JP6699930B2

JP6699930B2 - 切削装置

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Publication number: JP6699930B2
Application number: JP2016077309A
Authority: JP
Inventors: 沙樹宮川; 智瑛杉山
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: JP2017185599A

Description

本発明は、板状の被加工物を切削する切削装置に関する。

半導体ウェーハに代表される板状の被加工物を加工する際には、例えば、環状の切削ブレード等でなる切削ユニットを含む切削装置が使用される。この切削装置は、通常、被加工物を保持するためのチャックテーブルと切削ユニットとを相対的に移動させることで、予め設定された切削条件等に応じて被加工物を切削する。

近年では、切削ユニットを構成する切削ブレードの切削能力を維持するために、切削ブレードを回転させるためのモータの電流値をモニタする方法等が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、モータの電流値が所定の閾値を超えた場合に、プリカットを実施して切削ブレードの切削能力を回復させる。

特開２０１５−２０５３７２号公報

しかしながら、切削ブレードを回転させるモータの電流値は、必ずしも切削ブレードの状態のみによって変動するわけではない。例えば、モータの電流値は、被加工物の異常や不良等によっても変動するので、上述の方法では、常に最適なタイミングでプリカットを実施できなかった。

また、上述の方法で問題となる被加工物の異常や不良の種類、発生のタイミング等を適切に推定できれば、装置や工程等の改善にも役立と考えられる。本発明はかかる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、切削中の被加工物の状態を判定できる切削装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、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ブレードで切削する切削ユニットと、該チャックテーブルと該切削ユニットとを相対的に移動させる移動機構と、該チャックテーブル、該切削ユニット、該移動機構の少なくとも一つに設けられ、切削中の振動、モータの電流又は電圧、荷重、速度、トルク、圧力のいずれかを測定する測定ユニットと、該測定ユニットから出力される信号に基づいて、被加工物の状態を判定する状態判定ユニットと、を備え、該状態判定ユニットは、該切削ユニットによる切削の前に被加工物に施された前工程と、該前工程で発生しうる被加工物の異常又は不良の種類と、該異常又は不良が発生した被加工物を該切削ブレードで切削する際に該測定ユニットで得られるデータと、を関連付けた状態で記憶する記憶部と、該測定ユニットで得られるデータと、該記憶部に記憶された情報と、に基づいて、被加工物に発生した異常又は不良の種類、又は、該異常又は不良が発生した前工程を推定する推定部と、を備える切削装置が提供される。

本発明の一態様において、該状態判定ユニットは、該測定ユニットで得られるデータと、該記憶部に記憶された情報と、に基づいて、被加工物に貼り付けられたテープと被加工物との間への異物又は空気の混入、被加工物の仕上がり厚さの不一致、被加工物の割れ又は欠け、のいずれかが発生したと推定することができる。また、該状態判定ユニットは、該測定ユニットで得られるデータと、該記憶部に記憶された情報と、に基づいて、該異常又は不良が、被加工物にテープを貼り付けるための工程、被加工物を研削又は研磨して薄くするための工程、被加工物を樹脂で被覆するための工程、のいずれかで発生したと推定することができる。また、該切削ユニットのＸ軸方向の位置を測定するＸ軸測定ユニットと、該切削ユニットのＹ軸方向の位置を測定するＹ軸測定ユニットと、を更に備え、該測定ユニットによる測定と同時に、該Ｘ軸測定ユニット及び該Ｙ軸測定ユニットによって加工点のＸＹ座標が測定されても良い。

本発明の一態様に係る切削装置は、切削中の振動、モータの電流又は電圧、荷重、速度、トルク、圧力のいずれかを測定する測定ユニットと、この測定ユニットから出力される信号に基づいて、被加工物の状態を判定する状態判定ユニットと、を備えるので、切削中の被加工物の状態を適切に判定できる。

切削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。被加工物が切削される様子を模式的に示す平面図である。図３（Ａ）は、測定ユニットで測定される電流の時間変化を示すグラフであり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の領域Ａを拡大したグラフである。被加工物が切削される様子を模式的に示す一部断面側面図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る切削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、切削装置（加工装置）２は、各構成要素を収容するための筐体４を備えている。筐体４の内部には、基台６が収容されている。

