JP2002127003A - Precision machining device with attitude control device and attitude control method - Google Patents

Precision machining device with attitude control device and attitude control method

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JP2002127003A
JP2002127003A JP2000326759A JP2000326759A JP2002127003A JP 2002127003 A JP2002127003 A JP 2002127003A JP 2000326759 A JP2000326759 A JP 2000326759A JP 2000326759 A JP2000326759 A JP 2000326759A JP 2002127003 A JP2002127003 A JP 2002127003A
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JP
Japan
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attitude control
giant magnetostrictive
control plate
magnetostrictive actuator
precision machining
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Application number
JP2000326759A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Eda
弘 江田
Hirotami Nakano
博民 中野
Makoto Kondo
良 近藤
Takuji Tajima
琢二 田島
Kazu Watabe
和 渡部
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Via Mechanics Ltd
Original Assignee
Hitachi Via Mechanics Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a precision machining device with an attitude control device and its attitude control method for machining articles including a silicon wafer, requiring extremely precise shaping accuracy and finished surface roughness. SOLUTION: The precision machining device with the attitude control device comprises a grinding wheel and its rotating device and a work and its rotating device placed on individually independent tables and a grinding wheel spindle and a work spindle arranged to be coaxially opposed to each other, wherein an attitude control plate is provided one of the two tables, the attitude control plate being simultaneously rotatable around a contact C as a supporting point at a minute angle toward any space and the attitude control plate having minute-angle rotation utilizing the minute displacement of a super magnetostrictive actuator. In attitude control, a control system employing a hysteresis model is used to compensate for the hysteresis characteristic of a super magnetostrictive element of the super magnetostrictive actuator.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、例えばシリコンウ
ェハ、半導体デバイス、磁気ディスク基板あるいは水晶
発振子用基板等の極めて精密な形状精度と仕上面粗さを
必要とする物品の加工を行なうための装置に係わるもの
であり、更に詳しくは、ワーク(被加工体)と砥石等加
工用の手段との相対的位置を整え(アライメント)、相
互の姿勢を制御するための装置及びその制御方法に係わ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for processing an article requiring extremely precise shape accuracy and surface roughness, such as a silicon wafer, a semiconductor device, a magnetic disk substrate or a crystal oscillator substrate. More specifically, the present invention relates to an apparatus for adjusting a relative position (alignment) between a work (workpiece) and a processing means such as a grindstone, and controlling a mutual posture, and a control method therefor. .

【0002】[0002]

【従来技術】近年、コンピュータを中心とするいわゆる
電子機器類の小型化、高性能化更には高生産性と低価格
化といった必要性から、その重要部分を占めるIC、L
SIあるいは超LSI等に対しては記憶容量や信頼性の
アップ、生産に係るコストの低減の要求が急であり、併
せて工業全体としては省力、省エネルギー化の要求が急
である。かかる状況のなかで、これ等の素子やその周辺
を支える部品の原材料となるシリコンウェハ、半導体デ
バイス、磁気ディスク基板あるいは水晶発振子用基板等
に対してはその加工段階での寸法精度やあるいは面粗さ
の向上の要求が著しい。その反面、加工工程におけるコ
ストの低減と生産性の格段の向上といった要求にも対応
が迫られており、従って、全く新しい考えに基づいた加
工の方法や装置自体の開発が必要となって来ている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a need for downsizing, high performance, high productivity, and low price of so-called electronic devices such as computers, and ICs, Ls, which occupy an important part thereof,
There is an urgent need to increase storage capacity and reliability and reduce production costs for SI and VLSI, and also to urgently demand labor and energy savings as a whole industry. Under these circumstances, the dimensional accuracy and / or surface area of the silicon wafer, semiconductor device, magnetic disk substrate or quartz oscillator substrate, etc., which are the raw materials of these elements and the parts supporting the periphery, are processed. There is a significant demand for improved roughness. On the other hand, there is also a need to respond to demands for lowering the cost of the processing process and dramatically improving productivity, and therefore, it is necessary to develop processing methods and equipment based on completely new ideas. I have.

【0003】特に、IC、LSIあるいは超LSI等の
原材料であるシリコンウェハに対しては加工段階での厚
さの均一化、寸法安定性あるいは面粗さの向上の要求が
著しく、就中、鏡面を得るためのポリッシング加工にお
ける加工の条件や装置自体の精度と安定性に対する要求
も格段に厳しさを増して来ている。すなわち、具体的に
は、nm(ナノメーター)のレベルでの精度が求められ
て来ている。更に、ウェハから製品までの間の全工程で
の歩留り向上、生産性の向上を目的としてウェハの直径
(口径)の改善も盛んであり、具体的には300mm
(12インチ)口径のシリコンウェハの生産も試験的に
行なわれ始めている。
In particular, silicon wafers, which are raw materials for ICs, LSIs, and VLSIs, are required to have uniform thickness, improved dimensional stability, and improved surface roughness at the processing stage. The processing conditions in the polishing process for obtaining the wafer and the demands on the accuracy and stability of the apparatus itself have become much more severe. That is, specifically, accuracy at the level of nm (nanometer) is required. Further, the diameter (diameter) of the wafer is also being improved for the purpose of improving the yield in all processes from the wafer to the product and improving the productivity, specifically, 300 mm.
Production of (12 inch) diameter silicon wafers has also begun on a trial basis.

【0004】IC、LSIあるいは超LSI等の電子部
品は、シリコンあるいはその他の化合物半導体の単結晶
のインゴットをスライスしたウェハに鏡面仕上げを施し
た上で、多数の微細な電気回路を書き込み分割した小片
状の半導体素子チップを基に製造されるものであるが、
その鏡面仕上げを施したシリコンウェハは以下の一連の
製造プロセスを経て製造されるのが一般的であった。す
なわち、単結晶引き上げ法によって製造されたシリコン
の単結晶インゴットの外周研削を行なった後、結晶方向
の位置決めの為の例えばオリエンテーションフラット加
工を施し、内周刃ソーあるいはワイヤソーにてスライシ
ングを行いアズカットウェハを得る。このアズカットウ
ェハを、ベベリングによる外周部の面取りを行なった
後、両面ラッピング加工により均一な厚みと平行度、平
面度、真直度及びある程度の面粗さを持つまでに仕上げ
る。得られたラップドウェハを酸またはアルカリにてエ
ッチング加工を行ないラッピングにより生じた加工ダメ
ージ層を除去、然る後プレポリッシング、ポリッシング
による鏡面仕上げを行う。ここで得られる鏡面ウェハ
は、優れた面粗さと形状精度を持ったものでなくてはな
らない。φ300mm(12インチ)ウェハの最終鏡面
仕上げ面の面粗さRaは望ましくは1nm以下、平面度
は0.2μm/300mm以下であり、アズカットウェ
ハから最終鏡面ウェハまでのトータル加工量は両面で6
0μm程度である。
Electronic parts such as ICs, LSIs and VLSIs are manufactured by mirror-finishing a wafer obtained by slicing a single crystal ingot of silicon or another compound semiconductor, and then writing and dividing a large number of fine electric circuits into small parts. It is manufactured based on flake-shaped semiconductor element chips,
The mirror-finished silicon wafer was generally manufactured through the following series of manufacturing processes. That is, after performing the outer peripheral grinding of the silicon single crystal ingot manufactured by the single crystal pulling method, for example, performing orientation flat processing for positioning in the crystal direction, slicing with an inner peripheral blade saw or a wire saw, and as-cutting. Obtain a wafer. After the as-cut wafer is chamfered at the outer peripheral portion by beveling, the wafer is finished to have uniform thickness, parallelism, flatness, straightness, and a certain surface roughness by double-sided lapping. The obtained wrapped wafer is subjected to an etching process with an acid or an alkali to remove a processing damage layer generated by the lapping, and then a mirror finish by pre-polishing and polishing. The mirror wafer obtained here must have excellent surface roughness and shape accuracy. The surface roughness Ra of the final mirror-finished surface of a φ300 mm (12 inch) wafer is desirably 1 nm or less, the flatness is 0.2 μm / 300 mm or less, and the total processing amount from the as-cut wafer to the final mirror-finished wafer is 6
It is about 0 μm.

