JP2014200868A - 研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】定盤の平面修正を簡易且つ短時間で行うことができる固定砥粒を用いた研磨装置を提供する。
【解決手段】被加工物Wの上面及び下面の両面を研磨加工する研磨装置は、上定盤10及び下定盤12の回転軸が互いにずれるように、上定盤10及び下定盤12の少なくとも一方の位置を切換可能にずらして固定する回転軸移動機構部を設け、上定盤10と下定盤12の回転軸をずらした状態で、上定盤10及び下定盤12のそれぞれに取り付けられている多孔質砥石14及び16を被加工物Wの上面及び下面に接触させながら回転させ、平面修正を行う。
【選択図】図5
【解決手段】被加工物Wの上面及び下面の両面を研磨加工する研磨装置は、上定盤10及び下定盤12の回転軸が互いにずれるように、上定盤10及び下定盤12の少なくとも一方の位置を切換可能にずらして固定する回転軸移動機構部を設け、上定盤10と下定盤12の回転軸をずらした状態で、上定盤10及び下定盤12のそれぞれに取り付けられている多孔質砥石14及び16を被加工物Wの上面及び下面に接触させながら回転させ、平面修正を行う。
【選択図】図5
Description
本発明は、シリコンウェハなど平面板状のワークの表面を研磨加工するための研磨装置、特に、ワークの両面を研磨する両面研磨装置に関する。
シリコンウェハなどの平面板状のワークの表面を研磨加工する研磨装置は、鋳物などで形成される2つの定盤でワークを上下から挟み込んで加圧し、定盤とワーク間の隙間に液状の研磨材を供給しながらワークを回転させることで、ワークの表面を研磨する。液状の研磨材による表面研磨は遊離砥粒研磨加工とも呼ばれる。
図1は、両面研磨装置における遊離砥粒による研磨加工を示す模式図である。ワークの両面を研磨する両面研磨装置では、キャリアにセットされた複数のワークが、上定盤と下定盤に対して自転及び公転しながら、研磨材である遊離砥粒(スラリー)との擦り合わせ運動によりワークの厚みを薄くしていく。
遊離砥粒を用いた両面研磨装置は、上定盤と下定盤を固定し、複数のワークがセットされたキャリアのみを自転及び公転させる2ウェイ駆動方式、キャリアの自転及び回転に加えて、上定盤と下定盤の一方を回転させる3ウェイ駆動方式、さらに、キャリアの自転及び回転に加えて、上定盤と下定盤を互いに反対方向に回転させる4ウェイ駆動方式など様々な駆動方式が実現されている。また、ワークの片面のみを研磨する片面研磨装置も実用化されている。
この研磨加工は、一般的にラップ加工(又はラッピング)と呼ばれ、ワークに一定の圧力を加えて研磨する方法(定圧方式)である。なお、ポリッシュ加工(又はポリシング)は、ラップ加工よりも精密な仕上げを行うための研磨加工であり、ラップ加工と同様に定圧方式を採用する研磨方法である。本明細書では、「研磨加工」及び「ラップ加工」は、「ポリッシュ加工」をも含む定圧方式の表面加工の意味で用いられる。
研磨加工に用いられる砥粒は、遊離砥粒の他に、定盤に固定されたダイヤモンド砥石などの固定砥粒を用いる手法が知られている。しかしながら、固定砥粒を用いた定圧方式の研磨加工は、遊離砥粒を用いた定圧方式の研磨加工と比較して、加工速度が速い利点を有するものの、ワーク間の厚みばらつきが大きく、加工精度が低いという欠点がある。
図2は、遊離砥粒と固定砥粒の加工速度差を説明する図である。一般的に、遊離砥粒による研磨加工では、数μm/min〜10μm/min程度の加工速度しか得られないのに対して、固定砥粒による研磨加工は、遊離砥粒の10倍以上の加工速度が得られる。しかしながら、固定砥粒による研磨加工は、その加工速度の速いことが、加工精度の低下の要因となり、固定砥粒による研磨加工が普及していない。
固定砥粒を用いた定圧方式の研磨加工の加工精度が低い理由は、次の理由が考えられる。砥石である定盤の回転を停止する操作を行ってから、定盤の回転が実際に停止するまでの間、ワークに荷重がかかり続けるため、その間もワークの表面は削られる。ワークはキャリアの自転によって、定盤の内周側と外周側までの範囲を遊星運動しながら停止する。
