JP7252837B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物を研削する研削装置に関する。

ホイール基台に研削砥石を環状に配置した研削ホイールの中心を軸に研削ホイールを回転させ、チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削砥石の研削面で研削する研削装置は、研削砥石の残量を正確に認識していない場合には、研削砥石が摩耗して無くなったのにも関わらず研削を続行してしまい、研削砥石が配置された基台の下面が被加工物に接触し、被加工物を破損させるという問題が発生する可能性がある。

そのため、従来においては、例えば研削ホイールをマウントに装着するときに、作業者が研削砥石の残量を尺で測定し、その測定した残量を研削装置に数値入力して装置に研削砥石の残量を認識させている。

また、研削装置は、定期的にチャックテーブルの保持面を適切な形状に成形するために、保持面を研削砥石で研削するセルフグラインドを行っている。セルフグラインドを実施すると、保持面の高さが変化するため、セルフグラインドを実施した後、研削装置に研削砥石の下面が保持面に接触する際の研削手段の高さ位置を認識させるセットアップを行う必要がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－１５８８７２号公報

しかし、研削砥石の残量を尺で測定して装置入力する場合の入力間違いや尺を用いた際の残量測定の誤差によって、研削加工において基台が被加工物に接触してしまう場合があるという問題がある。また、特許文献１に開示されているようなセットアップは、砥石残量の測定及び残量入力とは別に行っているので作業効率が下がるという問題がある。

したがって、被加工物を研削する研削装置においては、研削装置が研削砥石の残量を正確に認識できるようにするという課題がある。また、研削装置が、研削砥石の研削面とチャックテーブルの保持面とが接触するときの研削手段の高さの認識（セットアップ）を、作業効率を下げることなく適切に実施できるようにするという課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、被加工物を保持面で保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を研削する研削砥石がホイール基台に環状に配置された研削ホイールを回転可能に装着する研削手段と、該研削手段を該保持面に垂直な方向に上下動させる研削送り手段と、を備える研削装置であって、該研削送り手段で該研削手段を下降させた際の該研削砥石の下面と該ホイール基台の下面とを検知する検知器と、該研削手段を下降させ該検知器が該研削砥石の下面を検知したときの該研削手段の高さと、続いて該研削手段をさらに下降させ該検知器が該ホイール基台の下面を検知したときの該研削手段の高さとの差を該研削砥石の残量として認識する残量認識部と、を備える研削装置である。

本発明に係る研削装置において、前記検知器は、前記研削砥石の下面が接触し昇降可能な砥石接触部と、該砥石接触部を昇降可能に支持し第１付勢部で該砥石接触部を上方向に付勢し前記ホイール基台の下面が接触し昇降可能なホイール基台接触部と、該ホイール基台接触部を昇降可能に支持し該第１付勢部より大きい付勢力を有する第２付勢部で該ホイール基台接触部を上方向に付勢するベース部と、前記研削送り手段によって下降する該研削砥石が該砥石接触部に接触して該砥石接触部が下降を開始するときを検知する第１センサと、該研削送り手段によって下降する該ホイール基台が該ホイール基台接触部に接触して該ホイール基台接触部が下降を開始するときを検知する第２センサと、を備えると好ましい。

本発明に係る研削装置は、前記保持面の高さと前記研削砥石が接触する前記砥石接触部の上面の高さとを測定可能なハイトゲージと、該ハイトゲージが測定した該保持面の高さと、該ハイトゲージが測定した該砥石接触部の該上面の高さとの差を算出する高さ差算出部と、前記研削送り手段によって下降する該研削砥石によって前記検知器が該研削砥石の下面を検知したときの前記研削手段の高さから、該高さ差算出部が算出した該差を差し引くことで、該研削砥石の下面が該保持面に接触する際の該研削手段の高さを算出する原点高さ算出部と、を備えると好ましい。

本発明に係る研削装置は、研削送り手段で研削手段を下降させた際の研削砥石の下面とホイール基台の下面とを検知する検知器と、研削手段を下降させ検知器が研削砥石の下面を検知したときの研削手段の高さと、続いて研削手段をさらに下降させ検知器がホイール基台の下面を検知したときの研削手段の高さとの差を研削砥石の残量として認識する残量認識部と、を備えることで、作業者が研削砥石の残量を尺等で測定しなくとも、研削装置自体が研削砥石の残量を認識する事ができるので、砥石残量の測定ミスや入力ミスの発生を防ぐことが可能となり、ホイール基台が被加工物に接触して被加工物を破損させるといった事態が生じるのを防ぐことが可能となる。

また、本発明に係る研削装置において、検知器は、研削砥石の下面が接触し昇降可能な砥石接触部と、砥石接触部を昇降可能に支持し第１付勢部で砥石接触部を上方向に付勢しホイール基台の下面が接触し昇降可能なホイール基台接触部と、ホイール基台接触部を昇降可能に支持し第１付勢部より大きい付勢力を有する第２付勢部でホイール基台接触部を上方向に付勢するベース部と、研削送り手段によって下降する研削砥石が砥石接触部に接触して砥石接触部が下降を開始するときを検知する第１センサと、研削送り手段によって下降するホイール基台がホイール基台接触部に接触してホイール基台接触部が下降を開始するときを検知する第２センサと、を備えることで、研削装置自体による研削砥石の残量の認識作業を効率的に行っていくことが可能となる。

本発明に係る研削装置は、保持面の高さと研削砥石が接触する砥石接触部の上面の高さとを測定可能なハイトゲージと、ハイトゲージが測定した保持面の高さと、ハイトゲージが測定した砥石接触部の上面の高さとの差を算出する高さ差算出部と、研削送り手段によって下降する研削砥石によって検知器が研削砥石の下面を検知したときの研削手段の高さから、高さ差算出部が算出した差を差し引くことで、研削砥石の下面が保持面に接触する際の研削手段の高さを算出する原点高さ算出部と、を備えることで、研削装置自体が行う研削砥石の残量認識作業と研削手段のセットアップ作業とを一連の流れで行うことが可能となるため、作業の効率化を図ることが可能となる。

