JP2011167824A - 平面両面仕上げ方法及び平面両面仕上げ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粗研磨から精密仕上げ研磨まで連続的に適用でき、研磨時間が長時間に達する場合でも、研磨パッドが不均等に損耗することなく、被加工物が全て均等に加工される平面両面仕上げ方法及び平面両面仕上げ装置を提供する。
【解決手段】下面に研磨パッド２を取り付けて上定盤１とし、上面に研磨パッド２を取り付けて下定盤４とし、各定盤１，４をそれぞれの研磨パッド２，２を対向させた状態でそれぞれ偏芯旋回運動を可能とし、キャリア３は低速で自転させながら１軸又は２軸往復する摺動運動もしくは円軌道運動を行うものであり、このキャリア３に複数の被加工物９を保持させて、砥粒を分散させたスラリー３を各定盤１，４から加工面に供給しつつ、スラリー中の水が感応するプラス域の低周波で立ち上がりが良好な繰り返し波形を与えながら各定盤１，４を偏芯旋回運動させると共に、キャリア３を自転させながら往復状又は円軌道に摺動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＴや医療機器産業に用いられるガラス等や半導体基盤等の脆性材の研磨加工に用いられる砥粒を分散させた流体を活用して研磨加工を行うことができ、大きな加工量を求められる粗研磨から高精度な平滑性が求められる精密仕上げ研磨まで連続的に適用でき、研磨時間が長時間に達する場合においても研磨パッドが不均等に損耗する現象が生ずることなく、キャリアに保持された被加工物が全て均等に加工される平面両面仕上げ方法及び平面両面仕上げ装置に関する。

平面状の被加工物の研磨は粗研磨工程によって厚みを整え、さらに表面仕上げを精密研磨工程にて行なう。従来の両面研磨装置は中心軸が配備され、その周りを遊星回転するキャリア治具に被加工物が取り付けられ、上下の定盤が挟みながら、相対運動を与える事で研磨が進行する。
例えば画像表示板用ガラス板や光学フィルター用やＨＤＤ用ガラス板等の板厚性の確保と平坦度並びに平面度に高い精度が要求される平板状の被加工物を研磨する方法において、例えば特許文献１には、被加工物を保持したキャリアを円軌道に沿って並行移動回転するようにし、このキャリアを挟んでそれぞれ回転する研磨用円板を、キャリアの円軌道の中心を振分け点として互いに反対の向きに往復動させる方法が開示されている。

一方、前記方法では、固定砥粒である砥石を用いる方法において、粗研磨は一定の評価が与えられるが、微細なスクラッチ痕が発生するという欠点がある。また、砥石を用いる研削方法では、被加工物の加工は片面のため、被加工物加工面の反転作業は、人手が必要である等、能率的な問題点を有する。
一方、遊離砥粒（スラリー）を用いる研磨方法（例えば図４，５参照）では、研磨定盤によって発生する遠心力によって、砥粒が研磨領域から外側へと飛散するという問題が生じる。さらに遠心力で中央部から飛ばされた砥粒により被加工物の外縁部が大きく削られ（縁だれ）る場合もあった。また、前記のように各定盤と被加工物をそれぞれ制御するため、駆動部の機構が複雑であるという問題があった。さらに、被加工物を保持するキャリアを回転する態様では、回転軸付近では周速が殆どないため、相対的運動が最も少なく加工量も小さい。そのため、被加工物を配置できないエリア（回転軸付近）が存在することになり、キャリアに一度に保持できる枚数も少なかった。このように、遊離砥粒（スラリー）を用いる研磨方法は、加工効率の低い工法であることが知られていた。

そこで、本発明者の一部は、特許文献２に開示される先行発明として、研磨パッドを取り付けた各定盤を面向きを一定として旋回させ、これらの研磨パッドの対向空間に、１軸又は２軸往復することで摺動運動又は円軌道運動を可能とするキャリアに任意の枚数（複数枚）の被加工物を保持させて臨ませることにより、この定盤から加工面に供給された砥粒により、前述の問題が飛躍的に改善され、粗研磨から精密仕上げ研磨まで適宜に被加工物の表裏面を高品位にさらに良好な研磨効率で仕上げることができる事を見出した。

