JPH10277896A - 両頭研削盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥石が早送り移動されてワークの表面に接触
した時点で、その送り移動を早送りから研削送りに切り
替えることができる両頭研削盤を提供する。 【解決手段】 研削運転の開始時に、砥石１６を回転状
態で送り用モータによりワーク１７に向かって早送り移
動させる。砥石１６が早送り移動に伴ってワーク１７の
表面に接触したとき、その接触に基づいて発生する変動
をセンサ７５により検出する。センサ７５から検出信号
が出力されたとき、送り用モータの送り移動を早送りか
ら研削送りに切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体で使用さ
れる硬質な薄板状のウェハの表面を超精密に研削する場
合に使用する両頭研削盤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、シリコンウエハ等の薄くて脆い
材質のワークの表面を研削する場合には、図１４に示す
ような新規な両頭研削盤を使用する。この両頭研削盤に
おいては、ワーク９１がワークホルダ９２のセット孔９
２ａに嵌合された状態で、下部砥石９３上に配設され
る。この状態で、下部砥石９３が回転されるとともに、
上部砥石９４が回転されながら、ワーク９１に向かって
早送り移動される。そして、上部砥石９４が所定量だけ
早送り移動された後、研削送りに切り替えられ、両砥石
９３，９４によってワーク９１の表裏両面が研削され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の両頭
研削盤においては、送り移動が早送りから研削送りに切
り替えられるタイミングが固定的に設定されていた。研
削作業の効率の観点から、エアーカット時間を短縮する
意味で、切替タイミングを砥石とワークが接触する寸前
まで遅くしたほうがよい。

【０００４】しかしながら、切替タイミングを遅くする
と、図１４に示すように、ワークの変形状態が大きい場
合には、上部砥石９４がワーク９１の表面に接触した後
にも早送り移動が続行されて、ワーク９１及びワークホ
ルダ９２が過度の切り込みによって損傷するという問題
があった。

【０００５】また、このような問題を回避するために、
上部砥石９４がワーク９１の表面から十分に離間した位
置まで早送り移動された時点で、送り移動を早送りから
研削送りに切り替えらるように構成することも考えられ
る。しかしながら、このように構成した場合には、ワー
ク９１の研削サイクルに時間がかかって、研削能率の低
下を招くという問題があった。

【０００６】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
するところは、ワーク及びワークホルダが過度の切り込
みにより損傷するおそれを防止することができるととも
に、ワークの研削サイクルの所要時間を短縮して、研削
能率を向上させることができる両頭研削盤を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、砥石を回転させなが
らワークに向かって送り移動させて、そのワークの表面
を研削するようにした両頭研削盤において、研削運転の
開始時に、前記砥石をワークに向かって早送り移動させ
る送り手段と、その送り手段により砥石が早送り移動さ
れてワークの表面に接触したとき、その接触に伴って発
生する変動を検出する検出手段と、その検出手段から検
出信号が出力されたとき、前記送り手段の送り移動を早
送りから研削送りに切り替える切替手段とを備えたもの
である。

【０００８】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の両頭研削盤において、前記検出手段は、振動センサ
から構成して、砥石がワークの表面に接触した際に発生
する機械的振動の変化を検出するようにしたものであ
る。

【０００９】請求項３に記載の発明では、請求項１に記
載の両頭研削盤において、前記検出手段は、音波センサ
から構成して、砥石がワークの表面に接触した際に発生
する音波の変化を検出するようにしたものである。

【００１０】請求項４に記載の発明では、請求項１に記
載の両頭研削盤において、前記ワークはワークホルダに
支持した状態で、移動手段により砥石の送り移動方向と
直交する方向へ往復移動され、前記検出手段は移動手段
に付設された移動負荷センサから構成して、砥石がワー
クの表面に接触した際に発生する移動手段の負荷変化を
検出するようにしたものである。

