JP2006224201A

JP2006224201A - 研削ホイール

Info

Publication number: JP2006224201A
Application number: JP2005037582A
Authority: JP
Inventors: Minosuke Sekiya; 臣之典関家; Setsuo Yamamoto; 節男山本
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】気孔率が高い砥石であっても欠けの発生を防止することができるビトリファイドボンド砥石からなる複数の砥石セグメントを備えた研削ホイールを提供する。
【解決手段】砥石基台４３１と、砥石基台の砥石装着面における砥石基台の回転軸芯を中心とした所定の円周上に配設された複数の砥石セグメント４３２とを具備し、砥石セグメントが超砥粒をビトリファイドボンドで結合するとともに無数の気孔を備えたビトリファイドボンド砥石からなっている研削ホイールであって、砥石セグメントは砥石基台の回転方向前側の面を規定する前端面４３２ｅが凸状の湾曲面に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、超砥粒をビトリファイドボンドで結合したビトリファイドボンド砥石からなる複数の砥石セグメントを備えた研削ホイールに関する。

当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、ＩＣ、ＬＳＩ等の回路が複数個形成された半導体ウエーハは、個々のチップに分割される前にその裏面を研削装置によって研削して所定の厚さに形成されている。半導体ウエーハの裏面を効率的に研削するために、一般に粗研削ユニットと仕上げ研削ユニットを備えた研削装置が用いられている。粗研削ユニットには比較的粒径が大きいダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドまたはメタルボンドで結合したビトリファイドボンド砥石またはメタルボンド砥石が用いられ、仕上げ研削ユニットには粒径が小さいダイヤモンド砥粒をレジンボンドで結合したレジンボンド砥石が用いられている。

ビトリファイドボンド砥石は、二酸化珪素などを主成分とするボンド材で砥粒を結合しているため砥粒保持力が強いので、研削能力が維持される反面、砥粒を強固に保持するため自生発刃作用が不十分であるという特性がある。一方、レジンボンド砥石は、柔軟なレジンボンド材で砥粒を結合しているため被加工物への当たりがソフトであるとともに、砥粒保持力が弱いので自生発刃作用が良好である。このような砥石の特性から、ビトリファイドボンド砥石は主に粗研削砥石として用いられ、レジンボンド砥石は主に仕上げ研削砥石として用いられている。

しかるに、レジンボンド砥石は上述したようにレジンボンド材が柔軟であるため、砥粒の粒径が２μｍ以下になると、研削中に砥粒がレジンボンドの内部に押し込まれて研削能力が低下し、研削焼けが発生する。従って、レジンボンド砥石は、粒径が４〜６μm（＃２０００）以上の砥粒を用いなければならず、微細な仕上げ研削が困難となる。

なお、ビトリファイドボンド砥石は上述したように砥粒保持力が強いので、０．５μm（＃８０００）以下の砥粒であっても研削中に砥粒がビトリファイドボンド内に押し込まれることがなく研削能力が維持される。しかしながら、ビトリファイドボンド砥石は、上述したようにビトリファイドボンドが砥粒を強固に保持するため自生発刃作用が不十分であり、研削面にスジ状の傷を生じさせるという問題がある。

このような問題を解消するために、砥粒をビトリファイドボンドで結合された砥粒層に気孔を形成し自生発刃作用を良好にしたビトリファイドボンド砥石が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００３−１３６４１０号公報

上記公報に開示されたビトリファイドボンド砥石は、砥粒をビトリファイドボンドで結合された砥粒層に形成される気孔が連続気孔である。従って、気孔率を高くすると砥石の強度が低下して所定の研削圧力を得ることができない。事実、上記公報に開示されたビトリファイドボンド砥石の気孔率は２５〜４５容量％であり、自生発刃作用が必ずしも良好とはいえない。

そこで、本出願人は、強度を確保して気孔率を高め、自生発刃作用を良好にするために、気孔率が７５〜９５容量％であるビトリファイドボンド砥石を特願２００４−１５０００３号として提案した。

