JP2018027604A - 切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置が大型化することなく、簡易な構成で板状ワークの外周の加工痕の幅及び深さを測定すること。【解決手段】板状ワーク（Ｗ）の外周の面取り部を除去して段状の除去領域（Ａ）を形成する切削装置が、切削済みの板状ワークをスピンナテーブル（６２）に保持して、スピンナテーブル上の板状ワークをスピン回転させながら除去領域を洗浄する洗浄手段（６０）を備えている。洗浄手段には、除去領域の深さを測定する深さ測定器（７２）と、除去領域の幅を測定する幅測定器（７３）と、深さ測定器と幅測定器を待機位置と測定位置とに移動させる移動手段（７１）とが設けられており、スピンナテーブルが深さ測定器と幅測定器とが測定可能な回転速度で回転される構成にした。【選択図】図４

Description

本発明は、板状ワークの外周エッジを切削する切削装置に関する。

板状ワークの外周縁には、製造工程中における割れや発塵防止のために面取り部が形成されている。このため、研削装置で板状ワークの厚みが薄くなるまで研削されると、板状ワークの外周の面取り部がシャープエッジになり、外周側からクラックが生じて板状ワークが破損し易くなるという問題があった。そこで、研削加工に先だって、シャープエッジになりうる面取り部を切削ブレードで周方向に除去するエッジトリミング加工が提案されている。エッジトリミング後の板状ワークは、測定ユニット等によって加工痕の溝幅や深さ等が検査される（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載の測定ユニットは、切削装置の基台上に配置されており、板状ワークの加工痕に測定光が照射され、加工痕の溝底で反射された反射光によって加工痕の溝幅や深さが測定される。特許文献２に記載の測定ユニットは、搬送ロボットの搬入エリアに測定ユニットが配置されており、搬送ロボットのロボットハンドで板状ワークがエッジクランプされて測定ユニットの上方まで搬送する。そして、測定ユニットの上方においてロボットハンドによって板状ワークが回転されることで、板状ワークの加工痕の溝幅及び深さが測定される。

特開２０１５−０２３２３９号公報 特開２０１４−０２２６２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の測定ユニットは、加工痕の溝幅や深さを測定することができるが、切削装置の基台上に測定器用のスペースを新たに確保しなければならず、切削装置が大型化するという不具合がある。また、特許文献２に記載の測定ユニットは、搬送ロボットの搬入エリアに測定器用にスペースを確保することができるが、ロボットハンドに板状ワークをエッジクランプさせて回転させる必要がある。このため、搬送ロボットの構造が複雑になると共に、搬送ロボットが大型化するという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、装置が大型化することなく、簡易な構成で板状ワークの外周の加工痕の幅及び深さを測定することができる切削装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様の切削装置は、外周に面取り部を形成する板状ワークを保持する保持テーブルと、保持テーブルが保持した板状ワークの面取り部を所定の除去領域で除去する切削手段と、回転手段でスピン回転可能なスピンナテーブルで板状ワークを保持しスピンナテーブルをスピン回転させ除去領域を洗浄する洗浄手段と、を有する切削装置であって、洗浄手段には、除去領域の深さを測定する深さ測定器と、板状ワークの径方向における除去領域の幅を測定する幅測定器と、深さ測定器と幅測定器とを待機位置と測定位置とに移動させる移動手段とを備え、スピンナテーブルを深さ測定器と幅測定器とが測定可能な回転速度で回転させる。

この構成によれば、板状ワークの洗浄時には深さ測定器と幅測定器が待機位置に移動され、深さ測定器と幅測定器が板状ワークの洗浄の邪魔になることがない。板状ワークの測定時には深さ測定器と幅測定器が測定位置に移動され、スピンナテーブルが深さ測定器と幅測定器とで測定可能な回転速度で回転されて、板状ワークの除去領域の深さ及び幅が測定される。このように、洗浄手段に深さ測定器と幅測定器が設けられ、スピンナテーブルが板状ワークの洗浄と板状ワークの除去領域の測定に兼用されている。よって、装置が大型化することなく、簡易な構成で板状ワークの外周の除去領域の幅及び深さを測定することができる。

