JP6707278B2 - 研削ホイール及び被加工物の研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状の被加工物を研削する際に用いられる研削ホイール、及び当該研削ホイールを用いた被加工物の研削方法に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光デバイスを含むデバイスチップを製造する際には、機械的・熱的特性及び化学的安定性に優れたサファイア基板を使用するのが一般的である。サファイア基板は、例えば、表面の分割予定ライン（ストリート）で区画される各領域に光デバイスとなる発光層等が形成された後に、分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射され、分割の起点となる改質層が形成される。

改質層が形成されたサファイア基板は、例えば、裏面側を研削されて薄化され、また、研削時の応力等によって、各光デバイスに対応する複数のデバイスチップへと分割される。分割後のデバイスチップは、携帯電話機をはじめとする電子機器や、各種の照明器具等に組み込まれる。

上述したサファイア基板の研削は、例えば、回転軸となるスピンドルの先端部に研削ホイールが装着された研削装置を用いて実施される（例えば、特許文献１，２参照）。研削ホイールは、円盤状のホイール基台を備えており、ホイール基台の下面側には、研削用の複数の砥石（研削砥石）が環状に配列されている。

特開２０１１−２９３３１号公報 特開２０１１−４０６３１号公報

ところが、上述した研削ホイールを用いると、サファイア基板の周縁領域より中央領域で研削量が多くなって、平坦性が低下し易い。本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工物をより平坦に研削できる研削ホイール、及びこの研削ホイールを用いた被加工物の研削方法を提供することである。

本発明によれば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、半導体ウェーハ、樹脂基板又はセラミックス基板である板状の被加工物を研削するための研削ホイールであって、研削の際に被加工物に対面する第１面を有する円盤状のホイール基台と、該ホイール基台の該第１面に環状に配列される複数の研削砥石と、を備え、該ホイール基台の周方向において隣接する２個の該研削砥石は、該ホイール基台の径方向において異なる位置に配置され、該複数の研削砥石は、研削の際に形成される任意の該研削砥石の軌跡の一部と、別のいずれかの該研削砥石の軌跡の一部と、が重なり、且つ、全ての該研削砥石の軌跡が一体となるように配列され、該複数の研削砥石は、該ホイール基台の径方向の外側から内側に向かって順に配列された複数の第１の研削砥石と、該ホイール基台の径方向の外側から内側に向かって順に配列された複数の第２の研削砥石と、を含み、該ホイール基台の径方向の最も内側に配置されている該第２の研削砥石は、該ホイール基台の径方向の最も外側に配置されている該第１の研削砥石の隣に、該第１の研削砥石よりも該ホイール基台の径方向の内側に配置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。

また、本発明によれば、上記研削ホイールを装着した研削手段と、被加工物を保持するチャックテーブルと、を備える研削装置を用いて被加工物を研削する被加工物の研削方法であって、該ホイール基台の径方向において最も外側に配置されている研削砥石の軌跡が、該被加工物の中心を通るように該研削ホイールと被加工物との位置を合わせて研削を実施することを特徴とする被加工物の研削方法が提供される。

本発明に係る被加工物の研削方法において、被加工物は、サファイア基板又はＳｉＣ基板でも良い。

本発明に係る研削ホイールでは、ホイール基台の周方向において隣接する２個の研削砥石がホイール基台の径方向において異なる位置に配置されているので、周方向に隣接する２個の研削砥石が径方向の同じ位置（すなわち、同一の円周上）に配置されている従来の研削ホイールと比較して、被加工物と研削砥石とが接触する領域を分散できる。よって、中央領域の研削量を低減して、被加工物をより平坦に研削できる。

研削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 研削ホイールの構造を模式的に示す斜視図である。 研削ホイールの構造を模式的に示す平面図である。 被加工物が研削される様子を模式的に示す側面図である。 研削時の被加工物と砥石との位置関係の例を模式的に示す図である。 実験の結果を示すグラフである。 変形例に係る研削ホイールの構造を模式的に示す平面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。はじめに、本実施形態に係る研削ホイールが使用される研削装置の構成例について説明する。図１は、研削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の研削装置２は、各構造が搭載される直方体状の基台４を備えている。基台４の後端には、支持壁６が立てられている。

基台４の上面には、Ｘ軸方向（前後方向）に長い矩形の開口４ａが形成されている。この開口４ａ内には、Ｘ軸移動テーブル８、Ｘ軸移動テーブル８をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（不図示）、及びＸ軸移動機構を覆う防塵防滴カバー１０が配置されている。また、開口４ａの前方には、研削条件等を入力するための操作パネル１２が設置されている。

Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を備えており、Ｘ軸ガイドレールには、Ｘ軸移動テーブル８がスライド可能に取り付けられている。Ｘ軸移動テーブル８の下面側には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレールと平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。

Ｘ軸ボールネジの一端部には、Ｘ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｘ軸パルスモータでＸ軸ボールネジを回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル８はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル８上には、板状の被加工物１１（図４、図５参照）を吸引、保持するチャックテーブル１４が設けられている。チャックテーブル１４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向）に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル１４は、上述したＸ軸移動機構によって、Ｘ軸移動テーブル８と共にＸ軸方向に移動する。

チャックテーブル１４の上面は、被加工物１１を吸引、保持する保持面１４ａとなっている。この保持面１４ａは、チャックテーブル１４の内部に形成された流路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル１４に載せられた被加工物１１は、保持面１４ａに作用する吸引源の負圧でチャックテーブル１４に吸引、保持される。

支持壁６の前面には、Ｚ軸移動機構１６が設けられている。Ｚ軸移動機構１６は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール１８を備えており、このＺ軸ガイドレール１８には、Ｚ軸移動プレート２０がスライド可能に取り付けられている。

Ｚ軸移動プレート２０の後面側（裏面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール１８に平行なＺ軸ボールネジ２２が螺合されている。Ｚ軸ボールネジ２２の一端部には、Ｚ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｚ軸パルスモータ２４でＺ軸ボールネジ２２を回転させることにより、Ｚ軸移動プレート２０はＺ軸ガイドレール１８に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動プレート２０の前面（表面）には、前方に突出した支持構造２６が設けられており、この支持構造２６には、被加工物１１を研削する研削ユニット（研削手段）２８が支持されている。研削ユニット２８は、支持構造２６に固定されたスピンドルハウジング３０を含む。スピンドルハウジング３０には、回転軸となるスピンドル３２が回転可能に収容されている。

スピンドル３２の下端部（先端部）は、スピンドルハウジング３０から露出している。このスピンドル３２の下端部には、円盤状のホイールマウント３４が固定されている。ホイールマウント３４の下面には、ホイールマウント３４と概ね同径に構成された円盤状の研削ホイール１がボルト等で装着されている。

スピンドル３２の上端側（基端側）には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。研削ホイール１は、この回転駆動源から伝達される回転力によって、Ｚ軸方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。チャックテーブル１４と研削ホイール１とを相対的に回転させつつ、研削ホイール１を下降させ、純水等の研削液を供給しながら被加工物１１に接触させることで、被加工物１１を研削できる。

図２は、本実施形態に係る研削ホイール１の構造を模式的に示す斜視図であり、図３は、研削ホイール１の構造を模式的に示す平面図（底面図）である。図２及び図３に示すように、本実施形態に係る研削ホイール１は、ステンレス、アルミニウム等でなる円盤状（円環状）のホイール基台３を備えている。

ホイール基台３は、概ね平坦かつ互いに平行な第１面３ａと第２面３ｂとを有し、その中央部には、ホイール基台３を第１面３ａから第２面３ｂまで貫通する円形の開口３ｃが形成されている。このホイール基台３の第２面３ｂを研削装置２のホイールマウント３４に接触させることで、研削装置２に研削ホイール１を装着できる。一方、被加工物１１を研削する際には、ホイール基台３の第１面３ａが被加工物１１に対面する。

ホイール基台３の第１面３ａには、複数の砥石（砥石部材）５が環状に配列されている。各砥石５は、例えば、金属、セラミックス、樹脂等の結合材（ボンド材）に、ダイヤモンド、ＣＢＮ（Cubic Boron Nitride）等の砥粒を混合して直方体状に形成されている。なお、結合材や砥粒に制限はなく、被加工物１１の種類等に応じて適切に選択、変更できる。また、ホイール基台３に配列される砥石５の数量も、ホイール基台３や被加工物１１の大きさ等に合わせて適切に設定できる。

図３に示すように、ホイール基台３の周方向（θ方向）において隣接する任意の２個の砥石５は、ホイール基台３の径方向（ｒ方向）において異なる位置に配置されている。言い換えれば、隣接する任意の２個の砥石５は、ホイール基台３の回転軸３ｄ上の点を中心として、半径が異なる同心円上に配置されている。

