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

マイクロマシニングセンタ

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JPH08187636A
JPH08187636A JP226995A JP226995A JPH08187636A JP H08187636 A JPH08187636 A JP H08187636A JP 226995 A JP226995 A JP 226995A JP 226995 A JP226995 A JP 226995A JP H08187636 A JPH08187636 A JP H08187636A
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Toru Chiga
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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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014083684A (ja) * 2012-10-23 2014-05-12 Korea Inst Of Machinery & Materials カプセル型可変軸複合加工装置
JP2016128799A (ja) * 2014-12-19 2016-07-14 オメガ・エス アー 時計または宝飾品の部品のための装飾されたエレメントを作製する方法、およびこの方法によって作製されるエレメント

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