JP2017217722A

JP2017217722A - 加工装置

Info

Publication number: JP2017217722A
Application number: JP2016113444A
Authority: JP
Inventors: 二郎現王園; Jiro Genoen
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-12-14

Abstract

【課題】エア供給の不具合によりハウジング内のエアの圧力低下が生じた場合に回転軸を破損させない。【解決手段】保持手段に保持された被加工物を回転軸７０を軸に回転させる加工具７４により加工する手段７に、エアの圧力により回転軸７０を支持するエアベアリング７１Ａを有するハウジング７１と、ハウジング７１内に配設されるエア供給路７７ａ、７７ｂと、エア供給路７７ａ、ｂにエアを導入する導入口７６と、エアベアリング７１Ａからエアを排気させる排気口７５と、を備え、導入口７６とエア供給源９との間の接続配管７９にエア供給源９から導入口７６に向かう方向にのみエアを流す逆止弁８を備え、エア供給源９から供給されるエアに圧力低下が発生したとき逆止弁８からエアベアリング７１Ａまでの経路をバッファタンクとして作用させ、バッファタンクからエアベアリング７１Ａにエアを供給し回転軸７０を支持する。【選択図】図２

Description

本発明は、保持手段が保持した被加工物を加工する加工装置であって、特に、加工具を装着する回転軸がエアベアリングにより支持される加工装置に関する。

回転軸に装着した加工具を回転させ被加工物を加工する加工装置（研削装置や研磨装置等）では、回転軸の下端に装着された加工具を高速回転させるために、回転軸をエアベアリングで回転可能に支持するエアスピンドル機構（例えば、特許文献１参照）を用いている。エアスピンドル機構は、例えば円筒状のハウジングと回転軸との間の隙間に高圧エアからなるエア層を形成し、このエア層の圧力で回転軸を非接触で支持することにより、ハウジングに回転軸を摩擦抵抗無く回転可能に支持させ、回転軸を高速回転させることを容易にしている。

特開２０１０−１５１２５５号公報

加工装置は、半導体ウエーハ等の被加工物を搬送する搬送ユニットや被加工物を洗浄及び乾燥する洗浄ユニット等を備えており、このようなユニットにも共通のエア供給源からエアを供給することで各ユニットを動作させている。このエア供給は、例えば、搬送ユニットがベルヌーイチャック等で構成されている場合における被加工物保持のためのエア供給や、洗浄ユニットにおけるエア噴射による被加工物のスピンナー乾燥のためのエア供給等がある。

そのため、エア供給源やエア供給路回りに不具合が発生すると、エアベアリングに供給されるべきエアが遮断され、エアベアリングによる回転軸を支持するためのエア圧力が急激に低下し、回転軸を齧らせ破損させることがある。

エア供給源等の不具合によりエアベアリングのエア圧力が低下した場合、エアスピンドル機構が破損することを防止するために、回転している回転軸を急停止させているが、回転軸が完全に停止するまでに十数秒間の時間が必要になる。したがって、回転軸が完全に停止するまでの間は、エアベアリングを機能させ、回転軸がハウジング内壁等に接触しないようにする必要がある。

そして、エアスピンドル機構が破損することを防止するための対応として、研削加工中においては、ハウジング内のエアの圧力低下を常時監視している。研削加工中にエアの圧力低下が生じた場合には、回転軸を急停止させるとともに、エア供給源から供給されるエアの代替として加工装置内等に別途貯留しておいた予備ガス（例えば、窒素ガスや圧縮空気）をハウジングに流入させ、回転軸が停止するまでの間は予備ガスでエアベアリングを機能させている。

