JP5919002B2 - 切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削ブレードの偏磨耗を監視し、偏磨耗量が所定量以上となった場合には、先端形状を修正する機能を有する切削装置に関する。

外周部が面取りされているウェーハの一方の面を研削すると、外周部が鋭角になり、その部分を起点として割れや欠けが生じることがあるため、かかるウェーハについては、研削前に、ウェーハの外周に沿って面取り部を円形に除去することが行われている。また、ウェーハの径を変更する場合も、外周に沿って円形に切り落とすことが行われている。このようにウェーハの外周に沿って切削することは、エッジトリミングと呼ばれている。

ウェーハの外周に沿って円形に切削加工するエッジトリミングは、回転する切削ブレードをウェーハの外周に接触させるとともにウェーハを保持した保持テーブルを回転させ、切削ブレードの厚さを利用して先端面でウェーハ外周を切削することにより行われている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−００９５５０号公報

しかし、エッジトリミング時においては、切削ブレードのウエーハ中心側とウエーハ外周側とでは、回転中心からの半径が異なるため、ウエーハ中心側とウエーハ外周側とで加工距離に違いがあるとともに、回転角度にも違いがある。そのため、切削ブレードのウエーハ中心側とウエーハ外周側とで摩耗量に差が生じてしまい、その摩耗差によって正常なエッジトリミング加工ができなくなるという問題がある。このように、切削ブレードに偏摩耗が生じた場合は、それを検出して加工不良を防止するとともに、偏摩耗が所定量以上に進行した場合は、切削ブレードの先端形状を整形する必要がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、切削ブレードの偏摩耗を監視するとともに、偏摩耗量が所定量以上となった場合には切削ブレードの先端形状を整形するようにすることを課題とする。

本発明は、円形の被加工物を保持し回転可能な保持手段と、保持手段に保持された被加工物を切削する切削ブレードを有する切削手段と、保持手段に保持される被加工物の外周縁を撮像する撮像手段と、切削ブレードが取り付けられる切削ブレード取付け面に平行な切削送り方向に保持手段と切削手段とを相対移動させる切削送り手段と、切削送り方向に直交する割り出し送り方向に保持手段と切削手段とを相対移動させる割り出し送り手段と、保持手段の保持面に垂直な方向である切り込み送り方向に保持手段と切削手段とを相対移動させる切り込み送り手段と、を少なくとも備える切削装置に関するもので、保持手段に隣接する位置に配設され、切削ブレードを切り込ませて切削ブレードの先端の偏磨耗の確認に用いる確認用被加工物を保持する確認テーブルと、
保持手段又は確認テーブルに隣接する位置に配設され、回転するとともに割り出し送り方向に移動する切削ブレードの先端を接触させて切削ブレードの先端を研磨する研磨テーブルと、確認テーブルが保持した確認用被加工物に対して切削ブレードを切り込み方向に所定量移動させて切り込ませることにより略長方形の切り込み溝を形成するとともに、切り込み溝が形成された時の切削手段の切り込み位置を切り込み位置記憶部に記憶する溝形成手段と、撮像手段が切り込み溝を撮像することにより取得した画像情報より、確認用被加工物の表面における切削送り方向を長手方向とする切り込み溝の向かい合う２辺の長さと切込み溝の溝幅中心での切り込み溝の長さとのそれぞれの差及び該向かい合う２辺の長さの差を求め、これらのそれぞれの差がそれぞれの所定の許容値をすべて超えている否かによって切り込み溝の良否判定を行う溝良否判断手段と、溝良否判断手段が切り込み溝が不良と判断したときに、切削ブレードを回転させつつ切削ブレードの先端を研磨テーブルに当接させ、切削手段と研磨テーブルとを割り出し送り手段にて所定量相対移動させて切削ブレードの先端形状を修正するブレード先端修正手段とを備える。

