JP4791813B2 - 切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削ブレードを備えた切削装置、特に、切削ブレードの欠けや磨耗等の状態を検出する機能を有する切削装置に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが複数形成されたウェーハは、高速回転する切削ブレードを用いて縦横に切削することにより個々のチップに分割され、各種電子機器に利用されている。

上記切削ブレードは、高速回転可能なスピンドルに装着されて使用されるもので、その外周には、切り刃部が形成されている。この切り刃部は、ダイヤモンド等からなる砥粒を電鋳、メタルボンド、レジンボンド等で固めて構成されるため、切削により経時的に劣化して欠けや磨耗が生じ、切削により形成される個々のデバイスの品質を低下させるという問題がある。

かかる問題を解決するために、本出願人は、切削ブレードを構成する切り刃部の外周縁部を撮像してその形状を確認し、許容できない欠け等が生じた際に直ちに切削ブレードを交換することができる装置を開発した（特許文献１参照）。かかる装置においては、発光素子において発せられた光を光ファイバ等の光伝送手段によって切削ブレードの近傍の出力端まで導いて切削ブレードに対して光を照射し、その反射光を光ファイバ等の光伝送手段によって受光素子まで導いて反射光を撮像することとしている。

特許第２６２７９１３号公報

しかし、切削ブレードによる切削時には、切削ブレードと被加工物との接触部に切削水を供給することが必要である。したがって、切削ブレードに光を照射して反射光を撮像する構成では、切削ブレードの高速回転により飛散する切削水の飛沫によって反射光が散乱し、取得した画像から切削ブレードを認識できない場合があるため、切削ブレードの欠けや磨耗等を検出することができないことがあった。

また、発光素子から発せられる光は、光ファイバによって切削ブレードの近傍まで導かれ、反射光も光ファイバによって受光素子まで導かれており、光ファイバは柔軟性に欠けるため、配線が困難であるという問題もある。また、切削ブレードを含む切削手段は切削時に移動するため、光ファイバも移動する構成となっているところ、柔軟性のない光ファイバは、移動の邪魔になるという問題もある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、光ファイバの配線に拘束されることなく、切削ブレードの状態を確実に把握できるように撮像することにある。

本発明は、被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを有する切削手段と、切削ブレードの切り刃部の状態を検出する切削ブレード検出手段とを少なくとも備えた切削装置に関するもので、切削手段は、切削ブレードに切削水を供給する切削水ノズルを有するブレードカバーを備え、切削ブレード検出手段は、切削ブレードの切り刃部に対して照射する光の光源と、発光した光が切削ブレードの切り刃部に照射されるように光を反射させる反射鏡とを含む発光手段と、発光手段と対面し切削ブレードの切り刃部を撮像する撮像素子と、顕微鏡と、発光手段から照射される光の進路上に位置して切削ブレードを含む像を反射させ顕微鏡に伝達する反射鏡とを含む撮像手段とを少なくとも有し、発光手段及び撮像手段は、ブレードカバーに装着され、撮像手段には、切削ブレードの切り刃部の欠けの大きさが許容値を超えているかどうかを判断する欠け判断部が接続され、光源には、光源を点滅させる点滅制御部が接続され、点滅制御部は、切削ブレードの切り刃部の直径をＤ［ｍｍ］、切削ブレードの回転数をＭ［ｒｐｍ］、撮像手段によって取得される１画像における切削ブレードの切り刃部の外周縁部の幅をＷ［ｍｍ］とし、切削ブレードの切り刃部の外周縁部の全周を撮像するために必要な画像数Ｋを、
Ｋ≧πＤ／Ｗ
によって求め、
Ｎ及びｎを０から任意の正の整数とし、該発光手段を発光させるタイミングＴを、
Ｔ［秒］＝｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎ＋｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎ
によって求め、
ｎは０からＫまで変化しうる。

