JP4535999B2 - 研磨テープ振動研磨方法および装置 - Google Patents

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Description

本発明は、金属、セラミックスや、半導体ウエハー、液晶ガラス基板等電子材料等の被研磨物を研磨テープにより研磨する平面研磨方法および装置に関するものである。
研磨布紙や研磨テープによる研磨作業の特色は、研磨砥石と異なり、常に新しい切れ刃で研磨が出来、研磨面の粗さと作業能率が一定であることであり、従来、研磨布紙や研磨テープによる平面研磨には、主として、次のようなものがある。
1)エンドレスベルト法
2)ジスクサンダー法
3)前後動サンダー法
4)手作業法
これらは、いずれも、研磨作業が長くなると砥粒が磨耗して加工粗さが細かくなり、作業能率が悪くなるので、機械を止めて、研磨布紙や研磨テープを新しいものと交換する必要がある。したがって、これらは、連続自動化にはなじまないものであった。
そこで、平面板状の被研磨物を連続して自動的に研磨できるように、例えば、特許第2995367号公報や特許第2649643号公報等に開示されたような方法や装置が開発され提案されてきている。
特許第2995367号公報に開示されたフィルタ基板研磨装置は、被研磨物を往復運動させ研磨テープがコンタクトローラー等を介して研磨する構成とし、研磨時に往復運動の横方向に振動を与えて、スジ状の条痕が出るのを防止するようにしたものである。また、これと同じ原理で、被研磨物を一方向に移動しながら、研磨テープを被研磨物の移動方向と平行に順方向または逆方向に移動させて(巻き解き、巻き取りを繰り返して)、その速度差によって研磨する方法も提案されている。
また、特許第2649643号公報に開示された研磨テープ回転研磨装置は、被研磨物は固定するか、少し移動させ、研磨テープを、送り出し、巻き取り装置ごと回転させるか、被研磨物、研磨テープ共に回転させる、かして研磨を行うようにしたものである。
特許第2995367号公報 特許第2649643号公報
しかしながら、特許文献1等に開示された方法による研磨作業では、被研磨物の往復する運動によって研磨するために、行きと帰りの間に一時停止する時間があることと、被研磨物の速度が停止から順次加速し、最高設定速度へ、それから順次減速して停止し、進行方向を逆転し最高設定速度へ、それから停止へ、を繰り返すために、被研磨物の速度が変化しているから、研磨面が均一でないので、精密な研磨面には問題がある。すなわち、研磨面の精密な均一性に欠けるという問題があった。
また、特許文献2等に開示された方法のように、研磨テープを回転させるか、または、被研磨物を回転させる方法では、回転の外周部分は移動(研磨)する速度は速いが、中心部は速度が遅くほとんど移動(研磨)しないので、できるだけ外周部で研磨するようにしている。そのため、中心部の研磨テープは、使われなくて無駄になっていることと、外周部でも中心に近い側と外周に近い側では、厳密に言うと研磨状況が異なり、これも研磨面の均一性に欠けるものとなっていた。
従って、本発明の目的は、このような問題点を解消しうるような研磨テープ振動研磨方法および装置を提供することである。
本発明の一つの観点によれば、研磨テープを用いて被研磨物の表面を研磨するための研磨テープ振動研磨方法において、研磨テープと被研磨物の表面とが少なくとも一部分において所定の荷重にて接触するコンタクト部を作り出し、前記研磨テープを、該テープの延長方向に所定のテンションおよび所定の移送速度にて移送させつつ、前記コンタクト部における前記研磨テープの部分を、研磨テープの移送方向と平行な方向において前記被研磨物の表面にそって振動させる段階を含むことを特徴とする研磨テープ振動研磨方法が提供される。
本発明の一つの実施の形態によれば、前記研磨テープ振動研磨方法は、前記コンタクト部において前記研磨テープの移送方向を横切る方向に前記被研磨物を振動させる段階を更に含む。
本発明の別の実施の形態によれば、前記研磨テープ振動研磨方法は、前記コンタクト部が前記被研磨物の表面にそって移動するように、該コンタクト部において前記研磨テープの移送方向と平行な方向において該被研磨物を所定の速度にて移動させる段階を更に含む。
