JP5389603B2

JP5389603B2 - 切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法

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Publication number: JP5389603B2
Application number: JP2009241201A
Authority: JP
Inventors: 研悟奥鳴
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: JP2011088222A

Description

本発明は、切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法に関する。

半導体ウエーハやセラミックス、ガラス等の精密切削が必要となる種々の電子部品は、ダイシングソーといわれる切削装置で個々のチップに分割される。これら電子部品の加工にはミクロン単位の精密な切断が必要であり、それにはチップのサイズのみならず切り込み深さも重要となる。

例えば、半導体ウエーハはダイシングテープに固定され、ダイシングテープに切削ブレードを１０〜３０μｍ程度切り込ませて半導体ウエーハが完全切断されるが、このダイシングテープへの切り込み量が足りなければウエーハは不完全切断となり、下側の切断辺は欠けたようなギザギザ状態となってしまう。

また、切削に用いる切削ブレードは、切削加工するにつれて消耗（磨耗）していく性質を持っており、切削ブレードの消耗による切り込み深さの変動を随時補正していく必要がある。

こうした切削ブレードの刃先位置の変動は、光学センサーとよばれる位置検出手段によって随時検出され、検出結果に基づいて切削ブレードの高さ位置の補正（原点位置補正）を行うようにしている（例えば、特開平１１−２１４３３４号公報参照）。この技術によって、被加工物を固定するチャックテーブルや被加工物を切断せずに、切削ブレードを傷めることなく容易に切削ブレードの高さ位置を検出することができる。

特開平１１−２１４３３４号公報

ところが、昨今の加工技術の進化や製品の多様化により、例えば予め幅の厚い切削ブレードで浅切りした後、薄い切削ブレードで分割するといった加工方法を用いてチップの切断辺の欠け（チッピング）を抑制する加工方法が採用されている。

また、シリコンウエーハ上面に形成された樹脂膜とその土台となるシリコンとを別の切削ブレードで切り分けることによりどちらの材質にも最適な切削加工ができることで、チッピングサイズを抑制するといった加工方法が多く用いられている。

これらの切削加工には、特に半導体ウエーハの上面側を加工するハーフカットを実施する際、切り込み深さが要求以上でも要求以下でも良好な加工結果が得られないことから高精度な切り込み深さの制御が要求される。

従来の切削ブレードのセットアップ（切削ブレードの基準位置検出）では、目視で設定したＸ方向の位置でセットアップを行っていたため、切削ブレードの最下点端部からずれた位置でセットアップを行った場合、基準位置の検出誤差が大きくなり易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、切削ブレードの正確な最下点端部位置でセットアップを行うことが可能な切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法を提供することである。

本発明によると、切削ブレードと、該切削ブレードの外周端部の位置を検出する光学センサーとを備え、該切削ブレードは該光学センサーに対して相対的に垂直方向（Ｚ方向）に上下動し、該光学センサーは該切削ブレードに対して相対的に水平方向（Ｘ方向）に移動する構成の切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法であって、該切削ブレードを固定し該光学センサーを該切削ブレードに対してＺ方向に移動するものと仮定したとき、該光学センサーをＸ方向及びＺ方向に移動してＸ方向の少なくとも異なる３点で該切削ブレードの外周端部を検出する複数端部検出工程と、検出された複数の外周端部のＸ，Ｚ座標から該切削ブレードの回転中心座標（Ｘ_０、Ｚ_０）を算出する中心算出工程と、算出された回転中心座標（Ｘ_０、Ｚ_０）のＸ座標と合致する位置Ｘ_０に該光学センサーを位置付け、該切削ブレードをＺ方向に移動させて、該切削ブレードの該回転中心の直下に位置する該切削ブレードの最下点となる端部の位置を検出する最下点端部検出工程と、被加工物を該切削ブレードで適宜切削加工した後に、該中心算出工程と該最下点端部検出工程とを遂行して、前回割り出された該切削ブレードの最下点端部の位置と比較し、該切削ブレードの消耗量を算出する消耗量算出工程と、を具備したことを特徴とする切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法が提供される。

