JP2015036170A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削砥石の破損や残量を容易に認識することができ、板状ワークの加工不良を防止できる研削装置を提供する。【解決手段】研削装置１は、板状ワークＷを保持する保持テーブル３と、板状ワークを研削する研削砥石４ｄを環状に配設する研削ホイール４ｆを装着する研削手段４と、研削ホイールを回転させる駆動モータと、測定器と、認識部とを備えている。測定器は、測定光Ｂを投光させる投光部と、研削砥石の研削面４ｅで反射する測定光Ｂを受光する受光部とを備えている。認識部は、回転する研削面を測定器で測定し、研削砥石の残量及び破損有無を認識する。【選択図】図２

Description

本発明は、板状ワークを研削する研削装置に関し、特に研削手段の研削砥石によって板状ワークを研削することができる研削装置に関する。

従来、板状ワークの加工装置として、板状ワークを目標である仕上げ厚みまで薄化する研削装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された研削装置は、板状ワークを保持面で保持する保持テーブルと、板状ワークを研削面で研削する研削砥石を備えた研削手段とを有している。研削手段では、研削砥石がホイール基台に配設され、このホイール基台がホイールマウントに取り付けられている。

ところで、研削装置にあっては、研削砥石の残量や摩耗量を認識できるタイプのものが知られており、その認識方法としては、下記に述べる方法がある。先ず、研削を行う前に、保持テーブルの保持面に対し、研削面が接触する研削手段の高さ位置を原点位置として認識させておく。研削加工中においては、プローブ等を介して保持面に対する板状ワークの被研削面の高さ位置を測定する一方、研削手段を保持テーブルに接近および離反させる駆動モータ等を介して、原点位置に対する研削手段の高さ位置を測定する。そして、測定された原点位置に対する板状ワークの高さ位置と研削手段の高さ位置とから、研削砥石の残量を算出して認識することができる。

特開２００８−７３７８５号公報

しかしながら、上述した方法では、研削砥石が部分的に破損したり研削砥石が目詰まりしても、測定される板状ワークや研削手段の高さ位置が変わらなくなる。このため、研削された板状ワークに形成される研削模様にムラが生じる等、加工不良を引き起こすという問題がある。かかる問題を解消するため、研削砥石をオペレータが目視にて定期的に確認することが考えられるが、非効率的でオペレータの労力が多大になる、という問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、研削砥石の破損や残量を容易に認識することができ、板状ワークの加工不良を防止することができる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持する板状ワークを研削する研削砥石を環状に配置する研削ホイールを装着する研削手段と、該研削ホイールを回転させる回転手段と、該保持テーブルに接近および離反する方向に該研削手段を移動させる研削送り手段と、を備えた研削装置において、該研削砥石の研削面に対して測定光を投光させる投光部と、該投光部から投光されて該研削面で反射する該測定光を受光する受光部とを備えた測定器を含んで構成し、該回転手段によって所定の回転数で回転する該研削ホイールの該研削面を該測定器で測定し、該研削砥石の残量及び破損有無を認識する認識部を備えている。

この構成によれば、研削手段の研削面に測定光を投光して反射した反射光を受光することによって研削砥石における研削面の形状を検出することができる。これにより、研削砥石の部分的な破損や異常磨耗を検出することができ、研削された板状ワークに形成される研削模様のムラなどの加工不良を防止することが可能となる。また、研削砥石の残量を検出することで、研削ホイールの交換時期を的確にオペレータに伝えることができる。

また、本発明の研削装置は、該測定器を囲繞する枠体と、該枠体に形成され、該測定器の投光受光による測定を許容する測定口と、該枠体内部に水を貯留可能に形成され、該投光部および該受光部を水で覆いつつ、該測定口から該水を流出可能とする水層形成部と、該水層形成部に水を供給する供給口と、を備えている。この構成では、投光部および受光部が水で覆われ、供給口から供給された水が測定口から流出するので、投光部および受光部に汚れが付着することを防止でき、測定精度をより安定させることが可能となる。

