JP7134570B2

JP7134570B2 - 移動体送り機構及び加工装置

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Publication number: JP7134570B2
Application number: JP2018235693A
Authority: JP
Inventors: 秀次新田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2022-09-12
Anticipated expiration: 2038-12-17
Also published as: JP2020097074A

Description

本発明は、パルスモータと、ボールネジと、を備える移動体送り機構及び該移動体送り機構を備える加工装置に関する。

ボールネジと、該ボールネジを回転させるパルスモータと、該ボールネジに螺合されたナット部を備える移動体（スライダ）と、を備える移動体送り機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。該移動体は、例えば、ボールネジに沿って伸長しているガイドレールにスライド可能に取り付けられている。該パルスモータは該ボールネジの一端に接続されており、該パルスモータを作動させてボールネジを該ボールネジの伸長方向の周りに回転させると、移動体がガイドレールに沿って移動する。

該移動体送り機構は、例えば、被加工物を加工する加工装置に組み込まれて使用される。例えば、複数のデバイスが表面に形成された半導体ウェーハを分割して個々のデバイスチップを製造する工場においては、被加工物を切削ブレードで切削する切削装置、研削砥石で研削する研削装置、及びレーザ加工するレーザ加工装置等の加工装置が使用される（例えば、特許文献２参照）。

これらの加工装置は、例えば、被加工物を保持するチャックテーブルや、被加工物を加工する加工ユニットを移動させる機構として、該移動体送り機構を備える。そして、該加工装置では、被加工物や加工ユニットの精密な直線移動が該移動体送り機構により実現されている。

特開２０１２－２００８４６号公報特開２００７－８８０２８号公報

移動体送り機構を加工装置に取り付ける際、パルスモータのモータシャフトと、ボールネジと、を両者の軸心を完全に一致させてずれがなく固定するのは容易ではない。そこで、移動体送り機構では、軸心のずれを許容しつつも両者を接続するカップリングと呼ばれる部材を介して両者が接続されている。カップリングの外周には、互いの軸心のずれたモータシャフトと、ボールネジと、の接続を可能にするスリットが形成されている。

しかしながら、パルスモータやボールネジの寸法、移動体送り機構の用途やカップリングにかかる負荷、移動体送り機構が取り付けられる環境等、様々な要素を考慮して適切なカップリングを選定するのは手間である。また、カップリング自体にコストがかかる。

本発明はかかる問題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、カップリングを用いることなくパルスモータと、ボールネジと、が接続された移動体送り機構及び該移動体送り機構を備える加工装置を提供することである。

本発明の一態様によると、一対のガイドレールと、該一対のガイドレールに沿って移動可能に設置された移動体と、該一対のガイドレールと平行に設けられ該移動体に設置された雌ネジに螺合するボールネジと、該ボールネジの一端に連結されるモータシャフトを有し該ボールネジを回転駆動するパルスモータと、該ボールネジの該一端側と他端側でそれぞれ該ボールネジを回転可能に支持する一対の支持部と、を備え、該モータシャフトは、該ボールネジの該一端が固定されるボールネジ固定部を先端に備え、該モータシャフトの外周には、該ボールネジの軸心と該モータシャフトの軸心のずれを許容する該外周に沿ったスリットが形成されていることを特徴とする移動体送り機構が提供される。

また、本発明の他の一態様によると、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加工する加工ユニットと、該移動体送り機構と、を備え、該移動体送り機構は、該チャックテーブルと、該加工ユニットと、を相対的に直線移動させることを特徴とする加工装置が提供される。

本発明の一態様に係る移動体送り機構が備えるパルスモータのモータシャフトは、ボールネジの一端が固定されるボールネジ固定部を先端に備える。そして、該モータシャフトの外周には、該外周に沿ったスリットが形成されている。該スリットは、互いの軸心がずれた該ボールネジと、該モータシャフトと、の接続を可能にする機能を有する。すなわち、該移動体送り機構においてはモータシャフトと、ボールネジと、が直接連結されるためカップリングが不要であり、使用するカップリングを選定する必要もない。

特に、本発明の一態様に係る移動体送り機構が加工装置に組み込まれて使用される場合、該加工装置に使用される部品の数を削減できるため、製造する際に多数の工数のかかる該加工装置の製造に要する時間やコストが削減できる。

したがって、本発明により、カップリングを用いることなくパルスモータと、ボールネジと、が接続された移動体送り機構及び該移動体送り機構を備える加工装置が提供される。

加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。図２（Ａ）は、移動体送り機構を模式的に示す側面図であり、図２（Ｂ）は、移動体送り機構を拡大して模式的に示す上面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る移動体送り機構は、例えば、ウェーハ等の被加工物を加工する加工装置に組み込まれて使用される。

