JP2000263427A - 枚葉式両面ラップ盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラッピング加工中にも熱変位の自動補正がで
きる枚葉式両面ラップ盤を提供すること。 【解決手段】 本発明の枚葉式両面ラップ盤は、対向す
る一対のラップ定盤のうち一方１１を位置決めして回転
駆動する基準軸１と、他方２１を回転駆動してワークＷ
に押し付ける加圧軸２とに加え、測距センサ４と制御装
置５とを有する。測距センサ４は、ラップ定盤１１のラ
ップ面１１ａの背面である測定面１１ｂの軸長方向の熱
変位を測定し、制御装置５は、その測定結果に基づいて
ラップ面１１ａの熱変位を推算してこれを補正し、ラッ
プ定盤１１のラップ面１１ａとワークＷを挟持して回転
させる駆動ローラ７２との相対位置を調整する。それゆ
え、ラッピング加工中にもラップ面１１ａの熱変位が自
動補正され、高い加工精度が保たれるとともに、生産性
が向上するという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
等の円盤状のワークを両面からラッピング加工する枚葉
式両面ラップ盤の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来の枚葉式両面ラップ盤としては、特
開平１０−８０８６１号公報に開示されているものが代
表的である。すなわち従来技術の枚葉式両面ラップ盤
は、図１０に示すように、砥粒を含む加工液Ｌが供給さ
れ円盤状のワークＷを表裏両面から挟持しつつ互いに対
向して回転する一対のラップ定盤１０１，１０２を有す
る。同枚葉式両面ラップ盤はまた、四方からワークＷの
外周面に当接しワークＷを回転可能に支持する四つのガ
イドローラ１０３と、ガイドローラ１０３に支持されて
いるワークＷを所定の角速度で回転駆動する二対の駆動
ローラ１０４とをもつ。

【０００３】ここで、ラップ定盤１０１，１０２は、ワ
ークＷの直径の半分強の直径をもつリング状の部材であ
り、それぞれ先端にリング状のラップ面をもち、回転軸
に弾性変形可能な円盤部材によって固定されている。ラ
ップ１０１，１０２定盤は、中空の回転軸によって互い
に逆方向に同等の回転率で高速で回転駆動され、両ラッ
プ定盤１０１，１０２の内部には、回転軸の軸芯の孔を
通して加工液Ｌが加圧供給される。一方、ワークＷは、
薄くて割れやすく、精密かつ平坦に表面が研磨されるべ
きシリコンウェーハである。

【０００４】一方のラップ定盤１０１は基準軸側のラッ
プ定盤であって軸長方向に固定されており、四つのガイ
ドローラ１０３および二対の駆動ローラ１０４によって
支持されているワークＷは、このラップ定盤１０１に軽
く押し当てられる。そして、その背後から他方のラップ
定盤１０２（加圧軸側のラップ定盤）が軸長方向に移動
してきて、ワークＷを所定の押圧力でラップ定盤１０１
に押さえ付けるので、両ラップ定盤１０１，１０２によ
ってワークＷの表裏両面が研磨される。その際、駆動ロ
ーラ１０４によってワークＷが回転駆動され、ワークＷ
の表裏両面の全ての部分が順に送られてラップ定盤１０
１，１０２のラップ面に摺接するので、ワークＷの表裏
両面は平坦かつ平滑に研磨される。また、両ラップ定盤
１０１，１０２のラップ面には、加工中には常に内周側
から加工液Ｌが供給され続けるので、両ラップ面および
ワークＷは、適当に冷却されつつ加工液Ｌ中の砥粒によ
って研磨される。

【０００５】前述のようにラップ定盤１０１，１０２の
直径は、ワークＷであるシリコンウェーハの円盤の半径
よりもやや大きい程度であるから、ラップ定盤１０１，
１０２の面積はワークＷの面積の四分の一強で済む。そ
れゆえ、このような枚葉式両面ラップ盤は、ワークＷと
してのシリコンウェーハの直径がかなり大きくなって
も、比較的小型に構成されるので、小型軽量かつ安価で
ある。また、ラップ定盤１０１，１０２のラップ面は幅
の狭いリング状をしているから、ラッピング加工中に生
じる切粉が加工液Ｌと共に直ぐにラップ面から排出され
るので、良好な状態でワークＷの表面を研磨することが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術の枚葉式両面ラップ盤では、いったん所定位置に
固定されると基準軸は移動しないので、ラッピング加工
が始まり基準軸の回転軸およびラップ定盤１０１が熱膨
張すると、ワークＷに曲げを生じてしまう。その結果、
ワークＷの加工精度が低下するという不都合が生じる。
このような不都合については、本発明の実施例１と比較
し易いように、駆動ローラ１０５，１０６の外周面が円
錐面で形成されているモデルを例に取り上げ、図１１お
よび図１２を参照して以下に説明する。

【０００７】すなわち、図１１に示すように、一対の駆
動ローラ１０５，１０６のうち基準軸側の一方１０５
は、基準軸をスライド可能に支持している基台テーブル
（図略）に固定されている。そして基準軸は、そのラッ
プ定盤１０１のラップ面１０１ａの延長面が駆動ローラ
１０５の外周面と接するように、ワークＷのラッピング
加工に先だって位置決めがなされる。すなわち、駆動ロ
ーラ１０５の外周面と接しラップ定盤１０１のラップ面
１０１ａに平行な基準平面に対して、ラップ定盤１０１
のラップ面１０１ａが同一平面に位置するように、基準
軸は位置決めされて基台テーブルに固定される。しかる
後、加圧軸側の駆動ローラ１０６が、基準軸側の駆動ロ
ーラ１０５との間にワークＷの外縁部を挟持してワーク
Ｗを回転駆動し、加圧軸は、所定の押圧力をもって他方
のラップ定盤１０２をワークＷに押し付けて回転駆動す
る。すると、ワークＷは、両ラップ定盤１０１，１０２
に表裏両面から挟持されてラッピング加工される。

