JP5511343B2

JP5511343B2 - 研磨装置

Info

Publication number: JP5511343B2
Application number: JP2009279249A
Authority: JP
Inventors: 篤高田; 雅一高津; 一樹上段; 好孝鶴田
Original assignee: Nano TEM Co Ltd
Current assignee: Nano TEM Co Ltd
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2011121124A

Description

本発明は、シリコンウェハなど平面板状のワークの表面を研磨加工するための研磨装置に関する。

シリコンウェハなどの平面板状のワークの表面を研磨加工する研磨装置は、鋳物などで形成される２つの定盤でワークを上下から挟み込んで加圧し、定盤とワーク間の隙間に液状の研磨材を供給しながらワークを回転させることで、ワークの表面を研磨する。液状の研磨材による表面研磨は遊離砥粒研磨加工とも呼ばれる。

図１は、両面研磨装置における遊離砥粒による研磨加工を示す模式図である。ワークの両面を研磨する両面研磨装置では、キャリアにセットされた複数のワークが、上定盤と下定盤に対して自転及び公転しながら、研磨材である遊離砥粒（スラリー）との擦り合わせ運動によりワークの厚みを薄くしていく。

遊離砥粒を用いた両面研磨装置は、上定盤と下定盤を固定し、複数のワークがセットされたキャリアのみを自転及び公転させる２ウェイ駆動方式、キャリアの自転及び回転に加えて、上定盤と下定盤の一方を回転させる３ウェイ駆動方式、さらに、キャリアの自転及び回転に加えて、上定盤と下定盤を互いに反対方向に回転させる４ウェイ駆動方式など様々な駆動方式が実現されている。また、ワークの片面のみを研磨する片面研磨装置も実用化されている。

この研磨加工は、一般的にラップ加工（又はラッピング）と呼ばれ、ワークに一定の圧力を加えて研磨する方法（定圧方式）である。なお、ポリッシュ加工（又はポリシング）は、ラップ加工よりも精密な仕上げを行うための研磨加工であり、ラップ加工と同様に定圧方式を採用する研磨方法である。本明細書では、「研磨加工」及び「ラップ加工」は、「ポリッシュ加工」をも含む定圧方式の表面加工の意味で用いられる。

研磨加工に用いられる砥粒は、遊離砥粒の他に、定盤に固定されたダイヤモンド砥石などの固定砥粒を用いる手法が知られている。しかしながら、固定砥粒を用いた定圧方式の研磨加工は、遊離砥粒を用いた定圧方式の研磨加工と比較して、加工速度が速い利点を有するものの、ワーク間の厚みばらつきが大きく、加工精度が低いという欠点がある。

図２は、遊離砥粒と固定砥粒の加工速度差を説明する図である。一般的に、遊離砥粒による研磨加工では、数μm/min〜10μm/min程度の加工速度しか得られないのに対して、固定砥粒による研磨加工は、遊離砥粒の１０倍以上の加工速度が得られる。しかしながら、固定砥粒による研磨加工は、その加工速度の速いことが、加工精度の低下の要因となり、固定砥粒による研磨加工が普及していない。

固定砥粒を用いた定圧方式の研磨加工の加工精度が低い理由は、次の理由が考えられる。砥石である定盤の回転を停止する操作を行ってから、定盤の回転が実際に停止するまでの間、ワークに荷重がかかり続けるため、その間もワークの表面は削られる。ワークはキャリアの自転によって、定盤の内周側と外周側までの範囲を遊星運動しながら停止する。

図３は、定盤の内周側と外周側の周速度の違いを説明する図である。砥石の周速度が速ければ速いほどワークに対する加工能力は高い。従って、砥石の外周の速度は内周の速度よりも速いため、回転停止操作から実際に定盤が停止するまでの間、外周側のワークは内周側のワークよりも多く削られることになる。これが、ワーク間の厚みばらつきとなり、加工精度の低下の要因となる。

例えば、遊離砥粒を用いた場合、回転停止操作から実際に定盤が停止するまでの間における外周速度と内周速度との差によるワーク間の厚みばらつきは、１〜２ミクロンであるが、固定砥粒を用いた場合は、１０〜２０ミクロンにまで達する。

そのため、加工速度は固定砥粒を用いた場合に劣るものの、必要な加工精度（例えば、厚みばらつき３ミクロン以下）を得るには、遊離砥粒による研磨加工を採用せざるを得ないのが現状である。特許文献１は、要求される加工精度、品質あるいは加工能率に応じて最適な駆動方式に切替可能な両面研磨装置について開示している。

特開２００３−３１１６０８号公報

上述したように、必要な加工精度を得るために、現状では、遊離砥粒を用いた研磨が行われているが、遊離砥粒を用いた研磨は、（１）加工速度が遅い、（２）遊離砥粒スラリーの廃液処理は環境負荷が高いなどの問題点を有している。

