TW202031424A - 研削裝置 - Google Patents

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桑名一孝
中山英和
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日商迪思科股份有限公司
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Abstract

[課題]於研削被加工物的裝置中，為了提高生產效率而縮短空切時間。[解決手段]裝置1，其具備：手段31，其以研削磨石314b研削保持於保持手段5之被加工物W；研削進給手段21，其使研削手段31與保持手段5相對接近、分開；手段37B，其配設於研削手段31並檢測研削磨石314b接觸到被加工物時的負載；及控制手段9；其中，將研削手段31接近被加工物直到研削磨石314b之研削面與被加工物的上表面之間成為些微距離L3為止之高度位置設為空切開始位置Z3；控制手段9係使在從空切開始位置Z3到研削磨石314b研削面接觸被加工物上表面為止的距離L3中之空切進給速度V3比研削磨石314b研削被加工物時之研削加工進給速度更快，且負載檢測手段37B檢測到負載時，將空切進給速度V3切換為研削加工進給速度。

Description

研削裝置
本發明係關於一種研削裝置，將被加工物以研削磨石研削並薄化至所求厚度。
以研削磨石研削被加工物之研削裝置係在接近被加工物的方向將研削磨石進行研削進給，並為了在研削磨石接觸被加工物時不會對被加工物及研削磨石施加巨大的衝擊而損壞被加工物及研削磨石，而在研削磨石接觸被加工物前設定有減緩研削進給速度之被稱為空切（air-cut）的製程（例如參照專利文獻1）。
空切係設定被加工物的上表面與研削磨石的研削面（下端面）之間的些微距離、以及在移動該距離時的緩慢移動速度，該緩慢移動速度係設定成與研削磨石接觸被加工物以進行研削加工時的進給速度相同。亦即，所謂空切，係指從高於被加工物厚度的位置起，以與研削加工進給速度相同的速度使研削輪一邊空轉一邊下降。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-246614號公報 [專利文獻2]日本特開2008-049445號公報
[發明所欲解決的課題] 例如在被加工物加工至完工厚度為止前進行粗研削之粗研削加工中，被加工物的上表面與研削磨石的研削面之間接近至100μm時，使空切進給速度與研削加工進給速度同為6μm／秒。因此，到該研削面接觸被加工物的上表面為止，約花費17秒鐘。又，將經粗研削的被加工物研削至完工厚度為止之精研削加工中，被加工物的上表面與研削磨石的研削面之間接近至20μm時，使研削加工進給速度成為0.6μm／秒。因此，到研削面接觸被加工物的上表面為止，約花費33秒鐘。 因此，在研削被加工物之研削裝置中，有為了提高生產效率而要縮短空切時間之課題。
[解決課題的技術手段] 用於解決上述課題的本發明係一種研削裝置，其至少具備：保持手段，其保持被加工物；研削手段，其可旋轉地裝設環狀配設有研削磨石之研削輪，並以該研削磨石研削保持於該保持手段之被加工物；研削進給手段，其使該研削手段與該保持手段在相對接近或分開的方向移動；負載檢測手段，其配設於該保持手段與該研削手段的至少一者，並檢測該研削磨石接觸到保持於該保持手段之被加工物時的負載；及控制手段，其至少控制該研削進給手段；其中，將該研削手段接近被加工物直到該研削磨石的研削面與保持於該保持手段之被加工物的上表面之間成為些微距離為止之高度位置設為空切開始位置；該控制手段係將從該空切開始位置到該研削磨石的研削面接觸被加工物的上表面為止的距離中的空切進給速度設為比該研削磨石研削被加工物時之研削加工進給速度更快的速度，且該負載檢測手段檢測到負載時，將該空切進給速度切換為該研削加工進給速度，並研削至所求厚度。
前述控制手段較佳為以前述空切進給速度使前述研削手段與前述保持手段在相對接近的方向移動，且在前述負載檢測手段檢測負載前該研削手段之主軸馬達的負載電流值超過預先設定的臨界值時，就將該空切進給速度切換成前述研削加工進給速度。