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記所定の荷重は、1〜1000N/100mmの範囲内であり、前記研磨テープの所定のテンションは、30〜1000N/100mmの範囲内であり、前記研磨テープの所定の移送速度は、0.01〜20m/分の範囲内であり、前記研磨テープの移送方向と平行な方向における振動の回数は、1〜200回/秒の範囲内であり、前記研磨テープの移送方向を横切る方向における振動の回数は、0〜200回/秒の範囲内であり、前記被研磨物の所定の速度は、0.01〜20m/分の範囲内である。
本発明の別の観点によれば、研磨テープを用いて被研磨物の表面を研磨するための研磨テープ振動研磨装置において、研磨テープを、該テープの延長方向に所定のテンションおよび所定の移送速度にて移送させるための研磨テープ移送手段と、研磨テープと被研磨物の表面とが少なくとも一部分において所定の荷重にて接触するコンタクト部を作り出すためのコンタクト部形成手段と、前記コンタクト部における前記研磨テープの部分を、研磨テープの移送方向と平行な方向において前記被研磨物の表面にそって振動させるための研磨テープ振動手段とを備えることを特徴とする研磨テープ振動研磨装置が提供される。
本発明の一つの実施の形態によれば、前記研磨テープ振動研磨装置は、前記コンタクト部において前記研磨テープの移送方向を横切る方向に前記被研磨物を振動させるための被研磨物振動手段を更に備える。
前記研磨テープ振動研磨装置は、前記コンタクト部が前記被研磨物の表面にそって移動するように、該コンタクト部において前記研磨テープの移送方向と平行な方向において該被研磨物を所定の速度にて移動させるための被研磨物移動手段を更に備える。
前記研磨テープ振動研磨装置は、前記研磨テープ移送手段、前記コンタクト部形成手段、前記研磨テープ振動手段、前記被研磨物振動手段および前記被研磨物移動手段の動作を制御するための制御手段を更に備えており、該制御手段により、前記所定の荷重は、1〜1000N/100mmの範囲内の任意値となり、前記研磨テープの所定のテンションは、30〜1000N/100mmの範囲内の任意値となり、前記研磨テープの所定の移送速度は、0.01〜20m/分の範囲内の任意値となり、前記研磨テープの移送方向と平行な方向における振動の回数は、1〜200回/秒の範囲内の任意値となり、前記研磨テープの移送方向を横切る方向における振動の回数は、0〜200回/秒の範囲内の任意値となり、前記被研磨物の所定の速度は、0.01〜20m/分の範囲内の任意値となるように設定できるように構成される。
次に、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態および実施例について、本発明をより詳細に説明する。
先ず、本発明の具体的な実施例について説明する前に、本発明の原理について説明する。研磨布紙や研磨テープによる研磨作業は、いずれの場合も、被研磨物の単位面積を単位時間内に、接触し通過する研磨材粒子の数が多い程、研磨能率が良い。本発明は、この原理を最大限に利用することによりなされている。
より詳細に述べると、例えば、繰り出し式研磨テープを保持させたコンタクトロールに、研磨テープの進行方向と平行に、0.1〜5mmの振幅で、毎秒1〜200回の振動(バイブレーション)を与え、その下を被研磨物が、研磨テープの進行方向に、または逆方向に移動し、適正な荷重を加えて研磨する。その時、研磨テープは、研磨の状況に合わせて、ゆっくりと、動いて常に適正で研磨可能な砥粒が出ているように速度を設定する。研磨布紙や研磨テープには、数多くの微細な砥粒が付いているので、数mmという、短い距離の振幅で、十分に研磨でき、これにより、均一な研磨面と、連続した自動化作業が可能となることを見出したことに基づいて、本発明はなされている。
次に、前述したような原理に基づく本発明の研磨テープ振動研磨方法を実施することのできる本発明の一実施例としての研磨テープ振動研磨装置の構成および動作について説明する。
