JP2001038589A - ワーク外周部用研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの外周エッジを両面同時に研磨するこ
とができ、かつ外周形状が異なるワークであっても確実
に鏡面研磨することができる、研磨効率に勝れた研磨装
置を得る。 【解決手段】 円筒形をした研磨部材４Ａの内周面に、
流体からなる柔軟体層６Ａを介して研磨パッド７を取り
付けることにより、ワークＷの外周エッジＷａ，Ｗｂを
研磨するための柔軟な作業面４ａを形成し、この作業面
４ａにワークＷを直角に押し付けたとき研磨パッド７
が、ワークＷの外周形状に倣って窪むように構成するこ
とにより、該ワークＷの表裏両面の外周エッジＷａ，Ｗ
ｂ全体を同時に研磨可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや磁
気ディスク基板又は光ディスク基板あるいはその他の実
質的に円板形をしたワークの、面取り加工された外周部
を鏡面研磨するための研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】面取り加工された外周エッジを表裏両面
に有する円板形ワークの外周部を研磨する場合に従来で
は、一般に、回転する研磨ドラムの外周のパッド面に、
回転するワークの外周エッジを押し付けて研磨するよう
にしている。その際、研磨ドラムの軸線とワークの軸線
とを、エッジの面取角に応じた角度だけ相対的に傾斜さ
せることによって表裏一方の側のエッジを研磨ドラムに
当接させて研磨し、そのエッジの研磨が終わると、ワー
クを表裏反転させるか又は傾斜方向を逆にすることによ
って他方の側のエッジを研磨するようにしている。

【０００３】しかしながらこのような方法では、表裏両
面のエッジを研磨するのにワークを表裏反転させるか又
は傾斜方向を逆にしなければならないためにその分だけ
時間がかかり、大量生産する場合に問題があった。

【０００４】一方、特開平７−１５６０４９号公報に
は、円弧状の研磨部を有する研磨バフを使用し、この研
磨部にはワーク（ウエハ）外周部を受容可能な弧状研磨
溝を予め形成しておき、この弧状研磨溝内に回転するワ
ークの外周部を嵌合、当接させた状態で該外周部を研磨
するものが開示されている。

【０００５】これによれば、ワークと研磨バフとの軸線
を相対的に傾斜させることなく、該ワークを研磨バフに
直角に押し付けることにより、弧状研磨溝で表裏両面の
エッジを同時に研磨することができるため、該ワークを
表裏反転させたり傾斜方向を逆転させたりする必要がな
く、研磨効率は勝れている。

【０００６】しかしながら、研磨バフの表面にワークの
外周形状に適合する特定の溝形状及び深さを持った弧状
研磨溝を形成しなければならないため、研磨バフの加工
が面倒であり、しかも、この弧状研磨溝の位置でしか研
磨することができないため、研磨バフの摩耗が非常に早
く、頻繁に交換しなければならない。また、ワークの外
周形状は一種類だけではなく、図７Ａに示すワークＷの
ようにエッジＷａ，Ｗｂが平坦に加工されているもの
や、同図Ｂに示すワークＷのようにエッジＷａ，Ｗｂが
曲面に加工されているものなどがあったり、エッジが平
坦に加工されている場合でも面取角や面取幅の異なるも
のがあるなど、多くの種類があるため、外周形状の異な
るワークを精密に鏡面研磨するためには、それぞれに適
合する溝形状の弧状研磨溝を備えた複数の研磨バフを用
意して使い分ける必要があり、それらの取り扱いや保
守、管理等が非常に煩雑で面倒である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、ワークの外周エッジを、該ワークと研磨部材との軸
線を相対的に傾斜させることなく両面同時に研磨するこ
とができるだけでなく、外周形状が異なるワークであっ
ても全て精密に鏡面研磨することができる、研磨効率に
勝れて適用範囲も広い研磨装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、表裏両面の外周エッジが面取り加
工されたワークを回転自在に保持するワークホルダー
と、上記ワークの外周部を研磨する曲面状の作業面を備
えた研磨部材とを含み、上記研磨部材の作業面が、硬質
の基材に柔軟性ある研磨パッドを取り付けることにより
形成されていて、これらの基材と研磨パッドとの間に、
ワークの表裏両面の外周エッジ全体が同時に作業面に接
する程度に研磨パッドをワークの外周形状に倣って窪み
易くするための柔軟体層が介在せしめられていることを
特徴とするワークの外周用研磨装置が提供される。

【０００９】上記構成を有する本発明の研磨装置におい
て、研磨部材の作業面に回転するワークを直角に押し付
けると、柔軟体層の介在により研磨パッドがワークの外
周形状に倣って柔軟に窪み、表裏両面の外周エッジ全体
が同時に該研磨パッドに摺接して研磨される。

