JP2007136560A - 平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨面の全面を均一に冷却することで熱膨張を抑止するような平面研磨装置を提供する。
【解決手段】内周側流路４０とミスト発生器３３とを通流させるとともに外周側流路４１と冷媒槽４５とを通流させて熱交換室４２の内周側へ冷媒を送出して外周側から回収する内周側冷却と、外周側流路４１とミスト発生器３３とを通流させるとともに内周側流路４０と冷媒槽４５とを通流させて外周側の熱交換室４２へ冷媒を送出して内周側から回収する外周側冷却と、を交互に行って、下ラップ板１および上ラップ板２で均等に冷却するような平面研磨装置１０００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の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、上ラップ板、下ラップ板、キャリヤ、太陽歯車および内歯車を備える。
上ラップ板および下ラップ板は、鋳鉄等の材料で造られている。
キャリヤは、その外周に歯車が形成され、ワーク（被加工物）を保持する穴が形成されている。
太陽歯車および内歯車は、キャリヤの外周の歯車と噛合っており、自転しつつ公転するという遊星運動をキャリヤに行わせる。

平面研磨装置の研磨動作を行わせるときは、ワークを保持した状態のキャリヤを、下ラップ板の上に載置し、さらにキャリヤの外周に形成された歯車を太陽歯車、内歯車と噛み合わせる。そして上側から上ラップ板を配置してワークを上ラップ板および下ラップ板により挟んだ状態とし、キャリヤに遊星運動をさせてワークの上下面を研磨加工する。

このような平面研磨装置では、装置に備えられている動力系や駆動系からの発生熱、各軸々受け等からの摩擦熱、加工時に発生する下ラップ板とワークとの摩擦熱およびワークと上ラップ板との摩擦熱（以下これら熱を単に熱という）が発生する。そしてこの熱のため、上ラップ板および下ラップ板の研磨面は、熱膨張により変形する。

平面研磨装置では、「ラップ加工及びポリシング加工は、ラップ板の研磨面の精度をワークに転写する加工である。」と言われている。ワークをラップ板に押しつけて研磨剤を媒体として研磨加工するためであるが、上ラップ板および下ラップ板で熱膨張が発生すると、研磨面の変形がそのままワークへ転写され、加工後のワークの平面精度の低下をきたす恐れがある。

そこで、上ラップ板および下ラップ板を冷却により一定温度として研磨面の平面精度を維持することが一般的である。このような従来技術の平面研磨装置として、例えば、特許文献１（実開昭６３−３０４６６号公報，発明の名称「定盤の温度制御装置」）が知られている。

この特許文献１に係る従来技術について図を参照しつつ説明する。図５は、従来技術の平面研磨装置の冷却機構を示す要部断面図である。
この冷却機構は、冷却媒体（以下、本明細書中で冷却媒体を単に冷媒とする。）を用いるものであり、図５で示すように、回転自在に支持された下ラップ板１０１の内部に、冷媒供給管１０２を形成し、冷媒の循環により下ラップ板１０１の全体から吸熱し、冷媒の外部への放出とともに放熱を行うような機構である。冷媒としては比熱差を活かし、水が最も多く使われている。

また、他の従来技術として、例えば、特許文献２（実公昭６０−２１１７２号，発明の名称「ラッピング装置」）などが知られている。
従来技術の平面研磨装置はこのようなものである。

実開昭６３−３０４６６号公報（第１図） 実公昭６０−２１１７２号公報（第２図，第３図）

さて、上記のような従来技術の平面研磨装置の冷却機構では、下ラップ板の半径方向の位置によっては温度差が生じて依然下ラップ板の研磨面に変形が生じるおそれがあった。この点について説明する。図５で示した従来技術では、下ラップ板１０１の回転軸側から冷媒供給管１０２に冷媒を供給し、下ラップ板１０１の外周側まで移動させた上で折り返し、外周側から中心軸側へ冷媒を通流させた上で排出口から冷媒戻し管１０３へ冷媒を排出させる構造である。

