JP2013006251A

JP2013006251A - 工具位置検出装置及び工具位置検出装置を備えた加工装置

Info

Publication number: JP2013006251A
Application number: JP2011141607A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kobayashi; 真小林
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-10

Abstract

【課題】工具の先端位置の検出を迅速に行うことのできる工具位置検出装置を提供することである。
【解決手段】被加工物を保持するチャックテーブルの保持面と直交するＺ軸方向に移動して、被加工物を加工する加工手段に配設された工具の先端位置を検出するための工具位置検出装置であって、該チャックテーブルの該保持面上に載置される基台と、該基台上に固定され上面に工具先端との当接部を有するタッチセンサと、該基台上に該タッチセンサを挟んで配設された発光素子と受光素子とを含み、該発光素子と該受光素子とを結ぶ光軸がＺ軸方向に垂直且つ該タッチセンサの該当接部から上方に所定距離離間して配設された光学センサと、該光学センサの該光軸を該工具先端が遮断したときに電気信号を出力する第１の出力手段と、該タッチセンサの該当接部に該工具先端が当接したときに電気信号を出力する第２の出力手段と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体ウエーハを研削する研削ホイールを備えた研削装置や半導体ウエーハの表面に突出して形成されたバンプの高さを揃えるバイト切削装置において、研削ホイールや切削バイト等の工具の先端位置を検出するための工具位置検出装置及び該工具位置検出装置を備えた加工装置に関する。

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揃えることが望まれている。バンプを所望の高さへ揃える方法として、一般的には研磨加工が採用されているが、作業時間が長いという問題があった。

そこで、研削装置の研削ホイールのように高速回転するバイトホイールを用いてバンプを削り取り、バンプの高さを揃えるバイト切削装置が例えば特開２００４−３１９６９７号公報で提案されている。

特開２００４−３１９６９７号公報特開平９−１８３００８号公報

上述したようなバイト切削装置や複数の研削砥石が環状に配設された研削ホイールによりウエーハを研削する研削装置等の加工装置では、工具の先端位置を非常に精密に制御することで、精密な高さや仕上がり厚さが求められるバンプの切削やウエーハの研削を可能としている。

これらの加工装置の要となる工具の先端位置を検出する工程では、工具の先端を所定の治具やセンサ等に当接させて工具先端位置を検出している（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、工具先端位置の検出の際、工具損傷の恐れを防止し且つ精度の高い位置情報の確実な取得のため、全ての動作をマニュアル操作によって実施しており、作業時間が比較的長い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、工具先端位置の検出時間を短縮可能な工具位置検出装置及び該工具位置検出装置を備えた加工装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、被加工物を保持するチャックテーブルの保持面と直交するＺ軸方向に移動して、被加工物を加工する加工手段に配設された工具の先端位置を検出するための工具位置検出装置であって、該チャックテーブルの該保持面上に載置される基台と、該基台上に固定され上面に工具先端との当接部を有するタッチセンサと、該基台上に該タッチセンサを挟んで配設された発光素子と受光素子とを含み、該発光素子と該受光素子とを結ぶ光軸がＺ軸方向に垂直且つ該タッチセンサの該当接部から上方に所定距離離間して配設された光学センサと、該光学センサの該光軸を該工具先端が遮断したときに電気信号を出力する第１の出力手段と、該タッチセンサの該当接部に該工具先端が当接したときに電気信号を出力する第２の出力手段と、を具備したことを特徴とする工具位置検出装置が提供される。

