JP2016132070A - 研削ホイール及び研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削砥石を効率よく冷却することができる研削ホイール及び研削装置を提供すること。【解決手段】ホイール基台（４７）において、第１の直径で環状に研削砥石を配設する第１の環状砥石（４８ａ）と、第１の直径より大きい第２の直径で環状に研削砥石を配設する第２の環状砥石（４８ｂ）とを備えて研削ホイール（４６）が構成されている。第１の環状砥石の外側面と、第２の環状砥石の内側面との間には、所定間隔で水路（５０）が形成され、この水路に連通する貫通孔（５１）がホイール基台に形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、研削水を利用しながら回転する研削砥石によってウエーハを研削する研削ホイール及び研削装置に関する。

特許文献１及び２には、ウエーハを研削砥石によって研削し、薄化する研削装置が開示されている。これら文献の研削装置は、研削砥石を環状に形成する研削ホイールと、研削ホイールを高速回転させるスピンドルとを備えており、研削中には、回転する研削砥石に研削水が供給される。研削水は、スピンドルの中心を通過し、研削砥石に供給されてから、研削ホイールの遠心力によって研削砥石の外側に飛び散る。研削砥石に十分な研削水を確保するため、供給する研削水量を増やしたり、研削砥石の周りに研削水を滞留させたりする方法が知られている。

特許第５０４８９９７号公報 特開２０１３−２１２５５５号公報

しかしながら、上述した方法にあっては、研削水が研削砥石の表面に供給されるので、研削水が研削砥石の外側に飛び散り、研削砥石の加工熱が冷却されにくくなる。このため、研削砥石に加工熱が蓄熱され、砥粒の保持力が下がって砥粒の脱落が多くなり、適切な研削を行うことが難しくなる。その結果、特に、研削力を必要とする（研削量が多い）粗研削では、研削速度を速くすることが困難になる、という問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、研削水によって研削砥石を効率よく冷却することができる研削ホイール及び研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削ホイールは、ウエーハを研削する研削ホイールであって、一方の面に研削装置に装着する装着面を有する基台と、基台の他方の面で、基台の中心を中心とし第１の直径で環状に研削砥石を配設する第１の環状砥石と、基台の他方の面で、第１の環状砥石と同一中心にて第１の直径より大きい第２の直径で環状に研削砥石を配設する第２の環状砥石と、第１の環状砥石の外側面と第２の環状砥石の内側面との間に所定の間隔で形成される水路と、基台の一方の面と他方の面とを貫通させ、該他方の面側の水路に連通する貫通孔と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１の環状砥石及び第２の環状砥石によって研削砥石が二重に配設され、それらの間に水路を形成して貫通孔から水路に研削水を供給できるので、水路内で研削水が流れ落ちるようにすることができる。これにより、従来の単一の環状砥石の表面に研削水を供給する構成に比べ、研削水が遠心力で飛び散る前に環状砥石から熱を奪って冷却作用を発揮する時間を稼ぐことができ、各環状砥石を効率良く冷却することができる。この結果、環状砥石を良好な状態に保って適切な研削を行うことができ、研削速度の高速化に容易に対応することができる。

また、本発明の研削ホイールにおいて、第１の環状砥石と第２の環状砥石とは、円周方向に所定の幅で形成されるセグメント砥石を複数個用いて形成され、第１の環状砥石は、隣り合うセグメント砥石の間で、該円周方向に均等間隔で複数形成される所定の幅の隙間からなる第１のスリットを備え、第２の環状砥石は、隣り合うセグメント砥石の間で、該円周方向に均等間隔で複数形成される所定の幅の隙間からなる第２のスリットを備え、第１のスリットと第２のスリットとは、第１の環状砥石および第２の環状砥石の径方向に一致しないこととしてもよい。

また、本発明の研削装置は、研削ホイールを用いてウエーハを研削する研削装置であって、ウエーハを保持する保持面を有するチャックテーブルと、チャックテーブルの保持面で保持するウエーハを研削する研削ホイールを回転可能に装着する研削手段と、研削ホイールの水路に研削水を供給する研削水供給手段と、を備え、チャックテーブルが回転する回転軸心と、研削ホイールの第２の環状砥石の研削面、もしくは、第１の環状砥石の研削面とが接触する位置関係に設定される構成としてもよい。

