JP4549818B2 - 振幅測定方法 - Google Patents

Description

本発明は，振幅測定方法に関し，特に，切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置における振幅測定方法に関する。

半導体ウェハ等の被加工物をチップ状に分割するために，切削砥石である切削ブレードによって半導体ウェハを格子状に切削加工するダイシング装置等の切削装置が知られている。このような切削装置においては，加工点における温度上昇を抑えることや，切削抵抗を増加させずにチッピングを減少させることが，継続的な課題となっている。かかる課題の解決手段として，超音波振動を使用して切削することが検討されている。

このような超音波振動を利用した切削方法の一例として，特許文献１には，切削ブレードをその厚さ方向（回転軸方向）に撓ませるようにして超音波振動させる装置が記載されている。この方法では，超音波振動する切削ブレードによって半導体ウェハの切削溝を広げるような力が働くため，どうしても切削抵抗が増加し，チッピングが発生し易いという問題があった。

このような問題を解決できる方法として，特許文献２には，切削ブレードをその径方向に超音波振動させて被加工物を切断する超音波振動切断装置が記載されている。この超音波切断装置では，切削ブレードが取り付けられた回転軸（スピンドル）を介して伝達された超音波振動の伝達方向を，切削ブレードと共に取り付けられた振動伝達方向変換部によって，垂直方向に変換して，切削ブレードを径方向に振動させている。

特開２００２−３３６７７５号公報 特開２０００−２１０９２８号公報

しかしながら，上記従来の超音波振動切削装置では，切削ブレードを径方向に振動させているが，この切削ブレードが径方向に超音波振動する振幅を測定して把握できないので，被加工物に対する切削ブレードの切り込み深さを好適に制御できないという問題があった。また，当該振幅を測定できないと，切削ブレードが予定した振幅で振動しているか否かを確認することができないという問題があった。この結果，超音波振動切削装置による切削加工精度が低下する要因となっていた。

そこで，本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，切削ブレードが径方向に超音波振動する振幅を測定して，切削加工精度を向上させることが可能な，新規かつ改良された超音波振動切削装置における振幅測定方法を提供することにある。

また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置において，切削ブレードを径方向に移動させたときに切削ブレードの刃先が所定位置に達したことを検知する切削ブレード検知装置を用いて，切削ブレードが径方向に超音波振動する振幅を測定する振幅測定方法が提供される。この振幅測定方法は，超音波振動していない状態の切削ブレードを径方向に移動させ，切削ブレード検知装置が当該切削ブレードの刃先を検知したときの当該切削ブレードの位置を測定するステップと；超音波振動させた状態の切削ブレードを径方向に移動させ，切削ブレード検知装置が当該切削ブレードの刃先を検知したときの当該切削ブレードの位置を測定するステップと；超音波振動していない状態で測定された切削ブレードの位置と，超音波振動させた状態で測定された切削ブレードの位置との差を検出して，切削ブレードが径方向に超音波振動する振幅を求めるステップと；を含むことを特徴とする。これにより，切削ブレードが径方向に超音波振動する振幅を測定できるので，測定した振幅に基づいて切削ブレードの切り込み深さを制御でき，また，切削ブレードが予定した振幅で振動しているか否かを確認することもできる。よって，切削加工精度を向上させることができる。

また，上記切削ブレード検知装置は，所定間隔を空けて対向配置された発光素子と受光素子とを有し，発光素子と受光素子とを結ぶ光線上に切削ブレードの刃先が存在するか否かを感知する非接触センサであるようにしてもよい。これにより，切削ブレードの破損を防止できる。

また，上記切削ブレード検知装置は，切削ブレードの刃先が接触したことを感知する接触センサであるようにしてもよい。これにより，切削ブレード検知装置の構造が簡単かつ安価になる。

また，上記超音波振動切削装置は，スピンドルと；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と；スピンドルの先端部に装着される切削ブレードと；スピンドルを超音波振動させる超音波振動子と；を備え，超音波振動子からスピンドルを介して伝達される超音波振動の伝達方向を変換し，切削ブレードを径方向に超音波振動させるようにしてもよい。これにより，スピンドルを介して，切削ブレードを正確かつ均等に超音波振動させることができる。

以上説明したように本発明によれば，超音波振動切削装置の切削ブレードが径方向に超音波振動するときの振幅を測定することができる。このため，測定した振幅に基づいて，被加工物に対する切削ブレードの切り込み深さを好適に制御でき，また，切削ブレードが予定した振幅で振動しているか否かを確認することもできる。従って，超音波振動切削装置による被加工物の切削加工精度を向上できる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず，図１に基づいて，本発明の第１の実施形態にかかる超音波振動切削装置の一例として構成されたダイシング装置１０の全体構成について説明する。なお，図１は，本実施形態にかかるダイシング装置１０を示す全体斜視図である。

図１に示すように，ダイシング装置１０は，例えば，半導体ウェハなどの被加工物１２を切削加工する切削ユニット（スピンドルユニット）２０と，被加工物１２を保持する保持手段であるチャックテーブル１５と，切削ユニット移動機構（図示せず。）と，チャックテーブル移動機構（図示せず。）とを備える。

切削ユニット２０は，スピンドルに装着された切削ブレード（詳細は後述する。）を備えている。この切削ユニット２０は，径方向に超音波振動する切削ブレードを高速回転させながら被加工物１２に切り込ませることにより，被加工物１２を切削して極薄のカーフ（切溝）を形成することができる。

また，チャックテーブル１５は，例えば，上面が略平坦な円盤状のテーブルであり，その上面に真空チャック（図示せず。）等を具備している。このチャックテーブル１５は，例えば，ウェハテープ１３を介してフレーム１４に支持された状態の被加工物１２が載置され，この被加工物１２を真空吸着して安定的に保持することができる。

