(57)【要約】【課題】被加工物を研削する装置において、生産効率を向上させるためエアカットの時間を短縮する。【解決手段】研削砥石３１４ｂで保持手段５に保持された被加工物Ｗを研削する手段３１と、研削手段３１と保持手段５とを相対的に接近・離間させる研削送り手段２１と、研削手段３１に配設され被加工物に研削砥石３１４ｂが接触した際の荷重を検知する手段３７Ｂと、制御手段９と、を備え、研削砥石３１４ｂの研削面と被加工物の上面との間がわずかな距離Ｌ３となるまで研削手段３１が被加工物に接近した高さ位置をエアカット開始位置Ｚ３とし、制御手段９は、エアカット開始位置Ｚ３から研削砥石３１４ｂ研削面が被加工物上面に接触するまでの距離Ｌ３におけるエアカット送り速度Ｖ３を、研削砥石３１４ｂが被加工物を研削する際の研削加工送り速度より速くし、荷重検知手段３７Ｂが荷重を検知したら、エアカット送り速度Ｖ３を研削加工送り速度に切り替え研削する装置１。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する保持手段と、研削砥石を環状に配設した研削ホイールを回転可能に装着し該研削砥石で該保持手段に保持された被加工物を研削する研削手段と、該研削手段と該保持手段とを相対的に接近又は離間する方向に移動させる研削送り手段と、該保持手段と該研削手段との少なくとも一方に配設され該保持手段に保持された被加工物に該研削砥石が接触した際の荷重を検知する荷重検知手段と、少なくとも該研削送り手段を制御する制御手段と、を少なくとも備える研削装置であって、
該研削砥石の研削面と該保持手段に保持された被加工物の上面との間がわずかな距離となるまで該研削手段が被加工物に接近した高さ位置をエアカット開始位置とし、
該制御手段は、該エアカット開始位置から該研削砥石の研削面が被加工物の上面に接触するまでの距離におけるエアカット送り速度を、該研削砥石が被加工物を研削する際の研削加工送り速度より速い速度とし、該荷重検知手段が荷重を検知したら、該エアカット送り速度を該研削加工送り速度に切り替えて、所望の厚みまで研削する研削装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記エアカット送り速度で前記研削手段と前記保持手段とを相対的に接近する方向に移動させ、前記荷重検知手段が荷重を検知する前に該研削手段のスピンドルモータの負荷電流値があらかじめ設定した閾値を超えたら、該エアカット送り速度を前記研削加工送り速度に切り替える請求項１記載の研削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を研削砥石で研削して所望の厚みまで薄化する研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物を研削砥石で研削する研削装置は、研削砥石を被加工物に接近する方向に研削送りし、研削砥石が被加工物に接触する際に被加工物および研削砥石に大きな衝撃が加わり被加工物および研削砥石が破損しないようにするため、被加工物に研削砥石が接触する手前で研削送り速度を遅くするエアカットと呼ばれるプロセスが設定されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
エアカットは、被加工物の上面と研削砥石の研削面（下端面）とのわずかな距離と、その距離を移動する際の遅い移動速度とが設定されていて、該遅い移動速度は、被加工物に研削砥石が接触して研削加工する際の送り速度と同じに設定している。即ち、エアカットとは、被加工物の厚みよりも高い位置から、研削加工送り速度と同じ速度で研削ホイールを空転させながら下降させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４６６１４号公報
【特許文献２】特開２００８−０４９４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、被加工物を仕上げ厚みに至る手前まで粗く研削する粗研削加工では、被加工物の上面と研削砥石の研削面との間が１００μｍまで近づいたら、エアカット送り速度を研削加工送り速度と同じ６μｍ／秒にしている。そのため、被加工物の上面に該研削面が接触するまでに、約１７秒かかる。また、粗研削された被加工物を仕上げ厚みまで研削する仕上げ研削加工では、被加工物の上面と研削砥石の研削面との間が２０μｍまで近づいたら、研削加工送り速度を０．６μｍ／秒にしている。そのため、被加工物の上面に研削面が接触するまでに、約３３秒かかる。
したがって、被加工物を研削する研削装置においては、生産効率を向上させるためにエアカットの時間を短縮するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明は、被加工物を保持する保持手段と、研削砥石を環状に配設した研削ホイールを回転可能に装着し該研削砥石で該保持手段に保持された被加工物を研削する研削手段と、該研削手段と該保持手段とを相対的に接近又は離間する方向に移動させる研削送り手段と、該保持手段と該研削手段との少なくとも一方に配設され該保持手段に保持された被加工物に該研削砥石が接触した際の荷重を検知する荷重検知手段と、少なくとも該研削送り手段を制御する制御手段と、を少なくとも備える研削装置であって、該研削砥石の研削面と該保持手段に保持された被加工物の上面との間がわずかな距離となるまで該研削手段が被加工物に接近した高さ位置をエアカット開始位置とし、該制御手段は、該エアカット開始位置から該研削砥石の研削面が被加工物の上面に接触するまでの距離におけるエアカット送り速度を、該研削砥石が被加工物を研削する際の研削加工送り速度より速い速度とし、該荷重検知手段が荷重を検知したら、該エアカット送り速度を該研削加工送り速度に切り替えて、所望の厚みまで研削する研削装置である。
【０００７】
