CN116169051A - 加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供加工装置，其通过调整加工室内的温度而防止伴随温度变化的加工精度的降低，从而实现更高精度的加工。该加工装置具有：加工室(4)，其用于收纳对工件(2)进行保持的保持工作台(12)和用于对保持工作台(12)所保持的工件(2)进行加工的加工单元(切削单元(10))；以及空气导入室(8)，其被从恒温空气提供源(91)提供空气，从空气导入室(8)向加工室(4)提供空气而形成从加工室(4)的室内的上侧朝向下侧的向下气流，由此进行加工室(4)的温度调整。

Description

加工装置
技术领域
本发明涉及用于加工半导体晶片等工件的加工装置，更详细而言，涉及加工室的室内温度的管理。
背景技术
以往，例如如专利文献1所公开的那样，已知有利用刀具工具对所谓的销卡盘工作台所保持的工件的上表面进行切削的刀具切削装置。
在这种刀具切削装置中，当在工作台与工件之间夹入异物时，工件上表面高度会产生偏差，切削后的工件厚度变得不均匀。因此，如专利文献1那样将利用多个支承销的前端保持工件的销卡盘工作台用作保持工作台。
另外，在对工件进行加工之前，进行所谓的设置作业而对刀具工具前端相对于保持工作台的保持面的高度位置进行检测。在设置作业中，根据所检测的高度位置而进行刀具工具向工件的切入深度的调整。
更具体而言，在保持工作台的保持面上配置具有已知厚度的接触传感器，使刀具工具下降而使刀具工具的下端的由单晶金刚石等形成的切刃与接触传感器接触，由此检测刀具工具相对于保持面的高度位置。
专利文献1：日本特开2019-204916号公报
但是，在进行了设置作业之后，例如有时由于保持工作台的移动或伴随加工的发热，保持工作台的保持面的高度位置发生变化。即使该变化微小至1μm，对于要求高精度的加工的工件而言也会产生无法得到期望的加工精度的问题。
并且，加工精度的问题不限于刀具切削装置，在利用切削刀具对工件加工切削槽的切削装置、利用磨削磨具对工件进行薄化加工的磨削装置之类的各种加工装置中，也同样地成为问题。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明提供新的加工装置，其通过调整加工室内的温度来防止伴随温度变化的加工精度的降低，从而实现更高精度的加工。
本发明所要解决的课题如上所述，下面对用于解决该课题的手段进行说明。
根据本发明的一个方式，提供加工装置，其中，该加工装置具有：加工室，其用于收纳保持工作台和加工单元，该保持工作台对工件进行保持，该加工单元用于对该保持工作台所保持的该工件进行加工；以及空气导入室，其被从恒温空气提供源提供空气，从该空气导入室向该加工室提供空气，形成从该加工室的室内的上侧朝向下侧的向下气流，由此进行该加工室的温度调整。
另外，根据本发明的一个方式，在该加工室设置有与排气源连接的排气口。
另外，根据本发明的一个方式，在该加工室内设置有测量该加工室的温度的温度测量器，根据该温度测量器所检测的温度，对从该恒温空气提供源提供的该空气的温度、从该恒温空气提供源提供的该空气的流量以及从该排气口排出的废气的流量中的至少一方进行调整。
另外，根据本发明的一个方式，该加工装置具有冷却单元，该冷却单元对在相对于该保持工作台搬出搬入工件的搬出搬入区域与利用该加工单元进行工件的加工的加工区域之间的移动路径上移动的该保持工作台喷射冷却流体。
另外，根据本发明的一个方式，该加工单元是具有对该保持工作台所保持的工件进行切削的刀具工具的刀具切削单元。
根据本发明，通过调整加工室内的温度，能够精度良好地管理加工单元与工件的相对距离，能够提高加工精度。
另外，根据本发明的一个方式，通过使加工室内的空气通过排气口而排出，能够调整加工室内的温度。
另外，根据本发明的一个方式，能够调整保持工作台的温度和保持工作台的移动路径的周围的温度而使温度保持恒定，能够提高加工精度。
另外，在作为本发明的一个方式的刀具切削装置中，能够防止刀具切削单元的切入深度的变化而使切入深度恒定，能够得到期望的加工精度。
附图说明
图1是示出作为本发明的加工装置的一例的刀具切削装置的结构的图。
图2是示出空气导入室、加工室的内部构造的概要的图。
