JP2022043505A

JP2022043505A - 研削装置

Info

Publication number: JP2022043505A
Application number: JP2020148806A
Authority: JP
Inventors: 敦中塚; Atsushi Nakatsuka
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-03-16
Anticipated expiration: 2040-09-04
Also published as: JP7502941B2

Abstract

【課題】研削装置において、測定器に温まった研削水がかかっても、被加工物上面の正確な高さを測定可能にする。【解決手段】上面高さ測定器６は、プローブ６０を下端に配置し上下動自在のシャフト６１と、シャフト支持ガイド６９と、シャフト上下駆動部６４と、シャフト６１、ガイド６９、スケール６３、及び上下駆動部６４を収容しプローブ６０を外に露出させるケース６５と、防止機構２を備え、防止機構２は、ケース６５上面に平行で、上面上に隙間２００を設けて上面外周縁６５８１から僅かに内側に上プレート外周縁２０１を位置付けるように配設された上プレート２０と、上プレート２０の下面とケース６５上面との隙間２００に水を供給させ該上面に水層を形成する上面水供給部２２と、を備え、供給された水が、ケース６５の上面に水層を形成するとともに上プレート外周縁２０１から溢れ出てケース６５の側面に伝わり落ちて側面を覆う水層を形成させる。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物を研削する研削装置に関する。

チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削砥石で研削する研削装置は、例えば特許文献１に開示されているような被加工物の上面高さと被加工物を保持する保持面の高さとを測定する各測定器を備えていて、研削加工中に被加工物の上面高さと保持面高さとの差を被加工物の厚さとして算出し、被加工物の厚さが予め設定した厚さになるまで研削している。

特開２０１５-１７５７５８号公報

また、上記のような研削装置においては、研削加工した際に発する加工熱を除去する為に研削砥石に研削水を供給している。この研削水は、加工熱を吸収し温度が上昇する。この温度が上昇した研削水は、研削砥石の回転による遠心力を受け、研削砥石から放射状に撒き散らかされて測定器にかかる。そして、温度が上昇した研削水がかかることによって、測定器のゲージ等が温度差で熱変形し正常な値を測定できなくなるという問題が有る。

したがって、研削装置は、測定器に研削水がかかったとしても、被加工物の上面の正確な高さや被加工物の正確な厚さを測定できるようにするという課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、保持面で被加工物を保持するチャックテーブルと、研削砥石で被加工物を研削する研削手段と、該研削砥石に研削水を供給する研削水供給部と、少なくとも該保持面に保持された被加工物の上面高さを測定する上面高さ測定器と、を備える研削装置であって、該上面高さ測定器は、被加工物の上面に接触させるプローブと、該プローブを下端に配置し該保持面に垂直方向に移動自在に支持されたシャフトと、該シャフトを移動自在に支持するガイドと、該シャフトの高さを検知するスケールと、該シャフトを上昇させる、又は該シャフトを該シャフトの自重で下降させる上下駆動部と、該シャフトと該ガイドと該スケールと該上下駆動部とを収容し該プローブを外に露出させるケースと、を備え、加工熱を吸収した該研削水による熱影響を該ケースが受けないようにする防止機構を備え、該防止機構は、該ケースの上面に平行で、該上面の上に僅かな隙間を設けて、該上面の外周縁から僅かに内側に上プレート外周縁を位置付けるように配設された上プレートと、該上プレートの下面と該ケースの該上面との間の該隙間に水を供給させ該ケースの該上面に水層を形成する上面水供給部と、を備え、該上面水供給部から供給された水が、該ケースの該上面に水層を形成するとともに該上プレートの該上プレート外周縁から溢れ出て該ケースの側面に伝わり落ちることによって該側面全面を覆う水層を形成させ、該研削水の熱影響を防止する研削装置である。

本発明に係る研削装置において、前記防止機構は、前記ケースの下面に平行で、該下面の下に僅かな隙間を設けて配置する下プレートと、該ケースの該下面と該下プレートの上面との間の該隙間に水を供給させ該ケースの該下面に水層を形成する下面水供給部と、を備えると好ましい。

