JP6742772B2 - Chamfering device and chamfering method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板として、貼り合わせウェーハや成膜層付ウェーハの上面層側の外周部に不可避に残存する未接着部を除去する処理、すなわちテラス形状を形成する加工を行うのに好適な面取り装置及び面取り方法に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for performing, as a semiconductor substrate, a process of removing an unbonded part that is unavoidably left on the outer peripheral portion on the upper surface side of a bonded wafer or a wafer with a film formation layer, that is, a process of forming a terrace shape. A chamfering device and a chamfering method.
素子の高速化や低消費電力等の利点を有するSOIウェーハとしては、貼り合わせウェーハとして、酸化膜(絶縁膜)が形成された一枚のシリコンウェーハに、もう一枚のシリコンウェーハを貼り合わせ、この貼り合わせたシリコンウェーハの一方を研削・研磨してSOI層を形成したもの、シリコンウェーハの内部に酸素イオンを打ち込んだのち、高温アニールを行うことによって、シリコンウェーハの内部に埋め込み酸化膜を形成し、該酸化膜の上部をSOI層としたもの、SOI層側となるシリコンウェーハ(活性層側ウェーハ)の表層部に、水素イオン等を打ち込んでイオン注入層を形成したのち、支持基板用のシリコンウェーハと貼り合わせたもの、などが知られている。 As an SOI wafer having advantages such as high speed of elements and low power consumption, as a bonded wafer, another silicon wafer is bonded to one silicon wafer on which an oxide film (insulating film) is formed, One of the bonded silicon wafers is ground and polished to form an SOI layer, and oxygen ions are implanted into the silicon wafer, followed by high-temperature annealing to form a buried oxide film inside the silicon wafer. Then, an ion implantation layer is formed by implanting hydrogen ions or the like on the surface layer portion of the silicon wafer (the wafer on the active layer side) that is to be the SOI layer side, in which the upper portion of the oxide film is the SOI layer. Known is one that is bonded to a silicon wafer.
また、ウェーハ上に回路の素材となる酸化シリコンやアルミニウムなどの薄膜を形成する方法としては、イオンをアルミニウムなどの金属にぶつけて分子や原子をはがし、ウェーハ上に堆積させるスパッタ法、銅配線を成膜する電気メッキ法、ウェーハの表面に特殊なガスを供給して化学反応を起こし、そこで生成された分子の層を膜とするCVD法、ウェーハを加熱することで表面に酸化シリコンの膜を形成する熱酸化、などが知られている。 In addition, as a method of forming a thin film of silicon oxide or aluminum as a material of a circuit on a wafer, a sputtering method in which ions are bombarded with a metal such as aluminum to peel off molecules and atoms, and deposited on the wafer, copper wiring is used. An electroplating method for forming a film, a CVD method in which a special gas is supplied to the surface of a wafer to cause a chemical reaction, and a layer of molecules generated there is formed into a film, and a silicon oxide film is formed on the surface by heating the wafer. Thermal oxidation to form, etc. are known.
貼り合わせウェーハや成膜層付ウェーハを製造する場合、剥離・離脱によるパーティクルの発生を防ぐため、貼り合わせウェーハの外周部に不可避に残存する未接着部を除去する処理、すなわちテラス部形成処理が必要とされている。つまり、2種以上の異なる材料特性を有する一体物ウェーハ(物理的に貼り合わせや結晶成長品)のエッジ近辺の結晶不安定領域、または形状ダレ等デバイス特性を低下させる要因となる部分を面取り機にて除去加工が行われている。 When manufacturing a bonded wafer or a wafer with a film formation layer, in order to prevent the generation of particles due to peeling and separation, the process of removing the unbonded part inevitably remaining on the outer periphery of the bonded wafer, that is, the terrace part forming process is performed. is needed. In other words, a chamfering machine is used for a crystal unstable region near the edge of a monolithic wafer (physically bonded or crystal grown product) having two or more different material properties, or a part that causes device characteristics such as shape sag. Is being removed.
そこで、面取り部におけるキズの発生や面取り形状の崩れなしに、活性層側ウェーハのテラス部品質を改善した貼り合わせウェーハを安価に得るため、貼り合わせ強化熱処理後、平面研磨またはエッチングにより活性層側ウェーハを薄膜化したのち、支持基板ウェーハに対し、鏡面面取り加工とテラス加工を行うことが知られ、例えば、特許文献1に記載されている。 Therefore, in order to obtain a bonded wafer with improved quality of the terrace portion of the active layer side wafer at low cost without causing scratches in the chamfered part or collapse of the chamfered shape, after the bonding strengthening heat treatment, surface polishing or etching is performed on the active layer side. After thinning the wafer, it is known to perform mirror-chamfering processing and terrace processing on the supporting substrate wafer, which is described in Patent Document 1, for example.
また、半導体装置や電子部品等の素材となるウェーハや、様々な形状の脆性材料の板状体、例えば、サファイヤ、SiC(シリコンカーバイド)、GaN(窒化ガリウム)、LT(タンタル酸リチウム)、LN(ニオブ酸リチウム)等の化合物半導体、酸化物の板状体でのウェーハは、スライシング装置でスライスされた後、その周縁の割れや欠け等を防止するために外周部に面取り加工が行われる。 Further, wafers used as materials for semiconductor devices, electronic parts, etc., and plate-shaped bodies of various shapes of brittle materials, such as sapphire, SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), LT (lithium tantalate), LN. A compound semiconductor such as (lithium niobate) or a wafer in the form of a plate of an oxide is sliced by a slicing device, and then chamfered at the outer peripheral portion in order to prevent cracking or chipping of the periphery thereof.