図3は、定盤の内周側と外周側の周速度の違いを説明する図である。砥石の周速度が速ければ速いほどワークに対する加工能力は高い。従って、砥石の外周の速度は内周の速度よりも速いため、回転停止操作から実際に定盤が停止するまでの間、外周側のワークは内周側のワークよりも多く削られることになる。これが、ワーク間の厚みばらつきとなり、加工精度の低下の要因となる。
例えば、遊離砥粒を用いた場合、回転停止操作から実際に定盤が停止するまでの間における外周速度と内周速度との差によるワーク間の厚みばらつきは、1〜2ミクロンであるが、固定砥粒を用いた場合は、10〜20ミクロンにまで達する。
そのため、加工速度は固定砥粒を用いた場合に劣るものの、必要な加工精度(例えば、厚みばらつき3ミクロン以下)を得るには、遊離砥粒による研磨加工を採用せざるを得ないのが現状である。また、特許文献1は、固定砥粒を用いた研磨によっても、遊離砥粒による研磨加工と同程度に高い加工精度を実現する研磨装置について開示している。
さらに、定盤の湾曲、反り、歪み、凹凸などにより、その平面度(平坦度)が低いことによっても、加工精度が劣化する。例えば、図4に示すように、上下の定盤が湾曲し、均一に当たらない場合、外周側と内周側での研磨量の差がより大きくなり、必要な加工精度を得ることができなくなる。
定盤に対して必要な平面度を確保するための平面修正作業は、研磨加工前の準備工程として行われているが、現在行われている平面修正作業は、比較的長い時間がかかる。特に、高い加工精度を確保でき且つ加工速度が速い固定砥粒による研磨の実現によって、研磨工程にかかる時間が短縮されても、平面修正作業に従前と同様の時間がかかると、研磨工程全体の時間短縮効果は小さい。
また、遊離砥粒を用いることを前提とした平面修正作業として、上下の定盤を摺り合わせる手法が行われる場合があるが、この手法を固定砥粒に適用し、固定砥粒砥石同士を摺り合わせると、砥石に同心状のキズができ、必要な平面度を得られない可能性があるため、当該手法は、固定砥粒による研磨には採用できない。
そこで、本発明の目的は、定盤の平面修正を簡易且つ短時間で行うことができる固定砥粒を用いた研磨装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の研磨装置の構成は、被加工物の上面及び下面の両面を研磨加工する研磨装置において、第1の回転軸を中心に回転する下定盤と、前記第1の回転軸と同軸に配置され、前記下定盤の上方に上下動可能な上定盤と、前記下定盤の上面に取り付けられ、被加工物の下面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する第1の多孔質砥石と、前記上定盤の下面に取り付けられ、被加工物の上面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する第2の多孔質砥石と、前記第1の多孔質砥石と前記第2の多孔質砥石との間に配置され、前記第1の多孔質砥石及び前記第2の多孔質砥石の両加工面とそれぞれ被加工物の下面及び上面を接触させた状態で前記両多孔質砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させながら複数の前記被加工物を保持する保持部と、前記上定盤及び前記下定盤の一方の位置を、その回転軸が前記第1の回転軸と異なる第2の回転軸となる位置に切換可能にずらして固定する回転軸移動機構部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、上下の定盤が互いに異なる回転軸を中心に回転して摺り合わせることが可能となり、定盤の平面修正を簡易且つ短時間で行うことができる。
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
