TWI647056B - Cutting device - Google Patents
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Abstract
本發明之課題為提供一種可適當地檢測出切削中之異常的切削裝置。解決手段為做成以下之構成:包含用以產生對應於切削刀之振動的振動信號的振動信號產生組件,及根據振動信號產生組件所產生的振動信號判定切削刀之狀態之控制組件,振動信號產生組件是由超音波振動器及傳送組件所構成,該超音波振動器是配置於第1凸緣構件,且用以產生與對應於切削刀之振動的振動信號相當之電壓,傳送組件與超音波振動器連接,用以將電壓傳送至控制組件,又,控制組件包括儲存組件與比較判定組件,該儲存組件會儲存與源自於伴隨著轉軸之旋轉而形成的切削刀之振動的振動信號相對應之基準信號,及與源自於伴隨著被加工物之切削而形成的切削刀之振動的振動信號相對應之判定對象信號,該比較判定組件是根據從判定對象信號中去除基準信號而得到的信號,來判定切削刀的狀態。
Description
本發明為一種有關於用於切削板狀之被加工物的切削裝置。
代表板狀之被加工物的半導體晶圓,是在具備例如圓環狀的切削刀之切削裝置上進行切削,而被分割成複數個晶片。在這個被加工物的切削中,當發生切削刀的缺陷、切削性能的降低、與異物接觸、加工負荷的變化之異常時,切削刀會產生振動。
於是,為了檢測像這樣的異常,已有各種方法被檢討。例如,可藉由使用光學感測器之方法來檢測切削刀的缺陷(參照例如,專利文獻1)。又,也可藉由對裝設有切削刀的轉軸(馬達)之電流進行監測的方法,來檢測加工負荷的變化。
專利文獻1:日本專利第4704816號公報
然而,在上述之使用光學感測器的方法中,會有無法適當地檢測出切削刀的缺陷以外的異常之問題。相對於此,監測電流之方法雖然可以檢測會影響到切削刀之旋轉的各種異常,但是由於有一定程度的測定誤差,因此不適用於只有些微的異常的檢測。
本發明是有鑒於所述問題點而作成的,其目的為提供一種可適當地檢測出切削中之異常的切削裝置。
依據本發明提供之切削裝置,包含:工作夾台及切削組件,該工作夾台用以保持被加工物,該切削組件具有用以切削保持於該工作夾台的被加工物之切削刀,且該切削組件設有被轉軸殼支持成可旋轉之轉軸,與裝設於該轉軸的端部且用以挾持該切削刀之第1凸緣構件及第2凸緣構件,其特徵在於在該切削裝置中還具備:振動信號產生組件及控制組件,該振動信號產生組件用以產生對應於該切削刀的振動之振動信號,該控制組件是根據該振動信號產生組件所產生的振動信號以判定該切削刀的狀態,該振動信號產生組件是由超音波振動器及傳送組件所構成,該超音波振動器是配置於該第1凸緣構件,並產生與對應於該切削刀的振動之該振動信號相當的電壓,該傳送組件與該超音波振動器連接,並將該電壓傳送至該控制組件,且該傳送組件包含裝設於該第1凸緣構件之第1線圈組件,及與
該第1線圈組件隔著間隔而相向面對並配置於該轉軸殼上之第2線圈組件,該控制組件包括儲存組件與比較判定組件,該儲存組件會儲存與源自於伴隨著該轉軸之旋轉而形成的該切削刀之振動的振動信號相對應之基準信號,及與源自於伴隨著該被加工物之切削而形成的該切削刀之振動的振動信號相對應之判定對象信號,該比較判定組件是根據從該判定對象信號中去除該基準信號而得到的信號,來判定該切削刀的狀態。
又,在本發明中,較理想的是,前述控制組件還包括解析組件,該解析組件可將相當於前述振動信號之時間變化的波形做傅立葉轉換,將振動分解成頻率成分。
又,在本發明中,較理想的是,前述儲存組件會儲存與源自於切削中產生異常時的前述切削刀之振動的振動信號相對應的異常判定信號,前述比較判定組件是藉由將從前述判定對象信號中去除前述基準信號而得到的信號與該異常判定信號比較,來判定有無切削之異常。