【0005】従来、ラッピング、プレポリッシングある
いはポリッシングという前述の各主要な工程の操作は、
各工程毎に設けた大型の加工機で、複数枚のワークに同
時加工を施すという方式が通常であった。しかしなが
ら、ウェハのサイズの大口径化の傾向が進むとともに、
装置の大型化もそのハンドリング性から見て限界が見ら
れるようになり、また装置の大型化と同時に高精度化を
進めることの困難さもあり、最近はむしろダイヤモンド
砥石を用いた強制切込み方式を基礎として、一枚ずつ加
工を行なういわゆる枚葉方式で、加工自体を一貫式で行
う方式の検討も多く行われている。
Conventionally, the operation of each of the above-mentioned main steps of lapping, pre-polishing or polishing is as follows.
In general, a large-sized processing machine provided for each process is used to simultaneously process a plurality of workpieces. However, as the size of wafers has become larger and larger,
Due to the handling characteristics, the size of the equipment has become limited, and it is difficult to increase the precision at the same time as the equipment is enlarged. Many studies have been made on a so-called single-wafer method in which processing is performed one by one, and a method in which processing is performed in an integrated manner.

【0006】これらダイヤモンド砥石を応用した研削加
工方法は、砥石の回転と、砥石を支持する主軸の送り
と、ワークの位置決めの三つの動きを主要な動きとする
ものである。これらを精度よくコントロールすることに
より精密加工を可能ならしめるのであるが、特に粗加工
から超精密領域の加工までを一つの装置、機械で一貫し
て行なうためには、前述の主要な動きのうち、主軸の送
りの制御を幅広い範囲で極めて精度よく行なうことが必
要である。従来、一般的な切削あるいは研削加工におけ
るこの主軸の送り制御は例えば、精密ネジ、サーボモー
ターあるいは圧電アクチュエータよる送りを応用した方
式が多用されているが、幅広い範囲を精度よくカバーす
るという目的からは十分でなく、特に大荷重下で微細送
りを極めて精密に姿勢(アライメント)制御を行なう超
精密加工領域での加工に対しては十分なものとは言い難
かった。更にまた、加工に伴なう機械的要因や摩擦によ
り発生する熱による機械本体や各部分を支持するベース
が起こす熱変位が、ワーク軸と砥石軸の軸芯の微妙なズ
レに繋がり、φ300mmあるいはそれ以上の大口径ウ
ェハの加工に求められる高い平面度、平坦度の精度に悪
影響を与えることが指摘されている。
The grinding method using these diamond grindstones has three main movements: rotation of the grindstone, feed of a spindle supporting the grindstone, and positioning of the work. It is possible to perform precision machining by controlling these with high precision.However, in order to perform consistently from rough machining to machining in the ultra-precision area with one device and machine, one of the major movements described above In addition, it is necessary to control the feed of the spindle in a wide range with extremely high accuracy. Conventionally, for the feed control of this spindle in general cutting or grinding, for example, a method that applies feed by a precision screw, servo motor or piezoelectric actuator is often used, but from the purpose of covering a wide range with high accuracy. It is not enough, and it is hard to say that it is sufficient for machining in an ultra-precision machining region in which the attitude (alignment) control of the fine feed under a large load is extremely precise. Furthermore, the thermal displacement caused by the mechanical body and the base supporting each part due to the heat generated by friction due to the mechanical factors involved in the processing leads to a delicate misalignment between the work axis and the axis of the grinding wheel axis. It has been pointed out that it adversely affects the accuracy of high flatness and flatness required for processing a larger diameter wafer.

【0007】本発明者等は、上述の問題点を解決するた
めに、すでに特願平2000−152833において、
カップ型の精密ダイヤモンド砥石を用いて、加工方式を
インフィード(送り込み)切込みを行なう形態とし、砥
石とワークとを各々独立したテーブル上に載置し、砥石
軸とワーク軸とが水平方向に対抗するように配置せし
め、位置決めを超精密ラップネジと超磁歪アクチュエー
タを併用して行ない、かつ超磁歪アクチュエータを用い
て常時砥石軸とワーク軸との姿勢制御(アライメント)
を行なうことを特徴とする精密加工装置を提案した。こ
こでいう姿勢制御とは、加工に伴なう機械的要因や摩擦
により発生する熱によって引き起こされる機械本体や各
部分を支持するベースの熱変位が、砥石軸とワーク軸と
の微小かつ複雑なズレに繋がり、そのズレを補正するた
めに行なわれるものである。すなわち、その補正はリア
ルタイムで極めて応答性よく行われなくてはならない。
この姿勢制御装置に求められる特性は、例えばトンオー
ダーの大荷重の物品を搭載したテーブルをナノメーター
の精度でリアルタイムで微小変位させることにあるので
あり、微小変位のための駆動力として超磁歪アクチュエ
ータが使用されているのである。しかしながら超磁歪ア
クチュエータの超磁歪素子はヒステリシス特性を有する
ものであり、また、超磁歪アクチュエータを作動した際
発生するジュール熱および渦電流損による発熱により熱
膨張変形するものであるから、通常の構造の超磁歪アク
チュエータを用い、通常の線形制御によるコントロール
を行なう場合には、以下に示す問題点があり、改善が求
められていた。
The present inventors have already disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-152833, in order to solve the above-mentioned problems.
Using a cup-type precision diamond grindstone, the processing method is a form in which infeed (feeding) cutting is performed. The grindstone and the work are placed on independent tables, respectively, and the grindstone axis and the work axis oppose each other in the horizontal direction. And the positioning is performed using both a superprecision lap screw and a giant magnetostrictive actuator, and the attitude control (alignment) between the grinding wheel axis and the work axis is always performed using the giant magnetostrictive actuator.
We have proposed a precision processing device characterized by performing. The attitude control referred to here means that the thermal displacement of the machine body and the base supporting each part caused by the heat generated by the mechanical factors and the friction caused by the processing causes the minute and complicated movement between the grinding wheel axis and the work axis. This is performed in order to correct the deviation, leading to the deviation. That is, the correction must be performed in real time with extremely high responsiveness.
The characteristic required of this attitude control device is that, for example, a table on which an article with a large load in the ton order is minutely displaced in real time with nanometer accuracy, and a giant magnetostrictive actuator is used as a driving force for the minute displacement. Is used. However, the giant magnetostrictive element of the giant magnetostrictive actuator has a hysteresis characteristic, and is thermally expanded and deformed by Joule heat generated when the giant magnetostrictive actuator is operated and heat generated by eddy current loss. In the case of performing control by ordinary linear control using a giant magnetostrictive actuator, there are the following problems, and improvements have been demanded.

