JP5635807B2 - 切削加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハ等の薄板状のワークを切削してダイシングする際などに用いられる切削加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、半導体からなるウェーハの表面に設けた多数のデバイス領域にＩＣやＬＳＩ等の電子回路を形成し、次いで、該ウェーハの裏面を研削して所定の厚さに加工するなどの所定の処理を施してから全ての分割予定ラインを切断するダイシングを行って、１枚のウェーハから多数の半導体チップをデバイスとして得ている。ウェーハをダイシングする装置としては、一般に、切削ブレードをワークに切り込ませて切断する切削加工装置が用いられている。該切削加工装置は、ワークを負圧で吸着、保持して加工面を露出させ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ワークを切削加工する切削ブレードをスピンドルで回転駆動させる切削手段とを具備している（特許文献１等）。

特開平８−２５２０９号公報

ところで、ワークを切削加工する際には、出力の高い駆動源を有するスピンドルが必要な場合や、それほど出力を必要としない場合がある。例えば、大きな切削ブレードによって深い切り込みを入れたり、硬い材料を切削したりする場合には、出力が高い駆動源を有するスピンドルが必要となる。また、１つのワークに対して出力が高い方が好ましい加工と低い方が好ましい加工を行うといったように、出力の面で複数の加工条件が要求される場合もある。

このような事情があることから、従来の切削加工装置では、高い出力を必要としない加工を行う際にも出力の高い駆動源を有するスピンドルを用いる場合があり、これは必要以上のエネルギーを消費することになるため不経済である。また、出力の面で複数の加工条件が要求される場合には、加工条件に適合する出力の駆動源を有する装置を複数台用意することになるため、やはり不経済であり、しかも、ワークを複数台の装置にその都度セットしたり装置間を移動させたりする必要があるため、煩雑であるといった問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、出力の面での複数の加工条件の要求に幅広く対応することができ、これによってワークを経済的に切削加工することができる切削加工装置を提供することにある。

本発明の切削加工装置は、ワークを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたワークを切削加工する第１の切削ブレードと、該第１の切削ブレードを回転可能に支持する駆動源を含む第１のスピンドルとを有する第１の切削手段と、前記保持手段に保持されたワークを切削加工する第２の切削ブレードと、該第２の切削ブレードを回転可能に支持する駆動源を含む第２のスピンドルとを有する第２の切削手段とを有する切削加工装置であって、前記第１のスピンドルの駆動源よりも前記第２のスピンドルの駆動源の方が出力が大きく設定されているとともに、前記第１の切削ブレードよりも前記第２の切削ブレードの方が厚さが大きく設定されていることを特徴とする。

本発明の切削加工装置にあっては、駆動源の出力が異なるスピンドルを搭載した二種類の切削手段（第１の切削手段と第２の切削手段）を有しているので、加工条件に適合する出力を有するいずれか一方の切削手段を選択することにより、ワークを経済的に切削加工することができる。また、１つのワークに対し異なる出力で加工を行う場合にも、一台の装置で加工を完了することができる。

なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えば、シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等からなる半導体ウェーハ、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）系の無機材料基板、液晶表示装置を制御駆動するＬＣＤドライバ等の各種電子部品、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料等が挙げられる。

本発明によれば、出力の面での複数の加工条件の要求に幅広く対応することができるため、ワークを経済的に切削加工することができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る切削加工装置の全体斜視図である。 一実施形態の切削加工装置が備える一対のＹ軸ベース、Ｚ軸ベースおよび切削手段を示す正面図である。 スピンドルおよび切削ブレードを備えた切削手段を示す斜視図である。 環状のフレームに粘着テープを介してワークが支持された状態を示す斜視図である。 ワークが切削加工される過程を（ａ），（ｂ）の順に示す断面図である。 ワークを切削加工により分割して得られたチップを示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）切削加工装置
図１は、一実施形態に係る切削加工装置１０の全体を示している。この切削加工装置１０は、一対の切削手段（第１の切削手段５１と第２の切削手段５２）を互いに対向配置した２軸対向型であり、チャックテーブル（保持手段）２０に保持されたワークを各切削手段５１，５２によって切削加工するものである。

