JP2005079265A - 背圧センサを備えた加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴出ノズルが被加工物に接近することにより被加工物を検出する構成の背圧センサを備えた加工装置において、背圧センサの故障に起因して噴出ノズルが被加工物に衝突することによる被加工物の破損を防止する。
【解決手段】背圧センサ４を備えた加工装置１において、背圧センサ４は、噴出ノズル４０がエアーの噴出方向と反対の方向に自由移動可能であると共に、噴出ノズル４０が自由移動したことを検出する自由移動検出センサ４３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、背圧センサを備えた各種の加工装置に関するものである。

各種の加工装置においては、加工を行うに当たり、被加工物の位置、厚さ等を予め検出することが必要となる場合がある。

例えば、各種の電子機器に利用される半導体チップは、表面側に回路が複数形成された半導体ウェーハを切削装置等を用いてダイシングすることにより形成されるが、電子機器の小型化、軽量化を図るために半導体チップもより薄く形成することが望まれており、この要望に応えるために、先ダイシングと称される技術が実用に供されている。

この先ダイシングとは、最終的な半導体チップの厚さに相当する深さの溝を予め半導体ウェーハの表面に形成しておき、その後に半導体ウェーハの裏面を研削することにより当該溝を裏面側から表出させて個々の半導体チップに分割する技術であるため、表面に形成する溝の深さが所定の深さになるように、溝の形成に先だって半導体ウェーハの表面の垂直方向の位置を認識しておく必要がある。そこで、溝の形成に切削装置を用いる場合には、切削装置に背圧センサを搭載し、背圧センサを用いて半導体ウェーハの表面の位置を検出することも行われている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示された背圧センサにおいては、エアーを噴出する噴出ノズルが、パルスモーターやボールネジからなる駆動機構によって昇降する構成となっている。

特開２００１−２９８００３号公報

しかしながら、噴出ノズル、エアーが流通するパイプ、圧力の測定系統等の故障によって噴出ノズルの移動（下降）が止まらなくなって暴走すると、噴出ノズルが半導体ウェーハに衝突して半導体ウェーハを損傷させるという問題がある。このような問題は、切削装置に限らず、噴出ノズルが被加工物に対して接近する構成の背圧センサを備えた他の加工装置においても生じる問題である。

このように、噴出ノズルが被加工物に接近することにより被加工物を検出する構成の背圧センサを備えた加工装置においては、噴出ノズルが被加工物に衝突するのを防止して被加工物の損傷を防止することに課題を有しており、本発明は、かかる課題を解決することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための背圧センサを備えた加工装置に関するもので、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の加工面の位置を検出する背圧センサと、チャックテーブルに保持された被加工物の加工面に加工を施す加工手段とから構成される。この加工装置において、背圧センサは、被加工物に対してエアーを噴出する噴出ノズルと、噴出ノズルをエアーの噴出方向または噴出方向と反対の方向に駆動して被加工物に対して接近または離反させる噴出ノズル駆動部と、噴出ノズルにエアーを供給するエアー供給源と、噴出ノズルとエアー供給源とを連結する第一の経路と、エアー供給源に連結されエアーを大気に解放する第二の経路と、第一の経路と第二の経路とに連結され第一の経路の圧力と第二の経路の圧力との差に対応した電圧を出力する差圧センサと、差圧センサが出力した電圧の値を認識する制御部とから構成され、噴出ノズルがエアーの噴出方向と反対の方向に自由移動可能であると共に、噴出ノズルが自由移動したことを検出する自由移動検出センサが配設されたことを特徴とする。

そして、上記背圧センサを備えた加工装置において、自由移動検出センサは噴出ノズルが自由移動したことを噴出ノズル駆動部に通知する機能を有し、噴出ノズル駆動部は通知を受けたときに噴出ノズルを被加工物から離反させる方向に駆動する機能を有すること、加工手段は、回転軸と、回転軸の先端に装着された回転ブレードと、回転軸を回転可能に支持するスピンドルハウジングとを備えた切削手段であり、噴出ノズルは、スピンドルハウジングに直接的または間接的に装着され、回転ブレードを被加工物に対して接近または離反させる切削手段駆動部を備え、切削手段駆動部が噴出ノズル駆動部を兼ねる構成としたこと、噴出ノズルはエアーピストンに対して自由移動可能に装着され、自由移動検出センサは噴出ノズルが被加工物に接触したことを検出するリミットスイッチであること、スピンドルハウジングには、被加工物の特定の領域を検出するアライメント手段が装着され、アライメント手段に背圧センサが装着されることを付加的要件とする。