切削ユニット移動機構は，切削ユニット２０を，Ｙ軸方向に移動させる。このＹ軸方向は，切削方向（Ｘ軸方向）に対して直交する水平方向であり，例えば，切削ユニット２０内に配設されたスピンドルの軸方向である。このようなＹ軸方向の移動により，切削ブレードの刃先を被加工物１２の切削位置（切削ライン）に位置合わせすることができる。また，この切削ユニット移動機構は，切削ユニット２０をＺ軸方向（垂直方向）にも移動させる。これにより，被加工物１２に対する切削ブレードの切り込み深さを調整したり，後述するブレード検出手段に向けて切削ブレードを降下したりできる。

チャックテーブル移動機構は，通常のダイシング加工時には，被加工物１２を保持したチャックテーブル１５を切削方向（Ｘ軸方向）に往復移動させて，被加工物１２に対し切削ブレードの刃先を直線的な軌跡で作用させる。

かかる構成のダイシング装置１０は，高速回転する切削ブレードを被加工物１２に切り込ませながら，切削ユニット２０とチャックテーブル１５とを相対移動させることにより，被加工物１２をダイシング加工することができる。なお，ダイシング装置１０には，モニタ等の表示装置１６が設けられており，この表示装置１６は，アライメント時に撮像された被加工物１２表面の画像や，切削加工設定情報，測定された切削ブレードの振幅などの各種情報を表示できる。

次に，図２に基づいて，本実施形態にかかる切削ユニット２０の構成について説明する。なお，図２は，本実施形態にかかる切削ユニット２０を示す斜視図である。

図２に示すように，切削ユニット２０は，例えば，フランジ２１と，切削ブレード２２と，ナット２４と，スピンドル２５と，スピンドルハウジング２６と，切削水供給ノズル２７と，ホイルカバー２８と，を主に備える。

切削ブレード２２は，例えば，略リング形状を有する極薄の切削砥石である。かかる切削ブレード２２は，例えば，フランジ２１およびナット２４などによって，スピンドル２５の先端部に装着される。なお，本実施形態にかかる切削ブレード２２は，例えば，外周部に配される切断砥石である切り羽部と，当該切り羽部をスピンドル２５に軸着するための基台部（一側のフランジ２１ａ，図３参照）とが一体構成されたハブブレードで構成されている。しかし，かかる例に限定されず，切削ブレード２２を所謂ワッシャーブレードで構成し，その両側からフランジ２１ａ，２１ｂ（図３参照）で挟持してスピンドル２５に軸着するようにしてもよい。

また，スピンドル２５は，例えば，後述するモータ（図示せず。）の回転駆動力を切削ブレード２２に伝達するための回転軸であり，装着された切削ブレード２２を例えば３０，０００ｒｐｍで高速回転させることができる。このスピンドル２５の大部分は，スピンドルハウジング２６に覆われているが，その先端部は，スピンドルハウジング２６から露出しており，かかる先端部にブレード２２等が装着される。

また，スピンドルハウジング２６は，スピンドル２５を覆うようにして設けられたハウジングである。このスピンドルハウジング２６は，内部に設けられたエアベアリングによって，スピンドル２５を高速回転可能に支持することができるが，詳細については後述する。

また，切削水供給ノズル２７は，例えば切削ブレード２２の側方に脱着可能に設けられ，加工点付近に切削水を供給して冷却する。また，ホイルカバー２８は，切削ブレード２２の外周を覆うにして設けられ，切削水や切削屑などの飛散を防止する。

かかる構成の切削ユニット２０は，スピンドル２５により切削ブレード２２を高速回転させ，かかる切削ブレード２２の刃先を被加工物１２に切り込ませて相対移動させる。これにより，例えば，被加工物１２の加工面を切削加工して，切削ラインに沿って極薄の切溝（カーフ）を形成することができる。

次に，図３に基づいて，本実施形態にかかる切削ユニット２０におけるスピンドルハウジング２６の内部構成について説明する。なお，図３は，本実施形態にかかるスピンドルハウジング２６の内部構成を示す部分切り欠き側面図である。この図３では，説明の便宜上，スピンドルハウジング２６を，スピンドル２５の回転軸を含む垂直面で切断した断面で表してある。

図３に示すように，スピンドルハウジング２６の内部には，例えば，スピンドル２５を回転可能に支持するラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１と，ロータ３２１およびステータ３２２を有するモータ３２と，スピンドル２５の後端部に設けられた超音波振動子３３と，ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１に高圧エアを供給するためのエア供給路（図示せず。）と，ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１によって噴出されたエアを排出するための排気路（図示せず。）と，が設けられている。さらに，スピンドルハウジング２６の後端部には，超音波振動子３３に電力を供給する非接触給電装置４０が設けられている。

スピンドル２５の後端部側は，モータ３２を構成する回転軸であるロータ３２１と連結されおり，ロータ３２１およびステータ３２２の相互作用により発生する回転駆動力によって，スピンドル２５が高速回転する構成である。また，スピンドル２５の先端部側には，スピンドル２５の軸径よりも大径のスラストプレート２５１が設けられている。

ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１は，上記エア供給路を介して，高圧ポンプ等で構成されたエア供給手段（図示せず。）と連通している。これにより，エア供給手段が提供する高圧エアは，ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１に供給される。

ラジアルエアベアリング３０は，例えば，スピンドルハウジング２６の内周面に略均等に設けられた複数の噴射口（図示せず。）から，スピンドル２５の外周に向けてエアを噴出する。これにより，ラジアルエアベアリング３０は，スピンドル２５が回転軸に対して垂直な径方向（ラジアル方向，即ち，ＸおよびＺ軸方向）へ移動することを制限して，高速回転するスピンドル２５をラジアル方向に支持することができる（即ち，横ブレを防止できる）。

一方，スラストエアベアリング３１は，スラストプレート２５１の左右両側に設けられた噴射口（図示せず。）から，スラストプレート２５１を挟持するようにエアを噴出する。これにより，スラストエアベアリング３１は，スピンドル２５が回転軸方向（スラスト方向，即ち，Ｙ軸方向）へ移動することを制限して，高速回転するスピンドル２５をスラスト方向に支持することができる（即ち，縦ブレを防止できる）。

