JP5506523B2 - 切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削装置の切削ブレードの切り込み方向の基準位置や切削ブレードの交換時期を検出するためのブレード検出手段を備えた切削装置に関する。

半導体ウエーハやセラミックス、ガラス等の精密切削が必要となる電子部品の数々は、ダイシングソーといわれる切削装置で個々のチップに分割されるが、この切削加工にはミクロン単位の精密な精度が必要であり、それにはチップのサイズのみならず切り込み深さも重要となる。

例えば、半導体ウエーハを個々のチップに分割する際には、半導体ウエーハはダイシングテープに固定され、ダイシングテープに１０〜３０μｍ程度切削ブレードを切り込ませて半導体ウエーハが完全切断されるが、ダイシングテープへの切り込み量が足りなければウエーハがチップに完全に分割されていなかったり、下面の切断辺にチッピングと呼ばれる欠けが発生してしまい、チップの品質に支障をきたすという問題がある。

また、切削ブレードは、切削加工を継続するにつれて消耗していく性質を持っているため、その消耗量を検出し、ブレードの高さ位置を随時補正する必要がある。更に、切削ブレードの消耗量が使用限界量に達すると、新たな切削ブレードに交換する必要がある。

このため切削装置は、切削ブレードの直径の減少に対応して切削ブレードの切り込み方向の基準位置を調整する必要があり、この基準位置を検出するためのブレード検出機構を備えている。

従来のブレード検出機構は発光部及び受光部を有する光学センサーから構成され、このブレード検出機構により、切削ブレードの消耗量が随時検出され（セットアップ）、切削時のブレードの高さ位置補正や使用終了判定に役立ってきた（例えば、特開平１１−２１４３３４号公報参照）。

このようなブレード検出機構は、切削ブレードを金属からなるチャックテーブルの枠体に切り込ませて導通をとることにより、切削ブレードの原点位置を検出する原点位置検出機構と併用される。

この原点位置検出機構で検出した切削ブレードの原点位置は、ウエーハ等の被加工物を切削するため、どの位置まで切削ブレードを下ろすことで被加工物のみを切削し、チャックテーブルまで切り込ませないかを設定する基準となる。原点位置検出機構では、切削ブレードでチャックテーブルの枠体上面に切り込むため、枠体上面に傷がつき、原点位置検出機構で頻繁に原点位置を検出するのは得策でない。

そこで、原点位置検出機構とは別にチャックテーブルの近辺にブレード検出機構を設け、このブレード検出機構でブレードの刃先の切り込み方向の位置を検出し、チャックテーブルの保持面位置とブレード検出機構の検出位置との高さ方向（切り込み方向）の差を補正して、切削ブレードの原点位置を検出することが行われている。

特開平１１−２１４３３４号公報 特許第４０３６１６１号公報

しかし、光学センサーを用いたブレード検出機構は、光学センサーが露出している構造であるため、汚れるとその感度が落ち正確な検出ができなくなるといった欠点がある。更に、光学センサーの発光部と受光部間の光をブレードで遮断することでブレード先端の位置を検出するため、ブレードを挟み込むような光ファイバを内蔵する凸部を有する必要があり、構造が複雑となる。

また、切削ブレードの切刃に断続的にスリットが形成されたスリットブレードに対しては、光学式センサーでは断続的に光の遮断が変化するため測定が困難であるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造で切削ブレードを下端の高さ位置を検出可能なブレード検出機構を内蔵した切削装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持面を有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回転可能に支持するスピンドルを有する切削手段と、該切削ブレードの下端部の高さ位置を検出するブレード検出手段とを備えた切削装置であって、該ブレード検出手段は、回転する該切削ブレード周囲の気流によって発生する風圧を検出し、風圧に応じて電圧を出力する圧力センサーを具備し、該ブレード検出手段は、前記チャックテーブルの前記保持面の領域外に埋設され、該ブレード検出手段の上端と該保持面とは面一に形成されていることを特徴とする切削装置が提供される。

本発明によると、ブレード検出手段が切削ブレード周囲の気流によって発生する風圧を検出し、風圧に応じて電圧を発生する圧力センサーを含んでいるため、センサー素子が素子をカバーする小型の枠体内に内蔵され表面に露出しないので汚れにくいという特徴がある。

また、センサー素子を内蔵する圧力センサーの枠体の上面は平面にできるため、光ファイバを収容するために凸部を必要とする光学センサーと違い、チャックテーブルに直接埋設して光学センサーの上面とチャックテーブルの保持面とを面一に形成でき、ブレード検出手段のためのスペースを省くことが可能となる。