さらに、脆性材料の板状体(ワーク)に対しても、割れや欠けを生じさせることなく、高精度の面取り加工を可能にし、高精度の仕上げ加工を可能にするため、板状体に超音波振動を与えて面取り加工を行うことが知られ、例えば、特許文献2に記載されている。 In addition, even for plate-like bodies (workpieces) made of brittle materials, it is possible to perform high-precision chamfering without cracking or chipping, and high-precision finishing. It is known that chamfering is performed by applying sonic vibration, and is described in Patent Document 2, for example.
上記従来技術において、特許文献1に記載のものでは、活性層側ウェーハを薄膜化した支持基板ウェーハには良いが、2種以上の異なる材料特性を有する一体物ウェーハ(物理的に貼り合わせや結晶成長品)のエッジ近辺の結晶不安定領域、または形状ダレ等でデバイス特性を低下させる要因となる部分には適用が困難である。 In the above-mentioned conventional technique, the one described in Patent Document 1 is suitable for a supporting substrate wafer in which the active layer side wafer is thinned, but is an integral wafer having two or more different material properties (physically bonded or crystallized). It is difficult to apply it to a crystal unstable region near the edge of a grown product) or a portion that causes deterioration of device characteristics due to shape sag or the like.
そこで、ウェーハに超音波振動を与えて加工を行うことが良いが、単に、特許文献2に記載のように行っただけでは、十分ではない。 Therefore, it is preferable to apply ultrasonic vibration to the wafer for processing, but it is not enough to simply perform the processing as described in Patent Document 2.
特に、ウェーハの厚さ方向、いわゆるZ切り込み(スラスト方向送り)では、ワークを砥石回転状態でインフィードさせると上層部が薄膜化したとき割れやすい。さらに、この切り込み方向では、接触面積も多いため砥石が目詰まりしやすい。さらに、ウェーハにスラスト荷重がかかるので圧縮応力が発生し、フィルム加工に近い状態となり、劈開することが多い。さらに、クーラントが研削面全体に回らず潤滑不良になり、スラッジ排出性が低下する。 In particular, in the thickness direction of the wafer, so-called Z-cut (feed in the thrust direction), when the work is fed in while the grindstone is rotating, the upper layer portion is easily cracked when it is thinned. Further, in this cutting direction, since the contact area is large, the grindstone is likely to be clogged. Further, since a thrust load is applied to the wafer, a compressive stress is generated, and the wafer is in a state close to film processing and often cleaves. Further, the coolant does not flow over the entire ground surface, resulting in poor lubrication, and sludge discharge performance is reduced.
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、特に、Z切り込みによるテラス形状の形成、上面層側にテラス形状を形成する加工においても、基板表層部の割れや酸化被膜層及び接合バッファー層の剥離等を無くし、劈開性のあるワーク(被加工材)に対しても低ダメージ加工とすることにある。また、低ダメージ加工によって砥石切れ味を要因とする研削性能維持、あるいは砥石形状の精度維持を図ることにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and in particular, in the formation of the terrace shape by the Z notch and the processing of forming the terrace shape on the upper surface layer side, cracks in the substrate surface layer portion, the oxide film layer, and the bonding buffer. It is to eliminate layer peeling and the like, and to perform low damage processing even on a cleavable work (workpiece). Further, it is intended to maintain the grinding performance due to the sharpness of the grindstone or the accuracy of the grindstone shape by the low damage processing.
上記目的を達成するため、本発明は、板状の被加工材の端面を研削する面取り装置において、研削ユニットのスピンドルに嵌合して固定された振動フランジと、前記振動フランジに内蔵されZ方向に超音波振動する圧電素子と、外周の下面に砥石が設けられ、前記振動フランジに嵌合された砥石ホイールと、を備え、前記砥石に前記圧電素子による超音波振動を与えながらZ方向に切り込んで前記被加工材の端面にテラスを形成するものである。 In order to achieve the above object, the present invention relates to a chamfering device for grinding an end surface of a plate-shaped workpiece, a vibrating flange fitted and fixed to a spindle of a grinding unit, and a Z direction built in the vibrating flange. A piezoelectric element that vibrates ultrasonically, and a grindstone provided on the lower surface of the outer periphery and fitted to the vibrating flange, and cut in the Z direction while applying ultrasonic vibration to the grindstone by the piezoelectric element. Then, a terrace is formed on the end surface of the work material.
さらに、上記において、前記砥石は外周部に上側が大きく下側が小さくなったテーパ部が形成されたことが望ましい。 Further, in the above, it is preferable that the grindstone has a tapered portion formed on the outer peripheral portion, the taper portion having a larger upper side and a smaller lower side.
さらに、上記において、前記テーパ部は水平平面から90°以上150°以内のテーパとされたことが望ましい。 Further, in the above, it is preferable that the tapered portion is tapered at 90° or more and 150° or less from the horizontal plane.
さらに、上記において、前記砥石は前記砥石ホイールの円周方向に複数に分割されて配置され、分割された個々の間に排出孔が設けられたことが望ましい。 Further, in the above, it is preferable that the grindstone is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction of the grindstone wheel, and a discharge hole is provided between the divided pieces.
さらに、上記において、前記砥石ホイールは前記振動フランジへテーパ嵌合されたことことが望ましい。 Further, in the above, it is desirable that the grindstone wheel is taper-fitted to the vibration flange.
さらに、上記において、前記圧電素子は前記スピンドルに設けられたスリップリングを介して駆動する電源が供給されたことが望ましい。 Further, in the above, it is desirable that the piezoelectric element be supplied with power to be driven via a slip ring provided on the spindle.
さらに、上記のものにおいて、前記圧電素子は円環形状とされ、前記振動フランジに内蔵されたことが望ましい。 Further, in the above structure, it is preferable that the piezoelectric element has an annular shape and is built in the vibration flange.