しかし、ハウジングに流入するエアが予備ガスに切り替わる時に、切り替えが間に合わずわずかな圧力低下が発生し、この僅かな圧力低下が原因でエアスピンドルが破損することがある。よって、被加工物を加工する加工装置であって、特に、加工具を装着する回転軸がエアベアリングにより支持される加工装置においては、研削加工中にエア供給回りの不具合によりエアベアリングのエア圧力の低下が生じた場合に、回転している回転軸を破損させないようにするという課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段が保持した被加工物を加工する加工具が装着され回転軸を軸に該加工具を回転させる加工手段と、を備える加工装置であって、該加工手段は、エア供給源から供給されるエアの圧力によって該回転軸を支持するエアベアリングを有するハウジングと、該ハウジング内に配設されるエア供給路と、該エア供給路にエアを導入する導入口と、該エアベアリングからエアを排気させる排気口と、を備え、該導入口と該エア供給源との間の接続配管に配設され該エア供給源から該導入口に向かう方向にのみエアを流す逆止弁を備え、該逆止弁によって、該エア供給源から供給されるエアに圧力低下が発生したとき該逆止弁から該エアベアリングまでの経路をバッファタンクとして作用させ、該バッファタンクから該エアベアリングにエアを供給し該回転軸を支持する加工装置である。

本発明に係る加工装置は、加工手段は、エア供給源から供給されるエアの圧力によって回転軸を支持するエアベアリングを有するハウジングと、ハウジング内に配設されるエア供給路と、エア供給路にエアを導入する導入口と、エアベアリングからエアを排気させる排気口と、を備え、導入口とエア供給源との間の接続配管に配設されエア供給源から該導入口に向かう方向にのみエアを流す逆止弁を備えている。そして、エア供給における不具合が発生して、エア供給源から供給されるエアに圧力低下が発生したときに、逆止弁によってエアの逆流を阻止することで、逆止弁からエアベアリングまでの経路をバッファタンクとして作用させ、バッファタンクからエアベアリングにエアを供給し回転軸を支持することで、例えば、エアが予備ガスに切り替わる際の僅かな圧力低下も発生させることがなくなるため、回転している回転軸が破損することを防止できる。

加工装置の一例を示す斜視図である。回転軸をエアベアリングによって支持するハウジングの内部の一例を模式的に示す縦断面図である。

図１に示す加工装置１は、例えば、研削装置であり、保持手段３０上に保持された被加工物を、加工手段７によって研削する装置である。加工装置１のベース１０上の前方（−Ｙ方向側）は、図示しない搬送手段によって保持手段３０に対して被加工物の着脱が行われる領域である着脱領域Ａとなっており、ベース１０上の後方（＋Ｙ方向側）は、加工手段７によって保持手段３０上に保持された被加工物の研削が行われる領域である研削領域Ｂとなっている。

加工装置１のベース１０上に配設され被加工物を保持する保持手段３０は、例えば、チャックテーブルであって、例えば、その外形が円形状であり、ポーラス部材等からなり被加工物を吸着する吸着部３００と、吸着部３００を支持する枠体３０１とを備える。吸着部３００は図示しない吸引源に連通し、吸引源が吸引することで生み出された吸引力が、吸着部３００の露出面である保持面３００ａに伝達されることで、保持手段３０は保持面３００ａ上で被加工物を吸引保持する。また、保持手段３０は、カバー３１によって周囲から囲まれつつ回転可能であり、カバー３１下に配設された図示しないＹ軸方向送り手段によって、ベース１０上をＹ軸方向に往復移動可能となっている。

研削領域Ｂには、コラム１１が立設されており、コラム１１の−Ｙ方向側の側面には加工手段７を保持手段３０に対して離間又は接近する上下方向に加工送りする加工送り手段５が配設されている。加工送り手段５は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０と平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０の上端に連結しボールネジ５０を回動させるモータ５２と、内部のナットがボールネジ５０に螺合し側部がガイドレール５１に摺接する昇降板５３と、昇降板５３に連結され加工手段７を保持するホルダ５４とを備えており、モータ５２がボールネジ５０を回動させると、これに伴い昇降板５３がガイドレール５１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、ホルダ５４に保持された加工手段７がＺ軸方向に研削送りされる。

