JP7105093B2

JP7105093B2 - 切削装置

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Publication number: JP7105093B2
Application number: JP2018079166A
Authority: JP
Inventors: 裕介大武
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2038-04-17
Also published as: JP2019181655A

Description

本発明は、被加工物を切削する切削装置に関する。

ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）等の半導体パッケージは、金属枠体に配置されたデバイスチップを樹脂等で封止したパッケージ基板を、切削ブレードでデバイスチップ毎に分割することで形成される（例えば、特許文献１参照）。この場合、切削ブレードでＣｕ配線等の金属を切削する必要があるため、パッケージ基板の切削を繰り返していくと切削ブレードの先端に金属が付着して目詰まりを起こしてしまう。このため、定期的に切削ブレードに対してドレス作業を実施することで、切削ブレードの目詰まりを解消しながら切削することが可能になっている。

特開２００６－２６１５２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の切削装置では、切削ブレードに実際に目詰まりが起きているかが不明であるため、目詰まりが起きたまま半導体パッケージ等の被加工物を加工し続けて加工品質を悪化させるおそれがあった。目詰まりを起こすタイミングは、ある程度は実験的に求めることができるが、加工条件等によってバラツキがあり、切削ブレードに対して正確なタイミングでドレス作業を実施することが困難になっていた。このように、チッピング等で加工品質が悪化する前に、切削ブレードの先端状態の異常を確実に検出したいという要望があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、切削ブレードの先端状態の異常をリアルタイムで検出することができる切削装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様の切削装置は、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するための回転軸に装着された円環状の切れ刃部を有する切削ブレードを備える切削手段と、該切削ブレードの該切れ刃部の状態を検出するブレード検出手段と、を備える切削装置であって、該切れ刃部は、砥粒をボンド剤で結合して構成され、該ブレード検出手段は、該切れ刃部の外周端を含む外周部に向けて該回転軸に対して直交する方向からレーザー検出光を照射するレーザー検出光照射部と、該レーザー検出光照射部から照射されたレーザー検出光が該切削ブレードの該外周部で反射する反射光を検出する反射光検出部と、該反射光検出部で検出された反射光の強度が閾値を超えると該切削ブレードの該切れ刃部に目詰まりが生じたと判断する判断部と、を備える。

この構成によれば、切削ブレードの外周部に向けてレーザー検出光が照射され、切削ブレードの外周部からの反射光が検出されて、反射光の強度から切削ブレードの目詰まりの発生が検出される。切削ブレードによって被加工物を切削している最中に、リアルタイムで切削ブレードの目詰まりの状態を検出することができ、チッピング等で被加工物の加工品質が悪化する前に切削ブレードに対してドレス作業を実施することができる。よって、切削ブレードの先端状態の異常を解消しながら被加工物を良好に切削することができる。

本発明の一態様の切削装置において、該レーザー検出光と同軸で圧縮エアーを該切削ブレードの先端に噴射させる圧縮エアー噴射手段を備える。また、該閾値は上限閾値と下限閾値を含み、該反射光検出部で検出された反射光の強度が該上限閾値を上回るか該下限閾値を上回ると、該判断部は該切削ブレードに目詰まりが生じたと判断する。

本発明によれば、切削ブレードの外周部に向けてレーザー検出光を照射して、反射光の強度からリアルタイムで切削ブレードの先端状態の異常を検出することができる。

本実施の形態の切削装置の斜視図である。本実施の形態の切削手段の斜視図である。本実施の形態のブレード検出手段の模式図である。本実施の形態の目詰まりの判断処理の一例を示す図である。本実施の形態のブレード検出手段の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の切削装置について説明する。図１は、本実施の形態の切削装置の斜視図である。なお、図１は、切削装置の一例を示すものであり、適宜変更が可能である。

図１に示すように、切削装置１は、チャックテーブル２１に保持された被加工物Ｗを切削するものであり、切削ブレード５１の先端をドレッサボードＤで目立てドレスするように構成されている。被加工物Ｗは、例えば、デバイスチップをパッケージングした上面視長方形状のパッケージ基板であり、配線基板上に実装したデバイスチップをモールド樹脂で封止して形成されている。被加工物Ｗの表面は分割予定ライン（不図示）によって区画されており、被加工物Ｗが分割予定ラインに沿って切削されることで個々のパッケージに分割される。

