KR20160145500A - 연삭 지석 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가공 부하의 저감과, 장수명화 중 적어도 한쪽을 달성할 수 있는 연삭 지석을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다이아몬드 지립과, 붕소 화합물을 포함하고, 피가공물을 연삭하는 연삭 지석(37, 47)으로서, 다이아몬드 지립의 평균 입경 X는 3 ㎛≤X≤10 ㎛이며, 붕소 화합물의 다이아몬드 지립에 대한 평균 입경비 Z는 0.8≤Z≤3.0이다. 바람직하게는, 피가공물은 SiC 웨이퍼이고, 평균 입경비 Z는 1.2≤Z≤2.0이다.

Description

연삭 지석{GRINDING WHEEL}
본 발명은, 피가공물을 연삭하는 연삭 지석에 관한 것이다.
반도체 제조에 이용되는 기판을 연삭하기 위해서, 붕소 화합물을 첨가한 연삭 지석이 이용되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 붕소 화합물은, 고체 윤활성을 갖기 때문에, 연삭 가공에 의한 가공점에서의 발열이나 지석의 소모를 억제하는 효과가 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2012-056013호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 연삭 지석은, 경질 기판(예컨대, SiC 기판)을 연삭하는 경우, 지석에 가해지는 가공 부하가 커지기 때문에 지석의 소모량도 커져 교환 빈도가 높아진다. 또한, 유리 등의 열전도가 나쁜 재료를 연삭하는 경우에는, 가공하여 발생한 열의 축적을 억제하기 위해 가공 속도를 높일 수 없다. 그래서, 연삭 지석은, 가공물의 가공 특성을 양호하게 유지하면서, 생산성을 더 향상시킬 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 가공 부하의 저감과, 장수명화 중 적어도 한쪽을 달성할 수 있는 연삭 지석을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면, 피가공물을 연삭하는 연삭 지석으로서, 상기 연삭 지석은 다이아몬드 지립과 붕소 화합물을 미리 정해진 체적비로 포함하고, 상기 다이아몬드 지립의 평균 입경 X는 3 ㎛≤X≤10 ㎛이며, 상기 붕소 화합물의 상기 다이아몬드 지립에 대한 평균 입경비 Z는 0.8≤Z≤3.0인 것을 특징으로 하는 연삭 지석이 제공된다.
바람직하게는, 연삭 지석의 가공 대상인 피가공물은 SiC 웨이퍼이며, 상기 평균 입경비 Z는 1.2≤Z≤2.0인 것이 보다 바람직하다.
본원 발명의 연삭 지석은, 다이아몬드 지립의 입경에 대한 붕소 화합물의 입경(입경비)을 제어함으로써 가공 품질을 높이면서, 연삭 지석의 가공 부하의 저감, 방열성의 향상, 장수명화(소모량을 저감)를 달성할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 연삭 지석이 장착된 연삭 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2는 조연삭용 연삭 지석의 붕소 화합물의 평균 입경에 대한 소모율(%)을 나타낸 도면이다.
도 3은 조연삭용 연삭 지석의 붕소 화합물의 평균 입경에 대한 최대 연삭 하중(N)을 나타낸 도면이다.
본 발명을 실시하기 위한 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성은 적절하게 조합할 수 있다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 여러 가지 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.
[실시형태]
도 1은 실시형태에 따른 연삭 지석이 장착된 연삭 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 또한, 동 도면에 있어서의 X축 방향은 연삭 장치(10)의 폭 방향이고, Y축 방향은 연삭 장치(10)의 안길이 방향이며, Z축 방향은 수직 방향이다.
연삭 장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 피가공물인 웨이퍼(W)를 복수 장 수용한 제1 카세트(11) 및 제2 카세트(12)와, 제1 카세트(11)로부터 웨이퍼(W)를 반출하는 반출 수단과 제2 카세트(12)에 연삭을 종료한 웨이퍼(W)를 반입하는 반입 수단을 겸용하는 공통의 반출입 수단(13)과, 웨이퍼(W)의 중심 위치 맞춤을 행하는 위치 맞춤 수단(14)과, 웨이퍼(W)를 반송하는 반송 수단(15, 16)과, 웨이퍼(W)를 흡인 유지하는 3개의 척테이블(17∼19)과, 이들 척테이블(17∼19)을 각각 회전 가능하게 지지하여 회전하는 턴테이블(20)과, 각 척테이블(17∼19)에 유지된 웨이퍼(W)에 가공으로서의 연삭 처리를 행하는 가공 수단인 연삭 수단(30, 40)과, 연삭 후의 웨이퍼(W)를 세정하는 세정 수단(51)과, 연삭 후의 척테이블(17∼19)을 세정하는 세정 수단(52)을 구비하고 있다.
