JP5758111B2 - 切削装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を切削する切削装置に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にIC、LSI等のデバイスを形成する。このように形成された半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと呼ばれている切削装置によって行われている。この切削装置は、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、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備えた切削手段と、チャックテーブルと切削手段を切削送り方向に相対的に移動せしめる切削送り手段と、チャックテーブルと切削手段を切削送り方向と直交する割り出し送り方向に相対的に移動せしめる割り出し送り手段とを具備している。このような切削装置においては、切削ブレードを20000〜40000rpmの回転速度で回転し、切削ブレードによる切削加工部に切削水を供給しつつ切削することにより、加工点における面焼けや切断されたデバイスの壁面にチッピングが発生するのを防止している。
上述したように切削に寄与した切削水には切削屑が混入しており、この切削屑が混入している切削水がウエーハの表面を流動し、切削ブレードによって切削された切削溝の両側のデバイス面に切削屑が付着してウエーハを汚染するという問題がある。特に、CCDのように光を取り込む光デバイスの場合には、僅かな汚れでも著しく品質が低下する。また、切削水が十分供給されても切削ブレードが目詰まりして切削溝の両側に欠けを生じさせるという問題がある。
切削ブレードによって切削された切削溝の両側のデバイス面に切削屑が付着するのを防止するために、ウエーハの表面に超音波振動を付与した純水を流しながら切削ブレードによってウエーハを切削する方法が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)
特開昭62−9914号公報
而して、上記特許文献1に記載された切削方法は、超音波振動が付与された純水を供給するため、切削ブレードによって切削された切削溝の内部に侵入した切削水の流動性が十分でなく、必ずしも満足しえるものではない。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、切削ブレードによる切削加工部に供給された切削水の流動性を良好にすることにより、ウエーハ等の被加工物の切断面および表面に切削屑を付着させることなく切削することができる切削装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、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ための切削ブレードを備えた切削手段と、該切削ブレードによる切削加工部に切削水を供給する切削水供給手段と、を具備する切削装置において、
該切削ブレードを挟んで両側に該チャックテーブルに保持された被加工物の上面との間に切削水の層を形成する隙間を設けて配設された振動プレートと、該振動プレートに超音波振動を付与する超音波振動子とを備えた超音波生成手段を具備し、
該切削ブレードによる被加工物の切削加工中に、超音波生成手段を作動させて被加工物の上面と該振動プレートとの間に形成された切削水の層に超音波振動を付与する、
ことを特徴とする切削装置が提供される。
上記切削水供給手段は切削ブレードの両側から切削水を供給する第1のノズルおよび第2のノズルを備えており、上記超音波生成手段を構成する該振動プレートは第1のノズルと被加工物の上面および該第2のノズルと被加工物の上面との間にそれぞれ配設される。
本発明による切削装置は、切削ブレードを挟んで両側にチャックテーブルに保持された被加工物の上面との間に切削水の層を形成する隙間を設けて配設された振動プレートと、該振動プレートに超音波振動を付与する超音波振動子とを備えた超音波生成手段を具備し、切削ブレードによる被加工物の切削加工中に、超音波生成手段を作動させて被加工物の上面と振動プレートとの間に形成された切削水の層に超音波振動を付与するので、この超音波振動が切削ブレードによる切削加工部に供給された切削水に伝播する。この結果、切削ブレードによって切削された切削溝の内部に侵入した切削水の流動性も良好となり、切削屑が切削溝の壁面に付着することが抑制されるとともに表面に切削屑が付着するのを防止できる。また、切削ブレードによって切削された切削溝の内部に侵入した切削水の流動性が良好となるので、切削ブレードの目詰まりが抑制され、切削溝の壁面に発生する欠けが減少する。
