JP6506797B2 - 研削装置および研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削装置および研削方法に関する。

たとえば特許文献１（特開２０１４−１６５３３９号公報）には、以下の研削方法が開示されている。まず、研削装置のチャックテーブルで積層ウエーハの半導体デバイスウエーハ側を吸引保持し、封止樹脂を露出させる。次に、砥粒を含まない研削液を積層ウエーハの封止樹脂の面上に供給する。次に、積層ウエーハを吸着保持するチャックテーブルを回転させるとともに、環状基台の下端に複数の研削砥石が固着された研削ホイールを回転させながら、研削砥石を封止樹脂の表面に接触させて、封止樹脂の研削を実施する。

特開２０１４−１６５３３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の研削方法では、封止樹脂を研削するにしたがって研削砥石の目詰まり等によって研削砥石の研削性が低下することから、研削砥石のドレッシングをする必要がある。しかしながら、研削砥石のドレッシングには時間およびコストがかかることから、研削砥石のドレッシングの回数を低減することが要望されている。

ここで開示された実施形態によれば、環状に砥石が配置された回転可能な研削部を備えた研削装置であって、砥石は、研削対象物の研削中に研削対象物を研削する研削領域と研削対象物を研削しない非研削領域とが共存するように配置されており、研削装置は、さらに、ファインバブル水を生成するように構成されるファインバブル水生成器と、非研削領域の砥石にファインバブル水を供給可能なように構成されるファインバブル水供給部とを備える研削装置を提供することができる。

ここで開示された実施形態によれば、環状に砥石が配置された研削部を回転させ、砥石によって研削対象物を研削する工程を含む研削方法であって、砥石は、研削対象物の研削中に研削対象物を研削する研削領域と研削対象物を研削しない非研削領域とが共存するように配置されており、ファインバブル水生成器によりファインバブル水を生成し、ファインバブル水供給部に供給する工程と、非研削領域の砥石にファインバブル水を供給する工程とを含む研削方法を提供することができる。

ここで開示された実施形態によれば、砥石のドレッシングの回数を低減することが可能となる。

実施形態の研削装置の模式的な側面図である。 図１に示されるホイールマウントの底面の模式的な平面図である。 図１に示される研削ホイールの模式的な平面図である。 ホイールマウントに研削ホイールを取り付ける方法の一例を図解する模式的な側面図である。 図１に示されるファインバブル水供給部の模式的な平面図である。 図５に示されるファインバブル水供給部の端面の模式的な平面図である。 実施形態の研削方法を図解する模式的な断面図である。 実施形態の研削方法を図解する模式的な斜視図である。 実施形態の研削方法を図解する模式的な平面図である。 実施形態において砥石を洗浄する方法の一例を図解する模式的な拡大断面図である。 実施形態におけるファインバブル水の噴出方向と研削部の回転方向との関係の一例を図解する模式的な平面図である。

以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１に、本発明の研削装置の一例である実施形態の研削装置の模式的な側面図を示す。実施形態の研削装置は、ベース１と、ベース１の端部の領域からＺ方向（鉛直上方向）に延在する柱部１０と、柱部１０のベース１側の端部と反対側の端部からＸ方向に延在する連結部９と、連結部９のＸ方向の端部に取り付けられたモータ８と、モータ８に一端が取り付けられてＺ方向（鉛直下方向）に延在するスピンドル７と、スピンドル７のモータ８側の端部とは反対側の端部に取り付けられた研削部１１とを備えている。研削部１１は、Ｚ方向に延在する軸を中心として、回転可能とされている。

実施形態の研削装置は、また、ベース１上において柱部１０とＸ方向（水平方向）に間隔を空けて配置されて研削対象物３を設置するためのステージ２と、研削対象物３の研削面に研削液を供給するように構成される研削液供給部４とを備えている。研削液供給部４は、研削対象物３の研削面に研削液を供給することが可能であれば、その構成は特に限定されない。

