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TWI872195B - 切削裝置 - Google Patents

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TWI872195B
TWI872195B TW110103200A TW110103200A TWI872195B TW I872195 B TWI872195 B TW I872195B TW 110103200 A TW110103200 A TW 110103200A TW 110103200 A TW110103200 A TW 110103200A TW I872195 B TWI872195 B TW I872195B
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能丸圭司
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日商迪思科股份有限公司
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Abstract

[課題]提供正確檢測切刃的側面的狀態，切削刀的替換時期、形成在被加工物的切溝的狀態等預知的精度優異的切削裝置。 [解決手段]切削裝置係具備監視切削刀的切刃的監視單元。監視單元係包含：對切削刀的切刃攝像的攝像部；發出脈衝光且照明藉由該攝像部所得之攝像區域的脈衝光源；及捕捉該攝像部所發出的像的攝影機。攝像部係包含：對切削刀的切刃的一方側面攝像的第一攝像部；對另一面攝像的第二攝像部；及對切刃的外周端部攝像的第三攝像部。

Description

切削裝置
本發明係關於具備有監視切削被保持在吸盤平台的被加工物的切刃的監視單元的切削裝置。
藉由呈交叉的複數分割預定線而在表面形成有IC、LSI等複數元件的晶圓係藉由具備有切削刀的切削裝置而被分割為各個元件晶片，經分割的元件晶片係被利用在行動電話、個人電腦等電氣機器。
此外，由本申請人提案出具備有監視環狀形成在切削刀的外周的切刃的狀態的刀檢測單元的切削裝置(參照專利文獻1)，可使用該刀檢測單元來檢測切削刀的切刃的狀態而得知切削刀的替換時期。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-042855號公報
(發明所欲解決之問題)
但是，在專利文獻1所揭示的技術中，係夾著切刃配置發光元件與攝影機，利用由發光元件被照射的光來監視切刃的廓影(silhouette)的構成，因此無法檢測切削屑是否附著在切刃的側面、是否有砥粒由切刃的側面脫落等詳細狀態，無法謂為切削刀的替換時期、形成在被加工物的切溝的狀態、碎屑(刃缺口)的狀態等的預知的精度高，圖求更進一步的改善。
因此，本發明之目的在提供正確檢測切刃的側面的狀態，切削刀的替換時期、形成在被加工物的切溝的狀態等預知的精度優異的切削裝置。 (解決問題之技術手段)
藉由本發明，提供一種切削裝置，其係具備：保持被加工物的吸盤平台；包含環狀配設有切削被保持在該吸盤平台的該被加工物的切刃的切削刀的切削單元；監視該切削刀的該切刃的監視單元；及監視器，該監視單元係具備：對該切削刀的該切刃攝像的攝像部；發出脈衝光且照明藉由該攝像部所致之攝像區域的脈衝光源；及捕捉該攝像部所發出的像的攝影機，該攝像部係包含：對該切削刀的該切刃的一方側面攝像的第一攝像部、及對另一方側面攝像的第二攝像部，該第一攝像部係包含：具備與該切刃的一方側面相對面的一方端面的第一稜鏡；配設在該第一稜鏡的另一方端面的第一成像透鏡；及一方端面被連結在該第一成像透鏡且傳達第一像的第一光纖，該第二攝像部係包含：具備與該切刃的另一方側面相對面的一方端面的第二稜鏡；配設在該第二稜鏡的另一方端面的第二成像透鏡；及一方端面被連結在該第二成像透鏡且傳達第二像的第二光纖，由該第一光纖的另一方端面所發出的該第一像、及由該第二光纖的另一方端面所發出的該第二像係被傳達至該攝影機而顯示在該監視器。
