JPH1148106A - 平面研削盤及びそれを用いた研削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際の研削加工前に被加工物と同材料のダミ
ーの研削を全く行わずに又は従来より少ないダミーの研
削を行うだけで高精度の研削加工を行うことが可能な平
面研削盤及びそれを用いた研削方法を提供する。 【解決手段】 被加工物３を研削する砥石２と、砥石２
を砥石軸７を介して回転駆動する駆動モータ１とを備え
た平面研削盤において、砥石軸７に負荷を加えるブレー
キ機構８を設けた。ブレーキ機構８は、例えば、砥石軸
７と連結された発電機８と、発電機で発電された電気エ
ネルギーを熱エネルギーとして放出する放熱装置９とか
らなる。この平面研削盤を用い、ブレーキ機構８を作動
させた状態で平面研削盤を暖気運転させて熱平衡状態に
移行させた後、ブレーキ機構８の作動を解除して被加工
物３を研削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平面研削盤及びそれ
を用いた研削方法に関する。更に詳しくは、熱平衡状態
を一定に保ちながら高精度且つ安定的に被加工物を研削
できる平面研削盤及びそれを用いた研削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハ等の被加工物の表面を平
坦に加工する技術として、従来から平面研削盤を用いて
研削加工を行う技術が存在している。図５は、従来の平
面研削盤の一例を示す概略構成図である。図において、
被加工物３はテーブル駆動モータ５にて回転駆動される
テーブル４上に載置され、被加工物３はテーブル４とと
もに回転するようになっている。一方、砥石２は、砥石
軸７を介して砥石軸駆動モータ１により回転駆動される
とともに、砥石軸昇降モータ６により昇降するようにな
っている。このような構成により、回転するテーブル４
上の被加工物３に砥石２を高速回転させながら降下さ
せ、研削液を供給しながら被加工物３に砥石２を切り込
ませて研削する。この平面研削盤はインフィード研削と
呼ばれる研削方式のものである。

【０００３】平面研削盤を用いた被加工物の研削におい
て、被加工物の加工精度に特に重大な影響を与える要素
として、砥石軸とテーブル両者の距離及び平行度があ
る。被加工物の精度を確保するためには、上述の距離及
び平行度を適切に調整した上で研削加工を行う必要があ
る。

【０００４】上記調整は、一般の高精度加工装置の調整
と同様に、装置の運転に伴う発熱によって熱的に安定し
た状態で調整される。すなわち、運転時には各モータ等
が発熱して各部に熱膨張による伸縮が生じ、寸法的な狂
いが生じてくる結果、十分な研削精度が得られなくな
る。このような発熱による影響を抑えるため、砥石軸に
水冷や空冷等による冷却機構を組み込み、砥石軸周りを
一定の温度に保てるよう工夫が試みられることがある
が、効果は十分ではなかった。

【０００５】そこで、熱平衡状態に達するまで暖気運転
（無負荷運転）が行われるが、この無負荷運転による装
置の熱平衡状態は不完全なもので、実際の研削開始から
しばらくの間は被加工物の寸法精度は不安定である。な
ぜならば、砥石軸駆動モータの発熱量は無負荷運転の際
と研削中とで異なるため、研削を開始するとともにモー
タの熱によって熱平衡の状態に変化が生じるためであ
る。そのため、このような状態で加工した被加工物の加
工精度は不安定であり、時に不良となることがある。特
に最新の半導体ウェーハでは、直径２００ｍｍの場合、
ウェーハの厚さムラを示すＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉ
ｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）が０．５μｍ以下
の平坦度が要求されており、加工精度の不安定さによる
影響は大きい。

【０００６】このため、上記暖気運転後、更に被加工物
（ダミー）の十分な数量研削を行って装置を熱的に安定
させ、被加工物の研削精度を測定しながら合わせ込みを
行い、十分な研削精度が得られてから実研削に入るのが
一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の平
面研削盤を用いて被加工物の研削を行う場合は、当然の
ことながらダミーの被加工物が余計に必要となるばかり
でなく、ダミー研削に要する時間的ロスが発生するた
め、加工コストは増加してしまう。特に、被加工物の半
導体ウェーハが大口径化するに伴ってウェーハの単価も
上昇するので、その影響は大きい。

