JP2018091629A

JP2018091629A - 振動測定装置及びこれを備えた切削装置

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Publication number: JP2018091629A
Application number: JP2016232375A
Authority: JP
Inventors: 邱　暁明; Toshiaki Oka; 暁明邱; 文照田篠; Fumiteru Tashino
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-06-14

Abstract

【課題】加工装置に容易に装着でき、容易に振動を検証すること。
【解決手段】振動測定装置（６０）は、加工装置（１）が設置された床の振動を測定する振動測定装置であって、所定の厚みと厚みより大きい幅で形成され弾性力を備える長尺状の弾性プレート（６２）と、弾性プレートの一方の端側を固定する固定部（６１）と、弾性プレートの他方の端側に配設する錘（６３）と、固定部と錘との間で固定部近くに配設して弾性プレートの歪みの歪み変化量を測定する圧電素子（６４）または歪みゲージと、を備える構成とした。錘により撓った弾性プレートの歪みを圧電素子または歪みゲージで検出することにより、所定の振動のみを測定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動を測定する振動測定装置及びこれを備えた切削装置に関する。

切削ブレードでウエーハを切断する切削加工装置には、板状ウエーハを保持する保持テーブルが備えられており、保持テーブルの上方には切削ブレードから構成される切削手段が設けられている。回転する切削ブレードが、保持テーブルに保持されたウエーハに対して切込み送りされることで、ウエーハは切削加工される（例えば、特許文献１参照）。

加工装置の近くを、人が通ったり台車が通ったりしたときに振動が発生する場合があるが、この加工装置が設置される床の振動が加工に影響を及ぼし、加工不良が発生する場合がある。すなわち、加工装置においてウエーハを切削する際に振動によって保持テーブルと切削ブレードとが異なる方向に揺さぶられるため、切削されたウエーハのカーフ幅が広くなったり、切削ブレードに欠けが発生したりする。

特開２００１−００９６７５号公報

しかしながら、このような加工不良の原因が、振動によるものか、切削ブレードの砥粒のコンディションが悪いことによるものか、加工装置の精度不良によるものか判断がつかないため、１つずつ検証する必要があり、検証作業が煩雑になる問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、加工装置に容易に装着でき、容易に振動を検証できる振動測定装置及びこれを備えた切削装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様の振動測定装置は、加工装置が設置された床の振動を測定する振動測定装置であって、所定の厚みと厚みより大きい幅で形成され弾性力を備える長尺状の弾性プレートと、弾性プレートの一方の端側を固定する固定部と、弾性プレートの他方の端側に配設する錘と、固定部と錘との間で固定部近くに配設して弾性プレートの歪みの歪み変化量を測定する圧電素子または歪みゲージと、を備える。

本発明の一態様の切削装置は、ウエーハを保持する保持テーブルと、保持テーブルが保持したウエーハを切削ブレードで切削する切削手段と、切削手段と保持テーブルとを切削加工方向に切削送りする切削送り手段と、上記振動測定装置と、制御手段とを備える切削装置であって、制御手段は、振動測定装置が測定した歪み変化量が予め設定した値以上であったら切削送り手段を停止する。

これらの構成により、先端に錘が配置された弾性プレートに振動が伝わると、弾性プレートが撓り、圧電素子または歪みゲージが弾性プレートの歪みを測定する。弾性プレートの先端には錘が配置されているため、弾性プレートは小さな振動では撓らない。これにより、加工不良となるような振動のみを測定することができ、測定した振動のデータは加工装置内に収集しておくことができる。よって、振動の検証を容易に行うことができ、加工不良となるような振動を検出した場合、加工を停止させることができる。また、振動測定装置が簡易な構成からなるため、加工装置に容易に装着することができる。

本発明によれば、加工装置に容易に装着でき、容易に振動を検証できる。

本実施の形態に係る切削装置の斜視図である。本実施の形態に係る振動測定装置の斜視図である。本実施の形態に係る振動測定装置の側面図である。本実施の形態に係る歪み変化量と閾値との関係を示す図である。変形例に係る振動測定装置の説明図である。変形例に係る振動測定装置の斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る切削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る切削装置の斜視図である。

