JP2017071032A

JP2017071032A - 研削方法

Info

Publication number: JP2017071032A
Application number: JP2015200637A
Authority: JP
Inventors: 有希子木川; Yukiko Kikawa
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-04-13

Abstract

【課題】研削される円板状ワークの厚みの均一化を図ることができるようにすること。【解決手段】チャックテーブル（２１）の保持面（２１ａ）に保持される円板状ワーク（Ｗ）の外周から回転中心の範囲に砥石（４８）の研削面（４９ａ）を接触させて円板状ワークを研削する。砥石は研削ホイールにおいて環状に配置される。研削ホイール及びチャックテーブルはそれぞれ中心を軸に回転される。研削加工中において、砥石の研削面は、円板状ワークの外周から回転中心までに円弧状に接触する。研削加工前及び研削加工中に、研削ホイール回転軸（４６ａ）とチャックテーブル回転軸（２３ａ）とを相対的に傾け、研削面の円弧の端点（４９ａａ）から保持面の中心までの第１の距離（ａ）が、円弧の中点（４９ａｂ）から保持面までの第２の距離（ｂ）より大きくなるようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、円板状ワークを研削する研削方法に関し、特に、回転する砥石の研削面を円板状ワークに接触させて研削する研削方法に関する。

従来、チャックテーブル上に円板状ワークを保持して、環状に並んだ砥石で円板状ワークの上面を研削する研削方法が知られている（例えば、特許文献１）。この研削方法を実施する装置では、鉛直軸回りに回転するスピンドルのマウントに円環状のホイール基台が装着され、ホイール基台に複数の砥石が真円を描くように装着されている。また、チャックテーブル上の円板状ワークの中心を円環状に並んだ砥石が通るように、チャックテーブルと研削ホイールの位置が調整されている。そして、チャックテーブルが低速で回転されると共に、円環状に並んだ砥石が同方向に高速で回転されることで円板状ワークの上面がインフィード研削される。

インフィード研削にて、ＳｉＣや、サファイアのように硬い円板状ワークを研削すると、砥石を円板状ワークに押付ける方向にかける加工荷重を高くする必要がある。つまり、硬い円板状ワークを研削するときは、砥粒が食い込みにくいため高い加工荷重を加えて砥粒を食い込ませる必要がある。

特開２０１１−１９９０９６号公報

上述したインフィード研削では、研削加工中に、円板状ワークの中心（回転中心）において砥石が円板状ワークの被研削面から離れることが無い。特に、高い加工荷重が加わると、砥石が離れることが無い円板状ワークの中心だけ極端に研削される場合がある。このため、円板状ワークの中心部分が砥石で深く削られ、円板状ワークの中心が他の部分に比べて薄く仕上がり、中心とそれ以外の領域との厚みのばらつきが大きくなる、という問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、研削される円板状ワークの厚みの均一化を図ることができる研削方法を提供することを目的とする。

本発明の研削方法は、円板状ワークを保持する保持面を有するチャックテーブルと、チャックテーブルの中心を軸に回転させるチャックテーブル回転軸と、環状に砥石を配置する研削ホイールと、研削ホイールの中心を軸とする研削ホイール回転軸で研削ホイールを回転させて砥石がチャックテーブル回転軸上を通過させ、チャックテーブルに保持される円板状ワークの外周から回転中心の範囲に砥石の研削面を接触させて円板状ワークを研削する研削手段と、を備える研削装置を用いて円板状ワークを砥石で研削する研削方法であって、円弧でチャックテーブルに保持される円板状ワークの外周から回転中心までに接触する砥石の環状の研削面において、研削面の円弧の端点から保持面の中心までの第１の距離が円弧の中点から保持面までの第２の距離より大きくなるように研削ホイール回転軸とチャックテーブル回転軸とを相対的に傾けたチャックテーブルと研削手段との傾き関係で、研削手段とチャックテーブルとを相対的に接近させ円板状ワークを研削することを特徴とする。

この構成によれば、研削面と保持面との第１の距離及び第２の距離を上述のように変化させて研削を行うので、上述した従来のインフィード研削に比べ、円板状ワークの中心の加工荷重を小さくすることができる。このとき、第２の距離となる円板状ワークの位置では、従来のインフィード研削に比べて加工荷重が大きくなるものの、円板状ワークの中心の加工荷重が小さくなることで円板状ワークの中心だけ極端に研削されなくなる。これにより、円板状ワーク全体として見たときに厚みのばらつきを改善でき、円板状ワークにおける厚みの均一化を図ることができる。

