JP2011255479A

JP2011255479A - 研磨装置および研磨方法

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Publication number: JP2011255479A
Application number: JP2010134006A
Authority: JP
Inventors: Shinji Oguchi; 進二小口
Original assignee: Shuwa Kogyo KK
Current assignee: Shuwa Kogyo KK
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: JP5578519B2

Abstract

【課題】ワーク被研磨面の平坦度、平面度をより高め、かつ表面粗さを犠牲にすることのない、改善された研磨装置、研磨方法を提供する。
【解決手段】ワーク５を回転駆動するためのワークスピンドル１５に角度調整機構を折り込み、ワーク５を規制保持した状態でワーク５の被研磨面をラップ定盤２の研磨面に押し当て、そのままの状態で角度調整機構をロックするよう構成する。これにより、ラップ定盤２表面の実際の偏摩耗による傾斜を測定することなしにワーク５の傾斜並びにワークスピンドル１５の調整を可能にする。ワークスピンドル１５は軸方向に間隔を設けた一対の自動調芯軸受３１、３２で軸支され、この一対の自動調芯軸受相互３１、３２間相互間の軸に垂直な方向の相対的なずれを許容してワークスピンドル１５を傾斜自在の状態とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転するラップ定盤の表面にワークを押し当て、両者の間に供給される研磨液（スラリー）を用いてワーク表面を仕上げ加工する研磨装置ならびに研磨方法に関する。

砥粒を含んだラップ定盤にワークを押し当て、両者の相対回転移動によりワーク表面を研磨して円滑な仕上げ面を得る加工方法は広く利用されている（例えば、特許文献１、２参照）。図４は、研磨装置（ラッピング装置）５０の概要を示している。図４において研磨装置５０は、基台５１と、基台５１に取り付けられたモータ５２によって回転駆動されるラップ定盤５３と、基台５１に対して上下動可能に支持された主軸台５４と、主軸台５４に取り付けられたモータ５６によって回転駆動されるワークスピンドル５７とから構成されている。

ワークスピンドル５７の先端にはワークホルダ５８が取り付けられ、さらにワークホルダ５８には、図示の例ではウエハなどのワーク５９が取り付けられている。ワーク５９とラップ定盤５３との間には、図示しない研磨液供給口から噴霧などにより研磨液が供給される。あるいは代替として、ラップ定盤５３の表面に研磨パッドが貼り付けられていてもよい。また、ラップ定盤５３は、図の破線で示すようにワーク５９と接触する部分を含むドーナツ状に構成されてもよい。

以上のように構成された研磨装置５０の動作は、モータ５２によってラップ定盤５３が回転駆動され、同様にワーク５９を保持したワークホルダ５８が、モータ５６によって回転駆動される。主軸台５４が矢印５５に示すように下降することによりワーク５９が下降し、対向して回転するラップ定盤５３の表面に所定圧力で押し当てられる。この間に研磨液供給口から研磨液がラップ定盤５３上に供給され、研磨液中に含まれる砥粒が相対移動するワーク５９とラップ定盤５３の間に導入されてワーク５９の表面が研磨される。全体の動作は、図示しない制御部によって制御されている。

ワーク５９の表面研磨に使用される研磨液（スラリー）は、一般にダイアモンド等の硬質研磨材からなる砥粒を水性又は油性の研磨溶液中に分散させている。研磨液が供給されると、研磨液中のダイアモンド等の砥粒がワーク５９とラップ定盤５３の間を転がり、あるいは錫や銅などの軟質材で作られたラップ定盤５３の表面に刺さって固定されるなどにより、砥粒表面に現れる切刃が相対移動するワーク５９を研磨する。ワーク５９を研磨して切刃が破壊された砥粒は順次ラップ定盤５３の表面から脱落し、供給される研磨液から新たな砥粒が補充される。上述した研磨パッドを使用する場合には、研磨パッドにあらかじめ研磨液が含浸されている。

図５は、定盤５３に対向して保持されるワーク５９の保持方式を示している。まず図５（ａ）に示す例は先の図４にて説明した形式によるもので、ワーク５９はワークスホルダ５８に固定されてワークスピンドル５７により強制回転駆動されるよう構成されている。この場合、ワーク５９はワークホルダ５８の先端にピボット結合されており、すなわちワーク５９はラップ定盤５３の表面に対して揺揺可能となっている。ラップ定盤５３は矢印６２に示す方向に回転駆動され、さらにワーク５９も矢印６３に示す方向に回転されて両者の相対移動によりワーク５９の表面が研磨される。

