CN101337400A - 切削装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切削装置，其具有构成简单且经济的刀具检测构件。所述切削装置具有：卡盘工作台，其保持被加工物；切削构件，其将切削刀具支撑成可旋转，切削刀具用于对保持在卡盘工作台上的被加工物进行切削；X轴进给构件，其对卡盘工作台在X轴方向上进行加工进给；Y轴进给构件，其在Y轴方向上对切削构件进行分度进给；以及Z轴进给构件，其在Z轴方向上对切削构件进行切入进给，其特征在于，切削装置具有刀具检测构件，该刀具检测构件是通过以夹着卡盘工作台移动的X轴移动路径的方式配置激光光束照射部和激光光束接收部而构成的，激光光束照射部所照射的激光光束与Y轴方向平行，并且与通过切削刀具的旋转轴心的Z轴相交。

Description

切削装置

技术领域

本发明涉及一种具有刀具检测构件的切削装置，刀具检测构件用于检测切削半导体晶片等被加工物的切削刀具的状态。

背景技术

例如，在半导体晶片制造工序中，在为大致圆板形状的半导体晶片表面上呈格子状排列的多个区域中形成IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(large scale integration：大规模集成电路)等电路，沿预定的间隔道(切断线)来切割形成有所述电路的各区域，从而制造出一个个半导体芯片。

切割半导体晶片的切削装置(切割装置)具有：卡盘工作台，其保持晶片；切削构件，其将切削刀具支撑成可旋转，所述切削刀具用于对保持在所述卡盘工作台上的晶片进行切削；X轴进给构件，其对所述卡盘工作台在X轴方向上进行加工进给；Y轴进给构件，其在与X轴方向正交的Y轴方向上对切削构件进行分度进给；以及Z轴进给构件，其在与X轴方向和Y轴方向正交的Z轴方向上对切削构件进行切入进给。

切削装置还如日本特开2003-211354号公报公开那样，具有切削刀具检测器，该切削刀具检测器由检测切削刀具的磨损量及Z轴原点的发光元件和受光元件构成。

专利文献1：日本特开2003-211354号公报

在具有以对置的方式配置切削刀具的第一切削构件和第二切削构件的切削装置中，在专利文献1所公开的切削装置中，必须与各切削构件对应地配置两个由发光元件和受光元件构成的刀具检测构件，存在不经济的问题。

刀具检测构件由发光元件和受光元件构成，为使灵敏度良好，发光元件和受光元件之间的间隔较窄地设定为可插入切削刀具的程度，所以为了检测切削刀具的磨损和Z轴原点，必须使切削刀具在Y轴方向和Z轴方向上高精度地移动，将切削刀具插入到发光元件与受光元件之间的间隙中，存在控制较为复杂这样的问题。

此外，必须在切削刀具的可动范围内设置刀具检测构件，当含有切削屑的切削水附着在发光元件或受光元件上时，受光量会发生变化，不能正确地检测切削刀具的位置，因此存在必须附加用于防止切削水的附着的罩的问题。

发明内容

本发明鉴于此类问题而完成，其目的是提供一种切削装置，其具有可正确地检测切削刀具的磨损量及Z轴原点、并且还可应用于具有两个切削刀具的切削装置的刀具检测构件。

根据本发明，提供一种切削装置，其具有：卡盘工作台，其保持被加工物；切削构件，其将切削刀具支撑成可旋转，所述切削刀具用于对保持在所述卡盘工作台上的被加工物进行切削；X轴进给构件，其对所述卡盘工作台在X轴方向上进行加工进给；Y轴进给构件，其在与所述X轴方向正交的Y轴方向上对所述切削构件进行分度进给；以及Z轴进给构件，其在与所述X轴方向和Y轴方向正交的Z轴方向上对所述切削构件进行切入进给，其特征在于，所述切削装置具有刀具检测构件，该刀具检测构件是通过以夹着所述卡盘工作台移动的X轴移动路径的方式配置激光光束照射部和激光光束接收部而构成的，所述激光光束照射部照射激光光束，所述激光光束接收部接收所述激光光束，所述激光光束照射部所照射的激光光束与所述Y轴方向平行，并且与通过所述切削刀具的旋转轴心的Z轴相交。

优选的是：切削刀具检测构件检测切削刀具在Z轴上位置，以检测切削刀具的磨损量，其中切削刀具在Z轴上位置是通过使切削构件借助于Z轴进给构件在Z轴方向上移动，而使切削刀具略微遮蔽激光光束时的位置。

