TWI698302B - 加工裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題，係提供於支持加工用之工具的空氣軸承中，可事前防止空氣軸承的擦傷現象的加工裝置。

本發明的解決手段：加工裝置的加工手段，係包含主軸、配設以空氣支持該主軸之空氣軸承的主軸殼體、及安裝於該主軸的前端的工具。該主軸殼體，係具備連通於對該空氣軸承供給空氣之空氣供給流路的空氣供給口，與從該空氣軸承連通於排氣流路，排出空氣的排氣口，於從空氣源至該空氣供給口的空氣供給路徑配設壓力計與流量計，對於從該壓力計所檢測出的壓力值，設定第1允許值，對於從該流量計所檢測出的流量值，設定第2允許值。

Description

加工裝置
本發明係關於包含保持被加工物的吸盤台，與對被該吸盤台保持之被加工物實施加工的加工手段的加工裝置。
IC、LSI等的複數裝置藉由預定分割線區劃，並形成於表面的晶圓，係藉由磨削裝置來磨削背面，形成為所定厚度之後，藉由切割裝置分割成各個裝置晶片，被分割的裝置晶片利用於手機、電腦等的電氣機器。
磨削裝置大概由保持晶圓的吸盤台，與可旋轉地安裝對被該吸盤台保持之晶圓進行磨削的磨削輪(工具)的磨削手段所構成，可將晶圓加工成所希望的厚度(例如，參照專利文獻1)。
又，切割裝置大概由保持晶圓的吸盤台，與可旋轉地安裝對被該吸盤台保持之晶圓進行切削的切削刀(工具)的切削手段所構成，可將晶圓高精度地分割成各個裝置晶片(例如，參照專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-052057號公報
[專利文獻2]日本特開2010-173002號公報
前述之磨削手段、切削手段，係包含安裝工具的主軸，與藉由供給高壓空氣，非接觸狀態下支持該主軸的空氣軸承所構成，在幾乎沒有摩擦抵抗之狀態下可旋轉地支持該主軸，抑制振動，可進行高精度的磨削、切削。但是，於供給空氣的供給路徑或排氣路徑，灰塵、粉塵、水等從外部侵入，或者伴隨壓力、溫度變化而發生水等的異物阻塞時，對於空氣軸承無法供給充分的高壓空氣，該非接觸狀態無法維持，發生擦傷現象(galling)，有磨削手段及切削手段破損之虞。再者，於該路徑上發生空氣洩漏，也會發生相同的問題。
本發明係有鑑於前述事實所發明者，其主要技術課題是提供於支持加工用之工具的空氣軸承中，可事前防止空氣軸承的擦傷現象的加工裝置。
依據本發明，提供一種加工裝置，係包含保 持被加工物的吸盤台，與對被該吸盤台保持之被加工物實施加工的加工手段的加工裝置，其特徵為：該加工手段係具備：主軸；主軸殼體，係具有空氣供給流路、連接於該空氣供給流路的空氣供給口、排氣流路、連接於該排氣流路的排氣口，且可旋轉地支持該主軸；空氣軸承，係被劃分於該主軸與該主軸殼體之間，且連通於該空氣供給流路及該排氣流路，以高壓空氣支持該主軸；工具，係安裝於該主軸的前端；高壓空氣源；空氣供給路徑，係連接該高壓空氣源與該空氣供給口；壓力計，係配設於該空氣供給路徑；及流量計，係配設於該空氣供給路徑；對於從該壓力計所檢測出的壓力值，設定第1允許值，對於從該流量計所檢測出的流量值，設定第2允許值。
在從該壓力計所檢測出的壓力值偏離該第1允許值，或者該流量計之值偏離第2允許值時，對操作員發出警告為佳；尤其，在從該壓力計所檢測出的壓力值維持該第1允許值，從該流量計所檢測出的流量值低於第2允許值時，可警告於該空氣供給流路或該排氣流路發生異物的阻塞之狀況；在從該壓力計所檢測出的壓力值維持該第1允許值，從該流量計所檢測出的流量值高於第2允許值時，則警告於該空氣供給流路或該排氣流路中發生空氣洩漏之狀況。
依據本發明，可實現除了壓力計之外，也可 藉由從流量計所檢測出的流量值來管理從空氣源對於空氣軸承供給之空氣的管理，故可預測儘管供給空氣的壓力維持所希望的壓力，水等的異物阻塞在對於空氣軸承之空氣的供給流路、或排氣流路，未對於空氣軸承供給充分的高壓空氣時的擦傷現象，可事前防止配設空氣軸承的加工手段，例如磨削手段、切削手段等的破損。
