JP2022147550A - ワーク保持装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークを精度良く加工可能なワーク保持装置を提供する。【解決手段】加工装置1の保持部3は、砥石21で加工されるワークWを回転可能に保持するワーク保持装置であって、ベース34と、ベース34より低熱膨張係数を示す素材から成り、ベース34上に載置され、ワークWを吸着保持可能なチャック33と、ベース34の径方向Dにおいてチャック33との間に隙間G1、G2を空けてベース34に取り付けられ、チャック33のフランジ36aをベース34に押さえつけるクランプ部材40と、を備えている。【選択図】図3
Description
本発明は、砥石で加工されるワークを回転可能に保持するワーク保持装置に関するものである。
半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ(以下、「ワーク」という)の加工装置は、チャックテーブルに吸着保持されたワークに研削砥石を押し当てて、ワークの表面を平坦に研削加工する。
このような加工装置として、例えば、図6(a)に示すように、ワークWを保持する吸着体101及び吸着体101を固定する枠体102を備えるチャックテーブル100と、チャックテーブル100を載置するとともにボルト103を介してチャックテーブル100と一体化されたベース104と、を備え、恒温チラー水105が吸着体101及び枠体102に供給されることにより、加工時にチャックテーブル100の温度を略等しく維持するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1記載の加工装置では、図6(b)に示すように、ステンレス製のベース104とアルミナ製のチャックテーブル100との間で加工熱に伴う熱膨張量が一致せず、ベース104が枠体102より径方向に大きく膨張し、さらに、ボルト103が、ベース104の膨張にチャックテーブル100を追従させるため、チャックテーブル100の上面(吸着面)に凹状の反りが生じる場合がある。そして、このような反りが生じた場合、チャックテーブル100では、加工後のワークWに厚みばらつきが悪化するという問題があった。
そこで、ワークを精度良く加工するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るワーク保持装置は、砥石で加工されるワークを回転可能に保持するワーク保持装置であって、ベースと、前記ベース上に載置され、前記ワークを吸着保持可能なチャックと、前記ベースの径方向において前記チャックとの間に隙間を空けて前記ベースに取り付けられ、前記チャックの周縁を前記ベースに押さえつけるクランプ部材と、を備えている。
この構成によれば、ベースに設けられたクランプ部材が、チャックの周縁をベースに押さえつけた状態を維持したまま、ベース及びチャックがそれぞれ独立して熱膨張可能なため、ワークの加工に伴う加工熱でベースがチャックに対して相対的に大きく熱膨張する場合であっても、チャックの吸着面に反りが生じることなく、ワークを精度良く加工することができる。
本発明は、ワークの加工に伴う加工熱でベースがチャックに対して相対的に大きく熱膨張する場合であっても、チャックの吸着面に反りが生じることなく、ワークを精度良く加工することができる。
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。
また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。
また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。
また、本実施形態において、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、各構成要素が図面に描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。
加工装置1は、ワークWに対して研削加工を行うものである。図1に示すように、加工装置1は、加工部2と、ワーク保持装置としての保持部3と、を備えている。
加工部2は、砥石21と、砥石スピンドル22と、インフィード機構23と、を備えている。
砥石21は、例えばカップ型砥石であり、砥石スピンドル22の下端に取り付けられている。
砥石スピンドル22は、回転軸2a回りに回転可能であり、砥石21及び砥石スピンドル22が、一体となって回転可能に構成されている。
インフィード機構23は、砥石スピンドル22を垂直方向に昇降させる。インフィード機構23は、公知の構成であり、例えば、砥石スピンドル22の移動方向を案内する複数のリニアガイドと、砥石スピンドル22を昇降させるボールネジスライダ機構と、で構成されている。インフィード機構23は、砥石スピンドル22とコラム24との間に介装されている。