切削装置１の基台１１上には、チャックテーブル２１をＸ軸方向に切削送りする切削送り手段１５が設けられている。切削送り手段１５は、基台１１上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール１６と、一対のガイドレール１６にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル１７とを有している。Ｘ軸テーブル１７の背面側には、不図示のナット部が形成され、このナット部にボールネジ１８が螺合されている。ボールネジ１８の一端部に連結された駆動モータ１９が回転駆動されることで、チャックテーブル２１が一対のガイドレール１６に沿ってＸ軸方向に切削送りされる。

Ｘ軸テーブル１７上には、被加工物Ｗを保持するチャックテーブル２１がＺ軸回りに回転可能に設けられている。チャックテーブル２１には吸引源（不図示）に接続された保持治具２２が設けられており、保持治具２２に生じる負圧によって被加工物Ｗが吸引保持される。また、Ｘ軸テーブル１７上には、ドレッサボードＤを保持するサブチャックテーブル２３が設けられている。切削ブレード５１によってドレッサボードＤが切り込まれることで、目立てドレス、整形ドレス等が実施されて、切削ブレード５１の先端の目詰まりが解消されると共に形状修正される。

基台１１上には門型の立壁部１２が立設されており、立壁部１２には一対の切削手段４１をＹ軸方向にインデックス送りするインデックス送り手段３１と、一対の切削手段４１をＺ軸方向に切込み送りする切り込み送り手段３６とが設けられている。インデックス送り手段３１は、立壁部１２の前面に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール３２と、一対のガイドレール３２にスライド可能に設置されたＹ軸テーブル３３とを有している。切り込み送り手段３６は、Ｙ軸テーブル３３上に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３７と、一対のガイドレール３７にスライド可能に設置されたＺ軸テーブル３８とを有している。

Ｚ軸テーブル３８の下部には、切削ブレード５１で被加工物Ｗを切り込む切削手段４１が設けられている。Ｙ軸テーブル３３及びＺ軸テーブル３８の背面側には、それぞれナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３４、３９が螺合されている。Ｙ軸テーブル３３用のボールネジ３４、Ｚ軸テーブル３８用のボールネジ３９の一端部には、それぞれ駆動モータ３５、４０が連結されている。駆動モータ３５、４０により、それぞれのボールネジ３４、３９が回転駆動されることで、切削手段４１がガイドレール３２に沿ってＹ軸方向に移動されると共に、ガイドレール３７に沿ってＺ軸方向に移動される。

一対の切削手段４１は、ハウジング４２から突出した回転軸（不図示）の先端に切削ブレード５１を回転可能に装着して構成される。切削ブレード５１には、ダイヤモンド等の砥粒をボンド剤で結合した円環状の切れ刃部５２（図２参照）が設けられている。このように構成された切削装置１では、被加工物Ｗの分割予定ラインに切削ブレード５１が位置合わせされ、被加工物Ｗの外側で切削ブレード５１が降ろされて高さ位置が調整される。そして、切削ブレード５１が回転された状態で、切削ブレード５１に対して被加工物Ｗが相対的に切削送りされることで分割予定ラインに沿って被加工物Ｗが切削される。

ところで、金属配線、樹脂、粘着剤等を切削ブレード５１で切削すると、切削を繰り返すうちに切削ブレード５１が目詰まりしてしまう。この場合、切削ブレード５１に対してドレッサボードＤで目立てドレスを実施することで、切削ブレード５１の目詰まりを解消して切削性能を回復することができる。しかしながら、被加工物Ｗのチッピングの発生や異常時のＳＥＭ観察の実施のように、被加工物Ｗの加工品質が悪化した後でなければ、切削ブレード５１の目詰まり等を把握することができない。このため、切削ブレード５１の先端状態のリアルタイムのモニタリングが求められている。

そこで、本実施の形態では、目詰まりによって切削ブレード５１の先端面で反射率が変わることに着目して、切削ブレード５１の先端面にレーザー検出光を照射して、反射光の強度から切削ブレード５１の先端状態をモニタリングしている。これにより、反射光の強度の変化から切削ブレード５１の目詰まり等の異常を切削加工中に検出することができる。チッピング等で被加工物Ｗの加工品質が悪化する前に、切削ブレード５１に対してドレス作業を実施して、切削ブレード５１の目詰まりを防いで良好な切削性能を維持し続けることが可能になっている。