また、本発明は、板状の被加工材の端面にテラス形状を形成する面取り方法であって、外周部に上側が大きく下側が小さくなったテーパ部が形成された砥石にZ方向に超音波振動を与えながらZ方向に切り込んで前記被加工材の端面にテラスを形成するものである。 Further, the present invention is a chamfering method for forming a terrace shape on an end surface of a plate-shaped work material, wherein ultrasonic waves are applied in the Z direction to a grindstone having a tapered portion whose upper side is large and whose lower side is small on an outer peripheral portion. A terrace is formed on the end surface of the workpiece by cutting in the Z direction while applying vibration.
また、本発明は、支持基板の上層が活性層とされたウェーハの前記活性層側にテラス形状を形成する面取り方法であって、外周部に上側が大きく下側が小さくなったテーパ部が形成された砥石にZ方向に超音波振動を与えながらZ方向に切り込んで前記テラス形状を形成するものである。 Further, the present invention is a chamfering method for forming a terrace shape on the active layer side of a wafer in which an upper layer of a support substrate is an active layer, and a tapered portion whose upper side is large and whose lower side is small is formed on an outer peripheral portion. The whetstone is cut in the Z direction while applying ultrasonic vibration in the Z direction to form the terrace shape.
さらに、上記の方法において、前記活性層を除去して前記支持基板を再利用することが望ましい。 Further, in the above method, it is desirable to remove the active layer and reuse the support substrate.
本発明によれば、研削ユニットのスピンドルに振動フランジを固定し、圧電素子で砥石にZ方向(厚さ方向)に超音波振動を与えながら、Z方向に切り込んで被加工材の端面にテラスを形成するように研削するので、超音波振動方向と切り込み方向が一致し、上面層側からテラス形状を形成する加工において、切り込み方向に対して平行面となる側にキャビテーションを起こし、切り込み方向に対して垂直な加工面の低ダメージ加工を実現できる。 According to the present invention, the vibration flange is fixed to the spindle of the grinding unit, and while ultrasonic vibration is applied to the grindstone by the piezoelectric element in the Z direction (thickness direction), cutting is performed in the Z direction to form a terrace on the end surface of the workpiece. Since grinding is performed to form, the ultrasonic vibration direction and the cutting direction match, and in the process of forming the terrace shape from the upper surface side, cavitation is caused on the side that is parallel to the cutting direction and It is possible to realize low damage machining of vertical machining surface.
したがって、垂直面となる表層部の割れや酸化被膜層及び接合バッファー層の剥離等を無くすことができると共に、研削面の洗浄、研削屑の排出を促進し、研削性能維持、あるいは砥石形状の精度維持を図ることができる。 Therefore, it is possible to eliminate cracks in the surface layer that is the vertical surface and peeling of the oxide film layer and the bonding buffer layer, while promoting cleaning of the grinding surface and discharge of grinding debris to maintain the grinding performance or the accuracy of the grindstone shape. Can be maintained.
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る面取り装置の主要部を示す正面図、図3は平面図であり、図2は、図1における要部の拡大図、図4は、砥石ホイール108の表面に垂直な断面図及び平行な断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a front view showing a main part of a chamfering device according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a plan view, FIG. 2 is an enlarged view of a main part in FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing perpendicular|vertical to a surface, and sectional drawing parallel.
面取り装置50は、超音波振動を利用して、ウェーハや様々な形状の脆性材料の板状体(ワーク)、例えば、サファイヤ、SiC(シリコンカーバイド)、GaN(窒化ガリウム)、LT(タンタル酸リチウム)等の化合物半導体、酸化物のワークの外周部の面取り加工を行う装置である。ただし、必ずしも脆性材料の板状体に限らず、任意材料の板状体の外周部の面取り加工を行うことも可能である。以下において、面取り加工を行うワークをウェーハであるものとして説明する。 The chamfering device 50 utilizes ultrasonic vibrations to obtain wafers and plate-like bodies (workpieces) of brittle materials of various shapes, for example, sapphire, SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), LT (lithium tantalate). ) And other compound semiconductors, and an apparatus for chamfering the outer peripheral portion of an oxide work. However, it is possible to chamfer the outer peripheral portion of the plate-shaped body made of any material, not limited to the plate-shaped body made of brittle material. In the following, the work to be chamfered will be described as a wafer.
図に示すように面取り装置50は、ウェーハ送りユニット50Aと研削ユニット50Bとから構成される。ウェーハ送りユニット50Aの水平に配設されたベースプレート51上には、一対のY軸ガイドレール52、52が所定の間隔をもって敷設される。この一対のY軸ガイドレール52、52上にはY軸リニアガイド54、54、…を介してY軸テーブル56がスライド自在に支持される。 As shown in the figure, the chamfering device 50 includes a wafer feeding unit 50A and a grinding unit 50B. A pair of Y-axis guide rails 52, 52 are laid at predetermined intervals on a horizontally arranged base plate 51 of the wafer feed unit 50A. A Y-axis table 56 is slidably supported on the pair of Y-axis guide rails 52, 52 via Y-axis linear guides 54, 54,....
Y軸テーブル56の下面にはナット部材58が固着されており、ナット部材58にはY軸ボールネジ60が螺合される。Y軸ボールネジ60は、一対のY軸ガイドレール52、52の間において、その両端部がベースプレート51上に配設された軸受部材62、62に回動自在に支持されており、その一端にY軸モータ64が連結される。 A nut member 58 is fixed to the lower surface of the Y-axis table 56, and a Y-axis ball screw 60 is screwed into the nut member 58. Both ends of the Y-axis ball screw 60 are rotatably supported by bearing members 62, 62 arranged on the base plate 51 between the pair of Y-axis guide rails 52, 52, and one end thereof has a Y-shape. The shaft motor 64 is connected.