好ましくは、切削ブレードの消耗量管理方法は、消耗量算出工程から算出された切削ブレードの消耗量に基づいて、切削ブレードのＺ方向の原点位置を補正する位置補正工程を更に具備している。

好ましくは、切削ブレードの消耗量管理方法は、前回までに割り出された消耗量の合計と消耗量算出工程で算出された切削ブレードの消耗量の加算値が、予め定めた切削ブレードの使用可能限界の基準となる最大消耗可能量を上回る場合は、切削ブレードの使用を中止する限界判定工程を更に具備している。

本発明によると、予め切削ブレードの回転中心位置のＸ座標を割り出してから、回転中心位置のＸ座標でセットアップを行うため、切削ブレードの正確な最下点端部位置で切削ブレードの基準位置を検出することができる。

また、回転中心位置のＸ座標を記憶し、次回以降のセットアップの際は、記憶した回転中心位置のＸ座標でセットアップを行えば、複数点でのセットアップを毎回実施する必要はない。

切削装置の斜視図である。ダイシングテープを介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの表面側斜視図である。ブレード検出手段及びチャックテーブル部分の一部断面側面図である。ブレード検出手段の要部の斜視図である。ブレード端部検出機構のブロック図である。図６（Ａ）は切削ブレードの最下点と光学センサーとの位置関係を示す図、図６（Ｂ）は複数端部検出工程の説明図である。切削ブレードの切り込み方向の位置に応じたブレード端部検出機構の出力電圧の変化を示すグラフである。複数端部のＸ，Ｚ座標の算出方法を説明する図である。

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は、切削装置２の概略構成図を示している。切削装置２は、静止基台４上に搭載されたＸ軸方向に伸長する一対のガイドレール６を含んでいる。

８はテーブルベース（Ｘ軸移動ブロック）であり、テーブルベース８はボール螺子１０及びパルスモータ１２とから構成されるＸ軸送り機構１４により加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。テーブルベース８上には円筒状支持部材２２を介してチャックテーブル２０が搭載されている。円筒状支持部材２２中にチャックテーブル２０を回転するモータが収容されている。

チャックテーブル２０は多孔性セラミックス等から形成された吸着部（吸着チャック）２４と、吸着チャック２４を囲繞するＳＵＳ等の金属から形成された枠体２３を有している。吸着部２４の吸着面と枠体２３の上面とは面一に形成されている。チャックテーブル２０には、図２に示す環状フレームＦをクランプする複数（本実施形態では４個）のクランパ２６が配設されている。２５は防水カバーである。

図２に示すように、切削装置２の加工対象である半導体ウエーハ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領域にそれぞれデバイスＤが形成されている。

ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示すクランパ２６により環状フレームＦをクランプすることにより、チャックテーブル２０上に吸引固定される。

Ｘ軸送り機構１４は、ガイドレール６に沿って静止基台４上に配設されたリニアスケール１６と、リニアスケール１６のＸ座標値を読みとるテーブルベース８の下面に配設された読み取りヘッド１８とを含んでいる。読み取りヘッド１８は切削装置２のコントローラに接続されている。

静止基台４上には更に、Ｙ軸方向に伸長する一対のガイドレール２８が固定されている。Ｙ軸移動ブロック３０が、ボール螺子３２及びパルスモータ３４とから構成されるＹ軸送り機構（割り出し送り機構）３６によりＹ軸方向に移動される。

特に図示しないが、Ｙ軸送り機構３６は、ガイドレール２８に沿って静止基台４上に配設されたリニアスケールと、このリニアスケールのＹ座標値を読み取るＹ軸移動ブロック３０の下面に配設された読み取りヘッドを含んでおり、読み取りヘッドは切削装置２のコントローラに接続されている。

Ｙ軸移動ブロック３０にはＺ軸方向に伸長する一対の（一本のみ図示）ガイドレール３８が形成されている。Ｚ軸移動ブロック４０が、図示しないボール螺子とパルスモータ４２とから構成されるＺ軸送り機構４４によりＺ軸方向に移動される。