また、図５（ｂ）に示す他の例では、ワーク５９はラップ定盤５３の上に自重で載置され、一対の支持ローラ６１によって移動が拘束されている。ラップ定盤５３が矢印６２に示す方向に回転することにより、ラップ定盤５３の半径方向の周速の差によってワーク５９は矢印６３のように回転し、両者の相対回転接触によってワーク５９が研磨される。この間、ワーク５９は支持ローラ６１によって所定位置に拘束される。この場合にはワーク５９は強制回転されることはなく、加工中のワーク５９の回転は受動的な回転に留まる。

このように従来の研磨加工においては、ワーク５９は一般にラップ定盤５３の平面に対して自由度を持って接触していた。これは、研磨を繰り返すことによって主に軟質材で作られるラップ定盤５３がワーク５９を研磨すると同時に自身の研磨表面も研磨剤により研磨されるものとなり、時間の経過と共に研磨表面が偏摩耗することに起因している。図６はその状態を示したもので、図６（ａ）に示すものではラップ定盤５３の中央部分が偏摩耗してラップ定盤５３が中低（なかひく）に傾斜し、このようなラップ定盤５３に載置されるワーク５９は図示の例では右上がりに傾斜するものとなる。逆に図６（ｂ）に示す例ではラップ定盤５３の周辺部分が偏摩耗して中高（なかだか）に傾斜し、図示の例でワークは右下がりに傾斜するものとなる。このような偏摩耗は、研磨条件（駆動系の回転数、ワークのサイズ、ワークの保持位置、研磨荷重など）によってばらつきがあり、その量、傾斜方向は一定しない。

図６に示すような状態でワーク５９を駆動系の回転軸に直接固定して研磨することは加工面の平坦度を著しく低下させるものとなるため、従来ではその対応として図５に示すようにワーク５９をピボット保持（強制回転）または自重載置（フリー回転）とし、ラップ定盤５３が偏摩耗してもワーク５９の表面がラップ定盤５３の研磨表面に沿うようにして平坦度の改善を図ったものである。なお、ラップ定盤５３は、偏摩耗が一定量をこえると表面を研磨し直し、平坦度（軸に対する直角度）を回復させることができるが、そのためにはラップ定盤５３の着脱から研磨加工までの作業を要し、設備稼働率を著しく低下させる原因ともなることから、しばしばの再研磨は望ましいものではない。

特開２００７−１９０６３０特開２００２−２５４２９８

図５に示すワーク５９の保持の際、ラップ定盤５３の偏摩耗に対応してワーク５９をピボット保持もしくはフリー保持とすることで偏摩耗に対してワーク５９の被研磨面のある程度の平坦度、平行度の改善が見られたとしても、それには一定の限界があった。これは、ワーク５９がラップ定盤５３に対向して固定されておらず、自在に揺動可能であることに起因するものと考えられる。この揺動自在であることによって結果的にワーク５９自身が、山状、谷状、あるいは一方向へのテーパ状に研磨される傾向が生じていた。さらには、このようなワーク保持方法においては、ラップ定盤５３の偏摩耗そのものもさらに助長される傾向が見られていた。このような現象は、特には高い精度が要求される超硬質材料の加工においては致命的な問題となり得た。

従来、研磨加工は鉄、鋼、銅などの構造材料の表面仕上げが主な対象であった。これに対して昨今では、サファイア、シリコン、ＳｉＣなどの半導体材料、あるいはセラミックなどの超硬質材料を加工対象とするケースが増加している。半導体材料などでは、最終的な微小製品に対応して平行度、平坦度を始め、一般に構造材料よりもはるかに厳しい寸法精度が要求されるのが常である。このため超硬質材料の研磨に当たっては、従来の構造材料の加工とは異なる加工技術の開発が望まれていたが、上述のように従来技術においては必ずしもこれに対する十分な対応が採られていなかった。

