TWI674948B - 磨削裝置 - Google Patents

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TWI674948B TW104136685A TW104136685A TWI674948B TW I674948 B TWI674948 B TW I674948B TW 104136685 A TW104136685 A TW 104136685A TW 104136685 A TW104136685 A TW 104136685A TW I674948 B TWI674948 B TW I674948B
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山中聰
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日商迪思科股份有限公司
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Abstract

本發明的課題為將板狀工件之裂痕止於最小限度，以抑制磨削磨石之劣化進而防止後續的板狀工件之裂痕。解決手段為作成以下之構成：使磨削裝置具備有保持板狀工件的工作夾台、以磨削磨石磨削板狀工件的磨削機構、和檢測板狀工件之裂痕的厚度測定機構，在厚度測定機構中，使從照射部照射出之測定光在板狀工件的上表面以及下表面反射而被受光部接收，以在反射光之受光量超過預先設定的容許範圍時檢測出板狀工件的裂痕。

Description

磨削裝置 發明領域
本發明是有關於一種用以磨削藍寶石(Al2O3)、碳化矽(SiC)等硬質的板狀工件的磨削裝置。
發明背景
藍寶石、碳化矽等硬質的板狀工件之磨削加工，會有因為磨削荷重而導致板狀工件破裂的情形。若在板狀工件已產生裂痕的狀態下持續磨削加工，則會在磨削磨石上產生缺損而使得磨削磨石的磨削力降低。由於磨削力的降低會變得難以將板狀工件減少厚度，且會因為板狀工件上承受多餘的荷重而導致裂痕更加地惡化，並且在磨削磨石上產生許多的缺損。其結果為，因為板狀工件的破損屑會附著在工作夾台的保持面上，並且是以未具有正常的磨削力的磨削磨石來磨削後續的板狀工件，因而導致在後續的板狀工件上也產生裂痮。
因此，已有一種定期地確定板狀工件之裂痕，以免使其繼續在板狀工件上已產生裂痕的狀態下進行磨削的方法被提出(例如，參照專利文獻1、2)。在專利文獻1記載的方法中，是利用將保護膠帶從板狀工件剝離時，板狀工 件之裂痕會被轉印到保護膠帶上之作法，而從形成於保護膠帶上的凹凸形狀來確定板狀工件的裂痕。在專利文獻2記載的方法中，是從設於工作夾台內的發光部照射工作夾台上之板狀工件，以拍攝從板狀工件之裂痕縫隙所漏出的光，來確定板狀工件的裂痕。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2013-131537號公報
專利文獻2：日本專利特開2014-154708號公報
發明概要
然而，專利文獻1、2記載的板狀工件之裂痕的確定方法，皆為判斷磨削加工後的板狀工件之裂痕的方法。亦即，專利文獻1記載的方法，如果不將保護膠帶從板狀工件剝離就無法確定裂痕，而專利文獻2記載的方法，如果不使磨削加工停止，就無法拍攝板狀工件之表面。因此，直到板狀工件之磨削結束前，即使在板狀工件為已破裂的狀態下仍得持續磨削加工，所以會有磨削磨石之劣化加劇，並且破損屑附著在工作夾台上，而在板狀工件上發生裂痕的問題。