しかし、冷媒供給管１０２を通流する冷媒は、下ラップ板１０１へ流入した当初は冷たい冷媒であるが、外周側へ行くにつれて温度上昇し、さらに研磨面に近い上側を流れているうちにプレート研磨面の温度に近づいていく。つまり下ラップ板１０１は上側は暖かく下側は冷たいため、下ラップ板１０１は上側と下側との熱膨張差による平面度の狂いを生じることとなり、その結果研磨されたワークは、平面度や平衡度で精度低下をきたすおそれがあった。このような問題は特に図示していないが上ラップ板でも起こりうることである。

また、特許文献２のラッピング装置は、回転軸側から冷却空間へ冷媒を供給して同じ回転軸側で冷媒を吸引するというものであり、この場合も、供給口部分の近傍である内周側が最も冷却されラップ板外周部との温度差ができるためラップ板の平面を維持することが困難であった。

そこで、本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、研磨面の全面を均一に冷却することで熱膨張を抑止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、
円状または環状であって、内部に熱交換室が形成されるラップ板と、
熱交換室の内周側で連通する内周側流路と、
熱交換室の外周側で連通する外周側流路と、
冷媒を供給する冷媒供給装置と、
冷媒を回収する回収装置と、
内周側流路、外周側流路、冷媒供給装置および回収装置に接続されて、内周側流路と冷媒供給装置とを通流させるとともに外周側流路と回収装置とを通流させて内周側の熱交換室へ冷媒を送出して外周側から回収する内周側冷却と、また、外周側流路と冷媒供給装置とを通流させるとともに内周側流路と回収装置とを通流させて外周側の熱交換室へ冷媒を送出して内周側から回収する外周側冷却と、を切替え制御する流路切替え部と、
を備え、
ラップ板の内周側冷却と外周側冷却とを交互に行って、ラップ板を内外周で均等に冷却することを特徴とする。

ラップ板を冷却する従来技術では、冷媒の供給側で最低温になり、冷媒が通流するに連れて温度が上昇していき、排出側で最高温になるというように供給側と排出側とで温度差を生じる。
一方、本発明では、ラップ板の冷却として、内周から外周へ冷媒を通流させる内周側冷却と、外周から内周へ冷媒を通流させる外周側冷却と、を行って流れを切り換えることにより冷媒の流れを定期的に変化させて、供給側と排出側というように位置によって温度差が生じないように防止する。これによりラップ板の内周側と外周側との温度差を無くして均一にし、ラップ板の研磨面の平面を維持する。

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、
前記冷媒供給装置は、水および圧縮空気が供給され、水および圧縮空気の混合量を調節して水と空気を混合させたミスト状態の冷媒とすることを特徴とする。

液体である水は、冷却効果が高いと言われている。また、気体である空気は、流通速度が速い。そこで、冷媒として主に空気と水とを混合したミストを用いる。このミストはラップ板温度や熱交換室内形状の影響も受けにくい冷媒である。このミストを用いることで、空気により高速に排気して急速な排熱を実現し、さらに、水滴を気化させることで冷却効果も高めて、最終的には冷媒による熱交換の効率を上げ且つ高速に流し、ラップ板全体を均一な温度とし冷却効率の向上に寄与し、高精度のワーク加工を可能とする。

また、本発明の請求項３に係る平面研磨装置は、
請求項２に記載の平面研磨装置において、
前記冷媒供給装置は、水のみの冷媒、または、圧縮空気のみの冷媒となるように混合量を調節可能とすることを特徴とする。

冷媒として冷却効果が高い水のみとして冷却効果を高めたり、または、流通速度が速い空気のみを選択して排気速度を速めるようにしても良い。

また、本発明の請求項４に係る平面研磨装置は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の平面研磨装置において、
前記熱交換室は略扇形であって前記ラップ板の内部を複数の熱交換室に区画形成することを特徴とする。

熱交換室を区分して空間容積を狭めたため、冷媒が滞留することなく確実に排出されて、排熱が行われる

また、本発明の請求項５に係る平面研磨装置は、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の平面研磨装置において、
熱交換室内に突出する突出部を備えることを特徴とする。

突出部により冷媒と接触する熱交換室の表面積を増大させて冷却効果を大きくする。

また、本発明の請求項６に係る平面研磨装置は、
請求項５に記載の平面研磨装置において、
前記突出部は、通気性または吸水性を有する部材で形成されることを特徴とする。

熱交換室内を通気性および吸水性のある材質を使用した複数の突出部で仕切ることで、ミスト成分の多くは通気性により排出されるが、水分は吸水性により吸水された後に気化により冷却するため、冷媒のいっそうの流れを促進すると共に冷却効率の向上をはかる。