【００１０】このため、ワークと研磨部材との軸線を相
対的に傾斜させることなく外周のエッジ部分を両面同時
に研磨することができる。しかも、外周形状が異なるワ
ークであっても、研磨パッドがその形状に倣って自在に
変形することにより確実に鏡面研磨することができる。

【００１１】本発明の好ましい具体的な実施形態によれ
ば、上記柔軟体層が、液体や気体あるいは粉粒体などの
流体で形成されるか、又はゲル状物質で形成されてい
る。また、この柔軟体層の厚さは研磨パッドの厚さより
大きいことが望ましい。

【００１２】本発明の一つの実施形態によれば、上記研
磨部材が円筒形をしていて、その内外面の少なくとも一
方に上記研磨パッドと柔軟体層とが全周にわたり設けら
れている。

【００１３】本発明の他の実施形態によれば、上記研磨
部材が円弧形をしていて、その内外面の少なくとも一方
に上記研磨パッドと柔軟体層とが設けられている。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る研磨装置の第
１実施例を示すもので、この第１実施例の研磨装置１Ａ
は、面取り加工された外周エッジＷａ，Ｗｂを表裏両面
に有するワークＷを回転自在に保持するワークホルダー
３と、上記ワークＷの外周部を研磨する曲面状の作業面
４ａを備えた研磨部材４Ａとを含んでいる。

【００１５】上記ワークホルダー３は、図示しない真空
源に接続された円形のチャックヘッド３ａを有してい
て、このチャックヘッド３ａでワークＷの上面をバキュ
ームチャックするもので、昇降自在かつ回転自在なるよ
うに構成されている。しかし、ワークホルダー３の構造
はこのようなものに限定されない。ワークＷが磁気ディ
スク基板のように中心孔を有するものである場合は、開
閉自在の複数の爪を中心孔に係止させる内径チャック式
のものを用いることもできる。

【００１６】一方、上記研磨部材４Ａは、上面が開放し
かつ底面が閉塞する円筒形の研磨ドラムとして構成され
ている。即ち、この研磨部材４Ａは、合成樹脂や金属あ
るいはセラミック等の硬質素材からなる円筒形の基材５
Ａの内周面に、柔軟体層６Ａを介して研磨パッド７を取
り付けたもので、この研磨パッド７により円筒の内周面
全体を上記作業面４ａとしたものである。この場合、ワ
ークＷを円筒の内部に上方から挿入して内周面でエッジ
Ｗａ，Ｗｂを研磨するため、当然のことながら円筒の内
径はワークＷの外形より大きく形成されている。

【００１７】上記柔軟体層６Ａは、液体や気体などの流
体により形成され、この流体が、基材５Ａと研磨パッド
７との間に区画された流体室１０内に充填されている。
この流体室１０は、ゴムや合成ゴムあるいは合成樹脂の
ような柔軟で気密性又は液密性を持った薄肉の弾性隔膜
１１により区画されていて、この弾性隔膜１１の表面に
上記研磨パッド７が貼着されている。そして、上記研磨
パッド７及び弾性隔膜１１の厚さはできるだけ薄く形成
され、柔軟体層６Ａの厚さＨは、弾性隔膜１１を含む研
磨パッド７の厚さよりも大きく形成されている。

【００１８】上記流体室１０は、研磨部材４Ａの底部４
ｂと回転軸４ｃの内部を通る通孔１２により図示しない
流体源に接続され、必要圧力の流体を封入することも循
環的に供給することもできるようになっている。

【００１９】また、上記研磨部材４Ａの上方には、研磨
部分に研磨材スラリーを供給するためのノズル１４が設
けられ、研磨部材４Ａの底部４ｂには、使用済の研磨材
スラリーを回収するための排出口１５が設けられ、研磨
装置の機体の一部である基板１６上には、研磨部材４Ａ
と共に回転中の上記排出口１５から排出される研磨材ス
ラリーを受けるための環状の回収溝１７が設けられ、該
回収溝１７内に流れ込んだ研磨材スラリーを排出管１７
ａで回収タンク等に回収するように構成されている。図
中１８は、研磨材スラリーの飛散を防止するため研磨部
材４Ａの上部に固定された環状の覆いである。