【０００８】ところが、ラッピング加工を始めてしばら
くすると、ラップ面１０１ａに生じる摩擦熱に起因して
基準軸側のラップ定盤１０１が熱膨張すると共に、基準
軸の回転軸も回転子の発熱によって熱膨張する。このよ
うな熱膨張は、加圧軸側でも同様に起きているが、加圧
軸側は所定の押圧力でラップ定盤１０２をワークＷに押
し付けているだけであるから、ワークＷを介して基準軸
側のラップ定盤１０１に押されれば加圧軸は後退する。
それゆえ、図１２に示すように、基準軸側のラップ定盤
１０１のラップ面１０１ａは、熱変位を生じて、基準軸
側の駆動ローラ１０５の接面である基準平面から外れた
位置でワークＷに当接するに至る。すると、ワークＷの
両ラップ定盤１０１，１０２に挟持された部分と両駆動
ローラ１０５，１０６に挟持された部分との間に、曲げ
モーメントや剪断力が生じ、正常でない応力が発生し
て、ワークＷの加工精度が低下してしまうという不都合
を生じる。

【０００９】このような不都合を回避するためには、ラ
ッピング加工の途中や幾枚かのワークＷが仕上がった際
に、いったん枚葉式両面ラップ盤を停止させ、手動で基
準軸の位置を再調整することもできる。しかし、このよ
うに手動で再調整すると、今度は枚葉式両面ラップ盤を
停止する分だけ生産性が低下する。そればかりではな
く、熱変位が起きることを予測して幾度も再調整する必
要が生じ、運転員の手間がかかってしまう。その結果、
加工コストの増大を招くという不都合が新たに生じる。

【００１０】以上のような不都合は、ひとえに熱変位の
補正が自動的に行われていないことに起因している。そ
こで本発明は、ラッピング加工中にも熱変位の自動補正
を行うことができる枚葉式両面ラップ盤を提供すること
を解決すべき課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、発明者らは以下の手段を発明した。 （第１手段）本発明の第１手段は、円盤状のワークを表
裏両面から挟持しつつ互いに対向して回転し該ワークの
該表裏両面をラッピング加工する一対のラップ定盤と、
該ワークの外周面に当接し該ワークを回転可能に支持す
る複数のガイドローラと、該ワークの外縁部を挟持し該
ワークを回転駆動する少なくとも一対の駆動ローラと、
各該ガイドローラおよび各該駆動ローラを支持する基台
テーブルとを有する枚葉式両面ラップ盤である。本手段
の特徴は、両前記ラップ定盤のうち一方を軸長方向に移
動させて位置決めし該ラップ定盤を軸支して回転駆動す
る基準軸と、両該ラップ定盤のうち他方を軸支して回転
駆動しつつ所定の押圧力をもって前記ワークに押し付け
る加圧軸と、該基準軸に回転駆動される該ラップ定盤の
ラップ面と平行に形成された測定面の軸長方向の位置を
測定する位置センサと、該位置センサの測定結果に基づ
いて該ラップ定盤の該ラップ面の軸長方向の熱変位を推
算し、該熱変位を補正して該ラップ面と前記駆動ローラ
との相対位置を調整する制御装置とをさらに有すること
である。

【００１２】本手段では、先ず基準軸が、両ラップ定盤
のうち基準軸に装着された一方を軸長方向に移動させて
駆動ローラに合致した軸長方向に位置に位置決めする。
次に、加圧軸が、両ラップ定盤のうち加圧軸に装着され
た他方を、所定の押圧力をもってワークに押し付け、ワ
ークを基準軸のラップ定盤との間に挟持する。そして、
基準軸および加圧軸は、それぞれのラップ定盤を回転駆
動して、ワークを両面から研磨する。それゆえ、基準軸
側の回転軸やラップ定盤の熱変位が放置されると、ワー
クの軸長方向の位置が駆動ローラの軸長方向の位置との
間にずれを生じるようになる。

【００１３】そこで本手段では、駆動軸側のラップ定盤
のラップ面が駆動ローラの位置に合致するようにいった
ん駆動軸の位置決めが行われると、ラップ定盤のラップ
面の熱変位が自動的に補正され、駆動ローラに対する同
ラップ面の位置が適正な範囲に保たれる。すなわち、駆
動軸の位置決めが適正になされた後、本手段の枚葉式両
面ラップ盤の運転を開始すると、基準軸側のラップ定盤
のラップ面と平行に形成された測定面の軸長方向の熱変
位が位置センサによって測定され、測定結果は制御装置
に取り込まれる。すると、制御装置は、位置センサの測
定結果に基づいて、基準軸側のラップ定盤のラップ面の
軸長方向の熱変位を推算し、その推算値に基づいて熱変
位を補正して同ラップ面と駆動ローラとの相対位置を自
動的に調整する。それゆえ、ワークのラッピング加工の
最中であっても、インプロセスで基準軸の位置が自動調
整され、基準軸側のラップ定盤のラップ面は、駆動ロー
ラの外周面に接する基準平面に対して自動的に適正な範
囲に保たれる。

【００１４】その結果、ワークは常にほとんど曲げモー
メントを受けることなくラッピング加工されるので、ワ
ークの加工精度は十分に高く保たれる。また、熱変位に
関しては、運転員が調整作業を行う必要もなく、本手段
の枚葉式両面ラップ盤は自動運転を続けることができ
る。それゆえ、熱変位に関しては調整作業工数もかから
ず、生産性が低下することもない。

【００１５】したがって、本手段の枚葉式両面ラップ盤
によれば、ラッピング加工中にも熱変位の自動補正を行
うことができるので、加工コストの増大を招くことな
く、十分な仕上がり精度でラッピング加工を行うことが
できるという効果がある。 （第２手段）本発明の第２手段は、前述の第１手段にお
いて、前記制御装置は、前記基準軸に回転駆動される前
記ラップ定盤の前記測定面の前記熱変位に所定の倍数を
かけて、該ラップ定盤の前記ラップ面の前記熱変位を推
算する数値制御装置であることを特徴とする。

【００１６】前述の第１手段の枚葉式両面ラップ盤で
は、ラッピング加工中に基準軸側のラップ定盤のラップ
面の熱変位を直接測定することはできないので、同ラッ
プ面と平行に形成された測定面の熱変位を位置センサに
よって測定している。そして制御装置により、同ラップ
面の熱変位を推算するのであるが、この推算には適正な
推算アルゴリズムなり推算式なりが必要とされる。

