JPH05192922A - 薄溝加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は薄溝加工機に関し、摩耗する円形薄
刃砥石の先端位置を加工テーブルや円形薄刃砥石に損傷
を生じることなしに容易に検出できるようにした薄溝加
工機の実現を目的とする。 【構成】 回転軸に保持した円形薄刃砥石１を回転させ
ながら加工テーブル９上の被加工物１０に接触させて溝
加工する薄溝加工機において、レーザ光束を放射し、レ
ーザ光束が遮断された時に遮断した物体表面上のレーザ
光束の照射点の存在を検出する反射式レーザ検出手段３
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ用ダイシ
ング装置のような円形薄刃砥石による薄溝加工機に関
し、特に円形薄刃砥石の摩耗による先端位置の変化や突
き出し量の変化を非接触で容易に検出可能にした薄溝加
工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄溝加工機は、薄い円盤状のダイヤモン
ド砥石等を回転軸に装着して、回転しながら被加工物に
接触させて細い溝を形成する工作機械である。薄溝加工
機は半導体ウエハを切断するダイシング装置として使用
されており、以下の説明においてもダイシング装置を例
として説明する。ダイシング装置であっても本発明に関
係する点は同じである。

【０００３】図９は、ダイシング装置を示す図である。
図において、９０は溝加工を施される半導体ウエハであ
り、半導体回路が形成され、検査されたチップをこのダ
イシング装置で溝加工した後、分割される。９１は円形
薄刃砥石であり、ダイヤモンド砥石等である。９２は保
持部材であり、円形薄刃砥石を回転軸に固定する。９４
から９６は三軸移動装置であり、円形薄刃砥石９１を半
導体ウエハ９０の所定位置に沿って移動させる。９９は
半導体ウエハが載置される加工テーブルである。

【０００４】円形薄刃砥石９１は、金属等にダイヤモン
ド等を分散させたものであり、細い溝に加工するため薄
い円形をしており、高速で回転される。図１０は半導体
ウエハに溝加工をしている状態を示す図である。図にお
いて、１００は半導体ウエハであり、１０１は円形薄刃
砥石であり、１０２は保持部材であり、１０３は回転軸
の一部である。円形薄刃砥石１０１はブレードと呼ばれ
るので、以下この名称を随時使用する。また半導体ウエ
ハ１００はワークと呼ばれ、この名称も随時使用する。

【０００５】ワーク１００は厚さが５００μｍ程度であ
り、深さ４００μｍ程度の溝が形成され、１００μｍ程
度の切り残し量があることが望ましい。これはブレード
１０１が加工テーブルに接触することによる加工テーブ
ルの損傷及びブレード１０１の損傷の発生を防ぐだけで
なく、ワーク１００を完全に切り離してしまうことは全
体の加工上問題があり、ワーク１００の溝加工後一つ一
つのチップに割るためである。また加工途中での分離防
止のため、通常はワーク１００の裏面に粘着テープを貼
り付けた上で加工テーブル上に載置して加工している。
しかしこの場合ブレード１０１がテープまで達するとブ
レード１０１が著しく損傷するという問題がある。

【０００６】そのためできるだけ正確な切り残し量を有
するように溝加工する必要がある。正確な切り残し量を
実現するには加工テーブルに対するブレード１０１の先
端の正確な位置を知る必要がある。しかしブレード１０
１はワーク１００に接触して溝加工するため加工動作に
伴って摩耗し、先端位置が変化する。ブレード１０１の
先端位置が変化すると所定量だけを正確に切り残すこと
はできない。そのためブレード１０１の摩耗に伴う先端
位置の変化を検出する必要が生じる。

【０００７】またブレード１０１が摩耗した場合、図１
０に突き出し量として示した部分の長さも変化する。突
き出し量が小さくなり過ぎると、図１１に示すように所
定の深さの溝を加工する場合に保持部材１１２の端面が
ワーク１１０に接触してしまい、ワーク１１０や保持部
材１１２、更にブレード１１１までも破損することにな
る。もちろん突き出し量を充分に大きくしておけばよい
が、ブレード１１１は薄い刃であり、強度上の関係から
あまり大きくできない。ブレード１１１は加工に伴って
摩耗するためこの突き出し量が所定値以下になった場合
には新しいブレード１１１に交換する必要がある。

【０００８】上記のようにブレードの先端位置及び突き
出し量が重要であり、ダイシング装置ではこれらを管理
するため各種の対策が施されている。一つはワークの種
類に応じた摩耗量のデータを統計的に処理して得た式に
基づいて、摩耗量を予測する方式である。しかしこの方
式では実際の値との間で誤差があり充分ではない。先端
位置についてはこの誤差がそのまま切り残し量に影響す
るため、正確な加工は無理である。また突き出し量につ
いては誤差の分だけ余裕をもたせるため、一枚のブレー
ド当りの加工量が減少しコスト増を招く。