本発明では、発光手段と撮像手段とが対面する構成としたため、撮像時に発光手段を発光させて取得した画像においては、切削ブレードによって遮られる部分と遮られない部分とのコントラストが明確になり、たとえ飛散する切削水の飛沫があっても、切削ブレードの切り刃部の外周形状を明確に認識できる画像を取得することができる。また、発光手段及び撮像手段がブレードカバーに装着されることにより、光ファイバを使用する必要がなく、配線の必要がない。

切削ブレードの切り刃部の直径をＤ［ｍｍ］、切削ブレードの回転数をＭ［ｒｐｍ］、撮像部によって取得される１画像における該切削ブレードの切り刃部の外周縁部の幅をＷ［ｍｍ］とし、点滅制御部が、切削ブレードの外周縁部の全周を撮像するために必要な画像数Ｋを、
Ｋ≧πＤ／Ｗ
によって求め、Ｎ及びｎを０から任意の正の整数まで増加させ、発光部を発光させる時点Ｔを、
Ｔ［秒］＝｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎ＋｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎ
によって求めるため、切削ブレードの切り刃部の外周縁部の全領域を明確に認識できる画像を取得することができる。また、Ｎ及びｎを変数としたことにより、これらを柔軟に設定することで、撮像のタイミングを適宜調整することができる。

切削ブレードの切り刃部の欠けの大きさが許容値を超えているかどうかを判断する欠け判断部が撮像手段に接続されるため、欠けが許容値を超えている場合に直ちにその旨をオペレータに報知することができ、オペレータは直ちに切削ブレードを交換することができる。

図１に示す切削装置１は、被加工物を切削して個々のチップに分割する装置であり、その前面側には、オペレータが切削条件等の各種情報を入力するための操作手段２が設けられている。また、装置上部には、画像を含む各種情報を表示させることができる表示手段３を備えている。

切削される被加工物としては、表面に複数のデバイスが形成された図１に示すウェーハＷが一例として挙げられる。このウェーハＷを切削するにあたっては、ウェーハＷがテープＴに貼着され、テープＴにはリング状のフレームＦも貼着され、ウェーハＷがテープＴを介してフレームＦと一体となった状態となる。こうしてテープＴを介してフレームＦに支持されたウェーハＷは、ウェーハカセット４に複数収容される。

ウェーハカセット４の−Ｙ方向側には、ウェーハカセット４から切削前のウェーハＷを搬出すると共に切削済みのウェーハをウェーハカセット４に収納する機能を有する搬出入手段５が配設されている。ウェーハカセット４と搬出入手段５との間には、フレームＦに支持されたウェーハＷが一時的に載置される仮置き領域６が設けられており、ウェーハカセット６から搬出されたウェーハＷは、仮置き領域６に載置される。

ウェーハカセット４から搬出され仮置き領域６に載置されたウェーハＷは、フレームＦと一体になった状態で搬送手段７によって保持され、その旋回によってチャックテーブル８に搬送される。

チャックテーブル８は、Ｘ軸方向に移動可能であると共に回転可能に構成されており、テープＴを介してウェーハＷを保持する。チャックテーブル８のＸ軸方向の移動経路の上方には、撮像部９０によりウェーハを撮像して切削すべき領域を検出するアライメント手段９が配設されている。チャックテーブル８に保持されたウェーハＷは、チャックテーブル８の＋Ｘ方向の移動により撮像部９０の直下に移動し、撮像部９０によってその表面が撮像され、アライメント手段９によって切削すべき領域が検出される。その後、チャックテーブル８が更に＋Ｘ方向に移動し、ウェーハＷが切削手段１０の作用を受ける。

切削手段１０は、図２に示すように、ハウジング１００と、ハウジング１００によって回転可能に支持されたスピンドル１０１と、スピンドル１０１の先端部に装着される切削ブレード１０２と、装着された切削ブレード１０２を固定するナット１０３と、ブレードカバー１０４とから構成される。切削ブレード１０２の外周縁部には、切り刃部１０２ａが固着されている。切り刃部１０２ａは、ダイヤモンド等からなる砥粒を電鋳、メタルボンド、レジンボンド等で固めて構成される。スピンドル１０１に切削ブレード１０２を装着し、ナット１０３によって固定された状態を図３に示す。

