JP2007042855A - ブレード検出手段を備えた切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切削ブレードを備えた切削装置において、切削ブレードに生じている欠けや磨耗等の状態を確実に検出できるようにする。
【解決手段】チャックテーブルに保持された被加工物に対して切削水を供給しながらその被加工物を切削する切削ブレード１０２を備えた切削手段１０と、切削ブレード１０２の状態を検出するブレード検出手段１２０とを少なくとも備えた切削装置において、ブレード検出手段１２０には、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂを撮像する撮像部１０７ｂと、撮像部１０７ｂに対峙し切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂを臨む位置に配設される発光部１０７ａと、撮像部１０７ｂにより取得した画像を処理する画像処理部１１５と、発光部１０７ａを点滅させる点滅制御部１１２とを少なくとも備える。発光部１０７ａが撮像部１０７ｂに対峙しているため、取得した画像における切削ブレードによって遮られる部分と遮られない部分とのコントラストが明確になる。
【選択図】図４

Description

本発明は、切削ブレードを備えた切削装置、特に、切削ブレードの欠けや磨耗等の状態を検出する機能を有する切削装置に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが複数形成されたウェーハは、高速回転する切削ブレードを用いて縦横に切削することにより個々のチップに分割され、各種電子機器に利用されている。

上記切削ブレードは、高速回転可能なスピンドルに装着されて使用されるもので、その外周には、切り刃部が形成されている。この切り刃部は、ダイヤモンド等からなる砥粒を電鋳、メタルボンド、レジンボンド等で固めて構成されるため、切削により経時的に劣化して欠けや磨耗が生じ、切削により形成される個々のデバイスの品質を低下させるという問題がある。

かかる問題を解決するために、本出願人は、切削ブレードを構成する切り刃部の外周縁部を撮像してその形状を確認し、許容できない欠け等が生じた際に直ちに切削ブレードを交換することができる装置を開発した（特許文献１参照）。かかる装置においては、切削ブレードに対して発光源から光を当て、その反射光を撮像することとしている。

特許第２６２７９１３号公報

しかし、切削ブレードによる切削時には、切削ブレードと被加工物との接触部に切削水を供給することが必要である。したがって、切削ブレードに光を照射して反射光を撮像する構成では、切削ブレードの高速回転によって飛散する切削水の飛沫によって反射光が散乱し、取得した画像から切削ブレードを認識できない場合があるため、切削ブレードの欠けや磨耗等を検出することができないことがあった。

そこで本発明が解決しようとする課題は、切削ブレードを確実に認識できるように撮像し、切削ブレードに生じている欠けや磨耗等の状態を確実に検出できるようにすることである。

本発明は、被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物に対して切削水を供給しながら被加工物を切削する切削ブレードを備えた切削手段と、切削ブレードの切り刃部の状態を検出するブレード検出手段とを少なくとも備えた切削装置であって、ブレード検出手段は、切削ブレードの切り刃部の外周縁部を撮像する撮像部と、撮像部に対峙し切削ブレードの切り刃部の外周縁部に臨む位置に配設される発光部と、撮像部により取得した画像を処理する画像処理部と、発光部を点滅させる点滅制御部とから少なくとも構成されることを特徴とする。

ブレード検出手段には、画像処理部によって処理された画像を表示する表示部を備えることが好ましい。

点滅制御部は、前記切削ブレードの切り刃部の直径をＤ［ｍｍ］、切削ブレードの回転数をＭ［ｒｐｍ］、撮像部によって取得される１画像における切削ブレードの切り刃部の外周縁部の幅をＷ［ｍｍ］とし、切削ブレードの切り刃部の外周縁部の全周を撮像するために必要な画像数Ｋを、
Ｋ≧πＤ／Ｗ
によって求め、Ｎ及びｎを０から任意の正の整数までそれぞれ増加させ、発光部を発光させるタイミングＴを、
Ｔ［秒］＝｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎ＋｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎ
によって求めるによって求めることが好ましい。ｎは０からＫまで変化させることができる。

