JP4051119B2 - 切削装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱変化によって支持部材が伸縮して作用要素に位置ずれが生じるのを防止する方法及びその方法を適用して精密な切削を可能とした切削装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、図4に示す切削装置50において、被加工物、例えば半導体ウェーハWを切削しようとするときは、半導体ウェーハWは保持テープTを介してフレームFに保持されて、チャックテーブル34に保持される。
【0003】
そして、チャックテーブル34がX軸方向に移動してアライメント手段51の直下に位置付けられ、パターンマッチング等の処理によって切削領域が検出されてアライメントが遂行された後、更にチャックテーブル34がX軸方向に移動して切削手段52の作用を受けることによって切削が行われる。
【0004】
切削手段52は、図5に示すように、チャックテーブル34に保持された被加工物を切削する作用要素である円形ブレード53と、円形ブレード53を先端に装着すると共にスラストプレート53aを備えた回転スピンドル54と、回転スピンドル54の回転の駆動源となるモータ部55と、回転スピンドル54をスラスト軸受け56a、56b及びラジアル軸受け57によって支持するスピンドルハウジング58とから概ね構成されている。そして、モータ部55を構成するロータ59が回転することによって回転スピンドル54が回転し、これに伴い回転スピンドル54に装着された円形ブレード53が回転する。
【0005】
回転スピンドル54は、スラスト軸受け56a、56bからスラストプレート53aに向けて吹き出すエアー及びラジアル軸受け57から回転スピンドル54の軸芯に向けて吹き出すエアーによって、スピンドルハウジング58と非接触の状態で一定の距離を保ちながら回転可能に支持されている。
【0006】
そして、切削時には、回転スピンドル54がモータ部55に駆動されて回転すると共に、切削手段52全体がY軸方向及びZ軸方向に移動すると共に、チャックテーブル34がX軸方向に移動することにより、高速回転する円形ブレード53によってチャックテーブル34に保持された半導体ウェーハWが切削される。
【0007】
昨今のチップの微小化により、切削精度の要求も厳しくなってきており、切削装置の運動精度も向上してきているが、回転スピンドル54の回転によって生ずる熱により、回転スピンドル54が伸縮して円形ブレード53の位置にずれが生ずる場合がある。かかる位置のずれは切削誤差の原因となるため、特に、切削精度の要求が厳しい昨今においては無視できないものである。例えば、半導体ウェーハの表面に形成された幅が50μm程のストリートの中心に厚さが15μm程の円形ブレードをあてがって切削を行う場合、熱により回転スピンドルが20μm程伸縮して円形ブレードの位置が同じく20μm程ずれてしまうと、ストリート以外のところを切削してしまい、チップが破損するという問題が生じる。
【0008】
そこで、スラスト軸受け56a、56bやラジアル軸受け57を含むスピンドルハウジング58に線膨張係数の小さい素材を使用したり、回転スピンドル54の周囲の温度を一定に保ったりすることにより、回転スピンドル54を熱変動に対して伸縮の少ないものとするための種々の策が講じられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、線膨張係数の小さな素材は一般的には高価であり、また、回転スピンドル54の周囲の温度を一定に保つためには専用の装置が必要となって費用がかかり、いずれの場合も経済性の点で問題がある。
【0010】
従って、熱変動があっても伸縮することがないようにして、作用要素の位置ずれを防止すること、特に、切削装置において回転スピンドルの伸縮の影響を受けずに円形ブレードの位置を一定に保つことを経済的な方法によって実現することに課題を有している。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための具体的手段として本発明は、少なくとも、被加工物を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を切削する切削手段とを含み、該切削手段は、少なくとも、被加工物を切削する円形ブレードと、スラストプレートを有し該円形ブレードを支持する回転スピンドルと、該スラストプレートとの間で一定の距離を保って該スラストプレートを支持するスラスト軸受け及びラジアル軸受けによって該回転スピンドルを支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングを該切削装置に固定するスピンドル取り付け部とから構成されており、該回転スピンドルの熱膨張方向と反対方向に熱膨張することにより該回転スピンドルを該反対方向に移動させる線膨張係数がMの伸縮相殺部材を該スピンドルハウジングに取り付け、該回転スピンドルの線膨張係数をK、該円形ブレードから該伸縮相殺部材と該スピンドルハウジングとの取り付け位置までの距離をLとした場合、該伸縮相殺部材の厚さを(K×L/M)とし、該回転スピンドルが熱膨張したときは、該伸縮相殺部材が該反対方向に同じだけ熱膨張して該反対方向に該スラストプレートを移動させることにより円形ブレードを移動させるようにした切削装置を提供するものである。
