JP5704952B2 - エアスピンドルユニット - Google Patents

Description

本発明は、切削ブレードが装着されたスピンドルをラジアルエアベアリング及びスラストエアベアリングで支持するエアスピンドルユニットに関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

切削装置は、ウエーハ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ウエーハを切削する切削ブレードを回転可能に支持するエアスピンドルユニットと、チャックテーブルとエアスピンドルユニットとを相対的に加工送りする加工送り手段とを少なくとも備えていて、ウエーハを高精度に個々のデバイスに分割することができる。

エアスピンドルユニットは、スピンドルと、スピンドル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と、スピンドル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と、スピンドルを回転可能に収容しスピンドルとの間にスラストエアベアリングとラジアルエアベアリングを画成するスピンドルハウジングと、スピンドルに連結されてスピンドルを回転するモータとを備えていて、摩擦抵抗が殆どない状態でスピンドルが回転可能に支持され、振動が抑制されて高精度な切削を可能にしている（例えば、特開平１１−１１７９３９号公報参照）。

特開平１１−１１７９３９号公報

スピンドルを高速回転可能に保持するためには、エアスピンドルユニットに供給されるエアの圧力は例えば０．５ＭＰａ以上必要である。工場に供給されるエアの圧力が例えば０．６ＭＰａであったとしてもエアの使用が集中してその圧力が０．４ＭＰａに下がる場合があり、このようにエアの圧力が低下するとラジアルエアベアリングがスピンドルを支えきれずにスピンドルがスピンドルハウジングに接触するカジリ現象が生じて、エアスピンドルユニットが破損するという問題がある。

このような問題は、スピンドルを支持するラジアルエアベアリングにエアを噴出するエア噴出口を増やすことで解決できるものの、エア噴出口を増やすことによって０．５ＭＰａ以上の高圧エアが供給されている場合には、エアベアリングとして機能しない無駄なエアが消費され不経済であるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エアの消費が抑制されるとともに、供給されるエアの圧力が低下してもエアスピンドルユニットにカジリ現象が生じないエアスピンドルユニットを提供することである。

本発明によると、スピンドルと、該スピンドル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と、該スピンドル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と、該スピンドルを回転可能に収容し該スピンドルとの間に該スラストエアベアリングと該ラジアルエアベアリングを画成するスピンドルハウジングと、該スピンドルに連結されて該スピンドルを回転するモータと、を備えたエアスピンドルユニットであって、該スラストエアベアリング及び該ラジアルエアベアリングにエア供給源からの高圧エアを分配する該スピンドルハウジングに配設されたエア分配弁を具備し、該ラジアルエアベアリングは、該スピンドルの第１の領域をエアで支持する第１のラジアルエアベアリングと、該スピンドルの第２の領域をエアで支持する第２のラジアルエアベアリングとを含み、該エア分配弁は、該エア供給源からの高圧エアを導入するエア導入口と、該第１のラジアルエアベアリングにエアを供給する第１エア供給口と、該第２のラジアルエアベアリングにエアを供給する第２エア供給口と、該エア導入口から導入されるエアの圧力が所定の圧力以上の場合には、該第１エア供給口を閉塞し該第２エア供給口を開放するとともに、該エア導入口から導入されるエアの圧力が該所定の圧力未満の場合には、該第１及び第２エア供給口とも開放するエア分配調整手段と、含み、該エア分配調整手段は、一端に該エア導入口を有し他端に該第１及び第２エア供給口を有するシリンダと、内部にエア通路が形成された大径の鍔部と該鍔部より小径で該鍔部の中央部に連結するロッド部とからなり、該シリンダ内に移動可能に収容されたピストンと、該ピストンの該ロッド部に外嵌され該ピストンの該鍔部と該シリンダの内周面に形成された支持部との間に介装されたコイルばねと、該ロッドの先端に形成された該第１エア供給口を選択的に閉塞するエア閉塞部と、該エア導入口と該ピストンの該鍔部との間に形成された圧力室とを含み、該圧力室に導入されるエアの圧力が前記所定の圧力以上の場合には、該エアの圧力により該ピストンが該コイルばねの付勢力に抗して移動されて該エア閉塞部が該第１エア供給口を閉塞し、該圧力室のエアの圧力が該所定の圧力未満の場合には、該コイルばねの付勢力により該ピストンが該圧力室のエアの圧力に抗して移動されて該エア閉塞部が該第１エア供給口を開放することを特徴とするエアスピンドルユニットが提供される。

