JP2005111636A - 背圧センサの使用方法 - 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、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。
【解決手段】エアー供給源４５から第一の経路４４及び第二の経路４６にエアーを供給せずに、差圧センサ４７が出力する電圧値が所定の第一の電圧値であるかを確認した後に、エアー供給源４５から第一の経路４４と第二の経路４６とにそれぞれエアーを供給し、差圧センサ４７が出力する電圧値が所定の第二の電圧値であるかを確認し、両確認ができたときは、噴出ノズル駆動部６の駆動により噴出ノズル４０を移動させて被加工物１０の加工面の位置を検出する。
【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おける背圧センサの使用方法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、厚さ等を予め測定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おり、噴出ノズルが加工して半導体ウェーハに接近した際のエアーの圧力の変化に基づき、噴出ノズルと半導体ウェーハとの距離を求めることとしている。

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適正な圧力差を検出できず、制御が不能になり噴出ノズルの移動（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。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、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、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である。

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を備えた加工装置における背圧センサの使用方法であり、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、エアー供給源から第一の経路及び該第二の経路にエアーを供給せずに、差圧センサが出力する電圧値が所定の第一の電圧値であるかを確認する第一の電圧値確認工程と、エアー供給源から第一の経路と第二の経路とにそれぞれエアーを供給し、差圧センサが出力する電圧値が所定の第二の電圧値であるかを確認する第二の電圧値確認工程と、差圧センサが出力する電圧値が、第一の電圧値確認工程では所定の第一の電圧値であり、第二の電圧値確認工程では所定の第二の電圧値であるときは、噴出ノズル駆動部の駆動により噴出ノズルを移動させて被加工物の加工面の位置を検出する検出工程とから少なくとも構成されることを要旨とする。

そしてこの背圧センサの使用方法は、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であることを付加的要件とする。

本発明では、実際の測定を行う前に、エアーを供給しない状態とエアーを供給する状態とでそれぞれ差圧センサから出力される電圧を計測してそれぞれ所定の電圧値であるか否かを確認し、異常があるか否かを予め判断するようにしたため、装置の異常に起因して被加工物が損傷するのを防止することができる。

また、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と、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。

本発明の実施に用いる加工装置としては、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方向に移動してアライメント手段３の直下に位置付けられ、撮像手段３０によって被加工物１０の表面が撮像されて切削すべき位置が検出される。そして、更にチャックテーブル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、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。

このとき、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によって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）に移動可能となっている。

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、絞り部４６０を介して大気に解放されている。エアー供給源４５からは、第一の経路４４と第二の経路４６とに適宜の割合で気体が供給される。第一の経路４４を流通するエアーは噴出ノズル４０に供給される。

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し、その変位量に対応した電圧が差圧センサ４７から制御部７に対して出力される。エアー供給源４５から第一の経路４４及び第二の経路４６にエアーを供給し、噴出ノズル４０の噴出口４００のエアー噴出方向に被加工物がない状態（５ｍｍ以上離れている状態）で出力される電圧は、例えば第二の経路４６の先端に形成された絞り部４６０を調整することにより１ボルトに設定することができる。

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。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が作用位置に位置することを検出するリミットスイッチ４３が配設されている。リミットスイッチ４３は制御部７に接続されており、噴出ノズル４０が作用位置にあるか非作用位置にあるかを検知して制御部７に通知することができる。

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の圧力とによって、差圧センサ４７のダイヤフラム４７０は平衡状態となる。このとき、平衡状態での出力電圧を１ボルトに設定したため、差圧センサ４７から出力される電圧値は１ボルトとなる。一方、噴出ノズル４０の噴出口４００が被加工物１０に接近した状態では、噴出口４００が被加工物１０によって塞がれるようになり、第一の経路４４の圧力が変化してダイヤフラム４７０の平衡状態が崩れ、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（噴出ノズル駆動）を制御することができる。また、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、例えば図３に示す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。この対応情報は、差圧センサ４７、噴出ノズル４０等に異常がないときに測定されるものである。

対応情報を求める前や、被加工物１０の加工面１００の位置を求める前には、噴出ノズル４０の衝突により被加工物が損傷するのを防止するために、差圧センサ４７、噴出ノズル４０等に異常がないかどうかを調べる。その手順を図４に示すフローチャートを参照して説明する。

最初にエアー供給源４５から第一の経路４４と第二の経路４６とにエアーを供給せずに、差圧センサ４７０から出力される電圧を測定し、その電圧が所定の電圧値（第一の電圧値）かどうかを確認する（第一の電圧値確認工程、ステップＳ１、Ｓ２）。即ち、第一の電圧値確認工程では、エアー供給源４５からのエアーの供給がない場合において差圧センサ４７が正常か否かを確認する。ここで、第一の電圧値は例えば５ボルトに設定されており、±０．２ボルト程度の誤差であれば許容範囲内として異常なしとすることができる。

