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CN112605734A - 基板的磨削方法 - Google Patents

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CN112605734A
CN112605734A CN202011039269.2A CN202011039269A CN112605734A CN 112605734 A CN112605734 A CN 112605734A CN 202011039269 A CN202011039269 A CN 202011039269A CN 112605734 A CN112605734 A CN 112605734A
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grinding
substrate
wheel
chuck table
unit
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黑川浩史
松原壮一
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Disco Corp
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Abstract

提供基板的磨削方法，降低对卡盘工作台的倾斜度调整机构所要求的刚性的程度，并且减少磨削不良的产生。基板的磨削方法具有如下的工序：第1磨削工序，在使保持面的重叠于磨具部与基板接触的接触区域的一部分相对于具有包含磨具部的磨削磨轮的磨削单元的磨具部的下表面所规定的磨削面不平行的状态下，通过使磨具部与基板接触而对基板进行磨削，以使基板的外周部的磨削量比基板的中心部的磨削量多；磨削单元上升工序，在第1磨削工序之后，通过使磨削单元上升而使磨具部离开基板；以及第2磨削工序，在磨削单元上升工序之后，在使保持面的一部分与磨削面平行的状态下使磨削单元相对于磨削面下降，通过使磨具部与基板再次接触而对基板进行磨削。

Description

基板的磨削方法
技术领域
本发明涉及对卡盘工作台的保持面所保持的基板进行磨削的基板的磨削方法。
背景技术
在移动电话等电子设备中使用LED(light emitting diode：发光二极管)等光器件芯片。为了制造光器件芯片，例如，首先在由蓝宝石、碳化硅等形成的硬质基板的正面侧形成氮化镓等外延生长层。接下来，在外延生长层的正面侧呈格子状设定多条分割预定线，在由多条分割预定线划分的各区域中形成光器件。
然后，沿着各分割预定线照射具有被硬质基板吸收或透过硬质基板的波长的激光束，对硬质基板和外延生长层的层叠体进行分割，从而制造光器件芯片。
但是，为了光器件芯片的轻量化、小型化、亮度提高等，有时在形成了外延生长层之后，对硬质基板的背面侧进行磨削而使其薄化。在硬质基板的磨削中使用磨削装置。
磨削装置包含主轴和安装于主轴的一端侧的圆环状的磨削磨轮。在磨削磨轮的下表面侧例如呈环状配置有各个扇形状的多个磨削磨具，在与磨削磨轮的下表面对置的位置设置有卡盘工作台。
在对硬质基板的背面侧进行磨削的情况下，首先，利用卡盘工作台对硬质基板的正面侧进行保持，以使硬质基板的背面侧向上方露出。接下来，使卡盘工作台和磨削磨轮向规定的方向旋转，并且以磨削磨轮接近卡盘工作台的方式对磨削磨轮进行磨削进给。而且，在加上由蓝宝石、碳化硅等形成的硬质基板的硬度较高，因此背面侧通常被镜面加工。
因此，有时磨削磨具在硬质基板的背面发生滑动而无法进行磨削。此外，在磨削磨具在硬质基板的背面发生滑动的情况下，由于通过磨削进给从磨削磨具向硬质基板施加的压力而存在硬质基板产生损伤的问题。
与此相对，公知有如下的方法：通过使由多个磨削磨具的下表面规定的磨削面相对于硬质基板的背面倾斜，使磨削磨具与硬质基板的接触面积比通常小，从而使磨削磨具容易切入硬质基板(例如，参照专利文献1)。由此，能够抑制磨削磨具在硬质基板的背面上滑动。
