JPH11207634A - カップ型砥石およびウェーハの平面研削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い精度を以てウェーハの平面研削を行うこ
とができ、しかも製造が容易なカップ型砥石を提供す
る。 【解決手段】 カップ型台金１１の軸線方向の一端面
に、ウェーハＷに当接する複数の砥粒層セグメント１
２，１４を、台金軸線を中心とする円周に沿って周方向
に間隔を空けた状態で配列したカップ型砥石１０であ
る。一部の砥粒層セグメント１４は、台金周方向両端部
に比して周方向中央部が半径方向内方または外方へ突出
した形状をなしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種平面研削に使
用されるカップ型砥石に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カップ型砥石は、カップ型台金の軸線方
向端面に、湾曲した長方形状の砥粒層セグメントを、台
金軸線を中心とする円周に沿って多数並べて固定したも
のであり、各種の平面研削に使用される。

【０００３】この種の平面研削の中でも、特に高い平面
精度が要求されるのはウェーハの平面研削である。一般
的なウェーハの平面研削では、図６および図７に示すよ
うに下定盤１上にウェーハＷを平行かつ同軸に固定し、
下定盤１を軸線回りに回転させる。一方、カップ型砥石
２の砥粒層セグメント４の下端面をウェーハＷの上面に
平行に当接させながら、カップ型砥石２をその軸線回り
に回転させることにより、ウェーハＷの上面を平面研削
する。カップ型砥石２は、カップ型台金３の下端面に真
円に沿って多数の砥粒層セグメント４を固定したもので
ある。研削に際し、砥粒層セグメント４はほぼウェーハ
Ｗの中心上を通過するように位置決めされ、ウェーハＷ
の中心部も削り残すことがないように配慮される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の方法に
よると、砥粒層セグメント４の外周側および内周側のエ
ッジにおいてウェーハ研削量が大きくなるので、これら
内外縁部分において砥粒層セグメント４の摩耗速度が相
対的に大きくならざるを得ない。したがって、時間経過
につれて砥粒層セグメント４の内外縁部分に形状ダレが
生じ、特に、ウェーハＷの中心に僅かな突起が形成さ
れ、この突起によってウェーハの平面精度が悪化すると
いう問題があった。同様の問題は他の被削材、他の形式
の平面研削においても発生しえるものである。

【０００５】そこで、例えば実公平７−５９８３号公報
には、砥粒層セグメントの配列を完全な真円ではなく、
部分的に内または外へ偏心した歪んだ円形状にする発明
が開示されている。この発明によれば、砥石回転につれ
て、砥粒層セグメントが砥石半径方向の内外に揺動する
ため、この揺動につれてウェーハ中心部の突起の発生を
防止することが可能である。しかし、実公平７−５９８
３号公報に記載された発明においては、砥粒層セグメン
トを複雑な曲線に沿って配列させ、しかも砥石全体の重
心を砥石軸線と合致させなければならないため、実際に
は製造が難しくコストがかかるという問題があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、高い精度を以て平面研削を行うことができ、しか
も製造が容易なカップ型砥石を提供することを課題とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るカップ型砥石は、カップ型台金の軸線
方向の一端面に、被削材に当接する複数の砥粒部を、台
金軸線を中心とする円周に沿って配列したカップ型砥石
であって、前記砥粒部の少なくとも一部は、その周方向
両端部に比して周方向中央部が半径方向内方または外方
へ突出した形状をなしていることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係るウェーハの平面研削方
法は、本発明に係るカップ型砥石をその軸線回りに回転
させ、ウェーハの研削すべき面に、前記カップ型砥石の
前記砥粒部を平行に当接させ、さらに前記ウェーハをそ
の中心軸線回りに回転させることを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るカップ型砥
石の一実施形態を下から見た図であり、このカップ型砥
石１０は、カップ型台金１１の軸線方向の一端面に、複
数の砥粒層セグメント（砥粒部）１２，１４を、台金軸
線を中心とする円周に沿って周方向に間隔を空けた状態
で配列したものである。一部の砥粒層セグメント１４
は、その周方向両端部に比して周方向中央部が半径方向
内方または外方へ突出した形状とされており、残りの砥
粒層セグメント１２は従来形状とされている点が本発明
の主特徴である。