切削装置の斜視図である。 ダイシングテープを介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの表面側斜視図である。 チャックテーブルの枠体に埋め込んだ本発明第１実施形態のブレード検出手段で切削ブレードの下端部の高さ位置を検出している状態の断面図である。 回転している切削ブレードの周囲の風圧とこの風圧を検出する圧力センサーとの関係を説明する模式図である。 図３に示したチャックテーブルを使用して半導体ウエーハを切削加工している状態の断面図である。 チャックテーブルに隣接して設けられた本発明第２実施形態のブレード検出手段により切削ブレード下端部の高さ位置を検出している状態の断面図である。 ブレード検出手段のブロック図である。 切削ブレード下端部の高さ位置（切り込み方向の位置）に応じたブレード検出手段の出力電圧の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明のブレード検出手段（ブレード検出機構）を組み込むのに適した切削装置２の構成図を示している。切削装置２は、静止基台４上に搭載されたＸ軸方向に伸長する一対のガイドレール６を含んでいる。

８はＸ軸移動ブロックであり、Ｘ軸移動ブロック８はボール螺子１０及びパルスモータ１２とから構成されるＸ軸送り機構１４により加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。Ｘ軸移動ブロック８上にはモータ２７及びテーブルベース２２を介してチャックテーブル２０が搭載されている。

チャックテーブル２０は多孔性セラミックス等から形成された吸引保持部（吸着チャック）２４と、吸着チャック２４を囲繞するＳＵＳ等の金属から形成された枠体２３を有している。吸引保持部２４の保持面と枠体２３の上面とは面一に形成されている。チャックテーブル２０には、図２に示す環状フレームＦをクランプする複数（本実施形態では４個）のクランプ２６が配設されている。２５は防水カバーである。

図２に示すように、切削装置２の加工対象である半導体ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域にそれぞれデバイスＤが形成されている。

ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示すクランパ２６により環状フレームＦをクランプすることにより、チャックテーブル２０上に吸引固定される。

Ｘ軸送り機構１４は、ガイドレール６に沿って静止基台４上に配設されたリニアスケール１６と、リニアスケール１６のＸ座標値を読みとるテーブルベース８の下面に配設された読み取りヘッド１８とを含んでいる。読み取りヘッド１８は切削装置２のコントローラに接続されている。

静止基台４上には更に、Ｙ軸方向に伸長する一対のガイドレール２８が固定されている。Ｙ軸移動ブロック３０が、ボール螺子３２及びパルスモータ３４とから構成されるＹ軸送り機構（割り出し送り機構）３６によりＹ軸方向に移動される。

特に図示しないが、Ｙ軸送り機構３６は、ガイドレール２８に沿って静止基台４上に配設されたリニアスケールと、このリニアスケールのＹ座標値を読み取るＹ軸移動ブロック３０の下面に配設された読み取りヘッドを含んでおり、読み取りヘッドは切削装置２のコントローラに接続されている。

Ｙ軸移動ブロック３０にはＺ軸方向に伸長する一対の（一本のみ図示）ガイドレール３８が形成されている。Ｚ軸移動ブロック４０が、ボール螺子４１（図７参照）とパルスモータ４２とから構成されるＺ軸送り機構４４によりＺ軸方向に移動される。

特に図示しないが、Ｚ軸送り機構４４は、ガイドレール３８に沿ってＹ軸移動ブロック３０上に配設されたリニアスケールと、このリニアスケールのＺ座標値を読み取るＺ軸移動ブロック４０に配設された読み取りヘッドを含んでおり、読み取りヘッドは切削装置２のコントローラに接続されている。

４６は切削ユニット（切削手段）であり、切削ユニット４６のスピンドルハウジング４８がＺ軸移動ブロック４０中に挿入されて支持されている。スピンドルハウジング４８中にはスピンドル４９（図３参照）が収容されて、エアベアリングにより回転可能に支持されている。スピンドル４９はスピンドルハウジング４８中に収容された図示しないモータにより回転駆動され、スピンドル４９の先端部には切削ブレード５０が着脱可能に装着されている。

スピンドルハウジング４８にはアライメントユニット（アライメント手段）５２が搭載されている。アライメントユニット５２はチャックテーブル２０に保持されたウエーハＷを撮像する撮像ユニット（撮像手段）５４を有している。切削ブレード５０と撮像ユニット５４はＸ軸方向に整列して配置されている。

図３を参照すると、本発明第１実施形態のブレード検出手段（ブレード検出機構）を備えた切削装置の要部断面図が示されている。本実施形態では、ブレード検出手段はチャックテーブル２０の枠体２３中に埋め込まれた圧力センサー６２から構成される。

チャックテーブル２０の吸引保持部２４は吸引路５８、切替弁５９を介して吸引源６０に接続されている。圧力センサー６２は配線６４を介して制御手段（コントローラ）６６に接続されている。Ｘ軸移動ブロック８上に防水カバー２５が配設されており、防水カバー２５に蛇腹５６が取り付けられている。７５はパッキンである。

