JP2007053234A

JP2007053234A - 切削装置

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Publication number: JP2007053234A
Application number: JP2005237286A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nagao; 隆志長尾; Toshiaki Kiyu; 暁明邱
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2025-08-18
Also published as: JP4731247B2

Abstract

【課題】切削ブレードに付与される超音波振動の振幅を安定させて、切削溝に欠けを生じさせないようにした切削装置を提供する。
【解決手段】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切削ブレードを備えた切削手段とを具備する切削装置であって、切削ブレードに超音波振動を付与する超音波振動子と、超音波振動子に交流電力を印加する電力供給手段とを具備し、電力供給手段は出力する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段と、出力する交流電力の供給量を調整する電力調整手段と、出力する交流電力の電力値を検出する供給電力検出手段と、供給電力検出手段からの検出信号に基づいて出力する交流電力の電力値が所定値になるように電力調整手段を制御する制御手段とを具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、切削ブレードに超音波振動を付与して半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を切削する切削装置に関する。

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チップを製造している。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、CCD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。

上述したウエーハのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと称されてい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スピンドルに装着された切削ブレード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、切削ブレードを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。

しかるに、デバイスが形成されるウエーハは、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、切削ブレード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、切削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。

上述した問題を解消するために、切削ブレードが装着された回転スピンドルに超音波振動子を配設し、この超音波振動子に交流電圧を印加することにより、切削ブレードに超音波振動を付与しつつ切削するようにした切削装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
また、切削ブレードの表面に超音波振動子を固定し、この超音波振動子に交流電圧を印加することにより、切削ブレードに超音波振動を付与しつつ切削するようにした切削装置が提案されている。（例えば、特許文献３参照。）
特開昭６３−１３９６４９号公報特開平２００４−２９１６３６号公報

而して、切削ブレードに作用する負荷は被加工物であるウエーハの材質、切り込み深さ、切削送り速度、切削水の供給具合等によって変化するため、ウエーハを切削している際に切削ブレードに付与された超音波振動の振幅が変化することが、本発明者等の実験によって判った。即ち、本発明者等の実験において、切削ブレードに作用する負荷が増大すると超音波振動子の消費電力が低下して切削ブレードに付与される超音波振動の振幅が減少し、切削ブレードに作用する負荷が減少すると超音波振動子の消費電力が増加して切削ブレードに付与される超音波振動の振幅が増大することが確認された。このように、ウエーハの切削中に切削ブレードに付与される超音波振動の振幅が変化すると、切削溝に欠けを生じさせチップの品質を低下させる原因となる。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、切削ブレードに付与される超音波振動の振幅を安定させて、切削溝に欠けを生じさせないようにした切削装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、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切削ブレードを備えた切削手段とを具備する切削装置において、
該切削ブレードに超音波振動を付与する超音波振動子と、該超音波振動子に交流電力を印加する電力供給手段と、を具備し、
該電力供給手段は、出力する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段と、出力する交流電力の供給量を調整する電力調整手段と、出力する交流電力の電力値を検出する供給電力検出手段と、該供給電力検出手段からの検出信号に基づいて出力する交流電力の電力値が所定値になるように該電力調整手段を制御する制御手段と、を具備している、
ことを特徴とする切削装置が提供される。

本発明によれば、切削ブレードに付与される超音波振動の振幅が所定の範囲で安定するので、切削ブレードに付与される超音波振動の振幅の変動によって生ずる欠けの発生を防止することができる。

以下、本発明に従って構成された切削装置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。

図１には、本発明に従って構成された切削装置の斜視図が示されている。図示の実施形態における切削装置は、略直方体状の装置ハウジング２を具備している。この装置ハウジング２内には、被加工物を保持するチャックテーブル３が切削送り方向である矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設されている。チャックテーブル３は、吸着チャック支持台３１と、該吸着チャック支持台３１上に配設された吸着チャック３２を具備しており、該吸着チャック３２の上面である保持面上に被加工物を図示しない吸引手段を作動することによって吸引保持するようになっている。また、チャックテーブル３は、図示しない回転機構によって回転可能に構成されている。なお、チャックテーブル３１には、被加工物として後述するウエーハを保護テープを介して支持する支持フレームを固定するためのクランプ３３が配設されている。このように構成されたチャックテーブル３は、図示しない切削送り手段によって、矢印Ｘで示す切削送り方向に移動せしめられるようになっている。

