JP6707396B2 - 切削装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被加工物を切削する切削ブレードを有する切削装置に関する。
一般に、半導体ウエーハや樹脂パッケージ基板などの被加工物を所定の分割ラインに沿って分割する際に、この分割ラインに沿って被加工物を切削する切削ブレードを有する切削装置が用いられている。この種の切削装置では、被加工物を保持するチャックテーブルと切削ブレードとを、チャックテーブルの保持面と平行な方向(加工送り方向)に相対的に移動することで、被加工物に切削溝を加工する。また、被加工物に対して切削ブレードを鉛直方向(切り込み送り方向)に上下動させることで、切削溝の切り込み深さが調整される。一方、切削ブレードは、使用により摩耗するため、鉛直方向における切削ブレードの刃先位置(先端位置)の管理が重要となる。
このため、従来、発光部及び受光部を有し、この発光部と受光部との間に切削ブレードを侵入させ、該切削ブレードの刃先位置の検出を行う構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。この構成では、受光部で受光した光量を電圧に変換し、切削ブレードの刃先が光を遮ることにより、電圧が所定の値に減少した際の切削ブレードの刃先位置から該切削ブレードの原点位置(中心位置)を割り出している。
特許第4590060号公報
ところで、上記した切削装置では、チャックテーブルに保持された被加工物に純水などの切削水を供給しつつ切削加工を行うため、チャックテーブル及び切削ブレードを囲む加工室と、この加工室内の雰囲気を排気する排気部とを備えた構成が想定される。この場合、受光部は、発光部からの光の受光量を利用して、切削ブレードの刃先位置をセンシングしているが、これら発光部及び受光部が設置される加工室の雰囲気に大量にミスト(切削水)が含まれていると、受光量がミストに遮られたり、ミストで乱反射したりして変動するおそれがある。このため、切削ブレードの原点位置を誤って割り出し、被加工物への切り込み深さが異なってしまうおそれがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、切削ブレードの刃先位置を精度良く検出できる切削装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工物を保持面で保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に切削液を供給しながら切削ブレードで切削する切削ユニットと、該保持面と直交する切り込み送り方向の該切削ブレードの先端位置を検出する刃先位置検出ユニットと、該チャックテーブルと該切削ユニットと該刃先位置検出ユニットとを囲繞する加工室と、該加工室内の雰囲気を排気する排気ユニットと、各構成要素を制御する制御手段と、を備える切削装置であって、該刃先位置検出ユニットは、該切削ブレードが侵入するブレード侵入部を挟んで対面する発光部と該発光部からの光を受光する受光部とを有し、該制御手段は、該切削ブレードが該ブレード侵入部から離れた退避状態で、該発光部からの光を受光した該受光部の受光量の適正範囲を規定する閾値を登録する閾値登録部と、該退避状態での該受光量が該適正範囲内にある場合に、該切削ブレードを該ブレード侵入部に侵入させて該切削ブレードの先端位置を検出する検出動作を実施させ、該退避状態での該受光量が該適正範囲外の場合に、該切削液のミストを含む該雰囲気が排気され該受光量が該適正範囲内になるまで該検出動作の開始を待機する判断部と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、刃先位置検出ユニットの受光部の受光量に応じて、加工室内の雰囲気が、刃先位置の検出に適している状態か否かを判断するため、刃先位置を精度良く検出することができる。
本発明によれば、刃先位置検出ユニットの受光部の受光量に応じて、加工室内の雰囲気が、刃先位置の検出に適している状態か否かを判断するため、刃先位置を精度良く検出することができるという効果を奏する。
