KR102413812B1 - 절삭 장치 - Google Patents

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소이치로 아키타
사토시 기요카와
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은, 항상 원하는 절입량으로 드레싱용 지석의 외주에 절삭 블레이드를 위치시킬 수 있는 절삭 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
피가공물을 유지하는 척 테이블과, 스핀들에 장착한 절삭 블레이드에 절삭액을 공급하면서 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 절삭하는 절삭 수단을 구비한 절삭 장치로서, 상기 스핀들을 이동시켜 상기 절삭 블레이드를 위치시키는 이동 수단과, 드레싱용 지석을 상기 스핀들과 평행한 회전축으로 회전시키는 로터리 드레싱 수단과, 상기 드레싱용 지석의 외주 위치를 검출하는 광센서를 구비하고, 상기 광센서로 검출한 상기 드레싱용 지석의 외주 위치에 따라 상기 절삭 블레이드를 상기 로터리 드레싱 수단에 위치시켜, 원하는 절입량으로 상기 드레싱용 지석을 상기 절삭 블레이드로 절삭하여 상기 절삭 블레이드를 드레싱하는 것을 특징으로 한다.

Description

절삭 장치{CUTTING DEVICE}
본 발명은, 절삭 장치에 관한 것으로, 특히, 로터리 드레싱 수단을 구비하는 절삭 장치에 관한 것이다.
절삭 블레이드를 고속 회전시켜 웨이퍼 등의 피가공물을 절삭하는 절삭 장치에서는, 피가공물의 절삭을 계속하면 절삭 블레이드의 선단이 가늘어지고, 이 상태에서 절삭을 속행하면 디바이스 칩 측면의 형상 정밀도를 악화시킨다고 하는 문제가 있다.
이것을 방지하기 위해, 정기적으로 절삭 블레이드를 드레싱용 지석에 절입시켜 마모시켜 드레싱할 필요가 있다. 이 드레싱은, 스핀들에 장착한 상태에서 편심된 절삭 블레이드를 진원으로 하기 위함이며, 절삭 가공에 의해 무뎌지거나 막힌 절삭 블레이드의 날을 세우기 위함이다.
절삭 블레이드의 드레싱은, 절삭 가공 도중에 적절하게 실시하는 경우가 있지만, 통상, 피가공물을 척 테이블로부터 제거하고, 전용 드레싱 보드를 척 테이블로 흡인 유지하여, 드레싱을 실시한다.
그러나, 드레싱 보드를 척 테이블로 흡인 유지하거나, 척 테이블로부터 제거하거나 하는 공정은 매우 번잡하기 때문에, 척 테이블 옆에 드레싱 보드 전용의 서브 척 테이블을 설치하는 등의 대책이 취해지고 있다(일본 특허 공개 제2010-87122호 공보 참조).
그러나, 매우 경질인 절삭 블레이드를 구비한 절삭 장치의 경우, 드레싱 보드 전용의 서브 척 테이블 상에 유지된 드레싱 보드로 드레싱하면, 절삭량이 불충분한 경우가 있다. 그래서, 드레싱시의 절삭 저항을 높이기 위해, 회전하는 드레싱 지석으로 드레싱을 행하는 로터리 드레싱 장치가 이용되고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2010-871225호 공보
로터리 드레싱 장치에서는, 회전하는 드레싱 지석을 절삭 블레이드로 절삭하기 때문에, 경질인 절삭 블레이드라도 마모시킬 수 있다. 그러나, 드레싱용 지석도 마모되어, 직경이 작아지기 때문에, 절삭 블레이드의 절입량 조정이 곤란하다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 항상 원하는 절입량으로 드레싱용 지석의 외주에 절삭 블레이드를 위치시킬 수 있는 절삭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 스핀들에 장착한 절삭 블레이드에 절삭액을 공급하면서 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 절삭하는 절삭 수단을 구비한 절삭 장치로서, 상기 스핀들을 이동시켜 상기 절삭 블레이드를 위치시키는 이동 수단과, 드레싱용 지석을 상기 스핀들과 평행한 회전축으로 회전시키는 로터리 드레싱 수단과, 상기 드레싱용 지석의 외주 위치를 검출하는 광센서를 구비하고, 상기 광센서로 검출한 상기 드레싱용 지석의 외주 위치에 따라 상기 절삭 블레이드를 상기 로터리 드레싱 수단에 위치시켜, 원하는 절입량으로 상기 드레싱용 지석을 상기 절삭 블레이드로 절삭하여 상기 절삭 블레이드를 드레싱하는 것을 특징으로 하는 절삭 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 광센서는, 상기 드레싱용 지석의 회전축을 향해 상기 광센서로부터 출사된 검사광이 상기 드레싱용 지석의 외주면에 조사되도록 위치되어 있고, 상기 검사광의 상기 드레싱용 지석의 외주면으로부터의 반사광에 기초하여 상기 드레싱용 지석의 직경을 연산하는 연산 수단을 더 구비하고, 상기 연산 수단으로 연산된 상기 드레싱용 지석의 직경에 기초하여 상기 절삭 블레이드를 위치시켜, 상기 소정의 절입량으로 상기 드레싱용 지석을 상기 절삭 블레이드로 절삭한다.
