JP7464410B2 - Processing Equipment - Google Patents

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Description

本発明は、非円形状のワークを加工する加工装置に関する。 The present invention relates to a processing device for processing non-circular workpieces.

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)を薄膜に形成するために、ワークの裏面を研削する裏面研削が行われている。 In the field of semiconductor manufacturing, back grinding is performed to grind the back side of a semiconductor wafer such as a silicon wafer (hereinafter referred to as the "workpiece") to form a thin film.

ワークの裏面研削を行う加工装置として、特許文献1に示すように、下端に砥石が取り付けられたスピンドル送り機構が定圧シリンダに吊設され、ワークに切り込ませた砥石に作用する摩擦力が所定値より高い場合に、定圧シリンダが、スピンドル及びスピンドル送り機構を鉛直方向に上昇させるものが知られている。 As shown in Patent Document 1, a processing device for grinding the back surface of a workpiece is known in which a spindle feed mechanism with a grinding wheel attached to its lower end is suspended from a constant pressure cylinder, and when the frictional force acting on the grinding wheel cutting into the workpiece is higher than a predetermined value, the constant pressure cylinder raises the spindle and spindle feed mechanism vertically.

このような研削盤では、砥石に作用する摩擦力が過大となる場合に、定圧シリンダが、スピンドルとスピンドル送り機構とを一時的に上昇させるため、砥石とワークとが過度に接触しない状態でワークが延性モード研削されるため、ワークにダメージを与えることなく安定して研削することができる。 In this type of grinding machine, if the frictional force acting on the grinding wheel becomes excessive, the constant pressure cylinder temporarily raises the spindle and spindle feed mechanism, so that the workpiece is ground in a ductile mode without excessive contact between the grinding wheel and the workpiece, allowing the workpiece to be ground stably without damaging it.

特許第6030265号公報Japanese Patent No. 6030265

しかしながら、砥石及び矩形ワーク等の非円形状のワークをそれぞれ回転させながら研削する場合、砥石とワークとの接触面積は常に一定ではなく、例えば、砥石とワークとの接触面積が比較的大きい領域は、接触面積が比較的小さい領域と比べて、ワークの研削量が減少しがちである。すなわち、砥石をワークに対して一様に接触させると、砥石とワークとの接触面積の変動に応じて、加工後のワークに厚みばらつきが生じるという問題があった。 However, when grinding a non-circular workpiece such as a rectangular workpiece while rotating the grinding wheel and the workpiece, the contact area between the grinding wheel and the workpiece is not always constant; for example, areas where the contact area between the grinding wheel and the workpiece is relatively large tend to have a smaller amount of workpiece ground than areas where the contact area is relatively small. In other words, if the grinding wheel is brought into uniform contact with the workpiece, there is a problem in that the thickness of the processed workpiece will vary depending on the fluctuation in the contact area between the grinding wheel and the workpiece.

そこで、非円形状のワークを所望の厚みに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。 As a result, a technical problem arises that must be solved in order to process a non-circular workpiece to the desired thickness, and the present invention aims to solve this problem.

上記目的を達成するために、本発明に係る加工装置は、非円形状のワークを平面加工する加工装置であって、前記ワークを吸着保持可能なチャックと、前記チャックを回転させるチャックスピンドルと、前記チャックの回転角度を検出可能な検出部と、を備えている保持手段と、前記ワークを加工する砥石と、前記砥石を回転させる砥石スピンドルと、前記砥石を垂直方向に移動させるスピンドル送り機構と、前記スピンドル送り機構を保持するエアシリンダと、を備えている加工手段と、前記ワークと前記砥石とが接触する接触面積の変化に応じて、前記チャックの所定回転角度毎に前記エアシリンダに供給される空気圧を加減圧して前記砥石を昇降させる制御手段と、を備えている。 In order to achieve the above object, the processing device according to the present invention is a processing device for machining a non-circular workpiece into a flat surface, and includes a holding means including a chuck capable of suction-holding the workpiece, a chuck spindle for rotating the chuck, and a detection unit capable of detecting the rotation angle of the chuck, a processing means including a grindstone for machining the workpiece, a grindstone spindle for rotating the grindstone, a spindle feed mechanism for moving the grindstone vertically, and an air cylinder for holding the spindle feed mechanism, and a control means for increasing or decreasing the air pressure supplied to the air cylinder for each predetermined rotation angle of the chuck in response to changes in the contact area between the workpiece and the grindstone, thereby raising and lowering the grindstone.

