JP6298724B2 - 切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアーベアリングで支持される回転スピンドルが搭載された切削装置に関する。

半導体ウェーハ等の被加工物を切削する切削装置には、エアースピンドルが装備されている。エアースピンドルは、エアーベアリングを介してスピンドルハウジング内に回転スピンドルを配設して構成される。回転スピンドルの先端部はスピンドルハウジングから突出しており、この突出した先端部にフランジを介して切削ブレードが取り付けられる。スピンドルハウジングには、切削加工時に発生する切削屑がスピンドルハウジング内に入り込まないように、回転スピンドルとスピンドルハウジングの隙間が高圧エアーによってシールされている（例えば、特許文献１参照）。

このようなエアーシールが形成されるエアースピンドルとして、スピンドルハウジングにエアーシール溝が形成されたものも知られている。このエアースピンドルでは、スピンドルハウジング内に高圧エアーの供給路が形成され、ピンドルハウジングの先端側の内面に、供給路に連通するようにリング状のエアーシール溝が形成される。そして、供給路から供給された高圧エアーがエアーシール溝に供給されることで、高圧エアーがスピンドルハウジングと回転スピンドルの先端側の隙間から外部に噴射され、回転スピンドルの周囲にエアーシールが形成される（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１３０４３８号公報 特開２０００−０４６０５４号公報

特許文献１、２に記載のエアーシールでは、スピンドルハウジングと回転スピンドルから流出した高圧エアーが、切削ブレードが取り付けられるフランジに向かって噴射される。このため、ハブレスタイプの薄い切削ブレード（例えば、０．１ｍｍ以下）の場合には、切削ブレードの交換時に高圧エアーの勢いによってフランジの装着面から切削ブレードが外れ、切削ブレードが破損したり、所定位置に装着できなかったりす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、切削ブレードの薄さに関わらず、切削ブレードをフランジに安定して装着することができる切削装置を提供することを目的とする。

本発明の切削装置は、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備えた切削手段とを備え、該切削手段は、切削ブレードを装着するフランジを先端に固定する回転スピンドルと、該回転スピンドルの先端を先端部から突出させた状態でエアーベアリングで回転可能に支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングの該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て高圧エアー源から高圧エアーが供給されるエアー供給路と、を備えた切削装置であって、該フランジは、該回転スピンドルの先端に装着される嵌合穴を備えたボス部と、該ボス部から回転方向側方に突出して形成され円環形状の切削ブレードが装着される装着面を有する装着部とを備え、該フランジの該装着面の反対側のフランジ背面には、フランジ回転中心と同心円状に円環状の略弧状断面を有する溝が形成されており、該エアーシール溝から流出する高圧エアーが該フランジ背面に沿って該スピンドルハウジング側へ流れることで、該切削ブレードに該装着部の装着面の方向に向かう吸引力が生じること、を特徴とする。

この構成によれば、フランジ背面に円環状の略弧状断面の溝が形成されているため、エアーシール溝から流出した高圧エアーがフランジ背面に沿って流れることでスピンドルハウジング側に向けられる。高圧エアーの流れによって、フランジ（装着部）の装着面側の周辺エアーがベルヌーイ効果によってスピンドルハウジング側に誘引されるため、切削ブレードに装着面側に向かう吸引力が生じる。この吸引力にゆだねて切削ブレードを装着面に近づけることで、切削ブレードを装着部の装着面に安定的に装着することができる。よって、ハブレスタイプの薄い切削ブレードであっても、切削ブレードの交換時に高圧エアーの勢いによって切削ブレードが破損したり、装着面に対する装着が阻害されたりすることがない。

本発明の切削装置において、該スピンドルハウジングの該先端部は、先端側に突起して該ボス部を外周側から覆い且つ該ボス部の回転を阻害しない隙間を有した突起部を備え、該ボス部と該突起部との該隙間から該エアーシール溝から流出する高圧エアーが整流されて該フランジ背面に沿って流れ、該フランジ背面の該溝に流出させること、を特徴とする。

本発明によれば、フランジ背面に円環状の略弧状断面の溝を形成して、エアーシール溝から流出した高圧エアーをフランジ背面側からスピンドルハウジング側へ流すことで、切削ブレードの薄さに関わらず、切削ブレードをフランジに安定して装着することができる。

第１の実施の形態に係る切削装置のチャックテーブル周辺の斜視図である。 第１の実施の形態に係る切削手段の分解斜視図である。 第１の実施の形態に係るフランジの周辺構造の断面図である。 第１の実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業の説明図である。 第２の実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業の説明図である。 第３の実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業の説明図である。

