JP7431589B2

JP7431589B2 - 加工装置

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Publication number: JP7431589B2
Application number: JP2020006290A
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Inventors: 明生小澤; 晃廣瀬
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Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2040-01-17
Also published as: JP2021112794A

Description

本発明は、加工装置に関する。

回転する研磨パッド又は研削ホイールの研削砥石を被加工物に押し当てながら研磨又は研削する研磨方法又は研削方法において、所定の荷重で一定時間、研磨又は研削するという加工装置が用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。前述した特許文献に記載された加工装置では、荷重が、保持テーブルの下またはスピンドルとスピンドルを支持するスピンドルケースとの間に配置された荷重センサ(例えば圧電素子を有し圧力によって電荷を出力する)によって測定される。

研磨装置の場合には、荷重がしきい値を超えた場合は、研磨パッドの下降を停止し、しきい値を下回る場合は研磨パッドを下降させるなど研磨パッドのＺ軸方向の位置の制御が必要になる。また、研削装置の場合には、荷重を管理して、適正な荷重になるようにスピンドルの送り速度など加工条件を調整しながら加工したいという要望がある。

前述した特許文献等に記載された加工装置は、荷重センサで測定された荷重に応じた電荷をチャージアンプで電圧に変換するとともに増幅し、チャージアンプで変換された電圧を加工装置全体を制御する制御ユニットに入力する。加工装置の制御ユニットは、入力した電圧のノイズ等除去した後、研磨パッド又は研削ホイールを先端に支持するスピンドルをＺ軸方向に上下させるモーターをノイズ等が除去された荷重に応じた電圧に基づいて制御して、研磨パッド又は研削ホイールのＺ軸方向の移動の停止、下降、上昇などを行う。また、制御ユニットは、前述したモーターの制御に加え、加工装置の各機構の制御を行う。

特開２０１８－０５１６４６号公報特開２００３－０７１７１２号公報

前述した特許文献に記載された加工装置は、電子回路が複雑な上、制御ユニットが複数の機構からの信号を処理するため、信号遅延が生じる。このため、研磨装置の場合には、研磨パッドのＺ軸の制御が遅れ、荷重をかけすぎて研磨するまたは荷重が足りず所定の加工時間で研磨してしまう等の加工品質が低下するという問題が発生する。また、研削装置の場合にも同様に、信号遅延が生じると、研削ホイールのＺ軸の送り速度等の制御の精度が落ち、加工品質が低下してしまうという問題が発生する。

本発明は、信号遅延による加工品質の低下を抑制することができる加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の加工装置は、保持テーブルに保持された被加工物を研削する研削ホイールまたは研磨する研磨パッドと、該研削ホイールまたは該研磨パッドを先端に支持するスピンドルと、該スピンドルを加工送り方向に移動させるモーターと、該スピンドルの下方または該保持テーブルの下方に設置され、加工により生じる荷重を測定する荷重センサと、該荷重センサと電気的に接続されたチャージアンプと、制御ユニットと、を備えた加工装置であって、該制御ユニットは、該加工装置を構成する機構からの複数種類の信号を処理するメイン制御ユニットと、該メイン制御ユニットとは別体であるサブ制御ユニットとを含み、該サブ制御ユニットは、該モーターと電気的に接続され、該チャージアンプから出力される電圧を監視し、該電圧がしきい値を超えた場合に該スピンドルの加工送り方向への移動を停止する信号を該モーターに発信することを特徴とする。

前記加工装置において、該サブ制御ユニットは、被加工物の加工中に該チャージアンプから出力される電圧を監視し、該電圧が事前に設定した値になるように該モーターを駆動させ、該モーターが該スピンドルの加工送り方向の位置を上下動させて調整しながら所定の荷重を維持した状態で被加工物を加工しても良い。