【0008】超磁歪アクチュエータのロッド状の磁歪素
子は磁界を与えることによって寸法変化を起こし変位
し、その変位値の大きさは磁界の強弱によって変化する
ものであり、アクチュエータとしてはこの現象を応用し
ているのである。具体的な使用に当たっては、加工作業
中砥石軸とワーク軸との姿勢のズレを常時検知し、検知
したズレの数値をマイクロコンピュータを用いて超磁歪
アクチュエータのコイルに入力する電流値に変換する。
変動するズレに対応して電流値を連続的に変動させ、磁
界を変化させることにより、磁歪素子は連続的に変位
し、姿勢制御プレートを駆動して行く。すなわち、検知
された設定値からのズレに対して、超磁歪アクチュエー
タがリアルタイムで作動して姿勢制御プレートを動かす
という点がこの装置の最も重要な点である。しかしなが
ら、超磁歪アクチュエータの磁歪素子は周知の如くヒス
テリシス特性を持つものであるから、磁界の連続的な変
化への追随という点では微妙な狂いがでて来ることは否
定できない。このヒステリシス特性に起因する狂いは極
めて微小なものであり、従来のサイズのシリコンウェハ
の加工においては問題点として取り上げられる程のもの
ではなかったが、上述の如き300mmφを越えるよう
な大口径のワークに対しては問題となって来つつあるの
である。
The rod-shaped magnetostrictive element of a giant magnetostrictive actuator undergoes a dimensional change by applying a magnetic field and is displaced, and the magnitude of the displacement value changes depending on the strength of the magnetic field. This phenomenon is applied to the actuator. -ing In a concrete use, a deviation of the posture between the grinding wheel axis and the work axis is constantly detected during the machining operation, and the numerical value of the detected deviation is converted into a current value to be input to the coil of the giant magnetostrictive actuator using a microcomputer.
By continuously changing the current value in response to the fluctuating shift and changing the magnetic field, the magnetostrictive element is continuously displaced and drives the attitude control plate. That is, the most important point of this device is that the giant magnetostrictive actuator operates in real time to move the attitude control plate in response to a deviation from the detected set value. However, since the magnetostrictive element of the giant magnetostrictive actuator has a hysteresis characteristic, as is well known, it is undeniable that a slight deviation occurs in terms of following a continuous change of the magnetic field. The deviation caused by the hysteresis characteristic is extremely small and is not so large as to be taken up as a problem in the processing of a silicon wafer of a conventional size. Is becoming a problem.

【0009】また、超磁歪アクチュエータのロッド状の
磁歪素子に磁界を与え寸法変化を起さしめるためには、
磁歪素子の周囲に配置した円筒状の駆動用コイルに所定
の電流値の電流を流すことで行われる。一方ではしか
し、電流を流すことで、駆動用コイルにジュール効果に
よる熱の発生を起こさせてしまい、その熱がロッド状の
磁歪素子に伝達されて熱膨張を起こし、姿勢制御の精度
を著しく低下せしめる。更に、駆動用コイルに電流を流
すと渦電流を生じ、その渦電流損が磁歪素子の発熱に繋
がり、これも姿勢制御の精度を低下させる要因となる。
すなわち、砥石軸とワーク軸とのズレを検知しそのズレ
を正確に追随しリアルタイムで補正して行くという姿勢
制御の機能が不十分になる。超磁歪アクチュエータが、
駆動用のコイルの他に上下に永久磁石を内蔵したもので
あると、オフセット電流により磁気バイアスをかける必
要がなく、その分だけジュール発熱を抑えることができ
るが、ここでいうナノメーターレベルで極めて正確な制
御を求める用途にはこれだけでは不十分である。
In order to apply a magnetic field to the rod-shaped magnetostrictive element of the giant magnetostrictive actuator to cause a dimensional change,
This is performed by passing a current of a predetermined current value through a cylindrical driving coil disposed around the magnetostrictive element. On the other hand, however, the flow of electric current causes the drive coil to generate heat due to the Joule effect, and the heat is transmitted to the rod-shaped magnetostrictive element, causing thermal expansion, which significantly reduces the accuracy of attitude control. Let me know. Furthermore, when an electric current is applied to the driving coil, an eddy current is generated, and the eddy current loss leads to heat generation of the magnetostrictive element, which also causes a reduction in the accuracy of the attitude control.
That is, the attitude control function of detecting the deviation between the grinding wheel axis and the work axis, accurately following the deviation, and correcting the deviation in real time becomes insufficient. Giant magnetostrictive actuator
If a permanent magnet is built in besides the driving coil, it is not necessary to apply a magnetic bias by an offset current, and it is possible to suppress the Joule heat by that much. This is not enough for applications requiring precise control.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上述の
問題に鑑み、鋭意検討を行ない、超磁歪アクチュエータ
の使用により大荷重の物品を極めて精密かつ正確に姿勢
制御する装置について検討を行なった結果、磁歪素子の
持つヒステリシス特性に起因する応答の遅れや狂いを補
償する制御システムを組み込むこと、および超磁歪アク
チュエータのコイルから発生するジュール熱や渦電流損
による発熱に起因する精度の低下を解消する手段を組み
込むことが超磁歪アクチュエータの使用による姿勢制御
装置の応答性、精度の向上に顕著に繋がることを見出
し、本発明を完成させたものであって、その目的と成す
所は、より正確な姿勢制御機構のシステムを備えた姿勢
制御装置付精密加工装置を提供することにある。更に本
発明の他の目的はその制御方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present inventors have conducted intensive studies and have studied a device for controlling the attitude of a large-load article very precisely and accurately by using a giant magnetostrictive actuator. As a result, the control system that compensates for the delay and deviation of the response caused by the hysteresis characteristic of the magnetostrictive element is incorporated, and the decrease in accuracy caused by the Joule heat generated from the coil of the giant magnetostrictive actuator and the heat generated by the eddy current loss is reduced. The incorporation of the means for solving the problem has revealed that the use of a giant magnetostrictive actuator significantly improves the responsiveness and accuracy of the attitude control device, and has completed the present invention. It is an object of the present invention to provide a precision machining device with an attitude control device provided with an accurate attitude control mechanism system. Still another object of the present invention is to provide a control method therefor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の目的は、砥石とそ
の回転装置およびワークとその回転装置とが各々独立し
たテーブル上に載置され、砥石軸とワーク軸とが同軸上
に対抗するように配置されてなる精密加工装置におい
て、前記2つのテーブルのいずれか一方に姿勢制御プレ
ートが具備されてなり、該姿勢制御プレートは接点Cを
支点としてそれを中心に任意の方向に微小角度での同時
回転が可能であり、かつ姿勢制御プレートの微小回転は
超磁歪アクチュエータの微小変位を利用して行われるこ
とを特徴とする姿勢制御装置付精密加工装置によって達
成される。
An object of the present invention is to provide a grinding wheel and its rotating device and a work and its rotating device which are mounted on independent tables, respectively, so that the grinding wheel shaft and the work shaft coaxially oppose each other. In one of the two tables, one of the two tables is provided with an attitude control plate, and the attitude control plate is provided with a contact C as a fulcrum at a small angle in an arbitrary direction around the contact point. It is possible to achieve simultaneous rotation, and minute rotation of the attitude control plate is achieved by using a minute displacement of a giant magnetostrictive actuator.