本発明によれば、研削される円板状ワークの厚みの均一化を図ることができる。

本実施の形態に係る研削方法に用いる研削装置の斜視図である。本実施の形態に係る研削手段とチャックテーブルの側面模式図である。本実施の形態に係る研削方法の動作説明図である。従来方法で研削された円板状ワークの概略断面図である。研削された円板状ワークの厚みを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る研削装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る研削方法に用いる研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態の研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。なお、以下の図では、説明の便宜上、ＢＧ（Back-Grinding）テープについては記載を省略している。

図１に示すように、研削装置１は、円環状に配置された砥石４８を備える研削ホイール４６を用いて、チャックテーブル２１に保持された円板状ワークＷをインフィード研削するように構成されている。研削装置１は、チャックテーブル２１の回転軸と研削ホイール４６の回転軸が保持面方向にずれた配置であって、円環状に配設された砥石４８が円板状ワークＷの上面の中心を通過することで円板状ワークＷの上面が円弧状に削られてチャックテーブル２１が回転されるので円板状ワークＷの上面が削られて薄化される。なお、円板状ワークＷとしては、例えば、サファイア、炭化ケイ素等の硬い材質の基板が挙げられる。

研削装置１の基台１１の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口は保持手段２０と共に移動可能な移動板１２及び蛇腹状の防水カバー１３に覆われている。防水カバー１３の下方には、保持手段２０をＸ軸方向に移動させるボールねじ式の進退手段（不図示）と、チャックテーブル２１の中心を軸に連続回転させるチャックテーブル回転軸２３ａを備えた回転手段２３とが設けられている。チャックテーブル２１は、多孔質のポーラス材によって円板状ワークＷを吸着する保持面２１ａを有している。保持面２１ａは、チャックテーブル２１内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されており、保持面２１ａに生じる負圧によって円板状ワークＷが吸引保持される。

基台１１上のコラム１４には、研削手段４１を保持手段２０に対して研削送り方向（Ｚ軸方向）に接近及び離間させる研削送り手段３１が設けられている。研削送り手段３１は、コラム１４に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３２と、一対のガイドレール３２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３３とを有している。Ｚ軸テーブル３３の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３４が螺合されている。ボールネジ３４の一端部に連結された駆動モータ３５によりボールネジ３４が回転駆動されることで、研削手段４１がガイドレール３２に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４１は、ハウジング４２を介してＺ軸テーブル３３の前面に取り付けられており、円筒状のスピンドル４３の下端にマウント４４を設けて構成されている。スピンドル４３にはフランジ４５が設けられ、フランジ４５を介してハウジング４２に研削手段４１が支持される。マウント４４の下面には、ホイール基台４７の下面に複数の砥石４８が環状に配置された研削ホイール４６が保持されている。複数の砥石４８は、例えば、ダイヤモンド砥粒をヴィトリファイドボンド等のボンド剤で固めて形成される。研削手段４１は、スピンドル４３を介して研削ホイール４６の中心を軸とする研削ホイール回転軸４６ａ（図２参照）で研削ホイール４６を回転させる。

また、研削装置１は、保持手段２０の近傍位置に配置された検出手段５０を備えている。検出手段５０は、基台２上に垂直に設けられた支持部５１と、支持部５１の上部に設けられた２つの測定用のプローブ５２、５３と、を含んで構成される。一方のプローブ５２は、チャックテーブル２１に保持された円板状ワークＷの上面に接触して円板状ワークＷの上面高さを連続的に測定可能な位置に配設されている。他方のプローブ５３は、チャックテーブル２１の保持面２１ａと同一高さとなる外周エリアに接触し、その上面高さを連続的に測定可能な位置に配設されている。

また、研削装置１は、保持手段２０と研削手段４１とを相対的に傾き調整する傾き調整部６０を備えている。傾き調整部６０は、チャックテーブル２１の下面側に設けられ、チャックテーブル２１の傾きを調整可能に設けられる。傾き調整部６０は、例えば、２つの可動支持部と１つの固定支持部とからなり、チャックテーブル２１を３点支持する。傾き調整部６０は、２つの可動支持部の上下動により、固定支持部を支点にチャックテーブル２１を傾斜させることで、チャックテーブル２１の傾きを調整する。