このように，スピンドルハウジング２６は，ラジアルエアベアリング３０及びスラストエアベアリング３１から噴出するエアによって，スピンドル２５を高速回転可能に支持することができる。なお，エアベアリングの構成は，上記図３の例に限定されず，多様に設計変更可能である。例えば，スラストエアベアリング３１およびスラストプレート２５１は，図３の例のように，スピンドル２５の切削ブレード２２側に１組だけ設けられる構成でなくてもよく，例えば，スピンドル２５の略中央部や基部側などの箇所に１組設けられる，或いはこれらの箇所に複数組設けられるなどしてもよい。

また，ラジアルエアベアリング３０およびスラストエアベアリング３１から噴出されたエアの大部分は，上記排気路を通ってスピンドルハウジング２６外部に排気されるが，一部のエアは，切削ブレード２２側におけるスピンドル２５とスピンドルハウジング２６との隙間から排出され，エアシールとして機能する。なお，上記のようにしてスピンドルハウジング２６内を流通するエアは，スピンドルハウジング２６およびスピンドル２５の温度を制御する温度制御媒体としても機能する。これにより，スピンドル２５の温度を所定温度に維持して，スピンドル２５に熱歪みが生ずることを防止できる。

以上のような，スピンドル２５，スピンドルハウジング２６，ラジアルエアベアリング３０，スラストエアベアリング３１，モータ３２，エア供給路，排気路およびエア供給手段などは，エアスピンドルを構成している。

さらに，本実施形態にかかる切削ユニット２０には，スピンドル２５および切削ブレード２２を超音波振動させるための振動発生手段として，図３に示すように，超音波振動子３３と，この超音波振動子３３に電力を供給する非接触式給電装置４０とが設けられている。

超音波振動子３３は，スピンドル２５の後端部側（切削ブレード２２とは反対側）において，ロータ３２１よりさらに後端部側に配設されている。この超音波振動子３３は，例えば，ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックス材料からなる電歪振動子で構成されている。かかる超音波振動子３３は，非接触式給電装置４０から供給された電力により，所定周波数の縦波の超音波振動を発生する。なお，超音波振動子３３は，かかる電歪振動子の例に限定されず，超音波振動を発生可能であれば，例えば，磁歪振動子（超磁歪振動子を含む。）または水晶振動子などで構成することもできる。

非接触式給電装置４０は，スピンドル２５後端部に設けられた２次トランス４４と，この２次トランス４４を取り囲むように所定間隔離隔して配設された１次トランス４２とから構成される。この非接触式給電装置４０は，外部電源からの電力を，電磁誘導方式により非接触でスピンドル２５に伝達して，超音波振動子３３に供給する。かかる電力により，超音波振動子３３は超音波振動を発生してスピンドル２５を振動させる。

このように，スピンドル２５に設けられた電歪振動子である超音波振動子３３に対して，非接触給電装置４０を用いて非接触で給電している。上記のようなエアスピンドル機構においてスピンドル２５はスピンドルハウジング２６によって非接触で保持されている。かかる機構において，非接触給電装置４０によって給電することにより，スピンドル２５に給電用の部材を接触させなくて済むので，スピンドル２５が円滑に回転でき，エアスピンドルの利点を生かすことができる。かかる観点から，給電装置として上記非接触給電装置４０を用いることが好ましいが，かかる例に限定されず，接触式の給電装置を用いることも可能である。なお，超音波振動子３３として磁歪振動子を用いる場合には，上記給電装置は不要である。

かかる構成の非接触式給電装置４０から電力が供給された超音波振動子３３は，超音波振動を発生してスピンドル２５を超音波振動させる。この超音波振動は，スピンドル２５の軸方向（Ｙ軸方向）に伝達され，スピンドル２５の先端部に装着された切削ブレード２２に向かう。

さらに，このようにスピンドル２５の回転軸方向（Ｙ軸方向）に伝達される超音波振動を切削ブレード２２の径方向（ＸＺ平面方向）に変換するときの振動伝達方向変換点のＹ軸位置が，スピンドル２５に対する切削ブレード２２の装着位置（切削ブレード２２のＹ軸位置）と同一となるように，スピンドル２５の構造や超音波振動子３３の周波数などが調整されている。

以上のような構成によって，スピンドル２５の回転軸方向に超音波振動を伝達させ，切削ブレード２２と同一位置にある振動伝達方向変換点で，当該伝達された超音波振動の振動方向を切削ブレード２２の径方向に変換できる。これにより，切削ブレード２２を径方向に超音波振動させる，即ち，リング形状の切削ブレード２２が高周波で拡径，縮径を繰り返すように振動させながら，被加工物１２を切削することができる。

このように切削ブレード２２を径方向に超音波振動させる原理についは，例えば上記特許文献２に記載されており公知であるが，以下に，図４に基づいて簡単に説明する。

図４は，本実施形態にかかる切削ユニット２５において，超音波振動子３３からの超音波振動に共振する振動波形Ｗ１と，伝達方向が径方向に変換された振動波形Ｗ２とを示す説明図である。振動波形Ｗ１は，共振による超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を表し，振動波形Ｗ２は，伝達方向が径方向に変換された超音波振動の瞬間的な変位（振動振幅）を表す。

図４に示すように，スピンドル２５の回転軸上（Ｙ軸上）には，振動波形Ｗ１の最大振動振幅点Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇと，最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈが存在する。通常，最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈでは，スピンドル２５の径方向の伸長が最大となる。従って，スピンドル２５とスピンドルハウジング２６との間隔は，少なくとも最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈにおけるスピンドル２５の最大拡径量よりも大きくしなければならない。しかし，その他の点に関しては，切削ユニット２０がエアスピンドル機構を採用しているため，メカスピンドル機構の場合のように最小振動振幅点Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈ付近を構造的に補強したりする必要はない。