【００１０】台金１１の形状や材質は本発明では限定さ
れず、従来よりカップ型砥石に使用されているものであ
ればいかなる形状、材質であってもよい。台金１１は図
示しない締結手段を介して砥石軸１６に取り付け可能と
され、この砥石軸１６によって回転駆動される。

【００１１】砥粒層セグメント１２、１４は、ダイヤモ
ンドやＣＢＮなどの超砥粒、もしくはＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃
等の一般砥粒などを金属、樹脂、もしくはガラスなどの
結合材で固めてなるメタルボンド砥粒層、レジンボンド
砥粒層、ビトリファイドボンド砥粒層、または電着砥粒
層のいずれでもよい。砥粒層セグメント１２，１４は相
互に素材が異なっていてもよく、例えば変形が加えられ
ている砥粒層セグメント１４のみを、砥粒層セグメント
１２よりも摩耗しにくい、相対的に硬い砥粒層によって
形成してもよい。あるいは逆に、砥粒層セグメント１４
を、砥粒層セグメント１２よりも摩耗しやすい、相対的
に柔らかい砥粒層によって形成してもよい。

【００１２】砥粒層セグメント１２は、従来のカップ型
砥石と同様に、円弧状に湾曲した長方形状をなし、その
曲率および湾曲の向きは、砥粒層セグメント１２，１４
の配列線と一致している。砥粒層セグメント１２の幅は
限定されないが、例えばウェーハ研削用として使用する
のであれば１．５〜６ｍｍ程度であると好適である。砥
粒層セグメント１２の長さは限定されないが、ウェーハ
研削用であれば１０〜４０ｍｍ程度が好適である。さら
に、砥粒層セグメント同士の周方向における間隙は、限
定されるものではないが、ウェーハ研削用であれば１〜
３ｍｍ程度であることが好ましい。

【００１３】この実施形態における砥粒層セグメント１
４は、図３に示すように、周方向両端部の幅よりも、周
方向中央部の幅が大きい鼓状とされている。すなわち、
砥粒層セグメント１４の外周側エッジ２０は、砥粒層セ
グメント１２の外周側エッジに沿う仮想線（イ）より曲
率半径が小さい円弧状をなし、仮想線（イ）より半径方
向外方へ突出している。一方、砥粒層セグメント１４の
内周側エッジ１８は、砥粒層セグメント１２の内周側エ
ッジの仮想線（ロ）とは湾曲の向きが逆、すなわち内方
へ向けて凸の円弧状をなし、仮想線（ロ）より半径方向
内方へ突出している。

【００１４】仮想線（イ）からの外周側エッジ２０の離
間量（突出量）Ｄ１は、本発明では限定はされないが、
ウェーハ研削用等であれば０．２〜２ｍｍであることが
好ましく、さらに好ましくは０．５〜１ｍｍとされる。
また、仮想線（ロ）からの内周側エッジ１８の離間量
（突出量）Ｄ２は、本発明では限定はされないが、０．
２〜２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．
５〜１ｍｍとされる。離間量Ｄ１、Ｄ２は互いに等しく
てもよいが、等しくなくてもよい。また、砥粒層セグメ
ント１４の中央部（最大幅部分）の幅は、砥粒層セグメ
ント１４の両端部の幅（＝セグメント１２の幅）の１．
２〜２倍であることが望ましい。

【００１５】砥粒層セグメント１４の台金周方向の長さ
は、限定されるものではないが、この実施形態では、砥
粒層セグメント１２と略等しくされている。そのほうが
製造容易だからである。しかし、砥粒層セグメント１４
は砥粒層セグメント１２より短くても、長くても構わな
い。長い場合には、同じ突出量Ｄ１、Ｄ２を確保する場
合にも、内周側エッジ１８および外周側エッジ２０の曲
率が緩やかになるため、研削中にこれらエッジ１８，２
０が受ける研削抵抗が小さくなる。

