(57)【要約】【課題】切削加工中に切り刃部の磨耗量を正しく検出する。【解決手段】基準プレート６４を、切削ブレード８０と略同一の厚さを有し、切り刃部８１の先端から所定の距離だけ離間した位置に切り刃部８１に対峙して配置し、撮像部６２は、基準プレート６４の先端と切り刃部８１の先端とを含む範囲を撮像する。発光部６１は、切り刃部８１を挟んで撮像部６２に対向して配置されており、画像処理部６５は、撮像部６２が撮像した画像を解析して、基準プレート６４の先端と切り刃部８１の先端との間の距離を求める。飛び散った切削水による光の屈折によって切り刃部８１の先端の位置がずれて写っていたとしても、同じ画像上の基準プレート６４の先端の位置も同方向にずれて写り、両者のずれが相殺された状態で基準プレート６４の先端と切り刃部８１の先端との間の距離を求めることができ、切り刃部８１の磨耗量を正しく検出することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に対して切削水を供給しながら、スピンドルに装着され回転する切削ブレードを該被加工物に切り込ませて切削する切削手段と、
該切削ブレードの外周部分に設けられた切り刃部を検出するブレード検出手段と、
を備えた切削装置であって、
該ブレード検出手段は、
該切削ブレードと略同一の厚さを有し、該切り刃部の先端から所定の距離だけ離間した位置に該切り刃部に対峙して配置された基準プレートと、
該基準プレートの先端と該切り刃部の先端とを含む範囲を撮像する撮像部と、
該切り刃部を挟んで該撮像部に対向して配置された発光部と、
該撮像部が撮像した画像を解析して、該基準プレートの先端と該切り刃部の先端との間の距離を求める画像処理部と、
を備える、切削装置。
【請求項２】
少なくとも、前記切り刃部の先端と前記基準プレートの先端との間隔の基準値と、該基準値に対する変化の許容範囲と、を記憶する記憶部と、
前記画像処理部が求めた該切り刃部の先端と該基準プレートの先端との距離と該記憶部が記憶した基準値との差が、該記憶部に記憶した許容範囲内であるか否かを判断し、該差が該許容範囲外である場合は該切り刃部が磨耗したと判断する磨耗判断部と、
を備える、請求項１記載の切削装置。
【請求項３】
前記切り刃部が磨耗したと前記磨耗判断部が判断した場合に前記切削ブレードの磨耗を通知する通知部を備える、請求項２記載の切削装置。
【請求項４】
前記切削ブレードの回転数を検出する回転数検出部と、前記発光部を点滅させる点滅制御部とを備え、
該点滅制御部は、該回転数検出部が検出した回転数に応じて、前記切り刃部の静止画像を前記撮像部が撮像するように前記発光部を点滅させる、
を備える、請求項１〜３のいずれか記載の切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を切削する切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピンドルに装着された切削ブレードを高速回転させて被加工物に切り込ませることにより被加工物を切削する切削装置においては、切削砥石で形成された切り刃部が切削ブレードの外周部分に形成されており、この切り刃部には、加工により磨耗や欠けが生じる。切り刃部が磨耗した場合においても被加工物に対する切込み深さを一定とするためには、磨耗量に合わせて切込み量を制御する必要がある。また、切り刃部の磨耗が所定の量に達したり、切り刃部に欠けが生じたりした場合は、切削ブレードを交換する必要がある。そこで、切削加工中に切り刃部を撮像し、その画像を解析して切り刃部の先端の位置を検出し、切り刃部の磨耗や欠けを検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４２８５５号公報
【特許文献２】特開２００７−１５２５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、切削加工中に切り刃部を撮像した画像を解析して切り刃部の先端の位置を検出する方法では、切削時に飛び散る切削水の飛沫の影響で画像に写る切り刃部の位置がずれてしまい、切り刃部の磨耗量を正しく検出できない場合がある。
