(57)【要約】【課題】部品点数が少なく、小型で、構造が簡単かつ支持系の剛性が高く、指令どおりの微小な送りが実現出来る分解能が高く高精度な形状を得ることができ、振動に対しても強い、安価な表面研削装置の微小チルト装置を提供。【解決手段】砥石スピンドル２及びワークスピンドル７の姿勢を変化させる砥石スピンドルチルト装置３及び／又はワークスピンドルチルト装置32が設けられ、各チルト装置3、32はそれぞれ複数の熱膨張を利用したアクチュエータである温歪軸3、32で形成され、各温歪軸3、32は、それぞれ両端部に断熱材11を固定したほぼ鉄系の円柱形温歪軸本体12と、円柱形温歪軸本体12外周に接するらせん形台形ねじ溝13を内側に設けた温水循環ポケット14と、温水循環ポケット14外周に接して設けた加熱用巻付ヒータ15と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面研削装置に設けた、砥石スピンドル又は／及びワークスピンドルの姿勢を変化させる砥石スピンドルチルト装置又は／及びワークスピンドルチルト装置を設け、各前記チルト装置はそれぞれ複数の熱膨張を利用したアクチュエータである温歪軸で形成され、前記砥石スピンドル軸チルト装置である複数の各第１温歪軸はその各一端を砥石スピンドル箱にそれぞれ固定され、各他端は前記砥石スピンドル箱に支持された砥石スピンドルにそれぞれ固定され、前記砥石スピンドル先端に砥石スピンドル軸が回転可能に支持されており、前記ワークスピンドル軸チルト装置である複数の各第２温歪軸はその各一端をにテーブルに支持されたワークスピンドルにそれぞれ固定され、各他端は前記テーブルにそれぞれ固定され、前記ワークスピンドル軸は前記ワークスピンドルに回転可能に支持されたことを特徴とする表面研削装置の微小チルト装置。
【請求項２】
前記第１温歪軸又は第２温歪軸は、それぞれ両端部に断熱材を固定したほぼ円柱形温歪軸本体と、円柱形温歪軸本体外周に接するらせん形台形ねじ溝を内側に設けた温水循環ポケットと、温水循環ポケット外周に接して設けた巻付ヒータと、ヒータが加熱した温水の温度を計測する温度計及び温水の温度を制御する温度制御ユニットと、を有することを特徴とする請求項１記載の表面研削装置の微小チルト装置。
【請求項３】
各前記第１温歪軸又は／及び前記第２温歪軸は、それぞれ前記砥石スピンドル箱と砥石スピンドルとの間又は／及び前記テーブルとワークスピンドルとの間に、それぞれ各砥石スピンドル又はワークスピンドルの各中心から等間隔の円周上に９０°の間隔位置で４個配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表面研削装置の微小チルト装置。
【請求項４】
各前記第１温歪軸又は／及び前記第２温歪軸は、それぞれ前記砥石スピンドル箱と砥石スピンドルとの間又は／及び前記テーブルとワークスピンドルとの間に、それぞれ各砥石スピンドル又はワークスピンドルの各中心から等間隔の三角形の各頂点の２点の位置に２個配置され、残る各頂点の１点の位置には温歪軸の代わりに熱膨張を利用しない固定軸を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表面研削装置の微小チルト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面研削装置に関し、特に半導体ウエーハ等の表面研削における砥石とワークの傾き姿勢を微小かつ高精度に傾動させ固定させ、高精度な形状を得るための表面研削装置の微小チルト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スライシングマシンによって薄片状に切断された半導体ウエーハは、後工程として表面研削装置によって表面が研削される。この表面研削装置は半導体ウエーハをチャックテーブル上に支持して、ウエーハ表面と砥石との平行度を調節した後、砥石を軸回転させると共に砥石をウエーハの表面に押しつけてウエーハの表面を研削する。砥石とワークの傾き姿勢を傾動させ固定させる砥石チルト機構としては、特許文献１では、ねじ送りを用いた砥石チルト機構が記載され、特許文献２では、ねじ送りを用いた特許文献１とは別構造の砥石チルト機構が記載され、特許文献３では、砥石チルト機構に圧電素子を用いた実施例が記載されている。
【特許文献１】特許第３２７０８９０号  図１
【特許文献２】特開平１０−３１５１０３号公報  図１