【０００８】また、トラブルの発生により研削を一旦中
止した後に再開するような場合には、特に問題となる。
すなわち、何らかのトラブルが発生して装置が一旦停止
した場合には、装置の発熱停止とともに熱平衡状態は崩
れてしまうので、再び被加工物を研削するためには、再
度装置が安定した状態で調整の結果を再現させて研削し
なければならない。このときには、数分から数時間にわ
たり装置を無負荷運転しながら装置を熱平衡状態に再現
させたり、場合によっては前記したように再び被加工物
（ダミー）の十分な数量研削を追加したりして装置を復
帰させるのが一般的である。もちろん、条件の再現にお
いて空調、研削液の温度等を一定条件に管理する必要が
あることはいうまでもない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に鑑みなされたもので、実際の研削加工前に被加工
物と同材料のダミーの研削を全く行わずに又は従来より
少ないダミーの研削を行うだけで高精度の研削加工を行
うことが可能な平面研削盤及びそれを用いた研削方法を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の趣旨とするとこ
ろは、平面研削を行うための砥石軸にブレーキ機構を設
け、従来の無負荷運転による平面研削盤の熱平衡状態を
達成する際、このブレーキ機構の作用により、モータの
負荷を実際の研削状態と同様の発熱を伴うように調整
し、高精度な研削加工を安定して再現できる手段を提供
するものである。

【００１１】すなわち本願の請求項１に記載の発明は、
被加工物を研削する砥石と、砥石軸を介して前記砥石を
回転駆動する駆動モータとを備えた平面研削盤におい
て、前記砥石軸に負荷を加えるブレーキ機構を設けたこ
とを特徴とする平面研削盤を提供する。

【００１２】本願の請求項２に記載の発明は、請求項１
記載の平面研削盤において、前記ブレーキ機構が、前記
砥石軸の駆動エネルギーの一部を電気エネルギーに変換
する電気式ブレーキ機構であることを特徴とする平面研
削盤を提供する。

【００１３】本願の請求項３に記載の発明は、請求項２
記載の平面研削盤において、前記電気式ブレーキ機構
が、前記砥石軸と連結された発電機と、該発電機で発電
された電気エネルギーを熱エネルギーとして放出する放
熱装置とからなることを特徴とする平面研削盤を提供す
る。

【００１４】本願の請求項４に記載の発明は、請求項１
記載の平面研削盤において、前記ブレーキ機構が、前記
砥石軸の駆動エネルギーの一部を機械的抵抗により消費
する機械式ブレーキ機構であることを特徴とする平面研
削盤を提供する。

【００１５】本願の請求項５に記載の発明は、請求項４
記載の平面研削盤において、前記機械式ブレーキ機構
が、前記砥石軸と連結された連動回転体と、該連動回転
体と接触するブレーキ体とからなることを特徴とする平
面研削盤を提供する。

【００１６】本願の請求項６に記載の発明は、請求項５
記載の平面研削盤において、前記機械式ブレーキ機構
が、前記砥石軸と連結された連動回転ブレードと、容器
内に収容され前記連動回転ブレードと接触する流体とか
らなることを特徴とする平面研削盤を提供する。

【００１７】本願の請求項７に記載の発明は、請求項１
〜６のいずれか記載の平面研削盤において、前記ブレー
キ機構が、前記砥石軸への作動を任意に解除可能に設け
られていることを特徴とする平面研削盤を提供する。

【００１８】本願の請求項８に記載の発明は、請求項１
〜７のいずれかに記載の平面研削盤を用い、該平面研削
盤の運転中は前記ブレーキ機構により常時熱平衡状態を
保ちながら被加工物を研削することを特徴とする研削方
法を提供する。

【００１９】本願の請求項９に記載の発明は、請求項８
記載の研削方法において、前記平面研削盤の前記ブレー
キ機構を作動させた状態で該平面研削盤を暖気運転さ
せ、該平面研削盤が被加工物の研削時とほぼ同じ熱平衡
状態に移行した後、該ブレーキ機構の作動を解除して被
加工物を研削することを特徴とする研削方法を提供す
る。

【００２０】なお、砥石軸に負荷を加えるブレーキ機構
とは、砥石軸の回転に対して任意の大きさの制動トルク
を加えることのできる機構を意味する。

【００２１】

【発明の実施形態】図１は、本発明に係る平面研削盤の
一例を示し、特に電気式ブレーキ機構を用いた例を示
す。この平面研削盤は、図５に示した従来の平面研削盤
とその基本構成がほぼ同一である。すなわち図におい
て、被加工物３はテーブル駆動モータ５にて回転駆動さ
れるテーブル４上に載置され、被加工物３はテーブル４
とともに回転するようになっている。一方、砥石２は、
砥石軸７を介して砥石軸駆動モータ１により回転駆動さ
れるとともに、砥石軸昇降モータ６により昇降するよう
になっている。

【００２２】本実施形態の平面研削盤においては、砥石
２と砥石軸７との間で且つ砥石２の直上に直流発電機８
が設けられ、この直流発電機８と電気的に接続された放
熱装置９が研削位置から離れた場所に設けられており、
これらがブレーキ機構を構成する。このブレーキ機構が
砥石軸駆動モータ１に負荷を与え、研削加工時でない同
モータの発熱を研削加工時と同様の状態にすることを可
能としている。なお、直流発電機８の作動は任意に解除
することができるようになっている。また、放熱装置９
は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して放出する
ものであり、具体的には電気的抵抗を備えたヒータ等が
挙げられるが、直流発電機８の発電した電気エネルギー
を消費する他の手段に置き換えることもできる。