特に図示しないが、Ｚ軸送り機構４４は、ガイドレール３８に沿ってＹ軸移動ブロック３０上に配設されたリニアスケールと、このリニアスケールのＺ座標値を読み取るＺ軸移動ブロック４０に配設された読み取りヘッドを含んでおり、読み取りヘッドは切削装置２のコントローラに接続されている。

４６は切削ユニット（切削手段）であり、切削ユニット４６のスピンドルハウジング４８がＺ軸移動ブロック４０中に挿入されて支持されている。スピンドルハウジング４８中にはスピンドル４９（図５参照）が収容されて、エアベアリングにより回転可能に支持されている。スピンドル４９はスピンドルハウジング４８中に収容された図示しないモータにより回転駆動され、スピンドル４９の先端部には切削ブレード５０が着脱可能に装着されている。

スピンドルハウジング４８にはアライメントユニット（アライメント手段）５２が搭載されている。アライメントユニット５２はチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷを撮像する撮像ユニット（撮像手段）５４を有している。切削ブレード５０と撮像ユニット５４はＸ軸方向に整列して配置されている。

図３及び図４に示すように、切削ブレード５０の切り込み方向の基準位置を検出するブレード検出手段５６は、テーブルベース８から立設する垂直支持部材７８と、垂直支持部材７８に固定され垂直支持部材７８からチャックテーブル２０の横に突出するように延在する水平支持部材７２と、水平支持部材７２の先端部に搭載されたブレード端部検出機構５８とから構成される。図４に最も良く示されるように、水平支持部材７２は複数個のねじ７６により垂直支持部材７８に固定されている。

図３に示すように、防水カバー２５が複数のねじ７７により垂直支持部材７８に固定されている。図４では、防水カバー２５が省略されている。チャックテーブル２０の円筒状支持部材２２と防水カバー２５との間にはパッキン２７が配設されている。８０は蛇腹であり、図１では省略されている。

ブレード端部検出機構５８は、水平部６０ａと垂直部６０ｂを有する取り付け部材６０を含んでいる。取り付け部材６０の垂直部６０ｂの先端はブレード侵入部６２を画成するＵ形状に形成されており、このブレード侵入部６２を挟んで発光部６４と発光部６４からの光を受光する受光部６６からなる光センサー６５が配設されている。図５に示すように、発光部６４は光ファイバー８１を介して光源８２に接続されており、受光部６６は光ファイバー８３を介して光電変換部８４に接続されている。

取り付け部材６０の水平部６０ａには、発光部６４及び受光部６６の端面に恒温調整された洗浄水を供給する洗浄水供給ノズル６８ａ，６８ｂと、発光部６４及び受光部６６の端面にエアを供給するエア供給ノズル７０ａ，７０ｂが配設されている。

次に、切削ブレード５０を金属からなるチャックテーブル２０の枠体２３に切り込ませて導通を取ることにより、切削ブレード５０の原点位置を検出する原点位置検出機構及び切削ブレード５０の基準位置を検出して切削ブレードの消耗量（磨耗量）を検出するブレード端部検出機構５８の作用について説明する。

新たなチャックテーブル２０を搭載したとき、或いはチャックテーブル２０を分解して清掃後再組立した時等には、まず原点位置検出機構で、切削ブレード５０をチャックテーブル２０の枠体２３に切り込ませて導通を取ることにより、切削ブレード５０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する。

次いで、ブレード端部検出機構５６による切削ブレード５０の刃先の切り込み方向の基準位置を検出する基準位置検出を実施する。この基準位置検出を図５を参照して説明する。光源８２からの光は光ファイバー８１で搬送されて発光部６４からビーム状に出射される。受光部６６は発光部６４が発光した光を受光し、この受光した光を光ファイバー８３を介して光電変換部８４に送る。