特公昭４４−２２７７号公報 特開２００９−３４８１２号公報

しかしながら、前記特許文献２に記載の方法は、確かにそれ以前の問題点が飛躍的に改善される画期的手法といえ、加工量を求められる粗研磨から高精度の平滑性が求められる精密仕上げ研磨まで適宜に適用することができるが、研磨パッドと被試料とが当たる加工部位がいつも同じ位置となり、パッドが摩耗し、これによって、試料の平坦性が低下する。そのため、特に研磨時間が長時間に達する場合において、研磨パッドが不均等に損耗する現象が確認されたため、キャリアに保持された被加工物が全て均等に加工されているとはいうには十分ではなかった。

そこで、前記従来の問題点を解消でき、研磨時間が長時間に達する場合においても研磨パッドが不均等に損耗する現象が生ずることなく、キャリアに保持された被加工物が全て均等に加工されている方法及び装置が希求されていた。

本発明は上記実状に鑑み、提案されたものであり、下面に研磨パッドを取り付けて上定盤とし、上面に研磨パッドを取り付けて下定盤とし、前記各定盤をそれぞれの研磨パッドを対向させた状態でそれぞれ偏芯旋回運動を可能とし、前記研磨パッドの対向空間に、キャリアは低速にて自転しつつ１軸又は２軸往復することで摺動運動又は円軌道運動を可能とするものであり、このキャリアに任意の枚数（複数枚）の被加工物を保持させて臨ませ、さらに水に砥粒を分散させたスラリーを各定盤から加工面に供給しつつ、前記スラリー中の水が感応するプラス域の低周波で立ち上がりが良好な繰り返し方形波を与えると共に前記各定盤を偏芯旋回運動させると共に、前記キャリアを自転させながら往復状又は円軌道に摺動させることを特徴とする平面両面仕上げ方法に関するものである。
なお、各定盤の偏芯旋回運動及びキャリアの自転運動、円軌道運動は、それぞれ制御された旋回、自転することを意味している。また、キャリアの円軌道運動は、各定盤の旋回運動と区別するために本明細書では円軌道運動と記す。

また、本発明は、前記平面両面仕上げ方法において、絶縁板の下面に導体と絶縁体とを交互に配した電極板を固定し、その下面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて上定盤とし、絶縁板の上面に導体と絶縁体とを交互に配した電極板を固定し、その上面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて下定盤とすることを特徴とする平面両面仕上げ方法をも提案する。

さらに、本発明は、下面に研磨パッドを取り付けて上定盤とし、上面に研磨パッドを取り付けて下定盤とし、前記各定盤をそれぞれの研磨パッドを対向させた状態でそれぞれ偏芯旋回運動を可能とする旋回機構と、前記研磨パッドの対向空間にて、任意の枚数の被加工物を保持可能なキャリアの低速自転運動を可能とする自転機構と、１軸又は２軸往復させる摺動運動又は円軌道運動を可能とする摺動機構と、水に砥粒を分散させたスラリーを各定盤から加工面に供給する供給機構と、前記スラリー中の水が感応するプラス域の低周波で立ち上がりが良好な繰り返し方形波で、電界印加、無印加間隔の制御を実施できる制御機構と、を備えることを特徴とする砥粒を分散させた流体を用いた平面両面仕上げ装置をも提案するものである。

また、本発明は、前記平面両面仕上げ装置において、絶縁板の下面に導体と絶縁体とを交互に配した電極板を固定し、その下面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて上定盤とし、絶縁板の上面に導体と絶縁体とを交互に配した電極板を固定し、その上面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて下定盤とすることを特徴とする平面両面仕上げ装置をも提案する。
なお、この発明は、「平成２１年度 経済産業省戦略的基盤技術高度化支援事業 次世代情報家電向け研磨システムの開発」（経済産業省東北経済産業局）で得られた成果の一部である。

