JP7344682B2 - 加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スピンドルアセンブリを備えた加工装置に関する。
被加工物を切削する切削装置、被加工物を研削する研削装置等の加工装置は、書こう工具を装着したスピンドルアセンブリを備える(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。スピンドルアセンブリには、エアベアリングにより回転自在に支持するスピンドルシャフトを冷却する冷却流体路がスピンドルハウジングに形成されている。スピンドルアセンブリは、バルブを介して冷却流体供給源から冷却流体が冷却流体路に供給されることでスピンドルシャフト等が冷却されている。
特開2011-214605号公報 実開平4-128145号公報
しかしながら、前述したスピンドルアセンブリは、バルブの故障や冷却水に混入した異物による冷却流体路の詰まり等で冷却水が供給されないとスピンドルシャフト等の発熱により加熱されてしまう。前述したスピンドルアセンブリは、加熱されると、熱膨張によりスピンドルシャフトの先端に装着された加工工具の位置が変化するため、加工位置の精密な制御が困難となり、加工精度が低下してしまうという問題がある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工精度の低下を抑制することができる加工装置を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の加工装置は、被加工物を加工する加工手段と少なくとも該加工手段を制御する制御手段とを備えた加工装置であって、該加工手段は、被加工物を加工する加工工具と、該加工工具が先端に装着されるスピンドルシャフトと該スピンドルシャフトをエアーで支持するエアベアリングを含み該スピンドルシャフトが挿通されるスピンドルハウジングとを有したスピンドルアセンブリと、を有し、該スピンドルハウジングには、該エアベアリングを囲繞して該スピンドルアセンブリを冷却する、一端が冷却流体供給源に接続されるとともに他端が該スピンドルハウジングの冷却流体排出口に連通した冷却流体路が形成され、該加工装置は、該スピンドルハウジングの温度を検出する温度検出手段を備え、該制御手段は、該温度検出手段で検出された該スピンドルハウジングの温度が第1の所定値以上または第1の所定値よりも低い第2の所定値以下であるか否かを判断し、第1の所定値以上または第2の所定値以下の時に該スピンドルアセンブリを冷却する冷却ユニットの冷却状態が異常と判断し、該第1の所定値以上または第2の所定値以下ではないと判断すると、一定時間における該温度検出手段で検出された該スピンドルハウジングの温度変化が第3の所定値以上であるか否かを判断し、第3の所定値以上の時に該冷却ユニットの冷却状態が異常と判断することを特徴とする。
前記加工装置では、該加工工具を被加工物に対して移動させる移動手段を備え、該制御手段は、該温度検出手段で検出された該スピンドルハウジングの温度の変化に基づいて該移動手段で該加工工具の被加工物に対する位置を補正しても良い。
前記加工装置では、該冷却流体供給源から供給される冷却流体の流量を調節する流量調節手段を有し、制御手段は、該温度検出手段で検出された該スピンドルハウジングの温度に基づいて該流量調節手段を制御しても良い。
前記加工装置では、該被加工物は、半導体ウエーハ又は光デバイスウエーハでも良い。
本願発明は、加工精度の低下を抑制することができるという効果を奏する。
図1は、実施形態1に係る加工装置の構成例を示す斜視図である。 図2は、図1に示された加工装置の加工対象の被加工物を示す斜視図である。 図3は、図1に示された加工装置の加工ユニットを一部断面で示す側面図である。 図4は、図3に示された加工ユニットのスピンドルハウジングの温度が変化時を示す要部の側面図である。 図5は、図2に示された加工装置の制御ユニットが加工動作中に繰り返し実行するフローチャートである。 図6は、実施形態2に係る加工装置の制御ユニットが記憶した補正データの一例を示す図である。 図7は、実施形態2に係る加工装置の制御ユニットが加工動作中に繰り返し実行するフローチャートである。 図8は、実施形態3に係る加工装置の加工ユニットの要部を一部断面で示す側面図である。 図9は、実施形態3に係る加工装置の制御ユニットが記憶した補正データの一例を示す図である。 図10は、実施形態3に係る加工装置の制御ユニットが加工動作中に繰り返し実行するフローチャートである。 図11は、実施形態1の変形例に係る加工装置の構成例を示す斜視図である。 図12は、図11に示された加工装置の加工ユニットを一部断面で示す側面図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態1〕
本発明の実施形態1に係る加工装置を図面に基づいて説明する。図1は、実施形態1に係る加工装置の構成例を示す斜視図である。図2は、図1に示された加工装置の加工対象の被加工物を示す斜視図である。図3は、図1に示された加工装置の加工ユニットを一部断面で示す側面図である。図4は、図3に示された加工ユニットのスピンドルハウジングの温度が変化時を示す要部の側面図である。図5は、図2に示された加工装置の制御ユニットが加工動作中に繰り返し実行するフローチャートである。
(被加工物)
実施形態1に係る図1に示す加工装置1は、図2に示す被加工物200を切削ブレード21で切削加工(加工に相当)する切削装置である。実施形態1では、被加工物200は、シリコン、サファイア、ガリウムなどを基板201とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハである。被加工物200は、基板201の表面202に格子状に形成された複数の分割予定ライン203によって格子状に区画された領域にデバイス204が形成されている。
また、本発明の被加工物200は、中央部が薄化され、外周部に厚肉部が形成された所謂TAIKO(登録商標)ウエーハでもよく、ウエーハの他に、樹脂により封止されたデバイスを複数有した矩形状のパッケージ基板、デバイス204及び分割予定ライン203が設定されていないセラミックス基板、フェライト基板、ガラス板又はニッケル及び鉄の少なくとも一方を含む基板等でも良い。実施形態1において、被加工物200は、裏面205が外周縁に環状フレームが装着された粘着テープに貼着されて、環状フレームに支持されて、図1に示す加工装置1により切削加工される。
