JP6974087B2 - 切削装置 - Google Patents

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Description

本発明は、切削ブレードを監視するブレード監視器を備えた切削装置に関する。
IC、LSI等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、切削装置によって個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
切削装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に切削水を供給しながら外周に切り刃を備えた切削ブレードを回転させながら切削加工を施す切削手段と、該保持手段と該切削手段とを相対的に加工送りする送り手段と、から少なくとも構成されていて、被加工物、例えば半導体ウエーハを精度よく個々のデバイスに分割することができる。
また、発光素子の光を出射する出射端面、及び該出射端面から出射された光を受光し受光素子に導く受光端面が切り刃を挟んで配設され受光量の変化を検出することによって切り刃の状態を監視したり、撮像カメラで切り刃の状態を監視して切り刃に欠けが生じたり、摩耗した場合に切削を中断させる機能を備えた切削装置も提案されている(例えば、特許文献1、2を参照。)。
特開2009−083077号公報 特許第2627913号公報
上記した特許文献1、2に記載された切削装置によれば、受光素子が受光する光量や、撮像カメラが撮像する画像に基づいて切削ブレードの切り刃の状態を監視することができ、欠けや摩耗を検出することで、適切に切削の中断を実施することができる。しかし、切り刃近傍に対して供給され飛散する切削水には切削時に発生する切削屑が混入し、発光素子の出射端面、受光素子の受光端面、撮像カメラの端面は、切り刃に近接して配設されることから、切り刃から飛散する切削水に含まれる切削屑が各端面に付着する。このように切削屑が付着すると、発光素子及び受光素子による正確な光量の検出や、撮像カメラによる切り刃の撮像が妨げられ、切削ブレードの切り刃が欠けたり摩耗したりしても、適切に切削加工を中断することができず、加工品質に影響が生じるという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、切削水に混入した切削屑が発光素子、受光素子及び撮像カメラ等の端面に付着することを抑制することができる切削装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に切削水を供給しながら切削ブレードを回転させて切削加工を施す切削手段と、該保持手段と該切削手段とを相対的に加工送りする送り手段と、から少なくとも構成される切削装置であって、該切削手段は、切削ブレードを回転可能に装着したスピンドルと、該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングに装着され該切削ブレードを覆うブレードカバーと、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給ノズルと、切削ブレードの切り刃を監視する端面を有するブレード監視器とを備え、該ブレード監視器は、出射端面を備えた発光部と、受光端面を備えた受光部とを備え、該出射端面の表面と該受光端面の表面のそれぞれに凹み部を備え、該出射端面の凹み部と、該受光端面の凹み部には、該切削ブレードの回転が停止している際に該出射端面と該受光端面を浄化する洗浄液が供給されて、表面張力の作用により該出射端面の凹み部と該受光端面の凹み部とに保持され、切削加工が実施される際に該洗浄液の供給がされず該凹み部から該洗浄液が除去される切削装置が提供される。
洗浄液は、希釈フッ酸、界面活性剤のいずれかを含むようにすることが好ましい。