상기 연삭 장치(10)에 있어서는, 제1 카세트(11)에 수용된 웨이퍼(W)가 반출입 수단(13)의 반출 동작에 의해 위치 맞춤 수단(14)으로 반송되고, 여기서 중심 위치 맞춤이 행해진 후, 반송 수단(15)에 의해 척테이블(17∼19), 동 도면에서는 척테이블(17) 상으로 반송되어 배치된다. 본 실시형태에 있어서의 3개의 척테이블(17∼19)은, 턴테이블(20)에 대하여 둘레 방향으로 등간격으로 배치되고, 각각이 회전 가능함과 더불어 턴테이블(20)의 회전에 따라 XY 평면 위를 이동하는 구성이다. 척테이블(17∼19)은, 웨이퍼(W)를 흡인 유지한 상태에서 미리 정해진 각도, 예컨대 반시계 방향으로 120° 회전함으로써 연삭 수단(30)의 바로 아래에 위치된다.
연삭 수단(30)은, 척테이블(17∼19)에 유지된 웨이퍼(W)를 조연삭하는 것으로서, 베이스(21)의 Y축 방향에 있어서의 단부에 세워진 벽부(22)에 마련되어 있다. 연삭 수단(30)은, 벽부(22)에 있어서 Z축 방향으로 설치된 한 쌍의 가이드 레일(31)에 가이드되고, 또한 모터(32)의 구동에 의해 상하 이동하는 지지부(33)에 지지되며, 지지부(33)의 상하 이동에 따라 Z축 방향으로 상하 이동하도록 구성되어 있다. 연삭 수단(30)은, 회전 가능하게 지지된 스핀들(34a)을 회전시키는 모터(34)와, 스핀들(34a)의 선단에 휠 마운트(35)를 통해 장착되어 웨이퍼(W)의 이면을 연삭하는 연삭휠(36)을 구비하고 있다. 연삭휠(36)은, 그 하면에 원환형으로 고착된 조연삭용 연삭 지석(37)을 구비하고 있다. 또한, 조연삭이란, 웨이퍼(W)를 원하는 두께까지 박화하는 연삭이다.
조연삭은, 연삭휠(36)이 모터(34)에 의해 스핀들(34a)이 회전함으로써 회전하고, 또한 Z축 방향의 아래쪽으로 연삭 이송됨으로써, 회전하는 연삭 지석(37)이 웨이퍼(W)의 이면에 접촉함으로써, 척테이블(17)에 유지되어 연삭 수단(30)의 바로 아래에 위치된 웨이퍼(W)의 이면을 연삭함으로써 행해진다. 여기서, 척테이블(17)에 유지되어 웨이퍼(W)의 조연삭이 종료되면, 턴테이블(20)이 반시계 방향으로 미리 정해진 각도만큼 회전함으로써, 조연삭된 웨이퍼(W)가 연삭 수단(40)의 바로 아래에 위치된다.
연삭 수단(40)은, 척테이블(17∼19)에 유지된 웨이퍼(W)를 마무리 연삭하는 것으로서, 벽부(22)에 있어서 Z축 방향으로 설치된 한 쌍의 가이드 레일(41)에 가이드되고, 또한 모터(42)의 구동에 의해 상하 이동하는 지지부(43)에 지지되며, 지지부(43)의 상하 이동에 따라 Z축 방향으로 상하 이동하도록 구성되어 있다. 연삭 수단(40)은, 회전 가능하게 지지된 스핀들(44a)을 회전시키는 모터(44)와, 스핀들(44a)의 선단에 휠 마운트(45)를 통해 장착되어 웨이퍼(W)의 이면을 연삭하는 연삭휠(46)을 구비하고 있다. 연삭휠(46)은, 그 하면에 원환형으로 고착된 마무리 연삭용 연삭 지석(47)을 구비하고 있다. 즉, 연삭 수단(40)은, 연삭 수단(30)과 기본 구성은 동일하고, 연삭 지석(37, 47)의 종류만이 상이한 구성으로 되어 있다. 또한, 마무리 연삭이란, 웨이퍼(W)를 원하는 두께까지 박화함과 더불어, 조연삭에 의해 웨이퍼(W)의 이면에 생긴 연삭조흔(硏削條痕)을 제거하는 연삭이다.
