JP2009012127A - 切削装置 - Google Patents

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Keigo Yoshida
圭吾 吉田
Kuniharu Izumi
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Abstract

【課題】簡単な構成で経済的なブレード検出手段を具備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20と、該チャックテーブル20に保持された被加工物を切削する切削ブレード108,112を回転可能に支持する切削手段96,100と、X軸方向に加工送りするX軸送り手段と、Y軸送り手段と、Z軸方向に切削手段を切り込み送りするZ軸送り手段とを備えた切削装置であって、チャックテーブル20が移動するX軸移動経路を挟むようにレーザービームを照射するレーザービーム照射部116と該レーザービームを受光するレーザービーム受光部118とを配設して構成される切削ブレード検出手段114を備え、レーザービーム照射部116が照射するレーザービームは、Y軸方向に平行であるとともに、切削ブレード108,112の回転軸心を通るZ軸と交差する。
【選択図】図4

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被加工物を切削する切削ブレードの状態を検出するブレード検出手段を具備した切削装置に関する。
例えば、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ハの表面に格子状に配列された多数の領域にIC,LSI等の回路を形成し、該回路が形成された各領域を所定のストリート(切断ライン)に沿ってダイシングすることにより個々の半導体チップを製造している。
半導体ウエハをダイシングする切削装置(ダイシング装置)は、ウエハ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ウエハを切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段と、該チャックテーブルをX軸方向に加工送りするX軸送り手段と、X軸方向に直交するY軸方向に切削手段を割り出し送りするY軸送り手段と、X軸方向とY軸方向に直交するZ軸方向に切削手段を切り込み送りするZ軸送り手段を備えている。
切削装置は更に、特開2003−211354号公報に開示されているように、切削ブレードの磨耗量及びZ軸原点を検出する発光素子と受光素子とからなる切削ブレード検出器を具備している。
特開2003−211354号公報
切削ブレードが対峙するように配設された第1の切削手段と第2の切削手段とを備えた切削装置においては、特許文献1に開示された切削装置では、発光素子と受光素子とからなるブレード検出手段を各切削手段に対応して2個配設しなければならず、不経済であるという問題がある。
ブレード検出手段は、発光素子と受光素子とによって構成され、発光素子と受光素子との間隔は感度を良くするために切削ブレードが挿入できる程度に狭く設定されているため、切削ブレードの磨耗やZ軸の原点を検出するためには、切削ブレードをY軸方向とZ軸方向に精度良く移動して、発光素子と受光素子との隙間に切削ブレードを挿入しなければならず、制御が比較的複雑になるという問題がある。
また、切削ブレードの可動範囲内にブレード検出手段を設置しなければならず、切削屑を含んだ切削水が発光素子又は受光素子に付着すると受光量が変化してしまい、切削ブレードの位置を正確に検出することができないため、切削水の付着を防止するためのカバーを付けなければならないという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、切削ブレードの磨耗量及びZ軸原点を正確に検出可能であるとともに、二つの切削ブレードを備えた切削装置にも適用可能なブレード検出手段を有する切削装置を提供することである。