本発明の平面両面仕上げ方法では、上定盤、下定盤は、被加工物の研磨仕上げ加工に際し、偏芯旋回運動を行う。本発明の平面仕上げ装置では、この各定盤の偏芯旋回運動を制御する機構を旋回機構とする。また、キャリアは、加工空間にて任意の枚数（複数枚）の被加工物を保持し、自転運動しつつ往復する摺動運動または円旋回運動を行う。本発明の平面仕上げ装置では、このキャリアの自転運動を制御する機構を自転機構とし、１軸又は２軸往復状の摺動運動又は円軌道運動を制御する機構を摺動機構とする。さらに、前記各定盤を加工空間を隔てて対向させ、砥粒を分散させたスラリーを各定盤から加工面に供給できる。本発明の平面仕上げ装置では、このスラリーの供給を制御する機構を供給機構とする。
そして、前記３つの機構を適宜に制御することにより、砥粒を分散させたスラリーに好適な相対速度が与えられ、キャリアに保持された被加工物に対して上下の定盤が恰も偏芯旋回状に臨む挙動を示すので、この定盤から加工面に供給された砥粒により、粗研磨から精密仕上げ研磨まで適宜に被加工物の表裏面を高品位にさらに良好な研磨効率で仕上げることができ、研磨時間が長時間に達する場合においても研磨パッドが不均等に損耗する現象が生ずることなく、キャリアに保持された被加工物が全て均等に加工されている。さらに、平坦性が確保できるため、平坦性を既存１／２以下に抑えられることを明らかにすることができ、研磨パッドの寿命をおよそ１．５倍延命化させることができた。しかも、電界下における誘電性砥粒を水に分散させた流体を用いたので、研磨に用いるスラリーの飛散が抑制されて効果的な研磨特性が得られた。

また、本発明の方法及び装置を前記従来の方法と比べると、以下の点で優れている。
第１に、前記従来の方法では、各定盤と被加工物をそれぞれ制御するため、駆動部の機構が複雑であるという問題がある。これに対し、本発明では各定盤及びキャリアの比較的容易な駆動による機構の簡易化を実現している。
第２に、前記従来の方法では、定盤の回転軸に相当するキャリアの中心エリアでは相対運動量が小さいが、円周に近づくほど相対運動量は大きくなり、砥粒による研磨量も不均一となる。これに対し、本発明では各定盤の摺動並びにキャリアの摺動は、基本的に相対速度が無い個所が発生しないため、キャリアに保持させる部位によって不均一な仕上がりになることが抑制され、キャリアの何れの場所に保持させた被加工物でも均一に研磨加工することができる。要するに、従来の方法では、被加工物を高速で回転させるために、その試料中央部では周速がゼロになり、砥粒が運動しなくなって削りにくくなる。これに対し、本発明では、被加工物は低速で回転するが、偏芯旋回させるため、その周速の差が抑えられる。
第３に、前記従来の方法では、キャリアの回転軸周辺の著しく相対運動量が少ないエリアが存在するため、被加工物を配置できないエリアが存在し、そのため、一度に研磨できる枚数も少なかった。これに対し、本発明では、従来の方法のような運動量が著しく少ないエリアが存在しないので、キャリアの面積を有効に利用でき、多量の被加工物を保持させて研磨することができ、一度に研磨できる枚数が極めて多いものとなる。

本発明の平面両面研磨装置の一例を原理的に示す分解斜視図である。 本発明の平面両面研磨装置の他の一例を原理的に示す分解斜視図である。 図１の平面両面研磨装置の要部を示す断面図である。 図１の平面両面研磨装置の定盤及びキャリアの運動の状況を示す平面図である。 図２の平面両面研磨装置の定盤及びキャリアの運動の状況を示す平面図である。 従来の平面研磨装置の一例を示す正面図である。 図６の平面研磨装置のキャリアを示す平面図である。

本発明では、上定盤の下面及び下定盤の上面を加工空間を隔てて対向させるので、上定盤は下方へ向かって臨むように配置され、下定盤は上方へ向かって臨むように配置され、これらの挙動（運動）を制御する機構（機械・装置）はそれぞれ加工空間の反対側（上定盤では上方、下定盤では下方）に設けられる。
また、各定盤の加工面側にはラッピング用（粗研磨用）パッドやポリシング（精密研磨用）パッドを適宜に取り付けるようにしてもよい。

本発明における各定盤の偏芯旋回運動は、定盤自体はＸＹ平面に平行に円軌道を描くように偏芯旋回運動する。
偏芯旋回運動に関しては、具体的には回転運動を公知の偏芯カムやエキセンシャフトなどを用いた機構を適用して偏芯旋回運動に変換する。また、この偏芯旋回運動を制御する旋回機構における各定盤の旋回速度は特に限定するものではないが、各々の定盤の駆動を独立させることを特徴とする。例えば２０〜１５０ｒｐｍ程度の旋回速度が望ましい。

