CN1424953A - 包括粗粒度和细粒度树脂粘结部的磨床磨杆 - Google Patents

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Abstract

一种用来磨削例如半导体晶片的圆片工件边缘内切口的磨杆(53)，它包括一用来安装在磨床中的金属心轴(132)，以及一邻接的圆柱区域，所述圆柱区域具有轴向隔开的精磨料区段(160)和粗粒度区段(162)，而且后者在轴向更接近心轴(132)。使用时磨床具有一可旋转成形轮，同样地类似成形的切口磨削沟槽(140)和(142)由该轮分别在磨削区段(162)和(160)中成形。

Description

包括粗粒度和细粒度树脂粘结部的磨床磨杆
技术领域
本发明涉及磨床和用于这种机床的磨轮，所述磨轮用来在诸如构成半导体装置的硅晶片之类的圆片边缘上磨削切口，还涉及用来磨削这种圆片边缘区域以便在其中形成切口的方法。由于切口对于晶片尺寸而言具有相对的较小的尺寸，用来形成这种切口的磨轮通常被称作磨杆。
背景技术
在WO97/48522中披露一种用来磨削圆片的磨床，现结合于此作为参考。WO97/48522披露在用一种较软的树脂粘结硬质合金(CBN)轮来精磨一诸如半导体晶片之类的圆片边缘之前，先在一磨床上使用一金属粘结CBN或金刚石轮来粗磨该圆片边缘，它还进一步描述用来成形和再成形该树脂粘结CBN磨轮内的一沟槽以便围绕该圆片边缘磨制出正确形状的现场技术。
该机床还包括一个小直径磨杆，它用来围绕被磨削圆片边缘磨削一预定比例的切口。
英国专利申请No.2335620披露一种例如用于WO97/48522中描述的机床中的切口磨削磨杆，该磨杆具有一足够长的圆柱区域，以致于能形成用来生成切口的一系列成形沟槽，由此当一个这样的沟槽变得过度磨损而不能进一步使用时在该磨杆中还能形成一个或更多个另外的沟槽。在该说明书中描述的销实施例是一种磨杆，它具有一沿轴向较接近磨杆心轴的金属粘结金刚石区段以及一沿轴向远离磨杆心轴的树脂粘结可成形区段。在使用中，在金属粘结区段内的一沟槽用来粗磨切口，而在树脂粘结可成形区段内形成的一沟槽用来精磨切口。
上文所述磨杆结构的问题是在于金属粘结和树脂粘结区段的对准问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于切口磨削的磨杆，它包括一个圆柱区域，所述圆柱区域足够长以便分别在多个沿该圆柱区域轴向隔开区段内形成至少两个成形沟槽，其中轴向远离磨杆心轴的区段是用来粗磨切口的粗粒度树脂粘结区段，而较接近磨杆心轴的区段是用来精磨切口的细粒度树脂粘结区段。
本发明克服了用于粗和精磨切口的相应区段的对准问题，这是因为能使用安装在同一机床上的同一个沟槽修整或成形轮来成形两个或所有沟槽。
最好是，用来粗磨切口的磨料尺寸是在用来精磨切口的磨料尺寸的两至三倍之间。
圆柱磨料的粗磨和精磨区段中的每一个或两者，但尤其是后者，当第一沟槽变得过度磨损而不能使用时要足够长以便依次成形的一个或多个另外的沟槽。
本发明还涉及一种具有一工作主轴、一磨削主轴以及一成形轮的磨床，最好是一种CNC磨床，所述磨削主轴能安装一上文所述磨杆用的坯件并且该坯件具有一粗粒度区段和一细粒度区段，而成形轮可以旋转以便在粗粒度区段内形成一切口粗磨沟槽以及在细粒度区段内形成一切口细磨沟槽。
因此本发明还涉及一种在上文所述磨床上成形切口粗磨沟槽和切口精磨沟槽的方法。
