JP4994641B2 - 研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置に係り、詳しくは容易かつ正確に砥石とワークの相対角度の変化を検出できる研削盤の相対角度変化検出装置に関する。

近年生産性の向上などの目的から半導体デバイスを形成するウエハの大型化が進み、直径が３００ｍｍ程度のものが用いられるようになってきた。また、その平坦度も半導体デバイスルールの高精細化からウエハ上の最大高低差が僅かしか許容されない高い精度が要求されている。このような場合ラッピングなどの遊離砥粒研磨では鏡面仕上げのような狭い領域の平坦度を部分的に向上させることはできても、広い範囲の平坦度は担保できない。一方、位置制御が可能な固定砥粒を備えた円盤状の砥石とワークとのいずれをも回転させながら連続的に切込みを与えて研削するインフィード研削により研削を行う方が高い平坦度を得るためには有利である。このような研削方法においては研削面の高い平坦度を達成するために砥石回転中心線とワーク回転中心線との角度が重要となる。そこで、本願出願人は、特許文献１のような研削盤を提案した。この研削盤では、ワーク可動機構と砥石可動機構を備えて砥石回転中心線とワーク回転中心線との位置角度を厳密に調整可能に構成されている。

この研削盤であればハンドル操作によりワークと砥石の相対位置を調節することが可能で、大型のウエハ研磨等に適した平坦度の高い高精度な研削を行うことが可能となる。
特開２００３−２５１７９号公報

しかしながら、近年のウエハ研磨では、上述のように従来の研削盤に比較して極めて高い平坦度が要求されるため、これまで問題とならなかったような平坦度に影響を与える種々の要素が問題となるようになった。例えば、砥石の磨耗、砥石やワークの弾性変形や熱膨張、研削液の温度・濃度・粘度・汚れ、環境温度の変化によるモータ出力の変化などにより研削の状態に定量的あるいは経時的な変化が生じるが、研削作業中に、この経時的変化に応じて砥石とワークとの位置関係を微調整しなければならない。上述の研削盤では、ワーク回転中心線と砥石回転中心線の相対位置関係を調整するときは、それぞれ調整用のハンドルを回転させることでギヤ機構により可動部を変位させ、可動部の向きを回動軸を中心に回転移動させて変位させている。そしてハンドルの回転量をダイヤルゲージに表示して調整量としている。

しかし、ギヤ機構のバックラッシュや応力による変形に起因して、ハンドル操作と実際のワークや砥石の回転と関係が一致しない場合があった。例えばハンドルを所定量正転させ、続いて同量だけ逆転させても、必ずしも砥石やワークは同じ位置に復帰するとは限らなかった。

また、操作にあたって可動部の回動中心が不規則に偏心してしまい、ギヤ機構による可動部の操作量から砥石とワークとの相対角度変化を求めても誤差を生じることがあった。
つまり、ハンドルの操作量のみでは、正確な砥石の中心線とワークの中心線との相対角度の調整は困難であった。

一方、一旦研削盤からワークを離脱させると再装着するときに正確な位置に復帰させることは困難である。また、研削作業中に実際に研削された状態を測定しようとして直接ワークに触れるとワークのキズ、変形や位置ずれを生させるため、ワークに直接触れて測定することは好ましくない。さらに、研削中のワークの位置変化を遠隔から直接触れないで測定することも考えられるが、測定しようとするワークの表面が研削液により覆われるため、レーザ干渉計等、光線や超音波を用いた測定法では正確な位置が測定できない。また、研削中は研削液や研削屑が測定器自体に飛散して使用できない機器も多い。

このような問題から、従来は研削作業が終了したワークを実測し、この実測結果から研削作業中のハンドルの操作量との関係をデータとして蓄積することにより、経験則から研削作業中の適正なハンドル操作量を求めていた。この作業は煩雑な処理でありながら、その精度は低く、かつデータの蓄積がない場合には、作業者の勘に頼るしかなかった。