以下、添付の図面を参照して、第１の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る切削装置のチャックテーブル周辺の斜視図である。図２は、第１の実施の形態に係る切削手段の分解斜視図である。なお、図２では、説明の便宜上、切削ブレードの外周を覆うホイールカバーを省略して記載している。切削手段は、エアースピンドルによって切削ブレードが回転可能に支持される構成であればよく、図２に示す構成に限定されない。

図１に示すように、切削装置１は、チャックテーブル３に保持された被加工物Ｗを、チャックテーブル３の上方に設けられた切削手段４により切削加工するように構成されている。また、被加工物Ｗは略円板状に形成されており、被加工物Ｗの表面の分割予定ラインＬで区画された各領域に多数のデバイスＤが形成されている。なお、被加工物Ｗは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板に半導体デバイスが形成された半導体ウェーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系の無機材料基板に光デバイスが形成された光デバイスウェーハでもよい。

切削装置１の基台２の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成されており、この開口はチャックテーブル３と共に移動可能な移動板１１及び蛇腹状の防水カバー１２により被覆されている。防水カバー１２の下方には、チャックテーブル３をＸ軸方向に移動させるボールねじ式の移動機構（不図示）が設けられている。チャックテーブル３の表面には、ポーラスセラミック材により被加工物Ｗを吸着する吸着面１７が形成されている。吸着面１７は、チャックテーブル３内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されている。

切削手段４は、チャックテーブル３の上方に位置付けられており、ボールネジ式の移動機構（不図示）によりＹ軸方向及びＺ軸方向に移動される。切削手段４は、エアースピンドル１４の先端に切削ブレード１５を装着して構成される。切削ブレード１５は、ハブレスタイプで薄く（例えば、０．１ｍｍ以下）形成されており、ダイアモンド砥粒を電鋳ボンド（結合剤）で固めて円環形状に成形されている。切削手段４では、複数の噴射ノズル１６から洗浄液が噴射され、高速回転させた切削ブレード１５がチャックテーブル３に対して相対移動されることで被加工物Ｗが切削される。

図２に示すように、切削装置１のエアースピンドル１４は、高圧エアー層を介してスピンドルハウジング２１に対して回転スピンドル３１を浮動状態で回転可能に支持している。スピンドルハウジング２１の先端部２２からは回転スピンドル３１の先端３２が突出され、この回転スピンドル３１の先端３２に、切削ブレード１５が装着されるフランジ３５が固定される。フランジ３５は、円筒状のボス部３６と、ボス部３６の周面から径方向外側（回転方向側方）に広がる装着部３７とを有している。ボス部３６の背面側には、回転スピンドル３１の先端３２のテーパ面に装着される嵌合穴３８（図３参照）が形成されている。

ボス部３６の表面側には、嵌合穴３８（図３参照）に連なるように円形凹部３９が形成されている。回転スピンドル３１の先端３２には雌ネジ３３が形成されており、嵌合穴３８に嵌め込まれた状態で円形凹部３９側から回転スピンドル３１の先端３２が露出される。そして、ボス部３６の円形凹部３９にフランジ固定ネジ４６が差し込まれ、円形凹部３９側から露出した雌ネジ３３にフランジ固定ネジ４６が締め付けられることで、フランジ３５が回転スピンドル３１の先端３２に固定される。また、装着部３７には、円環形状の切削ブレード１５が装着される装着面４１が形成されている。

切削ブレード１５は、フランジ３５に取り付けられた円環形状の前フランジ４７によって装着部３７の装着面４１に押し付けられる。この状態で、前フランジ４７の開口４８からボス部３６の先端側が突出され、この突出したボス部３６の先端側の外周面に形成された雄ネジ４２にリング状の固定ナット４９が締め付けられる。これにより、切削ブレード１５が前フランジ４７と装着部３７によって挟持固定される。また、エアースピンドル１４には、切削加工で生じる切削屑がスピンドルハウジング２１内に侵入しないように、スピンドルハウジング２１と回転スピンドル３１の隙間にエアーシールが形成されている。

