JP2020124778A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピンドルの軸方向における加工手段の位置を精度よく検出することができる加工装置を提供する。【解決手段】本発明の加工装置の一例であるダイシング装置１０は、検出器５４をＹテーブル４０に連結する熱膨張部材５６と、同一の冷却液でスピンドル４８と熱膨張部材５６とを冷却する冷却系６０と、を備えている。熱膨張部材５６は、左端５６ＢがＹテーブル４０に固定され、且つ右端５６Ａに検出器５４が固定され、左端５６Ｂを第１基準位置としてスピンドルモータ４６の移動方向に熱膨張可能に構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は加工装置に係り、特に半導体ウェーハ等のワークに対してブレードをインデックス方向に送りながらワークを切削加工するダイシング装置等の加工装置に関する。

ダイシング装置は、半導体装置や電子部品が形成された半導体ウェーハ等のワークに対し、高速で回転するブレードを用いて切断又は溝入れ等の切削加工を行う。ダイシング装置では、ブレードが取り付けられたスピンドルのＹ軸方向のインデックス送りとＺ軸方向の切込み送りと、ワークを載置したワークテーブルのＸ軸方向の研削送りとθ方向の回転とが実行されてワークをダイス状に切削加工する。

このようなダイシング装置では、高精度な加工を行うためにブレードの現在位置がＸＹＺの三次元座標として検出されている。その座標のうちＹ座標を検出する一例として、特許文献１には、Ｙ軸リニアスケールと、Ｙ軸リニアスケールの値を読み取る検出器（読み取りヘッド）とを備えたダイシング装置が開示されている。

また、特許文献２には、スピンドルを冷却液によって冷却する冷却機能を備えたダイシング装置が開示されている。このダイシング装置によれば、エアベアリングを介してスピンドルを回転自在に保持するケーシングの内部に、前述の冷却液が供給される冷却系が配設されている。冷却液によってスピンドルを冷却することにより、加工時におけるスピンドルの昇温を抑制することができ、これによって、スピンドルの軸方向（Ｙ軸方向）の熱膨張量を抑制することができるので、ブレードのＹ座標の誤差を抑えることができる。

特開２００７−０８８０２８号公報 特開２００２−１４１３０７号公報

しかしながら、従来のダイシング装置では、スピンドルを冷却する冷却液がワークの加工時間の経過とともに昇温していくことから、スピンドルのＹ軸方向の熱膨張を効果的に抑制することができず、この結果、スピンドルがＹ軸方向に位置ずれするので、加工手段であるブレードのＹ座標に誤差が生じてしまうという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、スピンドルの軸方向における加工手段の位置を精度よく制御することができる加工装置を提供することを目的とする。

本発明の加工装置は、本発明の目的を達成するために、ベース部材と、ベース部材に移動自在に設けられた移動部材と、移動部材に支持されたスピンドルモータであって、移動部材の移動方向にスピンドルを有し、スピンドルに加工手段が取り付けられるスピンドルモータと、移動方向に沿って設けられたリニアスケールと、移動部材と共に移動し、リニアスケールの値を読み取る検出器と、一端部が移動部材に固定され、且つ他端部に検出器が固定され、一端部を第１基準位置として移動方向に熱膨張可能な熱膨張部材と、同一の冷却液でスピンドルと熱膨張部材とを冷却する冷却系と、を備える。

本発明の一形態によれば、熱膨張部材は、移動方向を長手方向とする細長状の部材で構成されることが好ましい。

本発明の一形態によれば、熱膨張部材の移動方向の長さは、スピンドルの熱膨張量に基づいて選定されることが好ましい。

本発明の一形態によれば、熱膨張部材の材質は、スピンドルの熱膨張量に基づいて選定されることが好ましい。

本発明の一形態によれば、熱膨張部材は、第１基準位置から検出器の固定位置までの単位温度当たりの熱膨張量が、スピンドルにおける第２基準位置から加工手段の取付位置までの単位温度当たりの熱膨張量と同等又は近似するように構成されることが好ましい。

