JP2007283418A

JP2007283418A - 切削工具

Info

Publication number: JP2007283418A
Application number: JP2006111495A
Authority: JP
Inventors: Sosuke Kumagai; 壮祐熊谷
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】砥粒を種々のボンド剤によって固定して形成した砥石ブレードを装着することができるとともに、砥石ブレードをラッピング加工して所望の厚さに仕上げることができる切削工具を提供する。
【解決手段】超音波振動手段が配設された回転スピンドルに装着する切削工具であって、円環状の砥石ブレードと、砥石ブレードの一方の面を支持する振動伝達部材と、振動伝達部材に一方の面が支持された砥石ブレードの他方の面を支持する挟持部材とを具備し、振動伝達部材は回転スピンドルに装着するボス部と、ボス部の外周面から径方向に延在する環状のブレード取り付け部とを備えており、挟持部材は振動伝達部材のボス部に嵌合する穴を備えており、砥石ブレードの一方の面が振動伝達部材のブレード取り付け部にボンド剤によって固定され、円環状の砥石ブレードの他方の面に挟持部材がボンド剤によって固定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、砥石ブレードを備えた切削工具、更に詳しくは砥石ブレードに超音波振動を付与しつつ半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を切削する切削装置に用いる切削工具に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード、CCD等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述したウエーハのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、ウエーハ等の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ための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該回転スピンドルに装着された砥石ブレードを備えた切削工具および回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。このような切削装置においては、切削工具を２００００〜４００００rpmの回転速度で回転しつつ、切削工具とチャックテーブルに保持された被加工物を相対的に切削送りする。

しかるに、デバイスが形成されるウエーハは、シリコン、サファイヤ、シリコンナイトライド、ガラス、リチウムタンタレート等の脆性硬質材料が用いられており、砥石ブレードによって切削すると切断面に欠けが生じてデバイスの品質を低下させるという問題がある。また、サファイヤ等のモース硬度の高いウエーハは、砥石ブレードによる切削が不可能ではないにしても非常に困難である。

上述した問題を解消するために、砥石ブレードを備えた切削工具が装着された回転スピンドルに超音波振動子を配設し、この超音波振動子に交流電圧を印加することにより、砥石ブレードに超音波振動を付与しつつ切削するようにした切削方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特許第３４６９５１６号公報

上述した切削方法に用いる切削工具は、回転スピンドルに取付けられる振動伝達部材と、該振動伝達部材にダイヤモンド等の砥粒をニッケルメッキで固定した砥石ブレードとからなっている。このように、振動伝達部材に砥石ブレードをメッキで固定し一体化された切削工具を用いることにより、超音波振動を砥石ブレードに確実に伝達することができる。しかるに、ダイヤモンド等の砥粒をニッケルメッキで固定した砥石ブレードが全ての被加工物の切削に適しているとは限らず、被加工物の材質によっては砥粒をレジンボンドで結合したレジンボンド砥石ブレード、砥粒をメタルボンドで結合したメタルボンド砥石ブレード、砥粒をビトリファイドボンドで結合したビトリファイドボンド砥石ブレードを選択できることが望ましい。
また、砥石ブレードの厚さを所望の厚さに仕上げたい場合には、底盤と上盤との間に砥石ブレードを挟持してラッピング加工を施すことにより、例えば厚さが５０μmの砥石ブレードを４５μmの厚さに仕上げることができるが、振動伝達部材にメッキで固定された砥石ブレードは振動伝達部材が邪魔になりラッピング加工を施すことができないという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、砥粒を種々のボンド剤によって固定して形成した砥石ブレードを装着することができるとともに、砥石ブレードをラッピング加工して所望の厚さに仕上げることができる切削工具を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、超音波振動手段が配設された回転スピンドルに装着する切削工具であって、
円環状の砥石ブレードと、該砥石ブレードの一方の面を支持する振動伝達部材と、該振動伝達部材に一方の面が支持された該砥石ブレードの他方の面を支持する挟持部材と、を具備し、
該振動伝達部材は、該回転スピンドルに装着するボス部と、該ボス部の外周面から径方向に延在し該円環状の砥石ブレードの外径より小さい外径を有する環状のブレード取り付け部とを備えており、
該挟持部材は、該振動伝達部材の該ボス部に嵌合する穴を備え該円環状の砥石ブレードの外径より小さい外径を有し、該環状のブレード取り付け部と対象形に形成されており、
該円環状の砥石ブレードの一方の面が該振動伝達部材の該環状のブレード取り付け部にボンド剤によって固定され、該円環状の砥石ブレードの他方の面に該挟持部材がボンド剤によって固定されている、
ことを特徴とする切削工具が提供される。

