JP3094124B2 - 薄板円板状ワークの両面研削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、薄板円板状ワー
クの両面研削装置、さらに詳しくは、たとえば半導体ウ
ェーハなどのような薄板円板状ワークの両面を同時に研
削する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの両面を同時に研削する装置とし
て、端面の研削面同志が対向するように配置されて回転
する１対の研削砥石の間に、回転する円板状のキャリヤ
のポケット（穴）に入れたワークを通すものが従来から
知られている。この場合、研削砥石の研削面の外径（直
径）は、ワークの外径より大きくなくてはならない。ま
た、キャリヤには、通常、外周寄りの円周上に複数のポ
ケットが等間隔をおいて形成されており、キャリヤの一
部もウェーハとともに１対の研削砥石の間に入るが、こ
の部分のキャリヤの厚さは、もちろん、研削時の１対の
砥石の間隔すなわちワークの仕上がり厚さより小さくな
くてはならない。

【０００３】ところで、現在用いられている半導体ウェ
ーハには外径が約２００ｍｍ（８インチ）のものと約３
００ｍｍ（１２インチ）のものがあるが、いずれも厚さ
（研削仕上がり寸法）は０．８ｍｍ程度であり、外径に
比べて厚さがきわめて薄いものである。このようなウェ
ーハを上記のような装置で研削する場合、ウェーハの外
径が比較的大きいため、砥石の外径が大きくなり、ウェ
ーハを収容して回転するキャリヤも大きくなる。このた
め、装置が大型になる。また、ウェーハの厚さが薄いた
め、ウェーハとともに研削砥石の間に入るキャリヤの部
分を非常に薄くする必要がある。研削砥石の間に入るキ
ャリヤのとくにポケットの部分には、これに収容されて
いるワークを介して研削力が作用するが、この部分を薄
くすると強度が低下し、ワークを円滑に移動させること
が困難になる。このため、従来は、ウェーハの両面研削
は困難であった。

【０００４】ウェーハ以外の薄板円板状のワークの場合
にも、同様の問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、薄
板円板状ワークを径方向および軸方向に確実に保持、自
転させて、その両面を同時にかつ容易に研削でき、加工
品質が高く、しかも小型化が可能な装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による装置は、端面の円形研削面同志が対向するとと
もに軸方向に相対的に移動しうるように配置されて回転
させられる１対の研削砥石と、薄板円板状ワークの両面
の加工面が前記１対の研削砥石の研削面にそれぞれ対向
するとともに前記ワークの外周が前記研削面の外周と交
差しかつ前記ワークの中心が前記研削面内に位置するよ
うに前記ワークを前記研削面の間の研削加工位置に支持
して自転させるワーク自転手段とを備えている装置にお
いて、前記ワーク自転手段が、前記ワークの径方向の位
置を規制する径方向支持手段と、前記ワークの軸方向の
位置を規制する軸方向支持手段とを備えており、前記径
方向支持手段が、前記研削砥石の間から外に出ている前
記ワークの部分の外周に接触して前記ワークの径方向の
位置を規制する少なくとも３個の径方向支持ローラを備
えており、前記軸方向支持手段が、前記研削砥石の間か
ら外に出ている前記ワークの部分を挟むように加工面に
圧接して前記ワークの軸方向の位置を規制する少なくと
も３対の軸方向支持ローラを備え、前記軸方向支持ロー
ラのうち、少なくとも１個が加工面に圧接して回転する
ことにより前記ワークを回転させる駆動ローラであり、
残りが加工面に圧接して遊転する押えローラであること
を特徴とするものである。

【０００７】ワークは、ワーク自転手段により研削加工
位置に支持されて自転させられ、１対の研削砥石が、そ
れぞれの研削面をワークの各加工面に接触させた状態
で、ワークよりも高速で回転させられる。砥石が回転す
ることにより、それらの研削面に接触しているワークの
加工面が研削され、ワークの外周が研削面の外周と交差
しかつワークの中心が研削面内に位置した状態でワーク
が自転することにより、ワークが１回転する間に、ワー
クの加工面の全面が研削面の間を通過して、研削面に接
触する。このため、ワークの半径より研削面の外径が少
し大きい砥石を用いて、ワークをその場で自転させるだ
けで、その両面の加工面の全面を同時に研削することが
できる。ワークをその場で自転させるだけでよく、従来
のようにキャリヤなどを用いて移動させる必要がないた
め、薄板円板状のワークであっても容易にかつ確実に研
削ができ、しかも装置の小型化が可能である。また、ワ
ークの半径より研削面の外径が少し大きい研削砥石を用
いてワークの加工面全体を研削することができ、ワーク
の外径より研削面の外径が大きい大型の砥石を用いる必
要がないため、この点からも、装置の小型化が可能であ
る。

【０００８】したがって、この発明の装置によれば、薄
板円板状ワークの両面を同時にかつ容易に研削でき、し
かも装置の小型化が可能である。

【０００９】また、この発明の装置によれば、ワーク自
転手段が、ワークの径方向の位置を規制する径方向支持
手段と、ワークの軸方向の位置を規制する軸方向支持手
段とを備え、径方向支持手段および軸方向支持手段がそ
れぞれ上記の構成を有するので、次に説明するように、
薄板円板状ワークを径方向および軸方向に確実に保持し
て、確実に自転させることができる。

【００１０】径方向支持手段は、研削砥石の間から外に
出ているワークの部分の外周に接触してワークの径方向
の位置を規制する少なくとも３個の径方向支持ローラを
備えている。

【００１１】したがって、径方向支持ローラにより、ワ
ークを径方向に確実に支持することができる。

【００１２】半導体ウェーハには、外周の１箇所が弓形
に切欠かれて位置決め用平坦部が形成されたものと、こ
れが形成されていないものとがある。

【００１３】位置決め用平坦部が形成されていないほぼ
完全な円形のワークの場合、３箇所、望ましくはワーク
を円周方向に３等分する位置に近い位置に、径方向支持
ローラを１個ずつ設ければよい。このようにすれば、必
要最小限のローラでワークを径方向に確実に支持するこ
とができる。