ブレード検出手段には、切削ブレードの切り刃部の欠けの大きさが許容値を超えているかどうかを判断する判断部を備えることが好ましい。

本発明では、発光部と撮像部とを対峙させ、発光部を切削ブレードの外周縁部に臨む位置に配設したため、撮像時に発光部を発光させて取得した画像においては、切削ブレードによって遮られる部分と遮られない部分とのコントラストが明確になり、たとえ飛散する切削水の飛沫があっても、切削ブレードの外周縁部を明確に認識できる画像を取得することができる。

ブレード検出手段に、画像処理部によって処理された画像を表示する表示部を備える場合は、オペレータが表示部を見て切削ブレードに生じている欠けの状態を確認することができる。

切削ブレードの切り刃部の直径をＤ［ｍｍ］、切削ブレードの回転数をＭ［ｒｐｍ］、撮像部によって取得される１画像における該切削ブレードの切り刃部の外周縁部の幅をＷ［ｍｍ］とし、点滅制御部が、切削ブレードの外周縁部の全周を撮像するために必要な画像数Ｋを、
Ｋ≧πＤ／Ｗ
によって求め、Ｎ及びｎを０から任意の正の整数まで増加させ、発光部を発光させる時点Ｔを、
Ｔ［秒］＝｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎ＋｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎ
によって求めるようにすると、切削ブレードの切り刃部の外周縁部の全領域を明確に認識できる画像を取得することができる。また、Ｎ及びｎを変数としたことにより、これらを柔軟に設定することで、撮像のタイミングを適宜調整することができる。

切削ブレードの切り刃部の欠けの大きさが許容値を超えているかどうかを判断する判断部をブレード検出手段に備える場合は、欠けが許容値を超えている場合に直ちにその旨をオペレータに報知することができ、これによって直ちに切削ブレードを交換することができる。

図１に示す切削装置１は、被加工物を切削して個々のチップに分割する装置であり、その前面側には、オペレータが切削条件等の各種情報を入力するためのオペレーションパネル２が設けられている。また、装置上部には、画像を含む各種情報を表示させることができる表示部３を備えている。

切削される被加工物としては、図１に示す複数のデバイスが形成されたウェーハＷが一例として挙げられる。このウェーハＷを切削するにあたっては、ウェーハＷがテープＴに貼着され、テープＴにはリング状のフレームＦも貼着され、ウェーハＷがテープＴを介してフレームＦと一体となった状態となる。こうしてテープＴを介してフレームＦに支持されたウェーハＷは、ウェーハカセット４に複数収容される。

ウェーハカセット４の−Ｙ方向側には、ウェーハカセット４から切削前のウェーハＷを搬出すると共に切削済みのウェーハをウェーハカセット４に収納する機能を有する搬出入手段５が配設されている。ウェーハカセット４と搬出入手段５との間には、フレームＦに支持されたウェーハＷが一時的に載置される仮置き領域６が設けられており、ウェーハカセット６から搬出されたウェーハＷは、仮置き領域６に載置される。

ウェーハカセット４から搬出され仮置き領域６に載置されたウェーハＷは、フレームＦと一体になった状態で搬送手段７によって保持され、その旋回によってチャックテーブル８に搬送される。

チャックテーブル８は、Ｘ軸方向に移動可能であると共に回転可能に構成されており、テープＴを介してウェーハＷを保持する。チャックテーブル８のＸ軸方向の移動経路の上方には、撮像部９０によりウェーハを撮像して切削すべき領域を検出するアライメント手段９が配設されている。チャックテーブル８に保持されたウェーハＷは、チャックテーブル８の＋Ｘ方向の移動により撮像部９０の直下に移動し、撮像部９０によってその表面が撮像され、アライメント手段９によって切削すべき領域が検出される。その後、チャックテーブル８が更に＋Ｘ方向に移動し、ウェーハＷが切削手段１０の作用を受ける。

切削手段１０においては、図２に示すように、ハウジング１００によって回転可能に支持されたスピンドル１０１の先端部に切削ブレード１０２が装着されてナット１０３によって固定されており、切削ブレード１０２はブレードカバー１０４によって覆われている。

切削ブレード１０２の外周縁部には、切り刃部１０２ａが固着されている。切り刃部１０２ａは、ダイヤモンド等からなる砥粒を電鋳、メタルボンド、レジンボンド等で固めて構成される。