一方、固定砥粒を用いた研磨は、このような問題点を有していないが、高い加工精度を得られないという問題点を有している。この問題点を解消するために、固定砥粒（砥石）によりワークの厚みを高精度に制御できる定寸方式の研削装置により研磨加工を行うことも考えられる。しかしながら、一般的に、定寸方式の研削装置の価格は、定圧方式の研磨装置の価格の３倍以上であり、装置の導入コストが高すぎ、研磨加工のコストと見合わず、研削装置による高精度研磨は現実的な解決とはならない。

そこで、本発明の目的は、廉価な定圧方式の研磨装置において、高い加工精度を実現する固定砥粒を用いた研磨装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の研磨装置の第１の構成は、被加工物の被加工面を研磨する研磨装置において、第１の回転軸を中心に回転する定盤と、前記定盤の上面に取り付けられ、被加工物の被加工面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する多孔質砥石と、前記第１の回転軸とずれた第２の回転軸を中心に回転し、前記定盤上の前記多孔質砥石の加工面と前記被加工物の被加工面を接触させた状態で前記多孔質砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させながら複数の前記被加工物を保持する保持部と、前記定盤に形成され且つ前記定盤の上面に開口し、前記多孔質砥石の気孔を介して前記多孔質砥石の加工面と連通する通水用流体通路と、前記通水用流体通路と接続し、前記通水用流体通路に加圧された水を供給する加圧ポンプと、前記定盤と前記保持部の回転を停止させる停止信号を検出すると、前記加圧ポンプを作動させ、前記加圧ポンプから供給された水を前記通水用流体通路、さらには前記気孔を介して前記加工面に吐出させ、前記定盤の回転が実際に停止する所定時間経過後、前記加工面からの水の吐出を停止させる制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の研磨装置の第２の構成は、上記第１の構成において、前記定盤に形成され且つ前記定盤の上面に開口する吸着用流体通路と、前記吸着用流体通路と接続し、前記吸着用流体通路内の空気を吸引する真空ポンプとをさらに備え、前記多孔質砥石は、前記真空ポンプが前記吸着用流体通路内の空気を吸引することにより、前記定盤に吸着固定されることを特徴とする。

本発明の研磨装置の第３の構成は、被加工物の上面及び下面の両面を研磨加工する研磨装置において、第１の回転軸を中心に回転する下定盤と、前記第１の回転軸と同軸に配置され、前記下定盤の上方に上下動可能な上定盤と、前記下定盤の上面に取り付けられ、被加工物の下面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する第１の多孔質砥石と、前記上定盤の下面に取り付けられ、被加工物の上面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する第２の多孔質砥石と、前記第１の回転軸とずれた第２の回転軸を中心に回転し、前記第１の多孔質砥石及び前記第２の多孔質砥石の両加工面とそれぞれ被加工物の下面及び上面を接触させた状態で前記両多孔質砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させながら複数の前記被加工物を保持する保持部と、前記下定盤に形成され且つ前記下定盤の上面に開口し、前記第１の多孔質砥石の気孔を介して前記第１の多孔質砥石の加工面と連通する第１の通水用流体通路と、前記上定盤に形成され且つ前記上定盤の下面に開口し、前記第２の多孔質砥石の気孔を介して前記第２の多孔質砥石の加工面と連通する第２の通水用流体通路と、前記両通水用流体通路と接続し、前記両通水用流体通路に加圧された水を供給する加圧ポンプと、前記下定盤及び前記保持部の回転を停止させる停止信号を検出すると、前記加圧ポンプを作動させ、前記加圧ポンプから供給された水を前記両通水用流体通路、さらには前記両多孔質砥石の気孔を介して前記両加工面に吐出させ、前記上定盤及び前記下定盤の回転が実際に停止する所定時間経過後、前記加工面からの水の吐出を停止させる制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の研磨装置の第４の構成は、上記第３の構成において、前記下定盤の中心部に回転可能に設けられる太陽歯車と、前記下定盤の外周側に回転可能に設けられる内歯車とを備え、前記保持部は、前記太陽歯車と前記内歯車に噛合し、被加工物を両歯車の回転に伴って、被加工物を前記第１の多孔質砥石と前記第２の多孔質砥石に接触させながら前記第１の多孔質砥石と前記第２の多孔質砥石間を自転及び公転することを特徴とする。

本発明の研磨装置の第５の構成は、上記第３又は４の構成において、前記下定盤に形成され且つ前記下定盤の上面に開口する第１の吸着用流体通路と、前記上定盤に形成され且つ前記上定盤の下面に開口する第２の吸着用流体通路と、前記両吸着用流体通路と接続し、前記両吸着用流体通路内の空気を吸引する真空ポンプとを更に備え、前記第１の多孔質砥石は、前記真空ポンプが前記第１の吸着用流体通路内の空気を吸引することにより前記下定盤に吸着固定され、前記第２の多孔質砥石は、前記真空ポンプが前記第２の吸着用流体通路内の空気を吸引することにより前記上定盤に吸着固定されることを特徴とする。

