JP4121086B2 - ラッピング装置向け砥粒埋め込み具 - Google Patents

Description

本発明は、定盤の表面すなわち研磨面で砥粒を保持するラッピング装置に関し、特に、定盤に砥粒を埋め込む際に用いられるラッピング装置向け砥粒埋め込み具に関する。

いわゆる固定砥粒を用いたラッピング装置は広く知られる。こういったラッピング装置では、研磨処理に先立って予め定盤の表面すなわち研磨面に砥粒が埋め込まれる。砥粒の埋め込みにあたって、定盤よりも硬質なリング部材が用いられる。リング部材には、例えば定盤すなわち研磨面の半径にほぼ等しい直径を備える環状の平坦面が規定される。リング部材は平坦面で研磨面に押し当てられる。このとき、研磨面上に砥粒は供給される。リング部材と研磨面との間に相対移動が引き起こされると、リング部材は研磨面に砥粒を擦り込んでいく。

一般に、定盤は、研磨面を形成する錫製の円板と、この円板の裏面に張り付けられる鉄製の支持部材とで構成される。こうした定盤では、１℃や２℃といったわずかな温度変化で、錫と鉄との熱膨張率の相違に基づき研磨面に例えばミクロンオーダーの高低差で起伏が形成されてしまう。このように研磨面に起伏すなわちうねりが形成されると、リング部材の平坦面と定盤上の研磨面との間には所々に隙間が生じる。こういった隙間では微小な砥粒の埋め込みは阻害される。研磨面では砥粒の分布にばらつきが生じてしまう。こうした定盤で研磨処理が実施されても、高い精度で研磨量が制御されることはできない。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、できる限り均一に定盤に砥粒を埋め込むことができるラッピング装置向け砥粒埋め込み具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、平坦面で定盤に受け止められる押し当てパッドと、姿勢変化自在に押し当てパッドを支持し、定盤に向かう押し付け力を押し当てパッドに伝達する支持部材とを備えることを特徴とするラッピング装置向け砥粒埋め込み具が提供される。ここで、押し当てパッドは定盤よりも硬質に構成されればよい。

こうした砥粒埋め込み具が定盤の表面に押し当てられると、たとえ定盤の表面に起伏やうねりが存在しても、押し当てパッドは起伏やうねりに応じて姿勢を変化させることができる。押し当てパッドの平坦面の姿勢は起伏やうねりに追従することができる。したがって、砥粒埋め込み具と定盤の表面との間に相対移動が引き起こされると、定盤の表面は満遍なく平坦面からの接触に曝されることができる。その一方で、従来のように平坦面の姿勢が固定されると、起伏やうねりに基づき平坦面と定盤の表面との間には所々で隙間が生じてしまう。砥粒埋め込み具と定盤の表面との間に相対移動が引き起こされても、定盤の表面は満遍なく平坦面からの接触に曝されることはできない。

押し当てパッドの平坦面と定盤の表面との間に例えば砥粒が供給されると、砥粒は定盤の表面に満遍なく擦り込まれていくことができる。こうして定盤の表面には均一に満遍なく砥粒は埋め込まれていくことができる。こうして確立された固定砥粒に基づき研磨処理が実施されると、高い精度で研磨量は制御されることが可能となる。

以上のような押し当てパッドの姿勢変化の実現にあたって、支持部材および押し当てパッドの間には弾性部材が挟み込まれればよい。弾性部材の弾力に基づき押し当てパッドの姿勢変化は確実に実現されることができる。しかも、弾性部材は、支持部材から押し当てパッドに向けて確実に押し付け力を伝達することができる。

押し当てパッドの平坦面には溝が刻まれてもよい。こういった溝によれば、例えば定盤の表面に直交する垂直面が押し当てパッドの平坦面に形成されることができる。垂直面と平坦面との間には、定盤の表面に沿って移動する稜線が描き出される。稜線や垂直面の働きで砥粒は一層効率的に定盤の表面に擦り込まれていくことができる。その結果、砥粒の埋め込みに費やされる作業時間は著しく短縮されることができる。溝は平坦面上で例えば格子状に配置されればよい。

以上のような埋め込み具は例えばラッピング装置に組み込まれることができる。こういったラッピング装置は、例えば、表面で研磨面を規定する定盤と、研磨面に対して相対変位自在に支持される支持部材と、研磨面に対して姿勢変化自在に支持部材に保持され、平坦面で研磨面に押し付けられる押し当てパッドと、研磨処理の対象物を保持し、研磨面に対して相対変位自在に支持される治具とを備えればよい。このとき、ラッピング装置は、回転軸回りに定盤を回転させる回転駆動機構と、定盤上の１直線に沿って治具を往復移動させる往復駆動機構とをさらに備えてもよい。

