JP2005530623A - 機械加工装置および方法 - Google Patents

Abstract

機械加工スピンドルが、工作物の機械加工用第１工具５ａを担持するように構成された内側軸１１０ａと、工作物の機械加工用第２工具を担持するように構成された外側軸１１０ｂとを含む。これら両軸は、一方が他方の内部に配設され、共通軸線を中心として回転し、かつ、軸線方向に相対移動可能である。また、両軸は、空気軸受によって支持されている。このスピンドルは、シリコンウェーハの長方形チップへのダイス加工に特に適する。

Description

本発明は、機械加工装置および機械加工方法に係わり、特に、例えば半導体ウェーハ等の工作物の研磨および／または切断に使用する装置と方法に関するものである。

工作物を機械加工する必要のある場合は極めて多い。本出願で説明する装置と方法は、そのような広範な用途に適用できる。しかしながら、本願装置と方法は、半導体ウェーハや、完成チップを支持する一連のチップ寸法パッケージ等の工作物のダイス加工に特に有用である。本明細書の序論および詳細な説明中で、そのようなダイス加工装置およびダイス加工方法に言及する。もちろん、広義の意味での前記装置と方法、および、本明細書で説明した機械加工スピンドルの構成は、別の多くの機械加工作業での使用にも適することに留意すべきである。

半導体チップの製造では、半導体ウェーハから始めるのが普通であり、ウェーハを適切に加工して、ウェーハ上のアレイに構成された複数チップに必要な回路が形成される。各チップの回路間には、いわゆる「通路」（ストリート）が残される。これらの通路には回路は存在せず、第１組の平行通路が第１方向に延在し、第２組の平行通路が第１組の平行通路に対して直角方向に延在するように構成されている。これらの通路が、切断可能領域を提供し、それによってウェーハの切断を行なうことができ、換言すると、個々のチップを得るための「ダイス加工」（賽の目状に切ること）を行なうことができる。
結果として得られるチップは、多くの場合、チップ寸法のパッケージ素子に装架されて、取り扱いが容易になり、所望の用途に向けて適切な回路板に挿入される。また、チップ寸法のパッケージ素子は、往々にして、一連のパッケージ素子を含むシートをダイス加工することによっても作製される。本出願の方法および装置は、そのようなチップ寸法のパッケージ素子のシートをダイス加工する場合にも使用できる。更に、少なくとも若干の場合、１つの装置が２つのダイス加工作業を行なうために使用される。

ウェーハのダイス加工を行う際、チップが、方形というよりはむしろ長方形であることが多い。このことは、言うまでもなく、通路の一方向の通路間隔と、他方向の通路間隔とが違うことを意味する。ウェーハのダイス加工に使用される全ての装置は、この通路間隔の相違に対処できなければならない。
最も簡単なダイス加工機械では、単一の切断工具が使用され、この工具が、第１方向でウェーハを横断して前進後退し、１回に１つの通路を切断する。第１方向における全通路を切断し終わると、通常、工作物が９０度回転せしめられて、第２方向の全通路が切断されるように、切断工具が使用される。
しかし、効率を改善する努力がなされ、複数の切断工具を用いて、複数通路に沿って同時にウェーハを切断できるシステムが考案されている。

複数通路を同時に切断する既存システムの場合、通常、次の２つの問題のうち少なくとも１つが存在する。
第１組の既存システムの場合、単一軸によって駆動される多重切断ヘッドを具備する。それらのシステムでは、各切断工具の間隔は、切断ヘッド全体を交換しなければ変更できない。このため、ウェーハを長方形形状に切断する必要のある作業には使用できないか、または、作業が大幅に遅延する。
第２組の既存システムの場合、２つ以上の別体切断工具を具備し、それらの各々が、各自の軸またはモーター等によって別個に駆動される。この種のシステムは、長方形のチップのダイス加工には対処できるが、２組の完全な支持兼駆動装置が必要であり、往々にして２つの切断工具間の精度を維持するのが困難であるという不利がある。

本発明の目的は、先行技術に付随する問題の少なくも幾つかを軽減する機械加工装置と方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、工作物の機械加工を行なうための第１工具を担持するために配置された第１軸と、工作物の機械加工を行なうための第２工具を担持するために配置された第２軸とを含む機械加工スピンドルが提供される。前記両軸は、共通の軸線を中心として回転し、また、軸線方向で相対移動するように配設される。
このような構成により、両工具を相対的に正確に作動させることができ、他方、２つの別体スピンドルおよびそれらの関連装置を使用する必要性をなくすことができる。
前記両軸は、一方が他方の内部に延在し、第１軸が内側軸になり、第２軸が外側軸になるようにするとよい。
機械加工スピンドルは主胴を含み、該主胴内で、両軸が支承される。現時点における好適実施形態では、内側軸が外側軸内に配置され、外側軸が主胴内に支承される。内側軸は、外側軸内に両軸の相対運動が可能になるように支承される。

