JP6912284B2

JP6912284B2 - 研削装置

Info

Publication number: JP6912284B2
Application number: JP2017123036A
Authority: JP
Inventors: 研二竹之内
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-06-23
Also published as: CN109108811A; CN109108811B; SG10201804390SA; US10953516B2; JP2019005841A; US20180369990A1

Description

本発明は、被加工物を保持する保持テーブルと保持テーブルで保持された被加工物を研削する研削ホイールを有した研削手段とを備えた研削装置に関する。

半導体ウエーハ等の板状の被加工物は、研削装置（例えば、特許文献１参照）によって研削されて所定の厚みに薄化された後に、切削装置等により分割されて個々のデバイスチップとなり、各種電子機器等に利用されている。

特開２００１−２８４３０３号公報

ウエーハが、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の難削材で形成されている場合には、研削ホイールの研削砥石の磨耗量が激しく生産コストが嵩むという問題がある。また、金属で形成されたウエーハまたは金属電極が部分的にウエーハの被研削面に露出したウエーハを研削する場合は、金属の延性によって研削が困難となるという問題がある。

よって、難削材で形成されたウエーハまたは金属を含むウエーハを研削する場合においては、研削砥石の過度な摩耗を抑えるとともに円滑に研削できるようにするという課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルで保持された被加工物を研削する研削ホイールを有した研削手段と、を備えた研削装置であって、該研削ホイールは、砥粒と光触媒粒とをビトリファイドで結合した研削砥石を有し、該保持テーブルで保持された被加工物を該研削手段で研削する際に少なくとも該研削砥石に研削水を供給する研削水供給手段と、該保持テーブルに隣接して、該研削ホイールの回転軌跡上において該研削ホイールが該保持テーブルで保持された被加工物に進入する直前に配置され、該保持テーブルで保持された被加工物を研削する該研削砥石の研削面に光を照射する光照射手段と、を備えた研削装置である。

前記光照射手段は、前記光を発光する発光部と、該発光部に向かって洗浄水を供給する洗浄水供給部とを有するものとすると好ましい。

本発明に係る研削装置は、研削ホイールは、砥粒と光触媒粒とをビトリファイドで結合した研削砥石を有し、保持テーブルで保持された被加工物を研削手段で研削する際に少なくとも研削砥石に研削水を供給する研削水供給手段と、保持テーブルに隣接して、研削ホイールの回転軌跡上において研削ホイールが保持テーブルで保持された被加工物に進入する直前に配置され、保持テーブルで保持された被加工物を研削する研削砥石の研削面に光を照射する光照射手段と、を備えているため、研削加工中において、被加工物に切り込む直前の研削砥石を効率よく急激に親水化することで研削水による冷却効果を向上させて研削砥石の過度な磨耗を抑えるとともに、研削屑の排出性を向上させることが可能となる。更に、研削砥石の親水化によって、研削砥石が被加工物を研削する加工領域に効果的に研削水が供給されるため、加工熱による加工品質の悪化を防止でき、被加工物が難削材で形成されたウエーハであっても円滑に研削することが可能となる。
また、研削砥石に供給した研削水と光が照射された砥石中の光触媒粒とを接触させることで、供給した研削水にヒドロキシラジカルによる酸化力を発現させることができる。よって、例えば被加工物が難削材で形成されたウエーハであっても、生成させたヒドロキシラジカルの強い酸化力によって被加工物の被研削面を酸化させて脆弱化させながら研削を行うことができ、被加工物を円滑に研削することが可能となる。同様に被加工物が金属で形成されたウエーハまたは金属電極が部分的にウエーハの裏面に露出したウエーハであっても、ヒドロキシラジカルの強い酸化力によって金属を酸化させて脆弱化させながら研削を行うことができるため、被加工物を円滑に研削することが可能となる。

さらに、光照射手段を、光を発光する発光部と、発光部に向かって洗浄水を供給する洗浄水供給部とを有するものとすることで、発光部の研削屑等による汚染により光が適切に研削砥石に照射されなくなるといった事態が生じてしまうことを防ぐことができる。