以下、図２及び図３を参照して、切削ブレードの表面状態の検出構成について説明する。図２は、本実施の形態の切削手段の斜視図である。図３は、本実施の形態のブレード検出手段の模式図である。なお、図２及び図３は、切削手段及びブレード検出手段の一例を示すものであり、適宜変更が可能である。

図２に示すように、切削手段４１のハウジング４２の前端部にはブレードカバー４３が固定されている。ブレードカバー４３は、切削ブレード５１の略下半部を除いて、切削ブレード５１の周囲をカバーしている。ブレードカバー４３には、シャワーノズル４４及びフロントノズル４５が設けられている。シャワーノズル４４によって切削ブレード５１に前方から切削水が供給され、切削ブレード５１の回転に巻き込まれた切削水によって前方から加工点が冷却及び洗浄される。フロントノズル４５によって被加工物Ｗの表面に切削水が供給され、洗浄水によって被加工物Ｗに付着した切削屑が洗い流される。

ブレードカバー４３には、切削ブレード５１を挟んで左右両側にＬ字状で一対のサイドノズル４６が配設されている。一対のサイドノズル４６の対向面には縦長のスリット４７が形成されており、各スリット４７によって左右両側から切削ブレード５１に切削水が供給され、切削ブレード５１の側面に当たった切削水によって側方から加工点が冷却及び洗浄される。また、ブレードカバー４３の上部には、ブレード検出手段６０からのレーザー検出光及び圧縮エアー噴射手段５５からの圧縮エアーを、ブレードカバー４３の内側の切削ブレード５１の切れ刃部５２に導くガイド孔４８が形成されている。

ブレード検出手段６０によってガイド孔４８を通じてレーザー検出光が切削ブレード５１の切れ刃部５２に照射され、切れ刃部５２で反射した反射光の強度から切削ブレード５１の切れ刃部５２の状態を検出している。圧縮エアー噴射手段５５によってレーザー検出光と同軸で圧縮エアーが切削ブレード５１の先端に噴射される。上記したように、切削加工中は切削ブレード５１の回転に切削水が巻き込まれるが、圧縮エアーによってレーザー検出光の照射位置の切削水が吹き飛ばされるため、切削水の供給時であってもレーザー検出光の照射が阻害されることがない。

より詳細には、ガイド孔４８から切削ブレード５１に圧縮エアーが噴き付けられると、圧縮エアーによって切削水が押し退けられて、ガイド孔４８から切削ブレード５１の外周部５３に向かうレーザー検出光の通り路が形成される。圧縮エアーの気流内をレーザー検出光が通過するため、切削水の水滴や切り屑がレーザー検出光に向けて飛散しても、圧縮エアーによって水滴や切り屑が外側に弾かれてレーザー検出光が遮られることがない。よって、切削水や切り屑の影響を受けることなく、切削ブレード５１の外周部５３で反射した反射光の強度を安定的に検出することができる。

図３に示すように、ブレード検出手段６０には、レーザー検出光照射部６１、ハーフミラー６２、レンズ６３、６４、反射光検出部６５が設けられており、これらの部材によってレーザー検出光の光路が形成されている。レーザー検出光照射部６１は切れ刃部５２の外周端を含む外周部５３の真上に位置付けられ、切削ブレード５１の回転軸に対して直交する方向から切削ブレード５１の外周部５３に向けてレーザー検出光が照射される。すなわち、切削ブレード５１の接線に直交し且つ切削ブレード５１の回転中心に向かう方向からレーザー検出光が照射される。レーザー検出光は、ハーフミラー６２、レンズ６３を透過して切削ブレード５１の外周部５３に照射され、切削ブレード５１の外周部５３で表面状態に応じた反射率で反射される。

レーザー検出光の反射光は、レンズ６３を透過してハーフミラー６２で反射光検出部６５に向けて反射され、反射光検出部６５によってレンズ６４を透過した反射光が検出される。このとき、レーザー検出光と同軸で圧縮エアーが切削ブレード５１の外周部５３に向けて噴射されているため、切削水によってレーザー検出光の光路が遮られることがなく、レーザー検出光の反射光が精度よく検出されている。切削ブレード５１の外周部５３に切削屑が付着して目詰まりが生じると、切削屑の付着量に応じて外周部５３での反射率が変化して、反射光検出部６５で検出される反射光の強度が変化する。

