CN105965709A - 可动装置和加工装置 - Google Patents

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寺师健太郎
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Abstract

提供可动装置和加工装置，能够在高精度地保证可动部的定位精度的同时实现低成本化。作为可动装置的切削装置(1)具有：水平梁(3c)，其固定于装置主体；刀具移动基台(44)，其相对于水平梁(3c)移动并且对切削单元进行支承；以及Y轴位置检测单元(70)。Y轴位置检测单元(70)具有：标尺部(71)，其沿着刀具移动基台(44)的可动方向即Y轴方向配设于水平梁(3c)并具有刻度；以及读取单元(72)，其读取标尺部(71)的刻度。标尺部(71)包含：基台部(74)，其由低膨胀材料构成；标尺(75)，其由固定于基台部(74)而被抑制了伸缩的金属或者树脂形成。

Description

可动装置和加工装置
技术领域
本发明涉及可动装置和加工装置。
背景技术
切削装置或激光加工装置等加工装置被用于对半导体晶片或光器件晶片、封装器件、玻璃或陶瓷基板等的切断等。在这些装置中，相对于保持于卡盘工作台上的被加工物，卡盘工作台和加工单元(切削单元或激光加工单元)相对移动而实施沿着被加工物的分割预定线的加工。由于分割预定线以μm单位的精度形成，所以加工位置需要与之相匹配的精度，为了提高加工单元和卡盘工作台的定位精度，配设有由标尺部和读取单元构成的位置检测单元。
专利文献1：日本特开2010-029952号公报
标尺部通常是在几乎没有热膨胀的玻璃的表面准确地刻有等间隔的刻度的极其精密的尺子，是价格高昂的物品。因此，标尺部成为加工装置本身的装置成本增大的一个原因。
发明内容
本发明的目的在于提供可动装置和加工装置，该可动装置和加工装置能够在高精度地确保可动部的定位精度的同时实现低成本化。
为了解决上述的课题并达成目的，本发明的可动装置具有：主体部；可动部，其相对于该主体部移动；标尺部，其沿着该可动部的可动方向配设于该主体部并具有刻度；以及读取单元，其读取该标尺部的刻度，该可动装置的特征在于，该标尺部包含：基台部，其由低膨胀材料构成；以及标尺，其由固定于该基台部而被抑制了伸缩的金属或者树脂形成。
并且，在上述可动装置中，该基台部能够由低膨胀玻璃、低膨胀陶瓷或者低膨胀合金构成。
本发明的加工装置具有：卡盘工作台，其具有对被加工物进行保持的保持面；加工单元，其对保持于该卡盘工作台上的被加工物进行加工；移动单元，其使该卡盘工作台和该加工单元相对地移动；以及位置检测单元，其对该加工单元相对于该卡盘工作台的位置进行检测，该加工装置的特征在于，该卡盘工作台和加工单元是权利要求1所述的该可动部，该位置检测单元具有权利要求1所述的该标尺部和该读取单元。
因此，在本申请发明的可动装置和加工装置中，能够通过采用将由金属或者树脂形成的标尺固定于由低膨胀材料构成的基台部的标尺部来起到在高精度地保证可动部的定位精度的同时实现低成本化的效果。
附图说明
图1是示出实施方式的切削装置的构成例的立体图。
图2是示出实施方式的切削装置的Y轴移动单元等的主视图。
图3是示出实施方式的切削装置的Y轴位置检测单元的俯视图。
图4是图3所示的Y轴位置检测单元的标尺部的主视图。
标号说明
1：切削装置(可动装置、加工装置)；2：装置主体(主体部)；3c：水平梁(主体部)；10：卡盘工作台(可动部)；10a：保持面；11：工作台移动基台(可动部)；20：切削单元(加工单元、可动部)；30：X轴移动单元(移动单元)；40：Y轴移动单元(移动单元)；44：刀具移动基台(可动部)；50：Z轴移动单元(移动单元)；60：X轴位置检测单元(位置检测单元)；70：Y轴位置检测单元(位置检测单元)；71：标尺部；72：读取单元；73：刻度；74：基台部；75：标尺；80：Z轴位置检测单元(位置检测单元)；W：被加工物。
