JP2017144531A - キャリアプレート及びそれを用いた片面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円盤状上面の平滑性が損なわれにくく、円盤状上面の形状が転写されるワークの被研磨面の平滑性をも損なわずに研磨することができるキャリアプレートを提供する。【解決手段】研磨定盤３１の円盤状上面の中央部を回転軸として回転させて、円盤状上面の周縁部でワークＳ下面を研磨する片面研磨装置３０に用いられるキャリアプレート４０であって、ワークＳを保持するための保持孔４１ａが形成された内側キャリアプレート４１と、内側キャリアプレート４１が取り付けられる外側キャリアプレート４２とを備え、内側キャリアプレート４１が、保持孔４１ａに保持されたワークＳの中心を回転軸として外側キャリアプレート４２に対して回転可能に取り付けられるようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、キャリアプレート及びそれを用いた片面研磨装置に関し、特に、光学結晶ワークや半導体ワークやセラミックワークやガラスワーク等を研磨する片面研磨装置に関する。

従来から、ワークの片面を研磨する片面研磨装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。図４は、一般的な片面研磨装置の構成を示す平面図であり、図５は、図４に示すＡ−Ａ方向の矢視図である。なお、図４及び図５では、円板（例えば直径２０ｃｍ、高さ２ｃｍ）のワーク１０を研磨する場合を示す。また、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。
片面研磨装置１３０は、円盤状体（例えば直径６０ｃｍ）を有する研磨定盤３１と、研磨定盤３１の外側に設置されたテーブル３４と、テーブル３４上に取り付けられる３本の水平方向に伸びたガイドアーム３５と、ガイドアーム３５に軸支される円板形状（例えば直径５ｃｍ）のマウントプレートガイドローラ３６及び円板形状（例えば直径５ｃｍ）のトッププレートガイドローラ３７と、テーブル３４に対して研磨定盤３１を回転させる研磨定盤駆動機構（図示せず）と、ガイドアーム駆動機構（図示せず）と、研磨定盤３１の円盤状体上面に配置される略円柱状（例えば直径５ｃｍ）のマウントプレート３２及び略円柱状（例えば直径２１ｃｍ）のトッププレート３３とを備える。

研磨定盤３１を構成する円盤状体の上面には研磨面が形成されている。研磨定盤３１は、研磨定盤駆動機構により一方向（例えば矢印ａ方向）に所定回転速度（例えば２０ｒｐｍ）で回転するように設定されている。なお、円盤状体上面に研磨布を貼り付け、この研磨布によりワーク１０の下面を研磨することもある。

１本のガイドアーム３５の下部位置には、２個のマウントプレートガイドローラ３６が水平方向に所定の距離（例えば直径２１ｃｍ）を空けて設けられており、この２個のマウントプレートガイドローラ３６でマウントプレート３２の外周面の２箇所を支持するようになっている。また、１本のガイドアーム３５の上部位置には、２個のトッププレートガイドローラ３７が水平方向に所定の距離（例えば直径２１ｃｍ）を空けて設けられており、この２個のトッププレートガイドローラ３７でトッププレート３３の外周面の２箇所を支持するようになっている。そして、ガイドアーム駆動機構が、研磨定盤３１の半径方向と略平行（例えば矢印ｄ方向）にガイドアーム３５を摺動させるようになっている。

次に、片面研磨装置１３０でワーク１０を研磨する研磨方法について説明する。
まず、使用者はマウントプレート３２にワーク１０を保持させ、ワーク１０の下面（被研磨面）を研磨定盤３１上面に当接させるように配置する。このとき、マウントプレート３２の外周面に２個のマウントプレートガイドローラ３６を当接させて、研磨定盤３１上におけるマウントプレート３２の位置決めを行う。次に、使用者はマウントプレート３２の上側にトッププレート３３を配置し、さらにトッププレート３３の外周面に２個のトッププレートガイドローラ３７を当接させて、研磨定盤３１上におけるトッププレート３３の位置決めを行う。