本発明のエアスピンドルユニットによると、ラジアルエアベアリングをエア分配弁の第１エア供給口からエアを供給する第１のラジアルエアベアリングと、第２エア供給口からエアを供給する第２のラジアルエアベアリングに分け、供給されるエアの圧力が所定圧力未満になって圧力不足となった際は、第１エア供給口の閉塞を解除して第１及び第２のラジアルエアベアリングにエアを供給してスピンドルの第１の領域及び第２の領域をエアで支持するのでカジリ現象が発生することが防止される。

一方、供給されるエアの圧力が所定圧力以上の場合には、第１エア供給口を閉塞して第２エア供給口のみを開放し、スピンドルを第２のラジアルエアベアリングのみで支持するので、高圧エアの消費を抑制でき経済的である。

本発明のエアスピンドルユニットが適用される切削装置の外観斜視図である。 ダイシングテープを介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの斜視図である。 本発明実施形態に係るエアスピンドルユニットの縦断面図である。 エア分配弁の縦断面図である。 図５（Ａ）は供給されるエアの圧力が所定の圧力以上の場合の、エア分配弁の作用を示す縦断面図、図５（Ｂ）は供給されるエアの圧力が所定の圧力未満の場合の、エア分配弁の作用を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は半導体ウエーハをダイシングして個々のチップ（デバイス）に分割することのできる切削装置２の外観斜視図を示している。

切削装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示手段６が設けられている。

図２に示すように、ダイシング対象のウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画されて多数のデバイスＤがウエーハＷ上に形成されている。

ウエーハＷの裏面が粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介してフレームＦに支持された状態となり、図１に示したウエーハカセット８中にウエーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウエーハカセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置されている。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８から切削前のウエーハＷを搬出するとともに、切削後のウエーハをウエーハカセット８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。ウエーハカセット８と搬出入手段１０との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２には、ウエーハＷを一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段１４が配設されている。

仮置き領域１２の近傍には、ウエーハＷと一体となったフレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されたウエーハＷは、搬送手段１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引されるとともに、複数の固定手段１９によりフレームＦが固定されることでチャックテーブル１８上に保持される。

チャックテーブル１８は、回転可能且つＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハＷの切削すべきストリートを検出するアライメント手段２０が配設されている。

アライメント手段２０は、ウエーハＷの表面を撮像する撮像手段２２を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の画像処理によって切削すべきストリートを検出することができる。撮像手段２２によって取得された画像は、表示手段６に表示される。

アライメント手段２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハＷに対して切削加工を施す切削手段２４が配設されている。切削手段２４はアライメント手段２０と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

切削手段２４は、回転可能なスピンドル２６の先端に切削ブレード２８が装着されて構成され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード２８は撮像手段２２のＸ軸方向の延長線上に位置している。

２５は切削加工の終了したウエーハＷをチャックテーブル１８からスピンナ洗浄ユニット２７まで搬送する搬送手段であり、切削加工の終了したウエーハＷはスピンナ搬送ユニット２７で洗浄されるとともにスピン乾燥される。

図３を参照すると、本発明実施形態に係るエアスピンドルユニット３６の縦断面図が示されている。切削手段２４はエアスピンドルユニット３６と、スピンドル２６の先端に装着された切削ブレード２８とから構成される。

エアスピンドルユニット３６は、スピンドルハウジング３８と、スピンドルハウジング３８中に回転可能に収容されたスピンドル２６と、スピンドル２６に連結されてスピンドル２６を回転するステータ４６とロータ４８とから構成されるモータ４４とを含んでいる。

エアスピンドルユニット３６は更に、スピンドル２６の中央部にエア噴出口を有しスピンドル２６のラジアル方向をエアで支持する第１のラジアルエアベアリング４０ａと、第１のラジアルエアベアリング４０ａを挟んだスピンドル２６の両端部にエア噴出口を有しスピンドル２６のラジアル方向をエアで支持する第２のラジアルエアベアリング４０ｂを含んでいる。

スピンドル２６と一体的にスラストプレート２６ａが形成されており、エアスピンドルユニット３６は更に、スピンドル２６のスラスト方向をエアで支持するスラストプレート２６ａの両側に形成されたスラストエアベアリング４２を含んでいる。

スピンドルハウジング３８に形成された第１エア供給路５０は分岐エア供給路５０ａに分岐され、更にエア噴出口５０ｂを介して第１のラジアルエアベアリング４０ａに接続されている。

スピンドルハウジング３８に形成された第２エア供給路５２は分岐エア供給路５２ａに分岐され、更にエア噴出口５２ｂを介して第２のラジアルエアベアリング４０ｂに接続されている。

また、スピンドルハウジング３８に形成された第３エア供給路５４は分岐エア供給路５４ａに分岐され、更にエア噴出口５４ｂを介してスラストプレート２６ａの両側に形成されたスラストエアベアリング４２に接続されている。

