JP2006218597A

JP2006218597A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2006218597A
Application number: JP2005035959A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kawamitsu; 恭史川満
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2006-08-24

Abstract

【課題】従来の技術の問題点を解決し、欠陥等が生じることのない安定した構造で、ワーク面の研磨加工を精度よく行える研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置1は、回転する砥石部2を押圧して、ワーク吸着台12に保持されたワークWの表面を研磨するもので、回転工具としての砥石部2が把持部3を介して先端部4bに設けられた加工軸4と、加工軸4を軸方向移動可能に保持して加工軸4と一体に回転する直動軸受部5と、直動軸受部5を回転可能に保持する回転軸受部6と、直動軸受部5を回転させる回転駆動部7と、加工軸4の基端部を回転可能に保持し加工軸4と一体に軸方向に移動する加工軸保持部8と、加工軸保持部8を先端方向に押圧する加圧部9と、加圧部9から加工軸4に与えられる圧力を制御する圧力制御部10とを備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、シリコンウェハー、ガラス等の加工面の面粗度精度が要求される研磨に適している研磨装置に関する。

従来の研磨装置として、特許文献１には、研磨プレートとその上部に装備された研磨ヘッドとからなるウェハー自動研磨装置であって、該研磨ヘッドはウェハー真空吸着保持用の軸方向に貫通する少なくとも１個の穴および環状の溝が形成された吸着ブロックからなるウェハーホルダー部、該ウェハーホルダー部を垂直方向に加圧する加圧機構、およびウェハーホルダー部を回転させる駆動機構から構成されているものが開示されている。

この特許文献１のものでは、ウェハーホルダー部を垂直方向に加圧する加圧機構について、垂直軸は、シリンダ内のピストンリングと一体化されており、圧力制御時には、垂直軸がピストンの働きによって進退移動する。
特開平５−１６２０５２号公報（図１）

上記特許文献１の研磨装置によると、シリンダのピストンリングが摩耗すると、シリンダとの間の間隙が大きくなって、垂直軸が傾くことにより、ウェハー加工面が傾いて均一な加工ができないという問題があった。また、垂直軸が振動すると、歯車も傾くため、回転伝達歯車との歯当たりが不良になり、歯車が破損しやすいという問題もあった。シリンダとの間に隙間が存在することから、ピストンリングが新品であっても、これらの問題が起こる可能性がある。

そこで、本発明は、上記従来の技術の問題点を解決し、欠陥等が生じることのない安定した構造で、ワーク面の研磨加工を精度よく行える研磨装置を提供することを目的とする。

この発明による研磨装置は、回転工具を押圧して、ワーク表面を研磨する研磨装置であって、回転工具が先端に設けられた加工軸と、加工軸を軸方向移動可能に保持してこれと一体に回転する直動軸受部と、直動軸受部を回転可能に保持する回転軸受部と、直動軸受部を回転させる回転駆動部と、加工軸の基端部を回転可能に保持しこれと一体に軸方向に移動する加工軸保持部と、加工軸保持部を加工軸の先端方向に押圧する加圧部とを備えていることを特徴とするものである。

回転工具は、環状の砥石およびこれが下面に取り付けられている砥石ベースからなる砥石部とされることがあり、また、真空吸着用の溝が形成されたワーク保持プレート（またはブロック）とされることがある。前者の場合、ワークは、吸着台（固定側）によって保持され、回転工具としての砥石部が回転しながらワークに押圧される。後者の場合、ワークは、ワーク保持プレートに保持され、回転工具としてのこのワーク保持プレートが回転しながら回転工具に対向して設けられている研磨プレート（固定側）に押圧される。