优选的是：切削刀具检测构件检测切削刀具在Z轴上位置，以检测切削刀具相对于卡盘工作台表面在Z轴上的原点，其中切削刀具在Z轴上位置是通过使切削构件借助于Z轴进给构件在Z轴方向上移动，而使切削刀具略微遮蔽激光光束时的位置。

根据本发明，由于刀具检测构件用激光光束照射部和激光光束接收部构成，且以激光光束照射部所照射的激光光束与Y轴方向平行、并与通过切削刀具的旋转轴心的Z轴相交的方式，配置激光光束照射部和激光光束接收部，所以无论切削刀具位于Y轴方向的哪个位置，仅通过在Z轴方向上移动，就能够检测切削刀具的磨损量，或者检测Z轴上的原点位置。

此外，由于可扩大激光光束照射部与激光光束接收部之间的间隔而设置在切削水的影响小的位置，所以不需要设置用于排除切削水的影响的罩。

再有，在切削构件由以各切削刀具在Y轴方向上对置的方式配置的第一切削构件和第二切削构件所构成的切削装置中，如果将激光光束照射部和激光光束接收部之间的间隔扩大到第一切削构件的切削刀具和第二切削构件的切削刀具的间隔以上地设置刀具检测构件，则可通过一个刀具检测构件来进行各切削刀具的检测，非常经济。

附图说明

图1是本发明实施方式的切削装置的外观立体图。

图2是表示实施方式的切削装置的主要部分的构成的分解立体图。

图3是表示第一及第二切削构件的分解立体图。

图4是表示刀具检测构件与卡盘工作台及切削刀具之间的关系的示意图。

标号说明

10：卡盘工作台组件；12、14：导轨；20：卡盘工作台；22：吸盘；26：X轴驱动构件；44：门形框架；46：横向部件；48、50：直立部件；52：校准构件；54：摄像构件；66：第一切削构件；68：第二切削构件；96：第一主轴单元；100：第二主轴单元；108：第一切削刀具；112：第二切削刀具；114：刀具检测构件；116：激光光束照射构件；118：激光光束接收构件。

具体实施方式

下面参照附图来详细说明本发明的实施方式。图1是表示本发明实施方式的切削装置2的外观的立体图。切削装置2整体由壳体4覆盖，在切削装置2的前表面侧设有操作者输入加工条件等对装置的指示用的操作构件6，和显示对操作者的导向画面和由后述的摄像构件拍摄得到的图像的LCD(Liquid-crystal display：液晶显示器)等显示构件8。

参照图2，示出了切削装置2的主要部分的分解立体图。标号10是卡盘工作台组件，其由以下部分构成：可由安装在切削装置2的基体上的一对导轨12、14引导着在X轴方向上移动的引导块16；和通过连接部件18而与引导块16连接成一体的卡盘工作台20。

卡盘工作台20由以下部分构成：吸盘支撑台21；在该吸盘支撑台21上安装的吸盘22；以及将吸附保持在吸盘22上的晶片夹紧的多个夹紧器24。

吸盘22通过未图示的吸引构件来吸引保持作为被加工物的例如圆板状的半导体晶片。而且，卡盘工作台20具有使吸盘22旋转的未图示的旋转机构。

卡盘工作台组件10通过驱动构件26而在X轴方向上往复移动。驱动构件26由滚珠丝杠28、和结合于滚珠丝杠28的螺纹轴(外螺纹杆)30的一端的脉冲电动机32构成。与滚珠丝杠28的螺纹轴30螺合的未图示的螺母固定在引导块16上。

当通过脉冲电动机32使滚珠丝杠28的螺纹轴30旋转时，卡盘工作台20由导轨12、14引导着在X轴方向上移动。即，卡盘工作台20可在从未图示的晶片盒取出晶片并将晶片装载到卡盘工作台20上的晶片装载区域与切削晶片的切削区域之间移动。

一对导轨12、14及卡盘工作台组件10的驱动构件26收纳在左侧图示的内侧壳36中。波纹管40的后端40a螺纹固定在内侧壳36的后板36a上，波纹管40的前端40b螺纹固定在卡盘工作台20的吸盘支撑台21上。

再有，波纹管42的后端42a螺纹固定在卡盘工作台20的吸盘支撑台21上，波纹管42的前端42b螺纹固定在内侧壳36的前板36b上。由此，卡盘工作台20成为从波纹管40、42向上方突出的姿态。

内侧壳36收纳在安装于切削装置2基体的外侧壳34中。在外侧壳34上连接有切削水排水用的管38。标号44是切削构件安装用的门形框架，其由横向部件46和与横向部件46连接为一体的一对直立部件48、50构成。

