JP4210003B2

JP4210003B2 - 平面ラップ装置

Info

Publication number: JP4210003B2
Application number: JP19116399A
Authority: JP
Inventors: 一雄小林; 健井上
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: JP2001018160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッド基板、半導体シリコンウエハ、ＬＥＤガラス基板、セラミック基板等のワ−クの片面をラップするのに用いる平面ラップ装置に関する。本発明の平面ラップ装置は、表面の平滑度（厚みのバラツキの幅）が１〜３μｍのワ−クを与えることができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の平面ラップ装置では、ポリシャの面形状がワ−クの研磨（ラップ）の進行とともに変化し、所望の面形状の加工ワ−クを得るためにはポリシャの特定位置にワ−クを置く必要があったが、ラップ加工時に常時ポリシャをコンディショナ−で整形することによりポリシャの面形状の変化を抑え、ワ−クの面仕上げを向上させる平面ラップ装置は知られている。
例えば、特開平１１−１５１６５８号公報は、図７、図８に示すポリシャ１０１'を有する回転テ−ブル１０１と、ワ−クを保持部材１０５の枠１０５'に保持する加工ステ−ション１０４と、加工ステ−ションのワ−クを回転させるロ−ラ１０３と、該回転テ−ブル上で加工ステ−ションを保持・移動させるための加工ステ−ション位置決め機構１０２と、固定クランプ１０７およびハンドル１０８と、ポリシャ上を回転・往復移動可能なコンディショナ−１０９を具備する光学的ワ−クのラップ装置が開示されている。
【０００３】
該ラップ装置を用いてワ−クを研磨するには、ワ−クを保持部材１０５の枠１０５'に保持した加工ステ−ション１０４を加工ステ−ション位置決め機構１０２のハンドル１０８でクランプ１０７により固定し、２箇所の回転ロ−ラ１０３，１０３により加工ステ−ション１０４が支えられる。研磨剤は加工ステ−ション１０４の保持部材１０５に設けられたスリット１０６よりテ−ブル１０１上に供給される。
テ−ブル１０１の回転により加工ステ−ション１０４が従属的に回転し、保持部材１０５に保持されたワ−クが回転しているポリシャ１０１'と研磨剤によりラップ加工される。
【０００４】
一方、花崗岩や鋳鉄のような硬い材料よりなる円盤状コンディショナ−１０９はテ−ブル１０１の回転に伴ってコンディショナ−位置決め部材１１０に固定された回転ロ−ラ１１０'に支えられて軸１０９'を中心に従属的に回転し、ポリシャの形状を整える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記平面ラップ装置は、ワ−クのラップ加工と同時にコンディショナ−により常時ポリシャの形状修正を行っているので加工されたワ−クの平滑度が５〜８μｍと従来のラップ装置で加工されたものよりも良好であるが、例えばＡｌＴｉＣ基板を用いたＧＭＲヘッド、ＭＲヘッドのような平滑度が１から３μｍが要求される用途には充分とは言えない。
本発明は、ラップ加工されたワ−クの平滑度が１から３μｍのものを与える平面ラップ装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
Ａ）金属鋳造製ポリシャ（４）を有する水平方向に回転可能なテ−ブル（３）、
Ｂ）該テ−ブルのポリシャ（４）上に設けられたポリシャ面のコンディショニングを行なう環状コンディショナ−（１０）、