第２発明によれば、表面で定盤に向き合わせられる支持部材と、少なくとも第１幅のギャップで相互に隔てられ、支持部材上で平坦面を規定する複数のブロック体と、第１幅よりも狭い第２幅でブロック体の平坦面に刻まれる溝とを備えることを特徴とするラッピング装置向け砥粒埋め込み具が提供される。

ブロック体の平坦面と定盤の表面との間に例えば砥粒が供給されると、砥粒は定盤の表面に擦り込まれていくことができる。このとき、溝によれば、例えば定盤の表面に直交する垂直面がブロック体の平坦面に形成されることができる。垂直面と平坦面との間には、定盤の表面に沿って移動する稜線が描き出される。稜線や垂直面の働きで砥粒は効率的に定盤の表面に擦り込まれていくことができる。その結果、砥粒の埋め込みに費やされる作業時間は著しく短縮されることができる。溝は平坦面上で例えば格子状に配置されればよい。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

図１に示されるように、ラッピング装置１１は研磨ユニット１２を備える。研磨ユニット１２には直径３００ｍｍ〜４００ｍｍ程度の定盤１３が組み込まれる。定盤１３は、表面で研磨面１４を規定する軟質金属製の円板１５と、この円板１５の裏面に張り合わせられる比較的に硬質な金属性の支持部材１６とで構成される。円板１５は例えば錫から構成されればよい。支持部材１６は例えば鉄やステンレス鋼から構成されればよい。円板１５や支持部材１６の厚みは例えば２０ｍｍ程度に設定されればよい。

定盤１３には回転駆動機構１７が連結される。回転駆動機構１７は例えば垂直軸１８回りで定盤１３を回転させる。こういった回転駆動機構１７は、例えばモータといった駆動源や変速機（図示されず）の働きに基づき複数レベルの回転速度で定盤１３を駆動することができる。

定盤１３の研磨面１４には治具ユニット１９が向き合わせられる。治具ユニット１９は研磨面１４に研磨処理の対象物を押し付けることができる。同時に、治具ユニット１９は、定盤１３の半径線に沿って研磨処理の対象物を往復移動させることができる。治具ユニット１９の詳細は後述される。

このラッピング装置１１は砥粒埋め込みユニット２１をさらに備える。この砥粒埋め込みユニット２１には、定盤１３の研磨面１４に向き合わせられる砥粒埋め込み具２２が組み込まれる。砥粒埋め込み具２２は垂直軸２３回りで回転することができる。こういった回転の実現にあたって、砥粒埋め込み具２２には例えばモータといった駆動源（図示されず）が連結されればよい。図１から明らかなように、砥粒埋め込み具２２は研磨面１４から待避することができる。

砥粒埋め込みユニット２１にはスラリー供給機構２４がさらに組み込まれる。このスラリー供給機構２４は、研磨面１４に向けて砥粒含有スラリーを吐き出す供給管２５を備える。砥粒含有スラリーは、例えば水といった分散媒と、この分散媒中に分散する例えばダイヤモンド粒子といった砥粒とから構成されればよい。ここで、砥粒の粒径は例えば０．１μｍ〜０．４μｍ程度に設定される。こうした砥粒含有スラリーは、例えばポンプ（図示されず）の働きで貯留槽（図示されず）から供給管２５に供給されればよい。

図２に示されるように、定盤１３の研磨面１４には、垂直軸１８を基準に同心円状に延びる複数筋の溝２６が形成される。隣接する溝２６同士は例えば土手２７で仕切られる。土手２７には平坦な頂上面が形成される。土手２７の頂上面には砥粒２８が埋め込まれる。土手２７同士の間隔ｄは例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に設定される。

図３に示されるように、治具ユニット１９は、例えば下向きの取り付け面で定盤１３の研磨面１４に向き合わせられる治具３１を備える。治具３１は取り付け面で研磨処理の対象物３２を保持することができる。この治具３１は例えば三次元方向に移動自在に支持部材３３に支持される。