在使磨削面倾斜的状态下将硬质基板磨削规定的量之后，在磨削磨具与硬质基板接触(即，对卡盘工作台施加磨削负荷)的状态下，改变磨削面的倾斜度而使其水平。通过在使磨削面为水平的状态下进一步对硬质基板进行磨削，形成面内的高度偏差较小(即，完工厚度的精度较高)的硬质基板。
另外，有时也使硬质基板的背面相对于磨削面倾斜来代替使磨削面相对于硬质基板的背面倾斜(例如，参照专利文献1)。为了使硬质基板的背面倾斜，使用对卡盘工作台的倾斜度进行调整的倾斜度调整机构。在使用倾斜度调整机构的情况下，也需要在对卡盘工作台施加磨削负荷的状态下改变卡盘工作台的倾斜度。
专利文献1：日本特开2011-206867号公报
但是，为了在对卡盘工作台施加磨削负荷的状态下改变卡盘工作台的倾斜度，对卡盘工作台的倾斜度调整机构要求非常高的刚性。此外，如果在施加有磨削负荷的状态下改变卡盘工作台的倾斜度，则每单位时间的磨削量会发生变化，因此容易产生磨削不良、磨具部的缺损、磨削装置的故障等。
发明内容
本发明是鉴于该问题点而完成的，其目的在于，与在对卡盘工作台施加磨削负荷的状态下改变卡盘工作台的倾斜度的情况相比，降低对卡盘工作台的倾斜度调整机构所要求的刚性的程度，并且减少磨削不良的产生。
根据本发明的一个方式，提供基板的磨削方法，一边使卡盘工作台和磨削磨轮一起进行旋转，一边利用该磨削磨轮对该卡盘工作台的保持面所保持的基板进行磨削，其中，该基板的磨削方法具有如下的工序：第1磨削工序，在使该保持面的与磨具部和该基板接触的接触区域重叠的一部分相对于磨削单元的该磨具部的下表面所规定的磨削面不平行的状态下，通过使该磨具部与该基板接触而对该基板进行磨削，以使该基板的外周部的磨削量比该基板的中心部的磨削量多，其中，该磨削单元具有该磨削磨轮，该磨削磨轮具有圆环状的轮基台和在该轮基台的一个面侧呈环状配置的该磨具部；磨削单元上升工序，在该第1磨削工序之后，通过使该磨削单元上升而使该磨具部离开该基板；以及第2磨削工序，在该磨削单元上升工序之后，在使该保持面的该一部分与该磨削面平行的状态下使该磨削单元下降，通过使该磨具部与该基板再次接触而对该基板进行磨削。
在本发明的一个方式的磨削单元上升工序中，通过使磨削单元上升而使磨具部离开基板。由此，与在施加有磨削负荷的状态下改变卡盘工作台的倾斜度的情况相比，能够降低对卡盘工作台的倾斜度调整机构所要求的刚性的程度，此外，也能够降低磨削不良、磨具部的缺损、磨削装置的故障等的产生率。
附图说明
图1是磨削装置的局部剖面侧视图。
图2是示出保持面所保持的被加工物等的图。
图3的(A)是示出第1磨削工序的局部剖面侧视图，图3的(B)是示出被加工物等的上表面侧的图。
图4是示出磨削单元上升工序的局部剖面侧视图。
图5的(A)是示出改变旋转轴的倾斜度的情形的图，图5的(B)是示出在第2磨削工序中使磨削单元下降的情形的图。
图6是磨削方法的流程图。
标号说明
2：磨削装置；4：基台；6：柱；10：卡盘工作台；10a：框体；10b：多孔质板；10c：保持面；10d：旋转轴线；10e：旋转中心；10f：一部分；12：工作台基台；14：驱动机构；16：倾斜度调整机构；16a：固定支承部件；16b：可动支承部件；18：厚度测量单元；18a：第1高度测量器；18b：第2高度测量器；19：磨削水提供单元；19a：喷嘴；20：磨削进给单元；20a：导轨；20b：移动板；20c：螺母部；20d：滚珠丝杠；20e：脉冲电动机；22：磨削单元；22a：保持部件；22b：主轴壳体；22c：缓冲部件；22d：主轴；22e：旋转轴线；22f：轮安装座；24：磨削磨轮；26：轮基台；26a：下表面(一个面)；28：磨削磨具；28a：下表面；28b：磨削面；11：被加工物；11a：接触区域；11b：外周部；11c：中心部；A：距离；α：第1角度；β：第2角度。
具体实施方式
参照附图对本发明的一个方式的实施方式进行说明。首先，对磨削装置进行说明。图1是磨削装置2的局部剖面侧视图。磨削装置2具有对多个结构要素进行支承的大致长方体状的基台4。
