JP2017157748A - 切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環状フレームが変形したときに、環状フレームに切削ブレードが接触することを防ぐことができるようにすること。【解決手段】被加工物ユニット（Ｕ）の被加工物（Ｗ）を吸引保持するチャックテーブル（６）と、チャックテーブル上面位置よりも被加工物ユニットの環状フレーム（Ｆ）の上面が下がるように引き落として保持するフレーム保持手段（７）と、環状フレームの上面位置を検出する撮像手段（３０）と、制御手段（３５）とを備えて切削装置（１）が構成されている。制御手段は、加工動作に先駆け、撮像手段の検出した値が、記憶部（３５ａ）に記憶されたチャックテーブル表面位置よりも高い場合に異常発生と判断する判断部（３５ｂ）を備え、判断部が異常発生を判断すると被加工物に対する切削加工動作を禁止する。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を切削ブレードで切削する切削装置に関する。

従来、半導体ウエーハ等を被加工物として個々のデバイスに分割する分割装置として、例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。特許文献１に記載の分割装置は、半導体ウエーハ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半導体ウエーハを切削する切削ブレードを備えた切削手段と、チャックテーブルを切削ブレードに対して相対的に加工送りする加工送り手段とを具備している。半導体ウエーハは、ダイシングテープによってウエーハ径より数ｃｍ大きい環状フレームのほぼ中央に固定された状態で、チャックテーブルに吸着保持される。そして、高速回転する切削ブレードに対し、半導体ウエーハを吸着保持したチャックテーブルが加工送りされることで、半導体ウエーハが個々のデバイスに分割される。

特許文献１及び２にあっては、チャックテーブルの外周にクランプ機構が設けられ、クランプ機構によって半導体ウエーハの外周側に位置する環状フレームが固定される。切削手段での加工中、切削ブレードと、クランプ機構や環状フレームとの接触を回避するため、クランプ機構は、環状フレームをチャックテーブル上面より下側に引き落とすように固定している。

特開平８−６９９８５号公報 実開平５−７４１４号公報

しかしながら、環状フレームにあっては、経時劣化により大きく撓んだり、厚みが薄いタイプのものを用いたりする場合がある。このような場合に、上記のようにクランプ機構によって環状フレームを引き落とすと、環状フレームのクランプしていない箇所が撓んで盛り上がり、チャックテーブルの上面位置よりも高くなることがある。かかる状態では、切削加工中に、環状フレームの盛り上がった部分に高速回転する切削ブレードが接触してしまう。このため、切削ブレードの先端に環状フレームの素材が付着し、その後の半導体ウエーハの加工品質が悪化してしまったり、切削ブレード自体が破損したりする、という問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、環状フレームが変形したときに、環状フレームに切削ブレードが接触することを防ぐことができる切削装置を提供することを目的とする。

本発明の切削装置は、環状フレームの開口部に粘着シートを介して被加工物が配設された形態の被加工物ユニットを保持するチャックテーブル機構と、チャックテーブル機構で保持された被加工物ユニットに切削加工を施す切削ブレードを備える切削手段と、を含む切削装置であって、チャックテーブル機構は、被加工物ユニットの被加工物を粘着シートを介して吸引保持するチャックテーブルと、チャックテーブルの外周に配設されて被加工物ユニットの環状フレームを保持し、チャックテーブル表面位置よりも環状フレーム表面が下がるように引き落とすフレーム保持手段と、を備え、被加工物をチャックテーブル上面に吸引保持し且つ環状フレームをフレーム保持手段で保持した状態で、少なくとも環状フレームの上面位置を検出する検出手段と、少なくとも検出手段及びチャックテーブル機構を制御する制御手段と、を更に備え、制御手段は、チャックテーブル表面位置情報を予め記憶するチャックテーブル表面位置記憶部と、加工動作に先駆けて検出手段が環状フレームの上面位置を全周に渡り検出した値が、チャックテーブル表面位置記憶部に記憶されたチャックテーブル表面位置よりも高い場合に異常発生と判断する判断部と、を備え、判断部が異常発生を判断すると切削加工動作を禁止すること、を特徴とする。

