JP2009012105A - バイトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】チップの刃先を全長にわたり有効に使用可能とする角度調整機構を簡素な構造とし、半導体など被加工物が比較的小さな場合に好適なバイトユニットを提供する。
【解決手段】切削ユニットのフレーム３６に固定されるシャンク５１と、フレーム３６の回転方向と略平行なねじ６７によってシャンク５１に着脱可能、かつ、ねじ６７を揺動軸として揺動可能に取り付けられるバイト６１とを備える。一端部にチップ６２が固定されたバイト６１の他端部に凸部６４を形成し、揺動角度に応じて凸部６４が係合する複数の凹部５４をシャンク５１に形成する。バイト６１側の凸部６４とシャンク５１側の凹部の凹凸係合により、バイト６１の取り付け角度を調整してチップ６２の刃先の被加工物への接触部分を変更する。
【選択図】図６

Description

本発明は、バイトの先端に切削用のチップが固定されたバイトユニットに関する。

半導体チップの実装技術の１つとして、チップ表面の電極部にバンプと呼ばれる突起状電極を形成し、この電極を実装基板側の電極に直接接合するフリップチップが知られている。バンプはメッキなどの方法で形成されるが、複数のバンプの高さにばらつきがあると、比較的低いバンプが相手側の電極に接合されないといった問題が発生する。この問題は、高集積化が進んでチップ表面に配列されるバンプの密度が高まるにつれ顕著となる。

そこで、全てのバンプを相手側の電極に対して適切に接合させるために、半導体チップに分割する前のウェーハの段階で、バンプの先端を一括して切削して高さを揃えることが行われている。バンプの切削工具としては、ホイールマウント等の回転体にバイトが取り付けられた形式のものが知られている（特許文献１等参照）。

この特許文献１には、バイトの先端に固定されたチップの偏摩耗を解消するために、一方向にしか移動させていなかった切削動作を往復させるといった方法が記載されている。この方法では、チップ先端の刃先の被加工物への接触部分は一定しているため、往復動作によってその接触部分は往復方向に均等に摩耗するといった効果は得られる。ところが、被加工物への接触部分に欠けが発生すると使用不能となってバイトの交換を余儀なくされる。このようにチップの１箇所に欠けが発生するだけでバイトを交換することは不経済であり、このため、ある程度の刃先長さを有するチップの被加工物への接触部分を変えることができるようにしたバイトが提案されている（特許文献２）。

特開２００６−２４５４９３公報 特開２００２−３４６８０８公報

上記特許文献２に記載のバイトは、シャンクに対する取り付け角度を調整することで、刃先を被加工物にまんべんなく接触させることができるものである。バイトのチップは摩耗すると定期的に研磨して使用可能な状態に加工することが行われるが、刃先の全部分を有効に使用できればバイトの寿命は大幅に延び、交換頻度も少なくなるので好ましい。しかしながら特許文献２に記載のバイトは一般的な旋盤用工具であり、この種のバイトは、寸法的に上記半導体の加工に適用するにはサイズの面で不向きである。また、同文献に開示されている角度調整機構も、半導体の加工に適用可能なサイズまで小さくして同一構成にすることは、構造が複雑であるため困難である。

よって本発明は、チップの刃先をほぼ全長にわたり有効に使用可能とする角度調整機構を簡素な構造とし、これによって半導体の加工など加工対象物が比較的小さな場合に特に有用とされるバイトユニットを提供することを目的としている。

本発明のバイトユニットは、回転軸回りの周方向に沿って回転する回転体に固定される基台と、該基台に軸心が回転体の回転方向と略平行な状態に螺着されるねじ部材と、該ねじ部材によって基台に着脱可能に、かつ、ねじ部材を揺動軸として回転体の回転方向に略直交する面内に沿って揺動可能に取り付けられるバイトとを備え、バイトは、第１の揺動端部と第２の揺動端部とを有し、第１の揺動端部にはチップが固定されており、第２の揺動端部には係合部が設けられており、基台には、バイトの係合部が係合することにより、バイトの揺動角度を任意の角度に固定する被係合部が設けられていることを特徴としている。