[發明功效] 本發明之研削裝置至少具備：保持手段，其保持被加工物；研削手段，其可旋轉地裝設環狀配設有研削磨石之研削輪，並以研削磨石研削保持於保持手段之被加工物；研削進給手段，其使研削手段與保持手段在相對接近或分開的方向移動；負載檢測手段，其配設於保持手段與研削手段的至少一者，並檢測研削磨石接觸到保持於保持手段之被加工物時的負載；及控制手段，其至少控制研削進給手段；其中，將研削手段接近被加工物直到研削磨石的研削面與保持於保持手段之被加工物的上表面之間成為些微距離為止之高度位置設為空切開始位置；控制手段係將從空切開始位置到研削磨石的研削面接觸被加工物的上表面為止的距離中的空切進給速度設為比研削磨石研削被加工物時之研削加工進給速度更快的速度（例如研削加工進給速度之三倍速度），且負載檢測手段檢測到負載時，將空切進給速度切換成研削加工進給速度，並研削至所求厚度，藉此能縮短空切時間，並且能提高被加工物研削中的生產效率。
控制手段係以空切進給速度使研削手段與保持手段在相對接近的方向移動，在負載檢測手段檢測到負載前研削手段之主軸馬達的負載電流值超過事先設定臨界值時，則將空切進給速度切換成更慢的研削加工進給速度，藉此能適當地繼續進行研削，且例如能將負載檢測手段故障一事通知操作者等。
圖1所示之研削裝置1係具備粗研削手段30及精研削手段31，並藉由粗研削手段30或精研削手段31研削保持於任一保持手段5上之被加工物W的裝置。 例如於第一裝置基座10的後方（+Y方向側）連結第二裝置基座11而構成研削裝置1。第一裝置基座10上成為進行搬出入被加工物W等之搬出入區域A。第二裝置基座11上成為藉由粗研削手段30或精研削手段31而研削加工由保持手段5保持的被加工物W之研削加工區域B。
被加工物W例如為由矽母材等所構成的圓形半導體晶圓，圖1中朝向下方的被加工物W之正面Wa係形成有多個元件，並黏貼保護膠膜T而進行保護。被加工物W之背面Wb成為實施研削加工之被加工面，亦即上表面Wb。此外，被加工物W除了矽以外也可由砷化鎵、藍寶石、氮化鎵、陶瓷、樹脂或碳化矽等構成，也可為封裝基板等。
在第一裝置基座10之正面側（－Y方向側）設置有第一卡匣載置部150及第二卡匣載置部151，第一卡匣載置部150載置有容納加工前之被加工物W之第一卡匣150a，第二卡匣載置部151載置有容納加工後之被加工物W之第二卡匣151a。
在第一卡匣150a的開口後方配設有機械手155，其係從第一卡匣150a搬出加工前的被加工物W且將加工後的被加工物W搬入第二卡匣151a。在與機械手155鄰接的位置設置有暫置區域152，暫置區域152配設有對位手段153。對位手段153係將從第一卡匣150a搬出並載置於暫置區域152之被加工物W以縮徑的對位銷對位（中心校正）於預定位置。
在與對位手段153鄰接的位置配置有裝載臂154a，其在保持被加工物W的狀態下進行回旋。裝載臂154a係保持在對位手段153中經對位之被加工物W，並搬送往配設於研削加工區域B內之任一保持手段5。裝載臂154a的旁邊設置有卸載臂154b，其在保持加工後的被加工物W的狀態下進行回旋。在與卸載臂154b接近的位置配置有單片式清洗手段156，其清洗以卸載臂154b搬送之加工後的被加工物W。經清洗手段156清洗之被加工物W係藉由機械手155而搬入至第二卡匣151a。
在第二裝置基座11上的後方（+Y方向側）立設有第一柱體12，在第一柱體12的前表面配設有粗研削進給手段20，其使粗研削手段30與保持手段5在相對接近或分開的Z軸方向（垂直方向）移動。粗研削進給手段20係由具有垂直方向（Z軸方向）軸心之滾珠螺桿200、與滾珠螺桿200平行配設之一對導軌201、與滾珠螺桿200連結且使滾珠螺桿200轉動之馬達202以及內部的螺帽與滾珠螺桿200螺合且側部滑動接觸導軌201之升降板203所構成，若馬達202使滾珠螺桿200轉動，則伴隨於此升降板203會被導軌201導引而在Z軸方向來回移動，裝設於升降板203之粗研削手段30亦在Z軸方向來回移動。
粗研削手段30具備：主軸300，其軸方向為垂直方向（Z軸方向）；外殼301，其將主軸300支撐成可旋轉的；主軸馬達302，其旋轉驅動主軸300；圓形狀的安裝件303，其與主軸300的下端連接；研削輪304，其可裝卸地與安裝件303的下表面連接；及支架306，其與升降板203連結且為縱剖面略凹狀，並保持外殼301。接著，研削輪304具備輪基台304a與多個粗研削磨石304b，該多個粗研削磨石304b係環狀配設於輪基台304a的底面且呈大致長方體形狀。粗研削磨石304b係例如磨石中所含的磨粒較大之磨石。
例如在主軸300內部形成有往Z軸方向延伸之研削水流路，該研削水流路係與圖中未表示的研削水供給手段連通。由研削水供給手段對主軸300供給之研削水係由研削水流路的下端開口朝向粗研削磨石304b往下方噴出，並到達粗研削磨石304b與被加工物W的接觸部位。