前記加工装置において、該サブ制御ユニットは、該チャージアンプを備えるアンプユニット内に配置されても良い。

本願発明は、信号遅延による加工品質の低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る加工装置の構成例の一部を断面で示す側面図である。図２は、図１に示された加工装置のアンプユニットの要部の構成を示す斜視図である。図３は、実施形態１に係る加工装置の加工動作の一部のシーケンス図である。図４は、実施形態２に係る加工装置の構成例の一部を断面で示す側面図である。図５は、図４に示された加工装置のアンプユニットの要部の構成を示す斜視図である。図６は、実施形態２に係る加工装置の加工動作の一部のシーケンス図である。図７は、実施形態１及び実施形態２の変形例１に係る加工装置の構成例の一部を断面で示す側面図である。図８は、実施形態１及び実施形態２の変形例２に係る加工装置の研削ユニットの一部を断面で示す側面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係る加工装置を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る加工装置の構成例の一部を断面で示す側面図である。図２は、図１に示された加工装置のアンプユニットの要部の構成を示す斜視図である。図３は、実施形態１に係る加工装置の加工動作の一部のシーケンス図である。

図１に示す実施形態１に係る加工装置１は、図１に示す被加工物２００を研削（加工に相当）する研削装置である。実施形態１において、被加工物２００は、図１に示すように、シリコン、サファイア、又はガリウムヒ素などを基板２０１とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハである。被加工物２００は、基板２０１の表面２０２に格子状に形成される複数の分割予定ラインによって区画された領域にそれぞれデバイスが形成されている。デバイスは、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、あるいやＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ、またはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等である。

被加工物２００は、基板２０１の裏面２０３側が研削されて、所定の仕上げ厚さまで薄化された後等に、分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割される。

加工装置１は、被加工物２００の基板２０１の裏面２０３側を研削し、被加工物２００を所定の仕上げ厚さまで薄化する研削装置である。加工装置１は、図１に示すように、装置基台２と、保持テーブル１０と、加工ユニットである研削ユニット２０と、加工送りユニット３０と、荷重センサ４０と、アンプユニット５０と、制御ユニット１００とを備える。

保持テーブル１０は、被加工物２００の表面２０２側を保持面１１で保持するものである。実施形態１において、保持テーブル１０は、保持面１１が水平方向に沿って平坦なポーラス形状であり、保持面１１の下に形成された真空吸引経路（不図示）を介して真空吸引源（不図示）と接続されている。保持テーブル１０は、保持面１１に被加工物２００の表面２０２側が載置され、保持面１１が真空吸引源により吸引されることで、保持面１１に載置された被加工物２００を吸引、保持する。

また、実施形態１において、保持テーブル１０は、鉛直方向と平行な軸心回りに回転される円盤状のターンテーブル３上に複数設けられている。複数の保持テーブル１０は、ターンテーブル３上に周方向に等間隔に配置されている。また、保持テーブル１０は、回転駆動源１２により鉛直方向と平行でかつ中心を通る軸心回りに回転可能に設けられている。ターンテーブル３は、保持テーブル１０が研削ユニット２０により研削される加工領域４と、保持テーブル１０に被加工物２００が搬入又は保持テーブル１０から搬出される搬入出領域とに位置するように、中心を通る軸心回りに間欠的に回転される。

研削ユニット２０は、軸心回りに回転可能なスピンドル２３の下端に装着された研削砥石２１を含む研削ホイール２２で保持テーブル１０に保持された被加工物２００の基板２０１の裏面２０３側を研削するものである。研削ユニット２０は、加工送りユニット３０を介して装置基台２から立設するコラム５に支持されている。研削ユニット２０は、研削ホイール２２と、スピンドル２３と、スピンドルモータ２４とを備える。

研削ホイール２２は、保持テーブル１０に保持された被加工物２００を研削するものである。研削ホイール２２は、円盤状のホイール基台２５と、ホイール基台２５の下面の外縁部に等間隔に複数設けられた研削砥石２１とを備える。研削ホイール２２は、スピンドルモータ２４によりスピンドル２３が軸心回りに回転されることで、研削砥石２１が保持テーブル１０に保持された被加工物２００の裏面２０３側を研削する。

スピンドル２３は、研削ホイール２２を先端である下端に固定して支持する。スピンドル２３は、加工送りユニット３０により鉛直方向に移動自在に支持されたスピンドルハウジング２６内に回転自在に収容されている。研削ユニット２０のスピンドル２３の軸心は、鉛直方向と平行なＺ軸方向に沿って配置されている。スピンドルモータ２４は、スピンドル２３を軸心回りに回転させるものである。