振動波形Ｗ１の最小振動振幅点Ｂは，振動伝達方向変換点であり，この振動伝達方向変換点の位置に切削ブレード２２が設けられている。振動伝達方向変換点Ｂにおいて，超音波振動の伝達方向が，スピンドル２５の回転軸方向（以下，単に「軸方向」という場合もある。）から，切削ブレード２２の径方向（以下，単に「径方向」という場合もある。）に変換される。このように伝達方向が径方向に変換された超音波振動の振動波形Ｗ２における最大振動振幅点α，βが，切削ブレード２２の刃先に位置するように，切削ブレード２２のブレード径や超音波振動の周波数が調整されている。

さらに，上記超音波振動を好適に伝達および変換するために，切削ブレード２２とフランジ２１ａ，２１ｂとが密着し，さらに，フランジ２１ａ，２１ｂとスピンドル２５とが密着するように，各部材が構成されている。

以上のようにして，スピンドル２５を軸方向に伝達してきた超音波振動の伝達方向を径方向に変換することにより，切削ブレード２２は拡径，縮径を繰り返して，切削ブレード２２の刃先が，図４の矢印で示す径方向に振動する。

なお，振動伝達方向変換点（上記Ｂ点）において，振動伝達方向変換を促すために，ホーンなどの振動伝達方向変換部材を配置してもよい。この振動伝達方向変換部材を設けることにより，切削ブレード２２を超音波振動させるときの精度や制御を行い易くなる。しかし，振動伝達方向変換点の位置と切削ブレード２２の位置とが正確に合致していれば，この振動伝達方向変換部材を別途に配設しなくとも，振動伝達方向を変換することは可能である。

以上，本発明の第１の実施形態にかかる切削ユニット２０の構成，特に，切削ブレード２２を径方向に超音波振動させるための構成について説明した。このように，径方向に超音波振動させた切削ブレード２２によって被加工物１２を切削加工することにより，振動させていない切削ブレードによる通常の切断加工と比較して，（１）切削抵抗を低減してチッピングを抑制できる，（２）加工点に切削水が供給され易くなるため，加工点における温度上昇を抑えて，熱による歪が生じ難い，（３）切削ブレード２２の振動によりコンタミネーションが振り落とされるため，切削ブレード２２にコンタミネーションが付着しない，（４）切削ブレード２２に対する負荷を軽減して寿命が延びる，といった利点がある。

次に，本発明の特徴として，上記径方向に超音波振動する切削ブレード２２の振幅を測定するための振幅測定装置および振幅測定方法について説明する。以下では，測定手法が相異なる第１〜第４の実施形態にかかる振幅測定装置および振幅測定方法について，それぞれ説明する。なお，第２から第４実施形態にかかる超音波振動切削装置（ダイシング装置１０）の構成については，上述した第１の実施形態の場合と略同一であるので，詳細説明は省略する。

第１および第２の実施形態は，切削ブレード２２の位置を固定した状態で径方向に超音波振動させ，振幅測定装置を用いて，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅を測定する手法である。一方，第３および第４の実施形態は，超音波振動していない状態（以下，「非振動状態」という。）の切削ブレード２２，或いは超音波振動させた状態（以下，「振動状態」という。）の切削ブレード２２を，位置固定された切削ブレード検知装置に向けて，径方向に移動（例えば，Ｚ軸方向に下降）させ，非振動状態にある切削ブレード２２の刃先位置が検出されるときの切削ブレード２２の位置と，振動状態にある切削ブレード２２の刃先位置が検出されるときの切削ブレード２２の位置との差を算出して，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅を測定する方法である。

（第１の実施形態）
まず，図５に基づいて，本発明の第１の実施形態にかかる振幅測定装置５０およびこれを用いた振幅測定方法について説明する。なお，図５は，第１の実施形態にかかる振幅測定装置５０の構成を示す説明図である。

図５に示すように，第１の実施形態にかかる振幅測定装置５０は，切削ブレード２２が切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振動の幅（振幅ｄの２倍）より大きいスポット径ｒ（発光径，受光径）を有する発光素子６２および受光素子６４を備え，切削ブレード２２の刃先を，発光素子６２と受光素子６４と間と結ぶ光線Ｌの径ｒ内で振動させたときの受光素子６４の受光量に基づいて，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄ（以下，単に「振動ｄ」という場合もある。）を測定する装置である。

この振幅測定装置５０は，例えば，非接触センサ６０と，振幅変換部７０とを備える。

非接触センサ６０は，例えば，発光素子６２と，受光素子６４と，電圧検出部６６と，電圧検出部６８とを備えた光学センサである。この非接触センサ６０は，切削ブレード２２が到達可能な位置，例えば，チャックテーブル１５の近傍などに配設されている。

発光素子６２と受光素子６４は，基台部６５に形成された溝６５ａの各側面に，切削ブレード２２の刃先を挿入可能な所定間隔を空けて，相互に対向するように配設される。発光素子６２が発光，出射した光線Ｌは，受光素子６４で受光される。この光線Ｌの進行方向は，スピンドル５２の軸方向（Ｙ軸方向）であり，切削ブレード２２の径方向（Ｚ軸方向）に対して垂直である。

さらに，この発光素子６２および受光素子６４の発光径，受光径ｒ（光線Ｌの径）は，少なくとも「切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振動の幅２ｄ」よりも大きい（ｒ＞２ｄ）。このため，切削ブレード２２の刃先を発光素子６２と受光素子６４との間に挿入して，光線Ｌの内部で径方向に超音波振動させることができる。換言すると，径方向に超音波振動する切削ブレード２２が最も縮径するときも，最も拡径するときも，切削ブレード２２の刃先が光線Ｌを部分的に遮蔽するようになる。

かかる非接触センサ６０では，切削ブレード２２の刃先が発光素子６２と受光素子５２と間と結ぶ光線Ｌ内にあると，発光素子６２からの光線Ｌが遮蔽され，受光素子６４で受光される光量（受光量）が減少する。よって，上記のように切削ブレード２０の刃先が径方向に超音波振動すると，発光素子６２からの光線Ｌを遮蔽する面積が変化するため，これに伴い受光素子６４での受光量が変化する。非接触センサ６０は，このようにして得られる受光素子６４の受光量を電圧検出部６６に出力する。

