JPH08187636A - マイクロマシニングセンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小被加工物を加工後、観察、測定すると共
に、加工後の追加工を可能とする。 【構成】 被加工物２３を加工する加工部１８と、被加
工物２３を洗浄する洗浄部１９と、被加工物２３を観察
する観察部１１と、被加工物２３の形状を測定する測定
部２１と、被加工物２３を支持するステージ２４、２
５、２６、２７とを有し、少なくとも加工部１８、観察
部１１、測定部２１と被加工物２３を取り外すことな
く、観察、測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロマシン部品な
ど、微小構造物を加工するためマイクロマシニングセン
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造技術から派生したマイ
クロマシンや微小構造物の加工技術は、加工対象が半導
体から金属材料、非金属材料へと拡大しており、それに
伴って種々の加工装置が開発されている。

【０００３】図６は特願平６−７００４９号の明細書及
び図面に記載された微小構造物加工装置を示す。同図に
おいて、１０８は微小被加工物であり、１０１は微小被
加工物１０８を加工する加工ツールである。この加工ツ
ール１０１を支持し、かつ微小に振動させる振動部１０
２が微動機構１０４に取り付けられている。微動機構１
０４は荷重が一定になるように加工ツール１０１を荷重
方向に微動させるものであり、この微動機構１０４は、
加工ツール１０１から微小被加工物１０８に作用する荷
重を検出する荷重検出部１０３に取り付けられている。
また、荷重検出部１０３は微小加工物１０８に対する加
工点を移動させるための加工ツールステージ１０５に支
持されている。１０６は微小被加工物１０８を支持する
加工ステージであり、１０７は加工ステージ１０６およ
び加工ツールステージ１０５の作動を制御するステージ
制御部である。

【０００４】この従来装置では、微小金型などの微小被
加工物１０８を加工ステージ１０６に固定し、微小な先
端を持つ加工ツール１０１を微小被加工物１０８に一定
荷重で押し付けながら、振動部１０２から振動を与え
る。この振動の振幅に相当する領域において微小被加工
物１０８に機械加工が施される。

【０００５】このとき、荷重検出部１０３が検出した荷
重を一定とするように、微動機構１０４によってて加工
ツール１０１を荷重方向に微動させつつ、微小被加工物
１０８に順次加工を行うことで、微小被加工物１０８の
材質を問わず、高精度の加工を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来装置では、洗浄、観察、測定機能を備えていないた
め、加工終了後に微小被加工物１０８を加工ステージ１
０６から取り外し、洗浄した後、他の観察装置や測定装
置を用いて観察や測定をしなければ、加工の成否を正確
に確認することはできなかった。

【０００７】特に、微小加工物は目視による視認が非常
に困難なため、ステージから取り外した移動の際に、破
損や紛失の危険が大きいと共に観察、測定時にも微小被
加工物の所在を確認する作業は困難となっている。さら
に他の測定装置に微小加工物を取り付ける際に、取り付
け状態によっては測定誤差が生じる危険もある。

【０００８】また、微小構造物に追加工の必要が生じて
も、位置決め可能な観察部、測定部を有していない従来
の装置では、加工部を微小構造物の所定の位置に位置さ
せることがほとんど不可能となっている。このため微小
構造物に対する追加工を行うことができない等の問題が
あった。

【０００９】本発明は、上記問題点を考慮してなされた
もので、微小被加工物を加工後、ステージから取り外す
ことなく、任意の場所を観察、測定することができ、し
かもいったん加工され、ステージより取り外された微小
構造物に対しても、任意の場所にセットして、追加工を
行うことができるマイクロマシニングセンタを提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のマイク
ロマシニングセンタは、微小の被加工物に対する加工部
と、洗浄部と、観察部と、測定部とを備え、これら加工
部、洗浄部、観察部、測定部のうち、少なくとも加工
部、観察部、測定部と前記被加工物の相対位置を位置決
めする位置決め機構を有するものである。

【００１１】また、請求項２の発明のマイクロマシニン
グセンタは、加工部、洗浄部、測定部に対して電気的、
流体回路的に接続を行うコネクター部と、このコネクタ
ー部と加工部、洗浄部、測定部とを接続する可動機構と
を具備することを特徴としている。