また、ブレード検出手段６０には、反射光検出部６５で検出された反射光の強度に応じて、切削ブレード５１の先端状態の異常を判断する判断部６６が設けられている。判断部６６では、反射光の強度が閾値以下の場合には切削ブレード５１の先端状態が正常と判断され、反射光の強度が閾値を超えると切削ブレード５１の先端状態が異常と判断される。この場合、判断部６６では、切削ブレード５１に目詰まりした材質の反射率に応じて、反射率が高い材質の目詰まりを判断するための上限閾値と、反射率が低い材質の目詰まりを判断するための下限閾値とが使い分けられている。

例えば、切削ブレード５１（外周部５３）の材質よりも反射率が高い金属等で切削ブレード５１が目詰まりすると、金属の付着量に応じて反射光の強度が高くなるため、判断部６６の判断基準として上限閾値が使用される。一方で、切削ブレード５１（外周部５３）の材質よりも反射率が低い樹脂や粘着剤等で切削ブレード５１が目詰まりすると、樹脂の付着量に応じて反射光の強度が低くなるため、判断部６６の判断基準として下限閾値が使用される。したがって、反射光の強度が閾値を超えるとは、反射光の強度が上限閾値を上回る場合だけでなく、反射光の強度が下限閾値を下回る場合を含んでいる。

なお、判断部６６は、反射光の強度を示す検出電圧と閾値を示す基準電圧をコンパレータで比較する判断回路で構成されていてもよいし、装置各部の各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成されていてもよい。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。メモリには、例えば、判断処理を実行するプログラムや閾値等の各種パラメータが記憶されていてもよい。また、反射光検出部６５及び判断部６６がオシロスコープで構成されていてもよい。

続いて、図４を参照して、目詰まりの判断処理について説明する。図４は、本実施の形態の目詰まりの判断処理の一例を示す図である。なお、図４Ａは切削ブレードよりも反射率が高い材質が目詰まりした一例を示し、図４Ｂは切削ブレードよりも反射率が低い材質が目詰まりした一例を示している。

図４Ａに示すように、切削ブレード５１（図３参照）の材質よりも反射率が高いＣｕ配線等の金属の切削時には、切削ブレード５１の目詰まりの判断基準として上限閾値Ｔｈ１が使用される。切削が開始されると、切削ブレード５１の外周部５３に向けてレーザー検出光が照射され、外周部５３の表面状態に応じた反射率で反射されて、反射光の強度がリアルタイムで検出される。切削時間の経過と共に切削ブレード５１の外周部５３に反射率が高い金属の付着量が増加するため、外周部５３で反射した反射光の強度が経時的に上昇する。反射光の強度が上限閾値Ｔｈ１を上回るとエラーが出力されて、切削ブレード５１に対してドレス作業が実施される。

図４Ｂに示すように、切削ブレード５１の材質よりも反射率が低い樹脂や粘着剤等の切削時には、切削ブレード５１の目詰まりの判断基準として下限閾値Ｔｈ２が使用される。切削が開始されると、上記したように切削ブレード５１の外周部５３で反射された反射光の強度がリアルタイムで検出される。切削時間の経過と共に切削ブレード５１の外周部５３に反射率が低い樹脂等の付着量が増加するため、外周部５３で反射した反射光の強度が経時的に減少する。反射光の強度が下限閾値Ｔｈ２を下回るとエラーが出力されて、切削ブレード５１に対してドレス作業が実施される。

特に、パッケージ基板は、配線基板上にモールド樹脂が積層されているため、配線基板の切削時とモールド樹脂の切削時とで閾値が使い分けられてもよい。上層のモールド樹脂は帯電防止や変色防止のためにカーボンの混入によって黒色に着色されているため、レーザー検出光がモールド樹脂に吸収され易く、下限閾値Ｔｈ２を用いて目詰まりが判断される。下層の配線基板には銅配線が配設されているため、レーザー検出光が銅配線で反射され易く、上限閾値Ｔｈ１を用いて目詰まりが判断される。なお、配線基板及びモールド樹脂を同時に切削する際には、切削ブレード５１への付着量が多い材質に合わせて適切な閾値が設定される。

以上のように、本実施の形態の切削装置１によれば、切削ブレード５１の外周部５３に向けてレーザー検出光が照射され、切削ブレード５１の外周部５３からの反射光が検出されて、反射光の強度から切削ブレード５１の先端形状の悪化が検出される。切削ブレード５１によって被加工物Ｗを切削している最中に、リアルタイムで切削ブレード５１の先端状態の異常を検出することができ、チッピング等で被加工物Ｗの加工品質が悪化する前に切削ブレード５１に対してドレス作業を実施することができる。よって、切削ブレード５１の先端状態の異常を解消しながら被加工物Ｗを良好に切削することができる。

