磨削磨轮和磨削装置的制作方法

本发明涉及对晶片进行磨削的磨削磨轮和磨削装置。

背景技术：

以往，作为磨削装置，公知有一边使磨削磨具振动一边对晶片进行磨削的磨削装置(例如，参照专利文献1)。专利文献1所记载的磨削装置通过向磨削磨具传递超声波振动，而使磨削磨具的磨粒对于磨削困难的晶片的咬合良好。另外，由于通过超声波振动使磨削负荷变少，从而防止磨削磨具的钝化等而使磨削磨具的寿命延长。通常，在这种磨削装置中，如下进行磨削：在磨削开始时，使磨削进给较快，当晶片的厚度接近目标的完工厚度时，使磨削进给减慢，从而不会在晶片上残留损伤。

专利文献1：日本特开2015-013321号公报

但是，在刚开始磨削之后由于磨削进给较快，磨削磨具对晶片的接触力强、磨削负荷变大。磨削磨具的振动会被晶片抑制，因此尽管向磨削磨具传递超声波振动，但是产生堵塞或钝化而无法进行良好的磨削。另一方面，在要结束磨削之前由于磨削进给变慢，磨削磨具对晶片的接触力弱、磨削负荷变小，但会因磨削磨具的振动使晶片被无益地切削。这样，存在下述问题：无法根据磨削状况对晶片进行适当地磨削。

技术实现要素：

由此，本发明的目的在于提供磨削磨轮和磨削装置，其通过对磨削磨具适当地传递超声波振动，能够对晶片进行良好地磨削。

根据本发明的一个方式，提供磨削磨轮，其对呈环状配设的多个磨削磨具传递超声波振动而对保持工作台所保持的晶片进行磨削，其中，该磨削磨轮具有：第一圆环板，其具有安装于磨削装置的安装座上的环状的被安装面；筒体，其从该第一圆环板的外周垂下；第二圆环板，其与该筒体的下端连结并且在中央具有开口；多个磨削磨具，它们呈环状配设在该第二圆环板的下表面上；环状的超声波振荡部，其在该第二圆环板的上表面上配设成围绕该开口；以及超声波接收部，其配设在该第二圆环板的上表面上，接收从该超声波振荡部传递至该磨削磨具的超声波振动。

根据该结构，一边从超声波振荡部经由第二圆环板向磨削磨具传递超声波振动而使磨削磨具的磨削面振动一边对保持工作台上的晶片进行磨削。此时，当超声波振动从超声波振荡部传递至第二圆环板时，根据配设在第二圆环板上的磨削磨具的磨削状况来改变超声波接收部所接收的超声波振动的振幅量。即，当磨削磨具对晶片的接触力较强时，振幅量变小，当磨削磨具对晶片的接触力较弱时，振幅量变大。由此，通过超声波接收部对传递至磨削磨具的超声波振动进行接收，能够适当调节超声波振荡部的超声波振动的振幅量。

根据本发明的其他方式，提供磨削装置，其中，该磨削装置具有：保持工作台，其利用保持面对晶片进行保持；磨削单元，其对该保持工作台所保持的晶片进行磨削，具有供磨削磨轮能够旋转地安装的安装座；以及磨削进给单元，其相对于该保持面在垂直方向上对该磨削单元进行磨削进给，该磨削磨轮包含：第一圆环板，其具有安装于磨削装置的该安装座上的环状的被安装面；筒体，其从该第一圆环板的外周垂下；第二圆环板，其与该筒体的另一端连结并且在中央具有开口；多个磨削磨具，它们呈环状配设在该第二圆环板的下表面上；环状的超声波振荡部，其在该第二圆环板的上表面上配设成围绕该开口；以及超声波接收部，其配设在该第二圆环板的上表面上，接收从该超声波振荡部传递至该磨削磨具的超声波振动，磨削装置还具有：高频电源，其向该磨削磨轮的该超声波振荡部提供高频电力；以及控制部，该超声波接收部接收该超声波振荡部振荡出的超声波振动传递至该磨削磨具的振幅量，该控制部根据所接收的该振幅量对从该高频电源提供的电力进行控制。