(加工装置)
図1に示す加工装置1は、被加工物200を切削加工(加工に相当)する切削装置であって、図1に示すように、被加工物200を保持面11で吸引保持するチャックテーブル10と、チャックテーブル10に保持した被加工物200をスピンドルシャフト22に装着した加工工具である切削ブレード21で切削加工する加工手段である加工ユニット20と、チャックテーブル10に保持された被加工物200を撮像する撮像ユニット30と、チャックテーブル10と加工ユニット20とを相対的に移動させる移動手段である移動ユニット40と、少なくとも加工ユニット20を制御する制御手段である制御ユニット100とを少なくとも有する。
移動ユニット40は、切削ブレード21を被加工物200に対して移動させる移動手段である。移動ユニット40は、チャックテーブル10を鉛直方向と平行なZ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転駆動源41と、チャックテーブル10を水平方向と平行なX軸方向に加工送りするX軸移動ユニット42と、加工ユニット20を水平方向と平行でかつX軸方向に直交するY軸方向に割り出し送りするY軸移動ユニット43と、加工ユニット20をZ軸方向に切り込み送りするZ軸移動ユニット44とを少なくとも備える。
チャックテーブル10は、被加工物200を保持する保持面11がポーラスセラミック等から形成された円盤形状である。また、チャックテーブル10は、X軸移動ユニット42によりX軸方向に移動自在で回転駆動源41によりZ軸方向と平行な軸心回りに回転自在に設けられている。チャックテーブル10は、ポーラスセラミック等から形成された保持面11が図示しない真空吸引源と接続されている。チャックテーブル10は、保持面11に環状フレームに一体となった被加工物200が粘着テープ231を介して載置され、保持面11が真空吸引源により吸引されることで、環状フレームに一体となった被加工物200を吸引保持する。また、チャックテーブル10の周りには、環状フレームをクランプする図示しないクランプ部が設けられている。
加工ユニット20は、チャックテーブル10に保持された被加工物200を切削加工する切削ブレード21を回転可能に装着したユニットである。加工ユニット20は、チャックテーブル10に保持された被加工物200に対して、Y軸移動ユニット43によりY軸方向に移動自在に設けられ、かつ、Z軸移動ユニット44によりZ軸方向に移動自在に設けられている。加工ユニット20は、Y軸移動ユニット43及びZ軸移動ユニット44により、チャックテーブル10の保持面11の任意の位置に切削ブレード21を位置付け可能となっている。
加工ユニット20は、図3に示すように、被加工物200を切削加工する切削ブレード21と、スピンドルアセンブリ23とを備える。切削ブレード21は、砥粒をボンド剤で固定したリング形状の極薄の切り刃211を有する切削砥石である。
スピンドルアセンブリ23は、切削ブレード21が先端に装着されるスピンドルシャフト22と、スピンドルシャフト22を軸心回りに回転するスピンドルモータ24と、スピンドルシャフト22の先端を除く部分及びスピンドルモータ24を収容するスピンドルハウジング25と、を備える。
スピンドルシャフト22は、円柱状に形成されて、スピンドルハウジング25に収容された先端部にリング状のスラストプレート221を設けている。スピンドルシャフト22は、基端部に配置されたスピンドルモータ24により軸心回りに回転される。スピンドルシャフト22は、スピンドルモータ24により軸心回りに回転されることで、先端に装着された切削ブレード21を回転させて被加工物200を切削加工する。
スピンドルハウジング25は、スピンドルシャフト22の先端を露出させかつ先端を除く部分を収容することで、スピンドルシャフト22が挿通されている。スピンドルハウジング25は、Y軸移動ユニット43によりY軸方向に移動自在に支持され、Z軸移動ユニット44によりZ軸方向に移動自在に支持されている。
スピンドルハウジング25は、スピンドルシャフト22の先端を除く部分を収容する軸心に対して直交する断面形状が円形の収容孔251が内部に形成されている。スピンドルハウジング25の収容孔251の内径は、スピンドルシャフト22の外径よりも大きい。スピンドルハウジング25は、スピンドルシャフト22を軸心回りに回転自在に支持するエアベアリング26を含んでいる。
エアベアリング26は、収容孔251の外周側でかつスピンドルハウジング25内に設けられているとともに、スピンドルハウジング25の軸心方向に延びた環状エアー供給路261と、ラジアルエアベアリング262と、スラストエアベアリング263と、を備える。環状エアー供給路261は、エアー供給路266を通してスピンドルハウジング25の外部の加圧エアー供給源から加圧されたエアーが供給される。
ラジアルエアベアリング262は、環状エアー供給路261と収容孔251の内面とに開口した複数のラジアル分岐路264で構成されている。ラジアル分岐路264は、スピンドルハウジング25の軸心方向及び周方向に等間隔に配置され、環状エアー供給路261と収容孔251の内面とに亘ってスピンドルハウジング25の径方向に延在している。
スラストエアベアリング263は、環状エアー供給路261に連なりかつスラストプレート221の両表面及び外周面との間に加圧エアー供給源から供給された加圧されたエアーを供給するスラスト分岐路265を備える。加圧エアー供給源から供給された加圧されたエアーをラジアルエアベアリング262がラジアル分岐路264を通して収容孔251の内面に噴射し、スラストエアベアリング263がスラスト分岐路265を通してスラストプレート221に噴射することで、エアベアリング26は、スピンドルシャフト22をエアーでスピンドルハウジング25に対して軸心回りに回転自在に支持する。
また、スピンドルハウジング25には、エアベアリング26を囲繞した冷却流体路27が形成されている。冷却流体路27は、エアベアリング26の環状エアー供給路261の外周側でかつスピンドルハウジング25内に設けられているとともに、スピンドルハウジング25の軸心方向に延びている。冷却流体路27は、一端が開閉弁271を介して冷却流体としての冷却水を供給する冷却流体供給源272に接続されているとともに、他端がスピンドルハウジング25の外表面に開口した冷却流体排出口273に連通している。
