JP2011083864A - Machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体軸受けを有する加工装置に関する。 The present invention relates to a processing apparatus having a gas bearing.
半導体ウェーハ、ガラス、セラミックス等の板状の被加工物の面を研削して所望の厚さとする場合には、回転する砥石を被加工物に押し当てて研削を行う研削装置が用いられている。かかる研削装置は、例えば特許文献1に示されているように、被加工物を保持するチャックテーブルと、回転によりチャックテーブルを着脱域と研削域とに位置付けするターンテーブルと、研削域に配設されチャックテーブル上に保持された被加工物を研削する研削ホイールを有する研削手段とを備えており、研削ホイールの下部には研削砥石が固着されている。研削手段としては、空気などの気体によってスピンドルが回転可能に支持され、スピンドルの先端部に研削ホイールが固定された構成のものが使用されている。 When grinding the surface of a plate-like workpiece such as a semiconductor wafer, glass, ceramics, etc. to a desired thickness, a grinding apparatus is used that grinds by pressing a rotating grindstone against the workpiece. . For example, as disclosed in Patent Document 1, such a grinding apparatus is provided with a chuck table for holding a workpiece, a turntable for positioning the chuck table in an attachment / detachment region and a grinding region by rotation, and a grinding region. And a grinding means having a grinding wheel for grinding the workpiece held on the chuck table, and a grinding wheel is fixed to the lower part of the grinding wheel. As the grinding means, a structure is used in which the spindle is rotatably supported by a gas such as air, and a grinding wheel is fixed to the tip of the spindle.
また、例えば特許文献2に示されているように、被加工物を切削して個々のチップに分割する切削装置には、被加工物を保持するチャックテーブルと、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有する切削手段とを備えている。切削手段としては、空気などの気体によってスピンドルが回転可能に支持され、スピンドルの先端部に切削ブレードが固定された構成のものが使用されている。 For example, as shown in Patent Document 2, a cutting apparatus that cuts a workpiece and divides the workpiece into individual chips includes a chuck table that holds the workpiece, and a workpiece that is held by the chuck table. Cutting means having a cutting blade for cutting an object. As the cutting means, one having a configuration in which the spindle is rotatably supported by a gas such as air and a cutting blade is fixed to the tip of the spindle is used.
このように、研削装置や切削装置をはじめとして、加工工具が回転する構成の加工装置においては、スピンドルの安定駆動のために、気体軸受けスピンドルが使用されている。従来は、加工が行われていない間にも、加工中と同じ条件によってスピンドルが駆動されていた。 As described above, in a processing apparatus configured to rotate a processing tool such as a grinding apparatus and a cutting apparatus, a gas bearing spindle is used for stable driving of the spindle. Conventionally, the spindle is driven under the same conditions as during machining even when machining is not being performed.
しかし、近年は、加工装置に利用する空気などの気体の使用量を削減する要望が高く、より少ない気体量で安定駆動できる気体軸受けスピンドルを有する加工装置が求められている。 However, in recent years, there is a high demand for reducing the amount of gas such as air used in the processing apparatus, and there is a demand for a processing apparatus having a gas bearing spindle that can be stably driven with a smaller amount of gas.
本発明はこれらの事実に鑑みて成されたものであって、その主な技術的課題は、より少ない気体の消費で安定駆動できる気体軸受けスピンドルを有する加工装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these facts, and a main technical problem thereof is to provide a machining apparatus having a gas bearing spindle that can be stably driven with less gas consumption.
