JP2012035344A - バイトホイール - Google Patents

Abstract

【課題】 複数サイズの被加工物に対応できるとともに、小サイズの被加工物の加工時間を短縮可能なバイトホイールを提供することである。
【解決手段】 被加工物を切削するバイトホイールであって、回転中心から半径方向に第１の距離の位置に形成された第１装着部と、該第１の距離と異なる第２の距離の位置に形成された第２装着部とを有するホイール基台と、該ホイール基台の該第１装着部及び第２装着部の何れか一方に装着された、バイトシャンクと、該バイトシャンクの一端部に固着された切削刃とを有するバイトユニットと、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、被加工物を切削するバイトホイールに関する。

半導体デバイスの軽薄短小化を実現するための技術には様々なものがある。一例として、半導体ウエーハに形成されたデバイス表面に１０〜１００μｍ程度の高さのバンプと呼ばれる金属突起物を複数形成し、これらのバンプを配線基板に形成された電極に相対させて直接接合するフリップチップボンディングと呼ばれる実装技術が実用化されている。

半導体ウエーハのデバイス表面に形成されるバンプは、メッキやスタッドバンプといった方法により形成される。このため個々のバンプの高さは不均一であり、そのままでは複数のバンプを配線基板の電極に全て一様に接合するのは困難である。

また、高密度配線を実現するために、バンプと配線基板との間に異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）を挟んで接合する集積回路実装技術がある。この実装技術の場合には、バンプの高さが不足すると接合不良を招くため、一定以上のバンプ高さが必要となる。

そこで、半導体ウエーハの表面に形成された複数のバンプを所望の高さへ切削することが望まれている。バンプを所望の高さへ切削する方法として、バイトホイールを用いてバンプを削り取る方法が例えば特開２０００−１７３９５４号公報で提案されている。

バイトホイールは、ホイール基台と、ホイール基台に配設された切削刃を含むバイトユニットとを備え、バイトホイールを回転させつつ、切削刃を被加工物へ当接した状態でバイトホイールと被加工物とを摺動させることにより切削を遂行する。

バイトホイールで切削する半導体ウエーハ等の被加工物には、例えばφ４インチからφ１２インチと様々なサイズがある。そして、従来は特開２０００−１７３９５４号公報に開示されるようなバイトホイールで異なる大きさの半導体ウエーハを切削していた。

特開２０００−１７３９５４号公報

ところが、従来のバイトホイールでは、ホイール基台の特定箇所にバイトユニットが着脱可能に取り付けられている構成であるため、異なるサイズの被加工物の切削に適用したい場合には、大径の被加工物を切削可能なようにバイトホイールの直径を大きくしてバイトユニットの取付位置を外周側にする必要がある。

一方、バイトホイールを用いた切削では、被加工物に対して最適なバイトの周速を選択し、バイト一回転当たりの被加工物の送り量（被加工物の加工送り速度／バイト回転数）を小さくすることで被加工物を平坦に出来、良好な加工品質が得られる。つまり良好な加工品質を得ようとした場合、被加工物を切削できる最小径でバイトを回転させることで被加工物の加工送り速度を最も上昇させることができる。

従って、従来のバイトホイールで小径の被加工物を切削しようとすると、小径の被加工物の切削に適した直径を有するバイトホイールに比較して、被加工物の加工送り速度を上昇できず切削加工時間が多くかかるという問題があった。

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、異なるサイズの被加工物に対して最短の加工時間で切削可能なバイトホイールを提供することである。

本発明によると、被加工物を切削するバイトホイールであって、回転中心から半径方向に第１の距離の位置に形成された第１装着部と、該第１の距離と異なる第２の距離の位置に形成された第２装着部とを有するホイール基台と、該ホイール基台の該第１装着部及び第２装着部の何れか一方に装着された、バイトシャンクと、該バイトシャンクの一端部に固着された切削刃とを有するバイトユニットと、を具備したことを特徴とするバイトホイールが提供される。

好ましくは、該ホイール基台は、回転中心を基準に該第１装着部と該第２装着部に対して点対称な位置に形成された第１錘装着部と第２錘装着部とを有しており、バイトホイールは、該第１装着部及び該第２装着部の何れか一方に装着された該バイトユニットに対して点対称位置の該第１錘装着部及び該第２錘装着部の何れか一方に装着された、該バイトユニットと同一重量を有するバランス取り用錘を更に具備している。