而して、上述したビトリファイドボンド砥石は、気孔率が７５〜９５容量％であることから、経時的に研削水の影響や研削抵抗等の外力の影響を受けて部分的に欠けが発生した。特に、ビトリファイドボンド砥石からなる複数の砥石セグメントを備えた研削ホイールの場合には、回転方向前端面と内側面および外側面との接続部において上記欠けの発生が顕著に現れる。この欠けた砥石の微砕粉が被加工物であるウエーハと砥石との間に挟まり、ウエーハの研磨面にスクラッチを生じさせるとともに、砥石の消耗を早めるという問題が生じた。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、気孔率が高い砥石であっても欠けの発生を防止することができるビトリファイドボンド砥石からなる複数の砥石セグメントを備えた研削ホイールを提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、砥石基台と、該砥石基台の砥石装着面における該砥石基台の回転軸芯を中心とした所定の円周上に配設された複数の砥石セグメントとを具備し、該砥石セグメントが超砥粒をビトリファイドボンドで結合するとともに無数の気孔を備え、該気孔の気孔率が７５〜９５容量％であるビトリファイドボンド砥石からなっている研削ホイールにおいて、
該砥石セグメントは、該砥石基台の該砥石装着面側の面を規定する被装着面と、該被装着面と反対側の面を規定する研削作用面と、内周側の面を規定する内側面と、外周側の面を規定する外側面と、該砥石基台の回転方向前側の面を規定する前端面と、該前端面と反対側の面を規定する後端面とを有し、少なくとも該前端面が凸状の湾曲面に形成されている、
ことを特徴とする研削ホイールが提供される。

上記砥石セグメントは、上記後端面が凸状の湾曲面に形成されていることが望ましい。また、上記凸状の湾曲面は、円弧面であることが望ましい。更に、上記気孔は、独立気孔であることが望ましい。

本発明による研削ホイールはビトリファイドボンド砥石からなる複数の砥石セグメントの前端面が凸状の湾曲面に形成されているので、研削抵抗が湾曲面によって緩和されるため、欠けが発生し難い。

以下、本発明に従って構成された研削ホイールの好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成された研削ホイールが装備された研削装置の斜視図が示されている。
図示の実施形態における研削装置は、略直方体状の装置ハウジング２を具備している。装置ハウジング２の図１において右上端には、静止支持板２１が立設されている。この静止支持板２１の内側面には、上下方向に延びる２対の案内レール２２、２２および２３、２３が設けられている。一方の案内レール２２、２２には荒研削手段としての荒研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されており、他方の案内レール２３、２３には仕上げ研削手段としての仕上げ研削ユニット４が上下方向に移動可能に装着されている。

荒研削ユニット３は、ユニットハウジング３１と、該ユニットハウジング３１の下端に回転自在に装着されたホイールマウント３２に装着された研削ホイール３３と、該ユニットハウジング３１の上端に装着されホイールマウント３２を矢印３２aで示す方向に回転せしめる電動モータ３４と、ユニットハウジング３１を装着した移動基台３５とを具備している。研削ホイール３３は、図２に示すように環状の砥石基台３３１と、該砥石基台３３１の下面に装着されたビトリファイドボンド砥石からなる複数の砥石セグメント３３２とによって構成されている。砥石基台３３１には雌ネジ穴３３１a形成されており、この雌ネジ穴３３１aにホイールマウント３２を挿通して配設された締結ネジ３３３（図１参照）を螺合することにより、ホイールマウント３２に装着される。砥石セグメント３３２は、粒径が略１０μm程度のダイヤモンド砥粒を二酸化珪素を主成分とするビトリファイドボンドで結合して直方体に形成されている。なお、複数の砥石セグメント３３２は、砥石基台３３１の砥石装着面（下面）における砥石基台３３１の回転軸芯を中心とした所定の円周上に配設される。

上記移動基台３５には被案内レール３５１、３５１が設けられており、この被案内レール３５１、３５１を上記静止支持板２１に設けられた案内レール２２、２２に移動可能に嵌合することにより、荒研削ユニット３が上下方向に移動可能に支持される。図示の形態における荒研削ユニット３は、上記移動基台３５を案内レール２２、２２に沿って移動させ研削ホイール３３を研削送りする研削送り機構３６を具備している。研削送り機構３６は、上記静止支持板２１に案内レール２２、２２と平行に上下方向に配設され回転可能に支持された雄ねじロッド３６１と、該雄ねじロッド３６１を回転駆動するためのパルスモータ３６２と、上記移動基台３５に装着され雄ねじロッド３６１と螺合する図示しない雌ねじブロックを具備しており、パルスモータ３６２によって雄ねじロッド３６１を正転および逆転駆動することにより、荒研削ユニット３を上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる。