また、本発明の請求項７に係る平面研磨装置は、
請求項５または請求項６に記載の平面研磨装置において、
前記突出部は、その接触面に格子状又は線状の溝を備えることを特徴とする。

突出部の表面積をさらに増やすことで冷媒と突出部の接触面積を増大させて、さらに冷却効率の向上を図る。

また、本発明の請求項８に係る平面研磨装置は、
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の平面研磨装置において、
熱交換室、内周側流路、および、外周側流路の内部を減圧する減圧器を備えることを特徴とする。

ミスト発生器で発生させた水と空気を混合させたミスト状態とした冷媒を通流させるときに冷媒槽内を減圧することにより、熱交換室内の側壁や突出部の表面に付着した水滴の気化時の温度を下げて、水の蒸発を促進させて気化し易くし、冷却効率を高める。

また、本発明の請求項９に係る平面研磨装置は、
請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の平面研磨装置において、
前記ラップ板が上側と下側とにそれぞれ配置され、水平面内に組み込まれた太陽歯車と内歯車との間に、複数個のキャリヤを等間隔に配置させて被加工物であるワークを挿入した後、上側のラップ板を下降させて下側のラップ板とで挟み込んだ状態で、研磨剤を供給しつつキャリヤを自転及び公転させる遊星運動と上側および下側のラップ板の相対的な回転運動とを同時に行ってワークを上下面で研磨することを特徴とする。

４ｗａｙの平面研磨装置に適用したため、上下の研磨面が平行を維持して精度の高い平行平面を形成する。

本発明によれば、研磨面の全面を均一に冷却することで熱膨張を抑止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。まず、駆動系について説明する。この平面研磨装置１０００は、図１で示すように、研磨工具である下ラップ板１と上ラップ板２（図２も参照）とを有し、これら下ラップ板１と上ラップ板２とは互いに反対方向に回転するようになされている。これら下ラップ板１と上ラップ板２との間には、キャリヤ３が配置されている。キャリヤ３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。このキャリヤ３は、単数または複数個のワーク２００を穴に挿通して保持する。ポリシング加工では、下ラップ板１と上ラップ板２との研磨面にワーク材質に適合する樹脂等の図示されていないパットを貼り付ける場合もある。
これらキャリヤ３は内側にある太陽歯車４と噛み合い、さらに外側にある内歯車５とも噛み合っている。

これら下ラップ板１、上ラップ板２、太陽歯車４および内歯車５は、それぞれの駆動源により回転駆動されるようになされている。
下ラップ板１は、下ラップ板回動体６、大歯車７、小歯車８、下ラップ板減速機９により、下ラップ板電動機１０からの駆動力が下ラップ板１へ伝達される伝達駆動系が構成されている。さらに、下ラップ板減速機９と下ラップ板電動機１０とは、ベルトとプーリとにより駆動力が伝達されるようになされている。

上ラップ板２は、具体的には図１で示すように、中心軸１１、大歯車１２、小歯車１３、上ラップ板減速機１４により、上ラップ板電動機１５からの駆動力が上ラップ板２（図１，図２参照）に伝達される伝達駆動系が構成されている。さらに、上ラップ板減速機１４と上ラップ板電動機１５とは、ベルトとプーリとにより駆動力が伝達されるようになされている。

また、太陽歯車４は、太陽歯車回動体１６、大歯車１７、小歯車１８、太陽歯車減速機１９により、太陽歯車電動機２０からの駆動力が太陽歯車４へ伝達される伝達駆動系が構成されている。さらに、太陽歯車減速機１９と太陽歯車電動機２０とは、ベルトとプーリとにより駆動力が伝達されるようになされている。

また、内歯車５は、内歯車回動体２１、大歯車２２、小歯車２３、内歯車減速機２４により、内歯車電動機２５からの駆動力が内歯車５へ伝達される伝達駆動系が構成されている。さらに、内歯車減速機２４と内歯車電動機２５とは、ベルトとプーリとにより駆動力が伝達されるようになされている。