本発明によれば、研削砥石の破損や残量を容易に認識することができ、板状ワークの加工不良を防止することができる。

実施の形態１に係る研削装置の一例を示す斜視図である。 上記研削装置の断面模式図である。 上記研削装置が有する測定手段の概略斜視図である。 上記測定手段の断面模式図である。 上記測定手段の測定結果を示すグラフである。 実施の形態２に係る研削装置の断面模式図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る研削装置の一例を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る研削装置の断面模式図である。

図１および図２に示すように、研削装置１は、保持テーブル３と研削手段４とを相対回転させることにより、保持テーブル３が保持する板状ワークＷを研削するように構成されている。保持テーブル３の右側領域には測定手段５が設けられている。保持テーブル３の左側領域には検出手段１１が設けられている。

研削装置１における被加工物である板状ワークＷとしては、シリコンウエーハや、硬質な難研削材で構成される基板を採用することができる。このような板状ワークＷは、たとえば、ビッカーズ硬度２０００以上の硬質を有する、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルチック（ＡｌＴｉＣ）またはアルミナセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）などの材料により構成される。

研削装置１は、略直方体形状の基台２を有している。基台２の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口部２１と、開口部２１の後方に垂直に設けられたコラム２２と、が配置されている。開口部２１は、保持テーブル３を支持するテーブル支持台２４および蛇腹状の防塵カバー２５で覆われている。コラム２２は、直方体形状を有し、その前面に研削手段４が設けられている。

テーブル支持台２４は、略正方形状を有し、保持テーブル３を支持する。また、テーブル支持台２４は、図示しない駆動機構に接続されており、この駆動機構から供給される駆動力によって、開口部２１内をＸ軸方向にスライド移動する。これにより、保持テーブル３は、加工前の板状ワークＷを供給し、また、加工後の板状ワークＷを回収する載せ替え位置と、研削手段４と板状ワークＷとが対向する研削位置との間をスライド移動する。

防塵カバー２５は、板状ワークＷの研削加工時に発生する研削屑などが基台２内へ侵入することを防止する。防塵カバー２５は、テーブル支持台２４の前面および後面に取り付けられるとともに、その移動位置に応じて伸縮可能に設けられている。

保持テーブル３は、円盤形状を有し、図示しないチャック回転手段によって円盤中心を軸に回転可能に設けられている。保持テーブル３の上面には、板状ワークＷを吸着保持する保持面３ａが設けられている。保持面３ａは、たとえば、ポーラスセラミック材により構成されており、ホーラスセラミック材が吸引源（不図示）に接続されている。

研削手段４では、円筒状のスピンドル４ａの下端にホイールマウント４ｂが設けられ、ホイールマウント４ｂの下面に対し、研削ホイール４ｆが装着されている。研削ホイール４ｆは、ホイール基台４ｃの下面に複数の研削砥石４ｄを環状に配置して構成されている。研削砥石４ｄは、たとえば、ビトリファイドボンド砥石で構成される。研削砥石４ｄは、スピンドル４ａの駆動に伴ってＺ軸まわりに高速回転し、下面が研削面４ｅとなって板状ワークＷに接触して研削する。なお、スピンドル４ａは、回転手段となる駆動モータ８の出力軸に固定されている。従って、研削ホイール４ｆは、駆動モータ８の駆動によってスピンドル４ａを介して回転される。

研削手段４は、コラム２２に設けられた研削送り手段４４によって駆動されて上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成され、研削手段４と保持テーブル３とを相対的に接近および離反させることが可能である。研削送り手段４４は、Ｚ軸テーブル４４ａを有しており、Ｚ軸テーブル４４ａの前面側に取り付けられた支持部４４ｂを介して研削手段４が支持されている。Ｚ軸テーブル４４ａの背面には、後方に突出したナット部（不図示）が設けられている。Ｚ軸テーブル４４ａのナット部には、コラム２２の前面に設けられたボールネジ４４ｃが螺合されている。そして、ボールネジ４４ｃの一端部に連結されたサーボモータ４４ｄが回転駆動されることで、研削手段４が上下方向（Ｚ軸方向）に移動される。サーボモータ４４ｄには回転数（パルス数）を検知する検知部としてロータリエンコーダ４４ｅが配設されていて、サーボモータ４４ｄの回転数を検出するロータリーエンコーダ４４ｅから出力されるパルス信号によって研削手段４の移動量を算出している。