直動軸受部は、例えば、加工軸をスプライン軸とするとともに、直動軸受部に、加工軸にはまり合う溝を形成することにより得ることができる。

回転軸受部は、例えば、架台に固定される軸受箱およびその内周に取り付けられて直動軸受部を支持する１対のベアリングからなるものとされる。

回転駆動部は、例えば、直動軸受部に固定された従動歯車、これに噛み合わされた駆動歯車、および駆動歯車を回転させるモータからなるものとされる。

加工軸保持部は、例えば、加工軸の基端部に内輪が固定されたベアリングおよびこのベアリングを保持する軸受箱からなるものとされる。

加圧部は、例えば、空気圧によって制御されるシリンダを有しており、ワークに作用する加圧力が一定に保たれるように、圧力制御部によって加圧部が適正に制御されていることが好ましい。圧力制御部は、例えば、シリンダのヘッド側およびロッド側の空気室の設定圧力を電気信号によりそれぞれ調整できる電空レギュレータを有しているものとされる。

加工軸にボールスプライン用ミゾが形成され、直動軸受部は、加工軸に回転可能かつ軸方向移動可能に嵌められている少なくとも１つの外筒と、外筒の内周に設けられた凹部に転がり可能に保持されてボールスプライン用ミゾに軸方向移動可能かつ周方向移動不可能に嵌め入れられている複数の鋼球と、外筒を一体に保持するとともに回転駆動部によって駆動される回転動力被伝達部が形成されている保持筒とからなることが好ましい。この場合、回転力は、回転駆動部のモータ、歯車、ボールスプライン、加工軸および回転工具の順に伝達される。このようにすると、回転力が常に安定して伝達されるとともに、加工軸の振れや振動および加工軸の軸方向移動に対する抵抗が小さく抑えられるので、設定した加圧力をそのまま回転工具に伝達することができる。

研磨装置は、加工軸の軸方向と直交する面と平行に移動可能な移動手段に取り付けられていることが好ましい。このようにすると、移動手段によって研磨装置を移動させることで、ワーク面全体を研磨することができる。

この発明の研磨装置によると、加工軸は、加工軸保持部によって加圧部と分離されているとともに、直動軸受部によって軸方向移動可能に保持されているので、加圧部のシリンダの摩耗等によって加圧部の軸方向が加工軸の軸方向に対して傾いた場合でも、加圧部の軸方向の傾きの影響を受けることがなく、均一な加工が保証される。また、歯車を直動軸受部に設けることによって、歯車軸の傾きも防止され、歯車が破損しやすいという問題も解消される。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明による研磨装置(1)の正面図を、図２は、側面図をそれぞれ示している。両図に共通の詳細な構成は、図２に示されている。なお、実際の使用に際しては、図１の上下を上下として使用してももちろんよいが、図１の上下を左右にして使用することもできる。

この発明による研磨装置(1)は、回転工具を押圧して、ワーク(W)の表面を研磨するもので、回転工具としての砥石部(2)が把持部(3)を介して先端部(4b)に設けられた加工軸(4)と、加工軸(4)を軸方向移動可能に保持して加工軸(4)と一体に回転する直動軸受部(5)と、直動軸受部(5)を回転可能に保持する回転軸受部(6)と、直動軸受部(5)を回転させる回転駆動部(7)と、加工軸(4)の基端部(4a)を回転可能に保持し加工軸(4)と一体に軸方向に移動する加工軸保持部(8)と、加工軸保持部(8)を先端方向に押圧する加圧部(9)と、加圧部(9)から加工軸(4)に与えられる圧力を制御する圧力制御部(10)とを備えている。

研磨装置(1)は、図１の左右方向に移動させられる架台(11)に支持されており、この架台(11)が移動させられることで、ワーク吸着台(12)に保持されたワーク(W)の表面全面が研磨される。

砥石部(2)は、環状の砥石(21)と、回転軸(22a)を有しかつ砥石(21)が下面に取り付けられている砥石ベース(22)とからなる。砥石(21)は、砥石ベース(22)の回転軸(22a)と直交する研磨面(21a)を有しており、回転しながらワーク(W)表面に押圧される。