切削ブレード１０２はブレードカバー１０４によって覆われている。ブレードカバー１０４は、スピンドルハウジング１００に固定される固定ユニット１０５と、固定ユニット１０５に対して接近及び離反可能な可動ユニット１０６とから構成される。

可動ユニット１０６の下端には、切削ブレード１０２に対して切削水を供給する一対の切削水ノズル１０７を備えている。切削水ノズル１０７は、切削ブレード１０２を前方側（＋Ｙ方向側）及び後方側（−Ｙ方向側）から挟むようにして２つ配設され、それぞれの切削水ノズル１０７には、上部に備えた２つの切削水流入部１０８から流入した切削水が供給され、その切削水が切削水ノズル１０７から切削ブレード１０２に向けて吐出される。また、可動ユニット１０６の前方側には、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａに光を照射する発光手段１０９を備えている。

図２に示すように、固定ユニット１０５の可動ユニット１０６側の端部からは、ピストン１１０が突出しており、ピストン１１０の先端部には可動ユニット１０６が固定されている。固定ユニット１０５の−Ｘ方向側端部にはエアー流入口１１１ａ、１１１ｂが設けられており、エアー流入口１１１ａにエアーを供給することにより、ピストン１１０が＋Ｘ方向にスライドし、これに伴い可動ユニット１０６が＋Ｘ方向に移動して、図２に示す如く解放状態となる。一方、エアー流入口１１１ｂにエアーを供給すると、図３に示すように、可動ユニット１０６が最も−Ｘ方向に位置するとなり、可動ユニット１０６と固定ユニット１０５とが密着して一体化され、２つの切削水ノズル１０７が切削ブレード１０２の前後に位置する状態となる。

固定ユニット１０５の下部には、洗浄水を噴出する一対の洗浄水ノズル１１２が配設されている。洗浄水ノズル１１２は、それぞれが２つの切削水ノズル１０７の−Ｘ方向の延長線上に位置している。洗浄水ノズル１１２には、固定ユニット１０５の上部に設けられた洗浄水流入部１１３から流入する洗浄水が供給されて噴出される。

固定ユニット１０５の上部には、撮像手段１１４が収容されている。撮像手段１１４は、ブラケット１１５によって支持されており、ブラケット１１５と位置調整部１１６とによって基台１１７が挟持されている、位置調整部１１６は、基台１１７に形成された縦長の細孔１１７ａを摺動可能であり、位置調整部１１６を上下方向に摺動させることにより、撮像手段１１４の上下方向の位置を調整することができる。発光手段１０９と撮像手段１１４とで、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａの状態を検出する切削ブレード検出手段１３２が構成される。

図４に示すように、発光手段１０９は点滅制御部１１８に接続されており、点滅制御部１１８において定められたタイミングで点滅する。点滅制御部１１８は、スピンドル１０１の回転数を求めることができる回転数検出部１１９と接続されており、点滅制御部１１８では、スピンドル１０１の回転数に応じて発光手段１０９における点滅のタイミングを制御することができる。

発光手段１０９は、ＬＥＤ等の光源１２０を備えており、その下方には集光レンズ１２１及び反射鏡１２２が配設されている。集光レンズ１２１において集光され反射鏡１２２で反射された光は、水平方向（−Ｙ方向）に進行し、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａ及び撮像手段１１４に向けられる。

撮像手段１１４においては、発光手段１０９から進行する光の進路上に反射鏡１２３が配設されており、反射鏡１２３で反射して上昇する光の進路上には凸レンズ１２４、１２５を備えた顕微鏡１２６が配設されている。顕微鏡１２６の上方にはＣＣＤカメラ等の撮像素子を含む撮像カメラ１２７が配設されており、顕微鏡１２６において拡大された像が撮像素子において電気信号に変換される。

