JP2018111144A - ワーク研磨ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアを研磨パッドの表面状態に応じて良好に追従可能で、ワークを精度よく研磨できるワーク研磨ヘッドを提供する。【解決手段】ヘッド本体１２と、ヘッド本体１２にフレキシブルなダイアフラム１６を介して連結され、下面側にワークを保持するキャリア１４と、ヘッド本体１２下面、ダイアフラム１６およびキャリア１４上面で囲まれて設けられた圧力室１８と、圧力室１８に流体を供給する流体供給部４７と、ヘッド本体１２の回転軸線上に固定された外側筒体４１、および外側筒体４１内に高さ幅可動自在、かつ外側筒体４１に対して軸線を中心とする回転を規制されて配設されて、ヘッド本体１２の回転力が前記外側筒体４１を介して伝達されるスプライン軸４２を有する直動ガイド４０と、スプライン軸４２の下端部とキャリア１４上面との間に配設され、キャリア１４を傾動自在に支持すると共に、スプライン軸４２の回転力をキャリア１４に伝達する回転伝達板４５とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明はウェーハ等のワークを精度よく研磨できるワーク研磨ヘッドに関する。

半導体ウェーハ等のワークの研磨は、研磨ヘッドにワークを保持し、研磨パッドを貼設した定盤の該研磨パッド表面にワークの被研磨面を押接して、研磨パッド上に研磨液を供給しつつ定盤および研磨ヘッドを回転させることによって行っている。
この場合に、ワークの研磨精度を向上させるために、研磨ヘッドを研磨パッドの表面状態（うねり等）に追従して傾動できるようにしている（特許文献１〜３）。

特許文献１のものでは、キャリア（プレート）を、剛性のある、リング状の、板状弾性部材（ダイアフラム）を介してヘッド本体に上下動自在に吊持して、キャリアを傾動可能としている。また、ヘッド本体の回転力を、上記板状弾性部材を介して、また別途ヘッド本体との間に配設したＯリング等のリング状弾性体を介してキャリアに伝達するようにしている。
特許文献２のものでは、キャリア（トップリング本体）を、球ベアリングを介してヘッド本体（駆動軸）に傾動可能に支持している。また、ヘッド本体の回転力をピンを介してキャリアに伝達するようにしている。

特許文献３のものでは、キャリア（バッキング組立体）を、リング状のローリングダイアフラムを介してヘッド本体（ハウジング）に上下動自在に吊持し、さらにたわみリングを有するジンバル機構を介して傾動自在に支持している。ヘッド本体の回転力はローリングダイアフラムを介してキャリアに伝達される。

特開平６−１２６６１５号公報 特開平６−１９８５６１号公報 特開２００３−３１１６０７号公報

特許文献１のものでは、Ｏリング等のリング状弾性体だけでは、ヘッド本体の回転力をキャリアに良好に伝達することはできず、実際には、板状弾性部材（ダイアフラム）による回転伝達力に負うところが大きい。そのため、板状弾性部材に剛性の高い素材のものを使用する必要があるが、そうするとキャリアの良好な傾動性が損なわれる。また剛性のある板状弾性部材のテンションの影響により、キャリアが研磨パッドの表面状態に追従する際に、キャリアから研磨パッドへの荷重に変動が生じ、均一加圧ができないという不具合がある。

特許文献３のものでも、ローリングダイアフラムを介してヘッド本体へ回転力を伝達するため、ローリングダイアフラムは回転伝達ができる程度の剛性（比較的高い剛性）を必要とし、そのためキャリアの良好な傾動性が損なわれ、また研磨パッドへの荷重が不均一になるという事情は特許文献１のものと同じである。
また、特許文献２のものでは、剛体である球ベアリングを介してキャリアを傾動可能に支持しているため、キャリアから研磨パッドへの微妙な加圧制御が困難となる課題がある。