本發明是有鑒於所述問題點而作成的發明，其目的在於提供一種能夠將板狀工件之裂痕止於最小限度，以抑制磨削磨石之劣化進而防止後續的板狀工件之裂痕的磨 削裝置。
本發明的磨削裝置具備保持板狀工件的工作夾台、使該工作夾台連續旋轉的旋轉機構、和以該旋轉機構使該工作夾台連續旋轉並以磨削磨石對保持之板狀工件進行磨削的磨削機構，且該磨削裝置具備檢測以該磨削機構磨削的該工作夾台所保持之板狀工件之裂痕的裂痕檢測機構，該裂痕檢測機構具備：從板狀工件的上方朝向板狀工件的上表面照射測定光的照射部、接收從該照射部照射出的測定光在板狀工件反射後之反射光的受光部、和在該受光部接收該反射光之受光量超過預先設定的容許範圍時會判斷為裂痕的判斷部。
依據此構成，朝向板狀工件照射測定光，而可根據反射光之受光量的變化來判斷板狀工件之裂痕。因為是在持續磨削加工的狀態下監視受光量的變化，所以能夠立即地判斷板狀工件之裂痕。據此，能夠將板狀工件之裂痕止於最小限度，以在磨削機構之磨削磨石的劣化加劇之前停止磨削加工，且能夠防止因磨削磨石的劣化或板狀工件之破損屑所造成的後續的板狀工件之裂痕。
又，在本發明的磨削裝置中，該裂痕檢測機構為具備算出板狀工件之厚度的厚度算出部的厚度測定機構，該照射部是從板狀工件的上方朝向板狀工件的上表面照射測定光，該受光部會接收測定光在板狀工件的上表面反射後之反射光及在該板狀工件的下表面反射後之反射光，該 厚度算出部是根據在板狀工件的該上表面及該下表面反射後之反射光來算出板狀工件之厚度，該判斷部是在該受光部接收的在該上表面反射後之反射光或在該下表面反射後之反射光的受光量超過預先設定的容許範圍時判斷為裂痕。
依據本發明，藉由朝向板狀工件照射測定光，以根據反射光之受光量的變化來判斷板狀工件之裂痕，可將板狀工件之裂痕止於最小限度，以抑制磨削磨石之劣化而防止後續的板狀工件之裂痕。
1‧‧‧磨削裝置
11‧‧‧基台
12‧‧‧移動板
13‧‧‧防水蓋
14‧‧‧支柱
21‧‧‧工作夾台
22‧‧‧旋轉機構
23‧‧‧保持面
31‧‧‧磨削進給機構
32‧‧‧導軌
33‧‧‧Z軸基台
34‧‧‧滾珠螺桿
35‧‧‧驅動馬達
41‧‧‧磨削機構
42‧‧‧外殼
43‧‧‧主軸
44‧‧‧安裝座
45‧‧‧凸緣
46‧‧‧磨削輪
47‧‧‧輪基台
48‧‧‧磨削磨石
51‧‧‧厚度測定機構(裂痕檢測機構)
52、72‧‧‧照射部
53、73‧‧‧受光部
54‧‧‧厚度算出部
55、75‧‧‧判斷部
61‧‧‧控制機構
63‧‧‧厚度測定裝置
71‧‧‧高度測定機構(裂痕檢測機構)
74‧‧‧高度算出部
76‧‧‧參照反射面
81‧‧‧板狀工件的上表面
82‧‧‧板狀工件的下表面
83‧‧‧板狀工件的裂痕
W‧‧‧板狀工件
X、Y、Z‧‧‧方向
圖1是本實施形態之磨削裝置的立體圖。
圖2是本實施形態之磨削動作的說明圖。
圖3是本實施形態之厚度測定機構的示意圖。
圖4A、4B是表示本實施形態的板狀工件之裂痕與受光量的關係之說明圖。
圖5A、5B是本實施形態的板狀工件之厚度測定與裂痕檢測之說明圖。
圖6是變形例之高度測定機構的示意圖。
用以實施發明之形態
以下，參照附加圖式，說明本實施形態的磨削裝置。圖1是本實施形態之磨削裝置的立體圖。再者，本實施形態之磨削裝置，並不受限於如圖1所示的磨削加工專用的 裝置構成，也可以被安裝至例如以自動化實施磨削加工、研磨加工、洗淨加工等的一連串之加工的全自動化型(Full Auto Type)的加工裝置中。再者，在以下之圖式中，為了方便說明，省略關於BG(Back-Grinding)膠帶之記載。
