JP5700436B2

JP5700436B2 - 加工装置

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Publication number: JP5700436B2
Application number: JP2011127008A
Authority: JP
Inventors: 田中　誠; 田中　　誠; 圭吾吉田; 山田　清; 清山田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-06-07
Also published as: CN102814872B; JP2012250338A; CN102814872A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物に加工を施す切削装置、レーザ加工装置等の加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されてその表面に形成されたウエーハは、ダイシング装置（切削装置）又はレーザ加工装置によって分割予定ラインに沿っ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広く利用されている。

ダイシング装置又はレーザ加工装置等の加工装置は、半導体ウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物に加工を施す加工手段と、チャックテーブルに保持された被加工物を撮像する撮像手段と、チャックテーブルと加工手段とを相対的に加工送りする加工送り手段とを少なくとも備えている。

撮像手段は、一般的に、被加工物を撮像するカメラとカメラで撮像された像を拡大する顕微鏡を含んでおり、加工すべき領域である分割予定ラインを検出して高精度に切削ブレード又はレーザ加工ヘッドを加工すべき分割予定ラインに位置付けることができる。

従来の加工装置では、撮像手段で加工すべき分割予定ラインを検出してアライメントを遂行するために、チャックテーブルを停止して撮像手段で切削すべき領域を撮像するようにしていたため、アライメントの遂行に比較的時間がかかり、生産性が悪いという問題がある。

そこで、本願の出願人は、光源にストロボ光を採用し、撮像手段のＣＣＤカメラがストロボ光の照射に同期してウエーハの撮像領域を撮像するようにした撮像手段を特開２０１０−７６０５３号公報で提案した。この撮像手段を具備した切削装置によると、ウエーハが未だ移動中であっても静止画像を取得することができる。

特開２０１０−７６０５３号公報

特許文献１に開示された撮像手段では、ストロボ光はチャックテーブルに保持された被加工物に垂直に照射される。このように被加工物がストロボ光により垂直に照射されると、被加工物で反射された反射光の強度によって撮像手段で撮像された画像が不鮮明になることがあるという問題がある。

また、垂直照明では被加工物の撮像画像が不鮮明になる場合でも、カメラの光軸に対して傾斜した光を被加工物に照射すると鮮明な撮像画像が得られる場合があるにもかかわらず、従来の撮像手段では光の当て具合を被加工物に対応して適宜調整できないという問題がある。

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、チャックテーブルに保持された被加工物への照明光の当て具合を適宜調整可能な加工装置を提供することである。

本発明によると、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に加工を施す加工手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像する撮像手段と、該チャックテーブルと該加工手段とを相対的に加工送りする加工送り手段とを備えた加工装置であって、該撮像手段は、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像するカメラと、該カメラの光軸上に配設されたハーフミラーと、該ハーフミラーを介して該チャックテーブルに保持された被加工物を垂直照明する第１ストロボ光源と、該カメラの光軸を中心として一方の端面が該チャックテーブルに保持された被加工物に対面して環状に配設された複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの他方の端面に光を入射して該チャックテーブルに保持された被加工物をリング照明する第２ストロボ光源と、該第１ストロボ光源と該ハーフミラーとの間に配設された第１光量調整器と、該第２ストロボ光源と該複数の光ファイバの他方の端面との間に配設された第２光量調整器と、を含み、該第１光量調整器及び該第２光量調整器の各々は、回転軸を有する回転板と、該第１ストロボ光源又は該第２ストロボ光源から照射されるストロボ光を透過する該回転板に形成された開口部とを備え、該開口部は該回転軸の回転角度に応じて透過する光量が小から大に連続的に変化するように末広がりに形成されていることを特徴とする加工装置が提供される。

本発明の加工装置は、垂直照明とリング照明とを適宜選択して、又は両照明を複合して被加工物を照明する撮像手段を備えているので、被加工物に対する照明光の当て具合を被加工物に応じて最適に調整することができ、鮮明な撮像画像を得ることができる。

また、垂直照明とリング照明との光量を調整する光量調整器がそれぞれに対応して配設されているので、被加工物の撮像に適した光量を選択できる。特に、キセノンフラッシュの如く光の強さを調整できないストロボ光源を用いて撮像する場合には好都合である。

