JP2009045674A - 切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低速回転から高速回転に渡り安定して振動を抑制可能な切削装置を提供することである。
【解決手段】 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切削ブレードとを備えた切削装置であって、スピンドルに固定される固定フランジ及び切断ブレードをスピンドルに固定する固定ナットの少なくともいずれか一方に回転バランサが形成されており、該回転バランサは、回転軸心に近い内周壁を構成する環状永久磁石と、該環状永久磁石と回転軸心から遠い外周壁とにより画成された環状室と、該環状室内に配設された複数の強磁性体小球とから構成されることを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、低速回転から高速回転にわたり良好な回転バランスを保つことのできる切削手段を具備した切削装置に関する。

半導体ウエーハを個々のデバイスに分割する切削装置は、ウエーハ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ウエーハの分割予定ラインを切削する切削ブレードを回転可能に支持した切削手段とを具備しており、ウエーハを高精度に個々のデバイスに分割することができる。

切削手段は、スピンドルを回転駆動するスピンドルユニットと、スピンドルの先端に取り付けられた固定フランジを有するブレードマウントと、このブレードマウントに装着された薄い切刃を有する切削ブレードと、切削ブレードをブレードマウントに固定する固定ナットとから構成される。

最近の切削装置では、スピンドルが４０，０００ｒｐｍ、または６０，０００ｒｐｍ等の非常に高速回転で回転されるため、ウエーハを高精度に切削して個々のデバイスに分割するためには高速回転での回転バランスをとることが非常に重要である。

この回転バランスが崩れるとウエーハを高精度に切削できないため、従来はバランス測定器などを使用して、スピンドルを低速回転させてその不釣合い量を加速度センサで測定し、測定した加速度と回転周期から不釣合量を算出し、この不釣合量を解消するために規定の錘を固定フランジまたは固定ナットに取り付けるか、あるいは固定フランジまたは固定ナットに穴あけ加工を施して、回転バランスを個々の切削装置ごとに調整していた。

一方、ディスク駆動装置分野では、バランスを補正する鋼球で形成されたボールバランサを組み込んで、低速回転から高速回転まで安定して振動を防止できるようにした技術が特開平１１−１１３２１３号公報で提案されている。
特開平１１−１１３２１３号公報

特許文献１に開示されたボールバランサはディスク駆動装置に適用して効果のあるものであるが、このボールバランサを回転軸が横方向に伸長している切削装置に利用すると、加速時または減速時等の低速回転時に振動が激しくなるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低速回転から高速回転に渡り安定して振動を抑制可能な切削装置を提供することである。

本発明によると、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切削手段とを備えた切削装置において、前記切削手段は、スピンドルを回転駆動するスピンドルユニットと、外周に雄ねじの形成されたボス部と、該ボス部と一体的に形成された固定フランジとを含み、前記スピンドルに固定されたブレードマウントと、外周に切刃を有するとともに中央部に前記ブレードマウントのボス部に挿入される装着穴を有し、前記ブレードマウントの固定フランジに当接するように装着された切削ブレードと、前記ブレードマウントのボス部に形成された雄ねじに螺合して前記切削ブレードの前記装着穴と前記切刃との間を環状に支持する固定ナットと、から少なくとも構成され、前記固定フランジ及び前記固定ナットの少なくともいずれか一方に回転バランサが形成されており、該回転バランサは、回転軸心に近い内周壁を構成する環状永久磁石と、該環状永久磁石と回転軸心から遠い外周壁とにより画成された環状室と、該環状室内に配設された複数の強磁性体小球とから構成されることを特徴とする切削装置が提供される。

好ましくは、環状室は半径方向に伸長する複数の隔壁によって複数の領域に仕切られており、複数の小球が仕切られた各領域内に分散されている。代案として、回転バランサは、環状永久磁石の周りに隣接して配置された複数の穴を有する環状ボールホルダを更に含んでいる。好ましくは、環状永久磁石は環状ボールホルダの各穴に対応する位置に凹部を有している。

本発明によると、低速回転時には環状室の内周壁に磁石で小球が集められるので、加速時、減速時等の低速回転時の振動が抑制され、低速回転から高速回転に渡り安定して振動を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は半導体ウエーハをダイシングして個々のチップ（デバイス）に分割することのできる本発明実施形態に係る切削装置２の外観を示している。

