JP4891690B2

JP4891690B2 - 加工水温度制御装置

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Publication number: JP4891690B2
Application number: JP2006207822A
Authority: JP
Inventors: 幹吉田; 賢新井
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP2008030169A

Description

本発明は、各種加工に用いられる加工水の温度を制御する加工水温度制御装置に関するものである。

被加工物に対して加工要素が接触した状態で行われる各種加工においては、加工品質を高めるために、接触部位には加工水が供給される。例えば、ウェーハ等に回転する研削砥石を接触させて研削を行う研削装置においては、ウェーハと研削砥石との接触部に加工水が供給される。また、高速回転する切削ブレードをウェーハに切り込ませ切削して個々のチップに分割する切削装置においても、ウェーハと切削ブレードとの接触部に加工水が供給される。かかる加工水は、被加工物に熱ひずみを生じさせないために、加工水温度制御装置によってその温度が一定に保たれるように調整される。

特開２０００−２７１８６６号公報

しかし、加工水を一定の温度に保つための従来の加工水温度制御装置では、加工水を冷却する冷却器と、加工水を加温するヒータとを備えているため、ランニングコストが高く、不経済であるという問題があった。

また、加工水温度制御装置に供給される加工水の温度が極端に低かったり高かったりすると、冷却器及びヒータにおいて十分な冷却及び加温ができす、所望の温度に調整できない場合があるという問題もある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、加工水を一定の温度に保つための加工水温度制御装置におけるランニングコストを低減し、更には、加工水の温度が極端に低かったり高かったりする場合においても所望の温度に調整できるようにすることにある。

本発明は、加工水の温度を制御する加工水温度制御装置に関するもので、加工水を取り入れる加工水取入部と、取り入れた加工水の温度を計測する温度計測部と、加工水を加温または冷却する第一のヒートポンプユニットと、第一のヒートポンプユニットを通過した加工水を加温または冷却する第二のヒートポンプユニットと、第二のヒートポンプユニットを通過した加工水を送り出す加工水送出部と、加工水の所望温度を設定する温度設定部と、温度計測部で計測された温度と温度設定部で設定された温度との温度差を算出して第一のヒートポンプユニットまたは第二のヒートポンプユニットを制御する制御部とから少なくとも構成され、制御部は、温度差が第一のヒートポンプユニット及び第二のヒートポンプユニットの加温能力または冷却能力の範囲内である場合に、第一のヒートポンプユニットを加温制御する場合は第二のヒートポンプユニットを冷却制御し、第一のヒートポンプユニットを冷却制御する場合は第二のヒートポンプユニットを加温制御する。

制御部は、前記温度差が第一のヒートポンプユニットまたは第二のヒートポンプユニットの加温能力または冷却能力を超えている場合に、第一のヒートポンプユニット及び第二のヒートポンプユニットの双方の動作を加温または冷却のいずれか一方に統一して制御することが望ましい。

加工水送出部には第二の温度計測部を備え、制御部は、温度設定部で設定された温度と第二の温度計測部で計測された温度との温度差を算出し、第一のヒートポンプユニットまたは第二のヒートポンプユニットを制御することが望ましい。

本発明では、加温及び冷却の双方にヒートポンプユニットを使用するため、加温にヒータを使用する場合と比較して、ランニングコストを低減することができる。

また、温度計測部で計測された温度と温度設定部で設定された温度との温度差が第一のヒートポンプユニット及び第二のヒートポンプユニットの加温能力または冷却能力の範囲内である場合に、制御部が、第一のヒートポンプユニットを加温制御する場合は第二のヒートポンプユニットを冷却制御し、第一のヒートポンプユニットを冷却制御する場合は第二のヒートポンプユニットを加温制御するようにすると、加工水の温度の計測値が所望の温度の前後で変化を繰り返したような場合でも、変化に応じて迅速に所望の温度に調整することができる。

温度計測部で計測された温度と温度設定部で設定された温度との温度差が第一のヒートポンプユニットまたは第二のヒートポンプユニットの加温能力または冷却能力を超えている場合に、制御部が、第一のヒートポンプユニット及び第二のヒートポンプユニットの双方の動作を加温または冷却のいずれか一方に統一して制御するようにすると、加工水温度制御装置に供給される加工水の温度が極端に高かったり低かったりした場合にも、その加工水を所望の温度に調整することが可能となる。

