JP2004351553A - 縦型ロータリ研削盤 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な制御で任意の方向に工具回転軸を傾斜させ得る縦型ロータリ研削盤を提供する。
【解決手段】砥石駆動装置４２は、第１傾動装置１８によってピン１６回りに回動させられると共に、第２傾動装置５２によってピン６２回りに回動させられるので、砥石回転軸Ｃｇは、ピン１６回りに回動させられることによってそのピン１６に垂直な平面内で傾斜させられると共に、ピン６２回りに回動させられることによってそのピン６２に垂直な平面内でも傾斜させられる。そのため、各々による傾斜が合成された任意の方向および角度で砥石回転軸Ｃｇが傾斜させられることになる。このとき、第１傾動装置１８と第２傾動装置５２とが別個に備えられ、且つピン１６回りの回動とピン６２回りの回動がそれぞれで分担して行われることから制御も簡単になる。
【選択図】 図２
【解決手段】砥石駆動装置４２は、第１傾動装置１８によってピン１６回りに回動させられると共に、第２傾動装置５２によってピン６２回りに回動させられるので、砥石回転軸Ｃｇは、ピン１６回りに回動させられることによってそのピン１６に垂直な平面内で傾斜させられると共に、ピン６２回りに回動させられることによってそのピン６２に垂直な平面内でも傾斜させられる。そのため、各々による傾斜が合成された任意の方向および角度で砥石回転軸Ｃｇが傾斜させられることになる。このとき、第１傾動装置１８と第２傾動装置５２とが別個に備えられ、且つピン１６回りの回動とピン６２回りの回動がそれぞれで分担して行われることから制御も簡単になる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術手段】
本発明は、ワークの表面を高平面度で平面研削するための高平面度加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば鉛直方向に沿って伸びる回転軸回りにワークを回転駆動するためのワーク回転駆動装置と、円環状の研削面を有する回転研削工具をその軸心回りに回転駆動するための研削工具回転駆動装置とを備え、シリコン・ウェハやガラス等のワークおよび砥石等の回転研削工具をそれぞれ回転させつつ、その研削面をそのワークの一面に押し当てることにより、その一面を平坦に研削する縦型ロータリ研削盤等の研削加工装置が知られている。
【０００３】
上記の研削加工装置の一形式に、回転研削工具の軸心をワークの回転軸に対して微小な角度（すなわち、水平に対して微小な角度）だけ傾斜させてワークに押し当てる研削方法に用いられるものがある。このような研削方法によれば、工具軸心がワーク回転軸に平行な場合に比較して研削量が過度となることが抑制されると共に、ワークに押し付けられた際の工具の逃げが抑制されるため、ワーク一面の初期的な凹凸に拘わらず一定の平面度を得ることができる。すなわち、研削加工装置或いは回転研削工具の剛性が不十分であっても、その逃げに起因してワークが局部的に研削されることが抑制されるため平坦な被加工面が得られるのである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、上記の特許文献１に記載された研削加工装置では、回転研削工具が取り付けられた支持装置を装置本体フレームにボルト等によって固定しており、そのボルトのねじ込み量を変化させることによって工具軸心を傾斜させている。なお、目的は相違するが、例えば回転研削工具を回転駆動するモータをその端面に周方向に均等配置された例えば４個の圧電素子で支持し、それら４個の圧電素子の各々の歪み量を調節することによって工具軸心を傾斜させる構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２４５１４８号公報
【特許文献２】
特開平９−２９０３６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された傾斜機構では、本体フレームに対する傾斜角度のみが変更可能であるため、工具軸心を所望の方向に傾斜させることができない不都合があった。例えば、シリコン・ウェハの表面研削加工では、ワーク回転軸の過度の研削を防止するために、ワークの外周縁と回転軸との間の位置に研削面外周縁の最下点を押し付けて研削することが望ましいが、上記のような一方向のみの傾斜機構でこのようにすると、回転研削工具の外周縁をワーク回転軸上に位置させるために複雑な位置制御が必要になる。これに対して、特許文献２に記載された傾斜機構では、４個の圧電素子の歪み量の相互関係で傾斜方向や傾斜角度が定まるため任意の方向に傾斜させ得るが、複雑な歪み量制御が必要である。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、簡単な制御で任意の方向に工具回転軸を傾斜させ得る縦型ロータリ研削盤を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、（ａ）回転研削工具が取り付けられる工具回転軸を備えた工具回転駆動装置と、（ｂ）前記工具回転駆動装置を所定の第１回動軸回りの回動可能に支持する第１回動支持装置と、（ｃ）前記第１回動支持装置を前記第１回動軸に非平行な所定の第２回動軸回りの回動可能に支持する第２回動支持装置とを、含むことにある。
【０００９】
【発明の効果】
このようにすれば、工具回転駆動装置は、第１回動支持装置によって第１回動軸回りに回動させられると共に、第２回動支持装置によって第２回動軸回りに回動させられるので、その工具回転駆動装置に備えられた工具回転軸は、第１回動軸回りに回動させられることによってその第１回動軸に垂直な平面内で傾斜させられると共に、第２回動軸回りに回動させられることによってその第２回動軸に垂直な平面内でも傾斜させられる。そのため、各々による傾斜が合成された任意の方向および角度で工具回転軸が傾斜させられることになる。このとき、第１回動支持装置と第２回動支持装置とが別個に備えられ、且つ第１回動軸回りの回動と第２回動軸回りの回動がそれぞれで分担して行われることから、複数個の圧電素子の歪み量を制御して任意の方向に傾斜させる場合に比較して制御も簡単になる。したがって、簡単な制御で任意の方向に工具回転軸を傾斜させ得る。なお、「非平行」とは、平行以外の種々の態様を含み、例えば直交する位置関係にある場合や、第１回動軸および第２回動軸の各々に平行な平面が直交するようなねじれの位置関係にある場合はもちろん、第１回動軸および第２回同軸の各々に平行な平面が他の任意の角度で交叉する位置関係にある場合も含むものである。
【００１０】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記第１回動支持装置および前記第２回動支持装置は、所定の部材に螺合されたねじ部材と、そのねじ部材をその軸心回りに回転させるためのねじ部材駆動装置とを備え、そのねじ部材のねじ込み量を変化させることにより前記工具回転駆動装置または前記第１回動支持装置を回動させるものである。このようにすれば、ねじ部材のねじ込み量を変化させる機械的な制御で工具回転軸が傾斜させられる。そのため、例えば圧電素子等を用いて電気的な制御で傾斜させる場合における振動等の外乱による歪み量の変動が生じ得ないので、研削加工中に傾斜状態が変動し難い利点がある。一層好適には、前記前記縦型ロータリ研削盤は、前記工具回転駆動装置を所定の回動角度で固定する角度固定装置を含むものである。このようにすれば、ねじ部材駆動装置によってねじ部材のねじ込み量が変更されることで回動角度延いては工具回転軸の傾斜角度を所望の角度に容易に変更できる一方、研削中には角度固定装置によって傾斜角度の変更を禁止できる。そのため、研削中の振動等の外乱による傾斜角度の変化が抑制されるので、加工精度を高めることができる。
【００１１】
また、好適には、前記縦型ロータリ研削盤は、前記工具回転駆動装置を所定の回動抵抗が与えられた状態で回動させるための抵抗付与装置と、前記工具回転駆動装置を所定の回動角度で固定する角度固定装置とを含むものである。このようにすれば、所定の角度および方向に傾斜させられた工具回転駆動装置は、回動抵抗によってその傾斜状態からの変化が抑制される。そのため、角度固定装置によって工具回転駆動装置を回動させられた状態で固定するに際して、その固定操作に起因して回動角度延いては工具回転軸の傾斜角度が変化することが好適に抑制される。
【００１２】
また、好適には、前記抵抗付与装置は、前記抵抗付与装置は、前記工具回転駆動装置を前記第１回動支持装置に前記第１回動軸回りの回動が許容された状態で締結し得る締結部材と、その回動が許容された締結状態において前記第１回動軸に平行な方向に前記工具回転駆動装置を弾性的に押圧する押圧部材とを含むものである。このようにすれば、押圧部材によって第１回動軸に平行な方向に弾性的に押圧されることにより、回動が許容された状態で第１回動支持装置に締結された工具回転駆動装置に回動抵抗が与えられる。
【００１３】
