JP6145384B2

JP6145384B2 - ダイシング装置

Info

Publication number: JP6145384B2
Application number: JP2013211894A
Authority: JP
Inventors: 純一伊藤
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: JP2015076516A

Description

本発明はダイシング装置に関するものであり、特に、半導体ウェーハ等のワークをチップに切断分割するダイシング装置に関するものである。

従来、半導体ウェーハや電子部品材料等のワークを個々のチップに切断分割するのにダイシング装置が使用されている。ダイシング装置は、ワークが載置されるワークテーブルと、該ワークを切断するブレードと、該ワークを前記ブレードに対して相対的に移動させるワークテーブル送り機構と、前記ブレードを回転可能に取り付けたスピンドルと、該スピンドルを移動可能に支持するスピンドル移動機構とを備え、前記スピンドルのシャフトと共にブレードを回転させ、同時に該スピンドル移動機構と前記ワークテーブル送り機構とを移動させ、かつ、ブレードに切削水を吹き付けて冷却しながら切断分割するようになっている(特許文献１)。

ところで、近年では、ストリートの狭い半導体ウェーハが多く、数μｍの加工位置ずれでも、チップが不良品になってしまうケースがある。

また、この種の半導体ウェーハにおける切断分割作業では、スピンドルが回転を開始してからスピンドルの変位が安定するまでには、例えば図５に示すように、７.５分程度か
かる。なお、図５において、縦軸はスピンドルの変位量(μｍ)、横軸は時間(Ｓ)をそれぞれ示し、符号ＳＰはスピンドルの変位曲線を示している。

さらに、半導体ウェーハにおける切断分割作業では、ブレードに切削水を吹き付けて冷却をしながら切断分割を行うが、スピンドルのシャフト及び切削水の温度が安定するまでには、例えば図６に示すように２０分程度かかる。なお、図６において、縦軸は温度(℃)、横軸は時間(min)をそれぞれ示し、符号ＳＰはスピンドルの温度曲線、Ｃは切削水の温
度曲線を示している。すなわち、図６では、スピンドルＳＰの温度は、切削水Ｃが吹き付けられる前までは約２４．５℃で、切削水Ｃが吹き付けられると約２１℃まで下がり、約２０分経過すると約２１．５℃に落ち着くことができる。

特開２００３−１６３１７９号公報。

上述したように、半導体ウェーハにおける切断分割作業等では、スピンドルのシャフトに取り付けられたブレードによりワークを加工する際、ブレード回転時及びその後の切削水を噴射するときにそれぞれ、スピンドル(主にブレード取付部)で温度変化が生じ、その温度変化によって加工位置ずれが生じることが知られている。また、温度変化によって切削ラインが蛇行(加工位置ずれ)すると、その分スピンドル側が受ける負荷も大きくなり、加工点での振動の発生源となる。この振動は加工精度を低下させる。そのため、加工点位置での位置ずれが安定するまでに３０分程度の慣らし時間を必要とし、その後、実際にワークの加工を行うことになるので、作業性が悪いという問題点があった。

そこで、スピンドルの慣らし時間を短縮させて作業性の向上を図ることができるダイシング装置を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ワークを載置したワークテーブルと、前記ワークを切断するブレードと、前記ワークテーブル上のワークを前記ブレードに対して相対的に移動させるワークテーブル送り機構と、前記ブレードを回転可能に取り付けたスピンドルと、該スピンドルを支持するスピンドル移動機構と、該スピンドル移動機構の送りと前記ワークテーブル送り機構の送りとを制御するコントローラと、を備えるダイシング装置において、前記スピンドルのシャフトの温度をモニタリングする温度センサと、前記コントローラに設けられ、前記温度センサによりモニタリングされた温度に基づいて前記スピンドル移動機構の送りと前記ワークテーブル送り機構の送りとの少なくともいずれか一方の送りに補正をかける制御部と、を備える、ダイシング装置を提供する。