電圧検出部６６は，受光素子６４から入力された受光量を電気的信号に変換して，電圧検出部６８に出力する。電圧検出部６８は，電圧検出部６６から入力された電気的信号から電圧値を検出して，振幅変換部７０に出力する。

振幅変換部７０は，非接触センサ６０から入力される電圧値を変換して，測定対象である切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを求める。この振幅変換部７０は，ダイシング装置１０の制御装置にインストールされたプログラムなどによって構成される。この振幅変換部７０は，例えば，電圧差検出部７２と，比較部７４と，記憶部７６とを含む。

電圧差検出部７２は，電圧検出部６８から入力される電圧値の中から，最小電圧値と最大電圧値とを抽出し，この最大電圧値と最小電圧値との電圧差を算出して，比較部７４に出力する。

比較部７４は，電圧差検出部７２から実際に入力された電圧差と，記憶部６３に予め記憶されている電圧差と振幅ｄとの関係データとを比較して，測定対象である振幅ｄを算出する。

記憶部７６は，電圧差検出部７２で算出される電圧差と，径方向に超音波振動する切削ブレード２２の振幅ｄとの関係を表すデータを記憶している。かかる関係データは，例えば，予め実験等により求めておき，記憶部７６に保存されている。図６に，当該電圧差と振幅ｄとの関係データの一例を示す。

図６に示すように，スポット径が０．２ｍｍ，０．１ｍｍである受光素子６４を使用した場合について，上記電圧差と振幅ｄとの関係が定められている。上記比較部６５は，例えば，受光素子６４のスポット径が０．１ｍｍであり電圧差検出部７２から入力された電圧差が２Ｖである場合，図６の関係データを参照して，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄが３μｍであると算出する。

比較部７４は，上記のように算出した振幅ｄを表示装置１６に出力する。表示装置１６は，かかる振幅ｄを画面に表示して，オペレータに認知させる。

次に，以上のような構成の振幅測定装置５０を用いて，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを測定する振幅測定方法について説明する。

まず，上記切削ユニット移動機構を動作させて，非振動状態の切削ブレード２２を下降させ，切削ブレード２２の下端部の刃先が非接触センサ６０の発光素子６２と受光素子６４との間に挿入された位置で，切削ブレード２２の下降を停止して，切削ブレード２２の高さ方向の位置（Ｚ方向位置）を固定する。次いで，上記超音波振動子３３を動作させて，切削ブレード２２の刃先を発光素子６２と受光素子６４と結ぶ光線Ｌ内で超音波振動させ，上記振幅測定装置５０を用いて，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを測定する。

具体的には，上記のように，切削ブレード２２を径方向に振動させると，切削ブレード２２の刃先が光線Ｌを遮蔽する面積が周期的に増減するため，受光素子６４の受光量が周期的に増減する。このように増減する受光量を光電変換部６６によって電気的信号に変換し，電圧検出部６８によって電圧値を検出する。さらに，振幅変換部７０によって，かかる電圧値の中から最大電圧値と最小電圧値とを抽出してこれらの電圧差を算出し，次いで，この電圧差に基づき，予め記憶されている電圧差と振幅ｄとの関係データとを比較し，測定対象である切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを算出する。このように測定された振幅ｄは，表示装置１６に表示される。

以上のように，第１の実施形態にかかる振幅測定方法では，非接触センサ６０を用いて，切削ブレード２２に対して非接触で，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを測定する。このため，切削ブレード２２を破損させることなく，正確に振幅ｄを測定することができる。

なお，上記のように，非接触センサ６０において，発光素子６２の発光径ｒおよび受光素子６４の受光径ｒ（即ち，光線Ｌの光線径ｒ）が，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振動の幅２ｄより大きくなければ，振幅ｄを測定できない。しかし，光線径ｒは，振動の幅２ｄより大きいという条件を満たすならば，なるべく小さい方が好ましい。これは，切削ブレード２２が振動したときに光線径ｒが小さいと，切削ブレード２２の刃先が光線Ｌを遮蔽する面積の変化が大きくなり，電圧差が測定し易くなり，振幅ｄを正確に測定できるからである。一例として，振幅ｄが２０μｍである場合には，発光素子６２の発光径ｒおよび受光素子６４の受光径ｒは，例えば１００μｍ程度であることが好ましいと考えられる。

（第２の実施形態）
次に，図７に基づいて，本発明の第２の実施形態にかかる振幅測定装置１５０およびこれを用いた振幅測定方法について説明する。なお，図７は，第２の実施形態にかかる振幅測定装置１５０の構成を示す説明図である。

図７に示すように，第２の実施形態にかかる振幅測定装置１５０は，非振動状態の切削ブレード２２の刃先と接触子１６２とを接触させ，この接触状態を維持したまま切削ブレード２２を径方向に超音波振動させ，この切削ブレード２２の超音波振動に従動して接触子１６２を上下に振動させたときの，接触子１６２の高さ方向の位置の変化に基づいて，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを測定する装置である。

この振幅測定装置１５０は，例えば，接触センサ１６０と，振幅変換部１７０とを備える。

接触センサ１６０は，例えば，測定対象物と接触される接触子１６２と，接触子１６２を所定方向（例えば垂直方向）に往復動可能に支持する支持部１６４と，振動電気変換部１６６と，電圧検出部１６８とを備える。この接触センサ１６０は，例えば，レコード針，バイモルフセンサ等の電気音響変換素子などで構成できる。かかる接触センサ１６０は，切削ブレード２２が到達可能な位置，例えば，チャックテーブル１５の近傍などに配設されている。

接触子１６２は，その上端に切削ブレード２２の刃先（下端）が接触され，当該切削ブレード２２の刃先の超音波振動に従動して振動（例えば上下動）する。このときの接触子１６２の振動の幅は，径方向に超音波振動する切削ブレード２２の振動の幅２ｄと同一である。

