JP2015013321A

JP2015013321A - 研削ホイール

Info

Publication number: JP2015013321A
Application number: JP2013139637A
Authority: JP
Inventors: 昌史青木; Masashi Aoki; 隆俊増田; Takatoshi Masuda
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-22

Abstract

【課題】研削砥石にかかる負荷を少なくして研削砥石に目つぶれや目詰まりが発生することを抑制することを目的とする。【解決手段】研削ホイール３０は、ホイールマウント２０に装着する装着面３３を有する環状のホイール基台３１と装着面３３の反対面となる砥石装着面３８に環状に配設される研削砥石４０とホイール基台３１の内部に配設される環状の超音波振動子５０と、を少なくとも備え、研削砥石４０は、ホイール基台３１の中心を重心とした非真円状に固着されており、研削砥石４０によって板状ワークを研削するとき、超音波振動子５０から発振される超音波振動が研削砥石４０に伝播され、研削砥石４０が水平方向に振動しながら板状ワークＷを研削することができる。これにより、板状ワークＷの研削時に研削砥石４０にかかる負荷を少なくして目つぶれや目詰まりの発生を抑制でき、研削ホイール３０の寿命を長くすることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、被加工物に対して研削を施す研削ホイールに関する。

板状ワークなどの被加工物を研削する研削装置は、板状ワークを保持し自転可能なチャックテーブルと、環状の研削砥石が固着された研削ホイールとにより少なくとも構成されている。研削砥石は、砥粒とボンド材とにより形成されており、サファイア基板やＳｉＣ基板などの硬質単結晶基板を研削するためには、ボンド材を柔らかくしている。これにより、研削加工中に研削砥石が目つぶれを起こす前に砥粒を脱落させ、順次新しい砥粒を表出させて被加工物を研削できるように構成している。

研削装置において硬質単結晶基板により構成される板状ワークを研削する研削ホイールとして、例えば、図８に示す研削ホイールがある。図８（ａ）に示す研削ホイール６０は、略長方体のセグメントにより構成される複数の研削砥石６３を円盤基台６１の中心Ｏを重心として真円状となるように砥石装着面６２に配設した構成となっている。また、図８（ｂ）に示す研削ホイール７０は、複数の研削砥石７３の一方側を円盤基台７１の中心Ｏ側に傾けて水車のように研削砥石７３を砥石装着面７２に配設した構成となっている。

特開平５−００４１７２号公報特開２０１２−１２５８５０号公報

しかしながら、上記のような研削ホイールに固着された硬質単結晶基板研削用の研削砥石は、砥粒が脱落しやすいようにして目つぶれや目詰まりを抑制する観点から、ボンド材が柔らかく構成されているため、研削砥石の磨耗の進行が速く、研削砥石の寿命が短くなるという問題がある。

本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、砥粒の磨耗の進行を抑制することにより、研削砥石の寿命を長くすることに発明の解決すべき課題を有している。

本発明は、チャックテーブルに保持された板状ワークを研削する研削手段を構成するスピンドルの先端に接続されるホイールマウントに装着する研削ホイールであって、該研削ホイールは、該ホイールマウントに装着する装着面を有する環状のホイール基台と、該装着面の反対面となる砥石装着面に環状に配設される研削砥石と、該ホイール基台の内部に配設される環状の超音波振動子と、から少なくとも構成され、該環状に配設される該研削砥石は、該ホイール基台の中心を重心とした非真円状に配設される。

また、環状に配設される上記研削砥石は、上記ホイール基台の中心を重心とした多角形状に配設されることが望ましい。

本発明にかかる研削ホイールは、複数の研削砥石がホイール基台の中心を重心として非真円状となるようにホイール基台の砥石装着面に配設された構成となっているため、研削ホイールが回転する際の研削砥石の軌道には径方向の振幅がある。また、ホイール基台の内部に環状の超音波振動子を備えており、研削砥石によって板状ワークを研削するときに、超音波振動子から発振される超音波振動が研削砥石に伝播され、研削砥石を振動させながら板状ワークを研削することができる。すなわち、研削砥石は、その軌道の径方向の振幅と、超音波振動による振動とによる複合的な動きをともなって板状ワークを研削するため、硬質単結晶基板のような板状ワークの研削時に研削砥石にかかる負荷を小さくすることができる。したがって、柔らかいボンド材を使用しなくても研削砥石に目つぶれや目詰まりの発生を抑制することができ、研削ホイールの寿命を長くすることが可能となる。

