JP2005205528A - 両頭平面研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 研削によってワーク表面に生じる同心円状の波形状を解消して研削後のワーク表面の平坦度を更に向上させることが可能な両頭平面研削装置を提供する。
【解決手段】 ワークを研削砥石よりも外側で挟み込んで流体の圧力により非接触支持する一対のサポートパッド４３ａに、その外縁側から中心に向かって研削砥石に対応する切り欠き部４４が形成されると共に、その非接触支持面４５には、流体供給孔６２を備えた複数のポケット部５１と、それらポケット部５１の土手を形成するメッシュ部５２とが設けられ、メッシュ部５２は、非接触支持面４５の外周に沿う周縁部５３と、周縁部５３の内側を分割すると共に内外接続部５２ａで周縁部５３と接続される内脈部５４とで構成され、周縁部５３のうち、切り欠き部４４に沿う部分には、少なくともワークＷの中心位置Ａ′の近傍を除く部分に内外接続部５２ａを設けないようにしたものである。
【選択図】 図８

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の薄板状ワークの両面を研削する両頭平面研削装置に関するものである。

半導体ウェーハ等の薄板状ワークの両面を研削する両頭平面研削装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載の両頭平面研削装置は、研削面が互いに対向するように回転可能に支持される一対の研削砥石と、薄板状のワークを、その両面の被研削面の少なくとも一部が研削砥石の研削面間の研削位置に配置された状態で、研削砥石の回転軸に平行な回転軸廻りに回転可能に支持するワーク回転支持手段と、ワークの被研削面における研削位置よりも外側の領域の略全面を両側から挟み込むように配置され且つ流体の圧力によりワークを非接触支持する一対の非接触支持手段とを備え、非接触支持手段によりワークを支持した状態でワークと研削砥石とを回転させることにより、ワーク両面の被研削面を研削するように構成されている。

また、この両頭平面研削装置では、研削砥石の研削面の直径がワークの半径と略同じか若干大きい程度に形成されている。即ち、研削砥石の研削面が常にワークの被研削面の中心と外周の一部との両方に掛かるように、研削砥石とワークとの相対位置関係が設定されており、これによって研削砥石によりワークの全面を均等に研削可能となっている。

この種の両頭平面研削装置における非接触支持手段の非接触支持面は、例えば図１５に示すような形状が一般的であった。即ち、その略円形の外縁側から少なくともワークの中心位置Ａを越えて円弧状の切り欠き部１１１が形成され、この切り欠き部１１１内に研削砥石１１２が配置されるようになっている。また、その非接触支持面には、略一様な深さの凹入状に形成されたポケット部１１３が複数配置され、これらポケット部１１３の内壁に設けられた流体供給孔（図示省略）から水等の流体が吐出されるようになっている。

また、ポケット部１１３は、ワーク中心Ｂに対して略同心円状となるように半径方向に複数列（ここでは２列）で配列されている。即ち、ポケット部１１３の周囲の土手を形成する網目状のメッシュ部１１４は、非接触支持面の外周に沿って配置される周縁部１１４ａと、その周縁部１１４ａの内側の領域を複数に分割するように配置され且つ複数の内外接続部１１５において周縁部１１４ａと接続される内脈部１１４ｂとで構成されている。
特開２０００−２８０１５５号公報

上記のような従来の両頭平面研削装置を用いてウェーハ（例えば直径３００ｍｍ程度）の両面を研削した場合、研削後のウェーハ表面には、面外方向にμｍオーダー以下の波形状（以下、単に波形状という）が同心円状に生じることが知られていたが、この程度の僅かな波形状については従来は特に問題にはならなかった。

しかしながら、近年、ウェーハ表面に形成するパターンの微細化が進み、露光装置の焦点深度が非常に浅くなってきたことに伴い、ウェーハ表面の平坦度についてもより高いレベルが要求されるようになり、上記のようなμｍオーダー以下の波形状と言えども無視できない状況になってきている。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、研削によってワーク表面に生じる同心円状の波形状を解消して研削後のワーク表面の平坦度を更に向上させることが可能な両頭平面研削装置を提供することを目的とする。

図１５に示した非接触支持面を有する従来の両頭平面研削装置を対象として、その非接触支持面の温度解析を行ったところ、図１６に示すように、最も高温となる研削砥石１１２の外周（切り欠き部１１１の周囲）に沿って、温度分布の乱れている部分が複数箇所（５箇所）存在することがわかった。この温度分布の乱れた箇所は、切り欠き部１１１の周囲に沿って存在する内外接続部（内脈部１１４ｂと周縁部１１４ａとの接続部分）１１５等と夫々一致し、更に研削後のウェーハＷの表面に生じた波形状の箇所とも略一致している。

このことから、切り欠き部１１１の周囲における温度分布の乱れが、研削後のウェーハ表面に波形状を生じさせる原因の１つであることが推測され、切り欠き部１１１の周囲に存在する内外接続部１１５の数が最小限となるようにポケット部１１３及びメッシュ部１１４を配置することにより、切り欠き部１１１の周囲における温度分布の乱れを最小限に抑え、ひいては研削によってワーク表面に生じる同心円状の波形状を抑制できるものと考えられる。

