JP2020113641A

JP2020113641A - 切削装置

Info

Publication number: JP2020113641A
Application number: JP2019003409A
Authority: JP
Inventors: 貴彦津野; Takahiko Tsuno
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-07-27
Also published as: TW202027909A

Abstract

【課題】カーフに発生したチッピングを精度よく検知する。【解決手段】切削ブレード４３が被加工物Ｗを切削加工する際に発生する弾性波をＡＥセンサ７１によって検知し、ＡＥセンサ７１に検知された弾性波信号の時間特性データを解析手段７６によってフーリエ変換して、周波数特性データを取得する。そして、切削ブレード４３から発生した弾性波が含まれる周波数帯域を特定して、その周波数帯域において、弾性波のフーリエ変換後のＡＥ値が設定した第一の閾値を超えたら、判断手段７７により、チッピングが発生したと判断する。【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物を切削加工する切削装置に関する。

チャックテーブルに保持された被加工物を切削ブレードで切削する切削装置は、切削ブレードに切削水を供給しながら、切削ブレードと被加工物とを接触させて被加工物を切削加工している。切削加工においては、切削ブレードの目詰まりや、目つぶれ、欠け等の発生により、または切削送り速度の設定間違いなどにより、切削ブレードが通常よりも大きく振動して被加工物の表面にチッピングが発生する可能性がある。

そのため、発生したチッピングを検知するために、特許文献１及び特許文献２に開示されているように、切削加工中に切削ブレードの振動をＡＥセンサで検知して切削ブレードの振動の大きさ（ＡＥ値）が閾値を超えた場合に被加工物にチッピングが発生していると判断する手法がある。

特開２０１５−１７０７４５号公報特開２０１８−１１７０９２号公報

しかし、上に示した特許文献１及び特許文献２に示す発明による切削ブレードの振動の検知において、切削ブレード等に異常が発生していると思われるような振動が検知されたときに、カーフを電子顕微鏡等によって観察した際にチッピングが発見されない場合があった。かかる場合においては、チッピングが発生していると判断する切削ブレードの振動の大きさの閾値が過小に設定されており、本当はチッピングが発生していないにもかかわらず、チッピングが発生していると誤って検知されてしまっている。一方、チッピングが発生していると判断する切削ブレードの振動の大きさの閾値を上げると、今度は、チッピングが発生していても検知できなくなる。このように、検知した切削ブレードの振動の大きさに基づいてチッピングが発生しているかどうかを判断する過程においては、振動検知のための手段や振動の閾値の適切な選び方についての問題を抱えていた。本発明が解決すべき課題は、切削ブレードの振動を検知して、カーフに発生したチッピングをより正確に検知することにある。

本発明は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を切削する切削ブレードを備えた切削手段と、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給手段と、該切削ブレードと該保持手段とを相対的に切削送り方向に移動させる切削送り手段と、該切削手段または該保持手段に配設され切削加工により該切削ブレードから発生される弾性波を検知するＡＥセンサと、制御手段と、を備える切削装置であって、該制御手段は、該切削ブレードが被加工物を切削加工する際に発生した複数の周波数成分を含む弾性波を該ＡＥセンサで検知し、該ＡＥセンサが検知した弾性波信号をフーリエ変換して、該切削ブレードから発生されているであろう弾性波信号の周波数帯域を特定し、該特定の該周波数帯域において、該弾性波信号をフーリエ変換した値が予め設定した第一の閾値を超えたら、該切削ブレードが被加工物を切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断する、切削装置である。

上記の切削装置に備える該制御手段は、該周波数帯域ごとに該弾性波信号をフーリエ変換した値の平均値を求め、所定の時間内の複数の該平均値から、特徴量を求め、該特徴量が予め設定した第二の閾値を超えたら、該切削ブレードが被加工物を切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断することが望ましい。

上記の切削装置に備える該制御手段は、該特徴量が予め設定した第三の閾値を超えた回数が、予め設定した回数を超えたら、該切削ブレードが被加工物を切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断することが望ましい。

切削加工に伴って切削ブレードに負荷がかかることにより発生する弾性波をＡＥセンサによって検知して、検知した弾性波信号をフーリエ変換し、周波数帯域ごとのフーリエ変換後のＡＥ値が予め設定された弾性波のＡＥ値の閾値を超えるかどうかによって、チッピングの発生を検知し切削加工に異常があると判断できるようになる。これにより、切削装置を制御して切削を中断する等の適切な処置を行い、不良チップの発生を防止することができる。