冷却流体路27は、開閉弁271を介して冷却流体供給源272から冷却水が供給され、冷却水がスピンドルハウジング25の発生する熱により加熱され、加熱された冷却水を冷却流体排出口273から排出することで、スピンドルアセンブリ23を冷却する。なお、冷却流体路27、開閉弁271、及び冷却流体供給源272は、スピンドルアセンブリ23を冷却する冷却手段である冷却ユニット28を構成する。
また、加工装置1は、図3に示すように、温度検出手段70を備えている。温度検出手段70は、スピンドルハウジング25の温度を検出するものであり、実施形態1では、スピンドルハウジング25の温度に応じた信号を制御ユニット100に出力する温度検出素子である。実施形態1では、温度検出手段70は、サーミスタ又は熱電対などの温度検出素子により構成される。なお、サーミスタは、スピンドルハウジング25の温度に応じた電気的な抵抗値が変化することで、前述した信号を制御ユニット100に出力する。熱電対は、前述した信号としてのスピンドルハウジング25の温度に応じた熱起電力を制御ユニット100に出力する。実施形態1では、温度検出手段70は、スピンドルハウジング25内の外表面と冷却流体路27との間に配置されているが、本発明では、温度検出手段70の配置される位置は、これに限定されることなく、例えば、スピンドルハウジング25の外表面上でも良い。また、温度検出手段70は、スピンドルハウジング25の極力切削ブレード21寄りの箇所に設けられるのが望ましい。
なお、加工ユニット20の切削ブレード21、スピンドルシャフト22及びスピンドルハウジング25の軸心は、Y軸方向と平行に設定されている。
撮像ユニット30は、加工ユニット20と一体的に移動するように、加工ユニット20に固定されている。撮像ユニット30は、チャックテーブル10に保持された切削前の被加工物200の分割すべき領域を撮影する撮像素子を備えている。撮像素子は、例えば、CCD(Charge-Coupled Device)撮像素子又はCMOS(Complementary MOS)撮像素子である。撮像ユニット30は、チャックテーブル10に保持された被加工物200を撮影して、被加工物200と切削ブレード21との位置合わせを行なうアライメントを遂行するため等の画像を得、得た画像を制御ユニット100に出力する。
X軸移動ユニット42は、チャックテーブル10をX軸方向に移動させることで、チャックテーブル10と加工ユニット20とを相対的にX軸方向に沿って加工送りするものである。Y軸移動ユニット43は、加工ユニット20を割り出し送り方向であるY軸方向に移動させることで、チャックテーブル10と加工ユニット20とを相対的にY軸方向に沿って割り出し送りするものである。Z軸移動ユニット44は、加工ユニット20を切り込み送り方向であるZ軸方向に移動させることで、チャックテーブル10と加工ユニット20とを相対的にZ軸方向に沿って切り込み送りするものである。
X軸移動ユニット42、Y軸移動ユニット43及びZ軸移動ユニット44は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のモータ及びチャックテーブル10又は加工ユニット20をX軸方向、Y軸方向又はZ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。
また、加工装置1は、チャックテーブル10のX軸方向の位置を検出するため図示しないX軸方向位置検出ユニットと、加工ユニット20のY軸方向の位置を検出するための図示しないY軸方向位置検出ユニットと、加工ユニット20のZ軸方向の位置を検出するためのZ軸方向位置検出ユニットとを備える。X軸方向位置検出ユニット及びY軸方向位置検出ユニットは、X軸方向、又はY軸方向と平行なリニアスケールと、読み取りヘッドとにより構成することができる。Z軸方向位置検出ユニットは、モータのパルスで加工ユニット20のZ軸方向の位置を検出する。X軸方向位置検出ユニット、Y軸方向位置検出ユニット及びZ軸方向位置検出ユニットは、チャックテーブル10のX軸方向、加工ユニット20のY軸方向又はZ軸方向の位置を制御ユニット100に出力する。
また、加工装置1は、切削前後の被加工物200を収容するカセット51が載置されかつカセット51をZ軸方向に移動させるカセットエレベータ50と、切削後の被加工物200を洗浄する洗浄ユニット60と、被加工物200をカセット51とチャックテーブル10と洗浄ユニット60との間で搬送する図示しない搬送ユニットとを備える。
制御ユニット100は、加工装置1の上述した構成要素をそれぞれ制御して、被加工物200に対する加工動作を加工装置1に実施させるものである。なお、制御ユニット100は、コンピュータである。制御ユニット100は、CPU(central processing unit)のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ROM(read only memory)又はRAM(random access memory)のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。制御ユニット100の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、加工装置1を制御するための制御信号を、入出力インターフェース装置を介して加工装置1の上述した構成要素に出力する。
また、制御ユニット100は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される図示しない表示ユニット及びオペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる図示しない入力ユニットと、加工装置のオペレータに報知する報知ユニット80と接続されている。入力ユニットは、表示ユニットに設けられたタッチパネルと、キーボード等の外部入力装置とのうち少なくとも一つにより構成される。実施形態1では、報知ユニット80は、制御ユニット100により制御されることで、ランプ81を点灯して、加工装置1のオペレータに報知する表示灯である。なお、本発明では、報知ユニット80は、報知音を発して、オペレータに報知しても良い。