【０００９】しかも新しいブレードを取り付ける場合に
も、ブレード自体の誤差や取り付けの誤差により、先端
位置及び突き出し量も誤差を有するため、これらの誤差
も考慮する必要があり、統計的に予測する方式では問題
がある。そこで一度ブレードを加工テーブルの所定の位
置に接触させて先端位置を検出するカッタセットを行な
うのが一般的である。これは加工テーブルの載置面の一
部にブレードを接触させる方式であり、接触したことは
電気的な導通を検出して判定している。これによりブレ
ードの先端位置は正確に検出できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のようなカ
ッタセットは、ブレードと加工テーブルが接触するた
め、ブレードに不必要な摩耗や損傷を与え、加工テーブ
ルを傷付けるという問題がある。もちろんワークを載置
する部分とは別の部分に接触させるが、そのような部分
にも限りがあるため、一個の加工テーブルでカッタセッ
トできる回数は制限され、それ以上であれば加工テーブ
ルを交換する必要が生じる。またワークの加工途中でカ
ッタセットを行なう時には、一旦ワークを加工テーブル
から取り外す必要があり、工程上の問題が生じる。また
カッタセットを行なう段階ではブレード先端と加工テー
ブルの位置関係は正確にわからないため、接触するまで
ブレードを急激に降下させると接触時に大きな力が加わ
り破損する恐れがあるそのためブレードの降下は低速で
行なう必要があり、カッタセットに要する時間が長くな
る。

【００１１】またカッタセットは、ブレードの先端位置
は検出できるが、ブレードの突き出し量については検出
できない。そのため現状のダイシング装置は、ブレード
の先端位置については上記のカッタセットによって検出
し、突き出し量については前述の統計的予測を利用し、
取り付け誤差等も考慮して余裕をもってブレードの交換
を行なうようにしている。そのためブレードの使用効率
が悪く、この点の改善が求められている。

【００１２】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、薄溝加工機の円形薄刃砥石の先端位置を上記
問題点を生じることなしに検出可能にした薄溝加工機の
実現を目的とし、更には円形薄刃砥石の突き出し量も検
出可能にした薄溝加工機の実現を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の薄溝加工
機の基本構成を示す図である。図において、１は円形薄
刃砥石であり、回転軸に保持され高速で回転される。２
は円形薄刃砥石１を回転軸に保持するための保持部材で
あり、この端から円形薄刃砥石の先端までが突き出し量
に相当する。９は加工テーブルであり、その上に被加工
物１０が載置される。

【００１４】３は反射式レーザ検出手段であり、レーザ
光束を放射し、レーザ光束が遮断された時に遮断した物
体表面上のレーザ光束の照射点の存在を検出すること
で、レーザ光束が遮断されたことを検出する。本発明の
第二の態様では、反射式レーザ検出手段３を照射点の位
置の差も検出可能な反射式レーザ位置検出手段にする。

【００１５】本発明の第三の態様では、円形薄刃砥石１
の先端位置の検出動作を自動化するため、円形薄刃砥石
１がレーザ光束を所定位置で横切るように移動させる移
動手段と、反射式レーザ検出手段３がレーザ光束の遮断
を検出した時の円形薄刃砥石１の移動手段での位置を検
出する検出手段を備える。本発明の第四の態様では、第
三の態様において反射式レーザ検出手段３を反射式レー
ザ位置検出手段とし、その出力を記録する記録手段と、
その記録内容を解析して円形薄刃砥石１の保持部材２の
先端位置を算出する解析手段とを備える。

【００１６】

【作用】反射式レーザ検出手段３の放射するレーザ光束
が加工テーブル９に対して所定の位置関係になるように
設置しておく。円形薄刃砥石１がこのレーザ光束を所定
位置で横切るように移動させ、レーザ光束を遮断した時
を反射式レーザ検出手段３で検出すれば、その時の位置
が円形薄刃砥石１の先端がレーザ光束を遮断した直後の
位置である。レーザ光束の加工テーブル９に対する位置
は既知であるから、円形薄刃砥石１の先端位置の加工テ
ーブル９に対する位置がわかる。