切削装置全体を表す斜視図である。切削手段を構成する要素を表した斜視図である。切削手段を表す断面図である。弾性波信号の時間軸波形を表すグラフである。弾性波信号の周波数軸波形を表すグラフである。弾性波信号の周波数軸波形のうち、２００ｋＨｚから３００ｋＨｚまでの周波数帯域におけるフーリエ変換後のＡＥ値を表したグラフである。弾性波信号フーリエ変換して得られた周波数特性データのうち、２００ｋＨｚから３００ｋＨｚまでの周波数帯域におけるフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値の変化を表したグラフである。特徴量（所定の時間内におけるフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値の最大値から中間値を差し引いた値または、該周波数平均値の四分位範囲）をプロットしたグラフであり、特徴量が第２の閾値及び第３の閾値を超えるかどうかを判断するためのグラフである。

１切削装置の構成
切削装置１は、図１に示すように、保持手段１５において保持された被加工物Ｗの表面Ｗａに切削手段４０に備える切削ブレード４３を切り込ませて、被加工物Ｗを切削加工する切削装置である。図１に示す切削装置１は、二つの切削手段４０を備えるデュアルダイサーであるが、切削装置はこれに限定されるものではなく、一つの切削手段を備えた切削装置でもよい。半導体ウェーハ等である被加工物Ｗの表面Ｗａに形成された分割予定ラインＬによって区画された領域には、各々デバイスＤが備えられており、分割予定ラインＬに沿って切削ブレード４３を切り込ませることで被加工物Ｗを個々のデバイスＤに分割することができる。被加工物Ｗの裏面Ｗｂには貼着テープＴが貼着されており、被加工物Ｗに貼着された貼着テープＴの端部が環状のフレームＦに貼着されることで、被加工物ＷがフレームＦに支持されている。切削装置１には、ベース１０とベース１０上における−Ｘ側に立設された門型コラム１３とが備えられている。

ベース１０の上における中央には、円形の板状テーブルである保持手段１５と、保持手段１５を下から囲繞するカバー１１と、カバー１１に連結された蛇腹カバー１２とが備えられている。保持手段１５は、吸引部１５０と吸引部１５０を支持する枠体１５１とを備え、吸引部１５０の上面は被加工物Ｗが載置される保持面１５０ａとなっている。保持手段１５の下方には、吸引手段８０が配設されており、保持面１５０ａと吸引手段８０とが接続されている。保持面１５０ａに被加工物Ｗが載置された状態で、吸引手段８０によって生み出される吸引力を吸引部１５０に伝達することで、保持面１５０ａに被加工物Ｗを吸引保持することができる。

また、保持手段１５に隣接された位置には、保持手段１５を四方から囲むようにして四つのクランプ１７が配設されており、保持面１５０ａに環状のフレームＦに支持された状態の被加工物Ｗを載置して、フレームＦを四つのクランプ１７を用いて四方から挟持することで、被加工物Ｗを保持手段１５に固定することができる。さらに、保持手段１５の下側には、有底筒状のケーシング８３が接続されており、ケーシング８３の内部には、保持手段１５をＺ軸方向の回転軸８２のまわりに回転させる回転手段８１が配設されている。

ベース１０の内部には、被加工物Ｗを保持する図示しないカセットを収容するカセット収容エリア２０が備えられている。カセット収容エリア２０の上面は、ステージ２２となっており、被加工物Ｗを保持したカセットが載置された状態のステージ２２がカセット昇降手段２１により昇降移動して、カセットの高さ位置が調整される。

ベース１０の上における保持手段１５を挟んでカセット昇降手段２１と対向する位置には洗浄手段２４が配設されている。洗浄手段２４には、スピンナーテーブル２５と、洗浄水ノズル２６とが備えられている。図示しない昇降手段によって被加工物Ｗを保持したスピンナーテーブル２５をベース１０の内部に降下させ、図示しない回転手段によってスピンナーテーブル２５を回転させながら、洗浄水ノズル２６から洗浄水を噴きつけることで被加工物Ｗを洗浄することができる。また、被加工物Ｗを洗浄した後、洗浄水の噴射を停止し、引き続き被加工物Ｗを回転させることで、表面Ｗａに付着している水滴が、表面Ｗａの外側に向かって飛ばされる。これにより被加工物Ｗの表面Ｗａを乾燥させることができる。

ベース１０の内部には、切削送り手段１８が配設されている。切削送り手段１８は、Ｘ軸方向の回転軸１８４を有するボールネジ１８０と、ボールネジ１８０に平行に配設された一対のガイドレール１８１と、ボールネジ１８０の一端に接続されたモータ１８２と、内部のナット構造がボールネジ１８０に螺合し底部がガイドレール１８１に摺接する可動板１８３とを備える。また、可動板１８３は、ケーシング８３を介して保持手段１５を支持している。モータ１８２により駆動されてボールネジ１８０がＸ軸方向の回転軸１８４のまわりに回転すると、可動板１８３がガイドレール１８１に案内されてＸ軸方向である切削送り方向に移動し、これに伴いケーシング８３を介して可動板１８３に支持された保持手段１５が可動板１８３とともにＸ軸方向に移動する構成となっている。なお、保持手段１５がＸ軸方向に移動する際には、保持手段１５を囲繞するカバー１１がＸ軸方向に保持手段１５と一体的に移動し、カバー１１がＸ軸方向に移動すると、蛇腹カバー１２が伸縮することとなる。

