JP5389613B2 - 切削装置における切削ブレードの消耗量管理方法 - Google Patents

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（光学式セットアップ）、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。

また、上述したような光学センサーを用いた光学式セットアップではなく、切削装置の本来の目的の一つである切削溝深さを一定にするため、レーザビームを使用して溝底の高さを直接計測する方法が特開２００３−２１４８２２号公報で提案されている。

特開平１１−２１４３３４号公報 特開２００３−２１４８２２号公報

ところが、特許文献２記載の溝底の高さ計測方法では、レーザビームを計測対象物の深さの異なる２点に照射し、それぞれについて照射位置を撮像して焦点を検出することにより、任意の２点間の深さ方向の位置の差を計測して切削溝等の深さの管理を行っているが、切削溝の深さの変動に伴う切削ブレードの消耗量の管理については特許文献２では何ら言及されていない。

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、溝底に照射するレーザビームを利用して切削ブレードの消耗量を管理する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、被加工物を保持し水平面内に回転可能なチャックテーブルと、切削ブレードと、撮像手段と、該撮像手段と一体となって垂直方向（Ｚ軸方向）に上下動し該チャックテーブルの保持面に対して所定角度のレーザビームを照射するレーザポインタと、該撮像手段と該レーザポインタを上下動させるＺ軸送り機構と、を備えた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、該チャックテーブルの保持面に該撮像手段の焦点を合わせた際の、該撮像手段のＺ軸方向の位置を第１基準位置として記憶する第１基準位置設定工程と、該撮像手段が該第１基準位置にあるときに該レーザポインタから前記所定角度でレーザビームを照射し、該撮像手段で撮像された該チャックテーブルの保持面上の該レーザビームのビームスポットの撮像画像における座標位置（Ｘ１，Ｙ１）を第２基準位置として記憶する第２基準位置設定工程と、該チャックテーブルに保持された被加工物を該切削ブレードにより切削して切削溝を形成する切削工程と、該レーザポインタからレーザビームを前記所定の角度で照射して該切削溝の底面にビームスポットを形成するビームスポット形成工程と、該Ｚ軸送り機構を作動して該撮像手段と該レーザポインタを上下動させ、該ビームスポットの座標位置（Ｘ２，Ｙ２）を該撮像画像における該第２基準位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）に合致させる基準位置合致工程と、被加工物を該切削ブレードで適宜切削加工した後に、該ビームスポット形成工程及び該基準位置合致工程を遂行し、前回実施した該基準位置合致工程後の該撮像手段のＺ軸方向の位置と、今回実施した該基準位置合致工程後の該撮像手段のＺ軸方向の位置の差から、該切削ブレードの消耗量を割り出す消耗量割り出し工程とを具備し、該基準位置合致工程では、該レーザポインタから照射された該レーザビームのビームスポットの座標位置（Ｘ２，Ｙ２）を該撮像画像において常に該切削溝内に位置させるため、該チャックテーブルをｔａｎθ＝Ｙ２／Ｘ２の関係から割り出される角度θ回転させる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、消耗量割り出し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軸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割り出し工程で割り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、切削溝の一定の深さ達成のため、従来の切削装置に安価で且つ比較的容易に入手可能なレーザポインタを追加して実際の切削溝底の高さを計測して、切削溝底の高さから切削ブレードの消耗量を割り出しているため、光学センサー方式に比較しても切削ブレードの消耗量の測定及び管理が一層正確になる。加えて、焦点深度の範囲で画像認識による基準位置合致作業を行うので、高い精度を実現できる。

また、レーザポインタのレーザビームが溝底という非常に狭い範囲にのみ当たるよう調整するのは困難であるが、既存の装置に搭載しているチャックテーブルのθ軸を適宜回転させることで、レーザビームを容易に溝底のみに照射することが可能である。θ軸回転角度は一度レーザポインタを固定すれば装置固有の角度になるので、一度回転角度を割り出せば、以後は常にその角度を用いることができる。