本発明は、円柱状の主軸部と主軸部の外周から径方向に突出した鍔部とを有し主軸部の軸心を回転軸とするスピンドルと、スピンドルを収容するハウジングと、スピンドルの主軸部とハウジングの内壁との間に形成された気体の層によって形成され回転軸方向と垂直に交わる方向においてスピンドルを支持するラジアルエアベアリングと、スピンドルの鍔部とハウジングの内壁との間に形成された気体の層によって形成され回転軸方向においてスピンドルを支持するスラストエアベアリングと、スピンドルとハウジングの内壁との間に気体を送り込んでラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングとを形成する気体流路とを有するスピンドルユニットと、スピンドルの先端に取り付けられた加工工具と、加工工具で加工する被加工物を保持する保持テーブルと、スピンドルユニットと保持テーブルとを相対的に移動させる移動手段とを有する加工装置であって、気体流路に設けられ気体の流量を調節する気体調整弁を有し、加工工具によって被加工物を加工しない際にはスピンドルの主軸部及び鍔部がハウジングの内壁と接触しない量の気体をスピンドルとハウジングの内壁との間に送り込むように気体調整弁を制御し、加工工具によって被加工物を加工する際には適切な加工が行える量の気体をスピンドルとハウジングの内壁との間に送り込むように気体調整弁を制御する気体調整弁制御手段とを有する。 The present invention relates to a spindle having a cylindrical main shaft portion and a flange portion radially projecting from the outer periphery of the main shaft portion, the shaft centering on the axis of the main shaft portion, a housing for housing the spindle, and the main shaft portion of the spindle And a radial air bearing that supports the spindle in a direction perpendicular to the direction of the rotation axis, and is formed between the flange of the spindle and the inner wall of the housing. A spindle having a thrust air bearing formed by a gas layer and supporting the spindle in the direction of the rotation axis, and a gas flow path for feeding gas between the spindle and the inner wall of the housing to form a radial air bearing and a thrust air bearing A unit, a machining tool attached to the tip of the spindle, and a workpiece to be machined with the machining tool A processing device having a holding table to be held, and a moving means for relatively moving the spindle unit and the holding table, having a gas adjusting valve provided in the gas flow path for adjusting the flow rate of the gas, and a processing tool When the work piece is not machined, the gas regulating valve is controlled so as to feed an amount of gas between the spindle and the inner wall of the housing so that the main shaft portion and the flange portion of the spindle do not contact the inner wall of the housing. Gas processing valve control means is provided for controlling the gas control valve so as to feed an amount of gas capable of appropriate processing between the spindle and the inner wall of the housing when processing the workpiece.
本発明に係る加工装置は、スピンドルとハウジングの内壁との間に送り込む気体の流量を調節する気体調整弁と、加工工具による加工が行われているか否かによって気体調整弁を制御する気体調整弁制御手段とを備えており、気体調整弁制御手段が、加工を行わない間に使用する気体の量を、加工を行っているときに必要な気体の量よりも少なくする制御を行うことにより、従来よりも気体を節約することができ、より少ない気体の消費でスピンドルを安定駆動することができる。 A machining apparatus according to the present invention includes a gas regulating valve that adjusts a flow rate of a gas fed between a spindle and an inner wall of a housing, and a gas regulating valve that controls the gas regulating valve depending on whether or not machining is performed by a machining tool. Control means, the gas regulating valve control means, by performing control to reduce the amount of gas used during the processing is less than the amount of gas required when processing, Gas can be saved as compared with the prior art, and the spindle can be driven stably with less gas consumption.
図1に示す研削装置1は、本発明が適用される加工装置の一種であり、被加工物を保持する保持テーブル2と、保持テーブル2に保持された被加工物を研削加工する加工手段3と、加工手段3を加工送りする加工送り手段4と、オペレータによる入力を行うための操作盤と5を備えている。 A grinding apparatus 1 shown in FIG. 1 is a kind of processing apparatus to which the present invention is applied, and a holding table 2 that holds a workpiece and a processing means 3 that grinds the workpiece held on the holding table 2. And a processing feed means 4 for processing and feeding the processing means 3, and an operation panel 5 for inputting by an operator.