本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、ヘッド本体の回転力を確実にキャリアに伝達でき、また、キャリアを研磨パッドの表面状態に応じて良好に追従可能で、ワークを精度よく研磨できるワーク研磨ヘッドを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るワーク研磨ヘッドは、下面にワークを保持して回転し、定盤の研磨パッド上にワークを押接して、ワークを研磨するワーク研磨ヘッドにおいて、ヘッド本体と、該ヘッド本体にリング状をなすフレキシブルなダイアフラムを介して連結され、下面側に前記ワークを保持するキャリアと、前記ヘッド本体下面、前記ダイアフラムおよび前記キャリア上面で囲まれて設けられた圧力室と、該圧力室に流体を供給する流体供給部と、前記ヘッド本体の回転軸線上に固定された外側筒体、および該外側筒体内に高さ幅可動自在、かつ前記外側筒体に対して軸線を中心とする回転を規制されて配設されて、前記ヘッド本体の回転力が前記外側筒体を介して伝達されるスプライン軸を有する直動ガイドと、前記スプライン軸の下端部と前記キャリア上面との間に配設され、前記キャリアを傾動自在に支持すると共に、前記スプライン軸の回転力を前記キャリアに伝達する回転伝達板とを具備することを特徴とする。

前記直動ガイドにボールスプラインを用いることができる。
前記回転伝達板を、前記スプライン軸下端に設けられたフランジ部と前記キャリア上面に設けられた筒体上縁とに亘って設けたリング状の板体とすることができる。
前記フランジ部、前記回転伝達板、前記筒体および前記キャリア上面との間に形成される室を前記圧力室と連通させ、同一圧にすると好適である。

前記キャリアを、キャリア本体と、該キャリア本体下面側に空気室を介して取り付けられると共に該空気室に連通して下面側に開口する複数の通孔を有する保持板と、前記空気室へ空気を供給し、または排出する給排路とで構成することができる。
また、前記保持板をセラミック板で構成し、前記キャリア本体に断面が略Ｘ字状をなすリング状の弾性体を介して取り付けるようにすることができる。

あるいはまた、前記キャリアを、キャリア本体と、該キャリア本体下面側に空気室を介して取り付けられると共に該空気室に連通して下面側に開口する通孔を有する保持板と、下面側外周部に設けられ、ワーク研磨時に、研磨すべきワークを囲むと共に、前記定盤の研磨パッドに当接するリテーナリングと、前記保持板の下面側を覆うようにして外周部で前記リテーナリングに固定された弾性膜部材と、前記保持板下面、前記リテーナリング内周面および前記弾性膜部材上面とで囲まれる第２の圧力室と、該第２の圧力室に前記空気室、および前記通孔から空気を供給する流路とで構成することができる。

前記リテーナリングはリング状のテンプレートを有し、該テンプレートにより、ワーク研磨時、ワークを取り囲むと共に、前記定盤の研磨パッドに当接させるようにすることができる。
前記リテーナリングに、前記テンプレートを流体圧によって押圧する流路を設けるようにすることができる。
前記直動ガイドにより、研磨時に発生する摩擦力によるキャリアの横ずれを抑制して、芯出しを行うようにすることができる。

ワーク研磨ヘッドは、ヘッド本体とキャリアがフレキシブルなダイアフラムを介して連結され、ヘッド本体からキャリアまでの高さ幅が変更可能であり、前記高さ幅を基準値から±１．５ｍｍの範囲で変更し、高さ幅変更後における研磨パッドに与える荷重の変化量は、高さ幅が基準値の時の荷重に対して±２％を超えないようにすることができる。
また、研磨加工時における前記ヘッド本体の高さ位置調整において、前記ヘッド本体の高さを基準位置から±１.５ｍｍの範囲を許容し、かつ、前記ヘッド本体の高さが基準位置にある時の荷重を維持することができる。

