JP2009072879A - 端面研削方法および両面研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より高い精度で安定的にワークを加工する。
【解決手段】両面研削装置は、上部砥石１６及び下部砥石２６と、下部砥石２６に対して上部砥石１６を送り駆動するモータ駆動の送り機構と、この送り機構を制御するコントローラ５０とを有する。各砥石１６，２６は回転中心がオフセットされており、これによって各砥石面１６ａ，２６ａにそれぞれ非対向部分が設けられている。そして、これら非対向部分において各砥石面１６ａ，２６ａに対向するように、当該砥石面１６ａ，２６ａとの距離を検出する距離センサ４０，４１が設けられ、ワークＷの加工中は、設定切込み送り量が得られるように、両センサ４０，４１の検出結果に基づき送り機構の動作がコントローラ５０によりフィードバック制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク端面を研削する端面研削方法および両面研削装置に関するものである。

従来からシリコンウエハ等の薄型ワークの両面を研削する装置として両面研削装置が知られている。この装置は、平坦な砥石面をもつ一対の砥石車の間に薄型ワークを配置し、各砥石車を回転駆動しながらその軸方向に砥石車を切込み送りすることにより薄型ワークの両面を同時に研削するように構成されている。一般的な装置は、目標とする切込み送り量をオペレータが予め設定することにより砥石車の切込み送りが自動制御される。

近年では、特許文献１に開示されるように、砥石面を検出可能なセンサを両砥石車の間に出し入れ可能に設け、ワーク交換時に、各センサの検出に基づき各砥石面の位置を検出し、その検出位置を基準として切込み送り量を制御することによって、砥石車の摩耗による影響を排除して切込み送りの精度を高めるようにしたものが提案されている。
特開２００４−５８１７５号公報

両面研削装置では、砥石車の駆動に伴い発生する駆動熱により駆動軸等が熱変形（熱伸縮）する。そのため、寸法精度の安定化を図るために、装置起動後、駆動軸等の熱変形がある程度安定化すると想定される所定時間だけ砥石車を駆動（空転）させてから加工を開始し、あるいは所定数のワークをまとめて加工した後、その中から製品化が可能な寸法精度を有するものだけを抽出する、所謂バッチ処理が行われていた。

しかし、上記のように装置起動後、所定時間だけ砥石車を空転させる方法では、作業の待ち時間が必要となるため効率が悪い。他方、バッチ処理では、歩留まりが低下するという問題もある。従って、この点を解決することが望まれる。

なお、特許文献１の手法を適用することも考えられるが、熱変形はワーク加工中にも生じるため、加工開始前の特定時点に検出した各砥石面の位置に基づいて切込み送り量を制御する特許文献１の方法では信頼性が高いものとは言えない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、より高い精度で安定的にワークを加工できる端面研削方法および両面研削装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明に係る端面研削方法は、互いに対向する対向面を有し、少なくとも一方側が砥石車である一対の加工用部材の前記対向面の間にワークを配置し、前記砥石車とワークとを前記対向面に直交する直交軸回りに相対回転させた状態で、前記砥石車とワークとを前記直交軸に沿った送り方向に相対的に切込み送りすることにより前記ワークの端面を研削する端面研削装置における前記ワークの端面研削方法であって、ワークの研削中に、前記送り方向における砥石車の前記対向面の位置を検出し、その検出結果に基づいて前記切込み送りの動作を制御するようにしたものである。

この方法によれば、ワーク加工中に生じる駆動系の熱変形や砥石面の摩耗等に起因した砥石面の具体的な位置変動に拘わらず、所定の切込み送り量だけ精度よくワークを加工することが可能となる。

なお、砥石車の前記対向面の位置を検出するには、例えば前記砥石車の対向面に他方側の加工用部材の対向面と非対向となる部分が生じるように各加工用部材を予め設けておき、当該非対向部分の前記送り方向における変位を検出し、この変位に基づき砥石車の前記対向面の位置を検出するようにすればよい。