研削装置の一例を示す斜視図である。研削ホイールの一例を示す斜視図である。研削砥石の一部を拡大した正面図である。研削手段、保持テーブル、及び光照射手段の位置関係の一例を示す斜視図である。噴射口の一例を示す説明図である。噴射口の別例を示す説明図である。噴射口の別例を示す説明図である。保持テーブルに保持された被加工物を研削砥石で研削している状態を示す端面図である。図９（Ａ）は、研削加工中における研削ホイールの回転軌跡と研削砥石による被加工物の加工領域と光照射手段との位置関係を上方から見た場合の説明図である。図９（Ｂ）は、研削面に光が照射された直後の研削砥石が被加工物に切り込んでいる状態を側方から見た場合の説明図である。研削加工中に発光部に向かって洗浄水を供給している状態を部分的に示す端面図である。

図１に示す研削装置１は、保持テーブル３０上に保持された被加工物Ｗを研削ホイール７４を備える研削手段７によって研削する装置である。研削装置１のベース１０上の前方側（−Ｙ方向側）は、保持テーブル３０に対して被加工物Ｗの着脱が行われる領域である着脱領域Ａとなっており、ベース１０上の後方は、研削手段７により被加工物Ｗの研削が行われる領域である研削領域Ｂとなっている。ベース１０上の前方側には、オペレータが研削装置１に対して加工条件等を入力するための入力手段１２が配設されている。

保持テーブル３０は、例えば、その外形が円形状であり、被加工物Ｗを吸着する吸着部３００と、吸着部３００を支持する枠体３０１とを備える。吸着部３００は図示しない吸引源に連通し、吸着部３００の露出面である保持面３００ａ上で被加工物Ｗを吸引保持する。保持テーブル３０の保持面３００ａは、保持テーブル３０の回転中心を頂点とする極めて緩やか傾斜を備える円錐面に形成されている。保持テーブル３０は、カバー３１によって周囲から囲まれており、Ｚ軸方向の軸心周りに回転可能であると共に、カバー３１及びカバー３１に連結された蛇腹カバー３１ａの下方に配設された図示しないＹ軸方向送り手段によって、着脱領域Ａと研削領域Ｂとの間をＹ軸方向に往復移動可能となっている。

研削領域Ｂには、コラム１１が立設されており、コラム１１の側面には研削手段７をＺ軸方向に研削送りする研削送り手段５が配設されている。研削送り手段５は、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０と平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０の上端に連結しボールネジ５０を回動させるモータ５２と、内部のナットがボールネジ５０に螺合し側部がガイドレール５１に摺接する昇降板５３と、昇降板５３に連結され研削手段７を保持するホルダ５４とから構成され、モータ５２がボールネジ５０を回動させると、これに伴い昇降板５３がガイドレール５１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、ホルダ５４に保持された研削手段７がＺ軸方向に研削送りされる。

研削手段７は、軸方向がＺ軸方向である回転軸７０と、回転軸７０を回転可能に支持するハウジング７１と、回転軸７０を回転駆動するモータ７２と、回転軸７０の先端に連結されたマウント７３と、マウント７３の下面に着脱可能に装着された研削ホイール７４とを備える。

図２に示す研削ホイール７４は、環状のホイール基台７４ｂと、ホイール基台７４ｂの底面（自由端部）に環状に配設された複数の略直方体形状の研削砥石７４ａとから構成される。また、ホイール基台７４ｂの上面にはネジ穴７４ｃ及び研削水を研削砥石７４ａに向かって噴射する噴射口７４ｄが設けられている。研削砥石７４ａは、図３に示すように、ダイヤモンド砥粒Ｐ１と光触媒粒Ｐ２（例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）粒）とを混在させ、ガラス質、セラミック質のボンド剤であるビトリファイドＢ１で結合したものである。なお、研削砥石７４ａの形状は、一体の環状を形成しているものでもよく、また、光触媒粒Ｐ２は、酸化スズ粒、酸化亜鉛粒、又は酸化セリウム粒等であってもよい。研削ホイール７４は、図１に示すネジ７３ａをマウント７３に設けられた穴に通してホイール基台７４ｂのネジ穴７４ｃに螺合させることにより、マウント７３の下面に装着される。