【0012】更に、本発明の他の目的は砥石とその回転
装置、およびワークとその回転装置とが各々独立したテ
ーブル上に載置され、砥石軸とワーク軸とが同軸上に対
向するように配置されてなる精密加工装置において、前
記2つのテーブルのいずれか一方に姿勢制御プレートが
具備されてなり、該姿勢制御プレートは接点Cを支点と
してそれを中心に任意空間の方向に微小角度での同時回
転が可能であり、かつ姿勢制御プレートの微小回転は超
磁歪アクチュエータの微小変位を利用して行われること
を特徴とする姿勢制御装置付精密加工装置において、ヒ
ステリシスモデルを応用した制御システムにより、超磁
歪アクチュエータの超磁歪素子の持つヒステリシス特性
の補償を行なうことを特徴とする姿勢制御プレートの制
御方法により達成される。上述の制御方法においては、
姿勢制御プレートを駆動する超磁歪アクチュエータは、
プライザッハモデルに基づく逆モデルを用いた制御シス
テムにより、超磁歪素子の持つヒステリシス特性の補償
を行なうものであり、更に、前記超磁歪アクチュエータ
は、その駆動用コイルの周囲に流体を流すことによっ
て、超磁歪アクチュエータの超磁歪素子を一定温度に維
持することを特徴とする。また、渦電流損は、超磁歪素
子を薄肉円筒形にすることにより最小化される。
Further, another object of the present invention is to dispose the grindstone and its rotating device and the work and its rotating device on independent tables, respectively, so that the grindstone shaft and the work shaft are coaxially opposed to each other. In the precision machining apparatus arranged, one of the two tables is provided with an attitude control plate, and the attitude control plate is formed at a small angle in a direction of an arbitrary space around the contact C as a fulcrum. Simultaneous rotation is possible, and the micro-rotation of the attitude control plate is performed using the micro-displacement of the giant magnetostrictive actuator.In a precision machining device with an attitude control device, a control system applying a hysteresis model, Achieved by controlling the attitude control plate, which compensates for the hysteresis characteristics of the giant magnetostrictive element of the giant magnetostrictive actuator It is. In the above control method,
The giant magnetostrictive actuator that drives the attitude control plate
By a control system using an inverse model based on the Priesach model, to compensate for the hysteresis characteristics of the giant magnetostrictive element, further, the giant magnetostrictive actuator, by flowing a fluid around the drive coil, It is characterized in that the giant magnetostrictive element of the giant magnetostrictive actuator is maintained at a constant temperature. The eddy current loss is minimized by making the giant magnetostrictive element a thin cylindrical shape.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1に本発明の姿勢制御装置付精
密加工装置本体の外観を示す側面図を示し、図2に姿勢
制御プレートの外観説明図、図3にその平面図、図4に
その側面図を示す。本発明に用いる姿勢制御プレート5
は、砥石6とその回転装置7あるいはワーク8とその回
転装置9が搭載されるテーブル3、4のうちいずれか一
方の上に載置され、加工に伴なう機械的要因や摩擦によ
り発生する熱や振動に起因する変位が起こすワーク軸と
砥石軸の軸芯の姿勢の微妙なズレを補正するためのもの
である。両軸の軸芯間の姿勢の微妙なズレは常時検知さ
れるようになっており、検知されたズレはマイクロコン
ピュータによって数値処理され、各超磁歪アクチュエー
タの必要な変位値として各超磁歪アクチュエータに入力
され、1/100秒単位の角度(θx、θyおよびθ
z)まで姿勢制御プレートの接点Cを支点としてY軸、
Z軸回りの微小回転および接点Cを通るX軸を軸とした
微小回転を行なわしめるものである。上述の軸芯間の姿
勢のズレの検知は、加工作業中、常時連続的に行われる
ものであり、その数値の処理、超磁歪アクチュエータへ
の指令、および作動は瞬間的にリアルタイムで行われる
ことを特徴とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a side view showing the external appearance of a precision machining apparatus main body with an attitude control device according to the present invention, FIG. 2 is an external view of an attitude control plate, FIG. Fig. 2 shows a side view. Attitude control plate 5 used in the present invention
Is mounted on one of the tables 3 and 4 on which the grindstone 6 and its rotating device 7 or the work 8 and its rotating device 9 are mounted, and is generated by mechanical factors and friction accompanying the processing. This is for correcting a slight deviation of the posture of the axis of the work axis and the axis of the grindstone axis caused by the displacement caused by heat or vibration. The slight deviation of the attitude between the axes of both axes is always detected, and the detected deviation is numerically processed by a microcomputer, and the required displacement value of each giant magnetostrictive actuator is applied to each giant magnetostrictive actuator. Input, and angles (θx, θy and θ
up to z), with the contact C of the attitude control plate as a fulcrum,
A minute rotation about the Z axis and a minute rotation about the X axis passing through the contact point C are performed. The above-described detection of the deviation between the axes is always performed continuously during the machining operation, and the processing of the numerical values, the command to the giant magnetostrictive actuator, and the operation are performed instantaneously in real time. It is characterized by.

【0014】超磁歪素子の持つヒステリシス特性とは、
磁界を与えて超磁歪素子(ロッド)に寸法変化を起こさ
せた後、その磁界を取り除いた時に、もとの状態に戻ら
ない現象をさすものである。本発明の如く、姿勢制御プ
レートの駆動力として超磁歪アクチュエータを用いる場
合には、ヒステリシス特性が、目標変位値に合わせた入
力値(指令値)と実際の出力値の違いに繋がり精度を悪
化するので、予めそのヒステリシス特性による回復の狂
いを予測して、それを補償する制御システムを組み込む
ことが求められる。
The hysteresis characteristic of the giant magnetostrictive element is as follows.
After applying a magnetic field to cause a dimensional change in the giant magnetostrictive element (rod), the phenomenon does not return to the original state when the magnetic field is removed. When a giant magnetostrictive actuator is used as the driving force of the attitude control plate as in the present invention, the hysteresis characteristic leads to a difference between an input value (command value) corresponding to a target displacement value and an actual output value, and deteriorates accuracy. Therefore, it is necessary to predict in advance of the recovery due to the hysteresis characteristic and to incorporate a control system for compensating for it.