図5は、本発明の実施の形態における研磨装置の構成例を示す図である。本実施の形態における研磨装置は、ディスク型をしたワークWの両面を研磨する両面研磨装置である。両面研磨装置は、機体2と、該機体2に鉛直な軸線を中心とした同心且つ同径の円環状の上定盤10と下定盤12とを備える。上定盤10の下面及びそれに対向する下定盤12の上面には、それぞれワークWと接触する加工面を有する多孔質砥石14、16が固着されている。定盤10、12は、アルミニウム合金や鉄鋼などの金属、またはアルミナなどの多孔質セラミックで形成される。多孔質砥石14、16は、例えばダイヤモンドなどの砥粒を結合材で固めて形成されており、内部には微細な気孔が形成された多孔質構造となっている。これにより、多孔質砥石14、16は、連なった気孔を介して加工面とその反対面(定盤と接触する面)との間で空気や液体(水など)の流体を貫通させることができる通気性を有する。
両面研磨装置は、さらに、定盤10、12の中心部に位置する太陽歯車22と、定盤10、12の外周を取り囲むように位置する内歯車24と、下定盤12上に載置された状態で太陽歯車22及び内歯車24に噛合する複数のキャリア26とを備える。各キャリア26の厚さは、ワークWの目標厚さ即ち研磨後の厚さと実質的に同一又はそれより薄く形成され、各キャリア26はそれぞれが複数のワーク保持孔を有し、各ワーク保持孔内に研磨すべきワークWを嵌合状態に保持する。
下定盤12上の多孔質砥石14上に載置されたキャリア26の保持孔に保持されたワークWは、上定盤10による上側から一定の圧力で押さえつけられ、上定盤10に取り付けられた多孔質砥石16が一定圧力でワークWに接触した状態で、多孔質砥石14、16に対してワークWを相対的に回転させることで、研磨加工が行われる。3ウェイ駆動方式の場合は、例えば、下定盤12を回転させることで、キャリア26は下定盤12の回転方向に公転する。4ウェイ駆動方式の場合は、下定盤12の回転に加えて、上定盤10を下定盤12の回転方向と反対方向に回転させてもよい。さらに、キャリア26は、上定盤10又は下定盤12の回転方向に公転するとともに、太陽歯車22と内歯車24の駆動により、キャリア26は自転する。すなわち、ワークWは、上定盤10又下定盤12の回転方向に回転しつつ、上定盤10及び下定盤12の内周側と外周側との間を回転往復運動して、研磨加工される。
図6は、図5のA−A断面の平面図であり、キャリア26の自転及び公転方向を示す図である。太陽歯車22と下定盤12とを逆方向に回転させることで、複数のワーク保持孔26aを有するキャリア26が太陽歯車22の周りを自転しながら公転し、ワークWの両面が互いに逆回転する下定盤12と上定盤10とによって同時に研磨される。例えば、キャリア26の自転方向Bは公転方向Cと逆向きにし、キャリアの公転方向Cと下定盤12の回転方向Dとが同方向となるようにしておく。
図5に戻り、機体2は、基台2aと、基台2aから垂直に立ち上がる2本の支柱2b、2cと、該支柱2b、2cの上端に支持される上枠2dとを備えている。後述するように、上枠2dは支柱2bを中心軸として所定角度回転可能に取り付けられている。ロック機構40は、上枠2dを異なる角度位置で支柱2cに固定可能である。下定盤12は、駆動軸12aに取り付けられ、駆動軸12aは、基台2aに回転可能に固定されている。太陽歯車22及び内歯車24は、それぞれ駆動軸22a及び駆動軸24aに取り付けられ、駆動軸22a及び駆動軸24aは、基台2aに回転可能に固定されている。各駆動軸のギアを介してモータ30と連結され、モータ30の回転動力が、下定盤12、太陽歯車22及び内歯車24に伝達される。モータ30は、各駆動軸に対して個別に設けられる。
昇降用シリンダなどで構成される所定の昇降機34が、上定盤10を昇降可能に保持する。昇降機34を構成する昇降用シリンダ34aは、機体2の上枠2dに取り付けられ、昇降用シリンダ34aから上枠2d内を通って延びる駆動軸10aの下端部分には、ロータリジョイント53によって、吊り部材35が取り付けられ、上定盤10は、吊り部材35に回転可能に取り付けられる。下定盤12の駆動軸12aと同心の駆動軸10aは、ギアを介してモータ30(上定盤用モータ)と連結され、その回転動力により、上定盤10は回転する。