門型コラム１３の左右の側壁には、二つの切削手段４０がそれぞれ配設されている。二つの切削手段４０は同様に構成されており、その構成要素には同じ符号を付す。

切削手段４０には、切削ブレード４３と、切削ブレード４３を支持するスピンドル４２と、スピンドル４２を収容する四角筒状のスピンドルハウジング４１とが備えられている。スピンドルハウジング４１には、ブレードカバー４５が取り付けられている。ブレードカバー４５の中央部には、切削ブレード４３を取り付けるための開口部が備えられており、切削ブレード４３の外周縁の上方から側方にかかる領域を覆っている。また、ブレードカバー４５の下部には、被加工物Ｗを切削する際に切削ブレード４３や、被加工物Ｗと切削ブレード４３とが接触する部分に切削水を供給するノズルを備えた切削水供給手段４６が上下動可能に取り付けられており、切削加工時には、図示しない切削水供給源から切削水供給手段４６に給水がなされて、切削水供給手段４６から切削ブレード４３や、被加工物Ｗと切削ブレード４３とが接触する部分に切削水を供給しながら被加工物Ｗを切削することとなる。

図２及び図３に示すように、スピンドルハウジング４１の先端面４１ａには、スピンドル４２の先端側をカバーするカバー部材４７が取り付けられている。カバー部材４７には一対のブラケット４８が配設されており、スピンドル４２の先端部分をカバー部材４７の開口４９から突出させた状態で、カバー部材４７がブラケット４８を介してスピンドルハウジング４１にねじ止めされて、カバー部材４７とスピンドル４２とが連結されている。

ブレードマウント５１は、円板状のフランジ部５６とフランジ部５６の表面５６ａ（−Ｙ方向側）に形成されたボス部５３とを備えている。フランジ部５６の背面５６ｂ（＋Ｙ方向側）には、図３に示すように、スピンドル４２の先端に装着される嵌合穴５２が形成されている。ボス部５３には、円形凹部５４が形成され、円形凹部５４の底面には、嵌合穴５２に連なる貫通穴５５が形成されている。ブレードマウント５１の貫通穴５５からスピンドル４２の先端面４２ａが露出した状態で、ブレードマウント５１にスピンドル４２がはめ込まれ、スピンドル４２の先端面４２ａのネジ穴４４に固定ボルト５９がワッシャ５８を介して締め付けられることで、スピンドル４２にブレードマウント５１が固定されている。

切削ブレード４３は円形のハブ基台６１と、ハブ基台６１の外周縁に環状に配設された切り刃６２とを備えるハブブレードであり、ハブ基台６１の円の内側には挿入穴６３が形成されている。この挿入穴６３がボス部５３に押し込まれて、ハブ基台６１からボス部５３が突出される。そして、ボス部５３の突出部分に形成された雄ネジ５７に固定ナット６５が締め付けられてブレードマウント５１に切削ブレード４３が固定される。

切り刃６２は、金属や樹脂等の結合材にダイヤモンドやＣＢＮ等の砥粒を混合して所定厚みに形成されている。なお、切削ブレード４３は、切り刃６２のみによって構成されたワッシャブレードを用いてもよい。

図３に示すように、ブレードマウント５１のフランジ部５６には、ＡＥセンサ７１が配設されている。ＡＥセンサ７１は圧電素子を有しており、切削加工時に切削ブレード４３から発生してブレードマウント５１に伝わった弾性波を、電気的な検出信号である弾性波信号に変換して出力することができる。

ブレードマウント５１とカバー部材４７との境界領域において、ブレードマウント５１側では、ＡＥセンサ７１に第１のコイル手段７３が接続されており、さらに、カバー部材４７側では、第１のコイル手段７３に第２のコイル手段７４が接続されている。ＡＥセンサ７１により弾性波が検知されると、ＡＥセンサから弾性波信号が第１のコイル手段７３に送信され、さらに、第１のコイル手段７３から磁気的な相互誘導作用によって第２のコイル手段７４に伝達されることとなる。

第１のコイル手段７３に磁気的に結合されている第２のコイル手段７４には、制御手段７５が接続されている。制御手段７５には、ＡＥセンサ７１で検出された時間軸波形を周波数解析する解析手段７６と、周波数解析の結果からチッピングが形成されているかどうかを判断する判断手段７７とが備えられている。ＡＥセンサ７１で検出された弾性波信号が、第１のコイル手段７３及び第２のコイル手段７４を介して制御手段７５に伝達された後、その時間軸波形が解析手段７６においてフーリエ変換されて周波数軸波形に変換されることとなる。