本発明によれば、定盤の回転停止操作時に、多孔質砥石の加工面と被加工物の被加工面間に水を吐出するので、定盤の回転停止操作時から実際に定盤の回転が停止するまでの間の被加工面に対する研磨加工が抑制され、定盤の回転による外周と内周の速度差に起因する加工速度差による複数の被加工物間の厚みばらつきを抑えることができ、固定砥粒による研磨加工における厚み制御を高精度に行うことができる。

両面研磨装置における遊離砥粒による研磨加工を示す模式図である。遊離砥粒と固定砥粒の加工速度差を説明する図である。定盤の内周側と外周側の周速度の違いを説明する図である。本発明の実施の形態における研磨装置の第１の構成例を示す図である。図４のＡ−Ａ断面の平面図である。下定盤１２に設けられる溝５６を示す平面図である。研磨停止時における水吐出制御のフローチャートである。多孔質砥石１４、１６の加工面からの水吐出による厚み制御を模式的に示す図である。本発明の実施の形態における研磨装置の第２の構成例を概略的に示す図である。２系統の流体通路を説明する図である。第１の構成例の研磨装置に形成される２系統の流体通路を説明する図である。第２の構成例の研磨装置に形成される２系統の流体通路を説明する図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図４は、本発明の実施の形態における研磨装置の第１の構成例を示す図である。第１の構成例は、ディスク型をしたワークＷの両面を研磨する両面研磨装置である。第１の構成例の研磨装置は、中心軸が同一の円環状の上定盤１０と下定盤１２とを備え、上定盤１０の下面及びそれに対向する下定盤１２の上面には、それぞれワークＷと接触する加工面を有する多孔質砥石１４、１６が固着されている。定盤１０、１２は、アルミニウム合金や鉄鋼などの金属、またはアルミナなどの多孔質セラミックで形成される。多孔質砥石１４、１６は、例えばダイヤモンドなどの砥粒を結合材で固めて形成されており、内部には微細な気孔が形成された多孔質構造となっている。これにより、多孔質砥石１４、１６は、連なった気孔を介して加工面とその反対面（定盤と接触する面）との間で空気や液体（水など）の流体を貫通させることができる通気性を有する。

研磨装置は、定盤１０、１２の中心部に位置する太陽歯車２２と、定盤１０、１２の外周を取り囲むように位置する内歯車２４と、下定盤１２上に載置された状態で太陽歯車２２及び内歯車２４に噛合する複数のキャリア２６とを備える。各キャリア２６の厚さは、ワークＷの目標厚さ即ち研磨後の厚さと実質的に同一又はそれより薄く形成され、各キャリア２６はそれぞれが複数のワーク保持孔を有し、各ワーク保持孔内に研磨すべきワークＷを嵌合状態に保持する。

下定盤１２上の多孔質砥石１４上に載置されたキャリア２６の保持孔に保持されたワークＷは、上定盤１０による上側から一定の圧力で押さえつけられ、上定盤１０に取り付けられた多孔質砥石１６が一定圧力でワークＷに接触した状態で、多孔質砥石１４、１６に対してワークＷを相対的に回転させることで、研磨加工が行われる。３ウェイ駆動方式の場合は、例えば、下定盤１２を回転させることで、キャリアは下定盤１２の回転方向に公転する。４ウェイ駆動方式の場合は、下定盤１２の回転に加えて、上定盤１０を下定盤１２の回転方向と反対方向に回転させてもよい。さらに、キャリア２６は、上定盤１０又は下定盤１２の回転方向に公転するとともに、太陽歯車２２と内歯車２４の駆動により、キャリア２６は自転する。すなわち、ワークＷは、上定盤１０又下定盤１２の回転方向に回転しつつ、上定盤１０及び下定盤１２の内周側と外周側との間を回転往復運動して、研磨加工される。

図５は、図４のＡ−Ａ断面の平面図であり、キャリア２６の自転及び公転方向を示す図である。太陽歯車２２と下定盤１２とを逆方向に回転させることで、複数のワーク保持孔２６ａを有するキャリア２６が太陽歯車２２の周りを自転しながら公転し、ワークＷの両面が互いに逆回転する下定盤１２と上定盤１０とによって同時に研磨される。例えば、キャリア２６の自転方向Ｂは公転方向Ｃと逆向きにし、キャリアの公転方向Ｃと下定盤１２の回転方向Ｄとが同方向となるようにしておく。

図４に戻り、上定盤１０、下定盤１２、太陽歯車２２及び内歯車２４は、同軸に配置された駆動軸１０ａ、１２ａ、２２ａ、２４ａにそれぞれ取り付けられ、各駆動軸のギアを介してモータ３０と連結され、モータ３０の回転動力が、上定盤１０、下定盤１２、太陽歯車２２及び内歯車２４に伝達される。

