JP2005271160A

JP2005271160A - 平面研削加工用砥石

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Publication number: JP2005271160A
Application number: JP2004090437A
Authority: JP
Inventors: Kenji Noda; 賢二野田
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】高速回転駆動されたとしても台金の変形が抑制され、研削品質や研削精度がが維持される平面研削加工用砥石を提供する。
【解決手段】台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇによれば、平衡壁９８が、台金９４の外周部であって環状外周壁８８が突き出された面とは反対側の面からその環状外周壁８８とは反対向きに突設されていることから、平面研削加工時において遠心力が平衡壁９８に作用すると、環状外周壁８８に作用する遠心力によって発生するモーメントを相殺する反対向きのモーメントが平衡壁９８に発生して上記環状外周壁８８および台金本体部８６の変形が緩和されるので、高速回転されたとしても台金９４の変形が抑制されて研削品質や研削精度が損なわれることが解消される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転軸心に直角となるように配置された被削材の面を平面研削加工するための平面研削加工用砥石に関する。

例えば半導体ウエハのような被削材の表面を平坦となるように平面研削加工するに際して、外周部の一面から回転軸心方向に突設された環状外周壁を有し、該回転軸心まわりに回転駆動される円板状の台金と、その環状外周壁の先端面において周方向に連ねて固設された砥石部とを備えた平面研削加工用砥石が用いられる。たとえば、特許文献１の図２、特許文献２の図１、図２、図５、特許文献３の第１図、第４図に記載された平面研削加工用砥石がそれである。

特開平１１−２４５１４８号公報特開平９−２９０３６６号公報特開平３−１０４５４５号公報

ところで、上記のような平面研削加工用砥石は、高精度の研削品質が要求されると同時に高速化、高能率化が要求される平面研削加工に用いられる傾向にあることから、従来にはない不都合が生じるようになった。たとえば、２０００ｒｐｍ程度の回転速度から５０００ｒｐｍ程度の回転速度で平面研削加工での回転駆動速度が高速化されると、遠心力に起因して平面研削加工中の台金が変形し、研削品質や研削精度が低下するという不都合が発生するのである。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、高速回転駆動されたとしても台金の変形が抑制され、研削品質や研削精度がが維持される平面研削加工用砥石を提供することにある。

本発明者は、上記の課題を解決しようとして種々研究を重ねるうち、遠心力により発生する台金の変形は、台金の外周部の一面から回転軸心方向に突設された環状外周壁に遠心力が作用することにより回転軸心を含む断面内において環状外周壁の先端部が外側に向かって変形するモーメントが発生すると同時に、その環状外周壁の先端部が外側に向かう変形に伴って円板状の台金本体部の外周部がその環状外周壁と反対側へ向かう変形（反り）が発生する点、その円板状の台金本体部の外周部に環状外周壁とは反対向きに突き出す平衡壁を設けると、その平衡壁にかかる遠心力によって上記モーメントを相殺するモーメントが平衡壁に発生して上記環状外周壁および台金本体部の変形が緩和される点を見いだした。本発明はこのような知見に基づいて為されたものである。

すなわち、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、外周部の一面から回転軸心方向に突設された環状外周壁を有し、該回転軸心まわりに回転駆動される円板状の台金と、その環状外周壁の先端面において周方向に連ねて固設された砥石部とを備えた平面研削加工用砥石であって、前記台金の外周部であって前記環状外周壁が突き出された面とは反対側の面から該環状外周壁とは反対向きに突設された平衡壁を含むことにある。

また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、前記台金はアルミニウム合金製であり、前記平衡壁は該台金と一体に設けられたものであることにある。

また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁よりも突き出し高さが高く形成されたものであることにある。

また、請求項４にかかる発明の要旨とするところは、前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁よりも径方向の厚み寸法が大きく形成されたものであることにある。

また、請求項５にかかる発明の要旨とするところは、前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁と同じ外径寸法となる位置に形成されたものであることにある。