振動電気変換部１６６は，接触子１６２の機械的振動を電気的信号に変換して，電圧検出部１６８に出力する。電圧検出部１６８は，振動電気変換部１６６から入力された電気的信号から電圧値を検出する。

かかる構成の接触センサ１６０は，切削ブレード２２に従動して振動する接触子１６２の位置の変化（機械的振動）を計測し，この機械的振動を電気信号に変換して電圧値を振幅変換部１７０に出力する。

振幅変換部１７０は，接触センサ１６０から入力される電圧値を変換して，測定対象である切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを求める。この振幅変換部１７０は，例えば，電圧差検出部１７２と，比較部１７４と，記憶部１７６とを含む。なお，この振幅変換部１７０の機能構成は，上記第１の実施形態の振幅変換部７０の場合と略同一であるので，詳細説明は省略する。

次に，以上のような構成の振幅測定装置１５０を用いて，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを測定する振幅測定方法について説明する。

まず，上記切削ユニット移動機構を動作させて切削ブレード２２を下降させ，切削ブレード２２の下端部の刃先が接触センサ１６０の接触子１６２に接触する位置で，切削ブレード２２の下降を停止して，切削ブレード２２の高さ方向の位置（Ｚ方向位置）を固定する。次いで，この接触状態を維持したままで，切削ブレード２２を径方向に超音波振動させ，上記超音波振動子３３を動作させて，切削ブレード２２を超音波振動させ，上記振幅測定装置１５０を用いて，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを測定する。

具体的には，切削ブレード２２を径方向に振動させると，これに従動して接触子１６２が振動する。この接触子１６２の機械的振動を振動電気変換部１６６よって電気的信号に変換し，電圧検出部１６８によって電圧値を検出する。さらに，振幅変換部１７０によって，かかる電圧値の中から最大電圧値と最小電圧値とを抽出してこれらの電圧差を算出し，次いで，この電圧差に基づき，予め記憶されている電圧差と振幅ｄとの関係データとを比較し，測定対象である振幅ｄを算出する。このように測定された振幅ｄは，表示装置１６に表示される。

以上のように，第２の実施形態にかかる振幅測定方法では，接触センサ１６０を用いて，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを正確に測定することができる。また，非接触状態の切削ブレード２２を接触子１６２に接触させてから，切削ブレード２２の超音波振動を開始して，接触子１６２を振動させるので，接触方式での検出であるにもかかわらず，切削ブレード２２の刃先の破損を抑制できる。

（第３および第４の実施形態）
次に，図８及び図９に基づいて，本発明の第３および第４の実施形態にかかる振幅測定方法について説明する。なお，図８は，第３の実施形態にかかる振幅測定方法におけるダイシング装置１０の動作を示す説明図であり，図９は，第４の実施形態にかかる振幅測定方法におけるダイシング装置１０の動作を示す説明図である。また，図１０は，第３および第４の実施形態にかかる振幅測定方法を示すフローチャートである。

図８および図９に示すように，第３及び第４の実施形態にかかる振幅測定方法では，たとえば，降下された切削ブレード２２の刃先が所定高さに達したことを検知する切削ブレード検知装置８０，９０を固定配置して，まず，（１）非振動状態の切削ブレード２２を降下させ，切削ブレード検知装置８０，９０によって当該切削ブレード２２の刃先が検出されたときの当該切削ブレード２２の位置（第１の位置）を測定し，次いで，（２）振動状態の切削ブレード２２を降下させ，切削ブレード検知装置８０，９０によって当該切削ブレード２２の刃先が検出されたときの当該切削ブレード２２の位置（第２の位置）を測定し，さらに，（３）上記第１の位置と上記第２の位置との差を算出して，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを求める方法である。

この第３及び第４の実施形態の違いは，切削ブレード検知装置として，非接触センサ８０を使用するか，あるいは接触センサ９０を使用するか，という点にある。

第３の実施形態では，図８に示すように，切削ブレード検知装置として非接触センサ８０を用いる。この非接触センサ８０は，所定間隔を空けて対向配置された発光素子８２と受光素子８４とを有する光学センサであり，発光素子８２と受光素子８４と結ぶ光線上に切削ブレード２２の刃先が存在するか否かを検知する。

一方，第４の実施形態では，図９に示すように，切削ブレード検知装置として接触センサ９０を用いる。この接触センサ９０は，切削ブレード２２の刃先が接触したことを検知する接触反応式のセンサであり，例えばマイクロスイッチなどである。

以下に，図１０に基づいて，かかる切削ブレード検知装置８０，９０を用いた第３及び第４の実施形態にかかる振幅測定方法について詳細に説明する。

図１０に示すように，まず，ステップＳ１０２では，非振動状態の切削ブレード２２を切削ブレード検知装置８０，９０に向けて降下させる（ステップＳ１０２）。具体的には，図８（ａ）および図９（ａ）の破線で示すように，まず，上記切削ブレード移動機構を用いて，切削ブレード２２を切削ブレード検知装置８０，９０の上方に配置し，次いで，切削ブレード２２を所定速度で垂直方向（Ｚ軸方向）に降下して，固定配置された切削ブレード検知装置８０，９０に接近させていく。このとき，上記超音波振動子３３は動作しておらず，切削ブレード２２は振動していない。

次いで，ステップＳ１０４では，非振動状態の切削ブレード２２の刃先が切削ブレード検知装置８０，９０によって検知されたときの切削ブレード２２の位置（第１の位置）が，測定される（ステップＳ１０４）。具体的には，図８（ａ）の実線で示すように，上記降下された切削ブレード２２の刃先によって，発光素子８２と受光素子８４とを結ぶ光線が遮蔽されると，受光素子８４の受光量が減少若しくはゼロになるため，非接触センサ８０は，切削ブレード２２の刃先が所定高さに達したことを検知できる。一方，図９（ａ）の実線で示すように，上記降下された切削ブレード２２の刃先が接触センサ９０の上部に直接的に接触すると，接触センサ９０は，切削ブレード２２の刃先が所定高さに達したことを検知できる。このように切削ブレード２２の刃先が非接触センサ８０または接触センサ９０によって検知されると，ダイシング装置１０の制御部は，このときの切削ブレード２２の位置（例えば，スピンドル２５の回転軸２５ａの高さ）を上記切削ブレード移動機構から取得して，当該位置を第１の位置として記憶する。