切削装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示手段６が設けられている。

図２に示すように、ダイシング対象のウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２ストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画されて多数のデバイスＤがウエーハＷ上に形成されている。

ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周縁部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介してフレームＦに支持された状態となり、図１に示したウエーハカセット８中にウエーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウエーハカセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８から切削前のウエーハＷを搬出するとともに、切削後のウエーハをウエーハカセット８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。ウエーハカセット８と搬出入手段１０との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２には、ウエーハＷを一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段１４が配設されている。

仮置き領域１２の近傍には、ウエーハＷと一体となったフレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されたウエーハＷは、搬送手段１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引されるとともに、複数の固定手段１９によりフレームＦが固定されることでチャックテーブル１８上に保持される。

チャックテーブル１８は、回転可能且つＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハＷの切削すべきストリートを検出するアライメント手段２０が配設されている。

アライメント手段２０は、ウエーハＷの表面を撮像する撮像手段２２を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべきストリートを検出することができる。撮像手段２２によって取得された画像は、表示手段６に表示される。

アライメント手段２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハＷに対して切削加工を施す切削手段２４が配設されている。切削手段２４はアライメント手段２０と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

切削手段２４は、回転可能なスピンドル２６の先端に切削ブレード２８が装着されて構成され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード２８は撮像手段２２のＸ軸方向の延長線上に位置している。

図３を参照すると、スピンドルと、スピンドルに装着されるブレードマウントとの関係を示す分解斜視図が示されている。スピンドルユニット３０のスピンドルハウジング３２中には、図示しないサーボモータにより回転駆動されるスピンドル２６が回転可能に収容されている。スピンドル２６はテーパ部２６ａ及び先端小径部２６ｂを有しており、先端小径部２６ｂには雄ねじ３４が形成されている。

３６はボス部（凸部）３８と、ボス部３８と一体的に形成された固定フランジ４０とから構成されるブレードマウントであり、ボス部３８には雄ねじ４２が形成されている。さらに、ブレードマウント３６は装着穴４３を有している。

ブレードマウント３６は、装着穴４３をスピンドル２６の先端小径部２６ｂ及びテーパ部２６ａに挿入して、ナット４４を雄ねじ３４に螺合して締め付けることにより、図４に示すようにスピンドル２６の先端部に取り付けられる。

図４はブレードマウント３６が固定されたスピンドル２６と、切削ブレード２８との装着関係を示す分解斜視図である。切削ブレード２８はハブブレードと呼ばれ、円形ハブ４８を有する円形基台４６の外周にニッケル母材中にダイヤモンド砥粒が分散された切刃５０が電着されて構成されている。

切削ブレード２８の装着穴５２をブレードマウント３６のボス部３８に挿入し、固定ナット５４をボス部３８の雄ねじ４２に螺合して締め付けることにより、図５に示すように切削ブレード２８がスピンドル２６に取り付けられる。

図６を参照すると、リング状またはワッシャー状の切削ブレード５６をスピンドル２６に装着する様子を示す分解斜視図が示されている。切削ブレード５６はその全体が電鋳された切刃（電鋳砥石）から構成されている。

ブレードマウント３６のボス部３８に切削ブレード５６を挿入し、さらに着脱フランジ５８をボス部３８に挿入して、固定ナット５４を雄ねじ４２に螺合して締め付けることにより、切削ブレード５６は固定フランジ４０と着脱フランジ５８により両側から挟まれてスピンドル２６に取り付けられる。

図７を参照すると、切削ブレードとして第１実施形態のハブブレード２８を採用した切削手段２４の拡大斜視図が示されている。６０は切削ブレード２８をカバーするブレードカバーであり、このブレードカバー６０には切削ブレード２８の側面に沿って伸長する図示しない切削水ノズルが取り付けられている。切削水が、パイプ７２を介して図示しない切削水ノズルに供給される。

６２は着脱カバーであり、ねじ６４によりブレードカバー６０に取り付けられる。着脱カバー６２は、ブレードカバー６０に取り付けられた際、切削ブレード２８の側面に沿って伸長する切削水ノズル７０を有している。切削水は、パイプ７４を介して切削水ノズル７０に供給される。