在基台4上设置有大致圆盘状的卡盘工作台10。卡盘工作台10具有陶瓷制的框体10a。在框体10a内设置有流路(未图示)，该流路的一端与喷射器等吸引源(未图示)连接。
框体10a在上表面侧具有由圆盘状的空间构成的凹部。在该凹部中固定有大致圆盘状的多孔质板10b。多孔质板10b具有平坦的圆形的下表面和圆锥状的上表面。
框体10a的流路的另一端与多孔质板10b的下表面侧连接。当使吸引源动作时，在多孔质板10b的上表面侧产生负压，被加工物等被该上表面吸引而被保持。因此，卡盘工作台10的上表面作为保持面10c而发挥功能。
在卡盘工作台10的下表面侧连结有圆盘状的工作台基台12。在该工作台基台12的下表面侧设置有电动机等驱动机构14，该驱动机构14经由工作台基台12而与卡盘工作台10连结。通过使驱动机构14动作，卡盘工作台10绕规定的旋转轴线10d进行旋转。
在工作台基台12的下表面侧设置有倾斜度调整机构16，该倾斜度调整机构16具有一个固定支承部件16a和两个可动支承部件16b。一个固定支承部件16a和两个可动支承部件16b以在工作台基台12的圆周方向上分离120度的状态与工作台基台12连结。另外，在图1中，示出了两个中的一个可动支承部件16b。
虽然固定支承部件16a的上端的高度被固定，但可动支承部件16b的上端的高度能够沿上下方向移动。通过对可动支承部件16b的上端的高度进行调整，能够使卡盘工作台10的旋转轴线10d相对于铅垂方向(Z轴方向)倾斜。
在卡盘工作台10的侧部设置有厚度测量单元18。厚度测量单元18具有设置于框体10a的上方的第1高度测量器18a和设置于多孔质板10b的上方的第2高度测量器18b。
例如，利用第1高度测量器18a对框体10a的上表面的高度进行测量，利用第2高度测量器18b对保持面10c所保持的被加工物11(参照图2)的上表面的高度进行测量。然后，通过计算被加工物11的上表面的高度与框体10a的上表面的高度之差，计算被加工物11的厚度。
在卡盘工作台10的侧部中的与厚度测量单元18不同的位置设置有磨削水提供单元19。磨削水提供单元19与贮存纯水等磨削水的磨削水提供源(未图示)连接。
磨削水提供单元19包含：第1管部，其沿着铅垂方向设置；以及第2管部，其与第1管部的上端连接，并设置成从该上端弯曲大致90度而朝向卡盘工作台10的旋转轴线10d。在第2管部的前端设置有喷嘴19a。
在相对于磨削水提供单元19与卡盘工作台10相反的一侧设置有长方体状的柱6。在柱6的前方侧(磨削水提供单元19侧)设置有磨削进给单元20。磨削进给单元20具有与柱6的高度方向平行的一对导轨20a。
各导轨20a固定于柱6的前方侧的表面。在各导轨20a上以能够滑动的方式安装有移动板20b。在移动板20b的后方侧设置有螺母部20c。
在螺母部20c上以能够旋转的方式连结有与柱6的高度方向(Z轴方向)平行设置的滚珠丝杠20d。在滚珠丝杠20d的高度方向的一端连结有脉冲电动机20e。如果利用脉冲电动机20e使滚珠丝杠20d进行旋转，则移动板20b沿着导轨20a移动。
在移动板20b的前方侧设置有磨削单元22。磨削单元22具有圆筒状的保持部件22a。保持部件22a固定于移动板20b的前方侧的表面。
在保持部件22a的内侧设置有主轴壳体22b。在主轴壳体22b的下部设置有由橡胶等形成的圆环状的缓冲部件22c。主轴壳体22b经由缓冲部件22c而被保持部件22a的底面支承。
在主轴壳体22b中以能够旋转的方式收纳有主轴22d的一部分。在主轴22d的上端连结有电动机等旋转驱动机构(未图示)。当使旋转驱动机构动作时，主轴22d绕旋转轴线22e进行旋转。
主轴22d的下端位于比保持部件22a的底部靠下方的位置。在主轴22d的下端侧连结有圆盘状的轮安装座22f的上表面侧。在轮安装座22f的下表面侧安装有圆环状的磨削磨轮24的上表面侧。
磨削磨轮24具有圆环状的轮基台26。轮基台26由铝等金属形成，例如直径为200mm。该轮基台26的上表面侧与轮安装座22f的下表面侧连结。即，磨削磨轮24经由轮安装座22f而安装于主轴22d。