研削部１１は、円形状の底面６ａを有するホイールマウント６と、ホイールマウント６の底面６ａに取り付けられた環状の研削ホイール１６とを備えている。研削ホイール１６は環状の環状基台１５と、環状基台１５上に互いに間隔を空けて配置された複数の砥石５とを備えている。砥石５は、研削対象物３の研削中に研削対象物３を研削する研削領域４１と研削対象物３を研削しない非研削領域４２とが共存するように配置されている。環状の研削ホイール１６は、たとえば、ホイールマウント６の底面６ａの周縁に複数の砥石５が互いに間隔を空けて配置されるように取り付けることができる。なお、実施形態の研削装置は、研削部１１の外周を取り囲むカバー（図示せず）も備えている。

実施形態の研削装置は、また、カバーの一部からＺ方向（鉛直下方向）に垂下するように取り付けられたファインバブル水供給部１２と、ファインバブル水を生成するためのファインバブル水生成器１４と、ファインバブル水供給部１２とファインバブル水生成器１４とを連結してファインバブル水生成器１４からファインバブル水供給部１２にファインバブル水を供給するためのホース１３とを備えている。なお、ファインバブル水供給部１２のファインバブル水排出部１２ｃは、洗浄後のファインバブル水の排水が研削対象物３に付着するのを抑制する観点から、研削対象物３の設置箇所に対応する領域２２以外の領域（たとえば領域２３）の上方に位置することが好ましい。

ファインバブル水生成器１４は、ファインバブル水を生成してファインバブル水供給部１２にファインバブル水を供給することが可能であれば、その構成は特に限定されない。ファインバブル水は、直径１００μｍ以下の気泡であるファインバブルを含む水のことである。ファインバブルは、直径１μｍ以上１００μｍ以下のマイクロバブル、および直径１μｍ未満のウルトラファインバブルを含み、ナノバブルおよびマイクロナノバブルと呼ばれる気泡も含む。

図２に、図１に示されるホイールマウント６の底面６ａの模式的な平面図を示す。図２に示すように、ホイールマウント６の底面６ａは円形状であって、円形状のホイールマウント６の底面６ａの外周を取り囲むようにカバー２１が位置することになる。

図３に、図１に示される研削ホイール１６の模式的な平面図を示す。図３に示すように、研削ホイール１６は、環状の環状基台１５と、環状基台１５上の複数の砥石５とを備えている。複数の砥石５は、それぞれ、隣りの砥石５と間隔を空けて、環状基台１５の形状に沿うように環状に配置されている。

図４に、ホイールマウント６に研削ホイール１６を取り付ける方法の一例を図解する模式的な側面図を示す。研削ホイール１６は、たとえば、砥石５が配置されていない側の環状基台１５の表面をホイールマウント６の底面６ａに取り付けられる。研削ホイール１６は、たとえばネジ止め等の方法によりホイールマウント６の底面６ａに固定される。

図５に、図１に示されるファインバブル水供給部１２の模式的な平面図を示す。図５に示すように、ファインバブル水供給部１２は、ファインバブル水供給部取り付け部１２ａと、ファインバブル水収容部１２ｂと、ファインバブル水供給部取り付け部１２ａとファインバブル水収容部１２ｂとを連結する連結部１２ｇとを備えている。ファインバブル水供給部１２（本実施形態では、ファインバブル水供給部取り付け部１２ａ、ファインバブル水収容部１２ｂ、および連結部１２ｇ）の平面形状は、たとえば図５に示されるような弧状に湾曲するとすることができるが、この形状には限定されない。

ファインバブル水供給部取り付け部１２ａは、鉛直上方向に延在する壁状部材であってファインバブル水収容部１２ｂと連結部１２ｇによって連結されている。そのため、ファインバブル水供給部取り付け部１２ａとファインバブル水収容部１２ｂとの間には連結部１２ｇの分だけ間隔が空けられている。

