CN105690199A - 磨削装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种磨削装置，将板状工件的裂纹限制为最小限度，抑制磨具的劣化并防止后续的板状工件的裂纹。磨削装置(1)具有：卡盘工作台(21)，其保持板状工件(W)；磨削单元(41)，其通过磨具(48)对板状工件进行磨削；以及厚度测定单元(51)，其对板状工件的裂纹进行检测，在厚度测定单元中采用了如下的结构：使照射部(52)所照射的测定光在板状工件的上表面(81)和下表面(82)发生反射并由受光部(53)接受，在反射光的受光量超过了预先设定的容许范围的情况下检测板状工件的裂纹。

Description

磨削装置
技术领域
本发明涉及对蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)等的硬质的板状工件进行磨削的磨削装置。
背景技术
在蓝宝石、碳化硅等的硬质的板状工件的磨削加工中，有时由于磨削负荷导致板状工件破裂。如果在板状工件中产生了裂纹的状态下继续进行磨削加工，则磨具上会产生缺口而磨具的磨削力降低。由于磨削力的降低导致板状工件难以减厚，对板状工件施加额外的负荷从而导致裂纹进一步恶化，并且，磨具上会产生更多的缺口。其结果是由于在卡盘工作台的保持面上附着有板状工件的破损削屑，并且使用不具有正常磨削力的磨具来磨削后续的板状工件，因此导致后续的板状工件中也产生了裂纹。
因此，为了在已在板状工件中产生了裂纹的状态下不使磨削继续，提出了定期对板状工件的裂纹进行特定的方法(例如参照专利文献1、2)。在专利文献1所记载的方法中，利用当从板状工件剥离了保护带时板状工件的裂纹被转印于保护带这一情况，根据保护带上产生的凹凸形状对板状工件的裂纹进行特定。在专利文献2所记载的方法中，从设置在卡盘工作台内的发光部对卡盘工作台上的板状工件进行照射，并对从板状工件的裂缝漏出的光进行摄像从而对板状工件的裂纹进行特定。
专利文献1：日本特开第2013-131537号公报
专利文献2：日本特开第2014-154708号公报
但是，专利文献1、2所记载的板状工件的裂纹的特定方法均为判断磨削加工后的板状工件的裂纹的方法。即，对于专利文献1所记载的方法而言，如果不从板状工件剥离保护带则不能对裂纹进行特定，对于专利文献2所记载的方法而言，如果不使磨削加工停止则不能对板状工件的表面进行摄像。因此会有如下的问题：由于直到板状工件的磨削完成为止，即使板状工件已处于破裂状态仍继续进行磨削加工，所以磨具进一步劣化并且破损削屑附着在卡盘工作台上，从而在板状工件中产生裂纹。
发明内容
本发明是鉴于上述问题完成的，其目的是提供一种磨削装置，该磨削装置能够将板状工件的裂纹限制在最小限度，抑制磨具的劣化并防止后续的板状工件的裂纹。
本发明的磨削装置具有：卡盘工作台，其保持板状工件；旋转单元，其使该卡盘工作台连续旋转；以及磨削单元，其利用磨具对该卡盘工作台借助该旋转单元连续旋转而保持的板状工件进行磨削，其中，该磨削装置具有裂纹检测单元，该裂纹检测单元对该磨削单元所磨削的、由该卡盘工作台保持的板状工件的裂纹进行检测，该裂纹检测单元具有：照射部，其从板状工件的上方朝向板状工件的上表面照射测定光；受光部，其接受该照射部所照射的测定光被板状工件反射后的反射光；以及判断部，当该受光部所接受的该反射光的受光量超过了预先设定的容许范围时，该判断部判断为裂纹。
根据该结构，朝向板状工件照射测定光并根据反射光的受光量的变化来判断板状工件的裂纹。由于在继续进行磨削加工的状态下对受光量的变化进行监视，所以能够立即判断板状工件的裂纹。因此，能够将板状工件的裂纹限制为最小限度，在磨削单元的磨具进一步劣化之前停止磨削加工，能够防止由于磨具的劣化或板状工件的破损削屑所导致的后续的板状工件的裂纹。