本発明に係る研削装置は、被加工物の上面高さを測定する上面高さ測定器は、被加工物の上面に接触させるプローブと、プローブを下端に配置し保持面に垂直方向に移動自在に支持されたシャフトと、シャフトを移動自在に支持するガイドと、シャフトの高さを検知するスケールと、シャフトを上昇させる、又はシャフトをシャフトの自重で下降させる上下駆動部と、シャフトとガイドとスケールと上下駆動部とを収容しプローブを外に露出させる例えば矩形のケースと、を備え、加工熱を吸収した研削水による熱影響をケースが受けないようにする防止機構を備え、防止機構は、ケースの上面に平行で、上面の上に僅かな隙間を設けて、上面の外周縁から僅かに内側に上プレート外周縁を位置付けるように配設された上プレートと、上プレートの下面とケースの上面との間の隙間に水を供給させケースの上面に水層を形成する上面水供給部と、を備えることで、上面水供給部から供給された水が、ケースの上面に水層を形成するとともに上プレートの上プレート外周縁から溢れ出てケースの側面に伝わり落ちることによって側面全面を覆う水層を形成させることが可能となる。そして、研削砥石に供給されて温まった研削水がケース側に飛び散っても、ケースの周囲を水層で保護していているため、ケースやケースの内部の構成が研削水による熱影響を受けることを防ぐことが可能となり、被加工物の上面の正確な高さを上面高さ測定器で継続的に測定できる。
また、ケースの上面に平行な上プレートとケースの上面との間の僅かな隙間に水を供給することでケースの上面全面及び側面全面を覆う水層を形成しているので、水層を形成するための供給水量を抑えることができる。

本発明に係る研削装置において、防止機構は、ケースの下面に平行で、下面の下に僅かな隙間を設けて配置する下プレートと、ケースの下面と下プレートの上面との間の隙間に水を供給させケースの下面に水層を形成する下面水供給部と、を備えることで、ケースの下面側に飛んできた温まった研削水によってケースやケースの内部の構成が研削水の熱影響を受けてしまうことを防ぐことが可能となるため、被加工物の上面の正確な高さを上面高さ測定器でより正確に測定できる。

研削装置の一例を示す斜視図である。上面厚み測定器、及び防止機構の一例を側方から見た断面図である。

図１に示す研削装置１は、チャックテーブル３０上に保持された被加工物９０を研削手段７によって研削加工する装置であり、研削装置１の長手方向がＹ軸方向であるベース１０上の前方（－Ｙ方向側）は、チャックテーブル３０に対して被加工物９０の着脱が行われる領域であり、ベース１０上の後方（＋Ｙ方向側）は、研削手段７によってチャックテーブル３０上に保持された被加工物９０の研削が行われる領域である。
なお、本発明に係る研削装置は、研削装置１のような研削手段７が１軸の研削装置に限定されるものではなく、粗研削手段と仕上げ研削手段とを備え、回転するターンテーブルで被加工物９０を粗研削手段又は仕上げ研削手段の下方に位置づけ可能な２軸の研削装置等であってもよい。

被加工物９０は、例えば、シリコン母材等からなる円形の半導体ウェーハである。なお、被加工物９０はシリコン以外にガリウムヒ素、サファイア、窒化ガリウム、セラミックス、樹脂、又はシリコンカーバイド等で構成されていてもよいし、矩形のパッケージ基板等であってもよい。

被加工物９０を保持する図１に示すチャックテーブル３０は、例えば、その外形が円形状であり、ポーラス部材等からなり図示しない吸引源に連通し被加工物９０を吸引保持可能な上面を保持面３００として備えている。

図１に示すように、チャックテーブル３０は、カバー３９によって囲繞されていると共に、その下方に配設された図示しないテーブル回転手段によって軸方向がＺ軸方向の回転軸を軸に回転可能である。また、チャックテーブル３０は、図１に示すカバー３９及びカバー３９に連結された蛇腹カバー３９０の下方に配設された図示しないＹ軸移動手段によってＹ軸方向に往復移動可能となっている。

図１に示すベース１０上の研削領域には、コラム１１が立設されており、コラム１１の前面には研削手段７をチャックテーブル３０に対して離間又は接近するＺ軸方向（鉛直方向）に研削送りする研削送り手段１３が配設されている。研削送り手段１３は、鉛直方向の軸心を有するボールネジ１３０と、ボールネジ１３０と平行に配設された一対のガイドレール１３１と、ボールネジ１３０の上端に連結しボールネジ１３０を回動させるモータ１３２と、内部のナットがボールネジ１３０に螺合し側部がガイドレール１３１に摺接する昇降板１３３とを備えており、モータ１３２がボールネジ１３０を回動させると、これに伴い昇降板１３３がガイドレール１３１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、昇降板１３３に固定されている研削手段７がＺ軸方向に研削送りされる。