また、好適には、前記ねじ部材駆動装置は、高精度で駆動制御可能な電動機、例えばインバータ・モータ、ステッピング・モータ、サーボ・モータ等である。このようにすれば、これらのモータは汎用モータに比較して高精度で制御できるため、ねじ部材のねじ込み量延いては工具回転軸の傾斜角度を高精度で制御できる。このため、ワークおよび回転研削工具の大きさに応じた最適な傾斜角度で研削を行い得るため、高い平面度を確実に得ることができる。すなわち、工具回転軸を傾斜させる研削方法においては、加工後の平面度がワークおよび回転研削工具の大きさに応じて定められるその傾斜角度によって決定されることから、傾斜角度を高精度で制御することが望まれるのである。例えば手動或いは汎用モータではねじ込み量の調節精度が粗くなることから、理想的な傾斜角度に設定するのは極めて困難であるため、偶発的に高い平面度を得ることができる場合もあるが、平均的には低い平面度に留まる。これに対して、インバータ・モータ等では、ねじ込み量の調節精度が細かくなることから、容易に理想的な傾斜角度に設定できるため、定常的に高い平面度を確保することができるのである。
【００１４】
また、好適には、前記第１回動支持装置および前記第２回動支持装置には、前記工具回転駆動装置またはその第１回動支持装置を回動するための駆動装置として圧電素子または磁歪素子が備えられる。このようにすれば、前記のようなねじ部材と電動機との組合せで回動させる場合に比較して、回動角度延いては傾斜角度を一層高精度で制御できる。すなわち、ワークを一層高い平面度に研削することができる。
【００１５】
また、好適には、前記工具回転駆動装置は、前記第１回動軸に垂直な平板状支持部を介して前記第１回動支持装置に支持されるものであり、その平板状支持部は、その第１回動支持装置にその第１回動軸回りの回動可能に取り付けるためのピンが厚み方向に貫通して刺し通される円形の貫通孔と、その第１回動支持装置に回動不能に固定するための１乃至複数本のボルトが厚み方向に貫通して所定の遊びを以て刺し通される１乃至複数の貫通孔とを備えたものであり、その第１回動支持装置は、前記ねじ部材がその先端が上記平板状支持部材の上端部側面に突き当てられまたは螺合されたものである。このようにすれば、ねじ部材のねじ込み量を変化させることによって平板状支持部材がピンの回りに回動させられることにより、工具回転駆動装置が回動させられ延いては工具回転軸が傾斜させられる。
【００１６】
一層好適には、前記ねじ部材は、前記平板状支持部材の上端部の両側面にそれぞれ備えられる。このようにすれば、一対のねじ部材のねじ込み量を相互に呼応して変化させることにより、平板状支持部材がねじ込み量の変化量以上に回動することが好適に抑制され、工具回転軸の傾斜角度の制御が一層容易になる。
【００１７】
また、好適には、前記縦型ロータリ研削盤は、所定方向例えば鉛直方向に伸びる回転軸回りの回転可能にワークを支持するワーク支持装置を含むものである。
【００１８】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。
【００１９】
図１は、本発明の高平面度加工装置の一実施例である縦型ロータリ研削盤１０の正面図であり、図２はその側面図である。これらの図において、縦型ロータリ研削盤１０は、下部フレーム１２と、その下部フレーム１２の上面のうち定盤１４が載置された残りの部分において、水平軸心方向のピン１６まわりの回動が微調節可能に第１傾動装置１８により固設された上部フレーム２０とを備えている。この第１傾動装置１８は、例えば上部フレーム２０の下端部において側方に突設された支持部２２と、その支持部２２を鉛直方向に貫通し或いは螺合して設けられたねじ軸２４と、これを軸心回りに回転させる駆動装置２６等から成り、そのねじ軸２４の一端が下部フレーム１２の上端部において側方に突設された受け部２８にねじ込まれた或いは先端が突き当てられた状態で取り付けられたものである。
【００２０】
上記の駆動装置２６は、例えばインバータ・モータやステッピング・モータ、或いはサーボ・モータ等の高精度で回転を制御できるモータから成るものであって、例えば上記の支持部２２に取り付けられている。上部フレーム２０は、この駆動装置２６でねじ軸２４を軸心回りに回転させることにより、そのねじ軸２４のねじ込み量に応じた角度だけ、図２における紙面に垂直な回動軸（ピン１６）回りに傾斜させられる。図１および図２においては、傾斜させていない状態を示している。本実施例においては、上記の第１傾動装置１８、ピン１６、および下部フレーム１２等が第２回動支持装置を構成する。
【００２１】
また、上部フレーム２０には、鉛直方向に長手状を成す角柱状の一対の支柱３０と、鉛直方向案内部材として機能するその支柱３０にそれぞれ嵌装されて鉛直方向に案内される一対の鉛直方向静圧気体軸受装置３２とが設けられている。それら一対の鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、連結板３４などを介して互いに連結されている。図３は、上記支柱３０の断面を示している。
【００２２】
また、鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、たとえば図４にその要部を示すように、支柱３０の４つの案内面を取り囲むハウジング３６と、そのハウジング３６内において上記案内面と対向し且つわずかな隙間を隔てて位置するように設けられた多孔質部材３８と、その多孔質部材３８の上記案内面側とは反対側に圧縮気体たとえば圧縮空気を供給するための気体供給通路４０とを備え、上記支柱３０の案内面との間の隙間に多孔質部材３８から噴出させた高圧流体圧（静圧）を介在させることにより被接触でハウジング３６が支柱３０に支持或いは拘束されるようにする。
【００２３】
上記鉛直方向静圧気体軸受装置３２には、ガラス板、半導体ウエハなどの被研磨体である板状のワークＷの一面（上面）を研削するために略鉛直方向（後述するように方向可変）の回転軸まわりに研削砥石Ｇを回転駆動する砥石駆動装置４２が連結され固定されている。この砥石駆動装置４２は、たとえばカップ砥石のような回転研削工具である研削砥石Ｇを回転駆動するための研磨工具回転駆動装置として機能している。従って、支柱３０およびそれにより案内される鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、砥石駆動装置４２を鉛直方向に移動可能に支持するための砥石駆動装置支持装置として機能している。上記砥石駆動装置４２は、鉛直方向静圧気体軸受装置３２により鉛直方向への移動可能に支持されている。砥石駆動装置４２は、軸（下）端に研削砥石Ｇが固定された回転軸４４と、その回転軸４４を回転駆動するモータ４６が固定された固定板４８と、そのモータ４６に固定され、上記回転軸４４を静圧気体を介して回転可能に支持する静圧気体回転軸受装置５０とを備えている。この静圧気体回転軸受装置５０は、回転軸４４の外周面に対向する多孔質部材から吹き出させた高圧流体圧（静圧）を介在させた状態でその回転軸４４を無接触で支持するものである。
【００２４】
また、上記の固定板４８の上端部近傍には、一対の第２傾動装置５２，５２が鉛直方向静圧気体軸受装置３２に固定されることにより設けられている。これら第２傾動装置５２，５２は、何れも、例えばハウジング３６の一面に固定された支持部材５４，５４に螺合されたねじ軸５６，５６と、それらねじ軸５６，５６を水平方向に伸びるその軸心回りにそれぞれ回転させるための駆動装置５８，５８等から成り、それらねじ軸５６，５６が固定板４８の側端面に突き当たられ或いはねじ込まれた状態で取り付けられたものである。この駆動装置５８も、例えばインバータ・モータやステッピング・モータ、或いはサーボ・モータ等の高精度で回転を制御できるモータから成るものであって、例えば支持部材５４，５４に取り付けられており、図示しない制御装置によってそれらの駆動方向が相互に反対と成り且つ駆動量が相互に一致するように制御されている。本実施例においては、上記の第２傾動装置５２，５２、上部フレーム２０、鉛直方向静圧気体軸受装置３２等が第１回動支持装置を構成している。
【００２５】
これら駆動装置５８，５８でねじ軸５６，５６が軸心回りに回転させられると、それらねじ軸５６，５６の一方が固定板４８に向かって接近させられると共に他方が後退させられるので、接近側においては固定板４８の上端部が押圧され、後退側においてはねじ軸５６がねじ込まれている場合には引張られ、突き当てられている場合には押圧力が低下させられる。図５に拡大して示すように、固定板４８にはその裏面側（すなわちハウジング３６側）に開口する有底穴６０が設けられており、ハウジング３６にはその有底穴６０に先端部が挿入させられたピン６２が突設されている。これら有底穴６０およびピン６２は、図１における紙面に垂直な方向が軸心方向となるように相互に略同一の直径に形成されたものであって、軸心回りの相対回転が許容される程度の僅かな隙間を以て嵌め合わされている。そのため、駆動装置５８，５８で回転駆動してねじ軸５６，５６の一方を前進させ他方を後退させると、固定板４８は、それらのねじ込み量の変化に応じた角度だけピン６２回りに回動させられ、鉛直方向に対して傾斜させられる。図１および図２においては、傾斜させていない状態を示している。
【００２６】