本発明においては、噴出ノズルがエアーの噴出方向と反対の方向に自由移動可能であり、噴出ノズルの自由移動を検出する自由移動検出センサを備えたことにより、噴出ノズルを被加工物に接近する方向に移動させていった際に、噴出ノズルが被加工物に接触した場合には噴出ノズルが自由移動し、その自由移動が自由移動検出センサによって検出される。従って、背圧センサを構成する噴出ノズル、エアーが流通するパイプ、ダイヤフラム等の圧力の測定系統に故障が生じたとしても、被加工物が損傷するのを防止することができる。

また、自由移動検出センサが、噴出ノズルが自由移動したことを噴出ノズル駆動部に通知する機能を有し、噴出ノズル駆動部が、その通知を受けたときに噴出ノズルを被加工物から離反させる方向に駆動する機能を有することにより、噴出ノズルと被加工物とが接触した状態を直ちに回避することができるため、より安全である。

更に、加工手段が切削手段である場合において、切削手段駆動部が噴出ノズル駆動部を兼ねる構成とすることにより、装置の構成が簡略化されると共に、回転ブレード及び噴出ノズルの制御も容易となる。

背圧センサを備えた加工装置としては、例えば図１に示す切削装置１がある。この切削装置１には、Ｙ軸方向に配設された回転軸２０と、回転軸２０の先端に装着された回転ブレード２１と、回転軸２０を回転可能に支持するスピンドルハウジング２２とから構成される切削手段２を備えている。切削手段２は、被加工物の加工面に加工を施す加工手段である。

スピンドルハウジング２２の側部には、被加工物の特定の領域、例えば切削すべき領域や切削溝が形成された領域を撮像手段３０によって撮像して検出するアライメント手段３が固定されており、更に、アライメント手段３には被加工物の加工面の位置を検出する背圧センサ４が装着されており、背圧センサ４はアライメント手段３を介して間接的にスピンドルハウジング２２に固定された構成となっている。なお、アライメント手段３を介さずに背圧センサ４を直接スピンドルハウジング２２に固定してもよい。

切削手段２は、Ｙ軸スライダー５によってＹ軸方向に移動可能に支持されている。Ｙ軸スライダー５は、Ｙ軸方向に配設されたＹ軸ガイドレール５０と、Ｙ軸ガイドレール５０に摺動可能に支持されたＹ軸移動基台５１と、Ｙ軸移動基台５１に形成されたナット（図示せず）に螺合するＹ軸ボールネジ５２と、Ｙ軸ボールネジ５２を回転駆動するＹ軸パルスモータ５３とから構成され、Ｙ軸パルスモータ５３に駆動されてＹ軸ボールネジ５２が回動することにより切削手段２がＹ軸方向に移動する構成となっている。

また、切削手段２１をＺ軸方向に駆動する切削手段駆動部６は、壁部６０の側面においてＺ軸方向に配設されたＺ軸ガイドレール６１と、切削手段２を支持すると共にＺ軸ガイドレール６１に摺動可能に支持された支持部６２と、Ｚ軸方向に配設されて支持部６２に形成されたナット（図示せず）に螺合するＺ軸ボールネジ（図示せず）と、Ｚ軸ボールネジを回転駆動するＺ軸パルスモータ６３とから構成され、Ｚ軸パルスモータ６３に駆動されてＺ軸ボールネジが回動することにより支持部６２が昇降してスピンドルハウジング２２を昇降させ、これに伴い回転ブレード２１を被加工物に対して接近または離反させる構成となっている。切削手段駆動部６を構成するＺ軸パルスモータ６３には制御部７が接続されており、制御部７から供給されるパルス信号によってＺ軸パルスモータ６３が動作する。パルス数とＺ軸パルスモータ６３の回転に伴う切削手段２の昇降量との間には一定の関係がある。

切削装置１には、被加工物を保持するチャックテーブル８を備えている。チャックテーブル８は、Ｘ軸移動テーブル８０によって回転可能に支持され、Ｘ軸移動テーブル８０はＸ軸スライダー９によってＸ軸方向に移動可能に支持されている。

ここで、Ｘ軸スライダー９は、Ｘ軸方向に配設されたＸ軸ガイドレール９０と、Ｘ軸ガイドレール９０に摺動可能に支持されたＸ軸移動基台９１と、Ｘ軸移動基台９１に形成されたナット部（図示せず）に螺合するＸ軸ボールネジ９２と、Ｘ軸ボールネジ９２を回転駆動するＸ軸パルスモータ９３とから構成されており、チャックテーブル８を回転可能に支持するＸ軸移動テーブル８０はＸ軸移動基台９１に固定されており、Ｘ軸パルスモータ９３に駆動されてＸ軸ボールネジ９２が回動することによりチャックテーブル８がＸ軸方向に移動する構成となっている。

