(57)【要約】      （修正有）【課題】回転中のスピンドルに発生するトルクの変化を測定可能なスピンドルユニットを提供する。【解決手段】スピンドル２８Ａ、２８Ｂは、駆動部とスピンドルの他方の端部との間に配設され、スピンドルの回転時にスピンドルに発生するトルクを電気信号として検出するトルク検出ユニット４０を備え、トルク検出ユニットは、スピンドルの回転軸を中心としてスピンドルの周方向に沿って放射状に配設され且つスピンドルに剛体連結された複数の平板状の歪み検出プレート５８と、各歪み検出プレートの一方の面側に配設されたスピンドルに発生するトルクを歪み検出プレートの歪みとして捉えて電気信号を発生する歪みゲージ６０と、歪みゲージが発生した電気信号を無線送信する送信部６２と、を含み、スピンドルハウジングは、送信部から送信された電気信号を受信してスピンドルハウジングの外部に出力する受信部を備える。【選択図】図３
2016087757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルと、該スピンドルの一方の端部側に配設され該スピンドルを回転駆動する駆動部と、該スピンドルの他方の端部に配設され該スピンドルの回転を外部に伝達する伝達部と、該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、を備えたスピンドルユニットであって、
該スピンドルは、該駆動部と該スピンドルの他方の端部との間に配設され、該スピンドルの回転時に該スピンドルに発生するトルクを電気信号として検出するトルク検出ユニットを備え、
該トルク検出ユニットは、該スピンドルの回転軸を中心として該スピンドルの周方向に沿って放射状に配設され且つ該スピンドルに剛体連結された複数の平板状の歪み検出プレートと、該各歪み検出プレートの一方の面側に配設された該スピンドルに発生するトルクを該歪み検出プレートの歪みとして捉えて電気信号を発生する歪みゲージと、該歪みゲージが発生した該電気信号を無線送信する送信部と、を含み、
該スピンドルハウジングは、該送信部から送信された該電気信号を受信して該スピンドルハウジングの外部に出力する受信部を備えていることを特徴とするスピンドルユニット。
【請求項２】
該歪み検出プレートには該スピンドルの振動を検出する振動センサが更に配設され、該送信部は該振動センサが検出した振動値を無線送信し、該受信部は該送信部が送信した振動値を受信して該スピンドルハウジングの外部に出力することを特徴とする請求項１記載のスピンドルユニット。
【請求項３】
該歪み検出プレートは円筒状の樹脂中に埋設されており、該スピンドルは該歪み検出プレートを覆う該樹脂又は該樹脂中に埋設された錘によって回転バランスが調整されていることを特徴とする請求項１又は２記載のスピンドルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工中に発生した加工負荷を検出することのできるスピンドルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハを切削加工するダイシング装置（切削装置）や、研削加工する研削装置等に用いられている加工ユニットは、切削ブレード又は研削ホイールを高速回転させて被加工物を切削加工又は研削加工している。
【０００３】
例えば、切削装置に搭載されて被加工物の切削に使用される切削ユニットは、スピンドルと、スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、スピンドルに連結されてスピンドルを回転駆動するモータと、スピンドルの先端部に装着された切削ブレードとを含んでおり、スピンドルが回転することに伴い切削ブレードが回転しながら被加工物に切り込むことにより切削が行われる。
【０００４】
切削を続けるにつれて切削ブレードの砥石部分（切り刃）に目詰まりが生じると、切削ブレードの切れ味が低下して被加工物に欠けや割れ等の損傷を生じさせたり、切削ブレード自体が破損したりするという問題がある。
【０００５】
また、切削ブレードの切れ味が低下することにより切削中に切削ブレードに大きな負荷がかかると、スピンドルはエアベアリングにより支持されているため、スピンドルとスピンドルハウジングの内周面とが接触してカジリ現象を起こし、切削ユニット自体が損傷するという問題も発生し得る。
【０００６】
このような弊害を回避するために、スピンドルを回転するモータに供給される負荷電流値を検出し、この負荷電流値が所定の閾値を超えた時に切削ブレードに何らかの異常が生じたと認識するようにした切削装置が開発されている（例えば、特開２００１−２５０７９７号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２５０７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スピンドルを駆動するモータに供給される電流値は切削ユニットに発生した切削抵抗に比例して上昇していくが、実際の切削抵抗は電流値の上昇の状況から推定するしかない。