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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkstückbearbeitungsverfahren und eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung zum Schleifen eines plattenförmigen Werkstücks, um so einen ringförmigen Verstärkungsabschnitt in einem Umfangsbereich des Werkstücks auszubilden.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Bei einem Halbleiterbauelement-Herstellvorgang werden mehrere als Straßen bezeichnete, sich kreuzende Trennlinien an der Vorderseite eines im Wesentlichen scheibenförmigen Halbleiterwafers ausgebildet, um dadurch mehrere Bereiche abzugrenzen, in denen Bauelemente, wie zum Beispiel ICs und LSIs, jeweils ausgebildet sind. Der Halbleiterwafer wird entlang dieser Straßen geschnitten, um dadurch einen Bauelementbereich, in dem die Bauelemente ausgebildet sind, in einzelne Halbleiterchips zu teilen. Auch bei einem Wafer für optische Bauelemente, der durch Schichten von Galliumnitrid-Verbundhalbleitern oder dergleichen auf einem Saphirsubstrat ausgebildet ist, wird der Wafer für optische Bauelemente entlang von Straßen geschnitten, um dadurch einzelne optische Bauelemente, wie zum Beispiel lichtemittierende Dioden und Laserdioden zu erhalten, die in elektronischen Geräten weit verbreitet sind.
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Vor dem Schneiden das Wafers entlang der Straßen wird die Rückseite des Wafers geschliffen oder geätzt, um die Dicke des Wafers auf eine vorgegebene Dicke zu verringern. In den letzten Jahren war es erforderlich, die Waferdicke auf 50 µm oder weniger zu verringern, um eine Verringerung der Größe und des Gewichts elektronischer Geräte zu erreichen. Jedoch bewirkt eine solche Verringerung der Waferdicke auf 50 µm oder weniger eine leichte Beschädigung des Wafers, so dass die Handhabung, wie zum Beispiel der Transport, des Wafers schwierig ist.
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Um dieses Problem zu lösen, wurde zum Beispiel in der
JP 2007- 19 461 A ein Waferbearbeitungsverfahren vorgeschlagen. Bei diesem Waferbearbeitungsverfahren wird die Rückseite eines Wafers in einem Bereich geschliffen, der einem Bauelementbereich entspricht, um dadurch die Dicke des Bauelementbereichs auf eine vorgegebene Dicke zu verringern und gleichzeitig einen ringförmigen Verstärkungsabschnitt in einem Bereich auszubilden, der einem Umfangsrandbereich entspricht, der den Bauelementbereich umgibt, wodurch die Handhabung, wie zum Beispiel der Transport, des Wafers mit verringerter Dicke erleichtert wird.
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Gemäß dem oben angeführten, in der
JP 2007- 19 461 A beschriebenen Waferbearbeitungsverfahren kann eine Beschädigung des Wafers trotz dessen verringerter Dicke von 50 µm oder weniger unterdrückt werden, wodurch die Waferhandhabung erleichtert wird. Beim eigentlichen Schleifen des Wafers werden zwei Arten von Schleifscheiben mit Schleifkörnern verschiedener Größen verwendet, um aufeinander folgend einen zweistufigen Schleifvorgang durchzuführen, der aus einem Grobschleifen und einem Feinschleifen besteht, wodurch der oben angeführte ringförmige Verstärkungsabschnitt ausgebildet wird. Jedoch wird durch den zweistufigen Schleifvorgang die Dicke des mittleren Abschnitts des Wafers weiter verringert, was eine Möglichkeit herbeiführt, dass eine Rissbildung an der Arbeitsoberfläche des Wafers auftreten kann.
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US 2009 / 0 004 859 A1 behandelt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Wafers, in dem zum Zeitpunkt eines Schleifens der Rückseitenoberfläche des Wafers nur ein einem Bauelementausbildungsbereich entsprechender Rückseiten-Oberflächenbereich, in dem Halbleiterchips ausgebildet werden, durch ein Schleifen dünn ausgestaltet wird.
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JP 2000- 288 881 A behandelt ein Schleifverfahren zum Schleifen eines plattenartigen Objekts wie beispielsweise eines Halbleiterwafers und eine Schleifvorrichtung, die zum Ausführen des Verfahrens verwendet werden kann.
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US 2008 / 0 090 505 A1 betrifft einen Wafer mit einem an einer hinteren Oberfläche davon ausgebildeten vertieften Abschnitt, der durch eine Grobschleifscheibe ausgebildet wird.