図1は、本発明による一実施例としての研磨テープ振動研磨装置の全体構成を示す概略斜視図である。この図1に示されるように、この実施例の研磨テープ振動研磨装置は、装置本体枠1を備え、主として、この装置本体枠1の上部に設けられた研磨テープの駆動部およびバイブレーション部10と、装置本体枠1の下部に設けられた研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部20と、装置本体枠1の上側側部に設けられた制御操作用のタッチパネル30とを備えている。次に、装置各部の詳細構成および動作について説明していく。
先ず、研磨テープの駆動部およびバイブレーション部10のうちの駆動部について説明する。図2の拡大部分図によく示されるように、駆動部は、主として、送り出しシャフト(エアーシャフト)11、巻取りシャフト(エアーシャフト)12、テープ駆動ローラー13と、ピンチローラー14と、コンタクトローラ15およびテープ案内ローラー18とを備える。この駆動部に研磨テープを装着するには、プラスチックコアーまたは紙管に巻きつけた研磨テープ(研磨布紙)2を送り出しシャフト11に装着する。研磨テープ2を引き出して送り出し側のテープ駆動用ローラー13とピンチローラー14の間を通して、送り出し側の案内ローラー18、コンタクトローラー15を経て、巻取り側の案内ローラー18から巻取り側のテープ駆動ローラー13とピンチローラー14との間を通して、あらかじめ巻取りシャフト12に装着されたコアーまで引っ張っていって、研磨テープ2の先端を粘着テープでコアーに貼り付けて固定する。
巻取り側の研磨テープ駆動ローラー13とピンチローラー14をニップして、研磨テープ2を固定する。このとき、送り出し側の研磨テープ駆動ローラー13とピンチローラー14は開放しておく。送り出し側のテープ駆動ローラー13および巻取り側の研磨テープ駆動ローラー13とも、電磁クラッチ(図示していない)を介してテープ駆動モーター(図示していない)と繋がっており、ピンチローラー14をニップしたときは、電磁クラッチを繋いで、設定したテープ走行速度により、テープ駆動モーターをコントロールして研磨テープ2を走行させる。ピンチローラー14がニップを開放したときは、電磁クラッチが切られ、研磨テープ駆動ローラー13はフリー状態となる。
また、送り出しシャフト11および巻取りシャフト12の各々には、パウダークラッチ(図示していない)を介して駆動モーター(図示していない)が結合されている。巻取り側の研磨テープ駆動ローラー13をニップし、巻取りシャフト12のパウダークラッチの制御(例えば、電流変化)により研磨テープ2の巻取りテンションを調整制御することができる。この場合、巻取り側の研磨テープ駆動ローラー13により、研磨テープ2のテンションがカットされ、コンタクトローラー15側にはこの巻取りテンションは影響を及ぼさない。したがって、使用済みの研磨テープを巻き取るに必要なテンション設定をすればよい。
一方、送り出しシャフト11のパウダークラッチを制御(例えば、電流変化)して、研磨テープ2のテンションを調整制御する。このテンションは、巻取り側の研磨テープ駆動ローラー13から送り出しシャフト11までの研磨テープ2のテンション(送り出しテンション)を制御するもので、コンタクトローラー15の後述するような振動(バイブレーション)によるこの間の研磨テープ2のたるみは生じない。
研磨テープ2の走行(移動)速度は、例えば、0.01〜20m/分の間で、また、研磨テープ2のテンションは、例えば、30〜1000N/100mm(ここで、100mmは研磨テープの幅寸法である)の間で、巻き取りテンション、送り出しテンション各々個別に、タッチパネル30を操作することにより、設定できるように構成されている。
また、研磨テープ2を逆走行させる場合は、送り出し側の研磨テープ駆動ローラー13とピンチローラー14をニップさせ、巻取り側の研磨テープ駆動ローラー13とピンチローラー14を開放し、逆動作させることが可能である。
コンタクトローラー15は、例えば、ゴムローラーで、各種のゴム硬度のローラーと交換可能な構造とされている。そして、このコンタクトローラー15を通過する研磨テープ2の部分に対しては、後述するような詳細構成を有した研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部20のうちの押し当て部の作動により、セット部にセットされた研磨ワーク(被研磨物)3の全体が、例えば、50mm上下させられることにより、接したり離されたりすることのできる構造とされている。