【００２３】具体的動作を説明するならば、平面研削盤
の暖気運転開始時に直流発電機８を作動させ、砥石軸駆
動モータ１に被加工物３の研削時と同等の負荷を与える
ことにより、砥石軸駆動モータ１の発熱は研削実施時と
同等となる。当然ながら、砥石軸駆動モータ１から与え
られたエネルギーは直流発電機８で電気エネルギーに変
換される。この際、直流発電機８自体が発熱すると、本
来狙った熱平衡状態と異なる状態となるので、これを防
止するために、直流発電機８で変換された電気エネルギ
ーは、平面研削盤の精度に影響を生じないように、直流
発電機８に接続された放熱装置９によって熱エネルギー
として放出される。このとき、放熱装置９の電気抵抗値
を制御することにより、砥石軸駆動モータ１に与える負
荷を自由に制御できる。実際には、効率の問題から直流
発電器８自体の多少の発熱は避けられないが、この熱は
砥石２と被加工物３の間に供給される研削液によって砥
石軸７に影響が生じない程度に冷却される。そして、平
面研削盤が被加工物３の実際の研削時と同等の熱平衡状
態に達した後、直流発電機８の作動を解除し、被加工物
３の研削を行うことが可能となる。

【００２４】なお、被加工物３の研削を一時的に休止す
る時は、研削を行わない間は直流発電機８を再度作動さ
せて砥石軸駆動モータ１に被加工物３の研削時と同等の
負荷を与え、常時熱平衡状態を保つようにすることによ
り、ほとんど調整を行わずに被加工物３の研削を再開す
ることができる。

【００２５】図２は、他の実施形態を示す。本例では、
直流発電機１０をベルト１２を介して砥石軸７と連動さ
せたもので、砥石軸駆動モータ１に近い位置に設けられ
ている。ブレーキ機構は、実際の研削状態に近づける意
味で、砥石軸駆動モータ１と砥石３をつなぐ砥石軸７の
できるだけ砥石２に近い位置に設置してブレーキ機構の
制動トルクが加わるようにすることが望ましい。その点
で図１の構成が有利であるが、目的の精度が得られるな
らば特にこだわる必要はない。

【００２６】ブレーキ機構は、設置の自由度の点、吸収
エネルギーの放出の容易さの点から、上記直流発電機を
利用した電気式ブレーキが有利であるが、他の方式のも
のも可能である。図３は、摩擦による機械式ブレーキ機
構を用いた例を示す。図において、ベルト１３を介して
砥石軸７と連動回転するブレーキ軸１４に取り付けられ
た円板状の連動回転体１５が、ブレーキ体１６と接触し
て摩擦により砥石軸７に負荷を与える。

【００２７】図４は、流体を用いた機械式ブレーキ機構
を用いた例を示す。図において、ベルト１７を介して砥
石軸７と連動回転するブレーキ軸１８に取り付けられた
連動回転ブレード２１が、容器１９内に収容された流体
２０内に浸漬されるように設置されており、砥石軸７の
回転と連動して流体２０内で回転する際に流体２０との
流動摩擦により砥石軸７に負荷を与える。

【００２８】

【実施例】図２に示す平面研削盤を用い、評価項目とし
て、暖気運転中と実際の被加工物３の研削サイクルを通
じての砥石軸７の軸受け部２３近傍の温度と砥石軸７の
変位、および、研削を行った被加工物３の研削後のＴＴ
Ｖを評価した。砥石軸７の変位は、砥石軸駆動モーター
１と研削盤本体との隙間に押込み型の微小変位計２２を
設置し、これにより砥石軸７の微少な変位を測定した。
この状態で、直流発電器１０によって砥石軸駆動モータ
１に負荷を与え、実研削と同等となる条件、すなわち砥
石軸駆動モータ１のモータ軸電流値が同一になる条件で
暖気運転を行い、温度が安定した後、実研削を行い、被
加工物３の加工精度（ＴＴＶ）を測定した。これらの結
果を図６に示す。

【００２９】比較のため、上記研削盤の砥石軸７と直流
発電器１０を結ぶベルト１２をはずした状態で上記と同
様の評価実験を行った。その結果を図７に示す。

【００３０】図６及び図７に示したグラフにおいて、被
加工物３の研削を十分に行って安定した状態での砥石軸
７の軸受け部２３近傍の温度、砥石軸７の変位、および
被加工物３の研削後のＴＴＶを基準として、それぞれの
測定値の時間変化を相対値にて表現した。尚、グラフの
横軸は研削サイクルを単位時間とした時間を示してい
る。