【００１７】レーザ検出手段は、放射されるレーザ光束
を受光する光検出器を設けて、レーザ光束が遮断された
ことを検出する透過方式もあるが、反射方式の方が設定
する上での自由度が大きい。反射式レーザ検出手段３を
照射後の位置の差も検出可能な反射式レーザ位置検出手
段にした時の作用を図２を参照して説明する。図２にお
いて、２１は円形薄刃砥石であり、２２はその保持部材
である。保持部材２２の先端と円形薄刃砥石２１の先端
との差が突き出し量に相当する。反射式レーザ位置検出
手段２３は、レーザ光束放射部２４とレーザ光束の照射
点の像を形成するレンズ２５と、レンズ２５によって形
成された照射点の像の位置を検出する光点位置検出部２
６を有する。

【００１８】いま円形薄刃砥石２１と保持部材２２をレ
ーザ光束を横切るように移動させたとする。初めはレー
ザ光束は遮断されていないため光点位置検出部２６には
何も出力されないが、図中の位置でブレード２１の先端
がレーザ光束に入ると、ブレード２１上にレーザ光束が
照射され光点位置検出部２６に図の右に示したような出
力が生じる。更にそのままブレード２１を降下させても
ブレード２１はレーザ光束に対して略垂直であり、降下
方向も略垂直であるから、ブレード２１上のレーザ光束
の照射点は変化しない。しかし更に降下して保持部材２
２の端がレーザ光束内に入ると照射点の位置が変化し、
光点位置検出部２６からの出力にもそれに応じた変化が
表われる。従ってこの変化点を検出した時が保持部材２
２の先端がレーザ光束を遮断した時である。従ってこの
場合はレーザ検出器は反射方式であることが必要であ
る。

【００１９】図２ではブレード２１はレーザ光束に対し
て略垂直であり、垂直な方向に移動するとした。これは
レーザ光束に対して垂直であればレーザ光束方向の位置
誤差の影響が小さいためであるが、高精度の移動手段が
用いられるならば、ブレード２１がレーザ光束に対して
傾いていても問題はない。

【００２０】

【実施例】第一実施例の構成を図３に示す。この実施例
はダイシング装置であり、半導体ウエハ３０をチップに
分割するため細い溝を形成するための装置である。図１
において、３１はブレードであり、３２はブレード３１
を回転軸に保持する保持部材である。３３は反射式レー
ザ検出器であり、これについては後述する。３４はＺ軸
方向移動装置であり、３５はＹ軸方向移動装置であり、
ブレード３２の部分をＹ軸方向とＺ軸方向の二方向にそ
れぞれ精密に移動させる。駆動手段はモータであり、移
動位置をエンコーダで検出している。実際にはこれにブ
レード３１を回転する回転モータが設けられているがこ
こでは図示していない。３６は加工テーブル３９のＸ軸
方向移動装置であり、これら三方向の移動装置により、
加工テーブル３９上に載置された半導体ウエハ３０に対
してブレード３１を三次元的に移動させることができ
る。実際にはこれに回転機構が付属しているがここでは
図示しない。

【００２１】１３３はレーザ光束が遮断されたことを反
射式レーザ検出器３３が検出した時に表示灯１３７を点
灯させる表示装置である。１３４から１３６はＺ軸、Ｙ
軸及びＸ軸方向の位置表示器と移動装置ボタンである。
通常ダイシング装置はコンピュータ等により制御され、
自動的に加工を行なうが、本実施例では手動操作も可能
であり、ブレード３１の先端位置の検出も手動操作で行
なう。その操作手順を簡単に説明する。

【００２２】まずＺ軸方向の所定位置までボタン操作に
より上昇させる。次にＸ軸方向とＹ軸方向の所定位置ま
で移動させる。この位置がブレード３１の先端がレーザ
光束を横切る位置であり、レーザ検出器３３のその時の
位置を図中に点線て示した。そしてＺ軸方向の所定位置
まで降下させ、表示灯１３７によりレーザ光束が遮断さ
れてないことを確認する。もし表示灯１３７がレーザ光
束の遮断のあることを示している時は以下の説明と逆に
Ｚ軸方向に上昇させる必要がある。

【００２３】レーザ光束が遮断されていないことを確認
後、表示灯１３７を見ながらＺ軸方向に除々に降下させ
る。そして表示灯１３７が点灯しレーザ光束が遮断され
たことを示した時に、直ちに降下を停止し、その時のＺ
軸方向の位置を読み取る。これがブレード３１の先端が
レーザ光束の高さにある時のＺ軸方向の位置であり、レ
ーザ光束と加工テーブル３９の高さ関係は既知であるか
ら、ブレード３１と加工テーブル３９の位置関係が求ま
る。