図１の符合１１は、切削加工装置１０の基台である。基台１１の水平な上面には、一対のＸ軸ガイド２１を介してＸ軸ベース２２がＸ方向に移動可能に支持されている。Ｘ軸ベース２２は、Ｘ軸ガイド２１間に配設されて該Ｘ軸ベース２２に螺合した状態で連結されたＸ方向に延びるボールねじ２３１と、ボールねじ２３１を回転駆動するモータ２３２とを備えた加工送り手段２３により、Ｘ方向に移動させられる。

Ｘ軸ベース２２の上面には、軸線方向がＺ方向と平行な円筒状のテーブル台２４が固定されており、このテーブル台２４の上に、チャックテーブル２０が同心状、かつ回転可能に支持されている。チャックテーブル２０は一般周知の真空チャック式のもので、水平に設定された上面がワークの保持面２０１となっており、該保持面２０１に載置されるワークを負圧作用で吸着して保持するように構成されている。チャックテーブル２０の周囲には、後述するフレーム５を保持する複数のクランプ２５が配設されている。

チャックテーブル２０は、テーブル台２４の内部に設けられている図示せぬ回転駆動機構によって一方向、または両方向に回転させられる。チャックテーブル２０はＸ軸ベース２２と一体にＸ方向に移動し、加工送り手段２３によって、Ｘ方向の手前側（Ｘ１側）の搬入／搬出位置と奥側（Ｘ２側）の加工位置との間を往復移動させられる。

基台１１上のＸ２側には、門型コラム１２が固定されている。門型コラム１２は、加工位置の両側にＹ方向に並んで立設された一対の脚部１２１と、これら脚部１２１の上端部間に架け渡されたＹ方向に延びる梁部１２２とを有している。そして、梁部１２２の手前側（Ｘ１側）の面には、上下一対のＹ軸ガイド３１を介して、Ｙ方向に並んで配設された左右一対のＹ軸ベース３２がそれぞれＹ方向に移動可能に支持されている。

図２に示すように、上下のＹ軸ガイド３１の間には、Ｙ方向に延びる２本のボールねじ３３１が配設されており、これらボールねじ３３１のうち、一方（下側）のボールねじ３３１は左側のＹ軸ベース３２に、また、他方（上側）のボールねじ３３１は右側のＹ軸ベース３２に、それぞれ螺合した状態で連結されている。そして各ボールねじ３３１は、端部に設けられたモータ３３２によって回転駆動され、各Ｙ軸ベース３２は、ボールねじ３３１の回転方向に応じてＹ軸ガイド３１に沿ってＹ方向に往復移動させられる。ボールねじ３３１とモータ３３２とによって、Ｙ軸ベース３２をＹ方向に往復移動させるＹ軸送り手段３３が構成されている。

図１に示すように、左右のＹ軸ベース３２の前面には、左右一対のＺ軸ガイド４１を介して、Ｚ軸ベース４２がそれぞれＺ方向に昇降可能に支持されている。これらＺ軸ベース４２は、Ｚ軸ガイド４１間に配設されて該第１のＺ軸ベース４２に螺合した状態で連結されたＺ方向に延びるボールねじ４３１と、ボールねじ４３１を回転駆動するモータ４３２とを備えたＺ軸送り手段４３により、Ｚ軸ガイド４１に沿って昇降させられる。右側のＺ軸ベース４２の下端には第１の切削手段５１が固定されており、左側のＺ軸ベース４２の下端には第２の切削手段５２が固定されている。

図２に示すように、右側（Ｙ２側）の第１の切削手段５１は、第１のスピンドル５１１と、第１のスピンドル５１１に支持され、該スピンドル５１１よって回転駆動される円板状の第１の切削ブレード５１２とを備えている。第１のスピンドル５１１は、直方体状のスピンドルハウジング５５内に、スピンドルシャフト５６と、該スピンドルシャフト５６を高速回転させるモータ（駆動源）５７が収容されたもので、スピンドルハウジング５５の先端開口から突出するスピンドルシャフト５６の先端に、第１の切削ブレード５１２が同心状に取り付けられている。