本発明のバイトは基台に揺動可能に取り付けられ、揺動させて取り付け角度を調整することで、第１の揺動端部に固定されているチップの刃先の全部分を、被加工物にまんべんなく接触させることができるようになっている。これによってバイトの寿命は大幅に延び、交換頻度も少なくなって加工コストが低減する。バイトは、第２の揺動端部の係合部を基台側の被係合部に係合させることにより取り付け角度が選択されるとともに固定され、これによって取り付け角度が調整される。この後、バイトはねじ部材によって基台に固定される。

本発明によれば、バイトを基台に固定するためのねじ部材を揺動軸としてバイトを基台に揺動可能に取り付け、バイトの一方の端部すなわち第２の揺動端部に設けた係合部を基台に設けた被係合部に係合させるといった簡素な構成で、バイトの取り付け角度を調整し、かつ、バイトを基台に固定することができる。このように角度調整のための構造が簡素であるため、比較的小さいサイズであっても十分に製造可能であり、したがって半導体の加工用のバイトユニットとして好適に用いられる。

本発明では、バイトに、バイト自身を把持するための把持部を設け、この把持部を介してバイトを揺動させる操作を行うようにすると、バイトの操作性が向上して好ましい。

本発明によれば、チップの刃先を全長にわたり有効に使用可能とする角度調整機構が簡素な構造であり、これによって半導体の加工など加工対象物が比較的小さな場合に特に好適であるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］被加工物（半導体ウェーハ）
図１は、一実施形態に係るバイトユニットで表面に切削加工が施される円盤状の半導体ウェーハを示している。このウェーハ１はシリコンウェーハ等であって、表面には、複数の半導体チップ２が形成されている。これら半導体チップ２は、分割予定ライン３によって格子状に区画された矩形領域の表面にＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されることにより構成されている。また、ウェーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）４が形成されている。

各半導体チップ２には、図１（ａ）の右側の拡大図に示すように、表面から突出する複数のバンプ（突起状電極）５が形成されている。これらバンプ５は、半導体チップ２内に形成された電極に接合されており、メッキ法などによって形成される。ウェーハ１の表面には、ポリイミドやレジスト等からなる樹脂層６が形成されている。図２（ａ）に示すように、樹脂層６はバンプ５の高さよりも厚く、全てのバンプ５は樹脂層６の中に埋設された状態となっている。樹脂層６の表面は平坦ではなく、また、バンプ５のウェーハ表面からの高さも均一ではない。ウェーハ１は、表面の切削加工の他に、裏面研削による薄化加工など、所定の加工が順次施された後、分割予定ライン３に沿って切断、分割され、各半導体チップ２に個片化される。

個片化された後の半導体チップ２は、フリップチップ等の実装技術によって各バンプ５が例えば実装基板の電極に直接接合されて実装されるが、そのためには、各バンプ５を樹脂層６の表面に露出させ、かつ高さを均一とする必要がある。そこでウェーハ１には、樹脂層６の表面とともに全てのバンプ５の先端部を一括して切削する切削加工が施される。

［２］切削装置
ウェーハ表面の切削加工には、図３に示す切削装置１０が好適に用いられる。この切削装置１０によれば、ウェーハ１の裏面を真空チャック式のチャックテーブル２０の吸着面に吸着させて保持し、回転させた切削ユニット３０のバイトユニット５０によってウェーハ１の表面側を削ることにより、バンプ５の先端および樹脂層６の表面が切削される。この切削加工により、ウェーハ１は図２（ｂ）に示すようにバンプ５と樹脂層６が面一となり、かつ、バンプ５の高さが均一に揃った状態に加工される。

以下、図３に示す切削装置１０の構成ならびに動作を説明する。
切削装置１０は直方体状の基台１１を有しており、ウェーハ１は、この基台１１上の所定箇所に着脱自在にセットされる供給カセット１２内に、樹脂層６が形成された表面側を上にした状態で、複数が積層して収納される。その供給カセット１２から１枚のウェーハ１が搬送ロボット１３によって引き出され、そのウェーハ１は、表面側を上に向けた状態で位置決めテーブル１４上に載置され、ここで一定の位置に決められる。