本発明は、容易かつ正確にワークと砥石との相対角度の変化を検出できる研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置では、ワークである所定の大きさの円板状に形成されたウエハを回転駆動しつつ支持するワーク台と、砥石で前記ワークに対して半径方向の研磨領域においてインフィード研削をするように砥石を回転駆動しつつ支持する砥石台と、前記砥石台を前記砥石の回転軸方向及び前記研磨領域の長手方向と直交する回動軸を中心に回動可能に支持する支持台と、前記砥石台の前記ワークの研磨領域における接離方向の高低差を前記支持台に対して前記回動軸を中心とした回動により調節し得る可動機構と
を備えた平面研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置であって、
前記可動機構の回動中心から所定距離離間した第１の位置で前記砥石台の前記支持台に対する変位を検出する第１の検出手段と、
前記第１の位置とより前記回動軸から離間した第２の位置で前記砥石台の前記支持台に対する変位を検出する第２の検出手段と
を備え、
前記第１の位置と前記第２の位置との間の距離が、前記ワークの研削時における研削の最大幅より大きく構成されるとともに、
前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段から検出された変位から前記ワークと前記砥石の相対角度の変化を演算する演算手段と、
当該相対角度の変化を表示する表示手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記砥石と前記回動軸の相対位置関係と前記ワークと砥石の相対角度の変化に基づいて、予め入力されている前記ワークの半径に合わせた前記研磨領域におけるワークと砥石との接離方向の高低差の変化量を演算し、前記表示手段は前記高低差を表示することを要旨とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置において、前記演算手段は、前記表示手段に、前記ワークと砥石との相対角度の変化に基づいて、前記ワークと前記砥石との位置の相対関係を図示することを要旨とする。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置において、前記第１の検出手段と前記第２の検出手段は同一部材に取り付けられたことを要旨とする。

請求項４に記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置において少なくとも、前記第２の位置は、前記ワークの研削位置よりも前記回動軸から離間した位置に配置されたことを要旨とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置において、前記回動軸は鉛直方向に設けられ、前記砥石台は水平方向に回動可能に構成されたことを要旨とする。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置において、前記砥石台と前記支持台とは水平に形成された摺動面に沿って摺動可能に構成されたことを要旨とする。

請求項７に記載の発明では、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置において、前記第１の検出手段及び第２の検出手段とは異なる１又は複数の補正用検出手段を備え、当該補正用検出手段により第１の検出手段及び第２の検出手段の検出結果を補正することを要旨とする。

請求項８に記載の発明では、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置において、前記検出手段はセンサロッドと連動して動くコアと内部コイルの位置関係によってアナログ電圧出力値が決定される接触式変位センサにより構成されたことを要旨とする。

本発明によれば、研削盤において容易かつ正確にワークと砥石との相対角度の変化を検出できる。

以下、本発明の一実施形態にかかる研削盤を図面を参照して説明する。
図１、図２に示す研削盤は、構成を大別して説明すると、接地面にテーブル状の機台１が設置され、この機台１上にワーク支持装置２が設置されるとともに、同じ機台１上に隣接して研削加工装置３が設置されている。

次に、ワーク支持装置２を説明する。図１に示すようにワーク台５が、ワーク台５の下部に配置された複数の支持台４により、機台１の上に支持されている。ワーク台５においては、チャック９（ワーク取り付け部）が駆動モータ６により駆動されたスピンドル７により回転させるように支持されるとともに、チャック９にはワーク８が取り付けられ、ワーク８は、研削加工装置３に対向するように支持され、略水平なワーク回転中心線７ａを中心に回転する。

次に、研削加工装置３を説明する。研削加工装置３は、機台１上で略水平な固定台１０に固定されている。固定台１０は、下部に基台１０ａと、上部に基台１０ａに支持される横動台１０ｂを備えるとともに、横動台１０ｂは基台１０ａの上でＹ軸方向（図２参照）にシフト可能となっている。また、この固定台１０上に、送り駆動部１１（送りモータ１１ａ等）により送り方向Ｘに沿って移動される支持台１２が支持されるとともに、この支持台１２上に砥石台１３が水平方向に旋回可能に支持される。この砥石台１３においては、駆動モータ１４により駆動されたスピンドル１５が砥石取付部１７を回転可能に支持し、この砥石取付部１７にワーク支持装置２に対向するように砥石１６が取り付けられ、水平な砥石回転中心線１５ａを中心に回転される。

上述したワーク８を固定するチャック９と、この砥石１６を固定する砥石取付部１７とはワーク回転中心線７ａの方向及び砥石回転中心線１５ａと平行する方向に沿って互いに面している（図７参照）。したがって、チャック９と砥石取付部１７に取り付けられたワーク８と砥石１６はいずれも回転しながら、一部が重なるように対面した状態で研削作業がなされる。

次に、砥石１６の位置調整について説明する。固定台１０は、基台１０ａと横動台１０ｂとから構成され、基台１０ａは、機台１上に水平に固定されている。一方、横動台１０ｂは、図示を省略したシフト機構により基台１０ａに対してＹ方向に水平変動面Ｈに沿ってシフトする。

砥石台１３を支持している支持台１２は、固定台１０上に配置される。支持台１２は、送り駆動部１１により、砥石１６がワーク８に対し接近し、または離間するように送り方向Ｘに水平変動面Ｈに沿って往復移動ができるようになっている。この動きは、ワーク８に対する加工時（切込み時）には移動向きＸＦへ、ワーク８から離れるときには移動向きＸＲとへ移動する。