また、制御手段７５には、判断手段７７によってチッピングが発生していると判断された場合にオペレータ等にその旨を報知する報知手段７８が備えられている。

図１に示すように、門型コラム１３には、上記の構成の二つの切削手段４０をそれぞれ、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させる割り出し送り手段３０及び切込み送り手段３５が備えられている。

割り出し送り手段３０には、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ３３と、ボールネジ３３をＹ軸に平行な回転軸３３０のまわりに回動させるモータ３４と、ボールネジ３３に平行に配設されたガイドレール３１と側部のナットがボールネジ３３に螺合してガイドレール３１に摺接する可動板３２とが備えられている。モータ３４によって駆動されて、ボールネジ３３が回転軸３３０のまわりに回転すると、これに伴い可動板３２がガイドレール３１に案内されてＹ軸方向に移動する構成となっている。

また、切込み送り手段３５には、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ３８と、ボールネジ３８をＺ軸に平行な回転軸３８０のまわりに回動させるモータ３９と、ボールネジ３８と平行に配設されたガイドレール３６と、側部のナットがボールネジ３８に螺合してガイドレール３６に摺接する支持部材３７とを備えている。モータ３９により駆動されてボールネジ３８が回転すると、支持部材３７がガイドレール３６に案内されてＺ軸方向に移動する。

支持部材３７の下端には、スピンドルハウジング４１が連結されており、支持部材３７がＹ軸方向及びＺ軸方向に移動すると、これに伴い切削手段４０が同じくＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

スピンドルハウジング４１の側面にはアライメント手段９が配設されている。アライメント手段９は、被加工物Ｗを撮像するカメラ９０を備えており、カメラ９０は、例えば、被加工物Ｗに光を照射する光照射部と、被加工物Ｗからの反射光を捕らえる光学系および反射光に対応した電気信号を出力する撮像素子（ＣＣＤ）とを備えている。アライメント手段９は、カメラ９０によって取得した画像に基づいて、被加工物Ｗの切削すべき分割予定ラインＬを検出することができる。アライメント手段９と切削手段４０とは一体となって構成されており、両者は連動してＹ軸方向及びＺ軸方向へと移動する。
２切削装置の動作

（切削加工）
上記の切削装置１によって被加工物Ｗを切削加工する際の切削装置１の動作について説明する。なお、被加工物Ｗには貼着テープＴが貼着されており、その状態で貼着テープＴが環状のフレームＦに把持されることで被加工物ＷがフレームＦによって固定されている。

まず、カセット収容エリア２０において、カセット昇降手段２１によってステージ２２を上昇させ、フレームＦに固定された被加工物Ｗが載置されたカセットをベース１０の上方に位置付けた後、図示しないアーム等によって環状のフレームＦを把持して保持手段１５の保持面１５０ａの上に載置させ、吸引手段８０によって生み出される吸引力を保持面１５０ａに伝達させて保持面１５０ａの上で被加工物Ｗを吸引保持する。そして、四つのクランプ１７でフレームＦを四方から挟持して固定する。

その後、切削送り手段１８のモータ１８２の駆動力によりボールネジ１８０を回転軸１８４のまわりに回転させることで、ガイドレール１８１に沿って可動板１８３及び可動板１８３に支持された保持手段１５を−Ｘ方向に移動させ、保持手段１５に吸引保持されている被加工物Ｗをアライメント手段９の下方に位置付ける。被加工物Ｗをアライメント手段９の下方に位置付けた後、カメラ９０によって被加工物Ｗの表面Ｗａを撮像する。カメラ９０によって撮像された被加工物Ｗの表面Ｗａの画像に、アライメント手段９によるパターンマッチング等の画像処理が行われ、二つの切削ブレード４３を切り込ませるべき分割予定ラインＬが検出される。

アライメント手段９によって分割予定ラインＬが検出されるのに伴って、切削手段４０が割り出し送り手段３０によってＹ軸方向に駆動され、切削すべき分割予定ラインＬと切削ブレード４３とのＹ軸方向における位置合わせが行われる。分割予定ラインＬと切削ブレード４３とのＹ軸方向の位置合わせにおいては、上記のパターンマッチングの結果を基に、割り出し送り手段３０のモータ３４によってボールネジ３３を回転軸３３０のまわりに回転させることで、これに伴い可動板３２がガイドレール３１に沿ってＹ軸方向に移動し、可動板３２に接続された支持部材３７及び、支持部材３７に支持された切削手段４０がＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸方向の位置合わせが完了した後、切削手段４０のスピンドル４２を図示しないモータにより回動させ、スピンドル４２に接続された切削ブレード４３を回転させる。切削ブレード４３が回転している状態で、切込み送り手段３５のモータ３９によってボールネジ３８を駆動させてボールネジ３８を回転軸３８０のまわりに回転させ、切削ブレード４３をＺ軸方向に降下させる。これにより、切削ブレード４３が切削加工を開始するための高さ位置に位置付けられる。