６６はブレード検出ブロックであり、ねじ６８によりブレードカバー６０に取り付けられる。ブレード検出ブロック６６には発光素子及び受光素子からなる図示しないブレードセンサが取り付けられており、このブレードセンサにより切削ブレード２８の切刃５０の状態を検出する。

ブレードセンサにより切刃５０の欠け等を検出した場合には、切削ブレード２８を新たな切削ブレードに交換する。７６はブレードセンサの位置を調整するための調整ねじである。

次に、図８及び図９を参照して、回転バランサ（ボールバランサ）７７を備えた本発明第１実施形態に係るブレードマウント３６について説明する。図８はブレードマウント３６の縦断面図、図９は図８の９−９線断面図である。図９（Ａ）はスピンドル停止時の状態を示しており、図９（Ｂ）はスピンドル２６が高速回転しているときの状態を示している。

ブレードマウント３６の固定フランジ４０部分には、回転軸に近い内周壁７８に環状永久磁石８０が外嵌されている。環状永久磁石８０と回転軸から遠い外周壁８２との間に環状室８４が画成されている。

環状室８４は、半径方向に伸長する複数の隔壁８６により複数（本実施形態では４個）の小室８４ａに仕切られており、各小室８４ａ内には微細な鋼球８８が収容されている。鋼球８８は、例えば０．１〜０．５ｍｍの直径を有している。

鋼球８８に代えて、ニッケル、コバルト等の他の強磁性体からこれらの小球を形成するようにしてもよい。小室８４ａの数は４個に限定されるものではなく、例えば、隔壁８６により２個又は３個の小室８４ａに仕切られても良い。

このように構成された切削装置２において、ウエーハカセット８に収容されたウエーハＷは、搬出入手段１０によってフレームＦが挟持され、搬出入手段１０が装置後方（Ｙ軸方向）に移動し、仮置き領域１２においてその挟持が解除されることにより、仮置き領域１２に載置される。そして、位置合わせ手段１４が互いに接近する方向に移動することにより、ウエーハＷが一定の位置に位置づけられる。

次いで、搬送手段１６によってフレームＦは吸着され、搬送手段１６が旋回することによりフレームＦと一体となったウエーハＷがチャックテーブル１８に搬送されてチャックテーブル１８により保持される。そして、チャックテーブル１８がＸ軸方向に移動してウエーハＷはアライメント手段２０の直下に位置づけられる。

アライメント手段２０が切削すべきストリートを検出するアライメントの際のパターンマッチングに用いる画像は、切削前に予め取得しておく必要がある。そこで、ウエーハＷがアライメント手段２０の直下に位置づけられると、撮像手段２２がウエーハＷの表面を撮像し、撮像した画像を表示手段６に表示させる。

切削装置２のオペレータは、操作手段４を操作することにより、撮像手段２２をゆっくりと移動させながら、必要に応じてチャックテーブル１８も移動させて、パターンマッチングのターゲットとなるパターンを探索する。

オペレータがキーパターンを決定すると、そのキーパターンを含む画像が切削装置２のコントローラ２０に備えたメモリに記憶される。また、そのキーパターンとストリートＳ１，Ｓ２の中心線との距離を座標値等によって求め、その値もメモリに記憶させておく。

更に、撮像手段２２を移動させることにより、隣り合うストリートとストリートとの間隔（ストリートピッチ）を座標値等によって求め、ストリートピッチの値についてもコントローラのメモリに記憶させておく。

ウエーハＷのストリートに沿った切断の際には、記憶させたキーパターンの画像と実際に撮像手段２２により撮像されて取得した画像とのパターンマッチングをアライメント手段２０にて行う。

そして、パターンがマッチングしたときは、キーパターンとストリートの中心線との距離分だけ切削手段２４をＹ軸方向に移動させることにより、切削しようとするストリートと切削ブレード２８との位置合わせを行う。

切削しようとするストリートと切削ブレード２８との位置合わせが行われた状態で、チャックテーブル１８をＸ軸方向に移動させるとともに、切削ブレード２８を高速回転させながら切削手段２４を下降させると、位置合わせされたストリートが切削される。