基台６の上面には、Ｘ軸移動機構（移動機構）８が設けられている。Ｘ軸移動機構８は、Ｘ軸方向（加工送り方向、前後方向）に平行な一対のＸ軸ガイドレール１０を備えており、Ｘ軸ガイドレール１０には、Ｘ軸移動テーブル１２がスライド可能に取り付けられている。

Ｘ軸移動テーブル１２の下面（裏面）側には、ナット（不図示）が設けられており、このナットには、Ｘ軸ガイドレール１０に平行なＸ軸ボールねじ１４が螺合されている。Ｘ軸ボールねじ１４の一端部には、Ｘ軸パルスモータ１６が連結されている。Ｘ軸パルスモータ１６でＸ軸ボールねじ１４を回転させることで、Ｘ軸移動テーブル１２は、Ｘ軸ガイドレール１０に沿ってＸ軸方向に移動する。このＸ軸移動機構８には、Ｘ軸移動テーブル１２のＸ軸方向の位置を測定するＸ軸測定ユニット（不図示）が設けられている。

Ｘ軸移動テーブル１２の上面側（表面側）には、テーブルベース１８が設けられている。テーブルベース１８の上部には、被加工物１１を保持するためのチャックテーブル２０が配置されている。チャックテーブル２０の周囲には、被加工物１１を支持する環状のフレーム１５を四方から固定する４個のクランプ２０ａが設置されている。

被加工物１１は、例えば、シリコン等の半導体でなる円形のウェーハであり、その上面（表面）側は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられている。デバイス領域は、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）でさらに複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。

被加工物１１の下面（裏面）側には、被加工物１１より径の大きいテープ１３が貼り付けられている。テープ１３の外周部分は、環状のフレーム１５に固定されている。すなわち、被加工物１１は、テープ１３を介してフレーム１５に支持されている。なお、本実施形態では、シリコン等の半導体でなる円形のウェーハを被加工物１１としているが、被加工物１１の材質、形状等に制限はない。例えば、セラミックス、樹脂、金属等の材料でなる任意の形状の基板を被加工物１１として用いることもできる。

チャックテーブル２０は、モータ（回転駆動源）（不図示）等に連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向、高さ方向）に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、上述したＸ軸移動機構８でＸ軸移動テーブル１２をＸ軸方向に移動させれば、チャックテーブル２０はＸ軸方向に加工送りされる。

チャックテーブル２０の上面は、被加工物１１を保持する保持面２０ｂとなっている。この保持面２０ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向（割り出し送り方向、左右方向）に対して概ね平行に形成されており、チャックテーブル２０やテーブルベース１８の内部に形成された流路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。なお、この吸引源の負圧は、テーブルベース１８に対してチャックテーブル２０を固定する際にも利用される。

チャックテーブル２０に近接する位置には、被加工物１１をチャックテーブル２０へと搬送する搬送機構（不図示）が設けられている。また、Ｘ軸移動テーブル１２の近傍には、切削時（加工時）に使用された純水等の切削液（加工液）の廃液を一時的に貯留するウォーターケース２２が設けられている。ウォーターケース２２内に貯留された廃液は、ドレーン（不図示）等を通じて切削装置２の外部に排出される。

基台６の上面には、Ｘ軸移動機構８を跨ぐ門型の支持構造２４が配置されている。支持構造２４の前面上部には、２組の切削ユニット移動機構（移動機構）２６が設けられている。各切削ユニット移動機構２６は、支持構造２４の前面に配置されＹ軸方向に概ね平行な一対のＹ軸ガイドレール２８を共通に備えている。Ｙ軸ガイドレール２８には、各切削ユニット移動機構２６を構成するＹ軸移動プレート３０がスライド可能に取り付けられている。

各Ｙ軸移動プレート３０の後面（裏面）側には、ナット（不図示）が設けられており、このナットには、Ｙ軸ガイドレール２８に平行なＹ軸ボールねじ３２がそれぞれ螺合されている。各Ｙ軸ボールねじ３２の一端部には、Ｙ軸パルスモータ３４が連結されている。Ｙ軸パルスモータ３４でＹ軸ボールねじ３２を回転させれば、Ｙ軸移動プレート３０は、Ｙ軸ガイドレール２８に沿ってＹ軸方向に移動する。

