JP4708966B2 - 切削装置 - Google Patents

Description

本発明は切削装置に係り、特に、半導体素子を搭載する基板等の、脆性を有するとともに切削時に微細な粉塵が出るものを切削するのに好適な切削装置に関する。

半導体ウエーハ等の半導体部品を形成する基板を切断する切削装置としては、チャックテーブル上に保持したワークと、ダイヤモンドブレード等のディスク状の回転式切削ブレードとを相対移動させながら、切削ブレードをワークに切り込んで切断する形式のものが従来より提供されている。切削ブレードは例えば３万〜６万回転といった高速で回転するとともに、ワークの切削部分には冷却および洗浄用の切削水が供給されるので、切削時には、切削屑が混じった切削水がミストとなって周囲に飛散することになる。

そこで、切削加工エリアはミストの飛散を抑えるカバーやケース等の外殻部材で覆われているが、飛散を抑えるだけでは、装置内にミストが充満し、各種機器やワーク等に付着して精密加工に支障を来すことになる。そこで、内部の空気を排出する排気ファン等の排気手段を装備しており、このような切削装置は、例えば特許文献１，２等に開示されている。

特開２０００−１２４１６５号公報 特開２００３−１２４１５０号公報

この種の切削装置にあっては、例えば毎分５リットル程度以上といった能力で大量のミストが排出されるため、装置内が負圧になり、これに伴って外殻部材の隙間などから外気が装置内に吸い込まれて侵入することになる。切削装置の設置環境が、微細な塵埃等のパーティクルの浮遊量を極く少量に制御しているクリーンルーム等であれば、外気が装置内に侵入しても悪影響はほとんどない。

ところがそのような環境でない場合には、室内に浮遊する多くのパーティクルが外気とともに装置内に侵入し、例えばチャックテーブルとワークとの間にパーティクルが介在して加工精度が低下したり、吸着式の搬送パッドがある場合にはその吸着面にパーティクルが付着してワークの吸着不良が起こったりといったような問題を招く。また、電気部品にパーティクルが付着して短絡や接触不良が起こるといった電気的な不具合が起こる可能性もある。

よって本発明は、クリーンルーム等の清浄な設置環境ではない場合であっても、装置内へのパーティクルの侵入が防止されて、パーティクルの侵入に伴う様々な悪影響が生じずに正常な運転を常に行うことができる切削装置を提供することを目的としている。

本発明は、外殻部材と、この外殻部材内に収容されたチャックテーブルおよび回転式の切削工具とを具備し、チャックテーブルに保持したワークを切削工具で切削する切削装置において、外殻部材には、該外殻部材内から粉塵を排出するための排気口と、該外殻部材内に外気を供給する吸気口とが設けられ、さらにこの吸気口には、フィルタ付きの吸気手段が設けられており、外殻部材の内外の圧力差を検出する差圧センサを備えるとともに、この差圧センサの検出値に基づいて吸気手段の吸気能力をフィードバック制御する制御手段を備えることを特徴としている。
また、本発明は、外殻部材と、この外殻部材内に収容されたチャックテーブルおよび回転式の切削工具とを具備し、チャックテーブルに保持したワークを切削工具で切削する切削装置において、外殻部材には、該外殻部材内から粉塵を排出するための排気口と、該外殻部材内に外気を供給する吸気口とが設けられ、さらにこの吸気口には、フィルタ付きの吸気手段が設けられており、排気口の近傍に排気流量を検出する流量計が設けられるとともに、この流量計の検出値に基づいて吸気手段の吸気能力をフィードバック制御する制御手段を備えることを特徴としている。
上記の各本発明で取り扱うワークは、例えば半導体素子を有する基板等の比較的脆性の高いものが挙げられる。

本発明によれば、チャックテーブルに保持されたワークを切削工具で切削し、ワークの切削部分には、通常のように切削水が供給される。この切削時に、排気口から外殻部材内すなわち装置内の空気を排出し、また、吸気手段を運転してフィルタを通過させた外気を吸気口から装置内に供給する。ワークの切削に伴い切削水は切削屑を含んだミストとなり、このミストは排気口から装置外に排出されていく。ミストを含む装置内の空気の排出に伴い、装置内の圧力は装置外に比べて低くなる。すなわち通常の大気下であれば、装置内は負圧になる。ここで、吸気手段によって装置内に外気を供給し、その吸気量を排気量よりも多くすれば、装置内の圧力を装置外よりも高くすることができる。この状態を保持することにより、装置内への装置外の空気の侵入を防ぐことができる。そして、装置内を高圧化させるために吸気手段によって吸気口から装置内に供給される外気は、フィルタを通過するため清浄である。

