(57)【要約】【課題】複数種類のバイト工具を用いる場合においても、高精度の旋削加工を行うこと。【解決手段】記録手段９には、バイト工具３３のバイト本体３３１に設けられた切れ刃３３２に真円振動を発生させるための基準データがバイト工具３３毎に記録される。制御手段８は、記録手段９に記録される基準データに基づいて、バイト本体３３１に装着された複数個の超音波振動子６ａ〜６ｄに超音波振動を発生させるための交流電力を印加する交流電力供給手段７を制御し、超音波振動子６ａ〜６ｄに発生した超音波振動によりバイト本体３３１を伸長及び伸縮させることで切れ刃３３２に所望の楕円振動を発生させながら被加工物を旋削する。【選択図】図２
2012011519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する被加工物保持手段と、前記被加工物保持手段に保持された前記被加工物を旋削するための旋削手段とを具備し、
前記旋削手段は、着脱自在に構成されたバイト本体及び前記バイト本体の先端に設けられた切れ刃からなるバイト工具と、前記バイト本体に装着された複数個の超音波振動子と、前記超音波振動子に超音波振動を発生させるための交流電力を印加する交流電力供給手段と、前記交流電力供給手段を制御する制御手段と、各種データを記録する記録手段とを含み、前記複数個の超音波振動子に交流電力を印加し発生した超音波振動により前記バイト本体を伸長及び伸縮させることで前記切れ刃に楕円振動を発生させながら前記被加工物を旋削する加工装置であって、
前記記録手段には、２種類以上の前記バイト工具について、前記切れ刃が基準となる真円振動をする際の、前記複数個の超音波振動子へ印加する交流電力の電流値及び前記複数個の超音波振動子へ印加する交流電力の電流値の位相差を実測した基準データが、予め前記バイト工具毎に記録され、
前記制御手段は、前記バイト工具毎の前記基準データに基づき、前記切れ刃が所望の楕円形状に振動するように前記交流電力供給手段を制御することを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記記録手段の前記基準データには、実測した印加する交流電力の電流値に対する前記切れ刃の変位量も含むことを特徴とする請求項１記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工装置に関し、特に、被加工物を旋削するためのバイト工具を備えた加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップが複数個形成された半導体ウェーハは、ダイシング装置等によって個々の半導体チップに分割される。そして、この分割された半導体チップは、携帯電話やパソコン等の電気機器に広く用いられている。近年、電気機器の軽量化、小型化を可能にするために、半導体チップの電極に５０〜１００μｍの突起状のバンプを形成し、このバンプを実装基板に形成された電極に直接接合するようにしたフリップチップと称する半導体チップが開発され実用に供されている。また、インターポーザーといわれる基板に複数の半導体チップを併設したり、積層したりして小型化を図る技術も開発され実用化されている。
【０００３】
上述した各技術においては、半導体チップ等の基板の表面に複数個の突起状のバンプ（電極）を形成し、これらの突起状のバンプ（電極）を介して基板同士を接合するため、それぞれの突起状のバンプ（電極）の高さを揃える必要がある。この突起状のバンプ（電極）の高さを揃えるために、バイト工具によって金等の粘りのある金属材により形成されたバンプ（電極）を旋削して除去する加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の加工装置においては、バイト工具によって金等の粘りのある金属材によって形成されたバンプ（電極）を旋削すると、バイト工具の切れ刃に旋削屑が付着し得る。そして、このようにバイト工具に旋削屑が付着することによって旋削抵抗が上昇してバイト工具が発熱し、ミクロン単位の旋削加工を制御することが困難となるという問題がある。
【０００６】
また、上述したようなバイト工具を備える加工装置においては、バイト工具を着脱可能に構成し、複数種類のバイト工具を用いて旋削加工を行うことが考えられる。このように複数種類のバイト工具によって旋削加工を行う場合には、各種のバイト工具における旋削加工精度を確保することが要請される。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、複数種類のバイト工具を用いる場合においても、高精度の旋削加工を行うことができる加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の加工装置は、被加工物を保持する被加工物保持手段と、前記被加工物保持手段に保持された前記被加工物を旋削するための旋削手段とを具備し、前記旋削手段は、着脱自在に構成されたバイト本体及び前記バイト本体の先端に設けられた切れ刃からなるバイト工具と、前記バイト本体に装着された複数個の超音波振動子と、前記超音波振動子に超音波振動を発生させるための交流電力を印加する交流電力供給手段と、前記交流電力供給手段を制御する制御手段と、各種データを記録する記録手段とを含み、前記複数個の超音波振動子に交流電力を印加し発生した超音波振動により前記バイト本体を伸長及び伸縮させることで前記切れ刃に楕円振動を発生させながら前記被加工物を旋削する加工装置であって、前記記録手段には、２種類以上の前記バイト工具について、前記切れ刃が基準となる真円振動をする際の、前記複数個の超音波振動子へ印加する交流電力の電流値及び前記複数個の超音波振動子へ印加する交流電力の電流値の位相差を実測した基準データが、予め前記バイト工具毎に記録され、前記制御手段は、前記バイト工具毎の前記基準データに基づき、前記切れ刃が所望の楕円形状に振動するように前記交流電力供給手段を制御することを特徴とする。