上記仕上げ研削ユニット４も荒研削ユニット３と同様に構成されており、ユニットハウジング４１と、該ユニットハウジング４１の下端に回転自在に装着されたホイールマウント４２に装着された研削ホイール４３と、該ユニットハウジング４１の上端に装着されホイールマウント４２を矢印４２aで示す方向に回転せしめる電動モータ４４と、ユニットハウジング４１を装着した移動基台４５とを具備している。研削ホイール４３は、図３に示すように環状の砥石基台４３１と、該砥石基台４３１の砥石装着面（下面）に装着されたビトリファイドボンド砥石からなる複数の砥石セグメント４３２とによって構成されている。砥石基台４３１には雌ネジ穴４３１aが形成されており、この雌ネジ穴４３１aにホイールマウント４２を挿通して配設された締結ネジ４３３（図１参照）を螺合することにより、ホイールマウント４２に装着される。なお、複数の砥石セグメント４３２は、砥石基台４３１の砥石装着面（下面）における砥石基台４３１の回転軸芯を中心とした所定の円周上に配設される。

ここで、上記ビトリファイドボンド砥石からなるセグメント４３２について説明する。砥石セグメント４３２は、粒径が１μm以下のダイヤモンド砥粒を二酸化珪素を主成分とするビトリファイドボンドで結合して形成されているとともに、砥粒層に独立気孔を備えている。独立気孔を備えたビトリファイドボンド砥石を得るには、砥粒とビトリファイドボンド材と発泡剤と有機物粒子とを混錬して造粒し顆粒物を生成し、この顆粒物を成型用の金型に充填して所定の形状に加圧成型し、この成型物を焼成炉で焼成することにより、独立気孔を備えたビトリファイドボンド砥石が得られる。即ち、上記成型物を焼成する過程で有機物粒子が焼失し、その周りを取り囲んでいるビトリファイドボンドとダイヤモンド砥粒と発泡剤が有機物粒子が焼失した空間にハニカム構造体を作り、連通しない独立した気孔を形成する。なお、独立気孔の気孔率は７０〜９５容積％であることが望ましい。このように、気孔率が７０〜９５容積％の独立気孔を有するビトリファイドボンド砥石を構成することにより、自生発刃作用が良好で研削性に優れているとともに、その強度を確保することができる。

上記砥石セグメント４３２は、砥石基台４３１の砥石装着面（下面）側の面を規定する被装着面４３２aと、該被装着面４３２aと反対側の面を規定する研削作用面４３２bと、内周側の面を規定する内側面４３２cと、外周側の面を規定する外側面４３２dと、砥石基台４３１の回転方向４３０に対して前側の面を規定する前端面４３２eと、該前端面４３２eと反対側の面（回転方向４３０に対して後側の面）を規定する後端面４３２fとを有している。そして、図示の実施形態においては、前端面４３２eと後端面４３２fが凸状の湾曲面、更に具体的には円弧面に形成されている。なお、砥石セグメント４３２の前端面４３２eと後端面４３２fは、図４に示すように内側面４３２cおよび外側面４３２dと交わる部分に面取り４３２g、４３２gおよび４３２h、４３２hを施して凸状の湾曲面に形成してもよい。

上述したように構成されたビトリファイドボンド砥石からなる複数の砥石セグメント４３２は、その被装着面４３２a側を図５に示すように砥石基台４３１の砥石装着面（下面）における砥石基台４３１の回転軸芯を中心とした所定の円周上に設けられた環状の凹部４３１bに嵌合する。このとき砥石セグメント４３２は、被固定面４３２aと凹部４３１bとの間に接着剤を介在することにより、砥石基台４３１の砥石装着面（下面）に固着する。

図１に戻って説明を続けると、上記移動基台４５には被案内レール４５１、４５１が設けられており、この被案内レール４５１、４５１を上記静止支持板２１に設けられた案内レール２３、２３に移動可能に嵌合することにより、仕上げ研削ユニット４が上下方向に移動可能に支持される。図示の形態における仕上げ研削ユニット４は、上記移動基台４５を案内レール２３、２３に沿って移動させ研削ホイール４３を研削送りする送り機構４６を具備している。送り機構４６は、上記静止支持板２１に案内レール２３、２３と平行に上下方向に配設され回転可能に支持された雄ねじロッド４６１と、該雄ねじロッド４６１を回転駆動するためのパルスモータ４６２と、上記移動基台４５に装着され雄ねじロッド４６１と螺合する図示しない雌ねじブロックを具備しており、パルスモータ４６２によって雄ねじロッド４６１を正転および逆転駆動することにより、仕上げ研削ユニット４を上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる。