エア供給源５８から供給される高圧のエア、例えば０．６ＭＰａのエアはエア分配弁５６を介してスピンドルハウジング３８に形成された第１エア供給路５０、第２エア供給路５２及び第３エア供給路５４に分配される。

図４を参照すると、エア分配弁５６の縦断面図が示されている。エア分配弁５６はシリンダ５８を含んでおり、シリンダ５８の一端部にはエア供給源５８からの高圧エアを導入するエア導入口６０が形成されている。

シリンダ５８の他端部には第１のラジアルエアベアリング４０ａにエアを供給する第１エア供給口６２ａと、第２のラジアルエアベアリング４０ｂにエアを供給する第２エア供給口６２ｂと、スラストエアベアリング４２にエアを供給する第３エア供給口６２ｃが形成されている。

第１エア供給口６２ａはスピンドルハウジング３８に形成された第１エア供給路５０に接続され、第２エア供給口６２ｂは第２エア供給路５２に接続され、第３エア供給口６２ｃは第３エア供給路５４に接続されている。

シリンダ５８の内周壁には環状支持部６４が一体的に形成されている。シリンダ５８内にはピストン６６が移動可能に挿入されている。ピストン６６は、大径の鍔部６８と、鍔部６８より小径で鍔部の中央部に連結するロット部７０とから構成され、ピストン６６内にはエア通路７２が形成されている。エア通路７２は、ロット部７０の下端近傍で横方向に伸長する分岐エア通路７２ａに連通している。

コイルばね７４が、ピストン６６のロット部７０に外嵌するようにピストン６６の鍔部６８とシリンダ５８の環状支持部６４との間に介装されている。ピストン６６のロット部７０の先端には第１エア供給口６２ａを選択的に閉塞する突起（エア閉塞部）８０が形成されている。

シリンダ５８のエア導入口６０とピストン６６の大径部６８との間に圧力室７６が画成されており、シリンダ５８の下端部には第１〜第３エア供給口６２ａ，６２ｂ，６２ｃに連通する分配室７８が形成されている。ピストン６６のロット部７０に形成された分岐エア通路７２ａは分配室７８に連通している。

ピストン６６の鍔部６８の外周とシリンダ５８の内周との間にＯ−リング８２が介装され、ピストン６６のロット部７０の外周とシリンダ５８の環状支持部６４の内周との間にＯ−リング８４が介装されている。コイルばね７４を収容するコイルばね収容室８６はシリンダ５８に形成された開放口８８を介して大気に連通している。

以下、このように構成されたエア分配弁５６の作用について図５を参照して説明する。図５（Ａ）に示すように、エア分配弁５６に供給されるエアの圧力が所定圧力（例えば０．５ＭＰａ）以上の場合、例えば０．６ＭＰａの場合には、エア分配弁５６の圧力室７６に導入されたエアの圧力によりピストン６６がコイルばね７４の付勢力に抗して下方に移動され、突起（エア閉塞部）８０が第１エア供給口６２ａに嵌合して第１エア供給口６２ａを閉塞する。

よって、エア分配弁５６のエア導入口６０から導入されたエアは、圧力室７６、ピストン６６のエア通路７２及び分岐エア通路７２ａ、分配室７８、第２エア供給口６２ｂを介してスピンドルハウジング３８に形成された第２エア供給路５２に供給され、更に分岐エア供給路５２ａ及びエア噴出口５２ｂを介して第２のラジアルエアベアリング４０ｂに供給され、スピンドル２６を回転可能に支持する。

このように、エア分配弁５６に供給されるエアの圧力が所定圧力以上の場合には、エア分配弁５６の第１エア供給口６２ａが突起（エア閉塞部）８０で閉塞されて、第２のラジアルエアベアリング４０ｂのみでスピンドル２６をエアで回転可能に支持するため、高圧エアの消費を抑制でき、経済的である。

エア分配弁５６の分配室７８から第３エア供給口６２ｃを介してスピンドルハウジング３８の第３エア供給路５４に供給されたエアは、更に分岐エア供給路５４ａ及びエア噴出口５４ｂを介してスラストエアベアリング４２に供給され、スピンドル２６のスラスト方向をエアで支持する。

一方、エア分配弁５６に供給されるエアの圧力が所定圧力未満の場合、例えば０．４ＭＰａの場合には、図５（Ｂ）に示すように、圧力室７６に供給されるエアの圧力が低いので、コイルばね７４の付勢力によりピストン６６が圧力室７６のエアの圧力に抗して上方に移動され、突起（エア閉塞部）８０が第１エア供給口６２ａから抜け出て第１エア供給口６２ａを開放する。