【００２０】上記構成を有する研磨装置は、研磨部材４
Ａを例えば１〜６０ｒ．ｐ．ｍ程度の低速で正方向に回
転させながら、その内周の作業面４ａに上記ワークＷ
を、例えば４００〜１，０００ｒ．ｐ．ｍ程度の高速で
逆方向に回転させながら直角に押し付けて研磨する。こ
のとき研磨パッド７は、その背面に流体からなる柔軟体
層６Ａが介在しているため、図２にも示すようにワーク
Ｗの外周形状に倣って柔軟に窪み、ワークＷの外周部全
体、すなわち表裏両面の外周エッジＷａ，Ｗｂとこれら
両エッジ間に位置する周側面Ｗｃとがこの研磨パッド７
に同時に摺接し、それらが一度に研磨されることにな
る。特に、上記の如く研磨パッド７が流体室１０側に窪
むことにより、その部分で該流体室１０の容積が減少し
て内部の流体圧力が上昇するため、他の部分での研磨パ
ッド７の変形が抑えられ、結果的にワークＷが当接して
いる部分だけがその形状に倣った変形を生じ易くなる。

【００２１】このため、従来のようにワークＷと研磨部
材４Ａとの軸線を相対的に傾斜させることによって表裏
面のエッジＷａ，Ｗｂを別々に研磨することなく、両面
を同時に研磨することができる。しかも、外周形状が異
なるワークＷであっても、研磨パッド７がその形状に倣
って自在に変形するため確実に鏡面研磨することがで
き、作業面４ａにワークＷの外周形状に適合する研磨用
の溝を形成する必要がない。上記ワークＷの研磨時に
は、研磨部材４Ａをゆっくりした速度で軸線方向に移動
させることもできる。

【００２２】なお、図示の例では、流体室１０を気密性
又は液密性を持った薄肉の弾性隔膜１１により区画して
いるが、研磨パッド７の背面に気密性又は液密性を保持
させるための表面処理を施してある場合は、この研磨パ
ッド７で直接流体室１０を区画することもできる。ま
た、上記流体としては、上述した液体や気体以外にも粉
粒体を使用することができる。このとき使用する粉粒体
は、粒子相互間の摩擦ができるだけ小さいもの、換言す
ればく粒子の流動性が良いものであることが望ましい。

【００２３】図３は本発明の第２実施例を示すもので、
この第２実施例の研磨装置１Ｂは、柔軟体層６Ｂがゲル
状物質２０で形成されている点と、それに関連して流体
用の通孔が不要であるという点で、上記第１実施例と相
違している。このゲル状物質２０は、研磨パッド７と基
材５Ｂとの間に区画された収容室２１内にそれを直接収
容するか、あるいは図示したように、薄くて柔軟な袋２
２内にこのゲル状物質２０を封入し、それを研磨パッド
７と基材５Ｂとの間に配設することにより、上記柔軟体
層６Ｂが形成される。

【００２４】このようなゲル状物質２０は一般に、非常
に柔軟性に勝れていて変形し易いため、流体からなる柔
軟体層６Ａの場合と同様に、研磨パッド７がワークＷの
外周形状に倣って柔軟に窪むことを可能にする。中でも
特に好ましいゲル状物質としては、シリコンゴム系のも
のである。

【００２５】なお、上述したこと以外の構成及び作用に
ついては第１実施例と実質的に同じであるため、同一構
成部分に同一符号を付してそれらの説明は省略する。

【００２６】また、上記ゲル状物質２０の代わりに、柔
軟性に富んだスポンジ体やゴム等を用いて柔軟体層６を
形成することもできる。

【００２７】図４は本発明の第３実施例を示すもので、
この第３実施例の研磨装置１Ｃは、作業面４ａが研磨部
材４Ｃの外周面に形成されている点で上記各実施例と相
違するものである。即ち、この研磨装置１Ｃにおいて
は、円筒形をした基材５Ｃの外周面に柔軟体層６Ｃを介
して研磨パッド７を取り付けることにより、上記作業面
４ａが形成されている。そして、この作業面４ａにより
ワークＷの外周部を研磨部材４Ｃの外周で研磨するもの
である。

【００２８】この場合に上記柔軟体層６Ｃは、第１実施
例の場合と同様に流体室１０内に流体を充填することに
より形成しているが、第２実施例のようにゲル状物質で
形成しても、それ以外のスポンジ体やゴム等で形成して
も良い。

【００２９】研磨部材の他の例として、上記各実施例の
ように円筒形基材の内周面又は外周面の何れか一方だけ
に作業面を形成したものではなく、内周面と外周面の両
方に作業面を形成したものであっても良い。この場合に
も、柔軟体層形成物は流体であっても、ゲル状物質であ
っても、スポンジ体やゴム等であっても良く、また、内
周側の作業面と外周側の作業面とで柔軟体層形成物が同
じであっても、互いに異なっていても良い。