0012
そして、スピンドルハウジングのスラスト軸受けのうち、円形ブレードに近い側のスラスト軸受けと、回転スピンドルのスラストプレートとの間に伸縮相殺部材を介在させたこと、スピンドルハウジングはスピンドル取り付け部に固定されており、該スピンドル取り付け部とスピンドルハウジングとの間に伸縮相殺部材を介在させたことを付加的要件とするものである。
0013
このような切削装置によれば、回転スピンドルの熱膨張が伸縮相殺部材の熱膨張に伴う回転スピンドルの反対方向への移動によって相殺されて、円形ブレードの位置が一定に保たれる。
0014
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、本発明に係る作用要素の位置ずれ防止方法を、切削装置10に適用した場合を例に挙げて説明する。なお、理解を容易とするため、従来の切削装置と共通する部位については同一の符号を付して説明することとする。
0015
図1は、本発明が適用される切削装置10において実際に切削が行われる領域の構造を示したものであり、Y軸方向に所要範囲移動可能な支持部11において、切削手段12がZ軸方向に移動可能に支持された構成となっている。
0016
支持部11は、水平に配設された基台13の端部から壁体14が起立して設けられた構成となっており、Y軸方向に配設された第一のボールネジ15が第一のパルスモータ16によって駆動されて回転することにより、Y軸方向に所要範囲移動可能となっている。そして、支持部11のY軸方向の移動は、第一のリニアスケール17の読み取り値に基づいて精密制御される。
0017
また、切削手段12は、壁体14の内側の面にZ軸方向に配設された第二のボールネジ18が第二のパルスモータ19によって駆動されて回転することにより、Z軸方向に所要範囲移動可能となっている。そして、切削手段12のZ軸方向の移動は、第二のリニアスケール20の読み取り値に基づいて精密制御される。
0018
切削手段12は、図2に示すように、実際の切削を行う作用要素である円形ブレード21と、円形ブレード21を先端に装着して支持する回転スピンドル22と、回転スピンドル22の駆動源となるモータ部23と、スラスト軸受け24、25及びラジアル軸受け26によって回転スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジング27と、スピンドルハウジング27を固定する固定部であるスピンドル取り付け部28とから構成されている。そして、回転スピンドル22とスピンドルハウジング27とで支持部であるスピンドル部を構成している。
0019
回転スピンドル22は、線膨張係数が比較的小さい素材により形成されており、例えばシンクロナスモータからなるモータ部23のロータ29と嵌合しており、ロータ29が回転することによって回転スピンドル22が回転し、これに伴い回転スピンドル22に装着された円形ブレード21が回転する構成となっている。また、回転スピンドル22のモータ部23側の端部には、円板状のスラストプレート30が形成されている。
0020
スピンドルハウジング27は、モータ部23を内部に収容すると共に、スラスト軸受け24、25を内壁から内側に突出させており、スラスト軸受け24、25からスラストプレート30に向けて吹き出すエアーによってスラストプレート30との間で一定の距離を保ってスラストプレート30を支持し、回転スピンドル22のY軸方向の位置が一定に保たれている。
0021
スラスト軸受け25を形成する素材は従来と同様で、スラスト軸受け24は従来とは異なり線膨張係数の大きな素材で形成されている。
0022
更に、スピンドルハウジング27は、内周に設けたラジアル軸受け26から回転スピンドル22の軸芯に向けて吹き出すエアーによって回転スピンドル22との間で一定の距離を保ってX軸方向及びZ軸方向において回転スピンドル22を回転可能に支持している。
0023
スピンドルハウジング27の外周の略中間位置には突出部31が突出しており、この突出部31の取り付け面32とスピンドル取り付け部28の端部とが固着されると共に、スピンドルハウジング27のうち、取り付け面32よりモータ部23側に位置する外周が、断面がコの字型に形成されたスピンドル取り付け部28の内周に係合することによって、スピンドルハウジング27とスピンドル取り付け部28とが固定されている。また、スラスト軸受け24の片面が取り付け面32に固定されている。
0024
切削しようとする被加工物33は、チャックテーブル34に保持されており、第三のパルスモータ35に駆動され、一対のレール36a、36bにガイドされてX軸方向に移動することによって円形ブレード21の作用を受ける。
0025
