JPH07644U - ワーク外周面の鏡面仕上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬脆材製のワークの外周面の鏡面加工に要す
る時間を短縮する。 【構成】 バフ機台２４、１２４はワークＷの回転中心
軸に対して直角方向に往復動自在である。揺動アーム３
２、１２３はワークＷの軸心に平行な揺動軸を中心に揺
動自在にバフ機台２４、１２４に取付けられる。鏡面仕
上げ用のバフ部材３４、１３４は揺動アーム３２、１３
２に回転自在に装着される。ワークＷの外周面はバフ部
材３４、１３４によって、ワークＷの回転中心とバフ部
材３４、１３４の回転中心とを結ぶ基準線Ｔ上の位置に
おいて鏡面仕上げ加工される。バフ部材３４、１３４と
ワークＷの外周面との摺接位置は、揺動アーム３２、１
３２の変位量の検出結果に基づいて、制御される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、硬脆材であるシリコンウェハ等のワークを加工する装置に関し、よ り詳しくはシリコンウェハの外周面に鏡面加工を施す装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、超ＬＳＩの製造に用いられるシリコンウェハの外周面は、ダイアモン ド砥石を用いて研削され、所定の形状に成形される。研削後のシリコンウェハ上 には、粉塵が残留するおそれがあり、残留した粉塵は集積回路をショートさせる 原因となるため、研削後、シリコンウェハの外周面に鏡面加工が施され、粉塵が 除去される。

【０００３】 従来、シリコンウェハ等のワーク外周面に鏡面加工を施す装置として、機台に 揺動自在に支持された揺動アームに、バフ部材が回転自在に支持されるものがあ る（特開平４−３６５５４９号公報参照）。機台は、ワークに接近または離間す る方向に移動可能であり、モータによって駆動される。モータは、揺動アームの 揺動に伴う変位量を検出するセンサからの検出信号に基づいて、制御部によって 制御される。

【０００４】 このような装置において、ワークは、モータに駆動されて軸心周りに回転し、 バフ部材によって鏡面加工を施される。バフ部材は、その回転中心とワークの軸 心を結ぶ線上の位置において、ワークに摺接し、自転することによってワークを 加工する。バフ部材とワークとの摺接位置がずれた場合、制御装置は、そのずれ を変位量センサからの信号に基づいて揺動アームの変位量として検出し、モータ を制御して機台をワークに接近または離間させ、摺接位置を修正する。すなわち 摺接位置がずれると、バフ部材を支持する揺動アームが揺動する。揺動アームの 変位量は、変位量センサによって検出されており、この変位量センサからの検出 信号に基づいて、制御装置がモータを制御し、機台をワークに接近または離間さ せる。これによりバフ部材とワークとの摺接位置は、常にバフ部材の回転中心と ワークの軸心とを結ぶ線上となるように修正される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述した従来の鏡面加工装置では、１つのバフ部材によってワークの外周面を 加工するため、加工に時間がかかるという問題がある。

【０００６】 本考案は、ワークの外周面の鏡面加工の時間を短縮することができ、しかも円 形でないワークの外周面も鏡面加工することができるワーク外周面の鏡面仕上げ 装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案に係るワーク外周面の鏡面仕上げ装置は、ワークを軸心周りに回転させ るワーク回転手段と、ワークに接近または離間する方向に移動可能な複数の機台 と、各機台をそれぞれ移動させる駆動手段と、各機台にそれぞれ揺動自在に支持 された揺動アームと、各揺動アームにそれぞれ回転自在に支持され、それらの回 転中心とワークの軸心とを結ぶ線上において、ワークの外周面に摺接して加工す るバフ部材と、機台と揺動アームの間にそれぞれ設けられ、各バフ部材がワーク に摺接するように、各揺動アームをワーク側に付勢する付勢手段と、各揺動アー ムの変位量を検出する検出手段と、検出手段からの信号に基づき、各駆動手段を 制御する制御手段とを備え、制御手段は、検出手段からの信号に基づいて、各バ フ部材のワークに対する摺接位置のずれを検出した際、各駆動手段を制御して各 機台を移動させ、摺接位置を修正することを特徴としている。