砥石台１３は、支持台１２上に配置され、支持台１２に対して、旋回軸５０により砥石変角中心線３０を中心に水平な状態を維持したまま回転移動可能に構成されている。
対向する支持台１２の上面と砥石台１３の下面は、円滑に水平移動するように構成されている。例えば、本実施形態では、いずれもきさげ加工により厳密に調整された水平変動面Ｈに沿った摺動面としての水平な平面を構成しており、このように加工された支持台１２と砥石台１３により支持台１２に対して砥石台１３が面接触の状態で正確に水平な状態を保ったまま円滑に水平変動面Ｈに沿って摺動し旋回軸５０を軸に回転移動する。

旋回軸５０は円柱状で、その下部が支持台１２に設けられた孔に埋め込まれて、その中心線（砥石変角中心線３０）が鉛直方向になるように固定されている。また、その上部には、ボールベアリング（図示略）が装着されている。砥石台１３の下面には孔が設けられ、この孔に旋回軸５０の上部が挿入され、ボールベアリングを介して回動可能に固定されている。この旋回軸５０により砥石台１３は、砥石変角中心線３０を回転中心として水平に回転移動する。

支持台１２には、図２に示すように、３つのクランパ５１ａ，５１ｂ，５１ｃからなる周知のクランプ機構であるクランパ５１が設けられる。これらのクランパ５１は、クランプ圧を安定化させるため、ばね圧で砥石台１３を拘束して回動を規制（クランプ）し、油圧でクランプを解放して砥石台１３の回動を許容（アンクランプ）する。

次に、クランパ５１によるクランプを解除した状態から砥石１６をワーク８に対して相対角度を変化させる砥石可動機構２９について説明する。研削加工装置３においては、図１〜２に示すように、支持台１２上に砥石可動機構２９が砥石台１３に隣接して設置されている。砥石１６は、砥石台手動操作部３１（砥石台回動機構部）により砥石台１３を回動させることでワーク８に対する相対角度が変更される。この砥石可動機構２９は、図２，図３に示すように、砥石台１３を旋回軸５０を中心に回動可能に支持する支持台１２と、砥石台１３を砥石変角中心線３０を中心にして回動し得る砥石台手動操作部３１（砥石台回動機構部）とを有している。この砥石台手動操作部３１は支持台１２と砥石台１３との間に設けられている。

図３に示すように、この砥石台手動操作部３１においては、ハンドル３８を備え、このハンドル３８を回転させると減速機３９により減速されたハンドル３８の回転がハンドル軸３３に伝達される。さらにハンドル軸３３の回転は、さらに両平歯車３５，３４により減速されて送り軸３２に回転が伝達される。この送り軸３２は、砥石台１３側に回転可能に支持されており、その先端側に雄ねじ部３６が形成されている。

一方、支持台１２側に固定された雌ねじ筒３７が配設され、この雌ねじ筒３７に雄ねじ部３６が螺合されている。
この砥石台手動操作部３１において、ハンドル３８の回動が減速機３９を介してハンドル軸３３に伝わると、送り軸３２の雄ねじ部３６が雌ねじ筒３７に対し変位する。このとき、送り軸３２を介して雄ねじ部３６を支持する砥石台１３は、旋回軸５０により支持台１２上を回動可能に構成されているため、雌ねじ筒３７に対して相対変位する雄ねじ部３６により砥石台１３が砥石変角中心線３０を中心に回動する。その回動により、砥石回転中心線１５ａの方向が水平変動面Ｈ上で微小角度だけ変化する。

水平角度調整は、アンクランプ、調整、クランプの順序で行う。アンクランプは、コンソール盤（不図示）のスイッチを操作してアンクランプとすると、圧力計の表示が変化するので、クランパ５１が所定圧力でアンクランプの状態になっていることを確認する。角度の粗調整は、カウンターを見ながらハンドル３８を回して砥石の変角を行い、より正確に微調整するためにはディスプレイ４６を見ながら行うが、詳細は後述する。カウンターは、例えば、ワーク８が半径１００ｍｍのウエハの場合、ウエハ上の変化量が０．１μｍのときにカウンターの値が０．１μｍを示すようになっている。ハンドル３８の方向は、実施形態では反時計回りが「＋」で、カウンターの値も「＋」になる。ウエハの形状は、「＋」にすると図８（ａ）に示すようにウエハの中心側が凸になる。逆に、「−」にすると図８（ｃ）に示すようにウエハの中心側が凹になる。