根据本发明，通过根据磨削中的磨削磨具的振动状态来调整超声波振动的振幅量，能够对晶片进行良好地磨削。

附图说明

图1是本实施方式的磨削装置的立体图。

图2是本实施方式的磨削构件的分解立体图。

图3是本实施方式的磨削构件的示意剖视图。

图4的(a)、(b)是示出本实施方式的磨削装置的磨削动作的一例的剖视图。

图5是变形例的磨削构件的示意剖视图。

标号说明

1：磨削装置；20：保持工作台；21：保持面；30：磨削进给构件；40：磨削构件；45：安装座；50：磨削磨轮；51：磨轮基台；52：磨削磨具；53：第一圆环板；54：被安装面；55：筒体；56：第二圆环板；57：第二圆环板的开口；58：超声波振荡部；59：超声波接收部；65：高频电源；66：控制部；w：晶片。

具体实施方式

以下，参照附图对本实施方式的磨削装置进行说明。图1是本实施方式的磨削装置的立体图。磨削装置不限于图1所示那样的磨削加工专用的装置结构，例如也可以组装至全自动实施磨削加工、研磨加工、清洗加工等一系列加工的全自动型的加工装置中。

如图1所示，磨削装置1构成为使用呈环状排列有多个磨削磨具52的磨削磨轮50对保持工作台20所保持的晶片w进行超声波磨削。晶片w在粘贴有保护带t的状态下被搬入磨削装置1，隔着保护带t而保持于保持工作台20。另外，晶片w只要是作为磨削对象的板状部件即可，可以是硅、砷化镓等半导体晶片，也可以是陶瓷、玻璃、蓝宝石等光器件晶片，也可以是器件图案形成前的原切割(as-slice)晶片。

在磨削装置1的基台10的上表面上形成有沿x轴方向延伸的长方形状的开口，该开口被能够与保持工作台20一起移动的移动板11和波纹状的防水罩12覆盖。在防水罩12的下方设置有使保持工作台20沿x轴方向移动的滚珠丝杠式的进退构件(未图示)。保持工作台20构成为与旋转构件(未图示)连结，能够通过旋转构件的驱动而旋转。另外，在保持工作台20的上表面上形成有保持面21，该保持面21通过多孔质的多孔材料对晶片w进行吸引保持。

在基台10上的柱15上设置有磨削进给构件30，其对磨削构件(磨削单元)40相对于保持工作台20的保持面21在垂直方向(z轴方向)上进行磨削进给。磨削进给构件30具有：配置在柱15上的与z轴方向平行的一对导轨31；和以能够滑动的方式设置在一对导轨31上的电动机驱动的z轴工作台32。在z轴工作台32的背面侧形成有未图示的螺母部，滚珠丝杠33与这些螺母部螺合。利用与滚珠丝杠33的一端部连结的驱动电动机34对滚珠丝杠33进行旋转驱动，从而磨削构件40沿着导轨31在z轴方向上移动。

磨削构件40构成为借助壳体41而安装在z轴工作台32的前表面上，利用主轴单元42使磨削磨轮50绕中心轴旋转。主轴单元42是所谓的空气主轴，在外壳43的内侧借助高压空气以能够旋转的方式对主轴44进行支承。在主轴44的前端连接有安装座45，在安装座45上安装有呈环状配设有多个磨削磨具52的磨削磨轮50。磨削磨具52是利用金属结合剂或树脂结合剂等结合剂对金刚石磨粒进行固定而形成的。

磨削构件40的高度位置通过直线标尺70进行测量。直线标尺70利用设置在z轴工作台32上的读取部71对设置在导轨31的正面上的标尺部72的刻度进行读取，从而对磨削构件40的高度位置进行测量。另外，在磨削装置1上设置有对装置各部进行综合控制的控制部66。控制部66由执行各种处理的处理器、存储器等构成。存储器根据用途由rom(readonlymemory，只读存储器)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)等一个或多个存储介质构成。