本発明の切削装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に切削水を供給しながら切削ブレードを回転させて切削加工を施す切削手段と、該保持手段と該切削手段とを相対的に加工送りする送り手段と、から少なくとも構成される切削装置であって、該切削手段は、切削ブレードを回転可能に装着したスピンドルと、該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングに装着され該切削ブレードを覆うブレードカバーと、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給ノズルと、切削ブレードの切り刃を監視する端面を有するブレード監視器と、を備え、該ブレード監視器は、出射端面を備えた発光部と、受光端面を備えた受光部とを備え、該出射端面の表面と該受光端面の表面のそれぞれに凹み部を備え、該出射端面の凹み部と、該受光端面の凹み部には、該切削ブレードの回転が停止している際に該出射端面と該受光端面を浄化する洗浄液が供給されて、表面張力の作用により該出射端面の凹み部と該受光端面の凹み部とに保持され、切削加工が実施される際に該洗浄液の供給がされず該凹み部から該洗浄液が除去されるように構成されていることから、ブレード監視器の該端面を洗浄して切削水に混入された切削屑が付着することを抑制し、切削ブレードの切り刃の監視の妨げになることを防止することができる。
本実施形態に係る切削装置の斜視図である。 図1に示す切削装置に備えられる(a)切削手段の分解斜視図、及び(b)切削手段の斜視図である。 図1に示す切削装置のブレード監視器の機構を示す模式図である。 図3に示すブレード監視器の機構を説明する斜視図である。 図4に示すブレード監視器の凹み部に洗浄液を供給した状態を示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態に係る切削装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1はウエーハをダイシングして個々のデバイスに分割することのできる切削装置2の全体斜視図である。
切削装置2の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段4が設けられている。図に示すように、被加工物であるウエーハWはダイシングテープTに貼着され、ダイシングテープTの外周縁部は環状フレームFに貼着されている。これにより、ウエーハWはダイシングテープTを介してフレームFに支持された状態となり、図1に示したウエーハカセット8中にウエーハが複数枚(例えば25枚)収容される。なお、ウエーハWの表面には、直交するように設定された分割予定ラインが形成され該分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスDが形成されている。そして、ウエーハカセット8は上下動可能なカセットエレベータ9上に載置される。
ウエーハカセット8の後方には、ウエーハカセット8から切削前のウエーハWを搬出するとともに、切削後のウエーハをウエーハカセット8に搬入する搬出入手段10が配設されている。ウエーハカセット8と搬出入手段10との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される仮置き領域12が設けられており、仮置き領域12には、ウエーハWを一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段14が配設されている。
仮置き領域12の近傍には、ウエーハWと一体となったフレームFを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段16が配設されており、仮置き領域12に搬出されたウエーハWは、搬送手段16により吸着されて保持手段として構成されるチャックテーブル18上に搬送され、このチャックテーブル18に吸引されるとともに、複数のクランプ19によりフレームFが固定されることでチャックテーブル18上に保持される。
チャックテーブル18は、回転可能且つ加工送り方向であるX軸方向に加工送り手段(図示しない)により往復動可能に構成されており、チャックテーブル18のX軸方向の移動経路の上方には、ウエーハWの切削すべき分割予定ラインを検出するアライメント手段20が配設されている。
アライメント手段20は、ウエーハWの表面を撮像する撮像手段22を備えており、撮像手段22により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべき分割予定ラインを検出することができる。撮像手段22によって取得された画像は、図示しない表示手段に表示される。
アライメント手段20の左側には、チャックテーブル18に保持されたウエーハWに対して切削加工を施す切削手段24が配設されている。切削手段24はアライメント手段20と一体的に構成されており、両者が連動してY軸方向及びZ軸方向に移動する。