また、研削ホイールは、複数の研削砥石が、ホイール基台の中心を重心として多角形状となるようにホイール基台の砥石装着面に配設された構成となっているため、研削砥石によって板状ワークを研削するときに、複数の研削砥石と板状ワークとが接触する部分に幅ができるとともに、超音波振動子から発振される超音波振動が研削砥石に伝播されて研削砥石を水平方向に振動させながら板状ワークを研削することができる。これにより、研削砥石にかかる負荷を分散させて目つぶれや目詰まりの発生をより効果的に抑制でき、研削ホイールの寿命が長くなる。

研削装置の一例の構成を示す斜視図である。ホイールマウントの構成を示す斜視図である。研削ホイールの構成を示す斜視図及び断面図である。研削ホイールがホイールマウントに装着された状態を示す断面図である。研削ホイールによって被加工物を研削する状態を示す正面図である。研削時における研削手段の位置及び研削送り速度の変化と、超音波振動の振幅の変化とを示すグラフである。研削砥石をホイール基台の中心を重心として多角形状に配置された研削ホイールの複数の例を示す底面図である。従来の研削ホイールの構成を示す底面図である。

図１に示す研削装置１は、硬質単結晶基板により構成される被加工物を研削する研削ホイールを備える研削装置の一例である。研削装置１は、Ｙ軸方向にのびる装置ベース２と、装置ベース２のＹ軸方向後部側に立設されたコラム３と、を有している。装置ベース２の上面には、矩形のスペース２ａが形成されており、スペース２ａにおいてＹ軸方向に移動可能な移動基台４が配設されている。移動基台４には、被加工物を吸引保持する保持面６を有するチャックテーブル５が配設されている。移動基台４が蛇腹７の伸縮をともなってＹ軸方向に移動することにより、チャックテーブル５を同方向に移動させることができる。

コラム３のＹ軸方向前方においては、被加工物に研削を施す研削手段１０と、チャックテーブル５に対し接近及び離反する研削送り方向（Ｚ軸方向）に研削手段１０を昇降させる研削送り手段１４とが配設されている。研削送り手段１４は、Ｚ軸方向にのびるボールネジ１５と、ボールネジ１５の一端に接続されたモータ１６と、ボールネジ１５と平行にのびる一対のガイドレール１７と、内部に備えたナットがボールネジ１５に螺合するとともに側部がガイドレール１７に摺接する昇降板１８と、を備えている。研削送り手段１４は、モータ１６によって駆動されてボールネジ１５が回動すると、一対のガイドレール１７に沿って昇降板１８がＺ軸方向に移動するとともに、昇降板１８に連結された研削手段１０をＺ軸方向に昇降させることができる。

研削手段１０は、Ｚ軸方向に軸心を有するスピンドル１１と、スピンドル１１の外周を囲繞するスピンドルハウジング１２と、スピンドル１１の一端に取り付けられたモータ１３と、スピンドル１１の下端にホイールマウント２０を介して装着された研削ホイール３０とを備えている。研削手段１０は、モータ１３による駆動により研削ホイール３０を所定の回転速度で回転させることができる。

図２に示すように、ホイールマウント２０は、円盤状に形成されており、スピンドル１１の下端に連結されている。スピンドル１１の内部には、鉛直方向に貫通した開口部１９が形成されている。ホイールマウント２０には、ボルト８を挿入するためのねじ穴２１がホイールマウント２０の上下面を貫通して少なくとも４箇所に形成されている。

図３（ａ）に示す研削ホイール３０は、図２に示したホイールマウント２０に装着する環状のホイール基台３１と、ホイール基台３１の下部に環状に固着される研削砥石４０と、ホイール基台３０の内部に配設される環状の超音波振動子５０と、を少なくとも備えている。ホイール基台３１には、図２に示したボルト８が挿入され締結されるねじ穴３４が少なくとも４箇所に形成されている。研削砥石４０は、略長方体のセグメント砥石である。

図３（ｂ）に示すように、ホイール基台３１は、図２に示したホイールマウント２０の下面２２と連結する装着面３３を有する装着プレート３２と、研削砥石４０を装着するための砥石プレート３７と、装着プレート３２と砥石プレート３７とに連結される側壁３６とを備えている。装着プレート３２の中央には、円径の第１の開口部３５が形成されている。また、砥石プレート３７の中央には、第１の開口部３５よりも小径の第２の開口部３９が形成されている。

砥石プレート３７の下面の外周側は、砥石装着面３８となっており、複数の研削砥石４０が環状に固着されている。ここで、複数の研削砥石４０は、ホイール基台３１の中心を重心として非真円状となるように砥石プレート３７の砥石装着面３８に固着されている。例えば、砥石装着面３８において複数の研削砥石４０を楕円形状となるように固着してもよい。また、ホイール基台３１の中心を重心として多角形状となるように複数の研削砥石４０を砥石プレート３７の砥石装着面３８に固着した構成でもよい。