そこで、本発明は、研削面が互いに対向するように回転可能に支持される一対の研削砥石と、薄板状のワークを、その両面の被研削面の少なくとも一部が前記研削面間の研削位置に配置された状態で、前記研削砥石の回転軸に平行な回転軸廻りに回転可能に支持するワーク回転支持手段と、前記ワークの被研削面における前記研削位置よりも外側の領域の略全面を両側から挟み込むように配置され且つ流体の圧力により前記ワークを非接触支持する一対の非接触支持手段とを備え、前記非接触支持手段により前記ワークを支持した状態で前記ワークと前記研削砥石とを回転させることにより前記ワーク両面の被研削面を研削するように構成された両頭平面研削装置において、前記非接触支持手段には、その略円形の外縁側から少なくとも前記ワークの中心位置を越えて前記研削砥石に対応する略円弧状の切り欠き部が形成されると共に、前記ワークに対向する非接触支持面には、凹入状に形成され且つその内壁に前記流体を吐出する１又は複数の流体供給孔を備えた複数のポケット部と、それらポケット部の周囲の土手を形成する網目状のメッシュ部とが設けられ、前記メッシュ部は、前記非接触支持面の外周に沿って配置される周縁部と、その周縁部の内側の領域を複数に分割するように配置され且つ複数の内外接続部において前記周縁部と接続される内脈部とで構成され、前記周縁部のうち、前記切り欠き部に沿う部分には、少なくとも前記ワークの中心位置の近傍を除く部分に前記内外接続部が設けられていないことを特徴としたものである。

本発明によれば、非接触支持手段の切り欠き部の周囲に沿って存在する内外接続部の位置を、少なくともワークの中心位置の近傍のみとすることができ、これによって切り欠き部の周囲における温度分布の乱れ箇所を、ワークＷの外周部近傍に対応する位置のみ、又はワークＷの外周部近傍と中心部近傍とに対応する位置のみとすることができる。これにより、従来の両頭平面研削装置で問題となっていたワークに生じる同心円状の波形状を効果的に防止することができ、研削後のワーク表面の平坦度を更に向上させることが可能となる。

また、切り欠き部に沿って設けられるポケット部内の流体供給孔を、内外接続部の近傍、及び切り欠き部に沿って設けられる内側周縁部とそれ以外の外側周縁部との接続部の近傍に配置することにより、流体供給孔から供給される流体がまず内外接続部等の近傍を通過するため、内外接続部等の近傍を効果的に冷却することができ、研削後のワークに生じる同心円状の波形状を更に抑制することができる。

更に、切り欠き部に沿って設けられるポケット部を、研削砥石の周方向に沿って半径方向略等幅に形成することにより、切り欠き部の周囲の熱伝導特性をその切り欠き部に沿って略一定とすることができ、これによって研削後のワークに生じる同心円状の波形状を更に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。図１〜図１３は本発明の第１の実施形態を例示している。なお、以下の説明においては、前後左右の語を用いる際には、図１における下側を前、上側を後、左右を左右というものとする。

図１〜図７において、１は両頭平面研削装置で、半導体ウェーハ等の薄板円板状ワークＷを保持し且つ回転駆動するワークドライブ装置２と、このワークドライブ装置２により保持、回転されるワークＷの両面を研削砥石３により研削する砥石装置４とを備えている。これらワークドライブ装置２及び砥石装置４は、水平なベッド５上に着脱自在に固定されている。

ワークドライブ装置２は、ワークＷの両面を研削処理する際にそのワークＷを保持し且つ回転駆動するもので、ワークＷをその周縁部及び両面側から保持するワーク保持手段６と、このワーク保持手段６で保持されたワークＷを回転駆動するワーク駆動機構７と、ワーク保持手段６を移動可能に支持すると共にその周囲を覆う内部ケース８と、ワーク保持手段６を内部ケース８に対してスライド移動させるスライド駆動機構９と、内部ケース８を支持すると共にその外側を覆う外部ケース１０とを備えている。

外部ケース１０は、ベッド５の上面に略水平に固定されるベース部１１と、前後左右の側壁板１２ａ〜１２ｄとで上側が開口した略矩形箱形に形成されている。外部ケース１０には、その前側に内部ケース８の前側を支持する前部支持手段１３が、後側に内部ケース８の後側を支持する後部支持手段１４が、それぞれ設けられている。

前部支持手段１３は、内部ケース８をその前側で揺動自在に支持するもので、左右の側壁板１２ｃ，１２ｄの前側上部に夫々設けられた一対の軸受け部１５ａ，１５ｂと、左右の側壁板１２ｃ，１２ｄ間に水平に架設され且つその両端側において軸受け部１５ａ，１５ｂにより回転自在に支持された支持ロッド１６とを備えている。この支持ロッド１６は、内部ケース８の前側左右に設けられている支持ブラケット１７の貫通孔１８に挿通され、固定ボルト１９によりその支持ブラケット１７に固定されている。即ち、内部ケース８は、その前側の支持ブラケット１７を介して支持ロッド１６により揺動可能に支持されている。

後部支持手段１４は、内部ケース８をその後側で高さ位置調整可能に支持するためのもので、後側壁板１２ｂの前側上部に設けられたブラケット２０により左右方向の軸廻りに回転自在に支持されたカム２１と、例えば左側壁板１２ｃの外側に着脱可能に固定され且つカム２１を駆動軸２２を介して回転駆動する駆動モータ２３とを備え、カム２１上に、内部ケース８の後側に設けられた支持ローラ２４が載せられている。駆動モータ２３を作動させると、駆動軸２２を介してカム２１が回転し、そのカム２１上に載っている支持ローラ２４の位置が上下する。即ち、内部ケース８は、その後側の支持ローラ２４を介して外部ケース１０側のカム２１により高さ位置調整可能に支持されている。

また、外部ケース１０内の下部には、研削砥石３のドレッシングを行うドレッシング装置２５が配置されている。このドレッシング装置２５は、例えばベッド５に着脱自在に固定されている。