エアーシールは、スピンドルハウジング２１と回転スピンドル３１の隙間からフランジ３５に向けて高圧エアーを流出させることで形成される。しかしながら、スピンドルハウジング２１から流出した高圧エアーは、フランジ３５付近で切削ブレード１５の装着を妨げるように作用するおそれがある。そこで、本実施の形態に係るエアースピンドル１４では、フランジ背面４３に略弧状断面を有する溝４４（図３参照）を形成して、フランジ背面４３で高圧エアーの流れをスピンドルハウジング２１側に向けるようにしている。これにより、高圧エアーの勢いによって切削ブレード１５の装着が妨げられることがなく、ハブレスタイプの薄い切削ブレード１５であっても、切削ブレード１５の交換作業を実施することが可能になっている。

以下、図３を参照して、高圧エアーの流れの方向を変えるフランジの周辺構造について説明する。図３は、第１の実施の形態に係るフランジの周辺構造の断面図である。

図３に示すように、スピンドルハウジング２１は中空筒状に形成されており、スピンドルハウジング２１内にはスラストベアリング２３及びラジアルベアリング２４が取り付けられている。回転スピンドル３１は、スラストベアリング２３及びラジアルベアリング２４の内側に隙間を空けた状態で挿入され、この隙間に高圧エアーが供給されることでスピンドルハウジング２１に回転スピンドル３１が浮動状態で支持される。また、スピンドルハウジング２１には、エアーベアリング用の高圧エアーの供給路２５とは別に、エアーシール用の高圧エアーのエアー供給路２６が形成されている。

高圧エアーのエアー供給路２６は、スピンドルハウジング２１の先端部２２側の内面に形成された円環形状のエアーシール溝２７に連通されている。高圧エアー源２８からエアー供給路２６に高圧エアーが供給されることで、エアーシール溝２７内に高圧エアーが入り込んでスピンドルハウジング２１と回転スピンドル３１の隙間２９にエアーシールが形成される。また、回転スピンドル３１の先端３２には、スピンドルハウジング２１の先端部２２に対向するようにフランジ３５が取り付けられている。フランジ３５（装着部３７）の装着面４１には、上記したように前フランジ４７との間で挟み込まれるように切削ブレード１５が装着されている。

装着部３７の装着面４１の反対側のフランジ背面４３には、フランジ回転中心Ｃ（回転スピンドル３１の回転軸）と同心円状に円環状の略弧状断面を有する溝４４が形成されている。円環状の溝４４は、スピンドルハウジング２１における高圧エアーの流出口に対向しており、フランジ背面４３において高圧エアーの流れの方向を変えるように形成されている。円環状の溝４４は、ボス部３６の外周面４５に沿ってフランジ３５側に向かう高圧エアーの流れを、スピンドルハウジング２１側に折り返させるような断面形状に形成されている。

フランジ背面４３に沿って高圧エアーがスピンドルハウジング２１側に流れることで、フランジ３５（装着部３７）の装着面４１側の周辺エアーがベルヌーイ効果によってスピンドルハウジング２１側に誘引される（図４Ｂ参照）。これによって、フランジ３５に対する切削ブレード１５の装着時に、切削ブレード１５に装着面４１の方向に向かう吸引力が生じる。このように、フランジ３５に対する切削ブレード１５の装着時には、高圧エアーの流れによって生じる吸引力を利用して装着面４１に切削ブレード１５を安定的に装着するようにしている。

図４を参照して、フランジに対する切削ブレードの装着作業について説明する。図４は、第１の実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業の説明図である。なお、説明の便宜上、従来例に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業と比較しながら説明する。図４Ａは従来例に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業を示し、図４Ｂは本実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業を示している。

図４Ａに示すように、従来例に係るフランジ５５は、高圧エアーの流れの方向を変える溝４４（図４Ｂ参照）を有さない点で、本実施の形態に係るフランジ３５と相違している。スピンドルハウジング５１の先端部５２には、スピンドルハウジング５１と回転スピンドル５４の隙間５９から高圧エアーが流出することでエアーシールが形成されている。このとき、エアーシール溝５３からは、実線矢印Ａ１に示すようにフランジ５５に向かって拡散しながら高圧エアーが流出している。また、フランジ背面５６に沿って流れる高圧エアーによって、フランジ背面５６側から装着面５７側に向かう流れが形成されている。

このため、フランジ５５の装着面５７付近に生じる乱流や、フランジ背面５６側から装着面５７側に向かう高圧エアーの流れによって、装着面５７に対する切削ブレード１５の装着が妨げられる。特にハブレスタイプの薄い切削ブレード１５が装着される場合には、高圧エアーの勢いによってフランジ５５の装着面５７から切削ブレード１５が外れてしまい、切削ブレード１５が破損したり、所定の位置に装着できなかったりするおそれがある。このため、フランジ５５に対する切削ブレード１５の装着作業が煩わしいものになっていた。