【００１４】位置決め用平坦部が形成されているワーク
の場合、たとえば、３箇所、望ましくはワークを円周方
向に３等分する位置に近い位置に、それぞれ、２個の径
方向支持ローラが平坦部の円周方向の寸法より少し大き
い間隔をおいて設けられる。このようにすれば、位置決
め用平坦部があるワークを６個のローラで径方向に確実
に支持することができる。

【００１５】軸方向支持手段は、研削砥石の間から外に
出ているワークの部分を挟むように加工面に圧接してワ
ークの軸方向の位置を規制する少なくとも３対の軸方向
支持ローラを備え、前記軸方向支持ローラのうち、少な
くとも１個が加工面に圧接して回転することにより前記
ワークを回転させる駆動ローラであり、残りが加工面に
圧接して遊転する押えローラである。

【００１６】したがって、軸方向支持ローラにより、ワ
ークを軸方向に確実に支持して、確実に自転させること
ができる。

【００１７】少なくとも３対の軸方向支持ローラは、で
きるだけワークを円周方向に等分する位置に近い位置に
配置されるのが望ましい。ワークを、少なくとも３箇
所、望ましくは円周方向に等分する位置に近い位置にお
いて軸方向支持ローラで支持して駆動することにより、
ワークを軸方向により確実に支持するとともに、より円
滑に自転させることができる。

【００１８】好ましくは、１対の研削砥石が、互いに同
方向に同速度で回転させられる。

【００１９】１対の研削砥石の端面の研削面同志が対向
状に配置された一般の両頭平面研削盤においては、１対
の砥石を互いに逆方向に回転させて、ワークに回転推力
が発生しないようにするのが普通である。ところが、こ
の発明による装置の場合、ワークも自転するので、１対
の砥石が互いに逆方向に回転すると、ワークがいずれか
一方の砥石と同方向に回転することになり、ワークの各
加工面に対する各砥石の相対的な周速はワークの表と裏
で異なる。このため、ワークの表と裏で研削抵抗に差が
生じて、ワークに内部応力が発生し、たとえば研削後の
ワークの中心部の肉厚が他の部分に比べて薄くなるとい
う問題がある。これに対し、１対の砥石を同方向に同速
度で回転させれば、ワークの各加工面に対する各砥石の
相対的な周速が互いに等しくなって、ワークの表と裏で
研削抵抗が互いに等しくなり、ワークの表と裏が対称に
研削され、精度の高い加工面が得られる。

【００２０】たとえば、軸方向支持ローラのうちの片側
の軸方向支持ローラが、弾性力によりワークの片側の加
工面に圧接して反対側の加工面を反対側の残りの軸方向
支持ローラに圧接させるようになされている。

【００２１】このようにすれば、軸方向支持ローラを弾
性力によりワークに確実に圧接させて、ワークを軸方向
により確実に支持するとともに、より確実に自転させる
ことができる。

【００２２】たとえば、全てが押えローラである片側の
軸方向支持ローラが共通の第１支持部材に取付けられ、
径方向支持ローラおよび駆動ローラを含む反対側の軸方
向支持ローラが他の共通の第２支持部材に取付けられ、
これらの支持部材が軸方向に相対的に移動しうるように
なされている。

【００２３】このようにすれば、２つの支持部材を軸方
向に離した状態で、ワークを第２支持部材に取付けられ
た径方向支持ローラおよび軸方向支持ローラに接触させ
て位置決めし、２つの支持部材を接近させて、第１支持
部材に取付けられた軸方向支持ローラをワークに圧接さ
せることにより、ワークを容易にワーク自転手段に装着
することができる。

【００２４】たとえば、ワーク自転手段が、ワークを自
転させながら研削面と平行な方向にワークを往復移動さ
せる手段を備えている。

【００２５】このようにすれば、ワークを自転させると
ともに研削面と平行な方向に往復移動させながら研削を
行うことができ、その結果、とくにワークの中心部の平
面度、面粗度を向上させることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
を半導体ウェーハの両面研削に適用した実施形態につい
て説明する。

【００２７】図１〜図６は第１実施形態を示し、図１は
両面研削装置の全体構成を示している。第１実施形態
は、位置決め用平坦部が形成されていないワークを対象
とするものである。両面研削装置は縦軸両頭平面研削盤
(1)にワーク自転手段としてのワーク自転装置(2)が付加
されたものであり、自転装置(2)の詳細が図２〜図５に
示されている。第１実施形態の説明において、図１の左
側を前、右側を後とし、前から後を見たときの左右を左
右とする。

【００２８】研削盤(1)は、水平なベース(3)、ベース
(3)の後部を除く上面に水平に固定されたベッド(4)、ベ
ース(3)の後部上面に垂直に固定されてベッド(4)の上面
より上方にのびるコラム(5)、コラム(5)の前面に取付け
られた上下のスライド(6)(7)、および各スライド(6)(7)
の前面に固定された上下の砥石ヘッド(8)(9)を備えてい
る。各スライド(6)(7)は、図示しない適当な駆動手段に
より、互いに独立してコラム(5)に沿って上下方向に移
動させられる。上下の砥石ヘッド(8)(9)内に、それぞ
れ、鉛直な砥石軸(10)(11)が回転支持されている。上下
の砥石軸(10)(11)の軸心は、１つの共通の鉛直線上にあ
る。上側砥石ヘッド(8)より下方に突出した上側砥石軸
(10)の下端部にカップ状の上側研削砥石(12)が固定さ
れ、下側砥石ヘッド(9)より上方に突出した下側砥石軸
(11)の上端部にこれと同形状、同寸法の下側研削砥石(1
3)が固定される。上側砥石(12)の環状の水平下端面は上
側円形研削面(12a)、下側砥石(13)の環状の水平上端面
は下側円形研削面(13a)となっており、上下の研削面(12
a)(13a)が互いに平行な状態で対向している。この実施
形態の場合、各砥石(12)(13)の外周と各研削面(12a)(13
a)の外周は一致している。上下のスライド(6)(7)の少な
くとも一方が上下方向に移動することにより、上下の砥
石(12)(13)が上下方向すなわち軸方向に相対移動する。
なお、詳細な図示は省略したが、ベッド(4)には、下側
砥石ヘッド(9)などの移動を妨げないように、空間が設
けられている。上下の砥石軸(10)(11)は、図示しない駆
動手段により、互いに同方向に同速度で回転させられ、
その結果、上下の砥石(12)(13)が互いに同方向に同速度
で回転させられる。この例では、上下の砥石(12)(13)
は、上から見て、反時計方向に高速で回転させられる。
研削盤(1)の他の部分は、公知の縦軸両頭平面研削盤と
同様に構成することができる。

