JP2000218528A - 研削主軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置高さを高くすることなく、ビルトインモ
ータで回転ユニットに回転動力が伝達される研削主軸を
提供する。 【構成】 この研削主軸は、Ｚスライダ３１に固着され
た固定軸３０に回転ユニット２０を被せ、固定軸３０と
回転ユニット２０との間にラジアル軸受５０及びスラス
ト軸受６０を設ける。ケーシング４０の内周面に固着し
たステータ４１及び回転ユニット２０の筒部２１に取り
付けたロータ４２によって、回転ユニット２０に回転動
力を伝達する。 【効果】 回転ユニット２０の周囲から回転動力が伝達
されるため、研削主軸が高くなることなく、偏心やブレ
が抑制される良好な表面加工が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に大口径ウエーハの
研削に適し、高剛性で小型化された研削主軸に関する。

【０００２】

【従来の技術】インゴットから切り出されたウエーハ
は、スライシング時に発生したウネリ等をラッピングに
より除去した後、平坦度を高めるため研削加工される。
研削加工されたウエーハは、引き続くポリッシングによ
って鏡面状態に仕上げられる。研削加工では、たとえば
図１に示す設備構成の研削装置が使用される。この研削
装置は、ベッド１から直立するコラム２に垂直方向に移
動可能なＺスライダ３を装着させている。研削ヘッド４
は、回転中心を垂直方向に維持してスライダ３に固着さ
れ、ベルト６を介してコラム２に設けられたモータ５に
よって動力伝達されている。研削ヘッド４には、工作物
（図示せず）を加工する研削ホイール７が下端に取り付
けられている。

【０００３】工作物は、真空チャック８で保持され、Ｘ
スライダ９を介してＸ方向に移動可能なロータリテーブ
ル１０上に載置される。研削ヘッド４は、軸固定型の静
圧軸受１１を介してＺスライダ３に支持されており、モ
ータ５からの動力で研削ホイール７を回転させる。研削
ホイール７は、回転しながら工作物に切り込まれ、工作
物が研削加工される。ベルト６を用いて研削ヘッド４に
モータ５の動力を伝達する方式では、ベルト６からの発
塵が避けられない。特に、クリーンルーム内に配置され
るウエーハ研削装置にあっては、発生したパーティクル
が研削中の工作物表面に付着すると、ウエーハの表面に
致命的な欠陥をも与えかねない。また、ベルト６を介し
た動力伝達であるため、ベルト６及びベルト６に接触す
る部材が発熱し、熱変形を引き起こすばかりでなく、研
削ホイール７の回転にも振動，偏心等の悪影響を及ぼす
虞れがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】軸回転型の静圧軸受機
構にモータを直結する方式を採用することにより、ベル
ト６の使用に起因する問題が解消される。たとえば、図
２（ａ）に示すようにモータ５及び回転軸１６をハウジ
ング１５と同心円状で且つハウジング１５の軸方向に直
列配置し、モータ５の出力を回転軸１６に伝達する方式
が考えられる。しかし、図２（ａ）に示すようにモータ
５を回転軸１６に直結すると、モータ５の高さＨが加算
され、ハウジング１５を長くする必要が生じる。ハウジ
ング１５は、軸長が長くなるに従って固有振動数が低下
し、共振現象を起こしやすくなる。しかも、アーム１４
で片持ち支持する構造（図２ａ）では、長いハウジング
１５が片持ち支持されているため回転軸１６に振動や偏
心が発生しやすくなる。

