JP2006100539A - 加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

正確かつ再現性良く最適位置にノズルを設定できる加工装置を提供すること。
【課題】砥石に切削水を供給するノズルを加工に最適な位置に再現性良く、かつ正確に行える加工装置を提供すること。
【解決手段】高速回転して被加工物Ｗを切断もしくは被加工物Ｗに対して溝入れする砥石１と、上記砥石１に切削水Ｌを供給するノズル５と、上記ノズル５を移動可能かつ回転可能に支持する支持部材１２と、上記ノズル５に固定され、上記砥石１に向けて光を照射する光源７と、上記砥石１を挟んで上記光源７の反対側に配置され、上記光源７から照射された光を検出する光センサー８と、上記光センサー８の検出結果に基づいて、上記砥石１と上記ノズル５との相対位置を検出する制御装置９とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高速回転する砥石を半導体ウエハ等の被加工物に当てて、上記被加工物を切断もしくは被加工物に対して溝入れする加工装置及び加工方法に関する。

図５は従来の加工装置の構成を示す概略図である。

この加工装置は、いわゆるダイシング装置であり、スピンドル１００により高速回転する砥石１０１をチャックテーブル１０２に保持された半導体ウエハ等の被加工物Ｗに当て、上記被加工物Ｗを切断・溝入れ加工するものである。

砥石１０１で被加工物Ｗを切断・溝入れすると、大量の加工屑と熱が発生する。そのため、砥石１０１と被加工物Ｗにノズル１０４から切削水Ｌを供給して、加工屑の除去や砥石１０１及び被加工物Ｗの冷却を行っている。

このノズル１０４は、砥石１０１の外周面と対向する位置にＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能、かつθ方向に回転可能に設けられており、被加工物Ｗの加工にとって最適な位置に調整できるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

また、砥石１０１に切削水Ｌを供給するためのノズルと被加工物Ｗに切削水Ｌを供給するためのノズルを別々に備えた加工装置や、ノズルの形状を蛇腹状にした加工装置も知られている。
特開平１１−３４７９３４号公報

ところで、切断・溝入れ加工をする場合、被加工物の材質、形状、仕様に合わせて砥石を交換することがある。通常、砥石の交換では、砥石の交換に邪魔にならない位置にノズルを退避させてから行う。そのため、砥石の交換後、最初に加工するときには、ノズルを最適位置に設定し直す必要がある。

従来、ノズルの設定は、作業者の経験と勘に頼って、さらに手動で行っていた。そのため、作業者の経験によっては、ノズルを正確に最適位置に設定することが難しく、加工精度を一定にすることがでなかった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、正確かつ再現性良く最適位置にノズルを設定できる加工装置及び加工方法を提供することにある。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の加工装置及び加工方法は次のように構成されている。

（１）高速回転して被加工物を切断もしくは被加工物に対して溝入れする砥石と、上記砥石に切削水を供給でき、少なくとも移動可能もしくは回転可能に設けられたノズルと、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出する検出手段とを具備する。

（２）（１）に記載された加工装置において、上記ノズルの最適位置を記憶する記憶手段をさらに具備する。

（３）（１）あるいは（２）に記載された加工装置において、上記ノズルを少なくとも移動もしくは回転させる駆動手段をさらに具備することを特徴とする。

（４）（３）に記載された加工装置において、上記検出手段により検出された、上記砥石と上記ノズルとの相対位置に基づいて上記駆動手段を制御し、上記ノズルを上記最適位置に設定する制御手段をさらに具備する。

（５）（２）に記載された加工装置において、上記記憶手段は、上記ノズルの最適位置を座標認識する。

（６）（２）に記載された加工装置において、上記記憶手段に上記ノズルの最適位置を入力する外部端末をさらに具備する。

（７）（１）に記載された加工装置において、上記検出手段は、上記ノズルに固定され、上記砥石に向けて光を照射する光源と、上記砥石を挟んで上記光源の反対側に配置され、上記光源から照射された光の強度分布を検出する光センサーとにより構成され、上記光センサーが検出した光の強度分布に基づいて、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出する。