保持部3は、チャックテーブル31と、チャックスピンドル32と、を備えている。
図2、3に示すように、チャックテーブル31は、チャック33と、ベース34と、を備えている。
チャック33は、吸着体35と、枠体36と、を備えている。吸着体35は、平面から視てワークWに応じた形状に形成されている。吸着体35は、アルミナの多孔質材料から成る。
チャックテーブル31は、内部を通って表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、図示しないロータリージョイントを介してバキュームポンプP及び図示しない圧縮空気源又は給水源に接続されている。バキュームポンプPが起動すると、吸着体35に載置されたワークWと吸着体35の上面(吸着面35a)との間に負圧が生じて、ワークWが吸着面35aに吸着保持される。また、圧縮空気源又は給水源が起動すると、ワークWと吸着体35との吸着が解除される。
枠体36は、吸着体35を略中央に埋設してアルミナの緻密体から成る。枠体36の外周には、フランジ36aが形成されている。
吸着体35及び枠体36は、上述したようにアルミナが用いられるのが一般的であるが、ベース34より低熱膨張係数を示す材質であれば良く、軽量で耐食性・耐熱性に優れた炭化珪素、又は良好な熱伝導率を示す窒化アルミニウム等であっても構わない。
ベース34は、チャックスピンドル32に接続されている。ベース34の上面中央に設けられた凸部34aが、枠体36の下面中央に設けられた中央凹部36bに密に嵌合することにより、枠体36の中心とベース34の中心とが一致している。
ベース34は、吸着体35及び枠体36より高熱膨張係数を示す材質から成り、例えばステンレスから成る。なお、アルミナの熱膨張係数は、7.2×10―6/℃であり、ステンレス(SUS304)の熱膨張係数は、17.3×10―6/℃である。
また、図4に示すように、チャックテーブル31は、クランプ部材40を備えている。クランプ部材40は、本体部41と、張り出し部42と、を備えている。クランプ部材40は、例えばステンレスで構成されている。
本体部41は、平面からみて略扇状に形成されている。本体部41は、ボルト孔41aに挿通されたボルトBを介してベース34に締結されている。
張り出し部42は、本体部41の内側面41bに立設されている。張り出し部42の下面には、回り止め突部42aが設けられている。図5に示すように、回り止め突部42aは、フランジ36aの表面に形成された外周凹部36cに嵌合可能に構成されている。
回り止め突部42aは、ボルトBの締結力に伴ってフランジ36aをベース34に押さえつける。具体的には、フランジ36aの張り出し部42に対向する被クランプ面36dが、回り止め突部42aのフランジ36aに対向するクランプ面42bによってベース34に向けて押し付けられている。また、回り止め突部42aが、ボルトBに対してオフセットして片持ちで本体部41に支持されていることにより、ボルトBの締結力でフランジ36aに過度なクランプ力が作用することを抑制する。なお、回り止め突部42aは、後述するベース34の熱膨張に伴ってチャック33に対して相対的に移動するため、移動前後でフランジ36aに接触可能なサイズに設定される。
枠体36の下面36e又はベース34の上面34bの少なくとも一方には、図示しない低摩擦性を示す易滑り層が被膜されているのが好ましい。易滑り層は、例えばグラファイト、二硫化モリブデン又はDLC(Diamond like carbon)等である。または、枠体36又はベース34の少なくとも一方が、固体潤滑剤が分散されて低摩擦性を示すグラファイト、二硫化モリブデン又はDLC等で構成されているのが好ましい。
また、被クランプ面36d又はクランプ面42bの少なくとも一方には、図示しない低摩擦性を示す易滑り層が被膜されているのが好ましい。易滑り層は、例えばグラファイト、二硫化モリブデン又はDLC等である。または、枠体36又はクランプ部材40の少なくとも一方が、固体潤滑剤が分散されて低摩擦性を示すグラファイト、二硫化モリブデン又はDLC等で構成されているのが好ましい。
本体部41の内側面41b及び張り出し部42の内周面42cと枠体36の外周面36fとの間には、隙間G1、G2がそれぞれ確保されている。隙間G1、G2は、ベース34が加工熱で径方向Dに膨張する前の初期状態において、クランプ部材40が径方向Dにおいて枠体36に接触しないように設定される。
チャックスピンドル32は、回転軸3a回りにチャックテーブル31を回転駆動するように構成されている。チャックスピンドル32の駆動源は、例えばサーボモータ等が考えられる。