【００２４】実際には反射式レーザ検出器３３と加工テ
ーブル３９は共にＸ軸方向移動装置上に設置され、しか
も加工テーブル３９は半導体ウエハ３０に応じて交換さ
れる。そこで加工テーブル３９を交換した時に、前述の
カッタセットを行ってブレード３１と加工テーブルの高
さ関係を検出し、次いで反射式レーザ検出器３３による
ブレード３１の先端位置検出を行ない、この二つの結果
から加工テーブル３９と反射式レーザ検出器３３との高
さ関係を求めておく。

【００２５】次に本実施例における反射式レーザ検出器
を図４に示す。図において４３が反射式レーザ検出器４
３であり、レーザ駆動回路１４１と、半導体レーザ１４
２と、コリメータレンズ１４３と、投影レンズ１４４
と、フォトセンサ１４５とアンプとコンパレータを内蔵
した出力回路１４６を有する。レーザ駆動回路１４１か
らの信号で発光した半導体レーザ１４２からのレーザ光
はコリメータレンズ１４３により、細い平行ビームにさ
れ放射される。図中の４１はブレードであり、図の位置
でレーザ光束を遮断する。

【００２６】１４４は投影レンズであり、ブレード４１
がレーザ光束を遮断した時に表面にできるレーザ光束の
照射点の像をフォトセンサ１４５上に形成する。従って
ブレード４１がレーザ光束を遮断していなければ照射点
は生ぜず、フォトセンサ１４５上に像も形成されない。
フォトセンサ１４５の受光する光量に応じた信号、すな
わちレーザ光束の照射点の有無に応じた信号が出力され
るので、これを出力回路１４６で処理して、照射点の有
無が判定される。

【００２７】第一実施例ではブレードの先端位置の検出
は、手動操作によって行ったが、前述のようにダイシン
グ装置はコンピュータ等により自動制御するのが一般的
であり、ブレードの先端位置の検出も自動化されること
が望ましい。そこでこれを自動化したのが第二実施例で
ある。第二実施例の構成は図３の第一実施例とほとんど
同じ構成であり、制御部分のみが異なる。その制御回路
を示したのが図５である。

【００２８】図５に示した制御回路は、反射式レーザ検
出器５３とその入力ポート１６０を除けば従来のダイシ
ング装置の制御回路と同じ基本構成であり、簡単に説明
する。プロセッサ１５１とＲＯＭ１５２とＲＡＭ１５３
で通常のコンピュータが形成される。そのデータバスに
は１５４から１６０の入力ポート又は出力ポートが接続
される。５４から５６はＺ軸とＹ軸とＸ軸の移動装置部
分であり、それぞれ駆動用モータと位置検出用のエンコ
ーダを備え、各モータは出力ポートを介してコンピュー
タにより制御され、各エンコーダは位置情報を入力ポー
トを介してコンピュータに送る。反射式レーザ検出器５
３からはレーザ光束の遮断の有無に関する情報が入力ポ
ート１６０を介して送られて来る。

【００２９】第二実施例におけるブレードの先端位置検
出のためのコンピュータでの処理を図６のフローチャー
トに示す。この処理は前述の手動操作による先端位置検
出を自動的に行なうものである。ステップ６０１では、
ブレードを先端位置検出動作の開始点まで移動させる。
この位置はブレードの誤差等があってもレーザ光束を遮
断することのないような余裕をもたせた位置である。

【００３０】ステップ６０２では反射式レーザ検出器の
出力を読み取り、ステップ６０３でその出力からレーザ
光束が遮断されているかを判定する。もし遮断していな
ければステップ６０４でＺ軸方向に所定量降下させる。
この降下量は微小である。再びステップ６０２に戻り、
レーザ光束が遮断されるまで繰り返す。ステップ６０３
でレーザ光束が遮断されたと判定した時にはステップ６
０５に移り、その時のＺ軸方向の値でブレードの先端位
置を修正して終了する。

【００３１】以上先端位置検出は非接触で行なわれるた
め、ブレードを高速で移動させても何ら問題はなく、検
出動作の高速化が可能である。第三実施例は、第二実施
例において反射式レーザ検出器３３を照射点の位置の差
も検出可能な反射式レーザ位置検出器に変えたものであ
る。この反射式レーザ位置検出器の構成を図７に示す。
これを図４と比べた時に異なるのはフォトセンサ１４５
を光点位置検出器１７５に変えた点であり、これに応じ
て出力回路も位置に比例するアナログ信号を出力するア
ンプ内蔵回路に変更される。

