JP6508109B2

JP6508109B2 - 工作機械のレベリングマウント調整方法およびそれを用いたワークの研削加工方法

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Inventors: 好信西村
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Description

本発明は、工作機械のレベリングマウント調整方法およびそれを用いたワークの研削加工方法に関する。

切削加工または研削加工用の工作機械は、ワーク（被加工部材）および工具のいずれか一方または両方の運動によって、ワークを削り取って目的形状に加工する装置であり、旋盤、フライス盤などはその代表例である。このような工作機械は、金属、木材、石材などの、種々の材料からなるワークの加工に広く用いられている。また、精密加工を要する半導体ウェーハなども、製造過程の中で工作機械による研削が行わる。

このような工作機械の一例として、特許文献１に開示されるような、いわゆる両頭研削型の工作機械が知られる。特許文献１に開示される工作機械は、ワークを回転支持するとともに、高速回転する一対の砥石車をその砥石軸方向へ切り込んで、これら両砥石車端面の研削面により前記ワークの表裏両面を同時に研削加工する。

このような両頭研削型の工作機械では、ベッド４０を上面視した図１に示すように四隅および対向する長辺中央部の６箇所にレベリングマウントが設置されることが一般的である。そして、これらレベリングマウントの調整ボルトを締込むなどして調整することにより、工作機械の水平レベルの調整（「レベリング」、「水平を出す」、あるいは「水平を取る」とも言われる。）が行われる。従来行われているレベリングマウントの調整方法の一例を、以下に具体的に説明する。なお説明の便宜上、この一例におけるレベリングマウントの位置に関し、図１に示すように、図面左下をＰ０１、図面左上をＰ０２、図面中央下をＰ０３、図面中央上をＰ０４、図面右下をＰ０５、図面右上をＰ０６とそれぞれ称する。

まず、Ｐ０２，Ｐ０６，Ｐ０３の３点の位置のレベリングマウントの調整ボルトを締込み、水準器を用いつつ左右方向および前後方向の水平を出す。この３点で左右方向および前後方向の水平を出した後、Ｐ０１およびＰ０５における調整ボルトを、水平がずれない程度に軽く当てるだけの状態にしておき、Ｐ０３の調整ボルトを緩めて、Ｐ０３の位置から荷重を逃がす（開放する）。この時、水平のズレが若干生じる。その後、水準器のレベルを見ながら水平のズレを微調整する。Ｐ０２，Ｐ０６，Ｐ０５，Ｐ０１の４点で水平が出て、なおかつこれら４つのどの調整ボルトにも緩みがないことを確認する。次いで、先に緩めたＰ０３の位置の調整ボルトを若干効かせる。そして、Ｐ０４の位置の調整ボルトを締込んで、傾きを修正する。こうして、左右方向、前後方向の全ての水平が取れていることを確認した後、全ての調整ボルトのロックナットを締結する。以上のようにして、レベリングマウントの調整が行われる。

国際公開第２００４／０３３１４８号公報

上述の従来技術に従ってレベリングマウントの調整が行われた工作機械を用いて半導体ウェーハの両頭研削加工を行ったところ、両頭研削加工を繰り返し行うにつれて、半導体ウェーハの平坦度が徐々に悪化する場合があることを本発明者は認識した。半導体ウェーハのように、極めて高い平坦度が要求されるワークを量産加工する場合、このような悪化は、製品品質のばらつき原因となるため、看過することはできない。

本発明者は、上述の平坦度の悪化現象について詳細に検討したところ、両頭研削加工を繰り返し行うにつれて、半導体ウェーハの中央部が凸形状となる傾向にあり、当該凸形状の高さが徐々に大きくなることで平坦度の悪化が進むことを確認した。ここで、上述の両頭研削型の工作機械の場合、例えば図２に示すように、工作機械１の水平方向中央部における加工室５０内で半導体ウェーハＷは周方向に回転させつつ保持され、半導体ウェーハＷをその両面側から加工用スピンドル１０に取り付けられた砥石２０を高速回転させて当接させることで、半導体ウェーハＷの研削加工を行う。なお、この工作機械１のベッド４０は、床Ｆの床面（以下、単に「床面」）に載置されたレベリングマウント３０により水平支持される。

前述のような平坦度悪化現象が生じる理由は、図３の誇張図に示すように、半導体ウェーハＷの主面に対して、加工用スピンドル１０の回転軸が傾斜するためであると想定される。この傾斜現象の原因について本発明者はさらに検討し、以下のように考えた。両頭研削加工中の工作機械１では、熱膨張および加工負荷による曲げモーメントから、ベッド４０の上面では引張方向の応力が発生し、ベッド４０の下面では圧縮方向の応力が発生すると推察される。また、レベリングマウント３０により、ベッド４０は水平支持されているものの、レベリングマウント３０のそれぞれに加わる工作機械１の荷重は、ある程度不均一であると考えられる。このような理由で、工作機械１を設置する床面から受ける垂直抗力のバランスが崩れた場合に、ベッド４０の中央部が若干盛り上がる（あるいは、ベッド４０の端部が沈み込む）ことで、加工用スピンドル１０に傾斜が生じたのではないか、と本発明者は推察した。以上の考察から、上述の平坦度の悪化現象は、複数あるレベリングマウントの荷重バランスに起因するのではないかと、本発明者は考えた。