この構成によれば、温度センサにより、スピンドルのシャフトの温度をモニタリングし、制御部では温度センサによりモニタリングされたシャフトの温度に基づいてスピンドルの位置ずれを予め記憶し、これを例えばマップ化しておく。そして、ワークの切断分割作業では、モニタリングにより得られた温度とマップ化されたデータとからスピンドルの位置ずれ等を知り、スピンドル移動機構による送りとワークテーブル送り機構による送りの、少なくともいずれか一方に補正をしながら作業を行う。これにより、スピンドルの慣らし時間を省略しても切削品質のよい切断分割が行え、作業性の向上と切削品質の向上に寄与できる。なお、送りの補正は、スピンドル移動機構側における送りとワークテーブル送り機構側における送りの、両方、またはいずれか一方であってもよい。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のダイシング装置において、前記スピンドルは、筒状に形成されたハウジングと、ロータ及びステータを有し、前記ロータを前記シャフトの一端側に一体回転可能に取り付け、前記ステータを前記ハウジング側に固定して取り付けてなるモータと、前記ハウジング内において前記シャフトを非接触で回転可能に保持する流体軸受けを生成する流体軸受機構と、を備え、前記ハウジングより外部に突出された前記シャフトの他端側に前記ブレードを取り付けてなる、ダイシング装置を提供する。

この構成によれば、スピンドルのシャフトは、流体軸受機構により生成された流体軸受により非接触で回転可能に支持されている。したがって、その流体軸受けによってシャフトの振動が抑制され、更に切削品質の向上に寄与することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のダイシング装置において、前記スピンドルのシャフトは、中空状に形成され、前記温度センサは、細長い筒状部材内に複数個収容され、該筒状部材と共に前記シャフトの中空内に配置されている、ダイシング装置を提供する。

この構成によれば、複数個の温度センサを細長い筒状部材内に収容して、シャフトの中空内にコンパクトに配置することができる。さらに、スピンドルのシャフトを中空にすることで質量が減り、固有振動数を大きくすることができる。それにより、共振域を使用領域(例えば、最大８０，０００ｒｐｍ)よりも高い回転数へずらすことができるので、振動発生が減るという効果が得られる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のダイシング装置において、前記温度センサは、前記シャフトの中空内において、少なくとも、前記ブレードが取り付けられた加工位置に近い前記シャフトの他端側の位置と前記スピンドルのロータを取り付けた位置に近い位置とに配置されている、ダイシング装置を提供する。

この構成によれば、温度変化の大きい、ブレードが取り付けられた加工位置に近いシャフトの他端側の位置における温度情報と、ロータを取り付けた位置に近いシャフト上の位置における温度情報に基づいて、スピンドル移動機構による送りとワークテーブル送り機構による送りの、両方または何れか一方に補正をかけることにより、スピンドルの慣らし時間を省略しても切削品質のよい切断分割が行え、作業性の向上と切削品質の向上に寄与できる。

本発明によれば、制御部がモニタリングにより得られた温度と例えばマップ化されたデータとからスピンドルの位置ずれ等を知り、スピンドル移動機構による送りとワークテーブル送り機構による送りの、少なくともいずれか一方に補正をかけるようにしているので、スピンドルの慣らし時間を省略しても切削品質のよい切断分割が行え、作業性の向上と切削品質の向上が期待できる。

本発明の一実施形態として示すダイシング装置のレイアウトを説明する斜視図。同上ダイシング装置におけるスピンドルを水平方向(軸方向)に断面して示す説明図。同上ダイシング装置におけるスピンドルを垂直方向に断面して示す説明図(図２のＡ−Ａ線断面図に対応する図)。同上ダイシング装置におけるコントローラの構成を説明するブロック図。スピンドルの変位特性を説明する図。スピンドルと切削水の温度特性を説明する図。