上記切削装置においては、確認テーブルにおける確認用被加工物を保持する保持面の高さ位置であるテーブル高さと、切り込み溝の向かい合う２辺の長さの平均値と、切り込み位置記憶部に記憶されている切り込み溝を形成した時の切削手段の切り込み位置とを用い、切削ブレードの外径を算出するブレード外形算出部を備えることが望ましい。

本発明は、切削ブレードを切り込ませて磨耗の確認に用いる確認用被加工物を保持する確認テーブルと、切削ブレードを接触させてその先端を研磨する研磨テーブルとを備え、確認用被加工物に形成した切り込み溝を撮像してその良否判定を行い、不良と判定したときには研磨テーブルを用いて切削ブレードの先端を研磨してその先端形状を修正することとしたため、被加工物の切削加工において加工不良が生じるのを防ぐことができる。

また、切削ブレードの外径を算出するブレード外形算出部を備えることで、切削ブレードの磨耗量を求めることができ、磨耗量を考慮して被加工物を切削することができる。

切削装置の一例を示す斜視図である。 切削手段の構成を示す分解側面図である。 確認テーブルに確認用被加工物が保持された状態を示す断面図である。 確認テーブルに確認用被加工物が保持された状態を示す平面図である。 研磨テーブルの一例を示す斜視図である。 被加工物の面取り部の上方に切削ブレードが位置する状態を示す正面図である。 被加工物の面取り部に切削ブレードが接触した状態の第１例を示す正面図である。 被加工物の面取り部に切削ブレードが接触した状態の第２例を示す正面図である。 確認用被加工物に切り込み溝を形成する手順を略示的に示す断面図である。 確認用被加工物に形成された切り込み溝の第１例を示す平面図である。 確認用被加工物に形成された切り込み溝の第２例を示す平面図である。 切削ブレードの先端部を研磨する状態を模式的に示す側面図である。 切削ブレードの磨耗量を求めるための各要素を示す説明図である。

図１に示す切削装置１は、保持手段２に保持された被加工物に対して２つの切削手段３ａ、３ｂによって切削加工を施す装置であり、これらは互いに相対的に切削送り方向（Ｘ軸方向）、切削送り方向に直交する割り出し送り方向（Ｙ軸方向）、及び、切削送り方向及び割り出し送り方向に直交する切り込み送り方向（Ｚ軸方向）に移動可能となっている。図１の例では、保持手段２が切削送り手段４によって駆動されてＸ軸方向に移動し、切削手段３ａ、３ｂが割り出し送り手段５及び切り込み送り手段６によって駆動されてＹ軸方向およびＺ軸方向に移動する構成としているが、この構成には限定されない。

保持手段２は、例えば多孔質部材によって形成され円形の被加工物を保持する保持部材２０を備えている。保持部材２０は、図示しない吸引源に連通している。

図２に示すように、切削手段３ａ、３ｂは、Ｙ軸方向の軸心を有するスピンドル３１の先端にマウント３２が装着され、マウント３２に切削ブレード３３が装着されて構成されている。マウント３２は、切削ブレード３３を面で支持するフランジ部３２０と、切削ブレード３３が挿入されるブレード挿入部３２１とから構成され、ブレード挿入部３２１には、切削ブレード３３を固定するためのナットを螺着させる雄ねじ３２１ａが形成されている。

切削ブレード３３は、ブレード挿入部３２１に挿入するための貫通孔３３０ａが中心部に形成された基台３３０と、基台３３０から外周側に突出した状態で固着された切り刃３３１とから構成され、切削ブレード３３をブレード挿入孔３２１に挿入し、図示しないナットを雄ねじ３２１ａに螺着させると、切り刃３３１が、フランジ部３２０の切削ブレード取り付け面３２０ａに密着して面で支持される。ブレード取り付け面３２０ａは、Ｘ軸方向に対して平行となっている。

図１に示すように、切削送り手段４は、Ｘ軸方向に延びるボールスクリュー４０と、ボールスクリュー４０と平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールスクリュー４０の一端に連結されたモータ４２と、ボールスクリュー４０に螺合するナットを内部に有するとともに下部がガイドレール４１に摺接する移動基台４３とから構成され、モータ４２に駆動されてボールスクリュー４０が回動するのにともない、ガイドレール４１にガイドされて移動基台４３がＸ軸方向に移動する構成となっている。また、移動基台４３の上には保持手段２が設けられており、移動基台４３の移動によって保持手段２も同方向に移動する。