この構成によれば、フレーム保持手段で保持された環状フレームの上面位置を検出し、その位置の異常発生を判断できるので、環状フレームが盛り上がるような変形を事前に検知することができる。そして、異常が発生したと判断した場合に切削加工を停止するので、切削ブレードと環状フレームとが接触することを回避することができる。これにより、切削ブレードの破損等の不具合を防止でき、切削ブレードに環状フレームの素材が付着して加工品質が低下することも回避できる。

また、本発明の切削装置は、チャックテーブルに保持された被加工物の表面を撮像する撮像手段を備え、撮像手段が検出手段を兼ね、オートフォーカス機能により環状フレームの上面位置を検出するとよい。

本発明によれば、環状フレームが変形したときに、環状フレームの変形部分が切削ブレードと接触することを防ぐことができる。

本実施の形態に係る切削装置の外観斜視図である。 チャックテーブル機構の概略斜視図である。 チャックテーブル機構の説明用断面図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る切削装置ついて説明する。図１は、本実施の形態に係る切削装置の外観斜視図である。なお、本実施の形態に係る切削装置は、図１に示す構成に限定されるものでなく、本実施の形態と同様に被加工物を加工可能であれば、他の切削装置であってもよい。

図１に示すように、本実施の形態の切削装置１は、切削ブレード１８ｂを有する切削手段１８と被加工物Ｗを保持するチャックテーブル６とを相対移動させて被加工物Ｗを切削するように構成されている。被加工物Ｗは、粘着シートＳを介して環状フレームＦの開口部の内側に支持され、このように各部材が配設された形態で被加工物ユニットＵとして取り扱われる。なお、被加工物Ｗは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板に半導体デバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系の無機材料基板に光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよく、樹脂や金属等で形成された基板でもよい。

切削装置１は、基台２に設けられたチャックテーブル機構３と、チャックテーブル機構３で保持される被加工物ユニットＵの被加工物Ｗに切削加工を施す切削機構４とを備えて構成されている。

チャックテーブル機構３は、被加工物ユニットＵの被加工物Ｗを粘着シートＳを介して吸引保持するチャックテーブル６と、チャックテーブル６の外周に配設されたフレーム保持手段７とを備えている。チャックテーブル６には、ポーラスセラミック材により被加工物Ｗを吸引保持する保持面６ａが形成されている。保持面６ａは、チャックテーブル６内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル６は、θテーブル８を介して移動板１０の上面に回転可能に支持されている。移動板１０は、基台２の上面側に形成されてＸ方向に延在する矩形状の開口部１１内に配置されている。開口部１１は、移動板１０と、移動板１０のＸ方向両側に設けられた蛇腹状の防水カバー１２とにより被覆されている。防水カバー１２の下方には、チャックテーブル６を切削方向となるＸ方向に駆動する切削送り手段（不図示）が設けられている。この切削送り手段は、例えば、ボールねじ式の移動機構からなる。

切削機構４は、基台２上に固定された門型の柱部１４と、柱部１４に設けられた割り出し送り手段１５と、割り出し送り手段１５によってＹ方向及びＺ方向に移動可能に支持される切削手段１８とを有する。

割り出し送り手段１５は、柱部１４の前面にＹ方向に平行な一対のガイドレール２１と、一対のガイドレール２１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＹ軸テーブル２２とを有している。また、割り出し送り手段１５は、Ｙ軸テーブル２２の前面に配置されたＺ方向に平行な一対のガイドレール２３と、各ガイドレール２３にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル２４とを有している。Ｚ軸テーブル２４の下部には、切削手段１８が設けられている。