上記振動伝達部材の環状のブレード取り付け部の外周端部には砥石ブレードに向けてテーパー面が形成され、上記挟持部材の外周端部には砥石ブレードに向けてテーパー面が形成されていることが望ましい。

本発明による切削工具は、円環状の砥石ブレードを振動伝達部材の環状のブレード取り付け部と挟持部材にボンド剤によって固定するように構成したので、砥粒を種々のボンド剤によって固定して形成した砥石ブレードを装着することができる。また、円環状の砥石ブレードは振動伝達部材の環状のブレード取り付け部と挟持部材にボンド剤によって固定する前に、ラッピング加工して所望の厚さに仕上げることができる。

以下、本発明に従って構成された切削工具の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成された切削工具が装着された切削装置の斜視図が示されている。図示の実施形態における切削装置は、略直方体状の装置ハウジング２を具備している。この装置ハウジング２内には、被加工物を保持するチャックテーブル３が切削送り方向である矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設されている。チャックテーブル３は、吸着チャック支持台３１と、該吸着チャック支持台３１上に配設された吸着チャック３２を具備しており、該吸着チャック３２の上面である保持面上に被加工物を図示しない吸引手段を作動することによって吸引保持するようになっている。また、チャックテーブル３は、図示しない回転機構によって回転可能に構成されている。なお、チャックテーブル３１には、被加工物として後述するウエーハを保護テープを介して支持する支持フレームを固定するためのクランプ３３が配設されている。このように構成されたチャックテーブル３は、図示しない切削送り手段によって、矢印Ｘで示す切削送り方向に移動せしめられるようになっている。

図１に示す切削装置は、切削手段としてのスピンドルユニット４を具備している。スピンドルユニット４は、図示しない移動基台に装着され図示しない割り出し送り手段によって上記矢印Ｘで示す切削送り方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し方向に移動せしめられるとともに、図示しない切り込み送り手段によって切り込み方向である矢印Ｚで示す方向に移動せしめられるようになっている。このスピンドルユニット４について、図２を参照して説明する。

図２に示すスピンドルユニット４は、スピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１内に回転自在に配設された回転スピンドル４２と、該回転スピンドル４２の先端に装着される切削工具４３を具備している。スピンドルハウジング４１は略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸穴４１１を備えている。上記スピンドルハウジング４１に形成された軸穴４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、その前端部にネジ穴４２１が設けられた工具装着部４２２を備え、その中央部には径方向に突出して形成されたスラスト軸受フランジ４２３が設けられている。このようにしてスピンドルハウジング４１に形成された軸穴４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、軸穴４１１の内壁との間に供給される高圧エアーによって回転自在に支持される。

回転スピンドル４２の先端部に設けられた工具装着部４２２に装着された切削工具４３は、図２および図３に示すように円環状の砥石ブレード４４と、該砥石ブレード４４の一方の面を支持する振動伝達部材４５と、該振動伝達部材４５に一方の面が支持された砥石ブレード４４の他方の面を支持する挟持部材４６とからなっている。
円環状の砥石ブレード４４は、中央部に円形開口４４１を備え、外周部の切れ刃部４４２と内周部の固定部４４３とからなっている。この環状の砥石ブレード４４は、円環状のアルミニウム板の片面に砥粒をニッケル等の金属メッキで結合した後に、アルミニウム板をエッチングして除去することによって円環状に形成した電鋳ブレード、砥粒をレジンボンドで結合して円環状に形成したレジンボンドブレード、砥粒をメタルボンドで結合して円環状に形成したメタルボンドブレード、砥粒をビトリファイドボンドで結合して円環状に形成したビトリファイドボンドブレード等を用いることができる。なお、砥石ブレード４４は、後述する振動伝達部材４４に固定する前に、ラッピング加工して所望の厚さに仕上げることが望ましい。

振動伝達部材４５は、上記回転スピンドル４２の工具装着部４２２に装着するボス部４５１と、該ボス部４５１の外周面から径方向に延在する環状のブレード取り付け部４５２とを備えている。ボス部４５１は、上記円環状の砥石ブレード４４の中央部に形成された円形開口４４１の内径と対応する外径を有し、軸中心には貫通孔４５１aが形成されている。上記環状のブレード取り付け部４５２は、ボス部４５１の軸方向中央部の外周面から径方向に延在して設けられており、その外径は円環状の砥石ブレード４４の外径より小さい外径に形成されている。このように形成されたブレード取り付け部４５２の図において右側側面にボス部４５１に円形開口４４１が嵌合された環状の砥石ブレード４４の一方の面（図３において左方の面）がエポキシ系またはアクリル系のボンド剤によって固定される。従って、砥石ブレード４４は、固定部４４３が振動伝達部材４５のブレード取り付け部４５２にボンド剤によって固定されるので、切れ刃部４４２がブレード取り付け部４５２の外周縁より径方向に突出した状態となる。なお、振動伝達部材４５を構成するブレード取り付け部４５２の外周端部には、砥石ブレード４４に向けてテーパー面４５２aが形成されている。

