JP6727699B2 - 切削装置のセットアップ方法 - Google Patents

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Description

本発明は、切削ブレードが装着された切削ユニットの位置を調整する切削装置のセットアップ方法に関する。
半導体ウェーハに代表される板状の被加工物を切削する際には、例えば、環状の切削ブレードを装着した切削装置が使用される。この切削ブレードを回転させて被加工物に切り込ませながら、被加工物と切削ブレードとを相対的に移動させることで、被加工物を切削できる。
ところで、上述のような切削装置で被加工物を切削すると、切削ブレードの摩耗が進行して、その径は徐々に小さくなる。摩耗により径が小さくなった切削ブレードをそのまま使用すると、被加工物に対する切削ブレードの切り込みが浅くなって、被加工物を適切に切削できない。
そこで、切削ブレードの先端(下端)の位置を任意のタイミングで検出し、この先端の位置を基準に、切削ブレードの切り込み深さを制御するセットアップ方法が実用化されている(例えば、特許文献1,2参照)。このセットアップ方法では、例えば、切削ブレードの下方に位置する光学式のセンサに対して回転させた切削ブレードを下降させ、センサ内の光路を切削ブレードによって遮断することで切削ブレードの先端の位置を検出する。
特開2001−298001号公報 特開2013−251457号公報
しかしながら、上述のセットアップ方法では、例えば、切削ブレードを下降させてセンサ内に侵入させると、切削ブレードの回転やセンサの形状等が相互に作用して切削ブレードの周囲の気流が変わってしまう。その結果、切削ブレードに伴って回転する切削液が落下してセンサに付着し、切削ブレードの先端の位置を正しく検出できないことがあった。
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、切削液の影響を低減して、切削ブレードが装着された切削ユニットの位置を正しく検出できる切削装置のセットアップ方法を提供することである。
本発明の一態様によれば、被加工物を保持面で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が装着された切削ユニットと、該切削ブレードに切削液を供給する切削液供給ユニットと、該切削ユニットを該保持面と直交する切り込み送り方向に移動する移動機構と、該切削ブレードが侵入するブレード侵入部を挟んで対面する発光部と受光部とを有し該切り込み送り方向での該切削ブレードの先端の位置を検出する刃先位置検出ユニットと、各構成要素を制御する制御ユニットと、を備える切削装置を用いて、該切削ブレードの先端の位置を検出する切削装置のセットアップ方法であって、該切削ブレードへの切削液の供給を停止する供給停止ステップと、該供給停止ステップを実施した後、該刃先位置検出ユニットで該切削ユニットの位置を検出することなく該切削ユニットを該切り込み送り方向に移動させ、該切削液が付着した状態で回転する該切削ブレードを該ブレード侵入部に侵入させることで、該切削ブレードの周囲の気流を変化させ、該切削ブレードに伴って回転する切削液を周囲へと飛散させる水切りステップと、該水切りステップを実施した後、回転する該切削ブレードを再び該ブレード侵入部に侵入させ、該受光部の受光量が所定の光量になった際の該切削ユニットの位置を検出する位置検出ステップと、を備えることを特徴とする切削装置のセットアップ方法が提供される。
本発明の一態様において、該刃先位置検出ユニットは、該受光部及び該発光部の端面にエアーを供給するエアー供給部を有し、該水切りステップ中に該エアー供給部からエアーを供給することが好ましい。
本発明の一態様に係る切削装置のセットアップ方法では、切削ユニットの位置を検出する位置検出ステップの前に、切削ブレードに伴って回転する切削液を周囲へと飛散させる水切りステップを実施するので、位置検出ステップを実施する際に、刃先位置検出ユニットの発光部と受光部とに切削液が付着し難くなる。よって、切削液の影響を低減して、切削ユニットの位置を正しく検出できる。
切削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 刃先位置検出ユニットを拡大した斜視図である。 セットアップ方法の概要を示す模式図である。 水切りステップを示す側面図である。 位置検出ステップを示す側面図である。 切削ユニットの動きの例を示すグラフである。 従来のセットアップ方法を示す側面図である。
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。本実施形態に係る切削装置のセットアップ方法は、供給停止ステップ、水切りステップ(図4参照)、及び位置検出ステップ(図5参照)を含む。
供給停止ステップでは、切削ブレードへの切削液の供給を停止する。水切りステップでは、切削ブレードの周囲の気流を変化させることで、切削ブレードに伴って回転する切削液を飛散させる。位置検出ステップでは、刃先位置検出ユニットを用いて切削ユニットの位置を検出する。以下、本実施形態に係る切削装置のセットアップ方法について詳述する。