本発明の一形態によれば、加工手段は、ワークを研削加工するブレードであることが好ましい。

本発明によれば、スピンドルの軸方向における加工手段の位置を精度よく制御することができる。

実施形態のダイシング装置の外観を示した斜視図 図１のダイシング装置の加工部の構成を示した斜視図 図２の加工部に設けられた位置検出装置の構造を示した説明図 図３に示した状態からスピンドルと熱膨張部材が熱膨張した説明図 従来のダイシング装置のスピンドルが熱膨張した説明図 比較例におけるＹ座標のブレード誤差量等の変化を示したグラフ 実施形態におけるＹ座標のブレード誤差量等の変化を示したグラフ

以下、添付図面に従って本発明に係る加工装置の好ましい実施形態について説明する。なお、実施形態では、加工装置の一例であるダイシング装置を例示して説明する。

図１は、実施形態のダイシング装置１０の外観を示した斜視図である。

図１に示すように、ダイシング装置１０は、半導体ウェーハ等のワークＷを加工する加工部１２と、加工済みのワークＷをスピン洗浄する洗浄部１４と、多数枚のワークＷを収納したカセットが載置されるロードポート１６と、ワークＷを搬送する搬送装置１８とを備える。

なお、本明細書では、３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の三次元直交座標系を用いて説明する。図１に示すＸ軸方向は水平方向であって、後述するＸテーブル２０（図２参照）の切削送り方向を指している。また、Ｙ軸方向は、水平方向のうちＸ軸方向に直交する方向であって、後述するブレード２２のインデックス送り方向を指している。更に、Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する鉛直方向であって、ブレード２２の切り込み送り方向を指している。

図２は、加工部１２の構成を示した斜視図である。

図２に示すように加工部１２は、Ｘベース２４の一対のＸガイドレール２６、２６にガイドされたＸテーブル２０であって、リニアモータ２８によってＸ軸方向に移動されるＸテーブル２０を有する。このＸテーブル２０上には、θ方向に回転する回転テーブル３０を介してワークテーブル３２が設けられている。

ワークテーブル３２は、一例として円盤状に構成されており、その上面には水平方向に平坦な吸着面３４を備え、この吸着面３４にワークＷ（図１参照）が真空吸着されて固定される。

Ｘベース２４の上方には、Ｘベース２４を跨ぐようにＹベース３６が立設される。Ｙベース３６の正面には、一対のＹガイドレール３８、３８にガイドされた一対のＹテーブル４０、４０であって、Ｙ軸方向に移動自在な一対のＹテーブル４０、４０が設けられる。このＹテーブル４０、４０は、Ｙベース３６に設けられた不図示のＹ軸駆動機構部によってＹ軸方向に移動される。なお、Ｙベース３６は、本発明の構成要素であるベース部材の一例である。また、Ｙテーブル４０は、本発明の構成要素である移動部材の一例である。

Ｙテーブル４０、４０には、不図示のＺ軸駆動機構部によってＺ軸方向に駆動されるＺテーブル４４、４４が設けられている。Ｚテーブル４４、４４には高周波モータ内蔵型のスピンドルモータ４６、４６がＹ軸方向において対向した状態で固定され、スピンドルモータ４６、４６のスピンドル４８、４８の先端にブレード２２、２２がＹ軸方向において対向した状態で固定されている。これらのスピンドルモータ４６、４６は、Ｚテーブル４４、４４を介してＹテーブル４０、４０に支持されており、スピンドル４８、４８は、その軸心がＹテーブル４０、４０の移動方向であるＹ軸方向に沿って配置されている。

ブレード２２は、一例として、ダイヤモンド砥粒又はＣＢＮ（cubic boron nitride）砥粒をニッケルで電着した電着ブレードを例示する。また、電着ブレードの他、金属粉末を混入した樹脂で結合したメタルレジンボンドのブレードも使用することができる。このブレード２２は、スピンドル４８によって、例えば、６０００ｒｐｍ〜８００００ｒｐｍで高速回転される。

