TW202106447A - 主軸單元 - Google Patents

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Abstract

[課題]抑制主軸因加工屑而變得難以旋轉之情形。 [解決手段]主軸罩蓋中的設置於罩蓋部的下端部的密封部具有朝向主軸的外周面傾斜的上側面及下側面，而在與主軸的圓板部的外周面之間形成有比由罩蓋部所形成之第1間隙更狹窄的第2間隙。因此，可以抑制磨削廢液進入到主軸與主軸罩蓋之間，而讓加工屑固著於此之情形。因此，可以抑制主軸變得難以旋轉之情形。

Description

主軸單元
本發明是有關於一種主軸單元。
在磨削裝置中，是對保持在工作夾台的被加工物一邊供給磨削水一邊藉由磨削磨石來磨削。磨削磨石是環狀地配置於基台，且和基台一起構成磨削輪。磨削輪是裝設在主軸單元的安裝座，且可被高速旋轉。
主軸單元具備主軸、連結於主軸的下端之安裝座、藉由空氣軸承來支撐主軸的側面之罩殼、及使主軸旋轉之馬達。
當磨削被加工物時，會產生包含有磨削屑等加工屑的磨削廢液。為了抑制此磨削廢液附著於主軸的側面，而具備有覆蓋主軸的側面之罩蓋。此罩蓋是配設在罩殼的下端與安裝座的上表面之間。此罩蓋的內表面與主軸的側面之間的狹窄的間隙是成為空氣軸承之供空氣排氣的排氣路，且位於主軸的下部之排氣路的下端會成為排氣口。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2017-222003號公報
發明欲解決之課題
若空氣軸承的空氣停止，來自排氣口的空氣之排氣即停止。因此，會有磨削廢液進入主軸與罩蓋的間隙之情形。在此情況下，會有以下情形：已進入間隙之磨削廢液乾燥，加工屑固著於主軸的側面與罩蓋的內表面而將間隙填埋，使主軸變得難以旋轉。
有關於此，於專利文獻1揭示有一種可將罩蓋分解並清掃的構成。然而，由於為了實施這樣的清掃，必須進行如下之作業：罩蓋的拆解作業、清掃作業、及罩蓋的安裝作業，而較耗費時間，因此生產性會降低。
據此，本發明之目的在於提供一種可抑制主軸因磨削屑等加工屑而變得難以旋轉之情形的主軸單元。 用以解決課題之手段
根據本發明，可提供一種主軸單元，前述主軸單元具備：主軸，前端連結有用於裝設加工具的安裝座；罩殼，圍繞該主軸的外周面，且藉由空氣軸承而將該主軸支撐成旋轉自如；及主軸罩蓋，在該罩殼的下端與該安裝座之間圍繞該主軸， 該主軸罩蓋包含：罩蓋部，具有面對於該主軸的外周面的內周面，且在該內周面與該主軸的外周面之間形成第1間隙；及 密封部，在該罩蓋部的下端與該罩蓋部呈一體地設置，並具有朝向該主軸的外周面傾斜的內斜面部， 該密封部在與該主軸的外周面之間形成有比該第1間隙更狹窄的第2間隙，藉此抑制加工屑對該主軸的外周面之乾燥附著。 發明效果
在本主軸單元中，設置在主軸罩蓋中的罩蓋部的下端部之密封部具有朝向主軸的外周面傾斜的內斜面部。並且，藉由此內斜面部而在密封部與主軸的外周面之間形成有比由罩蓋部所形成之第1間隙更狹窄的第2間隙。
像這樣，在本主軸單元中，可在主軸與主軸罩蓋的間隙的下端形成有寬度較狹窄的部分(第2間隙)。因此，變得可抑制包含加工屑的磨削廢液進入到此間隙之情形。
從而，在本主軸單元中，可以在主軸與主軸罩蓋的間隙中良好地抑制磨削廢液中的加工屑固著(乾燥附著)於主軸的外周面之情形。因此，可以抑制主軸變得難以旋轉之情形。