また、図２で左側（Ｙ１側）の第２の切削手段５２は第１の切削手段５１と同様の構成であって、直方体状のスピンドルハウジング５５内に、スピンドルシャフト５６と、該スピンドルシャフト５６を高速回転させるモータ（駆動源）５７が収容された第２のスピンドル５２１と、第２のスピンドル５２１のスピンドルシャフト５６の先端に取り付けられた第２の切削ブレード５２２とを備えた構成のものである。

第１および第２の切削手段５１，５２は、スピンドル５１１，５２１がＹ方向と平行、かつ互いに同軸的で、切削ブレード５１２，５２２が取り付けられた先端どうしが向かい合う状態に、各スピンドルハウジング５５が、各Ｚ軸ベース４２の下端にそれぞれ固定されている。第１および第２の切削手段５１，５２は、それぞれＹ軸ベース３２と一体にＹ方向に移動し、Ｙ方向に互いに接近したり離間したりし、また、Ｚ軸ベース４２と一体に昇降する。

第１および第２の切削手段５１，５２のスピンドルハウジング５５の先端には、回転する切削ブレード５１２，５２２によって跳ね上げられる切削液の周囲への飛散を押さえるブレードカバー６０が取り付けられている。図３に示すように（図３は第１の切削手段５１を示している）、ブレードカバー６０は、スピンドルハウジング５５の先端に固定されるベース部６１を有しており、このベース部６１に、切削ブレード５１２のＸ１側に固定された固定カバー６２と、切削ブレード５１２の上方およびＸ２側を覆う可動カバー６３が取り付けられている。可動カバー６３は、シリンダ装置６４によって切削加工時の状態（図３の状態）からＸ２方向に移動して切削ブレード５１２の着脱を可能とするようになされている。

固定カバー６２の切削ブレード５１２への対向面の下端部には、Ｙ方向に並ぶ複数の外周ノズル６２１（図３では１つしか見えない）が設けられており、これら外周ノズル６２１から、切削液が切削ブレード５１２に向けて噴出される。また、可動カバー６３には、先端部がＸ方向に延びる平行な２本の側方ノズル６３１が、切削ブレード５１２の両側に配設される状態に取り付けられており、これら側方ノズル６３１から切削液が切削ブレード５１２に向けて噴出される。固定カバー６２および可動カバー６３には、切削液の供給配管が接続される接続管６２２，６３２がそれぞれ取り付けられている。

また、スピンドルハウジング５５の前面（Ｘ１側の面）であってブレードカバー６０に近接する位置には、ワークの切削加工ラインを撮像する撮像手段７０が固定されている。切削加工装置１０においては、撮像手段７０で撮像された撮像に基づいて、第１および第２の切削ブレード５１２，５２２を切り込ませる切削加工ラインを位置決めするアライメントが行われる。

上記２つの切削手段５１，５２においては、第１の切削手段５１の第１のスピンドル５１１のモータ５７よりも、第２の切削手段５２の第２のスピンドル５２１のモータ５７の方が出力が大きいものとなっている。そして、このような出力の違いに応じて、出力の大きい方の第２の切削手段５２の切削ブレード５２２の径の方が第１の切削手段５１の切削ブレード５１２の径よりも大きいものとなっている。

各モータ５７の出力はワークに応じて任意に設定されるが、例えば、第１の切削手段５１のモータ５７の出力および回転数（rpm：revolution per minute）は「１．８Ｋｗ−６万回転」で第１の切削ブレード５１２の径は２インチ、第２の切削手段５２のモータ５７の出力および回転数は「２．２Ｋｗ−３万回転」で第２の切削ブレード５２２の径は３インチ、といったように設定される。なお、切削ブレードの厚さは、径が大きい方の第２の切削ブレード５２２の方が第１の切削ブレード５１２よりも厚い。

