JP2022035502A - 切削方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】切削ブレードに超音波振動を付与して被加工物を切削し、且つ、切削ブレードの過度な磨耗を低減する。【解決手段】被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルで保持された被加工物を切削する切削ブレード、及び、切削ブレードの径方向に切削ブレードを超音波振動させる超音波振動子を有する切削ユニットと、を備える切削装置を用いて、被加工物を切削する切削方法であって、被加工物をチャックテーブルで保持する保持段階と、被加工物に設定された複数の切削ラインのうち同一の切削ライン上において、超音波振動させた切削ブレードで被加工物を切削する超音波切削と、超音波振動させていない切削ブレードで被加工物を切削する通常切削と、を施す切削段階と、を備える切削方法を提供する。【選択図】図５

Description

本発明は、超音波振動子を有する切削ユニットを備える切削装置を用いて被加工物を切削する切削方法に関する。
半導体ウェーハ等の板状の被加工物を、当該被加工物の表面側に格子状に設定された分割予定ラインに沿って切削する場合、通常、切削装置が用いられる。切削装置は、切削ユニットと、切削ユニットの下方に配置されたチャックテーブルと、を備える。
切削ユニットは、円柱状のスピンドルを含む。スピンドルの一端部には、円環状の切り刃を有する切削ブレードが装着され、スピンドルの他端部には、モータ等の回転駆動源が連結される。
被加工物を切削する場合には、まず、表面側が上方に露出する様に、被加工物の裏面側をチャックテーブルの保持面で吸引保持する。そして、高速に回転させた切削ブレードを、各分割予定ラインに沿って被加工物に切り込むことで、被加工物は、複数のチップに分割される。
被加工物が、脆性硬質材料や高硬度の材料で形成されている場合、被加工物の切削は比較的困難となる。そこで、切削ブレードに超音波振動を付与することにより切削ブレードをその径方向に振動させつつ、被加工物を切削することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７－５３２３４号公報
切削ブレードに超音波振動を付与すると被加工物を切削し易くなるが、その分、ブレードの摩耗が促進されるので、切削ブレードの寿命が短くなり、切削ブレードの交換頻度が増加するという問題がある。
本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、切削ブレードに超音波振動を付与して被加工物を切削し、且つ、切削ブレードの過度な磨耗を低減することを目的とする。
本発明の一態様によれば、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で保持された該被加工物を切削する切削ブレード、及び、該切削ブレードの径方向に該切削ブレードを超音波振動させる超音波振動子を有する切削ユニットと、を備える切削装置を用いて、該被加工物を切削する切削方法であって、該被加工物を該チャックテーブルで保持する保持段階と、該被加工物に設定された複数の切削ラインのうち同一の切削ライン上において、超音波振動させた該切削ブレードで該被加工物を切削する超音波切削と、超音波振動させていない該切削ブレードで該被加工物を切削する通常切削と、を施す切削段階と、を備える切削方法が提供される。
好ましくは、該切削段階では、同一の切削ライン上の一部に対して該超音波切削を施した後、超音波振動を止めて、該切削ブレードを割り出し送り方向へ移動させることなく、該同一の切削ライン上で該超音波切削が最後に施された位置から、該通常切削を施す。
本発明の一態様に係る切削方法の切削段階では、被加工物に設定された複数の切削ラインのうち同一の切削ライン上において、超音波振動させた切削ブレードで被加工物を切削する超音波切削と、超音波振動させていない当該切削ブレードで被加工物を切削する通常切削と、を施す。それゆえ、超音波切削では、切削ブレードの適度な摩耗促進を維持しながら被加工物を切削し、且つ、通常切削では、切削ブレードの過度な摩耗を抑制できる。