【００１２】この場合、加工ツールは、機械的加工を行
う工具、放電加工電極、または熱的加工、化学的加工、
光造形を行うレーザ光を用いることができる。洗浄部
は、流体の圧力による洗浄効果を利用するノズル、超音
波振動エネルギーを用いる超音波洗浄、および両者を複
合したもので構成することができる。観察部は光学的顕
微鏡、超音波顕微鏡、レーザ顕微鏡、ＳＰＭおよびこれ
らを複合したもので構成できる。測定部は、触針式、非
接触光学式、ＳＰＭおよびこれらを複合したもので構成
することができる。

【００１３】

【作用】請求項１の発明のマイクロマシニングセンタ
は、ステージに固定された微小の加工物の任意の位置
に、加工部、洗浄部、観察部、測定部を位置決め機構に
より、各々位置決めし、加工部により被加工物を加工し
た後、洗浄部により被加工物を洗浄し、観察部、測定部
により表面粗さ、形状などの観察、測定を行う。これら
一連のプロセスは、ステージから被加工物を外すことな
く行うことができるので、微小の加工物を紛失、破損す
ることなく、観察・測定により加工の成否を迅速に知る
ことができる。

【００１４】さらに本装置または他の装置によりいった
ん加工された微小構造物に追加工の必要が生じた場合、
ステージに微小構造物を取り付け、観察部、測定部によ
り追加工を行う位置を確認後、位置決め機構により加工
部を追加工位置に位置決めし、加工を行い、洗浄部によ
る洗浄後、観察部、測定部により追加工の成否を確認す
ることができる。

【００１５】さらに加えて追加工が必要な場合は、同様
の手順により任意回数の追加工を行うことができ、従来
ほぼ不可能であった微小構造物に対する追加工を容易
に、しかも高精度に行うことができる。

【００１６】請求項２の発明のマイクロマシニングセン
タは加工部、洗浄部、観察部、測定部を電気的、流体回
路的に接続するコネクター部を可動機構により加工部、
洗浄部、観察部、測定部に接続することで、位置決め機
構の移動に伴う配線の捩じれ及び冗長化と、それによる
位置決め精度の低下、Ｓ／Ｎ比の低下等を防止するこど
ができ、加工精度、測定精度を向上させることができ
る。

【００１７】また、レボルバー等の回転機構を位置決め
機構として用いることができ、これにより多数の加工
部、洗浄部、観察部、測定部を限られたスペースに効率
良く配置することができ、小型化が容易となる。

【００１８】

【実施例１】図１は本発明の実施例１を示す。コラム１
には観察部の一例である光学顕微鏡の鏡筒２と、位置決
め機構の一例である一軸ステージ１０が固定されてい
る。この一軸ステージ１０の下面には観察部の対物レン
ズ１１、加工部の一例である加工ツール１８と加工ツー
ル駆動用微動素子１６、洗浄部の一例である洗浄液・エ
ア噴出ノズル１９、測定部の一例であるＳＰＭ（走査型
プローブ顕微鏡）検出部２２及びその駆動用の微動素子
２１がそれぞれ配置されている。これらの部材はいずれ
も、取り付け台１５に取り付けねじ１３を介して固定さ
れるものである。１２、１４、１７、２０はこれらの部
材の中心軸である。

【００１９】加工ツール駆動用微動素子１６及びＳＰＭ
検出部２２とその駆動用の微動素子２１への配線９ａ，
９ｃ，９ｂはコンタクトプローブ、コネクタ等を用いた
着脱可能な構造で電気的に接続がなされている。また、
洗浄液・エア噴出ノズル１９へ洗浄液、エアを供給する
パイプ７はカプラ等を介することにより着脱可能な構造
で接続されている。

【００２０】一軸ステージ１０は矢印方向に移動可能と
なっており、対物レンズ１１の中心軸１２、加工ツール
１８の中心軸１４、洗浄液・エア噴出ノズル１９の中心
軸１７、ＳＰＭ検出部２２の中心軸２０は各々顕微鏡２
の光軸３と一致する位置に位置決めされる。