把持部(3)は、加工軸(4)の先端部(4b)に設けられて砥石ベース(22)の回転軸(22a)を保持するコレットチャックからなる。

加工軸(4)は、加工軸保持部(8)に支持された基端部(4a)から把持部(3)が設けられた先端部(4b)までのびるロッド形状をしており、その両端部を除く部分の外周面には、軸方向にのびるボールスプライン用ミゾ(4c)が円周方向に複数列形成されている。

直動軸受部(5)は、加工軸(4)に嵌められている１または複数（図示は２つ）の外筒(23)と、各外筒(23)の内周に設けられた軸方向にのびる凹部に転がり可能に保持されて加工軸(4)に設けられたボールスプライン用ミゾ(4c)に軸方向移動可能かつ周方向移動不可能に嵌め入れられている複数の鋼球(24)と、２つの外筒(23)を一体に保持し回転駆動部(7)によって駆動される有底円筒状保持筒(25)とからなる。

ボールスプライン用ミゾ(4c)と直動軸受部(5)の外筒(23)および鋼球(24)とによって、ボールスプラインが形成され、これにより、加工軸(4)は、直動軸受部(5)の回転に伴ってこれと一体に回転するとともに、直動軸受部(5)に対して相対的に軸方向移動（直動）可能とされている。

回転軸受部(6)は、架台(11)に固定された円筒状軸受箱(26)と、軸受箱(26)内周に取り付けられて直動軸受部(5)の保持筒(25)を支持する１対のベアリング(27)と、軸受箱(26)の両端に設けられたベアリング押さえ(28)とからなる。ベアリング(27)の内輪が直動軸受部(5)の保持筒(25)に、同外輪が軸受箱(26)にそれぞれ固定されており、これにより、直動軸受部(5)の保持筒(25)は、回転可能にかつ軸方向移動不可能に回転軸受部(6)に支持されている。

回転駆動部(7)は、直動軸受部(5)の保持筒(25)の基端側端面に固定された回転動力被伝達部としての従動歯車(29)と、これに噛み合わされた回転動力伝達部としての駆動歯車(30)と、駆動歯車(30)を回転させるモータ(31)とからなる。

加工軸保持部(8)は、加工軸(4)の基端部(4a)に内輪が固定されたベアリング(32)と、加工軸(4)が貫通されている底壁を有しかつベアリング(32)の外輪が内周に固定されている有底円筒状軸受箱(33)と、加工軸(4)基端面に固定された内輪用ベアリング押さえ(34)と、内輪用ベアリング押さえ(34)と若干の間隙をおいて軸受箱(33)に基端側から被せられて固定された外輪用ベアリング押さえ(35)とからなる。こうして、加工軸(4)は、加工軸保持部(8)によって回転可能にかつ軸方向移動不可能に保持され、これにより、加工軸保持部(8)と一体に軸方向に移動し、その回転に関しては、加工軸保持部(8)によって加圧部(9)と分断されている。

加圧部(9)は、空気圧によって制御されるシリンダ(36)と、シリンダロッド(37)の先端部に設けられたシリンダ用継手(38)とからなる。シリンダ(36)は、シリンダ用支持台(36a)を介して架台(11)に固定されている。シリンダ用継手(38)は、そのおねじ部が加工軸保持部(8)の外輪用ベアリング押さえ(35)に設けられた継手接続部(35a)のめねじ部にねじ合わされている。これにより、シリンダロッド(37)の進退によって、加工軸保持部(8)が軸方向に移動させられる。