【００２９】ワーク自転装置(2)は、薄板円板状ワーク
（ウェーハ）(W)の両面の加工面(a)(b)が上下の研削面
(12a)(13a)にそれぞれ対向するとともにワーク(W)の外
周が研削面(12a)(13a)の外周と交差しかつワーク(W)の
中心(c)が研削面(12a)(13a)内に位置するように、ワー
ク(W)を上下の研削面(12a)(13a)の間の研削加工位置に
水平に支持して自転させるものであり、外周ガイドロー
ラ（径方向支持ローラ）(14)、駆動ローラ（軸方向支持
ローラ）(15)および押えローラ（軸方向支持ローラ）(1
6)を３個ずつ備えている。ガイドローラ(14)は、砥石(1
2)(13)の間から外に出ているワーク(W)の部分の外周に
接触してワーク(W)の径方向の位置を規制する径方向支
持手段を構成している。駆動ローラ(15)と押えローラ(1
6)とは対をなし、砥石(12)(13)の間から外に出ているワ
ーク(W)の部分の３箇所を押えローラ(16)と駆動ローラ
(15)とで上下から挟むようになっている。駆動ローラ(1
5)は、ワーク(W)の下側加工面(b)に圧接して回転するこ
とによりワーク(W)を回転させる。押えローラ(16)は、
ワーク(W)の上側加工面(a)に圧接して遊転する。駆動ロ
ーラ(15)と押えローラ(16)は、ワーク(W)の軸方向の位
置を規制する軸方向支持手段を構成し、駆動ローラ(15)
は、ワーク(W)を回転させる駆動手段を構成している。

【００３０】砥石(12)(13)、自転装置(2)のローラ(14)
(15)(16)および自転装置(2)により研削加工位置に支持
されたワーク(W)の上から見た位置関係が、図６に示さ
れている。この実施形態の場合、砥石(12)(13)の外径は
ワーク(W)の外径の約３／４である。ガイドローラ(14)
は、ワーク(W)を円周方向にほぼ３等分する位置に設け
られている。駆動ローラ(15)および押えローラ(16)は、
砥石(12)(13)と干渉しない範囲内においてワーク(W)を
円周方向に３等分する位置にできるだけ近い位置に設け
られるのが望ましいが、この実施形態では、砥石(12)(1
3)との関係で、ワーク(W)を円周方向に４等分する位置
のうちの３箇所に設けられている。そして、研削加工位
置に支持されたワーク(W)の外周が研削面(12a)(13a)の
外周と交差し、かつワーク(W)の中心(c)が研削面(12a)
(13a)内に位置する。言替えれば、ワーク(W)の外周の一
部が研削面(12a)(13a)の外周の内側に位置し、かつワー
ク(W)の中心(c)が研削面(12a)(13a)の外周と内周の間に
位置する。

【００３１】上側砥石ヘッド(8)の前面に、上側支持部
材（第１支持部材）(17)がボルト(18)により固定されて
いる。支持部材(17)の下部に、前側および左右両側に水
平にのびるアーム(17a)が一体に形成されている。各ア
ーム(17a)の先端部は下側に鉛直にのびており、この部
分に、押えローラ(16)が、自転装置(2)に支持されたワ
ーク(W)の半径方向にのびる水平な軸(19)を中心に自由
に回転しうるように取付けられている。支持部材(17)は
砥石ヘッド(8)の前面に鉛直に固定されたガイド部材(2
0)に沿って上下方向に移動しうるようになっており、ボ
ルト(18)が挿通する支持部材(17)の部分には上下方向長
穴（図示略）が形成されている。そして、位置調整ねじ
(21)により、支持部材(17)すなわち押えローラ(16)の上
下方向の位置が調整されるようになっている。この実施
形態の場合、ワーク(W)の加工面(a)に圧接する押えロー
ラ(16)の下端外周面（圧接面）は同一水平面上にあり、
この圧接面が上側研削面(12a)よりわずかに（たとえば
約０．０５ｍｍ）下側に突出するように、支持部材(17)
の上下方向の位置が調整されている。圧接面における押
えローラ(16)の回転方向は、ワーク(W)の円周方向と一
致している。支持部材(17)および押えローラ(16)は、砥
石(12)と干渉しないようになされている。

【００３２】ベッド(4)の上面に、後部が開いた平面視
コ字状の水平基板(22)が固定されている。基板(22)の上
面の複数箇所、たとえば、前側の部分の左右方向中央部
と左右両側の部分の後部との３箇所に、上方に鉛直にの
びるガイド棒(23)の下端部が固定されている。ガイド棒
(23)の上端部には、鍔状のストッパ(23a)が一体に形成
されている。ガイド棒(23)は六角ボルトよりなり、基板
(22)にねじはめられて、ロックナット(24)により固定さ
れている。基板(22)の上方に後部が開いた平面視コ字状
の下側支持部材（第２支持部材）(25)が配置され、支持
部材(25)の３箇所を上下に貫通するガイド穴(26)にガイ
ド棒(23)が通されて、支持部材(25)がガイド棒(23)に沿
って上下に移動しうるようになっている。ロックナット
(24)と支持部材(25)の下面との間のガイド棒(23)の周囲
に弾性体としての圧縮コイルばね(27)が装着され、これ
により支持部材(25)が上向きに付勢されている。支持部
材(25)は、その上面がストッパ(23a)に当たる上端位置
とばね(27)を圧縮して密着させる下端位置との間を移動
しうる。