本発明はスピンドルの慣らし時間を短縮させて作業性の向上を図ることができるダイシング装置を提供するという目的を達成するために、ワークを載置したワークテーブルと、該ワークを切断するブレードと、該ワークテーブル上のワークを前記ブレードに対して相対的に移動させるワークテーブル送り機構と、前記ブレードを回転可能に取り付けたスピンドルと、該スピンドルを支持するスピンドル移動機構と、該スピンドル移動機構の送りと前記ワークテーブル送り機構の送りとを制御するコントローラと、を備えるダイシング装置において、前記スピンドルのシャフトの温度をモニタリングする温度センサと、前記コントローラに設けられ、前記温度センサによりモニタリングされた温度に基づいて前記スピンドル移動機構による送りと前記ワークテーブル送り機構による送りの、少なくともいずれか一方の送りに補正をかける制御部と、を備えることにより実現した。

以下、本発明の実施形態によるダイシング装置の好適な実施例について図１乃至図３を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施例に係るダイシング装置の要部レイアウトを示す斜視図である。同図に示すダイシング装置１１は、本実施例では半導体ウェーハを切断分割するダイシング装置を示している。そのダイシング装置１１は、互いに対向配置されたスピンドル１２と、図示していないワークＷ(本実施例では半導体ウェーハ)を吸着保持するワークテーブル１３と、ワークＷを撮像する顕微鏡やＣＣＤカメラ等からなる撮像手段(図示せず)とを有する加工部１４を備えている。また、ダイシング装置１１は、図示しないが、前記加工部１４の他に、その加工部１４で加工された加工済みのワークＷをスピン洗浄する洗浄部と、フレームにマウントされたワークＷを多数枚収納したカセットを載置するロードポートと、ワークＷを搬送する搬送手段と、各部の動作を制御するコントローラ１５(図２参照)等とから構成されている。これらの基本構成は、従来のダイシング装置と同じである。

前記加工部１４には、図示しないリニアモータもしくはサーボモータとボールスクリューによって図のＸ−Ｘで示すＸ方向に駆動されるＸテーブ１６があり、Ｘテーブル１６にはθ方向に回転する回転テーブル２２を介して前記ワークテーブル１３が設けられている。

一方、Ｙベース１７の側面には、Ｙガイド１８でガイドされ、図示しないステッピングモータもしくはサーボモータとボールスクリューによって図のＹ−Ｙで示すＹ方向に駆動されるＹテーブル１９、１９が設けられている。各Ｙテーブル１９にはそれぞれ図示しない駆動手段によって図のＺ−Ｚで示すＺ方向に駆動されるＺテーブル２０が設けられ、Ｚテーブル２０には先端にブレード２１が取付けられた高周波モータ内蔵型のスピンドル１２が固定されている。

加工部１４の構造は以上のようになっているので、ブレード２１はＹ方向にインデックス送りされると共にＺ方向に切込み送りされ、ワークテーブル１３はＸ方向に切削送りされる。

前記スピンドル１２は、どちらも１，０００ｒｐｍ〜８０，０００ｒｐｍで高速回転され、近傍にはワークＷを切削水Ｃ内に浸漬させるための切削水Ｃを加工位置に配置されるブレード２１に吹き付けて供給する図示しない供給ノズルが設けられている。

前記ブレード２１は、ダイヤモンド砥粒やＣＢＮ砥粒をニッケルで電着した電着ブレードや、金属粉末を混入した樹脂で結合したメタルレジンボンドのブレード等が用いられる。ブレード２１の寸法は、加工内容によって種々選択されるが、通常の半導体ウェーハをワークとしてダイシングする場合は、直径φ５０〜６０ｍｍ、厚さ３０μｍ前後のものが用いられる。

ダイシング装置１１の各部の動作を制御するコントローラ１５は、例えば図４に示すように構成されている。図４に示すように、コントローラ１５は、ＣＰＵ２３、記憶手段２４、データ入出力部２５、プログラム生成手段２６、制御部２７等から構成されており、それぞれがバスライン２８で接続されている。

また、前記制御部２７は、スピンドル移動機構４４の送りを制御するためのスピンドル制御手段２９と、ワークテーブル送り機構４５による送りを制御するためのＸ制御手段３０、Ｙ制御手段３１、Ｚ制御手段３２、θ制御手段３３等から構成されている。なお、制御部２７に接続された温度センサ４３ａ〜４３ｄは、後述する温度センサである。