图3是说明对保持工作台喷射冷却流体的冷却单元的图。
图4是说明将保持工作台冷却的情况的图。
标号说明
1：刀具切削装置；2：工件；2a：正面；2d：凸块；4：加工室；4a：间隔壁；5：间隔壁；6：搬出搬入室；7：基座；8：空气导入室；10：切削单元；11：刀具磨轮；11a：刀具工具；12：保持工作台；12a：保持面；17：移动路径；20：切削单元；22：保持工作台；27：移动路径；30：冷却单元；32：流体喷射单元；34：空气源；36：冷却液源；38：流体；41：温度测量器；42：排气口；43：回收口；44：回收口；46：排气源；48：温度测量器；81：流入口；84：流出口；86：流出口；91：恒温空气提供源；100：控制器；A1：加工区域；A2：搬出搬入区域。
具体实施方式
图1是示出作为本发明的加工装置的一例的刀具切削装置1的结构的图。另外，本发明能够广泛地应用于具有加工室的加工装置，除了刀具切削装置1以外，还能够应用于利用切削刀具对工件加工切削槽的切削装置、利用磨削磨具对工件进行薄化加工的磨削装置之类的各种加工装置。
如图1所示，刀具切削装置1具有Y轴方向上长的基座7，基座7的上方的空间形成有：进行对工件2的加工的加工室4；以及用于相对于加工室4搬出搬入工件2的搬出搬入室6。加工室4和搬出搬入室6由间隔壁5划分而形成，并且构成为能够通过设置于间隔壁5的未图示的开口部而在加工室4与搬出搬入室6之间进行工件2的移动。另外，在图2中，加工室4是指双点划线所示的间隔壁5的右侧的区域。
在加工室4中，作为加工单元设置有两个切削单元10、20。通过安装于各切削单元10、20的刀具工具11a、21a对工件2的露出面进行切削加工。另外，也可以构成为仅具有一个切削单元。
刀具工具11a、21a具有由单晶金刚石形成的切刃，对树脂或金属等延展性材料、它们的复合材料进行切削。工件2例如是由硅、SiC(碳化硅)或其他半导体等材料、或者蓝宝石、玻璃、石英等材料形成的大致圆板状的晶片。在晶片上形成有IC、LSI等器件，在正面上形成有被称为凸块的多个突起电极。突起电极的高度未必均匀，因此即使想要将突起电极直接接合于作为安装对象的电极，有时也无法均匀地实施接合。在本实施例的刀具切削装置1中，进行通过刀具工具11a、21a的切刃对突起电极的头部进行切削而使各突起电极的高度均匀地一致的操作。另外，除了凸块以外，例如封装基板等树脂基板、粘贴于晶片的带、包覆晶片的密封树脂、填充于凸块间的底部填充材料等也可以作为切削对象。
如图1所示，各切削单元10、20在基座7的后部侧配置成在X轴方向上隔开间隔而相邻。各切削单元10、20具有主轴14、24以及安装于主轴14、24的前端的刀具磨轮11、21。刀具磨轮11、21具有：磨轮基台11k、21k；安装于磨轮基台11k、21k的刀具工具11a、21a；使主轴14、24旋转的电动机15、25；以及支承各结构部件的Z轴移动板18、28。
各切削单元10、20通过加工进给单元16、26进行升降而将刀具工具11a、21a的前端进行切入进给。加工进给单元16、26具有：电动机16a、26a；通过电动机16a、26a进行驱动的滚珠丝杠16b、26b；以及分别对切削单元10、20的Z轴移动板18、28进行引导的一对导轨16c、26c，通过滚珠丝杠16b、26b的旋转而使Z轴移动板18、28升降，由此使切削单元10、20整体升降。
另外，在各切削单元10、20中安装有同种的刀具工具，例如在利用一方的切削单元10以规定的加工条件进行了粗切削之后，利用另一方的切削单元20变更刀具磨轮的转速、保持工作台的加工进给速度(Y轴方向移动速度)以及刀具工具的切入深度等而进行精切削。除此以外，可以利用各切削单元10、20以相同加工条件进行工件2的切削。
在加工室4中，在基座7的上表面侧在沿X轴方向错开的位置设置有保持工作台12、22。各保持工作台12、22通过设置于基座7内的未图示的驱动机构而在作为切削单元10、20的下方的位置的加工区域A1与进行工件2的搬出搬入的搬出搬入区域A2之间沿Y轴方向移动。
构成为各保持工作台12、22的上表面的保持面与未图示的吸引源连接，对载置于保持面的工件2进行吸引保持。各保持工作台12、22由利用多个支承销的前端形成保持面的销卡盘工作台构成。