割り出し送り手段５は、Ｙ軸方向に延びるボールスクリュー５０と、ボールスクリュー５０と平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールスクリュー５０の一端に連結されたモータ５２と、ボールスクリュー５０に螺合するナットを内部に有するとともに側部がガイドレール５１に摺接する移動基台５３とから構成され、モータ５２に駆動されてボールスクリュー５０が回動するのにともない、ガイドレール５１にガイドされて移動基台５３がＸ軸方向に移動する構成となっている。また、移動基台５３には、切り込み送り手段６を介して切削手段３ａ、３ｂが設けられており、移動基台５３の移動によって切削手段３も同方向に移動する。

切り込み送り手段６は、Ｚ軸方向に延びるボールスクリュー６０と、ボールスクリュー６０と平行に配設された一対のガイドレール６１と、ボールスクリュー６０の一端に連結されたモータ６２と、ボールスクリュー６０に螺合するナットを内部に有するとともに側部がガイドレール６１に摺接する移動基台６３とから構成され、モータ６２に駆動されてボールスクリュー６０が回動するのにともない、ガイドレール６１にガイドされて移動基台６３がＸ軸方向に移動する構成となっている。また、移動基台６３の下端では切削手段３ａ、３ｂをそれぞれ支持しており、移動基台６３の昇降によって切削手段３ａ、３ｂもそれぞれ同方向に昇降する。

図１に示すように、移動基台４３上には、保持手段２に隣接する位置に確認テーブル８を備えている。確認テーブル８の上面である保持面８０には、図３及び図４に示すように、確認用被加工物８１が保持される。確認テーブル８の内部には吸引路８２が形成され、吸引路８２は吸引源８３に連通しており、保持面８０において吸引力を作用させることにより確認用被加工物８１を吸引保持することができる。この確認用被加工物８１は、切削手段３を構成する切削ブレード３１を切り込ませることにより、切削ブレード３１の先端の偏磨耗を確認するのに用いられる。

図１に示す移動基台４３上には、保持手段２又は確認テーブル８に隣接する位置において研磨テーブル９が配設されている。研磨テーブル９は、回転するとともに割り出し送り方向に移動する切削ブレード３１の先端を接触させて切削ブレードの先端を研磨するのに用いる。図５に示すように、研磨テーブル９は、回転軸９０に連結され、この回転軸９０は、カップリング９１によってモータ９２の回転軸に連結されており、モータ９２に駆動されて研磨テーブル９が回転する構成となっている。

図１に示すように、切り込み送り手段６を構成するモータ６２及び切削手段３ａ、３ｂには、溝形成手段１０が接続されている。溝形成手段１０は、切削ブレード３３を回転させるとともに、切削ブレード３３を確認用被加工物８１に切り込ませることにより、確認用被加工物に切り込み溝を形成する。この切り込み溝は、切削ブレード３３の切り刃３３１の先端の磨耗の有無及び程度を判断するためのものである。溝形成手段１０は、切り込み溝が形成された時の切削手段３ａの切り込み方向の位置（切り込み位置）、具体的には、切削ブレード３３の回転中心のＺ軸方向の位置を切り込み位置記憶部１５に記憶する。

切削手段３ａ、３ｂの側部には、下方を撮像する撮像手段７ａ、７ｂが固定されており、撮像手段７ａ、７ｂには、溝良否判断手段１１が接続されている。溝良否判断手段１１は、ＣＰＵ、メモリ等を有しており、撮像手段７ａ、７ｂが上記切り込み溝を撮像し取得した画像情報から、切り込み溝の形状の良否、すなわち切削ブレード３１の先端形状の良否の判定を行う機能を有する。