図５に示すような従来技術におけるワーク保持方法ではさらなる平行度、平坦度の精度向上を図ることが期し難く、これを改善する１つの方策として、ワークを規制保持することによって解消することが提案されている。その例を図７に示している。図において、ラップ定盤５３は下方に位置する図示しないモータ５２（図４参照）によって矢印６２の方向に回転駆動される。ラップ定盤５３に対向して上方からワークスピンドル５７が延び、その先端にあるワークホルダ５８にワーク５９がバキュームの作用で固定されている。ワークスピンドル５７は、矢印６３に示すように回転してワーク５９を所定速度で強制的に回転駆動する。

以上のようにワーク５９を保持した場合、ワーク５９はその被研磨面がワークスピンドル５７の軸に対して垂直となるよう保持されるが、ただしこのようにワーク５９を規制保持することによってもラップ定盤５３の偏摩耗は回避されるものではない。ラップ面がベルト状に形成されておれば格別、ラップ定盤５３は回転駆動されるためにその半径方向の各位置において周速に差異が生じていること等がその原因と考えられる。このラップ定盤５３の偏摩耗を無視してワーク５９を固定することは当然ながら平坦度を逆に悪化させる要因ともなり得るため、ワーク５９を保持するに当ってはラップ定盤５３の偏摩耗に対応させなければならない。そのための具体的方策としては、ワークスピンドル５７の軸を傾斜可能に構成し、ラップ定盤５３の偏摩耗度（中低、中高の度合い）を測定してこれに応じてワーク５９の被研磨面がラップ定盤５３の偏摩耗度に沿うようワークスピンドル５７を傾斜させることである。この傾斜は、例えば図４に示す主軸台５４そのものを傾斜させるか、あるいはモータ５６の駆動軸、あるいはギアを介してワークスピンドル５７の軸を傾斜させるものとなる。ワークスピンドル５７自身を傾斜されるには、そのケースの外周に配置された４箇所の調整可能なロックボルトの締め具合の調整などによって可能ではある。

しかしながらこれらの方策においても問題がある。ラップ定盤５３の偏摩耗量の検出には精密な測定を必要とし、かつその測定結果に応じて回転駆動軸の傾斜に当たってはその傾斜がごく僅かでもあるために、例えば上述したワークスピンドル５７周囲のロックボルトの微調整などでは極めて高度な技術と経験を要する作業となる。また、一旦偏摩耗を測定して回転駆動軸を傾斜させても、研磨の完了時には偏摩耗度が変化するためにその都度校正、再調整が必要となり、結果として設備の稼働率を著しく低下させるものとなる。

さらに加えて、ワーク５９をワークスピンドル５７の軸で規制する場合、これによってワーク被研磨面の平坦度は向上するものの、一般に表面荒さを悪化させる傾向にある。これは、例えば研磨液中の分散された砥粒の径のバラツキ、ラップ定盤５３の研磨表面に突き刺さった砥粒の向きなどの影響で研磨面に大負荷がかかった場合、ワーク５９がフリー載置されていればワーク側が逃げてその圧力が回避されるのに対し、ワーク５９が規制保持されている場合には圧力が加わったままで突出した砥粒によって表面が削られ、結果的に表面粗さを低下させるものと考えられる。

以上より、本発明は研磨装置、研磨加工において、従来技術では限界があった被研磨面の平坦度、平面度をより高め、かつ研磨による表面粗さを犠牲にすることのない、改善された研磨装置、研磨方法を提供することを目的としている。

本発明は、ワークを回転駆動するための回転駆動軸に角度調整機構を折り込み、ワークを規制保持した状態でワーク被研磨面をラップ定盤の研磨面に押し当て、そのままの状態で角度調整機構をロックすることにより、ラップ定盤研磨面の偏摩耗による傾斜を測定することなしにワークの傾斜並びにワーク回転駆動軸の調整を可能にするもので、具体的には以下の内容を含む。

すなわち、本発明に係る１つの態様は、回転するラップ定盤の表面にワークを押し当てて当該ワークを研磨する研磨方法において、加工開始に当り、ラップ定盤に対向してワークを保持するワークスピンドルを傾斜自在の状態として前記ワークの被研磨面をラップ定盤の表面に押し当て、これによりラップ定盤の偏摩耗による傾斜度とワークの傾斜度とが整合した状態で前記ワークスピンドルの傾斜を固定し、研磨作業を行うことを特徴とする研磨方法に関する。