【００３１】図６及び図７から明らかな様に、実施例の
場合には、暖気運転から実際の研削に入っても加工負荷
は変化しないので、温度と変位がほとんど変化せず、研
削開始１サイクル目から高精度の加工ができる。一方、
従来技術に相当する比較例においては、暖気運転により
温度と変位が一定になったところで実際の研削に入って
も、加工負荷が変化するため、温度や変位が変化し、そ
の結果、研削開始後しばらくは加工精度が悪化してしま
う。

【００３２】すなわち、安定した加工精度を得るために
は、従来技術では暖気運転を行った後、実際の被加工物
と同材料のダミーを研削する必要があるのに対し、本発
明においては、ダミーが全く不要になるか、その必要量
が少なくなるばかりでなく、ダミーの研削に必要な時間
も節約することができるので、加工効率が上がる。ま
た、暖気運転時のブレーキ機構による負荷を実際の研削
時の負荷よりも大きめに設定することにより、暖気運転
自体も短縮することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、実
際の研削加工前に被加工物と同材料のダミーの研削を全
く行わずに又は従来より少ないダミーの研削を行うだけ
で高精度の研削加工を行うことが可能となり、加工効率
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す概略構成図である。

【図２】本発明の他の実施態様を示す概略構成図であ
る。

【図３】本発明の他の実施態様を示す概略構成図であ
る。

【図４】本発明の他の実施態様を示す概略構成図であ
る。

【図５】従来の平面研削盤の一例を示す概略構成図であ
る。

【図６】図２に示す平面研削盤を用いた評価結果を示す
グラフである。

【図７】図５に示す従来の平面研削盤を用いた評価結果
を示すグラフである。

【符合の説明】

１：砥石軸駆動モータ ２：砥石 ３：被加工物 ４：テーブル ５：テーブル駆動モータ ６：砥石軸昇降モータ ７：砥石軸 ８：直流発電機 ９：放熱装置 １０：直流発電機 １１：放熱装置 １２：ベルト １３：ベルト １４：ブレーキ軸 １５：連動回転体 １６：ブレーキ体 １７：ベルト １８：ブレーキ軸 １９：容器 ２０：流体 ２１：連動回転ブレード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大國 ▲禎▼之 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社半導体白河研究 所内 (72)発明者 大嶋 久 新潟県中頸城郡頸城村大字城野腰新田596 番地２ 直江津電子工業株式会社内 (72)発明者 岡部 啓一 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 (72)発明者 加藤 忠弘 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社半導体白河研究 所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物を研削する砥石と、砥石軸を介
   して前記砥石を回転駆動する駆動モータとを備えた平面
   研削盤において、前記砥石軸に負荷を加えるブレーキ機
   構を設けたことを特徴とする平面研削盤。
2. 【請求項２】 前記ブレーキ機構は、前記砥石軸の駆動
   エネルギーの一部を電気エネルギーに変換する電気式ブ
   レーキ機構であることを特徴とする請求項１記載の平面
   研削盤。
3. 【請求項３】 前記電気式ブレーキ機構は、前記砥石軸
   と連結された発電機と、該発電機で発電された電気エネ
   ルギーを熱エネルギーとして放出する放熱装置とからな
   ることを特徴とする請求項２記載の平面研削盤。
4. 【請求項４】 前記ブレーキ機構は、前記砥石軸の駆動
   エネルギーの一部を機械的抵抗により消費する機械式ブ
   レーキ機構であることを特徴とする請求項１記載の平面
   研削盤。
5. 【請求項５】 前記機械式ブレーキ機構は、前記砥石軸
   と連結された連動回転体と、該連動回転体と接触するブ
   レーキ体とからなることを特徴とする請求項４記載の平
   面研削盤。
6. 【請求項６】 前記機械式ブレーキ機構は、前記砥石軸
   と連結された連動回転ブレードと、容器内に収容され前
   記連動回転ブレードと接触する流体とからなることを特
   徴とする請求項５記載の平面研削盤。
7. 【請求項７】 前記ブレーキ機構は、前記砥石軸への作
   動を任意に解除可能に設けられていることを特徴とする
   請求項１〜６のいずれか記載の平面研削盤。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の平面研
   削盤を用い、該平面研削盤の運転中は前記ブレーキ機構
   により常時熱平衡状態を保ちながら被加工物を研削する
   ことを特徴とする研削方法。
9. 【請求項９】 前記平面研削盤の前記ブレーキ機構を作
   動させた状態で該平面研削盤を暖気運転させ、該平面研
   削盤が被加工物の研削時とほぼ同じ熱平衡状態に移行し
   た後、該ブレーキ機構の作動を解除して被加工物を研削
   することを特徴とする請求項８記載の研削方法。