研削ホイール７４の製造方法は、例えば以下のとおりである。まず、ビトリファイドＢ１に対して、粒径♯１０００のダイヤモンド砥粒Ｐ１を混入し、さらに光触媒粒Ｐ２を混入した後攪拌して混在させる。ビトリファイドＢ１としては、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とし、融点を制御するために微量の添加剤を加えてもよい。次いで、この混合物を所定の温度で加熱し、さらにプレスして略直方体状に成型する。その後、更に高温で焼結させることで、研削砥石７４ａを製造する。研削砥石７４ａ中の光触媒粒Ｐ２の含有量は例えば１５重量％である。そして、製造した研削砥石７４ａをホイール基台７４ｂの底面に環状に複数配設し固着することで、研削ホイール７４を製造する。なお、ダイヤモンド砥粒Ｐ１の粒径は、本実施形態における例に限定されるものではなく、光触媒粒Ｐ２の種類及び含有量等によって適宜変更可能である。

図１に示す回転軸７０の内部には、研削砥石７４ａに対して研削水を供給する研削水供給手段８に連通し研削水の通り道となる流路７０ａが、回転軸７０の軸方向（Ｚ軸方向）に貫通して設けられており、流路７０ａを通過した研削水は、マウント７３を通り、ホイール基台７４ｂから研削砥石７４ａに向かって噴出できるようになっている。

図１に示す研削水供給手段８は、例えば、水（例えば、純水）を蓄えた研削水源８０と、研削水源８０に接続され流路７０ａに連通する配管８１と、配管８１上の任意の位置に配設され研削水の供給量を調整する調整バルブ８２とを備える。

研削装置１は、図１、４に示すように、保持テーブル３０に隣接して配設され、保持テーブル３０で保持された被加工物Ｗを研削する研削砥石７４ａの研削面（下面）に光を照射する光照射手段９を備えている。図４に示すように、光照射手段９は、例えば、略円弧状の外形を有する台部９０と、台部９０の上面に複数（図示の例においては４つ）並ぶように配設された発光部９１と、発光部９１に向かって洗浄水（例えば、純水）を供給する洗浄水供給部９２と、発光部９１に汚れが付着してしまうことを防ぐカバー９３とを備えている。

例えば台部９０の上面に形成された窪みに埋設されている発光部９１は、ＬＥＤ照明であり所定波長の光を発光することができ、図示しない電源によってオン／オフを切り替えることができる。なお、本実施形態のように研削砥石７４ａに含まれる光触媒粒Ｐ２が酸化チタン粒である場合には、発光部９１が生み出す光（紫外光）の波長は、例えば２０１ｎｍ以上４００ｎｍ以下であると好ましく、２０１ｎｍ以上３６５ｎｍ以下であるとより好ましい。なお、光触媒粒Ｐ２の種類によっては、発光部９１は紫外光を照射するＬＥＤ照明に限定されるものではなく、例えば、光触媒粒Ｐ２が、可視光線の照射で光触媒活性を発現する窒素をドープした窒素ドープ型酸化チタン粒等であれば、波長４００ｎｍ〜７４０ｎｍ程度の可視光線を照射するキセノンランプや蛍光灯等でもよい。

板状のカバー９３は、例えば、発光部９１が生み出す光を透過させるガラス等の透明部材から構成されており、台部９０の上面に発光部９１を覆うように固定されている。例えば、台部９０は、図示しないＺ軸方向移動手段により上下動可能となっており、研削加工を実施する際にカバー９３の上面の高さ位置を研削砥石７４ａの研削送り位置を考慮した所望の高さ位置に設定することができる。

