JP5697207B2

JP5697207B2 - 両面研磨装置および研磨方法

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Publication number: JP5697207B2
Application number: JP2011093008A
Authority: JP
Inventors: 友章佐藤; 小林　彰; 彰小林
Original assignee: Hamai Co Ltd
Current assignee: Hamai Co Ltd
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: JP2012223852A

Description

本発明は、上定盤および下定盤によりワークの両面を研磨する両面研磨装置に係り、特に上定盤へのワークの貼り付きを防止する両面研磨装置に関する。また、両面研磨装置における上定盤へのワークの貼り付きを防止する研磨方法に関する。

両面研磨装置では、研磨終了後に上定盤を上昇させてから下定盤上にあるワークを取り出す回収作業を行うが、ときどき、この上定盤にワークが貼り付いたまま上定盤が上昇することがある。このような貼り付き現象が生じた場合には、貼り付いたワークを回収可能な位置まで上定盤を回転させ、その位置で人手によりワークを上定盤から剥がして取り出すという復帰作業が必要となり、大きな時間的ロスが生じる。また、回収するまでに上定盤からワークが剥離して落下・破損し、ワークの破片等が下定盤上に飛散した場合には、ワークの不良化による損失に加え、さらに人手で破片を下定盤上から完全除去する清掃作業に多くの労力と時間を要する。

特にワークを自動で供給・排出する自動機の場合、上記のようにワークの貼り付きが１枚でも発生すると加工が中断し、貼り付き現象の発生の度に上記のような人手による復帰作業および清掃作業を行うため、著しく生産性を損ねることになる。従って、両面研磨装置、特に自動化プロセスを行う自動機の場合はワークの上定盤への貼り付き防止は重要な課題であった。

そこで、このような両面研磨装置では、貼り付き防止機能を持たせ、上記のような復帰作業および清掃作業を回避して生産性の低下防止が図られている。このような貼り付き防止機能を有する研磨装置の従来技術としては、例えば、特許文献１（特許第４１６３４８５号公報、発明の名称「両面研磨装置およびこれを用いた研磨加工方法」）に記載の発明が知られている。
特許文献１に記載の両面研磨装置では、上定盤上昇時、全てのスラリー供給口から加圧スラリーを適宜供給するというものであり、特に上定盤の全域にスラリー供給口を形成してワークがどの場所に位置しても効果があるようにしている。また、スラリー供給口を用いることから上定盤に別途供給口を開けないで済むようにしている。また、スラリー供給量を個別に制御して高品質の加工を行なっている。

また、貼り付き防止機能を有する他の研磨装置の従来技術としては、例えば、特許文献２（特許第３８９１６７５号公報、発明の名称「ワークの研磨装置及び研磨方法」）に記載の発明が知られている。
特許文献２に記載の研磨装置では、ワーク保持孔と同数の吐出孔をワークの外周側に設け、ワークにミスト状流体を吐出する。ミスト状流体を吐出する理由は、「水」のみではワークが浮遊・移動し、傷が付くおそれがあるためであり、また、「エアー」のみでは大きな吐出圧が必要になってワークに歪が発生し、さらにワーク表面が乾く懸念があるためである。

また、貼り付き防止機能を有する他の研磨装置の従来技術としては、例えば、特許文献３（実開昭５９−１０９４４６号公報、発明の名称「両面加工装置」）に記載の発明が知られている。特許文献３に記載の両面加工装置では、多数の押し出し用ロッドを備え、ロッドによりワークを押し出して上定盤から剥がすというものである。

また、貼り付き防止機能を有する他の研磨装置の従来技術としては、例えば、特許文献４（特開昭５５−４８５７４号公報、発明の名称「ポリッシング方法」）に記載の発明が知られている。特許文献４に記載のポリッシング方法では、上定盤を僅かに上昇させ、液体を充填して液層を形成した後にワークを自然落下させるというものである。

特許第４１６３４８５号公報特許第３８９１６７５号公報実開昭５９−１０９４４６号公報特開昭５５−４８５７４号公報

引用文献１に記載の両面研磨装置では、スラリー供給と貼り付き防止とを兼用することで構造を簡素化しているが、加工工程以外で高価なスラリーを消費してしまうことになり、この点でランニングコストの増大要因となっていた。
また、定盤外周側でのスラリー供給口は一般に配置密度は疎であり、ワークの停止位置によってはほとんど貼り付き防止効果がない場合があった。
また、多数あるスラリー供給口毎に流量調整弁を設ける構造を採用しているが、このような構造は設備費が増大すると同時に、定盤上の設置スペースを確保する必要があり、さらに各制御弁を制御装置に接続して個別に制御することになるので、全体の制御系が非常に繁雑になっていた。

また、研磨加工後は、直ちに散水してワーク表面に付着したスラリーをワーク面から洗い流して表面を露出させ、研磨材の乾燥による固着を防止し、さらに欠陥の有無等を確認する必要があるが、従来技術のように加工終了後の上定盤上昇時にワークに高価なスラリーを吐出することは過度のスラリーが残存することになって通常は好ましくなく、次工程へ悪影響を及ぼすので本来は避けなければならない。

また、引用文献２に記載の研磨装置では、上定盤上昇時にワーク貼り付き防止のために水を含むミスト状流体を大量に定盤上に吐出するが、引上げ時にミスト状流体のエアによりワークを吹き飛ばしてしまったり、また、ミスト状流体の水により下定盤上に大量の水が滞留して、後の作業に支障を来たすおそれが大きい。