このように構成された加工部１２によれば、ワークテーブル３２はＸテーブル２０によってＸ軸方向に切削送りされるとともに回転テーブル３０によってθ方向に回転される。そして、ブレード２２、２２は、Ｙ軸駆動機構部によってＹ軸方向にインデックス送りされるとともにＺ軸駆動機構部によってＺ軸方向に切り込み送りされる。このような加工部１２の動作によってワークＷが碁盤目状に切削加工される。

以下、ブレード２２のＹ軸方向における現在位置（Ｙ座標）を検出する位置検出装置５０について、図３を参照して説明する。図３は、加工部１２に設けられた位置検出装置５０の構造を概略的に示した説明図である。

図３に示すように、位置検出装置５０は、リニアスケール５２と検出器（読み取りヘッドとも言う。）５４と、を備えている。リニアスケール５２は、図２に示すように、Ｙベース３６の正面にＹガイドレール３８、３８に沿ってＹ軸方向に配設されている。すなわち、リニアスケール５２は、スピンドルモータ４６の移動方向であるＹ軸方向に沿って設けられている。

図３に示すように、検出器５４は、Ｙテーブル４０の背面側にリニアスケール５２に対向して設けられる。また、検出器５４は、後述する熱膨張部材５６を介してＹテーブル４０に設けられている。検出器５４は、Ｙテーブル４０のＹ軸方向の移動と共にリニアスケール５２に沿って移動する。検出器５４は、Ｙ軸方向の移動中にリニアスケール５２の値を読み取り、例えば、1μｍ毎に１パルスのパルス信号をダイシング装置１０の不図示の制御装置に送信する。そして、制御装置は、入力したパルス信号をカウントすることにより、ブレード２２の現在位置をＹ座標として検出する。これにより、ブレード２２のＹ軸方向における現在位置を検出することができる。なお、リニアスケールと検出器とからなる位置検出装置は既知の構成なので、その詳細な説明は省略する。

一方、図３に示すように、スピンドルモータ４６には、冷却系６０が接続されている。冷却系６０は、図３の太線で簡易的に示すように、冷却液が矢印に沿って流れる管路を有し、この管路の一部がスピンドルモータ４６の内部に配設されている。また、冷却系６０はポンプ６２を有しており、このポンプ６２によって冷却液が管路を介してスピンドルモータ４６に供給される。なお、冷却系６０として、スピンドルモータ４６の内部を冷却するための構成としては特に限定されるものではないが、例えば、特開２００２−１４１３０７号公報等に開示された構成を採用することができる。

次に、熱膨張部材５６について説明する。この熱膨張部材５６は、本発明の構成要素である熱膨張部材の一例である。

熱膨張部材５６は、スピンドルモータ４６の移動方向であるＹ軸方向を長手方向Ａとする細長状の部材で構成される。この熱膨張部材５６は、図３の右端５６Ａに検出器５４が固定され、左端５６ＢがＹテーブル４０の背面に固定部材６４によって固定されている。すなわち、熱膨張部材５６は、左端５６Ｂを第１基準位置としてＹ軸方向に熱膨張可能に構成される。

ここで、実施形態における熱膨張部材５６は、スピンドル４８の熱膨張による影響（ブレード２２のＹ軸方向の位置ずれ）をキャンセルするために、以下のように構成されている。

すなわち、熱膨張部材５６は、第１基準位置である左端５６Ｂから検出器５４の固定位置である右端５６Ａまでの単位温度当たりの熱膨張量が、スピンドル４８における第２基準位置からブレード２２の取付位置である右端４８Ｂまでの単位温度当たりの熱膨張量と同等又は近似する条件（以下、「熱膨張部材条件」という。）を満たすように構成される。具体的には、熱膨張部材５６におけるＹ軸方向の長さ（左端５６Ｂから右端５６Ａまでの長さ）Ｌ及び材質が、スピンドル４８の熱膨張量に基づいて選定されている。なお、スピンドル４８の第２基準位置とは、スピンドル４８が熱膨張する際の熱膨張量を特定するために基準となる位置である。実施形態では、一例として、スピンドル４８の左端４８Ａが第２基準位置となっている。

