JPH11216643A - 作用要素の位置ずれ防止方法及び切削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】作用要素が支持部に支持された機構において、
支持部が熱膨張した場合においても作用要素の位置を一
定に保つ。 【解決手段】支持部の熱膨張方向と反対方向に熱膨張す
ることにより支持部を該反対方向に移動させる線膨張係
数がＭの伸縮相殺部材を支持部に配設し、支持部を構成
する部材の線膨張係数をＫ、作用要素から伸縮相殺部材
と支持部との取り付け位置までの距離をＬとした場合、
伸縮相殺部材の厚さを（Ｋ×Ｌ／Ｍ）として、支持部を
構成する部材が熱膨張したときは、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作用要素を移
動させるようにした作用要素の位置ずれ防止方法を提供
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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５
６ａ、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５
０μｍ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、作用要素が支持部に支持
された機構において、該支持部の熱膨張に伴う該作用要
素の位置ずれを防止する方法であって、支持部の熱膨張
方向と反対方向に熱膨張することにより支持部を該反対
方向に移動させる線膨張係数がＭの伸縮相殺部材を支持
部に配設し、該支持部を構成する部材の線膨張係数を
Ｋ、作用要素から伸縮相殺部材と支持部との取り付け位
置までの距離をＬとした場合、伸縮相殺部材の厚さを
（Ｋ×Ｌ／Ｍ）として、支持部を構成する部材が熱膨張
したときは、伸縮相殺部材が反対方向に同じだけ熱膨張
して反対方向に該作用要素を移動させるようにした作用
要素の位置ずれ防止方法を提供するものである。

【００１２】そして、作用要素は被加工物を切削するブ
レードであり、支持部材は該ブレードを回転可能に支持
するスピンドル部であり、伸縮相殺部材は、該スピンド
ル部に配設したことを付加的要件とするものである。

【００１３】このような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る。

【００１４】更に本発明は、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、該円形ブレードを支持する回転スピンドルと、該回
転スピンドルをスラスト軸受け及びラジアル軸受けによ
って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、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の伸縮相殺部材をス
ピンドルハウジングに取り付け、回転スピンドルの線膨
張係数をＫ、円形ブレードから伸縮相殺部材とスピンド
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、伸縮相殺部材の厚さを（Ｋ×Ｌ／Ｍ）とし、回転ス
ピンドルが熱膨張したときは、伸縮相殺部材が反対方向
に同じだけ熱膨張して反対方向に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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】

【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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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２
３と、スラスト軸受け２４、２５及びラジアル軸受け２
６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。

【００２２】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。

【００２３】スピンドルハウジング２７は、モータ部２
３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２
４、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。

【００２４】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。

【００２５】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２
２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。

【００２６】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。

【００２７】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２
１の作用を受ける。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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２
４、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。

【００３１】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。

【００３２】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２
２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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】

【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。

【００４２】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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作用要素が支持部に支持された機構にお
   いて、該支持部の熱膨張に伴う該作用要素の位置ずれを
   防止する方法であって、 該支持部の熱膨張方向と反対方向に熱膨張することによ
   り該支持部を該反対方向に移動させる線膨張係数がＭの
   伸縮相殺部材を該支持部に配設し、 該支持部を構成する部材の線膨張係数をＫ、該作用要素
   から該伸縮相殺部材と該支持部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）として、該支持部を構成する部材が熱膨張したと
   きは、該伸縮相殺部材が該反対方向に同じだけ熱膨張し
   て該反対方向に該作用要素を移動させるようにした作用
   要素の位置ずれ防止方法。
2. 【請求項２】 作用要素は被加工物を切削するブレード
   であり、支持部材は該ブレードを回転可能に支持するス
   ピンドル部であり、伸縮相殺部材は、該スピンドル部に
   配設した請求項１に記載の作用要素の位置ずれ防止方
   法。
3. 【請求項３】 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、該円形ブレードを支持する回転スピンドル
   と、該回転スピンドルをスラスト軸受け及びラジアル軸
   受けによって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円形
   ブレードを移動させるようにした切削装置。
4. 【請求項４】 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３に記載の切削装置。
5. 【請求項５】 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３に記載の切削装置。