JP2013233611A

JP2013233611A - 切削装置

Info

Publication number: JP2013233611A
Application number: JP2012107047A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Saito; 孝広斎藤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-11-21

Abstract

【課題】温度変化を即座に検知し高精度な加工を可能とすることができる切削装置を提供すること。
【解決手段】切削装置１は被加工物を保持するチャックテーブル１０とチャックテーブルに保持された被加工物に切削加工を施す切削手段２０と熱分布検出手段６０と報知手段８０とを少なくとも備えている。切削手段２０はチャックテーブル１０に保持された被加工物に切削加工を施す切削ブレード２１を回転可能に支持するスピンドル２２及び切削ブレード２１に切削水を供給する切削水ノズル２６ｂ，２６ｃを含む。熱分布検出手段６０は切削ブレード２１及び切削ブレード２１の周囲の熱分布を検出する。報知手段８０は熱分布検出手段６０で検出した切削ブレード２１及び切削ブレード２１の周囲の熱分布が所定の熱分布ＴＲと異なると報知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、切削ブレード及び切削水ノズルを有する切削装置に関するものである。

切削装置は、半導体ウエーハ等の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切削ブレードを回転可能に支持するとともに切削水を供給する切削手段とを少なくとも備えていて、幅数十μｍ程の極めて狭い分割予定ラインを高精度に切削することができる。切削時は、被加工物を冷却するために被加工物に対して切削水を供給し、また、切削により生じる切削屑がブレードや被加工物に付着するのを防止するためにブレードやブレードと被加工物との接触部等に洗浄水を供給している。

また、前述した切削装置は、スピンドルの回転によって発生する熱ひずみにより切削に誤差が生ずるのを防止するために、切削に先立って、例えば１時間程負荷をかけずにスピンドルを回転させるアイドリング運転が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１１４９４９号公報

しかし、切削中に工場設備等の不具合により供給される切削水温が上昇したり、周囲の雰囲気が変化すると、切削手段を構成するスピンドル及びスピンドルを介して切削ブレードを回転させるモータ（切削ブレード駆動源）等の発熱により、スピンドルが割り出し方向に伸びるとともに、切削加工においては数μｍ程度の割り出し送り方向の誤差が生じるおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、温度変化を即座に検知し高精度な加工を可能とすることができる切削装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る切削装置は、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に切削加工を施す切削ブレードを回転可能に支持するスピンドル及び該切削ブレードに切削水を供給する切削水ノズルを含む切削手段と、を少なくとも備える切削装置であって、該切削ブレード及び該切削ブレードの周囲の熱分布を検出する熱分布検出手段と、該熱分布検出手段で検出した該切削ブレード及び該切削ブレードの周囲の熱分布が、所定の熱分布と異なると報知する報知手段とを備えることを特徴とする。

本発明の切削装置は、切削ブレード及びその周囲の雰囲気の熱分布を熱分布検出手段で常時検出し、熱分布が所定範囲の熱分布と異なる場合に報知するので、切削水の水温上昇等により切削点周囲の温度の変化や、切削ブレードの切削不良による切削ブレード自体の温度変化をすぐに検知することが可能であり、温度変化による加工位置ズレや加工品質悪化等の不具合を防ぐことができる。したがって、温度変化を即座に検知し高精度な加工を可能とすることができる。

図１は、実施形態に係る切削装置の構成例を示す図である。図２は、実施形態に係る切削装置の切削手段の構成例を示す正面図である。図３は、実施形態に係る切削装置の熱分布検出手段が検出した切削ブレードの周囲の所定の熱分布の一例を示す図である。図４は、実施形態に係る切削装置の熱分布検出手段が検出した所定の熱分布と異なる切削ブレードの周囲の熱分布の一例を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
図１は、実施形態に係る切削装置の構成例を示す図である。図２は、実施形態に係る切削装置の切削手段の構成例を示す正面図である。図３は、実施形態に係る切削装置の熱分布検出手段が検出した切削ブレードの周囲の所定の熱分布の一例を示す図である。図４は、実施形態に係る切削装置の熱分布検出手段が検出した所定の熱分布と異なる切削ブレードの周囲の熱分布の一例を示す図である。切削装置１は、図示しない被加工物に切削加工を行うものであり、図１に示すように、チャックテーブル１０と、少なくともスピンドル２２、スピンドルハウジング２３等を含む切削手段２０と、Ｘ軸移動手段３０と、Ｙ軸移動手段４０と、Ｚ軸移動手段５０と、熱分布検出手段６０と、制御手段７０と、報知手段８０とを少なくとも備える。