ここで、既述のとおり、従来行われているレベリングマウント調整は、専ら水平出しに着目しており、それぞれのレベリングマウントの締結度合いに起因する荷重バランス（すなわち、床面からの垂直抗力のバランス）までは考慮されていない。切削加工または研削加工用の工作機械の加工精度のバラツキを改善するためには、荷重バランスを考慮した定量的な指標に基づくレベリングマウント調整方法の確立が必要であると、本発明者は新たに課題認識した。そして、このようなレベリングマウント調整方法によって、工作機械のレベリングマウントの調整を行えば、ワークの加工を繰り返し行っても、前述したようなワークの平坦度の悪化を抑止でき、その結果、加工精度のバラツキを改善できると考えられる。また、このようなレベリングマウントの調整方法を確立できれば、既述の両頭研削型の工作機への適用に限らず、水平方向を回転軸とする加工用スピンドルを備える切削加工または研削加工用の工作機械に適用しても好適である。

そこで本発明は、切削加工または研削加工用の工作機械の加工精度のバラツキを改善することのできるレベリングマウント調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討した。レベリングマウント３０と、所定荷重の装置本体を載置するベッド４０と、床Ｆとからなる系において、床Ｆをばねと仮定した場合の振動モデルに本発明者は着目した（図４参照）。レベリングマウント３０に掛かる荷重をＭ、床Ｆのばね定数をｋとすると、ばねの固有振動数ｎは下記式（１）によって表される。したがって、ばね定数ｋが大きくなるほど、固有振動数ｎが大きくなる。

一方、ばね定数ｋは，ばねに掛かる荷重をＰ、ばねのたわみ量をδとすれば、たわみ量δは下記式（２）によって表される。

ここで、ベッド４０と床Ｆの間に位置するレベリングマウント３０を調整した場合に、レベリングマウント３０に掛かる荷重Ｍの変化、ひいてはばねに掛かる荷重Ｐの変化に対し、ばねのたわみ量δに相当する床のたわみ量は僅かであると考えられる。よって、上記の式（１），（２）から、調整ボルトの調整によりレベリングマウント３０に掛かる荷重Ｍを増大させると、床Ｆのばね定数ｋが大きくなり、その結果、系の固有振動数ｎが高くなると推察される。

したがって、加速度センサおよびインパルスハンマを用いてレベリングマウント３０をハンマリングして、ハンマリング時の応答加速度信号を測定し、比較的高周波側の特定の周波数域における参照値を求めれば、その参照値を、レベリングマウント３０の締結度合い（締結度合いは、レベリングマウントに掛かる荷重Ｍと相関する）を示す指標として用いることができる。このような参照値として、当該特定の周波数域における応答加速度信号の加速度の値や、コヒーレンス関数の値を用い得る。そして、この参照値を、複数のレベリングマウントのそれぞれについて求めれば、それら参照値の比から、荷重バランスを定量的に評価することができる。そして、この参照値を調整することで、工作機械のレベリングマウントを適切に調整できることを本発明者は見出した。こうしたレベルマウントの調整により、切削加工または研削加工用の工作機械の加工精度のバラツキを改善できることを本発明者は知見し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。

（１）レベリングボルトの締込により調整する、床面に載置された複数のレベリングマウントと、前記複数のレベリングマウントを介して水平支持されるベッドと、該ベッド上方に位置し、水平方向を回転軸とする加工用スピンドルと、を備える切削加工または研削加工用の工作機械のレベリングマウント調整方法であって、
前記複数のレベリングマウントに加速度センサを取り付け、インパルスハンマを用いて前記複数のレベリングマウントをそれぞれ加振するハンマリングを行い、前記加速度センサから応答加速度信号を測定する第１工程と、
前記第１工程により得られた前記応答加速度信号から、前記複数のレベリングマウントの参照値をそれぞれ求める第２工程と、
前記第２工程によりそれぞれ求めた前記参照値の比に基づき、前記複数のレベリングマウントの前記調整ボルトの少なくともいずれかを締込む、または、緩めることにより前記複数のレベリングマウントを調整する第３工程と、を含むことを特徴とするレベリングマウント調整方法。