続いて、平面研磨装置１０００の上ラップ板２について図を参照しつつさらに説明する。図２は本形態の平面研磨装置の上側断面構成図である。
上ラップ板２の上側には、上ラップ板昇降機２６、昇降軸２７、軸受２８、上側上ラップ板吊り板２９、吊上軸３０、下側上ラップ板吊り板３１が形成されている。

上ラップ板昇降機２６は上ラップ板２の上方に設置されるものであり、棒状の中心軸である昇降軸２７を上下動できるように構成されている。昇降軸２７には軸受２８が嵌め込まれて固着されており、この軸受２８の外輪側には上側上ラップ板吊り板２９が固定されている。上側上ラップ板吊り板２９と下側上ラップ板吊り板３１とは複数の吊上軸３０を介して一体に形成されている。下側上ラップ板吊り板３１には上ラップ板２が取付けられている。つまり上ラップ板昇降機２６が昇降軸２７を昇降させると、上ラップ板２も昇降する。また、上ラップ板２が回転すると、上側上ラップ板吊り板２９や下側上ラップ板吊り板３１も回動するが軸受２８により昇降軸２７までは回動しない。

さらに、これら下ラップ板１や上ラップ板２を回転駆動するための研磨装置制御盤３２を備える。研磨装置制御盤３２は、下ラップ板電動機１０、上ラップ板電動機１５、太陽歯車電動機２０、内歯車電動機２５と接続されるとともに、これら各電動機１０，１５，２０，２５の回転数を制御しつつ回転駆動する。また、研磨装置制御盤３２は上ラップ板昇降機２６と接続されるとともに、この上ラップ板昇降機２６の昇降制御を行う。
これらは駆動系を形成している。

このような構成を採用した駆動系では以下のように動作する。加工作業開始時は、被加工物であるワーク２００をキャリヤ３に取り付ける為に、上ラップ板昇降機２６により上ラップ板２を上方に移動させてワーク２００をセットする。セットが終わると上ラップ板２を下降させ下ラップ板１の上に載置されたキャリヤ３に保持されたワーク２００の上に積載してワーク２００を挟持押圧する。そして、研磨装置制御盤３２は設定されたプログラム（加工前の状態、材質、加工研磨代及び仕上がり面に応じて上ラップ板昇降機２６に適正押し圧を供与しつつ回転駆動させる加工プログラム）により研磨剤の供給を開始するとともに下ラップ板１、上ラップ板２、太陽歯車４および内歯車５を回転させる。

すると、上ラップ板２の下降後に太陽歯車４および内歯車５が適切な回転比で回転駆動されて、キャリヤ３は、公転方向を一定にした状態で、自転しつつ公転する。
したがって、下ラップ板１および上ラップ板２に両面が接触するワーク２００は、上ラップ板２・上ラップ板昇降機２６の荷重調整機構により適正荷重を付与しつつ、下ラップ板１および上ラップ板２の反対方向の回転とキャリヤ３の自転・公転とにより、一方向に偏らずに多方向に移動する。この状態で研磨液が供給されてワーク２００の上下両面を同時に研磨加工し、ワーク２００を平行且つ平面とする。
平面研磨装置１０００の駆動系はこのようなものである。

続いて、平面研磨装置１０００の冷却系について説明する。図３は上ラップ板および下ラップ板の熱交換室の横断面図、図４は上ラップ板および下ラップ板の熱交換室の縦断面図である。
まず、下ラップ板１の冷却系について図１を参照しつつ説明する。
冷却系としては、圧縮空気発生器（コンプレッサー）３３、圧縮空気供給管３４、圧縮空気供給調整弁３５、ミスト発生器３６、冷媒供給管３７、冷媒供給調整弁３８、冷媒供給・停止弁３９、内周側流路４０、外周側流路４１、熱交換室４２、冷媒戻し・停止弁４３、冷媒戻し管４４、冷媒槽４５、冷却コイル４６、水供給管４７、水供給調整弁４８、減圧機４９を備える。
さらに上ラップ板２にも冷却系が形成され、図２で示すように、内周側流路４０、外周側流路４１、ロータリージョイント５０を備える。

そして、熱交換室４２については、図３で示すように、略扇型に形成された八区画の熱交換室４２が形成され、それぞれに内周側流路４０および外周側流路４１が連通している。さらにこの熱交換室４２の中には、図４で示すように、突出部である通気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２が形成されている。

