JP5394204B2 - 切削ブレードの消耗量管理方法 - Google Patents

切削ブレードの消耗量管理方法

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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、切削装置においては、いかに効率的に被加工物を加工できるかを改良してきた歴史があり、当初は一本だった切削手段が2本になり(例えば、特許第3493282号公報参照)、または当初一つだったチャックテーブルが二つになったりしている(例えば、特許第3765265号公報参照)。
特開平11−214334号公報 特許第3493282号公報 特許第3765265号公報
しかし、切削手段及び/又はチャックテーブルが複数に増加した切削装置でも、切削ブレードの刃先位置の変動を光学センサーで検出する従来の光学式セットアップ方法では、セットアップ時には切削ブレードによる切削を中止せざるを得ず、切削効率の観点から改良の余地があるという解決すべき課題を見出した。
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、切削ブレードが常に切削加工し続ける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、ウエーハを保持する第1チャックテーブルと、該第1チャックテーブルをX軸方向に加工送りする第1加工送り手段と、該第1チャックテーブルと独立して配設されたウエーハを保持する第2チャックテーブルと、該第2チャックテーブルをX軸方向に加工送りする第2加工送り手段と、該第1チャックテーブル又は該第2チャックテーブルに保持されたウエーハに作用して切削を施す切削ブレードを備えた切削手段と、該切削手段をX軸方向に直交するY軸方向に割り出し送りする割り出し送り手段と、該切削手段をX軸方向及びY軸方向と直交するZ軸方向に切り込み送りする切り込み送り手段と、該切削手段からX軸方向に離れた位置に配設され該第1チャックテーブル又は該第2チャックテーブルに保持されたウエーハに形成された切削溝の深さを検出する深さ検出手段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、該第1チャックテーブル上に保持されているウエーハを該切削手段により切削する第1切削工程と、該第2チャックテーブル上に保持されているウエーハを該切削手段により切削する第2切削工程と、該第2切削工程を実施している間の時間を利用して、該第1加工送り手段を作動させて該第1チャックテーブルを該深さ検出手段の直下に位置付け、該深さ検出手段によってウエーハに形成された該切削溝の深さを検出し、検出された溝深さから該切削ブレードの消耗量を算出する消耗量算出工程と、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、該切削手段の該切り込み送り手段を作動させ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、前回までに算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、光学センサーを用いることなく被加工物の切削溝を利用することで切削ブレードの消耗量の管理を行うことができるため、複数のチャックテーブルを備える切削装置でも、従来光学式セットアップ中は中断せざるを得なかった切削加工を常に継続可能にすることができ、非常に効率的な切削装置を提供することができる。
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。 切削装置の平面図である。 切削装置の要部斜視図である。 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。 撮像手段の基準位置設定工程を示す該略図である。 本発明第1実施形態の切削溝の深さ検出工程の説明図である。 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。 図10(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10(B)はその時の撮像画像を示す図である。 図11(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11(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2の概略構成図を示している。図2はその平面図であり、図3はその要部斜視図である。
以下、主に図3の要部斜視図を参照して、切削装置2の構成について説明する。切削装置2は、静止基台4上に搭載されたX軸方向に伸長する二対のガイドレール6,6aを含んでいる。
8は第1X軸移動ブロックであり、第1X軸移動ブロック8はボール螺子10及びパルスモータ12とから構成される第1X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。
第1X軸移動ブロック8上には円筒状支持部材16を介して第1チャックテーブル18が搭載されている。19はクランパである。円筒状支持部材16中には第1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、第1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。
8aは第2X軸移動ブロックであり、第2X軸移動ブロック8aはボール螺子10a及びパルスモータ12aとから構成される第2X軸送り機構14aにより加工送り方向、即ちX軸方向に移動される。
第2X軸移動ブロック8a上には円筒状支持部材16aを介して第2チャックテーブル18aが搭載されている。19aはクランパである。円筒状支持部材16a中には第2チャックテーブル18aを回転するモータが収容されている。
第1チャックテーブル18と同様に第2チャックテーブル18a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。20a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。第1Y軸移動ブロック26が、ボールねじ28及びパルスモータ30から構成される第1Y軸送り機構32によりY軸方向に移動される。
第1Y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。一体となった第1撮像手段42及び第1レーザ照射手段44が、ボールねじ36とパルスモータ38とから構成される第1Z軸送り機構40によりZ軸方向に移動される。
一対のガイドレール24に沿って、第2Y軸移動ブロック26aが、ボールねじ28a及びパルスモータ30aから構成される第2Y軸送り機構32aによりY軸方向に移動される。
第2Y軸移動ブロック26aにはZ軸方向に伸長する一対のガイドレール34aが形成されている。一体となった第2撮像手段42a及び第2レーザ照射手段44aが、ボールねじ36aとパルスモータ38aとから構成される第2Z軸送り機構40aによりZ軸方向に移動される。