このように固定板４８が回動させられると、これに固定されたモータ４６の回転軸４４は、図１における紙面に垂直な回動軸回りにその固定板４８の回動角度だけ回動させられ、鉛直軸に対して傾斜させられる。また、前記の第１傾動装置１８によって上部フレーム２０が回動させられた場合には、図２に示される構成から明らかなように固定板４８が共にピン１６回りに回動させられるので、これに取り付けられているモータ４６も同時に図２における紙面に垂直な回動軸回りに回動させられる。そのため、モータ４６の回転軸４４すなわち研削砥石Ｇの回転軸Ｃｇは、図１における紙面に垂直な回動軸および図２における紙面に垂直な回動軸、すなわち砥石回転軸Ｃｇに非平行且つ相互に非平行の２つの回動軸回りにそれぞれ回動させられ得るようになっている。
【００２７】
また、固定板４８は、図１および図２に示されるように例えば６本の六角穴付ボルト６４を用いてハウジング３６に固定されている。また、上記の図５に示されるように、ハウジング３６には雌ねじ穴６６が設けられると共に、固定板４８には貫通穴６８が設けられており、６本のボルト６４はそれぞれ座金７０を介してそのハウジング３６に締め付けられることにより、固定板４８をそのハウジング３６に固定している。図６に示されるように、上記の貫通穴６８は、図１における左右方向に伸びる長穴であって、短径方向においてもボルト６４のねじ部直径よりも十分に大径に構成されたものである。そのため、ボルト６４は、固定板４８の長穴６８に比較的大きな遊びを以て嵌め入れられている。
【００２８】
また、上記の座金７０は、ボルト６４を僅かに緩めた状態を図７に示すように、皿バネ座金等から成るものである。そのため、ボルト６４が締め付けられることによって弾性的に変形させられる（すなわち平坦化される）ので、図示の状態においても、座金７０は固定板４８をハウジング３６に向かって押圧している。
【００２９】
図１および図２に戻って、上部フレーム２０には、ワークＷの研磨に際して砥石ＧをワークＷに向かって所定の切込み量で送り込むために、その砥石ＧをワークＷに向かってその回転軸に平行な方向すなわち略鉛直方向へ送り込む砥石送り駆動装置７２が設けられている。砥石送り駆動装置７２は、位置固定の上部フレーム２０に設けられた送りねじ装置７４と、その送りねじ装置７４により送られる可動部材７６と前記鉛直方向静圧気体軸受装置３２に連結された連結板３４との間に設けられ、その鉛直方向静圧気体軸受装置３２をその可動部材７６の移動方向と平行な方向に移動させる圧電アクチュエータ７８とを備えたものである。送りねじ装置７４は、鉛直方向の回転軸まわりに回転可能に上部フレーム２０に設けられた送りねじ８０と、その送りねじ８０に連結されて上部フレーム２０に設けられたモータ８２とを備え、モータ８２により回転駆動される送りねじ８０の回転に伴ってそれに螺合した可動部材７６が鉛直方向に位置決めする。また、上記圧電アクチュエータ７８は、たとえば板状の圧電セラミックスが積層されたものであり、印加されたるされた駆動電圧に応じてその全長がたとえば２００（μｍ）ストローク内で高精度で変化させられ、たとえば６（ｋＮ）の出力が得られるものである。
【００３０】
また、上記上部フレーム２０には、鉛直方向静圧気体軸受装置３２により片持ち状に支持された砥石駆動装置４２の荷重に起因して前記支柱３０の案内面における面圧分布の偏在を緩和するための荷重平衡装置８４が設けられている。荷重平衡装置８４は、上記砥石駆動装置４２と略同等の荷重を備えて上部フレーム２０内に上下方向の移動が可能に配置された平衡錘８６と、その平衡錘８６と砥石駆動装置４２との間を連結し、且つローラ８８により逆Ｕ字状に案内されたケーブル９０とを備え、上記砥石駆動装置４２にそれを引上げる方向の推力を付与することによりその荷重をその上下位置に拘わらず軽減する。
【００３１】
また、前記下部フレーム１２上には、ワークＷの上面を研磨するためにそのワークＷを鉛直方向の回転軸Ｃｗまわりに回転駆動するワーク回転駆動装置９２が、定盤１４、三分力動力計９４、およびワーク回転駆動装置支持装置９６を介して設けられている。ワーク回転駆動装置支持装置９６は、上記ワーク回転駆動装置９２を水平方向に移動可能に支持するためのものであって、その水平方向に延びる水平方向案内部材９８と、上記ワーク回転駆動装置９２が連結され、その水平方向案内部材９８の案内面との間に静圧気体を介在させた状態でその水平方向案内部材９８により一水平方向に案内される水平方向静圧気体軸受装置１００とを備えている。図５に位置関係を示すように、上記ワーク回転駆動装置９２に固定されたワークＷは、前記研削砥石Ｇと鉛直方向において、ワークＷの半径程度重複するように設定されている。
【００３２】
上記ワーク回転駆動装置９２は、前記ワークＷが着脱可能に取り付けられる吸着盤１０２が固定された図示しない回転軸と、その回転軸を回転駆動するモータ１０４と、そのモータ１０４に固定され、その回転軸を静圧気体を介して支持する静圧気体回転軸受装置１０６とを備えたものである。この静圧気体回転軸受装置１０６は、上記図示しない回転軸の外周面に対向する多孔質部材から吹き出させた高圧流体圧（静圧）を介在させた状態でその回転軸４４を無接触で支持するものである。また、上記水平方向静圧気体軸受装置１００は、前記鉛直方向静圧気体軸受装置３２と同様に、水平方向案内部材９８の案内面を取り囲むハウジング１０８と、そのハウジング１０８内において上記案内面と対向し且つわずかな隙間を隔てて位置するように設けられた図示しない多孔質部材と、その多孔質部材の上記案内面側とは反対側に圧縮気体たとえば圧縮空気を供給するための気体通路とを備え、上記水平方向案内部材９８の案内面との間の隙間に多孔質部材から噴出させた高圧流体圧（静圧）を介在させることにより被接触でハウジング１０８が水平方向案内部材９８の案内方向以外の移動が拘束されるようにする。ハウジング１０８は、たとえばリニヤモータのような水平方向駆動装置１１０或いは手動操作によって水平方向すなわち図１における左右方向に往復移動させられる。
【００３３】
以上のように構成された縦型ロータリ研削盤１０でシリコン・ウェハ等のワークＷの表面を研削するに際しては、先ず、第１傾動装置１８および第２傾動装置５２を駆動して、上部フレーム２０をピン１６回りに回動させると共に、固定板４８をピン６２回りに回動させることにより、砥石回転軸Ｃｇを鉛直方向に対して予め定められた角度だけ傾斜させる。傾斜角度は、例えば、図１における右回り方向に０．０３°程度、図２における左回り方向に０．０３°程度である。この結果、研削砥石Ｇは、図８（ａ）に示されるように、正面視において上面が僅かに手前側を向き且つ全体として左端側が低くなるように傾斜させられた状態になっている。また、図８（ｂ）に平面視における位置関係を示すように、研削砥石Ｇは、その外周縁がワークＷの回転軸Ｃｗ上を通り且つその下面（すなわち研削面）の最下点ＰがワークＷの回転中心と外周縁との間の位置、例えばその回転中心から半径の１／２の長さだけ離隔した位置にある。本実施例においては、このような傾斜状態を実現する目的で互いに直交する２平面内でそれぞれ砥石回転軸Ｃｇを傾斜させるための第１傾動装置１８および第２傾動装置５２が備えられている。なお、研削砥石Ｇの下面において、この最下点Ｐと図示しない最上点との高さの差は、例えば２０（μｍ）程度である。また、研削砥石Ｇは、例えば円筒状の下端面にその周方向に沿って多数の砥石部材が固着されたものであるが、図においては全体を円板状に簡略化して描いている。
【００３４】
上記のようにピン１６，６２回りに回動させるに際して、前者においては、上部フレーム２０およびこれに直接或いは間接的に取り付けられた各部材の重量の総和である大荷重が回動角度を小さくする方向（すなわち図２における右回り方向）に作用するので、その回動角度は、第１傾動装置１８のねじ軸２４のねじ込み量の設定値に応じた値で安定し、外乱による変動が生じ難い。これに対して後者では、砥石駆動装置４２、静圧気体回転軸受装置５０、および研削砥石Ｇが取り付けられている固定板４８は、回動角度を小さくするほうこうに作用する荷重が比較的小さいので、研削砥石ＧにワークＷから作用する負荷で回動角度の変動が生じ易くなる。すなわち、ねじ軸５６のねじ込み量の設定値に応じた回動角度で安定し難い。
【００３５】
そこで、本実施例では、第２傾動装置５２で固定板４８を設定角度だけ傾動させた後、その傾動状態を維持するためにボルト６４を締め付けてハウジング３６に固定板４８を固定する必要がある。このとき、固定板４８の傾動動作は、前記の図７に示されるように、ボルト６４が完全には締め付けられていないが、座金７０が弾性的に変形させられた状態、すなわち固定板４８が復元しようとする座金７０から作用する押圧力でハウジング３６に押し付けられた状態（すなわち半固定状態）で行われる。そのため、ボルト６４を締め付けた際に固定板４８がその締め付けトルクの作用でピン６２回りに回動することが、その座金７０の押圧力によって好適に抑制される。これにより、高精度で固定板４８を回動させる駆動装置５８の制御精度が回動角度に好適に反映されるので、何れの方向においても所望の回動角度を実現することができ、砥石回転軸Ｃｇを所望の傾斜角度に設定することができる。したがって、本実施例においては、ボルト６４が締結部材に、座金７０が介挿部材にそれぞれ相当し、ボルト６４および座金７０によって抵抗付与装置が構成されている。
【００３６】
