JP6350384B2 - 研削用砥石 - Google Patents

Description

本発明は、研削装置に装着して使用される研削用砥石に関する。

従来、半導体ウェーハなどの円板状のワークの精密加工において、同時に両面を研削する両頭研削といわれる研削方法がある。一般的に、両頭研削では、研削用砥石としてカップ型ホイールのものが用いられており、外周に砥石チップを複数有している。

この研削用砥石を用いた研削加工では、ワークを研削すると砥石チップが摩耗し、研削用砥石の交換が必要となる。このため、コスト増大を抑制する観点から、研削用砥石の寿命を延ばしたいという要望がある。

特開平１１−１５６７２８ 特開平９−２４８７６９ 特開２００９−２７９７４２

研削用砥石の寿命を延ばす方法として、砥石チップの寸法を高くすることが考えられる。しかし、特許文献１にあるような一般的な角柱の砥石チップの高さ寸法を単純に高くするだけでは、ワークを研削する際の曲げ応力に耐えられず砥石チップが破損してしまう。

そこで、砥石チップの高さ寸法が高い状態での破損を防ぐため、研削用砥石の回転方向に対して略平行に長辺をもった砥石形状にすることが考えられる。

また、回転方向に対して略平行に長辺をもった砥石の形状としては直方体に成型することが考えられる。しかしながら、直方体の砥石チップは、高さ方向から見て内角９０°の稜部（すなわち、直方体の砥石チップにおいて、長方形の研削面に隣接する４つの側面同士の間の４つの稜部）がワーク中心に対して垂直に切り込み、かつ、回転方向に対する移動負荷が大きくなるため、ワーク中心部が激しく損傷し易く、ワーク中心付近の形状コントロールが困難である。

そこで、目的は異なるが、特許文献２や特許文献３にあるように、砥石チップの形状を正六角形にすることや、砥石チップの端を半円柱状にすることで、損傷を抑えることができるようになると考えられるが、回転方向に対して略平行に長辺をもてないことや成型が複雑になる問題がある。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、研削時に破損せず、簡単な成型でワーク中心部への過度な切り込みによるワークの激しい損傷を抑えることが可能な研削用砥石を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、円環状台金の外周にビトリファイドボンド砥石チップが複数配置されており、前記円環状台金を回転させながら前記砥石チップでワークを研削する研削用砥石であって、前記ビトリファイドボンド砥石チップは、前記円環状台金の反対側に位置して前記ワークを研削する長方形の研削面と該研削面に隣接する４つの側面を有する直方体において、前記側面同士間の４つの稜部がＣ面取りされているものであり、前記研削面の長辺が前記円環状台金の外周に沿うようにして配置されており、前記４つの稜部は、前記研削面の短辺の長さの１／５以上の範囲がＣ面取りされているものであることを特徴とする研削用砥石を提供する。

上記のような研削用砥石であれば、たとえビトリファイドボンド砥石チップ（以下、単に砥石チップともいう）の高さ（Ｃ面取りされている稜部の長さ）を高くしたとしても、研削時に破損するのを防ぐことができる。したがって、砥石チップの高さを高くして研削用砥石の寿命を延ばすことができる。
また、簡単な成型で、ワーク研削時のワーク中心部への過度な切り込みによるワークの激しい損傷を極めて効果的に抑えることが可能である。

このとき、前記研削面の長辺の長さは、前記Ｃ面取りされている稜部の長さの１／２以上のものとすることができる。

このようなものであれば、たとえ砥石チップの高さの寸法を高くしても、ワーク研削時の曲げ応力による砥石チップの破損をより効果的に防ぐことができる。

また、前記研削用砥石は、両頭研削用のものとすることができる。

本発明の研削用砥石は両頭研削に好適である。

以上のように、本発明によれば、たとえ砥石チップの高さの寸法を高くしたとしても、研削時に破損するのを防ぐことができるので、砥石チップの高さを高くして研削用砥石の寿命を延ばすことができる。また、簡単な成型でワーク中心部への過度な切り込みによるワークの激しい損傷を極めて効果的に抑えることが可能である。

