JP2009279662A - スピンドルユニット及び切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転スピンドルに対する切削ブレードの交換時における切削ブレードの外れや破損を回避し、作業効率の向上を図れるようにする。
【解決手段】エアーシール溝２１７に連通し高圧エアー源２４から高圧エアーが供給される第２のエアー供給経路２１８が、ロック装置２３へ分岐する分岐経路２１９を有し、この分岐経路２１９の分岐点に切換えバルブ２５を備えることで、回転スピンドル２０に対する切削ブレード３の交換時には、切換えバルブ２５を切換え制御して高圧エアー源２４からエアーシール溝２１７側に供給されている高圧エアーを分岐経路２１９を介してロック装置２３側に切換えることで、交換途中の切削ブレード３に対するエアーシール溝２１７からのエアー噴出を抑制するようにした。
【選択図】 図６

Description

本発明は、スピンドルユニット及び切削装置に関するものである。

半導体ウエーハ等の被加工物を切削するダイシング装置等にあっては、エアースピンドルが装備されダイシング加工が遂行される。エアースピンドルは、例えば特許文献１，２中の従来例に示されるように、スピンドルハウジングの内部にラジアルエアーベアリング及びスラストエアーベアリングを介して回転軸となる回転スピンドルが配設されている。この回転スピンドルの先端部は、スピンドルハウジングから外部に突出しており、その突出先端部にフランジ部材を介して切削ブレードが着脱自在に装着される。そして、回転スピンドルの先端部に装着された切削ブレードによって、例えば半導体ウエーハ等の切削加工が遂行される。

この切削加工において生ずる切削屑、すなわちコンタミがスピンドルハウジングと回転スピンドルとの間に入り込まないように、スピンドルハウジングにはエアー供給経路が設けられ、このエアー供給経路をスピンドルハウジングの先端部の内周側に形成したリング状のエアーシール溝に接続し、高圧エアー源から高圧エアーを供給し、エアー供給経路およびエアーシール溝を介してスピンドルハウジング先端部と回転スピンドルとの隙間からエアーを外向きに噴出させることで、回転スピンドルの外周面にエアーシールを形成し、コンタミに侵入を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−４６０５４号公報 特開２０００−１３０４３８号公報

しかしながら、ハブレスタイプの薄い切削ブレードの交換作業時においては、エアーシール溝部分から噴出されるエアーの勢いにより、交換途中で回転スピンドルに固定されていない切削ブレードがフランジ部材から吹き飛ばされて外れてしまい、切削ブレードが破損したり、切削ブレードを所定の位置に装着しにくい等の問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転スピンドルに対する切削ブレードの交換時における切削ブレードの外れや破損を回避し、作業効率の向上を図れるスピンドルユニット及び切削装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるスピンドルユニットは、先端に切削ブレードを装着する回転スピンドルと、該回転スピンドルをラジアルエアーベアリング及びスラストエアーベアリングによって回転可能に支持するスピンドルハウジングと、前記回転スピンドルを回転駆動する回転駆動部と、前記ラジアルエアーベアリング及び前記スラストエアーベアリングに高圧エアーを供給する第１のエアー供給経路とを有するスピンドルユニットであって、前記スピンドルハウジングは、エアー圧で駆動するシャフトロックピンにより前記回転スピンドルの回転をロックするロック装置と、前記スピンドルハウジング先端部の内周側に設けられたエアーシール溝と、該エアーシール溝に連通し高圧エアー源から高圧エアーが供給される第２のエアー供給経路とを備え、前記第２のエアー供給経路は、前記ロック装置へ分岐する分岐経路を有し、該分岐経路の分岐点に切換えバルブを備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる切削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを先端に装着する回転スピンドルと、該回転スピンドルをラジアルエアーベアリング及びスラストエアーベアリングによって回転可能に支持するスピンドルハウジングと、前記回転スピンドルを回転駆動する回転駆動部と、前記ラジアルエアーベアリング及び前記スラストエアーベアリングに高圧エアーを供給する第１のエアー供給経路とを有し、前記スピンドルハウジングが、エアー圧で駆動するシャフトロックピンにより前記回転スピンドルの回転をロックするロック装置と、前記スピンドルハウジング先端部の内周側に設けられたエアーシール溝と、該エアーシール溝に連通し高圧エアー源から高圧エアーが供給される第２のエアー供給経路とを備え、前記第２のエアー供給経路が、前記ロック装置へ分岐する分岐経路を有し、該分岐経路の分岐点に切換えバルブを備えるスピンドルユニットと、該スピンドルユニットに装着された切削ブレードとからなる切削手段と、前記回転スピンドルに対する前記切削ブレードの交換時には、前記高圧エアー源から前記第２のエアー供給経路により前記エアーシール溝側に供給されている高圧エアーを前記分岐経路を介して前記ロック装置側に切換えるように前記切換えバルブを切換え制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかるスピンドルユニット及び切削装置は、エアーシール溝に連通し高圧エアー源から高圧エアーが供給される第２のエアー供給経路が、ロック装置へ分岐する分岐経路を有し、この分岐経路の分岐点に切換えバルブを備えるので、回転スピンドルに対する切削ブレードの交換時には、切換えバルブを切換え制御して高圧エアー源からエアーシール溝側に供給されている高圧エアーを分岐経路を介してロック装置側に切換えることで、交換途中の切削ブレードに対するエアーシール溝からのエアー噴出を抑制することができ、これにより、回転スピンドルに対する切削ブレードの交換時における切削ブレードの外れや破損を回避し、作業効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態であるスピンドルユニット及び切削装置について図面を参照して説明する。本発明は、実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。

