JP5636066B2 - ダイシング装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウェーハ、光学ガラス、電子部品等のダイシング工程において使用されるブレードの消耗状態を検出可能な、ダイシング装置に関する。

同一形状の複数の電子ディバイスあるいは光学ディバイスが2次元的に配置されて形成されたウェーハやプレートは、これらディバイスを個片化するためにダイシング工程に付される。通常これらウェーハやプレートなどの加工物はワークと総称される。

このダイシング工程において、ブレード刃先の正確な位置と寸法を検出することは、ダイシング加工時のディバイスへの負荷による劣化や不良を発生させないために非常に重要となる。

ブレード刃先の位置や寸法の検出には、従来、接触式検出方法か、非接触式検出方法が用いられてきた。接触式検出方法は、切削対象となるワークを載荷するステージとブレードとの間に電流を流し、ブレードをステージに接触させた際の接触抵抗の変化を検出してブレードの先端位置を検出する方法である。また、非接触式検出方法は、ブレードを挟む形で投光、受光のセンサを配しそのセンサが検出する位置の繰り返しを利用して、ブレードの先端位置を検出する方法である（例えば、特許文献1及び2参照）。これに基づいてブレードの送り量を制御するセットアップ作業が切削前に行われる。

更に、ダイシング装置では、ブレード破損時のウェーハ損傷を最小限にするため、切削中であっても刃こぼれ等の破損状態を観察するための機能を備えた切削加工装置も知られている（例えば、特許文献3参照）。

特開平５−５０３６２号公報 特開平５−５０３６３号公報 特開２０１０−１１４２５１号公報

しかしながら、接触式検出方法は、ダイシング加工に適するように目立てをされたブレード先端をステージに接触させるために、ブレード刃先の状態を劣化させる恐れがある。このため、非接触式検出方法が所望され、光学式センサを用いてブレード刃先の位置を検出する方法が提案された。

しかし、ブレードの刃先は被加工物（以下、ワークという）の加工中は常に切削水というブレード冷却水にさらされている。このため、光学式センサを用いる方法では、雫状に付着した切削水の影響で正しいブレード刃先の検出が行われなかったり、センサ部分の汚れで検出エラーを発生したりという問題に悩まされて来た。

また、ブレードの切り刃の消耗度合いや刃こぼれ等の破損状態を観察するための機能として備えられる光学的破損検出センサは、発光素子と受光素子とを対向配置して，発光素子と受光素子とを結ぶ光軸上に切削ブレードが位置するように設けられる。そして、この受光素子が受光する光量によって、切削ブレードの破損状態を検知する。しかし、発光素子の発光面や受光素子の受光面に水滴が付着していると、光が屈折・散乱し、切削ブレード破損検出の精度を低下させてしまう。したがって、破損検出センサの発光素子の発光面や受光素子の受光面にブレード冷却水等の水滴が付着しないようにすることが必要である。特許文献3に開示されている発明は、切削水を満たすことにより光が屈折・散乱を回避しようとした例であるが、例えば40,000rpmの高速で回転するブレードの周囲に安定して液体を満たすことは容易ではない。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、ブレード冷却水を受けることなく、ブレードの刃先の状態を容易に検出できるダイシング装置を提供することにある。

また、特許文献1及び2に開示されたブレード位置検出装置では、ブレードを照明する発光素子が受光素子と対向させて配置されており、ブレードを背面から照明する構成とされている。ブレードの形状をより見やすくするためには、発光素子と受光素子とを対向させて配置する手法では不十分な場合があり、ブレードを照明する発光素子の個数及び照明の当て方について工夫することによってブレードの形状をより見やすくすることが求められる。

上述した目的を達成するために、この発明のダイシング装置は、被加工物を保持する保持手段と、ブレードを回転させることにより、被加工物に切削加工を施す切削手段と、ブレードの回転軸に沿った方向に、ブレードから離間して設けられた撮像手段と、ブレードの、撮像手段側の面に、近接斜光照明又は同軸光照明を当てる照明手段とを備えて構成される。更に、好ましくは撮像手段とは反対側の面に、バックライト光を当てるバックライト照明手段か同軸光を反射するコーナープリズムや反射鏡（ミラー）を備えてもよい。