この構成によれば、チャックの回転に伴うワーク及び砥石の接触面積の変化に応じて、チャックの所定回転角度毎に砥石を昇降させることにより、非円形状のワークの加工量が局所的に変化することを抑制し、ワークの形状に起因する加工後のワークの厚みバラつきを軽減することができる。 With this configuration, the grinding wheel is raised and lowered for each specified rotation angle of the chuck in response to changes in the contact area between the workpiece and the grinding wheel as the chuck rotates, thereby preventing local changes in the amount of machining of a non-circular workpiece and reducing variations in the thickness of the machined workpiece caused by the shape of the workpiece.

また、本発明に係る加工装置は、前記制御手段が、前記接触面積が予め設定された基準面積と比較して大きい場合には、前記エアシリンダに供給される空気圧を予め設定された基準圧より加圧して、前記砥石を降下させることが好ましい。 In addition, in the processing device according to the present invention, it is preferable that when the contact area is larger than a preset reference area, the control means increases the air pressure supplied to the air cylinder above the preset reference pressure to lower the grinding wheel.

この構成によれば、基準面積より広いワーク及び砥石の接触面積内の加工量が局所的に低下することを抑制できる。 This configuration makes it possible to prevent localized reductions in the amount of machining within the contact area between the workpiece and the grindstone that is larger than the reference area.

また、本発明に係る加工装置は、前記制御手段が、前記接触面積が予め設定された基準面積と比較して小さい場合には、前記エアシリンダに供給される空気圧を予め設定された基準圧より減圧して、前記砥石を上昇させることが好ましい。 In addition, in the processing device according to the present invention, it is preferable that when the contact area is smaller than a preset reference area, the control means reduces the air pressure supplied to the air cylinder below the preset reference pressure to raise the grinding wheel.

この構成によれば、基準面積より狭いワーク及び砥石の接触面積内の加工量が局所的に増大することを抑制できる。 This configuration makes it possible to prevent localized increases in the amount of machining within the contact area between the workpiece and the grindstone that is smaller than the reference area.

本発明は、チャックの回転に伴うワーク及び砥石の接触面積の変化に応じて、チャックの所定回転角度毎に砥石を昇降させることにより、非円形状のワークの加工量が局所的に変化することを抑制し、ワークの形状に起因する加工後のワークの厚みバラつきを軽減することができる。 By raising and lowering the grinding wheel at each specified rotation angle of the chuck in response to changes in the contact area between the workpiece and the grinding wheel as the chuck rotates, the present invention can suppress local changes in the amount of machining of a non-circular workpiece and reduce variations in the thickness of the machined workpiece caused by the shape of the workpiece.

本発明の一実施形態に係る研削装置を示す斜視図。1 is a perspective view showing a grinding device according to an embodiment of the present invention; 図1に示すメインユニットの側面図。FIG. 2 is a side view of the main unit shown in FIG. 1 . 図1に示すメインユニットの平面図。FIG. 2 is a plan view of the main unit shown in FIG. 1 . ワーク内の2箇所におけるワークと砥石との接触面積を比較した平面図。1 is a plan view comparing the contact areas between the workpiece and the grinding wheel at two points in the workpiece. FIG. チャックの回転角度に応じて、砥石の高さ位置を変化させる様子を示す図。FIG. 13 is a diagram showing how the height position of the grinding wheel is changed according to the rotation angle of the chuck.

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。 The embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in the following, when referring to the number, numerical value, amount, range, etc. of components, unless otherwise specified or when it is clearly limited to a specific number in principle, it is not limited to that specific number, and it may be more or less than the specific number.

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。 In addition, when referring to the shape or positional relationship of components, etc., this includes things that are substantially similar or similar to that shape, etc., unless otherwise specified or considered in principle to be clearly different.

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。 In addition, drawings may exaggerate characteristic parts to make the features easier to understand, and the dimensional ratios of components may not necessarily be the same as in reality.

研削装置1は、ワークWを研削して薄膜に形成するものである。なお、以下では、平面視で正方形状のワークWを例に説明するが、ワークWの形状はこれに限定されるものではない。研削装置1を用いて研削加工が施されるワークWは、シリコンウェハ、シリコンカーバイドウェハ等の高硬度・高脆性を示すものが好適であるが、これらに限定されるものではない。 The grinding device 1 grinds the workpiece W to form a thin film. In the following, a workpiece W that is square in plan view will be described as an example, but the shape of the workpiece W is not limited to this. The workpiece W that is ground using the grinding device 1 is preferably a silicon wafer, silicon carbide wafer, or other workpiece that exhibits high hardness and brittleness, but is not limited to these.

研削装置1は、砥石21を備えるメインユニット2と、メインユニット2の下方に配置された搬送ユニット3と、を備えている。 The grinding device 1 includes a main unit 2 equipped with a grinding wheel 21 and a conveying unit 3 arranged below the main unit 2.