昇降用シリンダ34aの動作により、上定盤10は、上枠2dに対して上下動し、下定盤12と離間するように上方に吊り上げ可能である。上定盤10を吊り上げた状態において、研磨すべきワークWが保持されたキャリア26が、上定盤10と下定盤12間に載置される。そして、上定盤10を下降させ、上定盤10の自重、さらには、昇降機34の自重及び昇降機34により提供される強制的な押し下げ圧力をワークWに与えることにより、ワークWに必要な研磨圧が与えられる。
機体2の上枠2dは、支柱2bに対して回転可能に取り付けられ、第1の位置と第2の位置間を移動可能に構成される。ロック機構40により、上枠2dは、第1の位置と第2の位置に切換可能に固定される。
図7は、上枠2dの回転動作を説明するための図であり、図7(a)は上枠2dの該着上面図である。昇降機34及びロック機構40の図示は省略されている。図8(a)において、支柱2bと支柱2cの間にわたって延びている上枠2dの一端は支柱2bと回転可能に連結しており、他端はもう一方の支柱2cに対して可動に取り付けられている。上枠2dの他端は、支柱2cに対して、水平面内の少なくとも第1の位置及び第2の位置の2つの位置で切換可能に支柱2cに対して固定される。
上枠2dの第1の位置は、上枠2dと連動して動く上定盤10が下定盤12と同心となる位置(図7の実線で示される位置)であり、上枠2dの第2の位置は、上定盤10の回転軸が、下定盤12の回転軸からずれる位置(図7の点線で示される位置)である。ロック機構40(図5)のレバーを操作して、ロック解除することで、上枠2dの他端側を第1の位置と第2の位置との間を手動により動かすことができ、上枠2dを第1の位置又は第2の位置に動かし、その位置で、ロック機構40のレバーを操作して、上枠2dをロックして位置を固定する。
上定盤10が下定盤12と同心となる上枠2dの第1の位置は、研磨加工時の位置であり、上定盤10の回転軸が下定盤12の回転軸とずれる上枠2dの第2の位置は、定盤の平面修正作業時の位置である。研磨加工前における定盤の平面修正作業時において、まず、上枠2dを第2の位置に固定する。そして、図7(b)に示すように、上定盤10と下定盤12の回転軸をずらした状態で両定盤を摺り合わせることで、両定盤の互いに対向する面に取り付けられている固定砥粒砥石同士の平面修正作業が可能となる。回転軸がずれているので、固定砥粒による同心状のキズができず、摺り合わせにより短時間で必要な平面度を得ることができる。固定砥粒砥石が取り付けられる定盤の平面修正は、定盤自体の平面修正、及び定盤に固定砥粒砥石が取り付けられた状態での固定砥粒砥石の平面修正の両方を含む。固定砥粒砥石をはずした状態で定盤自体の平面修正も可能である。
平面修正作業が終了すると、上枠2dを第2の位置から第1の位置に移動させて固定することで、上定盤10を容易に研磨加工のための位置に切り換えることができ、切換のための時間を大幅に短縮して、研磨加工工程に進むことができる。
このように、本実施の形態における両面研磨装置は、上定盤10を固定する位置を、下定盤12と同心となる位置(第1の位置)と、下定盤12の回転軸からずれた位置(第2の位置)との間で切換可能とし、上定盤10を第2の位置に固定することで、固定砥粒が取り付けられた定盤の平面修正作業を可能とし、さらに、上定盤10を第1の位置に切り換えることで、平面修正作業から容易かつ迅速に研磨加工工程に移ることができ、研磨工程全体の時間は大幅に圧縮される。
