JP2010076065A - 切削装置及び切削ブレードの回転バランス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スピンドルに装着された切削ブレード自体の回転バランスを容易に調整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環状の切削ブレードがマウントフランジと固定ナットで挟持されてスピンドルに装着された切削手段とを備えた切削装置であって、回転する前記切削ブレードの径方向の振幅を検出する振幅検出機構と、前記切削ブレードの回転周期を検出する回転周期検出機構と、該振幅検出機構で検出された振幅と該回転周期検出機構で検出された回転周期とに基づいて、振幅データを作成する振幅データ作成手段と、該振幅データに基づいて前記切削手段の回転バランスを調整するための調整用物体の質量を演算する質量演算手段と、該質量演算手段で演算された質量の調整用物体が装着される回転バランス調整機構と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、環状の切削ブレードがスピンドルに装着された切削手段を有する切削装置及び切削ブレードの回転バランス調整方法に関する。

シリコン基板にＩＣやＬＳＩ等のデバイスが複数形成された半導体ウエーハや、電子部品に使用される各種セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板等の被加工物は、切削装置によって個々のチップに分割され、分割されたチップは各種電子機器に広く利用されている。

切削装置としては、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を切削する環状の切削ブレードと、切削ブレードが装着されるスピンドルとを備えたダイサーと称される装置が広く使用されている。

切削ブレードは、例えば数μｍ程度のダイヤモンド砥粒をニッケルメッキ等で固めた切刃を有しており、切削ブレードはマウントフランジと固定ナットとで挟持されてスピンドル先端に装着される。切削ブレードはスピンドルによって２００００〜６００００ｒｐｍ等の高速で回転させられつつ被加工物へ切り込むことで切削が行われる。

スピンドルに装着される切削ブレードの着脱を可能とするために、切削ブレードの内径と切削ブレードを装着するマウントフランジのボス部との間には数μｍ程度の遊びを設ける必要がある。

このため、スピンドルの回転中心と切削ブレードの回転中心とが完全に合致しない状態で切削ブレードがスピンドルに装着された場合には、回転バランスが崩れ、スピンドルが高速回転すると振動が発生し、切削ブレードがばたつくことになる。従って、正常な切削は行われず、被加工物には欠けやクラックが発生し、ひいては切削ブレードや被加工物を破損させてしまう恐れがある。

スピンドルに装着した切削ブレードの偏心ぶれを取り除くために、一般砥粒を含むドレッサーを切削することで切削ブレードを磨耗させて真円に近づけるドレス作業が広く行われている。

しかし、特に硬度の高い切削ブレードや厚みが厚い切削ブレードでは、ドレス作業を行っても完全に真円を出すことは困難である。更に、切刃先端にＶ字形状が形成された切削ブレードの場合には、Ｖ形状を維持するためにもドレス作業を行うことができず、回転バランスを調整する必要があった。

特開２００１−１２９７４３号公報には、複数種類のバランスウエートを用意することなく、精密なバランス調整を容易に行うことのできる切削装置の回転バランス調整機構が開示されている。

また、スピンドルのハウジングに加速度センサを取り付けてスピンドルのアンバランス位置を検出する装置（例えば広島県福山市大門町５丁目６番４５号に所在する大宮工業株式会社製の商品名「Ｍｙｓｅｌｆ−１」）を用いて、切削手段の回転バランスを調整する方法が提案されている。
特開２００１−１２９７４３号公報

しかし、特許文献１に開示された切削装置の回転バランス調整機構では、切削ブレードの径方向の振幅を検出する振幅検出機構及び切削ブレードの回転周期を検出する回転周期検出機構が設けられていないため、複数回の試行錯誤によりねじ穴に挿入するバランスウエート用ねじのねじ込みの程度を決定する必要があり、回転バランスの調整に時間を要するという問題がある。

また、ハウジングに加速度センサを取り付ける方法では、回転バランス調整用に専用の装置が必要であるとともに実際に切削ブレードが装着されているスピンドルの振動は測定できないという問題がある。

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、スピンドルに装着された切削ブレード自体の回転バランスを容易に調整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環状の切削ブレードがマウントフランジと固定ナットで挟持されてスピンドルに装着された切削手段とを備えた切削装置であって、回転する前記切削ブレードの径方向の振幅を検出する振幅検出機構と、前記切削ブレードの回転周期を検出する回転周期検出機構と、該振幅検出機構で検出された振幅と該回転周期検出機構で検出された回転周期とに基づいて、振幅データを作成する振幅データ作成手段と、該振幅データに基づいて前記切削手段の回転バランスを調整するための調整用物体の質量を演算する質量演算手段と、該質量演算手段で演算された質量の調整用物体が装着される回転バランス調整機構と、を具備したことを特徴とする切削装置が提供される。

