CN110385798B - 加工装置 - Google Patents

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Abstract

提供加工装置，能够在任意的时刻容易地检测到在加工装置的各部位产生的振动。加工装置(10)具有对卡盘工作台(11)所保持的被加工物(W)进行加工的加工单元(40)，加工装置具有检测单元，检测单元在未利用加工单元进行加工的状态下对加工装置的状态进行检测。检测单元具有：振动源，其对加工装置赋予振动；振动传感器(55、56)，其设置于加工装置，对从振动源传播的各部位的振动进行测量；以及振动数据存储部(51)，其对振动传感器所测量出的振动数据进行记录并储存。振动源是具有使旋转轴(15、27、28、42)旋转驱动的电动机(16、19、29、30、43)的致动器，检测单元对各部位的振动进行测量直到在电动机以最高速旋转的状态下切断电力供给而使旋转轴以惯性旋转到停止为止。

Description

加工装置
技术领域
本发明涉及对被加工物进行加工的加工装置。
背景技术
在半导体晶片等的加工中所使用的加工装置大多具有通过旋转而进行加工的旋转工具。作为这种加工装置的一例，存在切削装置。切削装置具有：保持构件(卡盘工作台)，其对被加工物进行保持；以及加工构件(切削构件)，其构成为在旋转驱动的主轴上安装切削刀具，该切削装置构成为使保持构件和加工构件在加工进给方向和分度进给方向上相对移动。通过使主轴旋转驱动并且使保持构件和加工构件在加工进给方向上相对移动，使旋转的切削刀具切入至被加工物而进行切削加工，将作为被加工物的晶片分割成各个芯片。
但是，在利用这样的加工装置进行加工时，存在如下的问题：当加工构件或保持构件与通过电动机的旋转轴的旋转驱动而产生的规定频率的振动对应地发生共振时，会给加工精度带来不良影响。例如，在切削装置中，当由于主轴的旋转而使切削构件发生共振时，在切削刀具上产生振动，加工槽会产生大量的缺损而使器件的品质降低。另外，当在切削加工时保持构件发生共振的情况下，保持构件所保持的被加工物产生振动而使加工品质降低。除了切削装置以外，在如磨削装置、研磨装置、激光加工装置那样具有作为振动源的部位的加工装置中也存在同样的问题。
作为其对策，开发了如下的技术：能够通过对加工构件的重量进行调整而错开共振点，以使得加工构件不会与由电动机等的驱动而引起的振动发生共振(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2010-188433号公报
为了可靠地实现上述那样的共振对策，希望在加工装置中预先掌握会给加工品质带来影响的振动。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供加工装置，能够在任意的时刻容易地检测到由于振动源而在加工装置的各部位产生的振动。
本发明是加工装置，其具有对卡盘工作台所保持的被加工物进行加工的加工单元，其中，加工装置具有检测单元，该检测单元在未利用该加工单元进行加工的状态下对加工装置的状态进行检测。检测单元包含：振动源，其对加工装置赋予规定的范围的频率的振动；振动传感器，其设置于加工装置的期望的部位，对从振动源传播的各部位的振动进行测量；以及振动数据存储部，其对振动传感器所测量出的振动数据进行记录并储存。振动源是致动器，该致动器具有对旋转轴进行旋转驱动的电动机。检测单元对各部位的振动进行测量，直到在电动机以最高速进行旋转的状态下切断电力供给而使旋转轴以惯性旋转到停止为止。
本发明在加工单元的旋转轴是振动源的情况下特别有用。
根据本发明的加工装置，能够在任意的时刻容易地检测到由于振动源而在加工装置的各部位产生的振动，能够有助于防止给加工品质带来影响的振动的产生。