又，以在從該壓力計所檢測出的壓力值偏離該第1允許值，或者該流量計之值偏離第2允許值時，對操作員發出警告之方式構成；尤其，在從該壓力計所檢測出的壓力值維持該第1允許值，從該流量計所檢測出的流量值低於第2允許值時，可警告於該空氣供給流路或該排氣流路發生異物的阻塞之狀況，在從該壓力計所檢測出的壓力值維持該第1允許值，從該流量計所檢測出的流量值高於第2允許值時，則可警告於該空氣供給流路或該排氣流路中發生空氣洩漏之狀況。
1‧‧‧磨削裝置
2‧‧‧靜止基台
3‧‧‧支柱
4‧‧‧導引軌道
10‧‧‧磨削單元
10’‧‧‧切削單元
12‧‧‧主軸殼體
13‧‧‧支持部
14‧‧‧移動基台
15‧‧‧主軸
20‧‧‧伺服馬達
20a‧‧‧定子
20b‧‧‧轉子
22‧‧‧輪座
24‧‧‧磨削輪
26‧‧‧砥石
28‧‧‧凸緣構件
36‧‧‧吸盤台機構
50‧‧‧空氣供給源
51‧‧‧空氣供給路徑
52‧‧‧壓力計
53‧‧‧流量計
54‧‧‧空氣供給路徑
54a‧‧‧空氣噴出口
54b‧‧‧空氣噴出口
56‧‧‧排氣路徑
60‧‧‧徑向空氣軸承
70‧‧‧推力空氣軸承
71‧‧‧推力板
541‧‧‧空氣供給口
561‧‧‧排氣口
[圖1]磨削裝置的整體立體圖。
[圖2]適用於圖1所示之磨削裝置的磨削單元的縱剖面。
[圖3]用以說明遵從本發明所實施之程序的流程圖。
[圖4]作為其他實施形態所揭示之切削單元的縱剖面。
以下，針對依據本發明所構成之加工裝置的理想實施形態，參照添附圖面詳細進行說明。
於圖1，作為第一實施形態，揭示具備遵從本發明所構成之加工手段的磨削裝置的整體立體圖。圖1所示之磨削裝置1，係具有靜止基台2，從該靜止基台2的背面朝上方直立設置支柱3。於支柱3，固定有延伸於上下方向之一對導引軌道4。
磨削單元10係具有主軸殼體12，與保持主軸殼體12的支持部13，該支持部13安裝於沿著一對導引軌道4移動於上下方向的移動基台14，磨削單元10(磨削手段)可移動於上下方向地安裝。
磨削單元10係包含可旋轉地收容於主軸殼體12內的主軸15、旋轉驅動主軸15的伺服馬達20、固定於主軸15的前端的輪座22、可裝卸地安裝於輪座22，且於下面具備配設成環狀之複數砥石26的磨削輪24。
磨削裝置1係具備由使磨削單元10沿著一對導引軌道4移動於上下方向的滾珠螺桿與脈衝馬達所構成的磨削單元進給機構30。該磨削單元進給機構30藉由旋轉驅動脈衝馬達，讓滾珠螺桿旋轉，移動基台14移動於上下方向。
於靜止基台2的上面，配設有作為保持被加工物之保持手段的吸盤台機構36，以藉由未圖示的移動 機構，在晶圓裝卸位置，與對向於磨削單元10的磨削位置之間移動之方式構成。
於圖2揭示具有空氣供給流路54及排氣流路56的磨削單元10的縱剖面。磨削單元10的主軸殼體12係於其中心支持主軸15，主軸15具有一體地形成之圓板形狀的推力板71，包含以空氣支持主軸15之徑向方向的徑向空氣軸承60，與以空氣支持挾持主軸15的推力板71之推力方向的推力空氣軸承70。
於磨削單元10之主軸殼體12的外周部，配設有空氣供給口541、排氣口561。於主軸殼體12內，形成有將高壓空氣供給至空氣軸承的空氣供給流路54(圖中以粗線表示)，與排出經徑向空氣軸承60、推力空氣軸承70之空氣的排氣流路56(圖中以細線表示)。該高壓空氣(例如0.6MPa)係從外部的空氣供給源50供給，透過空氣供給路徑51被導入至空氣供給口541，經由各空氣軸承，從排氣口561被排出至外部。
從空氣供給口541導入的高壓空氣，係透過形成於主軸殼體12內之空氣供給流路54的途中分歧之一方側的空氣供給流路54，從形成於徑向空氣軸承60的空氣噴出口54a噴出。又，該高壓空氣係透過該分歧之另一方側的空氣供給流路54，也從形成於推力空氣軸承70的空氣噴出口54b噴出。