内部ケース８は、前後左右の側壁板３１ａ〜３１ｄにより上下が開口した略矩形箱形に形成されており、例えば外部ケース１０内の上部側に配置されている。支持ブラケット１７は、前側壁板３１ａの前側左右に夫々固定され、支持ローラ２４は、後側壁板３１ｂの後側上部に左右方向の軸廻りに回転可能に支持されている。

また、前側壁板３１ａには、開口３０が左右方向に形成されており、この開口３０内に板厚測定手段３２が左右方向移動可能に配置されている。この板厚測定手段３２は、ワークＷの研削後の板厚を測定するためのもので、例えば後述する支持プレート４２ａに装着されており、前後方向に長いロッド状に形成され且つその先端側（後側端部）に測定端３３ａが設けられた一対の測定アーム３３と、これら測定アーム３３の上下に平行に配置された前後方向の案内レール３４と、測定アーム３３をその前側端部において支持すると共に案内レール３４により前後方向摺動自在に支持される本体部３５と、この本体部３５に固定された前後方向のラック３６と、本体部３５の近傍、例えば下側に配置され且つラック３６に噛み合うピニオン３７ａを回転駆動することにより本体部３５を案内レール３４に沿って前後方向に移動させる駆動モータ３７とを備えている。

ワーク保持手段６は、互いに対向するように配置され且つ内部ケース８により左右方向移動可能に支持される左右のワーク保持体４１ａ，４１ｂにより構成されている。これらワーク保持体４１ａ，４１ｂは、夫々、前後方向の鉛直面に平行に配置された一対の支持プレート４２ａ，４２ｂと、それら支持プレート４２ａ，４２ｂの対向面側に設けられた一対のサポートパッド（非接触支持手段）４３ａ，４３ｂとを備えている。

サポートパッド４３ａ，４３ｂは、水等の流体の圧力によりワークＷを両面側から非接触支持するためのもので、略円板状に形成されており、例えばその下部側には、その外縁側から当該サポートパッド４３ａ，４３ｂの中心位置Ａを若干越えた位置まで研削砥石３に対応する円弧状の砥石用切り欠き部４４が上向きに形成されている。

図８〜図１０は、左ワーク支持体４１ａ側のサポートパッド４３ａを示している。なお、右ワーク支持体４１ｂ側のサポートパッド４３ｂの形状もこのサポートパッド４３ａと略同様であるため、サポートパッド４３ｂ側の拡大図面は省略し、相違する点についてはその都度説明する。

サポートパッド４３ａ，４３ｂの対向面側には、砥石用切り欠き部４４を除く外縁側に沿って、内側の非接触支持面４５よりも一段下がった段差部４６が所定幅で形成されている。また、段差部４６の所定位置、例えば最上部位置には、中心位置Ａ側に向けて円弧状に凹入する凹入部４７が形成されている。また、左ワーク支持体４１ａ側のサポートパッド４３ａでは、凹入部４７の中央にその凹入部４７と同心円状の貫通孔４７ａが板厚方向（左右方向）に形成されている。サポートパッド４３ｂ側には凹入部４７のみが形成され、貫通孔４７ａは形成されていない。

サポートパッド４３ａ，４３ｂの非接触支持面４５、即ち対向面側の段差部４６よりも内側の部分には、板厚方向に凹入する複数のポケット部５１が形成されており、それらポケット部５１以外の部分はポケット部５１の土手を形成する網目状のメッシュ部５２となっている。

メッシュ部５２は、非接触支持面４５の外周に沿って設けられる周縁部５３と、その周縁部５３の内側の領域を複数に分割するように設けられ且つ複数の内外接続部５２ａにおいて周縁部５３と接続される内脈部５４とで構成されている。更に、周縁部５３は、砥石用切り欠き部４４に沿って設けられる内側周縁部５３ａと、それ以外の外側周縁部５３ｂとで構成されており、それら内側周縁部５３ａと外側周縁部５３ｂとは砥石用切り欠き部４４の両端部で互いに接続されている。

内脈部５４には、その幅方向の略中央を通るように所定幅の溝部５５が形成されている。溝部５５は、後述する流体供給孔６２からポケット部５１内に吐出された流体の排出通路として機能するものであって、内脈部５４の各交差部又は分岐部において互いに交差又は分岐し、またその端部は夫々周縁部５３を横切って段差部４６又は砥石用切り欠き部４４側に連通している。なお、溝部５５の深さは、段差部４６の深さよりも小さく形成されている。

内側周縁部５３ａ上の所定位置、例えば砥石用切り欠き部４４の両端部近傍と中心位置Ａの近傍との３箇所には、エアー圧によりワークＷとの距離を検出するための距離検出用センサ孔５６が形成されている。この距離検出用センサ孔５６は、サポートパッド４３ａ，４３ｂ内の連通通路（図示省略）を介して例えば流体供給源に接続されており、所定の距離検出手段（図示省略）が、その流体供給源のエア圧に基づいてサポートパッド４３ａ，４３ｂとワークＷとの間の距離を夫々検出するようになっている。

また、左ワーク支持体４１ａ側のサポートパッド４３ａでは、周縁部５３上の所定位置、例えば外側周縁部５３ｂ上における最上部位置の近傍（凹入部４７の両側近傍）及び上下方向中央位置の計６箇所に、着座検出用センサ孔５８が形成されている。この着座検出用センサ孔５８は、サポートパッド４３ａ内の連通通路５９を介して例えば負圧源に接続されており、所定の着座検出手段（図示省略）が、その負圧源の負荷の変動に基づいてワークＷの着座の有無を検出するようになっている。