加工水送出部に第二の温度計測部を備え、制御部が、温度設定部で設定された温度と第二の温度計測部で計測された温度との温度差を算出して第一のヒートポンプユニットまたは前記第二のヒートポンプユニットを制御するようにすると、加工水をより正確に所望の温度とすることができる。

図１に示す切削装置１は、加工水が使用されて加工が行われる加工装置の一例であり、被加工物を保持するチャックテーブル２と、チャックテーブル２に保持された被加工物を切削する切削手段３と、各種加工条件等をオペレータが入力するための操作部４を備えている。例えば、ウェーハＷをダイシングする場合には、ウェーハＷがテープＴを介してダイシングフレームＦに支持された状態で、ウェーハカセットＣに複数収容される。

ウェーハカセットＣは、昇降可能なウェーハカセット載置部５に載置されており、ウェーハカセット載置部５の昇降によってウェーハカセットＣを適宜の高さに位置付けることができる。

ウェーハカセットＣに近接する位置には、ダイシングフレームＦによって支持されたウェーハＷが一時的に載置される仮置き領域６が設けられ、その近傍には、ウェーハカセットＣと仮置き領域６との間でウェーハＷの搬出入を行う搬出入手段７が配設されている。

仮置き領域６とチャックテーブル２との間には、ウェーハＷを搬送する第一の搬送手段８が配設されている。また、仮置き領域６に隣接する位置には、切削後の被加工物を洗浄する洗浄手段９が配設されており、洗浄手段９の上方には、チャックテーブル２と洗浄手段９との間で被加工物を搬送する第二の搬送手段１０が配設されている。

チャックテーブル２は、回転可能であると共にＸ軸方向に移動可能となっており、第一の搬送手段８によって仮置き領域６から搬送されてきたウェーハＷを保持する。チャックテーブル２の移動経路の上方には、撮像部１１ａによって被加工物を撮像して切削すべき領域を検出するアライメント手段１１が配設されている。切削手段３は、チャックテーブル２の移動経路の上方であってアライメント手段１１よりも＋Ｘ方向の位置に配設されており、全体としてＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。

図２に示すように、切削手段３は、ハウジング３０によって回転可能に支持されたスピンドル３１と、スピンドル３１の先端部に装着された切削ブレード３２とを有しており、切削ブレード３２は、ブレードカバー３３によってその上方を覆われている。ブレードカバー３３の下端部には、切削ブレード３２を両側から挟み込むようにして一対の加工水ノズル３４が配設されている。加工水ノズル３４は、加工水流入口３５に連通している。

加工水流入口３５には加工水温度制御装置１３が連結され、加工水温度制御装置１３には加工水供給部１２が連結され、加工水供給部１２から加工水温度制御装置１３に供給された加工水が所望の温度となって加工水流入部３５に流入する構成となっている。

加工水供給部１２は、加工水を貯留する水源１２０と、加工水を水源１２０から加工水温度制御装置１３に送り出すポンプ１２１とから構成される。水源１２０には、加工水として例えば純水が貯留される。

加工水温度制御装置１３は、加工水を取り入れる加工水取入部１３０と、加工水取入部１３０から取り入れた加工水の温度を計測する温度計測部１３０ａと、加工水を加温または冷却する第一のヒートポンプユニット１３１と、第一のヒートポンプユニット１３１を通過した加工水を加温または冷却する第二のヒートポンプユニット１３２と、加工水の所望の温度が設定される温度設定部１３３と、第一のヒートポンプユニット１３１及び第二のヒートポンプユニット１３２を制御する制御部１３４と、第二のヒートポンプユニット１３２を通過した加工水を加工水流入口３５に送り出す加工水送出部１３５とを備えている。図２の例における加工水送出部１３５には、送出された加工水の温度を計測する第二の温度計測部１３５ａを備えている。

第一のヒートポンプユニット１３１及び第二のヒートポンプユニット１３２は、冷媒の圧縮または膨張による吸熱作用または放熱作用を利用して加工水を加温または冷却する。第一のヒートポンプユニット１３１は、加工水供給部１２０から供給され温度計測部１３０ａにおいて温度が計測された加工水が流入する水槽１３１ａと、水槽１３１ａに浸漬された熱交換器１３１ｂと、熱交換器１３１ｂを通って冷媒を循環させる循環路１３１ｃと、循環路１３１ｃを流れる冷媒の向きを切り替える三方弁１３１ｄ及び切り替え部１３１ｅと、冷媒の圧縮を行う圧縮機１３１ｆとを備えている。また、第二のヒートポンプユニット１３２は、第一のヒートポンプユニット１３１の水槽１３１ａから流出した加工水が流入する水槽１３２ａと、水槽１３２ａに浸漬された熱交換器１３２ｂと、熱交換器１３２ｂを通って冷媒を循環させる循環路１３２ｃと、循環路１３２ｃを流れる冷媒の向きを切り替える三方弁１３２ｄ及び切り替え部１３２ｅと、冷媒の圧縮を行う圧縮機１３２ｆとを備えている。三方弁１３１ｄ、１３２ｄ及び圧縮機１３１ｆ、１３２ｆは、制御部１３４によって制御される。