Ｙ軸テーブル２２の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ２５が螺合されている。また、各Ｚ軸テーブル２４の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ２６が螺合されている。Ｙ軸テーブル２２用のボールネジ２５、Ｚ軸テーブル２４用のボールネジ２６の一端部には、それぞれ駆動モータ２８（ボールネジ２５の駆動モータは不図示）が連結されている。駆動モータ２８によりボールネジ２５、２６が回転駆動され、切削手段１８がガイドレール２１、２３に沿ってＹ方向及びＺ方向に移動される。

切削手段１８は、ハウジング１８ａから突出したスピンドル（不図示）の先端に、切削ブレード１８ｂを回転可能に装着して構成される。切削ブレード１８ｂは、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで固めて円板状に成形されている。切削ブレード１８ｂは、ブレードカバーによって周囲が覆われており、ブレードカバーには切削部分に向けて切削水を供給する噴射ノズル１８ｃが設けられている。切削手段１８は、切削ブレード１８ｂを高速回転させ、複数の噴射ノズル１８ｃから被加工物Ｗの切削部分である被加工物Ｗと切削ブレード１８ｂとに切削水を噴射しつつ被加工物Ｗを切削加工する。

ハウジング１８ａには、チャックテーブル６に保持された被加工物Ｗの表面（上面）を撮像する撮像手段３０が設けられており、撮像手段３０の撮像画像に基づいて被加工物Ｗに対して切削ブレード１８ｂがアライメントされる。撮像手段３０は、顕微鏡とＣＣＤカメラを有する構成が例示でき、割り出し送り手段１５のＺ方向の移動機構による移動を制御して焦点を合わせるオートフォーカス機構を備えている。なお、撮像手段３０は環状フレームＦの上面位置を検出する検出手段として兼用される。

また、切削装置１には、撮像手段３０及びチャックテーブル機構３を少なくとも含む装置各部を統括制御する制御手段３５が設けられている。制御手段３５は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。

制御手段３５は、チャックテーブル６の高さ方向（Ｚ方向）における上面（表面）位置情報を予め記憶する記憶部（チャックテーブル表面位置記憶部）３５ａを有している。また、制御手段３５は、判断部３５ｂを有しており、判断部３５ｂは、撮像手段３０の検出値と、記憶部３５ａに記憶されたチャックテーブル表面位置とを比較する。そして、判断部３５ｂの判断結果に応じ、停止制御部３５ｃによってチャックテーブル機構３や切削手段１８による切削加工動作を禁止するよう制御する。

図２は、チャックテーブル機構の概略斜視図であり、図３は、チャックテーブル機構の説明用断面図である。図２に示すように、フレーム保持手段７は、チャックテーブル６の周囲にて、その周方向に等間隔に並んで設けられた４つのクランプ部４０を備え、これらクランプ部４０によって被加工物Ｗの周囲の環状フレームＦが四方から挟持固定される。図３にも示すように、クランプ部４０は、環状フレームＦの上下面をクランプするように構成されており、チャックテーブル６の外周面から突出するアーム４１にクランプ機構４２を取り付けて構成される。クランプ機構４２は、チャックテーブル６の周方向（水平方向）に回転軸（不図示）を有する円柱状の駆動機構４３と、環状フレームＦの下面（粘着シートＳ）を支持する固定支持部４４と、環状フレームＦの上面を押さえ付ける可動支持部４５とを備えている。

駆動機構４３は、例えば、エア駆動のロータリアクチュエータで構成される。固定支持部４４は、駆動機構４３の両側面に１つずつ取り付けられ、アーム４１の先端側で支持されている。可動支持部４５は、側面視Ｌ字状に形成され、一端が駆動機構４３の回転軸に固定されている。可動支持部４５は、駆動機構４３の駆動によって、環状フレームＦを固定支持部４４とで挟持する挟持位置と、固定支持部４４から退避した退避位置との間で開閉可能になっている。このように、クランプ機構４２は、固定支持部４４と可動支持部４５との間で被加工物ユニットＵの環状フレームＦをクランプして保持可能となっている。