本発明のバイトホイールは、被加工物の大きさにそれぞれ対応する位置に複数のバイトユニットの装着部を備えるため、被加工物のサイズに応じて最適なバイトユニットの回転軌跡径で切削加工ができる。

従って、小さいサイズの被加工物では加工品質を悪化させることなく切削加工時間を短縮化できるとともに、大きいサイズの被加工物の切削加工にもバイトユニットの取り付け位置を変更するだけで対応することができる。

本発明のバイトホイールで切削するのに適した半導体ウエーハの斜視図である。 本発明のバイトホイールが装着されたバイト切削装置の斜視図である。 本発明実施形態に係るバイトホイールの分解斜視図である。 バイトユニットが装着されたバイト装着ブロックの斜視図である。 φ６インチ位置にバイトユニットとバランス取り用錘を装着した状態のバイトホイールの斜視図である。 バイトホイールでのウエーハの切削加工工程を示す模式図である。 図７（Ａ）は切削前の半導体ウエーハの拡大断面図、図７（Ｂ）は切削後の半導体ウエーハの拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明のバイトホイールで切削するのに適した半導体ウエーハＷの斜視図が示されている。半導体ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された各領域にそれぞれデバイス（チップ）Ｄが形成されている。

図１の拡大図に示すように、各デバイスＤの４辺には複数の突起状のバンプ５が形成されている。これらのバンプ５は、図７（Ａ）の拡大断面図に示すように、アンダーフィル材７内に埋設されている。アンダーフィル材７としては、エポキシ樹脂やベンソシクロブテン（ＢＣＢ）が使用される。

次に図２を参照して、本発明実施形態に係るバイトホイールを装着したバイト切削装置２について説明する。４はバイト切削装置２のベース（ハウジング）であり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿ってバイト切削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。バイト切削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

バイト切削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２２（図７参照）と、スピンドル２２の先端に固定されたマウント２４と、マウント２４に着脱可能に装着されたバイトホイール２５とを含んでいる。バイトホイール２５にはバイトユニット２６が着脱可能に取り付けられている。

バイト切削ユニット１０は、バイト切削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成されるバイト切削ユニット送り機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

ベース４の中間部分にはチャックテーブル３０を有するチャックテーブル機構２８が配設されており、チャックテーブル機構２８は図示しないチャックテーブル移動機構によりＹ軸方向に移動される。３１はウォーターカバー、３３は蛇腹であり、ともにチャックテーブル機構２８をカバーする。

ベース４の前側部分には、第１のウエーハカセット３２と、第２のウエーハカセット３４と、ウエーハ搬送用ロボット３６と、複数の位置決めピン４０を有する位置決め機構３８と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）４２と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）４４と、スピンナ洗浄ユニット４６が配設されている。

また、ベース４の概略中央部には、チャックテーブル３０を洗浄する洗浄水噴射ノズル４８が設けられている。この洗浄水噴射ノズル４８は、チャックテーブル３０が装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置づけられた状態において、チャックテーブル３０に向かって洗浄水を噴射する。

図３を参照すると、本発明実施形態に係るバイトホイール２５の分解斜視図が示されている。バイトホイール２５は、マウント２４に着脱可能に装着される円板状のホイール基台５０を含んでいる。

ホイール基台５０は、その中心部分に円形凹部５２を有しており、円形凹部５２にはホイール基台５０をマウント２４に固定するためのねじが挿入される４個の（３個のみ図示）挿入穴５３が形成されている。

ホイール基台５０の外周部分には、円周方向に１８０度離間して概略台形状の２個の切欠き５４，５６が形成されている。更に、ホイール基台５０の円形凹部５２に臨んで円周方向に１８０度離間した概略台形状の切欠き５８，６０が形成されている。

ホイール基台５０の切欠き５４中には、バイト装着ブロック６２がねじ６８で取りつけられる。バイト装着ブロック６２には２個の装着穴６４，６６が形成されている。装着穴６４は例えばφ８インチ用装着部（第１装着部）であり、装着穴６６はφ６インチ用装着部（第２装着部）である。