図２に示すように、テープＴを介してダイシングフレームＦに支持されたウェーハＷを切削する場合は、チャックテーブル２（図１参照）に保持されたウェーハＷがＸ軸方向に移動すると共に、高速回転する切削ブレード３２がウェーハＷのストリートに切り込む。そして、切削ブレード３２とウェーハＷとの接触部には、加工水ノズル３４から加工水が吐出される。

加工水ノズル３４から吐出される加工水の温度は、切削装置１が設置されている場所（クリーンルーム）の温度と同様であることが望ましい。例えば、クリーンルームの温度が２３℃であれば、加工水の温度も２３℃とすることが望ましい。この場合は、温度設定部１３３に２３℃という情報を予め入力しておく。この数値の入力は、図１に示した切削装置１の操作部４の操作によって行うことができる。

加工水は、ポンプ１２１によって水源１２０から汲み出される。そして、その加工水の温度は温度計測部１３０ａにおいて計測され、計測値の情報は、制御部１３４に伝達される。制御部１３４では、温度設定部１３３に記憶された温度の値と温度計測部１３０ａから転送された計測値とを比較し、比較結果に応じて、計測値が温度設定部１３３に設定された所望の温度と一致するように、圧縮機１３１ｆまたは圧縮機１３２ｆを制御して、加工水を冷却または加温する。なお、三方弁１３１ｄ及び三方弁１３２ｄを制御して、熱交換器１３１ｂは吸熱、熱交換器１３２ｂは放熱するように予め調整されている。

例えば、温度設定部１３３に設定された温度が２３℃、温度計測部１３０ａにおける計測値が２５℃であるときは、加工水の温度を２℃下降させるために、圧縮機１３１ｆの制御によって第一のヒートポンプユニット１３１の循環路１３１ｃを循環する冷媒を熱交換器１３１ｂで膨張させて、水槽１３１ａに浸漬している熱交換器１３１ｂに吸熱作用を生じさせ、加工水の熱を吸熱させることにより、加工水の温度を下げる。そして、加工水の温度が下降している間に第二の温度計測部１３５ａにおいて温度を計測し、計測値が２３℃まで下降すると、圧縮機１３１ｆを制御して冷媒の膨張を止め、第一のヒートポンプユニット１３１における加工水の冷却を停止する。

一方、例えば、温度設定部１３３に設定された温度が２３℃、温度計測部１３０ａにおける計測値が２２℃であるときは、加工水の温度を１℃上昇させるために、圧縮機１３２ｆの制御によって第二のヒートポンプユニット１３２の循環路１３２ｃを循環する冷媒を圧縮機１３２ｆで圧縮して水槽１３２ｃに浸漬している熱交換器１３２ｂに放熱作用を生じさせ、加工水の温度を上げる。そして、加工水の温度が上昇している間に第二の温度計測部１３５ａにおいて温度を計測し、計測値が２３℃まで上昇すると、圧縮機１３２ｆを制御して冷媒の圧縮を止め、第二のヒートポンプユニット１３２における加工水の加温を停止する。

以上のような制御を常に行うことにより、加工水を所望の温度に保つことができる。そして、制御部１３４では、第二の温度計測部１３５ａにおける計測結果と温度設定部１３３との温度差を算出し、第一のヒートポンプユニット１３１の圧縮機１３１ｆまたは第二のヒートポンプユニット１３２の圧縮機１３２ｆを制御するようにすると、使用される加工水をより正確に所望の温度とすることができる。