図1は、本実施形態に係る加工装置の斜視図である。 図2は、加工装置の加工室内の側断面図である。 図3は、加工装置の加工室内の平面図である。 図4は、ブレード検出ユニットを示す斜視図である。 図5は、ブレード検出ユニットを制御する制御装置のブロック図である。 図6は、ミスト雰囲気下における検出機構の検出値の時間変化を示す図である。 図7は、切削ブレードのZ軸方向の位置に応じた検出機構の検出値の変化を示す図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
図1は、本実施形態に係る加工装置の斜視図である。加工装置1は、例えば円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハなどのウエーハW(被加工物)に対して切削加工を行う装置である。被加工物には、円板形状のウエーハWだけでなく、矩形状に形成されたパッケージ基板、セラミクス基板、ガラス基板などが含まれる。加工装置1は、図1に示すように、直方体状の基台2に配置され、上記ウエーハWを有するウエーハユニット(被加工物ユニット)WUを保持するチャックテーブル10と、チャックテーブル10に保持されたウエーハユニットWUのウエーハWに対して切削加工をする切削ユニット30とを備える。また、加工装置1は、基台2上に搭載され、チャックテーブル10及び切削ユニット30を覆う加工室3を備える。また、加工装置1は、チャックテーブル10及び切削ユニット30を含む各構成要素の動作を制御する制御装置(制御手段)6を備える。
ウエーハユニットWUは、円環状に形成されたフレームFと、このフレームFの開口Faに配置される円板形状に形成されたウエーハWと、このウエーハW及びフレームFの裏面に貼着された粘着テープTとを備える。本実施形態では、ウエーハWは、粘着テープTによってフレームFの開口Faに保持される。ウエーハWは、その表面に格子状に形成されたストリート(分割予定ライン)によって区画された多数の領域にIC、LSI等のデバイスが形成されている。
チャックテーブル10は、上記した基台2に、X軸方向(加工送り方向)に移動可能に設けられている。チャックテーブル10は、ウエーハユニットWUが載置されて吸引される保持面11を有している。また、チャックテーブル10は、図示しない回転機構によってZ軸方向を回転軸にして回動可能に構成されている。
また、基台2の上面には、Y軸方向(割出方向)に沿って延在するとともに、加工室3を跨いで配置される門型の支持構造4が設けられている。加工装置1は、支持構造4に設けられ、切削ユニット30をY軸方向(割出方向)に移動可能に支持する割出送り機構(割出送り手段)13と、切削ユニット30をチャックテーブル10の保持面11と直交するZ軸方向(切り込み送り方向)に移動可能に支持する切り込み送り機構(切り込み送り手段)14とを備える。割出送り機構13は、支持構造4の側面に固定されてY軸方向に延びる一対のガイドレール15と、これらガイドレール15と平行に配設されたボールねじ16と、このボールねじ16に螺合するナット(不図示)を内部に有し、ガイドレール15に沿って移動するY軸スライド板17とを備える。ボールねじ16の一端には、該ボールねじ16を回転させるパルスモータ(不図示)が連結され、ボールねじ16の回転によって、Y軸スライド板17は、ガイドレール15に沿ってY軸方向に移動する。
切り込み送り機構14は、Y軸スライド板17の側面に固定されて、Z軸方向に延びる一対のガイドレール18と、これらガイドレール18と平行に配設されたボールねじ19と、このボールねじ19に螺合するナット(不図示)を内部に有し、ガイドレール18に沿って移動するZ軸スライド板20とを備える。ボールねじ19の一端には、該ボールねじ19を回転させるパルスモータ21が連結され、ボールねじ19の回転によって、Z軸スライド板20は、ガイドレール18に沿ってZ軸方向に移動する。
切削ユニット30は、Z軸スライド板20の下端部に連結される。このため、切削ユニット30は、割出送り機構13の動作により、Z軸スライド板20とともにY軸方向に移動して、ウエーハWに対する切削位置が調整され、切り込み送り機構14の動作により、Z軸方向に移動して、ウエーハWへの切り込み深さが調整される。