また、一斉に各供給路へ流体を供給する方式であり、吐出圧は通常低下してしまうと同時に、供給路の先が開放されている方（ワークがない方）へ流体は流れるが、供給路の先が閉塞している方（ワークが貼り付いている方）への流体の供給は少なくなり、剥がし力が弱いまたは作用しないことがある。したがって、適正な剥がし力を付与する調整は困難であるという問題があった。

また、引用文献３に記載の両面加工装置では、機械的に押し出す構成であるため、力の制御を可能とするが、構成の複雑化・高コスト化が避けられなかった。

また、引用文献４に記載の研磨装置では、自重によりワークを落下させるものであるが、ワーク落下まで時間を要し、加えて、落下までの時間が確定しないなど工程の短縮が見込めなかった。また、少し上定盤を上昇させただけではワークが落下したかどうかを検知することは容易ではなく、例えば、上定盤を大幅に上昇させる必要があり、この際にワーク落下のおそれもあるなどの問題を内包するものであった。

以上のような課題は従来からあって、今までにも様々な対策が提案され実施されてきたが、従来の設備に大きな改造等を加えずに簡易かつ低コストで実施でき、さらに従来の加工工程に悪影響を与えないような対策が要望されていた。

そこで、本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価かつ簡素な構成を追加するのみで、微少量の流体供給により剥がし力をワークに付与するようにして、上定盤へのワークの貼り付きを確実に防止し、復帰作業および清掃作業を無用としてプロセスの連続性を向上させる両面研磨装置および研磨方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、
上定盤と下定盤とによりワークの表裏両面をラッピングまたはポリッシングする両面研磨装置において、
前記上定盤の下面であって、研磨加工終了後の各ワークの停止位置に対応する位置に設けられる各々適数の流体吐出孔と、
該流体吐出孔からワークの上面に圧力流体を少量づつ間欠的に吐出させる圧力流体吐出装置と、
を備え、上定盤下面とワークとの間に圧力流体を流入させるように構成されていると共に、
前記圧力流体吐出装置は、
圧力流体が充填される流体溜まり部と、この流体溜まり部と連通する複数の流路空間の開口部であって円上に形成される複数の孔と、シール用ボールを孔に押接させて孔から突出させた状態とする機能を有し、それぞれの流路空間内に設けられる複数のボールプランジャ型バルブと、流体溜まり部内に設けられ、回転移動により所定期間シール用ボールを押して流体溜まり部と流路空間とを連通させる旋回ロッドと、旋回ロッドを回転駆動する回転駆動部と、を備え、
旋回ロッドがシール用ボールを押して形成する隙間を通じて微少量の圧力流体を流路空間へ進入させる供給を順次行い、複数の流路空間を通じて、前記上定盤上の各流体吐出孔へ圧力流体を吐出するようになされていることを特徴とする両面研磨装置とした。

また、本発明の請求項２に係る発明は、
請求項１記載の両面研磨装置を用いてワークの表裏両面をラッピングまたはポリッシングする研磨方法において、
ワークの研磨加工終了後、各ワークを取出す所定の位置へワークを移動するとともに、該ワークの停止位置に対応する位置に前記上定盤を移動させて、前記流体吐出孔を各ワーク上へ位置決めする第１の工程と、
前記圧力流体吐出装置を作動させると同時に、前記上定盤を低速度で上昇させる第２の工程と、
前記上定盤を所定量上昇させた後、前記圧力流体吐出装置の作動を停止し、前記上定盤を中速度から高速度で上昇させて所定位置へ到達させた後、前記下定盤上のワークを順次取出す第３の工程と、
からなることを特徴とするワークの研磨方法とした。

本発明によれば、安価かつ簡素な構成を追加するのみで、微少量の流体供給により剥がし力をワークに付与するようにして、上定盤へのワークの貼り付きを確実に防止し、復帰作業および清掃作業を無用としてプロセスの連続性を向上させる両面研磨装置および研磨方法を提供することができる。

本発明を実施するための形態の両面研磨装置の断面構成図である。本発明を実施するための形態の両面研磨装置の上定盤を取り去った平面図である。上定盤へのワーク貼り付き防止原理の説明図であり、図３（ａ）はワーク貼り付き時に生じる力の説明図、図３（ｂ）はワーク剥落の説明である。圧力流体吐出装置を説明する説明図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図である。圧力流体吐出装置を説明する説明図であり、図５（ａ）はＡ−Ａ矢視図、図５（ｂ）はＢ−Ｂ矢視図である。圧力流体吐出装置の動作のＣ−Ｃ矢視による説明図であり、図６（ａ）はボール接触直前の状態図、図６（ｂ）はボール接触時の状態図、図６（ｃ）はボール接触直後の状態図である。他の圧力流体吐出装置を説明する説明図であり、図７（ａ）は通常幅の回転ロッドの説明図、図７（ｂ）は太幅の回転ロッドの説明図である。ボールプランジャ型バルブを多重円上に配置した他の圧力流体吐出装置の説明図である。１枚のワークに２個の流体吐出孔を配置した他の形態の両面研磨装置の上定盤を取り去った平面図である。１枚のワークに３個の流体吐出孔を配置した他の形態の両面研磨装置の上定盤を取り去った平面図である。