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的方式(实施方式)详细地进行说明。本发明并不限定于在以下的实施方式中所记载的内容。并且，以下所记载的构成要素包含本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素。进而，以下所记载的结构能够适宜地组合。并且，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的各种省略、置换或者变更。
【实施方式】
根据图1到图4对实施方式的可动装置和加工装置进行说明。图1是示出实施方式的切削装置的构成例的立体图。图2是示出实施方式的切削装置的Y轴移动单元等的主视图。图3是示出实施方式的切削装置的Y轴位置检测单元的俯视图。图4是图3所示的Y轴移动单元的标尺部的主视图。
作为实施方式涉及的可动装置和加工装置的图1所示的切削装置1是对被加工物W进行切削而将被加工物W分割成各个器件D的装置。另外，在本实施方式中，被切削装置1分割成各个器件D的被加工物W是以碳化硅、蓝宝石、镓等为母材的圆板状的半导体晶片或光器件晶片。如图1所示，被加工物W中，在正面Wa上在由形成为格子状的分割预定线L划分的各区域内形成有器件D。在正面Wa的背侧的背面Wb上粘合有划片带T且在划片带T上粘合有环状框架F，被加工物W隔着划片带T粘合于环状框架F。被加工物W被切削装置1沿着分割预定线L切削而分割成各个器件D。
如图1所示，切削装置1至少具有：卡盘工作台10(相当于可动部)，其具有保持被加工物W的保持面10a；切削单元20(相当于加工单元和可动部)，其对保持于卡盘工作台10上的被加工物W进行切削(相当于加工)；X轴移动单元30，其沿着X轴方向相对地移动卡盘工作台10和切削单元20；Y轴移动单元40，其沿着与X轴方向正交的Y轴方向相对地移动卡盘工作台10和切削单元20；Z轴移动单元50，其沿着铅直方向(Z轴方向)相对地移动卡盘工作台10和切削单元20；以及控制单元100。如图1所示，切削装置1具有两个切削单元20即为双主轴的划片机、即所谓的对置型双轴的切削装置。
卡盘工作台10设置于装置主体2(相当于主体部)上并在保持面10a上载置切削加工前的被加工物W，该卡盘工作台10对隔着划片带T粘合于环状框架F的开口的被加工物W进行保持。卡盘工作台10的构成保持面10a的部分是由多孔陶瓷等形成的圆盘形状，经由未图示的真空吸引路径而与未图示的真空吸引源连接，并通过对载置于保持面10a上的被加工物W进行吸引来保持被加工物W。另外，卡盘工作台10设置于工作台移动基台11(相当于可动部)上且通过旋转驱动源(未图示)绕着中心轴线(与Z轴平行)自由旋转地设置，该工作台移动基台11通过X轴移动单元30沿着X轴方向移动自如地设置。并且，在卡盘工作台10的周围设置有多个由空气致动器驱动而对被加工物W的周围的环状框架F进行夹持的夹持部12。
切削单元20具有主轴22，在该主轴22上安装有对保持于卡盘工作台10上的被加工物W进行切削的切削刀具21。切削单元20相对于保持在卡盘工作台10上的被加工物W，通过Y轴移动单元40在Y轴方向上移动自如地设置，且通过Z轴移动单元50在Z轴方向上移动自如地设置。
如图1所示，一个切削单元20借助Y轴移动单元40、Z轴移动单元50等而设置于从装置主体2直立设置的一个柱部3a。如图1所示，另一个切削单元20借助Y轴移动单元40、Z轴移动单元50等而设置于从装置主体2直立设置的另一个柱部3b。另外，柱部3a、3b的上端通过水平梁3c(相当于主体部)连结。
切削单元20能够通过Y轴移动单元40和Z轴移动单元50将切削刀具21定位于卡盘工作台10的表面的任意的位置。并且，一个切削单元20被固定为与对被加工物W的正面Wa进行拍摄的未图示的拍摄单元一体地移动。拍摄单元具有对保持于卡盘工作台10的分割加工之前的被加工物W的待分割区域进行拍摄的CCD照相机。CCD照相机对保持于卡盘工作台10上的被加工物W进行拍摄而得到用于执行对被加工物W与切削刀具21的定位的校准的图像，并将得到的图像输出到控制单元100。
切削刀具21是具有大致环形状的极薄的切削磨具。主轴22通过使切削刀具21旋转来切削被加工物W。主轴22收容在主轴外壳23内，且主轴外壳23被Z轴移动单元50支承。切削单元20的主轴22和切削刀具21的轴心被设定为与Y轴方向平行。