チャックテーブル３０に保持された被加工物９０を研削する研削手段７は、軸方向がＺ軸方向であるスピンドル７０と、スピンドル７０を回転可能に支持するハウジング７１と、スピンドル７０を回転駆動するモータ７２と、スピンドル７０の下端に連結された円板状のマウント７３と、マウント７３の下面に着脱可能に装着された研削ホイール７４と、ハウジング７１を支持し研削送り手段１３の昇降板１３３にその側面が固定されたホルダ７５とを備える。

研削ホイール７４は、平面視円環状のホイール基台７４１と、ホイール基台７４１の下面に環状に配置された略直方体形状の複数の研削砥石７４０と、を備える。研削砥石７４０は、適宜のバインダー（接着剤）でダイヤモンド砥粒等が固着されて成形されており、主にその下面が研削面となる。

スピンドル７０の内部には、純水等を蓄えた研削水源１８０に連通し研削水の通り道となる流路１８１が、スピンドル７０の軸方向に貫通して設けられており、該流路１８１は、さらにマウント７３を通り、ホイール基台７４１の底面において研削砥石７４０に向かって研削水を噴出できるように開口している。そして、流路１８１及び研削水源１８０によって、研削砥石７４０に研削水を供給する研削水供給部１８が構成される。
なお、研削時に、研削ホイール７４は、チャックテーブル３０から水平方向に一部がはみ出すように位置づけられているため、そのはみ出した部分の研削ホイール７４の内側に配設され研削水を噴射する外部ノズルを研削水供給部としてもよい。

研削装置１は、例えば、研削中において被加工物９０の厚さを測定する厚さ測定手段４を備えている。厚さ測定手段４は、例えば、チャックテーブル３０の保持面３００の高さ測定用の保持面高さ測定器５と、チャックテーブル３０の保持面３００に保持された被加工物９０の上面の高さを測定する上面高さ測定器６とを備えている。

ベース１０上のチャックテーブル３０の移動経路脇で研削位置まで下降した研削ホイール７４の近傍となる位置には、測定器支持コラム１４が立設されており、測定器支持コラム１４の＋Ｘ方向側の前面にチャックテーブル３０の移動経路上に交差するように水平に延在する第１アーム１４１と第２アーム１４２とが並んで配設されている。そして、第１アーム１４１の先端側に上面高さ測定器６が固定されており、第２アーム１４２の先端側に保持面高さ測定器５が固定されている。

厚さ測定手段４は、保持面高さ測定器５により、基準面となる保持面３００の高さ位置を測定し、上面高さ測定器６により、研削される被加工物９０の上面の高さ位置を測定し、両者の測定値の差を算出することで、被加工物９０の厚さを研削中に逐次測定することができる。
なお、厚さ測定手段４は、上面高さ測定器６のみを備えていてもよい。この場合には、厚さ測定手段４は、予め、保持面３００の高さ位置及び研削前の被加工物９０の厚さ（投入厚さ）を把握しており、それ故、保持面３００で保持された研削前の被加工物９０の上面の高さ位置を把握している。したがって、厚さ測定手段４は、保持面３００で保持された研削前の被加工物９０の上面の高さ位置と研削加工中に測定した被加工物９０の上面の高さ位置との差から被加工物９０の研削により除去された量（除去量）を測定して、さらに、研削加工中の被加工物９０の厚さを逐次測定できる。

上面高さ測定器６と保持面高さ測定器５とは同様の構成を備えているため、以下に上面高さ測定器６の構成についてのみ説明する。また、上面高さ測定器６と保持面高さ測定器５とは、それぞれ防止機構２によって、研削中に用いられる研削水からの熱影響を受けないようになっている。
図２に示す直動式のリニアゲージである上面高さ測定器６は、被加工物９０の上面に接触させるプローブ６０と、プローブ６０を下端に配置しチャックテーブル３０の保持面３００に垂直方向（Ｚ軸方向）に移動自在に支持されたシャフト６１と、シャフト６１を移動自在に支持するガイド６９と、シャフト６１の高さを検知するスケール６３と、シャフト６１を上昇させる、又はシャフト６１をシャフト６１の自重で下降させる上下駆動部６４と、シャフト６１とガイド６９とスケール６３と上下駆動部６４とを収容しプローブ６０を外に露出させるケース６５と、を備えている。

シャフト６１は、例えば、シャフト６１の外側面を囲繞しエアを介在させシャフト６１の外側面を支持するガイド６９によって非接触で上下動可能に支持されている。シャフト６１は、本実施形態においては外形が四角柱状に形成されており、シャフト６１の上端側は、例えば、平板状の連結部材６１２の下面側に図示しない固定ナットによって連結している。シャフト６１の外側面は、ガイド６９から供給されるエアによって囲繞されることで、プローブ６０のＺ軸方向を回転軸方向とする回転を規制する規制面となる。
プローブ６０は、例えばダイヤモンド等で構成され丸みを帯びた球面状の下端を備え、Ｚ軸方向に平行に延在しており、シャフト６１の下端に一体的に配設されている。

