(57)【要約】【課題】少ない気体の消費で安定駆動できる気体軸受けスピンドルを有する加工装置を提供する。【解決手段】主軸部６００の外周から鍔部６０１が径方向に突出して形成されるスピンドル６０と、スピンドル６０を収容するハウジング６１と、主軸部６００との間に気体の層を形成してスピンドル６０を支持するラジアルエアベアリング６３と、鍔部６０１との間に気体の層を形成してスピンドル６０を支持するスラストエアベアリング６４と、気体調整弁８を有しラジアルエアベアリング６３、スラストエアベアリング６４で使用される気体を送り込む気体流路６２とを有するスピンドルユニット６を備え、スピンドル６０の先端に加工工具３１が取り付けられた加工装置において、加工中と加工中でないときとで気体調整弁８を調整する気体調整弁制御手段９を備え、加工が行われない間はスピンドル６０とハウジング６１の内壁とが接触しない量の気体をスピンドルとハウジングの内壁との間に送り込む。【選択図】図３
2011083864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の主軸部と該主軸部の外周から径方向に突出した鍔部とを有し該主軸部の軸心を回転軸とするスピンドルと、該スピンドルを収容するハウジングと、該スピンドルの該主軸部と該ハウジングの内壁との間に形成された気体の層によって形成され回転軸方向と垂直に交わる方向において該スピンドルを支持するラジアルエアベアリングと、該スピンドルの該鍔部と該ハウジングの内壁との間に形成された気体の層によって形成され該回転軸方向において該スピンドルを支持するスラストエアベアリングと、該スピンドルと該ハウジングの内壁との間に気体を送り込んで該ラジアルエアベアリングと該スラストエアベアリングとを形成する気体流路と、を有するスピンドルユニットと、
該スピンドルの先端に取り付けられた加工工具と、
該加工工具によって加工する被加工物を保持する保持テーブルと、
該スピンドルユニットと該保持テーブルとを相対的に移動させる移動手段と、
を有する加工装置であって、
該気体流路に設けられ、該気体の流量を調節する気体調整弁と、
該加工工具によって被加工物を加工しない際には該スピンドルの該主軸部及び該鍔部が該ハウジングの内壁と接触しない量の該気体を該スピンドルと該ハウジングの内壁との間に送り込むように該気体調整弁を制御し、該加工工具によって被加工物を加工する際には適切な加工が行える量の該気体を該スピンドルと該ハウジングの内壁との間に送り込むように該気体調整弁を制御する気体調整弁制御手段と、
を有する加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体軸受けを有する加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ、ガラス、セラミックス等の板状の被加工物の面を研削して所望の厚さとする場合には、回転する砥石を被加工物に押し当てて研削を行う研削装置が用いられている。かかる研削装置は、例えば特許文献１に示されているように、被加工物を保持するチャックテーブルと、回転によりチャックテーブルを着脱域と研削域とに位置付けするターンテーブルと、研削域に配設されチャックテーブル上に保持された被加工物を研削する研削ホイールを有する研削手段とを備えており、研削ホイールの下部には研削砥石が固着されている。研削手段としては、空気などの気体によってスピンドルが回転可能に支持され、スピンドルの先端部に研削ホイールが固定された構成のものが使用されている。
【０００３】
また、例えば特許文献２に示されているように、被加工物を切削して個々のチップに分割する切削装置には、被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを有する切削手段とを備えている。切削手段としては、空気などの気体によってスピンドルが回転可能に支持され、スピンドルの先端部に切削ブレードが固定された構成のものが使用されている。
【０００４】
このように、研削装置や切削装置をはじめとして、加工工具が回転する構成の加工装置においては、スピンドルの安定駆動のために、気体軸受けスピンドルが使用されている。従来は、加工が行われていない間にも、加工中と同じ条件によってスピンドルが駆動されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−８６０４８号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、近年は、加工装置に利用する空気などの気体の使用量を削減する要望が高く、より少ない気体量で安定駆動できる気体軸受けスピンドルを有する加工装置が求められている。
【０００７】