【００３０】このように内外両面に作業面を持つ研磨部
材は、例えば半導体ウエハのように円周の一部に直線部
分（オリエンテーションフラット）を持つワークＷの研
磨に適しており、直線部分以外のラウンド部を内周側の
作業面で研磨し、直線部分を外周側の作業面で研磨する
ことができる。

【００３１】また、上記各実施例では研磨部材が円筒形
をしているが、図５及び図６に示す第４実施例のように
円弧形であっても良い。即ち、この第４実施例の研磨装
置１Ｄにおける研磨部材４Ｄは、円弧形をした基材５Ｄ
の内周面（凹曲面）に、柔軟体層６Ｄを介して研磨パッ
ド７を貼着することにより作業面４ａが形成されてい
る。この場合に上記柔軟体層６Ｄは、第１実施例のよう
に流体で形成しても、第２実施例のようにゲル状物質で
形成しても、それ以外のスポンジ体やゴム等を用いて形
成しても良い。また、上記作業面４ａは、その曲率をワ
ークＷ外周の曲率と同じにすることによって図示したよ
うに全曲面でワークＷに当接するようにしても、あるい
は、曲率をワークＷ外周の曲率より小さくすることによ
って曲面の一部でワークＷに当接するようにしても良
い。

【００３２】このような円弧形の研磨部材４Ｄを使用し
てワークＷの外周研磨を行う場合、研磨部材４Ｄは固定
したままで、ワークＷだけを一方向又は正逆両方向に回
転させても良いが、支持軸２４を中心にして研磨部材４
Ｄを、ワークＷの外周に沿ってその回転方向とは逆方向
にゆっくり回動させるか、あるいは往復揺動させても良
い。

【００３３】なお、上記第４実施例では研磨部材４Ｄの
内周面を作業面４ａとしたものが示されているが、外周
面を作業面としても良く、あるいは内外両面に作業面を
形成することもできる。

【００３４】

【発明の効果】このように本発明の研磨装置によれば、
ワークの外周エッジを、該ワークと研磨部材との軸線を
相対的に傾斜させることなく両面同時に研磨することが
できるだけでなく、外周形状が異なるワークであっても
全て精密に鏡面研磨することができ、研磨効率に勝れて
適用範囲も広いという特徴がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨装置の第１実施例を示す断面
図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】本発明に係る研磨装置の第２実施例を示す断面
図である。

【図４】本発明に係る研磨装置の第３実施例を示す部分
断面図である。

【図５】本発明に係る研磨装置の第４実施例を示す断面
図である。

【図６】図５の部分破断平面図である。

【図７】Ａ，Ｂは外周形状の異なるワークの例を示す要
部断面図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 研磨装置 ３ ワークホルダー ４Ａ，４Ｃ，４Ｄ 研磨部材 ４ａ 作業面 ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ 基材 ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 柔軟体層 ７ 研磨パッド ２０ ゲル状物質 Ｗ ワーク Ｗａ，Ｗｂ エッジ Ｗｃ 周側面 Ｈ 厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加 藤 剛 敏 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内 (72)発明者 杉 山 美寿男 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内 Ｆターム(参考） 3C049 AA07 AA09 AB04 CB01 CB03 3C058 AA07 AA09 BA12 CB03 CB07 DA17

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】面取り加工された外周エッジを表裏両面に
   有するワークを回転自在に保持するワークホルダーと、
   上記ワークの外周部を研磨する曲面状の作業面を備えた
   研磨部材とを含み、 上記研磨部材の作業面が、硬質の基材に柔軟性ある研磨
   パッドを取り付けることにより形成されていて、これら
   の基材と研磨パッドとの間に、ワークの表裏両面の外周
   エッジ全体が同時に作業面に接する程度に研磨パッドを
   ワークの外周形状に倣って窪み易くするための柔軟体層
   が介在せしめられていることを特徴とするワーク外周部
   用研磨装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の研磨装置において、上記
   柔軟体層形成物が流体であることを特徴とするもの。
3. 【請求項３】請求項１に記載の研磨装置において、上記
   柔軟体層形成物がゲル状物質であることを特徴とするも
   の。
4. 【請求項４】請求項１から３までの何れかに記載の研磨
   装置において、上記柔軟体層の厚さが研磨パッドの厚さ
   より大きいことを特徴とするもの。
5. 【請求項５】請求項１から４までの何れかに記載の研磨
   装置において、上記研磨部材が円筒形をしていて、その
   内外面の少なくとも一方に上記研磨パッドと柔軟体層と
   が全周にわたり設けられていることを特徴とするもの。
6. 【請求項６】請求項１から４までの何れかに記載の研磨
   装置において、上記研磨部材が円弧形をしていて、その
   内外面の少なくとも一方に上記研磨パッドと柔軟体層と
   が設けられていることを特徴とするもの。