本発明によれば、洗浄手段に深さ測定器と幅測定器を設け、スピンナテーブルを板状ワークの洗浄と板状ワークの除去領域の測定に兼用することで、装置が大型化することなく、簡易な構成で板状ワークの外周の加工痕の幅及び深さを測定することができる。

本実施の形態の切削装置の斜視図である。 本実施の形態の洗浄手段の斜視図である。 本実施の形態の洗浄装置の側面模式図である。 本実施の形態の洗浄装置による洗浄動作及び測定動作を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の切削装置について説明する。図１は、本実施の形態の切削装置の斜視図である。なお、本実施の形態では、単一の切削ブレードを備えた切削装置を例示するが、この構成に限定されない。切削装置は板状ワークをエッジトリミング可能な構成であればよい。

図１に示すように、切削装置１は、保持テーブル３０に保持された板状ワークＷの外周を切削ブレード５２で除去（エッジトリミング）し、板状ワークＷの外周に形成された段状の除去領域の深さ及び幅を測定するように構成されている。なお、板状ワークＷは、外周に面取り部が形成されており、切削装置１の切削対象となる板状部材であればよい。例えば、板状ワークＷは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板に半導体デバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、サファイア、炭化ケイ素等の無機材料基板に光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。また、板状ワークＷは、電子部品に使用される各種ガラス基板でもよい。

切削装置１の基台１０上には、保持テーブル３０をＸ軸方向に切削送りする切削送り手段２０が設けられている。切削送り手段２０は、基台１０上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール２１と、一対のガイドレール２１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル２２とを有している。Ｘ軸テーブル２２の背面側には、不図示のナット部が形成され、このナット部にボールネジ２３が螺合されている。ボールネジ２３の一端部に連結された駆動モータ２４が回転駆動されることで、保持テーブル３０が一対のガイドレール２１に沿ってＸ軸方向に切削送りされる。

Ｘ軸テーブル２２上には、板状ワークＷを保持する保持テーブル３０がＺ軸回りに回転可能に設けられている。保持テーブル３０の上面には、吸引源（不図示）に接続された円形の吸引溝３１が形成されており、吸引溝３１に生じる負圧によって板状ワークＷの外周側が吸引保持される。また、Ｘ軸テーブル２２上には、切削ブレード５２をドレッシングするドレッシング手段３５が立設されている。ドレッシング手段３５の上部にはドレッサー部材３６が保持されており、ドレッサー部材３６が切り込まれることで切削ブレード５２が整形ドレス及び目立てドレスされる。

基台１０上には門型の立壁部１１が立設されており、立壁部１１には切削手段５０をＹ軸方向にインデックス送りするインデックス送り手段４０と、切削手段５０をＺ軸方向に切込み送りする切り込み送り手段４５とが設けられている。インデックス送り手段４０は、立壁部１１の前面に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール４１と、一対のガイドレール４１にスライド可能に設置されたＹ軸テーブル４２とを有している。切り込み送り手段４５は、Ｙ軸テーブル４２上に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール４６と、一対のガイドレール４６にスライド可能に設置されたＺ軸テーブル４７とを有している。

Ｚ軸テーブル４７の下部には、板状ワークＷの面取り部を所定の除去領域で除去する切削手段５０が設けられている。Ｙ軸テーブル４２およびＺ軸テーブル４７の背面側には、それぞれナット部が形成され、これらナット部にボールネジ４３、４８が螺合されている。Ｙ軸テーブル４２用のボールネジ４３、Ｚ軸テーブル４７用のボールネジ４８の一端部には、それぞれ駆動モータ４４、４９が連結されている。駆動モータ４４、４９により、それぞれのボールネジ４３、４８が回転駆動されることで、切削手段５０がガイドレール４１に沿ってＹ軸方向に移動されると共に、ガイドレール４６に沿ってＺ軸方向に移動される。