本発明の切削ブレードの消耗量管理方法が適用可能な切削装置の斜視図である。 撮像手段とレーザポインタの位置関係を示す説明図である。 第１基準位置設定工程を示す切削装置の一部断面側面図である。 第２基準位置設定工程の撮像画像を示す図である。 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。 図６（Ａ）はレーザビーム照射ポイントが第２基準位置からずれている状態を示す説明図、図６（Ｂ）はその時の撮像画像を示す図である。 図７（Ａ）はレーザビーム照射ポイントが第２基準位置に合致した状態を示す説明図、図７（Ｂ）はその時の撮像画像を示す図である。 基準位置合致工程での撮像画像を示す説明図であって、チャックテーブルをθ度回転後、レーザビーム照射ポイントを切削溝底に合致させた状態を示す図である。

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Ｘ軸移動ブロックであり、Ｘ軸移動ブロック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。Ｘ軸移動ブロック８上には円筒状支持部材１６を介してチャックテーブル１８が搭載されている。円筒状支持部材１６中にチャックテーブル１８を回転するモータが収容されている。

特に図示しないが、チャックテーブル１８は多孔性セラミックス等から形成された吸着部と、吸着部を囲繞するＳＵＳ等の金属から形成された枠体を有している。吸着部の吸着面（保持面）と枠体の上面とは面一に形成されている。２０は防水カバーである。

静止基台４上には、門型コラム２２が立設されている。門型コラム２２の前側にはＹ軸方向に伸長する一対のガイドレール２４が固定されている。Ｙ軸移動ブロック２６が、ボールねじ２８及びパルスモータ３０から構成されるＹ軸送り機構３２によりＹ軸方向に移動される。

Ｙ軸移動ブロック２６にはＺ軸方向に伸長する一対のガイドレール３４が形成されている。一体となった撮像手段４２及びレーザ照射手段４４が、ボールねじ３６とパルスモータ３８とから構成されるＺ軸送り機構４０によりＺ軸方向に移動される。

図３に示すように、門型コラム２２の背面側にもＹ軸方向に伸長する一対のガイドレール４８が形成されている。Ｙ軸移動ブロック４６が、ボールねじ５０及びパルスモータ５２とから構成されるＹ軸送り機構（割り出し送り機構）５４によりＹ軸方向に移動される。

Ｙ軸移動ブロック４６の背面には特に図示しないが一対のガイドレールが形成されており、Ｚ軸移動ブロック５６が、ボールねじ５８とパルスモータ６０とから構成されるＺ軸移動機構６２によりＺ軸方向に移動される。図３に示すように、切削ユニット６４がＺ軸移動ブロック５６と一体に形成されており、切削ユニット６４はＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能である。

切削ユニット６４は、図示しないモータにより回転駆動されるスピンドル６６と、スピンドル６６の先端部に装着された切削ブレード６８を含んでいる。パルスモータ１２，３０，３８，５２，６０は制御手段７０に接続されており、制御手段７０により制御される。

本実施形態の切削装置では、一体となった撮像手段４２及びレーザ照射手段４４と切削ユニット６４とが、それぞれ独立してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動される。

特に図示しないが、撮像手段４２は対物レンズを有する顕微鏡と、顕微鏡の拡大像を撮像するＣＣＤカメラを含んでいる。顕微鏡は高倍率と低倍率の間で切替可能に制御される。

図２に示すように、７６は撮像手段４２が高倍率のときの焦点であり、レーザ照射手段４４のレーザポインタ７２は、レーザポインタ７２から出射されたレーザビーム７４が水平面（チャックテーブル１８の吸着面１８ａ）に対して角度α傾斜し、且つ撮像手段４２の焦点７６を通過するように取り付けられている。

しかし、レーザビーム７４が撮像手段４２の焦点７６に完全に一致するようにレーザポインタ７２を調整することは困難であるため、レーザポインタ７２から出射されたレーザビーム７４が焦点７６になるべく近い点を通過するように設定される。