如圖1所示，磨削裝置1是構成為使用將多數個磨削磨石48排列成圓環狀之磨削輪46，以磨削被保持在工作夾台21上之板狀工件W。磨削裝置1是將工作夾台21之旋轉軸與磨削輪46之旋轉軸偏心，且藉由使排列成圓環狀之磨削磨石48通過板狀工件W的上表面81，以將板狀工件W以圓弧狀的形式削減而薄化。再者，板狀工件W並不限於藍寶石、碳化矽等硬質的板狀工件，可以是矽、砷化鎵等的半導體基板，也可以是以樹脂或金屬等所形成的基板。
在磨削裝置1的基台11的上表面形成有在X軸方向上延伸的矩形之開口，此開口是被能夠與工作夾台21一起移動之移動板12與伸縮狀之防水蓋13所覆蓋。在防水蓋13的下方設有使工作夾台21在X軸方向上移動的滾珠螺桿式之進退機構(圖未示)、和使工作夾台21連續旋轉的旋轉機構22。在工作夾台21的表面上形成有藉由多孔質之多孔(porous)材來吸附板狀工件W的保持面23。保持面23是通過工作夾台21內之流路而與吸引源(圖未示)連接，且藉由在保持面23上產生之負壓以吸引保持板狀工件W。
在基台11上的支柱14上設有使磨削機構41在磨削進給方向(Z軸方向)上相對於工作夾台21接近及遠離的磨削進給機構31。磨削進給機構31具有配置在支柱14上之 與Z軸方向平行的一對導軌32、和被設置成可在一對導軌32上滑動之馬達驅動的Z軸基台33。在Z軸基台33的背面側上形成有圖未示之螺帽部，且在這些螺帽部中螺合有滾珠螺桿34。藉由利用連結於滾珠螺桿34之一端部的驅動馬達35令滾珠螺桿34旋轉驅動，就能將磨削機構41沿著導軌32在Z軸方向上移動。
磨削機構41是透過外殼42而被安裝於Z軸基台33的前面，且在圓筒狀之主軸43的下端設置安裝座44而構成。在主軸43上設有凸緣45，且透過凸緣45將磨削機構41支撐於外殼42上。在安裝座44的下表面上保持有磨削輪46，該磨削輪46是在輪基台47上將複數個磨削磨石48裝設成正圓的環狀。複數個磨削磨石48是例如以金屬黏結劑等之結合劑固定了鑽石磨粒而成的磨輪片所構成。
在磨削機構41的附近設置有用以測定板狀工件W之厚度的厚度測定機構51。厚度測定機構51是以例如非接觸式之干涉分光方式測定板狀工件W之厚度的機構，且是藉由來自板狀工件W的上表面81及下表面82的反射光之光路差來測定板狀工件W之厚度。又，在磨削裝置1中設有用以整合控制裝置各部的控制機構61。控制機構61是以實行各種處理的處理器及記憶體等所構成。記憶體是因應用途而由ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等的一個或複數個儲存媒體所構成。
在如此構成的磨削裝置1中，首先是將板狀工件W保持在工作夾台21上。在圖1中雖然將保持面23描繪成平 坦狀，但是如圖2所示，實際的保持面23是以工作夾台21之旋轉中心作為頂點的緩傾斜之圓錐狀，且板狀工件W也是沿著保持面23被保持成圓錐狀。將工作夾台21之傾斜調整成圓錐狀之板狀工件W之上表面相對於磨削磨石48之磨削面成為平行之後，可藉由一邊供給磨削水一邊使磨削磨石48與板狀工件W旋轉接觸來進行磨削。磨削加工中，是以厚度測定機構51即時地測定板狀工件W之厚度，並根據厚度測定機構51的測定結果來控制磨削機構41的進給量。
另外，在硬質的板狀工件W之磨削加工上，是使用上述之磨削裝置1，以例如Z1軸加工、Z2軸加工、Z3軸加工之3階段慢慢地將磨削磨石之磨粒的粒度變細來接近目標厚度。在Z2軸加工中，容易因磨削荷重而產生板狀工件W之裂痕，恐有因為深入板狀工件W之裂痕的磨粒而使磨削磨石48被削減，進而在磨削磨石48上產生缺損之疑慮。如果以已產生缺損之磨削磨石48持續進行板狀工件W之磨削，會變得更容易在板狀工件W上產生裂痕。在此板狀工件W之裂痕及磨削磨石48之缺損重複發生的情形下，會有使磨削磨石48的劣化加劇，且變得容易在後續之板狀工件W上產生裂痕的問題。