【００１６】外周側エッジ２０および内周側エッジ１８
の各最大突出点は、必ずしも図示のように砥粒層セグメ
ント１４の長手方向における中心点でなくてもよく、例
えば砥石回転方向が定まっているのであれば、回転方向
後方側へずらしてもよい。外周側エッジ２０および内周
側エッジ１８の各最大突出点は、周方向において揃って
いなくてもよい。

【００１７】この実施形態では、砥粒層セグメント１４
の周方向両端のエッジ２２、２４の幅および台金半径方
向における位置が、砥粒層セグメント１２の周方向両端
のエッジの幅および台金半径方向における位置と等しく
されている。本発明はこの構成のみに限定はされない
が、エッジ２２、２４の幅が砥粒層セグメント１２の周
方向両端のエッジの幅よりも大きかったり、台金半径方
向における位置が、砥粒層セグメント１２の位置からず
れていたりすると、回転方向前方側のエッジ２２（また
は２４）が被削材に強く当たるようになる。エッジ２
２、２４の幅が砥粒層セグメント１２の周方向両端のエ
ッジの幅よりも小さすぎると、離間量Ｄ１、Ｄ２を十分
大きく確保しにくくなる。

【００１８】砥粒層セグメント１２，１４の四辺は、必
要であればいずれも面取りされていてよい。また、砥粒
層セグメント１２，１４の４つの角は、必要であれば適
宜丸められていてもよい。

【００１９】砥粒層セグメント１２，１４の総数に対す
る砥粒層セグメント１４の占める割合は、限定されるも
のではないが、一般には５〜３５％であることが好まし
く、より好ましくは７〜３０％とされる。５％よりも少
ないと、砥粒層セグメント１４の内周側エッジ１８、外
周側エッジ２０にかかる研削負担が大きくなり、これら
の摩耗速度が大きすぎて、本発明の効果が不十分となる
おそれがある。一方、３５％より大きいと、それ以上は
効果の向上が期待できずにコスト増を招く。

【００２０】砥粒層セグメント１４同士の間に配置され
る砥粒層セグメント１２の個数は一定でなくても良く、
砥石の重心さえ回転軸に一致していれば、不等間隔で配
置してもよい。

【００２１】次に、上記のカップ型砥石１０を使用した
ウェーハの平面研削方法の実施形態を説明する。この方
法ではまず、研磨すべきウェーハＷを従来通りの方法に
より下定盤１上に同軸に固定し、下定盤１をその軸線回
りに定速で回転させる。さらに、カップ型砥石１０をそ
の軸線回りに回転させながら、ウェーハＷの研削すべき
面に、砥粒層セグメント１２，１４の下端面を平行に当
接させる。

【００２２】この時、ウェーハＷとカップ型砥石１０と
の位置は、図４の通りに設定することが望ましい。この
図において斜線部分２４は、砥粒層セグメント１２によ
って研削される領域を示し、その両側の斜線部分２６
は、砥粒層セグメント１４の突出部１８，２０によって
研削される個所を示している。研削を行うとき、ウェー
ハＷの中心Ｏは、斜線部分２４に入っていることが必要
であり、より好ましくは、仮想線（イ）または仮想線
（ロ）上にウェーハＷの中心Ｏを位置させる。仮想線
（イ）上にウェーハＷの中心Ｏを位置させた場合、砥石
１０の回転につれて砥粒層セグメント１４の外側の突出
部２０のエッジによりウェーハＷの中心部が剪断的に研
削されるため、中心Ｏに突起が一層残りにくくなる。ま
た、仮想線（ロ）上にウェーハＷの中心Ｏを位置させた
場合、砥石１０の回転につれて砥粒層セグメント１４の
内側の突出部１８のエッジによりウェーハＷの中心部が
剪断的に研削されるため、やはり中心Ｏに突起が残りに
くくなる。