図１、２に沿って説明を続ける。砥石台手動操作部３１で回動された砥石台１３の相対変位は、第１のセンサ５３および第２のセンサ５４により検出される。図２に示すように第１のセンサ５３（第１の検出手段）は、砥石台１３のＹ方向の一端部に旋回軸５０（砥石変角中心線３０）から所定距離ｌ離間した第１の位置Ｓ１に配置される（図９参照）。また、第２のセンサ５４（第２の検出手段）は、第１のセンサ５３が配置された砥石台１３のＹ方向の一端部と同じ側の端部に配置され、第１のセンサ５３から直線Ｌ′の長さだけ離間した第２の位置Ｓ２に配置される。

第１のセンサ５３、第２のセンサ５４は、接触式変位センサから構成されている。この接触式変位センサは、筒状をなす密閉されたケース５３ａ，５４ａを備える。このケース５３ａ，５４ａには、ここから突出する軸状をなす接触子５３ｂ，５４ｂ（センサロッド）と、この接触子５３ｂ，５４ｂと連動して動くアモルファス磁性合金からなるコア（不図示）と、このコアを取り囲むように設けられたコイル（不図示）とを備えている。そして、このコアとコイルとの位置関係によって決まるアナログ電圧出力値によりセンサロッドの変位が検出できる。実施形態では、分解能が０．２μｍとなっている。これらの第１のセンサ５３、第２のセンサ５４は、いずれも砥石台１３のベース部分に埋め込まれた共通のベース１３ａに固定されている。なお、このベース１３ａはインバールのような熱膨張率が小さい素材が望ましい。

支持台１２には、前述した第１のセンサ５３、第２のセンサ５４の接触子５３ｂ，５４ｂが当接するセンサ当て板５２が固定される。したがって、第１のセンサ５３、第２のセンサ５４により第１の位置Ｓ１、第２の位置Ｓ２において、支持台１２に対する砥石台１３の直線的な変位が検出できる。

次に図５に沿って、本実施形態の第１のセンサ５３及び第２のセンサ５４から検出された変位からワーク８と砥石１６の相対位置を演算する演算装置４０について説明する。演算装置４０には、演算手段であるＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３を備えた周知のコンピュータが構成される。第１のセンサ５３と第２のセンサ５４から入力されたアナログの電圧出力値が入力インタフェイス４４に入力され、Ａ／Ｄ変換されてＣＰＵ４１でＲＯＭ４２に記憶された所定のプログラムによりデジタル処理される。また、ＣＰＵ４１には、入出力インタフェイス４５を介して演算された相対位置を表示するディスプレイ４６（表示手段）と、操作用のキーボード４７（入力手段）が接続されている。本実施形態では、演算装置４０は図示しない研削盤の制御用のコンソールと併せて研削盤本体から離れて設けている。演算装置４０では、ディスプレイ４６に予め入力されているワーク８の半径に合わせたＸ方向の高低差を表示することができる。つまり、角度変化に対するワーク８上の高低差の値を直読できるため、砥石台手動操作部３１のカウンターに代えてディスプレイ４６を見ながらハンドル３８の操作ができる。また、測定値に基づきディスプレイ４６に、角度変化とＣＰＵ４１で演算され予想されたワーク８の仕上がり状態を図８に示すがごとく図示することで、直感的な操作が可能となる。

本実施形態の相対角度変化検出装置は、第１のセンサ５３、第２のセンサ５４、センサ当て板５２、演算装置４０から構成されている。
ワーク支持装置２においては、図１〜２に示すように、支持台４上にワーク可動機構１８がワーク台５に隣接して設置されている。このワーク可動機構１８は、図１に示すように、ワーク台５を回動可能に支持するワーク変角中心部１９と、このワーク台５をこのワーク変角中心部１９を中心にして回動し得るワーク台手動操作部２０（ワーク台回動機構部）とを有している。このワーク台手動操作部２０は支持台４とワーク台５との間に設けられている。図４に示すように、このワーク台手動操作部２０においては、ワーク台５側に支持された送り軸２１とハンドル軸２２とがかさ歯車２３，２４を介して連動され、この送り軸２１に形成された雄ねじ部２５が、支持台４側に取着された雌ねじ筒２６に螺合されている。

このワーク台手動操作部２０において、ハンドル２７の回動が減速器２８を介してハンドル軸２２に伝わると、送り軸２１の雄ねじ部２５が雌ねじ筒２６に対し回動してワーク台５がワーク変角中心部１９を中心に回動する。その回動により、ワーク回転中心線７ａの方向がＸ−Ｚ平面に平行な鉛直変動面Ｖ上で微小角度だけ変化する。このようにしてワーク回転中心線７ａの方向を調節した後、クランプによりワーク台５の位置を支持台４に固定する。