該ウェーハは、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、若しくは、その他の半導体等の材料、または、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる略円板状の基板等である。該ウェーハの表面には、互いに交差する複数の分割予定ラインが設定される。該分割予定ラインで区画された各領域にはＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-Scale Integrated circuit）等のデバイスが形成されている。

研削砥石が装着された研削ユニットを備える研削装置で該ウェーハを研削して薄化し、切削ブレードが装着された切削ユニットを備える切削装置で該分割予定ラインに沿って該ウェーハを切削すると、該ウェーハが分割されて個々のデバイスチップを形成できる。また、該ウェーハの分割は、被加工物をレーザビームによりレーザ加工するレーザ加工ユニットを備えるレーザ加工装置を使用して実施してもよい。

これらの加工装置には、複数の本実施形態に係る移動体送り機構が取り付けられる。ウェーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルや、被加工物を加工する加工ユニットは、該移動体送り機構により直線移動される。以下、該加工装置が被加工物を切削ブレードで切削する切削装置である場合を例に説明する。なお、言うまでもなく本実施形態に係る移動体送り機構は切削装置以外の加工装置においても使用可能であり、さらに、加工装置以外の各種の装置においても使用可能である。

次に、本実施形態に係る移動体送り機構が組み込まれた切削装置について、該移動体送り機構とともに説明する。図１には、加工装置の一例として切削装置２が示されている。切削装置（加工装置）２は、各構成要素を支持する基台４を備える。基台４の上面には、Ｘ軸方向移動機構（移動体送り機構）６が設けられている。Ｘ軸方向移動機構６は、Ｘ軸方向（加工送り方向）に平行な一対のＸ軸ガイドレール８を備えており、一対のＸ軸ガイドレール８には、Ｘ軸移動テーブル（移動体）１０が該Ｘ軸ガイドレール８に沿って移動可能に取り付けられている。

Ｘ軸移動テーブル１０の下面（裏面）側には、雌ネジ１０ａ（図２（Ａ）参照）が設けられており、この雌ネジ１０ａには、一対のＸ軸ガイドレール８に平行に設けられたＸ軸ボールネジ（ボールネジ）１２が螺合されている。Ｘ軸ボールネジ１２の一端１２ｂには、Ｘ軸パルスモータ（パルスモータ）１４が連結されている。Ｘ軸ボールネジ１２と、Ｘ軸パルスモータ１４と、の連結部について、詳細は後述する。

基台４の上面には、Ｘ軸ボールネジ１２の該一端１２ｂ側と他端１２ｃ（図２（Ａ）参照）側をそれぞれ支持する一対の支持部１２ａが配設されている。該一対の支持部１２ａは、それぞれ、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔を備える部材であり、該貫通孔にはＸ軸ボールネジ１２の一端１２ｂ側又は他端１２ｃ側が突き通されている。そして、該一対の支持部１２ａは、Ｘ軸ボールネジ１２を回転可能に支持する。

Ｘ軸パルスモータ１４でＸ軸ボールネジ１２を回転させると、Ｘ軸移動テーブル１０はＸ軸ガイドレール８に沿ってＸ軸方向に移動する。Ｘ軸移動テーブル１０の上面側（表面側）には、テーブルベース１６が設けられている。テーブルベース１６の上部には、被加工物を保持するためのチャックテーブル１８が配置されている。

チャックテーブル１８は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向、高さ方向）に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、上述したＸ軸方向移動機構６でＸ軸移動テーブル１０をＸ軸方向に移動させれば、チャックテーブル１８はＸ軸方向に加工送りされる。

チャックテーブル１８の上面は、被加工物１を保持する保持面１８ａとなっている。この保持面１８ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して概ね平行に形成されており、チャックテーブル１８やテーブルベース１６の内部に形成された流路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。なお、この吸引源の負圧は、テーブルベース１６に対してチャックテーブル１８を固定する際にも利用される。

基台４の上面には、Ｘ軸方向移動機構６を跨ぐ門型の支持構造２０が配置されている。支持構造２０の前面上部には、２組の切削ユニット移動機構２２が設けられている。該２組の切削ユニット移動機構２２は、支持構造２０の前面に配設されたＹ軸方向移動機構（移動体送り機構）２４ａと、Ｚ軸方向移動機構（移動体送り機構）２４ｂと、を備える。なお、該Ｙ軸方向移動機構２４ａと、該Ｚ軸方向移動機構２４ｂと、はＸ軸方向移動機構６と同様に構成されるため、ここでは詳細を省略し、図１においても省略している。