本発明はこれらの事実に鑑みて成されたものであって、その主な技術的課題は、より少ない気体の消費で安定駆動できる気体軸受けスピンドルを有する加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、円柱状の主軸部と主軸部の外周から径方向に突出した鍔部とを有し主軸部の軸心を回転軸とするスピンドルと、スピンドルを収容するハウジングと、スピンドルの主軸部とハウジングの内壁との間に形成された気体の層によって形成され回転軸方向と垂直に交わる方向においてスピンドルを支持するラジアルエアベアリングと、スピンドルの鍔部とハウジングの内壁との間に形成された気体の層によって形成され回転軸方向においてスピンドルを支持するスラストエアベアリングと、スピンドルとハウジングの内壁との間に気体を送り込んでラジアルエアベアリングとスラストエアベアリングとを形成する気体流路とを有するスピンドルユニットと、スピンドルの先端に取り付けられた加工工具と、加工工具で加工する被加工物を保持する保持テーブルと、スピンドルユニットと保持テーブルとを相対的に移動させる移動手段とを有する加工装置であって、気体流路に設けられ気体の流量を調節する気体調整弁を有し、加工工具によって被加工物を加工しない際にはスピンドルの主軸部及び鍔部がハウジングの内壁と接触しない量の気体をスピンドルとハウジングの内壁との間に送り込むように気体調整弁を制御し、加工工具によって被加工物を加工する際には適切な加工が行える量の気体をスピンドルとハウジングの内壁との間に送り込むように気体調整弁を制御する気体調整弁制御手段とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る加工装置は、スピンドルとハウジングの内壁との間に送り込む気体の流量を調節する気体調整弁と、加工工具による加工が行われているか否かによって気体調整弁を制御する気体調整弁制御手段とを備えており、気体調整弁制御手段が、加工を行わない間に使用する気体の量を、加工を行っているときに必要な気体の量よりも少なくする制御を行うことにより、従来よりも気体を節約することができ、より少ない気体の消費でスピンドルを安定駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】研削装置の一例の外観を示す斜視図である。
【図２】研削装置を構成する移動手段の一例を示す斜視図である。
【図３】加工手段の構造を略示的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示す研削装置１は、本発明が適用される加工装置の一種であり、被加工物を保持する保持テーブル２と、保持テーブル２に保持された被加工物を研削加工する加工手段３と、加工手段３を加工送りする加工送り手段４と、オペレータによる入力を行うための操作盤と５を備えている。
【００１２】
保持テーブル２は、図１に示すように、基台２０によって回転可能に支持されており、基台２０の前後方向の側部には、伸縮自在な蛇腹２１が連結されている。保持テーブル２は、蛇腹２１の伸縮を伴って、図２に示す移動手段２２によって駆動されて水平方向かつ前後方向（図１におけるＡ方向及びＢ方向）に移動する構成となっている。
【００１３】
図２に示す移動手段２２は、水平方向の回転軸を有し前後方向に延びるボールスクリュー２２０と、ボールスクリュー２２０と平行に配設された一対のガイドレール２２１と、ボールスクリュー２２０を正逆回転させるパルスモータ２２２と、ボールスクリュー２２２に螺合するナット（図示せず）を内部に有するとともに下部がガイドレール２２１に摺接する摺動部２２３とを備えており、パルスモータ２２２によって駆動されてボールスクリュー２２０が回動するのにともない摺動部２２３がガイドレール２２１に案内されて前後方向に摺動する構成となっている。また、摺動部２２３の上面側には軸部２３を介して保持テーブル２が配設されており、摺動部２２３の移動により保持テーブル２も移動する構成となっている。なお、本例では、移動手段２２が保持テーブル２を移動させる構成としているが、移動手段が図１に示した加工手段３を水平方向に移動させる構成としてもよい。すなわち、移動手段は、加工手段３と保持テーブル２とを相対的に移動させる機能を有していればよい。
【００１４】
図３に示すように、加工手段３は、スピンドルユニット６を備えている。スピンドルユニット６は、円柱状の主軸部６００と、主軸部６００の外周面から径方向に突出した鍔部６０１とを有し、主軸部６００の軸心を回転軸とするスピンドル６０を備えている。スピンドル６０は、ハウジング６１の内部に収容されている。ハウジング６１には、主軸部６００を収容する主軸部収容部６１０と、主軸部収容部６１０よりも拡径され鍔部６０１を収容する鍔部収容部６１１とが形成されており、主軸部収容部６１０は内壁６１０ａを有し、鍔部収容部６１１は内壁６１１ａを有している。スピンドル６０は、ハウジング６１の内部においてハウジング６１の内壁６１０ａ、６１１ａと非接触の状態で収容されている。
【００１５】