軸受は、内側軸と外側軸との相対運動が可能になるものが好ましい。通常、この軸受は、内側軸と外側軸との軸線方向相対運動が可能になるように構成される。この軸受は、また内側軸と外側軸の相対回転が可能になるように構成される。全体としての機械加工スピンドルの構成は、通常、両軸のうちの一方の軸が、主胴に対して軸線方向で動くようになされる。
前記両軸を支持するために、空気軸受を設けてもよい。主胴は、該主胴と外側軸の相対回転を可能にする軸受に空気を供給する噴射孔を含むことができる。軸受に空気を供給する噴射孔を内側軸に設けて、内側軸と外側軸の相対運動を許容するようにできる。
空気軸受は、機械加工作業の副産物に曝される可能性のあるあらゆる箇所において、機械加工スピンドルから正圧（周囲圧に対して）で空気がパージされるように構成されている。かくすることにより、軸受内への埃、削りくず等の侵入が確実に防止される。

この方法の代わりに、または、この方法に加えて、補助的なシール手段を設けてもよい。その種のシールは、ラビリンスシールであってよい。
気体により支持と潤滑が行われる「空気軸受」自体は周知である。この気体は、通常、空気であるが、本明細書における「空気軸受」という表現は、空気の代わりに、または、空気に加えて、その他の気体を用いる軸受、または、その他の気体を用いるように設計された軸受をも包含する。
機械加工スピンドルは、前記両軸を回転駆動するための少なくとも１つの電動モーターを含むことができる。
一組の実施形態では、第１軸を、第２軸とは異なる速度および／または逆方向で回転させ得るように、機械加工スピンドルが構成される。機械加工スピンドルは、２基の電動モーターを含むことができ、該モーターの各々が各軸を回転駆動する。

別の一組の実施形態では、第１軸と第２軸とが互いに同期回転するように、機械加工スピンドルが構成される。これらの実施形態では、一方の軸から他方の軸に駆動力を伝達するために伝動手段を設けることができる。この伝動手段は、一方の軸に取り付けられるとともに他方の軸の凹所内に配置されたピンを含むことができ、もって、駆動力の伝達を中断せずに、両軸の軸線方向相対移動が可能である。
前記機械加工スピンドルは、両軸を相互に軸線方向駆動するための軸線方向駆動装置を含む。該軸線方向駆動装置は、アクシャル軸受組立体を介して両軸の一方に作用するように構成されている。このアクシャル軸受組立体は、主胴内に備えられた空気軸受内を軸線方向移動するように構成されている。アクシャル軸受組立体内には、両軸の一方の軸の端部が捕捉されている。

主胴に対して軸線方向に可動な軸の軸線方向位置を指示するため、記号化した目盛り手段を設けることができる。この記号化した目盛り手段は、例えばアクシャル軸受組立体または軸線方向駆動装置に、設けることができる。
機械加工スピンドルは、切断工具および／または研磨工具を支持するための切断および／または研磨用のスピンドルであってもよい。
機械加工スピンドルは、前記両軸の各々が各切断輪を支持するになされたダイス加工用スピンドルであってよい。その場合の工作物は、例えば、チップ寸法のパッケージ素子から成る一連のアレイを含むシートまたは半導体ウェーハである。

２つの切断輪を使用する場合、該切断輪は直径および／またはその他の特性が互いに異なっていてよい。両切断輪は、２段階の切断工程で使用される。該切断輪の一方は第１切断を行うためのＶ字形カッタであってよい。
前記研磨工具は、工具を軸線方向移動させ工作物と接触させることで表面を研磨するカップ・グラインダであってよい。前記研磨工具は、ラジアル・グラインダでもよい。ラジアル・グラインダは、複雑な形状の成形研磨に使用するように構成できる。研磨工具は、第１工具が穴の内面を研磨し、第２工具が穴を有する部材の外面を研磨するように構成できる。

本発明の別の観点によれば、前記特徴のいずれかで定義された機械加工スピンドルと、該スピンドルを支持するための支持構成体とを含む機械加工装置が提供される。
この機械加工装置は、機械加工中に工作物を支持するように構成された工作物テーブルを更に含むことができる。
前記機械加工装置は、第１軸に取着された第１工具と、第２軸に取着された第２工具とを更に含むことができる。第１工具と第２工具は、例えば前記のとおり、切断輪、研磨工具等であってよい。