【０００５】
本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、切削加工中に切り刃部の磨耗量を正しく検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る切削装置は、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に対して切削水を供給しながら、スピンドルに装着された切削ブレードを回転させて、該チャックテーブルに保持された該被加工物を切削する切削手段と、該切削ブレードの外周部分に設けられた切り刃部を検出するブレード検出手段と、
を備えた切削装置であって、該ブレード検出手段は、該切削ブレードと略同一の厚さを有し、該切り刃部の先端から所定の距離だけ離間した位置に該切り刃部に対峙して配置された基準プレートと、該基準プレートの先端と該切り刃部の先端とを含む範囲を撮像する撮像部と、該切り刃部を挟んで該撮像部に対向して配置された発光部と、該撮像部が撮像した画像を解析して、該基準プレートの先端と該切り刃部の先端との間の距離を求める画像処理部と、を備える。
【０００７】
少なくとも、前記切り刃部の先端と前記基準プレートの先端との間隔の基準値と、該基準値に対する変化の許容範囲と、を記憶する記憶部と、前記画像処理部が求めた該切り刃部の先端と該基準プレートの先端との距離と該記憶部が記憶した基準値との差が、該記憶部に記憶した許容範囲内であるか否かを判断し、該差が該許容範囲外である場合は該切り刃部が磨耗したと判断する磨耗判断部と、を備えることが好ましい。
また、前記切り刃部が磨耗したと前記磨耗判断部が判断した場合に前記切削ブレードの磨耗を通知する通知部を備えることが好ましい。
前記切削ブレードの回転数を検出する回転数検出部と、前記発光部を点滅させる点滅制御部とを備え、該点滅制御部は、該回転数検出部が検出した回転数に応じて、前記切り刃部の静止画像を前記撮像部が撮像するように前記発光部を点滅させることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る切削装置では、撮像部が撮像した画像における切り刃部の先端と基準プレートの先端との間の距離を求めるため、飛び散った切削水による光の屈折によって画像上において切り刃部の先端の位置がずれて写っていたとしても、同じ画像上の基準プレートの先端の位置も同方向にずれて写り、両者のずれが相殺された状態で基準プレートの先端と切り刃部の先端との間の距離を求めることができる。したがって、切削水が飛散している切削加工中においても、切り刃部の磨耗量を正しく検出することができる。
【０００９】
また、基準プレートの先端と切り刃部の先端との間の距離が許容範囲外となった場合に切り刃部が磨耗したと判断すれば、切削加工を中断するなど必要な措置をすることができる。さらに、切り刃部が磨耗したと判断した場合に切削ブレードの磨耗を通知すれば、適切な時期に切削ブレードを交換することができる。
【００１０】
切り刃部の静止画像を撮像部が撮像するように切削ブレードの回転数に応じて発光部を点滅させることにより、画像がより明確となり、基準プレートの先端と切り刃部の先端との間の距離を更に正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】切削装置を示す斜視図。
【図２】切削手段を示す拡大斜視図。
【図３】切削ブレードを交換する様子を示す拡大斜視図。
【図４】ブレード検出手段を示す側面視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示す切削装置１０は、被加工物であるウェーハ９３を保持するチャックテーブル１１と、チャックテーブル１１に対してウェーハ９３を搬送する搬送手段１２と、チャックテーブル１１に保持されたウェーハ９３を切削する切削手段１３とを備えている。
【００１３】