治具３１上には重り３４が搭載される。この重り３４は重力に基づき研磨面１４に向けて治具３１を押し付ける。こうした重り３４の働きで対象物３２は研磨面１４に押し当てられることができる。重り３４には、例えば支持部材３３に支持される圧力シリンダ３５が連結される。圧力シリンダ３５は、鉛直方向に重り３４を上下動させる駆動力を発揮する。こうした上下動に基づき、重り３４から治具３１に伝達される押し付け力は調整されることができる。

治具ユニット１９は、例えば定盤１３の外縁から中心に向かって延びる外枠３６を備える。この外枠３６は定盤１３の半径線上で支持部材３３の水平移動を案内することができる。支持部材３３にはクランク機構３７が接続される。クランク機構３７の働きで支持部材３３の水平移動は引き起こされる。外枠３６およびクランク機構３７は本発明に係る往復駆動機構を構成する。

図４に示されるように、砥粒埋め込み具２２は例えばステンレス鋼製の円板すなわち支持部材４１を備える。支持部材４１の下向き面には円盤状の弾性部材４２すなわちゴムシートが張り合わせられる。弾性部材４２の表面には複数個の押し当てパッド４３が配置される。押し当てパッド４３は、前述の垂直軸２３を中心とした円上に配置されればよい。こうした円の直径は例えば研磨面１４の半径に等しい程度（＝２００ｍｍ）に設定されればよい。押し当てパッド４３は定盤１３よりも硬質に構成される。したがって、押し当てパッド４３は例えばＡｌ_２ Ｏ_３ −ＴｉＣといった硬質材料から成形されればよい。押し当てパッド４３と支持部材４１との間には弾性部材４２が挟み込まれることから、弾性部材４２の弾性に基づき押し当てパッド４３は支持部材４１に対して比較的に簡単に姿勢を変化させることができる。ただし、弾性部材４２は、必ずしも支持部材４１の全面にわたって広がる必要はなく、少なくとも支持部材４１と各押し当てパッド４３との間に挟み込まれればよい。

各押し当てパッド４３には下向きの平坦面４４が形成される。平坦面４４の表面粗さＲａは例えば０．１μｍ以下に設定される。平坦面４４の直径は例えば１４ｍｍ程度に設定される。押し当てパッド４３は平坦面４４で定盤１３の表面すなわち研磨面１４に向き合わせられることができる。押し当てパッド４３では、少なくとも平坦面４４は定盤１３の研磨面１４よりも硬質であればよい。平坦面４４の直径は、研磨面１４に形成される起伏の最高点から最低点までの距離よりも小さく設定されることが望まれる。

図５を併せて参照し、押し当てパッド４３の背後すなわち上向き面には取り付け軸４５が固定される。取り付け軸４５は、弾性部材４２および支持部材４１を貫通する貫通孔４６に受け入れられる。貫通孔４６と取り付け軸４５との間には任意の遊びが確保される。取り付け軸４５の先端には例えばＥリングといった係止め具４７が取り付けられる。係止め具４７は押し当てパッド４３の落下を防止する。こうして押し当てパッド４３は支持部材４１上に保持される。

いま、例えば１列の磁気ヘッド素子が搭載されるローバーを研磨する場面を想定する。こういったローバーは円板状のウェハーから切り出される。ウェハー上にはマトリクス状に磁気ヘッド素子は形作られる。磁気ヘッド素子の各列ごとにウェハーからローバーは切り出される。こういったローバーから各磁気ヘッド素子ごとにヘッドスライダは切り出される。この種のヘッドスライダは例えばハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）に組み込まれて利用される。

まず、研磨処理の対象物すなわちローバーは治具３１の取り付け面に取り付けられる。取り付け面とローバーとの間には例えばゴムシートといった弾性材が挟み込まれる。治具３１は治具ユニット１９にセットされる。定盤１３の研磨面１４には規定量の潤滑油が塗布される。こうして準備が整うと、クランク機構３７の働きで治具３１の水平移動は開始される。ローバーは定盤１３の半径線上で研磨面１４に沿って往復移動する。同時に、回転駆動機構１７は定盤１３の回転を開始させる。治具３１の移動速度は例えば３ｍ／分〜５ｍ／分程度に設定される。定盤１３の回転速度は例えば０．５ｒｐｍ〜１．０ｒｐｍ程度に設定される。

治具３１の往復移動の開始から例えば１０秒間、圧力シリンダ３５は治具３１から重り３４を浮き上がらせる。すなわち、研磨処理の開始時にはローバーに加えられる押し付け力は軽減される。この間にローバーの表面は研磨面１４に馴染むことができる。研磨面に馴染む以前に強い押し付け力でローバーが研磨面に押し付けられると、ローバーには修復不能な大きな引っ掻き傷が形成されるおそれがある。