并且在本发明的磨削装置中，该裂纹检测单元是是具有对板状工件的厚度进行计算的厚度计算部的厚度测定单元，该照射部从板状工件的上方朝向板状工件的上表面照射测定光，该受光部接受测定光被板状工件的上表面反射后的反射光和被该板状工件的下表面反射后的反射光，该厚度计算部根据被板状工件的该上表面和该下表面反射后的反射光来计算板状工件的厚度，当该受光部所接受的被该上表面反射后的反射光或者被该下表面反射后的反射光的受光量超过了预先设定的容许范围时，该判断部判断为裂纹。
根据本发明，通过朝向板状工件照射测定光并根据反射光的受光量的变化来判断板状工件的裂纹，能够将板状工件的裂纹限制为最小限度，抑制磨具的劣化并防止后续的板状工件的裂纹。
附图说明
图1是本实施方式的磨削装置的立体图。
图2是本实施方式的磨削动作的说明图。
图3是本实施方式的厚度测定单元的示意图。
图4A、图4B是示出本实施方式的板状工件的裂纹和受光量的关系的说明图。
图5A、图5B是本实施方式的板状工件的厚度测定和裂纹检测的说明图。
图6是变形例的高度测定单元的示意图。
标号说明
1：磨削装置；21：卡盘工作台；22：旋转单元；41：磨削单元；46：磨轮；48：磨具；51：厚度测定单元(裂纹检测单元)；52、72：照射部；53、73：受光部；54：厚度计算部；55、75：判断部；71：高度测定单元(裂纹检测单元)；74：高度计算部；81：板状工件的上表面；82：板状工件的下表面；83：板状工件的裂纹；W：板状工件。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的磨削装置进行说明。图1是本实施方式的磨削装置的立体图。另外，本实施方式的磨削装置并不限定于如图1所示的磨削加工专用的装置结构，例如，也可以装入到全自动实施磨削加工、研磨加工、清洗加工等一系列加工的全自动型的加工装置中。另外，在以下的图中，为了说明的方便，省略了关于BG(Back-Grinding：背面研磨)带的记载。
如图1所示，磨削装置1构成为：使用将多个磨具48按照圆环状排列的磨轮46来对保持在卡盘工作台21上的板状工件W进行磨削。磨削装置1通过使卡盘21的旋转轴和磨轮46的旋转轴偏心并使圆环状排列的磨具48经过板状工件W的上表面81来使板状工件W被圆弧状磨削而薄化。另外，板状工件W并不仅限于蓝宝石、碳化硅等的硬质的板状工件，也可以是硅、砷化镓等的半导体基板，也可以是由树脂或金属等形成的基板。
在磨削装置1的基台11的上表面形成有在X轴方向上延伸的矩形状的开口，该开口被能够与卡盘工作台21一起移动的移动板12和波纹状的防水盖13所覆盖。在防水盖13的下方设有使卡盘工作台21在X轴方向上移动的滚珠丝杠式的进退单元(未图示)和使卡盘工作台21连续旋转的旋转单元22。在卡盘工作台21的表面形成有通过多孔质的多孔材料来吸附板状工件W的保持面23。保持面23通过卡盘工作台21内的流路与吸引源(未图示)连接，并通过产生于保持面23的负压来吸引保持板状工件W。
在基台11上的立柱14上设有使磨削单元41相对于卡盘工作台21在磨削进给方向(Z轴方向)上接近和远离的磨削进给单元31。磨削进给单元31具有配置于立柱14并与Z轴方向平行的一对导轨32和以能够滑动的方式设置在导轨32上的由马达驱动的Z轴工作台33。在Z轴工作台33的背面侧形成有未图示的螺母部，滚珠丝杠34与这些螺母部螺合。通过连接在滚珠丝杠34的一个端部的驱动马达35来使滚珠丝杠34旋转驱动，由此使磨削单元41沿着导轨32在Z轴方向上移动。
磨削单元41采用了经由壳体42被安装在Z轴工作台33的前表面并在圆筒状的主轴43的下端设有固定架44的结构。在主轴43上设有凸缘45并经由凸缘45将壳体42支承于磨削单元41。在固定架44的下表面保持有在轮基座47上按照正圆环状安装了多个磨具48的磨轮46。多个磨具48例如是由将金刚石磨粒通过金属粘合剂等粘合剂固定了的分段磨具构成。
在磨削单元41的附近设有对板状工件W的厚度进行测定的厚度测定单元51。厚度测定单元51例如通过非接触式的干涉分光方式来对板状工件W的厚度进行测定，其根据来自板状工件W的上表面81和下表面82的反射光的光路差来对板状工件W的厚度进行测定。并且，在磨削装置1中设有对装置各部进行统一控制的控制单元61。控制单元61由执行各种处理的处理器和存储器等构成。存储器根据用途由ROM(ReadOnlyMemory：只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)等一个或多个存储介质构成。