ウェーハ９３には複数のデバイスが形成されており、ウェーハ９３を分割することにより複数のデバイスチップが形成される。ウェーハ９３がテープ９２に貼着されるとともに、テープ９２の外周部には環状のフレーム９１が貼着され、ウェーハ９３は、テープ９２を介してフレーム９１によって支持される。以下では、ウェーハ９３がテープ９２を介してフレーム９１と一体となったものを、ウェーハユニット９０と称する。
【００１４】
チャックテーブル１１は、ＸＹ平面に平行な保持面を有し、保持面に載置されたウェーハユニット９０を保持する。チャックテーブル１１は、±Ｘ方向に移動可能であり、ウェーハユニット９０の着脱を行う着脱位置と、ウェーハユニット９０を切削する切削位置との間を移動可能となっている。
【００１５】
搬送手段１２は、切削装置１０の前部に載置されたカセット１７に対するウェーハユニット９０の収納及びカセット１７からのウェーハユニット９０の取り出しを行う搬出入部１２ａと、取り出したウェーハユニット９０をチャックテーブル１１に搬送する搬送部１２ｂとから構成されている
【００１６】
図２に示すように、切削手段１３は、ハウジング３１と、±Ｙ方向に平行な回転軸３９を中心として回転するスピンドル３２と、スピンドル３２に装着された切削ブレード８０を覆うブレードカバー３３とを備えている。ブレードカバー３３は、ハウジング３１に固定された固定ユニット３３１と、固定ユニット３３１に対して±Ｘ方向に移動可能な可動ユニット３３２とを備えている。図３に示すように、可動ユニット３３２を−Ｘ方向に移動させることにより、切削ブレード８０の交換が可能になる。
【００１７】
切削ブレード８０は、円環板状に形成され、外周部分に切削砥石で形成された切り刃部８１を備えている。切削ブレード８０をスピンドル３２に装着し、スピンドル３２の先端部に形成された雄ねじ３２２にナット３２１を螺合させることにより、切削ブレード８０をスピンドル３２に固定することができる。
【００１８】
図３に示すように、切削装置１０は、切削水を被加工物に供給する切削水供給手段１４と、洗浄水を被加工物に供給する洗浄水供給手段１５と、切り刃部８１の位置を検出するブレード検出手段１６とを備えている。
【００１９】
切削水供給手段１４は、図示しない切削水供給源に接続された切削水取入口４１ａ，４１ｂから切削水を取り入れ、切削水ノズル４２ａ，４２ｂから噴射することにより、切削ブレード８０とウェーハ９３との接触部分に切削水を供給して冷却を行う。
【００２０】
洗浄水供給手段１５は、図示しない洗浄水供給源に接続された洗浄水取入口５１ａ，５１ｂから洗浄水を取り入れ、洗浄水ノズル５２ａ，５２ｂから噴射することにより、ウェーハ９３の上面に洗浄水を供給する。
【００２１】
ブレード検出手段１６は、切り刃部８１を撮像する撮像部６２と、切り刃部８１を挟んで撮像部６２に対向して配置された発光部６１とを備えている。
【００２２】
図４に示すように、発光部６１は、光を放射する光源６１１と、光源６１１から放射された光を集光するレンズ６１２と、レンズ６１２が集光した光を反射させる反射鏡６１３とを備えている。
【００２３】
撮像部６２は、反射鏡６１３が反射した光を反射させる反射鏡６２１と、反射鏡６２１が反射させた光を集光するレンズ６２２と、レンズ６２２が集光した光を結像させるレンズ６２３と、レンズ６２３が結像させた像を撮像するカメラ６２４とを備えている。
【００２４】
また、ブレード検出手段１６は、発光部６１と撮像部６２との間にエアーを噴射するエアー噴射手段６３と、切り刃部８１の外周側に切り刃部８１と対峙して離間して配置された基準プレート６４と、撮像部６２が撮像した画像を処理する画像処理部６５とを備えている。
【００２５】
エアー噴射手段６３は、図示しないエアー供給源に接続されたエアー取入口６３１からエアーを取り入れ、エアー噴射口６３２ａ，６３２ｂから噴射することにより、切り刃部８１の周囲を飛散している切削水や切削屑などを、発光部６１と撮像部６２との間から吹き飛ばす機能を有している。
【００２６】
基準プレート６４は、切削ブレード８０とほぼ同じ厚さを有する板状に形成され、切削ブレード８０の上方（＋Ｚ方向）に配置されている。発光部６１から放射された光は、反射鏡６１３において反射し、切り刃部８１の＋Ｚ側の先端と基準プレート６４の−Ｚ側の先端との間を通って、反射鏡６２１に達する。そして、反射鏡６２１において反射した光は、レンズ６２２によって集光されるとともにレンズ６２３によって結像され、カメラ６２４によって撮像されて画像が画像処理部６５に送られる。
【００２７】
図１に示したカセット１７に収容されたウェーハ９３を切削して分割する場合は、搬出入部１２ａが、カセット１７からウェーハユニット９０を取り出し、搬送部１２ｂがウェーハユニット９０を着脱位置に位置付けられたチャックテーブル１１に搬送し、チャックテーブル１１においてウェーハユニット９０が保持される。そして、ウェーハユニット９０を保持したチャックテーブル１１が切削位置に移動していく。
【００２８】
チャックテーブル１１が−Ｘ方向に移動しながら、切削ブレード８０を回転させた状態で切削手段１３が下降し、回転する切削ブレード８０がウェーハ９３に切り込んで切削が行われる。切削中は、図３に示した切削水ノズル４２ａ，４２ｂから切削水が噴射されて切削ブレード８０とウェーハ９３との接触部分が冷却されるとともに、洗浄水ノズル５２ａ，５２ｂから洗浄水が噴射されて切削水が除去される。
【００２９】
切削ブレード８０によるウェーハ９３の切削と並行して、ブレード検出手段１６が切削ブレード８０の切り刃部８１を検出することにより、切り刃部８１の磨耗を検出する。具体的には、以下のような処理を行う。
【００３０】
撮像部６２は、切り刃部８１の＋Ｚ側の先端及び基準プレート６４の−Ｚ側の先端を含む範囲を撮像する。撮像範囲は、発光部６１から放射された光によって逆光状態で照らされているため、撮像部６２が撮像する画像上において、切り刃部８１や基準プレート６４によって光が遮られる部分と遮られない部分との間のコントラストが明瞭になる。このため、エアー噴射手段６３によって吹き飛ばし切れなかった切削水などが、発光部６１と撮像部６２との間に残存していたとしても、切り刃部８１の先端や基準プレート６４の先端の位置を明瞭に検出することができる。
【００３１】
画像処理部６５は、撮像部６２が撮像した画像を解析することにより、切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離を求める。例えば、画像処理部６５は、撮像部６２が撮像した画像上において、図４に示す切り刃部８１が写っている画素６５１と、基準プレート６４が写っている画素６５２との間の画素数６５３を算出する。切り刃部８１や基準プレート６４が写っている画素は、発光部６１が放射した光が遮られているため、輝度が低く、切り刃部８１と基準プレート６４との間の隙間に対応する画素は、発光部６１が放射した光が遮られないため、輝度が高い。画像処理部６５は、例えば、撮像部６２が撮像した画像から、±Ｚ方向に対応する方向に並んだ１列の画素を抜き出し、各画素の輝度を所定の閾値と比較して、閾値よりも輝度が高い画素が連続している領域が、切り刃部８１と基準プレート６４との間の隙間に対応しているとみなして、その領域の画素数を数える。カメラ６２４と切り刃部８１及び基準プレート６４との間の距離は一定であるから、画素数６５３は、切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離に比例する。画像処理部６５は、算出した画素数６５３を、切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離とみなしてももよいし、画素数６５３を実際の距離に換算するようにしてもよい。
【００３２】
撮像部６２が撮像した画像上における切り刃部８１の先端の位置は、実際の位置よりもずれて写る場合がある。このため、撮像部６２が撮像した画像から切り刃部８１の先端の絶対的な位置を求め、それに基づいて切り刃部８１の磨耗量を計測しようとすると、誤差が生じ、正確な磨耗量を計測することができない。
【００３３】
このように画像上における先端の位置がずれる現象について調べた結果、発光部６１と撮像部６２との間に飛散している水の飛沫が原因であることが判明した。すなわち、切削中に使用される切削水や洗浄水は、切削ブレード８０の高速回転によって飛沫となって飛散するため、撮像部６２によって撮像される範囲にも水の飛沫が存在し、発光部６１から放射された光がこの水によって屈折し、撮像部６２がその光を撮像していることが原因であることがわかった。
【００３４】
また、切り刃部８１の先端の近くに基準プレート６４の先端を配置し、切り刃部８１と基準プレート６４とを同時に撮像すると、画像上における両者のずれ量が等しくなることも判明した。したがって、撮像部６２が撮像した画像から切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離を求め、それに基づいて切り刃部８１の磨耗量を計測すれば、誤差が小さくなり、正確な磨耗量を計測することができる。すなわち、切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離が所定の距離以上になった場合は、切り刃部８１が磨耗したと判断することができる。
【００３５】
図４に示すように、切削装置１０は、スピンドル３２による切削ブレード８０の回転数を検出する回転数検出部７１と、回転数検出部７１が検出した回転数に応じて発光部６１を点滅させる点滅制御部７２と、切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離の基準値及び基準値に対する変化の許容範囲を記憶する記憶部７３と、切り刃部８１が磨耗したか否かを判断する磨耗判断部７４と、切り刃部８１に欠けが生じたか否かを判断する欠け判断部７５と、磨耗判断部７４や欠け判断部７５の判断結果を通知する通知部７６とを備えている。
【００３６】
点滅制御部７２は、撮像部６２が切り刃部８１の静止画像を撮像するように、発光部６１の光源６１１を点滅させる。例えば、光源６１１の連続点灯時間を切削ブレード８０の回転周期に比べて非常に短くし、切削ブレード８０の回転周期と同じ（またはその整数倍の）周期で点滅させれば、常に切り刃部８１の同じ位置を撮像部６２が撮像することとなるので、切り刃部８１が静止して見える。こうして取得した画像をモニター１８（図１参照）に映し、その画像を操作者が目視することにより、切り刃部８１の状態を確認することができる。
【００３７】
また、光源６１１を、切削ブレード８０の回転周期（またはその整数倍）と完全に同じ周期で点滅させるのではなく、わずかに異なる周期で点滅させる構成であってもよい。その場合、切り刃部８１の同じ位置ばかりではなく、異なる位置における磨耗量を検出することができるので、切り刃部８１の全周にわたり、すべての位置における磨耗量を検出できる。例えば、他の位置と比べて磨耗量が突然大きくなる位置があれば、その位置に欠けが生じていることを検出できる。
【００３８】
記憶部７３が記憶する許容範囲は、例えば、切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離の基準値からのずれの最大許容量とによって表される。記憶部７３は、切削ブレード８０を交換して、未使用の切削ブレード８０をスピンドル３２に装着したとき、撮像部６２が撮像した画像に基づいて画像処理部６５が算出した切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離を、基準値として記憶する。
【００３９】
磨耗判断部７４は、撮像部６２が取得した画像に基づき画像処理部６５が算出した切り刃部８１の先端と基準プレート６４の先端との間の距離が許容範囲内であるか否かを判断し、許容範囲外である場合に、切り刃部８１が磨耗したと判断する。例えば、磨耗判断部７４は、画像処理部６５が算出した距離から、記憶部７３が記憶した基準値を差し引くことにより、切り刃部８１の磨耗量を算出する。磨耗判断部７４は、算出した磨耗量と、記憶部７３が記憶した最大許容量とを比較して、磨耗量のほうが最大許容量より大きい場合に、切り刃部８１が磨耗したと判断する。
【００４０】