Ｃ）該コンディショナ−（１０）の外周の約２／３を囲む一対の爪（１１ａ，１１ａ）と、該爪の先端部に設けられた従属駆動ロ−ラ（１１ｂ，１１ｂ）およびこれら爪の固定枠（１１ｃ）よりなる位置決め機構（１１）、
Ｄ）前記固定枠（１１ｃ）内に設けられた回転ロ−ラ−（１２ａ）を駆動するモ−タ−（１２ｂ）および前記従属駆動ロ−ラ（１１ｂ，１１ｂ）よりなる前記コンディショナ−の回転駆動機構（１２）、
Ｅ）前記コンディショナ−（１０）ならびにコンディショナ−の位置決め機構（１１）およびコンディショナ−の回転駆動機構（１２）の配列に対して対称の位置に設けられた一対のワ−クの加工ステ−ション位置決め機構（１３，１３）、
Ｆ）中央に凹部（１４１）を、その凹部の両端に対称に設けた１組の凹部（１４２，１４２）ならびに２組の凹部（１４３，１４３）を有し、かつ底部（１４４）を有するワ−ク治具（１４ａ）、錘（１４ｂ）、一対の連結ボルト（１４ｃ，１４ｃ）用孔を有する錘受板（１４ｄ）、前記一対の連結ボルト（１４ｃ，１４ｃ）を上下方向にスライド可能に保持するボ−ルブッシュ（１４ｅ，１４ｅ）、該ボ−ルブッシュの下部に設けられた前記一対の連結ボルト（１４ｃ，１４ｃ）用の孔を有する連結板（１４ｆ）、該連結板の中央部に設けられた窪みより垂下された高さ調整ボルト（１４ｇ）、前記ワ−ク治具（１４ａ）の中央凹部（１４１）に収容されたボ−ル（１４ｈ）、支軸（１３ｃ）へのガイド止めピン（１４ｉ）、該ガイド止めピンより起立させた位置合ヘッド（１４ｊ）よりなる前記治具（１４ａ）に取り付けられたワ−ク（ｗ）に荷重をかけ、かつ、ポリシャ面上でワ−クを保持する一対の加工ステ−ション（１４，１４）、
Ｇ）前記ワ−クの加工ステ−ション位置決め機構（１３）をポリシャ（４）上で往復移動させる駆動機構（１５）、および、
Ｈ）前記環状コンディショナ−（１０）の環内ポリシャ（４）上に研磨剤を供給する機構（１６）と前記ワ−クの加工ステ−ション位置決め機構（１３）の支軸（１３ａ）を経てワ−ク治具（１４ａ）に設けたスリットからポリシャ（４）上に研磨剤を供給する機構（１６’）
を具備する平面ラップ装置（１）を提供するものである。
【０００７】
コンディショナ−（１０）の回転駆動をポリシャ（４）のテ−ブル（３）の回転に従属させるのではなく、直接、コンディショナ−の回転駆動機構（１２）で強制的に回転させることによりポリシャの修復が向上し、よって、ワ−クの表面平滑度のバラツキが小さくなる。また、ポリシャ（４）面に当接するワ−ク（ｗ）には錘（１４ｂ）の荷重が強制的に負荷され、高い研磨圧がワ−クにかかるので、およびワ−クはラップ時にポリシャ面上を揺動するので、研磨加工して得られるワ−クの表面平滑度は１から３μｍと優れたものとなる。
【０００８】
本発明の平面ラップ装置はまた、コンディショナ−（１０）が環状であり、研磨剤を供給する一方の供給機構（１６‘）は研磨剤をコンディショナ−の環内に供給するように設置されているので、テ−ブル（Ａ）の回転により研磨剤に遠心力がかかってもコンディショナ−のリングが壁となって研磨剤がポリシャ外へ飛び出すことが防止され、研磨剤を有効に利用できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を更に詳細に説明する。
図１は、本発明の平面ラップ装置の平面図、図２は平面ラップ装置の側面図、図３は平面ラップ装置の正面図、図４はワ−クを保持する加工ステ−ションの要部を示す正面図、図５はワ−クを保持する治具の平面図、図６は加工ステ−ション位置決め機構の要部を示す断面図である。
【００１０】
図１、図２および図３において、１は平面ラップ装置、ｗはワ−ク、２は基台、３は回転テ−ブル、４は中央に空洞を有するポリシャ、５はスピンドル軸、６はテ−ブル回転駆動源のモ−タ−、７はプ−リ−、８はベルト、９はプ−リ−である。