較佳為該攝像部係另外包含：第三攝像部，該第三攝像部係包含：與該切刃的外周端部相對面的第三成像透鏡、及一方端面被連結在該第三成像透鏡且傳達第三像的第三光纖，由該第三光纖的另一方端面所發出的該第三像係連同該第一像及該第二像一起被傳達至該攝影機而顯示在該監視器。
較佳為該監視單元係另外具備：被配設在該攝像部與該攝影機之間的分光鏡，該脈衝光源所發出的脈衝光係透過該分光鏡，由被配設在該攝像部的各光纖的另一方端面被導入而被導至與該切削刀的切刃的攝像區域相對面的一方端面，且照明該攝像區域。較佳為該監視單元係另外具備：傳達一端作光學結合在該脈衝光源的脈衝光的照明用光纖，藉由該照明用光纖來照明該攝像區域。
較佳為當將該切削刀的切刃作一旋轉時該監視單元對該切刃攝像的次數設為X，且將使該切削刀旋轉的心軸的1秒鐘的旋轉數設為Y時， 脈衝光源的重複頻率=X×Y　[Hz]。
較佳為該監視單元係另外具備：以夾著該切削刀的切刃的方式所配設的發光元件及受光元件、及被配設在使該切削刀旋轉的心軸的旋轉編碼器，以在該受光元件的受光量變化時藉由該旋轉編碼器所檢測的值所對應的時序由該脈衝光源發出脈衝光的方式進行控制，作為藉由該攝像部對該受光元件的受光量變化後的區域攝像的攝像區域進行照明且攝像。 (發明之效果)
藉由本發明，可檢測切削屑是否附著在切刃的側面、是否有砥粒由切刃的側面脫落等狀態，切削刀的替換時期、或切溝的狀態的預知的精度提升。此外，藉由配設與切刃的外周端部相對面的第三攝像部，亦可監視切刃的外周端部的狀況，掌握切削刀的替換時期、切溝的狀態、碎屑的狀態等之時的預知的精度更加提升。
以下一邊參照所附圖示，一邊詳細說明本發明實施形態之切削裝置。
藉由圖1所示之切削裝置1被加工的被加工物係例如，如圖所示透過切割膠帶T而被保持在環狀的框架F的半導體的晶圓W。切削裝置1係具備大致長方體形狀的殼體1A，具備有：載置於殼體1A的匣盒載置區域4的匣盒4A；由匣盒4A將作為被加工物的晶圓W搬出至暫置平台5的搬出入機構3；保持晶圓W的保持單元10；將被搬出至暫置平台5的晶圓W搬送至保持單元10的吸盤平台10a進行載置之具有回旋臂的搬送機構6；對被載置且保持於吸盤平台10a上的晶圓W進行攝像的攝像單元11；對晶圓W施行切削加工的切削單元20；用以將已被施行切削加工的晶圓W由吸盤平台10a搬送至洗淨位置的搬送機構13；顯示各種資訊的監視器35；及供作業者設定加工條件等用的操作面板14。
此外，在切削裝置1的殼體1A的內部係配備有：使保持單元10以圖中箭號X所示方向移動的移動機構、使切削單元20以箭號Y所示方向、及箭號Z所示方向移動的移動機構(均省略圖示)、及控制單元100(以虛線表示)，藉由控制單元100，控制搬出入機構3、搬送機構6、保持單元10、切削單元20、及使該等移動的該移動機構等。
切削裝置1係除了上述周知構成之外，具備有監視切削刀的切刃的監視單元30。本實施形態之監視單元30的一部分係一體配設在切削單元20。在圖2中放大示出切削單元20的一部分。如圖2(a)所示，切削單元20係具備有：旋轉自如地支持在前端部固定有具備切刃22a的切削刀22的心軸23的殼體21；在殼體21的前端包覆(cover)切削刀22的刀蓋24；及對藉由切削刀22所切削的加工部位供給切削水的切削水供給手段26。在刀蓋24係裝設有保持構成後述之監視單元30的攝像部40的一部分的攝像部保持區塊25。心軸23係藉由未圖示的電動馬達予以旋轉。刀蓋24係藉由：被固定在殼體21的前端的主部241；及對主部241擺動自如地予以支持的可動部242所構成。若替換切削刀22，鬆緩固定可動部242的固定螺絲242a，如圖2(b)所示將可動部242以箭號R1所示方向立起而使切削刀22露出，將在心軸23的前端固定切削刀22的固定環22b卸下來替換切削刀22。
