JP4750519B2 - 切削方法および切削装置 - Google Patents

Description

本発明は，被加工物の切削方法および切削装置に関し，より詳細には，複合材料の切削方法および複合材料を切削する切削装置に関する。

半導体ウェハをチップ状に分割するために，切削砥石部と基台部とからなる切削ブレードによって半導体ウェハを切削するダイシング装置等の切削装置が知られている。このような切削装置においては，加工点における温度上昇を抑えることや，切削抵抗を増加させずにチッピングを減少させることが，継続的な技術的課題となっている。かかる課題の解決手段として，超音波振動を利用して切削することが検討されている。なお，超音波とは，人間の可聴周波数以上の音域（約２０ｋＨｚ以上）のことである。

このような超音波振動を利用した切削方法の一例として，特許文献１には，切削ブレードを超音波振動させて切削することが記載されている。この方法では，切削ブレードをその厚さ方向（回転軸方向）に撓ませるようにして超音波振動させており，超音波振動する切削ブレードによって半導体ウェハの切削溝を広げるような力が働くため，どうしても切削抵抗が増加し，チッピングが発生し易い，という問題があった。

このような問題を解決する方法として，例えば特許文献２には，切削ブレードをその径方向に超音波振動させて被加工物を切断する方法が記載されている。この方法では，切削ブレードが取り付けられたスピンドルの回転軸方向に超音波振動を伝達させ，切削ブレードと共に取り付けられた振動伝達方向変換部によって振動方向を変換して，切削ブレードを径方向に振動させている。

このように，径方向に超音波振動させた切削ブレードによって被加工物を切削加工することにより，超音波振動させていない切削ブレードによる通常の切削加工と比較して，（１）切削抵抗を低減できるため，チッピングを抑制できる，（２）加工点に切削水が供給され易くなるため，加工点における温度上昇が抑えられ，熱による歪が生じ難い，（３）振動により切削ブレードに付着したコンタミネーションが振り落とされるため，切削ブレードにコンタミネーションが付着しない，（４）切削ブレードに対する負担が軽減され寿命が延びる，といった利点がある。特に，これまで切削ブレードによるダイシングでは切削が困難であった石英やガラス等の難加工材を良好に切削することができるという効果が期待できる。

特開２００２−３３６７７５号公報 特開２０００−２１０９２８号公報

しかし，超音波振動によって径方向に振動させた切削ブレードによって被加工物を切削する場合，被加工物の種類によっては，通常の切削ブレードによる切削を行う場合と比べてチッピングが大きくなってしまい，超音波振動させて切削することが逆効果となってしまうことが判明した。

例えば，ＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の撮像素子は，表面に回路が形成されたシリコンとガラスとを接着剤によって接合させた構造となっている。

通常の切削ブレードによる切削では，ガラス部分を切削できなかったり，あるいは切削できてもガラス部分を切削する切削速度が遅くなるか，または切削品質が悪くなる等の理由から，ガラス部分の切削が困難であった。そこで，超音波振動によって径方向に振動させた切削ブレードにより被加工物を切削すれば，ガラス部分を良好に切削できると考えた。

しかし，超音波振動させた切削ブレードにより，上記ＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の撮像素子を切削すると，ガラス部分は良好に切削できるものの，シリコン部分に関しては，従来よりもチッピングが約１０％大きくなってしまうという問題が生じた。

かかる要因について検証した結果，シリコン等の結晶材に対して超音波振動によって径方向に振動させた切削ブレードにより被加工物を切削した場合，結晶材の有するへき開性によってチッピングを生じやすいことが判明した。

そこで，本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，結晶材と非結晶材とが積層された複合材料を好適に切削することの可能な，新規かつ改良された切削方法および切削装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，結晶材と非結晶材とが接合された複合材料を切削ブレードによって切削する切削方法が提供される。ここで，複合材料の非結晶材部分を，径方向に超音波振動する切削ブレードにより切削し，複合材料の結晶材部分を，超音波振動しない切削ブレードにより切削することを特徴とする。

かかる方法では，複合材料を構成する結晶材と非結晶材に対し，それぞれ良好に切削することのできる切削手段により切削する。すなわち，非結晶材部分は，径方向に超音波振動する切削ブレードにより切削し，結晶材部分は，超音波振動しない切削ブレードにより切削する。これにより，各材質部分でチッピングなどを生じさせることなく，切削することが可能となる。

また，本発明の他の観点によれば，切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する第１の切削モードと，切削ブレードを超音波振動させずに被加工物を切削する第２の切削モードとを切替可能な切削手段を備える切削装置が提供される。かかる切削装置では，１つの切削手段を，切削ブレードを超音波振動させる第１の切削モードと，切削ブレードを超音波振動させない第２の切削モードとを切り替えて使用することができる。

ここで，切削手段は，例えば，スピンドルと，スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと，切削砥石部と切削砥石部を支持する基台部とを有し，スピンドルの先端部に固定される切削ブレードと，スピンドルに設けられて超音波振動する振動子と，を備えて構成される。そして，第１の切削モードでは，振動子に電力を供給して振動子を発振させて超音波振動を発生させ，振動子からスピンドルの軸方向に伝達される超音波振動の振動方向を切削ブレードの径方向に変換し，当該径方向に超音波振動する切削ブレードによって被加工物を切削することを特徴とする。

また，かかる切削装置を使用して，結晶材と非結晶材とが接合された複合材料を切削する切削方法が提案される。この切削方法では，切削装置を第１の切削モードに設定して，径方向に超音波振動する切削ブレードにより複合材料の非結晶材部分を切削する工程と；切削装置を第２の切削モードに設定して，超音波音波振動しない切削ブレードにより複合材料の結晶材部分を第２の切削モードで切削する工程と；を含むことを特徴とする。

さらに，本発明の他の観点によれば，第１の切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する第１の切削手段と，第２の切削ブレードを超音波振動させずに被加工物を切削する第２の切削手段と，を備える切削装置が提供される。かかる切削装置は，超音波振動切削手段（第１の切削手段）と，超音波振動しない通常の切削手段（第２の切削手段）との，２つの切削手段を備えている。したがって，被加工物に応じて，２つの切削手段を使い分けることができる。