このようにトッププレート３３によるマウントプレート３２への荷重が付与された状態で、研磨定盤駆動機構を用いて研磨定盤３１を矢印ａ方向へ回転させると、研磨定盤３１の円盤状体が回転する際の内周側と外周側との周速差により、トッププレート３３とマウントプレート３２とワーク１０とは矢印ｂ方向に所定回転速度（例えば１０ｒｐｍ）で回転する。その結果、研磨定盤３１に当接するワーク１０の下面（被研磨面）が平坦となるよう研磨されていく。

このとき、ワーク１０を研磨定盤３１上面の半径方向における中間位置にセット（図６（ｂ））して研磨したり、ガイドアーム駆動機構によりガイドアーム３５を研磨定盤３１上面の半径方向における外周側へ移動させて、ワーク１０を研磨定盤３１の外周側にセット（図６（ａ））して研磨したり、逆にガイドアーム３５を研磨定盤３１上面の半径方向における内周側へ移動させて、ワーク１０を研磨定盤３１の内周側にセット（図６（ｃ））して研磨したりする。

よって、このような片面研磨装置１３０によれば、研磨定盤３１上でワーク１０の下面が研磨される位置を、円盤状体上面における半径方向に沿って移動させることができ、これにより、研磨定盤３１（あるいは研磨布）の偏磨耗を防止して研磨定盤３１の形状を平坦に保持している。また、研磨定盤３１上面の広範囲の領域を有効利用できることから、研磨定盤３１（あるいは研磨布）の使用寿命を延ばすことができる。さらに、研磨定盤３１（あるいは研磨布）の形状を平坦に保持することで、研磨定盤３１上面の形状が転写されるワーク１０の被研磨面の平滑性（仕上がり具合）の劣化を防止している。

ここで、円柱形状のワークを研磨する際に用いられるマウントプレートの一例について説明する。図７は、このようなマウントプレートの構成を示す図であって、図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図である。

マウントプレート２４０は、円柱状体（例えば直径６０ｃｍ、高さ１０ｃｍ）であり、その中央には上下方向に貫通する抜き穴（保持孔）２４０ａが形成されている。

特開２０１２−２０６１８９号公報

ワークＳ’が円柱形状の場合は、下面との摩擦が強くなる部分を避ける方向にキャリア内でワークＳ’が自転できるため、円盤状上面の平滑性を劣化させ、円盤状上面の形状が転写されるワークＳ’下面の平滑性も損なわれることがなかった。

しかしながら，ワークが円柱以外の形状である場合は、キャリア内でワークが自転できないため、相対的に研磨定盤の円盤状上面とワーク下面との摩擦が強くなる部分が生じても、強制的に円盤状上面とワーク下面との擦り合わせが行われるので、円盤状上面の平滑性が劣化し、円盤状上面の形状が転写されるワークＳの下面の平滑性も損なわれることがあった。
そこで、本発明は、円盤状上面の平滑性が損なわれにくく、円盤状上面の形状が転写されるワークの被研磨面の平滑性をも損なわずに研磨することができるキャリアプレート及びそれを用いた片面研磨装置を提供する。

上記課題を解決するためになされた本発明のキャリアプレートは研磨定盤の円盤状上面の中央部を回転軸として回転させて、当該円盤状上面の周縁部でワークの下面を研磨する片面研磨装置に用いられるキャリアプレートであって、前記ワークが保持されるための保持孔が形成された内側キャリアプレートと、前記内側キャリアプレートが内側に取り付けられる外側キャリアプレートとを備え、前記内側キャリアプレートが、前記保持孔に保持された前記ワークの中心を回転軸として、前記外側キャリアプレートに対して回転可能に取り付けられるようにしている。

本発明のキャリアプレートによれば、内側キャリアプレートの保持孔で保持されているワークの下面と円盤状上面との摩擦が強くなる部分が生じると、ワークが内側キャリアプレートと一緒に抵抗なく外側キャリアプレートに対して回転（自転）できるため、円盤状上面の平滑性の劣化を抑制でき、かつ、円盤状上面の形状が転写されるワークの被研磨面の平滑性も損なわれにくくなる。また、円盤状上面の平滑性の劣化を抑制することで円盤状上面の延命を可能とし、円盤状上面の修正（ポリシング処理）等の労力を減らすことができるとともに生産性の向上を図ることができる。

