JP2012148387A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】砥石がワークに接触してワークの研削が行われる研削装置において、研削加工中においても砥石の磨耗量を測定できるようにする。
【解決手段】ワークＷを保持する保持手段２と、砥石３２１を備えた工具３２がスピンドル３０に装着されスピンドル３０がスピンドルカバー３１に覆われた構成の研削手段３とを有する加工装置１において、砥石３２１の磨耗量を検出する検出手段４を備え、検出手段４は、砥石３２１の先端位置変化を検出する検出部４１と、検出部４１をスピンドルカバーに固定する固定部４０とを備える。研削手段３の上下移動とともに検出部４１も上下移動可能であるため、研削手段３の上下移動の影響を受けることなく研削加工中も常に砥石３２１の先端位置を検出し、磨耗量を測定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、砥石によるワークの研削加工を行う加工装置に関する。

半導体ウェーハ等の被加工物（ワーク）を研削して所望の厚さに形成する装置として、例えば特許文献１に開示された平面加工装置が知られている。この平面加工装置は、砥石送り装置によって砥石が昇降駆動されることにより砥石がワークに押し付けられて研削が行われ、ワークが所望の厚さに形成される構成となっている。

通常定められた加工条件で複数のワークを加工した場合、ワークを一枚加工するごとに砥石は一定量磨耗する筈であるが、実際にはワークごとに砥石の消耗量が異なる場合がある。この原因としては、砥石の品質が砥石の箇所によって異なることや、ワークの品質にバラつきがあることや、装置剛性が弱いことなどが考えられ、これらの状態で加工を行うことは、安定した加工を行う観点から望ましいとは言えない。

逆に言うと、砥石の磨耗量を測定し、ワークを一枚加工するごとに砥石が一定量磨耗する様に加工が行われているか否かを測定することで、安定した加工が行われているかを管理することが出来る。

特開２００１−２５２８５３号公報

しかし、砥石の先端は、（１）研削手段の上下移動、（２）砥石の磨耗、の二つの要因によって上下に移動する。従って、（２）の要因だけを取り出す様に処理を行う必要があり、従来の磨耗の測定は煩雑な構成になりがちであった。

本発明は、このような点にかんがみなされたもので、その目的は、砥石がワークに接触してワークの研削が行われる研削装置において、研削加工中においても従来よりも簡素な構成で砥石の磨耗量を測定できるようにすることである。

本発明は、ワークを保持する保持手段と、保持手段に保持されたワークに砥石を押し当てて研削加工する工具と工具を回転させるスピンドルとスピンドルを覆うスピンドルカバーとを有する研削手段と、を有する加工装置に関し、砥石の磨耗量を検出する検出手段を有し、検出手段は、砥石の先端位置変化を検出する検出部と、検出部をスピンドルカバーに固定する固定部とを有する。

本発明では、砥石の磨耗量を検出する検出手段を、砥石の先端位置変化を検出する検出部と、検出部を研削手段のスピンドルカバーに固定する固定部とで構成し、研削手段の上下移動とともに検出部も上下移動するようにしたため、上記発明が解決しようとする課題の欄の（１）で示した研削手段の上下移動の影響を受けることなく研削加工中も検出部が常に砥石の先端位置を検出し、磨耗量を測定することができる。

加工装置の一例を示す正面図である。 図１のＡ部を拡大して示す正面図である。 前記一例の加工装置においてワークを研削加工する状態を示す正面図である。 前記一例の加工装置においてワークを研削加工する状態の要部を示す平面図である。 加工装置の別の例を示す正面図である。 前記別の例の加工装置においてワークを研削加工する状態の要部を示す平面図である。 前記別の例の加工装置においてワークを研削加工する際の検出部の状態を示す断面図である。

（第１の実施形態）
図１に示す加工装置１は、保持手段２に保持されたワークに対して研削手段３が研削加工を施す装置である。

保持手段２は、その上面が、ワークを吸引保持する保持面２０となっており、この保持面２０は、中心を頂点とする傘状に形成されており、保持面２０には傾斜がある。この傾斜は、肉眼では視認できないほどのわずかなものであるが、図においては誇張して示している。

研削手段３は、鉛直方向の軸心を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するとともにスピンドル３０を覆うスピンドルカバー３１と、スピンドル３０の下端に装着された工具３２とを備えている。スピンドル３０の下端にはスピンドル３０よりも大径なマウント３００が形成されている。一方、工具３２は、マウント３００に固定される基台３２０と、基台３２０の下面に環状に固着された複数の砥石３２１とから構成されている。図示していないが、スピンドル３０の上端はモータに連結されており、モータに駆動されてスピンドル３０が回転することにより工具３２も回転する構成となっている。