【００１７】そこで、駆動ローラに接する基準平面に同
ラップ面の軸長方向の位置を合わせた状態から、枚葉式
両面ラップ盤が運転を開始すると、一様にまたは所定の
温度変化の分布で基準軸の回転軸およびラップ定盤の温
度が変化するものと仮定する。すると、基準軸側のラッ
プ定盤のラップ面の熱変位は、測定面の熱変位に所定の
倍数をかけるだけで求めることが可能になる。すなわ
ち、極めて簡素な推算式により、位置センサの測定結果
から基準軸側のラップ定盤のラップ面の熱変位を求める
ことが可能になる。

【００１８】そこで本手段では、制御装置によるラップ
面の熱変位の推算は、測定面の熱変位に所定の倍数をか
けることによって行われる。したがって本手段によれ
ば、前述の第１手段の効果に加えて、極めて簡素な演算
で測定面の熱変位からラップ面の熱変位を推定すること
ができるので、制御装置の演算負荷が少ないという効果
がある。

【００１９】ここで、前述の所定の倍数を求めておく方
法としては、基準軸の回転軸およびラップ定盤の各部の
熱膨張率から理論的に求める方法を取ることもできる。
しかし、実際に枚葉式両面ラップ盤を運転してみて、運
転を中断してはラップ面の熱変位と測定面の熱変位とを
実測して求める方法を取ることが、より正確であって望
ましい。

【００２０】（第３手段）本発明の第３手段は、前述の
第１手段において、前記制御装置は、前記基準軸の位置
を調整することにより、前記熱変位を補正して前記ラッ
プ面と前記駆動ローラとの前記相対位置を調整する数値
制御装置であることを特徴とする。すなわち、ガイドロ
ーラとラップ定盤のラップ面との位置を合致させるに
は、基準軸を軸長方向に移動させても良いし、ガイドロ
ーラを軸長方向に移動させてもよい。しかし、ガイドロ
ーラを軸長方向に平行移動させるには、それなりの移動
装置が必要になる。

【００２１】一方、本手段のように、基準軸を軸長方向
に移動させるには、もともと基準軸に備え付けられてい
るボールねじ等のスライド手段を使用すれば済み、新た
に移動装置を増設する必要はない。それゆえ本手段で
は、制御装置の基準軸の位置を制御するソフトウェアを
若干改修するだけで済む。ここで、制御装置は数値制御
装置であるから、ソフトウェアの改修は容易であり、量
産すれば費用増大はほんのわずかで済む。

【００２２】したがって本手段によれば、前述の第１手
段の効果に加えて、コストアップを最低限に抑制するこ
とができるという効果がある。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の枚葉式両面ラップ盤の実
施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られ
るよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。 ［実施例１］ （実施例１の構成）本発明の実施例１としての枚葉式両
面ラップ盤は、図１に平面図を示すように、円盤状のワ
ークＷを表裏両面から挟持しつつ互いに対向して回転
し、ワークＷの表裏両面をラッピング加工する一対のラ
ップ定盤１１，２１を有する。そして、一方のラップ定
盤１１を軸長方向に移動させて位置決めし、ラップ定盤
１１を軸支して回転駆動する基準軸１と、他方のラップ
定盤２１を軸支して回転駆動しつつ所定の押圧力をもっ
てワークＷに押し付ける加圧軸２とを有する。また、図
１のＩＩ−ＩＩ矢視側面図を図２に示すように、ワーク
Ｗの外周面に当接しワークＷを回転可能に支持する樹脂
製の複数のガイドローラ３１と、ワークＷの外縁部を挟
持しワークＷを回転駆動する少なくとも一対の駆動ロー
ラ７２，７３とを有する。また、再び図１に示すよう
に、基準軸１、加圧軸２、各ガイドローラ３１および各
駆動ローラ７２，７３を支持する基台テーブル１００を
有する。

【００２４】さらに本実施例の枚葉式両面ラップ盤は、
図４に示すように、基準軸１に回転駆動されるラップ定
盤１１のラップ面１１ａと平行に形成された測定面１１
ｂの軸長方向の熱変位を含んだ位置を測定する位置セン
サとしての測距センサ４を有する。測距センサ４は、半
導体レーザと一次元ＣＣＤとをもつ非接触型センサであ
って、基準軸１のビルトイン・モータ１２（図４参照）
の先端部付近の外縁部に固定されている。

【００２５】本実施例の枚葉式両面ラップ盤はまた、同
じく図４に示すように、本実施例の枚葉式両面ラップ盤
の全体を統御する制御装置５を有する。制御装置５は、
ＣＰＵを中核としメモリをもつプログラマブルな数値制
御装置である。制御装置５は、測距センサ４の測定結果
に基づいてラップ定盤１１のラップ面１１ａの軸長方向
の熱変位を推算し、同熱変位を補正してラップ面１１ａ
と駆動ローラ７２との相対位置を調整する機能をもつ。
すなわち、制御装置５は、基準軸１に回転駆動されるラ
ップ定盤１１のラップ面１１ａに対し平行に背向する背
面である測定面１１ｂの熱変位に所定の倍数をかけて、
ラップ定盤１１のラップ面１１ａの軸長方向の熱変位を
推算する機能をもつ。そしてさらに、制御装置５は、基
準軸１の位置を調整することにより、ラップ面１１ａの
熱変位を補正してラップ面１１ａと固定側の駆動ローラ
７２との相対位置を調整する機能をもつ。

【００２６】以下、より詳細に本実施例の枚葉式両面ラ
ップ盤の構成について説明する。本実施例の枚葉式両面
ラップ盤は、再び図１に平面図を示すように、砥粒を含
む加工液Ｌが供給され円盤状のワークＷを表裏両面から
挟持しつつ互いに対向して反対方向に回転する一対のラ
ップ定盤１１，２１を有する。また、再び図２に示すよ
うに、ワークＷの外周面に当接しワークＷを三方から回
転可能に支持する三つのガイドローラ３１を有する。さ
らに、各ガイドローラ３１に当接するワークＷの外縁部
付近をその表裏両面に対して所定の間隙を空けて覆う互
いに対向した一対の対向面（図略）と、両対向面にそれ
ぞれ開口しワークＷに向かってパージ流体Ｐを供給する
パージ流体供給孔３０とが形成された三つのパージ装置
３を、各ガイドローラ３１毎に有する。すなわち、各パ
ージ装置３は、それぞれガイドローラ３１を内蔵し回転
自在に軸支している。

