한 표면(23a)을 그대로 따르기 때문에, 제1 연삭 지석(8)의 소모량은, 제2 연삭 지석(10)의 소모량과 대략 동일해진다.
제2 실시 형태에서는, 연삭 휠(2)을 이용하여, 스핀들(26)의 회전 방향을 바꿈으로써, 제1 연삭 단계(S20)에서는 높은 자생 발인 능력을 발휘할 수 있고, 제2 연삭 단계(S30)에서는 지석의 소모량을 저감한 연삭을 할 수 있다.
이와 같이, 하나의 스핀들(26)에 장착된 하나의 연삭 휠(2)을 이용하여, 서로 상이한 연삭 특성을 갖는 2개의 연삭 휠을 이용한 연삭과 동일한 연삭을 피가공물(21)에 실시할 수 있다. 그러므로, 연삭 장치 사이에서의 반송 공정의 추가나, 연삭 장치의 풋 프린트의 증가를 억제할 수 있다.
다음으로, 도 11(A) 및 도 11(B)를 참조하여, 제1 및 제2 실시 형태의 변형예에 대해 설명한다. 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 척 테이블(14)의 회전 방향을 동일하게 유지한다.
그러나, 상기 변형예에서는, 연삭의 양태가 외내 연삭, 또한, 내측날 연삭이 되도록, 스핀들(26)의 회전 방향에 따라, 척 테이블(14)의 회전 방향과, 테이블 베이스(22)의 기울기를 변경한다.
외내 연삭이란, 피가공물의 외주부로부터 중심을 향해 연삭 지석을 진행시키면서 피가공물을 연삭하는 것을 가리킨다. 또한, 척 테이블(14)의 회전 방향은, 상술한 구동 기구에 의해 변경할 수 있고, 테이블 베이스(22)의 기울기는, 상술한 기울기 조정 기구에 의해 조정할 수 있다.
도 11(A)는, 연삭 지석 세트(6)의 제2 연삭 지석(10)을 선두로 하는 경우의 척 테이블(14)의 회전 방향과, 연삭면과 대략 평행해지는 가공 영역(영역(14b))의 대응 관계를 도시하는 도면이다. 다만, 도 11(A)에서는, 유지면(14a) 상의 피가공물을 생략하고 있다.
도 11(A)에 도시되는 상면에서 보면, 척 테이블(14) 및 연삭 휠(2)의 회전 방향이 대략 동일한 시계 방향이고, 유지면(14a)의 우측 절반에 영역(14b)이 존재한다.
도 11(B)는, 연삭 지석 세트(6)의 제1 연삭 지석(8)을 선두로 하는 경우의 척 테이블(14)의 회전 방향과, 연삭면과 대략 평행해지는 가공 영역(영역(14b))의 대응 관계를 도시하는 도면이다. 다만, 도 11(B)에서는, 유지면(14a) 상의 피가공물을 생략하고 있다.
도 11(B)에 도시되는 상면에서 보면, 척 테이블(14) 및 연삭 휠(2)의 회전 방향이 대략 동일한 반시계 방향이다. 또한, 테이블 베이스(22)의 기울기는, 도 11(A)에서의 기울기와는 달리, 유지면(14a)의 좌측 절반에 영역(14b)이 존재한다.
당해 변형예에서는, 스핀들(26)의 회전 방향에 따라, 척 테이블(14)의 회전 방향과, 테이블 베이스(22)의 기울기를 변경하므로, 연삭의 태양을, 외내 연삭, 또한, 내측날 연삭으로 유지할 수 있다.
그 밖에, 상술한 실시 형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
2 : 연삭 휠, 4 : 베이스, 4a : 상면(타면), 4b : 하면(일면), 4c : 나사 구멍, 6 : 연삭 지석 세트, 6a : 간격
8: 제1 연삭 지석, 8a: 본드재, 8b: 지립, 10: 제2 연삭 지석
11: 피가공물, 13: 기판, 13a: 표면, 13b: 이면
15: 비정질층(비단결정층)
12: 연삭 장치, 14: 척 테이블, 14a: 유지면, 14b: 영역
16 : 프레임, 16a : 기체 유로, 18 : 다공질판
20: 회전축, 20a: 회전 중심, 22: 테이블 베이스
21: 피가공물, 23: 기판, 23a: 표면, 23b: 이면, 25: 막
24: 연삭 유닛, 26: 스핀들, 26a: 하단부(선단부)
28: 마운트, 30: 볼트
S10: 유지 단계, S20: 제1 연삭 단계, S30: 제2 연삭 단계

Claims (3)

  1. 스핀들의 선단부에 장착되고, 그 스핀들을 회전시킴으로써 피가공물을 연삭하기 위한 연삭 휠로서,
    원환형의 베이스와,
    상기 베이스의 일면 측에 있어서, 상기 베이스의 둘레 방향을 따라 환형으로 배치된 복수의 연삭 지석 세트를 구비하고,
    상기 복수의 연삭 지석 세트의 각각에는, 제1 연삭 지석과, 그 제1 연삭 지석에 비해 자생 발인 능력이 낮은 제2 연삭 지석이 상기 베이스의 둘레 방향에 있어서 미리 정해진 방향에서 인접하도록 설치되고,
    각 연삭 지석 세트의 사이에는, 상기 베이스의 둘레 방향에 있어서의 상기 제1 연삭 지석 및 상기 제2 연삭 지석의 간격보다 큰 미리 정해진 간격이 형성되는 것을 특징으로 하는, 연삭 휠.
  2. 제1항에 기재된 상기 연삭 휠로, 표면에 비단결정층이 형성된 단결정의 기판을 갖는 상기 피가공물을 연삭하는 연삭 방법으로서,
    상기 기판의 상기 표면과는 반대 측에 위치하는 이면 측을 척 테이블로 흡인 유지하는 유지 단계와,
    상기 유지 단계 후, 상기 연삭 지석 세트에 있어서 상기 제2 연삭 지석이 상기 제1 연삭 지석보다 선두가 되도록, 미리 정해진 방향으로 상기 스핀들을 회전시켜, 상기 표면 측을 연삭하여 상기 비단결정층을 제거하는 제1 연삭 단계와,
    상기 제1 연삭 단계 후, 상기 연삭 지석 세트에 있어서 상기 제1 연삭 지석이 상기 제2 연삭 지석보다 선두가 되도록, 상기 미리 정해진 방향과는 반대 방향으로 상기 스핀들을 회전시켜, 상기 기판을 연삭하는 제2 연삭 단계
    를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연삭 방법.
  3. 제1항에 기재된 상기 연삭 휠로, 표면에 막이 형성된 기판을 갖는 상기 피가공물을 연삭하는 연삭 방법으로서,
    상기 기판의 상기 표면과는 반대 측에 위치하는 이면 측을 척 테이블로 흡인 유지하는 유지 단계와,
    상기 유지 단계 후, 상기 연삭 지석 세트에 있어서 상기 제1 연삭 지석이 상기 제2 연삭 지석보다 선두가 되도록, 미리 정해진 방향으로 상기 스핀들을 회전시켜, 상기 막을 연삭하여 상기 막을 제거하는 제1 연삭 단계와,
    상기 제1 연삭 단계 후, 상기 연삭 지석 세트에 있어서 상기 제2 연삭 지석이 상기 제1 연삭 지석보다 선두가 되도록, 상기 미리 정해진 방향과는 반대 방향으로 상기 스핀들을 회전시켜, 상기 기판을 연삭하는 제2 연삭 단계
    를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연삭 방법.
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