砥石５をこのように配置することで、研削の際に被加工物１１と砥石５とが接触する領域を分散できる。つまり、砥石５から被加工物１１への応力は、被加工物１１の特定の領域（例えば、中央領域）に集中し難くなる。これにより、特定の領域（中央領域）の研削量を低減して、被加工物１１をより平坦に研削できる。

また、この複数の砥石５は、研削の際に形成される任意の砥石５の軌跡の一部と、別のいずれかの砥石５の軌跡の一部と、が重なるように配列されている。すなわち、全ての砥石５の軌跡が一体になるので、ある砥石５の軌跡と、残りの砥石５の軌跡と、の間に隙間ができることはない。

具体的には、図３に示すように、径方向（ｒ方向）において最も外側に位置する砥石５ａの軌跡の内側の一部が、径方向において内側に位置する砥石５ｂの軌跡の外側の一部と重なっている。また、砥石５ｂの軌跡の内側の一部が、より内側に位置する砥石５ｃの軌跡の外側の一部と重なっている。同様に、砥石５ｃの軌跡の内側の一部が、内側に位置する砥石５ｄの軌跡の外側の一部と重なっている。

さらに、砥石５ｄの軌跡の内側の一部が、内側に位置する砥石５ｅの軌跡の外側の一部と重なっている。また、砥石５ｅの軌跡の内側の一部が、径方向８ｂで最も内側に位置する砥石５ｆの軌跡の外側の一部と重なっている。そして、その結果、全ての砥石５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの軌跡が一体になっている。

つまり、ある砥石５の軌跡の内側の一部と、この砥石５よりも径方向において内側に位置する砥石５の軌跡の外側の一部とが重なっている。または、ある砥石５の軌跡の外側の一部と、この砥石５よりも径方向において外側に位置する砥石５の軌跡の内側の一部とが重なっている。複数の砥石５をこのように配列することで、ある砥石５の軌跡と別の砥石５の軌跡との隙間で被加工物１１の研削量が減少することはない。これにより、被加工物１１の全面をより平坦に研削できる。

次に、上述の研削ホイール１を用いた被加工物の研削方法について説明する。図４は、被加工物１１が研削される様子を模式的に示す側面図であり、図５は、研削時の被加工物１１と砥石５との位置関係の例を模式的に示す図である。なお、本実施形態では、被加工物１１として、サファイア基板又はＳｉＣ基板を用いるが、他の半導体ウェーハや樹脂基板、セラミックス基板等を被加工物１１として用いることもできる。

被加工物１１の第１面１１ａ側を研削する場合には、図４に示すように、例えば、被加工物１１の第２面１１ｂをチャックテーブル１４の保持面１４ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、被加工物１１は、第１面１１ａ側が上方に露出した状態でチャックテーブル１４に吸引、保持される。

次に、チャックテーブル１４を研削ホイール１の下方に移動させる。そして、図４に示すように、チャックテーブル１４と研削ホイール１とをそれぞれ回転させて、純水等の研削液を供給しながら研削ユニット２８を下降させる。研削ユニット２８の下降量（送り速度）は、被加工物１１の第１面１１ａに砥石５の下面が押し当てられる程度に調整される。これにより、被加工物１１の第１面１１ａ側を研削できる。

この研削は、図５に示すように、ホイール基台３の径方向（ｒ方向）において最も外側に位置する砥石５ａの軌跡５ｇが、被加工物１１の中心１１ｃを通るように、研削ホイール１と被加工物１１（チャックテーブル１４）との位置を調整した状態で遂行される。これにより、被加工物１１の第１面１１ａを適切に研削できる。

次に、本実施形態に係る研削ホイール１の効果を確認するために行った実験について説明する。この実験では、上述した研削ホイール１（実施例）と、周方向に隣接する２個の砥石が径方向の同じ位置（すなわち、同一の円周上）に配置されている従来の研削ホイール（比較例）と、を用いて同じ条件でサファイア基板を研削し、研削後の被研削面の高さ（高さプロファイル）を測定した。

具体的には、直径が４インチで厚さが６５０μｍのサファイア基板を、１００μｍの厚さになるまで研削した。スピンドル３２（研削ホイール）の回転数は１０００ｒｐｍ、チャックテーブル１４の回転数は３００ｒｐｍ、研削ユニット２８（研削ホイール）の下降量（送り速度）は０．２μｍ／ｓにそれぞれ設定した。