附图说明
图1是本实施方式的加工装置的立体图。
图2是示出搭载于加工装置的主轴的转速的变化与振动传感器所测量出的振动数据之间的关系的图。
标号说明
10：加工装置；11：卡盘工作台；12：基台；13：加工进给构件；14：X轴引导件；15：滚珠丝杠(检测单元、振动源)；16：X轴驱动电动机(检测单元、振动源)；17：X轴工作台；18：θ工作台；19：卡盘工作台旋转驱动电动机(检测单元、振动源)；20：柱；21：分度进给构件；22：切入进给构件；23：Y轴引导件；24：Y轴工作台；25：Z轴引导件；26：Z轴工作台；27：滚珠丝杠(检测单元、振动源)；28：滚珠丝杠(检测单元、振动源)；29：Y轴驱动电动机(检测单元、振动源)；30：Z轴驱动电动机(检测单元、振动源)；40：切削构件(加工单元)；41：主轴壳体；42：主轴(检测单元、振动源)；43：主轴电动机(检测单元、振动源)；44：刀具罩；50：控制构件；51：振动数据存储部(检测单元)；55：振动传感器(检测单元)；56：振动传感器(检测单元)；V1：振动增大区域；V2：振动增大区域；W：晶片。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的加工装置进行说明。另外，以下的实施方式被应用于进行切削加工的加工装置，但本发明不限于切削，能够应用于进行加工的全部加工装置。
图1所示的加工装置10是对作为被加工物的晶片W进行切削的切削装置。在图1中，将加工装置10中的加工进给方向表示为X轴方向，将分度进给方向表示为Y轴方向，将切削的切入进给方向(上下方向)表示为Z轴方向。
在晶片W的正面上形成有格子状的分割预定线，在由分割预定线划分的各区域形成有器件。晶片W在借助粘贴于背面的带T而支承于环状的框架F的状态下被搬入至加工装置10。
加工装置10具有对框架F进行保持的卡盘工作台11。卡盘工作台11在上表面侧具有由多孔陶瓷材料形成的保持面，能够通过吸引源(省略图示)给保持面带来负压。通过该负压，使晶片W隔着带T而吸引保持于卡盘工作台11的保持面上。在卡盘工作台11的周围设置有夹具(省略图示)，通过夹具对晶片W的周围的框架F进行夹持固定。
在加工装置10的基台12上设置有使卡盘工作台11在X轴方向上移动的加工进给构件13。加工进给构件13具有：沿X轴方向延伸的一对X轴引导件14，它们配置在基台12上；以及滚珠丝杠15，其设置于一对X轴引导件14之间，滚珠丝杠15通过设置于端部的X轴驱动电动机16而以X轴方向的轴为中心进行旋转驱动。X轴工作台17被支承为能够相对于X轴引导件14在X轴方向上滑动，并且具有与滚珠丝杠15螺合的螺母(省略图示)。当通过X轴驱动电动机16使滚珠丝杠15旋转时，X轴工作台17在X轴方向上移动。
在X轴工作台17上支承有能够绕Z轴旋转的θ工作台18。θ工作台18通过卡盘工作台旋转驱动电动机19来进行旋转驱动。在θ工作台18上支承有卡盘工作台11，随着θ工作台18的旋转，卡盘工作台11进行旋转。卡盘工作台11能够相对于θ工作台18进行装卸。
在基台12的上表面上设置有按照跨越卡盘工作台11和X轴工作台17在X轴方向上的移动路径的方式竖立设置的门型的柱20。在柱20上设置有：分度进给构件21，其将切削构件40在Y轴方向上进行分度进给；以及切入进给构件22，其将切削构件40在Z轴方向上进行切入进给。
分度进给构件21具有：沿Y轴方向延伸的一对Y轴引导件23，它们配置在柱20的前表面上；以及共计两个Y轴工作台24，它们以能够滑动的方式支承在各Y轴引导件23上。切入进给构件22具有：沿Z轴方向延伸的一对Z轴引导件25，它们配置在各Y轴工作台24上；以及共计两个Z轴工作台26，它们以能够滑动的方式支承在各Z轴引导件25上。