上下駆動部６４は、例えば、ピストンシリンダであり、内部にピストン６４０を備え基端側（－Ｚ方向側）に底のあるシリンダチューブ６４１と、シリンダチューブ６４１に挿入され下端がピストン６４０に取り付けられたピストンロッド６４２と、シリンダチューブ６４１の内部にエアを流入するためのエア流入口６４１１、エア流入口６４１２とを少なくとも備えている。ピストンロッド６４２の上端側は、連結部材６１２の下面に接触可能となっており、シリンダチューブ６４１の基端側は、ケース６５の底板６５３の上面に固定されている。

エア流入口６４１１、エア流入口６４１２には、それぞれエア供給管６８２、エア供給管６８３が連通しており、エア供給管６８２、エア供給管６８３はソレノイドバルブ６８５を介してコンプレッサー等からなるエア供給源６８に連通している。

上下駆動部６４によって被加工物９０の上面から離反する方向にプローブ６０を上昇させるときは、ソレノイドバルブ６８５がエア供給源６８とエア供給管６８３とを連通させた状態で、エア供給源６８がエア流入口６４１２からシリンダチューブ６４１内にエアを供給することにより、ピストン６４０を上昇させる。そして、連結部材６１２の下面にピストンロッド６４２を接触させてから、さらにピストンロッド６４２と共に連結部材６１２を上昇させることにより、連結部材６１２に連結されたシャフト６１を上昇させる。

一方、上下駆動部６４によってプローブ６０を被加工物９０の上面に接近させる方向に下降させるときは、ソレノイドバルブ６８５がエア供給源６８とエア供給管６８２とを連通させた状態で、エア供給源６８がエア流入口６４１１からシリンダチューブ６４１内にエアを供給し、また、エア流入口６４１２からエアを流出させることにより、規制された速度でピストンロッド６４２を下降させることで、シャフト６１の自重によってシャフト６１及びシャフト６１の下端に配設されたプローブ６０が下降する速度を制限する。そして、プローブ６０の下端が被加工物９０の上面に接触するまでシャフト６１を下降させる。

ガイド６９は、ケース６５の底板６５３に下部側の一部がＺ軸方向に貫通するように配設された枠体６９０を有しており、枠体６９０の内部にシャフト６１を挿通させてシャフト６１の外側面を非接触で支持できる構成となっている。例えば、枠体６９０と底板６５３との接触部位には、図示しないシーリング部材が配設されている。

シャフト６１は、本実施形態においては四角柱状に形成されており、これに対応して、枠体６９０には、シャフト６１を上下動可能に収容するための横断面四角形状の縦孔がＺ軸方向に貫通形成されている。ガイド６９の下端からは、プローブ６０が下方に突き出ている。枠体６９０は、シャフト６１の外側面から小さな隙間を設けて離間して該外側面を囲繞する支持面６９０１と、シャフト６１の外側面を囲繞しシャフト６１の外側面を支持するエアを該隙間に対して支持面６９０１から噴出させる複数の噴射口６９０２と、枠体６９０の外側面に形成されエア供給源６８に連通するエア供給口６９０４と、エア供給口６９０４と各噴射口６９０２とを連通させる内部流路６９０６とを備えている。

このように構成されるガイド６９では、各噴射口６９０２からシャフト６１の外側面に対して垂直な方向にエアを噴出することによって、シャフト６１を隙間に介在させたエアで囲繞して非接触の状態で支持することができる。なお、シャフト６１の形状は、四角柱状に限られず、回転しない形状、すなわち円柱でない形状であればよい。したがって、多角柱でもよいし、楕円柱でもよい。また、一面のみが平らな面に形成され、他の面が曲面に形成された柱状でもよい。これに対応し、枠体６９０の縦孔も、シャフト６１と同形状に形成されていればよい。

連結部材６１２の下面の一角には、スケール６３が配設されている。スケール６３は、連結部材６１２の下面にその上端が固定されておりシャフト６１の延在方向（Ｚ軸方向）と平行に－Ｚ方向に向かって延在する。そして、スケール６３に対向するように、スケール６３の目盛りを読み取る読み取り部６３５がケース６５内に配設されている。例えば、読み取り部６３５は、ケース６５の側壁６５４の内側面に固定されており、スケール６３の目盛りの反射光を読み取る光学式のものであり、プローブ６０の下端の高さ位置、すなわち、被加工物９０の上面の高さ位置を読み取ることができる。