昇降用シリンダなどで構成される所定の昇降機３４が、装置に対して、駆動軸１０ａ、１２ａ、２２ａ、２４ａと同軸に上下に昇降可能に支持されている。昇降機３４の下端部分には、ロータリジョイント５６によって吊り部材３５が取り付けられ、上定盤１０は、吊り部材３５に回転可能に取り付けられる。昇降機３４は、上定盤１０を駆動軸１０ａとの係合状態から離脱させて上方に吊り上げ可能である。上定盤１０を吊り上げた状態において、研磨すべきワークＷが保持されたキャリア２６が、上定盤１０と下定盤１２間に載置される。そして、上定盤１０を下降させ、上定盤１０の自重、さらには、昇降機３４の自重及び昇降機３４により提供される強制的な押し下げ圧力をワークＷに与えることにより、ワークＷに必要な研磨圧が与えられる。

上定盤１０の多孔質砥石１４が固着されている面には、半径方向に延びる複数の溝５０が設けられる。すなわち、上定盤１０には、複数の溝５０が放射状に形成され、この複数の溝５０は通水用の流体通路である。各溝５０は、上定盤１０の下面に開口しており、さらに、上定盤１０の多孔質砥石１４が固着されている面と反対の面に貫通しているホース接続孔５１と連通し、当該ホース接続孔５１に接続されたホース５２はロータリジョイント５３に接続する。さらに、ロータリジョイント５３に接続するホース５４が加圧ポンプ７０と接続することで、加圧ポンプ７０は、多孔質砥石１４の加工面に水を吐出可能に多孔質砥石１４と連通する。溝５０ホース５２、５４及びホース接続孔５１は、加圧ポンプ７０と多孔質砥石１４を連通させる流体通路を構成する。加圧ポンプ７０から供給される加圧された水は、順にホース５４、ホース５２、ホース接続孔５１、溝５０、多孔質砥石１４の気孔を通って、多孔質砥石１４の加工面に吐出される。

下定盤１２の多孔質砥石１６が固着している面には、半径方向に延びる複数の溝５６が設けられる。すなわち、複数の溝５６は、上定盤１０の溝５０と同様に放射状に形成され、通水用の流体通路である。各溝５６は、下定盤１２の上面に開口しており、さらに、下定盤１２の多孔質砥石１６が固着されている面と反対の面に貫通しているホース接続孔５７と連通し、当該ホース接続孔５７に接続されたホース５８は、駆動軸１２ａの内部に軸方向に延びて設けられる内部通路６２と連結する。駆動軸１２ａの内部通路６２は、駆動軸１２ａの下端側に取り付けられるロータリジョイント６４に接続され、ロータリジョイント６４に接続するホース６６を介して、加圧ポンプ７０と接続している。こうして、加圧ポンプ７０は、多孔質砥石１６の加工面に水を吐出可能に多孔質砥石１６と連通する。溝５６、ホース５８、６６、ホース接続孔５７、内部通路６２は、加圧ポンプ７０と多孔質砥石１４を連通させる流体通路を構成する。加圧ポンプ７０から供給される加圧された水は、順にホース６６、内部通路６２、ホース５７、ホース接続孔５７、溝５６、多孔質砥石１６の気孔を通って、多孔質砥石１６の加工面に吐出される。

なお、多孔質砥石１４の加工面に水を吐出するための加圧ポンプと、多孔質砥石１６の加工面に水を吐出するための加圧ポンプが別々に設けられてもよい。また、加圧ポンプに接続するホースには、必要に応じて適宜圧力調整弁や分岐弁など各種弁が設けられる。

図６は、下定盤１２に設けられる溝５６を示す平面図である。上定盤１０に設けられる溝５０も図６と同様である。図６（ａ）では、下定盤１２の溝５６は、下定盤１２の半径方向に放射状に形成される。また、図６では、半径方向については、周方向に４５度間隔で設けられているが、６０度間隔、９０度間隔など定盤全体にまんべんなく流体が吐出可能な程度の角度間隔に適宜設定される。溝５６は既知の金属加工により穿設される。また、図６（ｂ）は、溝５６の別の形態を示す図であり、溝５６は、半径方向に９０度間隔で放射状に延びる部分と、半径方向に延びる部分を接続するように同心円状に周方向に延びる部分とを有する形態である。流体通路の形態は、これらに限られず、例えば、定盤表面に孔を穿ち、定盤内部に各孔を連通させる通路を設ける構成であってもよい。