바람직하게는, 상기 광센서로부터 출사된 검사광의 통과를 허용하는 개구를 갖는 상기 광센서를 수용하는 케이스와, 상기 개구 근방에 마련된 에어 커튼 형성 수단을 더 구비하고, 상기 에어 커튼 형성 수단에 의해 형성된 에어 커튼에 의해, 상기 개구로부터 절삭칩 및 절삭액이 상기 케이스 내에 침입하여 상기 광센서에 부착되는 것을 방지한다.
본 발명의 절삭 장치에서는, 드레싱용 지석의 외주 위치를 광센서로 검출하여 드레싱용 지석의 직경을 산출하기 때문에, 항상 원하는 절입량으로 드레싱용 지석의 외주에 절삭 블레이드를 위치시킬 수 있다.
도 1은 본 발명 실시형태에 따른 절삭 장치의 사시도이다.
도 2는 피가공물 절삭시의 절삭 장치 주요부의 일부 단면 측면도이다.
도 3은 로터리 드레싱 지석으로 절삭 블레이드를 드레싱하고 있는 상태의 절삭 장치 주요부의 일부 단면 측면도이다.
도 4는 로터리 드레싱 지석의 외주 위치를 검출하고 있는 상태의 절삭 장치 주요부의 일부 단면 측면도이다.
도 5는 로터리 드레싱 지석의 외주 위치를 검출하고 있는 상태의 절삭 유닛 부분의 일부 단면 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1을 참조하면, 본 발명 실시형태에 따른 절삭 장치(2)의 사시도가 도시되어 있다. 도면 부호 4는 절삭 장치(2)의 베이스이며, 베이스(4)에는 X축 방향으로 신장되는 긴 직사각 형상의 개구(4a)가 형성되어 있다.
이 개구(4a) 내에는 다공성 세라믹스 등으로 형성된 흡인 유지부(6a)를 갖는 척 테이블(6)이 회전 가능하면서, 도시하지 않은 X축 이동 기구에 의해 X축 방향으로 왕복 운동 가능하게 설치되어 있다.
척 테이블(6)의 외주 부분에는 피가공물을 지지한 프레임 유닛의 환형 프레임을 클램프하는 복수의 클램프(8)가 설치되어 있다. 척 테이블(6)의 주위에는 워터 커버(10)가 설치되어 있고, 이 워터 커버(10)와 베이스(4)에 걸쳐 벨로우즈(12)가 연결되어 있다.
베이스(4)의 상면에는, 절삭 유닛(14)을 지지하는 문 모양의 지지 구조(16)가 개구(4a)에 걸쳐 있도록 배치되어 있다. 지지 구조(16)의 전면 상부에는, 절삭 유닛(14)을 Y축 방향 및 Z축 방향으로 이동시키는 절삭 유닛 이동 기구(18)가 설치되어 있다.
절삭 유닛 이동 기구(18)는, 지지 구조(16)의 전면에 고정된 Y축 방향으로 평행한 한 쌍의 Y축 가이드 레일(20)을 구비하고 있다. Y축 가이드 레일(20)에는, 절삭 유닛 이동 기구(18)를 구성하는 Y축 이동 플레이트(22)가 슬라이드 가능하게 설치되어 있다.
Y축 이동 플레이트(22)의 이면측에는, 도시하지 않은 너트부가 설치되어 있고, 이 너트부에는, Y축 가이드 레일(20)과 평행한 Y축 방향 볼나사(24)가 나사 결합되어 있다. Y축 볼나사(24)의 일단부에는, 도시하지 않은 Y축 펄스 모터가 연결되어 있다. Y축 펄스 모터로 Y축 볼나사(24)를 회전시키면, Y축 이동 플레이트(22)가, Y축 가이드 레일(20)을 따라 Y축 방향으로 이동한다.
Y축 이동 플레이트(22)의 전면에는, Z축 방향으로 신장되는 한 쌍의 Z축 가이드 레일(20)이 고정되어 있다. Z축 가이드 레일(26)에는, Z축 이동 플레이트(28)가 슬라이드 가능하게 설치되어 있다.