前記制御手段は、前記エアカット送り速度で前記研削手段と前記保持手段とを相対的に接近する方向に移動させ、前記荷重検知手段が荷重を検知する前に該研削手段のスピンドルモータの負荷電流値があらかじめ設定した閾値を超えたら、該エアカット送り速度を前記研削加工送り速度に切り替えると好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る研削装置は、被加工物を保持する保持手段と、研削砥石を環状に配設した研削ホイールを回転可能に装着し研削砥石で保持手段に保持された被加工物を研削する研削手段と、研削手段と保持手段とを相対的に接近又は離間する方向に移動させる研削送り手段と、保持手段と研削手段との少なくとも一方に配設され保持手段に保持された被加工物に研削砥石が接触した際の荷重を検知する荷重検知手段と、少なくとも研削送り手段を制御する制御手段と、を少なくとも備える研削装置であって、研削砥石の研削面と保持手段に保持された被加工物の上面との間がわずかな距離となるまで研削手段が被加工物に接近した高さ位置をエアカット開始位置とし、制御手段は、エアカット開始位置から研削砥石の研削面が被加工物の上面に接触するまでの距離におけるエアカット送り速度を、研削砥石が被加工物を研削する際の研削加工送り速度より速い速度（例えば、研削加工送り速度の３倍の速度）とし、荷重検知手段が荷重を検知したら、エアカット送り速度を研削加工送り速度に切り替えて、所望の厚みまで研削することで、エアカットの時間短縮を可能として、被加工物の研削における生産効率を向上させることが可能となる。
【０００９】
制御手段は、エアカット送り速度で研削手段と保持手段とを相対的に接近する方向に移動させ、荷重検知手段が荷重を検知する前に研削手段のスピンドルモータの負荷電流値があらかじめ設定した閾値を超えたら、エアカット送り速度をより遅い研削加工送り速度に切り替えることで、研削を適切に続行することを可能にすると共に、例えば荷重検知手段が故障していることを作業者等に通知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】研削装置の一例を示す斜視図である。
【図２】エアカット開始位置から粗研削砥石の研削面が被加工物の上面に接触するまでの距離におけるエアカット送り速度を、粗研削砥石が被加工物を研削する際の粗研削加工送り速度より速い速度とする場合を説明する断面図である。
【図３】荷重検知手段が荷重を検知したら、エアカット送り速度を粗研削加工送り速度に切り替えて、被加工物を所望の厚みまで粗研削する場合を説明する断面図である。
【図４】エアカット開始位置から仕上げ研削砥石の研削面が被加工物の上面に接触するまでの距離におけるエアカット送り速度を、仕上げ研削砥石が被加工物を研削する際の仕上げ研削加工送り速度より速い速度とする場合を説明する断面図である。
【図５】荷重検知手段が荷重を検知したら、エアカット送り速度を仕上げ研削加工送り速度に切り替えて、被加工物を所望の厚みまで仕上げ研削する場合を説明する断面図である。
【図６】仕上げ研削におけるエアカット開始位置までの下降から上昇退避までの時間と仕上げ研削砥石の高さとの関係を示すグラフである。
【図７】従来の仕上げ研削におけるエアカット開始位置までの下降から上昇退避までの時間と仕上げ研削砥石の高さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示す研削装置１は、粗研削手段３０、及び仕上げ研削手段３１を備え、いずれかの保持手段５上に保持された被加工物Ｗを粗研削手段３０又は仕上げ研削手段３１により研削する装置である。
研削装置１は、例えば、第１の装置ベース１０の後方（＋Ｙ方向側）に第２の装置ベース１１を連結して構成されている。第１の装置ベース１０上は、被加工物Ｗの搬出入等が行われる搬出入領域Ａとなっている。第２の装置ベース１１上は、粗研削手段３０、又は仕上げ研削手段３１によって保持手段５で保持された被加工物Ｗが研削加工される研削加工領域Ｂとなっている。
【００１２】
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、複数のデバイスが形成されており、保護テープＴ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である上面Ｗｂ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、パッケージ基板等であってもよい。
【００１３】
第１の装置ベース１０の正面側（−Ｙ方向側）には、第１のカセット載置部１５０及び第２のカセット載置部１５１が設けられており、第１のカセット載置部１５０には加工前の被加工物Ｗが収容される第１のカセット１５０ａが載置され、第２のカセット載置部１５１には加工後の被加工物Ｗが収容される第２のカセット１５１ａが載置される。
【００１４】
第１のカセット１５０ａの開口の後方には、第１のカセット１５０ａから加工前の被加工物Ｗを搬出するとともに加工後の被加工物Ｗを第２のカセット１５１ａに搬入するロボット１５５が配設されている。ロボット１５５に隣接する位置には、仮置き領域１５２が設けられており、仮置き領域１５２には位置合わせ手段１５３が配設されている。位置合わせ手段１５３は、第１のカセット１５０ａから搬出され仮置き領域１５２に載置された被加工物Ｗを、縮径する位置合わせピンで所定の位置に位置合わせ（センタリング）する。
【００１５】
位置合わせ手段１５３と隣接する位置には、被加工物Ｗを保持した状態で旋回するローディングアーム１５４ａが配置されている。ローディングアーム１５４ａは、位置合わせ手段１５３において位置合わせされた被加工物Ｗを保持し、研削加工領域Ｂ内に配設されているいずれかの保持手段５へ搬送する。ローディングアーム１５４ａの隣には、加工後の被加工物Ｗを保持した状態で旋回するアンローディングアーム１５４ｂが設けられている。アンローディングアーム１５４ｂと近接する位置には、アンローディングアーム１５４ｂにより搬送された加工後の被加工物Ｗを洗浄する枚葉式の洗浄手段１５６が配置されている。洗浄手段１５６により洗浄された被加工物Ｗは、ロボット１５５により第２のカセット１５１ａに搬入される。
【００１６】