本発明に従って構成された切削装置の斜視図。 図1に示す切削装置に装備される切削手段および切削水供給手段の要部を分解して示す斜視図。 図1に示す切削装置に装備される切削ブレードと切削水供給手段の第1のノズルおよび第2のノズルと超音波生成手段の位置関係を示す正面図。 図1に示す切削装置によって実施する切削工程の説明図。 図4に示す切削工程における切削ブレードと切削水供給手段の第1のノズルおよび第2のノズルと超音波生成手段の正面図。 図1に示す切削装置に装備される超音波生成手段の他の実施形態を示すもので、切削装置に装備される切削ブレードと切削水供給手段の第1のノズルおよび第2のノズルとの位置関係を示す正面図。
以下、本発明によって構成された切削装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図1には、本発明によって構成された切削装置の斜視図が示されている。図1に示す切削装置は、略直方体状の装置ハウジング2を具備している。この装置ハウジング2内には、被加工物を保持するチャックテーブル3が切削送り方向である矢印Xで示す方向(X軸方向)に移動可能に配設されている。チャックテーブル3は、吸着チャック支持台31と、該吸着チャック支持台31上に配設された吸着チャック32を具備しており、該吸着チャック32の上面である保持面上に被加工物を図示しない吸引手段を作動することによって吸引保持するようになっている。また、チャックテーブル3は、図示しない回転機構によって回転可能に構成されている。なお、チャックテーブル3には、被加工物として後述するウエーハをダイシングテープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ33が配設されている。このように構成されたチャックテーブル3は、図示しない切削送り手段によって、矢印Xで示す切削送り方向(X軸方向)に移動せしめられるようになっている。
図1に示す切削装置は、切削手段としてのスピンドルユニット4を具備している。スピンドルユニット4は、切削送り方向(X軸方向)と直交する矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に沿って配設されている。スピンドルユニット4は、図示しない割り出し送り手段によって割り出し送り方向(Y軸方向)に移動せしめられるとともに、図示しない切り込み送り手段によって図1において矢印Zで示す切り込み送り方向(Z軸方向)に移動せしめられるようになっている。このスピンドルユニット4は、図示しない移動基台に装着され割り出し方向(Y軸方向)および切り込み方向(Z軸方向)に移動調整されるスピンドルハウジング41と、該スピンドルハウジング41に回転自在に支持された回転スピンドル42と、該回転スピンドル42の前端部に装着された切削ブレード43とを具備している。回転スピンドル42は、図示しないサーボモータによって回転せしめられるように構成されている。上記切削ブレード43は、例えば図2に示すようにアルミニウムによって形成された円盤状の基台431と、該基台431の外周部側面にダイヤモンド砥粒をニッケルメッキで固めて厚さが15〜30μmに形成された環状の切刃432からなっている。
上記スピンドルハウジング41の前端部には、切削ブレード43の上半部を覆うブレードカバー44が取り付けられている。ブレードカバー44は、図示の実施形態においてはスピンドルハウジング41に装着された第1のカバー部材441と、該第1のカバー部材441に装着される第2のカバー部材442とからなっている。第1のカバー部材441の側面には雌ネジ穴441aと2個の位置決めピン441bが設けられており、第2のカバー部材442には上記雌ネジ穴441aと対応する位置に挿通穴442aが設けられている。また、第2のカバー部材442の第1のカバー部材441と対向する面には、上記2個の位置決めピン441bが嵌合する図示しない2個の凹部が形成されている。このように構成された第1のカバー部材441と第2のカバー部材442は、第2のカバー部材442に形成された図示しない2個の凹部を第1のカバー部材441に設けられた2個の位置決めピン441bに嵌合することによって位置決めする。そして、締結ボルト443を第2のカバー部材442の挿通穴442aに挿通し、第1のカバー部材441に設けられた雌ネジ穴441aと螺合することにより、第2のカバー部材442を第1のカバー部材441に装着する。