Z축 이동 플레이트(28)의 이면측에는, 도시하지 않은 너트부가 설치되어 있고, 이 너트부에는, Z축 가이드 레일(26)과 평행한 Z축 볼나사(30)가 나사 결합되어 있다. Z축 볼나사(30)의 일단부에는, Z축 펄스 모터(32)가 연결되어 있다. Z축 펄스 모터(32)로 Z축 볼나사(30)를 회전시키면, Z축 이동 플레이트(28)가, Z축 가이드 레일(26)을 따라 Z축 방향으로 이동한다.
Z축 이동 플레이트(28)의 하부에는, 척 테이블(6)에 유지된 피가공물을 절삭하는 절삭 유닛(14)이 부착되어 있다. 또한, 절삭 유닛(14)과 인접하는 위치에는, 척 테이블(6)에 유지된 피가공물의 상면을 촬상하는 현미경 및 카메라를 갖는 촬상 유닛(42)이 설치되어 있다.
절삭 유닛(14)은, 모터에 의해 회전 구동되는 도 2에 도시된 스핀들(34)과, 스핀들(35)의 선단부에 장착된 절삭 블레이드(36)와, 절삭 블레이드(36)의 상반부를 덮는 블레이드 커버(38)와, 블레이드 커버(38)에 부착되어, 절삭 블레이드(36)의 양측에서 X축 방향으로 신장되는 한 쌍의(1개만 도시) 절삭액 공급 노즐(40)을 포함하고 있다.
절삭 유닛 이동 기구(18)로 Y축 이동 플레이트(22)를 Y축 방향으로 이동시키면, 절삭 유닛(14) 및 촬상 유닛(42)은 Y축 방향으로 인덱싱 이송되고, Z축 이동 플레이트(28)를 Z축 방향으로 이동시키면, 절삭 유닛(14) 및 촬상 유닛(42)은 상하 방향으로 이동한다.
본 실시형태의 절삭 장치(2)에서는, 로터리 드레싱 장치(로터리 드레싱 수단)(44)이 개구(4a) 내로 돌출되도록 베이스(4)의 측면에 부착되어 있다. 도 2 내지 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 로터리 드레싱 장치(44)는, 모터(48)와, 모터(48)의 출력축(50)에 고정된 로터리 드레싱 지석(드레싱용 지석)(46)과, 드레싱 지석(46)을 덮는 커버(52)로 구성된다.
로터리 드레싱 지석(46)은, 예컨대, 탄화규소(SiC)로 이루어진 그린 카보란담(탄화규소)(GC) 지립을 필러가 들어 있는 페놀 수지로 이루어진 레진 본드에 혼련하여 원통형으로 성형한 후에, 600℃∼700℃ 정도의 온도에서 소성하여 형성한다. 바람직하게는, 로터리 드레싱 지석(46)은, 질량비로 50∼60%인 초지립과, 질량비로 45∼35%인 필러를 포함하는 페놀 수지로 이루어진 조성을 갖고 있다.
본 실시형태에서 사용한 로터리 드레싱 지석(46)은, 직경 3 인치, 폭 1 인치, 내경 0.5 인치이지만, 로터리 드레싱 지석(46)은 이들 수치로 한정되는 것은 아니다.
도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 절삭 유닛(14)의 스핀들 하우징(35)에는 센서 케이스(54)가 부착되어 있고, 이 센서 케이스(54) 내에 광센서(56)가 설치되어 있다.
센서 케이스(54)는 개구(54a)를 갖고 있고, 광센서(56)로부터 출사된 검사광(62)은 이 개구(54a)를 통과하여, 로터리 드레싱 지석(46)의 회전축(모터(48)의 출력축)(50)을 직교하는 방향으로부터 로터리 드레싱 지석(46)의 외주면에 조사된다.
또한, 광센서(56)로부터 출사되는 검사광(62)은 회전축(50)의 중심(축심)(50a)을 향해 조사된다. 로터리 드레싱 지석(46)의 외주면에서 난반사된 반사광(64)은 광센서(56)의 수광 소자로 수광된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 센서 케이스(54)는 전자 전환 밸브(58)를 통해 압축 에어원(60)에 접속되어 있고, 전자 전환 밸브(58)를 도 2에 도시된 연통 위치로 전환함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 센서 케이스(54)에 설치된 에어 도입구(55)로부터 압축 에어가 센서 케이스(54) 내에 도입되고, 개구(54a)로부터 배출된다.