【００１１】請求項５に記載の発明では、請求項１に記
載の両頭研削盤において、前記ワークはワークホルダに
支持された状態で、回転手段により砥石の回転軸線と平
行な軸線の周りで回転され、前記検出手段は回転手段に
付設された回転負荷センサから構成して、砥石がワーク
の表面に接触した際に発生する回転手段の負荷変化を検
出するようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下に、この発明の第１の実施形態
を、図１〜図７に基づいて説明する。

【００１３】図１〜図４に示すように、この実施形態の
両頭平面研削盤は下部フレーム１１を備え、その下部フ
レーム１１上には中間フレーム１００が固定され、更に
中間フレーム１００には上部フレーム１１１が固定され
ている。図２に示すように、下部フレーム１１には下部
砥石回転昇降機構１２及びワーク保持機構１４が装設さ
れ、図３に示すように、上部フレーム１１１には上部砥
石回転昇降機構１３が装設されている。両砥石回転昇降
機構１２，１３には回転砥石１５，１６が配設され、そ
れらの回転砥石１５，１６の上部端面または下部端面の
研削面１５ａ，１６ａが平行となるように対向配置され
ている。そして、ワーク１７がワーク保持機構１４に支
持された状態で、両砥石回転昇降機構１２，１３の回転
砥石１５，１６間に挿入配置され、それらの回転砥石１
５，１６の研削面１５ａ，１６ａにより、ワーク１７の
両面が同時に研削されるようになっている。

【００１４】図２に示すように、加工用モータ３４によ
り回転される回転軸２８は下部フレーム１１に固定した
ガイド２１を介して移動する砥石台２０に取り付けられ
た軸支筒２４内に回転可能に支持され、その上端には回
転砥石ホルダ２９を介して回転砥石１５が装着されてい
る。

【００１５】図３に示すように、前記上部砥石回転昇降
機構１３の軸支筒３８は上部フレーム１１１上にガイド
３９を介して、回転砥石１６の回転軸線方向へ昇降可能
に支持されている。固定位置の送り手段としての昇降用
モータ４０は上部フレーム１１１の側部に配設され、こ
のモータ４０の回転により、ボールネジ４１を介して軸
支筒３８が昇降される。

【００１６】回転軸４２は前記軸支筒３８内に回転可能
に支持され、その下端には回転砥石ホルダ４３を介して
回転砥石１６が装着されている。加工用モータ４８は軸
支筒３８の内部に配設され、研削加工に際して、このモ
ータ４８の回転により、回転軸４２を介して回転砥石１
６が高速回転される。

【００１７】図２，図４，図５及び図６に示すように、
前記ワーク保持機構１４の支持台５２は両砥石回転昇降
機構１２，１３間において、下部フレーム１１上に配設
されている。移動枠５３は支持台５２上に一対のガイド
レール５４を介して横方向に移動可能に支持されてい
る。移動用モータ５５は支持台５２上に配設され、この
モータ５５の回転により、ボールネジ５６を介して移動
枠５３が移動される。

【００１８】円環状の回転枠５７は前記移動枠５３内に
３個のガイドローラ５８を介して回転可能に支持され、
その下部外周にはギヤ５９が形成されている。ワーク支
持板６０は回転枠５７の下面に張設され、その中央より
偏心した位置にはワーク１７を着脱可能にセットするた
めのセット孔６０ａが形成されている。回転用モータ６
１は移動枠５３上に配設され、そのモータ軸には回転枠
５７のギヤ５９に噛合するギヤ６２が固定されている。
そして、このモータ６１の回転により、ギヤ６２，５９
を介して回転枠５７が回転される。

【００１９】図４及び図６に示すように、検出手段とし
ての振動センサ７５は、前記ワーク保持機構１４におけ
る移動枠５３の一側上面に配設されている。そして、研
削運転の開始時に、上部砥石回転昇降機構１３の砥石１
６が、昇降用モータ４０によりワーク１７に向かって早
送り移動されて、ワーク１７の表面に接触したとき、そ
の接触に伴って発生するワーク１７の機械的振動を、こ
の振動センサ７５が検出して信号を出力する。