切削手段24は、回転可能なスピンドル26の先端に切削ブレード28が装着されて構成され、Y軸方向及びZ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード28は撮像手段22のX軸方向の延長線上に位置している。
図2(a)には、切削手段24の分解斜視図が示されている。図2(b)は、図2(a)に示された状態から組み立てられた切削手段24の斜視図である。切削手段24はスピンドルハウジング25を備え、スピンドルハウジング25中に図示しないサーボモータにより回転駆動されるスピンドル26が回転可能に支持されている。切削ブレード28は、例えば電鋳ブレードであり、ニッケル母材中にダイヤモンド砥粒が分散されてなる切り刃28aを外周部に有している。
切削手段24は、切削ブレード28をカバーするブレードカバー30、およびブレードカバー30に着脱可能に取り付けられる着脱カバー40、ブレード監視器50を備えている。
ブレードカバー30には、切削ブレード28の側面に沿って延長する切削水供給ノズル32が取り付けられている。切削水は、パイプ34を介してブレードカバー30の上方から切削水供給ノズル32に供給される。ブレードカバー30はねじ穴36、38を有している。
着脱カバー40は、ブレードカバー30に取り付けられた際、切削ブレード28の側面に沿って伸長する切削水供給ノズル42を有している。切削水は、パイプ44を介して上方から切削水供給ノズル42に供給される。
着脱カバー40は、 ねじ48を着脱カバー40の丸穴46に挿通してブレードカバー30のねじ穴36に螺合することによりブレードカバー30に固定される。これにより、図2(b)に示すように切削ブレード28の概略上半分がブレードカバー30及び着脱カバー40により覆われる。
図2乃至5を参照して、ブレード監視器50の構成について説明する。ブレード監視器50は、ブレードカバー30に固定される固定ブロック58と固定ブロック58に対して上下に移動可能な移動ブロック60を含んでいる(図3を参照。)。ブレード監視器50は、ねじ54を固定ブロック58の丸穴52に挿通してブレードカバー30のねじ孔38に螺合することによりブレードカバー30に取り付けられる。
固定ブロック58には調整ねじ56が搭載されており、調整ねじ56は移動ブロック60に形成された図示しない雌ねじ部に螺合している。調整ねじ56を回転すると、その回転方向に応じて移動ブロック60が固定ブロック58に対して上下に移動する。
図3、及び4に示すように、ブレード監視器50は、発光部70と、受光部80とを備えている。発光部70は、発光ダイオード(LED)又はレーザーダイオード(LD)等から構成される発光素子71と、発光素子71に接続された光ファイバ72と、移動ブロック60に取り付けられ光ファイバ72からの光を直角に反射する直角プリズム73と、サファイア等から形成されたプレートが直角プリズム73の光出射面に貼着されて構成された出射端面74と、出射端面74の表面に凹み部75aを構成する第1リング部材75と、から構成される。また、受光部80は、フォトダイオード(PD)等の受光素子81と、受光素子81に接続された光ファイバ82と、光ファイバ82が接続され移動ブロック60に取り付けられた直角プリズム83と、サファイア等から形成されたプレートが直角プリズム83の受光面に貼着された受光端面84と、受光端面84の表面に凹み部85aを構成する第2リング部材85と、から構成される。なお、受光端面84から入射した光は、直角プリズム83の反射面で反射し、光ファイバ82を介して受光素子81に導かれる。受光素子81は、制御手段100に接続されており、受光素子81によって検出された光強度(電流値)が送信されメモリに記憶される。凹み部75a、85aはその直径が1〜3mm程度の大きさで形成されている。なお、図4は、発光部70と受光部80とを説明の都合上、実際の角度と異なる状態で記載している。実際には、発光部70側の端面を構成する出射端面74と、受光部80側の端面を構成する受光端面84は、切削ブレード28を挟んで対向するように平行に配置される。
さらに、ブレード監視器50は、第1リング部材75により形成される凹み部75aと、第2リング部材85により形成される凹み部85aに対して洗浄液Rを供給するための洗浄液供給機構90を備えている。