第２の装置ベース１１上の後方（＋Ｙ方向側）には第１のコラム１２が立設されており、第１のコラム１２の前面には、粗研削手段３０と保持手段５とを相対的に接近又は離間するＺ軸方向（鉛直方向）に移動させる粗研削送り手段２０が配設されている。粗研削送り手段２０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心を有するボールネジ２００と、ボールネジ２００と平行に配設された一対のガイドレール２０１と、ボールネジ２００に連結しボールネジ２００を回動させるモータ２０２と、内部のナットがボールネジ２００に螺合し側部がガイドレール２０１に摺接する昇降板２０３と、から構成され、モータ２０２がボールネジ２００を回動させると、これに伴い昇降板２０３がガイドレール２０１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、昇降板２０３に取り付けられた粗研削手段３０もＺ軸方向に往復移動する。
【００１７】
粗研削手段３０は、軸方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）であるスピンドル３００と、スピンドル３００を回転可能に支持するハウジング３０１と、スピンドル３００を回転駆動するスピンドルモータ３０２と、スピンドル３００の下端に接続された円形状のマウント３０３と、マウント３０３の下面に着脱可能に接続された研削ホイール３０４と、昇降板２０３に連結され縦断面略凹状でありハウジング３０１を保持するホルダ３０６と、を備える。そして、研削ホイール３０４は、ホイール基台３０４ａと、ホイール基台３０４ａの底面に環状に配設された略直方体形状の複数の粗研削砥石３０４ｂとを備える。粗研削砥石３０４ｂは、例えば、砥石中に含まれる砥粒が比較的大きな砥石である。
【００１８】
例えば、スピンドル３００の内部には、Ｚ軸方向に延びる研削水流路が形成されており、この研削水流路に図示しない研削水供給手段が連通している。研削水供給手段からスピンドル３００に対して供給される研削水は、研削水流路の下端の開口から粗研削砥石３０４ｂに向かって下方に噴出し、粗研削砥石３０４ｂと被加工物Ｗとの接触部位に到達する。
【００１９】
また、第２の装置ベース１１上の後方には、第２のコラム１３が第１のコラム１２にＸ軸方向に並んで立設しており、第２のコラム１３の前面には仕上げ研削送り手段２１が配設されている。仕上げ研削送り手段２１は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心を有するボールネジ２１０と、ボールネジ２１０と平行に配設された一対のガイドレール２１１と、ボールネジ２１０に連結しボールネジ２１０を回動させるモータ２１２と、内部のナットがボールネジ２１０に螺合し側部がガイドレール２１１に摺接する昇降板２１３とから構成され、モータ２１２がボールネジ２１０を回動させると、これに伴い昇降板２１３がガイドレール２１１にガイドされてＺ軸方向に往復移動し、昇降板２１３に取り付けられた仕上げ研削手段３１もＺ軸方向に往復移動する。
【００２０】
仕上げ研削手段３１は、軸方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）であるスピンドル３１０と、スピンドル３１０を回転可能に支持するハウジング３１１と、スピンドル３１０を回転駆動するスピンドルモータ３１２と、スピンドル３１０の下端に接続された円形状のマウント３１３と、マウント３１３の下面に着脱可能に接続された研削ホイール３１４と、昇降板２１３に連結され縦断面略凹状でありハウジング３１１を保持するホルダ３１６とから構成される。そして、研削ホイール３１４は、ホイール基台３１４ａと、ホイール基台３１４ａの底面に環状に配設された略直方体形状の複数の仕上げ研削砥石３１４ｂとを備える。仕上げ研削砥石３１４ｂは、例えば、砥石中に含まれる砥粒が比較的小さな砥石である。
【００２１】
例えば、スピンドル３１０の内部には、Ｚ軸方向に延びる研削水流路が形成されており、この研削水流路に図示しない研削水供給手段が連通している。研削水供給手段からスピンドル３１０に対して供給される研削水は、研削水流路の下端の開口から仕上げ研削砥石３１４ｂに向かって下方に噴出し、仕上げ研削砥石３１４ｂと被加工物Ｗとの接触部位に到達する。
【００２２】
図１に示すように、第２の装置ベース１１上には、ターンテーブル６が配設され、ターンテーブル６の上面には、例えば保持手段５が周方向に等間隔を空けて３つ配設されている。ターンテーブル６の下方には、ターンテーブル６を自転させるための回転手段６６が配設されており、回転手段６６はターンテーブル６をＺ軸方向の軸心周りに自転させることができる。ターンテーブル６が自転することで、３つの保持手段５を公転させ、仮置き領域１５２の近傍から、粗研削手段３０の下方、仕上げ研削手段３１の下方へと保持手段５を順次位置付けることができる。
【００２３】
保持手段５は、例えば、その外形が円形状であり、被加工物Ｗを吸着するポーラス部材等からなる吸着部５０と、吸着部５０を支持する枠体５１とを備える。吸着部５０は真空発生装置等の図示しない吸引源に連通し、吸引源が吸引することで生み出された吸引力が、吸着部５０の露出面である保持面５０ａに伝達されることで、保持手段５は保持面５０ａ上で被加工物Ｗを吸引保持する。保持手段５は、例えば、平面視円形状のテーブル基台５５上に固定されており、ターンテーブル６上でＺ軸方向の軸心周りに回転可能となっている。
【００２４】
粗研削手段３０又は仕上げ研削手段３１の下方に位置付けられた保持手段５に隣接する位置、即ち、本実施形態においては、ターンテーブル６の中央に配設された支持台６０上には、例えば、被加工物Ｗの厚みを接触式にて測定する第１の厚み測定手段３８Ａと第２の厚み測定手段３８Ｂとがそれぞれ配設されている。第１の厚み測定手段３８Ａと第２の厚み測定手段３８Ｂとは、同一の構造を備えているため、以下に、第１の厚み測定手段３８Ａについてのみ説明する。第１の厚み測定手段３８Ａは、例えば、一対の厚み測定器（ハイトゲージ）、即ち、保持手段５の保持面５０ａの高さ位置測定用の第１の厚み測定器３８１と、保持手段５で保持された被加工物Ｗの被研削面である上面Ｗｂの高さ位置測定用の第２の厚み測定器３８２とを備えている。
【００２５】