另外，在磨削构件40上设置有使磨削磨轮50产生超声波振动的超声波振荡部58(参照图2)，从高频电源65向超声波振荡部58提供高频电力。在这样构成的磨削装置1中，一边将磨削磨轮50所产生的超声波振动传递至磨削磨具52而使磨削磨具52的磨削面振动一边对晶片w进行按压而磨削，从而将晶片w薄化至目标的完工厚度。此时，如下进行控制，在刚开始磨削之后，使磨削进给速度较快，在即将达到完工厚度之前，使磨削进给速度变慢，从而不会在磨削后的晶片w上残留损伤。

然而，在由通常的磨削装置进行的对晶片w的磨削加工中，由于刚开始磨削之后的磨削进给较快，被传递了超声波振动的磨削磨具对晶片w强力地按压。当磨削磨具对晶片w的接触力变强时，磨削磨具的振动被晶片w抑制，因此在磨削磨具的磨削面上产生钝化等而无法充分得到超声波磨削的效果。因此，优选在磨削构件的磨削进给较快的刚开始磨削之后，将高频电压的输出调节得较高，以使得磨削磨具的振动的振幅量变大。

另一方面，由于在即将结束磨削之前磨削进给较慢，磨削磨具对晶片w的接触力变弱。当以与刚开始磨削之后相同的振幅量使磨削磨具振动时，晶片w被磨削磨具过度切削，会残留损伤。因此，优选在磨削进给速度较慢的即将结束磨削之前，将高频电压的输出调整得较低，以使得磨削磨具的振幅量变小。在该情况下，能够通过实验得出根据磨削进给速度的高频电压的适当输出条件，但必须重复多次实验，较麻烦。

因此，在本实施方式的磨削装置1中，在晶片w的磨削中对磨削磨具52的振动的振幅量进行检测而调整高频电源65的输出，以使得磨削磨具52的振动的振幅量接近目标的振幅量。由此，即使由于磨削构件40的磨削进给速度导致磨削磨具52对晶片w的接触力情况发生改变，也能够根据磨削进给速度来调节高频电源65的输出，能够以适当的振幅量使磨削磨具52持续振动。由此，能够从磨削开始到磨削结束利用磨削磨具52对晶片w进行良好地超声波磨削。

以下，参照图2和图3对本实施方式的磨削磨轮进行说明。图2是本实施方式的磨削构件的立体图。图3是本实施方式的磨削构件的剖视示意图。另外，在图2和图3中，为了便于说明，将外壳从主轴省略而进行记载。

如图2和图3所示，磨削磨轮50构成为在磨轮基台51的下表面上呈环状配设多个磨削磨具52，从设置在磨轮基台51的超声波振荡部58向磨削磨具52传递超声波振动。磨轮基台51的上壁为第一圆环板53，其呈环状形成，第一圆环板53的上表面作为对磨削装置1(参照图1)的安装座45进行安装的被安装面54。在第一圆环板53的被安装面54上开设有多个螺纹孔61，插入安装座45的贯穿插入孔46中的螺栓47的前端与螺纹孔61螺合，从而将磨削磨轮50固定在安装座45上。

磨轮基台51的侧壁为从第一圆环板53的外周垂下的筒体55，其呈圆筒状形成，磨轮基台51的底壁为与筒体55的下端连结的第二圆环板56，其呈环状形成。在第二圆环板56的下表面上呈环状配设有多个磨削磨具52，在第二圆环板56的上表面上围绕中央的开口57而设置有环状的超声波振荡部58。另外，在第二圆环板56的上表面上，在超声波振荡部58的径向外侧设置有圆形状的超声波接收部59，该超声波接收部59在第二圆环板56上接收从超声波振荡部58传递至磨削磨具52的超声波振动。