上記研磨方法はさらに、加工途中において前記ワークスピンドルを傾斜自在の状態に戻して当該ワークスピンドルに固定されたワークの被研磨面をラップ定盤の表面に押し当て、これによりラップ定盤の偏摩耗による傾斜度とワークの傾斜度とを整合し直した状態で前記ワークスピンドルの傾斜を再度固定し、ラップ加工を再開することができる。

ワークスピンドルの傾斜自在の状態は、ワークスピンドルを軸方向に間隔を設けた一対の自動調芯軸受で軸支し、前記一対の自動調芯軸受相互間における軸に垂直な方向の相対的なずれを許容することにより得ることができ、また当該ワークスピンドルの傾斜した状態の拘束は、上記一対の自動調芯軸受相互間の相対的なずれを拘束することにより得ることができる。

本発明に係る他の態様は、基台と、前記基台に取り付けられたモータによって回転駆動されるラップ定盤と、前記基台に対して相対移動可能に支持された主軸台と、前記主軸台に取り付けられたモータによって回転駆動されるワークスピンドルとから構成され、前記ワークスピンドルに固定されたワークを前記ラップ定盤に押し当てて前記ワークの平面を研磨する研磨装置であって、当該装置が前記ワークスピンドルを回転可能に保持する保持構造体をさらに備え、当該保持構造体が、前記ラップ定盤の表面の偏摩耗に対応する前記ワークスピンドルの傾斜を許容する状態と、当該ワークスピンドルの傾斜を拘束する状態とを切り替え可能に構成されていることを特徴とする研磨装置に関する。

前記保持構造体は、前記ワークスピンドルの軸方向に離れて配置されて当該ワークスピンドルを回転可能に支持する一対の自動調芯軸受と、前記一対の自動調芯軸受をそれぞれ固定する一対のケース部材と、前記一対のケース部材の前記軸方向に直交する方向の相互のずれを許容し、もしくはそのずれた状態を拘束する固定機構とから構成されるスピンドル保持部を含むことができる。

前記固定機構は、一端が前記一対のケースのいずれか一方のケースの外周に放射状に取り付けられ、他端がいずれか他方のケースの対応する位置に設けられた貫通穴を貫通する複数の固定ピンと、前記ピンの他端が差し込まれる穴を有し、前記他方のケースの周囲を巡る固定リングと、前記固定リングと前記他方のケースとを結ぶシリンダとから構成され、当該シリンダの圧縮操作によって前記一対のケース間が相互にずれた状態を拘束するよう構成することができる。

前記保持構造体はさらに、前記ワークを前記ラップ定盤に押し付ける力を一定とするよう制御する制御機構を含んでもよい。

本発明にかかる研磨装置または研磨方法を実施することにより、ワークの平行度、平坦度、表面粗さをいずれも従来技術によるものに対して飛躍的に改善することができ、加工効率を向上させ、生産性を高めるという優れた効果を得ることができる。

本発明にかかる実施の形態の研削装置の主要部を示す正面図である。図１に示す研磨装置の主要部の側面図である。図１に示す主要部中のスピンドル保持部を示す拡大断面図である。従来技術による研磨装置の概要を示す側面図である。従来技術による研磨装置のワーク保持方法を示す斜視図である。研磨装置のラップ定盤の偏摩耗の状態を示す側面断面図である。従来技術による研磨装置の他のワーク保持方法を示す斜視図である。

本発明にかかる研磨装置及び研磨方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１、図２は、本発明に係る研磨方法を実施可能な研磨装置１の主要部の正面図（図１）と側面図（図２）を示している。研磨装置全体の概要は図４に示すものと同様であり、図１、図２では、図４にある基台５１部分と主軸台５４部分とを省略し、ワークスピンドルの保持構造体１０と、これに対向するラップ定盤２、及び保持構造体１０に保持されるワーク５のみを示している。図１の正面図において、ラップ定盤２は、図示しないモータ５２（図４参照）に駆動されて図面に垂直の方向に移動しており、図面上で右肩下がり（図６（ｂ）に示す状態）に傾斜しているものとする。図２に示す側面図では、ラップ定盤２は矢印で示すように右から左へ移動するものとする。