測定手段５は、基台２の上面側であって、保持テーブル３の図２中右側に設けられた測定器５１（図３参照）を備えている。図３及び図４に示すように、測定器５１は、投光部５１ａ及び受光部５１ｂを有し、枠体５２によって囲繞されている。投光部５１ａは、枠体５２の上部に形成された測定口５２ａを通じ、レーザ光となる測定光Ｂを上方に位置する研削面４ｅに向けて投光する。受光部５１ｂは、研削面４ｅで反射されて測定口５２ａを通過する測定光Ｂを受光する。受光部５１ｂは、ＣＣＤを備えており、ＣＣＤが受光する測定光Ｂの位置に応じて研削面４ｅのＺ軸方向の位置を測定する。そして、測定手段５に接続された認識部７において、回転する研削砥石４ｄの回転角に応じた研削面４ｅの位置の変化から、研削砥石４ｄの残量及び破損有無が認識される。

枠体５２の測定口５２ａは、上下方向に貫通して形成され、測定器５１の投光受光による測定を許容するように設けられている。枠体５２の内部であって、測定器５１の上面と測定口５２ａとの間の空間は、水層形成部５２ｂとして形成されている。枠体５２の側面には、水層形成部５２ｂに連通する供給口５２ｃが形成され、この供給口５２ｃに水供給源（不図示）が接続され、水層形成部５２ｂに０．５〜１．０Ｌ／ｍｉｎの流量で水を供給している。水層形成部５２ｂに供給された水は、測定口５２ａから流出され、研削手段４で用いる研削水と共に回収手段（不図示）を介して回収される。従って、水層形成部５２ｂでは、供給口５２ｃから測定口５２ａへの水流が常に維持され、測定器５１の投光部５１ａ及び受光部５１ｂが水で覆われた状態となり、測定口５２ｃから研削屑等が浸入することを抑制している。

検出手段１１は、基台２上に垂直に設けられた支持部１１ａと、支持部１１ａの上部に設けられた２つの測定用のプローブ１１ｂ，１１ｃと、を含んで構成される。検出手段１１は、一方のプローブ１１ｂをチャックテーブル３に保持された板状ワークＷの上面に接触させるとともに、他方のプローブ１１ｃを保持テーブル３の保持面３ａに接触させて、それぞれのプローブ１１ｂ，１１ｃの高さ位置を測定する。そして、プローブ１１ｂ，１１ｃの高さ位置の差分を取ることにより、板状ワークＷの厚みが認識される。

基台２内には、研削装置１の各部を統括制御する制御部６が設けられている。制御部６は、各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体を含んで構成される。制御部６は、たとえば、認識部７が認識した研削砥石４ｄの残量及び破損有無に応じ、表示装置（不図示）に研削ホイール４ｆの交換時期等を表示する処理を制御する。

次いで、本実施の形態の研削装置１を用いた研削方法について説明する。先ず、板状ワークＷを保持テーブル３の保持面３ａで吸引保持した後、テーブル支持台２４を駆動して保持テーブル３をＸ軸方向に移動し、板状ワークＷが研削砥石４ｄと対向する研削位置で位置決めする。

続いて、研削送り手段４４のサーボモータ４４ｄを駆動することによって、研削手段４が高速で下降し、保持テーブル３上の板状ワークＷに接近する。そして、サーボモータ４４ｄに配設されるロータリーエンコーダ４４ｅのパルス数をカウントし、研削手段４が待機する研削加工開始位置から所定距離だけ接近したことを検出すると、研削砥石４ｄを回転させるとともに、研削手段４の下降速度を低速とする。研削手段４の下降が進み、研削砥石４ｄが板状ワークＷの表面に達すると研削加工が開始される。研削加工中は、検出手段１１で板状ワークＷの厚さがリアルタイムに測定される。その測定結果が目標の仕上げ厚みに近付くようにサーボモータ４４ｄによる研削手段４の送り量が制御され、板状ワークＷが仕上げ厚みまで研削される。