X轴移动单元30通过使卡盘工作台10沿着X轴方向移动而实现相对于被加工物W的加工进给。X轴移动单元30包含如下的部分：X轴滚珠丝杠31，其绕轴心旋转自如地设置在装置主体2上；X轴脉冲电动机32，其使X轴滚珠丝杠31绕轴心旋转；以及一对X轴导轨33。X轴滚珠丝杠31其轴心被配设成与X轴方向平行，并与设置于支承卡盘工作台10的工作台移动基台11的下部的未图示的螺母螺合。一对X轴导轨33与X轴滚珠丝杠31平行地配设在装置主体2上，并沿着X轴方向移动自如地对设置于工作台移动基台11的下部的未图示的轨道承受部进行支承。通过利用由X轴脉冲电动机32所产生的旋转力来旋转驱动X轴滚珠丝杠31，由此X轴移动单元30通过一对X轴导轨33来引导工作台移动基台11并使工作台移动基台11沿着X轴方向移动。这样，当X轴脉冲电动机32使X轴滚珠丝杠31绕轴心旋转时，工作台移动基台11相对于装置主体2沿着X轴方向移动。
Y轴移动单元40通过使切削单元20沿着Y轴方向移动来实现相对于被加工物W的分度进给。Y轴移动单元40使支承切削单元20的刀具移动基台44(相当于可动部)相对于装置主体2沿着Y轴方向移动。如图2所示，Y轴移动单元40包含如下的部分：Y轴滚珠丝杠41，其绕轴心旋转自如地设置于水平梁3c上；Y轴脉冲电动机42，其使Y轴滚珠丝杠41绕轴心旋转；以及一对Y轴导轨43。Y轴滚珠丝杠41与切削单元20对应而设置两个。Y轴滚珠丝杠41其轴心被配设成与Y轴方向平行，并与设置于刀具移动基台44的未图示的螺母螺合。Y轴脉冲电动机42与Y轴滚珠丝杠41对应而设置两个，并使对应的Y轴滚珠丝杠41绕轴心旋转。一对Y轴导轨43与Y轴滚珠丝杠41平行地配设在水平梁3c上，并沿着Y轴方向移动自如地对分别设置于刀具移动基台44上的未图示的轨道承受部进行支承。通过利用由Y轴脉冲电动机42所产生的旋转力来旋转驱动Y轴滚珠丝杠41，由此Y轴移动单元40通过一对Y轴导轨43来引导刀具移动基台44并使刀具移动基台44沿着Y轴方向移动。这样，当Y轴脉冲电动机42使Y轴滚珠丝杠41绕轴心旋转时，刀具移动基台44相对于水平梁3c沿着Y轴方向移动。
Z轴移动单元50通过使切削单元20沿着Z轴方向移动来实现相对于被加工物W的切入量的控制。Z轴移动单元50使支承着切削单元20的切入移动基台54(相当于可动部)相对于装置主体2沿着Z轴方向移动。Z轴移动单元50包含如下的部分：Z轴滚珠丝杠51，其绕轴心旋转自如地设置在刀具移动基台44上；Z轴脉冲电动机52，其使Z轴滚珠丝杠51绕轴心旋转；以及一对Z轴导轨53。Z轴滚珠丝杠51其轴心被配设成与Z轴方向平行，并与设置于切入移动基台54的未图示的螺母螺合。一对Z轴导轨53与Z轴滚珠丝杠51平行地配设在刀具移动基台44上，并沿着Z轴方向移动自如地对设置于切入移动基台54的未图示的轨道承受部进行支承。通过利用由Z轴脉冲电动机52所产生的旋转力来旋转驱动Z轴滚珠丝杠51，由此Z轴移动单元50通过一对Z轴导轨53来引导切入移动基台54沿着Z轴方向移动。这样，当Z轴脉冲电动机52使Z轴滚珠丝杠51绕轴心旋转时，切入移动基台54相对于水平梁3c沿着Z轴方向移动。
并且，切削装置1具有：X轴位置检测单元60，其对工作台移动基台11即卡盘工作台10相对于装置主体2的X轴方向的位置进行检测，并将检测结果输出到控制单元100；Y轴位置检测单元70；以及Z轴位置检测单元80，其对切入移动基台54即切削单元20相对于刀具移动基台44即装置主体2的Z轴方向的位置进行检测，并将检测结果输出到控制单元100，由此对切削单元20相对于卡盘工作台10的Z轴方向的位置进行检测。
Y轴位置检测单元70对刀具移动基台44即切削单元20相对于水平梁3c即装置主体2的Y轴方向的位置进行检测，并将检测结果输出到控制单元100。Y轴位置检测单元70对切削单元20相对于卡盘工作台10的Y轴方向的位置进行检测。如图2和图3所示，Y轴位置检测单元70具有标尺部71和读取单元72。