本発明によると、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回転可能に支持する切削手段と、該チャックテーブルをX軸方向に加工送りするX軸送り手段と、該X軸方向と直交するY軸方向に前記切削手段を割り出し送りするY軸送り手段と、前記X軸方向とY軸方向に直交するZ軸方向に前記切削手段を切り込み送りするZ軸送り手段とを備えた切削装置であって、前記チャックテーブルが移動するX軸移動経路を挟むようにレーザービームを照射するレーザービーム照射部と、該レーザービームを受光するレーザービーム受光部とを配設して構成されるブレード検出手段を具備し、前記レーザービーム照射部が照射するレーザービームは、前記Y軸方向に平行であるとともに、前記切削ブレードの回転軸心を通るZ軸と交差することを特徴とする切削装置が提供される。
好ましくは、切削ブレード検出手段は、Z軸送り手段によって切削手段がZ軸方向に移動することで切削ブレードがレーザービームを僅かに遮光する際のZ軸の位置を検出して切削ブレードの磨耗量を検出する。
好ましくは、切削ブレード検出手段は、Z軸送り手段によって切削手段がZ軸方向に移動することで切削ブレードがレーザービームを僅かに遮光する際のZ軸の位置を検出してチャックテーブルの表面に対する切削ブレードのZ軸の原点を検出する。
本発明によると、ブレード検出手段をレーザービーム照射部とレーザービーム受光部とから構成し、レーザービーム照射部が照射するレーザービームが、Y軸方向に平行であるとともに切削ブレードの回転軸心を通るZ軸と交差するようにレーザービーム照射部とレーザービーム受光部を配置したので、切削ブレードがY軸方向のどの位置にいてもZ軸方向に移動するだけで切削ブレードの磨耗量を検出したり、Z軸の原点位置を検出することができる。
また、レーザービーム照射部とレーザービーム受光部との間隔を広げて切削水の影響が少ない位置に設置できるので、切削水の影響を排除するためのカバーを設ける必要がない。
更に、切削手段が、各切削ブレードがY軸方向に対峙するように配設された第1の切削手段と第2の切削手段とから構成される切削装置においては、第1の切削手段の切削ブレードと第2の切削手段の切削ブレードとの間隔以上にレーザービーム照射部とレーザービーム受光部との間隔を広げてブレード検出手段を設置すれば、一つのブレード検出手段によってそれぞれの切削ブレードの検出が可能となり経済的である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の実施形態に係る切削装置2の外観を示す斜視図である。切削装置2は全体をハウジング4で覆われており、その前面側にはオペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段6と、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるLCD等の表示手段8が設けられている。
図2を参照すると、切削装置2の主要部の分解斜視図が示されている。10はチャックテーブルアセンブリであり、切削装置2のベース上に取り付けられた一対のガイドレール12,14に案内されてX軸方向に移動可能なガイドブロック16と、連結部材18によりガイドブロック16と一体的に連結されたチャックテーブル20から構成される。
チャックテーブル20は吸着チャック支持台21と、この吸着チャック支持台21上に装着された吸着チャック22と、吸着チャック22に吸着保持されたウエハをクランプする複数のクランパ24とから構成される。
吸着チャック22は、被加工物である例えば円板状の半導体ウエハを図示しない吸引手段によって吸引保持するようになっている。尚、チャックテーブル20は、吸着チャック22を回転する図示しない回転機構を具備している。
チャックテーブルアセンブリ10は、駆動手段26によりX軸方向に往復動される。駆動手段26は、ボールねじ28と、ボールねじ28のねじ軸(雄ねじロッド)30の一端に結合されたパルスモータ32から構成される。ガイドブロック16にはボールねじ28のねじ軸30に螺合する図示しないナットが固定されている。
パルスモータ32によってボールねじ28のねじ軸30を回転すると、チャックテーブル20がガイドレール12,14に案内されてX軸方向に移動する。すなわち、チャックテーブル20は、図示しないウエハカセットからウエハを取り出して、チャックテーブル20上に載置するウエハ載置領域からウエハを切削する切削領域の間を移動することができる。