ファインバブル水収容部１２ｂは、底部１２ｅと、底部１２ｅの両端から鉛直上方向に延在する一対の壁部１２ｆと、底部１２ｅの上面と下面との間を貫通するようにして構成されるファインバブル水供給孔３１とを備えている。壁部１２ｆの高さは、たとえば、ファインバブル水収容部１２ｂにファインバブル水が収容されたときに研削ホイール１６の砥石５がファインバブル水中に浸漬可能な高さとすることができる。ファインバブル水供給孔３１は、たとえば図５に示されるように、互いに間隔を空けて底部１２ｅに複数設けられているが、たとえば数を一つにするなど、この構成に限定されるものではない。

図６に、図５に示されるファインバブル水供給部１２の端面の模式的な平面図を示す。図６に示すように、ファインバブル水収容部１２ｂの端面は、ファインバブル水排出部１２ｃを有している。ファインバブル水排出部１２ｃは、ファインバブル水収容部１２ｂに収容されたファインバブル水をファインバブル水供給部１２の外部に排出する開口となっている。ファインバブル水収容部１２ｂの端面は、ファインバブル水の外部への排出を防止する端面壁部１２ｄを有していてもよい。

図７に、実施形態の研削装置を用いた研削方法の一例である実施形態の研削方法を図解する模式的な断面図を示す。実施形態の研削方法は、たとえば以下のように行うことができる。

まず、ファインバブル水供給部１２のファインバブル水供給部取り付け部１２ａを研削部１１の周りを取り囲むカバー２１に取り付ける。次に、ステージ２上に研削対象物３を設置する。

研削対象物３としては、たとえば、支持部材３ａと、支持部材３ａ上の封止樹脂３ｂとを備えたものを用いることができる。支持部材３ａは、チップおよび／または薄膜などを支持する部材であって、たとえば、リードフレーム、サブストレート、インターポーザ、半導体基板（シリコンウェハ等）、金属基板、ガラス基板、セラミック基板、樹脂基板および配線基板からなる群から選択された少なくとも１つの基板を含み、配線が施されていてもよく、配線が施されていなくてもよい。封止樹脂３ｂは、支持部材３ａに支持されたチップおよび／または薄膜などの少なくとも一面を封止する樹脂である。

次に、ファインバブル水生成器１４によりファインバブル水３２を生成し、ファインバブル水供給部１２に供給する。ファインバブル水３２は、ファインバブル水収容部１２ｂの底部１２ｅに設けられたファインバブル水供給孔３１を通してファインバブル水収容部１２ｂに供給される。

その後、研削部１１を軸４３を中心として第１方向４５に回転させるとともに、研削対象物３が設置されたステージ２を軸４４を中心として第１方向４５とは逆方向となる第２方向４６に回転させる。このとき、研削領域４１の砥石５は研削対象物３を研削する一方で、非研削領域４２の砥石５は研削対象物３を研削することなくファインバブル水収容部１２ｂに収容されたファインバブル水３２中に浸漬する。ここで、研削部１１を軸４３を中心として第２方向４６に回転させるとともにステージ２を軸４４を中心として第１方向４５に回転させることもできるし、研削部１１の回転方向とステージ２の回転方向とを第１方向４５または第２方向４６の同方向とすることもできる。

研削対象物３の研削は、たとえば、研削対象物３の厚さを低減するように少なくとも封止樹脂３ｂの一部を研削するように行うことができる。また、図７には図示されていないが、研削液供給部４から研削対象物３の研削面に研削液を供給しながら、研削対象物３を研削することもできる。また、非研削領域４２の砥石５はファインバブル水３２中に浸漬されるが、研削対象物３の研削中、研削対象物３が配置される領域２２以外の領域２３の上方から、ファインバブル水供給部１２の端面のファインバブル水排出部１２ｃを通じてファインバブル水３２を排出することができる。