研削装置の一例を示す斜視図である。 研削ホイールの一例を示す斜視図である。 研削ホイールの一部、及び研削砥石の下面とホイール基台の下面とを検知する検知器の一例を示す斜視図である。 検知器の構造の一例を示す断面図である。 研削装置において研削砥石の砥石残量の認識作業が開始された状態を説明する断面図である。 研削手段を下降させ検知器が研削砥石の下面を検知したときの研削手段の高さを説明する断面図である。 砥石接触部の上面に研削砥石の下面が接触した状態で砥石接触部がホイール基台接触部内を下降し、また、第１付勢部が縮んで付勢力を蓄えている状態を説明する断面図である。 研削手段を下降させ検知器がホイール基台の下面を検知したときの研削手段の高さを説明する断面図である。 ホイール基台接触部の上面にホイール基台の下面が接触した状態でホイール基台接触部がベース部内を下降し、また、第２付勢部が縮んで付勢力を蓄えている状態を説明する断面図である。 ハイトゲージによって保持手段の保持面の高さと下降していない状態の砥石接触部の上面の高さとを測定し、下降する研削砥石によって検知器が研削砥石の下面を検知したときの研削手段の高さから、高さ差算出部が算出した差を差し引くことで、研削砥石の下面が保持面に接触する際の研削手段の高さを算出する場合を説明する説明図である。 第１センサと第２センサとがエア圧力センサで構成される検知器を説明する断面図である。

図１に示す本発明に係る研削装置１は、保持手段３０上に保持された被加工物Ｗを研削手段７によって研削する装置であり、研削装置１の装置ベース１０上の前方（－Ｙ方向側）は、保持手段３０に対して被加工物Ｗの着脱が行われる領域であり、装置ベース１０上の後方（＋Ｙ方向側）は、研削手段７によって保持手段３０上に保持された被加工物Ｗの研削が行われる領域である。
なお、本発明に係る研削装置は、研削装置１のような研削手段７が１軸の研削装置に限定されるものではなく、少なくとも粗研削手段と仕上げ研削手段とを備え、ターンテーブルで被加工物Ｗを各研削手段の下方に位置づけ可能な２軸～３軸の研削装置等であってもよい。

被加工物Ｗは、例えば、シリコン母材等からなる円形の半導体ウェーハであり、図１において下方を向いている被加工物Ｗの表面Ｗａは、格子状に区画された領域に複数のデバイスが形成されており、図示しない保護テープが貼着されて保護されている。被加工物Ｗの裏面Ｗｂは、研削加工が施される被加工面となる。なお、被加工物Ｗはシリコン以外にガリウムヒ素、サファイア、窒化ガリウム、セラミックス、樹脂、又はシリコンカーバイド等で構成されていてもよいし、矩形のパッケージ基板等であってもよい。

被加工物Ｗを保持する保持手段３０は、例えば、その外形が円形状であり、ポーラス部材等からなり被加工物Ｗを吸着する吸着部３００と、吸着部３００を支持する枠体３０１とを備える。吸着部３００は図示しない吸引源に連通し、吸着部３００の露出面と枠体３０１の上面とからなる保持面３００ａ上で被加工物Ｗを吸引保持する。

図１に示すように、保持手段３０は、カバー３９によって囲繞されていると共に、その下方に配設されたテーブル回転手段３６により回転可能である。また、保持手段３０は、図１に示すカバー３９及びカバー３９に連結された蛇腹カバー３９ａの下方に配設されたＹ軸移動手段１４によってＹ軸方向に往復移動可能となっている。

保持手段３０は、例えば、その下方に配設された傾き調整手段３４によって保持面３００ａの傾きが調整可能となっている。傾き調整手段３４は、例えば、保持手段３０の下面側に周方向に等間隔空けて２つ以上設けられており、Ｚ軸方向に上下動可能である電動シリンダやエアシリンダ等である。そして傾き調整手段３４によって、保持面３００ａの研削手段７の研削砥石７４１の研削面７４１ａ（下面７４１ａ）に対する傾きを調整することができる。

Ｙ軸移動手段１４は、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ１４０と、ボールネジ１４０と平行に配設された一対のガイドレール１４１と、ボールネジ１４０に連結しボールネジ１４０を回動させるモータ１４２と、内部に備えるナットがボールネジ１４０に螺合し底部がガイドレール１４１上を摺動する可動板１４３とを備えており、モータ１４２がボールネジ１４０を回動させると、これに伴い可動板１４３がガイドレール１４１にガイドされてＹ軸方向に移動し、可動板１４３上にテーブル回転手段３６を介して配設された保持手段３０がＹ軸方向に移動する。蛇腹カバー３９ａは保持手段３０及びカバー３９の移動に伴ってＹ軸方向に伸縮する。

装置ベース１０上の後方（＋Ｙ方向側）にはコラム１１が立設されている。
コラム１１の前面にはＹ軸方向に直交し保持手段３０の保持面３００ａに対して垂直なＺ軸方向に研削手段７を上下動させる研削送り手段５が配設されている。研削送り手段５は、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０と平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０の上端に連結しボールネジ５０を回動させるモータ５２と、内部のナットがボールネジ５０に螺合し側部がガイドレール５１に摺接する昇降板５３とを備えており、モータ５２がボールネジ５０を回動させると、これに伴い昇降板５３がガイドレール５１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、昇降板５３に固定された研削手段７がＺ軸方向に研削送りされる。

研削手段７は、軸方向がＺ軸方向であるスピンドル７０と、スピンドル７０を回転可能に支持するハウジング７１と、スピンドル７０を回転駆動するモータ７２と、スピンドル７０の先端に連結された円形板状のマウント７３と、マウント７３の下面に装着された研削ホイール７４と、ハウジング７１を支持し研削送り手段５の昇降板５３にその側面が固定されたホルダ７５と、を備える。

図１、２に示す研削ホイール７４は、平面視円環状のホイール基台７４０を備えており、ホイール基台７４０の下面７４０ａ（図２参照）には、略直方体形状の研削砥石７４１が環状に複数配設されている。研削砥石７４１は、所定のボンド剤でダイヤモンド砥粒等が固着されて成形されている。ホイール基台７４０の内側面は、例えば、所定の角度で傾斜する傾斜面となっており、また、ホイール基台７４０の下面７４０ａは環状の平坦面となっている。図２に示すように、研削砥石７４１のセグメント幅、即ち、研削ホイール７４の直径方向における研削砥石７４１の刃幅はホイール基台７４０の環状の下面７４０ａの幅よりも小さく設定されており、研削砥石７４１の刃幅方向両側からホイール基台７４０の下面７４０ａは所定面積だけ露出した状態になっている。