本発明の研削用砥石の一例を示す正面図である。 本発明の研削用砥石の一例を示す側面図である。 面取りされた稜部の一例を示す説明図である（実施例１）。 面取りされた稜部の他の一例を示す説明図である（実施例２）。 両頭研削装置の一例を示す説明図である。 比較例１で用いた砥石チップにおける稜部を示す説明図である。 比較例２で用いた砥石チップにおける稜部を示す説明図である。 実施例１のＷａｒｐ形状の測定結果を示すグラフである。 実施例２のＷａｒｐ形状の測定結果を示すグラフである。 比較例１のＷａｒｐ形状の測定結果を示すグラフである。 比較例２のＷａｒｐ形状の測定結果を示すグラフである。 実施例１、２、比較例１、２の研削前後でのＢｏｗの平均変化量を示すグラフである。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述したように、研削用砥石の寿命を延ばす方法として、砥石チップの高さ寸法を高くすることが考えられるが、単純に高くすると砥石が破損することや、直方体に成型すると研削対象のワークの中心部が激しく損傷するという問題が見られた。そこで、本発明者は、研削用の砥石チップの形状および円環状台金への配置に着目し、種々実験を行った。

その結果、前述したように、直方体の砥石チップにおいて、その長方形の研削面の長辺が、円環状台金の外周に沿うようにして（すなわち、研削用砥石の回転方向に対して略平行になるように）配置することで、研削時の砥石チップの破損を防ぐことができる。
また、直方体の砥石チップの場合、高さ方向から見て内角９０°の稜部（すなわち、直方体の砥石チップにおいて、長方形の研削面に隣接する４つの側面同士の間の４つの稜部）がワーク中心に対して垂直に切り込む、かつ、回転方向に対する移動負荷が大きくなるため、ワークの中心部が激しく損傷し易くなるが、さらに実験を重ね、それらの稜部を、長方形の研削面の短辺の１／５以上の範囲でＣ面取りすることで、上記のワーク中心部の激しい損傷を抑えられることを見出し、本発明を完成させた。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の研削用砥石の一例を示す。研削対象のワークと接する側から見た正面図である。また、図２は側面図である。本発明の研削用砥石１は、円環状台金（以下、単に台金ともいう）２と、複数のビトリファイドボンド砥石チップ３とを備えている。
台金２は砥石チップ３を配置することができ、研削時にモーター等により回転させることができるものであれば良い。なお、回転方向をＲで示している。

また、各々の砥石チップ３の形状は直方体の一部が面取り加工されたものとなっている。図１、２では簡略化して面取りされている状態を省略して描いている。
この砥石チップ３の形状についてより具体的に説明する。まず、台金２に固定される側とは反対の位置に長方形の研削面４を有しており、また該研削面４に隣接する４つの長方形の側面５を有している。これらの４つの側面５の、隣り合う側面同士間の稜部がＣ面取りされている。

なお、ここでいう砥石チップ３の直方体、長方形の研削面４とは、それぞれ面取り加工前の状態の砥石チップ３や研削面４の形状を意味する。さらには、ここでいう長方形の研削面４の長辺および短辺とは、同様に面取り加工前の長方形の状態での長辺および短辺を意味する。

ここで、Ｃ面取りされた稜部の一例を図３、４に示す。図３、４は研削面４の側から見た砥石チップ３である。どちらも４つの稜部６がＣ面取りされているものである。
面取り量に関して本発明では、１つの稜部あたり、長方形の研削面４の短辺７の長さ（図３の実線の矢印参照）の１／５以上の範囲でＣ面取りされていればよく、特に限定されない。図３は、１つの稜部あたり、短辺７の長さの１／５がＣ面取りされている例であり、研削面４が八角形になっている。一方、図４は、１つの稜部あたり、短辺７の長さの１／２でＣ面取りされている例であり、六角形になっている。

上記のようにＣ面取りされているので、ワーク研削時においてワークの中心部を過度に切り込んでしまうこともなく、ワーク中心部が激しく損傷するのを防ぐことができる。しかも面取りするだけで良いので、成型も簡単である。
一方、面取り量が短辺７の長さの１／５未満であると、上記の過度な切り込みを効果的に防ぐことができず、ワークに損傷が生じてしまう。