スピンドルに発生するトルクの変化を直接測定することにより、より正確な切削抵抗の変化を知ることができるが、現在のスピンドルユニットには回転中のスピンドルのトルクを測定する機能がないため、切削抵抗の変化を正確に知ることができないという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転中のスピンドルに発生するトルクの変化を測定可能なスピンドルユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、スピンドルと、該スピンドルの一方の端部側に配設され該スピンドルを回転駆動する駆動部と、該スピンドルの他方の端部に配設され該スピンドルの回転を外部に伝達する伝達部と、該スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジングと、を備えたスピンドルユニットであって、該スピンドルは、該駆動部と該スピンドルの他方の端部との間に配設され、該スピンドルの回転時に該スピンドルに発生するトルクを電気信号として検出するトルク検出ユニットを備え、該トルク検出ユニットは、該スピンドルの回転軸を中心として該スピンドルの周方向に沿って放射状に配設され且つ該スピンドルに剛体連結された複数の平板状の歪み検出プレートと、該各歪み検出プレートの一方の面側に配設された該スピンドルに発生するトルクを該歪み検出プレートの歪みとして捉えて電気信号を発生する歪みゲージと、該歪みゲージが発生した該電気信号を無線送信する送信部と、を含み、該スピンドルハウジングは、該送信部から送信された該電気信号を受信して該スピンドルハウジングの外部に出力する受信部を備えていることを特徴とするスピンドルユニットが提供される。
【００１１】
好ましくは、該歪み検出プレートには該スピンドルの振動を検出する振動センサが更に配設され、該送信部は該振動センサが検出した振動値を無線送信し、該受信部は該送信部が送信した振動値を受信して該スピンドルハウジングの外部に出力する。
【００１２】
好ましくは、該歪み検出プレートは円筒状の樹脂中に埋設されており、該スピンドルは該歪み検出プレートを覆う該樹脂又は該樹脂中に埋設された錘によって回転バランスが調整されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスピンドルユニットによると、スピンドルに発生するトルクを歪み検出プレートの歪みとして捉えて電気信号を発生する歪みゲージと、歪みゲージが発生した電気信号を無線送信する送信部と、を有するトルク検出ユニットがスピンドルに配設されているため、回転中のスピンドルのトルクを正確に測定することができ、従来問題であったスピンドルのカジリ現象、切削ブレードや研削ホイール等の回転工具の損傷、被加工物の損傷を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のスピンドルユニットを具備した切削装置の斜視図である。
【図２】本発明実施形態に係るスピンドルユニットの断面図である。
【図３】第１実施形態に係るスピンドルユニットの要部斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は樹脂で封止された第１実施形態のスピンドルユニットの要部斜視図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の４Ｂ−４Ｂ線断面図である。
【図５】第２実施形態に係るスピンドルユニットの要部斜視図である。
【図６】本発明のスピンドルユニットを具備した研削装置の斜視図である。
【図７】本発明のスピンドルユニットを内蔵する研削ユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明のスピンドルユニットを具備した切削装置２の斜視図が示されている。切削装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作パネル４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像ユニットによって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示モニタ６が設けられている。
【００１６】
切削装置２の切削対象である半導体ウェーハ１１は、環状フレームＦに貼着されたダイシングテープＴに貼着された後、ウェーハカセット８中に複数枚収容される。ウェーハカセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。
【００１７】
ウェーハカセット８の後方には、ウェーハカセット８から切削前のウェーハ１１を搬出するとともに、切削後のウェーハをウェーハカセット８に搬入する搬出入ユニット１０が配設されている。
【００１８】
ウェーハカセット８と搬出入ユニット１０との間には、搬出入対象のウェーハ１１が一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２には、ウェーハ１１を一定の位置に位置合わせする位置合わせ機構１４が配設されている。
【００１９】
仮置き領域１２の近傍には、ウェーハ１１を吸着して搬送する旋回アームを有する搬送ユニット１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されて位置合わせされたウェーハ１１は、搬送ユニット１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引保持される。
【００２０】
チャックテーブル１８は、回転可能且つ図示しない加工送り機構によりＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウェーハ１１の切削すべき領域を検出するアライメントユニット２２が配設されている。２０は環状フレームＦをクランプするクランプである。