【０００５】軸回転型の静圧軸受機構にモータを直結し
て片持ち支持する方式の場合の回転軸１６の振動，偏心
等は、図２（ｂ）に示すようにＺスライダ３から吊り下
げられた固定軸１３に回転ユニット１２を回転自在に嵌
挿することによってある程度抑制される。しかし、吊下
げ構造では、回転軸１３の周囲にモータ５を配置する必
要があるが、この目的に叶ったモータ５は実用化されて
いない。図２（ａ），（ｂ）何れの場合も、モータ５の
高さＨが加算されるため、研削装置も全体として高くな
り、必要な装置の剛性を確保するためにコラム２等を始
めとする強度メンバーの設計変更も必要になる。なかで
も、処理されるウエーハが大口径化されている昨今の傾
向を考慮すると、装置高さを可能な限り低く抑えながら
も、その一方で主軸全体の剛性を高めることが要求され
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、回転ユニットの
周囲に回転動力用モータを配置し、ラジアル軸受及びス
ラスト軸受をコンパクトにまとめることにより、装置を
高くすることなく、低振動，高剛性の研削主軸を提供す
ることを目的とする。本発明の研削主軸は、その目的を
達成するため、Ｚスライダに固着され、下端にフランジ
部をもつ固定軸と、固定軸の軸部に嵌挿される筒部及び
固定軸のフランジ部に被せられるフランジをもち、底面
に研削ホイールが装着される回転ユニットと、回転ユニ
ットの外側に同心円状に配置されたケーシングと、回転
ユニットの筒部外面に取り付けられたロータ及びケーシ
ングの内周面に取り付けられたステータからなるビルト
インモータとを備え、固定軸の軸部と回転ユニットの筒
部との間にラジアル軸受が設けられ、固定軸のフランジ
部と回転ユニットのフランジとの間にスラスト軸受が設
けられていることを特徴とする。

【０００７】

【実施の形態】本発明に従った研削主軸は、コラムから
吊り下げられた固定軸に回転ユニットを回転可能に嵌挿
する方式を採用しているので、回転ユニットの振動や偏
心を抑制すると共に、装置高さを可能な限り低くでき
る。なかでも、本発明者等が特願平１０−５１０４２号
で提案した平面加工装置に適用すると、大口径ウエーハ
の高精度加工が可能な研削主軸となる。この研削主軸
は、たとえば図３に示すように回転ユニット２０を固定
軸３０に被せ、ケーシング４０と同心円状に配置し、砥
粒層８１をもつ研削ホイール８０を回転ユニット２０の
底面に装着している。回転ユニット２０は、固定軸３０
に嵌挿される筒部２１の下端に上側フランジ２２を固着
している。上側フランジ２２には、リング部材２３を介
して下側フランジ２４が一体化されている。

【０００８】固定軸３０は、Ｚスライダ３１に固着され
るベース３２から突出した軸部３３をもち、軸部３３の
下端が半径方向に延びたフランジ部３４になっている。
固定軸３０と回転ユニット２０との間の環状空隙２５
は、エアパージ，オイルシール等の方法を採用したシー
ル部２６で閉じられている。回転ユニット２０の筒部２
１と固定軸３０の軸部との間にラジアル軸受５０が、回
転ユニット２０の上下フランジ２２，２４と固定軸３０
のフランジ部３４との間にスラスト軸受６０が形成され
る。固定軸３０の内部には、軸長方向に延びる高圧流体
供給孔７１及び流体回収孔７２が形成されている。高圧
流体供給孔７１は、分岐孔７３を経て、固定軸３０の周
面２段に設けられている複数のラジアル静圧軸受ポケッ
ト５１ｕ，５１ｄに連通している。高圧流体供給孔７１
は、更に固体軸３０のフランジ部３４まで延び、分岐孔
７４を経て、フランジ部３４の上下面にリング状に形成
されているスラスト静圧軸受ポケット６１に連通してい
る。

【０００９】固定軸３０の周面で上下にあるラジアル静
圧軸受ポケット５１ｕ，５１ｄの中間に流体回収ピット
５２が形成され、下側フランジ２４の中央部に流体回収
ピット６２が形成されている。流体回収ピット５２には
流体回収孔７２から分かれた分岐孔７５が臨み、流体回
収ピット６２には、固定軸３０を貫通した流体回収孔７
２が臨んでいる。ケーシング４０は、Ｚスライダ３１に
固着されており、内周面にビルトインモータのステータ
４１が取り付けられている。ステータ４１と対を成すロ
ータ４２は、回転ユニット２０の筒部２１外周面に取り
付けられている。ロータ４２の取付け位置は、バランス
良く回転ユニット２０を回転させるため、上下２段に配
置されたラジアル静圧軸受ポケット５１ｕと５１ｄの中
間に当たる位置で筒部２１の外周面に設定することが好
ましい。ケーシング４０は、側壁内部に空洞４３が形成
されている。空洞４３に給水口４４から冷却水を送り込
み、排水口４５を経て冷却水を送り出すことにより、ケ
ーシング４０及びビルトインモータのステータ４１が冷
却され、熱変形の原因となる発熱が抑制される。また、
冷却が容易なため、大容量のビルトインモータを組み込
むことも可能である。