請求項１にかかる発明によれば、平衡壁が、前記台金の外周部であって前記環状外周壁が突き出された面とは反対側の面からその環状外周壁とは反対向きに突設されていることから、平面研削加工時において遠心力が平衡壁に作用すると、環状外周壁にかかる遠心力によって発生するモーメントを相殺する反対向きのモーメントが平衡壁に発生して上記環状外周壁および台金本体部の変形が緩和されるので、高速回転されたとしても台金の変形が抑制されて研削品質や研削精度が損なわれることが解消される。

請求項２にかかる発明によれば、前記台金はアルミニウム合金製であり、前記平衡壁はその台金と一体に設けられたものであることから、台金が軽量であると同時に平面研削加工時において高速回転されても研削品質や研削精度が維持される。

また、請求項３にかかる発明によれば、前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁よりも突き出し高さが高く形成されたものであることから、環状外周壁に比較して平衡壁の重心位置が台金本体から離れるので、遠心力が作用されることによって環状外周壁に生じるモーメントよりも平衡壁に生じるモーメントが大きくなり、平面研削時の押しつけ力による環状外周壁が開く方向の変形すなわち外周側に向かう変形が相殺されて一層好適に台金の変形が緩和される。

また、請求項４にかかる発明によれば、前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁よりも径方向の厚み寸法が大きく形成されたものであることから、環状外周壁に比較して平衡壁の質量が大きくなるので、遠心力が作用されることによって環状外周壁に生じるモーメントよりも平衡壁に生じるモーメントが大きくなり、平面研削時の押しつけ力による環状外周壁が開く方向の変形すなわち外周側に向かう変形が相殺されて一層好適に台金の変形が緩和される。

また、請求項５にかかる発明によれば、前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁と同じ外径寸法となる位置に形成されたものであることから、平衡壁が環状外周壁よりも内側に設けられる場合に比較して、平衡壁に必要な大きさのモーメントを発生させるための質量、高さ、或いは厚みが相対的に小さくされるので、平面研削加工用砥石が軽量となる。また、平衡壁が環状外周壁よりも外側に設けられる場合に比較して、平面研削加工用砥石が小径となる。

以下、本発明の一適用例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面では理解を容易とするために縦、横、厚みなどの寸法比は適宜変更されている。

図１は、本発明の一実施例の平面研削加工用砥石Ｇを用いて平面研削加工が行われる状態を説明する図であり、縦型ロータリ研削盤（高速平面研削装置）１０の構成を示す側面図である。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１７により固設された上部フレーム１８とを備えている。この第１傾動装置１７は、例えば手動でねじ込み量を変化させるボルトや、ねじ軸およびモータ等の駆動装置等から成り、それらの雄ねじの一端が下部フレーム１２にねじ込まれた状態で取り付けられたものであり、上部フレーム１８は、その雄ねじのねじ込み量を変化させることにより、図１における紙面に垂直な回動軸回りの傾斜角度が変化させられる。

また、上部フレーム１８には、鉛直方向に長手状を成す角柱状の一対の支柱２０と、鉛直方向案内部材として機能するその支柱２０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２２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２２は、連結板２３などを介して互いに連結されている。

また、鉛直方向静圧気体軸受装置２２は、支柱２０の４つの案内面を取り囲むハウジング２４と、そのハウジング２４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２６と、その多孔質部材２６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２８とを備え、上記支柱２０の案内面との間の隙間に多孔質部材２６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２４が支柱２０に支持或いは拘束されるようにする。

上記鉛直方向静圧気体軸受装置２２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) を研削するために鉛直方向( 後述するように厳密には方向可変) の回転軸まわりに平面研削加工用砥石Ｇを回転駆動する砥石駆動装置３０が連結され固定されている。この砥石駆動装置３０は、たとえばカップ砥石のような回転研削工具である平面研削加工用砥石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２０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２２は、砥石駆動装置３０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３０は、鉛直方向静圧気体軸受装置２２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３０は、軸( 下) 端に平面研削加工用砥石Ｇが固定された回転軸３２と、その回転軸３２を回転駆動するモータ３４が固定された固定板３６と、そのモータ３４に固定され、上記回転軸３２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３８とを備えている。この静圧気体回転軸受装置３８は、回転軸３２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３２を無接触で支持するものである。