この方法によれば、ワークの加工中に難なく前記砥石車の対向面の位置を検出することが可能となる。

上記の研削方法は、例えば以下のような本発明の両面研削装置により具現化することができる。すなわち、本発明に係る両面研削装置は、被研削面を両端にもつワークの当該両端面を同時に研削する両面研削装置において、互いに対向する砥石面をもち、かつ当該砥石面と直交する直交軸回りに回転駆動される一対の砥石車と、これら砥石車のうち少なくとも一方を前記直交軸に沿った送り方向に切込み送りする送り手段と、この送り手段を制御する制御手段と、を備え、前記各砥石車は、各砥石面のうち少なくとも一方側に砥石面同士が非対向となる部分が生じるように設けられ、当該非対向部分に対向するように、前記送り方向における前記砥石面の変位を検出可能な検出手段が設けられ、前記制御手段は、前記検出手段による検出結果に基づき前記送り方向における砥石面の位置を求め、当該砥石面の位置に基づいて前記送り手段を制御するように構成されているものである。例えば、前記検出手段は、前記砥石面と前記送り方向における特定位置との距離を検出する距離センサとされる。

この装置によれば、少なくとも一方側の砥石面に非対向となる部分が生じるように各砥石車が設けられ、当該非対向部分に対向するように検出手段が設けられているので、ワークの加工中も支障なく砥石面（非対向部分を有する砥石車の当該砥石面）の位置を検出することが可能となる。そして、ワークの加工中は、前記検出手段による検出結果に基づき、制御手段により砥石面の位置が求められて前記送り手段が制御されるので、加工中に生じる駆動系の熱変形や砥石面の摩耗等に起因する砥石面（非対向部分を有する砥石車の当該砥石面）の具体的な位置変動に応じた信頼性の高い切込み送り動作を実行させることが可能となる。

この構成において、前記各砥石車は、各砥石面の一部が互いに径方向外側にはみ出すことにより各砥石面に前記非対向部分が生じるように配置され、これら非対向部分にそれぞれ対向するように前記検出手段が設けられ、前記制御手段は、各検出手段による検出結果に基づき前記送り方向における各砥石面の位置を求め、これら砥石面の位置に基づいて前記送り手段を制御するように構成されているのが好適である。

この構成によれば、両方の砥石車の砥石面の具体的な位置変動に応じて前記送り手段を制御するので、より信頼性の高い切込み送り動作を実行させることが可能となる。

この場合、前記各砥石車は同一径寸法を有するものであり、互いに中心軸をずらして配置されることにより各砥石面に前記非対向部分が設けられているのが好適である。

この構成によれば、各砥石車として同一の砥石車を用いながら簡単な構成で各砥石車に非対向部分を設けることができる。

なお、より具体的な構成として、上記両面研削装置は、前記砥石車の切込み送り量を設定する設定手段を有し、前記制御手段は、ワークの研削中、前記設定手段により設定された設定切込み送り量だけワークに対して前記砥石車が切込み送りされるように、前記検出手段による検出結果に基づき前記送り手段による前記砥石車の送り動作をフィードバック制御するように構成されている。

この構成によると、ワークの加工中の前記検出手段による検出結果に基づき砥石車の送り動作がフィードバック制御されることにより、設定切込み送り量だけ精度良くワークを加工することができる。

本発明の端面研削方法および両面研削装置によれば、加工中に生じる駆動系の熱変形や砥石面の摩耗等に起因した砥石面の具体的な位置変動に応じて切込み送り動作を制御することができるので、加工前の特定時点の研削面の位置に基づいて切込み送り動作を制御する従来の方法（装置）に比べ、より高い精度で安定的にワークを加工することができる。

本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

図１〜図３は、本発明に係る両面研削装置（本発明に係る端面研削方法を実施可能な両面研削装置）の要部を概略的に示している。これらの図に示すように、両面研削装置は、上部主軸ヘッド１０、下部主軸ヘッド２０およびワーク保持機構３０等を有している。

上部主軸ヘッド１０は、図外のコラムに上下動可能に支持されている。上部主軸ヘッド１０の中心には鉛直方向に延びる上部主軸１２が回転可能に支持されており、この上部主軸１２の下端部に上部砥石１６が取り付けられている。