【００２７】ここで、ワークＷは、表裏両面が互いに平
行でともに平坦かつ平滑にラッピング加工されるべき、
薄い円盤状のシリコンウェーハである。すなわち、本実
施例の枚葉式両面ラップ盤は、再び図１に示すように、
基台テーブル１００と、基台テーブル１００上にスライ
ド可能に支持された基準軸１と、基準軸１と同軸に対向
して基台テーブル１００上に支持された加圧軸２とを有
する。さらに、基準軸１と加圧軸２との間をまたいで門
型支柱８（図２参照）が、基台テーブル１００上に固定
されている。そして、再び図２に示すように、門型支柱
８には、ガイドローラ３１を覆う下方の一対のパージ装
置３と、ワークＷの直上のパージ装置３を支持している
退避装置６と、ワークＷを所定の角速度で回転駆動する
駆動ローラ装置７とが固定されている。

【００２８】基準軸１は、ビルトイン・モータ１２と、
同モータに回転駆動される回転軸の先端に取り付けられ
たラップ定盤１１とを有する。ラップ定盤１１は、図１
０で示した従来技術のラップ定盤１０２と同様に、背の
低い中空円筒状の部材であり、ラップ定盤１１がワーク
Ｗに摺接するラップ面１１ａは、リング状をしている。
そして、ラップ定盤１１の内部空間には、ビルトイン・
モータ１２により回転駆動される回転軸の軸芯を貫通し
ている加工液供給孔１０を通じて、砥粒を含んだスラリ
ー状の加工液Ｌが加圧供給される。

【００２９】また、基準軸１は、基台テーブル１００に
形成された平行な一対のレール１４上に載せられてお
り、基準軸１の軸長方向の背後には、ボールねじ駆動モ
ータ１３が基台テーブル１００に固定されている。基準
軸１は、基準軸１の下に取り付けられているボールねじ
１５（図４参照）を駆動するボールねじ駆動モータ１３
により、レール１４に沿って軸長方向に移動可能になっ
ている。

【００３０】一方、加圧軸２は、前述の基準軸１と同様
に、ビルトイン・モータ２２（図４参照）と、同モータ
に回転駆動される回転軸の先端に取り付けられたラップ
定盤２１とを有する。ラップ定盤２１は、基準軸１のラ
ップ定盤１１と同様の構成であり、これら一対のラップ
定盤１１，２１は、それぞれのラップ面１１ａ，１２ａ
を互いに対向させて同軸に向かい合うように配設されて
いる。そして、加圧軸２側のラップ定盤２１の内部空間
にも、やはりビルトイン・モータ２２により回転駆動さ
れる回転軸の軸芯を貫通している加工液供給孔２０を通
じて、加工液Ｌが加圧供給される。

【００３１】ただし、加圧軸２は、基準軸１と異なって
レール上には配設されておらず、二つの平行に配設され
た加圧シリンダ２３によって軸長方向にわずかに移動可
能である。すなわち、加圧軸２のラップ定盤２１が加圧
シリンダ２３によって所定の押圧力でワークＷに押し付
けられるように、加圧軸２は構成されている。退避装置
６は、ワークＷの直上のガイドローラ３１を覆って支持
するパージ装置３を支持すると共に、ワークＷの交換時
にはパージ装置３を退避させてワークＷの出し入れをす
るための開口を作るための装置である。退避装置６の構
成については、後ほど図３を参照して説明する。

【００３２】駆動ローラ装置７は、前述の門型支柱８に
固定された駆動用モータ７１と、軸受けを内蔵した支持
部材によって門型支柱８に回転可能に支承された駆動ロ
ーラ７２とをもつ。駆動用モータ７１は、駆動ローラ７
２を所定の回転率で回転駆動するモータである。駆動ロ
ーラ装置７はまた、駆動ローラ７２と対をなす駆動ロー
ラ７３と、駆動ローラ７３をワークＷから離す方向に付
勢するスプリング７５と、スプリング７５の付勢力に逆
らって駆動ローラ７３をワークＷに押し付けるエアシリ
ンダ７４とをもつ。一対の駆動ローラ７２，７３は、円
錐台形のゴムローラであって、図１および図２に示すよ
うに、ワークＷに対してワークＷの回転軸線と両駆動ロ
ーラ７２，７３の回転軸線とが斜歯歯車のように交差す
る角度および位置に配設されている。それゆえ、一対の
駆動ローラ７２，７３に挟まれてワークＷが回転駆動さ
れるに際しては、ワークＷの外縁部と両駆動ローラ７
２，７３との接触面は転がりだけによって接触してお
り、摺接はしないので研磨作用はほとんど生じることが
ない。

【００３３】各パージ装置３は、ぞれぞれガイドローラ
３１を内蔵し、回転自在に軸支している。パージ装置３
には、ガイドローラ３１に当接するワークＷの外縁部付
近を、その表裏両面に対して所定の間隙を空けて覆う互
いに対向した一対の対向面と、両対向面にそれぞれ開口
しワークＷに向かってパージ流体Ｐを供給するパージ流
体供給孔３０とが形成されている。

【００３４】すなわち、各パージ装置３には、ガイドロ
ーラ３１に当接するワークＷの外縁部付近をその表裏両
面に対して所定の間隙を空けて覆う、互いに対向した一
対の対向面が形成されている。さらに、各パージ装置３
には、両対向面にそれぞれ開口し、ワークＷに向かって
パージ流体Ｐを供給する一対のパージ流体供給孔３０が
形成されている。両対向面は、ワークＷの厚さよりも所
定の寸法だけの隙間を空けてスロットを形成している。
そして、このスロットにワークＷの外縁部が所定の隙間
を空けてはまり込み、パージ装置３に回転自在に収容さ
れているガイドローラ３１の外周面にワークＷの外周面
が当接して転がるようになっている。

