KR20190100032A - 가공 장치의 수온 설정 방법 - Google Patents

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KR20190100032A
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사토시 아라이
준 사이토
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 고정밀도의 가공을 실시하기 위해, 스핀들 유닛에 열 변형이 발생하는 것을 방지한다.
(해결 수단) 가공구 (60) 를 장착한 스핀들 (611) 을 고속 회전시키고 가공구 (60) 에 가공수를 공급하여 유지 테이블 (30) 이 유지한 피가공물 (W) 을 가공하는 가공 장치 (1) 의 수온 설정 방법으로서, 가공구 (60) 의 고속 회전에 의해 가공구 (60) 로부터 비산된 가공수의 기화에 의한 온도 저하를 고려하여, 가공구 (60) 에 공급하는 가공수의 설정 온도를, 스핀들 (611) 을 고속 회전시키는 스핀들 유닛 (61) 을 냉각시키는 스핀들 냉각수의 설정 온도보다 높게 조정한다.

Description

가공 장치의 수온 설정 방법{A WATER TEMPERATURE SETTING METHOD OF A PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 가공 장치의 각 부에 공급되는 물의 온도를 설정하는 방법에 관한 것이다.
유지 테이블이 유지한 웨이퍼를 고속 회전하는 절삭 블레이드로 절삭수를 공급하면서 절삭하는 절삭 장치는, 절삭 블레이드를 선단에 장착한 스핀들을 고속 회전시키는 모터를 갖는 스핀들 유닛을 구비하고 있다. 또, 스핀들 유닛의 열에 의한 고장 등을 방지하기 위해, 모터가 발생시킨 열을 제거하여 스핀들 유닛을 설정 온도로 하는 냉각수 회로와, 절삭 부스러기의 세정 제거 및 가공점의 냉각을 실시하는 절삭수를 설정 온도에서 절삭 블레이드에 공급하는 절삭수 회로를 구비하는 정온수 (定溫水) 공급 장치 (예를 들어, 특허문헌 1 참조) 를 필요로 하고 있다.
일본 공개특허공보 2007-127343호
스핀들 유닛은, 모터의 열을 제거하는 냉각 재킷을 구비하고 있고, 냉각수 회로는, 냉각 재킷에 냉각수를 흐르게 하여 모터로부터 열을 제거한다. 그리고, 모터의 열에 의해 온도가 높아진 냉각수는, 냉각수 회로에 구비하는 냉각 수단으로 냉각되어, 냉각수 회로 내를 순환한다.
절삭 가공에 있어서, 절삭 블레이드가 고속 회전하기 때문에, 절삭 블레이드에 공급된 절삭수는 절삭 블레이드의 원심력으로 비산되어 기화된다. 이 기화열에 의해 절삭 블레이드는 방열되어 온도가 낮아진다. 그 때문에, 냉각수로 냉각 재킷을 통하여 냉각된 스핀들 유닛과, 절삭수가 공급된 절삭 블레이드 및 그 주위에 온도차가 발생하여, 스핀들 유닛에 열 변형이 발생한다. 그리고, 이 열 변형이 웨이퍼에 대하여 원하는 고정밀도의 가공을 가할 때에 악영향을 미친다.
따라서, 본 발명의 목적은, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 원하는 가공을 실시하기 위해, 스핀들 유닛에 열 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있는 가공 장치의 온도 설정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 가공구를 장착한 스핀들을 고속 회전시키고 그 가공구에 가공수를 공급하여 유지 테이블이 유지한 피가공물을 가공하는 가공 장치에 있어서의 수온 설정 방법으로서, 그 가공구의 고속 회전에 의해 그 가공구로부터 비산된 가공수의 기화에 의한 온도 저하를 고려하여, 그 가공구에 공급하는 가공수의 설정 온도를, 스핀들을 고속 회전시키는 스핀들 유닛을 냉각시키는 스핀들 냉각수의 설정 온도보다 높게 조정하는 가공 장치의 수온 설정 방법이 제공된다.