【００２０】次に、前記のように構成された両頭平面研
削盤の制御回路について説明する。図７に示すように、
中央処理装置（ＣＰＵ）７６は制御手段及び切替手段を
構成し、ＲＯＭ７７には両頭平面研削盤全体の動作を制
御するプログラム等が記憶されている。また、ＲＡＭ７
８には、上部砥石回転昇降機構１３の砥石１６を早送り
移動させる場合、及び研削送り移動させる場合の昇降用
モータ４０の回転数等の諸データや両頭平面研削盤の稼
働にともなって生じる各種のデータが記憶される。

【００２１】前記ＣＰＵ７６には振動センサ７５がフィ
ルタ７９を介して接続され、この振動センサ７５で検出
された振動検出信号のうち、上部砥石１６とワーク１７
との接触に起因した特定周波数領域の振動検出信号のみ
が、フィルタ７９を通してＣＰＵ７６に入力される。ま
た、ＣＰＵ７６には上部砥石回転昇降機構１３の昇降用
モータ４０、下部砥石回転昇降機構１２の各モータ３
４，２５，３０，２２、並びにワーク保持機構１４の各
モータ５５，６１が接続されている。ＣＰＵ７６からこ
れらのモータに対して駆動制御信号が出力される。

【００２２】そして、研削運転に際して早送り移動中の
上部砥石１６がワーク１７の表面に接触して、振動セン
サ７５からＣＰＵ７６に検出信号が入力されたとき、Ｃ
ＰＵ７６は昇降用モータ４０に対して回転速度の切替信
号を出力する。これにより、昇降用モータ４０の回転速
度が切り替えられて、上部砥石１６の送り移動が早送り
から研削送りに切り替えられる。

【００２３】次に、前記のように構成された両頭平面研
削盤の動作を説明する。さて、この両頭平面研削盤にお
いて、研削加工を行う場合には、図２に示すように、ワ
ーク１７がワーク保持機構１４のワーク支持板６０に支
持された状態で、上下両砥石回転昇降機構１２，１３の
砥石１５，１６間に挿入配置される。更に、回転用モー
タ６１が回転することにより、ギヤ６２，５９を介して
回転枠５７が回転され、ワーク１７は砥石１５，１６の
間に挿入配置された状態で水平面内を回転する。この状
態で、上下両砥石回転昇降機構１２，１３の砥石１５，
１６が回転されるとともに、上部砥石回転昇降機構１３
の砥石１６が昇降用モータ４０により、ワーク１７に向
かって下方へ早送り移動される。

【００２４】そして、この早送り移動に際して、上部砥
石１６がワーク１７の表面に接触したとき、その接触に
伴って発生するワーク１７の機械的振動の変化が振動セ
ンサ７５により検出されて、その検出信号がフィルタ７
９を介してＣＰＵ７６に出力される。すると、ＣＰＵ７
６から昇降用モータ４０に回転速度の切替信号が出力さ
れ、昇降用モータ４０による上部砥石１６の送り移動
が、直ちに早送りから研削送りに切り替えられる。

【００２５】また、前記ワーク保持機構１４において
は、移動用モータ５５により移動枠５３が上部砥石１６
の送り移動方向と直交する方向へ往復移動されるととも
に、回転用モータ６１により回転枠５７が両砥石１５，
１６の回転軸線と平行な軸線の周りで回転される。この
ため、ワーク支持板６０上に支持されたワーク１７は低
速回転されながら、両砥石１５，１６の研削面１５ａ，
１６ａによって、その表裏両面を同時に研削される。