若返回至圖1繼續說明，藉由搬出入機構3由匣盒4A被搬出的晶圓W係藉由搬送機構6被搬送至保持單元10的吸盤平台10a上予以載置且吸引保持。被保持在吸盤平台10a的晶圓W係藉由攝像單元11予以攝像而檢測加工位置(分割預定線)，且被定位在切削單元20的下方，根據藉由攝像單元11被檢測到的分割預定線的位置資訊，施行切削加工。已施行切削加工的晶圓W係藉由搬送機構13被搬送至洗淨位置施行洗淨、乾燥處理，藉由搬送機構6、及搬出入機構3被送回至匣盒4A的預定位置。
在圖3係示出由切削單元20的刀蓋24卸下攝像部保持區塊25的狀態。如圖所示，攝像部保持區塊25係具備：由上下方向保持昇降構件252的上構件25a及下構件25b，藉由使昇降旋鈕251以箭號R3所示方向旋轉，可使被螺合在旋轉軸251a的昇降構件252以箭號R4所示方向作昇降。在昇降構件252的前端部係形成對切刃22a的狀態攝像時切刃22a被定位的檢測空間252a，而呈大致倒U字形狀。
此外，一邊參照圖4、圖5，一邊說明本實施形態之監視單元30。如圖4所示，監視單元30係具備有：對切削單元20(為方便說明，省略刀蓋24)的切削刀22的切刃22a攝像的攝像部40；發出脈衝光L且照明攝像部40的攝像區域的脈衝光源50；及捕捉攝像部40所發出的像的攝影機60。
攝像部40係包含被收容在昇降構件252的前端部的第一攝像部42、第二攝像部44、及第三攝像部46。在圖5中係更具體示出第一攝像部42、第二攝像部44、及第三攝像部46。第一攝像部42係包含：具備有當切刃22a被定位在昇降構件252的檢測空間252a時，與切刃22a的一方側面相對面的端面421a的第一稜鏡421；被配設在第一稜鏡421的另一方端面421b的第一成像透鏡422；及一方端面423a被連結在第一成像透鏡422且傳達切刃22a的一方側面的像的第一光纖423。
第二攝像部44係包含：具備有當切刃22a被定位在昇降構件252的檢測空間252a時，與切刃22a的另一方側面相對面的一方端面441a的第二稜鏡441；被配設在第二稜鏡441的另一方端面441b的第二成像透鏡442；及一方端面443a被連結在第二成像透鏡442且傳達切刃22a的另一方側面的像的第二光纖443。亦即，第一稜鏡421的一方端面421a、及第二稜鏡441的一方端面441a係被配設在夾著檢測空間252a相對向的位置。
第三攝像部46係包含：當切刃22a被定位在昇降構件252的檢測空間252a時，與切刃22a的外周端部相對面的第三成像透鏡462；及一方端面463a被連結在第三成像透鏡462且傳達第三切刃22a的外周端部的像的第三光纖463。其中，在本實施形態中，對切削裝置1配設第一攝像部42、第二攝像部44、第三攝像部46，惟本發明並非為限定於此，亦可形成為未配設第三攝像部46，而僅配設第一攝像部42、第二攝像部44的構成。
若返回至圖4繼續說明，第一光纖423的另一方端面423b、第二光纖443的另一方端面443b、及第三光纖463的另一方端面463b係彙總為一個，配設在與準直透鏡47相對面的位置。此外，由各光纖的另一方端面所發出的像係藉由準直透鏡47而形成為平行，藉由分光鏡70、及夾著成像透鏡48被定位的攝影機60予以攝像。藉由攝影機60被攝像到的像係被記憶在配設在控制單元100的記憶部110，並且顯示在監視器35。其中，如上所述，第一光纖423的另一方端面423b、第二光纖443的另一方端面443b、及第三光纖463的另一方端面463b係彙整為一個，由各端部所發生的像(42A、44A、46A)係藉由攝影機60被同時攝像，因此如圖4所示被取入於1個畫像。
