JP2018083253A - スピンドルユニット及び研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削水が溢れ出す前に研削水の供給を停止してスピンドルユニットの破損を防止すること。【解決手段】スピンドルユニット（４２）が、中心を通る貫通路が形成されたスピンドル（５５）と、スピンドルの下端に研削ホイール（４４）が装着されたマウント（４３）と、スピンドルの外側壁を回転可能に支持するケーシング（５１）と、スピンドルの貫通路に研削水供給源からの研削水を供給する供給部と、貫通路から研削ホイールの研削砥石に研削水を排出する排出部と、貫通路の研削水の水位によって持ち上げられるフロート（６１）と、フロートの上昇を検出するセンサ（６７）とを備える構成にした。【選択図】図３

Description

本発明は、研削ホイールを回転させるスピンドルユニット及び研削装置に関する。

研削装置として、研削砥石を環状に並べた研削ホイールに研削水を供給しながら、チャックテーブル上のウエーハを研削するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の研削装置のスピンドルユニットは、ケーシング内にスピンドルが直立姿勢で支持されており、ケーシングから突出したスピンドルの先端のマウントに研削ホイールが装着されている。スピンドル、マウント、研削ホイール内には研削水の流路が形成されおり、これら流路を通じて研削ホイール等に形成された排水口から研削ホイールやウエーハに研削水が供給されている。

特開２０１４−１２４６９０号公報

しかしながら、研削加工時に排水口への研削屑の付着等によって流路内での研削水の流れが悪化し、排水口からの研削水の排水量よりも流路への研削水の供給量が増加する場合がある。この場合、スピンドル内の流路から研削水が溢れ出して、ケーシング内でスピンドルを回転させるモータ等が浸水して破損するおそれがあった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、研削水が溢れ出す前に研削水の供給を停止してスピンドルユニットの破損を防止することができるスピンドルユニット及び研削装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様のスピンドルユニットは、鉛直方向に延在し中心を貫通する貫通路を有するスピンドルと、該スピンドルの下方の端に接続し研削砥石を環状に配設した研削ホイールを装着するマウントと、該スピンドルの外側壁を回転可能に支持するベアリングを有するケーシングと、該スピンドルの上端側から該貫通路に研削水を供給する供給部と、該スピンドルの下方側から該研削砥石に該研削水を排出する排出部と、を備えるスピンドルユニットであって、該貫通路に溜まった該研削水によって鉛直方向に移動可能とする円筒状のフロートと、該フロートの上昇を検出するセンサと、を備える。

この構成によれば、研削屑の付着等によって排水部からの研削水の排水が阻害されると、スピンドルの貫通路内で研削水の水位が上昇して円筒状のフロートが持ち上げられる。フロートの上昇がセンサによって検出されることで、貫通路から研削水が溢れる前に研削水の供給を停止することができる。よって、スピンドルの貫通路から研削水が溢れ出すことがなく、スピンドルユニットの破損を防止することができる。

本発明の一態様の研削装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、上記に記載のスピンドルユニットを配設して該チャックテーブルが保持したウエーハを研削する研削手段と、該研削水を供給する研削水供給手段と、制御手段とを備えた研削装置であって、該制御手段は、該センサが該フロートの上昇を検出したことにより該研削水の供給を遮断する制御を行う。

本発明によれば、フロートによって貫通路内の水位の上昇をセンサで検出することで、研削水が溢れ出す前に研削水の供給を停止してスピンドルユニットの破損を防止することができる。

本実施の形態の研削装置の斜視図である。 比較例の研削装置による研削動作の一例を示す図である。 本実施の形態のスピンドルユニットの断面模式図である。 本実施の形態のフロートの上昇動作の検出処理の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の研削装置について説明する。図１は、本実施の形態の研削装置の斜視図である。なお、以下の説明では、研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、研削装置１は、多数の研削砥石４５を環状に並べた小型の研削ホイール４４を用いて、チャックテーブル２０上のウエーハＷを研削するように構成されている。ウエーハＷは保護テープＴが貼着された状態で研削装置１に搬入され、保護テープＴを介してチャックテーブル２０に保持される。なお、ウエーハＷは、研削対象となる板状部材であればよく、シリコン、ガリウム砒素等の半導体ウエーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア等の光デバイスウエーハでもよいし、デバイスパターン形成前のアズスライスウエーハでもよい。