位置決めテーブル１４上で位置決めがなされたウェーハ１は、供給アーム１５によって位置決めテーブル１４から取り上げられ、真空運転されている円盤状のチャックテーブル２０上に、表面側を上に向けた状態で同心状に載置される。チャックテーブル２０は、図４に示すように、枠体２１の中央上部に、多数のピン２２が立設されてなる吸着部２２Ａが形成されたピンチャック式のもので、ウェーハ１は、吸着部２２Ａの上面である吸着面に、裏面が当接し、かつ、表面側の樹脂層６が露出する状態に吸着、保持される。

図３に示すように、チャックテーブル２０は、基台１１上においてＹ方向に移動自在に設けられたテーブルベース２５に支持されており、ウェーハ１はテーブルベース２５およびチャックテーブル２０を介してＹ方向奥側の加工位置に送り込まれる。加工位置の上方には、ウェーハ表面を切削する切削ユニット３０が配設されている。基台１１上には、テーブルベース２５の移動路を塞いで切削屑等が基台１１内に落下することを防ぐ蛇腹状のカバー２６が伸縮自在に設けられている。

切削ユニット３０は、基台１１の奥側の端部に立設されたコラム１６の前面に、Ｚ方向（鉛直方向）に沿って昇降自在に設置されている。すなわちコラム１６の前面にはＺ方向に延びるガイド４１が設けられており、切削ユニット３０は、スライダ４２を介してガイド４１に摺動自在に装着されている。そして切削ユニット３０は、サーボモータ４３によって駆動されるボールねじ式の送り機構４４により、スライダ４２を介してＺ方向に昇降する。

切削ユニット３０は、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング３１内に、図４に示すスピンドルシャフト（回転軸）３２が同軸的、かつ回転自在に支持されたもので、スピンドルシャフト３２は、スピンドルハウジング３１の上端部に固定されたスピンドルモータ３３によって回転駆動させられる。図４に示すように、スピンドルシャフト３２の下端には、円盤状のフランジ３４を介して、切削工具３５が取り付けられている。

この切削工具３５は、環状のフレーム（回転体）３６の下面に、バイトユニット５０が着脱可能に取り付けられたもので、フレーム３６がフランジ３４に同心状に取り付けられるようになっている。バイトユニット５０は、ダイヤモンド等からなり、実際に被加工物を削って切削するチップ６２を有している。切削工具３５はスピンドルシャフト３２とともに一体回転し、回転するバイトユニット５０の切削外径（チップ６２の回転軌跡の外径）は、ウェーハ１の直径よりも大きく設定されている。バイトユニット５０は本発明の一実施形態に係るものであり、後で詳述する。

ウェーハ１の表面のバンプ５および樹脂層６を切削するには、バイトユニット５０の刃先高さが、バンプ５の先端部を所定量削り込む高さになる位置に、切削ユニット３０を送り機構４４によって下降させ、さらに、切削工具３５をスピンドルモータ３３により回転させた状態とする。そして、テーブルベース２５を奥側に移動させてウェーハ１を切削ユニット３０の下方に当たる加工位置に向けて移動させていく。すると、バンプ５の先端部および樹脂層６の表面が切削工具３５のバイトユニット５０によって切削されていき、ウェーハ１がフレーム３６に覆われるまで移動することにより、表面全面が平坦に切削される。

ウェーハ表面の全面が切削されたら、切削ユニット３０が上昇してウェーハ１から退避し、一方、テーブルベース２５が手前側に移動し、ウェーハ１が供給アーム１５からチャックテーブル２０上に載置された着脱位置に戻される。この着脱位置でチャックテーブル２０の真空運転は停止され、次いでウェーハ１は、回収アーム１７によってスピンナ式洗浄装置１８に搬送されて洗浄、乾燥処理され、この後、搬送ロボット１３によって回収カセット１９内に移送、収容される。また、ウェーハ１が取り去られたチャックテーブル２０は、エアノズル２７から噴射される空気によって切削屑等が除去される。

［３］バイトユニット
次に、上記切削ユニット３０に装着されるバイトユニット５０について説明する。
図５〜図７に示すように、バイトユニット５０は、略直方体状のシャンク（基台）５１と、このシャンク５１に取り付けられるバイト６１とを主体としている。