切削手段５０は、ハウジング５１から突出したスピンドル（不図示）の先端に切削ブレード５２を回転可能に装着して構成される。切削ブレード５２は、ダイヤモンド等の砥粒をボンド剤で結合して円板状に形成されている。また、基台１０上には、切削済みの板状ワークＷを洗浄する洗浄手段６０が設けられている。洗浄手段６０は、スピンナテーブル６２上に板状ワークＷを保持して回転させ、洗浄ノズル６７から洗浄水を噴射して板状ワークＷを洗浄する。続けて、洗浄手段６０は、洗浄水の代わりに、エアノズル６８から乾燥エアを噴射して板状ワークＷを乾燥する。

また、切削装置１には、装置各部を統括制御する制御手段９０と、切削ブレード５２に対するドレッシングの有無等を判断する判断手段９１とが設けられている。制御手段９０及び判断手段９１は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等によって構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成されている。メモリには、装置各部を制御するプログラムの他、後述する板状ワークＷの除去領域の深さや幅を測定する測定動作を制御するプログラムが記憶されている。

このように構成された切削装置１では、板状ワークＷの外周の面取り部に切削ブレード５２が位置合わせされ、切削ブレード５２によって板状ワークＷの表面側が切り込まれる。そして、保持テーブル３０が１回転することで、板状ワークＷの面取り部に段状の除去領域が全周に亘って形成される。このとき、後段の切削工程での板状ワークＷの仕上げ厚みよりも深く切削ブレード５２で切り込まれているため、研削工程で板状ワークＷが仕上げ厚みまで薄化されても、板状ワークＷの面取り部がシャープエッジ状に残ることがない。よって、クラック等による板状ワークＷの破損が防止される。

ところで、エッジトリミング用の切削装置としては、板状ワークＷの上面及び下面に異物が付着しないように、板状ワークＷをエッジクランプで搬送するものが一般的である。このようなエッジクランプ式の切削装置には、基台上に測定テーブルや測定器等が設けられており、測定テーブル上で板状ワークＷの面取り部が除去された除去領域の深さ及び幅が測定される。しかしながら、エッジクランプに対応した切削装置は、装置構成が複雑になると共に高価であり、基台上に測定テーブル等の設置スペースを確保しなければならないため切削装置が大型化してしまっていた。

一方で、分割用の切削装置としてはフレームクランプが主流であり、コストを低減させるために分割用の切削装置をエッジトリミングに使用することも可能である。エッジクランプとは異なり、板状ワークＷの上下面には異物が付着するため、洗浄手段によって板状ワークＷを洗浄するようにしている。フレームクランプでは板状ワークがリングフレームで支持されているため、洗浄手段が板状ワークＷを支持するリングフレーム分だけ大きく設計されている。エッジトリミングでは板状ワークＷがリングフレームに支持されないため、分割用の切削装置をエッジトリミングで使用する場合には、洗浄手段のスピンナテーブルの周囲に十分なスペースが残されている。

そこで、本実施の形態の切削装置１では、分割用の切削装置をエッジトリミングに使用し、洗浄手段の空きスペースに深さ測定器７２（図２参照）と幅測定器７３（図２参照）を設けている。また、洗浄手段６０のスピンナテーブル６２を板状ワークＷの洗浄だけでなく、板状ワークＷの段状の除去領域の測定に兼用するようにしている。これにより、切削装置の既存の構成から装置構成を大きく変更することなく、一部部材を追加するという簡易な構成で板状ワークＷの除去領域の深さ及び幅を測定することができる。また、切削装置の設置スペースも大きくなることがない。

以下、図２及び図３を参照して、洗浄手段について説明する。図２は、本実施の形態の洗浄手段の斜視図である。図３は、本実施の形態の洗浄装置の側面模式図である。なお、図２において、説明の便宜上、ケーシング及び収容ボックスは二点鎖線で示している。また、図３においては、説明の便宜上、洗浄ノズル及びエアノズルを省略している。