研削装置１の基台１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する長方形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル２０と共に移動可能な移動板１１及び蛇腹状の防水カバー１２に覆われている。防水カバー１２の下方には、チャックテーブル２０をＸ軸方向に進退移動させるボールねじ式の進退手段（不図示）が設けられている。チャックテーブル２０は、回転手段（不図示）に連結されており、回転手段の駆動によって回転可能に構成されている。また、チャックテーブル２０の上面には、多穴質のポーラスセラミック材によってウエーハＷを吸引保持する保持面２１が形成されている。

基台１０上のコラム１５には、研削手段４０をチャックテーブル２０の保持面２１に対してＺ軸方向に研削送りする研削送り手段３０が設けられている。研削送り手段３０は、コラム１５に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３１と、一対のガイドレール３１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３２とを有している。Ｚ軸テーブル３２の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３３が螺合されている。ボールネジ３３の一端部に連結された駆動モータ３４によりボールネジ３３が回転駆動されることで、研削手段４０がガイドレール３１に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４０は、ハウジング４１を介してＺ軸テーブル３２の前面に取り付けられており、スピンドルユニット４２で研削ホイール４４を中心軸回りに回転させるように構成されている。スピンドルユニット４２は、いわゆるエアスピンドルであり、ケーシング５１の内側で高圧エアを介してスピンドル５５（図３参照）を回転可能に支持している。スピンドル５５の先端にはマウント４３が連結されており、マウント４３には多数の研削砥石４５が環状に配設された研削ホイール４４が装着されている。研削砥石４５は、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて形成されている。

スピンドルユニット４２の上部は配管を通じて研削水供給源（研削水供給手段）４６に接続されており、配管の途中部分には研削水の供給及び遮断を切り換える切換バルブ４７が設けられている。また、研削装置１には、装置各部を統括制御する制御手段４９が設けられている。制御手段４９は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。この研削装置１では、研削水を供給しながら、回転中の研削ホイール４４をウエーハＷに押し付けることで、ウエーハＷが所望の厚みまで薄化される。

ところで、図２Ａの比較例に示すような、一般的な研削装置のスピンドルユニット８０では、スピンドル８１の貫通路８２に研削水が供給されており、研削水によって研削砥石８６やウエーハＷを冷却しながら研削している。スピンドル８１の貫通路８２内の研削水は、マウント８４内の流路を通じて研削ホイール８３の流路の出口から研削砥石８６に排水されている。ウエーハＷの研削時には、研削ホイール８３の回転によって研削屑が周囲に飛び散って、研削ホイール８３の研削水の流路の出口に研削屑Ｓ（図２Ｂ参照）が付着して、スピンドル８１の貫通路８２内の研削水の流れが悪化する。

図２Ｂに示すように、スピンドル８１の貫通路８２内の研削水の流れが悪化すると、貫通路８２内に溜まった研削水がスピンドル８１の上端の貫通路８２の入口から溢れ出す。スピンドル８１の上部にはモータ８５が設けられているため、スピンドル８１から溢れた研削水によってモータ８５が浸水してスピンドルユニット８０を破損させてしまうおそれがある。そこで、本実施の形態の研削装置１では、スピンドル５５の貫通路に設けたフロート６１（図３参照）によって、貫通路内の研削水の水位の上昇を検出して、研削水が溢れ出す前に研削水の供給を停止してスピンドルユニット４２の破損するようにしている。