バイト６１は、板状を呈しており、長手方向の一端部（第１の揺動端部）の表面側には、ダイヤモンド等で所定形状に成形されたチップ６２が固着されている。このチップ６２は左右対称の形状であって、下端の円弧状に形成された刃先６３（図８参照）によって被加工物（上記ウェーハ１の表面）を削り込むものである。刃先６３の被加工物に接触する部分は、円弧の全長ではなく、その長さの、例えば１／３程度の下端縁となる。

一方、バイト６１のチップ６２が固着された側とは反対側の端部（第２の揺動端部）には、幅方向中央に向かって先端が突出する三角形状の凸部（係合部）６４が形成されている。また、バイト６１の凸部６４側の端部の表面には、表面から突出するレバー（把持部）６５が設けられている。さらに、バイト６１の長手方向中央部よりもややチップ６２寄りの位置であって幅方向中央部には、ねじ挿通孔６６が形成されている。

一方、シャンク５１の一側面には、バイト６１の厚さと同等の深さを有し、該シャンク５１の一端側（図６および図７で下側）の端面に開放するバイト収納用のピット５２が形成されている。このピット５２の底面の一端寄りであって幅方向中央には、その底面に直交する方向に延びるねじ孔５３が形成されている。そして、ピット５２の奥側（図６および図７で上側）の内壁面には、バイト６１の凸部６４の先端部が当接して係合する複数（この場合３つ）の三角形状の凹部（被係合部）５４が幅方向に配列された状態で形成されている。これら凹部５４（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）のうち、中央の凹部５４ａはシャンク５１の幅方向中央部に形成されており、この中央の凹部５４ａの両側に、凹部５４ｂ，５４ｃが対称的に形成されている。

バイト６１は、凸部６４をピット５２の奥側の凹部５４方向に向けた状態で、ねじ挿通孔６６に通したねじ（ねじ部材）６７をシャンク５１のねじ孔５３にねじ込んで締結することにより、ピット５２に収納された状態でシャンク５１に固定される。この状態で、バイト６１のチップ６２側の端部はシャンク５１の一端から所定長さ突出し、また、先端側の凸部６４は、シャンク５１側の凹部５４のいずれかに係合する。この場合、凸部６４が係合する凹部５４を選択することができ、これによって、シャンク５１に対するバイト６１の取り付け角度が調整される。

本実施形態のバイトユニット５０は、上記切削ユニット３０のフレーム３６に、次のようにして着脱可能に取り付けられる。図６に示すように、バイト６１のチップ６２側を下に向け、ピット５２が形成されていない側のシャンク５１の、図中上端部を、フレーム３６の下面の１箇所に形成された下方に開口する取り付け穴３６ａに挿入する。フレーム３６には、外周面から取り付け穴３６ａに通じるねじ孔３６ｂが形成されており、このねじ孔３６ｂにねじ５７をねじ込んでシャンク５１の側面に押し付け、締め付ける。これにより、シャンク５１がねじ５７と取り付け孔３６ａの内面とに強く挟まれて固定され、バイトユニット５０がフレーム３６に取り付けられる。

なお、シャンク５１を取り付け穴３６ａに挿入する際には、バイト６１が取り付けられた側のシャンク５１の側面が、フレーム３６の回転方向（図５および図６で矢印Ｒ方向）側に位置するように向きを定める。この取り付け状態で、バイト固定用のねじ６７の軸心はフレーム３６の回転方向と略平行である。

このようにフレーム３６に取り付けられたバイトユニット５０では、次のようにしてバイト６１の取り付け角度を調整することができる。まず、ねじ６７を緩めてバイト６１をシャンク５１から離間する方向にねじ６７に沿って引き出し、バイト６１をピット５２から出す。この状態でバイト６１はねじ６７を揺動軸として、図６（ａ）の矢印Ｌ・Ｒ方向に揺動可能な状態となる。換言すると、バイト６１はねじ６７を揺動軸としてフレーム３６の回転方向に略直交する面内に沿って揺動する。

次いで、凸部６４を、目的の凹部５４（５４ａ〜５４ｃのうちの１つ）に係合させるべくバイト６１を必要角度揺動させ、バイト６１をピット５２に嵌め込んで凸部６４を目的の凹部５４に嵌め込んで係合させる。この後、ねじ６７を締め付け、バイト６１をシャンク５１に固定させる。なお、バイト６１を揺動させたりピット５２に対して出し入れする際には、レバー６５を用いるとよい。