保持手段２と研削手段３とは、鉛直方向に相対移動可能に構成されており、ワークを保持した保持手段２と研削手段３とを接近させ、回転する工具３２の砥石３２１をワークに押し当てることによりワークが研削加工される構成となっている。砥石３２１がワークに接触する面である先端面３２１ａと斜面である保持面２０とは平行となっている。

スピンドルカバー３１には、砥石の磨耗量を検出する検出手段４が連結されている。検出手段４は、検出手段４をスピンドルカバー３１に固定する固定部４０と、固定部４０によって支持された検出部４１とから構成されている。

固定部４０は、スピンドルカバー３１から水平方向に突出するとともに下方に垂下することにより検出部４１とスピンドルカバー３１とを連結している。固定部４０は、工具３２に接触しない位置に配設されている。

検出部４１は、固定部４０に連結された基台４１０と、基台４１０に固定された投光側プリズム４１１及び受光側プリズム４１２とを備えている。投光側プリズム４１１の投光面４１１ａと受光側プリズム４１２の受光面４１２ａとは対面しており、投光面４１１ａと受光面４１２ａとの間には、砥石３２１を非接触状態で収容できる空間である収容部４１３が形成されている。

図１及び図２に示すように、投光側プリズム４１１に対しては、その下方に位置する発光部４１４から発光した光が出射される。一方、投光側プリズム４１１から出射され受光側プリズム４１２から入射した光は、その下方に位置する受光部４１５において受光され受光量に応じた電気信号に変換される。受光部４１５には認識部４１６が電気的に接続されている。図２に示すように、投光側プリズム４１１から受光側プリズム４１２に向かう光４１７には幅Ｄがあり、砥石３２１の先端面３２１ａの鉛直方向の位置が変化することによって受光部４１５における受光量が変化する構成となっている。認識部４１６は、受光部４１５における受光量に応じ、砥石３２１の先端面３２１ａの先端位置変化を磨耗量として認識することができる。

図３に示すように、ワークＷは、保持手段２の保持面２０にならって吸引保持される。そして、保持手段２が回転するとともに、スピンドル３０の回転により工具３２が回転し、保持手段２と研削手段３とが接近する方向に相対移動し、砥石３２１がワークＷの被研削面Ｗ１に押し当てられることにより、被研削面Ｗ１が研削される。

研削中は、図３及び図４に示すように、砥石３２１の円軌道が被研削面Ｗ１の中心を常に通るように制御され、被研削面Ｗ１に接触していない状態の砥石３２１は、回転によって収容部４１３を通過する。すなわち、収容部４１３は、砥石３２１の回転軌道上に配設されている。そして、図３に示すように、発光部４１４からの光が投光側プリズム４１１の投光面４１１ａから水平方向に出射され、受光側プリズム４１２の受光面４１２ａから入射した光が受光部４１５において受光量に対応した電気信号に変換される。研削開始時は、投光面４１１ａから受光面４１２ａに向かう光軸４１７が砥石３２１によって完全に遮蔽されるように、投光側プリズム４１１及び受光側プリズム４１２の位置が設定される。

ワークＷの研削により砥石３１２の先端面３２１ａが磨耗してくると、投光側プリズムの投光面４１１ａから出射した光が受光側プリズム４１２の受光面４１２ａに入射するようになる。受光部４１５では、受光した光の量に応じて電気信号を認識部４１６に送出し、認識部４１６では砥石３２１の磨耗量を認識することができる。

検出手段４はスピンドルカバー３１に固定されているため、研削手段３と検出手段４とは連動する。したがって、研削中は、研削手段３が鉛直方向に移動して砥石３２１の鉛直方向の位置が変動しても、検出手段４は、その変動の影響を受けることなく、砥石３２１の磨耗を検出することができる。

図示していないが、加工中には研削手段３からワークＷに向けて研削液が供給されるため、研削屑が混ざった研削液が収容部４１３に流れ込むことがある。したがって、ワーク１枚を研削するごとに砥石３２１の磨耗を測定する場合は、ワーク１枚の研削終了後、次のワークの研削前の研削液が出ていない状態で砥石３２１の磨耗量を測定するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
図５に示す加工装置５は、保持手段２に保持されたワークに対して研削手段３が研削加工を施す装置である。加工装置５において、保持手段２及び研削手段３は、図１及び図２に示した加工装置１と同様に構成される。加工装置５において加工装置１と同様に構成される部位については共通する符号を付し、その詳細な説明は省略することとする。