また、上記の固定板３６の上端部近傍には、一対の第２傾動装置３７，３７が鉛直方向静圧気体軸受装置２２に固定されることにより設けられている。この第２傾動装置３７は、例えば手動でねじ込み量を変化させるボルトや、ねじ軸およびモータ等の駆動装置等から成るものである。その雄ねじのねじ込み量を変化させることにより、固定板３６の上端部が正面視で左右何れかの方向に押圧されると、その固定板３６を厚み方向に貫通し、或いは略貫通して鉛直方向静圧気体軸受装置２２に固定されたピン３９回りに固定板３６が回動させられる。そのため、モータ３４の回転軸３２は、図１における紙面に平行な面内においてその固定板３６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ようになっている。上記一対の第２傾動装置３７，３７は、一方がねじ込まれるときには他方が後退させられ( 或いは後退させられるように連携機構が備えられており) 、固定板３６が両側面から押圧されることによって、回転軸３２が設定された傾斜角度に確実に固定されることになる。

なお、前記の第１傾動装置１７によって上部フレーム１８が回動させられると、図１に示される構成から明らかなように鉛直方向静圧気体軸受装置２２が共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３４も同時に図１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３４の回転軸３２すなわち平面研削加工用砥石Ｇの回転軸心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。

また、上部フレーム１８には、ワークＷの研磨に際して平面研削加工用砥石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、その平面研削加工用砥石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４０が設けられている。砥石送り駆動装置４０は、位置固定の上部フレーム１８に設けられた送りねじ装置４２と、その送りねじ装置４２により送られる可動部材４４と前記鉛直方向静圧気体軸受装置２２に連結された連結板２３との間に設けられ、その鉛直方向静圧気体軸受装置２２をその可動部材４４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４６とを備えたものである。送りねじ装置４２は、鉛直方向の回転軸まわりに回転可能に上部フレーム１８に設けられた送りねじ４８と、その送りねじ４８に連結されて上部フレーム１８に設けられたモータ５０とを備え、モータ５０により回転駆動される送りねじ４８の回転に伴ってそれに螺合した可動部材４４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４６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。

また、上記上部フレーム１８には、鉛直方向静圧気体軸受装置２２により片持ち状に支持された砥石駆動装置３０の荷重に起因して前記支柱２０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５４が設けられている。荷重平衡装置５４は、上記砥石駆動装置３０と略同等の荷重を備えて上部フレーム１８内に上下方向の移動が可能に配置された平衡錘５６と、その平衡錘５６と砥石駆動装置３０との間を連結し、且つローラ５８により逆Ｕ字状に案内されたケーブル６０とを備え、上記砥石駆動装置３０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。

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心Ｃｗまわりに回転駆動するワーク回転駆動装置６４が、定盤１４、三分力動力計６２、およびワーク回転駆動装置支持装置６６を介して設けられている。ワーク回転駆動装置支持装置６６は、上記ワーク回転駆動装置６４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６８と、上記ワーク回転駆動装置６４が連結され、その水平方向案内部材６８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６８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７０とを備えている。上記ワーク回転駆動装置６４に固定されたワークＷは、平面研削加工用砥石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。本実施例においては、ワーク回転駆動装置支持装置６６が相対移動装置に相当する。

上記ワーク回転駆動装置６４は、前記ワークＷが着脱可能に取り付けられる吸着盤７２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７３と、そのモータ７３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７４とを備えたものである。この静圧気体回転軸受装置７４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３２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７０は、前記鉛直方向静圧気体軸受装置２２と同様に、水平方向案内部材６８の案内面を取り囲むハウジング７６と、そのハウジング７６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６８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非接触でハウジング７６が水平方向案内部材６８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７６は、たとえばリニヤモータのような水平方向駆動装置７８或いは手動操作によって水平方向に往復移動させられる。この移動方向は、図５における上下方向であって、図に示される直線Ｌｗは、ワークＷの回転軸心Ｃｗを通り且つ移動方向に平行な直線である。