図１は、本実施の形態のスピンドルユニットを備える切削装置の一部の構成例を示す斜視図である。本実施の形態の切削装置１は、切削対象となるウエーハ等の被加工物を保持してＸ軸方向に移動可能なチャックテーブル１０と、被加工物を切削する切削手段１１と、チャックテーブル１０をＸ軸方向に加工送りするＸ軸送り手段１２と、切削手段１１をＹ軸方向に割り出し送りするＹ軸送り手段１３と、切削手段１１をＺ軸方向に切り込み送りするＺ軸送り手段１４とを備えている。

切削手段１１は、スピンドルユニット２と、このスピンドルユニット２に装着されてチャックテーブル１０に保持された被加工物を切削する切削ブレード３とを備えている。また、切削手段１１には、被加工物の切削すべき位置を検出して切削ブレード３との位置合わせを行うためのアライメント手段１５が固定され、アライメント手段１５は切削手段１１と連動する構成となっている。アライメント手段１５は、切削ブレード３のＸ軸方向の延長線上に位置させて撮像部１５ａを備えており、撮像部１５ａが撮像した画像と予め記憶されている被加工物の画像のマッチングによって切削すべき位置を検出することができる。

また、Ｘ軸送り手段１２、Ｙ軸送り手段１３及びＺ軸送り手段１４は、例えばボールネジとこのボールネジを回転させるパルスモータとを備え、それぞれ所望の方向に移動対象となるチャックテーブル１０や切削手段１１を移動させる周知構造のものであり、詳細説明は省略する。

次に、切削手段１１中の切削ブレード３周りの構成について説明する。図２は、切削手段１１の切削部付近の構成例を示す斜視図であり、図３は、その一部を分解して示す斜視図である。まず、本実施の形態で用いる切削ブレード３は、図３等に示すように、リング形状に形成された５〜３００μｍ程度の薄いハブレスタイプのブレードである。また、切削手段１１を構成するスピンドルユニット２は、Ｙ軸方向の軸心を有する回転スピンドル２０がスピンドルハウジング２１によって回転可能に支持されるように構成されている。回転スピンドル２０は、スピンドルハウジング２１の前部側から突出して切削ブレード３が装着される先端部２００と、この先端部２００に形成されて固定ボルト３２が螺合する雌ネジ２０１とを有する。切削ブレード３は、フランジ３３によって両側より挟持された状態で、回転スピンドル２０の先端部に装着される。

ここで、フランジ３３は、例えばフランジアセンブリとして第１フランジ３３ａ及び第２フランジ３３ｂからなり、双方を組合せることによって切削ブレード３を両側より挟持する。第１フランジ３３ａには、フランジナット３４と螺合するフランジ雄ネジ部３３ｃが形成されている。また、第１フランジ３３ａには、回転スピンドル２０の先端部２００を途中まで挿通させる中心孔３３ｄが形成されている。