本発明の更に別の観点によれば、工作物を機械加工する方法が得られ、該方法は、前記特徴のいずれか１つで定義された機械加工スピンドルまたは機械加工装置を使用する段階を含む。
機械加工スピンドルまたは機械加工装置の一つの具体的用途では、一方の軸を他方の軸に対して軸線方向移動させる能力は、軸その他の構成部材の、作動による熱上昇、具体的には熱上昇の差を補償するために利用できる。この方法の場合、担持された両工具（例えば両切断輪）の間隔をモニターして、その間隔を一定に維持するために、両軸を相対的に動かすことができる。

以下、添付図面を用いた単なる具体例として、本発明の説明を行なう。
図１、図２は、スピンドル支持キャリッジ（担持体）２によって支持された機械加工スピンドル１を含む機械加工装置を示しており、スピンドル支持キャリッジ２は、機械加工スピンドル１の支持と、スピンドル１の軸線と平行な方向を含む３直角方向でのスピンドルの並進運動とが可能になるように構成されている。また、この機械加工装置は工作物テーブル３を含み、該テーブル上に工作物４が支持され、機械加工される。工作物テーブル３は、工作物を支持する面に対して直角の軸線（すなわち、図１、図２の図平面内の軸線）を中心として回転可能に構成されている。機械加工スピンドル１は、１対の切断輪５ａ，５ｂを支持し、該切断輪が、スピンドル１の軸線と平行方向に互いに間隔をおいて配置されている。

作動時には、これらの切断輪５ａ，５ｂは、適宜な方向（図１、図２では垂直方向）にキャリッジ２上の機械加工スピンドル１を移動させることにより、工作物と接触せしめられる。次いで、切断輪５ａ，５ｂが工作物を横切って動かされ、第１方向で工作物４を横切って切断線または切り込み線が作られる。この工程は、工作物を横切って所望の回数だけ反復され、工作物が複数ストリップに切断される。次いで、工作物テーブル３が、既に定義した軸線を中心として回転せしめられ、その方向が９０°だけ変更される。この回転は、もちろん切断輪５ａ，５ｂが工作物と接触していない状態で行われる。工作物テーブル３と工作物４とが回転せしめられると、再び切断輪５ａ，５ｂを使用して工作物４を第１切断線と直角方向に切断できる。この工程は、工作物４のダイス加工に有用である。
一つの具体的用途では、工作物４は半導体ウェーハであり、切断輪５ａ，５ｂは、ウェーハの通路に沿って切断するために使用され、ウェーハが適当なチップにダイス加工される。

具体的には後で述べるが、間隔をおいて取り付けられる切断輪５ａ，５ｂの間隔は、機械加工スピンドル１の構成によって変更できる。切断輪５ａ，５ｂの間隔を変更する能力は、幾つかの異なる利用の仕方がある。恐らく最も普通にこの能力が利用されるのは、工作物を長方形素子、例えば長方形チップにダイス加工する場合だろう。その場合、切断輪５ａ，５ｂは、第１間隔の状態で第１方向での工作物切断に使用され、第２方向での切断作業前に切断輪間隔が変更され、異なる切断輪間隔で第２組の切断が行われる。
留意すべきは、切断輪５ａ，５ｂが工作物の１回の横断で隣接通路その他の切断線を切断する必要はない点である。特に、半導体のダイス加工の場合、第１と第３または第１と第４の通路を第１の横断で切断し、第２と第４または第２と第５の通路を第２の横断で切断するという形式で続けるのが、より一般的である。このような切断技術を選択する理由は、単純に、切断輪５ａ，５ｂの間隔を小さくできる程度に物理的な制限があるためである。

図３には、図１に示した装置の機械加工スピンドル１が示されている。先ず留意すべきは、図１に示したように、機械加工スピンドルの主胴１００が非円形を有する点である。特に、スピンドル１の、工作物テーブル３に最も近い領域が円形から切除されている。この構成により、スピンドル１は、テーブル上に支持された工作物４の頂面を、切断輪５ａ，５ｂの不必要な拡径なしに、さもなければ装置性能を落とすことなしに、横断できる。図３に示したスピンドル１の断面は、スピンドル１が完全な直径を有する箇所を通る直線に沿った断面である点に留意されたい。切除部分に起因するスピンドル１の最小半径方向寸法は、図３の破線Ｃで示されている。