标号52是在前端具有CCD照相机等摄像构件54的校准构件，其可由在门形框架44的横向部件46的前表面固定的一对导轨56、58引导着在Y轴方向上移动。在Y轴方向上驱动校准构件52的驱动构件60由滚珠丝杠62和脉冲电动机64构成。

在门形框架44的横向部件46的背面，可在Y轴方向上移动地安装有第一切削构件66及第二切削构件68。即，如图3所示，第一切削构件66包括具有一对引导槽72a、72b和退避槽74的引导块70。

在引导块70上，安装有与滚珠丝杠82的螺纹轴84螺合的螺母，螺纹轴84安装在门形框架44的横向部件46的背面上。

在横向部件46的背面，安装有与导轨56、58同样地在Y轴方向上延伸的一对导轨，这些导轨配合在形成于引导块70的引导槽72a、72b中。

在滚珠丝杠82的螺纹轴84的一端上连接有脉冲电动机86，在驱动脉冲电动机86时，第一切削构件66的引导块70由导轨引导着在Y轴方向上移动。

同样地，第二切削构件68也包括具有一对引导槽78a、78b和退避槽80的引导块76。引导块76的引导槽78a、78b与在门形框架44的横向部件46的背面固定的上述一对导轨配合。

在引导块76上，固定有与滚珠丝杠88的螺纹轴90螺合的未图示的螺母，螺纹轴90固定在横向部件46的背面。在螺纹轴90的一端上连接有脉冲电动机92，当驱动脉冲电动机92时，第二切削构件68的引导块76由一对导轨引导着在Y轴方向上移动。

滚珠丝杠82的螺纹轴84收纳在引导块76的退避槽80中，滚珠丝杠88的螺纹轴90收纳在引导块70的退避槽74中。由此，如图2所示，可接近门形框架44的横向部件46的背面地安装第一及第二切削构件66、68。

在引导块70上，可在上下方向(Z轴方向)上移动地安装有L形块94。L形块94的移动机构由与上述机构同样的导轨、滚珠丝杠及脉冲电动机102构成。在L形块94的底面固定有第一主轴单元96。

同样地，在引导块76上，可在上下方向(Z轴方向)上移动地安装有L形块98。L形块98的移动机构由与上述机构同样的导轨、滚珠丝杠及脉冲电动机104构成。在L形块98的底面固定有第二主轴单元100。

第一主轴单元96如图4概要所示那样，由第一主轴106；安装在第一主轴106前端的第一切削刀具108；以及驱动第一主轴106的未图示的电动机构成。

同样地，第二主轴单元100由第二主轴110；安装在第二主轴110前端的第二切削刀具112；以及驱动第二主轴110的未图示的电动机构成。

第一主轴单元96及第二主轴单元100以第一切削刀具108和第二切削刀具112相互对置的方式配置。再有，第一主轴单元96及第二主轴单元100各自的轴心以朝向箭头Y所示的分度进给方向的方式配置在一条直线上。

在门形框架44的直立部件48上设有激光光束照射部116，在直立部件50上，与该激光光束照射部116对置地设置有激光光束接收部118。

用激光光束照射部116和激光光束接收部118来构成刀具检测构件114。激光光束照射部116照射例如红外线激光或可视光激光，激光光束接收部118由PD(光电二极管)构成。

如图4所示，激光光束照射部116及激光光束接收部118，以从激光光束照射部116照射的激光光束120与卡盘工作台20的上表面即吸盘22的上表面22a略微接触这样的位置关系，分别安装在直立部件48、50上。

本发明实施方式的切削装置2的主要部分如上述那样构成，但切削装置2包括省略了图示的其它构成部分，例如收纳多个成为切削加工对象的晶片的晶片盒、输送晶片的多个晶片输送装置、清洗切削加工后的晶片的清洗装置等，但这些构成部分与本发明的说明没有直接关系，所以省略图示及其说明。

下面，对上述切削装置2的切削加工动作进行说明。首先，将第一切削构件66及第二切削构件68的切削刀具108、112更换为新的切削刀具。

此时，驱动第一切削构件66的脉冲电动机102，使第一切削刀具108下降，检测第一切削刀具108的设置在外周的切削刃略微遮蔽刀具检测构件114的激光光束照射部116所照射的激光光束时的、Z轴上的位置，检测第一切削刀具108相对于卡盘工作台20的表面、即吸盘22的表面22a在Z轴上的原点位置，并将该原点位置存储到切削装置2的控制器的存储器中。