上記のように、切削ブレード４３を切り込ませるべき分割予定ラインＬの位置に位置付け、さらに、切削加工開始のための高さ位置に位置付けた後、切削加工を開始する。その際は、被加工物Ｗを保持する保持手段１５が所定の切削送り速度でさらに−Ｘ方向に送り出されることで、保持手段１５と切削ブレード４３とが相対的に所定速度で切削送り方向（Ｘ軸方向）に移動し、切削ブレード４３が高速回転しながら被加工物Ｗの検出された分割予定ラインＬに切り込み、その分割予定ラインＬが切削される。

次に、隣り合う分割予定ラインＬの間隔だけ切削手段４０をＹ軸方向に割り出し送りし、同様の切削を行うことにより、切削済みの分割予定ラインＬの隣の分割予定ラインＬを切削する。このようにして、割り出し送りと切削とを繰り返し行うことにより、同方向の分割予定ラインＬがすべて切削される。そして、回転手段８１により保持手段１５を９０度回転させてから同様の切削を行い、すべての分割予定ラインＬが縦横に切削され、被加工物Ｗを個々のチップに分割できる。
なお、切削加工は、下記の様な加工条件が用いられる。
切削ブレード：砥粒径＃２０００〜＃３０００
切削ブレード幅（カーフ幅）：２０〜３０μｍ
被加工物材質：シリコン
切削送り速度：５０〜１００ｍｍ／ｓｅｃ
スピンドル回転数：２００００回転／分〜３００００回転／分

（チッピング検出）
上記のように切削装置１を作動させて被加工物Ｗを切削加工する間、切削手段４０のブレードマウント５１に取り付けられているＡＥセンサ７１によって切削中に発生する複数の周波数成分を含む弾性波を検知し、検知された弾性波を第１のコイル手段７３及び第２のコイル手段７４に磁気的に伝達して制御手段７５に電気信号として送信する。制御手段７５では、例えば図４に示す情報を取得する。図４においては、横軸を時間（ｔ）、縦軸を切削加工時にＡＥセンサ７１が検知する弾性波信号の値であるＡＥ値（Ｖ）として、弾性波のＡＥ値の時間的変化のデータである時間特性データを表した時間軸波形のグラフが描画されている。

この弾性波信号の時間特性データに対して、解析手段７６を用いて、サンプリング時間Ｔｏを例えば１ミリ秒としてフーリエ変換（例えばＦＦＴ）を行う。これにより、周波数毎に分解された弾性波信号のスペクトルである周波数特性データを得る。図５は、横軸を周波数（ｆ）、縦軸を周波数毎に分解された弾性波のスペクトルの大きさ（強さ）として、弾性波信号の周波数特性データをプロットした周波数軸波形のグラフである。

切削加工において切削ブレード４３と被加工物Ｗとの接触によって発生する弾性波の周波数帯域は、２００ｋＨｚから６００ｋＨｚという特定の周波数帯域であることが知られている。なお、２００ｋＨｚよりも小さな周波数の振動は切削水供給手段４６から供給される切削水の音や駆動部の音等によるものであり、６００ｋＨｚよりも大きな周波数の振動はモータドライバ等のノイズによるものである。そこで、解析手段７６において、図５に示すように、周波数軸波形へと変換された弾性波信号の２００ｋＨｚから６００ｋＨｚの周波数帯域を特定して、２００ｋＨｚから６００ｋＨｚの周波数帯域におけるフーリエ変換後のＡＥ値が、予め設定された第一の閾値を超えるかどうかを判断手段７７で判断することによってチッピングが発生したかどうかを判断する。

第一の閾値は、例えば過去の加工経験から決定する。第一の閾値の決定方法としては、例えば、第一の閾値が決められていない状態の被加工物Ｗの全ての分割予定ラインＬを切削加工して、切削加工時に発生した弾性波を切削加工中の全ての時間においてＡＥセンサ７１で検知する。ＡＥセンサ７１で検知された弾性波信号は、第１のコイル手段７３及び第２のコイル手段７４を介して制御手段７５に伝達される。