在各保持工作台12、22的Y轴方向的两侧连结有伸缩自如的折皱13、23，在折皱13、23的下方设置有：使各保持工作台12、22在Y轴方向上移动的驱动机构；以及用于接受切削水并排水的排水机构。
在基座7上，在加工室4的相反侧的侧面上设置有用于载置收纳工件2的盒51、52的盒载置部9a、9b。在搬出搬入室6中设置有第1搬送单元61，通过第1搬送单元61将盒51内的工件2搬送至暂放区域62。
工件2通过设置于暂放区域62的对位机构63对位于规定的位置之后，通过具有吸附垫的第2搬送单元64进行吸附保持，交接至保持工作台12。
与第2搬送单元64相邻而设置有第3搬送单元65。第3搬送单元65具有吸附垫，将处于保持工作台12上的结束加工的工件2搬送至另一方的保持工作台22，或将处于保持工作台22上的结束加工的工件2搬送至清洗单元66。
清洗单元66构成为具有旋转工作台的旋转清洗装置，通过清洗水对工件2的正面进行清洗。清洗后，工件2一边高速旋转一边被干燥空气干燥，工件2通过第1搬送单元61搬出至盒52。
在如上述那样构成的刀具切削装置1中，进行工件2的切削加工。例如在利用切削单元10的切削加工中，成为在保持工作台12的保持面上载置工件2而进行吸引保持的状态，使切削单元10下降至规定的高度，将刀具工具定位于规定的高度位置。并且，使保持工作台12朝向加工区域A1以规定的速度移动，并且使刀具磨轮11以规定的速度旋转，由此利用刀具工具进行工件2的正面的切削。在该切削时，如后文详细叙述，对工件的正面提供切削液。
接着，对图1和图2所示的空气导入室8进行说明。
空气导入室8构成为具有：流入口81，其配设于加工室4的上侧，使从恒温空气提供源91提供的空气流入；以及流出口84，其使空气向加工室4流出。通过该空气导入室8，形成基于从加工室4的室内的上侧朝向下侧的向下气流(down flow)的空气流。
如图1和图2所示，本实施例的空气导入室8配置于构成加工室4的顶部的间隔壁4a的上侧，构成为不仅横跨加工室4而且横跨搬出搬入室6的上侧，刀具切削装置1构成为整体形成长方体。通过这样的结构，能够通过后续安装而追加地设置于现有的刀具切削装置。另外，空气导入室8可以仅设置于加工室4的上侧，另外，也可以在加工室4的内侧空间内的上部收纳构成空气导入室8的单元。
如图2所示，从恒温空气提供源91经由控制阀92而提供被管理为规定的温度的空气。在空气导入室8的后部侧的壁面83a上形成有用于使从恒温空气提供源91提供的空气流入至空气导入室8内的流入口81。从流入口81朝向空气导入室8的前部侧的壁面83b的上部沿水平方向导入空气。将空气朝向远离流入口81的壁面83b导入，由此容易使空气导入室8的室内的温度均匀。
如图2所示，与壁面83b的上部碰撞而返回的空气通过朝向搬出搬入室6而开口的流出口86和朝向加工室4而开口的流出口84分别向搬出搬入室6、加工室4流入。另外，为了顺利地进行从流入口81向各流出口84、86的空气流动，可以设置用于对空气进行整流的引导板等。
在各流出口84、86设置有未图示的空气过滤器，在空气流入搬出搬入室6或加工室4时，将空气中所包含的灰尘、尘埃等去除。空气过滤器例如使用HEPA过滤器(HighEfficiency Particulate Air Filter，高效空气过滤器)。
如图2所示，通过流出口84而进入至加工室4的空气成为向下气流而在加工室4内向下流动，通过回收口43，从设置于加工室4的后部的排气口42向外部排出。这样，如后所述，使加工室4内的空气通过排气口42而排出，由此能够调整加工室4内的温度。
如图1所示，流出口84按照与两个切削单元10、20和两个保持工作台12、22对应的方式设置于两个部位。流出口84优选设置成在与各保持工作台12、22的Y轴方向的移动路径的上方的位置分别对应的位置上开口。
如图2所示，回收口43例如通过在Y方向上长的长条的箱体中在与保持工作台12对置的那侧的面上形成开口部而构成。回收口43的开口部在保持工作台12的Y轴方向的移动范围内形成，配置于保持工作台12的保持面的侧方。回收口43的内部经由排气口42、控制阀45而与排气源46连通。另外，如图1所示，按照也与另一方的保持工作台22对应的方式设置回收口44，按照在X轴方向上相邻的方式配置两个回收口43、44。另外，回收口43的开口部在保持工作台12的移动路径17(图3)的整个范围内宽广地形成，除此以外，回收口43的开口部也可以仅设置于一部分的范围，例如可以形成于与加工区域A1(图3)面对的范围。