再者，在本主軸單元中，是藉由在主軸罩蓋的下端設置內斜面部，而讓主軸與主軸罩蓋的間隙局部地縮窄。也就是說，在主軸與主軸罩蓋的間隙中，設置有些微的長度(主軸的延伸方向(上下方向)的長度)之寬度較狹窄的第2間隙。
像這樣，在本主軸單元中，因為寬度較狹窄的第2間隙是以畫圓的方式形成且第2間隙的長度較短(因為是形成為線狀)，所以可以抑制磨削廢液通過第2間隙而進入第1間隙之情形。
又，因為第2間隙較短，所以即使加工屑已在第2間隙乾燥附著，其量也會變得較少。因此，可以抑制蓄積於第2間隙的加工屑阻礙主軸的旋轉之情形。又，因為像這樣的加工屑是少量的，所以可以藉由使主軸旋轉而容易地去除(彈飛)。從而，可以減低清掃主軸罩蓋的必要性。
用以實施發明之形態
圖1所示之磨削裝置1是用於對作為被加工物之晶圓W進行磨削處理的裝置。圖1所示的晶圓W為例如圓形的半導體晶圓。於晶圓W的正面Wa形成有未圖示的複數個器件。正面Wa在圖1中是朝向下方，且藉由貼附有保護膠帶T而受到保護。晶圓W的背面Wb是成為施行磨削加工的被加工面。
磨削裝置1具備有朝Y軸方向延伸設置的基台10、及在基台10之上的+Y方向側豎立設置的支柱16。在基台10的上表面形成有在Y軸方向上延伸之矩形的開口15。此開口15是被移動板11及蛇腹狀的防水蓋12所覆蓋。
貫通於移動板11而配設有工作夾台20。工作夾台20是用於保持晶圓W之圓板形狀的工作台，且具有保持面21。保持面21包含有多孔質的多孔材。藉由在已將晶圓W載置於保持面21的狀態下，將藉由未圖示之吸引源所發揮的吸引力傳達到保持面21，即可藉由保持面21來吸引保持晶圓W。
在移動板11伸縮自如地連結有防水蓋12。工作夾台20及移動板11在晶圓W的磨削加工之時，是藉由配設於基台10的內部之往Y軸方向移動的移動機構，而呈一體地在Y軸方向上往返移動。防水蓋12是伴隨於移動板11的Y軸方向的移動而伸縮。
在基台10上的支柱16的前表面設置有磨削晶圓W的磨削單元40、以及使磨削單元40在磨削進給方向即Z軸方向上移動的磨削進給機構30。
磨削進給機構30具備有：平行於Z軸方向的一對導軌31、在此導軌31上滑動的移動工作台32、與導軌31平行的滾珠螺桿33、馬達34、及安裝於移動工作台32的前表面(正面)的支持器35。支持器35保持有磨削單元40。
移動工作台32是以可在導軌31上滑動的方式設置。未圖示之螺帽部是固定於移動工作台32的後表面側(背面側)。於此螺帽部螺合有滾珠螺桿33。馬達34是連結於滾珠螺桿33的一端部。
在磨削進給機構30中，是藉由馬達34使滾珠螺桿33旋轉，而讓移動工作台32沿著導軌31在Z軸方向上移動。藉此，安裝於移動工作台32的支持器35、及保持於支持器35的磨削單元40也會和移動工作台32一起在Z軸方向上移動。
磨削單元40具備有主軸單元42、安裝在主軸單元42的前端(下端)的安裝座45、以及具有磨削磨石47的磨削輪46。
主軸單元42是所謂的空氣主軸單元。主軸單元42包含罩殼43、被罩殼43所支撐之主軸44、及覆蓋主軸44的下端部分之主軸罩蓋66。
在相鄰於工作夾台20的位置配設有厚度測定器55。厚度測定器55可以在磨削中藉由例如接觸式來測定晶圓W的厚度。亦即，厚度測定器55是使接觸器56及接觸器57分別接觸於工作夾台20的保持面21及晶圓W的背面Wb。藉此，厚度測定器55可以求出工作夾台20的保持面21的高度及晶圓W的背面Wb的高度，並依據這些高度的差分來測定晶圓W的厚度。