好ましくは、振幅検出機構は、切削ブレードの外周縁を照射するように切削ブレードの一方の側に配設された発光手段と、発光手段に対向して切削ブレードの他方の側に配設された受光手段と、受光手段が受光した光量を電圧信号に変換する光電変換手段とを含んでいる。

前記振幅データ作成手段は、光電変換手段が出力する電圧値の最大値と最小値と、回転周期検出機構で検出された回転周期に基づいて、切削ブレードの径方向の振幅データを作成する。

好ましくは、回転バランス調整機構は、固定ナットの周方向に等間隔で形成された複数のねじ穴と、これらのねじ穴に挿入可能な調整用ねじとを含んでおり、前記調整用物体は調整用ねじから構成される。好ましくは、回転周期検出機構は、光センサ又は磁気センサから構成される。

本発明によると、振幅検出機構で検出された振幅と回転周期検出機構で検出された回転周期とに基づいて、振幅データ作成手段で振幅データを作成するので、この振幅データに基づいて切削ブレード自身の回転バランスを容易に調整することができる。

従って、従来のスピンドルハウジングの振動データで回転バランスを調整する方法に比べてより高精度な調整が可能となる。又、回転バランス調整用に専用の装置を必要とせず、装置の省スペース化が可能となる。

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マウントフランジ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とから構成されるマウントフランジであり、ボス部３８には雄ねじ４２が形成されている。さらに、マウントフランジ３６は装着穴４３を有している。

マウントフランジ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。ナット４４には遮光テープ４５が貼付されている。

図４はマウントフランジ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をマウントフランジ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、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。

ブレードセンサが本発明の振幅検出機構を兼用することもできる。ブレードセンサを振幅検出機構として用いる場合には、発光素子からの光ビームの概略半分程度が切刃５０によりブロックされるように発光素子及び受光素子を切削ブレード２８の切刃５０を挟んで取り付ける。

７８は発光素子及び受光素子を有する光センサであり、着脱カバー６２に取り付けられている。マウントフランジ３６をスピンドル２６に固定するナット４４には遮光テープ４５が貼付されている。光センサ７８と遮光テープ４５で回転周期検出機構を構成する。遮光テープ４５に変わり、ナット４４の外周の一部分を黒のマジックインクで塗りつぶすようにしても良い。

図７を参照すると、振幅検出機構の第２実施形態が示されている。６０Ａはブレードカバーであり、ブレードカバー６０にスライド可能にスライドカバー６２Ａが取り付けられている。

ブレードカバー６０Ａには、発光部（端部）８４からの光ビームが切削ブレード２８の切刃５０により概略半分程ブロックされるように光ファイバ８２が取り付けられている。切削ブレード２８の反対側には、受光部が発光部８４に対向するようにフォトディテクタに接続された光ファイバが取り付けられている。

８６は切削ブレード２８の切刃５０に対する発光部及び受光部の位置を調整する調整ねじであり、調整終了後には固定ねじ８８により調整後の位置が固定される。

図８を参照すると、第３実施形態の振幅検出機構８０Ａの斜視図が示されている。振幅検出機構８０ＡのＵ形状部材９２は支持部材９０上に取り付けられており、支持部材９０は図１に示した切削装置２のチャックテーブル１８の近辺に配設される。

Ｕ形状部材９２は切削ブレード２８が進入するブレード進入部９８を画成しており、発光素子９４及び受光素子９６はブレード進入部９８の両側に取り付けられている。１００はブレード進入部９８に挿入された切削ブレード２８に洗浄水を供給する洗浄水供給ノズルであり、１０２はエアーを供給するエアー供給ノズルである。

本実施形態の振幅検出機構８０Ａで切削ブレード２８の径方向の振幅を検出するには、図示しないＸ軸送り機構及びＹ軸送り機構を駆動して、切削ブレード２８をＵ形状部材９２のブレード進入部９８中に進入させる。

そして、洗浄水供給ノズル１００から切削ブレードに洗浄水を供給して切削ブレードを洗浄し、次いでエアー供給ノズル１０２からエアーを供給して切削ブレード２８から洗浄水を吹き飛ばし、切削ブレードを乾燥する。