【０００９】
上記加工装置によれば、記録手段に記録されたバイト工具毎の基準データに基づいて制御手段で交流電力供給手段から超音波振動子に印加される交流電力が制御されることから、バイト工具の種類に応じて切れ刃に所望の楕円振動を発生させることができる。これにより、加工装置に装着されたバイト工具の切れ刃に旋削屑が付着するのを防止することができるので、旋削屑の付着に起因して旋削抵抗が上昇して切れ刃が発熱して加工精度が劣化する事態を回避することができる。この結果、複数種類のバイト工具を用いる場合においても、高精度の旋削加工を行うことが可能となる。
【００１０】
特に、上記加工装置によれば、記録手段にバイト工具毎に複数個の超音波振動子へ印加する交流電力の電流値及び複数個の超音波振動子へ印加する交流電力の位相差を実測した基準データが記録されていることから、加工装置に装着されるバイト工具の種類に応じて確実に切れ刃に楕円振動を発生させることができるので、旋削加工に伴う旋削屑を切れ刃から効果的に除去することが可能となる。
【００１１】
上記加工装置において、前記記録手段の前記基準データには、実測した印加する交流電力の電流値に対する前記切れ刃の変位量も含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数種類のバイト工具を用いる場合においても、高精度の旋削加工を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る加工装置の要部を示す斜視図である。
【図２】上記実施の形態に係る加工装置の旋削ユニットが有するバイト工具を超音波振動させるための機能ブロック図である。
【図３】上記実施の形態に係る加工装置の旋削ユニットが有するバイト工具の平面図である。
【図４】図２及び図３に示す旋削バイトの超音波振動子に印加する交流電力の説明図である。
【図５】図２及び図３に示す旋削バイトに配設された第１、第２の超音波振動子に交流電力を印加した状態を示す説明図である。
【図６】図２及び図３に示す旋削バイトに配設された第３、第４の超音波振動子に交流電力を印加した状態を示す説明図である。
【図７】上記実施の形態に係る加工装置の記録手段に記録される基準データの説明図である。
【図８】上記実施の形態に係る加工装置の記録手段に記録される電流値−振幅関数データの説明図である。
【図９】上記実施の形態に係る加工装置の記録手段に記録される位相差データの説明図である。
【図１０】被加工物としての半導体ウェーハの平面図及び要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
まず、本実施の形態に係る加工装置について説明する前に、その被加工物の一例について説明する。本実施の形態に係る加工装置においては、例えば、図１０に示すように、表面に複数個の半導体チップ１１０が格子状に形成された半導体ウェーハ１００を被加工物とする。半導体ウェーハ１００に形成された複数個の半導体チップ１１０の表面には、複数個のバンプ（突起状の電極）１２０が形成されている。これらのバンプ１２０は、半導体チップ１１０に形成された図示しないアルミニウム等からなる電極板に金ワイヤを加熱溶融して装着される。このように形成されるバンプ１２０には、例えば、その上端部に針状の髭部が残った状態となると共に、その高さにばらつきが発生した状態となっている。
【００１５】
なお、以下の説明においては、表面に複数個のバンプ１２０が形成された半導体チップ１１０を有する半導体ウェーハ１００を被加工物とする場合について説明する。しかしながら、本実施の形態に係る加工装置における被加工物については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、液晶用導光板やＤＶＤピックアップレンズなどの超精密微細加工が要求されるプラスティック製光学部品の量産に用いられる焼入れ鋼金型など、超精密微細加工が必要な被加工物にも適用することもできる。
【００１６】
本実施の形態に係る加工装置は、上述したように半導体チップ１１０の表面に形成された複数個のバンプ１２０に旋削加工を施し、針状の髭部を除去すると共に、その高さを揃えるものである。以下、本実施の形態に係る加工装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る加工装置１の要部を示す斜視図である。なお、以下においては、説明の便宜上、図１に示す左下方側を加工装置１の前方側と呼び、同図に示す右上方側を加工装置１の後方側と呼ぶものとする。
【００１７】
本実施の形態に係る加工装置１は、図１に示すように、装置のハウジングを構成する基台２を有している。基台２は、加工装置１の前後方向に延在する主部２１と、この主部２１の後端部で上方側に延出して設けられた壁部２２とを有している。この壁部２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１が設けられている。これらの案内レール２２１に旋削手段としての旋削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。
【００１８】