마무리 연삭은, 연삭휠(46)이 모터(44)에 의해 스핀들(44a)이 회전함으로써 회전하고, 또한 Z축 방향의 아래쪽으로 연삭 이송됨으로써, 회전하는 연삭 지석(47)이 웨이퍼(W)의 이면에 접촉함으로써, 척테이블(17)에 유지되어 연삭 수단(40)의 바로 아래에 위치된 웨이퍼(W)의 이면을 연삭함으로써 행해진다. 여기서, 척테이블(17)에 유지되어 웨이퍼(W)의 마무리 연삭이 종료되면, 턴테이블(20)이 반시계 방향으로 미리 정해진 각도만큼 회전함으로써, 도 1에 도시된 초기 위치로 되돌아간다. 이 위치에서, 이면이 마무리 연삭된 웨이퍼(W)는, 반송 수단(16)에 의해 세정 수단(51)으로 반송되고, 세정에 의해 연삭 부스러기가 제거된 후에, 제2 카세트(12)로 반출입 수단(13)의 반입 동작에 의해 반입된다. 또한, 세정 수단(52)은, 마무리 연삭된 웨이퍼(W)가 반송 수단(16)에 의해 들어 올려져 빈 상태가 된 척테이블(17)의 세정을 행한다. 또한, 다른 척테이블(18, 19)에 유지된 웨이퍼(W)에 대한 조연삭, 마무리 연삭, 다른 척테이블(18, 19)에 대한 웨이퍼(W)의 반출입 등도 턴테이블(20)의 회전 위치에 따라 동일하게 행해진다.
바람직하게는, 본 실시형태의 연삭 지석으로 연삭하는 웨이퍼(W)는, SiC(실리콘 카바이드)를 포함하는 SiC 웨이퍼이다. SiC 웨이퍼는, 실리콘으로 구성된 웨이퍼보다도 경질의 것이다.
여기서, SiC 웨이퍼인 웨이퍼(W)에 조연삭 또는 마무리 연삭을 행하기 위한 연삭 지석(37, 47)은, 다이아몬드 지립과 붕소 화합물을 본드로 결합하여 구성된다. 다이아몬드 지립이란, 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 금속 피복 합성 다이아몬드 중 적어도 어느 하나 이상이다. 또한, 붕소 화합물이란, B4C(탄화붕소), CBN(입방정 질화붕소) 및 HBN(육방정 질화붕소) 중 적어도 어느 하나 이상이다. 연삭 지석(37, 47)은, 다이아몬드 지립과 붕소 화합물을 본드인 비트리파이드 본드, 레진 본드 및 메탈 본드 중 어느 하나로 혼련하여 소결, 또는 니켈 도금에 의해 고정하여 구성되어 있다. 바람직하게는, 다이아몬드 지립과 붕소 화합물의 체적비는 1:1∼1:3이다.
붕소 화합물의 평균 입경을 Y[㎛], 다이아몬드 지립의 평균 입경을 X[㎛]로 한 경우에, 연삭 지석(37)에 있어서의 붕소 화합물의 다이아몬드 지립에 대한 평균 입경비 Z(=Y/X)는 0.8≤Z≤3.0이다. 여기서, 평균 입경비 Z를 0.8 이상으로 하는 것은, 0.8 미만이면, 붕소 화합물이 연삭 지석(37)을 무르게 하는 구조재(필러)로서의 기능이나 역할이 커지기 때문이다. 한편, 평균 입경비 Z를 3.0 이하로 하는 것은 3.0을 초과하면, 주지립인 다이아몬드 지립이 지립으로서의 기능보다도 구조재로서의 기능·역할이 커져, 연삭 가공에 기여하기 어려워지기 때문이다. 또한, 다이아몬드 지립의 평균 입경 X는 3 ㎛≤X≤10 ㎛이다. 여기서, 다이아몬드 지립의 평균 입경 X를 10 ㎛ 이하로 하는 것은, 전자 디바이스가 형성된 실리콘 웨이퍼보다도 경질의 SiC 웨이퍼인 웨이퍼(W)의 연삭 가공 용도로는, 평균 입경 X가 10 ㎛ 이하인 다이아몬드 지립을 이용하는 것이 적당하기 때문이다.