【００２１】
アライメントユニット２２は、ウェーハ１１の表面を撮像する撮像ユニット２４を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべき領域を検出することができる。撮像ユニット２４によって取得された画像は、表示モニタ６に表示される。
【００２２】
アライメントユニット２２の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウェーハ１１に対して切削加工を施す切削ユニット２６が配設されている。切削ユニット２６はアライメントユニット２２と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。
【００２３】
切削ユニット２６は、回転可能なスピンドル２８の先端に外周に切刃を有する切削ブレード３０が装着されて構成され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード３０は撮像ユニット２４のＸ軸方向の延長線上に位置している。切削ユニット２６のＹ軸方向の移動は図示しない割り出し送り機構により達成される。
【００２４】
３４は切削加工の終了したウェーハ１１を洗浄するスピンナ洗浄ユニットであり、切削加工の終了したウェーハ１１は搬送ユニット３２によりスピンナ洗浄ユニット３４まで搬送され、スピンナ洗浄ユニット３４でスピン洗浄及びスピン乾燥される。
【００２５】
図２を参照すると、切削ユニット２６の断面図が示されている。切削ユニット２６は、スピンドルユニット３６と、スピンドルユニット３６のスピンドル２８の先端部に装着された切削ブレード３０とで構成される。
【００２６】
スピンドルユニット３６は、スピンドルハウジング３８と、スピンドルハウジング３８中に回転可能に収容されたスピンドル２８，２８Ａ，２８Ｂを含んでいる。スピンドル２８Ａとスピンドル２８Ｂの間には、トルク検出ユニット４０が配設されており、スピンドル２８Ａ，２８Ｂとトルク検出ユニット４０とは剛体連結されている。また、スピンドル２８とスピンドル２８Ｂとは一体的に形成されている。
【００２７】
スピンドル２８Ａの一端（右端）には、ステーター４４とロータ４６とからなるサーボモータ（駆動部）が配設されており、ロータ４６はスピンドル２８Ａと一体的に形成されている。スピンドル２８Ｂの先端部は小径スピンドル２８に形成されており、この小径スピンドル２８にマウントフランジ２９が固定されている。
【００２８】
マウントフランジ２９は、スピンドル２８の回転を外部に伝達する伝達部として作用し、スピンドルユニット３６と、スピンドルユニット３６のマウントフランジ２９に装着された切削ブレード３０とで切削ユニット２６を構成する。
【００２９】
スピンドルハウジング３８の壁部には、軸方向に伸長する環状エア供給路４８が形成されており、環状エア供給路４８からは軸方向及び円周方向に所定の間隔を空けて複数の分岐路４８ａがそれぞれ中心方向に向けて放射状に形成されている。環状エア供給路４８は分岐路４８ａを介してスピンドル２８Ａ，２８Ｂの外周に形成したラジアルエアベアリング５０に連通している。
【００３０】
スピンドル２８Ｂには環状スラストプレート５２が一体的に形成されており、環状スラストプレート５２とスピンドルハウジング３８との間にはスラストエアベアリング５４が形成されている。
【００３１】
図示しないエア供給源から高圧の圧縮エアが矢印Ａに示すように環状エア供給路４８に供給されると、圧縮エアは分岐路４８ａを介してラジアルエアベアリング５０に供給されると共に、スラストエアベアリング５４にも供給され、高速回転するスピンドル２８を安定して支持する。
【００３２】
図３を参照すると、本発明第１実施形態に係るトルク検出ユニット４０の斜視図が示されている。トルク検出ユニット４０は、スピンドル２８Ａにねじ止め等により剛体連結された環状プレート５６と、同じくスピンドル２８Ｂにねじ止め等により剛体連結された環状プレート５６と同一の図示しない環状プレートを含んでいる。
【００３３】
環状プレート５６と他方の環状プレートとの間には互いに９０°離間して４個の歪み検出プレート５８が放射状に配設されている。各歪み検出プレート５８と環状プレート５６とは一体的に形成されているのが好ましい。環状プレート５６及び歪み検出プレート５８はＳＵＳ（ステンレス鋼）等の金属から形成されている。
【００３４】
各歪み検出プレート５８の一面には歪みゲージ６０が配設されており、歪みゲージ６０はスピンドル２８Ａ，２８Ｂの回転時に発生するトルクを歪み検出プレート５８の歪みとして捉え、電気信号を出力する。
【００３５】
各歪み検出プレート５８の他方の面には送信部６２が配設されており、歪みゲージ６０と送信部６２とは電気的に接続されている。従って、歪みゲージ６０で電気信号として検出したスピンドル２８Ａ，２８Ｂのトルクは、送信部６２から無線送信される。
【００３６】
トルク検出ユニット４０の送信部６２から無線送信された電気信号はスピンドルハウジング３８に配設された受信部６４で受信され、図２に示すように、受信部６４に接続されたリード線６６を介して外部に出力される。
【００３７】
本実施形態のトルク検出ユニット４０は、スピンドル２８Ａ，２８Ｂが高速（例えば３００００ｒｐｍ）で回転されるため、実際には、図４（Ａ）に示すように、トルク検出ユニット４０全体が樹脂６８でモールド封止されている。このようにトルク検出ユニット４０全体をモールド樹脂６８でシールしたため、トルク検出ユニット４０の各構成部が高速回転の遠心力に耐えることができる。