なお、上記のように第２傾動装置５２による傾動は座金７０による押圧力が作用した状態で行われるため、駆動装置５８の駆動能力は、その押圧力に基づいて固定板４８とハウジング３６との間に生ずる回動抵抗よりも十分に大きいことが必要になる。本実施例においては、上記駆動能力が例えば上記半固定状態における負荷の２０倍程度に設定されており、上記押圧力に拘わらず固定板４８を回動させることが可能となっている。
【００３７】
また、固定板４８に設けられている前記の長穴６８は、予め設定された回動角度だけ固定板４８の回動を許容し得るようにその形状が定められたものである。前述したように、ボルト６４と長穴６８との間に遊びが設けられていることから、ボルト６４が上記のように半固定状態まで締め付けられていても固定板４８を傾動させる際の妨げとなることは無く、また、その長穴６８の水平方向の長さに応じた角度だけ固定板４８の傾動が可能となっている。
【００３８】
上記のようにして砥石回転軸Ｃｇを傾斜させた後、ワークＷが吸着盤１０２に固定されると、研削砥石ＧおよびワークＷが各々の回転軸Ｃｇ、Ｃｗ回りの所定の方向に回転駆動されるとともに図示しない研削液が供給されつつ、その研削砥石ＧがワークＷに接触する直前まで送りねじ装置７４により下降させられる。すなわち、研削砥石Ｇは、その回転軸Ｃｇがワーク回転軸Ｃｗに対して傾斜させられた状態で回転させられる。前記の図８（ａ）は、この段階における位置関係を表している。次いで、圧電アクチュエータ７８により研削砥石ＧがワークＷに切り込まれることにより、ワークＷの上面の全面に研削加工が行われる。このとき、研削砥石Ｇは、上述したように傾斜させられ且つ最下点ＰがワークＷの半径の中央に位置させられていることから、実際に研削に寄与するのは図８（ｂ）において太線で表された範囲のみとなる。すなわち、研削砥石ＧはワークＷの半径部分のみに接触させられる。しかしながら、ワークＷはその回転軸Ｃｗ回りに回転させられ、研削砥石Ｇもその回転軸Ｃｇ回りに回転させられるので、ワークＷの全面が研削砥石Ｇの全周を用いて研削されることになる。
【００３９】
上記のようにして予め定められた厚さ寸法まで研削した後、研削砥石ＧおよびワークＷを継続的に回転させつつ、例えば定盤１４をワークＷの回転軸Ｃｗ回りの左回り方向に予め定められた角度θだけ回動させる。すなわち、水平方向静圧気体軸受装置１００によるワークＷの移動方向を傾斜させる。この後、水平方向駆動装置１１０によってハウジング１０８が水平方向案内部材９８上で前後に往復移動させられると、最下点Ｐが回転軸ＣｗとワークＷの外周縁とを通る範囲で、その回転軸Ｃｗに垂直な水平方向に移動させられる。これにより、水平方向の相対位置が固定されていた段階では研削量が小さくされていたワークＷの回転中心近傍と外周縁近傍とが最下点Ｐで研削され、ワークＷの被研削面が平坦化される。この往復移動を適当な回数例えば１回行った後、研削砥石ＧがワークＷから上方に向かって離隔させられ、更に、定盤１４が初期の位置に復帰させられると共に、ワークＷが吸着盤１０２から取り外されることにより、１枚のワークＷの研削加工が終了する。このようにして研削されたワークＷの表面は、例えば１（μｍ）程度以下の高い平面度になる。
【００４０】
上述のように本実施例によれば、砥石駆動装置４２は、第１傾動装置１８によってピン１６回りに回動させられると共に、第２傾動装置５２によってピン６２回りに回動させられるので、その砥石駆動装置４２に備えられた砥石回転軸Ｃｇは、ピン１６回りに回動させられることによってそのピン１６に垂直な平面内で傾斜させられると共に、ピン６２回りに回動させられることによってそのピン６２に垂直な平面内でも傾斜させられる。そのため、各々による傾斜が合成された任意の方向および角度で砥石回転軸Ｃｇが傾斜させられることになる。このとき、第１傾動装置１８と第２傾動装置５２とが別個に備えられ、且つピン１６回りの回動とピン６２回りの回動がそれぞれで分担して行われることから制御も簡単になる。したがって、簡単な制御で任意の方向に砥石回転軸Ｃｇを傾斜させ得る縦型ロータリ研削盤が得られる。
【００４１】
また、本実施例によれば、第１傾動装置１８および第２傾動装置５２は、モータ等の駆動装置２６，５８とねじ軸２４，５６とをそれぞれ備えていることから、ねじ軸２４，５６のねじ込み量を変化させる機械的な制御で砥石回転軸Ｃｇが傾斜させられる。そのため、研削加工中に振動等の外乱による傾斜状態の変動が生じ難い利点がある。しかも、第２傾動装置５２で回動させられる固定板４８は、ボルト６４によって回動状態で固定されるため、研削中に傾斜角度の変更が禁止される。そのため、研削中の振動等の外乱による傾斜角度の変化が一層抑制される。
【００４２】
また、本実施例においては、固定板４８が座金７０に押圧されることによって回動抵抗が与えられた状態で回動させられることから、ボルト６４を締め付ける際にその締め付けトルクに起因して回動角度が変化することが抑制されるので、一層高精度に傾斜角度を設定することができる。
【００４３】
また、本実施例においては、回動角度を変更するためのねじ軸２４，５６が高精度で駆動制御可能なインバータ・モータ、ステッピング・モータ、或いはサーボ・モータ等で回転駆動されることから、ねじ軸２４，５６のねじ込み量延いては砥石回転軸Ｃｇの傾斜角度を一層高精度に制御できる。このため、ワークＷおよび研削砥石Ｇの大きさに応じた最適な傾斜角度で研削を行い得るため、一層高い平面度を得ることができる。
【００４４】
図９は、固定板４８および上部フレーム２０を回動させるための駆動手段毎に得られ得る平均的な平面度を評価したものである。図において、「手動」はねじ軸２４，５６に代えてボルトを用い、その締め付け量を手動で調節するものである。また、「汎用モータ」乃至「サーボ・モータ」は、それぞれ駆動装置２６，５８としてそれらのモータを用いた場合である。また、「ピエゾ、磁歪素子」は、ねじ軸２４，５６，駆動装置２６，５８に代えてピエゾ素子或いは磁歪素子を用いて回動させた場合である。図に示されるように、手動調節の場合には５（μｍ）程度の平面度しか得られず、汎用モータを用いた場合でも３（μｍ）±１（μｍ）程度の平面度に留まるが、インバータ・モータを用いれば１．５（μｍ）±０．５（μｍ）程度、すなわち２（μｍ）以下、ステッピング・モータを用いた場合には０．５（μｍ）±０．１（μｍ）程度、サーボ・モータを用いた場合には０．１（μｍ）±０．０１（μｍ）程度、すなわち１（μｍ）以下の極めて高い平面度を得ることができる。また、ピエゾ素子や磁歪素子を用いれば、更に高い平面度、例えば０．０５（μｍ）±０．００１（μｍ）程度が得られる。
【００４５】
因みに、手動調節では回動角度の調節誤差が著しく大きくなる。また、汎用モータを用いて位置決め精度を高くするためには、減速比を大きくすることが考えられるが、減速比を大きくするほど減速機のバックラッシによって精度が低下することになるので、結局、高い位置決め精度は得られない。
【００４６】
これに対して、インバータ・モータを用いた場合には、５×１０−５（ｒａｄ）程度の精度で砥石回転軸Ｃｇの傾斜角度を調節でき、ステッピング・モータを用いた場合には、６×１０−６（ｒａｄ）程度、サーボ・モータを用いた場合には３．１４×１０−６（ｒａｄ）程度の精度で傾斜角度を調節できる。更に、ピエゾ素子や磁歪素子を用いた場合には、１×１０−８（ｒａｄ）程度の精度で傾斜角度を調節できる。この結果、理想的な傾斜角度で研削を実施し得るので、高い平面度が得られるのである。
【００４７】
なお、上記のような高い位置決め精度を実現するためには、傾斜角度の外部変動要因（外乱）を極力排除する必要がある。本実施例によれば、２方向の傾斜が別々の場所に設置された異なる装置で実現されている結果、駆動精度に係る相互の影響が排除されるので、極めて高い傾斜制御が可能となる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高平面度加工装置の一実施例である縦型ロータリ研削盤を示す正面図である。
【図２】図１の縦型ロータリ研削盤の側面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ視断面において支柱の断面を示す図である。
【図４】図１の縦型ロータリ研削盤に備えられた垂直方向静圧気体軸受け装置の構成の要部を説明する断面図である。
【図５】図２の一部を拡大して第２傾動装置を示す側面図である。
【図６】第２傾動装置への固定板の取付構造を説明するための図５におけるＩＶ矢視図である。
【図７】第２傾動装置の回動抵抗付与構造を説明するための図５の一部を拡大して示す図である。
【図８】図１の縦型ロータリ研削盤の研削中における研削砥石の傾斜状態を説明するための（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図９】回動角度を調整するための駆動方法と加工後のワークの平面度との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１０：縦型ロータリ研削盤
１８：第１傾動装置
４２：砥石駆動装置
５２：第２傾動装置
Ｗ：ワーク
Ｇ：研削砥石
Ｃｇ：研削砥石回転軸
Ｃｗ：ワーク回転軸
【発明の属する技術手段】