図示の実施形態における研削装置は、上記静止支持板２１の前側において装置ハウジング２の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル５を具備している。このターンテーブル５は、比較的大径の円盤状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印５ａで示す方向に適宜回転せしめられる。ターンテーブル５には、図示の実施形態の場合それぞれ１２０度の位相角をもって３個のチャックテーブル６が水平面内で回転可能に配置されている。このチャックテーブル６は、円盤状の基台６１とポーラスセラミック材によって円盤状に形成され吸着保持チャック６２とからなっており、吸着保持チャック６２上（保持面）に載置された被加工物を図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持する。このように構成されたチャックテーブル６は、図１に示すように図示しない回転駆動機構によって矢印６aで示す方向に回転せしめられる。ターンテーブル５に配設された３個のチャックテーブル６は、ターンテーブル５が適宜回転することにより被加工物搬入・搬出域Ａ、荒研削加工域Ｂ、および仕上げ研削加工域Ｃおよび被加工物搬入・搬出域Ａに順次移動せしめられる。

図示の研削装置は、被加工物搬入・搬出域Ａに対して一方側に配設され研削加工前の被加工物である半導体ウエーハをストックする第１のカセット７と、被加工物搬入・搬出域Ａに対して他方側に配設され研削加工後の被加工物である半導体ウエーハをストックする第２のカセット８と、第１のカセット７と被加工物搬入・搬出域Ａとの間に配設され被加工物の中心合わせを行う中心合わせ手段９と、被加工物搬入・搬出域Ａと第２のカセット８との間に配設されたスピンナー洗浄手段１１と、第１のカセット７内に収納された被加工物である半導体ウエーハを中心合わせ手段９に搬出するとともにスピンナー洗浄手段１１で洗浄された半導体ウエーハを第２のカセット８に搬送する被加工物搬送手段１２と、中心合わせ手段９上に載置され中心合わせされた半導体ウエーハを被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられたチャックテーブル６上に搬送する被加工物搬入手段１３と、被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられたチャックテーブル６上に載置されている研削加工後の半導体ウエーハを洗浄手段１１に搬送する被加工物搬出手段１４を具備している。なお、上記第１のカセット７には、半導体ウエーハ１５が表面に保護テープ１６が貼着された状態で複数枚収容される。このとき、半導体ウエーハ１５は、裏面１５bを上側にして収容される。

図示の実施形態における研削装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
第１のカセット７に収容された研削加工前の被加工物である半導体ウエーハ１５は被加工物搬送手段１２の上下動作および進退動作により搬送され、中心合わせ手段９に載置され６本のピン９１の中心に向かう径方向運動により中心合わせされる。中心合わせ手段９に載置され中心合わせされた半導体ウエーハ１５は、被加工物搬入手段１４の旋回動作によって被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられたチャックテーブル６の吸着保持チャック６２上に載置される。そして、図示しない吸引手段を作動して、半導体ウエーハ１５を吸着保持チャック６２上に吸引保持する。次に、ターンテーブル５を図示しない回転駆動機構によって矢印５ａで示す方向に１２０度回動せしめて、半導体ウエーハを載置したチャックテーブル６を荒研削加工域Ｂに位置付ける。

半導体ウエーハ１５を保持したチャックテーブル６は、荒研削加工域Ｂに位置付けられると図示しない回転駆動機構によって矢印６aで示す方向に回転せしめられる。一方、荒研削ユニット３の研削ホイール３３は、矢印３２aで示す方向に回転せしめられつつ研削送り機構３６によって所定量下降する。この結果、チャックテーブル６上の半導体ウエーハ１５の裏面１５bに荒研削加工が施される。なお、この間に被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられた次のチャックテーブル６上には、上述したように研削加工前の半導体ウエーハ１５が載置される。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、半導体ウエーハ１５をチャックテーブル６上に吸引保持する。次に、ターンテーブル５を矢印５aで示す方向に１２０度回動せしめて、荒研削加工された半導体ウエーハ１５を保持しているチャックテーブル６を仕上げ研削加工域Ｃに位置付け、研削加工前の半導体ウエーハ１５を保持したチャックテーブル６を荒研削加工域Ｂに位置付ける。

このようにして、荒研削加工域Ｂに位置付けられたチャックテーブル６上に保持された荒研削加工前の半導体ウエーハ１５の裏面１５bには荒研削ユニット３によって荒研削加工が施され、仕上げ研削加工域Ｃに位置付けられたチャックテーブル６上に載置され荒研削加工された半導体ウエーハ１５の裏面１５bには仕上げ研削ユニット４によって仕上げ研削加工が施される。なお、荒研削加工時および仕上げ研削加工時においては、研削ホイール３３の砥石セグメント３３２および研削ホイール４３の砥石セグメント４３２には研削水が供給される。次に、ターンテーブル５を矢印５ａで示す方向に１２０度回動せしめて、仕上げ研削加工した半導体ウエーハ１５を保持したチャックテーブル６を被加工物搬入・搬出域Ａに位置付ける。なお、荒研削加工域Ｂにおいて荒研削加工された半導体ウエーハ１５を保持したチャックテーブル６は仕上げ研削加工域Ｃに、被加工物搬入・搬出域Ａにおいて研削加工前の半導体ウエーハ１５を保持したチャックテーブル６は荒研削加工域Ｂにそれぞれ移動せしめられる。