由於本發明之切削裝置包含可產生對應於切削刀的振動之振動信號的振動信號產生組件,及根據該振動信號產生組件所產生之振動信號以判定切削刀狀態之控制組件,因此,可將伴隨著切削刀的振動之切削中的異常適當地檢測出。
10a‧‧‧保持面
10‧‧‧工作夾台
12‧‧‧夾具
14‧‧‧切削單元(切削組件)
16‧‧‧支持構造
18‧‧‧切削單元移動機構
2‧‧‧切削裝置
20‧‧‧Y軸導軌
22‧‧‧Y軸移動台
24‧‧‧Y軸螺桿
26‧‧‧Z軸導軌
28‧‧‧Z軸移動台
30‧‧‧Z軸螺桿
32‧‧‧Z軸脈衝馬達
34‧‧‧相機
36‧‧‧轉軸殼
38‧‧‧殼本體
4‧‧‧基台
4a、40a、46a、42a、60a、66a‧‧‧開口
40‧‧‧殼蓋
38a、40b‧‧‧螺孔
40c‧‧‧鎖定部
42‧‧‧轉軸
44‧‧‧螺絲
46‧‧‧第1凸緣構件
48‧‧‧凸緣部
48a、66b‧‧‧抵接面
50‧‧‧第1凸座部
50a、58a‧‧‧外周面
52‧‧‧第2凸座部
56‧‧‧墊圈
58‧‧‧螺栓
6‧‧‧X軸移動台
60‧‧‧切削刀
62‧‧‧支持基台
64‧‧‧切割刃
66‧‧‧第2凸緣構件
68‧‧‧振動信號產生裝置(振動信號產生組件)
70‧‧‧超音波振動器
72‧‧‧傳送通道(傳送組件)
74‧‧‧第1電感器(第1線圈組件)
76‧‧‧第2電感器(第2線圈組件)
78‧‧‧控制裝置(控制組件)
78a‧‧‧儲存部(儲存組件)
78b‧‧‧解析部(解析組件)
78c‧‧‧比較判定部(比較判定組件)
8‧‧‧防水套
X、Y、Z‧‧‧方向
O‧‧‧軸心
V‧‧‧電壓
t‧‧‧時間
f‧‧‧頻率
圖1是模式地表示本實施形態之切削裝置的構成
例之立體圖。
圖2是模式地表示切削單元之構造的分解立體圖。
圖3是模式地表示切削單元之剖面等的圖。
圖4是模式地表示超音波振動器及第1電感器(inductor)之配置的圖。
圖5(A)是表示傳送至控制裝置之電壓的波形(時間領域的波形)之例的圖形,圖5(B)是表示傅立葉轉換後之波形(頻率領域的波形)之例的圖形。
圖6(A)是表示基準信號之例的圖形,圖6(B)是表示判定對象信號之例的圖形,圖6(C)是表示從判定對象信號中去除基準信號而得到的信號之例的圖形。
參照附圖以說明關於本發明之實施形態。圖1為模式地表示本實施形態之切削裝置的構成例之立體圖。如圖1所示,切削裝置2具備用以支持各個構成之基台4。
在基台4的上表面有在X軸方向(前後方向,加工傳送方向)形成的長的矩形開口4a。在該開口4a內設置有X軸移動台6、使X軸移動台6沿X軸方向移動之X軸移動機構(圖未示),及覆蓋X軸移動機構之防水蓋8。
X軸移動機構設有一對平行於X軸方向之X軸導軌(圖未示),且在X軸導軌上將X軸移動台6設置成可滑動。在X軸移動台6的下表面側,固定有螺帽部(圖未示),且是將與X軸導軌平行之X軸螺桿(圖未示)螺合在此螺帽部中。
在X軸螺桿的一端部上,連結有X軸脈衝馬達(圖未示)。藉由以X軸脈衝馬達使X軸螺桿旋轉,X軸移動台6即可沿著X軸導軌在X軸方向上移動。
在X軸移動台6上設置有用以吸引保持板狀的被加工物(圖未示)之工作夾台10。被加工物可為例如圓盤狀之半導體晶圓、樹脂基板、陶瓷基板等,且下表面側被吸引保持於工作夾台10上。
工作夾台10是與馬達等的旋轉機構(圖未示)相連結,且以繞著在Z軸方向(垂直方向)上延伸之旋轉軸的方式進行旋轉。又,工作夾台10是利用上述X軸移動機構而在X軸方向上移動。在工作夾台10的周圍設置有用於挾持固定支持被加工物之環狀框架(圖未示)的夾具12。