【００２１】本実施例におけるこの位置決め機構は一軸
ステージ１０をコラム１に対して一軸方向に案内するリ
ニアガイド４とレール８とから構成されている。この場
合、コラム１の所定位置には位置決め用のＶ溝５が形成
される一方、一軸ステージ１０側には２ケ所にクリック
ボール６が配置され、このクリックボール６がスプリン
グによりＶ溝５に対して押圧されて位置決めを行うよう
になっている。

【００２２】微小の被加工物２３はステージ２４に固定
される。このステージ２４はリニアエンコーダなどの測
長機能を有したＺステージ２５、Ｘステージ２６、Ｙス
テージ２７からなる微粗動機構上に配置されている。

【００２３】図１で示した本実施例により加工を行う場
合、まず対物レンズ１１で微小被加工物２３の加工開始
位置を観察し、光学顕微鏡内のクロスカーソルにその位
置を合わせる。

【００２４】次にＺステージ２５により微小被加工物２
３を下方に退避させた後、一軸ステージ１０により加工
ツール１８を加工開始位置に移動させる。このとき、ク
リックボール６がスプリングによりＶ溝５に対して押圧
され、位置決めを行う。その後、Ｘ，Ｙステージ２６、
２７によって予め得ている加工ツール１８の中心軸１４
と対物レンズ１１の中心軸１２とのずれ量の位置補正を
行い、微小被加工物２３と加工ツール１８の先端が接触
するまでＺステージ２５を移動させる。そして加工ツー
ル１８を加工ツール駆動用微動素子１６で駆動すること
により機械加工を開始する。

【００２５】加工後、一軸ステージ１０により洗浄液・
エア噴出ノズル１９を洗浄位置に移動させる。このと
き、クリックボール６がスプリングによりＶ溝５に対し
て押圧され、位置決めを行う。そして洗浄液を噴射し、
加工領域を洗浄後、エアを噴出して乾燥させる。

【００２６】さらに一軸ステージ１０によりＳＰＭ検出
部２２を移動させる。このときもクリックボール６がス
プリングによりＶ溝５に対して押圧されて位置決めを行
う。そしてＳＰＭ検出部２２の中心軸２０と対物レンズ
１１の中心軸１２とのずれ量を補正後、Ｘ，Ｙステージ
２６，２７により微小被加工物２３の任意の場所のＳＰ
Ｍ測定を行う。

【００２７】対物レンズ１１の中心軸１２と加工ツール
１８の中心軸１４、ＳＰＭ検出部２２の中心軸２０との
ずれ量は、以下の手順で、加工前に測定し、位置補正量
とする。まず、加工ツール１８により、微小被加工物２
３の適当な場所に点状の加工痕を付ける。次に対物レン
ズ１１を観察位置に移動させ、光学顕微鏡２内のクロス
カーソルとのずれ量Ｘ１，Ｙ１をＸ，Ｙステージ２６、
２７の移動量により測定する。つぎにＳＰＭ検出部２２
を測定位置に移動させ、ＳＰＭ測定により加工痕を検出
し、測定開始位置と加工痕位置とのずれ量をＸ２，Ｙ２
を測定する。その結果、対物レンズ１１の中心軸１２と
加工ツール１８の中心軸１４とのずれ量がＸ１，Ｙ１と
なり、対物レンズ１１の中心軸１２とＳＰＭ検出部２２
の中心軸２０とのずれ量がＸ１＋Ｘ２、Ｙ１＋Ｙ２とな
る。これらのずれ値を位置補正量として使用するもので
ある。

【００２８】上記構成の本実施例では、加工部、洗浄
部、観察部、測定部を一軸ステージ１０により各々移動
させ、顕微鏡の光軸３と一致した位置で位置決めするこ
とが可能となる。またＸ，Ｙ，Ｚステージ２６，２７，
２５を移動させることにより微小被加工物２３を加工
部、洗浄部、観察部、測定部に対して位置させることが
可能となる。そのため微小被加工物２３をステージ２４
により取り外すことなく、加工、洗浄、観察、測定を行
うことができる。