なお、周縁部５３は、センサ孔５６，５８の周囲に一定の幅を確保すべく、それらセンサ孔５６，５８の近傍では内側のポケット部５１側に広く形成されている。なお、右ワーク支持体４１ｂ側のサポートパッド４３ｂには着座検出用センサ孔５８は形成されていないが、メッシュ部５２についてはサポートパッド４３ａ側と略同じ形状に形成されている。

また、非接触支持面４５が上記のようなメッシュ部５２により網目状に区切られることにより、本実施形態では各サポートパッド４３ａ，４３ｂに夫々６個のポケット部５１が、中心位置Ａを通る鉛直軸に対して略対称となるように配置されている。これら６個のポケット部５１のうち、２個のポケット部５１ａ，５１ｂが、砥石用切り欠き部４４に沿って隣接して配置されており、それら２個のポケット部５１ａ，５１ｂの間に内外接続部５２ａが設けられている。即ち、本実施形態のサポートパッド４３ａ，４３ｂでは、周縁部５３のうち、砥石用切り欠き部４４に沿う内側周縁部５３ａ上には、内外接続部５２ａは中心位置Ａの近傍の１箇所にのみ設けられており、内側周縁部５３ａ上におけるそれ以外の位置には内外接続部５２ａは設けられていない。

また、砥石用切り欠き部４４に沿って配置される２個のポケット部５１ａ，５１ｂは、砥石用切り欠き部４４の周方向、即ち研削砥石３の周方向に沿って半径方向略等幅に形成されている。また、残りの４個のポケット部５１ｃ〜５１ｆは、その残りの領域を、内脈部５４のうち、ワークＷの半径方向に配置された部分により、略同じ面積となるように区切られて形成されている。

サポートパッド４３ａ，４３ｂ内には、その面内に縦横夫々１又は複数本の流体通路６０が配設されている。これら流体通路６０は、互いに交差することによりそれら全てが連通している。また、サポートパッド４３ａ，４３ｂの裏側（対向面の反対側）には、メッシュ部５２に対応する所定位置、例えば中心位置Ａの上方に、流体通路６０に連通する流体供給口６１が、対向面側への凹入状に形成されている。なお、流体通路６０の外周面側端部６０ａは全て閉栓されている。

また、各ポケット部５１には、その内壁に、流体を吐出する流体供給孔６２が夫々１又は複数形成されている。この流体供給孔６２は、全て流体通路６０に沿った位置に形成されており、サポートパッド４３ａ，４３ｂの板厚方向に形成された接続通路６３を介して流体通路６０に夫々連通している。

砥石用切り欠き部４４に沿って設けられる２個のポケット部５１ａ，５１ｂには、流体供給孔６２が夫々複数、例えば５個ずつ設けられており、それら複数の流体供給孔６２は、内外接続部５２ａの近傍及び内側周縁部５３ａと外側周縁部５３ｂとの接続部６４の近傍とに集中的に配置されている。

また、サポートパッド４３ａ，４３ｂには、砥石用切り欠き部４４を除く外周側の所定位置、例えば後側の上下方向略中央位置から内側（中心側）に向けて所定深さの板厚センサ用切り欠き部６５が例えば水平方向に形成されている。

支持プレート４２ａ，４２ｂは、上下方向寸法がサポートパッド４３ａ，４３ｂと略等しく、前後方向寸法がサポートパッド４３ａ，４３ｂよりも大きい略矩形状に形成されており、その対向面側の略中央位置に、サポートパッド４３ａ，４３ｂが例えば着脱可能に固定されている。また、支持プレート４２ａ，４２ｂには、サポートパッド４３ａ，４３ｂ側の砥石用切り欠き部４４に対応する切り欠き部７０が形成され、またサポートパッド４３ａ，４３ｂ側の流体供給口６１に連通すると共に流体供給手段（図示省略）に接続された流体通路７１が形成されている。更に、左ワーク支持体４１ａ側の支持プレート４２ａには、サポートパッド４３ａ側の貫通孔４７ａに対応する貫通孔７２が形成されている。

左ワーク支持体４１ａ側の支持プレート４２ａには、右ワーク支持体４１ｂとの対向面側であってサポートパッド４３ａの周辺部に、４個の支持ローラ７３が、例えばサポートパッド４３ａの外周に沿って略等ピッチで配置されており、これら４個の支持ローラ７３により、ワークＷを保持するワーク保持キャリア（ワーク回転支持手段）７４が回転自在に支持されている。

ワーク保持キャリア７４は、図１１及び図１２に示すように、肉厚のリング部７５と、このリング部７５から半径方向内側に所定寸法だけ突出する薄板状の保持プレート７６とで構成されている。保持プレート７６の内周側はワークＷを遊嵌可能なワーク嵌め入れ部７７となっており、その内周側の一部に半径方向内側に向けて形成された突起部７８が、ワークＷ側のノッチ部Ｗｎと噛み合うようになっている。なお、保持プレート７６の板厚はワークＷの板厚よりも小さく形成されている。

また、ワーク保持キャリア７４は、そのリング部７５がサポートパッド４３ａ，４３ｂ側の段差部４６に対応する大きさに形成され、また保持プレート７６の内径は、サポートパッド４３ａ，４３ｂ側の非接触支持面４５の外径よりも若干小さく形成されており、支持ローラ７３により、その中心がサポートパッド４３ａ，４３ｂ側の中心位置Ａとそのサポートパッド４３ａ，４３ｂの面内方向に略一致するように支持されている。これにより、ワーク保持キャリア７４に保持されたワークＷは、その外縁部がサポートパッド４３ａ，４３ｂの外側周縁部５３ｂ上に位置することとなる。以下、ワークＷの中心位置を、サポートパッド４３ａ，４３ｂ側の中心位置Ａと区別してＡ′の符号で表すものとする。