ここで、固定支持部４４の上面位置は、チャックテーブル６の表面位置よりわずかに低く設定されている。具体的には、チャックテーブル６の上面（表面）位置に対し、固定支持部４４上に配置された環状フレームＦの上面及び可動支持部４５の方が低くなる高さ関係となっている。従って、固定支持部４４と可動支持部４５とで環状フレームＦがクランプされると、チャックテーブル６の上面位置よりも環状フレームＦ及び可動支持部４５の上面が下がるように引き落とされる。これにより、高速回転する切削ブレード１８ｂ（図１参照）による被加工物Ｗの切削加工において、切削ブレード１８ｂと、環状フレームＦ及び可動支持部４５との接触が回避される。

環状フレームＦにあっては、クランプ機構４２によって引き落とされた状態で、上述したように、クランプしていない箇所が撓んで盛り上がる隆起部分Ｂ（図２参照）が形成される場合がある。本実施の形態では、かかる隆起部分Ｂを、切削装置１の切削加工動作に先駆けて検出して切削加工動作が制御される。以下において、切削装置１による環状フレームＦの隆起部分Ｂを検出する加工準備工程について説明する。

先ず、搬送手段（不図示）によって、粘着シートＳを介して環状フレームＦに支持された被加工物Ｗが被加工物ユニットＵとしてチャックテーブル６の上面に搬送され、吸引保持される。また、チャックテーブル６の周囲のクランプ部４０によって環状フレームＦが保持される。次いで、チャックテーブル６及び撮像手段３０が移動され、撮像手段３０の撮像範囲に環状フレームＦが含まれるよう、環状フレームＦの上方に撮像手段３０が近付いた状態で位置付けられる。

その後、撮像手段３０の焦点が環状フレームＦの上面に合わせられるように撮像手段３０の高さが調整される。このときの撮像手段３０の高さがリニアスケール（不図示）等で測定され、その測定値と基準高さ位置（例えば撮像手段３０の焦点がチャックテーブル６の上面に合うときの高さ位置）とに基づいて環状フレームＦの上面の高さ位置が検出される。この高さ位置の検出は、θテーブル８を介してチャックテーブル６を回転しながら、環状フレームＦの上面における高さ位置が全周に渡って検出される。環状フレームＦの上面の高さ位置が一定であれば、チャックテーブル６は連続して回転され、隆起部分Ｂ（図２参照）があるとチャックテーブル６の回転が停止され、撮像手段３０の焦点が合うように撮像手段３０の高さが調整される。そして、撮像手段３０の焦点を合わせてから隆起部分Ｂの上面高さ位置が検出され、チャックテーブル６の回転が再開される。

ここで、撮像手段３０の撮像範囲にクランプ部４０の可動支持部４５が入る場合には、隆起部分Ｂの高さ位置を検出する要領と同様にして、可動支持部４５の上面高さ位置が検出される。

全周に渡って検出された環状フレームＦの上面等の高さ位置の値は制御手段３５に出力され、記憶部３５ａに記憶されたチャックテーブル６の上面位置と判断部３５ｂにて比較される。判断部３５ｂでは、撮像手段３０で検出された高さ位置の値が、記憶部３５ａに記憶されたチャックテーブル６の上面高さ位置よりも高い場合には異常発生と判断される。この判断結果に応じ、停止制御部３５ｃではチャックテーブル機構３や切削手段１８による切削加工動作を禁止するよう制御される。なお、この場合、作業者に対し、被加工物ユニットＵの交換を行うように報知手段等（不図示）によって報知してもよい。

一方、判断部３５ｂにおいて、撮像手段３０で検出された高さ位置の値が、記憶部３５ａに記憶されたチャックテーブル６の上面高さ位置よりも高くない場合には異常がない（正常）と判断される。この場合には、撮像手段３０で被加工物Ｗの表面を撮像して被加工物Ｗがアライメントされてから、切削手段１８による切削加工が開始される。