（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明のキャリアプレートにおいて、前記保持孔は、角形形状であるようにしてもよい。
ここで、「角形形状」としては、例えば四角形や三角形、六角形等が挙げられる。

また、本発明のキャリアプレートにおいて、前記内側キャリアプレートは、前記外側キャリアプレートに対してベアリングを介して回転可能に取り付けられるようにしてもよい。
本発明のキャリアプレートによれば、ベアリングを用いることにより、内側キャリアプレートが外側キャリアプレートに対して回転時のガタつきを抑制することができる。

そして、本発明のキャリアプレートにおいて、前記外側キャリアプレートは、前記円盤状上面上で回転可能となり、かつ、前記円盤状上面の半径方向に揺動可能となるように、前記円盤状上面上に配置されるようにしてもよい。

さらに、本発明の片面研磨装置においては、上述したようなキャリアプレートと、前記円盤状上面を有する研磨定盤と、前記円盤状上面の中央部を回転軸として前記研磨定盤を回転させる研磨定盤駆動機構とを備えるようにしてもよい。

本発明に係る片面研磨装置の構成図。 本発明に係るキャリアプレートの構成図。 本発明に係るキャリアプレートの他の一例を示す断面図。 従来の片面研磨装置の構成を示す平面図。 図４に示すＡ−Ａ方向の矢視図。 片面研磨装置にワークをセットする際の図。 円柱形状のワークを研磨する際に用いるマウントプレートの構成図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

図１は、本発明に係る片面研磨装置の構成を示す図である。なお、図１及び図２では、四角柱（例えば一辺７．６ｃｍ、高さ２ｃｍ）のワークＳを研磨する場合を示す。また、上述した片面研磨装置１３０と同様のものについては同じ符号を付している。
片面研磨装置３０は、円盤状体（例えば直径２０ｃｍ）を有する研磨定盤３１と、研磨定盤３１の外側に設置されたテーブル３４と、テーブル３４上に取り付けられる３本の水平方向に伸びたガイドアーム３５と、ガイドアーム３５に軸支される円板形状（例えば直径５ｃｍ）のマウントプレートガイドローラ３６と、テーブル３４に対して研磨定盤３１を回転させる研磨定盤駆動機構（図示せず）と、ガイドアーム駆動機構（図示せず）と、円盤状上面に配置されるキャリアプレート４０とを備える。

図２は本発明に係るキャリアプレートの構成を示す図であって、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＢ−Ｂ線の断面図である。
キャリアプレート４０は、円柱状の内側キャリアプレート４１と、円環状の外側キャリアプレート４２とを備える。
内側キャリアプレート４１は、円柱体（例えば直径１８ｃｍ、高さ６ｃｍ）４１ｂからなり、その中央に四角形状の抜き穴（保持孔）４１ａが形成されるとともに、円柱体４１ｂの外周全周に水平方向に突出する板状体４１ｃが形成されている。抜き穴４１ａとしては、様々な四角形状としたものがあり、ワークＳと同形状となる四角形状のものが選択されるようになっている。

外側キャリアプレート４２は、円環状体（例えば内径１１ｃｍ、外径１８ｃｍ、高さ６ｃｍ）４２ａであり、円環状体４２ａの内周全周に水平方向に突出する板状体４２ｂが形成されている。そして、円環状体４２ａの内部に内側キャリアプレート４１が可動部４３を介して取り付けられている。可動部４３は、外側キャリアプレート４２の板状体４２ｂの上面に円環形状の下側溝４２ｃが形成されるとともに、内側キャリアプレート４１の板状体４１ｃの下面に円環形状の上側溝４１ｄが形成され、上側溝４１ｄと下側溝４２ｃとの間に多数のベアリング球４３ａが配置された構成となっている。これにより、内側キャリアプレート４１が、抜き穴４１ａの中心を回転軸として外側キャリアプレート４２に対して回転可能となっている。

