JP5719628B2 - スピンドルユニット - Google Patents

Description

本発明は、回転するスピンドルを有するスピンドルユニットに関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成されたウェーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに形成された後、切削装置、レーザー加工装置等によって個々のデバイスに分割され、各種電子機器等に利用されている。

ウェーハの裏面研削に使用される研削装置は、ウェーハ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ウェーハを研削する研削手段とを備えている。この研削手段は、スピンドルと、スピンドルを回転可能に支持するベアリングを備えたハウジングと、スピンドルを回転駆動する駆動部と、研削工具を装着するための工具マウントとを有するスピンドルユニットを備えており、チャックテーブルに保持されたウェーハの裏面に回転する研削工具を接触させて研削を行うことにより、ウェーハを所望の厚みに加工することができる（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−３０３０５１号公報

しかし、スピンドルの回転数がスピンドルユニットの共振点と一致すると、スピンドルが振動して高精度な加工ができないため、スピンドルの回転数は、スピンドルユニットの共振点を避けるように設定されている。したがって、スピンドルの回転数を所望の値に設定できないことがあるという問題がある。このような問題は、研削装置に限らず、スピンドルユニットを備えた他の加工装置においても生じる。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、スピンドルの回転数を所望の回転数に設定しても共振が起こらないスピンドルユニットを提供することを目的とする。

本発明は、スピンドルと、スピンドルを支持するベアリングが配設されたハウジングと、スピンドルの一方の端部に装着された駆動部と、スピンドルの他方の端部に工具を装着する工具マウントとから少なくとも構成されたスピンドルユニットに関するもので、スピンドルの一方の端部は駆動部から所定長さ突出した突出ロッドを備え、突出ロッドには軸心方向に移動可能でかつ固定可能な単一の錘が配設されており、突出ロッドの軸心方向における錘の位置を調整してスピンドルの回転数に起因する共振を解除することを特徴とする。

本発明に係るスピンドルユニットは、駆動部から突出した突出ロッドを備え、突出ロッドには軸心方向に移動可能でかつ固定可能な錘が配設され、錘の位置を調整することによりスピンドルの回転数に起因する共振を解除することができる。したがって、所望の回転数でスピンドルを回転させた際に振動が生じる場合は、突出ロッドの軸心方向に錘を適宜移動させることにより共振が起こらないようにすることができる。

スピンドルユニットの一例を示す斜視図である。 スピンドルユニットの一例を示す断面図である。 スピンドルユニットを備えた研削装置の一例を示す斜視図である。

図１に示すスピンドルユニット１は、スピンドル２がハウジング３によって回転可能に支持されて構成されている。スピンドル２の下端はハウジング３から突出しており、突出した部分には工具を装着するための工具マウント７が装着されている。工具マウント７には、各種工具を取り付けてネジ７０によって固定することができる。図１の例では、基台１００ａと基台１００ａに固着された複数の砥石１００ｂとからなる研削ホイール１００が工具マウント７に固定されている。

図２に示すように、ハウジング３には、スピンドル２をスラスト方向に支持するスラストベアリング４と、スピンドル２をラジアル方向に支持するラジアルベアリング５とが配設されている。

スピンドル２の一方の端部（図における上端部）には、スピンドル２を回転駆動する駆動部６が装着されている。駆動部６は、スピンドル２に連結されたロータ６０とロータ６０を回転させるステータ６１とを備えたモータであり、ロータ６０にはハウジング３から軸心方向に突出する突出ロッド８が延設されており、駆動部６から突出ロッド８が突出した構成となっている。一方、スピンドル２の他方の端部（図における下端部）には、工具を装着するための工具マウント７が装着されている。