続いて、本発明を実施するための形態の両面研磨装置１００について、図１，図２，図３，図４，図５，図６を参照しつつ説明する。両面研磨装置１００は、ワーク２００を平面加工する装置である。両面研磨装置１００は、図１で示すように、下定盤１、上定盤２、下定盤受け３、ベース部４、支持部５、サンギア６、サンギア駆動軸７、上定盤駆動ドラム８、連結部９、ドラム駆動軸１０、インターナルギア１１、インターナルギア支持部１２、ワークキャリア１３、上定盤昇降装置１４、上定盤支持軸１５、自在継手１６、上定盤吊り板１７、上定盤連結ロッド１８、圧力流体供給装置１９、供給チューブ２０、圧力流体吐出装置２１、接続チューブ２２、流体吐出孔２３を備える。

続いて各構成について説明する。
下定盤１は、図１，図２で示すように、環状円板であり、上面にワーク２００を研磨するラップ面／ポリッシュ面を有する。なお、図示しないが、下定盤１の上面に図示しない研磨布を貼り付け、研磨布によりワークを研磨することもある。
上定盤２は、図１で示すように、環状円板であり、下面にワーク２００を研磨するラップ面／ポリッシュ面を有する。なお、図示しないが、上定盤２の下面に図示しない研磨布を貼り付け、研磨布によりワークを研磨することもある。
ここに下定盤１および上定盤２は、共通回転軸を回転中心として回転するように支持される。

下定盤受け３は、回転体であり、下定盤受け３の上面には下定盤１が固定されている。この下定盤受け３は、下定盤１とともに図示しない下定盤回転駆動部により回転駆動される。下定盤受け３は、ベース部４の中心孔内に配置されており、ベース部４から独立して回転する。
ベース部４は、図示しない台座に固定される堅牢な構造体であり、回転体形状を有し、重量物を支持することができる。

支持部５は、ベース部４上に固定される例えば環状の軸受けなどであり、下定盤受け３が円滑に回転するように下側から支えて支持する。
サンギア６は、外周側に歯が形成されており、下定盤１の内周側（中心側）に配置されている。

サンギア駆動軸７は、サンギア６が一体に設けられており、図示しないサンギア回転駆動部によりサンギア駆動軸７に回転力が付与され、サンギア駆動軸７とともにサンギア６が回転駆動される。サンギア駆動軸７は下定盤受け３の中心孔内に配置されており、下定盤受け３から独立して回転する。
上定盤駆動ドラム８は、図１で示すように円柱体であり、側面に複数の嵌合溝が設けられている。下定盤１および上定盤２の中央孔に上定盤駆動ドラム８が貫通するようになされ、上定盤２の中央孔の開口部からは上定盤駆動ドラム８が突出するように設けられている。後述する昇降機構により上定盤２を下降させると上定盤２の中央の孔部に上定盤駆動ドラム８が貫通する構造となっている。

連結部９は、例えば回動式駆動ツメであり、回動式駆動ツメが上定盤駆動ドラム８の嵌合溝内に入りこんで連結固定され、上定盤２と上定盤駆動ドラム８とが連結される。
ドラム駆動軸１０は、上側に上定盤駆動ドラム８が固定される。ドラム駆動軸１０はサンギア駆動軸７の中心孔内に配置されており、サンギア駆動軸７から独立して回転する。ドラム駆動軸１０は、図示しない上定盤回転駆動部により回転力が付与される。

インターナルギア１１は、内周側（中心側）に向けて歯が形成されており、下定盤１の外周側に配置されている。
インターナルギア支持部１２は、多段筒状部材を含む構成であり、上側にインターナルギア１１が形成される。インターナルギア支持部１２は、図示しないインターナルギア回転駆動部により回転力が付与され、インターナルギア支持部１２とともにインターナルギア１１が回転駆動される。インターナルギア支持部１２の中心孔内にはベース部４が配置されており、インターナルギア支持部１２はベース部４から独立して回転する。

従って、下定盤１、上定盤２、サンギア６、および、インターナルギア１１という四軸はそれぞれが独立して回転する。

ワークキャリア１３は、図２で示すように、歯車が外周に形成されており、サンギア６およびインターナルギア１１に噛合するようになされている。ワークキャリア１３においてワーク２００を保持するワーク保持孔が形成される。ワークキャリア１３はワークに応じて各種用意されており、１個のワークキャリア１３に１個のワーク保持孔が形成されるものであったり、または、複数個のワーク保持孔が形成されるものであったりする。本形態では図２でも明らかなように例示的に４個のワーク保持孔を備えるワークキャリア１３を用いるものとして説明する。そして、このようなワークキャリア１３は、複数個（本形態では例示的に５個）配置されるものとして説明する。本形態ではワークは２０個配置されることとなる。

上定盤昇降装置１４は、上定盤２の上側に配置されており、上定盤支持軸１５に対し矢印ａ方向の昇降力を付与する機能を有している。
上定盤支持軸１５は、上定盤昇降駆動部１４内を移動するようになされており、先端で自在継手１６と連結される。

自在継手１６は、上定盤支持軸１５と上定盤吊り板１７との間に介在して設けられており、上定盤支持軸１５を回転軸として上定盤吊り板１７が回転自在となるように支持し、また、上定盤吊り板１７を三次元方向に移動可能に支持する。
上定盤吊り板１７は、堅牢な板体であり、例えば上定盤２と同径の円板体である。