本発明におけるキャリアは、低速で自転しつつ、前記定盤の前記旋回軌道の径方向、例えばＸ軸１軸方向に直線的に往復摺動してもよいし、ＸＹ軸２軸方向に同時に往復摺動させてもよいし、円軌道を描くように運動させるようにしてもよく、具体的には公知の機構を適用することができる。
前述のように何れの場合にも砥粒は十分に転動して研磨に寄与するが、キャリアを１軸又は２軸往復状の摺動運動をさせる場合には、砥粒が一直線上を動く堀込み加工のような挙動を示すこともあるのに対し、キャリアを円軌道運動させる場合には、砥粒は絶えず異なる点で運動するので、砥粒の転動が全体的に十分に且つ均一に起こり、この砥粒による研磨量が極めて均一になる。キャリアの駆動においても各定盤と独立に駆動させることを特徴とする。
また、この摺動運動又は円軌道運動を制御する摺動機構におけるキャリアの円軌道運動速度（旋回速度）は特に限定するものではないが、例えば定盤同様、例えば２０〜１５０ｒｐｍ程度の円軌道運動速度（旋回速度）が望ましい。これに対し、低速での自転運動は、前記円軌道運動速度（旋回速度）の１／２０〜１/ ３０程度以下の低速で行うものであり、例えば０．１〜５ｒｐｍ程度の回転速度が望ましい。
なお、このキャリアには、１枚或いは複数枚の任意の枚数の被加工物を保持させればよい。そして、本発明の仕上げ方法及び仕上げ装置におけるキャリアには、低速で自転するものの摺動運動又は円軌道運動するために、従来の両面研磨装置における中心エリア（回転軸付近）のような運動量が極めて小さい領域が存在しないので、平坦度のばらつき発生が抑制され効率よく研磨でき、多くの枚数の被加工物を保持することが可能である。

本発明の仕上げ方法及び仕上げ装置に用いる砥粒を分散させたスラリーは、誘電性砥粒を水に分散させたスラリーを使用することが望ましいが、特にこれに限定するものではなく、例えばシリコーンオイルに分散させたものでもよい。
分散媒としての水は、廃液の処理の容易さ、安定性に優れているため、環境に配慮したものであって、被加工物としてのガラスと親和性が高い点でも好適である。

本発明の仕上げ方法及び仕上げ装置に用いる印加電界について検討した。
研磨過程において、試料と水との化学反応も期待される場合、すなわちＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリシング）において、水ベースのスラリーの配置制御に必要な電界環境としては、電界の短絡を避ける必要がある。
そこで、上定盤の材質を金属製（導電性材料）を用い、その中に絶縁を施した電極を封止し、固定し、下定盤の材質には絶縁性材料たとえばグラナイト製を用い、その中に絶縁を施した電極を封止し、固定することで、電界印加環境を整える。
このような構成とする理由は、水ベーススラリー自体が見かけ上の電線となるため、水ベーススラリーが下定盤（の材質に導電性を用いると）にかかると、上定盤と下定盤間で同電位が形成され、電界の印加が困難となり、したがってスラリーを電界下に引き寄せる吸引力が発生しなくなる。
このような定盤一体型電極を構成し、パッドの交換は従来通りとする。
研磨パッド一体型電極も可能となる。
構成は、研磨パッドの裏面に絶縁した薄片電極を配置し、これらを上下電極に配置する構成とする。これにより電極形状を容易に変化調整することも可能になるというメリットも発生する。

さらに、本発明の仕上げ方法及び仕上げ装置では、単一の導体で電極板を構成する場合と、導体と絶縁体とを交互に配して電極板とする場合とがある。
まず、単一の導体で電極板を構成する場合には、電極板の下面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて上定盤とした。また、電極板の上面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて下定盤とした。そして、各定盤の絶縁性ポリシングパッドを対向させ、この状態で旋回可能とした。また、前記対向間隔には、低速回転可能なキャリアに嵌め付けた被加工物を臨ませ、さらに水に砥粒を分散させたスラリーを供給している。