メインユニット2は、アーチ状のコラム22と、砥石21が取り付けられた砥石スピンドル23と、砥石スピンドル23を鉛直方向Vに摺動可能に支持する3つのリニアガイド24と、砥石スピンドル23を鉛直方向Vに昇降させるスピンドル送り機構25と、を備えている。 The main unit 2 includes an arch-shaped column 22, a grinding wheel spindle 23 to which the grinding wheel 21 is attached, three linear guides 24 that support the grinding wheel spindle 23 so that it can slide in the vertical direction V, and a spindle feed mechanism 25 that raises and lowers the grinding wheel spindle 23 in the vertical direction V.

砥石スピンドル23は、コラム22の前面22aに鉛直方向Vに亘って凹設された溝22b内に収容されている。砥石スピンドル23は、砥石21を下端に取り付けたサドル23aと、サドル23a内に設けられて砥石21を回転させる図示しないモータと、を備えている。 The grindstone spindle 23 is housed in a groove 22b recessed in the vertical direction V on the front surface 22a of the column 22. The grindstone spindle 23 includes a saddle 23a to which the grindstone 21 is attached at its lower end, and a motor (not shown) that is provided in the saddle 23a and rotates the grindstone 21.

リニアガイド24は、鉛直方向Vに沿って昇降するサドル23aの案内レールであり、2つの前方リニアガイド24aと、1つの後方リニアガイド24bと、で構成される。 The linear guide 24 is a guide rail for the saddle 23a that rises and falls along the vertical direction V, and is composed of two front linear guides 24a and one rear linear guide 24b.

前方リニアガイド24aは、コラム22の前方で溝22bの縁部に配置され、鉛直方向Vに沿って互いに平行に設けられている。また、前方リニアガイド24aには、サドル23aが直接取り付けられている。 The front linear guides 24a are disposed on the edge of the groove 22b in front of the column 22 and are arranged parallel to each other along the vertical direction V. In addition, the saddle 23a is directly attached to the front linear guides 24a.

後方リニアガイド24bは、溝22bの底部に鉛直方向Vに沿って互いに平行に設けられている。また、後方リニアガイド24bには、後述するナット25aを介して、サドル23aが取り付けられている。 The rear linear guides 24b are arranged parallel to each other along the vertical direction V at the bottom of the groove 22b. In addition, the saddle 23a is attached to the rear linear guides 24b via a nut 25a, which will be described later.

前方リニアガイド24aと後方リニアガイド24bとは、図3に示すように、平面視で砥石スピンドル23の重心Gが前方リニアガイド24a及び後方リニアガイド24bで形成される三角形T内に配置されるように、互いに離間して配置されている。 As shown in FIG. 3, the front linear guide 24a and the rear linear guide 24b are spaced apart from each other so that the center of gravity G of the grinding wheel spindle 23 is located within the triangle T formed by the front linear guide 24a and the rear linear guide 24b in a plan view.

スピンドル送り機構25は、サドル23aと後方リニアガイド24bとを連結するナット25aと、ナット25aを昇降させるボールネジ25bと、ボールネジ25bを回転させるモータ25cと、を備えている。 The spindle feed mechanism 25 includes a nut 25a that connects the saddle 23a and the rear linear guide 24b, a ball screw 25b that raises and lowers the nut 25a, and a motor 25c that rotates the ball screw 25b.

モータ25cが駆動してボールネジ25bが回転すると、ナット25aが鉛直方向Vと平行なボールネジ25bの送り込み方向D1にスライドすることにより、サドル23aが下降する。 When the motor 25c is driven to rotate the ball screw 25b, the nut 25a slides in the feed direction D1 of the ball screw 25b, which is parallel to the vertical direction V, and the saddle 23a descends.

メインユニット2には、エアシリンダ26が設けられている。エアシリンダ26は、スピンドル送り機構25を挟んで水平方向Hの両側に1つずつ設けられている。エアシリンダ26は、図示しないシリンダ、ピストン、ピストンロッド、コンプレッサ等から成る公知の構成である。 The main unit 2 is provided with an air cylinder 26. The air cylinders 26 are provided on both sides of the spindle feed mechanism 25 in the horizontal direction H. The air cylinders 26 are of known construction and comprise a cylinder, a piston, a piston rod, a compressor, etc. (not shown).