洗浄液供給機構90は、図4に示すように、洗浄液Rを貯留する洗浄液貯留タンク91と、洗浄液貯留タンク91から凹み部75a、85aに洗浄液Rを導くチューブ92、92と、該チューブ92、92に配設された開閉バルブ93、94とにより構成されている。図5に示すように、チューブ92、92は、凹み部75a、85aを形成する第1リング部材75と、第2リング部材85とに接続されており、コンピュータにより構成された制御手段100によって開閉バルブ93、94の開閉が制御され、凹み部75a、85aに対して洗浄液Rが供給される。洗浄液Rの供給は、基本的には切削ブレード28の回転が停止している際に行われ、洗浄液Rが供給されると、図5に示すように、凹み部75a、85aに洗浄液Rが表面張力の作用により保持される。なお、洗浄液Rは、希釈されたフッ酸を含んでいることが好ましい。希釈フッ酸を洗浄液Rとして使用することで、ウエーハWを構成するSi(シリコン)の切削屑が付着していても溶かすことができる。
図3に示すように、発光部70の出射端面75aと受光部80の受光端面85aとが、切削ブレード28の切り刃28aの端部を挟むように配置される。出射端面75aから照射された光は、切り刃28aの外周端部を通過するように設定され、切り刃28aに欠けや摩耗が生じると、切り刃28aの外周端部を通過する光量が増加するため、磨耗又は欠けを検出することができる。切り刃28aの摩耗を検出した場合には、制御手段100に備えられる報知手段により報知し、切削ブレード28を新たな切削ブレードに交換する。
切削ブレードの切り刃28aに対する出射端面74、受光端面84の位置は、調整ねじ56を回転させることにより調整することができる。切削ブレード28を交換する際には、着脱カバー40を図2(a)に示すようにブレードカバー30から取り外し、この状態で切削ブレード28を交換する。
本実施形態に係る切削装置2は概ね以上のように構成されており、まず、図1を参照しながら、上記切削装置2の基本的な作用について説明する。
ウエーハカセット8に収容されたウエーハWは、搬出入手段10によってフレームFが挟持され、搬出入手段10が装置後方(Y軸方向)に移動し、仮置き領域12においてその挟持が解除されることにより、仮置き領域12に載置される。そして、位置合わせ手段14が互いに接近する方向に移動することにより、ウエーハWが一定の位置に位置づけられる。
次いで、搬送手段16によってフレームFが吸着され、搬送手段16が旋回することによりフレームFと一体となったウエーハWがチャックテーブル18に搬送されてチャックテーブル18により保持される。そして、チャックテーブル18がX軸方向に移動してウエーハWはアライメント手段20の直下に位置づけられる。ウエーハWがアライメント手段20の直下に位置づけられると、撮像手段22がウエーハWの表面を撮像し、撮像した画像を図示しない表示手段に表示させて、パターンマッチングのターゲットとなるキーパターンを探索する。このキーパターンは、例えば、ウエーハWに形成されているデバイスD中の回路の特徴部分を利用する。
オペレータがキーパターンを決定すると、そのキーパターンを含む画像が切削装置2の制御手段100に備えられたメモリに記憶される。また、そのキーパターンと分割予定ラインの中心線との距離を座標値等によって求め、その値も該メモリに記憶させておく。このように撮像した画像からパターンマッチングを実施したら、チャックテーブル18をX軸方向に移動させて、同一の分割予定ライン上におけるX方向で相当離れた2点間でのパターンマッチングを行う。
該2点間でのパターンマッチングが完了すると、2つのキーパターンを結んだ直線は分割予定ラインと平行となったことになり、キーパターンと分割予定ラインの中心線との距離分だけ切削手段24をY軸方向に移動させることにより、切削しようとする分割予定ラインと切削ブレード28との位置合わせが完了する。
切削しようとする分割予定ラインと切削ブレード28との位置合わせが行われた状態で、チャックテーブル18をX軸方向に移動させるとともに、切削ブレード28を高速回転させながら切削手段24を下降させると、位置合わせされた分割予定ラインが切削される。
図3に示すように、切削ブレード28による分割予定ラインの切削の際に、切削水供給ノズル32,42から切削水を切削ブレード28及びウエーハWに向かって噴出しながら分割予定ラインの切削を遂行する。切削ブレード28に切削水を噴出することにより切削ブレード28を冷却する。