保持手段３０に保持された被加工物を研削加工する加工手段７は、軸方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）である回転軸７０と、回転軸７０を非接触で回転可能に支持するハウジング７１と、回転軸７０を回転駆動するモータ７２と、スピンドル７０の下端に接続された円環状のマウント７３とを備えている。加工手段７に装着され被加工物を加工する加工具７４は、例えば、研削ホイールであるが、研磨ホイール等であってもよい。

マウント７３の下面に着脱可能に接続される加工具７４は、環状のホイール基台７４１と、ホイール基台７４１の底面に環状に配設された略直方体形状の複数の研削砥石７４０とを備える。研削砥石７４０は、例えば、レジンボンドやメタルボンド等でダイヤモンド砥粒等が固着されて成形されている。なお、研削砥石７４０の形状は、環状に一体に形成されているものでもよい。ホイール基台７４１の底面は研削砥石７４０に向かって研削水を噴出できるように開口している。

図２に示すように、例えば外形が円筒形状に形成されたハウジング７１は、エア供給源９から供給されるエアの圧力によって回転軸７０を支持するエアベアリング７１Ａを有する。ハウジング７１の底面には、エアベアリング７１Ａからのエアを排気させる排気口７５が形成されており、排気口７５からは、回転軸７０の下端側が、ハウジング７１の内部から外部に向かって−Ｚ方向に突出している。この回転軸７０の突出部分に、マウント７３を取り付けることができるようになっている。

円柱状に形成されハウジング７１に非接触で支持される回転軸７０は、Ｚ軸方向に延在する長軸部７００と、長軸部７００の下端側において長軸部７００と一体的に形成され長軸部７００から径方向外向きに延出されるスラストプレート部７０１とを備えている。

図２に示すように、回転軸７０を回転駆動するモータ７２は、例えば、回転軸７０の長軸部７００の上端に接続されたローター７２０と、ローター７２０の外周側においてハウジング７１内に配設されたステータコイル７２１とを備えている。ステータコイル７２１には、モータ７２に所定の電力を供給する図示しない電源が接続されている。モータ７２は、ステータコイル７２１に電圧が印加されることによりローター７２０が回転し、ローター７２０が装着された回転軸７０を回転させる。例えば、図２に示すように、ハウジング７１のモータ７２が収容される部位（図２におけるハウジング７１の上部）の内部に、モータ７２を囲うように環状の通水路７１９を形成し、この通水路７１９に冷却水供給手段７１９ａを連通させてもよい。すなわち、冷却水供給手段７１９ａが通水路７１９の流入口７１９ｂへ冷却水を流入させ、この冷却水が、ハウジング７１の内部からハウジング７１の側壁を通してモータ７２を周囲から非接触で冷却させた後、通水路７１９の排水口７１９ｃから排出されるものとしてもよい。

エアベアリング７１Ａは、回転軸７０のラジアル方向をエアで支持するラジアルエアベアリング７１０と、回転軸７０のスラスト方向をエアで支持するスラストエアベアリング７１１とから構成されている。スラストエアベアリング７１１は、例えば、ハウジング７１の内部の下方において、にエア噴出孔７１１ａを径方向に並べて形成されており、回転軸７０のスラストプレート部７０１を上下方向から挟んだ状態になっている。ラジアルエアベアリング７１０は、ハウジング７１の内部のスラストエアベアリング７１１の上方において、回転軸７０の長軸部７００に沿って長軸部７００の外周面をエア噴出孔７１０ａで囲うように形成されている。ラジアルエアベアリング７１０と長軸部７００の外周面との間には、隙間が形成されており、この隙間によって、ハウジング７１内にエアが供給されている場合に、軸方向（Ｚ軸方向）に伸長するエア層Ｓ０が構成される。スラストエアベアリング７１１とスラストプレート部７０１との間には、隙間が形成されており、この隙間によって、ハウジング７１内にエアが供給されている場合に、径方向に伸長するエア層Ｓ１が構成される。

