JP6704714B2 - 切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を切削ブレードで切削する切削装置に関する。

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、切削装置によって行われている。この切削装置は、例えば、ダイヤモンド砥粒等からなる切削砥石を有する切削ブレードと、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を備えている。切削装置では、高速回転させた切削ブレードを被加工物に切り込ませながら、ストリートに沿って相対的に切削送りすることで被加工物を切削して切削溝を形成する。

かかる切削装置では、被加工物を切削する際、切削ブレードと被加工物との間に生じる摩擦熱低減のため、切削ブレードや加工点に対して切削液（切削水等）を供給して冷却している。供給された切削液は、切削によって生じた切削屑と共に排液となって被加工物の表面上に流出するので、切削屑が被加工物の表面に付着してしまう。そのため、被加工物を洗浄液中に水没させた状態で保持し、被加工物を超音波振動させて洗浄しながら切削を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００６−３４４６３０号公報 特開２００７−１３６４２５号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載された切削装置では、チャックテーブルを振動させるため、超音波振動が十分でなく、その洗浄能力が必ずしも満足に得られない、という問題がある。また、チャックテーブルと共に被加工物を振動させるため、切削加工後の品質が悪化してしまう、という問題もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、切削時の被加工物の上面における切削屑の付着を防止でき、切削加工後の品質低下を抑制することができる切削装置を提供することを目的とする。

本発明の切削装置は、被加工物を上面に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を切削するための切削ブレードを備えた切削手段と、切削ブレードに切削水を供給する切削水供給手段と、を備える切削装置において、チャックテーブルを上方を開放した側壁で囲繞してチャックテーブルに保持された被加工物を水没させる水槽と、側壁にチャックテーブルを挟んで対向して配設された超音波振動子と、水槽内を洗浄水で満たし被加工物を水没させると共に被加工物の上面に切削ブレードで被加工物を切削する状態でのチャックテーブルの相対移動方向となる切削方向の上流から下流に向かう洗浄水の流れを水槽内への洗浄水の吐出によって生じさせる洗浄水ノズルとを備え、水槽の底壁の２箇所位置には洗浄水を排出させる排水口が設けられ、一方の排水口は、洗浄水ノズルと切削方向にチャックテーブルを挟んで反対側に設けられ、もう一方の排水口は、チャックテーブルの中心位置で水槽を９０度回転させたときに、回転前に一方の排出口が配設された位置と同じになる位置に形成され、被加工物を水没させた状態で水槽内の洗浄水に超音波を付与し、切削時に発生する切削屑を浮遊させて被加工物上面を切削方向に洗浄水を流しながら被加工物の切削を行うことを特徴とする。

この構成によれば、チャックテーブルを水没させる水槽の側壁に超音波振動子を配設したので、超音波振動子が水槽内の洗浄水を振動させて切削時に発生する切削屑を被加工物から浮遊させることができる。このとき、超音波振動子がチャックテーブルを振動させずに洗浄水を直接的に振動させるので、洗浄水を効率良く振動させることができ、被加工物上面に切削屑が堆積、付着することを防止することができる。しかも、超音波振動子による洗浄においてチャックテーブル及び被加工物を振動させないので、被加工物における切削加工後の品質低下を回避することができる。

本発明によれば、チャックテーブルを水没させる水槽の側壁に超音波振動子を配設したので、切削時の被加工物の上面における切削屑の付着を防止でき、切削加工後の品質低下を抑制することができる。

本実施の形態に係る切削装置の外観斜視図である。 本実施の形態に係るチャックテーブル周りの概略縦断面図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る切削装置ついて説明する。図１は、本実施の形態に係る切削装置の外観斜視図である。なお、本実施の形態に係る切削装置は、図１に示す構成に限定されるものでなく、本実施の形態と同様に被加工物を加工可能であれば、他の切削装置であってもよい。

図１に示すように、本実施の形態の切削装置１は、切削ブレード１８ｂを有する切削手段１８と被加工物Ｗを保持するチャックテーブル３とを相対移動させて被加工物Ｗを切削するように構成されている。被加工物Ｗは、ダイシングテープＴを介してリングフレームＦに支持された状態で切削装置１に搬入される。なお、被加工物Ｗは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板に半導体デバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系の無機材料基板に光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。

切削装置１は、基台２に設けられたチャックテーブル３と、このチャックテーブル３で保持される被加工物Ｗを切削する切削機構４とを備えて構成されている。基台２上においてチャックテーブル隣接する位置にはスピンナー洗浄機構６が設けられている。スピンナー洗浄機構６では、回転中のスピンナーテーブル６ａに向けて洗浄水が噴射されて被加工物Ｗが洗浄された後、洗浄水の代わりに乾燥エアが吹き付けられて被加工物Ｗが乾燥される。