本実施形態においては、図１に示すように、研削装置１は、研削手段７のＺ軸方向における高さを測定する高さ位置測定手段７９を備えている。高さ位置測定手段７９は、例えば、ガイドレール５１上においてガイドレール５１に沿ってＺ軸方向に延在するスケール７９０と、昇降板５３に固定されスケール７９０に対向し昇降板５３と共に昇降する読み取り部７９１とを備えている。読み取り部７９１は、例えば、スケール７９０に形成された目盛りの反射光を読み取る光学式のものであり、読み取ったスケール７９０の目盛りから研削手段７のＺ軸方向における高さを測定でき、測定した研削手段７の高さを図１に示す研削装置１の装置制御を行う制御手段９に送信する。

なお、研削装置１における研削手段７の高さの測定は、上記高さ位置測定手段７９によって行われる例に限定されるものではない。例えば、研削送り手段５のモータ５２がサーボモータである場合には、サーボモータのロータリエンコーダは、サーボアンプとしての機能も有する制御手段９に接続されており、制御手段９の出力インターフェイスからサーボモータに対して動作信号が供給された後、サーボモータの回転数をエンコーダ信号として制御手段９の入力インターフェイスに対して出力する。そして、エンコーダ信号を受け取った制御手段９は下降する研削手段７の高さを逐次認識する。

図１に示すように、保持手段３０の移動経路上方には、例えば、保持手段３０で吸引保持された被加工物Ｗの厚みを接触式にて測定するハイトゲージ３８が配設されている。ハイトゲージ３８は２つの測定部を備えており、図１に示す第一測定部３８１は、保持手段３０の保持面３００ａ（枠体３０１の上面）の高さ測定用であり、第二測定部３８２は、保持手段３０で保持された被加工物Ｗの被研削面である裏面Ｗｂの高さ測定用である。

第一測定部３８１及び第二測定部３８２は、その各ゲージ本体の先端に、上下方向に昇降し各測定面に接触するコンタクトを備えている。第一測定部３８１（第二測定部３８２）は上下動可能に支持されていると共に、各測定面に対して適宜の力で押し付け可能となっている。第一測定部３８１が、基準面となる枠体３０１の上面の高さを測定し、第二測定部３８２が、研削される被加工物Ｗの裏面Ｗｂの高さを測定し、両測定値が制御手段９に送信される。そして、制御手段９が両測定値の差を算出することで、被加工物Ｗの厚みを研削中に逐次測定することができる。

図１に示すように、研削装置１は、ＣＰＵやメモリ等の記憶素子等を備え装置全体の制御を行う制御手段９を備えている。制御手段９は、図示しない配線によって、研削送り手段５、及びＹ軸移動手段１４等に電気的に接続されており、制御手段９の制御の下で、研削送り手段５による研削手段７のＺ軸方向への研削送り動作や、Ｙ軸移動手段１４による保持手段３０の移動動作及び位置づけ等が制御される。

本発明に係る研削装置１は、図１に示すように、研削送り手段５で研削手段７を下降させた際の研削砥石７４１の下面７４１ａとホイール基台７４０の下面７４０ａ（図２参照）とを検知する検知器８を備えている。
検知器８は、例えば、保持手段３０を囲繞するカバー３９上の一角に配置されており、研削砥石７４１の回転軌道下に位置づけ可能となっている。

本実施形態における検知器８は、例えば、図３、図４に示すように、研削砥石７４１の下面７４１ａが接触し昇降可能な砥石接触部８０と、砥石接触部８０を昇降可能に支持し第１付勢部８１１（図４のみ図示）で砥石接触部８０を上方向に付勢しホイール基台７４０の下面７４０ａが接触し昇降可能なホイール基台接触部８１と、ホイール基台接触部８１を昇降可能に支持し第１付勢部８１１より大きい付勢力を有する第２付勢部８２１（図４のみ図示）でホイール基台接触部８１を上方向に付勢するベース部８２と、研削送り手段５によって下降する研削砥石７４１が砥石接触部８０に接触して砥石接触部８０が下降を開始するときを検知する第１センサ８３（図４のみ図示）と、研削送り手段５によって下降するホイール基台７４０がホイール基台接触部８１に接触してホイール基台接触部８１が下降を開始するときを検知する第２センサ８４（図４のみ図示）と、を備えている。
例えば、検知器８は、図示しない無線又は有線の通信経路を介して図１に示す制御手段９に各種検知信号を送信することができる。

砥石接触部８０は、例えば、平板状で下面に第１付勢部８１１の上端側が接続される可動板８００と、可動板８００の上面中央に立設され例えば円柱状の外形を備え略平坦な上面８０１ａが研削砥石７４１の下面７４１ａに接触する面となる柱部８０１とを備えている。砥石接触部８０の上面８０１ａの高さは、保持手段３０の保持面３００ａよりも高い位置に位置している。
なお、研削砥石７４１が砥石接触部８０を押し下げ、さらに研削ホイール７４がホイール基台接触部８１を押し下げた際に、研削砥石７４１の下面７４１ａが保持手段３０の保持面３００ａに接触しなければ、該保持手段３０の保持面３００ａより低い位置に砥石接触部８０の上面８０１ａが位置づけられていてもよい。

ホイール基台接触部８１は、例えば、平面視略矩形状のブロック体であり、その略平坦な上面８１ａはホイール基台７４０の下面７４０ａが接触する面となる。ホイール基台接触部８１の上面８１ａの中央領域には所定深さの砥石進入溝８１２が、ホイール基台７４０の下面７４０ａに環状に並べられた研削砥石７４１に合わせて平面視弧状に形成されている。砥石進入溝８１２の幅は、研削砥石７４１のセグメント幅よりも大きく設定されていると共に、研削手段７のホイール基台７４０の環状の下面７４０ａの幅よりも小さく設定されている。