以下、図３を参照して、本実施の形態のスピンドルユニットについて説明する。図３は、本実施の形態のスピンドルユニットの断面模式図である。

図３に示すように、スピンドルユニット４２は、直立姿勢のスピンドル５５をケーシング５１で囲繞して、スピンドル５５の外面に対してケーシング５１からエアを噴出させて、スピンドル５５を回転可能に支持するエアベアリングを形成している。スピンドル５５の下端（下方の端）には研削ホイール４４を装着したマウント４３が連結され、スピンドル５５の上端側には回転駆動源のモータ７１が連結されている。モータ７１は、スピンドル５５の上端部分に設けられたロータ７２と、冷却ジャケット７３を介してケーシング５１の内周面に設けられたステータ７４とで構成されている。冷却ジャケット７３内には多数の冷却水路７５が形成されており、冷却水路７５によってモータ７１の発熱が抑えられている。

スピンドル５５の下端部分及び中間部分には大径の円板部５６、５７が形成され、ケーシング５１の下端部分には円板部５６、５７の間に入り込むように環状部５２が形成されている。スピンドル５５の円板部５６、５７とケーシング５１の環状部５２の間には、エアの通り路になる僅かな隙間が設けられている。環状部５２の外面には多数の噴射口５３が形成されており、各噴射口５３は環状部５２内の流路を通じてエア供給源４８に接続されている。エア供給源４８から供給された高圧エアは、ケーシング５１内の流路を通って各噴射口５３からスピンドル５５とケーシング５１の僅かな隙間に流れ込む。

環状部５２の多数の噴射口５３からスピンドル５５の外面に高圧エアが噴射されることで、スピンドル５５がケーシング５１に対して高圧エアを介して浮動支持される。これにより、ケーシング５１にラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングが形成され、ラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングによって径方向及び軸方向でスピンドル５５の外側壁が回転可能に支持される。このとき、スラストベアリングによって広い範囲でスピンドル５５の円板部５６、５７が浮動支持されているため、スピンドル５５に対してスラスト方向に作用する加工負荷が適度に分散されている。

スピンドル５５とケーシング５１内の高圧エアは、モータ７１を空冷しながらスピンドルユニット４２の上方から排気されると共に、ケーシング５１の下部に設けられたスピンドルカバー７７の内側を通ってスピンドルユニット４２の下方から排気される。スピンドルカバー７７の下部内面には、スピンドルカバー７７内への研削水の進入を防止する帯状のスポンジ材７８が取り付けられている。スポンジ材７８によってスピンドルカバー７７とスピンドル５５の隙間が狭められると共に、高圧エアの排気が阻害されることなく、研削加工時の加工屑のスピンドルカバー７７内への進入が抑制される。

また、スピンドル５５には、研削水の流路となる貫通路５８がスピンドル５５の中心を鉛直方向に貫通するように形成されている。貫通路５８の上端側はフロート６１の収容空間５９になっており、収容空間５９は下方の貫通路５８よりも大径に形成されている。フロート６１は発泡材等の研削水よりも密度が小さい材料で円筒状に形成されており、フロート６１の内側にはケーシング５１のジョイント６２から下方に突き出したノズル（供給部）６３の下端が入り込んでいる。ノズル６３には研削水供給源４６に接続されており、ノズル６３からフロート６１の内側を通じて貫通路５８に研削水が供給される。

貫通路５８の下端にはマウント４３及び研削ホイール４４に形成された流路６５、６６が連通され、貫通路５８内の研削水は研削ホイール４４の排水口（排出部）６４から外部に排出される。このように、ノズル６３によってスピンドル５５の上端側から貫通路５８に研削水が供給され、マウント４３及び研削ホイール４４の流路６５、６６を通り、研削ホイール４４の排水口６４によってスピンドル５５の下方側から研削砥石４５に研削水が排出される。研削加工時には研削水によって研削砥石４５及びウエーハＷ（図４参照）が冷却されると共に、ウエーハＷの上面から研削屑が研削水と共に洗い流される。