請求項２記載の発明によると、被加工物を保持する保持面を有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加工するための工具を備えた加工手段と、該加工手段を該チャックテーブルの該保持面に直交するＺ軸方向に加工送りする加工送り手段と、該加工手段の該工具の先端位置を検出するための工具位置検出手段と、該工具位置検出手段で検出した該工具の先端位置情報に基づいて該加工送り手段を制御する制御手段とを備えた加工装置であって、該工具位置検出手段は、該チャックテーブルの該保持面上に載置される基台と、該基台上に固定され上面に該工具先端との当接部を有するタッチセンサと、該基台上に該タッチセンサを挟んで配設された発光素子と受光素子とを備え、該発光素子と該受光素子とを結ぶ光軸がＺ軸方向に垂直且つ該タッチセンサの該当接部から上方に所定距離離間して配設された光学センサと、該光学センサの該光軸を該工具先端が遮断したときに電気信号を出力する第１の出力手段と、該タッチセンサの該当接部に該工具先端が当接したときに電気信号を出力する第２の出力手段とを含み、該工具位置検出手段を該工具の直下に位置づけ、該加工送り手段を作動して該加工手段を高速で下降させ、該加工手段の該工具先端が該工具位置検出手段の該光学センサの該光軸を遮ることで該第１の出力手段から出力される電気信号に基づいて該制御手段が該加工送り手段の下降速度を減速し、引き続き低速で該加工手段を下降させて該工具先端が該タッチセンサの該当接部に当接したとき該第２の出力手段から出力される電気信号に基づいて、該工具の先端位置を検出することを特徴とする加工装置が提供される。

本発明の工具位置検出装置によれば、光学センサとタッチセンサの両方を備えているため、光学センサに工具の先端位置が検出されるまでは高速で工具をチャックテーブルに接近させることが可能となり、光学センサで工具の先端位置を検出後に、マニュアル若しくは自動による低速な動作でタッチセンサに工具を当てることができるようになり、工具の先端位置を検出するのに要する時間を短縮化することが可能となる。

また、工具位置検出装置を備えた加工装置では、工具位置検出装置を定期的に利用して工具の先端位置の検出が加工装置内において短時間又は自動的に可能となる。

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。本発明実施形態に係るバイト切削装置の斜視図である。バイトホイールの斜視図である。バイトユニットの分解斜視図である。図５（Ａ）はホイール基台へのバイトユニットの取り付け構造を示す側面図、図５（Ｂ）はその一部断面正面図である。本発明実施形態の工具位置検出装置の検出対象となる工具との位置関係を示す側面図である。図７（Ａ）は工具位置検出装置の斜視図、図７（Ｂ）はその側面図である。本発明の工具位置検出装置を使用した工具の先端位置の検出動作を示すフローチャートである。工具の先端位置を検出する動作を説明するブロック図である。

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、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、図示を省略したアンダーフィル材内に埋設されている。アンダーフィル材としては、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、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６参照）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に隣接して、ベース４上に後で詳細に説明する工具位置検出装置６８が配設されている。

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。

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、バイトホイール２５の斜視図が示されている。バイトホイール２５は、環状のホイール基台５０と、ホイール基台５０に着脱可能に取り付けられたバイトユニット２６とから構成される。バイトホイール２５は矢印Ｒ方向に回転されてウエーハＷの表面に形成されたバンプ５を切削する。

バイトユニット２６は、図４の分解斜視図に示すように、略直方体形状のシャンク（バイトシャンク）５２と、シャンク５２に着脱可能に取り付けられたバイト５４とから構成される。バイト５４は板状を呈しており、長手方向の一端部の表面側にはダイアモンド等で所定形状に形成された切削刃５６が固着されている。バイト５４にはねじ５８が挿入される丸穴５９が形成されている。

シャンク５２の一側面には、バイト５４の厚さと同等の深さを有するピット６０が形成されている。ピット６０にはねじ穴６１が形成されている。バイト５４をシャンク５２のピット６０内に挿入し、バイト５４の丸穴５９を通してねじ５８をねじ穴６１に螺合することにより、バイト５４がシャンク５２に固定される。

図５に示すように、ホイール基台５０には直方体形状の取り付け穴６２と、取り付け穴６２に開口するねじ穴６３が形成されている。バイトユニット２６のシャンク５２をホイール基台５０に形成された取り付け穴６２中に挿入し、ねじ６４をねじ穴６３に螺合して締め付けることにより、バイトユニット２６がホイール基台５０に固定される。