エアシリンダ26の駆動圧は、砥石21がワークWの臨界切り込み深さ(Dc値)だけ切り込んだ際に砥石21に作用する摩擦力に対応した値以下に設定される。Dc値は、ワークWの材料毎に異なり、例えば、シリコンウェハで0.09μm、シリコンカーバイドウェハで0.15μmである。さらに、エアシリンダ26に供給される圧縮空気の圧力(空気圧)を加減することにより、エアシリンダ26がスピンドル送り機構25を介して砥石21をワークWに押し付ける押圧力を調整して、砥石21の鉛直方向Vにおける位置(高さ位置)を昇降できる。 The driving pressure of the air cylinder 26 is set to a value equal to or less than the value corresponding to the frictional force acting on the grinding wheel 21 when the grinding wheel 21 cuts into the workpiece W by the critical cutting depth (Dc value). The Dc value differs depending on the material of the workpiece W, for example, 0.09 μm for silicon wafers and 0.15 μm for silicon carbide wafers. Furthermore, by adjusting the pressure (air pressure) of the compressed air supplied to the air cylinder 26, the pressure with which the air cylinder 26 presses the grinding wheel 21 against the workpiece W via the spindle feed mechanism 25 can be adjusted, and the position (height position) of the grinding wheel 21 in the vertical direction V can be raised and lowered.

エアシリンダ26は、砥石スピンドル23及びスピンドル送り機構25を溝22b内で吊設しており、エアシリンダ26のピストンロッドが、モータ25cに連結されている。エアシリンダ26がスピンドル送り機構25を挟んで水平方向Hの両側に設けられることにより、スピンドル送り機構25が昇降する際にスピンドル送り機構25が水平方向Hに傾くことが抑制される。 The air cylinder 26 suspends the grinding wheel spindle 23 and the spindle feed mechanism 25 within the groove 22b, and the piston rod of the air cylinder 26 is connected to the motor 25c. By providing the air cylinders 26 on both sides of the spindle feed mechanism 25 in the horizontal direction H, the spindle feed mechanism 25 is prevented from tilting in the horizontal direction H when it moves up and down.

搬送ユニット3は、ワークWを吸着保持可能なチャック31と、チャック31の回転角度を検出する検出部32と、チャック31を載置するスライダ33と、を備えている。 The transport unit 3 includes a chuck 31 capable of suction-holding the workpiece W, a detector 32 that detects the rotation angle of the chuck 31, and a slider 33 on which the chuck 31 is placed.

チャック31は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる吸着体34と、吸着体34を略中央に埋設する緻密体35と、を備えている。チャック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真空源、圧縮空気源又は給水源に接続されている。真空源が起動すると、吸着体34に載置されたワークWが吸着体34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34との吸着が解除される。 The chuck 31 has an adsorbent 34 made of a porous material such as alumina on its upper surface, and a dense body 35 in which the adsorbent 34 is embedded approximately in the center. The chuck 31 has a conduit (not shown) that runs through the inside and reaches the surface. The conduit is connected to a vacuum source, a compressed air source, or a water supply source via a rotary joint (not shown). When the vacuum source is activated, the workpiece W placed on the adsorbent 34 is adsorbed and held by the adsorbent 34. When the compressed air source or water supply source is activated, the adsorption between the workpiece W and the adsorbent 34 is released.

吸着体34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。また、緻密体35は、平面から視て略円形状に形成されているが、緻密体35の形状はこれに限定されるものではない。また、チャック31は、図示しないサーボモータによってチャック31の中心を通る鉛直軸回りに回動可能である。 The adsorption body 34 is formed into a shape corresponding to the workpiece W when viewed from above. In addition, the dense body 35 is formed into a substantially circular shape when viewed from above, but the shape of the dense body 35 is not limited to this. In addition, the chuck 31 can be rotated around a vertical axis passing through the center of the chuck 31 by a servo motor (not shown).

検出部32は、チャック31の回転角度を検出し、チャック31が所定角度だけ回転する度に検出信号を後述する制御装置5に送る。検出部32は、例えば、チャック31を回転させるサーボモータとチャック31の回転角度とサーボモータの回転角度とが対応するため、サーボモータの回転角度を読み取ることで、チャック31の回転角度を検出することができる。 The detection unit 32 detects the rotation angle of the chuck 31 and sends a detection signal to the control device 5 described below each time the chuck 31 rotates a predetermined angle. For example, since the rotation angle of the chuck 31 corresponds to the rotation angle of the servo motor that rotates the chuck 31, the detection unit 32 can detect the rotation angle of the chuck 31 by reading the rotation angle of the servo motor.

スライダ33は、図示しないスライダ駆動機構によってレール36上を摺動可能であり、これにより、チャック31とスライダ33とは、搬送方向D2に一体になってスライドするようになっている。 The slider 33 can slide on the rail 36 by a slider drive mechanism (not shown), so that the chuck 31 and the slider 33 slide together in the transport direction D2.