（２）前記第２工程において、前記複数のレベリングマウントのそれぞれのハンマリングから得た前記応答加速度信号の周波数応答解析を行い、前記レベリングマウントに固有の、ピーク加速度周波数域の加速度の値を前記参照値とする、前記（１）に記載のレベリングマウント調整方法。

（３）前記第１工程において、前記インパルスハンマの加振力信号をさらに測定し、
前記第２工程において、前記複数のレベリングマウントのそれぞれのハンマリングから得た、前記加振力信号および前記応答加速度信号からコヒーレンス関数を求め、前記レベリングマウントに固有の、参照周波数域における前記コヒーレンス関数の値を前記参照値とする、前記（１）に記載のレベリングマウント調整方法。

（４）前記参照値は、前記参照周波数域における前記コヒーレンス関数の平均値である、前記（３）に記載のレベリングマウント調整方法。

（５）前記工作機械は、対向配置された２つの前記加工用スピンドルを有し、該加工用スピンドル間にワークを前記工作機械の中央部に保持して、前記ワークを両面から研削する両頭研削型の工作機械であり、前記工作機械の前記ベッドは長方形状であり、前記レベリングマウントが前記ベッドの前記長方形状の四隅と、対向する長辺中央部とに設置され、前記第３工程において、前記対向する長辺中央部の少なくともいずれかの前記レベリングマウントの前記参照値を、前記四隅の前記レベリングマウントのいずれの前記参照値よりも小さくする、前記（２）〜（４）のいずれかに記載のレベリングマウント調整方法。

（６）前記対向する長辺中央部の両方の前記レベリングマウントの前記参照値を、前記四隅の前記レベリングマウントの前記参照値よりも小さくする、前記（５）に記載のレベリングマウント調整方法。

（７）前記ワークはシリコンウェーハである、前記（５）または（６）に記載のレベリングマウント調整方法。

（８）前記（５）〜（７）のいずれかに記載のレベリングマウント調整方法により調整された前記両頭研削型の工作機械を用いて、前記ワークを研削加工することを特徴とする研削加工方法。

本発明によれば、工作機械の加工精度を改善することのできるレベリングマウント調整方法を提供することができる。

従来技術におけるレベリングマウントの位置を説明するための模式図である。従来技術における両頭研削型の工作機械を説明する模式図である。従来技術における加工用スピンドルの傾斜を誇張した模式図である。本発明を説明するための振動モデルの模式図である。本発明の一実施形態を説明するためのフローチャートである。実施例における両頭研削型の工作機械のレベリングマウントを示す模式図である。予備実験例１において測定した応答加速度信号を示すグラフである。予備実験例１において測定したコヒーレンス関数を示すグラフである。予備実験例１における、調整ボルトの締込角度に対する加速度の平均値およびコヒーレンス関数の平均値を示すグラフであり、（Ａ）は加速度の平均値を示すグラフであり、（Ｂ）はコヒーレンス関数の平均値を示すグラフである。実験例１におけるレベリングマウント調整前後のコヒーレンス関数値の比を示すグラフであり、（Ａ）は調整前のグラフであり、（Ｂ）は調整後のグラフである。従来例および発明例による研削加工後のシリコンウェーハの平坦度を示すグラフである。

（レベリングマウント調整方法）
以下、図５のフローチャートを参照しつつ、本発明の実施形態についてより詳細に説明する。本実施形態は、調整ボルトの締込によりレベリングする、床面に載置された複数のレベリングマウントと、前記複数のレベリングマウントを介して水平支持されるベッドと、該ベッド上方に位置し、水平方向を回転軸とする加工用スピンドルと、を備える切削加工または研削加工用の工作機械のレベリングマウントを調整する方法である。

このような本実施形態に従うレベリングマウント調整方法の適用対象となる工作機械の一例は、図２を用いて既述の両頭研削型の工作機械１である。両頭研削型の工作機械１は、調整ボルトの締込により調整する、床面に載置された複数のレベリングマウント３０と、複数のレベリングマウント３０を介して水平支持されるベッド４０と、ベッド４０上方に位置し、水平方向を回転軸とする加工用スピンドル１０と、を備える。この両頭研削型の工作機械１を参照して、以下、本実施形態に従うレベリングマウント調整方法を具体的に説明する。ただし、本実施形態に従うレベリングマウント調整方法の適用対象には、上記工作機械１の他にも、切削または研削による加工方向を水平方向とする所謂「横軸型」の切削機および研削機も含まれ、旋盤およびフライス盤（特に横型フライス盤）も本実施形態の適用対象となることは当業者に理解される。なお、所謂「縦軸型」の工作機械としては、特開2004-345049に開示される加工方向を鉛直方向とする両頭研削盤を例示することができる。