また、リング部７５の内周側には、サポートパッド４３ａ側の凹入部４７内に配置されたワーク駆動ギア７９に噛み合う内歯８０が形成されており、このワーク駆動ギア７９を含むワーク駆動機構７の駆動によりワーク保持キャリア７４を介してワークＷが回転するようになっている。

ワーク保持体４１ａ，４１ｂは、内部ケース８側に左右方向に設けられた複数本、例えば４本の案内ロッド８１により左右方向摺動自在に支持されている。即ち、内部ケース８側には、左右の側壁板３１ｃ，３１ｄ間に、前後上下各１本、計４本の案内ロッド８１が架設されており、また、ワーク保持体４１ａ，４１ｂには、ワーク支持体４１ａ，４１ｂ上で且つサポートパッド４３ａ，４３ｂの左右両側の位置に、案内ロッド８１に対応する４個の貫通孔８２が設けられており、ワーク保持体４１ａ，４１ｂは、内部ケース８側の案内ロッド８１に対して貫通孔８２を摺動スリーブ８３を介して摺動自在に嵌合されることにより、左右方向摺動自在に支持されている。

なお、案内ロッド８１は、ワーク保持体４１ａ，４１ｂと内部ケース８との間でフレキシブルカバー８１ａにより被覆されている。

また、ワーク保持体４１ａ，４１ｂは、スライド駆動機構９により、案内ロッド８１に沿って夫々スライド駆動されるようになっている。スライド駆動機構９は、図４等に示すように、上下の案内ロッド８１，８１間に対応して、ワーク保持体４１ａ，４１ｂの左右両側に配置されており、駆動軸８４ａを左ワーク保持体４１ａ側に向けた状態でシリンダ本体が右ワーク保持体４１ｂの支持プレート４２ｂに固定され且つ駆動軸８４ａが左ワーク保持体４１ａ側に固定された空気圧式等の第１シリンダ８４と、シリンダ本体が内部ケース８の左側壁板３１ｃに固定され且つ右ワーク保持体４１ｂ側に向けて配置された駆動軸８５ａが左ワーク保持体４１ａに固定された空気圧式等の第２シリンダ８５とで構成されている。

第１シリンダ８４は、そのシリンダ本体が右ワーク保持体４１ｂの支持プレート４２ｂの右面側に固定され、駆動軸８４ａは支持プレート４２ｂに形成された案内孔８６を摺動自在に貫通して左ワーク保持体４１ａに固定されている。第２シリンダ８５は、そのシリンダ本体が内部ケース８の左側壁板３１ｃの左面側に固定され、駆動軸８５ａは左側壁板３１ｃに形成された案内孔８７を摺動自在に貫通し、左ワーク保持体４１ａ側の支持プレート４２ａに固定されている。

このスライド駆動機構９により、ワークＷの研削時には、ワーク保持体４１ａ，４１ｂが、内部ケース８内の左右方向略中央位置においてサポートパッド４３ａ，４３ｂが互いに近接する「研削時位置」（図１〜図３参照）に保持される。この「研削時位置」において、ワーク保持体４１ａ，４１ｂ上の少なくとも１箇所、例えば４つの角部に設けられた位置決め手段８９の当接部８９ａが、内部ケース８側のストッパー９０に当接して正確に位置決めされる。なお、当接部８９ａはその突出量を調整可能なボルト等により構成されている。

ワークＷの着脱時には、ワーク保持体４１ａ，４１ｂが「研削時位置」にある状態から、第１シリンダ８４側のみが駆動軸８４ａを突出させる方向に作動され、右ワーク保持体４１ｂ側が左ワーク保持体４１ａから所定距離だけ離間した「ワーク着脱時位置」（図５参照）に保持される。また、ドレッシング装置２５により研削砥石３のドレッシングを行う際には、例えばワーク保持体４１ａ，４１ｂが「研削時位置」にある状態から、第１シリンダ８４側が駆動軸８４ａを突出させる方向（左方向）に作動され、更に第２シリンダ８５側が駆動軸８５ａを引き込む方向（左方向）に作動され、これによって左右のワーク保持体４１ａ，４１ｂが共に離間方向に移動し、「ドレッシング作業時位置」（図４参照）に保持される。

なお、駆動軸８５ａは、内部ケース８の左側壁板３１ｃと左ワーク保持体４１ａとの間でフレキシブルカバー９１により被覆されている。また、第１シリンダ８４のシリンダ本体右端部は、外部ケース１０の右側壁板１２ｄに形成された開口部９２を介して外部ケース１０の外側に突出し、その突出部の側面の少なくとも一部がフレキシブルカバー９３により被覆されている。更に、第２シリンダ８５のシリンダ本体左端部は、外部ケース１０の左側壁板１２ｃに形成された開口部９４を介して外部ケース１０の外側に突出し、その突出部の側面の少なくとも一部がフレキシブルカバー９５により被覆されている。

ワーク駆動機構７は、図３等に示すように、左ワーク支持体４１ａ側に配置されたワーク駆動ギア７９と、内部ケース８側に固定され且つワーク駆動ギア７９を回転駆動するワーク駆動モータ９７とを備えている。