各Ｙ軸移動プレート３０の前面（表面）には、Ｚ軸方向に概ね平行な一対のＺ軸ガイドレール３６が設けられている。Ｚ軸ガイドレール３６には、Ｚ軸移動プレート３８がスライド可能に取り付けられている。

各Ｚ軸移動プレート３８の後面（裏面）側には、ナット（不図示）が設けられており、このナットには、Ｚ軸ガイドレール３６に平行なＺ軸ボールねじ４０がそれぞれ螺合されている。各Ｚ軸ボールねじ４０の一端部には、Ｚ軸パルスモータ４２が連結されている。Ｚ軸パルスモータ４２でＺ軸ボールねじ４０を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３８は、Ｚ軸ガイドレール３６に沿ってＺ軸方向に移動する。

各切削ユニット移動機構２６には、Ｙ軸移動プレート３０のＹ軸方向の位置を測定するＹ軸測定ユニット（不図示）が設けられている。また、各切削ユニット移動機構２６には、Ｚ軸移動プレート３８のＺ軸方向の位置を測定するＺ軸測定ユニット（不図示）が設けられている。

各Ｚ軸移動プレート３８の下部には、被加工物１１を切削するための切削ユニット（加工ユニット）４４が設けられている。また、切削ユニット４４に隣接する位置には、被加工物１１を撮像するためのカメラ（撮像ユニット）４６が設置されている。各切削ユニット移動機構２６で、Ｙ軸移動プレート３０をＹ軸方向に移動させれば、切削ユニット４４及びカメラ４６は割り出し送りされ、Ｚ軸移動プレート３８をＺ軸方向に移動させれば、切削ユニット４４及びカメラ４６は昇降する。

なお、チャックテーブル２０に対する切削ユニット４４及びカメラ４６のＸ軸方向の位置は、上述したＸ軸測定ユニットで測定される。また、チャックテーブル２０に対する切削ユニット４４及びカメラ４６のＹ軸方向の位置は、上述したＹ軸測定ユニットで測定される。さらに、チャックテーブル２０に対する切削ユニット４４及びカメラ４６のＺ軸方向の位置は、上述したＺ軸測定ユニットで測定される。

切削ユニット４４は、Ｙ軸方向に概ね平行な回転軸となるスピンドル（不図示）を備えている。スピンドルの一端側には、環状の切削ブレード４８が装着されている。スピンドルの他端側にはモータ（回転駆動源）（不図示）等が連結されており、切削ブレード４８は、スピンドルを介して伝達されるモータのトルクによって回転する。

Ｘ軸移動機構８、チャックテーブル２０、搬送機構、切削ユニット移動機構２６、切削ユニット４４、カメラ４６等の構成要素は、それぞれ、制御ユニット（状態判定ユニット）５０に接続されている。この制御ユニット５０は、被加工物１１の加工条件等に合わせて、上述した各構成要素を制御する。

また、この制御ユニット５０には、切削中に発生するチャックテーブル２０や切削ブレード４８等の振動、スピンドルを介して切削ブレード４８に連結されたモータ等の電流又は電圧、被加工物１１に切削ブレード４８を切り込ませる際の荷重、チャックテーブル２０に対する切削ユニット４４等の速度、Ｘ軸パルスモータ１６等が出力するトルク、チャックテーブル２０の内部に形成された流路の圧力、等を測定するための測定ユニット５２が接続されている。

測定ユニット５２は、例えば、チャックテーブル２０や切削ユニット４４、Ｘ軸移動機構８、切削ユニット移動機構２６等に設けられており、測定した振動、電流、電圧、荷重、速度、トルク、圧力等の情報（データ）を制御ユニット５０へと送る。制御ユニット５０は、例えば、記憶部５０ａと、推定部５０ｂとを備えている。

記憶部５０ａには、予め（切削の前に）被加工物１１に施される前工程と、前工程で発生しうる被加工物１１の異常や不良等の種類と、異常や不良等が発生した被加工物１１を切削する際に測定ユニット５２で得られる情報と、が互いに関連付けられた状態で記憶されている。