（２）切削加工装置の動作
次いで、上記切削加工装置１０によってワークを切削加工する動作を説明する。図４の符号１は、切削加工装置１０によって好適に切削加工される薄板状のワークの一例を示している。このワーク１は、全体が矩形状で、第１の層１Ａの表面側に第２の層１Ｂが積層して形成された二層構造となっているものである。ワーク１の各層１Ａ，１Ｂの硬さは異なっており、第２の層１Ｂの方が第１の層１Ａよりも硬い材質で形成されている。このようなワークとしては、例えば第１の層１Ａがシリコンで第２の層１Ｂが石英ガラスといった構造のものが挙げられる。

ワーク１の表面、すなわち第２の層１Ｂの表面には、格子状の分割予定ライン２が形成されることによって複数のチップ領域３が区画されている。切削加工装置１０では、分割予定ライン２に沿ってワーク１が切断されて複数のチップ領域３がチップとして分割される。ワーク１においては、硬い方の第２の層１Ｂは、切削加工装置１０における出力の大きい第２の切削手段５２で切断が可能であり、また、第２の層１Ｂよりも硬さが低い第１の層１Ａは、切削加工装置１０における出力の小さい第１の切削手段５１でも切断可能である。

図４に示すように、ワーク１は、環状のフレーム５の内側に粘着テープ６を介して一体に支持された状態で、切削加工装置１０に供給される。粘着テープ６は片面が粘着面とされたもので、その粘着面にフレーム５とワーク１の第１の層１Ａ側が貼り付けられる。フレーム５は、金属等の板材からなる剛性を有するものであり、このフレーム５を支持することにより、ワーク１が搬送される。

ワーク１は、次のようにして全ての分割予定ライン２が切断され、複数のチップ領域３がチップに分割される。はじめに、Ｘ軸ベース２２が図１でＸ１方向に移動してチャックテーブル２０が上記搬入／搬出位置に位置付けられる。そしてこのチャックテーブル２０に、オペレータによってワーク１をチャックテーブル２０に保持させる。チャックテーブル２０へのワーク１の保持は、チャックテーブル２０を真空運転して保持面２０１を負圧の状態とし、下側に配した粘着テープ６を保持面２０１に直接載置し、ワーク１の表面を上方に露出させる。これによりワーク１は粘着テープ６を介して保持面２０１に吸着、保持される。また、作動させたクランプ２５でフレーム５を保持する。

次に、Ｘ軸ベース２２が図１においてＸ２方向に移動してワーク１が加工位置に搬送され、位置付けられる。そしてこの加工位置において、撮像手段７０でワーク１の表面が撮像されて分割予定ライン２の位置が検出され、上記アライメントが行われる。続いて、アライメントに基づいて、まず出力の大きい第２の切削手段５２により、分割予定ライン２に沿って硬い方の第２の層１Ｂに切削加工を施す。すなわち、第２の切削ブレード５２２を分割予定ライン２に沿って第２の層１Ｂに切り込ませて、図５（ａ）に示すように、表面側の第２の層１Ｂの厚さに相当する深さの溝１ｂを分割予定ライン２に沿って形成する。なお、溝１ｂの深さは第２の層１Ｂを確実に切削するために第２の層１Ｂの厚さを僅かに超える程度が好ましい。

全ての分割予定ライン２に溝１ｂを形成したら、続いて、第２の切削手段５２よりも出力の小さい第１の切削手段５１の第１の切削ブレード５１２を溝１ｂに沿って第１の層１Ａに切り込ませて、図５（ｂ）に示すように第１の層１Ａの厚さを貫通するスリット１ａを形成してフルカットを行う。以上によりワーク１は分割予定ライン２に沿って複数のチップ領域３に分割される。