テ−ブル３上に設けられたアルミニウム、錫、銅、真鍮などの金属鋳造製ポリシャ３は基台２面上にスピンドル軸５を介して軸承される。モ−タ−５の回転駆動は、プ−リ−７、ベルト８、プ−リ−９を介してスピンドル軸５に伝達され、スピンドル軸の回転によりテ−ブル３およびポリシャ４が水平方向に回転する。
【００１１】
１０はコンディショナ−、１１はコンディショナ−の位置決め機構、１２はコンディショナ−の回転駆動機構である。コンディショナ−１０は、アルミニウム、セラミック、銅などの硬い材料を素材とする。コンディショナ−１０の形状は、ポリシャのコンディショニング、ワ−ク研磨に利用される研磨剤の有効利用率を高めるにはリング（環）状である。コンディショナ−の直径は、ポリシャ面の幅（ポリシャ外半径から中央の空洞の径を差し引いた長さ）の１から２割増の長さであり、高さは２０〜５０ｍｍである。
コンディショナ−の位置決め機構１１は、コンディショナ−１０の外周の約２／３を囲む一対の爪１１ａ，１１ａと、該爪の先端部に設けられた従属駆動ロ−ラ１１ｂ，１１ｂおよびこれら爪の固定枠１１ｃよりなる。コンディショナ−の回転駆動機構１２は、前記枠１１ｃ内に設けられた回転ロ−ラ−１２ａを駆動するモ−タ−１２ｂおよび前記従属駆動ロ−ラ１１ｂ，１１ｂよりなる。モ−タ−１２ｂの駆動を受けて回転ロ−ラ−１２ａが回転し、コンディショナ−１０を回転させる。コンディショナ−１０の外周に接している従属駆動ロ−ラ１１ｂ，１１ｂは連れ回りする。ポリシャ４とコンディショナ−１０の回転方向は同一方向、逆方向いずれでもよいが同一方向の方がエネルギ−効率の面から好ましい。
【００１２】
コンディショナ−１０ならびにコンディショナ−の位置決め機構１１および回転駆動機構１２の配列に対して対称の位置に一対のワ−クの加工ステ−ション位置決め機構１３，１３および加工ステ−ション１４，１４が設けられる。
加工ステ−ション位置決め機構１３は、フレ−ム１３ａ、ハンドル１３ｂ、加工ステ−ション支軸１３ｃ、該支軸１３ｃの前後方向（図１の矢印Ｂ方向）位置調整スライド板１３ｄ、フレ−ム支軸１３ｅ、加工ステ−ション支軸１３ｃと加工ステ−ション１４を同時に図１の矢印Ａ方向に示す方向に往復移動（揺動）させる駆動機構１５、加工ステ−ション支軸１３ｃより垂下された軸１３ｆに固定された洋弓状の爪１３ｇ、および該爪に具備された一対の従属回転ロ−ル１３ｈ，１３ｈよりなる。
【００１３】
ハンドル１３ｂの回動方向および回動角度の程度により加工ステ−ション支軸１３ｃがスライド板１３ｄ内を移動し、加工ステ−ション１４の前後方向距離（図１のＢ矢印）が変えられる。
ポリシャ４上に加工ステ−ション１４を矢印Ａ方向に往復移動させる駆動機構１５は、モ−タ−１５ａ、該モ−タ−の回転軸に軸承されたプ−リ−１５ｂ、加工ステ−ション位置決め機構１３のフレ−ム支軸１３ｅの下部（基台２より下面）に設けられたプ−リ−１５ｃ，１５ｃ、案内ロ−ラ１５ｄ，１５ｄ、これら１５ｂ，１５ｄ，１５ｃ，１５ｃ，１５ｄに張り巡ぐされたベルト１５ｅ、プ−リ−１５ｃの支軸１５ｇの上方に具備された回転プレ−ト１５ｆの軸１５ｆ'に固定されたロ−ラカム１５ｈ、該ロ−ラカム１５ｈを挟持する枠体１５ｉよりなる。
モ−タ−１５ａの回転駆動は、ベルト１５ｅによりプ−リ−１５ｃに伝達され、軸１５ｇの回転力が回転プレ−ト１５ｆを回転させ、ロ−ラカム１５ｈが軸１５ｇを中心軸として回動して枠体１５ｉを移動させるので、加工ステ−ションの軸１３ｃは図１に示す矢印Ａ方向に往復移動する。
【００１４】