さらに，ステップＳ１０６では，切削ブレード２２を上昇させた後，超音波振動させる（ステップＳ１０６）。具体的には，まず，切削ブレード２２を上昇させて，切削ブレード検知装置８０，９０の上方で待機させた後，上記超音波振動子３３に電力を印可して，超音波振動を発生させる。この結果，切削ブレード２２が径方向に超音波振動して，拡径および縮径を繰り返すようになる。

その後，ステップＳ１０８では非振動状態の切削ブレード２２を切削ブレード検知装置８０，９０に向けて降下させる（ステップＳ１０８）。具体的には，図８（ｂ）および図９（ｂ）の破線で示すように，まず，切削ブレード移動機構を用いて，切削ブレード２２を所定速度で垂直方向（Ｚ軸方向）に降下して，固定配置された切削ブレード検知装置８０，９０に接近させていく。

次いで，ステップＳ１１０では，振動状態の切削ブレード２２の刃先が切削ブレード検知装置８０，９０によって検知されたときの，切削ブレード２２の位置（第２の位置）が測定される（ステップＳ１１０）。具体的には，図８（ｂ）の実線で示すように，振動状態の切削ブレード２２の刃先によって，発光素子８２と受光素子８４と結ぶ光線が遮蔽されることにより，非接触センサ８０は，当該切削ブレード２２の刃先が所定高さに達したことを検知できる。一方，図９（ｂ）の実線で示すように，振動状態の切削ブレード２２の刃先が接触することにより，接触センサ９０は，当該切削ブレード２２の刃先が所定高さに達したことを検知できる。

この場合，振動状態の切削ブレード２２は径方向に超音波振動（即ち，高周期で拡径および縮径）しているため，非接触センサ８０および接触センサ９０は，切削ブレード２２が最大に拡径したときの刃先を検知することになる。従って，振動状態の切削ブレード２２の方が，上記非振動状態の切削ブレード２２よりも，上方の位置で検出されることになる。

このように切削ブレード２２の刃先が非接触センサ８０または接触センサ９０によって検知されると，ダイシング装置１０の制御部は，このときの切削ブレード２２の位置（例えば，スピンドル２５の回転軸２５ａの高さ）を，上記切削ブレード移動機構から取得して，当該位置を第２の位置として記憶する。このように振動状態で測定された第２の位置は，上記非振動状態で測定された第１の位置よりも，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄ（非振動状態の切削ブレード２２の半径と，振動状態の切削ブレード２２の最大拡径時の半径との差）の分だけ，上方に位置する。

さらに，ステップＳ１１２では，上記第１の位置と上記第２の位置との差を算出する（ステップＳ１１２）。具体的には，ダイシング装置１０の制御部は，上記ステップＳ１０４で検出された第１の位置と，上記ステップＳ１１０で検出された第２の位置との差を算出して，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを得る。このようにして測定された振幅ｄは，例えば，表示装置１６に表示され，オペレータに認知される。

以上，第３および第４の実施形態にかかる振幅測定方法について説明した。この振幅測定方法では，切削ブレード検知装置８０，９０は，切削ブレード２２の存在の有無を検知するだけでよいので，単純な構造や回路で構成でき，コストが安くて済むという利点がある。しかし，切削ブレード２２を降下させるための切削ユニット移動機構として，通常ではパルスモータ等が使用されるため，切削ブレード２２の降下動作は，連続的ではなく，微細な所定間隔毎に断続的に成される。このため，例えば２０μｍ程度の振幅ｄを測定することを考慮すると，第１および第２の実施形態と比べて，測定結果の精度は低下する恐れがある。また，切削ブレード２２の破損を防止するという観点では，接触センサ９０を用いる第４実施形態よりも，非接触センサ８０を用いる第３実施形態の方が好ましい。

以上，第１〜第４の実施形態にかかる振幅測定装置および振幅測定方法について説明した。これによれば，ダイシング装置１０の切削ブレード２２が径方向に超音波振動するときの振幅ｄを好適に測定することができる。このため，測定した振幅ｄに基づいて，被加工物１２に対する切削ブレード２２の切り込み深さを好適に制御できる。また，切削ブレード２２が予定した振幅ｄで振動しているか否かを確認することもできる。従って，ダイシング装置１０を用いて，被加工物１２を高精度で切削加工できるようになる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上記実施形態では，超音波振動切削装置としてダイシング装置１０の例を挙げて説明したが，本発明は，かかる例に限定されない。例えば，スピンドル２５により高速回転する切削ブレード２２を用いて被加工物１２を切削加工する装置であれば，例えば，ダイシング加工以外の切削加工を行う各種の切削装置であってもよい。

また，上記実施形態では，切削ブレード２２として，基台となるハブ（ＨＵＢ）と切刃部とを備えたハブブレードを用いたが，本発明は，かかる例に限定されない。例えば，リング状の切刃部のみからなる所謂ワッシャーブレードなどを用いてもよい。

また，切削ブレード２２をスピンドル２５に装着するために，スピンドル２５の先端部に，スピンドル２５と一体化して突出されたマウント部を設けてもよい。また，上記ハブブレードを用いた場合には，ナットとマウント部材のみを用いて，ハブブレードをスピンドル２５に装着してもよい。

また，上記実施形態にかかる切削ユニット２０では，スピンドル２２の支持機構として，エアスピンドルの例を挙げて説明したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，スピンドル２５をベアリングで支持するメカスピンドルであってもよい。本発明は，切削ブレード２２を径方向に超音波振動させる超音波振動切削装置であれば，如何なるスピンドルの支持機構であっても適用可能である。