よって、エア分配弁５６に供給された例えば０．４ＭＰａのエアは、第１エア供給口６２ａからスピンドルハウジング３８に形成された第１エア供給路５０に供給され、更に分岐エア供給路５０ａ及びエア噴出口５０ｂを介して第１のラジアルエアベアリング４０ａに供給される。

同様に、エア分配弁５６の第２エア供給口６２ｂからスピンドルハウジング３８の第２エア供給路５２に供給されたエアは、分岐エア供給路５２ａ，エア噴出口５２ｂを介して第２のラジアルエアベアリング４０ｂに供給される。

このように、エア分配弁５６に供給されるエアの圧力が所定圧力未満の場合には、第１のラジアルエアベアリング４０ａ及び第２のラジアルエアベアリング４０ｂにエアが供給されて、スピンドル２６を回転可能にエアで支持するため、供給されるエアの圧力が低い場合にもスピンドル２６がスピンドルハウジング３８の内壁に接する所謂カジリ現象が発生することがない。

図５（Ｂ）に示すエア分配弁５６に供給されるエアの圧力が低い場合にも、圧力分配弁５６の第３エア供給口６２ｃから供給されたエアはスピンドルハウジング３８の第３エア供給路５４、分岐エア供給路５４ａ、エア噴出口５４ｂを介してスラストエアベアリング４２に供給され、スピンドル２６のスラスト方向をエアで支持する。

２ 切削装置
１８ チャックテーブル
２４ 切削手段
２６ スピンドル
２８ 切削ブレード
３６ エアスピンドルユニット
３８ スピンドルハウジング
４０ａ 第１のラジアルエアベアリング
４０ｂ 第２のラジアルエアベアリング
４２ スラストエアベアリング
４４ モータ
５０ 第１エア供給路
５２ 第２エア供給路
５４ 第３エア供給路
５６ エア分配弁
５８ エア供給源
６２ａ 第１エア供給口
６２ｂ 第２エア供給口
６２ｃ 第３エア供給口
６６ ピストン
７４ コイルばね
８０ 突起（エア閉塞部）

Claims (2)

1. スピンドルと、該スピンドル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と、該スピンドル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と、該スピンドルを回転可能に収容し該スピンドルとの間に該スラストエアベアリングと該ラジアルエアベアリングを画成するスピンドルハウジングと、該スピンドルに連結されて該スピンドルを回転するモータと、を備えたエアスピンドルユニットであって、
   該スラストエアベアリング及び該ラジアルエアベアリングにエア供給源からの高圧エアを分配する該スピンドルハウジングに配設されたエア分配弁を具備し、
   該ラジアルエアベアリングは、該スピンドルの第１の領域をエアで支持する第１のラジアルエアベアリングと、該スピンドルの第２の領域をエアで支持する第２のラジアルエアベアリングとを含み、
   該エア分配弁は、
   該エア供給源からの高圧エアを導入するエア導入口と、
   該第１のラジアルエアベアリングにエアを供給する第１エア供給口と、
   該第２のラジアルエアベアリングにエアを供給する第２エア供給口と、
   該エア導入口から導入されるエアの圧力が所定の圧力以上の場合には、該第１エア供給口を閉塞し該第２エア供給口を開放するとともに、該エア導入口から導入されるエアの圧力が該所定の圧力未満の場合には、該第１及び第２エア供給口とも開放するエア分配調整手段と、含み、
   該エア分配調整手段は、一端に該エア導入口を有し他端に該第１及び第２エア供給口を有するシリンダと、
   内部にエア通路が形成された大径の鍔部と該鍔部より小径で該鍔部の中央部に連結するロッド部とからなり、該シリンダ内に移動可能に収容されたピストンと、
   該ピストンの該ロッド部に外嵌され該ピストンの該鍔部と該シリンダの内周面に形成された支持部との間に介装されたコイルばねと、
   該ロッドの先端に形成された該第１エア供給口を選択的に閉塞するエア閉塞部と、
   該エア導入口と該ピストンの該鍔部との間に形成された圧力室とを含み、
   該圧力室に導入されるエアの圧力が前記所定の圧力以上の場合には、該エアの圧力により該ピストンが該コイルばねの付勢力に抗して移動されて該エア閉塞部が該第１エア供給口を閉塞し、該圧力室のエアの圧力が該所定の圧力未満の場合には、該コイルばねの付勢力により該ピストンが該圧力室のエアの圧力に抗して移動されて該エア閉塞部が該第１エア供給口を開放することを特徴とするエアスピンドルユニット。
2. 該第１の領域は該スピンドルの中央部であり、該第２の領域は該中央部を挟んだ該スピンドルの両端部である請求項１記載のエアスピンドルユニット。

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