圧力制御部(10)は、シリンダ(36)のヘッド側およびロッド側の空気室にそれぞれ通じている空気導入配管(39)(40)の設定圧力を電気信号によりそれぞれ調整できる電空レギュレータ(10a)(10b)を有している。研磨加工時には、ヘッド側の空気導入配管(39)に空気が供給され、ロッド側の空気導入配管(40)から空気が排出される。これにより、シリンダ(36)内のシリンダロッド(37)が軸先端方向に移動させられる。空気導入配管(39)(40)への供給と排出とを逆にすることにより、シリンダロッド(37)が軸基端方向に移動させられ、加工が停止される。電空レギュレータ(10a)(10b)によると、外部からの電気信号により、ワーク(W)に作用する加圧力を任意に調整することができる。このため、加工対象の材質や要求される加工面精度に最適な加圧条件をデータ化して多種類持つことができ、ワーク(W)に作用する加圧力を一定に保っての研磨が可能とされている。

図３に拡大して示すように、架台(11)に、加工軸保持部(8)の回転を防止するためのストッパ(41)が設けられており、加工軸保持部(8)の外輪用ベアリング押さえ(35)に、このストッパ(41)に係合する係合プレート(42)が固定されている。ストッパ(41)は、断面Ｌ字状で、垂直状の突出壁(41a)を有しており、係合プレート(42)には、ストッパ(41)の突出壁(41a)が挿通されるスリット(42a)が設けられている。これにより、加工軸保持部(8)は、軸方向移動に対しては全く拘束されないが、その回転は阻止されており、加工軸(4)の回転に伴っての加工軸保持部(8)の共回りが防止されている。

この発明の研磨装置(1)によると、モータ(31)を駆動すると、回転力は、モータ(31)、駆動歯車(30)、従動歯車(29)、直動軸受部(5)の保持筒(25)、同外筒(23)および同鋼球(24)を介して加工軸(4)に伝達され、これにより、砥石部(2)が回転させられる。さらに、シリンダ(36)を圧力制御部(10)の制御下で駆動することにより、ワーク(W)に作用する加圧力が一定となるように、砥石部(2)が押圧される。ピストンの摩耗等によってシリンダロッド(37)の軸が加工軸(4)の軸方向に対して傾斜した場合、加工軸保持部(8)が軸方向に直交する方向の力を若干受けることになるが、加工軸(4)の軸方向は、直動軸受部(5)の軸方向が回転軸受部(6)によって正しく保持されるので、シリンダロッド(37)の軸の傾斜に影響されることはなく、欠陥等が生じることのない安定した構造で、ワーク(W)面の研磨加工を精度よく行うことができる。

この発明による研磨装置の１実施形態を示す正面図である。同側面図である。図２のIII-III線に沿う断面図である。

符号の説明

(1) 研磨装置
(2) 砥石部（回転工具）
(4) 加工軸
(4a) 基端部
(4c) ボールスプライン用ミゾ
(5) 直動軸受部
(6) 回転軸受部
(7) 回転駆動部
(8) 加工軸保持部
(9) 加圧部
(23) 外筒
(24) 鋼球
(25) 保持筒
(29) 従動歯車（回転動力被伝達部）
(W) ワーク

Claims

回転工具を押圧して、ワーク表面を研磨する研磨装置であって、回転工具が先端に設けられた加工軸と、加工軸を軸方向移動可能に保持してこれと一体に回転する直動軸受部と、直動軸受部を回転可能に保持する回転軸受部と、直動軸受部を回転させる回転駆動部と、加工軸の基端部を回転可能に保持しこれと一体に軸方向に移動する加工軸保持部と、加工軸保持部を加工軸の先端方向に押圧する加圧部とを備えていることを特徴とする研磨装置。
加工軸にボールスプライン用ミゾが形成され、直動軸受部は、加工軸に回転可能かつ軸方向移動可能に嵌められている少なくとも１つの外筒と、外筒の内周に設けられた凹部に転がり可能に保持されてボールスプライン用ミゾに軸方向移動可能かつ周方向移動不可能に嵌め入れられている複数の鋼球と、外筒を一体に保持するとともに回転駆動部によって駆動される回転動力被伝達部が形成されている保持筒とからなる請求項１に記載の研磨装置。
加工軸の軸方向と直交する面と平行に移動可能な移動手段に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。