又，於支柱16配設有用於測定磨削單元40的高度位置的線性標度尺51。線性標度尺51包含有：設於移動工作台32且與移動工作台32一起在Z軸方向上移動之讀取部52、及設於導軌31的表面之標度尺部53。讀取部52可藉由讀取標度尺部53的刻度，來測定磨削單元40的高度位置。
又，磨削裝置1具備有控制磨削裝置1的各構成要素的控制單元50。控制單元50是控制上述之磨削裝置1的各構成要素，而對晶圓W實施作業人員所期望的加工。
接著，針對本實施形態的主軸單元42更詳細地說明。 如圖2所示，主軸單元42具備有：直立姿勢的主軸44、覆蓋主軸44且支撐主軸44的罩殼43、覆蓋主軸44的下端部分之主軸罩蓋66、及旋轉驅動主軸44的馬達71。
主軸44是在Z軸方向(高度方向)上延伸。主軸44的中間部分形成有大徑的圓板部76。又，主軸44的下端部分也形成有大徑的圓板部77。
主軸44的上端連結有馬達71。馬達71具有設置在主軸44的上端部分之轉子72、與定子73。定子73是隔著冷卻套管74而設置於罩殼43的內周面。於冷卻套管74內形成有多數個冷卻水路75。可藉由這些冷卻水路75來冷卻馬達71。
主軸44的前端(下端)連結有上述之安裝座45。 於安裝座45裝設有作為加工具的磨削輪46。於磨削輪46環狀地配設有多數個磨削磨石47。磨削磨石47是藉由例如以金屬黏結劑或樹脂黏結劑等的結合劑固定鑽石磨粒而形成。磨削磨石47是對已保持在工作夾台20的晶圓W的背面Wb進行磨削(參照圖1)。
如圖2所示，罩殼43是構成為圍繞主軸44的外周面，並藉由空氣軸承而將主軸44支撐成旋轉自如。罩殼43在其下端部分具備有環狀部78。環狀部78是在罩殼43設置成：進入主軸44的圓板部76與圓板部77之間，且在圓板部76及圓板部77與環狀部78之間形成些微的間隙S。
又，罩殼43具備有連接於空氣供給源80的空氣供給路120、及複數個空氣噴出口79。空氣供給路120是形成為在包含環狀部78之罩殼43內延伸。空氣噴出口79是在環狀部78設置成與主軸44的圓板部76及圓板部77相向，且連接於空氣供給路120。
主軸罩蓋66是設置在罩殼43的下端。亦即，主軸罩蓋66是配備在罩殼43的下端與安裝座45的上表面之間。並且，主軸罩蓋66是圍繞從罩殼43的下端突出之位於主軸44的下端部分的圓板部77。主軸罩蓋66的下端與安裝座45會接近和離開。
如圖3所示，主軸罩蓋66具有：罩蓋部67，為安裝在罩殼43之上方部分；及密封部68，在罩蓋部67的下端部與罩蓋部67呈一體地形成。
罩蓋部67是具有內周面67a之概略圓筒形狀的部分，並將主軸44之圓板部77的外周面77a的周圍覆蓋成變得與外周面77a大致平行。罩蓋部67的內周面67a面對於主軸44的圓板部77的外周面77a。罩蓋部67在內周面67a與圓板部77的外周面77a之間形成有具有寬度L1的第1間隙T1。此第1間隙T1的寬度L1是例如3.5mm。
密封部68是具有上側面68a及下側面68b，且具有大致三角形的截面之概略環形形狀的部分。上側面68a是從罩蓋部67的內周面67a朝向主軸44之圓板部77的外周面77a且朝下方傾斜的傾斜面。下側面68b是設置於主軸罩蓋66的下端。下側面68b是從主軸罩蓋66的下端朝向圓板部77的外周面77a且朝上方傾斜的面。上側面68a及下側面68b相當於傾斜成朝向外周面77a(接近外周面77a)的內斜面部的一例。