【００３８】
好ましくは、スピンドル２８，２８Ａ，２８Ｂは、歪み検出プレート５８を覆う樹脂６８の厚みの調整又は樹脂６８中に埋設された図示しない錘によって回転バランスが調整されている。
【００３９】
図５を参照すると、本発明第２実施形態のトルク検出ユニット４０Ａを備えたスピンドルユニット３６Ａの斜視図が示されており、本実施形態のトルク検出ユニット４０Ａは図３に示した第１実施形態のトルク検出ユニット４０と類似しており、歪みゲージ６０に隣接して歪み検出プレート５８に振動センサ７０を配設した点が第１実施形態のトルク検出ユニット４０と相違する。
【００４０】
振動センサ７０は送信部６２に電気的に接続されており、送信部６２は振動センサ７０が検出した振動を無線送信し、受信部６４は送信部６２が送信した振動を受信して、リード線６６を介してスピンドルハウジング３８の外部に振動信号を出力する。本実施形態のトルク検出ユニット４０Ａでも、特に図示しないがその外周はモールド樹脂６８で覆われている。
【００４１】
次に、図６及び図７を参照して、本発明にスピンドルユニットを研削装置に適用した例について説明する。図６を参照すると、研削装置７２の斜視図が示されている。７４は研削装置７２のベースであり、ベース７４にはチャックテーブル７６が回転可能に配設され、チャックテーブル７６は保護テープ１３を介してウェーハ等の被加工物１１を吸引保持している。
【００４２】
ベース７４にはコラム７８が立設されており、このコラム７８には一対のガイドレール８０が固定されている。このガイドレール８０に案内されて研削ユニット８２が上下方向に移動可能に配設されている。
【００４３】
研削ユニット８２は、スピンドルハウジング８４と、スピンドルハウジング８４中に回転可能に収容されたスピンドル８６と、スピンドル８６を回転駆動するサーボモータ（図７参照）９０と、スピンドル８６の先端（下端）に固定されたホイールマウント９２と、ホイールマウント９２に着脱可能に装着された研削ホイール９４とを含んでいる。
【００４４】
図７に最も良く示されるように、研削ホイール９４は、環状のホイール基台９６と、ホイール基台９６の自由端部（下端部）の外周に環状に配設された複数の研削砥石９８とから構成される。
【００４５】
研削ユニット８２のハウジング８４は支持プレート１００を介して移動基台１０２に取り付けられている。移動基台１０２は、ボールねじ１０４と、ボールねじ１０４に連結されたパルスモータ１０６とから構成される研削送り機構１０８により、上下方向に移動される。即ち、パルスモータ１０６を駆動すると、ボールねじ１０４が回転し、これに応じて研削ユニット８２が上下方向に移動される。
【００４６】
図７を参照すると、研削ユニット８２の断面図が示されている。研削ユニット８２は、スピンドルハウジング８４中に回転可能に収容されたスピンドル８６を有しており、スピンドル８６の中間部には図３又は図５に示したトルク検出ユニット４０，４０Ａと同様なトルク検出ユニット８８が介装されている。
【００４７】
そして、スピンドルハウジング８４には、トルク検出ユニット８８の送信部からの無線信号を受信する受信部１１８が配設されており、受信部１１８はリード線１２０を介して送信部から送信された電気信号をスピンドルハウジング８４の外部に出力する。
【００４８】
研削ユニット８２のスピンドルハウジング８４には環状エア供給路１１０が形成されており、スピンドルハウジング８４とスピンドル８６の間にはラジアルエアベアリング１１２が形成され、スピンドル８６と一体的に形成された環状スラストプレート１１４とスピンドルハウジング８４の間にはスラストエアベアリング１１６が形成されている。
【００４９】
矢印Ａに示すように環状エア供給路１１０に供給された高圧の圧縮エアは、ラジアルエアベアリング１１２及びスラストエアベアリング１１６に供給され、高速回転するスピンドル８６を安定して支持する。
【００５０】
本実施形態の研削ユニット８２のスピンドル８６でも、トルク検出ユニット８８が剛体的にスピンドル８６に連結されているため、トルク検出ユニット８８で回転中のスピンドル８６のトルクの変化を検出し、検出信号を送信部及び受信部１１８を介してスピンドルハウジング８４の外部に出力することができる。
【符号の説明】
【００５１】
２    切削装置
２６    切削ユニット
２８，２８Ａ，２８Ｂ    スピンドル
３０    切削ブレード
３６，３６Ａ    スピンドルユニット
３８    スピンドルハウジング
４０，４０Ａ    トルク検出ユニット
４２    サーボモータ
５８    歪み検出プレート
６０    歪みゲージ
６２    送信部
６４    受信部
６８    モールド樹脂
７０    振動センサ
７２    研削装置
８２    研削ユニット
８６    スピンドル
８８    トルク検出ユニット
９０    サーボモータ
９４    研削ホイール
１１８    受信部
【図１】
2016087757.tif 000003
【図２】
2016087757.tif 000004
【図３】
2016087757.tif 000005
【図４】
2016087757.tif 000006
【図５】
2016087757.tif 000007
【図６】
2016087757.tif 000008
【図７】
2016087757.tif 000009