上定盤10の多孔質砥石14が固着されている面には、半径方向に延びる複数の溝50が設けられる。すなわち、上定盤10には、複数の溝50が放射状に形成され、この複数の溝50は通水用の流体通路である。各溝50は、上定盤10の下面に開口しており、さらに、上定盤10の多孔質砥石14が固着されている面と反対の面に貫通しているホース接続孔51と連通し、当該ホース接続孔51に接続されたホース52はロータリジョイント53に接続する。さらに、ロータリジョイント53に接続するホース54が加圧ポンプ70と接続することで、加圧ポンプ70は、多孔質砥石14の加工面に水を吐出可能に多孔質砥石14と連通する。溝50ホース52、54及びホース接続孔51は、加圧ポンプ70と多孔質砥石14を連通させる流体通路を構成する。加圧ポンプ70から供給される加圧された水は、順にホース54、ホース52、ホース接続孔51、溝50、多孔質砥石14の気孔を通って、多孔質砥石14の加工面に吐出される。
下定盤12の多孔質砥石16が固着している面には、半径方向に延びる複数の溝56が設けられる。すなわち、複数の溝56は、上定盤10の溝50と同様に放射状に形成され、通水用の流体通路である。各溝56は、下定盤12の上面に開口しており、さらに、下定盤12の多孔質砥石16が固着されている面と反対の面に貫通しているホース接続孔57と連通し、当該ホース接続孔57に接続されたホース58は、駆動軸12aの内部に軸方向に延びて設けられる内部通路62と連結する。駆動軸12aの内部通路62は、駆動軸12aの下端側に取り付けられるロータリジョイント64に接続され、ロータリジョイント64に接続するホース66を介して、加圧ポンプ70と接続している。こうして、加圧ポンプ70は、多孔質砥石16の加工面に水を吐出可能に多孔質砥石16と連通する。溝56、ホース58、66、ホース接続孔57、内部通路62は、加圧ポンプ70と多孔質砥石14を連通させる流体通路を構成する。加圧ポンプ70から供給される加圧された水は、順にホース66、内部通路62、ホース57、ホース接続孔57、溝56、多孔質砥石16の気孔を通って、多孔質砥石16の加工面に吐出される。
なお、多孔質砥石14の加工面に水を吐出するための加圧ポンプと、多孔質砥石16の加工面に水を吐出するための加圧ポンプが別々に設けられてもよい。また、加圧ポンプに接続するホースには、必要に応じて適宜圧力調整弁や分岐弁など各種弁が設けられる。
図8は、下定盤12に設けられる溝56を示す平面図である。上定盤10に設けられる溝50も図8と同様である。図8(a)では、下定盤12の溝56は、下定盤12の半径方向に放射状に形成される。また、図8では、半径方向については、周方向に45度間隔で設けられているが、60度間隔、90度間隔など定盤全体にまんべんなく流体が吐出可能な程度の角度間隔に適宜設定される。溝56は既知の金属加工により穿設される。また、図8(b)は、溝56の別の形態を示す図であり、溝56は、半径方向に90度間隔で放射状に延びる部分と、半径方向に延びる部分を接続するように同心円状に周方向に延びる部分とを有する形態である。流体通路の形態は、これらに限られず、例えば、定盤表面に孔を穿ち、定盤内部に各孔を連通させる通路を設ける構成であってもよい。
制御装置32は、モータ30の回転方向及び回転速度を制御する。一つのモータ30の回転動力を、必要な歯車などを介して、所望の回転方向及び回転速度に分岐させて、各駆動軸10a、12a、22a及び24aのギア10b、12b、22b及び24bに異なる回転方向及び回転速度を伝達してもよいし、上定盤10、下定盤12、太陽歯車22及び内歯車24それぞれに独立のモータを用意し、各駆動軸10a、12a、22a及び24aのギア10b、12b、22b及び24b毎に所定の回転方向及び回転速度の回転動力を供給する構成であってもよい。また、制御装置32は、昇降機34の昇降制御を行い、昇降機34の上下動に伴って上下動する上定盤10の昇降を制御する。制御装置32は、研磨開始信号(ON信号)を検出すると、昇降機34を下降させ、持ち上げられている状態の上定盤10をワークW上に一定圧力がかかるように接触させ、さらに、モータ30を回転駆動させ、研磨加工が開始される。