ここで、被加工物は、切削装置１により切削加工が行われる加工対象であり、シリコン、サファイア、ガリウムなどを母材とする半導体ウエーハや、ガラス、樹脂等からなる板状部材である。被加工物は、本実施形態では、デバイスが複数形成されているデバイス側の表面と反対側の裏面がダイシングテープに貼着され、被加工物に貼着されたダイシングテープがフレームに貼着されることで、フレームに固定される。

チャックテーブル１０は、被加工物を保持するものである。チャックテーブル１０は、表面に載置された被加工物を吸引することで、被加工物の表面を露出させた状態で保持するものである。なお、チャックテーブル１０は、切削装置１の装置本体に設けられたテーブル移動基台２（図１に示す）に着脱可能に固定されている。

切削手段２０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物に対して切削加工を行うものである。切削手段２０は、図２に示すように、切削ブレード２１と、スピンドル２２と、スピンドルハウジング２３（図１に示す）と、ブレードカバー２４と、切削水供給源２５（図１に示す）から切削水が供給される複数の切削水ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、ブレード破損検出器２７と、を含んで構成されている。

切削ブレード２１は、被加工物を切削加工する環状に形成されており、切削砥石であり、高速回転することでチャックテーブル１０に保持された被加工物に切削加工を施すものである。切削ブレード２１は、フランジ２８などによりスピンドル２２に対して着脱自在に固定される。つまり、切削ブレード２１は、スピンドル２２の先端に装着される。

スピンドル２２は、切削ブレード２１を回転可能に支持するものである。スピンドル２２は、スピンドルハウジング２３の内部空間に収容されており、先端側と反対側で図示しない回転駆動源に連結されて、回転駆動源の回転駆動力により軸芯回りに回転される。スピンドル２２は、回転駆動源の回転駆動力により軸芯回りに回転されることにより、切削ブレード２１を例えば図２中の矢印Ｋ回りに回転させる。

ブレードカバー２４は、切削ブレード２１に外周を覆うように配設され、スピンドルハウジング２３の先端に固定される。このブレードカバー２４は、切削ブレード２１を保護するとともに、切削加工に伴う切削水や切削屑などが切削手段２０の外部に飛散することを低減する。

複数の切削水ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、切削ブレード２１などに切削水を供給するものである。複数の切削水ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃのうちの一つの切削水ノズル２６ａは、切削ブレード２１の外周縁と相対した状態でブレードカバー２４に配設されている。切削水ノズル２６ａは、切削水供給源２５から供給された切削水を切削ブレード２１の外周縁に供給する。複数の切削水ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃのうちの他の二つの切削水ノズル２６ｂ，２６ｃは、図１に示すように、切削ブレード２１を両側から挟むようにして水平方向に配設されており、切削ブレード２１に相対する面に切削水供給孔（図示せず）が所定間隔毎に水平方向に複数設けられている。切削水ノズル２６ｂ，２６ｃは、切削水供給源２５から供給された切削水を、複数の切削水供給孔から複数の切削ブレード２１及び切削ブレード２１が切削する被加工物の切削箇所Ｓ（図３及び図４に示す）に供給する。なお、切削水ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃから切削ブレード２１などに供給される切削水の温度は、切削水供給源２５などにおいて、所定の温度に保たれている。

ブレード破損検出器２７は、切削ブレード２１の回転中に該切削ブレード２１の破損又は磨耗を検出するものであり、ブレードカバー２４に取り付けられている。ブレード破損検出器２７は、検出結果を制御手段７０に出力する。