加工装置1の動作は、図示しない制御部によって制御される。制御部は、加工装置1を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御部は、例えば、CPU、メモリ等により構成される。なお、制御部の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。
次に、加工装置1の作用について説明する。
まず、ワークWを図示しない搬送ロボット等を介してチャック33に載置し、バキュームポンプPでワークWと吸着面35aとの間に負圧を発生させることにより、ワークWが吸着体35に吸着保持される。
次に、インフィード機構23のスライダによって砥石21をワークWの上方に移動させる。そして、砥石21及びチャック33をそれぞれ回転させながら、砥石21の研削面21aがワークWに押し当てられることにより、ワークWが研削される。例えば、砥石21の回転数は2000rpm、ワークWの回転数は300rpmにそれぞれ設定される。なお、回り止め突部42aが外周凹部36cに嵌合してチャック33の径方向Dの回転を規制するため、チャックスピンドル32の回転駆動がチャック33に伝達するようになっている。
砥石21の加工が進むにつれて、摩擦に伴う加工熱により、ベース34及びチャック33が熱膨張して径方向Dに拡径するように変形する。そして、ベース34及びチャック33の熱膨張量がそれぞれ異なるため、ベース34は、ベース34の上面34bが枠体36の下面36eに対して滑るように、チャック33より相対的に大きく熱膨張する。
このとき、枠体36の下面36e又はベース34の上面34bの少なくとも一方に易滑り層が被膜されている場合、又は枠体36又はベース34の少なくとも一方が低摩擦性を示す材質で構成されている場合には、ベース34がチャック33に対して相対的に大きく熱膨張し易い。
また、図3中の仮想線に示すように、クランプ部材40が、ベース34の熱膨張に伴ってクランプ面42bが被クランプ面36d上を横滑りするように径方向Dの外側に移動しても、回り止め突部42aは、フランジ36aをベース34に押し付け続ける。
すなわち、クランプ部材40が、隙間G1、G2を空けてチャック33をベース34に押さえつけることにより、チャック33及びベース34が熱膨張する際に、チャック33及びクランプ部材40が、互いに干渉することを回避できる。
このとき、被クランプ面36d又はクランプ面42bの少なくとも一方に易滑り層が被膜されている場合、又は枠体36又はクランプ部材40の少なくとも一方が低摩擦性を示す材質で構成されている場合には、クランプ部材40がチャック33に対して移動し易い。
そして、図示しない膜厚センサ等により、ワークWが所望の厚みまで研削されると、砥石21及びチャック33の回転を停止させ、インフィード機構23のスライダが起動して、砥石21をワークWから退避させる。そして、チャック33によるワークWの吸着保持を解除して、加工装置1によるワークWの研削加工が終了する。
このようにして、本実施形態に係る保持部3は、砥石21で加工されるワークWを回転可能に保持するワーク保持装置であって、ベース34と、ベース34より低熱膨張係数を示す素材から成り、ベース34上に載置され、ワークWを吸着保持可能なチャック33と、ベース34の径方向Dにおいてチャック33との間に隙間G1、G2を空けてベース34に取り付けられ、チャック33のフランジ36aをベース34に押さえつけるクランプ部材40と、を備えている構成とした。
このような構成によれば、ベース34に設けられたクランプ部材40が、フランジ36aをベース34に押さつけた状態を維持したまま、ベース34及びチャック33がそれぞれ独立して熱膨張可能なため、ワークWの加工に伴う加工熱でベース34がチャック33に対して相対的に大きく熱膨張する場合であっても、チャック33の吸着面35aに反りが生じることなく、ワークWを精度良く加工することができる。
また、本実施形態に係る保持部3は、クランプ部材40が、チャック33の外周凹部36cに嵌合されて、ベース34に対するチャック33の周方向の回転を規制する回り止め突部42aを備えている構成とした。
このような構成によれば、回り止め突部42aが外周凹部36cに嵌合することにより、チャック33の周方向への回転が規制されるため、チャック33に保持されるワークWを精度良く研削することができる。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。
本実施形態では、8個のクランプ部材40が、枠体36の外周に互いに等間隔に離間して設けられているが、クランプ部材40の設置数は、7個以下でも9個以上であっても構わない。また、クランプ部材40の形状は、上述したものに限定されず、例えば、枠体36を囲繞するように環状に形成されたものであっても構わない。
なお、チャック33の回転速度が遅く、チャック33を周方向に回り止めする必要がない場合には、クランプ部材40は、回り止め突部42aを省略し、チャック33をベース34に押さえつける力の静摩擦力のみでチャック33を周方向に回り止めする構成であっても構わない。