본 발명의 가공 장치의 수온 설정 방법에 의하면, 가공구의 고속 회전에 의해 가공구로부터 비산된 가공수의 기화에 의한 온도 저하를 고려하여, 가공구에 공급하는 가공수의 설정 온도를, 스핀들을 고속 회전시키는 스핀들 유닛을 냉각시키는 스핀들 냉각수의 설정 온도보다 높게 온도 조절함으로써, 냉각수에 의한 냉각과 절삭수에 의한 냉각에 온도차를 발생시키지 않도록 하여 스핀들 유닛의 열 변형을 억제할 수 있고, 피가공물에 원하는 가공을 고정밀도로 실시하는 것이 가능해진다.
도 1 은 가공 장치를 구성하는 냉각수 회로, 가공수 회로, 및 스핀들 유닛을 나타내는 모식도이다.
도 1 은 본 발명에 관련된 수온 설정 방법이 실시되는 가공 장치 (1) 의 각 구성인 냉각수 회로 (2), 가공수 회로 (4), 및 가공 수단 (6) 의 구조를 나타내는 모식도이다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 가공 장치 (1) 는, 유지 테이블 (30) 에 흡인 유지된 피가공물 (W) 에 가공구로서의 절삭 블레이드 (60) 로 절삭 가공을 실시하는 절삭 장치이지만, 이 예에 한정되지 않으며, 냉각수 회로 (2) 로부터 공급된 스핀들 냉각수 및 가공수 회로 (4) 로부터 공급된 가공수를 사용하는 구성이면 되고, 예를 들어, 스핀들의 선단 부분에 마운트 등을 개재하여 연삭 휠이 고정된 연삭 장치 등이어도 된다.
가공 수단 (6) 은, 예를 들어, 회전 구동되는 스핀들 (611) 을 구비하는 스핀들 유닛 (61) 과, 스핀들 (611) 의 선단에 장착되고 피가공물 (W) 을 절삭하는 가공구 (60) 와, 가공구 (60) 와 피가공물 (W) 의 접촉 부위 (가공점) 에 대하여 가공수를 분사하는 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 을 적어도 구비하고 있다. 그리고, 가공 수단 (6) 은, Y 축 방향으로 산출 이송 가능하게 되어 있고, 또, Z 축 방향으로 절입 이송 가능하게 되어 있다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 스핀들 유닛 (61) 은 Y 축 방향으로 수평하게 연장되는 스핀들 하우징 (610) 을 구비하고 있고, 스핀들 하우징 (610) 중에는, Y 축 방향의 축심을 구비하는 스핀들 (611) 이 회전 가능하게 수용되어 있다. 스핀들 (611) 의 선단부는, 스핀들 하우징 (610) 으로부터 -Y 방향측으로 돌출되어 있고 가공구 (60) 를 고정 가능하게 되어 있다.
예를 들어, 스핀들 하우징 (610) 내의 스핀들 (611) 의 후단측에는, 스핀들 (611) 을 회전 구동시키는 모터 (612) 가 연결되어 있다. 모터 (612) 는, 예를 들어, 스핀들 (611) 에 장착된 로터와, 로터의 외주측에 배치 형성된 스테이터 코일을 구비하고, 스테이터 코일에 전압이 인가됨으로써 로터가 회전하고, 로터가 장착된 스핀들 (611) 을 회전시킨다. 그리고, 모터 (612) 의 스테이터 코일의 외주측에는, 예를 들어 모터 (612) 전체를 감싸도록 냉각 재킷 (613) 이 장착되어 있다. 냉각 재킷 (613) 은, 냉각수 유입구 (613a) 로부터 유입된 냉각수가 그 내부에 형성된 유로를 통과하여 냉각수 유출구 (613b) 로부터 유출됨으로써, 감싸는 모터 (612) 를 냉각시킬 수 있다. 또한, 모터 (612) 및 냉각 재킷 (613) 의 구성은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
가공구 (60) 는, 예를 들어, 다이아몬드 지립 등을 레진이나 세라믹 등의 적절한 바인더로 고정시켜 환상으로 성형한 와셔형의 절삭 블레이드로서, 도시되지 않은 마운트 플랜지 등에 의해 스핀들 (611) 의 선단 부분에 고정되어 있다. 또한, 가공구 (60) 는, 원반상으로 형성된 금속제의 기대와, 기대의 외주부에 고정된 절삭날을 구비하는 허브 블레이드여도 된다.