本案發明人在調查過板狀工件W之受光量與板狀工件W之裂痕的關係後，發現到來自厚度測定機構51的測定光會因為板狀工件W之裂痕而擴散反射因而在受光量上產生變化。因此，在本實施形態中，是形成為在持續進行磨削加工的狀態下，以厚度測定機構51測定板狀工件W 之厚度，並且從受光量的變化檢測板狀工件W之裂痕。藉此，能夠立即地檢測板狀工件W的裂痕，且能夠在早期就抑制磨削磨石48的劣化而變得可防止後續的板狀工件W之裂痕。
在此，參照圖3及圖4說明厚度測定機構。圖3是本實施形態之厚度測定機構的示意圖。圖4是表示本實施形態的板狀工件之裂痕與受光量的關係之說明圖。再者，本實施形態之厚度測定機構並不受限於圖3所示之構成，只要是能夠以光學式測定板狀工件之厚度的構成，不論是什麼樣的構成皆可。
如圖3所示，在厚度測定機構51中設有：從板狀工件W的上方朝向板狀工件W的上表面81照射測定光的照射部52、和接收測定光在板狀工件W上反射後之反射光的受光部53。從照射部52照射出的測定光是在板狀工件W的上表面81及下表面82反射而分別在受光部53被接收。又，在厚度測定機構51中設有根據在板狀工件W的上表面81及下表面82反射後之反射光來算出板狀工件W之厚度的厚度算出部54。厚度算出部54是藉由從板狀工件W的上表面81及下表面82之反射光的光路差來算出板狀工件W之厚度。
厚度測定機構51不僅有板狀工件W之厚度測定的功能，還有檢測板狀工件W之裂痕的功能。如上所述，在板狀工件W上產生裂痕時，因為測定光會在板狀工件W上擴散反射，所以厚度測定機構51可以利用此擴散反射造成之受光量的變化來檢測板狀工件W之裂痕。在厚度測定 機構51中設有：為了檢測板狀工件W之裂痕，而根據受光部53所接收之反射光的受光量來判斷板狀工件W之裂痕的判斷部55。在判斷部55中設定有成為板狀工件W之裂痕的判斷基準的受光量之容許範圍。
當在板狀工件W的上表面81反射後之反射光或是在板狀工件W的下表面82反射後之反射光的受光量超過預先設定的容許範圍的時候，判斷部55會判斷為在板狀工件W上已產生裂痕。再者，容許範圍是以例如事前先求出板狀工件W之裂痕與受光量的關係之作法而決定的。又，可將容許範圍設定為在來自板狀工件W的上表面81之反射光用與來自板狀工件W的下表面82之反射光用上為共通，也可以個別地設定。厚度算出部54的算出結果及判斷部55的判斷結果會被輸出至控制機構61以用於磨削機構41之磨削動作的控制。
然後，在磨削加工中，會即時地實施由厚度算出部54進行之板狀工件W的厚度算出，且根據厚度算出部54之算出結果來控制磨削機構41之進給量，以使板狀工件W接近目標的完成品厚度。又，在磨削加工中，也會即時地實施由判斷部55進行之板狀工件W的裂痕檢測，且根據判斷部55之判斷結果來控制磨削機構41的驅動及停止。在沒有被判斷部55判斷為板狀工件W之裂痕的期間會持續磨削加工，在已被判斷部55判斷為板狀工件W之裂痕的情形下，會停止磨削機構41並將板狀工件W之裂痕傳達給操作人員知道。
如圖4A所示，板狀工件W之裂痕83有從板狀工件之外緣朝向中心產生，且在通過中心後，從板狀工件W之中心朝向徑向外側之外緣產生的傾向。因此，藉由利用厚度測定機構51在使其對板狀工件W之徑向之預定位置照射測定光的狀態下使板狀工件W旋轉，就可在不會看漏在板狀工件W上產生之裂痕83的情形下進行檢測。再者，厚度測定機構51也可以一邊在板狀工件W的徑向變換位置，一邊在板狀工件W的徑向的複數個地方檢測裂痕83。