前記ＣＰＵ２３は、前記コントローラ１５の中心的処理機能を担い、各種の処理を行う。前記記憶手段２４は、例えば図５に示したスピンドルＳＰ(本実施例のスピンドル１２
に対応する)の時間−変位特性、及び、図６に示した切削水ＣとスピンドルＳＰにおける
時間−温度特性等の各種データを記憶する。前記データ入出力部２５は外部からのデータを入力すると共に、外部へデータを発信する。前記プログラム生成手段２６は、前記スピンドルＳＰの時間−変位特性と、切削水ＣとスピンドルＳＰにおける時間−温度特性の各種データを含む加工プログラムを作成する。前記制御部２７は、前記スピンドル制御手段２９、Ｘ制御手段３０、Ｙ制御手段３１、Ｚ制御手段３２、及びθ制御手段３３、温度センサ４３ａ〜４３ｄ等を介してダイシング装置１１の各部の動作を制御する。

図２は前記スピンドル１２を水平方向(軸方向)に断面して示す図で、図３は前記スピンドル１２を垂直方向に断面して示す、図２のＡ−Ａ線断面図に対応する図である。なお、図２において、各部材の断面のハッチングは省略してある。図２において、前記スピンドル１２は、ハウジング３４と、軸受部材３５と、モータ３６と、シャフト３７と、流体軸受機構３９等により構成されている。

前記ハウジング３４は、両端が開口された筒状体として形成されており、そのハウジング３４には、図２に示すように、シャフト３７が回転可能に収容配置されている。シャフト３７の他端部３７ｂはハウジング３４の他端側から外部に突出されており、ハウジング３４から突出されたシャフト３７の他端部３７ｂに前記ブレード２１が一体回転するようにして取り付けられている。

前記モータ３６は、ハウジング３４内において、シャフト３７の一端部３７ａ(軸受部
材３５と隣接している)側に設けられており、シャフト３７の外周面上に該シャフト３７
と一体回転可能に取り付けられているロータ３６ａと、そのロータ３６ａと対向してハウジング３４の内周面に取り付けられているステータ３６ｂとを備える。そして、モータ３６は、ステータ３６ｂの電機子コイル(図示せず)に電流が供給されると、その電機子コイルが励磁されてロータ３６ａをシャフト３７と一体に回転させることができるようになっている。

前記シャフト３７は、一端部３７ａ側の端面に開口を有し、かつ、シャフト３７の一端部３７ａから他端部３７ｂ側に向かって、そのシャフト３７の軸中心線Ｏに沿って連続して形成された中心孔４１を有する。

また、図２に示すように前記シャフト３７の他端部３７ｂと前記モータ３６のロータ３６ａとの間において、そのハウジング３４の内周面には、図３に示すように前記シャフト３７の外周面を周回するようにして流体軸受機構３９が、該流体軸受機構３９との間にわずかな隙間４２が形成された状態で配設されている。その隙間４２には流体軸受機構３９のエア噴射ノズル３９ａからエアが吹き込まれ、そのエアで流体軸受が生成されるようになっている。したがって、シャフト３７は、その流体軸受により非接触状態で回転可能に支持されている。この流体軸受は、従来から良く知られた技術である。

前記温度センサ部材４０は、径が３〜４ｍｍ程度の細長い筒状部材４０ａ内に、複数個(本実施例では４個)の前記温度センサ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを配設してなる。該温度センサ部材４０は、一端部側が軸受部材３５により回転可能に保持された状態で、前記シャフト３７の軸中心に形成された前記中心孔４１内に挿入配置されている。また、筒状部材４０ａの一端側の外周面には複数個に分割されたロータリー接点４６が設けられている。該ロータリー接点４６はそれぞれ、対応する温度センサ４３ａ〜４３と電気的に接続されている。また、ロータリー接点４６には、軸受部材３５に取り付けられた通電ブラシ４７の先端が当接されている。そして、各温度センサ４３ａ〜４３ｄでモニタリングされた温度情報は、筒状部材４０ａの一端側からロータリー接点４６と通電ブラシ４７を通して取り出され、前記コントローラ１５の制御部２７に入力されるようになっている。また、図２に示すように、４個の温度センサ４３ａ〜４３ｄの中、温度センサ４３ａは、ブレード２１が取り付けられたシャフト３７の他端部３７ｂ側で、そのブレード２１の直近位置、すなわち加工点位置付近に配設されており、前記切削水Ｃの供給に起因して変化するシャフト３７の加工位置付近における雰囲気温度をモニタリングする。温度センサ４３ｄは、モータ３６のロータ３６ａが取り付けられたシャフト３７の一端部３７ａ側で、そのロータ３６ａを取り付けた位置に近い位置に配置されており、モータ３６の発熱に起因して変化するシャフト３７の雰囲気温度をモニタリングする。温度センサ４３ｂ、４３ｃは、温度センサ４３ａと温度センサ４３ｄとの間で、シャフト３７のそれぞれの箇所における温度をモニタリングする。