在这样构成的磨削装置1中，首先在卡盘工作台21上保持板状工件W。虽然图1中保持面23被描绘为平坦，但是图2所示，实际的保持面23是以卡盘工作台21的旋转中心为顶点的平缓倾斜的圆锥状，板状工件W也沿着保持面23保持为圆锥状。以圆锥状的板状工件W的上表面相对于磨具48的磨削面平行的方式调整了卡盘工作台21的倾斜之后，在供给磨削液的同时磨具48与板状工件W旋转接触由此进行磨削。在磨削加工中，通过厚度测定单元51来对板状工件W的厚度进行实时测定，并根据厚度测定单元51的测定结果来控制磨削单元41的进给量。
此外，在硬质的板状工件W的磨削加工中，使用上述的磨削装置1，例如按照Z1轴加工、Z2轴加工、Z3轴加工的3阶段逐渐使磨具的磨粒粒度变细而接近目标厚度。在Z2轴加工中由于磨削负荷而容易产生板状工件W的裂纹，并且磨具48会因侵入板状工件W的裂纹的磨粒而削损，从而可能在磨具48上产生缺口。如果使用产生了缺口的磨具48继续进行板状工件W的磨削，则板状工件W更容易产生裂纹。由此会有如下问题：重复产生该板状工件W的裂纹和磨具48的缺口从而使磨具48进一步劣化并更容易在后续的板状工件W中产生裂纹。
本发明的发明人在研究板状工件W的受光量与板状工件W的裂纹之间的关系时，发现来自厚度测定单元51的测定光会因板状工件W的裂纹而扩散反射而在受光量中产生变化。因此，本实施方式中，在使磨削加工继续进行的状态下，通过厚度测定单元51来对板状工件W的厚度进行测定，并且根据受光量的变化来检测板状工件W的裂纹。由此能够立即检测出板状工件W的裂纹，从而能够在早期抑制磨具48的劣化并防止后续的板状工件W的裂纹。
这里，参照图3和图4A、图4B对厚度测定单元进行说明。图3是本实施方式的厚度测定单元的示意图。图4A、图4B是示出本实施方式的板状工件的裂纹和受光量关系的说明图。另外，本实施方式的厚度测定单元并不仅限定于图3所示的结构，只要是通过光学方式对板状工件的厚度进行测定的结构，则无论怎样的结构都可以。
如图3所示，在厚度测定单元51中设有：从板状工件W的上方朝向板状工件W的上表面81照射测定光的照射部52；以及接受测定光被板状工件W反射后的反射光的受光部53。照射部52所照射的测定光被板状工件W的上表面81和下表面82反射并分别由受光部53接受。并且，厚度测定单元51中设有根据被板状工件W的上表面81和下表面82反射后的反射光来计算板状工件W的厚度的厚度计算部54。厚度计算部54根据来自板状工件W的上表面81和下表面82的反射光的光路差来计算板状工件W的厚度。
厚度测定单元51除了板状工件W的厚度测定功能以外，还具有检测板状工件W的裂纹的功能。如上所述，当板状工件W中产生裂纹时，由于测定光会被板状工件W扩散反射，所以厚度测定单元51利用基于该扩散反射的受光量的变化来检测板状工件W的裂纹。在厚度测定单元51中，为了检测板状工件W的裂纹，设有根据受光部53所接受的反射光的受光量来判断板状工件W的裂纹的判断部55。在判断部55中设定有作为板状工件W的裂纹的判断基准的受光量的容许范围。
当被板状工件W的上表面81反射的反射光或者被板状工件W的下表面82反射的反射光的受光量超过预先设定的容许范围时，判断部55判断为在板状工件W中产生了裂纹。另外，例如，通过预先求得板状工件W的裂纹和受光量的关系来决定容许范围。并且，容许范围既可以针对来自板状工件W的上表面81的反射光用和来自板状工件W的下表面82的反射光用共同设定，也可以各自设定。厚度计算部54的计算结果和判断部55的判断结果被输出到控制单元61并被用于控制磨削单元41的磨削动作。
然后，在磨削加工中实时实施厚度计算部54所进行的板状工件W的厚度计算，并根据厚度计算部54的计算结果来控制磨削单元41的进给量以使板状工件W接近目标完成厚度。并且，在磨削加工中也实时实施判断部55所进行的板状工件W的裂纹检测，并根据判断部55的判断结果来对磨削单元41的驱动和停止进行控制。在未通过判断部55判断出板状工件W的裂纹的期间继续进行磨削加工，在通过判断部55判断出板状工件W的裂纹的情况下，磨削单元41被停止并向操作员告知板状工件W的裂纹。