次に、研磨テープの駆動部およびバイブレーション部10のうちのバイブレーション部について説明する。図3の拡大部分図を特に参照して説明するに、バイブレーション用モーター16のカップリング16Aを通してバイブレーション発生部17へ伝える。バイブレーション発生部17は、例えば、0.5mmの偏心した円形カムを備えており、この偏心カムの作用により、ストローク1mmのバイブレーション振動を発生する。このバイブレーション振動により、送り出し側の案内ローラー18、コンタクトローラー15および巻取り側の案内ローラー18を支持台に一体的に設けた研磨ユニット19を振動させる。この時、研磨ユニット19の振動方向は、LMガイド17Aにより、研磨テープ2の走行方向(矢印Aで示す)と平行となる方向(矢印Bで示す)とさせられる。研磨ユニット19のこのようなバイブレーションにおいて、研磨テープ2は、両側のピンチローラー14と研磨テープ駆動ローラー13で研磨テープ2は押えられているので、緩むようなことはない。
このようなバイブレーション振動の振動数は、例えば、0〜30Hzの間で、バイブレーション用モーター16の回転数をタッチパネル30を操作することにより、設定することができる(設定0で振動は停止する)。
次に、研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部のうちセット部について説明する。図4の拡大部分図によく示されるように、研磨ワーク3のセット部は、真空吸着の原理により研磨ワーク(被研磨物)をその表面にしっかりと吸着固定しうる研磨ワーク保持台21を備える。この実施例では、研磨ワーク保持台21の表面上が多数の小さい穴のある面で、研磨ワーク3(図1および図2参照)をセットした後に、真空ポンプ等で保持台内部を減圧することにより、研磨ワーク3を研磨ワーク保持台21の表面上に吸着する。また、研磨ワーク3を取り外すときは、保持台内部の真空を破壊すればよい。この減圧、真空破壊ともに、タッチパネル30を操作することにより行うことができる。
次に、研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部のうち移動部について説明する。図4の拡大部分図によく示されるように、研磨ワーク保持台21の横方向(矢印Eで示す方向)の移動は、研磨ワーク移動用リニヤーシャフト23を研磨ワーク移動用サーボモーター25により駆動することにより、装置本体枠1の底部に設けられたスライドレール23A上を、研磨ワーク移動用リニヤーシャフト23にボールネジを介して係合した研磨ワーク移動用テーブル22Aを移動させることにより行われる。研磨ワーク移動用テーブル22Aには、後述するように、研磨ワークオシレーション用テーブル24Aが搭載されており、この研磨ワークオシレーション用テーブル24Aの上に研磨ワーク保持台21が配置されている。この研磨ワーク保持台21の移動速度は、例えば、0.01〜20m/分の範囲内で設定できるものとされている。そして、研磨ワークの位置、移動速度、移動方向は、タッチパネル30を操作することにより設定できる。
次に、研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部のうち押し当て部について説明する。図4の拡大部分図によく示されるように、研磨ワークオシレーション用テーブル24Aの上には、垂直方向のスライドレール21Aが立設されており、また、押し当て荷重用サーボモーター24が取り付けられている。研磨ワーク保持台21は、押し当て荷重用サーボモーター24によりボールネジを駆動することにより、スライドレール21A上にそって垂直方向(矢印Dで示す方向)に移動させられるようになっている。このような荷重用サーボモーター24による駆動により、研磨ワーク保持台21の上面に載置された研磨ワーク3は、コンタクトローラー15を通過していく研磨テープ2に対して押し当てられる。このときに生ずる研磨ワーク荷重は、ロードセル21Bを用いて測定される。この研磨ワーク荷重は、押し当て荷重用サーボモーター24の駆動を制御することにより、例えば、1〜1000N/100mm(ここで、100mmは、研磨ワークの幅寸法である)の範囲内で設定できる。この荷重もまた、タッチパネル30を操作することにより、設定できる。