次に、このように構成されたダイシング装置１１の加工部の作用について説明する。なお、ダイシング装置１１全体の動作については既知であるので、説明は省略する。加工に先立って、オペレータによってワークの種類、ワークのサイズ、加工深さ、インデックスサイズ、スピンドル回転数、研削送り速度等の加工条件、及びアライメント条件等が、操作・表示部から入力される。

ダイシング装置１１のコントローラ１５では、入力された加工条件からプログラム生成手段２６によって加工プログラムが生成される。同時に、制御部２７では、温度センサ４３ａ〜４３ｄから得られる情報からスピンドル１２のシャフト３７の温度を検出し、これを前記記憶手段２４に記憶されているスピンドルの時間−変位特性、及び、切削水とスピンドルにおける時間−温度特性等の各種データのマップに対応させて温度上昇による加工点の位置ずれを推測し、スピンドル移動制御手段２９における送りとワークテーブル送り機構側における送りに補正をかけながら切断分割作業を行う。これにより、従来では約２０分要していたスピンドル１２の慣らし時間を省略あるいは短縮しても切削品質のよい切断分割が行え、作業性の向上と切削品質の向上に寄与できる。

また、本実施例のダイシング装置１１では、スピンドル１２が、筒状に形成されたハウジング３４と、ロータ３６ａ及びステータ３６ｂを有し、そのロータ３６ａをシャフト３７の一端部３７ａ側に一体回転可能に取り付け、ステータ３６ｂをハウジング３４側に固定して取り付けてなるモータ３６と、ハウジング３４内においてシャフト３７を非接触で回転可能に保持する流体軸受けを生成する流体軸受機構３９と、を備え、ハウジング３４の他端部側より外部に突出されたシャフト３７の他端部３７ｂ側にブレード２１を取り付けている。そして、スピンドル１２のシャフト３７は、流体軸受機構３９により生成された流体軸受によって非接触で回転可能に支持されているので、その流体軸受によりシャフト３７の振動が抑制されて、更に切削品質の向上に寄与できる。

また、本実施例のダイシング装置１１では、スピンドル１２のシャフト３７は中空状に形成され、温度センサ４３ａ〜４３ｄを、細長い筒状部材４０ａ内に収容し、該筒状部材４０ａと共にシャフト３７の中空内(中心孔４１)に配置しているので、温度センサ４３ａ〜４３ｄをシャフト３７の中空内にコンパクトに配置することができる。さらに、スピンドル１２のシャフト３７を中空にすることでシャフト３７の質量が減り、固有振動数を大きくすることができる。それにより、共振域を使用領域(例えば、最大８０，０００ｒｐ
ｍ)よりも高い回転数へずらすことができるので、振動発生が減るという効果が得られる
。

また、本実施例のダイシング装置１１では、温度センサ４３ａ〜４３ｄのうち、温度センサ４３ａはブレード２１が取り付けられた加工位置に近いシャフト３７の他端部３７ｂ側の位置に配置され、温度センサ４３ｄはモータ３６のロータ３６ａを取り付けた位置に近いシャフト３７上の位置に配置されているので、温度変化の大きい、ブレード２１が取り付けられた加工位置側における温度情報とモータ３６に近い位置の温度情報に基づいて、スピンドル移動機構による送りとワークテーブル送り機構による送りにそれぞれ補正をかけることができる。これにより、温度変化によって切削ラインが蛇行(加工位置ずれ)するのを抑えることができるので、その分、スピンドル１２側が受ける負荷を少なくして振動の発生を抑え、加工精度を向上させることができる。