本発明は、ワークの表面を高平面度で平面研削するための高平面度加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば鉛直方向に沿って伸びる回転軸回りにワークを回転駆動するためのワーク回転駆動装置と、円環状の研削面を有する回転研削工具をその軸心回りに回転駆動するための研削工具回転駆動装置とを備え、シリコン・ウェハやガラス等のワークおよび砥石等の回転研削工具をそれぞれ回転させつつ、その研削面をそのワークの一面に押し当てることにより、その一面を平坦に研削する縦型ロータリ研削盤等の研削加工装置が知られている。
【０００３】
上記の研削加工装置の一形式に、回転研削工具の軸心をワークの回転軸に対して微小な角度（すなわち、水平に対して微小な角度）だけ傾斜させてワークに押し当てる研削方法に用いられるものがある。このような研削方法によれば、工具軸心がワーク回転軸に平行な場合に比較して研削量が過度となることが抑制されると共に、ワークに押し付けられた際の工具の逃げが抑制されるため、ワーク一面の初期的な凹凸に拘わらず一定の平面度を得ることができる。すなわち、研削加工装置或いは回転研削工具の剛性が不十分であっても、その逃げに起因してワークが局部的に研削されることが抑制されるため平坦な被加工面が得られるのである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、上記の特許文献１に記載された研削加工装置では、回転研削工具が取り付けられた支持装置を装置本体フレームにボルト等によって固定しており、そのボルトのねじ込み量を変化させることによって工具軸心を傾斜させている。なお、目的は相違するが、例えば回転研削工具を回転駆動するモータをその端面に周方向に均等配置された例えば４個の圧電素子で支持し、それら４個の圧電素子の各々の歪み量を調節することによって工具軸心を傾斜させる構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２４５１４８号公報
【特許文献２】
特開平９−２９０３６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された傾斜機構では、本体フレームに対する傾斜角度のみが変更可能であるため、工具軸心を所望の方向に傾斜させることができない不都合があった。例えば、シリコン・ウェハの表面研削加工では、ワーク回転軸の過度の研削を防止するために、ワークの外周縁と回転軸との間の位置に研削面外周縁の最下点を押し付けて研削することが望ましいが、上記のような一方向のみの傾斜機構でこのようにすると、回転研削工具の外周縁をワーク回転軸上に位置させるために複雑な位置制御が必要になる。これに対して、特許文献２に記載された傾斜機構では、４個の圧電素子の歪み量の相互関係で傾斜方向や傾斜角度が定まるため任意の方向に傾斜させ得るが、複雑な歪み量制御が必要である。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、簡単な制御で任意の方向に工具回転軸を傾斜させ得る縦型ロータリ研削盤を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、（ａ）回転研削工具が取り付けられる工具回転軸を備えた工具回転駆動装置と、（ｂ）前記工具回転駆動装置を所定の第１回動軸回りの回動可能に支持する第１回動支持装置と、（ｃ）前記第１回動支持装置を前記第１回動軸に非平行な所定の第２回動軸回りの回動可能に支持する第２回動支持装置とを、含むことにある。
【０００９】
【発明の効果】
このようにすれば、工具回転駆動装置は、第１回動支持装置によって第１回動軸回りに回動させられると共に、第２回動支持装置によって第２回動軸回りに回動させられるので、その工具回転駆動装置に備えられた工具回転軸は、第１回動軸回りに回動させられることによってその第１回動軸に垂直な平面内で傾斜させられると共に、第２回動軸回りに回動させられることによってその第２回動軸に垂直な平面内でも傾斜させられる。そのため、各々による傾斜が合成された任意の方向および角度で工具回転軸が傾斜させられることになる。このとき、第１回動支持装置と第２回動支持装置とが別個に備えられ、且つ第１回動軸回りの回動と第２回動軸回りの回動がそれぞれで分担して行われることから、複数個の圧電素子の歪み量を制御して任意の方向に傾斜させる場合に比較して制御も簡単になる。したがって、簡単な制御で任意の方向に工具回転軸を傾斜させ得る。なお、「非平行」とは、平行以外の種々の態様を含み、例えば直交する位置関係にある場合や、第１回動軸および第２回動軸の各々に平行な平面が直交するようなねじれの位置関係にある場合はもちろん、第１回動軸および第２回同軸の各々に平行な平面が他の任意の角度で交叉する位置関係にある場合も含むものである。
【００１０】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記第１回動支持装置および前記第２回動支持装置は、所定の部材に螺合されたねじ部材と、そのねじ部材をその軸心回りに回転させるためのねじ部材駆動装置とを備え、そのねじ部材のねじ込み量を変化させることにより前記工具回転駆動装置または前記第１回動支持装置を回動させるものである。このようにすれば、ねじ部材のねじ込み量を変化させる機械的な制御で工具回転軸が傾斜させられる。そのため、例えば圧電素子等を用いて電気的な制御で傾斜させる場合における振動等の外乱による歪み量の変動が生じ得ないので、研削加工中に傾斜状態が変動し難い利点がある。一層好適には、前記前記縦型ロータリ研削盤は、前記工具回転駆動装置を所定の回動角度で固定する角度固定装置を含むものである。このようにすれば、ねじ部材駆動装置によってねじ部材のねじ込み量が変更されることで回動角度延いては工具回転軸の傾斜角度を所望の角度に容易に変更できる一方、研削中には角度固定装置によって傾斜角度の変更を禁止できる。そのため、研削中の振動等の外乱による傾斜角度の変化が抑制されるので、加工精度を高めることができる。
【００１１】
また、好適には、前記縦型ロータリ研削盤は、前記工具回転駆動装置を所定の回動抵抗が与えられた状態で回動させるための抵抗付与装置と、前記工具回転駆動装置を所定の回動角度で固定する角度固定装置とを含むものである。このようにすれば、所定の角度および方向に傾斜させられた工具回転駆動装置は、回動抵抗によってその傾斜状態からの変化が抑制される。そのため、角度固定装置によって工具回転駆動装置を回動させられた状態で固定するに際して、その固定操作に起因して回動角度延いては工具回転軸の傾斜角度が変化することが好適に抑制される。
【００１２】
また、好適には、前記抵抗付与装置は、前記抵抗付与装置は、前記工具回転駆動装置を前記第１回動支持装置に前記第１回動軸回りの回動が許容された状態で締結し得る締結部材と、その回動が許容された締結状態において前記第１回動軸に平行な方向に前記工具回転駆動装置を弾性的に押圧する押圧部材とを含むものである。このようにすれば、押圧部材によって第１回動軸に平行な方向に弾性的に押圧されることにより、回動が許容された状態で第１回動支持装置に締結された工具回転駆動装置に回動抵抗が与えられる。
【００１３】
また、好適には、前記ねじ部材駆動装置は、高精度で駆動制御可能な電動機、例えばインバータ・モータ、ステッピング・モータ、サーボ・モータ等である。このようにすれば、これらのモータは汎用モータに比較して高精度で制御できるため、ねじ部材のねじ込み量延いては工具回転軸の傾斜角度を高精度で制御できる。このため、ワークおよび回転研削工具の大きさに応じた最適な傾斜角度で研削を行い得るため、高い平面度を確実に得ることができる。すなわち、工具回転軸を傾斜させる研削方法においては、加工後の平面度がワークおよび回転研削工具の大きさに応じて定められるその傾斜角度によって決定されることから、傾斜角度を高精度で制御することが望まれるのである。例えば手動或いは汎用モータではねじ込み量の調節精度が粗くなることから、理想的な傾斜角度に設定するのは極めて困難であるため、偶発的に高い平面度を得ることができる場合もあるが、平均的には低い平面度に留まる。これに対して、インバータ・モータ等では、ねじ込み量の調節精度が細かくなることから、容易に理想的な傾斜角度に設定できるため、定常的に高い平面度を確保することができるのである。
【００１４】
また、好適には、前記第１回動支持装置および前記第２回動支持装置には、前記工具回転駆動装置またはその第１回動支持装置を回動するための駆動装置として圧電素子または磁歪素子が備えられる。このようにすれば、前記のようなねじ部材と電動機との組合せで回動させる場合に比較して、回動角度延いては傾斜角度を一層高精度で制御できる。すなわち、ワークを一層高い平面度に研削することができる。
【００１５】
また、好適には、前記工具回転駆動装置は、前記第１回動軸に垂直な平板状支持部を介して前記第１回動支持装置に支持されるものであり、その平板状支持部は、その第１回動支持装置にその第１回動軸回りの回動可能に取り付けるためのピンが厚み方向に貫通して刺し通される円形の貫通孔と、その第１回動支持装置に回動不能に固定するための１乃至複数本のボルトが厚み方向に貫通して所定の遊びを以て刺し通される１乃至複数の貫通孔とを備えたものであり、その第１回動支持装置は、前記ねじ部材がその先端が上記平板状支持部材の上端部側面に突き当てられまたは螺合されたものである。このようにすれば、ねじ部材のねじ込み量を変化させることによって平板状支持部材がピンの回りに回動させられることにより、工具回転駆動装置が回動させられ延いては工具回転軸が傾斜させられる。