主軸部収容部６１０の内壁６１０ａには、主軸部６００の軸心に向けて気体（例えば空気）を噴出する複数のエアー噴出溝６１２が形成されている。それぞれのエアー噴出溝６１２は、エアー流通孔６１３に連通している。このエアー流通孔６１３は、ハウジング６１の内部に形成された気体流路６２から枝分かれして形成されている。気体流路６２は、気体供給源７に連通している。気体流路６２には、気体の流量を調節する気体調整弁８が配設されており、気体調整弁８は、気体調整弁制御手段９によってその動作が制御される。それぞれのエアー噴出溝６１２からは、気体供給源７から出力され気体調整弁８によって流量ないし圧力が調整された気体が噴出される。そして、気体の噴出により主軸部６００とハウジング６１の内壁６１０ａとの間に形成された気体の層によって、スピンドル６０の回転軸の方向と垂直に交わる方向においてスピンドルを支持するラジアルエアベアリング６３が形成される。
【００１６】
気体流路６２は、エアー流通孔６１５を介して、鍔部６０１に向けて鍔部６０１の面方向に気体を噴出する複数のエアー噴出溝６１４にも連通している。複数のエアー噴出溝６１４は、鍔部収容部６１１の上下の内壁６１１ａにおいて、スピンドル６０の回転軸を中心とする同心円状に形成されており、鍔部６０１の上面及び下面の両面に対してそれぞれエアーを噴出する。鍔部６０１と内壁６１１ａとの間に形成された気体の層によって、回転軸方向においてスピンドル６０を支持するスラストエアベアリング６４が形成される。このように、スピンドルユニット６は、スピンドル６０、ハウジング６１、気体流路６２、ラジアルエアベアリング６３及びスラストエアベアリング６４を備えている。
【００１７】
スピンドル６０の一端には、ホイールマウント３０を介して加工工具である研削ホイール３１がネジ３２によって取り付けられている。研削ホイール３１は、基台３１０の下面に円弧状に複数の研削砥石３１１が固着されて構成されている。
【００１８】
一方、スピンドル６０の他端側には、スピンドル６０及び研削ホイール３１を回転駆動するサーボモータ３３が配設されている。サーボモータ３３は、スピンドル６０の主軸部６００に連結されるロータ３３０と、ロータ３３０の外周側に配設されたステータコイル３３１とから構成され、ステータコイル３３１に対して交流駆動電力を印加することによりロータ３３０が回転し、ロータ３３０に連結されたスピンドル６０が回転する構成となっている。
【００１９】
図１に戻って説明すると、加工送り手段４は、鉛直方向の軸心を有するボールスクリュー４０と、ボールスクリュー４０と平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールスクリュー４０を回動させるパルスモータ４２と、ボールスクリュー４０に螺合するナット（図示せず）を内部に有するとともに側部がガイドレール４１に摺接する摺動部４３とを備えており、パルスモータ４２によって駆動されてボールスクリュー４０が回動するのにともない摺動部４３がガイドレール４１に案内されて昇降する構成となっている。摺動部４３に固定された支持部４４は、加工手段３を支持しているため、摺動部４３の昇降により加工手段３も昇降する構成となっている。
【００２０】
次に、図１に示した研削装置１を用いて被加工物の面を研削する場合における研削装置１の動作について、図１〜３を参照して説明する。研削対象の被加工物は、特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハ等の半導体ウェーハ、半導体製品のパッケージ、セラミックス、ガラス、サファイア（Al2O3）系の無機材料基板、LCDドライバー等の各種電子部品、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの平坦度（TTV：total thickness variation：ワーク被研削面を基準面として厚み方向に測定した高さのワーク被研削面の全面における最大値と最小値の差）が要求される各種加工材料などが挙げられる。
【００２１】
被加工物Ｗの研削されない方の面には保護テープＴが貼着され、保護テープＴ側が保持テーブル２によって保持され、被研削面が露出した状態となる。そして、図２に示した移動手段２２によって駆動されて、保持テーブル２が図１に示したＡ方向に移動して加工手段３の下方に被加工物Ｗが位置付けされ、被加工物Ｗの被研削面が研削砥石３１１と対面する。
【００２２】
次に、保持テーブル２を回転させるとともに、図３に示したサーボモータ３３による駆動により研削ホイール３１が回転した状態の加工手段３を加工送り手段４が下降させ、回転する研削砥石３１１を被加工物Ｗの被研削面に接触させることにより、被研削面を研削する。そして、被加工物Ｗが所望の厚さに形成されると、加工送り手段４が加工手段３を上昇させることにより研削を終了する。
【００２３】
図３に示したように、スピンドル６０は、ラジアルエアベアリング６３及びスラストエアベアリング６４によって支持されるため、エアー噴出溝６１２、６１４からは、常にエアーが噴出されている。エアー噴出溝６１２、６１４から噴出されるエアーの量ないし圧力は、気体調整弁８において調整される。気体調整弁８は、気体調整弁制御手段９によって制御されている。気体調整弁制御手段９は、図１に示した操作盤５からの入力に基づきオペレータによる指示によって気体調整弁８を制御することもできるし、研削装置１の動作やステータスに応じて自動で気体調整弁８を制御することもできる。