在本實施形態中，係配設有透過聚光透鏡49將脈衝光L照射至分光鏡70的反射面72的脈衝光源50。以脈衝光源50而言，可採用例如白色光源、或已施行斑點處理的雷射二極體(LD)光源等。由脈衝光源50被照射的脈衝光L係在分光鏡70的反射面72作反射，且由攝像部40的第一光纖423的另一方端面423b、第二光纖443的另一方端面443b、及第三光纖463的另一方端面463b被導入，由第一光纖423的一方端面423a、第二光纖443的一方端面443a、及第三光纖463的一方端面463a被照射，照明被定位在檢測空間252a的切刃22a中的攝像區域。該脈衝光源50係連接於控制單元100，使脈衝光L發光的時序、及其重複頻率係藉由控制單元100予以控制。
其中，在上述之實施形態中，將脈衝光源50所發出的脈衝光L，透過配設在攝像部40與攝影機60之間的分光鏡70，透過構成攝像部40的第一光纖423、第二光纖443、及第三光纖463而導至切削刀22的切刃22a的攝像區域，惟本發明並非為限定於此，例如，亦可如圖4中以虛線所示，將由脈衝光源50’所發出的脈衝光L，透過有別於攝像部40的各光纖而配設的照明用光纖423’、443’、463’導入至檢測空間252a，照明切削刀22的切刃22a的攝像區域。在該情形下並不需要具備分光鏡70。
如圖4所示，在切削單元20的後端部係具備有輸出表示心軸23的旋轉位置的值(電訊號)的旋轉編碼器29。藉由旋轉編碼器29被輸出的值係被傳達至控制單元100，運算心軸23的位置、旋轉速度等。
此外，在本實施形態中，如圖6所示，具備有在切削刀22的旋轉方向(以箭號R5表示)，在昇降構件252的上游側，配設成夾著切削刀22的切刃22a的外周端部的發光元件82及受光元件84(請亦一併參照圖4)。在藉由發光元件82與受光元件84所檢測的區域P1中，切刃22a遮住由發光元件82所發出的光的大概2/3左右，剩餘的1/3左右的光量被受光元件84所受光，表示該受光量的電訊號被傳達至控制單元100。如圖6所示，配設有發光元件82及受光元件84的位置、與配設有第一攝像部42、第二攝像部44、及第三攝像部46的位置的旋轉方向的角度為α°。
本實施形態之切削裝置1係具備有大概如上所述的構成，以下說明使用切削裝置1，監視切削刀22的切刃22a的狀態時的順序及其作用。
為了藉由構成監視單元30的攝像部40來監視切削刀22的切刃22a的狀態，使攝像部保持區塊25的昇降旋鈕251旋轉，使昇降構件252下降，如圖4、圖5所示，將切削刀22的切刃22a定位在昇降構件252的檢測空間252a。此時，一邊參照監視器35，一邊將脈衝光源50作動來調整昇降構件252的位置，藉此可將切刃22a的外周端部定位在藉由攝像部40所攝像的攝像區域的所希望的位置。
接著，將切削單元20作動而使切削刀22旋轉。切削刀22的心軸23的旋轉速度為例如18,000rpm。在此，若將切削刀22的切刃22a的外周的狀態，以切削刀22的旋轉方向觀看而以1度間隔進行攝像時，在使切削刀22作1旋轉的期間所攝像的次數(X)為360次。接著，平均每1秒的旋轉數(Y)為Y=18,000[rpm]/60[秒]，因此使脈衝光源50發光時的重複頻率係如以下所示。其中，此時的脈衝光L的脈衝寬幅係設定為比心軸23作1度旋轉所耗費的時間為更短的時間的脈衝寬幅，例如1/1,000,000[秒]=1μ秒。 脈衝光源的重複頻率=360[次]×18,000[rpm]/60[秒] =108,000[Hz]
以上述之重複頻率使脈衝光源如閃光燈般發光而藉由攝像部40對像進行攝像，且記憶在控制單元100。接著，參照在使切削刀22作1旋轉的期間所記憶的360個畫像，確認各畫像分別所記錄的切削刀22的切刃22a的一方側面(第一畫像42A)、另一方側面(第二畫像44A)、外周端部(第三畫像46A)的狀態。其中，第一畫像42A、第二畫像44A的寬幅係將比切刃22a作1度旋轉時所移動的寬幅為更寬的範圍為對象，可藉由上述360個畫像，確認切刃22a的全周的區域。