洗浄水供給部９２は、例えば、水（例えば、純水）を蓄えた図示しない洗浄水源と、洗浄水源に連通する洗浄水ノズル９２０とを備えている。洗浄水ノズル９２０は、例えば、台部９０の側面に台部９０に沿うように固定されており、洗浄水を発光部９１に向かって噴射可能な噴射口９２０ａが複数長手方向に整列して設けられている。噴射口９２０ａは、噴射した洗浄水をカバー９３の上面上で整流化できるように形状、サイズ、及び発光部９１に対する角度等が設定されている。噴射口９２０ａは、図４、５に示すように細幅のスリット状に形成されており、洗浄水ノズル９２０の側面等に複数整列して設けられていると好ましいが、これに限定されるものではない。例えば図６に示すように、噴射口９２０ａは、丸穴状に形成され、洗浄水ノズル９２０の側面等に複数整列して設けられていてもよい。または、図７に示すように、洗浄水ノズル９２０の側面等に一本連続的に延びる細幅のスリット状に噴射口９２０ａは形成されていてもよい。

以下に、図１に示す研削装置１を用いて被加工物Ｗを研削する場合の、研削装置１の動作について説明する。
図１に示す外形が円形板状の被加工物Ｗは、例えば、難削材のＳｉＣで形成される半導体ウエーハであり、図１において下側を向いている被加工物Ｗの表面Ｗａには、分割予定ラインによって区画された格子状の領域に多数のデバイスが形成されており、表面Ｗａを保護する保護テープＴが貼着されている。被加工物Ｗの裏面Ｗｂは研削ホイール７４で研削される被研削面となる。なお、被加工物Ｗの形状及び種類は特に限定されるものではなく、研削ホイール７４との関係で適宜変更可能であり、ＧａＡＳまたはＧａＮ等で形成されるウエーハや、金属で形成されたウエーハまたは金属電極が部分的にウエーハの裏面に露出したウエーハも含まれる。

まず、着脱領域Ａ内において、被加工物Ｗが、裏面Ｗｂが上側になるように保持テーブル３０の保持面３００ａ上に載置される。そして、図示しない吸引源により生み出される吸引力が保持面３００ａに伝達されることにより、保持テーブル３０が保持面３００ａ上で被加工物Ｗを吸引保持する。被加工物Ｗは、緩やかな円錐面である保持面３００ａにならって吸引保持された状態になる。

保持テーブル３０が、図示しないＹ軸方向送り手段によって研削手段７の下まで＋Ｙ方向へ移動して、研削ホイール７４と保持テーブル３０に保持された被加工物Ｗとの位置合わせがなされる。位置合わせは、例えば、研削ホイール７４の回転中心が被加工物Ｗの回転中心に対して所定の距離だけ＋Ｙ方向にずれ、研削砥石７４ａの回転軌跡が被加工物Ｗの回転中心を通るように行われる。また、緩やかな円錐面である保持面３００ａが、研削砥石７４ａの下面である研削面に対して平行になるように保持テーブル３０の傾きが調整されることで、被加工物Ｗの裏面Ｗｂが研削砥石７４ａの研削面に対して平行になる。

研削ホイール７４と被加工物Ｗとの位置合わせが行われた後、モータ７２により回転軸７０が回転駆動されるのに伴って、図８に示すように、研削ホイール７４が、＋Ｚ方向側からみて反時計周り方向に回転する。また、研削手段７が研削送り手段５により−Ｚ方向へと送られ、研削ホイール７４が−Ｚ方向へと降下していき、研削砥石７４ａが被加工物Ｗの裏面Ｗｂに当接することで研削加工が行われる。さらに、研削中は、保持テーブル３０が＋Ｚ方向側からみて反時計周り方向に回転するのに伴って被加工物Ｗも回転するので、研削砥石７４ａが被加工物Ｗの裏面Ｗｂの全面の研削加工を行う。