【０００８】

【実施例】

以下図示実施例により本考案を説明する。 図１は、本考案の一実施例である鏡面仕上げ装置を示す側面図、図２は図１の 平面図である。

【０００９】 これらの図において、支持台１０には、シリコンウェハ等の硬脆材製のワーク Ｗをその軸心周りに回転させるワーク回転軸１１が設けられており、ワークＷは この回転軸１１の先端に設けられたワークテーブル１２に対して着脱自在となっ ている。ワーク回転軸１１は、支持台１０内に設けられたワーク軸モータ（サー ボモータ）１３によって例えば１分間に２回転程度の速度で回転駆動される。ワ ークＷは、円弧部Ｐと直線状の平坦部Ｓとからなり、すなわち一部に平坦部を有 する円形を有している。

【００１０】 各揺動アーム３２、１３２に支持されたバフ部材３４、１３４はそれぞれ、ワ ークＷの両側に配置されており、それらの回転中心とワークＷの回転中心とを結 ぶ基準線Ｔ上の位置において、ワークＷの外周面に両側から摺接し、ワークＷが １回転する間に、その外周面を鏡面加工する。ワークＷに対するバフ部材３４、 １３４の摺接位置がずれた場合、制御部４８は、センサ４６、１４６からの検出 信号に基づいて、バフ機台２４、１２４をワークＷに接近または離間するように 移動させ、揺動アーム３２、１３２を揺動させて摺接位置を修正する。

【００１１】 ワーク回転軸１１の中心部には、負圧導入通路（図示省略）が形成され、この 負圧導入通路はワークテーブル１２に形成された開口部に連通する。またワーク 回転軸１１に設けられた負圧バルブ２７に、負圧源２８からの負圧がホース２９ を介して供給される。この負圧が開口部から導入されることにより、ワークＷは 、ワークテーブル１２に着脱自在に支持される。

【００１２】 支持台１０上には、ワーク回転軸１１を挟んで両側に、固定枠１４、１１４が 立設され、これら固定枠１４、１１４には、図２に示されるように、ガイドレー ル１５、１１５がそれぞれ水平方向に延設されている。ガイドレール１５、１１ ５に対してそれぞれ摺動自在に係合するＹ軸ガイド１６、１１６が、摺動台１７ 、１１７に取付けられている。固定枠１４、１１４にはＹ軸モータ１８、１１８ がそれぞれ取付けられ、これらのＹ軸モータ１８、１１８の出力軸であるＹ軸ボ ールねじ２０、１２０には、摺動台１７、１１７に固着された雌ねじ部２１、１ ２１が螺合している。したがって摺動台１７、１１７はそれぞれ、Ｙ軸モータ１ ８、１１８の駆動により、ワーク回転軸１１の回転中心軸に対して直交する方向 、すなわちワークＷに接近または離間する方向に移動する。

【００１３】 摺動台１７、１１７にはそれぞれ、ガイドレール２２、１２２が図１において 上下方向に延設されている。バフ機台２４、１２４には、ガイドレール２２、１ ２２に対して摺動自在に係合するＺ軸ガイド２３、１２３が設けられている。各 バフ機台２４、１２４を昇降駆動するため、摺動台１７、１１７に取付けられた Ｚ軸モータ２５、１２５により回転するＺ軸ボールねじ２６、１２６が、バフ機 台２４、１２４に固着された図示しない雌ねじ部に螺合している。したがってバ フ機台２４、１２４はそれぞれ、Ｚ軸モータ２５、１２５により、ワークＷの回 転中心と平行な方向に摺動する。さらにバフ機台２４、１２４は、Ｙ軸モータ１ ８、１１８の駆動により、図中左右方向にも移動する。