なお、本実施の形態では、ブレード検出手段が切削ブレードの外周部に対して垂直な方向（法線方向）からレーザー検出光を照射する構成について説明したが、この構成に限定されない。ブレード検出手段は、切削ブレードの回転軸に直交する方向から切削ブレードの外周部に向けてレーザー検出光を照射する構成であればよい。例えば、図５に示すように、ブレード検出手段７０は切削ブレード５１の外周部５３に対して斜め方向からレーザー検出光を照射する構成にしてもよい。

また、本実施の形態では、判断部が閾値として上限閾値又は下限閾値を使用して、切削ブレードの目詰まりを判断する構成にしたが、この構成に限定されない。判断部は閾値として上限閾値及び下限閾値を同時に使用して、切削ブレードの目詰まりを判断してもよい。

また、本実施の形態では、保持手段は吸引チャック式のテーブルに限らず、静電チャック式のテーブルでもよい。

また、本実施の形態では、切削ブレードは、ハブ基台に切削砥石を固定したハブブレードでもよいし、ハブレスタイプのワッシャーブレードでもよい。

また、本実施の形態では、切削ブレードで分割予定ラインに沿って被加工物を切削する切削装置を例示して説明したが、この構成に限定されない。本発明は、切削ブレードを備えた他の加工装置に適用可能であり、例えば、エッジトリミング装置、複数の加工装置を組み合わせたクラスター装置に適用されてもよい。

また、被加工物として、半導体基板、無機材料基板、パッケージ基板等の各種ワークが用いられてもよい。半導体基板としては、シリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、シリコンカーバイド等の各種基板が用いられてもよい。無機材料基板としては、サファイア、セラミックス、ガラス等の各種基板が用いられてもよい。半導体基板及び無機材料基板はデバイスが形成されていてもよいし、デバイスが形成されていなくてもよい。パッケージ基板としては、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）、ＳＩＰ（System In Package）、ＦＯＷＬＰ（Fan Out Wafer Level Package）用の各種基板が用いられてもよい。パッケージ基板にはＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）対策のシールドが形成されていてもよい。また、被加工物として、デバイス形成後又はデバイス形成前のリチウムタンタレート、リチウムナイオベート、さらに生セラミックス、圧電素材が用いられてもよい。

また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態及び変形例は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

以上説明したように、本発明は、切削ブレードの異常をリアルタイムで検出することができるという効果を有し、特に、切削ブレードでパッケージ基板を切削する切削装置に有効である。

１：切削装置
３：外周部
２１：チャックテーブル
４１：切削手段
５１：切削ブレード
５２：切れ刃部
５３：外周部
５５：圧縮エアー噴射手段
６０：ブレード検出手段
６１：レーザー検出光照射部
６５：反射光検出部
６６：判断部
Ｔｈ１：上限閾値（閾値）
Ｔｈ２：下限閾値（閾値）
Ｗ：被加工物

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するための回転軸に装着された円環状の切れ刃部を有する切削ブレードを備える切削手段と、該切削ブレードの該切れ刃部の状態を検出するブレード検出手段と、を備える切削装置であって、
該切れ刃部は、砥粒をボンド剤で結合して構成され、
該ブレード検出手段は、
該切れ刃部の外周端を含む外周部に向けて該回転軸に対して直交する方向からレーザー検出光を照射するレーザー検出光照射部と、該レーザー検出光照射部から照射されたレーザー検出光が該切削ブレードの該外周部で反射する反射光を検出する反射光検出部と、該反射光検出部で検出された反射光の強度が閾値を超えると該切削ブレードの該切れ刃部に目詰まりが生じたと判断する判断部と、を備える切削装置。
該レーザー検出光と同軸で圧縮エアーを該切削ブレードの先端に噴射させる圧縮エアー噴射手段を備える請求項１記載の切削装置。
該閾値は上限閾値と下限閾値を含み、該反射光検出部で検出された反射光の強度が該上限閾値を上回るか該下限閾値を上回ると、該判断部は該切削ブレードに目詰まりが生じたと判断する請求項１又は請求項２記載の切削装置。