【００３５】それゆえ、各パージ装置３のスロットの開
口部では、ワークＷの表裏両面を伝ってくる加工液Ｌの
ゆっくりとした流れに対して、スロットから勢い良く流
出するパージ流体Ｐがぶつかり、スロットへの加工液Ｌ
の浸入を防止する。その結果、ガイドローラ３１はワー
クＷの外周面とパージ流体Ｐとにのみ接触し、加工液Ｌ
には接触しない。

【００３６】なお、加工液Ｌは、水を溶媒とし砥粒を多
量に含んだスラリー状の液体である。一方、パージ流体
Ｐは水であって、水は加工液Ｌの溶媒であるから、加工
液Ｌにパージ流体Ｐが混じっても何ら不都合は生じな
い。退避装置６は、図３に示すように、門型支柱８（図
２参照）に固定されたブラケット６４と、ブラケット６
４に固定されたロータリアクチュエータ６３と、ロータ
リアクチュエータ６３により回動される回動軸６２に固
定されたエアシリンダ６１とからなる。エアシリンダ６
１は、回転しないように規制され鉛直下方を向いたピス
トンを突き出しており、同ピストンの先端部にワークＷ
の直上にくるパージ装置３が固定されている。

【００３７】ワークＷを交換する場合には、先ずエアシ
リンダ６１がピストンを引っ込め、ワークＷの外縁部か
ら直上のパージ装置３を引き抜いたうえで、ロータリア
クチュエータ６３が、パージ装置３およびエアシリンダ
６１を９０°回転させる。その結果、パージ装置３およ
びエアシリンダ６１は、ワークＷの延長面上から退避し
て開口を形成するので、駆動ローラ装置７および下方の
一対のパージ装置３からワークＷを上方へ引き抜くこと
ができるようになる。また、新たなワークＷを上方から
駆動ローラ装置7および下方の一対のパージ装置３へ挿
入することが可能になる。

【００３８】ところで、制御装置５は、前述のように、
ラップ定盤１１の測定面１１ｂの軸長方向の熱変位に所
定の倍数をかけて、ラップ定盤１１のラップ面１１ａの
軸長方向の熱変位を推算する機能をもつ。この際の演算
に使用する前記倍数は、ラップ定盤１１のラップ面１１
ａの熱変位と測定面１１ｂの熱変位とを実測する測定試
験を実施することにより、定められる。

【００３９】すなわち、図５に示すように、ラップ定盤
１１の代表部分の代表温度Ｔが上昇すると、この代表温
度Ｔに比例して、ラップ面１１ａの熱変位ΔＳＡと測定
面１１ｂの熱変位ΔＳＢとが変化するものと想定され
る。すると、ラップ面１１ａの熱変位ΔＳＡの代表温度
Ｔに関する傾きａと、測定面１１ｂの熱変位ΔＳＢの代
表温度Ｔに関する傾きｂとは、代表温度Ｔが異なる数回
の測定を行うことによって測定することができる。

【００４０】しかしながら、代表温度Ｔは媒介変数であ
って、必ずしも測定される必要はない。すなわち、図６
に示すように、ラップ面１１ａの熱変位ΔＳＡと測定面
１１ｂの熱変位ΔＳＢとだけを測定することによって、
熱変位ΔＳＢに対する熱変位ΔＳＡの傾き（ａ／ｂ）を
直接求めることができる。そこで、本実施例において
は、代表温度Ｔを測定することなく、ラップ面１１ａの
熱変位ΔＳＡと測定面１１ｂの熱変位ΔＳＢとだけを測
定することによって、制御装置５で比例演算に使用する
前記倍数を設定している。

【００４１】（実施例１の作用効果）本実施例の枚葉式
両面ラップ盤は、以上のように構成されているので、以
下のような作用効果を発揮する。先ず、ラッピング加工
を始めるに先立って、基準軸１に回転駆動されるラップ
定盤１１のラップ面１１ａを、門型支柱８に固定された
駆動ローラ７２の外周面の接面に合致するように、基準
軸１の位置を定める初期位置合わせを行う。この際、ボ
ールねじ１５から離れた位置に測距センサ４が取り付け
られているので、この間の熱膨張が安定するように、ビ
ルトイン・モータ１２の暖機運転を行ってから、前述の
初期位置合わせを行う。

【００４２】そして初めのワークＷを本実施例の枚葉式
両面ラップ盤に装着する場合には、再び図１に示すよう
に、基準軸１および加圧軸２が互いに離れる方向に後退
し、ラップ定盤１１，２１の間に適正な間隔が空けられ
る。また、退避装置６の作用により、パージ装置３等が
ワークＷを収容するべき面内方向から退避し、互いに対
向してワークＷを下方の両側から支える一対のパージ装
置３，４の上方に開口を形成し、ワークＷが挿入される
際に邪魔にならないようにする。さらに、駆動ローラ装
置７のエアシリンダ７４がフリーになり、スプリング７
５の付勢力で一対の駆動ローラ７２，７３が互いに離れ
て、ワークＷを挿入するのに必要な間隔を空ける。その
結果、ワークＷを上方から本実施例の枚葉式両面ラップ
盤に挿入することができるようになるので、図示しない
ロボットアームによりワークＷの挿入が行われる。

【００４３】すると、駆動ローラ装置７のエアシリンダ
７４が作用して駆動ローラ７２，７３の間隔が狭めら
れ、駆動ローラ７２，７３が適正な押圧力をもってワー
クＷを挟持するに至る。また、退避装置６が退避時とは
逆の順で作用し、ワークＷの直上からパージ装置３が降
下してきて、パージ装置３に内蔵されたガイドローラ３
１がワークＷの外周面に当接するに至る。その結果、ワ
ークＷは三つのガイドローラ３１で三方から回転可能に
支持され、ワークＷの中心が枚葉式両面ラップ盤の所定
の位置に定まる。さらに、ワークＷの外縁部は、三方で
三つのパージ装置３のスロットに挟まれ、そのうえ駆動
ローラ装置７の駆動ローラ７２，７３によって挟持され
ているので、ワークＷの軸長方向の位置と姿勢も所定の
範囲に定まる。