前記電極板としては、鋳鉄製の円盤を用いたが、導体であれば特に限定されるものではない。絶縁性ポリシングパッドは、ポリウレタン製、或いは酸化セリウム等を予め練りこんだ絶縁性ポリシングパッドである。上定盤及び下定盤は、それぞれに異なる速度或いは方向に偏芯旋回運動が可能な機構及び制御機構を備える。キャリアは、外周に位置決め用に連続する凸部を有し、大径の支持板にキャリアを支持させ、キャリアの凸部と噛合する凹部を設けて回転が可能になるように構成した。また、このキャリアには開口部が設けられ、この開口部に被加工物を保持させた状態で、被加工物をキャリアと共に上定盤及び下定盤とは異なる速度或いは方向に偏芯旋回させることができる。

前記スラリーとしては、誘電性砥粒を水に分散させたスラリーを用いる。
本発明の発明者らは、それまでシリコーンオイルに砥粒を分散させた流体を用いて研究してきたが、環境に配慮し、ガラスと親和性の高い水を使用した。また、シリコーンオイルは誘電率が３程度であるが、水は誘電率８０と高く、メカノケミカル効果を出すことにより、研磨効率の向上が見込まれた。即ち水と砥粒を混合したスラリーを研磨に用いることで、メカノケミカル現象による研磨援用効果と砥粒による研磨現象により、合理的な研磨効果が得られることが見込まれた。また、砥粒を含んだスラリーは、電界を用いることにより誘電率が高い水に吸引力が作用し、この水自体で砥粒の飛散を抑えることが見込まれた。そして、スラリーの水に代えてシリコーンオイルを用いた場合には、ガラスと同じ成分Ｓｉを含むため、シリコーンオイルのＳｉがガラスに付着し，砥粒の飛散は抑えられるが、研磨効率が低下する．
誘電性砥粒としては、硬度が被加工物の硬度と同等或いはそれ以上であるか、被加工物とメカノケミカル作用を有するものが用いられる。具体的にはダイアモンドやコランダム、エメリー、ザクロ石、珪石、焼成ドロマイト、溶融アルミナ、人造エメリー、炭化珪素、酸化ジルコニウムなど、或いはメカノケミカル研磨に使用される酸化クロムや酸化珪素、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、炭化マグネシウム、炭酸バリウム、酸化マンガンなどが挙げられる。

そして、この方法では、優れた仕上げ加工を行うことができ、１．５倍以上の研磨効率の向上効果を得ることができた。
しかし、この方法では、たとえば被加工物の厚みが増加すると、電極間距離もそれに応じて変化し、スラリーに効果的な砥粒配置特性を与えるためには高電圧を供給する必要があった。このような場合、導体と絶縁体とを交互に配して電極板とすればよい。
導体と絶縁体とを交互に配して電極板とする場合、絶縁被覆した２本の導線に絶縁体を挟み、円状に巻き付けて電極を構成する。そして、上定盤の下面、下定盤の上面にそれぞれ絶縁層及び前記構成の電極板を形成し、さらにその外側に絶縁性ポリシングパッドを取り付けた。そして、各定盤の絶縁性ポリシングパッドを対向させ、この状態で低速回転可能とした。また、前記対向間隔には、低速回転可能なキャリアに嵌め付けた被加工物を臨ませ、さらに水に誘電性砥粒を分散させたスラリーを供給している。
各構成については、前記と同様であり、具体的には絶縁性ポリシングパッドは前記絶縁性ポリシングパッドと同様であり、上定盤及び下定盤に回転機構や制御機構を具備させる点も同様であり、キャリアについても同様である。

そして、導体及び絶縁体を交互に配して同心円状に配してもよいし、導体と絶縁体とを交互に配して小環状に配したものを、一つの大径の回転面に複数配してもよい。
この仕上げ装置において、電泳動力（クーロン力）を作用させることにより、前記誘電性砥粒を含んだスラリーは、研磨加工を要する場所に集まり、砥粒に加工圧を提供しやすく、さらに砥粒が転動するように、相対速度を提供することで、滑らかに仕上ることができる。