ハウジング７１の外周面には、コンプレッサー等からなるエア供給源９から供給される高圧エアをハウジング７１内に導入する導入口７６が形成されている。導入口７６の一端は、ハウジング７１の側壁に貫設されラジアルエアベアリング７１０に連通するエア供給路７７ａに連通している。エア供給路７７ａは、ハウジング７１の側壁内部において例えばエア供給路７７ｂに分岐し、エア供給路７７ｂは、スラストエアベアリング７１１に連通している。導入口７６のもう一端は、ハウジング７１の外部に配設された接続配管７９の一端７９ａに連通している。適宜の管径を備えその全長が例えば１ｍ〜数ｍ程度ある接続配管７９は、そのもう一端が後述する分配管９０２ａに連通している。

図１に示すように、例えば、導入口７６には、接続配管７９とは別に予備ガス流通配管２０の一端が接続されており、予備ガス流通配管２０のもう一端は、予備ガスタンク２に接続されている。予備ガスタンク２は、その内部に窒素ガスが充填されており、エア供給源９に不具合が生じエア供給源９から図２に示すエアベアリング７１Ａにエアを供給できなくなった場合に、開閉弁２１を開きエア供給源９から供給されるエアの代替として窒素ガスをエアベアリング７１Ａに供給する。なお、予備ガス流通配管２０、予備ガスタンク２、及び開閉弁２１は、加工装置１に備えられていなくともよく、予備ガス流通配管２０の接続箇所も導入口７６に限定されるものではない。

図１に示すように、例えば、加工装置１のベース１０の内部には、エア供給源９に連通するマニホールド９０が配設されている。マニホールド９０は、例えば、金属で作られた配管マニホールドであり、直方体状のマニホールド本体９００の下方側面側に設けたエア流入管９０１に、エア供給源９が連通している。マニホールド本体９００の側面には、複数の分配管９０２ａ〜９０２ｄがＺ軸方向に整列して配設されており、マニホールド本体９００の内部に配設された図示しない開閉弁により、エア供給源９からマニホールド本体９００内部に供給されたエアを、複数の分配管９０２ａ〜９０２ｄに分流することができる。分配管９０２ｂ〜９０２ｄは、それぞれ、図示しない搬送ユニットやスピンナー乾燥装置等に連通している。分配管９０２ａは、接続配管７９に連通している。

逆止弁８の配設位置は、接続配管７９内のよりエア供給源９側の管内であると好ましい。例えば、図１に示すように、逆止弁８は、接続配管７９のもう一端７９ｂ内に配設されていることで、逆止弁８から図２に示すエアベアリング７１Ａまでの経路のバッファタンクとして作用する容積が非常に大きくなるので好ましい。なお、逆止弁８の配設位置は、本実施形態における位置に限定されるものではない。

例えば、図１に示すように、分配管９０２ａの管内には、エア圧力センサ９１が配設されていてもよい。エア圧力センサ９１は、半導体ダイヤフラム型、静電容量型、弾性体ダイヤフラム型、又は圧電型等のいずれのタイプの圧力センサでもよく、また、その配設位置は、マニホールド９０のエア流入管９０１の管内等であってもよい。例えば、エア圧力センサ９１は、エア供給源９からマニホールド９０内部に供給されたエアの内、マニホールド９０の内部で分配管９０２ａに分配され接続配管７９に流入するエアの圧力を常時検知しており、エア供給源９の不具合等により所定の圧力以下までエアの圧力が下がったことを検知した場合に、図２に示した開閉弁２１を開き、外部に警告信号を出力する。

以下に、図１，２を用いて、研削装置１において、被加工物を研削する場合の研削装置１の動作について説明する。被加工物の研削においては、まず、図１に示す着脱領域Ａ内において、被加工物が、保持手段３０の保持面３００ａ上に載置され、保持面３００ａ上で吸引保持される。次いで、被加工物を保持した保持手段３０が、着脱領域Ａから研削領域Ｂ内の加工手段７の下まで＋Ｙ方向へ移動する。