本発明によれば、ヘッド本体からキャリアまでの高さ幅可動機能と水平面に対するキャリアの傾動機能とを、直動ガイドと回転伝達板とに別々に受け持たせている。回転伝達板には、キャリアの水平面に対する傾動機能を受け持たせているが、回転伝達板によって、同時に研磨パッドの表面状態（うねり、凹凸等）に対するキャリアの上下動追従性も備えている。
これにより、キャリアの上下動性は非常に良好となる。また、回転伝達板は、回転力を伝達するだけのある程度の剛性と水平面内での傾動のためのある程度のフレキシブル性を兼ね備えたシンプルな構造のものとすることができる。このような回転伝達板がシンプルな構造であることから、キャリアの研磨パッドに対する微妙な押圧力の調整、傾動性の調整等を容易に行える。

第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッドの断面図である。 第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッドに用いるセラミック板（保持板）単体の形状測定結果の鳥瞰図である。 第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッドに用いるセラミック板（保持板）単体の形状測定結果の等高線図である。 第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッドに用いるセラミック板（保持板）固定後の形状測定結果の鳥瞰図である。 第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッドに用いるセラミック板（保持板）固定後の形状測定結果の等高線図である。 従来ヘッドに係るワーク研磨ヘッドに用いるセラミック板（保持プレート）単体の形状測定結果の鳥瞰図である。 従来ヘッドに係るワーク研磨ヘッドに用いるセラミック板（保持プレート）単体の形状測定結果の等高線図である。 従来ヘッドに係るワーク研磨ヘッドに用いるセラミック板（保持プレート）固定後の形状測定結果の鳥瞰図である。 従来ヘッドに係るワーク研磨ヘッドに用いるセラミック板（保持プレート）固定後の形状測定結果の等高線図である。 第１の実施の形態および従来ヘッドに係るワーク研磨ヘッドの形状測定結果の高低差（Ｐ−Ｖ値）グラフである。 第２の実施の形態に係るワーク研磨ヘッドの断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明における第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０の断面図である。
ワーク研磨ヘッド１０は、キャリアの下面側にワークを保持し、上面に研磨パッドが貼設された図示しない定盤の研磨パッドにワークを押接し、研磨パッド上に図示しないスラリー供給部からスラリーを供給しつつ、研磨ヘッドおよび定盤を所要方向に回転してワークを研磨するワーク研磨装置に用いられる。
１２はヘッド本体である。１４はキャリアであり、ヘッド本体１２にリング状の、ゴム等のフレキシブルな材料からなるダイアフラム１６を介して連結され、下面側にワーク（図示せず）を保持可能になっている。
ヘッド本体１２下面、ダイアフラム１６下面およびキャリア１４上面で囲まれる圧力室１８が設けられている。なお、リング状のダイアフラムに替えて、他の形状（例えば、円筒状）のダイアフラムを用いてもよい。

ヘッド本体１２は、リング部材２０、リング部材２０内に組み込まれた円板部材２１、リング部材２０と円板部材２１下面側にボルト２２で固定された支持部材２３、および支持部材２３の下面にボルト２４で固定されたスカート部２５を有する。
ダイアフラム１６は、リング状をなして、その内端側が、スカート部２５の下端面に固定具２７で挟圧されて固定され、またその外端側が、キャリア１４の上面の周縁部に、固定具２８で挟圧されて固定されている。

キャリア１４は公知の構造のものでよい。
第１の実施の形態では、キャリア１４は、キャリア本体３０と、キャリア本体３０下面側に空気室３１を介して取り付けられると共に空気室３１に連通して下面側に開口する複数の通孔３２を有する保持板３３を有している。
空気室３１には、給排路３５を通じて空気が供給、または排出される。
保持板３３はセラミック板からなり、キャリア本体３０に、断面が略Ｘ字状をなすリング状の弾性体３６を介して、ボルト３７、固定具３８により取り付けられている。３６ａは小径の弾性体であり、保持板３３とキャリア本体３０の間に配設されて、シールを行っている。弾性体３６ａにも断面が略Ｘ字状をなすリング状のものを用いるとよい。