上定盤連結ロッド１８は、上定盤吊り板１７と上定盤２との間に複数本設けられる。これら上定盤連結ロッド１８は、平面から視ると円上に等間隔で設けられる。上定盤連結ロッド１８は上定盤２に対して略鉛直方向に立設するように設けられる。上定盤連結ロッド１８の下部は、上定盤２に対して図示しないボルトで連結固定されている。上定盤連結ロッド１８の上部は、上定盤吊り板１７に対して図示しないボルトで連結固定されている。これにより、上定盤吊り板１７、上定盤連結ロッド１８、および、上定盤２は一体に移動することになる。

圧力流体供給装置１９は、例えば所定圧力で流体を供給する装置である。そして、後述する圧力流体吐出装置２１内の流体に所定圧力を付与して圧力流体として維持する。
供給チューブ２０は、圧力流体供給装置１９と圧力流体吐出装置２１とを連結する流路であり、流体を圧力流体吐出装置２１へ送る。なお、実際の両面研磨装置では上定盤吊り板１７の回転時でも供給チューブ２０が絡まらないように配慮して接続されるが、種々の技術を用いることが可能である。

圧力流体吐出装置２１は、圧力流体が満たされており、この圧力流体を微少量供給する機能を有している。圧力流体吐出装置２１の詳細については後に詳述する。
接続チューブ２２は、圧力流体吐出装置２１から供給される圧力流体を流す。圧力流体吐出装置２１には接続チューブ２２が複数本（本形態ではワークと同じ数である２０本）接続される。

流体吐出孔２３は、接続チューブ２２の他端に接続されるものであり、上定盤２の下面に孔が向くように設けられて上定盤２の下側に圧力流体を供給する。特に図２で示すように、流体吐出孔２３の下側にワーク２００の中央があるようにワークキャリア１３の位置決め制御がなされる。ここで、図２の上定盤を取り去った平面図中にある点線の流体吐出孔２３は“上定盤２に形成される孔”なので上定盤２を取り去った平面図には当然残らないことになるが、図２では予想位置を表している。なお、図示しないが流体吐出孔２３に加え上定盤２にはスラリー吐出孔が別途設けられており、スラリーを供給するようになされている。

これら構成のうち、下定盤１、上定盤２、下定盤受け３、ベース部４、支持部５、サンギア６、サンギア駆動軸７、上定盤駆動ドラム８、ドラム駆動軸１０、インターナルギア１１、インターナルギア支持部１２、上定盤昇降装置１４、上定盤支持軸１５、自在継手１６、上定盤吊り板１７の回転中心軸は共通軸となっている。

また、これら下定盤１、上定盤２、サンギア６、インターナルギア１１は、それぞれ、上定盤回転駆動部、下定盤回転駆動部、サンギア回転駆動部、インターナルギア回転駆動部により回転が制御されており、例えばこれら各駆動部に接続される制御装置により回転速度を調節して最適なラッピング・ポリッシングを行う。また、後述するが、制御装置はワークの上側に流体吐出孔２３が位置するようにワークキャリア１３を位置制御する。両面研磨装置１００はこのようなものである。

続いて、本発明の特徴をなす圧力流体吐出装置２１による貼り付き防止について説明する。まずは、貼り付き防止原理について図３を参照しつつ検討する。面粗度の良い上定盤２にワーク面が対向する場合の貼り付きについてはレオロジーの問題として考えられる。図３（ａ）のモデル図で示すように、断面でみて幅Ｄのワーク２００と上定盤２との間に厚さＨの液体の相があるとする。なおＨは本来は幅が狭いが、図３（ａ）では明瞭化のためＨを広く記載している。ワーク面に対して鉛直方向となるように、仮に上定盤２からワーク２００を離すように移動させると、液体は体積一定の条件で内側（中央側）へ流れ込み、細くなっていく。水平方向（内側へ向かう）液体の速度をＶ、ワークを離して行く速度Ｈ’とすれば、（ある断面をみれば）次式のように表される。

[数１]
Ｖ≒Ｈ’（Ｄ／Ｈ）

これにより（ワーク面の界面では液体の水平方向の速度はゼロと考えると）、内向きの流れの速度勾配γ’は次式のようになる。

[数２]
γ’≒Ｖ／Ｈ

また、ηを液体の粘度とすると、ワーク面に対して次式で表されるようなずり応力σを与える。

[数３]
σ＝ηγ’

一方このようなずり流れは、ワーク面に挟まれた液体の内側と外側との圧力差によると考えることができる。大気圧Ｐ_０、液体の中心部の圧Ｐとすれば、ある断面で見ると、次式が成立する。

[数４]
Ｈ（Ｐ−Ｐ_０）＝−Ｄσ

これらを纏めると以下のようになる。

[数５]
Ｐ−Ｐ_０＝−｛（Ｄ／Ｈ）^２｝η（Ｈ’／Ｈ）

このワーク面を引き剥がす力をＦとすれば、Ｆは（Ｐ_０−Ｐ）Ｄ^２と見積もれるので、（ここではＤ^２のワーク面）Ｆは次式のようになる。

[数６]
Ｆ＝｛（Ｄ／Ｈ）^３｝ηＨ’Ｄ

ここにＦは引き剥がし力、ηは粘度、Ｄは接触面積、Ｈは介在物厚さである。このように力Ｆは離して行く速度Ｈ’と、粘度ηと、（Ｄ／Ｈ）^３とＤに依存する式となっている。因みにワーク板を平行に速度Ｖで滑らせるときの粘性抵抗力Ｇはσ×Ｄ^２であって、先の数式に代入すると次式のようになる。

