JP2006231482A

JP2006231482A - 研磨定盤とそれを用いた表面研磨方法

Info

Publication number: JP2006231482A
Application number: JP2005051796A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Iida; 浩章飯田
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】本発明は、研磨装置を用いて厚み研磨を行う研磨定盤とその研磨定盤を用いた研磨方法に関するもので、研磨作業と研磨終了時の研磨作業効率を向上することを目的とする。
【解決手段】課題を解決するために本発明は、圧電素板の厚み研磨を行う表面研磨装置に用いる研磨定盤において、該定盤に用いる金属材料が発泡金属材料であることを特徴とする研磨定盤を用いることにあり、具体的には研磨定盤に用いる金属を焼結材料とすることにより課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨装置を用いて厚み研磨を行う研磨定盤とその研磨定盤を用いた研磨方法に関するものである。

従来から圧電素板は回転機構を持つ表面研磨装置（ラッピングマシン）によって圧電素板自身の厚みを整える手法（ラッピング工程）として用いられ、現在に至っても使用されている。また、表面研磨装置の研磨運動を利用して、圧電素板の表面を鏡面加工するいわゆるポリッシング加工も同様の原理を用いて行われている。

ここで簡単に表面研磨装置の機構を説明するが、表面研磨装置によるラッピング工程とは一般的に、４ウェイの表面研磨装置（上定盤、下定盤、中心ギヤ、インターナルギヤが個々に回転する機構を持つ研磨装置）に、中心ギヤとインターナルギヤからの回転運動を受けて回転するキャリアとを組み合わせ、キャリアにある穴部に圧電素板を配置し、中心ギヤとインターナルギヤの回転により回転するキャリアが研磨装置の上下定盤間を圧電素板を保持しながら回転する。

ここに研磨材溶液を研磨装置に一定の研磨材と水とで混合した研磨材溶液を研磨装置に付属する専用蓄液槽から供給することにより、研磨装置の上下定盤間をキャリアに保持された圧電素板が回転することにより、回転運動と研磨材溶液とにより圧電素板の表裏の厚み研磨を行うものである。

ここで用いる研磨材溶液は厚みを薄くする研磨効果を持った研磨材には、アルミナ系を主成分とした研磨材微粒粉を純水などで一定配分で溶かしたもので、アルミナ系の微粒粉と純水とを効率的に調合させるために、界面活性剤を混合することが今日までの周知の事実として広く知られている。

一方、圧電素板の表面を鏡面加工するためには、上述するアルミナ系の微粒粉に代えて、酸化セリウム系の微粉体と純水などで一定配分で溶かし研磨材を用いて表面研磨を行うことにより、いわゆる鏡面加工を行うことができる。従って、厚み研磨を行う場合には、アルミナ系の微粒粉を用い、研磨装置の定盤に圧電素板が直接触れた状態で研磨材溶液により圧電素板の厚み研磨を行うものである。

鏡面研磨については、研磨装置の定盤面に特殊フエルト（布地）を施し、フエルト（上下定盤）との間に圧電素板を配置し酸化セリウムの研磨材水溶液により圧電素板の表面を鏡面加工することができる。

上述のような研磨装置とその加工原理により厚み研磨鏡面加工を施すことができるが、研磨加工の善し悪しについては、研磨装置を構成する駆動部分の回転比や、実際の圧電素板の厚み研磨を行う上下定盤の平面精度に匹敵するに等しい重要な条件として研磨材溶液の液質（使用する研磨材水溶液の主成分となる微粒粉の粒径、配合比率、配合状態（固まりの有無）など）が挙げられている。

以上の表面研磨加工は、圧電素板から振動子素板を得るためには大変重要な工程であり、研磨対象となる圧電素板の大きさは、数ミリの矩形状の圧電素板や、丸板状の小片形状のものから、２〜４インチ角状の大きな面板形状まで、様々な寸法や板厚みのものに対応し研磨加工が行える。

上述する研磨加工に用いる研磨定盤は一般的には通常鋳物や樹脂材料などを用いている。そのため表面などを故意に荒らしたりする場合や、研磨定盤に溝加工を行うのに適した材質としてセラミックなどの材料を用いて研磨定盤を製作することもある。

最近では電子部品の小型化と高周波数化が進むことで、これらの電子部品に搭載する圧電部品についても小型化の要求と高い周波数への移行の要求が強い。周波数が高くなることは則ち圧電部品にとっては厚みが薄くなることにつながることから、従来では手作業でも十分に扱える外形寸法や厚みの圧電素板を研磨加工していたが、最近では研磨加工を含め全ての製造工程での工夫が強いられてい現状にある。

特開平１１−０７０４６６号公報なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。

昨今の電子部品をはじめ圧電振動子を中心に市場で出回っている製品群の代表製品に携帯端末市場がある。携帯端末いわゆる携帯電話は日増しに小型化、高機能化へと進化を続けており、携帯電話の小型化に追従するように圧電部品も小型化、低背化の要求が強く求められている。