制御装置３２は、モータ３０の回転方向及び回転速度を制御する。一つのモータ３０の回転動力を、必要な歯車などを介して、所望の回転方向及び回転速度に分岐させて、各駆動軸１０ａ、１２ａ、２２ａ及び２４ａのギア１０ｂ、１２ｂ、２２ｂ及び２４ｂに異なる回転方向及び回転速度を伝達してもよいし、上定盤１０、下定盤１２、太陽歯車２２及び内歯車２４それぞれに独立のモータを用意し、各駆動軸１０ａ、１２ａ、２２ａ及び２４ａのギア１０ｂ、１２ｂ、２２ｂ及び２４ｂ毎に所定の回転方向及び回転速度の回転動力を供給する構成であってもよい。また、制御装置３２は、昇降機３４の昇降制御を行い、昇降機３４の上下動に伴って上下動する上定盤１０の昇降を制御する。制御装置３２は、研磨開始信号（ＯＮ信号）を検出すると、昇降機３４を下降させ、持ち上げられている状態の上定盤１０をワークＷ上に一定圧力がかかるように接触させ、さらに、モータ３０を回転駆動させ、研磨加工が開始される。

そして、本実施の形態の研磨装置の特徴的な制御として、制御装置３２は、加圧ポンプ７０の動作を制御し、定盤１０、１２及びキャリア２６を回転させながら研磨加工を行っている過程において、研磨加工を停止させる研磨停止信号（ＯＦＦ信号）を検出すると、定盤１０、１２、太陽歯車２２及び内歯車２４の回転を停止させる制御を行うとともに、加圧ポンプ７０を動作させ、多孔質砥石１４及び１６の加工面から水を吐出させる。加圧ポンプ７０からの水吐出は、定盤の回転が停止し、ワークＷに対する研磨動作が行われなくなるまでの一定時間行われる。

図７は、研磨停止時における水吐出制御のフローチャートである。制御装置３２は、研磨停止信号（ＯＦＦ信号）を検出すると（Ｓ１０）、モータ３０の回転動作を停止させ、加圧ポンプ７０を動作させ（Ｓ１２）、加圧ポンプ７０と連通している多孔質砥石１４、１６の加工面から水を吐出させる。そして、モータ３０の回転停止から定盤の回転が実際に停止するまでの所定時間をあらかじめ設定しておき、加圧ポンプ動作開始から所定時間経過すると（Ｓ１４）、加圧ポンプ７０の動作を停止させ、加工面からの水吐出を停止する（Ｓ１６）。制御装置３２は、所定の制御プログラムを格納したメモリとそれを実行するＣＰＵを備える構成であってもよいし、各種制御機能を実現するロジック回路により構成されてもよい。

停止ボタンの押し下げ又はあらかじめ設定されたタイマ時間の経過などにより、研磨停止信号が出力され、それを制御装置３２が検出すると、制御装置３２はモータ３０への電力供給を停止し、回転停止動作を行う。しかしながら、モータ３０からの回転動力の供給が停止しても、定盤１０、１２及び太陽歯車２２及び内歯車２４はその慣性動作により即回転停止せず、徐々に回転速度を落としながら、数秒から数十秒間回転し続け、その後完全に停止する。このように、研磨装置は、構造上、瞬時に定盤の回転を停止することができないため、停止指示信号が出力されてから、定盤などの回転が完全に停止するまでの間、研磨加工が続くことになる。

ワークＷはキャリア２６の自転によって、定盤１０、１２の内周側と外周側までの範囲を遊星運動しながら停止する。背景技術の欄で説明したように、定盤１０、１２の外周の速度は内周の速度よりも速いため、回転停止操作から実際に定盤が停止するまでの間、外周側のワークは内周側のワークよりも多く削られることになり、これが、ワーク間に厚みばらつきを生じさせ、加工精度の低下の一つの要因となっている。

また、上定盤１０と下定盤１２のいずれか一方に、定盤の上下方向の変位を測定する測長器を設け、加工中の定盤の変位を観察して、設定された変位にて、上定盤の１０の荷重を解放するため上定盤１０を持ち上げる操作を行うことで、ワークＷの厚み制御を行う手法が採用される場合もある。しかしながら、上定盤１０は、図４に示すように中心軸で支えられているため、上定盤１０を持ち上げるとき、上定盤１０の自重により、その外周側は内周側より遅れて持ち上がる。これも、加工速度が速いた固定砥粒（砥石）を用いた研磨加工を行う場合に、外周側と内周側での厚みばらつきが生じる要因となる。

そこで、本実施の形態の研磨装置では、制御部３２が、研磨停止信号を検出したタイミングで、加圧ポンプ７０を動作させ、多孔質砥石１４、１６の加工面に水を瞬時に吐出させ、加工面全体に均一な水圧を与えることで、ワークＷにかけられている荷重を低減させる。ワークＷに対する荷重が低減されることにより、研磨停止信号出力後に定盤の回転が続いても、加工速度が大きく低下し、外周側と内周側の周速差による厚みばらつきが生じなくなる。これにより、固定砥粒による研磨加工においても、ワークの厚みばらつきをなくし、高精度な厚み制御が実現する。