これに対し、図４Ｂに示すように、本実施の形態に係るフランジ３５のフランジ背面４３には、フランジ背面４３で高圧エアーの流れの方向を変える略弧状断面を有する溝４４が形成されている。よって、エアーシール溝２７からフランジ３５に向かって拡散しながら高圧エアーが流出していても、高圧エアーがフランジ背面４３に沿って流れることで、高圧エアーの流れの方向がスピンドルハウジング２１側に向けられる。すなわち、溝４４の略弧状断面に沿って高圧エアーが流れることで、実線矢印Ａ２に示すようにフランジ背面４３側からスピンドルハウジング２１側に向かう流れが形成される。

この高圧エアーの流れによって、破線矢印Ａ３に示すようにフランジ３５の装着面４１側の周辺エアーがスピンドルハウジング２１側に引き寄せられ、切削ブレード１５が装着面４１側に吸引される。このように、高圧エアーをフランジ背面４３側からスピンドルハウジング２１側へ流すことで、高圧エアーの勢いを切削ブレード１５に作用させずに、高圧エアーの流れによって生じる吸引力によって切削ブレード１５を装着面４１に安定して装着することが可能になっている。

特に、ハブレスタイプの薄い切削ブレード１５であっても、切削ブレード１５がフランジ３５の装着面４１側に吸引されることで、装着面４１に対して切削ブレード１５を安定して装着することが可能になっている。また、フランジ３５に溝４４を設けるだけで、フランジ背面４３側からスピンドルハウジング２１側に向かう流れを作り出すことができるため、低コストでフランジ３５に対する切削ブレード１５の装着性を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、フランジ背面４３に円環状の略弧状断面の溝４４が形成されているため、エアーシール溝２７から流出した高圧エアーがフランジ背面４３に沿って流れることでスピンドルハウジング２１側に向けられる。高圧エアーの流れによって、フランジ３５（装着部３７）の装着面４１側の周辺エアーがベルヌーイ効果によってスピンドルハウジング２１側に誘引されるため、切削ブレード１５に装着面４１側に向かう吸引力が生じる。この吸引力にゆだねて切削ブレード１５を装着面４１に近づけることで、切削ブレード１５を装着面４１に安定的に装着することができる。

次に、図５を参照して、第２の実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業について説明する。図５は、第２の実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業の説明図である。なお、第２の実施の形態は、スピンドルハウジングの先端部に突起部を設けた点で、第１の実施の形態と相違している。したがって、主に相違点について詳細に説明する。また、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同一の切削装置に搭載されるため、切削装置の全体の説明も省略する。

図５に示すように、スピンドルハウジング６１の先端部６２には、フランジ７１のボス部７２を外周側から覆うように、スピンドルハウジング６１の先端側に突起した突起部６４が設けられている。この場合、突起部６４の先端部６５は、フランジ背面７５付近までボス部７２を覆っている。また、切削加工時のボス部７２の回転が阻害されないように、突起部６４の先端部６５とボス部７２の間には隙間６９が空けられている。スピンドルハウジング６１内でエアーシール溝６３から高圧エアーが噴射され、突起部６４の先端部６５とボス部７２の隙間６９から高圧エアーが外部に流出し、エアーシールが形成されている。

この場合、突起部６４の先端部６５がフランジ背面７５に近づけられているため、高圧エアーが拡散することなくフランジ背面７５に流出する。高圧エアーの流出時の拡散が抑えられているため、高圧エアーが切削ブレード１５に直に当たることがなく、切削ブレード１５の装着が妨げられることがない。また、高圧エアーがフランジ背面７５に沿って流れることで、実線矢印Ａ４に示すようにフランジ背面７５側からスピンドルハウジング６１側に向かうように高圧エアーが整流される。この高圧エアーの流れによって、破線矢印Ａ５に示すようにフランジ７１の装着面７４側の周辺エアーがスピンドルハウジング６１側に引き寄せられる。

このように、第２の実施の形態においても、高圧エアーの流れによって生じる吸引力によって切削ブレード１５を装着面７４に安定して装着することが可能になっている。また、高圧エアーの流出時の拡散が抑えられているため、高圧エアーの勢いが切削ブレード１５に直に作用することがない。よって、切削ブレード１５の装着時に、切削ブレード１５が破損したり、装着が阻害されたりすることがない。