チャックテーブル８に保持された被加工物１０を切削する際は、Ｘ軸パルスモータ９３に駆動されてＸ軸ボールネジ９２が回動することによってチャックテーブル８が＋Ｘ方向に移動すると共に、Ｙ軸パルスモータ５３に駆動されてＹ軸ボールネジ５２が回動することによって切削手段２がＹ軸方向に移動して回転ブレード２１が適宜の位置に位置付けられ、更にＺ軸パルスモータ６３に駆動されてＺ軸ボールネジが回動することによってスピンドルハウジング２２が下降して高速回転する回転ブレード２１が被加工物１０の所定の位置に切り込んでいく。被加工物１０における回転ブレード２１によって切削される位置は、アライメント手段３によって検出される。

切削手段駆動部６を構成するＺ軸パルスモータ６３は、制御部７から供給されるパルス信号によって制御されるため、被加工物１０に対する回転ブレード２１の切り込み量は制御部７によって制御される。また、制御部７は、Ｚ軸パルスモータ６３に供給するパルス数によって、回転ブレード２１のＺ軸方向の位置を認識することができる。

アライメント手段３を介してスピンドルハウジング２２に固定された背圧センサ４には、被加工物１０に対してエアーを噴出する噴出ノズル４０を備えている。噴出ノズル４０は、切削手段駆動部６に駆動されてエアーの噴出方向またはその反対の方向に移動可能となっており、本実施形態では切削手段駆動部６が噴出ノズル駆動部を兼ねている。背圧センサ４においては、噴出ノズル４０がエアーピストン４１の先端に装着され、エアーピストン４１はエアーシリンダ４２に対して上下方向（Ｚ軸方向）に自由移動可能となっている。また、エアーピストン４１の下方には、噴出ノズル４０の下降を制限すると共に、噴出ノズル４０が上方に自由移動したことを検出する自由移動検出センサ４３が配設されている。

背圧センサ４において、噴出ノズル４０は第一の経路４４を介してエアー供給源４５と連結されている。一方、エアー供給源４５には第二の経路４６も接続されており、第二の経路４６は大気に通じている。エアー供給源４５からは、第一の経路４４と第二の経路４６とに等しい割合で気体が供給されている。

第一の経路４４と第二の経路４６との間には差圧センサ４７が連結されている。この差圧センサ４７にはダイヤフラム４７０を備えており、ダイヤフラム４７０は第一の経路４４の圧力と第二の経路４６の圧力との差に応じて変位する。差圧センサ４７においては、ダイヤフラム４７０の変位量に対応した電圧が制御部７に対して出力される。

噴出ノズル４０は、先端の噴出口４００が被加工物１０に対峙する方向に向いており、エアーピストン４１が下降することにより、被加工物１０と噴出口４００とを接近させることができる。

噴出ノズル４０がエアー噴出方向と反対の方向へ自由移動したことは、自由移動検出センサ４３によって検出される。自由移動検出センサ４３は、例えばリミットスイッチにより構成され、噴出ノズル４０の噴出口４００が被加工物１０の加工面１００に接触したことを認識し、噴出ノズル４０の更なる下方への下降を阻止すると共に、噴出ノズル４０と被加工物１０との接触を防止することができる。

自由移動検出センサ４３は切削手段駆動部６のＺ軸パルスモータ６３に接続されており、噴出ノズルが被加工物１０に接触したことを自由移動検出センサ４３が検出すると、その旨が噴出ノズル駆動部６に通知される。なお、図１の例では切削手段駆動部６が噴出ノズル駆動部を兼ねた構成となっているが、切削手段駆動部と噴出ノズル駆動部とを別々に構成してもよい。

噴出ノズル４０の噴出口４００からのエアーの噴出方向に障害物がない場合は、第二の経路４６と同様に第一の経路４４も大気に解放されることになるため、第一の経路４４の圧力と第二の経路４６の圧力とは等しくなり、差圧センサ４７のダイヤフラム４７０は平衡状態となり、差圧センサ４７から出力される電圧値は例えば１ボルトとなる。一方、噴出ノズル４９の噴出口４００が被加工物１０に接近した状態では、噴出口４００から噴出されたエアーが被加工物１０に反射することにより第一の経路４４の圧力が変化してダイヤフラム４７０が平衡状態でなくなり、噴出口４００と被加工物１０との距離に応じた電圧が差圧センサ４７から出力される。