このように、実施形態の研削部１１の砥石５は、たとえば図８の模式的な斜視図および図９の模式的な平面図に示されるように、研削領域４１における研削対象物３の研削と、非研削領域４２におけるファインバブル水３２への浸漬とを交互に行う。これにより、実施形態の研削部１１の砥石５をファインバブル水３２中に浸漬しなかった場合と比べて、砥石５の目詰まり等の砥石５の研削性が低下する現象の発生頻度を低減することができる。そのため、実施形態の研削装置を停止して砥石５をドレッシングする回数を低減することができる。また、ファインバブル水３２への浸漬後の砥石５で研削対象物３を研削し、研削対象物３の研削後には再度ファインバブル水３２中に浸漬させられることから、研削対象物３の高い研削性の維持が可能となる。

また、たとえば研削対象物３が半導体パッケージである場合には、従来のシリコンウェハの研削とは異なり、たとえば半導体、金属および樹脂等の異なる材料を同時に研削するプロセスが必要となることがある。しかしながら、砥石５により異なる材料を同時に研削した場合には砥石５に目詰まりが発生しやすくなることから、実施形態の研削装置および研削方法は、異なる材料を同時に研削するプロセスが必要となる半導体パッケージ等の研削対象物３の研削に特に有効であると考えられる。

なお、ファインバブル水３２中のファインバブル密度は、１０００個／ミリリットル（ｍｌ）以上であることが好ましい。この場合には、砥石５の洗浄効果を向上することができる。また、ファインバブル水３２中のファインバブル密度は、１００万個／ｍｌ以上とすることもでき、１０億個／ｍｌ以上とすることもできる。ファインバブル密度は、たとえば、氷包埋法によるクライオ透過型電子顕微鏡で測定することができる。

また、図１０の模式的拡大断面図に示すように、ファインバブル水供給孔３１からファインバブル水を矢印５１の方向に噴出させながら砥石５をファインバブル水３２中に浸漬させることも可能である。

また、図１１の模式的平面図に示すように、ファインバブル水供給孔３１からのファインバブル水の噴出は、研削部１１の回転方向である第１方向４５とは反対方向の第２方向４６に行うこともできる。この場合には、砥石５に対するファインバブル水３２の衝突時の圧力を向上することができるため、ファインバブル水３２による砥石５の浸漬による洗浄効果を向上させることができると考えることができる。

＜実施例１＞
まず、図７に示すように、研削装置のファインバブル水供給部１２のファインバブル水供給部取り付け部１２ａを研削部１１の周りを取り囲むカバー２１に固定し、ステージ２上に研削対象物３を設置した。ここで、研削対象物３としては、支持部材３ａ上にフィラーとしてシリカが混入された樹脂からなる封止樹脂３ｂを備えた研削対象物を用いた。

次に、ファインバブル水生成器１４によりファインバブル水３２を生成し、ファインバブル水収容部１２ｂの底部１２ｅに設けられたファインバブル水供給孔３１を通してファインバブル水収容部１２ｂにファインバブル水を供給した。ファインバブル水生成器１４としては、有限会社ＯＫエンジニアリング製のファインバブル発生ノズル（製品名：ＯＫＥ−ＭＢ０４ＦＪＡ）が装着された給水装置を用いた。

次に、図３に示すように環状基台１５に複数の砥石５が間隔を空けて配置された研削ホイール１６を図２に示されるホイールマウント６の底面６ａにネジ止めにより図４に示すように取り付けて研削部１１を構成した。

その後、図７に示すように、研削液供給部４から研削対象物３の研削面に研削液として純水を供給しながら、研削部１１を軸４３を中心として第１方向４５に回転させるとともに、研削対象物３が設置されたステージ２を軸４４を中心として第１方向４５とは逆方向となる第２方向４６に回転させた。これにより、研削ホイール１６の砥石５については、研削領域４１における研削対象物３の研削と、非研削領域４２におけるファインバブル水収容部１２ｂのファインバブル水３２中への浸漬とが交互に行なわれた。研削対象物３の研削は、研削対象物３の厚さを低減するように少なくとも封止樹脂３ｂの一部を研削するように行なわれた。また、研削対象物３の研削中、研削対象物３が配置される領域２２以外の領域２３の上方から、ファインバブル水供給部１２の端面のファインバブル水排出部１２ｃを通じてファインバブル水３２を排出した。