そのため、圧電素板を加工する工程にあっては、従来では最終形状の外形寸法にまで小片にした圧電素板を従来の技術に記述する研磨装置を使って圧電素板の厚み寸法を薄くする加工工程が採られていたが、最近では最終形状での小片寸法では加工ができないことから、圧電ウエハー状態で所望の厚み加工にまで研磨装置を用いて加工をする製造方法が導入されている。

従って、ウエハー単位としては２〜４インチ角の圧電素板を従来技術の厚み加工を行い圧電素板を大きな面積の状態でほぼ最終厚みまでの加工方法へと製造作業が変わってきている。従って、ウエハー単位で研磨加工を行うため、小片の圧電素板を取り扱うときとは異なる作業課題が挙げられているが、使用する周波数が高周波化に移行する限りは、研磨加工の対象となる圧電素板の板厚は薄くなり、従来の技術にも示すように、水を主成分とした研磨材を用いて研磨作業が行われることから、研磨作業後には研磨定盤の表面圧電素板が貼り付いてしまう現象が発生する。

また、一方では研磨加工時の不意な衝撃などで被研磨物が割れてしまったり、あるいは被研磨物を搬送するキャリアが痛んでしまうなどで、研磨作業中でのキャリアや被研磨物に対する思わぬ荷重衝撃は研磨作業に対して弊害にもなりかねず、研磨作業時の圧電素板の破損が生じると、研磨定盤に溝を形成した定盤を用いたときには、この溝に圧電素板の破損片（研磨加工時に発生した圧電素板の微細な破損屑）が入ってしまい、全体の研磨作業にも影響すると言った課題が考えられている。

これらの課題を解決するために本発明は、圧電素板の厚み研磨を行う表面研磨装置に用いる研磨定盤において、該定盤に用いる金属材料が発泡金属材料であることを特徴とする研磨定盤を用いることにある。具体的には研磨定盤に用いる金属を焼結材料とする。

そして、圧電素板の表面研磨に回転する研磨定盤機構を有する研磨装置を用いて、前記圧電素板の厚み研磨を行う表面研磨方法において、前記研磨定盤に焼結金属材料を用いて、前記研磨定盤に気体を供給する構造を付加し、前記研磨定盤の被研磨物である圧電素板の加工面に対して研磨作業中あるいは研磨作業終了後に研磨定盤を介して気体を噴出することを特徴とする表面研磨方法がある。

上述する本願発明の特徴により則ち、焼結金属による定盤を製作してそれにより研磨作業を行うことで、この焼結金属特有の微細な孔構造を利用して例えば圧搾空気などを定盤を経由して噴出する構造にすることによって、焼結金属を用いた研磨定盤表面を研磨加工中あるいは、研磨作業終了時で研磨定盤に対する荷重を軽減する工夫を行ったものである。そして、研磨作業の開始時には圧電素板の厚みバラツキを吸収するこができ、研磨終了時については、貼り付いた圧電素板を浮かせる効果を持たせて、研磨定盤から圧電素板が剥がれやすく研磨作業の効率を改善したことを実現するものである。

以上のように本発明は、研磨定盤の表面の粗面に対して、その粗面に研磨材砥粒（粒子）などが入っても研磨定盤を介して圧搾空気を噴出することによって、研磨材粒子を排出することができる。また、研磨作業時に研磨定盤を介して圧搾空気を噴出することで、研磨作業中のキャリアと被研磨物が僅かに浮上することで、特にキャリアに与える研磨定盤の荷重圧を軽減することができる。また、研磨定盤を介して気体を噴出することにより、研磨作業開始時から研磨作業に至っては圧電素板の厚みバラツキを吸収しながら研磨をすることができ、研磨作業終了後には、研磨定盤から被研磨物を剥がしやすくする効果も得ることから、研磨作業全体の効率を上げることができる。

以下、添付図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。また、本発明の概念図を図１に示し、作業の流れとしては図３に示すものである。本願発明では研磨装置を用いて圧電素板の厚みを薄くするいわゆる研磨作業の概念を変えるものでなく、研磨装置に用いる研磨定盤の材質とそれを用いた研磨方法に工夫を入れたものである。

図１に示すのは表面研磨装置の機構を説明するものであり、表面研磨装置によって圧電素板の厚み研磨加工を行う呼称としては一般的にラッピングと言われいる。ラッピング工程に用いる研磨装置とは、普段から多用する方式に４ウェイの表面研磨装置がある。この表面研磨装置には４箇所の研磨に作用する駆動部分がある。

４箇所の駆動部分は上定盤、下定盤、中心ギヤ、インターナルギヤであり、これらが個々に回転する機構を持つ研磨装置で、中心ギヤとインターナルギヤからの回転運動を受けて回転するキャリアとを組み合わせ、キャリアにある穴部に圧電素板を配置し、中心ギヤとインターナルギヤの回転により回転するキャリアが研磨装置の上下定盤間を圧電素板を保持しながら回転し、キャリアに配置する圧電素板が回転と研磨定盤の荷重と研磨材とによって厚み研磨がなされる。なお、上記の中心ギヤ、インターナルギヤ、キャリアにはそれぞれ回転運動を伝えるためのギアが存在するが図面では割愛して描画してある。