（８）（１）に記載された加工装置において、上記検出手段は、上記砥石を挟んで上記ノズルの反対側に配置され、上記ノズルから供給された切削水の圧力分布を検出する圧力センサーであり、上記圧力センサーが検出した切削水の圧力分布に基づいて、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出する。

（９）（１）に記載された加工装置において、上記砥石を回転させるモータをさらに具備し、上記検出手段は、上記切削水が上記砥石に当たることにより上記モータにかかる負荷変動を検出する負荷センサーであり、上記負荷センサーが検出したモータの負荷変動に基づいて、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出する。

（１０）（１）に記載された加工装置において、上記検出手段は、上記砥石の板面の一側に配置され、上記砥石と上記ノズルを撮像するカメラであり、上記カメラの撮像結果に基づいて、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出する。

（１１）高速回転する砥石を被加工物に当てて、上記被加工物を切断もしくは被加工物に対して溝入れする加工方法において、上記砥石にノズルから切削水を供給する第１の工程と、上記第１の工程中に、上記砥石と上記ノズルの相対位置を検出する第２の工程と、上記砥石と上記ノズルの相対位置に基づいて、上記ノズルを移動または回転させ、上記ノズルを最適位置に設定する第３の工程とを具備する。

本発明によれば、ノズルを正確かつ再現性良く最適位置に設定することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

まず、図１を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る加工装置は、半導体ウエハ等の被加工物Ｗを切断・溝入れする、いわゆるダイシング装置であり、薄い円板状の砥石１を有している。この砥石１は、２枚のフランジ２により挟持されており、その径方向中心部にはスピンドル３の駆動軸３ａが略水平に連結されている。

このスピンドル３は、駆動軸３ａを回転させるためのモータ３ｂを備えており、このモータ３ｂを駆動することで、砥石１を高速回転できるようになっている。砥石１の外周部は、僅かにフランジ２の外周部から径方向外側に突出しており、その外周面は被加工物Ｗを切断・溝入れするための切削面１ａをなしている。

砥石１の下方には、被加工物Ｗを着脱可能に保持するためのチャックテーブル４が配置されている。被加工物Ｗのチャック方法としては、バキューム式やワックス固定式等が用いられる。

砥石１の切削面１ａと対向する位置には、砥石１と被加工物Ｗに切削水Ｌを供給するためのノズル５が配置されている。このノズル５は、支持部材１２によりＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動可能、かつθ方向に回転可能に支持されており、駆動装置６（駆動手段）の駆動により、ノズル５の位置、角度を自由に調整できるようになっている。

なお、この駆動装置６としては、例えばネジ送り機構、歯車駆動機構、圧電性アクチュエータ等を用いることができる。圧電性アクチュエータを用いれば、ミクロンオーダーの微調整も行える。

ノズル５の先端部には、砥石１に光を照射するための光源７が設けられている。この光源７は、光の断面中心がノズル５から吐出される切削水Ｌの断面中心と一致するように位置決めされて、ノズル５の直上に固定されている。光源７としては、半導体レーザ等が用いられる。

砥石１を挟んで光源７と対向する位置には、光源７から照射された光を検出するための光センサー８（検出手段）が設けられている。この光センサー８は、光源７から照射された光の強度分布を検出し、検出した強度分布を制御装置９（制御手段）に出力する。

ところで、光源７から照射された光は、砥石１により遮断されたり、切削水Ｌで乱反射したりするため、砥石１を挟んだ光源７の反対側では光の強度分布がノズル５の位置、角度、すなわち光源７の位置、角度によって異なってくる。そのため、光センサー８で光源７から照射される光の強度分布を検出すれば、逆にノズル５の位置、角度を予測することができる。

制御装置９は、光センサー８から出力された光の強度分布と、記憶装置１０（記憶手段）に予め記憶されている最適な強度分布（後述する）とに基づいて駆動装置６を制御し、ノズル５を最適位置（後述する）に移動させる。

なお、上記最適位置とは被加工物Ｗの加工にとって最適なノズル５の位置のことであり、最適な強度分布とはノズル５が最適位置に設定されたときに、光センサー８が検出する光の強度分布のことである。すなわち、光センサー８が最適な強度分布を検出したときは、ノズル５が最適位置に設定されていると予測できる。

