(57)【要約】【課題】  切削ブレードやスペーサの大きさや形状を最適化することにより，効率良く超音波振動させて，難加工材でも問題なく切削することが可能な超音波振動切削装置を提供する。【解決手段】  一対の接合部２１２，２１３と基台部２１１と砥石部２２とを有する切削ブレードがスペーサ２３を用いてスピンドル２５の先端部に装着され，スピンドル２５の軸方向および切削ブレードの径方向に対称となるように構成され，切削ブレードを径方向に超音波振動させて被加工物１２を切削する超音波振動切削装置において，基台部２１１の径をｄ１，接合部２１２，２１３の径をｄ２，切削ブレード全体の厚みをＬ１，スペーサ２３の厚みをＬ２，基台部２１１の厚みをＬ３，超音波の波長をλとしたとき，Ｌ１／２＋Ｌ２＝λ／４，２．０≦Ｌ１／Ｌ３≦６．０，２．５≦ｄ１／Ｌ１≦８．５，０．３≦ｄ２／ｄ１≦０．５を満たすことを特徴とする超音波振動切削装置が提供される。【選択図】    図４
2006319214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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切削ブレードと，前記スピンドルに設けられ前記スピンドルを超音波振動させる振動子とを備え，前記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振動方向を変換し，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：
前記切削ブレードは，
前記スピンドルの先端部と略同一の径を有する略円柱状の一対の接合部と，前記一対の接合部間に配置され前記接合部よりも大きな径を有する略円柱状の基台部と，前記基台部に取り付けられる砥石部とを有するとともに，
前記スピンドルの軸方向および前記切削ブレードの径方向に対称となるように構成され，
かつ，前記一対の接合部のうち，一方の前記接合部を，前記スピンドルの先端部と接合させ，他方の前記接合部を，前記スピンドルの先端部と略同一の径を有する略円柱状のスペーサと接合させて，前記スペーサで挟持することにより前記スピンドルの先端部に装着され，
前記切削ブレードと前記スペーサは，前記基台部の径をｄ１，前記接合部の径をｄ２，前記切削ブレード全体の厚みをＬ１，前記スペーサの厚みをＬ２，前記基台部の厚みをＬ３，前記基台部に伝達される超音波の波長をλとしたときに，下記式（１），（２），（３）および（４）の関係を満たすことを特徴とする，超音波振動切削装置。
Ｌ１／２＋Ｌ２＝λ／４    ・・・（１）
２．０≦Ｌ１／Ｌ３≦６．０・・・（２）
２．５≦ｄ１／Ｌ１≦８．５・・・（３）
０．３≦ｄ２／ｄ１≦０．５・・・（４）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，超音波振動切削装置に関し，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関する。
【背景技術】
【０００２】
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，超音波振動を利用して切削することが検討されている。なお，超音波とは，人間の可聴周波数以上の音域（約２０ｋＨｚ以上）のことである。
【０００３】
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，切削ブレードを超音波振動させて切削することが記載されている。この方法では，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ており，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。
【０００４】
このような問題を解決する方法として，例えば特許文献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方法が記載されている。この方法では，切削ブレードが取り付けられたスピンドルの回転軸方向に超音波振動を伝達させ，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振動方向を変換して，切削ブレードを径方向に振動させている。
【０００５】
このように，径方向に超音波振動させた切削ブレードによって被加工物を切削加工することにより，超音波振動させていない切削ブレードによる通常の切削加工と比較して，（１）切削抵抗を低減できるため，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が抑えられ，熱による歪が生じ難い，（３）振動により切削ブレードに付着したコンタミネーションが振り落とされるため，切削ブレードにコンタミネーションが付着しない，（４）切削ブレードに対する負担が軽減され寿命が延びる，といった利点がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３６７７５号公報