図１に示すように、切削装置１は、切削ブレード５２を有する一対の切削手段５とウエーハＷを保持した保持テーブル３とを相対移動させてウエーハＷを切削するように構成されている。ウエーハＷは、ダイシングテープ９７を介してリングフレーム９８に支持された状態で切削装置１に搬入される。なお、ウエーハ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ェーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系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ェーハでもよい。なお、ウエーハＷは、デバイス形成前の半導体基板や無機材料基板でもよい。

切削装置１の基台２の上面中央は、Ｘ軸方向に延在するように矩形状に開口されており、この開口を覆うように移動板３１及び防水カバー３２が設けられている。移動板３１上には、Ｚ軸回りに回転可能な保持テーブル３が設けられている。防水カバー３２及び移動板３１の下方には、保持テーブル３をＸ軸方向に移動させる加工送り手段（不図示）が設けられている。保持テーブル３の上面にはウエーハＷを保持する保持面３３が形成されている。保持テーブル３の周囲には、ウエーハＷの周囲のリングフレーム９８を挟持固定する４つのクランプ部３４が設けられている。

また、基台２の上面には、Ｘ軸方向に延在する開口を跨ぐように立設した門型の柱部２１が設けられている。門型の柱部２１には、一対の切削手段５をＹ軸方向に移動させるインデックス送り手段７と、一対の切削手段５をＺ軸方向に移動させる切削送り手段８とが設けられている。インデックス送り手段７は、柱部２１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７１と、一対のガイドレール７１にスライド可能に設置されたモータ駆動の一対のＹ軸テーブル７２とを有している。切削送り手段８は、各Ｙ軸テーブル７２の前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール８１と、一対のガイドレール８１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル８２とを有している。

各Ｚ軸テーブル８２の下部には、ウエーハＷを切削する切削手段５が設けられている。また、各Ｙ軸テーブル７２の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ７３が螺合されている。また、各Ｚ軸テーブル８２の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ８３が螺合されている。Ｙ軸テーブル７２用のボールネジ７３、Ｚ軸テーブル８２用のボールネジ８３の一端部には、それぞれ駆動モータ７４、８４が連結されている。これら駆動モータ７４、８４によりボールネジ７３、８３が回転駆動されることで、一対の切削手段５がガイドレール７１、８１に沿ってＹ軸方向及びＺ軸方向に移動される。

一対の切削手段５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、例えば、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドで固めて円板状に成形されている。また、切削手段５のハウジング５１には、ウエーハＷの上面を撮像する撮像手段５３が設けられており、撮像手段５３の撮像画像に基づいてウエーハＷに対して切削ブレード５２がアライメントされる。一対の切削手段５は、切削ノズル（不図示）からウエーハＷに切削水を噴射しながら、切削ブレード５２でウエーハＷを切削する。

また、切削装置１には、装置各部を統括制御する制御手段４０が設けられている。制御手段４０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。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る。制御手段４０は、後述する振動測定装置６０からの出力結果に応じ、切削送り手段８の研削送り量を制御する。

一般に、切削装置における加工不良の原因としては、振動や、切削ブレードのコンディションや、切削装置の精度不良が考えられる。振動には、切削装置の設置場所が揺れることで発生するものや切削装置自体が揺れることで発生するものが含まれる。小さな振動は加工不良を起こさないが、設置場所由来の大きな振動は加工不良を起こす場合がある。

設置場所由来の振動を測定する手段及び記録する手段がないため、設置場所由来の振動を測定するためには、振動計を床に設置して次の加工不良が起きるまで切削加工を行ってデータを取り続ける必要があり、測定に時間が掛かる。また、設置場所由来の振動は切削装置由来の振動よりも大きい場合があるが、従来の振動計は、切削装置自体の小さい振動も測定してしまう。このため、測定データから、振動が設置場所に由来するものなのか、切削装置自体に由来するものなのかを検証する作業は煩雑である。そこで、本実施の形態では、加工不良となるような振動のみを検出できるようにしている。