【特許文献３】特許第３１６６１４６号  図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の特許文献１、２に示すようなねじ送りを用いた砥石チルト機構の構成では、先ず部品点数が多くなるため、大型となり、構造が複雑となるため支持系の剛性が低くなる、という欠点がある。また、送りねじの前後動で傾きを変化させるが、ねじ部や送りねじの接触部には摩擦が存在するため、スティックスリップが生じ、指令どおりの微小な送りが実現出来ないので分解能が低い。さらに、砥石軸（砥石台）全体が送りねじの端面で押上げられた状態になり、つまり点で支持されることになるため、剛性が低く、振動に対しても不利な支持方法となり、同時に求められる指令した傾きを固定する能力が劣る。特許文献３の砥石チルト機構に圧電素子を用いた構成は、分解能は高いが、常に電圧を掛けていることが必要なため、発熱し熱膨張が生じ姿勢を変化させてしまうこと、大きな移動量を得るために積層するが、それによって剛性が低下すること、また、配線が多くなるため、断線の可能性が高く、ノイズを拾いやすい、などの欠点がある。さらに、負荷容量が小さくサイズに自由度がないことから、チルト装置の設計に制約が多くなることも欠点である。
【０００４】
本発明の課題は、部品点数が少なく、小型で、構造が簡単かつ支持系の剛性が高く、指令どおりの微小な送りが実現出来る分解能が高く高精度なワーク加工形状を得ることができ、振動に対しても強く同時に求められる指令した微小な送り位置の固定能力が高い、安価な表面研削装置の微小チルト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため本発明は、表面研削装置に設けた、砥石スピンドル又は／及びワークスピンドルの姿勢を変化させる砥石スピンドルチルト装置又は／及びワークスピンドルチルト装置を設け、各前記チルト装置はそれぞれ複数の熱膨張を利用したアクチュエータである温歪軸で形成され、前記砥石スピンドル軸チルト装置である複数の各第１温歪軸はその各一端を砥石スピンドル箱にそれぞれ固定され、各他端は前記砥石スピンドル箱に支持された砥石スピンドルにそれぞれ固定され、前記砥石スピンドル先端に砥石スピンドル軸が回転可能に支持されており、前記ワークスピンドル軸チルト装置である複数の各第２温歪軸はその各一端をにテーブルに支持されたワークスピンドルにそれぞれ固定され、各他端は前記テーブルにそれぞれ固定され、前記ワークスピンドル軸は前記ワークスピンドルに回転可能に支持されたことを特徴とする表面研削装置の微小チルト装置を提供することによって上記した従来製品の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００６】
かかる構成により、本発明の表面研削装置の砥石スピンドルチルト装置又は／及びワークスピンドルチルト装置は、各前記チルト装置がそれぞれ複数の熱膨張を利用したアクチュエータである温歪軸で形成されているので、部品点数が少なく、小型で構造が簡単で、安価であり、各温歪軸はその両端を砥石スピンドル箱と砥石スピンドルとの間、又はワークスピンドルとテーブルとの間にそれぞれ固定されているので支持系の剛性が高く、指令どおりの微小な送りが実現出来る分解能が高く高精度なワーク加工形状を得ることができ、振動に対しても強く同時に求められる指令した微小な送り位置の固定能力が高い、表面研削装置のチルト装置を提供するものとなった。
【０００７】
好ましくは、前記第１温歪軸又は第２温歪軸は、それぞれ両端部に断熱材を固定したほぼ円柱形温歪軸本体と、円柱形温歪軸本体外周に接するらせん形台形ねじ溝を内側に設けた温水循環ポケットと、温水循環ポケット外周に接して設けた加熱用巻付ヒータと、ヒータが加熱した温水の温度を計測する温度計及び温水の温度を制御する温度制御ユニットと、を有することにより、加熱用巻付ヒータの加熱によって水を加熱し、ヒータが加熱した温水循環ポケット内のらせん形台形ねじ溝に循環される温水が温歪軸本体を加熱することにより温歪軸本体が熱膨張するようにし、ヒータが加熱した温水の温度を高精度に制御するようにされている。
【０００８】
さらに好ましくは、各前記第１温歪軸又は／及び前記第２温歪軸は、それぞれ前記砥石スピンドル箱と砥石スピンドルとの間又は／及び前記テーブルとワークスピンドルとの間に、それぞれ各砥石スピンドル又はワークスピンドルの各中心から等間隔の円周上に９０°の間隔位置で４個配置されることにより、砥石スピンドル又はワークスピンドルのＸ，Ｙ直交方向でその傾きの調整が容易な砥石スピンドル又はワークスピンドルのチルト装置となった。
【０００９】