본 실시형태에서는, SiC 웨이퍼인 웨이퍼(W)를 조연삭하기 위한 연삭 지석(37)에 있어서의 다이아몬드 지립의 평균 입경 X는 3 ㎛≤X≤10 ㎛인 것이 바람직하다. 조연삭용 연삭 지석(37)에서는, 평균 입경 X가 3 ㎛를 하회하는 다이아몬드 지립을 이용하면, 조연삭에 걸리는 소요 시간이 길어짐과 더불어, 연삭 지석(37)이 물러지기 때문이다. SiC 웨이퍼인 웨이퍼(W)를 마무리 연삭하기 위한 연삭 지석(47)에 있어서의 다이아몬드 지립의 평균 입경 X는 마무리 연삭용 연삭 지석으로서 조연삭용 연삭 지석보다도 평균 입경이 작은 것이 바람직하며, 예컨대, 0.5 ㎛≤X≤1 ㎛이다.
이상과 같이, 붕소 화합물의 다이아몬드 지립에 대한 평균 입경비 Z를 0.8≤Z≤3.0으로 하고, 다이아몬드 지립의 평균 입경 X를 3 ㎛≤X≤10 ㎛로 함으로써, 웨이퍼(W)를 연삭할 때에, 붕소 화합물의 고체 윤활성의 특성이 효과적으로 작용하여, 연삭 지석(37)의 가공 부하를 저감할 수 있다. 따라서, 연삭 지석(37)의 가공 부하를 저감함으로써, 연삭 지석(37)에 의해 1장의 웨이퍼(W)를 연삭할 때의 연삭 지석(37)의 소모량을 저감할 수 있게 되고, 결과적으로 장수명화를 도모할 수 있다. 또한, 연삭 지석(37)에 의한 피가공물의 연삭 가공시에 가공점에서의 발열을 억제할 수 있고, 연삭 속도를 빠르게 할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 이상으로부터, 연삭 장치(10)에 있어서의 연삭 지석(37)의 소모 정도도 낮게 억제되고, 지석의 교환 빈도를 저감할 수 있어, 연삭 장치(10)에 있어서의 연삭 가공 전체로서의 생산성을 향상시킬 수 있다. 연삭 지석(37)은, 평균 입경비 Z가 0.8≤Z≤3.0이기 때문에, 가공 부하의 저감과, 장수명화 중 적어도 한쪽을 달성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, SiC 웨이퍼인 웨이퍼(W)에 조연삭을 행하기 위한 연삭 지석(37)은, 평균 입경비 Z가 1.2≤Z≤3.0인 것이 바람직하다. 이 경우, 연삭 지석(37)은, 연삭 중의 소모를 억제할 수 있고, 장수명화를 달성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, SiC 웨이퍼인 웨이퍼(W)에 조연삭을 행하기 위한 연삭 지석(37)은, 평균 입경비 Z가 0.8≤Z≤2.0인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 연삭 지석(37)은, 가공 부하의 저감을 달성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, SiC 웨이퍼인 웨이퍼(W)에 조연삭을 행하기 위한 연삭 지석(37)은, 평균 입경비 Z가 1.2≤Z≤2.0인 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 연삭 지석(37)은, 가공 부하의 저감과, 장수명화 모두를 달성할 수 있다.
실시예
다음에, 본 발명의 발명자들은, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 붕소 화합물의 평균 입경이 상이한 조연삭용 연삭 지석(37)을 제조하여, SiC 웨이퍼인 웨이퍼(W)에 조연삭했을 때의 연삭 지석(37)의 소모율과, 최대 연삭 하중을 측정하였다. 결과를 도 2 및 도 3에 나타낸다. 도 2는 조연삭용 연삭 지석의 붕소 화합물의 평균 입경에 대한 소모율(%)을 나타낸 도면이고, 도 3은 조연삭용 연삭 지석의 붕소 화합물의 평균 입경에 대한 최대 연삭 하중(N)을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3에서 이용된 조연삭용 연삭 지석(37)은, 붕소 화합물로서 CBN을 이용하고, SiO2를 주성분으로 하는 본드에 의해 다이아몬드 지립과 혼련하여 소결한 것이다. 도 2 및 도 3에서 이용된 조연삭용 연삭 지석(37)은, 다이아몬드 지립의 평균 입경 X가 4 ㎛, 붕소 화합물과 다이아몬드 지립의 체적비가 1:1이며, 붕소 화합물의 평균 입경 Y를 3 ㎛∼20 ㎛ 사이에서 변화시켰다.
