JP6207337B2 - 切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物を切削する切削装置に関し、特に、切削ブレードを覆うブレードカバーを備えた切削装置に関する。

半導体ウェーハ等の被加工物は、例えば、回転可能な円形の切削ブレードを備える切削装置で切削される。この切削装置は、通常、水（純水）等の液体（切削液）を切削ブレードに供給するノズルを備えており、切削によって生じる切削屑の大部分は、ノズルから供給される切削液で被加工物の外部へと排出される。

ところで、光ピックアップや光学フィルタ、撮像素子（ＣＭＯＳ、ＣＣＤ）等のデバイスは、切削屑が僅かに付着、残存するだけで予定された性能を発揮できなくなる。そのため、これらのデバイスを含む被加工物を切削する際には、切削屑を付着、残存させないように細心の注意を払う必要がある。

例えば、上述のような被加工物に付着した切削屑が、切削中に乾燥、固着してしまうと、後の洗浄工程で切削屑を適切に除去できない。この問題に対し、被加工物の上面に洗浄用の液体（洗浄液）を供給する供給機構を備えた切削装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この切削装置では、被加工物の上面に洗浄液を供給することで、切削屑の付着を抑制すると共に、付着した切削屑の乾燥を防いでいる。これにより、後の洗浄工程において切削屑を除去し易くなる。

特開２００６−２３１４１７号公報

しかしながら、上述した切削装置を用いても、被加工物への切削屑の付着を完全に防ぐのは容易でない。例えば、切削によって生じた切削屑の一部は、切削ブレードに供給された切削液に取り込まれ、切削ブレードと共に回転する。その結果、切削屑を含む切削液が広範囲に飛散し、被加工物に切削屑が付着してしまう。

上述した切削装置で被加工物に洗浄液を供給しておけば、切削屑の付着をある程度は抑制できる。一方、飛散する切削液によって洗浄液の流れは乱されるので、切削屑の付着を防ぐ効果は必ずしも十分でない。よって、上述した切削装置を用いても、被加工物の上面に切削屑が付着する恐れがある。

切削液の飛散を抑制するために、先端の一部を除く切削ブレードの全体をブレードカバーで覆うことも考えられる。しかしながら、ブレードカバーに覆われた切削ブレードを高速回転させると、切削ブレード及びブレードカバーが高温になり、切削ブレードの回転軸であるスピンドルが熱膨張して高精度な切削は困難になる。

本発明はかかる問題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、被加工物への切削屑の付着、残存を防ぐと共に、高精度な切削を実現できる切削装置を提供することである。

本発明によれば、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物を切削する切削ブレードと、該切削ブレードを回転可能に支持するスピンドルを含むスピンドルユニットと、該スピンドルユニットに装着され、該切削ブレードを収容するブレード収容空間を内部に有するとともに、該切削ブレードの先端を突出させる開口を底部に有し、該切削ブレードを覆うブレードカバーと、該ブレードカバーを冷却するブレードカバー冷却手段と、を備え、該ブレードカバーは、吸引源に接続され該ブレード収容空間内に取り込まれた切削液を外部に排出する排出口と、該ブレード収容空間内にエアーを取り込む吸入路と、を更に有することを特徴とする切削装置が提供される。

本発明において、該ブレードカバー冷却手段は、該ブレードカバーの外周に形成されたフィンからなることが好ましい。

また、本発明において、該ブレードカバー冷却手段は、該ブレードカバーの内部に形成された冷却水路と、該冷却水路に接続された冷却水供給源と、からなることが好ましい。

本発明の切削装置は、先端の一部を除いて切削ブレードを覆うブレードカバーと、ブレードカバーを冷却するブレードカバー冷却手段とを備えるので、切削屑が取り込まれた切削液の飛散を防いで被加工物への切削屑の付着、残存を防止すると共に、スピンドルの熱膨張を抑制して高精度な切削を実現できる。

実施の形態１に係る切削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 実施の形態１に係る切削ユニットの構造を模式的に示す一部断面側面図である。 実施の形態２に係る切削ユニットの構造を模式的に示す一部断面側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態１では、放熱板（フィン）でなるブレードカバー冷却機構（ブレードカバー冷却手段）を備えた切削装置について説明し、実施の形態２では、ブレードカバーを冷却水で冷却するブレードカバー冷却機構を備えた切削装置について説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、放熱板でなるブレードカバー冷却機構を備えた切削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る切削装置２の構成例を模式的に示す斜視図である。なお、図１には、加工対象のウェーハ（被加工物）１１を併せて示している。