通过以上的结构，在加工室4中，从上侧的流出口84朝向下侧的回收口43形成空气的向下气流，通过该向下气流能够调整加工室4内的气氛温度。
如图2所示，例如利用设置于加工室4内的多个部位的温度测量器41测量温度，控制器100根据温度而控制控制阀92的开闭，由此调整从流入口81流入并经由流出口84而流入至加工室4的空气的量，由此进行温度调整。
另外，通过控制阀92的开闭控制调整空气的流量而进行温度调整，除此以外，也可以变更从恒温空气提供源91提供的空气的温度而进行温度调整、或通过与排气口42连通的控制阀45的开闭控制而调整所排出的空气的流量从而进行温度调整，另外也可以将上述方式组合。
另外，对于设置于加工室4的温度测量器41的位置没有特别限定，例如可以设置于支承保持工作台12的基底部件的壳体、折皱13的下方的空间(例如保持工作台12的导轨)以及加工进给单元16、26的导轨16c、26c(图1)等。
通过进行上述那样的反馈控制，使加工室4内的温度恒定，进而能够抑制伴随保持工作台12的移动或加工的保持工作台12的温度上升，能够抑制保持工作台12的保持面12a的高度位置的变化。
并且，通过使保持工作台12的保持面12a的高度位置保持恒定，能够精度良好地管理加工单元10与工件2的相对距离，能够提高加工精度。若如本实施例那样为刀具切削装置1，则能够防止刀具切削单元10的切入深度的变化，能够得到期望的加工精度。
另外，与加工室4同样地，在搬出搬入室6中，也从流出口86提供空气，由此能够调整搬出搬入室6内的气氛温度。并且，可以在搬出搬入室6中也设置温度测量器48，将搬出搬入室6内的温度反馈给控制器100，适当地控制控制阀92的开闭。由此，不仅能够进行加工室4的温度调整，还能够进行搬出搬入室6的温度调整，能够进行刀具切削装置1整体的温度调整。
另外，除了加工室4或搬出搬入室6的室内温度的调整以外，关于加工室4或搬出搬入室6的室内压力，按照与加工装置外相比成为正压的方式进行控制。由此，能够防止加工装置外的尘埃等粒子进入至加工装置内而污染加工装置内部或工件的可能。
接着，如图1和图3所示，说明对保持工作台12、22喷射冷却流体的冷却单元30。
如图3所示，冷却单元30构成为具有：流体喷射单元32，其沿着保持工作台12、22的Y轴方向的移动路径而配置有多个；以及流体提供源(空气源34、冷却液源36)，其用于向流体喷射单元32提供流体38。
如图3所示，关于保持工作台12、22的移动路径17、27，在作为切削单元10、20的下方的位置的加工区域A1与进行工件的搬出搬入的搬出搬入区域A2之间，在各保持工作台12、22的移动路径17、27的侧方，以规定的间隔分别配置有多个流体喷射单元32。在本实施例中，7个流体喷射单元32分别在刀具磨削装置的X轴方向的外侧的位置沿着Y轴方向配置。
在各移动路径17、27中的流体喷射单元32的相反侧即刀具磨削装置的X轴方向的中央部，按照沿着各移动路径17、27的方式分别设置有回收口43、44。
在回收口43、44中分别朝向移动路径17、27侧而形成有开口部，纳入从各流体喷射单元32喷射的流体38而进行回收。回收口43、44经由排气口42而与排气源46连接，通过利用排气源46产生的负压，对流体38进行吸引而回收。流体38处于雾状，在回收口43、44的内部适当地分离成液体和气体，并排出至外部。通过回收口43、44回收雾状的流体38，由此能够防止水分附着于装置的可动部等而产生锈等不良情况。另外，回收口43、44的开口部的上下方向的尺寸设计成能够充分地吸收漂浮的雾状的流体38。图4所示的与保持工作台12面对的回收口43的开口部43a的上下方向的尺寸为一例，也可以更窄。另外，回收口43的开口部在保持工作台12的移动路径17(图3)的整个范围内宽广地形成，除此以外，回收口43的开口部也可以仅设置于一部分的范围，例如可以形成于与加工区域A1(图3)面对的范围。
各流体喷射单元32与空气源34和冷却液源36连接。各流体喷射单元32具有朝向移动路径17、27喷射流体的喷射喷嘴，喷射将所提供的空气和冷却液混合而成的二流体。另外，也可以不喷射二流体而仅喷射冷却液。