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JP 2008- 60 470 A betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Wafers, der einfach gehandhabt werden kann, selbst, wenn er dünn ausgestaltet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Werkstückbearbeitungsverfahren und eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die das Auftreten einer Rissbildung an der Arbeitsoberfläche unterdrücken können, sogar wenn die Dicke eines plattenförmigen Werkstücks durch Schleifen des plattenförmigen Werkstücks, um so einen ringförmigen Verstärkungsabschnitt auszubilden, weiter verringert wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt: ein Werkstückbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines plattenförmigen Werkstücks mit einem Bauelementbereich, in dem Bauelemente ausgebildet sind, und einem Umfangsrandbereich, der den Bauelementbereich an der Vorderseite des Werkstücks umgibt, unter Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung, die beinhaltet: ein Haltemittel mit einer um eine Drehachse drehbaren Halteoberfläche zum Halten des plattenförmigen Werkstücks, ein erstes Bearbeitungsmittel mit einer ersten Schleifscheibe, die eine erste Schleifoberfläche gegenüber der Halteoberfläche aufweist, und einer ersten Achse zum Halten der ersten Schleifscheibe, so dass die erste Schleifscheibe um eine erste Drehachse senkrecht zu der ersten Schleifoberfläche drehbar ist, wobei die erste Drehachse mit Bezug auf die Drehachse der Halteoberfläche leicht geneigt ist, und ein zweites Bearbeitungsmittel mit einer zweiten Schleifscheibe, die eine zweite Schleifoberfläche gegenüber der Halteoberfläche aufweist, und einer zweiten Achse zum Halten der zweiten Schleifscheibe, so dass die zweite Schleifscheibe um eine zweite Drehachse senkrecht zu der zweiten Schleifoberfläche drehbar ist, wobei die zweite Drehachse mit Bezug auf die Drehachse der Halteoberfläche in eine Richtung entgegengesetzt zu der ersten Drehachse leicht geneigt ist. Das Werkstückbearbeitungsverfahren beinhaltet: einen Halteschritt zum Halten des plattenförmigen Werkstücks an der Halteoberfläche in dem Zustand, in dem die Vorderseite des plattenförmigen Werkstücks mit der Halteoberfläche in Kontakt ist; einen ersten Bearbeitungsschritt zum Anordnen der ersten Schleifoberfläche relativ zu der Rückseite des an der Halteoberfläche gehaltenen plattenförmigen Werkstücks, so dass der äußere Umfangsrand der ersten Schleifscheibe an dem inneren Umfang eines Umfangsbereichs, der dem Umfangsrandbereich entspricht, und dem Mittelpunkt des plattenförmigen Werkstücks vorbei verläuft, und weiter (als Nächstes) zum Schleifen der Rückseite des plattenförmigen Werkstücks in einem mittleren Bereich, der dem Bauelementbereich entspricht, um so mehrere erste Schneidriefen (Schneidspuren) auszubilden, die jeweils eine Bogenform aufweisen, wodurch eine kreisförmige Aussparung an der Rückseite des plattenförmigen Werkstücks in dem mittleren Bereich ausgebildet wird; und einen zweiten Bearbeitungsschritt zum Anordnen der zweiten Schleifoberfläche relativ zu der Rückseite des an der Halteoberfläche gehaltenen plattenförmigen Werkstücks nach dem Durchführen des ersten Bearbeitungsschritts, so dass der äußere Umfangsrand der zweiten Schleifscheibe an dem Umfang der kreisförmigen Aussparung und der Mitte des plattenförmigen Werkstücks vorbei verläuft und weiter (als Nächstes) zum Schleifen der Rückseite des plattenförmigen Werkstücks in der kreisförmigen Aussparung, um so mehrere zweite Schneidriefen (Schneidspuren) auszubilden, die jeweils eine Bogenform aufweisen, so dass die zweiten Schneidriefen die ersten Schneidriefen schneiden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Werkstückbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die beinhaltet: ein Haltemittel mit einer Halteoberfläche zum Halten eines plattenförmigen Werkstücks mit einem Bauelementbereich, in dem Bauelemente ausgebildet sind, und einem Umfangsrandbereich, der den Bauelementbereich an der Vorderseite des Werkstücks umgibt, wobei die Halteoberfläche um eine Drehachse drehbar ist; und ein erstes Bearbeitungsmittel mit einer ersten Schleifscheibe, die eine erste Schleifoberfläche gegenüber der Halteoberfläche aufweist, und einer ersten Achse zum Halten der ersten Schleifscheibe, so dass die erste Schleifscheibe um eine erste Drehachse senkrecht zu der ersten Schleifoberfläche drehbar ist, wobei die erste Drehachse mit Bezug auf die Drehachse der Halteoberfläche leicht geneigt ist. Die Werkstückbearbeitungsvorrichtung beinhaltet ferner: ein zweites Bearbeitungsmittel mit einer zweiten Schleifscheibe, die eine zweite Schleifoberfläche gegenüber der Halteoberfläche aufweist, und einer zweiten Achse zum Halten der zweiten Schleifscheibe, so dass die zweite Schleifscheibe um eine zweite Drehachse senkrecht zu der zweiten Schleifoberfläche drehbar ist, wobei die zweite Drehachse mit Bezug auf die Drehachse der Halteoberfläche in eine Richtung entgegengesetzt zu der der ersten Drehachse leicht geneigt ist; und ein Steuermittel zum Steuern des ersten Bearbeitungsmittels, so dass die erste Schleifoberfläche relativ zu der Rückseite des an der Halteoberfläche gehaltenen plattenförmigen Werkstücks so angeordnet wird, dass der äußere Umfangsrand der ersten Schleifscheibe an dem inneren Umfang eines Umfangsbereichs, der dem Umfangsrandbereich entspricht, und dem Mittelpunkt des plattenförmigen Werkstücks vorbei verläuft, und als Nächstes die Rückseite des plattenförmigen Werkstücks in einem mittleren Bereich, der dem Bauelementbereich entspricht, geschliffen wird, und außerdem zum Steuern des zweiten Bearbeitungsmittels, so dass die zweite Schleifoberfläche relativ zu der Rückseite des an der Halteoberfläche gehaltenen plattenförmigen Werkstücks nach dem Schleifen durch das erste Bearbeitungsmittel so angeordnet wird, dass der äußere Umfangsrand der zweiten Schleifscheibe an dem inneren Umfang des Umfangsbereichs und dem Mittelpunkt des plattenförmigen Werkstücks vorbei verläuft, und als Nächstes die Rückseite des plattenförmigen Werkstücks in dem mittleren Bereich, der dem Bauelementbereich entspricht, geschliffen wird, wodurch ein ringförmiger Verstärkungsabschnitt an der Rückseite des plattenförmigen Werkstücks in dem Umfangsbereich, der dem Umfangsrandbereich entspricht, ausgebildet wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das plattenförmige Werkstück durch das erste Bearbeitungsmittel so geschliffen, dass die ersten Schneidriefen ausgebildet werden, und ferner durch das zweite Bearbeitungsmittel so geschliffen, dass die zweiten Schneidriefen, welche die ersten Schneidriefen schneiden, ausgebildet werden. Dementsprechend ist es möglich, eine Abnahme der Festigkeit der Arbeitsoberfläche in dem Fall, dass die ersten Schneidriefen und die zweiten Schneidriefen durchgehend in der gleichen Richtung ausgebildet sind, zu verhindern. Dementsprechend kann, sogar wenn die Dicke des plattenförmigen Werkstücks durch Schleifen des plattenförmigen Werkstücks, um so den ringförmigen Verstärkungsabschnitt auszubilden, weiter verringert wird, das Auftreten einer Rissbildung an der Arbeitsoberfläche unterdrückt werden.