加工ステ−ション１４は、図４および図５に示す中央に凹部１４１を、その凹部の両端に対称に設けた１組の凹部１４２，１４２ならびに２組の凹部１４３，１４３を有し、かつ底部１４４を有するワ−ク治具１４ａ、錘１４ｂ、一対の連結ボルト１４ｃ，１４ｃ用孔を有する錘受板１４ｄ、前記一対の連結ボルト１４ｃ，１４ｃを上下方向にスライド可能に保持するボ−ルブッシュ１４ｅ，１４ｅ、該ボ−ルブッシュの下部に設けられた前記、一対の連結ボルト１４ｃ，１４ｃ用の孔を有する連結板１４ｆ、該連結板１４ｆの中央部に設けられた窪みより垂下された高さ調整ボルト１４ｇ、前記ワ−ク治具１４ａの中央凹部１４１に収容されたボ−ル１４ｈ、支軸１３ｃへのガイド止めピン１４ｉ、該ガイド止めピン１４ｉより起立させた位置合ヘッド１４ｊよりなる。前記連結板１４ｆの孔を貫通した連結ボルト１４ｃ，１４ｃの下部先端はワ−ク治具１４ａの上面の凹部１４２，１４２内に挿入される。
錘１４ｂの荷重は、錘受板１４ｄにより一対の連結ボルト１４ｃ，１４ｃに分散され、ワ−ク治具１４ａに負荷される。連結ボルト１４ｃ，１４ｃはボ−ルブッシュ１４ｅ，１４ｅをスライド可能に取り付けられており、このボ−ルブッシュの下部に設けられた連結板１４ｆに前記一対の連結ボルト１４ｃ，１４ｃはネジ止めされる。該連結板１４ｆの中央部に設けられた窪みより垂下された高さ調整ボルト１４ｇがワ−ク治具１４ａの上面の凹部１４１に置かれたボ−ル１４ｈに当接する高さに連結ボルト１４ｃ，１４ｃを連結板１４ｆにネジ止めすることにより加工ステ−ションの高さ位置決めが行なわれる。
【００１５】
また、ワ−ク治具１４ａの底部１４４にはワ−クｗが接着される。ワ−クがＭＲヘッドの棒（幅１．２ｍｍ、高さ２ｍｍ、長さ５０〜７０ｍｍ）のように長尺状の小さいものであるときは複数のワ−クがク治具１４ａの底部に接着される。接着にはワックス、ポリエチレンなどのホットメルト接着剤、粘着テ−プ、紫外線硬化型粘着剤などが使用される。
【００１６】
ワ−クへの荷重は、ワ−クの用途、ワ−クの加工度により異なるが１０ｇ／ｃｍ²〜１０ｋｇ／ｃｍ²である。上記寸法の磁気ヘッド棒２本を治具に張り付けてのラップの際の錘の重さは、０．１〜２ｋｇが好ましい。
【００１７】
ワ−クのラップ加工時には、ポリシャ４上に研磨剤が供給される。研磨剤の種類は、ワ−クの用途により異なるが、ダイヤモンドスラリ−、アルミナスラリ−、酸化セリウムスラリ−、ベ−マイトスラリ−などが用いられる。ＡｌＴｉＣのような硬いワ−クの際はダイヤモンドスラリ−が最適である。
【００１８】
ポリシャ４上への研磨剤の供給機構１６，１６’は、特開平１１−１５１６５８号公報の図２（本願明細書では図７）に示すように加工ステ−ションの支軸を経てワ−ク治具に設けたスリットからポリシャ上に供給する供給機構１６とともに、コンディショナ−１０の環状内に供給する供給機構１６’を併用する。
本明細書の図１と図３では、双方併用の例を示している。一方の研磨剤の供給機構１６は、研磨剤供給ポンプ１６ａと研磨剤タンク１６ｂを有し、タンク内の研磨剤はポンプにより加工ステ−ション１４の支軸１３ｃを経てワ−ク治具に設けたスリットからポリシャ４上に供給される。他方の研磨剤の供給機構１６'はコンディショナ−１０の環状内に供給するように研磨剤供給機構を軸承させている。
【００１９】
ワ−クの用途により異なるが、テ−ブル３の回転数は１から３０ｒｐｍ、コンディショナ−の回転数は１から６０ｒｐｍで、加工ステ−ションの矢印Ａ方向の往復移動幅は１〜６０ｍｍ、移動オシレ−ション速度は１〜２５ｒｐｍである。
【００２０】
【実施例】
実施例１〜３
図１に示す平面ラップ装置を用い、ワ−クとして長尺状のＡｌＴｉＣ製磁気ヘッド棒材をラップ加工した。錘をそれぞれ１ｋｇ、テ−ブルの回転数を３ｒｐｍ、コンディショナ−の回転数を１０ｒｐｍ、加工ステ−ションの矢印Ａ方向の往復移動幅を６ｍｍ、移動オシレ−ション速度を１．５ｒｐｍとし、ダイヤモンドスラリ−をワ−ク治具のスリットと、コンディショナ−の環状内に供給してラップ加工したとき（実施例１）は、得られたワ−クの表面平滑度は１．２μｍであった。