ブレード外径算出部１２は、確認用被加工物８１に形成した切り込み溝の長さ、前記切り込み位置記憶部１５に記憶された切り込み送り手段６の切り込み位置等に基づき、切削ブレード３３の外径を算出する機能を有する。

ブレード先端修正手段１３は、溝良否判断手段１１が切り込み溝を不良と判断したときに、切削ブレード３１を回転させて切り刃３３１の先端を研磨テーブル９に当接させることにより、先端形状を修正する機能を有する。

テーブル位置記憶部１４は、確認テーブル８の保持面８０の高さ位置であるテーブル高さを記憶するとともに、切削ブレード３３の切り刃３３１の先端とテーブル高さとの距離を記憶する。

以下では、図１に示した保持手段２において円形の被加工物を保持し、切削手段３ａを構成する切削ブレード３３を用いて、被加工物の外周に沿って切削ブレード３３を切り込ませて切削加工を行う場合について説明する。

図６に示すように、保持手段２に保持された被加工物Ｗは、外周に面取り部Ｗ１が形成されている。最初に撮像手段７ａを移動させながら被加工物Ｗの撮像を行い、被加工物Ｗの外周縁に形成された面取り部Ｗ１を検出する。そして、面取り部Ｗ１が検出されると、切削ブレード３３を回転させながら面取り部Ｗ１の上方に位置させる。

次に、保持手段２を回転させるとともに、回転する切削ブレード３３を下降させ、図７に示すように、面取り部Ｗ１に切削ブレード３３の切り刃３３１の先端部３３１ａを接触させる。そうすると、面取り部Ｗ１が円形に除去されてエッジトリミングが行われるとともに、切り刃３３１の先端部３３１ａが磨耗する。図７に示すように、先端部３３１ａの半分のみを面取り部Ｗ１に接触させた場合は、先端部３３１ａの接触した半分のうち、接触時間の長い部分が多く磨耗し、左右が非対称の形状となる。

一方、図８に示すように、先端部３３１ａのほぼ全体を面取り部Ｗ１に接触させた場合は、被加工物Ｗの中心側（図８における右側）と外周側（図８における左側）とで加工距離に違いがあり、接触時間の長い部分が多く磨耗するため、先端部３３１ａの中心が窪んだ形状に磨耗する。

このように、切削ブレード３３の切り刃３３１の先端部３３１ａが磨耗した場合は、そのまま切削加工を続行すると、切削不良を起こすおそれがあるため、先端部３３１ａの整形を行う。

具体的には、図１に示した溝形成手段１０による制御の下で、図９（ａ）に示すように、移動基台４３をＸ軸方向に移動させるとともに、整形の必要のある切削ブレード３３を有する切削手段、例えば切削手段３ａをＹ軸方向に移動させ、確認テーブル８０に保持された確認用被加工物８１の直上に切削ブレード３３を位置させる。

そして、図９（ｂ）に示すように、回転する切削ブレード３３をＺ軸方向に所定量下降させて先端部３３１ａを確認用被加工物８１に切り込ませ、その後上昇させることにより、図９（ｃ）に示すように、確認用被加工物８１の表面に、Ｘ軸方向を長手方向とする略長方形の切り込み溝８１０を形成する。なお、確認用被加工物８１としては、被加工物Ｗと同じ材質のものが使用される。例えば、被加工物Ｗがシリコンウェーハである場合は、確認用被加工物としてシリコンピースが使用される。

次に、切削ブレード３３の下方から確認用被加工物８１を退避させ、図９（ｄ）に示すように、切り込み溝８１０の上方に、いずれかの撮像手段、例えば、切削に使用していない切削手段３ｂに固定された撮像手段３ｂを移動させる。そして、撮像手段３ｂによって切り込み溝８１０を撮像し、その画像情報を図１に示した溝良否判断手段１１に転送する。