両図において、本実施の形態に係る研磨装置の保持構造体１０は、図示しない主軸台５４（図４参照）に取り付けられる。保持構造体１０は、規制保持したワーク５を回転駆動しつつラップ定盤２に押し当て、両者の間に充填される研磨液を用いてワーク５の表面を研磨する。保持構造体１０は、一対のワークスピンドル１５（上部ワークスピンドル１５ａ、下部ワークスピンドル１５ｂ）と、主軸台５４に固定される枠組み部２０と、枠組み部２０に取り付けられて下部ワークスピンドル１５ｂを保持するスピンドル保持部３０とから構成される。

ワークスピンドル１５は、主軸台５４（同上）に取り付けられたモータ５６により第１のギアセット４５を介して駆動される上部ワークスピンドル１５ａと、上部ワークスピンドル１５ａにより第２のギアセット４６を介して駆動される下部ワークスピンドル１５ｂとから構成される。下部ワークスピンドル１５ｂは、後述するスピンドル保持部３０の内部を貫通してその下方外部に延び、その下端にてワークホルダ（本実施の形態ではバキュームチャック）１６を介してワーク５を固定する

枠組み部２０は、スピンドル保持部３０の周囲に配置された一対の支柱２１と、両支柱２１に固定された加圧板２２と、加圧板２２に取り付けられたエアシリンダ２３によって固定される受圧板２４とから構成される。枠組み部２０は、以上の構成により、支柱２１、加圧板２２、エアシリンダ２３、受圧板２４のいずれもが主軸台５４に対して剛性を備えた構造体となる。

枠組み部２０の枠内中央部分に取り付けられるワークスピンドル保持部３０は、その詳細を図３に示している。図３において、ワークスピンドル保持部３０は、中央を貫通する下部ワークスピンドル１５ｂを囲む２つの円筒状部材であるインナーケース３１とアウターケース３２、並びに両ケース３１、３２にそれぞれ取り付けられて下部ワークスピンドル１５ｂを回転支持する上部軸受３３、下部軸受３４とから構成されている。インナーケース３１とアウターケース３２とは、図示のようにインナーケース３１がアウターケース３２の内部に嵌り、インナーケース３１に設けられたフランジ部にアウターケース３２の一端が当接して両者が位置決めされる。また、両軸受３３、３４はそれぞれナット３５、３６により固定されている。

ここで、インナーケース３１とアウターケース３２との嵌め合いは、図示のように余裕が設けられており、すなわちアウターケース３２の軸に対してその内部に嵌り込んだインナーケース３１の軸は、図の前後左右ほか全周に亘って相対移動可能となっている。この際、両ケース３１、３２の軸が相互にずれることによって、両者の中央を貫通する下部ワークスピンドル１５ｂは傾斜することとなるが、この傾斜した状態でのワークスピンドル１５ｂの回転支持を可能とするため、両軸受３３、３４には自動調芯軸受が使用されている。この自動調芯軸受は、図３に示すようにインナーレース、アウターレースの対向するいずれか一方の面が球面状に加工されており、ボール又はローラがこの球面に沿って転動することで、支持する下部ワークスピンドル１５ｂの傾斜を吸収するよう構成される。該自動調芯軸受は、市販品として取り扱われている。

上述のように、下部ワークスピンドル１５ｂの下端にはワークホルダ１６（図１、２参照）が取り付けられ、そこにワーク５が固定されるため、下部ワークスピンドル１５ｂが傾斜可能であればワーク５を図１に示すようなラップ定盤２の傾斜に沿わせることが可能となる。スピンドル保持部３０全体は、アウターケース３２の下端を受圧板２４（図１、２参照）に固定することによって枠組み部２０に固定される。なお、図３の下部ワークスピンドル１５ｂの中央に示す破線は、ワークホルダ１６へ真空を供給するための空洞である。

インナーケース３１とアウターケース３２の軸芯ずれにより所定の角度で傾斜した下部ワークスピンドル１５ｂを、必要に応じてその傾斜角度のまま維持拘束するため、スピンドル保持部３０にはさらに、図３に示す固定ピン３８、固定リング３９、並びに図１、図２に示す固定用エアシリンダ４０からなる固定機構が設けられている。図３において、固定ピン３８はインナケ―ス３１に一端が固定され、他端はアウターケース３２に設けられた貫通穴４１を貫通してその外部に位置する固定リング３９の穴４２に嵌っている。固定リング３９は、図１、図２に示すように、アウターケース３２の周囲を円周方向に囲むよう配置されている。図２において、固定用エアシリンダ４０の一端は固定用リング３９に、他端はアウターケース３２の外部に取り付けられている。固定用エアシリンダ４０が無負荷の状態ではインナーケース３１とアウターケース３２の相互移動は自在であるが、固定用エアシリンダ４０を収縮操作して両者に引張り力を加えると、固定用リング３９、固定ピン３８を介してインナーケース３１がアウターケース３２に引き寄せられ、当接する前者のフランジ部と後者の一端との間が圧迫されることによってその状態でロックされる。このロックした状態とロックを解放した状態とは、固定用エアシリング４０の操作により制御される。