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Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise, diese zu verwirklichen, wird offenkundiger werden und die Erfindung selbst wird am besten verstanden werden, indem die folgende Beschreibung und die angefügten Ansprüche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen studiert werden, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung zum Durchführen eines Werkstückbearbeitungsverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2A ist eine schematische Darstellung, die einen geneigten Zustand einer ersten Drehachse zeigt;
- 2B ist eine schematische Darstellung, die einen geneigten Zustand einer zweiten Drehachse zeigt;
- 3A ist eine perspektivische Ansicht eines plattenförmigen Werkstücks von dessen Vorderseite aus betrachtet;
- 3B ist eine perspektivische Ansicht des plattenförmigen Werkstücks von dessen Rückseite aus betrachtet;
- 4A und 4B sind schematische Darstellungen, die einen Zustand zeigen, in dem eine erste Schleifscheibe vor dem Schleifen in einem ersten Bearbeitungsschritt angeordnet ist;
- 5A und 5B sind schematische Darstellungen, die einen Zustand zeigen, in dem das plattenförmige Werkstück in dem ersten Bearbeitungsschritt geschliffen wird;
- 6A und 6B sind schematische Darstellungen, die einen Zustand zeigen, in dem das plattenförmige Werkstück in dem ersten Bearbeitungsschritt geschliffen wurde;
- 7A und 7B sind schematische Darstellungen, die einen Zustand zeigen, in dem eine zweite Schleifscheibe vor dem Schleifen in einem zweiten Bearbeitungsschritt angeordnet ist;
- 8A und 8B sind schematische Darstellungen, die einen Zustand zeigen, in dem das plattenförmige Werkstück in dem zweiten Bearbeitungsschritt geschliffen wird; und
- 9A und 9B sind schematische Darstellungen, die einen Zustand zeigen, in dem das plattenförmige Werkstück in dem zweiten Bearbeitungsschritt geschliffen wurde.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung 1 zum Durchführen eines Werkstückbearbeitungsverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2A ist eine schematische Darstellung, die einen geneigten Zustand einer ersten Drehachse φ1 zeigt, und 2B ist eine schematische Darstellung, die einen geneigten Zustand einer zweiten Drehachse φ2 zeigt. Wie später beschrieben wird, wirkt die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 1 so, dass sie die Rückseite eines plattenförmigen Werkstücks in einem Bereich, der einem Bauelementbereich entspricht, schleift, um dadurch die Dicke des Bauelementbereichs auf eine vorgegebene Dicke zu verringern und gleichzeitig einen Bereich, der einem Umfangsrandbereich, der den Bauelementbereich umgibt, entspricht, zu belassen, wodurch ein ringförmiger Verstärkungsabschnitt an der Rückseite des plattenförmigen Werkstücks ausgebildet wird. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Werkstückbearbeitungsvorrichtung 1 ein Gehäuse 2, ein erstes Bearbeitungsmittel 3, ein zweites Bearbeitungsmittel 4, einen Drehtisch 5, drei Haltemittel 6, eine erste Kassette 7, eine zweite Kassette 8, ein Anordnungsmittel 9, ein erstes Überführungsmittel 10, ein zweites Überführungsmittel 11, ein Reinigungsmittel 12, ein Aufnahmemittel 13 und ein Steuermittel 14.
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Der Drehtisch 5 ist ein scheibenförmiges Element, das an der oberen Oberfläche des Gehäuses 2 so vorgesehen ist, dass es in einer horizontalen Ebene drehbar ist. Der Drehtisch 5 wird mit einer geeigneten Zeitsteuerung drehend angetrieben. Die drei Haltemittel 6 sind an dem Drehtisch 5 mit gleichen Abständen in der Umfangsrichtung des Drehtischs 5, d.h. mit einem Phasenwinkel von 120°, vorgesehen. Jedes Haltemittel 6 ist als ein Einspanntisch vorgesehen, der eine Vakuumeinspannvorrichtung an dessen oberer Oberfläche aufweist. Das heißt, jedes Haltemittel 6 weist eine flache Halteoberfläche 6s zum Halten eines plattenförmigen Werkstücks W unter Ansaugen auf. Bei einem Schleifvorgang wird das Haltemittel 6, welches das plattenförmige Werkstück W hält, durch einen Drehantriebsmechanismus (nicht gezeigt) so drehend angetrieben, dass es in einer horizontalen Ebene um eine Drehachse φ0 senkrecht zu der Halteoberfläche 6s gedreht wird. Durch die Drehung des Drehtischs 5 kann jedes Haltemittel 6 wahlweise eine Bereitschaftsposition A, eine Grobschleifposition B gegenüber dem ersten Bearbeitungsmittel 3 und eine Feinschleifposition C gegenüber dem zweiten Bearbeitungsmittel 4 einnehmen.