このように、吸気手段によって清浄な空気を装置内に供給して装置内を装置外よりも高圧化することにより、装置内へのパーティクルの侵入を効果的に防止することができる。その結果、クリーンルーム等の清浄な設置環境ではない場合であっても装置内へのパーティクルの侵入を防止することができ、パーティクルの侵入に伴う様々な悪影響が生じずに正常な運転を常に行うことができる。

上記前者の発明では、制御手段が、差圧センサで検出される検出圧力が、外殻部材の内部の圧力が該外殻部材の外部の圧力を上回る値を示すように吸気手段の吸気能力を調節するといったフィードバック制御を行うことにより、上記のように吸気手段による装置内への吸気量を排気量よりも多くすることができる。

上記後者の発明では、制御手段が、吸気手段による吸気量が流量計で検出される排気流量を上回るように、吸気手段の吸気能力を調節するといったフィードバック制御を行うことにより、上記のように吸気手段による装置内への吸気量を排気量よりも多くすることができる。
これらのようなフィードバック制御がなされることによって運転管理を自動化することができ、また、効率的な運転が実施される。

本発明によれば、装置内を排気して切削屑等の粉塵を装置外に排出する一方、吸気手段によって清浄な空気を装置内に供給して装置内を装置外よりも高圧化することにより、外気に含まれるパーティクルが装置内に侵入することを防止することができ、その結果、パーティクルの侵入に伴う様々な悪影響が生じることなく正常な運転を常に行うことができる。また、これによってクリーンルーム等の清浄な設置環境ではない場所にも、当該切削装置を設置して切削作業を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］装置の構成
図１は、一実施形態に係る切削装置１の外観を示している。この切削装置１は、全体が概ね直方体状の筐体（外殻部材）１０を備えており、この筐体１０の内部においてワークに対し切断や溝形成といった切削加工が行われる。筐体１０には、装置１内に対してワークを出し入れするためのハッチ１１が設けられており、このハッチ１１の上方には当該装置１を操作するための操作盤１２が設けられている。また、筐体１０の上部には作業状態を表示したり警告を発したりする表示灯１３が取り付けられている。

図２は切削装置１の内部を平面視した図であり、図３はその内部に設けられた切削機構の斜視図である。図３に示すように、装置１内には、平らな底部２０ａと、Ｘ方向およびＹ方向に延びる側壁部２０ｂ，２０ｃとを有する矩形状かつトレー状のウォータケース２０が設置されている。そしてこのウォータケース２０の内側には、直方体状のカバー３０が設置されている。カバー３０は、ウォータケース２０の半分程度か、あるいはそれ以上の領域を覆ってウォータケース２０の一端側（図２で左側）の上方空間を区画しており、このカバー３０内が加工エリアである加工室３１とされている。

ウォータケース２０のカバー３０から出ている部分がワークの着脱エリア２１とされており、ウォータケース２０の底部２０ａには、図２に示すように、着脱エリア２１から加工室３１にわたってＸ方向に延びる互いに平行な一対のガイドレール４０が固定されている。なお、着脱エリア２１はハッチ１１の近傍に設定されている。

ガイドレール４０には、矩形状のテーブルベース４１を介して真空チャック式のチャックテーブル４２が該ガイドレール４０に沿って移動自在に支持されている。テーブルベース４１は、図示せぬ移動機構によりガイドレール４０に沿って着脱エリア２１から加工室３１間を往復移動させられる。チャックテーブル４２は円盤状であって、図３のＺ方向（鉛直方向）を軸として回転自在にテーブルベース４１に支持されており、図示せぬ回転駆動機構によって時計方向または反時計方向に回転させられる。

図３に示すように、テーブルベース４１の移動方向の両端と、ウォータケース２０のＹ方向と平行な２つの側壁部２０ｃの内面との間には、ガイドレール４０を覆う蛇腹状のカバー４３がそれぞれ取り付けられている。これらカバー４３は、テーブルベース４１の移動に伴って伸縮し、切削屑や切削屑を含んだミストがガイドレール４０に付着してテーブルベース４１の移動を阻害することが、これらカバー４３によって防止されるようになっている。

チャックテーブル４２には、表裏面に貫通する多数の吸引孔が形成されており、裏面側には、吸引孔を経て表面側の空気を吸引する図示せぬ真空装置が配されている。この真空装置を運転すると、チャックテーブル４２に載置されたワークが、チャックテーブル４２の表面に吸着、保持される。図３に示すように、カバー３０の着脱エリア２１側の側壁部２０ｃの下端部には、チャックテーブル４２が着脱エリア２１と加工室３１内との間を往復移動することを可能とする横長のスリット３２が形成されている。

スリット３２の上方には、丸管状で、水を下向きに吐出する多数の吐出口４４ａが形成されたウォータカーテンノズル４４が取り付けられている。このウォータカーテンノズル４４には水が供給され、各吐出口４４ａから吐出された水によってスリット３２を覆うウォータカーテンが形成される。このウォータカーテンにより、加工室３１内に浮遊する切削屑や切削屑を含んだミストがスリット３２を通って加工室３１内から装置内に出ることが抑えられるようになっている。