このように、本実施の形態に係る切削装置１によれば、環状フレームＦに隆起部分Ｂが生じ、その高さがチャックテーブル６の上面位置より高くなっても、異常発生と判断して切削加工を事前に禁止することができる。これにより、回転する切削ブレード１８ｂが環状フレームＦに接触することを防ぐことができ、かかる接触に起因する切削ブレード１８ｂの破損や、切削ブレード１８ｂへ環状フレームＦが粉体となって付着することを回避することができる。この結果、切削ブレード１８ｂによる被加工物Ｗへの加工品質を良好に維持することが可能となる。

また、被加工物Ｗのアライメントに用いる撮像手段３０によって、環状フレームＦの高さ位置を検出するので、上述した環状フレームＦの異常判断のために別途センサ等を設けなくてよくなり、装置の構成が複雑化しないようにすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、本発明の検出手段は、撮像手段３０に限定されず、撮像手段３０とは別に接触式の高さ検出器や、非接触式の光学式変位計、レーザ変位計を用いてもよい。

また、環状フレームＦの上面位置を全周に渡り検出する場合を説明したが、環状フレームＦの上面位置がチャックテーブル６の上面より高くなったタイミングで、撮像手段３０による検出を停止し、判断部３５ｂでの判断を実施するように制御してもよい。この場合、撮像手段３０の検出結果がリアルタイムで制御手段３５に出力され、この出力に応じて判断部３５ｂでの判断を実施して切削加工動作を禁止するよう制御してもよい。

また、フレーム保持手段７は、種々の変更が可能であり、例えば、環状フレームＦが磁性を有する金属である場合には、磁力を有する素材によってフレーム保持手段７を形成し、載置された環状フレームＦが磁力によって吸着保持されるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、チャックテーブルの外周で保持する環状フレームの表面をチャックテーブル表面位置より下がるように引き落とす切削装置に有用である。

１ 切削装置
３ チャックテーブル機構
６ チャックテーブル
７ フレーム保持手段
１８ 切削手段
１８ｂ 切削ブレード
３０ 撮像手段（検出手段）
３５ 制御手段
３５ａ 記憶部（チャックテーブル表面位置記憶部）
３５ｂ 判断部
Ｆ 環状フレーム
Ｓ 粘着シート
Ｕ 被加工物ユニット
Ｗ 被加工物

Claims (2)

1. 環状フレームの開口部に粘着シートを介して被加工物が配設された形態の被加工物ユニットを保持するチャックテーブル機構と、該チャックテーブル機構で保持された該被加工物ユニットに切削加工を施す切削ブレードを備える切削手段と、を含む切削装置であって、
   該チャックテーブル機構は、該被加工物ユニットの被加工物を該粘着シートを介して吸引保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルの外周に配設されて該被加工物ユニットの該環状フレームを保持し、チャックテーブル表面位置よりも該環状フレーム表面が下がるように引き落とすフレーム保持手段と、を備え、
   被加工物を該チャックテーブル上面に吸引保持し且つ該環状フレームを該フレーム保持手段で保持した状態で、少なくとも該環状フレームの上面位置を検出する検出手段と、
   少なくとも該検出手段及び該チャックテーブル機構を制御する制御手段と、を更に備え、
   該制御手段は、該チャックテーブル表面位置情報を予め記憶するチャックテーブル表面位置記憶部と、
   加工動作に先駆けて該検出手段が該環状フレームの上面位置を全周に渡り検出した値が、該チャックテーブル表面位置記憶部に記憶されたチャックテーブル表面位置よりも高い場合に異常発生と判断する判断部と、を備え、該判断部が異常発生を判断すると切削加工動作を禁止すること、を特徴とする切削装置。
2. 該チャックテーブルに保持された被加工物の表面を撮像する撮像手段を備え、
   該撮像手段が該検出手段を兼ね、オートフォーカス機能により該環状フレームの該上面位置を検出すること、を特徴とする請求項１記載の切削装置。

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