【００３３】支持部材(25)の上面の前端部の左右方向中
央部および左右両側端部の後部の３箇所に、上方に鉛直
にのびる立上がり壁(25a)(25b)が一体に形成されてい
る。支持部材(25)の前部の壁(25a)の上部前面に、電動
モータ(28)が後向きに固定されている。このモータ(28)
の駆動軸(29)は壁(25a)を貫通してワーク(W)の半径方向
にのびており、壁(25a)より後方に突出した駆動軸(29)
の先端部に、前側の押えローラ(16)の真下に位置する駆
動ローラ(15)が固定されている。支持部材(25)の後部の
左右の壁(25b)の上部外側面に電動モータ(28)が内向き
に固定されている。これらのモータ(28)の駆動軸(29)は
壁(25b)を貫通してワーク(W)の半径方向にのびており、
壁(25b)より内側に突出した駆動軸(29)の先端部に、後
部の左右の押えローラ(16)の真下にそれぞれ位置する駆
動ローラ(15)が固定されている。３個の駆動ローラ(15)
は、それぞれのモータ(28)により同じ方向（たとえばモ
ータ(28)側から見て反時計方向）に回転させられる。支
持部材(25)の前部の壁(25a)の上面に、前側のガイドロ
ーラ(14)が鉛直な軸(30)を中心に自由に回転しうるよう
に取付けられている。このガイドローラ(14)は、前側の
駆動ローラ(15)のすぐ前に位置している。支持部材(25)
の後部の左右の壁(25b)の後端上部は左右方向内側に少
し突出しており、この部分の上面に、後部の左右のガイ
ドローラ(14)が鉛直な軸(30)を中心に自由に回転しうる
ように取付けられている。これらのガイドローラ(14)
は、後部の左右の駆動ローラ(15)のすぐ後に位置してい
る。３個のガイドローラ(14)に内接する円の直径は、ワ
ーク(W)の外径とほぼ等しいか、これよりわずかに（た
とえば約１ｍｍ）大きい。３個のガイドローラ(14)は、
互いに同じ高さに位置している。ワーク(W)の加工面(b)
に圧接する駆動ローラ(15)の上端外周面（圧接面）は同
一水平面上にあり、ガイドローラ(14)の外周面の高さの
中間に位置している。圧接面における駆動ローラ(15)の
回転方向は、ワーク(W)の円周方向と一致している。支
持部材(25)が上端位置に移動すると、ガイドローラ(14)
および駆動ローラ(15)も上端位置に移動し、支持部材(2
5)が下端位置に移動すると、ガイドローラ(14)および駆
動ローラ(15)も下端位置に移動する。支持部材(25)は、
ワーク(W)と干渉しないようになされている。また、基
板(22)、支持部材(25)、ガイドローラ(14)、駆動ローラ
(15)などは、砥石ヘッド(9)、砥石(12)(13)などと干渉
しないようになっている。

【００３４】図示は省略したが、研削装置には、ロボッ
トなどを備えたワーク搬入搬出手段としてのオートロー
ダが設けられている。ロボットは、たとえば、ワーク
(W)を吸着する吸着盤を有するアームを備えており、こ
れにより、自転装置(2)に対するワーク(W)の搬入、搬出
が自動的に行われる。

【００３５】ワーク(W)の研削作業を行う場合、下側砥
石(13)の研削面(13a)が下端位置にある駆動ローラ(15)
の圧接面より上方にあって、上端位置にある駆動ローラ
(15)の圧接面より少し（たとえば約２ｍｍ）下方にある
ように、下側砥石ヘッド(9)が一定位置に固定され、上
側砥石ヘッド(8)が上下に移動させられる。

【００３６】研削作業は、たとえば、次のようにして行
われる。

【００３７】研削作業中、上下の砥石(12)(13)は、図２
および図６に矢印で示すように、互いに同方向（上から
見て反時計方向）に常時回転しており、まず、図３に示
すように、上側砥石(12)が上方の待機位置に移動した状
態で、オートローダにより自転装置(2)にワーク(W)が搬
入され、ガイドローラ(14)の間にはめられて、駆動ロー
ラ(15)の上にのせられる。このとき、駆動ローラ(15)の
上にのせられたワーク(W)は、下側砥石(13)の研削面(13
a)より少し上方に離れている。また、駆動ローラ(15)
は、回転を停止している。

【００３８】ワーク(W)の搬入が完了すると、上側砥石
(12)が比較的高速で下方に移動させられ、これと一緒に
押えローラ(16)も下方に移動させられる。押えローラ(1
6)がワーク(W)の上側の加工面(a)に近接すると、上側砥
石(12)は比較的低速で下方に移動させられる。上側砥石
(12)が所定位置まで下降すると、図４に示すように、押
えローラ(16)がワーク(W)の上側加工面(a)に圧接して、
下側加工面(b)を駆動ローラ(15)に圧接させ、これらと
ガイドローラ(14)によりワーク(W)が研削加工位置に支
持される。このとき、ワーク(W)の後側部分が上下の砥
石(12)(13)の間に入り、ワーク(W)の中心(c)が研削面(1
2a)(13a)の前部の外周と内周の間に位置している。押え
ローラ(16)の圧接面が上側砥石(12)の研削面(12a)より
下方に突出しているので、押えローラ(16)が加工面(a)
に圧接しても、研削面(12a)は加工面(a)に接触しない。
押えローラ(16)が加工面(a)に圧接すると同時に、駆動
ローラ(15)が回転を開始する。駆動ローラ(15)が回転す
ることにより、ワーク(W)が、ローラ(14)(15)(16)によ
り径方向および軸方向の位置を規制された状態で、駆動
ローラ(15)の回転方向により決まる方向に回転させられ
る。この例では、ワーク(W)は、図２および図６に矢印
で示すように、砥石(12)(13)と逆方向（上から見て時計
方向）に砥石(12)(13)よりも低速で回転させられる。