对第二切削构件68的第二切削刀具112也进行同样的操作，检测第二切削刀具112相对于卡盘工作台20的表面的原点位置，并将该检测值存储到控制器的存储器中。

第一及第二切削刀具108、112的原点位置在晶片的切削时是非常重要的。由于晶片通常粘在粘贴带(切割带)上并由卡盘工作台20吸引保持，所以要将晶片分割为一个个芯片，需要用第一及第二切削刀具108、112进行到达粘贴带的一部分的切入。

因此，如果已知了第一及第二切削刀具108、112相对于卡盘工作台20表面的原点位置，则可在后面通过计算而算出使第一及第二切削刀具108、112下降到何处来执行切削较好。

由于第一及第二切削刀具108、112在Z轴方向的当前位置由控制器掌握，所以可知对脉冲电动机102、104施加多少个脉冲来驱动脉冲电动机102、104，能够使第一及第二切削刀具108、112下降到期望的切削位置。

在本实施方式中，由于用扩大间隔地配置的激光光束照射部116和激光光束接收部118来构成刀具检测构件114，所以可用一个刀具检测构件114来检测第一切削构件66及第二切削构件68的第一、第二切削刀具108、112的原点位置，非常经济。

如此般检测第一及第二切削刀具108、112相对于卡盘工作台20的表面的Z轴上的原点位置，将这些值存储到控制器的存储器中，从而完成切削准备。

收纳在未图示的晶片盒中的晶片由搬入搬出构件从晶片盒取出，再通过输送构件而输送向卡盘工作台20，由吸盘22吸附晶片，并通过夹紧器24夹紧。

然后，卡盘工作台20在X轴方向上移动，并且校准构件52在Y轴方向上移动，使晶片定位于校准构件52的正下方。

在校准构件52检测应切削的间隔道的校准时的图案匹配中所使用的图像需要在切削前预先取得。因此，在晶片定位于校准构件52的正下方时，摄像构件54对晶片的表面进行摄像，并将摄像得到的图像在显示构件8上显示。

切削装置2的操作者通过操作操作构件6，来使摄像构件54缓慢地移动，同时根据需要使卡盘工作台20也移动，搜索成为图案匹配的目标的图案。

当操作者确定了关键图案时，将包含该关键图案的图像存储到切削装置2的控制器所具有的存储器中。此外，通过坐标值等来求出该关键图案与间隔道的中心线之间的距离，并将该值也存储到存储器中。

再有，通过使摄像构件54移动，利用坐标值等来求出相邻的间隔道与间隔道之间的间隔(间隔道间距)，对于间隔道间距的值也存储到控制器的存储器中。

在沿晶片的间隔道进行切断时，通过校准构件52进行所存储的关键图案的图像与由摄像构件54实际摄像得到的图像的图案匹配。

然后，在图案匹配时，使第一切削构件66的第一切削刀具108在Y轴方向上移动，进行即将切削的晶片的左端的间隔道与第一切削刀具108的对位。同样地，使第二切削构件68的第二切削刀具112在Y轴方向上移动，进行即将切削的晶片的右端的间隔道与第二切削刀具112的对位。

在进行了即将切削的间隔道与第一及第二切削刀具108、112的对位的状态下，使卡盘工作台20在X轴方向上移动，并且在使第一及第二切削刀具108、112高速旋转的同时，使第一及第二切削刀具66、68下降，此时，同时切削经过了对位的两个间隔道。

使第一及第二切削构件66、68沿Y轴方向向相互接近的方向每次分度进给存储器中所存储的间隔道间距，并同时进行切削，由此将同一方向的间隔道全部切削。

在间隔道间距非常狭窄的情况下，关于最内周部的间隔道的切削，通过使一个切削刀具休息而仅用一个切削刀具进行切削，可避免第一及第二切削刀具108、112的干涉。

在这样将同一方向的间隔道全部切削后，在使卡盘工作台20旋转90°后，进行与上述同样的切削，此时，将与上述方向正交的方向的间隔道也全部切削，从而将晶片分割为一个个芯片。

在使卡盘工作台20在X轴方向上移动而返回晶片装载区域后，由输送构件把持切削结束后的晶片将其输送到未图示的清洗装置。在清洗装置处，一边从清洗喷嘴喷射出水一边使晶片低速旋转(例如，300rpm)，由此来清洗晶片。清洗后，在使晶片高速旋转(例如，3000rpm)的同时，从空气喷嘴喷出空气使晶片干燥，然后，通过输送构件来输送晶片使晶片返回到晶片盒的原收纳场所。