また、ブレードを照明する手段としてブレードを含む平面内で当該ブレードの回転軸に直交する方向から照明する垂直照明手段を備え、ブレードを含む平面内で当該ブレードの回転軸に直交する方向から撮像可能であるように、撮像手段をブレードから離間して設けてもよい。

この発明のダイシング装置によれば、撮像手段は、ブレードから離間して設けられているため、ブレード冷却水による撮像手段等のセンサの汚れが起こりにくく、検出エラーの発生を抑制することができる。

また、ブレードの刃先かブレード冷却水の雫状の付着かは、照射された光の反射光の撮像画像によって容易に判別できる。

また、この発明のダイシング装置によれば、従来の接触式検出方法と異なりブレードを投光、受光センサ間で移動させることなく、寸法と位置と形状が検出することもできる。

また、刃先の画像が得られることから、今までのセンサでは判別できなかったダイシング加工に適した刃先の状態になっているかどうかの判断ができる。

さらに、回転するブレードの画像を順次撮像し繋ぎ合せることで、ブレード外周を一周した画像が得られ、ブレード外周の平均的な位置や寸法だけでなく、外周の周期的変化量や個別箇所の状態を知ることが出来る。

取得したブレード刃先画像を記憶、保持しておくことで、加工に適した刃先状態の比較、再現をしやすくなり、安定したダイシング加工を行うことが出来る。

ダイシング加工に大きな影響を及ぼすブレード冷却水と切削水などとの関連付けが容易になり、ダイシング品質の向上が図れる。

この発明の第1の実施形態のダイシング装置の構成を示す概略的斜視図である。 この発明の第2の実施形態のダイシング装置の構成を示す概略的斜視図である。 この発明の実施形態のダイシング装置の撮像手段、照明手段、及びバックライト照明手段の配置関係の一例を示す図であり、ブレードの回転軸と直交する方向から見た正面図である。 この発明の実施形態のダイシング装置の撮像手段、近接斜光照明手段、同軸光照明手段、及びバックライト照明手段の配置関係の一例を示す図であり、台座の表面に対して垂直上方から見た上面図である。 この発明の実施形態のダイシング装置の撮像手段及び垂直照明手段の配置関係を示す図であり、台座の表面に対して垂直上方から見た上面図である。 ブレードの刃先を1周にわたって観察した一例についての説明に供する図である。 画像品質に与える照明の影響についての説明に供する図であり、バックライト照明手段のみを使って撮像した画像を示す図である。 画像品質に与える照明の影響についての説明に供する図であり、同軸光照明のみを使って撮像した画像を示す図である。 画像品質に与える照明の影響についての説明に供する図であり、近接斜光照明のみを使って撮像した画像を示す図である。 画像品質に与える照明の影響についての説明に供する図であり、バックライト照明手段及び近接斜光照明を使って撮像した画像を示す図である。

以下、図を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、図1〜図6の各図は、各構成要素を、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎず、以下に述べる課題についての説明に必要な範囲で構成要素を限定し、かつ各構成要素を簡略化して概念的に示した図であり、産業上利用されている現実の装置の形態を厳密に示すものではない。また、各図において同じ構成要素については同一の符号を付して示し、これらの機能等に関して、その重複する説明を省略することもある。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

＜第1の実施形態＞
ダイシング装置は、ブレードを半導体基板等のワークに対して相対的に、Y軸方向及びZ軸方向に移動させつつ高速回転させることにより、ワークを切削加工する装置である。この発明のダイシング装置は、ブレードの、撮像手段側の面に、近接斜光照明又は同軸光照明を当てる照明手段を備えていることを特徴とする。図1を参照して、第1の実施形態のダイシング装置の構成及びその動作について説明する。図1は、第1の実施形態のダイシング装置の概略的構成を示す図である。

ブレード22はスピンドル20の回転軸48に装着されており、このスピンドル20がスピンドル支持部材18-4に固定されている。スピンドル支持部材18-4はZ軸方向に移動するZ軸移動テーブル18-3に固定される。Z軸移動テーブル18-3はZ軸ガイド18-1に沿ってスライドさせることが可能な構成とされている。Z軸ボールネジ18-2によりZ軸移動テーブル18-3が精度良く移動することで、切り込み深さの精密な制御が実行される。