【００１４】 バフ機台２４、１２４の前面に固着された支持ブラケット３０、１３０にはそ れぞれ、揺動アーム３２、１３２が、ワーク回転軸１１と平行な揺動軸３１、１ ３１を中心として、矢印Ｒ方向に揺動自在に支持されている。各揺動アーム３２ 、１３２の先端部には、バフ主軸３３、１３３が回転自在に装着されており、こ れらバフ主軸３３、１３３には、バフ部材３４、１３４がそれぞれ取付けられて いる。バフ部材３４、１３４にはそれぞれ、図５に示されるように、ワークＷの 外周面の加工形状に対応した仕上溝Ｇが形成されている。各仕上溝Ｇは、同一の 研削能力を備えており、Ｚ軸モータ２５、１２５に駆動されてバフ機台２４、１ ２４のＺ軸方向の位置が変化することにより、ワークＷに対して所定の位置に位 置決めされる。バフ部材３４、１３４を回転させるために、揺動アーム３２、１ ３２に取付けられたバフ駆動モータ３５、１３５の主軸に取付けられたプーリ３ ６、１３６と、バフ主軸３３、１３３に取付けられたプーリ３７、１３７とには ベルト３８、１３８が掛け渡されている。したがってバフ部材３４、１３４はそ れぞれ、バフ駆動モータ３５、１３５により、例えば８００〜１５００ｒｐｍ程 度の速度で回転する。

【００１５】 バフ機台２４、１２４と揺動アーム３２、１３２との間にはそれぞれ、エアー シリンダ４０、１４０が設けられており、これらエアーシリンダ４０、１４０に より各バフ部材３４、１３４には、ワークＷに向かう押圧力が付勢されている。 なお、エアーシリンダ４０、１４０に代えて、コイルばね等のばね部材を用いて もよい。

【００１６】 バフ機台２４、１２４にはそれぞれ、Ｙ軸方向に摺動自在に検出ロッド４１、 １４１が装着されており、これら検出ロッド４１、１４１の先端に設けられたジ ョイント部４２、１４２が、揺動アーム３２、１３２の先端に固着された連結部 ４３、１４３にピン結合されている。検出ロッド４１、１４１の後端に設けられ たストッパー部４４、１４４にはそれぞれ、ブラケット４５、１４５によりバフ 機台２４、１２４に取付けられたセンサ４６、１４６の接触子４７、１４７が当 接している。各センサ４６、１４６は、本実施例では作動トランスにより構成さ れており、内部には接触子４７、１４７をストッパー部４４、１４４に向けて付 勢するばね部材が組み込まれている。

【００１７】 各センサ４６、１４６の検出信号は、装置内に組込まれた制御部４８に送られ 、この制御部４８からは各Ｙ軸モータ１８、１１８に駆動信号がフィードバック されるようになっている。

【００１８】 ワーク回転軸１１の外周であって支持台１０よりも上側には、環状部材５１が 嵌着されており、この環状部材５１には、バフ部材３４に形成された仕上げ溝Ｇ を修正するための修正バイト５２が所定間隔毎に設けられている。すなわち、こ の環状部材５１はワーク回転軸１１とともに回転し、修正バイト５２の位置決め はサーボモータ１３を回転させることにより行われる。したがって、バフ部材３ ４の仕上げ溝Ｇが摩耗した時、適当な修正バイト５２をバフ部材３４、１３４に 対向させ、この修正バイト５２を用いて仕上げ溝Ｇを修正することができる。そ の時には、所定の仕上げ溝Ｇが修正バイト５２の位置となるように、Ｙ軸モータ １８とＺ軸モータ２５とを駆動させる。また、この機構を有することにより、複 数のバフ部材３４を装備することが可能となる。

【００１９】 本実施例の作用を、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。なお図中、（イ ）〜（ニ）の符号は、ワークＷの外周面の９０度毎の各部分を示している。

【００２０】 ワークＷは、ワークテーブル１２に載置され、負圧源２８から供給される負圧 によってワークテーブル１２の所定位置に位置決めされる。またバフ部材３４、 １３４はそれぞれ、高速回転を開始する（図３（ａ））。

【００２１】 つぎに、各バフ部材３４、１３４の所定の仕上げ溝Ｇ（図５）がワークＷの位 置となるように、Ｚ軸モータ２５、１２５によりバフ部材３４、１３４のＺ軸方 向の位置がそれぞれ調整される。この状態で、Ｙ軸モータ１８、１１８の駆動に より、図３（ｂ）に示されるようにバフ部材３４、１３４がそれぞれ移動してワ ークＷに接近するとともに、ワークＷが反時計方向に低速回転を開始する。これ と同時に、バフ部材３４、１３４の仕上げ溝ＧがワークＷの外周面に係合して、 鏡面加工が開始される。