【００４４】そして、パージ装置３にパージ流体Ｐが流
され、ワークＷの外縁部の一部が、パージ装置３のスロ
ットの中央部に挟持される。しかる後、基準軸１のラッ
プ定盤１１がビルトイン・モータ１２ごとボールねじ１
５で送られてきて、ゆっくりとワークＷの一方の面に当
接する。この際、基準軸１は前述の初期位置合わせで定
めた位置までワークに向かって送られて止まり、基準軸
１に回転駆動されるラップ定盤１１のラップ面１１ａ
は、ワークＷに当接または近接して正規の位置に止ま
る。そしてさらに、加圧軸２のラップ定盤２１がビルト
イン・モータ２２ごと加圧シリンダ２３によってわずか
に送られてワークＷの他方の面に当接する。すると、再
び図２に示すように、ワークＷはラップ定盤１１，２１
によって軸長方向の位置が規定される。

【００４５】このようにしてワークＷが三つのガイドロ
ーラ３１によって回転可能に支持され、両駆動ローラ７
２，７３に挟持され、さらに両ラップ定盤１１，２１に
よって挟持されるに至ると、ラッピング加工が開始され
る。すなわち、再び図１に示すように、両ラップ定盤１
１，２１には、それぞれの加工液供給孔１０，２０から
加工液Ｌが互いに等しい所定の流量率で供給される。す
ると、両ビルトイン・モータ１２，２２は、それぞれの
ラップ定盤１１，２１を互いに等しい回転率で互いに反
対方向に回転駆動する。同時に、駆動用モータ７１が所
定の回転率で回転し、ワークＷの外縁部を挟持している
両駆動ローラ７２，７３のうち一方７２を介して、ワー
クＷの外縁部を下方に押し出して、ワークＷを所定の角
速度で回転させる。再び図２に示すように、両ラップ定
盤１１，２１は、ワークＷの中心から外縁に至るまでの
範囲を覆っており、ワークＷは所定の回転率で回転する
ので、ワークＷの表裏両面の全体が、それぞれに摺接す
るラップ定盤１１，２１によってラッピング加工され
る。

【００４６】かようにしてラッピング加工が始まると、
加工液Ｌを介してワークＷに摺接するラップ定盤１１の
ラップ面１１ａ（図４参照）には摩擦熱が生じるので、
ラップ定盤１１の温度が徐々に高まり、ラップ定盤１１
は少しずつ熱膨張を起こす。すると、ラップ定盤１１の
軸長方向の寸法が少し増え、ラップ面１１ａの軸長方向
の位置は、ワークＷを押す方向に熱変位を生じる。同時
に、ラップ定盤１１の測定面１１ｂ（図４参照）も、ワ
ークＷに向かって軸長方向に熱変位を生じる。測定面１
１ｂの熱変位ΔＳＢは、測距センサ４によって測定され
て制御装置５に取り込まれる。制御装置５では、測定面
１１ｂの熱変位ΔＳＢに所定の倍率（ａ／ｂ）をかけて
ラップ面１１ａの熱変位ΔＳＡを推算し、ボールねじ１
５の駆動用モータ１３に指令を与えて、熱変位ΔＳＡの
分だけ基準軸１を後退させる。このような熱変位の自動
補正は、ラッピング加工中に幾度でも、ラッピング加工
を中断することなくインプロセスで行われる。

【００４７】それゆえ、ラップ面１１ａは駆動ローラ７
２の接面からずれることなく自動的に位置制御され、ワ
ークＷに曲げモーメントがほとんど生じない状態を保っ
たままで、ラッピング加工を続けることができる。その
結果、ラッピング加工を中断することなく、ワークＷの
ラッピング加工の仕上がり精度を十分に高く保つことが
可能になる。

【００４８】こうして所定時間をかけてラッピング加工
が終了すると、両ラップ定盤１１，２１は互いに離れて
ワークＷを開放し、併せて駆動ローラ装置７の駆動ロー
ラ７３もワークＷから離れてワークＷを開放する。さら
に、再び図３に示すように、退避装置６の作用により、
パージ装置３が引き上げられてワークＷから離れたうえ
で、ワークＷの延長面上から待避して開口を生じる。そ
こで、この開口から、図示しないロボットアームが、ラ
ッピング加工済みのワークＷを取り上げて次の工程に送
り、続けて次のワークＷを同開口から本実施例の枚葉式
両面ラップ盤に装着する。この装着方法は、前述の一枚
目のワークＷの装着時と同様であるが、ワークＷの交換
の間もパージ流体Ｐは各パージ装置３に流されたまま
で、加工液Ｌのガイドローラ３１への浸入を阻止してい
る。

【００４９】このようにして、ワークＷの交換時以外に
はラッピング加工を中断することなく、ラッピング加工
中に熱変位の自動補正が適正に行われた状態で、多数枚
のワークＷが次々にラッピング加工される。ここで、前
述の熱変位の自動補正作用に関して制御装置５がもつア
ルゴリズムについて、図７に基づき、図８および図９を
参照しつつ、詳しく説明する。

【００５０】熱変位の自動補正アルゴリズムは、図７に
示すように、基準軸１のビルトイン・モータ１２が回転
を始め、基準軸１が正規の初期位置にまで送られるとス
タートする。先ず、処理ステップＳ１で初期設定が行わ
れ、基準軸１の位置Ｐの初期値と、測距センサ４から測
定面１１ｂまでの距離ＳＢの初期値（図８参照）とを、
制御装置５のメモリに記憶しておく。距離ＳＢを測定す
るにあたっては、ラップ定盤１１が所定の設定回転数を
回る間、幾度も測距センサ４による測距を行い、その平
均値を取って、外部からの振動等の外乱や測定面１１ｂ
の微小な凹凸および傾きに起因する測定値のばらつきを
除く。