第１の厚み測定器３８１及び第２の厚み測定器３８２は、その各先端に、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１の厚み測定器３８１（第２の厚み測定器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１の厚み測定手段３８Ａは、第１の厚み測定器３８１により、基準面となる枠体５１の上面の高さ位置を検出し、第２の厚み測定器３８２により、研削される被加工物Ｗの上面Ｗｂの高さ位置を検出し、両者の検出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。
【００２６】
研削装置１は、少なくとも粗研削送り手段２０及び仕上げ研削送り手段２１を制御可能な制御手段９を備えている。ＣＰＵ及びメモリ等の記憶部９０等で構成される制御手段９は、例えば、粗研削送り手段２０、仕上げ研削送り手段２１、粗研削手段３０、及び回転手段６６等に電気的に接続されており、制御手段９の制御の下で、粗研削送り手段２０による粗研削手段３０の粗研削加工送り動作、仕上げ研削送り手段２１による仕上げ研削手段３１の仕上げ研削加工送り動作、粗研削手段３０における粗研削砥石３０４ｂの回転動作、及び回転手段６６によるターンテーブル６の回転動作等が制御される。
【００２７】
例えば、粗研削送り手段２０のモータ２０２及び仕上げ研削送り手段２１のモータ２１２は、図示しないパルス発振器からドライバを介して供給される駆動パルスによって動作するパルスモータである。そして、制御手段９は、粗研削送り手段２０のモータ２０２又は仕上げ研削送り手段２１のモータ２１２に供給される駆動パルス数をカウントすることにより、粗研削手段３０又は仕上げ研削手段３１の研削送り速度を制御し、また、研削送り位置を逐次認識することが可能となる。
【００２８】
例えば、粗研削送り手段２０のモータ２０２及び仕上げ研削送り手段２１のモータ２１２をパルスモータではなくサーボモータとし、サーボモータにロータリエンコーダが接続された構成としてもよい。この場合、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、エンコーダ信号（サーボモータの回転数）を制御手段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によって、粗研削手段３０又は仕上げ研削手段３１の研削送り速度が所望の速度となるようにフィードバック制御されつつ、研削送り位置が逐次認識される。
【００２９】
研削装置１は、例えば、粗研削手段３０（仕上げ研削手段３１）に配設され保持手段５に保持された被加工物に粗研削砥石３０４ｂ（仕上げ研削砥石３１４ｂ）が接触した際の荷重を検知する粗研削荷重検知手段３７Ａ（仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂ）を備えている。粗研削荷重検知手段３７Ａと仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂとは、同一の構造を備えているため、以下に、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂについてのみ説明する。
【００３０】
仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂは、例えば、圧電素子を用いたキスラー社製の動力計からなっている。仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂは、例えば、ホルダ３１６の凹部底面とハウジング３１１の被支持面との間に上下方向から挟まれ仕上げ研削手段３１の重量を支える形で配設されている。すなわち、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂは、仕上げ研削手段３１からの荷重が作用する作用点部となるように配設されている。そして、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂは、検知した荷重に対応する電圧信号を無線又は有線の通信経路を介して制御手段９に出力する。
なお、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂは、ホルダ３１６の凹部底面の周方向に一定の間隔を空けて複数、例えば、正三角形の頂点となる位置にそれぞれ、計３つ配設すると好ましい。または、円環状に形成された仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂをホルダ３１６の凹部底面に合わせて１つ配設するものとしてもよい。
【００３１】
または、本実施形態のように、図４に示すホルダ３１６の底板３１６ｂと、Ｚ軸方向に延在する側板３１６ｃとが分離する構造とし、底板３１６ｂと側板３１６ｃとの間に仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂを、計３つ配設してもよい。この場合も、正三角形の頂点となる位置に配設すると好ましい。
つまり、先に説明した形態のように、ホルダ３１６の凹部底面とハウジング３１１の被支持面との間に仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂを配設した場合には、被加工物Ｗに仕上げ研削砥石３１４ｂが接触し荷重がハウジング３１１の重力を超えた時に仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂが荷重を検知する。対して、本実施形態のように、ホルダ３１６の底板３１６ｂと、側板３１６ｃとが分離する構造で、ホルダ３１６の底板３１６ｂと側板３１６ｃとの間に仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂを配設した場合には、被加工物Ｗに仕上げ研削砥石３１４ｂが接触した瞬間の荷重を検知することが可能になる。
【００３２】
なお、被加工物Ｗに粗研削砥石３０４ｂ又は仕上げ研削砥石３１４ｂが接触した際の荷重を検知する荷重検知手段は、保持手段５に配設されていてもよい。即ち、例えば、保持手段５の枠体５１とテーブル基台５５との間に、３つの荷重検知手段が正三角形の頂点にそれぞれ位置するように上下方向から挟まれていてもよい。
【００３３】