又，在第二裝置基座11上的後方立設有與第一柱體12在X軸方向並排的第二柱體13，第二柱體13的前表面配設有精研削進給手段21。精研削進給手段21係由具有垂直方向（Z軸方向）軸心之滾珠螺桿210、與滾珠螺桿210平行配設之一對導軌211、與滾珠螺桿210連結並使滾珠螺桿210轉動之馬達212以及內部的螺帽與滾珠螺桿210螺合且側部滑動接觸導軌211之升降板213所構成，若馬達212使滾珠螺桿210轉動，則伴隨於此升降板213會被導軌211導引而在Z軸方向來回移動，裝設於升降板213之精研削手段31亦在Z軸方向來回移動。
精研削手段31係由下述構件所構成：主軸310，其軸方向為垂直方向（Z軸方向）；外殼311，其將主軸310支撐成可旋轉的；主軸馬達312，其旋轉驅動主軸310；圓形狀的安裝件313，其與主軸310的下端連接；研削輪314，其可裝卸地與安裝件313的下表面連接；及支架316，其與升降板213連結且為縱剖面略凹狀並保持外殼311。接著，研削輪314具備輪基台314a與多個精研削磨石314b，該多個精研削磨石314b係環狀配設於輪基台314a的底面且呈大致長方體形狀。精研削磨石314b係例如磨石中所含的磨粒較小之磨石。
例如在主軸310的內部形成有往Z軸方向延伸之研削水流路，該研削水流路係與圖中未表示的研削水供給手段連通。由研削水供給手段對主軸310供給之研削水係由研削水流路的下端開口朝向精研削磨石314b往下方噴出，並到達精研削磨石314b與被加工物W的接觸部位。
如圖1所示，第二裝置基座11上配設有旋轉台6，旋轉台6的上表面例如在圓周方向等間隔地配設有三個保持手段5。旋轉台6的下方配設有用於使旋轉台6自轉之旋轉手段66，旋轉手段66可使旋轉台6繞著Z軸方向的軸心自轉。藉由旋轉台6自轉而可使三個保持手段5公轉，並可將保持手段5從暫置區域152的鄰近處依序定位於粗研削手段30的下方及精研削手段31的下方。
保持手段5例如其外形為圓形狀，並具備吸附被加工物W之由多孔構件等所構成的吸附部50及支撐吸附部50之框體51。吸附部50係與真空產生裝置等圖中未表示的吸引源連通，並將吸引源進行吸引而產生的吸引力傳遞至吸附部50的露出面之保持面50a，藉此保持手段5可在保持面50a上吸引保持被加工物W。保持手段5例如被固定於俯視呈圓形狀的工作台基台55上，並可在旋轉台6上繞著Z軸方向的軸心旋轉。
在與定位於粗研削手段30或精研削手段31下方之保持手段5鄰接的位置，亦即，本實施方式中係在配設於旋轉台6中央之支撐台60上，例如分別配設有接觸式測量被加工物W厚度之第一厚度測量手段38A與第二厚度測量手段38B。第一厚度測量手段38A與第二厚度測量手段38B因具備相同構造，故以下僅說明第一厚度測量手段38A。第一厚度測量手段38A具備例如一對厚度測量器（高度規），亦即，測量保持手段5之保持面50a的高度位置用的第一厚度測量器381，與測量以保持手段5保持之被加工物W的被研削面亦即上表面Wb的高度位置用的第二厚度測量器382。
第一厚度測量器381及第二厚度測量器382係於其各前端具備有在上下方向升降並接觸各測量面之接頭。第一厚度測量器381（第二厚度測量器382）係被支撐為可上下移動，且可對各測量面以適當的力量推抵。第一厚度測量手段38A係藉由第一厚度測量器381而檢測成為基準面之框體51的上表面之高度位置，並藉由第二厚度測量器382而檢測被研削之被加工物W的上表面Wb之高度位置，計算兩者檢測值的差，藉此可在研削中逐次測量被加工物W的厚度。
研削裝置1具備有至少可控制粗研削進給手段20及精研削進給手段21之控制手段9。以CPU及記憶體等記憶部90等構成之控制手段9，與例如粗研削進給手段20、精研削進給手段21、粗研削手段30及旋轉手段66等電性連接，在控制手段9之控制下控制下述運作：由粗研削進給手段20所進行的粗研削手段30之粗研削加工進給運作、由精研削進給手段21所進行的精研削手段31之精研削加工進給運作、粗研削手段30中的粗研削磨石304b之旋轉運作以及由旋轉手段66所進行的旋轉台6之旋轉運作等。
例如粗研削進給手段20之馬達202及精研削進給手段21之馬達212為脈衝馬達，其藉由從圖中未表示的脈衝振盪器透過驅動器供給之驅動脈衝而運作。接著，控制手段9係計數粗研削進給手段20之馬達202或精研削進給手段21之馬達212所供給的驅動脈衝數，藉此控制粗研削手段30或精研削手段31之研削進給速度，又，可逐次辨識研削進給位置。
例如粗研削進給手段20之馬達202及精研削進給手段21之馬達212可不為脈衝馬達而為伺服馬達，並為於伺服馬達連接旋轉編碼器的構成。此情形，旋轉編碼器係與具有伺服放大器功能之控制手段9連接，從控制手段9之輸出介面對伺服馬達供給運作訊號後，將編碼器訊號（伺服馬達之轉數）輸出至控制手段9之輸入介面。接著，藉由接受到編碼器訊號之控制手段9，以粗研削手段30或精研削手段31之研削進給速度成為所求速度之方式進行反饋控制，並逐次辨識研削進給位置。