バイトユニット２６は、略直方体形状のシャンク（バイトシャンク）７０と、シャンク７０の一端部に固着されたダイアモンド等で所定形状に形成された切削刃７２とから構成される。

図４の斜視図に示すように、バイト装着ブロック６２は、装着穴６４に対応してその側面に複数（本実施形態では３個）のねじ穴６９が形成されており、装着穴６４中にバイトユニット２６を挿入してねじ７４をねじ穴６９に螺合して締結することにより、バイトユニット２６がバイト装着ブロック６２に固定される。

バイト装着ブロック６２の側面には装着穴６６に対応して複数（本実施形態では３個）のねじ穴７１が形成されており、このねじ穴７１中にねじを螺合して締め付けることにより、装着穴６６中に挿入されたバイトユニット２６を固定することができる。

バイト装着ブロック６２を外周側から内周側に貫通して２個の取り付け穴６７が形成されている。図３に示すように、これらの取り付け穴６７中にねじ６８を挿入し、ホイール基台５０に形成されたねじ穴に締結することにより、バイト装着ブロック６２がホイール基台５０に固定される。

装着穴６４はホイール基台５０の回転中心５０ａから第１距離Ｓ１の位置に形成されており、取付穴６６はホイール基台５０の回転中心５０ａから第１距離Ｓ１より小さい第２距離Ｓ２の位置に形成されている。装着穴６４は例えばφ８インチ用であり、Ｓ１は２１０ｍｍである。装着穴６６は例えばφ６インチ用であり、Ｓ２は１６０ｍｍである。

ホイール基台５０の切欠き５６中には錘装着ブロック７６が挿入されて、バイト装着ブロック６２と同様にねじでホイール基台５０に固定される。錘装着ブロック７６は２個の装着穴７８，８０を有している。装着穴７８は第１の錘装着部であり、装着穴８０は第２の錘装着部である。

装着穴７８はバイト装着ブロック６２に形成された装着穴６４とホイール基台５０の回転中心５０ａに対して点対称の位置に形成されており、装着穴８０はバイト装着ブロック６２に形成された装着穴６６とホイール基台５０の回転中心５０ａに対して点対称な位置に形成されている。

切欠き５８中には概略台形状のバイト装着ブロック８２が挿入されて、ねじによりホイール基台５０に固定されている。バイト装着ブロック８２には装着穴（第３装着部）８４が形成されており、装着穴８４は例えばφ４インチ用の装着穴であり、回転中心５０ａからの距離は１２０ｍｍである。

一方、切欠き６０中には錘装着ブロック８６が挿入されて、ねじによりホイール基台５０に固定されている。錘装着ブロック８６はバランス取り用錘が挿入される装着穴８８を有しており、装着穴８８はホイール基台５０の回転中心５０ａに対してバイト装着ブロック８２に形成された装着穴８４と点対称の位置に形成されている。

バイトホイール２５の使用にあたっては、好ましくは図５に示すように、バイトユニット２６の取付位置とホイール基台５０の回転中心に対して点対称な位置の装着穴８０中にバランス取り用錘９０を挿入して固定する。バランス取り用錘９０はバイトユニット２６と同一重量を有していることが好ましい。

次に、図６を参照して、バイトホイール２５による半導体ウエーハＷの切削加工方法について説明する。半導体ウエーハＷの表面には、図７（Ａ）の拡大断面図に示すように、各デバイスＤの電極にそれぞれ接続された複数のバンプ５が形成されており、これらのバンプ５はエポキシ樹脂等から形成されたアンダーフィル材７中に埋設されている。

スピンドル２２を約２０００ｒｐｍで回転させつつ、バイトホイール送り機構１８を駆動してバイトユニット２６の切削刃７２をアンダーフィル材７に所定深さ切り込ませ、チャックテーブル３０を矢印Ｙ方向に１ｍｍ／ｓの送り速度で移動させながら、アンダーフィル材７とともにバンプ５を切削する。この切削加工時には、チャックテーブル３０は回転させずにＹ軸方向に加工送りする。

チャックテーブル３０に吸引保持されたウエーハＷの左端が切削刃７２の取り付け位置を通過すると、ウエーハＷの切削が終了し、図７（Ｂ）に示すように、アンダーフィル材７の表面は平坦となり、バンプ５はアンダーフィル材７とともに切削されてその高さが均一に加工される。