在各Y轴工作台24和各Z轴工作台26的背面侧分别形成有螺母部(省略图示)。在各Y轴工作台24的螺母部中螺合有滚珠丝杠27，在各Z轴工作台26的螺母部中螺合有滚珠丝杠28。在滚珠丝杠27的一个端部连结有Y轴驱动电动机29，在滚珠丝杠28的一个端部连结有Z轴驱动电动机30。通过Y轴驱动电动机29使滚珠丝杠27旋转驱动，从而使各Y轴工作台24沿着Y轴引导件23在Y轴方向上移动。通过Z轴驱动电动机30使滚珠丝杠28旋转驱动，从而使各Z轴工作台26沿着Z轴引导件25在Z轴方向上移动。在各Z轴工作台26的下部各设置有一个对晶片W进行切削加工的加工单元即切削构件40。通过Y轴驱动电动机29和Z轴驱动电动机30的驱动，各切削构件40在Y轴方向和Z轴方向上移动。
各切削构件40具有：作为旋转轴的主轴42，其在支承于Z轴工作台26的下端的主轴壳体41内以Y轴方向的轴为中心进行旋转；以及主轴电动机43，其使主轴42旋转驱动，在主轴42的前端安装有切削刀具。在主轴壳体41的端部安装有包围切削刀具的刀具罩44。
各切削构件40通过主轴电动机43使主轴42旋转驱动，使切削刀具一边旋转一边切入至卡盘工作台11所保持的晶片W而进行切削。通过适当地进行基于加工进给构件13的卡盘工作台11(X轴工作台17)的X轴方向的移动(切削进给)以及基于切入进给构件22的Z轴工作台26的Z轴方向的移动(切入进给)，能够使用切削构件40来实施沿着晶片W的正面上的分割预定线的切削加工。本实施方式的加工装置10具有两个切削构件40，因此能够沿着两条分割预定线同时执行切削加工。
若各切削构件40分别完成了沿着一条分割预定线的切削，则通过分度进给构件21使各Y轴工作台24在Y轴方向上移动(分度进给)，将各切削构件40的切削刀具定位于下一条未切削的分割预定线上。然后，与上述同样地，使主轴电动机43驱动而使切削刀具一边旋转一边适当地进行X轴方向的切削进给和Z轴方向的切入进给，从而进行沿着分割预定线的切削加工。
若完成了沿着在Y轴方向上排列的所有分割预定线的切削，则使卡盘工作台旋转驱动电动机19驱动而使θ工作台18和卡盘工作台11旋转90度。由此，卡盘工作台11上的晶片W成为未切削的多条分割预定线在Y轴方向上排列的状态。然后，与上述同样地，沿着所有的分割预定线进行切削加工。
这样，一边使X轴驱动电动机16、卡盘工作台旋转驱动电动机19、Y轴驱动电动机29、Z轴驱动电动机30适当地驱动而对切削构件40与晶片W的相对位置进行控制，一边使主轴电动机43驱动而使切削刀具旋转，从而实施沿着晶片W的正面上的分割预定线的切削加工。即，在利用加工装置10进行加工的状态下，各电动机在规定的时刻进行驱动，随着各电动机的驱动而按照规定的频率产生振动。
加工装置10具有对各部进行集成控制的控制构件50。控制构件50对X轴驱动电动机16、Y轴驱动电动机29、Z轴驱动电动机30的驱动进行控制而改变卡盘工作台11与切削构件40的相对位置。另外，对卡盘工作台旋转驱动电动机19的驱动进行控制而改变绕Z轴的卡盘工作台11(θ工作台18)的位置。
另外，控制构件50对主轴电动机43的驱动进行控制而改变主轴42的旋转状态。更详细而言，通过逆变器装置来自由变更主轴电动机43的电源频率，从而能够任意地改变电动机旋转速度(每单位时间的主轴42的转速)。
加工装置10还具有振动传感器55、56。振动传感器55安装于各切削构件40的主轴壳体41中的接近刀具罩44的位置。振动传感器56设置于卡盘工作台旋转驱动电动机19附近的X轴工作台17上(θ工作台18内)。