なお、研削条件は、以下の表１の通りである。表１の「送り速度［μｍ／分］」の欄は研削対象物３の研削中に研削部１１をステージ２側に鉛直方向に進めた１分間当たりの距離を意味する。また、表１の「送り量［μｍ］」の欄は、研削対象物３の研削中に研削部１１をステージ２側に鉛直方向に進めたトータルの距離を意味する。また、表１の「スパークアウト［秒］」の欄は、研削対象物３の研削において研削部１１をステージ２側に鉛直方向に進める移動を停止させ、研削部１１およびステージ２の回転を維持した状態の時間［秒］を意味する。また、表１の「ｎ数」の欄は、サンプル数を意味している。表１の「ｎ数」が「４」ということは、４つのサンプルについて同じ条件で研削を行ったことを意味しており、４つのサンプルの測定データの平均値が後述の表２に示された数値である。

上記のようにして、表１に記載の条件で研削対象物３を研削した後の実施例１の砥石５の砥石摩耗率［％］と研削対象物３の研削面の表面粗さＲａ［μｍ］とを測定した。その結果、実施例１の砥石摩耗率は１９．４［％］であって、表面粗さＲａは０．１８８［μｍ］であった。

砥石摩耗率は、以下の式（Ｉ）により算出した。
砥石摩耗率［％］＝｛１００×（砥石５の摩耗量）｝／（送り量） …（Ｉ）
また、表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）に記載の方法で算出した。

＜実施例２＞
実施例２においては、ファインバブル水生成器１４として、有限会社ＯＫエンジニアリング製のファインバブル発生ノズルが装着された給水装置に代えて、株式会社岡本工作機械製作所製のファインバブル発生ノズル（製品名：ＧＲＩＮＤ−ＢＩＸ）を装着した給水器を用いたこと以外は実施例１と同一の研削方法および同一の研削条件で研削対象物３を研削した。

そして、実施例１と同一の方法で研削対象物３を研削した後の実施例２の砥石５の砥石摩耗率［％］と研削対象物３の研削面の表面粗さＲａ［μｍ］とを測定した。その結果、実施例２の砥石摩耗率は１５．２［％］であって、表面粗さＲａは０．１４７［μｍ］であった。

＜比較例１＞
比較例１においては、ファインバブル水生成器１４によってファインバブルを発生させなかったこと以外は実施例１および実施例２と同一の方法および同一の条件で研削対象物３を研削した。

そして、実施例１および実施例２と同一の方法で研削対象物３を研削した後の比較例１の砥石５の砥石摩耗率［％］と研削対象物３の研削面の表面粗さＲａ［μｍ］とを測定した。その結果、比較例１の砥石摩耗率は２０．７［％］であって、表面粗さＲａは０．２２８［μｍ］であった。

＜まとめ＞
以下の表２に、実施例１、実施例２および比較例１の砥石５の砥石摩耗率［％］と研削対象物３の研削面の表面粗さＲａ［μｍ］とをファインバブルの有無、ファインバブル水生成器１４の種類、送り量［μｍ］、および送り速度［μｍ／分］とともに示す。

表２に示す結果から明らかなように、研削領域４１における研削対象物３の研削と、非研削領域４２におけるファインバブル水３２中への浸漬とを交互に行なった実施例１および実施例２の砥石５は、ファインバブル水中への浸漬を行なわなかった比較例１の砥石５と比較して、砥石摩耗率［％］を大きく低減することができたとともに、研削対象物３の研削面の表面粗さＲａ［μｍ］も低減することができた。