本実施形態に従うレベリングマウント調整方法は、複数のレベリングマウント３０に加速度センサを取り付け、インパルスハンマを用いて複数のレベリングマウント３０をそれぞれ加振するハンマリングを行い、加速度センサから応答加速度信号を測定する第１工程（Ｓ１０）と、第１工程（Ｓ１０）により得られた応答加速度信号から、複数のレベリングマウント３０の参照値をそれぞれ求める第２工程（Ｓ２０）と、第２工程（Ｓ２０）によりそれぞれ求めた参照値の比に基づき、複数のレベリングマウント３０の調整ボルトの少なくともいずれかを締込む、または、緩めることにより複数のレベリングマウント３０を調整する第３工程（Ｓ３０）と、を含む。各工程の詳細を順次説明する。

第１工程（Ｓ１０）では、複数のレベリングマウント３０に加速度センサを取り付け、インパルスハンマを用いて複数のレベリングマウント３０をそれぞれ加振するハンマリングを行う。そして、このハンマリング時の加振により生じた加速度センサからの応答加速度信号を測定する。ここで、ハンマリングにあたり、加速度センサを複数のレベリングマウント３０のそれぞれに同時に取り付ける必要はなく、個々のレベリングマウントに加速度センサを順次取り付け、順次ハンマリングを行ってもよい。もちろん、複数のレベリングマウント３０の全てに同時に加速度センサを取り付けても構わない。複数のレベリングマウント３０のそれぞれをハンマリングする順序は何ら制限されない。

ここで、本工程におけるハンマリングでは、それぞれのレベリングマウントに対して、ハンマリングを複数回行う。ただし、それぞれのレベリングマウントへのハンマリング回数が同一回数である必要はない。なお、この場合、ノイズの影響を抑制するため、一度ハンマリングを行った後は、十分な時間をおくことが好ましい。また、ハンマリングにあたり、加振力、加振速度などは一般的な条件とすることができる。

第２工程（Ｓ２０）では、第１工程（Ｓ１０）により得られた応答加速度信号から、複数のレベリングマウント３０の参照値をそれぞれ求める。本工程で求める参照値の好適な態様として、第１の参照値および第２の参照値を以下に順次説明する。

第１の参照値は、レベリングマウント３０に固有の、ピーク加速度周波数域の加速度の値である。なお、ピーク加速度周波数域とは、応答加速度信号における高周波側の周波数域において、ピークを生じさせる特定の周波数域を意味する。既述の振動モデルを考慮すると、応答加速度信号の比較的高周波側の特定の周波数域は、レベリングマウント３０の締結度合いを示す指標として用いることができるためである。すなわち、このピーク加速度周波数域において、あるレベリングマウント３０の加速度の値が大きいことは、そのレベリングマウント３０に掛かる荷重が大きいことを意味する。

第１の参照値を求めるためには、まず、複数のレベリングマウント３０のそれぞれのハンマリングから得た応答加速度信号の周波数応答解析を行う。そして、レベリングマウント３０に固有の、ピーク加速度周波数域の加速度の値を第１の参照値として用いる。このような加速度の値として、ピーク加速度周波数域の加速度のピーク値を用いてもよいし、ピーク加速度周波数域の加速度の平均値を用いることが好ましい。加速度の平均値を用いる場合、当該ピーク加速度周波数域における算術平均から求めればよいが、二乗平均、相乗平均および調和平均などを用いても構わない。

なお、レベリングマウント３０に固有の、ピーク加速度周波数域を定めるためには、予め以下の予備工程を行うことも好ましい。すなわち、複数のレベリングマウント３０のいずれか（以下、「選択レベリングマウント」と言う。）に加速度センサを取り付け、インパルスハンマにより選択レベリングマウントをハンマリングして、加速度センサからの応答加速度信号の周波数応答解析を行い、第１の測定結果を得る。次に、選択レベリングマウントの調整ボルトを締込む、または緩めた後、ハンマリングにより、異なる締結状態での周波数応答解析を行い、第２の測定結果を得る。第１および第２の測定結果を比較すると、第１の参照値として用いるべき、レベリングマウントに固有の、ピーク加速度周波数域を定めることができる。締結状態をさらに変更した状態でハンマリングを行って、３以上の測定結果からピーク加速度周波数域を定めることも好ましい。なお、工作機械１は同種のレベリングマウントを有するのが一般的であり、選択レベリングマウント以外の同種のレベリングマウントでも、ピーク加速度周波数域は選択レベリングマウントと同様となる。なお、異種のレベリングマウントを工作機械が有する場合には、それぞれの種類のレベリングマウントごとに、このような予備工程を行うことが好ましい。