本実施形態のバイトホイール２５では、φ８インチ用の装着穴（第１装着部）６４と、φ６インチ用の装着穴（第２装着部）６６と、φ４インチ用の装着穴（第３装着部）８４を有しているため、切削加工すべきウエーハＷのサイズに応じてバイトユニット２６をこれら何れかの装着穴に挿入固定して使用することができる。バランス取り用錘９０も、バイトユニット２６の固定位置に応じて、装着穴７８，８０，８８の何れかに挿入して固定する。

尚、ホイール基台５０を大径にして、回転中心５０ａから３１０ｍｍの位置にφ１２インチ用の装着穴を設けるようにしてもよい。この場合には、バランス取り用錘９０の装着穴をφ１２インチ用装着穴に対して点対称位置に形成するのが好ましい。

次に、本実施形態のバイトホイール２５の効果について検討する。同一の加工条件（最適加工条件）で異なるサイズのウエーハＷを切削する場合には、バイトユニット２６の周速とスピンドル２２の一回転当たりのウエーハＷの送り量を同一にする必要がある。バイトユニット２６の周速と、スピンドル２２の一回転当たりのウエーハＷの送り量はそれぞれ以下の式で求められる。

バイトユニット周速＝スピンドル回転数×バイトユニット２６の取り付け位置の直径×π…………………（１）
スピンドル一回転当たりのウエーハＷの送り量＝チャックテーブル３０の送り速度／スピンドル回転数…（２）
従って、小径のウエーハＷを切削する際に本実施形態のようにバイトユニット２６の装着位置を小径位置とすると、バイトユニット２６の周速を一定にするためには、（１）式からスピンドル回転数を上昇する必要がある。

また、（２）式からスピンドル一回転当たりのウエーハＷの送り量を同一にするためには、スピンドル回転数の上昇に比例してチャックテーブル３０の送り速度を上昇する必要がある。

従って、小径のウエーハＷを切削する際に、バイトユニット２６の装着位置を小径位置とすることで、従来のようにウエーハＷより大径のバイトホイールで切削加工するのに比べて、チャックテーブル３０の送り速度を上げることができるため、切削加工時間を短縮化することができる。

よって、本実施形態のバイトホイール２５では、ウエーハＷのサイズに応じて、バイトユニット２６の装着位置を最適位置にすることで、小さいサイズのウエーハＷでは切削加工時間を短縮化できるとともに、大きいサイズのウエーハＷに対してもバイトユニット２６の装着位置を変更するだけで対応可能である。

更に、本実施形態のバイトホイール２５では、ホイール基台５０の回転中心を基準にバイトユニット２６に対して点対称な位置のホイール基台５０にバイトユニット２６と同一重量を有するバランス取り錘９０を取り付けるようにしたので、バイトホイール２５の回転に伴う振動が低減され、振動に起因するウエーハＷの加工品質の悪化を抑制することができる。

Ｗ 半導体ウエーハ
Ｄ デバイス
２ バイト切削装置
５ バンプ
１０ バイト切削ユニット
２５ バイトホイール
２６ バイトユニット
３０ チャックテーブル
５０ ホイール基台
６４ 第１の装着部
６６ 第２の装着部
７０ シャンク（バイトシャンク）
７２ 切削刃
８４ 第３の装着部

Claims (2)

1. 被加工物を切削するバイトホイールであって、
   回転中心から半径方向に第１の距離の位置に形成された第１装着部と、該第１の距離と異なる第２の距離の位置に形成された第２装着部とを有するホイール基台と、
   該ホイール基台の該第１装着部及び第２装着部の何れか一方に装着された、バイトシャンクと、該バイトシャンクの一端部に固着された切削刃とを有するバイトユニットと、
   を具備したことを特徴とするバイトホイール。
2. 該ホイール基台は、回転中心を基準に該第１装着部と該第２装着部に対して点対称位置に形成された第１錘装着部と第２錘装着部とを有しており、
   該第１装着部及び該第２装着部の何れか一方に装着された該バイトユニットに対して点対称位置の該第１錘装着部及び該第２錘装着部の何れか一方に装着された、該バイトユニットと同一重量を有するバランス取り用錘を更に具備したことを特徴とする請求項１記載のバイトホイール。

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