図示の実施形態における切削装置は、切削手段としてのスピンドルユニット４を具備している。スピンドルユニット４は、図示しない移動基台に装着され割り出し方向である矢印Ｙで示す方向および切り込み方向である矢印Ｚで示す方向に移動調整されるようになっている。このスピンドルユニット４について、図２を参照して説明する。

図２に示すスピンドルユニット４は、スピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１内に回転自在に配設された回転スピンドル４２と、該回転スピンドル４２の先端に装着される切削工具４３を具備している。スピンドルハウジング４１は略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸穴４１１を備えている。上記スピンドルハウジング４１に形成された軸穴４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、その前端部にネジ穴４２１が設けられた工具装着部４２２を備え、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４２３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４１に形成された軸穴４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、軸穴４１１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。

回転スピンドル４２の先端部に設けられた工具装着部４２２に装着された切削工具４３は、共振部材４４と、該共振部材４４に装着された切削ブレード４５とからなっている。共振部材４４は図示の実施形態においてはアルミニウムによって形成され、中央大径部４４１と、該中央大径部４４１の一端面から同軸状に突出して形成された第１の小径部４４２と、中央大径部４４１の他端面から同軸状に突出して形成された第２の小径部４４３とからなっている。なお、第１の小径部４４２と第２の小径部４４３は、同一寸法に形成されている。このように形成された共振部材４４には、軸中心を貫通する貫通孔４４４が形成されている。共振部材４４に装着された切削ブレード４５は、図示の実施形態においては共振部材４４の中央大径部４４１における第１の小径部４４２側の端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によって構成されている。このように構成された切削工具４３は、貫通孔４４４を挿通して配設された締め付けボルト４６を回転スピンドル４２の工具装着部４２２に設けられたネジ穴４２１に螺合することにより、回転スピンドル４２に装着される。なお、切削工具４３を回転スピンドル４２の工具装着部４２２に装着する際には、工具装着部４２２と第１の小径部４４２との間および第２の小径部４４３と締め付けボルト４６の頭部との間に、合成樹脂からなるスペーサー４７、４７が介在される。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は、回転スピンドル４２を回転駆動するための電動モータ５を備えている。図示の電動モータ５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５は、回転スピンドル４２の中間部に形成されたモータ装着部４２４に装着された永久磁石からなるロータ５１と、該ロータ５１の外周側においてスピンドルハウジング４１に配設されたステータコイル５２とからなっている。このように構成された電動モータ５は、ステータコイル５２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５１が回転し、該ロータ５１を装着した回転スピンドル４２を回転せしめる。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は、回転スピンドル４２に配設され切削ブレード４５に超音波振動を付与する超音波振動子６を備えている。超音波振動子６は、回転スピンドル４２の軸方向に分極された円環状の圧電体６１と、該圧電体６１の両側分極面に装着された円環状の2枚の電極板６２、６３とからなっている。圧電体６１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形成されている。このように構成された超音波振動子６は、回転スピンドル４２に装着され、電極板６２、６３に後述する電力供給手段によって所定周波数の交流電力が印加されると、超音波振動を発生せしめる。なお、超音波振動子６は、軸方向に複数個配設してもよい。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は、上記超音波振動子６に交流電力を印加するとともに上記電動モータ５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、スピンドルユニット４の後端部に配設されたロータリートランス８を具備している。ロータリートランス８は、回転スピンドル４２の後端に配設された受電手段８１と、該受電手段８１と対向して配設されスピンドルハウジング４１の後端部に配設された給電手段８２を具備している。受電手段８１は、回転スピンドル４２に装着されたロータ側コア８１１と、該ロータ側コア８１１に巻回された受電コイル８１２とからなっている。このように構成された受電手段８１の受電コイル８１２の一端は上記超音波振動子６の電極板６１に接続され、他端は電極板６２に接続される。上記給電手段８２は、受電手段８１の外周側に配設されたステータ側コア８２１と、該ステータ側コア８２１に配設された給電コイル８２２とからなっている。このように構成された給電手段８２の給電コイル８２２は、電気配線７３、７４を介して交流電力が供給される。