개구(54a) 근방에는 에어 커튼 형성 수단(66)이 설치되어 있고, 이 에어 커튼 형성 수단(66)에 의해 개구(54a) 내에 에어 커튼(67)이 형성되며, 절삭칩 및 절삭액이 센서 케이스(54) 내에 침입하는 것을 방지하고 있다.
도 2를 참조하면, 척 테이블(6)에 유지된 피가공물(11)을 화살표 A 방향으로 고속 회전하는 절삭 블레이드(36)로 절삭하고 있을 때의 실시형태에 따른 절삭 장치 주요부의 일부 단면 측면도가 도시되어 있다.
이 절삭 단계에서는, 화살표 A 방향으로 고속 회전(예컨대 30000 rpm)하는 절삭 블레이드(36)를 다이싱 테이프(T)까지 절입하고, 척 테이블(6)을 X축 방향으로 가공 이송함으로써, 피가공물(11)을 절삭한다.
피가공물의 절삭시에는, 전자 전환 밸브(58)를 연통 위치로 전환하여, 압축 에어원(60)으로부터 센서 케이스(54) 내에 압축 에어를 도입하고, 센서 케이스(54)의 개구(54a)로부터 압축 에어를 배출한다. 이것과 동시에, 에어 커튼 형성 수단(66)으로 개구(54a) 내에 에어 커튼(67)을 형성함으로써, 절삭칩 및 절삭액의 센서 케이스(54) 내로의 침입을 방지하여, 광센서(56)가 절삭칩 또는 절삭액으로 오염되는 것을 방지하고 있다.
피가공물의 절삭을 계속하면, 절삭 블레이드(36)의 선단이 가늘어지고, 이 상태에서 절삭을 계속하면 칩의 형상 정밀도를 악화시킨다고 하는 문제가 있다. 이것을 방지하기 위해서, 정기적으로 절삭 블레이드(36)의 외주를 수정하는 외경 수정 드레싱을 실시할 필요가 있다. 또한, 절삭 블레이드(36)는 절삭을 계속하면 무뎌져서 절삭 능력이 저하되기 때문에, 정기적으로 날세움 드레싱을 실시한다.
그러나, 절삭 블레이드(36)의 드레싱을 실시하기 위해서는, 절삭 블레이드(36)로 로터리 드레싱 지석(46)에 소정 깊이 절입하기 때문에, 로터리 드레싱 지석(46)의 최외주의 높이를 정확히 알 필요가 있다.
따라서, 바람직하게는, 절삭 블레이드(36)의 드레싱을 실시하기 전에, 로터리 드레싱 지석(46)의 직경을 측정한다. 로터리 드레싱 지석(46)의 회전축(모터(48)의 출력축)(50)은 소정 높이에 설치되어 있기 때문에, 신품 로터리 드레싱 지석(46)의 최외주의 높이는 미리 판명되어 있고, 이 높이 위치는 절삭 장치(2)의 컨트롤러의 메모리에 저장되어 있다. 또한, 로터리 드레싱 지석(46)의 사용 가능량인 한계 직경을 설정해 두고, 이 한계 직경을 같은 컨트롤러의 메모리에 저장해 둔다.
정기적으로 실시하는 로터리 드레싱 지석(46)의 직경 측정시에는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 광센서(56)로부터 검사광(64)을 로터리 드레싱 지석(46)의 외주면에 조사하고, 외주면으로부터의 난반사광(64)을 광센서(56)의 수광 소자로 수광한다.
광센서(56)로부터 검사광(62)을 출사하고 나서 광센서(56)의 수광 소자로 반사광(64)을 수광할 때까지의 시간이나 수광 위치를 측정함으로써, 광센서(56)로부터 로터리 드레싱 지석(46)의 외주면까지의 거리를 정확히 측정할 수 있다.
로터리 드레싱 지석(46)의 외주 위치의 검출중에는, 로터리 드레싱 지석(46)을 예컨대 10000 rpm으로 회전시키면서 지석(46)의 폭 방향(Y축 방향)으로 광센서(46)를 이동시켜, 복수 개소에서 로터리 드레싱 지석(46)의 외주 위치를 검출한다.
예컨대, 복수 개소에서 측정한 최대치를 로터리 드레싱 지석(46)의 직경으로서 검출한다. 그리고 이 직경으로부터 로터리 드레싱 지석(46)의 높이 위치를 컨트롤러의 연산 수단으로 연산하여, 그 높이 위치를 메모리에 저장한다.