撮像カメラ１２７は、画像処理部１２８に接続されており、撮像カメラ１２７から画像処理部１２８に転送された画像情報には、画像処理部１２８において処理が施される。画像処理部１２８には、図１に示した表示手段３が接続されており、画像処理部１２８において処理した画像を表示手段３に表示させることができる。また、画像処理部１２８は、取得した画像に基づき切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａの磨耗の量が所定の許容値を超えているかどうかを判断する磨耗判断部１２９と、取得した画像に基づき切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａの欠けの大きさが所定の許容値を超えているかどうかを判断する欠け判断部１３０とに接続されている。

発光手段１０９と撮像手段１１４との間には、切削ブレード１０２に対して上方から高圧エアーを吹きかける高圧エアー噴出手段１３１が配設されており、切削ブレード１０２に付着する切削屑や切削水を高圧エアーの噴出により除去することができる。

図１に戻って説明すると、アライメント手段９によってウェーハＷの切削すべき領域が検出された後、チャックテーブル８と共にウェーハＷがＸ軸方向に移動しながら、切削ブレード１０２の高速回転を伴って切削手段１０が下降すると、アライメント手段９によって検出された領域に切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａが切り込んで切削が行われる。切削中は、切削水ノズル１０７からウェーハＷに対して切削水が供給される。また、切削手段１０をＹ軸方向にインデックス送りしながらウェーハＷをＸ軸方向に移動させ、更にチャックテーブル８を９０度回転させてから同様の切削を行うと、ウェーハＷが縦横に切削されて個々のデバイスに分割される。

図４に示すように、光源１２０から発せられた光は、集光レンズ１２１で集光された後に反射鏡１２２において反射し、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａに向けて照射される。また、発光手段１０９を構成する反射鏡１２２で反射した光の進路上には、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａがあるため、撮像手段１１４を構成する反射鏡１２３で反射する像には切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａが含まれ、その像が顕微鏡１２６において拡大されて撮像カメラ１２７によって撮像され、取得された画像には切り刃部１０２ａが映る。光源１２０が発光するタイミングは点滅制御部１１８によって制御することができ、発光手段１０９は、撮像手段１１４による撮像時のフラッシュとして機能する。ウェーハの切削中は、光源１２０が定期的に発光すると共に、光源１２０が発光したタイミングで撮像手段１１４が切り刃部１０２ａの外周縁部１０２ｂを含む領域を撮像する。撮像時に光源１２０を発光させて取得した画像においては、切削ブレード１０２によって遮られる部分と遮られない部分とのコントラストが明確になるため、飛散する切削水の飛沫もいっしょに撮像されたとしても、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂを明確に認識できる画像が撮像カメラ１２７によって取得される。

撮像カメラ１２７によって取得された画像には、必要に応じて画像処理部１２８において２値化処理等をくわえた後に、表示手段３にその画像が表示され、オペレータは、その画像を見ることにより、切り刃部１０２ａの欠けの状態を把握することができる。

点滅制御部１１８では、回転数検出部１１９から転送されるスピンドル１０１の回転数に関する情報に基づき、光源１２０の発光タイミングを算出する。具体的には、例えば以下のような処理を行う。

図４に示すように、オペレータによって操作手段２（図１参照）から入力され予めメモリ等に記憶された切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａの直径をＤ［ｍｍ］とし、回転数検出部１１９により検出された切削ブレード１０２の回転数をＭ［ｒｐｍ］とする。また、撮像手段１１４による一度の撮像により取得される画像に映る切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂの幅をＷ［ｍｍ］とし、点滅制御部１１８では、これらの値を下記の式（１）に代入し、外周縁部１０２ｂの全領域を撮像するために必要な画像数Ｋを求める。
Ｋ≧πＤ／Ｗ・・・（１）

更に、点滅制御部１１８は、下記の式（２）により、光源１２０を発光させるタイミングＴを求める。
Ｔ［秒］＝｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎ＋｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎ・・・（２）