はじめに、本実施形態で使用される切削装置の例を説明する。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2は、各構成要素が搭載される基台4を備えている。基台4の上面には、X軸移動機構6が設けられている。X軸移動機構6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8を備えており、X軸ガイドレール8には、X軸移動テーブル10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10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8に平行なX軸ボールねじ12が螺合されている。X軸ボールねじ12の一端部には、X軸パルスモータ14が連結されている。X軸パルスモータ14でX軸ボールねじ12を回転させることで、X軸移動テーブル10は、X軸ガイドレール8に沿ってX軸方向に移動する。このX軸移動機構6には、X軸移動テーブル10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10の上面側(表面側)には、テーブルベース16が設けられている。テーブルベース16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18が配置されている。チャックテーブル18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18a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18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(切り込み送り方向、上下方向)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6でX軸移動テーブル10をX軸方向に移動させれば、チャックテーブル18はX軸方向に加工送りされる。
チャックテーブル18の上面は、被加工物11を保持する保持面18bとなっている。この保持面18b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18やテーブルベース16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16に対してチャックテーブル18を固定する際にも利用される。
チャックテーブル18に近接する位置には、被加工物11をチャックテーブル18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10の近傍には、切削時に使用された純水等の切削液の廃液を一時的に貯留するウォーターケース20が設けられている。ウォーターケース20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4の上面には、X軸移動機構6を跨ぐ門型の支持構造22が配置されている。支持構造22の前面上部には、2組の切削ユニット移動機構(移動機構、移動手段)24が設けられている。各切削ユニット移動機構24は、支持構造22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26を共通に備えている。Y軸ガイドレール26には、各切削ユニット移動機構24を構成するY軸移動プレート28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28の裏面側には、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26に平行なY軸ボールねじ30がそれぞれ螺合されている。各Y軸ボールねじ30の一端部には、Y軸パルスモータ32が連結されている。Y軸パルスモータ32でY軸ボールねじ30を回転させれば、Y軸移動プレート28は、Y軸ガイドレール26に沿ってY軸方向に移動する。
各Y軸移動プレート28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34が設けられている。Z軸ガイドレール34には、Z軸移動プレート36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36の裏面側には、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34に平行なZ軸ボールねじ38がそれぞれ螺合されている。各Z軸ボールねじ38の一端部には、Z軸パルスモータ40が連結されている。Z軸パルスモータ40でZ軸ボールねじ38を回転させれば、Z軸移動プレート36は、Z軸ガイドレール34に沿ってZ軸方向に移動する。