図2は、加工装置の加工室内の側断面図であり、図3は、加工装置の加工室内の平面図である。加工室3は、チャックテーブル10及び切削ユニット30を覆う箱型形状に形成される。具体的には、矩形状の天板3Aと、この天板3AのX軸方向(加工送り方向)に沿った縁部からそれぞれ下方に延びる一対の側板3Bと、該天板3AのY軸方向(割出方向)に沿った縁部からそれぞれ下方に延びる一対の側板3Cとを備える。加工室3は、X軸方向中ほどに配設された仕切板3Dにより、チャックテーブル10にウエーハWを着脱する着脱領域5Aと、チャックテーブル10に保持されたウエーハWを切削加工する加工領域5Bとに仕切られている。仕切板3Dの下部にはチャックテーブル10の通過を許容する開口部3Eが形成されている。
加工装置1は、図2に示すように、加工室3内にチャックテーブル10をX軸方向(加工送り方向)に移動する加工送り機構(加工送り手段)40を備える。加工送り機構40は、X軸方向に沿って移動するテーブルベース41と、このテーブルベース41上に立設する支持基台42とを備え、この支持基台42にチャックテーブル10が支持される。チャックテーブル10の周囲には、図3に示すように、防水カバー43が設けられ、この防水カバー43には、加工送り機構40を保護するための蛇腹44が連結されている。また、加工装置1は、図2に示すように、加工室3内における切削ユニット30の下方にブレード検出ユニット(刃先位置検出ユニット)60を備える。このブレード検出ユニット60は、鉛直方向における切削ブレード31の先端位置(鉛直方向の下端位置)を検出するものである。
切削ユニット30は、図2に示すように、回転駆動される回転スピンドル(不図示)に装着された切削ブレード31と、この切削ブレード31の略上半分を覆うホイールカバー32とを備える。ホイールカバー32には、接続パイプ33,34が取り付けられており、これらの接続パイプ33,34はホースを介して、切削ユニット30に切削水(切削液)を供給する切削水供給源(不図示)に接続されている。接続パイプ33を介して供給された切削水は、切削水ノズル35から切削ブレード31の刃先に向かって供給され、接続パイプ34を介して供給された切削水は、切削ブレード31の両側に配設されたブレードクーラーノズル36から加工点に向かって供給される。切削水は、例えば、純水が用いられる。また、切削ユニット30は、切削ブレード31と並べて設けられ、チャックテーブル10上のウエーハWを撮像する撮像手段37を備える。
本実施形態では、切削ユニット30は、チャックテーブル10に保持されたウエーハWを切削加工する際に、切削水ノズル35及びブレードクーラーノズル36から切削水を噴出しながらチャックテーブル10をX軸方向(加工送り方向)に加工送りする。この場合、切削屑を含んだ切削水(切削液)38(図2)は、切削ブレード31の高速回転により該回転方向の下流側に飛散する。このため、加工室3は、加工領域5B側の側板3Bの上端部に、該加工室3内の雰囲気を排気する排気口3Fを備え、この排気口3Fには、図3に示すように排気ユニット39が接続されている。この排気ユニット39は、排気管39Aを介して、排気口3Fに接続され、加工室3内の雰囲気を外部に排気する。排気ユニット39としては、例えば、加工装置1が設置される加工エリアに設けられた排気設備や、排気管39Aもしくは排気口3Fに接続される排気ファンなどを用いることができる。
また、加工室3は、図1に示すように、割出送り機構(割出送り手段)13のボールねじ16を切削水の飛沫から保護する保護蛇腹50が設けられている。この保護蛇腹50は、一端部52が支持構造4の一方の立設部に固定され、中間部54がY軸スライド板17の一端部に取り付けられ、蛇腹50の他端部56が支持構造4の他方の立設部に固定される。図1では明瞭化のために、保護蛇腹50は所定位置に取り付けない状態が示されているが、実際には図2に示すような位置に取り付けられる。
次に、ブレード検出ユニット60について説明する。図4は、ブレード検出ユニットを示す斜視図である。図5は、ブレード検出ユニットを制御する制御装置のブロック図である。ブレード検出ユニット60は、図4に示すように、防水カバー43及び蛇腹44(図3)を挟んで対向配置される内壁2Aに固定される支持部材61と、この支持部材61に支持される検出機構62とを備える。検出機構62は、Z軸方向(切り込み送り方向)において、切削ブレード31の先端位置(鉛直方向の下端位置)を検出する。