また、下部フレーム１２上には、例えば定盤１４を図５における紙面に垂直すなわち鉛直方向の回転軸回り、例えばワークＷの回転軸心Ｃｗ回りに回動させるための水平回動装置８０が備えられている。この水平回動装置８０は、例えば制御装置エンコーダ８２および回転駆動装置８４等から構成されたものであって、水平方向静圧気体軸受装置７０および水平方向駆動装置７８等のワークＷの水平方向駆動および回転駆動に係る構成部分を、その相対位置関係を維持したまま平面研削加工用砥石Ｇに対して回動させる。これにより、ワークＷの水平移動方向すなわち回転軸心Ｃｗの移動直線Ｌｗが水平面内においてその回動角度だけ回動させられる。本実施例においては、上記の水平回動装置８０が相対変位装置或いは移動方向回動装置に、制御装置エンコーダ８２および回転駆動装置８４が相対移動制御装置にそれぞれ相当する。

以上のように構成された縦型ロータリ研削盤１０では、先ず、第１傾動装置１７および第２傾動装置３７によって予め定められた角度だけ砥石回転軸心Ｃｇが鉛直方向に対して傾斜させられる。この結果、平面研削加工用砥石Ｇは、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。このとき、平面研削加工用砥石Ｇの外周縁左端を通る接線は、ワークＷの中心すなわち回動軸心Ｃｗ上を通り且つ水平方向案内部材６８による案内方向すなわち移動直線Ｌｗに平行である。また、上記のように２方向に傾斜させられた結果、平面研削加工用砥石Ｇの下面( すなわち研削面) の最下点Ｐは回転軸心Ｃｗ上にあるワーク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。平面研削加工用砥石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。

次いで、ワークＷが吸着盤７２に固定されると、平面研削加工用砥石ＧおよびワークＷが各々の回転軸心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、その平面研削加工用砥石ＧがワークＷに接触する直前まで送りねじ装置４２により下降させられる。すなわち、平面研削加工用砥石Ｇは、その回転軸心Ｃｇがワーク回転軸心Ｃｗに対して傾斜させられた状態で回転させられる。次いで、圧電アクチュエータ４６により平面研削加工用砥石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。ワークＷはその回転軸心Ｃｗ回りに回転させられ、平面研削加工用砥石Ｇもその回転軸心Ｃｇ回りに回転させられるので、ワークＷの全面が平面研削加工用砥石Ｇの全周を用いて研削されることになる。

図２は、上記平面研削加工用砥石Ｇの構成を説明するために一部を切り欠いて示す図である。切り書かれた部分は回転軸心Ｃｇを通る断面図である。図２において、平面研削加工用砥石Ｇは、例えば図２に示すように、円板状の台金本体部８６と、その台金本体部８６の外周部の一面から回転軸心Ｃｇ方向下向きに突設された環状外周壁８８と、中央部において台金本体部８６よりも肉厚とされた取付部９０と、中心部において貫通して形成された取付穴９２とを有し、その回転軸心Ｃｇまわりに回転駆動される円盤状の台金９４と、その環状外周壁８８の先端面において周方向に連ねて固設された砥石部９６とを備えている。そして、上記台金９０の外周部すなわち台金本体８６の外周部であって上記環状外周壁８８が突き出された面とは反対側の面からその環状外周壁８８とは反対向きに平衡壁９８が突設されている。上記台金９４は、アルミニウム合金等の金属製であり、台金本体部８６、環状外周壁８８、および平衡壁９８は相互に一体に設けられている。

以上のように構成された平面研削加工用砥石Ｇは、静圧気体回転軸受装置３８により回転可能に支持されたモータ３４の回転軸３２の軸端部に対して、同心となるように取り付けられて、たとえば２５００乃至５０００rpm 程度の回転速度で高速回転駆動される。平面研削加工用砥石Ｇの台金９４の取付穴９２は回転軸３２の軸端面中央部に設けられた嵌合突起１００に対して同心となるように嵌合されており、また取付穴９２の反対側に嵌合されたフランジ付取付部材１０２を通して取付ボルト１０４が回転軸３２の軸端面の中心に形成された雌ねじにｒ号されることにより、平面研削加工用砥石Ｇがモータ３４の回転軸３２に固定されている。

上記砥石部９６は、短円筒状の環状外周壁８８の先端面すなわち下端面に、多数の砥石片（円弧状砥石チップ）がその周方向に沿って連ねた状態で固着されることにより構成されている。この砥石部９２は、たとえばダイヤモンド、窒化硼素などの超砥粒やアランダム、カーボランダムなどの一般砥粒が金属、ガラス質、或いは熱硬化性樹脂から成る結合剤によって結合されたよく知られたメタルボンド砥石、ビトリファイド砥石、レジノイド砥石などから構成される。

回転軸心Ｃｇを通る断面図である図３に詳しく示すように、上記平衡壁９８は、周方向に連なる環状壁であり、環状外周壁８８と同じ外径寸法Ｒとなる位置に形成されている。また、環状外周壁８８の台金本体部８６からの突出し高さＨ₁よりも平衡壁９８の台金本体部８６からの突出し高さＨ₂が高く形成され、平衡壁９８の径方向の厚みＴ₁は環状外周壁８８の径方向の厚みＴ₂よりも大きく形成されているので、平衡壁９８の質量ｍ₂は環状外周壁８８の質量ｍ₁よりも十分に大きくされている。図３において、環状外周壁８８および平衡壁９８の中央に描かれた黒点は断面図上の重心を示している。

図３において、環状外周壁８８の重心と回転軸心Ｃｇとの間の半径をｒ₁とし、平衡壁９８の重心と回転軸心Ｃｇとの間の半径をｒ₂とし、角速度をωとすると、環状外周壁８８の重心に作用する遠心力Ｆ₁および平衡壁９８の重心に作用する遠心力Ｆ₂は、数式(1) および(2) に示すように表される。また、環状外周壁８８の重心の台金本体部８６からの高さをａ₁、平衡壁９８の重心の台金本体部８６からの高さをａ₂とすると、上記遠心力Ｆ₁および遠心力Ｆ₂によって発生する環状外周壁８８の基部まわりのモーメントＭ₁および平衡壁９８の基部まわりのモーメントＭ₂は数式(3) および(4) に示すように表される。環状外周壁８８の重心の台金本体部８６からの高さａ₁、および平衡壁９８の重心の台金本体部８６からの高さａ₂は、モーメントＭ₁およびＭ₂のモーメントアームに対応している。

Ｆ₁＝ｍ₁・ｒ₁・ω² ・・・(1)
Ｆ₂＝ｍ₂・ｒ₂・ω² ・・・(2)
Ｍ₁＝Ｆ₁・ａ₁ ・・・(3)
Ｍ₂＝Ｆ₂・ａ₂ ・・・(4)

本実施例では、前記のように、ｒ₁≒ｒ₂、ｍ₁＜ｍ₂と設定されていることから、平衡壁９８の重心に作用する遠心力Ｆ₂は環状外周壁８８の重心に作用する遠心力Ｆ₁よりも大きく（Ｆ₁＜Ｆ₂）、しかも環状外周壁８８の重心の台金本体部８６からの高さをａ₁よりも平衡壁９８の重心の台金本体部８６からの高さをａ₂の方が大きく（ａ₁＜ａ₂）設定されているので、環状外周壁８８の基部まわりのモーメントＭ₁よりも平衡壁９８の基部まわりのモーメントＭ₂が大きくされているが、モーメントＭ₁は図３において右周りに発生するが、モーメントＭ₂は図３において左周りに発生するので、相互に相殺される。

図４、図５、図６は、上記実施例の台金９４を評価する評価試験の際に、比較品１として用いた従来の平面研削用砥石Ｇの台金１１０、比較品２として用いた中剛性の台金１１２、比較品３として用いた低剛性の台金１１４の構成をそれぞれ示す断面図である。比較品１の従来の台金１１０は、平衡壁９８が設けられておらず、環状外周壁８８の高さＨ₁が数倍程度大きい点で台金９４と相違する。比較品２の中剛性の台金１１２は、平衡壁９８が設けられておらず、環状外周壁８８の高さＨ₁が台金１１０と同様に大きく且つその先端部から外周側へ突き出す補強フランジ部１１６が設けられている点で台金９４と相違する。比較品３の低剛性の台金１１４は、平衡壁９８が設けられておらず、環状外周壁８８の高さＨ₁が台金１１０と同様に大きく、厚みＴ₁が３倍程度大きく、且つ台金本体部８６および環状外周壁８８の厚み方向に貫通する穴が周方向において１０個設けられて剛性が低くされている点において台金９４と相違する。なお、図４、図５、図６において砥石部９６および回転軸心Ｃｇの反対側は省略されている。

図７は、上記台金９４、１１０、１１２、１１４を備えた平面研削加工用砥石Ｇの重量（ホイール質量）と、その平面研削加工用砥石Ｇを取付穴９２を用いて回転可能に支持した状態で平面研削と同じような回転速度で回転させた場合の有限要素法を用いて解析した砥石部９６の径方向の変位すなわち遠心力が作用したときの環状外周壁８８の先端面の径方向の変位とを、それぞれ示している。解析条件は、台金９４、１１０、１１２、１１４の径２００ｍｍφ、回転速度２５００ｒｐｍである。図７において、○印は本発明が適用された前記実施例の台金９４、□印は中剛性の台金１１２、△印は従来の台金１１０、×印は低剛性の台金１１４を示している。図から明らかなように、前記実施例の台金９４の重量が従来の台金１１０や低剛性の台金１１４と同程度に軽く、且つ遠心力が作用したことによる砥石部９６の径方向の変位が最も小さく、従来の台金１１０や中剛性の台金１１２と比較しても半分以下である。

本発明者が行った評価試験では、上記台金９４、１１０、１１２、１１４を備えた平面研削加工用砥石が以下に示すドレス条件でドレッシングが施された後、鹿に示す加工条件で被削材を加工したときの研削性能が評価された。
［ドレス条件］
ドレスボード：ＧＣ＃６００
ホイール回転速度：１４３２ｒｐｍ
テーブル回転速度：５０ｒｐｍ
切込速度：３０μｍ
総切込量：１００μｍ
ドレスアウト：１０ｓｅｃ．
［研削加工条件］
ワークＷ：８インチφのシリコンウエハ（厚み：０．７ｍｍ）
平面研削砥石：２５０ｍｍφ、ＧＣ＃６００ビトリファイド砥石
ホイール回転速度：３１８３ｒｐｍ
テーブル回転速度：１００ｒｐｍ
切込速度：１５μｍ
総切込量：１００μｍ
スパークアウト：２ｓｅｃ．
湿式研磨
縦型ロータリ研削盤：図８、９、１１０に示す設定された図１に示す装置

図８は、平面研削加工用砥石ＧがワークＷを研削するときの相対位置を示す平面図であり、図９は側面図である。平面研削加工用砥石Ｇの回転軸心Ｃｇが僅かに傾斜させられることにより、平面研削加工用砥石Ｇの外周縁の位置ｂの高さが、ワークＷの回転中心に対応するｂ₁点では０μｍであるとすると、ワークＷの外周縁に対応するｂ₂点では０μｍ、ワークＷの回転中心と外周縁との中間に対応するｂ₃点では＋３μｍ（下側へ３μｍ）、ワークＷの外周縁に対応するｂ₂点では−２０μｍ（上側へ２０μｍ）となるように設定されている。一方、図９に示すように、ワークＷが載置され且つ吸引等により固定される吸着盤７２の吸着面は、中央部が４μｍ程度突き出す中凸形状に形成されている。ワークＷの研磨加工面の目標形状は、図１０に示すように、中央部が６μｍ程度突き出す中凸形状であり、このワークＷの目標形状が得られるように、図８、図９に示すように設定されている。

図１１および図１２は、前記台金９４、１１０、１１２、１１４を備えた平面研削加工用砥石Ｇをそれぞれ用いて上記の条件で平面研削加工した場合の評価試験結果を示している。図１１は、平面研削加工後のワークＷの研磨加工面を示すために反射光を用いて光学的に測定された、直径方向に走査した場合の凹凸形状（プロファイル形状）を示している。図１１から明らかなように、測定された凹凸形状から目標形状を差し引いた後の形状において、本発明が適用された前記実施例の台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合は、従来の台金１１０を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合、中剛性の台金１１２を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合、低剛性の台金１１４を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合に比較して、細かな脈動或いはうねりがなく、ワークＷの表面が滑らかに平面研削加工されている。図１２は、上記図１１の平面研削加工結果の評価を容易とするために、各凹凸形状（信号波形）から目標形状を演算処理によって除去し、残された信号波形から表面粗さに対応するマイクロウエビネス値（従来の台金１１０を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合を１．００とする相対値）を算出したものである。このマイクロウエビネス値は、ワークＷの表面粗さ波形データからツールマーク等の影響を除去するように予め決定された所定周波数帯（例えば５ｍｍ〜0. 8ｍｍ幅）のフィルタを通して抽出された表面粗さ値であって、大きいほど、表面粗さが大きいことを示している。図１２から明らかなように、本発明が適用された前記実施例の台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合、従来の台金１１０を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合、中剛性の台金１１２を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合、低剛性の台金１１４を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合の順に、マイクロウエビネス値が大きくなり、前記実施例の台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇが用いられた場合が最も平面研削加工の性能が高いことを示している。

上述のように、本実施例の台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇによれば、平衡壁９８が、台金９４の外周部であって環状外周壁８８が突き出された面とは反対側の面からその環状外周壁８８とは反対向きに突設されていることから、平面研削加工時において遠心力が平衡壁９８に作用すると、環状外周壁８８に作用する遠心力によって発生するモーメントを相殺する反対向きのモーメントが平衡壁９８に発生して上記環状外周壁８８および台金本体部８６の変形が緩和されるので、高速回転されたとしても台金９４の変形が抑制されて研削品質や研削精度が損なわれることが解消される。ちなみに、図４の破線は、従来の台金１１０が用いられた場合に遠心力により変形した台金９４を示している。

また、本実施例の台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇによれば、台金９４はアルミニウム合金製であり、平衡壁９８はその台金９４と一体に設けられたものであることから、台金９４が軽量であると同時に平面研削加工時において高速回転されても研削品質や研削精度が維持される。

また、本実施例の台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇによれば、平衡壁９８は、周方向に連なる環状壁であり、環状外周壁８８よりも突き出し高さが高く形成されたものであることから、環状外周壁８８に比較して平衡壁９８の重心位置が台金本体部８６から離れるので、遠心力が作用されることによって環状外周壁８８に生じるモーメントＭ₁よりも平衡壁９８に生じるモーメントＭ₂が大きくなり、平面研削時の押しつけ力による環状外周壁８８が開く方向の変形すなわち外周側に向かう変形が相殺されて一層好適に台金９４の変形が緩和される。

また、本実施例の台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇによれば、平衡壁９８は、周方向に連なる環状壁であり、環状外周壁８８よりも径方向の厚み寸法Ｔ₂が大きく形成されたものであることから、環状外周壁８８に比較して平衡壁の質量が大きくなるので、遠心力が作用されることによって環状外周壁８８に生じるモーメントＭ₁よりも平衡壁９８に生じるモーメントＭ₂が大きくなり、平面研削時の押しつけ力による環状外周壁８８が開く方向の変形すなわち外周側に向かう変形が相殺されて一層好適に台金９４の変形が緩和される。

また、本実施例の台金９４を備えた平面研削加工用砥石Ｇによれば、平衡壁９８は、周方向に連なる環状壁であり、環状外周壁８８と同じ外径寸法Ｒとなる位置に形成されたものであることから、平衡壁９８が環状外周壁８８よりも内側に設けられる場合に比較して、平衡壁９８に必要な大きさのモーメントＭ₂を発生させるための質量、高さ、或いは厚みが相対的に小さくされるので、平面研削加工用砥石が軽量となる。また、平衡壁９８が環状外周壁８８よりも外側に設けられる場合に比較して、平面研削加工用砥石Ｇが小径となる。

以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。

例えば、前述の実施例においては、台金９４はアルミニウム合金製であったが、チタン合金、鉄合金などの他の金属製であっても差し支えない。

また、前述の実施例の平衡壁９８は、外周壁８８と同じ外径Ｒを備えていたが、必ずしも同じでなくともよく、外周壁８８の外径Ｒよりも小さい外径を備えたものであってもよい。