ところで、従来、研削砥石の磨耗量は、検出手段により研削される前の板状ワークの厚みと研削された後の板状ワークの厚みとの差から板状ワークが研削された研削量を認識し、ロータリーエンコーダ４４ｅから検出されるパルス信号から研削手段の送り量を認識し、
［研削手段の送り量］−［板状ワークが研削された研削量］＝［研削砥石の磨耗量］
として算出している。

本実施の形態に説明を戻すと、板状ワークＷの研削加工中、回転する研削ホイール４ｆにおける研削砥石４ｄの研削面４ｅが測定器５１によって測定される。図２に示すように、板状ワークＷの研削加工中、研削砥石４ｄの一部領域（本実施の形態では図２の右側領域）が保持テーブル３からはみ出た状態となり、このはみ出た領域の研削砥石４ｄの研削面４ｅに対し、測定器５１の受光部５１ａから測定光Ｂを投光する。すると、研削ホイール４ｆは所定の回転数で回転するので、測定光Ｂが入射する研削面４ｅの位置も回転方向に変位する。従って、研削面４ｅで反射する測定光Ｂを受光部５１ｂで受光し、研削面４ｅのＺ軸方向の位置をリアルタイムで測定して波形処理（図５参照）することによって、研削面４ｅの形状を検出することができる。

図５は、測定手段５による測定結果のグラフであり、図５Ｂは、図５Ａの横軸方向の一部を拡大したものである。図５において、縦軸は研削砥石４ｄのＺ軸方向高さ（ホイール基台４ｃの下面からの研削砥石４ｄの突出量）を示し、横軸は研削ホイール４ｆの回転角度を示している。図５Ｂにおいて、横軸方向約２０°間隔毎に、研削砥石４ｄのＺ軸方向高さが小さくなっているが、これは、複数の研削砥石４ｄが環状に並設され、隣り合う研削砥石４ｄの間に隙間があることを示すものである。従って、図５Ｂの２つの隙間の間の符号ｄ１で示す部分は、研削砥石４ｄの幅を示し、この部分において研削砥石４ｄの形状が検出される。

図５Ｂに示すように、各研削砥石４ｄの研削面４ｅの高さが所定角度範囲内で増減を複数繰り返して変化している。認識部７においては、研削ホイール４ｆの１回転分となる３６０°の範囲内において、研削面４ｅの高さの最頻値ｈ１が算出される。最頻値ｈ１を基準として所定高さ増減した設定領域ｈ２に、測定データの８０％が入っていた場合、研削砥石４ｄが正常に研削を行える正常状態として認識部７において認識される。設定領域ｈ２に存在する測定データが８０％未満で最頻値ｈ１に近い値が多い場合、つまり研削面４ｅの増減が少ない場合は、研削砥石４ｄへの研削屑等の目詰まりが発生した異常状態として認識部７において認識される。また、設定領域ｈ２に存在する測定データが８０％未満で設定領域ｈ２を超えている値が多い場合、つまり研削面４ｅの増減が多い場合は、研削砥石４ｄの異常摩耗や破損が生じた異常状態として認識部７において認識される。更に、図５Ｂの点線で示すように、複数の研削砥石４ｄのうちの一部だけ、研削面４ｅの高さが極端に低い場合、研削砥石４ｄが破損した異常状態として認識部７において認識される。上述した異常状態を認識部７が認識したことに基づき、制御部６は、研削手段４等の作動を制御して研削を中断したり、表示装置や通知装置（何れも不図示）を作動し、オペレータに対して上述の異常を伝える。

また、認識部７においては、最頻値ｈ１となる研削面４ｅの高さが、研削砥石４ｄの残量として認識される。最頻値ｈ１が所定値より小さいと認識部７が認識したことに基づき、制御部６は、表示装置や通知装置（何れも不図示）を作動し、オペレータに対して研削ホイール４ｆの交換時期を的確に伝えることができる。