ここで，第１の切削手段は，例えば，スピンドルと，スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと，切削砥石部と切削砥石部を支持する基台部とを有し，スピンドルの先端部に固定される切削ブレードと，スピンドルに設けられて超音波振動する振動子と，を備えて構成される。そして，振動子から前記スピンドルの軸方向に伝達される超音波振動の振動方向を切削ブレードの径方向に変換し，当該径方向に超音波振動する切削ブレードによって被加工物を切削することを特徴とする。

また，かかる切削装置を使用して，結晶材と非結晶材とが接合された複合材料を切削する切削方法が提供される。この切削方法では，複合材料の非結晶材部分を第１の切削手段によって切削する工程と；複合材料の結晶材部分を第２の切削手段によって切削する工程と；を含むことを特徴とする。

上記非結晶材部分の切削加工と，結晶材部分の切削加工とは，複合材料に対して同一方向から切削ブレードを切り込ませて行うことができる。あるいは，非結晶材部分の切削加工と，結晶材部分の切削加工とは，複合材料に対して反対方向から切削ブレードを切り込ませて行うことができる。

また，複合材料として，例えば，非結晶材はガラスであり，結晶材はシリコンであってもよい。

以上説明したように本発明によれば，結晶材と非結晶材とが積層された複合材料を好適に切削することの可能な切削方法および切削装置を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず，図１に基づいて，本発明の第１の実施形態にかかる超音波振動切削装置の一例として構成された切削装置１０の全体構成について説明する。なお，図１は，本実施形態にかかる切削装置１０を示す全体斜視図である。

図１に示すように，切削装置１０は，例えば，半導体ウェハなどの被加工物１２を切削加工する切削ユニット２０と，被加工物１２を保持する保持手段の一例であるチャックテーブル１５と，切削ユニット移動機構（図示せず。）と，チャックテーブル移動機構（図示せず。）とを備える。

切削ユニット２０は，スピンドルに装着された切削ブレード２２を備えている。この切削ユニット２０は，径方向に超音波振動する切削ブレード２２を高速回転させながら，その刃先を被加工物１２に切り込ませることにより，被加工物１２を切削して極薄のカーフ（切溝）を形成することができる。

また，チャックテーブル１５は，例えば，上面が略平坦な円盤状のテーブルであり，その上面に真空チャック（図示せず。）等を具備している。このチャックテーブル１５は，例えば，ダイシングテープ１３を介してフレーム１４に支持された状態の被加工物１２が載置され，この被加工物１２を真空吸着して安定的に保持することができる。

切削ユニット移動機構は，切削ユニット２０を，Ｙ軸方向に移動させる。このＹ軸方向は，切削方向（Ｘ軸方向）に対して直交する水平方向であり，例えば，切削ユニット２０内に配設されたスピンドルの軸方向である。このようなＹ軸方向の移動により，切削ブレードの刃先を被加工物１２の切削位置（切削ライン）に位置合わせすることができる。また，この切削ユニット移動機構は，切削ユニット２０をＺ軸方向（垂直方向）にも移動させる。これにより，被加工物１２に対する切削ブレード２２の切り込み深さを調整したり，切削ブレード２２の基準位置を検出するための接触セットアップを実行したりできる。

チャックテーブル移動機構は，通常のダイシング加工時には，被加工物１２を保持したチャックテーブル１５を切削方向（Ｘ軸方向）に往復移動させて切削送りして，被加工物１２に対し切削ブレード２２の刃先を直線的な軌跡で作用させる。

かかる構成の切削装置１０は，高速回転する切削ブレード２２を被加工物１２に切り込ませながら，切削ユニット２０とチャックテーブル１５とを相対移動させることにより，被加工物１２を格子状に切削，即ちダイシング加工することができる。

次に，図２に基づいて，本実施形態にかかる切削ユニット２０の概略構成について説明する。なお，図２は，本実施形態にかかる切削ユニット２０を示す斜視図である。

図２に示すように，切削ユニット２０は，例えば，切削砥石部２３と基台部２１とが一体構成された切削ブレード２２と，先端部に切削ブレード２２が装着されるスピンドル２５と，スピンドル２５を回転可能に支持するスピンドルハウジング２６と，切削水供給ノズル２７と，ホイルカバー２８と，ボルト２９と，調整部材４０と，を主に備える。

切削ブレード２２は，略リング形状を有する極薄の切削砥石部２３と，該切削砥石部２３を支持する基台部２１とが一体構成されたハブブレードである。基台部２１は，例えば，アルミニウム等の金属材などの導電性材料を成形したものである。切削砥石部２３は，ダイヤモンド等の砥粒を基台部２１に対して例えば電着することによって形成され，切削ブレード２２の外周に配置される。このように，基台部２１と切削砥石部２３とは一体的に構成されて相互に分離不可能であるので，相互間に隙間が無く，このため超音波振動の伝達に適した構造となっている。

かかる切削ブレード２２は，例えば，ボルト２９によって，スピンドル２５の先端部（図示せず。）に装着される。このとき，切削ブレード２２の一側には略円柱状の調整部材４０も装着される。かかる切削ブレード２２の装着機構と，調整部材４０の詳細については後述する（図３参照）。

また，スピンドル２５は，例えば，後述するモータ（図示せず。）の回転駆動力を切削ブレード２２に伝達するための回転軸であり，装着された切削ブレード２２を例えば３０，０００ｒｐｍで高速回転させる。このスピンドル２５の大部分は，スピンドルハウジング２６に覆われているが，その先端部は，スピンドルハウジング２６から露出しており，かかる先端部に切削ブレード２２が装着される。

また，スピンドルハウジング２６は，スピンドル２５を覆うようにして設けられたハウジングである。このスピンドルハウジング２６は，内部に設けられたエアベアリングによって，スピンドル２５を高速回転可能に支持することができるが，詳細については後述する（図３参照）。