図６は、実験の結果を示すグラフである。図６に示すように、従来の研削ホイール（比較例）では、サファイア基板の中央領域（例えば、測定位置が４０ｍｍ〜６０ｍｍの領域）が凹状に研削されているが、本実施形態の研削ホイール１（実施例）では、概ね平坦に研削されている。

以上のように、本実施形態に係る研削ホイール１では、ホイール基台３の周方向（θ方向）において隣接する２個の砥石（研削砥石）５がホイール基台３の径方向（ｒ方向）において異なる位置に配置されているので、周方向に隣接する２個の砥石が径方向の同じ位置（すなわち、同一の円周上）に配置されている従来の研削ホイールと比較して、被加工物１１と砥石５とが接触する領域を分散できる。よって、中央領域の研削量を低減して、被加工物１１をより平坦に研削できる。

なお、本発明は、上記実施形態の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、砥石５の配列等は、発明の効果が得られる態様で任意に変更できる。図７は、変形例に係る研削ホイールの構造を模式的に示す平面図（底面図）である。

変形例に係る研削ホイール２１の基本的な構造は、上記実施形態に係る研削ホイール１の構造と同じである。すなわち、研削ホイール２１は、図７に示すように、円盤状（円環状）のホイール基台３を備えている。ホイール基台３の第１面３ａには、複数の砥石（砥石部材）５が環状に配列されている。

この変形例に係る研削ホイール２１でも、ホイール基台３の周方向（θ方向）において隣接する任意の２個の砥石５は、ホイール基台３の径方向（ｒ方向）において異なる位置に配置されている。また、複数の砥石５は、研削の際に形成される任意の砥石５の軌跡の一部と、別のいずれかの砥石５の軌跡の一部と、が重なるように配列されている。

よって、この変形例に係る研削ホイール２１でも、上記実施形態の研削ホイール１と同様の効果を得ることができる。その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、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できる。

１，２１ 研削ホイール
３ ホイール基台
３ａ 第１面
３ｂ 第２面
３ｃ 開口
３ｄ 回転軸
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ 砥石（研削砥石）
５ｇ 軌跡
２ 研削装置
４ 基台
４ａ 開口
６ 支持壁
８ Ｘ軸移動テーブル
１０ 防塵防滴カバー
１２ 操作パネル
１４ チャックテーブル
１４ａ 保持面
１６ Ｚ軸移動機構
１８ Ｚ軸ガイドレール
２０ Ｚ軸移動プレート
２２ Ｚ軸ボールネジ
２４ Ｚ軸パルスモータ
２６ 支持構造
２８ 研削ユニット（研削手段）
３０ スピンドルハウジング
３２ スピンドル
３４ ホイールマウント
１１ 被加工物
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１１ｃ 中心

Claims (3)

1. サファイア基板、ＳｉＣ基板、半導体ウェーハ、樹脂基板又はセラミックス基板である板状の被加工物を研削するための研削ホイールであって、
   研削の際に被加工物に対面する第１面を有する円盤状のホイール基台と、
   該ホイール基台の該第１面に環状に配列される複数の研削砥石と、を備え、
   該ホイール基台の周方向において隣接する２個の該研削砥石は、該ホイール基台の径方向において異なる位置に配置され、
   該複数の研削砥石は、研削の際に形成される任意の該研削砥石の軌跡の一部と、別のいずれかの該研削砥石の軌跡の一部と、が重なり、且つ、全ての該研削砥石の軌跡が一体となるように配列され、
   該複数の研削砥石は、該ホイール基台の径方向の外側から内側に向かって順に配列された複数の第１の研削砥石と、該ホイール基台の径方向の外側から内側に向かって順に配列された複数の第２の研削砥石と、を含み、
   該ホイール基台の径方向の最も内側に配置されている該第２の研削砥石は、該ホイール基台の径方向の最も外側に配置されている該第１の研削砥石の隣に、該第１の研削砥石よりも該ホイール基台の径方向の内側に配置されていることを特徴とする研削ホイール。
2. 請求項１に記載の研削ホイールを装着した研削手段と、被加工物を保持するチャックテーブルと、を備える研削装置を用いて被加工物を研削する被加工物の研削方法であって、
   該ホイール基台の径方向において最も外側に配置されている研削砥石の軌跡が、該被加工物の中心を通るように該研削ホイールと被加工物との位置を合わせて研削を実施することを特徴とする被加工物の研削方法。
3. 被加工物は、サファイア基板又はＳｉＣ基板であることを特徴とする請求項２に記載の被加工物の研削方法。

Images