切削装置の斜視図である。 切削装置の一部断面側面図である。 切削装置におけるチャックテーブル等を示す図である。 切削方法を示すフロー図である。 実施例における切削方法での切削順序を示す図である。 実施例における切削方法で切削した後のガラス基板の画像である。 図７（Ａ）は第１の比較例に係る切削方法で切削した後のガラス基板の画像であり、図７（Ｂ）は第２の比較例に係る切削方法で切削した後のガラス基板の画像である。 第２の実施形態に係る切削方法での切削順序を示す図である。
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。図１は、切削装置２の斜視図であり、図２は、切削装置２の一部断面側面図であり、図３は、切削装置２におけるチャックテーブル４０等を示す図である。
切削装置２は、被加工物１１を切削する切削ユニット４を備える。切削ユニット４は、Ｙ軸方向（割り出し送り方向）に略平行に配置された円筒状のスピンドルハウジング６を有する。スピンドルハウジング６の内部には、円柱状のスピンドル８の一部が、回転可能な態様で収容されている（図２参照）。
スピンドル８の一端部には、ネジ穴が形成されている。このネジ穴に固定されるネジ１０により、スピンドル８の一端部には、切削ブレード１２が装着される。切削ブレード１２は、外周部に円環状の切り刃１２ａを有する。切り刃１２ａは、砥粒と、砥粒を固定するボンド材と、で構成されている。
スピンドル８の他端部には、円柱状のモータ装着部８ａが設けられている。モータ装着部８ａには、スピンドル８を回転させるモータ１４のロータ１４ａが連結されている。ロータ１４ａは、例えば、永久磁石を有する。
ロータ１４ａの外周側には、スピンドルハウジング６に固定されたステーターコイル１４ｂが離間して配置されている。後述する交流電源３２から、制御回路３２ａを介して、ステーターコイル１４ｂに交流電力が供給されると、ロータ１４ａが回転する。
なお、制御回路３２ａは、ステーターコイル１４ｂへ供給する電流を調整する。制御回路３２ａの動作は、切削装置２の制御ユニット（不図示）により制御される。モータ１４のモータ装着部８ａとは反対側には、切削ブレード１２に超音波振動を付与する超音波振動子１６が連結されている。
超音波振動子１６は、スピンドル８の軸方向に分極した環状の圧電素子１８を有する。圧電素子１８は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、タンタル酸リチウム等の圧電セラミックスで形成されている。圧電素子１８の両側の分極面には、それぞれ環状の電極板２０，２２が固定されている。
超音波振動子１６のモータ１４とは反対側には、ロータリートランス２４が連結されている。ロータリートランス２４は、円柱状の受電部２６を有する。受電部２６は、超音波振動子１６を介してスピンドル８に連結されているロータリーコア２６ａと、ロータリーコア２６ａの外周部に巻回された受電コイル２６ｂと、を含む。
受電部２６の外側には、受電部２６を囲む様に環状の給電部２８が離間して配置されている。給電部２８は、受電コイル２６ｂの外周側に配置された環状のステーターコア２８ａと、ステーターコア２８ａの内周側面に配置された給電コイル２８ｂと、を含む。
給電コイル２８ｂには、交流電源３２から電圧周波数調整ユニット３４を介して電力が供給される。電圧周波数調整ユニット３４は、例えば、ファンクションジェネレータであり、その動作は、切削装置２の制御ユニット（不図示）により制御される。
交流電源３２及び電圧周波数調整ユニット３４は、所定の周波数及び所定の電圧で、交流電力を給電部２８に供給する電力供給ユニット３６を構成する。給電コイル２８ｂに電力が供給されると、受電コイル２６ｂには非接触で交流電圧が印加される。
受電コイル２６ｂの一端には、電極板２０が接続され、受電コイル２６ｂの他端には、電極板２２が接続されているので、受電コイル２６ｂに印加された交流電圧は、電極板２０，２２に、印加される。
電極板２０，２２に、超音波の周波数の交流電圧を印加すると、超音波振動子１６は、スピンドル８の軸方向に超音波の周波数で振動する。スピンドル８の軸方向の振動は、スピンドル８の一端部で切削ブレード１２の径方向１２ｂの振動に変換され、切削ブレード１２は、その径方向１２ｂにおいて超音波の周波数で振動する、即ち、超音波振動する。