このように構成される切削装置10においては、被加工物33をチャックテーブル34に載置し、従来と同様にアライメントを遂行して切削位置を検出した後、その切削位置に円形ブレード21のY軸方向の位置を合わせると共に、切削手段12が下降し、更にチャックテーブル34がX軸方向に移動することにより、回転する円形ブレード21の作用を受けて被加工物33が切削される。
0026
円形ブレード21のY軸方向の位置合わせは、第一のパルスモータ16に駆動されて第一のボールネジ15が回転し、これに伴い支持部11がY軸方向に移動することによって行われる。一方、Z軸方向の位置合わせは、第二のパルスモータ19に駆動されて第二のボールネジ18が回転し、切削手段12がZ軸方向に移動することによって行われる。
0027
円形ブレード21は、モータ部23に駆動されて回転スピンドル22が回転することにより回転する。ここで、回転スピンドル22は、スラスト軸受け24、25によってY軸方向の位置がスピンドルハウジング27内において一定に保たれており、また、X軸方向及びZ軸方向の位置もラジアル軸受け26によって一定に保たれているが、回転による熱変動によって回転スピンドル22はY軸方向に膨張することがある。
0028
回転スピンドル22が膨張すると、その先端に装着された円形ブレード21にも位置ずれが生じるため、そのままの状態で切削を行うと、切削位置に誤差が生じることになる。そこで、本発明においては、Y軸方向の支持を行うスラスト軸受けの片方であるスラスト軸受け24に回転スピンドル22の素材よりも線膨張係数の大きな素材を用いることにより、円形ブレード21の位置ずれを防止するようにしている。具体的には、以下のようにして位置ずれを防止する。
0029
例えば、線膨張係数が比較的小さい素材により形成された回転スピンドル22が+Y方向に膨張した場合には、線膨張係数が大きいスラスト軸受け24も−Y方向に膨張する。ここで、スラスト軸受け24が膨張した場合でも、吹き出すエアーによってスラストプレート30との距離は一定に保たれているので、スラスト軸受け24が膨張した分だけスラストプレート30もスラスト軸受け24が膨張した方向と同方向、即ち、回転スピンドル22の膨張方向と反対の方向に移動し、ひいてはスラストプレート30を含む回転スピンドル22に装着された円形ブレード21も同じだけ同方向に移動する。つまり、スラスト軸受け24は、回転スピンドル22が膨張した分だけ回転スピンドル22と反対方向に移動させるものであり、伸縮相殺部材として機能するのである。但し、回転スピンドル22の+Y方向の膨張量とスラスト軸受け24の−Y方向の膨張量とを等しくしてずれを完全に相殺するためには、スラスト軸受け24の厚さTを以下のように設定する必要がある。
0030
図2に示すように、スラスト軸受け24の取り付け面32から円形ブレード21までの長さをL、回転スピンドル22の線膨張係数をK、スラスト軸受け24を構成する部材の線膨張係数をM、スラスト軸受け24の厚さをTとした場合、回転スピンドル22の膨張量は(K×L)、スラスト軸受け24の膨張量は(T×M)で表すことができる。ここで、(K×L=T×M)の関係が成立すれば、回転スピンドル22の膨張はスラスト軸受け24の膨張によって完全に相殺されることになる。従って、スラスト軸受け24の厚さTは、(T=K×L/M)の関係が成立するように設定しておけばよい。
0031
なお、スラスト軸受け25とスラストプレート30との間の間隔を多少大きめに、例えば25μm程度に設定することにより、スラスト軸受け24の熱膨張によるスラストプレート30の移動を許容することができる。また、ロータ29は多少の伸縮を吸収できるように構成されている。
0032
次に、第二の実施の形態として、図3のように、スラスト軸受けとは別に伸縮相殺部材を配設した場合について説明する。なお、第一の実施の形態と共通する部位については同一の符号を付して説明する。
0033
図3におけるスピンドル取り付け部41は、第一の実施の形態で説明したスピンドル取り付け部28とは形状が異なっており、その内部には、第一の実施の形態で示したスピンドル取り付け部28よりも大きな空洞部43が形成され、コの字の先端には伸縮相殺部材40を固着するための固着部44が設けられている。そして、固着部44に固着された伸縮相殺部材40を介してスピンドルハウジング27の突出部31が取り付けられた構成となっており、スピンドル取り付け部41とスピンドルハウジング27とは、伸縮相殺部材40のみによって結合され、それ以外の部分では非接触の状態となっている。
0034
また、スピンドルハウジング27のスラスト軸受け25a、25bは、共に線膨張係数の比較的小さい素材によって形成されている。
0035
例えば熱変動によって回転スピンドル22が+Y方向に膨張して円形ブレード21が+Y方向に位置ずれした場合には、伸縮相殺部材40が−Y方向に膨張してスピンドルハウジング27を−Y方向に移動させる。スラスト軸受け25a、25bとスラストプレート30との間の距離は常に一定に保たれているので、スピンドルハウジング27が−Y方向に移動すれば、回転スピンドル22も−Y方向に同じだけ移動することになる。
0036