Ｘ軸移動手段３０は、切削ブレード２１に対してチャックテーブル１０に保持された被加工物を切削装置１におけるＸ軸方向（図２に示す）に相対移動させるものである。Ｘ軸移動手段３０は、図示しないＸ軸パルスモータにより発生した回転力により、テーブル移動基台２を図示しないＸ軸ガイドレールによりガイドしつつＸ軸方向に移動させる。ここで、テーブル移動基台２は、図示しないチャックテーブル回転源に連結されており、チャックテーブル回転源が発生した回転力により、チャックテーブル１０をＺ軸（図１及び図２に示す）と平行な中心軸線回りに任意の角度、例えば９０度回転や連続回転することができ、チャックテーブル１０に保持された被加工物を切削ブレード２１に対してチャックテーブル１０の中心軸線を中心に任意の角度回転や連続回転などの回転駆動をさせることができる。

Ｙ軸移動手段４０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物に対して切削ブレード２１を切削装置１におけるＹ軸方向（図１に示す）に相対移動させるものである。Ｙ軸移動手段４０は、図示しないＹ軸パルスモータにより発生した回転力により、切削手段２０を図示しないＹ軸ガイドレールによりガイドしつつＹ軸方向に移動させる。

Ｚ軸移動手段５０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物に対して切削ブレード２１を切削装置１におけるＺ軸方向に相対移動させるものである。Ｚ軸移動手段５０は、図示しないＺ軸パルスモータにより発生した回転力により、切削手段２０を図示しないＺ軸ガイドレールによりガイドしつつＺ軸方向に移動させる。

熱分布検出手段６０は、図１に示すように、切削手段２０の切削ブレード２１の表面と相対して配設され、切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲（特に切削水）の熱分布を常時検出するものである。熱分布検出手段６０は、切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲の表面から放射されている赤外線の分布を検出するものであり、赤外線の分布を検出することで、切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲の表面の熱分布ＴＴ（温度分布ともいい、一例を図４に示す）を検出する。赤外線が絶対温度以上の全ての物質から放射され、絶対温度の４乗に比例して赤外線の放射量が増えるために、熱分布検出手段６０は、赤外線の分布を検出することで、熱分布ＴＴを検出することができる。熱分布検出手段６０は、検出した熱分布ＴＴを制御手段７０に出力する。熱分布検出手段６０が検出した熱分布ＴＴは、例えば、図４に示すように、切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲の画像であって、各画素の信号強度が温度に応じた強度となるに二次元の画像である。また、熱分布ＴＴでは、図４に示すように、切削ブレード２１の切削箇所Ｓから回転方向Ｋの前方側の平行斜線で示す部分ＡＢＴ，ＣＴ，ＤＴ，ＥＴの温度が他の部分よりの温度よりも高くなっており、部分ＡＢＴから部分ＥＴに向かうにしたがって徐々に温度が高くなっている。なお、切削ブレード２１が被加工物を切削している加工点の温度は、６００度から７００度程度となっている。また、本実施形態では、熱分布検出手段６０は、周知のサーモグラフィで構成され、Ｙ軸移動手段４０及びＺ軸移動手段５０によりＹ軸方向及びＺ軸方向に、切削手段２０と一体に移動される。

制御手段７０は、切削装置１を構成する上述した構成要素をそれぞれ制御するものである。制御手段７０は、回転駆動源を駆動制御することで発生した回転力により切削ブレード２１を高速回転（数千〜数万ｒｐｍ）させ、チャックテーブル１０と切削ブレード２１とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、中心軸線回りに相対移動させることで、被加工物を切削する加工を切削手段２０に行わせるものである。

また、制御手段７０は、熱分布検出手段６０が検出した切削ブレード２１及び切削ブレード２１の周囲の熱分布と所定の熱分布ＴＲ（図３に示す）とが異なるか否かを、パターンマッチングなどにより判断するものでもある。制御手段７０は、熱分布検出手段６０が検出した切削ブレード２１及び切削ブレード２１の周囲の熱分布と所定の熱分布ＴＲとが異なると判断すると、報知手段８０に報知指令を出力するものでもある。本実施形態では、制御手段７０は、熱分布検出手段６０が検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとに正規化相関を施し、正規化相関に得られる相関値に基いて、熱分布検出手段６０が検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが異なるか否かを判断する。