例えば、スピンドル４８の特性（冷却液１℃当たりのＹ軸方向の熱膨張量）が１０μｍ／℃であり、且つ、熱膨張部材５６の材質として、ＪＩＳ規格（Ｇ４３０４：２０１５）で規定するＳＵＳ３０３（線膨張係数：１７．３×１０^−６／℃）を用いる場合には、熱膨張部材５６のＹ軸方向の長さＬは、スピンドル特性（１０μｍ／℃）をＳＵＳ３０３の線膨張係数（１７．３×１０^−６／℃）で除算した値となる。すなわち、熱膨張部材５６のＹ軸方向の長さＬは０．５８ｍとなる。このように熱膨張部材５６の材質としてＳＵＳ３０３を選定した場合には、熱膨張部材５６のＹ軸方向の長さＬが０．５８ｍのものを採用することにより、熱膨張部材条件を満たすことができる。なお、熱膨張部材５６の長さに制約がある場合には、熱膨張部材５６の材質を変更することで熱膨張部材条件を満たすように構成することも可能である。また、熱膨張部材条件における「近似」とは、スピンドル４８の熱膨張量に対する、スピンドル４８の熱膨張量と熱膨張部材５６の熱膨張量との差分（絶対値）の割合（以下、「熱膨張量割合」という。）が３０％以内（好ましくは２０％以内）であることをいう。また、熱膨張部材条件における「同等」とは、熱膨張量割合が１０％以内のことをいう。

また、実施形態では、上述した熱膨張部材５６の構成に加え、更に、同一の冷却液でスピンドル４８と熱膨張部材５６とを冷却する冷却系６０を備えている。すなわち、熱膨張部材５６は、図３に示すように、冷却系６０を介してスピンドルモータ４６に連結されている。

図４は、図３に示した状態から、スピンドル４８と熱膨張部材５６が共にＹ軸方向に熱膨張した状態を二点鎖線で示した説明図である。図４に示すように、実施形態においては、冷却系６０によってスピンドル４８と熱膨張部材５６とに同一の冷却液を循環させることにより、熱膨張部材５６の温度は、スピンドル４８の温度と略同一の温度に保たれる。そして、実施形態では、上述したように熱膨張部材５６は熱膨張部材条件を満たすように構成されている。そのため、スピンドル４８と熱膨張部材５６の双方の熱膨張量が略同一なものとなる。これにより、スピンドル４８の熱膨張によってブレード２２がＹ軸方向に位置ずれした場合でも、その位置ずれ量に相当する量だけ熱膨張部材５６が熱膨張し、この熱膨張部材５６の熱膨張によって、熱膨張部材５６の先端部（右端５６Ａ）に固定された検出器５４の位置もＹ軸方向にシフトされた状態となる。すなわち、検出器５４は、スピンドル４８の熱膨張に伴う検出器５４の位置ずれ量に相当する分だけＹ軸方向にシフトした位置となる。

したがって、実施形態においては、Ｙ軸方向にシフトした状態の検出器５４でリニアスケール５２の値を読み取り、その読み取り結果に基づいてブレード２２の位置を制御する。これにより、ブレード２２の位置は、検出器５４がＹ軸方向にシフトした量（すなわち、スピンドル４８の熱膨張に伴うブレード２２のＹ軸方向の位置ずれ量）に相当する分だけ位置ずれ方向とは反対側にオフセットされることになる。このように実施形態では、スピンドル４８の熱膨張を積極的に利用して、スピンドル４８の熱膨張に伴うブレード２２のＹ軸方向の位置ずれ量に相当する分だけ検出器５４の位置をシフトさせることにより、スピンドル４８の熱膨張による影響を効果的にキャンセルすることができ、ブレード２２の位置を精度良く制御することが可能となる。

ここで、実施形態と対比する比較例について図５を参照して説明する。図５は、比較例としての加工部１００の構造を概略的に示した説明図である。なお、加工部１００を説明するに当たり、図３及び図４に示した加工部１２の構成と同一若しくは類似の部材については同一の符号を付してその説明は省略する。