【００２４】
実際の研削加工が行われている間は、研削砥石３１１と被加工物Ｗの被研削面との接触によりスピンドル６０に対して大きな負荷がかかるため、エアー噴出溝６１２、６１４から噴出されるエアーにも比較的強い圧力が求められる。そこで、気体調整弁制御手段９は、そのような状況においても適切な加工を行える量のエアーをスピンドル６０とハウジング６１の内壁６１０ａ、６１１ａとの間に送り込めるように、気体調整弁８を制御する。一方、研削が行われていない間は、スピンドル６０を支持するためのエアーには、研削中ほどの圧力は要求されず、少なくともスピンドル６０がハウジング６１の内壁６１０ａ、６１１ａと接触しない量のエアーがスピンドル６０とハウジング６１の内壁６１０ａ、６１１ａとの間に送り込まれるようにすればよいため、気体調整弁制御手段９は、エアー噴出溝６１２、６１４から噴出されるエアーの圧力が研削中の圧力よりも低い値となるように、気体調整弁８を制御する。具体的には、エアー噴出溝６１２、６１４から噴出されるエアーの圧力を、研削中は例えば０．５［ＭＰａ］とし、研削が行われていない間は例えば０．３［ＭＰａ］とすることで、エアーの消費量をおよそ半分程度にすることができる。このような制御は、オペレータによる手動またはオペレータの操作によらない自動のどちらによっても可能である。なお、研削が行われていない間としては、ウォームアップ中、ウォームアップ後であって研削が開始される前のスタンバイ時、加工のサイクルタイムにおける研削が行われていない時間（１枚の被加工物の研削が終了してから次の被加工物の研削が開始されるまでの間のインターバルなど）等がある。
【００２５】
研削が行われていない間のエアーの消費量を低減する制御を気体調整弁制御手段９が自動的に行う場合は、例えば、図３に示したサーボモータ３３の駆動電流の値に応じて気体調整弁８を制御すればよい。すなわち、研削砥石３１１が被加工物に接触していないためにスピンドル６０に作用する負荷が小さく、サーボモータ３３に供給される駆動電流が所定の閾値より小さいときには、気体調整弁制御手段９が研削中でないと判断し、気体調整弁８を調整してエアー噴出溝６１２、６１４から噴出されるエアーの圧力を小さくする。一方、駆動電流が所定の閾値より大きい場合は、研削中であると判断し、エアー噴出溝６１２、６１４から噴出されるエアーの圧力を大きくする。
【００２６】
また、加工手段３の鉛直方向の位置情報を気体調整弁制御手段９が認識し、所定の位置より加工手段３が下方に位置するときには研削中であると判断してエアー噴出溝６１２、６１４から噴出されるエアーの圧力を大きくし、所定の位置より加工手段３が上方に位置するときには研削中でないと判断してエアー噴出溝６１２、６１４から噴出されるエアーの圧力を小さくするようにしてもよい。
【００２７】
なお、上記の説明では、研削装置について説明したが、本発明は、気体軸受けを有する他の加工装置にも適用することができる。例えば、上記研削装置と同様に構成されるスピンドルユニットのスピンドルの一端に加工工具である切削ブレードが取り付けられ、移動手段の駆動により被加工物を保持する保持テーブルとスピンドルユニットとが相対的に移動して切削が行われる構成の切削装置にも適用される。この場合における被加工物には、研削装置において加工する前述の被加工物のほか、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材なども含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１：研削装置
２：保持テーブル
２０：基台  ２１：蛇腹
２２：移動手段
２２０：ボールスクリュー  ２２１：ガイドレール  ２２２：パルスモータ
２２３：摺動部
２３：軸部
３：加工手段
３０：ホイールマウント
３１：研削ホイール（加工工具）  ３１０：基台  ３１１：研削砥石
３２：ネジ
３３：サーボモータ  ３３０：ロータ  ３３１：ステータコイル
４：加工送り手段
４０：ボールスクリュー  ４１：ガイドレール  ４２：パルスモータ
４３：摺動部
５：操作盤
６：スピンドルユニット
６０：スピンドル  ６００：主軸部  ６０１：鍔部
６１：ハウジング  ６１０：主軸部収容部  ６１１：鍔部収容部
６１０ａ：６１１ａ：内壁
６１２：エアー噴出溝  ６１３：エアー流通孔
６１４：エアー流通溝  ６１５：エアー流通孔
６２：気体流路
６３：ラジアルエアベアリング  ６４：スラストエアベアリング
７：気体供給源  ８：気体調整弁  ９：気体調整弁制御手段
【図１】
2011083864.tif 000003
【図２】
2011083864.tif 000004
【図３】
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