スピンドル20は、スピンドル保持機構30であるZ軸移動機構18とY軸移動機構14とを介して台座10に設置されており、このスピンドル保持機構30によって、スピンドル20をZ軸方向とY軸方向とに移動させることが可能な構成となっている。Z軸移動機構18は、Z軸ガイド18-1、Z軸ボールネジ18-2、Z軸移動テーブル18-3、及びスピンドル支持部材18-4によって構成されている。また、Y軸移動機構14は、Y軸ガイド14-1、Y軸ボールネジ14-2、Y軸移動テーブル14-3、及びY軸支持体14-4を備えて構成される。

一方、半導体基板等のワーク26はワークテーブル24に真空吸着法等の手法で載荷されており、このワークテーブル24はθ回転機構16の上部に固定されている。また、θ回転機構16はX軸移動機構12に固定され、このX軸移動機構12は台座10に固定されている。すなわち、ブレード22の回転軸と直交する方向であるX軸方向の移動を行うX軸移動機構12と、θ回転機構16とを備えてワークテーブル保持機構28が構成されている。そして、スピンドル保持機構30とワークテーブル保持機構28は、共通の台座10に固定されている。X軸移動機構12のX軸移動機構固定部としては、X軸ガイド12-1及びX軸ボールネジ12-2を備えて構成される。X軸移動機構12のX軸移動機構可動部は、ボールネジナット（図示を省略してある）及びX軸移動テーブル12-3を備えている。

第1の実施形態のダイシング装置には、ブレードの表面を撮像する撮像手段60がブレード22から離間して設けられている。また、ブレード22の、撮像手段60側の面に、近接斜光照明又は同軸光照明を当てる照明手段62が設けられている。更に、ブレード22の、撮像手段60とは反対側の面に、バックライト光を当てるバックライト照明手段64が設けられている。なお、特開2008-149388号公報に切削工具の状況を認識する受光端部を有し、この受光端部を介して状況を光学的に認識する認識手段が設けられている切削加工装置が開示されているが、この切削加工装置は、近接斜光照明を実装させることには不向きな構成である。

撮像手段60は、投影レンズ60-1とフォトセンサ60-2を備えている。照明手段62は、LED(Light Emitting Diode)光源62-2と、コリメータレンズ62-1を備え、バックライト照明手段64も同様に、LED光源64-2と、コリメータレンズ64-1を備えている。

投影レンズ60-1はフォトセンサ60-2にブレード22の像が形成されるように、コリメータレンズ62-1はLED光源62-2がブレード22に均一にあたるように、コリメータレンズ64-1はLED光源64-2がブレード22の後方から均一に当たるように、それぞれ調整される。

＜第2の実施形態＞
図2を参照して、第2の実施形態のダイシング装置の構成及びその動作について説明する。図2は、第2の実施形態のダイシング装置の概略的構成を示す図である。第2の実施形態のダイシング装置の特徴は、ワークテーブル保持機構44側に、Y軸移動機構14、Z軸移動機構34、X軸移動機構12、及びθ回転機構16を備える構成とされている点にある。

X軸移動機構12のX軸移動機構固定部としては、X軸ガイド12-1及びX軸ボールネジ12-2を備えて構成される。X軸移動機構12のX軸移動機構可動部は、ボールネジナット（図示を省略してある）及びX軸移動テーブル12-3、X軸支持体12-4を備えている。また、Y軸移動機構14は、Y軸ガイド14-1、Y軸ボールネジ14-2、及びY軸移動テーブル14-3を備えて構成される。

すなわち、第2の実施形態のダイシング装置は、スピンドル保持機構46側には移動機構を設けず、スピンドル保持機構46は台座10に固定されたままの状態が維持される構成とされている。

ブレード22は、スピンドル20の回転軸48に装着されており、このスピンドル20がスピンドル支持部材36に固定されている。スピンドル支持部材36にはスピンドル固定台38が強固に固定されている。スピンドル固定台38には移動機構が設けられておらず、直接台座10に固定されている。すなわち、スピンドル保持機構46は、スピンドル支持部材36とスピンドル固定台38とによって構成されている。