Ｙ軸方向移動機構２４ａは、Ｙ軸移動プレート（移動体）２６をＹ軸方向に沿って移動させる機能を有する。また、Ｚ軸方向移動機構２４ｂは、Ｚ軸移動プレート（移動体）２８をＺ軸方向に沿って移動させる機能を有する。

Ｚ軸移動プレート２８の下部には、被加工物１を切削（加工）するための切削ユニット（加工ユニット）３０が設けられている。切削ユニット移動機構２２で、Ｙ軸移動プレート２６をＹ軸方向に移動させれば、切削ユニット３０は割り出し送りされ、Ｚ軸移動プレート２８をＺ軸方向に移動させれば、切削ユニット３０は昇降する。

切削ユニット３０は、Ｙ軸方向に概ね平行な回転軸を構成するスピンドル３４の一端側に装着された円環状の切削ブレード３２を備えている。スピンドル３４の他端側にはモータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、切削ブレード３２は、スピンドル３４を介して伝達される該回転駆動源の回転力によって回転する。

被加工物を切削する際は、切削ユニット３０を所定の高さ位置に位置づけ、切削ユニット３０が備える円環状の切削ブレード３２を回転させる。Ｘ軸方向移動機構６を作動させてチャックテーブル１８をＸ軸方向に移動させ、回転する切削ブレード３２を被加工物に接触させると被加工物が切削される。すなわち、Ｘ軸方向移動機構６は、チャックテーブル１８と、切削ユニット３０と、を加工送り方向に相対的に直線移動させるアクチュエータとして機能する。

ここで、Ｘ軸方向移動機構６を例に切削装置２が備える移動体送り機構について詳述する。図２（Ａ）は、Ｘ軸方向移動機構６を模式的に示す側面図であり、図２（Ｂ）は、Ｘ軸方向移動機構６を拡大して模式的に示す上面図である。なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）では、Ｘ軸ガイドレール８が省略されている。また、図２（Ｂ）に示す上面図には、図２（Ａ）における側面図に示されたモータシャフト１４ａ及びＸ軸ボールネジ１２が図２（Ａ）に示された状態から９０°回転させた状態で示されている。

基台４の上面に配置されたＸ軸方向移動機構６の一対の支持部１２ａに支持されるＸ軸ボールネジ（ボールネジ）１２の一端１２ｂ側には、Ｘ軸パルスモータ１４のモータシャフト１４ａが連結される。モータシャフト１４ａの先端には、Ｘ軸ボールネジ１２の一端１２ｂを収容できる収容穴が形成されており、該Ｘ軸ボールネジ１２の一端１２ｂが該収容穴に突き入れられている。図２（Ｂ）では、Ｘ軸ボールネジ１２の一端１２ｂの該収容穴に突き入れられた部分が破線で示されている。

モータシャフト１４ａの先端部には、外側から該収容穴に通じる貫通孔１４ｃが形成されている。例えば、該貫通孔１４ｃの内部にはネジ溝が形成されており、ボルト等の固定具１２ｄが該貫通孔１４ｃに螺合されている。そして、該固定具１２ｄがＸ軸ボールネジ１２の一端１２ｂを押圧することにより、該収容穴の内周壁の該貫通孔１４ｃとは反対側の壁面と、該固定具１２ｄと、の間でＸ軸ボールネジ１２の一端１２ｂが挟持される。

すなわち、モータシャフト１４ａは、Ｘ軸ボールネジ１２の一端１２ｂが固定されるボールネジ固定部を先端に備える。該ボールネジ固定部は、モータシャフト１４ａの先端部に形成された該収容穴、及び貫通孔１４ｃ等により構成される。

Ｘ軸パルスモータ１４を作動させてモータシャフト１４ａを回転させると、モータシャフト１４ａに連結されたＸ軸ボールネジ１２が回転する。そして、該Ｘ軸ボールネジ１２に螺合する雌ネジ１０ａが下面に設置されたＸ軸移動テーブル１０がＸ軸方向に沿って移動する。

ここで、基台４上にＸ軸方向移動機構６を組み付ける際、一対の支持部１２ａに支持されたＸ軸ボールネジ１２の軸心（回転軸）と、基台４上に固定されたＸ軸パルスモータ１４のモータシャフト１４ａの軸心と、を精密に一致させるのは容易ではない。また、Ｘ軸方向移動機構６を組み付ける際に両者の軸心が一致していても、Ｘ軸方向移動機構６を稼働させる間に両者の軸心にずれが生じる場合がある。