本発明によれば、第１の環状砥石及び第２の環状砥石によって研削砥石が二重に配設され、それらの間の水路に研削水を供給できるので、研削水によって研削砥石を効率よく冷却することができる。

本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。 本実施の形態に係る研削ホイール及びチャックテーブルの概略断面図である。 本実施の形態に係る研削ホイールを下方から見た説明図である。 変形例に係る研削ホイールの図３と同様の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係る研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。なお、以下の図では、説明の便宜上、ＢＧ（Back-Grinding）テープについては記載を省略している。

図１に示すように、研削装置１は、第１の環状砥石４８ａ（図１では不図示、図２参照）と第２の環状砥石４８ｂとが配設された研削ホイール４６を用いて、チャックテーブル２１に保持されたウエーハＷを研削するように構成されている。研削装置１は、チャックテーブル２１の回転軸と研削ホイール４６の回転軸が偏心され、第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂがウエーハＷの上面８１を通過することでウエーハＷが円弧状に削られて薄化される。なお、ウエーハＷは、サファイア、炭化ケイ素等の硬質なウエーハに限らず、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよいし、樹脂や金属等で形成された基板でもよい。

研削装置１の基台１１の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル２１と共に移動可能な移動板１２及び蛇腹状の防水カバー１３に覆われている。防水カバー１３の下方には、チャックテーブル２１をＸ軸方向に移動させるボールねじ式の進退手段（不図示）と、チャックテーブル２１を連続回転させる回転手段２２とが設けられている。チャックテーブル２１の表面には、多孔質のポーラス材によってウエーハＷを吸着する保持面２３が形成されている。保持面２３は、チャックテーブル２１内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されており、保持面２３に生じる負圧によってウエーハＷが吸引保持される。

基台１１上のコラム１４には、研削手段４１をチャックテーブル２１に対して研削送り方向（Ｚ軸方向）に接近及び離間させる研削送り手段３１が設けられている。研削送り手段３１は、コラム１４に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３２と、一対のガイドレール３２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３３とを有している。Ｚ軸テーブル３３の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３４が螺合されている。ボールネジ３４の一端部に連結された駆動モータ３５によりボールネジ３４が回転駆動されることで、研削手段４１がガイドレール３２に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４１は、ハウジング４２を介してＺ軸テーブル３３の前面に取り付けられており、円筒状のスピンドル４３の下端にマウント４４を設けて構成されている。スピンドル４３にはフランジ４５が設けられ、フランジ４５を介してハウジング４２に研削手段４１が支持される。マウント４４の下面には、研削ホイール４６が回転可能に装着されている。

また、研削装置１には、装置各部を統括制御する制御手段７１が設けられている。制御手段７１は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。

図２は、本実施の形態に係る研削ホイール及びチャックテーブルの概略断面図である。図３は、本実施の形態に係る研削ホイールを下方から見た説明図である。図２及び図３に示すように、研削ホイール４６は、一方の面となる上面を装着面としてマウント４４の下面に装着されるホイール基台４７と、ホイール基台４７の他方の面となる下面に配設された第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂとを備えている。第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂは、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等のボンド剤で固めた研削砥石でそれぞれ構成される。第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂは、真円の環状に連続して研削砥石を配設してなり、第１の環状砥石４８ａの外側に第２の環状砥石４８ｂが位置している。第１の環状砥石４８ａの直径を第１の直径ｄ１とし、第２の環状砥石４８ｂの直径を第２の直径ｄ２としたときに、第１の直径ｄ１より第２の直径ｄ２が大きい寸法に設定されている。また、第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂは、同一中心に設けられ、これらの中心は、ホイール基台４７の中心に配設されている。

第１の環状砥石４８ａの外側面と、第２の環状砥石４８ｂの内側面との間には、所定の間隔で隙間が形成されており、この隙間が研削水の水路５０とされる。また、ホイール基台４７には、水路５０に連通する複数（本実施の形態で１２本）の貫通孔５１が形成されている。