保持板３３を、上記のような断面が略Ｘ字状をなす弾性体３６、３６ａを介して取り付けることによって、締め付け応力を効果的に吸収でき、セラミック製の保持板３３に歪を生じさせることがないので好適である。なお、保持板３３の歪量を予め考慮しておけば、弾性体３６、３６ａはＯリングであってもよい。
保持板３３下面には、バッキング材３９が貼付されている。
ワーク（図示せず）は、バッキング材３９下面に水貼り、またはバッキング材３９を設けずに空気室３１、通孔３２からの負圧吸引力によって保持される。
なお、前記セラミック板は、下面外周側の面取りをしておくと良い。

４０は直動ガイドであり、第１の実施の形態では、公知の機構からなるボールスプラインで構成されている。ボールスプラインは、外側筒体４１と、この外側筒体４１内に軸線方向に移動自在に、かつ外側筒体４１に対して軸線を中心とする回転を規制されて配設されたスプライン軸４２を有する。また、ボールスプラインは、スプライン軸４２と外側筒体４１との間に、多数の鋼球（図示せず）を介在させ、かつ鋼球を循環移動させながら移動させる構造となっているため、スプライン軸４２が、極めて円滑な軸方向運動ができるようになっている。

そして第1の実施の形態では、ヘッド本体１２の支持部材２３に設けられた中心孔２３ａ内に位置して外側筒体４１が支持部材２３に固定されている。これにより、ヘッド本体１２の回転力が外側筒体４１を介してスプライン軸４２に、良好に、かつ確実に伝達される。
なお、直動ガイド４０は必ずしもボールスプラインでなくともよく、単に、外側筒体４１と、外側筒体４１に移動自在にガイドされるスプライン軸４２から構成されるものであってもよい。

スプライン軸４２の下端にはフランジ部４２ａが固定されている。
また、キャリア１４の上面には、フランジ部４２ａを囲むようにして、高さの低い筒体４４が設けられている。
フランジ部４２ａと筒体４４上縁との間に亘って、リング状の板体からなる回転伝達板４５が固定されている。すなわち、回転伝達板４５は、その内端縁において、フランジ部４２ａにネジで固定され、またその外端縁において、筒体４４上縁にボルトで固定されている。
したがって、スプライン軸４２の回転力は、回転伝達板４５を介してキャリア１４に伝達されることになる。

回転伝達板４５は、ＳＵＳ等の金属製、布入りダイアフラム（ＮＢＲ）製、ＣＦＲＰ製等のものとすることができる。例えば、回転伝達板４５は、厚さ０．５ｍｍ程度の薄板のＳＵＳ製のものとすることによって、ある程度の剛性とフレキシブル性を兼ね備えたものとするとよい。このような回転伝達板４５とすることによって、ジンバル性を持たせることができ、キャリア１４を、定盤の研磨パッド（図示せず）の表面状態（うねり、凹凸等）に応じて追従するように傾動させることができる。
上記の構成を採用することによって、キャリアの傾動中心を研磨パッド側に近づけることができ（低重心化ができ）、ウェーハは研磨パッドに引っ掛かる（つんのめる）現象を生じ難くなり、研磨加工の安定性も齎す。

圧力室１８には、円板部材２１に設けた流路４７および支持部材２３に設けた流路（図示せず）を通じて圧縮空気等の流体が供給され、キャリア１４、したがってワークを研磨装置の定盤の研磨パッド上に所要の力で押圧することができる。
また、本実施の形態では、スプライン軸４２は中空軸となっていて、流路４７、スプライン軸４２を通じて、フランジ部４２ａ、回転伝達板４５、筒体４４、キャリア本体３０上面との間に形成される室４８に流体が供給される。これによりキャリア本体３０上面全体を均一な力で押圧することができる。

第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０は上記のように構成されている。
上記のように、キャリア１４の保持板３３下面に配設するバッキング材３９下面にワークを保持し、図示しない研磨装置の定盤の研磨パッド上にワークを押接し、図示しないスラリー供給部から研磨パッド上にスラリーを供給しつつ、定盤およびワーク研磨ヘッド１０を所要方向に回転することによってワークの研磨が行える。その際、キャリア１４は、スプライン軸４２および回転伝達板４５等による傾動機構によって、研磨パッドの表面状態（うねり、凹凸等）に追従するので、精度よくワークの研磨が行える。