また、本発明ではこの直方体の砥石チップ３の配置にも工夫がされている。複数の砥石チップ３は台金２の外周に沿って配置されている。配置数は特に限定されず、適宜決定することができる。このとき、研削面４の長辺８が台金２の外周に沿うようにして配置されている。すなわち、上記長辺８が研削用砥石１の回転方向に対して略平行になるように配置されているので、ワークを研削する際の曲げ応力に耐えることができ、砥石チップ３が破損するのを効果的に防ぐことができる。

従来品では、研削用砥石の寿命を延ばすために砥石チップの高さを高くすると上記曲げ応力のために破損してしまっていた。しかしながら、本発明では配置の仕方が工夫されており上記曲げ応力への耐性があるため、破損を防ぎつつ、砥石チップ３の高さを高くすることができ、研削用砥石１の寿命を延ばすことも可能になる。なお、砥石チップ３の高さ９とは、図２に示すようにＣ面取りされている稜部の長さをいう。

また、上記のような破損を防止するにあたって、研削面４の長辺８の長さ（図３の点線の矢印参照）が、砥石チップ３の高さ９の１／２以上であるとより効果的である。砥石チップ３の高さに対して研削面４の長辺８の長さが長いほど上記曲げ応力への耐性が高くなり好ましい。

次に、本発明の研削用砥石１を備えた研削装置について説明する。ここでは両頭研削装置について説明するが、本発明の研削用砥石１は両頭研削装置用のものに限定されない。研削用砥石１自体を回転させながら砥石チップ３でワークを研削することができるものであれば良く、どのような研削装置にも用いることができる。

図５に両頭研削装置１０の一例を示す。両頭研削装置１０は、主に、一対の研削用砥石１、ワーク１１の径方向に沿って外周側から保持する自転可能なキャリア１２と、該キャリア１２を取り付けたホルダー部１３を具備するものである。
キャリア１２およびホルダー部１３を自転させてワーク１１を自転させつつ、一対の研削用砥石１を回転させることにより、ワーク１１の両面を同時に研削することができる。本発明の研削用砥石１を用いることで、砥石チップ３が破損することもなく、かつ、ワーク１１の中心部が激しく損傷することもなく品質高く研削することができる。

以下、実施例及び比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１、２、比較例１、２）
図５に示すような、ワークの両頭研削装置１０を用いて、直径３００ｍｍのシリコンウェーハの両頭研削を行った。このシリコンウェーハは、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で製造されたインゴットから、切り出されたものである。

まず、図３に示す、Ｃ面取りの領域を研削面の短辺の１／５にした形状のビトリファイドボンド砥石チップを複数配置した研削用砥石を、図５に示すような両頭研削装置１０に備え付け、シリコンウェーハを５枚研削した（実施例１）。
次に、図４に示す、Ｃ面取りの領域を研削面の短辺の１／２にした形状のビトリファイドボンド砥石チップを複数配置した研削用砥石を、図５に示すような両頭研削装置１０に備え付け、シリコンウェーハを５枚研削した（実施例２）。
次に、図６に示す、面取りしていないビトリファイドボンド砥石チップを複数配置した研削用砥石を、図５に示すものと同様の両頭研削装置に備え付け、シリコンウェーハを５枚研削した（比較例１）。
最後に、図７に示す、Ｃ面取りの領域を研削面の短辺の１／８にした形状のビトリファイドボンド砥石チップを複数配置した研削用砥石を、図５に示すものと同様の両頭研削装置に備え付け、シリコンウェーハを５枚研削した（比較例２）。

上記説明した実施例１、２、比較例１、２の砥石チップの形状は、いずれも高さは１０ｍｍ、回転方向に略平行な長辺の長さは５ｍｍ、短辺の長さは３ｍｍである。
研削時において、実施例１、２、比較例１、２のいずれも砥石チップが破損することはなかった。