藉由本實施形態之監視單元30，並非僅藉由發光元件與攝影機來觀看外周端部的廓影，由於可遍及切刃22a的全周照射脈衝光而藉由攝影機60對一方側面、另一方側面、及外周端部的像攝像來進行確認，因此不僅切刃22a的外周的廓影，亦可將切削刀22的切刃22a的一方側面、及另一方側面的狀態，確認例如切削屑是否附著到維護所需程度、是否有由側面脫落砥粒至必須替換的程度等，甚至因具備有第三攝像部46，亦可確認切刃22a的外周端部的厚度方向的磨損狀態。亦即，掌握切削刀22的替換時期、切溝的狀態、碎屑的狀態等之時的預知的精度更加提升。
在本實施形態中，亦可除了攝像部40之外，具備有發光元件82、受光元件84，以與上述重複頻率(108,000Hz)不同的重複頻率使脈衝光源50作動，來監視切削刀22的切刃22a的狀態。
如上所述，配設有發光元件82及受光元件84的位置、與配設有第一攝像部42、第二攝像部44、及第三攝像部46的位置的旋轉方向的角度為α°(參照圖6)。在此，一邊使切削刀22的心軸23以18,000rpm的旋轉數旋轉，一邊在受光元件84接受由發光元件82被照射出的光時，若在切刃22a的外周沒有缺口，在受光元件84所受光的光量幾乎未見到變化。相對於此，如圖6所示，在藉由發光元件82、受光元件84確認受光量的區域P1中，若在切刃22a有缺口C，受光量會瞬間變化(增大)。若根據受光元件84的訊號的變化，控制單元100檢測到該受光量的變化時，藉由旋轉編碼器29，檢測該檢測到的時序中的切削單元20的心軸23的旋轉位置。接著，以與藉由旋轉編碼器29被檢測到的值(電訊號)相對應的時序，亦即，藉由受光元件84被檢測到的受光量急遽變化的區域P1被定位在藉由攝像部40所攝像的攝像區域P2的時序，將脈衝光源50作動，將脈衝光L照明在該攝像區域來對切刃22a攝像。接著，將藉由攝像部40所得的第一像42A、第二像44A、第三像46A傳達至控制單元100，而記憶在控制單元100的記憶部110，並且顯示在顯示手段16。
如上所述，藉由受光元件84所受光的受光量急遽變化的區域P1係切削刀22的切刃22a損傷的或然率高的區域，當判斷是否必須替換切削刀22時，可有效率地確認損傷可能性高的區域。其中，此時的脈衝光L的發光的重複頻率為18,000[rpm]/60[秒]=300[Hz]。
1:切削裝置 1A:殼體 3:搬出入機構 4:匣盒載置區域 4A:匣盒 5:暫置平台 6:搬送機構 10:保持單元 10a:吸盤平台 11:攝像單元 13:搬送機構 14:操作面板 16:顯示手段 20:切削單元 21:殼體 22:切削刀 22a:切刃 22b:固定環 23:心軸 24:刀蓋 241:主部 242:可動部 242a:固定螺絲 25:攝像部保持區塊 25a:上構件 25b:下構件 251:昇降旋鈕 251a:旋轉軸 252:昇降構件 252a:檢測空間 26:切削水供給手段 29:旋轉編碼器 30:監視單元 35:監視器 40:攝像部 42:第一攝像部 42A:第一像 421:第一稜鏡 421a:一方端面 421b:另一方端面 422:第一成像透鏡 423:第一光纖 423’,443’,463’:光纖 423a:一方端面 423b:另一方端面 44:第二攝像部 44A:第二像 441:第二稜鏡 441a:一方端面 441b:另一方端面 442:第二成像透鏡 443:第二光纖 443a:一方端面 443b:另一方端面 46:第三攝像部 46A:第三像 462:第三成像透鏡 463:第三光纖 463a:一方端面 463b:另一方端面 47:準直透鏡 48:成像透鏡 49:聚光透鏡 50,50’:脈衝光源 60:攝影機 70:分光鏡 72:反射面 82:發光元件 84:受光元件 100:控制單元 110:記憶部 C:缺口 F:框架 L:脈衝光 P1:區域 P2:攝像區域 T:切割膠帶 W:晶圓