一対のガイドレール12,14及びチャックテーブルアセンブリ10の駆動手段26は、左側に図示した内側ケース36中に収容される。蛇腹40の後端40aが内側ケース36の後ろ板36aにねじ止めされ、前端40bがチャックテーブル20の吸着チャック支持台21にねじ止めされる。
更に、蛇腹42の後端42aがチャックテーブル20の吸着チャック支持台21にねじ止めされ、前端42bが内側ケース36の前板36bにねじ止めされる。これにより、チャックテーブル20が蛇腹40,42から上方に突出するような姿勢となる。
内側ケース36は切削装置2のベースに取り付けられた外側ケース34中に収容されている。外側ケース34には切削水排水用のホース38が接続されている。44は切削手段取付用の門型フレームであり、横方向部材46と、横方向部材46と一体的に連結された一対の直立部材48,50とから構成される。
52は先端にCCDカメラ等の撮像手段54を備えたアライメント手段であり、門型フレーム44の横方向部材46の前面に固定された一対のガイドレール56,58に案内されてY軸方向に移動可能である。アライメント手段52をY軸方向に駆動する駆動手段60は、ボールねじ62と、パルスモータ64とから構成される。
門型フレーム44の横方向部材46の背面には、第1切削手段66及び第2切削手段68がY軸方向に移動可能に取り付けられている。すなわち、図3に示すように、第1切削手段66は一対のガイド溝72a,72bと逃げ溝74を有するガイドブロック70を含んでいる。
ガイドブロック70には、ボールねじ82のねじ軸84に螺合するナットが取り付けられており、ねじ軸84は門型フレーム44の横方向部材46の背面に取り付けられている。
横方向部材46の背面には、ガイドレール56,58と同様にY軸方向に伸長する一対のガイドレールが取り付けられており、これらのガイドレールはガイドブロック70に形成されたガイド溝72a,72bに嵌合している。
ボールねじ82のねじ軸84の一端にはパルスモータ86が連結されており、パルスモータ86を駆動すると第1切削手段66のガイドブロック70がガイドレールに案内されてY軸方向に移動する。
同様に、第2切削手段68も、一対のガイド溝78a,78bと逃げ溝80を有するガイドブロック76を含んでいる。ガイドブロック76のガイド溝78a,78bは門型フレーム44の横方向部材46の背面に固定された上述した一対のガイドレールに嵌合している。
ガイドブロック76には、ボールねじ88のねじ軸90が螺合する図示しないナットが固定されており、ねじ軸90は横方向部材46の背面に固定されている。ねじ軸90の一端にはパルスモータ92が連結されており、パルスモータ92を駆動すると、第2切削手段68のガイドブロック76が一対のガイドレールに案内されてY軸方向に移動する。
ボールねじ82のねじ軸84はガイドブロック76の逃げ溝80中に収容され、ボールねじ88のねじ軸90はガイドブロック70の逃げ溝74中に収容される。これにより、図2に示すように第1及び第2切削手段66,68を門型フレーム44の横方向部材46の背面に近接して取り付けることができる。
ガイドブロック70には、L型ブロック94が上下方向(Z軸方向)に移動可能に取り付けられている。L型ブロック94の移動機構は、上述した機構と同様なガイドレール、ボールねじ及びパルスモータ102から構成される。L型ブロック94の底面には、第1スピンドルユニット96が固定されている。
同様に、ガイドブロック76には、L型ブロック98が上下方向(Z軸方向)に移動可能に取り付けられている。L型ブロック98の移動機構は、上述した機構と同様なガイドレール、ボールねじ及びパルスモータ104から構成される。L型ブロック98の底面には第2スピンドルユニット100が固定されている。
第1スピンドルユニット96は、図4に概略的に示すように第1スピンドル106と、第1スピンドル106の先端に装着された第1切削ブレード108と、第1スピンドル106を駆動する図示しないモータとから構成される。
同様に、第2スピンドルユニット100は、第2スピンドル110と、第2スピンドル110の先端に装着された第2切削ブレード112と、第2スピンドル110を駆動する図示しないモータとから構成される。
第1スピンドルユニット96及び第2スピンドルユニット100は、第1切削ブレード108と第2切削ブレード112が互いに対峙するように配設されている。さらに、第1スピンドルユニット96及び第2スピンドルユニット100は、それぞれの軸心が矢印Yで示す割り出し送り方向を向くように一直線上に配設されている。