【００２６】前記第１の実施形態によって期待できる効
果について、以下に記載する。この実施形態の両頭平面
研削盤においては、研削運転の開始時に、上部砥石１６
が回転状態で昇降用モータ４０により、ワーク１７に向
かって早送り移動される。そして、この早送り移動に際
して上部砥石１６がワーク１７の表面に接触したとき、
その接触に基づいて発生する変動が、検出手段としての
センサ７５により検出される。そして、このセンサ７５
からの検出信号に基づいて、切替手段としてのＣＰＵ７
６の制御により、昇降用モータ４０の送り移動が早送り
から研削送りに切り替えられるようになっている。

【００２７】このため、上部砥石１６が早送り移動され
てワーク１７の表面に接触した時点で、その送り移動を
早送りから研削送りへ直ちに切り替えることができる。
従って、ワーク１７及びワークホルダとしてのワーク支
持板６０が、過度の切り込みにより損傷するおそれを防
止することができるとともに、早送り量を十分に確保し
て、ワーク１７の研削サイクルの所要時間を短縮して、
研削能率を向上させることができる。

【００２８】（第２の実施形態）次に、この発明の第２
の実施形態を説明する。なお、この第２実施形態以降の
各実施形態においては、、前記第１の実施形態と異なる
部分を中心に説明する。

【００２９】さて、第２の実施形態においては、図８及
び図９に示すように、検出手段としての音波センサ８１
が、ワーク保持機構１４における回転枠５７の一側上面
に配設されている。そして、研削運転の開始時に、上部
砥石１６が昇降用モータ４０によりワーク１７に向かっ
て早送り移動されて、ワーク１７の表面に接触したと
き、その接触に伴って発生する音波を、この音波センサ
８１が検出して検出信号を出力する。

【００３０】さらに、図７に示すように、前記音波セン
サ８１はフィルタ８２を介してＣＰＵ７６に接続され、
この音波センサ８１で検出された音波検出信号のうち、
上部砥石１６とワーク１７との接触に起因した特定周波
数領域の音波検出信号のみが、フィルタ８２を通してＣ
ＰＵ７６に入力されるようになっている。

【００３１】そして、研削運転に際して早送り移動中の
上部砥石１６がワーク１７の表面に接触して、音波セン
サ８１からＣＰＵ７６に検出信号が入力されたとき、Ｃ
ＰＵ７６は昇降用モータ４０に対して回転速度の切替信
号を出力する。これにより、昇降用モータ４０の回転速
度が切り替えられて、上部砥石１６の送り移動が早送り
から研削送りに切り替えられる。

【００３２】従って、この第２の実施形態においても、
音波センサ８１の検出に基づき、前述した第１の実施形
態と同様に、ワーク１７及びワークホルダとしてのワー
ク支持板６０が、過度の切り込みにより損傷するおそれ
を防止することができるとともに、ワーク１７の研削サ
イクルの所要時間を短縮して、研削能率を向上させるこ
とができる。

【００３３】（第３の実施形態）次に、この発明の第３
の実施形態を説明する。さて、この第３の実施形態にお
いては、図１０に示すように、ワーク保持機構１４にお
ける移動用モータ５５に、電流センサよりなる検出手段
としての移動負荷センサ８３が付設されている。そし
て、研削運転時に移動用モータ５５により移動枠５３を
介してワーク支持板６０上のワーク１７に、上部砥石１
６の送り方向と直交する方向への往復移動が付与された
際に、上部砥石１６がワーク１７の表面に接触したとき
における移動用モータ５５の電流変化、すなわち移動用
モータ５５にかかる移動負荷変動が、この移動負荷セン
サ８３によって検出されるようになっている。

【００３４】このため、研削運転の開始時に、上部砥石
１６が昇降用モータ４０によりワーク１７に向かって早
送り移動されて、ワーク１７の表面に接触したとき、そ
の接触に伴って発生する移動用モータ５５の負荷変動
が、移動負荷センサ８３により検出される。そして、図
７に示すように、この移動負荷センサ８３の検出信号が
ＣＰＵ７６に入力され、昇降用モータ４０の回転速度が
切り替えられて、上部砥石１６の送り移動が早送りから
研削送りに切り替えられる。