振动传感器55和振动传感器56分别由加速度传感器构成。特别是作为所谓的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)器件而构成的，该MEMS器件是将包括加速度传感器在内的要素通过微细加工技术堆叠在基板上而形成的。与使用压电元件作为振子来检测振动的传感器相比，这种加速度传感器能够以低成本的构造对振动进行测量。控制构件50能够将各振动传感器55、56所测量出的振动数据存储并储存在振动数据存储部51中。
为了在加工装置10中执行高精度的切削加工，要求在切削构件40中切削刀具不产生振动等而高精度地进行旋转，并且对卡盘工作台11上的晶片W高精度地进行加工进给等动作。如果在对加工装置10的各电动机进行驱动时加工装置10的各部位与由电动机旋转而产生的振动对应地产生共振，则切削刀具会产生振动，或者卡盘工作台11上的晶片W的位置精度产生偏差。其结果是，切削出的加工槽从规定的分割预定线偏移，或者加工槽产生缺损，从而有可能导致品质不良。
本实施方式的加工装置10具有检测单元，该检测单元对在未利用作为加工单元的切削构件40进行加工的状态下的加工装置10的状态进行检测，该加工装置10构成为通过对检测单元的测量结果进行记录和储存而实现加工单元(切削构件40)进行加工时的加工品质的提高。
检测单元包含：振动源，其对加工装置10赋予规定的范围的频率的振动；振动传感器55、56，它们设置在加工装置10上，对从振动源传播的各部位的振动进行测量；以及振动数据存储部51，其对振动传感器55、56所测量出的振动数据进行记录并储存。
振动源由致动器构成，该致动器具有使旋转轴进行旋转驱动的电动机。具体而言，主轴电动机43和主轴42、卡盘工作台旋转驱动电动机19及其旋转轴、X轴驱动电动机16和滚珠丝杠15、Y轴驱动电动机29和滚珠丝杠27、Z轴驱动电动机30和滚珠丝杠28在加工装置10中构成作为振动源的致动器。
并且，在刚完成加工装置10的制造之后等加工装置10进行加工动作的期间以外的规定的时刻，通过操作者的操作，使用检测单元来执行加工装置10的状态检测。在该状态检测模式中，控制构件50使构成振动源的电动机以最高速(加工装置10进行加工动作时所设想的实用旋转速度以上的速度)进行旋转，在该电动机以最高速进行旋转的状态下切断电力供给而使旋转轴以惯性进行旋转。并且，通过振动传感器55、56对从旋转轴传播的各部位的振动进行测量直至旋转轴停止为止，将该振动数据记录并储存于振动数据存储部51。
图2示出了在加工装置10的状态检测模式中使主轴电动机43以最高速进行驱动、接着切断来自逆变器的电力供给而使主轴42自由旋转(惯性旋转)直至停止的、基于振动传感器55的检测结果。图2的上部的曲线表示主轴42的旋转速度(每单位时间的转速)的变化，图2的下部的曲线表示振动传感器55所检测到的振动(加速度)的变化。
图2中的区间M1表示通过主轴电动机43使主轴42以最高速旋转的状态。这里的最高速设定成比利用加工装置10对晶片W进行切削加工时所使用的主轴42的实用旋转速度大的值。例如，在为了利用规定的切削刀具对晶片W进行切削而设想的主轴42的实用旋转速度为3万转/分左右的情况下，在区间M1中，使主轴42以比3万转/分快的速度进行旋转。
安装有振动传感器55的切削构件40与区间M1中的主轴42的高速旋转对应地发生振动，该振动的加速度作为振动数据而被振动传感器55检测到。将振动传感器55所测量出的振动数据记录在振动数据存储部51中，并继续向振动数据存储部51储存振动数据，直至状态检测模式完成为止。