差圧センサ４７には制御部７が接続されており、制御部７は、差圧センサ４７が出力した電圧の値を読み取り、その値に応じて切削手段駆動部６（Ｚ軸パルスモータ６３）を制御する。制御部７には記憶部７０が接続されている。記憶部７０には、図２に示す噴出ノズル４０の噴出口４００から被加工物１０の加工面１００までの距離Ｈと差圧センサ４７から出力される電圧の値との関係が対応情報として予め記憶されており、制御部７は、差圧センサ４７から出力された電圧の値と記憶部７０に記憶された対応情報に基づいて噴出口４００と加工面１００との距離を求めることができる。

上記対応情報を求めるにあたっては、最初に、噴出ノズル４０を下降させて噴出口４００を加工面１００に接触させ、この位置を原点として制御部７に認識させる。次に、噴出ノズル４０を上昇させて所定の高さで停止させ、その所定の高さから徐々に下降させていくことによって噴出口４００と加工面１００との間隔を狭めていきながら電圧値を測定していく。原点から噴出口４００までの距離は、制御部７からＺ軸パルスモータ６３に対して供給されたパルス数から求めることができるため、その原点から噴出口４００までの距離Ｈと測定した電圧値とを対応付けた図３に示すような結果を得ることができる。この結果を対応情報として記憶部７０に記憶させておく。

記憶部７０に対応情報が記憶されると、次に、切削を行うにあたっての基準位置を求める。その手順を図４のフローチャートに沿って図５も参照して以下に説明する。まず、制御部７が切削手段駆動部６のＺ軸パルスモータ６３を駆動することにより、図５（Ａ）に示すように、噴出ノズル４０を下降させていく（ステップＳ１）。このとき、噴出ノズル４０は自由移動検出センサ４３に接触した状態となっている。

図５（Ｂ）に示すように、例えばダイヤフラム４７０が故障していて適正な電圧を検出できないために、例えば加工面１００から１００μｍの位置を検出してＺ軸パルスモータ６３を停止させることができず、噴出ノズル４０の噴出口４００が被加工物１０の加工面１００に接触した場合は、噴出ノズル４０が自由移動検出センサ４３を離れて上方に自由移動すると共に、自由移動検出センサ４３によってその接触が検出されて制御部７に通知される。そして、制御部７は、図５（Ｃ）に示すように、切削手段駆動部６のＺ軸パルスモータ６３を制御することにより、エアーピストン４１と共に噴出ノズル４０を上昇させる（ステップＳ２、Ｓ３）。

上記のようにして噴出ノズル４０を下降させる際に、噴出ノズル４０や差圧センサ４７等が故障していると、差圧センサ４７から出力される電圧の値が正常でないために、従来は噴出ノズル４０が必要以上に下降することにより被加工物１０に衝突して被加工物１０を損傷させるおそれがあった。しかし、自由移動検出センサ４３によって噴出口４００が被加工物１０に接触したことが検知される上に、噴出ノズル４０は上方に自由移動可能であるため、図５に示すように、被加工物１０と接触すると自動的に上方に押し上げられて、それ以上に噴出ノズル４０が下降することはない。従って、噴出ノズル４０から被加工物１０に対して強い力がかけられることがないため、被加工物１０が損傷することはない。

背圧センサ４が正常な場合は、噴出ノズル４０を下降させながら制御部７が逐次差圧センサ４７から出力される電圧の値を読み取り（ステップＳ４）、所定の位置決め電圧と一致するかどうかを判断することにより、噴出口４００と加工面１００とが所望の距離になるか否かを判断する（ステップＳ５）。この判断は、記憶部７０に記憶された対応情報に基づいて行われる。例えば、噴出口４００と加工面１００との所望の距離が１００μｍの場合は、図３のグラフにおける１００μｍに対応する電圧値である５ボルトが位置決め電圧となり、差圧センサ４７から出力される電圧が５ボルトかどうかを判断する。

そして、制御部７が５ボルトを読み取った時は、噴出口４００と加工面１００との距離が１００μｍとなった時であり、このときの噴出口４００のＺ軸方向の位置を基準位置として制御部７に記憶させると共に切削手段駆動部６を停止させる。噴出口４００のＺ軸方向の位置は、Ｚ軸パルスモータ６３に対するパルス数に基づいて把握される（ステップＳ６）。

このようにして基準位置が求まると、この基準位置を基準として回転ブレード２１を下降させて切削による切り込み量を制御することができる。例えば図６に示すように、回転ブレード２２の下端が噴出口４００のＺ軸方向の位置より１００μｍ下方にある場合は、上記ステップＳ６において求めた基準位置に噴出口４００が位置するときは、回転ブレード２１の下端は被加工物１０の加工面１００に位置することになるため、この基準位置からの下方への駆動量によって回転ブレード２１による切り込み深さを制御することができる。なお、回転ブレード２１により被加工物１０を切削する際は、噴出ノズル４０が邪魔にならないようにエアーピストン４１を上昇させる。

