JP6791553B2 - スピンドルユニット及び研削装置 - Google Patents

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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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