そこで、回転スピンドル２０に対する切削ブレード３の装着時には、第１フランジ３３ａの中心孔３３ｄに回転スピンドル２０の先端部２００を挿通させる。この後、固定ボルト３２を回転スピンドル２０の雌ねじ部２０１に螺合させて締め付けることによって、第１フランジ３３ａを回転スピンドル２０に取付ける。ついで、ハブレスタイプの切削ブレード３を第１フランジ３３ａに嵌合させ、さらに、第２フランジ３３ｂを第１フランジ３３ａに嵌合させて切削ブレード３を挟み込む。さらに、フランジ３４を第１フランジ３３ａのフランジ雄ねじ部３３ｃに螺合させて締め付けることで、切削ブレード３は回転スピンドル２０に装着固定される。

このようにして、切削ブレード３が回転スピンドル２０の先端部に装着され、さらに図２に示すように、スピンドルハウジング２１の端部にブレードカバー３５を固定すると、切削ブレード３の上方がブレードカバー３５によって覆われた状態となる。ブレードカバー３５には、切削ブレード３と被加工物との接触部位に向けて切削水を吐出する一対の切削水ノズル３６が配設されている。

なお、装着された切削ブレード３の交換時には、フランジナット３４を緩めて第２フランジ３３ｂを第１フランジ３３ａから外した状態で、着脱可能となった切削ブレード３を交換し、再度第２フランジ３３ｂを装着してフランジナット３４を締め付ければよい。

つづいて、切削ブレード３がこのように先端部に装着される回転スピンドル２０を有するスピンドルユニット２の構成について説明する。図４は、スピンドルユニット２の構成例を示す縦断側面図である。まず、回転スピンドル２０の前部側（切削ブレード３が装着される側）には、軸心方向に直交する平面を有する円板状のスラストプレート２０２が形成されている。また、回転スピンドル２０の後部側には、ロータ２２ａが連結されており、ロータ２２ａとこのロータ２２ａを回転させるステータ２２ｂとにより回転駆動部２２が構成されている。回転駆動部２２は、スピンドルハウジング２１の内周面２１ａと後部壁２１ｂとに囲まれたスピンドルユニット２の後部側の空間に位置している。

また、スピンドルハウジング２１は、ほぼ円筒状に形成されており、スラストプレート２０２が収容される位置における内径は、スラストプレート２０２の外径に対応させて拡径されている。また、スピンドルハウジング２１において、スラストプレート２０２の両平面に対面する位置には、スラストプレート２０２のそれぞれの平面に向けてエアーを噴出させる複数の噴出口からなり、回転スピンドル２０をスラスト方向に支持するスラストエアーベアリング２１２が設けられている。

さらに、スピンドルハウジング２１の内周面２１ａ、すなわち回転スピンドル２０の側面に対向する面には、回転スピンドル２０の軸心に向けてエアーを噴出する複数の噴出口からなり、回転スピンドル２０をラジアル方向に支持するラジアルエアーベアリング２１４が設けられている。

ここで、スラストエアーベアリング２１２及びラジアルエアーベアリング２１４は、スピンドルハウジング２１の内部に形成された第１のエアー供給経路２１５を介してエアー供給口２１６に連通している。エアー供給口２１６は、高圧エアー供給用のチューブ等を介して図示しない高圧エアー源に接続されている。このようにして、高圧エアー源からの高圧エアーをエアー供給口２１６及び第１のエアー供給経路２１５を介してスラストエアーベアリング２１２及びラジアルエアーベアリング２１４に供給して噴出させることで、スピンドルハウジング２１は、回転スピンドル２０を非接触状態で回転可能に支持する。

なお、スピンドルハウジング２１の後部壁２１ｂには、スピンドルユニット２に連結され回転駆動部２２に供給する電源線等からなるコード２２ｃを通すための開口部２１ｃが形成されている。

また、スピンドルハウジング２１は、回転スピンドル２０の回転を規制するロック装置２３を備えている。このロック装置２３は、例えば特開２００４−２３５２５０号公報中に示されるロック装置と同一構成でよく、詳細構成は省略するが、回転スピンドル２０の所定位置の同一円周上に形成された複数（例えば、３個）の係合穴２０３に係脱自在に係合するようにスピンドルハウジング２１に設けられたシャフトロックピン２３１を備える。このシャフトロックピン２３１は、エアー圧でシャフトロックピン２３１を係合穴２０３に係合する方向に押圧させるエアーシリンダ構造とされている。また、ロック装置２３は、シャフトロックピン２３１に対して係合穴２０３から離脱する方向に弾性力を付与する弾性部材であるコイルバネ２３２を備える。