【００１６】
一層好適には、前記ねじ部材は、前記平板状支持部材の上端部の両側面にそれぞれ備えられる。このようにすれば、一対のねじ部材のねじ込み量を相互に呼応して変化させることにより、平板状支持部材がねじ込み量の変化量以上に回動することが好適に抑制され、工具回転軸の傾斜角度の制御が一層容易になる。
【００１７】
また、好適には、前記縦型ロータリ研削盤は、所定方向例えば鉛直方向に伸びる回転軸回りの回転可能にワークを支持するワーク支持装置を含むものである。
【００１８】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。
【００１９】
図１は、本発明の高平面度加工装置の一実施例である縦型ロータリ研削盤１０の正面図であり、図２はその側面図である。これらの図において、縦型ロータリ研削盤１０は、下部フレーム１２と、その下部フレーム１２の上面のうち定盤１４が載置された残りの部分において、水平軸心方向のピン１６まわりの回動が微調節可能に第１傾動装置１８により固設された上部フレーム２０とを備えている。この第１傾動装置１８は、例えば上部フレーム２０の下端部において側方に突設された支持部２２と、その支持部２２を鉛直方向に貫通し或いは螺合して設けられたねじ軸２４と、これを軸心回りに回転させる駆動装置２６等から成り、そのねじ軸２４の一端が下部フレーム１２の上端部において側方に突設された受け部２８にねじ込まれた或いは先端が突き当てられた状態で取り付けられたものである。
【００２０】
上記の駆動装置２６は、例えばインバータ・モータやステッピング・モータ、或いはサーボ・モータ等の高精度で回転を制御できるモータから成るものであって、例えば上記の支持部２２に取り付けられている。上部フレーム２０は、この駆動装置２６でねじ軸２４を軸心回りに回転させることにより、そのねじ軸２４のねじ込み量に応じた角度だけ、図２における紙面に垂直な回動軸（ピン１６）回りに傾斜させられる。図１および図２においては、傾斜させていない状態を示している。本実施例においては、上記の第１傾動装置１８、ピン１６、および下部フレーム１２等が第２回動支持装置を構成する。
【００２１】
また、上部フレーム２０には、鉛直方向に長手状を成す角柱状の一対の支柱３０と、鉛直方向案内部材として機能するその支柱３０にそれぞれ嵌装されて鉛直方向に案内される一対の鉛直方向静圧気体軸受装置３２とが設けられている。それら一対の鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、連結板３４などを介して互いに連結されている。図３は、上記支柱３０の断面を示している。
【００２２】
また、鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、たとえば図４にその要部を示すように、支柱３０の４つの案内面を取り囲むハウジング３６と、そのハウジング３６内において上記案内面と対向し且つわずかな隙間を隔てて位置するように設けられた多孔質部材３８と、その多孔質部材３８の上記案内面側とは反対側に圧縮気体たとえば圧縮空気を供給するための気体供給通路４０とを備え、上記支柱３０の案内面との間の隙間に多孔質部材３８から噴出させた高圧流体圧（静圧）を介在させることにより被接触でハウジング３６が支柱３０に支持或いは拘束されるようにする。
【００２３】
上記鉛直方向静圧気体軸受装置３２には、ガラス板、半導体ウエハなどの被研磨体である板状のワークＷの一面（上面）を研削するために略鉛直方向（後述するように方向可変）の回転軸まわりに研削砥石Ｇを回転駆動する砥石駆動装置４２が連結され固定されている。この砥石駆動装置４２は、たとえばカップ砥石のような回転研削工具である研削砥石Ｇを回転駆動するための研磨工具回転駆動装置として機能している。従って、支柱３０およびそれにより案内される鉛直方向静圧気体軸受装置３２は、砥石駆動装置４２を鉛直方向に移動可能に支持するための砥石駆動装置支持装置として機能している。上記砥石駆動装置４２は、鉛直方向静圧気体軸受装置３２により鉛直方向への移動可能に支持されている。砥石駆動装置４２は、軸（下）端に研削砥石Ｇが固定された回転軸４４と、その回転軸４４を回転駆動するモータ４６が固定された固定板４８と、そのモータ４６に固定され、上記回転軸４４を静圧気体を介して回転可能に支持する静圧気体回転軸受装置５０とを備えている。この静圧気体回転軸受装置５０は、回転軸４４の外周面に対向する多孔質部材から吹き出させた高圧流体圧（静圧）を介在させた状態でその回転軸４４を無接触で支持するものである。
【００２４】
また、上記の固定板４８の上端部近傍には、一対の第２傾動装置５２，５２が鉛直方向静圧気体軸受装置３２に固定されることにより設けられている。これら第２傾動装置５２，５２は、何れも、例えばハウジング３６の一面に固定された支持部材５４，５４に螺合されたねじ軸５６，５６と、それらねじ軸５６，５６を水平方向に伸びるその軸心回りにそれぞれ回転させるための駆動装置５８，５８等から成り、それらねじ軸５６，５６が固定板４８の側端面に突き当たられ或いはねじ込まれた状態で取り付けられたものである。この駆動装置５８も、例えばインバータ・モータやステッピング・モータ、或いはサーボ・モータ等の高精度で回転を制御できるモータから成るものであって、例えば支持部材５４，５４に取り付けられており、図示しない制御装置によってそれらの駆動方向が相互に反対と成り且つ駆動量が相互に一致するように制御されている。本実施例においては、上記の第２傾動装置５２，５２、上部フレーム２０、鉛直方向静圧気体軸受装置３２等が第１回動支持装置を構成している。
【００２５】
これら駆動装置５８，５８でねじ軸５６，５６が軸心回りに回転させられると、それらねじ軸５６，５６の一方が固定板４８に向かって接近させられると共に他方が後退させられるので、接近側においては固定板４８の上端部が押圧され、後退側においてはねじ軸５６がねじ込まれている場合には引張られ、突き当てられている場合には押圧力が低下させられる。図５に拡大して示すように、固定板４８にはその裏面側（すなわちハウジング３６側）に開口する有底穴６０が設けられており、ハウジング３６にはその有底穴６０に先端部が挿入させられたピン６２が突設されている。これら有底穴６０およびピン６２は、図１における紙面に垂直な方向が軸心方向となるように相互に略同一の直径に形成されたものであって、軸心回りの相対回転が許容される程度の僅かな隙間を以て嵌め合わされている。そのため、駆動装置５８，５８で回転駆動してねじ軸５６，５６の一方を前進させ他方を後退させると、固定板４８は、それらのねじ込み量の変化に応じた角度だけピン６２回りに回動させられ、鉛直方向に対して傾斜させられる。図１および図２においては、傾斜させていない状態を示している。
【００２６】
このように固定板４８が回動させられると、これに固定されたモータ４６の回転軸４４は、図１における紙面に垂直な回動軸回りにその固定板４８の回動角度だけ回動させられ、鉛直軸に対して傾斜させられる。また、前記の第１傾動装置１８によって上部フレーム２０が回動させられた場合には、図２に示される構成から明らかなように固定板４８が共にピン１６回りに回動させられるので、これに取り付けられているモータ４６も同時に図２における紙面に垂直な回動軸回りに回動させられる。そのため、モータ４６の回転軸４４すなわち研削砥石Ｇの回転軸Ｃｇは、図１における紙面に垂直な回動軸および図２における紙面に垂直な回動軸、すなわち砥石回転軸Ｃｇに非平行且つ相互に非平行の２つの回動軸回りにそれぞれ回動させられ得るようになっている。
【００２７】
また、固定板４８は、図１および図２に示されるように例えば６本の六角穴付ボルト６４を用いてハウジング３６に固定されている。また、上記の図５に示されるように、ハウジング３６には雌ねじ穴６６が設けられると共に、固定板４８には貫通穴６８が設けられており、６本のボルト６４はそれぞれ座金７０を介してそのハウジング３６に締め付けられることにより、固定板４８をそのハウジング３６に固定している。図６に示されるように、上記の貫通穴６８は、図１における左右方向に伸びる長穴であって、短径方向においてもボルト６４のねじ部直径よりも十分に大径に構成されたものである。そのため、ボルト６４は、固定板４８の長穴６８に比較的大きな遊びを以て嵌め入れられている。
【００２８】
また、上記の座金７０は、ボルト６４を僅かに緩めた状態を図７に示すように、皿バネ座金等から成るものである。そのため、ボルト６４が締め付けられることによって弾性的に変形させられる（すなわち平坦化される）ので、図示の状態においても、座金７０は固定板４８をハウジング３６に向かって押圧している。
【００２９】