欠け判断部７５は、画像処理部６５が算出した距離が他の位置と比べて突然大きくなる位置がある場合に、切り刃部８１に欠けが生じたと判断する。なお、欠け判断部７５は、撮像部６２が撮像した画像において切り刃部８１が写っている画素の数を数えることにより、切り刃部８１に欠けが生じたか否かを判断する構成であってもよい。欠け判断部７５は、例えば、撮像部６２が撮像した画像を構成するすべての画素について、輝度を所定の閾値と比較し、輝度が閾値より小さい画素の数を数える。輝度が閾値より小さい画素には、切り刃部８１が写っている画素６５１だけでなく、基準プレート６４が写っている画素６５２も含まれるが、基準プレート６４は動かず形状も変化しないため、画像上における基準プレート６４の位置がずれていなければ、基準プレート６４が写っている画素６５２の数は変わらない。また、画像上における基準プレート６４の位置が±Ｚ方向にずれた場合は、画像上における切り刃部８１の位置も同じだけずれるので、基準プレート６４が写っている画素６５２の数が変化するのと同じ数だけ、切り刃部８１が写っている画素６５１の数も変化して、相殺される。したがって、切り刃部８１に欠けが生じていなければ、輝度が閾値より小さい画素の数は変わらず、切り刃部８１に欠けが生じると、輝度が閾値より小さい画素の数が少なくなる。すなわち、輝度が閾値より小さい画素の数を数えることにより、切り刃部８１に欠けが生じたか否かを判断することができる。
【００４１】
通知部７６は、切り刃部８１が磨耗したと磨耗判断部７４が判断した場合や、切り刃部８１に欠けが生じたと欠け判断部７５が判断した場合に、それらの判断をした旨や、切削ブレード８０の交換が必要であることを通知する。通知部７６は、例えば表示灯を点灯したり、警告ブザーを鳴動させたりするなどして、切削ブレード８０の交換が必要であることを切削装置１０の操作者に通知する。あるいは、通知部７６は、通知信号を監視装置に対して送信することにより、切削ブレード８０の交換が必要であることを監視装置に通知する構成であってもよい。
【００４２】
なお、磨耗量を計測するタイミングは、ウェーハユニット９０を切削している最中であってもよいし、ウェーハユニット９０の切削が１枚終了するごとであってもよい。ウェーハユニット９０の切削中にリアルタイムで磨耗量を計測し、切り刃部８１の磨耗や欠けを常に監視する構成であれば、切り刃部８１の磨耗や欠けを即座に発見できるので、切削品質の低下を未然に防ぐことができる。
【００４３】
なお、点滅制御部７２は、発光部６１が断続的に光を放射するよう制御すればよく、光源６１１を点滅させるのではなく、例えば、連続点灯した光源６１１から放射される光をシャッターなどで遮る構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  切削装置、
１１  チャックテーブル、１２  搬送手段、
１３  切削手段、３１  ハウジング、
３２  スピンドル、３２１  ナット、３２２  雄ねじ、
３３  ブレードカバー、３３１  固定ユニット、３３２  可動ユニット、３９  回転軸、１４  切削水供給手段、
４１ａ，４１ｂ  切削水取入口、４２ａ，４２ｂ  切削水ノズル、
１５  洗浄水供給手段、
５１ａ，５１ｂ  洗浄水取入口、５２ａ，５２ｂ  洗浄水ノズル、
１６  ブレード検出手段、
６１  発光部、６１１  光源、６１２  レンズ、６１３  反射鏡、
６２  撮像部、６２１  反射鏡、６２２，６２３  レンズ、６２４  カメラ、
６３  エアー噴射手段、６３１  エアー取入口、６３２ａ，６３２ｂ  エアー噴射口、
６４  基準プレート、６５  画像処理部、６５１，６５２  画素、６５３  画素数、
７１  回転数検出部、７２  点滅制御部、７３  記憶部、７４  磨耗判断部、
７５  欠け判断部、７６  通知部、
１７  カセット、１８  モニター
８０  切削ブレード、８１  切り刃部、
９０  ウェーハユニット、９１  フレーム、９２  テープ、９３  ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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