なお、所定の熱分布ＴＲは、切削ブレード２１により良好に被加工物が切削され、被加工物の分割予定ライン（Ｙ軸方向の正規の位置）に切削加工を行えるときに、熱分布検出手段６０が検出した切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲の熱分布であり、予め、制御手段７０に記憶されている。所定の熱分布ＴＲでは、図３に示すように、切削ブレード２１の切削箇所Ｓから回転方向Ｋの前方側の平行斜線で示す部分ＡＲ，ＢＲ，ＣＲ，ＤＲ，ＥＲの温度が他の部分の温度よりも高くなっており、部分ＡＲから部分ＥＲに向かうにしたがって徐々に温度が高くなっている。なお、本明細書では、図中の平行斜線の間隔が密になるにしたがって、より高温となっていることを示し、平行斜線の間隔が温度を示している。即ち、本発明では、平行斜線の間隔が等しいと、温度が同等であることを示している。

さらに、制御手段７０は、ブレード破損検出器２７からの情報に基いて、切削ブレード２１が破損又は磨耗していると判断すると、報知手段８０に報知指令を出力する。なお、制御手段７０は、例えばＣＰＵ等で構成された演算処理装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える図示しないマイクロプロセッサを主体として構成されており、切削装置１の加工動作の状態や熱分布検出手段６０の検出結果を表示する表示手段９０や、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる図示しない操作手段と接続されている。

報知手段８０は、熱分布検出手段６０で検出した切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲の熱分布が所定の熱分布ＴＲと異なると制御手段７０が判断した場合に、報知する。報知手段８０は、報知することで、切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲の特に切削水の温度変化（上昇）に伴うスピンドル２２のＹ軸方向の伸張などにより、切削ブレード２１の切削箇所ＳがＹ軸方向にずれるなどの加工品質を悪化させる虞が存在することをオペレータに認識させるものである。

また、報知手段８０は、ブレード破損検出器２７の検出結果に基いて切削ブレード２１が破損又は磨耗した場合に、報知する。報知手段８０は、報知することで、切削ブレード２１の破損又は磨耗をオペレータに認識させるものでもある。報知手段８０は、制御手段７０と電気的に接続されており、出力値が変化したと判断して制御手段７０から出力された報知指令に基づいて報知する。報知の具体的方法は、音、光、振動など、人間が五感で感知することができればいずれの方法であってもよい。

次に、本実施形態に係る切削装置１の切削加工動作について説明する。オペレータが切削装置１に、加工内容情報を登録し、チャックテーブル１０に被加工物を保持させ、切削加工動作の開始指示があった場合に、切削加工動作を開始する。切削加工動作において、制御手段７０は、撮像手段が撮像した被加工物表面の画像に基づいてアライメントを行い、保持された被加工物の切削手段２０に対する相対位置が調整される。次に、制御手段７０は、撮像位置の被加工物を保持したチャックテーブル１０を加工位置までＸ軸方向に移動し、加工内容情報に基づいて、被加工物の切削加工を開始する。

制御手段７０は、回転駆動源を駆動制御して、切削ブレード２１を高速回転させるとともに、切削ブレード２１と被加工物とをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向において相対移動させることで、被加工物をストレートラインに沿って分割する切削加工を行う。

切削加工中、熱分布検出手段６０は、常時、切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲の熱分布を検出し、検出結果を制御手段７０に出力する。そして、切削加工中、制御手段７０は、常時、予め記憶した所定の熱分布ＴＲと、熱分布検出手段６０が検出した実際の切削ブレード２１及び該切削ブレード２１の周囲の熱分布とに正規化相関を施して、相関値を算出する。そして、制御手段７０は、常時、相関値が予め定められた所定の値を超えているか否かを判断する。制御手段７０は、相関値が予め定められた所定の値を超えていると、熱分布検出手段６０の検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが一致すると判断する。また、制御手段７０は、相関値が予め定められた所定の値以下であると、熱分布検出手段６０の検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが異なると判断して、報知手段８０に報知指令を出力し、報知手段８０が報知する。