続いて冷却系の動作について説明する。
圧縮空気発生器（コンプレッサー）３３は、圧縮空気を生成して圧縮空気供給管３４、圧縮空気供給調整弁３５を経てミスト発生器３６へ圧縮空気を供給している。
また、冷媒槽４５では冷却コイル４６により水が冷却されており、ミスト発生器３６へは、この冷媒槽４５から水供給管４７、水供給調整弁４８を経て冷却水が供給される。
このミスト発生器３６では圧縮空気と冷却水とを混合してミストを生成し、このミストを冷媒として供給している。なお、冷媒については、ミスト発生器３６に供給する圧縮空気の供給量を圧縮空気供給調整弁３５で、また、水の供給量を水供給調整弁４８で、それぞれ調整することが可能であり、最適な状態のミストを冷媒として用いることができる。このようなミスト状の冷媒とする理由は後述する。冷媒は、冷媒供給調整弁３８により最適な量に調整された上で、冷媒供給管３７を介して冷媒供給・停止弁３９へ出力される。なお、ミスト状の冷媒に限定するというものではなく、従来より使用されている冷却効果が高いと言われている液体の水のみの冷媒としてもよく、また、流通効果の高い圧縮空気のみの冷媒としても良い。
これら圧縮空気発生器（コンプレッサー）３３、圧縮空気供給管３４、圧縮空気供給調整弁３５、ミスト発生器３６、冷媒供給管３７、冷媒供給調整弁３８、冷媒槽４５、冷却コイル４６、水供給管４７、水供給調整弁４８は、冷媒を供給する冷媒供給装置の一具体例である。

冷媒供給・停止弁３９は二個設けられ、いずれもミスト発生器３６と通流する冷媒供給管３７と接続される。本形態では一個の冷媒供給調整弁３８から供給される一定の供給量の冷媒を分岐した冷媒供給管３７により冷媒供給・停止弁３９へ流入させる構成としている。一方の冷媒供給・停止弁３９には内周側流路４０が、また、他方の冷媒供給・停止弁３９には外周側流路４１が、それぞれ接続されている。この場合、一方の冷媒供給・停止弁３９は開成されて冷媒が供給され、他方の冷媒供給・停止弁３９は閉成されて冷媒の供給は停止されている。説明の具体化のため、内周側流路４０が接続された冷媒供給・停止弁３９が開成されているものとして説明する。

内周側流路４０は途中で分岐して下ラップ板１と上ラップ板２とに連通している。まず、下ラップ板１について説明する。内周側流路４０を介して供給された冷媒は、図１で示すように下ラップ板１では、そのまま熱交換室４２へ流入する。下ラップ板１では、図３で示すように八区画全てに内周側流路４０が連通しており、下ラップ板１の内周側へ冷媒が供給される。そして熱交換室４２では、内周側から外周側へ冷媒が通流して、外周側流路４１で吸引回収される。この熱交換室４２では、図４で示すように通気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２が配置され、これらプレート５１，５２に沿って昇降するような経路としているため、冷媒は、確実に熱交換室４２内の表面に当接して熱交換効率を高めるようにしている。また、通気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２の側壁に線状または格子状の溝を形成して、接触面積を増大させることで、より冷却効率を高めるようにしても良い。

続いて、上ラップ板２について説明する。内周側流路４０を介して供給された冷媒は、図２で示すように上ラップ板２では、ロータリジョイント５０を介して熱交換室４２へ流入する。この上ラップ板２では、図２で示すように、昇降軸２７の軸内に内周側流路４０および外周側流路４１が連通しており、図示しないがロータリージョイント５０まで連通している。ロータリジョイント５０は自らが回転したときにも、回転しない昇降軸２７との内周側流路４０および外周側流路４１を維持形成するようになされており、最終的に内周側流路４０は熱交換室４２の内周側と、また、外周側流路４１は熱交換室４２の外周側と連通している。