研削裝置1例如具備有粗研削負載檢測手段37A（精研削負載檢測手段37B），其配設於粗研削手段30（精研削手段31），並檢測粗研削磨石304b（精研削磨石314b）接觸到保持於保持手段5之被加工物時的負載。粗研削負載檢測手段37A與精研削負載檢測手段37B因具備相同構造，故以下僅說明精研削負載檢測手段37B。
精研削負載檢測手段37B例如為由使用壓電元件之Kistler公司製的動力計所構成。例如以在支架316的凹部底面與外殼311的被支撐面之間被從上下方向夾住並支撐精研削手段31重量之形式配設精研削負載檢測手段37B。亦即，以成為來自精研削手段31之負載作用的作用點部之方式配設精研削負載檢測手段37B。接著，精研削負載檢測手段37B係將對應檢測到的負載之電壓訊號通過無線或有線之通訊路徑而輸出至控制手段9。 此外，較佳為在支架316之凹部底面的圓周方向隔有固定間隔配置多個精研削負載檢測手段37B，例如分別配設在成為正三角形頂點的位置，合計三個。或者，亦可配合支架316之凹部底面而配設一個形成為圓環狀之精研削負載檢測手段37B。
或者，如本實施方式，可為圖4所示的支架316之底板316b與在Z軸方向延伸之側板316c分離的構造，在底板316b與側板316c之間合計配設三個精研削負載檢測手段37B。此情形亦較佳為配設於成為正三角形頂點之位置。 亦即，如先前所說明的方式，在支架316的凹部底面與外殼311的被支撐面之間配設精研削負載檢測手段37B之情形中，在精研削磨石314b接觸被加工物W且負載超過外殼311之重力時，精研削負載檢測手段37B會檢測負載。相對於此，如本實施方式，藉由支架316的底板316b與側板316c分離之構造，在支架316的底板316b與側板316c之間配設精研削負載檢測手段37B之情形中，可檢測精研削磨石314b接觸到被加工物W瞬間的負載。
此外，檢測粗研削磨石304b或精研削磨石314b接觸到被加工物W時的負載之負載檢測手段可配設於保持手段5。亦即，例如可以在保持手段5的框體51與工作台基台55之間，三個負載檢測手段以分別位於正三角形頂點之方式被從上下方向夾住。
粗研削負載檢測手段37A及精研削負載檢測手段37B並不限定於如本實施方式所示般由壓電元件所構成的例子。例如，在精研削手段31之外殼311係藉由空氣軸承而以非接觸方式支撐主軸310之情形中，係將高壓空氣供給至外殼311與主軸310之間的間隙（氣隙）。又，外殼311具備有用於將供給至氣隙之空氣進行排氣之空氣排氣路徑。將檢測通過該空氣排氣路徑之空氣壓力之空氣壓力感測器作為精研削負載檢測手段37B。接著，將由空氣壓力感測器所構成的精研削負載檢測手段37B所測量的值（氣隙之空氣壓力）乘以預定係數並作為負荷值（負載值），而可檢測精研削磨石314b接觸到被加工物W時的負載（詳細內容可參照專利文獻2之日本特開2008-049445號公報）。
以下說明使用上述圖1所示之研削裝置1研削被加工物W的上表面Wb時之研削裝置1的運作。
研削裝置1實際進行研削時，進行設定而高精確度地掌握從保持手段5之保持面50a起到例如粗研削磨石304b之研削面（下表面）為止在Z軸方向中的相對距離。作為設定的一例，係使粗研削手段30下降並使粗研削磨石304b之研削面接觸保持手段5之保持面50a，由該接觸時之研削進給位置使控制手段9掌握該相對距離，並記憶於記憶部90。 又，記憶部90預先記憶有關於在正面Wa黏貼有保護膠膜T之被加工物W全厚度之資料，由該資料及設定所掌握之從保持面50a到粗研削磨石304b的研削面為止在Z軸方向中的相對距離之資料，藉由控制手段9掌握粗研削手段30接近被加工物W直到粗研削磨石304b之研削面與保持於保持手段5之被加工物W的上表面Wb之間成為些微距離L1（即空切距離L1，參照圖2）為止時之高度位置Z1（即空切開始位置Z1，參照圖2），並記憶於記憶部90。
研削加工中，首先，藉由圖1所示的旋轉台6自轉，未載置被加工物W狀態中之保持手段5會公轉，且保持手段5移動至裝載臂154a的鄰近處為止。機械手155從第一卡匣150a拉出一片被加工物W，並使被加工物W移動至暫置區域152。接著，藉由對位手段153使被加工物W中心校正後，裝載臂154a使經中心校正之被加工物W移動至保持手段5上。接著，以保持手段5的中心與被加工物W的中心大致一致之方式，被加工物W係以上表面Wb朝上的狀態被載置於保持面50a上。在此狀態下，圖中未表示的吸引源運作所產生的吸引力係傳遞至保持面50a，藉此保持手段5係將被加工物W以上表面Wb朝上的狀態吸引保持於保持面50a上。