次に、研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部のうちオシレーション部について説明する。図4の拡大部分図によく示されるように、研磨ワーク移動用テーブル22Aの上には、オシレーション用スライドレール22が配設されており、このオシレーション用スライドレール22にそって、研磨ワークオシレーション用テーブル24Aが、研磨テープ2の走行方向(矢印A)およびバイブレーション方向(矢印B)を横切る方向(直角方向)に振動移動するように構成されている。したがって、このような研磨ワークオシレーション用テーブル24Aの振動移動により、その上に搭載された研磨ワーク保持台21も、研磨テープ2の走行方向(矢印A)およびバイブレーション方向(矢印B)を横切る方向(直角方向)(矢印Cで示す方向)に振動移動(オシレーション)させられ、その上に吸着させられた研磨ワーク3も同時に同様にオシレーション移動させられることになる。このような研磨ワークオシレーション用テーブル24Aのオシレーション振動は、研磨ワーク移動用リニヤーシャフトの外に、例えば、0.5mm偏心したカムとそれを駆動する研磨ワークオシレーション用モーター26を固定して、その振動をシャフト27で、オシレーション用スライドレール22よりも上部に伝えることによって発生させることができる。このオシレーション振動のストローク幅は、例えば、1mmで、振動数は、例えば、0〜200回/秒とすることができる。また、振動数は、タッチパネル30を操作することにより前述の範囲内で任意に設定できる。
最後に、前述したような研磨テープ振動研磨装置にて、研磨ワークの研磨を行う具体的な一例について説明しておく。先ず、研磨テープの駆動部の説明において述べたように、研磨テープをセットし、タッチパネルで、研磨テープのテンションを設定する。研磨ワークを研磨ワーク保持台に置き、タッチパネルのスイッチを入れて、研磨ワークを固定する。次に、タッチパネルで次のように諸パラメータを設定して、スイッチオンする。
研磨テープの移動(巻取り)速度 0.01〜20m/分
研磨テープのテンション 30〜1000N/100mm
研磨ワーク上の研磨開始位置、研磨終了位置 200mm
研磨ワークの移動速度 0.01〜20m/分
バイブレーションの回数 1〜200回/秒
押し当て荷重 1〜1000N/100mm
オシレーションの回数 0〜200回/秒
研磨作業は、設定作業が終了すると、自動的に停止して、コンタクトローラーは研磨ワークから離れて、50mm上の位置に戻る。ここでスイッチにより真空破壊して、研磨ワークを取り出す。
本発明によれば、研磨テープをコンタクトローラーごと振動(バイブレーション)させて研磨するため、優れた研磨力が得られる。それと同時に、コンタクトローラー幅全面にわたって、均一で精密な研磨ができる。また、直角方向の振動(オシレーション)もあるので、研磨ワークにスジ状の条痕も生じることはない。
また、研磨ワークの供給を連続状態にすれば、長時間の自動運転が可能になる。もしくは、コイル状の薄い基材(携帯電話の基板、有機ELの基板等)フィルム状のものにも研磨が可能になる。
種々な研磨作業の分野においては、今後益々、自動化が要求されてくる中で、本発明発明により、連続して精密で均一な研磨面が効率良く得られることは、大きな産業上の利用可能性を有するものである。
本発明の一実施例としての研磨テープ振動研磨装置の全体構成を示す概略斜視図である。 図1の研磨テープ振動研磨装置の研磨テープの駆動部およびバイブレーション部と研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部との関係を説明するための拡大部分図である。 図1の研磨テープ振動研磨装置の研磨テープのバイブレーション部の詳細構造を示すための拡大部分図である。 図1の研磨テープ振動研磨装置の研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部の詳細構造を示すための装置本体枠の背面から見た拡大部分図である。
符号の説明
1 装置本体枠
2 研磨テープ
3 研磨ワーク
10 研磨テープの駆動部およびバイブレーション部
11 送り出しシャフト
12 巻取りシャフト
13 テープ駆動ローラー
14 ピンチローラー