図2を参照して説明を続けると、図示の実施形態における切削装置は、上記切削ブレード43の環状の切刃432による切削加工部に切削水を供給する切削水供給手段5を具備している。この切削水供給手段5は、上記ブレードカバー44を構成する第1のカバー部材441および第2のカバー部材442に配設された第1の切削水供給管511および第2の切削水供給管512と、該第1の切削水供給管511および第2の切削水供給管512に切削水を送給する切削水送給手段52と、上記第1の切削水供給管511および第2の切削水供給管512にそれぞれ接続された第1のノズル531および第2のノズル532を具備している。
第1の切削水供給管511および第2の切削水供給管512は、それぞれ上記ブレードカバー44を構成する第1のカバー部材441および第2のカバー部材442に配設されており、その上端が切削水送給手段52に接続され、その下端にはそれぞれ第1のノズル531および第2のノズル532が接続される。上記切削水送給手段52は、切削水供給源521と、該切削水供給源521と上記切削水供給管511、512とを接続する切削水送給管522と、該切削水送給管522に配設された電磁開閉弁523とからなっている。このように構成された切削水送給手段52は、電磁開閉弁523が除勢(OFF)され閉路している状態では切削水供給源521と第1の切削水供給管511および第2の切削水供給管512との連通が遮断されており、電磁開閉弁523が附勢(ON)され開路すると切削水供給源521と第1の切削水供給管511および第2の切削水供給管512が切削水送給管522を介して連通せしめられる。
上記第1のノズル531および第2のノズル532は、パイプ材によって形成され、図3に示すように切削ブレード43の環状の切刃432を挟んで両側に図3において紙面に垂直な切削送り方向(X軸方向)に沿って配設されている。このパイプ材からなる第1のノズル531および第2のノズル532は、それぞれ先端が閉塞され、切削ブレード43の環状の切刃432による切削加工部に向けて切削水を噴射する複数の第1の噴口531aおよび第2の噴口532aが設けられている。
図2および図3を参照して説明を続けると、図示の実施形態における切削装置は、上記切削水供給手段5の第1のノズル531および第2のノズル532から供給された切削水に超音波振動を付与する超音波生成手段6を具備している。超音波生成手段6は、図示の実施形態においては上記第1のカバー部材441と第2のカバー部材442にそれぞれ装着されており、切削ブレード43の環状の切刃432を挟んで両側に配設された振動プレート61、61と、該振動プレート61、61に超音波振動を付与する超音波振動子62、62と、該超音波振動子62、62を支持し上記第1のカバー部材441と第2のカバー部材442にそれぞれ装着する取り付け部材63、63とからなっている。振動プレート61、61は、薄板状のプレートからなり、それぞれ第1のノズル531と第2のノズル532の下側に下面がチャックテーブル3の保持面〈上面〉と平行に配設され、チャックテーブル3に保持される被加工物Wの上面との間に切削水の層を形成する隙間S(1〜2mm)が設けられている。超音波振動子62、62は、それぞれ下面が振動プレート61、61の上面に接着剤によって装着され、上面が取り付け部材63、63に接着剤によって装着されている。以上のように構成された超音波生成手段6は、超音波振動子62、62が高周波交流電力を供給する図示しない電力供給手段に接続されている。
図1に戻って説明を続けると、図示の実施形態における切削装置は、上記チャックテーブル3上に保持された被加工物の表面を撮像し、上記切削ブレード43によって切削すべき領域を検出するための撮像手段7を具備している。この撮像手段7は、顕微鏡やCCDカメラ等の光学手段からなっている。また、切削装置は、撮像手段7によって撮像された画像を表示する表示手段8を具備している。