溝良否判断手段１１では、図１０に示すように、切り込み溝８１０の向かい合う２つの長辺の長さａ、ｂと、切り込み溝８１０の溝幅Ｗの中心における切り込み溝８１０の長さｃとを画像処理によって求める。そして、｜ａ−ｂ｜、｜ａ−ｃ｜、｜ｃ−ｂ｜の値をそれぞれ計算する。図１１に示す切り込み溝８１０ａのように、幅方向の中心部が短く形成されている場合等も、同様の計算を行う。

溝良否判定手段１１に備えたメモリには、上記｜ａ−ｂ｜、｜ａ−ｃ｜、｜ｃ−ｂ｜の値の所定の許容値Ｘａｂ、Ｘａｃ、Ｘｃｂがあらかじめ記憶されており、溝良否判定手段１１では、｜ａ−ｂ｜とＸａｂ、｜ａ−ｃ｜とＸａｃ、｜ｃ−ｂ｜とＸｃｂをそれぞれ比較し、以下の関係式（１）〜（３）が成り立つと判断したときには、先端部３３１ａの磨耗が許容範囲を超えており、先端部３３１ａの整形を要すると判断する。
Ｘａｂ＜｜ａ−ｂ｜ ・・・関係式（１）
Ｘａｃ＜｜ａ−ｃ｜ ・・・関係式（２）
Ｘｃｂ＜｜ｃ−ｂ｜ ・・・関係式（３）

上記関係式（１）〜（３）がすべて成立する場合は、図１に示したブレード先端修正手段１３による制御の下で、切削ブレード３３の切り刃３３１の先端部３３１ａを整形し、形状を修正する。具体的には、切削ブレード３３を図１及び図５に示した研磨テーブル９の上方に移動させ、図１２に示すように、切削ブレード３３を回転させつつ切削ブレード３３の先端部３３１ａを研磨テーブル９に当接させ、切削手段３ａを割り出し送り手段５によって所定量Ｙ軸方向に移動させて切削手段３ａと研磨テーブル９とをＹ軸方向に所定量相対移動させることで、切削ブレード３３の先端部３３１ａを研磨してその形状を修正し、切削ブレード３３を上昇させる。その後、研磨テーブル９を回転させることで、次の研磨が行われる際に、研磨テーブル９の未使用部分を用いて研磨を行うことができる。かかる修正により、切削ブレード３３の先端部３３１ａが円形に整形され、被加工物Ｗを切削できる状態となるため、被加工物Ｗの切削を再開する。以上のようにして切削ブレード３３の先端部３３１ａを研磨することにより、被加工物に加工不良が生じるのを防止することができる。

一方、いずれかの関係式が成立しない場合は、先端部３３１ａの整形をすることなく被加工物Ｗの切削を行うが、いずれにしても、先端部３３１ａの磨耗量を考慮して切削時の切り込み深さを調整することで、被加工物Ｗに対して所望の切削加工を行うことができる。

切削ブレード３３の使用前の外径（半径）は、予めブレード外形算出部１２に記憶されている。したがって、磨耗後の切削ブレード３３の外径を算出すれば、摩耗量を求めることができ、磨耗量を考慮して切削ブレード３３のＺ軸方向の高さ位置を制御することにより、被加工物に対する切り込み量を均一にすることができる。

撮像部７ｂによる撮像及び画像処理により、図１３に示すように、切削ブレード３３の先端部３３１ａを確認用被加工物８１に切り込ませた際に形成された切り込み溝８１０の長さＬを求める。この切り込み溝８１０の長さＬは、図１０に示した２辺ａ，ｂの長さの平均値をとることが望ましい。

また、確認テーブル８の保持面８０と切削ブレード３３の回転中心との距離Ｈは、テーブル位置記憶部１４に記憶されているテーブル高さと、切り込み位置記憶部１５に記憶された切削ブレード３３の回転中心のＺ軸方向の高さ位置との差から求められる。

したがって、確認用被加工物の厚さをＴとすると、切削ブレードの外径Ｒは、
（Ｈ−Ｔ）^２＋（Ｌ／２）^２＝Ｒ^２
の関係式から算出することができる。そして、使用前の切削ブレード３３の外径から算出した外径Ｒの値を引くことにより、先端部３３１ａの磨耗量を算出することができ、切削手段３ａの切り込み送り方向の位置を制御する際に、この磨耗量を考慮することで、被加工物に対して切削ブレード３３を所望量切り込ませることができる。