その後、治具３１上に重り３４は搭載される。ローバーは所定の押し付け力で研磨面１４に押し当てられる。ローバーの表面は研磨されていく。このとき、定盤１３の回転速度は治具３１の往復移動に比べて著しく遅いことから、ローバーの表面ではほぼ１方向に沿ってのみ研磨が確立されることができる。

研磨処理の終了時には、まず、圧力シリンダ３５の働きで治具３１上から重り３４は取り除かれる。ローバーに加えられる押し付け力は再び軽減される。続いて回転駆動機構１７は定盤１３の回転を停止する。その後、治具３１の往復移動は停止される。

以上のような研磨処理に先立ってラッピング装置１１では砥粒の埋め込み処理が実施される。まず、いわゆるフェーシング加工が実施される。このフェーシング加工では、定盤１３の研磨面１４に研削バイトが当てられる。定盤１３の回転に伴い研磨面１４には前述の溝２６が形成されていく。ただし、図６から明らかなように、溝２６同士の間には鋭利な尾根５１が形成される。尾根５１の高さＨは４．０μｍ〜６．０μｍ程度に設定される。この高さＨは溝２６の底から尾根５１の頂上まで測定されればよい。

フェーシング加工が完了すると、定盤１３の研磨面１４にはスラリー供給機構２４から砥粒含有スラリーが供給される。砥粒含有スラリーの供給と同時に、回転駆動機構１７は定盤１３を回転させる。このとき、定盤１３の回転速度は例えば２０ｒｐｍ程度に設定されればよい。

回転する定盤１３の研磨面１４に砥粒埋め込み具２２は搭載される。砥粒埋め込み具２２は同様に例えば２０ｒｐｍ程度の回転速度で垂直軸２３回りに回転する。このとき、垂直軸２３の姿勢は固定される。各押し当てパッド４３は、支持部材４１の重量や重り（図示されず）の働きで研磨面１４に押し付けられる。支持部材４１は、定盤１３に向かう押し付け力を各押し当てパッド４３に伝達する。

こうして押し当てパッド４３の平坦面４４と研磨面１４との間に相対移動が引き起こされると、図７に示されるように、押し当てパッド４３の平坦面４４は徐々に尾根５１の頂上を削っていく。こうして尾根５１の頂上が平坦化される結果、溝２６同士の間には前述の土手２７が形成されていく。同時に、押し当てパッド４３の平坦面４４は、溝２６内のスラリーに含まれる砥粒２８を擦り込む。砥粒２８は、特に、平坦化された土手２７の頂上面に埋め込まれていく。こうして固定砥粒は確立されていく。砥粒埋め込み具２２の押し付けは例えば２時間程度持続される。

前述のようにバイメタル構造の定盤１３では、１℃や２℃といった温度変化で熱膨張率の相違に基づき研磨面１４に例えばミクロンオーダーの高低差で緩やかな起伏すなわちうねりは形成されてしまう。このとき、砥粒埋め込み具２２では、図８に示されるように、垂直軸２３すなわち支持部材４１の姿勢が固定されるにも拘わらず、各押し当てパッド４３は姿勢を変化させることができる。押し当てパッド４３の平坦面４４は研磨面１４のうねりに追従することができる。その結果、定盤１３の研磨面１４は満遍なく平坦面４４からの接触に曝されることができる。こうして研磨面１４には均一に満遍なく砥粒２８は埋め込まれていく。こういった研磨面１４上で前述の研磨処理が実施されれば、高い精度で研磨量は制御されることが可能となる。

その他、例えば図９に示されるように、各押し当てパッド４３の平坦面４４には格子状の溝５２が刻まれてもよい。こういった溝５２は、図１０から明らかなように、押し当てパッド４３すなわちブロック体同士を隔てる第１幅Ｗ１のギャップよりも狭い第２幅Ｗ２の溝幅を備えればよい。溝５２の深さＤｐは例えば１ｍｍ程度に設定されればよい。こうした溝５２によれば、研磨面１４に直交する多数の垂直面５３が押し当てパッド４３の平坦面４４に形成されることができる。垂直面５３と平坦面４４との間には、研磨面１４に沿って移動する稜線５４が描き出される。稜線５４や垂直面５３の働きで砥粒２８は一層効率的に研磨面１４に擦り込まれることができる。砥粒２８の埋め込みに費やされる作業時間は著しく短縮されることができる。