工作夾台10的表面(上表面)為用以吸引保持被加工物之保持面10a。該保持面10a通過形成於工作夾台10內部之流路(圖未示)與吸引源(圖未示)相連接。
在基台4的上表面將支持切削單元(切削組件)14之門型的支持構造16配置成跨越開口4a。在支持構造16的前表面上方部設置有使切削單元14在Y軸方向(分度傳送方向)及Z軸方向上移動之切削單元移動機構18。
切削單元移動機構18具備配置於支持構造16的前表面且平行於Y軸方向之一對Y軸導軌20。在Y軸導軌20上有構成切削單元移動機構18之Y軸移動台22可滑動地設置。
在Y軸移動台22的背面側(後表面側)固定有螺帽
部(圖未示),且將與該Y軸導軌20平行之Y軸螺桿24螺合於該螺帽部。在Y軸螺桿24的一端部上連結有Y軸脈衝馬達(圖未示)。當利用Y軸脈衝馬達使Y軸螺桿24旋轉時,Y軸移動台22即可沿著Y軸導軌20在Y軸方向上移動。
在Y軸移動台22的表面(前表面)上,設置有平行於Z軸方向的一對Z軸導軌26。在Z軸導軌26上有Z軸移動台28可滑動地設置。
在Z軸移動台28的背面側(後表面側)固定有螺帽部(圖未示),且將與該Z軸導軌26平行之Z軸螺桿30螺合於該螺帽部。在Z軸螺桿30的一端部連結有Z軸脈衝馬達32。當利用Z軸脈衝馬達32使Z軸螺桿30旋轉時,Z軸移動台28即可沿著Z軸導軌26在Z軸方向上移動。
在Z軸移動台28的下方部設置有用以切削被加工物之切削單元14。又,在與切削單元14相鄰接的位置上,設置有用於拍攝被加工的上表面側的相機34。藉由如上所述地使Y軸移動台22及Z軸移動台28移動,切削單元14及相機34就可在Y軸方向及Z軸方向上移動。
圖2是模式地表示切削單元14之構造的分解立體圖,圖3是模式地表示切削單元14之剖面等的圖。再者,在圖2及圖3中省略了切削單元14之構成的一部分。
切削單元14具備固定於Z軸移動台28之下方部的轉軸殼36。該轉軸殼36包含大致成直方體形的殼本體38,與固定於殼本體38之一端側的圓柱狀之殼蓋40。
在殼本體38的內部收納有繞著Y軸旋轉的轉軸
42。轉軸42的一端側是從殼本體38突出於外部。在轉軸42的另一端側則連結有用於使轉軸42旋轉的馬達(圖未示)。
在殼蓋40的中央形成有圓形的開口40a。又,於殼蓋40之殼本體38側設置有形成有螺孔40b的鎖定部40c。只要將轉軸42的一端側插接於開口40a,並通過鎖定部40c的螺孔40b將螺絲44(圖3)鎖固於殼本體38的螺孔38a中,就可以將殼蓋40固定於殼本體38上。
於轉軸42的一端部形成有開口42a,且在該開口42a的內壁面上設置有螺紋溝。在該轉軸42的一端部上裝設上第1凸緣構件46。
該第1凸緣構件46包含徑向向外延伸出去的凸緣部48、分別從凸緣部48的正、背面突出之第1凸座部50及第2凸座部52。在第1凸緣構件46的中央形成有貫穿第1凸座部50、凸緣部48及第2凸座部52之開口46a。
在該第1凸緣構件46的開口46a中,是從背面側(轉軸殼36側)將轉軸42的一端部嵌入。在此狀態下,只要將墊圈56定位在開口46a內,並通過該墊圈56將固定用的螺栓58鎖固於開口42a中,就可將第1凸緣構件46固定於轉軸42上。再者,於螺栓58的外周面58a設置有對應於開口42a之螺紋溝的螺紋牙。
凸緣部48的外周側之表面成為抵接於切削刀60之背面的抵接面48a。從Y軸方向(轉軸42的軸心方向)來看,該抵接面48a是形成為圓環狀。
第1凸座部50形成為圓筒狀,且在其前端側之外
周面50a上設置有螺紋牙。切削刀60的中央形成有圓形的開口60a。藉由將第1凸座部50插接於該開口60a中,就可以將切削刀60裝設至第1凸緣構件46中。