そして、制御装置32は、加圧ポンプ70の動作を制御し、定盤10、12及びキャリア26を回転させながら研磨加工を行っている過程において、研磨加工を停止させる研磨停止信号(OFF信号)を検出すると、定盤10、12、太陽歯車22及び内歯車24の回転を停止させる制御を行うとともに、加圧ポンプ70を動作させ、多孔質砥石14及び16の加工面から水を吐出させる。加圧ポンプ70からの水吐出は、定盤の回転が停止し、ワークWに対する研磨動作が行われなくなるまでの一定時間行われる。
図9は、研磨停止時における水吐出制御のフローチャートである。制御装置32は、研磨停止信号(OFF信号)を検出すると(S10)、モータ30の回転動作を停止させ、加圧ポンプ70を動作させ(S12)、加圧ポンプ70と連通している多孔質砥石14、16の加工面から水を吐出させる。そして、モータ30の回転停止から定盤の回転が実際に停止するまでの所定時間をあらかじめ設定しておき、加圧ポンプ動作開始から所定時間経過すると(S14)、加圧ポンプ70の動作を停止させ、加工面からの水吐出を停止する(S16)。制御装置32は、所定の制御プログラムを格納したメモリとそれを実行するCPUを備える構成であってもよいし、各種制御機能を実現するロジック回路により構成されてもよい。
停止ボタンの押し下げ又はあらかじめ設定されたタイマ時間の経過などにより、研磨停止信号が出力され、それを制御装置32が検出すると、制御装置32はモータ30への電力供給を停止し、回転停止動作を行う。しかしながら、モータ30からの回転動力の供給が停止しても、定盤10、12及び太陽歯車22及び内歯車24はその慣性動作により即回転停止せず、徐々に回転速度を落としながら、数秒から数十秒間回転し続け、その後完全に停止する。このように、研磨装置は、構造上、瞬時に定盤の回転を停止することができないため、停止指示信号が出力されてから、定盤などの回転が完全に停止するまでの間、研磨加工が続くことになる。
ワークWはキャリア26の自転によって、定盤10、12の内周側と外周側までの範囲を遊星運動しながら停止する。背景技術の欄で説明したように、定盤10、12の外周の速度は内周の速度よりも速いため、回転停止操作から実際に定盤が停止するまでの間、外周側のワークは内周側のワークよりも多く削られることになり、これが、ワーク間に厚みばらつきを生じさせ、加工精度の低下の一つの要因となっている。
また、上定盤10と下定盤12のいずれか一方に、定盤の上下方向の変位を測定する測長器を設け、加工中の定盤の変位を観察して、設定された変位にて、上定盤の10の荷重を解放するため上定盤10を持ち上げる操作を行うことで、ワークWの厚み制御を行う手法が採用される場合もある。しかしながら、上定盤10は、図4に示すように中心軸で支えられているため、上定盤10を持ち上げるとき、上定盤10の自重により、その外周側は内周側より遅れて持ち上がる。これも、加工速度が速いた固定砥粒(砥石)を用いた研磨加工を行う場合に、外周側と内周側での厚みばらつきが生じる要因となる。
そこで、本実施の形態の研磨装置では、制御部32が、研磨停止信号を検出したタイミングで、加圧ポンプ70を動作させ、多孔質砥石14、16の加工面に水を瞬時に吐出させ、加工面全体に均一な水圧を与えることで、ワークWにかけられている荷重を低減させる。ワークWに対する荷重が低減されることにより、研磨停止信号出力後に定盤の回転が続いても、加工速度が大きく低下し、外周側と内周側の周速差による厚みばらつきが生じなくなる。これにより、固定砥粒による研磨加工においても、ワークの厚みばらつきをなくし、高精度な厚み制御が実現する。
図10は、多孔質砥石14、16の加工面からの水吐出による厚み制御を模式的に示す図である。多孔質砥石14、16の加工面から加圧された水を吐出することで、瞬時に両定盤間に圧力を与えて、上定盤10を平行に浮上させることにより、内周側のワークWも外周側のワークWにかけられる荷重を均一に極短時間で低減させる。荷重が低下することで、加工速度も低下するので、遊離砥粒のような1μmオーダーでの加工精度を得ることができるようになる。水は、多孔質砥石14、16の気孔から加工面全体にわたって均一に吐出されるので、内周側のワークWも外周側のワークWも同一タイミングで均一に加工圧力(荷重)が低減される。その結果、回転停止動作後に定盤10、12の回転が続いても、ワークWに対する研磨加工は行われない又は加工速度は著しく低下するので、厚みばらつきの発生が抑えられ、固定砥粒での研磨加工において、ワークの厚みを高精度に制御することができる。