旋削ユニット３は、移動基台３１と、この移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２とを具備している。移動基台３１には、その後面に一対の脚部３１１が設けられている。これらの脚部３１１には、一対の案内レール２２１と摺動可能に係合する一対の被案内溝３１２が形成されている。このように壁部２２に設けられた一対の案内レール２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面に支持部材３１３が装着されている。スピンドルユニット３２は、この支持部材３１３に支持されている。
【００１９】
スピンドルユニット３２は、支持部材３１３に支持されたスピンドルハウジング３２１と、このスピンドルハウジング３２１に回転自在に配設された回転スピンドル３２２と、この回転スピンドル３２２を回転駆動するための駆動源としてのモータ３２３とを有している。回転スピンドル３２２の下端部は、スピンドルハウジング３２１の下端部を越えて下方側に突出しており、その下端部には円板形状のバイト工具装着部材３２４が設けられている。バイト工具装着部材３２４には、バイト工具３３が着脱可能に装着される。
【００２０】
ここで、バイト工具装着部材３２４に対するバイト工具３３の着脱構造の一例について説明する。バイト工具装着部材３２４には、外周部の一部に上下方向に貫通するバイト取り付け穴が設けられると共に、このバイト取り付け穴に対応する外周面からバイト取り付け穴に達する雌ねじ穴が設けられている。このように構成されたバイト工具装着部材３２４のバイト取り付け穴にバイト工具３３を挿入し、雌ねじ穴に締め付けボルトを螺合して締め付けることにより、バイト工具３３はバイト工具装着部材３２４に着脱可能に装着される。
【００２１】
バイト工具３３は、例えば、超鋼合金等の工具鋼によって棒状に形成された、断面が矩形のバイト本体３３１と、このバイト本体３３１に先端部に設けられ、ダイヤモンド等で形成された切れ刃３３２とによって構成される（図２、図３参照）。このように構成され、バイト工具装着部材３２４に装着されたバイト工具３３は、回転スピンドル３２２の回転に伴って後述するチャックテーブル５２の保持面５２ａと平行な面内で回転するように構成されている。なお、このバイト工具３３の詳細な構成については後述する。
【００２２】
また、壁部２２には、旋削ユニット３を一対の案内レール２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブル５２の保持面５２ａと垂直な方向）に移動させる旋削ユニット移動機構４が設けられている。この旋削ユニット移動機構４は、壁部２２の前方側に配設され、実質的に鉛直方向に延在する雄ネジロッド４１を備えている。この雄ネジロッド４１の上端部及び下端部は、壁部２２に取り付けられた軸受部材４２及び４３によって回転可能に支持されている。軸受部材４２には、雄ネジロッド４１を回転駆動するためのモータ４４が配設され、このモータ４４の出力軸が雄ネジロッド４１に連結されている。一方、移動基台３１の後面には、雄ネジロッド４１に螺合する図示しない連結部が設けられている。モータ４４から供給される駆動力に応じて雄ネジロッド４１が回転すると、移動基台３１及びこれに装着された旋削ユニット３が上下方向に移動するように構成されている。
【００２３】
基台２の主部２１の上面には、被加工物保持手段としてのチャックテーブル機構５が配設されている。チャックテーブル機構５は、支持基台５１と、この支持基台５１に回転可能に支持される円板形状のチャックテーブル５２とを含んでいる。支持基台５１は、図示しない駆動機構に接続され、この駆動機構から供給される駆動力により、主部２１の上面を加工装置１の前後方向にスライド移動される。これにより、チャックテーブル５２は、旋削ユニット３のバイト工具３３と対向する加工位置と、この加工位置から前方側に離間し、加工前の半導体ウェーハ１００が供給される一方、加工後の半導体ウェーハ１００が回収される載せ換え位置との間でスライド移動される。
【００２４】
チャックテーブル５２には、半導体ウェーハ１００が水平に保持される保持面５２ａが形成されている。保持面５２ａは、例えば、ポーラスセラミック材により吸引面が形成されている。チャックテーブル５２は、基台２内に配置された図示しない吸引源に接続され、保持面５２ａの吸引面で半導体ウェーハ１００を吸引保持する。
【００２５】
支持基台５１の前後には、半導体ウェーハ１００の旋削加工時に発生する旋削くず等の基台２内への侵入を防止する防塵カバー５３が設けられている。防塵カバー５３は、支持基台５１の前面及び後面に取り付けられると共に、その移動位置に応じて伸縮可能に設けられている。このように伸縮可能に構成された防塵カバー５３により、基台２内の吸引源や回転駆動機構と支持基台５１とを連結するための開口部が覆われる。
【００２６】
このように構成される加工装置１において、半導体ウェーハ１００は、図示しない搬入・搬出機構により載せ換え位置に配置されたチャックテーブル５２に載置された後、図示しない駆動機構によりチャックテーブル５２が加工位置に到達するまで支持基台５１がスライド移動される。一方、旋削ユニット移動機構４により旋削ユニット３が下方移動される。チャックテーブル５２上に吸引保持された半導体ウェーハ１００に対してバイト工具３３で旋削加工が可能な位置に配置されると、スピンドルユニット３２の回転スピンドル３２２が回転駆動される。この回転スピンドル３２２の回転に伴って回転するバイト工具３３の切れ刃３３２により、半導体ウェーハ１００に設けられた半導体チップ１１０の表面に形成された複数個のバンプ１２０の旋削加工が行われる。
【００２７】
