JP2007083328A - 平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
押圧力の微調整を可能とし、特に零または零近傍に維持するような平面研磨装置を提供する。
【解決手段】
支点２２により支持される竿２３と、竿２３の一端に支持される上ラップ板吊り上げ軸１７と、支点２２を境に竿２３の反対側に吊り下げられる錘２５と、を備え、天秤様に形成された上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５とし、錘２５の位置を微小移動させつつ牽引力を調節することで押圧力の微調整を実現する平面研磨装置とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水晶、シリコン、ガラス、金属その他種々の材料の表面を両面同時に研磨加工を行う平面研磨装置に関する。

水晶、シリコンウエハ等を研磨する従来技術の平面研磨装置は、鋳鉄等の材質で造られた上ラップ板、下ラップ板、中心歯車、内歯車およびワークキャリアを備える。ワークキャリアの内外周には両歯車が噛合している。また、被加工物であるワークは、ワークキャリアに保持されるとともに下ラップ板と上ラップ板とでワークの上下面が接触している。このような状態でワークキャリアが両歯車から回転力が付与されて自転しつつ公転する遊星運動をしつつ、下ラップ板と上ラップ板とがワークの上下面を研磨加工する。

図３は従来技術の平面研磨装置の外観図である。平面研磨装置は、旋回アーム１０１、上ラップ板昇降シリンダ兼正逆圧発生装置１０２、シャフト１０３、支持部１０４、上ラップ板１０５を備える。この平面研磨装置では、旋回アーム１０１の先端部の上側に上ラップ板昇降シリンダ兼正逆圧発生装置１０２を搭載し、上ラップ板昇降シリンダ兼正逆圧発生装置１０２がシャフト１０３、支持部１０４を介して上ラップ板１０５を昇降可能に支持している。上ラップ板１０５の昇降と加工時のワーク（図示せず）への押し圧は、上ラップ板昇降シリンダ兼正逆圧発生装置１０２に対して圧力調整を行って適切な押圧力としていた。

また、従来技術の他の平面研磨装置として、例えば、特許文献１（特公平６−９８５７３号公報）や特許文献２（特開２００１−８８０１２号公報）などが知られている。
特許文献１記載の平面研磨装置は、本出願人が先にした特許出願に係る発明であり、上ラップ板への逆荷重を加圧ウェイト用レール上にバランスウエイトを移動させることにより加工中のワークに供与する押圧力を増減させるものである。
また、特許文献２記載の研磨装置でも、ロープ車にロープを掛着し、ロープの一端を上定盤に連結し、他端に重りを連結した逆圧発生機構を採用したものである。上定盤の自重による荷重と重りの重量による荷重との差が被研磨物に作用する押圧力となり、この押圧力は、重りの重量を調整することによって任意に調整できる、というものである。
従来技術の平面研磨装置はこのようなものである。

特公平６−９８５７３号公報 特開２００１−８８０１２号公報

さて、上記のような従来技術の平面研磨装置は、研磨加工時のワークへの押し圧調整が容易でないという問題があった。
例えば、図３で示した従来技術の平面研磨装置では上ラップ板１０５に加えシャフト１０３、支持部１０４も含めると総重量が大きくなるため、昇降させる上ラップ板昇降シリンダ兼正逆圧発生装置１０２のシリンダを大容量とする必要があり、シリンダへの供給圧を微調整することが困難なばかりか、加工時の振動等によりシリンダ内の圧力の変動により押圧力が変化して各ワークキャリアに保持された複数のワークに一定の押し圧力を供与することが出来ないおそれがあった。

このため、加工前のワークの加工面の形状によっては割れ欠け等の破損を発生させるおそれがあった。
また、被加工物が高周波用の水晶素板のように、低荷重で研磨する必要性があるワークでは対応出来ず、研磨出来るワークの種類が限定されるという制約も生じていた。

また、特許文献１記載の平面研磨装置でも、下ラップ板の芯と上ラップ板の芯を合わせることに大変な労力を費やすばかりか、ワークへ供与する荷重限界の設定の面倒さや、ウエイトの移動が作業者の手作業によるため均等な増減圧は、不可能であった。また、構造上ワークへ供与する押圧力を零または零近傍に維持することは困難であった。
さらにまた、特許文献２記載の平面研磨装置でも、重りを増減させる調整は手作業によるため微小な押圧力の増減は不可能であった。また、構造上ワークへ供与する押圧力を零または零近傍に維持することは困難であった。