标尺部71沿着刀具移动基台44的可动方向即Y轴方向设置在水平梁3c上并具有示出Y轴方向的位置的刻度73(如图4所示)。标尺部71设置在水平梁3c上并与Y轴方向平行地呈直线状延伸。如图3和图4所示，标尺部71包含由低膨胀材料构成的基台部74和具有刻度73的标尺75。基台部74由低膨胀玻璃、低膨胀陶瓷或者低膨胀合金构成。低膨胀玻璃为线膨胀系数±1.0×10-6/K(开尔文)以下的玻璃，低膨胀陶瓷为线膨胀系数±1.0×10-6/K(开尔文)以下的陶瓷。并且，低膨胀合金为线膨胀系数±1.0×10-6/K(开尔文)以下的合金，能够使用例如由铁、镍、锰、碳等构成的因瓦(invar)合金(ImphyAlloys公司注册商标)等。总之，本发明的低膨胀材料为线膨胀系数±1.0×10-6/K(开尔文)以下的低膨胀材料。
标尺75被固定于基台部74而抑制了伸缩。标尺75由金属或者树脂构成。例如标尺75由聚碳酸酯等树脂或铜、不锈钢等金属构成。在本发明中，标尺75优选由线膨胀系数±15×10-6/K(开尔文)以下程度的材料构成。
标尺75被粘接剂77和设置于基台部74之间的双面胶76固定于基台部74。在标尺75的重叠于基台部74的面的整面上设置双面胶76。遍及标尺75的Y轴方向的两端面75a、75b和该两端面75a、75b附近的基台部74的表面而涂布粘接剂77，从而将标尺75固定于基台部74。由于粘接剂77被涂布到标尺75的两端面75a、75b，所以在硬化之后抑制了端面75a、75b在Y轴方向上偏移，从而抑制了标尺75在Y轴方向上伸缩。
读取单元72读取标尺部71的刻度73并将读取的结果输出到控制单元100。如图3所示，读取单元72安装于刀具移动基台44，并配设在与标尺部71的刻度73面对的位置。读取单元72能够使用对标尺部71的刻度73的反射光进行读取的光学式部件。并且，在对标尺部71的刻度73在Y轴方向上变化的磁信号进行保持的情况下，读取单元72能够使用读取磁信号并转换成位置信息的磁式部件。
控制单元100分别对构成切削装置1的上述的构成要素进行控制而使切削装置1进行针对被加工物W的加工动作。在加工动作中，控制单元100根据X轴位置检测单元60、Y轴位置检测单元70和Z轴位置检测单元80的检测结果来控制各脉冲电动机32、42、52而将被加工物W分割成各个器件D。另外，以例如由CPU等构成的运算处理装置和具有ROM、RAM等未图示的微处理器为主体来构成控制单元100，该控制单元100与对加工动作的状态或所述图像等进行显示的显示单元和在操作员登记加工内容信息等时所使用的未图示的操作单元连接。
并且，在进行切削装置1的制造时对控制单元100输入校正值，该校正值通过对卡盘工作台10的X轴方向的实际的移动距离和X轴位置检测单元60所检测的移动距离进行比较而得到。在进行切削装置1的制造时对控制单元100输入校正值，该校正值通过对切削单元20的Y轴方向、Z轴方向的实际的移动距离和Y轴位置检测单元70与Z轴位置检测单元80所检测的移动距离进行比较而得到。
接着，对实施方式的切削装置1的加工动作进行说明。在加工动作中，在操作员将加工内容信息登记于控制单元100，并存在来自操作员的加工动作的开始指示的情况下，切削装置1开始加工动作。首先，操作员将被加工物W载置到与切削单元20分离的卡盘工作台10的保持面10a上，当存在来自操作员的加工动作的开始指示时，控制单元100将被加工物W吸引保持于卡盘工作台10的表面上并通过夹持部12来夹持环状框架F。
接着，控制单元100通过X轴移动单元30来使卡盘工作台10朝向切削单元20的下方移动，从而将保持于卡盘工作台10上的被加工物W定位于拍摄单元的下方，并使拍摄单元拍摄，该拍摄单元固定于一个切削单元20。拍摄单元将拍摄到的图像的信息输出到控制单元100。并且，控制单元100执行图案匹配等图像处理并调整保持于卡盘工作台10上的被加工物W与切削单元20的相对位置，该图案匹配用于进行保持于卡盘工作台10上的被加工物W的分割预定线L与切削单元20的切削刀具21的定位。
并且，控制单元100根据加工内容信息并通过X轴移动单元30、Y轴移动单元40、Z轴移动单元50和旋转驱动源来使切削刀具21和被加工物W沿着分割预定线L相对地移动，从而通过切削刀具21来切割分割预定线L。
当切削完所有的分割预定线L并将被加工物W分割成各个器件D时，控制单元100在使卡盘工作台10从切削单元20的下方退避之后解除卡盘工作台10的吸引保持和夹持部12的夹持。并且，操作员将分割后的多个器件D等从卡盘工作台10上取下，并且再次将切削前的被加工物W载置于卡盘工作台10上并重复所述的工序，将被加工物W分割成各个器件D。