成形轮可与工件安装在同一主轴上。
磨削材料在粗磨区段情况下可以是树脂粘结的粗粒度CBN或金刚石，而在精磨区段情况下是树脂粘结的细粒度金刚石。
在此使用的术语“树脂粘结”包括用一种玻璃质材料粘结。
应该指出，与英国专利说明书No.2335620图7的披露相反，其中使用树脂粘结区段代替金属粘结区段，而且最好是用于较接近磨杆心轴的精磨的区段，即磨杆刚性较强区段。
附图说明
现在参照附图，用举例的方法描述本发明，其中：
图1为一台磨床从使用者通常站立的侧面观察的不按比例的透视图，该磨床装有一安装在一主轴上的可成形磨杆；
图2为图1所示机床从使用者通常站立的侧面观察的不按比例侧视图，并表示一子配件；
图3为图1和2所示机床的端视图；
图4为该机床子配件端部的放大比例并局部剖出侧视图；
图5为可成形磨杆的透视图；以及
图6为带有一第一沟槽和一第二沟槽的可成形销的不按比例透视图，所述第一、第二沟槽分别用于切口粗磨和切口精磨。
具体实施方式
图1、2和3附图描述用于硅或其他材料圆片(晶片)切口磨削的整个机床站的一部分。
图1至3所示机床包括一控制柜10，从其延伸出一机床底座12，底座12上载有一装在三个减振支脚上的浮动平台14，三个支脚中的一个如图1标号16所示，其第二部分18对中安装在基座区22的前方并且在图1中用虚线线条示出，而第三个如图3标号20所示。
平台14包括一承载一工作台24的整体支承结构或者说基座22，所述工作台可沿着安装在基座22上表面上的滑道26轴向滑动，而且包括一主轴驱动马达28和一用来携带磨削晶片的真空吸盘30。
边缘磨削借助于一磨轮32来完成，该磨轮含有如同34这样的多个环状沟槽，它们用来接合在图2中以36标出的一晶片工件的边缘。
承载在支承组件38内的磨轮主轴(未示出)由一电动马达40驱动旋转。
部件38和40安装在一总体标号为42的支架上，支架42接近平台14中心线地安装在一刚性加强板44的一侧，该加强板用螺栓穿过凸缘沿其底部拧紧在平台14上并且在其上端用螺栓穿过另一凸缘46拧紧在机床基座22上。板44的功能是增加平台14相对于基座22的刚度并抵抗可能以其他方式导入的横向震动。
第二支架48与板44等距并位于其另一侧，它装有一滑道50，滑道50上安装一带有一切口磨削主轴57的第二主轴驱动器52，主轴57的一端具有一切口磨杆以及一台相关的主轴马达55。
主轴驱动器52的轴向运动由一驱动装置54(见图2)提供。主轴驱动器52还能用来磨削环形圆片的内直径。
工作台边缘磨削主轴和切口磨削主轴安装在多个空气轴承中，而且工作台主轴通常具有每分钟2至1000转的速度范围，边缘磨削主轴通常具有高达每分钟6,000转的速度范围，而切口磨削主轴53的速度通常为每分钟高达70,000转。
从图2的56和58处可清楚看出的多个成形轮安装在吸盘30后方的工作台主轴上。沿着图2中箭头60的方向转位工作台24使得工件圆片36由磨轮32的沟槽之一例如34接合，而沿着箭头60方向的进一步运动使得圆片36越过该磨轮组件的端面62并使得成形轮56或58接合在磨轮32的适当沟槽中。
磨轮或者切口磨削器在需要时的横向运动是通过相对于平台14倾斜支架结构42和48至适当程度来完成。为此，结构42和48两者可枢转地连接到平台14的接近中心线处，并且分别由两个挡块64和66(见图3)来阻止过量的向外运动。