また，切削水供給ノズル２７は，例えば切削ブレード２２の両側に脱着可能に設けられ，切削ブレード２２の側面及び加工点付近に切削水を供給して冷却する。また，ホイルカバー２８は，切削ブレード２２の外周を覆うにして設けられ，切削ブレード２２を保護するとともに，切削水や切削屑などの飛散を防止する。

かかる構成の切削ユニット２０は，スピンドル２５により切削ブレード２２を高速回転させ，かかる切削ブレード２２の切削砥石部２３を被加工物１２に切り込ませて相対移動させる。これにより，例えば，被加工物１２の加工面を切削加工して，切削ラインに沿って極薄の切溝（カーフ）を形成することができる。

次に，図３に基づいて，本実施形態にかかるスピンドルハウジング２６の内部構成と，切削ブレード２２の装着機構について詳細に説明する。なお，図３は，本実施形態にかかる切削ユニット２０におけるスピンドルハウジング２６の内部構成を示す縦断面図である。

図３に示すように，切削ユニット２０のスピンドルハウジング２６の内部には，例えば，スピンドル２５と，スピンドル２５を回転可能に支持するラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１と，ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１に高圧エアを供給するためのエア供給路（図示せず。）と，ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１によって噴出されたエアを排出するための排気路（図示せず。）と，ロータ３２ａおよびステータ３２ｂを有するモータ３２と，ステータ３２ｂに電力を供給するためのステータ用給電部３４と，スピンドル２５の後端部側に設けられた超音波振動子としての例えばＰＺＴ振動子３３と，ＰＺＴ振動子３３に電力を供給するための非接触給電装置３５と，が設けられている。

詳細には，スピンドル２５の後部側には，モータ３２を構成する回転軸であるロータ３２ａが設けられている。ステータ用給電部３４によりステータ３２ｂに電力を供給すると，ロータ３２ａおよびステータ３２ｂの相互作用により回転駆動力が発生し，この回転駆動力によってスピンドル２５が高速回転する構成である。また，スピンドル２５の先端部側には，スピンドル２５の軸径よりも大径のスラストプレート２５ａが設けられている。

また，ラジアルエアベアリング３０は，スピンドル２５の外周に向けてエアを噴出することにより，空気圧によって，高速回転するスピンドル２５をラジアル方向（ＸＺ平面方向）に支持する。一方，スラストエアベアリング３１は，スラストプレート２５ａにエアを噴出することにより，高速回転するスピンドル２５をスラスト方向（Ｙ軸方向）に支持する。

このようなスピンドル２５，スピンドルハウジング２６，ラジアルエアベアリング３０，スラストエアベアリング３１，モータ３２などは，エアスピンドル機構を構成しており，高速回転するスピンドル２５を非接触で支持することができる。

また，スピンドル２５には，超音波振動子として，例えば，電歪振動子であるＰＺＴ振動子３３と，このＰＺＴ振動子３３に電力を供給する非接触給電装置３５とが設けられている。

ＰＺＴ振動子３３は，例えば，スピンドル２５の後部側（切削ブレード２２とは反対側）において，ロータ３２ａよりさらに後部側に配設されている。このＰＺＴ振動子３３は，ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックス材料などで構成されたボルト締めランジュバン型振動子などである。なお，振動子としては，この電歪振動子の例に限定されず，例えば磁歪振動子を使用することもできる。

非接触給電装置３５は，スピンドルハウジング２６の内周面に配設される給電側のトランスである一次側トランス５１と，スピンドル２５の後端部に配設された受電側のトランスである二次側トランス５２と，外部電源（図示せず。）と一次側トランス５１とを接続する給電端子５３とからなる。かかる構成の非接触給電装置３５は，外部電源から給電端子５３を介して供給された電力を，一次側トランス５１から二次側トランス５２に電磁誘導方式により非接触で伝達し，さらに，スピンドル２５を介してＰＺＴ振動子３３に供給する。この非接触給電装置３５により非接触でＰＺＴ振動子３３に給電することにより，スピンドル２５に給電用の部材を接触させなくて済むので，スピンドル２５が円滑に回転でき，エアスピンドル機構の利点を生かすことができる。

このようにして非接触給電装置３５から供給された電力により，ＰＺＴ振動子３３は，超音波振動を発生させてスピンドル２５を超音波振動させる。この超音波振動は，スピンドル２５の軸方向（Ｙ軸方向）に伝達され，スピンドル２５の先端部２４に装着された切削ブレード２２に向かう。さらに，このようにスピンドル２５の軸方向（Ｙ軸方向）に伝達される超音波振動は，切削ブレード２２の径方向（ＸＺ平面方向）に変換される。この振動伝達方向変換点のＹ軸位置が，切削ブレード２２の切削砥石部２３のＹ軸位置と同一またはその近傍となるように，切削ブレード２２の装着機構の構造や，ＰＺＴ振動子３３の周波数などが調整されている。

ここで，上記図３に基づき，本実施形態にかかる切削ブレード２２の装着機構の構造について詳述する。

図３に示すように，本実施形態にかかる切削ブレード２２は，上記のように基台部２１と，基台部２１に例えば電着された切削砥石部２３とが，一体化された構成である。かかる切削ブレード２２の基台部２１の両側には，スピンドル２５の先端部２４と略同一の径を有する円柱状の第１接合部２１ａ，第２接合部２１ｂがそれぞれ突設されている。この第１接合部２１ａの端面（図３における基台部２１の左端の平坦面）が調整部材４０との第１接合面となり，また，第２接合部２１ｂの端面（図３における基台部２１の右端の平坦面）が，スピンドル２５の先端部２４との第２接合面となる。これらの第１，第２接合面の形状は，スピンドル２５の先端部２４の接合面と略同一の径の円形である。

また，切削ブレード２２の基台部２１には，スピンドル２５の軸方向に基台部貫通孔２１ｃが貫通形成されている。この基台部貫通孔２１ｃは，後述するボルト２９のボルト胴部２９ｂよりも大径となっており，基台部貫通孔２１ｃ内にボルト胴部２９ｂが挿入された時に，両者が非接触状態となるようになっている。