ワーク駆動ギア７９は、その回転軸７９ａをサポートパッド４３ａの貫通孔４７ａ側から支持プレート４２ａの貫通孔７２にかけて挿入した状態で凹入部４７内に回転自在に配置されている。このワーク駆動ギア７９の回転軸７９ａの左端側には、例えば軸方向の溝９８ａが形成された連結軸９８が連結されている。

ワーク駆動モータ９７は、外部ケース１０側の開口孔９９を介して内部ケース８の右側壁板３１ｃの外側に着脱可能に固定されている。ワーク駆動モータ９７は、その駆動軸９７ａの回転が伝達される駆動連結部１００が、駆動軸９７ａから偏心して設けられている。この駆動連結部１００には、その中央に連結軸９８側の溝９８ａに対応する突起部（図示省略）が形成された左右方向の貫通孔が形成されており、この貫通孔に、左ワーク支持体４１ａ側の連結軸９８が、内部ケース８の左側壁板３１ｃの貫通孔１０１を介して左右方向摺動自在に貫通している。

これにより、内部ケース８に対して左ワーク支持体４１ａが左右方向移動可能でありながら、内部ケース８側のワーク駆動モータ９７の駆動力が駆動軸９７ａ、駆動連結部１００、連結軸９８を介してワーク駆動ギア７９に伝達される。

なお、内部ケース８の左側壁板３１ｃと左ワーク保持体４１ａとの間には、連結軸９８を覆うフレキシブルカバー９６が装着されている。

砥石装置４は、例えばカップ型の研削砥石３と、この研削砥石３を回転駆動する駆動モータ（図示省略）とを備え、ワークドライブ装置２の左右両側に夫々１台ずつ配置されている。各砥石装置４は、夫々の研削砥石３が、ワークドライブ装置２側の外部ケース１０に設けられた開口孔１０２、内部ケース８に設けられた切り欠き部１０３、ワーク保持体４１ａ，４１ｂ側の切り欠き部７０及び砥石用切り欠き部４４を介して、ワーク保持キャリア７４で保持されたワークＷの両面側に対向するように配置されている。

なお、砥石装置４は、研削砥石３を軸方向（左右方向）に移動可能に構成されており、ワークＷの着脱時には、研削砥石３を、「研削位置」から所定の「待機位置」まで移動させるようになっている。

以上のような構成を有する両頭平面研削装置１において、ワークＷの研削を行う際には、研削砥石３を「待機位置」に、ワーク保持体４１ａ，４１ｂを「ワーク着脱時位置」に夫々保持した状態で、ワークＷが、図示しないローダにより、ワーク保持体４１ａ，４１ｂ間を経てワーク保持キャリア７４のワーク嵌め入れ部７７内に装着される（図５参照）。このとき、ワークＷ側のノッチ部Ｗｎにワーク嵌め入れ部７７側の突起部７８が係合し、ワークＷはサポートパッド４３ａの非接触支持面４５に略当接した状態となる（図１１，図１２参照）。

ワークＷがワーク保持キャリア７４のワーク嵌め入れ部７７内に装着されると、ワークＷによりサポートパッド４３ａ側の着座検出用センサ孔５８が略閉鎖された状態となるため、着材検出用センサ孔５８に接続されている負圧源側の負荷の変動に基づいて着座検出手段によりワークＷの着座が検出される。

ワークＷの着座が検出されると、第１シリンダ８４が駆動軸８４ａを引き込む方向に作動されて右ワーク保持体４１ｂが左ワーク保持体４１ａ側に移動し、サポートパッド４３ａ，４３ｂがワークＷの両面側に近接する「ワーク着脱時位置」に保持される。そして、流体供給手段（図示省略）から支持プレート４２ａ，４２ｂ側の流体通路７１、サポートパッド４３ａ，４３ｂ側の流体供給口６１、流体通路５９、接続通路６３を介して各ポケット部５１の流体供給孔６２から空気、水等の流体が吐出され、ワークＷは、研削砥石３による研削位置よりも外側の領域において、その両面側からこの流体の圧力を受けることにより非接触状態で保持される。

この状態で、ワーク駆動モータ９７の駆動によりワーク駆動ギア７９を介してワーク保持キャリア７４が回転を開始し、それによってワークＷも回転を開始し、また左右の研削砥石３も回転を開始する。ワークＷが回転を開始すると、左右の研削砥石３が回転を開始すると共に、「待機位置」から徐々にワークＷの被研削面に接近し、やがて左右の研削砥石３によりワークＷが研削位置において両側から挟まれた状態となり、ワークＷの研削が始まる。

研削砥石３による研削中に、例えば左右の研削砥石３の摩耗量に差が生じ、研削砥石３によるワークＷの研削位置と、サポートパッド４３ａ，４３ｂによるワークＷの保持位置との間に左右方向のズレが生じると、ワークＷが保持位置と研削位置との間で曲がった状態となり、平坦度が低下してしまう等の問題がある。そこで、ワークＷの研削中は、サポートパッド４３ａ，４３ｂの各距離検出用センサ孔５６から空気等の流体を供給して、そのエア圧に基づいて距離検出手段によりワークＷと各サポートパッド４３ａ，４３ｂとの距離を夫々検出し、その検出結果に基づいて、ワークＷと各サポートパッド４３ａ，４３ｂ間の距離が均等となるように、例えば左右の研削砥石３の左右方向位置を調整するように制御されるように構成されている。なお、研削砥石３側ではなく、ワーク保持体４１ａ，４１ｂ側の左右方向位置を調整するように構成してもよい。