チャックテーブル３には、ポーラスセラミック材により被加工物Ｗを吸引保持する保持面３ａが形成されている。保持面３ａは、チャックテーブル３内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル３の周囲には、４つのクランプ部３ｂが設けられ、各クランプ部３ｂによって被加工物Ｗの周囲のリングフレームＦが四方から挟持固定される。チャックテーブル３は、θテーブル（不図示）を介して移動板１０の上面に支持されている。移動板１０は、基台２の上面側に形成されてＸ方向に延在する矩形状の開口部１１内に配置されている。開口部１１は、移動板１０と、移動板１０のＸ方向両側に設けられた蛇腹状の防水カバー１２とにより被覆されている。防水カバー１２の下方には、チャックテーブル３を切削方向となるＸ方向に駆動する切削送り手段（不図示）が設けられている。この切削送り手段は、例えば、ボールねじ式の移動機構からなる。

切削機構４は、基台２上に固定された門型の柱部１４と、柱部１４に設けられた送り手段１５と、送り手段１５によってＹ方向及びＺ方向に移動可能に支持される切削手段１８とを有する。

送り手段１５は、柱部１４の前面に対してＹ方向に平行な一対のガイドレール２１と、一対のガイドレール２１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＹ軸テーブル２２とを有している。また、送り手段１５は、Ｙ軸テーブル２２の前面に配置されたＺ方向に平行な一対のガイドレール２３と、各ガイドレール２３にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル２４とを有している。Ｚ軸テーブル２４の下部には、切削手段１８が設けられている。

Ｙ軸テーブル２２の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ２５が螺合されている。また、各Ｚ軸テーブル２４の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ２６が螺合されている。Ｙ軸テーブル２２用のボールネジ２５、Ｚ軸テーブル２４用のボールネジ２６の一端部には、それぞれ駆動モータ２８（ボールネジ２５の駆動モータは不図示）が連結されている。駆動モータ２８によりボールネジ２５、２６が回転駆動され、切削手段１８がガイドレール２１、２３に沿ってＹ方向及びＺ方向に移動される。

切削手段１８は、ハウジング１８ａから突出したスピンドル（不図示）の先端に、切削ブレード１８ｂを回転可能に装着して構成される。切削ブレード１８ｂは、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで固めて円板状に成形されている。切削ブレード１８ｂは、ブレードカバーによって周囲が覆われており、ブレードカバーには切削部分に向けて切削水を供給する切削水供給手段として、噴射ノズル１８ｃが設けられている。切削手段１８は、切削ブレード１８ｂを高速回転させ、複数の噴射ノズル１８ｃから被加工物Ｗの切削部分である被加工物Ｗと切削ブレード１８ｂとに切削水を噴射しつつ被加工物Ｗを切削加工する。

ここで、切削装置１においては、チャックテーブル３の周りに設けられて切削加工中の被加工物Ｗを洗浄するための洗浄機構３０を更に備えている。以下、洗浄機構３０の具体的な構成について、図２も参照して説明する。図２は、本実施の形態に係るチャックテーブル周りの概略縦断面図である。

図１及び図２に示すように、洗浄機構３０は、チャックテーブル３を受容する水槽３１と、水槽に３１に設けられた複数の超音波振動子３２と、水槽３１内を洗浄水Ｐ（図１ででは不図示）で満たすための洗浄水供給手段としての洗浄水ノズル３３とを備えている。水槽３１は、チャックテーブル３の下面側に設けられた底壁３５を備えている。底壁３５は、上面視で方形状に形成され、四辺となる外周がＸ方向又はＹ方向に向けられている。また、水槽３１は、底壁３５の外周から立設してチャックテーブル３を四方から囲繞する側壁３６を更に備え、側壁３６は上方を開放し且つ下方が底壁３５によって閉塞される。従って、水槽３１は、側壁３６の内部に洗浄水Ｐを貯留でき、この洗浄水Ｐの貯留によってチャックテーブル３と、チャックテーブル３に保持された被加工物Ｗとを水没させることができる。

超音波振動子３２は、板状の高周波超音波振動子を使用して構成され、２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの周波数の超音波を発振する。超音波振動子３２は、側壁３６の外周面であってチャックテーブル３の四方に対応する位置に装着されている。従って、一対の超音波振動子３２がＸ方向からチャックテーブル３を挟んで対向して配設され、もう一対の超音波振動子３２がＹ方向からチャックテーブル３を挟んで対向して配設される。各超音波振動子３２は、電源回路（不図示）から電圧が印加されると超音波を発振し、水槽３１に貯留された洗浄水Ｐを所定周波数で振動させるように構成されている。