スピンドル１の主胴１００は、内側軸１１０ａを収容しており、該内側軸の先端に、第１切断輪５ａ（図３には示さず）を担持するためのハブ１１１ａを具備する。この内側軸１１０ａは、外側軸１１０ｂの内側にスピンドル１の中心軸線を中心として回転するように支承されている。外側軸１１０ｂは、その先端に、第２切断輪５ａ（図３には示さず）を支持するためのハブ１１１ｂを具備する。外側軸１１０ｂは、主胴１００の内側でスピンドル１の中心軸線を中心として回転するように支承されている。かくして、外側軸１１０ｂは、概ね中空円筒形であり、内部に内側軸１１０ａが配置されている。
内側軸１１０ａは、外側軸１１０ｂの基端を貫通して延在する延長部１１２ａを有する。内側軸および外側軸１１０ａ，１１０ｂを駆動する電動モーターの回転子１２０は、外側軸１１０ｂのカラー１１２ｂに取り付けられ、該カラーが延長部１１２を取り囲む。電動モーターの固定子１２１は、主胴１００内に配置されている。

内側軸１１０ａの延長部１１２ａは、可動アクシャル（軸線方向で動く）軸受組立体１３０内に捕捉されているディスク状部分１１３ａで終わっている。
ディスク状部分１１３ａが可動アクシャル軸受組立体１３０内に捕捉されている一方、ディスク状部分１１３ａの周囲には空気軸受が存在することで、ディスク状部分１１３ａと、ひいては内側軸１１０ａとは、全体として回転を全くまたは事実上妨げられることがない。
他方、可動アクシャル軸受組立体１３０は、主胴１００内で軸線方向運動するように構成され、この軸線方向運動が行われると、ディスク状部分１１３ａが可動アクシャル軸受組立体１３０内に捕捉されているため、対応して内側軸１１０ａの軸線方向運動が生じる。

軸線方向にアクシャル軸受組立体１３０を駆動するために、軸線方向駆動装置１３１が備えられている。軸線方向駆動装置１３１は、アクシャル軸受組立体と、ひいては内側軸１１０ａとをスピンドル１の軸線に沿って双方向に駆動可能に構成されている。
これに対し、外側軸１１０ｂは、主胴１００の先端に設けた軸線方向軸受板１０１により、主胴１００に対する軸線方向運動に抗して保持される。したがって、軸線方向駆動装置１３１を操作してアクシャル軸受組立体１３０、ひいては内側軸１１０ａを動かすことで、ハブ１１１ａとハブ１１１ｂの間隔を変更できる。

以上の説明は、機械加工スピンドルの操作原理の主な特徴を示したものである。図３には、その種のシステムの一実施例が、より詳しく示されているが、それらの幾つかの点およびその他の点を以下で説明する。
回転子１２０と固定子１２１とを有する電動モーターは、外側軸１１０ｂを回転駆動するのに使用でき、更に制御装置（図示せず）は回転速度を検知し制御するために使用できる。このことが特に重要となるのは、切断輪５ａ，５ｂを工作物４と接触させる場合である。

図示されていないが、伝動手段が外側軸１１０ｂと内側軸１１０ａの間に備えられているので、モーター１２０，１２１は内側軸１１０ａをも駆動できる。この伝動手段は、内側軸および外側軸１１０ａ，１１０ｂの相対軸線方向位置が変化する際、駆動力を伝達する必要がある。適当な一伝動手段はピンを含み、該ピンが、軸１１０ａ，１１０ｂの一方に取り付けられ、他方の軸１１０ａ，１１０ｂの凹部内に配置されており、それによって、回転駆動は伝達されるが、軸線方向運動は阻止されない。一好適形態では、該ピンが、回転軸線と平行に、回転軸線から間隔をおいて配置され、それぞれ他方の軸の適当な穴内に延びるように構成される。必要であれば、複数のそのようなピンを設けてもよい。別の形態では、半径方向のピンまたはスプラインを使用できるだろう。
外側軸１１０ｂは、主胴１００に間隔をおいて設けた１対の空気軸受１０２ａ，１０２ｂ内に回転可能に支承されている。主胴１００は、空気軸受１０２ａ，１０２ｂへの空気供給用および該軸受からの使用済み空気排出用の内孔を含む。

２つの空気軸受１０２ａ，１０２ｂ間には、シール軸受１０３が設けられている。このシール軸受１０３は、できるだけ効果的に空気通路１０４を密封するために設けられ、空気通路１０４は、主胴１００から外側軸１１０ｂを経て内側軸１１０ａの中心内に延びている。また、空気通路１０４が内側軸１１０ａと概ね遭遇する箇所の内側軸に、シール軸受１０３ａを設けている。空気通路１０４について説明したが、実際には、外側軸１１０ｂおよび内側軸１１０ａを貫通する複数の孔であり、これらの孔により、２軸の回転時に適切な空気経路が得られる。
内側軸１１０は噴射軸であり、内側軸１１０ａの外表面への噴射孔１１５ａに通じる内孔１１４ａが、２軸１１０ａ，１１０ｂ間のギャップに空気を供給するために設けられ、もって内側軸１１０ａが外側軸１１０ｂ内の空気軸受上で動く。