接著，藉由圖1所示的旋轉台6在從+Z方向來看為順時針的方向上自轉，吸引保持被加工物W狀態中之保持手段5會公轉，並進行粗研削手段30之粗研削磨石304b與保持於保持手段5之被加工物W的對位。對位是以例如使研削輪304之旋轉中心相對於被加工物W之旋轉中心在水平方向偏移預定距離，且粗研削磨石304b之旋轉軌跡通過被加工物W的旋轉中心之方式進行。又，伴隨著主軸馬達302使主軸300旋轉，研削輪304以預定旋轉速度旋轉。
例如粗研削手段30之主軸馬達302係連接有測量主軸馬達302之負載電流值之圖中未表示的電流計，若研削輪304開始旋轉，則圖中未表示的電流計會開始測量旋轉驅動主軸300之主軸馬達302所流通的負載電流值。接著，電流計係將關於所測量的主軸馬達302之負載電流值之資訊依序送至圖1所示的控制手段9之電流值監測部91，電流值監測部91開始監測主軸馬達302之負載電流值。
例如在控制手段9之記憶部90預先記憶有關於主軸馬達302之負載電流值之預定臨界值。此臨界值為實驗性、經驗性或理論性地選擇的值，係為了使控制手段9之電流值監測部91辨識空切（Air Cut）中的粗研削磨石304b接觸到被加工物W時的主軸馬達302之負載電流值之變化（增加）而記憶的電流值。亦即，由控制手段9之電流值監測部91進行的主軸馬達302之負載電流值的監測中，會持續依序比較圖中未表示的電流計所測量之主軸馬達302之負載電流值與上述預定臨界值。 此外，也可不進行以上述圖中未表示的電流計測量主軸馬達302之負載電流值，以及不進行以電流值監測部91比較臨界值與所測量的負載電流值。
在控制手段9之控制下，粗研削進給手段20例如使位於原點高度位置之粗研削手段30以預定速度下降。又，可藉由控制手段9時常掌握從原點高度位置開始下降之粗研削手段30之高度位置。 接著，如圖2所示，粗研削手段30之粗研削磨石304b之研削面（下表面）到達空切開始位置Z1。亦即，例如成為被加工物W的上表面Wb與粗研削磨石304b的研削面之間接近至預先設定之空切距離L1即100μm之狀態。 此外，圖2中係將粗研削手段30及粗研削進給手段20等的構成簡化表示。
若粗研削磨石304b之研削面（下表面）到達空切開始位置Z1，則以控制手段9控制裝置，使粗研削進給手段20從空切開始位置Z1到粗研削手段30之研削面接觸到被加工物W之上表面Wb為止的空切距離L1中的空切進給速度V1是以比研削加工所使用的粗研削加工進給速度V2（參照圖3）更快的速度移動。 亦即，在控制手段9之控制下，減少供給於粗研削進給手段20之馬達202之脈衝數，粗研削手段30之下降速度減速成空切進給速度V1。空切進給速度V1例如為以往的空切進給速度亦即粗研削加工進給速度V2（V2=6μm／秒）之3倍速度，亦即18μm／秒。因此，相較於以往可減短空切時間（以往約17秒鐘，現為約5.7秒鐘）。此外，空切進給速度V1為比粗研削加工進給速度V2更快的速度，但其上限為粗研削磨石304b接觸到被加工物W之上表面時不會損壞被加工物W及粗研削磨石304b之速度。
在控制手段9之控制下，粗研削進給手段20係在空切距離L1中以空切進給速度V1使粗研削手段30下降，較以往縮短空切時間，並如圖3所示般藉由粗研削磨石304b抵接被加工物W之上表面Wb而開始被加工物W之粗研削。 又，粗研削手段30係藉由從被加工物W之上表面Wb作用之+Z方向的反作用力而被推向+Z方向。因此，例如如圖2所示，構成為例如以夾於支架306的底板306b與側板306c之間之方式配設的粗研削負載檢測手段37A之壓電元件會因所施加的負載而稍微變形，在壓電元件中會因應負載而產生電位差。藉由於壓電元件產生電位差，而使來自粗研削負載檢測手段37A的負載檢測訊號傳送至控制手段9。
接受到負載檢測訊號的控制手段9進行使空切進給速度V1切換至粗研削加工進給速度V2的控制。亦即，在控制手段9之控制下，減少供給於粗研削進給手段20之馬達202之脈衝數，粗研削手段30減速至粗研削加工進給速度V2（V2=6μm／秒）為止。
本實施方式中，控制手段9係以空切進給速度V1使粗研削手段30與保持手段5在相對接近的Z軸方向移動，並且例如在粗研削負載檢測手段37A檢測到負載前粗研削手段30之主軸馬達302之負載電流值超過預先設定的臨界值時，可進行使空切進給速度V1切換至粗研削加工進給速度V2的控制。以下說明本控制之優點。