図２及び図３に示すように、洗浄手段６０のケーシング６１は円筒状に形成されており、ケーシング６１の内側には板状ワークＷを保持するスピンナテーブル６２がスピン回転可能に設けられている。スピンナテーブル６２の上面には、ポーラスセラミック材によって保持面６３が形成されており、保持面６３に生じる負圧によって板状ワークＷが吸引保持される。スピンナテーブル６２の下面には回転軸６４を介してモータ等の回転手段６５が接続されており、回転手段６５の下部にはスピンナテーブル６２の回転角度を認識するエンコーダ６６が設けられている。また、スピンナテーブル６２は昇降機構によってケーシング６１内で昇降移動される。

また、スピンナテーブル６２の周囲には、板状ワークＷの段状の除去領域Ａに向けて洗浄水を噴き付ける洗浄ノズル６７と、洗浄済みの板状ワークＷに乾燥エアを噴き付けるエアノズル６８とが設けられている。洗浄手段６０では、回転手段６５によってスピンナテーブル６２がスピン回転されて、洗浄ノズル６７から噴射された洗浄水で板状ワークＷの外周の除去領域Ａが洗浄され、続けてエアノズル６８から噴射された乾燥エアで板状ワークＷが乾燥される。また、ケーシング６１の側面に増設された収容ボックス６９には、板状ワークＷの段状の除去領域Ａを測定する測定ユニット７０が収容されている。

測定ユニット７０は、移動手段７１で深さ測定器７２及び幅測定器７３を待機位置と測定位置に移動させ、測定位置に位置付けた深さ測定器７２及び幅測定器７３で板状ワークＷの除去領域Ａの深さ及び幅を測定している。移動手段７１の基台７４には、スピンナテーブル６２に向って延びる一対のガイドレール７５が配置され、一対のガイドレール７５に深さ測定器７２及び幅測定器７３を支持する支持プレート７６が設置されている。支持プレート７６にはボールネジ７７が螺合されており、ボールネジ７７の一端部に連結された駆動モータ７８が回転駆動されることで、支持プレート７６が一対のガイドレール７５に沿って移動される。

支持プレート７６には、深さ測定器７２と幅測定器７３が並列に支持されており、深さ測定器７２と幅測定器７３が同時に待機位置と測定位置の間で移動される。すなわち、板状ワークＷの洗浄時には深さ測定器７２と幅測定器７３が同時に収容ボックス６９側に退避され、板状ワークＷの測定時には深さ測定器７２と幅測定器７３が同時に板状ワークＷの除去領域Ａに位置付けられる。深さ測定器７２は、三角測距を利用した反射型のレーザ変位計であり、発光素子８１からの測定光を板状ワークＷの段状の除去領域Ａの底面で反射させ、反射光の受光素子８２上の受光位置に応じて除去領域Ａの深さを測定している。

幅測定器７３は、板状ワークＷの除去領域Ａを挟んでカメラ８３と光源８４を対向させ、下方から光源８４で板状ワークＷの段状の除去領域Ａを照らしながら、上方からカメラ８３で板状ワークＷの除去領域Ａを撮像している。これにより、板状ワークＷの外周縁が白黒のコントラストとして表れ、板状ワークＷの外周縁のノッチが検出される。また、カメラ８３に対して板状ワークＷが逆光の位置にあるが、カメラ８３には光源が内蔵されているため、除去領域Ａの段差を撮像することが可能になっている。撮像画像の除去領域Ａの段差と外周縁に基づいて、板状ワークＷの径方向における除去領域Ａの幅が測定される。

深さ測定器７２及び幅測定器７３による板状ワークＷの測定時には、スピンナテーブル６２が深さ測定器７２及び幅測定器７３で測定可能な回転速度で回転される。このように、スピンナテーブル６２が回転しながら深さ測定器７２と幅測定器７３で板状ワークＷの全周に亘って除去領域Ａの深さ及び幅を測定している。深さ測定器７２及び幅測定器７３の測定値は、エンコーダ６６から出力された回転角度に関連付けて記憶される。また、深さ測定器７２及び幅測定器７３の測定値は判断手段９１に出力されて、判断手段９１によって深さ測定器７２及び幅測定器７３の測定値が許容範囲から外れたか否かが判断される。