このように構成される研削ホイール３０をホイールマウント２０に装着するためには、図３（ａ）に示すホイール基台３１の装着面３３に図２に示すホイールマウント２０の下面２２を密着させた状態で、ホイールマウント２０のねじ穴２１にボルト８を挿入するとともにホイール基台３１のねじ穴３４でボルト８を締結する。これにより、研削ホイール３０は、図４に示すように、研削ホイール３０がホイールマウント２０に装着された状態となる。

図４に示すように、ホイールマウント２０に研削ホイール３０を装着するとともに、砥石プレート３７の上面に配設された環状の超音波振動子５０は、発振周波数及び振幅を可変とする超音波電源部５１に導電線５２を介して接続される。導電線５２は、図２に示したスピンドル１１の内部に形成された開口部１９に配設されており、コネクタ５３が導電線５２に接続されている。超音波電源部５１において発振する信号が導電線５２及びコネクタ５３を通じて超音波振動子５０に供給されると、超音波振動子５０が水平方向（研削ホイール３０の回転軸に対して直交する方向）に超音波振動する。

次に、研削装置１を用いて被加工物に対する研削の一例を説明する。図５に示す板状ワークＷは、被加工物の一例であって、例えばサファイア基板やＳｉＣ基板などの硬質単結晶基板により構成されている。板状ワークＷの上面Ｗａが研削される面となっており、上面Ｗａと反対側にある面がチャックテーブル５の保持面６に載置される下面Ｗｂとなっている。この板状ワークＷをチャックテーブル５の保持面６に載置し、保持面６において板状ワークＷを吸引保持する。

（１）第１の研削工程
図５に示すように、チャックテーブル５を例えば矢印Ａ方向に回転させながら研削手段１０の下方に移動させた後、研削手段１０は、例えば１０００ｒｐｍの回転速度でスピンドル１１を回転させて研削ホイール３０を例えば矢印Ｂ方向に回転させつつ、図１に示した研削送り手段１４が研削手段１０を所定の研削送り速度で板状ワークＷの上面Ｗａに向けて下降させていく。

研削手段１０が下降しながら、図４に示した超音波電源部５１が、所定の周波数（例えば、２０ｋＨｚ）で、かつ第１の出力（例えば、１５ｗ）で、超音波信号を発振し、超音波振動子５０を振動させる。そして、研削砥石４０が板状ワークＷに接触するときの衝撃を弱めて研削砥石４０に過負荷をかけないために、研削手段１０の下降速度を図６に示す第１の速度Ｓ１（例えば、２．０μｍ／ｓｅｃ）に減速して研削手段１０を研削送りし、研削手段１０の位置を下げていくことにより、回転する研削砥石４０によって板状ワークＷの上面Ｗａを押圧しながら研削する。これにより、超音波振動子５０から発振される超音波振動が研削砥石４０に伝播されて研削砥石４０を水平方向に振動させつつ、この研削砥石４０によって板状ワークＷの上面Ｗａを押圧しながら研削する。第１の研削工程において用いる超音波信号は、図６においてＡ１で示す信号である。

（２）第２の研削工程
第１の研削工程の後、板状ワークＷの研削効率を高めるために、図６に示す第１の速度Ｓ１より速い第２の速度Ｓ２（例えば、３．０μｍ／ｓｅｃ）で研削手段１０を研削送りし、研削手段１０の位置をさらに下げていく。この間、図４に示した超音波電源部５１は、所定の周波数（例えば、２０ｋＨｚ）で、かつ上記第１の出力よりも大きい第２の出力（例えば、２０ｗ）の超音波信号を発振して超音波振動子５０を振動させる。これにより、超音波振動子５０の超音波振動が研削砥石４０に伝播されて研削砥石４０を水平方向に大きく振動させつつ、この研削砥石４０によって板状ワークＷの上面Ｗａを押圧しながら研削する。図６に示すように、第２の研削工程における超音波信号Ａ２は、その振幅が、第１の研削工程における超音波信号Ａ１よりも、が大きくなっている。

（３）仕上げ研削工程
第２の研削工程の後、板状ワークＷの仕上げ品質を良くするために、図６に示す第１の速度Ｓ１よりも遅い第３の速度Ｓ３（例えば、１．０μｍ／ｓｅｃ）で研削手段１０を研削送りし、研削手段１０の位置をゆっくり下げていく。この間、超音波電源部５１は、所定の周波数（例えば、２０ｋＨｚ）で、かつ第１の出力よりも小さい第３の出力（例えば、１０ｗ）の超音波信号を発振して超音波振動子５０を振動させる。これにより、超音波振動子５０の超音波振動が研削砥石４０に伝播されて研削砥石４０を水平方向に小さく振動させつつ、この研削砥石４０によって板状ワークＷの上面Ｗａを所望の厚みに至るまで仕上げ研削する。図６に示すように、仕上げ研削工程における超音波信号Ａ３の振幅は、超音波信号Ａ１よりも小さくなっている。そして、板状ワークＷが所望の厚みに研削された時点で、図１に示した研削送り手段１４によって研削手段１０を上昇させ、仕上げ研削工程が完了する。このようにして一連の研削が終了する。この一連の研削では、研削送り速度を変化させることで、研削品質を低下させずに板状ワークＷを効率よく研削することができ、研削時間を短縮することが可能となる。