図５に示すように、比較例における検出器５４は、実施形態の熱膨張部材５６に比べて短尺である直方体形状のブロック１０２を介してＹテーブル４０に固定されている。ブロック１０２は、実施形態の熱膨張部材５６を形成する材質よりも熱膨張係数が小さい材質で形成されている。また、比較例における冷却系１０４は、ブロック１０２には冷却液を供給しておらず、スピンドル４８のみに冷却液を供給する構成となっている。

このように構成された比較例によれば、スピンドル４８が熱膨張すると、その熱膨張に伴ってブレード２２がＹ軸方向に位置ずれする。このとき、ブロック１０２は、スピンドル４８の熱膨張の影響を受けることがないので、実施形態とは違って、検出器５４の位置がＹ軸方向にシフトされることはない。そのため、検出器５４でリニアスケール５２の値を読み取り、その読み取り結果に基づいてブレード２２の位置を制御しようとすると、スピンドル４８の熱膨張による影響を直接受けて、上述したようなブレード２２の位置ずれが発生する。そのため、比較例においては、ブレード２２の位置を精度よく制御することは困難である。

次に、図５に示した比較例の加工部１００と図３に示した実施形態の加工部１２の実験結果について、図６及び図７に示すグラフを参照して説明する。なお、図６のグラフが比較例の実験結果であり、図７のグラフが実施形態の加工部１２の実験結果である。

図６に示すグラフは、横軸が加工時間の経過時間（分）を示し、左側の縦軸が温度（℃）を示し、右側の縦軸がブレード誤差量（μｍ）を示している。このブレード誤差量とは、ブレード２２の実際のＹ座標と、検出器５４等によって検出されたブレード２２のＹ座標との誤差量である。また、図６のグラフでは、比較例における冷却液の温度変化がラインＩで示され、ブロック１０２の温度変化がラインIIで示され、スピンドル４８の温度変化がラインIIIで示され、ブレード誤差量の変化がラインIVで示されている。

図６のラインIIで示すように、比較例では、加工時間が経過するにつれて、スピンドル４８の温度が徐々に上昇し（ラインIII）、それに追従するように冷却液の温度も徐々に上昇している（ラインＩ）。一方、ブロック１０２には冷却液が供給されていないため、ブロック１０２の温度は、スピンドル４８及び冷却液の温度上昇の影響を受けずに略一定である（ラインII）。そのため、比較例では、スピンドル４８の熱膨張による影響を直接受けてしまい、スピンドル４８の熱膨張に伴ってブレード２２がＹ軸方向に位置ずれし、その位置ずれ量に相当するブレード誤差量が加工時間の経過とともに増加していく（ラインIV）。したがって、比較例では、スピンドル４８の軸方向におけるブレード２２の位置を精度よく制御することが困難である。

一方、図７のグラフでは、実施形態における冷却液の温度変化がラインＶで示され、熱膨張部材５６の温度変化がラインVIで示され、スピンドル４８の温度変化がラインVIIで示され、ブレード誤差量の変化がラインVIIIで示されている。なお、図７のグラフの横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、図６のグラフと同一である。

実施形態では、図７に示すように、加工時間の経過につれて、スピンドル４８の温度が徐々に上昇すると（ラインVII）、それに追従するように冷却液の温度も徐々に上昇し（ラインＶ）、さらに熱膨張部材５６の温度も徐々に上昇していく（ラインVI）。すなわち、加工中においては、熱膨張部材５６の温度は、スピンドル４８の温度と略同一の温度に保たれている。したがって、上述したように、検出器５４は、スピンドル４８の熱膨張に伴うブレード２２のＹ軸方向の位置ずれ量に相当する分だけシフトした位置となるため、スピンドル４８の熱膨張による影響を受けることなく、ブレード誤差量を、上述した比較例と比較して大幅に低減することができる。したがって、実施形態では、スピンドル４８の熱膨張による影響を効果的にキャンセルすることができるので、スピンドル４８の軸方向におけるブレード２２の位置を精度よく制御することができる。