洗浄水ノズル３３には、洗浄水供給源３８が接続され、水槽３１内を洗浄水Ｐで満たすように洗浄水Ｐを供給する。洗浄水ノズル３３は、水槽３１のＸ方向奥行側の側壁３６上方であって、かかる側壁３６のＹ方向中央部に設けられている。洗浄水ノズル３３は、移動板１０（図２では不図示）に設けられる支柱等（不図示）を介して上述の位置に配設され、先端が斜め下方に向けられている。洗浄水ノズル３３から洗浄水Ｐを吐出すると、図２の一点鎖線で示すように、水槽３１内においてＸ方向手前側から奥行側に洗浄水Ｐの流れが生じることとなる。

ここで、水槽３１の底壁３５には、水槽３１内の洗浄水Ｐを排出すべく２箇所位置に排水口４０ａ、４０ｂ（図２では排水口４０ｂ不図示）が設けられている。一方の排水口４０ａは、洗浄水ノズル３３とＸ方向にチャックテーブル３を挟んで反対側に設けられている。従って、一方の排出口４０ａからの洗浄水Ｐの排出によっても上述したＸ方向での洗浄水Ｐの流れを作り出すことができる。もう一方の排水口４０ｂは、チャックテーブル３の中心位置で水槽３１を９０度回転させたときに、回転前に一方の排出口４０ａが配設された位置と同じになる位置に形成されている。排水口４０ａ、４０ｂには、その開閉を制御する電磁弁等の弁機構（不図示）が設けられ、弁機構によってＸ方向での洗浄水Ｐの流れで下流側に位置する方の排水口４０ａが開放し、位置しない方の排水口４０ｂが閉塞される。なお、弁機構の開閉制御によって、水槽３１内における洗浄水Ｐの貯水量や洗浄水Ｐの流れを調整するようにしてもよい。

次に、上記切削装置１による被加工物Ｗの切削加工方法について説明する。先ず、搬送手段（不図示）によって、ダイシングテープＴを介してリングフレームＦに固定された被加工物Ｗをユニットとしてチャックテーブル３に搬送し、吸引保持する。また、チャックテーブル３の周囲のクランプ部３ｂによってリングフレームＦを固定する。次いで、被加工物Ｗをアライメントしてから、チャックテーブル３をＸ方向に移動し、被加工物Ｗを切削領域となる切削手段１８の下方に近付けて位置付ける。また、切削機構４（図２では不図示）では、被加工物Ｗの分割予定ラインに応じて切削手段１８をＹ軸方向に移動して位置付ける。

上記のように位置付けした後、洗浄水供給源３８から洗浄水ノズル３３を通じて水槽３１に洗浄水Ｐを供給する。洗浄水Ｐは、水槽３１の側壁３６上端となる開口まで満たすように供給され、洗浄水Ｐによってチャックテーブル３に保持された被加工物Ｗを水没した状態とする。この状態で、超音波振動素子３２に電圧を印可して水槽３１内の洗浄水Ｐに超音波を付与し、かかる超音波の付与によって洗浄水Ｐが振動した状態を継続して維持する。洗浄水ノズル３３からの洗浄水Ｐの供給中、排水口４０ａでは供給された洗浄水Ｐと略同量若しくは少ない量が排水として排出される。排水口４０ａの排水量が洗浄水Ｐの供給量より少ない場合等、水槽３１の側壁３６上から溢れ出る洗浄水Ｐが防水カバー１２（図２では不図示）に流れ落ちた後、防水カバー１２の下方に設置される回収機構（不図示）で回収される。

その後、切削手段１８を下降し、被加工物Ｗの切り込み深さに応じてＺ方向に位置付ける。この位置付け後、高速回転された切削ブレード１８ｂに対してチャックテーブル３をＸ方向に相対移動し、被加工物Ｗの分割予定ラインに沿って切削溝を形成する。切削溝形成時に、切削ブレード１８ｂと被加工物Ｗとの接触部位には、噴射ノズル１８ｃ（図２では不図示）から切削水を供給する。そして、切削溝を１本形成する毎に、分割予定ラインのＹ方向のピッチ間隔分、切削手段１８をＹ方向に移動し、同様の動作を繰り返すことで、切削溝が順次形成される。