図１に示すように、ケース６５は、本実施形態においては、直方体状の外形を備えているが、これに限定されず、例えば円柱状の外形を備えていてもよい。図２に示すように、ケース６５は、例えば、平面視略矩形で水平面に平行な底板６５３と、底板６５３の外周から一体的に＋Ｚ方向に立ち上がる４枚の側壁と、平面視矩形で４枚の側壁の上端に連結され水平面に平行な天板６５８とを備えている。図１、図２でＸ軸方向において対向する２枚の側壁を側壁６５４として、Ｙ軸方向において対向する２枚の側壁を側壁６５５とする。
－Ｘ方向側の側壁６５４の外側面は、例えば第１アーム１４１の前面に固定されている。

研削装置１は、研削水供給部１８から研削砥石７４０と被加工物９０との接触部位に供給され加工熱を吸収した研削水による熱影響をケース６５及びケース６５の内部に収容されたシャフト６１、ガイド６９、上下駆動部６４、及びスケール６３等が受けないようにする防止機構２を備えている。

図２に示す防止機構２は、ケース６５の天板６５８の上面に平行で、天板６５８の上面の上に僅かな隙間２００を設けて、上面の４辺である外周縁６５８１から僅かに内側に上プレート外周縁２０１を位置付けるように配設された上プレート２０と、上プレート２０の下面とケース６５の天板６５８の上面との間の隙間２００に水を供給させケース６５の天板６５８の上面に水層を形成する上面水供給部２２と、を備えている。さらに、防止機構２は、本実施形態においては、ケース６５の底板６５３の下面に平行で、該下面の下に僅かな隙間２９０を設けて配置する下プレート２９と、ケース６５の底板６５３の下面と下プレート２９の上面との間の隙間２９０に水を供給させケース６５の下面に水層を形成する下面水供給部２７と、を備えている。

上プレート２０は、水平方向に延在しており、例えば、上プレート２０の－Ｘ方向側の一辺は、第１アーム１４１の上面に立設されたプレート支持柱２１の上端側に固定されている。

例えば、第１アーム１４１の内部にはアーム内流路２２８が形成されており、該アーム内流路２２８は、所定の温度に調温された冷却水をポンプ等からなり送出可能な冷却水源２２９に継手や配管等を介して連通している。アーム内流路２２８は、プレート支持柱２１内部の支持柱内流路２２７に連通しており、該支持柱内流路２２７は、上プレート２０内部に形成された上プレート内流路２２６に連通している。なお、上プレート内流路２２６に直に冷却水源２２９が連通していてもよい。

上プレート２０の下面とケース６５の天板６５８の上面との間の隙間２００は、例えば約１ｍｍ～２ｍｍとなっている。本実施形態においては、例えば、上プレート２０の下面のプレート支持柱２１側の領域（－Ｘ方向側の領域）は一部が矩形に切り欠かれており、上プレート２０の下面のうち、水（冷却水）を下方に噴射可能な上プレート噴射面２０４は、平面視矩形状の天板６５８の上面の相似形であり天板６５８の上面よりもわずかに大きさが小さく設定されており、天板６５８の上面の４辺、即ち、４つの外周縁６５８１からわずかに内側に上プレート噴射面２０４の四辺である上プレート外周縁２０１がそれぞれ位置している。

上プレート２０内部の上プレート内流路２２６は複数に分岐して、その各下端側が上プレート噴射面２０４に例えば均等間隔を空けて開口している。そして、本実施形態においては、上プレート内流路２２６、支持柱内流路２２７、アーム内流路２２８、及び冷却水源２２９等によって上面水供給部２２が形成される。
なお、上プレート内流路２２６の開口は、上プレート噴射面２０４に一つだけでもよい。

下プレート２９は、水平方向に延在しており、下プレート２９の－Ｘ方向側の一辺は、第１アーム１４１の前面に固定されている。下プレート２９は、ケース６５の底板６５３を貫通するガイド６９、シャフト６１、及びプローブ６０が貫通しており、ガイド６９と下プレート２９との接触部位には図示しないシーリング部材が配設されている。