また、エア供給源９から加工手段７のハウジング７１内にエアが継続的に供給され、加工手段７の回転軸７０が回転可能な状態になる。すなわち、図１に示すエア供給源９からマニホールド９０に導入されたエアは、マニホールド９０内で分配され分配管９０２ａを介して接続配管７９に流入する。接続配管７９に流入したエアは、逆止弁８を通過し接続配管７９内を流れていき、図２に示す導入口７６からハウジング７１の側壁内部に形成されたエア供給路７７ａに流入していき、ラジアルエアベアリング７１０に供給される。また、エア供給路７７ａに流入したエアは、エア供給路７７ａから分岐するエア供給路７７ｂにも分流し、スラストエアベアリング７１１に供給される。ラジアルエアベアリング７１０が、絞りとして作用するエア噴出孔７１０ａから、ラジアルエアベアリング７１０と長軸部７００の外周面との間の隙間に向かって供給されたエアを噴出させ、軸方向に伸長するエア層Ｓ０を生み出し、また、スラストエアベアリング７１１が、絞りとして作用するエア噴出孔７１１ａから、スラストエアベアリング７１１とスラストプレート部７０１との間の隙間に向かって供給されたエアを噴出させ、径方向に伸長するエア層Ｓ１を生み出すことで、ハウジング７１内部に発生した静圧により、回転軸７０がハウジング７１と非接触で中空上に回転可能に支持された状態になる。

次いで、モータ７２のステータコイル７２１に電圧が印加されることによりローター７２０が回転し、ローター７２０が装着された回転軸７０がハウジング７１内部で、矢印Ｒ方向に向かってハウジング７１と非接触状態で回転し、回転軸７０の回転に伴って加工具７４も回転する。そして、加工手段７が図１に示す研削送り手段５により−Ｚ方向へと送られ、加工具７４が−Ｚ方向へと降下していき、研削砥石７４０が保持手段３０で保持された被加工物に当接することで研削加工が行われる。

被加工物の研削加工中に、例えば、エア供給源９やマニホールド９０に不具合が生じ、エア供給源９からのエアベアリング７１Ａへのエアの供給が停止した場合における加工装置１の動作について、以下に説明していく。

例えば、研削加工中に図１に示すエア供給源９が不具合により停止してしまい、分配管９０２ａを介して接続配管７９に供給されるべきエアが遮断されることで、接続配管７９に流入するエアの急激な圧力低下をエア圧力センサ９１が検知し、エア圧力センサ９１が警告信号を図示しない制御部に発信する。

エア圧力センサ９１からの警告信号により、エア供給源９が接続配管７９にエアを供給していないことを制御部が知ると、制御部は、モータ７２に対する電力の供給を停止し、回転軸７０の回転を停止させる。同時に、制御部は、図２に示す開閉弁２１を開いて、予備ガスタンク２から窒素ガスを予備ガス流通配管２０に流入させ、エア供給路７７ａ、７７ｂを介してエアベアリング７１Ａに窒素ガスを供給させる。その後、作業者がエア供給源９の点検して、エア供給源９の不具合がある箇所を修理していく。

従来の加工装置、すなわち、接続配管７９に逆止弁８を備えていない加工装置においては、制御部が回転軸７０の回転を停止させ、かつ、開閉弁２１を開き予備ガスタンク２から窒素ガスをエアベアリング７１Ａに供給させる間（例えば、１０秒〜１５秒程度）に、回転軸７０がハウジング７１の側壁やエアベアリング７１Ａに接触することで、回転軸７０が齧って破損する場合があった。すなわち、従来の加工装置においては、エア供給源９から供給されるエアの替わりに予備ガスタンク２から窒素ガスをエアベアリング７１Ａに供給させる間に、エアベアリング７１Ａが回転軸７０をハウジング７１内で非接触で支持できるだけのエア圧力を生み出すために必要な量のエアが、エアベアリング７１Ａに供給されない期間が生じる場合があった。これは、エア供給源９が不具合により停止し接続配管７９にエアが流入しなくなると、エアベアリング７１Ａ側がエア供給源９側に比べて高圧となることで、従来の加工装置の接続配管７９内では、接続配管７９に残存しているエアがエア供給源９側に逆流してしまうためである。そのため、エアベアリング７１Ａが生み出すエア圧力が、回転軸７０の齧りが発生しまう圧力以下となることがあり、回転軸７０の破損が発生する場合があった。