図１に示すように、加工対象のウェーハ１１は、例えば、円盤状の半導体ウェーハであり、裏面側に貼着されたダイシングテープ１３を介して環状のフレーム１５に支持されている。ウェーハ１１の表面は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）で複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイスが設けられている。

切削装置２は、各構成を支持する基台４を備えている。基台４の前方の角部には、カセットエレベータ６が設けられている。このカセットエレベータ６には、ウェーハ１１を収容するカセット８が載置される。

カセットエレベータ６は、昇降可能に構成されており、カセット８に収容されるウェーハ１１の位置をＺ軸方向（高さ方向）において調整する。なお、図１では、カセット８の輪郭のみを示している。

Ｙ軸方向（割り出し送り方向）においてカセットエレベータ６と隣接する位置には、仮置き機構１０が設けられている。仮置き機構１０は、Ｙ軸方向に移動可能に構成されたプッシュプル機構１２と、Ｘ軸方向（加工送り方向）において相互に離間接近可能な一対のガイドレール１４とを含む。

プッシュプル機構１２は、カセットエレベータ６の昇降により同じ高さに位置付けられたウェーハ１１をガイドレール１４に引き出し、又はガイドレール１４に載置されたウェーハ１１をカセット８に挿入する。ガイドレール１４はＬ字型の断面形状を有しており、フレーム１５をＸ軸方向において挟み込むことでウェーハ１１を所定の位置に合わせる。

Ｘ軸方向においてカセットエレベータ６と隣接する位置には、矩形状の開口４ａが形成されている。この開口４ａ内には、Ｘ軸移動テーブル１６、Ｘ軸移動テーブル１６をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（不図示）、及びＸ軸移動機構を覆う防水カバー１８が設けられている。

Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を備えており、Ｘ軸ガイドレールには、Ｘ軸移動テーブル１６がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル１６の下面側には、ナット（不図示）が固定されており、このナットには、Ｘ軸ガイドレールと平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。

Ｘ軸ボールネジの一端部には、Ｘ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｘ軸パルスモータでＸ軸ボールネジを回転させることで、Ｘ軸移動テーブル１６はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル１６上には、ウェーハ１１を吸引保持するチャックテーブル（保持手段）２０が設けられている。チャックテーブル２０の周囲には、ウェーハ１１を支持する環状のフレーム１５を四方から挟持固定するクランプ２２が設置されている。

チャックテーブル２０は、モータ等の回転機構（不図示）と連結されており、鉛直軸（Ｚ軸）の周りに回転する。また、チャックテーブル２０は、上述のＸ軸移動機構でＸ軸方向に移動する。

チャックテーブル２０の上面は、ウェーハ１１を吸引保持する保持面２０ａとなっている。この保持面２０ａは、チャックテーブル２０の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。

開口４ａと仮置き機構１０との間の位置には、ウェーハ１１を搬送する第１搬送機構２４が配置されている。第１搬送機構２４によって仮置き機構１０からチャックテーブル２０へと搬送されたウェーハ１１は、保持面２０ａに作用する吸引源の負圧でチャックテーブル２０に吸引保持される。

基台４の後方には、支持台４ｂが配置されている。この支持台４ｂの開口４ａ側には、ウェーハ１１を切削する切削ユニット２６が支持されている。切削ユニット２６は、Ｙ軸移動機構（不図示）によってＹ軸方向に移動すると共に、Ｚ軸移動機構（不図示）によってＺ軸方向に移動する。切削ユニット２６と隣接する位置には、ウェーハ１１を撮像する撮像ユニット２８が設けられている。

切削装置２の制御部（不図示）は、撮像ユニット２８で撮像された画像に基づき、切削ユニット２６をウェーハ１１のストリートに位置合わせする。その後、切削ユニット２６を下降させると共にチャックテーブル２０をＸ軸方向に移動（加工送り）させることで、ウェーハ１１をストリートに沿って切削できる。

開口４ａ及び支持台４ｂと隣接する位置には、円形の開口４ｃが形成されており、この開口４ｃ内には洗浄機構３０が配置されている。洗浄機構３０は、ウェーハ１１を保持した状態で回転可能なスピンナテーブル３２を備えている。