第１の実施の形態では、ヘッド本体１２からの回転の伝達力をダイアフラム１６に持たせないので、ダイアフラム１６に剛性の高い素材を用いる必要がなくなるため、フレキシブルな素材のものを使用でき、これによりキャリア１４の研磨パッドに対する上下動追従性が妨げられることがない。さらに、キャリア１４を回転伝達板４５を介して直動ガイド４０のスプライン軸４２に連結しているので、これによってもヘッド本体１２からキャリア１４までの高さ幅可動機能が妨げられることがない。

研磨パッドの表面状態（うねり、凹凸等）に応じて追従するキャリア１４の上下動追従・傾動機能は、キャリア１４の研磨パッドに対する上下動追従と水平面に対するキャリア１４の傾動が組み合わさったものと言えるが、第１の実施の形態では、キャリア１４におけるヘッド本体１２からの高さ幅可動機能と水平面に対する傾動機能とを、それぞれ直動ガイド４０と回転伝達板４５とに別々に受け持たせている。回転伝達板４５には、キャリア１４の水平面に対する傾動機能を受け持たせているが、回転伝達板４５は、研磨パッドのうねりおよび凹凸に対するキャリア１４の上下動追従性も同時に齎している。

これにより、キャリア１４の上下動性は上記のように非常に良好となる。
また、回転伝達板４５は、上記のように、回転力を伝達するだけのある程度の剛性と水平面内での傾動のためのある程度のフレキシブル性を兼ね備えたものとするだけでよい。したがって、回転伝達板４５は、例えば上記のように、厚さ０．５ｍｍ程度のリング状のＳＵＳ板のような、シンプルな構造のものとすることができる。このようなシンプルな構造であることから、キャリア１４の研磨パッドに対する微妙な押圧力の調整、上下動追従および傾動性の調整等を容易に行える。
回転伝達板４５は、リング状のものに限られず、フランジ部４２ａと筒体４４とを放射状に連結するものなど、その形状は特には限定されない。
前記直動ガイドは、研磨時に発生する摩擦力によるキャリアの横ずれを抑制して芯出しを行う作用も有する。

表１は、特許文献１に示されるワーク研磨ヘッドを用いた場合と、第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０を用いた場合の、キャリアから研磨パッドへの荷重の変化率を測定したデータを示す。
なお、荷重の変化率は、特許文献１（従来ヘッド）の研磨ヘッドの場合は板状弾性部材が水平の場合、第１の実施の形態に係る研磨ヘッド１０の場合は、ダイアフラム１６が水平となる場合を基準位置として、この位置からヘッド本体を上下に変位させた場合の、基準位置における荷重に対する荷重の変化率である。表１において、０．５ｍｍ ｕｐとは、この基準位置から、ヘッド本体が０．５ｍｍ高い位置にある場合、０．５ｍｍ ｄｏｗｎとはこの基準位置からヘッド本体が０．５ｍｍ低い位置にある場合である。なお、圧力室の流体圧は、それぞれ実用域で可変させており、そのとき得られる荷重としては、最大約２３０ｋｇｆまで考慮している。

表１から明らかなように、第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０の方が、ヘッド（ヘッド本体）の高さを変えても、研磨パッドへの荷重の変化は小さいことがわかる。第１の実施の形態の場合、キャリア１４は、スプライン軸４２に連結されてヘッド本体１２に対する上下動が自在であって、ヘッド本体１２の上下動に対して、研磨パッドに対する荷重の変化は微小である。これに対して、従来ヘッドの場合、ヘッド本体の高さを変えると、剛性を有する板状弾性部材のテンションが変わり、板状弾性部材に連結されているキャリアに影響し、キャリアからの研磨パッドへの荷重の変化が大きくなる。