【００３９】このような状態で、上側砥石(12)がさらに
下降することにより、押えローラ(15)がワーク(W)を介
して駆動ローラ(15)を下方に押す。このため、下側支持
部材(25)がばね(27)の弾性力に抗して下方に移動し、そ
の結果、ワーク(W)もローラ(14)(15)(16)により支持さ
れた状態で下方に移動する。ワーク(W)の下側加工面(b)
が下側砥石(13)の研削面(13a)に近接すると、上側砥石
(12)はさらに低速で下方に移動させられる。上側砥石(1
2)が所定位置まで下降すると、ワーク(W)の下側加工面
(b)が下側砥石(13)の研削面(13a)に接触し、上側砥石(1
2)がこの位置からわずかに下降することにより、押えロ
ーラ(16)が圧接しているワーク(W)の外周寄りの部分が
わずかに下側に弾性変形し、図５に示すように、上側砥
石(12)の研削面(12a)がワーク(W)の上側加工面(a)に接
触する。上側砥石(12)は、さらに、ワーク(W)の仕上が
り寸法（厚さ）より決まる所定位置まで下降させられ、
その位置に所定時間停止させられる。その間に、研削砥
石(12)(13)が回転することにより、それらの研削面(12
a)(13a)に接触しているワーク(W)の加工面(a)(b)が研削
され、ワーク(W)の外周が研削面(12a)(13a)の外周と交
差しかつワーク(W)の中心(c)が研削面(12a)(13a)内に位
置した状態でワーク(W)が自転することにより、ワーク
(W)が１回転する間に、ワーク(W)の加工面(a)(b)の全面
が研削面(12a)(13a)の間を通過して、研削面(12a)(13a)
に接触し、その結果、ワーク(W)が何回転かする間に、
両面の加工面(a)(b)の全面が同時に研削される。

【００４０】このようにしてワーク(W)の研削が終了す
ると、上側砥石(12)が比較的高速で上方の待機位置まで
移動させられる。上側砥石(12)が上方に移動して押えロ
ーラ(16)が上方に移動すると、弾性変形していたワーク
(W)が元の形に戻り、これにより、上側砥石(12)の研削
面(12a)が加工面(a)からわずかに上方に離れる。上側砥
石(12)および押えローラ(16)がさらに上方に移動する
と、下側支持部材(25)もばね(27)の弾性力によってこれ
に追随し、ワーク(W)はローラ(14)(15)(16)で支持され
た状態で、下側砥石(13)の研削面(13a)から離れて、上
方に移動する。このように、上側砥石(12)が上方に移動
すると、上側砥石(12)および下側砥石(13)がすぐにワー
ク(W)から離れるので、研削の終了した加工面(a)(b)が
砥石(12)(13)によって傷付けられることがない。ワーク
(W)が下側砥石(13)の研削面(13a)から離れると、駆動ロ
ーラ(15)が回転を停止し、ワーク(W)が自転を停止す
る。下側支持部材(25)が上端位置まで移動すると、これ
とガイドローラ(14)および駆動ローラ(15)はその位置に
停止するので、押えローラ(16)は、ワーク(W)から離れ
て上方に移動し、ワーク(W)は駆動ローラ(15)の上に残
される。上側砥石(12)が待機位置まで移動すると、オー
トローダにより、駆動ローラ(15)の上にのっている研削
済みのワーク(W)が搬出されて、次のワークが自転装置
(2)に搬入され、上記同様に研削が行われる。

【００４１】上記の装置においては、上下の１対の砥石
(12)(13)が互いに同方向に同速度で回転するので、ワー
ク(W)の各加工面(a)(b)に対する各砥石(12)(13)の相対
的な周速が互いに等しくなって、ワーク(W)の表と裏で
研削抵抗が互いに等しくなり、ワーク(W)の表と裏が対
称に研削される。このため、１対の砥石が互いに逆方向
に回転する場合のように研削後のワーク(W)の中心部の
肉厚が他の部分に比べて薄くなるようなことがなく、精
度の高い加工面が得られる。

【００４２】上下の砥石(12)(13)は、通常は、上記実施
形態のように同速度で回転させられるが、たとえば上下
の研削取代配分を変化させたい場合など、場合によって
は、上下の砥石(12)(13)の回転速度を変えて研削するこ
ともできる。また、ワーク(W)を上下の砥石(12)(13)と
同方向に回転させることもできる。さらに、上下の砥石
(12)(13)を互いに逆方向に回転させて研削することも可
能である。

【００４３】上記実施形態では、押えローラ(16)の圧接
面が上側砥石(12)の研削面(12a)よりわずかに下方に突
出しているが、押えローラ(16)の圧接面は上側砥石(12)
の研削面(12a)と同一平面上にあってもよい。また、上
記実施形態では、３対のローラ(15)(16)のうちの片側の
３個全てが駆動ローラとなっているが、これらの少なく
とも１個が駆動ローラであればよい。さらに、駆動ロー
ラ(15)および押えローラ(16)は、４対以上設けられても
よい。その場合も、片側の少なくとも１個が駆動ローラ
であればよい。