また、上定盤10を持ち上げる際に、内周側と外周側で上定盤10の上昇するタイミングに差がある場合であっても、当該水吐出制御により、多孔質砥石14、16の加工面から瞬時に均一な水圧で水を吐出させることで、上定盤10を平行に浮上させることにより、内周側のワークWも外周側のワークWにかけられる荷重を均一に極短時間で低減させ、厚みばらつきの発生が防止される。
多孔質砥石14、16は、砥粒としてダイヤモンド砥粒を使用し、その平均粒径は例えば0.1〜300μmである。ダイヤモンド砥粒に代わって、立方晶窒化ホウ素(CBN)砥粒を使用してもよい。また、ダイヤモンドとCBNとの混合物を用いてもよい。結合材は、ビトリファイドボンド、レジンボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。
上述の構成例において、多孔質砥石をネジなどで定盤に固定することができるが、好ましくは、真空吸着により多孔質砥石を定盤に固定してもよい。多孔質砥石をネジなどで定盤に固定する場合、研磨加工時に定盤が熱膨張した際に、多孔質砥石の固定により定盤の膨張が拘束され、定盤のソリの要因となり、加工精度が劣化するおそれがある。多孔質砥石を真空吸着することで、定盤の熱膨張によるソリの発生を防ぐことができる。多孔質砥石を定盤に真空吸着させる場合、多孔質砥石からの水吐出と多孔質の真空吸着の両方を同時に実現するために、定盤に通水用と吸着用の2系統の流体通路を確保する必要がある。
図11は、2系統の流体通路を説明する図である。図11は、図9(a)で示した通水用の流体通路を構成する溝56(溝50、83も同じ)を示す定盤の平面図であり、半径方向に延びる放射状の8本の溝56(溝50、83も同じ)が示されている。これを周方向に交互に通水用流体通路と吸着用流体通路の2系統に分けて用いる。
図12は、研磨装置に形成される2系統の流体通路を説明する図であり、図11のB−B線での要部断面図である。図4における上定盤10の溝50と下定盤12の溝56を、図11のように、それぞれ通水用溝50a、56a、吸着用溝50b、56bに周方向に交互に分ける。駆動軸12aの各内部通路62も、ホース58で接続される下定盤12のそれぞれの通水用溝56a、吸着用溝56bに合わせて交互に通水用内部通路62aと吸着用内部通路62bの2系統に分けられ、ロータリジョイント64を介して、通水用内部通路62aはホースを介して加圧ポンプ70に連結され、吸着用内部通路62bはホースを介して真空ポンプ71に連結される。加圧ポンプ70により、通水用溝50a、56aに加圧された水を吐出させると同時に、吸着用溝50b、56bを含む流体通路内の空気を真空ポンプ71により吸引することで、流体通路内の気圧が大気圧より低くなり、多孔質砥石14、16はそれぞれ上定盤10、下定盤12に吸着固定される。真空ポンプ71の吸引により、多孔質砥石14、16の加工面から気孔を介して流体通路に空気が流入するが、その流入力が真空ポンプの吸引量より小さくなるように気孔の通気抵抗を調節することで、流体通路内を大気圧以下に維持でき、多孔質砥石は定盤に吸着固定される。
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。例えば、上述の実施の形態においては、上定盤の回転軸を下定盤の回転軸に対して移動させる構成を示したが、上定盤の回転軸を固定し、下定盤の回転軸を上定盤の回転軸に対して移動させる構成であってもよい。また、上定盤及び下定盤の両方の回転軸を移動可能とする構成であってもよい。また、上述の実施の形態においては、上定盤と下定盤に対して回転移動させ、回転軸を移動させる構成を示したが、それに限らず、例えば、上定盤及び下定盤の少なくとも一方を直線移動させて、回転軸をずらすようにしてもよい。