可動アクシャル軸受組立体１３０は、主胴１００内に設けられた空気軸受１０５内に軸線方向移動可能に支持されている。
可動アクシャル軸受組立体１３０は、支持空気軸受１０５から、内側軸１１０ａのディスク状部分１１３ａを支持する空気軸受に空気を送るための内孔（図示せず）を含む。
内側軸および外側軸１１０ａ，１１０ｂが主胴１００を貫通するスピンドル領域Ｐから、空気が正圧で噴出せしめられる。これによって、空気軸受を汚す惧れのある切断の削りくずまたは副産物等の外部汚染物のスピンドル１内への侵入が確実に避けられる。

アクシャル軸受組立体１３０内には、接触炭素ブラシ１０６ａ，１０６ｂが、内側軸１１０ａの端部のところでディスク状部分１１３ａと接触するように配置されている。切断輪５ａ，５ｂと前記炭素ブラシ１０６ａ，１０６ｂとの間には、軸１１０ａ，１１０ｂの金属を介して完全な導電路が形成される。したがって、炭素ブラシ１０６ａ，１０６ｂからのリード線を適当な検出器（図示せず）に接続すれば、切断輪５ａ，５ｂが導電性で、（導電性）工作物と適切に接触させられる場合には、切断輪５ａ，５ｂが工作物と接触する時に回路が形成される。前記検出器は、この回路形成の検出に使用でき、切断輪５ａ，５ｂとの工作物４の接触が検出される。

機械加工スピンドルをほぼ４００００〜６００００ｒｐｍの切断速度で動作させ、アクシャル軸受組立体１３０により得られる目標軸線方向運動をほぼ６〜７ｍｍにすることが考えられる。しかし、これらの数値は通常の装置の場合に該当する数値を示しただけで、本発明は、これらの数値に限定されるものでは全くない。
軸線方向駆動装置１３１またはアクシャル軸受組立体１３０は、これら各々の、ひいては内側軸１１０ａの軸線方向位置を示すための記号化した目盛りを備えており、それによって切断輪５ａ，５ｂの間隔が精確に検出できる。本スピンドルの１特定用途では、軸１１０ａ，１１０ｂが軸線方向に容易に相体移動できる能力が、作動中、スピンドル１の構成部材の熱上昇差を補償するために利用される。

通常、軸１１０ａ，１１０ｂは、高速回転で生じる熱のため、長さが増大する。そうした長さ変化や長さ変化の差は僅かであるが、重大である。半導体ウェーハを正確にダイス加工するために満足しなければならない公差は、例えば極めて僅かなので、熱補償能力は特に有用である。
更に別の用途の場合には、切断輪５ａ，５ｂが互いに異なっている。例えば切断輪の一方には、工作物４に切り込みを入れるための、または第１カットを行うためのＶ字形カッタが選ばれ、他方の切断輪には、切断作業を完成するのに適当なカッタが選ばれる。
また、スピンドル１を異物の侵入から保護するため正圧空気による掃除にのみ頼ることをしない別の形式の場合、更なる保護のためにラビリンスシールが用いられる。

図４は、別の実施例によるスピンドル１′を示すが、このスピンドルは多くの点で図３に示し、これまでに説明したスピンドルと類似している。したがって、簡潔化のため、対応する部分には等しい符号を付し、それらについての詳細な説明は省略する。
図４に示すスピンドルと図３のスピンドルとの主な相違点は、外側軸１１０ｂに配置された回転子１２０と、主胴１００内に配置された各固定子１２１とを含む既述の同種のモーターに加えて、内側軸１１０ａに配置された回転子１２０ａと、主胴１００内に配置された固定子１２１ａとを含む付加的モーターが備えられている点である。
したがって、図４のスピンドル１′内には２基の電動モーターが備えられ、それら１２０ａ，１２０ｂのうちの一方が内側軸１１０ｂの駆動に使用され、他方が外側軸１１０ｂの駆動に使用される。したがって、内側軸１１０ａと外側軸１１０ｂの間に伝動手段は不要である。