保持テーブル2は、図1に示すように、基台20によって回転可能に支持されており、基台20の前後方向の側部には、伸縮自在な蛇腹21が連結されている。保持テーブル2は、蛇腹21の伸縮を伴って、図2に示す移動手段22によって駆動されて水平方向かつ前後方向(図1におけるA方向及びB方向)に移動する構成となっている。
As shown in FIG. 1, the holding table 2 is rotatably supported by a
図2に示す移動手段22は、水平方向の回転軸を有し前後方向に延びるボールスクリュー220と、ボールスクリュー220と平行に配設された一対のガイドレール221と、ボールスクリュー220を正逆回転させるパルスモータ222と、ボールスクリュー222に螺合するナット(図示せず)を内部に有するとともに下部がガイドレール221に摺接する摺動部223とを備えており、パルスモータ222によって駆動されてボールスクリュー220が回動するのにともない摺動部223がガイドレール221に案内されて前後方向に摺動する構成となっている。また、摺動部223の上面側には軸部23を介して保持テーブル2が配設されており、摺動部223の移動により保持テーブル2も移動する構成となっている。なお、本例では、移動手段22が保持テーブル2を移動させる構成としているが、移動手段が図1に示した加工手段3を水平方向に移動させる構成としてもよい。すなわち、移動手段は、加工手段3と保持テーブル2とを相対的に移動させる機能を有していればよい。
The moving means 22 shown in FIG. 2 has a
図3に示すように、加工手段3は、スピンドルユニット6を備えている。スピンドルユニット6は、円柱状の主軸部600と、主軸部600の外周面から径方向に突出した鍔部601とを有し、主軸部600の軸心を回転軸とするスピンドル60を備えている。スピンドル60は、ハウジング61の内部に収容されている。ハウジング61には、主軸部600を収容する主軸部収容部610と、主軸部収容部610よりも拡径され鍔部601を収容する鍔部収容部611とが形成されており、主軸部収容部610は内壁610aを有し、鍔部収容部611は内壁611aを有している。スピンドル60は、ハウジング61の内部においてハウジング61の内壁610a、611aと非接触の状態で収容されている。
As shown in FIG. 3, the processing means 3 includes a
主軸部収容部610の内壁610aには、主軸部600の軸心に向けて気体(例えば空気)を噴出する複数のエアー噴出溝612が形成されている。それぞれのエアー噴出溝612は、エアー流通孔613に連通している。このエアー流通孔613は、ハウジング61の内部に形成された気体流路62から枝分かれして形成されている。気体流路62は、気体供給源7に連通している。気体流路62には、気体の流量を調節する気体調整弁8が配設されており、気体調整弁8は、気体調整弁制御手段9によってその動作が制御される。それぞれのエアー噴出溝612からは、気体供給源7から出力され気体調整弁8によって流量ないし圧力が調整された気体が噴出される。そして、気体の噴出により主軸部600とハウジング61の内壁610aとの間に形成された気体の層によって、スピンドル60の回転軸の方向と垂直に交わる方向においてスピンドルを支持するラジアルエアベアリング63が形成される。
A plurality of
気体流路62は、エアー流通孔615を介して、鍔部601に向けて鍔部601の面方向に気体を噴出する複数のエアー噴出溝614にも連通している。複数のエアー噴出溝614は、鍔部収容部611の上下の内壁611aにおいて、スピンドル60の回転軸を中心とする同心円状に形成されており、鍔部601の上面及び下面の両面に対してそれぞれエアーを噴出する。鍔部601と内壁611aとの間に形成された気体の層によって、回転軸方向においてスピンドル60を支持するスラストエアベアリング64が形成される。このように、スピンドルユニット6は、スピンドル60、ハウジング61、気体流路62、ラジアルエアベアリング63及びスラストエアベアリング64を備えている。
The
スピンドル60の一端には、ホイールマウント30を介して加工工具である研削ホイール31がネジ32によって取り付けられている。研削ホイール31は、基台310の下面に円弧状に複数の研削砥石311が固着されて構成されている。
A
一方、スピンドル60の他端側には、スピンドル60及び研削ホイール31を回転駆動するサーボモータ33が配設されている。サーボモータ33は、スピンドル60の主軸部600に連結されるロータ330と、ロータ330の外周側に配設されたステータコイル331とから構成され、ステータコイル331に対して交流駆動電力を印加することによりロータ330が回転し、ロータ330に連結されたスピンドル60が回転する構成となっている。
On the other hand, a
図1に戻って説明すると、加工送り手段4は、鉛直方向の軸心を有するボールスクリュー40と、ボールスクリュー40と平行に配設された一対のガイドレール41と、ボールスクリュー40を回動させるパルスモータ42と、ボールスクリュー40に螺合するナット(図示せず)を内部に有するとともに側部がガイドレール41に摺接する摺動部43とを備えており、パルスモータ42によって駆動されてボールスクリュー40が回動するのにともない摺動部43がガイドレール41に案内されて昇降する構成となっている。摺動部43に固定された支持部44は、加工手段3を支持しているため、摺動部43の昇降により加工手段3も昇降する構成となっている。
Returning to FIG. 1, the processing feed means 4 rotates the