挟持部材４６は、環状に形成され上記振動伝達部材４５のボス部４５１に嵌合する穴４６aを備えている。この挟持部材４６の外径は、円環状の砥石ブレード４４の外径より小さい外径に形成されている。そして、挟持部材４６は、上記振動伝達部材４５のブレード取り付け部４５２と対象形に形成されている。このように形成された挟持部材４６は、穴４６aを振動伝達部材４５のボス部４５１に嵌合し、図３において左側面を上記振動伝達部材４５のブレード取り付け部４５２に一方の面が固定された砥石ブレード４４の他方の面（図３において右方の面）にエポキシ系またはアクリル系のボンド剤によって固定される。従って、砥石ブレード４４は、砥石ブレード４４の固定部４４３挟持部材４６がボンド剤によって固定されるので、切れ刃部４４２がブレード取り付け部４５２の外周縁より径方向突出した状態となる。なお、挟持部材４６の外周端部には、砥石ブレード４４に向けてテーパー面４６bが形成されている。

上述した切削工具４３を構成する振動伝達部材４５と挟持部材４６の軸方向の寸法関係について、図３を参照して説明する。
振動伝達部材４５のブレード取り付け部４５２の幅Aと挟持部材４６の幅Bは同一に形成されている。また、振動伝達部材４５のボス部４５１の左端からブレード取り付け部４５２の図３において左側面までの長さをC1とすると、ボス部４５１の右端からブレード取り付け部４５２の図３において右側面までの長さC2は、C1にAと砥石ブレード４４の厚さtを加算した値（C2＝C1＋A＋t）に設定されている。従って、切削工具４３は、砥石ブレード４４を基準として左右で対象形に構成される。

以上のように構成された切削工具４３は、図２に示すように振動伝達部材４５のボス部４５１に形成された貫通孔４５１aを挿通して配設された締め付けボルト４７を回転スピンドル４２の工具装着部４２２に設けられたネジ穴４２１に螺合することにより、回転スピンドル４２に装着される。なお、切削工具４３を回転スピンドル４２の工具装着部４２２に装着する際には、工具装着部４２２と振動伝達部材４５のボス部４５１との間およびボス部４５１と締め付けボルト４６の頭部との間に、合成樹脂からなるスペーサー４８、４８が介在される。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は、回転スピンドル４２を回転駆動するための電動モータ５を備えている。図示の電動モータ５は、永久磁石式モータによって構成されている。永久磁石式の電動モータ５は、回転スピンドル４２の中間部に形成されたモータ装着部４２４に装着された永久磁石からなるロータ５１と、該ロータ５１の外周側においてスピンドルハウジング４１に配設されたステータコイル５２とからなっている。このように構成された電動モータ５は、ステータコイル５２に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりロータ５１が回転し、該ロータ５１を装着した回転スピンドル４２を回転せしめる。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は、回転スピンドル４２に配設され砥石ブレード４５に超音波振動を付与する超音波振動子６を備えている。超音波振動子６は、回転スピンドル４２の軸方向に分極された円環状の圧電体６１と、該圧電体６１の両側分極面に装着された円環状の2枚の電極板６２、６３とからなっている。圧電体６１は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって形成されている。このように構成された超音波振動子６は、回転スピンドル４２に装着され、電極板６２、６３に後述する電力供給手段によって所定周波数の交流電力が印加されると、超音波振動を発生せしめる。なお、超音波振動子６は、軸方向に複数個配設してもよい。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は、上記超音波振動子６に交流電力を印加するとともに上記電動モータ５に交流電力を印加する電力供給手段７を具備している。
電力供給手段７は、スピンドルユニット４の後端部に配設されたロータリートランス８を具備している。ロータリートランス８は、回転スピンドル４２の後端に配設された受電手段８１と、該受電手段８１と対向して配設されスピンドルハウジング４１の後端部に配設された給電手段８２とを具備している。受電手段８１は、回転スピンドル４２に装着されたロータ側コア８１１と、該ロータ側コア８１１に巻回された受電コイル８１２とからなっている。このように構成された受電手段８１の受電コイル８１２の一端は上記超音波振動子６の電極板６１に接続され、他端は電極板６２に接続される。上記給電手段８２は、受電手段８１の外周側に配設されたステータ側コア８２１と、該ステータ側コア８２１に配設された給電コイル８２２とからなっている。このように構成された給電手段８２の給電コイル８２２は、電気配線７３、７４を介して交流電力が供給される。