如图4A所示，板状工件W的裂纹83具有如下的倾向：从板状工件的外缘朝向中心而产生，经过中心之后，从板状工件W的中心朝向径向外侧的外缘而产生。因此，通过使用厚度测定单元51在使测定光照射到板状工件W的径向的规定的位置上的状态下使板状工件W旋转，能够将产生于板状工件W的裂纹83无遗漏地检测出来。另外，厚度测定单元51也可以一边在板状工件W的径向上改变位置，一边在板状工件W的径向的多个位置检测裂纹83。
如图4B所示，当测定光被板状工件W的裂纹83反射时，受光量会因测定光的扩散反射而大幅变化。在产生了板状工件W的裂纹83的角度位置处，受光量以大幅下降之后大幅上升的方式变化。根据该受光量是否超过容许范围来检测板状工件W的裂纹83。另外，由于受光量的变化(峰值)周期性地出现，所以也可以在受光量的变化多次出现时检测为板状工件W的裂纹。并且，可以在受光量超过了容许范围的上限、下限中的一方时判断为板状工件W的裂纹83，也可以在超过了容许范围的上限和下限的双方时判断为板状工件W的裂纹83。
接着，参照图5A、图5B对厚度测定单元所进行的板状工件的厚度测定和裂纹检测进行说明。图5A、图5B是本实施方式的板状工件的厚度测定和裂纹检测的说明图。另外，由于图5A、图5B所示的厚度测定处理和裂纹检测处理仅仅是示出的一例，所以并不仅限定于该结构。并且，虽然卡盘工作台的保持面被记载为平坦，但其实际上形成为平缓倾斜的圆锥状。另外，为了方便说明，对Z2轴用的磨削装置和Z3轴用的磨削装置也标注相同的标号。
如图5A所示，Z1轴加工(粗磨削加工)后的板状工件W被搬入到Z2轴用的磨削装置中并以板状工件W的中心与卡盘工作台21的中心一致的方式进行保持。然后，使磨轮46一边绕Z轴旋转一边接近板状工件W，使磨具48与板状工件W相对滑动而对板状工件W进行Z2轴加工。在Z2轴加工(中磨削加工)中，使用比Z1轴加工粒度更细的磨具48来实施磨削加工。在磨削加工中，一边使用厚度测定单元51喷射空气，一边实时实施板状工件W的厚度的测定和板状工件W的裂纹的检测。
根据来自厚度测定单元51的板状工件W的厚度，对板状工件W进行磨削加工直到板状工件W的厚度达到目标厚度。当磨削加工中通过厚度测定单元51检测出板状工件W的裂纹时，磨削加工停止而向操作人员催促撤去卡盘工作台21上的板状工件W。这样，由于在板状工件W中产生了裂纹时就立即停止了磨削加工，所以不会在板状工件W破裂的状态下继续进行磨削，也不会使磨具48进一步劣化。因此，由于磨具48的劣化得到了抑制，所以能够防止后续的板状工件W的裂纹。
另一方面，在磨削加工中板状工件W上未检测出裂纹的情况下，搬入到Z3轴用的磨削装置中并实施Z3轴加工(最终磨削加工)。在Z3轴加工中，在卡盘工作台21上通过接触式的厚度测定装置63来对板状工件W进行最终磨削。这样，能够只对没有裂纹的板状工件W进行后段的磨削加工。在Z3轴加工中，使用比Z2轴加工粒度更细的磨具48来实施磨削加工。并且，本实施方式采用了同时实施板状工件W的厚度的测定和板状工件W的裂纹的检测的结构，但是也可以采用在板状工件W的厚度的测定中定期加入板状工件W的裂纹的检测的结构。
而且，也可以采用在板状工件W的Z2轴加工结束后再对板状工件W的裂纹进行检测的结构。在该情况下，可以在利用Z2轴用的磨削装置进行了Z2轴加工之后接着对板状工件W的裂纹进行检测，也可以如图5B所示，在利用Z3轴用的磨削装置进行Z3轴加工之前对板状工件W的裂纹进行检测。由于该结构同样不会在板状工件W破裂的状态下实施后续的Z3轴磨削，从而能够抑制磨具48的劣化并防止后续的板状工件W的裂纹。另外，也可以在所有的Z1、Z2、Z3轴加工中对板状工件W的裂纹进行检测，并不仅限定于在Z2、Z3轴加工的任意一个中对板状工件W的裂纹进行检测的结构。在Z1轴加工中也有时发生破裂，有时由于在Z1轴加工中在板状工件W的外周缘产生破碎而导致在Z2轴磨削中或者在Z3轴磨削中发生破裂。因此，也可以对Z1轴加工的磨削装置安装裂纹检测专用的光传感器。