Y軸モータ64を駆動することによりY軸ボールネジ60が回動し、ナット部材58を介してY軸テーブル56がY軸ガイドレール52、52に沿って水平方向(Y軸方向)にスライド移動する。 By driving the Y-axis motor 64, the Y-axis ball screw 60 rotates, and the Y-axis table 56 slides horizontally (Y-axis direction) along the Y-axis guide rails 52, 52 via the nut member 58. ..
Y軸テーブル56上には、一対のY軸ガイドレール52、52と直交するように一対のX軸ガイドレール66、66が敷設される。この一対のX軸ガイドレール66、66上にはX軸リニアガイド68、68、…を介してX軸テーブル70がスライド自在に支持される。 A pair of X-axis guide rails 66, 66 is laid on the Y-axis table 56 so as to be orthogonal to the pair of Y-axis guide rails 52, 52. An X-axis table 70 is slidably supported on the pair of X-axis guide rails 66, 66 via X-axis linear guides 68, 68,.
X軸テーブル70の下面にはナット部材72が固着されており、ナット部材72にX軸ボールネジ74が螺合される。X軸ボールネジ74は、一対のX軸ガイドレール66、66の間において、その両端部がX軸テーブル70上に配設された軸受部材76、76に回動自在に支持されており、その一方端に不図示のX軸モータの出力軸が連結される。したがって、X軸モータを駆動することによりX軸ボールネジ74が回動し、ナット部材72を介してX軸テーブル70がX軸ガイドレール66、66に沿って水平方向(X軸方向)にスライド移動する。 A nut member 72 is fixed to the lower surface of the X-axis table 70, and an X-axis ball screw 74 is screwed onto the nut member 72. Both ends of the X-axis ball screw 74 are rotatably supported by bearing members 76, 76 disposed on the X-axis table 70 between the pair of X-axis guide rails 66, 66. An output shaft of an X-axis motor (not shown) is connected to the end. Therefore, by driving the X-axis motor, the X-axis ball screw 74 rotates, and the X-axis table 70 slides horizontally (X-axis direction) along the X-axis guide rails 66, 66 via the nut member 72. To do.
X軸テーブル70上には、垂直にZ軸ベース80が立設されており、Z軸ベース80に
は一対のZ軸ガイドレール82、82が所定の間隔をもって敷設される。この一対のZ軸
ガイドレール82、82にはZ軸リニアガイド84、84を介してZ軸テーブル86がス
ライド自在に支持される。
A Z-axis base 80 is erected vertically on the X-axis table 70, and a pair of Z-axis guide rails 82, 82 are laid on the Z-axis base 80 at a predetermined interval. A Z-axis table 86 is slidably supported on the pair of Z-axis guide rails 82, 82 via Z-axis linear guides 84, 84.
Z軸テーブル86の側面にはナット部材88が固着されており、ナット部材88にZ軸
ボールネジ90が螺合される。Z軸ボールネジ90は、一対のZ軸ガイドレール82、82の間において、その両端部がZ軸ベース80に配設された軸受部材92、92に回動自在に支持されており、その下端部にZ軸モータ94の出力軸が連結される。
A nut member 88 is fixed to the side surface of the Z-axis table 86, and a Z-axis ball screw 90 is screwed onto the nut member 88. Both ends of the Z-axis ball screw 90 are rotatably supported by bearing members 92, 92 arranged on the Z-axis base 80 between the pair of Z-axis guide rails 82, 82, and the lower end thereof. The output shaft of the Z-axis motor 94 is connected to.
Z軸モータ94を駆動することによりZ軸ボールネジ90が回動し、ナット部材88を介してZ軸テーブル86がZ軸ガイドレール82、82に沿って鉛直方向(Z軸方向)にスライド移動する。Z軸テーブル86上にはθ軸モータ96が設置される。 The Z-axis ball screw 90 is rotated by driving the Z-axis motor 94, and the Z-axis table 86 is slid in the vertical direction (Z-axis direction) along the Z-axis guide rails 82 and 82 via the nut member 88. .. A θ-axis motor 96 is installed on the Z-axis table 86.
θ軸モータ96の出力軸にはZ軸に平行なθ軸(回転軸θ)を軸心とするθ軸シャフト98が連結されており、このθ軸シャフト98の上端部に吸着テーブル(保持台)10が水平に連結される。テラス面取りされるウェーハWは、吸着テーブル10上に載置されて、真空吸着によって保持される。 An output shaft of the θ-axis motor 96 is connected to a θ-axis shaft 98 having a θ-axis (rotational axis θ) parallel to the Z-axis as an axis, and an adsorption table (holding table) is attached to an upper end of the θ-axis shaft 98. ) 10 are connected horizontally. The wafer W to be chamfered on the terrace is placed on the suction table 10 and held by vacuum suction.
ウェーハ送りユニット50Aにおいて、吸着テーブル10は、Y軸モータ64を駆動することにより図中Y軸方向に水平移動し、X軸モータを駆動することにより図中X軸方向に水平移動する。そして、Z軸モータ94を駆動することにより図中Z軸方向に垂直移動し、θ軸モータ96を駆動することによりθ軸回りに回転する。 In the wafer feed unit 50A, the suction table 10 is horizontally moved in the Y-axis direction in the drawing by driving the Y-axis motor 64, and horizontally moved in the X-axis direction in the drawing by driving the X-axis motor. Then, the Z-axis motor 94 is driven to vertically move in the Z-axis direction in the figure, and the θ-axis motor 96 is driven to rotate about the θ-axis.