各切削ユニット移動機構24には、Y軸移動プレート28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24には、Z軸移動プレート36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36の下部には、被加工物11を切削するための切削ユニット(切削手段)42が設けられている。また、切削ユニット42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、撮像手段)44が設置されている。各切削ユニット移動機構24で、Y軸移動プレート28をY軸方向に移動させれば、切削ユニット42及びカメラ44は割り出し送りされ、Z軸移動プレート36をZ軸方向に移動させれば、切削ユニット42及びカメラ44は昇降する。
なお、チャックテーブル18等に対する切削ユニット42及びカメラ44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18等に対する切削ユニット42及びカメラ44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18等に対する切削ユニット42及びカメラ44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42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46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46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。
また、切削ブレード46の近傍には、被加工物11や切削ブレード46等に純水等の切削液を供給する切削液供給ノズル(切削液供給ユニット、切削液供給手段)48が設けられている。切削ブレード46の下方には、Z軸方向において切削ブレード46の先端(下端)の位置を検出する刃先位置検出ユニット(刃先位置検出手段)50が配置されている。
X軸移動機構6、チャックテーブル18、搬送機構、切削ユニット移動機構24、切削ユニット42、カメラ44、刃先位置検出ユニット50等の構成要素は、それぞれ、制御ユニット(制御手段)52に接続されている。この制御ユニット52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。
図2は、刃先位置検出ユニット50を拡大した斜視図である。図2に示すように、刃先位置検出ユニット50は、各構成要素が搭載されるベース54を備えている。ベース54は、概ね直方体状の支持部54aと、支持部54aの後端側(X軸方向の一方側)に立てられた検出部54bとを含む。
検出部54bの上端部には、切削ブレード46が侵入できる態様で切り欠かれたブレード侵入部54cが形成されている。ブレード侵入部54cは、Y軸方向において対面する一対の内側面を備えており、この一対の内側面には、光学式のセンサを構成する発光部56と受光部58とがそれぞれ配置されている。すなわち、発光部56と受光部58とは、ブレード侵入部54cを挟んで対面している。
検出部54bの前方側(X軸方向の他方側)に位置する支持部54aの上面には、発光部56及び受光部58にエアーを供給するための2本のエアー供給ノズル(エアー供給部)60が設けられている。また、エアー供給ノズル60に隣接する位置には、発光部56及び受光部58に水等の液体を供給するための2本の液体供給ノズル(液体供給部)62が設けられている。発光部56及び受光部58は、例えば、液体供給ノズル62からの液体で洗浄された後に、エアー供給ノズル60からのエアーで乾燥される。
ベース54の後端面には、ヒンジ等でなる連結具64を介して直方体状のカバー66が取り付けられている。このカバー66の内部は空洞である。そのため、例えば、連結具64を中心にカバー66を閉位置まで回転させることで、検出部54b、エアー供給ノズル60、液体供給ノズル62等をカバー66の内部に収容できる。
一方、刃先位置検出ユニット50で切削ブレード46の先端の位置を検出する際には、カバー66を図2に示す開位置まで回転させて、検出部54b、エアー供給ノズル60、液体供給ノズル62等を露出させる。これにより、切削ブレード46をブレード侵入部54cに侵入させて、切削ブレード46の先端の位置を検出できるようになる。
次に、この切削装置2で実施されるセットアップ方法の概要を説明する。図3は、セットアップ方法の概要を示す模式図である。まず、光ファイバー等を介して発光部56に接続された光源68から光を発生させて、この光を発光部56から受光部58へと照射する。受光部58に照射された光は、光ファイバー等を通じて光電変換部70へと送られる。
光電変換部70は、例えば、1又は複数の光電変換素子によって構成されており、受光部58から送られた光を電圧に変換して出力する。光電変換部70から出力される電圧に関する情報は、例えば、制御ユニット52内の電圧比較部52aへと送られる。電圧比較部52aは、光電変換部70から出力される電圧を、任意の基準電圧(閾値電圧)と比較して、その結果を先端位置検出部52bに出力する。