切削ユニット４の下方には、チャックテーブル４０が配置されている。チャックテーブル４０は、円盤状の枠体４２を有する（図３参照）。枠体４２の上部には、円盤状の凹部４２ａが形成されており、凹部４２ａには、多孔質セラミックスで形成された円盤状のポーラス板４４が固定されている。
ポーラス板４４の上面と、枠体４２の上面とは、略面一となっており、チャックテーブル４０の保持面４０ａを構成する。凹部４２ａの中央部には、流路４２ｂの一端が接続されており、この流路４２ｂの他端には、エジェクタ等の吸引源４６が接続されている。
また、流路４２ｂの一端とその他端との間には、電磁弁４８が設けられている。吸引源４６で発生した負圧は、電磁弁４８が開状態であるとき、流路４２ｂを経てポーラス板４４へ伝達し、ポーラス板４４の上面には、負圧が発生する。
ここで、保持面４０ａで保持する被加工物１１について説明する。図１に示す様に、円盤状の被加工物１１は、シリコン等の半導体ウェーハで形成されており、被加工物１１の表面１１ａ側には、格子状に複数の分割予定ライン１３（切削ライン）が設定されている。
複数の分割予定ライン１３で区画される各領域には、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のデバイス１５が形成されている。但し、被加工物１１の種類、材質、大きさ、形状、構造等に制限はない。
被加工物１１は、シリコン以外の化合物半導体（ＧａＮ、ＳｉＣ等）、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等で形成されたウェーハや基板であってもよい。また、被加工物１１に形成されるデバイス１５の種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等に制限はない。被加工物１１には、デバイス１５が形成されていなくてもよい。
被加工物１１の裏面１１ｂ側には、樹脂製のダイシングテープ１７が貼り付けられる。ダイシングテープ１７は円形であり、その径は、被加工物１１の径よりも大きい。ダイシングテープ１７の中央部には被加工物１１が貼り付けられ、ダイシングテープ１７の外周部には金属で形成された環状のフレーム１９の一面が貼り付けられる。
この様にして、被加工物１１がダイシングテープ１７を介してフレーム１９で支持されたフレームユニット２１が構成される。なお、図２及び図３では、ダイシングテープ１７及びフレーム１９を省略している。
チャックテーブル４０の下方には、Ｚ軸方向（高さ方向、上下方向）と略平行な回転軸の周りにチャックテーブル４０を回転させるθテーブル（不図示）が設けられている。このθテーブルは、加工送りユニット５０により支持されている（図２参照）。
加工送りユニット５０は、ボールネジ式の移動機構であり、チャックテーブル４０及びθテーブルをＸ軸方向（加工送り方向）に沿って移動させる。なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する方向である。
次に、切削装置２を用いて被加工物１１を切削する切削方法について説明する。図４は、切削方法を示すフロー図である。まず、図３に示す様に、チャックテーブル４０の保持面４０ａで、被加工物１１の裏面１１ｂ側を保持する（保持段階Ｓ１０）。
保持段階Ｓ１０の後、被加工物１１を切削する（切削段階Ｓ２０）。切削段階Ｓ２０では、まず、カメラユニット（不図示）を利用して分割予定ライン１３を検出し、１つの分割予定ライン１３がＸ軸方向と略平行になる様に、θテーブル（不図示）で被加工物１１の向きを調整する。
その後、高速で回転させた切削ブレード１２を１つの分割予定ライン１３の延長線上に位置付け、切削ブレード１２の下端を、裏面１１ｂと保持面４０ａとの間の高さに位置付ける。更に、超音波振動子１６を動作させる。
次いで、図１に示す様に、チャックテーブル４０をＸ軸方向に移動させ、１つの分割予定ライン１３において一方側から所定位置１３ａまで、超音波の周波数で振動させた状態の切削ブレード１２で被加工物１１を切削する超音波切削を行う。なお、切削時には、切削水供給ノズルから純水等の切削水を加工点に供給する。
所定位置１３ａまで超音波切削を施したら、切削ユニット４を所定長さだけ割り出し送りする。そして、切削溝１３ｂを形成した１つの分割予定ライン１３に対してＹ軸方向に隣接する他の分割予定ライン１３上において、他の分割予定ライン１３の一方側から所定位置１３ａまで、同様に、超音波切削を施す。