図２〜図９は、特許文献１（従来ヘッド）に示されるワーク研磨ヘッドを用いた場合と、第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０を用いた場合の、セラミック板（特許文献１：保持プレート、第１の実施の形態：保持板３３）単体の状態と固定後の状態との形状測定結果（鳥瞰図および等高線図）を示す。
表２は、特許文献１（従来ヘッド）に示されるワーク研磨ヘッドを用いた場合と、第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０を用いた場合の、形状測定結果における高低差（Ｐ−Ｖ値）を示す。
従来ヘッドは、単体の０．８４８μｍから固定で２．５８１μｍまで形状悪化が進んでいる。一方、本第１の実施の形態では、単体の０．５０４μｍから固定で０．９１５μｍとなり、形状悪化を低く抑えている（図１０参照）。
これは、固定具３８と保持板３３の間に断面が略Ｘ字状をなす弾性体３６を新たに設けることにより、保持板３３の歪が発生しないように、力を逃がした効果である。
さらに、従来ヘッドがキャリア本体３０と保持板３３の間にＯリングを使用しているのに対して、本第１の実施の形態では、断面が略Ｘ字状をなすリング状の弾性体３６ａを使用したことによる差があり、この略Ｘ字の形状によって力を分散させた効果も考えられる。

図１１は、本発明における第２の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０の断面図である。第１の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０と同一の部材は同一の符号を付し、説明を省略する。
第２の実施の形態で第１の実施の形態と異なるのはキャリア１４の構造のみである。
キャリア１４は、キャリア本体３０と、キャリア本体３０下面側に空気室３１を介して取り付けられると共に空気室３１に連通して下面側に開口する通孔（図示せず）を有する保持板３３と、キャリア本体３０の外周部下面側にボルト５０によって固定されたリテーナリング５１と、保持板３３の下面側を覆うようにして外周部でリテーナリング５１に固定された弾性膜部材５２と、保持板３３下面、リテーナリング５１内周面および弾性膜部材５２上面とで囲まれる第２の圧力室５３と、第２の圧力室５３に空気室３１および保持板３３に設けた通孔（図示せず）から空気を供給するために、給排路３５と接続される流路５６を具備する。

また第２の実施形態では、第２の圧力室５３を内周側と外周側に仕切る、断面が外向きにＶ字状に開く、全体がリング状をなすシールリング５５を有する。外周側の圧力室５３ａには、流路（図示せず）から空気が供給される。
また、リテーナリング５１は、リテーナリング本体の下面に貼付された樹脂材からなるリング状のテンプレート５７を有している。リテーナリング５１（テンプレート５７）は、ワーク研磨時に、研磨すべきワークを囲むと共に、定盤の研磨パッドに当接し、研磨パッドを押圧する。これにより、ワークの飛び出しを防止すると共に、ワーク外周の過研磨を防止する。

さらにリテーナリング５１の本体には、その下面側に開口し、テンプレート５７を部分的に押圧する流路５８が設けられている。流路５８に圧力空気が供給されることにより、テンプレート５７が部分的にさらに強く研磨パッドに押接され、ワークの飛び出し等をさらに良好に防止する。
研磨時、ワークには、第１の圧力室１８からの加圧力と、第２の圧力室５３からの加圧力が作用する。また、ワークは、弾性膜部材５２を介して、第２の圧力室５３から均等に加圧されるという利点がある。

第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、直動ガイド４０および回転伝達板４５を介してヘッド本体側の回転が伝達される。また、キャリア１４は、直動ガイド４０によってヘッド本体からの高さ幅可動自在にガイドされると共に、回転伝達板４５によって傾動自在に支持される。これによって、ワークの研磨精度の向上を図れる。