なお、第１および第２の切削手段５１，５２による分割予定ライン２の切削加工は、チャックテーブル２０を回転させてワーク１を自転させることにより分割予定ライン２をＸ方向と平行にし、Ｘ軸ベース２２とともにチャックテーブル２０をＸ方向に移動させながら、各Ｚ軸ベース４２を下降させて所定の加工高さ位置に位置付けた各切削ブレード５１２，５２２の下端の刃先を分割予定ライン２に切り込ませる加工送りをすることによってなされる。また、切断する分割予定ライン２の選択は、各Ｙ軸ベース３２をＹ方向に移動させる割り出し送りによってなされる。ワーク１の切削加工の際には、上記外周ノズル６２１および側方ノズル６３１から切削ブレード５１２，５２２に向け切削液が噴出されてワーク１の潤滑、冷却および清浄化等がなされる。

第１の切削手段５１によって全ての分割予定ライン２が切断されてワーク１が複数のチップ領域３に分割されたら、第１の切削手段５１が上方に退避し、チャックテーブル２０が搬入／搬出位置に戻って真空運転が停止し、クランプ２５によるフレーム５の保持が解除される。この後、ワーク１はオペレータによりチャックテーブル２０から取り上げられ、ピックアップ工程で各チップ領域３は粘着テープ６から剥離されて図６に示す第１の層１Ａと第２の層１Ｂを有するチップ３Ａとして得られる。

（３）切削加工装置の効果
本実施形態の切削加工装置１０によれば、搭載された２つの切削手段５１，５２は、スピンドル５１１，５２１の各モータ５７の出力が異なっており、出力が大きい方の第２の切削手段５２はワーク１の硬い方の第２の層１Ｂを切削加工するのに適合した出力を有しており、出力が小さい第１の切削手段５１はワーク１の硬さが低い方の第１の層１Ａを切削加工するのに必要な出力を有している。したがって、硬い方の第２の層１Ｂは第２の切削手段５２で切削加工し、硬さが低い第１の層１Ａは第１の切削手段５１で切削加工するといったように、出力の面で加工条件に適合するいずれかの切削手段５１（５２）を選択することにより、ワーク１の各層１Ａ，１Ｂを経済的に切削加工することができる。

例えば、出力の高い第２の切削手段５２のみが搭載されている切削加工装置でワーク１を切削加工して分割する場合には、第２の層１Ｂとともに第１の層１Ａも切削加工はできるが、第２の切削手段５２は第１の層１Ａを切削加工するには出力的に過剰な特性を有していることから、必要以上のエネルギーを消費することになる。また、切削手段が１つしか搭載されていない切削加工装置の場合には、第１の層１Ａと第２の層１Ｂとをそれぞれ切削加工するのに適合した出力を有するスピンドルが搭載された２台の切削加工装置を用意する必要がある。ところが、これでは装置が２台になるため不経済であるとともに、ワーク１を２台の装置にその都度セットしたり装置間を移動させたりせねばならないことから煩雑である。

しかしながら本実施形態の切削加工装置１０では、出力の面で加工条件の異なる被切削加工部分（硬さの異なる第１の層１Ａと第２の層１Ｂ）を有するワーク１に対し適切な出力で切削加工を施すことができるため、ワーク１を経済的に切削加工することが可能となっているわけである。

１…ワーク
１０…切削加工装置
２０…チャックテーブル（保持手段）
５１…第１の切削手段
５１１…第１のスピンドル
５１２…第１の切削ブレード
５２…第２の切削手段
５２１…第２のスピンドル
５２２…第２の切削ブレード
５７…モータ（駆動源）

Claims (1)

1. ワークを保持する保持手段と、
   該保持手段に保持されたワークを切削加工する第１の切削ブレードと、該第１の切削ブレードを回転可能に支持する駆動源を含む第１のスピンドルと、を有する第１の切削手段と、
   前記保持手段に保持されたワークを切削加工する第２の切削ブレードと、該第２の切削ブレードを回転可能に支持する駆動源を含む第２のスピンドルと、を有する第２の切削手段と、
   を有する切削加工装置であって、
   前記第１のスピンドルの駆動源よりも前記第２のスピンドルの駆動源の方が出力が大きく設定されているとともに、前記第１の切削ブレードよりも前記第２の切削ブレードの方が厚さが大きく設定されていることを特徴とする切削加工装置。

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