以上のように、本実施の形態に係る研削装置１によれば、回転する研削面４ｅを面形状として認識することができ、静止状態の研削面の複数箇所を検出する場合に比べ、研削砥石４ｄの破損や異常磨耗をより的確に検出することができる。これにより、研削された板状ワークＷに形成される研削模様のムラなどの加工不良を防止することができ、品質の安定化、製品精度の向上を図ることができる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２について説明する。なお、実施の形態２において、実施の形態１と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図６は、実施の形態２に係る研削装置の断面模式図である。図６に示すように、実施の形態２の研削手段４では、研削ホイール４ｆの直径寸法が板状ワークＷの直径寸法の半分程度に設定されている。このような研削手段４による研削では、板状ワークＷの外縁に沿う所定幅領域だけを研削せずに環状凸部Ｗ１を形成し、板状ワークＷの中央部分だけを薄化している。

基台２と保持テーブル３との間には、保持テーブル移動機構９が設けられている。保持テーブル移動機構９は、基台２上に配置されＹ軸方向に延在するガイドレール９１と、ガイドレール９１にスライド可能に設置されたＹ軸テーブル９２と、Ｙ軸テーブル９２をガイドレール９１に沿って移動するためのボールネジやナット、モータからなる移動手段（不図示）を有している。Ｙ軸テーブル９２の上面であって保持テーブル３の側方には、測定手段５が設けられている。

本実施の形態における板状ワークＷの研削は、図６Ａに示すように、研削手段４の研削面４ｅが板状ワークＷの外周からはみ出ずに、板状ワークＷの面内に収まる位置で行われる。そして、図６Ｂに示すように、板状ワークＷに研削を行う前や後において、サーボモータ４４ｄ（図６Ｂでは不図示）を駆動することによって、研削手段４を上昇する。研削手段４の上昇後、Ｙ軸テーブル９２をＹ軸方向に移動し、研削砥石４ｄにおける研削面４ｅの直下位置に測定手段５を位置付ける。この状態で、駆動モータ８（図６Ｂでは不図示）の駆動によって研削ホイール４ｆを所定の回転数で回転しながら、測定手段５の投光部５１ａ（図６Ｂでは不図示）から測定光Ｂを投光する。この際の研削ホイール４ｆの回転数は、研削時の回転数と同じに限られず、少なくしたりする等調整することができる。測定光Ｂは研削面４ｅで反射されてから、受光部５１ｂ（図６Ｂでは不図示）で受光され、実施の形態１と同様に処理される。

従って、本実施の形態によれば、研削面４ｅを測定する際の研削ホイール４ｆの回転数を調整できるので、測定器５１に適した回転数を設定することで、研削面４ｅの測定を高精度に安定して行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、測定手段５の設置数は、１体に限られるものでなく、複数としてもよい。この際、研削ホイール４ｆの径方向に測定手段５を並べることで、研削面４ｅの測定可能な範囲を拡大することができる。

以上説明したように、本発明は、回転する研削ホイールに装着された研削砥石によって板状ワークを研削する研削装置に有用である。

１ 研削装置
３ 保持テーブル
４ 研削手段
４ｄ 研削砥石
４ｅ 研削面
４ｆ 研削ホイール
７ 認識部
８ 駆動モータ（回転手段）
４４ 研削送り手段
５１ 測定器
５１ａ 投光部
５１ｂ 受光部
５２ 枠体
５２ａ 測定口
５２ｂ 水層形成部
５２ｃ 供給口
Ｂ 測定光
Ｗ 板状ワーク

Claims (2)

1. 板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持する板状ワークを研削する研削砥石を環状に配置する研削ホイールを装着する研削手段と、該研削ホイールを回転させる回転手段と、該保持テーブルに接近および離反する方向に該研削手段を移動させる研削送り手段と、を備えた研削装置において、
   該研削砥石の研削面に対して測定光を投光させる投光部と、該投光部から投光されて該研削面で反射する該測定光を受光する受光部とを備えた測定器を含んで構成し、
   該回転手段によって所定の回転数で回転する該研削ホイールの該研削面を該測定器で測定し、該研削砥石の残量及び破損有無を認識する認識部を備えた研削装置。
2. 該測定器を囲繞する枠体と、該枠体に形成され、該測定器の投光受光による測定を許容する測定口と、該枠体内部に水を貯留可能に形成され、該投光部および該受光部を水で覆いつつ、該測定口から該水を流出可能とする水層形成部と、該水層形成部に水を供給する供給口と、を備えた請求項１に記載の研削装置。

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