【0015】本発明においては、上述のヒステリシス特
性を補償するための制御システムとして、数学関数(直
線、円弧、スプラインなど)で記述したヒステリシスモ
デル、好ましくはプライザッハモデルに基づく逆モデル
を用いることを特徴とする。プライザッハモデルは磁性
材料の磁化状態の変化を予測するためのものであるが、
本発明においては、超磁歪材料のヒステリシス特性を示
す現象のシミュレーションに応用することを特徴とす
る。即ち、一つのアクチュエータを、ヒステリシスを最
も単純化したヒステリシス要素の集合体として捉え、ヒ
ステリシス要素の分布に関わるテーブルを作成する。こ
のテーブルからアクチュエータの目標変位量を出力する
ための電流入力値を算出できるので、ヒステリシス特性
を打ち消すことによって規定の変位パスを教示すること
ができる。すなわち、これにより単純な線形制御と同じ
扱いで対応可能となる。図6にプライザッハモデルによ
るヒステリシスの補償の概念を示す。すなわち、プラン
トPをヒステリシスHと線形プラントP0の積と見な
し、これにヒステリシスの逆関数を掛け、ヒステリシス
を打ち消すことを考える。もしNが正確にヒステリシス
の逆関数となっているならば、ヒステリシス特性を打ち
消し、プラントの特性を線形なものとして扱うことがで
きる。uは入力値、yは出力値である。このプライザッ
ハモデルを応用した逆モデルによる制御モデルを、本発
明の姿勢制御プレートに取付ける3つの超磁歪アクチュ
エータの制御モデルとして用いることにより、X、Y、
Zの3軸同時に、1/100秒単位の角度(θx、θy
およびθz)まで、正確かつリアルタイムで応答する姿
勢制御が可能となる。
In the present invention, as a control system for compensating the above-mentioned hysteresis characteristics, a hysteresis model described by a mathematical function (a straight line, an arc, a spline, etc.), preferably an inverse model based on a Prisach model is used. Features. The Preisach model is for predicting changes in the magnetization state of a magnetic material,
The present invention is characterized in that the present invention is applied to a simulation of a phenomenon showing a hysteresis characteristic of a giant magnetostrictive material. That is, one actuator is regarded as a set of hysteresis elements that minimizes hysteresis, and a table relating to the distribution of hysteresis elements is created. Since a current input value for outputting a target displacement amount of the actuator can be calculated from this table, a prescribed displacement path can be taught by canceling the hysteresis characteristic. That is, this makes it possible to deal with the same handling as simple linear control. FIG. 6 shows the concept of hysteresis compensation by the Preisach model. That is, it is considered that the plant P is regarded as a product of the hysteresis H and the linear plant P 0 , and this is multiplied by an inverse function of the hysteresis to cancel the hysteresis. If N is exactly the inverse function of the hysteresis, the hysteresis characteristic can be canceled and the characteristic of the plant can be treated as linear. u is an input value and y is an output value. By using a control model based on an inverse model to which this Priesach model is applied as a control model of three giant magnetostrictive actuators attached to the attitude control plate of the present invention, X, Y,
At the same time, the three axes of Z are angled in units of 1/100 second (θx, θy
And θz), posture control that responds accurately and in real time is possible.

【0016】更に、本発明においては、超磁歪アクチュ
エータの駆動用コイル11から発生するジュール熱、お
よび渦電流損に伴なう発熱による超磁歪素子の熱膨張の
影響を防止するために、温度調整を行なうことを特徴と
する。前述の如く、超磁歪アクチュエータの超磁歪素子
を変位させ駆動させるためには、駆動用コイルに電流を
流し磁界を発生させることが必要である。一般的に磁界
発生のためのコイルは電流を流すことによりジュール熱
を発生し、その熱が超磁歪素子に伝達され素子を熱膨張
させる。さらにまた、コイルに電流を流すことにより渦
電流を生じ、その渦電流損による磁歪素子の発熱を起こ
し、これも超磁歪素子の熱膨張に繋がり姿勢制御プレー
トの精度を著しく低下させる。かかる好ましからざる現
象を回避するために、一般的には例えば水などの熱容量
の高い流体でコイル部分11の強制冷却を行なうのであ
るが、本発明においては積極的冷却を行なうのではな
く、あるレベルで温調された流体をコイル周辺に設けら
れたジャケット13に一定時間流すことによりコイルを
平衡温度に至らしめ、加工が行われる間はその平衡温度
を維持した状態におくことを骨子とする。
Further, in the present invention, in order to prevent the influence of the Joule heat generated from the driving coil 11 of the giant magnetostrictive actuator and the thermal expansion of the giant magnetostrictive element due to the heat generated by the eddy current loss, the temperature is controlled. Is performed. As described above, in order to displace and drive the giant magnetostrictive element of the giant magnetostrictive actuator, it is necessary to supply a current to the drive coil to generate a magnetic field. Generally, a coil for generating a magnetic field generates Joule heat by passing an electric current, and the heat is transmitted to the giant magnetostrictive element to cause the element to thermally expand. Furthermore, an eddy current is generated by passing an electric current through the coil, and the eddy current loss causes heat generation of the magnetostrictive element, which also leads to thermal expansion of the giant magnetostrictive element, which significantly lowers the accuracy of the attitude control plate. In order to avoid such an undesired phenomenon, the coil portion 11 is generally forcibly cooled with a fluid having a high heat capacity such as water. In the present invention, however, a certain level is used instead of the active cooling. The flow of the fluid controlled in step (1) is caused to flow through the jacket 13 provided around the coil for a certain period of time to bring the coil to an equilibrium temperature, and the main point is to maintain the equilibrium temperature during processing.

【0017】このような方式をとるようにすれば、水を
冷却用流体として用いることも可能であるし、また、設
備的に複雑かつ重装備が必要な液体冷却方式を採ること
なく、空気等の気体による温度調節でも十分に追随可能
なのである。つまり、ジュール熱や渦電流損による超磁
歪素子のある程度の熱膨張を容認した上で、ある一定温
度(平衡温度)まで上昇せしめその平衡温度での正確な
温度維持管理を行なうものである。具体的には例えば、
温度調節された圧搾空気を用いることができる。熱の発
生源であるコイルの周囲、特に超磁歪材料の間に空気が
流れるようにすることで、正確な温度維持が可能とな
る。例えば、本発明に用いられる超磁歪アクチュエータ
を平均的な電流値で連続的に稼働し、20℃に温調され
た圧搾空気を100L/minの流量で流した場合、超
磁歪素子は5℃程度の温度上昇で平衡状態に到達し、そ
の後は±0.2℃の温度精度で維持することが確認でき
た。
By adopting such a system, it is possible to use water as a cooling fluid, and it is also possible to use air or the like without employing a liquid cooling system which is complicated and requires heavy equipment. It is possible to sufficiently follow the temperature adjustment by the gas. That is, after allowing a certain degree of thermal expansion of the giant magnetostrictive element due to Joule heat or eddy current loss, the temperature is raised to a certain constant temperature (equilibrium temperature), and accurate temperature maintenance at the equilibrium temperature is performed. Specifically, for example,
Temperature controlled compressed air can be used. By allowing air to flow around the coil that generates heat, particularly between the giant magnetostrictive materials, accurate temperature maintenance can be achieved. For example, when the giant magnetostrictive actuator used in the present invention is continuously operated at an average current value and compressed air whose temperature is controlled at 20 ° C. is flowed at a flow rate of 100 L / min, the giant magnetostrictive element is about 5 ° C. It was confirmed that the temperature reached an equilibrium state by the temperature rise, and thereafter, the temperature was maintained at a temperature accuracy of ± 0.2 ° C.

【0018】本発明の姿勢制御装置付精密加工装置を構
成する姿勢制御プレートの一実施例を、図2を用いて具
体的に説明する。図面において、姿勢制御プレート5は
2枚の板AおよびBより構成され、板AおよびBは接点
Cにおいて接続されている。上方の板Aと下側の板Bの
間には狭隘な間隙Fがあり板Aと板Bの直接接触を避け
るようにしてある。実使用に当たっては、板材Bは砥石
テーブル3あるいはワークテーブル4に固定され、板材
Aの上には砥石6とその回転装置7、あるいはワーク8
とその回転装置9が載置されている。上方の板材Aの、
接合点Cのある辺に直交する一辺に、先端ロッドD1a
が当接するように超磁歪アクチュエータD1が配されて
いる。さらに、板材Aの、接合点Cのある辺に相対する
辺の下部に超磁歪アクチュエータD2およびD3が配置
されている。各々の超磁歪アクチュエータの先端ロッド
D2a、D3aは上方の板Aの下面に当接されるように
なっている。本発明を構成する姿勢制御プレートのうち
少なくとも接合点Cは弾性変形が可能な素材から構成さ
れていることが肝要である。
An embodiment of the attitude control plate constituting the precision machining apparatus with the attitude control apparatus according to the present invention will be specifically described with reference to FIG. In the drawing, the attitude control plate 5 is composed of two plates A and B, and the plates A and B are connected at a contact point C. There is a narrow gap F between the upper plate A and the lower plate B so as to avoid direct contact between the plates A and B. In actual use, the plate material B is fixed to the grindstone table 3 or the work table 4, and the grindstone 6 and its rotating device 7 or the work 8 are placed on the plate material A.
And its rotating device 9 are mounted. Of the upper plate material A,
One end perpendicular to the side where the joining point C is located, a tip rod D1a
A giant magnetostrictive actuator D1 is disposed so as to abut. Further, giant magnetostrictive actuators D2 and D3 are arranged below the side of the plate A opposite to the side where the joining point C is located. The tip rods D2a and D3a of each giant magnetostrictive actuator are configured to abut the lower surface of the upper plate A. It is important that at least the joint point C of the attitude control plate constituting the present invention is made of a material that can be elastically deformed.