控制构件50在使主轴42以最高速旋转的状态下对主轴电动机43切断来自逆变器的电力供给(图2所示的S的时刻)。在这之后的区间M2中，切断了电力供给的主轴电动机43进行惯性旋转，随着时间的经过，主轴42的转速慢慢降低。在区间M2中，在切断对主轴电动机43的电力供给而使主轴42开始惯性旋转之后，持续地进行基于振动传感器55的振动数据的测量以及振动数据向振动数据存储部51的记录和储存，直至主轴42停止为止。在区间M1中使主轴42以最高速旋转，因此在区间M2中，能够获得包含实用旋转速度在内的主轴42的较宽的旋转速度范围的振动数据。
如图2所示，在区间M2中，主轴42的转速呈线性降低，与此相对，振动传感器55所检测到的切削构件40周围的振动的衰减率并不恒定，在主轴42的特定的转速(图2所示的R1、R2)下产生了振动的增加(图2所示的振动增大区域V1、V2的部分)。这样的振动的增加是因为切削构件40附近的部位相对于在主轴42的特定的转速下产生的频率的振动发生了共振。
然后，通过参照储存于振动数据存储部51的振动数据，能够采取对策，以使得在加工时在切削构件40中不产生有害的共振。例如，在切削加工时，能够通过控制构件50对主轴电动机43的旋转速度进行控制，以便不使用与图2所示的振动增大区域V1、V2相对应的主轴转速R1、R2。
或者，能够进行切削构件40的设定变更(材质或重量分配的变更)而调整固有频率，从而抑制共振，以使得不产生振动增大区域V1、V2那样的增大的振动。在进行了设定变更的情况下，再次对振动数据进行测量和记录而确认共振的产生状态。
加工装置10具有多个作为振动源的致动器(电动机和旋转轴)。其中，特别是主轴电动机43和主轴42在使用时的旋转速度较快，伴随着驱动而产生的振动容易增大。因此，当如图2那样对主轴42旋转时的切削构件40的振动进行测量时，有效防止了切削加工时的切削刀具的振动。
另外，在图2中，示出了通过设置于切削构件40的振动传感器55对使主轴电动机43驱动而使主轴42旋转时的振动进行检测的情况，但在其以外的振动源和振动传感器的组合中也能够对振动进行测量和记录。
例如，在如图2那样对主轴电动机43进行驱动而使主轴42旋转时，通过振动传感器56对振动进行测量并对振动数据进行记录，从而能够对保持晶片W的卡盘工作台11周围的共振的状态进行判定。当与主轴42的旋转对应地在卡盘工作台11周围产生共振时，会对晶片W施加不需要的振动而给加工精度带来不良影响。由此，能够采取以下之类的对策：通过参照在未进行加工的状态下使用振动传感器56测量出的振动数据，设定成在加工时在卡盘工作台11周围不产生共振的主轴转速，或者构成为进行卡盘工作台11周围的设定变更而在主轴驱动时不产生共振。
另外，也可以在未通过加工装置10进行加工的状态下，使主轴42以外的振动源驱动而通过振动传感器55或振动传感器56获取振动数据。例如，在对晶片W进行切削加工时，通过X轴驱动电动机16使滚珠丝杠15旋转驱动而使X轴工作台17上的卡盘工作台11在X轴方向上移动而进行加工进给。因此，在利用加工装置10进行加工之前的阶段，将X轴驱动电动机16和滚珠丝杠15作为振动源而进行振动的测量和振动数据的记录，从而能够采取对策以便将加工进给时的卡盘工作台11或切削构件40的共振防患于未然。
作为加工装置10中的其他振动源，可以使Y轴驱动电动机29和滚珠丝杠27、Z轴驱动电动机30和滚珠丝杠28、卡盘工作台旋转驱动电动机19驱动而获取振动数据。
优选使用检测单元进行振动的测量和记录的时刻为刚刚新组装了加工装置10之后(执行切削加工之前)。另外，在更换了切削刀具或卡盘工作台11的情况下，各部位的固有频率有可能产生变化，因此优选使用检测单元进行振动的测量和记录。
加工装置10在加工时所需的结构上附加振动传感器55、56和振动数据存储部51，因此能够使成本低廉。另外，基于检测单元的振动数据的测量是在使作为振动源的电动机以最高速旋转之后切断电力供给而进行惯性旋转这样的简单动作下执行的，因此无需复杂的控制，在控制的容易性方面也优异。