在主轴44的轴心形成有贯通孔48，在贯通孔48内配设有高频电源65和控制部66的布线。在贯通孔48的下端侧分别配设有高频电源65和控制部66的连接器67、68，在高频电源65的连接器67上连接有超声波振荡部58的连接器62，在控制部66的连接器68上连接有超声波接收部59的连接器63。由此，从高频电源65向超声波振荡部58提供高频电力，并且相当于超声波接收部59所接收的超声波振动的振幅量的电信号输出至控制部66。

超声波振荡部58由压电元件等超声波振子构成，根据来自高频电源65的高频电压在径向上伸缩而振动。通过反复进行该超声波振荡部58的径向的伸缩，超声波振动从超声波振荡部58经由第二圆环板56而传递至磨削磨具52。超声波接收部59由与超声波振荡部58同样的压电元件等超声波振子构成，将第二圆环板56的超声波振动转换成电信号(电压)而输出至控制部66。控制部66根据超声波接收部59所接收的超声波振动的振幅量，对高频电源65的输出进行控制。

在该情况下，在磨削磨具52的振动的振幅量变小的刚开始磨削之后，将高频电源65的输出控制得较高，在磨削磨具52的振动的振幅量变大的即将结束磨削之前，将高频电源65的输出控制得较低。由此，无论磨削磨具52对晶片w的接触力情况如何，都能够将磨削磨具52的振动的振幅量持续维持在适当的大小，同时能够从磨削开始到磨削结束对晶片w进行良好地磨削。另外，晶片w的磨削也产生振动，但由于其频率与传递至磨削磨具52的超声波振动明显不同，因此能够在控制部66中进行分离。

参照图4，对磨削动作进行说明。图4是示出本实施方式的磨削装置的磨削动作的一例的图。另外，图4的(a)示出刚开始磨削之后的一例，图4的(b)示出即将结束磨削之前的一例。

如图4的(a)所示，在保持工作台20上载置晶片w，通过保持工作台20的保持面21的吸引力对晶片w进行保持。另外，保持工作台20定位在磨削构件40的下方，保持工作台20旋转并且磨削构件40的磨削磨轮50高速旋转。另外，从高频电源65向超声波振荡部58提供高频电压，超声波振荡部58的超声波振动经由第二圆环板56而传递至磨削磨具52。并且，磨削磨轮50的磨削磨具52与晶片w抵靠，以规定的磨削进给速度进行磨削进给。

刚开始磨削之后由于磨削构件40的磨削进给较快，磨削磨具52对晶片w强力地按压。此时，从超声波振荡部58传递至磨削磨具52的超声波振动被第二圆环板56上的超声波接收部59接收，并实时输出至控制部66。在控制部66中，使高频电源65的输出提高，以使得超声波接收部59所接收的超声波振动的振幅量接近目标的振幅量。由此，即使在磨削磨具52对晶片w的接触力较强的刚开始磨削之后，通过使磨削磨具52的振幅量接近目标的振幅量，也能够对晶片w进行良好地磨削。

如图4的(b)所示，当晶片w被磨削而接近完工厚度t时，磨削构件40的磨削进给变慢，磨削磨具52对晶片w的接触力逐渐变弱。因此，为了超声波接收部59所接收的超声波振动的振幅量不变大，通过控制部66使高频电源65的输出降低，以使得磨削磨具52的振幅量接近目标的振幅量。由此，即使在磨削磨具52对晶片w的接触力较弱的即将结束磨削之前，通过使磨削磨具52的振幅量接近目标的振幅量，也能够对晶片w进行良好地磨削。

超声波接收部59所接收的磨削磨具52的振动始终反馈给控制部66，从而调节高频电源65对超声波振荡部58的输出，因此无论磨削进给速度如何，都能够良好地对晶片w进行磨削。另外，在本实施方式中，采用了将超声波振动的振幅量控制为接近目标的振幅量的结构，但目标的振幅量也可以根据磨削进给的速度进行改变。即，磨削进给较快的刚开始磨削之后和磨削进给较慢的即将结束磨削之前的目标的振幅量也可以不同。由此，能够更加良好地对晶片w进行磨削。

