JP5473374B2

JP5473374B2 - 切削装置

Info

Publication number: JP5473374B2
Application number: JP2009090121A
Authority: JP
Inventors: 一馬関家
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-04-02
Also published as: JP2010245166A

Description

本発明は、切削ブレードが装着されるスピンドルをエアベアリングで支持する切削装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

切削装置は、ウエーハを保持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ウエーハを切削する切削ブレードを支持したスピンドルを有する切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に切削送りする切削送り手段と、切削ブレードに切削水を供給する切削水供給手段とを備えていて、ウエーハを高精度に個々のデバイスに分割することができる。

このような切削装置では、切削条件（送り速度、切削水の量、スピンドルの回転数等）が適正でなかったり、ウエーハを切削している際に切削ブレードに欠け又は目詰まりが生じて切削ブレードに負荷が掛かりウエーハが損傷したりする際に、切削ブレードに連動するスピンドルをエアベアリングで支えきれずにスピンドルがスピンドルハウジングに接触する所謂カジリ現象が生じて切削手段が損傷したりすることを防止するために、切削状況をＡＥ（アコースティックエミッション）センサーを用いて監視する技術が特開昭５７−２０５０４９号公報で提案されている。

特開昭５７−２０５０４９号公報

しかし、ＡＥセンサーは音の変化を捉えて異常等を監視する技術構成であることから、切削水の音の影響を受けたり、被加工物の共振の影響を受けたりして、正確な切削状況を監視することが困難であるという問題がある。

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、切削状況を正確にモニタリング可能な切削装置を提供することである。

被加工物を保持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切削する切削ブレードを支持したスピンドルを有する切削手段と、該チャックテーブルと該切削手段とを切削方向に相対的に切削送りする切削送り手段と、該チャックテーブルと該切削手段とを割り出し方向に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルと該切削手段とを切り込み方向に相対的に切り込み送りする切り込み送り手段とを備えた切削装置であって、該切削手段は、該スピンドルを回転可能に収容するスピンドルハウジングと、該スピンドルと該スピンドルハウジングとの間に形成され該スピンドルの周囲をエアを介して支持するラジアルエアベアリングと、該スピンドルの外周にスピンドルと一体的に形成された環状スラストプレートと、該環状スラストプレートと該スピンドルハウジングとの間に形成され該環状スラストプレートをエアを介して支持するスラストエアベアリングとを含み、該ラジアルエアベアリングには該スピンドルと該スピンドルハウジングとの間のギャップを計測する第１の計測センサーが配設され、該スラストエアベアリングには該環状スラストプレートと該スピンドルハウジングとの間のギャップを計測する第２の計測センサーが配設されており、該第１の計測センサーと該第２の計測センサーからのギャップ計測値に基づき、切削状況をモニタリングするモニタリング手段と、該第１の計測センサーと該第２の計測センサーからのギャップ計測値が許容範囲外となった場合、該切り込み送り手段を作動して該切削ブレードを被加工物から離反させて該スピンドルのカジリ現象を防止するカジリ防止手段とを具備したことを特徴とする切削装置が提供される。

好ましくは、該第１の計測センサーは円周方向に等間隔で配置された複数の計測センサーから構成され、該第２の計測センサーは該環状スラストプレートの軸方向両側で該スラストエアベアリングに臨むように円周方向に等間隔で配置された複数の計測センサーから構成される。

本発明の切削装置は、ラジアルエアベアリング及びスラストエアベアリングに臨んで各エアベアリングのギャップを計測する第１及び第２の計測センサーを配設し、これらの計測センサーで計測したギャップ状況をモニタリングするモニタリング手段を具備しているので、モニタリングした情報に基づき適正な送り速度、適正な切削水の量、適正な回転数等を検証できると共に、許容値を超える大きな負荷が切削ブレードに掛かった際は、切り込み送り手段を作動させて被加工物から切削ブレードを離反させることによりスピンドルのカジリ現象を未然に防止できる。