表３は、特許文献１に示されるワーク研磨ヘッドを用いた場合と、第２の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０を用いた場合の、キャリアから研磨パッドへの荷重の変化率を測定したデータを示す。
なお、荷重の変化率は、特許文献１（従来ヘッド）の研磨ヘッドの場合は板状弾性部材が水平の場合、第２の実施の形態に係る研磨ヘッド１０の場合は、ダイアフラム１６が水平となる場合を基準位置として、この位置からヘッド本体を上下に変位させた場合の、基準位置における荷重に対する荷重の変化率である。表３において、０．５ｍｍ ｕｐとは、この基準位置から、ヘッド本体が０．５ｍｍ高い位置にある場合、０．５ｍｍ ｄｏｗｎとはこの基準位置からヘッド本体が０．５ｍｍ低い位置にある場合である。なお、圧力室の流体圧は、それぞれ実用域で可変させており、そのとき得られる荷重としては、最大約３５０ｋｇｆまで考慮している。

表３から明らかなように、第２の実施の形態に係るワーク研磨ヘッド１０の方が、ヘッド（ヘッド本体）の高さを変えても、研磨パッドへの荷重の変化は小さいことがわかる。第２の実施の形態においても、キャリア１４は、スプライン軸４２に連結されてヘッド本体１２に対する上下動が自在であって、ヘッド本体１２の上下動に対して、研磨パッドに対する荷重の変化は微小である。これに対して、従来ヘッドの場合、ヘッド本体の高さを変えると、剛性を有する板状弾性部材のテンションが変わり、板状弾性部材に連結されているキャリアに影響し、キャリアからの研磨パッドへの荷重の変化が大きくなる。

第１および第２の実施の形態に係るワーク研磨ヘッドは、ヘッド本体からキャリアまでの高さ幅を基準値から±１．５ｍｍの範囲で変更して、高さ幅変更後における研磨パッドに与える荷重の変化量は、高さ幅が基準値の時の荷重に対して±２％を越えなかった。よって、研磨加工時における前記ヘッド本体の高さ位置管理（ヘッド本体からキャリアまでの高さ幅の管理）において、±１.５ｍｍ以上を許容しても、ダイアフラムのテンションが、研磨パッドへの荷重に与える影響は小さく、安定した動作が可能となり、使い勝手をよくしている。

本実施の形態に係るワーク研磨ヘッドは、ヘッド本体１２を上下動することによって高さ位置が調整可能（ヘッド本体からキャリアまでの高さ幅が調整可能）な状態で固定されるが、その調整手段（上下動手段）において、サーボアクチュエータを用いると好適である。サーボアクチュエータ以外（例えば、シリンダ）を用いても、高さ調整板を挟み込んで高さ位置調整を行うことができる。しかし、調整板では、高さの微調整ができない。

なお、高さの微調整ができないと、従来ヘッドでは、板状弾性部材（ダイアフラム）のテンションの影響により、荷重安定性等の問題が起こる可能性がある。
つまり、本実施の形態に係るワーク研磨ヘッドによれば、シリンダを用いた場合でも荷重が不安定にならず、高精度の研磨が維持できる。

１０ ワーク研磨ヘッド、１２ ヘッド本体、１４ キャリア、１６ ダイアフラ ム、１８ 圧力室、２０ リング部材、２１ 円板部材、２２ ボルト、２３ 支 持部材、２４ ボルト、２５ スカート部、２７ 固定具、２８ 固定具、３０ キャリア本体、３１ 空気室、３２ 通孔、３３ 保持板、３５ 給排路、３６ 弾性体、３６ａ 弾性体、３７ ボルト、３８ 固定具、３９ バッキング材、４ ０ 直動ガイド、４１ 外側筒体、４２ スプライン軸、４２ａ フランジ部、４ ４ 筒体、４５ 回転伝達板、４８ 室、５０ ボルト、５１ リテーナリング、 ５２ 弾性膜部材、５３ 第２の圧力室、５５ シールリング、５６ 流路、５７ テンプレート、５８ 流路

Claims (12)