除去領域Ａの深さが許容値より浅くなったときには、深さを深くする方向に補正するようオペレータに促される。もしくは、許容値内の深さになるよう補正値が加算される。また、除去領域Ａの幅が許容範囲から狭くなって外れた場合、もしくは広くなって外れた場合には、板状ワークＷの中心と環状の除去領域Ａの中心が偏心しているとして、除去領域Ａの幅のズレ量、つまり最も狭い幅と最も広い幅との差を用いて後続の板状ワークＷに対する搬送調整に使用される。また、除去領域Ａの深さが除去領域Ａの幅方向で異なっていて、その差が許容範囲から外れた場合には、オペレータに切削ブレード５２（図１参照）のドレッシングが促される。なお、除去領域Ａの深さ及び幅の許容範囲には、実験的、経験的又は理論的に求められた値が使用される。

図４を参照して、洗浄装置による洗浄動作及び測定動作について説明する。図４は、本実施の形態の洗浄装置による洗浄動作及び測定動作を示す説明図である。なお、図４Ａは洗浄装置による洗浄動作の一例、図４Ｂは洗浄装置による測定動作の一例をそれぞれ示している。

図４Ａに示すように、板状ワークＷの外周の面取り部が除去されて除去領域Ａが段状に形成されると、スピンナテーブル６２上に加工済みの板状ワークＷが載置される。このとき、深さ測定器７２及び幅測定器７３が移動手段７１によって収容ボックス６９内の待機位置Ｐ１に位置付けられ、洗浄ノズル６７が板状ワークＷの段状の除去領域Ａの上方に位置付けられている。スピンナテーブル６２が高速回転されて、洗浄ノズル６７から板状ワークＷの除去領域Ａに向けて洗浄水が噴射されることで除去領域Ａが洗浄される。板状ワークＷの洗浄後には、エアノズル６８によって乾燥エアが噴射されることで板状ワークＷが乾燥される。

図４Ｂに示すように、板状ワークＷの洗浄が完了すると、洗浄ノズル６７及びエアノズル６８が板状ワークＷの上方から外れた位置に退避される。また、深さ測定器７２及び幅測定器７３が移動手段７１によって収容ボックス６９内の待機位置Ｐ１から収容ボックス６９外の測定位置Ｐ２に移動される。測定位置Ｐ２では、深さ測定器７２が板状ワークＷの除去領域Ａの真上に位置付けられ、幅測定器７３の光源８４（図２参照）とカメラ８３が板状ワークＷの除去領域Ａを上下に挟み込むように位置付けられる。スピンナテーブル６２が低速で回転されて、深さ測定器７２及び幅測定器７３によって除去領域Ａの深さと幅が測定される。

スピンナテーブル６２が低速で回転されることで、深さ測定器７２によって除去領域Ａの深さが連続的に測定されると共に、幅測定器７３によって除去領域Ａの幅が連続的に測定される。板状ワークＷの洗浄用のスピンナテーブル６２を使用して板状ワークＷの除去領域Ａを測定するため、測定用に新たなテーブルを設置する必要がない。上記したように、洗浄手段６０のケーシング６１（図２参照）がリングフレーム分だけ広く設計されている。エッジトリミングではリングフレームを使用しないため、この空きスペースを深さ測定器７２及び幅測定器７３に利用して、測定器の設置スペースの増加を最小限に抑えることができる。

深さ測定器７２によって発光素子８１（図３参照）から測定光が出射され、板状ワークＷの除去領域Ａの底面で測定光が反射されて受光素子８２（図３参照）で受光される。受光素子８２の受光面には予め板状ワークＷの上面に対応した基準位置が設定されており、この基準位置に対する反射光の受光位置の変化量から除去領域Ａの底面の深さが測定される。また、幅測定器７３によって板状ワークＷの除去領域Ａの撮像画像が撮像され、撮像画像に対して各種画像処理が施されることで除去領域Ａの幅が測定される。そして、除去領域Ａの深さ及び幅が許容範囲外の場合にはドレッシングや搬送調整等が実施される。