研削加工中においては、研削水供給手段８が研削水を回転軸７０中の流路７０ａに対して供給する。図８に示すように、流路７０ａに供給された研削水は、マウント７３の内部にマウント７３の周方向に一定の間隔をおいて形成された流路７３ｂを通り、さらにホイール基台７４ｂの噴射口７４ｄから研削砥石７４ａに向かって噴射される。
以上の研削加工条件は、例えば下記の例のように設定される。
研削ホイール７４の回転数：３０００ｒｐｍ
研削送り速度：１．５μｍ／秒
保持テーブル３０の回転数：４０ｒｐｍ
研削水量：３．０Ｌ／分

被加工物Ｗは保持テーブル３０の緩やかな円錐面である保持面３００ａ上に保持面３００ａにならって吸引保持されているため、図９（Ａ）に二点鎖線で示す研削ホイール７４の回転軌跡中の領域Ｅ（以下、加工領域Ｅとする。）において、研削砥石７４ａは被加工物Ｗに当接し研削を行う。

保持テーブル３０に隣接して配設される光照射手段９は、例えば、研削ホイール７４と保持テーブル３０との位置合わせがなされた状態において、図９（Ａ）に示すように保持テーブル３０及び研削ホイール７４の回転軌跡上において研削ホイール７４が保持テーブル３０で保持された被加工物Ｗに進入する直前、即ち、加工領域Ｅに研削砥石７４ａが進入する直前に配置される。

図９（Ｂ）に示すように、研削加工の開始に伴って、発光部９１がオン状態となり、発光部９１が例えば波長３６５ｎｍ程度の光（紫外光）を＋Ｚ方向に向かって照射する。照射された光は、カバー９３を透過して加工領域Ｅに進入する直前の研削砥石７４ａの下面に照射される。光の照射によって、研削砥石７４ａ中に混在する光触媒粒Ｐ２が励起される、即ち、光触媒粒Ｐ２の価電子帯の電子が励起され、電子及び正孔の２つのキャリアが生じる。

研削砥石７４ａに混在する光触媒粒Ｐ２に生じた正孔は、光触媒粒Ｐ２の表面に接触した研削水を酸化し、酸化力の高いヒドロキシラジカルを生成する。そのため、研削砥石７４ａの研削面と接触した研削水には、少なくとも被加工物Ｗの裏面Ｗｂ上でヒドロキシラジカルによる酸化力が与えられる。そして、ＳｉＣで形成された被加工物Ｗが、生成したヒドロキシラジカルにより酸化され脆弱化するので、被加工物Ｗを研削ホイール７４で容易に研削することが可能となる。また、生じたヒドロキシラジカルの存在時間は非常に短いため、研削水による被加工物Ｗの裏面Ｗｂ以外の酸化は生じない。また、噴射された研削水は、研削砥石７４ａと被加工物Ｗの裏面Ｗｂとの接触部位を冷却しかつ被加工物Ｗの裏面Ｗｂに生じた研削屑を除去も行う。
なお、例えば、被加工物Ｗが金属で形成されたウエーハまたは金属電極が部分的にウエーハの裏面に露出したウエーハであっても、ヒドロキシラジカルの強い酸化力によって金属を酸化させて脆弱化させながら研削を行うことができるため、被加工物を円滑に研削することが可能となる。

また、光の照射によって、研削砥石７４ａの研削面は極性の大きな親水基が形成されることで親水性が向上し、研削砥石７４ａの研削面において研削水が水滴になりにくくなり、研削砥石７４ａの研削面全体に研削水が水膜状に広がりやすくなる。そのため、親水化した研削砥石７４ａは、多くの研削水を伴って加工領域Ｅ内へと進入し被加工物Ｗの裏面Ｗｂを研削する。研削水が被加工物Ｗの裏面Ｗｂと研削砥石７４ａの加工面との接触部位により多く入り込むことで、接触部位に発生する摩擦熱の発生が抑制される。そのため、研削砥石７４ａの過度な磨耗が抑えられると共に、研削屑の排出性を向上させることが可能となる。更に、研削砥石７４ａの親水化によって、研削砥石７４ａが被加工物Ｗを研削する加工領域Ｅに効果的に研削水が供給されるため、加工熱による加工品質の悪化が防止できる。