【0019】超磁歪アクチュエータD1の先端ロッドD
1aのX軸方向への直進運動作用により上方板材Aは接
合点Cを中心としたY軸回りの1/100秒単位の微小
角度(Δθy)までの微小回転変位が可能となる。接合
点Cを構成する素材は前述の通り弾性変形を行なう材料
であるから、超磁歪アクチュエータで予荷重を与えれば
変位し、予荷重を外せばもとの位置に戻ることを特徴と
するものである。更に、超磁歪アクチュエータD2およ
びD3の先端ロッドD2a、D3aのY軸方向への同じ
変位量での直進作用により上方板材Aは接合点Cを通る
X軸を中心とした、Y軸方向への1/100秒単位の微
小角度(Δθx)での微小傾斜変位が可能となる。即
ち、超磁歪アクチュエータD2およびD3の作用によ
り、上方の板材Aは接合点Cのある辺を軸(X軸)とし
て間隙Fを上下に開閉するように変位することができ
る。また、超磁歪アクチュエータD2およびD3の先端
ロッドD2a、D3aのY軸方向への変位量を変えるこ
とによって上方板材Aは接合点Cを中心にZ軸回りの1
/100秒単位の微小角度(Δθz)での微小回転変位
が可能となる。すなわち、この3つの超磁歪アクチュエ
ータの動きを制御することによって、Z軸に沿って整列
された砥石軸とワーク軸との間の微小なズレ(狂い)を
3次元空間での補正する、即ち、姿勢制御を行なうこと
ができる。
The tip rod D of the giant magnetostrictive actuator D1
Due to the linear motion 1a in the X-axis direction, the upper plate material A can be slightly rotated and displaced around the joint C by a minute angle (Δθy) around the Y-axis in units of 1/100 second. As described above, since the material forming the joint point C is a material that undergoes elastic deformation, it is displaced when a preload is applied by a giant magnetostrictive actuator, and returns to its original position when the preload is removed. is there. Further, the upper plate material A moves in the Y-axis direction around the X-axis passing through the joint C by the linear action of the tip rods D2a and D3a of the giant magnetostrictive actuators D2 and D3 with the same displacement amount in the Y-axis direction. A minute tilt displacement at a minute angle (Δθx) in units of / 100 seconds is possible. That is, by the action of the giant magnetostrictive actuators D2 and D3, the upper plate material A can be displaced so as to open and close the gap F up and down with the side having the joint point C as an axis (X axis). Further, by changing the amount of displacement of the tip rods D2a and D3a of the giant magnetostrictive actuators D2 and D3 in the Y axis direction, the upper plate material A
A minute rotational displacement at a minute angle (Δθz) in units of / 100 seconds is possible. That is, by controlling the movements of the three giant magnetostrictive actuators, a small deviation (deviation) between the grinding wheel axis and the work axis aligned along the Z axis is corrected in a three-dimensional space. Posture control can be performed.

【0020】具体的な補正の手段としては、砥石軸とワ
ーク軸の正確な位置を予め設定しておき、その位置を基
準点とし、加工に伴なう極めて微小なズレを姿勢制御プ
レート5に取付けた各方向への変位センサー(図示せ
ず)にて検知し、コンピュータにて必要なΔθx、Δθ
y、Δθzの変位を行なう磁界の指令値に変換し、各超
磁歪アクチュエータに指令し、各超磁歪アクチュエータ
を作動せしめて装置の姿勢制御を行なうものである。こ
こにおいて各変位センサーは、3つの超磁歪アクチュエ
ータD1、D2、D3の変位情報が得られる位置に配置
すればよい。そして変位センサーの種類としては特に限
定を受けるものではないが、かかる緻密で精密な用途に
用いられるものとしては静電容量型変位センサーを用い
ることが特に好ましい。本発明においては、変位センサ
ーで検知したズレの値を超磁歪アクチュエータへの指令
値に変換する際には前述の、ヒステリシス特性を打ち消
す逆モデルによる制御システムを用いるものである。
As a specific correction means, an accurate position of the grindstone axis and the work axis is set in advance, and the position is used as a reference point. Detected by a displacement sensor (not shown) in each attached direction and required Δθx, Δθ by computer
It converts y and Δθz into magnetic field command values, instructs each giant magnetostrictive actuator, activates each giant magnetostrictive actuator, and controls the attitude of the apparatus. Here, each displacement sensor may be arranged at a position where displacement information of the three giant magnetostrictive actuators D1, D2, and D3 can be obtained. The type of the displacement sensor is not particularly limited, but it is particularly preferable to use a capacitance type displacement sensor as one used for such a precise and precise application. In the present invention, when converting the value of the displacement detected by the displacement sensor into a command value to the giant magnetostrictive actuator, the above-described control system based on the inverse model for canceling the hysteresis characteristic is used.

【0021】本発明を構成する姿勢制御プレート用の材
料の材質については特に限定を行なうものではないが、
上述の通り構造的に強靱であり剛性が高く、好ましい弾
性変形を有し、バネ弾性を発現することが求められるほ
かに熱による変形の少ないことが求められるのであるか
ら、具体的には鋼材、より現実的な具体的な好ましい例
としては、熱による変形をできるだけ少なくしたもの、
例えばオーステナイト鋼等を挙げることができる。具体
的な実用例としては、例えば一体ものの弾性変形が可能
な鋼板を放電加工等の手段を用いて中央部に間隙Fを入
れ一部を接合点Cとして残す方法を例示することができ
る。本発明の装置の他の構造部分についても、その材質
は同様構造的に強靱であり剛性が高く、熱による変形の
少ないものであることが好ましい。
The material of the material for the attitude control plate constituting the present invention is not particularly limited.
As described above, since it is required to be structurally tough and high in rigidity, to have a preferable elastic deformation, and to exhibit spring elasticity and to be less deformed by heat, specifically, a steel material, Specific examples that are more realistic and preferable are those that minimize deformation due to heat,
For example, austenitic steel and the like can be mentioned. As a specific practical example, for example, there can be exemplified a method in which a gap F is inserted into a central portion of a steel plate which can be integrally elastically deformable by using electric discharge machining or the like and a part thereof is left as a joint point C. It is preferable that the material of the other structural parts of the device of the present invention is also structurally tough, high in rigidity, and less deformed by heat.