本発明実施形態の切削装置の概略構成図である。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斜視図である。分割予定ライン検出時の本発明実施形態の撮像ユニットの構成及びその作用を説明する模式図である。図４（Ａ）は光量調整器の斜視図、図４（Ｂ）はその正面図である。対物レンズユニットの底面図である。切削溝の状態確認時の本発明実施形態の撮像ユニットの作用を説明する模式図である。

以下、本発明実施形態に係る切削装置２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。

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（Ｘ軸送り手段）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２２を介してチャックテーブル２０が搭載されている。

チャックテーブル２０は多孔性セラミックス等から形成された吸着部（吸着チャック）２４を有している。チャックテーブル２０には図２に示す環状フレームＦをクランプする複数（本実施形態では４個）のクランパ２６が配設されている。

図２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多数のデバイス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、図１に示すクランパ２６により環状フレームＦをクランプすることにより、チャックテーブル２０上に支持固定される。

Ｘ軸送り機構１４は、ガイドレール６に沿って静止基台４上に配設されたスケール１６と、スケール１６のＸ座標値を読みとるＸ軸移動ブロック８の下面に配設された読み取りヘッド１８とを含んでいる。読み取りヘッド１８は切削装置２のコントローラに接続されている。

静止基台４上には更に、Ｙ軸方向に伸長する一対のガイドレール２８が固定されている。Ｙ軸移動ブロック３０は、ボール螺子３２及びパルスモータ３４とから構成されるＹ軸送り機構（割り出し送り機構）３６によりＹ軸方向に移動される。

Ｙ軸移動ブロック３０にはＺ軸方向に伸長する一対の（一本のみ図示）ガイドレール３８が形成されている。Ｚ軸移動ブロック４０は、図示しないボール螺子とパルスモータ４２から構成されるＺ軸送り機構４４によりＺ軸方向に移動される。

４６は切削ユニット（切削手段）であり、切削ユニット４６のスピンドルハウジング４８がＺ軸移動ブロック４０中に挿入されて支持されている。スピンドルハウジング４８中にはスピンドルが収容されて、エアベアリングにより回転可能に支持されている。スピンドルはスピンドルハウジング４８中に収容された図示しないモータにより回転駆動され、スピンドルの先端部には切削ブレード５０が着脱可能に装着されている。

スピンドルハウジング４８にはアライメントユニット（アライメント手段）５２が搭載されている。アライメントユニット５２はチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷを撮像する撮像ユニット（撮像手段）５４を有している。切削ブレード５０と撮像ユニット５４はＸ軸方向に整列して配置されている。

次に、図３を参照して、本発明実施形態に係る撮像ユニット５４の構成について説明する。撮像ユニット５４は撮像領域に対面する対物レンズアセンブリ７４を収容する枠体５６を有しており、枠体５６の先端部近傍には透明体から形成された隔壁５８が取り付けられている。

枠体５６の先端部と、隔壁５８と、チャックテーブル２０に保持されたウエーハＷにより仕切られた空間内に水充填室６０が画成される。枠体５６の先端５６ａとチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷとの間の間隔は約０．５〜１ｍｍ程度であるのが好ましい。ウエーハＷのカーフチェック時には、水充填室６０内には開閉弁６６及び水供給口６２を介して水源６４からの水が供給されて充填される。

対物レンズアセンブリ７４は、環状部材７６と、環状部材７６中に収容された対物レンズ７８を含んでおり、透明隔壁５８上に載置されている。図５に最もよく示されるように、環状部材７６には環状に配設された複数の貫通孔７７が形成されている。

１１０は複数の光ファイバ１１２から構成された光ファイバ束であり、各光ファイバ１１２の一端が貫通孔７７中に挿入されてチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷに対面するように配設されている。光ファイバ１１２の他端は透明ブロック１０８に接続されている。

本実施形態の撮像ユニット５４はストロボ光源の一種である二つのキセノンフラッシュ７０，９８を備えている。キセノンフラッシュ７０から出射されたストロボ光の一部はハーフミラー７２により反射されて、対物レンズ７８及び透明隔壁５８を介してチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷに照射される。

対物レンズ７８の光軸上にはストロボ光で照射されたウエーハＷを撮像するＣＣＤカメラ９４が配設されている。ＣＣＤカメラ９４で撮像された画像はモニタ９６上に表示される。