検出機構62は、図4に示すように、支持部材61に固定される基台部62Aと、この基台部62Aに立設する取付部材62Bとを備える。この取付部材62Bは、水平部62B1と2つの垂直部62B2,62B2とを備えてU形状に形成され、これら垂直部62B2,62B2間にブレード侵入部63が画成される。また、垂直部62B2,62B2には、ブレード侵入部63を挟んで対向する発光部64と、この発光部64からの光を受光する受光部65とを備える。図5に示すように、発光部64は光ファイバー66を介して光源67に接続されており、受光部65は光ファイバー66を介して光電変換部68に接続されている。検出機構62は、切り込み送り方向において、ブレード侵入部63、すなわち発光部64と受光部65との間に切削ブレード31が侵入することで、受光部65が検出する受光量の変化に基づき切削ブレード31の先端位置を検出する。
また、検出機構62は、基台部62Aに設けられ、発光部64及び受光部65の端面に恒温調整された洗浄水を供給する洗浄水供給ノズル69と、発光部64及び受光部65の端面にエアを供給するエア供給ノズル70とを備える。発光部64及び受光部65に洗浄水及びエアを吹き付けることにより、発光部64及び受光部65に水滴などが付着することを防止し、検出精度の向上を実現できる。また、検出機構62は、基台部62Aにヒンジ部71を介して接続され、取付部材62B(発光部64及び受光部65)を覆うカバー72を備える。このカバー72は、検出機構62を使用する場合に開いて発光部64及び受光部65を露出させ、検出機構62を使用しない場合には閉じて、発光部64及び受光部65を覆う。
さて、加工装置1では、チャックテーブル10及び切削ユニット30を囲む加工室3を設け、この加工室3内でチャックテーブル10に保持されたウエーハWに切削水を供給しつつ切削加工を行っている。このため、検出機構62の発光部64及び受光部65は、ミスト(切削水)を大量に含んだ雰囲気に曝されることにより、受光部65が検出する受光量がミストに遮られたりミストで乱反射したりして変動するおそれがある。このため、切削ブレード31の先端位置を誤って検出する結果、切削ブレード31の原点位置を誤って割り出し、ウエーハWへの切り込み深さが異なってしまうおそれがあった。
発明者の鋭意研究によれば、検出機構62を用いて切削ブレード31の先端位置を検出する際に所定時間(例えば4〜5秒間)、検出を待機することにより、受光部65が検出する受光量が安定する傾向にあることが判明した。しかし、先端位置の検出のたびに、必ず所定時間(例えば4〜5秒間)待機する構成では、その分、加工時間が延びるために歩留まりが低減する問題がある。このため、本構成では、受光部65が検出する受光量に基づき、最適な待機時間を判断することで、加工時間の延長を抑えつつ、刃先の先端位置を精度良く検出している。
このため、制御装置6は、図5に示すように、閾値登録部80、判断部81、基準電圧設定部82、電圧比較部83、端部位置検出部84、算出部85及び位置補正部86を備える。閾値登録部80は、切削ブレード31がブレード侵入部63から離れた退避状態で、発光部64からの光を受光した受光部65の受光量の適正範囲を規定する閾値を登録する。本実施形態では、閾値登録部80は、受光量の適正範囲を規定する上限閾値及び下限閾値をそれぞれ電圧値に変換して登録する。判断部81は、光電変換部68で変換された電圧値を取得し、上記した退避状態での受光量(電圧値)が適正範囲内にある場合に、切削ブレード31をブレード侵入部63に侵入させて切削ブレード31の刃先の先端位置の検出動作を許可する判断をする。具体的には、判断部81は、退避状態での受光量が上限閾値以上下限閾値以下であるか否かを判定することで適正範囲内にあるか否かを判定する。また、判断部81は、退避状態での受光量(電圧値)が適正範囲外の場合には、該受光量が適正範囲内となるまで該検出動作を待機させる判断をする。この場合、検出動作を待機することにより、加工室3から切削水のミストを含む雰囲気が排気されることにより、該ミストの影響で低下していた該受光量が適正範囲内に回復する。この構成によれば、受光部65が検出する受光量がミストに遮られたり、ミストで乱反射したりして変動した場合においても、受光量が適正範囲内に回復するまで検出動作を待機させるため、切削ブレード31の先端位置を正確に検出することができる。