先端位置検出部52bは、電圧比較部52aの出力と、切削ユニット移動機構24(Z軸測定ユニット)からの信号とに基づいて、切削ブレード46の先端(下端)の位置を検出する。具体的には、例えば、先端位置検出部52bは、光電変換部70から出力される電圧が上述した基準電圧(基準電圧以下)に達した際の切削ユニット42のZ軸方向の位置を、切削ブレード46の先端(下端)の位置として検出する。
先端位置検出部52bによって検出された切削ブレード46の先端(下端)の位置に関する情報は、算出部52cへと送られる。算出部52cは、先端位置検出部52bから通知される切削ブレード46の先端の位置に基づいて、Z軸方向での切削ブレード46(切削ユニット42)の位置の補正量を算出する。なお、この算出部52cは、切削ブレード46の先端の位置の変化等に基づいて、切削ブレード46の摩耗量を算出しても良い。
算出部52cによって算出されたZ軸方向での切削ブレード46(切削ユニット42)の位置の補正量(又は、摩耗量)は、位置補正部52dへと通知される。位置補正部52dは、算出部52cから通知された補正量(又は、摩耗量)に基づいて、切削ブレード46(切削ユニット42)のZ軸方向の位置を補正する。
続いて、本実施形態に係る切削装置のセットアップ方法について詳述する。本実施形態に係る切削装置のセットアップ方法では、例えば、被加工物11の加工前、加工中、又は加工後の任意のタイミングで、回転する切削ブレード46への切削液の供給を停止する供給停止ステップを実施する。
これにより、切削ブレード46には新たな切削液が供給されなくなる。ただし、切削ブレード46は、供給停止ステップを実施した後も回転し続ける。そのため、供給停止ステップを実施する前に切削ブレード46に供給された切削液の一部は、切削ブレード46に付着したまま、切削ブレード46と共に(切削ブレード46に伴って)回転し続ける。
供給停止ステップの後には、切削ブレード46の周囲の気流を変化させる(乱す)ことで、切削ブレード46と共に回転する切削液を飛散させる水切りステップを実施する。図4は、水切りステップを示す側面図である。この水切りステップでは、まず、切削ブレード46を、刃先位置検出ユニット50に設けられたブレード侵入部54cの上方に位置付ける。
次に、切削ユニット移動機構24によって切削ユニット42を下降させ、回転している切削ブレード46を刃先位置検出ユニット50のブレード侵入部54cに侵入させる。これにより、切削ブレード46の周囲の気流が刃先位置検出ユニット50によって変化する(乱される)ので、切削ブレード46と共に回転する切削液21は周囲へと飛散する。
続いて、切削ブレード46をブレード侵入部54cの上方に退避させる。なお、この水切りステップは、エアー供給ノズル60から発光部56及び受光部58にエアーを供給しながら実施することが好ましい。これにより、切削ブレード46から飛散、落下する切削液21は、発光部56及び受光部58に付着し難くなる。
水切りステップの後には、刃先位置検出ユニット50を用いて切削ユニット42の位置を検出する位置検出ステップを実施する。図5は、位置検出ステップを示す側面図である。図5に示すように、この位置検出ステップでは、発光部56から受光部58へと光23を照射しながら切削ユニット42を下降させ、回転した状態の切削ブレード46を再びブレード侵入部54cに侵入させる。
これにより、図5に示すように、発光部56から受光部58へと照射される光23が切削ブレード46によって部分的に遮られ、受光部58の受光量が所定の閾値に達する(所定の閾値以下になる)。電圧比較部52aにおいて閾値として用いられる基準電圧は、この受光量の閾値に対応して設定されている。
よって、受光部58の受光量が所定の閾値に達する(所定の閾値以下になる)と、光電変換部70から出力される電圧も基準電圧に達する(基準電圧以下になる)ことになる。そして、その際の切削ユニット42のZ軸方向の位置が、切削ブレード46の先端(下端)の位置として検出される。
なお、この位置検出ステップを実施する回数に制限はない。例えば、水切りステップの後に位置検出ステップを1度だけ実施しても良いし、水切りステップの後に位置検出ステップを連続的、又は断続的に何度か実施しても良い。
図6は、セットアップ方法における切削ユニット42の動きの例を示すグラフである。なお、図6において、横軸は時間(t)を示し、縦軸は、切削ユニットのZ軸方向の位置(z)を示している。また、期間t−tは、水切りステップに対応し、期間t−t、期間t−t、期間t−tは、それぞれ、位置検出ステップに対応する。すなわち、図6に示す例では、水切りステップの後に位置検出ステップを連続的に3回実施している。
水切りステップの目的は、切削ブレード46に伴って回転する切削液21を周囲へと飛散させることであるから、この水切りステップでは、図6に示すように、位置検出ステップよりも切削ユニット24を高速に移動させると良い。これにより、セットアップに要する時間を短縮できる。
また、水切りステップでは、位置検出ステップのように、受光部58の受光量が所定の閾値に達する(所定の閾値以下になる)位置zまで切削ユニット42を下降させる必要はない。例えば、図6に示す例では、切削ブレード46が僅かにブレード侵入部54cに侵入する位置zまで切削ユニット42を下降させている。なお、位置zは、切削ユニット42のゼロ点(基準となる位置)である。