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８の給電コイル８２２に供給する交流電力の交流電源９１と、電力調整手段としての電圧調整手段９２と、上記給電手段８２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９３とを具備している。なお、電力調整手段としては、上記電圧調整手段９２に変えて電流調整手段を用いてもよい。

また、図示の実施形態における電力供給手段７は、電力供給手段７から出力される交流電力の電力値を検出する供給電力検出手段９４と、該供給電力検出手段９４からの検出信号に基づいて出力する交流電力の電力値が所定値になるように電力調整手段としての電圧調整手段９２を制御する制御手段９５と、該制御手段９５に後述する設定供給電力等を入力する入力手段９６を具備している。なお、供給電力検出手段９４は、交流電力の電圧値を検出する電圧計と電流値を検出する電流計とからなっている。
なお、図２に示す電力供給手段７は、制御回路９７および電気配線５２１、５２２を介して上記電動モータ５のステータコイル５２に交流電力を供給する。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４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。
切削作業を行う際には、電力供給手段７から電動モータ５のステータコイル５２に交流電力が供給される。この結果、電動モータ５が回転して回転スピンドル４２が回転し、該回転スピンドル４２の先端に取付けられた切削工具４３の共振部材４４に装着された切削ブレード４５が回転せしめられる。

一方、電力供給手段７は、制御手段９５によって電圧調整手段９２および周波数変換手段９３を制御し、交流電力の電圧を所定の電圧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、２０kHz）に変換して、ロータリートランス８を構成する給電手段８２の給電コイル８２２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８２２に印加されると、回転する受電手段８１の受電コイル８１２を介して超音波振動子６の電極板６２と電極板６３間に所定周波数の交流電圧が印加される。この結果、超音波振動子６は径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、回転スピンドル４２を介して切削工具４３の共振部材４４に伝達され、共振部材４４が径方向に超音波振動する。従って、共振部材４４に装着された切削ブレード４５は、径方向に超音波振動する。

上述したように切削ブレード４５に超音波振動を付与して切削作業を実施する際に、切削ブレード４５に作用する負荷が変化すると、切削ブレード４５に付与された超音波振動の振幅が変化する。即ち、切削ブレード４５に作用する負荷が増大するとインピーダンスが増大し超音波振動子６の消費電力が低下して切削ブレード４５に付与される超音波振動の振幅が減少し、切削ブレード４５に作用する負荷が減少するとインピーダンスが現象し超音波振動子６の消費電力が増加して切削ブレード４５に付与される超音波振動の振幅が増大する。このように、切削中に切削ブレード４５に付与される超音波振動の振幅が変化すると、切削溝に欠けを生じさせチップの品質を低下させる原因となる。そこで、電力供給手段７の制御手段９５は、切削ブレード４５に作用する負荷が変化しても切削ブレード４５に付与される超音波振動の振幅が所定の範囲で安定するように供給電力を制御する。この制御手段９５の制御手順について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。

上述した切削作業を実施するに際し、オペレータによって入力手段９６から設定供給電力(WS)（例えば、４０W）が制御手段９５に入力される（ステップS１）。
制御手段９５は、ステップS２において供給電力検出手段９４を構成する電圧計および電流計によって検出された電圧値(VA)および電流値(IA)、更に詳しくは電圧調整手段９２から出力される交流電力の電圧値(VA)および電流値(IA)を読み込む。そして、制御手段９５はステップS３に進んで、ステップS２で読み込んだ電圧値(VA)と電流値(IA)から供給電力(WA)を演算する(WA＝VA×IA)。次に、制御手段９５はステップS４に進んで、ステップS３で求めた供給電力(WA)が設定供給電力(WS)とイコールか否かをチェックする。ステップS４において供給電力(WA)が設定供給電力(WS)とイコールの場合は、供給電力を変更する必要がないので、上記ステップS２に戻る。

上記ステップS４において供給電力(WA)が設定供給電力(WS)とイコールでない場合には、制御手段９５はステップS５に進んで供給電力(WA)が設定供給電力(WS)より大きいか否かをチェックする。ステップS５において供給電力(WA)が設定供給電力(WS)より大きい場合には、制御手段９５はステップS６に進んで供給電力(WA)と設定供給電力(WS)との差即ち余剰電力(WB)を演算する(WB＝WA−WS)。そして、制御手段９５はステップS７に進んで、余剰電力(WB)に相当する電圧値(VB)を演算する(VB＝WB÷IA)。次に、制御手段９５はステップS８に進んで、現在の電圧値(VA)から余剰電力(WB)に相当する電圧値(VB)を減算して設定供給電力(WS)にするための電圧値(V)を演算する(V＝VA−VB)。そして、制御手段９５は、ステップS９に進んで電圧調整手段９２の設定電圧を(V)に変更し、上記ステップS２に戻る。