10:上定盤、12:下定盤、14:多孔質砥石、16:多孔質砥石、22:太陽歯車、24:内歯車、26:キャリア、30:モータ、34:昇降機、35:吊り部材、40:ロック機構、50:溝、51:ホース接続孔、52:ホース、53:ロータリジョイント、54:ホース、56:孔、57:ホース接続孔、58:ホース、62:内部通路、64:ロータリジョイント、70:加圧ポンプ、71:真空ポンプ、80:回転軸、81:内部通路、82:定盤、83:溝、84:多孔質砥石、85:ホース接続孔、86:ワーク保持部、87:ロータリジョイント、88:ホース、89:ホース、90:加圧ポンプ、91:真空ポンプ、92:制御装置
Claims (5)
- 被加工物の上面及び下面の両面を研磨加工する研磨装置において、
第1の回転軸を中心に回転する下定盤と、
前記第1の回転軸と同軸に配置され、前記下定盤の上方に上下動可能な上定盤と、
前記下定盤の上面に取り付けられ、被加工物の下面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する第1の多孔質砥石と、
前記上定盤の下面に取り付けられ、被加工物の上面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する第2の多孔質砥石と、
前記第1の多孔質砥石と前記第2の多孔質砥石との間に配置され、前記第1の多孔質砥石及び前記第2の多孔質砥石の両加工面とそれぞれ被加工物の下面及び上面を接触させた状態で前記両多孔質砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させながら複数の前記被加工物を保持する保持部と、
前記上定盤及び前記下定盤の一方の位置を、その回転軸が前記第1の回転軸と異なる第2の回転軸となる位置に切換可能にずらして固定する回転軸移動機構部とを備えることを特徴とする研磨装置。 - 請求項1において、
前記回転軸移動機構部は、前記上定盤の回転軸が前記第1の回転軸となる位置及び前記第2の回転軸となる位置に切換可能であって、
前記上定盤を昇降させ、前記上定盤を前記第2の回転軸に固定し且つ前記下定盤を前記第1の回転軸に固定したままの状態で、前記第1の多孔質砥石と前記第2の多孔質砥石とを接触させながら回転させることを特徴とする研磨装置。 - 請求項1又は2において、さらに、
前記下定盤に形成され且つ前記下定盤の上面に開口し、前記第1の多孔質砥石の気孔を介して前記第1の多孔質砥石の加工面と連通する第1の通水用流体通路と、
前記上定盤に形成され且つ前記上定盤の下面に開口し、前記第2の多孔質砥石の気孔を介して前記第2の多孔質砥石の加工面と連通する第2の通水用流体通路と、
前記両通水用流体通路と接続し、前記両通水用流体通路に加圧された水を供給するポンプと、
前記下定盤及び前記保持部の回転を停止させる停止信号を検出すると、前記ポンプを作動させ、前記ポンプから供給された水を前記両通水用流体通路、さらには前記両多孔質砥石の気孔を介して前記両加工面に吐出させる制御部とを備えることを特徴とする研磨装置。 - 請求項3において、
前記制御部は、停止信号により前記上定盤及び前記下定盤の回転が停止するまでの間、前記加圧ポンプを動作させ、前記両加工面から水を吐出させることを特徴とする研磨装置。 - 請求項3又は4において、
前記下定盤に形成され且つ前記下定盤の上面に開口する第1の吸着用流体通路と、
前記上定盤に形成され且つ前記上定盤の下面に開口する第2の吸着用流体通路と、
前記両吸着用流体通路と接続し、前記両吸着用流体通路内の空気を吸引する真空ポンプとを更に備え、
前記第1の多孔質砥石は、前記真空ポンプが前記第1の吸着用流体通路内の空気を吸引することにより前記下定盤に吸着固定され、前記第2の多孔質砥石は、前記真空ポンプが前記第2の吸着用流体通路内の空気を吸引することにより前記上定盤に吸着固定されることを特徴とする研磨装置。
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