ここで、本実施形態の研削盤の相対角度変化検出装置について図６を参照してその原理を説明する。砥石可動機構２９により、雄ねじ部３６と雌ねじ筒３７との螺合量を変化させると、砥石台１３は旋回軸５０により砥石変角中心線３０を中心に回動する。このとき砥石台１３と一体に砥石１６、第１のセンサ５３、第２のセンサ５４も砥石変角中心線３０を中心に回動する。このとき、ワーク台５に支持されたワーク８、支持台１２に固定されたセンサ当て板５２は回動することはないため、これらとの相対位置が変化する。

ここで本実施形態の研削盤は、いわゆる平面研削盤であり、インフィード研削によりワーク８であるウエハの研磨を行っており、ワーク８と砥石１６の位置関係は、ワーク台５から砥石台１３を見ると、図７に示すように概ね半分が重なった状態になっている。インフィード研削では、ワーク８と砥石１６がいずれも回転した状態で砥石１６を連続的に切り込んでいく。本実施形態では、図７に示すように逆方向に回転駆動されている。この場合は、砥石１６の回転方向前端部（図７において斜線部で示す研削領域ＧＡ）が主に研削される。ここでは、研削の幅は、直線Ｌの幅の範囲であり、近似的にワーク８であるウエハの半径と同等である。

このようなワーク８と砥石１６の相対的な位置関係により、研削されるワークの形状に大きく影響する。図８（ａ）〜（ｃ）は、Ｐ１−Ｐ２線におけるワーク８と砥石１６との相対位置を平面視した模式図である。ワーク８のみを断面で表している。なお、説明のために角度は誇張してある。

図８（ｂ）に示すように、砥石回転中心線１５ａとワーク回転中心線７ａが平行な場合は、ワーク８は平面になるように研削される。一方、図８（ａ）に示すように砥石１６の周縁がワーク８の中心から離間するような方向に傾くと、ワーク８の中央部が盛り上がり、凸状の形状となる。他方、図８（ｃ）に示すように砥石１６の周縁がワーク８の中心に食い込むような方向に傾くと、ワーク８の中央部が陥没し、凹状の形状となる。したがって理論的には砥石回転中心線１５ａとワーク回転中心線７ａとが平行になるように調整すればよい。なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向へのシフト（平行移動）はワーク８の平坦度に与える影響は小さく、平坦度を向上させるためには相対角度が重要である。

実際の研削作業においては、例えば、砥石の磨耗、砥石やワークの弾性変形や熱膨張、研削液の温度・濃度・粘度・汚れ、環境温度の変化によるモータ出力の変化などにより研削の状態に定量的あるいは経時的な変化が生じる。そのため、試験的な研削の結果から微調整したり、あるいはワーク８をチャック９に装着したまま微調整したりする必要がある。そのためには、調整操作に対する実際の調整量を正確に把握する必要がある。本実施形態では、図９に示すように旋回した角度をθ_０とすると、砥石１６の傾きは点Ｐ１と点Ｐ２を結ぶ直線Ｌの傾きはθ_１、第１の位置Ｓ１と第２の位置Ｓ２を結ぶ直線Ｌ′の傾きはθ_２となる。そこで、第１の位置Ｓ１と第２の位置Ｓ２の変位から第１の位置Ｓ１と第２の位置Ｓ２を結ぶ直線Ｌ′の傾きθ_２を求めれば砥石１６の角度の変化傾きθ_１を求めることができる。また、傾きθ_２から傾きθ_１が分かれば、ワーク８の平坦度に与える直線Ｌ両端の相対的なＸ軸方向の変位差Ａを求めることができる。

ここで、図１０を参照して相対角度変化検出装置の感度について説明する。前述のように砥石台１３を水平方向の旋回した角度θ_０と、直線Ｌの傾きθ_１と、直線Ｌ′の傾きθ_２とは、θ_０＝θ_１＝θ_２となる。この場合θ_１はtan θ_１＝０．１μｍ／１５０ｍｍを満たす程度の極めて小さな角度であるから点Ｐ１、Ｐ２、位置Ｓ１、Ｓ２の軌跡は直線とみなすことができる。そうすると、点Ｐ１、Ｐ２、位置Ｓ１、Ｓ２を同一直線状に表すと、図１０に示すように変位差Ａ、Ａ′を含む三角形は相似の関係となり、各点の変位差Ａ、Ａ′は、各点の距離に比例する。つまり変位を測定する２点間の距離、すなわち直線Ｌ′の長さが長いほど変位差Ａ′が大きくなる。