【0022】本発明でいう超磁歪アクチュエータとは、
例えば特開昭64−34631号公報に開示されている
ように特定の希土類元素と、ニッケル、コバルト、鉄等
からなる鉄族元素との特定割合での合金の多結晶あるい
は単結晶であって、磁界を与えると強い寸法変化を起こ
す超磁歪材料を磁歪素子として応用したものである。通
常は超磁歪材料よりなるロッドDaを中央におき、その
周囲を駆動用のコイル11で囲んだものであり、かつ、
上下に永久磁石12を配したものがジュール熱の発生の
少ないものとして好ましく用いられる。本発明の超磁歪
アクチュエータは、砥石テーブル3とワークテーブル4
を大荷重の物品を載置した状態で±数μmの距離をナノ
メーターの精度で変位させるものであるから、ジュール
発熱による変位量の狂いをできる限り少なくすることが
求められ、従って、前述の永久磁石を内蔵するものを用
いることが好ましい。
The giant magnetostrictive actuator referred to in the present invention is:
For example, as disclosed in JP-A-64-34631, a polycrystal or single crystal of an alloy in a specific ratio of a specific rare earth element and an iron group element composed of nickel, cobalt, iron and the like, A giant magnetostrictive material that causes a strong dimensional change when a magnetic field is applied is applied as a magnetostrictive element. Usually, a rod Da made of a giant magnetostrictive material is placed at the center, and its periphery is surrounded by a driving coil 11.
An arrangement in which permanent magnets 12 are arranged above and below is preferably used as an arrangement in which Joule heat is hardly generated. The giant magnetostrictive actuator of the present invention comprises a grindstone table 3 and a work table 4.
In order to displace the distance of ± several μm with nanometer accuracy in a state where an article with a large load is placed, it is required to minimize the deviation of the displacement amount due to Joule heating, It is preferable to use one having a built-in permanent magnet.

【0023】本発明の姿勢制御装置付精密加工装置は、
前述の通り極めて高い仕上げ面粗さと形状精度が求めら
れるワーク、例えば300mmφを越えるような大口径
のシリコンウェハ等の精密加工目的に使用することがで
きる。使用される砥石としては特に限定を受けるもので
はないが、前述の通りインフィード(送り込み)切込み
を行なう形態であるので、剛性と研削能力に勝れたダイ
ヤモンド砥石を用いることが特に好ましい。また、その
形状はカップ型とすることが好ましい。ここでいうダイ
ヤモンドカップ型砥石とは、ダイヤモンド微粉を砥粒と
してそれをフェノール等の硬質レジン、特殊合金、セラ
ミックス等を結合材としたもの、あるいは電着等の手段
を用いて固定化したものを指し、それをリング状としエ
ッジ状の側面を使用面としたものである。用いるダイヤ
モンド砥粒のサイズ(番手)についても特に限定を受け
ないが、精密加工を目的とするためには少なくともJI
S−R6001(研磨剤の粒度)の規格において200
0番より細かい、つまりdv−50値が6.7±0.6
μm以下のものを用いることが好ましい。上述のような
仕様で、このような目的に応用すれば、例えば、ラッピ
ング、エッチング、プレポリッシング、ポリッシング等
数段に亘る加工工程を短縮し、一台の加工装置と一個の
砥石のみで連続して効率のよい加工を行うことができる
ようになる。
The precision machining apparatus with the attitude control device of the present invention
As described above, it can be used for precision machining of a work requiring extremely high finished surface roughness and shape accuracy, for example, a silicon wafer having a large diameter exceeding 300 mmφ. The grindstone to be used is not particularly limited, but it is particularly preferable to use a diamond grindstone which is superior in rigidity and grinding ability, since the infeed (feeding) cut is performed as described above. The shape is preferably a cup shape. The diamond cup type grindstone here means a diamond fine powder as abrasive grains, a hard resin such as phenol, a special alloy, a ceramic or the like as a binder, or a material fixed by means of electrodeposition or the like. In this case, it is a ring shape, and the edge-shaped side surface is used. The size (count) of the diamond abrasive grains to be used is not particularly limited, but for the purpose of precision machining, at least JI
200 in the standard of S-R6001 (particle size of abrasive)
Finer than No. 0, that is, dv-50 value is 6.7 ± 0.6
It is preferable to use one having a size of μm or less. With the above specifications, if applied to such a purpose, for example, lapping, etching, pre-polishing, polishing, etc., can shorten the processing steps over several stages, and can be continuously performed with only one processing device and one grinding wheel. And efficient processing can be performed.

【0024】以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、特にこれにより限定を行なうものではない。
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0025】[0025]

【実施例】図1に示す装置を用い、300mmφサイズ
のシリコンウェハの加工を行なった。インゴッドからス
ライスしたアズカットウェハを粗ラッピングである程度
平行を出し、仕上がり寸法に近いもので、かつ平行度の
得られたものをワークとして用いた。砥石としては、ダ
イヤモンド微粉を用いたカップ型のレジンボンド砥石を
用いた。加工液として水を用い、約10分間の加工を行
なった。その結果、0.8nmRaの面粗さを有する面
を得ることができた。その間の取り代は約2μmであ
り、平面度はφ300mmの径に対して0.20μm以
下を達成することができた。すなわち、通常の方法で行
なえば、ラッピング、エッチング、プレポリッシング、
ポリッシングという数段階の加工を要し、トータルすれ
ば約30分に及ぶ工程をわずか1工程で、1個の砥石を
途中交換することなく、しかもわずか10分間程度の時
間で行なうことができた。
EXAMPLE A silicon wafer having a size of 300 mm was processed using the apparatus shown in FIG. The as-cut wafer sliced from the ingot was set to a certain degree of parallel by rough lapping, and a workpiece close to the finished dimensions and having a degree of parallelism was used as a workpiece. As a grindstone, a cup-shaped resin bond grindstone using fine diamond powder was used. Using water as a processing liquid, processing was performed for about 10 minutes. As a result, a surface having a surface roughness of 0.8 nmRa could be obtained. The allowance during that time was about 2 μm, and the flatness could achieve 0.20 μm or less for a diameter of φ300 mm. That is, if it is performed in the usual way, lapping, etching, pre-polishing,
Polishing required several steps of processing, and a total of steps of about 30 minutes could be performed in only one step without replacing one grindstone in the middle and in only about 10 minutes.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上述べた通り、本発明になる精密加工
装置を用いることにより、従来数段階に及んでいたシリ
コンウェハの仕上げ加工を、一段階で行なうことを可能
にし、しかもφ300mmという大口径のシリコンウェ
ハに対して0.20μm以下の平面度を達成することが
できた。これは従来の大きな問題点であった大口径ウェ
ハへの対応を一気に可能にしたのみならず、工程自体の
大幅な短縮と格段の精度向上を可能にしたものであり、
また加工対象はシリコンウェハに限定されることなく、
例えばセラミックス等の難削材あるいは複合素材等の加
工をも可能としたものであり、その業界に資する影響は
極めて大である。
As described above, by using the precision processing apparatus according to the present invention, it is possible to carry out finishing processing of a silicon wafer, which has conventionally been performed in several steps, in one step, and to achieve a large diameter of φ300 mm. And a flatness of 0.20 μm or less with respect to the silicon wafer. This not only made it possible to deal with large-diameter wafers, which was a major problem in the past, but also made it possible to drastically shorten the process itself and significantly improve accuracy.
The processing object is not limited to silicon wafers,
For example, it is possible to process difficult-to-cut materials such as ceramics or composite materials, and the effect on the industry is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の精密加工装置一実施例の本体外観を示
す側面図
FIG. 1 is a side view showing an external appearance of a main body of a precision processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】姿勢制御プレート一実施例を示す説明図FIG. 2 is an explanatory view showing an embodiment of a posture control plate.