なお、実施例１、２、比較例１、２とは別に、高さ１０ｍｍ、一辺が３ｍｍの角柱形の砥石チップ（すなわち、研削面の各辺が同じ長さであり、辺の長さに差がないもの）についても評価を行った（比較例３）。
しかしながら、この比較例３では、いずれも破損してしまい、シリコンウェーハの研削には至らなかった。

研削したシリコンウェーハの評価としては、研削後のシリコンウェーハのＷａｒｐ形状や研削前後のＢｏｗ（反りの大きさ、向き）の変化量（ΔＢｏｗ）を指標とすることができる。
研削後の中心部（半径約５０ｍｍの範囲）のＷａｒｐ形状が急激な凸や凹形状をしている場合、表裏面のどちらかで激しい損傷が起きており、それに付随する残留応力のバランスが表裏面で崩れていることがわかる。
また、ΔＢｏｗにより、研削による表裏面の損傷やそれに付随する残留応力のバランスを数値として評価できる。表裏面の損傷やそれらに付随する残留応力が表裏面で等しいほど、ΔＢｏｗは０に近づく。
Ｗａｒｐ形状やＢｏｗの測定には、ＳＢＷ−３３０（株式会社コベルコ科研製）を使用した。
なお、ΔＢｏｗとしては、−５μｍ以上＋５μｍ以下であることが好ましい。

図８−１１に、実施例１、２、比較例１、２の砥石チップの形状でそれぞれシリコンウェーハを研削した後のＷａｒｐ形状を示す。
実施例１、２では、中心部の急激なＷａｒｐ形状の変化は見られないが、比較例１、２では中心部で急激な凸化が見られ、表裏面のどちらかで激しい損傷が起き、残留応力のバランスが表裏面で崩れていることがわかる。

図１２に、実施例１、２、比較例１、２の砥石チップ形状でそれぞれシリコンウェーハを５枚研削した場合の、研削前後でのＢｏｗの平均変化量を示す。
エラーバーは偏差を示している。実施例１は、ΔＢｏｗ＝０．１７μｍ、実施例２は、ΔＢｏｗ＝０．５７μｍであり、どちらも良好であった。一方、比較例１は、ΔＢｏｗ＝５．３９μｍ、比較例２は、ΔＢｏｗ＝５．１０μｍで、残留応力のバランスが表裏面で崩れていることがわかる。

以上の結果から、砥石チップ形状に関して、本発明を実施した実施例１、２のようにＣ面取りの領域を長方形の研削面の短辺の１／５以上にすることで、ウエーハ面中心部での激しい損傷を抑えられることが分かる。一方で本発明を実施していない比較例１、２ではウエーハ面の中心部で激しい損傷が生じてＷａｒｐ形状やＢｏｗに悪影響が生じてしまっている。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…本発明の研削用砥石、 ２…円環状台金、
３…ビトリファイドボンド砥石チップ、 ４…研削面、 ５…側面、
６…稜部、 ７…研削面の短辺、 ８…研削面の長辺、
９…砥石チップの高さ、 １０…両頭研削装置、 １１…ワーク、
１２…キャリア、 １３…ホルダー部、 Ｒ…回転方向。

Claims (3)

1. 円環状台金の外周にビトリファイドボンド砥石チップが複数配置されており、前記円環状台金を回転させながら前記砥石チップでワークを研削する研削用砥石であって、
   前記ビトリファイドボンド砥石チップは、
   前記円環状台金の反対側に位置して前記ワークを研削する長方形の研削面と該研削面に隣接する４つの側面を有する直方体において、前記側面同士間の４つの稜部がＣ面取りされているものであり、
   前記研削面の長辺が前記円環状台金の外周に沿うようにして配置されており、
   前記４つの稜部は、前記研削面の短辺の長さの１／５以上の範囲がＣ面取りされているものであることを特徴とする研削用砥石。
2. 前記研削面の長辺の長さは、前記Ｃ面取りされている稜部の長さの１／２以上であることを特徴とする請求項１に記載の研削用砥石。
3. 前記研削用砥石は、両頭研削用のものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研削用砥石。

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