この場合、回転スピンドル22の伸縮を伸縮相殺部材40によって完全に相殺するためには、第一の実施の形態と同様に、(T=K×L/M)の関係式が成り立っていればよい。ここで、Tは伸縮相殺部材40の厚さ、Mは伸縮相殺部材40の線膨張係数、Kは回転スピンドル22の線膨張係数であり、この場合のLは、スピンドル取り付け部41と伸縮相殺部材40とが固着された固着面42から円形ブレード21までの距離である。
0037
なお、本実施の形態においては、本発明を切削装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、熱変動により位置ずれが生じる様々な装置に適用可能である。
0038
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る作用要素の位置ずれ防止方法によれば、支持部の熱膨張が伸縮相殺部材の熱膨張に伴う支持部の反対方向への移動によって相殺されて、作用要素の位置が一定に保たれて熱による影響を受けることがなくなるため、この方法を適用した装置における作用要素の動作に誤差がなくなり、生産、加工等の作業を精密に行うことができる。
0039
また、本発明に係る切削装置によれば、回転スピンドルの熱膨張が伸縮相殺部材の熱膨張に伴う回転スピンドルの反対方向への移動によって相殺されて、円形ブレードの位置が一定に保たれるため、精密な切削を行うことができ、半導体チップ等の品質を向上させることができる。更に、回転スピンドル、スピンドルハウジングに線膨張係数の小さな素材を使用しなくてもよいため、ステンレスのような一般の鋼材を使用することができ、経済性の面でも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る位置ずれ防止方法が適用される装置の一例である切削装置の構造を示す説明図である。
【図2】同切削装置の切削手段の構成の第一の実施の形態を示す説明図である。
【図3】同切削装置の切削手段の構成の第二の実施の形態を示す説明図である。
【図4】従来の切削装置を示す斜視図である。
【図5】同切削装置の切削手段の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
10……切削装置 11……支持部 12……切削手段 13……基台
14……壁体 15……第一のボールネジ 16……第一のパルスモータ
17……第一のリニアスケール 18……第二のボールネジ
19……第二のパルスモータ 20……第二のリニアスケール
21……円形ブレード 22……回転スピンドル 23……モータ部
24……スラスト軸受け(伸縮相殺部材) 25……スラスト軸受け
26……ラジアル軸受け 27……スピンドルハウジング
28……スピンドル取り付け部 29……ロータ 30……スラストプレート
31……突出部 32……取り付け面 33……被加工物
34……チャックテーブル 35……第三のパルスモータ
36a、36b……レール
40……伸縮相殺部材 41……スピンドル取り付け部 42……固着面
43……空洞部 44……固着部
50……切削装置 51……アライメント手段 52……切削手段
53……円形ブレード 53a……スラストプレート 54……回転スピンドル
55……モータ部 56a、56b……スラスト軸受け
57……ラジアル軸受け 58……スピンドルハウジング 59……ロータ

Claims (3)

  1. 少なくとも、被加工物を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を切削する切削手段とを含み、該切削手段は、少なくとも、被加工物を切削する円形ブレードと、スラストプレートを有し該円形ブレードを支持する回転スピンドルと、該スラストプレートとの間で一定の距離を保って該スラストプレートを支持するスラスト軸受け及びラジアル軸受けによって該回転スピンドルを支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングを該切削装置に固定するスピンドル取り付け部とから構成されており、該回転スピンドルの熱膨張方向と反対方向に熱膨張することにより該回転スピンドルを該反対方向に移動させる線膨張係数がMの伸縮相殺部材を該スピンドルハウジングに取り付け、該回転スピンドルの線膨張係数をK、該円形ブレードから該伸縮相殺部材と該スピンドルハウジングとの取り付け位置までの距離をLとした場合、該伸縮相殺部材の厚さを(K×L/M)とし、該回転スピンドルが熱膨張したときは、該伸縮相殺部材が該反対方向に同じだけ熱膨張して該反対方向に該スラストプレートを移動させることにより該円形ブレードを移動させるようにした切削装置。
  2. スピンドルハウジングのスラスト軸受けのうち、円形ブレードに近い側のスラスト軸受けと、回転スピンドルのスラストプレートとの間に伸縮相殺部材を介在させた請求項に記載の切削装置。
  3. スピンドルハウジングはスピンドル取り付け部に固定されており、該スピンドル取り付け部と該スピンドルハウジングとの間に伸縮相殺部材を介在させた請求項に記載の切削装置。
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