粗研削荷重検知手段３７Ａや仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂは、本実施形態に示すような圧電素子で構成される例に限定されるものではない。例えば、仕上げ研削手段３１のハウジング３１１がエアベアリングによってスピンドル３１０を非接触で支持する場合には、ハウジング３１１とスピンドル３１０との間の隙間（ギャップ）に高圧のエアが供給されている。さらに、ハウジング３１１は、ギャップに供給されたエアを排気するためのエア排気路を備えている。このエア排気路を通過するエアの圧力を検出するエア圧力センサを、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂとする。そして、エア圧力センサからなる仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂによる測定値（ギャップのエア圧力）に所定の係数を乗じて負荷値（荷重値）とし、被加工物Ｗに仕上げ研削砥石３１４ｂが接触した際の荷重を検知するものとしてもよい（詳しくは、特許文献２である特開２００８−０４９４４５号公報参照）。
【００３４】
以下に、上記図１に示す研削装置１を用いて被加工物Ｗの上面Ｗｂを研削する場合の、研削装置１の動作について説明する。
【００３５】
研削装置１が研削を実際に行うにあたり、保持手段５の保持面５０ａからたとえば粗研削砥石３０４ｂの研削面（下面）までのＺ軸方向における相対距離を高精度に把握するセットアップがなされる。セットアップの一例としては、粗研削手段３０を下降させて、粗研削砥石３０４ｂの研削面を保持手段５の保持面５０ａに接触させて、この接触した際の研削送り位置から制御手段９が該相対距離を把握して記憶部９０に記憶する。
また、記憶部９０には、保護テープＴが表面Ｗａに貼着された被加工物Ｗの全厚みについてのデータが予め記憶されており、該データとセットアップによって把握された保持面５０ａから粗研削砥石３０４ｂ研削面までのＺ軸方向における相対距離についてのデータとから、粗研削砥石３０４ｂの研削面と保持手段５に保持された被加工物Ｗの上面Ｗｂとの間がわずかな距離Ｌ１（エアカット距離Ｌ１であり、図２参照）となるまで粗研削手段３０が被加工物Ｗに接近した際の高さ位置Ｚ１（エアカット開始位置Ｚ１であり、図２参照）が、制御手段９によって把握され記憶部９０に記憶される。
【００３６】
研削加工においては、まず、図１に示すターンテーブル６が自転することで、被加工物Ｗが載置されていない状態の保持手段５が公転し、保持手段５がローディングアーム１５４ａの近傍まで移動する。ロボット１５５が第１のカセット１５０ａから一枚の被加工物Ｗを引き出し、被加工物Ｗを仮置き領域１５２に移動させる。次いで、位置合わせ手段１５３により被加工物Ｗがセンタリングされた後、ローディングアーム１５４ａが、センタリングされた被加工物Ｗを保持手段５上に移動させる。そして、保持手段５の中心と被加工物Ｗの中心とが略合致するように、被加工物Ｗが上面Ｗｂを上に向けた状態で保持面５０ａ上に載置される。この状態で、図示しない吸引源が作動して生み出された吸引力が保持面５０ａに伝達されることにより、保持手段５が保持面５０ａ上で被加工物Ｗを上面Ｗｂが上を向いた状態で吸引保持する。
【００３７】
次に、図１に示すターンテーブル６が＋Ｚ方向から見て時計回り方向に自転することで、被加工物Ｗを吸引保持した状態の保持手段５が公転し、粗研削手段３０の粗研削砥石３０４ｂと保持手段５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３０４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、粗研削砥石３０４ｂ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。また、スピンドルモータ３０２がスピンドル３００を回転させるのに伴って、研削ホイール３０４が所定の回転速度で回転する。
【００３８】
例えば、粗研削手段３０のスピンドルモータ３０２には、スピンドルモータ３０２の負荷電流値を計測する図示しない電流計が接続されており、研削ホイール３０４が回転し始めると、図示しない電流計が、スピンドル３００を回転駆動するスピンドルモータ３０２に流れる負荷電流値を計測し始める。そして、電流計が、計測したスピンドルモータ３０２の負荷電流値についての情報を、図１に示す制御手段９の電流値監視部９１に順次送り、電流値監視部９１がスピンドルモータ３０２の負荷電流値の監視を開始する。
【００３９】
例えば、制御手段９の記憶部９０には、予め、スピンドルモータ３０２の負荷電流値についての所定の閾値が記憶されている。この閾値は、実験的、経験的、又は理論的に選択された値であり、エアカット（空切り）していた粗研削砥石３０４ｂが被加工物Ｗに接触した際のスピンドルモータ３０２の負荷電流値の変化（増加）を制御手段９の電流値監視部９１が認識するために記憶される電流値である。即ち、制御手段９の電流値監視部９１によるスピンドルモータ３０２の負荷電流値の監視においては、図示しない電流計が計測するスピンドルモータ３０２の負荷電流値の値と上記所定の閾値とが順次比較され続けている。
なお、上記図示しない電流計によるスピンドルモータ３０２の負荷電流値の計測、及び電流値監視部９１による閾値と計測された負荷電流値との比較がされなくてもよい。
【００４０】
制御手段９による制御の下で粗研削送り手段２０が、例えば原点高さ位置に位置している粗研削手段３０を所定の速度で下降させていく。また、原点高さ位置から下降し始めた粗研削手段３０の高さ位置は、制御手段９によって常に把握されている。
そして、図２に示すように、粗研削手段３０の粗研削砥石３０４ｂの研削面（下面）がエアカット開始位置Ｚ１に到達する。即ち、例えば、被加工物Ｗの上面Ｗｂと粗研削砥石３０４ｂの研削面との間が予め設定されたエアカット距離Ｌ１である１００μｍまで近づいた状態になる。
なお、図２においては、粗研削手段３０、及び粗研削送り手段２０等の構成を簡略化して示している。
【００４１】