スピンナテーブル３２と近接する位置には、スピンナテーブル３２に保持されたウェーハ１１に洗浄液を供給する洗浄ノズル（不図示）が設けられている。また、支持台４ｂにおいて、開口４ｃ側の側面には、ウェーハ１１をチャックテーブル２０からスピンナテーブル３２へと搬送する第２搬送機構３４が設けられている。

洗浄機構３０で洗浄されたウェーハ１１は、第１搬送機構２４で仮置き機構１０に搬送される。仮置き機構１０に搬送されたウェーハ１１は、ガイドレール１４によって位置合わせされた後に、プッシュプル機構１２でカセット８に収容される。支持台４ｂの上面には、加工条件等を表示するモニタ３６が配置されている。

図２は、本実施の形態に係る切削ユニット２６の構造を模式的に示す一部断面側面図である。図２に示すように切削ユニット２６は、回転軸となる円柱状のスピンドル３８を含むスピンドルユニット（図２において不図示、例えば、図３参照）を備えている。スピンドル３８の一端側には、円形の切削ブレード４０を装着可能なマウントフランジ４２が固定されている。

切削ブレード４０は、円盤状のハブ基台４０ａの外周部分に円環状の切り刃４０ｂが固定された、いわゆるハブブレードである。ハブ基台４０ａの第１面側をマウントフランジ４２に係合させ、第２面側にナット４４を締め込むことで、切削ブレード４０はスピンドル３８の一端側に固定される。

上述した切削ブレード４０の大部分は、直方体状のブレードカバー４６で覆われている。ブレードカバー４６は、スピンドルユニットに固定された第１カバー４８と、第１カバー４８に装着される第２カバー５０とを含む。

第１カバー４８には、スピンドル３８の一端側を挿通するスピンドル挿通部４８ａが形成されている。このスピンドル挿通部４８ａにスピンドル３８の一端側を挿通すると共に、第１カバー４８をスピンドルユニットに固定し、第２カバー５０を第１カバー４８に装着することで、切削ブレード４０をブレードカバー４６で覆うことができる。第２カバー５０は、例えば、ネジ等の部材で第１カバー４８に装着される。

第１カバー４８に第２カバー５０を装着した状態のブレードカバー４６の内側には、切削ブレード４０を収容するブレード収容空間４６ａが形成されている。ブレード収容空間４６ａを構成する内壁面の形状は、切削ブレード４０、マウントフランジ４２、ナット４４等の形状に対応している。

ブレードカバー４６の底部（下部）には、第１カバー４８と第２カバー５０との境界に相当する位置に、切削ブレード４０の切り刃４０ｂを挿通するスリット（開口）４６ｂが形成されている。これにより、切り刃４０ｂの先端部分は、スリット４６ｂを通じてブレードカバー４６の下方に突出される。

スリット４６ｂと近接する位置には、吸入路４６ｃ，４６ｄが形成されている。この吸入路４６ｃ，４６ｄは、開口（不図示）を通じてブレード収容空間４６ａと連通しており、加工点近傍の外気と共に切削液をブレード収容空間４６ａ内に取り込む。これにより、切削液の飛散を防止できる。

また、ブレードカバー４６の上部には、外気吸入路４６ｅ，４６ｆが形成されている。外気吸入路４６ｅ，４６ｆの内部には、切り刃４０ｂの状態を検出するブレード検出機構５２が配置されている。

このブレード検出機構５２は、第１カバー４８側の外気吸入路４６ｅに配置された発光部５２ａと、第２カバー５０側の外気吸入路４６ｆに配置された受光部５２ｂとを含む。発光部５２ａ及び受光部５２ｂは、切り刃４０ｂの上部を挟み込むように配置されている。これにより、ブレード検出機構５２は、受光部５２ｂの受光量に基づいて切り刃４０ｂの摩耗や破損を検出できる。

第１カバー４８側には、吸入路４６ｃ，４６ｄ、外気吸入路４６ｅ，４６ｆ等を通じてブレード収容空間４６ａ内に取り込まれたエアーを、ブレード収容空間４６ａの外部に排出するパージエアー排出路４８ｂが形成されている。パージエアー排出路４８ｂの一端側は、スピンドル挿通部４８ａと接続されている。パージエアー排出路４８ｂの他端側は、切削装置２の支持台４ｂに設けられた排気口５４（図１）等を通じて吸引源５６に接続されている。