【００３５】ここで、移動枠５３に通常の往復動を行わ
せた場合、往復動の始点、終点時に移動枠５３のイナー
シャーにより、往復時の負荷電流よりも大きい加減速電
流が流れ、移動負荷センサ８３が誤検出するおそれがあ
る。これを防止するため、図１３に示すように、移動枠
５３の往復動の始点、終点時に滑らかなスピードで変化
させる手段を設ける。

【００３６】従って、この第３の実施形態においても、
前述した第１の実施形態と同様に、ワーク１７及びワー
クホルダとしてのワーク支持板６０が、過度の切り込み
により損傷するおそれを防止することができるととも
に、ワーク１７の研削サイクルの所要時間を短縮して、
研削能率を向上させることができる。

【００３７】（第４の実施形態）次に、この発明の第４
の実施形態を説明する。さて、この第４の実施形態にお
いては、図１１に示すように、ワーク保持機構１４にお
ける回転用モータ６１上に、電流センサよりなる検出手
段としての回転負荷センサ８４が付設されている。そし
て、研削運転時に回転用モータ６１により回転枠５７を
介してワーク支持板６０上のワーク１７に、上下砥石１
５，１６の回転軸線と平行な軸線の周りでの回転が付与
される際に、上部砥石１６がワーク１７の表面に接触し
たときにおける回転用モータ６１の電流変化、すなわち
回転用モータ６１にかかる移動負荷変動が、この回転負
荷センサ８４によって検出されるようになっている。

【００３８】このため、研削運転の開始時に、上部砥石
１６が昇降用モータ４０によりワーク１７に向かって早
送り移動されて、ワーク１７の表面に接触したとき、そ
の接触に伴って発生する回転用モータ６１の負荷変化
が、回転負荷センサ８４により検出される。そして、図
７に示すように、この回転負荷センサ８４の検出信号が
ＣＰＵ７６に入力され、昇降用モータ４０の回転速度が
切り替えられて、上部砥石１６の送り移動が早送りから
研削送りに切り替えられる。

【００３９】従って、この第４の実施形態においても、
前述した第１の実施形態と同様に、ワーク１７及びワー
クホルダとしてのワーク支持板６０が、過度の切り込み
により損傷するおそれを防止することができるととも
に、ワーク１７の研削サイクルの所要時間を短縮して、
研削能率を向上させることができる。

【００４０】なお、この発明は、次のように変更して具
体化することも可能である。 ・図１２に示すように、前記第１及び第２の実施形態に
おいて、上部砥石回転昇降機構１３の砥石１６を、砥石
ホルダ４３の端面に複数の砥石片８５を所定間隔おきで
渦巻き放射状に埋設した構成にすること。

【００４１】このように構成した場合には、砥石１６が
早送り移動されてワーク１７の表面に接触したとき、複
数の砥石片８５がワーク１７に断続的に接触して、特定
周波数領域の機械的振動や音波が発生する。このため、
その特定周波数領域の機械的振動や音波の変化を、振動
センサ７５または音波センサ８１により確実に検出する
ことができて、上部砥石１６の送り移動を早送りから研
削送りへ的確に切り替えることができる。

【００４２】・前記かく実施形態におけるセンサ７５，
８１，８３，８４の設置位置を適宜に変更すること。

【００４３】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るため、次のような効果を奏する。請求項１に記載の発
明によれば、砥石が早送り移動されてワークの表面に接
触した時点で、その送り移動を早送りから研削送りに切
り替えることができる。従って、ワーク及びワークホル
ダが過度の切り込みにより損傷するおそれを防止するこ
とができるとともに、ワークの研削サイクルの所要時間
を短縮して、研削能率を向上させることができる。