[圖1]係本發明實施形態之切削裝置的全體斜視圖。 [圖2](a)係放大示出切削單元的一部分的斜視圖，(b)係示出將(a)所示之切削單元的刀蓋的可動部立起的狀態的斜視圖。 [圖3]係示出由圖2(b)所示之刀殼，取出攝像部保持區塊的狀態的斜視圖。 [圖4]係示出被配設在圖1的切削裝置的監視單元30的構成的概念圖。 [圖5]係示出圖1所示之監視單元的第一攝像部、第二攝像部、及第三攝像部的構成的概念圖。 [圖6]係用以說明圖4所示之發光元件、及受光元件的功能的概念圖。
20:切削單元
21:殼體
22:切削刀
22a:切刃
23:心軸
25:攝像部保持區塊
25a:上構件
25b:下構件
29:旋轉編碼器
30:監視單元
35:監視器
40:攝像部
42:第一攝像部
42A:第一像
44:第二攝像部
44A:第二像
46:第三攝像部
46A:第三像
47:準直透鏡
48:成像透鏡
49:聚光透鏡
50,50’:脈衝光源
60:攝影機
70:分光鏡
72:反射面
82:發光元件
84:受光元件
100:控制單元
110:記憶部
251:昇降旋鈕
251a:旋轉軸
252:昇降構件
252a:檢測空間
423:第一光纖
423’,443’,463’:光纖
423b:另一方端面
443:第二光纖
443b:另一方端面
463:第三光纖
463b:另一方端面
L:脈衝光

Claims (5)

  1. 一種切削裝置，其係具備：保持被加工物的吸盤平台；包含環狀配設有切削被保持在該吸盤平台的該被加工物的切刃的切削刀的切削單元；監視該切削刀的該切刃的監視單元；及監視器，該監視單元係具備：對該切削刀的該切刃攝像的攝像部；發出脈衝光且照明藉由該攝像部所致之攝像區域的脈衝光源；及捕捉該攝像部所發出的像的攝影機，該攝像部係包含：對該切削刀的該切刃的一方側面攝像的第一攝像部、及對另一方側面攝像的第二攝像部，該第一攝像部係包含：具備與該切刃的一方側面相對面的一方端面的第一稜鏡；配設在該第一稜鏡的另一方端面的第一成像透鏡；及一方端面被連結在該第一成像透鏡且傳達第一像的第一光纖，該第二攝像部係包含：具備與該切刃的另一方側面相對面的一方端面的第二稜鏡；配設在該第二稜鏡的另一方端面的第二成像透鏡；及一方端面被連結在該第二成像透鏡且傳達第二像的第二光纖，由該第一光纖的另一方端面所發出的該第一像、及由該第二光纖的另一方端面所發出的該第二像係被傳達至該攝影機而顯示在該監視器，該切削裝置另外具備：控制單元，其係具有記憶藉由 該監視單元被攝像到的該切削刀的該切刃的像的記憶部，該監視單元另外具備：以夾著該切削刀的該切刃的方式所配設的發光元件及受光元件、及被配設在使該切削刀旋轉的心軸的旋轉編碼器，以在該受光元件的受光量變化時藉由該旋轉編碼器所檢測的值所對應的時序由該脈衝光源發出脈衝光的方式，藉由該控制單元進行控制，作為藉由該攝像部對該受光元件的受光量變化後的區域攝像的攝像區域進行照明且攝像。
  2. 如請求項1之切削裝置，其中，該攝像部係另外包含：第三攝像部，該第三攝像部係包含：與該切刃的外周端部相對面的第三成像透鏡、及一方端面被連結在該第三成像透鏡且傳達第三像的第三光纖，由該第三光纖的另一方端面所發出的該第三像係連同該第一像及該第二像一起被傳達至該攝影機而顯示在該監視器。
  3. 如請求項1或2之切削裝置，其中，該監視單元係另外具備：被配設在該攝像部與該攝影機之間的分光鏡，該脈衝光源所發出的脈衝光係透過該分光鏡，由被配設在該攝像部的各光纖的另一方端面被導入而被導至與該切削刀的切刃的攝像區域相對面的一方端面，且照明該攝像區域。
  4. 如請求項1或2之切削裝置，其中，該監視單元係另外具備：傳達一端作光學結合在該脈衝光源的 脈衝光的照明用光纖，藉由該照明用光纖來照明該攝像區域。
  5. 如請求項1或2之切削裝置，其中，當將該切削刀的該切刃作一旋轉時該監視單元對該切刃攝像的次數設為X，且將使該切削刀旋轉的心軸的1秒鐘的旋轉數設為Y時，脈衝光源的重複頻率=X×Y[Hz]。
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