また、ブレードカバー４６の上部には、吸引源（不図示）に接続された排出口（不図示）が形成されている。ブレード収容空間４６ａ内に取り込まれた切削液は、この排出口を通じてブレードカバー４６の外部に排出される。なお、切削液排出用の吸引源は、吸引源５６と共通でも良いし、吸引源５６と異なるものでも良い。

このように構成された切削ユニット２６において、ウェーハ１１は、ブレードカバー４６の開口４６ｂから突出される切り刃４０ｂで切削される。ウェーハ１１の切削時には、ブレードカバー４６内に設けられた切削液供給ノズル（不図示）から、切り刃４０ｂに対して切削液が供給される。

本実施の形態では、切削ブレード４０がブレードカバー４６で覆われているので、切削ブレード４０の回転に伴う切削液の飛散を防ぐことができる。これにより、ウェーハ１１への切削屑の付着を抑制できる。

ところで、切削液の飛散を防ぐために、本実施の形態で示すようなブレードカバー４６を用いると、切削によって生じた熱で切削ブレード４０及びブレードカバー４６が高温になり、スピンドル３８が熱膨張して高精度な切削は難しくなる。そこで、本実施の形態では、ブレードカバー４６の外周に放熱板（フィン）５８を設ける。

放熱板５８は、ブレードカバー４６の熱を外部へと逃がすブレードカバー冷却機構（ブレードカバー冷却手段）として機能する。この放熱板５８を設けることで、切削ブレード４０及びブレードカバー４６に熱が溜まり難くなるので、スピンドル３８の熱膨張を抑制して高精度な切削を実現できる。なお、放熱板５８の数や形状は、要求される冷却性能に応じて任意に変更できる。

以上のように、本実施の形態に係る切削装置２は、先端の一部を除いて切削ブレード４０を覆うブレードカバー４６と、ブレードカバー４６を冷却する放熱板（フィン）５８（ブレードカバー冷却機構（ブレードカバー冷却手段））とを備えるので、切削屑が取り込まれた切削液の飛散を防いでウェーハ（被加工物）１１への切削屑の付着、残存を防止すると共に、スピンドル３８の熱膨張を抑制して高精度な切削を実現できる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、ブレードカバーを冷却水で冷却するブレードカバー冷却機構を備えた切削装置について説明する。なお、本実施の形態に係る切削装置の基本的な構成は、実施の形態１に係る切削装置２の構成と共通している。よって、実施の形態１と共通する構成については共通の符号を付し、本実施の形態では、主に、実施の形態１とは異なる構成について説明する。

図３は、本実施の形態に係る切削ユニットの構造を模式的に示す一部断面側面図である。図３に示すように、本実施の形態に係る切削ユニットは、円柱状のスピンドル３８を含むスピンドルユニット６０を備えている。スピンドル３８は、筒状のスピンドルハウジング６２に支持されている。

スピンドルハウジング６２の内部には、エアー供給路６２ａが形成されている。このエアー供給路６２ａは、エアー供給源６４と接続されており、スピンドル３８を浮動状態で支持するスラストエアーベアリング６６及びラジアルエアーベアリング６８にエアーを供給する。

スラストエアーベアリング６６は、スピンドル３８に設けられた円盤状のスラストプレート３８ａに対して、回転軸と平行な方向のエアーを吹き付けることで、スピンドル３８の位置を回転軸と平行な方向において一定に保つ。一方、ラジアルエアーベアリング６８は、スピンドル３８に対して、回転軸と垂直な方向のエアーを吹き付けることで、スピンドル３８の位置を回転軸と垂直な方向において一定に保つ。

スピンドルハウジング６２の内側には、スピンドル３８に回転力を付与するモータ７０が配置されている。モータ７０は、スピンドルハウジング６２に固定されたステータ７２と、スピンドル３８に連結されたロータ７４とを備え、ステータ７２とロータ７４との間に作用する電磁力でスピンドル３８を回転させる。

スピンドル３８の一端側には、マウントフランジ４２を介して円形の切削ブレード４０が装着されている。切削ブレード４０を覆うブレードカバー７６の内部には、冷却水路７６ａが形成されている。一方、本実施の形態のブレードカバー７６には、実施の形態１のような放熱板５８が設けられていない。なお、ブレードカバー７６の構成は、冷却水路７６ａ及び放熱板５８を除いて、実施の形態１に係るブレードカバー４６の構成と共通である。