本実施形態では、チャック33がベース34より低熱膨張係数を示す材料の場合について説明したが、チャック33の材料はこれに限定されるものではない。
例えば、チャック33がベース34より高熱膨張係数を示す材料である場合、チャック33は、ワークWの加工に伴う加工熱によってベース34に対して相対的に大きく熱膨張する。このような場合であっても、本発明の構成によれば、ベース34に設けられたクランプ部材40が、フランジ36aをベース34に押さつけた状態を維持したまま、ベース34及びチャック33がそれぞれ独立して熱膨張可能なため、チャック33の吸着面35aに反りが生じることなく、ワークWを精度良く加工することができる。
さらに、チャック33及びベース34がそれぞれ略等しい熱膨張係数を示す材料である場合、ワークWの加工に伴う加工熱が、ベース34よりチャック33に多く伝わり、チャック33がベース43に対して相対的に大きく熱膨張することがある。このような場合でも、本発明の構成によれば、ベース34に設けられたクランプ部材40が、フランジ36aをベース34に押さつけた状態を維持したまま、ベース34及びチャック33がそれぞれ独立して熱膨張可能なため、チャック33の吸着面35aに反りが生じることなく、ワークWを精度良く加工することができる。
1 :加工装置
2 :加工部
21 :砥石
21a :研削面
22 :砥石スピンドル
23 :インフィード機構
24 :コラム
3 :保持部
31 :チャックテーブル
32 :チャックスピンドル
33 :チャック
34 :ベース
34a :凸部
34b :(ベースの)上面
35 :吸着体
35a :吸着面
36 :枠体
36a :フランジ
36b :中央凹部
36c :外周凹部
36d :被クランプ面
36e :(枠体の)下面
36f :(枠体の)外周面
40 :クランプ部材
41 :本体部
41a :ボルト孔
41b :(本体部の)内側面
42 :張り出し部
42a :回り止め突部
42b :クランプ面
42c :(張り出し部の)内周面
G1、G2 :隙間
W :ワーク
2 :加工部
21 :砥石
21a :研削面
22 :砥石スピンドル
23 :インフィード機構
24 :コラム
3 :保持部
31 :チャックテーブル
32 :チャックスピンドル
33 :チャック
34 :ベース
34a :凸部
34b :(ベースの)上面
35 :吸着体
35a :吸着面
36 :枠体
36a :フランジ
36b :中央凹部
36c :外周凹部
36d :被クランプ面
36e :(枠体の)下面
36f :(枠体の)外周面
40 :クランプ部材
41 :本体部
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42 :張り出し部
42a :回り止め突部
42b :クランプ面
42c :(張り出し部の)内周面
G1、G2 :隙間
W :ワーク
Claims (6)
- 砥石で加工されるワークを回転可能に保持するワーク保持装置であって、
ベースと、
前記ベース上に載置され、前記ワークを吸着保持可能なチャックと、
前記ベースの径方向において前記チャックとの間に隙間を空けて前記ベースに取り付けられ、前記チャックの周縁を前記ベースに押さえつけるクランプ部材と、
を備えていることを特徴とするワーク保持装置。 - 前記ベースの前記チャックに対向する対向面又は前記チャックの前記ベースに対向する対向面の少なくとも一方には、前記チャックに対する前記ベースの横滑りを促す易滑り層が被膜されていることを特徴とする請求項1に記載のワーク保持装置。
- 前記ベース又は前記チャックの少なくとも一方は、前記チャックに対する前記ベースの横滑りを促す素材で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のワーク保持装置。
- 前記チャックの前記クランプ部材に対向する被クランプ面又は前記クランプ部材の前記チャックに対向するクランプ面の少なくとも一方には、前記チャックに対する前記クランプ部材の横滑りを促す易滑り層が被膜されていることを特徴とする請求項1に記載のワーク保持装置。
- 前記チャック又は前記クランプ部材の少なくとも一方は、前記チャックに対する前記クランプ部材の横滑りを促す素材で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のワーク保持装置。
- 前記クランプ部材は、前記チャックの凹部に嵌合されて、前記ベースに対する前記チャックの周方向の回転を規制する回り止め突部を備えていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のワーク保持装置。
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