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Das erste Bearbeitungsmittel 3 beinhaltet eine erste Schleifscheibe 3b mit einer ersten Schleifoberfläche 3a gegenüber der Halteoberfläche 6s des Haltemittels 6, das an der Grobschleifposition B angeordnet ist, einen ersten Achsenabschnitt 3c zum Halten der ersten Schleifscheibe 3b, so dass die erste Schleifscheibe 3b um eine erste Drehachse φ1 senkrecht zu der ersten Schleifoberfläche 3a drehbar ist, und einen ersten Gleitabschnitt 3d zum Halten des ersten Achsenabschnit6ts 3c, so dass der erste Achsenabschnitt 3c entlang der ersten Drehachse φ1 bewegbar ist. Die erste Schleifscheibe 3b ist als eine Grobschleifscheibe vorgesehen, die grobe Schleifkörner verwendet. Daher wirkt das erste Bearbeitungsmittel 3 so, dass es einen vorgegebenen Grobschleifvorgang an der Rückseite des plattenförmigen Werkstücks W auf eine solche Weise durchführt, dass die abnehmbar an dem unteren Ende des ersten Achsenabschnitts 3c angebrachte erste Schleifscheibe 3b durch einen Motor 3e um die erste Drehachse φ1 gedreht und gleichzeitig entlang der ersten Drehachse φ1 durch den ersten Gleitabschnitt 3d bewegt wird, so dass diese mit der oberen Oberfläche (Rückseite) des plattenförmigen Werkstücks W in Druckkontakt kommt, das an der Halteoberfläche 6s des an der Grobschleifposition B angeordneten Haltemittels 6 gehalten wird. Obwohl dies nicht gezeigt ist, weist das erste Bearbeitungsmittel 3 einen Mechanismus zum Einstellen der Neigung der ersten Drehachse φ1 mit Bezug auf die Drehachse φ0 auf.
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In ähnlicher Weise beinhaltet das zweite Bearbeitungsmittel 4 eine zweite Schleifscheibe 4b mit einer zweiten Schleifoberfläche 4a gegenüber der Halteoberfläche 6s des Haltemittels 6, das an der Feinschleifposition C angeordnet ist, einen zweiten Achsenabschnitt 4c zum Halten der zweiten Schleifscheibe 4b, so dass die zweite Schleifscheibe 4b um eine zweite Drehachse φ2 senkrecht zu der zweiten Schleifoberfläche 4a drehbar ist, und einen zweiten Gleitabschnitt 4d zum Halten des zweiten Achsenabschnitts 4c, so dass der zweite Achsenabschnitt 4c entlang der zweiten Drehachse φ2 bewegbar ist. Die zweite Schleifscheibe 4b ist als eine Feinschleifscheibe vorgesehen, die feine Schleifkörner verwendet. Daher wirkt das zweite Bearbeitungsmittel 4 so, dass es einen vorgegebenen Feinschleifvorgang an der Rückseite des plattenförmigen Werkstücks W auf eine solche Weise durchführt, dass die an dem unteren Ende des zweiten Achsenabschnitts 4c abnehmbar angebrachte zweite Schleifscheibe 4b um die zweite Drehachse φ2 durch einen Motor 4e gedreht und gleichzeitig entlang der zweiten Drehachse φ2 durch den zweiten Gleitabschnitt 4d bewegt wird, so dass diese mit der oberen Oberfläche (Rückseite) des plattenförmigen Werkstücks W in Druckkontakt kommt, das an der Halteoberfläche 6s des an der Feinschleifposition C angeordneten Haltemittels 6 gehalten wird. Obwohl dies nicht gezeigt ist, weist das zweite Bearbeitungsmittel 4 einen Mechanismus zum Einstellen der Neigung der zweiten Drehachse φ2 mit Bezug auf die Drehachse φ0 auf.
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Der erste Gleitabschnitt 3d des ersten Bearbeitungsmittels 3 ist durch ein erstes Zuführmittel 15 vertikal bewegbar, so dass die erste Schleifscheibe 3b der oberen Oberfläche des an dem Haltemittel 6 an der Grobschleifposition B gehaltenen plattenförmigen Werkstücks W zugeführt werden kann. In ähnlicher Weise ist der zweite Gleitabschnitt 4d des zweiten Bearbeitungsmittels 4 durch ein zweites Zuführmittel 16 vertikal bewegbar, so dass die zweite Schleifscheibe 4b der oberen Oberfläche des an dem Haltemittel 6 an der Feinschleifposition C gehaltenen plattenförmigen Werkstücks W zugeführt werden kann. Das erste und das zweite Zuführmittel 15 und 16 sind jeweils an einem ersten und einem zweiten bewegbaren Block 17 und 18 angebracht, die an der oberen Oberfläche des Gehäuses 2 vorgesehen sind. Der erste bewegbare Block 17 ist durch einen Bewegungsmechanismus (nicht gezeigt) relativ zu dem Gehäuse 2 bewegbar, so dass die erste Schleifscheibe 3b in der radialen Richtung des Drehtischs 5 relativ zu dem Haltemittel 6, das an der Grobschleifposition B angeordnet ist, bewegt werden kann. In ähnlicher Weise ist der zweite bewegbare Block 18 durch einen Bewegungsmechanismus (nicht gezeigt) relativ zu dem Gehäuse 2 bewegbar, so dass die zweite Schleifscheibe 4b in der radialen Richtung des Drehtischs 5 relativ zu dem Haltemittel 6, das an der Feinschleifposition C angeordnet ist, bewegt werden kann.