なお、記憶装置１０は、最適位置を座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ）で記憶しており、記憶装置１０に対する座標データの入力は、外部端末１１により行われる。

次に、上記構成の加工装置を使用する際の作用について説明する。

チャックテーブル４に被加工物Ｗを保持したら、砥石１の回転を開始するととともに、砥石１の切削面１ａを被加工物Ｗの表面に接近させる。そして、ノズル５から切削水Ｌを吐出させ、光源７から照射された光の強度分布を光センサー８で検出する。

光センサー８で検出された光の強度分布は制御装置９に出力され、記憶装置１０に記憶されている光の強度分布と比較される。そして、その比較結果に基づいて、光センサー８が検出した光の強度分布と、記憶装置１０が記憶している光の強度分布とが一致するように、駆動装置６に駆動信号を出力する。これにより、ノズル５は最適位置に設定され、ノズル５から吐出される切削水Ｌが加工にとって最適な供給状態となる。

ノズル５が最適位置に設定されたら、砥石１をさらに下降して、被加工物Ｗの切断・溝入れを開始する。

本実施の形態に係る加工装置によれば、光源７から照射された光を光センサー８で検出し、その検出結果に基づいて駆動装置６を駆動することで、ノズル５を自動的に最適位置に移動させるようにしている。

そのため、ノズル５の設定作業を正確かつ再現性良く行うことができるから、作業者の熟練度に関係なく、常に同じ精度で被加工物Ｗを切断・溝入れすることができる。その結果、チッピングや欠けの低減、加工面品質の均一化等が実現され、さらに切削水Ｌの使用量削減等も実現される。

次に、図２を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、ここでは上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。

図２は本発明の第２の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略図である。

図２に示すように、本実施の形態に係る加工装置は、ノズル５の位置、角度を検出する検出手段として、光源７と光センサー８の代わりに、圧力センサー２０（検出手段）を用いている。この圧力センサー２０は、砥石１を挟んでノズル５の反対側に設けられており、ノズル５から吐出して砥石１で散乱した切削水Ｌの水圧分布を検出し、検出した水圧分布を制御装置９に出力する。

すなわち、ノズル５から吐出された切削水Ｌは、砥石１に対するノズル５の位置、角度によって散乱具合が異なるから、砥石１で散乱した切削水Ｌの水圧分布を圧力センサー２０で検出すれば、逆にノズル５の位置、角度を予想することができる。

このように、光源７と光センサー８の代わりに、圧力センサー２０を用いても、ノズル５の位置、角度を検出することができるから、この検出結果に基づいて駆動装置６を制御すれば、迅速かつ正確にノズル５を最適位置に自動設定することができる。

次に、図３を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、ここでは上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。

図３は本発明の第３の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略図である。

図３に示すように、本実施の形態に係る加工装置は、ノズル５の位置、角度を検出する検出手段として、光源７と光センサー８および圧力センサー２０の代わりに、カメラ３０（検出手段）を用いている。このカメラ３０は、第１の実施の形態において光センサー８が設けられていた位置から、砥石１の側面側にずれた位置に設けられ、砥石１とノズル５を斜めから撮像できるようになっている。

このように、光源７と光センサー８、圧力センサー２０の代わりに、カメラ３０を用いても、ノズル５の位置、角度を検出することができるから、この検出結果に基づいて駆動装置６を制御すれば、迅速かつ正確にノズル５を最適位置に自動設定することができる。

次に、図４を用いて本発明の第４の実施の形態を説明する。なお、ここでは上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。

図４は本発明の第４の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略図である。

図４に示すように、本実施の形態に係る加工装置は、ノズル５の位置、角度を検出する検出手段として、光源７と光センサー８、圧力センサー２０、及びカメラ３０の代わりに、負荷センサー４０（検出手段）を用いている。この負荷センサー４０は、砥石１に切削水Ｌを供給することでモータ３ｂが受ける僅かな負荷を検出し、検出した負荷情報を制御装置９に出力する。すなわち、このモータ３ｂが切削水Ｌから受ける負荷を負荷センサー４０で検出すれば、逆にノズル５の位置、角度を予測することができる。