切削ユニット４６のスピンドルハウジング４８中に収容されたスピンドル４９の先端部には、マウントフランジ５１及び着脱フランジ５３に挟持されて切削ブレード５０が固定されている。５５はホイールカバー（ブレードカバー）である。図３は圧力センサー６２で高速回転している切削ブレード５０の下端部の高さ位置（切り込み方向位置）を検出している状態を示している。

図４に示すように、切削ブレード５０が高速回転（例えば３００００ｒｐｍ）すると、切削ブレード５０周囲の気流によって風圧が発生する。この風圧はＡで示す切削ブレード５０近辺では強く、Ｂで示す切削ブレード５０から離れた位置では弱くなる。５０ａは切削ブレード５０先端の切刃である。

圧力センサー６２は、圧電セラミックスから形成されたセンサー素子６８を有している。センサー素子６８は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ・Ｚｒ）Ｏ_３）又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）等から形成される。

圧力センサー６２は、その上面がチャックテーブル２０の吸引保持部２４の保持面と面一に形成されたプレート７０を有しており、プレート７０の開口部７１を介して矢印Ｃで示すように気流が流入し、その気流に伴う風圧をセンサー素子６８が検出（測定）し、検出した風圧の程度に応じた電圧を出力する。

よって、圧力センサー６２が発生する電圧を測定することにより、切削ブレード５０の下端部の高さ位置を検出することができる。切削ブレード５０の基準位置の検出については、図７及び図８を参照して後で詳細に説明する。

図５を参照すると、図３に示した切削装置でウエーハＷに切削加工を実施している状態の断面図が示されている。チャックテーブル２０の吸引保持部２４でダイシングテープＴを介して半導体ウエーハＷを吸引保持し、クランプ２６で環状フレームＦをクランプすることにより環状フレームＦを固定する。

この状態で切削ブレード５０を高速回転しながらダイシングテープＴに１０μｍ程度切り込ませ、チャックテーブル２０をＸ軸方向に加工送りすることにより、ウエーハＷを第１のストリートＳ１に沿ってフルカットする。

図５を参照すると明らかなように、本実施形態の圧力センサー６２はチャックテーブル２０の枠体２３中に埋め込まれているため、圧力センサー６２がダイシングテープＴで覆われている切削加工の途中では、圧力センサー６２により切削ブレード５０の基準位置を検出することはできない。

この点を解消した本発明第２実施形態のブレード検出手段（ブレード検出機構）を具備した切削装置について図６乃至図８を参照して説明する。本実施形態の説明において、上述した第１実施形態の実質的に同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明を省略する。

本実施形態では、ブレード検出手段（ブレード検出機構）７２をチャックテーブル２０に隣接して配置している。ブレード検出手段７２は、Ｘ軸移動ブロックから立設する垂直支持部材７４と、垂直支持部材７４に固定され垂直支持部材７４からチャックテーブル２０の横に突出するように延在する水平支持部材７６と、水平支持部材７６に搭載された圧力センサー６２とから構成される。圧力センサー６２はセンサーに汚れが付着するのを防止するための開閉可能なカバー７８を有している。

次に、本実施形態のブレード検出手段７２の作用について図７及び図８を参照して説明する。新たなチャックテーブル２０を搭載したとき、或いはチャックテーブル２０を分解して清掃後再組み立てしたとき等には、まず原点位置検出機構で、切削ブレード５０をチャックテーブル２０の枠体２３に切り込ませて導通を取ることにより、切削ブレード５０の原点位置を検出し、この原点位置を切削装置２のコントローラ（制御手段）６６のメモリに記憶する。

次いで、ブレード検出手段７２による切削ブレード５０の切刃５０ａの切り込み方向の基準位置を検出する基準位置検出を実施する。この基準位置検出を図７を参照して説明する。

圧力センサー６２はセンサー素子６８が検出した風圧に応じた電圧を出力し、この電圧は配線６４を介して電圧比較部８０に入力される。一方、電圧比較部８０には基準電圧設定部８２によって設定された基準電圧（例えば３Ｖ）が入力されている。

電圧比較部８０は、圧力センサー６２からの出力電圧と基準電圧設定部８２により設定された基準電圧と比較し、圧力センサー６２からの出力電圧が基準電圧に達したとき、その旨の信号を端部位置検出部８４に出力する。

より詳細に説明すると、切削ブレード５０の切り込み方向の基準位置を検出する場合は、Ｚ軸送り機構４４のパルスモータ４２を駆動して、切削ブレード５０を圧力センサー６２に上方から近づける。

圧力センサー６２は高速回転する切削ブレード５０周囲の気流によって発生する風圧を検出して、風圧に応じた電圧を出力するので、切削ブレード５０の先端が圧力センサー６２に所定距離まで近づくと電圧を発生し、切削ブレード５０を下降するにつれて出力電圧は図８に符号９０で示すように徐々に増加する。