図３に示した研削砥石４０の配置構成が多角形状となるように研削ホイールに固着された複数の例について説明する。図７（ａ）に示す研削ホイール３０ａは、研削ホイール３０ａの中心Ｏを重心として、複数の研削砥石４０が三角形状に配置されるように砥石プレート３７の砥石装着面３８に固着された構成となっている。また、図７（ｂ）に示す研削ホイール３０ｂは、研削ホイール３０ｂの中心Ｏを重心として、複数の研削砥石４０が四角形状に配置されるように砥石プレート３７の砥石装着面３８に固着された構成となっている。さらに、図７（ｃ）に示す研削ホイール３０ｃは、研削ホイール３０ｃの中心Ｏを重心として、研削砥石４０が五角形状に配置されるように砥石プレート３７の砥石装着面３８に固着された構成となっている。なお、研削砥石４０の配置構成が真円状にならなければよく、多角形状の辺の数は適宜変更してもよい。

以上のとおり、研削ホイール３０は、複数の研削砥石４０が、ホイール基台３１の中心を重心として非真円状となるようにホイール基台３１の砥石装着面３８に固着された構成となっているため、研削ホイール３０が回転する際の研削砥石４０の軌道には径方向の振幅がある。また、研削砥石４０によって板状ワークを研削するときに、超音波振動子５０から発振される超音波信号が研削砥石４０に伝播され、研削砥石４０が水平方向に振動しながら板状ワークＷを研削することができる。したがって、研削砥石は４０は、その軌道の径方向の振幅と、超音波振動による振動とによる複合的な動きをともなって板状ワークを研削するため、柔らかいボンド材を使用しなくても、硬質単結晶基板により構成される板状ワークＷの研削時に研削砥石４０にかかる負荷を小さくして目つぶれや目詰まりの発生を抑制することができ、研削ホイール３０の寿命を長くすることが可能となる。

また、研削ホイール３０ａ〜３０ｃでは、複数の研削砥石４０がホイール基台３１の中心を重心として多角形状となるようにホイール基台３１の砥石装着面３８に固着された構成となっているため、研削砥石４０によって板状ワークを研削するときに、複数の研削砥石４０と板状ワークＷとが接触する部分に幅ができるとともに、超音波振動子５０から発振される超音波振動が研削砥石４０に伝播されて研削砥石４０を水平方向に振動させながら板状ワークＷを研削することができる。これにより、研削砥石４０にかかる負荷を分散させて目つぶれや目詰まりが発生することをより効果的に抑制することができる。

１：研削装置２：装置ベース２ａ：スペース３：コラム４：移動基台
５：チャックテーブル６：保持面７：蛇腹８：ボルト
１０：研削手段１１：スピンドル１２：スピンドルハウジング１３：モータ
１４：研削送り手段１５：ボールネジ１６：モータ１７：ガイドレール
１８：昇降板１９：開口部
２０：ホイールマウント２１：ねじ穴２２：下面
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ：研削ホイール３１：ホイール基台
３２：装着プレート３３：装着面３４：ねじ穴３５：第１の開口部３６：側壁
３７：砥石プレート３８：砥石装着面３９：第２の開口部４０：研削砥石
５０：超音波振動子５１：超音波電源部５２：導電線５３：コネクタ
６０：研削ホイール６１：円盤基台６２：砥石装着面６３：研削砥石
７０：研削ホイール７１：円盤基台７２：砥石装着面７３：研削砥石

Claims

チャックテーブルに保持された板状ワークを研削する研削手段を構成するスピンドルの先端に接続されるホイールマウントに装着する研削ホイールであって、
該研削ホイールは、
該ホイールマウントに装着する装着面を有する環状のホイール基台と、
該装着面の反対面となる砥石装着面に環状に配設される研削砥石と、
該ホイール基台の内部に配設される環状の超音波振動子と、
を少なくとも備え、
該環状に配設される該研削砥石は、該ホイール基台の中心を重心とした非真円状に配設される研削ホイール。
環状に配設される前記研削砥石は、前記ホイール基台の中心を重心とした多角形状に配設される請求項１記載の研削ホイール。