更に軸１１０ａ，１１０ｂの、ひいては切断輪５ａ，５ｂの回転速度および回転方向は、互いに独立的に制御できる。したがって、幾つかの例では、切断輪５ａ，５ｂの一方が他方と異なる速度で回転するか、または所望とあれば、切断輪の一方が他方と逆方向に回転することもできる。
切断輪が逆方向に回転可能なことが役立つ１つの具体例は、スピンドルが工作物を横切るさい、双方向での切断が望まれる場合である。同じように、内側軸と外側軸とが異なる速度で回転可能なことが役立つのは、両切断輪５ａ，５ｂが互いに異なり、最適作業のためには異なる回転速度を必要とする場合である。

前記のとおり、図４のスピンドルは、図３のスピンドルより製造が難しく、したがって、その種のスピンドルは製造費がより高価であり、かつまた幾つかの点で性能が低下しやすい。図４に見られるように、このスピンドル内の内側軸１１０ａは、図３のスピンドルのそれより長く、外側軸１１０ｂによって支持されている領域を越えてかなりの距離突出している。更に、回転子１２０ａの形態のかなりの質量が、内側軸の前記突出部分に配置されている。これらの要因のため、図４に示したスピンドル１′の場合、円滑な回転が達成されにくくなりがちであり、また少なくとも内側軸１１０ａの切断回転速度を減速せねばならなくなる。したがって、図４のスピンドル１′の場合、２８０００〜４００００ｒｐｍの範囲の回転速度の方が、操作しやすい。
留意すべきは、外側軸および内側軸１１０ｂ，１１０ａ用のモーター１２０，１２１，１２１ａ，１２０ａの形状および寸法が互いに異なる点である。口語で言えば、一方は短くて太く、他方は長くて細いという言い方ができる。これらの形状は、回転に使用するために両モーターが等しいまたは類似の動力を発し得る一方、利用可能な空間を最も効率的に使用し、スピンドル性能に対する逆効果を極小化するために選択される。

図５には、更に別のスピンドル１″が示されており、該スピンドルは、図３に示したスピンドルの一発展形式である。図５のスピンドルは、図３に示したスピンドルに現時点で最も重要な点が類似しており、したがって、簡潔化のために、それらの部材に関する詳細な説明を省略し、同じ符号が、図３、図４中の同じ部品を指示するために用いられている。

図５に示したスピンドルは、図３に示したスピンドル同様の伝動手段を含むが、図４に該伝動手段が示されている。この伝動手段は、直径方向で反対側の位置に１対の駆動ピン１００１を含む。各駆動ピンは、内側軸１１０ａに設けた密嵌穴１００２内にある軸部１００１ａと、外側軸１１０ｂのスロット状開口１００３内にある頭部１００１ｂとを有する。スロット状開口１００３は、各駆動ピン１００１の頭部１００１ｂに周方向では密嵌するが、軸線方向では頭部１００１ｂよりも、かなり大きくなるような寸法になされている。このことは、伝動手段として機能する駆動ピン１００１を介して外側軸から内側軸に駆動力の伝達が行なわれるが、２軸１１０ａ，１１０ｂ間の軸線方向相対運動は妨げられないことを意味する。何故なら、この軸線方向運動時には、頭部１００１ａがスロット状開口１００３内を滑動できるからである。

この実施例の駆動ピンは絶縁性になされる。すなわち、内側軸１１０ａから外側軸１１０ｂへ駆動ピン１００１を介して導電路が生じないようになされている。このことは、幾つかの場合には、絶縁性駆動ピンの使用によって達成されるが、本実施例では、駆動ピン１００１の頭部１００１ａにセラミック（すなわち非絶縁性）カバーを設けることで実現している。絶縁性駆動ピンを備えることが有用な理由は、全体としてのスピンドルが、作業中、内側軸と外側軸１１０ａ，１１０ｂ間に電導経路が生じないように構成されることを意味するからである。このことにより、また導体または半導体の工作物への工具の降下接触を検出する作業が容易になる。
更に、工具の降下接触の電気的検出を補助するため、この実施例では、絶縁性スリーブ１００４が外側軸のカラー１１２ｂの内面に配置され、該スリーブが内側軸の延長部１１２ａを取り囲む。該絶縁性スリーブ１００４は、内側軸１１０ａの延長部１１２ａを支持する案内軸受として役立つと同時に、内側軸１１０ａと外側軸１１０ｂの電気絶縁の維持を助けている。