図１および図２に戻って、上部フレーム２０には、ワークＷの研磨に際して砥石ＧをワークＷに向かって所定の切込み量で送り込むために、その砥石ＧをワークＷに向かってその回転軸に平行な方向すなわち略鉛直方向へ送り込む砥石送り駆動装置７２が設けられている。砥石送り駆動装置７２は、位置固定の上部フレーム２０に設けられた送りねじ装置７４と、その送りねじ装置７４により送られる可動部材７６と前記鉛直方向静圧気体軸受装置３２に連結された連結板３４との間に設けられ、その鉛直方向静圧気体軸受装置３２をその可動部材７６の移動方向と平行な方向に移動させる圧電アクチュエータ７８とを備えたものである。送りねじ装置７４は、鉛直方向の回転軸まわりに回転可能に上部フレーム２０に設けられた送りねじ８０と、その送りねじ８０に連結されて上部フレーム２０に設けられたモータ８２とを備え、モータ８２により回転駆動される送りねじ８０の回転に伴ってそれに螺合した可動部材７６が鉛直方向に位置決めする。また、上記圧電アクチュエータ７８は、たとえば板状の圧電セラミックスが積層されたものであり、印加されたるされた駆動電圧に応じてその全長がたとえば２００（μｍ）ストローク内で高精度で変化させられ、たとえば６（ｋＮ）の出力が得られるものである。
【００３０】
また、上記上部フレーム２０には、鉛直方向静圧気体軸受装置３２により片持ち状に支持された砥石駆動装置４２の荷重に起因して前記支柱３０の案内面における面圧分布の偏在を緩和するための荷重平衡装置８４が設けられている。荷重平衡装置８４は、上記砥石駆動装置４２と略同等の荷重を備えて上部フレーム２０内に上下方向の移動が可能に配置された平衡錘８６と、その平衡錘８６と砥石駆動装置４２との間を連結し、且つローラ８８により逆Ｕ字状に案内されたケーブル９０とを備え、上記砥石駆動装置４２にそれを引上げる方向の推力を付与することによりその荷重をその上下位置に拘わらず軽減する。
【００３１】
また、前記下部フレーム１２上には、ワークＷの上面を研磨するためにそのワークＷを鉛直方向の回転軸Ｃｗまわりに回転駆動するワーク回転駆動装置９２が、定盤１４、三分力動力計９４、およびワーク回転駆動装置支持装置９６を介して設けられている。ワーク回転駆動装置支持装置９６は、上記ワーク回転駆動装置９２を水平方向に移動可能に支持するためのものであって、その水平方向に延びる水平方向案内部材９８と、上記ワーク回転駆動装置９２が連結され、その水平方向案内部材９８の案内面との間に静圧気体を介在させた状態でその水平方向案内部材９８により一水平方向に案内される水平方向静圧気体軸受装置１００とを備えている。図５に位置関係を示すように、上記ワーク回転駆動装置９２に固定されたワークＷは、前記研削砥石Ｇと鉛直方向において、ワークＷの半径程度重複するように設定されている。
【００３２】
上記ワーク回転駆動装置９２は、前記ワークＷが着脱可能に取り付けられる吸着盤１０２が固定された図示しない回転軸と、その回転軸を回転駆動するモータ１０４と、そのモータ１０４に固定され、その回転軸を静圧気体を介して支持する静圧気体回転軸受装置１０６とを備えたものである。この静圧気体回転軸受装置１０６は、上記図示しない回転軸の外周面に対向する多孔質部材から吹き出させた高圧流体圧（静圧）を介在させた状態でその回転軸４４を無接触で支持するものである。また、上記水平方向静圧気体軸受装置１００は、前記鉛直方向静圧気体軸受装置３２と同様に、水平方向案内部材９８の案内面を取り囲むハウジング１０８と、そのハウジング１０８内において上記案内面と対向し且つわずかな隙間を隔てて位置するように設けられた図示しない多孔質部材と、その多孔質部材の上記案内面側とは反対側に圧縮気体たとえば圧縮空気を供給するための気体通路とを備え、上記水平方向案内部材９８の案内面との間の隙間に多孔質部材から噴出させた高圧流体圧（静圧）を介在させることにより被接触でハウジング１０８が水平方向案内部材９８の案内方向以外の移動が拘束されるようにする。ハウジング１０８は、たとえばリニヤモータのような水平方向駆動装置１１０或いは手動操作によって水平方向すなわち図１における左右方向に往復移動させられる。
【００３３】
以上のように構成された縦型ロータリ研削盤１０でシリコン・ウェハ等のワークＷの表面を研削するに際しては、先ず、第１傾動装置１８および第２傾動装置５２を駆動して、上部フレーム２０をピン１６回りに回動させると共に、固定板４８をピン６２回りに回動させることにより、砥石回転軸Ｃｇを鉛直方向に対して予め定められた角度だけ傾斜させる。傾斜角度は、例えば、図１における右回り方向に０．０３°程度、図２における左回り方向に０．０３°程度である。この結果、研削砥石Ｇは、図８（ａ）に示されるように、正面視において上面が僅かに手前側を向き且つ全体として左端側が低くなるように傾斜させられた状態になっている。また、図８（ｂ）に平面視における位置関係を示すように、研削砥石Ｇは、その外周縁がワークＷの回転軸Ｃｗ上を通り且つその下面（すなわち研削面）の最下点ＰがワークＷの回転中心と外周縁との間の位置、例えばその回転中心から半径の１／２の長さだけ離隔した位置にある。本実施例においては、このような傾斜状態を実現する目的で互いに直交する２平面内でそれぞれ砥石回転軸Ｃｇを傾斜させるための第１傾動装置１８および第２傾動装置５２が備えられている。なお、研削砥石Ｇの下面において、この最下点Ｐと図示しない最上点との高さの差は、例えば２０（μｍ）程度である。また、研削砥石Ｇは、例えば円筒状の下端面にその周方向に沿って多数の砥石部材が固着されたものであるが、図においては全体を円板状に簡略化して描いている。
【００３４】
上記のようにピン１６，６２回りに回動させるに際して、前者においては、上部フレーム２０およびこれに直接或いは間接的に取り付けられた各部材の重量の総和である大荷重が回動角度を小さくする方向（すなわち図２における右回り方向）に作用するので、その回動角度は、第１傾動装置１８のねじ軸２４のねじ込み量の設定値に応じた値で安定し、外乱による変動が生じ難い。これに対して後者では、砥石駆動装置４２、静圧気体回転軸受装置５０、および研削砥石Ｇが取り付けられている固定板４８は、回動角度を小さくするほうこうに作用する荷重が比較的小さいので、研削砥石ＧにワークＷから作用する負荷で回動角度の変動が生じ易くなる。すなわち、ねじ軸５６のねじ込み量の設定値に応じた回動角度で安定し難い。
【００３５】
そこで、本実施例では、第２傾動装置５２で固定板４８を設定角度だけ傾動させた後、その傾動状態を維持するためにボルト６４を締め付けてハウジング３６に固定板４８を固定する必要がある。このとき、固定板４８の傾動動作は、前記の図７に示されるように、ボルト６４が完全には締め付けられていないが、座金７０が弾性的に変形させられた状態、すなわち固定板４８が復元しようとする座金７０から作用する押圧力でハウジング３６に押し付けられた状態（すなわち半固定状態）で行われる。そのため、ボルト６４を締め付けた際に固定板４８がその締め付けトルクの作用でピン６２回りに回動することが、その座金７０の押圧力によって好適に抑制される。これにより、高精度で固定板４８を回動させる駆動装置５８の制御精度が回動角度に好適に反映されるので、何れの方向においても所望の回動角度を実現することができ、砥石回転軸Ｃｇを所望の傾斜角度に設定することができる。したがって、本実施例においては、ボルト６４が締結部材に、座金７０が介挿部材にそれぞれ相当し、ボルト６４および座金７０によって抵抗付与装置が構成されている。
【００３６】
なお、上記のように第２傾動装置５２による傾動は座金７０による押圧力が作用した状態で行われるため、駆動装置５８の駆動能力は、その押圧力に基づいて固定板４８とハウジング３６との間に生ずる回動抵抗よりも十分に大きいことが必要になる。本実施例においては、上記駆動能力が例えば上記半固定状態における負荷の２０倍程度に設定されており、上記押圧力に拘わらず固定板４８を回動させることが可能となっている。
【００３７】
また、固定板４８に設けられている前記の長穴６８は、予め設定された回動角度だけ固定板４８の回動を許容し得るようにその形状が定められたものである。前述したように、ボルト６４と長穴６８との間に遊びが設けられていることから、ボルト６４が上記のように半固定状態まで締め付けられていても固定板４８を傾動させる際の妨げとなることは無く、また、その長穴６８の水平方向の長さに応じた角度だけ固定板４８の傾動が可能となっている。
【００３８】
上記のようにして砥石回転軸Ｃｇを傾斜させた後、ワークＷが吸着盤１０２に固定されると、研削砥石ＧおよびワークＷが各々の回転軸Ｃｇ、Ｃｗ回りの所定の方向に回転駆動されるとともに図示しない研削液が供給されつつ、その研削砥石ＧがワークＷに接触する直前まで送りねじ装置７４により下降させられる。すなわち、研削砥石Ｇは、その回転軸Ｃｇがワーク回転軸Ｃｗに対して傾斜させられた状態で回転させられる。前記の図８（ａ）は、この段階における位置関係を表している。次いで、圧電アクチュエータ７８により研削砥石ＧがワークＷに切り込まれることにより、ワークＷの上面の全面に研削加工が行われる。このとき、研削砥石Ｇは、上述したように傾斜させられ且つ最下点ＰがワークＷの半径の中央に位置させられていることから、実際に研削に寄与するのは図８（ｂ）において太線で表された範囲のみとなる。すなわち、研削砥石ＧはワークＷの半径部分のみに接触させられる。しかしながら、ワークＷはその回転軸Ｃｗ回りに回転させられ、研削砥石Ｇもその回転軸Ｃｇ回りに回転させられるので、ワークＷの全面が研削砥石Ｇの全周を用いて研削されることになる。
【００３９】