図示の実施形態における電力供給手段７は、上記ロータリートランス８の給電コイル８２２に供給する交流電力の交流電源９１と、電力調整手段としての電圧調整手段９２と、上記給電手段８２に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段９３と、電圧調整手段９２および周波数調整手段９３を制御する制御手段９４と、該制御手段９４に切削ブレード４５に付与する超音波振動の振幅等を入力する入力手段９５を具備している。なお、図２に示す電力供給手段７は、制御回路９６および電気配線５２１、５２２を介して上記電動モータ５のステータコイル５２に交流電力を供給する。

図示の実施形態におけるスピンドルユニット４は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
切削作業を行う際には、電力供給手段７から電動モータ５のステータコイル５２に交流電力が供給される。この結果、電動モータ５が回転して回転スピンドル４２が回転し、該回転スピンドル４２の先端に取付けられた切削工具４３の振動伝達部材４５のブレード取り付け部４５２と挟持部材４６に固定された砥石ブレード４４が回転せしめられる。

一方、電力供給手段７は、制御手段９４によって電圧調整手段９２および周波数変換手段９３を制御し、交流電力の電圧を所定の電圧に制御するとともに、交流電力の周波数を所定周波数（例えば、２０kHz）に変換して、ロータリートランス８を構成する給電手段８２の給電コイル８２２に供給する。このように所定周波数の交流電力が給電コイル８２２に印加されると、回転する受電手段８１の受電コイル８１２を介して超音波振動子６の電極板６２と電極板６３間に所定周波数の交流電力が印加される。この結果、超音波振動子６は径方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、回転スピンドル４２を介して切削工具４３の振動伝達部材４５に伝達され、振動伝達部材４５が径方向に超音波振動する。従って、振動伝達部材４５に装着された砥石ブレード４４は、径方向に超音波振動する。このとき、切削工具４３は上述したように砥石ブレード４４を基準として左右で対象形に構成されるので、左右にブレることなく径方向に正確に超音波振動する。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における切削装置は、上記チャックテーブル３上に保持された被加工物の表面を撮像し、上記砥石ブレード４４によって切削すべき領域を検出するためのアライメント手段１２を具備している。このアライメント手段１２は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなる撮像手段を具備している。また、切削装置は、アライメント手段１２によって撮像された画像等を表示する表示手段１３を具備している。

上記装置ハウジング２におけるカセット載置領域１４aには、被加工物を収容するカセットを載置するカセット載置テーブル１４が配設されている。このカセット載置テーブル１４は、図示しない昇降手段によって上下方向に移動可能に構成されている。カセット載置テーブル１４上には、被加工物１００を収容するカセット１５が載置される。カセット１５に収容される被加工物１００は、ウエーハの表面に格子状のストリートが形成されており、この格子状のストリートによって区画された複数の矩形領域にコンデンサーやLEDや回路等のデバイスが形成されている。このように形成された被加工物１００は、環状の支持フレーム１０１に装着された保護テープ１０２の表面に裏面が貼着された状態でカセット１５に収容される。

また、図示の実施形態における切削装置は、カセット載置テーブル１４上に載置されたカセット１５に収容されている被加工物１００（環状のフレーム１０１に保護テープ１０２を介して支持されている状態）を仮置きテーブル１６に搬出する搬出手段１７と、仮置きテーブル１６に搬出された被加工物１００を上記チャックテーブル３上に搬送する搬送手段１８と、チャックテーブル３上で切削加工された被加工物１００を洗浄する洗浄手段１９と、チャックテーブル３上で切削加工された被加工物１００を洗浄手段１９へ搬送する洗浄搬送手段２０を具備している。

以上のように構成された切削装置の作動について、主に図１を参照して簡単に説明する。
カセット載置テーブル１４上に載置されたカセット１５の所定位置に収容されている被加工物１００は、図示しない昇降手段によってカセット載置テーブル１４が上下動することにより搬出位置に位置付けられる。次に、搬出手段１７が進退作動して搬出位置に位置付けられた被加工物１００を仮置きテーブル１６上に搬出する。仮置きテーブル１６に搬出された被加工物１００は、搬送手段１８の旋回動作によって上記チャックテーブル３上に搬送される。チャックテーブル３上に被加工物１００が載置されたならば、図示しない吸引手段が作動して被加工物１００をチャックテーブル３上に吸引保持する。また、被加工物１００を保護テープ１０２を介して支持する支持フレーム１０１は、上記クランプ３３によって固定される。このようにして被加工物１００を保持したチャックテーブル３は、アライメント手段１２の直下まで移動せしめられる。チャックテーブル３がアライメント手段１２の直下に位置付けられると、アライメント手段１２によって被加工物１００に形成されているストリートが検出され、スピンドルユニット４を割り出し方向である矢印Ｙ方向に移動調節してストリートと切削工具４３の砥石ブレード４４との精密位置合わせ作業が行われる。