以下、図２を参照して、本実施の形態に係る振動測定装置の構成について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る振動測定装置の斜視図である。図３は、本実施の形態に係る振動測定装置の側面図である。振動測定装置６０は、切削装置１の基台２内部に配置される（図１参照）。図２及び図３に示すように、振動測定装置６０には、固定台６５が備えられており、固定台６５の上面には長尺状の弾性プレート６２が配置されている。弾性プレート６２の一方の端側は固定部６１を介して固定台６５に固定され、弾性プレート６２は固定部６１から遠ざかる方向に延在している。弾性プレート６２の他方の端側には直方体状の錘６３が配設されており、弾性プレート６２上の固定部６１と錘６３との間には、弾性プレート６２の歪みの変化量を測定する圧電素子６４が配置されている。

弾性プレート６２は、所定の厚みを有しており、厚みより大きい幅で形成されている。固定部６１としては、例えばボルトが挙げられ、固定部６１が弾性プレート６２に挿込まれて固定台６５に形成される雌ネジ部（不図示）に螺合されることにより、弾性プレート６２は固定台６５に取り付けられる。弾性プレート６２の一方の端側が固定部６１により固定台６５の上面に固定され、他方の端側が固定台６５から突出されることで、弾性プレート６２は、他方の端側に加えられる重みによって上下方向に撓り、弾性力を有する。

弾性プレート６２の他方の端側に配置される錘６３の重さは、測定したい振動に応じて決定することができる。また、圧電素子６４は、弾性プレート６２上で、弾性プレート６２が固定台６５から突出する起点となる位置Ｐに位置付けられている。これにより、圧電素子６４を、片持ち梁の固定端に相当する位置に配置することができる。すなわち、弾性プレート６２が撓った際に歪みが最大となる位置に圧電素子６４を配置することができる。圧電素子６４は弾性プレート６２が撓った際の歪みに比例する電圧を出力し、弾性プレート６２が上下方向に撓ると電圧値は上下に変動する。上下の振幅の大きさは振動の大きさに対応しており、振幅の大きさが弾性プレート６２の歪みの変化量とされる。

弾性プレート６２は振動が発生すると撓るため、圧電素子６４から出力される電圧により歪みの変化量を測定することで、振動測定装置６０により振動が検出される。弾性プレート６２の先端に錘６３が設置されることで、弾性プレート６２の先端が上下方向に動きにくくなり、撓り具合が鈍くなる。これにより、振動測定装置６０において比較的大きな振動のみが検出されるため、床等の切削装置の設置場所に由来する振動のみを検出することができる。このように、錘６３により弾性プレート６２を撓らせることにより所定の振動のみを検出できるため、簡易な構成で振動測定を行うことができ、振動測定装置６０を切削装置１内に容易に装着することができる。

圧電素子６４から出力された電圧値は制御手段４０に出力され（図１参照）、制御手段４０に備えられるＡ／Ｄ変換回路で、歪みの変化量を表す数値データに変換される。制御手段４０は、数値データが予め設定した閾値以上である場合、切削送り手段８の切削送りを停止する（図４参照）。数値データが閾値より小さい場合、切削加工を継続する。これにより、設置場所に由来する振動によってウエーハに加工不良が生じることを防止できる。

次に、図４を参照して、歪み変化量と閾値との関係から制御手段４０が切削送り手段８を制御する動作について詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係る歪み変化量と閾値との関係を示す図である。なお、図４において、横軸は時間、縦軸は歪み変化量をそれぞれ示している。