次に、第２の参照値は、レベリングマウント３０に固有の、参照周波数域におけるコヒーレンス関数の値である。なお、参照周波数域とは、ハンマリングにより得られたコヒーレンス関数のうち、系の入出力を評価するのに適切な範囲である。第２の参照値として、コヒーレンス関数に基づく値を用いる理由は以下のとおりである。すなわち、既述の振動モデルを考慮すると、第１の参照値と同様、比較的高周波側の参照周波数域におけるコヒーレンス関数の値は、レベリングマウント３０の締結度合いを示す指標として用いることができるためである。ここで、一般に、コヒーレンス関数γ^２とは、系の入力と出力との因果関係の度合を示すものであり、下記式（３）によりコヒーレンス関数γ^２を表すことができる。コヒーレンス関数γ^２は０以上１以下の範囲内の値をとり、コヒーレンス関数γ^２(f)が１の場合は、その周波数ｆにおいて系の出力がすべて測定入力に起因していることを示しており、γ^２(f)が０の場合、その周波数ｆにおいては、系の出力が測定入力に依存しないことを意味する。したがって、参照周波数域において、あるレベリングマウント３０のコヒーレンス関数が大きいことは、そのレベリングマウント３０に掛かる荷重が大きいことを意味する。
ただし、W_xyはクロススペクトルであり、W_xxおよびW_yyはそれぞれｘ、ｙのパワースペクトルである。

上述の第２の参照値は、以下のようにして求めることができる。まず、第１工程（Ｓ１０）において、応答加速度信号に加えて、インパルスハンマの加振力信号をさらに測定する。次に、第２工程（Ｓ２０）において、複数のレベリングマウント３０のそれぞれのハンマリングから得た、加振力信号および応答加速度信号から、上記式（３）に従うコヒーレンス関数を求める。そして、レベリングマウント３０に固有の、参照周波数域におけるコヒーレンス関数の値を第２の参照値として用いる。第２の参照値とするコヒーレンス関数の参照周波数域における値として、参照周波数におけるコヒーレンス関数の平均値を用いることができる。加速度の平均値と同様に、当該参照周波数域における算術平均を用いることができるし、二乗平均、相乗平均および調和平均などを用いても構わない。

ここで、参照周波数域を定めるため、予め以下の予備工程を行っておくことも好ましい。すなわち、選択レベリングマウントに加速度センサを取り付け、インパルスハンマにより選択レベリングマウントをハンマリングして、加速度センサからの応答加速度信号およびインパルスハンマの加振力信号から、第１のコヒーレンス関数を得る。次に、選択レベリングマウントの調整ボルトを締込む、または緩めた後、ハンマリングにより、異なる締結状態での第２のコヒーレンス関数を得る。第１および第２のコヒーレンス関数を比較すると、第２の参照値として用いるべき、コヒーレンス関数の参照周波数域を定めることができる。締結状態をさらに変更した状態でハンマリングを行って、３以上のコヒーレンス関数から参照周波数域を定めることも好ましい。こうして定めた参照周波数域の、他のレベリングマウントへの適用可否が、工作機械１のレベリングマウントの種類に依存するのは第１の参照値の場合と同様である。

なお、上述の第１および第２の参照値は一例であり、応答加速度信号および他の信号から、これら第１および第２のとは異なる参照値を求めてもよい。

最後に、第３工程（Ｓ３０）では、第２工程（Ｓ２０）にてそれぞれ求めた参照値の比に基づき、複数のレベリングマウント３０の調整ボルトの少なくともいずれかを締込む、または、緩めることにより複数のレベリングマウント３０を調整する。工作機械の特性に応じて、特定の位置のレベリングマウントからの参照値を、他の位置のレベリングマウントからの参照値よりも大きくする、小さくする、あるいは所定の比率条件を満足させるよう、レベリングマウント３０を調整することで、工作機械の加工精度を改善することができるのである。

既述の両頭研削型の工作機械１を一例として、本実施形態に従う調整方法の具体的な態様を説明する。既述の図２に示すように、両頭研削型の工作機械１では、対向配置された２つの加工用スピンドル１０を有し、加工用スピンドル１０間にワークＷを工作機械１の水平方向中央部に保持して、ワークを両面から研削する。そして、工作機械１のベッド４０は長方形状であり、レベリングマウント３０がベッド４０の長方形状の四隅と、対向する長辺中央部とに設置されている（既述の図１も併せて参照）。

この工作機械１に本実施形態に従う調整方法を適用する場合、本第３工程（Ｓ３０）において、対向する長辺中央部の少なくともいずれかのレベリングマウント３０の参照値を、四隅のレベリングマウント３０のいずれの参照値よりも小さくすることが好ましい。図１に示すレベリングマウントの位置Ｐ０１〜Ｐ０６を用いて説明すると、Ｐ０３およびＰ０４の位置のレベリングマウントの参照値のいずれか一方を、Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０５，Ｐ０６の位置のレベリングマウントの参照値よりも小さくすることが好ましい。第１および第２の参照値のいずれであっても、このような関係性がある場合、主にベッド４０の四隅に荷重が加わる状態となる一方、水平方向中央部には比較的荷重が掛からない状態となっている。こうすることで、図３を参照して既述の、加工用スピンドル１０の傾斜を防止することができると考えられる。