上記装置ハウジング2におけるカセット載置領域9aには、被加工物を収容するカセットを載置するカセット載置テーブル9が配設されている。このカセット載置テーブル9は、図示しない昇降手段によって上下方向に移動可能に構成されている。カセット載置テーブル9上には、被加工物としての半導体ウエーハ10を収容するカセット11が載置される。カセット11に収容される半導体ウエーハ10は、表面に格子状のストリートが形成されており、この格子状のストリートによって区画された複数の矩形領域にIC、LSI等のデバイスが形成されている。このように形成された半導体ウエーハ10は、環状の支持フレームFに装着されたダイシングテープTの表面に裏面が貼着された状態でカセット11に収容される。
また、図示の実施形態における切削装置は、カセット載置テーブル9上に載置されたカセット11に収容されている半導体ウエーハ10(環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持されている状態)を仮置きテーブル12に搬出する搬出・搬入手段13と、仮置きテーブル12に搬出された半導体ウエーハ10を上記チャックテーブル3上に搬送する第1の搬送手段14と、チャックテーブル3上で切削加工された半導体ウエーハ10を洗浄する洗浄手段15と、チャックテーブル3上で切削加工された半導体ウエーハ10を洗浄手段15へ搬送する第2の搬送手段16を具備している。
次に、上述した切削装置を用いて半導体ウエーハ10を所定のストリートに沿って切断する切削作業について説明する。
カセット載置テーブル9上に載置されたカセット11の所定位置に収容されている半導体ウエーハ10(環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持されている状態)は、図示しない昇降手段によってカセット載置テーブル9が上下動することにより搬出位置に位置付けられる。次に、搬出・搬入手段13が進退作動して搬出位置に位置付けられた半導体ウエーハ10を仮置きテーブル12上に搬出する。仮置きテーブル12に搬出された半導体ウエーハ10は、第1の搬送手段14の旋回動作によって上記チャックテーブル3上に搬送される。
チャックテーブル3上に半導体ウエーハ10が載置されたならば、図示しない吸引手段が作動して半導体ウエーハ10をチャックテーブル3上に吸引保持する。また、半導体ウエーハ10をダイシングテープTを介して支持する環状のフレームFは、上記クランプ33によって固定される。このようにして半導体ウエーハ10を吸引保持したチャックテーブル3は、撮像手段7の直下まで移動せしめられる。チャックテーブル3が撮像手段7の直下に位置付けられると、撮像手段7によって半導体ウエーハ10に形成されているストリートを検出するとともに、スピンドルユニット4を割り出し方向である矢印Y方向に移動調整してストリートと切削ブレード43との精密位置合わせ作業を実施する(アライメント工程)。
上述したようにアライメント工程が実施されたならば、チャックテーブル3を切削作業領域に移動し、図4の(a)に示すように所定のストリートの一端を切削ブレード43の直下より図4の(a)において僅かに右側に位置付ける。次に、切削ブレード43を矢印43aで示す方向に回転するとともに、図示しない切り込み送り手段を作動して切削ブレード43を2点鎖線で示す退避位置から矢印Z1で示す方向に所定量切り込み送りする。なお、上記切り込み送り量は、切削ブレード43の環状の切れ刃432がダイシングテープTに達する位置に設定されている。そして、図示しない切削送り手段を作動してチャックテーブル3を図4の(a)において矢印X1で示す方向に所定の切削送り速度で移動し、チャックテーブル3に保持された半導体ウエーハ10の所定のストリートの他端が図4の(b)に示すように切削ブレード43の直下より僅かに左側に達したら、チャックテーブル3の移動を停止するとともに、切削ブレード43を矢印Z2で示す方向に2点鎖線で示す退避位置まで上昇せしめる。この結果、半導体ウエーハ10は、所定のストリートに沿って切断される(切削工程)。
上述した切削工程を実施する際には、上記切削水供給手段5を構成する切削水送給手段52の電磁開閉弁523が附勢(ON)される。従って、上述したように電磁開閉弁523が開路して、切削水供給源521と第1の切削水供給管511および第2の切削水供給管512が切削水送給管522を介して連通せしめられるので、切削水供給源521の切削水が切削水送給管522と第1の切削水供給管511および第2の切削水供給管512を介して第1のノズル531に設けられた第1の噴口531aおよび第2のノズル532に設けられた第2の噴口532aから噴射される。