前述した加工装置1は、入力ユニットを介して加工内容情報を制御ユニット100が受け付けて記憶装置に記憶し、被加工物200を収容したカセット51がカセットエレベータ50上に設置され、入力ユニットから加工開始指示を受け付けると、加工動作を開始する。なお、加工内容情報は、切削ブレード21で切削する各分割予定ライン203のY軸方向の位置を示す情報を含む。加工動作では、加工装置1が開閉弁271を開き、冷却流体供給源272から冷却水を冷却流体路27に供給し、加圧エアー供給源から加圧されたエアーからエアー供給路266を通して環状エアー供給路261、エアベアリング262,263に加圧されたエアーを供給しながら、スピンドルモータ24でスピンドルシャフト22及び切削ブレード21を軸心回りに回転する。
加工動作では、加工装置1が切削加工前の被加工物200をカセット51から1枚取り出して搬送ユニットでチャックテーブル10の保持面11に載置し、チャックテーブル10に被加工物200を吸引保持する。加工動作では、加工装置1がX軸移動ユニット42にチャックテーブル10を移動させて、撮像ユニット30にチャックテーブル10上の被加工物200を撮像させ、被加工物200の分割予定ライン203と切削ブレード21との位置合わせを行うアライメントを遂行する。
加工動作では、加工装置1がチャックテーブル10に保持した被加工物200と切削ブレード21を分割予定ライン203に沿って相対的に移動させながら切削ブレード21を分割予定ライン203に切り込ませて被加工物200を切削加工する。加工装置1は、全ての分割予定ライン203に切削加工を行うと、チャックテーブル10の吸引保持及びクランプ部のクランプを解除し、搬送装置にチャックテーブル10上の被加工物200を洗浄ユニット60に搬送させる。加工装置1は、洗浄ユニット60に被加工物200を洗浄させて、搬送装置に洗浄ユニット60から被加工物200をカセット51まで搬送させてカセット51内に搬入させる。加工装置1は、カセット51内の全ての被加工物200に切削加工を行うと、加工動作を終了する。
加工装置1は、加工動作中に、加工ユニット20のスピンドルアセンブリ23の温度が変化すると、図4に示すように、スピンドルシャフト22等の膨張収縮により切削ブレード21の切り刃211のY軸方向の位置が変化する。実施形態1では、例えば、加工ユニット20のスピンドルアセンブリ23の温度が1℃上昇すると、切削ブレード21の切り刃211が図4中に点線で示す位置から実線で示す位置に変化する。実施形態1では、加工ユニット20のスピンドルアセンブリ23の温度が1℃下降すると、切削ブレード21の切り刃211が図4中に実線で示す位置から点線で示す位置に変化する。実施形態1では、加工ユニット20のスピンドルアセンブリ23の温度が1℃変化した時の切削ブレード21のY軸方向の位置の変化212は、1μmである。このために、実施形態1に係る加工装置1は、スピンドルアセンブリ23の温度が変化する即ち冷却ユニット28によるスピンドルアセンブリ23の冷却状態に異常が生じると加工精度が低下してしまう。
加工装置1の制御ユニット100は、加工装置1の加工動作中、図5に示すフローチャートを繰り返し実行する。制御ユニット100は、温度検出手段70からのスピンドルハウジング25の温度に応じた信号からスピンドルハウジング25の温度を検出(算出)して、時刻と対応付けて記憶装置に記憶する(ステップST1)。制御ユニット100は、ステップST1において温度検出手段70などで検出されたスピンドルハウジング25の温度が、第1の所定値以上または第1の所定値よりも低い第2の所定値以下であるか否かを判断する(ステップST2)。
制御ユニット100は、ステップST1において温度検出手段70などで検出されたスピンドルハウジング25の温度が、第1の所定値以上または第1の所定値よりも低い第2の所定値以下であると判断する(ステップST2:Yes)と、冷却ユニット28の冷却状態に異常に生じたと判断し、報知ユニット80にランプ81を点灯させてオペレータに異常である旨を報知するとともに、表示ユニットに異常である旨を表示して、加工動作を一旦停止する(ステップST3)。
制御ユニット100は、ステップST1において温度検出手段70などで検出されたスピンドルハウジング25の温度が、第1の所定値以上または第1の所定値よりも低い第2の所定値以下ではないと判断する(ステップST2:No)と、記憶装置に記憶された時刻と対応付けられた温度検出手段70等が検出したスピンドルハウジング25の温度を参照して、一定時間における温度検出手段70等で検出されたスピンドルハウジング25の温度変化が第3の所定値以上であるか否かを判断する(ステップST4)。
制御ユニット100は、一定時間における温度検出手段70等で検出されたスピンドルハウジング25の温度変化が第3の所定値以上であると判断する(ステップST4:Yes)と、冷却ユニット28の冷却状態に異常に生じたと判断し、報知ユニット80にランプ81を点灯させてオペレータに異常である旨を報知するとともに、表示ユニットに異常である旨を表示して、加工動作を一旦停止する(ステップST3)。制御ユニット100は、一定時間における温度検出手段70等で検出されたスピンドルハウジング25の温度変化が第3の所定値以上ではないと判断する(ステップST4:No)と、ステップST1に戻る。
このように、制御ユニット100は、ステップST2及びステップST4において、温度検出手段70で検出されたスピンドルハウジング25の温度に基づいてスピンドルアセンブリ23の冷却状態で正常か異常かを判断する。
なお、第1の所定値、第2の所定値、第3の所定値及び一定時間は、被加工物200の切削加工において必要とされる加工精度等から適宜定められ、加工内容情報として制御ユニット100の記憶装置に記憶される。例えば、第1の所定値は、30℃であり、第2の所定値は、15℃であり、第3の所定値は、1℃であり、一定時間は、1分である。
以上、説明したように、実施形態1に係る加工装置1は、スピンドルハウジング25の温度を検出する温度検出手段70を備え、温度検出手段70で検出された温度に基づいてスピンドルアセンブリ23の冷却状態が正常か異常かを判断するため、冷却状態が異常であると加工動作を一旦停止させることができる。よって、加工装置1は、加工精度が低下することを抑制することができる。