ホイール基台接触部８１の内部には、砥石進入溝８１２の側面を切り欠いて砥石接触部８０が上下動可能な可動空間８１０が形成されている。また、砥石進入溝８１２の底に第１付勢部８１１の下端側が連結されている。第１付勢部８１１は、例えば、自然長より縮んで付勢力を蓄えて戻ろうとするコイルバネであるが、ゴム柱等であってもよい。第１付勢部８１１の上端側は砥石接触部８０の可動板８００の下面に連結されている。
例えば、砥石接触部８０に研削砥石７４１が接触していない状態において、砥石接触部８０の柱部８０１が砥石進入溝８１２からホイール基台接触部８１の上面８１ａよりも高い位置まで突き出た状態になっている。

図３、４に示す研削砥石７４１を－Ｚ方向に下降させて研削砥石７４１の下面７４１ａを砥石接触部８０の上面８０１ａに当接させた後、さらに、研削砥石７４１を下降させることで、研削砥石７４１は砥石進入溝８１２に進入しつつ砥石接触部８０を下方に押していく。これに伴って、砥石接触部８０が砥石進入溝８１２及び可動空間８１０を下方に移動していき、また、砥石接触部８０によって第１付勢部８１１が収縮される。第１付勢部８１１は、砥石接触部８０を上方向（＋Ｚ方向）に押し戻そうと付勢する。また、研削砥石７４１が砥石接触部８０を下方に押していくことで砥石接触部８０が所定距離下降すると、ホイール基台７４０の下面７４０ａがホイール基台接触部８１の上面８１ａに当接する。

図３、４に示すベース部８２は、例えば、縦断面略凹状の外形を備えており、その中央領域にホイール基台接触部８１を収容し昇降可能とする大きさの凹溝８２０が形成されている。凹溝８２０の溝底面に図４に示すように第２付勢部８２１の下端側が連結されている。第２付勢部８２１は、例えば、自然長より縮んで付勢力を蓄えて戻ろうとするコイルバネであるが、ゴム柱等であってもよい。第２付勢部８２１の上端側はホイール基台接触部８１の下面に連結されている。例えば、コイルバネである第２付勢部８２１は、その線径がコイルバネである第１付勢部８１１の線径よりも太く設定されており、第１付勢部８１１より大きい付勢力を有し、第２付勢部８２１は第１付勢部８１１よりも縮みにくくなっている。

図３に示すように、例えば、ベース部８２の凹溝８２０の両側面には、Ｚ軸方向に延びホイール基台接触部８１の図３、４におけるＸ軸方向におけるずれを規制する規制溝８２５が切り欠いて形成されており、該規制溝８２５にホイール基台接触部８１の両外側面形成されＺ軸方向に延在する凸部８１３が緩嵌合した状態になっている。

図１に示す研削送り手段５によって下降する研削砥石７４１が砥石接触部８０に接触して砥石接触部８０が下降を開始するときを検知する図４に示す第１センサ８３は、例えば、静電容量型等の近接センサである。この場合、第１センサ８３は、例えば、ホイール基台接触部８１の可動空間８１０の天井の下面に埋設されており、砥石接触部８０の可動板８００とＺ軸方向において対向している。研削砥石７４１によって砥石接触部８０が下方に押されておらず可動板８００が可動空間８１０内の所定の高さ位置に位置づけられている状態（非作動状態）で、第１センサ８３に可動板８００が近接しており、第１センサ８３は砥石接触部８０が下降を開始していない状態を検出している。

一方、研削砥石７４１によって砥石接触部８０が押されて可動板８００が下降を開始することで、可動板８００が第１センサ８３から離れると第１センサ８３内部の導体電極の静電容量が減少して、第１センサ８３は該静電容量の変化に基づいて、砥石接触部８０が下降し始めたことを検出する。

図１に示す研削送り手段５によって下降するホイール基台７４０がホイール基台接触部８１に接触してホイール基台接触部８１が下降を開始するときを検知する図４に示す第２センサ８４は、例えば、静電容量型等の近接センサである。この場合、第２センサ８４は、例えば、ホイール基台接触部８１の外側面に埋設されている。例えば、ホイール基台接触部８１が第２付勢部８２１によって最上位位置に位置しているとき、図４に示すように第２センサ８４にベース部８２の内側面は対向していない状態（所定距離離れた状態）になっており、第２センサ８４は、ホイール基台接触部８１が下降していない状態を検出している。

一方、ホイール基台７４０によってホイール基台接触部８１が第２付勢部８２１の反力に抗して押されて－Ｚ方向に下降を開始することで、ベース部８２の内側面が第２センサ８４に近づく（対向する）ため第２センサ８４内部の導体電極の静電容量が増加する。そして、第２センサ８４は、ホイール基台接触部８１が下降し始めたことを検出する。
なお、第２センサ８４は、例えば、ホイール基台接触部８１の下面に埋設されており、ベース部８２の凹溝８２０の溝底面に対向しており、ベース部８２の溝底面が第２センサ８４に近づくことによる２極間の該静電容量の変化に基づいて、ホイール基台７４０がホイール基台接触部８１に接触してホイール基台接触部８１が下降し始めたことを検出してもよい。

例えば、第１センサ８３は、反射型の光センサ（限定センサ）であってもよく、この場合には、可動板８００の上面に対して測定光を照射するための投光部と可動板８００の上面で反射された反射光を検出するためのＣＣＤ等からなる受光部とを少なくとも備えている。即ち、第１センサ８３は、例えば、ホイール基台接触部８１の可動空間８１０の天井部分の下面に埋設されており、砥石接触部８０の可動板８００とＺ軸方向において対向している。そして、第１センサ８３は、投光部から可動板８００の上面に測定光を照射しており、該上面からの反射光を受光部が受光した際の受光量（電圧値）から、研削砥石７４１が砥石接触部８０に接触して砥石接触部８０が下降し始めたことを検出する。

第２センサ８４は、第１センサ８３と同様に反射型の光センサ（限定センサ）であってもよい。例えば、第２センサ８４は、ホイール基台接触部８１の下面に埋設されており、ベース部８２の凹溝８２０の溝底面に対向しており、ベース部８２の溝底面が第２センサ８４に近づくことにより第２センサ８４と該溝底面との間の距離が変わり受光量が低下したことを検知して、ホイール基台接触部８１が下降をし始めたときを検出してもよい。

以下に、上記図１に示す研削装置１を用いて裏面Ｗｂを上に向けた状態の被加工物Ｗを研削する場合の、研削装置１の動作について説明する。
本実施形態では、例えば、まず、保持手段３０の保持面３００ａをセルフグラインドして保持面３００ａを適切な形、即ち、例えば、保持面３００ａを、保持手段３０の回転中心を頂点とし肉眼では判断できない程度の極めて緩やかな円錐面とする。