一方、上記ステップS５において供給電力(WA)が設定供給電力(WS)より大きくない場合即ち供給電力(WA)が設定供給電力(WS)より小さい場合には、制御手段９５はステップS１０に進んで設定供給電力(WS)と供給電力(WA)との差即ち不足電力(WC)を演算する(WC＝WS−WA)。そして、制御手段９５はステップS１１に進んで、不足電力(WC)に相当する電圧値(VC)を演算する(VC＝WC÷IA)。次に、制御手段９５はステップS１２に進んで、現在の電圧値(VA)に不足電力(WC)に相当する電圧値(VC)を加算して設定供給電力(WS)にするための電圧値(V)を演算する(V＝VA＋VC)。そして、制御手段９５は、上記ステップS９に進んで電圧調整手段９２の設定電圧を(V)に変更し、上記ステップS２に戻る。

以上のように、切削ブレード４５に作用する負荷の変化に対応して電力供給手段７によって供給する交流電力の電圧値を制御して供給電力を制御することにより、切削ブレード４５に付与される超音波振動の振幅を所定の範囲で安定させることができる。なお、切削ブレード４５の径方向の変位量は、超音波振動子６に印加する交流電力が大きい程大きくなる。図４は、図２に示すスピンドルユニット４における超音波振動子６に印加する交流電力(W)と切削ブレード４５の振幅との関係を示す実験データである。図４から判るように、超音波振動子６に周波数が２０kHzで２０Wの交流電力を印加すると切削ブレード４５は５μm振幅し、超音波振動子６に周波数が２０kHzで３０Wの交流電力を印加すると切削ブレード４５は６μm振幅し、超音波振動子６に周波数が２０kHzで４０Wの交流電力を印加すると切削ブレード４５は７μm振幅する。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における切削装置は、上記チャックテーブル３上に保持された被加工物の表面を撮像し、上記切削ブレード４５によって切削すべき領域を検出するためのアライメント手段１１を具備している。このアライメント手段１１は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなる撮像手段を具備している。また、切削装置は、アライメント手段１１によって撮像された画像を表示する表示手段１２を具備している。

上記装置ハウジング２におけるカセット載置領域１３aには、被加工物を収容するカセットを載置するカセット載置テーブル１３が配設されている。このカセット載置テーブル１３は、図示しない昇降手段によって上下方向に移動可能に構成されている。カセット載置テーブル１３上には、被加工物１００を収容するカセット１４が載置される。カセット１４に収容される被加工物１００は、ウエーハの表面に格子状のストリートが形成されており、この格子状のストリートによって区画された複数の矩形領域にコンデンサーやLEDや回路等のデバイスが形成されている。このように形成された被加工物１００は、環状の支持フレーム１０１に装着された保護テープ１０２の表面に裏面が貼着された状態でカセット１４に収容される。

また、図示の実施形態における切削装置は、カセット載置テーブル１３上に載置されたカセット１４に収容されている被加工物１００（環状のフレーム１０１に保護テープ１０２を介して支持されている状態）を仮置きテーブル１５に搬出する搬出手段１６と、仮置きテーブル１５に搬出された被加工物１００を上記チャックテーブル３上に搬送する搬送手段１７と、チャックテーブル３上で切削加工された被加工物１００を洗浄する洗浄手段１８と、チャックテーブル３上で切削加工された被加工物１００を洗浄手段１８へ搬送する洗浄搬送手段１９を具備している。