推定部５０ｂは、測定ユニット５２で得られる情報と、記憶部５０ａに記憶されている情報と、に基づいて、前工程において被加工物１１に発生した異常や不良等の種類、及び被加工物１１に異常や不良等を発生させた前工程を推定する。制御ユニット５０は、推定部５０ｂによる推定の結果を、例えば、筐体４の前面に設置されている表示パネル５４に表示させる。なお、制御ユニット５０は、この推定の結果に基づいて、Ｘ軸移動機構８や切削ユニット移動機構２６、切削ユニット４４等の動作を制御（例えば、停止）しても良い。

切削の前に被加工物１１に施される前工程の種類としては、例えば、被加工物１１にテープ１３を貼り付けてフレーム１５を固定するための工程や、被加工物１１を研削、研磨して薄くするための工程、被加工物１１を樹脂で被覆するための工程等がある。また、前工程で発生しうる異常や不良等の種類としては、例えば、被加工物１１の仕上がり厚さの不一致や、被加工物１１へのテープ１３の貼り付け不良、被加工物１１の割れ、欠け等がある。

次に、上述した切削装置２の使用方法の一例について説明する。図２は、被加工物１１が切削される様子を模式的に示す平面図である。なお、図２では、切削装置２の構成要素の一部のみを示している。図２に示すように、本実施形態に係る切削装置２で被加工物１１を切削する際には、２組の切削ユニット４４を互いに干渉しないように割り出し送りする。

具体的には、例えば、被加工物１１は、一方の切削ユニット４４によって分割予定ライン（ストリート）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７の順に切削される。同時に、被加工物１１は、別の切削ユニット４４によって分割予定ライン（ストリート）Ｌ１４，Ｌ１３，Ｌ１２，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１１の順に切削される。ただし、切削の順序は、各切削ユニット４４が互いに干渉しない範囲で任意に変更できる。

本実施形態に係る切削装置２では、例えば、このような手順で被加工物を切削する際に、切削ブレード４８を回転させるためのモータ（切削ユニット４４内のモータ）の電流を測定ユニット５２で測定する。そして、この電流に関する情報を含む信号が測定ユニット５２から出力され、制御ユニット５０内の推定部５０ｂへと送られる。

図３（Ａ）は、測定ユニット５２で測定される電流の時間変化を示すグラフであり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の領域Ａを拡大したグラフである。なお、切削ブレード４８を回転させるモータの電流を測定ユニット５２で検出する際には、同時に、Ｘ軸測定ユニット及びＹ軸測定ユニットで加工点の位置（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行なＸＹ平面内での座標（ＸＹ座標））を測定しておく。

これにより、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、時間及びＸＹ座標に対するモータの電流に関する情報（データ）を取得できる。なお、取得された電流の情報から、後述する判定に不要な部分（例えば、図３（Ｂ）に示す切削を実施していない期間ｔ１等）を除去しても良い。

図４は、被加工物１１が切削される様子を模式的に示す一部断面側面図である。図４では、テープ１３と被加工物１１との間に加工屑等の異物１７が挟まっている例を示している。この場合には、例えば、異物１７の近傍で切削ブレード４８の負荷が増大し、それに合わせてモータの電流も増加する。よって、制御ユニット５０の推定部５０ｂは、この電流の増加から異物１７の存在を推定できる。

具体的には、制御ユニット５０の推定部５０ｂは、測定ユニット５２で測定された電流との相関が高い情報を、記憶部５０ａに記憶されている情報から選び出す。例えば、上述のように、異物１７の近傍で増加する電流が測定された場合には、この電流の増加に近い態様の情報を記憶部５０ａの情報から選択する。

上述のように、記憶部５０ａには、切削の前に被加工物１１に施される前工程と、前工程で発生しうる被加工物１１の異常や不良等の種類と、異常や不良等が発生した被加工物１１を切削する際に測定ユニット５２で得られる情報と、が互いに関連付けられた状態で記憶されている。

よって、例えば、測定ユニット５２で測定された電流の増加との相関が高い情報を、記憶部５０ａに記憶されている情報から選び出すことで、テープ１３と被加工物１１との間に異物１７が存在すること（異常や不良）、及び異物１７の付着がテープ１３を貼り付ける工程（前工程）で発生したことを推定できる。

なお、このモータの電流を測定する方法では、異物１７の存在（付着）以外にも、被加工物１１の仕上がり厚さの不一致や、被加工物１１の割れ、欠け、テープ１３と被加工物１１との間への空気の混入等を推定できる。具体的に、例えば、被加工物１１の仕上がり厚さが薄い場合には、モータの電流が小さくなり、被加工物１１の仕上がり厚さが厚い場合には、モータの電流が大きくなる。