1. 下面にワークを保持して回転し、定盤の研磨パッド上にワークを押接して、ワークを研磨するワーク研磨ヘッドにおいて、
   ヘッド本体と、
   該ヘッド本体にリング状をなすフレキシブルなダイアフラムを介して連結され、下面側に前記ワークを保持するキャリアと、
   前記ヘッド本体下面、前記ダイアフラムおよび前記キャリア上面で囲まれて設けられた圧力室と、
   該圧力室に流体を供給する流体供給部と、
   前記ヘッド本体の回転軸線上に固定された外側筒体、および該外側筒体内に高さ幅可動自在、かつ前記外側筒体に対して軸線を中心とする回転を規制されて配設されて、前記ヘッド本体の回転力が前記外側筒体を介して伝達されるスプライン軸を有する直動ガイドと、
   前記スプライン軸の下端部と前記キャリア上面との間に配設され、前記キャリアを傾動自在に支持すると共に、前記スプライン軸の回転力を前記キャリアに伝達する回転伝達板とを具備することを特徴とするワーク研磨ヘッド。
2. 前記直動ガイドがボールスプラインであることを特徴とする請求項１記載のワーク研磨ヘッド。
3. 前記回転伝達板が、前記スプライン軸下端に設けられたフランジ部と前記キャリア上面に設けられた筒体上縁とに亘って設けられたリング状の板体であることを特徴とする請求項１または２記載のワーク研磨ヘッド。
4. 前記フランジ部、前記回転伝達板、前記筒体および前記キャリア上面との間に形成される室が前記圧力室と連通していることを特徴とする請求項３記載のワーク研磨ヘッド。
5. 前記キャリアは、キャリア本体と、該キャリア本体下面側に空気室を介して取り付けられると共に該空気室に連通して下面側に開口する複数の通孔を有する保持板とを有し、
   前記空気室へ空気を供給し、または排出する給排路を有することを特徴とする請求項１〜４いずれか1項記載のワーク研磨ヘッド。
6. 前記保持板はセラミック板からなり、前記キャリア本体に断面が略Ｘ字状をなすリング状の弾性体を介して取り付けられていることを特徴とする請求項５記載のワーク研磨ヘッド。
7. 前記キャリアは、
   キャリア本体と、
   該キャリア本体下面側に空気室を介して取り付けられると共に該空気室に連通して下面側に開口する通孔を有する保持板と、
   下面側外周部に設けられ、ワーク研磨時に、研磨すべきワークを囲むと共に、前記定盤の研磨パッドに当接するリテーナリングと、
   前記保持板の下面側を覆うようにして外周部で前記リテーナリングに固定された弾性膜部材と、
   前記保持板下面、前記リテーナリング内周面および前記弾性膜部材上面とで囲まれる第２の圧力室と、
   該第２の圧力室に前記空気室、および前記通孔から空気を供給する流路とを具備することを特徴とする請求項１〜４いずれか1項記載のワーク研磨ヘッド。
8. 前記リテーナリングはリング状のテンプレートを有し、該テンプレートが、ワーク研磨時、ワークを取り囲むと共に、前記定盤の研磨パッドに当接することを特徴とする請求項７記載のワーク研磨ヘッド。
9. 前記リテーナリングに、前記テンプレートを流体圧によって押圧する流路を有することを特徴とする請求項８記載のワーク研磨ヘッド。
10. 前記直動ガイドは、研磨時に発生する摩擦力によるキャリアの横ずれを抑制して、芯出しを行うことを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載のワーク研磨ヘッド。
11. ワーク研磨ヘッドは、ヘッド本体とキャリアがフレキシブルなダイアフラムを介して連結され、ヘッド本体からキャリアまでの高さ幅が変更可能であり、前記高さ幅を基準値から±１．５ｍｍの範囲で変更し、高さ幅変更後における研磨パッドに与える荷重の変化量は、高さ幅が基準値の時の荷重に対して±２％を超えないことを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項記載のワーク研磨ヘッド。
12. 研磨加工時における前記ヘッド本体の高さ位置調整において、前記ヘッド本体の高さを基準位置から±１.５ｍｍの範囲を許容し、かつ、前記ヘッド本体の高さが基準位置にある時の荷重を維持できることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項記載のワーク研磨ヘッド。