このようにして、チャック31上に真空吸着されたワークWは、研削加工前に、スライダ33によって砥石21の下方まで搬入され、研削加工後に、砥石21の下方からメインユニット2の後方まで搬出される。 In this way, the workpiece W vacuum-adsorbed onto the chuck 31 is transported by the slider 33 to below the grinding wheel 21 before grinding, and is transported from below the grinding wheel 21 to the rear of the main unit 2 after grinding.

研削装置1には、ワークWの厚みを計測するインプロセスゲージ4が設けられている。インプロセスゲージ4は、加工中にワークWの厚みを計測する。 The grinding device 1 is provided with an in-process gauge 4 that measures the thickness of the workpiece W. The in-process gauge 4 measures the thickness of the workpiece W during processing.

研削装置1の動作は、制御装置5によって制御される。制御装置5は、研削装置1を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御装置5は、例えば、CPU、メモリ等により構成される。なお、制御装置5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。 The operation of the grinding device 1 is controlled by the control device 5. The control device 5 controls each of the components that make up the grinding device 1. The control device 5 is composed of, for example, a CPU, a memory, etc. The functions of the control device 5 may be realized by controlling it using software, or may be realized by operating it using hardware.

次に、研削装置1を用いてワークWを研削加工する手順について説明する。 Next, the procedure for grinding the workpiece W using the grinding device 1 will be described.

まず、ワークWをチャック31に吸着保持させる。また、ボールネジ25bを正回転させ、ナット25a及びサドル23aを送り込み方向D1にスライドさせて、砥石21をワークWの近傍まで下降させる。 First, the workpiece W is attracted and held by the chuck 31. Then, the ball screw 25b is rotated in the forward direction, and the nut 25a and saddle 23a are slid in the feed direction D1 to lower the grinding wheel 21 to the vicinity of the workpiece W.

次に、砥石21及びチャック31をそれぞれ回転させる。例えば、砥石スピンドル23の回転速度は2000rpm、チャック31の回転速度は300rpmに設定される。砥石21の番手は、例えば#8000である。 Next, the grindstone 21 and the chuck 31 are rotated. For example, the rotational speed of the grindstone spindle 23 is set to 2000 rpm, and the rotational speed of the chuck 31 is set to 300 rpm. The grit size of the grindstone 21 is, for example, #8000.

スピンドル送り機構25が砥石スピンドル23をワークWに接近させ、砥石21がワークWに着座した状態から研削加工を開始する。例えば、スピンドル送り機構25の送り速度は0.4μm/sに設定される。 The spindle feed mechanism 25 brings the grinding wheel spindle 23 close to the workpiece W, and grinding begins when the grinding wheel 21 is seated on the workpiece W. For example, the feed speed of the spindle feed mechanism 25 is set to 0.4 μm/s.

研削加工は、砥石21の砥粒が研削加工中にワークWに過剰に接触しない、いわゆるフローティングした状態でワークWを延性モード研削することで行われる。 The grinding process is performed by ductile mode grinding of the workpiece W in a so-called floating state, in which the abrasive grains of the grinding wheel 21 do not come into excessive contact with the workpiece W during the grinding process.

具体的には、砥石スピンドル23が自重(例えば、20kg)で砥石21をワークWに押し付けながら研削加工を行い、砥石21に作用する摩擦力がピストンロッドに伝わると、エアシリンダ26のシリンダ内に充填された圧縮空気を押し戻すようにピストンを上昇させる。したがって、砥石21が所望の研削量(例えば、Dc値)より深く切り込もうとして、砥石21に作用する摩擦力が過大になる場合、砥石スピンドル23及びスピンドル送り機構25が一時的に上昇する。これにより、砥石21がDc値以上に切り込むことが抑制される。 Specifically, the grinding wheel spindle 23 performs grinding while pressing the grinding wheel 21 against the workpiece W with its own weight (e.g., 20 kg), and when the frictional force acting on the grinding wheel 21 is transmitted to the piston rod, the piston is raised so as to push back the compressed air filled inside the cylinder of the air cylinder 26. Therefore, if the grinding wheel 21 attempts to cut deeper than the desired grinding amount (e.g., Dc value) and the frictional force acting on the grinding wheel 21 becomes excessive, the grinding wheel spindle 23 and spindle feed mechanism 25 are temporarily raised. This prevents the grinding wheel 21 from cutting deeper than the Dc value.

そして、インプロセスゲージ4の測定値がワークWの仕上げ厚みに達すると、ボールネジ25bを逆回転させて、ナット25a及びサドル23aを上昇させることにより、砥石21をワークWから離間させて、研削加工を終了する。 When the measurement value of the in-process gauge 4 reaches the finishing thickness of the workpiece W, the ball screw 25b is rotated in the reverse direction to raise the nut 25a and saddle 23a, thereby separating the grindstone 21 from the workpiece W and completing the grinding process.