研削ユニット50Bのベースプレート51上には架台102が設置される。架台102上には外周モータ104が設置されており、この外周モータ104の出力軸にはZ軸に平行な回転軸CHを軸心とするスピンドル106が連結される。ウェーハWの外周部を面取り加工する砥石ホイール108は、スピンドル106に着脱可能に装着され、外周モータ104に駆動されることにより回転する。砥石ホイール108にウェーハWが接触する加工点に向けてクーラント(研削液)を吐出するノズル121(図3)が設けられる。 A frame 102 is installed on the base plate 51 of the grinding unit 50B. An outer peripheral motor 104 is installed on the gantry 102, and an output shaft of the outer peripheral motor 104 is connected to a spindle 106 having a rotation axis CH parallel to the Z axis as an axis. The grindstone wheel 108 for chamfering the outer peripheral portion of the wafer W is detachably mounted on the spindle 106 and is rotated by being driven by the outer peripheral motor 104. A nozzle 121 (FIG. 3) that discharges a coolant (grinding liquid) toward a processing point where the wafer W contacts the grindstone wheel 108 is provided.
以上のごとく構成された面取り装置50において、ウェーハWは次のように面取り加工される。面取り加工の実施前の準備工程として、面取り加工するウェーハWを吸着テーブル10上に載置して吸着保持する。そして、外周モータ104とθ軸モータ96とを駆動して、砥石ホイール108と吸着テーブル10とを共に同方向に高速回転させる。例えば、砥石ホイール108の回転速度を3000rpmとし、吸着テーブル10の回転速度を、ウェーハWの外周速度が5mm/secとなる速さとする。 In the chamfering device 50 configured as described above, the wafer W is chamfered as follows. As a preparatory step before carrying out the chamfering process, the wafer W to be chamfered is placed on the suction table 10 and held by suction. Then, the outer peripheral motor 104 and the θ-axis motor 96 are driven to rotate both the grindstone wheel 108 and the suction table 10 in the same direction at high speed. For example, the rotation speed of the grindstone wheel 108 is 3000 rpm, and the rotation speed of the suction table 10 is a speed at which the outer peripheral speed of the wafer W is 5 mm/sec.
また、Z軸モータ94を駆動して吸着テーブル10の高さを調整してウェーハWの高さを砥石ホイール108の研削溝の高さに対応させる。更に、X軸モータを駆動して、ウェーハWの回転軸となるθ軸(回転軸θ)と、砥石ホイール108の回転軸CHとのX軸方向の位置を一致させる。 Further, the Z-axis motor 94 is driven to adjust the height of the suction table 10 so that the height of the wafer W corresponds to the height of the grinding groove of the grindstone wheel 108. Further, the X-axis motor is driven to match the position of the θ axis (rotation axis θ), which is the rotation axis of the wafer W, with the rotation axis CH of the grindstone wheel 108 in the X-axis direction.
次に、面取り加工の実施工程として、Y軸モータ64を駆動して、ウェーハWを砥石ホイール108に向けて送る。そして、ウェーハWの外周部が砥石ホイール108に当接する直前で減速し、その後、低速でウェーハWを砥石ホイール108に向けて送る。これにより、ウェーハWの外周部が砥石ホイール108に摺接し、次に説明するように、微小量ずつ研削されて面取り加工される。また、ノズル121から加工点に向けてクーラントを吐出し、加工点の冷却と共に、研削屑や砥石の磨耗粉(破砕・脱落した砥粒)の排出が行われる。 Next, as a step of performing the chamfering process, the Y-axis motor 64 is driven to send the wafer W toward the grindstone wheel 108. Then, the wafer W is decelerated immediately before the outer peripheral portion of the wafer W contacts the grindstone wheel 108, and then the wafer W is sent toward the grindstone wheel 108 at a low speed. As a result, the outer peripheral portion of the wafer W is brought into sliding contact with the grindstone wheel 108, and is ground and chamfered in minute amounts, as described below. Further, the coolant is discharged from the nozzle 121 toward the processing point, and at the same time as the processing point is cooled, the grinding dust and the abrasion powder (crushed and dropped abrasive grains) of the grindstone are discharged.
そして、ウェーハWの外周部が研削溝の最深部に到達して所定時間が経過すると面取り加工を終了し、ウェーハWを砥石ホイール108から離間する方向に移動させてウェーハWを回収する位置に移動させる。 Then, when the outer peripheral portion of the wafer W reaches the deepest portion of the grinding groove and a predetermined time elapses, the chamfering process is finished, and the wafer W is moved in a direction away from the grindstone wheel 108 to a position where the wafer W is collected. Let
図2は、図1における要部の拡大図であり、22は振動フランジであり、円環形状でリング型の圧電素子21を内蔵し、スピンドル106に嵌合して固定される。砥石ホイール108は、振動フランジ22へ振動ロスが生じないようにテーパ嵌合されている。 FIG. 2 is an enlarged view of a main part in FIG. 1. Reference numeral 22 denotes a vibration flange, which has a ring-shaped piezoelectric element 21 incorporated therein and is fitted and fixed to the spindle 106. The grindstone wheel 108 is taper-fitted to the vibration flange 22 so as not to cause vibration loss.
また、リング型の圧電素子21の大きさは、その最外周が砥石24の最内周に近づくような大きさとされている。さらに、リング型の圧電素子21は、スピンドル106に設けられた高回転に耐えるスリップリング23を介して駆動する電源が供給され、図で上下方向、つまりZ方向に超音波振動する。 The size of the ring-type piezoelectric element 21 is set so that the outermost circumference thereof approaches the innermost circumference of the grindstone 24. Further, the ring-type piezoelectric element 21 is supplied with power to be driven through a slip ring 23 provided on the spindle 106 and capable of withstanding high rotation, and vibrates ultrasonically in the vertical direction, that is, the Z direction in the figure.