粗研削砥石３０４ｂの研削面（下面）がエアカット開始位置Ｚ１に到達すると、粗研削送り手段２０が、エアカット開始位置Ｚ１から粗研削手段３０の研削面が被加工物Ｗの上面Ｗｂに接触するまでのエアカット距離Ｌ１におけるエアカット送り速度Ｖ１を、研削加工に用いる粗研削加工送り速度Ｖ２（図３参照）より速い速度で移動させるように、制御手段９による装置制御がされる。
即ち、制御手段９による制御の下で、粗研削送り手段２０のモータ２０２に供給されるパルス数が減らされて、粗研削手段３０の下降速度がエアカット送り速度Ｖ１に減速する。エアカット送り速度Ｖ１は、例えば、従来のエアカット送り速度である粗研削加工送り速度Ｖ２（Ｖ２＝６μｍ／秒）の３倍の速度である１８μｍ／秒である。よって、従来に比べてエアカットの時間短縮（従来約１７秒であるところが約５．７秒）が可能となる。なお、エアカット送り速度Ｖ１は、粗研削加工送り速度Ｖ２よりも速い速度であるが、その上限は、被加工物Ｗの上面に粗研削砥石３０４ｂが接触した際に被加工物Ｗおよび粗研削砥石３０４ｂが破損しない速度に収められる。
【００４２】
制御手段９による制御の下で、粗研削送り手段２０が、エアカット距離Ｌ１においてエアカット送り速度Ｖ１で粗研削手段３０を下降させていき、エアカットの時間が従来よりも短縮されつつ、図３に示すように粗研削砥石３０４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに当接することで被加工物Ｗの粗研削が開始される。
また、粗研削手段３０は、被加工物Ｗの上面Ｗｂから作用する＋Ｚ方向の抗力により＋Ｚ方向へ押される。そのため、例えば、図２に示すように、例えばホルダ３０６の底板３０６ｂと側板３０６ｃとの間に挟まれるように配設された粗研削荷重検知手段３７Ａを構成する圧電素子が加えられた荷重により僅かに変形し、圧電素子には荷重に応じた電位差が発生する。圧電素子に電位差が生じることで、粗研削荷重検知手段３７Ａから荷重検知信号が制御手段９に送られる。
【００４３】
荷重検知信号を受けた制御手段９は、エアカット送り速度Ｖ１を粗研削加工送り速度Ｖ２に切り替える制御を行う。即ち、制御手段９による制御の下で、粗研削送り手段２０のモータ２０２に供給されるパルス数が減らされて、粗研削手段３０が粗研削加工送り速度Ｖ２（Ｖ２＝６μｍ／秒）まで減速する。
【００４４】
本実施形態においては、制御手段９は、エアカット送り速度Ｖ１で粗研削手段３０と保持手段５とを相対的に接近するＺ軸方向に移動させ、例えば粗研削荷重検知手段３７Ａが荷重を検知する前に粗研削手段３０のスピンドルモータ３０２の負荷電流値があらかじめ設定した閾値を超えたら、エアカット送り速度Ｖ１を粗研削加工送り速度Ｖ２に切り替える制御を行ってもよい。以下に、本制御の利点について説明する。
【００４５】
粗研削砥石３０４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに接触して切り込むことで、粗研削砥石３０４ｂに掛かる負荷が大きくなる。ここで、粗研削砥石３０４ｂが回転している最中においては、図示しない電源からスピンドルモータ３０２に電力が供給され続けており、粗研削砥石３０４ｂに作用する負荷が大きくなった場合でも研削ホイール３０４を一定の回転数で回転させるようにスピンドルモータ３０２はフィードバック制御されている。そのため、粗研削砥石３０４ｂがエアカットしていた状態から被加工物Ｗを研削し始めると、スピンドルモータ３０２の負荷電流値が上昇していき記憶部９０に記憶されている閾値を越える。その結果、閾値と計測された負荷電流値とを比較している制御手段９の電流値監視部９１は、粗研削砥石３０４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに接触したと判断する。
【００４６】
粗研削砥石３０４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに当接することで粗研削荷重検知手段３７Ａが荷重を検知する時点と、上記粗研削砥石３０４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに接触してからスピンドルモータ３０２の負荷電流値が閾値を越えたことを電流値監視部９１が認識できる時点とは、少しのタイムラグがあり、一般的に後者の方が遅い時点となる。したがって、粗研削荷重検知手段３７Ａが荷重を検知する前に粗研削手段３０のスピンドルモータ３０２の負荷電流値があらかじめ設定した閾値を超えたと認識された場合には、粗研削荷重検知手段３７Ａ又は粗研削荷重検知手段３７Ａから制御手段９につながる通信経路に故障があると考えられる。
よって、スピンドルモータ３０２の負荷電流値が閾値を越えたことを電流値監視部９１が認識した後、制御手段９による制御の下で、粗研削送り手段２０のモータ２０２に供給されるパルス数が減らされて、粗研削手段３０の下降速度がエアカット送り速度Ｖ１よりも遅い粗研削加工送り速度Ｖ２（Ｖ２＝６μｍ／秒）に切り替えられることによって、粗研削不良を発生させることなく粗研削を適切に続行することが可能となる。そして、制御手段９は、例えば、粗研削荷重検知手段３７Ａ等が故障していることを、警告音の発報や警告の画面表示等によって作業者等に通知することが可能となる。
【００４７】
粗研削加工送り速度Ｖ２で下降する粗研削手段３０の粗研削砥石３０４ｂによって、被加工物Ｗの上面Ｗｂが研削されていく。また、保持手段５が所定の回転速度で回転するのに伴い保持面５０ａ上に保持された被加工物Ｗも回転するので、粗研削砥石３０４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂ全面の粗研削加工を行う。粗研削加工中には、研削水が粗研削砥石３０４ｂと被加工物Ｗの上面Ｗｂとの接触部位に供給されて、接触部位が冷却・洗浄される。
【００４８】
図１に示す第１の厚み測定手段３８Ａによる被加工物Ｗの厚み測定が行われつつ、仕上げ厚みの手前まで被加工物Ｗが粗研削された後、粗研削送り手段２０が粗研削手段３０を上昇させ被加工物Ｗから離間させる。そして、図１に示すターンテーブル６が＋Ｚ方向から見て時計回り方向に回転して、被加工物Ｗを吸引保持する保持手段５が仕上げ研削手段３１の下方まで移動し、研削ホイール３１４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、仕上げ研削砥石３１４ｂの回転軌跡が被加工物Ｗの回転中心を通るように位置づけされる。また、スピンドルモータ３１２がスピンドル３１０を回転させるのに伴って、研削ホイール３１４が所定の回転速度で回転する。