各貫通孔５１は、各環状砥石４８ａ、４８ｂの周方向に所定間隔毎に形成されている。貫通孔５１は、上端を上流端としてマウント４４等に形成された流路５４に接続され、流路５４は、上流側において研削水供給手段６０に接続されている。研削水供給手段６０は、研削水供給源６１から流量調整バルブ６２を介して流路５４に研削水を供給する。研削水としては、たとえば、純水が使用される。研削水供給源６１から流量調整バルブ６２を介して供給された研削水は、流路５４及び貫通孔５１を介して水路５０内に供給される。

上述のように構成された研削装置１では、先ずチャックテーブル２１上にウエーハＷが保持される。図２では保持面２３が平坦に描かれているが、実際の保持面２３はチャックテーブル２１の回転中心を頂点とする緩傾斜の円錐状であり、ウエーハＷも保持面２３に沿って円錐状に保持される。次いで、第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂの研削面（下面）に対して円錐状のウエーハＷの上面が平行になるようにチャックテーブル２１の傾きが調整される。また、これと前後して、第２の環状砥石４８ｂの外周縁が、チャックテーブル２１の回転軸心Ｃに接する位置関係にチャックテーブル２１が移動して配置される。その後、研削水が供給されながら研削ホイール４６がＺ軸まわりに高速回転し、第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂとウエーハＷとが回転接触することで研削される。なお、研削加工中は、厚み測定手段（不図示）によってウエーハＷの厚みがリアルタイムに測定され、厚み測定手段の測定結果に基づいて研削手段４１の送り量が制御されている。

ここで、研削中に研削水供給手段６０から供給された研削水は、水路５０内で研削ホイール４６の回転によって、各貫通孔５１の下端から各環状砥石４８ａ、４８ｂの周方向に拡がりつつ流れ落ちる。このように研削水が流れ落ちる間、回転する研削ホイール４６の遠心力によって研削水が飛び散らないようにすることができる。従って、研削水は流れ落ちる間に、第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂの両方に接することで加工熱を奪って冷却する。

以上のように、本実施の形態によれば、研削水が遠心力で飛び散る前に、水路５０内で各環状砥石４８ａ、４８ｂの側面を伝って流れるようにすることができる。従って、研削水が貫通孔５１から吐出されてから飛び散る前に、各環状砥石４８ａ、４８ｂの側面に研削水が接する時間を長くでき、冷却作用を十分に発揮せずに飛び散ってしまうことを抑制することができる。これにより、研削水と各環状砥石４８ａ、４８ｂとで熱交換する時間を稼ぐことができ、各環状砥石４８ａ、４８ｂを効率良く冷却することができる。

また、各環状砥石４８ａ、４８ｂにおける研削面の面積の総和と、従来の単一の環状砥石における研削面の面積とを同一とした場合、本実施の形態の各環状砥石４８ａ、４８ｂは、従来の単一の環状砥石に比べ、薄厚にそれぞれ形成される。従って、本実施の形態の各環状砥石４８ａ、４８ｂの方が、内部の加工熱を放熱し易くなる他、恰も単一の環状砥石の内部に研削水を流すようにして冷却することができる。これにより、研削面の面積が同一となる従来の単一の環状砥石と比べ、研削力を維持しつつ、効率的に冷却作用を得ることができる。

このように、効率的な冷却を実現することによって、供給する研削水量を増やしたり、各環状砥石４８ａ、４８ｂの周りに研削水を滞留させたりする設備上の負担を軽減することができる。また、冷却が効率的に行われることで、各環状砥石４８ａ、４８ｂにおける砥粒の保持力が下がって砥粒が脱落することを抑制でき、適切な研削を行うことができる。この結果、粗研削等の研削量が多い研削であっても、研削速度の高速化に容易に対応することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、図２において、チャックテーブル２１の回転軸心Ｃに対し、第２の環状砥石４８ｂの外周縁が接する位置関係になっているが、これに替えて、第１の環状砥石４８ａの外周縁が接する位置関係にしてもよい。