さて、内周側流路４０に冷媒が供給されると、上ラップ板２では、ロータリジョイント５０を介して熱交換室４２へ冷媒が供給される。上ラップ板２でも、図３で示すように、八区画全てに内周側流路４０が連通しており、上ラップ板２の内周側へ冷媒が供給される。そして熱交換室４２では、内周側から外周側へ冷媒が通流して、外周側流路４１で吸引回収される。この上ラップ板２の熱交換室４２でも、図４で示すように通気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２が配置され、これらプレート５１，５２に沿って昇降するような経路としているため、冷媒は、確実に熱交換室４２内の表面に当接して熱交換効率を高めるようにしている。また、気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２の側壁に線状または格子状の溝を形成して、接触面積を増大させることで、より冷却効率を高めるようにしても良い。

下ラップ板１と上ラップ板２とに連通する外周側流路４１は途中で合流して冷媒戻し・停止弁４３と接続されている。この冷媒戻し・停止弁４３は二個設けられ、一方の冷媒戻し・停止弁４３にはこの外周側流路４１が接続されているが、他方の冷媒戻し・停止弁４３には後述する内周側流路４０が接続されている。先に説明したが内周側流路４０が接続された冷媒供給・停止弁３９が開成されているときは、外周側流路４１に接続された冷媒戻し・停止弁４３が開成されることとなる。二個の冷媒戻し・停止弁４３はいずれも冷媒槽４５と連通している。冷媒はこの冷媒槽４５へ入力される。この際、減圧機４９により熱交換室４２や外周側流路４１の内部が低圧に維持されて冷媒が余すことなく回収される。また、減圧機４９により冷媒槽４５内の空気が排気されているため冷媒のうち空気は排気され、冷媒槽４５へは冷媒のうち水のみが回収される。冷媒槽４５内の水は冷却コイル４６により冷却されて冷却水となり、ミスト発生器３６へ戻される。このように内周側流路４０から冷媒が供給されるとともに外周側流路４１で冷媒が回収されることとなる。これが内周側冷却である。
ここに冷媒戻し管４４、冷媒槽４５は、冷媒を回収する回収装置の一具体例である。

そして、内周冷却後に外周側冷却が行われる。この場合、供給側では内周側流路４０が接続された冷媒供給・停止弁３９が閉成されるとともに外周側流路４１が接続された冷媒供給・停止弁３９が開成される。さらに同時に、回収側では内周側流路４０が接続された冷媒戻し・停止弁４３が開成されるとともに外周側流路４１が接続された冷媒戻し・停止弁４３が閉成される。そして外周側流路４１から冷媒が供給されるとともに内周側流路４０で冷媒が回収されることとなる。これにより外周側より冷却がなされる。

外周側流路４１は途中で分岐して下ラップ板１と上ラップ板２とに連通している。まず、下ラップ板１について説明する。外周側流路４１を介して供給された冷媒は、図１で示すように下ラップ板１では、そのまま熱交換室４２へ流入する。下ラップ板１では、図３で示すように八区画全てに外周側流路４１が連通しており、下ラップ板１の外周側へ冷媒が供給される。そして熱交換室４２では、外周側から内周側へ冷媒が通流して、内周側流路４０で吸引回収される。この熱交換室４２では、図４で示すように通気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２が配置され、これらプレート５１，５２に沿って昇降するような経路としているため、冷媒は、確実に熱交換室４２内の表面に当接して熱交換効率を高めるようにしている。

また、外周側流路４１に冷媒が供給されると、上ラップ板２では、ロータリジョイント５０を介して熱交換室４２へ冷媒が供給される。上ラップ板２でも、図３で示すように、八区画全てに外周側流路４１が連通しており、上ラップ板２の内周側へ冷媒が供給される。そして熱交換室４２では、内周側から外周側へ冷媒が通流して、内周側流路４０で吸引回収される。この熱交換室４２でも、図４で示すように通気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２が配置され、これらプレート５１，５２に沿って昇降するような経路としているため、冷媒は、確実に熱交換室４２内の表面に当接して熱交換効率を高めるようにしている。
下ラップ板１と上ラップ板２とに連通する内周側流路４０は途中で合流して冷媒戻し・停止弁４３と接続されている。この冷媒戻し・停止弁４３を介して最終的に冷媒槽４５で水が回収される。外周側冷却では、このように循環している。