以上のように構成された切削装置の作動について、主に図１を参照して簡単に説明する。
カセット載置テーブル１３上に載置されたカセット１４の所定位置に収容されている被加工物１００は、図示しない昇降手段によってカセット載置テーブル１３が上下動することにより搬出位置に位置付けられる。次に、搬出手段１６が進退作動して搬出位置に位置付けられた被加工物１００を仮置きテーブル１５上に搬出する。仮置きテーブル１５に搬出された被加工物１００は、搬送手段１７の旋回動作によって上記チャックテーブル３上に搬送される。チャックテーブル３上に被加工物１００が載置されたならば、図示しない吸引手段が作動して被加工物１００をチャックテーブル３上に吸引保持する。また、被加工物１００を保護テープ１０２を介して支持する支持フレーム１０１は、上記クランプ３３によって固定される。このようにして被加工物１００を保持したチャックテーブル３は、アライメント手段１１の直下まで移動せしめられる。チャックテーブル３がアライメント手段１１の直下に位置付けられると、アライメント手段１１によって被加工物１００に形成されているストリートが検出され、スピンドルユニット４を割り出し方向である矢印Ｙ方向に移動調節してストリートと切削ブレード４５との精密位置合わせ作業が行われる。

その後、切削ブレード４５を矢印Ｚで示す方向に所定量切り込み送りし所定の方向に回転させつつ、被加工物１００を吸引保持したチャックテーブル３を切削送り方向である矢印Ｘで示す方向（切削ブレード４５の回転軸と直交する方向）に所定の切削送り速度で移動することにより、チャックテーブル３上に保持された半導体ウエーハ１００は切削ブレード４５により所定のストリートに沿って切断される。この切削工程においては、電力供給手段７によって超音波振動子６に交流電力が印加される。この結果、上述したように超音波振動子６は径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、回転スピンドル４２を介して切削工具４３の共振部材４４に伝達され、共振部材４４が径方向に超音波振動する。従って、共振部材４４に装着された切削ブレード４５は、径方向に超音波振動する。従って、切削ブレード４５による切削抵抗が減少するため、ウエーハ１００がサファイヤなどの難削材であっても容易に切削することができる。そして、切削中に切削ブレード４５に作用する負荷が変化すると、上述したように負荷の変化に対応して電力供給手段７によって供給する交流電力の電圧値を制御して供給電力を制御するので、切削ブレード４５に付与される超音波振動の振幅を所定の範囲で安定させることができる。従って、切削ブレード４５に作用する負荷が変化しても切削溝に欠けを生じさせることなく切削することができる。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、図示の実施形態においては、電力調整手段として電圧調整手段９２を用いた例を示したが、電力調整手段として電流調整手段を用い切削ブレード４５に作用する負荷に対応して供給する交流電力の電流値を制御することにより供給電力を調整するようにしてもよい。また、図示の実施形態においては、超音波振動子６を回転スピンドル４に配設した例を示したが、超音波振動子６は切削ブレード４５に直接装着してもよい。

本発明に従って構成された切削装置の斜視図。図１に示す切削装置に装備されるスピンドルユニットの断面図。図１に示す切削装置に装備される制御手段の制御手順を示すフローチャート。図３に示すスピンドルユニットに装着される超音波振動子に印加される交流電力と切削ブレードに付与される超音波振動の振幅との関係を示す説明図。

符号の説明

２：装置ハウジング
３：チャックテーブ
４：スピンドルユニット
４１：スピンドルハウジング
４２：回転スピンドル
４３：切削工具
４４：共振部材
４５：切削ブレード
５：電動モータ
６：超音波振動子
７：電力供給手段
８：ロータリートランス
８１：受電手段
８２：給電手段
９１：交流電源
９２：電圧調整手段
９３：周波数調整手段
９４：供給電力検出手段
９５：制御手段
９６：入力手段
１１：アライメント手段
１２：表示手段
１３：カセット載置テーブル
１４：カセット
１５：仮置きテーブル
１６：搬出手段
１７：搬送手段
１８：洗浄手段
１９：洗浄搬送手段

Claims

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切削ブレードを備えた切削手段とを具備する切削装置において、
該切削ブレードに超音波振動を付与する超音波振動子と、該超音波振動子に交流電力を印加する電力供給手段と、を具備し、
該電力供給手段は、出力する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段と、出力する交流電力の供給量を調整する電力調整手段と、出力する交流電力の電力値を検出する供給電力検出手段と、該供給電力検出手段からの検出信号に基づいて出力する交流電力の電力値が所定値になるように該電力調整手段を制御する制御手段と、を具備している、
ことを特徴とする切削装置。