そこで、この発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、押圧力の微調整を可能とし、特に零または零近傍に維持するような平面研磨装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る平面研磨装置は、
水平面内に組み込まれた中心歯車と内歯車との間に、被加工物であるワークを保持する複数個のワークキャリアを等間隔に配置させてワークを挿入した後、上ラップ板を下降させて下ラップ板とで挟み込んだ状態で、研磨剤を供給しつつワークキャリアを自転及び公転させる遊星運動と上下ラップ板の相対的な回転運動とを同時に行う平行平面研磨装置において、前記上ラップ板の自重による荷重と逆方向への荷重を発生させる逆圧発生機構を設け、前記ワークへ上ラップ板の自重による荷重と前記逆圧発生機構を逆圧力として作用させた荷重との差を押圧力とする前記逆圧発生機構により加工押圧力を増減できるように構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る平面研磨装置は、
請求項１に記載の平面研磨装置において、
前記正逆圧発生機構は、前記上ラップ板の自重による荷重と逆方向への荷重を発生する錘と、錘りと上ラップ板とを連結する連結部材からなり、錘による荷重を調整可能としたことを特徴とする。
詳しくは、
被加工物であるワークを保持するワークキャリアと、
ワークキャリアを回転させる歯車と、
ワークの下側から当接する下ラップ板と、
ワークの上側から当接する上ラップ板と、
上ラップ板の自重による重力とは逆方向への牽引力を上ラップ板に加える逆圧発生機構と、
を備え、この逆圧発生機構は、
支点により支持される竿と、
竿の一端に支持される上ラップ板吊り上げ軸と、
支点を境に竿の反対側に吊り下げられる錘と、
を備え、
錘の位置により牽引力を調整するようにした。
さらに詳しくは、この逆圧発生機構は
竿に対して回動自在に支持される送りネジと、
この送りネジに螺挿され、前記錘が取り付けられる移動部と、
送りネジを回転させて移動部とともに錘を移動させる錘駆動モータと、
を備えるこようにした。

また、本発明の請求項３に係る平面研磨装置は、
請求項１または請求項２に記載の平面研磨装置において、
前記上ラップ板および前記正逆圧発生機構を昇降する上ラップ板昇降機構を備え、
前記上ラップ板と前記逆圧発生機構とを一体に昇降させるように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、押圧力の微調整を可能とし、特に零または零近傍に維持するような平面研磨装置を提供することができる。

本発明の平面研磨装置を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本形態の平面研磨装置の断面構成図である。この平面研磨装置は、上ラップ板１１、下ラップ板１２、中心歯車１３、内歯車１４、ワークキャリア１５、ワーク１６、上ラップ板吊り上げ軸１７、揺れ止めガイド１８、ストッパ １９、軸受２０、連結継ぎ手２１、支点２２、竿２３、送りネジ２４、錘２５、軸継ぎ手２６、錘駆動モータ２７、回転摺動面２８、昇降摺動面２９、昇降機構３０、昇降駆動機３１、昇降軸３２、旋回アーム３３、昇降筒体３４、上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５、中心体３６、移動部３７を備える。

上ラップ板１１及び下ラップ板１２は図示されていない駆動源により左右何れかの方向に回転又は停止できる。
これら上ラップ板１１と下ラップ板１２との間には、ワークキャリア１５が配置されている。ワークキャリア１５は、外周部が歯車状に形成され、複数個配置されるのが一般的である。このワークキャリア１５は、ワーク１６を保持する研磨加工治具であり、単数または複数個のワーク１６を保持する。
これらワークキャリア１５は内側にある中心歯車１３と噛み合い、さらに外側にある、内歯車１４とも噛み合っている。これら中心歯車１３と内歯車１４とは図示されていない駆動源により予め定められた比率で回転する。

上ラップ板１１の昇降は、上ラップ板昇降機構の具体例である昇降機構３０による。昇降機構３０は上記構成のうち、昇降駆動機３１、昇降軸３２、旋回アーム３３、昇降筒体３４、上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５、中心体３６を備える。昇降筒体３４は中心体３６に挿入され、昇降摺動面２９に沿って摺動して昇降筒体３４が上下動するようになされている。そして、昇降駆動機３１が昇降軸３２を介して昇降筒体３４に力を加えて昇降筒体３４を上下動させることができる。そして、昇降軸３２には、移動距離を計測するスケールが組み込まれており、ワーク１６に載置しようとするときの上ラップ板１１の下降限界位置を予め設定できる。

旋回アーム３３は、昇降筒体３４に挿入され、回転摺動面２８に沿って摺動して昇降筒体３４が回転動するようになされている。このような旋回アーム３３の先端部に上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５が固定されている。