代わりに好ましくは、各前記第１温歪軸又は／及び前記第２温歪軸は、それぞれ前記砥石スピンドル箱と砥石スピンドルとの間又は／及び前記テーブルとワークスピンドルとの間に、それぞれ各砥石スピンドル又はワークスピンドルの各中心から等間隔の三角形の各頂点の２点の位置に２個配置され、残る各頂点の１点の位置には温歪軸の代わりに熱膨張を利用しない固定軸を配置することにより、簡易な傾きの調整ができる砥石スピンドル又はワークスピンドルのチルト装置となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態の一例を図１を参照して説明する。図１は本発明を実施するための最良の形態の一例である表面研削装置を示す要部概略正面ブロック図である。表面研削装置１に、砥石スピンドル軸２及びワークスピンドル軸７の姿勢を変化させる砥石スピンドルチルト装置３及びワークスピンドルチルト装置32（いずれか一方のチルト装置３、32のみであってもよい）が設けられ、各チルト装置3、32はそれぞれ複数の熱膨張を利用したアクチュエータである温歪軸3、32で形成される。砥石スピンドルチルト装置３である複数の各第１温歪軸３はその各一端（図１でみてその上端）を砥石スピンドル箱６にそれぞれ固定され、各他端（図１でみてその下端）は砥石スピンドル箱６に支持された砥石スピンドル５にそれぞれ固定されている。砥石スピンドル５先端に砥石スピンドル軸２が回転可能に支持され、砥石スピンドル軸２先端にカップ砥石35が固定されている。ワークスピンドルチルト装置32である複数の各第２温歪軸32はその各一端（図１でみてその上端）をテーブル９に支持されたワークスピンドル８にそれぞれ固定され、各他端（図１でみてその下端）はテーブル９にそれぞれ固定され、ワークスピンドル８はワークスピンドル軸７を回転可能に支持し、ワークスピンドル軸７先端にはワ−ク13を吸着固定する真空チャック10が固定されている。16は温調水ライン、19は温度計、20は温度制御用ユニットである。温度計20を出た温調水ライン16の循環水は毛細管絞り21、流量調整用ニードル22を通り外部に放出される。
【００１１】
図２は第１温歪軸３又は第２温歪軸32の半断面概略説明図で、第１温歪軸３又は第２温歪軸32は、それぞれ両端部に断熱材11を固定した鉄系のほぼ円柱形温歪軸本体12と、円柱形温歪軸本体12外周に接するらせん形台形ねじ溝13を内側に設けた温水循環ポケット14と、温水循環ポケット14外周に接して設けた加熱用巻付ヒータ15と、を有する。温度計19、温度制御用ユニット20で水温を監視し、加熱用巻付ヒータ15の加熱によって水を加熱し、ヒータ電源17は、温度制御用ユニットのシーケンサ指令部18を介して加熱用巻付ヒータ15を制御し加熱用巻付ヒータ15で温水循環ポケット14内の循環水の水温を上昇させ、温水循環ポケット14内のらせん形台形ねじ溝13に循環される循環水の水温を一定に保つ。加熱用巻付ヒータ15が加熱した温水循環ポケット14内のらせん形台形ねじ溝13に循環される温水が温歪軸本体を加熱することにより温歪軸本体が熱膨張するようにし、加熱用巻付ヒータ15が加熱した温水の温度を高精度に制御するようにされている。17はヒータ電源、18は温度制御用ユニットのシーケンサ指令部である。断熱材11は図２では剛性や材料強度、加工性（ワッシャー状の部材であるが、厚みを揃え、平行度が必要）を考慮して、熱伝導率の低い、低熱膨張材であるスーパーインバーを使用した。温歪軸本体12の長さや熱膨張率の選定で、アクチュエータとしてのストロークや分解能を設定できる。循環水を介し温歪軸本体12を加熱することで、過剰な温度上昇を抑え、温度計19、温度制御用ユニット20で水温を監視することで、ヒータの温度変化の影響が緩和され、制御が容易になる。また、温度を下げたときの熱変位の伝導も速やかになる。循環水の流量は一定にして使用することを想定しているが、流量の設定を変えれば水温上昇が変化するため、アクチュエータとしての温歪軸本体12の分解能を変化させることができる。本温歪軸３、32は、基本的には温歪軸本体12の基準長さからの伸びを利用しするものであるが、温調水の温度を下げる制御を併用すれば伸び縮みが可能なアクチュエータとすることが出来る。26、27は相手部材に固定する締結ボルトである。
【００１２】
作動においては、図示しない測定装置により、ワ−ク13の厚みを測定し、狙いの形状でないときは、狙いの形状を得るための、砥石スピンドル軸２又は／及びワークスピンドル軸７の必要な姿勢の調整角度を計算し、そのための必要な各温歪軸本体12の伸縮量を計算し、温歪軸本体12の長さと熱膨張率から、必要な各温歪軸本体12の温度上昇・降下量を算定し、算定した目標温度まで、温度制御用ユニットのシーケンサ指令部18による指令温度でヒータ電源17を介して加熱用巻付ヒータ15を制御し、目標水温を上昇させ維持する。そして同測定装置により、ワ−ク13の厚みを測定し、狙いの形状であれば設定した水温を維持し、狙いの形状でないときは、砥石の異常などの原因調査のために加工を中止する。
温歪軸本体12の伸縮量計算例
温歪軸本体の伸縮量＝0.00001072（線膨張係数）×25mm（温歪軸本体の長さ）×１°Ｃ                      （温度変化量）＝0.00027mm ＝0.27μｍ