徑向空氣軸承60、推力空氣軸承70係藉由從該空氣噴出口54a、54b供給的高壓空氣，形成具有微小 間隙(5~10μm)的高壓空氣層，主軸15以藉由主軸殼體12在非接觸狀態下被支持之方式構成。藉此，能以極少的阻抗，穩定地高速運轉。再者，於主軸15的上端部，形成有用以旋轉驅動主軸15的定子20a，與由轉子20b所成的伺服馬達20。
空氣供給源50係於配置本實施形態的加工裝置之工場等的加工現場中，對於複數各種裝置供給高壓空氣者，即使於各裝置中被消費之高壓空氣的量多少變化，也可維持大略一定的壓力的構造，該主軸12被穩定地支持。
於從該空氣供給源50對磨削單元10供給高壓空氣的空氣供給路徑51上，配設有檢測出空氣供給路徑51內之壓力的壓力計52，與檢測出流通於空氣供給路徑51內之高壓空氣的流量的流量計53，被檢測出的壓力值及流量值，被輸出至後述之控制手段。
本實施形態之磨削裝置1具備未圖示的控制手段，該控制手段藉由電腦所構成，具備遵從控制程式進行運算處理的中央處理裝置(CPU)、儲存控制程式等的唯讀記憶體(ROM)、隨時儲存運算結果等之可讀寫的隨機存取記憶體(RAM)、輸入介面及輸出介面。對於該控制手段的該輸入介面，輸入來自配設於前述高壓空氣之空氣供給路徑51的壓力計52的壓力值訊號、來自流量計53的流量值訊號、配置於伺服馬達20之未圖示的旋轉速度感測器、加速度感測器的輸出值等。然後，從該輸出介 面，輸出對於伺服馬達20的輸出訊號、對於操作員的警告訊號等。於前述控制手段的唯讀記憶體(ROM)，記憶有依據圖3所示之流程圖所構成的程序，施加磨削裝置1中實施之對於被加工物的加工之間，每隔所定時間重複執行，監視加工狀態。
本實施形態的磨削裝置1概略如以上所構成，針對該作用進行說明。
於圖1所示之磨削裝置1中，於構成保持手段的吸盤台機構36上載置晶圓時，從該控制手段，對於構成伺服馬達20的定子20a，輸出施加電力的控制訊號，讓連接於轉子20b的主軸15旋轉，成為可藉由安裝於主軸15之磨削輪24的砥石26來進行所定的磨削加工之待機狀態。再者，對於伺服馬達20供給電力時，事前從空氣供給源50對於磨削單元10供給高壓空氣，於主軸殼體12的內部中，該主軸15在非接觸狀態下被支持。
在對於伺服馬達20供給電力，該磨削單元10的主軸15正在旋轉之狀態下，讓移動基台14沿著一對導引軌道4下降，接觸被加工物即晶圓的磨削面之後開始磨削加工，一邊以一定的磨削進給速度下降一邊執行磨削加工。在此，檢測出該磨削裝置1之異常，故每隔所定時間重複執行依據圖3所示之流程圖的程序。
該程序開始時，設置於空氣供給路徑51的壓力計52所檢測出之壓力值，被輸入並記憶於該控制手段(步驟S1)。進而，設置於空氣供給路徑51上的流量計 53所檢測出之流量值，被輸入並記憶於該控制手段(步驟S2)。
於該控制手段，該磨削單元10的空氣軸承中被允許之高壓空氣的壓力允許值及流量允許值，以所定允許幅度被預先設定且記憶，於本實施形態中，例如，設定為壓力允許值=0.5~0.6MPa、流量允許值=48~52公升/分。在步驟S1、S2中，空氣供給路徑51的壓力值、流量值已被輸入至控制手段的話，則判定該壓力值是否在該壓力允許值的範圍內(步驟S3)。判定為該壓力值在壓力允許值的範圍內(Yes)時，則判斷壓力沒有異常，前進至下個步驟，判定藉由流量計53所檢測出的流量值，是否在流量允許值的範圍內(步驟S4)。判定為流量值在前述之流量允許值的範圍內(Yes)時，則前進至步驟S41，設為異常旗標=0(無異常)，該程序結束，在下個時序再次執行該程序。再者，該程序初始執行時，作為初始設定，異常旗標設定為0。