スピンドルカバー３１には、砥石の磨耗量を検出する検出手段６が連結されている。検出手段６は、検出手段６をスピンドルカバー３１に固定する固定部６０と、固定部６０によって支持された検出部６１とから構成されている。

固定部６０には、水を下方に噴出するノズル６２が固定されている。このノズル６２の下端は、検出部６１の上方に位置している。

基台４１０には、工具３２の径方向両端に、起立した一対の壁部６１０が固定されている。この壁部６１０の上端６１０ｃは、投光側プリズム４１１から受光側プリズム４１２に向けて出射される光４１７よりも鉛直方向の高い位置に位置している。図６に示すように、一対の壁部６１０は、Ｕ字型の断面形状を有しており、互いに向かい合う端面６１０ａは、砥石３２１との接触を避けるために、砥石３２１の回転軌道にならって面取りされている。向かい合う端面６１０ａの間には、砥石３２１を通過させるためのクリアランス６１０ｂがある。

このように構成される加工装置５においては、図３に示した加工装置１と同様にワークに砥石３２１を接触させて研削が行われる。図示していないが、研削中には、加工装置１の場合と同様に研削手段３から研削液が供給される。また、研削中は、図５に示したノズル６２から水６２ａが噴出され、図７に示すように、投光面４１１ａと受光面４１２ａとの間の収容部４１３が一対の壁部６１０の間に溜まる水６２０によって水没した状態とする。

ワークの研削中は、常時ノズル６２から水６２ａが噴出される。噴出された水は、図６に示したクリアランス６１０ｂから流出するが、流出量以上の水をノズル６２から噴出しつづけることで、収容部４１３が常に水６２０で満ちた状態となる。したがって、水６２０によって、研削液及び研削屑の収容部４１３への侵入を阻止することができる。また、壁部６１０の上端６１０ｃが光４１７よりも高い位置にあるため、水６２０の水面６２０ａが光４１７よりも高い位置にあり、光４１７が研削屑や研削液によって遮蔽されることがないため、砥石３２１の磨耗量の測定を正確に行うことができる。

砥石３２１の鉛直方向の長さは通常１０ｍｍ前後であるのに対し、測定したい磨耗のオーダーは数十ｎｍ〜数百ｎｍであるため、検出部４１としては、分解能が高く検出範囲も広いものを使用することが望ましい。このような検出部４１を使用することにより、砥石３２１が大幅に磨耗しても、正確に磨耗量を認識することができる。分解能が高く検出範囲も広い検出部４１を構成するのにコストがかかる場合は、検出部４１として分解能が高いものを使用し、スピンドルカバー３１に対して検出部４１を鉛直方向に１０ｍｍほどの範囲で移動可能とすれば、砥石３２１の磨耗の度合いに応じて検出部４１を鉛直方向に移動させることにより（本実施形態においては、固定部６０に対して壁部６１０が鉛直方向に１０ｍｍほどの範囲で移動可能に構成されている。）、検出範囲が狭い検出部４１を用いても砥石３２１の大幅な磨耗量を正確に認識することができる。

なお、図１乃至図７の例では、投光側プリズム４１１と受光側プリズム４１２との間の光の遮蔽により磨耗を検出することとしたが、砥石３２１に向けて光を出射して砥石３２１において反射した光を受光し、その反射光の光量に基づいて磨耗を検出する反射型のセンサを用いることもできる。

１：加工装置
２：保持手段 ２０：保持面
３：研削手段
３０：スピンドル ３００：マウント
３１：スピンドルカバー
３２：工具 ３２０：基台 ３２１：砥石
４：検出手段
４０：固定部
４１：検出部
４１０：基台
４１１：投光側プリズム ４１１ａ：投光面
４１２：受光側プリズム ４１２ａ：受光面
４１３：収容部 ４１４：発光部 ４１５：受光部
４１６：検出部 ４１７：光
５：加工装置
６：検出手段
６０：固定部
６１：検出部 ６１０：壁部
６２：ノズル ６２ａ、６２０：水
Ｗ：ワーク

Claims (1)

1. ワークを保持する保持手段と、
   該保持手段に保持されたワークに砥石を押し当てて研削加工する工具と、該工具を回転させるスピンドルと、該スピンドルを覆うスピンドルカバーと、を有する研削手段と、
   を有する加工装置であって、
   該砥石の磨耗量を検出する検出手段を有し、
   該検出手段は、砥石の先端位置変化を検出する検出部と、該検出部を該スピンドルカバーに固定する固定部とを有する加工装置。

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