図8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。第3Y軸移動ブロック46が、ボールねじ50及びパルスモータとから構成される第3Y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。
第3Y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、第1Z軸移動ブロック56が、ボールねじ58とパルスモータ60とから構成される第3Z軸送り機構62によりZ軸方向に移動される。
図8に示すように、第1切削ユニット64が第1Z軸移動ブロック56と一体に形成されており、第1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。第1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第1切削ブレード68を含んでいる。
門型コラム22の背面側に形成された一対のガイドレール48に沿って、第4Y軸移動ブロック46aが、ボールねじ及びパルスモータ52aとから構成される第4Y軸送り機構(割り出し送り機構)54aによりY軸方向に移動される。
第4Y軸移動ブロック46a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、第2Z軸移動ブロック56aが、ボールねじとパルスモータ60aとから構成される第4Z軸移動機構62aによりZ軸方向に移動される。
第1切削ユニット64と同様な第2切削ユニットが、第2Z軸移動ブロック56aと一体に形成されており、第2切削ユニットはY軸方向及びZ軸方向に移動可能である。第2切削ユニットは、モータにより回転駆動されるスピンドルと、スピンドルの先端部に装着された第2切削ブレードとを含んでいる。パルスモータ12,12a,30,30a,60,60aは図7に示す制御手段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2では、第1チャックテーブル18と第2チャックテーブル18aが、それぞれ独立してX軸方向に移動される。また、一体となった第1撮像手段及び第1レーザ照射手段44と、第1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。更に、一体となった第2撮像手段42a及び第2レーザ照射手段44aと、第2切削ユニットとが、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、第1撮像手段42及び第2撮像手段42a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カメラをそれぞれ含んでいる。顕微鏡は高倍率と低倍率との間で切替可能に制御される。
図1を参照すると、51は図4に示されたウエーハWを収容するカセットであり、カセット51内に複数のウエーハWが収容されている。静止基台4上には門型フレーム53が立設されている。
この門型フレーム53の前面にはガイドレール55が取り付けられており、ガイドレール55に沿ってウエーハ搬出入手段57がY軸方向に移動可能に取り付けられている。59は切削加工の終了したウエーハWを洗浄するスピンナ洗浄装置である。
図4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、この状態で第1チャックテーブル18または第2チャックテーブル18aに吸引保持される。
本発明の切削ブレードの消耗量管理方法を実施するためには、まず第1切削ブレード68及び第2切削ブレードの原点位置を検出する原点位置検出工程を実施する必要がある。この原点位置検出工程は、新たなチャックテーブル18,18aを搭載したとき、或いはチャックテーブル18,18aを分解して清掃後再組立したとき等には必ず実施する必要がある。
この原点位置検出工程は、第1切削ブレード68を第1チャックテーブル18及び第2チャックテーブル18aの枠体に切り込ませて導通を取ることにより、第1切削ブレード68の第1チャックテーブル18及び第2チャックテーブル18aに対する原点位置をそれぞれ検出し、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。
同様に第2切削ブレードの原点位置検出工程は、第2切削ブレードを第1チャックテーブル18及び第2チャックテーブル18aの枠体に切り込ませて導通を取ることにより、第2切削ブレードの第1チャックテーブル18及び第2チャックテーブル18aに対する原点位置をそれぞれ検出し、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に先立って、新たな切削ブレードをスピンドルに装着したときには、切削ブレードの直径が判明しているため、この新たな切削ブレードで第1チャックテーブル18又は第2チャックテーブル18a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の高さ、即ち切削溝底の高さは計算により算出する。
そして、第1チャックテーブル18又は第2チャックテーブル18aに図4に示すようにダイシングテープTを介して環状フレームFに支持されたウエーハWを吸引保持し、第3Z軸送り機構62を作動して切削ブレード68を計算された高さに位置付け、ウエーハWの切削を開始する。
本発明の切削ブレードの消耗量管理方法は、第1チャックテーブル18上にウエーハWを吸引保持して、第1切削ブレード68又は第2切削ブレードでウエーハWを切削する第1の切削工程と、第2チャックテーブル18a上にウエーハWを吸引保持して、第1切削ブレード68又は第2切削ブレードでウエーハWを切削する第2の切削工程とを含んでいる。
更に、第2の切削工程を実施している際の時間を利用して、第1X軸送り機構14を作動して第1チャックテーブル18を高さ検出手段である第1撮像手段42の直下に位置付け、第1撮像手段42によってウエーハWに形成された切削溝の深さを検出し、検出された溝深さから第1切削ブレード68の消耗量を算出する消耗量算出工程を含んでいる。この切削溝の深さ検出工程は、以下に説明する第1実施形態と第2実施形態がある。
第1実施形態の切削溝の深さ検出工程に先立って、まず図5に示すように高倍率時の撮像手段42の焦点76をチャックテーブル18の保持面21上に合わせ、この時の撮像手段42の高さを撮像手段42の基準位置として制御手段70のメモリに記憶する。
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、本発明の第1実施形態では、図6に示すように撮像手段42の焦点76を切削溝底61に合致させるように第1Z軸送り機構40のパルスモータ38を駆動し、この時の撮像手段42のZ軸の高さ位置を制御手段70のメモリに記憶する(溝底高さ検出工程)。
前回実施した溝底高さ検出工程での撮像手段42のZ軸方向の位置と、今回実施した溝底高さ検出工程での撮像手段42のZ軸方向の位置の差から、切削ブレード68の消耗量を算出する(消耗量算出工程)。
そして、消耗量算出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、第3Z軸送り機構62のパルスモータ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。
前回までに算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の使用を中止して、新たな切削ブレードに交換する。