第１アーム１４１の内部に形成されたアーム内流路２２８は、下プレート２９内部に形成された下プレート内流路２７３に連通している。下プレート内流路２７３は複数に分岐して、その各上端側が下プレート２９の上面に例えば均等間隔を空けて開口している。そして、本実施形態においては、下プレート内流路２７３、アーム内流路２２８、及び冷却水源２２９等によって下面水供給部２７が形成される。
下プレート２９の上面とケース６５の底板６５３の下面との間の隙間２９０は、例えば１ｍｍ～２ｍｍとなっている。
なお、下プレート内流路２７３の開口は、下プレート２９の上面に一つだけでもよい。
また、例えば、図２に示すように、枠体６９０内の下部側に枠体内水流路６９０９を形成し、枠体内水流路６９０９に冷却水を流してもよい。
また、下面水供給部２７の下プレート内流路２７３と枠体内水流路６９０９とを連通させ、冷却水源２２９から送出される冷却水Ｌを枠体内水流路６９０９に供給してもよい。これによって、枠体６９０の下プレート２９から下方に突き出た部分も冷却水Ｌによって冷却されるため、ガイド６９の研削水による熱影響がさらに抑えられる。

以下に、図１に示す研削装置１において、チャックテーブル３０に保持された被加工物９０を研削する場合の研削装置１の動作について説明する。
着脱領域内において、被加工物９０がチャックテーブル３０の保持面３００上に互いの中心を略合致させた状態で載置される。そして、図示しない吸引源により生み出される吸引力が保持面３００に伝達され、チャックテーブル３０が保持面３００上で被加工物９０を吸引保持する。

次いで、被加工物９０を吸引保持したチャックテーブル３０が、着脱領域から研削領域内の研削手段７の下まで＋Ｙ方向へ移動し、研削手段７の研削砥石７４０の回転中心が被加工物９０の回転中心に対して所定距離だけ水平方向にずれ、研削砥石７４０の回転軌跡が被加工物９０の回転中心を通るようにチャックテーブル３０が位置づけされる。

そして、図２に示すように、研削手段７が研削送り手段１３により－Ｚ方向へと送られ、回転する研削砥石７４０が被加工物９０の上面に当接することで研削が行われる。研削中は、チャックテーブル３０が所定の回転速度で回転されるのに伴って、保持面３００上に保持された被加工物９０も回転するので、研削砥石７４０が被加工物９０の上面の全面の研削加工を行う。

研削砥石７４０による被加工物９０の研削が開始されると、図１に示す保持面高さ測定器５により、基準面となる保持面３００の高さ位置が測定され、上面高さ測定器６により、研削される被加工物９０の上面の高さ位置が後に詳しく説明するようにして測定され、厚さ測定手段４が両者の測定値の差を算出することで、被加工物９０の厚さを研削中に逐次測定する。

研削加工中には、図１、２に示す研削水供給部１８からスピンドル７０を通して、研削水が研削砥石７４０と被加工物９０の上面との接触部位に供給されて、接触部位が冷却・洗浄される。そして、研削熱を吸収して温まった研削水の一部は、保持面３００上、及びカバー３９上を流れていき、カバー３９からベース１０内に配設された図示しないウォータケースに流下する。

また、研削熱を吸収して温まった研削水の一部は、回転する研削砥石７４０の遠心力を受けて周囲に飛び散り、厚さ測定手段４側にも飛び散る。温度が上昇した研削水がかかることによって、上面高さ測定器６の各構成が温度差で熱変形し被加工物９０の正確な上面の高さを測定できなくなることを防ぐため、防止機構２が動作する。なお、保持面高さ測定器５も、上面高さ測定器６とは別途の防止機構２によって、保持面高さ測定器５のプローブ６０や図示しないシャフト６１等の各構成が温まった研削水で熱変形することが防がれるが、説明は省略する。

まず、図２に示す上面高さ測定器６による被加工物９０の上面の高さ測定では、上下駆動部６４が、プローブ６０を被加工物９０の上面に接近する－Ｚ方向に下降させる。具体的には、図２に示すソレノイドバルブ６８５の供給ポートがエア供給管６８２に連通した状態で、エア供給源６８がエア流入口６４１１からシリンダチューブ６４１内にエアを供給することにより、規制された速度でシリンダチューブ６４１の内部においてピストン６４０を下方向（－Ｚ方向）に移動させる。これにより、主にシャフト６１の自重による下降速度を制限しながらプローブ６０の下端が被加工物９０の上面に接触するまでプローブ６０を下降させる。このように、上下駆動部６４がシャフト６１の下降速度を制限することにより、プローブ６０の下端が被加工物９０に接触する時の衝撃を小さくすることができる。

この際、エア供給源６８からガイド６９のエア供給口６９０４にエアを供給し、噴射口６９０２からシャフト６１の外側面に向かって噴射させることで、ガイド６９でシャフト６１を非接触で支持しつつ、規制面としての役割を果たすシャフト６１の外側面によってプローブ６０のＺ軸を軸とした回転方向の動きを規制する。