【００２９】また、本装置または、他の装置によりいっ
たん加工された微小被加工物に追加工の必要性が生じた
場合、ステージ２４に微小被加工物２３を取り付け、対
物レンズ１１、ＳＰＭ測定部２２により追加工を行う位
置を確認後、一軸ステージ１０により加工ツール１８を
追加工位置に位置決めし、加工を行う。そして洗浄液・
エア噴出ノズル１９による洗浄後、対物レンズ１１、Ｓ
ＰＭ測定部２２により追加工の成否を確認することがで
きる。この追加工に対してさらに追加工が必要な場合は
同様の手順により行うことができ、これにより任意回数
の追加工を行うことができる。

【００３０】

【実施例２】図２は本発明の実施例２を示し、実施例１
と同一の要素は同一の符号を付して対応させてある。本
実施例は以下の点で実施例１と異なっている。微小被加
工物２３はステージ２４に固定される。このステージ２
４はリニアエンコーダなどの測長機能を有したＺステー
ジ２５、Ｘステージ２６、Ｙステージ２７からなる微粗
動機構上に配置されている。これらのＸ、Ｙ、Ｚステー
ジは位置決め機構の一例を構成するリニアガイド２８を
介して、レール２９上に取り付けられ、このレール２９
に沿って直線方向に移動可能となっている。この場合、
リニアガイド２８はリニアエンコーダ３０を具備してい
る。

【００３１】観察部の一例として光学顕微鏡の鏡筒２
と、その対物レンズ１１は光軸３が一致するようにコラ
ム１に固定されている。コラム１の下面には加工部の一
例である加工ツール１８と加工ツール駆動用微動素子１
６、洗浄部の一例である洗浄液・エア噴出ノズル１９、
測定部の一例であるＳＰＭ検出部２２及びその駆動用の
微動素子２１が、各々固定される。これらはいずれも取
り付け台１５及び取り付けねじ１３を介してコラム１に
配置されるものである。コラム１の上部には加工ツール
駆動用微動素子１６の制御部３１、ＳＰＭ検出部の駆動
用微動素子２１の制御部３２、および洗浄液・エア噴出
ノズル１７へ洗浄液とエアを供給するポンプ３３が設置
されている。

【００３２】上記構成からなる本実施例では、加工部、
洗浄部、観察部、測定部と微小被加工物２３との位置決
めは、リニアガイド２８がレール２９上を移動すること
で行う。このリニアガイド２８の移動により、微小被加
工物２３を固定したステージ２４がＸ、Ｙ、Ｚステージ
２５、２６、２７と一体的に移動する。位置決めを行う
際のリニアガイド２８の移動量は、既知である顕微鏡の
光軸３と加工ツール１８の中心軸１４、ノズル１９の中
心軸１７、ＳＰＭ検出部２２の中心軸２０とのそれぞれ
の距離に相当する移動量をリニアエンコーダ３０で検出
することで行うことができる。この場合の位置決め誤差
の補正は実施例１と同様に行う。

【００３３】本実施例では、加工部、洗浄部、観察部、
測定部とがコラム１に固定されているので、位置決め機
構の移動に伴う配線のねじれ、冗長化とそれによる位置
決め精度の低下、Ｓ／Ｎ比の低下等を防止することがで
きる。また装置全体の剛性を大きくすることができるた
め、加工精度、測定精度を高めることができる。

【００３４】

【実施例３】図３は本発明の実施例３も正面図を図４は
そのレボルバー３４を示す。また、図５はレボルバー３
４の回転時の状態を示している。本実施例において実施
例１、２と同一の要素は同一の符号により対応させてあ
り、本実施例は以下の点で実施例１、２と異なってい
る。

【００３５】本実施例では位置決め機構として、顕微鏡
などで公知のレボルバー３４を用いている。このレボル
バー３４と電気的、流体回路的な接続部を有した加工部
３５、洗浄部３６、測定部３７および観察部の対物レン
ズ１１が取り付けネジにより着脱可能に取り付けられて
いる。レボルバー３４は可動機構の一例であるリニアガ
イド３８によってコラム１に支持され、垂直方向に移動
可能である。