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Sowohl die erste als auch die zweite Kassette 7 und 8 wirken als ein Behälter mit mehreren Schächten zum Speichern mehrerer plattenförmiger Werkstücke W. Die erste Kassette 7 wirkt so, dass sie mehrere plattenförmige Werkstücke W vor dem Schleifen speichert, und die zweite Kassette 8 wirkt so, dass sie die plattenförmigen Werkstücke W nach dem Schleifen speichert. Jedes plattenförmige Werkstück W ist nicht besonders eingeschränkt und Beispiele jedes plattenförmigen Werkstücks W beinhalten einen Halbleiterwafer, wie zum Beispiel einen Siliziumwafer und einen GaAs-Wafer, ein Substrat aus anorganischem Material, wie zum Beispiel Keramik-, Glas-, und Saphir (Al2O3)-Substrate, ein duktiles Material, wie zum Beispiel ein plattenförmiges Metall und Harz, und verschiedene Arbeitsmaterialien, die erforderlich sind, um eine TTV (Gesamtdickenänderung) in der Größenordnung von Mikrometern bis Submikrometern zu erreichen, wobei TTV die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Höhe über die Oberfläche eines plattenförmigen Werkstücks, in der Richtung entlang der Dicke des plattenförmigen Werkstücks durch Verwenden der Arbeitsoberfläche des plattenförmigen Werkstücks als eine Bezugsoberfläche gemessen, bedeutet.
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Das Anordnungsmittel 9 ist als ein Tisch zum vorübergehenden Anordnen des aus der ersten Kassette 7 herausgenommenen plattenförmigen Werkstücks W und Zentrieren des plattenförmigen Werkstücks W vorgesehen. Das erste Überführungsmittel 10 ist als ein Überführungsarm vorgesehen, der einen Saugnapf aufweist und dafür ausgelegt ist, in einer horizontalen Ebene schwenkbar angetrieben zu werden. Das erste Überführungsmittel 10 wirkt so, dass es das plattenförmige Werkstück W unter Ansaugen vor dem Schleifen hält und es von dem Anordnungsmittel 9 zu dem an der Bereitschaftsposition A angeordneten Haltemittel 6 trägt. In ähnlicher Weise ist das zweite Überführungsmittel 11 auch als ein Überführungsarm vorgesehen, der einen Saugnapf aufweist und dafür ausgelegt ist, in einer horizontalen Ebene schwenkbar angetrieben zu werden. Das zweite Überführungsmittel 11 wirkt so, dass es das plattenförmige Werkstück W unter Ansaugen nach dem Schleifen hält und es von dem an der Bereitschaftsposition A angeordneten Haltemittel 6 zu dem Reinigungsmittel 12 trägt.
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Das Aufnahmemittel 13 ist als eine Roboteraufnahmeeinrichtung vorgesehen, die eine U-förmige Hand 13a zum Halten des plattenförmigen Werkstücks W unter Ansaugen und Tragen desselben aufweist. Spezieller wirkt das Aufnahmemittel 13 so, dass es das plattenförmige Werkstück W vor dem Schleifen von der ersten Kassette 7 zu dem Anordnungsmittel 9 trägt und außerdem das plattenförmige Werkstück W nach dem Schleifen von dem Reinigungsmittel 12 zu der zweiten Kassette 8 trägt. Das Reinigungsmittel 12 wirkt so, dass es das plattenförmige Werkstück W nach dem Schleifen reinigt und Verunreinigungen, wie zum Beispiel Staub, entfernt, die sich auf der geschliffenen Oberfläche des plattenförmigen Werkstücks W abgelagert haben. Das Steuermittel 14 ist als ein Mikrocomputer vorgesehen und wirkt so, dass es den Betrieb der Werkstückbearbeitungsvorrichtung 1 so steuert, dass ein gewünschter Schleifvorgang an dem plattenförmigen Werkstück W durchgeführt wird.
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In dem Fall, dass sowohl das an der Grobschleifposition B angeordnete Haltemittel 6 als auch die erste Schleifscheibe 3b gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden, ist die erste Drehachse φ1 des ersten Bearbeitungsmittels 3 um einen ersten Neigungswinkel α mit Bezug auf die Drehachse φ0 senkrecht zu der Halteoberfläche 6s des Haltemittels 6, wie in 2A gezeigt ist, auf eine solche Weise leicht geneigt, dass der Vorderabschnitt der ersten Schleifscheibe 3b in der Drehrichtung (Umfangsrichtung) der Halteoberfläche 6s nach unten geneigt ist.
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Andererseits ist in dem Fall, dass sowohl das an der Feinschleifposition C angeordnete Haltemittel 6 als auch die zweite Schleifscheibe 4b im Uhrzeigersinn gedreht werden, die zweite Drehachse φ2 des zweiten Bearbeitungsmittels 4 um einen zweiten Neigungswinkel β mit Bezug auf die Drehachse φ0 senkrecht zu der Halteoberfläche 6s des Haltemittels 6, wie in 2B gezeigt ist, auf eine solche Weise leicht geneigt, dass der Vorderabschnitt der zweiten Schleifscheibe 4b in der Drehrichtung (Umfangsrichtung) der Halteoberfläche 6s nach unten geneigt ist. Mit anderen Worten ist die zweite Drehachse φ2 in eine Richtung entgegengesetzt zu der der ersten Drehachse φ1 mit Bezug auf die Drehachse φ0 geneigt. Ferner wird der zweite Neigungswinkel β so eingestellt, dass er kleiner als der erste Neigungswinkel α ist. Während der erste und der zweite Neigungswinkel α und β übertrieben als große Winkel in 2A und 2B gezeigt sind, sind diese Winkel α und β eigentlich als sehr kleine Winkel, wie zum Beispiel kleiner als oder gleich groß wie 0,5°, festgelegt.