同様にして、一の方向に沿う全ての分割予定ライン１３に沿って超音波切削により切削溝１３ｂを形成した後、超音波振動子１６への給電を止めて、最初に切削した分割予定ライン１３の所定位置１３ａに、回転している切削ブレード１２を下降させて切り込む。
そして、所定位置１３ａから、この分割予定ライン１３の他方側まで、超音波の周波数で振動させていない状態の切削ブレード１２で被加工物１１を切削する通常切削を行う。同様にして、残りの分割予定ライン１３について、所定位置１３ａから、この分割予定ライン１３の他方側まで、通常切削を施す。
一の方向に沿う全ての分割予定ライン１３に沿って切削溝１３ｂを形成した後、チャックテーブル４０を９０度回転させて、未切削の分割予定ライン１３をＸ軸方向と略平行にする。そして、全ての未切削の分割予定ライン１３に対して、同様に、超音波切削と通常切削とを施す。これにより、被加工物１１は、複数のチップに分割される。
本実施形態の切削段階Ｓ２０では、同一の分割予定ライン１３（同一の切削ライン）上において超音波切削と通常切削とを施すことにより、各分割予定ライン１３に沿って切削溝１３ｂを形成する。なお、同一の分割予定ライン１３（同一の切削ライン）とは、一直線状に連続的に設定されている一つの分割予定ライン１３（一つの切削ライン）を意味する。
超音波切削では、切削ブレード１２の適度な摩耗促進を維持しながら被加工物１１を切削できる。これに対して、通常切削では、切削ブレード１２を振動させないので、切削ブレード１２の過度な摩耗を抑制できる。それゆえ、切削ブレード１２の適度な摩耗促進を維持しながら、切削ブレード１２の過度な摩耗を抑制できる。
次に、実施例を説明する。図５は、実施例における切削方法での切削順序を示す図であり、図６は、実施例における切削方法で切削した後のガラス基板２３（ソーダガラス製）の画像である。なお、図６では、切削溝が形成されていない部分を省略している。
本実施例では、一辺１００ｍｍ、他辺１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの正方形の板状のガラス基板２３を用いた。このガラス基板２３の一辺方向に沿う様に、４０本の切削ラインを設定した。また、各切削ラインは、ガラス基板２３の他辺方向において離散的に設定した。
特に、本実施例では、一辺の一端から１５ｍｍの位置にある所定位置２３ａまで、＃１から＃４０（破線）の順に超音波切削を施し、次いで、所定位置２３ａから一辺の他端まで、＃４１から＃８０（一点鎖線）の順に通常切削を施した（図５参照）。
なお、＃１及び＃４１で示す切削ラインは、同一の切削ラインであり、＃Ｎ及び＃（Ｎ＋４０）で示す切削ラインも、同一の切削ラインである（なお、Ｎは、２以上４０以下の自然数）。
切削時には、切削ブレード１２を２００００ｒｐｍで回転させ、ガラス基板２３を吸引保持したチャックテーブル４０を２０ｍｍ／ｓで加工送りした。また、切削時には、切削水供給ノズルから加工点に、切削水として純水（不図示）を２．５ｌ／ｍｉｎで供給した。
これにより、各切削ラインに、深さ４３０μｍを有する切削溝を形成した（図６参照）。本実施例では、４０本の切削溝の形成が完了したとき、切削ブレード１２の切り刃１２ａが、径方向１２ｂに０．９μｍ消耗した。
図７（Ａ）は、第１の比較例に係る切削方法で切削した後のガラス基板２３の画像である。なお、図７（Ａ）では、切削溝が形成されていない部分を省略している。第１の比較例では、ガラス基板２３の一辺の一端から他端に亘る通常切削を、＃１から＃４０の順に施すことで、ガラス基板２３の他辺方向に離散的に４０本の切削溝を形成した。
切削ブレード１２の回転数及びチャックテーブル４０の加工送り速度は、上述の実施例と同じとし、切削水も同様に供給した。４０本の切削溝の形成が完了したとき、切削ブレード１２の切り刃１２ａが、径方向１２ｂに０．５μｍ消耗した。
切り刃１２ａの消耗量は、実施例に比べて低減したが、図７（Ａ）と図６との比較から明らかな様に、第１の比較例では、切削順番の後方において、著しい加工不良が生じた。加工不良は、図７（Ａ）において黒色で示されている。加工不良の発生は、ボンド材が適切に消耗しないことで、砥粒の目潰れが生じたことが原因であると推測される。