上記のようにして予め定められた厚さ寸法まで研削した後、研削砥石ＧおよびワークＷを継続的に回転させつつ、例えば定盤１４をワークＷの回転軸Ｃｗ回りの左回り方向に予め定められた角度θだけ回動させる。すなわち、水平方向静圧気体軸受装置１００によるワークＷの移動方向を傾斜させる。この後、水平方向駆動装置１１０によってハウジング１０８が水平方向案内部材９８上で前後に往復移動させられると、最下点Ｐが回転軸ＣｗとワークＷの外周縁とを通る範囲で、その回転軸Ｃｗに垂直な水平方向に移動させられる。これにより、水平方向の相対位置が固定されていた段階では研削量が小さくされていたワークＷの回転中心近傍と外周縁近傍とが最下点Ｐで研削され、ワークＷの被研削面が平坦化される。この往復移動を適当な回数例えば１回行った後、研削砥石ＧがワークＷから上方に向かって離隔させられ、更に、定盤１４が初期の位置に復帰させられると共に、ワークＷが吸着盤１０２から取り外されることにより、１枚のワークＷの研削加工が終了する。このようにして研削されたワークＷの表面は、例えば１（μｍ）程度以下の高い平面度になる。
【００４０】
上述のように本実施例によれば、砥石駆動装置４２は、第１傾動装置１８によってピン１６回りに回動させられると共に、第２傾動装置５２によってピン６２回りに回動させられるので、その砥石駆動装置４２に備えられた砥石回転軸Ｃｇは、ピン１６回りに回動させられることによってそのピン１６に垂直な平面内で傾斜させられると共に、ピン６２回りに回動させられることによってそのピン６２に垂直な平面内でも傾斜させられる。そのため、各々による傾斜が合成された任意の方向および角度で砥石回転軸Ｃｇが傾斜させられることになる。このとき、第１傾動装置１８と第２傾動装置５２とが別個に備えられ、且つピン１６回りの回動とピン６２回りの回動がそれぞれで分担して行われることから制御も簡単になる。したがって、簡単な制御で任意の方向に砥石回転軸Ｃｇを傾斜させ得る縦型ロータリ研削盤が得られる。
【００４１】
また、本実施例によれば、第１傾動装置１８および第２傾動装置５２は、モータ等の駆動装置２６，５８とねじ軸２４，５６とをそれぞれ備えていることから、ねじ軸２４，５６のねじ込み量を変化させる機械的な制御で砥石回転軸Ｃｇが傾斜させられる。そのため、研削加工中に振動等の外乱による傾斜状態の変動が生じ難い利点がある。しかも、第２傾動装置５２で回動させられる固定板４８は、ボルト６４によって回動状態で固定されるため、研削中に傾斜角度の変更が禁止される。そのため、研削中の振動等の外乱による傾斜角度の変化が一層抑制される。
【００４２】
また、本実施例においては、固定板４８が座金７０に押圧されることによって回動抵抗が与えられた状態で回動させられることから、ボルト６４を締め付ける際にその締め付けトルクに起因して回動角度が変化することが抑制されるので、一層高精度に傾斜角度を設定することができる。
【００４３】
また、本実施例においては、回動角度を変更するためのねじ軸２４，５６が高精度で駆動制御可能なインバータ・モータ、ステッピング・モータ、或いはサーボ・モータ等で回転駆動されることから、ねじ軸２４，５６のねじ込み量延いては砥石回転軸Ｃｇの傾斜角度を一層高精度に制御できる。このため、ワークＷおよび研削砥石Ｇの大きさに応じた最適な傾斜角度で研削を行い得るため、一層高い平面度を得ることができる。
【００４４】
図９は、固定板４８および上部フレーム２０を回動させるための駆動手段毎に得られ得る平均的な平面度を評価したものである。図において、「手動」はねじ軸２４，５６に代えてボルトを用い、その締め付け量を手動で調節するものである。また、「汎用モータ」乃至「サーボ・モータ」は、それぞれ駆動装置２６，５８としてそれらのモータを用いた場合である。また、「ピエゾ、磁歪素子」は、ねじ軸２４，５６，駆動装置２６，５８に代えてピエゾ素子或いは磁歪素子を用いて回動させた場合である。図に示されるように、手動調節の場合には５（μｍ）程度の平面度しか得られず、汎用モータを用いた場合でも３（μｍ）±１（μｍ）程度の平面度に留まるが、インバータ・モータを用いれば１．５（μｍ）±０．５（μｍ）程度、すなわち２（μｍ）以下、ステッピング・モータを用いた場合には０．５（μｍ）±０．１（μｍ）程度、サーボ・モータを用いた場合には０．１（μｍ）±０．０１（μｍ）程度、すなわち１（μｍ）以下の極めて高い平面度を得ることができる。また、ピエゾ素子や磁歪素子を用いれば、更に高い平面度、例えば０．０５（μｍ）±０．００１（μｍ）程度が得られる。
【００４５】
因みに、手動調節では回動角度の調節誤差が著しく大きくなる。また、汎用モータを用いて位置決め精度を高くするためには、減速比を大きくすることが考えられるが、減速比を大きくするほど減速機のバックラッシによって精度が低下することになるので、結局、高い位置決め精度は得られない。
【００４６】
これに対して、インバータ・モータを用いた場合には、５×１０−５（ｒａｄ）程度の精度で砥石回転軸Ｃｇの傾斜角度を調節でき、ステッピング・モータを用いた場合には、６×１０−６（ｒａｄ）程度、サーボ・モータを用いた場合には３．１４×１０−６（ｒａｄ）程度の精度で傾斜角度を調節できる。更に、ピエゾ素子や磁歪素子を用いた場合には、１×１０−８（ｒａｄ）程度の精度で傾斜角度を調節できる。この結果、理想的な傾斜角度で研削を実施し得るので、高い平面度が得られるのである。
【００４７】
なお、上記のような高い位置決め精度を実現するためには、傾斜角度の外部変動要因（外乱）を極力排除する必要がある。本実施例によれば、２方向の傾斜が別々の場所に設置された異なる装置で実現されている結果、駆動精度に係る相互の影響が排除されるので、極めて高い傾斜制御が可能となる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高平面度加工装置の一実施例である縦型ロータリ研削盤を示す正面図である。
【図２】図１の縦型ロータリ研削盤の側面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ視断面において支柱の断面を示す図である。
【図４】図１の縦型ロータリ研削盤に備えられた垂直方向静圧気体軸受け装置の構成の要部を説明する断面図である。
【図５】図２の一部を拡大して第２傾動装置を示す側面図である。
【図６】第２傾動装置への固定板の取付構造を説明するための図５におけるＩＶ矢視図である。
【図７】第２傾動装置の回動抵抗付与構造を説明するための図５の一部を拡大して示す図である。
【図８】図１の縦型ロータリ研削盤の研削中における研削砥石の傾斜状態を説明するための（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図９】回動角度を調整するための駆動方法と加工後のワークの平面度との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１０：縦型ロータリ研削盤
１８：第１傾動装置
４２：砥石駆動装置
５２：第２傾動装置
Ｗ：ワーク
Ｇ：研削砥石
Ｃｇ：研削砥石回転軸
Ｃｗ：ワーク回転軸
Claims (4)
- 回転研削工具が取り付けられる工具回転軸を備えた工具回転駆動装置と、
前記工具回転駆動装置を所定の第１回動軸回りの回動可能に支持する第１回動支持装置と、
前記第１回動支持装置を前記第１回動軸に非平行な所定の第２回動軸回りの回動可能に支持する第２回動支持装置と
を、含むことを特徴とする縦型ロータリ研削盤。 - 前記第１回動支持装置および前記第２回動支持装置は、所定の部材に螺合されたねじ部材と、そのねじ部材をその軸心回りに回転させるためのねじ部材駆動装置とを備え、そのねじ部材のねじ込み量を変化させることにより前記工具回転駆動装置または前記第１回動支持装置を回動させるものである請求項１の縦型ロータリ研削盤。
- 前記工具回転駆動装置を所定の回動抵抗が与えられた状態で回動させるための抵抗付与装置と、
前記工具回転駆動装置を所定の回動角度で固定する角度固定装置と
を、含むものである請求項１の縦型ロータリ研削盤。 - 前記抵抗付与装置は、前記工具回転駆動装置を前記第１回動支持装置に前記第１回動軸回りの回動が許容された状態で締結し得る締結部材と、その回動が許容された締結状態において前記第１回動軸に平行な方向に前記工具回転駆動装置を弾性的に押圧する押圧部材とを含むものである請求項３の縦型ロータリ研削盤。
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| JP2003151505A JP2004351553A (ja) | 2003-05-28 | 2003-05-28 | 縦型ロータリ研削盤 |
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| JP2003151505A JP2004351553A (ja) | 2003-05-28 | 2003-05-28 | 縦型ロータリ研削盤 |
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|---|---|---|---|---|
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-
2003
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070522 |