キセノンフラッシュ７０とハーフミラー７２との間には、キセノンフラッシュ７０から発せられた光の光量を調整する光量調整器８２が配設されている。光量調整器８２は、図４に示すように、パルスモータ８４と、パルスモータ８４に連結された回転軸８６と、回転軸８６の先端に固定された回転板８８とを含んでいる。

回転板８８には、キセノンフラッシュ７０から照射される光を透過する開口部（隙間部）９０が形成されており、開口部９０は回転軸８６の回転角度に応じて透過する光量を最小値と最大値の間で徐々に（連続的に）変化させるように末広がりに形成されている。即ち、開口部９０は幅の狭い一端９０ａから幅が広い他端９０ｂに渡りその幅が徐々に変化するように形成されている。

再び図３を参照すると、ＣＣＤカメラ９４はキセノンフラッシュ７０の発光に同期して、チャックテーブル２０に保持されたウエーハＷの撮像領域を撮像し、撮像された画像はモニタ９６上に表示される。キセノンフラッシュ７０、ＣＣＤカメラ９４及びパルスモータ８４は制御手段８０に接続されており、制御手段８０により制御される。

他のキセノンフラッシュ９８と光ファイバー束１１０が接続された透明ブロック１０８との間には、キセノンフラッシュ９８から発せられた光の光量を調整する光量調整器１００が配設されている。

光量調整器１００は図４に示された光量調整器８２と実質的に同一構造であり、パルスモータ１０２と、パルスモータ１０２に連結された回転軸１０４と、回転軸１０４の先端に固定された回転板１０６とを含んでいる。

回転板１０６には開口部が形成されており、回転軸１０４の回転角度に応じて開口部を透過する光量を最大値と最小値の間で変化させる開口部に配設された図４の回転板８８と同様な構成になっている。

キセノンフラッシュ９８が発光すると、光量調整器１００で最適な光量に調整された光が透明ブロック１０８に入射し、光ファイバ１１２を伝搬してリング状（環状）に配設された複数の貫通孔７７内に挿入された光ファイバ１１２の端面より、チャックテーブル２０に保持されたウエーハＷに向かってリング状に照明される。本明細書では、キセノンフラッシュ９８からの照明をリング照明と称することにする。一方、キセノンフラッシュ７０からの照明を垂直照明と称することにする。

ＣＣＤカメラ９４はキセノンフラッシュ９８の発光に同期して、チャックテーブル２０に保持されたウエーハＷの撮像領域を撮像し、撮像された画像はモニタ９６上に表示される。キセノンフラッシュ９８及びパルスモータ１０２は制御手段８０に接続されており、制御手段８０により制御される。

上述のように構成された撮像ユニット５４の作用について以下に説明する。まず、切削加工の対象となるウエーハＷをチャックテーブル２０により吸引保持し、Ｘ軸送り機構１４を駆動して撮像ユニット５４の直下にウエーハＷを位置付ける。

本実施形態の撮像ユニット５４では、ＣＣＤカメラ９４がキセノンフラッシュ７０，９８からのストロボ光の照射に同期してウエーハＷの撮像領域を撮像するため、ウエーハＷが未だ移動中であっても明瞭な静止画像を取得することができる。

撮像ユニット５４でウエーハＷの撮像領域を撮像する場合には、ウエーハＷの種類等に応じて垂直照明とリング照明とを適宜選択する。或いは、垂直照明とリング照明とを併用してウエーハＷを照明することができるので、光の当て具合をウエーハＷに対応して調整することができる。

キセノンフラッシュ７０を使用した垂直照明で撮像する場合には、まず光量調整器８２のパルスモータ８４を駆動して回転板８８を回転し、回転板８８の開口部９０を透過するキセノンフラッシュ７０からのストロボ光の光量が最適位置となる位置でパルスモータ８４の駆動を停止する。

最適位置の検出は、パルスモータ８４により開口部９０を有する回転板８８を回転させながらＣＣＤカメラ９４でウエーハＷを撮像し、その撮像画像をモニタ９６上で観察することにより決定する。