【００４９】
粗研削後の被加工物Ｗの厚み情報は、第１の厚み測定手段３８Ａから制御手段９に送信される。制御手段９は、該厚み情報とセットアップで既に得られている保持手段５の保持面５０ａから仕上げ研削砥石３１４ｂの研削面までのＺ軸方向における相対距離についての情報とから、仕上げ研削砥石３１４ｂの研削面と保持手段５に保持された粗研削後の被加工物Ｗの上面Ｗｂとの間がわずかな距離Ｌ３（エアカット距離Ｌ３）となるまで仕上げ研削手段３１が被加工物Ｗに接近した際の高さ位置Ｚ３（エアカット開始位置Ｚ３であり、図４参照）を把握する。
【００５０】
例えば、仕上げ研削手段３１のスピンドルモータ３１２の負荷電流値は、図示しない電流計により測定され、測定値が制御手段９に送信される。そして、制御手段９の電流値監視部９１が、図示しない電流計が計測するスピンドルモータ３１２の負荷電流値の値と予め記憶部９０に記憶されている所定の閾値とを順次比較していく。なお、上記図示しない電流計によるスピンドルモータ３１２の負荷電流値の計測、及び電流値監視部９１による閾値と計測された負荷電流値との比較がされなくてもよい。
【００５１】
制御手段９による制御の下で仕上げ研削送り手段２１が、例えば原点高さ位置に位置している仕上げ研削手段３１を所定の速度で下降させていく。また、原点高さ位置から下降し始めた仕上げ研削手段３１の高さ位置は、制御手段９によって常に把握されている。そして、図４に示すように、仕上げ研削手段３１の仕上げ研削砥石３１４ｂの研削面（下面）がエアカット開始位置Ｚ３に到達する。即ち、例えば、被加工物Ｗの上面Ｗｂと仕上げ研削砥石３１４ｂの研削面との間がエアカット距離Ｌ３である２０μｍまで近づいた状態になる。なお、図４においては、仕上げ研削手段３１、及び仕上げ研削送り手段２１等の構成を簡略化して示している。
【００５２】
仕上げ研削砥石３１４ｂの研削面がエアカット開始位置Ｚ３に到達すると、制御手段９による制御の下で、仕上げ研削送り手段２１のモータ２１２に供給されるパルス数が減らされて、仕上げ研削手段３１の下降速度がエアカット送り速度Ｖ３になる。エアカット送り速度Ｖ３は、例えば、従来のエアカット送り速度である図５に示す仕上げ研削加工送り速度Ｖ４（Ｖ４＝０．６μｍ／秒）の３倍の速度である１．８μｍ／秒である。よって、従来よりもエアカットの時間短縮（従来約３３秒であるところが約１１秒）が可能となる。なお、エアカット送り速度Ｖ３は、仕上げ研削加工送り速度Ｖ４よりも速い速度であるが、その上限は、被加工物Ｗの上面に仕上げ研削砥石３１４ｂが接触した際に被加工物Ｗおよび仕上げ研削砥石３１４ｂが破損しない速度に収められる。
【００５３】
エアカットの時間が従来よりも短縮されつつ、図５に示すように仕上げ研削砥石３１４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに当接することで被加工物Ｗの仕上げ研削が開始される。
また、仕上げ研削手段３１は、被加工物Ｗの上面Ｗｂから作用する＋Ｚ方向の抗力により＋Ｚ方向へ押される。そのため、図４に示すように、例えばホルダ３１６の底板３１６ｂと側板３１６ｃとの間に挟まれるように配設された仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂを構成する圧電素子が荷重により僅かに変形し、圧電素子には荷重に応じた電位差が発生することで、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂから荷重検知信号が制御手段９に送られる。
【００５４】
荷重検知信号を受けた制御手段９による制御の下で、仕上げ研削送り手段２１のモータ２１２に供給されるパルス数が減らされて、仕上げ研削手段３１の下降速度がより遅い仕上げ研削加工送り速度Ｖ４（Ｖ４＝０．６μｍ／秒）に切り替えられる。
【００５５】
本実施形態においては、制御手段９は、エアカット送り速度Ｖ３で仕上げ研削手段３１と保持手段５とを相対的に接近するＺ軸方向に移動させ、例えば仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂが荷重を検知する前に仕上げ研削手段３１のスピンドルモータ３１２の負荷電流値があらかじめ設定した閾値を超えたら、エアカット送り速度Ｖ３を仕上げ研削加工送り速度Ｖ４に切り替える制御を行ってもよい。
【００５６】
仕上げ研削砥石３１４ｂが回転している最中においては、図示しない電源からスピンドルモータ３１２に電力が供給され続けており、仕上げ研削砥石３１４ｂに作用する負荷が大きくなった場合でも研削ホイール３１４を一定の回転数で回転させるようにスピンドルモータ３１２はフィードバック制御されている。よって、仕上げ研削砥石３１４ｂがエアカットしていた状態から被加工物Ｗを研削し始めると、スピンドルモータ３１２の負荷電流値が上昇していき予め設定された閾値を越える。その結果、閾値と計測された負荷電流値とを順次比較している電流値監視部９１は、仕上げ研削砥石３１４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに接触したと判断する。
【００５７】
仕上げ研削砥石３１４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに当接することで、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂが荷重を検知する時点は、上記仕上げ研削砥石３１４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂに接触してからスピンドルモータ３１２の負荷電流値が閾値を越えたことを電流値監視部９１が認識できる時点よりも一般的に先の時点である。したがって、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂが荷重を検知する前に仕上げ研削手段３１のスピンドルモータ３１２の負荷電流値があらかじめ設定した閾値を超えたと認識された場合には、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂ等に故障があると考えられる。