1 쌍의 가공수 노즐 (62) 은, 가공구 (60) 의 하부를 가공구 (60) 를 사이에 두도록 하여 X 축 방향으로 서로 평행하게 연장되어 있다. 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 의 가공구 (60) 의 측면 하부에 대향하는 위치에는, 가공수를 분사하는 분사구 (620) 가 복수 X 축 방향으로 정렬하여 형성되어 있고, 복수의 분사구 (620) 에 의해 Y 축 방향 양측으로부터 가공수가 가공구 (60) 와 피가공물 (W) 의 접촉 부위를 향하여 분사되어, 그 접촉 부위의 냉각 및 세정이 실시된다.
가공구 (60) 에 대하여 가공수를 공급하는 노즐은, 상기 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 에 한정되지 않고, 가공구 (60) 의 블레이드 외주 방향으로부터 가공구 (60) 를 향하여 가공수를 공급하는 가공수 노즐이 추가로 배치 형성되어 있어도 된다.
예를 들어, 외형이 원형인 유지 테이블 (30) 은, 포러스 부재 등으로 이루어지고 피가공물 (W) 을 흡인 유지하는 유지면 (30a) 을 구비하고 있다. 유지면 (30a) 에는 진공 발생 장치 등의 도시되지 않은 흡인원이 연통되고, 흡인원이 작동하여 생성된 흡인력이, 피가공물 (W) 이 재치 (載置) 된 유지면 (30a) 에 전달됨으로써, 유지 테이블 (30) 은 유지면 (30a) 상에서 피가공물 (W) 을 흡인 유지할 수 있다. 그리고, 유지 테이블 (30) 은, 그 하방에 배치 형성된 회전 수단 (34) 에 의해 Z 축 방향의 축심 둘레로 회전 가능하게 되어 있음과 함께, X 축 방향으로 절삭 이송 가능하게 되어 있다.
가공 장치 (1) 는, 절삭 가공시에 있어서 가공구 (60) 에 공급되는 가공수 및 발생하는 절삭 부스러기의 장치 외부로의 비산을 방지하기 위한 가공실 (12) 을 구비하고 있고, 유지 테이블 (30) 의 전체, 및 가공 수단 (6) 의 일부가 그 가공실 (12) 내에 수용된 상태로 되어 있다. 냉각수 회로 (2) 및 가공수 회로 (4) 는, 가공실 (12) 의 외부에 위치하고 있다. 또한, 가공 수단 (6) 은, 그 전체가 가공실 (12) 내에 수용되어 있어도 된다.
가공수 회로 (4) 는, 순수 등의 가공수를 비축하는 수원 (40) 을 구비하고 있고, 그 수원 (40) 은, 예를 들어 금속 배관 및 가요성을 갖는 튜브 등으로 이루어지는 가공수 유로 (49) 에 의해, 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 에 연통되어 있다. 가공수 유로 (49) 상에는, 수원 (40) 으로부터 하류측이 되는 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 을 향하여 순서대로, 제 2 탱크 (41), 제 2 펌프 (42), 및 제 2 온도 조절 수단 (43) 이 배치 형성되어 있다.