加工送りユニット３０は、装置基台２に立設するコラム５に設置され、研削ユニット２０のスピンドル２３を保持面１１と直交する加工送り方向であるＺ軸方向に移動させるものである。加工送りユニット３０は、研削ユニット２０のスピンドル２３を下降させて研削砥石２１を加工領域４の保持テーブル１０に保持された被加工物２００に近付け、研削ユニット２０を上昇させて研削砥石２１を加工領域４の保持テーブル１０に保持された被加工物２００から遠ざける。

加工送りユニット３０は、Ｚ軸方向と平行に配置されかつ軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ３１とボールねじ３１を軸心回りに回転させてスピンドルハウジング２６を介してスピンドル２３をＺ軸方向に移動させるモーター３２と研削ユニット２０をＺ軸方向に移動自在に支持する周知の図示しないガイドレールとを備える。

また、加工装置１は、研削前後の被加工物２００を収容する図示しないカセットと、研削後の被加工物を洗浄する図示しない洗浄ユニットと、被加工物２００をカセットと搬入出領域の保持テーブル１０と洗浄ユニットとの間で搬送する図示しない搬送ユニットと、研削ユニット２０のＺ軸方向の位置を測定する図示しない位置測定ユニットとを備える。

荷重センサ４０は、保持テーブル１０の下方に設置され、研削時に加工送りされる研削ユニット２０により保持テーブル１０上の被加工物２００が押圧されることにより生じるＺ軸方向に沿った荷重を測定するものである。実施形態１では、荷重センサ４０は、圧電素子を有する押圧センサにより構成され、ターンテーブル３と保持テーブル１０との間に設置されている。実施形態１では、荷重センサ４０は、荷重の大きさにより変化する電荷をアンプユニット５０に出力する。

アンプユニット５０は、荷重センサ４０が出力した荷重に大きさに応じた電荷を電圧に変換し、変換した電圧を増幅するものである。アンプユニット５０は、図２に示すように、箱状の筐体５１と、筐体５１内に収容されたチャージアンプ５２と、ＡＤ変換部５３と、サブ制御ユニット５４と、複数の入出力ユニット５５，５６とを備える。

チャージアンプ５２は、入出力ユニット５５を介して、荷重センサ４０と電気的に接続し、荷重センサ４０からの電荷が入力する。チャージアンプ５２は、荷重センサ４０から入力した電荷を電圧に変換するとともに、変換された電圧を増幅して、ＡＤ変換部５３に出力する。ＡＤ変換部５３は、チャージアンプ５２が変換、増幅した電圧をデジタル信号に変換して、サブ制御ユニット５４に出力する。実施形態１では、ＡＤ変換部５３は、単一の回路部品又は複数の回路部品により構成される。

なお、ＡＤ変換部５３によりデジタル信号に変換された電圧３００は、研削中に研削ユニット２０から被加工物２００に作用する荷重と対応している。実施形態１では、増幅された電圧３００は、荷重が大きくなるにしたがって大きくなり、荷重と比例する。

サブ制御ユニット５４は、制御ユニット１００のメイン制御ユニット１０１とは別途設けられスピンドル２３の加工送りであるＺ軸方向の移動を専門に制御するものである。サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１とは別体であり、入出力ユニット５６を介してモーター３２と電気的に接続している。サブ制御ユニット５４は、チャージアンプ５２から出力されかつＡＤ変換部５３によりデジタル信号に変換された電圧３００を監視し、デジタル信号に変換された電圧３００が、適切な値であり事前に設定した値でもあるしきい値３０１を超えた場合にスピンドル２３の加工送り方向への移動であるＺ軸方向に沿って保持テーブル１０に近付く移動を停止する信号をモーター３２に発信する。なお、しきい値３０１は、研削時に被加工物２００に加工不良が生じる荷重の値であって、しきい値３０１を超えると被加工物２００に加工不良が生じ、しきい値３０１以下であると被加工物２００の加工不良を抑制できる値である。

なお、サブ制御ユニット５４は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサー、又は並列プログラム化したプロセッサー等の専用の処理回路（ハードウェア）で構成される。また、本発明では、サブ制御ユニット５４は、コンピュータプログラムを記憶したメモリなどの記憶装置と、記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置とにより構成され、演算処理装置が記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、機能が実現されても良い。