なお、この傾斜防止の効果を確実に得るためには、対向する長辺中央部の両方のレベリングマウント３０の参照値を、四隅のレベリングマウント３０の参照値よりも小さくすることがより好ましい。

以下、本実施形態に従う具体的な態様について説明する。

切削加工または研削加工対象とするワークは任意であるが、精密加工が要求される半導体ウェーハ、特にシリコンウェーハをワークとして用いることが好ましい。

加速度センサおよびインパルスハンマ（「インパクトハンマ」と呼ばれることもある）には、市販品を用いることができ、加速度センサから検出される応答加速度信号およびインパルスハンマの加振力信号も、市販品のＦＦＴアナライザまたは周波数特性分析器などを用いて測定することができる。

第１工程（Ｓ１０）により測定する加振力信号または応答加速度信号のいずれか一方または両方のノイズの影響を抑制するため、第１工程（Ｓ１０）では複数回ハンマリングを行うことが好ましく、５回以上ハンマリングを行うことが好ましく、１０回以上ハンマリングを行うことが好ましい。ハンマリング回数の上限は何ら制限されない。

レベリングマウント３０の、床面との接触面の部材は任意であり、何ら制限されることはない。ステンレスなどの金属製の部材を用いることもできるし、ゴム製の部材を用いることもできる。ただし、調整ボルトの締結度合いに伴うコヒーレンス関数の値の変化を考慮すると、金属製のレベリングマウントを介して水平支持される工作機械に本実施形態を適用することがより好ましい。

なお、上述の実施形態では、両頭研削型の工作機械１を用いて具体的に説明したが、本実施形態に従うレベリングマウント調整方法の適用対象には、既述のとおり、上記工作機械１への適用に何ら限定されないことは勿論である。

（研削加工方法）
本実施形態に従う研削加工方法は、前述のレベリングマウント調整方法により調整された両頭研削型の工作機械１を用いて、ワークＷを研削加工する。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

（予備実験例１）
両頭研削装置（ＤＸＳＧ３２０；光洋機械工業株式会社）のレベリングマウントの締結度合いの指標となる加速度の周波数域およびコヒーレンス関数の参照周波数域を確認するため、以下の予備実験を行った。この両頭研削装置を模式的に示すと、既述の図２と同様であり、以下、工作機械１の各構成の符号を参照する。また、レベリングマウント３０の設置位置についても、既述の図１を参照する。この両頭研削装置のレベリングマウント３０の一つの模式図を、図６に示す。レベリングマウント３０は、床Ｆの面上のマウント３１と、調整ボルト３２と、マウント３１および調整ボルト３２の間のロックナット３３とからなる。また、マウント３１、調整ボルト３２およびロックナット３３はすべてステンレス製である。図示しないが、この両頭研削装置のベッド４０にはねじが切られており、調整ボルト３２の軸とベッド４０の溝とで締結される。また、ベッド４０はロックナット３３により完全に固定されている。この工作機械１は、既述の従来技術によってレベリングマウントが調整されており、左右方向、前後方向の全ての水平が取れていることが確認されている。

まず、Ｐ０２の位置のレベリングマウント３０に加速度センサを取り付けるとともに、調整ボルト３２を完全に緩め、ベッド４０がマウント３１に接するようにした。この状態を、「ボルト締込角度」が０°であると称することとする。この状態で、インパルスハンマ（型番：086D05；PCB Piezotronics社製）および加速度センサ（型番：356A16；PCB Piezotronics社製）を用いてこの調整ボルトにハンマリングを２０回行い、ＦＦＴアナライザ（型番：NR-600；キーエンス社製、解析ソフト：WAVE LOGGER PRO；キーエンス社製）を用いて加速度信号の周波数応答解析を行うと共に、コヒーレンス関数を求めた。結果を図７（Ａ），図８（Ａ）にそれぞれ示す。なお、図７（Ａ）の周波数応答解析した加速度信号は、２０回分の平均値であり、図８（Ａ）のコヒーレンス関数は、２０回分のハンマリングから得たものである。

次いで、ボルト締込角度を２５°，５０°，７５°，１００°と順に締込んだ。それぞれの締込角度において、ボルト締込角度が０°のときと同様に、２０回のハンマリングを行い、加速度信号の周波数応答解析を行うと共に、コヒーレンス関数を求めた。ボルト締込角度が２５°のときの周波数応答解析およびコヒーレンス関数を図７（Ｂ），図８（Ｂ）にそれぞれ示す。同様に、ボルト締込角度が５０°のときの周波数応答解析およびコヒーレンス関数を図７（Ｃ），図８（Ｃ）に、ボルト締込角度が７５°のときの周波数応答解析およびコヒーレンス関数を図７（Ｄ），図８（Ｄ）に、ボルト締込角度が１００°のときの周波数応答解析およびコヒーレンス関数を図７（Ｅ），図８（Ｅ）にそれぞれ示す。