開口部９０を透過する光量が最適となる位置を検出して回転板８８を該位置で固定した後、アライメント工程を実施する。本実施形態のアライメント工程では、Ｘ軸送り機構１４でチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷをＸ軸方向に移動させながら、ウエーハＷのある点（これをＡ点とする）が撮像ユニット５４の直下にきた時点でキセノンフラッシュ７０を発光させてウエーハＷの撮像領域を照明する。

キセノンフラッシュ７０の発光と同期してＣＣＤカメラ９４でＡ点でのデバイスＤを撮像し、アライメントユニット５２に予め記憶されているターゲットパターンの画像と一致するターゲットパターンを検出し、Ａ点でのターゲットパターンの座標値をアライメントユニット５２のメモリに格納する。

次いで、チャックテーブル２０を移動してＡ点から離れたＢ点でＡ点で撮像したストリートＳ１と同一のストリートＳ１に隣接するデバイスＤを撮像し、同様な操作によりターゲットパターンを検出して、Ｂ点でのターゲットパターンの座標値をアライメントユニット５２のメモリに格納する。

次いで、Ａ点でのターゲットパターンの座標値とＢ点でのターゲットパターンの座標値を結んだ直線が、Ｘ軸方向と平行となる様にチャックテーブル２０を回転する。次いで、ターゲットパターンとストリートＳ１の中心線との距離分だけ切削ユニット４６をＹ軸方向に移動することにより、切削ブレード５０を切削すべきストリートＳ１に整列させるアライメントが達成される。

第１のストリートＳ１のアライメント実施後、チャックテーブル２４を９０度回転してから、ストリートＳ２についても同様な操作を実行して、第２のストリートＳ２のアライメントを遂行する。

アライメント遂行時には、チャックテーブル２０に保持されたウエーハＷには切削水又は切削屑等が付着していないので、水充填室６０内に水を供給する必要はない。本実施形態の撮像ユニット５４でのアライメント時の撮像では、キセノンフラッシュ７０からの照射に同期してＣＣＤカメラ９４でウエーハＷの切削すべき領域が撮像されるため、チャックテーブル２０に保持されたウエーハＷが撮像ユニット５４の下を移動中にも静止画像を撮像することができる。その結果、迅速にウエーハＷの撮像を行うことができ、アライメントにかかる時間を短縮することができる。

キセノンフラッシュ９８を使用したリング照明の場合にも、ＣＣＤカメラ９４がキセノンフラッシュ９８からのストロボ光の照射に同期して、リング状に照明されたウエーハＷの撮像領域を撮像するため、ウエーハＷが未だ移動中であっても明瞭な静止画像を取得することができる。

リング照明の場合にも、光量調整器１００で回転板１０６に装着された遮光板の最適セグメントを選択した後、アライメント工程を実施する。キセノンフラッシュ９８を使用したリング照明の場合もキセノンフラッシュ７０を使用した垂直照明と同様であるので、アライメント工程の詳細は省略する。

本実施形態の撮像ユニット５４では、キセノンフラッシュ７０を使用した垂直照明とキセノンフラッシュ９８を使用したリング照明とを適宜選択して、又は両者を併用してウエーハＷを照明することができるので、光の当て具合をウエーハＷの種類に対応して調整でき、モニタ９６上に鮮明な撮像画像を表示することができる。

アライメントが終了すると、チャックテーブル２０をＸ軸送り機構１４でＸ軸方向に加工送りしながら高速回転する切削ブレード５０を、ウエーハＷを通してダイシングテープＴまで所定量切り込ませることにより第１のストリートＳ１を切削する。

Ｙ軸送り機構３６を駆動して切削ブレード５０を割り出し送りしながら同一方向の全ての第１のストリートＳ１を切削する。次いで、チャックテーブル２０を９０度回転させて第１のストリートＳ１に直交する第２のストリートＳ２を切削する。

ウエーハＷの切削途中で切削溝の状態を確認したい場合、即ちカーフチェックを行いたい場合には、Ｘ軸送り機構１４を駆動してチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷを撮像ユニット５４の直下に位置付ける。

図６に示すように、開閉弁６６を開いて水充填室６０内に水を供給して、ウエーハＷに付着している切削屑及び／又は切削水を綺麗な水で洗い流す。水充填室６０内に常に水を供給しながらキセノンフラッシュ７０又はキセノンフラッシュ９８を発光してウエーハＷの撮像領域をストロボ光で照明する。