このようなロック装置２３は、エアー圧が作用していない場合には、シャフトロックピン２３１に対してはコイルバネ２３２からの弾性力のみが作用する。この場合、シャフトロックピン２３１は係合穴２０３に係合しないので、回転スピンドル２０は回転が規制されず、自由に回転可能なアンロック状態となる。一方、ロック装置２３は、エアー圧が作用する場合には、シャフトロックピン２３１に対してはコイルバネ２３２からの弾性力に抗して内方向への押圧力が作用する。これにより、シャフトロックピン２３１が係合穴２０３に係合することとなり、回転スピンドル２０は回転不可能なロック状態となる。

また、スピンドルハウジング２１の先端部の内周面２１ａには、エアーシール溝２１７が環状に形成されている。さらに、スピンドルハウジング２１内には、このエアーシール溝２１７に連通する第２のエアー供給経路２１８が設けられている。この第２のエアー供給経路２１８は、スピンドルハウジング２１内においてはエアーシール溝２１７部分からロック装置２３近傍まで形成され、ロック装置２３近傍にてスピンドルハウジング２１外に引き出されて高圧エアー源２４に連結されている。ここで、この第２のエアー供給経路２１８は、ロック装置２３のシャフトロックピン２３１側へ分岐する分岐経路２１９を有し、分岐経路２１９の分岐点には切換えバルブ２５を備えている。この切換えバルブ２５は、高圧エアー源２４からの高圧エアーを、第２のエアー供給経路２１８を介してエアーシール溝２１７側へ供給させるか、第２のエアー供給経路２１８及び分岐経路２１９を介してロック装置２３側へ供給させるかを切換えるためのバルブである。切削装置１は、このような切換えバルブ２５の切換え制御を行うための制御手段４を備える。

このような構成において、通常時にあっては、制御手段４は、図５に示すように高圧エアー源２４に対して分岐経路２１９が遮断された状態となるように切換えバルブ２５を切換え制御する。これにより、ロック装置２３側には高圧エアーは供給されず、ロック装置２３はアンロック状態となって、回転スピンドル２０を回転自在な状態とする。一方、高圧エアー源２４からの高圧エアーは、第２のエアー供給経路２１８を介してエアーシール溝２１７側へ供給される。よって、エアーシール溝２１７部分に供給された高圧エアーに基づき、先端部側においてスピンドルハウジング２１と回転スピンドル２０との隙間から図５中に矢印で示すようなエアーが噴出され、回転スピンドル２１の先端部側の外周面にはエアーシールが形成されることとなる。よって、回転スピンドル２０の回転に伴う切削ブレード３による切削加工時には、スピンドルハウジング２１と回転スピンドル２０との隙間からのコンタミの侵入が防止される。

一方、操作パネル等を通じて、ブレード交換モードに設定すると、制御手段４は、図６に示すように高圧エアー源２４に対して分岐経路２１９側が連通する状態となるように切換えバルブ２５を切換え制御する。これにより、ロック装置２３のシャフトロックピン２３１に対して高圧エアーが供給され、エアーシール溝２１７側への高圧エアーの供給が遮断される。これにより、ロック装置２３はシャフトロックピン２３１が一つの係合穴２０３に係合するロック状態となって、回転スピンドル２０の回転をロックする。ブレード交換時には回転スピンドル２０の回転がロックされることで、切削ブレード３の交換作業が容易となる。一方、エアーシール溝２１７側への高圧エアーの供給が遮断されることで、エアーシール溝２１７部分からの高圧エアーの噴出がなくなる。よって、切削ブレード３の交換作業において、フランジナット３４を緩めて第２フランジ３３ｂを第１フランジ３３ａから外した状態となり、切削ブレード３が着脱自在な不安定状態となっても、このような切削ブレード３に対してエアーシール溝２１７側から高圧エアーが吹き付けられることはない。よって、高圧エアーによる切削ブレード３の外れや破損を生ずることはない。また、高圧エアーに抗して切削ブレード３を押えながら作業を行う必要性もなくなり、切削ブレード３を確実に所望の位置に装着することができ、作業効率、取付け精度の向上を図ることができる。さらには、エアーシール溝２１７によるコンタミの侵入防止用とロック装置２３のロック用とのそれぞれの機能を損なうことなく高圧エアー源２４を共用しており、ユニットの小型コンパクト化に効果的である。