また，上記第３および第４の実施形態では，まず，非振動状態の切削ブレード２２について第１の位置を検出（Ｓ１０４）した後に，切削ブレード２２を上昇させた上で，振動状態の切削ブレード２２を再び降下させ，第２の位置を検出（Ｓ１１０）しているが，本発明はかかる例に限定されない。

例えば，まず，振動状態の切削ブレード２２について第２の位置を検出（Ｓ１１０）し，その後に，非振動状態の切削ブレード２２について第１の位置を検出（Ｓ１０４）してもよい。

また，非振動状態の切削ブレード２２について第１の位置を検出した後に，そのままの位置で切削ブレード２２を超音波振動させ，次いで，切削ブレード２２を上昇させて，切削ブレード検知手段８０，９０により刃先が検知されなくなったときの切削ブレード２２位置を第３の位置として測定し，この第３の位置と上記第１の位置との差を，振幅ｄとしてもよい。ただし，この手法では，接触センサを使用すると，切削ブレード２２が接触センサに接触して破損してしまう可能性があるので，非接触センサを使用することが好ましい。

また，上記第３および第４の実施形態では，切削ブレード２２の下方に固定配置された切削ブレード検知手段８０，９０に向けて，上方から切削ブレード２２を降下させて，切削ブレード２２の刃先（下端）を検出したが，本発明は，かかる例に限定されない。例えば，切削ブレード２２の上方或いは側方等に配置された切削ブレード検知手段８０，９０に向けて，下方から切削ブレード２２を径方向に上昇させて切削ブレード２２の刃先（上端）位置を検出する，或いは，側方から切削ブレード２２を径方向に水平移動させて，切削ブレード２２の刃先（側端）位置を検出するなどしてもよい。また，固定配置された切削ブレード２２に向けて，切削ブレード検知手段８０，９０を切削ブレード２２の径方向に移動させて，切削ブレード２２の刃先を検出する手法も可能である。

また，上記第１〜第４の振幅測定方法の他にも，スピンドル２５にセンサを設けて，振動伝達方向変換部（図４のＢ点）で伝達方向が変換される前の超音波振動を測定し，切削ブレード２２が径方向に超音波振動する振幅ｄを推定するという手法も考えられる。この場合のセンサは，例えば，加速度センサやＡＥセンサなどが考えられる。ただし，かかる手法は，切削ブレード２２の振幅ｄを間接的に測定するものであるので，測定精度が低い恐れがある。

本発明は，切削ブレードを径方向に超音波振動させながら切削を行う，超音波振動切削装置に適用可能である。

本発明の第１の実施形態にかかるダイシング装置を示す全体斜視図である。 同実施形態にかかる切削ユニットを示す斜視図である。 同実施形態にかかるスピンドルハウジングの内部構成を示す部分切り欠き側面図である。 同実施形態にかかる切削ブレードを径方向に超音波振動させる原理を示す説明図である。 同実施形態にかかる振幅測定装置の構成を示す説明図である。 同実施形態にかかる振幅測定装置において，測定された電圧差と振幅との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態にかかる振幅測定装置の構成を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態にかかる振幅測定方法におけるダイシング装置の動作を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態にかかる振幅測定方法におけるダイシング装置の動作を示す説明図である。 本発明の第３および第４の実施形態にかかる振幅測定方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ： ダイシング装置
１２ ： 被加工物
１５ ： チャックテーブル
１６ ： 表示装置
２０ ： 切削ユニット
２２ ： 切削ブレード
２５ ： スピンドル
２６ ： スピンドルハウジング
３０ ： ラジアルエアベアリング
３３ ： 超音波振動子
４０ ： 非接触給電装置
５０，１５０ ： 振幅測定装置
６０ ： 非接触センサ
６２ ： 発光素子
６４ ： 受光素子
７０，１７０ ： 振幅変換部
８０ ： 非接触センサ（切削ブレード検知装置）
８２ ： 発光素子
８４ ： 受光素子
９０ ： 接触センサ（切削ブレード検知装置）
１６０ ： 接触センサ
１６２ ： 接触子
ｄ ： 切削ブレードが径方向に超音波振動する振幅
ｒ ： 発光素子の発光径，受光素子の受光径（光線径）
Ｌ ： 光線

Claims (4)

1. 切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物を切削する超音波振動切削装置において，前記切削ブレードを径方向に移動させたときに前記切削ブレードの刃先が所定位置に達したことを検知する切削ブレード検知装置を用いて，前記切削ブレードが径方向に超音波振動する振幅を測定する振幅測定方法であって：
   超音波振動していない状態の前記切削ブレードを径方向に移動させ，前記切削ブレード検知装置が当該切削ブレードの刃先を検知したときの当該切削ブレードの位置を測定するステップと；
   超音波振動させた状態の前記切削ブレードを径方向に移動させ，前記切削ブレード検知装置が当該切削ブレードの刃先を検知したときの当該切削ブレードの位置を測定するステップと；
   前記超音波振動していない状態で測定された前記切削ブレードの位置と，前記超音波振動させた状態で測定された前記切削ブレードの位置との差を検出して，前記切削ブレードが径方向に超音波振動する振幅を求めるステップと；
   を含むことを特徴とする，振幅測定方法。
2. 前記切削ブレード検知装置は，所定間隔を空けて対向配置された発光素子と受光素子とを有し，前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ光線上に前記切削ブレードの刃先が存在するか否かを感知する非接触センサであることを特徴とする，請求項１に記載の振幅測定方法。
3. 前記切削ブレード検知装置は，前記切削ブレードの刃先が接触したことを感知する接触センサであることを特徴とする，請求項１に記載の振幅測定方法。
4. 前記超音波振動切削装置は，
   スピンドルと；
   前記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と；
   前記スピンドルの先端部に装着される前記切削ブレードと；
   前記スピンドルを超音波振動させる超音波振動子と；
   を備え，
   前記超音波振動子から前記スピンドルを介して伝達される超音波振動の伝達方向を変換し，前記切削ブレードを径方向に超音波振動させることを特徴とする，請求項１〜３のいずれか一項に記載の振幅測定方法。
   

Images