15 コンタクトローラー
16 バイブレーション用モーター
16A カップリング
17 バイブレーション発生部
17A LMガイド
18 案内ローラー
19 研磨ユニット
20 研磨ワークのセット部、移動部、押し当て部およびオシレーション部
21 研磨ワーク保持台
21A スライドレール
21B ロードセル
22 オシレーション用スライドレール
22A 研磨ワーク移動用テーブル
23 研磨ワーク移動用リニヤーシャフト
23A スライドレール
24 押し当て荷重用サーボモーター
24A 研磨ワークオシレーション用テーブル
25 研磨ワーク移動用サーボモーター
26 研磨ワークオシレーション用モーター
27 シャフト
30 タッチパネル

Claims (4)

  1. 研磨テープを用いて被研磨物の表面を研磨するための研磨テープ振動研磨方法において、
    研磨テープと被研磨物の表面とが少なくとも一部分において所定の荷重にて接触するロールコンタクト部を作り出し、前記研磨テープを、該テープの延長方向に所定のテンションおよび所定の移送速度にて移送させつつ、前記ロールコンタクト部における前記研磨テープの部分を、研磨テープの移送方向と平行な方向において前記被研磨物の表面にそって振動させる段階
    前記ロールコンタクト部において前記研磨テープの移送方向を横切る方向に前記被研磨物を振動させる段階、
    前記ロールコンタクト部が前記被研磨物の表面にそって移動するように、該ロールコンタクト部において前記研磨テープの移送方向と平行な方向において該被研磨物を所定の速度にて移動させる段階
    を含むことを特徴とする研磨テープ振動研磨方法。
  2. 前記所定の荷重は、1〜1000N/100mmの範囲内であり、前記研磨テープの所定のテンションは、30〜1000N/100mmの範囲内であり、前記研磨テープの所定の移送速度は、0.01〜20m/分の範囲内であり、前記研磨テープの移送方向と平行な方向における振動の回数は、1〜200回/秒の範囲内であり、前記研磨テープの移送方向を横切る方向における振動の回数は、0〜200回/秒の範囲内であり、前記被研磨物の所定の速度は、0.01〜20m/分の範囲内である請求項1に記載の研磨テープ振動研磨方法。
  3. 研磨テープを用いて被研磨物の表面を研磨するための研磨テープ振動研磨装置において、
    研磨テープを、該テープの延長方向に所定のテンションおよび所定の移送速度にて移送させるための研磨テープ移送手段と、
    研磨テープと被研磨物の表面とが少なくとも一部分において所定の荷重にて接触するロールコンタクト部を作り出すためのロールコンタクト部形成手段と、
    前記ロールコンタクト部における前記研磨テープの部分を、研磨テープの移送方向と平行な方向において前記被研磨物の表面にそって振動させるための研磨テープ振動手段と
    前記ロールコンタクト部において前記研磨テープの移送方向を横切る方向に前記被研磨物を振動させるための被研磨物振動手段と、
    前記ロールコンタクト部が前記被研磨物の表面にそって移動するように、該ロールコンタクト部において前記研磨テープの移送方向と平行な方向において該被研磨物を所定の速度にて移動させるための被研磨物移動手段と
    を備えることを特徴とする研磨テープ振動研磨装置。
  4. 前記研磨テープ移送手段、前記ロールコンタクト部形成手段、前記研磨テープ振動手段、前記被研磨物振動手段および前記被研磨物移動手段の動作を制御するための制御手段を更に備えており、該制御手段により、前記所定の荷重は、1〜1000N/100mmの範囲内の任意値となり、前記研磨テープの所定のテンションは、30〜1000N/100mmの範囲内の任意値となり、前記研磨テープの所定の移送速度は、0.01〜20m/分の範囲内の任意値となり、前記研磨テープの移送方向と平行な方向における振動の回数は、1〜200回/秒の範囲内の任意値となり、前記研磨テープの移送方向を横切る方向における振動の回数は、0〜200回/秒の範囲内の任意値となり、前記被研磨物の所定の速度は、0.01〜20m/分の範囲内の任意値となるように設定できるようにした請求項3に記載の研磨テープ振動研磨装置。
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