スピンドル２には、軸心方向に対して直交する平面を有する円板状のスラストプレート２ａが形成されている。ハウジング３はほぼ円筒状に形成されており、スラストプレート２ａが収容される位置におけるハウジング３の内径は、スラストプレート２ａの外径に対応させて拡径されている。ハウジング３において、スラストプレート２ａの両平面に対面する位置には、スラストプレート２ａのそれぞれの平面に向けてエアを噴出する噴出口４０、４１が環状に複数形成されており、噴出口４０と噴出口４１とで、スピンドル２をスラスト方向に支持するスラストベアリング４が構成されている。

ハウジング３の内周面、すなわちスピンドル２の側面に対面する面には、スピンドル２の軸心に向けてエアを噴出する噴出口５０が複数形成されており、これらの噴出口５０は、噴出されるエアによってスピンドル２をラジアル方向に支持するラジアルベアリング５を構成している。

スラストベアリング４を構成する噴出口４０、４１及びラジアルベアリング５を構成する噴出口５０は、ハウジング３の内部に形成されたエア流路３０を介してエア供給口３１に連通しており、エア供給口３１から導入されたエアがエア流路３０を通って噴出口４０、４１、５０から噴出されることにより、スピンドル２を非接触状態で回転可能に支持している。また、噴出口４０、４１、５０から噴出されたエアは、ハウジング３の両端に設けられた排出口３２０、３２１から排出される。

突出ロッド８には、軸心方向に移動可能な錘９が配設されている。錘９は、リング状に形成されており、その内周側には突出ロッド８が挿通され、突出ロッド８に対して錘９が摺動可能となっている。錘９の側面からは、先端が突出ロッド８の軸心に向いた複数のネジ９０が挿通されており、ネジ９０を緩めた状態では、突出ロッド８に沿って図１、２における矢印Ａ，Ｂの方向に錘９を移動可能であり、ネジ９０を締めるとその位置で錘９を突出ロッド８に固定することができる。突出ロッド８のハウジング３からの突出量は、錘９の可動範囲を考慮して決定される。

図２に示すように、スピンドルユニット１においては、駆動部６によって駆動されてスピンドル２が回転することにより、工具マウント７に装着された工具が回転する構成となっている。

スピンドル２を所望の回転数で回転させた場合に、その回転数がスピンドルユニット１の共振点と一致すると、スピンドル２が振動する。このようにして共振が生じると、例えば工具マウント７に装着された工具が研削ホイール１００である場合は、研削ホイールが振動して高精度な研削ができなくなる。そこで、そのような場合は、錘９を突出ロッド８に沿って摺動させて移動させ、ネジ９０を締めて錘９を固定する。そうすると、スピンドル２を当該所望の回転数で回転させても共振が起こらなくなり、共振を解除することができる。

図１及び図２に示したスピンドルユニット１は、例えば図３に示す研削装置１０に搭載される。この研削装置１０は、ウェーハを保持して回転可能な複数のチャックテーブル１１と、各チャックテーブル１１に保持されたウェーハに対して粗研削を施す第一の研削手段１２と、第一の研削手段１２によって粗研削されたウェーハの被研削面を仕上げ研削する第二の研削手段１３と、第一の研削手段１２を垂直方向に研削送りする第一の研削送り手段１４と、第二の研削手段１３を垂直方向に研削送りする第二の研削送り手段１５とを備えている。

研削装置１０には、研削前のウェーハを収容する第一のカセット１６ａと研削済みのウェーハを収容する第二のカセット１６ｂとを備えている。第一のカセット１６ａ及び第二のカセット１６ｂの近傍には、第一のカセット１６ａから研削前のウェーハを搬出すると共に、研削済みのウェーハを第二のカセット１６ｂに搬入する機能を有する搬出入手段１７が配設されている。

搬出入手段１７は、屈曲自在なアーム部１７０の先端にウェーハを保持する保持部１７１が設けられた構成となっており、保持部１７１の可動域には、加工前のウェーハの位置合わせをする位置合わせ手段１８及び研削済みのウェーハを洗浄する洗浄手段１９が配設されている。