また、加工装置1は、制御ユニット100がスピンドルハウジング25の温度が第1の所定値以上または第2の所定値以下であると判断すると、冷却ユニット28の冷却状態に異常に生じたと判断し、加工動作を一旦停止するので、スピンドルアセンブリ23の冷却状態が異常である時に加工動作を停止させて、加工精度が低下することができる。
また、加工装置1は、制御ユニット100がスピンドルハウジング25の温度が一定時間における温度検出手段70等で検出されたスピンドルハウジング25の温度変化が第3の所定値以上であると判断すると、冷却ユニット28の冷却状態に異常に生じたと判断し、加工動作を一旦停止するので、スピンドルアセンブリ23の冷却状態が異常である時に加工動作を停止させて、加工精度が低下することができる。
〔実施形態2〕
本発明の実施形態2に係る加工装置を図面に基づいて説明する。図6は、実施形態2に係る加工装置の制御ユニットが記憶した補正データの一例を示す図である。図7は、実施形態2に係る加工装置の制御ユニットが加工動作中に繰り返し実行するフローチャートである。なお、図7は、実施形態1と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
実施形態2に係る加工装置1は、制御ユニット100が加工内容情報として、分割予定ライン203のY軸方向の位置を示す情報に対応付けられた基準温度と、図6に示す補正データ300を記憶し、制御ユニット100が加工動作中に繰り返し実行する図7に示すフローチャートの一部が異なること以外、実施形態1と同じである。基準温度は、加工内容情報として記憶した各分割予定ライン203のY軸方向の位置を示す情報通りに切削ブレード21を位置付けると、各分割予定ライン203の所望の位置を切削することができるスピンドルハウジング25の温度である。
図6に示す補正データ300は、温度検出手段70が検出したスピンドルハウジング25の温度の基準温度からの温度差と、切削ブレード21のY軸方向の位置の補正値とを1対1で対応付けたデータである。補正値は、加工内容情報として記憶した各分割予定ライン203のY軸方向の位置からの各分割予定ライン203の所望の位置を切削することができる切削ブレード21のY軸方向の位置までの距離を示している。即ち、補正値は、スピンドルシャフト22が基準温度からの温度変化により膨張収縮した際に、各分割予定ライン203の所望の位置を切削するために、加工内容情報として記憶した各分割予定ライン203のY軸方向の位置に加える値である。なお、図6に示す補正値のマイナスとは、加工内容情報として記憶した各分割予定ライン203のY軸方向の位置から図4中の矢印Y1側の位置を示し、図6に示す補正値のプラスとは、加工内容情報として記憶した各分割予定ライン203のY軸方向の位置から図4中の矢印Y2側の位置を示している。
実施形態2に係る加工装置1の制御ユニット100は、加工動作中に図7に示すフローチャートを繰り返し実行し、一定時間における温度検出手段70等で検出されたスピンドルハウジング25の温度変化が第3の所定値以上ではないと判断する(ステップST4:No)と、スピンドルハウジング25の温度の変化に基づいて、図6に示す補正データ300通りに切削ブレード21のY軸方向の位置を補正して、加工動作を実施し(ステップST5)、ステップST1に戻る。
具体的には、制御ユニット100は、補正データ300を参照して、基準温度と温度検出手段70で検出されたスピンドルハウジング25の温度との温度差を求め、温度差に対応付けられた補正値を抽出する。なお、制御ユニット100は、補正データ300に求めた温度差が定められていない場合には、最も近い温度差に対応付けられた補正値を抽出しても良く、最も近い2つの温度差に対応付けられた2つの補正値から補正値を求めても良い。制御ユニット100は、加工内容情報に記憶された各分割予定ラインのY軸方向の位置を示す情報に対して、Y軸移動ユニット43で切削ブレード21のY軸方向の位置を補正値とおりに補正して、加工動作を実施する。
こうして、実施形態2では、制御ユニット100は、温度検出手段70で検出されたスピンドルハウジング25の温度の変化に基づいて移動ユニット40で切削ブレード21の被加工物200に対する位置を補正する。
実施形態2に係る加工装置1は、スピンドルハウジング25の温度を検出する温度検出手段70を備え、温度検出手段70で検出された温度に基づいてスピンドルアセンブリ23の冷却状態が正常か異常かを判断するため、冷却状態が異常であると加工動作を一旦停止させることができる。よって、加工装置1は、加工精度が低下することを抑制することができる。
また、実施形態2に係る加工装置1は、温度検出手段70で検出されたスピンドルハウジング25の温度の変化に基づいて移動ユニット40で切削ブレード21の被加工物200に対する位置を補正するので、切削ブレード21を加工内容情報で定められた位置に近付けることができ、加工精度が低下することをより抑制することができる。
〔実施形態3〕
本発明の実施形態3に係る加工装置を図面に基づいて説明する。図8は、実施形態3に係る加工装置の加工ユニットの要部を一部断面で示す側面図である。図9は、実施形態3に係る加工装置の制御ユニットが記憶した補正データの一例を示す図である。図10は、実施形態3に係る加工装置の制御ユニットが加工動作中に繰り返し実行するフローチャートである。なお、図8及び図10は、実施形態1と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
実施形態3に係る加工装置1は、図8に示すように、冷却ユニット28が流量調節手段である流量制御弁274を開閉弁271と冷却流体路27との間に有し、制御ユニット100が加工内容情報として、各分割予定ライン203のY軸方向の位置を示す情報に対応付けられた基準温度と、基準温度に対応付けられた流量制御弁274の開度である基準開度と、図9に示す補正データ400を記憶し、制御ユニット100が加工動作中に繰り返し実行する図10に示すフローチャートの一部が異なること以外、実施形態1と同じである。