上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５は、詳しくは、上ラップ板吊り上げ軸１７、揺れ止めガイド１８、ストッパ １９、軸受２０、連結継ぎ手２１、支点２２、竿２３、送りネジ２４、錘２５、軸継ぎ手２６、錘駆動モータ２７、移動部３７を備える。
竿２３の一端には軸受２０により送りネジ２４が軸支され、またこの送りネジ２４の他端には、竿２３の中間で軸受けにより軸支されるとともに、軸継ぎ手２６を介して錘駆動モータ２７に連結されている。この送りネジ２４については、竿２３の中央に設置されており、図中では現れてないが、送りネジのネジ面は軸受２０から軸継ぎ手２６まで連続している。このため、錘２５は、軸受２０付近から軸継ぎ手２６付近まで移動できるようになされる。錘駆動モータ２７は送りネジ２４を回転駆動する。すると移動部３７が図中矢印方向である送りネジ２４の軸方向に移動し、錘２５を水平移動させる。
このような竿２３は支点２２により支承されている。支点２２を挟んで一方に錘２５が、また、他方に上ラップ板吊り上げ軸１７が、取り付けられることで、錘２５の重力と、上ラップ板吊り上げ軸１７および上ラップ板１１との重力とで、釣り合うようになされている。錘２５の位置で釣り合いを取ることとなるが、例えば、図１で示す位置を釣り合い点とするように調整する。なお、釣り合い点は実情に応じて適宜適当な位置に設定できるものである。

竿２３と連結継ぎ手２１との連結箇所には丸穴の中に鋭角な角を持つ三角状のピンが支点として介在しており、連結継ぎ手２１の他端は連結箇所を中心点として移動できる。さらにこの連結継ぎ手２１と上ラップ板吊り上げ軸１７との連結箇所には継手部が自由に動く平行ピンが介在しており、上ラップ板吊り上げ軸１７は連結箇所を中心点として移動できる。しかしながら、この上ラップ板吊り上げ軸１７は、揺れ止めガイド１８により水平方向には移動できずに上下方向のみ移動できるように支持されている。このため連結継ぎ手２１が移動して位置の変動を吸収する。

この機構により、例えば、図１の状態の竿２３が支点を基準に傾斜して連結位置が支点２２側へ移動しても連結継ぎ手２１の両端の継手が連結位置の変化を吸収して機械的な干渉を生じさせることなく竿２３を昇降させることができる。また、過度の傾斜は図中に示していないストッパーにて停止させられる。このような機構のため、錘２５の移動により機械的な干渉を生じさせることなく上ラップ板１１と下ラップ板１２の芯ズレが自動的に補正できる。
平面研磨装置の機構系はこのようなものである。

続いて、このような平面研磨装置の上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５による調整系について説明する。
上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５は、上ラップ板１１を上側へ引っ張る牽引力を発生させるため、ワーク１６への押圧力は、上ラップ板１１の自重による重力から牽引力を差し引いた力による押圧力となる。この牽引力は、錘駆動モータ２７と軸継ぎ手２６により接続された送りネジ２４を回転させることにより、錘２５を移動させて調整する。錘２５が支点２２に近づくにつれて牽引力は減少していくため、逆に上ラップ板吊り上げ軸１７および上ラップ板１１の自重による押圧力は増大していく。錘２５が支点２２付近まで行くと牽引力は零になって、上ラップ板吊り上げ軸１７および上ラップ板１１の自重のみで押圧力が加えられる。

なお、錘２５が支点２２を超えて軸受け２０側へ行くと、牽引力ではなく、さらなる押圧力を与えるものとなる。この場合は、錘２５による押圧力と、上ラップ板吊り上げ軸１７および上ラップ板１１の自重の押圧力と、が合算した押圧力となる。
上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５はこのような作用により所望の押圧力となるように調整することができる。この調整は加工中でも自由に変更できる。

続いて、このような平面研磨装置の動作系について説明する。
加工作業前に、竿２３の水平バランスを調整し、竿２３の水平を保ち、この位置を原点とし、錘２５を図示されていないプログラム装置の制御により、支点２２の方向の計算された位置へ移動させ、ストッパ１９に当て、停止させる。
加工作業開始時は、ワーク１６をワークキャリア１５に取り付ける為に昇降機構３０により上ラップ板１１を上方に移動させ、ワーク１６をセットする。セットが終わると上ラップ板１１を竿２３が水平になるまで昇降機構３０を下降させ下ラップ板１２の上に載置されたワークキャリア１５に保持されたワーク１６の上に積載し、ワーク１６を荷重調整により押圧し、研磨剤を供給しながら上下ラップ板１１，１２の研磨面をワーク１６に当接させるとともに、中心歯車１３と内歯車１４との適切な回転比によりワークキャリア１５に自転及び公転を与えつつ相対的に運動するように予め設定されたプログラムにより、中心歯車１３、内歯車１４、上ラップ板１１および下ラップ板１２を回転させる。また、上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５によるワーク加工面への押圧力も、図示されていない制御装置により予め設定されたプログラムで制御する。