したがって、ワーク８上の直線Ｌの長さと比較して第１の位置Ｓ１と第２の位置Ｓ２を結ぶ直線Ｌ′の長さを大きくとることで変位の差が拡大し、検出が容易になる。そのため、Ｌ：Ｌ′＝１：２とし、第１のセンサ５３、第２のセンサ５４の変位差Ａ′を最低読み取り量（分解能）を０．２μｍで読みとったとすると、点Ｐ１と点Ｐ２の変位差Ａの分解能は０．１μｍとなり角度検出の感度が向上する。

なお、ワークの「平坦度」の評価方法は、例えば、ＬＴＶ（local thickness variation ）やＴＴＶ（Total Thickness Variation ）などの評価方法があるが、チップサイズ領域ごとにおいて評価するＬＴＶではなく、本願ではＴＴＶにより評価することが好ましい。ＴＴＶは、ウエハ裏面を基準面として厚み方向に測定した高さのウエハ全面における最大値と最小値の差により評価する。本願では主に、ＴＴＶにより評価し、ワーク全体の平坦度を向上させる。なお、平坦度の評価は必ずしも厚みによらず研削した表面の形状のみを測定してもよい。

ここで、本願において「研削の幅」とは、回転駆動されるワークが砥石によって略同時に研削される領域の幅をいう。なお、「幅」とは、回転するワーク８の直径方向に測定した研削される領域の長さをいう。また、「最大幅」とは、実施形態の研削盤は汎用機でありワーク８は特定されていないため、加工できる最大のワークの研削の幅をいう。通常は、中央部のＸ軸方向の高さと周縁部のＸ軸方向と平行な方向の高さとの差が最大の値となるため、本実施形態では、ワーク８の半径と等しい直線Ｌの長さを研削の幅としている。例えば本実施形態では、直径３００ｍｍのウエハ加工が最大であるので、「研削時における研削の最大幅」は、概ね１５０ｍｍとなる。

続いて、図１１を参照して砥石変角中心線３０が偏心した場合について説明する。砥石台１３の旋回においてボールベアリングの変形等により砥石変角中心線３０が本来の位置である位置Ｒ_０からＲ_０′に偏心した場合、砥石変角中心線３０が偏心量ｅだけ偏心し、砥石台１３全体がシフトする場合がある。この場合、例えばＳ２の変位のみで傾きθを求めようとしたとき、第２の位置はＳ２からＳ２′ではなく、Ｓ２′′変位している。そうすると、前述のようにワーク８の平坦度の向上のためにはシフトの影響は小さく、傾きが重要であるにもかかわらず、第２の位置Ｓ２の一箇所の変位のみで傾きを検出しようとすると、傾きθとされるべきところ傾きθｅが検出されてしまう。操作量のみで傾きを検出しようとする場合も同様の問題があった。しかしながら、本実施形態ではＳ１とＳ２の２点を用い、直線Ｌ′の傾きによりワーク８の傾きを検出するため、偏心の影響をキャンセルすることができ、このような偏心があった場合でもその影響を受けることが少ない。

上記実施形態の研削盤によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、第１の位置Ｓ１及び第２の位置Ｓ２の２点の変位の差でワーク８に対する砥石１６の相対角度の変化を検出するため、操作量のみに基づくものではなく、実際の砥石１６の角度変化を正確に検出することができる。

（２）特に、ワーク８の形状に大きく影響を与える相対角度の変化を、傾きの変化のみを抽出して、砥石変角中心線３０の偏心の影響をキャンセルして求めるため、砥石台１３が水平方向にずれた場合でも正確に砥石の角度変化を検出することができる。

（３）さらに、第１のセンサ５３、第２のセンサ５４が、ワーク８の研削の幅（＝直線Ｌ）より長い直線Ｌ′の長さ離間した位置の２点の変位差Ａ′で傾きを検出する。このため、研削の幅（＝直線Ｌ）での変位差Ａよりも変位の差が拡大され、センサの最小読取量を見かけ上拡大し、直接ワーク８の位置で測定するよりも角度変化の検出精度を高めることができる。

（４）また、ワーク８とは完全に無接触で、ワーク８を直接測定するため、ウエハのような傷が付きやすいものでも表面などに傷を付けるおそれもない。
（５）さらに、ワーク８の位置にかかわらず測定できるため、第１のセンサ５３，第２のセンサ５４を研削液や研削屑が飛散する領域を避けて配置できるため、これらの影響を受けた測定誤差もなく正確な測定が可能となる。

（６）また、同様にワーク８の位置にかかわらず測定できるため、研削液や研削屑による測定装置自体の汚損や破損を生じることもない。
（７）砥石１６から離間した位置において第１のセンサ５３及び第２のセンサ５４から検出された変位に基づいて演算装置によりワーク８と砥石１６との相対位置を正確に推定して表示することができるため、平坦度を高める調整を容易にすることができる。