光電変換部８４は、受光部６６から送られる光の光量に対応した電圧を電圧比較部８８に出力する。一方、電圧比較部８８には基準電圧設定部８６によって設定された基準電圧（例えば３Ｖ）が入力されている。

電圧比較部８８は、光電変換部８４からの出力と基準電圧設定部８６によって設定された基準電圧とを比較し、光電変換部８４からの出力が基準電圧に達したとき、その旨の信号を基準位置検出部９０に出力する。

より詳細に説明すると、切削ブレード５０の切り込み方向の基準位置を検出する場合は、Ｚ軸送り機構４４のパルスモータ４２を駆動して、切削ブレード５０をブレード端部検出機構５８のブレード侵入部６２に上方から侵入させていく。

この時、切削ブレード５０が光学センサー６５の発光部６４と受光部６６との間を全く遮っていない場合は受光部６６が受光する光量は最大であり、この光量に対応する光電変換部８４からの出力は例えば図７に示すように５Ｖに設定されている。

切削ブレード５０がブレード侵入部６２に侵入されるのに従って切削ブレード５０が発光部６４から出射される光ビームを遮る量が徐々に増加するので、受光部６６が受光する光量は徐々に減少し、光電変換部８４からの出力電圧は図７に符号９２で示すように徐々に減少する。

そして、切削ブレード５０が発光部６４と受光部６６の中心を結ぶ位置に達したとき、光電変換部８４からの出力電圧が例えば３Ｖになるように設定されている。従って、光電変換部８４の出力電圧が３Ｖになったとき、電圧比較部８８は光電変換部８４の出力電圧が基準電圧に達した旨の信号を端部位置検出部９０に出力する。

端部位置検出部９０は、基準位置（端部位置）を検出した旨の信号をパルスモータ４２に送信し、パルスモータ４２の駆動を停止する。この時、端部位置検出部９０は、切削ブレード５０の切り込み方向（Ｚ軸方向）の位置を検出するリニアスケールの値を基準位置として記憶する。

図３に示すように、チャックテーブル２０の吸着部２４の保持面位置と、ブレード端部検出機構５８で検出した切削ブレード５０の基準位置との間には所定の高さ方向（切り込み方向）の差が存在する。

よって、原点位置検出機構で検出した切削ブレード５０の原点位置及びブレード端部検出機構５８で検出した切削ブレード５０の基準位置は双方ともメモリに記憶されているため、ブレード端部検出機構５８で検出した基準位置を原点位置と基準位置の差で補正することにより、ブレード端部検出機構５８で検出した基準位置に基づいて切削ブレード５０がチャックテーブル２０の枠体２３の上面に接触する原点位置を検出することができる。

図３で矢印Ｐは切削ブレード５０が基準位置検出動作をしている場合を示しており、矢印Ｑは切削ブレード５０がウエーハＷの切削加工動作をしている場合をそれぞれ示している。尚、基準位置検出動作及び切削加工動作とも、切削ブレード５０は矢印Ａ方向に高速（例えば、３００００ｒｐｍ）で回転されている。

上述した切削ブレード５０の原点位置及びブレード端部検出機構５８で検出した切削ブレード５０の基準位置との差は切削装置の組立誤差等により変動するため、切削装置毎に求められこの差がメモリに記憶される。

よって、通常の切削加工の途中で切削ブレード５０の原点位置の再検出の必要が生じた場合には、ブレード端部検出機構５８で切削ブレード５０の基準位置を検出し、この基準位置を予め記憶されている補正値により補正して切削ブレード５０の原点位置とする。

これにより、切削ブレード５０でチャックテーブル２０の枠体２３の上面に切り込んで原点位置を検出する必要性を最小限に抑えることができ、枠体２３上面の傷つきを抑制することができる。

切削ブレード５０が磨耗するとその刃先が徐々に下降するので、ブレード端部検出機構５８を使用して切削ブレード５０の基準位置を継続的に検出することにより、切削ブレード５０の消耗量（磨耗量）を検出することができる。