该枢转由多个弯曲件(将在下面描述)提供，所述弯曲件使得枢转运动围绕接近平台14中心线的两根平行轴线进行，因而结构42能如同用箭头68所示作小弧线运动，而结构48能如参考标号70表示作弧线运动。
用来完成枢转的驱动装置将参照后面的几个图进行描述。
连接在基座22上的是透明聚碳酸酯线性外罩72，磨轮主轴从其中穿过。在外罩72表面上的一大的、通常呈椭圆形的开口74使得安装在工作台24上的一类似形状封盖76在工作台24沿着前述箭头60方向适当地向前运动时进入并封住开口74。
一围绕封盖76(或者作为选择围绕开口74的内唇部)的可胀大环形密封件78在封盖76和开口74之间提供严密的流体密封。
外罩72可相对于基座22滑动，而且在主轴驱动器38和52之间提供波纹管密封件80和82，因而在封盖76和开口74之间已进行密封之后，外罩72实际上能与工作台组件24一起轴向移动。在波纹管后部提供足够的间隙以便允许外罩72沿箭头60方向以连续指向移动，从而允许磨轮上形成多个沟槽。波纹管80和82还能调整沿相反指向的移动，因而闭合的外罩72也能跟随沿着与箭头60相反指向移动的工作台24，以便使得圆片36的边缘由磨削沟槽之一例如34接合。
冷却剂流体通过喷嘴84和86喷射到工件上，而且设置类似的喷嘴在需要时将类似的流体喷射到成形轮上。设置一连锁装置，如果外罩72没有被封盖76关闭和密封，该连锁就阻止喷射冷却剂流体。
在磨削操作完成后并用流体进行最终洗涤之后，能用胀大边缘密封件78并沿着与箭头60方向相反的方向收回工件台24到图2所示位置打开外罩72。然后可卸下已完工工件36和装上一新工件。磨轮成形/修整
起初，磨轮成形可在已安装任何工件之前执行，在这种情况下，外罩72在不首先在吸盘30上安装工件例如36的状态下通过工作台24和封盖76的适当运动关闭。磨轮成形由工作台24的适当轴向运动和支架42的横向运动实施，因此每个沟槽，例如沟槽34，由适当的成形轮例如56或58接合。在轮成形作业期间提供冷却剂流体。
在磨轮初期成形之后，该组件可通过如前文所述使密封件78失效来分离。在安装一工件36之后，该组件能重新关闭和如前文所述地进行磨削。
沟槽再成形通常于机床停机期间在一工件已被取走之后和后继工件安装之前进行，在机床的一变型中，其中工件36的边缘形状检验在工作台上现场进行，使得工件在原位再成形是十分有利的。
切口
如果工件要进行切口，支架42就作横向运动使得磨轮与该工件脱离，相反支架48横向运动以便用切口磨杆53接合工件36的边缘。在切口作业之后，支架48沿着一相反指向运动，因而使磨杆离开工件。
磨光
在一种可选择的布置中，可在磨轮主轴和沟槽磨削轮上安装一磨光轮，并借助于工件主轴的轴向移动，使磨光轮能与工件36的边缘接合。
一种用来沿着滑道26移动工作台24的驱动装置设在88处。
如图3所示，一排出管90将流体从外罩72输送到贮槽92中，而设置一泵(未示出)循环来自贮槽的流体。在贮槽中或在贮槽和泵之间的管道中可设置一过滤器。
控制柜10包括一电视显示器94和键盘96，还有一手持控制装置98，该装置通过跨线100连接到连接插头102上。操作者能摘下装置98并且手持装置98走到机床前，并通过按动适当的按钮来启动和停止机床的作业。柜10容纳一计算机控制系统，该控制系统用来给机床上的驱动器供应控制信号和电力，还用来接收来自转换器、开关和机床上其他位置/操作/接触等信号产生传感器的信号。
预加载工作台在其上滑动的滑道26，工作台由伺服马达驱动并装备一高分辨率位置编码器以便在轴线运动插入期间提供平稳的运动。