【特許文献２】特開２０００−２１０９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような超音波振動切削装置では，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，切削ブレードを径方向に振動させるために，切削ブレードの形状や大きさ，スピンドルの長さや径，または超音波振動子の出力だけでなく，切削ブレードおよび超音波振動子がスピンドルに取り付けられる位置まで，正確に設計しなければならない。
【０００８】
通常，上記超音波振動切削装置では，超音波振動子から伝達される振動波形の最小振動振幅点を，振動伝達方向変換点とし，この振動伝達方向変換点と同一位置若しくはその近傍の位置に，切削ブレードが配置されている。この振動伝達方向変換点において，超音波振動の伝達方向が，スピンドルの軸方向（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における最大振動振幅点が，切削ブレードの刃先位置に位置するように，切削ブレードのブレード径や超音波振動の周波数等が調整されている。
【０００９】
よって，上記振動伝達方向変換点や上記最大振動振幅点が予定した位置から少しずれただけでも，切削ブレードの径方向の超音波振動が十分な振幅を得られないおそれや，切削ブレードが超音波振動しないおそれがある。
【００１０】
このような理由から，上記超音波振動の波形を好適に伝達および変換するためには，できるだけスピンドルと切削ブレードとを一体的に構成されていることが好ましい。しかし，切削ブレードは消耗品のために，スピンドルと一体的に構成してしまうと，スピンドルまで交換することになり，現実的ではない。したがって，スピンドルと切削ブレードとをできるだけ一体的に構成できるように，砥石部と基台部とが一体的に構成された切削ブレード（ハブブレード）を使用し，切削ブレードの基台部の一側には，スピンドルと同一の径を持った接合部を設けて，スピンドルの先端部に接合する。そして，切削ブレードの基台部の他側から，スピンドルと同一の径を有するスペーサを介して，ボルトで接合することによって，切削ブレードをスピンドルに対して一体的に構成できるようにしている。
【００１１】
このスペーサは，スピンドルから伝達される超音波振動波が，スピンドル方向の先端部において，最大振動振幅点となるように調整するために使用されている。なお，スペーサは切削ブレードと一体的に形成しても良いが，切削ブレードが取り扱い難くなるだけでなく，切削ブレードは上述したように消耗部材であり，コストを上昇させる要因ともなるため，分離できる構成が好ましい。
【００１２】
また，切削ブレードは，効率良く超音波振動を伝達するためには，少なくとも超音波が振動するスピンドル軸方向および超音波振動が変換される切削ブレードの径方向に対して対称構造になっていることが望ましい。そのため，切削ブレードの基台部を円柱形状とし，その基台部に電着によって砥石部を形成させ，切削ブレードを構成している。
【００１３】
しかしながら，このような切削ブレードやスペーサは，どのような大きさや形状であってもよいというわけでなく，ある一定の範囲や規則の中で決定しなければ，効率良く超音波振動させることはできない，という問題があった。特に，ガラスやＱＦＮ基板などの難加工材を切削する際は，効率よく超音波振動させて十分な振幅が得られるようにすることが重要である。
【００１４】
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，その目的は，切削ブレードやスペーサの大きさや形状を最適化することにより，効率良く超音波振動させて，難加工材でも問題なく切削することが可能な，新規かつ改良された超音波振動切削装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，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，スピンドルに設けられスピンドルを超音波振動させる振動子とを備え，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振動方向を変換し，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が提供される。
【００１６】
上記超音波振動切削装置において，上記切削ブレードは，スピンドルの先端部と略同一の径を有する略円柱状の一対の接合部と，一対の接合部間に配置され接合部よりも大きな径を有する略円柱状の基台部と，基台部に取り付けられる砥石部とを有するとともに，スピンドルの軸方向および切削ブレードの径方向に対称となるように構成され，かつ，一対の接合部のうち，一方の接合部を，スピンドルの先端部と接合させ，他方の接合部を，スピンドルの先端部と略同一の径を有する略円柱状のスペーサと接合させて，このスペーサで挟持することによりスピンドルの先端部に装着される。
【００１７】
さらに，上記切削ブレードと上記スペーサは，基台部の径をｄ１，接合部の径をｄ２，切削ブレード全体の厚みをＬ１，スペーサの厚みをＬ２，基台部の厚みをＬ３，基台部に伝達される超音波の波長をλとしたときに，下記式（１），（２），（３）および（４）の関係を満たすことを特徴とする。
【００１８】
Ｌ１／２＋Ｌ２＝λ／４    ・・・（１）
２．０≦Ｌ１／Ｌ３≦６．０・・・（２）
２．５≦ｄ１／Ｌ１≦８．５・・・（３）
０．３≦ｄ２／ｄ１≦０．５・・・（４）