図６を参照すると、本発明実施形態に係る工具位置検出装置６８と、工具位置検出装置６８の検出対象となるバイトユニット２６との位置関係を示す側面図が示されている。図７に示すように、工具位置検出装置６８は進退手段としてのエアシリンダ７０のピストンロッド７２に連結されている。

工具位置検出装置６８は、ピストンロッド７２に連結された基台７４と、基台７４に立設された一対のコラム７６，７８を含んでいる。コラム７６の先端部には発光素子８０が搭載され、コラム７８の先端部には受光素子８２が搭載されている。

８３は発光素子８０と受光素子８２とを結んだ光軸であり、この光軸８３を中心として発光素子８０から出射された光が進行して受光素子８２に受光される。発光素子８０と受光素子８２とを結んだ光軸８３はＺ軸方向の垂直となるように配設されている。発光素子８０と受光素子８２とで光学センサ（フォトインタラプター）８１を構成する。

光学センサ８１の発光素子８０と受光素子８２との間の基台７４の上面にはタッチセンサ８４が配設されている。光学センサ８１の光軸８３はタッチセンサ８４の上面の当接部から所定距離離間するように配設されている。

以下、図８のフローチャート及び図９を参照して、上述した実施形態の工具位置検出装置６８を使用した切削刃５６の先端位置の検出方法について説明する。まず、エアシリンダ７０を駆動してピストン７２を伸長し、退避位置に位置付けられていた工具位置検出装置６８を検出位置であるチャックテーブル３０上に載置する。そして、バイトホイール２５をマニュアルで回転してバイトユニット２６を工具位置検出装置６８の真上に位置付ける。

このように位置付けた後、図８のステップＳ１０でバイト切削ユニット送り機構１８のパルスモータ１６を駆動して、バイトホイール２５を高速で下降させる。ステップＳ１１で切削刃５６が光学センサ８１を遮断したか否かを判断し、肯定判定の場合には、ステップＳ１２に進んでパルスモータ１６を低速で回転してバイトホイール２５の下降速度を低下させる。

ここで、切削刃５６が発光素子８０から出射された光を全然遮らない状態では、受光素子８２は発光素子８０からの光量を全部受光するので、図９の電圧比較部８８の拡大図から明らかなように、制御手段８６の電圧比較部８８に入力される電圧は５Ｖとなっている。

切削刃５６が下降を続けると、切削刃５６の先端が発光素子８０から出射された光を遮りだすので、電圧比較部８８に入力される電圧はリニアに降下し、ある時点で基準電圧設定部９０で設定された基準電圧３Ｖとなる。

即ち、第１の出力手段８７が受光素子８２が検出した光量に相当する３Ｖを電圧比較部８８に出力した時点で、切削刃５６の先端が光学センサ８１の光軸８３を遮断したと判断する。このとき、電圧比較部８８から制御部９２に信号を出力し、制御部９２ではバイト切削ユニット送り機構１８のパルスモータ１６の回転を低速回転に切り替える。

図８のステップＳ１３で、切削刃５６の先端がタッチセンサ８４を押し下げたか否かを判断し、肯定判定の場合には、切削刃５６の先端位置を検出したと判断する（ステップＳ１４）。この時の、Ｚ軸方向の座標位置を制御手段８６の図示しないメモリに記憶する。

即ち、切削刃５６の先端がタッチセンサ８４の当接部に当接すると、第２の出力手段８９を介して制御手段８６の端部位置検出部９４に電気信号が出力され、制御部９２ではバイト切削ユニット送り機構１８のパルスモータ１６に信号を供給して、パルスモータ１６を逆回転させバイトホイール２５を上昇させる（ステップＳ１５）。