加工室３１内には、チャックテーブル４２上に保持されたワークを切削する切削工具５０が収容されている。切削工具５０は、Ｙ方向と平行な回転軸を有するスピンドル５１にダイヤモンドブレード等からなるディスク状の切削ブレード５２が装着されたもので、加工室３１内に設けられた図示せぬフレームに、Ｚ方向およびＹ方向に移動自在に支持されており、なおかつ、これらの方向に図示せぬ送り機構によって移動させられるようになっている。スピンドル５１にはブレードカバー５３が装着されており、このブレードカバー５３には、切削水をワークの切削部分に供給する切削水ノズル５４，５５が取り付けられている。切削水およびウォータカーテンとして使用された水はウォータケース２０で受けられ、底部２０ａに開口する排水口２２から所定の処理設備に排水されるようになっている。

図２に示すように、加工室３１を形成するカバー３０には、加工室３１内の空気を排出する内部排気管６０が接続されている。内部排気管６０は筐体１０を構成する側壁１０ａに形成された排気口１４を貫通し、その先端には、フランジ６１を介して外部排気管６２が連結されている。外部排気管６２は図示せぬ排気装置に接続されており、この排気装置を運転することにより、加工室３１内の空気は内部配管６０、外部配管６２を経て装置１外に排出される。

また、筐体１０を構成する天板１０ｂ（図１参照）の適宜箇所には、図２に示すように円形の吸気口１５が形成されており、この吸気口１５に吸気ユニット（吸気手段）７０が設けられている。吸気ユニット７０は図４に示すように、吸気口１５に対応させて天板１０ｂの外側に固定され、装置１外の空気すなわち外気を装置１内に供給する吸気ファン７１と、この吸気ファン７１の外側に着脱可能に装着されるフィルタ７２とから構成されている。吸気ファン７１を運転すると、フィルタ７２を通過して清浄となった外気が装置１内に供給される。

図２に示すように、当該切削装置１には、筐体１０の内部（この場合加工室３１の外側部分）と筐体１０の外部すなわち切削装置１の外部の圧力（気圧）差を検出する差圧センサ８０が設けられている。この差圧センサ８０の検出値は制御部（制御手段）９０に供給される。また、この制御部９０には、吸気ファン７１の回転数を示す信号が供給され、吸気ファン７１は、制御部９０により差圧センサ８０の検出圧力に基づいてフィードバック制御されるようになっている。

本実施形態においては、切削加工中は加工室３１内を排気して切削屑やミストを排気とともに排出し、一方、吸気ユニット７０によって装置１内に外気を供給する。このような稼働の最中において制御部９０は、差圧センサ８０の検出圧力が、装置１の内部圧力が装置１の外部圧力を常に上回る値を示すように、吸気ファン７１の回転数を調節するといったフィードバック制御を行う。

［２］装置の動作
続いて、以上の構成からなる切削装置１の使用方法ならびに動作を説明する。
ハッチ１１を開けてワーク（例えば半導体素子が表面に形成された半導体ウエーハ等の基板部品）が所定のセット位置に載置され、次いで、図示せぬ搬送アーム等の搬送手段によって着脱エリア２１に来ているチャックテーブル４２上にワークが載置される。真空装置が運転されてワークがチャックテーブル４２上に吸着、保持され、テーブルベース４１が加工室３１側に移動してワークが加工室３１内に配置され、切削運転が開始される。

切削運転は、ウォータカーテンノズル４４から水が吐出されてカバー３０のスリット３２にウォータカーテンが形成されるとともに、切削水ノズル５４，５５からワークに切削水が適宜量（例えば毎分２リットル）供給される。また、排気装置が運転されて加工室３１内が排気され、さらに、吸気ユニット７０の吸気ファン７１が運転されて外気が装置１内に供給される。そして、切削工具５０のＹ方向の位置を調整して切削位置を定め、テーブルベース４１をＸ方向に移動させながら切削工具を稼働させ、回転する切削ブレード５２をワークに切り込むことにより、ワークを切断したり、あるいは溝加工を施す。

切削ブレード５２がワークに切り込むことや、切削ブレード５２から切削水が飛散することなどによって、切削屑とともに、切削屑を含んだ切削水がミストとなって飛散するが、そのミストはカバー３０およびウォータカーテンによって加工室３１外には出ていかない。そして、切削屑やミストは内部排気管６０から外部排気管６２を経て加工室３１内から排出されていく。これによって、加工室３１内にミストは充満せず、切削屑や切削水を含んだミストがチャックテーブル４２や切削工具５０に付着して切削加工に支障を来すことが防止される。