【００１９】
ここで，切削ブレード全体の厚みＬ１とは，基台部の厚みＬ３と基台部を挟持するように基台部の両側に配置された一対の接合部の厚みの合計（スピンドル側の接合部の厚み＋基台部の厚み＋スペーサ側の接合部の厚み）を意味している。
【００２０】
また，上記超音波振動切削装置においては，上記超音波の波長λは，５０ｍｍ〜３１２．５５ｍｍとなるように調整される。このようにλを５０ｍｍ〜３１２．５５ｍｍとしたのは，切削ブレードに超音波が伝わる伝播速度は５０００ｍ／ｓ程度であり，また，被加工物を加工する場合の共振周波数の実用範囲は１６〜１００ｋＨｚとなるからである。
【００２１】
なお，上記超音波振動切削装置は，振動子によって切削ブレードに伝達される超音波振動の最大振動振幅点がスペーサの先端部となり，最小振動振幅点が切削ブレードの砥石部の装着位置またはその近傍となるように構成されている。
【００２２】
かかる構成を有することにより，本発明に係る超音波振動切削装置によれば，切削ブレードやスペーサの大きさおよび形状を上述したように設計することにより，効率良く超音波振動させることができる。したがって，本発明に係る超音波振動切削装置は，十分な大きさの切削ブレードの径方向の振幅（例えば，５μｍ以上の振幅）を得ることができるので，難加工材でも問題なく切削することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば，切削ブレードやスペーサの大きさおよび形状を上述したように設計することにより，効率良く超音波振動させて，十分な大きさの切削ブレードの径方向の振幅を得ることができるので，難加工材でも問題なく切削することが可能な，超音波振動切削装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（ダイシング装置１０の全体構成）
まず，図１に基づいて，本発明の第１の実施形態に係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，本実施形態に係るダイシング装置１０を示す全体斜視図である。
【００２６】
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。
【００２７】
切削ユニット２０は，スピンドルに装着された砥石部２２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砥石部２２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。
【００２８】
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。
【００２９】
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に対する砥石部２２の切り込み深さを調整することができる。
【００３０】
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）に往復移動させて切削送りして，被加工物１２に対し砥石部２２の刃先を直線的な軌跡で作用させる。
【００３１】
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。
【００３２】
（切削ユニット２０の構成）
次に，図２に基づいて，本実施形態に係る切削ユニット２０の構成について説明する。なお，図２は，本実施形態に係る切削ユニット２０を示す斜視図である。
【００３３】
図２に示すように，切削ユニット２０は，例えば，切削ブレードの砥石部２２と，砥石部２２と一体化されたブレード基盤２１と，ブレード基盤２１をスピンドル２５の先端部に固定する固定部材の一例であるスペーサ２３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。
【００３４】
砥石部２２は，例えば，略リング形状を有する極薄の切削砥石であり，ダイヤモンド等の砥粒を電鋳して形成される。この砥石部２２は，砥石部２２を支持するブレード基盤２１と一体的に構成されている。すなわち，砥石部２２とブレード基盤２１は，砥石部とマウント部とが一体化された切削ブレード（所謂ハブブレード）を構成している。かかる砥石部２２およびブレード基盤２１（以下，単に「切削ブレード」という場合もある）は，スペーサ２３および固定ボルト（図示せず）によって，スピンドル２５の先端部に装着される。すなわち，図２に示したように，スペーサ２３には，固定ボルトが貫通する貫通孔２３ａが形成されており，この固定ボルトは，スペーサ２３およびブレード基盤２１をＹ軸方向に貫通してスピンドル２５の先端部に形成された雌ねじ部に締結される（図３参照）。これにより，スペーサ２３および固定ボルトでブレード基盤２１を係止して，スピンドル２５の先端部に固定できる。
【００３５】
また，ブレード基盤２１は，砥石部２２が取り付けられた基台部２１１と，基台部２１１を挟持するように基台部２１の両側に配置される一対の接合部２１２，２１３とからなるが，詳細については後述する。
【００３６】
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を例えば３０，０００ｒｐｍで高速回転させる。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，かかる先端部に砥石部２２およびブレード基盤２１が装着される。
【００３７】
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。
【００３８】
ここで，図３に基づいて，本実施形態に係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，本実施形態に係る切削ユニット２０におけるスピンドルハウジング２６の内部構成を示す縦断面図である。
【００３９】
図３に示すように，切削ユニット２０の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と，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，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，ロータ３２１およびステータ３２２を有するモータ３２と，ステータ３２２に電力を供給するためのステータ用給電部３４と，スピンドル２５の後端部側に設けられた超音波振動子としてのＰＺＴ振動子３３と，ＰＺＴ振動子３３に電力を供給するための非接触給電装置４０と，が設けられている。
【００４０】
非接触給電装置４０から電力が供給されたＰＺＴ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に向かう。
【００４１】
さらに，このようにスピンドル２５の軸方向（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の砥石部２２の装着位置（砥石部２２のＹ軸位置）と同一またはその近傍となるように，スピンドル２５の構造，配置や，ＰＺＴ振動子３３の周波数などが調整されている。
【００４２】
再び図２に基づいて，切削ユニット２０の構成についての説明を続ける。切削水供給ノズル２７は，例えば切削ブレードの両側に脱着可能に設けられ，切削ブレードの側面及び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，切削ブレードの外周を覆うにして設けられ，切削ブレードを保護するとともに，切削水や切削屑などの飛散を防止する。
【００４３】
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を高速回転させ，かかる切削ブレードの刃先を被加工物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。
【００４４】
以上のような構成によって，スピンドル２５の軸方向に超音波振動を伝達させ，切削ブレードの砥石部２２と略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伝達方向を切削ブレードの径方向に変換できる。これにより，切削ブレードを径方向に超音波振動させる，すなわち，リング形状の切削ブレードの砥石部２２を高周波で拡径，縮径を繰り返すように振動させながら，当該砥石部２２によって被加工物１２を切削することができる。
【００４５】
（切削ブレードを径方向に超音波振動させる原理）
このように切削ブレード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。
【００４６】
図４は，本実施形態に係る切削ユニット２０において，ＰＺＴ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。
【００４７】
図４に示すように，スピンドル２５の軸上（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。したがって，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。
【００４８】
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と同一位置若しくはその近傍の位置に，切削ブレードの砥石部２２が配置されている。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の軸方向から，切削ブレードの径方向に変換される。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，切削ブレードの刃先位置に位置するように，切削ブレードのブレード径や超音波振動の周波数等が調整されている。
【００４９】
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，砥石部２２とブレード基盤２１とが一体構成されており，かつ，スペーサ２３とブレード基盤２１とスピンドル２５先端部とが相互に密着して強固に固定されるように構成されている。さらに，ブレード基盤２１は，振動伝達方向変換点Ｂを中心としてＹ軸方向に対称な形状となるように成形されている。
【００５０】
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，切削ブレードは拡径，縮径を繰り返して，切削ブレードの刃先が径方向に振動する。
【００５１】
（切削ブレードおよびスペーサ２３の構成）
次に，図２，図３，図５および図６に基づいて，超音波振動を効率よく伝達するための切削ブレードおよびスペーサ２３の構成について説明する。なお，図５は，本実施形態に係る基台部２１１，接合部２１２，２１３およびスペーサ２３を示す拡大断面図である。また，図６は，本実施形態に係る切削ユニット２０を用いた実験結果であり，（ａ）は，ブレード径方向の振幅［μｍ］とＬ１／Ｌ３との関係，（ｂ）は，ブレード径方向の振幅［μｍ］とｄ１／Ｌ１との関係，（ｃ）は，ブレード径方向の振幅［μｍ］とｄ２／ｄ１との関係を示すグラフである。
【００５２】
上述したような超音波振動切削装置としてのダイシング装置１０では，超音波振動の波形を好適に伝達および変換するためには，できるだけスピンドル２５と切削ブレードとを一体的に構成することが好ましい。また，効率良く超音波振動を伝達するためには，切削ブレードは，少なくとも超音波が振動するスピンドル２５の軸方向および超音波振動の振動方向が変換される切削ブレードの径方向に対称構造になっていることが好ましい。
【００５３】
そのため，本実施形態に係る切削ユニット２０では，図２および図３に示すように，切削ブレードを次のように構成している。すなわち，まず，切削ブレードの基台部２１１をスピンドル２５よりも大きな径を有する略円柱形状とし，この基台部２１１に電着より略リング形状の砥石部２２を形成させる。さらに，基台部２１１の両側（スピンドル２５側およびスペーサ２３側）には，基台部２１１を挟持するように，スピンドル２５の先端部２４と略同一の径を有する略円柱形状の一対の接合部２１２，２１３を設けている。そして，固定ボルト２９を用いて，一方（スピンドル２５側）の接合部２１２とスピンドル２５の先端部２４とを接合し，他方（スペーサ２３側）の接合部２１３とスペーサ２３（スペーサ２３は，スピンドル２５の先端部２４と略同一の径を有する略円柱形状に形成されている）とを接合することにより，切削ブレードをスピンドルに対して一体的に構成できるようにしている。
【００５４】
また，本実施形態に係る切削ユニット２０においては，上述したように，ＰＺＴ振動子３３によって切削ブレードに伝達される超音波振動の最大振動振幅点Ａがスペーサ２３の先端部となり，最小振動振幅点Ｂが切削ブレードの砥石部２２の装着位置またはその近傍となるように構成されている（図４参照）。
【００５５】
このような切削ブレードとスペーサとを使用する際は，どのような形状や大きさでも効率良く超音波振動するのではなく，下記のように設定しないと，十分に大きな振幅が得られない。なお，ここでいう「十分に大きな振幅」とは，ガラスやＱＦＮ基板などの難加工材でも問題なく切削することができる程度の振幅のことを意味しており，具体的には，被加工物の厚みを考慮すると，例えば，切削ブレードの径方向の振幅の大きさが５μｍ以上であれば十分に大きな振幅といえ，効率良く超音波振動させることができると考えられる。
【００５６】
このような効率の良い超音波振動をさせるためには，上述したようなダイシング装置１０において，図５に示すように，基台部２１１の径をｄ１，接合部２１２，２１３の径をｄ２，切削ブレード全体の厚みをＬ１，スペーサ２３の厚みをＬ２，基台部２１１の厚みをＬ３，基台部２１１に伝達される超音波の波長をλとしたときに，下記式（１），（２），（３）および（４）の関係を満たすことが必要である。
【００５７】
Ｌ１／２＋Ｌ２＝λ／４    ・・・（１）
２．０≦Ｌ１／Ｌ３≦６．０・・・（２）
２．５≦ｄ１／Ｌ１≦８．５・・・（３）
０．３≦ｄ２／ｄ１≦０．５・・・（４）
【００５８】
ここで，切削ブレード全体の厚みＬ１とは，基台部２１１の厚みＬ３と基台部２１１を挟持するように基台部２１１の両側に配置された一対の接合部２１２，２１３の厚みの合計，すなわち，スピンドル２５側の接合部２１２の厚み＋基台部２１１の厚み＋スペーサ２３側の接合部２１３の厚みの合計を意味している。
【００５９】
また，上記超音波振動切削装置においては，上記超音波の波長λは，５０ｍｍ〜３１２．５５ｍｍとなるように調整される。このようにλを５０ｍｍ〜３１２．５５ｍｍとしたのは，切削ブレードに超音波が伝わる伝播速度は５０００ｍ／ｓ程度であり，また，被加工物を加工する場合の共振周波数の実用範囲は１６〜１００ｋＨｚとなるからである。
【００６０】
ここで，通常，切削ブレードのブレード基盤２１（基台部２１１および接合部２１２，２１３）はアルミニウムで形成される一方，スピンドル２５はステンレスで形成されており，異なる金属により構成されているが，金属では超音波が伝達される速度はほとんど変わらないため（例えば，アルミニウムは５１６３ｍ／ｓ程度，ステンレスは５１３０ｍ／ｓ程度），上記のようにλを調整しても問題はないと考えられる。なお，超音波が伝達される速度は，金属の処理方法によっても異なる（例えば，処理方法の違いにより，アルミニウムでは４９００〜５２００ｍ／ｓ，ステンレスでは５０００〜５２００ｍ／ｓの範囲で変化し得る）。
【００６１】
以下，上記式（１）〜（４）について詳細に説明する。まず，図５に基づいて，上記式（１）について説明する。
【００６２】
上述したように，切削ブレードの径方向の振動が十分に大きな振幅を有し，効率良く超音波振動させるためには，ＰＺＴ振動子３３からスピンドル２５を介して伝達された超音波振動（Ｗ１）の最大振動振幅点Ａがスペーサ２３の先端部となり，最小振動振幅点Ｂが切削ブレードの装着位置になるように調整し，最小振動振幅点Ｂにおいて超音波振動の振動方向が変換されるようにする必要がある。したがって，本実施形態においては，図５に示すように，ＰＺＴ振動子３３からスピンドル２５を介して伝達された超音波振動の波Ｗ１は，スペーサ２３の先端部であるＡの位置で振幅が最大となり，切削ブレード全体の厚み方向の中点（基台部２１１の厚み方向の中点）であるＢの位置で振幅が最小となるように，波長λが調整されている。すなわち，波Ｗ１の波長の４分の１の長さが，スペーサの厚みＬ２と切削ブレード全体の厚みＬ１の２分の１との和に等しくすることが，効率良く超音波振動させるために必要な条件の１つとなる。
【００６３】
次に，図６に基づいて，上記式（２）〜（４）の臨界的意義について説明する。式（２）〜（４）については，下記に示す実験によりその臨界値を定めた。
【００６４】
上述のように，切削ブレードの径方向の振幅の大きさが５μｍ以上であれば，難加工材でも問題なく切削することができるため，効率の良い超音波振動が行われていると考えられる。したがって，本実施形態においては，切削ブレードの径方向の振幅が５μｍ以上である場合に，効率の良い超音波振動が行われていると判定した。
【００６５】
また，本実施形態においては，λ（切削ブレードに伝播される超音波の波長）＝９２ｍｍ，Ｌ１（切削ブレード全体の厚み）＝１２ｍｍ，Ｌ２（スペーサ２３の厚み）＝１７ｍｍ，ｄ２（接合部２１２，２１３の径）＝３０ｍｍ，Ｌ３（基台部２１１の厚み）＝４ｍｍに固定して実験を行った。すなわち，Ｌ１／Ｌ３については，Ｌ１を固定してＬ３を変化させたときの切削ブレードの径方向の振幅を測定した。また，ｄ１／Ｌ１については，Ｌ１を固定してｄ１を変化させたときの切削ブレードの径方向の振幅を測定した。また，ｄ２／ｄ１については，ｄ２を固定してｄ１を変化させたときの切削ブレードの径方向の振幅を測定した。
【００６６】
また，切削ブレードの砥石部２２としては，大きさが３インチのものを使用し，切削ブレードを停止させた状態で実験を行った。
【００６７】
その結果，図６に示したように，Ｌ１／Ｌ３については，２．０以上６．０以下の範囲で，ｄ１／Ｌ１については，２．５以上８．５以下の範囲で，ｄ２／ｄ１については，０．３以上０．５以下の範囲で，切削ブレードの径方向の振幅の大きさが５μｍ以上となった。このことから，効率良く超音波振動させるために必要な条件として，式（２），（３）および（４）を満たすことも必要であることがわかった。
【００６８】
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。
【００６９】
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砥石部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。
【００７０】
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２５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の支持機構は，スピンドル２５をベアリングで機械的に支持するメカスピンドルであってもよい。本発明は，砥石部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。
【００７１】
また，上記実施形態では，ＰＺＴ振動子３３は，スピンドル２５の後部側に配設されたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ＰＺＴ振動子３３は，スピンドル２５の中央部または先端部側などに配設されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るダイシング装置を示す全体斜視図である。
【図２】同実施形態に係る切削ユニットを示す斜視図である。
【図３】同実施形態に係る切削ユニットにおけるスピンドルハウジングの内部構成を示す縦断面図である。
【図４】同実施形態に係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。
【図５】同実施形態に係る基台部，接合部およびスペーサを示す拡大断面図である。
【図６】同実施形態に係る切削ユニットを用いた実験結果であり，基台半径方向の振幅［μｍ］と，Ｌ１／Ｌ３，ｄ１／Ｌ１およびｄ２／ｄ１との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１０      ダイシング装置
１２      被加工物
２０      切削ユニット
２１      ブレード支持部
２２      切削ブレード
２３      スペーサ
２５      スピンドル
２６      スピンドルハウジング
３３      ＰＺＴ振動子
２１１      基台部
２１２，２１３      接合部
【図１】
2006319214.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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