また、実施形態１では、アンプユニット５０は、筐体５１内に収容され、チャージアンプ５２、ＡＤ変換部５３、サブ制御ユニット５４及び入出力ユニット５５，５６を実装してこれらを互いに接続した基板５８を備えている。このために、実施形態１では、サブ制御ユニット５４は、チャージアンプ５２を備えるアンプユニット５０の筐体５１内に配置されている。実施形態１では、アンプユニット５０の入出力ユニット５５，５６は、互いに別体である。

制御ユニット１００は、図１に示すように、サブ制御ユニット５４と、メイン制御ユニット１０１とを備える。メイン制御ユニット１０１は、サブ制御ユニット５４とは別体のコンピュータであり、加工装置１を構成する上述した各機構からの複数種類の信号を処理して、各機構をそれぞれ制御するものである。即ち、メイン制御ユニット１０１は、被加工物２００に対する加工動作を加工装置１に実行させるものである。メイン制御ユニット１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インタフェース装置とを有し、コンピュータプログラムを実行可能なコンピュータである。

メイン制御ユニット１０１の演算処理装置は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムをＲＡＭ上で実行して、加工装置１を制御するための制御信号を生成する。メイン制御ユニット１０１の演算処理装置は、生成した制御信号を入出力インタフェース装置を介して加工装置１の各構成要素に出力する。なお、図１は、メイン制御ユニット１０１がモーター３２とＡＤ変換部５３と接続していることを示し、他の機構と接続していることを省略している。

また、メイン制御ユニット１０１は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される図示しない表示手段や、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる入力手段と接続されている。入力手段は、表示手段に設けられたタッチパネルと、キーボード等とのうち少なくとも一つにより構成される。

また、メイン制御ユニット１０１は、ＡＤ変換部５３からデジタル信号に変換された電圧３００が入力される。メイン制御ユニット１０１は、研削中、ＡＤ変換部５３から入力した電圧３００に基づいて、被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるように、スピンドル２３のＺ軸方向の移動を制御する。メイン制御ユニット１０１は、被加工物２００の研削中にチャージアンプ５２から出力されＡＤ変換部５３から入力した電圧３００を監視し、電圧３００が適切な値であるしきい値３０１になるようにモーター３２を駆動させ、モーター３２がスピンドル２３のＸ軸方向の位置を上下動させて調整しながら所定の荷重を維持した状態で被加工物２００を研削する。

具体的には、例えば、メイン制御ユニット１０１は、研削中、ＡＤ変換部５３から入力した電圧３００が事前に設定した値であるしきい値３０１よりも低い下限電圧３０３以下になると、スピンドル２３のＺ軸方向へ下降させ、ＡＤ変換部５３から入力した電圧３００が事前に設定した値であるしきい値３０１を超えると、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度が減速するまたは停止させる信号をモーター３２に発信して、モーター３２を制御する。こうして、メイン制御ユニット１０１は、ＡＤ変換部５３から入力した電圧３００が事前に設定した値であるしきい値３０１になるための信号をモーター３２に発信して、電圧３００が事前に設定した値であるしきい値３０１になるようにモーター３２を駆動させ、モーター３２がスピンドル１２３のＺ軸方向の位置を上下導させて調整しながら所定の荷重を維持した状態で被加工物２００を研削する。

また、メイン制御ユニット１０１は、研削中、位置測定ユニットの測定結果に基づいて、被加工物２００が所定の仕上げ厚さまで薄化された否かを判定し、被加工物２００が所定の厚みまで薄化さされると被加工物２００に対する研削を終了する。

また、実施形態１に係る加工装置１は、モーター３２にメイン制御ユニット１０１と電気的に接続した入出力ユニット３２１と、この入出力ユニット３２１と別体でかつサブ制御ユニット５４と電気的に接続した入出力ユニット３２２とを設けている。

次に、実施形態１に係る加工装置１の加工動作を説明する。加工動作では、まず、オペレータが加工内容情報をメイン制御ユニット１０１に登録し、オペレータが研削前の被加工物２００を収容したカセットを装置基台２に設置する。加工動作は、オペレータから加工動作の開始指示があった場合に開始される。なお、加工内容情報は、しきい値３０１、仕上げ厚さ、研削時の研削ユニットの加工送り速度、スピンドルの回転数等が含まれる。

加工動作を開始すると、図３に示すように、荷重センサ４０が測定結果である電荷をチャージアンプ５２に出力し、チャージアンプ５２が電荷を電圧に変換、増幅し、ＡＤ変換部５３がデジタル信号に変換してサブ制御ユニット５４及びメイン制御ユニット１０１に出力する（ステップＳＴ１）。なお、実施形態１では、加工動作が終了するまで、所定の周波数で繰り返して、荷重センサ４０が測定結果である電荷をチャージアンプ５２に出力し、チャージアンプ５２が電荷を電圧に変換、増幅し、ＡＤ変換部５３がデジタル信号に変換してサブ制御ユニット５４及びメイン制御ユニット１０１に出力する。

メイン制御ユニット１０１は、しきい値３０１をサブ制御ユニット５４に出力し、サブ制御ユニット５４のしきい値３０１が設定される（ステップＳＴ２）とともに、加工開始を示す信号をサブ制御ユニット５４に出力する（ステップＳＴ３）。加工動作では、メイン制御ユニット１０１は、スピンドルモータ２４でスピンドル２３を軸心回りに回転し、搬送ユニットにカセットから被加工物２００を取り出させ、搬入出領域に位置する保持テーブル１０上に搬入し、被加工物２００の表面２０２側を保持テーブル１０に吸引保持し、ターンテーブル６を回転して被加工物２００を加工領域４に搬送する。

メイン制御ユニット１０１は、加工開始を示す信号をサブ制御ユニット５４に出力した（ステップＳＴ３）後、被加工物２００を加工領域４に位置させ、モーター３２を加工内容情報に基づいて制御して、研削ユニット２０を加工内容情報の加工送り速度で加工させて、被加工物２００の研削を開始し、モーター３２に被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号を発信して、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度を制御する（ステップＳＴ４）。また、サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１から加工開始を示す信号を受信すると、デジタル変換された電圧３００を監視し、デジタル変換された電圧３００がしきい値３０１を超えた否かの判定を開始する（ステップＳＴ５）。なお、実施形態１では、サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１からの加工終了を示す信号を受信するまで、所定の周波数で繰り返し判定する。

サブ制御ユニット５４は、被加工物２００の研削中に、デジタル変換された電圧３００がしきい値３０１を超えたと判定すると、メイン制御ユニット１０１及びモーター３２にモーター３２を停止するための停止信号を出力する（ステップＳＴ６）。モーター３２は、停止信号を受信すると、停止する（ステップＳＴ７）。メイン制御ユニット１０１は、停止信号を受信すると、位置測定センサの測定結果に基づいて、被加工物２００の研削が終了した否かの判定を実施する（ステップＳＴ８）。実施形態１では、ステップＳＴ８では、メイン制御ユニット１０１は、被加工物２００が仕上げ厚さまで薄化されていると判定すると、被加工物２００の研削が終了したと判定し、被加工物２００が仕上げ厚さまで薄化されていないと判定すると、被加工物２００の研削が終了していないと判定する。

メイン制御ユニット１０１は、被加工物２００の研削が終了していないと判定すると、加工を再開する信号をサブ制御ユニット５４に出力する（ステップＳＴ９）。メイン制御ユニット１０１は、加工を再開する信号をモーター３２に出力するとともに、モーター３２を加工内容情報に基づいて制御して、被加工物２００の研削を再開して、モーター３２に被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号を発信して、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度を制御する（ステップＳＴ１０）。

また、サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１から加工を再開する信号を受信すると、デジタル変換された電圧３００を監視し、デジタル変換された電圧３００がしきい値３０１を超えた否かの判定を再開する（ステップＳＴ１１）。なお、実施形態１では、サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１からの加工終了を示す信号を受信するまで、所定の周波数で繰り返し判定する。

メイン制御ユニット１０１は、被加工物２００の研削が終了したと判定すると、加工終了を示す信号をサブ制御ユニット５４に出力する（ステップＳＴ１２）とともに、モーター３２を制御して研削ユニット２０を上昇させて、被加工物２００の研削を終了する。サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１から加工終了を示す信号を受信すると、デジタル変換された電圧３００がしきい値３０１を超えた否かの判定を終了する（ステップＳＴ１３）。

メイン制御ユニット１０１は、ターンテーブル３を回転して研削後の被加工物２００を搬入出領域に搬送し、搬送ユニットにより洗浄ユニットに搬入し、洗浄ユニットで洗浄し、洗浄後の被加工物２００を搬送ユニットによりカセット内に搬入する。メイン制御ユニット１０１は、ステップＳＴ３からステップＳＴ１３を繰り返して、カセット内の被加工物２００を順に研削し、カセット内の全ての被加工物２００を研削すると、加工動作を終了する。

以上説明した実施形態１に係る加工装置１は、各機構の制御を行うメイン制御ユニット１０１と、研削中にチャージアンプ５２が出力しＡＤ変換された電圧を監視し、電圧がしきい値３０１を超えた場合に停止する信号のみをモーター３２に発信するサブ制御ユニット５４とを別途設けている。このために、加工装置１は、サブ制御ユニット５４の処理内容を限定することができるので、研削中にチャージアンプ５２が出力しＡＤ変換された電圧がしきい値３０１を超えた場合にモーター３２の停止までにかかる所要時間を抑制することができる。その結果、加工装置１は、信号遅延による過剰な研削等に起因する加工品質の低下を抑制することができるという効果を奏する。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２に係る加工装置を図面に基づいて説明する。図４は、実施形態２に係る加工装置の構成例の一部を断面で示す側面図である。図５は、図４に示された加工装置のアンプユニットの要部の構成を示す斜視図である。図６は、実施形態２に係る加工装置の加工動作の一部のシーケンス図である。なお、図４、図５及び図６は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施形態２に係る加工装置１は、サブ制御ユニット５４が、研削中、ＡＤ変換部５３から入力した電圧３００に基づいて、被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるように、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度を制御すること以外、実施形態１と同じである。サブ制御ユニット５４は、被加工物２００の研削中にチャージアンプ５２から出力されＡＤ変換部５３から入力した電圧３００を監視し、電圧３００が事前に設定した値であるしきい値３０１になるための信号をモーター３２に発信して、電圧３００が事前に設定した値であるしきい値３０１になるようにモーター３２を駆動させ、モーター３２がスピンドル２３のＺ軸方向の位置を上下動させて調整しながら所定の荷重を維持した状態で被加工物２００を研削する。

具体的には、例えば、サブ制御ユニット５４は、研削中、ＡＤ変換部５３から入力した電圧３００が事前に設定した値であるしきい値３０１よりも低い下限電圧３０３以下になると、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度が増速し、ＡＤ変換部５３から入力した電圧３００が事前に設定した値であるしきい値３０１を超えると、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度が減速する信号をモーター３２に発信して、モーター３２を制御する。

実施形態２では、サブ制御ユニット５４は、図４及び図５に示すように、入出力ユニット５６を介してモーター３２と電気的に接続して実施形態１と同様に停止する信号をモーター３２に発信するとともに、入出力ユニット５５，５６と別体の入出力ユニット５７を介してモーター３２に電気的に接続して被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号をモーター３２に出力する。

また、実施形態２に係る加工装置１は、モーター３２に入出力ユニット３２１，３２２と別体でかつサブ制御ユニット５４と電気的に接続した入出力ユニット３２３を設けている。

実施形態２に係る加工装置１は、加工動作では、まず、オペレータが加工内容情報をメイン制御ユニット１０１に登録し、オペレータが研削前の被加工物２００を収容したカセットを装置基台２に設置する。加工動作は、オペレータから加工動作の開始指示があった場合に開始される。なお、加工内容情報は、しきい値３０１、仕上げ厚さ、研削時の研削ユニットの加工送り速度、スピンドルの回転数等が含まれる。

加工動作を開始すると、図６に示すように、荷重センサ４０が測定結果である電荷をチャージアンプ５２に出力し、チャージアンプ５２が電荷を電圧に変換、増幅し、ＡＤ変換部５３がデジタル信号に変換してサブ制御ユニット５４及びメイン制御ユニット１０１に出力する（ステップＳＴ１）。なお、実施形態２では、加工動作が終了するまで、所定の周波数で繰り返して、荷重センサ４０が測定結果である電荷をチャージアンプ５２に出力し、チャージアンプ５２が電荷を電圧に変換、増幅し、ＡＤ変換部５３がデジタル信号に変換してサブ制御ユニット５４及びメイン制御ユニット１０１に出力する。

メイン制御ユニット１０１は、加工開始を示す信号をサブ制御ユニット５４に出力した（ステップＳＴ３）後、被加工物２００を加工領域４に位置させ、モーター３２を加工内容情報に基づいて制御して、研削ユニット２０を加工内容情報の加工送り速度で加工させて、被加工物２００の研削を開始する（ステップＳＴ４－２）。また、サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１から加工開始を示す信号を受信すると、モーター３２に被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号を発信して、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度を制御する（ステップＳＴ２０）。また、サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１から加工開始を示す信号を受信すると、デジタル変換された電圧３００を監視し、デジタル変換された電圧３００がしきい値３０１を超えた否かの判定を開始する（ステップＳＴ５）。なお、実施形態１では、サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１からの加工終了を示す信号を受信するまで、所定の周波数で繰り返し判定する。

メイン制御ユニット１０１は、被加工物２００の研削が終了していないと判定すると、加工を再開する信号をサブ制御ユニット５４に出力する（ステップＳＴ９）。メイン制御ユニット１０１は、加工を再開する信号をモーター３２に出力するとともに、モーター３２を加工内容情報に基づいて制御して、被加工物２００の研削を再開する（ステップＳＴ１０－２）。サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１から加工を再開する信号を受信すると、モーター３２に被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号を発信して、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度を制御する（ステップＳＴ２１）。

メイン制御ユニット１０１は、被加工物２００の研削が終了したと判定すると、加工終了を示す信号をサブ制御ユニット５４に出力する（ステップＳＴ１２）とともに、モーター３２を制御して研削ユニット２０を上昇させて、被加工物２００の研削を終了する。サブ制御ユニット５４は、メイン制御ユニット１０１から下降終了を示す信号を受信すると、デジタル変換された電圧３００がしきい値３０１を超えた否かの判定を終了する（ステップＳＴ１３）。

以上説明した実施形態２に係る加工装置１は、各機構の制御を行うメイン制御ユニット１０１と、研削中にチャージアンプ５２が出力しＡＤ変換された電圧を監視し、電圧がしきい値３０１を超えた場合に停止する信号と被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号とをモーター３２に発信するサブ制御ユニット５４とを別途設けている。その結果、実施形態２に係る加工装置１は、研削中にチャージアンプ５２が出力しＡＤ変換された電圧がしきい値３０１を超えた場合にモーター３２の停止までにかかる所要時間や適切な荷重に調整する所要時間を抑制することができ、実施形態１と同様に、信号遅延による加工品質の低下を抑制することができるという効果を奏する。

また、実施形態２に係る加工装置１は、サブ制御ユニット５４が研削中に被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号をモーター３２に発信して、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度を制御するので、メイン制御ユニット１０１の処理内容を実施形態１の場合よりも削減でき、メイン制御ユニット１０１の各機構を制御する信号の遅延を抑制することができる。

〔変形例１〕
本発明の実施形態１及び実施形態２の変形例１に係る加工装置を図面に基づいて説明する。図７は、実施形態１及び実施形態２の変形例１に係る加工装置の構成例の一部を断面で示す側面図である。なお、図７は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

図７に示す変形例１に係る加工装置１－１は、被加工物２００の裏面２０３を研磨（加工に相当）する加工ユニットである研磨ユニット２０－１を備える研磨装置であること以外、実施形態１と同じである。変形例１に係る加工装置１－１は、図７に示すように、研磨ユニット２０－１のスピンドル２３の先端である下端に取り付けられ、被加工物２００の裏面２０３を研磨する研磨パッド２７を備える。また、変形例１に係る加工装置１は、ターンテーブル３の代わりに保持テーブル１０を保持面１１と平行なＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸移動ユニット６０を備える。Ｘ軸移動ユニット６０は、装置基台２上に設置され、保持テーブル１０をＸ軸方向に沿って搬入出領域と加工領域４とに亘って移動させるものである。Ｘ軸移動ユニット６０は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ６１とボールねじ６１を軸心回りに回転させる周知のパルスモータ６２と保持テーブル１０をＸ軸方向に移動自在に支持する周知の図示しないガイドレールとを備える。

変形例１に係る加工装置１－１は、メイン制御ユニット１０１と、サブ制御ユニット５４とを別途設けているので、研磨中にチャージアンプ５２が出力しＡＤ変換された電圧がしきい値３０１を超えた場合にモーター３２の停止までにかかる所要時間を抑制することができ、実施形態１と同様に、信号遅延による加工品質の低下を抑制することができるという効果を奏する。また、変形例１に係る加工装置１－１は、実施形態２と同様に、サブ制御ユニット５４が研磨中に被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号をモーター３２に発信して、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度を制御しても良い。

〔変形例２〕
本発明の実施形態１及び実施形態２の変形例２に係る加工装置を図面に基づいて説明する。図８は、実施形態１及び実施形態２の変形例２に係る加工装置の研削ユニットの一部を断面で示す側面図である。なお、図８は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

変形例２に係る加工装置１－２は、図８に示すように、研削ユニット２０－２のスピンドル２３がスピンドルモータ２４により軸心回りに回転される回転軸体２３－１と、回転軸体２３－１を内側に収容する通常のケーシング部２３－２とを備え、スピンドルハウジング２６の下端部とケーシング部２３－２の下端部との間に荷重センサ４０を設けて、スピンドル２３の下端部に荷重センサ４０を設けていること以外、実施形態１と同じである。

変形例２に係る加工装置１－２は、メイン制御ユニット１０１と、サブ制御ユニット５４とを別途設けているので、研削中にチャージアンプ５２が出力しＡＤ変換された電圧がしきい値を超えた場合にモーター３２の停止までにかかる所要時間を抑制することができ、実施形態１と同様に、信号遅延による加工品質の低下を抑制することができるという効果を奏する。また、変形例２に係る加工装置１－２は、実施形態２と同様に、サブ制御ユニット５４が研削中に被加工物２００に作用する荷重が適正な値になるための信号をモーター３２に発信して、スピンドル２３のＺ軸方向の移動速度を制御しても良く、変形例１と同様に、研磨パッド２７を備える研磨装置でも良い。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１，１－１，１－２加工装置
１０保持テーブル
２２研削ホイール
２３スピンドル
２７研磨パッド
３２モーター
４０荷重センサ
５０アンプユニット
５２チャージアンプ
５４サブ制御ユニット
１００制御ユニット
１０１メイン制御ユニット
２００被加工物
３００電圧
３０１しきい値（事前に設定した値）
Ｚ加工送り方向

Claims

保持テーブルに保持された被加工物を研削する研削ホイールまたは研磨する研磨パッドと、
該研削ホイールまたは該研磨パッドを先端に支持するスピンドルと、
該スピンドルを加工送り方向に移動させるモーターと、
該スピンドルの下方または該保持テーブルの下方に設置され、加工により生じる荷重を測定する荷重センサと、
該荷重センサと電気的に接続されたチャージアンプと、
制御ユニットと、を備えた加工装置であって、
該制御ユニットは、
該加工装置を構成する機構からの複数種類の信号を処理するメイン制御ユニットと、
該メイン制御ユニットとは別体であるサブ制御ユニットとを含み、
該サブ制御ユニットは、該モーターと電気的に接続され、該チャージアンプから出力される電圧を監視し、該電圧がしきい値を超えた場合に該スピンドルの加工送り方向への移動を停止する信号を該モーターに発信することを特徴とする加工装置。
該サブ制御ユニットは、
被加工物の加工中に該チャージアンプから出力される電圧を監視し、該電圧が事前に設定した値になるように該モーターを駆動させ、該モーターが該スピンドルの加工送り方向の位置を上下動させて調整しながら所定の荷重を維持した状態で被加工物を加工することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
該サブ制御ユニットは、
該チャージアンプを備えるアンプユニット内に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加工装置。