ところで、砥石21及び正方形状のワークWをそれぞれ回転させながらワークWを研削加工する場合、砥石21とワークWとの接触面積が一定でないことに起因して、研削加工後のワークWの厚みがワークW面内でばらつくことがある。このような研削量のばらつきは、ワークWとの接触面積の変動による影響を受けがちな目の細かい砥石21ほど生じがちである。 However, when grinding the workpiece W while rotating the grinding wheel 21 and the square workpiece W, the contact area between the grinding wheel 21 and the workpiece W is not constant, which can cause the thickness of the workpiece W after grinding to vary across the surface of the workpiece W. This variation in the amount of grinding is more likely to occur with finer grinding wheels 21, which are more likely to be affected by fluctuations in the contact area with the workpiece W.

例えば、図4に示すように、砥石21の加工面がワークWの角及びチャック31の回転中心Oを通るように設定されたワークWと砥石21との接触面積S1(チャック31の回転角度=Θ)と、砥石21の加工面がワークWの辺の中央及び回転中心Oを通るように設定されたワークWと砥石21との接触面積S2(チャック31の回転角度=Θ―45度)とを比較すると、接触面積S1が接触面積S2より約2倍程度広い。 For example, as shown in FIG. 4, when comparing the contact area S1 between the workpiece W and the grindstone 21 (rotation angle of the chuck 31 = Θ) where the machining surface of the grindstone 21 passes through the corner of the workpiece W and the rotation center O of the chuck 31, and the contact area S2 between the workpiece W and the grindstone 21 (rotation angle of the chuck 31 = Θ - 45 degrees) where the machining surface of the grindstone 21 passes through the center of the side of the workpiece W and the rotation center O, the contact area S1 is approximately twice as large as the contact area S2.

そして、砥石21をワークWに全面に亘って一様に接触させた場合、ワークWと砥石21との接触面積が増大するにつれて、ワークWの研削量が減少して研削加工後のワークWは厚くなる。したがって、図4に示す接触面積S1、S2内の厚みを比較すると、研削加工後のワークWでは、接触面積S1の方が接触面積S2より厚くなることが予測される。 When the grinding wheel 21 is brought into uniform contact with the workpiece W over its entire surface, as the contact area between the workpiece W and the grinding wheel 21 increases, the amount of workpiece W ground decreases, and the workpiece W becomes thicker after grinding. Therefore, when comparing the thicknesses within the contact areas S1 and S2 shown in Figure 4, it is predicted that the contact area S1 will be thicker than the contact area S2 in the workpiece W after grinding.

そこで、研削装置1では、以下の手順により、研削加工後のワークWの厚みばらつきを抑制する。 Therefore, the grinding device 1 suppresses the variation in thickness of the workpiece W after grinding by the following procedure.

[準備工程]
まず、チャック31の所定回転角度毎に、ワークW及び砥石21の接触面積を算出し、制御装置5に記憶させる。なお、接触面積を算出するチャック31の回転角度の間隔は、任意に変更可能である。
[Preparation process]
First, the contact area between the workpiece W and the grindstone 21 is calculated for each predetermined rotation angle of the chuck 31, and stored in the control device 5. Note that the interval of the rotation angle of the chuck 31 for calculating the contact area can be changed arbitrarily.

また、制御装置5は、予め記憶された基準となる任意のチャック31の回転角度におけるワークW及び砥石21の接触面積(基準面積)と、チャック31の回転角度毎のワークW及び砥石21の接触面積とを比較し、チャック31の回転角度毎に加工時のワークWに対する砥石21の高さ位置及びその砥石21の高さ位置を実現可能なエアシリンダ26に供給される空気圧を算出して記憶する。 The control device 5 also compares the contact area (reference area) between the workpiece W and the grindstone 21 at a pre-stored reference rotation angle of the chuck 31 with the contact area between the workpiece W and the grindstone 21 for each rotation angle of the chuck 31, and calculates and stores the height position of the grindstone 21 relative to the workpiece W during processing and the air pressure supplied to the air cylinder 26 that can achieve that height position of the grindstone 21 for each rotation angle of the chuck 31.