更に、この実施例の場合、降下接触検出法で軸１１０ａ，１１０ｂとの接触に使用されるブラシは、図３の実施例のブラシとは異なっている。図５の実施例の場合、第１のブラシは、内側軸１１０ａの端部のディスク状部分１１３ａと接触し、第２のブラシは、カラー１１２ｂが外側軸１１０ｂの残りの部分と交わる領域で、外側軸１１０ｂの肩部分１００５と制御可能に接触する構成になっている。この第２ブラシＢの位置は、図５のスピンドルの関連部分を示す図６に示されている。該第２ブラシは、ばね押しされたキャリアＣに取り付けられ、該キャリアがブラシＢを外側軸１１０ｂから離れるように付勢している。キャリアＣは、関連する圧縮空気ポートＡＰを有し、検出を望む場合には、該ポートを介して圧縮空気が供給され、ブラシを外側軸１１０ｂに対して押圧する。検出が完了すると、直ちに空気供給は停止され、ブラシＢは、ばねの作用により戻される。この構成は、きわめて高い接線方向速度を有する軸表面に接触するブラシＢの場合に、特に問題となる磨耗を有意に低減する。通常、ブラシＢは、降下接触が検知されるまで外側軸１１０ｂに対して押し付けられるだけで、その後は、次の降下接触（またはおそらく上昇）のモニターを要するときまで、接触は要求されない。

ディスク状部分１１３ａを介して内側軸１１０ａに接続するためのブラシ１０６ａへの電気接続は、軸線方向駆動装置組立体端部の真鍮ねじＳ（図５）によって行われる。外側軸１１０ｂと接触するブラシＢに接続するために、ポートＡＰに沿って電線（図示せず）が通じている。これらの電気接続は、検出器に通じており、該検出器は、各軸１１０ａ，１１０ｂにより支持された工具（図１および図２に示した切断輪５ａ，５ｂ）が導体または半導体の工作物と接触して該２軸間に回路が形成されるのを検出する。この回路には、２軸の一方、次いで工作物、次いで２軸の他方を直列で含むことが分かるだろう。工具が工作物から上昇することによるこの回路の開放も、所望とあれば同じように検出できる。

以上の説明は工作物、特に半導体の工作物の切断またはダイス加工について行ったが、他方、留意すべきことは、本出願および本発明のスリーブは、それらの用途に限定されないという点である。したがって、例えば、図３、図４、図５に示したスピンドルに類似のスピンドルは、別種の機械加工作業、例えば他の切断作業または研磨作業に使用できる。例えば研磨作業の場合、軸１１０ａ，１１０ｂは軸線方向グラインダまたはラジアル・グラインダの支持に使用できる。したがって、例えば、軸１１０ａ，１１０ｂは、表面の軸線方向研磨用カップ・グラインダを支持するのに使用できる。同様に、おそらく異なる直径のラジアル・グラインダは、複合的な形状の成形研磨に使用できる。更に別の例としては、２軸の一方を穴の内面研磨用グラインダの支持に使用し、他方を、穴を有する構成素子の外表面研磨用グラインダの支持に使用することができる。

機械加工装置の略示端面図。 図１の機械加工装置の側面図。 図１に示した機械加工装置のスピンドルをＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図。 図１に示した機械加工装置に使用される別の機械加工スピンドルの断面図。 図１に示した機械加工装置に使用される別の機械加工スピンドルの断面図。 図５に示した別の機械加工スピンドルの部分拡大図。

Claims (28)