粗研削磨石304b接觸並切入被加工物W之上表面Wb，藉此會使施加於粗研削磨石304b之負荷增大。在此，在粗研削磨石304b正在旋轉時，持續由圖中未表示的電源將電力供給於主軸馬達302，以即使作用於粗研削磨石304b之負荷變大的情形亦以固定轉數旋轉研削輪304之方式反饋控制主軸馬達302。因此，若粗研削磨石304b從空切狀態開始研削被加工物W，則主軸馬達302之負載電流值會上升，並超過記憶於記憶部90之臨界值。其結果，比較臨界值與所測量的負載電流值之控制手段9的電流值監測部91會判斷粗研削磨石304b已接觸被加工物W之上表面Wb。
藉由粗研削磨石304b抵接被加工物W之上表面Wb而使粗研削負載檢測手段37A檢測到負載之時間點、與電流值監測部91可辨識上述粗研削磨石304b接觸被加工物W之上表面Wb後主軸馬達302之負載電流值超過臨界值之時間點，兩者會有些許時滯，一般而言後者為較慢之時間點。因此，在粗研削負載檢測手段37A檢測到負載前辨識到粗研削手段30之主軸馬達302之負載電流值已超過預先設定的臨界值時，認為是粗研削負載檢測手段37A或從粗研削負載檢測手段37A連繫至控制手段9之通訊路徑中有故障。 因此，在電流值監測部91辨識到主軸馬達302之負載電流值已超過臨界值後，在控制手段9之控制下，減少供給於粗研削進給手段20之馬達202之脈衝數，使粗研削手段30的下降速度切換成比空切進給速度V1慢的粗研削加工進給速度V2（V2=6μm／秒），藉此可不產生粗研削不良而適當地繼續進行粗研削。接著，控制手段9例如可將粗研削負載檢測手段37A等故障一事透過發出警告音或顯示警告畫面等而通知操作者等。
藉由以粗研削加工進給速度V2下降之粗研削手段30之粗研削磨石304b而研削被加工物W之上表面Wb。又，隨著保持手段5以預定旋轉速度旋轉，而保持於保持面50a上之被加工物W亦會旋轉，因此粗研削磨石304b進行被加工物W之上表面Wb全面的粗研削加工。在粗研削加工中，研削水被供給於粗研削磨石304b與被加工物W之上表面Wb的接觸部位，並冷卻、清洗接觸部位。
以圖1所示的第一厚度測量手段38A進行被加工物W之厚度測量，且對被加工物W進行粗研削直到快成為完工厚度為止後，粗研削進給手段20使粗研削手段30上升並從被加工物W分開。接著，圖1所示的旋轉台6在從+Z方向來看為順時針的方向旋轉，吸引保持被加工物W之保持手段5移動至精研削手段31的下方為止，並會以研削輪314之旋轉中心相對於被加工物W的旋轉中心會在水平方向偏移預定距離，且精研削磨石314b之旋轉軌跡通過被加工物W的旋轉中心之方式被定位。又，伴隨著主軸馬達312使主軸310旋轉，研削輪314以預定旋轉速度旋轉。
粗研削後之被加工物W的厚度資訊係由第一厚度測量手段38A發送至控制手段9。控制手段9係由該厚度資訊及在設定中所得的從保持手段5之保持面50a到精研削磨石314b之研削面為止在Z軸方向中的相對距離之資訊，而掌握精研削手段31接近被加工物W直到精研削磨石314b之研削面與保持於保持手段5之粗研削後的被加工物W之上表面Wb之間成為些微距離L3（空切距離L3）為止時之高度位置Z3（空切開始位置Z3，參照圖4）。
例如藉由圖中未表示的電流計而測量精研削手段31之主軸馬達312之負載電流值，測量值被發送至控制手段9。接著，控制手段9之電流值監測部91係依序比較圖中未表示的電流計所測量的主軸馬達312之負載電流值、與預先記憶於記憶部90之預定臨界值。此外，亦可不進行以上述圖中未表示的電流計測量主軸馬達312之負載電流值，及不進行以電流值監測部91比較臨界值與所測量之負載電流值。
在控制手段9之控制下，精研削進給手段21例如使位於原點高度位置之精研削手段31以預定速度下降。又，藉由控制手段9而時常掌握由原點高度位置開始下降之精研削手段31之高度位置。接著，如圖4所示，精研削手段31之精研削磨石314b之研削面（下表面）係到達空切開始位置Z3。亦即，例如成為被加工物W的上表面Wb與精研削磨石314b的研削面之間接近至空切距離L3即20μm之狀態。此外，圖4中簡化表示精研削手段31及精研削進給手段21等的構成。
若精研削磨石314b之研削面到達空切開始位置Z3，則在控制手段9之控制下，減少供給於精研削進給手段21之馬達212之脈衝數，使精研削手段31之下降速度成為空切進給速度V3。空切進給速度V3例如為以往的空切進給速度亦即圖5所示的精研削加工進給速度V4（V4=0.6μm／秒）之3倍速度，亦即1.8μm／秒。因此，可較以往縮短空切時間（以往約33秒時鐘，現約為11秒鐘）。此外，空切進給速度V3為比精研削加工進給速度V4更快的速度，但其上限為精研削磨石314b接觸到被加工物W之上表面時不會損壞被加工物W及精研削磨石314b之速度。