【００２３】上記構成からなるカップ型砥石およびウェ
ーハの平面研削方法によれば、図４に示すように、砥粒
層セグメント１２が研削を行う主研削部分２４の両側に
位置する隣接部分２６を、砥粒層セグメント１４の突出
部１８，２０によって主研削部分２４になだらかにつな
がるように研削することができるので、砥粒層セグメン
ト１２の内周側および外周側の部分が早く摩耗しすぎる
ことを防止できる。したがって、砥粒層セグメント１２
の形状ダレに起因してウェーハＷの中心Ｏに突起が生じ
ることが防止できるから、高い精度を以てウェーハＷの
平面研削を行うことが可能である。同様の効果は、ウェ
ーハＷ以外の被削材に対しても得ることが可能である。

【００２４】また、上記実施形態では、砥粒層セグメン
ト１２，１４を真円に沿って配列すればよいから、砥石
製造時にこれらの位置決めが容易であり、例えば、セグ
メント１２，１４をはめ込むために台金１１に環状溝を
形成する場合などでも、溝の形成コストが安い。砥粒層
セグメント１４は異形状ではあっても、圧粉焼結体もし
くは電着砥粒層であるから、製造コストは砥粒層セグメ
ント１２とそれほど変わらない。

【００２５】また、砥粒層セグメントの配列そのものを
歪んだ円形とする実公平７−５９８３号公報に記載され
た発明に比べ、カップ型砥石１０の角度が異なってもウ
ェーハＷに対する研削抵抗を一定にしやすいため、回転
バランスがよいという利点も有する。

【００２６】なお、上記実施形態では、両側面１８，２
０が膨らんだ鼓状の砥粒層セグメント１４を使用してい
たが、図５に示すように、片面のみが膨らんだ砥粒層セ
グメント２８，３０を使用してもよい。この実施形態で
は、外周側の側面２８Ａが外方へ突出した砥粒層セグメ
ント２８と、内周側の側面３０Ａが内方へ突出した砥粒
層セグメント３０とを使用しており、砥粒層セグメント
２８，３０をそれぞれ周方向等間隔毎に配置している。
ただし、図示の配置に限定される必要はなく、要は回転
バランスを保てるように配置しさえすればよい。

【００２７】砥粒層セグメント２８の側面２８Ａ、およ
び砥粒層セグメント３０の側面３０Ａはそれぞれ、第１
実施形態の砥粒層セグメント１４の側面と同様に形成さ
れている。砥粒層セグメント１２，２８，３０の総数の
うちに、砥粒層セグメント２８，３０がそれぞれ占める
割合も、第１実施形態における砥粒層セグメント１４の
割合と同様でよい。他の構成も、第１実施形態と同様で
よい。この第２実施形態のカップ型砥石１０を用いた研
削方法も第１実施形態と同様に行うことができ、このよ
うな第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効
果を得ることが可能である。

【００２８】

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明の効果を実証
する。図１または図５に示すような砥粒部形状をなすカ
ップ型砥石（実施例１〜８）をそれぞれ寸法や砥粒部の
配置を変えて作成し、従来のカップ型砥石（比較例）と
ともに研削試験を行ない、研削動力、ウェーハ平坦度、
ウェーハ中心部の切り残しの有無、および砥石摩耗を比
較した。

【００２９】全ての実施例および比較例に共通の寸法は
以下のとおりである。 突出部を有しない砥粒層セグメントの外周仮想線の外
径：２５０ｍｍ 砥粒層セグメントの台金半径方向への幅：３ｍｍ 砥石中の砥粒層セグメントの総数：２４個 使用した砥粒の平均粒径：６．２μｍ 砥粒層セグメント中の砥粒含有率：２５ｖｏｌ％ 結合材の組成：フェノール樹脂７５ｖｏｌ％＋ＣａＦ₂
２５ｖｏｌ％