【００３６】コラム１に固定されたコネクター部３９
は、加工部、洗浄部、測定部との電気的接続を行うコン
タクトプローブと、流体回路的接続部を行うカプラとを
具備している。微小被加工物２３を固定するステージ２
４及びＸ、Ｙ、Ｚの各ステージ２５、２６、２７は実施
例１と同様の構成である。

【００３７】レボルバー３４の回転時には図５に示すよ
うに、レボルバー３４を可動機構の一例であるリニアガ
イド３８によって垂直に上昇させ、コネクター部３９と
の干渉を避けた後、レボルバー３４を回転させることに
より、加工部３５、洗浄部３６、測定部３７および対物
レンズ１１の位置決めを行う。顕微鏡の光軸３と中心軸
が一致する位置に位置した加工部３５、洗浄部３６、測
定部３７はレボルバー３４をもとの位置に下げることに
より、コネクター部３９と電気的、流体回路的に接続さ
れ、必要な電気信号の入出力および洗浄液、エアの供給
を行うことができる。

【００３８】レボルバー３４内に配線、パイプ等を配置
しない理由は、レボルバー３４の回転により配線などが
捩じれることと、光学顕微鏡の光軸３を遮ることを防止
するためである。

【００３９】上記構成による本実施例では、回転するレ
ボルバー３４を用いていることから、限られたスペース
に、効率良く、加工部３５、洗浄部３６、対物レンズ１
１、測定部３７を配置することが可能である。コネクタ
ー部３９とその可動機構であるリニアガイド３８により
配線、パイプ等を省くことができ、これによりレボルバ
ー３４の回転による配線、パイプの捩れ、冗長化がな
い。このため位置決め精度の低下、Ｓ／Ｎ比の低下等を
防止することができ、加工精度、測定精度を高めること
ができる。さらにはレボルバー３４の回転を拘束せず、
自動化が容易となるなどのメリットがある。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の発明のマ
イクロマシニングセンタによれば、微小の被加工物をス
テージから取り外すことなく、加工、洗浄、観察、測定
を行うことができ、微小加工物を紛失、破損することな
く、観察・測定により、加工の成否を迅速に知ることが
できる。また、本装置または、他の装置によりいったん
加工された微小の被加工物に追加工の必要が生じた場合
でも、その追加工を容易に、高精度に行うことができ
る。

【００４１】請求項２の発明のマイクロマシニングセン
タでは、位置決め機構の移動に伴う配線のねじれ、冗長
化とそれによる位置決め精度の低下、Ｓ／Ｎ比の低下等
を防止することができ、加工精度、測定精度を向上させ
ることができる。また、レボルバー等の回転機構を位置
決め機構として用いることができるので、多数の加工
部、洗浄部、観察部、測定部を効率良く配置することが
でき、小型化が容易になるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のマイクロマシニングセンタ
を示す正面図である。

【図２】実施例２のマイクロマシニングセンタを示す正
面図である。

【図３】実施例３のマイクロマシニングセンタを示す正
面図である。

【図４】実施例３に用いられるレボルバー部を示す斜視
図である。

【図５】実施例３におけるレボルバー回転時を示す正面
図である。

【図６】従来装置を説明する正面図である。

【符号の説明】

１ コラム ２ 鏡筒 ４ リニアガイド ８ レール １０ 一軸ステージ １１ 対物レンズ １８ 加工ツール １９ 洗浄液・エア噴出ノズル ２２ ＳＰＭ検出部 ２３ 微小被加工物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物を加工する加工部と、被加工物
   を洗浄する洗浄部と、被加工物を観察する観察部と、被
   加工物の形状を測定する測定部と、被加工物を支持する
   ステージとを有し、少なくとも前記加工部、観察部、測
   定部と前記被加工物との相対位置を位置決めする位置決
   め機構を具備していることを特徴とするマイクロマシニ
   ングセンタ。
2. 【請求項２】 前記加工部、洗浄部、測定部に対して電
   気的、流体回路的に接続を行うコネクター部と、このコ
   ネクター部と前記加工部、洗浄部、測定部とを接続する
   可動機構とを具備することを特徴とした請求項１記載の
   マイクロマシニングセンタ。