位置合わせ手段１８の近傍には第一の搬送手段２０ａが配設され、洗浄手段１９の近傍には第二の搬送手段２０ｂが配設されている。第一の搬送手段２０ａは、位置合わせ手段１８に載置された研削前のウェーハをいずれかのチャックテーブル１１に搬送する機能を有し、第二の搬送手段２０ｂは、いずれかのチャックテーブル１１に保持された研削済みのウェーハを洗浄手段１９に搬送する機能を有する。複数のチャックテーブル１１は、ターンテーブル２１によって自転及び公転可能に支持されており、ターンテーブル２１の回転によって、いずれかのチャックテーブル１１が第一の搬送手段２０ａ及び第二の搬送手段２０ｂの近傍に位置付けされる構成となっている。

第一の研削手段１２及び第二の研削手段１３は、図１及び図２に示したスピンドルユニット１を備えている。第一の研削手段１２を構成するスピンドル２には、工具マウント７を介して粗研削用の研削ホイール１０１が装着されている。一方、第二の研削手段１３を構成するスピンドルユニット２には、工具マウント７を介して仕上げ研削用の研削ホイール１０２が装着されている。

研削ホイール１０１は、基台１０１ａに粗研削用の砥石１０１ｂが複数固着されて構成されており、駆動部６によって駆動されてスピンドル２が回転することにより研削ホイール１０１も回転する構成となっている。また、研削ホイール１０２は、基台１０２ａに仕上げ研削用の砥石１０２ｂが複数固着されて構成されており、駆動部６によって駆動されてスピンドル２が回転することにより研削ホイール１０２も回転する構成となっている。

第一の研削送り手段１４は、垂直方向の軸心を有するボールネジ１４０と、ボールネジ１４０と平行に配設された一対のガイドレール１４１と、ボールネジ１４０に連結されボールネジ１４０を回動させるパルスモータ１４２と、内部のナットがボールネジ１４０に螺合すると共に側部がガイドレール１４１に摺接する昇降部１４３とから構成され、パルスモータ１４２に駆動されてボールネジ１４０が回動するのに伴い昇降部１４３がガイドレール１４１にガイドされて昇降する構成となっている。昇降部１４３は第一の研削手段１２を支持しており、昇降部１４３の昇降によって第一の研削手段１２も昇降する。

第二の研削送り手段１５は、垂直方向の軸心を有するボールネジ１５０と、ボールネジ１５０と平行に配設された一対のガイドレール１５１と、ボールネジ１５０に連結されボールネジ１５０を回動させるパルスモータ１５２と、内部のナットがボールネジ１５０に螺合すると共に側部がガイドレール１５１に摺接する昇降部１５３とから構成され、パルスモータ１５２に駆動されてボールネジ１５０が回動するのに伴い昇降部１５３がガイドレール１５１にガイドされて昇降する構成となっている。昇降部１５３は第二の研削手段１３を支持しており、昇降部１５３の昇降によって第二の研削手段１３も昇降する。

次に、図３に示した研削装置１０を用いて、第一のカセット１６ａに収容されたウェーハＷの面を研削する場合について説明する。まず、第一のカセット１６ａに収容されたウェーハＷは、搬出入手段１７によって取り出されて位置合わせ手段１８に搬送される。そして、位置合わせ手段１８においてウェーハＷが一定の位置に位置合わせされた後に、ウェーハＷがチャックテーブル１１に保持され、被研削面が露出した状態となる。

次に、ターンテーブル２１が反時計回りに所定角度（図示の例では１２０度）回転することによってウェーハＷが第一の研削手段１２の下方に移動する。そして、チャックテーブル１１の回転に伴ってウェーハＷが回転するとともに、スピンドル２の回転に伴って研削ホイール１０１が回転し、第一の研削送り手段１４によって第一の研削手段１２が下方に研削送りされて下降する。そうすると、回転する研削砥石１０１ｂがウェーハＷの被研削面に接触して当該被研削面が粗研削される。