図７（Ａ）〜（Ｅ）から、１００００Ｈｚ周辺（９０００〜１１０００Ｈｚ）に応答加速度のピークが生ずることが確認できる。また、図８（Ａ）〜（Ｅ）から、８０００〜１４０００Ｈｚでコヒーレンス関数に上昇が見られる。よって、ピーク加速度周波数域として９０００〜１１０００Ｈｚを用い、コヒーレンス関数の参照周波数域として８０００〜１４０００Ｈｚを用いることにした。ボルト締込角度に対する、９０００〜１１０００Ｈｚのピーク加速度周波数域における加速度の平均値（算術平均であり、以下同じ。）を示すグラフを図９（Ａ）に示す。また、ボルト締込角度に対する、８０００〜１４０００Ｈｚの参照周波数域におけるコヒーレンス関数の平均値（以下、本実施例では「コヒーレンス関数値」と称する。）を示すグラフを図９（Ｂ）に示す。

図９（Ａ）より、ボルト締込角度を大きくするにつれて、すなわち、調整ボルトの締込みを強くすることで、上記ピーク加速度周波数域における加速度の平均値が上昇する。同様に、図９（Ｂ）より、調整ボルトの締込みを強くすることで、参照周波数域におけるコヒーレンス関数値が大きくなる。よって、これら加速度の平均値およびコヒーレンス関数値を用いることで、レベリングマウントの締結状態を定量的に把握することができる。

（実験例１）
まず、予備実験例１において用いた両頭研削装置（ＤＸＳＧ３２０；光洋機械工業株式会社）のレベリングマウントの締結状態を、予備実験例１を行う前の状態に戻した。Ｐ０１〜Ｐ０６の位置のそれぞれのレベリングマウント３０に対して、予備実験例１と同様に２０回のハンマリングを行い、８０００〜１４０００Ｈｚの参照周波数域におけるコヒーレンス関数値を求めた。そして、Ｐ０１〜Ｐ０６の中で最大のコヒーレンス関数値であったＰ０２を基準に、Ｐ０２に対するＰ０１，Ｐ０３〜Ｐ０６のそれぞれのコヒーレンス関数値の比を求めた。結果を図１０（Ａ）に示す。

この状態で、３０枚のシリコンウェーハ（直径３００ｍｍ、厚みの平均値８８０μｍ）に対し、厚み８３０μｍになるまで両頭研削加工を行った。なお、１５枚目のシリコンウェーハの両頭研削加工を行った後、一旦加工を休止し、所定時間の間隔を置いた。それぞれの研削後のシリコンウェーハのＧＢＩＲ（Grobal Backside Ideal focal plane Rangeの略称であり、ＳＥＭＩ規格に規定される）を、平坦度測定装置（WaferSight; KLA-Tencor社製）を用いて測定した。研削後の各シリコンウェーハのＧＢＩＲを図１１に示す。なお、１枚目〜３０枚目までの両頭研削加工を、便宜上「従来例」と称することとする。図１１に示すように、従来例では両頭研削加工を進めるにつれて、ＧＢＩＲの悪化が見られた。また、各シリコンウェーハの形状を確認したところ、ウェーハ中央部が凸形状となっていた。

ここで、Ｐ０３およびＰ０４のコヒーレンス関数値が、他の四隅（Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０５，Ｐ０６）に比べて比較的大きく、この状態ではベッド４０の四隅が比較的沈み込みやすいため、加工用スピンドル１０が傾斜するのではないかと本発明者は考えた。そこで、四隅（Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ０５，Ｐ０６）のレベリングマウント３０の調整ボルトをそれぞれ１０°締込んで調整した。調整後、改めてＰ０１〜Ｐ０６の位置のそれぞれのレベリングマウント３０に対して、２０回のハンマリングを行い、８０００〜１４０００Ｈｚの参照周波数域におけるコヒーレンス関数値を求めた。そして、Ｐ０１〜Ｐ０６の中で最大のコヒーレンス関数値であったＰ０６を基準に、Ｐ０６に対するＰ０１〜Ｐ０５のそれぞれのコヒーレンス関数値の比を求めた。結果を図１０（Ｂ）に示す。