제 2 탱크 (41) 에는 수원 (40) 으로부터 공급된 가공수가 저류되어 있고, 제 2 탱크 (41) 내의 가공수는 제 2 펌프 (42) 에 의해 제 2 탱크 (41) 로부터 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 을 향하여 송수되고 있다. 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 로부터 분사되어 가공구 (60) 와 피가공물 (W) 의 접촉 부위의 냉각 및 세정을 실시한 가공수는, 예를 들어, 유지 테이블 (30) 상으로부터 흘러내려 도시되지 않은 워터 케이스 및 배수관 등을 통하여 가공실 (12) 외부로 배수된다.
제 2 온도 조절 수단 (43) 은, 칠러 유닛 등의 제 2 냉각 수단 (431) 과 제 2 히터 (432) 로 이루어지고, 제 2 냉각 수단 (431) 의 냉각과 제 2 히터 (432) 의 가열을 조합하여 가공수를 소정 온도로 조절한다.
냉각수 회로 (2) 는, 스핀들 냉각수 (이하, 냉각수로 한다) 가 순환하는 회로로서, 냉각 재킷 (613) 의 냉각수 유출구 (613b) 와 물이 저수된 제 1 탱크 (21) 를 연통시키는 냉각수 귀로 (292) 와, 제 1 탱크 (21) 와 냉각 재킷 (613) 의 냉각수 유입구 (613a) 를 연통시키는 냉각수 왕로 (291) 를 구비하고 있다. 제 1 탱크 (21) 내의 냉각수는, 냉각수 왕로 (291) 상에 배치 형성된 제 1 펌프 (22) 에 의해 냉각 재킷 (613) 을 향하여 송수된다.
냉각수 왕로 (291) 상의 제 1 펌프 (22) 보다 하류측에는, 제 1 온도 조절 수단 (23) 이 배치 형성되어 있고, 제 1 온도 조절 수단 (23) 은, 칠러 유닛 등의 제 1 냉각 수단 (231) 과 제 1 히터 (232) 로 이루어지고, 제 1 냉각 수단 (231) 의 냉각과 제 1 히터 (232) 의 가열을 조합하여 냉각수를 소정 온도로 조절한다.
가공 장치 (1) 는, CPU 나 메모리 등의 기억 소자 등으로 구성되고 가공 장치 (1) 의 각 부를 통괄 제어하는 제어 수단 (9) 을 구비하고 있고, 제어 수단 (9) 은, 제 1 온도 설정부 (91) 와 제 2 온도 설정부 (92) 를 포함하고 있다. 제 1 온도 설정부 (91) 는, 무선 또는 유선의 제 1 통신 경로 (911) 를 통하여 제 1 온도 조절 수단 (23) 에 냉각수의 온도 설정을 실시하기 위한 제어 신호를 송출 가능하게 되어 있다. 제 2 온도 설정부 (92) 는, 무선 또는 유선의 제 2 통신 경로 (921) 를 통하여 제 2 온도 조절 수단 (43) 에 가공수의 온도 설정을 실시하기 위한 제어 신호를 송출 가능하게 되어 있다.
이하에, 본 발명에 관련된 수온 설정 방법을 실시하고, 도 1 에 나타내는 가공 장치 (1) 를 사용하여 피가공물 (W) 을 절삭하는 경우에 대해 설명한다.
유지 테이블 (30) 에 유지되어 있는 피가공물 (W) 은, 예를 들어, 외형이 원형판상인 반도체 웨이퍼로서, 상측을 향하고 있는 피가공물 (W) 의 표면 (Wa) 은, 분할 예정 라인에 의해 구획된 격자상의 영역에 복수의 디바이스가 형성되어 있다. 피가공물 (W) 의 이면 (Wb) 은 도시되지 않은 다이싱 테이프가 첩착되어 보호되고 있다. 또한, 피가공물 (W) 은 본 실시형태에 나타내는 예에 한정되는 것은 아니다.
유지 테이블 (30) 에 유지된 피가공물 (W) 이 -X 방향 (지면 안쪽) 으로 이송됨과 함께, 가공구 (60) 를 절입시키는 분할 예정 라인의 위치가 검출된다. 그 후, 가공 수단 (6) 이 Y 축 방향으로 이동하고, 분할 예정 라인과 가공구 (60) 의 Y 축 방향에 있어서의 위치 맞춤이 된다.