【００１０】以上に説明した回転ユニット２０は、要部
を示す図４にみられるように固定軸３０に対してラジア
ル軸受及びスラスト軸受によって回転及び昇降自在に支
持される。回転ユニット２０は、Ｚスライド３１のＺ方
向移動で上下移動が調整され、半径方向外側からビルト
インモータのステータ４１及びロータ４２により付与さ
れる動力で回転する。このとき、高さ２ｌ₁ だけ離れて
いるラジアル軸受５０の中央部に高さ２ｌ₂ のステータ
４１及びロータ４２の中心を合せると、荷重がラジアル
軸受けでバランス良く受け止められる。したがって、本
発明による回転主軸は、ステータ４１及びロータ４２か
らなるモータを主軸構造内に組み込んでいるため、モー
タを軸受に直列配置して結合する図２の方式に比較し
て、高さが大幅に低くなっている。そのため、表面加工
時に発生する加工反力に対する研削主軸の剛性を大幅に
高めることができる。しかも、同心円状に配置したビル
トインモータによって回転力が付与されるため、回転動
力伝達時に研削主軸の軸ブレを生じさせることがない。
この点、ベルト方式（図１）で回転動力を研削主軸に伝
達する場合、モータ５及びベルト６のスペースを要し、
研削ヘッド４に軸ブレを生じさせる原因である偏心した
力が回転軸１６に加わることが避けられない。

【００１１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の研削主
軸は、固定軸に嵌挿した回転ユニットに半径方向外側か
ら回転動力を伝達しているので、共振による振動が偏心
が生じることなく回転ユニットの回転機構及び昇降機構
をコンパクトにまとめ、装置高さを高くすることなく特
に大口径ウエーハの表面加工に適した研削装置に使用さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ベルトによって回転動力を伝達する従来の研
削装置

【図２】 回転ユニットにモータを直結させた研削主軸
の２例

【図３】 本発明に従った研削主軸

【図４】 同研削主軸の要部を示す図

【符号の説明】

２０：回転ユニット ２１：筒部 ２２：上側フラ
ンジ ２３：リング ２４：下側フランジ ２５：環状空隙 ２６：シー
ル部 ３０：固定軸 ３１：Ｚスライダ ３２：ベース
３３：軸部 ３４：フランジ部 ４０：ケーシング ４１：ステータ ４２：ロータ
４３：空洞 ４４：給水口 ４５：排水口 ５０：ラジアル軸受 ５１ｕ，５１ｄ：ラジアル静圧
軸受ポケット ５２：流体回収ピット ６０：スラスト軸受 ６１：スラスト静圧軸受ポケッ
ト ６２：流体回収ピット ７１：高圧流体供給孔 ７２：流体回収孔 ７３〜
７５：分岐孔 ８０：研削ホイール ８１：砥粒層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 耕三 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 狛 豊 東京都大田区東糀谷二丁目14番３号 株式 会社ディスコ内 (72)発明者 冨田 良幸 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C034 AA08 BB03 BB04 BB07 DD10 DD20

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｚスライダに固着され、下端にフランジ
   部をもつ固定軸と、固定軸の軸部に嵌挿される筒部及び
   固定軸のフランジ部に被せられるフランジをもち、底面
   に研削ホイールが装着される回転ユニットと、回転ユニ
   ットの外側に同心円状に配置されたケーシングと、回転
   ユニットの筒部外面に取り付けられたロータ及びケーシ
   ングの内周面に取り付けられたステータからなるビルト
   インモータとを備え、固定軸の軸部と回転ユニットの筒
   部との間にラジアル軸受が設けられ、固定軸のフランジ
   部と回転ユニットのフランジとの間にスラスト軸受が設
   けられている研削主軸。