切削装置の外観斜視図である。ダイシングテープを介して環状フレームに支持されたウエーハの斜視図である。切削手段の縦断面図である。図３の４‐４線断面図である。図３の５‐５線断面図である。切削水を供給しながら環状フレームに支持されたウエーハを切削している様子を示す斜視図である。モニタ上のモニタリング画像の一例を示す図である。スピンドルのカジリ現象を防止する本発明一実施形態のフローチャートを示す図である。

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は半導体ウエーハをダイシングして個々のチップ（デバイス）に分割することのできる切削装置２の外観斜視図を示している。

切削装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示手段６が設けられている。

図２に示すように、ダイシング対象のウエーハ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て多数のデバイスＤがウエーハＷ上に形成されている。

ウエーハＷの裏面が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を介してフレームＦに支持された状態となり、図１に示したウエーハカセット８中にウエーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウエーハカセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置されている。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８から切削前のウエーハＷを搬出するとともに、切削後のウエーハをウエーハカセット８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。ウエーハカセット８と搬出入手段１０との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２には、ウエーハＷを一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段１４が配設されている。

仮置き領域１２の近傍には、ウエーハＷと一体となったフレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されたウエーハＷは、搬送手段１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引されるとともに、複数の固定手段１９によりフレームＦが固定されることでチャックテーブル１８上に保持される。

チャックテーブル１８は、回転可能且つＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハＷの切削すべきストリートを検出するアライメント手段２０が配設されている。

アライメント手段２０は、ウエーハＷの表面を撮像する撮像手段２２を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべきストリートを検出することができる。撮像手段２２によって取得された画像は、モニタリング手段（モニタ）６に表示される。

アライメント手段２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハＷに対して切削加工を施す切削手段２４が配設されている。切削手段２４はアライメント手段２０と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

切削手段２４は、回転可能なスピンドル２６の先端に切削ブレード２８が装着されて構成され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード２８は撮像手段２２のＸ軸方向の延長線上に位置している。

切削装置２は、チャックテーブル１８と切削手段２４とを切削方向（Ｘ軸方向）に相対的に切削送りする切削送り手段と、チャックテーブル１８と切削手段２４とを割り出し方向（Ｙ軸方向）に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、チャックテーブル１８と切削手段２４とを切り込み方向（Ｚ軸方向）に切り込み送りする切り込み送り手段とを備えている。

図３を参照すると、切削手段２４の縦断面図が示されている。スピンドルハウジング２５の壁内には、軸方向に伸長する環状エア供給路８０が形成されており、環状エア供給路８０からは軸方向及び円周方向に所定の間隔を開けて複数の第１分岐路８０ａがそれぞれ中心方向に向けて放射状に形成され、スピンドル２６の外周に形成したラジアルエアベアリング８２に連通している。

このラジアルエアベアリング８２は、図示しないエア供給源から高圧の圧縮エアがスピンドルハウジング２５に形成されたエア供給口７０、環状エア供給路８０及び第１分岐路８０ａを介して供給された時、スピンドル２６の外周とスピンドルハウジング２５の内壁との間に形成される約１０μｍのギャップから構成される。

スピンドル２６は一体的に形成された環状スラストプレート７６を有している。環状エア供給路８０の前方部（図３で左端部）には、環状スラストプレート７６の両面に対向させて円周方向に所定の間隔を空けて複数の第２分岐路８０ｂがそれぞれ設けられ、環状スラストプレート７６の両側面に形成されたスラストエアベアリング８４に連通している。

このスラストエアベアリング８４は、高圧の圧縮エアがスピンドルハウジング２５に形成されたエア供給口７０、環状エア供給路８０及び第２分岐路８０ｂを介して供給された時、環状スラストプレート７６の両側面とスピンドルハウジング２５の内壁との間に形成される約１０μｍのギャップから構成される。