［４］バイトユニットの作用効果
上記バイトユニット５０によれば、図８に示すように、バイト６１の凸部６４をシャンク５１側の３つの凹部５４ａ，５４ｂ，５４ｃのいずれかに係合させることにより、取り付け角度を３つのパターンに変更することができる。そして、このようにバイト６１の取り付け角度を変更することにより、チップ６２の刃先６３が被加工物に接触する部分を変更させることができる。すなわち図８に示すように、凸部６４を中央の凹部５４ａに係合させると、刃先６３の中央部分Ａが最下端に配されて被加工物への接触部分となる。また、凸部６４を左側の凹部５４ｂに係合させると、刃先６３の左側部分Ｂが最下端に配されて被加工物への接触部分となり、凸部６４を右側の凹部５４ｃに係合させると、刃先６３の右側部分Ｃが最下端に配されて被加工物への接触部分となる。

このようにシャンク５１に対するバイト６１の取り付け角度を調整することにより、チップ６２の刃先６３のほぼ全ての部分を、被加工物にまんべんなく接触させることができる。したがって、はじめに刃先６３のＡ部分を用いて切削していて、Ａ部分に欠けが生じたら、次に接触部分をＢ部分に変更し、Ｂ部分が使用できなくなったらＣ部分に変更するといったように、次々に被加工物への接触部分を変更することにより、切削を続けることができる。その結果、バイト６１の寿命は大幅に延び、また、交換頻度も少なくなるため、加工コストが大幅に低減する。

そして本実施形態のバイトユニット５０によれば、バイト６１をシャンク５１に固定するためのねじ６７を揺動軸としてバイト６１をシャンク５１に揺動可能に取り付け、バイト６１の一端部に形成した凸部６４をシャンク５１に形成した複数の凹部５４に係合させるといった簡素な構成で、バイト６１の取り付け角度を調整し、かつ、バイト６１をシャンク５１に固定することができる。このようにバイト６１の取り付け角度を調整する構造が簡素であるため、比較的小さいサイズであっても十分に製造可能であり、したがって、上記ウェーハ１を切削する切削ユニット３０に設けられるバイトユニットとしてきわめて好適である。

本発明の一実施形態に係るバイトユニットで表面に切削加工が施されるウェーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 ウェーハ表面の拡大断面図であって、（ａ）は表面が切削前、（ｂ）は切削後を示している。 一実施形態のバイトユニットを備えた切削装置の斜視図である。 同切削装置の切削ユニットによってウェーハ表面を切削する状態を示す側面図である。 切削ユニットのフレームおよび該フレームに一実施形態のバイトユニットが取り付けられた状態を示す斜視図である。 フレームへのバイトユニットの取り付け構造を示す（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。 一実施形態のバイトユニットの分解斜視図である。 シャンクに対するバイトの取り付け角度と、その取り付け角度に応じたチップの刃先の被加工物への接触部分を示す図である。

符号の説明

１…半導体ウェーハ
１０…切削装置
３０…切削ユニット
３２…スピンドルシャフト（回転軸）
３６…フレーム（回転体）
５０…バイトユニット
５１…シャンク（基台）
５４（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）…凹部（被係合部）
６１…バイト
６２…チップ
６４…凸部（係合部）
６５…レバー（把持部）
６７…ねじ（ねじ部材）

Claims (2)

1. 回転軸回りの周方向に沿って回転する回転体に固定される基台と、
   該基台に、軸心が前記回転体の回転方向と略平行な状態に螺着されるねじ部材と、
   該ねじ部材によって前記基台に着脱可能に、かつ、ねじ部材を揺動軸として前記回転体の回転方向に略直交する面内に沿って揺動可能に取り付けられるバイトとを備え、
   前記バイトは、第１の揺動端部と第２の揺動端部とを有し、第１の揺動端部にはチップが固定されており、第２の揺動端部には係合部が設けられており、
   前記基台には、前記バイトの前記係合部が係合することにより、バイトの揺動角度を任意の角度に固定する被係合部が設けられていることを特徴とするバイトユニット。
2. 前記バイトに把持部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバイトユニット。

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