【００４４】請求項２〜５に記載の発明によれば、砥石
がワークの表面に接触した瞬間を、振動センサ、音波セ
ンサ、移動負荷センサまたは回転負荷センサにより的確
に検出することができて、送り移動を早送りから研削送
りに即時に切り替えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の両頭平面研削盤の第１の実施形態
を示す正面図。

【図２】 下部砥石回転昇降機構及びワーク保持機構を
拡大して示す要部断面図。

【図３】 上部砥石回転昇降機構を拡大して示す要部断
面図。

【図４】 図２の３−３線における断面図。

【図５】 ワーク保持機構の一部を拡大して示す断面
図。

【図６】 上部砥石回転昇降機構の送り切替タイミング
の検出構成を示す斜視図。

【図７】 両頭平面研削盤の制御回路を示すブロック
図。

【図８】 この発明の両頭平面研削盤の第２の実施形態
を示す要部斜視図。

【図９】 その要部拡大して示す平面図。

【図１０】 この発明の両頭平面研削盤の第３の実施形
態を示す要部斜視図。

【図１１】 この発明の両頭平面研削盤の第４の実施形
態を示す要部斜視図。

【図１２】 上部砥石の別の構成を示す斜視図。

【図１３】 移動枠の往復動の状態を示す説明図。

【図１４】 従来の両頭平面研削盤による研削動作を説
明する要部断面図。

【符号の説明】

１１…フレーム、１２…下部砥石回転昇降機構、１３…
上部砥石回転昇降機構、１４…ワーク保持機構、１５…
下部砥石、１６…上部砥石、１７…ワーク、３８…軸支
筒、４０…送り手段を構成する昇降用モータ、４２…回
転軸、４８…加工用モータ、５３…ワークホルダを構成
する移動枠、５５…移動手段を構成する移動用モータ、
５７…ワークホルダを構成する回転枠、６０…ワークホ
ルダを構成するワーク支持板、６０ａ…セット孔、６１
…回転手段を構成する回転用モータ、７５…第１の実施
形態の検出手段を構成する振動センサ、７６…切替手段
を構成するＣＰＵ、８１…第２の実施形態の検出手段を
構成する音波センサ、８３…第３の実施形態の検出手段
を構成する移動負荷センサ、８４…第４の実施形態の検
出手段を構成する回転負荷センサ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砥石を回転させながらワークに向かって
   送り移動させて、そのワークの表面を研削するようにし
   た両頭研削盤において、 研削運転の開始時に、前記砥石をワークに向かって早送
   り移動させる送り手段と、 その送り手段により砥石が早送り移動されてワークの表
   面に接触したとき、その接触に伴って発生する変動を検
   出する検出手段と、 その検出手段から検出信号が出力されたとき、前記送り
   手段の送り移動を早送りから研削送りに切り替える切替
   手段とを備えた両頭研削盤。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、振動センサから構成し
   て、砥石がワークの表面に接触した際に発生する機械的
   振動の変化を検出するようにした請求項１に記載の両頭
   研削盤。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、音波センサから構成し
   て、砥石がワークの表面に接触した際に発生する音波の
   変化を検出するようにした請求項１に記載の両頭研削
   盤。
4. 【請求項４】 前記ワークはワークホルダに支持した状
   態で、移動手段により砥石の送り移動方向と直交する方
   向へ往復移動され、前記検出手段は移動手段に付設され
   た移動負荷センサから構成して、砥石がワークの表面に
   接触した際に発生する移動手段の負荷変化を検出するよ
   うにした請求項１に記載の両頭研削盤。
5. 【請求項５】 前記ワークはワークホルダに支持された
   状態で、回転手段により砥石の回転軸線と平行な軸線の
   周りで回転され、前記検出手段は回転手段に付設された
   回転負荷センサから構成して、砥石がワークの表面に接
   触した際に発生する回転手段の負荷変化を検出するよう
   にした請求項１に記載の両頭研削盤。