[数７]
Ｇ＝（Ｄ／Ｈ）ηＶＤ

このように力Ｇは先に説明した力Ｆよりかなり小さい。そこで、ワーク面と可能な限り平行方向に切り出すようにすると、切り出し易くなる。しかしながら、依然Ｇの存在により切り出しに力を要するものとなっている。そこで、切り出し動作が容易となるように、予め上定盤とワークとの間での貼り付き状態を緩和（ワークの接触面に介在する流体の厚さＨを大きくする、ワークの接触面積Ｄを小さくする、流体の粘度ηを小さくする、など）する一次分離を行う。

ワークの貼り付きを回避するためには、本発明では液層厚さＨを大きくする、すなわち図３（ｂ）で示すように流体吐出孔２３を通じてワークと上定盤との間に圧力流体を浸透させることにより貼り付き力を大きく減少させる。ここに、供給する流体は適度に加圧した圧力流体とし、この圧力流体を隙間に浸透させる。なお、吐出する圧力流体は微少量でよい。また圧力を高く維持するため、一部の流体吐出孔のみから圧力が充分に高い圧力流体を出すという間欠吐出を採用する。

また、粘度が低い流体を採用する。水の粘度は１．０×１０^−３Ｐａ・Ｓであり、また、空気の粘度は１．８×１０^−５Ｐａ・Ｓである。このように空気の粘度は水の粘度の１／５０以下となっており、ワーク貼り付き面に対して、空気層を界面に形成することが非常に有効であることは明らかである。このように空気層を厚く形成することは、即ち接触面積Ｄの低減にも通ずる。なお、水の層をできるだけ厚く形成することも有効であり、本発明では特に圧力流体として空気と水を採用できる。なお、本形態では一括して圧力流体であるとして説明する。

続いて、圧力流体の吐出方法について説明する。上記のように圧力流体をワーク２００と上定盤２の接触界面との間に流し込んで流体の層をできるだけ厚く形成させることができればよいわけであるが、単純に圧力流体を大量に供給すると以下の問題が生じる。

（１）大量の圧力流体（エアーあるいは水など）を吐出するには大きな設備が必要でありコスト高である。
（２）圧力流体として大量の加圧水を吐出すると下定盤上に大量の滞留水が残って次工程に支障を来たすと同時に、下定盤上のワークが浮遊してワーク保持孔からワークが飛び出る現象が発生する。
（３）圧力流体として大量の加圧エアーを噴出するとワークが下定盤方向へ吹飛ばされて、ワークキャリアのワーク保持孔から外れる懸念があると同時に、下定盤とワークキャリアあるいはワークとの界面に加圧エアーが浸入して夫々を浮遊させることになり、場合のよってはワークキャリアやワークが再び上定盤へ貼り付いてしまう懸念がある。
（４）圧力流体を大量に供給することは上定盤に貼り付いたワークを流体のエネルギーで吹き飛ばす方法といってよく、ワーク界面へ介在物の層をできるだけ厚く形成するものではない。

一方、圧力流体の流量を全体的に絞った場合、上記のような吐出流体による新たな問題はある程度防止でき、それほど大きな設備も必要がなくなるが、以下の問題が生じる。
（ａ）上定盤２からワーク２００を引き剥がす工程において、ワーク２００が上定盤２に貼り付いて流体吐出孔２３からの流路がほぼ閉塞している箇所やワーク２００と上定盤２との間に既にやや厚い液体膜が形成されている箇所などが混在することになるが、このような状況下で同時に複数の流体吐出孔２３から圧力流体を吐出した場合、圧力流体は後者の流路が存在する箇所へ集中的に流れて行き、流体自身の圧力低下が生じると同時に、前者の流路が閉塞している箇所即ち引き剥がしたいワーク２００の界面へは流体がほとんど流れないことになり、貼り付き防止効果は不十分となる。

本発明では、微少量の圧力流体を一時に一の流体吐出孔２３のみから噴出させるようにして圧力減少を抑え、充分に高い圧力を有する圧力流体による剥がし力を１のワーク２００に対して付与するようにした。

そして、圧力流体として例えば加圧エアを採用し、微少量の加圧エアを流体吐出孔２３から吐出して空気層をワーク界面に形成する。
なお、実用面では、加圧エアの吐出の条件によっては下定盤とワークあるいはワークキャリア間の界面に加圧エアが入り込んで、ワークあるいはキャリアを浮遊させて上定盤へワークが再び貼りついたり、ワークがキャリア穴から飛び出すなどの懸念がある。そこで、加圧エアの吐出の条件（圧力や流量）の調整を必要とする。
また、実用面では、ワーク表面を乾かしてしまう懸念が指摘されている。そこで、スラリー供給口から水を滴下させながら行う方法や上部の円筒容器の中に間欠的に水を供給するなどの対策を用いてもよい。

また、圧力流体として例えば加圧水を採用し、加圧水を流体吐出孔２３から吐出して水の層をワーク界面に形成するようにしてもよい。非圧縮性流体のため、加圧エア適用時の吹き飛ばしや乾燥の問題はないので適用はやや容易である。
このように加圧エアまたは加圧水による圧力流体を採用することができる。