メモリに記憶された分割予定ラインのピッチずつ切削手段24をY軸方向にインデックス送りにしながら繰り返し切削を行うことにより、同方向の分割予定ラインが全て切削される。更に、チャックテーブル18を90°回転させてから、上記と同様の切削を行うと、先に切削した分割予定ラインに直交する分割予定ラインも全て切削され、個々のデバイスDに分割される。
切削が終了したウエーハWはチャックテーブル18をX軸方向に移動してから、Y軸方向に移動可能な搬送手段25により把持されて洗浄装置27まで搬送される。洗浄装置27では、洗浄ノズルから水を噴射しながらウエーハWを低速回転(例えば300rpm)させることによりウエーハを洗浄する。
洗浄後、ウエーハWを高速回転(例えば3000rpm)させながらエアノズルからエアを噴出させてウエーハWを乾燥させた後、搬送手段16によりウエーハWを吸着して仮置き領域12に戻し、更に搬出入手段10によりウエーハカセット8の元の収納場所にウエーハWが戻される。
次に、図3乃至5を参照しながら、本実施形態のブレード監視器50の作用についてより具体的に説明する。新しい切削ブレード28をセットして、最初に切削装置2を作動させる際には、まず、支持ブロック60を切削ブレード28の回転軸心方向に移動して、発光部70の出射端面74及び受光部80の受光端面84を、切り刃28aの外周部を挟む位置で対向する位置に位置付け、最初にブレード監視器50の初期設定を行う。具体的には、支持ブロック60を切削ブレード28の回転軸心方向に移動して、発光部70の出射端面74及び受光部80の受光端面84を切り刃28aに対して近接する位置に位置付ける。そして、発光素子71から光を発光させて、受光素子81が受光した光量値を制御手段100に送信する。制御手段100の記憶部には、受光素子81が受光する初期の基準値となる光量値が記憶されており、受光素子81で検出された光量値と初期の基準となる光量値とを比較する。ここで調整ねじ56を回転して出射端面74と受光端面84の上下方向位置を調整することにより、切り刃28aの外周端を通過する光量を調整することができる。次いで、受光素子81で検出された光量が初期の基準値となる光量に一致すると判断された時、すなわち、切り刃28aの外周端を発光素子71から照射された光が僅かに通過して受光素子81に到達する所望の状態にあると判断されたらば、ブレード監視器50が所定の初期状態に設定されたと判定する。なお、本実施形態では、調整ねじ56を手動で回転するように説明したが、調整ねじ56をパルスモータ等により電気的に駆動して制御手段100によって制御するようにしてもよい。
また、本実施形態では、切削ブレード28の回転が停止している状態で、洗浄液供給機構90を作動させて、凹み部75a、85aに洗浄液Rを供給させる。具体的には、制御手段100から、開閉バルブ93、94に対し指示信号を送り、凹み部75a、85aの容積を満たす量だけ洗浄液Rを供給する。洗浄液供給機構90により凹み部75a、85aに供給される洗浄液Rの量は、凹み部75a、85aをちょうど満たす量であることが好ましく、表面張力の作用により、該凹み部75a、85aに洗浄液Rが保持される。このようにして洗浄液Rが供給されると、凹み部75a、85aがに位置する出射端面74、受光端面84が浄化される。洗浄液Rを供給するタイミングは、一日の切削加工が終了し、切削装置2を停止させるとき、昼休みなどで一時的に停止するときに行うことが好ましい。このようにすることで、凹み部75a、85aに洗浄液Rが長時間保持され、出射端面74、受光端面84に付着した切削屑を除去することができる。特に、切削屑がSiで構成される場合は、希釈フッ酸によりSiが溶解されて除去される。なお、本実施形態では、出射端面74、及び受光端面84に希釈フッ酸に強いサファイア等のプレートを採用しており溶けることはない。
切削加工を実施する際には、上記したように、切削水供給ノズル32、42から切り刃28aとウエーハWの加工部位に対して切削水が供給される。切削ブレード28は高速で回転しているために、切り刃28aに供給された切削水が飛散する。この飛散する切削水によって凹み部75a、85aに供給されて保持されていた洗浄液Rが除去されるが、定期的に凹み部75a、85aに洗浄液Rを供給することで出射端面74、受光端面85の洗浄が行われ、浄化された状態を維持することができる。