【００４４】図７は、第２実施形態を示す図６と同様の
ワーク自転装置の主要部の構成図である。

【００４５】第２実施形態は、位置決め用平坦部(f)が
形成されたワーク(W)を対象とするものであり、外周ガ
イドローラ（径方向支持ローラ）(14a)(14b)の数と配置
が第１実施形態の場合と異なっている。すなわち、第２
実施形態の場合、６個のガイドローラ(14a)(14b)が、ワ
ーク(W)の外周の３箇所、望ましくはワーク(W)を円周方
向に３等分する位置にできるだけ近い位置に、２個ずつ
設けられている。各位置における２個のガイドローラ(1
4a)(14b)の円周方向の間隔は、平坦部(f)の円周方向の
寸法より少し大きい。このようにすれば、平坦部(f)が
あるワーク(W)を６個のガイドローラ(14a)(14b)で径方
向に確実に支持することができる。しかし、この実施形
態のものは、位置決め用平坦部のないワークの研削にも
もちろん使用することができる。

【００４６】第２実施形態における研削装置の具体的な
構成は、第１実施形態のものと同様にすることができ
る。図７において、第１実施形態と同じ部分には同一の
符号を付している。

【００４７】第１および第２実施形態においては、研削
砥石の軸心が鉛直である縦軸の両面研削装置を示した
が、上記と同様の構成で研削砥石の軸心が水平である横
軸のものとすることもできる。

【００４８】図８〜図１０は第３実施形態を示し、図８
は両面研削装置の全体構成を示している。第３実施形態
は、位置決め用平坦部が形成されていないワーク(W)を
対象とするものである。両面研削装置は横軸両頭平面研
削盤(40)にワーク自転手段としてのワーク自転装置(41)
が付加されたものであり、自転装置(41)の詳細が図９お
よび図１０に示されている。第３実施形態の説明におい
て、図８の紙面表側を前、同裏側を後とし、前から後を
見たときの左右すなわち図８の左右を左右とする。ま
た、第３実施形態において、第１実施形態のものに対応
する部分には同一の符号を付している。

【００４９】研削盤(40)は、水平なベッド(42)、ベッド
(42)の上面に取付けられた左右の砥石ヘッド(43)(44)を
備えている。詳細な図示は省略したが、各砥石ヘッド(4
3)(44)は、互いに独立して前後方向および上下方向の角
度調整ができるように、ベッド(42)に固定されている。
各砥石ヘッド(43)(44)内に、それぞれ、水平な砥石軸(4
5)(46)が回転支持されている。左右の砥石軸(45)(46)の
軸心は左右方向にのびる１つの共通な水平線上にあり、
各砥石軸(45)(46)はそれぞれの砥石ヘッド(43)(44)に対
して左右方向に移動させられる。左側砥石ヘッド(43)よ
り右側に突出した砥石軸(45)の先端部にカップ状の左側
研削砥石(47)が固定され、右側砥石ヘッド(44)より左側
に突出した砥石軸(46)の先端部にこれと同形状、同寸法
の右側研削砥石(48)が固定される。左側砥石(47)の環状
の鉛直右端面および右側砥石(48)の環状の鉛直左端面
は、それぞれ、円形研削面(47a)(48a)となっており、こ
れらの研削面(47a)(48a)が互いに平行な状態で対向して
いる。この実施形態の場合も、各砥石(47)(48)の外周と
各研削面(47a)(48a)の外周は一致している。左右の砥石
軸(45)(46)の少なくとも一方が左右方向に移動すること
により、左右の砥石(47)(48)が左右方向すなわち軸方向
に相対移動する。左右の砥石軸(45)(46)は、図示しない
駆動手段により、互いに同方向に同速度で回転させら
れ、その結果、左右の砥石(47)(48)が互いに同方向に同
速度で回転させられる。この例では、左右の砥石(47)(4
8)は、右から見て反時計方向に高速で回転させられる。
研削盤(40)の他の部分は、公知の横軸両頭平面研削盤と
同様に構成することができる。

【００５０】ワーク自転装置(41)は、第１実施形態の場
合と同様の外周ガイドローラ（径方向支持ローラ）(4
9)、駆動ローラ（軸方向支持ローラ）(50)および押えロ
ーラ（軸方向支持ローラ）(51)を３個ずつ備えている。
砥石(47)(48)、自転装置(41)のローラ(49)(50)(51)およ
び自転装置(41)により研削加工位置に支持されたワーク
(W)の左右方向から見た位置関係は、図６に示されてい
る第１実施形態の場合と同じである。

【００５１】ベッド(42)の上面に、水平円板状の基板(5
2)が鉛直な軸心を中心に旋回しうるように取付けられて
いる。前から見て略Ｕ字状をなす摺動部材(53)が、基板
(52)の上面に設けられた前後方向に水平にのびるガイド
レール(54)に、これに沿って摺動しうるように取付けら
れている。摺動部材(53)は、前後方向に水平にのびるボ
ールねじ(55)に連結され、図示しない電動モータなどで
ボールねじ(55)を回転させることにより、摺動部材(53)
が前後方向に移動させられる。

【００５２】摺動部材(53)の右側上方突出部(53a)の上
部にガイド付薄形シリンダ(56)が設けられ、左側に水平
に突出したシリンダ(56)のアクチュエータ(56a)の左端
部に、鉛直板状の移動部材(57)が固定されている。移動
部材(57)は、シリンダ(56)の作動により、右側の待機位
置と左側の作動位置との間を移動させられる。移動部材
(57)に、左側に水平にのびる複数のガイド棒(58)の右端
部が固定されている。ガイド棒(58)の左端部には、鍔状
のストッパ(58a)が一体に形成されている。ガイド棒(5
8)は六角ボルトよりなり、移動板(57)に貫通状にねじは
められて、ロックナット(59)により固定されている。移
動板(57)の左側に右側支持部材（第１支持部材）(60)が
配置され、ガイド棒(58)の左側部分にこれに沿って左右
方向に移動しうるように取付けられている。移動板(57)
より左側のガイド棒(58)の右側部分にばね力調整ナット
(61)がねじはめられており、このナット(61)と支持部材
(60)との間のガイド棒(58)の周囲に弾性体としての圧縮
コイルばね(62)が装着され、これにより支持部材(60)が
左向きに付勢されている。支持部材(60)は、ストッパ(5
8a)に当たる左端位置とばね(62)を圧縮して密着させる
右端位置との間を移動しうる。そして、この支持部材(6
0)に、第１実施形態の場合と同様に、自転装置(41)に支
持されたワーク(W)の半径方向にのびる軸(63)を中心に
自由に回転しうるように押えローラ(51)が取付けられて
いる。押えローラ(51)は、ワーク(W)の後側と、前部の
上下とに配置されている。