上述した実施形態の工具位置検出装置６８によると、光学センサ８１とタッチセンサ８４の両方を備えているため、光学センサ８１で切削刃５６の先端位置が検出されるまでは高速で切削刃５６を下降されることが可能となり、光学センサ８１の検出後にのみマニュアル若しくは自動による非常に低速な動作でタッチセンサ８４に切削刃５６の先端を当てることができるようになるため、切削刃５６の先端位置検出に要する時間を大幅に短縮することができる。

また、工具がバイトユニット２６の場合には、切削刃５６はダイアモンドで構成されているため、発光素子８０から出射された光の透過があり、正確に切削刃５６の先端位置を検出するのは難しいが、光学センサ８１では大まかな位置情報を捉えるのみにとどめ、正確な先端位置はタッチセンサ８４で検出することで、正確な位置検出が短時間で実現できる。

上述した実施形態では、光学センサ８１として一つの発光素子８０と一つの受光素子８２を対向させて構成しているが、複数の発光素子８０と複数の受光素子８２をそれぞれ対向させて光学センサを構成するようにしてもよい。この場合には、工具位置検出時のバイトユニット２６の位置決めが容易となる。

上述した実施形態では、本発明の工具位置検出装置をバイト切削装置２に適用した例について説明したが、本発明の工具先端位置検出装置はこれに限定されるものではなく、例えば研削砥石の先端位置を検出する研削装置等の他の加工装置にも同様に適用することができる。

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
５４バイト
５６切削刃
６８工具位置検出装置
８０発光素子
８１光学センサ
８２受光素子
８３光軸
８４タッチセンサ

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルの保持面と直交するＺ軸方向に移動して、被加工物を加工する加工手段に配設された工具の先端位置を検出するための工具位置検出装置であって、
該チャックテーブルの該保持面上に載置される基台と、
該基台上に固定され上面に工具先端との当接部を有するタッチセンサと、
該基台上に該タッチセンサを挟んで配設された発光素子と受光素子とを含み、該発光素子と該受光素子とを結ぶ光軸がＺ軸方向に垂直且つ該タッチセンサの該当接部から上方に所定距離離間して配設された光学センサと、
該光学センサの該光軸を該工具先端が遮断したときに電気信号を出力する第１の出力手段と、
該タッチセンサの該当接部に該工具先端が当接したときに電気信号を出力する第２の出力手段と、
を具備したことを特徴とする工具位置検出装置。
被加工物を保持する保持面を有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加工するための工具を備えた加工手段と、該加工手段を該チャックテーブルの該保持面に直交するＺ軸方向に加工送りする加工送り手段と、該加工手段の該工具の先端位置を検出するための工具位置検出手段と、該工具位置検出手段で検出した該工具の先端位置情報に基づいて該加工送り手段を制御する制御手段とを備えた加工装置であって、
該工具位置検出手段は、該チャックテーブルの該保持面上に載置される基台と、
該基台上に固定され上面に該工具先端との当接部を有するタッチセンサと、
該基台上に該タッチセンサを挟んで配設された発光素子と受光素子とを備え、該発光素子と該受光素子とを結ぶ光軸がＺ軸方向に垂直且つ該タッチセンサの該当接部から上方に所定距離離間して配設された光学センサと、
該光学センサの該光軸を該工具先端が遮断したときに電気信号を出力する第１の出力手段と、
該タッチセンサの該当接部に該工具先端が当接したときに電気信号を出力する第２の出力手段とを含み、
該工具位置検出手段を該工具の直下に位置づけ、該加工送り手段を作動して該加工手段を高速で下降させ、該加工手段の該工具先端が該工具位置検出手段の該光学センサの該光軸を遮ることで該第１の出力手段から出力される電気信号に基づいて該制御手段が該加工送り手段の下降速度を減速し、引き続き低速で該加工手段を下降させて該工具先端が該タッチセンサの該当接部に当接したとき該第２の出力手段から出力される電気信号に基づいて、該工具の先端位置を検出することを特徴とする加工装置。