しかし、従来の切削ブレードのセットアップ（切削ブレードの基準位置検出）では、目視で設定したＸ方向の位置でセットアップを行っていたため、切削ブレードの最下点端部から多少ずれた位置でセットアップを行い易いという問題があった。

以下、この問題を解決した本発明の切削ブレードの消耗量管理方法について主に図６及び図８を参照して説明する。図６（Ａ）を参照すると、切削ブレード５０のセットアップ時の、切削ブレード５０と光学センサー６５との位置関係が示されている。

切削ブレード５０は矢印Ｚ方向に移動可能であり、光学センサー６０はＺ方向に直交するＸ方向に移動可能である。切削ブレード５０のセットアップは、切削ブレード５０の外周端部と回転中心５５から下ろした垂線との交点である最下点端部５７を光学センサー６５で検出して実施する必要がある。

本発明の切削ブレードの消耗量管理方法では、図６（Ｂ）に示すように光学センサー６５をＸ方向に移動した少なくとも３箇所でセットアップを実施し、切削ブレード５０の回転中心５５のＸ座標を正確に求めることを特徴とする。図６（Ｂ）で、符号９３は第１のＸ方向セットアップ位置であり、９４は第２のＸ方向セットアップ位置であり、９６は第３のＸ方向セットアップ位置である。

光学センサー６５が第１のＸ方向セットアップ位置９３に位置づけられている場合には、光学センサー６５で切削ブレード５０の外周端部位置を検出し、光学センサー６５が第２のＸ方向セットアップ位置に位置づけられている場合には、光学センサー６５で切削ブレード５０ａの外周端部位置を検出し、光学センサー６５が第３のＸ方向セットアップ位置９６に位置づけられている場合には、光学センサー６５で切削ブレード５０ｂの外周端部位置を検出する。

光学センサー６５はＺ方向に固定され、切削ブレード５０がＺ方向に移動するので、上述した３点のＸ方向セットアップ位置９３，９４，９６で検出した切削ブレード５０の外周端部位置をＰ，Ｑ，Ｒとすると、これら３点検出時のＺ軸送り機構４４の送り量の相対的関係は図８に概略的に示すようになる。

ここで、光学センサー６５と切削ブレード５０はＺ方向に相対的に移動するので、切削ブレード５０を固定し、光学センサー６５が切削ブレード５０に対してＺ方向に移動するものとして、固定した切削ブレード５０の回転中心位置を検出する。

図８に示すように、光学センサー６５でＰ点検出時のＺ座標値を通過しＸ方向に平行な直線を９８とすると、切削ブレード５０を固定し光学センサー６５をＺ方向に移動させた場合の、第２のＸ方向セットアップ位置９４及び第３のＸ方向セットアップ位置９６での光学センサー６５で検出する切削ブレード５０の外周端部位置は、直線９８に対して点Ｑ，Ｒの対称位置であるＱ´，Ｒ´となる。

よって、線分ＰＱ´の垂直二等分線１００と、線分Ｑ´Ｒ´の垂直二等分線１０２との交点１０４を求めると、この点１０４がＰ点検出時の切削ブレード５０の回転中心となる。

実際には、Ｚ軸送り機構４４のパルスモータ４２のパルス数をカウントすることにより、切削ブレード５０のＺ方向の位置を検出しているため、点Ｑ及びＲを検出したときのカウント値の符号を反転することにより、点Ｑ及びＲの直線９８に対して対称位置である点Ｑ´及びＲ´を求める。切削ブレード５０の回転中心位置１０４の算出は、図５に示した端部位置検出部９０からの出力信号に応じて、中心座標算出部１０６で算出する。

このようにして算出された回転中心１０４の座標を（Ｘ_０、Ｚ_０）とすると、回転中心１０４のＸ座標と合致する位置Ｘ_０に光学センサー６５を位置付け、切削ブレード５０をＺ方向に移動させて、切削ブレード５０の回転中心１０４の直下に位置する切削ブレード５０の最下点端部位置を検出する。これにより、切削ブレード５０の正確な基準位置を検出することができる。切削ブレード５０の最下点端部位置である基準位置は、切削装置のメモリに記憶される。