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Das zu schleifende plattenförmige Werkstück W wird nun beschrieben. 3A ist eine perspektivische Ansicht des plattenförmigen Werkstücks W von dessen Vorderseite Wa aus betrachtet und 3B ist eine perspektivische Ansicht des plattenförmigen Werkstücks W von dessen Rückseite Wb aus betrachtet. Wie in 3A gezeigt ist, ist die Vorderseite Wa des plattenförmigen Werkstücks W vollständig mit mehreren Bauelementen ausgebildet, die in zwei senkrechten Richtungen abgeteilt sind, und sind einige dieser Bauelemente für eine Vermarktung verfügbar. Die Vorderseite Wa des plattenförmigen Werkstücks W besteht aus einem Bauelementbereich W1 (als ein schattierter Bereich in 3A gezeigt), in dem diese verfügbaren Bauelemente beinhaltet sind, und einem Umfangsrandbereich W2, der den Bauelementbereich W1 umgibt.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W in einem Bereich, der dem Bauelementbereich W1 entspricht, geschliffen, um dadurch einen ringförmigen Verstärkungsabschnitt an der Rückseite Wb in einem Bereich auszubilden, der dem Umfangsrandbereich W2 entspricht. Dementsprechend ist der Durchmesser des äußersten Umfangs der Ortslinie der Drehung sowohl der ersten als auch der zweiten Schleifscheibe 3b und 4b so festgelegt, dass er größer als der Radius des Bauelementbereichs W1 und kleiner als der Durchmesser des Bauelementbereichs W1 ist.
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Ein Bearbeitungsverfahren für das plattenförmige Werkstück W, das unter der Steuerung des Steuermittels 14 durchzuführen ist, wird nun mit Bezug auf 4A bis 9B beschrieben.
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(Halteschritt)
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Das zu schleifende plattenförmige Werkstück W wird durch das Aufnahmemittel 13 aus der ersten Kassette 7 herausgenommen und auf dem Anordnungsmittel 9 angeordnet. Nachdem das plattenförmige Werkstück W auf dem Anordnungsmittel 9 zentriert wurde, wird das plattenförmige Werkstück W durch das erste Überführungsmittel 10 unter Ansaugen gehalten und von dem Anordnungsmittel 9 zu dem an der Bereitschaftsposition A angeordneten Haltemittel 6 getragen. Daher wird das plattenförmige Werkstück W unter Ansaugen an der Halteoberfläche 6s des Haltemittels 6 in dem Zustand gehalten, in dem die Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W als eine Arbeitsoberfläche nach oben gerichtet ist.
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(Erster Bearbeitungsschritt)
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Nach dem Durchführen des oben angeführten Halteschritts wird der Drehtisch 5 um 120° gedreht, um dadurch das Haltemittel 6, welches das plattenförmige Werkstück W hält, von der Bereitschaftsposition A zu der Grobschleifposition B zu bewegen. An der Grobschleifposition B wird die Halteoberfläche 6s, die das plattenförmige Werkstück W hält, gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse φ0 gedreht und die erste Schleifscheibe 3b des ersten Schleifmittels 3 auch gegen den Uhrzeigersinn gedreht, um den mittleren Abschnitt der Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W zu schleifen (Grobschleifen), wodurch eine kreisförmige Aussparung ausgebildet wird, die nachfolgend hierin beschrieben wird. Spezieller wird, wie in 4A und 4B gezeigt ist, die erste Schleifoberfläche 3a durch Bewegen des ersten bewegbaren Blocks 17 so angeordnet, dass der äußere Umfangsrand der ersten Schleifscheibe 3b an dem inneren Umfang des Umfangsbereichs, der dem Umfangsrandbereich W2 entspricht (die Grenze zwischen dem Bauelementbereich W1 und dem Umfangsrandbereich W2) und der Mitte W0 des plattenförmigen Werkstücks W vorbei verläuft. Danach wird, wie in 5A und 5B gezeigt ist, die erste Schleifscheibe 3b, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, zu der Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W abgesenkt und durch das Zuführmittel 15 in das plattenförmige Werkstück W zugeführt. Als Folge wird, wie in 6A und 6B gezeigt ist, die Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W so geschliffen, dass mehrere erste Schneidriefen 21 ausgebildet werden, die jeweils eine Bogenform aufweisen, wodurch eine kreisförmige Aussparung W3 an der Rückseite Wb in einem mittleren Bereich ausgebildet wird, der dem Bauelementbereich W1 entspricht, der an der Vorderseite Wa des plattenförmigen Werkstücks W ausgebildet ist.