そして、半導体ウェーハ１００上の加工対象となる全てのバンプ１２０に対する旋削加工が終了すると、回転スピンドル３２２の回転が停止された状態において、旋削ユニット移動機構４により旋削ユニット３が上方移動されると共に、チャックテーブル５２が載せ換え位置に到達するまで支持基台５１がスライド移動される。その後、図示しない搬入・搬出機構により加工後の半導体ウェーハ１００が搬出され、一連の加工処理が終了する。
【００２８】
ここで、本実施の形態に係る加工装置１の旋削ユニット３が有するバイト工具３３の構成について図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態に係る加工装置１の旋削ユニット３が有するバイト工具３３を超音波振動させるための機能ブロック図である。図３は、本実施の形態に係る加工装置１の旋削ユニット３が有するバイト工具３３の平面図である。
【００２９】
図２及び図３に示すように、バイト工具３３のバイト本体３３１は、断面が矩形状に形成されている。バイト本体３３１には、切れ刃３３２による図２の矢印Ａで示す旋削方向に垂直な第１の面３３１ａ及び第２の面３３１ｂが設けられている。これらの第１の面３３１ａ及び第２の面３３１ｂには、それぞれ第１の超音波振動子６ａ及び第２の超音波振動子６ｂが配設されている。また、バイト本体３３１には、第１の面３３１ａ及び第２の面３３１ｂと直交する第３の面３３１ｃ及び第４の面３３１ｄが設けられている。これらの第３の面３３１ｃ及び第４の面３３１ｄ（図２には図示していない）には、それぞれ第３の超音波振動子６ｃ及び第４の超音波振動子６ｄが配設されている。
【００３０】
第１の超音波振動子６ａ、第２の超音波振動子６ｂ、第３の超音波振動子６ｃ及び第４の超音波振動子６ｄは、圧電体６１と、この圧電体６１の両側分極面にそれぞれ装着された２枚の電極板６２、６３とから構成されている。圧電体６１は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉｏ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＢ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等の圧電セラミックスによって形成されている。このように構成された第１の超音波振動子６ａ、第２の超音波振動子６ｂ、第３の超音波振動子６ｃ及び第４の超音波振動子６ｄは、それぞれ一方の電極板６２が絶縁体ボンド６４によってバイト本体３３１の第１の面３３１ａ、第２の面３３１ｂ、第３の面３３１ｃ及び第４の面３３１ｄに装着されている。
【００３１】
旋削ユニット３は、図２に示すように、このようにバイト本体３３１に装着される第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄに超音波振動を発生させるための交流電力を供給する交流電力供給手段７と、この交流電力供給手段７を制御する制御手段８と、制御手段８が交流電力供給手段７を制御する際に利用する各種データを記録する記録手段９と、交流電力供給手段７から供給される交流電力の電流値及びその位相を測定する複数（本実施の形態では２つ）の測定手段１０とを備えている。
【００３２】
交流電力供給手段７は、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄがそれぞれ有する電極板６２、６３に交流電力を印加する。交流電力供給手段７は、交流電源７１と、交流電源７１に接続された周波数・位相調整手段７２と、周波数・位相調整手段７２に接続された複数（本実施の形態では２つ）の増幅器７３（第１増幅器７３ａ、第２増幅器７３ｂ）とから構成されている。なお、本実施の形態に係る加工装置１においては、バイト工具３３が装着されるバイト工具装着部材３２４が回転駆動されるため、交流電力供給手段７は、例えば、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄの電極板６２、６３に対して図示しないスリップリング及びブラシからなる通電手段を介して交流電力を印加可能に構成されている。
【００３３】
周波数・位相調整手段７２は、制御手段８からの指示に基づいて交流電力７１の周波数及び位相を調整する。増幅器７３（第１増幅器７３ａ、第２増幅器７３ｂ）が有する電圧調整手段７３１は、制御手段８からの指示に基づいて周波数・位相調整手段７２により周波数及び位相が調整された交流電力７１の電圧を調整する。第１増幅器７３ａは、第１の接続ケーブル７４ａを介して第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂに接続されている。第１増幅器７３ａの電圧調整手段７３１で調整された電圧は、第１の接続ケーブル７４ａを介して第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂに印加される。第２増幅器７３ｂは、第２の接続ケーブル７４ｂを介して第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄに接続されている。第２増幅器７３ｂの電圧構成手段７３１で調整された電圧は、第２の接続ケーブル７４ａを介して第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄに印加される。この第１、第２の接続ケーブル７４ａ、７４ｂには、それぞれ第１増幅器７３ａ、第２増幅器７３ｂの電圧調整手段７３１により調整された電圧に応じた電流が流れるように構成されている。
【００３４】