また、前述の実施例の平衡壁９８は、周方向に連なる環状壁であったが、周方向の全部でなくてもよい、一部でもよい。たとえば径方向溝により周方向に複数に分断された構成でもよい。

また、前述の実施例の平衡壁９８の高さＨ₂、厚みＴ₂、質量ｍ₂は、外周壁８８の高さＨ₁、厚みＴ₁、質量ｍ₁よりも大きな値を備えていたが、それらの一部或いは全部が必ずしも大きくなくてもよい。平衡壁９８が設けられていることにより、平衡壁９８が設けられていない従来の台金よりもそれ相応の効果が得られることは明らかである。

また、前述の実施例の平衡壁９８は、台金本体部８６と一体に形成されていたが、別体に形成された後に機械的に固定されたり或いは溶接等により固着されたものであってもよい。

その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。

本発明の一実施例の平面研削用砥石を用いた縦型ロータリ研削盤（高速平面研削装置）の構成を説明する側面図である。図１の縦型ロータリ研削盤に用いられる平面研削用砥石をその一部を切り欠いて構成を説明する図である。図２の平面研削用砥石の台金の構成を説明する断面図である。図２の平面研削用砥石の評価試験に際して、比較品１として用いた従来の平面研削用砥石の台金の構成を説明する断面図である。図２の平面研削用砥石の評価試験に際して、比較品２として用いた中剛性の平面研削用砥石の台金の構成を説明する断面図である。図２の平面研削用砥石の評価試験に際して、比較品３として用いた低剛性の平面研削用砥石の台金の構成を説明する断面図である。図７は、図２の台金と、図４に示す従来の台金と、図５に示す中剛性の台金と、図６に示す低剛性の台金をそれぞれ用いた場合の平面研削加工用砥石における、ホイール質量と遠心力が作用したときの砥石部の径方向変位とをそれぞれ示す図である。図３乃至図６の各台金を用いた平面研削用砥石の評価試験に際して、平面研削加工用砥石ＧがワークＷを研削するときの相対位置を示す平面図である。図３乃至図６の各台金を用いた平面研削用砥石の評価試験に際して、平面研削加工用砥石ＧがワークＷを研削するときの相対位置を示す側面図である。平面研削加工におけるワークＷの目標形状を、理解を容易とするために誇張して示す図である。図３乃至図６の各台金を用いた平面研削用砥石Ｇをそれぞれ用いて上記の条件で平面研削加工した場合の評価試験結果であって、各ワークＷの研磨面の表面の凹凸形状を示す図である。図３乃至図６の各台金を用いた平面研削用砥石Ｇをそれぞれ用いて上記の条件で平面研削加工した場合の評価試験結果であって、各ワークＷの研磨面の表面の凹凸形状から、目標形状を除いた後の波形から求めた条面粗さに対応するマイクロウエイビネス値を示す図である。

符号の説明

Ｇ：平面研削用砥石
８６：台金本体部
８８：外周壁
９４：台金
９６：砥石部
９８：平衡壁

Claims

外周部の一面から回転軸心方向に突設された環状外周壁を有し、該回転軸心まわりに回転駆動される円板状の台金と、該環状外周壁の先端面において周方向に連ねて固設された砥石部とを備えた平面研削加工用砥石であって、
前記台金の外周部であって前記環状外周壁が突き出された面とは反対側の面から該環状外周壁とは反対向きに突設された平衡壁を含むことを特徴とする平面研削加工用砥石。
前記台金はアルミニウム合金製であり、前記平衡壁は該台金と一体に設けられたものである請求項１の平面研削加工用砥石。
前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁よりも突き出し高さが高く形成されたものである請求項１または２の平面研削加工用砥石。
前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁よりも径方向の厚み寸法が大きく形成されたものである請求項１乃至３のいずれかの平面研削加工用砥石。
前記平衡壁は、周方向に連なる環状壁であり、前記環状外周壁と同じ外径寸法となる位置に形成されたものである請求項１乃至４のいずれかの平面研削加工用砥石。