なお、ブレード交換時には、エアーシール溝２１７側に対する高圧エアーの供給が遮断されるが、回転スピンドル２０とスピンドルハウジング２１との間は密閉状態ではなく、エアーベアリング２１２，２１４からのエアーや、ロック装置２３からの若干の漏れエアーが先端部側の隙間から外部に流れるため、コンタミ等の侵入は防止される。

もっとも、切換えバルブ２５を可変バルブとし、通常時には、高圧エアー源２４を第２のエアー供給経路２１８を介してエアーシール溝２１７側にのみ連通する状態とするが、ブレード交換時には、高圧エアー源２４の高圧エアーの大半（例えば、７割以上）を分岐経路２１９を介してロック装置２３側に供給させるが高圧エアー源２４の高圧エアーの一部（例えば、３割以下）を第２のエアー供給経路２１８を介してエアーシール溝２１７側にも供給させるよう、分配させてもよい。これによれば、ブレード交換時においても、コンタミ等の侵入を積極的に防止することができる。要は、ブレード交換時においては、ロック装置２３側でロックに必要なエアーが確保でき、エアーシール溝２１７側から交換途中の切削ブレード３に対して必要以上のエアーを吹き付けない状態を確保できればよい。

本発明の実施の形態のスピンドルユニットを備える切削装置の一部の構成例を示す斜視図である。 切削手段の切削部付近の構成例を示す斜視図である。 図２の一部を分解して示す斜視図である。 スピンドルユニットの構成例を示す縦断側面図である。 通常時のスピンドルユニットの状態例を示す縦断側面図である。 ブレード交換時のスピンドルユニットの状態例を示す縦断側面図である。

符号の説明

１ 切削装置
２ スピンドルユニット
３ 切削ブレード
４ 制御手段
１０ チャックテーブル
１１ 切削手段
２０ 回転スピンドル
２１ スピンドルハウジング
２２ 回転駆動部
２３ ロック装置
２４ 高圧エアー源
２５ 切換えバルブ
２１２ スラストエアーベアリング
２１４ ラジアルエアーベアリング
２１５ 第１のエアー供給経路
２１７ エアーシール溝
２１８ 第２のエアー供給経路
２１９ 分岐経路

Claims (2)

1. 先端に切削ブレードを装着する回転スピンドルと、該回転スピンドルをラジアルエアーベアリング及びスラストエアーベアリングによって回転可能に支持するスピンドルハウジングと、前記回転スピンドルを回転駆動する回転駆動部と、前記ラジアルエアーベアリング及び前記スラストエアーベアリングに高圧エアーを供給する第１のエアー供給経路とを有するスピンドルユニットであって、
   前記スピンドルハウジングは、エアー圧で駆動するシャフトロックピンにより前記回転スピンドルの回転をロックするロック装置と、前記スピンドルハウジング先端部の内周側に設けられたエアーシール溝と、該エアーシール溝に連通し高圧エアー源から高圧エアーが供給される第２のエアー供給経路とを備え、
   前記第２のエアー供給経路は、前記ロック装置へ分岐する分岐経路を有し、
   該分岐経路の分岐点に切換えバルブを備えることを特徴とするスピンドルユニット。
2. 被加工物を保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを先端に装着する回転スピンドルと、該回転スピンドルをラジアルエアーベアリング及びスラストエアーベアリングによって回転可能に支持するスピンドルハウジングと、前記回転スピンドルを回転駆動する回転駆動部と、前記ラジアルエアーベアリング及び前記スラストエアーベアリングに高圧エアーを供給する第１のエアー供給経路とを有し、前記スピンドルハウジングが、エアー圧で駆動するシャフトロックピンにより前記回転スピンドルの回転をロックするロック装置と、前記スピンドルハウジング先端部の内周側に設けられたエアーシール溝と、該エアーシール溝に連通し高圧エアー源から高圧エアーが供給される第２のエアー供給経路とを備え、前記第２のエアー供給経路が、前記ロック装置へ分岐する分岐経路を有し、該分岐経路の分岐点に切換えバルブを備えるスピンドルユニットと、該スピンドルユニットに装着された切削ブレードとからなる切削手段と、
   前記回転スピンドルに対する前記切削ブレードの交換時には、前記高圧エアー源から前記第２のエアー供給経路により前記エアーシール溝側に供給されている高圧エアーを前記分岐経路を介して前記ロック装置側に切換えるように前記切換えバルブを切換え制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする切削装置。

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