在轮基台26的下表面(一个面)26a侧设置有多个磨削磨具28(磨具部)。各磨削磨具例如是通过在陶瓷或树脂等结合材料中混合金刚石或cBN(cubic boron nitride：立方氮化硼)等磨粒并对混合体进行烧结而形成的。
在本例中，多个磨削磨具28呈环状配置(所谓的分段排列)。但是，也可以设置有圆环状的磨削磨具(磨具部)来代替多个磨削磨具28(所谓的连续排列)。
磨削磨轮24以圆环状的下表面26a的一部分位于卡盘工作台10的旋转中心10e(即，保持面10c与旋转轴线10d的交点。参照图3的(A)等。)上的方式配置于卡盘工作台10的上方。
另外，由于磨削磨轮24呈圆环状，磨削水提供单元19位于该圆环的内侧，因此在磨削动作时，磨削磨轮24和磨削水提供单元19在磨削时不会发生干涉。
接下来，对卡盘工作台10所保持的被加工物11进行说明。图2是示出保持面10c所保持的被加工物11等的图。被加工物11是具有由碳化硅(SiC)基板形成的硬质基板和形成于硬质基板的正面侧的氮化镓(GaN)等外延生长层的层叠体。
在外延生长层的正面侧呈格子状设定有多条分割预定线，在由多条分割预定线划分出的各区域中形成有光器件。在外延生长层的正面侧粘贴有树脂制的保护带(未图示)。
当外延生长层的正面侧(被加工物11的正面侧)被保持面10c保持时，硬质基板的背面侧(被加工物11的背面侧)露出。另外，此时，被加工物11以与圆锥状的保持面10c对应的方式弹性地变形。
在使由保持面10c保持着被加工物11的卡盘工作台10和磨削磨轮24一起向相同的方向进行旋转的状态下，如果对磨削单元22进行磨削进给(向下方移动)而将磨削磨具28按压于被加工物11，则硬质基板的背面侧被磨削。
接下来，对磨削被加工物11的磨削方法进行说明。图6是本实施方式的磨削方法的流程图。首先，在外延生长层的正面侧粘贴保护带之后，利用保持面10c对被加工物11的正面侧进行保持(保持工序(S10))。
接下来，进行第1磨削工序(S20)。图3的(A)是示出第1磨削工序(S20)的局部剖面侧视图，图3的(B)是示出第1磨削工序(S20)中的被加工物11等的上表面侧的图。
在第1磨削工序(S20)中，首先，调节可动支承部件16b的上端的高度，以使卡盘工作台10的旋转轴线10d相对于由多个磨削磨具28的下表面28a规定的磨削面28b形成第1角度α。
由此，将保持面10的与磨削磨具28和被加工物11接触的接触区域11a(在图3的(B)中标注斜线而示出的规定宽度的圆弧状的区域)重叠的一部分(例如，与圆锥的母线对应的区域)10f定位成与磨削面28b不平行。
更具体而言，通过将旋转中心10e(即，圆锥状的保持面10c的顶点)定位于比位于磨削磨轮24的正下方的保持面10c的一部分10f的最外周低距离A(例如，5μm)的位置，将一部分10f和磨削面28b定位成不平行。
然后，例如使卡盘工作台10以60rpm的速度进行旋转，使主轴22d以2500rpm的速度进行旋转，使磨削单元22以0.1μm/s至0.5μm/s的规定的加工进给速度(在一例中为0.3μm/s)下降。此时，维持保持面10c的一部分10f与磨削面28b的不平行状态。另外，从喷嘴19a向磨削磨具28与被加工物11的接触点附近提供磨削水。
通过使磨削磨具28与被加工物11的背面侧接触，被加工物11的背面侧被磨削。在第1磨削工序(S20)中，例如以将被加工物11的背面侧的最外周去除10μm至20μm左右的方式对被加工物11的背面侧进行磨削。
在第1磨削工序(S20)中，通过将保持面10c的一部分10f定位成与磨削面28b不平行，磨削磨具28容易切入被加工物11。由此，能够抑制磨削磨具28在被加工物11的背面上滑动。
另外，在第1磨削工序(S20)中，保持面10c的一部分10f的最外周位于比旋转中心10e高距离A的位置，因此在接触区域11a中，外周部11b的磨削量比中心部11c的磨削量多。
另外，在使磨削磨轮24以旋转轴线22e为中心进行旋转时，上述磨削面28b是由一个或多个磨削磨具28的下表面28a规定的面。磨削面28b有时由在最下方突出的一个磨削磨具28的下表面28a或磨削磨具28的一部分的下表面28a规定，有时也由分别位于相同高度的多个磨削磨具28的下表面28a规定。
