JP7100462B2

JP7100462B2 - 水温設定方法

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Publication number: JP7100462B2
Application number: JP2018027832A
Authority: JP
Inventors: 賢新井; 淳斎藤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2022-07-13
Anticipated expiration: 2038-02-20
Also published as: TW201934253A; DE102019202203A1; JP2019145643A; CN110170921A; US20190255672A1; KR20190100032A; CN110170921B; TWI788524B

Description

本発明は、加工装置の各部に供給される水の温度を設定する方法に関する。

保持テーブルが保持したウェーハを高速回転する切削ブレードで切削水を供給しつつ切削する切削装置は、切削ブレードを先端に装着したスピンドルを高速回転させるモータを有するスピンドルユニットを備えている。また、スピンドルユニットの熱による故障等を防ぐために、モータが発生させた熱を除去しスピンドルユニットを設定温度にする冷却水回路と、切削屑の洗浄除去及び加工点の冷却を行う切削水を設定温度で切削ブレードに供給する切削水回路とを備える定温水供給装置（例えば、特許文献１参照）を必要としている。

特開２００７－１２７３４３号公報

スピンドルユニットは、モータの熱を除去する冷却ジャケットを備えており、冷却水回路は、冷却ジャケットに冷却水を流しモータから熱を除去する。そして、モータの熱により温度が高くなった冷却水は、冷却水回路に備える冷却手段で冷却されて、冷却水回路内を循環する。

切削加工において、切削ブレードが高速回転するため、切削ブレードに供給された切削水は切削ブレードの遠心力で飛散し気化する。この気化熱により切削ブレードは放熱され温度が下がる。その為、冷却水で冷却ジャケットを介して冷却されたスピンドルユニットと、切削水が供給された切削ブレード及びその周囲とに温度差が生じ、スピンドルユニットに熱歪みが生じる。そして、この熱歪みがウェーハに対して所望の高精度な加工を加えるのにあたり悪影響を及ぼす。

よって、半導体ウェーハ等の被加工物に所望の加工を施すために、スピンドルユニットに熱歪みが生じるのを防ぐという課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、加工具を装着したスピンドルを高速回転させ該加工具に加工水を供給して保持テーブルが保持した被加工物を加工する加工装置における水温設定方法であって、該加工具の高速回転により該加工具から飛散した加工水の気化による該加工具の温度低下分、該加工具に供給する加工水の設定温度を、スピンドルを高速回転させるスピンドルユニットを冷却するスピンドル冷却水の設定温度より高く温調する水温設定方法である。

本発明に係る水温設定方法は、加工具を装着したスピンドルを高速回転させ加工具に加工水を供給して保持テーブルが保持した被加工物を加工する加工装置において、加工具の高速回転により加工具から飛散した加工水の気化による温度低下を考慮して、加工具に供給する加工水の設定温度を、スピンドルを高速回転させるスピンドルユニットを冷却するスピンドル冷却水の設定温度より高く温調することで、冷却水による冷却と切削水による冷却とに温度差を生じさせないようにしてスピンドルユニットの熱歪みを抑えることができ、被加工物に所望の加工を高精度に施すことが可能となる。

加工装置を構成する冷却水回路、加工水回路、及びスピンドルユニットを示す模式図である。

図１は、本発明に係る水温設定方法が実施される加工装置１の各構成である冷却水回路２、加工水回路４、及び加工手段６の構造を示す模式図である。なお、本実施形態において、加工装置１は、保持テーブル３０に吸引保持された被加工物Ｗに加工具（切削ブレード）６０で切削加工を施す切削装置であるが、この例に限定されず、冷却水回路２から供給されたスピンドル冷却水及び加工水回路４から供給された加工水を使用する構成であればよく、例えば、スピンドルの先端部分にマウント等を介して研削ホイールが固定された研削装置等であってもよい。

加工手段６は、例えば、回転駆動されるスピンドル６１１を備えるスピンドルユニット６１と、スピンドル６１１の先端に装着され被加工物Ｗを切削する加工具６０と、加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位（加工点）に対して加工水を噴射する一対の加工水ノズル６２とを少なくとも備えている。そして、加工手段６は、Ｙ軸方向へ割り出し送り可能となっており、また、Ｚ軸方向に切り込み送り可能となっている。