被加工物Ｗを保持していない保持手段３０が、研削手段７の下まで＋Ｙ方向へ移動する。そして、研削手段７の研削砥石７４１と保持手段３０の保持面３００ａとの位置合わせがなされる。位置合わせは、例えば、研削ホイール７４の回転中心が保持面３００ａの回転中心に対して所定の距離だけ水平方向にずれ、研削砥石７４１の回転軌跡が保持面３００ａの回転中心を通るように行われる。また、図１に示す傾き調整手段３４によって保持手段３０の＋Ｙ方向の外周側が上げられることによって、保持手段３０の保持面３００ａと研削手段７の研削砥石７４１の下面７４１ａとが相対的に所定角度だけ傾けられる。

次いで、テーブル回転手段３６が保持手段３０を所定の回転速度で回転させる。また、研削送り手段５により研削手段７を所定の研削送り速度で下降させつつ、研削手段７は、スピンドル７０を回転させることにより、研削ホイール７４を回転させ、研削砥石７４１で保持面３００ａを押圧しながら研削する。そして、研削砥石７４１は常に保持面３００ａの中心を通過しながら、保持面３００ａ全面の研削を行っていく。そして、所定時間上記研削が行われた後、研削手段７が＋Ｚ方向へと移動し保持手段３０から離間することで、保持面３００ａは、保持面３００ａの回転中心を頂点とし外周側に向かって傾斜する極めて緩やかな円錐面形状となり、セルフグラインドが完了する。

上記セルフグラインドを実施することで、保持面３００ａの高さが変化するため、研削装置１は、被加工物Ｗに実研削加工を施す前に研削砥石７４１の下面７４１ａが保持面３００ａに接触する際の研削手段７の高さ（原点高さ）を認識させるセットアップを行う必要がある。また、セルフグラインドによって研削砥石７４１も主にＺ軸方向に磨耗し砥石残量（ホイール基台７４０からの突き出し高さ）も変化するので、研削装置１は、研削砥石７４１の砥石残量を認識する必要がある。そして、本発明に係る研削装置１は、研削砥石７４１の砥石残量認識作業を装置自体が行い、かつ、砥石残量認識作業と研削手段７のセットアップ作業とを一連の流れで行うことができる。

まず、研削装置１が行う砥石残量認識作業においては、図１に示すＹ軸移動手段１４によって、図１に示す被加工物Ｗを保持していないセルフグラインド後の保持手段３０がカバー３９と共に＋Ｙ方向へ移動する。そして、図３、５に示すように研削手段７の研削砥石７４１の下方に検知器８が位置づけられる。該位置づけは、検知器８の砥石接触部８０の上面８０１ａの上方に研削砥石７４１の下面７４１ａが対向し、検知器８のホイール基台接触部８１の砥石進入溝８１２に研削砥石７４１が下降した際に収まるように行われる。

この状態で、図１に示す研削送り手段５が研削手段７を－Ｚ方向へと下降させていく。また、例えば、下降する研削手段７の高さを高さ位置測定手段７９が測定して測定情報を制御手段９に送り、制御手段９が研削手段７の高さを逐次認識する。

そして、図６に示すように、検知器８の砥石接触部８０の上面８０１ａに研削砥石７４１の下面７４１ａが接触し、研削砥石７４１によって砥石接触部８０が下方に押されて下降を開始したときを第１センサ８３が検知することで、検知器８は、研削砥石７４１の下面７４１ａを検知する。検知器８は、研削砥石７４１の下面７４１ａを検知した旨の信号を図１に示す制御手段９に送信する。

図１に示す高さ位置測定手段７９から下降する研削手段７の高さについての情報を逐次受け取っている制御手段９は、検知器８から研削砥石７４１の下面７４１ａを検知した旨の信号を受け取ると、そのときにおける図６に示す研削手段７の高さＺ１を記憶素子等からなる記憶部９０に記憶する。なお、検知器８が研削砥石７４１の下面７４１ａを検知してから検知信号を制御手段９に送信して制御手段９が受け取るまでの間の僅かなタイムラグ等を考慮して、制御手段９は認識した研削手段７の高さＺ１に補正値を加えて研削手段７の高さを認識してもよい。

続けて図１及び図６に示す研削送り手段５が研削手段７を－Ｚ方向へと下降させていくことで、図７に示すように、研削砥石７４１は砥石進入溝８１２に進入しつつ砥石接触部８０を下方に押していく。これに伴って、砥石接触部８０が砥石進入溝８１２及び可動空間８１０を下方に移動していき、また、砥石接触部８０によって第１付勢部８１１が収縮される。第１付勢部８１１は、砥石接触部８０を上方向（＋Ｚ方向）に押し戻そうとする付勢力を蓄える。
なお、第２付勢部８２１が第１付勢部８１１よりも大きな付勢力を備えるため、図７に示すように、第１付勢部８１１に縮む余裕が未だあり、ホイール基台７４０の下面７４０ａがホイール基台接触部８１の上面８１ａに接触していない状態においては、ホイール基台接触部８１が下降することはなく、第２センサ８４が反応してしまうことはない。

さらに、研削砥石７４１が砥石接触部８０を下方に押していくことで砥石接触部８０が所定距離下降すると、図８に示すように、ホイール基台７４０の下面７４０ａがホイール基台接触部８１の上面８１ａに接触する。そして、ホイール基台７４０によってホイール基台接触部８１が下方に押されて下降を開始したときを第２センサ８４が検知することで、検知器８は、ホイール基台７４０の下面７４０ａを検知する。検知器８は、ホイール基台７４０の下面７４０ａを検知した旨の信号を図１に示す制御手段９に送信する。

図１に示す高さ位置測定手段７９から下降する研削手段７の高さについての情報を逐次受け取っている制御手段９は、検知器８からホイール基台７４０の下面７４０ａを検知した旨の信号を受け取ると、そのときにおける図８に示す研削手段７の高さＺ２を記憶部９０に記憶する。なお、検知器８がホイール基台７４０の下面７４０ａを検知してから検知信号を制御手段９に送信して制御手段９が受け取るまでの間の僅かなタイムラグ等を考慮して、制御手段９は認識した研削手段７の高さＺ２に補正値を加えて研削手段７の高さを認識してもよい。