가공 수단 (6) 이, 예를 들어 피가공물 (W) 을 풀 컷하는 소정의 높이 위치까지 강하한다. 또, 모터 (612) 가 스핀들 (611) 을 고속 회전시키고, 스핀들 (611) 에 고정된 가공구 (60) 가 스핀들 (611) 의 회전에 수반하여 고속 회전한다. 그리고, 유지 테이블 (30) 이 소정의 절삭 이송 속도로 -X 방향으로 추가로 송출됨으로써, 가공구 (60) 가 피가공물 (W) 에 절입되고, 분할 예정 라인을 따라 피가공물 (W) 을 절삭해 간다.
모터 (612) 가 스핀들 (611) 을 회전 구동시킴으로써 발생하는 열을 스핀들 유닛 (61) 으로부터 제거하기 위해, 냉각수 회로 (2) 에 냉각수가 통수된다. 즉, 제 1 탱크 (21) 로부터 제 1 펌프 (22) 에 의해 냉각수가 송수된다. 그리고, 제 1 온도 설정부 (91) 로부터 제 1 온도 조절 수단 (23) 에 제어 신호가 송출되고, 제 1 온도 조절 수단 (23) 을 통과 후에 냉각수 왕로 (291) 를 흐르는 냉각수가 소정의 설정 온도 T1 (예를 들어, 22 ℃) 이 되도록, 제 1 온도 조절 수단 (23) 에 있어서 냉각수가 온도 조절된다. 그 때문에, 스핀들 유닛 (61) 은, 설정 온도 T1 의 냉각수가 통과하는 냉각 재킷 (613) 에 의해 냉각된다. 냉각 재킷 (613) 을 통과한 후의 냉각수는, 모터 (612) 의 열을 흡수하여 데워져 있으며, 냉각수 귀로 (292) 를 통하여 제 1 탱크 (21) 에 되돌려진다. 그리고, 제 1 탱크 (21) 에 되돌려진 후, 제 1 펌프 (22) 에 의해 제 1 온도 조절 수단 (23) 측으로 송출되고, 제 1 온도 조절 수단 (23) 으로 설정 온도 T1 로 냉각됨으로써, 다시 스핀들 유닛 (61) 의 냉각용의 냉각수로서 재이용되고 있다.
절삭 가공 중에 있어서는, 제 2 탱크 (41) 에 비축되어 있는 가공수가 가공수 유로 (49) 를 통하여 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 에 공급되어, 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 의 분사구 (620) 로부터 가공구 (60) 와 피가공물 (W) 의 가공점 (접촉 부위) 에 분사되고, 가공점의 냉각·세정을 실시한다.
그 가공점에 공급된 가공수는, 고속 회전하는 가공구 (60) 로부터 받는 원심력에 의해, 그 가공점에 있어서 또는 가공구 (60) 에 연동 회전하여 가공점으로부터 떨어진 지점에서, 가공구 (60) 로부터 비산되어 기화된다. 그리고, 가공수가 기화될 때에 가공실 (12) 내의 가공구 (60) 의 표면의 열이 빼앗겨 냉각된다 (예를 들어, 온도가 1 ∼ 2 ℃ 낮아진다). 그리고, 열을 빼앗은 가공수는, 가공실 (12) 외부로 배수되기 때문에, 가공실 (12) 내는 가공구 (60) 와 함께 냉각된다. 이로써, 스핀들 유닛 (61) 의 가공실 (12) 내에 위치하는 부분과 스핀들 유닛 (61) 의 가공실 (12) 밖에 위치하는 부분 (냉각 재킷 (613) 에 의해 냉각되어 있는 부분) 에 온도차가 발생하면, 스핀들 유닛 (61) 전체에 열 변형이 발생한다. 이것은, 스핀들 유닛 (61) 전체가 가공실 (12) 내에 수용되어 있는 경우에 있어서도, 스핀들 유닛 (61) 의 가공구 (60) 에 보다 가까운 부분과 냉각 재킷 (613) 으로 냉각되어 있는 모터 (612) 에 가까운 부분에 온도차가 발생함으로써, 스핀들 유닛 (61) 전체에 열 변형이 발생한다.