このように、導体と絶縁体とを交互に配して電極板とする仕上げ装置では、誘電性砥粒を分散したスラリーが電極の絶縁体に集まり、被加工物面に砥粒が供給される。そのため、研磨定盤の偏芯旋回によって生じる遠心力によって通常飛散する砥粒の飛散性が抑制されることで、被加工物に与える加工圧は砥粒を介して供給が容易となる。被加工物とスラリー等によるメカニケミカル反応作用が合わさって、合理的な仕上げ技術が提供できる。

なお、これらの電界を供給する導体及び絶縁体の厚みが厚くなることや電極面積の幅を広げると、コンデンサー特性が顕著となり、電極面端面における砥粒の作用する電界は漏洩する電界でこれが抑制される。これにより研磨に用いるスラリーの保持が困難となる。よって、電極面積が小さくなるように幅を狭めること、また幅を細くすることで電極面に漏洩する電界が増加する。これらにより砥粒の配置制御が可能となる。

以下、図面の実施例に基づいて説明する。
図１〜５は、本発明の仕上げ方法を実施する仕上げ装置の原理模式図である。
上定盤１は、図１〜３の中央に示した加工空間（キャリア３が配置されている）の上方に位置し、下方へ向かって臨むように配置されている。この上定盤１の下面には図３に示すように多数の微細孔が形成された研磨パッド２が取り付けられ、その内部には、砥粒を分散させたスラリー１１の貯留部１２が形成されている。この貯留部１２には、図示しないポンプ等から構成される供給機構から偏芯軸５を通じて随時砥粒を分散させたスラリー１１が供給される。
なお、前記研磨パッド２としては、粗研磨に際してはラッピング用パッドを用いればよいし、精密仕上げに際してはポリシング用パッドを用いればよい。
前記上定盤１に対し、加工空間を隔てて下方に対向するように位置する下定盤４は、前記上定盤１と上下が逆であるが、ほぼ同様の構造を有しており、図面に同一符号を付して説明を省略する。

前記上下の定盤１，４の運動は、図１及び図２にて示されるように、面向きを一定として偏芯旋回運動を行う。即ち定盤１，４自体は回転することなく平行に円軌道を描くように旋回する。なお、これらの定盤１，４の旋回は、公知の偏芯カムを用いた機構にて回転が偏芯旋回に変換、制御されている。

また、キャリア３は、図４に示されるように、円軌道方向に運動を行いながら低速で自転運動を行う。また、キャリア３は、図５に示されるように、ＸＹ平面をＸ・Ｙ２軸方向に往復摺動運動を行いながら低速で自転運動を行うように制御してもよい。
このようなキャリア３の運動は、公知の円軌道機構（旋回機構）及び往復機構を適用して制御している。

次に、上下の定盤１，４が面向きを一定にして偏芯旋回運動を行う機構について説明する。図１に関して、３は被加工物９を保持するキャリアを示す。この低速で回転するキャリア３はガラスエポキシ樹脂の平板に、被加工物９をはめ込むための抜き穴加工を施したものであり、低速で自転運動しながら往復運動（図１及び図４）または円軌道運動（図２及び図５）を行う。これを研磨パッド２を貼った上定盤１と下定盤４で挟み込む。この上研磨定盤１を加圧方向に下降させることで研磨に必要な加工圧を与える。偏芯軸５は駆動軸６であるエキセンシャフトを通って固定されており、このエキセン部が面回転移動することで偏芯軸５は駆動軸６中心から距離Ｒの線上を移動する。それに伴い、定盤１，４も距離Ｒの線上を移動する。また、偏芯軸５に連結した公知のＸＹガイド７にて偏芯軸５の自転を制御する。この機構により、駆動軸６回転時に、常に上定盤１の側面Ａが一定面を保ったまま被加工物９に対して偏芯旋回運動する。

上定盤１は図３に示すように内部が中空構造となっており、偏芯軸５を通ってきた砥粒は上定盤１内に溜まり、上定盤１底部の砥粒供給穴１３から研磨領域へと供給される。前述の偏芯軸５の自転制御機構、上定盤１構造は上下とも相同である。つまり、上下の定盤１，４の旋回運動による摺動と、低速回転するキャリア３の往復運動という相対運動により高能率な研磨が可能となる。