測定手段１０は、第１測定手段１０ａと第２測定手段１０ｂとで構成される。第１測定手段１０ａは、第１の接続ケーブル７４ａ上に接続され、第１の接続ケーブル７４ａにおける交流電力の電流値及びその位相を測定する。一方、第２測定手段１０ｂは、第２の接続ケーブル７４ｂ上に接続され、第２の接続ケーブル７４ｂにおける交流電力の電流値及びその位相を測定する。これらの第１、第２測定手段１０ａ、１０ｂで測定された電流値及びその位相は、測定値として制御手段８に出力される。
【００３５】
制御手段８は、測定手段１０から入力された測定値と、記録手段９に記録された各種データとに基づいて交流電力供給手段７の周波数・位相調整手段７２及び第１、第２増幅器７３ａ、７３ｂの電圧調整手段７３１における周波数、位相及び電圧の調整量を制御する。この場合、制御手段８は、詳細について後述するように、バイト工具装着部材３２４に装着されているバイト工具３３の切れ刃３３２に所望の楕円振動が発生するように（切れ刃３３２が所望の楕円形状に振動するように）周波数・位相調整手段７２及び電圧調整手段７３１における周波数、位相及び電圧の調整量を制御する。
【００３６】
記録手段９には、２種類以上のバイト工具３３について、切れ刃３３２が基準となる真円振動をする際の、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄに印加する交流電力の電流値と、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄに印加する交流電力の電流値の位相差を実測した基準データが記録されている。なお、この基準データの詳細については後述する。
【００３７】
このような構成を有する旋削ユニット３における作用について説明する。バイト工具３３で旋削加工を行う際、制御手段８は、交流電力供給手段７の周波数・位相調整手段７２及び電圧調整手段７３１を制御して、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄの電極板６２、６３に印加する交流電力及びその周波数、位相を制御する。
【００３８】
ここで、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄの電極板６２、６３に印加される交流電力に比例してバイト工具３３の切れ刃３３２に振動が伝達される理想的な形状のバイト工具３３において、切れ刃３３２を真円に振動させる、交流電力の位相について図４を参照して説明する。図４（ａ）は、第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂの電極板６２、６３に印加する交流電力の位相を示し、図４（ｂ）は、第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄの電極板６２、６３に印加する交流電力の位相を示している。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂの電極板６２、６３に印加する交流電力は、位相差が１８０度（逆位相）になるように設定されている。一方、第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄの電極板６２、６３に印加する交流電力は、同位相になるように設定されると共に、第１の超音波振動子６ａに印加する交流電力に対して９０度遅れる位相となるように設定されている。
【００４０】
図５は、図２及び図３に示すバイト工具３３に装着された第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂに交流電力を印加した状態の説明図である。図６は、図２及び図３に示すバイト工具３３に装着された第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄに交流電力を印加した状態の説明図である。
【００４１】
上述したように、位相差が１８０度（逆位相）となるように設定された交流電力が第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂの電極板６２、６３に印加されると、第１の超音波振動子６ａの圧電体６１が収縮する場合には、図５（ａ）に示すように、第２の超音波振動子６ｂの圧電体６１が伸長し、バイト工具３３のバイト本体３３１は、矢印Ａ１方向に変位する。一方、第１の超音波振動子６ａの圧電体６１が伸長する場合には、図５（ｂ）に示すように、第２の超音波振動子６ｂの圧電体６１が収縮し、バイト工具３３のバイト本体３３１は、矢印Ａ２方向に変位する。したがって、バイト工具３３のバイト本体３３１は、第１の超音波振動子６ａの圧電体６１の収縮及び伸長による振幅と、第２の超音波振動子６ｂの圧電体６１の伸長及び収縮による振幅とが増幅されてバイト工具３３の切れ刃３３２による旋削方向に繰り返し変位して超音波振動する。
【００４２】
一方、上述したように、同位相となるように設定された交流電力が第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄの電極板６２、６３に印加されると、第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄの圧電体６１が伸長する場合には、図６（ａ）に示すように、バイト工具３３のバイト本体３３１は、２点鎖線で示すように矢印Ｂ１方向（旋削方向に対して垂直な下方）に変位する。また、第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄの圧電体６１が収縮する場合には、図６（ｂ）に示すように、バイト工具３３のバイト本体３３１は、２点鎖線で示すように矢印Ｂ２方向（旋削方向に対して垂直な上方）に変位する。