図３を参照すると、本発明の第１及び第２基準位置設定工程を示す切削装置の一部断面側面図が示されており、図４はレーザポインタ７２から出射されたレーザビーム７４のビームスポットが第２基準位置にあるときの撮像画像８２を示している。

図５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、この状態で図１に示したチャックテーブル１８に吸引保持される。図１では、環状フレームＦをクランプするクランパが省略されている。

本発明の切削ブレードの消耗量管理方法では、まずチャックテーブル１８の保持面１８ａに顕微鏡が高倍率時の撮像手段４２の焦点を合わせた際の、撮像手段４２の高さ方向（Ｚ軸方向）の位置を第１基準位置として制御手段７０のメモリに記憶する第１基準位置設定工程を実施する。

次いで、撮像手段４２が第１基準位置にあるときに、レーザポインタ７２からチャックテーブル１８の保持面１８ａに対して所定角度α傾斜したレーザビーム７４を照射し、撮像手段４２で保持面１８ａ上のビームスポット８４を撮像する。そして、図４に示すように、ビームスポット８４の撮像画像８２における座標位置（Ｘ１，Ｙ１）を第２基準位置Ｐ１として記憶する（第２基準位置設定工程）。

撮像手段４２の第１基準位置設定工程及びレーザポインタ７２の第２基準位置設定工程とは別に、新たなチャックテーブル１８を搭載したとき、或いはチャックテーブル１８を分解して清掃後再組立をしたとき等には、切削ブレード６８の原点位置を検出する原点位置検出工程を実施する。

この原点位置検出工程は、切削ブレード６８をチャックテーブル１８の枠体に切り込ませて導通を取ることにより、切削ブレード６８の原点位置を検出し、この原点位置を切削装置２の制御手段７０のメモリに記憶することにより実施する。

本発明の切削ブレードの消耗量管理方法では、新たな切削ブレード６８をスピンドル６６に装着したときには、切削ブレード６８の直径が判明しているため、この新たな切削ブレード６８でチャックテーブル１８に保持されたウエーハＷを切削するときの切削ブレード６８の高さ、即ち切削溝底の高さを計算により算出する。

そして、切削ブレード６８でウエーハＷを適宜切削加工した後に、図６（Ａ）に示すように、レーザポインタ７２からレーザビーム７４を所定の角度αで照射して、切削溝８６の底面８６ａにビームスポットＰ２を形成する。この時の撮像画像８２が図６（Ｂ）に示されている。

ビームスポットＰ２は撮像手段４２の焦点７６に一致していないため、ビームスポットＰ２の座標（Ｘ２，Ｙ２）は図４に示す第２基準位置Ｐ１からずれた状態となる。ここで、撮像画像８２におけるＸ軸は切削溝８６に平行であり、Ｙ軸はＸ軸に直交している。

よって、Ｚ軸送り機構４０を駆動して撮像手段４２の焦点７６が切削溝８６の底面８６ａに合致するまで撮像手段４２及びレーザポインタ７２を上昇させ、図７（Ａ）に示すように、レーザビーム７４のビームスポットが焦点７６に一致するようにさせる。

この時、ビームスポットＰ２の座標位置（Ｘ２，Ｙ２）が図７（Ｂ）に示すように撮像画像８２における第２基準位置Ｐ１の座標（Ｘ１，Ｙ１）に一致する。このときの撮像手段４２のＺ軸方向の高さ位置を切削装置２の制御手段７０のメモリに記憶する。

ビームスポット形成工程及び基準位置合致工程は定期的に実施するのが好ましく、前回実施した基準位置合致工程後の撮像手段４２のＺ軸方向の位置と、今回実施した基準位置合致工程後の撮像手段４２のＺ軸方向の位置の差から、切削ブレード６８の消耗量を割り出す（消耗量割り出し工程）。