上部砥石１６は、円環状の砥石面１６ａをもつカップ型の砥石車からなり、砥石ホルダ１４を介して上部主軸１２の先端（下端）に固定されている。そして、上部主軸ヘッド１０に内蔵される図外のモータにより前記上部主軸１２が回転駆動されることにより、当該主軸１２と一体に上部砥石１６が回転するようになっている。

上部主軸ヘッド１０は、送り機構（本発明に係る送り手段に相当する）に連結されている。この送り機構は、上部主軸ヘッド１０を上下方向に案内する図外のガイドと、このガイドに沿って延び、上部主軸ヘッド１０のナット部分１０ａに螺合挿入されるねじ軸１７と、このねじ軸１７を駆動する送りモータ１８等とを含む直動機構からなり、前記ねじ軸１７の回転に伴い上部主軸ヘッド１０を上下方向（送り方向）に移動させるように構成されている。

一方、下部主軸ヘッド２０は、上部主軸ヘッド１０の下方に配置され、前記コラムに固定的に組み付けられている。下部主軸ヘッド２０の基本構成は、上部主軸ヘッド１０と同一である。すなわち、下部主軸ヘッド２０の中心には、鉛直方向に延びる下部主軸２２が回転可能に支持され、この下部主軸２２の先端（上端）に、上部砥石１６と同一寸法および同一形状の下部砥石２６が砥石ホルダ２４を介して固定されている。そして、図外のモータにより下部主軸２２が駆動されることにより、これと一体に下部砥石２６が回転するように構成されている。

ここで、下部主軸ヘッド２０と前記上部主軸ヘッド１０とは、図２及び図３に示すように、前後方向（図２では上下方向）に所定寸法だけオフセットされている。すなわち、砥石面１６ａ，２６ａの一部が互いに径方向外側にはみ出して各砥石１６，２６に非対向となる部分が生じるように各主軸ヘッド１０，２０が配置されている。

そして、これら各砥石１６，２６の非対向部分において各砥石面１６ａ，２６ａに対向するように、当該砥石面１６ａ，２６ａと上下方向（送り方向）における特定位置との間の距離を検出する距離センサ４０，４１がそれぞれ設けられている。これらの距離センサ４０，４１は、レーザ変位センサ等の非接触の距離センサからなり、それぞれ砥石面１６ａ，２４ａと特定位置（センサ４０，４１の位置）との距離を検出し、その距離に応じた電気信号を後記コントローラ５０に出力するように構成されている。なお、各距離センサ４０，４１は、ブラケット４４を介して前記コラムに固定されている。

ワーク保持機構３０は、図１及び図２に示すように、下部主軸ヘッド２０を挟んでその左右両側にそれぞれ設けられている。同図に示すように、ワーク保持機構３０は、案内プレート３２と、このプレート上に配置されるキャリアアーム３３と、このキャリアアーム３３を駆動する駆動機構等とから構成とされ、シリコンウエハ等の薄板状のワークＷを前記キャリアアーム３３により両砥石１６、２６の間で保持するように構成されている。

詳しく説明すると、前記案内プレート３２は、略円環状に形成され、その上部に下部砥石２６の砥石面２６ａとほぼ面一（等しい高さ位置）の平坦な案内面を有している。図２に示すように、案内プレート３２の外周には、下部砥石２６の輪郭に対応した円弧状の切欠き形成されており、この切欠き部分に前記下部砥石２６が嵌り込んで近接するように、前記案内プレート３２が当該下部砥石２６に対して配置されている。

キャリアアーム３３は、平面視略長方形のプレート状の部材である。キャリアアーム３３の長手方向両端部にはワーク保持部３４がそれぞれ設けられている。これらワーク保持部３４には、上下方向に貫通する開口部３５ａを有する円盤状のキャリア３５が装着されており、ワークＷが、開口部３５ａに遊嵌（挿入）された状態で当該キャリア３５により保持されるようになっている。図示の例では、キャリア３５は１枚のワークＷを保持するように構成されているが、このキャリア３５は交換可能に構成されており、キャリア３５の交換により各ワーク保持部３４により保持するワークＷのサイズや数が変更可能となっている。

詳細図を省略するが、キャリア３５はその中心軸回り回転可能に支持され、キャリアアーム３３に搭載される図外のモータにより回転駆動されるように構成されている。

前記キャリアアーム３３は、前記案内プレート３２の中心部に配置される駆動軸３６の上端部に固定されており、図外の旋回モータの作動により当該駆動軸３６と一体に回転駆動されるようになっている。そしてこのキャリアアーム３３の旋回に伴い、各ワーク保持部３４を、上部砥石１６と下部砥石２６との間の作業位置とこの位置から１８０°旋回した案内プレート３２上のワーク交換位置とに交互に配置できるようになっている。すなわち、一方側のワーク保持部３４のワークＷの研削中に、他方側のワーク保持部３４に対してワークＷの入れ替えを行えるように構成されている。

なお、各ワーク保持機構３０は下部主軸ヘッド２０を挟んで左右対称に構成されており、図２に示すように、この装置では、各ワーク保持機構３０のキャリアアーム３３により保持したワークＷを、両砥石１６，２６のうちその回転中心を挟んだ互いに反対側の位置で同時に加工するようになっている。

この両面研削装置には、さらにワークＷの研削動作を制御するコントローラ５０（本発明に係る制御手段に相当する）が搭載されており、各砥石１６，２６の駆動、上部主軸ヘッド１０の駆動（切込み送り）および各ワーク保持機構３０の駆動等がこのコントローラにより統括的に制御されるようになっている。コントローラ５０には、各種データの入力装置５２が設けられており、砥石１６，２６の回転速度や上部砥石１６の切込み送り量等の加工条件や加工寸法等のデータが、この入力装置５２を介して入力、設定されるようになっている。

そして、ワークＷの加工時には、設定された加工条件や加工寸法に基づいて砥石１６，２６等の駆動が前記コントローラ５０により制御されるようになっている。例えば上部主軸ヘッド１０の送り動作に関しては、コントローラ５０は、設定切込み送り量だけ前記ワークＷに対して上部砥石１６が切込み送りされるように、前記距離センサ４０，４１の検出値（距離データ）に基づいて上部主軸ヘッド１０（上部砥石１６）の送り動作をフィードバック制御する。すなわち、コントローラ５０は、ワークＷの加工中、前記距離データと各センサ４０，４１の位置等の既知のデータ（設計値）とに基づいて上下方向（送り方向）における各砥石面１６ａ，２６ａの位置を求め、この実測位置と設定切込み送り量に対応する各砥石面１６ａ，２６ａの位置（目標位置）との偏差に応じた補正量を演算し、この補正量に基づき前記送りモータ１８を駆動制御するように構成されている。

次に、上記コントローラによる制御に基づく上記両面研削装置の研削動作について説明する。

この装置では、上部主軸ヘッド１０が所定の待機位置（上昇位置）に退避した状態で、上記ワーク交換位置においてワーク保持部３４のキャリア３５（開口部３５ａ）にワークＷが挿入される。このようにワークＷが開口部３５ａに挿入されると、ワークＷは、案内プレート３２により支持され、その上面（被研削面）がキャリア３５の上方に突出した状態となる。なお、この時点で、各砥石１６，２６は停止している。

ワークＷがセットされると、キャリアアーム３３が旋回駆動され、これにより案内プレート３２に沿ってワークＷが案内されながら当該プレート３２から下部主軸ヘッド２０上にワークＷが移されて前記作業位置に配置される。

ワークＷが作業位置にセットされると、各砥石１６，２６が回転駆動され、前記送りモータ１８の作動により上部主軸ヘッド１０が送り駆動される。この際、所定の切込み開始位置に到達するまでは送りモータ１８が高速で駆動され、これにより上部主軸ヘッド１０が早送りされる。そして、上部砥石１６が切込み開始位置に到達すると、予め設定された送り速度まで上部主軸ヘッド１０の送り速度が減速され、上部砥石１６がワークＷに押し付けられる。これにより切込み送りが開始され、砥石１６，２６によりワークＷが上下両側から同時に研削される。なお、ワークＷの加工中は、各砥石１６，２６の砥石面１６ａ，２６ａまでの距離が距離センサ４０，４１により検出され、その距離データに基づき上部主軸ヘッド１０（上部砥石１６）の送り動作が前記コントローラ５０により制御される。

こうして予め設定された送り量だけワークＷに対して上部砥石１６が切込み送りされると、送りモータ１８が反転駆動されて上部主軸ヘッド１０が逆送りされ、前記待機位置にリセットされるとともに当該リセット後、各砥石１６，２６が停止される。そして、キャリアアーム３３が駆動され、ワークＷが下部主軸ヘッド２０上（作業位置）から案内プレート３２上の前記ワーク交換位置に移され、これによって一連の研削動作が終了することとなる。

以上のような両面研削装置によれば、ワークＷの加工中、距離センサ４０，４１による距離検出に基づいて各砥石面１６ａ，２６ａの送り方向における位置を求め、設定切込み送り量が得られるように、これら各砥石面１６ａ，２６ａの位置に基づき上部主軸ヘッド１０（上部砥石１６）の切込み送り動作をフィードバック制御するように構成されているので、ワークＷ加工中に生じる駆動系の熱変形（熱伸縮）や砥石面１６ａ，２６ａの摩耗等に起因する砥石面１６ａ，２６ａの具体的な位置変動に応じた正確な切込み送り動作が実行される。従って、加工開始前に検出した砥石面の位置に基づいて砥石車の切込み送り動作を制御する従来のこの種の装置に比べると、より精度よくワークＷを加工することができるようになる。

また、上記のようにワークＷ加工中に生じる駆動系の熱変形（熱伸縮）に起因する砥石面１６ａ，２６ａの具体的な位置変動に応じて砥石車の切込み送り動作を制御できるので、従来のように、装置の起動後、駆動系の熱変形が安定化するまで砥石車を空転させるといった準備動作を行う必要がなく、装置の起動直後からワークＷを精度良く加工することができる。従って、その分、効率的にワークＷの加工を行うことができるという利点もある。

また、この両面研削装置では、距離センサ４０，４１による砥石面１６ａ，２６ａの検出に基づき、切込み送り方向における当該砥石面１６ａ，２６ａの位置を求めるが、この装置では、上記の通り砥石面１６ａ，２６ａの一部が径方向外側にはみ出すように各主軸ヘッド１０，２０を配置し、これにより生じる各砥石１６，２６（砥石面１６ａ，２６ａ）の非対向部分に対向するように距離センサ４０，４１を配置するようにしているので、ワークＷの加工中に各砥石面１６ａ，２６ａを検出しながらも、距離センサ４０，４１を支障なく配置できるという利点もある。

なお、上記実施形態の装置は両面研削装置であるため、ワークＷの加工中に、上下各砥石１６，２６の砥石面１６ａ，２６ａを各距離センサ４０，４１により検出するようにしているが、例えば、ワークＷの片面だけを研削する片面研削装置の場合、具体的には、上記実施形態の両面研削装置において、下部主軸ヘッド２０の代わりにワークＷを支持する定盤が設けられているような装置については、定盤に距離センサを埋設し、この距離センサにより砥石面との距離を検出し、その検出結果に基づき主軸ヘッド（砥石）の切込み送り動作を制御するようにすればよい。

また、上記実施形態では、各砥石１６，２６は同一径寸法を有するものであり、互いに中心軸をずらして配置されることにより各砥石面１６ａ，２６ａに非対向部分が設けられているが、異なる径寸法を有する各砥石１６，２６を設けた上で、互いに中心軸をずらして各砥石１６，２６を配置することにより非対向部分を設けるようにしてもよい。

また、このように各砥石１６，２６の双方の砥石面１６ａ，２６ａに非対向部分を設ける以外に、一方側（例えば砥石１６の砥石面１６ａ）にだけ非対向部分を設け、当該一方側の砥石面１６ａとの距離だけを距離センサ４０で検出し、当該検出結果に基づき切込み送り動作を制御するように構成してもよい。この場合には、一方側（上部）の砥石１６の砥石面１６ａの位置のみに基づいて切込み動作を制御することになるが、下部砥石２６は送り駆動するものではなく、熱変位量が小さいと考えられため、当該構成の場合にも、上記実施形態のものとさほど遜色ないレベルで精度良く切込み送り動作を制御することができる。なお、このように一方側の砥石１６の砥石面１６ａにだけ非対向部分を設けるには、上部砥石１６として下部砥石２６よりも径寸法の大きい砥石車を適用すればよい。この場合、各砥石１６，２６の回転中心は同軸上に設けてもよい。

本発明に係る両面研削装置（本発明に係る端面研削方法を実施可能な装置）の要部を示す縦断面略図である。 両面研削装置を示す平断面略図（図１のＡ−Ａ線断面図）である。 主軸ヘッドと距離センサの位置関係を示す図２のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１０ 上部主軸ヘッド
２０ 下部主軸ヘッド
１６ 上部砥石
１６ａ 砥石面
１８ 送りモータ
２６ 下部砥石
２６ａ 砥石面
４０，４１ 距離センサ
５０ コントローラ

Claims (7)

1. 互いに対向する対向面を有し、少なくとも一方側が砥石車である一対の加工用部材の前記対向面の間にワークを配置し、前記砥石車とワークとを前記対向面に直交する直交軸回りに相対回転させた状態で、前記砥石車とワークとを前記直交軸に沿った送り方向に相対的に切込み送りすることにより前記ワークの端面を研削する端面研削装置における前記ワークの端面研削方法であって、ワークの研削中に、前記送り方向における砥石車の前記対向面の位置を検出し、その検出結果に基づいて前記切込み送りの動作を制御することを特徴とする端面研削方法。
2. 請求項１に記載の端面研削方法において、
   前記砥石車の対向面に他方側の加工用部材の対向面と非対向となる部分が生じるように各加工用部材を予め設けておき、当該非対向部分の前記送り方向における変位を検出し、この変位に基づき砥石車の前記対向面の位置を検出することを特徴とする端面研削方法。
3. 被研削面を両端にもつワークの当該両端面を同時に研削する両面研削装置において、
   互いに対向する砥石面をもち、かつ当該砥石面と直交する直交軸回りに回転駆動される一対の砥石車と、
   これら砥石車のうち少なくとも一方を前記直交軸に沿った送り方向に切込み送りする送り手段と、
   この送り手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記各砥石車は、各砥石面のうち少なくとも一方側に砥石面同士が非対向となる部分が生じるように設けられ、当該非対向部分に対向するように、前記送り方向における前記砥石面の変位を検出可能な検出手段が設けられ、
   前記制御手段は、前記検出手段による検出結果に基づき前記送り方向における砥石面の位置を求め、当該砥石面の位置に基づいて前記送り手段を制御することを特徴とする両面研削装置。
4. 請求項３に記載の両面研削装置において、
   前記各砥石車は、各砥石面の一部が互いに径方向外側にはみ出すことにより各砥石面に前記非対向部分が生じるように配置され、これら非対向部分にそれぞれ対向するように前記検出手段が設けられ、
   前記制御手段は、各検出手段による検出結果に基づき前記送り方向における各砥石面の位置を求め、これら砥石面の位置に基づいて前記送り手段を制御することを特徴とする両面研削装置。
5. 請求項４に記載の両面研削装置において、
   前記各砥石車は同一径寸法を有するものであり、互いに中心軸をずらして配置されることにより各砥石面に前記非対向部分が設けられていることを特徴とする両面研削装置。
6. 請求項３乃至５の何れか一項に記載の両面研削装置において、
   前記検出手段は、前記砥石面と前記送り方向における特定位置との距離を検出する距離センサであることを特徴とする両面研削装置。
7. 請求項３乃至６の何れか一項に記載の両面研削装置において、
   前記砥石車の切込み送り量を設定する設定手段を有し、
   前記制御手段は、ワークの研削中、前記設定手段により設定された設定切込み送り量だけワークに対して前記砥石車が切込み送りされるように、前記検出手段による検出結果に基づき前記送り手段による前記砥石車の送り動作をフィードバック制御することを特徴とする両面研削装置。

Images