回到步驟S3持續說明時，在步驟S3中判定為所檢測出之空氣供給路徑51的壓力值不在壓力允許值的範圍內(No)時，則前進至步驟S31，設為異常旗標=1並記憶於控制手段，進入步驟S7，依據該異常旗標之值，實施對於操作員之異常的警告(蜂鳴器、對於監視器的異常顯示、紅色燈的點燈等)。再者，高壓空氣的空氣供給路徑51之壓力異常(異常旗標=1)，係想定空氣供給源50的異常，將該要旨顯示(例如「供給空氣壓力異 常」)於監視器等亦可。
在步驟S3中判定為壓力值在壓力允許值的範圍內(Yes)之後，則前進至步驟S4，進行流量值是否在流量允許值的範圍內的判定，結果，被判定為該流量值未在流量允許值的範圍內(No)時，則前進至步驟S5。在步驟S5中，判定該流量值是否是流量允許值以上，判定為流量值不是流量允許值以上(No)時，因為判定是流量允許值以下，所以，前進至步驟S51，設為異常旗標=2並記憶於控制手段。然後，前進至步驟S7，依據異常旗標之值，實施對於操作員之異常的警告(蜂鳴器、對於監視器的異常顯示、紅色燈的點燈等)。再者，於步驟S5中判定為No時，則想定高壓空氣的供給路徑，或者排氣路徑上中任一，發生異物等的阻塞，將其要旨顯示(例如，「發生異物阻塞」等)於操作員可視認的監視器，進行警告。
在步驟S5中判定流量值是流量允許值以上(Yes)時，則前進至步驟S6，設為異常旗標=3並記憶於控制手段。然後，前進至步驟S7，依據異常旗標之值，實施對於操作員之異常的警告(蜂鳴器、對於監視器的異常顯示、紅色燈的點燈等)。再者，於步驟S5中流量值是流量允許值以上時，則想定高壓空氣的供給路徑，或者排氣路徑上中任一，發生空氣洩漏，將其要旨顯示(例如，「發生空氣洩漏」等)於操作員可視認的監視器，進行警告。再者，異常旗標變成1~3時，除了如上所述，將 異常內容具體顯示於監視器並進行警告之外，或者代替其，可採用藉由加工裝置所附帶之警告燈管的顏色來警告異常、將前述異常旗標之值作為錯誤碼來顯示等，操作員可區別異常的種類之各種警告形態。
如前述，在工場等中從容量大的高壓空氣供給源對複數裝置供給高壓空氣時，即使於各裝置中消費之高壓空氣的流量多少變化，供給至各裝置的高壓空氣的壓力值也保持為大略一定。因此，即使於各裝置之空氣的供給路徑、排出路徑中發生阻塞或空氣洩漏，也僅監視來自壓力計的檢測值的話，會漏掉該異常而持續使用加工手段，空氣軸承不會正常作用，主軸殼體與主軸而發生擦傷現象，空氣軸承部有破損之虞。相對於此，依據本發明所構成的加工裝置中，於高壓空氣的供給路徑上，除了壓力計之外，設置流量計，利用一起監視藉由壓力計所檢測出的壓力值，與從流量計所檢測出的流量值，假設即使壓力值維持在允許值內，也可在擦傷現象發生之前，馬上檢測出高壓空氣的供給路徑、排出路徑的異常，預測出擦傷現象，可防止導致重度的破損。
又，在本發明中，可依據流量計所檢測出的流量值是流量允許值以上或是以下，來區別是高壓空氣的洩漏、或是空氣的供給路徑、排氣路徑的阻塞，所以，可迅速地檢測出異常的發生，並且容易特定異常原因。
於圖4，作為依據本發明所構成的第二實施形態，揭示適用於切削裝置的切削單元10’，揭示具有連接 於供給高壓空氣之空氣供給路徑51的空氣供給流路54及排氣流路56的該切削單元10’的縱剖面。再者，關於與前述之第一實施形態的磨削單元10相同的構造，附加相同符號而省略其詳細說明。於該切削單元10’之主軸15的前端部，圓環狀的切削刀27藉由凸緣構件28挾持。第一實施形態之磨削單元10，係以主軸15的軸指向於上下方向來配置，沿8導引軌道4，移動於磨削進給方向即上下方向之方式構成，該第二實施形態之切削單元10’，係於未圖示的切削裝置上，以主軸15的軸方向指向於水平方向之方式配設。