例えば、切削ブレード２１が目詰まりを起こし自生発刃が円滑に行われなくなったり、何らかの周辺設備の不具合等で供給される切削水温が上昇すると、切削ブレード２１の冷却効果が弱まり図４に示す熱分布ＴＴに変化する。熱分布検出手段６０が図４に示す熱分布ＴＴを検出すると、この図４に示す熱分布ＴＴと所定の熱分布ＴＲの互いに対応する部分ＡＢＴ，ＡＲ及びＢＲ間の温度差により、相関値が所定の値以下となる。そして、制御手段７０は、熱分布検出手段６０の検出した熱分布ＴＴが、所定の熱分布ＴＲと異なると判断して、報知手段８０に報知指令を出力し、報知手段８０が報知する。なお、制御手段７０が熱分布検出手段６０の検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが一致するか否かを判断するために用いられる所定の値は、分割予定ラインに切削加工を施す際に、加工位置ズレや加工品質悪化が生じない値に適宜定められている。

以上のように、本実施形態に係る切削装置１は、切削ブレード２１及びその周囲の熱分布を熱分布検出手段６０で常時検出し、検出した熱分布が所定の熱分布ＴＲと異なる場合に報知手段８０が報知するので、切削ブレード２１の切削不良要因による切削ブレード２１自体の温度の上昇や、切削水や雰囲気などの水温上昇等により切削箇所Ｓの周囲の温度の変化をすぐに検知することが可能となる。このために、切削装置１は、加工品質悪化や温度変化による加工位置ズレ等の不具合を防ぐことができる。したがって、切削装置１は、温度変化を即座に検知し高精度な加工を可能とすることができる。特に、本発明は、切削水や雰囲気の温度変化を受けやすい所謂電鋳ブレードを切削ブレード２１として用いた場合に有効である。また、切削装置１は、切削ブレード２１及びその周囲の熱分布を常時検出する熱分布検出手段６０を備え、検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが異なるか否かを常時判断しているので、切削ブレード２１の全破損や部分破損に伴う急激な温度変化を即座に検出することができる。

なお、本実施形態では、制御手段７０は、熱分布検出手段６０の検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが異なるか否かを正規化相関即ちパターンマッチングにより判断している。しかしながら、本発明では、これに限定されない。

本発明では、例えば、制御手段７０は、熱分布において図３中の部分ＡＲなどの予め定められた位置の温度が、予め定められた所定の温度を超えているか否かを判断することにより、熱分布検出手段６０の検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが異なるか否かを判断してもよい。この場合、制御手段７０は、予め定められた位置の温度が予め定められた所定の温度を超えていると、熱分布検出手段６０の検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが異なると判断し、予め定められた位置の温度が予め定められた所定の温度以下であると、熱分布検出手段６０の検出した熱分布と所定の熱分布ＴＲとが一致すると判断する。なお、図３中の部分ＡＲなどの予め定められた位置は、加工品質を悪化させる虞が存在しない場合の温度と存在する場合の温度の差が、大きくなる位置であるのが望ましく、前記部分ＡＲなどに限定されることなく、前述した温度の差が大きくなる位置であれば、如何なる位置であってもよい。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１切削装置
１０チャックテーブル
２０切削手段
２１切削ブレード
２２スピンドル
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ切削水ノズル
６０熱分布検出手段
８０報知手段
ＴＲ所定の熱分布
ＴＴ熱分布の一例

Claims

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に切削加工を施す切削ブレードを回転可能に支持するスピンドル及び該切削ブレードに切削水を供給する切削水ノズルを含む切削手段と、を少なくとも備える切削装置であって、
該切削ブレード及び該切削ブレードの周囲の熱分布を検出する熱分布検出手段と、
該熱分布検出手段で検出した該切削ブレード及び該切削ブレードの周囲の熱分布が、所定の熱分布と異なると報知する報知手段とを備える、切削装置。