特に、ワーク８の大きさに応じた高低差の変位や、予想される仕上がり形状を表示することで極めて操作が容易になる。
（８）ウエハの研削など特に高い精度が要求されるインフィード研削を行う平面研削盤において好適に適用でき、容易かつ正確に精密な研削作業が可能となる。

（９）第１のセンサ５３と第２のセンサ５４は、インバール製などの同一部材に取り付けられることで、第１の位置Ｓ１と第２の位置Ｓ２の位置関係が正確に維持され、且つ、温度補正が容易になる。

（１０）測定する第２の位置Ｓ２を、実際の調整位置である研削位置より旋回軸５０より離間させることで、実際の研削位置での高低差よりも第２の検出手段での変位が拡大されて大きくなるため、変位自体が大きくなり最小読取値（分解能）が比較的大きなセンサであっても、より小さな変位から測定ができる。同様に分解能も見かけ上高くすることができる。したがって汎用の低コストの簡易な構成のセンサを使用して高い精度で測定することができる。
（１１）旋回軸５０を鉛直方向に配置することで重力による影響を小さくすることができる。
（１２）また、砥石台１３は、平滑な水平面を持った支持台１２により支持されているため、簡易な構成で、かつ重力の影響による変形を小さくすることができる。
（１３）また、複数のクランパ５１により、砥石台１３を正確に任意の位置でしっかりと固定ができる。
（１４）第１のセンサ５３、第２のセンサ５４に接触式辺にセンサを用いているため、また、電圧出力自体は変位に応じたアナログ出力であるため、本実施形態における測定感度の見かけ上の拡大にも好適に使用できる。そのため、比較的簡易な構成で低コストでありながら、容易に精度の高い測定ができる。また、位置を電圧出力として処理できるためデジタルによる演算が容易になる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１のセンサ５３と第２のセンサ５４とは異なる１又は複数の補正用のセンサをさらに備えたことを特徴とする研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置とすることもできる。この補正用センサによりさらに変移を検出する。例えば、この補正用のセンサにより、第１のセンサ５３と第２のセンサ５４に加え補正用のセンサの結果を、ウエイト付けや最小２乗法などで平均化することで、不規則な砥石台１３の変形などの影響を小さくすることができる。また、補正用のセンサが、第１のセンサ５３と第２のセンサ５４から演算された検出結果と矛盾する測定値を検出した場合はエラー表示を行うようにしてもよい。

○ 砥石変角中心線３０から第２の位置Ｓ２までの距離は、砥石変角中心線３０から砥石１６の点Ｐ２の位置までの距離より大きいことを特徴とする研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置とすることもできる。

少なくとも砥石変角中心線３０から第２の位置Ｓ２までの距離を、砥石変角中心線３０から砥石１６の点Ｐ２の位置までの距離より大きくなる位置に配置することで、検出手段の見かけの感度を拡大することができる。そのため、砥石１６の角度の精密な調整が可能となる。砥石台１３自体の変形による誤差が許す限り、且つ第１のセンサ５３と第２のセンサ５４との間の距離が確保される限り、第１のセンサ５３、第２のセンサ５４の位置は、砥石変角中心線３０からより離間することが望ましい。

○ また、砥石台１３自体の変形による誤差が許す限り、且つ第１のセンサ５３、第２のセンサ５４の位置が砥石変角中心線３０から十分離間する限り、第１のセンサ５３と第２のセンサ５４との間の距離は、より離間することが望ましい。

○ センサは変位さえ検出できれば各種のものが使用でき、圧電素子などによりひずみ等から変位を推定して検出するような方式でもよい。また、２点間の変位差をコンピュータで演算することなく、機械的に個別に直読するものであってもよい。

○ また、演算装置４０は、ワンチップのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や汎用のパーソナルコンピュータなど、その形式は問わない。また、ディスプレイ４６も７セグメントの文字表示などでもよい。

○ なお、本発明は砥石台１３による調整を説明したが、同様な構成をワーク台５において実施してもよい。
○ また、ワーク８及び砥石１６の回転方向も、正転・逆転等は適宜選択しうる。また、回転数も別段限定されるものではない。

○ 対象となるワーク８もウエハに限らず各種素材に適用しうる。また、砥石１６の砥粒やボンド、大きさや形状など構成も適宜選択できることはもちろんである。
○ 実施形態では、クランプ装置にばねを用いているが、皿ばね、コイルばね等のばねの外、エアクッション等各種の弾性体が採用できる。