一方、被加工物１１に割れ、欠けが存在する場合や、テープ１３と被加工物１１との間に空気が混入した場合には、モータの電流が不安定になる。また、本実施形態では、時間及びＸＹ座標に対するモータの電流の情報を取得しているので、上述のような異常や不良等が発生した位置（ＸＹ座標）を併せて推定できる。

以上のように、本実施形態に係る切削装置２は、振動、電流又は電圧、荷重、速度、トルク、圧力等を測定する測定ユニット５２と、この測定ユニット５２から出力される信号に基づいて、被加工物１１の状態を判定する制御ユニット（状態判定ユニット）５０と、を備えるので、切削中の被加工物１１の状態を適切に判定できる。

なお、本発明は上記実施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、上記実施形態では、切削ブレード４８に連結されたモータの電流を測定ユニット５２によって測定することで、切削中の被加工物１１の状態を判定する例について説明しているが、振動、電圧、荷重、速度、トルク、圧力等を測定することで、切削中の被加工物１１の状態を判定しても良い。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、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（加工装置）
４筐体
６基台
８Ｘ軸移動機構（移動機構）
１０Ｘ軸ガイドレール
１２Ｘ軸移動テーブル
１４Ｘ軸ボールねじ
１６Ｘ軸パルスモータ
１８テーブルベース
２０チャックテーブル
２０ａクランプ
２０ｂ保持面
２２ウォーターケース
２４支持構造
２６切削ユニット移動機構（移動機構）
２８Ｙ軸ガイドレール
３０Ｙ軸移動プレート
３２Ｙ軸ボールねじ
３４Ｙ軸パルスモータ
３６Ｚ軸ガイドレール
３８Ｚ軸移動プレート
４０Ｚ軸ボールねじ
４２Ｚ軸パルスモータ
４４切削ユニット（加工ユニット）
４６カメラ（撮像ユニット）
４８切削ブレード
５０制御ユニット（状態判定ユニット）
５０ａ記憶部
５０ｂ推定部
５２測定ユニット
５４表示パネル
１１被加工物
１３テープ
１５フレーム
１７異物

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を切削ブレードで切削する切削ユニットと、
該チャックテーブルと該切削ユニットとを相対的に移動させる移動機構と、
該チャックテーブル、該切削ユニット、該移動機構の少なくとも一つに設けられ、切削中の振動、モータの電流又は電圧、荷重、速度、トルク、圧力のいずれかを測定する測定ユニットと、
該測定ユニットから出力される信号に基づいて、被加工物の状態を判定する状態判定ユニットと、を備え、
該状態判定ユニットは、
該切削ユニットによる切削の前に被加工物に施された前工程と、該前工程で発生しうる被加工物の異常又は不良の種類と、該異常又は不良が発生した被加工物を該切削ブレードで切削する際に該測定ユニットで得られるデータと、を関連付けた状態で記憶する記憶部と、
該測定ユニットで得られるデータと、該記憶部に記憶された情報と、に基づいて、被加工物に発生した異常又は不良の種類、又は、該異常又は不良が発生した前工程を推定する推定部と、を備えることを特徴とする切削装置。
該状態判定ユニットは、
該測定ユニットで得られるデータと、該記憶部に記憶された情報と、に基づいて、被加工物に貼り付けられたテープと被加工物との間への異物又は空気の混入、被加工物の仕上がり厚さの不一致、被加工物の割れ又は欠け、のいずれかが発生したと推定することを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
該状態判定ユニットは、
該測定ユニットで得られるデータと、該記憶部に記憶された情報と、に基づいて、該異常又は不良が、被加工物にテープを貼り付けるための工程、被加工物を研削又は研磨して薄くするための工程、被加工物を樹脂で被覆するための工程、のいずれかで発生したと推定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切削装置。
該切削ユニットのＸ軸方向の位置を測定するＸ軸測定ユニットと、
該切削ユニットのＹ軸方向の位置を測定するＹ軸測定ユニットと、を更に備え、
該測定ユニットによる測定と同時に、該Ｘ軸測定ユニット及び該Ｙ軸測定ユニットによって加工点のＸＹ座標が測定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の切削装置。