【００２２】 すなわちワークＷが反時計方向に回転する間、外周面（イ）は、バフ部材３４ によって鏡面加工され、外周面（ハ）はバフ部材１３４によって鏡面加工される 。さらにワークＷは回転し続け、図３（ｃ）に示されるように、外周面（ロ）が バフ部材３４によって鏡面加工され、外周面（ニ）がバフ部材１３４によって鏡 面加工される。このようにワークＷが約１８０度回転する間に、外周面（イ）、 （ロ）がバフ部材３４によって鏡面加工され、外周面（ハ）、（ニ）がバフ部材 １３４によって鏡面加工される。

【００２３】 その後、図３（ｄ）に示されるように、バフ部材３４、１３４が、Ｙ軸モータ １８、１１８の駆動によってそれぞれ移動してワークＷから離間する。なお、バ フ部材３４、１３４をワークＷに接近または離間させる際には、バフ機台２４、 １２４が早送り状態で作動する。またワークＷとバフ部材３４、１３４の間には 、加工中、ポリッシング剤が供給される。

【００２４】 鏡面加工中、揺動アーム３２、１３２にはエアーシリンダ４０、１４０によっ て常時、図２において揺動アーム３２は反時計方向、揺動アーム１３２は時計方 向の旋回力が付与されており、したがってワークＷの外周面を鏡面加工する際、 ワークＷの回転中心とワーク回転軸１１の回転中心との間に芯ずれ、つまり位置 決めエラーがあっても、バフ部材３４、１３４の外周の振れを揺動アーム３２、 １３２が吸収し、ワークＷには無理が負荷が加わらない。またこの振れに対して 揺動アーム３２、１３２の姿勢をセンサ４６、１４６が検出し、揺動アーム３２ 、１３２が揺動した場合には、これを修正するようにＹ軸モータ１８、１１８に よりバフ機台２４、１２４がＹ軸方向に移動するので、バフ部材３４、１３４と ワークＷとの摺接位置は、常に基準線Ｔ上に保持されることになり、鏡面加工が 最適な条件下で行なわれる。

【００２５】 図４を参照してバフ部材３４、１３４とワークＷの摺接位置の制御について説 明する。

【００２６】 図４（ａ）はバフ部材３４がワークＷの円弧部Ｐを鏡面加工する状態（図３（ ｂ）に対応している）を示し、図４（ｂ）はバフ部材３４がワークＷの平坦部Ｓ を鏡面加工する状態（図３（ｃ）に対応している）を示している。これらの図か ら理解されるように、ワークＷの回転に伴ってバフ部材３４がワークＷの平坦部 Ｓに摺接するようになると、エアーシリンダ４０の付勢力によって揺動アーム３ ２は反時計方向に揺動し、変位検出センサ４６の接触子４７が前進する。この前 進移動量は変位検出センサ４６により検出され、この移動量を補正するために、 制御部４８からはＹ軸モータ１８にフィードバック信号が送られ、このモータ１ ８の駆動によりバフ機台２４が前進する。これにより、図４（ｃ）に示すように 揺動アーム３２の姿勢は基準線Ｔに対して直角となり、基準線Ｔ上でバフ部材３ ４とワークＷが摺接することとなる。

【００２７】 ワークＷの平坦部Ｓにバフ部材３４が摺接していた状態から、ワークＷの円弧 部Ｐに摺接する状態に変化した時には、上述した方向とは逆の方向にまず揺動ア ーム３２が揺動することになるが、Ｙ軸モータ１８の駆動により、バフ部材３４ は直ちに図４（ｃ）のような適正な位置に修正される。

【００２８】 このような動作はバフ部材１３４においても同様であり、円弧部Ｐの鏡面加工 の間に摺接位置が変化しようとすると、揺動アーム１２４が揺動変位し、摺接位 置は所定の位置に保たれる。

【００２９】 本実施例の場合には、バフ機台２４、１２４はそれぞれ、Ｙ軸モータ１８、１ １８によって０．０１mm単位でワークＷに接近または離間する方向に移動し、常 に揺動アーム３２、１３２が基準線Ｔに対して直角となるように保持される。こ れにより、各バフ部材３２、１３２のワーク外周面に対する摺接位置が一定とな り、さらにワークＷとバフ部材３２、１３２の接触する面積が一定に近くなり、 バフ部材３２、１３２を痛めることなく、均一な鏡面加工が、ワークＷの外周全 体にわたり達成される。