如圖4B所示，當測定光在板狀工件W之裂痕83反射時，會因為測定光的擴散反射而使受光量大幅地變化。在板狀工件W之產生有裂痕83的角度位置上，受光量會變化成大幅地降低之後再大幅地上昇。可因應此受光量是否超過容許範圍來檢測板狀工件W之裂痕83。再者，因為受光量的變化(峰值)會週期性地顯現，所以當受光量的變化出現了複數次時，也可以檢測為板狀工件W之裂痕。又，可以在受光量超出容許範圍之上限、下限的其中一個時就判斷為板狀工件W的裂痕83，也可以在超出容許範圍之上限、下限雙方時再判斷為板狀工件W的裂痕83。
接著，參照圖5來說明厚度測定機構的板狀工件之厚度測定與裂痕檢測。圖5是本實施形態的板狀工件之厚度測定與裂痕檢測之說明圖。再者，圖5所示之厚度測定處理及裂痕檢測處理只是表示一實例之處理，所以不應受限於此構成。又，雖然是將工作夾台之保持面記載為平坦狀，但是實際上是形成為緩傾斜之圓錐狀。此外，為了方便說 明，Z2軸用之磨削裝置與Z3軸用之磨削裝置也都附上相同的符號。
如圖5A所示，是將Z1軸加工(粗磨削加工)後的板狀工件W搬入至Z2軸用之磨削裝置，且將板狀工件W之中心保持成與工作夾台21之中心一致。然後，一邊將磨削輪46繞著Z軸旋轉一邊使其靠近板狀工件W，並將磨削磨石48與板狀工件W相對地滑動來將板狀工件W進行Z2軸加工。Z2軸加工(中磨削加工)是使用粒度比Z1軸加工之還要細的磨削磨石48來實施磨削加工。磨削加工中，是一邊利用厚度測定機構51噴出氣體，一邊即時地實施板狀工件W之厚度測定與板狀工件W之裂痕檢測。
根據來自厚度測定機構51的板狀工件W之厚度，將板狀工件W磨削加工，直到板狀工件W的厚度達到目標厚度為止。一旦在磨削加工中以厚度測定機構51檢測出板狀工件W之裂痕時，即停止磨削加工並提醒操作人員進行工作夾台21上的板狀工件W的撤除。像這樣，因為在板狀工件W上產生裂痕時就立即地停止磨削加工，所以不會有在板狀工件W已破裂的狀態下持續磨削的情形，也不會有磨削磨石48之劣化加劇的情形。據此，因為抑制了磨削磨石48之劣化，所以能夠防止後續的板狀工件W之裂痕。
另一方面，對於在磨削加工中沒有在板狀工件W上檢測出裂痕的情形，會將其搬入Z3軸用之磨削裝置，以實施Z3軸加工(精磨削加工)。Z3軸加工是在工作夾台21上以接觸式的厚度測定裝置63將板狀工件W精磨削。像這樣， 可僅針對沒有裂痕的板狀工件W進行後段之磨削加工。Z3軸加工是使用粒度比Z2軸加工還要細的磨削磨石48來實施磨削加工。又，在本實施形態中，雖然是作成同時地實施板狀工件W之厚度測定與板狀工件W之裂痕檢測之構成，但是也可以作成在板狀工件W之厚度測定中，定期地插入板狀工件W之裂痕檢測的構成。
此外，也可以作成在板狀工件W之Z2軸加工結束後再檢測板狀工件W之裂痕的構成。此時，可以在以Z2軸用之磨削裝置進行Z2軸加工後接著檢測板狀工件W之裂痕，也可以如圖5B所示，在以Z3軸用之磨削裝置進行Z3軸加工前檢測板狀工件W之裂痕。這種構成也不會有在板狀工件W已破裂的狀態下實施後段的Z3軸磨削之情形，而可以抑制磨削磨石48的劣化，以防止後續的板狀工件W之裂痕。再者，並不受限於在Z2、Z3軸加工之任一加工中檢測板狀工件W之裂痕之構成，也可以在Z1、Z2、Z3軸加工中全都檢測板狀工件W之裂痕。有時候在Z1軸加工中也會有發生裂痕的情形，且有時候也會有在Z1軸加工上於板狀工件W之外周緣形成裂紋(crack)，且在Z2軸磨削中或在Z3軸磨削中產生裂痕的情形。因此，也可以作成針對Z1軸加工之磨削裝置也安裝裂痕檢測專用之光感測器。