研削加工中に排水口６４に研削屑が付着してスピンドルユニット４２の流路の流れが悪くなると、貫通路５８に研削水が溜まり出す場合がある。この場合、研削水よりも密度が小さいフロート６１が貫通路５８に溜まった研削水によって鉛直方向に移動可能に構成されている。また、スピンドル５５の上部のジョイント６２には、フロート６１の上昇を検出するセンサ６７が設けられている。センサ６７は、発光部６８及び受光部６９を水平方向で対向させた透過型のフォトセンサであり、発光部６８からの光がフロート６１で遮られることで水位の上昇を検出している。

センサ６７には制御手段４９が接続されており、センサ６７でフロート６１の上昇が検出されると、制御手段４９によって切換バルブ４７が閉じられて研削水の供給が遮断される。これにより、スピンドル５５の上端側から研削水が溢れ出す前に、研削水供給源４６からスピンドル５５への研削水の供給が停止される。よって、ケーシング５１内でモータ７１等が浸水することなく、スピンドルユニット４２の破損が防止される。また、制御手段４９は、研削水の供給を停止させると同時に、スピンドル５５の回転を停止させて、研削加工を中断するようにしてもよい。

このとき、フロート６１が収容空間５９の底面に位置付けられた状態で、ノズル６３の下端がフロート６１の内側に入り込んでいる。このため、研削水によって収容空間５９の底面からフロート６１が持ち上げられても、ノズル６３がフロート６１の内側に常に入り込んでいるため、ノズル６３の下端にフロート６１が引っ掛ることがない。なお、センサ６７は、発光部６８からの光がノズル６３によって遮られないように、発光部６８と受光部６９を結ぶ光路がノズル６３から外れた位置を通るようにジョイント６２に設けられている。例えば、本実施の形態ではノズル６３よりも紙面手前側に発光部６８と受光部６９が設けられている。

続いて、図４を参照して、フロートの上昇動作の検出処理について説明する。図４は、本実施の形態のフロートの上昇動作の検出処理の説明図である。なお、図４Ａは流路内の研削水の流れが良好な状態、図４Ｂは流路内の研削水の流れが悪化した状態をそれぞれ示している。

図４Ａに示すように、研削開始時にはケーシング５１の環状部５２の上下面及び内周面に形成された多数の噴射口５３から高圧エアが噴射され、ケーシング５１とスピンドル５５の間にラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングが形成される。また、ノズル６３からスピンドル５５の貫通路５８に研削水が供給され、マウント４３及び研削ホイール４４の流路６５、６６を通って排水口６４から研削砥石４５に研削水が排出される。そして、スピンドル５５によって研削ホイール４４が回転され、研削砥石４５によってチャックテーブル２０上のウエーハＷが研削される。

貫通路５８内で研削水が良好に流れている間は、フロート６１が収容空間５９の底面に載置されているため、センサ６７の発光部６８と受光部６９の間を遮るものがない。このため、制御手段４９ではスピンドル５５の貫通路５８内に研削水が溜まっていないと判断されており、ノズル６３からスピンドル５５の貫通路５８に研削水が供給され続けている。研削加工中に研削ホイール４４の排水口６４に研削屑Ｓ（図４Ｂ参照）が付着して貫通路５８の研削水の流れが悪化すると、排水口６４からの研削水の排出量よりもノズル６３からの研削水の供給量が多くなって収容空間５９内に研削水が溜まり始める。

図４Ｂに示すように、収容空間５９の水位が上昇すると、研削水によって収容空間５９の底面からフロート６１が持ち上げられる。さらに研削水の水位が上昇してフロート６１が上動すると、発光部６８からの光がフロート６１によって遮られてフロート６１の上昇が検出される。センサ６７の検出結果が制御手段４９に出力されると、制御手段４９ではスピンドル５５の貫通路５８内に研削水が溜まり過ぎていると判断され、制御手段４９によって切換バルブ４７が閉じられる。この結果、貫通路５８から研削水が溢れ出す前に研削水の供給が停止されてスピンドルユニット４２の破損が防止される。