流量制御弁274は、冷却流体供給源272から冷却流体路27に供給される冷却水の流量を調節する弁である。基準温度は、加工内容情報として記憶した各分割予定ライン203のY軸方向の位置を示す情報通りに切削ブレード21を位置付けると、各分割予定ライン203の所望の位置を切削することができるスピンドルハウジング25の温度である。基準開度は、スピンドルハウジング25の温度が基準温度であるときに、スピンドルハウジングの温度を基準温度に維持することができる流量制御弁274の開度である。
図9に示す補正データ400は、温度検出手段70が検出したスピンドルハウジング25の温度の基準温度からの温度差と、流量制御弁274の開度の補正値とを1対1で対応付けたデータである。補正値は、加工内容情報として記憶した基準開度とスピンドルハウジング25の温度を基準温度に近付けることができる流量制御弁274の開度との差を示している。即ち、補正値は、スピンドルシャフト22が基準温度からの温度変化により膨張収縮した際に、各分割予定ライン203の所望の位置を切削するために、加工内容情報として記憶した基準開度に加える値である。なお、図9に示す補正値のマイナスとは、加工内容情報として記憶した基準開度から開度を小さくする値を示し、図9に示す補正値のプラスとは、基準開度から開度を大きくする値を示している。
実施形態3に係る加工装置1の制御ユニット100は、加工動作中に図10に示すフローチャートを繰り返し実行し、一定時間における温度検出手段70等で検出されたスピンドルハウジング25の温度変化が第3の所定値以上ではないと判断する(ステップST4:No)と、温度検出手段70で検出されたスピンドルハウジング25の温度に基づいて、図9に示す補正データ400通りに流量制御弁274の開度を調節して、加工動作を実施し(ステップST6)、ステップST1に戻る。
具体的には、制御ユニット100は、補正データ400を参照して、基準温度と温度検出手段70で検出されたスピンドルハウジング25の温度との温度差を求め、求めた温度差に対応付けられた補正値を抽出する。なお、制御ユニット100は、補正データ300に求めた温度差が定められていない場合には、最も近い温度差に対応付けられた補正値を抽出しても良く、最も近い2つの温度差に対応付けられた2つの補正値から補正値を求めても良い。制御ユニット100は、流量制御弁274の開度を加工内容情報に記憶された基準開度に補正値を加えた開度に補正して、加工動作を実施する。
こうして、実施形態2では、制御ユニット100は、温度検出手段70で検出されたスピンドルハウジング25の温度に基づいて流量制御弁274を制御する。
実施形態3に係る加工装置1は、スピンドルハウジング25の温度を検出する温度検出手段70を備え、温度検出手段70で検出された温度に基づいてスピンドルアセンブリ23の冷却状態が正常か異常かを判断するため、冷却状態が異常であると加工動作を一旦停止させることができる。よって、加工装置1は、加工精度が低下することを抑制することができる。
また、実施形態3に係る加工装置1は、温度検出手段70で検出されたスピンドルハウジング25の温度に基づいて流量制御弁274を制御するので、スピンドルハウジング25の温度を基準温度に近付けることができ、切削ブレード21を加工内容情報で定められた位置に近付けることができて、加工精度が低下することをより抑制することができる。
〔変形例〕
本発明の実施形態1の変形例に係る加工装置を図面に基づいて説明する。図11は、実施形態1の変形例に係る加工装置の構成例を示す斜視図である。図12は、図11に示された加工装置の加工ユニットを一部断面で示す側面図である。
変形例では、加工装置1-2は、被加工物200を研削加工(加工に相当)する研削装置である。加工装置1-2は、図11に示すように、装置本体2と、移動手段である移動ユニット40-2と、被加工物200を研削加工する加工手段である2つの加工ユニット20-2と、ターンテーブル7上に設置された例えば3つのチャックテーブル10-2と、カセット51-1,51-2と、位置合わせユニット4と、搬入ユニット5と、搬出ユニット6と、洗浄ユニット60-2と、搬出入ユニット3と、少なくとも加工ユニット20-2を制御する制御手段である制御ユニット100-2とを備えている。
ターンテーブル7は、装置本体2の上面に設けられた円盤状のテーブルであり、水平面内で回転可能に設けられ、所定のタイミングで回転駆動される。このターンテーブル7上には、例えば3つのチャックテーブル10-2が、例えば120度の位相角で等間隔に配設されている。これら3つのチャックテーブル10-2は、保持面11-2に真空チャックを備えたチャックテーブル構造のものであり、保持面11-2に図示しない保護テープ介して被加工物200の表面202側を吸引保持する。これらチャックテーブル10-2は、研削加工時には、鉛直方向と平行な軸を回転軸として、回転駆動機構によって水平面内で回転駆動される。このようなチャックテーブル10-2は、ターンテーブル7の回転によって、2つの加工ユニット20-2の双方から離れる搬入搬出位置、一方の加工ユニット20-2の下方の粗研削位置、他方の加工ユニット20-2の下方の仕上げ研削位置、搬入搬出位置に順次移動される。
加工ユニット20-2は、スピンドルシャフト22-2の先端である下端に装着された研削砥石212-2を有する加工工具である研削ホイール21-2を回転させながら粗研削位置又は仕上げ研削位置のチャックテーブル10-2に保持された被加工物200の裏面205に鉛直方向と平行なZ軸方向に沿って押圧することによって、被加工物200の裏面205を研削加工するためのものである。なお、変形例では、一方の加工ユニット20-2が被加工物200を粗研削加工し、他方の加工ユニット20-2が被加工物200を仕上げ研削加工する。
加工ユニット20-2は、図12に示すように、被加工物200を研削加工する研削ホイール21-2と、スピンドルアセンブリ23-2とを備える。研削ホイール21-2は、スピンドルシャフト22-2の先端に装着されるホイール基台211-2と、ホイール基台211-2の下面に複数装着されかつ砥粒をボンド剤で固定した研削砥石212-2と、を備える。
スピンドルアセンブリ23-2は、研削ホイール21-2が下端に装着されるスピンドルシャフト22-2と、スピンドルシャフト22-2を軸心回りに回転するスピンドルモータ24-2と、スピンドルシャフト22-2の下端を除く部分及びスピンドルモータ24-2を収容するスピンドルハウジング25-2と、を備える。