與以往相比係縮短空切時間，且如圖5所示，藉由被加工物W之上表面Wb抵接於精研削磨石314b而開始被加工物W之精研削。 又，精研削手段31係藉由從被加工物W之上表面Wb作用之+Z方向的反作用力而被推向+Z方向。因此，如圖4所示，構成為例如以夾於支架316的底板316b與側板316c之間之方式配設的精研削負載檢測手段37B之壓電元件會因負載而稍微變形，在壓電元件中會因應負載而產生電位差，藉此使來自精研削負載檢測手段37B的負載檢測訊號傳送至控制手段9。
在接受到負載檢測訊號的控制手段9之控制下，減少供給於精研削進給手段21之馬達212之脈衝數，使精研削手段31之下降速度切換成較慢之精研削加工進給速度V4（V4=0.6μm／秒）。
本實施方式中，控制手段9係以空切進給速度V3使精研削手段31與保持手段5在相對接近的Z軸方向移動，並且例如在精研削負載檢測手段37B檢測到負載前精研削手段31之主軸馬達312之負載電流值超過預先設定的臨界值時，可進行使空切進給速度V3切換至精研削加工進給速度V4的控制。
在精研削磨石314b正在旋轉時，持續由圖中未表示的電源將電力供給於主軸馬達312，以即使作用於精研削磨石314b之負荷變大的情形亦以固定轉速旋轉研削輪314之方式反饋控制主軸馬達312。因此，若精研削磨石314b從空切狀態開始研削被加工物W，則主軸馬達312之負載電流值會上升並超過預先設定的臨界值。其結果，依序比較臨界值與所測量的負載電流值之電流值監測部91會判斷精研削磨石314b已接觸到被加工物W之上表面Wb。
相較於電流值監測部91可辨識上述精研削磨石314b接觸被加工物W之上表面Wb後主軸馬達312之負載電流值超過臨界值之時間點，藉由上述精研削磨石314b抵接被加工物W之上表面Wb而使精研削負載檢測手段37B檢測負載之時間點一般為較早的時間點。因此，在精研削負載檢測手段37B檢測到負載前辨識到精研削手段31之主軸馬達312之負載電流值已超過預先設定的臨界值時，認為是精研削負載檢測手段37B等有故障。 因此，在電流值監測部91辨識到主軸馬達312之負載電流值已超過臨界值後，在控制手段9之控制下，減少供給於精研削進給手段21之馬達212之脈衝數，使精研削手段31之下降速度切換成比空切進給速度V3慢的精研削加工進給速度V4，藉此可不產生研削不良而適當地持續進行精研削。接著，控制手段9可將精研削負載檢測手段37B故障一事透過發出警告音報或顯示警告畫面等而通知操作者等。
藉由以精研削加工進給速度V4下降之精研削磨石314b而研削被加工物W之上表面Wb。又，伴隨著保持手段5以預定旋轉速度旋轉，保持於保持面50a上之被加工物W亦會旋轉，因此精研削磨石314b進行被加工物W之上表面Wb全面的精研削加工。在精研削加工中，研削水被供給於精研削磨石314b與被加工物W之上表面Wb的接觸部位，並冷卻、清洗接觸部位。
以圖1所示的第二厚度測量手段38B進行被加工物W的厚度測量，若被加工物W的厚度接近完工厚度，則例如使精研削加工進給速度V4減速成更慢的精研削加工進給速度V5。例如將以精研削加工進給速度V4進行之精研削設為第一精研削加工，將以精研削加工進給速度V5進行之精研削設為第二精研削加工。在第一精研削加工中，被加工物W之被研削面之上表面Wb會因精研削手段31的推抵而形成破壞層，因此該第二精研削加工中，將精研削手段31減速至精研削加工進給速度V5為止，藉此稍微減弱精研削手段31對破壞層的推抵並進行研削。
被加工物W研削至完工厚度後，例如實施被稱為表面修整（spark-out）之加工。在表面修整中，停止精研削進給手段21所進行的精研削手段31之下降，在精研削手段31之高度位置保持預定時間之狀態下，藉由旋轉之精研削磨石314b而去除旋轉之被加工物W之上表面Wb的研削殘留物，而整理上表面Wb。
其後藉由精研削進給手段21使精研削手段31退出加工（escape-cut）。在退出加工中，為了抑制對被加工物W之上表面Wb造成不良影響，而使精研削手段31緩緩上升。接著，退出加工結束後，成為用於使精研削手段31上升回到原點高度位置之上升退出階段。
如上述，本發明之研削裝置1的控制手段9係將從空切開始位置Z3到精研削磨石314b之研削面接觸被加工物W之上表面Wb的距離L3（空切距離L3）中的空切進給速度V3設為比精研削磨石314b研削被加工物W時之精研削加工進給速度V4更快的速度（例如精研削加工進給速度V4之3倍速度），且在精研削負載檢測手段37B檢測到負載時，將空切進給速度V3切換成精研削加工進給速度V4，並研削至所求的完工厚度為止，藉此，相較於使用圖7之圖表G2所示之以往空切時間，如使用圖6之圖表G1所示般，可縮短空切時間，並提高被加工物W研削中的生產效率。