また、ダイヤモンドスラリ−をワ−ク治具のスリットからのみ供給してラップ加工した際（実施例２）の、得られたワ−クの表面平滑度は１．８μｍであり、ダイヤモンドスラリ−をコンディショナ−の環状内のみに供給してラップ加工した際（実施例３）の、得られたワ−クの表面平滑度は２．２μｍであった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の平面ラップ装置により加工されたワ−クは、表面平滑性に優れるものである。また、加工ステ−ションをポリシャ上に２基備えているので生産性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面ラップ装置の平面図である。
【図２】平面ラップ装置の側面図である。
【図３】平面ラップ装置の正面図である。
【図４】加工ステ−ションの要部を示す正面図である。
【図５】ワ−ク治具の平面図である。
【図６】加工ステ−ション位置決め機構の要部を示す断面図である。
【図７】公知のラップ装置である。
【図８】公知のラップ装置の加工ステ−ションとテ−ブルとの関係を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ラップ装置
ｗワ−ク
２基台
３ポリシャ
４テ−ブル
１０コンディショナ−
１３加工ステ−ション位置決め機構
１４加工ステ−ション
１４ａワ−ク治具
１４ｂ錘
１６研磨剤供給機構

Claims

Ａ）金属鋳造製ポリシャ（４）を有する水平方向に回転可能なテ−ブル（３）、Ｂ）該テ−ブルのポリシャ（４）上に設けられたポリシャ面のコンディショニングを行なう環状コンディショナ−（１０）、Ｃ）該コンディショナ−（１０）の外周の約２／３を囲む一対の爪（１１ａ，１１ａ）と、該爪の先端部に設けられた従属駆動ロ−ラ（１１ｂ，１１ｂ）およびこれら爪の固定枠（１１ｃ）よりなる位置決め機構（１１）、Ｄ）前記固定枠（１１ｃ）内に設けられた回転ロ−ラ−（１２ａ）を駆動するモ−タ−（１２ｂ）および前記従属駆動ロ−ラ（１１ｂ，１１ｂ）よりなる前記コンディショナ−の回転駆動機構（１２）、Ｅ）前記コンディショナ−（１０）ならびにコンディショナ−の位置決め機構（１１）およびコンディショナ−の回転駆動機構（１２）の配列に対して対称の位置に設けられた一対のワ−クの加工ステ−ション位置決め機構（１３，１３）、Ｆ）中央に凹部（１４１）を、その凹部の両端に対称に設けた１組の凹部（１４２，１４２）ならびに２組の凹部（１４３，１４３）を有し、かつ底部（１４４）を有するワ−ク治具（１４ａ）、錘（１４ｂ）、一対の連結ボルト（１４ｃ，１４ｃ）用孔を有する錘受板（１４ｄ）、前記一対の連結ボルト（１４ｃ，１４ｃ）を上下方向にスライド可能に保持するボ−ルブッシュ（１４ｅ，１４ｅ）、該ボ−ルブッシュの下部に設けられた前記一対の連結ボルト（１４ｃ，１４ｃ）用の孔を有する連結板（１４ｆ）、該連結板の中央部に設けられた窪みより垂下された高さ調整ボルト（１４ｇ）、前記ワ−ク治具（１４ａ）の中央凹部（１４１）に収容されたボ−ル（１４ｈ）、支軸（１３ｃ）へのガイド止めピン（１４ｉ）、該ガイド止めピンより起立させた位置合ヘッド（１４ｊ）よりなる前記治具（１４ａ）に取り付けられたワ−ク（ｗ）に荷重をかけ、かつ、ポリシャ面上でワ−クを保持する一対の加工ステ−ション（１４，１４）、Ｇ）前記ワ−クの加工ステ−ション位置決め機構（１３）をポリシャ（４）上で往復移動させる駆動機構（１５）、および、Ｈ）前記環状コンディショナ−（１０）の環内ポリシャ（４）上に研磨剤を供給する機構（１６）と前記ワ−クの加工ステ−ション位置決め機構（１３）の支軸（１３ａ）を経てワ−ク治具（１４ａ）に設けたスリットからポリシャ（４）上に研磨剤を供給する機構（１６’）とを具備する平面ラップ装置（１）。