さて、このように加工室３１内が排気されるだけでは、やがては装置１内が負圧になることによって例えば筐体１０の隙間などから外気が装置１内に侵入し、切削に悪影響を及ぼすパーティクルも装置１内に侵入していたわけである。ところが本実施形態では、吸気ユニット７０によって吸気口１５から装置１内に外気が供給され、しかもその外気はフィルタ７２を通過するためパーティクルが除去された清浄なものである。吸気口１５から筐体１０内に供給された外気は、図２の矢印Ｗに示すようにカバー３０のスリット３２から加工室３１内に入り、上記の排気経路を通って排気される。そして、上述した制御部９０のフィードバック制御によって吸気ファン７１の回転数が調節されることにより、装置１の内部圧力が外部圧力を常に上回るように吸気ユニット７０から装置１内に空気が供給される。

このように、吸気ユニット７０によって清浄な空気を装置１内に供給して装置１の内部を外部よりも高圧化することにより、装置１内へは清浄な外気のみが供給される状態が保持される。このため、外気に含まれるパーティクルが装置１内に侵入することが防止される。その結果、クリーンルーム等の清浄な設置環境ではない場合であっても装置１内へのパーティクルの侵入を防止することができ、パーティクルの侵入に伴う様々な悪影響が生じずに正常な運転を常に行うことができる。また、上記のフィードバック制御により運転管理を自動化することができるとともに効率的な運転が可能となる。

なお、吸気ユニット７０による装置１内への吸気量を排気量よりも多くするには、上記のように差圧センサ８０を用いる形態に限られず、図２に示すように、外部排気管６２内における排気口１４の近傍に配設した流量計８１を用いて行うこともできる。流量計８１は、例えばピトー管を用いた流量計であって、この場合は排気流量を検出するように設けられる。流量計８１の検出値を制御部９０に供給し、制御部９０によって吸気ユニット７０による吸気量が流量計８１で検出される排気流量を上回るように、吸気ファン７１の回転数を調節するフィードバック制御を行うことにより、装置１の内部の圧力を装置１の外部よりも常に高い状態に保持することができる。

また、吸気口１５およびこれに併設する吸気ユニット７０の設置箇所は、図５に示すように筐体１０を構成する側壁１０ｃに設置してもよい。吸気ユニット７０の設置箇所は任意であるが、装置１内に供給された外気がスムーズに加工室３１内に導入されるような箇所が望ましい。

本発明の一実施形態に係る切削装置の全体斜視図である。 一実施形態の切削装置の内部平面図および制御系統を示す図である。 一実施形態の切削装置内の切削機構を示す斜視図である。 一実施形態の切削装置が具備する吸気ユニットの斜視図である。 吸気ユニットの設置箇所を変更した切削装置の全体斜視図である。

符号の説明

１０…筐体（外殻部材）、１４…排気口、１５…吸気口、４２…チャックテーブル、５０…切削工具、７０…吸気ユニット（吸気手段）、７２…フィルタ、８０…差圧センサ、８１…流量計、９０…制御部（制御手段）。

Claims (4)

1. 外殻部材と、この外殻部材内に収容されたチャックテーブルおよび回転式の切削工具とを具備し、チャックテーブルに保持したワークを切削工具で切削する切削装置において、
   前記外殻部材には、該外殻部材内から粉塵を排出するための排気口と、該外殻部材内に外気を供給する吸気口とが設けられ、さらにこの吸気口には、フィルタ付きの吸気手段が設けられており、
   前記外殻部材の内外の圧力差を検出する差圧センサを備えるとともに、この差圧センサの検出値に基づいて前記吸気手段の吸気能力をフィードバック制御する制御手段を備えることを特徴とする切削装置。
2. 前記制御手段は、前記差圧センサで検出される検出圧力が、前記外殻部材の内部の圧力が該外殻部材の外部の圧力を上回る値を示すように、前記吸気手段の吸気能力を調節することを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
3. 外殻部材と、この外殻部材内に収容されたチャックテーブルおよび回転式の切削工具とを具備し、チャックテーブルに保持したワークを切削工具で切削する切削装置において、
   前記外殻部材には、該外殻部材内から粉塵を排出するための排気口と、該外殻部材内に外気を供給する吸気口とが設けられ、さらにこの吸気口には、フィルタ付きの吸気手段が設けられており、
   前記排気口の近傍に排気流量を検出する流量計が設けられるとともに、この流量計の検出値に基づいて前記吸気手段の吸気能力をフィードバック制御する制御手段を備えることを特徴とする切削装置。
4. 前記制御手段は、前記吸気手段による吸気量が、前記流量計で検出される排気流量を上回るように、該吸気手段の吸気能力を調節することを特徴とする請求項３に記載の切削装置。

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