次に、片面研磨装置３０でワークＳを研磨する研磨方法について説明する。まず、使用者は内側キャリアプレート４１の抜き穴４１ａにワークＳを落とし込んで保持させて、ワークＳの下面と外側キャリアプレート４２の円環状体４２ａの下面とを研磨定盤３１の円盤状上面に自重によって当接させるように配置する。このとき、外側キャリアプレート４２の外周面に２個のマウントプレートガイドローラ３６を当接させて、研磨定盤３１上におけるキャリアプレート４０を位置決めした状態とする。なお、内側キャリアプレート４１と研磨定盤３１の円盤状上面との間には距離があり、内側キャリアプレート４１は円盤状上面から浮いた状態となっている。

このように研磨定盤３１上でキャリアプレート４０を位置決めした状態で、研磨定盤駆動機構を用いて研磨定盤３１を矢印ａ方向へ回転させると、円盤状体が回転するときの内周側と外周側との周速差により、キャリアプレート４０とワークＳとは矢印ｂ方向に所定回転速度（例えば１０ｒｐｍ）で回転する。このとき、相対的に研磨定盤３１の円盤状上面とワークＳ下面との摩擦が強くなる部分が生じると、外側キャリアプレート４２は矢印ｂ方向に所定回転速度（例えば１０ｒｐｍ）で回転するが、可動部４３があるため内側キャリアプレート４１とワークＳとは矢印ｂ方向に所定回転速度（例えば１０ｒｐｍ）で回転しなくなる。つまり、相対的に研磨定盤の円盤状上面とワークＳ下面との摩擦が強くなる部分を避ける方向（例えば矢印ｂ方向と逆方向）に、ワークＳが内側キャリアプレート４１と一緒に抵抗なく、外側キャリアプレート４２に対して回転（自転）することになる。

また、ワークＳを研磨定盤３１の円盤状上面の半径方向における中間位置にセットして研磨したり、ガイドアーム３５を円盤状上面の半径方向の外周側へガイドアーム駆動機構で移動させることによりワークＳを円盤状上面の外周側位置で研磨したり、ガイドアーム３５を円盤状上面の半径方向の内周側へガイドアーム駆動機構で移動させて、ワークＳを円盤状上面の内周側位置で研磨したりする。

以上のように、本発明の片面研磨装置３０によれば、内側キャリアプレート４１の抜き穴４１ａで保持されるワークＳ下面と研磨定盤３１の円盤状上面とにおいて摩擦が強い部分が生じると、ワークＳが内側キャリアプレート４１と一緒に抵抗なく外側キャリアプレート４２に対して回転（自転）できるため、研磨定盤３１の平滑性の劣化を抑制でき、かつ、研磨定盤３１の円盤状上面の形状が転写されるワークＳの被研磨面の平滑性も損なわれにくくなる。また、円盤状上面の平滑性の劣化を抑制することで円盤状上面の延命化が図れ、円盤状上面の修正（ポリシング処理）等の労力を減らすことができ、生産性の向上を図ることができる。

＜他の実施形態＞
（１）上述したような片面研磨装置３０では、キャリアプレート４０は、円柱状の内側キャリアプレート４１と円環状の外側キャリアプレート４２とを備える構成としたが、円柱状の内側キャリアプレート１４１と円環状の外側キャリアプレート１４２とを備えるような構成としてもよい。図３（ａ）は、このようなキャリアプレート１４０の構成を示す断面図である。

キャリアプレート１４０の内側キャリアプレート１４１は、円柱体（例えば直径１１ｃｍ、高さ６ｃｍ）１４１ｂからなり、その中央に四角形状の抜き穴（保持孔）１４１ａが形成されるとともに、円柱体１４１ｂの外周全周に水平方向に突出する２枚の板状体１４１ｃ、１４１ｄが形成されている。