門型フレーム44の直立部材48には、レーザービーム照射部116が設けられており、直立部材50には、該レーザービーム照射部116に対向してレーザービーム受光部118が設けられている。
レーザービーム照射部116とレーザービーム受光部118とでブレード検出手段114を構成する。レーザービーム照射部116は、例えば、赤外線レーザー、又は可視光レーザーを照射し、レーザービーム受光部118はPD(フォトダイオード)から構成される。
図4に示されるように、レーザービーム照射部116から照射されたレーザービーム120がチャックテーブル20の上面、すなわち吸着チャック22の上面22aに僅かに触れるような位置関係で、レーザービーム照射部116及びレーザービーム受光部118が直立部材48,50にそれぞれ取り付けられている。
本発明実施形態の切削装置2の主要部は以上説明したように構成されるが、切削装置2は図示を省略した他の構成部分、例えば切削加工対象となるウエハを複数枚収容するウエハカセット、ウエハを搬送する複数のウエハ搬送装置、切削加工後のウエハを洗浄する洗浄装置等を含んでいるが、これらの構成部分は本発明の説明に直接関係がないため、図示及びその説明を省略する。
次に、上述した切削装置2の切削加工動作について説明する。まず、第1切削手段66及び第2切削手段68の切削ブレード108,112を新たな切削ブレードに交換したとする。
このときには、第1切削手段66のパルスモータ102を駆動して第1切削ブレード108を下降させ、第1切削ブレード108の外周に設けられた切刃がブレード検出手段114のレーザービーム照射部116が照射したレーザービームを僅かに遮光する際のZ軸の位置を検出して、チャックテーブル20の表面、すなわち吸着チャック22の表面22aに対する第1切削ブレード108のZ軸の原点位置を検出し、この原点位置を切削装置2のコントローラのメモリに記憶させておく。
第2切削手段68の第2切削ブレード112についても同様な操作を行い、チャックテーブル20の表面に対する第2切削ブレード112の原点位置を検出し、この検出値をコントローラのメモリに記憶させておく。
第1及び第2切削ブレード108,112の原点位置はウエハの切削にあたり非常に重要である。ウエハは通常粘着テープ(ダイシングテープ)に貼着されてチャックテーブル20に吸引保持されるため、ウエハを個々のチップに分割するには第1及び第2切削ブレード108,112で粘着テープの一部まで切り込みを行う必要がある。
よって、第1及び第2切削ブレード108,112のチャックテーブル20の表面に対する原点位置がわかっていれば、後は計算によりどこまで第1及び第2切削ブレード108,112を下降させて切削を実行すれば良いかが算出される。
第1及び第2切削ブレード108,112のZ軸方向の現在の位置はコントローラが把握しているため、パルスモータ102,104に何パレス与えてパルスモータ102,104を駆動すれば、所望の切削位置まで第1、第2切削ブレード108,112を下降できるかが判明する。
本実施形態では、ブレード検出手段114を間隔を広げて配置したレーザービーム照射部116とレーザービーム受光部118とから構成したため、一つのブレード検出手段114で第1切削手段66及び第2切削手段68の第1,第2切削ブレード108,112の原点位置を検出することができ、経済的である。
このようにチャックテーブル20の表面に対する第1及び第2切削ブレード108,112のZ軸の原点位置を検出し、これらの値をコントローラのメモリに記憶して切削準備完了となる。
図示しないウエハカセットに収容されたウエハは、搬出入手段によってウエハカセットから取り出され、更に搬送手段によってチャックテーブル20に搬送され、吸着チャック22によりウエハが吸着されてクランパ24によりクランプされる。
そして、チャックテーブル20がX軸方向に移動するとともに、アライメント手段52がY軸方向に移動してウエハがアライメント手段52の直下に位置づけられる。
アライメント手段52が切削すべきストリートを検出するアライメントの際のパターンマッチングに用いる画像は、切削前に予め取得しておく必要がある。そこで、ウエハがアライメント手段52の直下に位置づけられると、撮像手段54がウエハの表面を撮像し、撮像した画像を表示手段8に表示させる。