続いて、圧力流体吐出装置２１の構成について説明する。圧力流体吐出装置２１は、図４，図５で示すように、装置本体２１１、ロッド回転用モータ２１２、流体受入口２１３、流体吐出管２１４、回転軸２１５、軸受け部２１６、流体溜まり部２１７、旋回ロッド２１８、孔２１９、シール用ボール２２０、圧縮バネ２２１、流路空間２２２を備える。

続いて各構成について説明する。
装置本体２１１は、詳しくは図５で示すように、さらに底板２１１ａ、中板２１１ｂ、蓋２１１ｃおよび円筒２１１ｄとを有し、内部には中板２１１ｂ、蓋２１１ｃおよび円筒２１１ｄにより仕切られる流体溜り部２１７が形成されている。
ロッド回転用モータ２１２は、装置本体２１１の蓋２１１ｃの上側に配置されており、図５で示すように、回転軸２１５が流体溜り部２１７内に突出するように設けられる。

流体受入口２１３は、装置本体２１１の蓋２１１ｃの上側に配置されており、流体溜り部２１７と連通している。流体受入口２１３には供給チューブ２０が接続されており圧力流体が受入され、流体溜り部２１７へ送られる。
流体吐出管２１４は、装置本体２１１の外周側にある円筒２１１ｄに複数個（本形態では２０個）配置されている。全ての流体吐出管２１４は、流路空間２２２を介して流体溜り部２１７に連通する。

回転軸２１５は、ロッド回転用モータ２１２により回転駆動される。これらロッド回転用モータ２１２および回転軸２１５により本発明の回転駆動部を構成する。
軸受け部２１６は、図５で示すように、上側の蓋２１１ｃと下側の中板２１１ｂという２箇所で回転軸２１５を支持しており、回転する回転軸２１５がぶれないようになされている。軸受け部２１６は、圧力流体が漏れないようにシール機能も有している。

流体溜り部２１７は、流体受入口２１３と流体吐出管２１４とが連通する空間であり、圧力流体が充填される。
旋回ロッド２１８は、回転軸２１５に軸支されており、図５（ａ）で示すように、流体溜り部２１７内を回転する。後述するが回転する旋回ロッド２１８は、シール用ボール２２０に接触し、シール用ボール２２０を押し下げるようになされている。

孔２１９は、中板２１１ｂに形成されており、平面から視ると、図５（ａ）で示すように、同一円状に等間隔で複数個（本形態では２０個）設けられる。
シール用ボール２２０は、流体溜り部２１７と連通する孔２１９に当接して孔２１９を塞ぐときは流路空間２２２や流体吐出管２１４へ圧力流体を流さないようにし、また、孔２１９から離れるときは圧力流体を流路空間２２２や流体吐出管２１４へ流す機能を有している。シール用ボール２２０は円筒型収容部である流路空間２２２内に配置される。

圧縮バネ２２１は、シール用ボール２２０を孔２１９側へ付勢しており、孔２１９は通常は閉塞するようになされている。圧縮バネ２２１は、円筒型収容部である流路空間２２２内に配置される。
流路空間２２２は、円筒型の空間である。この流路空間２２２にシール用ボール２２０、および、圧縮バネ２２１が配置されてプランジャー型バルブを形成する。このプランジャー型バルブは円上に複数（本形態では２０個）形成されることとなる。

このような圧力流体吐出装置２１の特徴として、ボールプランジャ型バルブを円上に配列して旋回ロッド２１８を回転させることで多分岐の流体分配を実現した。加工終了時にワーク２００上に各流体吐出孔２３が凡そ来るような位置制御が行われ、微少量の圧力流体（加圧エアまたは加圧水）を噴射すれば、専用の流体吐出孔２３から圧力流体がワーク２００と上定盤２との間に流れ出てワーク２００の貼り付き力を減らしてワーク２００が上定盤２から確実に剥がれるようにする。

続いて圧力流体の供給動作について説明する。
まず、図６（ａ）で示すように、シール用ボール２２０は孔２１９から流体溜り部２１７側へ僅かに突出しており、孔２１９を塞いでいる。そして、旋回ロッド２１８が回転し、シール用ボール２２０へ近づいていくものとする。

そして、図６（ｂ）で示すように、旋回ロッド２１８がシール用ボール２２０に接触して下側へ押下げると、流体溜り部２１７に充填されている圧力流体がシール用ボール２２０と孔２１９との隙間から流れ込む。なお、図中では勢いによりシール用ボール２２０が旋回ロッド２１８から離れてさらに下側へ移動した状態を図示している。この流れ込む時間は一瞬である。圧力流体を流路空間２２２へ流し、流体吐出管２１４、接続チューブ２２を経て流体吐出孔２３から流体を吐出する。

そして、図６（ｃ）で示すように、旋回ロッド２１８がシール用ボール２２０から離れた後に、シール用ボール２２０は圧縮バネ２２１の付勢力により孔２１９に当接され、シール状態が復活する。そして旋回ロッド２１８を回転させて、順番にボールプランジャ型バルブを開閉していく。

このような圧力流体吐出装置２１では微少量の圧力流体を瞬間的に吐出することが可能となる。そして、夫々の流体供給路は独立し、かつボールプランジャ型バルブは一つのみ空けられて圧力流体を流されるので、流体溜り部２１７に充填されている圧力流体の圧力や量が瞬時に低下するような事態は発生しない。また、仮にワークがないような場合でも多量に圧力流体が吐出されることはなく、一定量で吐出される。