一方、半導体基板等のワーク26はワークテーブル24に、従来装置と同様に真空吸着法等の手法で載荷されている。このワークテーブル24は、X軸移動機構12とY軸移動機構14とが組み合わせられたX-Y移動機構52と、X-Y移動機構52上にZ軸移動機構34内にθ回転機構16を取り囲んで設置して一体化構成されたZ軸-θ軸機構50の上に固定されている。すなわち、X-Y移動機構52及びZ軸-θ軸機構50を備えてワークテーブル保持機構44が形成されている。

スピンドル固定台38に移動機構が設けられておらず、直接台座10に固定する構成とされていることによって、ブレード22に対して、撮像手段60、照明手段62、及びバックライト照明手段64を台座10上の一定位置に固定しておくことが可能となる。上述の第1の実施の形態のダイシング装置にあっては、ブレード22が台座10に対してY方向及びZ方向に移動できる構成とされているので、ブレード22の位置に応じて撮像手段60、照明手段62、及びバックライト照明手段64を適切な位置に移動させる必要があった。第2の実施の形態のダイシング装置にあっては、撮像手段60、照明手段62、及びバックライト照明手段64が台座10上の一定位置に固定されているので、ブレード22のブレード刃先の正確な位置と寸法を検出する工程において、いちいち撮像手段60、照明手段62、及びバックライト照明手段64の位置を調整する手数を省くことができる。

＜撮像手段、照明手段、バックライト照明手段、及び垂直照明手段＞
図3及び図4を参照して、この発明の実施形態のダイシング装置における、ブレード22に対する撮像手段60、照明手段62、及びバックライト照明手段64と、ワークテーブル24との配置関係の一例について説明する。

図3及び図4は、この発明の実施形態のダイシング装置の撮像手段60、照明手段62(近接斜光照明手段66あるいは同軸光照明手段68)、及びバックライト照明手段64の配置関係の一例を示す。図3はブレード22の回転軸と直交する方向から見た正面図であり、図4はこの発明の実施形態のダイシング装置の台座10の表面に対して垂直上方から見た上面図である。図4にあっては、照明手段62として、近接斜光照明手段66及び同軸光照明手段68の両方の手段について合わせて示してある。近接斜光照明手段66は、コリメータレンズ66-1、LED光源66-2、及びLED駆動回路66-3を備えている。同軸光照明手段68は、コリメータレンズ68-1、LED光源68-2、及びLED駆動回路68-3を備えている。

図3に示すように、照明手段62は、ブレード22のブレード刃先を撮像手段60側の面を照明できる位置に設定する。また、図4に示すように、照明手段62として同軸光照明手段68を採用する場合は、照明光の進行方向がブレード22の回転軸と平行になるように配置する。一方、照明手段62として近接斜光照明手段66を採用する場合は、照明光の進行方向がブレード22の回転軸と非平行となるように配置する。

撮像手段60、照明手段62（近接斜光照明手段66及び同軸光照明手段68）、及びバックライト照明手段64の具体的な一例を、図4を参照して説明する。図4に示すように、撮像手段60をブレード22に対して半透鏡70を挟んで垂直方向から撮像できるように配置し、同軸光照明手段68からの照明光は半透鏡70によって反射されてブレード22に垂直方向から照明されるように配置すればよい。また、近接斜光照明手段66からの照明光は、図4示すように斜め方向からブレード22に照射されるように配置すればよい。

また、ブレード22の撮像手段60とは反対側の面にバックライト光を当てるバックライト照明手段64は、照明光の進行方向を照明手段62の照明光の進行方向とは逆方向となるように配置する。バックライト照明手段64からの照明光の進行方向は、ブレード22の回転軸と平行となるように設定してもよく、また非平行となるように設定してもよい。また、図4に示すように、バックライト照明手段64は、コリメータレンズ64-1、LED光源64-2、及びLED駆動回路64-3を備えている。

照明手段62として近接斜光照明手段66と同軸光照明手段68の両方を備えても、あるいはいずれか一方のみを備えてもよい。また、照明手段62に加えてバックライト照明手段64を備える構成としても、あるいはバックライト照明手段64のみを備える構成としてもよい。