なお、超音波とは、例えば、20kHz以上の周波数の音波であり、リング型圧電素子21は、20kHzの周波数の超音波によりZ方向に振動する。ただし、20kHz以上の周波数の超音波で振動させてもよい。また、加工条件等によっては20kHzよりも低い周波数の音波であってもよい。 The ultrasonic wave is, for example, a sound wave having a frequency of 20 kHz or higher, and the ring-type piezoelectric element 21 vibrates in the Z direction by the ultrasonic wave having a frequency of 20 kHz. However, you may vibrate with the ultrasonic wave of a frequency of 20 kHz or more. Further, it may be a sound wave having a frequency lower than 20 kHz depending on processing conditions.
図4の上図は砥石ホイール108の表面に垂直な断面図であり、下図は砥石ホイール108の表面に平行な断面図である。図4は、砥石ホイール108を示し、その外周の下面に砥石24が設けられている。砥石24は、その外周部に上側が大きく下側が小さくなった水平平面から90°以上150°以内のテーパとされたテーパ部26が形成されている。また、砥石24は、砥石ホイール108の円周方向にセグメント化、つまり複数に分割されており、分割された個々の間には研削屑等を排出する排出孔25が設けられている。 4 is a sectional view perpendicular to the surface of the grindstone wheel 108, and the lower diagram is a sectional view parallel to the surface of the grindstone wheel 108. FIG. 4 shows the grindstone wheel 108, and the grindstone 24 is provided on the lower surface of the outer periphery thereof. The grindstone 24 has a tapered portion 26 formed on the outer peripheral portion thereof and having a taper of 90° or more and 150° or less from a horizontal plane whose upper side is large and whose lower side is small. The grindstone 24 is segmented in the circumferential direction of the grindstone wheel 108, that is, divided into a plurality of pieces, and discharge holes 25 for discharging grinding dust and the like are provided between the divided pieces.
図5は、Z切り込み(スラスト方向送り)の手順を示す説明図であり、貼り合わせウェーハの上層である活性層30あるいは接着層31までを除去し、支持基板32は加工を実施しない場合を示し、次のような場合に適している。活性層30と支持基板32との中間層は、熱硬化性やUV接着剤で接合して接着層31とされ、機械的な接合強度が高い。活性層30は比較的に材料強度が高い材質(Si)や活性層側の仕上げ厚みが厚い。成膜で活性層30を形成する場合もあるが、膜厚が厚く材料強度的にも強固になっている。 FIG. 5 is an explanatory view showing the procedure of Z incision (thrust direction feed), showing a case where the upper layer of the bonded wafer, that is, the active layer 30 or the adhesive layer 31 is removed and the support substrate 32 is not processed. It is suitable for the following cases. The intermediate layer between the active layer 30 and the support substrate 32 is bonded with a thermosetting or UV adhesive to form an adhesive layer 31, which has high mechanical bonding strength. The active layer 30 is made of a material (Si) having a relatively high material strength, and has a large finished thickness on the active layer side. The active layer 30 may be formed by film formation, but the film thickness is large and the material strength is strong.
最終的に貼り合わせを剥離して活性層30のみを使用し、支持基板32は製造工程中の総合材料強度の確保や、成膜母材としてのみに寄与させ、リサイクルして再利用する。支持基板32はガラスやアルミナ系焼結体等コストや成形性、耐摩耗性が高い等であり、デバイス特性に寄与しない。 Finally, the bonding is peeled off and only the active layer 30 is used, and the support substrate 32 is made to contribute to ensuring the overall material strength during the manufacturing process and only as a film forming base material, and is recycled for reuse. The support substrate 32, such as glass or alumina-based sintered body, has high cost, moldability, wear resistance, and the like, and does not contribute to device characteristics.
まず、(b)に示すように、成膜による厚み誤差が大きい場合は活性層30の上平面を平滑化する。次に(c)のように面取り装置により、超音波振動をZ方向に与えながらZ方向に切り込みを開始する。つまり、自転する被研削物(ワーク)に対し回転した砥石24を上から下降させ、指定した厚みになるまで研削するインフィードを行う。 First, as shown in (b), when the thickness error due to film formation is large, the upper plane of the active layer 30 is smoothed. Next, as shown in (c), the chamfering device starts cutting in the Z direction while applying ultrasonic vibrations in the Z direction. That is, an infeed is performed in which the rotating grindstone 24 is lowered from the top with respect to the object to be ground (work) that rotates, and the grinding is performed until the specified thickness is reached.
砥石24は、メッシュサイズが#400〜#800程度のメタルボンドであり、砥石24の寿命や加工品質を考慮して調整する。砥石側のスピンドル回転数は、1000〜4000rpm、ワーク側の回転数は、50〜200rpm、切り込み速度は、0.1〜5mm/secが望ましいが、材料により適切に選択する。 The grindstone 24 is a metal bond having a mesh size of about #400 to #800, and is adjusted in consideration of the life and processing quality of the grindstone 24. The spindle rotation speed on the grindstone side is 1000 to 4000 rpm, the rotation speed on the workpiece side is 50 to 200 rpm, and the cutting speed is preferably 0.1 to 5 mm/sec, but it is appropriately selected depending on the material.
次に(d)において砥石24のテーパ部は、水平平面から90°以上150°以内とし、材料強度が高い活性層30に対して加工性をよくするキャビテーション効果を促進できる。そして、活性層30のテラスが形成され、接着層31まで除去する。次に(e)のように支持基板32及び接着層31を剥離するか、剥離前あるいは後にダイシングしてチップ化する。 Next, in (d), the tapered portion of the grindstone 24 is set to 90° or more and 150° or less from the horizontal plane to promote the cavitation effect for improving the workability of the active layer 30 having high material strength. Then, the terrace of the active layer 30 is formed, and the adhesive layer 31 is removed. Next, the support substrate 32 and the adhesive layer 31 are peeled off as shown in (e), or chips are formed by dicing before or after peeling.