1. 工作物の機械加工を行なう第１工具を担持するために配置された内側軸と、工作物の機械加工を行なう第２工具を担持するために配置された外側軸とを含む機械加工スピンドルであり、
   前記両軸が、共通軸線を中心として回転可能し、かつ、軸線方向で相対移動できるように配設され、
   さらに、前記機械加工スピンドルが主胴を含み、該主胴内で前記両軸が支承されており、
   前記内側軸が前記外側軸内に配置され、
   前記外側軸が、前記主胴内で空気軸受によって支承され、該空気軸受が、前記内側軸と前記外側軸の間の相対的軸線方向運動を許容するように配設されている機械加工スピンドル。
2. 前記主胴と前記外側軸の間の相対回転を許容する空気軸受に空気を供給するための噴射孔を前記主胴が含む請求項１に記載された機械加工スピンドル。
3. 前記内側軸と前記外側軸の間の軸線方向相対運動を許容する空気軸受に空気を供給するための噴射孔を前記内側軸が含む請求項１または請求項２に記載された機械加工スピンドル。
4. 前記内側軸が、前記外側軸内で前記両軸間の相対回転を許容するように支承されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の機械加工スピンドル。
5. 前記内側軸と前記外側軸との軸線方向相対移動を許容するための前記空気軸受が、前記内側軸と前記外側軸の間の相対回転をも許容するように構成されている請求項４に記載前記内側スピンドル。
6. 機械加工作業の副産物に曝される可能性のあるあらゆる箇所で、周囲圧に対して正圧で前記機械加工スピンドルから空気がパージされるように、前記空気軸受が構成されている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
7. 補助シール手段が配設されている請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
8. 前記機械加工スピンドルが前記両軸を回転駆動させる少なくとも１つの電動モーターを含む請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の機械加工スピンドル。
9. 前記第１軸を、前記第２軸とは異なる回転速度で回転させ得るように、および／または、逆回転方向で回転させ得るように、前記機械加工スピンドルが構成されている請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
10. 前記機械加工スピンドルが２つの電動モーターを含み、該モーターの各々が各軸を回転駆動させるようになっている請求項９に記載された機械加工スピンドル。
11. 前記第１軸と前記第２軸が互いに同期回転するように構成されている請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
12. 一方の軸から他方の軸に駆動力を伝達するために、伝動手段が配設されている請求項１１に記載された機械加工スピンドル。
13. 前記両軸間に導電路が形成されないように、前記伝動手段が絶縁されている請求項１２に記載された機械加工スピンドル。
14. 前記伝動手段がピンを含み、該ピンが、前記両軸のうちの一方に設けられ、他方の軸の凹所または開口内に配置され、もって、両軸が、駆動力の伝達を中断せずに軸線方向で相対移動可能になされている請求項１２または請求項１３に記載された機械加工スピンドル。
15. 前記ピンが半径方向に指向して配設されている請求項１４に記載された機械加工スピンドル。
16. 前記ピンが、絶縁材料製であるか、または、絶縁材料で被覆されている請求項１５に記載された機械加工スピンドル。
17. 前記両軸を軸線方向で相対移動させる軸線方向駆動装置を含む請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
18. 前記両軸のうちの少なくとも一方の軸の軸線方向位置を指示するために、記号化した目盛り手段が設けられ、前記一方の軸が前記主胴に対して軸線方向に可動である請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
19. 前記機械加工スピンドルが、前記両軸の各々によって担持される前記工具のうちの少なくとも一方が導体工作物または半導体工作物と接触した時に、それを検知するセンサ手段を含み、該センサ手段が、前記工作物と前記両軸のうちの少なくとも一方の軸とを含む経路の周囲を流れる電流を検知するように構成されている請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
20. 前記センサ手段が、前記両軸のうちの一方と接触する少なくとも１つのブラシを含む請求項１９に記載された機械加工スピンドル。
21. 前記内側軸が絶縁性案内軸受によって支持されている請求項１から請求項２０までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
22. 前記機械加工スピンドルが、半導体ウェーハのダイス加工に使用するダイス加工用スピンドルであり、前記両軸がそれぞれ、各切断輪を支持するように構成されている請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
23. 前記機械加工スピンドルが、研磨工具、例えば、軸線方向に前記工具を移動させて前記工作物と接触させることによって表面を研磨するカップ・グラインダ、または、複雑な形状の成形研磨に使用するように構成されたラジアル・グラインダを支持するように構成された研磨スピンドルである請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル。
24. 請求項１から請求項２３までのいずれか１項に記載の機械加工スピンドルと、該機械加工スピンドルを支持するための支持構成体とを含む機械加工装置。
25. 機械加工時に工作物を支持するように構成された工作物テーブルを更に含む請求項２４に記載された機械加工装置。
26. 請求項１から請求項２３までのいずれか１項に記載された機械加工スピンドル、または、請求項２４または請求項２５に記載された機械加工装置を用いる段階を含む工作物を機械加工する方法。
27. 一方の軸を他方の軸に対して軸線方向移動させる能力を利用して、作業に起因する前記両軸またはその他の部材の熱上昇を補償するか、または、特に熱上昇の差異を補償する段階を含む請求項２６に記載された工作物を機械加工する方法。
28. ウェーハを支持する工作物テーブルと、
    前記ウェーハを機械加工するための第１切断輪を担持する第１軸、および、前記ウェーハを機械加工するための第２切断輪を担持する第２軸を含む機械加工スピンドルとを含む機械加工装置であって、前記両軸が共通軸線を中心として回転し、かつ、軸線方向に相対移動するように配設されている前記機械加工装置を用いる半導体ウェーハのダイス加工方法において、
    第１の輪間隔に設定された２つの切断輪を用いて、第１通路間隔を有する一方向の複数通路に沿ってウェーハに切断を施す段階と、
    ２つの前記切断輪を支持する前記両軸を軸線方向で相対移動させて、第２の輪間隔に前記両切断輪を設定する段階と、
    前記第２の輪間隔に設定した２つの前記切断輪を用いて、第２通路間隔を有する他方向の複数通路に沿ってウェーハに切断を施す段階とを含む半導体ウェーハのダイス加工方法。

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