撮像手段60、照明手段62、及びバックライト照明手段64の光軸は全てが同一平面に含まれた構成とすることができるが、必ずしもこれらの光軸が同一平面に含まれるように構成する必要はない。ただし、撮像手段60、照明手段62、及びバックライト照明手段64の光軸は、ブレード22の刃先の位置Pに向かうように設定する。

図4に示すように、撮像手段60は、例えば、視野が1.6 mm×1.2 mmの4倍の像側テレセントリック顕微鏡と、パーソナルコンピュータに接続しリアルタイム画像転送の可能なUSB(Universal Serial Bus)等のインターフェイスを持ったカメラ（USBカメラ）など小型のカラーカメラを備えて構成される。この撮像手段60は、ブレード22から離間して設けられ。このため、ブレード冷却水による撮像手段等のセンサの汚れが起こりにくい。従って、検出エラーの発生を抑制することができる。USBカメラが取得した画像データは、画像処理手段60-3に送られる。

図5に示すように、この撮像手段60を、ブレード22を含む平面内で当該ブレード22の回転軸に直交する方向から撮像可能であるように、ミラー76を用いてブレード22から離間して設ける構成とすることもできる。そして、垂直照明手段72を、ブレード22を含む平面内で当該ブレード22の回転軸に直交する方向から照明を当てる構成とすることもできる。垂直照明手段72は、コリメータレンズ72-1、LED光源72-2、及びLED駆動回路72-3を備えている。このような構成とすることによって、ブレード22を、ブレード22を含む平面内で当該ブレード22の回転軸に直交する方向から観察することができる。この場合、半透鏡70を、例えば、垂直照明手段72の照明光を反射させてブレード22に当たるよう、かつブレード22の画像を透過させて撮像手段60に導くように配置すればよい。また、ミラー76を、照明光及び画像を反射させるように配置すればよい。なお、ミラー76は垂直照明手段72の照明光及びブレードの画像の光路を所望の光路に変更する機能をもてば良く、プリズムなどを用いても良い。

画像処理手段60-3は、パーソナルコンピュータ等を用いて構成することができ、画像データをRAM(Random Access Memory)等の記憶手段に格納したり、液晶ディスプレイなどの表示手段に表示したりする。

また、この発明のダイシング装置の照明手段62あるいはバックライト照明手段64として、例えば、台座10、ワークテーブル24などにLEDを設け、このLEDによる同軸光照明、近接斜光照明あるいはバックライト照明を利用することができる。あるいは、近接斜光照明として、テレセントリック顕微鏡の同軸光照明を利用しても良い。

＜ブレードの刃先の観察＞
ブレードの刃先を一周にわたって観測することについて説明する。ブレード22の円周に沿って形成されている刃先は、ブレード22が回転することによって時々刻々とその一部分が順次図4に示すPに示す撮像される位置にくる。すなわち、ある一瞬において、Pに示す位置を撮像すれば、ブレードの刃先の一部が撮像される。従って、照明手段62あるいはバックライト照明手段64の発光の瞬間と撮像手段60の撮像の瞬間とを、撮像する順序に従って回転角度が少しずつ変化するように同期させてブレード22の刃先の一部を連続して撮影すれば、ブレードの刃先を一周にわたって観測することができる。

図6を参照して、ブレードの刃先を1周（360°）にわたって観察した一例について説明する。図6(A)はブレード22の撮像範囲74を示す図である。図6(B)はブレードの刃先を1周にわたって撮影した画像の一例であり、横軸に回転角度を目盛って示してあり、角度に応じた位置の刃先の画像を示している。図6(A)に示すようにブレード22は、薄い基板にダイヤモンド砥粒をボンド材で付着させた薄い切刃22-1を切刃固定部材22-2ではさんで固定されて構成されている。図6(B)に示す画像は薄い切刃22-1のエッジ部分を示している。ブレード22を照らす照明の発光の瞬間と撮像の瞬間とを同期させて複数枚の写真を取り、これらの写真をつなぎ合わせれば、図6(B)に示すようなブレードの刃先の1周にわたる画像が得られる。図6(B)に示す画像を観察することによって、ブレードの刃先の破損状態等を知ることが可能となる。