【００５１】次に、ラッピング加工が始まると、処理ス
テップＳ２および判断ステップＳ２からなるマイナール
ープに入る。すなわち、処理ステップＳ２では、先ほど
と同様にして、ラップ定盤１１の設定回転数内で幾度
も、基準軸１側のラップ定盤１１の裏面にある測定面１
１ｂまでの距離が測距される。そしてそれらの平均値を
もって新たな距離ＳＢ’（図９参照）が算出され、前回
の距離ＳＢからの増加分をもって熱変位ΔＳＢが算出さ
れる。しかる後、判断ステップＳ３で熱変位ΔＳＢが許
容値を越えたか否かが判定される。この判断ステップＳ
３で熱変位ΔＳＢがこの許容値内にあると判定された場
合には、熱変位ΔＳＢに関しては正常な範囲でラッピン
グ加工が行われているもの考えられるので、ロジックは
処理ステップＳ２に戻る。そして、判断ステップＳ３で
熱変位ΔＳＢが許容値を超えたと判定されるまで、処理
ステップＳ２および判断ステップＳ２からなるマイナー
ループが繰り返される。

【００５２】逆に、判断ステップＳ３で判断ステップＳ
３で熱変位ΔＳＢが許容値を超えたと判定されると、熱
変位ΔＳＢに関するラップ面１１ａの位置補正が必要で
あると考えられる。そこでロジックは、前記マイナール
ープを脱して次の処理ステップＳ４，Ｓ５に進み、熱変
位の自動補正が行われる。すなわち、処理ステップＳ４
で同ステップのブロック内に図示の数式に従い、ラップ
定盤１１のラップ面１１ａの熱変位ΔＳＡが、測定面１
１ｂの熱変位ΔＳＢに所定の倍数（ａ／ｂ）をかけるこ
とによって推算される。この際、前述の新たに測定され
た熱変位ΔＳＢを前回の距離ＳＢに足すことにより、メ
モリに記憶された距離ＳＢを更新して次回の熱変位の自
動補正に備える。そして、次の処理ステップＳ５で基準
軸１の新たに取るべき位置Ｐが算出され、基準軸１はボ
ールねじ１５により、ラップ面１１ａの熱変位の推定値
ΔＳＡだけ後退させられる（図９参照）。その結果、再
び図８に示すように、ラップ面１１ａの位置は、駆動ロ
ーラ７２の位置対して所定の範囲に収まり、精密なラッ
ピング加工が続けられる。

【００５３】最後に、全てのワークＷの加工が完了した
か否かが判断ステップＳ６で判定され、全てのワークＷ
の加工を完了するまで、ステップＳ２〜Ｓ６のメジャー
ループが繰り返される。なお、初めからワークＷがない
場合や、熱変位ΔＳＢが許容値内に安定しているうちに
全てのワークＷの加工を完了した場合に備えて、判断ス
テップＳ６は、実際には処理ステップＳ２の直前に配さ
れているのであるが、図７では理解が容易なように表記
した。

【００５４】その結果、ワークＷは常にほとんど曲げモ
ーメントを受けることなくラッピング加工されるので、
ワークＷの加工精度は十分に高く保たれる。また、ラッ
プ定盤１１のラップ面１１ａの熱変位に関しては、運転
員が調整作業を行う必要もなく、本実施例の枚葉式両面
ラップ盤は自動運転を続けることができる。それゆえ、
ラップ面１１ａの熱変位に関しては調整作業工数もかか
らず、生産性が低下することもない。

【００５５】以上詳述したように、本実施例の枚葉式両
面ラップ盤によれば、ラッピング加工中にも熱変位の自
動補正を行うことができる。それゆえ、加工コストの増
大を招くことなく、十分な仕上がり精度でラッピング加
工を行うことができるという効果がある。また、測距セ
ンサ４とそのインターフェースを増設し、熱変位の自動
補正プログラムを制御装置５に組み込む程度のことで実
施できるので、装置価格の上昇を最低限に抑制できると
いう効果もある。

【００５６】（実施例１の変形態様１）本実施例の変形
態様１として、ラップ定盤１１が外周面から突出したフ
ランジ部をもち、同フランジ部の表裏両面のうち一方を
測定面とする枚葉式両面ラップ盤の実施が可能である。
本変形態様では、ラップ定盤１１の背面よりも軸長方向
の位置がラップ面１１ａに近い位置にフランジ部を形成
することができるので、ラップ面１１ａにより近い位置
に測定面を形成することができる。それゆえ、ラップ面
１１ａの熱変位により近い熱変位が測定面に起こるの
で、ラップ定盤１１における温度分布の不均一などに起
因するラップ面１１ａの熱変位の推算がより精密にでき
るようになる。

【００５７】また、フランジ部の表面（ラップ面１１ａ
と同じ方向を向いた面）に測定面を形成し、測距センサ
４を基準軸１ではなく基台テーブル１００に固定すれ
ば、基準軸１の熱膨張も含めて測定面の熱変位を測定す
ることができるようになる。それゆえ、基準軸１の暖機
運転が不要になり、ラッピング加工をすぐに開始できる
ようになる。

【００５８】したがって本変形態様によれば、前述の第
１手段の効果に加えて、ラップ面１１ａの位置制御がよ
り精密になるという効果があり、測距センサ４の配置に
よっては暖機運転を省くことも可能になるという効果が
ある。 （実施例１の変形態様２）本実施例の変形態様２とし
て、測距センサ４が基台テーブル１００に支持されてお
り、引っ込み式になっている枚葉式両面ラップ盤の軸出
力が可能である。

【００５９】本変形態様では、基台テーブル１００に対
してラップ定盤１１の測定面１１ｂの熱変位が測定され
るうえに、基準軸１の熱膨張も含めて測定面の熱変位を
測定することができるようになる。それゆえ、ラップ面
１１ａの位置制御がより精密にできるようになるととも
に、基準軸１の暖機運転が不要になってラッピング加工
をすぐに開始できるようになる。

【００６０】したがって本変形態様によれば、前述の第
１手段の効果に加えて、ラップ面１１ａの位置制御がよ
り精密になるうえに暖機運転を省くことも可能になると
いう効果がある。 （実施例１の変形態様３）本実施例の変形態様３とし
て、ボールねじ１５と測距センサ４との間の熱膨張を補
正するために、ボールねじ１５と測距センサ４との間の
基準軸１のフレームに盲孔を形成し、同盲孔の中に温度
センサを装置した枚葉式両面ラップ盤の実施も可能であ
る。