【００４３】
したがって、第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂの電極板６２、６３に図４（ａ）に示すように位相差が１８０度（逆位相）となるように設定された交流電力を印加すると共に、第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄの電極板６２、６３に図４（ｂ）に示すように同位相で、しかも第１の超音波振動子６ａに印加する交流電力に対して９０度遅れる位相差となるように設定された交流電力を印加すると、バイト工具３３のバイト本体３３１の切れ刃３３２の先端は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す０度（Ａ）、９０度（Ｂ）、１８０度（Ｃ）、２７０度（Ｄ）において図２に示すように真円運動をしつつ変位することとなる。
【００４４】
本実施の形態に係る加工装置１においては、このようにバイト工具装着部材３２４に装着されたバイト工具３３の切れ刃３３２を変位させながら、半導体ウェーハ１００の半導体チップ１１０の表面に形成されたバンプ（電極）１２０の旋削加工を行う。このように旋削加工を行う場合において、同一の交流電力を超音波振動子に印加したとしても、バイト工具３３の切れ刃３３２における変位量は、バイト工具３３の形状や材質によって微妙に異なる。このため、本実施の形態に係る加工装置１においては、このようなバイト工具３３の特性を考慮して、旋削加工を行うバイト工具３３の切れ刃３３２が真円形状に沿って振動するように、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄに印加する交流電力及びその位相を制御可能とする。その上で、バイト工具３３の切れ刃３３２が所望の楕円形状に沿って振動するように、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄに印加する交流電力及びその位相を調整可能とする。
【００４５】
このようなバイト工具３３毎に異なる特性に対応するため、旋削ユニット３の記録手段９には、バイト工具３３の切れ刃３３２に真円形状の振動を発生させるための基準データがバイト工具３３毎に記録されている。図７は、本実施の形態に係る加工装置１の旋削ユニット３の記録手段９に記録される基準データ例の説明図である。なお、図７においては、記録手段９に２種類のバイト工具３３（バイト工具３３ａ、３３ｂ）に関する基準データが記録された場合について示している。
【００４６】
図７に示すように、記録手段９には、基準データとして、バイト工具３３毎に、第１〜第４の超音波振動６ａ〜６ｄに印加する交流電力の電流値と、バイト工具３３の切れ刃３３２における変位量で構成される波形（以下、便宜上、「変位波形」という）の振幅との相関関係を示す相関データ（以下、「電流値−振幅関数データ」という）９１（９１ａ、９１ｂ）と、バイト工具３３（３３ａ、３３ｂ）の切れ刃３３２の図２の矢印Ｂ方向の変位波形と、図２の矢印Ａ方向の変位波形とが１／４波長の位相差をもつような交流電力の電流値の位相差データ９２（９２ａ、９２ｂ）とが記録されている。なお、これら電流値−振幅関数データ９１及び位相差データ９２は、該当するバイト工具３３を装着した状態で予めレーザドップラー測長器によって測定された実測値に基づいて求められている。
【００４７】
電流値−振幅関数データ９１には、第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂに印加する交流電力の電流値に対するバイト工具３３の切れ刃３３２における図２に示す矢印Ａ方向（半導体ウェーハ１００の旋削方向に平行な方向）の変位量との相関関係を定めた第１の相関データと、第３、第４の超音波振動子６ｃ、６ｄに印加する交流電力の電流値に対するバイト工具３３の切れ刃３３２における図２に示す矢印Ｂ方向（半導体ウェーハ１００の旋削方向に垂直な方向）の変位量との相関関係を定めた第２の相関データとが含まれる。
【００４８】
図８は、本実施の形態に係る加工装置１の記録手段９に記録される電流値−振幅関数データの説明図である。図８（ａ）においては、第１の相関データの一例を示し、図８（ｂ）においては、第２の相関データの一例を示している。図８（ａ）においては、横軸にバイト工具３３の切れ刃３３２の図２に示す矢印Ａ方向の振幅を示し、縦軸に第１の接続ケーブル７４ａにおける電流値を示している。同様に、図８（ｂ）においては、横軸にバイト工具３３の切れ刃３３２の図２に示す矢印Ｂ方向の振幅を示し、縦軸に第２の接続ケーブル７４ｂにおける電流値を示している。
【００４９】
図８に示すように、第１、第２の相関データのいずれにおいても、超音波振動子６に印加される交流電力の電流値が大きくなるに連れて、バイト工具３３の切れ刃３３２における振幅が大きくなるのが分かる。特に、図８に示すバイト工具３３の切れ刃３３２においては、図８（ａ）に示すように、１００ｍＡ程度の電流値により図２に示す矢印Ａ方向に２μｍ程度の振幅を有することが分かる。また、図８（ｂ）に示すように、３５０ｍＡ程度の電流値により図２に示す矢印Ｂ方向に２μｍ程度の振幅を有することが分かる。
【００５０】