以上のように構成された保持構造体１０を備える研磨装置の動作、並びに操作方法は以下のようである。まず、真空操作によりワーク５をワークホルダ１６に取り付けた後、固定用エアシリンダ４０を解放した状態で主軸台５４（図４参照）を下降させ、ワークホルダ１６に取り付けられたワーク５を対向するラップ定盤２の表面に適切な荷重にて接触させる。この際、ラップ定盤２が図１に示すように右肩下がりに傾斜しているとすると、これに接触するワーク５も倣って傾斜することでワーク５の被研磨面がラップ定盤２に密着する。ラップ定盤２の傾斜は、このワーク５の傾斜によってワーク５からワークホルダ１６を介して下部ワークスピンドル１５ａに伝わり、これによって下部ワークスピンドル１５ａはラップ定盤２の傾斜に見合う角度（傾斜したラップ定盤２の表面に垂直な角度）で傾斜する。この傾斜と同時に、スピンドル保持部３０のインナーケース３１、アウターケース３２が相互にずれ、下部ワークスピンドル１５ａの傾斜を受け容れる。

ラップ定盤２の傾斜に対応した下部ワークスピンドル１５ａの傾斜、すなわちインナーケース３１とアウターケース３２のずれが決まった状態で固定用エアシリング４０を圧縮操作することで、この傾斜（すなわち、両ケース３１、３２のずれ）のままで両ケース３１、３２がロックされる。この状態でラップ定盤２、ワークスピンドル１５を回転させて研磨装置を開始することにより、ラップ定盤２の傾斜に影響されることなく、最適な研磨条件で研磨加工することが可能となる。

本実施の形態ではさらに、図１、図２の加圧板２２、受圧板２４の間に設けられエアシリンダ２３を使用することにより、スピンドル保持部３０を介してワーク５に所定の加圧力を負荷してラップ加工を行うものとしている。従来技術の項において述べた如く、ワーク５を規制保持して強制回転する場合にはワーク５をフリー保持・回転する方法に比べて面粗さが必ずしも良好とはならない傾向にあった。エアシリンダ２３を介して一定圧力下でラップ加工を行うことにより、例えば研磨剤粒子との間に所定以上の圧力が生じないよう負荷がかかった場合には適宜ワーク５を逃がすことができるようになり、これによって従来技術に対して大幅な面粗さの改善を得るものとしている。

本実施の形態にかかる研磨装置、研磨方法では、ラップ定盤２が偏摩耗した際の対応として、従来技術におけるようなラップ定盤２の偏摩耗度の測定と、それに対応した装置側の微調整という、多くの工数と高い技術力が要求される作業を不要にするという効果を得るものとなるが、さらにこれに関連した付随的効果をも得ることができる。昨今の超硬質の材料と高い寸法精度、面精度が要求されることの多い環境下では、ラップ作業のみで５〜６時間、あるいはそれ以上に及ぶことがある。このような長時間の加工を継続すると、ラップ作業を重ねることでラップ定盤２自身も研磨されてラップ定盤２の当初の傾斜の度合いそのものが変化するものとなる。このため、加工を始める前に調整した加工条件のままで加工を継続すると、ラップ定盤２の傾斜とワークスピンドル１５の傾斜とが整合しなくなり、所望のワーク精度が得られないという結果になり得る。