上述した説明では、第1撮像手段42を使用して第1切削ブレード68の消耗量を管理しているが、図示しない第2切削ブレードの消耗量も第1撮像手段42を使用して同様に管理することができる。また、第2撮像手段42aを使用しても、第1切削ブレード68又は図示しない第2切削ブレードの消耗量を管理することもできる。
次に、図7乃至図12を参照して、本発明第2実施形態の溝深さ検出方法について説明する。図7を参照すると、撮像手段42とレーザポインタ72との位置関係を示す図が示されている。本実施形態の溝深さ(切削溝のZ軸方向の高さ)検出方法では、撮像手段42の焦点76とレーザポインタ72との位置関係を利用する。
76は撮像手段42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の保持面21)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8を参照すると、本実施形態の第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9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基準位置にある時の撮像画像82を示している。
本実施形態の溝深さ検出方法では、まずチャックテーブル18の保持面21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、第1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21に対して所定角度α傾斜したレーザビーム74を照射し、第1撮像手段42で保持面21上のビームスポット84を撮像する。そして、図9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)。
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10(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10(B)に示されている。
ビームスポットP2は第1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9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、第1Z軸送り機構40を駆動して第1撮像手段42の焦点76が切削溝86の底面86aに合致するまで第1撮像手段42及びレーザポインタ72を上昇させ、図11(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11(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。このときの第1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第1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第1撮像手段42のZ軸方向の位置の差から、第1切削ブレード68の消耗量を算出する(消耗量算出工程)。
消耗量算出工程から算出された第1切削ブレード68の消耗量に基づいて、パルスモータ60を駆動して第1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第1切削ブレード68の消耗量の加算値が、予め定めた第1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、第1切削ブレード68が使用可能限界であると判定して、第1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12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、第1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。
このように第1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。第1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。
図1乃至図3に示した切削装置2では、二つの撮像手段42,42a及び二つの切削ブレードを具備しているが、本発明の切削ブレードの消耗量管理方法を実施するためには、撮像手段及び切削ブレードをそれぞれ一つ有する切削装置でも可能であり、この場合にも、発明の効果の欄に記載した本発明の効果を同様に奏することができる。
2 切削装置
14 第1X軸送り機構
14a 第2X軸送り機構
18 第1チャックテーブル
18a 第2チャックテーブル
32 第1Y軸送り機構
32a 第2Y軸送り機構
42 第1撮像手段
42a 第1撮像手段
44 第1レーザ照射手段
44a 第2レーザ照射手段
54 第3Y軸送り機構
54a 第4Y軸送り機構
62 第1Z軸送り機構
62a 第2Z軸送り機構
64 第1切削ユニット
68 第1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 (2)

  1. ウエーハを保持する第1チャックテーブルと、該第1チャックテーブルをX軸方向に加工送りする第1加工送り手段と、該第1チャックテーブルと独立して配設されたウエーハを保持する第2チャックテーブルと、該第2チャックテーブルをX軸方向に加工送りする第2加工送り手段と、該第1チャックテーブル又は該第2チャックテーブルに保持されたウエーハに作用して切削を施す切削ブレードを備えた切削手段と、該切削手段をX軸方向に直交するY軸方向に割り出し送りする割り出し送り手段と、該切削手段をX軸方向及びY軸方向と直交するZ軸方向に切り込み送りする切り込み送り手段と、該切削手段からX軸方向に離れた位置に配設され該第1チャックテーブル又は該第2チャックテーブルに保持されたウエーハに形成された切削溝の深さを検出する深さ検出手段と、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、
    該第1チャックテーブル上に保持されているウエーハを該切削手段により切削する第1切削工程と、
    該第2チャックテーブル上に保持されているウエーハを該切削手段により切削する第2切削工程と、
    該第2切削工程を実施している間の時間を利用して、該第1加工送り手段を作動させて該第1チャックテーブルを該深さ検出手段の直下に位置付け、該深さ検出手段によってウエーハに形成された該切削溝の深さを検出し、検出された溝深さから該切削ブレードの消耗量を算出する消耗量算出工程と、
    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、該切削手段の該切り込み送り手段を作動させ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。
  2. 前回までに算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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