如上文所述，磨削横向进给用下述方法完成：根据需要倾斜结构42或48以便使上面承载的磨削构件进入与工件36边缘接合的状态。尽管此运动并非真正线性而是呈弧形，这能内容纳在柜10中的控制系统产生的控制信号调整。
在喷嘴例如84和86能用来在磨削期间供应切削流体的同时，它们或者其他喷嘴还能用来直接喷射清洗流体到磨削后仍在旋转的晶片的悬的凸出部伸。这能防止在从吸盘上取下晶片时磨屑从晶片背面滑落。
磨削过程
边缘通常在一个两级过程中磨削，所述两级过程利用一插入磨削粗加工操作以及一第二插入磨削精加工操作过程，后者包括一磨轮快速进给直到一接触传感器探测出与工件晶片接触为止。在接触时的磨轮轴线位置用来监控磨轮磨损从而保证每次精切削操作过程磨下的材料保持不变。磨轮形状可通过使用永久地安装在工作台吸盘上的金属粘结金刚石成形轮来保持。该再成形过程可完全自动化并编程以便每到第n个晶片实施，或者每逢磨削边缘轮廓变为不可接受(由圆片边缘形状的光学检测来确定)或当接触点指示磨轮过度磨损时实施。
减振
为了使不符需要的振动及其导致的磨削损伤减至最小，构成该磨床的结构件特别是基座22和底座12并且如果需要还有平台14的部分至少部分地充填聚合物混凝土部分。
子配件安装
图4描述结构42和48如何安装成用来进行的铰接运动，以便允许磨轮横向进给。如图4所示，两结构42和48的内部边缘借助于多个弯曲件(有时被称作狭片铰链)连接到平台14上，弯曲件之一用104表示。第二对弯曲件设置成朝向结构42和48的接近机床基座22的另一端部。
在弯曲件102和104允许结构42和48围绕轴线倾斜的同时，不容易使得结构42和48围绕任何其他轴线相对于平台14作任何其他运动。因此，结构42和48与平台14的连结除了围绕弯曲件铰接轴线之外在所有方向都是刚性十足的。
凸轮传动
图4是该机床端部的侧视图，比例稍微缩小。正如其他视图一样，它被显示为局部剖出，以便显示总体标号为114并作用在结构48上的凸轮传动机构。在该传动装置的侧面有一个系留垫圈112。
图4还显示在支架48基座上的两个弯曲件，外侧的一个标号为104而内侧的一个标号为118。
如上文所述，每个凸轮传动机构安装在一刚性罩壳110中，而从图4中可更加清楚地看出，罩壳110通过一水平支承120用螺栓紧固在一从基座22伸出的板上。
在图4中还可看到用来驱动吸盘122的马达55，切口磨削主轴124从吸盘122中伸出。马达55承载在一相对于图1所描述的壳体52内，而且壳体52沿着一所述的滑道50滑动。
图4还显示将壳体52密封连接到外罩72开口上的波纹管密封82，马达55和载有磨杆53的主轴57就从该开口伸出。
现在结合图5和6更加详细地讨论图2所示的切口磨杆53。
图5所示的可成形圆柱体磨杆53由一直径更小的圆柱形金属心轴130和芯子132承载，所述芯子132用来装配到一磨床的主轴(未示出)上。圆柱体磨杆53具有大约4mm直径和10mm径向长度，其中由同一成形轮现场形成第一和第二沟槽140、142(图6)。
该磨杆由树脂粘结的金刚石、树脂粘结的磨料或玻璃体粘结的材料制成。
参见图5，可以看出磨杆53的圆柱表面分成两个区段，即更加靠近磨杆心轴130的细粒度区段160和远离磨杆心轴130的粗粒度区段162。粗粒度的尺寸为细粒度的两至三倍。而且，从图6可以看出，第一沟槽140在粗粒度区段162中形成。在使用中，这个沟槽140用来粗磨削一切口。而用来精磨削切口的第二沟槽142在更加接近磨杆心轴130因而刚性更大的销细粒度区段160中形成。