次に、図1に示した研削装置1を用いて被加工物の面を研削する場合における研削装置1の動作について、図1〜3を参照して説明する。研削対象の被加工物は、特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハ等の半導体ウェーハ、半導体製品のパッケージ、セラミックス、ガラス、サファイア(Al2O3)系の無機材料基板、LCDドライバー等の各種電子部品、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度(TTV:total thickness variation:ワーク被研削面を基準面として厚み方向に測定した高さのワーク被研削面の全面における最大値と最小値の差)が要求される各種加工材料などが挙げられる。 Next, the operation of the grinding apparatus 1 when grinding the surface of the workpiece using the grinding apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. The workpiece to be ground is not particularly limited. For example, semiconductor wafers such as silicon wafers, semiconductor product packages, ceramics, glass, sapphire (Al2O3) based inorganic material substrates, various electronic components such as LCD drivers, micron, etc. Various processing materials that require machining position accuracy of order, flatness of micron order to submicron order (TTV: total thickness variation: of workpiece ground surface with height measured in thickness direction with workpiece ground surface as reference surface Examples include various processed materials that require a difference between the maximum value and the minimum value on the entire surface.
被加工物Wの研削されない方の面には保護テープTが貼着され、保護テープT側が保持テーブル2によって保持され、被研削面が露出した状態となる。そして、図2に示した移動手段22によって駆動されて、保持テーブル2が図1に示したA方向に移動して加工手段3の下方に被加工物Wが位置付けされ、被加工物Wの被研削面が研削砥石311と対面する。
A protective tape T is attached to the surface of the workpiece W that is not ground, the protective tape T side is held by the holding table 2, and the ground surface is exposed. 2 is driven by the moving means 22 shown in FIG. 2, the holding table 2 is moved in the direction A shown in FIG. 1, and the workpiece W is positioned below the processing means 3, so that the workpiece W is moved. The grinding surface faces the
次に、保持テーブル2を回転させるとともに、図3に示したサーボモータ33による駆動により研削ホイール31が回転した状態の加工手段3を加工送り手段4が下降させ、回転する研削砥石311を被加工物Wの被研削面に接触させることにより、被研削面を研削する。そして、被加工物Wが所望の厚さに形成されると、加工送り手段4が加工手段3を上昇させることにより研削を終了する。
Next, the holding table 2 is rotated, and the processing means 3 in a state in which the
図3に示したように、スピンドル60は、ラジアルエアベアリング63及びスラストエアベアリング64によって支持されるため、エアー噴出溝612、614からは、常にエアーが噴出されている。エアー噴出溝612、614から噴出されるエアーの量ないし圧力は、気体調整弁8において調整される。気体調整弁8は、気体調整弁制御手段9によって制御されている。気体調整弁制御手段9は、図1に示した操作盤5からの入力に基づきオペレータによる指示によって気体調整弁8を制御することもできるし、研削装置1の動作やステータスに応じて自動で気体調整弁8を制御することもできる。
As shown in FIG. 3, since the