切削ブレード１０２の回転における原点を設定すると、上記式（２）における第１項の｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎは、切削ブレード１０２がその原点に位置するタイミングである。ここで、Ｎは、０から任意の正の整数まで増加する変数であり、切削ブレード１０２が１回転するごとに、例えば１ずつ増加させていく。

一方、上記式（２）における第２項の｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎは、切削ブレード１０２が上記原点からの変位位置に位置するタイミングである。ｎは、０から式（１）によって求めたＫ（正の整数）まで、例えば１ずつ増加させる。

例えば、Ｎ＝０である間にｎを０からＫまで増加させると、Ｎ＝０における切削ブレード１０２の１回転中において、Ｋ回の撮像が行われ、これによって、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂの全領域を撮像することができる。また、Ｎ＝１、Ｎ＝２、Ｎ＝３、・・・、Ｎ＝Ｋと増加させると、撮像の間隔が広がる。そしてｎをｎ＝１、ｎ＝２、・・・、ｎ＝Ｋと増加させることにより、切削ブレード１０２がＮ回転するごとに隣接する領域が次々と撮像されてＫ回の撮像が行われ、常に切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂの全領域を撮像することができる。なお、Ｎ及びｎは変数であるため、これらを柔軟に設定することで、撮像のタイミングを適宜調整することができる。例えば、Ｎの値を偶数のみにすれば、１周おきに外周縁部１０２の全領域が撮像されるようになる。また、ｎを特定の値に固定した場合は、外周縁部１０２ｂの特定の領域のみを撮像し続けることができる。

上記式（１）及び式（２）によって発光部１０７ａを発光させる時点を求め、例えば点滅制御部１１８による制御の下で光源１２０の発光の時点と同時に撮像手段１１４によって撮像を行うと、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂの全領域を明確に認識できる画像を取得することができるため、もれなく切削ブレード１０２の欠けや磨耗の有無を判断することが可能となる。

画像処理部１２８にて２値化された画像は、ＣＰＵやメモリを有する欠け判断部１３０及び磨耗判断部１２９に転送される。欠け判断部１２９では、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａに生じている欠けの大きさや程度を判断し、欠けが許容値を超えているかどうかを判断する。磨耗判断部１２９は、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａに生じていでる磨耗の大きさや程度を判断し、磨耗が許容値を超えているかどうかを判断する。具体的には、以下のような処理を行う。

欠け判断部１３０では、２値化画像のうち切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａが占める面積を画素数により算出してメモリに記憶する。この処理は、撮像したすべての画像について行ってもよいし、一部の画像のみを抽出するようにしてもよい。

切削ブレード１０２の欠けを検出する場合は、求めたすべての面積の値を比較し、その中から最大値と最小値を求め、最大値と最小値との差を求める。この差の値は、切削ブレード１０２の外周縁部１０２ｂに生じている欠けの大きさを示す。すなわち、欠けが全くない場合は、最大値と最小値との差が０になる。

次に、その求めた差が所定の許容値以下かどうかを判断する。所定の許容値は、図１に示した操作手段２から入力してメモリに記憶させておくことができる。欠け判断部１３０は、最大値と最小値との差が許容値以下であれば、欠けがないか、あったとしても切削に支障がない程度であるとしてそのまま切削を続行する。一方、最大値と最小値との差が許容値を越えている場合は、そのまま切削を続行するとデバイスの品質を低下させるおそれがあるため、欠け判断部１３０は、その旨をオペレータに報知する。報知の方法としては、音を鳴らす、表示手段３に表示させる等がある。報知を受けたオペレータは、切削を中断して切削ブレードを新しいものに交換することにより、品質の低いデバイスが形成されるのを事前に回避することができる。