第1のノズル531に設けられた第1の噴口531aおよび第2のノズル532に設けられた第2の噴口532aから噴射される切削水は、図5に示すように切削ブレード43の環状の切刃432による切削加工部Aに向けて噴射される。このようにして切削加工部Aに噴射された切削水は、チャックテーブル3に保持された半導体ウエーハ10に流動し、超音波生成手段6を構成する振動プレート61、61と半導体ウエーハ10の上面との間に形成された1〜2mmの隙間Sに切削水の層を形成する。一方、切削工程を実施する際には超音波生成手段6を構成する超音波振動子62、62に図示しない電力供給手段から高周波交流電力が印加されている。このため、超音波振動子62、62が超音波振動して該超音波振動子62、62が接合されている振動プレート61、61が上下方向に超音波振動する。この結果、半導体ウエーハ10と振動プレート61、61との隙間Sに形成された切削水の層が超音波振動し、この超音波振動が切削ブレード43の環状の切刃432による切削加工部Aに供給された切削水に伝播する。従って、半導体ウエーハ10の上面に流れる切削水のみならず切削ブレード43の環状の切刃432によって切削された切削溝の内部に侵入した切削水の流動性も良好となり、切削屑が切削溝の壁面(デバイスの壁面)およびデバイスの表面に付着することが抑制される。また、切削ブレード43の環状の切刃432によって切削された切削溝の内部に侵入した切削水の流動性が良好となるので、切削ブレード43の環状の切刃432の目詰まりが抑制され、切削溝の壁面に発生する欠けが減少する。
なお、上述した実施形態において切削水供給手段5は、第1のノズル531および第2のノズル532によって切削ブレード43の環状の切刃432の両側から切削加工部Aに切削水を供給する例を示したが、チャックテーブル3の移動方向上流側から半導体ウエーハ10の上面と振動プレート61、61との隙間Sおよび切削加工部Aに向けて切削水を供給してもよい。
以上のようにして、半導体ウエーハ10を所定のストリートに沿って切断したら、チャックテーブル3を図1において矢印Yで示す方向にストリートの間隔だけ割り出し送りし、上記切削工程を実施する。そして、半導体ウエーハ10の所定方向に延在するストリートの全てに沿って切削工程を実施したならば、チャックテーブル3を90度回転させて、半導体ウエーハ10の所定方向と直交する方向に延在するストリートに沿って切削工程を実行することにより、半導体ウエーハ10に格子状に形成された全てのストリートが切削されて個々のデバイスに分割される。なお、分割された個々のデバイスは、ダイシングテープTの作用によってバラバラにはならず、環状のフレームFに支持されたウエーハの状態が維持されている。
次に、超音波生成手段の他の実施形態について、図6を参照して説明する。なお、図6に示す超音波生成手段6aは、上述した超音波生成手段6と振動プレートの形状が相違する以外は実質的に同様の構成であるため、同一部材には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
図6に示す超音波生成手段6aは、切削ブレード43の環状の切刃432を挟んで両側に配設された振動プレート61a、61aと、該振動プレート61a、61aに接続部材64a、64aを介して装着された超音波振動子62、62と、該超音波振動子62、62を支持する取り付け部材63、63とからなっている。振動プレート61a、61aは、それぞれ断面が三角形状に形成され、下端部には底面611a、611aから水平に延びる薄板部611b、611bを備えている。このように形成された振動プレート61a、61aは、面611a、611aがチャックテーブル3の保持面〈上面〉と平行に配設され、チャックテーブル3にダイシングテープTを介して保持される被加工物としての半導体ウエーハ10の上面との間に切削水の層を形成する隙間Sが設けられる。このように断面が三角形状に形成された振動プレート61a、61aは、傾斜面611c、611c断面が三角形状に形成された接続部材64a、64aを介して超音波振動子62、62に装着される。このように構成された超音波生成手段6aの超音波振動子62、62が高周波交流電力を供給する図示しない電力供給手段に接続される。従って、超音波振動子62、62に図示しない電力供給手段から高周波交流電力を印加することにより、超音波振動子62、62を超音波振動させ、該超音波振動子62、62が接続部材64a、64aを介して接合されている振動プレート61a、61aを矢印Bで示す方向に振動させることができる。この結果、被加工物Wと振動プレート61a、61aとの隙間Sに形成された切削水の層が超音波振動し、この超音波振動が切削ブレード43の環状の切刃432による切削加工部Aに供給された洗浄水に伝播するため、切削ブレード43の環状の切刃432によって切削された切削溝の内部に侵入した切削水の流動性も良好となり、上述した超音波生成手段6と同様の作用効果が得られる。