如上所述，在本实施方式的磨削装置1中，朝向板状工件W照射测定光并根据反射光的受光量的变化来判断板状工件W的裂纹。由于在继续了磨削加工的状态下对受光量的变化进行监视，所以能够立即判断板状工件W的裂纹。因此，能够将板状工件W的裂纹限制为最小限度，在磨削单元41的磨具48进一步劣化之前停止磨削加工，能够防止由于磨具48的劣化和板状工件W的破损削屑所引起的后续的板状工件W的裂纹。
另外，本发明并不限定于上述实施的方式，能够实施各种变更。在上述实施方式中，关于附图中图示的大小或形状等，并不限定于此，能够在发挥本发明的效果范围内进行适当的变更。此外，只要在不脱离本发明目的的范围内也能够实施适当的变更。
例如，在上述的实施例中采用了使用厚度检测单元作为裂纹检测单元来对板状工件的裂纹进行检测的结构，但是并不仅限定于该结构。作为裂纹检测单元，只要采用了通过受光部接受照射部所照射的测定光被板状工件反射的反射光并能够根据受光量检测板状工件的裂纹的结构，则无论怎样的结构都可以。例如，裂纹检测单元可以是以板状工件的裂纹检测专用的方式构成的检测装置，也可以如图6所示，由非接触式的高度计(heightgauge)等高度测定单元71构成。
在高度测定单元71的头部内设有作为板状工件W的上表面高度的测定基准的参照反射面76。高度测定单元71根据来自头部内的参照反射面76的反射光和来自板状工件W的上表面81的反射光来对上表面高度进行测定。高度测定单元71中设有：照射部72，其从板状工件W的上方照射测定光；受光部73，其接受测定光被板状工件W反射后的反射光；以及高度计算部74，其根据来自参照反射面76的反射光和来自板状工件W的上表面81的反射光来计算板状工件W的上表面高度。
并且，与上述厚度测定单元51同样，在高度计算部74中设有根据受光部73所接受的反射光的受光量来判断板状工件W的裂纹的判断部75。当被板状工件W的上表面81反射的反射光的受光量超过了预先设定的容许范围时，判断部75判断为板状工件W中产生了裂纹。通过这样的结构，也能够立即检测出板状工件W的裂纹并在磨削单元41的磨具48进一步劣化之前停止磨削加工，能够防止后续的板状工件W的裂纹。
并且，在上述实施方式中对当进行横向进给(in-feed)磨削时检测板状工件W的裂纹的结构进行了说明，但是也可以在间歇进给(creepfeed)磨削时检测板状工件W的裂纹。
【产业上的可利用性】
正如以上说明的那样，本发明具有能够将板状工件的裂纹限制为最小限度、抑制磨具的劣化并防止后续的板状工件的裂纹的效果，尤其对于对蓝宝石、碳化硅等的硬质的板状工件进行磨削的磨削装置而言是有用的。

Claims (2)

1.一种磨削装置，该磨削装置具有：卡盘工作台，其保持板状工件；旋转单元，其使该卡盘工作台连续旋转；以及磨削单元，其利用磨具对该卡盘工作台借助该旋转单元连续旋转而保持的板状工件进行磨削，其中，
该磨削装置具有裂纹检测单元，该裂纹检测单元对该磨削单元所磨削的、由该卡盘工作台保持的板状工件的裂纹进行检测，
该裂纹检测单元具有：照射部，其从板状工件的上方朝向板状工件的上表面照射测定光；受光部，其接受该照射部所照射的测定光被板状工件反射后的反射光；以及判断部，当该受光部所接受的该反射光的受光量超过了预先设定的容许范围时，该判断部判断为裂纹。
2.根据权利要求1所述的磨削装置，其中，
该裂纹检测单元是具有对板状工件的厚度进行计算的厚度计算部的厚度测定单元，
该照射部从板状工件的上方朝向板状工件的上表面照射测定光，该受光部接受测定光被板状工件的上表面反射后的反射光和被该板状工件的下表面反射后的反射光，该厚度计算部根据被板状工件的该上表面和该下表面反射后的反射光来计算板状工件的厚度，
当该受光部所接受的被该上表面反射后的反射光或者被该下表面反射后的反射光的受光量超过了预先设定的容许范围时，该判断部判断为裂纹。
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