ワークＷが研削される際、各ポケット部５１の流体供給孔６２から供給される流体の圧力は一定に保たれる。ワークＷの研削中は、研削砥石３とワークＷとの摩擦によってその研削砥石３の近傍が高温となり、その熱は砥石用切り欠き部４４の周縁部からサポートパッド４３ａ，４３ｂ側に伝導する。サポートパッド４３ａ，４３ｂ側に伝導された熱は、流体が充填されているポケット部５１を避けてメッシュ部５２に沿って伝導しようとするため、砥石用切り欠き部４４に沿った内側周縁部５３ａ上では、砥石用切り欠き部４４の両端部側における外側周縁部５３ｂ側への接続部分、及び内脈部５４に繋がる内外接続部５２ａにおいて温度変化の勾配がその他の部分に比べて小さくなり、温度分布に乱れが生じ、その温度分布の乱れた位置に対応してワークＷ側に波形状が生じる。

ここで、本実施形態の両頭平面研削装置１では、内側周縁部５３ａ上には、内外接続部５２ａは中心位置Ａの近傍の１箇所にのみ設けられているため、温度分布に乱れを生じる箇所は、砥石用切り欠き部４４の両端部側における内側周縁部５３ａから外側周縁部５３ｂ側への接続部分と、中心位置Ａの近傍における１個の内外接続部５２ａのみ、即ちワークＷの半径方向で見れば中心位置Ａ′近傍と外周部近傍に対応する位置のみとなる（図１３参照）。これにより、従来の両頭平面研削装置で問題となっていたワークＷに生じる同心円状の波形状を効果的に防止することができ、研削後のワークＷ表面の平坦度を更に向上させることが可能となった。

なお、ワークＷに波形状が生じるのは、ワークＷを面外方向に曲げるように作用する何らかの物理的な力が生じているからであり、その物理的な力が、内側周縁部５３ａ上における温度分布の乱れた位置に対応して生じているものと考えられる。本実施形態の両頭平面研削装置１でも、内側周縁部５３ａ上において温度分布の乱れを生じる箇所は依然として残されており、その位置に対応してワークＷに何らかの物理的な力が作用しているものと考えられるが、その箇所がワークＷの中心部近傍と外周部近傍に対応する位置のみであって、その中間部分には存在しないため、物理的な力の作用点の間隔が従来よりも広く、それによってワークＷに作用する曲げ力が緩和されて波形状が抑制できたものと推測できる。

また、砥石用切り欠き部４４に沿って設けられているポケット部５１ａ，５１ｂ内の流体供給孔６２は、内外接続部５２ａの近傍、及び内側周縁部５３ａと外側周縁部５３ｂとの接続部の近傍に集中的に配置されているため、それらの流体供給孔６２から供給される流体はまず内外接続部５２ａ等の近傍を通過することとなり、内外接続部５２ａ等の近傍を効果的に冷却することができ、研削後のワークＷに生じる同心円状の波形状を更に抑制することができる。

更に、砥石用切り欠き部４４に沿って設けられるポケット部５１ａ，５１ｂは、砥石用切り欠き部４４の周方向、即ち研削砥石３の周方向に沿って半径方向略等幅に形成されているため、砥石用切り欠き部４４の周囲の熱伝導特性をその砥石用切り欠き部４４に沿って略一定とすることができ、これによって研削後のワークＷに生じる同心円状の波形状を更に抑制することができる。

ワークＷの研削が終了すると、板厚測定手段３２の駆動モータ３７が作動し、ラック３６を介して本体部３５が案内レール３４に沿って後ろ向きに移動し、本体部３５の後側の左右一対の測定アーム３３，３３がサポートパッド４３ａ，４３ｂの板厚センサ用切り欠き部６５内に進入して、その測定アーム３３，３３の先端側の一対の測定端３３ａ，３３ａによりワークＷがその両面側から挟み込まれ、これによってワークＷの研削後の板厚が測定される。

板厚測定手段３２によるワークＷの板厚測定が終了すると、板厚測定手段３２の測定アーム３３がサポートパッド４３ａ，４３ｂ側の板厚センサ用切り欠き部６５から退去する。そして、また研削砥石３が「研削位置」から「待機位置」まで移動され、またワーク保持体４１ｂが「研削時位置」から「ワーク着脱時位置」まで移動され、図示しないローダにより研削後のワークＷがワーク保持キャリア７４のワーク嵌め入れ部７７から取り出され、搬出される。

図１４は本発明の第２の実施形態を例示し、周縁部５３のうち、砥石用切り欠き部４４に沿う内側周縁部５３ａの部分に、内脈部５４との接続部分である内外接続部５２ａを一切設けないように構成したサポートパッド４３ａ，４３ｂの例を示している。

本実施形態のサポートパッド４３ａ，４３ｂは、図１４に示すように、砥石用切り欠き部４４に沿って配置されるポケット部５１を１個とした点で第１の実施形態と相違している。このような構成を採用すると、ポケット部５１の領域が広くなる分だけその領域内での圧力分布が不均一になりやすい等の欠点がある半面、内側周縁部５３ａの部分に内外接続部５２ａを一切設けない構成とすることができ、研削後のワークＷに生じる波形状をより小さくすることができる利点がある。

即ち、このように内側周縁部５３ａの部分に内外接続部５２ａを一切設けない構成とすれば、内側周縁部５３ａの部分において温度分布に乱れを生じる箇所は、砥石用切り欠き部４４の両端部側における内側周縁部５３ａから外側周縁部５３ｂ側への接続部分のみ、即ちワークＷの外周部近傍に対応する位置のみとなるため、ワークＷに生じる同心円状の波形状を第１の実施形態の場合よりも更に効果的に防止することができ、研削後のワークＷ表面の平坦度を更に向上させることが可能となる。