よって、スピンドルモータ３１２の負荷電流値が閾値を越えたことを電流値監視部９１が認識した後、制御手段９による制御の下で、仕上げ研削送り手段２１のモータ２１２に供給されるパルス数が減らされて、仕上げ研削手段３１の下降速度がエアカット送り速度Ｖ３よりも遅い仕上げ研削加工送り速度Ｖ４に切り替えられることで、研削不良を発生させずに仕上げ研削を適切に続行できる。そして、制御手段９は、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂが故障していることを、警告音の発報や警告の画面表示等によって作業者等に通知することが可能となる。
【００５８】
仕上げ研削加工送り速度Ｖ４で下降する仕上げ研削砥石３１４ｂによって、被加工物Ｗの上面Ｗｂが研削されていく。また、保持手段５が所定の回転速度で回転するのに伴い保持面５０ａ上に保持された被加工物Ｗも回転するので、仕上げ研削砥石３１４ｂが被加工物Ｗの上面Ｗｂ全面の仕上げ研削加工を行う。仕上げ研削加工中において、研削水が仕上げ研削砥石３１４ｂと被加工物Ｗの上面Ｗｂとの接触部位に供給されて、接触部位が冷却・洗浄される。
【００５９】
図１に示す第２の厚み測定手段３８Ｂによる被加工物Ｗの厚み測定が行われつつ、被加工物Ｗの厚みが仕上げ厚みに近づくと、例えば、仕上げ研削加工送り速度Ｖ４がさらに遅い仕上げ研削加工送り速度Ｖ５に減速される。例えば、仕上げ研削加工送り速度Ｖ４で行う仕上げ研削を第１の仕上げ研削加工とし、仕上げ研削加工送り速度Ｖ５で行う仕上げ研削を第２の仕上げ研削加工とする。この第２の仕上げ研削加工では、第１の仕上げ研削加工において、被加工物Ｗの被研削面である上面Ｗｂに仕上げ研削手段３１の押し付けによるダメージ層が形成されることから、仕上げ研削手段３１を仕上げ研削加工送り速度Ｖ５まで減速させることでダメージ層に対する仕上げ研削手段３１の押し付けを若干弱めて研削が行われていく。
【００６０】
被加工物Ｗが仕上げ厚みまで研削された後、例えば、所謂スパークアウトと呼ばれる加工が実施される。スパークアウトでは、仕上げ研削送り手段２１による仕上げ研削手段３１の下降が停止され、所定時間仕上げ研削手段３１の高さ位置が保持された状態で、回転する仕上げ研削砥石３１４ｂにより回転する被加工物Ｗの上面Ｗｂの削り残しが除去されて、上面Ｗｂが整えられる。
【００６１】
その後、仕上げ研削送り手段２１により仕上げ研削手段３１がエスケープカットされる。エスケープカットにおいては、仕上げ研削手段３１が被加工物Ｗの上面Ｗｂへの悪影響を抑えるためにゆっくりと上昇する。そして、エスケープカットの終了後は、仕上げ研削手段３１を原点高さ位置に戻すために上昇させる上昇退避段階となる。
【００６２】
上記のように、本発明に係る研削装置１は、制御手段９は、エアカット開始位置Ｚ３から仕上げ研削砥石３１４ｂの研削面が被加工物Ｗの上面Ｗｂに接触するまでの距離Ｌ３（エアカット距離Ｌ３）におけるエアカット送り速度Ｖ３を、仕上げ研削砥石３１４ｂが被加工物Ｗを研削する際の仕上げ研削加工送り速度Ｖ４より速い速度（例えば、仕上げ研削加工送り速度Ｖ４の３倍の速度）とし、仕上げ研削荷重検知手段３７Ｂが荷重を検知したら、エアカット送り速度Ｖ３を仕上げ研削加工送り速度Ｖ４に切り替えて、所望の仕上げ厚みまで研削することで、図７のグラフＧ２を用いて示す従来のエアカットの時間に比べて、図６のグラフＧ１を用いて示すように、エアカット時間を短縮して、被加工物Ｗの研削における生産効率を向上させることが可能となる。
【００６３】
次いで、図１に示すターンテーブル６が回転することで、被加工物Ｗを吸引保持した保持手段５が、アンローディングアーム１５４ｂの近傍に移動する。そして、図１に示すアンローディングアーム１５４ｂが、保持手段５上の被加工物Ｗを洗浄手段１５６に搬送する。洗浄手段１５６が被加工物Ｗを洗浄した後、ロボット１５５が被加工物Ｗを第２のカセット１５１ａに搬入する。
【００６４】
本発明に係る研削装置１は上記実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。また、添付図面に図示されている研削装置１の構成の外形等についても、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。
【符号の説明】
【００６５】
Ｗ：被加工物  Ｗａ：被加工物の表面  Ｗｂ：被加工物の裏面（上面）
１：研削装置  １０：第１の装置ベース  Ａ：搬出入領域
１５０：第１のカセット載置部  １５０ａ：第１のカセット  １５１：第２のカセット載置部  １５１ａ：第２のカセット
１５２：仮置き領域  １５３：位置合わせ手段  １５４ａ：ローディングアーム  
１５４ｂ：アンローディングアーム  １５５：ロボット  １５６：洗浄手段
１１：第２の装置ベース  Ｂ：研削加工領域
１２：第１のコラム
２０：粗研削送り手段  ２００：ボールネジ  ２０２：モータ  
３０：粗研削手段  ３０１：ハウジング  ３０２：スピンドルモータ  ３０４ｂ：粗研削砥石  ３０６：ホルダ  ３７Ａ：粗研削荷重検知手段
１３：第２のコラム  
２１：仕上げ研削送り手段  ２１０：ボールネジ  ２１２：モータ
３１：仕上げ研削手段  ３１１：ハウジング  ３１２：スピンドルモータ  ３１６：ホルダ  ３１６ｂ：ホルダの底板  ３１６ｃ：ホルダの側板  ３１４ｂ：仕上げ研削砥石  ３７Ｂ：仕上げ研削荷重検知手段
３８Ａ：第１の厚み測定手段  ３８Ｂ：第２の厚み測定手段
６：ターンテーブル  ６６：回転手段
５：保持手段  ５０ａ：保持面  
９：制御手段  ９０：記憶部  ９１：電流値監視部
【図１】
2020131368.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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