在使用中，在第一进给期间，粗切口磨削沟槽140与一固定的半导体圆片(未示出)边缘内的预加工切口接触以便粗磨该切口。在第二进给期间，切口精磨削沟槽142与该圆片接触以便精磨该切口。磨杆可大约以每分钟30,000转或者更多的速度旋转，作为磨削之用。
沟槽140和142具有同样的沟槽形状，而且它们彼此的轴向位置精确已知。因此在精磨进给期间的切削力是不变的，这能提高表面光洁度和切口外形的一致性。
实际上粗磨沟槽140除去切口材料的大约90％，而精磨沟槽142除去余下部分。磨轮和圆片两者在这一作业期间运动，因而相关的两轴线用来插入切口形状。
磨料53的任一或两个区段160、162可足够长以便在第一沟槽140或142磨损并且不能再成形时在同一台机床上能够成形第二个或者更多的粗磨或精磨沟槽。
由于使用相对较长的磨杆会增加抖动的危险，在较接近磨杆心轴130的刚性更大的磨杆区段中形成精磨沟槽142(或者一个或多个替代沟槽)是十分重要的。通常，粗磨沟槽140的寿命实质上明显高于精磨切口142的寿命，但是如果需要可设置成形一替代的粗磨沟槽。
尽管没有显示，为了有利于对准，沟槽成形轮可安装在载有磨削切口的工件的工作主轴上。
当该磨杆用于CNC磨床上时，后者能自动编程以便算出在切口磨杆内的沟槽根部直径，并且用内插法进行补偿以便在磨削过程期间生产出符合需要的切口形状。
一例如在WO97/48522中描述的CNC磨床能用来安装该切口磨杆和沟槽成形轮。

Claims (9)

1.一种用于切口磨削的磨杆，它包括一磨杆心轴和一圆柱区域，所述圆柱区域足够长以使分别在多个沿该圆柱区域轴向隔开区段内形成至少两个成形切口磨削沟槽，其中轴向远离所述磨杆心轴的所述区段是用来粗磨一工件内切口的粗粒度树脂粘结区段，而较接近所述磨杆心轴的所述区段是用来精磨该切口的细粒度树脂粘结区段。
2.如权利要求1所述的磨杆，其特征在于，用来粗磨所述切口的所述磨料尺寸是用来精磨所述切口的所述磨料尺寸的两至三倍之间。
3.如权利要求1或2所述的磨杆，其特征在于，所述磨削材料在所述粗磨区段是树脂粘结的粗粒度硬质合金或金刚石，而在所述精磨区段是树脂粘结的细粒度金刚石。
4.如权利要求1至3所述的磨杆，其特征在于，所述磨杆圆柱区域的所述粗磨和精磨区段中的任一或两者，但尤其是后者，要足够长以便当第一沟槽过度磨损不能进一步使用时连续成形的一个或多个另外的沟槽。
5.一种最好是一CNC磨床的磨床，该磨床具有一工作主轴、一磨削主轴以及一成形轮，所述磨削主轴载有一成形如权利要求1至4任一项所述的磨杆的坯件并且所述坯件具有一粗粒度区段和一细粒度区段，而所述成形轮可以旋转以便形成一在所述粗粒度区段内的切口磨削沟槽以及一在所述细粒度区段内的切口磨削沟槽。
6.如权利要求5所述的磨杆，其特征在于，所述成形轮与所述工件安装在同一主轴上。
7.在一如权利要求5或6所述的磨床上成形在一磨杆上的多个切口磨削沟槽的方法。
8.一种用于切口磨削的磨杆，该磨杆大体上在此参照附图的图5、6进行描述并在图5、6中说明。
9.一种磨床或一种用于在一磨杆上成形切口磨削沟槽的方法，该磨床或方法大体上在此参照附图的图1至4进行描述并在图1至4中说明。
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