(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、スラストプレートを有し該円形ブレードを支持する回転スピンドルと、該スラストプレートとの間で一定の距離を保って該スラストプレートを支持するスラスト軸受け及びラジアル軸受けによって該回転スピンドルを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スラストプレートを移動させることにより該円形ブレードを移動させるようにした切削装置。
【請求項２】
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１に記載の切削装置。
【請求項３】
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１に記載の切削装置。
【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５６ａ、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５０μｍ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、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、スラストプレートを有し該円形ブレードを支持する回転スピンドルと、該スラストプレートとの間で一定の距離を保って該スラストプレートを支持するスラスト軸受け及びラジアル軸受けによって該回転スピンドルを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スラストプレートを移動させることにより該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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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２３と、スラスト軸受け２４、２５及びラジアル軸受け２６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。
【００１９】
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。
【００２０】
スピンドルハウジング２７は、モータ部２３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２４、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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２２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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２１の作用を受ける。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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２４、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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２２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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
【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。
【００３９】
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
【図１】
0004051119.tif 000002
【図２】
0004051119.tif 000003
【図３】
0004051119.tif 000004
【図４】
0004051119.tif 000005
【図５】
0004051119.tif 000006