また，調整部材４０は，例えば，アルミニウム等の金属材を成形して構成され，スピンドル２５の先端部２４に対応した円柱形状を有する部材である。この円柱状の調整部材４０の外径は，上記切削ブレード２２の基台部２１の第１接合部２１ａの外径と略同一となるように調整されている。かかる調整部材４０は，当該基台部２１の第１接合部２１ａの第１接合面に接合される。

かかる構造の調整部材４０は，スピンドル２５から軸方向に伝達される超音波振動の周波数に応じて，当該超音波振動の振動状態を調整するために使用する。具体的には，この調整部材４０は，当該軸方向に伝達される超音波振動が調整部材４０の軸方向の先端部（図３における左端部）において最大振動振幅点，つまり振動伝達方向変換点から上記超音波振動の１／４波長の距離にある点となるようにする機能を有する（図４参照）。

ボルト２９は，調整部材４０と係合するボルト頭部２９ａと，外周に雄ねじが形成されたボルト胴部２９ｂとから構成される。このボルト頭部２９ａの径は，調整部材４０内に係合可能な大きさであって，上記切削ブレード２２の基台部貫通孔２１ｃの径よりも大きくなるように調節されている。一方，ボルト胴部２９ｂの径は，当該基台部貫通孔２１ｃの径よりも小さくなるように調整されている。また，ボルト胴部２９ｂは，スピンドル２５の先端部２４に形成された雌ねじ孔２４ａに螺合するようになっている。

かかる構成のボルト２９により，調整部材４０と，切削ブレード２２の基台部２１と，スピンドル２５の先端部２４とを相互に接合して，切削ブレード２２及び調整部材４０をスピンドル２５の先端部２４に装着・固定することができる。このとき，ボルト頭部２９ａは，調整部材４０を係止し，ボルト胴部２９ｂは，切削ブレード２２の基台部貫通孔２１ｃを非接触状態で貫通して，スピンドル２５の先端部２４に螺合する。

また，かかる接合時には，調整部材４０の接合面と，切削ブレード２２の基台部２１の第１接合面との間には，第１の密着部材の一例である第１の密着リング５１が挟み込まれる。一方，切削ブレード２２の基台部２１の第２接合面と，スピンドル２５の先端部２４との間には，第２の密着部材の一例である第２の密着リング５２が挟み込まれる。かかる第１の密着リング５１及び第２の密着リング５２は，例えば，軟質の樹脂や紙などの絶縁性の軟質材料で形成されたリング形状の凹凸吸収部材である。

以上，図３を参照して，本実施形態にかかる切削ユニット２０の内部構成と，切削ブレード２２の装着機構の概要について説明した。以上のような構成により，スピンドル２５の先端部２４と，切削ブレード２２の基台部２１と，調整部材４０とを，相互に隙間無く好適に接合して，一体構成に近い状態にできる。さらに，ＰＺＴ振動子３３により発生させた超音波振動をスピンドル２５の軸方向に伝達させ，切削ブレード２２と略同一位置にある振動伝達方向変換点で，当該伝達された超音波振動の伝達方向を切削ブレード２２の径方向に変換できる。これにより，切削ブレード２２を径方向に超音波振動させながら，即ち，リング形状の切削砥石部２３を高周波で拡径，縮径を繰り返すように振動させながら，当該切削ブレード２２によって被加工物１２を切削することができる。

このように切削ブレード２２を径方向に超音波振動させる原理についは，例えば上記特許文献２に記載されており公知であるが，以下に，図４に基づいて簡単に説明する。

図４は，本実施形態にかかる切削ユニット２０において，ＰＺＴ振動子３３からの超音波振動に共振する振動波形Ｗ１と，伝達方向が径方向に変換された振動波形Ｗ２とを示す説明図である。振動波形Ｗ１は，共振による超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を表し，振動波形Ｗ２は，伝達方向が径方向に変換された超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を表す。

図４に示すように，スピンドル２５の軸上（Ｙ軸上）には，振動波形Ｗ１の最大振動振幅点Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇと，最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈが存在する。通常，最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈでは，スピンドル２５の径方向の伸長が最大となる。したがって，スピンドル２５とスピンドルハウジング２６との間隔は，少なくとも最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈにおけるスピンドル２５の最大拡径量よりも大きくしなければならない。しかし，その他の点に関しては，切削ユニット２０がエアスピンドル機構を採用しているため，メカスピンドル機構を採用した場合のように最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈ付近を構造的に補強したりする必要はない。

振動波形Ｗ１の最小振動振幅点Ｂは，振動伝達方向変換点であり，この振動伝達方向変換点Ｂと同一若しくはその近傍のＹ軸位置に，切削ブレード２２の切削砥石部２３が配置されている。振動伝達方向変換点Ｂにおいて，超音波振動の伝達方向が，スピンドル２５の軸方向（Ｙ軸方向）から，切削ブレード２２の径方向（ＸＺ平面方向）に変換される。このように伝達方向が径方向に変換された超音波振動の振動波形Ｗ２における最大振動振幅点α，βが，切削ブレードの刃先位置に位置するように，切削ブレード２２のブレード径や超音波振動の周波数等が調整されている。

さらに，上記超音波振動を好適に伝達および変換するために，上記のように，切削ブレード２２の切削砥石部２３と基台部２１とが一体構成されており，かつ，調整部材４０と切削ブレード２２の基台部２１とスピンドル２５の先端部２４とが，第１の密着リング５１，第２の密着リング５２を介して，相互に密着して強固に固定されるように構成されている。さらに，切削ブレード２２の基台部２１は，振動伝達方向変換点Ｂを中心としてＹ軸方向に対称な形状となるように成形されており，また，最大振動振幅点Ａは，調整部材４０の先端部に位置づけられている。

以上のようにして，スピンドル２５を軸方向に伝達してきた超音波振動の伝達方向を径方向に変換することにより，切削ブレード２２の切削砥石部２３は拡径，縮径を繰り返して，その刃先が径方向に好適に超音波振動する。