切削ブレード１８ｂによる切削によって切削屑が発生するが、被加工物Ｗが洗浄水Ｐに水没され、その洗浄水Ｐに超音波振動が付与されているので、被加工物Ｗの上面から切削屑を浮遊させて被加工物Ｗへの付着を防止することができる。このとき、洗浄水ノズル３３からの洗浄水Ｐの吐出によって水槽３１内に図２中右から左方向（Ｘ方向）への水流を形成できる。また、水槽３１内の洗浄水Ｐは図２中左側に形成された排水口４０ａから排出されるので、これによっても右から左方向への水流形成に寄与することができる。言い換えると、洗浄水ノズル３３と排水口４０ａがチャックテーブル３を挟んで位置するので、被加工物Ｗの上面において洗浄水Ｐが通過するようになり、洗浄水Ｐで被加工物Ｗの上面を流しながら被加工物Ｗの切削が行われる。これにより、超音波振動の付与によって浮遊された切削屑を被加工物Ｗの上面から除去して洗浄水Ｐと共に排出でき、被加工物Ｗ上面への切削屑の堆積、付着をより良く防止することができる。しかも、洗浄水Ｐの流れる方向は、切削加工時のチャックテーブル３の移動方向と同じ、つまり、切削ブレード１８ｂに対向する方向となる。これにより、回転する切削ブレード１８ｂにより吹き飛ぶ洗浄水Ｐによって、上記の洗浄水Ｐの流れが変わることを抑制することができる。

Ｘ軸と平行な分割予定ライン全てに切削溝を形成後、θテーブル（不図示）を介してチャックテーブル３及び水槽３１を９０°回転し、上記と同様の切削を行うと、すべての分割予定ラインに切削溝が形成されて被加工物Ｗが縦横に切削される。チャックテーブル３及び水槽３１を９０°回転した後は、排水口４０ｂと洗浄水ノズル３３がチャックテーブル３を挟んで位置するようになり、回転後も洗浄水Ｐの流れを上述と同様に作り出すことができる。

本実施の形態に係る切削装置１によれば、チャックテーブル３を振動させずに超音波振動子３２が洗浄水Ｐを直接振動させて超音波を付与するので、洗浄水Ｐを十分に強く振動させることができる。これにより、被加工物Ｗから切削屑をより良く浮遊させることができ、被加工物Ｗの上面に切削屑が堆積したり付着したりしないよう洗浄能力を高めることができる。しかも、このような洗浄能力を高めつつ、チャックテーブル３及び被加工物Ｗを振動させなくて良いので、かかる振動に起因する切削加工精度の低下をなくすことができる。以上のように、本実施の形態によれば、洗浄能力向上と加工の高精度化との両方の能力を高めることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、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することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、θテーブル（不図示）によるチャックテーブル３の回転と共に水槽３１も回転する構成としたが、チャックテーブル３が回転しても水槽３１が回転しない構成としてもよい。この構成では、チャックテーブル３と水槽３１との間に相対回転を許容するシール構造が設けられ、また、排水口４０ｂの形成を省略することができる。

また、洗浄水ノズル３３の設置数及び設置位置は、例えば、Ｙ方向に複数並べて設置する等、上記実施の形態と同様の作用を得られる限りにおいて変更してもよい。

以上説明したように、本発明は、洗浄水によって被加工物を水没させながら切削ブレードによって切削することができる切削装置に有用である。

１ 切削装置
３ チャックテーブル
１８ 切削手段
１８ｂ 切削ブレード
１８ｃ 噴射ノズル（切削水供給手段）
３１ 水槽
３２ 超音波振動子
３３ 洗浄水ノズル（洗浄水供給手段）
３６ 側壁
Ｐ 洗浄水
Ｗ 被加工物

Claims (1)

1. 被加工物を上面に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、を備える切削装置において、
   該チャックテーブルを上方を開放した側壁で囲繞して該チャックテーブルに保持された被加工物を水没させる水槽と、該側壁に該チャックテーブルを挟んで対向して配設された超音波振動子と、該水槽内を洗浄水で満たし被加工物を水没させると共に被加工物の上面に該切削ブレードで被加工物を切削する状態での該チャックテーブルの相対移動方向となる切削方向の上流から下流に向かう洗浄水の流れを該水槽内への洗浄水の吐出によって生じさせる洗浄水ノズルとを備え、
   該水槽の底壁の２箇所位置には洗浄水を排出させる排水口が設けられ、一方の該排水口は、該洗浄水ノズルと該切削方向に該チャックテーブルを挟んで反対側に設けられ、もう一方の該排水口は、該チャックテーブルの中心位置で該水槽を９０度回転させたときに、回転前に一方の該排出口が配設された位置と同じになる位置に形成され、
   該被加工物を水没させた状態で該水槽内の洗浄水に超音波を付与し、切削時に発生する切削屑を浮遊させて被加工物上面を該切削方向に洗浄水を流しながら被加工物の切削を行うことを特徴とする切削装置。

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