従って、エア供給源からの圧縮エアが環状エア供給路８０、第１及び第２分岐路８０ａ，８０ｂを介してラジアルエアベアリング８２、スラストエアベアリング８４に供給され、高速回転するスピンドル２６を微小なぶれを発生させることなく安定して支持する。

図３の４‐４線断面図である図４を参照すると明らかなように、軸方向の２箇所においてラジアルエアベアリング８２に臨むように、ラジアルエアベアリング８２を画成するスピンドルハウジング２５の壁部からスピンドル２６までの距離を計測する円周方向に互いに９０度離間した４個の第１の計測センサー８６が配設されている。

第１の計測センサー８６は軸方向に離間した２箇所にそれぞれ配置されているため、合計８個の第１の計測センサー８６が配設されている。第１の計測センサー８６は、例えば静電センサー、レーザ干渉センサー等から構成される。

図３の５‐５線断面図である図５に示すように、環状スラストプレート７６を軸方向で支持するスラストエアベアリング８４に臨むように、スラストエアベアリング８４を画成するスピンドルハウジング２５の壁部から環状スラストプレート７６までの距離を計測する円周方向に互いに９０度離間した４個の第２の計測センサー８８が環状スラストプレート７６の一方の側に配設されている。

環状スラストプレート７６の他方の側にも同様に４個の第２の計測センサー８８が配設されているため、合計８個の第２の計測センサー８８が配設されている。第２の計測センサー８８も、第１の計測センサー８６と同様に、例えば静電センサー、レーザ干渉センサー等から構成される。

各計測センサー８６，８８は図示しない配線を介して切削装置２のコントローラに接続されており、第１及び第２の計測センサー８６，８８で計測したラジアルエアベアリング８２及びスラストエアベアリング８４のギャップは、図７に示すようにモニタ６上に表示される。

図７では省略して図示されているが、実際にはモニタ６上には８個の第１の計測センサー８６＃１〜８６＃８のギャップ情報が表示され、８個の第２の計測センサー８８＃１〜８８＃８のギャップ情報が表示される。

図３に再び参照すると、７６はステーター７２及びロータ７４からなるサーボモータであり、スピンドル２６を回転駆動する。スピンドル２６の先端（図３で左端）にはマウントフランジ６４がねじ６６で取り付けられており、このマウントフランジ６４に対して切削ブレード２８を装着して固定ナット６８で固定する。

図６を参照すると、切削手段２４により環状フレームＦに支持されたウエーハＷをストリートに沿って切削する様子の斜視図が示されている。切削ブレード２８は電鋳ブレードであり、ニッケル母材中にダイアモンド砥粒が分散されて成る切刃２８ａをその外周部に有している。

３０は切削ブレード２８をカバーするブレードカバーであり、切削ブレード２８の側面に沿って伸長する側面ノズル４３（図３参照）及び切削水を切削ブレード２８の切刃２８ａに向かって噴射する先端ノズル３６が取り付けられている。

切削水源５６からの切削水が開閉弁５８及びパイプ３２を介して側面ノズル４３に供給され、開閉弁６２及びパイプ３８を介して先端ノズル３６に供給される。切削水は切削水源５６で約０．３ＭＰａに加圧されており、開閉弁６２を調整することにより先端ノズル３６からは毎分１．６〜２．０リットルの流量で切削水が噴射される。

４０は着脱カバーであり、ねじ４２によりブレードカバー３０に着脱可能に取り付けられている。着脱カバー４０は切削ブレード２８の側面に沿って伸長する側面ノズル４４を有しており、切削水源５６からの切削水は開閉弁６０及びパイプ４６を介して側面ノズル４４に供給される。

５０は切削ブレード２８の切刃２８ａの欠け又は磨耗を検出するブレードセンサを内蔵したブレード検出ブロックであり、ねじ５２によりブレードカバー５０に着脱可能に取り付けられている。ブレード検出ブロック５０は、ブレードセンサの位置を調整する調整ねじ５４を有している。