切削装置2のオペレータは、操作手段6を操作することにより、撮像手段54をゆっくりと移動させながら、必要に応じてチャックテーブル20も移動させて、パターンマッチングのターゲットとなるパターンを探索する。
オペレータがキーパターンを決定すると、そのキーパターンを含む画像が切削装置2のコントローラに備えたメモリに記憶される。また、そのキーパターンとストリートの中心線との距離を座標値等によって求め、その値もメモリに記憶させておく。
更に、撮像手段54を移動させることにより、隣り合うストリートとストリートとの間隔(ストリートピッチ)を座標値等によって求め、ストリートピッチの値についてもコントローラのメモリに記憶させておく。
ウエハのストリートに沿った切断の際には、記憶させたキーパターンの画像と実際に撮像手段54により撮像されて取得した画像とのパターンマッチングをアライメント手段52にて行う。
そして、パターンがマッチングしたときは、第1切削手段66の第1切削ブレード108をY軸方向に移動させて、切削しようとするウエハの左端のストリートと第1切削ブレード108との位置合わせを行う。同様に、第2切削手段68の第2切削ブレード112をY軸方向に移動させて、切削しようとするウエハの右端のストリートと第2切削ブレード112との位置合わせを行う。
切削しようとするストリートと、第1及び第2切削ブレード108,112との位置合わせが行われた状態で、チャックテーブル20をX軸方向に移動させるとともに、第1及び第2切削ブレード108,112を高速回転させながら第1及び第2切削手段66,68を下降させると、位置合わせされた二つのストリートが同時に切削される。
メモリに記憶されたストリートピッチづつ第1及び第2切削手段66,68をY軸方向で且つ互いに近づく方向にインデックス送りしながら切削を行うことにより、同一方向のストリートが全て切削される。
ストリートピッチが非常に狭い場合には、最内周部のストリートの切削は一方の切削ブレードを休ませて、一つの切削ブレードのみで行うことにより第1及び第2切削ブレード108,112の干渉を避けることができる。
このようにして同一方向のストリートがすべて切削された後、チャックテーブル20を90°回転させてから、上記と同様の切削を行うと、上記の方向と直交する方向のストリートもすべて切削され、ウエハは個々のチップに分割される。
切削が終了したウエハはチャックテーブル20をX軸方向に移動させてウエハ載置領域まで戻してから、搬送手段により把持されて図示しない洗浄装置まで搬送される。洗浄装置では、洗浄ノズルから水を噴射しながらウエハを低速回転(例えば300rpm)させることによりウエハを洗浄する。洗浄後、ウエハを高速回転(例えば3000rpm)させながらエアノズルからエアを噴出させてウエハを乾燥させた後、搬送手段によりウエハを搬送してウエハカセットの元の収納場所にウエハが戻される。
第1及び第2切削ブレード108,112で複数個のウエハのストリートに沿った切削を行うと、第1及び第2切削ブレード108,112の最外周部に付着された切刃が次第に磨耗する。よって、予め定められた所定個数のウエハの切削が終了した時点で、ブレード検出手段114で第1及び第2切削ブレード108,112の磨耗の程度を検出する。
すなわち、第1切削手段66のパルスモータ102を駆動して、第1切削ブレード108をZ軸方向に移動して、第1切削ブレード108がレーザービームを僅かに遮光する際のZ軸の位置を検出して、第1切削ブレード108の磨耗量を検出する。
同様にして、第2切削手段68のパルスモータ104を駆動して、第2切削ブレード112をZ軸方向に移動させて第2切削ブレード112がレーザービームを僅かに遮光する際のZ軸の位置を検出して、第2切削ブレード112の磨耗量を検出する。
このようにして検出した第1及び第2切削ブレード108,112の磨耗量が、予めコントローラのメモリに記憶されている所定の磨耗量以上になった場合には、切削ブレードの寿命がきたと判断し、切削ブレード108又は112を交換する。
新たな切削ブレードを第1又は第2スピンドルユニット96,100に装着してから、新たな切削ブレードのチャックテーブル20の表面に対するZ軸の原点位置を検出し、この原点位置をコントローラのメモリに記憶させる。これで、切削準備完了となる。