磨耗判断部１２９において、切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａの磨耗量が所定の許容値を超えているかどうかを判断する場合は、磨耗がない未使用の切削ブレードの切り刃部の外周縁部を予め撮像して２値化し、その２値化画像のうち切削ブレードが占める領域の面積をメモリに記憶しておく。そして、その求めた面積と、定期的にまたは常時切削中における切削ブレード１０２の切り刃部１０２ａを撮像し、撮像により取得して２値化した２値化画像における切削ブレード１０２が占める面積と、画像中における未使用の切削ブレードが占める面積との差を逐一求め、その差が予め入力されメモリに記憶された許容値未満であれば、磨耗が許容範囲内であると判断する。一方、その差がメモリに記憶された許容値以上である場合は、磨耗が許容範囲を越えたと判断し、オペレータに報知する。報知を受けたオペレータは、切削を中断して切削ブレードを新しいものに交換することにより、品質の低いデバイスが形成されるのを事前に回避することができる。

本発明に係る切削装置の一例を示す斜視図である。 同切削装置を構成する切削手段の一例を示す分解斜視図である。 切削手段を示す斜視図である。 切削ブレード検出手段の構成の一例を略示的に示す断面図である。

１：切削装置
２：操作手段 ３：表示手段 ４：ウェーハカセット ５：搬出入手段 ６：仮置き領域
７：搬送手段 ８：チャックテーブル
９：アライメント手段
９０：撮像部
１０：切削手段
１００：ハウジング １０１：スピンドル
１０２：切削ブレード
１０２ａ：切り刃部 １０２ｂ：外周縁部
１０３：ナット
１０４：ブレードカバー １０５：固定ユニット １０６：可動ユニット
１０７：切削水ノズル １０８：切削水流入部 １０９：発光手段
１１０：ピストン １１１ａ、１１１ｂ：エアー流入口 １１２：洗浄水ノズル
１１３：洗浄水流入部 １１４：撮像手段 １１５：ブラケット １１６：位置調整部
１１７：基台 １１７ａ：細孔 １１８：点滅制御部 １１９：回転数検出部
１２０：光源 １２１：集光レンズ １２２、１２３：反射鏡
１２４、１２５：凸レンズ １２６：顕微鏡 １２７：撮像カメラ １２８：画像処理部１２９：磨耗判断部 １３０：欠け判断部 １３１：高圧エアー噴出手段
１３２：切削ブレード検出手段

Claims (1)

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に保持された被加工物を切削する切削ブレードを有する切削手段と、該切削ブレードの切り刃部の状態を検出する切削ブレード検出手段とを少なくとも備えた切削装置であって、
   該切削手段は、該切削ブレードに切削水を供給する切削水ノズルを有するブレードカバーを備え、
   該切削ブレード検出手段は、
   該切削ブレードの切り刃部に対して照射する光の光源と、発光した光が該切削ブレードの切り刃部に照射されるように該光を反射させる反射鏡とを含む発光手段と、
   該発光手段と対面し該切削ブレードの切り刃部を撮像する撮像素子と、顕微鏡と、該発光手段から照射される光の進路上に位置して該切削ブレードを含む像を反射させ該顕微鏡に伝達する反射鏡とを含む撮像手段と
   を少なくとも有し、
   該発光手段及び該撮像手段は、該ブレードカバーに装着され、
   撮像手段には、該切削ブレードの切り刃部の欠けの大きさが許容値を超えているかどうかを判断する欠け判断部が接続され、
   該光源には、該光源を点滅させる点滅制御部が接続され、該点滅制御部は、該切削ブレードの切り刃部の直径をＤ［ｍｍ］、該切削ブレードの回転数をＭ［ｒｐｍ］、該撮像手段によって取得される１画像における該切削ブレードの切り刃部の外周縁部の幅をＷ［ｍｍ］とし、該切削ブレードの切り刃部の外周縁部の全周を撮像するために必要な画像数Ｋを、
   Ｋ≧πＤ／Ｗ
   によって求め、
   Ｎ及びｎを０から任意の正の整数とし、該発光手段を発光させるタイミングＴを、
   Ｔ［秒］＝｛６０［秒］／Ｍ｝Ｎ＋｛６０［秒］／（ＭＫ）｝ｎ
   によって求め、
   ｎは０からＫまで変化しうる
   切削装置。

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