また、第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂは、図４に示すような構成に代替してもよい。図４は、変形例に係る研削ホイールの図３と同様の説明図である。図４の変形例に係る第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂは、円周方向に所定の幅で形成される複数個のセグメント砥石を円環状に並べてそれぞれ形成されている。

第１の環状砥石４８ａは、所定の幅の隙間からなる複数の第１のスリット４８ｃを備えている。第１のスリット４８ｃは、隣り合うセグメント砥石の間で、第１の環状砥石４８ａの周方向（円周方向）に均等間隔で形成されている。第２の環状砥石４８ｂは、所定の幅の隙間からなる複数の第２のスリット４８ｄを備えている。第２のスリット４８ｄは、隣り合うセグメント砥石の間で、第２の環状砥石４８ｂの周方向（円周方向）に均等間隔で形成されている。第１のスリット４８ｃと第２のスリット４８ｄとは、第１の環状砥石４８ａ及び第２の環状砥石４８ｂの径方向に一致せずにずれた位置関係となっている。また、第１のスリット４８ｃ及び第２のスリット４８ｄに対し、貫通孔５１は、各環状砥石４８ａ、４８ｂの径方向に一致せずにずれた位置関係となっている。

かかる変形例の構成によっても、研削水が水路５０に流れて径方向に飛び散ることを抑制でき、複数個のセグメント砥石を用いた研削ホイール４６に対応することができる。しかも、第１のスリット４８ｃ、第２のスリット４８ｄ及び貫通孔５１を上述した位置関係としたので、各スリット４８ｃ、４８ｄを通じて飛び散る研削水量を抑制することができる。

以上説明したように、本発明は、研削水によって研削砥石を効率よく冷却することができるという効果を有し、特に、研削速度を高速とする研削装置に有用である。

１ 研削装置
２１ チャックテーブル
２３ 保持面
４１ 研削手段
４６ 研削ホイール
４７ ホイール基台（基台）
４８ａ 第１の環状砥石
４８ｂ 第２の環状砥石
４８ｃ 第１のスリット
４８ｄ 第２のスリット
５０ 水路
５１ 貫通孔
６０ 研削水供給手段
Ｃ 回転軸心
Ｗ ウエーハ

Claims (3)

1. ウエーハを研削する研削ホイールであって、
   一方の面に研削装置に装着する装着面を有する基台と、該基台の他方の面で、該基台の中心を中心とし第１の直径で環状に研削砥石を配設する第１の環状砥石と、該基台の他方の面で、該第１の環状砥石と同一中心にて該第１の直径より大きい第２の直径で環状に研削砥石を配設する第２の環状砥石と、該第１の環状砥石の外側面と該第２の環状砥石の内側面との間に所定の間隔で形成される水路と、該基台の一方の面と他方の面とを貫通させ、該他方の面側の該水路に連通する貫通孔と、を備える研削ホイール。
2. 該第１の環状砥石と該第２の環状砥石とは、円周方向に所定の幅で形成されるセグメント砥石を複数個用いて形成され、
   該第１の環状砥石は、隣り合う該セグメント砥石の間で、該円周方向に均等間隔で複数形成される所定の幅の隙間からなる第１のスリットを備え、
   該第２の環状砥石は、隣り合う該セグメント砥石の間で、該円周方向に均等間隔で複数形成される所定の幅の隙間からなる第２のスリットを備え、
   該第１のスリットと該第２のスリットとは、該第１の環状砥石および該第２の環状砥石の径方向に一致しないことを特徴とする請求項１記載の研削ホイール。
3. 請求項１または請求項２記載の研削ホイールを用いてウエーハを研削する研削装置であって、
   ウエーハを保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの該保持面で保持するウエーハを研削する該研削ホイールを回転可能に装着する研削手段と、該研削ホイールの該水路に研削水を供給する研削水供給手段と、を備え、
   該チャックテーブルが回転する回転軸心と、該研削ホイールの該第２の環状砥石の研削面、もしくは、該第１の環状砥石の研削面とが接触する位置関係に設定される研削装置。

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