次に、超音波生成手段の他の実施形態について、図6を参照して説明する。なお、図6に示す超音波生成手段6aは、上述した超音波生成手段6と振動プレートの形状が相違する以外は実質的に同様の構成であるため、同一部材には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
図6に示す超音波生成手段6aは、切削ブレード43の環状の切刃432を挟んで両側に配設された振動プレート61a、61aと、該振動プレート61a、61aに接続部材64a、64aを介して装着された超音波振動子62、62と、該超音波振動子62、62を支持する取り付け部材63、63とからなっている。振動プレート61a、61aは、それぞれ断面が三角形状に形成され、下端部には底面611a、611aから水平に延びる薄板部611b、611bを備えている。このように形成された振動プレート61a、61aは、は底面611a、611aがチャックテーブル3の保持面〈上面〉と平行に配設され、チャックテーブル3にダイシングテープTを介して保持される被加工物としての半導体ウエーハ10の上面との間に切削水の層を形成する隙間Sが設けられる。このように断面が三角形状に形成された振動プレート61a、61aは、傾斜面611c、611cが断面が三角形状に形成された接続部材64a、64aを介して超音波振動子62、62に装着される。このように構成された超音波生成手段6aの超音波振動子62、62が高周波交流電力を供給する図示しない電力供給手段に接続される。従って、超音波振動子62、62に図示しない電力供給手段から高周波交流電力を印加することにより、超音波振動子62、62を超音波振動させ、該超音波振動子62、62が接続部材64a、64aを介して接合されている振動プレート61a、61aを矢印Bで示す方向に振動させることができる。この結果、被加工物Wと振動プレート61a、61aとの隙間Sに形成された切削水の層が超音波振動し、この超音波振動が切削ブレード43の環状の切刃432による切削加工部Aに供給された洗浄水に伝播するため、切削ブレード43の環状の切刃432によって切削された切削溝の内部に侵入した切削水の流動性も良好となり、上述した超音波生成手段6と同様の作用効果が得られる。
2:装置ハウジング
3:チャックテーブル
4:スピンドルユニット
43:切削ブレード
432:環状の切刃
44:ブレードカバー
5:切削水供給手段
511:第1の切削水供給管
512:第2の切削水供給管
52:切削水送給手段
531:第1のノズル
532:第2のノズル
6:超音波生成手段
61:振動プレート
62:超音波振動子
7:撮像手段
8:表示手段
10:半導体ウエーハ
11:カセット
12:仮置きテーブル
13:搬出・搬入手段
14:第1の搬送手段
15:洗浄手段
16:第2の搬送手段
F:環状の支持フレーム
T:ダイシングテープ

Claims (2)

  1. 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ための切削ブレードを備えた切削手段と、該切削ブレードによる切削加工部に切削水を供給する切削水供給手段と、を具備する切削装置において、
    該切削ブレードを挟んで両側に該チャックテーブルに保持された被加工物の上面との間に切削水の層を形成する隙間を設けて配設された振動プレートと、該振動プレートに超音波振動を付与する超音波振動子とを備えた超音波生成手段を具備し、
    該切削ブレードによる被加工物の切削加工中に、超音波生成手段を作動させて被加工物の上面と該振動プレートとの間に形成された切削水の層に超音波振動を付与する、
    ことを特徴とする切削装置。
  2. 該切削水供給手段は、該切削ブレードの両側から切削水を供給する第1のノズルおよび第2のノズルを備えており、
    該超音波生成手段を構成する該振動プレートは、該第1のノズルと被加工物の上面および該第2のノズルと被加工物の上面との間にそれぞれ配設される、請求項1記載の切削装置。
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