基台２内には、研削装置１の各部を統括制御する制御部６５が設けられている。制御部６５は、各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶媒体を含んで構成される。制御部６５は、一方のプローブ５２が測定した値から他方のプローブ５３が測定した値を差し引き、円板状ワークＷの厚みを算出する機能を有している。また、制御部６５は、たとえば、算出した円板状ワークＷの厚み等に応じ、研削送り手段３１や傾き調整部６０等の研削装置１の各部の駆動するタイミングや駆動量を制御する。

図２は、本実施の形態に係る研削手段とチャックテーブルの側面模式図である。図３は、本実施の形態に係る研削方法の説明用平面図である。以上のように構成された研削装置１では、先ずチャックテーブル２１上に円板状ワークＷが保持される。図１では保持面２１ａが平坦に描かれているが、図２に示すように、実際の保持面２１ａはチャックテーブル２１の回転中心を頂点とする緩傾斜の円錐状であり、円板状ワークＷも保持面２１に沿って円錐状に保持される。そして、研削ホイール４６が高速回転され、チャックテーブル２１が同方向に低速回転されて、円板状ワークＷに砥石４８が回転接触されることで円板状ワークＷが研削される。このとき、砥石４８の下面において円環状を呈する研削面４９は、図３の網点で示すように、円板状ワークＷの外周から回転中心までに至る半径部分に平面視円弧状となって接触される。この円弧状に接触する研削面に符号「４９ａ」を付して以下説明する。また、図２及び図３において、研削面４９ａのうち、円弧の延在方向両側となる部分を端点４９ａａ、円弧の延在方向中間部分を中点４９ａｂとする。研削加工中は、図１に示すように、検出手段５０によって円板状ワークＷの厚みがリアルタイムに測定され、その測定結果に基づいて研削手段４１の送り量が制御されている。

次に、図２及び図３を参照して、本実施の形態の研削装置による研削方法について説明する。

図２に示すように、円板状ワークＷが保持面２１ａに吸引保持された状態で、保持手段２０が研削手段４１の下方に位置付けられる。より具体的には、チャックテーブル回転軸２３ａと研削ホイール回転軸４６ａとが保持面方向にずれた状態とする。さらに砥石４８の真下に保持面２１ａの中心（頂点）が配置され、砥石４８がチャックテーブル回転軸２３ａ上を通過するように、保持手段２０が位置付けられる。

このとき、傾き調整部６０（図１参照）によってチャックテーブル２１が傾き調整される。この傾き調整によって、研削ホイール回転軸４６ａとチャックテーブル回転軸２３ａとを相対的に傾け、保持面２１ａに対して砥石４８の研削面４９が平行にならずに傾いた関係となる。なお、図示の都合上、図２では研削手段４１（研削ホイール４６）が傾いて描かれているが、傾き調整部６０によってチャックテーブル２１が傾き調整され、チャックテーブル２１と研削手段４１とが相対的に傾いた関係となる。かかる傾いた関係において、図２中、研削面４９ａの端点４９ａａから保持面２１ａの中心までの第１の距離ａが、研削面４９ａの中点４９ａｚから保持面２１ａまでの第２の距離ｂより大きくなるように傾き調整される。また、保持面２１ａの外周領域と研削面４９ａの端点４９ａａとの距離となる第３の距離ｃは第１の距離ａと略同じとなり、第２の距離ｂより大きくなるように傾き調整される。

チャックテーブル２１及び研削ホイール４６を回転させ、研削手段４１を研削送り手段３１によって下降させ、研削手段４１とチャックテーブル２１とを相対的に接近させる。これにより、図３に示すように、円板状ワークＷの中心から外周に亘って砥石４８の研削面４９ａが接触され、いわゆるインフィード研削が実施される。

ここで、本実施の形態の研削方法の比較として、従来の研削方法を検討する。従来の研削方法では、図２にて傾いた関係とした砥石４８の研削面４９と円錐状の保持面２１ａの上面とを平行としている。この方法で研削すると、円板状ワークＱがＳｉＣ（修正モース硬度１３）やサファイア（修正モース硬度１２）等、硬い材質である場合、研削荷重が８００〜１２００Ｎと大きくなる。これは、円板状ワークＱがＳｉ（修正モース硬度７）である場合に研削荷重が３００〜６００Ｎとなることとの対比から理解できる。このように硬い円板状ワークＱで研削荷重が大きいと、図４に示すように、砥石４８が常に当たる円板状ワークＱの中心部分に凹みＱｃが生じるように深く削られてしまう。その理由の一つとして、推測ではあるが、脱落した砥粒が砥石４８の研削面４９と、円板状ワークＱの上面（被研削面）との間に入り込み、円板状ワークＱの中心だけ研削が多く施されるためだと考えられる。