接著，藉由圖1所示之旋轉台6旋轉，而吸引保持被加工物W之保持手段5會移動至卸載臂154b的鄰近處。接著，圖1所示之卸載臂154b會將保持手段5上之被加工物W搬送至清洗手段156。清洗手段156清洗被加工物W後，機械手155會將被加工物W搬入第二卡匣151a。
本發明之研削裝置1並不受限於上述實施方式，可於其技術思想範圍內以各種不同方式實施，此係不需贅言。又，所附圖式所示之研削裝置1之構成的外形等亦不受限於此，可在可發揮本發明效果的範圍內適當變更。
W:被加工物 Wa:被加工物的正面 Wb:被加工物的背面（上表面） 1:研削裝置 10:第一裝置基座 A:搬出入區域 150:第一卡匣載置部 150a:第一卡匣 151:第二卡匣載置部 151a:第二卡匣 152:暫置區域 153:對位手段 154a:裝載臂 154b:卸載臂 155:機械手 156:清洗手段 11:第二裝置基座 B:研削加工區域 12:第一柱體 20:粗研削進給手段 200:滾珠螺桿 202:馬達 30:粗研削手段 301:外殼 302:主軸馬達 304b:粗研削磨石 306:支架 37A:粗研削負載檢測手段 13:第二柱體 21:精研削進給手段 210:滾珠螺桿 212:馬達 31:精研削手段 311:外殼 312:主軸馬達 316:支架 316b:支架的底板 316c:支架的側板 314b:精研削磨石 37B:精研削負載檢測手段 38A:第一厚度測量手段 38B:第二厚度測量手段 6:旋轉台 66:旋轉手段 5:保持手段 50a:保持面 9:控制手段 90:記憶部 91:電流值監測部
圖1係表示研削裝置一例之立體圖。 圖2係說明將從空切開始位置到粗研削磨石的研削面接觸被加工物的上表面為止的距離中之空切進給速度設為比粗研削磨石研削被加工物時之粗研削加工進給速度更快的速度的情形之剖面圖。 圖3係說明負載檢測手段檢測到負載時，將空切進給速度切換成粗研削加工進給速度，並將被加工物粗研削至所求厚度的情形之剖面圖。 圖4係說明將從空切開始位置到精研削磨石的研削面接觸被加工物的上表面為止的距離中之空切進給速度設為比精研削磨石研削被加工物時之精研削加工進給速度更快的速度的情形之剖面圖。 圖5係說明負載檢測手段檢測到負載時，將空切進給速度切換成精研削加工進給速度，並將被加工物精研削至所求厚度的情形之剖面圖。 圖6係表示精研削中從下降至空切開始位置到上升退出為止之時間與精研削磨石高度的關係之圖表。 圖7係表示以往精研削中從下降至空切開始位置到上升退出為止之時間與精研削磨石高度的關係之圖表。
21:精研削進給手段
31:精研削手段
310:主軸
311:外殼
312:主軸馬達
313:安裝件
314:研削輪
314a:輪基台
314b:精研削磨石
316:支架
316b:支架的底板
316c:支架的側板
37B:精研削負載檢測手段
5:保持手段
50:吸附部
50a:保持面
51:框體
9:控制手段
90:記憶部
91:電流值監測部
W:被加工物
Wa:被加工物的正面
Wb:被加工物的背面(上表面)
L3:距離
T:保護膠膜
V3:空切進給速度
Z3:空切開始位置

Claims (2)

  1. 一種研削裝置，其至少具備： 保持手段，其保持被加工物； 研削手段，其可旋轉地裝設環狀配設有研削磨石之研削輪，並以該研削磨石研削保持於該保持手段之被加工物； 研削進給手段，其使該研削手段與該保持手段在相對接近或分開方向移動； 負載檢測手段，其配設於該保持手段與該研削手段的至少一者，並檢測研削磨石接觸到保持於該保持手段之被加工物時的負載；及 控制手段，其至少控制該研削進給手段， 其中，將該研削手段接近被加工物直到該研削磨石的研削面與保持於該保持手段之被加工物的上表面之間成為些微距離為止之高度位置設為空切開始位置； 該控制手段係將從該空切開始位置到該研削磨石的研削面接觸被加工物的上表面為止的距離中的空切進給速度設為比該研削磨石研削被加工物時之研削加工進給速度更快的速度，且該負載檢測手段檢測到負載時，將該空切進給速度切換為該研削加工進給速度，並研削至所求厚度。
  2. 如請求項1之研削裝置，其中，該控制手段係以該空切進給速度使該研削手段與該保持手段在相對接近的方向移動，且在該負載檢測手段檢測負載前該研削手段之主軸馬達的負載電流值超過預先設定的臨界值時，就將該空切進給速度切換為該研削加工進給速度。
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