在本實施形態的切削單元10’中，主軸15被配設於水平方向，進行切削加工，故與主軸15的軸正交之方向，亦即，徑向方向承受最多負荷。因此，供給路徑54及排氣路徑56任一發生異常時，主軸15的徑向空氣軸承60中發生擦傷現象之虞變多。因此，即使在本實施形態中，也許第一實施形態相同，利用執行依據圖3所示之流程圖的程序，實施異常判定及警告，可迅速地檢測出異常的發生，並且特定異常原因。
在前述之第一、第二實施形態中，已揭示將本發明適用於以磨削砥石為工具的磨削裝置、以切削刀為工具的切削裝置之範例，但本發明並不限定於此，也可適用於包含主軸、配設以空氣支持該主軸之空氣軸承的殼體、及安裝於該主軸的前端的工具，該殼體具備連通於對該空氣軸承供給空氣之空氣供給流路的空氣供給口，與從 該空氣軸承連通於排氣流路，排出空氣的排氣口之具有所有加工手段的加工裝置，例如，旋盤加工裝置、銑床加工裝置等。
10‧‧‧磨削單元
12‧‧‧主軸殼體
15‧‧‧主軸
20‧‧‧伺服馬達
22‧‧‧輪座
24‧‧‧磨削輪
26‧‧‧砥石
20a‧‧‧定子
20b‧‧‧轉子
50‧‧‧空氣供給源
51‧‧‧空氣供給路徑
52‧‧‧壓力計
53‧‧‧流量計
54‧‧‧空氣供給路徑
54a‧‧‧空氣噴出口
54b‧‧‧空氣噴出口
56‧‧‧排氣路徑
60‧‧‧徑向空氣軸承
70‧‧‧推力空氣軸承
71‧‧‧推力板
541‧‧‧空氣供給口
561‧‧‧排氣口

Claims (3)

  1. 一種加工裝置，係包含保持被加工物的保持手段，與對被該保持手段保持之被加工物實施加工的加工手段的加工裝置，其特徵為：該加工手段係具備旋轉主軸、配設有利用空氣支持該旋轉主軸的空氣軸承的殼體、及安裝於該旋轉主軸的前端的工具；該殼體，係具備連通於對該空氣軸承供給空氣的供給路徑的供給口，與從該空氣軸承連通於排氣路徑以進行排氣的排氣口；在從對於複數裝置供給高壓空氣，即使於該複數裝置中被消費之高壓空氣的量多少發生變化，也可維持大略一定的壓力的空氣供給源到該供給口的路徑，配設有壓力計與流量計；對於從該壓力計所檢測出的壓力值，設定具有所定允許幅度之預先設定的第1允許值，對於從該流量計所檢測出的流量值，設定具有所定允許幅度之預先設定的第2允許值；在從該壓力計所檢測出的壓力值偏離該第1允許值，或該流量計之值偏離第2允許值時，對操作員發出警告；在從該壓力計所檢測出的壓力值維持該第1允許值的範圍內之狀態，從該流量計所檢測出的流量值低於第2允許值時，則警告於該供給路徑或該排氣路徑中發生異物的阻塞之狀況。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之加工裝置，其中，在從該壓力計所檢測出的壓力值維持該第1允許的範圍內之狀態，且從該流量計所檢測出的流量值高於第2允許值時，則警告於該空氣供給流路或該排氣流路中發生空氣洩漏之狀況。
  3. 一種加工裝置，係包含保持被加工物的保持手段，與對被該保持手段保持之被加工物實施加工的加工手段的加工裝置，其特徵為：該加工手段係具備旋轉主軸、配設有利用空氣支持該旋轉主軸的空氣軸承的殼體、及安裝於該旋轉主軸的前端的工具；該殼體，係具備連通於對該空氣軸承供給空氣的供給路徑的供給口，與從該空氣軸承連通於排氣路徑以進行排氣的排氣口；在從對於複數裝置供給高壓空氣，即使於該複數裝置中被消費之高壓空氣的量多少發生變化，也可維持大略一定的壓力的空氣供給源到該供給口的路徑，配設有壓力計與流量計；對於從該壓力計所檢測出的壓力值，設定具有所定允許幅度之預先設定的第1允許值，對於從該流量計所檢測出的流量值，設定具有所定允許幅度之預先設定的第2允許值；在從該壓力計所檢測出的壓力值偏離該第1允許值，或該流量計之值偏離第2允許值時，對操作員發出警告； 在從該壓力計所檢測出的壓力值維持該第1允許值的範圍內之狀態，從該流量計所檢測出的流量值高於第2允許值時，則警告於該供給路徑或該排氣路徑中發生空氣洩漏之狀況。
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