在本实施方式的加工装置10中，具有作为加工工具的切削刀具的切削构件40以及对作为被加工物的晶片W进行保持的卡盘工作台11是对加工品质带来特别大影响的部位。因此，作为振动传感器55、56的设置部位，选择构成切削构件40的主轴壳体41的外表面和卡盘工作台11的下部来测量对加工品质的影响较大的部位的振动。但是，设置振动传感器的部位并不限于上述实施方式，可以根据加工装置的类型或结构来任意地选择。例如，在加工装置10中，还可以将振动传感器设置于Y轴工作台24或Z轴工作台26那样的可动部。
在上述实施方式中，使用加速度传感器作为振动传感器55和振动传感器56，但也可以使用AE(Acoustic Emission：声发射)传感器等作为振动传感器。AE传感器可以从能够得到特定频率的较高灵敏度的共振型AE传感器、能够在较宽的频带中得到一定的灵敏度的宽频带型AE传感器、内置有前置放大器的前置放大器内置型AE传感器等中适当选择。
另外，除了进行切削加工的切削装置以外，只要是进行磨削加工的磨削装置、进行研磨加工的研磨装置、进行激光加工的激光加工装置等具有作为振动源的致动器的装置，则无论加工的种类如何，均能够应用本发明。
另外，对本发明的实施方式进行了说明，但作为本发明的其他实施方式，也可以对上述实施方式和变形例进行整体或局部地组合。
另外，本发明的实施方式并不限于上述的实施方式和变形例，也可以在不脱离本发明的技术思想的主旨的范围内进行各种变更、置换、变形。进而，如果因技术的进步或衍生出的其他技术而能够利用其他方法实现本发明的技术思想，则也可以使用该方法进行实施。因此，权利要求书覆盖了能够包含在本发明的技术思想的范围内的所有实施方式。
如以上所说明的那样，本发明具有如下的效果：能够在任意的时刻容易地检测到由于振动源而在加工装置的各部位产生的振动，在具有作为振动源的电动机或旋转轴的各种加工装置中有用。

Claims (1)

1.一种加工装置，其具有对卡盘工作台所保持的被加工物进行加工的加工单元，其特征在于，
该加工装置具有检测单元，该检测单元在未利用该加工单元进行加工的状态下对加工装置的状态进行检测，
该检测单元包含：
多个振动源，该多个振动源各自具有旋转轴和对旋转轴进行旋转驱动的电动机，该多个振动源对该加工装置赋予规定的范围的频率的振动；
第1振动传感器，其设置于对被加工物进行加工的该加工单元的期望的部位，对从该多个振动源各自的旋转轴分别传播至该加工单元的期望的部位的振动进行测量；
第2振动传感器，其设置于对被加工物进行保持的该卡盘工作台的期望的部位，对从该多个振动源各自的旋转轴分别传播至该卡盘工作台的期望的部位的振动进行测量；以及
振动数据存储部，其对该第1振动传感器和该第2振动传感器所测量出的振动数据进行记录并储存，
该检测单元对该加工装置的该加工单元和该卡盘工作台各自的期望的部位的振动进行测量，直到在该多个振动源各自的电动机使对应的旋转轴分别以最高速进行旋转驱动的状态下切断电力供给而使该旋转轴以惯性旋转到停止为止，在该多个振动源各自的电动机使对应的旋转轴分别以最高速进行旋转驱动的状态下切断电力供给而使该旋转轴进行惯性旋转的转速区间中，获得该加工装置的该加工单元和该卡盘工作台各自的期望的部位的包含了与通过该多个振动源各自的旋转轴的旋转驱动而产生的振动对应地发生共振而产生了振动增加的振动增大区域的振动数据，
参照通过该检测单元的测量而获得的储存在该振动数据存储部中的振动数据，在不使用与振动增加的振动增大区域对应的该旋转轴的转速的情况下驱动该电动机而进行该加工单元对该被加工物的加工和由该卡盘工作台对该被加工物的保持。
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