Ｘ軸ボールネジ１２の軸心と、モータシャフト１４ａの軸心と、が一致していない場合、Ｘ軸パルスモータ１４の回転駆動力が適切にＸ軸ボールネジ１２に伝達されないおそれがある。さらに、力が不適切に働いてＸ軸方向移動機構６に損傷が生じるおそれがある。そこで、従来、互いの軸心のずれを許容しつつも両者を接続するカップリングと呼ばれる部材が使用された。しかしながら、適切なカップリングを選定するのは手間である。また、カップリング自体にコストがかかる。

これに対して、本実施形態に係る移動体送り機構（Ｘ軸方向移動機構６等）は、モータシャフト１４ａの先端にボールネジ固定部を備える。モータシャフト１４ａの外周には、スリット１４ｂが形成されている。スリット１４ｂは、モータシャフト１４ａの外周に沿って形成されており、例えば、モータシャフト１４ａの外周の長さの半分以上の長さに形成される。

モータシャフト１４ａにボールネジ固定部と、スリット１４ｂと、が形成されていると、Ｘ軸ボールネジ１２の軸心とモータシャフト１４ａの軸心とのずれを許容しながらＸ軸ボールネジ１２とモータシャフト１４ａとを接続できる。

以上に説明する通り、本実施形態に係る移動体送り機構によると、カップリングを使用することなくボールネジの一端と、パルスモータのモータシャフトと、を接続できるため、カップリングの選定の手間が省け、カップリングの調達コストがかからない。特に、部品の点数が多く組み立てに要する工数の多い各種の加工装置に該移動体送り機構を使用すると、加工装置の製造の手間やコストを削減できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態ではモータシャフトに形成されるスリットが一つである場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。

本発明の一態様において、例えば、モータシャフトの先端部に複数のスリットが形成されてもよい。モータシャフトの先端部に複数のスリットが形成される場合、モータシャフトの先端部の径方向における各スリットの形成箇所が互いにずれるように各スリットが形成されるのが好ましい。

複数のスリットが形成される場合、ボールネジの軸心とモータシャフトの軸心とのずれの許容される範囲を大きくできる。また、一つのスリットを形成する場合と比較して、該ずれの許容される範囲やパルスモータの回転駆動力の伝達能力が同等のモータシャフトを形成する際に、各スリットの大きさを小さくできる。

上記実施形態に係る構造、方法等は、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できる。

２切削装置（加工装置）
４基台
６Ｘ軸方向移動機構（移動体送り機構）
８Ｘ軸ガイドレール
１０Ｘ軸移動テーブル（移動体）
１０ａ雌ネジ
１２Ｘ軸ボールネジ（ボールネジ）
１２ａ支持部
１２ｂ一端
１２ｃ他端
１２ｄ固定具
１４Ｘ軸パルスモータ（パルスモータ）
１４ａモータシャフト
１４ｂスリット
１４ｃ貫通孔
１６テーブルベース
１８チャックテーブル
１８ａ保持面
２０支持構造
２２切削ユニット移動機構
２４ａＹ軸方向移動機構（移動体送り機構）
２４ｂＺ軸方向移動機構（移動体送り機構）
２６Ｙ軸移動プレート（移動体）
２８Ｚ軸移動プレート（移動体）
３０切削ユニット（加工ユニット）
３２切削ブレード
３４スピンドル

Claims

一対のガイドレールと、
該一対のガイドレールに沿って移動可能に設置された移動体と、
該一対のガイドレールと平行に設けられ該移動体に設置された雌ネジに螺合するボールネジと、
該ボールネジの一端に連結されるモータシャフトを有し該ボールネジを回転駆動するパルスモータと、
該ボールネジの該一端側と他端側でそれぞれ該ボールネジを回転可能に支持する一対の支持部と、を備え、
該モータシャフトは、該ボールネジの該一端が固定されるボールネジ固定部を先端に備え、
該モータシャフトの外周には、該ボールネジの軸心と該モータシャフトの軸心のずれを許容する該外周に沿ったスリットが形成されていることを特徴とする移動体送り機構。
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加工する加工ユニットと、
請求項１に記載の移動体送り機構と、を備え、
該移動体送り機構は、該チャックテーブルと、該加工ユニットと、を相対的に直線移動させることを特徴とする加工装置。