以上のように、加工砥石に超音波振動を伝搬させることにより、キャビテーション効果によって、クーラントが入りにくい、スラッジが排出され難い、ことによる加工点への目詰まりを防止できる。特に、Z方向への切り込みにおいて、超音波振動をZ方向に与えることと、Z方向に先細りとなったテーパ部とを有することにより、テーパ部ではキャビテーションを効果的に与えることができる。したがって、切り込み方向に対して垂直面となる図5で水平な加工面に至るまで研削面の洗浄、研削屑の排出を促進し、研削砥粒の突出し量を安定的に確保されて加工品質が向上する。 As described above, by propagating the ultrasonic vibration to the processing grindstone, it is possible to prevent clogging at the processing point due to the cavitation effect, which makes it difficult for the coolant to enter and the sludge to be hardly discharged. In particular, in cutting in the Z direction, by providing ultrasonic vibration in the Z direction and having a taper portion that is tapered in the Z direction, cavitation can be effectively applied in the taper portion. Therefore, the cleaning of the grinding surface and the discharge of grinding debris are promoted up to the horizontal processing surface in FIG. 5, which is a surface vertical to the cutting direction, and the protruding amount of the grinding abrasive grains is stably ensured to improve the processing quality. improves.
また、送り方向(除去方向)であるZ方向への砥粒を振動させるので、元々の切削能力と砥粒の振動加速運動が追加され、研削性能が向上する。そして、テーパ部を設けたことにより、研削抵抗がZ切り込みの方向に対して横方向となる水平方向に分力となることで、加工時の押し込み力を抑制し、被研削物(ワーク)に対する曲げ荷重を小さくすることができる。 Further, since the abrasive grains are vibrated in the Z direction, which is the feed direction (removal direction), the original cutting ability and the vibration acceleration motion of the abrasive grains are added, and the grinding performance is improved. Further, by providing the tapered portion, the grinding resistance becomes a component force in the horizontal direction which is lateral to the Z-cutting direction, so that the pushing force at the time of processing is suppressed and the grinding object (workpiece) is cut. Bending load can be reduced.
これにより、Z方向への低ダメージ加工とすることができ、劈開性のあるワークに対しても割れない加工を実現することができる。特に、2種以上の異なる材料特性を有する一体物ウェーハ(物理的に貼り合わせや結晶成長品)の上面層側に、Z方向からテラス形状を形成する加工においても、基板表層部の割れや酸化被膜層及び接合バッファー層の剥離等を無くすことができる。 This makes it possible to perform low-damage processing in the Z direction, and realize processing that does not crack even on a cleavable work. In particular, even in the process of forming the terrace shape from the Z direction on the upper surface side of the monolithic wafer (physically bonded or crystal grown product) having two or more different material properties, cracking or oxidation of the substrate surface layer part It is possible to eliminate peeling of the coating layer and the bonding buffer layer.
また、切り込み方向と超音波振動方向を合わせることで、超音波振動方向及び切り込み方向に対して平行面となる側にキャビテーションを起こし、垂直面となる表面の脆性面側にはキャビテーションによるダメージが発生しない。そして、切り込み方向に対して垂直な方向を振動方向にすれば研削性能を優先することができ、キャビテーションと切込みの方向を、粗加工、精加工などの用途別に使い分けすることができる。これにより、砥粒への潤滑不良と加工負荷が分散される事により、砥石の形状維持性能が向上し、ワーク品質の安定化、砥石ライフの向上を図ることができる。 Also, by matching the cutting direction with the ultrasonic vibration direction, cavitation occurs on the side that is parallel to the ultrasonic vibration direction and the cutting direction, and damage due to cavitation occurs on the brittle surface side of the vertical surface. do not do. Then, if the direction perpendicular to the cutting direction is set as the vibration direction, the grinding performance can be prioritized, and the cavitation and cutting directions can be selectively used according to the application such as rough machining and precision machining. As a result, the lubrication failure and the processing load on the abrasive grains are dispersed, so that the shape maintenance performance of the grindstone is improved, the work quality is stabilized, and the grindstone life is improved.
さらに、砥粒の運動性が高まることにより加工能率向上し、通常加工速度よりもより速い加工スピードが実現する。また目詰まり防止と加工性能が向上する事で、接触面積の広い砥石が採用できるので、形状精度と砥石ライフを向上できる。 Further, the increased mobility of the abrasive grains improves the processing efficiency, and realizes a higher processing speed than the normal processing speed. In addition, the prevention of clogging and the improvement of processing performance enable the use of a grindstone with a wide contact area, so that the shape accuracy and grindstone life can be improved.
図6は、従来技術のように、Z方向切り込みで超音波振動を与えない場合の除去量及びスピンドル電流の時間変化を示すグラフであり、加工時間の経過と共にスピンドル電流が増加し、目詰まりが進行していることが分かる。なお、この例では加工送り速度が0.1μm/s程度で除去量が20μm程度で行っており、これ以上に加工送り速度、除去量を大きくすることは加工品質等から困難であった。 FIG. 6 is a graph showing the time variation of the removal amount and the spindle current when ultrasonic vibration is not applied in the Z-direction cutting as in the prior art, in which the spindle current increases with the lapse of machining time and clogging occurs. You can see that it is progressing. In this example, the processing feed speed is about 0.1 μm/s and the removal amount is about 20 μm. It is difficult to increase the processing feed speed and the removal amount more than this because of the processing quality and the like.
図7は、Z方向切り込みで超音波振動を与えた場合の除去量及びスピンドル電流の時間変化を示すグラフである。加工条件は、砥石24がメッシュサイズ#600のメタルボンド、超音波振動20kHz振幅2μm、スピンドル回転数1000rpm、ワーク側の回転数100rpm、として行った。 FIG. 7 is a graph showing the changes over time in the removal amount and spindle current when ultrasonic vibration is applied by cutting in the Z direction. The processing conditions were such that the grindstone 24 was a metal bond having a mesh size of #600, ultrasonic vibration was 20 kHz, amplitude was 2 μm, spindle rotation speed was 1000 rpm, and work-side rotation speed was 100 rpm.
加工時間の経過と共にスピンドル電流が増加することは認められず安定し、除去も良好に進行している。また、この例では加工送り速度が0.8μm/s程度で除去量が45μm程度で行っており、図6のものと比べて加工時間も短縮でき、加工品質も向上し、基板表層部の割れや酸化被膜層及び接合バッファー層の剥離等も生じていない。 The spindle current was not observed to increase with the passage of processing time, was stable, and removal was progressing well. In addition, in this example, the processing feed rate is about 0.8 μm/s and the removal amount is about 45 μm, so that the processing time can be shortened, the processing quality is improved, and the cracks on the surface layer of the substrate are improved as compared with those in FIG. Also, peeling of the oxide film layer and the bonding buffer layer did not occur.
W ウェーハ(被加工材)
10 吸着テーブル
21 圧電素子
22 振動フランジ
23 スリップリング
24 砥石
25 排出孔
26 テーパ部
30 活性層
31 接着層
32 支持基板
50 面取り装置
50A ウェーハ送りユニット
50B 研削ユニット
106 スピンドル
108 砥石ホイール
W wafer (workpiece)
10 Adsorption Table 21 Piezoelectric Element 22 Vibrating Flange 23 Slip Ring 24 Grinding Stone 25 Discharge Hole 26 Tapered Part 30 Active Layer 31 Adhesive Layer 32 Supporting Substrate 50 Chamfering Device 50A Wafer Feeding Unit 50B Grinding Unit 106 Spindle 108 Grinding Wheel
Claims (9)
研削ユニットのスピンドルに嵌合して固定された振動フランジと、
前記振動フランジに内蔵されZ方向に超音波振動する圧電素子と、
外周の下面に砥石が設けられ、前記振動フランジに嵌合された砥石ホイールと、
を備え、
前記砥石ホイールは前記振動フランジへテーパ嵌合され、
前記砥石に前記圧電素子による超音波振動を与えながらZ方向に切り込んで前記被加工材の端面にテラスを形成することを特徴とする面取り装置。 In a chamfering device for grinding the end surface of a plate-shaped work material,
A vibration flange fitted and fixed to the spindle of the grinding unit,
A piezoelectric element built in the vibration flange and ultrasonically vibrating in the Z direction;
A grindstone is provided on the lower surface of the outer periphery, and a grindstone wheel fitted to the vibration flange,
Equipped with
The grinding wheel is taper fitted to the vibrating flange,
A chamfering device, characterized by cutting the grindstone in the Z direction while applying ultrasonic vibration by the piezoelectric element to form a terrace on the end surface of the workpiece.
研削ユニットのスピンドルに嵌合して固定された振動フランジと、
前記振動フランジに内蔵されZ方向に超音波振動する圧電素子と、
外周の下面に砥石が設けられ、前記振動フランジに嵌合された砥石ホイールと、
を備え、
前記砥石ホイールは前記振動フランジへテーパ嵌合された面取り装置を用い、
外周部に上側が大きく下側が小さくなったテーパ部が形成された前記砥石にZ方向に超音波振動を与えながらZ方向に切り込んで前記被加工材の端面にテラスを形成することを特徴とする面取り方法。 A chamfering method for forming a terrace shape on an end surface of a plate-shaped workpiece,
A vibration flange fitted and fixed to the spindle of the grinding unit,
A piezoelectric element built in the vibration flange and ultrasonically vibrating in the Z direction;
A grindstone is provided on the lower surface of the outer periphery, and a grindstone wheel fitted to the vibration flange,
Equipped with
The grinding wheel uses a chamfering device that is taper fitted to the vibration flange,
And forming a terrace on the end face of the workpiece by cutting in the Z direction while applying ultrasonic vibration to the Z-direction to the grindstone tapered portion is formed to the upper large bottom is smaller in the outer peripheral portion Chamfer method.
研削ユニットのスピンドルに嵌合して固定された振動フランジと、
前記振動フランジに内蔵されZ方向に超音波振動する圧電素子と、
外周の下面に砥石が設けられ、前記振動フランジに嵌合された砥石ホイールと、
を備え、
前記砥石ホイールは前記振動フランジへテーパ嵌合された面取り装置を用い、
外周部に上側が大きく下側が小さくなったテーパ部が形成された前記砥石にZ方向に超音波振動を与えながらZ方向に切り込んで前記テラス形状を形成することを特徴とする面取り方法。 A chamfering method for forming a terrace shape on the active layer side of the wafer in which the upper layer of the supporting substrate is an active layer,
A vibration flange fitted and fixed to the spindle of the grinding unit,
A piezoelectric element built in the vibration flange and ultrasonically vibrating in the Z direction;
A grindstone is provided on the lower surface of the outer periphery, and a grindstone wheel fitted to the vibration flange,
Equipped with
The grinding wheel uses a chamfering device that is taper fitted to the vibration flange,
Chamfering method characterized by forming the terrace shape cuts in the Z direction while applying ultrasonic vibration to the Z-direction to the grindstone tapered portion is formed to the upper large bottom is smaller in the outer peripheral portion.
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