実際の研削加工が行われている間は、研削砥石311と被加工物Wの被研削面との接触によりスピンドル60に対して大きな負荷がかかるため、エアー噴出溝612、614から噴出されるエアーにも比較的強い圧力が求められる。そこで、気体調整弁制御手段9は、そのような状況においても適切な加工を行える量のエアーをスピンドル60とハウジング61の内壁610a、611aとの間に送り込めるように、気体調整弁8を制御する。一方、研削が行われていない間は、スピンドル60を支持するためのエアーには、研削中ほどの圧力は要求されず、少なくともスピンドル60がハウジング61の内壁610a、611aと接触しない量のエアーがスピンドル60とハウジング61の内壁610a、611aとの間に送り込まれるようにすればよいため、気体調整弁制御手段9は、エアー噴出溝612、614から噴出されるエアーの圧力が研削中の圧力よりも低い値となるように、気体調整弁8を制御する。具体的には、エアー噴出溝612、614から噴出されるエアーの圧力を、研削中は例えば0.5[MPa]とし、研削が行われていない間は例えば0.3[MPa]とすることで、エアーの消費量をおよそ半分程度にすることができる。このような制御は、オペレータによる手動またはオペレータの操作によらない自動のどちらによっても可能である。なお、研削が行われていない間としては、ウォームアップ中、ウォームアップ後であって研削が開始される前のスタンバイ時、加工のサイクルタイムにおける研削が行われていない時間(1枚の被加工物の研削が終了してから次の被加工物の研削が開始されるまでの間のインターバルなど)等がある。
While actual grinding is being performed, a large load is applied to the
研削が行われていない間のエアーの消費量を低減する制御を気体調整弁制御手段9が自動的に行う場合は、例えば、図3に示したサーボモータ33の駆動電流の値に応じて気体調整弁8を制御すればよい。すなわち、研削砥石311が被加工物に接触していないためにスピンドル60に作用する負荷が小さく、サーボモータ33に供給される駆動電流が所定の閾値より小さいときには、気体調整弁制御手段9が研削中でないと判断し、気体調整弁8を調整してエアー噴出溝612、614から噴出されるエアーの圧力を小さくする。一方、駆動電流が所定の閾値より大きい場合は、研削中であると判断し、エアー噴出溝612、614から噴出されるエアーの圧力を大きくする。
When the gas regulating valve control means 9 automatically performs control to reduce air consumption while grinding is not being performed, for example, the gas is adjusted according to the value of the drive current of the
また、加工手段3の鉛直方向の位置情報を気体調整弁制御手段9が認識し、所定の位置より加工手段3が下方に位置するときには研削中であると判断してエアー噴出溝612、614から噴出されるエアーの圧力を大きくし、所定の位置より加工手段3が上方に位置するときには研削中でないと判断してエアー噴出溝612、614から噴出されるエアーの圧力を小さくするようにしてもよい。
Further, when the gas regulating valve control means 9 recognizes the vertical position information of the processing means 3 and the processing means 3 is positioned below the predetermined position, it is determined that grinding is in progress and the
なお、上記の説明では、研削装置について説明したが、本発明は、気体軸受けを有する他の加工装置にも適用することができる。例えば、上記研削装置と同様に構成されるスピンドルユニットのスピンドルの一端に加工工具である切削ブレードが取り付けられ、移動手段の駆動により被加工物を保持する保持テーブルとスピンドルユニットとが相対的に移動して切削が行われる構成の切削装置にも適用される。この場合における被加工物には、研削装置において加工する前述の被加工物のほか、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるDAF(Die Attach Film)等の粘着部材なども含まれる。 In the above description, the grinding apparatus has been described. However, the present invention can also be applied to other processing apparatuses having a gas bearing. For example, a cutting blade, which is a processing tool, is attached to one end of a spindle of a spindle unit configured in the same manner as the above grinding apparatus, and the holding table that holds the workpiece and the spindle unit move relatively by driving the moving means. Thus, the present invention is also applied to a cutting apparatus configured to perform cutting. In this case, the workpiece includes, in addition to the workpiece processed in the grinding apparatus, an adhesive member such as DAF (Die Attach Film) provided on the back surface of the wafer for chip mounting.