なお、荒研削加工域Ｂおよび仕上げ研削加工域Ｃを経由して被加工物搬入・搬出域Ａに戻ったチャックテーブル６は、ここで仕上げ研削加工された半導体ウエーハ１５の吸着保持を解除する。そして、被加工物搬入・搬出域Ａに位置付けられたチャックテーブル６上の仕上げ研削加工された半導体ウエーハ１５は、被加工物搬出手段１４によってスピンナー洗浄手段１１に搬出される。スピンナー洗浄手段１１に搬送された半導体ウエーハ１５は、ここで裏面１５a（研削面）および側面に付着している研削屑が洗浄除去されるとともに、スピン乾燥される。このようにして洗浄およびスピン乾燥された半導体ウエーハ１５は、被加工物搬送手段１２によって第２のカセット８に搬送され収納される。

上述した仕上げ研削加工時には図５に示すように研削ホイール４３の砥石基台４３１に設けられた切削水供給通路４３１cを通して砥石セグメント４３２に矢印で示すように切削水が供給されるが、砥石セグメント４３２はビトリファイドボンド砥石からなり気孔率が７０〜９５容積％と非常に高いことから、切削水の影響や研削抵抗等の外力の影響を受けて部分的に欠けが発生し易い。しかるに、図示の実施形態におけるビトリファイドボンド砥石からなる砥石セグメント４３２は、図３に示すように前端面４３２eと後端面４３２fが円弧面に形成され、また図３に示すように前端面４３２eと後端面４３２fが内側面４３２cおよび外側面４３２dと交わる部分に面取り４３２g、４３２gおよび４３２h、４３２hを施して凸状の湾曲面に形成されているので、切削抵抗が緩和されるため、欠けが発生し難い。なお、切削時においては、砥石セグメント４３２の前端面４３２eに作用する切削抵抗が大きいので、少なくとも前端面４３２eを凸状の湾曲面に形成する必要がある。

本発明に従って構成された研削ホイールが装備された研削装置の斜視図。図１に示す研削装置に装備される荒研削ユニットを構成する研削ホイールの斜視図。本発明に従って構成された研削ホイールの一実施形態を示す斜視図。本発明に従って構成された研削ホイールを構成する砥石セグメントの他の実施形態を示す斜視図。図３に示す研削ホイールの要部を拡大して示す断面図。

符号の説明

２：装置ハウジング
３：荒研削ユニット
３３：研削ホイール
３３２：砥石セグメント
４：仕上げ研削ユニット
４３：研削ホイール
４３２：砥石セグメント
５：ターンテーブル
６：チャックテーブル
７：第１のカセット
８：第２のカセット
９：中心合わせ手段
１１：スピンナー洗浄手段
１２：被加工物搬送手段
１３：被加工物搬入手段
１４：被加工物搬出手段
１５：半導体ウエーハ

Claims

砥石基台と、該砥石基台の砥石装着面における該砥石基台の回転軸芯を中心とした所定の円周上に配設された複数の砥石セグメントとを具備し、該砥石セグメントが超砥粒をビトリファイドボンドで結合するとともに無数の気孔を備え、該気孔の気孔率が７５〜９５容量％であるビトリファイドボンド砥石からなっている研削ホイールにおいて、
該砥石セグメントは、該砥石基台の該砥石装着面側の面を規定する被装着面と、該被装着面と反対側の面を規定する研削作用面と、内周側の面を規定する内側面と、外周側の面を規定する外側面と、該砥石基台の回転方向前側の面を規定する前端面と、該前端面と反対側の面を規定する後端面とを有し、少なくとも該前端面が凸状の湾曲面に形成されている、
ことを特徴とする研削ホイール。
該砥石セグメントは、該後端面が凸状の湾曲面に形成されている、請求項１記載の研削ホイール。
該凸状の湾曲面は、円弧面である、請求項１又は２記載の研削ホイール。
該気孔は、独立気孔からなっている、請求項１から３のいずれかに記載のビトリファイドボンド砥石。