これに対し、従来の研磨方法を実施する研磨装置を図６，７に示した。
図６に示す研磨装置は、上下の定盤２１，２２が、それぞれ図示するように逆方向に回転するものとする。これらの定盤２１，２２間に挟持されるように配されるキャリア２３には、中心部に太陽歯車２５（中心軸）を持ち、この太陽歯車２５の駆動と内歯車の駆動により、キャリア２３を公転、自転させているが、この中央部に太陽歯車２５があるために研磨領域が狭くなる。すなわち図７では、前記中心軸である太陽歯車２５の存在により、キャリア２３が合計５箇所しか搭載できず、一度に研磨できる被加工物２６の枚数も５枚と少なく生産性も低い。さらに、各被加工物２６においても、太陽歯車２５に近い部分と円周に近い部分とでは定盤２１，２２との相対運動でやはり差異が生じて均一な加工を行うことができない。
さらに、嵌合空部に嵌め込まれた各被加工物２４を、嵌合空部内にてそれぞれ回転するようにする場合には、駆動部の機構が極めて複雑となり、しかもその回転の中心軸が存在するため、新たな差異が生ずるばかりで、均一な加工を行うことができない。

前記図１〜５の本発明の装置と、前記図６，７の従来の装置を比べると、以下のような相違がある。
前記従来の装置では、中心部の太陽歯車２５の駆動によりキャリア２３を公転、自転させているので、被加工物２４を配置できない中央エリアが存在し、そのため、一度に研磨できる枚数も少なかった。
これに対し、前述のように本発明ではキャリア３の自転が極めて低速であるため、周速差が発生するエリアが抑制される。したがって、キャリア３の面積を有効に利用でき、多量の被加工物９を保持させて研磨することができ、一度に研磨できる枚数が極めて多いものとなる。

また、前記従来の装置では、キャリア２３を高速で回転させるので、その中心軸に相当するキャリア２３の中心エリアでは相対運動量が小さく、円周に近づくほど相対運動量は大きくなる。しかもそれらの相対運動量の違いにより、中心エリア付近と円周に近い付近とでは、砥粒の運動量が研磨量に影響し，そのため研磨試料位置によって研磨量に相違が生じて不均一となる。
これに対し、前述のように本発明では、各定盤１，４の摺動が面向きを一定として行われ、低速で回転するキャリア３の摺動により、周速差が抑制され、キャリア３の何れの場所に保持させた被加工物９でも均一に仕上げ研磨することができる。

また、前記従来の装置では、キャリア２３と被加工物２４をそれぞれ回転制御するため、駆動部の機構が複雑になる。特に研磨効率の向上の観点では、一つのキャリア２３に多くの嵌合空部を設けることが望まれているが、図示実施例のように５箇所であってもそれぞれが回転できるようにすることは、極めて駆動部の機構が複雑になる。
これに対し、前述のように本発明の装置では、定盤１，４を、公知の偏芯カムを用いた機構にて制御し、キャリア３を公知の往復機構、回転機構にて制御し、何れも比較的容易な駆動であるから、機構の簡易化が実現される。

［実施例１］
前記図１，３，４に示した本発明の平面両面研磨装置を用いて粗研磨を実施した。
前記キャリア３の動作、定盤１，４について以下に示す。
キャリア３は、中心位置より半径１０ｍｍ〜２５ｍｍの円軌道上を移動するものとしたとした。
キャリア３旋回速度としては、２０〜１５０ｒｐｍの範囲、自転速度としては０．１〜５ｒｐｍの範囲とした。
また、研磨加工圧としては０〜５００Ｎの範囲とした。
さらに、定盤１，４の偏芯旋回スピードは、上下ともに２０〜１５０ｒｐｍとした。
また、定盤１，４の大きさはφ４００ｍｍとした。
そして、上下定盤１，４を偏芯旋回運動させると共に被加工物９を保持するキャリア３を低速にて自転させつつ円旋回運動させることにより、被加工物９として、ガラス板（材質ＢＫ−７）４０×４０×２ｍｍを一度に１７枚（１７枚／回）以上を研磨可能であり、３０分間程度の実施にて粗さ２００ｎｍＲａ→０．５ｎｍＲａに仕上げることが可能であった。
既存の両面研磨装置における研磨除去量は、３０分で１５μｍ程度の除去量が得られたのに対し、本発明の装置に電界を印加しながら研磨することで、３０分で２０μｍ以上の研磨除去量が得られることを確認できた。よって、研磨能力としては、５倍以上の能力を有する両面研磨方法ならびに装置であることが確認された。