スピンドルシャフト22-2は、円柱状に形成されている。スピンドルシャフト22-2は、基端部に配置されたスピンドルモータ24-2により軸心回りに回転される。スピンドルシャフト22-2は、スピンドルモータ24-2により軸心回りに回転されることで、下端に装着された研削ホイール21-2を回転させて被加工物200を研削加工する。
スピンドルハウジング25-2は、スピンドルシャフト22-2を先端を露出させかつ先端を除く部分を収容することで、スピンドルシャフト22-2が挿通されている。スピンドルハウジング25-2は、Z軸移動ユニット44-2によりZ軸方向に移動自在に支持されている。
スピンドルハウジング25-2は、スピンドルシャフト22-2の先端を除く部分を収容する軸心に対して直交する断面形状が円形の収容孔251-2が内部に形成されている。スピンドルハウジング25-2の収容孔251-2の内径は、スピンドルシャフト22-2の外径よりも大きい。スピンドルハウジング25-2は、スピンドルシャフト22-2を軸心回りに回転自在に支持するエアベアリング26-2を含んでいる。
エアベアリング26-2は、収容孔251-2の外周側でかつスピンドルハウジング25-2内に設けられているとともに、スピンドルハウジング25-2の軸心方向に延びた環状エアー供給路261-2と、ラジアルエアベアリング262-2と、図示しないスラストエアベアリングと、を備える。環状エアー供給路261-2は、エアー供給路266-2を通してスピンドルハウジング25-2の外部の加圧エアー供給源から加圧されたエアーが供給される。
ラジアルエアベアリング262-2は、環状エアー供給路261-2と収容孔251-2の内面とに開口した複数のラジアル分岐路264-2で構成されている。ラジアル分岐路264-2は、スピンドルハウジング25-2の軸心方向及び周方向に等間隔に配置され、環状エアー供給路261-2と収容孔251-2の内面とに亘ってスピンドルハウジング25-2の径方向に延在している。加圧エアー供給源から供給された加圧されたエアーをラジアルエアベアリング262-2がラジアル分岐路264-2を通して収容孔251-2の内面に噴射することなどで、エアベアリング26-2は、スピンドルシャフト22-2をエアーでスピンドルハウジング25-2に対して軸心回りに回転自在に支持する。
また、スピンドルハウジング25-2には、エアベアリング26-2を囲繞した冷却流体路27-2が形成されている。冷却流体路27-2は、エアベアリング26-2の環状エアー供給路261-2の外周側でかつスピンドルハウジング25-2内に設けられているとともに、スピンドルハウジング25-2の軸心方向に延びている。冷却流体路27-2は、一端が開閉弁271-2を介して冷却流体としての冷却水を供給する冷却流体供給源272-2に接続されているとともに、他端がスピンドルハウジング25の外表面に開口した冷却流体排出口273-2に連通している。冷却流体路27-2は、開閉弁271-2を介して冷却流体供給源272-2から冷却水が供給され、冷却水がスピンドルハウジング25-2の発生する熱により加熱され、加熱された冷却水を冷却流体排出口273-2から排出することで、スピンドルアセンブリ23-2を冷却する。なお、冷却流体路27-2、開閉弁271-2、及び冷却流体供給源272-2は、スピンドルアセンブリ23を冷却する冷却手段である冷却ユニット28-2を構成する。
また、加工装置1-2は、図12に示すように、温度検出手段70-2を備えている。温度検出手段70-2は、スピンドルハウジング25-2の温度を検出するものであり、変形例では、スピンドルハウジング25-2の温度に応じた信号を制御ユニット100-2に出力する温度検出素子である。変形例では、温度検出手段70-2は、サーミスタ又は熱電対などの温度検出素子により構成される。なお、サーミスタは、スピンドルハウジング25-2の温度に応じた電気的な抵抗値が変化することで、前述した信号を制御ユニット100-2に出力する。熱電対は、前述した信号としてのスピンドルハウジング25-2の温度に応じた熱起電力を制御ユニット100-2に出力する。実施形態1では、温度検出手段70-2は、スピンドルハウジング25-2内の外表面と冷却流体路27-2との間でかつ研削ホイール21-2寄りに配置されているが、本発明では、温度検出手段70-2の配置される位置は、これに限定されることなく、例えば、スピンドルハウジング25-2の外表面上でも良い。また、温度検出手段70-2は、スピンドルハウジング25-2の極力研削ホイール21-2寄りの箇所に設けられるのが望ましい。
なお、加工ユニット20-2の研削ホイール21-2、スピンドルシャフト22-2及びスピンドルハウジング25-2の軸心は、Z軸方向と平行に設定されている。
移動ユニット40-2は、研削ホイール21-2を被加工物200に対して移動させる移動手段である。移動ユニット40-2は、チャックテーブル10を鉛直方向と平行なZ軸方向に加工ユニット20-2を移動させるZ軸移動ユニット44-2を少なくとも備える。Z軸移動ユニット44-2は、加工ユニット20-2と1対1で対応付けられ、対応付けられた加工ユニット20-2をZ軸方向に移動させる。Z軸移動ユニット44-2は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のモータ及び加工ユニット20-2をZ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。
また、加工装置1-2は、加工ユニット20-2のZ軸方向の位置を検出するためのZ軸方向位置検出ユニットを備える。Z軸方向位置検出ユニットは、加工ユニット20-2のZ軸方向の位置を制御ユニット100-2に出力する。
カセット51-1,51-2は、複数の被加工物200を収容するための収容器である。一方のカセット51-1は、研削加工前の被加工物200を収容し、他方のカセット51-2は、研削加工後の被加工物200を収容する。また、位置合わせユニット4は、カセット51-1から取り出された被加工物200が仮置きされて、その中心位置合わせを行うためのテーブルである。