ブレードカバー１０４の下部には、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａとウェーハＷとの接触部に向けて切削水を吐出する切削水ノズル１０５ａが設けられており、切削水ノズル１０５ａには、ブレードカバー１０４の上部に設けられた切削水流入口１０６から流入する切削水が供給される。

ブレードカバー１０４の上方からはブレード撮像部材１０７が嵌合され、ネジ１０８によってネジ止めされる。また、ブレードカバー１０４の前面側には着脱カバー１０９がネジ１１０によってネジ止めされる。着脱カバー１０９の下部には切削水ノズル１０５ｂが設けられており、切削水ノズル１０５ｂには、着脱カバー１０９の上部に設けられた切削水流入口１１１から流入する切削水が供給される。ブレード撮像部材１０７及び着脱カバー１０９がブレードカバー１０４に取り付けられた状態を図３に示す。ブレードカバー１０４に対して着脱カバー１０９が固定されることにより、図４に示すように、切削水ノズル１０５ａ、１０５ｂが切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａを前面側及び後面側から挟むように配設された状態となる。また、図４に示すように、切削ブレード１０２の上端側には、切り刃部１０２ａの状態を検出するブレード検出手段１２０を備えている。ブレード検出手段１２０には、少なくとも、発光部１０７ａ及び撮像部１０７ｂと、後述する点滅制御部１１２及び画像処理部１１５とを備えている。

図１に戻って説明すると、アライメント手段９によってウェーハＷの切削すべき領域が検出された後、チャックテーブル８と共にウェーハＷがＸ軸方向に移動しながら、切削ブレード１０２の高速回転を伴って切削手段１０が下降すると、アライメント手段９によって検出された領域に切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａが切り込んで切削が行われる。切削中は、切削水ノズル１０５ａ、１０５ｂからウェーハＷに対して切削水が供給される。また、切削手段１０をＹ軸方向にインデックス送りしながらウェーハＷをＸ軸方向に往復移動させ、更にチャックテーブル８を９０度回転させてから同様の切削を行うと、ウェーハＷが縦横に切削されて個々のデバイスに分割される。

図４に示すように、ブレード撮像部材１０７には、発光部１０７ａと撮像部１０７ｂとを備えている。発光部１０７ａと撮像部１０７ｂとは対峙しており、ブレード撮像部材１０７がブレードカバー１０４に固定された状態では、発光部１０７ａと撮像部１０７ｂとの間に切削ブレード１０２を構成する切り刃部１０２ａの外周縁部１０２ｂが位置し、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａが発光部１０７ａと撮像部１０７ｂとの間を遮る構成となっている。言い換えれば、発光部１０７ａ及び撮像部１０７ｂが切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａを臨む構成となっている。なお、図４ではブレードカバー１０４及び着脱カバー１０９の図示は省略している。

発光部１０７ａには点滅制御部１１２が接続され、点滅制御部１１２によって設定されたタイミングで発光部１０７ａが点滅する構成となっており、発光部１０７ａが撮像部１０７ｂによる撮像時のフラッシュとして機能する。図示の例では発光部１０７ａと点滅制御部１１２とが光ファイバ１１３ａによって接続されている。ウェーハの切削中は、発光部１０７ａが定期的に発光すると共に、発光部１０７ａが発光したタイミングで撮像部１０７ｂが切り刃部１０２ａの外周縁部１０２ｂを含む領域を撮像する。こうして撮像時に発光部を発光させて取得した画像においては、切削ブレード１０２によって遮られる部分と遮られない部分とのコントラストが明確になるため、たとえ飛散する切削水の飛沫があっても、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂを明確に認識できる画像を取得することができる。

点滅制御部１１２は、スピンドル１０１の回転数、すなわち切削ブレード１０２の回転数を検出する回転数検出部１１４に接続されており、回転数検出部１１４から転送されるスピンドル１０１の回転数に関する情報に基づき、発光部１０７ａの発光タイミングを算出する。具体的には、以下のような処理を行う。

図４に示すように、オペレータによってオペレーションパネル２（図１参照）から入力され予めメモリ等に記憶された切削ブレード１０２の直径をＤ［ｍｍ］とし、回転数検出部１１４により検出された切削ブレード１０２の回転数をＭ［ｒｐｍ］とする。また、撮像部１０７ｂによる一度の撮像により取得される画像に写る切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂの幅をＷ［ｍｍ］とし、点滅制御部１１２では、これらの値を下記の式（１）に代入し、外周縁部１０２ｂの全領域を撮像するために必要な画像数Ｋを求める。
Ｋ≧πＤ／Ｗ・・・（１）