【００３０】実施例１〜８および比較例の相違点は表１
に示すとおりにした。実施例１〜６は、図１および図３
に示すように内周側および外周側に突出する突出部１
８，２０をいずれも有する砥粒層セグメント１４を使用
したものであり、一方、実施例７、８は、図５に示すよ
うに、内周側に突出する突出部３０Ａを有する砥粒層セ
グメント３０、および外周側に突出する突出部２８Ａを
有する砥粒層セグメント２８をそれぞれ用いたものであ
る。

【００３１】

【表１】

【００３２】研削試験の条件は以下のとおりにした。 被削材：６インチ径のラッピング後のシリコンウェーハ 砥石回転数：２５００ｒｐｍ（周速約２０００ｍ／ｍｉ
ｎ） 切り込み量：８０μｍ／ｍｉｎ 取り代：２００μｍ（ウェーハ初期厚み平均６３０μ
ｍ） 使用装置：縦型平面研削盤 上記の研削条件において２５枚のウェーハを研削し、研
削動力の平均値（Ａ）、ウェーハ平坦度（ＴＴＶ）の平
均値、ウェーハ中心部での切り残しの有無、および砥石
摩耗の平均値（μｍ）を求めた。結果を表２に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】表２から明らかなように、本発明に係る実
施例１〜８では比較例に比べていずれも研削動力は若干
上昇したが、ウェーハの平坦度が改善され、中心部に切
り残しも発生せず、砥石摩耗も抑えられた。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るカッ
プ型砥石およびウェーハの平面研削方法によれば、砥粒
部による主研削部分に隣接した部分を、台金半径方向外
方または内方へ張り出した一部の砥粒部によって前記主
研削部分になだらかにつながる面となるように研削する
ことができるので、他の砥粒部の内周側または外周側の
部分が早く摩耗してウェーハ等の被削材の中心に突起が
生じることが防止できる。したがって、高い精度を以て
ウェーハ等の平面研削を行うことが可能である。また、
砥粒部の配列そのものは単純で済むので、製造が容易で
コストが安い利点も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るカップ型砥石の一実施形態を示
す平面図である。

【図２】 同実施形態を用いたウェーハの平面研削方法
の説明図である。

【図３】 同実施形態の砥粒層セグメントを示す平面図
である。

【図４】 同実施形態の作用を示す説明図である。

【図５】 本発明に係るカップ型砥石の他の実施形態を
示す平面図である。

【図６】 従来のウェーハの平面研削方法を示す側面図
である。

【図７】 従来のウェーハの平面研削方法を示す平面図
である。

【符号の説明】

１ 下定盤 Ｗ ウェーハ １０ カップ型砥石 １１ 台金 １２，１４ 砥粒層セグメント（砥粒部） １８ 内周側エッジ ２０ 外周側エッジ ２４ 主研削部分 ２６ 副研削部分 ２８，３０ 砥粒層セグメント ２８Ａ，３０Ａ 側面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カップ型台金の軸線方向の一端面に、被
   削材に当接する複数の砥粒部を、台金軸線を中心とする
   円周に沿って配列したカップ型砥石であって、前記砥粒
   部の少なくとも一部は、その周方向両端部に比して周方
   向中央部が半径方向内方または外方へ突出した形状をな
   していることを特徴とするカップ型砥石。
2. 【請求項２】 前記砥粒部の前記一部は、その周方向両
   端部に比して周方向中央部の幅が大きい鼓形状をなして
   いることを特徴とする請求項１記載のカップ型砥石。
3. 【請求項３】 前記砥粒部の台金周方向中央部の幅は、
   台金周方向両端部の幅の１．２〜２倍であることを特徴
   とする請求項１または２記載のカップ型砥石。
4. 【請求項４】 前記砥粒部の全数に対する前記一部の砥
   粒部の割合は５〜３５％であることを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかに記載のカップ型砥石。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のカップ
   型砥石をその軸線回りに回転させ、ウェーハの研削すべ
   き面に、前記カップ型砥石の前記砥粒部を平行に当接さ
   せ、さらに前記ウェーハをその中心軸線回りに回転させ
   ることを特徴とするウェーハの平面研削方法。