另外，可以在各流体喷射单元32与空气源34之间设置涡管等冷却管而使空气的温度降低。另外，可以在冷却液源36(例如刀具切削装置外的定温水机)中，将冷却液冷却至规定的温度。从各流体喷射单元32喷射的二流体的温度例如为10℃以下。
通过如上述那样构成的冷却单元30，向保持工作台12、22的移动路径17、27连续地提供流体38，由此能够调整保持工作台12、22的温度和移动路径17、27的周围的温度而使温度保持恒定，能够提高加工精度。另外，流体38直接落在保持工作台12、22上，由此能够有效地抑制保持工作台12、22的温度上升。
另外，可以根据利用设置于加工室4内的温度测量器41测量的温度，通过控制器100控制控制阀35、37而调整来自流体提供源(空气源34、冷却液源36)的空气和冷却液的提供量。另外，可以利用控制器100调整从流体提供源(空气源34、冷却液源36)提供的空气和冷却液的温度。
另外，优选通过调整提供至各流体喷射单元32的空气的压力和流量而在移动路径17、27的整个区域中向保持工作台12、22的保持面整体提供流体38。
另外，如图4所示，在保持工作台12处于加工区域A1(图3)时，从配置于加工区域A1的侧方的流体喷射单元32提供的流体38朝向工件2的正面2a而提供。并且，在通过刀具磨轮11的旋转而进行刀具工具11a的切削加工的期间，持续向工件2的正面2a提供流体38，将切削屑冲掉。另外，此时也将保持工作台12冷却。
这样，流体38还能够作为将加工点冷却的冷却液(加工液)发挥功能。特别是关于配置于加工区域A1的侧方的流体喷射单元32，按照流体38高效地到达加工点(刀具工具11a的位置)的方式调整喷射喷嘴的角度等。另外，在图4中，示出了工件2是半导体晶片、对形成于正面2a的凸块2d(突起电极)进行切削而平坦化的情况。
另外，如图3所示，在保持工作台12处于搬出搬入区域A2时，可以停止向保持工作台12提供流体38或向保持工作台12的保持面的一部分的区域(例如一半的区域)提供流体38。
另外，如图1和图3所示，基于冷却单元30的流体38的提供可以从启动装置之后持续连续地进行。另外，在将保持工作台12定位于搬出搬入区域A2且进行工件2的搬出搬入时，可以停止向处于搬出搬入区域A2的保持工作台12提供流体38，持续进行其他部位的流体38的提供。另外，在未利用保持工作台12对工件2进行保持的情况下，保持工作台12进行在移动路径上往复移动的怠速动作，此时也继续利用冷却单元30提供流体38，由此能够使加工室4内的温度恒定。

Claims (5)

1.一种加工装置，其中，
该加工装置具有：
加工室，其用于收纳保持工作台和加工单元，该保持工作台对工件进行保持，该加工单元用于对该保持工作台所保持的该工件进行加工；以及
空气导入室，其被从恒温空气提供源提供空气，
从该空气导入室向该加工室提供空气，形成从该加工室的室内的上侧朝向下侧的向下气流，由此进行该加工室的温度调整。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
在该加工室设置有与排气源连接的排气口。
3.根据权利要求2所述的加工装置，其特征在于，
在该加工室内设置有测量该加工室的温度的温度测量器，
根据该温度测量器所检测的温度，对从该恒温空气提供源提供的该空气的温度、从该恒温空气提供源提供的该空气的流量以及从该排气口排出的废气的流量中的至少一方进行调整。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的加工装置，其特征在于，
该加工装置具有冷却单元，该冷却单元对在相对于该保持工作台搬出搬入工件的搬出搬入区域与利用该加工单元进行工件的加工的加工区域之间的移动路径上移动的该保持工作台喷射冷却流体。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的加工装置，其特征在于，
该加工单元是具有对该保持工作台所保持的工件进行切削的刀具工具的刀具切削单元。
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