【図3】姿勢制御プレート一実施例を示す正面図FIG. 3 is a front view showing an embodiment of a posture control plate.

【図4】姿勢制御プレート一実施例を示す側面図FIG. 4 is a side view showing an embodiment of a posture control plate.

【図5】本発明に使用される超磁歪アクチュエータの断
面図
FIG. 5 is a sectional view of a giant magnetostrictive actuator used in the present invention.

【図6】プライザッハモデルによるヒステリシス補償の
概念を示す説明図
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the concept of hysteresis compensation using the Preisach model.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1’:超精密ラップねじ、2、2’:静圧空気案
内、3:砥石テーブル、4:ワークテーブル、5:姿勢
制御プレート、6:砥石、7:砥石回転装置、8:ワー
ク、9:ワーク回転装置、10:ベッド、11:コイ
ル、12:永久磁石、13:ジャケット、14、1
4’:温度センサー、A:上方板材、B:下方板材、
C:接点、D、D1、D2、D3:超磁歪アクチュエー
タ、Da、D1a、D2a、D3a:超磁歪アクチュエ
ータのロッド、F:間隙、
1, 1 ': Ultraprecision lap screw, 2, 2': Static pressure air guide, 3: Grinding stone table, 4: Work table, 5: Attitude control plate, 6: Grinding stone, 7: Grinding stone rotating device, 8: Work, 9: Work rotating device, 10: Bed, 11: Coil, 12: Permanent magnet, 13: Jacket, 14, 1
4 ': temperature sensor, A: upper plate, B: lower plate,
C: contact point, D, D1, D2, D3: giant magnetostrictive actuator, Da, D1a, D2a, D3a: rod of giant magnetostrictive actuator, F: gap,

フロントページの続き (71)出願人 000233332 日立ビアメカニクス株式会社 神奈川県海老名市上今泉2100 (72)発明者 江田 弘 茨城県西茨城郡友部町大田町1477−1 (72)発明者 中野 博民 茨城県日立市鮎川町6丁目9番 B−403 (72)発明者 近藤 良 茨城県日立市鮎川町6丁目9番 A−102 (72)発明者 田島 琢二 神奈川県海老名市上今泉2100番地 日立ビ アメカニクス株式会社内 (72)発明者 渡部 和 神奈川県海老名市上今泉2100番地 日立ビ アメカニクス株式会社内 Fターム(参考) 3C029 EE02 3C034 AA08 CA12 CA13 CB08 Continued on the front page (71) Applicant 000233332 Hitachi Via Mechanics Co., Ltd. 2100, Kamiimaizumi, Ebina-shi, Kanagawa (72) Inventor Hiroshi Eda 1477-1 Otacho, Tomobe-cho, Nishi-Ibaraki-gun, Ibaraki Pref. 6--9 Ayukawacho, Hitachi B-403 (72) Inventor Ryo Kondo 6-9-9 Ayukawacho, Hitachi, Ibaraki A-102 (72) Inventor Takuji Tajima 2100 Kamimaizumi, Ebina-shi, Kanagawa Hitachi Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kazu Watanabe 2100 Kamiimaizumi, Ebina-shi, Kanagawa Prefecture F-term in Hitachi Via Mechanics Co., Ltd. (reference) 3C029 EE02 3C034 AA08 CA12 CA13 CB08

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】砥石とその回転装置、およびワークとその
回転装置とが各々独立したテーブル上に載置され、砥石
軸とワーク軸とが同軸上に対向するように配置されてな
る精密加工装置において、前記2つのテーブルのいずれ
か一方に姿勢制御プレートが具備されてなり、該姿勢制
御プレートは接点Cを支点としてそれを中心に任意空間
の方向に微小角度での同時回転が可能であり、かつ姿勢
制御プレートの微小回転は超磁歪アクチュエータの微小
変位を利用して行われることを特徴とする姿勢制御装置
付精密加工装置。
1. A precision machining apparatus in which a grindstone and its rotating device, and a work and its rotating device are mounted on independent tables, respectively, and a grindstone shaft and a work shaft are coaxially opposed to each other. In one of the two tables, an attitude control plate is provided, and the attitude control plate is capable of simultaneously rotating at a small angle in the direction of an arbitrary space around the contact C as a fulcrum, A precision machining apparatus with a posture control device, wherein minute rotation of the posture control plate is performed using minute displacement of a giant magnetostrictive actuator.
【請求項2】姿勢制御プレートが、接点Cを介して2枚
の板材A、Bが上下に連結した構造をなし、該接点Cを
構成する材料が弾性変形をする材料であり、上方に位置
する板材Aの接点Cのある辺に直交する一つの辺に先端
ロッドが当接するように超磁歪アクチュエータD1が配
置され、更に前記接点Cのある辺に相対する辺の下部
に、先端ロッドが板材Aの下部に当接するように超磁歪
アクチュエータD2およびD3が配置されたものである
ことを特徴とする請求項第1項に記載の精密加工装置。
2. The attitude control plate has a structure in which two plate members A and B are vertically connected via a contact point C, and the material forming the contact point C is a material that undergoes elastic deformation, and is located upward. The giant magnetostrictive actuator D1 is arranged so that the tip rod abuts on one side of the plate material A that is orthogonal to the side of the contact C, and the tip rod is located below the side opposite to the side of the contact C. 2. The precision machining apparatus according to claim 1, wherein giant magnetostrictive actuators D2 and D3 are arranged so as to abut on a lower part of A.
【請求項3】砥石とその回転装置、およびワークとその
回転装置とが各々独立したテーブル上に載置され、砥石
軸とワーク軸とが同軸上に対向するように配置されてな
る精密加工装置において、前記2つのテーブルのいずれ
か一方に姿勢制御プレートが具備されてなり、該姿勢制
御プレートは接点Cを支点としてそれを中心に任意空間
の方向に微小角度での同時回転が可能であり、かつ姿勢
制御プレートの微小回転は超磁歪アクチュエータの微小
変位を利用して行われることを特徴とする姿勢制御装置
付精密加工装置において、ヒステリシスモデルを応用し
た制御システムにより、超磁歪アクチュエータの超磁歪
素子の持つヒステリシス特性の補償を行なうことを特徴
とする姿勢制御プレートの制御方法。
3. A precision machining apparatus in which a grindstone and its rotating device, and a work and its rotating device are mounted on independent tables, respectively, and a grindstone shaft and a work shaft are coaxially opposed to each other. In one of the two tables, an attitude control plate is provided, and the attitude control plate is capable of simultaneously rotating at a small angle in the direction of an arbitrary space around the contact C as a fulcrum, In addition, the micro-rotation of the attitude control plate is performed by using the micro displacement of the giant magnetostrictive actuator. In the precision machining equipment with the attitude control device, the giant magnetostrictive element of the giant magnetostrictive actuator is controlled by a control system applying a hysteresis model. A method for controlling a posture control plate, wherein the hysteresis characteristic of the plate is compensated.
【請求項4】超磁歪アクチュエータに流体を流すことに
より、超磁歪アクチュエータの超磁歪素子を一定温度に
維持することを特徴とする請求項第3項に記載の姿勢制
御プレートの制御方法。
4. The control method for an attitude control plate according to claim 3, wherein the super magnetostrictive element of the giant magnetostrictive actuator is maintained at a constant temperature by flowing a fluid through the giant magnetostrictive actuator.
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