次に、ブレードの刃先の観察に当たって、撮像手段60、照明手段62（近接斜光照明手段66、同軸光照明手段68）及びバックライト照明手段64の使い方によってその得られる画像の品質がどのようになるかにつき、図7〜図10を参照して説明する。図7〜図10はそれぞれブレードの刃先の一部分であって刃先の欠けた部分を撮像したものであり、図7はバックライト照明手段のみを使って撮像した画像、図8は同軸光照明のみを使って撮像した画像、図9は近接斜光照明のみを使って撮像した画像、図10はバックライト照明及び近接斜光照明を使って撮像した画像を示す。

いずれの場合も、幅1.4 mm、深さ0.8 mmのブレードの欠けを認識できるが、近接斜光照明を用いると、エッジ部分の再現性に優れる。ブレードの撮像手段とは反対側の面にバックライト光を当てるバックライト照明手段を設けて撮影してもエッジ部分が明瞭に観察される。バックライト照明手段としては、例えば、任意好適なLED照明を用いることができる。あるいは、バックライト照明手段として、近接斜光照明や同軸光照明を反射させるコーナープリズムや反射鏡（ミラー）を用いても良い。しかしながら、近接斜光照明と併せてバックライト照明を用いると、図10に示すようにエッジの形状の再現性が良く、更にブレードに使用される数μmのダイヤモンド砥粒の状態を反映したブレードの表面状態もよくわかる。

視野が1.6 mm×1.2 mmの4倍の像側テレセントリック顕微鏡と、パーソナルコンピュータに接続しリアルタイム画像転送の可能なUSB(Universal Serial Bus)等のインターフェイスを持った小型のカラーカメラ（USBカメラ）500万画素(水平方向に2560画素、垂直方向に1920画素(2560Hx1920V))を用いた場合、一画素は0.625μm×0.625μm相当となり、数μmの繰り返しを要求されるブレードの刃先管理に十分な性能が得られる。また、ブレードに使用される数μmのダイヤモンド砥粒の状態観察においても利用が可能となり、ブレードの定量的、視覚的管理が可能となる。

10：台座
12：X軸移動機構
12-1：X軸ガイド
12-2：X軸ボールネジ
12-3：X軸移動テーブル
12-4：X軸支持体
14：Y軸移動機構
14-1：Y軸ガイド
14-2：Y軸ボールネジ
14-3：Y軸移動テーブル
14-4：Y軸支持体
16：θ回転機構
18、34：Z軸移動機構
18-1：Z軸ガイド
18-2：Z軸ボールネジ
18-3：Z軸移動テーブル
18-4、36：スピンドル支持部材
20：スピンドル
22：ブレード
24：ワークテーブル
26：ワーク
28、44：ワークテーブル保持機構
30、46：スピンドル保持機構
38：スピンドル固定台
48：回転軸
50：Z軸-θ軸機構
52：X-Y移動機構
60：撮像手段
60-1：投影レンズ
60-2：フォトセンサ
60-3：画像処理手段
62：照明手段
62-1、64-1、66-1、68-1、72-1：コリメータレンズ
62-2、64-2、66-2、68-2、72-2：LED光源
64：バックライト照明手段
64-3、66-3、68-3、72-3：LED駆動回路
66：近接斜光照明手段
68：同軸光照明手段
70：半透鏡
72：垂直照明手段
74：撮像範囲
76：ミラー

Claims (3)

1. 被加工物を保持する保持手段と、
   ブレードを回転させることにより、前記被加工物に切削加工を施す切削手段と、
   前記ブレードの回転軸に沿った方向に、前記ブレードから離間して設けられた当該ブレードを撮像する撮像手段と、
   前記ブレードの近傍に設けられていて、前記ブレードの、前記撮像手段側の面に、近接斜光照明を当てる照明手段と、
   前記ブレードの、前記撮像手段とは反対側の面に、バックライト光を当てるバックライト照明手段と
   を備えることを特徴とするダイシング装置。
2. 前記撮像手段が撮像して得られた画像データに基づいて、前記ブレードの刃先位置を表示する画像処理手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のダイシング装置。
3. 前記画像処理手段が、前記ブレードの刃先状態を表示することを特徴とする請求項２に記載のダイシング装置。