測定した電圧の値が所定の第一の電圧値と一致せず、誤差が許容範囲にない場合は、異常ありと判断してエラーとする（ステップＳ８）。一方、測定した電圧の値が所定の第一の電圧値と一致しているか、または一致しなくてもその誤差が許容範囲内にある場合は、次に、エアー供給源４５から第一の経路４４と第二の経路４６とにエアーを供給し、差圧センサ４７０から出力される電圧の値を測定し、電圧値が安定した後に、所定の電圧値（第二の電圧値）にあるかどうかを確認する（第二の電圧値確認工程、ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）。第二の電圧値は、差圧センサ４７、噴出ノズル４０等に異常がない場合にエアー供給源４５から所定の圧力でエアーを供給した際に差圧センサ４７から出力される電圧の正常値であり、差圧センサ４７や絞り部４６０の調整によって予め一定の値に定めておくことができる。ここで、第二の電圧値としては、例えばダイヤフラム４７０が平衡状態にあるときの差圧センサ４７からの出力電圧を用いることができ、その場合、本実施形態では第二の電圧値は１ボルトである。測定によって得られた電圧と第二の電圧値との誤差が±０．１ボルト程度であれば、許容範囲内として処理することができる。

第二の電圧値確認工程において測定した電圧が所定の第二の電圧値と一致しておらず、その差が許容範囲内にない場合は、異常ありとしてエラーとする（ステップＳ８）。一方、測定した電圧が所定の第二の電圧と一致しているか、または誤差があっても許容範囲内である場合は異常なしと判断し、加工面１００の位置検出等のその後の測定を開始する（ステップＳ７）。

このように、第一の電圧値確認工程及び第二の電圧値確認工程において、エアーを供給しない場合とエアーを供給する場合とでそれぞれ差圧センサからの出力電圧を測定し、その出力電圧が所定の値でなく、許容範囲にも入らない場合には、装置のいずれかに異常があると判断することができる。そして、この判断を測定処理前に行うことで、測定を行う前に異常を検出することができるため、異常がある場合にはその後の測定を行わないようにすることにより、装置の異常を原因として被加工物が損傷するのを防止することができる。

装置に異常がないことを確認した後に行う測定の例として、被加工物１０の加工面１００の位置を求める場合について説明する。最初に、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５を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切削手段２を下降させ、図５（Ａ）に示すように、噴出ノズル４０を下降させていく。噴出ノズル４０が作用位置に位置すると、噴出口４００がリミットスイッチ４３に接触した状態となる。このことは制御部７に通知され、制御部７では噴出ノズル４０が作用位置にあることを認識することができる。

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、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。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。

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２１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、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を上昇させて非作用位置に退避させる。

事前の確認によって差圧センサ４７等には異常がないことが確認されているが、万が一異常が発生し、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に接触したとしても、図５（Ｂ）に示すように、噴出ノズル４０がリミットスイッチ４３を離れて上方に押し上げられる。また、かかる噴出ノズル４００の上方への移動があって非作用位置に位置付けられると、そのことがリミットスイッチ４３によって検知されて制御部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を上昇させることができる。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。

本発明では、差圧センサを備えた加工装置において、加工前に装置に異常があるか否かを確認することができるため、被加工物が損傷させずに加工するのに利用することができる。

背圧センサを備えた切削装置を示す斜視図である。 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。 本発明の手順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：リミットスイッチ 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（噴出ノズル駆動部）
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：

Claims (2)

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を備えた加工装置における該背圧センサの使用方法であって、
   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、
   該エアー供給源から該第一の経路及び該第二の経路にエアーを供給せずに、該差圧センサが出力する電圧値が所定の第一の電圧値であるかを確認する第一の電圧値確認工程と、
   該エアー供給源から該第一の経路と該第二の経路とにそれぞれエアーを供給し、該差圧センサが出力する電圧値が所定の第二の電圧値であるかを確認する第二の電圧値確認工程と、
   該差圧センサが出力する電圧値が、該第一の電圧値確認工程では該第一の電圧値であり、該第二の電圧値確認工程では該第二の電圧値であるときは、該噴出ノズル駆動部の駆動により該噴出ノズルを移動させて被加工物の加工面の位置を検出する検出工程と
   から少なくとも構成される背圧センサの使用方法。
2. 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である
   請求項１に記載の背圧センサの使用方法。

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