［実施例２］
前記図２，５に示した本発明の平面両面研磨装置を用いて粗研磨を実施した。
前記キャリア３の動作、定盤１，４について以下に示す。
キャリア３は、中心位置よりＸ軸方向に０〜±２５ｍｍの直線上に往復移動するものとしたとした。
キャリア３摺動往復速度としては、１０〜１００ｍｍ／secの範囲、キャリア３の自転速度としては０．１〜５ｒｐｍの範囲とした。
また、研磨加工圧としては０〜５００Ｎの範囲とした。
さらに、定盤１，４の旋回スピードは、上下ともに２０〜１５０ｒｐｍとした。
また、定盤１，４の大きさはφ４００ｍｍとした。
そして、上下定盤１，４を偏心旋回運動させると共に被加工物９を保持するキャリア３を低速にて自転させつつ摺動往復させることにより、被加工物９として、ガラス板（材質ＢＫ−７）４０×４０×２ｍｍを一度に１７枚（１７枚／回）以上を研磨可能であり、３０分間程度の実施にて粗さ２００ｎｍＲａ→０．６ｎｍＲａに仕上げることが可能であった。
既存の両面研磨装置における研磨除去量は、３０分で１５μｍ程度の除去量が得られたのに対し、本発明の装置に電界を印加しながら研磨することで、３０分で２０μｍ以上の研磨除去量が得られることを確認できた。よって、研磨能力としては、５倍以上の能力を有する両面研磨方法ならびに装置であることが確認された。

以上本発明を図面の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りどのようにでも実施することができる。

１ 上定盤
２ 研磨パッド
３ キャリア
４ 下定盤
５ 偏芯軸
６ 駆動軸
７ ＸＹガイド
８ 嵌合空部
９ 被加工物
１１ スラリー
１２ 貯留部
１３ 砥粒供給穴
２１ 上定盤
２２ 下定盤
２３ キャリア
２４ 被加工物
２５ 中心軸

Claims (4)

1. 下面に研磨パッドを取り付けて上定盤とし、上面に研磨パッドを取り付けて下定盤とし、前記各定盤をそれぞれの研磨パッドを対向させた状態でそれぞれ偏芯旋回運動を可能とし、前記研磨パッドの対向空間に、キャリアは低速にて自転しつつ１軸又は２軸往復運動もしくは円軌道運動するものであり、このキャリアに任意の枚数の被加工物を保持させて臨ませ、さらに水に砥粒を分散させたスラリーを各定盤から加工面に供給しつつ、前記スラリー中の水が感応するプラス域の低周波で立ち上がりが良好な繰り返し波形を与えるながら前記各定盤を偏芯旋回運動させると共に、前記キャリアを自転させながら往復状又は円軌道に摺動させることを特徴とする平面両面仕上げ方法。
2. 絶縁板の下面に導体と絶縁体とを交互に配した電極板を固定し、その下面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて上定盤とし、絶縁板の上面に導体と絶縁体とを交互に配した電極板を固定し、その上面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて下定盤とすることを特徴とする請求項１に記載の平面両面仕上げ方法。
3. 下面に研磨パッドを取り付けて上定盤とし、上面に研磨パッドを取り付けて下定盤とし、前記各定盤をそれぞれの研磨パッドを対向させた状態でそれぞれ偏芯旋回運動を可能とする旋回機構と、前記研磨パッドの対向空間にて、任意の枚数の被加工物を保持可能なキャリアの低速自転運動を可能とする自転機構と、１軸又は２軸往復させる摺動運動又は円軌道運動を可能とする摺動機構と、水に砥粒を分散させたスラリーを各定盤から加工面に供給する供給機構と、前記スラリー中の水が感応するプラス域の低周波で立ち上がりが良好な繰り返し波形で、電界印加、無印加間隔の制御を実施できる制御機構と、を備えることを特徴とする砥粒を分散させた流体を用いた平面両面仕上げ装置。
4. 絶縁板の下面に導体と絶縁体とを交互に配した電極板を固定し、その下面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて上定盤とし、絶縁板の上面に導体と絶縁体とを交互に配した電極板を固定し、その上面に絶縁性ポリシングパッドを取り付けて下定盤とすることを特徴とする平面両面仕上げ装置。