【００３２】光点位置検出器１７５は、投影レンズ１７
４によって形成される受光面での光点の位置に応じて両
端の電極に流れる電流の比が異なる素子であり、ここで
は一次元方向のみ検出できればよい。この替りにＣＣＤ
等のイメージセンサで光点位置を検出することもでき
る。図７に示した反射式レーザ位置検出器の出力はＡ／
Ｄ変換器によって多値のディジタル信号に変換され、入
力ポートを介してコンピュータに取り込まれる。

【００３３】第三実施例でのブレードの先端位置及び突
き出し量の検出のためのコンピュータでの処理を図８の
フローチャートに示す。ステップ８０１では、ブレード
を検出のための移動開始位置に移動する。ステップ８０
２では、所定時間だけ水滴除去用エアバルブを開く。ス
テップ８０３では、現在の位置がレーザ光束を遮断して
いないことを、反射式レーザ位置検出器で確認する。も
し遮断していればステップ８０９で開始位置を修正す
る。

【００３４】開始位置が問題なければ、ステップ８０４
でＺ軸方向に移動装置の１パルス分だけ移動し、ステッ
プ８０５で反射式レーザ位置検出器のＡ／Ｄ変換された
出力を読み取った後、ＲＡＭに記憶する。そしてこれを
繰り返し、ブレードの移動に伴う反射式レーザ位置検出
器の出力変化を記録する。そしてあらかじめ定められた
走査範囲にわたってこれらの動作が終了したかを、ステ
ップ８０６で判定し、終了していればステップ８０７で
データ解析を行なう。この内容は図２で示したものであ
り、ブレードの先端位置と突き出し量が求まるので、ス
テップ８０８でこれらを修正して終了する。

【００３５】以上のようにして第三実施例ではブレード
の一回の走査で先端位置と突き出し量が検出できる。こ
れによりブレードを無駄なく使用することが可能にな
り、ブレードの寿命が向上する。

【００３６】

【発明の効果】本発明によりブレードの先端位置が非接
触で容易に検出できるため、ブレードや加工テーブルの
不必要な損傷が防止できる。更に突き出し量が検出でき
るためブレードを摩耗限界まで使用することが可能にな
り、ブレードの寿命が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄溝加工機の基本構成を示す図であ
る。

【図２】本発明の突き出し量検出の原理説明図である。

【図３】第一実施例の構成を示す図である。

【図４】反射式レーザ検出器の構成を示す図である。

【図５】第二実施例の制御回路を示す図である。

【図６】第二実施例でのブレード先端位置検出処理を示
すフローチャートである。

【図７】第三実施例で使用する反射式レーザ位置検出器
を示す図である。

【図８】第三実施例でのブレード先端位置と突き出し量
検出処理を示すフローチャートである。

【図９】ダイシング装置を示す図である。

【図１０】ダイシング装置での加工状態と先端位置の管
理の必要性を示す図である。

【図１１】突き出し量が小さくなった時の問題点を示す
図である。

【符号の説明】

１…円形薄刃砥石 ２…保持部材 ３…反射式レーザ検出器 ９…加工テーブル １０…被加工物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ 8934−4Ｍ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に保持した円形薄刃砥石（１）を
   回転させながら加工テーブル（９）上の被加工物（１
   ０）に接触させて溝加工する薄溝加工機において、 レーザ光束を放射し、該レーザ光束が遮断された時に遮
   断した物体表面上の前記レーザ光束の照射点の存在を検
   出する反射式レーザ検出手段（３）を備えることを特徴
   とする薄溝加工機。
2. 【請求項２】 前記反射式レーザ検出手段（３）は、前
   記照射点の位置の差も検出可能な反射式レーザ位置検出
   手段であることを特徴とする請求項１に記載の薄溝加工
   機。
3. 【請求項３】 前記円形薄刃砥石（１）がレーザ光束を
   所定位置で横切るように移動させる移動手段と、 前記反射式レーザ検出手段（３）が前記レーザ光束の遮
   断を検出した時の前記円形薄刃砥石（１）の前記移動手
   段での位置を検出する検出手段とを備え、前記円形薄刃
   砥石（１）の先端位置検出を自動化したことを特徴とす
   る請求項１に記載の薄溝加工機。
4. 【請求項４】 前記反射式レーザ検出手段（３）は、前
   記照射点の位置の差も検出可能な反射式レーザ位置検出
   手段であり、 該反射式レーザ位置検出器の出力を記録する記録手段
   と、 該記録手段の記録内容を解析し、前記円形薄刃砥石
   （１）の保持部材（２）の先端位置を算出する解析手段
   とを備え、前記保持部材の先端位置の検出も自動化した
   ことを特徴とする請求項３に記載の薄溝加工機。