粗研削終了後は、ターンテーブル２１が所定角度回転することにより、粗研削されたウェーハＷが第二の研削手段１３の下方に移動する。そして、チャックテーブル１１の回転に伴ってウェーハＷが回転するとともに、スピンドル２の回転に伴って研削ホイール１０２が回転し、第二の研削送り手段１５によって第二の研削手段１３が下方に研削送りされて下降する。そうすると、回転する研削砥石１０２ｂがウェーハＷの被研削面に接触して当該被研削面が仕上げ研削される。

仕上げ研削の終了後は、ターンテーブル２１が所定角度回転することにより、研削されたウェーハＷを保持するチャックテーブル１１が第二の搬送手段２０ｂの近傍に移動する。そして、ウェーハＷが第二の搬送手段２０ｂによって保持されて洗浄手段１９に搬送され、ウェーハＷが洗浄されて、被研削面に付着した研削屑が除去される。

洗浄後のウェーハＷは、搬出入手段１７によって保持されて第二のカセット１６ｂに収容される。以上のような一連の工程を、第一のカセット１６ａに収容されたすべてのウェーハに対して行う。

第一の研削手段１２による粗研削及び第二の研削手段１３による仕上げ研削では、スピンドル２の回転数が各スピンドルユニット１の共振点と一致すると、スピンドル２が振動するため、研削精度が低下することになる。そこで、各研削手段において、錘９を鉛直方向に移動させて固定することによりスピンドル２の回転数に起因する共振を解除し、スピンドル２に振動が生ずるのを防止する。

スピンドルユニットには個性があり、同じ構造のスピンドルユニットであっても個々に共振点は異なるため、個々のスピンドルユニットごとに錘９の位置を調整して振動が発生するのを防ぐ。このようにして共振が生じるのを防ぐことにより、高精度な研削が可能となり、ウェーハの厚さ精度、面粗度等を向上させることができる。

なお、上記実施形態ではスピンドルユニット１を搭載した装置として研削装置を例に挙げて説明したが、スピンドルユニット１を搭載した装置には、例えば切削装置など、他の装置もあり、本発明は、他の装置にも適用することができる。

１：スピンドルユニット
２：スピンドル ２ａ：スラストプレート
３：ハウジング
３０：エア流路 ３１：エア供給口
３２０，３２１：排出口
４：スラストベアリング ４０，４１：噴出口
５：ラジアルベアリング
５０：噴出口
６：駆動部 ６０：ロータ ６１：ステータ
７：工具マウント ７０：ネジ
８：突出ロッド
９：錘 ９０：ネジ
１０：研削装置
１１：チャックテーブル
１２：第一の研削手段 １３：第二の研削手段
１４：第一の研削送り手段
１４０：ボールネジ １４１：ガイドレール １４２：パルスモータ １４３：昇降部
１５：第二の研削送り手段
１５０：ボールネジ １５１：ガイドレール １５２：パルスモータ １５３：昇降部
１６ａ：第一のカセット１６ａ
１６ｂ：第二のカセット１６ｂ
１７：搬出入手段 １７０：アーム部 １７１：保持部
１８：位置合わせ手段 １９：洗浄手段
２０ａ：第一の搬送手段 ２０ｂ：第二の搬送手段
２１：ターンテーブル
１００：研削ホイール １００ａ：基台 １００ｂ：砥石
１０１：研削ホイール １０１ａ：基台 １０１ｂ：砥石
１０２：研削ホイール １０２ａ：基台 １０２ｂ：砥石

Claims (1)

1. スピンドルと、該スピンドルを支持するベアリングが配設されたハウジングと、該スピンドルの一方の端部に装着された駆動部と、該スピンドルの他方の端部に工具を装着する工具マウントと、から少なくとも構成されたスピンドルユニットであって、
   該スピンドルの一方の端部は該駆動部から突出した突出ロッドを備え、該突出ロッドには軸心方向に移動可能でかつ固定可能な単一の錘が配設されており、
   該突出ロッドの軸心方向における該錘の位置を調整して該スピンドルの回転数に起因する共振を解除する
   スピンドルユニット。

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