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Bei dem in 5A und 5B gezeigten Schleifvorgang ist die erste Drehachse φ1 der ersten Schleifscheibe 3b um den ersten Neigungswinkel α mit Bezug auf die Drehachse φ0 des Haltemittels 6 geneigt, so dass der Vorderabschnitt der ersten Schleifscheibe 3b in der Drehrichtung des Haltemittels 6 nach unten geneigt ist. Dementsprechend kommt der vordere halbe Abschnitt der ersten Schleifoberfläche 3a, wie in 5A durch einen schattierten Bereich gezeigt ist, mit dem plattenförmigen Werkstück W in Kontakt, um die Rückseite Wb zu schleifen, während der hintere halbe Abschnitt der ersten Schleifoberfläche 3a über dem plattenförmigen Werkstück W schwebt. Dem entsprechend wird, wie in 5B gezeigt ist, die Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W in dem Bereich von dem Mittelpunkt W0 des plattenförmigen Werkstücks W zu dem inneren Umfang des Umfangsbereichs, der dem Umfangsrandbereich W2 entspricht, leicht konkav geschliffen. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine solche konkave Oberfläche, die an der Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W durch den Schleifvorgang des vorderen halben Abschnitts der ersten Schleifscheibe 3b ausgebildet ist. Als Folge ist jede erste Schneidriefe 21, die eine Bogenform aufweist, wie in 6A und 6B gezeigt ausgebildet.
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Der erste Neigungswinkel α der ersten Drehachse φ1 mit Bezug auf die Drehachse φ0 ist relativ groß eingestellt, so dass die Korngröße eines beliebigen Schleifkorns, das von der ersten Schleifscheibe 3b herabgefallen ist, berücksichtigt wird. Dementsprechend ist es, sogar wenn ein beliebiges Schleifkorn während des Schleifvorgangs von der ersten Schleifscheibe 3b abfällt, möglich, den Eingriff des abgefallenen Schleifkorns zwischen der ersten Schleifoberfläche 3a und jeder konkaven Oberfläche 22 zu unterdrücken, so dass Kratzer an jeder konkaven Oberfläche 22 verringert werden können. Jedoch wird, da der erste Neigungswinkel α der ersten Drehachse φ1 mit Bezug auf die Drehachse φ0 relativ groß ist, der Wert der TTV groß, wie in 6B gezeigt ist.
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(Zweiter Bearbeitungsschritt)
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Nach dem Durchführen des oben angeführten ersten Bearbeitungsschritts wird der Drehtisch 5 um 120° gedreht, um dadurch das Haltemittel 6, welches das plattenförmige Werkstück W hält, von der Grobschleifposition W zu der Feinschleifposition C zu bewegen. An der Feinschleifposition C wird die Halteoberfläche 6s, die das durch das erste Bearbeitungsmittel 3 grobgeschliffene plattenförmige Werkstück W hält, um die Drehachse φ0 im Uhrzeigersinn gedreht und die zweite Schleifscheibe 4b des zweiten Bearbeitungsmittels 4 auch im Uhrzeigersinn gedreht, um den mittleren Abschnitt (das untere Ende der kreisförmigen Aussparung W3) der Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W weiter zu schleifen (Feinschleifen). Spezieller wird, wie in 7A und 7B gezeigt ist, die zweite Schleifoberfläche 4a durch Bewegen des zweiten bewegbaren Blocks 18 so angeordnet, dass der äußere Umfangsrand der zweiten Schleifscheibe 4b an dem inneren Umfang des Umfangsbereichs, der dem Umfangsrandbereich W2 entspricht (die Grenze zwischen dem Bauelementbereich W1 und dem Umfangsrandbereich W2), und dem Mittelpunkt W0 des plattenförmigen Werkstücks W vorbei verläuft.
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Danach wird, wie in 8A und 8B gezeigt ist, die zweite Schleifscheibe 4b, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, zu der Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W abgesenkt und durch den Zuführmechanismus 16 in das plattenförmige Werkstück W zugeführt. Als Folge wird, wie in 9A und 9B gezeigt ist, die Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W weiter so geschliffen, dass mehrere zweite Schneidriefen 23, die jeweils eine Bogenform aufweisen, ausgebildet werden, wodurch die Tiefe der kreisförmigen Aussparung W3 vergrößert wird und ein ringförmiger Verstärkungsabschnitt W4, der die kreisförmige Aussparung W3 umgibt, ausgebildet wird. Daher wird die Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W in dem Bereich, der dem Bauelementbereich W1 entspricht, geschliffen, um die kreisförmige Aussparung W3 auszubilden und den Bereich, der dem Umfangsrandbereich W2 entspricht, zu belassen, wodurch der ringförmige Verstärkungsabschnitt W4 ausgebildet wird. Der ringförmige Verstärkungsabschnitt W4 wird durch das zweite Überführungsmittel 11 nach dem Durchführen des zweiten Bearbeitungsschritts gehalten.
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Bei dem in 8A und 8B gezeigten Schleifvorgang ist die zweite Drehachse φ2 der zweiten Schleifscheibe 4b um den zweiten Neigungswinkel β mit Bezug auf die Drehachse φ0 des Haltemittels 6 geneigt, so dass der Vorderabschnitt der zweiten Schleifscheibe 4b in der Drehrichtung des Haltemittels 6 nach unten geneigt ist. Dementsprechend kommt der vordere halbe Abschnitt der zweiten Schleifoberfläche 4a, wie durch einen schattierten Bereich in 8A gezeigt ist, mit dem plattenförmigen Werkstück W in Kontakt, um die Rückseite Wb zu schleifen, während der hintere halbe Abschnitt der zweiten Schleifoberfläche 4a über dem plattenförmigen Werkstück W schwebt. Dementsprechend wird, wie in 8B gezeigt ist, die Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W (das untere Ende der kreisförmigen Aussparung W3) in dem Bereich von dem Mittelpunkt W0 des plattenförmigen Werkstücks W zu dem inneren Umfang des Umfangsbereichs, der dem Umfangsrandbereich W2 entspricht, leicht konkav geschliffen. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet solch eine konkave Oberfläche, die an der Rückseite Wb des plattenförmigen Werkstücks W durch den Schleifvorgang des vorderen halben Abschnitts der zweiten Schleifscheibe 4b ausgebildet ist.