図８は、多孔質砥石１４、１６の加工面からの水吐出による厚み制御を模式的に示す図である。多孔質砥石１４、１６の加工面から加圧された水を吐出することで、瞬時に両定盤間に圧力を与えて、上定盤１０を平行に浮上させることにより、内周側のワークＷも外周側のワークＷにかけられる荷重を均一に極短時間で低減させる。荷重が低下することで、加工速度も低下するので、遊離砥粒のような１μｍオーダーでの加工精度を得ることができるようになる。水は、多孔質砥石１４、１６の気孔から加工面全体にわたって均一に吐出されるので、内周側のワークＷも外周側のワークＷも同一タイミングで均一に加工圧力（荷重）が低減される。その結果、回転停止動作後に定盤１０、１２の回転が続いても、ワークＷに対する研磨加工は行われない又は加工速度は著しく低下するので、厚みばらつきの発生が抑えられ、固定砥粒での研磨加工において、ワークの厚みを高精度に制御することができる。

また、上定盤１０を持ち上げる際に、内周側と外周側で上定盤１０の上昇するタイミングに差がある場合であっても、当該水吐出制御により、多孔質砥石１４、１６の加工面から瞬時に均一な水圧で水を吐出させることで、上定盤１０を平行に浮上させることにより、内周側のワークＷも外周側のワークＷにかけられる荷重を均一に極短時間で低減させ、厚みばらつきの発生が防止される。

多孔質砥石１４、１６は、砥粒としてダイヤモンド砥粒を使用し、その平均粒径は例えば0.1〜300μｍである。ダイヤモンド砥粒に代わって、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒を使用してもよい。また、ダイヤモンドとＣＢＮとの混合物を用いてもよい。結合材は、ビトリファイドボンド、レジンボンド、メタルボンド、電着ボンドなど種々のボンド材を使用することができる。

図９は、本発明の実施の形態における研磨装置の第２の構成例を概略的に示す図である。第２の構成例は、ディスク型をしたワークＷの片面を研磨する片面研磨装置である。第２の構成例においても、第１の構成例と同様に、研磨加工を終了させる回転停止信号の出力に基づいて、多孔質砥石の気孔を介して加工面から瞬時に水を吐出させることで、加工面全体に均一な水圧を与え、ワークＷにかけられている荷重を低減させ、外周側と内周側の周速差による厚みばらつきをなくす。

第２の構成例の研磨装置は、鉛直な回転軸８０を中心に回転する定盤８２と、定盤８２上に取り付けられる多孔質砥石８４と、ワークＷを保持して多孔質砥石８４の上面に形成された加工面にワークＷを押しつけるワーク保持部８６とを備える。ワーク保持部８６は、既知の真空チャック機構により複数のワークＷを保持面８６ａに吸着保持し、保持面８６ａの径は、定盤８２の半径未満であり、定盤８２の回転軸８０と中心軸が異なる軸を中心に回転する。これにより、ワーク保持部８６に保持された複数のワークＷは、ワーク保持部８６の回転により、回転する定盤８２の内周側と外周側間を回転する。また、ワーク保持部８６は図示されない昇降機構に支持されて昇降自在である。

定盤８２の多孔質砥石８４が固着している面には、図６に示した上定盤及び下定盤に設けられる溝と同様に、半径方向に延びる複数の溝８３が設けられる。溝８３は、定盤８２の多孔質砥石８４が取り付けられる面に開口している。複数の溝８３のパターンは、図６（ａ）、（ｂ）に示されたものが例示されるが、これに限られるものではない。各溝８３は、さらに、定盤８２の多孔質砥石８４が固着されている面と反対の面に設けられたホース接続孔８５と連通し、当該孔８５に接続されたホース８８は、駆動軸８０の内部に軸方向に延びて設けられる内部通路８１と連結する。駆動軸８０の内部通路８１は、駆動軸８０の下端側に取り付けられるロータリジョイント８７に接続され、ロータリジョイント８７に接続するホース８９を介して、加圧ポンプ９０と接続している。こうして、加圧ポンプ９０は、多孔質砥石６４の加工面に水を吐出可能に多孔質砥石１６と連通する。溝８３、ホース８８、８９、ホース接続孔８５、内部通路８１は、加圧ポンプ９０と多孔質砥石８４を連通させる流体通路を構成する。加圧ポンプ９０から供給される加圧された水は、順にホース８９、内部通路８１、ホース８８、ホース接続孔８５、溝８３、多孔質砥石８４の気孔を通って、多孔質砥石８４の加工面に吐出される。