また、温度設定部１３３に記憶された所望の温度と温度計測部１３０ａで計測された温度との差が、第一のヒートポンプユニット１３１または第二のヒートポンプユニット１３２の加温能力及び冷却能力を超える場合、例えば第一のヒートポンプユニット１３１または第二のヒートポンプユニット１３２の加温能力が１０℃であるのに対し、温度設定部１３３に記憶された所望の温度よりも温度計測部１３０ａで計測された温度の方が例えば１５℃低いと、第一のヒートポンプユニット１３１のみでは、加工水を所望の温度にすることはできない。このような場合は、三方弁１３１ｄを切り替えて第一のヒートポンプユニット１３１の熱交換器１３１ａに放熱作用を生じさせると共に、第二のヒートポンプユニット１３２にも加工水の加温をさせることにより、個々のヒートポンプユニットに足りない能力を補って、加工水を所望の温度にすることができる。すなわち、温度差が第一のヒートポンプユニット１３１または第二のヒートポンプユニット１３２の加温能力または冷却能力を超えている場合には、第一のヒートポンプユニット１３１及び第二のヒートポンプユニット１３２の双方の動作を加温または冷却のいずれか一方に統一して制御することにより、加工水温度制御装置１３に供給される加工水の温度が極端に高かったり低かったりした場合にも、その加工水を所望の温度に調整することが可能となる。

更に、第一のヒートポンプユニット１３１の水槽１３１ａを冷却に固定し、第二のヒートポンプユニットの水槽１３２ａを加温に固定すると、加工水温度制御装置１３に供給される加工水の温度が温度設定部１３３に設定された温度の前後で頻繁に変化したとしても、温度計測部１３０ａにおける計測値に応じていずれかのヒートポンプユニットを制御することにより、迅速に所望の温度に調整することができる。

なお、上記の例では切削装置に用いられる加工水について説明したが、本発明は、加工水が使用される他の加工に適用することもできる。

切削装置の一例を示す斜視図である。加工水温度制御装置の構成の一例を示す説明図である。

１：切削装置
２；チャックテーブル
３：切削手段
３０：ハウジング３１：スピンドル３２：切削ブレード３３：ブレードカバー
３４：加工水ノズル３５：加工水流入口
４：操作部５：ウェーハカセット載置部６：仮置き領域７：搬出入手段
８：第一の搬送手段９：洗浄手段１０：第二の搬送手段１１：アライメント手段
１２：加工水供給部
１２０：水源１２１：ポンプ
１３：加工水温度制御装置
１３０：加工水取入部
１３０ａ：温度計測部
１３１：第一のヒートポンプユニット
１３１ａ：水槽１３１ｂ：熱交換器１３１ｃ：循環路１３１ｄ：三方弁
１３１ｅ：切り替え部１３１ｆ：圧縮機
１３２：第二のヒートポンプユニット
１３２ａ：水槽１３２ｂ：熱交換器１３２ｃ：循環路１３２ｄ：三方弁
１３２ｅ：切り替え部１３２ｆ：圧縮機
１３３：温度設定部１３４：制御部
１３５：加工水送出部
１３５ａ：第二の温度計測部

Claims

加工水の温度を制御する加工水温度制御装置であって、
加工水を取り入れる加工水取入部と、取り入れた加工水の温度を計測する温度計測部と、該加工水を加温または冷却する第一のヒートポンプユニットと、該第一のヒートポンプユニットを通過した加工水を加温または冷却する第二のヒートポンプユニットと、該第二のヒートポンプユニットを通過した加工水を送り出す加工水送出部と、加工水の所望温度を設定する温度設定部と、該温度計測部で計測された温度と該温度設定部で設定された温度との温度差を算出して該第一のヒートポンプユニットまたは該第二のヒートポンプユニットを制御する制御部と
から少なくとも構成され、
該制御部は、該温度差が該第一のヒートポンプユニット及び該第二のヒートポンプユニットの加温能力または冷却能力の範囲内である場合に、該第一のヒートポンプユニットを加温制御する場合は該第二のヒートポンプユニットを冷却制御し、該第一のヒートポンプユニットを冷却制御する場合は該第二のヒートポンプユニットを加温制御する
加工水温度制御装置。
前記制御部は、前記温度差が前記第一のヒートポンプユニットまたは前記第二のヒートポンプユニットの加温能力または冷却能力を超えている場合に、該第一のヒートポンプユニット及び該第二のヒートポンプユニットの双方の動作を加温または冷却のいずれか一方に統一して制御する請求項１に記載の加工水温度制御装置。
前記加工水送出部には第二の温度計測部を備え、
前記制御部は、前記温度設定部で設定された温度と該第二の温度計測部で計測された温度との温度差を算出し、前記第一のヒートポンプユニットまたは前記第二のヒートポンプユニットを制御する請求項１または２に記載の加工水温度制御装置。