図１に示すように、スピンドルユニット６１はＹ軸方向に水平に延びるスピンドルハウジング６１０を備えており、スピンドルハウジング６１０中には、Ｙ軸方向の軸心を備えるスピンドル６１１が回転可能に収容されている。スピンドル６１１の先端部は、スピンドルハウジング６１０から－Ｙ方向側に突出しており加工具６０を固定可能となっている。

例えば、スピンドルハウジング６１０内のスピンドル６１１の後端側には、スピンドル６１１を回転駆動するモータ６１２が連結されている。モータ６１２は、例えば、スピンドル６１１に装着されたローターと、ローターの外周側に配設されたステータコイルとを備え、ステータコイルに電圧が印加されることでローターが回転し、ローターが装着されたスピンドル６１１を回転させる。そして、モータ６１２のステータコイルの外周側には、例えばモータ６１２全体を囲繞するように冷却ジャケット６１３が取り付けられている。冷却ジャケット６１３は、冷却水流入口６１３ａから流入した冷却水がその内部に形成された流路を通り冷却水流出口６１３ｂから流出することで、囲繞するモータ６１２を冷却できる。なお、モータ６１２及び冷却ジャケット６１３の構成は本実施形態に限定されるものではない。

加工具６０は、例えば、ダイヤモンド砥粒等をレジンやセラミック等の適宜のバインダーで固定し環状に成型したワッシャー型の切削ブレードであり、図示しないマウントフランジ等によってスピンドル６１１の先端部分に固定されている。なお、加工具６０は、円盤状に形成された金属製の基台と、基台の外周部に固定した切り刃とを備えるハブブレードであってもよい。

一対の加工水ノズル６２は、加工具６０の下部を加工具６０を挟むようにしてＸ軸方向に互いに平行に延びている。一対の加工水ノズル６２の加工具６０の側面下部に対向する位置には、加工水を噴射する噴射口６２０が複数Ｘ軸方向に整列して設けられており、複数の噴射口６２０によってＹ軸方向両側から加工水が加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位に向けて噴射されて、該接触部位の冷却及び洗浄が行われる。
加工具６０に対して加工水を供給するノズルは、上記一対の加工水ノズル６２に限定されず、加工具６０のブレード外周方向から加工具６０に向かって加工水を供給する加工水ノズルがさらに配設されていてもよい。

例えば、外形が円形の保持テーブル３０は、ポーラス部材等からなり被加工物Ｗを吸引保持する保持面３０ａを備えている。保持面３０ａには真空発生装置等の図示しない吸引源が連通し、吸引源が作動し生み出された吸引力が、被加工物Ｗが載置された保持面３０ａに伝達されることで、保持テーブル３０は保持面３０ａ上で被加工物Ｗを吸引保持できる。そして、保持テーブル３０は、その下方に配設された回転手段３４によりＺ軸方向の軸心周りに回転可能となっていると共に、Ｘ軸方向に切削送り可能となっている。

加工装置１は、切削加工時において加工具６０に供給される加工水及び発生する切削屑の装置外部への飛散を防ぐための加工室１２を備えており、保持テーブル３０の全体、及び加工手段６の一部が該加工室１２内に収容された状態になっている。冷却水回路２及び加工水回路４は、加工室１２の外部に位置している。なお、加工手段６は、その全体が加工室１２内に収容されていてもよい。

加工水回路４は、純水等の加工水を蓄える水源４０を備えており、該水源４０は、例えば金属配管及び可撓性を有するチューブ等からなる加工水流路４９によって、一対の加工水ノズル６２に連通している。加工水流路４９上には、水源４０から下流側となる一対の加工水ノズル６２に向かって順に、第２のタンク４１、第２のポンプ４２、及び第２の温度調節手段４３が配設されている。