キセノンフラッシュ７０又はキセノンフラッシュ９８の発光に同期してＣＣＤカメラ９４で撮像されるため、チャックテーブル２０が未だ移動中であってもＣＣＤカメラ９４で綺麗な静止画像を撮像することができる。

ＣＣＤカメラ９４の出力はモニタ９６に入力され、モニタ９６上には撮像した切削溝１１４が表示される。オペレータはモニタ９６上の画像を見ながら切削溝１１４に発生するチッピング１１６等を観察することができ、切削溝１１４の状態を確認可能である。

切削溝１１４の両側に形成されたチッピング１１６の発生割合が多くなった場合には、切削ブレード５０に目詰まり等が生じていると判断し、オペレータは切削ブレード５０を新たな切削ブレードに交換する等の処置を実施する。

本実施形態の撮像ユニット５４でのアライメント時の撮像では、キセノンフラッシュ７０又はキセノンフラッシュ９８からのストロボ光の照射に同期してＣＣＤカメラ９４で適切な光量で照射された切削すべき領域を撮像するため、チャックテーブル２０に保持されたウエーハＷが撮像ユニット５４の下を移動中にも静止画像を撮像することができる。その結果、迅速にウエーハＷの撮像を行うことができ、アライメントにかかる時間を短縮することができる。

また、カーフチェックを行う場合には、水充填室６０内に水を供給しながらキセノンフラッシュ７０又はキセノンフラッシュ９８の発光に同期してＣＣＤカメラ９４で適切な光量で照射された撮像領域を撮像するため、チャックテーブル２０が未だ移動中であってもＣＣＤカメラ９４で静止画像を撮像することができる。よって、カーフチェックを迅速に行うことができ、カーフチェックを行っても生産性を低下させることが抑制される。

更に、本実施形態では、キセノンフラッシュ７０を使用した垂直照明とキセノンフラッシュ９８を使用したリング照明と適宜選択して、又は両者を併用してチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷを照明することができるので、光の当て具合をウエーハＷの種類に対応して調整でき、ＣＣＤカメラ９４で常に鮮明な画像を取得することができる。

上述した実施形態では、本発明の撮像ユニット５４を切削装置２に適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の切削ユニット５４はレーザ加工装置等の他の加工装置にも同様に適用することができる。

２切削装置
１４Ｘ軸送り機構
２０チャックテーブル
３６Ｙ軸送り機構
４４Ｚ軸送り機構
４６切削ユニット
５０切削ブレード
５２アライメントユニット
５４撮像ユニット
６０水充填室
６８対物レンズ
７０キセノンフラッシュ
７４対物レンズアセンブリ
７７貫通孔
７８対物レンズ
８２光量調整器
９４ＣＣＤカメラ
９６モニタ
９８キセノンフラッシュ
１００光量調整器
１１２光ファイバ

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に加工を施す加工手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像する撮像手段と、該チャックテーブルと該加工手段とを相対的に加工送りする加工送り手段とを備えた加工装置であって、
該撮像手段は、該チャックテーブルに保持された被加工物を撮像するカメラと、
該カメラの光軸上に配設されたハーフミラーと、
該ハーフミラーを介して該チャックテーブルに保持された被加工物を垂直照明する第１ストロボ光源と、
該カメラの光軸を中心として一方の端面が該チャックテーブルに保持された被加工物に対面して環状に配設された複数の光ファイバと、
該複数の光ファイバの他方の端面に光を入射して該チャックテーブルに保持された被加工物をリング照明する第２ストロボ光源と、
該第１ストロボ光源と該ハーフミラーとの間に配設された第１光量調整器と、
該第２ストロボ光源と該複数の光ファイバの他方の端面との間に配設された第２光量調整器と、を含み、
該第１光量調整器及び該第２光量調整器の各々は、回転軸を有する回転板と、該第１ストロボ光源又は該第２ストロボ光源から照射されるストロボ光を透過する該回転板に形成された開口部とを備え、
該開口部は該回転軸の回転角度に応じて透過する光量が小から大に連続的に変化するように末広がりに形成されていることを特徴とする加工装置。
該第１及び第２光量調整器は、該回転軸に連結されたパルスモータを更に含む請求項１記載の加工装置。