【００６１】本変形態様によっても、ラップ面１１ａの
熱変位のうち基準軸１の熱膨張に起因する分を補正でき
るようになるので、基準軸１の暖機運転が不要になって
ラッピング加工をすぐに開始できるようになる。したが
って本変形態様によれば、前述の第１手段の効果に加え
て、暖機運転を省くことが可能になるという効果があ
る。

【００６２】（実施例１の変形態様４）本実施例の変形
態様４として、駆動ローラ装置７の軸長方向の位置を門
型支柱８に対して微小ストロークだけ精密に調整できる
ように、駆動ローラ装置７が積層型圧電アクチュエータ
を介して門型支柱８に支持されている枚葉式両面ラップ
盤の実施も可能である。

【００６３】本変形態様では、駆動ローラ７２，７３の
位置が積層型圧電アクチュエータによって精密に調整が
できるので、測距センサ４の測定精度と同程度の精度で
ラップ面１１ａの位置制御をすることが可能になる。し
たがって本変形態様によれば、前述の第１手段の効果に
加えて、よりいっそう精密にワークＷをラッピング加工
することができるようになるという効果がある。

【００６４】（実施例１の変形態様５）本実施例の変形
態様５として、実施例１の制御ロジック（図７参照）で
は、熱変位ΔＳＢが許容値が越えた場合にのみその補正
を行うようになっているが、許容値を設定せず、算出さ
れた熱変位ΔＳＢの分だけ常に補正を行う制御ロジック
を採用した枚葉式両面ラップ盤の実施が可能である。

【００６５】本変形態様では、実施例１の効果に加え
て、基準軸１側のラップ定盤１１が、センサ／アクチュ
エータの精度の範囲で最も望ましい位置に常に保たれる
ので、ワークＷの仕上がり精度がより向上するという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１としての枚葉式両面ラップ盤の構成
を示す平面図

【図２】 実施例１としての枚葉式両面ラップ盤の構成
を示す側面図

【図３】 実施例１の退避装置の構成および動作を示す
正面図

【図４】 実施例１の枚葉式両面ラップ盤のシステム構
成を示すブロック図

【図５】 基準軸側のラップ定盤の表裏両面の熱変位を
示すグラフ

【図６】 基準軸側のラップ定盤の表裏両面の熱変位の
関係を示すグラフ

【図７】 実施例１での熱変位の自動補正ロジックを示
すフローチャート

【図８】 実施例１において適正に調整された状態を示
す模式図

【図９】 実施例１における熱変位後の状態を誇張して
示す模式図

【図１０】従来の枚葉式両面ラップ盤の要部構成を示す
斜視図

【図１１】枚葉式両面ラップ盤の正常な状態を示す要部
模式図

【図１２】枚葉式両面ラップ盤の熱変位後の状態を示す
要部模式図

【符号の説明】

１００：基台テーブル １：基準軸 １０：加工液供給孔 １１：ラップ定盤（リング状） １１ａ：ラップ面 １２：ビルトイン・モータ １３：ボールねじ駆動モ
ータ １４：レール １５：ボールねじ ２：加圧軸 ２０：加工液供給孔 ２１：ラップ定盤（リング状） ２１ａ：ラップ面 ２２：ビルトイン・モータ ２３：加圧シリンダ ３：パージ装置 ３０：パージ流体供給孔 ３１：ガイドローラ ６：退避装置 ６１：エアシリンダ ６２：回動軸 ６３：ロータ
リアクチュエータ ６４：ブラケット ７：駆動ローラ装置 ７１：駆動用モータ ７２，７３：駆動ローラ（外周
面は円錐面） ７４：エアシリンダ ７５：スプリング ８：門型支柱 Ｌ：加工液（水を溶媒とし砥粒を含むスラリー） Ｐ：水（パージ流体として） Ｗ：ワーク（円盤状のシリコンウェーハ） １０１，１０２：ラップ定盤 １０１ａ：ラップ面 １０３：ガイドローラ １０４，１０５，１０６：駆
動ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 敏夫 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 阿部 守年 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 稲田 豊 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 岩井 英樹 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 南 秀旻 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA12 AA16 AC04 BA07 BB02 BB06 BB08 BB09 CB01 CB03 DA02 DA17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円盤状のワークを表裏両面から挟持しつつ
   互いに対向して回転し、該ワークの該表裏両面をラッピ
   ング加工する一対のラップ定盤と、 該ワークの外周面に当接し該ワークを回転可能に支持す
   る複数のガイドローラと、 該ワークの外縁部を挟持し該ワークを回転駆動する少な
   くとも一対の駆動ローラと、 各該ガイドローラおよび各該駆動ローラを支持する基台
   テーブルと、を有する枚葉式両面ラップ盤において、 両前記ラップ定盤のうち一方を軸長方向に移動させて位
   置決めし、該ラップ定盤を軸支して回転駆動する基準軸
   と、 両該ラップ定盤のうち他方を軸支して回転駆動しつつ所
   定の押圧力をもって前記ワークに押し付ける加圧軸と、 該基準軸に回転駆動される該ラップ定盤に形成された測
   定面の軸長方向の位置を測定する位置センサと、 該位置センサの測定結果に基づいて該ラップ定盤の該ラ
   ップ面の軸長方向の熱変位を推算し、該熱変位を補正し
   て該ラップ面と前記駆動ローラとの相対位置を調整する
   制御装置と、をさらに有することを特徴とする枚葉式両
   面ラップ盤。
2. 【請求項２】前記制御装置は、前記基準軸に回転駆動さ
   れる前記ラップ定盤の前記測定面の前記熱変位に所定の
   倍数をかけて、該ラップ定盤の前記ラップ面の前記熱変
   位を推算する数値制御装置である、 請求項１記載の枚葉式両面ラップ盤。
3. 【請求項３】前記制御装置は、前記基準軸の位置を調整
   することにより、前記熱変位を補正して前記ラップ面と
   前記駆動ローラとの前記相対位置を調整する数値制御装
   置である、 請求項１記載の枚葉式両面ラップ盤。