これに対し、本実施の形態の研削方法では、図２に示すように、第１の距離ａ、第２の距離ｂ、第３の距離ｃを設定したので、従来方法に比べ、研削面４９ａの中点４９ａｂでの加工荷重が大きくなるものの、研削面４９ａの端点４９ａａでの加工荷重が小さくなる。これにより、図５に示すように、円板状ワークＷの中心での研削量を少なくして凹みＷｃが浅く削られるようにすることができる。なお、図５は、研削された円板状ワークの厚みの説明図であり、説明の便宜上、円板状ワークの厚み方向に拡大しつつ、面方向（左右方向）に縮小して描いている。

一方、研削面４９ａの中点４９ａｂ（図２参照）を挟む所定範囲では、従来方法に比べて加工荷重が大きくなるので、円板状ワークＷの中心より外側領域Ｗｓでは、研削量が大きなるものの、その厚みは凹みＷｃと同程度か厚くなる。これにより、円板状ワークＷ全体として見たときに厚みのばらつきを改善でき、円板状ワークＷにおける厚みの均一化を図ることができる。

ここで、ＳｉＣやサファイア等の硬い円板状ワークに対し、本実施の形態の研削方法と従来の研削方法とでインフィード研削する実験を行い、円板状ワークの厚みのばらつきを測定した。これらの方法では、砥石の研削面と円板状ワークの上面との傾き関係を上述のように変えた以外は同一条件とした。従来の研削方法では、円板状ワークの中心における凹みの深さは２〜２．５μｍ、それ以外の領域の厚みのばらつきは、０．５〜１．０μｍとなり、全体としての厚みばらつきは、０．５〜２．５μｍとなった。これに対し、本実施の形態の方法では、厚みばらつきは、１．５〜２μｍとなり、従来の研削方法に比べ、約２０％〜３０％改善していることが理解できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態では、環状に配設される砥石４８として、複数の砥石を環状に等間隔に配設したものを用いたが、この構成に限定されない。例えば、環状に連続して形成される単一の砥石４８を用いてもよい。

また、上記した実施の形態では、チャックテーブル２１に傾き調整部６０が設けられ、傾き調整部６０は、チャックテーブル２１の傾きを調整する構成としたが、この構成に限定されない。傾き調整部６０は、研削手段４１に設けられてもよく、研削ホイール４６の傾きを調整する構成としてもよい。

以上説明したように、本発明は、研削される円板状ワークの厚みのばらつきを抑制できるという効果を有し、特に、硬い円板状ワークを研削する研削方法に有用である。

１研削装置
２１チャックテーブル
２１ａ保持面
２３ａチャックテーブル回転軸
４１研削手段
４６研削ホイール
４６ａ研削ホイール回転軸
４８砥石
４９研削面
４９ａ研削面
４９ａａ端点
４９ａｂ中点
６０傾き調整部
Ｗ円板状ワーク
ａ第１の距離
ｂ第２の距離

Claims

円板状ワークを保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの中心を軸に回転させるチャックテーブル回転軸と、環状に砥石を配置する研削ホイールと、該研削ホイールの中心を軸とする研削ホイール回転軸で該研削ホイールを回転させて該砥石が該チャックテーブル回転軸上を通過させ、該チャックテーブルに保持される円板状ワークの外周から回転中心の範囲に該砥石の研削面を接触させて円板状ワークを研削する研削手段と、を備える研削装置を用いて円板状ワークを該砥石で研削する研削方法であって、
円弧で該チャックテーブルに保持される円板状ワークの外周から回転中心までに接触する該砥石の環状の該研削面において、該研削面の円弧の端点から該保持面の中心までの第１の距離が該円弧の中点から該保持面までの第２の距離より大きくなるように該研削ホイール回転軸と該チャックテーブル回転軸とを相対的に傾けた該チャックテーブルと該研削手段との傾き関係で、該研削手段と該チャックテーブルとを相対的に接近させ円板状ワークを研削する研削方法。