如以上所述，本實施形態之磨削裝置1是朝向板狀工件W照射測定光，而根據反射光之受光量的變化來判斷板狀工件W之裂痕。因為是在持續磨削加工的狀態下監視受光量的變化，所以能夠立即地判斷板狀工件W之裂痕。 據此，能夠將板狀工件W之裂痕止於最小限度，以在磨削機構41之磨削磨石48的劣化加劇之前即停止磨削加工，且能夠防止因磨削磨石48的劣化或板狀工件W之破損屑而造成之後續的板狀工件W之裂痕。
再者，本發明並不受限於上述實施形態，且可進行各種變更而實施。在上述實施形態中，關於在附圖中所圖示之大小或形狀等，並不受限於此，且可在發揮本發明的效果的範圍內作適當的變更。另外，只要不脫離本發明之目的之範圍，均可以作適當的變更而實施。
例如，在上述之實施形態中，雖然是作成使用厚度檢測機構作為裂痕檢測機構來檢測板狀工件之裂痕的構成，但是並不受限於此構成。裂痕檢測機構只要是能以受光部接收由照射部所照射出之測定光在板狀工件反射後的反射光，以根據受光量來檢測板狀工件之裂痕的構成，則不管要如何構成都可以。例如，也可以將裂痕檢測機構構成為板狀工件之裂痕檢測專用的檢測裝置，也可以如圖6所示，以非接觸式之高度規(height gauge)等的高度測定機構71來構成。
在高度測定機構71的頭部內設有成為板狀工件W之上表面高度之測定基準的參照反射面76。高度測定機構71是構造成利用來自頭部內之參照反射面76的反射光與來自板狀工件W之上表面81的反射光來測定上表面高度。在高度測定機構71中設有：從板狀工件W的上方照射測定光的照射部72、接收測定光在板狀工件W上反射後之反射 光的受光部73、和根據來自參照反射面76之反射光與來自板狀工件W之上表面81之反射光來算出板狀工件W之上表面高度的高度算出部74。
又，在高度算出部74中設有與上述之厚度測定機構51同樣地根據受光部73所接收之反射光的受光量來判斷板狀工件W之裂痕的判斷部75。當在板狀工件W的上表面81反射後之反射光的受光量超過預先設定的容許範圍的時候，判斷部75會判斷為在板狀工件W上已產生裂痕。即使是像這樣的構成，也能夠立即地檢測板狀工件W之裂痕，以在磨削機構41之磨削磨石48的劣化加劇之前即停止磨削加工，且能夠防止後續的板狀工件W之裂痕。
又，在上述之實施形態中，雖然是針對在進行切入式(infeed)磨削時檢測板狀工件W之裂痕的構成加以說明，但是也可以在進行深切緩進(creep feed)磨削時檢測板狀工件W之裂痕。
產業上之可利用性
如以上說明，本發明具有能夠做到將板狀工件之裂痕止於最小限度，以抑制磨削磨石之劣化而防止後續的板狀工件之裂痕的效果，且對於磨削藍寶石、碳化矽等之硬質的板狀工件之磨削裝置特別有用。

Claims (1)

  1. 一種磨削裝置，具備保持板狀工件的工作夾台、使該工作夾台連續旋轉的旋轉機構、和以該旋轉機構使該工作夾台連續旋轉並以磨削磨石對保持之板狀工件進行磨削的磨削機構，且該磨削裝置具備檢測以該磨削機構磨削的該工作夾台所保持之板狀工件之裂痕的裂痕檢測機構，該裂痕檢測機構具備：照射部，從板狀工件的上方朝向板狀工件的上表面照射測定光；受光部，接收從該照射部照射出的測定光在板狀工件的該上表面反射後之反射光與在板狀工件的下表面反射後之反射光；厚度算出部，從在板狀工件的該上表面及該下表面反射後之反射光來算出板狀工件之厚度；以及判斷部，當該受光部所接收的在該上表面反射後之反射光或在該下表面反射後之反射光之受光量超過預先設定的容許範圍時會判斷為裂痕。
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