次に、図６を参照して、第３の実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業について説明する。図６は、第３の実施の形態に係るフランジに対する切削ブレードの装着作業の説明図である。なお、第３の実施の形態は、スピンドルハウジングの先端部に突起部を設けて、フランジ背面をフラットにした点で、第１の実施の形態と相違している。したがって、主に相違点について詳細に説明する。また、第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同一の切削装置に搭載されるため、切削装置の全体の説明も省略する。

図６に示すように、スピンドルハウジング８１の先端部８２には、フランジ９１のボス部９２を外周側から覆う突起部８４を設けられている。第３の実施の形態でも、第２の実施の形態と同様に、スピンドルハウジング８１内でエアーシール溝８３から高圧エアーが噴射され、突起部８４の先端部８５とボス部９２の隙間８９から高圧エアーが外部に流出され、エアーシールが形成されている。

突起部８４の先端部８５によって、フランジ背面９５付近までボス部９２が覆われているため、高圧エアーが拡散することなくフラットなフランジ背面９５に流出する。このため、高圧エアーが切削ブレード１５に直に当たることがなく、フランジ９１に対する切削ブレード１５の装着が妨げられることがない。また、高圧エアーがフランジ背面９５に沿って流れることで、実線矢印Ａ６に示すように径方向外側に広がるように高圧エアーが整流される。破線矢印Ａ７に示すように、この高圧エアーの流れによるベルヌーイ効果の吸引作用によって、フランジ９１の装着面９４に切削ブレード１５が装着される。

このように、第３の実施の形態のように、フラットなフランジ背面９５を有するフランジ９１を用いる場合においても、第１、第２の実施の形態と同様に、切削ブレード１５を装着面９４に安定して装着することが可能になっている。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した第１−第３の実施の形態では、ハブレスタイプの薄い切削ブレード１５を例示して説明したが、切削ブレード１５の構成は特に限定されない。切削ブレード１５は、回転スピンドル３１、６６、８６に固定可能であればよく、例えばハブブレードでもよい。

また、上記した第１、第２の実施の形態では、フランジ背面４３、７５の溝４４、７６が略弧状断面を有するように形成されたが、完全な弧状断面を有する構成に限定されない。略弧状断面の溝４４、７６は、フランジ背面４３、７５に沿って流れる高圧エアーをスピンドルハウジング２１、６１側に向けるように形成されていればよい。

以上説明したように、本発明は、切削ブレードの薄さに関わらず、切削ブレードをフランジに安定して装着することができるという効果を有し、特に、ハブレスタイプの薄型のワッシャブレードに有用である。

１ 切削装置
３ チャックテーブル
４ 切削手段
１５ 切削ブレード
２１、６１ スピンドルハウジング
２２、６２ スピンドルハウジングの先端部
２５ 供給路
２７、６３ エアーシール溝
２８ 高圧エアー源
３１、６６ 回転スピンドル
３５、７１ フランジ
３６、７２ ボス部
３７、７３ 装着部
４１、７４ 装着面
４３、７５ フランジ背面
４４、７６ 溝
６４ 突起部
Ｃ フランジ回転中心
Ｗ 被加工物

Claims (2)

1. 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備えた切削手段とを備え、
   該切削手段は、切削ブレードを装着するフランジを先端に固定する回転スピンドルと、該回転スピンドルの先端を先端部から突出させた状態でエアーベアリングで回転可能に支持するスピンドルハウジングと、該スピンドルハウジングの該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て高圧エアー源から高圧エアーが供給されるエアー供給路と、を備えた切削装置であって、
   該フランジは、該回転スピンドルの先端に装着される嵌合穴を備えたボス部と、該ボス部から回転方向側方に突出して形成され円環形状の切削ブレードが装着される装着面を有する装着部とを備え、
   該フランジの該装着面の反対側のフランジ背面には、フランジ回転中心と同心円状に円環状の略弧状断面を有する溝が形成されており、
   該エアーシール溝から流出する高圧エアーが該フランジ背面に沿って該スピンドルハウジング側へ流れることで、該切削ブレードに該装着部の装着面の方向に向かう吸引力が生じること、を特徴とする切削装置。
2. 該スピンドルハウジングの該先端部は、先端側に突起して該ボス部を外周側から覆い且つ該ボス部の回転を阻害しない隙間を有した突起部を備え、
   該エアーシール溝から流出する高圧エアーが整流されて該ボス部と該突起部との該隙間から該フランジ背面に沿って流れ、該フランジ背面の該溝に流出させること、を特徴とする請求項１記載の切削装置。

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