このような超音波振動切削手段を備えた切削装置１０は，非接触給電装置３５からＰＺＴ振動子３３に電力を供給することにより，切削ブレード２２を超音波振動させたり，非接触給電装置３５からＰＺＴ振動子３３への電力の供給を停止することにより，切削ブレード２２を超音波振動しないようにすることができる。すなわち，かかる切削装置１０は，径方向に超音波振動する切削ブレード２２により切削を行う第１の切削モードと，超音波振動しない切削ブレード２２により切削を行う第２の切削モードとを備えることができる。そこで，本実施形態では，このような２つの切削モードを切り替えることの可能な超音波振動切削手段を備える切削装置１０を使用して，結晶材と非結晶材とから形成された複合材料の切削を行う。

また，結晶材と非結晶材とから形成された複合材料を切削するために，例えば図１４に示すように，２つの切削手段を有する切削装置１０’を使用することもできる。かかる切削装置１０’は，第１の切削ユニット２０ａと第２の切削ユニット２０ｂとを備える。ここで，第１の切削ユニット２０ａは，第１の切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削手段である。一方，第２の切削ユニット２０ｂは，第２の切削ブレードを超音波振動させずに被加工物を切削する切削手段である。

このような切削装置１０’により，図５に示した複合部材７０のうち，結晶材部分であるシリコン部７１は，超音波振動しない通常の切削手段である第２の切削ユニット２０ｂで切削し，非結晶材部分であるガラス部７３は，超音波振動切削手段である第１の切削ユニット２０ａで切削することができる。

以上，本実施形態にかかる切削装置１０の構成について説明した。次に，切削装置１０を用いて，結晶材と非結晶材複合材料とからなる複合材料の切削方法について説明する。

まず，図５に基づいて，本実施形態における被加工物である複合材料の構成について説明する。図５（ａ）は，本実施形態における複合材料を示す概略斜視図であり，図５（ｂ）は，本実施形態における複合材料の一部断面図である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように，本実施形態における複合材料７０は，結晶材部分であるシリコン部７１と非結晶材部分であるガラス部７３とが，接着剤７５で張り合わされて形成されている。各部分の厚さは，例えば，シリコン部７１が約１００μｍ，ガラス部７３が約７００μｍとすることができ，シリコン部７１とガラス部７３とを張り合わせる接着剤７５は，例えば約４５〜１００μｍとすることができる。シリコン部７１のガラス部７３と対向する面側には，回路面が形成されており，この回路面に接着剤７５を設けてガラス部７３を貼り付けた構成となっている。ここで，結晶材とは，一定方向に割れ易い性質であるへき開性を有する材料を指し，例えば，シリコン，リチウムタンタレート，窒化ガリウム，および炭化ケイ素等である。一方，非結晶材とは，へき開性がない（一方向性のない）材料を指し，例えば，ガラスやセラミックス等である。

このような結晶材部分と非結晶材部分とからなる複合材料７０を，チッピング等を生じることなく好適に切削する方法として，例えば，以下に示す第１〜第４の切削方法がある。

（第１の切削方法）
まず，図６および図７に基づいて，複合材料７０に対する第１の切削方法について説明する。ここで，図６は，第１の切削方法による切削過程を示した説明図である。また，図７は，第１の切削方法を示すフローチャートである。

第１の切削方法では，まず，複合材料７０のガラス部７３の表面にダイシングテープ１３を貼り付けた後，シリコン部７１を上方に向けて，ダイシングテープ１３とチャックテーブル１５とが接触した状態で，複合材料７０をチャックテーブル１５上に載置する（ステップＳ１１：被加工物載置ステップ）。

ここで，シリコン部７１を上方に向けて複合部材７０をチャックテーブル１５に載置させると，切断ラインであるストリートがシリコン部７１側からは見えない。このため，例えば赤外線（ＩＲ）カメラを使用してストリートを認識する必要がある。しかし，ガラス部７３は，図５（ｂ）に示すように厚みを有しており，この厚みの分，シリコン部７１に形成された回路とダイシングテープ１３との間には距離がある。このため，ダイシングテープ１３をガラス部７３から剥がす際の衝撃がシリコン部７１に形成された回路に伝わりにくいので，回路が損傷しにくいという利点がある。

次いで，第２の切削モードに設定された切削ブレード２２により，結晶材部分を切削する（ステップＳ１３：結晶材部分切削ステップ）。本実施形態にかかる切削方法では，結晶材部分を，超音波振動しない切削ブレード２２により切削する。そこで，図６（ａ）に示すように，上面側に置かれたシリコン部７１に，超音波振動しない第２の切削モードに設定された切削ブレード２２の切削砥石部２３を切り込ませて，切削砥石部２３の刃先が接着剤７５に達するまで，すなわち，接着剤７５の厚み（約４５〜１００μｍ）の範囲内に位置するまで切削する。こうして，シリコン部７１を完全に切断する。

ステップＳ１３によるシリコン部７１の切削が終了すると，切削ブレード２２は，一旦複合材料７０から引き出される（ステップＳ１５：切削ブレード引出ステップ）。図６（ｂ）に示すように，切削ブレード２２の切削砥石部２３が完全に複合材料７０の内部から引き出される。

その後，第１の切削モードに設定された切削ブレード２２により，切削されていない非結晶材部分を切削する（ステップＳ１７：非結晶材部分切削ステップ）。本実施形態にかかる切削方法では，非結晶材部分を径方向に超音波振動する切削ブレード２２により切削する。そこで，図６（ｃ）に示すように，切削ブレード２２を径方向に超音波振動する第１の切削モードに設定し，ステップＳ１３により形成された切削溝に切削砥石部２３を挿入させて，ガラス部７３を切削する。そして，切削砥石部２３の刃先がダイシングテープ１３に達したとき，切削を終了する。こうして，ガラス部７３まで完全に切断させることができる。

このように，第１の切削方法では，シリコン部７１を上面にしてチャックテーブル１５に載置された複合材料７０を，シリコン部７１は第２の切削モード，ガラス部７３は第１の切削モードに設定された切削ブレード２２により切削する。これにより，結晶材と非結晶材とからなる複合部材を良好に切削することが可能となる。