その後、調整前と同様に、１５枚のシリコンウェーハの両頭研削加工を行った。すなわち、調整後の初めの１枚目の加工が本実験例１における通算３１枚目の加工であり、調整前の３０枚と合わせて、４５枚のシリコンウェーハの両頭研削加工を行った。通算３１枚目〜４５枚目までの両頭研削加工を、「発明例」と称することとする。研削後のシリコンウェーハのＧＢＩＲを、調整前と同様に測定した。研削後の各シリコンウェーハのＧＢＩＲを図１１に示す。図１１に示すように、レベリングマウントの調整後に、ＧＢＩＲが顕著に低減すると共に、調整前に見られた悪化傾向が見られず、ＧＢＩＲの値が安定することが確認された。

以上の結果から、レベリングマウントの調整前（従来例）では、加工時の負荷は、加工用スピンドル１０を介してベッド４０の中央部を持ち上げるように反らせる方向に働いていたと推察される。この力に抗うのは、ベッド４０自体の剛性と、床面から受ける支持力である。本発明例では、床面から受ける支持力（垂直抗力）をレベリングマウントの調整によって変化させたために、ウェーハ平坦度（ＧＢＩＲ）が安定したのだと考えられる。また、この実験結果より、本実験例１で用いた両頭研削装置と同様の位置に配置されたレベリングマウントを有する工作機械でも、工作機械中央部の支持力を小さく調整することが好ましいと考えられる。

また、本実験例１では、参照周波数域におけるコヒーレンス関数の平均値を用いたが、予備実験例１で求めたピーク加速度周波数域における加速度の平均値を用いても、レベリングマウントの調整は当然可能であると考えられる。ただし、装置環境の振動を考慮すると、本実験例１のように、コヒーレンス関数を用いる方が好ましいと考えられる。

本発明によれば、工作機械の加工精度を改善することのできるレベリングマウント調整方法を提供することを目的とする。

１工作機械
１０加工用スピンドル
２０砥石
３０レベリングマウント
４０ベッド
５０加工室
Ｗワーク

Claims

調整ボルトの締込により調整する、床面に載置された複数のレベリングマウントと、前記複数のレベリングマウントを介して水平支持されるベッドと、該ベッド上方に位置し、水平方向を回転軸とする加工用スピンドルと、を備える切削加工または研削加工用の工作機械のレベリングマウント調整方法であって、
前記複数のレベリングマウントに加速度センサを取り付け、インパルスハンマを用いて前記複数のレベリングマウントをそれぞれ加振するハンマリングを行い、前記加速度センサから応答加速度信号を測定する第１工程と、
前記第１工程により得られた前記応答加速度信号から、前記複数のレベリングマウントの参照値をそれぞれ求める第２工程と、
前記第２工程によりそれぞれ求めた前記参照値の比に基づき、前記複数のレベリングマウントの前記調整ボルトの少なくともいずれかを締込む、または、緩めることにより前記複数のレベリングマウントを調整する第３工程と、を含むことを特徴とするレベリングマウント調整方法。
前記第２工程において、前記複数のレベリングマウントのそれぞれのハンマリングから得た前記応答加速度信号の周波数応答解析を行い、前記レベリングマウントに固有の、ピーク加速度周波数域の加速度の値を前記参照値とする、請求項１に記載のレベリングマウント調整方法。
前記第１工程において、前記インパルスハンマの加振力信号をさらに測定し、
前記第２工程において、前記複数のレベリングマウントのそれぞれのハンマリングから得た、前記加振力信号および前記応答加速度信号からコヒーレンス関数を求め、前記レベリングマウントに固有の、参照周波数域における前記コヒーレンス関数の値を前記参照値とする、請求項１に記載のレベリングマウント調整方法。
前記参照値は、前記参照周波数域における前記コヒーレンス関数の平均値である、請求項３に記載のレベリングマウント調整方法。
前記工作機械は、対向配置された２つの前記加工用スピンドルを有し、該加工用スピンドル間にワークを前記工作機械の水平方向中央部に保持して、前記ワークを両面から研削する両頭研削型の工作機械であり、
前記工作機械の前記ベッドは長方形状であり、前記レベリングマウントが前記ベッドの前記長方形状の四隅と、対向する長辺中央部とに設置され、
前記第３工程において、前記対向する長辺中央部の少なくともいずれかの前記レベリングマウントの前記参照値を、前記四隅の前記レベリングマウントのいずれの前記参照値よりも小さくする、請求項２〜４のいずれか１項に記載のレベリングマウント調整方法。
前記対向する長辺中央部の両方の前記レベリングマウントの前記参照値を、前記四隅の前記レベリングマウントの前記参照値よりも小さくする、請求項５に記載のレベリングマウント調整方法。
前記ワークはシリコンウェーハである、請求項５または６に記載のレベリングマウント調整方法。
請求項５〜７のいずれか１項に記載のレベリングマウント調整方法により調整された前記両頭研削型の工作機械を用いて、前記ワークを研削加工することを特徴とする研削加工方法。