更に、点滅制御部１１２は、下記の式（２）により、発光部１０７ａを発光させるタイミングＴを求める。
Ｔ［秒］＝｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎ＋｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎ・・・（２）

切削ブレード１０２の回転における原点を設定すると、上記式（２）における第１項の｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎは、切削ブレード１０２がその原点に位置するタイミングである。ここで、Ｎは、０から任意の正の整数まで増加する変数であり、切削ブレード１０２が１回転するごとに、例えば１ずつ増加させていく。

一方、上記式（２）における第２項の｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎは、切削ブレード１０２が上記原点からの変位位置に位置するタイミングである。ｎは、０から式（１）によって求めたＫ（正の整数）まで、例えば１ずつ増加させる。

例えば、Ｎ＝０である間にｎを０からＫまで増加させると、Ｎ＝０における切削ブレード１０２の１回転中において、Ｋ回の撮像が行われ、これによって、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂの全領域を撮像することができる。また、Ｎ＝１、Ｎ＝２、Ｎ＝３、・・・、Ｎ＝Ｋと増加させ、それに対応させてｎをｎ＝１、ｎ＝２、・・・、ｎ＝Ｋと増加させることにより、切削ブレード１０２が１回転するごとに隣接する領域が次々と撮像されてＫ回の撮像が行われ、常に切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂの全領域を撮像することができる。なお、Ｎ及びｎは変数であるため、これらを柔軟に設定することで、撮像のタイミングを適宜調整することができる。例えば、Ｎの値を偶数のみにすれば、１周おきに外周縁部１０２の全領域が撮像されるようになる。また、ｎを特定の値に固定した場合は、外周縁部１０２ｂの特定の領域のみを撮像し続けることができる。

上記式（１）及び式（２）によって発光部１０７ａを発光させる時点を求め、例えば点滅制御部１１２による制御の下で発光部１０７ａの発光の時点と同時に撮像部１０７ｂによって撮像を行うと、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂの全領域を明確に認識できる画像を取得することができるため、もれなく切削ブレード１０２の欠けや磨耗を検出することができる。

撮像部１０７ｂは画像処理部１１５に接続されており、発光部１０７ａが発光したタイミングで撮像部１０７ｂによって取得された画像は、画像処理部１１５に転送される。画像処理部１１５では、必要に応じて取得した画像を表示部３に転送して表示させると共に、その画像に対して２値化処理を加える。表示部３に表示された画像においては、切削ブレード１０２によって遮られる部分と遮られない部分とのコントラストが明確になるため、たとえ飛散する切削水の飛沫があっても、オペレータは、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂを明確に認識することができる。すなわちこの場合は、表示部３がブレード検出手段１２０の構成要素となる。

画像処理部１１５にて２値化された画像は、ＣＰＵやメモリを有する判断部１１６に転送され、判断部１１６では、切削ブレード１０２の、欠けの大きさや磨耗の程度を判断し、欠けが許容値を超えているか、磨耗が許容範囲内かどうかを判断する。具体的には、以下のような処理を行う。

判断部１１６では、２値化画像のうち切削ブレード１０２が占める面積を画素数により算出してメモリに記憶する。この処理は、撮像したすべての画像について行ってもよいし、一部の画像のみを抽出するようにしてもよい。

切削ブレード１０２の欠けを検出する場合は、求めたすべての面積の値を比較し、その中から最大値と最小値を求め、最大値と最小値との差を求める。この差の値は、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂに生じている欠けの大きさを示す。すなわち、欠けが全くない場合は、最大値と最小値との差が０になる。