以上、本発明の各実施形態について例示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、サポートパッド４３ａ，４３ｂにおける非接触支持面４５の形状は、周縁部５３のうち、砥石用切り欠き部４４に沿う部分に少なくともワークＷの中心位置Ａ′の近傍、即ち中心位置Ａの近傍を除く部分に内外接続部５２ａが設けられていなければよく、それ以外の条件は任意に設定可能である。例えば、ポケット部５１を、砥石用切り欠き部４４の半径方向に３列（３層）以上設けてもよいし、砥石用切り欠き部４４側から２列目（２層目）以降のポケット部５１の形状、配置等は任意である。

ワークＷを回転可能に支持するワーク回転支持手段は、実施形態に示したワーク保持キャリア７４を用いたものに限られるものではなく、例えばワークＷの外縁部を３個以上の支持ローラによって直接保持すると共に、それら支持ローラの内の１個又はそれ以外の駆動ローラによってワークＷを直接回転駆動するように構成してもよい。

また、ワーク保持キャリアを用いてワークＷを回転可能に支持する場合、そのワーク保持キャリアの形状等やその駆動機構は任意である。例えば、ワーク保持キャリアの外周側に駆動ギア７９が噛み合う外歯を形成してもよい。

サポートパッド４３ａ，４３ｂ以外のワークドライブ装置２側の構成、砥石装置４側の構成についても、実施形態のものを任意に変更できる。

実施形態では、研削砥石３を左右方向に対向させて配置した両頭平面研削装置の例を示したが、本発明はその他の両頭平面研削装置、例えば研削砥石３を上下方向に対向させるように構成したもの等にも同様に適用可能である。

本発明の第１の実施形態を示す両頭平面研削装置の平面図である。 本発明の第１の実施形態を示す両頭平面研削装置の正面図である。 本発明の第１の実施形態を示す両頭平面研削装置の正面断面図である。 本発明の第１の実施形態を示す両頭平面研削装置の正面断面図である。 本発明の第１の実施形態を示すワーク装着処理の説明図である。 本発明の第１の実施形態を示す両頭平面研削装置の右方向の側面断面図である。 本発明の第１の実施形態を示す両頭平面研削装置の左方向の側面断面図である。 本発明の第１の実施形態を示すサポートパッドの側面図である。 本発明の第１の実施形態を示すサポートパッドの平面図である。 本発明の第１の実施形態を示すサポートパッドの横断面図である。 本発明の第１の実施形態を示す両頭平面研削装置の要部拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態を示すワーク保持キャリアの側面図である。 本発明の第１の実施形態を示すサポートパッドによる温度解析結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示すサポートパッドの側面図である。 従来技術に係る非接触支持手段の非接触支持面の側面図である。 従来技術に係る非接触支持手段による温度解析結果を示す図である。

符号の説明

１ 両頭平面研削装置
３ 研削砥石
４３ａ，４３ｂ サポートパッド（非接触支持手段）
４４ 砥石用切り欠き部（切り欠き部）
４５ 非接触支持面
５１，５１ａ〜５１ｆ ポケット部
５２ メッシュ部
５２ａ 内外接続部
５３ 周縁部
５３ａ 内側周縁部
５３ｂ 外側周縁部
５４ 内脈部
６２ 流体供給部
７４ ワーク保持キャリア（ワーク回転支持手段）
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 研削面が互いに対向するように回転可能に支持される一対の研削砥石と、薄板状のワークを、その両面の被研削面の少なくとも一部が前記研削面間の研削位置に配置された状態で、前記研削砥石の回転軸に平行な回転軸廻りに回転可能に支持するワーク回転支持手段と、前記ワークの被研削面における前記研削位置よりも外側の領域の略全面を両側から挟み込むように配置され且つ流体の圧力により前記ワークを非接触支持する一対の非接触支持手段とを備え、前記非接触支持手段により前記ワークを支持した状態で前記ワークと前記研削砥石とを回転させることにより前記ワーク両面の被研削面を研削するように構成された両頭平面研削装置において、前記非接触支持手段には、その略円形の外縁側から少なくとも前記ワークの中心位置を超えて前記研削砥石に対応する略円弧状の切り欠き部が形成されると共に、前記ワークに対向する非接触支持面には、凹入状に形成され且つその内壁に前記流体を吐出する１又は複数の流体供給孔を備えた複数のポケット部と、それらポケット部の周囲の土手を形成する網目状のメッシュ部とが設けられ、前記メッシュ部は、前記非接触支持面の外周に沿って配置される周縁部と、その周縁部の内側の領域を複数に分割するように配置され且つ複数の内外接続部において前記周縁部と接続される内脈部とで構成され、前記周縁部のうち、前記切り欠き部に沿う部分には、少なくとも前記ワークの中心位置の近傍を除く部分に前記内外接続部が設けられていないことを特徴とする両頭平面研削装置。
2. 前記周縁部は、前記切り欠き部に沿って設けられる内側周縁部と、それ以外の外側周縁部とが、前記切り欠き部の両端部において接続されており、前記切り欠き部に沿って設けられる前記ポケット部内の前記流体供給孔は、前記内外接続部の近傍及び前記内側周縁部と外側周縁部との接続部の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の両頭平面研削装置。
3. 前記切り欠き部に沿って設けられる前記ポケット部は、前記研削砥石の周方向に沿って半径方向略等幅に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の両頭平面研削装置。

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