ウエーハＷが搬入されダイシングテープ９７を介して保持テーブル３に吸引保持されると、保持テーブル３は加工送り手段により搬入位置から切削位置に移動され、ウエーハＷの上方に切削ブレード５２を有する一対の切削手段５が位置付けられる（図１参照）。回転する切削ブレード５２と、ウエーハＷを保持した保持テーブル３とが相対移動されて、ウエーハＷが切削される。これにより、切削装置１に由来する振動が発生し、圧電素子６４から出力される電圧の値は振動に合わせて振幅する。この場合、発生する振動は設置場所に由来する振動よりも小さいため、先端に錘６３が配設される弾性プレート６２の上下方向の撓り具合は小さくなり、歪みの変化量としての電圧値の振幅は所定の振幅で小さい値を取り続ける。

このとき、図４Ａに示すように、制御手段４０で電圧値から変換された数値データは、閾値を下回る所定の値に維持される。制御手段４０は、数値データを閾値と比較し、数値データが閾値を超えない場合は、設置場所に由来する振動が発生していないためウエーハＷの切削が続行可能であると判断して、切削送り手段８の切削送りが維持される。

また、切削が続行されているうちに、切削装置１の設置場所である床に振動が発生した場合、先端に錘６３が配設される弾性プレート６２の上下方向の撓り具合が大きくなり、圧電素子６４から出力される電圧値も振動に合わせて振幅する。その時点（図４Ｂの時間ｔ）で、歪みの変化量としての電圧値の振幅が増大する。

このとき、図４Ｂに示すように、電圧値から変換された数値データは、設置場所に由来する振動が発生した時点で数値データが閾値以上となる値をとる（図４Ｂの時間ｔ）。制御手段４０は、数値データが閾値以上となる場合は、設置場所に由来する振動が発生していると判断して、切削送り手段８の切削送りを停止する。

このように、設置場所に由来する振動を検出した際は切削加工が停止され、設置場所に由来しない切削装置１由来等の振動を検出した際は切削加工が継続される。設置場所に由来する振動を区別して検出することができるため、切削加工が停止された際は切削装置１の設置場所を変えたり、切削装置１が設置される床の補強をしたりすることができる。これにより、ウエーハＷの加工不良を防止することができる。また、制御手段４０は、歪みの変化量を表す数値データを記録しておくことができるため、切削加工終了後にデータを確認して振動を詳細に検証することができる。

以上のように、本実施の形態に係る振動測定装置６０では、先端に錘６３が配置された弾性プレート６２に振動が伝わると、弾性プレート６２が撓り、圧電素子６４または歪みゲージが弾性プレート６２の歪みを測定する。弾性プレート６２の先端には錘６３が配置されているため、弾性プレート６２は小さな振動では撓りが変化しない。これにより、加工不良となるような振動のみを測定することができ、測定した振動のデータは加工装置１内に収集しておくことができる。よって、振動の検証を容易に行うことができ、加工不良となるような振動を検出した場合、加工を停止させることができる。また、振動測定装置６０が簡易な構成からなるため、加工装置１に容易に装着することができる。

上記実施の形態においては、振動測定装置６０は、切削装置１の基台２内部に設けられる構成としたが、これに限定されない。振動測定装置６０は、切削装置１内のどこにでも配置することが可能であり、切削装置１が設置されている床等に配置することも可能である。

また、上記実施の形態においては、弾性プレート６２の歪み変化量を測定する際に圧電素子６４を用いる構成としたが、歪みゲージを用いることも可能である。歪みゲージは変形により電気抵抗値が変化する。弾性プレート６２が撓った際の歪みゲージの変形に伴う電気抵抗値を検出して弾性プレート６２の歪みの変化量を測定する。