研磨加工を終えた圧電素板は、所望となる厚みにまで薄く処理され、研磨作業が終わったところで、上定盤と下定盤とを開けて両定盤に挟まれる格好で研磨作業が行われた、キャリアとそこに配置した圧電素板とを回収して一連の研磨作業が終了する。

ここで、図１に示す模式図のように研磨定盤に対して気体を供給できる機構を設けることで、研磨加工中あるいは、研磨作業終了時で研磨定盤に対する荷重を軽減する工夫を行ったり、研磨終了時については、貼り付いた圧電素板を浮かせる効果を持たせて、研磨定盤から圧電素板が剥がれやすく研磨作業の効率を改善したことを実現するものである。

従って、気体の供給構造として下定盤の下方あるいは上定盤上方に気体を供給できる供給口を設けて、その供給口から圧搾空気でも窒素ガスでも特に気体の種類には制約の受けるものでは無いが、安全できれいなガスであれば何でも良い。

また、図２には下定盤を一例にして示したもので、本発明で用いる研磨定盤の部分断面により、発泡効果の状態を示している。模式図で示しているが、研磨定盤は例えば焼結金属のような発泡体の金属構造の組成を持ったものであることから、研磨材は浸透しないが、気体を通す構造であることから、研磨定盤の一方から圧力と共に気体を供給することで、研磨定盤の他方からは気体が噴出することになる。ここでは圧電素板を研磨する面とは反対側から気体を供給することで、研磨加工中あるいは、研磨作業終了時で研磨定盤に対する荷重を軽減する工夫を行ったり、研磨終了時については、貼り付いた圧電素板を浮かせる効果を持たせることができる。

なお、研磨定盤としては焼結金属のほかにはステンレスワイヤーを焼結して研磨定盤に加工したものなど、研磨定盤の組成に気体を通すことのできる材料であれば応用として利用することができる。

図３に示すのは、本発明による研磨工程における気体を噴出するタイミングをフロー図として表現したものである。研磨定盤の表面の粗面に対して、その粗面に研磨材砥粒（粒子）などが入っても研磨定盤を介して圧搾空気を噴出することによって、研磨材粒子を排出する効果と研磨効率を持続する効果が得られることは当然ながら、研磨作業時に研磨定盤を介して圧搾空気を噴出することで、研磨作業中のキャリアと被研磨物が僅かに浮上することで、特にキャリアに与える研磨定盤の荷重圧を軽減することができる。

また、図４は図３のフロー図を補足するために描画したものである。圧電素板の厚み研磨は研磨開始時では、僅かながら圧電素板の厚みにバラツキがある。そのため、研磨作業開始時には圧電素板全体に研磨定盤の荷重が加わらず、その結果研磨作業中に圧電素板の破損を招く場合がある。本発明により研磨定盤を介して気体を噴出することで、特に研磨作業開始時の研磨負荷を低減することができる。

図４では上述の概念を研磨定盤から噴出する気体のタイミングを描画したもので、一例として研磨装置の駆動モータのトルク値をモータ駆動電流として読み替えてモニターし、その数値が予め正常値として設定した範囲と、範囲外とで気体の噴出と連動することで、効率研磨作業を実現することができ。

そして研磨作業終了後には、研磨定盤を介して気体を噴出することにより、研磨定盤から被研磨物を剥がしやすくする効果も得ることから、研磨材で研磨定盤に貼り付いてしまった圧電素板を気体の噴出により研磨定盤から浮遊させることにより、研磨定盤からの圧電素板の回収作業を容易にすることにより、研磨作業全体の作業効率を上げることができる。

なお、上述する明細書では主に厚み研作業を中心に記載しているが、ポリッシュパッドを用いず、研磨定盤と特殊なポリッシュ溶液により実現するポリッシュ作業を行う場合にも適用できることは言うまでも無い。

本発明の概念を示す模式図である。本発明の研磨定盤の概念を示す模式図である。研磨作業の流れを示すフロー図である。研磨作業開始から、研磨作業中に至る気体噴出のタイミングを説明する図である。

Claims

圧電素板の厚み研磨を行う表面研磨装置に用いる研磨定盤において、
該定盤に用いる金属材料が発泡金属材料であることを特徴とする研磨定盤。
請求項１記載の発泡材料が焼結金属であることを特徴とする研磨定盤。
圧電素板の表面研磨に回転する研磨定盤機構を有する研磨装置を用いて、前記圧電素板の厚み研磨を行う表面研磨方法において、
前記研磨定盤に焼結金属材料を用いて、前記研磨定盤に気体を供給する構造を付加し、前記研磨定盤の被研磨物である圧電素板の加工面に対して研磨作業中あるいは研磨作業終了後に研磨定盤を介して気体を噴出することを特徴とする表面研磨方法。