具体的には、ワークW及び砥石21の接触面積が基準面積より大きい場合には、エアシリンダ26に供給される空気圧を加圧して、砥石21を基準位置より降下させ、ワークWの研削量を局所的に増大させる。なお、「基準位置」とは、基準面積内における砥石21の高さ位置を意味する。これにより、基準面積より広いワークW及び砥石21の接触面積内での研削量が局所的に低下することを抑制できる。 Specifically, when the contact area between the workpiece W and the grinding wheel 21 is larger than the reference area, the air pressure supplied to the air cylinder 26 is increased to lower the grinding wheel 21 from the reference position, thereby locally increasing the amount of grinding of the workpiece W. Note that the "reference position" refers to the height position of the grinding wheel 21 within the reference area. This makes it possible to prevent a local decrease in the amount of grinding within the contact area between the workpiece W and the grinding wheel 21 that is larger than the reference area.

一方、ワークW及び砥石21の接触面積が基準面積より小さい場合には、エアシリンダ26に供給される空気圧を減圧して、砥石21を基準位置より上昇させ、ワークWの研削量を局所的に減少させる。これにより、基準面積より狭いワークW及び砥石21の接触面積内の研削量が局所的に増大することを抑制できる。 On the other hand, if the contact area between the workpiece W and the grinding wheel 21 is smaller than the reference area, the air pressure supplied to the air cylinder 26 is reduced to raise the grinding wheel 21 above the reference position and locally reduce the amount of grinding of the workpiece W. This makes it possible to prevent a local increase in the amount of grinding within the contact area between the workpiece W and the grinding wheel 21 that is smaller than the reference area.

なお、砥石21の基準位置に対する昇降量やエアシリンダ26の空気圧は、通常の研削を行った場合に生じるワークW面内の厚みばらつきを相殺するように設定されるのが好ましい。 The amount of elevation of the grinding wheel 21 relative to the reference position and the air pressure of the air cylinder 26 are preferably set to offset thickness variations within the surface of the workpiece W that occur when performing normal grinding.

例えば、サンプルとして図4に示すような300mm四方のモールド基板を研削してワークW面内で3μm程度の厚みばらつきが生じた場合、最大面積である接触面積S1(チャック31の回転角度:Θ度)内での砥石21の高さ位置を、接触面積S2(チャック31の回転角度:Θ-45度)内での砥石21の高さ位置より3μm程度降下させる必要がある。 For example, when grinding a 300 mm square mold substrate as shown in Figure 4 as a sample, and a thickness variation of about 3 μm occurs within the surface of the workpiece W, the height position of the grinding wheel 21 within the maximum contact area S1 (rotation angle of the chuck 31: Θ degrees) must be lowered by about 3 μm from the height position of the grinding wheel 21 within contact area S2 (rotation angle of the chuck 31: Θ-45 degrees).

そこで、通常の研削におけるエアシリンダ26の空気圧を基準圧とした場合、接触面積S1内においてエアシリンダ26の空気圧を基準圧に所定の加圧量(例えば、約0.2MPa)だけ加圧する。 Therefore, if the air pressure of the air cylinder 26 during normal grinding is taken as the reference pressure, the air pressure of the air cylinder 26 within the contact area S1 is increased by a predetermined amount (e.g., about 0.2 MPa) above the reference pressure.

さらに、チャック31の回転角度が(Θ―45)度~(Θ+45)度の間では、エアシリンダ26の基準圧に加圧される加圧量を0~0.2MPaの間でワークW及び砥石21の接触面積の比率に応じて比例して設定される。なお、基準圧に加圧される加圧量は、砥石21の番手やワークWの材質等により変動し得る。 Furthermore, when the rotation angle of the chuck 31 is between (Θ-45) degrees and (Θ+45) degrees, the amount of pressure applied to the reference pressure of the air cylinder 26 is set between 0 and 0.2 MPa in proportion to the ratio of the contact areas of the workpiece W and the grindstone 21. Note that the amount of pressure applied to the reference pressure can vary depending on the grit size of the grindstone 21, the material of the workpiece W, etc.

[砥石位置調整]
砥石21及びワークWをそれぞれ回転させながら砥石21をワークWに向けて押し付けてワークWを研削する際に、検出部32が、加工中のチャック31の回転角度を検出し、チャック31の回転角度を制御装置5に送る。
[Grindstone position adjustment]
When the grinding wheel 21 is pressed against the workpiece W while rotating the grinding wheel 21 and the workpiece W to grind the workpiece W, the detection unit 32 detects the rotation angle of the chuck 31 during processing and sends the rotation angle of the chuck 31 to the control device 5.

次に、制御装置5は、検出部32が検出したチャック31の回転角度に基づいて、予め記憶されたチャック31の回転角度毎の砥石21の高さ位置に合致するように、エアシリンダ26の空気圧を加減して、砥石21がワークWを研削する研削量を調整する。図5は、チャック31の回転角度に応じて砥石21の高さ位置が変化する様子を示す模式図である。 Next, the control device 5 adjusts the amount of grinding performed by the grinding wheel 21 on the workpiece W by increasing or decreasing the air pressure of the air cylinder 26 so that the height position of the grinding wheel 21 matches the pre-stored height position of the grinding wheel 21 for each rotation angle of the chuck 31 based on the rotation angle of the chuck 31 detected by the detection unit 32. Figure 5 is a schematic diagram showing how the height position of the grinding wheel 21 changes depending on the rotation angle of the chuck 31.