このように、本実施形態に係る切削装置のセットアップ方法では、切削ユニット42の位置を検出する位置検出ステップの前に、切削ブレード46に伴って回転する切削液21を周囲へと飛散させる水切りステップを実施するので、位置検出ステップを実施する際に、刃先位置検出ユニット50の発光部56と受光部58とに切削液21が付着し難くなる。よって、切削液21の影響を低減して、切削ユニット42の位置を正しく検出できる。
図7は、従来のセットアップ方法を示す側面図である。図7に示すように、従来のセットアップ方法では、本実施形態のような水切りステップを実施しないので、切削ブレード46から飛散、落下する切削液21は、発光部56及び受光部58に付着し易く、切削ユニット42の位置を正しく検出できない可能性が高い。これに対して、本実施形態では、位置検出ステップの前に水切りステップを実施するので、従来のセットアップ方法に比べて切削ユニット42の位置を正しく検出し易くなる。
次に、本実施形態に係る切削装置のセットアップ方法の効果を確認するために行った実験について説明する。この実験では、本実施形態に係るセットアップ方法と、従来のセットアップ方法とをそれぞれ複数回試行し、各試行の前後で受光部の受光量に所定の差が発生する場合(つまり、発光部又は受光部に所定の分量の切削液が付着する場合)をリトライ(再試行)として、その回数を確認した。実験の結果を表1に示す。なお、表1では、検出された先端の位置のばらつき精度(3σ)を併せて示している。
表1に示すように、従来のセットアップ方法では、リトライの発生率が42%であるのに対して、上記実施形態に係るセットアップ方法では、リトライの発生率が1%と大幅に改善されている。また、ばらつき精度(3σ)も、0.97μmから0.57μmへと改善されている。ばらつき精度(3σ)が改善されるのも、発光部及び受光部に切削液が付着し難くなったことに起因すると考えられる。
なお、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。
11 被加工物
13 テープ
15 フレーム
21 切削液
23 光
2 切削装置
4 基台
6 X軸移動機構
8 X軸ガイドレール
10 X軸移動テーブル
12 X軸ボールねじ
14 X軸パルスモータ
16 テーブルベース
18 チャックテーブル
18a クランプ
18b 保持面
20 ウォーターケース
22 支持構造
24 切削ユニット移動機構(移動機構、移動手段)
26 Y軸ガイドレール
28 Y軸移動プレート
30 Y軸ボールねじ
32 Y軸パルスモータ
34 Z軸ガイドレール
36 Z軸移動プレート
38 Z軸ボールねじ
40 Z軸パルスモータ
42 切削ユニット(切削手段)
44 カメラ(撮像ユニット、撮像手段)
46 切削ブレード
48 切削液供給ノズル(切削液供給ユニット、切削液供給手段)
50 刃先位置検出ユニット(刃先位置検出手段)
52 制御ユニット(制御手段)
52a 電圧比較部
52b 先端位置検出部
52c 算出部
52d 位置補正部
54 ベース
54a 支持部
54b 検出部
54c ブレード侵入部
56 発光部
58 受光部
60 エアー供給ノズル(エアー供給部)
62 液体供給ノズル(液体供給部)
64 連結具
66 カバー
68 光源
70 光電変換部

Claims (2)

  1. 被加工物を保持面で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が装着された切削ユニットと、該切削ブレードに切削液を供給する切削液供給ユニットと、該切削ユニットを該保持面と直交する切り込み送り方向に移動する移動機構と、該切削ブレードが侵入するブレード侵入部を挟んで対面する発光部と受光部とを有し該切り込み送り方向での該切削ブレードの先端の位置を検出する刃先位置検出ユニットと、各構成要素を制御する制御ユニットと、を備える切削装置を用いて、該切削ブレードの先端の位置を検出する切削装置のセットアップ方法であって、
    該切削ブレードへの切削液の供給を停止する供給停止ステップと、
    該供給停止ステップを実施した後、該刃先位置検出ユニットで該切削ユニットの位置を検出することなく該切削ユニットを該切り込み送り方向に移動させ、該切削液が付着した状態で回転する該切削ブレードを該ブレード侵入部に侵入させることで、該切削ブレードの周囲の気流を変化させ、該切削ブレードに伴って回転する切削液を周囲へと飛散させる水切りステップと、
    該水切りステップを実施した後、回転する該切削ブレードを再び該ブレード侵入部に侵入させ、該受光部の受光量が所定の光量になった際の該切削ユニットの位置を検出する位置検出ステップと、を備えることを特徴とする切削装置のセットアップ方法。
  2. 該刃先位置検出ユニットは、該受光部及び該発光部の端面にエアーを供給するエアー供給部を有し、該水切りステップ中に該エアー供給部からエアーを供給することを特徴とする請求項1記載の切削装置のセットアップ方法。
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