如上所述，根据实施方式的切削装置1，具有标尺部71，该标尺部71将由金属或者树脂形成的标尺75固定于由低膨胀材料构成的基台部74。因此，切削装置1的基台部74不根据温度变化而伸缩或者难以伸缩，所以固定于该基台部74的标尺75也变得难以伸缩。因此，切削装置1使用低成本的标尺75也能够高精度地保证Y轴位置检测单元70的检测精度。因此，切削装置1能够起到在高精度地保证切削单元20的定位精度的同时也实现低成本化的效果。
由于切削装置1的基台部74由低膨胀玻璃或者低膨胀合金构成，所以能够在实现低成本化的同时也高精度地保证Y轴位置检测单元70的检测精度。
并且，切削装置1将粘接剂77涂布于标尺75的Y轴方向的两端面75a、75b而将标尺75固定于基台部74。因此，切削装置1的标尺75以如下的构成固定于基台部74：在厚度方向上容易伸缩(变形)并且在Y轴方向上难以伸缩。因此，当由于温度变化标尺75将要伸缩时，切削装置1能够使标尺75在厚度方向伸缩并抑制标尺75在Y轴方向的伸缩。
接着，本发明的发明者们通过实验确认了本发明的效果。结果如表1所示。
表1
伸缩量 成本
本发明产品1 0.3μm 低
本发明产品2 0.3μm 低
比较例1 0.0μm 高
比较例2 10μm 低
在实验中，本发明产品1的基台部74由低膨胀玻璃构成，使用钢制的标尺75来构成实施方式所记载的标尺部71。本发明产品2的基台部74由低膨胀合金构成，使用钢制的标尺75来构成实施方式所记载的标尺部71。比较例1以线膨胀系数0×10-6/K(开尔文)的玻璃标尺作为标尺部。比较例2以钢制的标尺作为标尺部。
在实验中对在变化了5℃的情况下的伸缩量(伸缩的尺寸)进行了测量。进而，对本发明产品1、本发明产品2、比较例1、比较例2的成本进行了比较。
根据表1，比较例2与取得相关的成本是低成本，但是由于伸缩量为10μm，所以明显很难确保切削装置1的定位精度。比较例1的伸缩量为0.0μm，但是明显与取得相关的成本是高成本。
相对于这些比较例1和比较例2，由于本发明产品1和本发明产品2的伸缩量为0.3μm所以能够确保切削装置1的定位精度，且明显与取得相关的成本是低成本。因此，根据表1，切削装置1显然能够收到如下效果：具有将由金属或者树脂形成的标尺75固定于由低膨胀材料构成的基台部74的标尺部71，由此能够在高精度地保证切削单元20的定位精度的同时实现低成本化。
在所述的实施方式中，Y轴位置检测单元70具有包含基台部74和标尺75的标尺部71。但是，在本发明中，也可以是X轴位置检测单元60和Z轴位置检测单元80具有包含基台部74和标尺75的标尺部71。即，在本发明中，可以将卡盘工作台10作为可动部，X轴位置检测单元60和Z轴位置检测单元80具有标尺部71和读取单元72。并且，在所述的实施方式中，作为可动装置和加工装置对切削装置1进行说明，本发明并不限定于切削装置1而是能够适用于各种装置。
另外，本发明并不限定于上述实施方式。即，能够在不脱离本发明的主旨的范围内实施各种变形。

Claims (3)

1.一种可动装置，该可动装置具有：主体部；可动部，其相对于该主体部移动；标尺部，其沿着该可动部的可动方向配设于该主体部并具有刻度；以及读取单元，其读取该标尺部的刻度，该可动装置的特征在于，
该标尺部包含：
基台部，其由低膨胀材料构成；以及
标尺，其由固定于该基台部而被抑制了伸缩的金属或者树脂形成。
2.根据权利要求1所述的可动装置，其特征在于，
该基台部由低膨胀玻璃、低膨胀陶瓷或者低膨胀合金构成。
3.一种加工装置，该加工装置具有：卡盘工作台，其具有对被加工物进行保持的保持面；加工单元，其对保持于该卡盘工作台上的被加工物进行加工；移动单元，其使该卡盘工作台和该加工单元相对地移动；以及位置检测单元，其对该加工单元相对于该卡盘工作台的位置进行检测，该加工装置的特征在于，
该卡盘工作台和加工单元是权利要求1所述的该可动部，
该位置检测单元具有权利要求1所述的该标尺部和该读取单元。
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