（第２の切削方法）
次に，図８および図９に基づいて，複合材料７０に対する第２の切削方法について説明する。ここで，図８は，第２の切削方法により切削される複合材料７０の切削状態を示した説明図である。また，図９は，第２の切削方法を示すフローチャートである。

第２の切削方法では，まず，複合材料７０のシリコン部７１の表面にダイシングテープ１３を貼り付けた後，ガラス部７３を上方に向けて，ダイシングテープ１３とチャックテーブル１５とが接触した状態で，複合材料７０をチャックテーブル１５上に載置する（ステップＳ２１：被加工物載置ステップ）。

ここで，ガラス部７３を上方に向けて複合部材７０をチャックテーブル１５に載置させる場合は，通常のカメラによってストリートを認識することができる。しかし，シリコン部７１は，図５（ｂ）に示すように，ガラス部７３と比較して薄いので，粘着力のあるダイシングテープ１３をシリコン部７１から剥がす際の衝撃がシリコン部７１に形成された回路に伝わりやすく，回路が損傷し易いという問題がある。

次いで，第１の切削モードに設定された切削ブレード２２により，非結晶材部分を切削する（ステップＳ２３：非結晶材部分切削ステップ）。本実施形態にかかる切削方法では，非結晶材部分を，径方向に超音波振動する切削ブレード２２により切削する。そこで，図８（ａ）に示すように，上面側に置かれたガラス部７３に，径方向に超音波振動する第１の切削モードに設定された切削ブレード２２の切削砥石部２３を切り込ませて，切削砥石部２３の刃先が接着剤７５に達するまで，すなわち，接着剤７５の厚み（約４５〜１００μｍ）の範囲内に位置するまで切削する。こうして，ガラス部７３を完全に切断する。

ステップＳ２３によるガラス部７３の切削が終了すると，切削ブレード２２は，一旦複合材料７０から引き出される（ステップＳ２５：切削ブレード引出ステップ）。図８（ｂ）に示すように，切削ブレード２２の切削砥石部２３が完全に複合材料７０の内部から引き出される。

その後，第２の切削モードに設定された切削ブレード２２により，切削されていない結晶材部分を切削する（ステップＳ２７：結晶材部分切削ステップ）。本実施形態にかかる切削方法では，結晶材部分を超音波振動されない切削ブレード２２により切削する。そこで，図８（ｃ）に示すように，切削ブレード２２を超音波振動しない第２の切削モードに設定し，ステップＳ２３により形成された切削溝に切削砥石部２３を挿入させて，シリコン部７１を切削する。そして，切削砥石部２３の刃先がダイシングテープ１３に達したとき，切削を終了する。こうして，シリコン部７１まで完全に切断させることができる。

このように，第２の切削方法では，ガラス部７３を上面にしてチャックテーブル１５に載置された複合材料７０を，ガラス部７３は第１の切削モード，シリコン部７１は第２の切削モードに設定された切削ブレード２２により切削する。これにより，結晶材と非結晶材とからなる複合部材を良好に切削することが可能となる。

（第３の切削方法）
次に，図１０および図１１に基づいて，複合材料７０に対する第３の切削方法について説明する。ここで，図１０は，第３の切削方法により切削される複合材料７０の切削状態を示した説明図である。また，図１１は，第３の切削方法を示すフローチャートである。

第３の切削方法では，まず，シリコン部７１を上方に向けて，複合材料７０をチャックテーブル１５上に載置する（ステップＳ３１：被加工物載置ステップ）。ここで，複合部材７０は，シリコン部７１を上方に向けてチャックテーブル１５に載置されるので，ストリートを認識するために，例えば赤外線（ＩＲ）カメラが使用される。

次いで，第２の切削モードに設定された切削ブレード２２により，結晶材部分を切削する（ステップＳ３３：結晶材部分切削ステップ）。本実施形態にかかる切削方法では，結晶材部分を，超音波振動されない切削ブレード２２により切削する。そこで，図１０（ａ）に示すように，上面側に置かれたシリコン部７１に，超音波振動しない第２の切削モードに設定された切削ブレード２２の切削砥石部２３を切り込ませて，切削砥石部２３の刃先が接着剤７５に達するまで，すなわち，接着剤７５の厚み（約４５〜１００μｍ）の範囲内に位置するまで切削する。こうして，シリコン部７１を完全に切断させる。

ステップＳ３３によるシリコン部７１の切削が終了すると，切削ブレード２２は，一旦複合材料７０から引き出される（ステップＳ３５：切削ブレード引出ステップ）。図１０（ｂ）に示すように，切削ブレード２２の切削砥石部２３が完全に複合材料７０の内部から引き出される。

切削ブレード２２が引き出された後，チャックテーブル上の複合材料７０を反転させる（ステップＳ３７：反転ステップ）。このとき，複合材料７０は，切削されたシリコン部７１の表面にダイシングテープ１３が貼り付けられて，チャックテーブル１５に載置される。

その後，第１の切削モードに設定された切削ブレード２２により，切削されていない非結晶材部分を切削する（ステップＳ３９：非結晶材部分切削ステップ）。本実施形態にかかる切削方法では，非結晶材部分を径方向に超音波振動する切削ブレード２２により切削する。そこで，図１０（ｃ）に示すように，切削ブレード２２を径方向に超音波振動する第１の切削モードに設定し，ステップＳ３３において形成された切削溝の位置と一致するように，切削砥石部２３をガラス部７３に切り込ませて，ガラス部７３とステップＳ３３で切削されなかった接着剤７５とを切削する。そして，ガラス部７３に形成された切削溝がステップＳ３３において形成された切削溝と貫通したとき，切削を終了する。

第３の切削方法は，複合材料７０に対して逆方向から切削ブレード２２を切り込ませることによって行う。このため，一度複合部材７０を反転させる工程が必要であり，さらに，かかる切削においては，シリコン部７１側から形成された切削溝とガラス部７３側から形成された切削溝との形成位置を一致させる精度が要求される。