以上のように構成された切削装置２によると、切削装置２のオペレータは切削作業を実施するにあたり、モニタ６上に表示された第１及び第２の計測センサー８６，８８で計測した情報に基づき、切削装置が適正な送り速度、適正な切削水の量、適正な回転数等で運転されているか否かを検証できる。

更に本発明では、ウエーハに形成された金属パターン等を切削して許容値を超える大きな負荷が切削ブレード２８に掛かった際は、切り込み送り手段を作動させてウエーハＷから切削ブレード２８を離反させて、スピンドル２６のカジリ現象を未然に防止するカジリ防止手段が設けられている。これを、図８のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ１０で第１の計測センサー８６＃１〜８６＃８の出力を取り込む。次いで、ステップＳ１１で第２の計測センサー８８＃１〜８８＃８の出力を取り込む。そして、ステップＳ１２で各計測センサー８６，８８が計測したギャップが予め定めた許容範囲内か否かを判定する。この許容範囲は、例えば５μｍ〜１５μｍである。

全ての計測センサー８６，８８で計測したギャップが許容範囲内の場合には、ステップＳ１３へ進んで切削を続行する。即ちこの場合には、ラジアルエアベアリング８２及びスラストエアベアリング８４のギャップが十分大きいので、スピンドル２６のカジリ現象が発生する恐れが無い。よって、ステップＳ１３へ進んで切削を続行する。

一方、ステップＳ１２が否定判定の場合、即ち、第１の計測センサー８６＃１〜８６＃８及び第２の計測センサー８８＃１〜８８＃８で検出したギャップが一箇所でも許容範囲外の場合は、ステップＳ１４へ進んで切り込み送り手段を作動して切削ブレード２８を切削中のウエーハＷから上昇させる。これにより、スピンドル２６のカジリ現象を未然に防止できる。

２切削装置
６モニタ
１８チャックテーブル
２４切削手段
２５スピンドルハウジング
２６スピンドル
２８切削ブレード
７６環状スラストプレート
８２ラジアルエアベアリング
８４スラストエアベアリング
８６第１の計測センサー
８８第２の計測センサー

Claims

被加工物を保持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切削する切削ブレードを支持したスピンドルを有する切削手段と、該チャックテーブルと該切削手段とを切削方向に相対的に切削送りする切削送り手段と、該チャックテーブルと該切削手段とを割り出し方向に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルと該切削手段とを切り込み方向に相対的に切り込み送りする切り込み送り手段とを備えた切削装置であって、
該切削手段は、該スピンドルを回転可能に収容するスピンドルハウジングと、該スピンドルと該スピンドルハウジングとの間に形成され該スピンドルの周囲をエアを介して支持するラジアルエアベアリングと、該スピンドルの外周にスピンドルと一体的に形成された環状スラストプレートと、該環状スラストプレートと該スピンドルハウジングとの間に形成され該環状スラストプレートをエアを介して支持するスラストエアベアリングとを含み、
該ラジアルエアベアリングには該スピンドルと該スピンドルハウジングとの間のギャップを計測する第１の計測センサーが配設され、該スラストエアベアリングには該環状スラストプレートと該スピンドルハウジングとの間のギャップを計測する第２の計測センサーが配設されており、
該第１の計測センサーと該第２の計測センサーからのギャップ計測値に基づき、切削状況をモニタリングするモニタリング手段と、
該第１の計測センサーと該第２の計測センサーからのギャップ計測値が許容範囲外となった場合、該切り込み送り手段を作動して該切削ブレードを被加工物から離反させて該スピンドルのカジリ現象を防止するカジリ防止手段とを具備したことを特徴とする切削装置。
該第１の計測センサーは円周方向に等間隔で配置された複数の計測センサーから構成され、該第２の計測センサーは該環状スラストプレートの軸方向両側で該スラストエアベアリングに臨むように円周方向に等間隔で配置された複数の計測センサーから構成される請求項１記載の切削装置。