なお、加工中は竿２３が水平の状態でワークを押圧し、加工摩滅によりワーク１６が薄くなり、竿２３の水平バランスが極度に悪化したとき、図示されていないセンサーの支持により昇降機構３０が水平に保つべく作動する。
設定されたプログラムにより加工が終了すると、上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５を載置した旋回アーム３３を昇降機構３０により上昇させた後、旋回アーム３３を旋回させてワーク１６を取り出す。
平面研磨装置の動作系はこのようなものである。

続いて他の形態について図を参照しつつ説明する。図２は他の形態の平面研磨装置の断面構成図である。先の図１を用いて説明した形態と比較すると、錘駆動モータ２７の取り付け位置を変更したものであり、ワーク加工面に押圧力を供与する上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５の錘２５を移動させる錘駆動モータ２７の取付位置を、上ラップ板吊り上げ軸１７側に配置し保守点検等を考慮したことと、錘２５の移動による最大荷重を減らしたことにある。

以上説明した本発明の平面研磨装置は、ワーク研磨加工面の押圧力を上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置３５での調整により減圧荷重、自重荷重及び加圧荷重へと高精度に移動できる。そのため、加工前の厚みのバラツキの大きいワークや脆性材料等の許容荷重に制限のあるワークの研磨加工に適している。そのため、安定した精度維持が長期間可能である。ワーク加工時の押圧力の変動が著しく低下したので水晶素板の加工では、割れ欠けが減少しまた上下二面の研磨量が等しいために歩留まりが著しく向上した。

また、送りネジ２４による錘２５の微小移動により牽引力も微小量間隔で調整でき、従来では困難であった零または零近傍の押圧力を実現できる。

なお、本形態では上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置は正圧と逆圧と両方が発生する装置として説明した。しかしながら、単に逆圧発生装置として、少なくとも零または零近傍の押圧力を発生させて低荷重で研磨できるような装置に限定しても良い（上の図１の形態では支点２２と連結継ぎ手２１との間で錘２５が移動する）。このように逆圧発生装置または正逆圧発生装置としても良い。

本発明を実施するための最良の形態の平面研磨装置の断面構成図である。 他の形態の平面研磨装置の断面構成図である。 従来技術の平面研磨装置の外観図である。

符号の説明

１１ 上ラップ板
１２ 下ラップ板
１３ 中心歯車
１４ 内歯車
１５ ワークキャリア
１６ ワーク
１７ 上ラップ板吊り上げ軸
１８ 揺れ止めガイド
１９ ストッパ
２０ 軸受
２１ 連結継ぎ手
２２ 支点
２３ 竿
２４ 送りネジ
２５ 錘
２６ 軸継ぎ手
２７ 錘駆動モータ
２８ 回転摺動面
２９ 昇降摺動面
３０ 昇降機構
３１ 昇降駆動機
３３ 昇降軸
３３ 旋回アーム
３４ 昇降筒体
３５ 上ラップ板昇降兼正逆圧発生装置
３６ 中心体
３７ 移動部

Claims (3)

1. 水平面内に組み込まれた中心歯車と内歯車との間に、被加工物であるワークを保持する複数個のワークキャリアを等間隔に配置させてワークを挿入した後、上ラップ板を下降させて下ラップ板とで挟み込んだ状態で、研磨剤を供給しつつワークキャリアを自転及び公転させる遊星運動と上下ラップ板の相対的な回転運動とを同時に行う平行平面研磨装置において、前記上ラップ板の自重による荷重と逆方向への荷重を発生させる逆圧発生機構を設け、前記ワークへ上ラップ板の自重による荷重と前記逆圧発生機構を逆圧力として作用させた荷重との差を押圧力とする前記逆圧発生機構により加工押圧力を増減できるように構成したことを特徴とする平面研磨装置。
2. 請求項１に記載の平面研磨装置において、
   前記逆圧発生機構は、前記上ラップ板の自重による荷重と逆方向への荷重を発生する錘と、錘りと上ラップ板とを連結する連結部材からなり、錘による荷重を調整可能としたことを特徴とする平面研磨装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の平面研磨装置において、
   前記上ラップ板および前記逆圧発生機構を昇降する上ラップ板昇降機構を備え、
   前記上ラップ板と前記逆圧発生機構とを一体に昇降させるように構成したことを特徴とする平面研磨装置。

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