シャフト６１の下降により被加工物９０にプローブ６０が接触したら、プローブ６０の下端が被加工物９０の上面に接触したときのスケール６３の目盛りを読み取り部６３５が読み取り、被加工物９０の上面の高さ位置が検出される。そして、研削中において上面高さ測定器６が逐次被加工物９０の上面の高さを測定し続ける。

上面高さ測定器６による被加工物９０の上面高さの測定が開始されると、防止機構２の上面水供給部２２が上プレート２０の下面とケース６５の上面との間の隙間２００に水を供給する。即ち、所定の温度に調温された冷却水Ｌ（純水）が冷却水源２２９から単位時間当たりに所定量ずつ送出され始め、アーム内流路２２８、支持柱内流路２２７、及び上プレート内流路２２６を通り、上プレート噴射面２０４の上プレート内流路２２６の複数の開口から隙間２００に向かって冷却水Ｌが噴出する。

隙間２００に到達した冷却水Ｌは、ケース６５の上面に水層を形成するとともに上プレート２０の上プレート噴射面２０４の４辺である上プレート外周縁２０１から溢れ出る。なお、隙間２００は、毛細管現象等によって冷却水Ｌの層によって満たされた状態になる。この際、ケース６５の上面の外周縁６５８１から僅かに内側に上プレート外周縁２０１を位置付けていることで、例えば、上プレート外周縁２０１とケース６５の上面の外周縁との間において、冷却水Ｌが山状に盛り上がり、ケース６５の上面の４辺である４つの外周縁全周を囲繞する。さらにケース６５の上面の４辺である４つの外周縁全周を囲繞した冷却水Ｌは、山状に盛り上がることで、ケース６５の上面の４辺である４つの外周縁６５８１とケース６５の側壁６５４、側壁６５５の外側面との角部分を覆うようにしつつ、ケース６５の側壁６５４、側壁６５５の外側面に伝わり落ちることによって各外側面全面を覆う水層を形成させる。そして、水幕切れを起こさず、外側面全面を覆うようにして冷却水Ｌが流れ落ちていく。
これが、例えば、ケース６５の上面の外周縁６５８１と上プレート外周縁２０１とを同位置に位置付けている場合には、ケース６５の上面の外周縁６５８１に至った冷却水Ｌがケース６５の上面の４つの外周縁６５８１において途切れ途切れとなってしまい、ケース６５の側壁６５４、側壁６５５の外側面に移動した冷却水が、水滴状や複数の川状に該外側面を流れて落ちてしまう現象が発生し、ケース６５の側壁６５４、側壁６５５の外側面に冷却水が流れていない箇所が生じてしまうのと大きく相違する点である。
なお、ケース６５の上面の４辺である４つの外周縁６５８１と側壁６５４、側壁６５５の外側面との角を面取りしていてもよい。また、その面取りは、上プレート外周縁２０１より外側に形成しているとよい。

また、本実施形態においては、防止機構２の下面水供給部２７が下プレート２９の上面とケース６５の下面との間の隙間２９０に冷却水Ｌを供給する。即ち、所定の温度に調温された冷却水Ｌが冷却水源２２９から単位時間当たりに所定量ずつ送出され始め、アーム内流路２２８、及び下プレート内流路２７３を通り、下プレート内流路２７３の複数の開口から隙間２９０に向かって冷却水Ｌが噴出する。そして、隙間２９０は、毛細管現象等によって広がった冷却水Ｌの層によって満たされた状態になる。

上記のように、研削加工中においては、防止機構２によって、ケース６５の天板６５８の上面に水層が形成され、かつ２枚の側壁６５４、２枚の側壁６５５の各外側面全面を覆う水層が形成されていることで、研削砥石７４０に供給されて温まった研削水がケース６５側に飛び散っても、ケース６５が水層で保護されているため、ケース６５やケース６５の内部のシャフト６１、ガイド６９、上下駆動部６４、及びスケール６３等が研削水による熱影響を受けてしまうのを防ぐことができ、被加工物９０の上面の正確な高さを上面高さ測定器６で継続的に測定できる。
また、ケース６５の上面に平行な上プレート２０とケース６５の上面との間の僅かな隙間２００に冷却水Ｌを供給することでケース６５の天板６５８の上面全面及び側壁６５４、側壁６５５の外側面全面を覆う水層を形成しているので、例えばノズル噴射等によって冷却水をケース６５に部分的に多く無駄に供給してしまうようなことが無いため、水層を形成するための供給水量を抑えることができる。