○ また、本発明は、各種形式の研削盤に適用可能なものであり、砥石１６とワーク８の位置関係は、使用される研削盤の構成、ワーク８の素材や砥石１６の構成、要求される仕上げレベルにより異なるものである。例えば、ワーク８のワーク回転中心線７ａと砥石１６の砥石回転中心線１５ａとは、それぞれ垂直もしくは水平に配置するような研削機であってもよい。

○ その他、本発明は特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者により改良され、変形されて実施できることは言うまでもない。

本実施形態の研削盤の正面図。 本実施形態の研削盤の平面図。 砥石台手動操作部の部分断面図。 ワーク台手動操作部の部分断面図。 演算装置を示すブロック図。 ワーク、砥石、砥石可動機構、相対角度変化検出装置等を示す模式図。 ワークと砥石の相対位置を示すワーク台側から見た側面図。 ワークと砥石の相対位置を示す模式図で、（ａ）は、ワークに対して砥石が＋方向に傾いた状態、（ｂ）は、ワークに対して砥石が平行な状態、（ｃ）は、ワークに対して砥石が−方向に傾いた状態を示す。 第１の位置Ｓ１、第２の位置Ｓ２と点Ｐ１、Ｐ２の位置関係を示す図。 本実施形態の検出感度を説明する模式図。 砥石変角中心線３０が偏心した場合の説明図。

符号の説明

１…機台、２…ワーク支持装置、５…ワーク台、７ａ…ワーク回転中心線、８…ワーク、９…チャック（ワーク取付部）、１２…支持台、１３…砥石台、１５ａ…砥石回転中心線、１６…砥石、１７…砥石取付部、１８…ワーク可動機構、２９…砥石可動機構（可動機構）、４０…演算装置（演算手段）、５０…旋回軸（回動軸）、５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ）…クランパ（クランプ装置）、５３…第１のセンサ（第１の検出手段）、５４…第２のセンサ（第２の検出手段）、Ｌ…直線（研削の幅）、Ｌ′…直線（所定距離）、Ｓ１…第１の位置、Ｓ２…第２の位置、Ｖ…鉛直変動面、Ｈ…水平変動面。

Claims (8)

1. ワークである所定の大きさの円板状に形成されたウエハを回転駆動しつつ支持するワーク台と、砥石で前記ワークに対して半径方向の研磨領域においてインフィード研削をするように砥石を回転駆動しつつ支持する砥石台と、前記砥石台を前記砥石の回転軸方向及び前記研磨領域の長手方向と直交する回動軸を中心に回動可能に支持する支持台と、前記砥石台の前記ワークの研磨領域における接離方向の高低差を前記支持台に対して前記回動軸を中心とした回動により調節し得る可動機構と
   を備えた平面研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置であって、
   前記可動機構の回動中心から所定距離離間した第１の位置で前記砥石台の前記支持台に対する変位を検出する第１の検出手段と、
   前記第１の位置とより前記回動軸から離間した第２の位置で前記砥石台の前記支持台に対する変位を検出する第２の検出手段と
   を備え、
   前記第１の位置と前記第２の位置との間の距離が、前記ワークの研削時における研削の最大幅より大きく構成されるとともに、
   前記第１の検出手段及び前記第２の検出手段から検出された変位から前記ワークと前記砥石の相対角度の変化を演算する演算手段と、
   当該相対角度の変化を表示する表示手段をさらに備え、
   前記演算手段は、前記砥石と前記回動軸の相対位置関係と前記ワークと砥石の相対角度の変化に基づいて、予め入力されている前記ワークの半径に合わせた前記研磨領域におけるワークと砥石との接離方向の高低差の変化量を演算し、前記表示手段は前記高低差を表示することを特徴とする研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置。
2. 前記演算手段は、前記表示手段に、前記ワークと砥石との相対角度の変化に基づいて、前記ワークと前記砥石との位置の相対関係を図示することを特徴とする請求項１に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置。
3. 前記第１の検出手段と前記第２の検出手段は同一部材に取り付けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置。
4. 少なくとも、前記第２の位置は、前記ワークの研削位置よりも前記回動軸から離間した位置に配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置。
5. 前記回転軸は鉛直方向に設けられ、前記砥石台は水平方向に回動可能に構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置。
6. 前記砥石台と前記支持台とは水平に形成された摺動面に沿って摺動可能に構成されたことを特徴とする請求項５に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置。
7. 前記第１の検出手段及び第２の検出手段とは異なる１又は複数の補正用検出手段を備え、当該補正用検出手段により第１の検出手段及び第２の検出手段の検出結果を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置。
8. 前記検出手段はセンサロッドと連動して動くコアと内部コイルの位置関係によってアナログ電圧出力値が決定される接触式変位センサにより構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の研削盤におけるワークと砥石との相対角度変化検出装置。

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