第２のタンク４１には水源４０から供給された加工水が貯留されており、第２のタンク４１内の加工水は第２のポンプ４２によって第２のタンク４１から一対の加工水ノズル６２に向けて送水されている。一対の加工水ノズル６２から噴射され加工具６０と被加工物Ｗとの接触部位の冷却及び洗浄を行った加工水は、例えば、保持テーブル３０上から流下して図示しないウォータケース及び排水管等を介して加工室１２外部に排水される。
第２の温度調節手段４３は、チラーユニット等の第２の冷却手段４３１と第２のヒータ４３２とから成り、第２の冷却手段４３１の冷却と第２のヒータ４３２の加熱とを組み合わせて加工水を所定温度に調節する。

冷却水回路２は、スピンドル冷却水（以下、冷却水とする）が循環する回路であり、冷却ジャケット６１３の冷却水流出口６１３ｂと水が貯水された第１のタンク２１とを連通する冷却水復路２９２と、第１のタンク２１と冷却ジャケット６１３の冷却水流入口６１３ａとを連通する冷却水往路２９１とを備えている。第１のタンク２１内の冷却水は、冷却水往路２９１上に配設された第１のポンプ２２によって冷却ジャケット６１３に向けて送水される。

冷却水往路２９１上の第１のポンプ２２よりも下流側には、第１の温度調節手段２３が配設されており、第１の温度調節手段２３は、チラーユニット等の第１の冷却手段２３１と第１のヒータ２３２とから成り、第１の冷却手段２３１の冷却と第１のヒータ２３２の加熱とを組み合わせて冷却水を所定温度に調節する。

加工装置１は、ＣＰＵやメモリ等の記憶素子等から構成され加工装置１の各部を統括制御する制御手段９を備えており、制御手段９は、第１の温度設定部９１と、第２の温度設定部９２とを含んでいる。第１の温度設定部９１は、無線又は有線の第１の通信経路９１１を介して第１の温度調節手段２３に冷却水の温度設定を行うための制御信号を送出可能となっている。第２の温度設定部９２は、無線又は有線の第２の通信経路９２１を介して第２の温度調節手段４３に加工水の温度設定を行うための制御信号を送出可能となっている。

以下に、本発明に係る水温設定方法を実施し、図１に示す加工装置１を用いて被加工物Ｗを切削する場合について説明する。
保持テーブル３０に保持されている被加工物Ｗは、例えば、外形が円形板状である半導体ウェーハであり、上側を向いている被加工物Ｗの表面Ｗａは、分割予定ラインによって区画された格子状の領域に複数のデバイスが形成されている。被加工物Ｗの裏面Ｗｂは図示しないダイシングテープが貼着されて保護されている。なお、被加工物Ｗは本実施形態に示す例に限定されるものではない。

保持テーブル３０に保持された被加工物Ｗが－Ｘ方向（紙面奥側）に送られるとともに、加工具６０を切り込ませる分割予定ラインの位置が検出される。その後、加工手段６がＹ軸方向に移動し、分割予定ラインと加工具６０とのＹ軸方向における位置合わせがされる。

加工手段６が、例えば被加工物Ｗをフルカットする所定の高さ位置まで降下する。また、モータ６１２がスピンドル６１１を高速回転させ、スピンドル６１１に固定された加工具６０がスピンドル６１１の回転に伴い高速回転する。そして、保持テーブル３０が所定の切削送り速度で－Ｘ方向にさらに送り出されることで、加工具６０が被加工物Ｗに切り込み、分割予定ラインに沿って被加工物Ｗを切削していく。

モータ６１２がスピンドル６１１を回転駆動することで発生する熱をスピンドルユニット６１から除去するために、冷却水回路２に冷却水が通水される。即ち、第１のタンク２１から第１のポンプ２２によって冷却水が送水される。そして、第１の温度設定部９１から第１の温度調節手段２３に制御信号が送出され、第１の温度調節手段２３を通過後に冷却水往路２９１を流れる冷却水が所定の設定温度Ｔ１（例えば、２２℃）になるように、第１の温度調節手段２３において冷却水が温度調節される。そのため、スピンドルユニット６１は、設定温度Ｔ１の冷却水が通過する冷却ジャケット６１３により冷却される。冷却ジャケット６１３を通過した後の冷却水は、モータ６１２の熱を吸収して温まっており、冷却水復路２９２を通じて第１のタンク２１に戻される。そして、第１のタンク２１に戻された後に、第１のポンプ２２によって第１の温度調節手段２３側に送出され、第１の温度調節手段２３で設定温度Ｔ１に冷却されることで、再びスピンドルユニット６１の冷却用の冷却水として再利用されている。