切削刀60為所謂的輪轂狀刀片(hub blade),且在圓盤狀之支持基台62的外周上固定有用以切削被加工物之圓環狀的切割刃64。切割刃64是在金屬或樹脂等的黏結材(結合材)中混合金鋼石及CBN(Cubic Boron Nitride)等的研磨粒而形成預定厚度。再者,切削刀60也可以使用只由切割刃所構成之墊圈狀刀片(washer blade)。
在將該切削刀60裝設於第1凸緣構件46的狀態下,於切削刀60的表面側配置圓環狀之第2凸緣構件66。於第2凸緣構件66的中央形成有圓形的開口66a,在該開口66a的內壁面設置有對應於第1凸座部50之外周面50a上所形成之螺紋牙的螺紋溝。
第2凸緣構件66的外周側的背面會成為抵接於切削刀60的表面的抵接面66b(圖3)。抵接面66b是設置在與第1凸緣構件46的抵接面48a對應的位置上。
藉由將第1凸座部50的前端鎖固於該第2凸緣構件66的開口66a,即可使切削刀60受到第1凸緣構件46與第2凸緣構件66所挾持。
在像這樣所構成之切削單元14中設置有用於檢測切削刀60之振動的振動檢測機構。振動檢測機構含有用以產生對應於切削刀60之振動的振動信號的振動信號產生裝置(振動信號產生組件)68(圖3)。
振動信號產生裝置68具備固定於第1凸緣構件46內部的超音波振動器70。該超音波振動器70是用例如,鈦酸鋇(BaTiO3)、鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)等材料所形成,並用以將切削刀60的振動轉換成電壓(振動信號)。
通常,該超音波振動器70是構成為可相對於預定頻率的振動而形成共振。因此,因應超音波振動器70的共振頻率,以決定可以利用振動檢測機構進行檢測之振動頻率。
例如,在本實施形態之切削裝置2中,是從分別具備不同共振頻率之超音波振動器70的複數個第1凸緣構件46中,選擇對應於要檢測之切削刀60的振動頻率之第1凸緣構件46而裝設到轉軸42上。
藉此,即可因應切削刀60及被加工物的種類(材質、大小,重量等)、發生頻率高的異常態樣等,而將振動檢測機構最佳化。各個第1凸緣構件46的對應頻率是設成例如,50kHz~100kHz,100kHz~300kHz,300kHz~500kHz。此時,藉由更換3種第1凸緣構件46,就可以適當地對50kHz~500kHz的頻率範圍的振動進行檢測。
再者,也可以將共振頻率不同的複數個超音波振動器70設置在第1凸緣構件46上,而可以在不更換第1凸緣構件46的情形下對較廣的頻率範圍的振動進行檢測。例如,將可對應於50kHz~100kHz,100kHz~300kHz,300kHz~500kHz的3種超音波振動器70設置在相同的第1凸
緣構件46上。此時,就可以在不更換第1凸緣構件46的情形下,適當地對50kHz~500kHz的頻率範圍的振動進行檢測。
在超音波振動器70中連接有用於傳送在超音波振動器70所產生的電壓之非接觸型的傳送通道(傳送組件)72(圖3)。該傳送通道72包含連接於超音波振動器70的第1電感器(第1線圈組件)74,及相對於第1電感器74以預定間隔相向面對之第2電感器(第2線圈組件)76。
第1電感器74及第2電感器76,代表性的有捲繞導線而做成之圓環狀的線圈,且分別被固定於第1凸緣構件46及殼蓋40上。
圖4為模式地表示超音波振動器70及第1電感器74之配置的圖。在本實施形態中,如圖4所示,從Y軸方向(轉軸42的軸心O的方向)來看,有2個相同的超音波振動器70配置在與第1電感器74重疊的位置上。
2個超音波振動器70是相對於轉軸42的軸心O配置成對稱。像這樣,藉由將複數個超音波振動器70相對於轉軸42的軸心O對稱地配置,就可以高精度地對切削刀60的振動進行檢測。再者,超音波振動器70的數量、配置,形狀等,並不受限於圖4所示之態樣。