一方で、被加工物Ｗに形成されたカーフの様子を、例えばアライメント手段９のカメラ９０によって撮像して、カーフチェックを行う。カーフチェックの結果、被加工物Ｗの表面Ｗａにチッピングが検出されたときは、撮像された画像を基にチッピングが発生した分割予定ラインＬの位置を調べる。このとき、切削装置１においては、カメラ９０で撮像された被加工物Ｗの表面Ｗａの画像と、切削送り速度および、分割予定ラインＬの全長等を照らし合わせることで、切削開始から測ってどの時間に分割予定ラインＬのどの位置が切削されたかを特定することができる。切削加工時にチッピングが発生した位置及びチッピングが発生した時間を特定して、例えば、そのチッピング発生時間を含んだ１ミリ秒間をサンプリング時間として、弾性波の時間軸波形を解析手段７６によって周波数軸波形にフーリエ変換し、取得した周波数軸波形に含まれる周波数帯域２００ｋＨｚから６００ｋＨｚにおける弾性波信号のＡＥ値から、チッピング時に切削ブレード４３から発生した弾性波信号のフーリエ変換後のＡＥ値（ピーク等）を特定する。そして、そのフーリエ変換後のＡＥ値よりも少し低い値を第一の閾値として設定する。

上記のように設定された第一の閾値を切削加工によって切削ブレード４３に発生した弾性波信号が超えたら、切削ブレード４３が被加工物Ｗを切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断手段７７が判断する。図５においては、切削加工時のある時間における弾性波の周波数軸波形が描画されているが、グラフ内の４００ｋＨｚ付近の位置Ｐ１においてフーリエ変換後のＡＥ値が第一の閾値Ｓ１を超えており、これをうけて、被加工物Ｗにはチッピングが発生していて切削加工に異常があると判断手段７７が判断する。

判断手段７７によって被加工物Ｗにチッピングが発生したと判断された場合、報知手段７８がチッピングの発生をオペレータ等に報知し、メンテナンス作業等が促される。

なお、切削ブレード４３から発生する弾性波の周波数帯域である２００ｋＨｚから６００ｋＨｚ周波数帯域を、２００ｋＨｚから３００ｋＨｚ、３００ｋＨｚから４００ｋＨｚ、４００ｋＨｚから５００ｋＨｚ、５００ｋＨｚから６００ｋＨｚの四つに分割して、上記の方法を用いて、それぞれの周波数帯域における第一の閾値を設定し、それぞれの弾性波信号を解析することで、より精度の高いチッピング検出を行うことができる。その際には、区分された四つの周波数帯域毎に第一の閾値を異なる値に設定してもよい。

上記のように、切削装置１に備える解析手段７６を用いてフーリエ変換を行うことにより、発生した弾性波信号のうち、切削ブレード４３から発生された弾性波の弾性波信号を特定して、その弾性波信号のフーリエ変換後のＡＥ値と設定した第一の閾値とを比較することで、チッピングの発生が発生しているかどうかを、より精度よく判断することができる。

（統計学的な特徴量を用いたチッピング検出）
弾性波信号によるチッピング検出においては、周波数帯域毎にフーリエ変換後のＡＥ値の平均値を求め、所定の時間内における複数の平均値から特徴量を求めて、特徴量を基にチッピングが発生したかどうかを判断する構成が望ましい。

上記の特徴量は、例えば次のように定義される。被加工物Ｗの切削加工時に、切削開始から終了までの全ての弾性波をＡＥセンサ７１によって検知し、弾性波信号として制御手段７５に伝達する。この弾性波信号のうち、切削加工において切削ブレード４３に切り込まれる最初の１ライン分の分割予定ラインＬの時間特性データに対して、サンプリング時間を１ミリ秒として、それぞれの時間区分についてフーリエ変換を行う。図６においては、一例として、切削ブレードから発生する弾性波の周波数帯域のうちの２００ｋＨｚから３００ｋＨｚの周波数帯域における周波数軸波形が描画されている。その後、１ミリ秒毎に区画されたそれぞれの時間区分における各周波数帯域（図６の例では２００ｋＨｚから３００ｋＨｚ）におけるフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値を１ライン分算出する。このようにして取得した１ライン分の複数のフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値を、横軸を時間（ｔ）、縦軸をフーリエ変換後のＡＥ値のスペクトルの大きさ（強さ）としたグラフ上にプロットすると、図７のようなフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値の時間軸波形が描画される。図７のグラフの左右部分の傾斜は、切削ブレード４３でテープを切断する際に大きくフーリエ変換後のＡＥ値が変化する様子を表しており、グラフにおいて中央の比較的平坦な部分は、被加工物Ｗを切削しているときのフーリエ変換後のＡＥ値を表している。図７におけるグラフの中央部分における横軸方向の長さ、すなわち被加工物Ｗの分割予定ラインＬを１ライン切削する時間を所定の時間Ｔ１とし、所定の時間Ｔ１内におけるフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値の最大値と中間値との差を特徴量と定める。