上述したように、バイト工具３３の切れ刃３３２に真円に振動させる場合には、バイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ｂ方向の変位波形と、図２の矢印Ａ方向の変位波形とが１／４波長の位相差をもつような交流電力を第１〜第４超音波振動子６ａ〜６ｄに印加することが必要となる。このため、記録手段９には、バイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ｂ方向の変位波形と、バイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ａ方向の変位波形とが１／４波長の位相差をもつような交流電力の電流値の位相差データ９２が記録されている。
【００５１】
図９は、本実施の形態に係る加工装置１の記録手段９に記録される位相差データの説明図である。記録手段９には、例えば、図９に示すように、バイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ｂ方向の変位波形３３ｃが、バイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ａ方向の変位波形３３ｄに対して９０度遅れるような位相差データ９２が記録されている。例えば、このような位相差データ９２を構成するように交流電力を供給することにより、バイト工具装着部材３２４に装着されたバイト工具３３には、真円振動が発生することとなる。
【００５２】
本実施の形態に係る加工装置１において、旋削加工を行う場合には、制御手段８は、このように記録手段９に記録された電流値−振幅関数データ９１及び位相差データ９２と、測定手段１０から入力された測定値（すなわち、第１、第２の接続ケーブル７４ａ、７４ｂにおける電流値及びその位相）とに基づいて交流電力供給手段７の周波数・位相調整手段７２及び第１、第２増幅器７３ａ、７３ｂの電圧調整手段７３１における周波数、位相及び電圧の調整量を制御する。
【００５３】
この場合において、記録手段９には、バイト工具３３毎に、バイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ｂ方向の変位波形３３ｃと、バイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ａ方向の変位波形３３ｄとに１／４波長の位相差をもつような交流電力の電流値の位相差データ９２が記録されている。このため、制御手段８は、このような位相差データ９２を参照することにより、バイト工具装着部材３２４に装着されているバイト工具３３の形状や材質などの特性を考慮した上でバイト工具３３に超音波振動を発生させることができ、バイト工具３３の切れ刃３３２に真円振動を発生させることができる。
【００５４】
また、記録手段９には、バイト工具３３毎に、超音波振動子６ａ〜６ｄに印加する交流電力の電流値に対するバイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ａ方向、矢印Ｂ方向の振幅を示す電流値−振幅関数データ９１が記録されている。このため、制御手段８は、このような電流値−振幅関数データ９１を参照することにより、バイト工具装着部材３２４に装着されているバイト工具３３の切れ刃３３２に所望の振幅の振動を発生させることができる。これにより、位相差データ９２に基づく真円振動と組み合わせてバイト工具３３の切れ刃３３２に所望の楕円振動を発生させることができる。
【００５５】
例えば、電流値−振幅関数データ９１に基づいて、バイト工具３３の切れ刃３３２における図２に示すＡ方向、Ｂ方向に２μｍの振幅で振動させれば、切れ刃３３２に真円振動を発生させることができる。一方、電流値−振幅関数データ９１に基づいて、バイト工具３３の切れ刃３３２における図２に示すＡ方向に２μｍ、Ｂ方向に３μｍの振幅で振動させれば、切れ刃３３２に楕円振動を発生させることができる。すなわち、本実施の形態に係る加工装置１においては、バイト工具３３の切れ刃３３２に真円振動を発生させるために第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄに印加する交流電力及び位相を基準として、バイト工具３３の切れ刃３３２に所望の楕円振動を発生させることができるものとなっている。
【００５６】
さらに、記録手段９には、バイト工具３３の切れ刃３３２の図２の矢印Ａ方向、矢印Ｂ方向の振幅を示す電流値−振幅関数データ９１が記録されていることから、被加工物の材質等に応じて柔軟に楕円振動の軌跡を調整することもできる。例えば、第１、第２の超音波振動子６ａ、６ｂに対して印加する交流電力を通常時よりも大きくすることにより、図２に示すＢ方向の変位量の振幅を、同図に示すＡ方向の変位量の振幅よりも大きく調整することができる。これにより、被加工物の材質等に応じて柔軟に旋削加工を行うことができる。
【００５７】
なお、本実施の形態に係る加工装置１においては、第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄの振動を、これらに印加される交流電力の電圧値ではなく、電流値に基づいて制御している。これは、交流電力の電圧値がバイト工具３３における変位量の振幅とはリニアな関係がないのに対し、交流電力の電流値がバイト工具３３における変位量の振幅とリニアな関係にあるためである。このように交流電力の電流値に基づいて第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄの振動を制御することにより、電圧値に基づいてその振動を制御する場合に比べて高精度な制御を実現することができる。
【００５８】