【００５３】摺動部材(53)の左側上方突出部(53b)の右
側の面に、複数のスペーサ(64)を介して左側支持部材
（第２支持部材）(65)が固定されている。この支持部材
(65)に、第１実施形態の場合と同様に、電動モータ(66)
が固定され、ワーク(W)の半径方向にのびるモータ(66)
の駆動軸(67)に駆動ローラ(50)が固定されている。駆動
ローラ(50)は、押えローラ(51)に対応して、ワーク(W)
の後側と、前部の上下とに配置されている。支持部材(6
5)には、また、第１実施形態の場合と同様に、左右方向
にのびる水平軸(68)を中心に自由に回転しうるようにガ
イドローラ(49)が固定されている。

【００５４】摺動部材(53)をガイドレール(54)に沿って
移動させることにより、ローラ(49)(50)(51)の前後方向
の位置、すなわち自転装置(41)により支持されるワーク
(W)の前後方向の位置が調整される。基板(52)をその軸
心を中心に旋回させることにより、ワーク(W)の加工面
(b)に圧接する押えローラ(51)の左端外周面（圧接
面）、およびワーク(W)の加工面(a)に圧接する駆動ロー
ラ(50)の右側外周面（圧接面）の鉛直軸を中心とする傾
きが調整される。また、スペーサ(64)の厚さを変えるこ
とにより、駆動ローラ(50)の圧接面の傾きを調整するこ
とができる。通常は、押えローラ(51)の圧接面および駆
動ローラ(50)の圧接面が研削面(47a)(48a)と平行な鉛直
面となるように、これらの圧接面の傾きが調整されてい
る。自転装置(41)の大部分は砥石軸(45)(46)および砥石
(47)(48)の後方に位置し、自転装置(41)の上部および下
部は砥石軸(45)(46)および砥石(47)(48)の上方および下
方に位置しており、自転装置(41)は砥石軸(45)(46)、砥
石(47)(48)などと干渉しないようになっている。

【００５５】ワーク(W)の研削作業は、たとえば、次の
ようにして行われる。

【００５６】この場合も、研削作業中、左右の砥石(47)
(48)は互いに同方向（右から見て反時計方向）に同速度
で常時回転しており、作業開始時には、左右の砥石(47)
(48)が左右に離れた待機位置に移動するとともに、移動
部材(57)が右側の待機位置に移動している。このため、
右側支持部材(60)は移動部材(57)に対して左端位置にあ
り、押えローラ(51)は駆動ローラ(50)から右方にかなり
離れている。このとき、駆動ローラ(50)は、回転を停止
している。そして、このような状態で、オートローダに
より自転装置(41)にワーク(W)が搬入され、ガイドロー
ラ(49)の間にはめられて、駆動ローラ(50)の圧接面に接
触させられる。そして、ロボットでワーク(W)をこのよ
うな位置に支持した状態で、移動部材(57)が左側の作動
位置まで移動させられる。移動部材(57)が左に移動する
と、押えローラ(51)も左に移動し、ワーク(W)の加工面
(b)に接触する。押えローラ(51)がワーク(W)に接触した
後は、移動部材(57)だけがばね(62)の弾性力に抗して作
動位置まで移動し、これにより、ばね(62)が圧縮され、
ばね(62)の弾性力により、押えローラ(51)が加工面(b)
に、駆動ローラ(50)が加工面(a)に圧接させられる。こ
れにより、ワーク(W)が研削加工位置に支持され、ワー
ク(W)の前側部分が左右の砥石(47)(48)の間に入り、ワ
ーク(W)の中心が研削面(47a)(48a)の後部の外周と内周
の間に位置する。ワーク(W)が研削加工位置に支持され
ると、ロボットがワーク(W)から離れる。

【００５７】ワーク(W)の搬入が完了すると、駆動ロー
ラ(50)が回転を開始する。駆動ローラ(50)が回転するこ
とにより、ワーク(W)が、ローラ(49)(50)(51)により径
方向および軸方向の位置を規制された状態で、駆動ロー
ラ(50)の回転方向により決まる方向に回転させられる。
この例では、ワーク(W)は、砥石(47)(48)と逆方向（右
から見て時計方向）に砥石(47)(48)よりも低速で回転さ
せられる。同時に、砥石(47)(48)が互いに接近する方向
に移動させられ、研削面(47a)(48a)が対応する加工面
(a)(b)に接触する。砥石(47)(48)はワーク(W)の仕上が
り寸法より決まる所定の位置まで移動し、その位置に所
定時間停止する。これにより、第１実施形態の場合と同
様に、ワーク(W)の両面の加工面(a)(b)の全面が同時に
研削される。研削中、必要があれば、ボールねじ(55)を
往復駆動し、これにより、ワーク(W)を、前後方向、す
なわち、研削面(47a)(48a)に平行であってワーク(W)の
中心と砥石(47)(48)の軸心を結ぶ方向に往復移動させ
る。この往復移動は、常にワーク(W)の中心が研削面(47
a)(48a)内に位置する範囲内で行われる。たとえば、往
復移動のストロークは、約５ｍｍである。このようにワ
ーク(W)を往復移動させることにより、とくにワーク(W)
の中心部の平面度、面粗度を向上させることができる。