如上所述，根据本实施方式的磨削装置1，一边从超声波振荡部58经由第二圆环板56向磨削磨具52传递超声波振动而使磨削磨具52的磨削面振动一边对保持工作台20上的晶片w进行磨削。此时，当超声波振动从超声波振荡部58传递至第二圆环板56时，根据配设在第二圆环板56上的磨削磨具52的磨削状况来改变超声波接收部59所接收的超声波振动的振幅量。即，当磨削磨具52对晶片w的接触力较强时，振幅量变小，当磨削磨具52对晶片w的接触力较弱时，振幅量变大。由此，通过超声波接收部59对传递至磨削磨具52的超声波振动进行接收，从而能够对超声波振荡部58的超声波振动的振幅量进行适当地调节，能够对晶片w进行良好地磨削。

另外，在本实施方式中，采用了在第二圆环板56上在环状的超声波振荡部58的径向外侧配设超声波接收部59的结构，但不限于该结构。超声波接收部只要配设在能够对从超声波振荡部传递至磨削磨具的超声波振动进行接收的位置即可，例如，也可以是如图5所示的变形例的磨削磨轮80那样，在第二圆环板81上在环状的超声波振荡部82的径向内侧配设超声波接收部83。在该情况下，在第二圆环板81的中央形成有开口84，第二圆环板81的内周缘成为自由端，因此与超声波振荡部82的外侧相比，内侧更容易发生振动。由此，通过将超声波接收部83配设在超声波振荡部82的径向内侧，能够提高超声波接收部83的接收灵敏度。

在本实施方式中，超声波振荡部58由呈环状形成的压电元件构成，但不限于该结构。超声波振荡部也可以由按照能够视为环状的程度隔开间隙而呈环状排列的多个压电元件构成。另外，超声波振荡部58只要能够振荡出超声波振动，则不限于压电元件。

在本实施方式中，采用了超声波振荡部58按照沿径向伸缩的方式进行超声波振动的结构，但不限于该结构。也可以采用超声波振荡部58按照沿厚度方向进行收缩的方式进行超声波振动的结构。

在本实施方式中，超声波接收部59由呈圆形状形成的压电元件构成，但不限于该结构。超声波接收部只要是能够对超声波振动进行接收的形状，则对于外形没有特别限定。另外，超声波接收部只要能够对超声波振动进行接收，则不限于压电元件。

在本实施方式中，作为磨削进给构件(磨削进给单元)30，以滚珠丝杠式的移动机构为例进行了说明，但不限于该结构。磨削进给构件只要能够相对于保持工作台的保持面在垂直方向上对磨削构件进行磨削进给即可，例如也可以由直线电动机式的移动机构或齿条齿轮式的移动机构构成。

另外，对本实施方式和变形例进行了说明，但作为本发明的其他实施方式，也可以是对上述实施方式和变形例进行整体或部分地组合。

另外，本发明的实施方式和变形例并不限于上述的实施方式，可以在不脱离本发明的技术思想的主旨的范围内进行各种变更、置换、变形。另外，若通过技术进步或衍生的其他技术能够以其他方式实现本发明的技术思想，则也可以使用该方法来实施。因此，权利要求书涵盖了能够包含在本发明的技术思想的范围内的所有实施方式。

另外，在本实施方式中，对将本发明应用于磨削装置的结构进行了说明，但也可以应用于利用超声波振动对晶片进行加工的其他加工装置。

如以上说明，本发明具有如下的效果：通过对磨削磨具适当地传递超声波振动，能够对晶片进行良好地磨削，特别是对于蓝宝石、碳化硅等硬质晶片的磨削中所使用的磨削磨轮和磨削装置是有用的。