本発明は、自由移動検出センサによって噴出ノズルと被加工物との接触を検出することができるため、被加工物の損傷を防止して安全に加工する用途に利用することができる。

本発明の一例である背圧センサを備えた切削装置を示す斜祖図である。 噴出ノズルと被加工物とを示す正面図である。 記憶部に記憶させる対応情報の一例を示すグラフである。 背圧センサの使用の仕方の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は噴出ノズルを被加工物に向けて下降させる様子を示す説明図であり、（Ｂ）は噴出ノズルの噴出口が加工面に接触して噴出ノズルが自由移動する様子を示す説明図であり、（Ｃ）は噴出ノズルを上昇させる様子を示す説明図である。 噴出ノズルと回転ブレードとの位置関係の一例を示す説明図である。

符号の説明

１：切削装置
２：切削手段
２０：回転軸 ２１：回転ブレード ２２：スピンドルハウジング
３：アライメント手段
３０：撮像手段
４：背圧センサ
４０：噴出ノズル
４００：噴出口
４１：エアーピストン ４２：エアーシリンダ
４３：自由移動検出センサ ４４：第一の経路 ４５：エアー供給源
４６：第二の経路
４７：差圧センサ
４７０：ダイヤフラム
５：Ｙ軸スライダー
５０：Ｙ軸ガイドレール ５１：Ｙ軸移動基台 ５２：Ｙ軸ボールネジ
５３：Ｙ軸パルスモータ
６：切削手段駆動部
６０：壁部 ６１：Ｚ軸ガイドレール ６２：支持部 ６３：Ｚ軸パルスモータ
７：制御部
７０：記憶部
８：チャックテーブル
８０：Ｘ軸移動テーブル
９：Ｘ軸スライダー
９０：Ｘ軸ガイドレール ９１：Ｘ軸移動基台 ９２：Ｘ軸ボールネジ
９３：Ｘ軸パルスモータ
１０：被加工物
１００：加工面

Claims (5)

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の加工面の位置を検出する背圧センサと、該チャックテーブルに保持された被加工物の加工面に加工を施す加工手段とから構成される背圧センサを備えた加工装置であって、
   該背圧センサは、該被加工物に対してエアーを噴出する噴出ノズルと、
   該噴出ノズルを、該エアーの噴出方向または該噴出方向と反対の方向に駆動して、該被加工物に対して接近または離反させる噴出ノズル駆動部と、
   該噴出ノズルにエアーを供給するエアー供給源と、
   該噴出ノズルと該エアー供給源とを連結する第一の経路と、
   該エアー供給源に連結されエアーを大気に解放する第二の経路と、
   該第一の経路と該第二の経路とに連結され該第一の経路の圧力と該第二の経路の圧力との差に対応した電圧を出力する差圧センサと、
   該差圧センサが出力した電圧の値を認識する制御部と
   から構成され、
   該噴出ノズルは、該エアーの噴出方向と反対の方向に自由移動可能であると共に、
   該噴出ノズルが自由移動したことを検出する自由移動検出センサが配設された
   背圧センサを備えた加工装置。
2. 前記自由移動検出センサは、前記噴出ノズルが自由移動したことを前記噴出ノズル駆動部に通知する機能を有し、
   該噴出ノズル駆動部は、該通知を受けたときに該噴出ノズルを前記被加工物から離反させる方向に駆動する機能を有する
   請求項１に記載の背圧センサを備えた加工装置。
3. 前記加工手段は、回転軸と、該回転軸の先端に装着された回転ブレードと、該回転軸を回転可能に支持するスピンドルハウジングとを備えた切削手段であり、
   前記噴出ノズルは、該スピンドルハウジングに直接的または間接的に装着され、
   該回転ブレードを被加工物に対して接近または離反させる切削手段駆動部を備え、該切削手段駆動部が前記噴出ノズル駆動部を兼ねる構成とした
   請求項１または２に記載の背圧センサを備えた加工装置。
4. 前記噴出ノズルは、エアーピストンに対して自由移動可能に装着され、
   前記自由移動検出センサは、前記噴出ノズルが被加工物に接触したことを検出するリミットスイッチである
   請求項１、２または３に記載の背圧センサを備えた加工装置。
5. 前記スピンドルハウジングには、被加工物の特定の領域を検出するアライメント手段が装着され、該アライメント手段に背圧センサが装着される
   請求項３または４に記載の背圧センサを備えた加工装置。

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