１：切削装置
２：保持手段 ２０：保持手段
３ａ、３ｂ：切削手段
３１：スピンドル
３２：マウント
３２０：フランジ部 ３２０ａ：切削ブレード取り付け面
３２１：ブレード挿入部 ３２１ａ：雄ねじ
３３：切削ブレード ３３０：基台 ３３０ａ：貫通孔 ３３１：切り刃
４：切削送り手段
４０：ボールスクリュー ４１：ガイドレール ４２：モータ ４３：移動基台
５：割り出し送り手段
５０：ボールスクリュー ５１：ガイドレール ５２：モータ ５３：移動基台
６：切り込み送り手段
６０：ボールスクリュー ６１：ガイドレール ６２：モータ ６３：移動基台
７ａ、７ｂ：撮像手段
８：確認テーブル
８０：保持面 ８１：確認用被加工物
９：研磨テーブル ９０：回転軸 ９１：カップリング ９２：モータ
１０：溝形成手段
１１：溝良否判断手段
１２：ブレード外径算出部
１３：ブレード先端修正手段
１４：テーブル位置記憶部
１５：切り込み位置記憶部

Claims (2)

1. 円形の被加工物を保持し回転可能な保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を切削する切削ブレードを有する切削手段と、該保持手段に保持される被加工物の外周縁を撮像する撮像手段と、該切削ブレードが取り付けられる切削ブレード取付け面に平行な切削送り方向に該保持手段と該切削手段とを相対移動させる切削送り手段と、該切削送り方向に直交する割り出し送り方向に該保持手段と該切削手段とを相対移動させる割り出し送り手段と、該保持手段の保持面に垂直な方向である切り込み送り方向に該保持手段と該切削手段とを相対移動させる切り込み送り手段と、を少なくとも備える切削装置において、
   該保持手段に隣接する位置に配設され、該切削ブレードを切り込ませて該切削ブレードの先端の偏磨耗の確認に用いる確認用被加工物を保持する確認テーブルと、
   該保持手段又は該確認テーブルに隣接する位置に配設され、回転するとともに該割り出し送り方向に移動する該切削ブレードの先端を接触させて該切削ブレードの先端を研磨する研磨テーブルと、
   該確認テーブルが保持した確認用被加工物に対して該切削ブレードを切り込み方向に所定量移動させて切り込ませることにより略長方形の切り込み溝を形成するとともに、該切り込み溝が形成された時の該切削手段の切り込み位置を切り込み位置記憶部に記憶する溝形成手段と、
   該撮像手段が該切り込み溝を撮像することにより取得した画像情報より、該確認用被加工物の表面における該切削送り方向を長手方向とする該切り込み溝の向かい合う２辺の長さと該切込み溝の溝幅中心での該切り込み溝の長さとのそれぞれの差及び該向かい合う２辺の長さの差を求め、これらのそれぞれの差がそれぞれの所定の許容値をすべて超えているか否かによって該切り込み溝の良否判定を行う溝良否判断手段と、
   該溝良否判断手段が該切り込み溝が不良と判断したときに、該切削ブレードを回転させつつ該切削ブレードの先端を該研磨テーブルに当接させ、該切削手段と該研磨テーブルとを割り出し送り手段にて所定量相対移動させて該切削ブレードの先端形状を修正するブレード先端修正手段と
   を備える切削装置。
2. 前記確認テーブルにおける確認用被加工物を保持する保持面の高さ位置であるテーブル高さと、前記切り込み溝の向かい合う２辺の長さの平均値と、前記切り込み位置記憶部に記憶されている切り込み溝を形成した時の切削手段の切り込み位置とを用い、前記切削ブレードの外径を算出するブレード外形算出部を備えた
   請求項１記載の切削装置。

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