また、上記実施の形態においては、弾性プレート６２を固定台６５の上面に配置する構成としたが、弾性プレートは固定台の側面から突出する構成としてもよい。図５は、変形例に係る振動測定装置の説明図である。図５Ａは、変形例に係る弾性プレートの斜視図である。図５Ｂは、変形例に係る振動測定装置の側面図である。弾性プレートが固定台の側面から突出する構成とする場合、図５Ａに示すように、弾性プレート１１２の一方の端側には、後述する固定部１１１が挿込まれる挿入溝１１６が形成されている。弾性プレート１１２の他方の端側には錘１１３が配設され、挿入溝１１６と錘１１３との間には圧電素子１１４が配置されている。図５Ｂに示すように、固定台１１５には、弾性プレート１１２を挟持する挟持穴１１５ａが形成され、挟持穴１１５ａの奥面にはスリット１１５ｂが形成されている。弾性プレート１１２の一方の端側が挟持穴１１５ａに挿込まれて、弾性プレート１１２の挿入溝１１６に固定部１１１が挿込まれてネジ止めされることで、弾性プレート１１２が固定台１１５に挟持固定される。挟持部１１５ａにスリット１１５ｂが形成されていることにより、固定台１１５の弾性力が強くなり、固定台１１５に弾性プレート１１２を強く挟み込むことができる。圧電素子１１４は、片持ち梁の固定端に相当する位置Ｐから距離ａだけ離して、位置Ｐからなるべく近い位置に配置される。このような構成でも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態においては、固定台６５の上面に弾性プレート６２を配置してＺ方向の振動を測定する構成を説明したが、固定台の３つの側面にそれぞれ弾性プレートを配置してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の振動を測定する構成としてもよい。図６は、変形例に係る振動測定装置の斜視図である。図６に示すように、振動測定装置１７０においては、固定台１２５の３つの側面１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃにそれぞれ弾性プレート１２２、１３２、１４２が配置されている。固定台１２５において、Ｘ方向に垂直な側面１２５ａに、弾性プレート１２２を固定部１２１を介して固定し、弾性プレート１２２の先端にＸ方向に突出するように錘１２３を配設し、固定部１２１と錘１２３との間に圧電素子１２４を配置する。これにより、弾性プレート１２２がＸ方向に撓るため、振動測定装置１７０においてＸ方向の振動を検出することができる。また、Ｙ方向に垂直な側面１２５ｂに、弾性プレート１３２を固定部１３１を介して固定し、弾性プレート１３２の先端にＹ方向に突出するように錘１３３を配設し、固定部１３１と錘１３３との間に圧電素子１３４を配置する。これにより、弾性プレート１３２がＹ方向に撓るため、Ｙ方向の振動を検出することができる。また、Ｚ方向に垂直な側面１２５ｃに、弾性プレート１４２を固定部１４１を介して固定し、弾性プレート１４２の先端にＺ方向に突出するように錘１４３を配設し、固定部１４１と錘１４３との間に圧電素子１４４を配置する。これにより、弾性プレート１４２がＺ方向に撓るため、Ｚ方向の振動を検出することができる。

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態様をカバーしている。

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、研削装置、研磨装置、エッチング装置、レーザ加工装置に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、加工装置に容易に装着でき、容易に振動を検証できるという効果を有し、特に、振動を測定する振動測定装置及びこれを備えた切削装置に有用である。

１切削装置（加工装置）
６０振動測定装置
６１固定部
６２弾性プレート
６３錘
６４圧電素子

Claims

加工装置が設置された床の振動を測定する振動測定装置であって、
所定の厚みと厚みより大きい幅で形成され弾性力を備える長尺状の弾性プレートと、該弾性プレートの一方の端側を固定する固定部と、該弾性プレートの他方の端側に配設する錘と、該固定部と該錘との間で該固定部近くに配設して該弾性プレートの歪みの歪み変化量を測定する圧電素子または歪みゲージと、を備えた振動測定装置。
ウエーハを保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持したウエーハを切削ブレードで切削する切削手段と、該切削手段と該保持テーブルとを切削加工方向に切削送りする切削送り手段と、請求項１記載の振動測定装置と、制御手段とを備える切削装置であって、
該制御手段は、該振動測定装置が測定した歪み変化量が予め設定した値以上であったら切削送り手段を停止する切削装置。