在第1磨削工序(S20)之后，通过使磨削单元22上升，使多个磨削磨具28离开被加工物11的背面(磨削单元上升工序(S30))。在磨削单元上升工序(S30)中，例如使磨削面28b上升10μm。图4是示出磨削单元上升工序(S30)的局部剖面侧视图。
在磨削单元上升工序(S30)中，与在对卡盘工作台10施加磨削负荷的状态下改变卡盘工作台10的倾斜度的情况相比，能够降低对卡盘工作台10的倾斜度调整机构16所要求的刚性的程度。因此，能够使用现有的倾斜度调整机构16。
而且，在本实施方式中，由于在施加有磨削负荷的状态下不改变卡盘工作台10的倾斜度，因此每单位时间的磨削量不发生变化。因此，也能够降低磨削不良、磨削磨具28的缺损、磨削装置2的故障等的产生率。
在磨削单元上升工序(S30)之后，通过调节可动支承部件16b的上端的高度，使卡盘工作台10的旋转轴线10d相对于磨削面28b倾斜比第1角度α大的第2角度β，使保持面10c的一部分10f与磨削面28b平行。图5的(A)是示出改变旋转轴线10d的倾斜度的情形的图。
然后，在使保持面10c的一部分10f与磨削面28b平行的状态下，通过使磨削单元22下降而使多个磨削磨具28与被加工物11再次接触，对被加工物11进行磨削(第2磨削工序(S40))。图5的(B)是示出在第2磨削工序(S40)中使磨削单元22下降的情形的图。
在第2磨削工序(S40)中，例如也使卡盘工作台10以60rpm的速度进行旋转，使主轴22d以2500rpm的速度进行旋转，使磨削单元22以0.1μm/s至0.5μm/s的规定的加工进给速度(在一例中为0.3μm/s)下降。另外，从喷嘴19a向磨削磨具28与被加工物11的接触点附近提供磨削水。由此，对被加工物11进行磨削直到被加工物11的硬质基板成为规定的厚度。
在第2磨削工序(S40)中，在使保持面10c的一部分10f与磨削面28b平行的状态下，对被加工物11进行磨削。由此，能够确保被加工物11的完工厚度的精度。此外，在第2磨削工序(S40)中，被加工物11的外周部11b被磨削得比被加工物11的中心部11c多，因此在第2磨削工序(S40)中，磨削磨具28容易切入被加工物11的中心部11c。
在本实施方式中，与在对卡盘工作台10施加磨削负荷的状态下改变卡盘工作台10的倾斜度的情况相比，能够降低对卡盘工作台10的倾斜度调整机构16所要求的刚性的程度，并且能够减少磨削不良的产生。此外，能够使磨削磨具28容易地切入被加工物11，并且能够确保完工厚度的精度。
除此之外，上述实施方式的构造、方法等能够在不脱离本发明的目的的范围内进行适当变更来实施。在被加工物11中使用的硬质基板可以是蓝宝石基板，也可以是由莫式硬度为9以上的材料或维式硬度HV为2200以上的材料形成的基板。
另外，在被加工物11中使用的基板也可以是由硬度比硬质基板低的硅等形成的基板。例如，在像切片(as-sliced)晶片那样具有比较大的凹凸的晶片的情况下，由于磨削负荷容易变大，因此应用上述的实施方式的磨削方法是有效的。

Claims (1)

1.一种基板的磨削方法，一边使卡盘工作台和磨削磨轮一起进行旋转，一边利用该磨削磨轮对该卡盘工作台的保持面所保持的基板进行磨削，其特征在于，
该基板的磨削方法具有如下的工序：
第1磨削工序，在使该保持面的与磨具部和该基板接触的接触区域重叠的一部分相对于磨削单元的该磨具部的下表面所规定的磨削面不平行的状态下，通过使该磨具部与该基板接触而对该基板进行磨削，以使该基板的外周部的磨削量比该基板的中心部的磨削量多，其中，该磨削单元具有该磨削磨轮，该磨削磨轮具有圆环状的轮基台和在该轮基台的一个面侧呈环状配置的该磨具部；
磨削单元上升工序，在该第1磨削工序之后，通过使该磨削单元上升而使该磨具部离开该基板；以及
第2磨削工序，在该磨削单元上升工序之后，在使该保持面的该一部分与该磨削面平行的状态下使该磨削单元下降，通过使该磨具部与该基板再次接触而对该基板进行磨削。
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