また、光照射手段９を、研削ホイール７４の回転軌跡上において研削ホイール７４が保持テーブル３０で保持された被加工物Ｗに進入する直前に配置されるものとすることで、研削ホイール７４の研削砥石７４ａが被加工物Ｗに切り込む直前に研削砥石７４ａの親水性を急激に高めることができ、研削水による冷却効果をより向上させ、研削砥石７４ａの磨耗をより抑制し、研削屑の排出効率をより高めることが可能となる。

図１０に示すように、研削加工中においては、洗浄水供給部９２が洗浄水を発光部９１に向かって供給する。すなわち、図示しない洗浄水源から洗浄水ノズル９２０へ洗浄水が供給され、この洗浄水が噴射口９２０ａからノズル外部に向かって噴出し、放物線を描くようにしてカバー９３上に到達する。そして、洗浄水が、流れが適度に整流化されつつカバー９３上に付着している研削屑等の汚れを除去していくことで、研削中において発光部９１が生み出す光が常時研削砥石７４ａの加工面に適切に照射される状態を維持することができる。

得られた実験結果の一例としては、ＳｉＣで形成された被加工物Ｗを５０μｍ研削するのに、従来の研削装置では１１０秒掛かっていたが、本発明に係る研削装置１は９０秒で済み、研削時間の短縮を図ることができた。また、被加工物ＷのＳｉ面の研削において、研削量を１００とした場合に従来の研削装置では研削砥石の全体の８３％が磨耗したが、本発明に係る研削装置１では、研削量を１００とした場合に研削砥石７４ａの磨耗は全体の５７％で済んだ。さらに、被加工物ＷのＣ面の研削において、研削量を１００とした場合に従来の研削装置では研削砥石の全体の６０％が磨耗したが、本発明に係る研削装置１では、研削量を１００とした場合に研削砥石７４ａの磨耗は全体の３９％で済んだ。

１：研削装置１０：ベース１１：コラム１２：入力手段
３０：保持テーブル３００：吸着部３００ａ：保持面３０１：枠体
３１：カバー３１ａ：蛇腹カバー
５：研削送り手段５０：ボールネジ５１：ガイドレール５２：モータ５３：昇降板５４：ホルダ
７：研削手段７０：回転軸７０ａ：流路７１：ハウジング７２：モータ７３：マウント７３ａ：ネジ７４：研削ホイール７４ａ：研削砥石７４ｂ：ホイール基台７４ｃ：ネジ穴
８：研削水供給手段８０：研削水源８１：配管８２：調整バルブ
９：光照射手段９０：台部９１：発光部９２：洗浄水供給部９２０：洗浄水ノズル９３：カバー
Ｐ１：ダイヤモンド砥粒Ｐ２：光触媒粒Ｂ１：ビトリファイド
Ｗ：被加工物Ｗａ：被加工物の表面Ｗｂ：被加工物の裏面Ｔ：保護テープ
Ａ：着脱領域Ｂ：研削領域

Claims

被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルで保持された被加工物を研削する研削ホイールを有した研削手段と、を備えた研削装置であって、
該研削ホイールは、砥粒と光触媒粒とをビトリファイドで結合した研削砥石を有し、
該保持テーブルで保持された被加工物を該研削手段で研削する際に少なくとも該研削砥石に研削水を供給する研削水供給手段と、
該保持テーブルに隣接して、該研削ホイールの回転軌跡上において該研削ホイールが該保持テーブルで保持された被加工物に進入する直前に配置され、該保持テーブルで保持された被加工物を研削する該研削砥石の研削面に光を照射する光照射手段と、を備え
た研削装置。
前記光照射手段は、前記光を発光する発光部と、該発光部に向かって洗浄水を供給する洗浄水供給部とを有する、請求項１に記載の研削装置。