上記のように定めた特徴量を、１ライン分の分割予定ラインＬが切削加工される毎に、解析手段７６において算出し、この操作を全ラインに対して行う。算出された特徴量が第二の閾値を超えたら、切削ブレード４３が被加工物Ｗを切削したカーフにチッピングが発生して切削加工に異常があると判断手段７７で判断する。

ただし、第二の閾値は第一の閾値と同様に、カメラ９０による分割予定ラインＬの画像において発見されたチッピング位置及び、チッピング位置や切削送り速度や分割予定ラインＬの全長等から導出されたチッピング時間を基に設定される。例えば、全ての分割予定ラインＬに対して切削加工を行いながら、切削加工中に切削ブレード４３から発生した弾性波をＡＥセンサ７１で検知し、弾性波信号として制御手段７５に伝達する。一方で、第一の閾値設定の際と同様に、アライメント手段９のカメラ９０等によって切削後のカーフの様子を調べる。カーフチェックの際にチッピングが発見されたときは、撮像された画像を基に、チッピングを検出した位置及び時間を導出する。そして、そのチッピング位置を含んだ１ライン分の弾性波信号に対してサンプリング時間を１ミリ秒としてフーリエ変換して、２００ｋＨｚから３００ｋＨｚの周波数帯域におけるフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値を算出する。チッピング位置を含んだ分割予定ラインＬの弾性波信号の周波数平均値を１ライン分算出した後、所定の時間Ｔ１内における周波数平均値の最大値と中間値との差を算出し、第二の閾値とする。

上記のように設定された第二の閾値Ｓ２を、切削加工時にＡＥセンサ７１で検知されて制御手段７５に伝達された弾性波信号から算出された特徴量が超えたとき、切削ブレード４３が被加工物Ｗを切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断手段７７が判断する。図８においては、横軸をラインの位置を表すライン番号（ｎ）、縦軸を特徴量として切削加工の際に取得された特徴量がプロットされている。図８のグラフのＰ２においては、特徴量が第二の閾値Ｓ２を超えており、これをうけて判断手段７７によってチッピングが発生したと判断される。

特徴量を所定の時間Ｔ１内におけるフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値の最大値と中間値との差によって定める背景には、弾性波信号の周波数平均値の最大値と中間値との差が大きい程、１ライン分の弾性波信号をフーリエ変換した際のサンプリング区分毎の周波数特性データのばらつきが大きく、周波数特性データのばらつきが大きい程、切削ブレード４３等が何らかの異常を有し、被加工物Ｗにチッピングが発生している可能性が大きいということがある。１ライン分の弾性波信号における所定の時間内に含まれるフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値の最大値と中間値との差が、第二の閾値を超えるような値となるときは、切削ブレード４３に１ライン分の切削加工において発生した弾性波の弾性波信号のデータのばらつきが大きく、チッピングが発生していると判断する。

また、特徴量を、図７に示す所定の時間Ｔ１内における１ライン分の周波数平均値のデータがＮ個ある場合に、｛３（Ｎ＋１）／４｝番目に大きな値から｛（Ｎ＋１）／４｝番目に大きな値を差し引いた値であるいわゆる四分位範囲（ＩｎｔｅｒｑｕａｒｔｉｌｅＲａｎｇｅ）として定義することもできる。

上記のように特徴量を四分位範囲として定義する場合、第２の閾値も四分位範囲として設定される。特徴量を四分位範囲として定義する場合の第２の閾値の設定の際には、まず、全ての分割予定ラインＬを切削した際の弾性波信号の時間特性データを制御手段７５に伝達させる。一方で、切削加工時に図１に示したカメラ９０によって撮像された被加工物Ｗの表面Ｗａの画像を基にして、切削加工によって発生したチッピングの位置を特定し、さらにチッピングが発生した時間を導出する。そして、分割予定ラインＬのうちチッピングが発生した１ラインの弾性波信号の時間特性データを、サンプリング時間を１ミリ秒として、解析手段７６によってフーリエ変換して、弾性波信号の周波数特性データを取得し、各周波数帯域、例えば、２００ｋＨｚから３００ｋＨｚの周波数帯域におけるフーリエ変換後のＡＥ値の周波数平均値を１ライン分算出する。その後、チッピングが発生した１ライン分の周波数平均値のデータのうち、所定の時間Ｔ１内に含まれるＮ個のものの中から｛３（Ｎ＋１）／４｝番目に大きな値と｛（Ｎ＋１）／４｝番目に大きな値とを特定し、それらを差し引いた値（四分位範囲）を第２の閾値とする。設定された第二の閾値を、切削加工時に特徴量が超えたとき、切削ブレード４３によって切削された被加工物Ｗのカーフにチッピングが発生しており、切削加工に異常があると判断手段７７により判断される。