【００３０】 以上のように本実施例によれば、ワークＷを１８０度回転させる間に、バフ部 材３４、１３４によって同時にワークＷの鏡面加工を行うことができるので、従 来に比べて加工時間を半分に削減することができる。また、ワークＷとバフ部材 ３４、１３４との摺接位置が常に一定になるように制御しているので、ワークＷ が円形状を有していなくても、外周面全体にわたって均一に鏡面加工することが できる。

【００３１】 上記実施例では、バフ部材３４、１３４は同じ表面粗度を有していたが、両者 の表面粗度を変え、バフ部材３４を粗加工用、バフ部材１３４を仕上げ加工用と してもよい。図６は、このように異なる性能を有するバフ部材３４、１３４によ るワークＷの鏡面加工を示している。

【００３２】 まず粗加工用のバフ部材３４が高速回転を開始し（図６（ａ））、ワークＷの 外周面（イ）に接近して粗加工を開始する（図６（ｂ））。ワークＷは反時計方 向に低速で回転し、図６（ｃ）に示すように加工開始状態から約１８０度回転す ると、仕上げ加工用のバフ部材１３４が高速回転を開始するとともにワークＷの 外周面（イ）に摺接して仕上げ加工を始める。さらにワークＷが約１８０度回転 し、外周面（イ）が粗加工用のバフ部材３４側に到達すると、図６（ｄ）に示す ようにバフ部材３４はワークＷから離間して回転を停止する。一方、仕上げ加工 用のバフ部材１３４はさらに回転し続け、ワークＷの外周面（ニ）まで仕上げ加 工を行う。

【００３３】 図６の実施例のように、異なる性能を有するバフ部材３４、１３４を用いると 、ワークＷを３６０度回転させなければならないが、粗加工と仕上げ加工とを分 けたため、精度の高い鏡面加工を効率的に行うことができる。

【００３４】 図７はバフ部材３４、１３４の他の例を示している。バフ部材３４はワークＷ の外周面Ｑを鏡面加工するため、またバフ部材１３４は外周面の上下に位置する 面取部Ｒを鏡面加工するために設けられている。このようなバフ部材３４、１３ ４は、図６の実施例において採用することができる。

【００３５】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、ワークの外周面の鏡面加工に要する時間を短縮 することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る鏡面仕上げ装置を示す
側面図である。

【図２】図１の鏡面仕上げ装置の平面図である。

【図３】図１の鏡面仕上げ装置におけるワーク外周面を
加工過程を示す概略平面図である。

【図４】図１の鏡面仕上げ装置の作用を説明するための
図である。

【図５】バフ部材の一例を示す図である。

【図６】鏡面仕上げ装置の他の実施例の作用を説明する
ための図である。

【図７】バフ部材の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１１ ワーク回転軸 １８、１１８ Ｙ軸モータ ２４、１２４ バフ機台 ３１、１３１ 揺動軸 ３２、１３２ 揺動アーム ３４、１３４ バフ部材 ４０、１４０ エアーシリンダ ４６、１４６ センサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを軸心周りに回転させるワーク回
   転手段と、ワークに接近または離間する方向に移動可能
   な複数の機台と、各機台をそれぞれ移動させる駆動手段
   と、各機台にそれぞれ揺動自在に支持された揺動アーム
   と、各揺動アームにそれぞれ回転自在に支持され、それ
   らの回転中心とワークの軸心とを結ぶ線上において、ワ
   ークの外周面に摺接して加工するバフ部材と、機台と揺
   動アームの間にそれぞれ設けられ、各バフ部材がワーク
   に摺接するように、各揺動アームをワーク側に付勢する
   付勢手段と、各揺動アームの変位量を検出する検出手段
   と、検出手段からの信号に基づき、各駆動手段を制御す
   る制御手段とを備え、制御手段は、検出手段からの信号
   に基づいて、各バフ部材のワークに対する摺接位置のず
   れを検出した際、各駆動手段を制御して各機台を移動さ
   せ、摺接位置を修正することを特徴とするワーク加工装
   置。