このような場合、従来技術では無理してでも最後までラック加工を継続するか、あるいは最悪の場合には手間がかかることを覚悟の上で一旦機械を停止し、ラップ定盤２の傾斜度を測定し直し、技術と経験に基づいてワークスピンドル１５の傾斜を再調整して加工を再開する必要があった。本実施の形態に係る研磨装置／研磨方法によれば、機械停止の後、スピンドル保持部３０をロックしていた固定用エアシリンダ４０を解放し、ワークホルダ１６ごとワーク５をラップ定盤２に当接させて下部ワークスピンドル１５ｂの傾斜をラップ定盤２の傾斜と整合させ、改めて固定用エアシリンダ４０をロックするよう圧縮操作するという簡単な作業で、新たな傾斜状態にロックして加工を再開することができる。このような調整によれば、ラップ定盤２の傾斜度の測定は不要であり、特別な技術を要することなくワークホルダ１６に固定されたワーク５をラップ定盤２に押し当てるだけで短時間に調整することができ、設備稼働率、生産性を大幅に高めることができる。

さらに加えて、本実施の形態によればワークスピンドル１５の傾斜の調整は容易かつ短時間にできることから、僅かなラップ定盤２の傾斜度の変化が見られた際にもこの調整を随時行うことができる。一般にラップ定盤２は傾斜が進むほどその進行が早くなることから、早めの調整を行うことによってその進行を遅らせることができる。一定以上の傾斜になった場合にはラップ定盤２そのものを研磨し直す必要があり、これには更なる設備の停止を必要とする。本実施の形態によれば、ラップ定盤２の傾斜が僅かな内に調整を繰り返すことによってその進行を遅らせることができ、これによって手間のかかるラップ定盤２の再研磨の間隔を長引かせることになるため、これが更なる設備稼働率の向上をもたらすものとなる。

また、従来技術によるワークスピンドル１５の傾斜は、上述したようにワークスピンドル１５のケース（本実施の形態のインナーケース３１＋アウターケース３２に相当）の周囲を固定するロックナットを締めたり緩めたりする方式であったが、このような調整方法では自ずから調整角度に限界があった。傾斜角度が大きくなればなるほど調整が困難になる傾向があるからである。本実施の形態に係るスピンドル保持部３０の構成を利用すれば、インナーケース３１とアウターケース３２の軸ずれにより簡単に所望の傾斜角度を得ることができ、自動調芯軸受３３，３４の採用によってより大きな傾斜角度の吸収も可能となっている。これによって、ラップ定盤２の傾斜度の限界を伸ばすことが可能となり、これはラップ定盤２の再研磨のための間隔をさらに長くできることを意味している。

いうまでもないことであるが、ラップ定盤２の傾斜に対応したワークスピンドル１５の傾斜角度の調整がより容易になること、またこれによって頻繁に傾斜角度の調整が可能になることは、ワーク５の表面仕上げ精度を向上させることにつながり、昨今の超精密加工の要請に十分に応えることが可能であることにつながっている。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱することなく上記の実施の形態には各種の変形が可能である。例えば、上記実施の形態ではワークスピンドル１５の傾斜角度調整機構とワーク５への加圧機構とを同時に備えるものとしているが、これらはそれぞれ単独で実施する事が可能である。また、上記実施の形態では、ワークスピンドル１５を駆動源（モータ）につないでワーク５を回転駆動させるものとしているが、ワークスピンドル１５に駆動力を加えることなく、本実施の形態にかかるスピンドル保持部３０による傾斜調整機構のみを設けてワーク５をラップ定盤２の回転力に応じてフリー回転させるものとしてもよい。

なお、インナーケース３１とアウターケース３２とのずれに応じて、インナーケース３１に固定された上部ワークスピンドル１５ａも同時に傾斜するため、図３に示すように上部ワークスピンドル１５ａの軸受にも自動調芯軸受が使用されている。上部ワークスピンドル１５ａはその上部においてギアセット４５の噛合いにより駆動されているが、上部ワークスピンドル１５ａの傾斜勾配は１０００分の１以下の僅かなものであるため、傾斜による角度、ギャップの変化はギアセット４５内にて吸収される。もし必要であれば、ギアセット４５の代わりにベルト駆動としてベルトにより角度、ギャップを吸収するものとしてもよい。

また、図１〜３に表示した保持構造体はその一例を示すものであって、本発明がこれに限定されるものではない。偏摩耗したラップ定盤の上にワークごとワークスピンドルを押し当て、これによってラップ定盤の偏摩耗度に整合したワークスピンドルの傾斜をもたらし、且つその傾斜した状態のワークスピンドルを回転可能に支持する機構であれば、いずれも本願発明の技術的範囲に属するものとなる。さらにインナーケース３１、アウターケース３２の組合せもその一例であって、ワークスピンドル１５を離れた位置で支持する一対の軸受の芯ずれを許容し、かつこの芯ずれした状態で両軸受を支持できる構造であれば他の構成が採用されてもよい。この際、軸受は傾斜した状態で軸の回転支持が可能な構造を有するものであることが求められる。