そして、研磨装置制御盤３２は、二個の冷媒供給・停止弁３９、および、二個の冷媒戻し・停止弁４３を制御して、内周側冷却および外周側冷却を交互に行うようにする。これにより下ラップ板１および上ラップ板２の熱交換室では、図３で示すように、冷媒が内外周方向で往復動するように流れる。
これら冷媒供給・停止弁３９、冷媒戻し・停止弁４３、研磨装置制御盤３２は流路切替え部の一具体例である。
冷却系はこのようなものである

続いて、平面研磨装置１０００の特徴について説明する。
先に説明したように、平面研磨装置１０００では二個の冷媒供給・停止弁３９、および、二個の冷媒戻し・停止弁４３を制御して、内周側冷却および外周側冷却を交互に行っている。これにより、下ラップ板１および上ラップ板２の内周側と外周側の温度差を無くして全面で一定温度とする。また、熱交換室４２は内外方向について中央に配置されているのみならず、上下方向についても中央に配置されているため、下ラップ板１でも上面と下面とに接しており、上下面でも一定温度にする。これにより、下ラップ板１および上ラップ板２の内外上下の全体を一定温度とし、熱膨張差が発生しないようにして最終的にはワーク研磨面の平面を維持する。

さらに冷媒として水を蒸発し易いミスト状としている。このため、熱交換室４２内から熱を奪い気化して冷却する。この原理は、１ｃｃの水の温度を１℃上げるためには１カロリーを必要とするが、１ｃｃの水を気化させるためには、５３９カロリーが必用とするというものであり、高い冷却効果が望める。
また、通常の水よりも流れやすいミスト状の冷媒では、熱交換室を仕切る通気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２による流体抵抗も低いため、高速に排熱して下ラップ板１および上ラップ板２の全体を、より均一に冷却できる。
また、ミスト状態とした冷媒だけではなく、水のみ及び空気のみの冷媒としての選択が可能なため、ワークの材質及び加工条件により最適な冷媒を選択して高精度な加工も実現できる。

また、熱交換室内を仕切る通気吸水格子板状熱交換上プレート５１、通気吸水格子板状熱交換下プレート５２は、通気及び吸水性を有し、さらに好ましくはこれらプレート５１，５２の側壁に線状または格子状の溝を形成しており、ミストである冷媒との接触面積を大幅に増大させており、通過する冷媒が吸熱していき冷却効率を向上させている。さらに、これらプレート５１，５２は、冷媒のうち水分を吸水するため、気化熱による冷却も見込め、さらに冷却効率を高めている。

また、減圧器４９により冷媒が循環する流路（下ラップ板１および上ラップ板２内の熱交換室４２、内周側流路４０や外周側流路４１など）の内部圧力を低下させることにより冷媒が残留することなく高速に移動するため、この点でも下ラップ板１および上ラップ板２の冷却効率を向上させている。また、冷媒を高圧力として流通することもないので、この点でも下ラップ板１および上ラップ板２の内圧による機械変形を抑止し、冷媒の漏れを防止できる。さらに内部圧力を低くしたため、熱交換室４２内の側壁や突出部の表面に付着した水滴の気化時の温度を下げて、水の蒸発を促進させて冷却効率を高める。

以上、本形態の平面研磨装置１０００について説明したが、さらに改良された形態として、図示しないが、下ラップ板１および上ラップ板２に内蔵された温度センサ（図示せず）により温度を検知して温度信号を研磨装置制御盤３２に出力し、研磨装置制御盤３２が冷媒供給調整弁３８を制御して冷媒の出力量を調整して予め設定されている温度を維持するような温度安定化制御を行うようにするとよい。この温度制御により下ラップ板１および上ラップ板２の変形が抑止されて同一形状を保ち、高精度を要求されるポリシング加工でも対応できるようになる。

また、下ラップ板１と上ラップ板２とがある平面研磨装置１０００を想定して説明したが、このような構成に限定する趣旨ではなく、例えば、下ラップ板のみ、上ラップ板のみ、という平面研磨装置に適用しても良い。

以上説明したような本発明の平面研磨装置１０００によれば、下ラップ板および上ラップ板の変形については、熱膨張及び冷媒による圧力差による膨張もないため、下ラップ板および上ラップ板のワーク研磨面を高精度に維持でき、ワークも平面度を高めて高精度に加工できる。

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。 本発明を実施するための最良の形態の平面研磨装置の上側断面構成図である。 上ラップ板および下ラップ板の熱交換室の横断面図である。 上ラップ板および下ラップ板の熱交換室の縦断面図である。 従来技術の平面研磨装置の冷却機構を示す要部断面図である。