第1電感器74與第2電感器76是相向面對,且以磁性結合。因此,在超音波振動器70所產生的電壓,會藉由第1電感器74與第2電感器76之相互電磁感應,而傳送至第2電感器76側。
於第2電感器76上連接有控制裝置(控制組件)78。
該控制裝置78會根據從第2電感器76所傳送來的電壓來判定切削刀的振動狀態。
具體來說,控制裝置78包含儲存部(儲存組件)78a、解析部(解析組件)78b與比較判定部(比較判定組件)78c,該儲存部(儲存組件)78a可儲存從第2電感器76所傳送來的電壓(振動信號)等的資訊,該解析部(解析組件)78b可將相當於每一個任意的單位時間所傳送之電壓(振動信號)的時間變化的波形(時間領域的波形),透過傅立葉轉換(例如,高速傅立葉轉換)以進行頻譜解析,該比較判定部(比較判定組件)78c可判定切削刀60的狀態。再者,作為頻譜解析單位時間,可考慮以下各種態樣:1條線的切削所需要的時間(按照每1條切線)、1片被加工物的切削所需要的時間(按照每1工件)、切削任意的距離所需要的時間(按照每個切削距離)等。各部分的詳細內容如後述。
圖5(A)是表示傳送至控制裝置78之電壓的波形(時間領域的波形)之例的圖形,圖5(B)是表示傅立葉轉換後的波形(頻率領域的波形)之例的圖形。再者,在圖5(A)中,分別以縱軸表示電壓(V),橫軸表示時間(t),而在圖5(B)中,分別以縱軸表示振福,橫軸表示頻率(f)。
只要將來自振動信號產生裝置68的電壓(振動信號)的波形以控制裝置78的解析部78b進行傅立葉轉換,就可以如圖5(B)所示地將切削刀60的振動分解成主要的頻率成分,而可以容易地解析切削中所發生的異常。藉此,可即時且以良好的精度檢測切削中的異常。
以下,針對以本實施形態之切削裝置2所實施的異常之檢測流程進行說明。首先,作為檢測之前處理,實施基準信號取得步驟,取得相當於背景值之基準信號。在這個基準信號取得步驟中,首先,是在各部分均無異常的狀態下使切削刀60旋轉。
其結果,會從超音波振動器70產生源自於伴隨著轉軸42之旋轉而形成的切削刀60的振動的電壓(振動信號)。並可將相當於所產生的電壓的時間變化之波形(時間領域的波形)儲存在控制裝置78的儲存部78a中。
接著,控制裝置78的解析部78b可將儲存在儲存部78a中的上述電壓的波形讀出,並進行傅立葉轉換(高速傅立葉轉換)。其結果,可將時間領域中的電壓(振動信號)之波形轉換成基準信號(頻率領域的波形)。圖6(A)所示為基準信號之例的圖形。並可將所得到的基準信號儲存在儲存部78a中。
在基準信號取得步驟之後,即開始進行實際的檢測步驟。在實際的檢測步驟中,首先,會實施判定對象取得步驟,對被加工物進行切削以取得成為判定的對象之判定對象信號。在這個判定對象取得步驟中,首先,是使切削刀60旋轉以對被加工物進行切削。
其結果,會從超音波振動器70產生源自於伴隨著被加物之切削而形成的切削刀60的振動的電壓(振動信號)。並可將相當於所產生的電壓的時間變化之波形(時間領域的波形)儲存在控制裝置78的儲存部78a中。
接著,控制裝置78的解析部78b可將儲存在儲存部78a中的上述電壓的波形讀出,並進行傅立葉轉換(高速傅立葉轉換)。其結果,可將時間領域中的電壓(振動信號)之波形轉換成判定對象信號(頻率領域的波形)。圖6(B)所示為判定對象信號之例的圖形。並可將所得到的判定對象信號儲存在儲存部78a中。
在判定對象信號取得步驟之後,會實施比較判定步驟,將判定對象信號和基準信號進行比較以判定切削刀的狀態。在這個比較判定步驟中,首先,比較判定部78c會將儲存在儲存部78a中的基準信號及判定對象信號讀出,以從判定對象信號中去除基準信號。