1:研削装置
2:保持テーブル
20:基台 21:蛇腹
22:移動手段
220:ボールスクリュー 221:ガイドレール 222:パルスモータ
223:摺動部
23:軸部
3:加工手段
30:ホイールマウント
31:研削ホイール(加工工具) 310:基台 311:研削砥石
32:ネジ
33:サーボモータ 330:ロータ 331:ステータコイル
4:加工送り手段
40:ボールスクリュー 41:ガイドレール 42:パルスモータ
43:摺動部
5:操作盤
6:スピンドルユニット
60:スピンドル 600:主軸部 601:鍔部
61:ハウジング 610:主軸部収容部 611:鍔部収容部
610a:611a:内壁
612:エアー噴出溝 613:エアー流通孔
614:エアー流通溝 615:エアー流通孔
62:気体流路
63:ラジアルエアベアリング 64:スラストエアベアリング
7:気体供給源 8:気体調整弁 9:気体調整弁制御手段
1: Grinding device 2: Holding table 20: Base 21: Bellows 22: Moving means 220: Ball screw 221: Guide rail 222: Pulse motor 223: Sliding part 23: Shaft part 3: Processing means 30: Wheel mount 31: Grinding wheel (processing tool) 310: base 311: grinding wheel 32: screw 33: servo motor 330: rotor 331: stator coil 4: processing feeding means 40: ball screw 41: guide rail 42: pulse motor 43: sliding part 5: Operation panel 6: Spindle unit 60: Spindle 600: Main shaft portion 601: Gutter portion 61: Housing 610: Main shaft portion accommodation portion 611: Gutter
Claims (1)
該スピンドルの先端に取り付けられた加工工具と、
該加工工具によって加工する被加工物を保持する保持テーブルと、
該スピンドルユニットと該保持テーブルとを相対的に移動させる移動手段と、
を有する加工装置であって、
該気体流路に設けられ、該気体の流量を調節する気体調整弁と、
該加工工具によって被加工物を加工しない際には該スピンドルの該主軸部及び該鍔部が該ハウジングの内壁と接触しない量の該気体を該スピンドルと該ハウジングの内壁との間に送り込むように該気体調整弁を制御し、該加工工具によって被加工物を加工する際には適切な加工が行える量の該気体を該スピンドルと該ハウジングの内壁との間に送り込むように該気体調整弁を制御する気体調整弁制御手段と、
を有する加工装置。 A spindle having a cylindrical main shaft portion and a flange projecting radially from the outer periphery of the main shaft portion, the axis of which is the axis of rotation, a housing for housing the spindle, and the main shaft of the spindle A radial air bearing for supporting the spindle in a direction perpendicular to the direction of the rotation axis, formed by a gas layer formed between the portion and the inner wall of the housing, and the flange portion of the spindle and the inner wall of the housing A thrust air bearing which is formed by a gas layer formed between the spindle and supports the spindle in the direction of the rotation axis; and a gas is fed between the spindle and the inner wall of the housing to provide the radial air bearing and the thrust air. A spindle unit having a gas flow path forming a bearing;
A machining tool attached to the tip of the spindle;
A holding table for holding a workpiece to be processed by the processing tool;
Moving means for relatively moving the spindle unit and the holding table;
A processing apparatus comprising:
A gas regulating valve provided in the gas flow path for adjusting the flow rate of the gas;
When the workpiece is not processed by the processing tool, the gas is fed between the spindle and the inner wall of the housing in such an amount that the main shaft portion and the flange portion of the spindle do not contact the inner wall of the housing. The gas regulating valve is controlled so that when the workpiece is machined by the machining tool, the gas regulating valve is fed between the spindle and the inner wall of the housing in an amount capable of performing an appropriate machining. Gas regulating valve control means for controlling;
A processing apparatus having
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JP (1) | JP2011083864A (en) |
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