上側面68a與下側面68b是在頂部68c相接。並且，密封部68是藉由上側面68a及下側面68b，而在與圓板部77的外周面77a之間形成有第2間隙T2。此第2間隙T2的寬度L2是比第1間隙T1的寬度L1更狹窄，且為例如0.5mm。
在具有這種構成的磨削裝置1中，是使主軸單元42的主軸44旋轉，並藉由與其一起旋轉的磨削輪46的磨削磨石47來磨削加工晶圓W(參照圖1)。 又，在對晶圓W的磨削加工之時，在主軸單元42中，是從圖2所示的空氣噴出口79朝向主軸44的圓板部76及圓板部77與罩殼43的環狀部78之間的間隙S，如箭頭K所示地噴出高壓的空氣。像這樣，藉由將高壓的空氣噴射到主軸44(圓板部76及圓板部77)的外表面，主軸44可相對於罩殼43且透過空氣而被浮動支撐。亦即，主軸44是以和罩殼43非接觸的狀態，被罩殼43支撐成可旋轉。
又，已供給至間隙S的空氣，是一邊對馬達71進行空氣冷卻，一邊從主軸單元42的上方排氣，並且從設置於罩殼43的下端之主軸罩蓋66的下端(亦即主軸44(圓板部77)與主軸罩蓋66之間的下端)排氣。
又，磨削加工時，是從未圖示的磨削水供給源，將磨削水透過例如設置於主軸44的流路來供給到晶圓W。因此，在磨削加工中會生成包含有磨削屑等的加工屑之磨削廢液。
有關於此，在本實施形態的主軸單元42中，如圖3所示，在主軸罩蓋66中的設置於罩蓋部67的下端部之密封部68具有朝向主軸44的圓板部77的外周面77a且朝下方傾斜的上側面68a、以及朝向外周面77a且朝上方傾斜的下側面68b。並且，密封部68藉由這些上側面68a及下側面68b，而在與主軸44的圓板部77的外周面77a之間形成有比由罩蓋部67所形成之第1間隙T1更狹窄的第2間隙T2。
像這樣，在本實施形態中，是在主軸44與主軸罩蓋66的第1間隙T1的下端形成有寬度較狹窄的部分即第2間隙T2。因此，無論有無從主軸44與主軸罩蓋66之間的下端的空氣的排氣，都變得可抑制包含加工屑的磨削廢液進入到主軸44與主軸罩蓋66之間的情形。
從而，在本實施形態中，可以在主軸44與主軸罩蓋66之間，良好地抑制磨削廢液中的加工屑固著(乾燥附著)於主軸44的圓板部77的外周面77a之情形。因此，可以抑制主軸44變得難以旋轉之情形。
再者，在本實施形態中，是藉由在主軸罩蓋66的下端設置上側面68a及下側面68b，而將主軸44與主軸罩蓋66的間隙局部地縮窄。也就是說，在主軸44與主軸罩蓋66之間，設置有些微的長度(主軸44的延伸方向(上下方向)的長度)之寬度較狹窄的第2間隙T2。像這樣，因為寬度較狹窄的第2間隙T2是以畫圓的方式形成且第2間隙T2的長度較短，所以可以抑制磨削廢液通過第2間隙T2而進入第1間隙T1之情形。
又，因為第2間隙T2較短，所以即使加工屑已在第2間隙T2乾燥附著，其量也會變得較少。因此，可以抑制蓄積於第2間隙T2的加工屑阻礙主軸44的旋轉之情形。又，因為像這樣的加工屑是少量的，所以可以藉由使主軸44旋轉而容易地去除(彈飛)。從而，可以減低清掃主軸罩蓋66的必要性。
再者，在本實施形態中，主軸44(圓板部77)與主軸罩蓋66的罩蓋部67之間的第1間隙T1的寬度L1，宜以不會有磨削廢液因毛細管現像而在第1間隙T1中傳遞上升之情形的方式來設為比較寬的寬度。
又，本實施形態的磨削裝置並不限定於如圖1所示的裝置構成，亦可是例如以全自動方式來實施晶圓對片匣的搬出及搬入、磨削加工、研磨加工及洗淨加工等一連串的加工之全自動化型(Full Auto Type)的加工裝置。