しかし、本発明に係る加工装置１は、導入口７６とエア供給源９との間の接続配管７９にエア供給源９から導入口７６に向かう方向にのみエアを流す逆止弁８を設けている。そのため、エア供給源９が不具合により停止し接続配管７９にエアが流入しなくなり、エアベアリング７１Ａ側がエア供給源９側に比べて高圧となっても、接続配管７９に残存しているエアがエア供給源９側に逆流することがない。したがって、逆止弁８からエアベアリング７１Ａまでの経路がバッファタンクと作用して、制御部が開閉弁２１を開き予備ガスタンク２から窒素ガスをエアベアリング７１Ａに供給させるまでの間、エアベアリング７１Ａが回転軸７０を非接触で支持できるだけのエア圧力を生み出すために必要な量のエアが、バッファタンクからエアベアリング７１Ａに供給され続ける。そのため、エアベアリング７１Ａが生み出すエア圧力が、回転軸７０の齧りが発生しまう圧力以下となることがなく、回転軸７０が破損することを防止できる。

なお、本発明に係る加工装置１は上記実施形態に限定されるものではなく、また、添付図面に図示されている各構成の大きさや形状等についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。例えば、予備ガス流通配管２０、予備ガスタンク２、及び開閉弁２１は、加工装置１に備えずに、接続配管７９の管径を大きくしたり、その全長をより長くしたりすることで、逆止弁８からエアベアリング７１Ａまでのバッファタンクとして作用する経路の容積をより大きくし、エア供給源９回りの不具合に対応できるものとしてもよい。

１：加工装置１０：ベース１１：コラム
３０：保持手段３００：吸着部３００ａ：保持面３０１：枠体３１：カバー
５：研削送り手段５０：ボールネジ５１：ガイドレール５２：モータ
５３：昇降板５４：ホルダ
７：加工手段
７０：回転軸７００：長軸部７０１：スラストプレート部
７１：ハウジング
７１Ａ：エアベアリング
７１０：ラジアルエアベアリング７１０ａ：ラジアルベアリングのエア噴出口
７１１：スラストベアリング７１１ａ：スラストベアリングのエア噴出口
７１９：通水路７１９ａ：冷却水供給手段７１９ｂ：流入口７１９ｃ：排水口
７２：モータ７２０：ローター７２１：ステータコイル７３：マウント
７４：加工具７４０：研削砥石７４１：ホイール基台
７５：排気口７６：導入口７７ａ、７７ｂ：エア供給路７９：接続配管
８：逆止弁
９：エア供給源９０：マニホールド９００：マニホールド本体９０１：エア流入管
９０２ａ：接続配管に連通する分配管９０２ｂ〜９０２ｄ：分配管
２：予備ガスタンク２０：予備ガス流通配管２１：開閉弁

Claims

被加工物を保持する保持手段と、該保持手段が保持した被加工物を加工する加工具が装着され回転軸を軸に該加工具を回転させる加工手段と、を備える加工装置であって、
該加工手段は、エア供給源から供給されるエアの圧力によって該回転軸を支持するエアベアリングを有するハウジングと、該ハウジング内に配設されるエア供給路と、該エア供給路にエアを導入する導入口と、該エアベアリングからエアを排気させる排気口と、を備え、
該導入口と該エア供給源との間の接続配管に配設され該エア供給源から該導入口に向かう方向にのみエアを流す逆止弁を備え、
該逆止弁によって、該エア供給源から供給されるエアに圧力低下が発生したとき該逆止弁から該エアベアリングまでの経路をバッファタンクとして作用させ、該バッファタンクから該エアベアリングにエアを供給し該回転軸を支持する加工装置。