図１及び図８に示す研削送り手段５が研削手段７を－Ｚ方向へと下降させていくことで、図９に示すように、ホイール基台７４０によって下方に押されるホイール基台接触部８１がベース部８２の凹溝８２０内を下方に移動していき、また、ホイール基台接触部８１によって第２付勢部８２１が収縮される。第２付勢部８２１は、砥石接触部８０を上方向（＋Ｚ方向）に押し戻そうとする付勢力を蓄える。

ホイール基台７４０の下面７４０ａを検知した旨の信号を制御手段９が受けると、その後、制御手段９による制御の下で、研削送り手段５による研削手段７の下降が停止される。そして、研削手段７が上昇して検知器８から離間すると、第１付勢部８１１が蓄えていた付勢力によって元の状態まで伸びるとともに、砥石接触部８０が上方向に付勢されて元の位置まで上昇する。また、第２付勢部８２１が蓄えていた付勢力によって元の状態まで伸びるとともに、ホイール基台接触部８１が上方向に付勢されて元の位置まで上昇する。

図１に示すように、例えば制御手段９は、研削砥石７４１の残量を認識する残量認識部９２を備えており、残量認識部９２は、研削手段７を下降させ検知器８が研削砥石７４１の下面７４１ａを検知したときの研削手段７の高さＺ１と、続いて研削手段７をさらに下降させ検知器８がホイール基台７４０の下面７４０ａを検知したときの研削手段７の高さＺ２との差＝Ｚ１－Ｚ２＝Ｌ１（図８参照）を研削砥石７４１の残量Ｌ１として算出し認識する。研削砥石７４１の図８に示す残量Ｌ１についての情報は、制御手段９の記憶部９０に記憶される。

本発明に係る研削装置１は、研削送り手段５で研削手段７を下降させた際の研削砥石７４１の下面７４１ａとホイール基台７４０の下面７４０ａとを検知する検知器８と、研削手段７を下降させ検知器８が研削砥石７４１の下面７４１ａを検知したときの研削手段７の高さＺ１と、続いて研削手段７をさらに下降させ検知器８がホイール基台７４０の下面７４０ａを検知したときの研削手段７の高さＺ２との差Ｌ１を研削砥石７４１の残量Ｌ１として認識する残量認識部９２と、を備えることで、作業者が研削砥石７４１の残量を尺等で測定しなくとも、研削装置１自体が研削砥石７４１の残量Ｌ１を認識する事ができるので、砥石残量の測定ミスや入力ミスの発生を防ぐことが可能となり、後述する被加工物Ｗの研削加工を実際に行う際に、ホイール基台７４０が被加工物Ｗに接触して被加工物Ｗを破損させるといった事態が生じるのを防ぐことが可能となる。

また、本発明に係る研削装置１において、検知器８は、研削砥石７４１の下面７４１ａが接触し昇降可能な砥石接触部８０と、砥石接触部８０を昇降可能に支持し第１付勢部８１１で砥石接触部８０を上方向に付勢しホイール基台７４０の下面７４０ａが接触し昇降可能なホイール基台接触部８１と、ホイール基台接触部８１を昇降可能に支持し第１付勢部８１１より大きい付勢力を有する第２付勢部８２１でホイール基台接触部８１を上方向に付勢するベース部８２と、研削送り手段５によって下降する研削砥石７４１が砥石接触部８０に接触して砥石接触部８０が下降を開始するときを検知する第１センサ８３と、研削送り手段５によって下降するホイール基台７４０がホイール基台接触部８１に接触してホイール基台接触部８１が下降を開始するときを検知する第２センサ８４と、を備えることで、研削装置１自体による研削砥石７４１の残量の認識作業を効率的に行っていくことが可能となる。

本実施形態においては、研削装置１が、研削砥石７４１の研削面である下面７４１ａと保持手段３０の保持面３００ａとが接触するときの研削手段７の高さである原点高さの認識、即ち、セットアップを砥石残量の認識作業と連続的に実施するために、例えば、図１に示す保持手段３０がカバー３９と共にＹ軸方向に移動されて所定の位置に位置づけられて、ハイトゲージ３８の第一測定部３８１のコンタクトの下方に保持手段３０の保持面３００ａが位置づけられるとともに、ハイトゲージ３８の第二測定部３８２の下方に検知器８の砥石接触部８０の上面８０１ａが位置づけられる。そして、図１０に示す第一測定部３８１が保持手段３０の保持面３００ａの高さを高さＺ４であると測定し、かつ、第二測定部３８２が下降していない状態の砥石接触部８０の上面８０１ａの高さを高さＺ５であると測定する。そして、ハイトゲージ３８は、該２つの測定値を図１に示す制御手段９に送信する。

図１に示すように、例えば制御手段９は、ハイトゲージ３８の第一測定部３８１が測定した保持面３００ａの高さＺ４と、ハイトゲージ３８の第二測定部３８２が測定した下降していない状態の砥石接触部８０の上面８０１ａの高さＺ５との差を算出する高さ差算出部９５を備えている。高さ差算出部９５は、ハイトゲージ３８から送られてきた測定値を用いて、保持手段３０の保持面３００ａの高さＺ４と砥石接触部８０の上面８０１ａの高さＺ５との差＝Ｚ５－Ｚ４＝Ｌ２を算出して、制御手段９の記憶部９０に記憶する。

図１に示すように、例えば制御手段９は、研削砥石７４１の下面７４１ａが保持面３００ａに接触する際の研削手段７の高さ（原点高さ）を算出する原点高さ算出部９６を備えており、原点高さ算出部９６は、先に説明した砥石残量認識作業において判明した図６、１０に示す研削送り手段５によって下降する研削砥石７４１によって検知器８が研削砥石７４１の下面７４１ａを検知したときの研削手段７の高さＺ１から、高さ差算出部９５が算出した差Ｌ２を差し引き、研削手段７の原点高さＺ６を算出する。

算出された高さＺ６は、研削手段７を下降させた際に研削砥石７４１の研削面である下面７４１ａが保持手段３０の保持面３００ａに接触する研削手段７の高さ位置として制御手段９の記憶部９０に記憶される。即ち、研削装置１は、被加工物Ｗを保持手段３０に保持して研削するためのセットアップがなされた状態になる。