図７（Ｂ）は、第２の比較例に係る切削方法で切削した後のガラス基板２３の画像である。なお、図７（Ｂ）では、切削溝が形成されていない部分を省略している。第２の比較例では、ガラス基板２３の一辺の一端から他端に亘る超音波切削を、＃１から＃４０の順に施すことで、ガラス基板２３の他辺方向に離散的に４０本の切削溝を形成した。
切削ブレード１２の回転数及びチャックテーブル４０の加工送り速度は、上述の実施例と同じとし、切削水も同様に供給した。図７（Ｂ）と図６との比較から明らかな様に、第２の比較例では、加工不良はほぼ生じなかった。しかし、切り刃１２ａの消耗量は、実施例に比べて著しく増加した。
具体的には、４０本の切削溝の形成完了時、切削ブレード１２の切り刃１２ａは、径方向１２ｂに２．５５μｍ消耗した。第１及び第２の比較例と、実施例とを比較すれば、実施例の切削方法では、切削ブレード１２の適度な摩耗促進を維持し、且つ、切削ブレード１２の過度な摩耗を抑制できたと言える。
次に、第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態に係る切削方法での切削順序を示す図である。第２の実施形態では、１つの切削ラインの一端から他端まで切削を施した後に、割り出し送りを行い、隣接する１つの切削ラインの一端から他端まで切削を施す。
但し、第２の実施形態では、まず、破線で示す様に、ガラス基板２３の一端から所定位置２３ａまで（同一の切削ライン上の一部に対して）、超音波切削を施し、その後、超音波切削を止める。
そして、切削ブレード１２をＹ軸方向へ移動させることなく、一点鎖線で示す様に、所定位置２３ａ（同一の切削ライン上で超音波切削が最後に施された位置）から、ガラス基板２３の他端まで通常切削を行う。
この様に、同一の切削ライン上において、超音波切削と、通常切削とを施すことで、超音波切削では、切削ブレード１２の適度な摩耗促進を維持しながらガラス基板２３を切削し、且つ、通常切削では、切削ブレード１２の過度な摩耗を抑制できる。
その他、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。例えば、第２の実施形態に係る切削方法に従い、上述の被加工物１１を切削することもできる。
２：切削装置、４：切削ユニット、６：スピンドルハウジング
８：スピンドル、８ａ：モータ装着部、１０：ネジ
１１：被加工物、１１ａ：表面、１１ｂ：裏面
１２：切削ブレード、１２ａ：切り刃、１２ｂ：径方向
１３：分割予定ライン、１３ａ：所定位置、１３ｂ：切削溝
１４：モータ、１４ａ：ロータ、１４ｂ：ステーターコイル
１５：デバイス、１７：ダイシングテープ、１９：フレーム、２１：フレームユニット
１６：超音波振動子、１８：圧電素子、２０，２２：電極板
２３：ガラス基板、２３ａ：所定位置
２４：ロータリートランス
２６：受電部、２６ａ：ロータリーコア、２６ｂ：受電コイル
２８：給電部、２８ａ：ステーターコア、２８ｂ：給電コイル
３２：交流電源、３２ａ：制御回路
３４：電圧周波数調整ユニット、３６：電力供給ユニット
４０：チャックテーブル、４０ａ：保持面
４２：枠体、４２ａ：凹部、４２ｂ：流路
４４：ポーラス板、４６：吸引源、４８：電磁弁
５０：加工送りユニット

Claims (2)

  1. 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で保持された該被加工物を切削する切削ブレード、及び、該切削ブレードの径方向に該切削ブレードを超音波振動させる超音波振動子を有する切削ユニットと、を備える切削装置を用いて、該被加工物を切削する切削方法であって、
    該被加工物を該チャックテーブルで保持する保持段階と、
    該被加工物に設定された複数の切削ラインのうち同一の切削ライン上において、超音波振動させた該切削ブレードで該被加工物を切削する超音波切削と、超音波振動させていない該切削ブレードで該被加工物を切削する通常切削と、を施す切削段階と、
    を備えることを特徴とする切削方法。
  2. 該切削段階では、同一の切削ライン上の一部に対して該超音波切削を施した後、超音波振動を止めて、該切削ブレードを割り出し送り方向へ移動させることなく、該同一の切削ライン上で該超音波切削が最後に施された位置から、該通常切削を施すことを特徴とする請求項１に記載の切削方法。
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