なお、本実施例では、温度センサ部材４０の筒状部材４０ａが、軸受部材３５により回転可能に支持されていて、シャフト３７と一体に回転するように構成した構造を開示した。しかし、各温度センサ４３ａ〜４３ｄを内部に配設している筒状部材４０ａをシャフト３７と一体に回転させると、回転にアンバランスが生じるような場合もある。そのような場合には、筒状部材４０ａの一端をハウジング３４側に固定し、片持状に固定した状態で筒状部材４０ａをシャフト３７の中心孔４１内に配置し、シャフト３７だけを回転させ、筒状部材４０ａは回転させない構造にしてもよい。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り更に種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明は半導体ウェーハにおける切断分割作業に使用されるダイシング装置について説明したが、半導体ウェーハ以外の電子部品材料等のワークを個々のチップに切断分割するダイシング装置にも応用できる。

１１ダイシング装置
１２スピンドル
１３ワークテーブル
１４加工部
１５コントローラ
１６Ｘテーブル
１７Ｙベース
１８Ｘガイド
１９Ｙテーブル
２０Ｚテーブル
２１ブレード
２２回転テーブル
２３ＣＰＵ
２４記憶手段
２５データ入出力部
２６プログラム生成手段
２７制御部
２８バスライン
２９スピンドル制御手段
３０Ｘ制御手段
３１Ｙ制御手段
３２Ｚ制御手段
３３ θ制御手段
３４ハウジング
３５軸受部材
３６モータ
３６ａロータ
３６ｂステータ
３７シャフト
３７ａ、３７ｂ端部
３８端蓋
３９流体軸受機構
３９ａエア噴射ノズル
４０温度センサ部材
４０ａ筒状部材
４１中心孔
４２隙間
４３ａ〜４３ｄ温度センサ
４４スピンドル移動機構
４５ワークテーブル送り機構
４６ロータリー接点
４７通電ブラシ
Ｗワーク
ＳＰスピンドル
Ｃ切削水

Claims

ワークを載置したワークテーブルと、
前記ワークを切断するブレードと、
前記ワークテーブル上のワークを前記ブレードに対して相対的に移動させるワークテーブル送り機構と、
前記ブレードを回転可能に取り付けたスピンドルと、
該スピンドルを支持するスピンドル移動機構と、
該スピンドル移動機構の送りと前記ワークテーブル送り機構の送りとを制御するコントローラと、
を備えるダイシング装置において、
前記スピンドルのシャフトの温度をモニタリングする温度センサと、
前記コントローラに設けられ、前記温度センサによりモニタリングされた温度に基づいて前記スピンドル移動機構の送りと前記ワークテーブル送り機構の送りとの少なくともいずれか一方の送りに補正をかける制御部と、
を備えることを特徴とするダイシング装置。
前記スピンドルは、
筒状に形成されたハウジングと、
ロータ及びステータを有し、前記ロータを前記シャフトの一端側に一体回転可能に取り付け、前記ステータを前記ハウジング側に固定して取り付けてなるモータと、
前記ハウジング内において前記シャフトを非接触で回転可能に保持する流体軸受けを生成する流体軸受機構と、
を備え、前記ハウジングより外部に突出された前記シャフトの他端側に前記ブレードを取り付けてなる、ことを特徴とする請求項１に記載のダイシング装置。
前記スピンドルのシャフトは、中空状に形成され、
前記温度センサは、細長い筒状部材内に複数個収容され、該筒状部材と共に前記シャフトの中空内に配置されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のダイシング装置。
前記温度センサは、前記シャフトの中空内において、少なくとも、前記ブレードが取り付けられた加工位置に近い前記シャフトの他端側の位置と前記スピンドルのロータを取り付けた位置に近い位置とに配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載のダイシング装置。