以上のように、本実施の形態のスピンドルユニット４２は、研削屑の付着等によって排水口６４からの研削水の排水が阻害されると、スピンドル５５の貫通路５８内で研削水の水位が上昇して円筒状のフロート６１が持ち上げられる。フロート６１の上昇がセンサ６７によって検出されることで、貫通路５８から研削水が溢れる前に研削水の供給を停止することができる。よって、スピンドル５５の貫通路５８から研削水が溢れることがなく、スピンドルユニット４２の破損を防止することができる。

なお、本実施の形態では、通常の研削加工用の研削装置を例示して説明したが、この構成に限定されない。研削装置は、ＴＡＩＫＯ（登録商標）用の研削装置でもよい。なお、ＴＡＩＫＯ研削は、ウエーハの外周領域を残して薄化することにより、ウエーハの外周領域にリング状の凸部を形成する加工をいう。したがって、マウントにはＴＡＩＫＯ研削用の小型の研削ホイールが装着されてもよい。

また、本実施の形態では、スピンドルに２つの円板の間にケーシングの環状部が入り込むように形成されたが、この構成に限定されない。スピンドル及びケーシングは、スピンドルを回転可能に支持可能な構造であれば、どのように形成されてもよい。

また、本実施の形態では、スピンドルとケーシングの間にエアベアリングが形成される構成にしたが、この構成に限定されない。ケーシングには、スピンドルの外側壁を回転可能に支持するベアリングが設けられていればよい。

また、本実施の形態では、供給部としてケーシングのジョイントから下方に突き出したノズルを例示して説明したが、この構成に限定されない。供給部は、スピンドルの上端側から貫通路に研削水を供給するように形成されていればよい。

また、本実施の形態では、円筒状のフロートの内側が研削水の流路を形成する構成にしたが、この構成に限定されない。フロートは、貫通路を塞がないように形成されていればよい。

また、本実施の形態では、センサとして透過型のフォトセンサを例示して説明したが、この構成に限定されない。センサは、フロートの上昇を検出可能な構成であればよく、例えば反射型のフォトセンサで構成されてもよい。また、センサは、光学的にフロートの上昇を検出する構成に限定されず、電気的又は磁気的にフロートの上昇を検出してもよいし、接触式のスイッチでフロートの上昇を検出してもよい。

また、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明を研削装置用のスピンドルユニットに適用した構成について説明したが、スピンドルから加工水が溢れ出すのを防止することができる他の加工装置のスピンドルユニットに適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、研削水が溢れ出す前に研削水の供給を停止してスピンドルユニットの破損を防止することができるという効果を有し、特に、ウエーハを研削する研削装置のスピンドルユニットに有用である。

１ 研削装置
２０ チャックテーブル
４０ 研削手段
４２ スピンドルユニット
４３ マウント
４４ 研削ホイール
４５ 研削砥石
４６ 研削水供給源（研削水供給手段）
４９ 制御手段
５１ ケーシング
５５ スピンドル
５８ 貫通路
６１ フロート
６３ ノズル（供給部）
６４ 排水口
６７ センサ
Ｗ ウエーハ

Claims (2)

1. 鉛直方向に延在し中心を貫通する貫通路を有するスピンドルと、該スピンドルの下方の端に接続し研削砥石を環状に配設した研削ホイールを装着するマウントと、該スピンドルの外側壁を回転可能に支持するベアリングを有するケーシングと、該スピンドルの上端側から該貫通路に研削水を供給する供給部と、該スピンドルの下方側から該研削砥石に該研削水を排出する排出部と、を備えるスピンドルユニットであって、
   該貫通路に溜まった該研削水によって鉛直方向に移動可能とする円筒状のフロートと、該フロートの上昇を検出するセンサと、を備えたスピンドルユニット。
2. ウエーハを保持するチャックテーブルと、請求項１記載のスピンドルユニットを配設して該チャックテーブルが保持したウエーハを研削する研削手段と、該研削水を供給する研削水供給手段と、制御手段とを備えた研削装置であって、
   該制御手段は、該センサが該フロートの上昇を検出したことにより該研削水の供給を遮断する制御を行う研削装置。

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