切削加工を繰り返し実施し、切り刃28aの磨耗が進行すると受光素子81で受光する受光量が徐々に増えるので、受光素子81から制御手段100に出力される電流値は徐々に増加する。切り刃28aの磨耗が限界値に達すると、受光素子81によって検出される光量値が制御手段100に予め記憶された摩耗判定用の基準光量を超えるため、制御手段100によって図示しない表示手段に切削ブレード28の摩耗が進み交換時期にあることを表示し、さらには、ブザーやランプ等の報知手段によりオペレータに対して報知を行う。
なお、受光素子81の出力は、切削ブレード28の破損検出にも利用される。この破損検出は切り刃28aの欠けを検出するものであり、切り刃28aに欠けが発生した場合は、受光素子81から出力される電流値がスパイク状(瞬間的に増加して減少する)に変化することが検出される。制御手段100により、受光素子81から出力される電流値を監視し、スパイク状の電流値の変化を検出したならば、切り刃28aに欠けが発生したと判断し、切削加工を即座に中断し、図示しない表示手段に表示することで、切削ブレード28を新たな切削ブレードに交換するようにオペレータに促すことができ、ウエーハWを切削する生産性が向上する。
なお、上記した実施形態では、洗浄液Rとして希釈フッ酸を用いる例を示したが、洗浄液Rとして使用される希釈フッ酸は極めて微量であり大量の切削水でさらに希釈されるため毒性は極めて低下している。しかし、廃液を処分する際には、石灰乳、ソーダ灰等により希釈フッ酸を中和させた後、さらに水で希釈して処分することが好ましい。
上記した実施形態では、出射端面74、受光端面84に希釈フッ酸でも溶けないサファイア等のプレートを用い、洗浄液Rとして希釈フッ酸を使用する例を示したが、該プレートを一般的なガラス等の材質で構成する場合は、希釈フッ酸により溶ける可能性があるため、希釈フッ酸に代えて界面活性剤を含むようにすることが好ましい。
上記した実施形態では、切り刃28aの摩耗状態、欠け状態を検出すべく、ブレード監視器50の発光部70、受光部80に発光素子71、受光素子81を含むように構成したが、本発明はこれに限定されず、受光素子81に代えて撮像カメラを採用し、切り刃28aの状態を撮像カメラによって撮像するようにしてもよい。その際は、撮像カメラのレンズの表面にサファイアのプレートを配設し、該プレートが配設された端面に凹み部を構成して洗浄液Rをその凹み部に供給するようにしてもよい。
2:切削装置
18:チャックテーブル
24:切削手段
26:スピンドル
28:切削ブレード
28a:切り刃
50:ブレード監視器
56:調整ねじ
60:移動ブロック
70:発光部
71:発光素子
72:光ファイバ
74:出射端面
75:第1リング部材
75a:凹み部
80:受光部
81:受光素子
82:光ファイバ
84:受光端面
85:第2リング部材
85a:凹み部
90:洗浄液供給機構
91:洗浄液貯留タンク
92:チューブ
93、94:開閉バルブ
100:制御手段

Claims (2)

  1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に切削水を供給しながら切削ブレードを回転させて切削加工を施す切削手段と、該保持手段と該切削手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、から少なくとも構成される切削装置であって、
    該切削手段は、切削ブレードを回転可能に装着したスピンドルと、該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングに装着され該切削ブレードを覆うブレードカバーと、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給ノズルと、切削ブレードの切り刃を監視する端面を有するブレード監視器とを備え、
    該ブレード監視器は、出射端面を備えた発光部と、受光端面を備えた受光部とを備え、
    該出射端面の表面と該受光端面の表面のそれぞれに凹み部を備え、
    該出射端面の凹み部と、該受光端面の凹み部には、該切削ブレードの回転が停止している際に該出射端面と該受光端面を浄化する洗浄液が供給されて、表面張力の作用により該出射端面の凹み部と該受光端面の凹み部とに保持され、切削加工が実施される際に該洗浄液の供給がされず該凹み部から該洗浄液が除去される切削装置。
  2. 該洗浄液は、希釈フッ酸、界面活性剤のいずれかを含む請求項1に記載の切削装置。
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