制御装置９２は、回転軸８０を回転させるモータ（図示せず）の回転、ワーク保持部８６の昇降及び回転、加圧ポンプ９０を制御する。そして、制御装置９２は、図７の処理と同様に、研磨停止操作による研磨停止信号を検出すると、モータを停止させると同時に、加圧ポンプ９０を動作させ、多孔質砥石８４の加工面全体にわたって均一に水を瞬時に吐出させる。これにより、加工面全体に均一な水圧が与えられ、ワークＷにかけられている荷重が低減するので、定盤の回転が停止するまでの間の加工速度が低下し、外周側と内周側の周速差による厚みばらつきを抑制することができる。

上述の第１の構成例及び第２の構成例において、多孔質砥石をネジなどで定盤に固定することができるが、好ましくは、真空吸着により多孔質砥石を定盤に固定してもよい。多孔質砥石をネジなどで定盤に固定する場合、研磨加工時に定盤が熱膨張した際に、多孔質砥石の固定により定盤の膨張が拘束され、定盤のソリの要因となり、加工精度が劣化するおそれがある。多孔質砥石を真空吸着することで、定盤の熱膨張によるソリの発生を防ぐことができる。多孔質砥石を定盤に真空吸着させる場合、多孔質砥石からの水吐出と多孔質の真空吸着の両方を同時に実現するために、定盤に通水用と吸着用の２系統の流体通路を確保する必要がある。

図１０は、２系統の流体通路を説明する図である。図１０は、図６（ａ）で示した通水用の流体通路を構成する溝５６（溝５０、８３も同じ）を示す定盤の平面図であり、半径方向に延びる放射状の８本の溝５６（溝５０、８３も同じ）が示されている。これを周方向に交互に通水用流体通路と吸着用流体通路の２系統に分けて用いる。

図１１は、第１の構成例の研磨装置に形成される２系統の流体通路を説明する図であり、図１０のＢ−Ｂ線での要部断面図である。図４における上定盤１０の溝５０と下定盤１２の溝５６を、図１０のように、それぞれ通水用溝５０ａ、５６ａ、吸着用溝５０ｂ、５６ｂに周方向に交互に分ける。駆動軸１２ａの各内部通路６２も、ホース５８で接続される下定盤１２のそれぞれの通水用溝５６ａ、吸着用溝５６ｂに合わせて交互に通水用内部通路６２ａと吸着用内部通路６２ｂの２系統に分けられ、ロータリジョイント６４を介して、通水用内部通路６２ａはホースを介して加圧ポンプ７０に連結され、吸着用内部通路６２ｂはホースを介して真空ポンプ７１に連結される。加圧ポンプ７０により、通水用溝５０ａ、５６ａに加圧された水を吐出させると同時に、吸着用溝５０ｂ、５６ｂを含む流体通路内の空気を真空ポンプ７１により吸引することで、流体通路内の気圧が大気圧より低くなり、多孔質砥石１４、１６はそれぞれ上定盤１０、下定盤１２に吸着固定される。真空ポンプ７１の吸引により、多孔質砥石１４、１６の加工面から気孔を介して流体通路に空気が流入するが、その流入力が真空ポンプの吸引量より小さくなるように気孔の通気抵抗を調節することで、流体通路内を大気圧以下に維持でき、多孔質砥石は定盤に吸着固定される。

図１２は、第２の構成例の研磨装置に形成される２系統の流体通路を説明する図であり、図１０のＢ−Ｂ線での要部断面図である。図９における定盤８２の溝８３を、図１０のように、通水用溝８３ａ、吸着用溝８３ｂに周方向に交互に分ける。回転軸８０の中心に軸方向に延びる内部通路８１は２重管で形成され、外側通路８１ａと内側通路８１ｂの一方に通水用溝８３ａを接続し、他方に吸着用溝８３ｂを接続する。図１２の例では、通水用溝８３ｂがホースを介して外側通路８１ａに接続し、吸着用溝８３ｂがホースを介して内側通路８１ｂに接続する。また、回転軸８０の下端に接続されたロータリジョイント８７を介して、通水用内部通路（外側通路８１ａ）はホースを介して加圧ポンプ９０に連結され、吸着用内部通路（内側通路８１ｂ）はホースを介して真空ポンプ９１に連結される。加圧ポンプ９０により、通水用溝８３ａに加圧された水を吐出させると同時に、真空ポンプ９１により吸着用溝８３ｂから多孔質砥石８４を吸引することで、多孔質砥石８４を定盤８２に吸着固定させる。

上述したように、本発明は、片面研磨装置及び両面研磨装置のいずれにも適用可能であり、また、上述した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０：上定盤、１２：下定盤、１４：多孔質砥石、１６：多孔質砥石、２２：太陽歯車、２４：内歯車、２６：キャリア、３０：モータ、３４：昇降機、３５：吊り部材、５０：溝、５１：ホース接続孔、５２：ホース、５３：ロータリジョイント、５４：ホース、５６：孔、５７：ホース接続孔、５８：ホース、６２：内部通路、６４：ロータリジョイント、７０：加圧ポンプ、７１：真空ポンプ、８０：回転軸、８１：内部通路、８２：定盤、８３：溝、８４：多孔質砥石、８５：ホース接続孔、８６：ワーク保持部、８７：ロータリジョイント、８８：ホース、８９：ホース、９０：加圧ポンプ、９１：真空ポンプ、９２：制御装置