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Als Folge ist jede zweite Schneidriefe 23, die eine Bogenform aufweist, so ausgebildet, dass sie einige der ersten Schneidriefen 21 schneidet, wie in 9A und 9B gezeigt ist. Das heißt, der zweite Neigungswinkel β der zweiten Drehachse φ2 ist entgegengesetzt zu dem ersten Neigungswinkel α der ersten Drehachse φ1 mit Bezug auf die Drehachse φ0 eingestellt. Dementsprechend schneiden die durch den Feinschleifvorgang der zweiten Schleifoberfläche 4a ausgebildeten zweiten Schneidriefen 23 die durch den Grobschleifvorgang der ersten Schleifoberfläche 3a ausgebilde4ten ersten Schneidriefen 21. Wie durch die unterbrochenen Linien in 9A gezeigt ist, werden die in dem Grobschleifvorgang ausgebildeten ersten Schneidriefen 21 durch den Feinschleifvorgang entfernt. Außerdem ist es möglich, eine Abnahme der Festigkeit der Arbeitsoberfläche in dem Fall, dass die ersten Schneidriefen und die zweiten Schneidriefen durchgehend in der gleichen Richtung ausgebildet sind, zu verhindern. Dementsprechend kann, sogar wenn die Dicke des plattenförmigen Werkstücks W durch das Schleifen des plattenförmigen Werkstücks W, um so den ringförmigen Verstärkungsabschnitt W4 auszubilden, weiter verringert wird, das Auftreten einer Rissbildung an der Arbeitsoberfläche unterdrückt werden.
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Bei dem zweiten Bearbeitungsschritt ist der zweite Neigungswinkel β der zweiten Drehachse φ2 mit Bezug auf die Drehachse φ0 kleiner als der erste Neigungswinkel α und auch die Korngröße der für die zweite Schleifscheibe 4b verwendeten Schleifkörner klein, so dass der Eingriff eines beliebigen abgefallenen Schleifkorns zwischen der zweiten Schleifscheibe 4b und dem plattenförmigen Werkstück W unterdrückt werden kann. Ferner kollidieren bei dem ersten Bearbeitungsschritt die Schleifkörner der ersten Schleifscheibe 3b mit der Arbeitsoberfläche des plattenförmigen Werkstücks W, um dadurch die Arbeitsoberfläche durch den Aufprall zu entfernen. Im Gegensatz dazu wirken bei dem zweiten Bearbeitungsschritt als dem Feinschleifschritt unter Verwendung der zweiten Schleifscheibe 4b zum Feinschleifen die Schleifkörner wie ein Einstahlwerkzeug, um die Arbeitsoberfläche wie bei einer Duktilregime-Bearbeitung zu schneiden. Deshalb ist, sogar wenn der Eingriff eines beliebigen abgefallenen Schleifkorns zwischen der zweiten Schleifscheibe 4b und dem plattenförmigen Werkstück W auftritt, der Einfluss von Kratzern wegen des abgefallenen Schleifkorns im Wesentlichen vernachlässigbar. Außerdem kann, da der zweite Neigungswinkel β der zweiten Drehachse φ2 mit Bezug auf die Drehachse φ0 kleiner als der erste Neigungswinkel α eingestellt ist, der Wert der TTV verglichen mit dem in dem ersten Bearbeitungsschritt verringert werden, wie in 9B gezeigt ist.
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Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird das plattenförmige Werkstück W durch zwei Schritte oder Grobschleifen und Feinschleifen geschliffen, um den ringförmigen Verstärkungsabschnitt W4 auszubilden, wobei die Erzeugung von Kratzern wegen eines abgefallenen Schleifkorns unterdrückt und die Ebenheit der Arbeitsoberfläche aufrechterhalten werden kann.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige bevorzugte Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene Abwandlungen getätigt werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel sind bei der obigen bevorzugten Ausführungsform die erste und die zweite Drehachse φ1 und φ2 der ersten und der zweiten Schleifscheibe 3b und 4b jeweils um den ersten und den zweiten Neigungswinkel α und β mit Bezug auf die Drehachse φ0 des Haltemittels 6 auf eine solche Weise leicht geneigt, dass der Vorderabschnitt jeder Schleifscheibe in der Drehrichtung des Haltemittels 6 nach unten geneigt ist. Jedoch ist es ausreichend, dass jede der Drehachsen φ1 und φ2 und die Drehachse φ0 relativ geneigt sind. Das heißt, die Drehachse φ0 des Haltemittels 6 kann mit Bezug auf jede der Drehachsen φ1 und φ2 geneigt sein. Jedoch gibt es, falls die Drehachse φ0 des Haltemittels 6 geneigt sein kann, einen Fall, in dem die Haltewirkung des Haltemittels 6 schwach werden kann.
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Deshalb ist es vorzuziehen, die Drehachse φ0 des Haltemittels 6 so festzustellen, dass die Drehachse φ0 senkrecht zu der Halteoberfläche 6s ist.
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Ferner können, während das Haltemittel 6 und die erste Schleifscheibe 3b bei dieser bevorzugten Ausführungsform bei dem Grobschleifvorgang gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden, diese im Uhrzeigersinn gedreht werden. In ähnlicher Weise können, während das Haltemittel 6 und die zweite Schleifscheibe 4b bei dieser bevorzugten Ausführungsform bei dem Feinschleifvorgang im Uhrzeigersinn gedreht werden, diese gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der Umfang der Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert