(57)【要約】【課題】超音波振動手段を金属基台に確実に絶縁した状態で装着することができる加工工具を提供する。【解決手段】砥石と、該砥石を保持する金属基台と、金属基台にボンド剤によって装着された超音波振動手段とを具備する加工工具であって、超音波振動手段は超音波振動子と該超音波振動子の両側分極面にそれぞれ装着された一対の電極板とによって構成され、一対の電極板の少なくとも一方の表面に絶縁層が形成され、絶縁層を介して金属基台にボンド剤によって装着される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石と、該砥石を保持する金属基台と、該金属基台にボンド剤によって装着された超音波振動手段とを具備する加工工具であって、
該超音波振動手段は、超音波振動子と該超音波振動子の両側分極面にそれぞれ装着された一対の電極板とによって構成され、該一対の電極板の少なくとも一方の表面に絶縁層が形成され、該絶縁層を介して該金属基台にボンド剤によって装着される、
ことを特徴とする加工工具。
【請求項２】
該絶縁層は、該電極板の表面にガラスペーストを塗布し、該電極板の溶解温度より低い温度で焼成して形成する、請求項１記載の加工工具。
【請求項３】
該絶縁層は、ポーラス状に形成されている、請求項１又は２記載の加工工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研削するための研削工具や被加工物を切削するための切削工具等の加工工具、更に詳しくは超音波振動させつつ加工する加工工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。このようにして分割されるウエーハは、ストリートに沿って切断する前に研削装置によって裏面が研削され、所定の厚さに加工される。
【０００３】
しかるに、研削装置の研削砥石によってウエーハの裏面を研削すると、研削砥石に目詰まりが発生し研削能力が低下する。特に、サファイヤ、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチック等の脆性硬質材料を研削すると、研削砥石の目詰まりによる研削能力の低下によって生産性が著しく低下するという問題がある。
【０００４】
上述した問題を解消するために、ウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削砥石を保持する基台に超音波振動手段を装着し、この超音波振動手段に交流電圧を印加することにより、基台に保持された研削砥石に超音波振動を付与するようにした研削工具が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
また、上述したウエーハのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと呼ばれる切削装置によって行われている。この切削装置は、ウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該回転スピンドルに装着された砥石ブレードを備えた切削工具および回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。このような切削装置においては、切削工具を２００００〜４００００rpmの回転速度で回転しつつ、切削ブレードとチャックテーブルに保持された被加工物を相対的に切削送りする。
【０００６】
しかるに、デバイスが形成されるウエーハは、上述したようにシリコン、サファイヤ、シリコンナイトライド、ガラス、リチウムタンタレート等の脆性硬質材料が用いられており、砥石ブレードを備えた切削工具によって切削すると切断面に欠けが生じてデバイスの品質を低下させるという問題がある。また、サファイヤ等のモース硬度の高いウエーハは、砥石ブレードによる切削が不可能ではないにしても非常に困難である。
【０００７】
上述した問題を解消するために、砥石ブレードを保持する基台に超音波振動手段を装着し、この超音波振動手段に交流電圧を印加することにより、基台に装着された砥石ブレードに超音波振動を付与するようにした切削工具が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１０７０６５号公報
【特許文献２】特開２００８−１５９８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記超音波振動手段は、圧電体からなる超音波振動子と該超音波振動子の両側分極面に装着された2枚の電極板とからなり、該2枚の電極板の一方がアルミニウム等の金属材によって形成された基台にエポキシ樹脂等の絶縁性を有するボンド剤によって装着される。
しかるに、超音波振動手段を構成する電極板を絶縁性を有するボンド剤によって金属基台に装着しても、電極板が金属基台に接触して漏電する場合がある。
【００１０】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、超音波振動手段を金属基台に確実に絶縁した状態で装着することができる加工工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、砥石と、該砥石を保持する金属基台と、該金属基台にボンド剤によって装着された超音波振動手段とを具備する加工工具であって、
該超音波振動手段は、超音波振動子と該超音波振動子の両側分極面にそれぞれ装着された一対の電極板とによって構成され、該一対の電極板の少なくとも一方の表面に絶縁層が形成され、該絶縁層を介して該金属基台にボンド剤によって装着される、
ことを特徴とする加工工具が提供される。
【００１２】
上記絶縁層は、電極板の表面にガラスペーストを塗布し、電極板の溶解温度より低い温度で焼成して形成する。
また、上記絶縁層は、ポーラス状に形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による加工工具においては、超音波振動手段が超音波振動子と該超音波振動子の両側分極面にそれぞれ装着された一対の電極板とによって構成され、該一対の電極板の少なくとも一方の表面に絶縁層が形成され、該絶縁層を介して砥石を保持する金属基台にボンド剤によって装着されるので、一方の電極板と金属基台は確実に絶縁される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に従って構成された加工工具としての研削工具を備えた研削ユニットの断面図。
【図２】本発明に従って構成された研削工具の斜視図。
【図３】図２に示す研削工具の要部を拡大して示す断面図。
【図４】本発明に従って構成された加工工具としての切削工具の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に従って構成された加工工具の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
【００１６】
図１には、本発明に従って構成された加工工具としての研削工具を備えた研削ユニットの断面図が示されている。
【００１７】
研削ユニット２は、スピンドルハウジング３１と、該スピンドルハウジング３１に回転自在に配設された回転スピンドル３２とを具備している。スピンドルハウジング３１は略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸穴３１１を備えている。スピンドルハウジング３１に形成された軸穴３１１に挿通して配設される回転スピンドル３２は、その中央部には径方向に突出して形成されたスラスト軸受フランジ３２１が設けられている。このようにしてスピンドルハウジング３１に形成された軸穴３１１に挿通して配設される回転スピンドル３２は、軸穴３１１の内壁との間に供給される高圧エアーによって回転自在に支持される。スピンドルハウジング３１に回転可能に支持された回転スピンドル３２は、一端部(図１において下端部)がスピンドルハウジング３１の下端から突出して配設されており、その一端(図１において下端)にホイールマウント３３が設けられている。そして、このホイールマウント３３の下面に研削工具４が取り付けられる。
【００１８】
上記ホイールマウント３３および研削工具４について、図２を参照して説明する。
ホイールマウント３３は、図２に示すように回転スピンドル３２の下端に一体に円盤状に形成されている。このホイールマウント３３には、4個のボルト挿通穴３３aが設けられている。また、ホイールマウント３３の中心部には、コネクター挿入穴３３bが形成されている。
【００１９】
図２に示す研削工具４は、アルミニウム等の金属材によって形成された円環状の金属基台４１と、該金属基台４１の下面に装着される複数の研削砥石４２とからなっている。金属基台４１は、外周部を形成し上記ホイールマウント３３と連結する環状の取り付け部４１１と、該環状の取り付け部４１１の内側に形成された環状の超音波振動子装着部４１２とを備えている。取り付け部４１１には、上記ホイールマウント３３に設けられた4個のボルト挿通孔３３aと対応する4個のネジ穴４１１aが形成されている。上記超音波振動子装着部４１２は、取り付け部４１１の上面より下側に段差をもって形成されている。このように形成された金属基台４１の下面に複数の研削砥石４２が周方向に適宜の接着剤によって装着されている。
【００２０】
上記金属基台４１の環状の超音波振動子装着部４１２の上面に複数の研削砥石４２に超音波振動を付与する超音波振動手段５が装着されている。超音波振動手段５は、図３に示すように環状の超音波振動子５１と、該超音波振動子５１の両側分極面にそれぞれ装着された一対の電極板５２a、５２bとからなっている。超音波振動子５１は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって環状に形成されている。
【００２１】
上記一対の電極板５２a、５２bは、超音波振動子５１の両側分極面にそれぞれ銀ペーストを塗布し、７００℃の温度で３０分間焼成して形成する。このように構成された超音波振動手段５を構成する一対の電極板５２a、５２bのうち超音波振動子装着部４１２の上面に装着される一方の電極板５２aの表面には、絶縁層５３が形成されている。この絶縁層５３は、一方の電極板５２aの表面にガラスペーストからなる絶縁ペーストを塗布し、電極板の溶解温度より低い６００℃の温度で１５分間焼成して形成することができる。このようにガラスペーストからなる絶縁ペーストが焼成されて形成された絶縁層５３は、ポーラス状に形成される。このような絶縁ペーストは、昭栄化学工業株式会社が製造販売する絶縁ペーストを用いることができる。上述したように構成された超音波振動手段５は、図３に示すように金属基台４１の環状の超音波振動子装着部４１２の上面に絶縁層５３側がエポキシ樹脂等の絶縁性を有するボンド剤５４によって装着される。このように、超音波振動手段５を構成する一方の電極板５２aには絶縁層５３が形成され、この絶縁層５３側がエポキシ樹脂等の絶縁性を有するボンド剤５４によって金属基台４１の環状の超音波振動子装着部４１２の上面に装着されるので、一方の電極板５２aと金属基台４１は確実に絶縁される。
【００２２】
上述した超音波振動手段５を構成する一対の電極板５２a、５２bにはそれぞれ導電線５５a、５５bの一端が接続されている。この導電線５５a、５５bの他端は、図２に示すように凸型コネクター５６に接続されている。この凸型コネクター５６は後述する電力供給手段に着脱可能に接続される。
【００２３】
以上のように構成された研削工具5は、ホイールマウント３３に設けられた4個のボルト挿通孔３３aにそれぞれ挿通された締結ボルト５７を4個のネジ穴４１１aそれぞれ螺着することによって、マウンター３３に着脱可能に装着される。
【００２４】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研削ユニット２は、回転スピンドル３２を回転駆動するための電動モータ６を備えている。図示の電動モータ６は、永久磁石式モータによって構成されている。永久磁石式の電動モータ６は、回転スピンドル３２の中間部に形成されたモータ装着部３２２に装着された永久磁石からなるロータ６１と、該ロータ６１の外周側においてスピンドルハウジング３１に配設されたステータコイル６２とからなっている。このように構成された電動モータ６は、ステータコイル６２に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりロータ６１が回転し、該ロータ６１を装着した回転スピンドル３２を回転せしめる。
【００２５】
図示の実施形態における研削ユニット２は、上記超音波振動手段５を構成する一対の電極板５２a、５２bに交流電力を印加するとともに上記電動モータ６に交流電力を印加する電力供給手段７を具備している。電力供給手段７は、スピンドルハウジング３１の後端部に配設されたロータリートランス７０を具備している。ロータリートランス７０は、回転スピンドル３２の後端に配設された受電手段７１と、該受電手段７１と対向して配設されスピンドルハウジング３１の後端部に配設された給電手段７２とを具備している。受電手段７１は、回転スピンドル３２に装着されたロータ側コア７１１と、該ロータ側コア７１１に巻回された受電コイル７１２とからなっている。このように構成された受電手段７１の受電コイル７１２には、導電線７１３が接続されている。この導電線７１３は、回転スピンドル３２の中心部に軸方向に形成された穴３２３内に配設され、その先端が上記凸型コネクター５６と嵌合する凹型コネクター７１４（図２参照）に接続されている。上記給電手段７２は、受電手段７１の外周側に配設されたステータ側コア７２１と、該ステータ側コア７２１に配設された給電コイル７２２とからなっている。このように構成された給電手段７２の給電コイル７２２は、電気配線７３を介して交流電力が供給される。
【００２６】
図示の実施形態における電力供給手段７は、上記ロータリートランス７０の給電コイル７２２に供給する交流電力の交流電源７４と、電力調整手段としての電圧調整手段７５と、上記給電手段７２に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段７６と、電圧調整手段７５および周波数調整手段７６を制御する制御手段７７と、該制御手段７７に複数の研削砥石４２に付与する超音波振動の振幅等を入力する入力手段７８を具備している。なお、図１に示す電力供給手段７は、制御回路７９および電気配線６２１を介して上記電動モータ６のステータコイル６２に交流電力を供給する。
【００２７】
図示の実施形態における研削ユニット２は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
研削作業を行う際には、電力供給手段７から電動モータ６のステータコイル６２に交流電力が供給される。この結果、電動モータ６が回転して回転スピンドル３２が回転し、該回転スピンドル３２の先端に取り付けられた研削工具４が回転せしめられる。
【００２８】
一方、電力供給手段７は、制御手段７７によって電圧調整手段７５および周波数変換手段７６を制御し、交流電力の電圧を所定の電圧（例えば、２０V）に制御するとともに、交流電力の周波数を所定周波数（例えば、4０kHz）に変換して、ロータリートランス７０を構成する給電手段７２の給電コイル７２２に供給する。このように所定周波数の交流電力が給電コイル７２２に印加されると、回転する受電手段７１の受電コイル７１２、導電線７１３、凹型コネクター７１４、凸型コネクター５６、導電線５５a、５５bを介して超音波振動手段５を構成する一対の電極板５２a、５２bに交流電力が印加される。この結果、超音波振動子５１は径方向および軸方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、金属基台４１を介して複数の研削砥石４２に伝達され、複数の研削砥石４２が径方向および軸方向に超音波振動する。なお、図示の実施形態においては、超音波振動手段５を構成する電極板５２aに装着される絶縁層５３はポーラス状に形成されているので、超音波振動子５１の振動を減衰させることはない。
【００２９】
次に、超音波振動手段が装着された加工工具の他の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４に示す加工工具としての切削工具８は、アルミニウム等の金属材によって形成された円環状の金属基台８１と、該金属基台８１の外周部側面に装着された環状の砥石ブレード８２とを具備している。金属基台８１は、軸心に貫通孔８１１aを備えた円柱状のボス部８１１と、該ボス部８１１から径方向に突出して形成されたブレード装着部８１２とからなっている。切削ブレード８２は、図示の実施形態においては金属基台８１を形成するブレード装着部８１２における図４において右側側面に砥粒をニッケル等の金属メッキで結合した電鋳ブレードからなっている。なお、金属基台８１のブレード装着部８１２に装着する砥石ブレードとしては、砥粒をレジンボンドで結合したレジンボンド砥石ブレード、砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石ブレード、砥粒をビトリファイドボンドで結合したビトリファイドボンド砥石ブレード等を用いることができる。
【００３０】
上述したように形成された金属基台８１のブレード装着部８１２における図４において左側側面の超音波振動子装着部８１２aには、切削ブレード８２に超音波振動を付与する超音波振動手段５が装着されている。超音波振動手段５は、上記図１乃至図３に示す研削工具４に装着された超音波振動手段５と同様に、環状の超音波振動子５１と、該超音波振動子５１の両側分極面にそれぞれ装着された一対の電極板５２a、５２bとからなっている。超音波振動子５１は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって環状に形成されている。
【００３１】
上記一対の電極板５２a、５２bは、超音波振動子５１の両側分極面にそれぞれ銀ペーストを塗布し、７００℃の温度で３０分間焼成して形成する。このように構成された超音波振動手段５を構成する一対の電極板５２a、５２bのうち超音波振動子装着部８１２aに装着される一方の電極板５２aの表面には、絶縁層５３が形成されている。この絶縁層５３は、一方の電極板５２aの表面にガラスペーストからなる絶縁ペーストを塗布し、電極板の溶解温度より低い６００℃の温度で１５分間焼成して形成することができる。このようにガラスペーストからなる絶縁ペーストが焼成されて形成された絶縁層５３は、ポーラス状に形成される。上述したように構成された超音波振動手段５は、金属基台８１のブレード装着部８１２における超音波振動子装着部８１２aに絶縁層５３側がエポキシ樹脂等の絶縁性を有するボンド剤５４によって装着される。このように、超音波振動手段５を構成する一方の電極板５２aには絶縁層５３が形成され、この絶縁層５３側がエポキシ樹脂等の絶縁性を有するボンド剤５４によって金属基台８１の超音波振動子装着部８１２aに装着されるので、一方の電極板５２aと金属基台８１は確実に絶縁される。なお、上記超音波振動手段５を構成する一対の電極板５２a、５２bにはそれぞれ導電線５５a、５５bの一端が接続される。この導電線５５a、５５bの他端は、それぞれ金属基台８１のブレード装着部８１２に設けられた貫通孔８１２b、８１２cを挿通して図示しない電力供給手段に接続される。
【００３２】
以上のように構成された加工工具としての切削工具８は、切削装置の切削手段を構成する回転スピンドルに取り付けられたマウンターに金属基台８１のボス部８１１に形成された貫通孔８１１aを嵌合して装着される。
【符号の説明】
【００３３】
２：研削ユニット
３１：スピンドルハウジング
３２：回転スピンドル
３３：ホイールマウント
４：研削工具
４１：金属基台
４２：研削砥石
５：超音波振動手段
５１：超音波振動子
５２a,５２b：電極板
５３：絶縁層
５４：ボンド剤
６：電動モータ
７：電力供給手段
７０：ロータリートランス
７１：受電手段
７２：給電手段
７４：交流電源
７５：電圧調整手段
７６：周波数調整手段
７７：制御手段
８：切削工具
８２：砥石ブレード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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