切削ブレード５０の下端部先端が基準位置に達したとき、圧力センサー６２からの出力電圧が例えば３Ｖになるように設定されている。従って、圧力センサー６２の出力電圧が３Ｖになったとき、電圧比較部８０が圧力センサー６２の出力電圧が基準電圧に達した旨の信号を端部位置検出部８４に出力する。

端部位置検出部８４は、基準位置を検出した旨の信号をパルスモータ４２に送信し、パルスモータ４２の駆動を停止する。このとき、端部位置検出部８４は、切削ブレード５０の切り込み方向（Ｚ軸方向）の位置を検出するリニアスケールの値を基準位置として記憶する。

図６に示すように、チャックテーブル２０の吸引保持部２４の保持面の高さ位置と、圧力センサー６２で検出した切削ブレード５０の基準位置との間には所定の高さ方向（切り込み方向）の差が存在する。

よって、原点位置検出機構で検出した切削ブレード５０の原点位置及びブレード検出手段７２で検出した切削ブレード５０の基準位置は双方ともメモリに記憶されているため、ブレード検出手段７２で検出した切削ブレード５０の基準位置を、原点位置と基準位置の差で補正することにより、ブレード検出手段７２で検出した基準位置に基づいて切削ブレード５０がチャックテーブル２０の枠体２３の上面に接触する原点位置を検出することができる。

上述した切削ブレード５０の原点位置及びブレード検出手段７２で検出した切削ブレード５０の基準位置との差は切削装置の組み立て誤差等により変動するため、切削装置毎に求められこの差がメモリに記憶される。

よって、通常の切削加工の途中で切削ブレード５０の原点位置の再検出の必要が生じた場合には、ブレード検出手段７２で切削ブレード５０の基準位置を検出し、この基準位置を予め記憶されている補正値により補正して切削ブレード５０の原点位置とする。

これにより、切削ブレード５０でチャックテーブル２０の枠体２３の上面に切り込んで原点位置を検出する必要性を最小限に抑えることができ、枠体２３上面の傷つきを抑制することができる。

切削ブレード５０が磨耗するとブレードの回転中心が徐々に下降するので、ブレード検出手段７２を使用して切削ブレード５０の基準位置を継続的に検出することにより、切削ブレード５０の消耗量（磨耗量）を検出することができる。

端部位置検出部８４で検出した切削ブレード５０の基準位置は、原点位置からのパルスモータ４２のパルス数としてコントローラ６６のメモリに記憶され、更に算出部８６に入力される。算出部８６では、前回割り出されて記憶された基準位置のパルス数と今回割り出された基準位置のパルス数とを比較し、切削ブレード５０の消耗量を算出する。

そして、算出部８６で算出された切削ブレード５０の所望量に基づいて、位置補正部８８で切削ブレード５０のＺ軸方向の原点位置を補正する。この原点位置の補正により、切削ブレード５０の切刃５０ａ先端部をチャックテーブル２０の枠体２３の上面に接触する位置にもたらすことができる。

上述した本実施形態によると、切削ブレード５０の基準位置の検出に微細な風圧変動も検知できる圧電セラミックスを使用した圧力センサー６２を用いることで、高速回転する切削ブレード５０周囲の気流に起因して発生する風圧を検出して切削ブレード５０の基準位置を検出可能であり、圧電セラミックスから形成されたセンサー素子６８がセンサーの非使用時にはカバーにより覆われているので、汚れにくいという特徴がある。

また、圧力センサー６２を内蔵する枠体の上面は平面に形成できるため、図３に示した第１実施形態のように圧力センサー６２をチャックテーブル２０に直接埋設して圧力センサー６２の上面とチャックテーブル２０の保持面とを面一に形成でき、ブレード検出手段を設置するためのスペースを省くことが可能となる。

２ 切削装置
８ Ｘ軸移動ブロック
２０ チャックテーブル
２３ 枠体
２４ 吸引保持部
５０ 切削ブレード
６２ 圧力センサー
６８ センサー素子
７２ ブレード検出手段（ブレード検出機構）
７８ カバー

Claims (1)

1. 被加工物を保持する保持面を有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回転可能に支持するスピンドルを有する切削手段と、該切削ブレードの下端部の高さ位置を検出するブレード検出手段とを備えた切削装置であって、
   該ブレード検出手段は、回転する該切削ブレード周囲の気流によって発生する風圧を検出し、風圧に応じて電圧を出力する圧力センサーを具備し、
   該ブレード検出手段は、前記チャックテーブルの前記保持面の領域外に埋設され、該ブレード検出手段の上端と該保持面とは面一に形成されていることを特徴とする切削装置。

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