Claims

被加工物の被加工面を研磨する研磨装置において、
第１の回転軸を中心に回転する定盤と、
前記定盤の上面に取り付けられ、被加工物の被加工面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する多孔質砥石と、
前記第１の回転軸とずれた第２の回転軸を中心に回転し、前記定盤上の前記多孔質砥石の加工面と前記被加工物の被加工面を接触させた状態で前記多孔質砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させながら複数の前記被加工物を保持する保持部と、
前記定盤に形成され且つ前記定盤の上面に開口し、前記多孔質砥石の気孔を介して前記多孔質砥石の加工面と連通する通水用流体通路と、
前記通水用流体通路と接続し、前記通水用流体通路に加圧された水を供給するポンプと、
前記定盤と前記保持部の回転を停止させる停止信号を検出すると、前記ポンプを作動させ、前記ポンプから供給された水を前記通水用流体通路、さらには前記気孔を介して前記加工面に吐出させ、前記定盤の回転が実際に停止する所定時間経過後、前記加工面からの水の吐出を停止させる制御部とを備えることを特徴とする研磨装置。
請求項１において、
前記定盤に形成され且つ前記定盤の上面に開口する吸着用流体通路と、
前記吸着用流体通路と接続し、前記吸着用流体通路内の空気を吸引する真空ポンプとをさらに備え、
前記多孔質砥石は、前記真空ポンプが前記吸着用流体通路内の空気を吸引することにより、前記定盤に吸着固定されることを特徴とする研磨装置。
被加工物の上面及び下面の両面を研磨加工する研磨装置において、
第１の回転軸を中心に回転する下定盤と、
前記第１の回転軸と同軸に配置され、前記下定盤の上方に上下動可能な上定盤と、
前記下定盤の上面に取り付けられ、被加工物の下面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する第１の多孔質砥石と、
前記上定盤の下面に取り付けられ、被加工物の上面と接触する加工面が設けられ、砥粒、結合材及び気孔を有する第２の多孔質砥石と、
前記第１の回転軸とずれた第２の回転軸を中心に回転し、前記第１の多孔質砥石及び前記第２の多孔質砥石の両加工面とそれぞれ被加工物の下面及び上面を接触させた状態で前記両多孔質砥石と前記被加工物とを相対的に摺動させながら複数の前記被加工物を保持する保持部と、
前記下定盤に形成され且つ前記下定盤の上面に開口し、前記第１の多孔質砥石の気孔を介して前記第１の多孔質砥石の加工面と連通する第１の通水用流体通路と、
前記上定盤に形成され且つ前記上定盤の下面に開口し、前記第２の多孔質砥石の気孔を介して前記第２の多孔質砥石の加工面と連通する第２の通水用流体通路と、
前記両通水用流体通路と接続し、前記両通水用流体通路に加圧された水を供給するポンプと、
前記下定盤及び前記保持部の回転を停止させる停止信号を検出すると、前記ポンプを作動させ、前記ポンプから供給された水を前記両通水用流体通路、さらには前記両多孔質砥石の気孔を介して前記両加工面に吐出させ、前記上定盤及び前記下定盤の回転が実際に停止する所定時間経過後、前記加工面からの水の吐出を停止させる制御部とを備えることを特徴とする研磨装置。
請求項３において、
前記下定盤の中心部に回転可能に設けられる太陽歯車と、
前記下定盤の外周側に回転可能に設けられる内歯車とを備え、
前記保持部は、前記太陽歯車と前記内歯車に噛合し、被加工物を両歯車の回転に伴って、被加工物を前記第１の多孔質砥石と前記第２の多孔質砥石に接触させながら前記第１の多孔質砥石と前記第２の多孔質砥石間を自転及び公転することを特徴とする研磨装置。
請求項３又は４において、
前記下定盤に形成され且つ前記下定盤の上面に開口する第１の吸着用流体通路と、
前記上定盤に形成され且つ前記上定盤の下面に開口する第２の吸着用流体通路と、
前記両吸着用流体通路と接続し、前記両吸着用流体通路内の空気を吸引する真空ポンプとを更に備え、
前記第１の多孔質砥石は、前記真空ポンプが前記第１の吸着用流体通路内の空気を吸引することにより前記下定盤に吸着固定され、前記第２の多孔質砥石は、前記真空ポンプが前記第２の吸着用流体通路内の空気を吸引することにより前記上定盤に吸着固定されることを特徴とする研磨装置。