特徴量を四分位範囲として定める場合においても、上述したように、特徴量を周波数平均値の最大値と中間値とを差し引いた値として定める場合と同様に、データのばらつきの大小の比較によってチッピングが発生したかどうかを判断している。すなわち、切削加工時に生じた弾性波の弾性波信号から算出された所定の時間内に含まれる周波数平均値の四分位範囲が大きい程、１ライン分の弾性波信号をフーリエ変換した際のサンプリング区分毎の周波数特性データのばらつきが大きいことを示しており、四分位範囲が第二の閾値を超える場合に、被加工物Ｗにチッピングが発生していると判断される。

また、第三の閾値を設定して、上記の特徴量が第三の閾値を超えた回数が予め設定した回数を超えたら、切削ブレード４３が被加工物Ｗを切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断する構成でもよい。ただし、第三の閾値は、第二の閾値と同一の値でも異なる値でもよい。

例えば、上記の設定回数を３回と定めると、特徴量が第三の閾値を３回目に超えたときに、被加工物Ｗにはチッピングが発生していると判断される。図８のグラフにおいては、Ｐ３付近で第三の閾値Ｓ３を３回目に超えることとなり、このとき判断手段７７によってチッピングが発生したと判断される。判断手段７７によってチッピングが発生したと判断されると、報知手段７８によってオペレータ等にその旨が報知される。

上記のように定められた特徴量を用いることで、チッピングが発生しているかどうかをより精度よく判断することができる。

１：切削装置１０：ベース１１：カバー１２：蛇腹カバー
１３：門型コラム
１５：保持手段１５０：吸引部１５０ａ：保持面１５１：枠体
１７：クランプ１８：切削送り手段１８０：ボールネジ１８１：ガイドレール
１８２：モータ１８３：可動板１８４：回転軸
２０：カセット収容エリア２１：カセット昇降手段２２：ステージ
２４：洗浄手段２５：スピンナーテーブル２６：洗浄水ノズル
３０：割り出し送り手段３２：可動板３１：ガイドレール
３３：ボールネジ３３０：回転軸３４：モータ３５：切削送り手段
３６：ガイドレール３８：ボールネジ３８０：回転軸３９：モータ
４０：切削手段４１：スピンドルハウジング
４１ａ：スピンドルハウジングの先端面４２：スピンドル
４３：切削ブレード４４：ネジ穴４５：ブレードカバー４６：切削水供給手段
４７：カバー部材４８：ブラケット４９：開口
５１：ブレードマウント５２：篏合穴５３：ボス部５４：円形凹部
５５：貫通穴５６：フランジ部５７：雄ネジ５８：ワッシャ５９：固定ボルト
６１：ハブ基台６２：切り刃６３：挿入穴６５：固定ナット
７１：ＡＥセンサ７３：第１のコイル手段７４：第２のコイル手段
７５：制御手段７６：解析手段７７：判断手段７８：報知手段
８０：吸引手段８１：回転手段８２：回転軸８３：ケーシング
９：アライメント手段９０：カメラ
Ｗ：被加工物Ｗａ：被加工物の表面Ｗｂ：被加工物の裏面Ｔ：貼着テープ
Ｆ：フレーム
Ｓ１：第一の閾値Ｓ２：第二の閾値Ｓ３：第三の閾値
Ｐ１：第一の閾値を超える点Ｐ２：第二の閾値を超える点
Ｐ３：第三の閾値を三回目に超える点
Ｔｏ：サンプリング時間Ｔ１：所定の時間

Claims

被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を切削する切削ブレードを備えた切削手段と、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給手段と、該切削ブレードと該保持手段とを相対的に切削送り方向に移動させる切削送り手段と、該切削手段または該保持手段に配設され切削加工により該切削ブレードから発生される弾性波を検知するＡＥセンサと、制御手段と、を備える切削装置であって、
該制御手段は、
該切削ブレードが被加工物を切削加工する際に発生した複数の周波数成分を含む弾性波を該ＡＥセンサで検知し、該ＡＥセンサが検知した弾性波信号をフーリエ変換して、該切削ブレードから発生されているであろう弾性波信号の周波数帯域を特定し、
該特定の該周波数帯域において、該弾性波信号をフーリエ変換した値が予め設定した第一の閾値を超えたら、該切削ブレードが被加工物を切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断する、切削装置。
該制御手段は、
該周波数帯域ごとに該弾性波信号をフーリエ変換した値の平均値を求め、所定の時間内の複数の該平均値から、特徴量を求め、
該特徴量が予め設定した第二の閾値を超えたら、該切削ブレードが被加工物を切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断する、請求項１記載の切削装置。
該制御手段は、
該特徴量が予め設定した第三の閾値を超えた回数が、
予め設定した回数を超えたら、該切削ブレードが被加工物を切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断する、請求項２記載の切削装置。