切削加工中においては、第２のタンク４１に蓄えられている加工水が加工水流路４９を通して一対の加工水ノズル６２に供給されて、一対の加工水ノズル６２の噴射口６２０から加工具６０と被加工物Ｗとの加工点（接触部位）に噴射され、加工点の冷却・洗浄を行う。
該加工点に供給された加工水は、高速回転する加工具６０から受ける遠心力により、該加工点において又は加工具６０に連れ回り加工点から離れた箇所で、加工具６０から飛散し気化する。そして、加工水が気化する際に加工室１２内の加工具６０の表面の熱が奪われて冷却される（例えば、温度が１～２℃下がる）。そして、熱を奪った加工水は、加工室１２外部に排水されるため、加工室１２内は加工具６０と共に冷却される。これによって、スピンドルユニット６１の加工室１２内に位置する部分とスピンドルユニット６１の加工室１２外に位置する部分（冷却ジャケット６１３により冷却されている部分）とに温度差が生じると、スピンドルユニット６１全体に熱歪みが生じてしまう。これは、スピンドルユニット６１全体が加工室１２内に収容されている場合においても、スピンドルユニット６１の加工具６０により近い部分と冷却ジャケット６１３で冷却されているモータ６１２に近い部分とに温度差が生じることで、スピンドルユニット６１全体に熱歪みが生じてしまう。

そこで、加工水の上記供給にあたり、本発明に係る水温設定方法が実施され加工水が温調される。即ち、加工具６０の高速回転に伴う加工水の気化による温度低下を考慮して、加工具６０に供給する加工水の設定温度を、スピンドル６１１を高速回転させるスピンドルユニット６１を冷却するスピンドル冷却水の設定温度Ｔ１よりも１～２℃高い所定の温度Ｔ２に調節する。即ち、本実施形態においては、第２の温度設定部９２から第２の温度調節手段４３に制御信号が送出され、第２の温度調節手段４３を通過後に加工水流路４９を流れる加工水が所定の設定温度Ｔ２（例えば、２４℃）になるように、第２の温度調節手段４３において加工水が温度調節される。なお、設定温度Ｔ２は、２３℃であってもよい。

これによって、一対の加工水ノズル６２の噴射口６２０から加工具６０と被加工物Ｗとの加工点に噴射された設定温度Ｔ２の加工水が気化して、スピンドルユニット６１の加工室１２内に位置する部分の温度が下がっても、スピンドルユニット６１の加工室１２外に位置する部分と温度差がほとんど生じなくなるため、スピンドルユニット６１全体に熱歪みが生じてしまうことがなくなる。その結果、被加工物Ｗに高精度な切削加工を施していくことが可能となる。

なお、本発明に係る水温設定方法は上記実施形態に限定されるものではなく、また、添付図面に図示されている加工装置１の各構成についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。

１：加工装置
２：冷却水回路２１：第１のタンク２２：第１のポンプ２３：第１の温度調節手段
２９１：冷却水往路２９２：冷却水復路
４：加工水回路４０：水源４１：第２のタンク４２：第２のポンプ
４３：第２の温度調節手段４９：加工水流路
６：加工手段６０：加工具６１：スピンドルユニット６１１：スピンドル
６１２：モータ６１３：冷却ジャケット６１３ａ：冷却水流入口６１３ｂ：冷却水流出口
６２：一対の加工水ノズル６２０：噴射口
３０：保持テーブル３０ａ：保持面３４：回転手段
９：制御手段９１：第１の温度設定部９１１：第１の通信経路９２：第２の温度設定部９２１：第２の通信経路
Ｗ：被加工物

Claims

加工具を装着したスピンドルを高速回転させ該加工具に加工水を供給して保持テーブルが保持した被加工物を加工する加工装置における水温設定方法であって、
該加工具の高速回転により該加工具から飛散した加工水の気化による該加工具の温度低下分、該加工具に供給する加工水の設定温度を、スピンドルを高速回転させるスピンドルユニットを冷却するスピンドル冷却水の設定温度より高く温調する水温設定方法。