切削ブレード２８の乾燥が終了すると、図示しないＺ軸送り機構を駆動して切削ブレード２８の切刃５０の高さを調整し、発光素子９４から出射された光ビームの概略半分程度が切刃５０によりブロックされるように設定する。この状態で切削ブレード２８を２００００〜６００００ｒｐｍで回転させて切削ブレード２８の径方向の振幅を検出する。

次に図９を参照して、回転周期検出機構７８及び第３実施形態の振幅検出機構８０Ａを使用した切削ブレード２８の回転バランス調整方法について図９乃至図１２を参照して説明する。図９は回転バランス調整機構のブロック図である。

図９において、光源１０４に接続された発光部７８ａと受光部７８ｂを有する光センサ７８と、ナット４４に貼付された遮光テープ４５により回転周期検出機構７７を構成する。回転周期検出機構７７で検出された回転周期１１２は記憶手段１０６に記憶されるとともに、後で説明する振幅データの作成に利用される。

駆動回路１０８により発光素子９４が駆動されると、発光素子９４から光ビームが出射され、その一部が受光素子９６により受光される。切削ブレード２８は高速回転しているため、径方向の振動が発生し、受光素子９６で受光する光量は切削ブレード２８の振動に応じて変化する。

受光素子９６で受光された光量はフォトディテクタ等の光電変換手段１１０により電圧信号に変換される。振幅データ作成手段１１４では、光電変換手段１１０が出力する電圧値の最大値と最小値と、回転周期検出機構７７で検出された回転周期１１２に基づいて、切削ブレード２８の径方向の振幅データを作成する。

この振幅データは、図１０に示すように振幅の大きさ及び振幅が現れる切削ブレード２８の角度位置のデータを含んでいる。図１０において、符号１１８は固定ナット５４の調整用ねじ挿入位置１２０に調整用ねじを挿入しない時の、切削ブレード２８の第１振幅データを示している。固定ナット５４には周方向に等間隔離間して複数の調整用ねじ挿入穴（図示せず）が形成されている。

符号１２２は、回転バランスが崩れていなかった場合、調整用ねじを調整用ねじ挿入穴１２０に挿入した際に得られるべき振幅データを示している。符号１２４は、調整用ねじ挿入穴１２０に調整用ねじを挿入した際に得られた第２振幅データを示している。

１２６は第１振幅データ１１８を打ち消すのに必要な振幅を示しており、第１振幅データ１１８の１８０度反対側に第１振幅データの大きさと同じ振幅を発生させることにより、回転バランスは修正される。

以下、図１０の振幅データに対応する図１１に示すベクトル図を参照して、第１振幅データ１１８を打ち消すのに必要な調整用ねじの質量を計算する。この調整用ねじの質量の計算は、図９の質量演算手段１１６により行われる。Ｆ１は第１振幅データ１１８に対応し、Ｆ３は第２振幅データ１２４に対応し、Ｆ２は振幅１２２に対応する。

図１１において、θ１＝３０度の位置に第１振幅Ｆ１が検出され、θ２＝９０度の調整用ねじ挿入位置１２０に２０ｍｇの調整ねじを挿入した時に、θ３＝６０度の位置に第２振幅Ｓ３が検出され、第１振幅Ｆ１が８μｍ、第２振幅Ｆ３が１３．８４μｍであった場合について計算する。

Ｆ３＝Ｆ１＋Ｆ２ よって、Ｆ１＝Ｆ３−Ｆ２
Ｆ３＝１．７３Ｆ１ Ｆ２＝２０ｍｇであるから
Ｆ３＝Ｆ１ｃｏｓθ５＋Ｆ２ｃｏｓθ４
・ ７３Ｆ１＝Ｆ１ｃｏｓ３０°＋２０・ｃｏｓ３０°
１．７３Ｆ１−Ｆ１ｃｏｓ３０°＝２０・ｃｏｓ３０°
Ｆ１＝（２０・ｃｏｓ３０°）／（１．７３―ｃｏｓ３０°）
≒２０
よって、挿入すべき調整ねじの重さＦ１はＦ１≒２０ｍｇと算出される。