外側キャリアプレート１４２は、円環状体（例えば内径１１ｃｍ、外径１８ｃｍ、高さ６ｃｍ）１４２ａからなり、円環状体１４２ａの内周全周に水平方向に突出する板状体１４２ｂが形成されている。そして、円環状体１４２ａの内部に内側キャリアプレート１４１が可動部１４３を介して取り付けられている。可動部１４３は、外側キャリアプレート１４２の板状体１４２ｂの上面に円環形状の溝１４２ｃと下面に円環形状の溝１４２ｄとが形成されるとともに、内側キャリアプレート１４１の板状体１４１ｃの下面に円環形状の溝１４１ｅが形成され、板状体１４１ｄの上面に円環形状の溝１４１ｆが形成されている。また、溝１４２ｃと溝１４１ｅとの間と、溝１４２ｄと溝１４１ｆとの間には、多数のベアリング球１４３ａが配置されている。

（２）上述したような片面研磨装置３０では、キャリアプレート４０は、円柱状の内側キャリアプレート４１と円環状の外側キャリアプレート４２とを備える構成としたが、円柱状の内側キャリアプレート１９１と円環状の外側キャリアプレート１９２とを備えるような構成としてもよい。図３（ｂ）は、このようなキャリアプレート１９０の構成を示す断面図である。

内側キャリアプレート１９１は、円柱体（例えば直径１１ｃｍ、高さ６ｃｍ）１９１ｂからなり、その中央に六角形状の抜き穴（保持孔）１９１ａが形成されるとともに、円柱体１９１ｂの外周全周に水平方向に突出する板状体１９１ｃが形成されている。

外側キャリアプレート１９２は、円環状体（例えば内径１１ｃｍ、外径１８ｃｍ、高さ６ｃｍ）１９２ａからなり、円環状体１９２ａの内周全周に水平方向に突出する板状体１９２ｂが形成されている。そして、円環状体１９２ａの内部に内側キャリアプレート１９１が可動部１９３を介して取り付けられている。可動部１９３は、外側キャリアプレート１９２の板状体１９２ｂの上面に円環形状の溝１９２ｃが形成されるとともに、内側キャリアプレート１９１の板状体１９１ｃの下面に円環形状の突出部１９１ｄが形成され、溝１９２ｃ内に突出部１９１ｄが挿入される構成となっている。このとき、溝１９２ｃと突出部１９１ｄとは、摩擦係数の低い材料で作製されていることが好ましい。

本発明は、ワーク等の下面を研磨する片面研磨装置等に好適に利用できる。

３０ 片面研磨装置
３１ 研磨定盤
４１ 内側キャリアプレート
４０ キャリアプレート
４１ａ 抜き穴（保持孔）
４２ 外側キャリアプレート
Ｓ ワーク

Claims (5)

1. 研磨定盤の円盤状上面の中央部を回転軸として回転させて、当該円盤状上面の周縁部でワークの下面を研磨する片面研磨装置に用いられるキャリアプレートであって、
   前記ワークが保持されるための保持孔が形成された内側キャリアプレートと、
   前記内側キャリアプレートが内側に取り付けられる外側キャリアプレートとを備え、
   前記内側キャリアプレートが、前記保持孔に保持された前記ワークの中心を回転軸として、前記外側キャリアプレートに対して回転可能となるように取り付けられることを特徴とするキャリアプレート。
2. 前記保持孔は、角形形状であることを特徴とする請求項１に記載のキャリアプレート。
3. 前記内側キャリアプレートは、前記外側キャリアプレートに対してベアリングを介して回転可能となるように取り付けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャリアプレート。
4. 前記外側キャリアプレートは、前記円盤状上面上で回転可能となり、かつ、前記円盤状上面の半径方向に揺動可能となるように、前記円盤状上面上に配置されるようになっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のキャリアプレート。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のキャリアプレートと、
   前記円盤状上面を有する研磨定盤と、
   前記円盤状上面の中央部を回転軸として前記研磨定盤を回転させる研磨定盤駆動機構とを備えることを特徴とする片面研磨装置。

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