도 2 및 도 3 중의 횡축은, 붕소 화합물의 평균 입경 Y 및 평균 입경비 Z를 나타낸다. 도 2 중의 종축은, 연삭 지석(37)의 소모율이다. 이 소모율은, 실제의 연삭량에 대한 연삭 지석(37)의 소모량(%)이다. 도 3 중의 종축은, 조연삭 가공 중에 가해진 하중의 최대치(N)이다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 동일 평균 입경 Y의 붕소 화합물의 평균 입경 Y를 포함한 조연삭용 연삭 지석(37)을 복수 제조하고, 각 연삭 지석(37)을 이용하여 피가공물로서의 SiC 웨이퍼를 조연삭했을 때의 소모율과 최대 연삭 하중을 측정하였다. 또한, 도 2 및 도 3에는 소모율과 최대 연삭 하중의 평균치를 점선으로 나타낸다.
도 2에 따르면, 평균 입경비 Z를 1.2 이상 또한 3.0 이하로 함으로써, 평균 입경비 Z를 1.2 미만 또는 3.0을 초과하는 값으로 하는 경우보다도, 연삭 지석(37)의 소모율을 10% 정도 이하로 억제할 수 있는 것이 분명해졌다. 또한, 도 3에 따르면, 평균 입경비 Z를 0.8 이상 또한 2.0 이하로 함으로써, 평균 입경비 Z를 2.0을 초과하는 값으로 하는 경우보다도, 최대 연삭 하중을 억제(즉, 가공 부하의 저감)할 수 있는 것이 분명해졌다. 또한, 도 2에 따르면, 평균 입경비 Z를 0. 8 미만으로 하면, 연삭 지석(37)의 소모율이 커지는 것이 분명해졌다.
이와 같이, 도 2 및 도 3에 따르면, 연삭 지석(37)은, 평균 입경비 Z를 0.8 이상 또한 3.0 이하로 함으로써, 장수명화와 가공 부하의 저감 중 적어도 한쪽을 달성할 수 있고, 평균 입경비 Z를 1.2 이상 또한 2.0 이하로 함으로써, 장수명화와 가공 부하의 저감 모두를 달성할 수 있는 것이 분명해졌다.
또한, 전술한 실시형태 및 실시예에서는, 주로 연삭 지석(37)에 대해서 기재하고 있지만, 본 발명은, 마무리 연삭용 연삭 지석(47)에 이용하여도 좋다.
10 : 연삭 장치 11 : 제1 카세트
12 : 제2 카세트 13 : 반출입 수단
15, 16 : 반송 수단 17∼19 : 척테이블
20 : 턴테이블 30, 40 : 연삭 수단
37 : 조연삭용 연삭 지석 47 : 마무리 연삭용 연삭 지석
W : 웨이퍼(피가공물)

Claims (4)

  1. 피가공물을 연삭하는 연삭 지석으로서,
    상기 연삭 지석은 다이아몬드 지립과 붕소 화합물을 미리 정해진 체적비로 포함하고,
    상기 다이아몬드 지립의 평균 입경 X는 3 ㎛≤X≤10 ㎛이며,
    상기 붕소 화합물의 상기 다이아몬드 지립에 대한 평균 입경비 Z는 0.8≤Z≤3.0인 것을 특징으로 하는 연삭 지석.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피가공물은 SiC 웨이퍼이고, 상기 평균 입경비 Z는 1.2≤Z≤2.0인 것인, 연삭 지석.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이아몬드 지립과 상기 붕소 화합물의 상기 미리 정해진 체적비는 1:1∼1:3인 것인, 연삭 지석.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 붕소 화합물은, 탄화붕소, 입방정 질화붕소(CBN) 및 육방정 질화붕소(HBN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 연삭 지석.
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