消耗量割り出し工程から算出された切削ブレード６８の消耗量に基づいて、パルスモータ６０を駆動して切削ブレード６８のＺ軸方向の原点位置を補正する。また、前回までに割り出された消耗量の合計と今回割り出された切削ブレード６８の消耗量の加算値が、予め定めた切削ブレード６８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６８が使用可能限界であると判定して、切削ブレード６８の使用を中止する（限界判定工程）。

レーザポインタ７２の取り付け誤差等が原因で、レーザポインタ７２から出射したレーザビーム７４が切削溝８６内にビームスポットを形成せずに切削溝８６から外れた位置にビームスポットを形成する場合がある。

よって、本実施形態の基準位置合致工程では、図８に示すようにレーザポインタ７２から照射されたレーザビーム７４のビームスポットＰ３の座標位置（Ｘ３，Ｙ３）を撮像画像８２において常に切削溝８６内に位置させるために、チャックテーブル１８をｔａｎθ＝Ｙ３／Ｘ３の関係から割り出される角度θ回転させる。

このようにチャックテーブル１８をθ回転させることにより、切削溝８６がθ回転し、レーザポインタ７２から照射されるレーザビーム７４を常に切削溝８６内に導くことができる。チャックテーブル１８のθ軸回転角度はレーザポインタ７２を固定すれば装置固有の角度になるので、一度割り出せば要は常にその角度を用いて補正することができる。

２ 切削装置
１４ Ｘ軸送り機構
１８ チャックテーブル
３２，５４ Ｙ軸送り機構
４０，６２ Ｚ軸送り機構
４２ 撮像手段
４４ レーザ照射手段
６４ 切削ユニット
６８ 切削ブレード
７２ レーザポインタ
７４ レーザビーム
７６ 焦点
８２ 撮像画像
８６ 切削溝

Claims (3)

1. 被加工物を保持し水平面内に回転可能なチャックテーブルと、切削ブレードと、撮像手段と、該撮像手段と一体となって垂直方向（Ｚ軸方向）に上下動し該チャックテーブルの保持面に対して所定角度のレーザビームを照射するレーザポインタと、該撮像手段と該レーザポインタを上下動させるＺ軸送り機構と、を備えた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、
   該チャックテーブルの保持面に該撮像手段の焦点を合わせた際の、該撮像手段のＺ軸方向の位置を第１基準位置として記憶する第１基準位置設定工程と、
   該撮像手段が該第１基準位置にあるときに該レーザポインタから前記所定角度でレーザビームを照射し、該撮像手段で撮像された該チャックテーブルの保持面上の該レーザビームのビームスポットの撮像画像における座標位置（Ｘ１，Ｙ１）を第２基準位置として記憶する第２基準位置設定工程と、
   該チャックテーブルに保持された被加工物を該切削ブレードにより切削して切削溝を形成する切削工程と、
   該レーザポインタからレーザビームを前記所定の角度で照射して該切削溝の底面にビームスポットを形成するビームスポット形成工程と、
   該Ｚ軸送り機構を作動して該撮像手段と該レーザポインタを上下動させ、該ビームスポットの座標位置（Ｘ２，Ｙ２）を該撮像画像における該第２基準位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）に合致させる基準位置合致工程と、
   被加工物を該切削ブレードで適宜切削加工した後に、該ビームスポット形成工程及び該基準位置合致工程を遂行し、前回実施した該基準位置合致工程後の該撮像手段のＺ軸方向の位置と、今回実施した該基準位置合致工程後の該撮像手段のＺ軸方向の位置の差から、該切削ブレードの消耗量を割り出す消耗量割り出し工程とを具備し、
   該基準位置合致工程では、該レーザポインタから照射された該レーザビームのビームスポットの座標位置（Ｘ２，Ｙ２）を該撮像画像において常に該切削溝内に位置させるため、該チャックテーブルをｔａｎθ＝Ｙ２／Ｘ２の関係から割り出される角度θ回転させる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。
2. 該消耗量割り出し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軸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。
3. 前回までに割り出された消耗量の合計と前記消耗量割り出し工程で割り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。

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