本実施形態の切削ブレードの消耗量管理方法では、半導体ウエーハＷを切削ブレード５０で適宜切削した後に、上述した回転中心算出工程と最下点端部検出工程とを遂行して、前回割り出されて記憶された切削ブレード５０の最下点端部の位置と比較し、切削ブレード５０の消耗量を算出する消耗量算出工程を実行する。

そして、消耗量算出工程から算出された切削ブレード５０の消耗量に基づいて、位置補正部１０８で切削ブレード５０のＺ方向の原点位置を補正する。この原点位置の補正により、切削ブレード５０の刃先先端部をチャックテーブル２０の枠体２３の上面に接触する位置にもたらすことができる。

本実施形態の切削ブレードの消耗量管理方法では、前回までに割り出された消耗量の合計と消耗量算出工程で算出された切削ブレード５０の消耗量との加算値が、予め定めた切削ブレード５０の使用可能限界の基準となる最大消耗可能量を上回る場合は、切削ブレードの使用可能限界であると判定して切削ブレード５０の使用を中止し、新たな切削ブレードと交換する。

上述した本実施形態によると、予め切削ブレード５０の回転中心位置のＸ座標を割り出してから、回転中心位置のＸ座標の位置でセットアップを行うため、切削ブレード５０の正確な最下点端部位置で切削ブレード５０の基準位置を検出することができる。

好ましくは、回転中心位置のＸ座標を切削装置２のメモリに記憶する。これにより、次回以降のセットアップの際は、記憶した回転中心位置のＸ座標でセットアップを行えば、複数点でのセットアップを毎回実施する必要は無い。

２切削装置
８テーブルベース
２０チャックテーブル
５０切削ブレード
５６ブレード検出手段
５８ブレード端部検出機構
６２ブレード侵入部
６４発光部
６５光学センサー
６６受光部
９３第１のＸ方向セットアップ位置
９４第２のＸ方向セットアップ位置
９６第３のＸ方向セットアップ位置
１００，１０２垂直二等分線
１０４回転中心

Claims

切削ブレードと、該切削ブレードの外周端部の位置を検出する光学センサーとを備え、該切削ブレードは該光学センサーに対して相対的に垂直方向（Ｚ方向）に上下動し、該光学センサーは該切削ブレードに対して相対的に水平方向（Ｘ方向）に移動する構成の切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法であって、
該切削ブレードを固定し該光学センサーを該切削ブレードに対してＺ方向に移動するものと仮定したとき、該光学センサーをＸ方向及びＺ方向に移動してＸ方向の少なくとも異なる３点で該切削ブレードの外周端部を検出する複数端部検出工程と、
検出された複数の外周端部のＸ，Ｚ座標から該切削ブレードの回転中心座標（Ｘ_０、Ｚ_０）を算出する中心算出工程と、
算出された回転中心座標（Ｘ_０、Ｚ_０）のＸ座標と合致する位置Ｘ_０に該光学センサーを位置付け、該切削ブレードをＺ方向に移動させて、該切削ブレードの該回転中心の直下に位置する該切削ブレードの最下点となる端部の位置を検出する最下点端部検出工程と、
被加工物を該切削ブレードで適宜切削加工した後に、該中心算出工程と該最下点端部検出工程とを遂行して、前回割り出された該切削ブレードの最下点端部の位置と比較し、該切削ブレードの消耗量を算出する消耗量算出工程と、
を具備したことを特徴とする切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法。
該消耗量算出工程から算出された該切削ブレードの消耗量に基づいて、該切削ブレードのＺ方向の原点位置を補正する位置補正工程を更に具備した請求項１記載の切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法。
前回までに割り出された消耗量の合計と前記消耗量算出工程で算出された該切削ブレードの消耗量の加算値が、予め定めた該切削ブレードの使用可能限界の基準となる最大消耗可能量を上回る場合は、該切削ブレードの使用を中止する限界判定工程を更に具備した請求項１又は２記載の切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法。