上記のように、本発明に係る研削装置１は、保持手段３０の保持面３００ａの高さＺ４と研削砥石７４１が接触する砥石接触部８０の上面８０１ａの高さＺ５とを測定可能なハイトゲージ３８と、ハイトゲージ３８が測定した保持面３００ａの高さＺ４と、ハイトゲージ３８が測定した砥石接触部８０の上面８０１ａの高さＺ５との差Ｌ２を算出する高さ差算出部９５と、研削送り手段５によって下降する研削砥石７４１によって検知器８が研削砥石７４１の下面７４１ａを検知したときの研削手段７の高さＺ１から、高さ差算出部９５が算出した差Ｌ２を差し引くことで、研削砥石７４１の下面７４１ａが保持面３００ａに接触する際の研削手段７の高さＺ６を算出する原点高さ算出部９６と、を備えることで、研削装置１自体が行う研削砥石７４１の残量認識作業と研削手段７のセットアップ作業とを一連の流れで行うことが可能となるため、作業の効率化を図ることが可能となる。

次に、セルフグラインドされた保持面３００ａで被加工物Ｗを吸引保持して、図１に示す研削手段７で被加工物Ｗの裏面Ｗｂを研削していく。まず、保持面３００ａによって被加工物Ｗが裏面Ｗｂが上側を向いた状態で吸引保持される。次いで、被加工物Ｗを保持した保持手段３０が、研削手段７の下まで＋Ｙ方向へ移動する。そして、研削手段７の研削砥石７４１と保持手段３０に保持された被加工物Ｗとの位置合わせがなされる。位置合わせは、例えば、研削ホイール７４の回転中心が被加工物Ｗの回転中心に対して所定の距離だけ水平方向にずれ、研削砥石７４１の回転軌跡が被加工物Ｗの回転中心を通るように行われる。

研削手段７が研削送り手段５により－Ｚ方向へと送られ、スピンドル７０の回転に伴って回転する研削砥石７４１が被加工物Ｗの裏面Ｗｂに当接することで研削が行われる。研削中は、テーブル回転手段３６が保持手段３０を回転するのに伴って、保持面３００ａ上に保持された被加工物Ｗも回転するので、研削砥石７４１が被加工物Ｗの裏面Ｗｂの全面の研削加工を行う。また、研削水が研削砥石７４１と被加工物Ｗとの接触部位に対して供給され、接触部位が冷却・洗浄される。そして、第一測定部３８１及び第二測定部３８２によって被加工物Ｗの厚みが測定されつつ均一な所望の厚みまで被加工物Ｗを研削することで、研削が終了する。

なお、本発明に係る研削装置１は本実施形態に限定されるものではなく、また、添付図面に図示されている検知器８の形状や構成等についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。

例えば、図１１に示す検知器８Ａは、エアシリンダ構造を備えるものであってもよい。検知器８Ａは、図１１に示す可動板８００と柱部８０１とからなる砥石接触部８０を備えている。砥石接触部８０は、ホイール基台接触部８５によって昇降可能に支持されている。
図１１に示すホイール基台接触部８５は、その形状が有底筒状のシリンダチューブであり、その略平坦な上面８５ａはホイール基台７４０の下面７４０ａが接触する面となる。そして、砥石接触部８０の可動板８００はホイール基台接触部８５の内側面を摺動するピストンとなる。ホイール基台接触部８５にはホイール基台接触部８５の内部にエアを流入するための図示しないエア流入口が形成されており、該エア流入口には配管８５０の一端が連通している。そして、配管８５０の他端側には、コンプレッサー等からなるエア供給源１９が連通している。また、配管８５０内には第一エアレギュレータ８５１が配設されている。

エア供給源１９は、配管８５０を介してホイール基台接触部８５内の砥石接触部８０の可動板８００よりも下方の空間に圧縮エアを供給している。そして、例えば、ホイール基台接触部８５内の砥石接触部８０の可動板８００よりも下方の空間は、第一エアレギュレータ８５１によって、その内圧が例えば０．１ＭＰａに保たれている。そして、ホイール基台接触部８５内の砥石接触部８０の可動板８００よりも下方の空間に供給される圧縮エアが第１付勢部として働き、砥石接触部８０を昇降可能に支持すると共に、砥石接触部８０を上方向に付勢している。

ホイール基台接触部８５の上面８５ａの中央領域には所定深さの砥石進入口８５２が、ホイール基台７４０の下面７４０ａに環状に並べられた研削砥石７４１に合わせて平面視弧状に形成されている。砥石進入口８５２の幅は、研削砥石７４１のセグメント幅よりも大きく設定されていると共に、研削手段７のホイール基台７４０の環状の下面７４０ａの幅よりも小さく設定されている。そして、砥石進入口８５２からは砥石接触部８０の柱部８０１が所定長さ突き出ている。

ホイール基台接触部８５の下面側には、ホイール基台接触部８５を昇降可能に支持し第１付勢部（ホイール基台接触部８５内の砥石接触部８０の可動板８００よりも下方の空間に供給されるエア）より大きい付勢力を有する第２付勢部でホイール基台接触部８５を上方向に付勢するベース部８６が配設されている。

ベース部８６は、例えば、内部にピストン８６０を備えＺ軸方向に延在するシリンダチューブ８６１と、シリンダチューブ８６１に挿入され下端がピストン８６０に取り付けられたピストンロッド８６２と、を備えている。ピストンロッド８６２の上端側は、ホイール基台接触部８５の底面に接続されている。

ベース部８６にはベース部８６の内部にエアを流入するための図示しないエア流入口が形成されており、該エア流入口には配管８６３の一端が連通している。そして、配管８６３の他端側には、エア供給源１９が連通している。また、配管８６３内には第二エアレギュレータ８６５が配設されている。エア供給源１９から供給された圧縮エア及び第二エアレギュレータ８６５によって、ベース部８６の内圧が、ホイール基台接触部８５内の内圧０．１ＭＰａよりも高い例えば０．５ＭＰａに保たれている。該ベース部８６内にエア供給源１９から供給された圧縮エアが第２付勢部として働き、ベース部８６はホイール基台接触部８５を昇降可能に支持すると共に、ホイール基台接触部８５を上方向に付勢している。
なお、ホイール基台接触部８５を上方向に付勢する力が、砥石接触部８０を上方向に付勢する力より大きければよい。そのため、上記に示すようにレギュレータを備え圧力差で付勢力に差をつけているが、ホイール基台接触部８５内とベース部８６内とのエアの圧力を同じにし、可動板８００（ピストン８００）の面積をピストン８６０の面積より小さくして付勢力に差を付けてもよい。