スラストエアーベアリング６６及びラジアルエアーベアリング６８に供給されたエアーの一部は、ブレードカバー７６のブレード収容空間４６ａ側に流入し、パージエアー排出路４８ｂを通じて外部へと排出される。また、スラストエアーベアリング６６及びラジアルエアーベアリング６８に供給されたエアーの他の一部は、スピンドルハウジング６２に形成されたエアー排出路６２ｂを通じて外部に排出される。

ブレードカバー７６の内部に形成された冷却水路７６ａは、スピンドルハウジング６２の内部に形成された冷却水供給路６２ｃを介して冷却水供給源７８と接続されている。また、冷却水路７６ａは、スピンドルハウジング６２の内部に形成された冷却水排出路６２ｄと接続されている。

これにより、冷却水供給源７８からの冷却水は、冷却水供給路６２ｃを通じて冷却水路７６ａに供給され、ブレードカバー７６を冷却した後に、冷却水排出路６２ｄを通じて外部に排出される。

このように、本実施の形態に係る切削装置では、ブレードカバー７６の内部に形成された冷却水路７６ａと、冷却水路７６ａに接続された冷却水供給源７８とがブレードカバー冷却機構（ブレードカバー冷却手段）として機能するので、スピンドル３８の熱膨張を抑制して高精度な切削を実現できる。

本実施の形態で示す構成、方法等は、他の実施の形態に係る構成、方法等と適宜組み合わせることが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施の形態では、ブレードカバー冷却機構（ブレードカバー冷却手段）として、放熱板（フィン）５８と、冷却水路７６ａ及び冷却水供給源７８とのいずれかを用いた態様について示しているが、双方を組み合わせても良い。この場合、ブレードカバーの冷却効果をさらに高めることができる。

その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ 切削装置
４ 基台
４ａ 開口
４ｂ 支持台
４ｃ 開口
６ カセットエレベータ
８ カセット
１０ 仮置き機構
１２ プッシュプル機構
１４ ガイドレール
１６ Ｘ軸移動テーブル
１８ 防水カバー
２０ チャックテーブル（保持手段）
２０ａ 保持面
２２ クランプ
２４ 第１搬送機構
２６ 切削ユニット
２８ 撮像ユニット
３０ 洗浄機構
３２ スピンナテーブル
３４ 第２搬送機構
３８ スピンドル
３８ａ スラストプレート
４０ 切削ブレード
４０ａ ハブ基台
４０ｂ 切り刃
４２ マウントフランジ
４４ ナット
４６ ブレードカバー
４６ａ ブレード収容空間
４６ｂ スリット（開口）
４６ｃ 吸入路
４６ｄ 吸入路
４６ｅ 外気吸入路
４６ｆ 外気吸入路
４８ 第１カバー
４８ａ スピンドル挿通部
４８ｂ パージエアー排出路
５０ 第２カバー
５２ ブレード検出機構
５２ａ 発光部
５２ｂ 受光部
５４ 排気口
５６ 吸引源
５８ 放熱板（フィン）
６０ スピンドルユニット
６２ スピンドルハウジング
６２ａ エアー供給路
６２ｂ エアー排出路
６２ｃ 冷却水供給路
６２ｄ 冷却水排出路
６４ エアー供給源
６６ スラストエアーベアリング
６８ ラジアルエアーベアリング
７０ モータ
７２ ステータ
７４ ロータ
７６ ブレードカバー
７６ａ 冷却水路
７８ 冷却水供給源
１１ ウェーハ（被加工物）
１３ ダイシングテープ
１５ フレーム

Claims (3)

1. 被加工物を保持する保持手段と、
   該保持手段で保持された被加工物を切削する切削ブレードと、
   該切削ブレードを回転可能に支持するスピンドルを含むスピンドルユニットと、
   該スピンドルユニットに装着され、該切削ブレードを収容するブレード収容空間を内部に有するとともに、該切削ブレードの先端を突出させる開口を底部に有し、該切削ブレードを覆うブレードカバーと、
   該ブレードカバーを冷却するブレードカバー冷却手段と、を備え、
   該ブレードカバーは、吸引源に接続され該ブレード収容空間内に取り込まれた切削液を外部に排出する排出口と、該ブレード収容空間内にエアーを取り込む吸入路と、を更に有することを特徴とする切削装置。
2. 該ブレードカバー冷却手段は、該ブレードカバーの外周に形成されたフィンからなることを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
3. 該ブレードカバー冷却手段は、該ブレードカバーの内部に形成された冷却水路と、該冷却水路に接続された冷却水供給源と、からなることを特徴とする請求項１に記載の切削装置。

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