以上のように、本実施の形態の切削装置１によれば、板状ワークＷの洗浄時には深さ測定器７２と幅測定器７３が待機位置に移動され、深さ測定器７２と幅測定器７３が板状ワークＷの洗浄の邪魔になることがない。板状ワークＷの測定時には深さ測定器７２と幅測定器７３が測定位置に移動され、スピンナテーブル６２が深さ測定器７２と幅測定器７３とで測定可能な回転速度で回転されて、板状ワークＷの除去領域Ａの深さ及び幅が測定される。このように、洗浄手段６０に深さ測定器７２と幅測定器７３が設けられ、スピンナテーブル６２が板状ワークＷの洗浄と板状ワークＷの除去領域Ａの測定に兼用されている。よって、装置が大型化することなく、簡易な構成で板状ワークＷの外周の除去領域Ａの幅及び深さを測定することができる。

なお、本実施の形態では、板状ワークＷの除去領域Ａに洗浄水を噴射して洗浄する構成にしたが、この構成に限定されない。板状ワークＷの除去領域Ａに洗浄水とエアを混合した混合水を噴射して二流体洗浄する構成にしてもよい。

また、本実施の形態では、深さ測定器７２として三角測距方式のレーザ変位計を例示して説明したが、この構成に限定されない。深さ測定器７２は、板状ワークＷの除去領域Ａの深さを測定可能な構成であればよく、共焦点方式又は分光干渉方式のレーザ変位計でもよいし、光学顕微鏡でもよい。

また、本実施の形態では、幅測定器７３としてカメラ８３と光源８４を例示して説明したが、この構成に限定されない。幅測定器７３は、板状ワークＷの除去領域Ａの幅を測定可能な構成であればよく、幅広レーザの照射によって除去領域Ａの幅を測定してもよい。

また、本実施の形態では、移動手段７１として、ボールネジ式の移動機構を例示して説明したが、この構成に限定されない。移動手段７１は、深さ測定器７２と幅測定器７３とを待機位置と測定位置に移動可能な構成であればよく、リニアモータ式の移動機構やラックアンドピニオン式の移動機構で構成されてもよい。

また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明を切削装置に適用した構成について説明したが、板状ワークの段状の除去領域の深さ及び幅を測定可能な他の装置に適用することが可能である。

以上説明したように、本発明は、装置が大型化することなく、簡易な構成で板状ワークの外周の加工痕の幅及び深さを測定することができるという効果を有し、特に、シリコンウエーハ及びガラス基板のエッジトリミングに使用される切削装置に有用である。

１ 切削装置
３０ 保持テーブル
３５ ドレッシング手段
５０ 切削手段
６０ 洗浄手段
６２ スピンナテーブル
６５ 回転手段
６６ エンコーダ
７１ 移動手段
７２ 深さ測定器
７３ 幅測定器
９１ 判断手段
Ｐ１ 待機位置
Ｐ２ 測定位置
Ｗ 板状ワーク

Claims (1)

1. 外周に面取り部を形成する板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持した板状ワークの該面取り部を所定の除去領域で除去する切削手段と、回転手段でスピン回転可能なスピンナテーブルで板状ワークを保持し該スピンナテーブルをスピン回転させ該除去領域を洗浄する洗浄手段と、を有する切削装置であって、
   該洗浄手段には、該除去領域の深さを測定する深さ測定器と、板状ワークの径方向における該除去領域の幅を測定する幅測定器と、該深さ測定器と該幅測定器とを待機位置と測定位置とに移動させる移動手段とを備え、
   該スピンナテーブルを該深さ測定器と該幅測定器とが測定可能な回転速度で回転させる切削装置。

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