メモリに記憶されたストリートピッチずつ切削手段２４をＹ軸方向にインデックス送りにしながら切削を行うことにより、同方向のストリートＳ１が全て切削される。更に、チャックテーブル１８を９０°回転させてから、上記と同様の切削を行うと、ストリートＳ２も全て切削され、個々のデバイスＤに分割される。

切削が終了したウエーハＷはチャックテーブル１８をＸ軸方向に移動してから、Ｙ軸方向に移動可能な搬送手段２５により把持されて洗浄装置２７まで搬送される。洗浄装置２７では、洗浄ノズルから水を噴射しながらウエーハＷを低速回転（例えば３００ｒｐｍ）させることによりウエーハを洗浄する。

洗浄後、ウエーハＷを高速回転（例えば３０００ｒｐｍ）させながら、エアノズルからエアを噴出させてウエーハＷを乾燥させた後、搬送手段１６によりウエーハＷを吸着して仮置き領域１２に戻し、更に搬出入手段１０によりウエーハカセット８の元の収納場所にウエーハＷが戻される。

スピンドル２６の回転停止時、あるいは加速時または減速時等の低速回転時には、遠心力が発生しないかあるいは遠心力が弱いため、各小室８４ａ内の鋼球８８は、図９（Ａ）に示すように、回転軸心側に落ち込んで環状永久磁石８０により吸着される。

このように、スピンドル２６の低速回転時には、各鋼球８８は永久磁石８０に吸着されて拘束されているため、回転バランスが乱れることなく、低速回転時の振動を防止することができる。

スピンドル２６の高速回転時、例えば４０，０００ｒｐｍ、６０，０００ｒｐｍ等の高速回転時には、大きな遠心力が働くため、各鋼球８８は永久磁石８０の磁力に打ち勝って、図９（Ｂ）に示すように、外周壁８２に密着し、この状態でスピンドル２６が高速回転される。よって、高速回転時には、鋼球８８が小室８４ａ内で回転バランスをとるように外壁８２に沿って移動し、バランスをとりながらスピンドル２６の高速回転が継続される。

本実施形態では、固定フランジ４０内に上述した回転バランサ（ボールバランサ）７７を組み込んだため、スピンドル２６の低速回転時には環状室８４を画成する環状永久磁石８０に鋼球８８が吸着されるので、加速時または減速時等の低速回転時の振動が抑制されるため、低速から高速に渡り安定して振動を抑制することができる。

図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）を参照すると、本発明第２実施形態に係る回転バランサ（ボールバランサ）７７Ａの断面図が示されている。図１０（Ａ）は高速回転時を、図１０（Ｂ）は停止時または低速回転時の状態をそれぞれ示している。

環状永久磁石８０は内周壁７８周りに取り付けられており、環状永久磁石８０は円周方向に離間した複数の凹部８０ａを有している。環状永久磁石８０の周りには、各凹部８０ａに対応する穴（ホルダ部）９０ａを有する環状ボールホルダ９０が配設されている。環状ボールホルダ９０は、例えば樹脂等の材料から形成される。好ましくは、凹部８０ａ及び穴９０ａの数は鋼球８８の数と同数である。

高速回転時には、図１０（Ａ）が示すように、鋼球８８が遠心力により永久磁石８０の磁力に打ち勝って半径方向外側に飛び散り、外周壁８２に沿って転動し高速回転時の回転バランスを確保する。これにより、高速回転時の振動を抑制することができる。

高速回転からスピンドル２６を減速すると、遠心力が弱くなるため鋼球８８は回転軸心側に落ち込み、環状ボールホルダ９０上を転動し、ある程度の時間が経つと各ホルダ部(穴)９０ａ内に鋼球８８が１個ずつ収容されていき、永久磁石８０により吸着される。

このように、鋼球８８が各ホルダ部９０ａ内に収容されるばかりでなく、永久磁石８０により吸着されるため、低速回転時には各鋼球８８はホルダ部９０ａ内に収容されたままであり、鋼球８８の偏在に起因するアンバランスを避けることができ、低速回転時の振動を抑制することができる。

第２実施形態は上述した構成に限定されるものではない。例えば、環状永久磁石８０は凹部８０ａを有さない構成であっても良い。この場合にも、スピンドル２６が低速回転に減速されると、遠心力は弱くなるため鋼球８８は回転軸心側に落ち込み、環状ボールホルダ９０上を転動し、ある程度の時間が経つと各ホルダ部（穴）９０ａ内に鋼球８８が一個ずつ収容されていき、永久磁石８０により吸着される。