このように、光源７と光センサー８、圧力センサー２０、カメラ３０の代わりに、モータ３ｂが受ける負荷を検出する負荷センサー４０を用いても、ノズル５の位置、角度を検出することができるから、この検出結果に基づいて駆動装置６に制御すれば、迅速かつ正確にノズル５を最適位置に自動設定することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

具体的には、上記各実施の形態では、ノズル５の位置、角度を検出するために検出手段を用いているが、検出手段を使用することなく、作業者の目視により切削水Ｌの流動状態を把握し、ノズル５の位置、角度を調整するようにしてもよい。

この場合でも、ノズル５が最適位置に設定されているときの切削水Ｌの流動状態を記憶装置１０に記憶させておき、これをモニタ等に表示させるようにしておけば、作業者は実際の切削水Ｌの流動状態とモニタとを見ながらノズル５の位置、角度を調整し、ノズル５を迅速かつ正確に最適位置に設定することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略図。 本発明の第２の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略図。 本発明の第３の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略図。 本発明の第４の実施の形態に係る加工装置の構成を示す概略図。 従来の加工装置の構成を示す概略図。

符号の説明

１…砥石、３ｂ…モータ、５…ノズル、６…駆動装置（駆動手段）、７…光源、８…光センサー（検出手段）、７…制御装置（制御手段）、１０…記憶装置（記憶手段）、１１…外部端末、１２…支持部材、２０…圧力センサー（検出手段）、３０…カメラ（検出手段）、４０…負荷センサー（検出手段）、Ｌ…切削水、Ｗ…被加工物。

Claims (11)

1. 高速回転して被加工物を切断もしくは被加工物に対して溝入れする砥石と、
   上記砥石に切削水を供給でき、少なくとも移動可能もしくは回転可能に設けられたノズルと、
   上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出する検出手段と、
   を具備することを特徴とする加工装置。
2. 上記ノズルの最適位置を記憶する記憶手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の加工装置。
3. 上記ノズルを少なくとも移動もしくは回転させる駆動手段をさらに具備することを特徴とする請求項１あるいは２記載の加工装置。
4. 上記検出手段により検出された、上記砥石と上記ノズルとの相対位置に基づいて上記駆動手段を制御し、上記ノズルを上記最適位置に設定する制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項３記載の加工装置。
5. 上記記憶手段は、上記ノズルの最適位置を座標認識することを特徴とする請求項２記載の加工装置。
6. 上記記憶手段に上記ノズルの最適位置を入力する外部端末をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の加工装置。
7. 上記検出手段は、
   上記ノズルに固定され、上記砥石に向けて光を照射する光源と、
   上記砥石を挟んで上記光源の反対側に配置され、上記光源から照射された光の強度分布を検出する光センサーと、
   により構成され、
   上記光センサーが検出した光の強度分布に基づいて、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出することを特徴とする請求項１記載の加工装置。
8. 上記検出手段は、
   上記砥石を挟んで上記ノズルの反対側に配置され、上記ノズルから供給された切削水の圧力分布を検出する圧力センサーであり、
   上記圧力センサーが検出した切削水の圧力分布に基づいて、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出することを特徴とする請求項１記載の加工装置。
9. 上記砥石を回転させるモータをさらに具備し、
   上記検出手段は、上記切削水が上記砥石に当たることにより上記モータにかかる負荷変動を検出する負荷センサーであり、
   上記負荷センサーが検出したモータの負荷変動に基づいて、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出することを特徴とする請求項１記載の加工装置。
10. 上記検出手段は、
    上記砥石の板面の一側に配置され、上記砥石と上記ノズルを撮像するカメラであり、
    上記カメラの撮像結果に基づいて、上記砥石と上記ノズルとの相対位置を検出することを特徴とする請求項１記載の加工装置。
11. 高速回転する砥石を被加工物に当てて、上記被加工物を切断もしくは被加工物に対して溝入れする加工方法において、
    上記砥石にノズルから切削水を供給する第１の工程と、
    上記第１の工程中に、上記砥石と上記ノズルの相対位置を検出する第２の工程と、
    上記砥石と上記ノズルの相対位置に基づいて、上記ノズルを移動または回転させ、上記ノズルを最適位置に設定する第３の工程と、
    を具備することを特徴とする加工方法。

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