以上詳述した実施形態によると、チャックテーブル20が移動するZ軸移動経路を挟むようにレーザービームを照射するレーザービーム照射部116とレーザービームを受光するレーザービーム受光部118とを配設してブレード検出手段114を構成し、レーザービーム照射部116が照射するレーザービームが、Y軸方向に平行であるとともに第1及び第2切削ブレード108,112の回転軸心を通るZ軸と交差するようにレーザービーム照射部116及びレーザービーム受光部118を配設したので、第1及び第2切削ブレード108,112がY軸方向のどの位置にいてもZ軸方向に移動するだけで第1及び第2切削ブレード108,112の磨耗量を検出したり、Z軸の原点位置を検出したりできる。
また、レーザービーム照射部116とレーザービーム受光部118との間隔を広げて切削水の影響が少ない位置にレーザービーム照射部116及びレーザービーム受光部118を設置できるので、切削水がかかるのを防止するためのカバーを設ける必要がない。
更に、第1の切削手段66と第2の切削手段68の第1及び第2切削ブレード108,112がY軸方向に対峙するように配設されているので、第1の切削手段66の第1切削ブレード108と第2の切削手段68の第2切削ブレードとの間隔以上に間隔を広げてレーザービーム照射部116及びレーザービーム受光部118を設置すれば、一つのブレード検出手段114によって、それぞれの切削ブレード108,112の検出ができ非常に経済的である。
本発明実施形態にかかる切削装置の外観斜視図である。 実施形態の切削装置の要部の構成を示す分解斜視図である。 第1及び第2切削手段を示す分解斜視図である。 ブレード検出手段とチャックテーブル及び切削ブレードとの関係を示す模式図である。
符号の説明
10 チャックテーブルアセンブリ
12,14 ガイドレール
20 チャックテーブル
22 吸着チャク
26 X軸駆動手段
44 門型フレーム
46 横方向部材
48,50 直立部材
52 アライメント手段
54 撮像手段
66 第1切削手段
68 第2切削手段
96 第1スピンドルユニット
100 第2スピンドルユニット
108 第1切削ブレード
112 第2切削ブレード
114 ブレード検出手段
116 レーザービーム照射手段
118 レーザービーム受光手段

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を切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段と、該チャックテーブルをX軸方向に加工送りするX軸送り手段と、該X軸方向と直交するY軸方向に前記切削手段を割り出し送りするY軸送り手段と、前記X軸方向とY軸方向に直交するZ軸方向に前記切削手段を切り込み送りするZ軸送り手段とを備えた切削装置であって、
    前記チャックテーブルが移動するX軸移動経路を挟むようにレーザービームを照射するレーザービーム照射部と、該レーザービームを受光するレーザービーム受光部とを配設して構成されるブレード検出手段を具備し、
    前記レーザービーム照射部が照射するレーザービームは、前記Y軸方向に平行であるとともに、前記切削ブレードの回転軸心を通るZ軸と交差することを特徴とする切削装置。
  2. 前記レーザービーム照射部が照射するレーザービームが、前記チャックテーブルの上面に僅かに接触するように前記レーザービーム照射部及びレーザービーム受光部が配設されている請求項1記載の切削装置。
  3. 前記ブレード検出手段は、前記Z軸送り手段によって前記切削手段がZ軸方向に移動することで前記切削ブレードがレーザービームを僅かに遮光する際のZ軸の位置を検出して、前記切削ブレードの磨耗量を検出する請求項1又は2記載の切削装置。
  4. 前記ブレード検出手段は、前記Z軸送り手段によって前記切削手段がZ軸方向に移動することで前記切削ブレードがレーザービームを僅かに遮光する際のZ軸の位置を検出して、前記チャックテーブルの表面に対する前記切削ブレードのZ軸の原点を検出する請求項2記載の切削装置。
  5. 前記切削手段は、前記切削ブレードがY軸方向に対峙するように配設された第1の切削手段と第2の切削手段とから構成される請求項1〜4のいずれかに記載の切削装置。
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