本発明は、各種材料の表面仕上げを行なう研磨加工の産業分野において利用可能である。中でもセラミック、半導体ウエハなどの超硬質材料を効率的に、高い表面精度で研削、研磨する際において特に有効に適用することができる。

１．研磨装置、２．ラップ定盤、５．ワーク、１０．保持構造体、１５ａ，１５ｂ．ワークスピンドル、１６．ワークホルダ、２０．枠組み部、２１．支柱、２２．加圧板、２３．エアシリンダ、２４．受圧板、３０．スピンドル保持部、３１．インナーケース、３２．アウターケース、３３．上部軸受、３４．下部軸受、３５，３６．ナット、３８．固定ピン、３９．固定リング、４０．固定用エアシリンダ、４１．貫通穴、４２．穴、４５．第１のギアセット、４６．第２のギアセット、５０．研磨装置。

Claims

回転するラップ定盤の表面にワークを押し当てて当該ワークを研磨する研磨方法において、
加工開始に当り、ラップ定盤に対向してワークを保持するワークスピンドルを傾斜自在の状態として前記ワークの被研磨面をラップ定盤の表面に押し当て、これによりラップ定盤の偏摩耗による傾斜度とワークの傾斜度とが整合した状態で前記ワークスピンドルの傾斜を固定し、研磨作業を行うことを特徴とする研磨方法。
加工途中において、前記ワークスピンドルを傾斜自在の状態に戻して当該ワークスピンドルに固定されたワークの被研磨面をラップ定盤の表面に押し当て、これによりラップ定盤の偏摩耗による傾斜度とワークの傾斜度とを整合し直した状態で前記ワークスピンドルの傾斜を再度固定し、ラップ加工を再開することを特徴とする、請求項１に記載の研磨方法。
前記ワークスピンドルを軸方向に間隔を設けた一対の自動調芯軸受で軸支し、前記一対の自動調芯軸受相互間における軸に垂直な方向の相対的なずれを許容すること、または拘束することにより、それぞれ前記ワークスピンドルの傾斜自在の状態とすること、または傾斜固定の状態とすることを特徴とする、請求項１に記載の研磨方法。
基台と、
前記基台に取り付けられたモータによって回転駆動されるラップ定盤と、
前記基台に対して相対移動可能に支持された主軸台と、
前記主軸台に取り付けられたモータによって回転駆動されるワークスピンドルとから構成され、
前記ワークスピンドルに固定されたワークを前記ラップ定盤に押し当てて前記ワークの平面を研磨する研磨装置において、
当該装置が前記ワークスピンドルを回転可能に保持する保持構造体をさらに備え、当該保持構造体が、前記ラップ定盤の表面の偏摩耗に対応する前記ワークスピンドルの傾斜を許容する状態と、当該ワークスピンドルの傾斜を拘束する状態とを切り替え可能に構成されていることを特徴とする研磨装置。
前記保持構造体が、前記ワークスピンドルの軸方向に離れて配置されて当該ワークスピンドルを回転可能に支持する一対の自動調芯軸受と、前記一対の自動調芯軸受をそれぞれ固定する一対のケース部材と、前記一対のケース部材の前記軸方向に直交する方向の相互のずれを許容し、もしくはそのずれた状態を拘束する固定機構とから構成されるスピンドル保持部を含む、請求項４に記載の研磨装置。
前記固定機構が、一端が前記一対のケースのいずれか一方のケースの外周に放射状に取り付けられ、他端がいずれか他方のケースの対応する位置に設けられた貫通穴を貫通する複数の固定ピンと、前記ピンの他端が差し込まれる穴を有し、前記他方のケースの周囲を巡る固定リングと、前記固定リングと前記他方のケースとを結ぶシリンダとから構成され、当該シリンダの圧縮操作によって前記ずれた状態を拘束するよう構成されている、請求項５に記載の研磨装置。
前記保持構造体が、前記ワークを前記ラップ定盤に押し付ける力を一定とするよう制御する制御機構を更に含む、請求項４に記載の研磨装置。