その後、切削工具４３を矢印Ｚで示す方向に所定量切り込み送りし所定の方向に回転させつつ、被加工物１００を吸引保持したチャックテーブル３を切削送り方向である矢印Ｘで示す方向（砥石ブレード４４の回転軸と直交する方向）に所定の切削送り速度で移動することにより、チャックテーブル３上に保持された被加工物１００は砥石ブレード４４により所定のストリートに沿って切断される。この切削工程においては、電力供給手段７によって超音波振動子６に例えば周波数が２０kHzで電圧が５５Vの交流電力が印加される。この結果、上述したように超音波振動子６は径方向に繰り返し変位して超音波振動する。この超音波振動は、回転スピンドル４２を介して切削工具４３の振動伝達部材４５に伝達され、振動伝達部材４５が径方向に超音波振動する。従って、振動伝達部材４５と挟持部材４６に固定された砥石ブレード４４は、径方向に超音波振動する。従って、砥石ブレード４４による切削抵抗が減少するため、被加工物１００がサファイヤや炭化ケイ素(SiC)等の難削材であっても容易に切削することができる。

このとき、切削工具４３は上述したように砥石ブレード４４を基準として左右対象形に構成されるので、左右にブレることなく径方向に正確に超音波振動するため、砥石ブレード４４の幅でウエーハ１００をストリートに沿って正確に切断することができる。また、上述した切削工具４３による切削時においては、切削工具４３の両側面から切削水を供給しつつ切削するが、振動伝達部材４５を構成するブレード取り付け部４５２の外周端部には砥石ブレード４４に向けてテーパー面４５２aが形成されているとともに、挟持部材４６の外周端部には砥石ブレード４４に向けてテーパー面４６bが形成されているので、砥石ブレード４４の両面に効率よく均一に切削水が供給される。

本発明に従って構成された切削工具が装着された切削装置の斜視図。図１に示す切削装置に装備されるスピンドルユニットの断面図。本発明による切削工具を拡大して示す断面図。

符号の説明

２：装置ハウジング
３：チャックテーブ機構
３０：チャックテーブル
４：スピンドルユニット
４１：スピンドルハウジング
４２：回転スピンドル
４３：切削工具
４４：砥石ブレード
４５：振動伝達部材
４５１：振動伝達部材のボス部
４５１：振動伝達部材のブレード取り付け部
４６：挟持部材
５：電動モータ
６：超音波振動子
７：電力供給手段
８：ロータリートランス
８１：受電手段
８２：給電手段
９１：交流電源
９２：電圧調整手段
９３：周波数調整手段
９４：制御手段
９５：入力手段
１２：アライメント手段
１３：表示手段
１５：カセット
１６：仮置きテーブル
１７：搬出手段
１８：搬送手段
１９：洗浄手段
２０：洗浄搬送手段

Claims

超音波振動手段が配設された回転スピンドルに装着する切削工具であって、
円環状の砥石ブレードと、該砥石ブレードの一方の面を支持する振動伝達部材と、該振動伝達部材に一方の面が支持された該砥石ブレードの他方の面を支持する挟持部材と、を具備し、
該振動伝達部材は、該回転スピンドルに装着するボス部と、該ボス部の外周面から径方向に延在し該円環状の砥石ブレードの外径より小さい外径を有する環状のブレード取り付け部とを備えており、
該挟持部材は、該振動伝達部材の該ボス部に嵌合する穴を備え該円環状の砥石ブレードの外径より小さい外径を有し、該環状のブレード取り付け部と対象形に形成されており、
該円環状の砥石ブレードの一方の面が該振動伝達部材の該環状のブレード取り付け部にボンド剤によって固定され、該円環状の砥石ブレードの他方の面に該挟持部材がボンド剤によって固定されている、
ことを特徴とする切削工具。
該振動伝達部材の該環状のブレード取り付け部の外周端部には該砥石ブレードに向けてテーパー面が形成され、該挟持部材の外周端部には該砥石ブレードに向けてテーパー面が形成されている、請求項１記載の切削工具。