以上説明した実施形態では、固定フランジ４０に回転バランサ７７,７７Ａを内蔵する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、固定ナット５４、または着脱フランジ５８に回転バランサ（ボールバランサ）を内蔵させることができる。固定ナット５４にボールバランサを内蔵する場合には、固定ナット５４の外径を大きくして、固定ナット５４に環状室を形成する肉厚を与える必要がある。

尚、本発明の第１実施形態において、環状永久磁石８０の周りに隣接して複数の穴を有する環状ボールホルダを設けるようにしても良い。この場合、環状永久磁石に環状ボールホルダの各穴に対応する位置に凹部を形成するようにしても良い。

本発明実施形態に係る切削装置の外観斜視図である。 フレームと一体化されたウエーハを示す斜視図である。 スピンドルユニットと、スピンドルに固定されるべきブレードマウントとの関係を示す分解斜視図である。 スピンドルユニットと、スピンドルに装着されるべきハブブレードとの関係を示す分解斜視図である。 ハブブレードがスピンドルに装着された状態の斜視図である。 スピンドルユニットと、スピンドルに装着されるべきリング状切削ブレードとの関係を示す分解斜視図である。 切削手段の拡大斜視図である。 本発明第１実施形態の回転バランサを具備したブレードマウントの縦断面図である。 図８の９−９線断面図であり、図９（Ａ）は低速回転時を、図９（Ｂ）は高速回転時をそれぞれ示している。 本発明第２実施形態の回転バランサを示す断面図であり、図１０（Ａ）は高速回転時を、図１０（Ｂ）は低速回転時をそれぞれ示している。

符号の説明

２ 切削装置
１８ チャックテーブル
２４ 切削手段
２６ スピンドル
２８ 切削ブレード
３０ スピンドルユニット
３６ ブレードマウント
４０ 固定ブラケット
４４ 固定ナット
５６ リング状切削ブレード
５８ 着脱フランジ
７７,７７Ａ 回転バランサ（ボールバランサ）
８０ 環状永久磁石
８４ 環状室
８４ａ 小室
８６ 隔壁
８８ 鋼球
９０ 環状ボールホルダ
９０ａ ホルダ部（穴）

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を切削する切削手段とを備えた切削装置において、
   前記切削手段は、スピンドルを回転駆動するスピンドルユニットと、
   外周に雄ねじの形成されたボス部と、該ボス部と一体的に形成された固定フランジとを含み、前記スピンドルに固定されたブレードマウントと、
   外周に切刃を有するとともに中央部に前記ブレードマウントのボス部に挿入される装着穴を有し、前記ブレードマウントの固定フランジに当接するように装着された切削ブレードと、
   前記ブレードマウントのボス部に形成された雄ねじに螺合して前記切削ブレードの前記装着穴と前記切刃との間を環状に支持する固定ナットと、から少なくとも構成され、
   前記固定フランジ及び前記固定ナットの少なくともいずれか一方に回転バランサが形成されており、
   該回転バランサは、回転軸心に近い内周壁を構成する環状永久磁石と、該環状永久磁石と回転軸心から遠い外周壁とにより画成された環状室と、該環状室内に配設された複数の強磁性体小球とから構成されることを特徴とする切削装置。
2. 前記切削手段は、前記切削ブレードと前記固定ナットとの間に配設され前記切削ブレードの前記装着穴と前記切刃との間を環状に支持する着脱フランジをさらに具備し、前記固定フランジ、前記固定ナット及び前記着脱フランジの少なくとも１つに回転バランサが形成されている請求項１記載の切削装置。
3. 前記環状室は半径方向に伸張する複数の隔壁によって複数の領域に仕切られており、前記複数の小球は各領域内に分散されている請求項１または２記載の切削装置。
4. 前記回転バランサは、前記環状永久磁石の周りに隣接して配置された複数の穴を有する環状ボールホルダを更に具備した請求項１、２又は３記載の切削装置。
5. 前記永久磁石は、前記環状ボールホルダの前記各々の穴に対応する位置に凹部を有している請求項４記載の切削装置。

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