符号の説明

１０００：平面研磨装置
１：下ラップ板
２：上ラップ板
３：キャリヤ
４：太陽歯車
５：内歯車
６：下ラップ板回動体
７：大歯車
８：小歯車
９：下ラップ板減速機
１０：下ラップ板電動機
１１：中心軸
１２：大歯車
１３：小歯車
１４：上ラップ板減速機
１５：上ラップ板電動機
１６：太陽歯車回動体
１７：大歯車
１８：小歯車
１９：太陽歯車減速機
２０：太陽歯車電動機
２１：内歯車回動体
２２：大歯車
２３：小歯車
２４：内歯車減速機
２５：内歯車電動機
２６：上ラップ板昇降機
２７：昇降軸
２８：軸受
２９：上側上ラップ板吊り板
３０：吊上軸
３１：下側上ラップ板吊り板
３２：研磨装置制御盤
３３：圧縮空気発生器（コンプレッサー）
３４：圧縮空気供給管
３５：圧縮空気供給調整弁
３６：ミスト発生器
３７：冷媒供給管
３８：冷媒供給調整弁
３９：冷媒供給・停止弁
４０：内周側流路
４１：外周側流路
４２：熱交換室
４３：冷媒戻し・停止弁
４４：冷媒戻し管
４５：冷媒槽
４６：冷却コイル
４７：水供給管
４８：水供給調整弁
４９：減圧機
５０：ロータリージョイント
５１：通気吸水格子板状熱交換上プレート
５２：通気吸水格子板状熱交換下プレート

Claims (9)

1. 円状または環状であって、内部に熱交換室が形成されるラップ板と、
   熱交換室の内周側で連通する内周側流路と、
   熱交換室の外周側で連通する外周側流路と、
   冷媒を供給する冷媒供給装置と、
   冷媒を回収する回収装置と、
   内周側流路、外周側流路、冷媒供給装置および回収装置に接続されて、内周側流路と冷媒供給装置とを通流させるとともに外周側流路と回収装置とを通流させて熱交換室の内周側へ冷媒を送出して外周側から回収する内周側冷却と、また、外周側流路と冷媒供給装置とを通流させるとともに内周側流路と回収装置とを通流させて熱交換室の外周側へ冷媒を送出して内周側から回収する外周側冷却と、を切替え制御する流路切替え部と、
   を備え、
   ラップ板の内周側冷却と外周側冷却とを交互に行って、ラップ板を内外周で均等に冷却する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、
   前記冷媒供給装置は、水および圧縮空気が供給され、水および圧縮空気の混合量を調節して水と空気を混合させたミスト状態の冷媒とすることを特徴とする平面研磨装置。
3. 請求項２に記載の平面研磨装置において、
   前記冷媒供給装置は、水のみの冷媒、または、圧縮空気のみの冷媒となるように混合量を調節可能とすることを特徴とする平面研磨装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の平面研磨装置において、
   前記熱交換室は略扇形であって前記ラップ板の内部を複数の熱交換室に区画形成することを特徴とする平面研磨装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の平面研磨装置において、
   熱交換室内に突出する突出部を備えることを特徴とする平面研磨装置。
6. 請求項５に記載の平面研磨装置において、
   前記突出部は、通気性または吸水性を有する部材で形成されることを特徴とする平面研磨装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の平面研磨装置において、
   前記突出部は、その接触面に格子状又は線状の溝を備えることを特徴とする平面研磨装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の平面研磨装置において、
   熱交換室、内周側流路、および、外周側流路の内部を減圧する減圧器を備えることを特徴とする平面研磨装置。
9. 請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の平面研磨装置において、
   前記ラップ板が上側と下側とにそれぞれ配置され、水平面内に組み込まれた太陽歯車と内歯車との間に、複数個のキャリヤを等間隔に配置させて被加工物であるワークを挿入した後、上側のラップ板を下降させて下側のラップ板とで挟み込んだ状態で、研磨剤を供給しつつキャリヤを自転及び公転させる遊星運動と上側および下側のラップ板の相対的な回転運動とを同時に行ってワークを上下面で研磨することを特徴とする平面研磨装置。

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