이와 같이 하여, 로터리 드레싱 지석(46)의 최외주의 현재의 높이 위치를 검출한 후, 절삭 블레이드(36)의 드레싱을 실시한다. 절삭 블레이드(36)의 드레싱시에는, 측정한 절삭 블레이드(36)의 최외주의 높이 위치에 기초하여, 절삭 블레이드(36)의 절입 높이를 설정한다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 절삭 블레이드(36)를 화살표 A 방향으로 고속(예컨대 30000 rpm)으로 회전시키면서 화살표 A 방향으로 예컨대 10000 rpm으로 회전하는 로터리 드레싱 지석(46)에 설정한 절입 높이로 절입하고, 절삭 블레이드(36)를 Y축 방향으로 이동시키면서 절삭 블레이드(36)의 드레싱을 실시한다.
또한, 절삭 블레이드(36) 및 로터리 드레싱 지석(46)은 모두 A 방향으로 회전하고 있기 때문에, 절삭 블레이드(36)는 소위 업 컷으로 로터리 드레싱 지석을 절삭하기 때문에 절삭 저항이 높아짐과 더불어, Y축 방향으로 전후하면서 절삭하기 때문에 X축 방향으로 가공 이송하는 것과 비교하여 절삭 저항이 더욱 높아져서, 매우 효율적으로 절삭 블레이드(36)의 드레싱을 실시할 수 있다.
도 4에 도시된 로터리 드레싱 지석(46)의 직경 측정시에는, 전자 전환 밸브(58)를 차단 위치로 전환하여, 센서 케이스(54)의 개구(54a)로부터의 압축 에어의 분출은 중지된다. 이때, 에어 커튼 형성 수단(66)에 의한 에어 커튼(67)의 형성은 계속하여도 좋지만, 에어 커튼(67)의 분출을 중지하도록 하여도 좋다.
전술한 실시형태에서는, 광센서(56)를 스핀들 하우징(35)에 부착한 예에 대해서 설명하였으나, 광센서(56)의 부착 위치는 이것에 한정되지 않고, 다른 위치에 부착하도록 하여도 좋다. 또한, 로터리 드레싱 지석(46)의 측정에 이용하는 검사광(64)의 반사광은, 정반사광을 이용하여도 좋다.
6 : 척 테이블 11 : 피가공물
14 : 절삭 유닛 16 : 지지 구조
18 : 절삭 유닛 이동 기구 34 : 스핀들
35 : 스핀들 하우징 36 : 절삭 블레이드
38 : 블레이드 커버 40 : 절삭액 공급 노즐
44 : 로터리 드레싱 장치 46 : 로터리 드레싱 지석
54 : 센서 케이스 54a : 개구
56 : 광센서 62 : 검사광
64 : 반사광 67 : 에어 커튼

Claims (3)

  1. 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 스핀들에 장착한 절삭 블레이드에 절삭액을 공급하면서 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 절삭하는 절삭 수단을 포함한 절삭 장치로서,
    상기 스핀들을 이동시켜 상기 절삭 블레이드를 위치시키는 이동 수단과,
    드레싱용 지석을 상기 스핀들과 평행한 회전축으로 회전시키는 로터리 드레싱 수단과,
    상기 드레싱용 지석의 외주 위치를 검출하는 광센서를
    포함하고,
    상기 광센서로 검출한 상기 드레싱용 지석의 외주 위치에 따라 상기 절삭 블레이드를 상기 로터리 드레싱 수단에 위치시켜, 원하는 절입량으로 상기 드레싱용 지석을 상기 절삭 블레이드로 절삭하여 상기 절삭 블레이드를 드레싱하는 것을 특징으로 하는, 절삭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는, 상기 드레싱용 지석의 회전축을 향해 상기 광센서로부터 출사된 검사광이 상기 드레싱용 지석의 외주면에 조사되도록 위치되어 있고,
    상기 검사광의 상기 드레싱용 지석의 외주면으로부터의 반사광에 기초하여 상기 드레싱용 지석의 직경을 연산하는 연산 수단을 더 포함하고,
    상기 연산 수단으로 연산된 상기 드레싱용 지석의 직경에 기초하여 상기 절삭 블레이드를 위치시켜, 상기 원하는 절입량으로 상기 드레싱용 지석을 상기 절삭 블레이드로 절삭하는 것인, 절삭 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광센서로부터 출사된 검사광의 통과를 허용하는 개구를 갖는 상기 광센서를 수용하는 케이스와,
    상기 개구 근방에 마련된 에어 커튼 형성 수단
    을 더 포함하고,
    상기 에어 커튼 형성 수단에 의해 형성된 에어 커튼에 의해, 상기 개구로부터 절삭칩 및 절삭액이 상기 케이스 내에 침입하여 상기 광센서에 부착되는 것을 방지하는 것인, 절삭 장치.
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