また、圧力流体供給装置１９により流体溜り部２１７に圧力流体が供給され続けられるため、元圧が低下することもない。また、流体吐出孔２３の先でワーク２００の有無により隙間の大小がある場合でも供給量はボールプランジャー型バルブにより一定となり元圧が低下したりすることがないので、どの流体吐出孔２３から吐出される圧力流体であっても所定の圧力および量が保証される。

そして、図２で示すようにワーク２００の中央に圧力流体が供給されれば、図３（ｂ）で示すようにワーク２００と上定盤２との間に適量の圧力流体を浸透させて薄い層を形成することにより、貼り付け力を瞬時に大きく減少させ、ワーク２００の自重により下側へ自然落下する。圧力流体の吐出量が過度でなければワーク２００が吹き飛ばされるような事態は生じない。そして、このような機能は簡易構成により安価に実現される。

続いて、本形態の両面研磨装置１００の具体的なワーク取りだし動作を含む一連の加工動作を説明する。両面研磨装置１００は、各ワークキャリア１３のワーク保持孔に保持されたワーク２００を下定盤１と上定盤２との間に挟み込み、各ワークキャリア１３を遊星運動させながら下定盤１および上定盤２を互いに逆方向に回転させてワーク２００の両面の研磨加工を行い、研磨終了後、上定盤２を上昇させてワーク２００を取り出す、というものである。

（１）まず、ワークキャリア１３にワーク２００を設置する設置工程が行われる。この設置工程では、例えば、上定盤２が持ち上げられた状態で、ワークキャリア１３に設けられたワーク保持孔内に、複数枚のワーク２００が装着される。この装着は、手作業による装着、または、ワークキャリア１３へのワーク２００の装着とワークキャリア１３からのワークの取り出しとを自動的に行うワークハンドリングロボットによる装着など、を採用しても良い。ワークキャリア１３に設けられたワーク保持穴にラッピングまたはポリッシングされる複数のワーク２００が保持された状態となる。

（２）続いて、上定盤２を下降させて、上定盤駆動ドラム８の嵌合溝に回動式駆動ツメを嵌合して連結部９を構成する。上定盤支持軸１５に加わる支持荷重を図示しない荷重計により計測し、この支持荷重が所定レベルに達したら下降を停止する。
上定盤支持軸１５に支持される環状の上定盤２は、上定盤支持軸１５とともに昇降駆動が行われ、ワーク２００に対して適正圧力で接するような位置に決定される。

（３）下定盤１および上定盤２を回転させ、加工開始する。
上定盤２に設けられた図示しないスラリー供給穴からスラリーの供給を開始しつつ、図示しない上定盤回転駆動部がドラム駆動軸１０および上定盤駆動ドラム８を回転させると、連結部９を介して上定盤２の回転が開始される。
なお、図示しないがスラリー供給方法自身は重力落下方式を採用するものであり、加圧設備を設けて圧送したり個々の流路に流量制御弁を設けるという非常に繁雑でコスト高な方法を採るものではなく、この点でもコスト低減を実現している。

同様に、下定盤１、サンギア６およびインターナルギア１１も所定速度にて回転させる。下定盤１は、下定盤回転駆動部から駆動力が伝達され、この駆動力に応じて回転する。サンギア６がサンギア回転駆動部により回転駆動され、また、インターナルギア１１がインターナルギア回転駆動部により回転駆動される。ワークキャリア１３の外周の歯面はサンギア６およびインターナルギア１１と噛合っており、ワークキャリア１３は遊星運動を開始する。サンギア６およびインターナルギア１１を回転させることにより上定盤２と下定盤１とにより挟持されるワーク２００が装着されたワークキャリア１３が自転しつつ公転し、ワーク２００の両面が研磨される。

これら上定盤２、下定盤１、サンギア６、インターナルギア１１は、それぞれ、上定盤回転駆動部、下定盤回転駆動部、サンギア回転駆動部、インターナルギア回転駆動部により回転が制御されており、例えばこれら各駆動部に接続される制御装置により回転速度を調節して最適なラッピング・ポリッシングを行う。

（４）所定時間加工後、加工を停止する。
ワーク２００が目標厚さに達し、図示しない厚みセンサから加工終了信号が制御装置へ出力されたら、制御装置は、これと同時に各ワークキャリア１３の停止位置へ最短距離で停止できるように動作量を生成して停止動作に入る。各ワークの加工後停止位置を一定の位置とする。そのため、ワークキャリアの位置決めを行うサンギア６とインターナルギア１１の位置決め制御を行う。上定盤２も同様に、上記の各ワークに対応する位置（加工後停止位置）に各キャリア位置上へ流体吐出孔２３が来る最短動作の位置決めを行う動作量を生成して上定盤２の回転位置決めを行う停止動作に入る。

なお、ワーク加工終了直前あるいは終了後に上定盤２の位置決めをする場合、上定盤２の動きを最小限としてワーク２００への余分な研磨や傷付きなどを防止する必要があるが、上定盤２上の流体吐出孔２３は定盤中心軸周りに（３６０度／ワークキャリア数ｎ）毎に各ワークキャリア１３に対応する位置に同様に設けられているので、上定盤２の回転量が最も少ない回転位置にある流体吐出孔２３とワークキャリア１３の位置を一致させることにより、前記した問題を回避できる。なお、この（４）は本発明の第１の工程に相当する。