本実施形態では、退避状態での受光量が適正範囲内となるまで検出動作を待機させることに加え、判断部81は、所定のサイクル時間(例えば100ms)ごとに、受光量の検出を複数回(例えば5回)行い、先に検出した受光量(電圧値)との変化量が所定の閾値範囲内にあるか否かを判断し、検出した複数回すべてにおいて、変化量が閾値範囲内にあれば検出動作を許可する。この構成では、図6に示すように、検出した受光量(電圧値)の変動が生じている場合には検出を待機し、検出した受光量(電圧値)の変動が抑えられてある値に収束してきた場合に検出動作を許可するため、過不足のない最適な待機時間を判断することができ、加工時間の延長を抑えつつ、刃先の先端位置を精度良く検出することができる。この構成では、閾値登録部80には、受光量(電圧値)の適正範囲を規定する上限閾値、下限閾値、並びに、受光量(電圧値)との変化量を規定する範囲が閾値として設定されている。
また、上記した適正範囲内の受光量(電圧値)が、単位時間あたり所定割合以上検出されたら、検出動作を許可してもよい。この場合、閾値登録部80には、所定の単位時間(例えば50ms)あたりの適正範囲内の受光量が測定される時間の閾値(例えば40ms)が登録される。この構成では、受光量(電圧)の変動が多少みられる場合であっても、所定の単位時間では受光量(電圧)が安定していると判断できるため、加工時間の延長を抑えつつ、刃先の先端位置を精度良く検出することができる。
判断部81は、検出動作を許可した場合には、検出した受光量(電圧値)を電圧比較部83に出力する。基準電圧設定部82は、検出機構62が切削ブレード31の侵入を検出する際の基準電圧値(例えば3V)を設定し、この設定された基準電圧値は、電圧比較部83に出力される。電圧比較部83は、判断部81から出力された受光量(電圧値)と、基準電圧設定部82によって設定された基準電圧値とを比較し、判断部81からの出力が基準電圧値に達したとき、その旨の信号を端部位置検出部84に出力する。より詳細に説明すると、切削ブレード31のZ軸方向(切り込み送り方向)の基準位置を検出する場合は、切り込み送り機構14のパルスモータ21を駆動して、切削ブレード31をブレード検出手段60のブレード侵入部63に上方から侵入させていく。
この場合、切削ブレード31が発光部64と受光部65との間を全く遮っていない場合は受光部65が受光する光量は最大であり、この光量に対応する光電変換部68(判断部81)からの出力は、例えば図7に示すように5Vに設定されている。
切削ブレード31がブレード侵入部63に侵入されるのに従って、切削ブレード31が発光部64から出射される光を遮る量が徐々に増加するので、受光部65が受光する光量は徐々に減少し、光電変換部68からの出力電圧は、図7に示すように徐々に減少する。
そして、切削ブレード31の刃先が発光部64と受光部65の中心を結ぶ位置に達したとき、光電変換部68からの出力電圧が例えば3Vになるように設定されている。従って、光電変換部68の出力電圧が3Vになったとき、電圧比較部83は、光電変換部68の出力電圧が基準電圧値に達した旨の信号を端部位置検出部84に出力する。
端部位置検出部84は、先端位置(端部位置)を検出した旨の信号をパルスモータ21に送信し、パルスモータ21の駆動を停止する。この時、端部位置検出部84は、切削ブレード31のZ軸方向(切り込み送り方向)の高さ位置座標を先端位置として記憶する。
本構成では、切削ブレード31は切削加工を行うに連れて摩耗するため、定期的に、切削ブレード31の先端位置を検出することで、ウエーハWに施される切削溝の切り込み深さの精度を高めている。具体的には、算出部85は、端部位置検出部84が記憶した切削ブレード31の先端位置の高さ位置座標と、前回測定された切削ブレード31の先端位置の高さ位置座標との差からチャックテーブル10の保持面11に対する切削ブレード31の回転中心の基準高さ位置(原点位置)の補正量を算出する。位置補正部86は、算出した補正量に基づき、切削ブレード31の原点位置を補正する。このため、制御装置6は、補正した原点位置に基づいて、ウエーハWに加工する目標切り込み量となるように、切り込み送り機構14を制御するため、実際にウエーハWに加工される切削溝の切り込み深さの精度を高めることができる。