그래서, 가공수의 상기 공급시에, 본 발명에 관련된 수온 설정 방법이 실시되어 가공수가 온도 조절된다. 즉, 가공구 (60) 의 고속 회전에 수반되는 가공수의 기화에 의한 온도 저하를 고려하여, 가공구 (60) 에 공급하는 가공수의 설정 온도를, 스핀들 (611) 을 고속 회전시키는 스핀들 유닛 (61) 을 냉각시키는 스핀들 냉각수의 설정 온도 T1 보다 1 ∼ 2 ℃ 높은 소정의 온도 T2 로 조절한다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 제 2 온도 설정부 (92) 로부터 제 2 온도 조절 수단 (43) 에 제어 신호가 송출되고, 제 2 온도 조절 수단 (43) 을 통과 후에 가공수 유로 (49) 를 흐르는 가공수가 소정의 설정 온도 T2 (예를 들어, 24 ℃) 가 되도록, 제 2 온도 조절 수단 (43) 에 있어서 가공수가 온도 조절된다. 또한, 설정 온도 T2 는 23 ℃ 여도 된다.
이로써, 1 쌍의 가공수 노즐 (62) 의 분사구 (620) 로부터 가공구 (60) 와 피가공물 (W) 의 가공점에 분사된 설정 온도 T2 의 가공수가 기화되어, 스핀들 유닛 (61) 의 가공실 (12) 내에 위치하는 부분의 온도가 낮아져도, 스핀들 유닛 (61) 의 가공실 (12) 밖에 위치하는 부분과 온도차가 거의 발생하지 않게 되기 때문에, 스핀들 유닛 (61) 전체에 열 변형이 발생하지 않게 된다. 그 결과, 피가공물 (W) 에 고정밀도의 절삭 가공을 실시해 가는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관련된 수온 설정 방법은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 또, 첨부 도면에 도시되어 있는 가공 장치 (1) 의 각 구성에 대해서도, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경 가능하다.
1 : 가공 장치
2 : 냉각수 회로
21 : 제 1 탱크
22 : 제 1 펌프
23 : 제 1 온도 조절 수단
291 : 냉각수 왕로
292 : 냉각수 귀로
4 : 가공수 회로
40 : 수원
41 : 제 2 탱크
42 : 제 2 펌프
43 : 제 2 온도 조절 수단
49 : 가공수 유로
6 : 가공 수단
60 : 가공구 (절삭 블레이드)
61 : 스핀들 유닛
611 : 스핀들
612 : 모터
613 : 냉각 재킷
613a : 냉각수 유입구
613b : 냉각수 유출구
62 : 1 쌍의 가공수 노즐
620 : 분사구
30 : 유지 테이블
30a : 유지면
34 : 회전 수단
9 : 제어 수단
91 : 제 1 온도 설정부
911 : 제 1 통신 경로
92 : 제 2 온도 설정부
921 : 제 2 통신 경로
W : 피가공물

Claims (1)

  1. 가공구를 장착한 스핀들을 고속 회전시키고 그 가공구에 가공수를 공급하여 유지 테이블이 유지한 피가공물을 가공하는 가공 장치의 수온 설정 방법으로서,
    그 가공구의 고속 회전에 의해 그 가공구로부터 비산된 가공수의 기화에 의한 온도 저하를 고려하여, 그 가공구에 공급하는 가공수의 설정 온도를, 스핀들을 고속 회전시키는 스핀들 유닛을 냉각시키는 스핀들 냉각수의 설정 온도보다 높게 조정하는, 가공 장치의 수온 설정 방법.
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