このように，第３の切削方法では，まず，シリコン部７１を上面にしてチャックテーブル１５に載置された複合材料７０のシリコン部７１を，第２の切削モードに設定された切削ブレード２２により切削する。その後，複合部材７０を反転させてガラス部７３を上面にしてチャックテーブルに載置する。そして，ガラス部７３を第１の切削モードに設定された切削ブレード２２により切削する。これにより，結晶材と非結晶材とからなる複合材料７０を良好に切削することが可能となる。

（第４の切削方法）
次に，図１２および図１３に基づいて，複合材料７０に対する第４の切削方法について説明する。ここで，図１２は，第４の切削方法により切削される複合材料７０の切削状態を示した説明図である。また，図１３は，第４の切削方法を示すフローチャートである。

第４の切削方法では，まず，ガラス部７３を上方に向けて，複合材料７０をチャックテーブル１５上に載置する（ステップＳ４１：被加工物載置ステップ）。このとき，第３の切削方法のステップＳ３１と同様に，チャックテーブル１５に対向するガラス部７３とチャックテーブル１５とは，例えばダイシングテープ１３により固定されていなくともよい。

次いで，第１の切削モードに設定された切削ブレード２２により，非結晶材部分を切削する（ステップＳ４３：非結晶材部分切削ステップ）。本実施形態にかかる切削方法では，非結晶材部分を，径方向に超音波振動される切削ブレード２２により切削する。そこで，図１２（ａ）に示すように，上面側に置かれたガラス部７３に，径方向に超音波振動する第１の切削モードに設定された切削ブレード２２の切削砥石部２３を切り込ませて，切削砥石部２３の刃先が接着剤７５に達するまで，すなわち，接着剤７５の厚み（約４５〜１００μｍ）の範囲内に位置するまで切削する。こうして，ガラス部材７３を完全に切断させる。

ステップＳ４３によるガラス部７３の切削が終了すると，切削ブレード２２は，一旦複合材料７０から引き出される（ステップＳ４５：切削ブレード引出ステップ）。図１２（ｂ）に示すように，切削ブレード２２の切削砥石部２３が完全に複合材料７０の内部から引き出される。

切削ブレード２２が引き出された後，チャックテーブル１５上の複合材料７０を反転させる（ステップＳ４７：反転ステップ）。このとき，複合材料７０は，切削されたガラス部７３の表面にダイシングテープ１３が貼り付けられて，チャックテーブル１５に載置される。ここで，複合部材７０は，シリコン部７１を上方に向けてチャックテーブル１５に載置されるので，ストリートを認識するために，例えば赤外線（ＩＲ）カメラを使用する。

その後，第２の切削モードに設定された切削ブレード２２により，切削されていない結晶材部分を切削する（ステップＳ４９：結晶材部分切削ステップ）。本実施形態にかかる切削方法では，結晶材部分を超音波振動されない切削ブレード２２により切削する。そこで，図１２（ｃ）に示すように，切削ブレード２２を超音波振動されない第２の切削モードに設定し，ステップＳ４３において形成された切削溝の位置と一致するように，切削砥石部２３をシリコン部７１に切り込ませて，シリコン部７１とステップＳ４３において切削されなかった接着剤７５とを切削する。そして，シリコン部７１に形成された切削溝がステップＳ４３において形成された切削溝と貫通したとき，切削を終了する。

第４の切削方法は，第３の切削方法と同様，複合材料７０に対して逆方向から切削ブレード２２を切り込ませることによって行う。このため，一度複合部材７０を反転させる工程が必要であり，さらに，かかる切削においては，シリコン部７１側から形成された切削溝とガラス部７３側から形成された切削溝との形成位置を一致させる精度が要求される。

このように，第４の切削方法では，まず，ガラス部７３を上面にしてチャックテーブル１５に載置された複合材料７０のガラス部７３を，第１の切削モードに設定された切削ブレード２２により切削する。その後，複合部材７０を反転させてシリコン部７１を上面にしてチャックテーブル１５に載置する。そして，シリコン部７１を第１の切削モードに設定された切削ブレード２２により切削する。これにより，結晶材と非結晶材とからなる複合部材を良好に切削することが可能となる。

以上，第１〜第４の切削方法について説明した。このように，複合部材７０を構成する結晶材部分と非結晶材部分それぞれに適した切削モードによって各部材を切削することにより，複合部材を良好に切削することができる。なお，第１の切削方法および第２の切削方法では，シリコン部７１の切削加工とガラス部７３の切削加工は，複合材料７０に対して同一方向から切削ブレード２２を切り込ませることによって行う。一方，第３の切削方法および第４の切削方法では，複合材料７０に対して逆方向から切削ブレード２２を切り込ませることによって行う。このため，一度複合部材７０を反転させる工程が必要であり，さらに，かかる切削においては，シリコン部７１側に形成された切削溝とガラス部７３側に形成された切削溝とを同一の位置に合わせる精度が要求される。

また，上記第１〜第４の切削方法では，切削装置１０を用いた場合について説明したが，図１４に示す切削装置１０’を用いた場合も，非結晶材部分を超音波振動切削手段である第１の切削ユニット２０ａとで切削し，結晶材部分を通常の切削手段である第２の切削ユニット２０ｂとで切削することによって，同様に複合部材７０を切削することができる。

以上，第１の実施形態にかかる切削装置およびこの切削装置を用いる複合材料の切削方法について説明した。このように，ガラスなどの非結晶材を超音波振動する切削ブレード２２によって切削し，一方，シリコンなどの結晶材を超音波振動しない切削ブレード２２によって切削することによって，結晶材と非結晶材とからなる複合部材７０をチッピングを発生させることなく良好に切削することができる。