以上、説明したように、ウエーハWを保持面11で保持するチャックテーブル10と、該チャックテーブル10に保持されたウエーハWに切削水を供給しながら切削ブレード31で切削する切削ユニット30と、保持面11と直交する切り込み送り方向の切削ブレード31の先端位置を検出するブレード検出手段60と、チャックテーブル10と切削ユニット30とブレード検出手段60とを囲繞する加工室3と、該加工室3内の雰囲気を排気する排気ユニット39と、各構成要素を制御する制御装置6とを備え、ブレード検出手段60は、切削ブレード31が侵入するブレード侵入部63を挟んで対面する発光部64と発光部64からの光を受光する受光部65とを有し、制御装置6は、切削ブレード31がブレード侵入部63から離れた退避状態で、発光部64からの光を受光した受光部65の受光量の適正範囲を規定する閾値を登録する閾値登録部80と、退避状態での受光量が適正範囲内にある場合に、切削ブレード31をブレード侵入部63に侵入させて切削ブレード31の先端位置を検出する検出動作を実施させ、退避状態での該受光量が適正範囲外の場合に、該切削水のミストを含む該雰囲気が排気され該ミストの影響で低下していた該受光量が適正範囲内となるまで該検出動作を待機させる判断部81と、を有するため、ブレード検出手段60の受光部65の受光量に応じて、加工室3内の雰囲気が、切削ブレード31の刃先の先端位置の検出に適している状態か否かを判断することができ、先端位置を精度良く検出できる。
また、閾値登録部80は、単位時間あたりの該閾値以上の受光量が測定される時間の閾値が登録されるため、受光量(電圧)の変動が多少みられる場合であっても、所定の単位時間では受光量(電圧)が安定していると判断できるため、加工時間の延長を抑えつつ、刃先の先端位置を精度良く検出することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
1 加工装置
3 加工室
6 制御装置(制御手段)
10 チャックテーブル
11 保持面
14 切り込み送り機構
30 切削ユニット
31 切削ブレード
38 切削水(切削液)
39 排気ユニット
60 ブレード検出手段(刃先位置検出手段)
62 検出機構
63 ブレード侵入部
64 発光部
65 受光部
80 閾値登録部
81 判断部
W ウエーハ(被加工物)

Claims (1)

  1. 被加工物を保持面で保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に切削液を供給しながら切削ブレードで切削する切削ユニットと、該保持面と直交する切り込み送り方向の該切削ブレードの先端位置を検出する刃先位置検出ユニットと、該チャックテーブルと該切削ユニットと該刃先位置検出ユニットとを囲繞する加工室と、該加工室内の雰囲気を排気する排気ユニットと、各構成要素を制御する制御手段と、を備える切削装置であって、
    該刃先位置検出ユニットは、
    該切削ブレードが侵入するブレード侵入部を挟んで対面する発光部と該発光部からの光を受光する受光部とを有し、
    該制御手段は、
    該切削ブレードが該ブレード侵入部から離れた退避状態で、該発光部からの光を受光した該受光部の受光量の適正範囲を規定する閾値を登録する閾値登録部と、
    該退避状態での該受光量が該適正範囲内にある場合に、該切削ブレードを該ブレード侵入部に侵入させて該切削ブレードの先端位置を検出する検出動作を実施させ、該退避状態での該受光量が該適正範囲外の場合に、該切削液のミストを含む該雰囲気が排気され該受光量が該適正範囲内になるまで該検出動作の開始を待機する判断部と、
    を有することを特徴とする切削装置。
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