【００５８】ワーク(W)の研削が終了すると、砥石(47)
(48)がワーク(W)から離れ、さらに左右の待機位置まで
移動する。砥石(47)(48)がワーク(W)から離れると、駆
動ローラ(50)が回転を停止し、これにより、ワーク(W)
の自転が停止する。ワーク(W)が停止して、砥石(47)(4
8)が待機位置まで移動すると、ロボットがワーク(W)を
支持する。そして、移動部材(57)が右側の待機位置まで
移動させられる。これにより、右側支持部材(60)が移動
部材(57)に対して左端位置まで戻り、さらに押えローラ
(51)がワーク(W)から右側に離れる。押えローラ(51)が
右側に移動したならば、ロボットにより、研削済みのワ
ーク(W)が搬出されて、次のワークが自転装置(41)に搬
入され、上記同様に研削が行われる。

【００５９】ワーク(W)の往復移動の方向は、上記実施
形態のようにワーク(W)の中心と砥石(47)(48)の軸心を
結ぶ方向あるいはこれに近い方向が望ましいが、研削面
(47a)(48a)に平行な他の方向に往復移動させてもよい。

【００６０】第３実施形態の両面研削装置において、第
２実施形態の図７に示すように６個の外周ガイドローラ
を設けることにより、位置決め用平坦部のあるワークの
研削に使用することができる。

【００６１】第３実施形態においては、横軸の両面研削
装置を示したが、これと同様の構成で縦軸のものとする
ことができる。

【００６２】また、この発明は、半導体ウェーハ以外の
薄板円板状ワークの研削にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の第１実施形態を示す両面研
削装置の概略側面図である。

【図２】図２は、第１実施形態におけるワーク自転装置
の部分を拡大して示す平面図である。

【図３】図３は、第１実施形態におけるワーク自転装置
の部分を拡大して示す一部切欠き側面図である。

【図４】図４は、図３と異なる状態を示す図３相当の図
面である。

【図５】図５は、図４とさらに異なる状態を示す図３相
当の図面である。

【図６】図６は、第１実施形態におけるワーク自転装置
の主要部を示す概略構成図である。

【図７】図７は、この発明の第２実施形態におけるワー
ク自転装置の主要部を示す概略構成図である。

【図８】図８は、この発明の第３実施形態を示す研削装
置の概略正面図である。

【図９】図９は、第３実施形態におけるワーク自転装置
の部分を拡大して示す一部切欠き正面図である。

【図１０】図１０は、図９のＸ−Ｘ線の断面図である。

【符号の説明】

(2) ワーク自転装置（手段） (12)(13) 研削砥石 (12a)(13a) 研削面 (14) 外周ガイドローラ（径方向支持ロー
ラ） (15) 駆動ローラ（軸方向支持ローラ） (16) 押えローラ（軸方向支持ローラ） (17) 上側支持部材（第１支持部材） (25) 下側支持部材（第２支持部材） (27) ばね（弾性体） (41) ワーク自転装置（手段） (47)(48) 研削砥石 (47a)(48a) 研削面 (49) 外周ガイドローラ（径方向支持ロー
ラ） (50) 駆動ローラ（軸方向支持ローラ） (51) 押えローラ（軸方向支持ローラ） (60) 右側支持部材（第１支持部材） (62) ばね（弾性体） (65) 左側支持部材（第２支持部材） (W) ワーク (a)(b) 加工面

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−210560（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−41167（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−186020（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−304854（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 7/17 B24B 41/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】端面の円形研削面同志が対向するとともに
   軸方向に相対的に移動しうるように配置されて回転させ
   られる１対の研削砥石と、薄板円板状ワークの両面の加
   工面が前記１対の研削砥石の研削面にそれぞれ対向する
   とともに前記ワークの外周が前記研削面の外周と交差し
   かつ前記ワークの中心が前記研削面内に位置するように
   前記ワークを前記研削面の間の研削加工位置に支持して
   自転させるワーク自転手段とを備えている装置におい
   て、 前記ワーク自転手段が、前記ワークの径方向の位置を規
   制する径方向支持手段と、前記ワークの軸方向の位置を
   規制する軸方向支持手段とを備えており、前記径方向支
   持手段が、前記研削砥石の間から外に出ている前記ワー
   クの部分の外周に接触して前記ワークの径方向の位置を
   規制する少なくとも３個の径方向支持ローラを備えてお
   り、前記軸方向支持手段が、前記研削砥石の間から外に
   出ている前記ワークの部分を挟むように加工面に圧接し
   て前記ワークの軸方向の位置を規制する少なくとも３対
   の軸方向支持ローラを備え、前記軸方向支持ローラのう
   ち、少なくとも１個が加工面に圧接して回転することに
   より前記ワークを回転させる駆動ローラであり、残りが
   加工面に圧接して遊転する押えローラである ことを特徴
   とする薄板円板状ワークの両面研削装置。
2. 【請求項２】前記１対の研削砥石が、互いに同方向に同
   速度で回転させられることを特徴とする請求項１の薄板
   円板状ワークの両面研削装置。
3. 【請求項３】前記軸方向支持ローラのうちの片側の軸方
   向支持ローラが、弾性力により前記ワークの片側の加工
   面に圧接して反対側の加工面を反対側の残りの軸方向支
   持ローラに圧接させるようになされていることを特徴と
   する請求項１または２の薄板円板状ワークの両面研削装
   置。
4. 【請求項４】全てが押えローラである片側の前記軸方向
   支持ローラが共通の第１支持部材に取付けられ、前記径
   方向支持ローラおよび駆動ローラを含む反対側の前記軸
   方向支持ローラが他の共通の第２支持部材に取付けら
   れ、これらの支持部材が軸方向に相対的に移動しうるよ
   うになされていることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れか１項の薄板円板状ワークの両面研削装置。
5. 【請求項５】前記ワーク自転手段が、前記ワークを自転
   させながら前記研削面と平行な方向に前記ワークを往復
   移動させる手段を備えていることを特徴とする請求項１
   〜４のいずれか１項の薄板円板状ワークの両面研削装
   置。