当用第一及第二切削刀具108、112进行沿着多个晶片间隔道的切削时，在第一及第二切削刀具108、112的最外周部附着的切削刃逐渐磨损。因此，在预定的给定个数的晶片切削结束的时刻，用刀具检测构件114检测第一及第二切削刀具108、112的磨损程度。

即，驱动第一切削构件66的脉冲电动机102，使第一切削刀具108在Z轴方向上移动，检测第一切削刀具108在略微遮蔽激光光束时的在Z轴上的位置，检测第一切削刀具108的磨损量。

同样地，驱动第二切削构件68的脉冲电动机104，使第二切削刀具112在Z轴方向上移动，检测第二切削刀具112在略微遮蔽激光光束时的在Z轴上的位置，检测第二切削刀具112的磨损量。

在如此检测到的第一及第二切削刀具108、112的磨损量为预先在控制器的存储器中存储的预定磨损量以上的情况下，判断为切削刀具的寿命已到，并更换切削刀具108或112。

在将新切削刀具安装在第一或第二主轴单元96、100上之后，检测新切削刀具相对于卡盘工作台20表面在Z轴上的原点位置，并将该原点位置存储到控制器的存储器中。这样，完成切削准备。

根据以上详述的实施方式，以夹着卡盘工作台20移动的X轴移动路径的方式，配置照射激光光束的激光光束照射部116和接收激光光束的激光光束接收部118，从而构成刀具检测构件114，以激光光束照射部116照射的激光光束与Y轴方向平行、且与通过第一及第二切削刀具108、112的旋转轴心的Z轴相交的方式，配置激光光束照射部116及激光光束接收部118，所以无论第一及第二切削刀具108、112位于Y轴方向上的哪个位置，仅通过在Z轴方向上移动，就能够检测第一及第二切削刀具108、112的磨损量，或检测Z轴上的原点位置。

此外，由于可扩大激光光束照射部116和激光光束接收部118之间的间隔，将激光光束照射部116及激光光束接收部118设置在切削水的影响小的位置，所以不必设置用于防止切削水作用的罩。

再有，由于将第一切削构件66和第二切削构件68的第一及第二切削刀具108、112以在Y轴方向上对置的方式配置，所以如果扩大间隔设置激光光束照射部116与激光光束接收部118，使所述间隔在第一切削构件66的第一切削刀具108与第二切削构件68的第二切削刀具112之间的间隔以上，则可通过一个刀具检测构件114来进行各切削刀具108、112的检测，非常经济。

Claims (5)

1.一种切削装置，其具有：卡盘工作台，其保持被加工物；切削构件，其将切削刀具支撑成可旋转，所述切削刀具用于对保持在所述卡盘工作台上的被加工物进行切削；X轴进给构件，其对所述卡盘工作台在X轴方向上进行加工进给；Y轴进给构件，其在与所述X轴方向正交的Y轴方向上对所述切削构件进行分度进给；以及Z轴进给构件，其在与所述X轴方向和Y轴方向正交的Z轴方向上对所述切削构件进行切入进给，其特征在于，

所述切削装置具有刀具检测构件，该刀具检测构件是通过以夹着所述卡盘工作台移动的X轴移动路径的方式配置激光光束照射部和激光光束接收部而构成的，所述激光光束照射部照射激光光束，所述激光光束接收部接收所述激光光束，

所述激光光束照射部所照射的激光光束与所述Y轴方向平行，并且与通过所述切削刀具的旋转轴心的Z轴相交。

2.根据权利要求1所述的切削装置，其特征在于，

所述激光光束照射部及激光光束接收部配置成使所述激光光束照射部所照射的激光光束与所述卡盘工作台的上表面略微接触。

3.根据权利要求1或2所述的切削装置，其特征在于，

所述切削刀具检测构件检测所述切削刀具在Z轴上位置，以检测所述切削刀具的磨损量，其中所述切削刀具在Z轴上位置是通过使所述切削构件借助于所述Z轴进给构件在Z轴方向上移动，而使所述切削刀具略微遮蔽激光光束时的位置。

4.根据权利要求2所述的切削装置，其特征在于，

所述切削刀具检测构件检测所述切削刀具在Z轴上位置，以检测所述切削刀具相对于所述卡盘工作台表面在Z轴上的原点，其中所述切削刀具在Z轴上位置是通过使所述切削构件借助于所述Z轴进给构件在Z轴方向上移动，而使所述切削刀具略微遮蔽激光光束时的位置。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的切削装置，其特征在于，

所述切削构件由第一切削构件和第二切削构件构成，所述第一切削构件和第二切削构件以所述切削刀具在Y轴方向上对置的方式配置。

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