次に，上記に示した複合材料７０の切削方法による効果を確認するため，切削装置１０を使用して，第１の切削方法により複合材料７０を切削した。この実施例を以下に示す。

（実施例）
実施例として使用する切削装置は，１つの切削手段で，切削ブレードを径方向に超音波振動させて切削する切削モード（第１の切削モード）と，切削ブレードを超音波振動させないで切削する通常の切削モード（第２の切削モード）とを切り替えて使用することができる。切削モードの切替は，超音波振動子の電源をオンオフして行うことができる。かかる切削装置を用いて，以下の切削条件でシリコンとガラスとを接着剤により接合させた複合材料を切削した。なお，本実施例で使用した複合材料の大きさは２インチであり，シリコン部の厚さは約１００μｍ，ガラス部の厚さは約７００μｍ，接着剤の厚さは約１００μｍである。

まず，チャックテーブルに，シリコン部を上面として複合材料を載置して，シリコン部側から切削を行った。シリコン部の切削は，超音波振動させない通常の切削モードに設定された切削ブレードにより行う。このときの切削ブレードの切り込み深さは，シリコン部の厚さ（約１００μｍ）以上であり，シリコン部の厚みに接着剤の厚みを加えた範囲，すなわち，切削ブレードの切り込み位置（複合部材の切削ブレードと対向する面）から約１００〜２００μｍ内であればよい。

次いで，シリコン部を格子状に切削した後，ガラス部を格子状に切削した。ガラス部の切削は，径方向に超音波振動する切削モードに設定された切削ブレードにより切削する。ここで，ガラス部は，シリコン部に形成された切削溝に対して超音波振動する切削ブレードを挿入して行う２段切りによって切削された。このときの切削ブレードの切り込み深さは，切削ブレードの切り込み位置から約９００μｍ以上，すなわちシリコン部と接着剤とガラス部の各厚みの和にダイシングテープの厚みを加えた範囲であればよい。

なお，かかる切削に使用された切削ブレードは，電鋳ブレード（＃２０００，厚さ０．０７ｍｍ）であり，スピンドル回転数は約１５ｋｒｐｍ，切削ブレードの送り速度は，シリコン部切削時が約１０ｍｍ／ｓｅｃ，ガラス部切削時が約１ｍｍ／ｓｅｃであった。また，本実施例において使用した超音波振動子（電歪振動子）の出力周波数は約７０ｋＨｚであり，このとき切削ブレードの刃先の振幅は約５μｍであった。

このような切削条件において複合部材を切削したところ，シリコン部表面のチッピングの大きさは最大約１３μｍ，ガラス部裏面のチッピングの大きさは最大約５μｍであった。また，シリコン部裏面，すなわち接着剤が塗布された面では，クラックは全く発生しなかった。これより，ガラス部を径方向に超音波振動する切削ブレードにより切削し，シリコン部を超音波振動させない切削ブレードにより切削することで，結晶材と非結晶材とからなる複合材料を好適に加工できることがわかる。なお，図１４に示す切削装置１０’を用いて，第１の切削方法により複合材料７０を切削した場合も，上記と同様の結果が得られた。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，被加工物の切削方法および被加工物を切削する切削装置に適用可能であり，特に，複合材料の切削方法および複合材料を切削する切削装置に適用可能である。

本発明の第１の実施形態にかかる切削装置を示す概略斜視図である。 同実施形態にかかる切削ユニットを示す斜視図である。 同実施形態にかかる切削ユニットにおけるスピンドルハウジングの内部構成を示す縦断面図である。 同実施形態にかかる切削ブレードを径方向に超音波振動させる原理を示す説明図である。 図５（ａ）は，同実施形態における複合材料を示す概略斜視図であり，図５（ｂ）は，同実施形態における複合材料の一部断面図である。 第１の切削方法による切削過程を示した説明図である。 第１の切削方法を示すフローチャートである。 第２の切削方法による切削過程を示した説明図である。 第２の切削方法を示すフローチャートである。 第３の切削方法による切削過程を示した説明図である。 第３の切削方法を示すフローチャートである。 第４の切削方法による切削過程を示した説明図である。 第４の切削方法を示すフローチャートである。 同実施形態にかかる切削装置の変形例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１０，１０’ 切削装置
１３ ダイシングテープ
１５ チャックテーブル
２０ 切削ユニット
２０ａ 第１の切削ユニット
２０ｂ 第２の切削ユニット
２１ 基台部
２２ 切削ブレード
２３ 切削砥石部
２４ 先端部
２５ スピンドル
２６ スピンドルハウジング
２９ ボルト
３３ ＰＺＴ振動子
７０ 複合部材
７１ シリコン部
７３ ガラス部
７５ 接着剤

Claims (5)

1. 切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する第１の切削モードと，前記切削ブレードを超音波振動させずに被加工物を切削する第２の切削モードとを切替可能な切削手段を備える切削装置を用いて，結晶材と非結晶材とが接合された複合材料を切削する切削方法であって，
   前記切削装置を前記第１の切削モードに設定して，径方向に超音波振動する前記切削ブレードにより前記複合材料の非結晶材部分を切削する工程と；
   前記切削装置を前記第２の切削モードに設定して，超音波音波振動しない前記切削ブレードにより前記複合材料の結晶材部分を前記第２の切削モードで切削する工程と；
   を含むことを特徴とする，切削方法。
2. 第１の切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する第１の切削手段と，第２の切削ブレードを超音波振動させずに被加工物を切削する第２の切削手段と，を備える切削装置を用いて，結晶材と非結晶材とが接合された複合材料を切削する切削方法であって，
   前記複合材料の非結晶材部分を前記第１の切削手段によって切削する工程と；
   前記複合材料の結晶材部分を前記第２の切削手段によって切削する工程と；
   を含むことを特徴とする，切削方法。
3. 前記非結晶材部分の切削加工と，前記結晶材部分の切削加工とは，前記複合材料に対して同一方向から前記切削ブレードを切り込ませて行われることを特徴とする，請求項１または２に記載の切削方法。
4. 前記非結晶材部分の切削加工と，前記結晶材部分の切削加工とは，前記複合材料に対して反対方向から前記切削ブレードを切り込ませて行われることを特徴とする，請求項１または２に記載の切削方法。
5. 前記非結晶材はガラスであり，前記結晶材はシリコンであることを特徴とする，請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削方法。

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