搬入ユニット5は、吸着パッドを有し、位置合わせユニット4で位置合わせされた研削加工前の被加工物200を吸着保持して搬入搬出位置に位置するチャックテーブル10-2上に搬入する。搬出ユニット6は、搬入搬出位置に位置するチャックテーブル10-2上に保持された研削加工後の被加工物200を吸着保持して洗浄ユニット60-2に搬出する。
搬出入ユニット3は、例えばU字型ハンドを備えるロボットピックであり、U字型ハンドによって被加工物200を吸着保持して被加工物200を搬送する。具体的には、搬出入ユニット3は、研削加工前の被加工物200をカセット51-1から位置合わせユニット4へ搬出するとともに、研削加工後の被加工物200を洗浄ユニット60-2からカセット51-2へ搬入する。洗浄ユニット60-2は、研削加工後の被加工物200を洗浄し、研削加工された加工面に付着している研削屑及び研磨屑等のコンタミネーションを除去する。
制御ユニット100-2は、加工装置1-2を構成する上述した構成要素をそれぞれ制御するものである。即ち、制御ユニット100-2は、被加工物200に対する研削加工動作を加工装置1-2に実行させるものである。制御ユニット100-2は、コンピュータプログラムを実行可能なコンピュータである。制御ユニットは、CPU(central processing unit)のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ROM(read only memory)又はRAM(random access memory)のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。制御ユニット100-2の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行して、加工装置1-2を制御するための制御信号を生成する。制御ユニット100-2の演算処理装置は、生成した制御信号を入出力インターフェース装置を介して加工装置1-2の各構成要素に出力する。また、制御ユニット100-2は、実施形態1と同様に、入力ユニット、表示ユニット及び報知ユニット80が接続している。
変形例に係る加工装置1-2の制御ユニット100-2は、加工動作中に実施形態1に係る加工装置1と同様に、図5に示すフローチャートを繰り返し実行する。
変形例に係る加工装置1-2は、スピンドルハウジング25-2の温度を検出する温度検出手段70-2を備え、温度検出手段70-2で検出された温度に基づいてスピンドルアセンブリ23-2の冷却状態が正常か異常かを判断するため、冷却状態が異常であると加工動作を一旦停止させることができる。よって、加工装置1-2は、加工精度が低下することを抑制することができる。
なお、変形例に係る加工装置1-2は、加工動作中に図5に示すフローチャートを繰り返し実行したが、本発明では、実施形態2及び実施形態3と同様に、図7に示すフローチャート又は図10に示すフローチャートを繰り返し実行しても良い。
なお、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。なお、実施形態1から実施形態3では、加工装置1として切削装置を示し、変形例では、加工装置1-2として研削装置を示したが、本発明では、これらに限定されることなく、加工装置は、研磨装置、バイト切削装置などの各種の加工装置でも良い。また、実施形態1から実施形態3では、加工装置1は、ステップST2とステップST4との双方を実行しているが、本発明では、これに限定されることなく、加工装置は、ステップST2とステップST4との一方を実行しても良い。
1,1-2 加工装置
20,20-2 加工ユニット(加工手段)
21 切削ブレード(加工工具)
21-2 研削ホイール(加工工具)
22,22-2 スピンドルシャフト
23,23-2 スピンドルアセンブリ
25,25-2 スピンドルハウジング
26,26-2 エアベアリング
27,27-2 冷却流体路
40,40-2 移動ユニット(移動手段)
70,70-2 温度検出手段
100,100-2 制御ユニット(制御手段)
200 被加工物
272 冷却流体供給源
273 冷却流体排出口
274 流量制御弁(流量調節手段)

Claims (4)

  1. 被加工物を加工する加工手段と少なくとも該加工手段を制御する制御手段とを備えた加工装置であって、
    該加工手段は、被加工物を加工する加工工具と、
    該加工工具が先端に装着されるスピンドルシャフトと該スピンドルシャフトをエアーで支持するエアベアリングを含み該スピンドルシャフトが挿通されるスピンドルハウジングとを有したスピンドルアセンブリと、を有し、
    該スピンドルハウジングには、該エアベアリングを囲繞して該スピンドルアセンブリを冷却する、一端が冷却流体供給源に接続されるとともに他端が該スピンドルハウジングの冷却流体排出口に連通した冷却流体路が形成され、
    該加工装置は、該スピンドルハウジングの温度を検出する温度検出手段を備え、
    該制御手段は、該温度検出手段で検出された該スピンドルハウジングの温度が第1の所定値以上または第1の所定値よりも低い第2の所定値以下であるか否かを判断し、第1の所定値以上または第2の所定値以下の時に該スピンドルアセンブリを冷却する冷却ユニットの冷却状態が異常と判断し、
    該第1の所定値以上または第2の所定値以下ではないと判断すると、一定時間における該温度検出手段で検出された該スピンドルハウジングの温度変化が第3の所定値以上であるか否かを判断し、第3の所定値以上の時に該冷却ユニットの冷却状態が異常と判断する、加工装置。
  2. 該加工工具を被加工物に対して移動させる移動手段を備え、
    該制御手段は、該温度検出手段で検出された該スピンドルハウジングの温度の変化に基づいて該移動手段で該加工工具の被加工物に対する位置を補正する、請求項1に記載の加工装置。
  3. 該冷却流体供給源から供給される冷却流体の流量を調節する流量調節手段を有し、
    該制御手段は、該温度検出手段で検出された該スピンドルハウジングの温度に基づいて該流量調節手段を制御する、請求項1に記載の加工装置。
  4. 該被加工物は、半導体ウエーハ又は光デバイスウエーハである請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の加工装置。
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