従って、Ｆ１を打ち消すためには、１８０度回転したθ６＝２１０度の調整用ねじ挿入穴に２０ｍｇの調整ねじを挿入する必要がある。

切削装置が固有の振動を有する場合等では、図１２に示すように事前に低回転時の振幅を検出し振幅データ１２８を記憶しておき、回転バランス調整を行う際の振幅データ１３０から低回転時の振幅データ１２８を差し引くことにより、高精度の回転バランス調整方法が可能となる。

切削装置の外観斜視図である。 ダイシングテープを介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの表面側斜視図である。 スピンドルユニットと、スピンドルに固定されるべきマウントフランジ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切削ブレードとの関係を示す分解斜視図である。 切削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。 切削手段の拡大斜視図である。 振幅検出機構の第２実施形態を示す図である。 振幅検出機構の第３実施形態を示す図である。 回転バランス調整機構のブロック図である。 振幅データの一例を示す図である。 図１０の振幅データに対応するベクトル図である。 低回転時の第１振幅データと回転バランス調整を行う際の第２振幅データとの関係を示す図である。

符号の説明

１８ チャックテーブル
２６ スピンドル
２８ 切削ブレード
３６ マウントフランジ
４４ ナット
４５ 遮光テープ
５４ 固定ナット
７７ 回転周期検出機構
７８ 光センサ
８０，８０Ａ 振幅検出機構
８２ 光ファイバ
８４ 発光部
９４ 発光素子
９６ 受光素子
９８ ブレード進入部
１１４ 振幅データ作成手段
１１６ 質量演算手段

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環状の切削ブレードがマウントフランジと固定ナットで挟持されてスピンドルに装着された切削手段とを備えた切削装置であって、
   回転する前記切削ブレードの径方向の振幅を検出する振幅検出機構と、
   前記切削ブレードの回転周期を検出する回転周期検出機構と、
   該振幅検出機構で検出された振幅と該回転周期検出機構で検出された回転周期とに基づいて、振幅データを作成する振幅データ作成手段と、
   該振幅データに基づいて前記切削手段の回転バランスを調整するための調整用物体の質量を演算する質量演算手段と、
   該質量演算手段で演算された質量の調整用物体が装着される回転バランス調整機構と、
   を具備したことを特徴とする切削装置。
2. 前記振幅検出機構は、
   前記切削ブレードの外周縁を照射するように該切削ブレードの一方の側に配設された発光手段と、
   該発光手段に対向して前記切削ブレードの他方の側に配設された受光手段と、
   該受光手段が受光した光量を電圧信号に変換する光電変換手段とを含み、
   前記振幅データ作成手段は、該光電変換手段が出力する電圧値の最大値と最小値と、該回転周期検出機構で検出された回転周期に基づいて、前記切削ブレードの径方向の振幅データを作成する請求項１記載の切削装置。
3. 前記回転バランス調整機構は、前記固定ナットの周方向に等間隔で形成された複数のねじ穴と、該ねじ穴に挿入可能な調整用ねじとを含み、前記調整用物体は該調整用ねじから構成される請求項１又は２記載の切削装置。
4. 前記回転周期検出機構は、光センサ又は磁気センサから構成される請求項１〜３の何れかに記載の切削装置。
5. 請求項３記載の切削装置において、前記切削ブレードの回転バランスを調整する回転バランス調整方法であって、
   前記振幅検出機構で検出した前記切削ブレード回転時の径方向の第１の振幅と、前記回転周期検出機構で検出した回転周期とに基づいて、第１振幅データを形成する第１振幅検出ステップと、
   該第１振幅検出ステップを実施した後、前記複数のねじ穴のうち所定位置のねじ穴に既知の質量の第１調整用ねじを挿入する第１調整用ねじ挿入ステップと、
   該第１調整用ねじ挿入ステップを実施した後、前記振幅検出機構で検出した前記切削ブレード回転時の径方向の第２の振幅と、前記回転周期検出機構で検出した回転周期とに基づいて、第２振幅データを形成する第２振幅検出ステップと、
   前記第１の振幅と前記第２の振幅の差及び前記第１調整用ねじの質量とに基づいて、該第１の振幅を打ち消すために挿入すべき調整用ねじの質量を算出する必要質量算出ステップと、
   前記第１調整用ねじを取り外した後、前記第１振幅検出ステップで検出した第１の振幅位置と周方向１８０度反対側のねじ穴位置に、前記必要質量算出ステップで算出した質量の第２調整用ねじを挿入する第２調整用ねじ挿入ステップと、
   を具備したことを特徴とする回転バランス調整方法。

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