以上のように実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ここで開示された実施形態は、研削装置および研削方法に利用することができ、異なる材料を同時に研削するプロセスが必要となる半導体パッケージ等の研削対象物の研削に特に有効に利用することができる。

１ ベース、２ ステージ、３ 研削対象物、３ａ 支持部材、３ｂ 封止樹脂、４ 研削液供給部、５ 砥石、６ ホイールマウント、６ａ 底面、７ スピンドル、８ モータ、９ 連結部、１０ 柱部、１１ 研削部、１２ ファインバブル水供給部、１２ａ ファインバブル水供給部取り付け部、１２ｂ ファインバブル水収容部、１２ｃ ファインバブル水排出部、１２ｄ 端面壁部、１２ｅ 底部、１２ｆ 壁部、１２ｇ 連結部、１３ ホース、１４ ファインバブル水生成器、１５ 環状基台、１６ 研削ホイール、２１ カバー、２２，２３ 領域、３１ ファインバブル水供給孔、３２ ファインバブル水、４１ 研削領域、４２ 非研削領域、４３，４４ 軸、４５ 第１方向、４６ 第２方向、５１ 矢印。

Claims (8)

1. 環状に砥石が配置された回転可能な研削部を備えた研削装置であって、
   前記砥石は、研削対象物の研削中に前記研削対象物を研削する研削領域と前記研削対象物を研削しない非研削領域とが共存するように配置されており、
   前記研削装置は、さらに、
   ファインバブル水を生成するように構成されるファインバブル水生成器と、
   前記非研削領域の前記砥石に前記ファインバブル水を供給可能なように構成されるファインバブル水供給部と、を備え、
   前記ファインバブル水供給部は、前記ファインバブル水生成器から供給された前記ファインバブル水を収容し、前記非研削領域の前記砥石を浸漬するように構成される、研削装置。
2. 前記研削装置は、さらに、ベースと、前記ベース上に配置されて、前記研削対象物が研削される際に設置されるステージとを備え、
   前記ファインバブル水供給部は、前記ファインバブル水を排出可能に構成されるファインバブル水排出部を備え、
   前記ファインバブル水排出部は、前記研削対象物の設置箇所に対応する領域以外の領域の前記ベース上方に位置する、請求項１に記載の研削装置。
3. 前記研削対象物の研削面に研削液を供給するように構成される研削液供給部をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の研削装置。
4. 前記研削対象物は、支持部材と、前記支持部材上の封止樹脂とを備え、
   前記研削装置は、前記研削対象物の厚さを低減するように少なくとも前記封止樹脂の一部を研削するように構成される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の研削装置。
5. 環状に砥石が配置された研削部を回転させ、前記砥石によって研削対象物を研削する工程を含む研削方法であって、
   前記砥石は、前記研削対象物の研削中に前記研削対象物を研削する研削領域と前記研削対象物を研削しない非研削領域とが共存するように配置されており、
   ファインバブル水生成器によりファインバブル水を生成し、ファインバブル水供給部に供給する工程と、
   前記非研削領域の前記砥石に前記ファインバブル水を供給する工程と、を含み、
   前記ファインバブル水を供給する工程は、前記ファインバブル水に前記非研削領域の前記砥石を浸漬させる工程を含む、研削方法。
6. 前記研削方法に用いられる研削装置は、ベースと、前記ベース上に配置されて、前記研削対象物が研削される際に設置されるステージとを備え、
   前記研削対象物の設置箇所に対応する領域以外の領域の前記ベース上方から前記ファインバブル水を排出する工程をさらに含む、請求項５に記載の研削方法。
7. 前記研削対象物の研削面に研削液を供給する工程をさらに含む、請求項５または請求項６に記載の研削方法。
8. 前記研削対象物は、支持部材と、前記支持部材上の封止樹脂とを備え、
   前記研削対象物を研削する工程は、前記研削対象物の厚さを低減するように少なくとも前記封止樹脂の一部を研削する工程を含む、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の研削方法。

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