具體而言,是在檢測對象的完整頻率範圍內,從判定對象信號的信號強度(振幅)減去基準信號的信號強度(振幅)(減法運算)。此時,為了可以將判定對象信號中的基準信號適當地去除,而將判定對象信號或基準信號的信號強度(振幅)乘上任意值亦可。
圖6(C)所示為從判定對象信號中去除基準信號而得到的信號之例的圖形。像這樣,藉由從判定對象信號中去除基準信號,即可適當地判定切削刀60的狀態,而可以檢測切削中的異常。
具體而言,藉由例如,將從判定對象信號中去除基準信號而得到的信號,和已事先儲存在儲存部78a的異常判定信號進行比較,即可以判定有無切削中的異常。亦即,當異常判定信號中的振動模式(振動成分)的局部或全部與
從判定對象信號中去除基準信號而得到的信號中的振動模式一致時,比較判定部78c即判定成發生了對應於該振動模式的異常。
再者,異常判定信號是將源自於切削中產生異常時的切削刀60的振動之電壓(振動信號)的波形,在解析部78b中進行傅立葉轉換(高速傅立葉轉換)而得到的。
如以上所述,由於本實施形態的切削裝置2包含用以產生對應於切削刀60的振動之振動信號的振動信號產生裝置(振動信號產生組件)68,及根據以振動信號產生裝置68所產生的振動信號判定切削刀60之狀態的控制裝置(控制組件)78,因此可適當地檢測伴隨著切削刀60的振動而形成之切削中的異常。
又,在本實施形態之切削裝置2中,由於對相當於電壓(振動信號)之時間變化的波形(時間領域的波形)進行傅立葉轉換,因此,與直接解析電壓(振動信號)的情況相比,可將於切削中所發生之異常的解析變容易。藉此,可高精度地檢測切削中的異常。
再者,本發明並不受限於上述實施形態之記載。例如,不將電壓(振動信號)進行傅立葉轉換而進行解析亦可。另外,上述實施形態之構成、方法等,只要在不脫離本發明之目的之範圍內,均可適當變更而實施。
Claims (3)
- 一種切削裝置,包含用以保持被加工物之工作夾台、及具備有具有切割刃的切削刀之切削組件,前述具有切割刃的切削刀用以切削保持於該工作夾台之被加工物,且該切削組件具備被轉軸殼支持成可旋轉之轉軸、及裝設於該轉軸之端部且用以挾持具有切割刃的該切削刀之第1凸緣構件與第2凸緣構件,其特徵在於在該切削裝置中還包含:振動信號產生組件,用以產生對應於具有切割刃的該切削刀的振動之振動信號;以及控制組件,根據該振動信號產生組件所產生的振動信號以判定具有切割刃的該切削刀之狀態,該振動信號產生組件是由超音波振動器及傳送組件所構成,該超音波振動器是配置於該第1凸緣構件,並可產生與對應於具有切割刃的該切削刀之振動之該振動信號相當的電壓,該傳送組件與該超音波振動器連接,並將該電壓傳送至該控制組件,且該傳送組件含有裝設於該第1凸緣構件之第1線圈組件、及與該第1線圈組件隔著間隔而相向面對並配置於該轉軸殼上之第2線圈組件,該控制組件包含儲存組件與比較判定組件, 前述儲存組件會儲存基準信號及判定對象信號,前述基準信號與源自於伴隨著該轉軸之旋轉而形成的具有切割刃的該切削刀之振動的振動信號相對應,前述判定對象信號與源自於伴隨著被加工物之切削而形成的具有切割刃的該切削刀之振動的振動信號相對應,前述比較判定組件是根據從該判定對象信號中去除該基準信號而得到的信號,來判定具有切割刃的該切削刀的狀態。
- 如請求項1之切削裝置,其中前述控制組件更包含解析組件,前述解析組件可將相當於前述振動信號之時間變化的波形做傅立葉轉換,將振動分解成頻率成分。
- 如請求項1或請求項2之切削裝置,其中前述儲存組件會儲存與源自於切削中產生異常時的前述切削刀之振動的振動信號相對應的異常判定信號,前述比較判定組件是藉由將從前述判定對象信號中去除前述基準信號而得到的信號與該異常判定信號比較,來判定有無切削之異常。
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