なお、研磨処理の対象物は前述のローバーに限定されるものではない。その他、前述の砥粒埋め込みユニット２１はラッピング装置１１から完全に切り離されて取り扱われてもよい。

ラッピング装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。 定盤の半径線に沿った断面に現れる研磨面の様子を示す拡大部分断面図である。 治具ユニットの構成を概略的に示す概念図である。 砥粒埋め込み具を示す拡大斜視図である。 図４の５−５線に沿った砥粒埋め込み具の断面図である。 いわゆるフェーシング加工後の研磨面の様子を概略的に示す定盤の拡大部分断面図である。 砥粒埋め込み具の作用を概略的に示す概念図である。 押し当てパッドの動きを概略的に示す概念図である。 他の具体例に係る砥粒埋め込み具を示す拡大部分斜視図である。 他の具体例に係る砥粒埋め込み具の拡大部分断面図である。

Claims (13)

1. 支持部材と、支持部材の表面に張り合わせられる弾性部材と、背面で弾性部材の表面に受け止められ、平坦面で定盤に受け止められる押し当てパッドと、押し当てパッドの背面に固定され、支持部材および弾性部材を貫通する貫通孔に受け入れられる取り付け軸とを備え、貫通孔と取り付け軸との間には所定の遊びが確保されることを特徴とするラッピング装置向け砥粒埋め込み具。
2. 請求項１に記載のラッピング装置向け砥粒埋め込み具において、前記支持部材から突き出る前記取り付け軸の先端に取り付けられて、前記押し当てパッドの落下を防止する係止め具をさらに備えることを特徴とするラッピング装置向け砥粒埋め込み具。
3. 請求項１または２に記載のラッピング装置向け砥粒埋め込み具において、前記平坦面には溝が刻まれることを特徴とするラッピング装置向け砥粒埋め込み具。
4. 請求項３に記載のラッピング装置向け砥粒埋め込み具において、前記溝は格子状に配置されることを特徴とするラッピング装置向け砥粒埋め込み具。
5. 表面で定盤に向き合わせられる支持部材と、支持部材の表面に張り合わせられる弾性部材と、少なくとも第１幅のギャップで相互に隔てられ、背面で弾性部材の表面に受け止められつつ弾性部材上で平坦面を規定する複数のブロック体と、ブロック体の背面に固定され、支持部材および弾性部材を貫通する貫通孔に受け入れられる取り付け軸と、第１幅よりも狭い第２幅でブロック体の平坦面に刻まれる溝とを備え、貫通孔と取り付け軸との間には所定の遊びが確保されることを特徴とするラッピング装置向け砥粒埋め込み具。
6. 請求項５に記載のラッピング装置向け砥粒埋め込み具において、前記溝は格子状に配置されることを特徴とするラッピング装置向け砥粒埋め込み具。
7. 表面で研磨面を規定する定盤と、研磨面に対して相対変位自在に支持される支持部材と、支持部材の表面に張り合わせられる弾性部材と、背面で弾性部材の表面に受け止められ、平坦面で研磨面に押し付けられる押し当てパッドと、押し当てパッドの背面に固定され、支持部材および弾性部材を貫通する貫通孔に受け入れられる取り付け軸とを備え、貫通孔と取り付け軸との間には所定の遊びが確保されることを特徴とするラッピング装置。
8. 請求項７に記載のラッピング装置において、研磨処理の対象物を保持し、研磨面に対して相対変位自在に支持される治具をさらに備えることを特徴とするラッピング装置
9. 請求項７または８に記載のラッピング装置において、前記支持部材から突き出る前記取り付け軸の先端に取り付けられて、前記押し当てパッドの落下を防止する係止め具をさらに備えることを特徴とするラッピング装置。
10. 請求項９に記載のラッピング装置において、前記平坦面には溝が刻まれることを特徴とするラッピング装置。
11. 請求項１０に記載のラッピング装置において、前記溝は格子状に配置されることを特徴とするラッピング装置。
12. 請求項７〜１１のいずれかに記載のラッピング装置において、回転軸回りに前記定盤を回転させる回転駆動機構と、定盤上の１直線に沿って前記治具を往復移動させる往復駆動機構とをさらに備えることを特徴とするラッピング装置。
13. 請求項７〜１２のいずれかに記載のラッピング装置で研磨されたことを特徴とするヘッドスライダ。

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