さらに、本実施形態において、防止機構２は、ケース６５の底板６５３の下面に平行で、該下面の下に僅かな隙間２９０を設けて配置する下プレート２９と、ケース６５の下面と下プレート２９の上面との間の隙間２９０に水を供給させケース６５の下面に水層を形成する下面水供給部２７と、を備えることで、ケース６５の下面側に飛んできた温まった研削水によってケース６５やケース６５の内部のシャフト６１、ガイド６９、上下駆動部６４、及びスケール６３等が研削水の熱影響を受けてしまうことを防ぐことが可能となるため、被加工物９０の上面の正確な高さを上面高さ測定器６でより正確に測定できる。

厚さ測定手段４による厚み測定を伴いつつ、被加工物９０が所定の厚みになるまで研削された後、研削手段７が上方へ移動し被加工物９０から離間する。また、図２に示す上下駆動部６４は、プローブ６０を被加工物９０から離反する上方向（＋Ｚ方向）に上昇させる。具体的には、ソレノイドバルブ６８５の供給ポートがエア供給管６８３に連通するように切り替えられた状態で、エア供給源６８がエア流入口６４１２からシリンダチューブ６４１内にエアを供給することにより、ピストン６４０を上昇させる。そして、ピストンロッド６４２を上昇させることにより連結部材６１２と共にシャフト６１を上昇させ、プローブ６０を被加工物９０から離間させる。これによって、被加工物９０の研削が完了する。
なお、本発明に係る研削装置１は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。

９０：被加工物
１：研削装置１０：ベース
３０：チャックテーブル３００：保持面３９：カバー３９０：蛇腹カバー
１１：コラム１３：研削送り手段７：研削手段
１８：研削水供給部１８０：研削水源１８１：流路
４：厚さ測定手段５：保持面高さ測定器
６：上面高さ測定器６０：プローブ６１：シャフト
６３：スケール６３５：読み取り部
６４：上下駆動部６４１：シリンダチューブ６４２：ピストンロッド６４１１、６４１２：エア流入口
６５：ケース６５３：底板６５８：天板６５４、６５５：側壁
６９：ガイド６９０：枠体６９０１：支持面６９０２：噴射口６９０９：枠体内水流路
６９０４：エア供給口６９０６：内部流路
６８：エア供給源６８２、６８３：エア供給管６８５：ソレノイドバルブ
２：防止機構２０：上プレート２００：上プレートの下面とケースの上面との間の隙間２０１：上プレート外周縁２０４：上プレート噴射面
２２：上面水供給部２２６：上プレート内流路２２７：支持柱内流路２２８：アーム内流路２２９：冷却水源
２９：下プレート２７：下面水供給部２７３：下プレート内流路

Claims

保持面で被加工物を保持するチャックテーブルと、研削砥石で被加工物を研削する研削手段と、該研削砥石に研削水を供給する研削水供給部と、少なくとも該保持面に保持された被加工物の上面高さを測定する上面高さ測定器と、を備える研削装置であって、
該上面高さ測定器は、被加工物の上面に接触させるプローブと、該プローブを下端に配置し該保持面に垂直方向に移動自在に支持されたシャフトと、該シャフトを移動自在に支持するガイドと、該シャフトの高さを検知するスケールと、該シャフトを上昇させる、又は該シャフトを該シャフトの自重で下降させる上下駆動部と、該シャフトと該ガイドと該スケールと該上下駆動部とを収容し該プローブを外に露出させるケースと、を備え、
加工熱を吸収した該研削水による熱影響を該ケースが受けないようにする防止機構を備え、
該防止機構は、該ケースの上面に平行で、該上面の上に僅かな隙間を設けて、該上面の外周縁から僅かに内側に上プレート外周縁を位置付けるように配設された上プレートと、該上プレートの下面と該ケースの該上面との間の該隙間に水を供給させ該ケースの該上面に水層を形成する上面水供給部と、を備え、
該上面水供給部から供給された水が、該ケースの該上面に水層を形成するとともに該上プレートの該上プレート外周縁から溢れ出て該ケースの側面に伝わり落ちることによって該側面全面を覆う水層を形成させ、該研削水の熱影響を防止する研削装置。
前記防止機構は、前記ケースの下面に平行で、該下面の下に僅かな隙間を設けて配置する下プレートと、該ケースの該下面と該下プレートの上面との間の該隙間に水を供給させ該ケースの該下面に水層を形成する下面水供給部と、を備える請求項１記載の研削装置。