例えば、図１１に示す研削送り手段５によって下降する研削砥石７４１が砥石接触部８０に接触して砥石接触部８０が下降を開始するときを検知する第１センサ８７が、ホイール基台接触部８５の天井の下面に埋設されており、砥石接触部８０の可動板８００とＺ軸方向において対向している。
また、研削送り手段５によって下降するホイール基台７４０がホイール基台接触部８５に接触してホイール基台接触部８５が下降を開始するときを検知する第２センサ８８が、ベース部８６のシリンダチューブ８６１の天井部分にピストン８６０とＺ軸方向において対向するように配設されている。
第１センサ８７及び第２センサ８８は、例えば、エア圧力センサであるがこれに限定されるものではない。

図１１に示す研削送り手段５が研削手段７を－Ｚ方向へと下降させていくことで、研削砥石７４１は砥石接触部８０の上面８０１ａに接触し、さらに、砥石接触部８０を下方に押していく。また、第一エアレギュレータ８５１がホイール基台接触部８５内の圧縮エアをリリーフしていくと共に、砥石接触部８０がホイール基台接触部８５内を下方に移動していく。そして第１センサ８７が、ホイール基台接触部８５内の砥石接触部８０の可動板８００よりも上方の空間内の圧力変化から、研削砥石７４１の砥石接触部８０に対する接触、及び砥石接触部８０の下降開始を検知する。

ベース部８６内の圧力はホイール基台接触部８５内の圧力よりも高く設定されているため、砥石接触部８０が上記のように下方に押されていく間において、ホイール基台接触部８５が下降することはなく、第２センサ８８が反応してしまうことはない。
さらに、砥石接触部８０が所定距離下降すると、ホイール基台７４０の下面７４０ａがホイール基台接触部８５の上面８５ａに接触する。そして、第２センサ８８が、ベース部８６内のピストン８６０よりも上方の空間内の圧力変化から、ホイール基台７４０のホイール基台接触部８５に対する接触、及びホイール基台接触部８５の下降開始を検知する。また、第二エアレギュレータ８６５がベース部８６内部の圧縮エアをリリーフしていくと共に、ホイール基台７４０で下方に押されるホイール基台接触部８５がベース部８６内を下方に移動していく。

Ｗ：被加工物 Ｗａ：被加工物の表面 Ｗｂ：被加工物の裏面
１：研削装置 １０：装置ベース １１：コラム １４：Ｙ軸移動手段
５：研削送り手段 ５０：ボールネジ ５２：モータ ５３：昇降板
３０：保持手段 ３００ａ：保持面 ３０１：枠体 ３９：カバー ３９ａ：蛇腹カバー
３８：ハイトゲージ ３８１：第一測定部 ３８２：第二測定部
７：研削手段 ７０：スピンドル ７２：モータ ７３：マウント
７４：研削ホイール ７４０：ホイール基台 ７４０ａ：ホイール基台の下面
７４１：研削砥石 ７４１ａ：研削砥石の下面
７９：高さ位置測定手段 ７９０：スケール ７９１：読み取り部
８：検知器 ８０：砥石接触部 ８００：可動板 ８０１：柱部 ８０１ａ：柱部の上面
８１：ホイール基台接触部 ８１ａ：ホイール基台接触部の上面 ８１０：可動空間 ８１１：第１付勢部 ８１２：砥石進入溝
８２：ベース部 ８２０：凹溝 ８２１：第２付勢部
８３：第１センサ ８４：第２センサ
９：制御手段 ９０：記憶部 ９２：残量認識部 ９５：高さ差算出部 ９６：原点高さ算出部
８Ａ：検知器 ８０：砥石接触部 ８５：ホイール基台接触部 ８５１：第一エアレギュレータ ８６：ベース部 ８６５：第二エアレギュレータ
８７：第１センサ ８８：第２センサ １９：エア供給源

Claims (3)

1. 被加工物を保持面で保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を研削する研削砥石がホイール基台に環状に配置された研削ホイールを回転可能に装着する研削手段と、該研削手段を該保持面に垂直な方向に上下動させる研削送り手段と、を備える研削装置であって、
   該研削送り手段で該研削手段を下降させた際の該研削砥石の下面と該ホイール基台の下面とを検知する検知器と、
   該研削手段を下降させ該検知器が該研削砥石の下面を検知したときの該研削手段の高さと、続いて該研削手段をさらに下降させ該検知器が該ホイール基台の下面を検知したときの該研削手段の高さとの差を該研削砥石の残量として認識する残量認識部と、を備える研削装置。
2. 前記検知器は、
   前記研削砥石の下面が接触し昇降可能な砥石接触部と、
   該砥石接触部を昇降可能に支持し第１付勢部で該砥石接触部を上方向に付勢し前記ホイール基台の下面が接触し昇降可能なホイール基台接触部と、
   該ホイール基台接触部を昇降可能に支持し該第１付勢部より大きい付勢力を有する第２付勢部で該ホイール基台接触部を上方向に付勢するベース部と、
   前記研削送り手段によって下降する該研削砥石が該砥石接触部に接触して該砥石接触部が下降を開始するときを検知する第１センサと、
   該研削送り手段によって下降する該ホイール基台が該ホイール基台接触部に接触して該ホイール基台接触部が下降を開始するときを検知する第２センサと、を備えた請求項１記載の研削装置。
3. 前記保持面の高さと前記研削砥石が接触する前記砥石接触部の上面の高さとを測定可能なハイトゲージと、
   該ハイトゲージが測定した該保持面の高さと、該ハイトゲージが測定した該砥石接触部の該上面の高さとの差を算出する高さ差算出部と、
   前記研削送り手段によって下降する該研削砥石によって前記検知器が該研削砥石の下面を検知したときの前記研削手段の高さから、該高さ差算出部が算出した該差を差し引くことで、該研削砥石の下面が該保持面に接触する際の該研削手段の高さを算出する原点高さ算出部と、を備える請求項２記載の研削装置。

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