以上の如く、実施形態のダイシング装置１０によれば、検出器５４が固定される熱膨張部材５６が熱膨張部材条件を満たすように構成し、且つスピンドル４８と熱膨張部材５６とが同一の温度となるようにした構成を備えたことにより、スピンドル４８の熱膨張による影響を効果的にキャンセルすることができるので、スピンドル４８の軸方向におけるブレード２２の位置を精度よく制御することが可能となる。

また、上記の構成を採用することにより、冷却液の温度を一定に制御する温調チラーを不要にすることも可能となる。この場合、温調チラーの設置スペースの確保や温調チラーのランニングコストがかさむという問題も解消することができる。なお、冷却系６０は、温調チラーを備えていてもよい。

また、実施形態では、好ましい態様として熱膨張部材５６を細長状の部材で構成したが、スピンドル４８の熱膨張量と同程度となる熱膨張量をもつ部材であれば特に限定されるものではない。また、熱膨張部材５６の長手方向（Ｙ軸方向）Ａに直交する断面は、矩形状に限らず、円形状や多角形状であってもよい。ただし、熱膨張部材５６を細長状の部材で構成することにより、温度変化に伴う熱膨張部材５６の熱膨張量の制御が容易になるという利点がある。

また、熱膨張部材５６に冷却系６０を備える形態としては、熱膨張部材５６の内部に冷却系６０を貫通させて配設する形態であってもよく、また、熱膨張部材５６の外表面に冷却系６０を固着する形態であってもよい。また、冷却系６０としては、図３及び図４で示したように、スピンドル４８と熱膨張部材５６とを直列的に連結する構成に限らず、並列的に連結する構成であってもよい。

更に、実施形態では、ブレード２２のＹ座標を検出するリニアスケール５２と検出器５４を備えたダイシング装置１０を例示したが、ダイシング装置１０以外の加工装置であっても本発明を適用することができる。例えば、ブレードやドリル等の加工手段を備えた加工装置において、その加工手段の座標を検出する検出装置としてリニアスケール５２と検出器５４を備えたものであれば、本発明を適用可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…ダイシング装置、１２…加工部、１４…洗浄部、１６…ロードポート、１８…搬送装置、２０…Ｘテーブル、２２…ブレード、２４…Ｘベース、２６…Ｘガイドレール、２８…リニアモータ、３０…回転テーブル、３２…ワークテーブル、３４…吸着面、３６…Ｙベース、３８…Ｙガイドレール、４０…Ｙテーブル、４４…Ｚテーブル、４６…スピンドルモータ、４８…スピンドル、５０…位置検出装置、５２…リニアスケール、５４…検出器、５６…熱膨張部材、６０…冷却系、６２…ポンプ、６４…固定部材

Claims (6)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材に移動自在に設けられた移動部材と、
   前記移動部材に支持されたスピンドルモータであって、前記移動部材の移動方向にスピンドルを有し、前記スピンドルに加工手段が取り付けられるスピンドルモータと、
   前記移動方向に沿って設けられたリニアスケールと、
   前記移動部材と共に移動し、前記リニアスケールの値を読み取る検出器と、
   一端部が前記移動部材に固定され、且つ他端部に前記検出器が固定され、前記一端部を第１基準位置として前記移動方向に熱膨張可能な熱膨張部材と、
   同一の冷却液で前記スピンドルと前記熱膨張部材とを冷却する冷却系と、
   を備える、加工装置。
2. 前記熱膨張部材は、前記移動方向を長手方向とする細長状の部材で構成される、
   請求項１に記載の加工装置。
3. 前記熱膨張部材の前記移動方向の長さは、前記スピンドルの熱膨張量に基づいて選定される、
   請求項１又は２に記載の加工装置。
4. 前記熱膨張部材の材質は、前記スピンドルの熱膨張量に基づいて選定される、
   請求項１又は２に記載の加工装置。
5. 前記熱膨張部材は、前記第１基準位置から前記検出器の固定位置までの単位温度当たりの熱膨張量が、前記スピンドルにおける第２基準位置から前記加工手段の取付位置までの単位温度当たりの熱膨張量と同等又は近似するように構成される、
   請求項３又は４に記載の加工装置。
6. 前記加工手段は、ワークを研削加工するブレードである、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の加工装置。

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