【００１３】
図３（ａ）は第１温歪軸（第２温歪軸であってもよい）を、それぞれ砥石スピンドル箱６と砥石スピンドル５との間に、砥石スピンドルの中心から等間隔の三角形の各頂点の３点で支持し、１点の位置には第１温歪軸の代わりに熱膨張を利用しない固定軸23を配置し、他の２点に熱膨張を利用したアクチュエータである温歪軸 24、25を配した例を示している。これにより、簡易な傾きの調整ができる砥石スピンドル又はワークスピンドルのチルト装置となった。３点全てを温歪軸３とすることや、４点以上で温歪軸３で支持した構成も可能である。
【００１４】
図３（ｂ）は第１温歪軸３（第２温歪軸であってもよい）を、それぞれ砥石スピンドル箱６と砥石スピンドル５との間に、砥石スピンドルの中心から等間隔の円周上に９０°の間隔位置で４個配置されたものを示す。これにより、砥石スピンドルのＸ，Ｙ直交方向でその傾きの調整が容易な砥石スピンドルのチルト装置３となった。90度分割で4 点にアクチュエータである第１温歪軸３を配置すれば、例えば0 度と180 度に配置された第１温歪軸３の伸びの差でその方向の姿勢が決まり、つまり、プラス方向とマイナス方向に制御可能となる。90度と270 度に配置された第１温歪軸３でも同様である。
〔発明を実施するための最良の形態の効果〕                                          発明を実施するための最良の形態のかかる構成により、本発明の表面研削装置の砥石スピンドルチルト装置又は／及びワークスピンドルチルト装置は、各前記チルト装置がそれぞれ複数の熱膨張を利用したアクチュエータである温歪軸で形成されているので、部品点数が少なく、小型で構造が簡単で、安価であり、各温歪軸はその両端を砥石スピンドル箱と砥石スピンドルとの間、又はテーブルとワークスピンドルとの間にそれぞれ固定されているので支持系の剛性が高く、指令どおりの微小な送りが実現出来る分解能が高く高精度なワーク加工形状を得ることができ、振動に対しても強く同時に求められる指令した微小な送り位置の固定能力が高い、表面研削装置のチルト装置を提供するものとなった。表面研削盤に求められる微小チルト機構には高速の応答は求められないため、熱変位を利用したアクチュエータである温歪軸の応答性の悪さも問題とはならない。
【００１５】
好ましくは、前記第１温歪軸又は第２温歪軸は、それぞれ両端部に断熱材を固定したほぼ円柱形温歪軸本体と、円柱形温歪軸本体外周に接するらせん形台形ねじ溝を内側に設けた温水循環ポケットと、温水循環ポケット外周に接して設けた加熱用巻付ヒータと、ヒータが加熱した温水の温度を計測する温度計及び温水の温度を制御する温度制御ユニットと、を有することにより、外周に加熱用巻付ヒータの加熱によって水を加熱し、ヒータが加熱した温水循環ポケット内のらせん形台形ねじ溝に循環される温水が温歪軸本体を加熱することにより温歪軸本体が熱膨張するようにし、ヒータが加熱した温水の温度を高精度に制御するようにされている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を実施するための最良の形態の一例である表面研削装置を示す要部概略正面ブロック図である。
【図２】第１温歪軸３又は第２温歪軸32の半断面概略説明図である。
【図３】（ａ）は、第１温歪軸を、それぞれ砥石スピンドル箱６と砥石スピンドル５との間に、砥石スピンドルの中心から等間隔の三角形の各頂点の３点で支持したものを示す要部ブロック図で、（ｂ）は第１温歪軸を、それぞれ砥石スピンドル箱６と砥石スピンドル５との間に、砥石スピンドルの中心から等間隔の円周上に９０°の間隔位置で４個配置されたものを示す要部ブロック図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  表面研削装置        ２  砥石スピンドル軸
３、24、25  砥石スピンドルチルト装置（第１温歪軸）      ４  コラム
５  砥石スピンドル      ６  砥石スピンドル箱            ７  ワークスピンドル軸
８  ワークスピンドル    ９  テーブル                    10  真空チャック
12  円柱形温歪軸本体    13  らせん形台形ねじ溝          14  温水循環ポケット
15  加熱用巻付ヒータ    23  熱膨張を利用しない固定軸
32  ワークスピンドルチルト装置（第２温歪軸）          35  砥石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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