このようにして、本実施形態に係る研削装置1は、ワークW及び砥石21の接触面積の変化に応じて、チャック31の回転角度毎に砥石21がワークWを研削する研削量を調整させることにより、非円形状のワークWの研削量が局所的に変化することを抑制し、ワークWの形状に起因する研削後のワークWの厚みバラつきを軽減することができる。 In this way, the grinding device 1 according to this embodiment adjusts the amount of grinding that the grinding wheel 21 grinds the workpiece W for each rotation angle of the chuck 31 in response to changes in the contact area between the workpiece W and the grinding wheel 21, thereby preventing localized changes in the amount of grinding of the non-circular workpiece W and reducing variations in the thickness of the workpiece W after grinding that are caused by the shape of the workpiece W.

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。 The present invention can be modified in various ways without departing from the spirit of the invention, and it goes without saying that the present invention also covers such modifications.

1 :研削装置
2 :メインユニット(加工手段)
21 :砥石
22 :コラム
22a :前面
22b :溝
23 :砥石スピンドル
23a :サドル
24 :リニアガイド
24a :前方リニアガイド
24b :後方リニアガイド
25 :スピンドル送り機構
25a :ナット
25b :ボールネジ
25c :モータ
26 :エアシリンダ
3 :搬送ユニット(保持手段)
31 :チャック
32 :検出部
33 :スライダ
34 :吸着体
35 :緻密体
36 :レール
4 :インプロセスゲージ
5 :制御装置(制御手段)
W :ワーク
1: Grinding device 2: Main unit (processing means)
21: Grindstone 22: Column 22a: Front surface 22b: Groove 23: Grindstone spindle 23a: Saddle 24: Linear guide 24a: Front linear guide 24b: Rear linear guide 25: Spindle feed mechanism 25a: Nut 25b: Ball screw 25c: Motor 26: Air cylinder 3: Conveying unit (holding means)
31: chuck 32: detector 33: slider 34: suction body 35: dense body 36: rail 4: in-process gauge 5: control device (control means)
W: Work

Claims (3)

非円形状のワークを平面加工する加工装置であって、
前記ワークを吸着保持可能なチャックと、前記チャックを回転させるチャックスピンドルと、前記チャックの回転角度を検出可能な検出部と、を備えている保持手段と、
前記ワークを加工する砥石と、前記砥石を回転させる砥石スピンドルと、前記砥石を垂直方向に移動させるスピンドル送り機構と、前記スピンドル送り機構を保持するエアシリンダと、を備えている加工手段と、
前記ワークと前記砥石とが接触する接触面積の変化に応じて、前記チャックの所定回転角度毎に前記エアシリンダに供給される空気圧を加減圧して前記砥石を昇降させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする加工装置。
A processing device for flattening a non-circular workpiece,
a holding means including a chuck capable of suction-holding the workpiece, a chuck spindle for rotating the chuck, and a detection unit capable of detecting a rotation angle of the chuck;
a processing means including a grindstone for processing the workpiece, a grindstone spindle for rotating the grindstone, a spindle feed mechanism for vertically moving the grindstone, and an air cylinder for holding the spindle feed mechanism;
a control means for increasing or decreasing the air pressure supplied to the air cylinder for each predetermined rotation angle of the chuck in response to a change in a contact area between the workpiece and the grindstone, thereby raising or lowering the grindstone;
A processing apparatus comprising:
前記制御手段は、前記接触面積が予め設定された基準面積と比較して大きい場合には、前記エアシリンダに供給される空気圧を予め設定された基準圧より加圧して、前記砥石を降下させることを特徴とする請求項1記載の加工装置。 The processing device according to claim 1, characterized in that, when the contact area is larger than a preset reference area, the control means increases the air pressure supplied to the air cylinder above the preset reference pressure to lower the grindstone. 前記制御手段は、前記接触面積が予め設定された基準面積と比較して小さい場合には、前記エアシリンダに供給される空気圧を予め設定された基準圧より減圧して、前記砥石を上昇させることを特徴とする請求項1又は2記載の加工装置。
3. The processing apparatus according to claim 1, wherein, when the contact area is smaller than a preset reference area, the control means reduces the air pressure supplied to the air cylinder below the preset reference pressure to raise the grinding wheel.
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