又，於本實施形態所示的主軸單元42亦可適用於研磨裝置。在這種情況下，主軸單元42是具備研磨墊來取代磨削輪46。
又，在本實施形態中，如圖3所示，主軸罩蓋66的密封部68中的下側面68b為朝向主軸44中的圓板部77的外周面77a且朝上方傾斜的面。取代於此，下側面68b亦可如圖4所示，為朝向圓板部77的外周面77a延伸成大致正交於此外周面77a的面。在此構成中，也可以在主軸44與主軸罩蓋66之間形成寬度較狹窄的第2間隙T2。
也就是說，在本實施形態中，只要密封部68中的上側面68a以及下側面68b的任一個面為朝向主軸44的圓板部77的外周面77a傾斜的傾斜面(內斜面部)即可。藉此，可以在主軸44與主軸罩蓋66之間形成寬度較狹窄的第2間隙T2。 但是，密封部68的上側面68a朝向外周面77a且朝下方傾斜之作法，比延伸成大致正交於外周面77a更佳。在此情況下，即使磨削廢液等進入主軸44與主軸罩蓋66之間(第1間隙T1)，也變得容易將其等排出。
1:磨削裝置 10:基台 11:移動板 12:防水蓋 15:開口 16:支柱 20:工作夾台 21:保持面 30:磨削進給機構 31:導軌 32:移動工作台 33:滾珠螺桿 34,71:馬達 35:支持器 40:磨削單元 42:主軸單元 43:罩殼 44:主軸 45:安裝座 46:磨削輪 47:磨削磨石 50:控制單元 51:線性標度尺 52:讀取部 53:標度尺部 55:厚度測定器 56,57:接觸器 66:主軸罩蓋 67:罩蓋部 67a:內周面 68:密封部 68a:上側面 68b:下側面 68c:頂部 72:轉子 73:定子 74:冷卻套管 75:冷卻水路 76,77:圓板部 77a:外周面 78:環狀部 79:空氣噴出口 80:空氣供給源 120:空氣供給路 K:箭頭 L1,L2:寬度 S:間隙 T1:第1間隙 T2:第2間隙 W:晶圓 Wa:正面 Wb:背面 +X,-X,+Y,-Y,+Z,-Z:方向
圖1是本發明實施形態之磨削裝置的立體圖。 圖2是主軸單元的截面圖。 圖3是顯示主軸罩蓋之構成的截面圖。 圖4是顯示主軸罩蓋之變形例的截面圖。
43:罩殼
44:主軸
45:安裝座
66:主軸罩蓋
67:罩蓋部
67a:內周面
68:密封部
68a:上側面
68b:下側面
68c:頂部
77:圓板部
77a:外周面
78:環狀部
L1,L2:寬度
T1:第1間隙
T2:第2間隙

Claims (1)

  1. 一種主軸單元，具備： 主軸，前端連結有用於裝設加工具的安裝座； 罩殼，圍繞該主軸的外周面，且藉由空氣軸承而將該主軸支撐成旋轉自如；及 主軸罩蓋，在該罩殼的下端與該安裝座之間圍繞該主軸， 該主軸罩蓋包含： 罩蓋部，具有面對於該主軸的外周面的內周面，且在該內周面與該主軸的外周面之間形成第1間隙；及 密封部，在該罩蓋部的下端與該罩蓋部呈一體地設置，並具有朝向該主軸的外周面傾斜的內斜面部， 該密封部在與該主軸的外周面之間形成有比該第1間隙更狹窄的第2間隙，藉此抑制加工屑對該主軸的外周面之乾燥附著。
TW109123457A 2019-08-06 2020-07-10 主軸單元 TWI850423B (zh)

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