さらに、制御手段９は、測定手段１０からの測定結果に基づいて、交流電力供給手段７の周波数・位相調整手段７２及び電圧調整手段７３１における周波数、位相及び電圧の調整量を制御することから、実際に第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄに供給されている交流電力の電流値及びその位相を反映しながら、周波数・位相調整手段７２及び電圧調整手段７３１における周波数、位相及び電圧を効果的に調整できるので、バイト工具３３の切れ刃３３２に高精度に所望の楕円振動を発生させることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態に係る加工装置１においては、記録手段９に記録されたバイト工具３３毎の基準データに基づいて制御手段８で交流電力供給手段７から第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄに印加される交流電力を制御するようにしたことから、バイト工具３３の種類に応じて適切に切れ刃３３２に楕円振動を発生させることができる。これにより、加工装置１に装着されたバイト工具３３の切れ刃３３２に旋削屑が付着するのを防止することができるので、旋削屑の付着に起因して旋削抵抗が上昇して切れ刃が発熱して加工精度が劣化する事態を回避することができる。この結果、複数種類のバイト工具３３を用いる場合においても、高精度の旋削加工を行うことが可能となる。
【００６０】
特に、本実施の形態に係る加工装置１においては、記録手段９にバイト工具３３毎に第１〜第４の超音波振動子６ａ〜６ｄへ印加する交流電力の電流値及びその位相差及びその交流電力の位相差を実測した基準データが記録されていることから、加工装置１に装着されるバイト工具３３の種類に応じて確実に切れ刃３３２に楕円振動を発生させることができるので、旋削加工に伴う旋削屑を切れ刃３３２から効果的に除去することが可能となる。
【００６１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００６２】
例えば、上記実施の形態においては、記録手段９に、基準データの一例として、電流値−振幅関数データ９１と、位相差データ９２とが記録される場合について説明している。しかしながら、記録手段９に記録される基準データの構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、電流値−振幅関数データ９１を第１〜第４の超音波振動６ａ〜６ｄに印加する交流電力の電流値を示す電流値データに置換し、位相差データ９２と共に記録しておくようにしても良い。このように電流値データ及び位相差データ９２を記録する場合には、上記実施の形態のようにバイト工具３３の切れ刃３３２に所望の振幅の楕円振動を発生させることはできないが、一定の振幅で切れ刃３３２に楕円振動を発生させることができる。
【００６３】
また、上記実施の形態においては、チャックテーブル機構５のチャックテーブル５２ａを前後方向に移動可能に構成する一方、旋削ユニット３を回転可能に構成して半導体ウェーハ１００上のバンプ（電極）１２０を旋削する場合について説明している。しかしながら、半導体ウェーハ１００上のバンプ（電極）１２０を旋削する構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、チャックテーブル機構５のチャックテーブル５２ａを回転可能に構成する一方、旋削ユニット３を上下方向に移動可能に構成するようにしても良い。このように旋削ユニット３及びチャックテーブル機構５の構成を変更する場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上説明したように、本発明は、記録手段に記録されたバイト工具毎の基準データに基づいて制御手段で交流電力供給手段から超音波振動子に印加される交流電力を制御することで、バイト工具の種類に応じて切れ刃に所望の楕円振動を発生させ、旋削屑の付着に起因して加工精度が劣化する事態を回避でき、複数種類のバイト工具を用いる場合においても、高精度の旋削加工が可能となるという効果を有し、特に、被加工物に対して旋削加工を行う加工装置に有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１  加工装置
２  基台
２１  主部
２２  壁部
３  旋削ユニット
３１  移動基台
３２  スピンドルユニット
３２１  スピンドルハウジング
３２２  回転スピンドル
３２３  モータ
３２４  バイト工具装着部材
３３、３３ａ、３３ｂ  バイト工具
３３ｃ、３３ｄ  変位波形
３３１  バイト本体
３３１ａ  第１の面
３３１ｂ  第２の面
３３１ｃ  第３の面
３３１ｄ  第４の面
３３２  切れ刃
４  旋削ユニット移動機構
５  チャックテーブル機構
５１  支持基台
５２  チャックテーブル
５２ａ  保持面
６ａ  第１の超音波振動子
６ｂ  第２の超音波振動子
６ｃ  第３の超音波振動子
６ｄ  第４の超音波振動子
６１  圧電体
６２、６３  電極板
６４  絶縁体ボンド
７  交流電力供給手段
７１  交流電源
７２  周波数・位相調整手段
７３  増幅器
７３ａ  第１増幅器
７３ｂ  第２増幅器
７３１  電圧調整手段
７４ａ  第１の接続ケーブル
７４ｂ  第２の接続ケーブル
８  制御手段
９  記録手段
９１、９１ａ、９１ｂ  電流値−振幅関数データ
９２、９２ａ、９２ｂ  位相差データ
１０  測定手段
１０ａ  第１測定手段
１０ｂ  第２測定手段
１００  半導体ウェーハ
１１０  半導体チップ
１２０  バンプ
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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