次に、その求めた差が所定の許容値以下かどうかを判断する。所定の許容値は、図１に示したオペレーションパネル２から入力してメモリに記憶させることができる。判断部１１６は、最大値と最小値との差が許容値以下であれば、欠けがないか、あったとしても切削に支障がない程度であるとしてそのまま切削を続行する。一方、最大値と最小値との差が許容値を越えている場合は、そのまま切削を続行するとデバイスの品質を低下させるおそれがあるため、判断部１１６は、その旨をオペレータに報知する。報知の方法としては、音を鳴らす、表示部３に表示させる等がある。報知を受けたオペレータは、切削を中断して切削ブレードを新しいものに交換することにより、品質の低いデバイスが形成されるのを事前に回避することができる。このように、判断部１１６もブレード検出手段１２０の構成要素になりうる。

切削ブレード１０２を構成する切り刃部１０２ａの外周縁部１０２ｂの磨耗を検出する場合は、磨耗がない切削ブレードの外周縁部を予め撮像して２値化し、その２値化画像のうち切削ブレードが占める領域の面積をメモリに記憶しておく。そして、その求めた面積と、実際の撮像により取得して２値化した２値化画像における切削ブレード１０２が占める面積との差を逐一求め、その差が予め入力されメモリに記憶された許容値未満であれば、磨耗が許容範囲内であると判断する。一方、その差がメモリに記憶された許容値以上である場合は、磨耗が許容範囲を越えたと判断し、オペレータに報知する。報知を受けたオペレータは、切削を中断して切削ブレードを新しいものに交換することにより、品質の低いデバイスが形成されるのを事前に回避することができる。

ブレード検出手段を備えた切削装置の一例を示す斜視図である。 切削手段を示す分解斜視図である。 切削手段を示す斜視図である。 ブレード検出手段の構成を示す説明図である。

符号の説明

１：切削装置
２：オペレーションパネル ３：表示部 ４：ウェーハカセット ５：搬出入手段
６：仮置き領域 ７：搬送手段 ８：チャックテーブル
９：アライメント手段
９０：撮像部
１０：切削手段
１００：ハウジング １０１：スピンドル
１０２：切削ブレード
１０２ａ：切り刃部 １０２ｂ：外周縁部
１０３：ナット １０４：ブレードカバー
１０５ａ、１０５ｂ：切削水ノズル １０６：切削水流入口
１０７：ブレード撮像部材
１０７ａ：発光部 １０７ｂ：撮像部
１０８：ネジ １０９：着脱カバー １１０：ネジ
１１１：切削水流入口 １１２：点滅制御部
１１３ａ、１１３ｂ：光ファイバ
１１４：回転数検出部 １１５：画像処理部 １１６：判断部
１２０：ブレード検出手段

Claims (5)

1. 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に対して切削水を供給しながら該被加工物を切削する切削ブレードを備えた切削手段と、該切削ブレードの切り刃部の状態を検出するブレード検出手段とを少なくとも備えた切削装置であって、
   該ブレード検出手段は、該切削ブレードの切り刃部の外周縁部を撮像する撮像部と、該撮像部に対峙し該切削ブレードの切り刃部の外周縁部に臨む位置に配設される発光部と、該撮像部により取得した画像を処理する画像処理部と、該発光部を点滅させる点滅制御部とから少なくとも構成される
   ブレード検出手段を備えた切削装置。
2. 前記ブレード検出手段には、前記画像処理部によって処理された画像を表示する表示部を備えた
   請求項１に記載のブレード検出手段を備えた切削装置。
3. 前記点滅制御部は、前記切削ブレードの切り刃部の直径をＤ［ｍｍ］、該切削ブレードの回転数をＭ［ｒｐｍ］、前記撮像部によって取得される１画像における該切削ブレードの切り刃部の外周縁部の幅をＷ［ｍｍ］とし、該切削ブレードの切り刃部の外周縁部の全周を撮像するために必要な画像数Ｋを、
   Ｋ≧πＤ／Ｗ
   によって求め、
   Ｎ及びｎを０から任意の正の整数まで増加させ、前記発光部を発光させるタイミングＴを、
   Ｔ［秒］＝｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎ＋｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎ
   によって求める
   請求項１または２に記載のブレード検出手段を備えた切削装置。
4. 前記ｎは０からＫまで変化しうる
   請求項３に記載のブレード検出手段を備えた切削装置。
5. 前記ブレード検出手段には、前記切削ブレードの切り刃部の欠けの大きさが許容値を超えているかどうかを判断する判断部を備えた
   請求項１、２、３または４に記載のブレード検出手段を備えた切削装置。

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