（５）貼り付き防止処理を行う。
上定盤２、下定盤１、およびワークキャリア１３が所定の位置で停止したら、「貼り付き防止工程」を行いながら上定盤を上昇させる。具体的には上記したよう圧力流体吐出装置２１の旋回ロッド２１８が回転してボールプランジャ型バルブを順次押下して、各流体吐出孔２３から圧力流体の間欠的な供給を行い、全てのワーク２００に対して剥がし力を与える。

（６）上定盤２を微速度で上昇させる。
この時、上定盤２は特別な姿勢保持機構がなければ、任意の位置のワーク面から剥離が進行する。（厳密には上定盤２が僅かに傾く）この時、上定盤２ではワーク２００から離れた（剥離した）部分とワーク２００と接している部分などが混在した状態となっている。少しするとワーク２００は上定盤から離れた（剥離した）状態となっている。なお、これら（５），（６）は本発明の第２の工程に相当する。

（７）一定量の高さまで上定盤２が上昇したら、上昇速度を大きくして退避位置の上限まで上昇させる。

（８）下定盤１上のワーク２００を自動または手動にて順次回収する。なお、これら（７），（８）は本発明の第３の工程に相当する。
加工動作はこのようなものである。

このような両面研磨装置１００によれば、上定盤２とワーク２００との間に微少量の圧力流体を流入させるため、貼り付き力を大幅に少なくして剥がれやすくする。特に簡素な構成である圧力流体吐出装置２１により圧力流体の微少量な吐出が実現される。

続いて本発明の他の形態について説明する。先に図１，図２，図３，図４，図５，図６を用いて説明した圧力流体吐出装置２１の旋回ロッド２１８と比較すると本形態では旋回ロッドの幅を太くしている。比較のため掲げた先の形態の図７（ａ）では旋回ロッド２１８の幅が狭いが、本形態では図７（ｂ）で示すように旋回ロッド２１８の幅を太くした点のみが相違している。他は同じ構成を採用するものであって先の形態と同じ説明であり、重複する説明を省略する。
つまり、旋回ロッド２１８がシール用ボール２２０に接触する時間が長くなり、流れ込む流体が増える。このような構成を採用しても良い。また、この際、回転速度を調節すればさらに流れ込む流体の増減を調節することができる。

続いて本発明の他の形態について説明する。先に図４，図５を用いて説明した圧力流体吐出装置２１では一の円上に全てのプランジャー型バルブが配置されていた。本形態では、図８で示すように、二の同心円の上に全てのプランジャー型バルブが配置される。そして同じ角度に二のプランジャー型バルブが配置される。これにより、旋回ロッド２１８はある角度で二のプランジャー型バルブと接触して圧力流体を流すこととなり、時間短縮やより多くの流体吐出孔２３の採用が可能となる。このようにプランジャー型バルブが増加しても圧力流体吐出装置２１を構成することが可能である。また、この際、回転速度を調節すればさらに流れ込む流体の増減を調節することができる。このように流体吐出孔２３の数が多くなる場合でも孔２１９を複数列としたり、プランジャー型バルブの設置間隔を調整することで配置が可能となる。さらに先の形態で説明したように旋回ロッド２１８の幅などを適宜設定して、各流体吐出孔２３からの吐出時間や流量を任意に設定できる。このような構成を採用しても良い。

続いて本発明の他の形態について説明する。先の形態では流体吐出孔２３は１のワーク２００に対して１個配置されるものであった。しかしながら、ワーク２００をより確実に剥がすため、図９で示すように１のワーク２００に対して流体吐出孔２３を２個設けるようにしても良い。また、２個の流体吐出孔２３の位置も圧力流体が全面に行き渡りやすくするため、ともにワーク中心から離して外周側に設けた。本形態では２０枚のワークがあり、計４０個の流体吐出孔２３を設けている。流体吐出孔２３および接続チューブ２２も４０個設ける。ここで、図９の上定盤を取り去った平面図中にある点線の流体吐出孔２３は“上定盤２に形成される孔”なので上定盤２を取り去った平面図には当然残らないことになるが、図９では予想位置を表している。このような構成を採用することで上定盤２とワーク２００との間の広い領域に圧力流体が吐出されることとなり、よりワーク２００が剥がれ易くなる。なお、圧力流体吐出装置２１は、図４，図５，６を用いて説明した形態を採用しても良く、また、図７，図８を用いて説明した形態を採用しても良い。このような形態を採用しても良い。

続いて本発明の他の形態について説明する。先の形態では流体吐出孔２３は１のワーク２００に対して２個配置されるものであった。しかしながら、ワーク２００をより確実に剥がすため、図１０で示すように１のワーク２００に対して流体吐出孔２３を３個設けるようにしても良い。また、３個の流体吐出孔２３の位置も圧力流体が全面に行き渡りやすくするため、ともにワーク中心から離して外周側に設けた。本形態では２０枚のワークがあり、計６０個の流体吐出孔２３を設けている。流体吐出孔２３および接続チューブ２２も６０個設ける。ここで、図１０の上定盤を取り去った平面図中にある点線の流体吐出孔２３は“上定盤２に形成される孔”なので上定盤２を取り去った平面図には当然残らないことになるが、図１０では予想位置を表している。このような構成を採用することで上定盤２とワーク２００との間の広い領域に圧力流体が吐出されることとなり、よりワーク２００が剥がれ易くなる。なお、圧力流体吐出装置２１は、図４，図５，６を用いて説明した形態を採用しても良く、また、図７，図８を用いて説明した形態を採用しても良い。このような形態を採用しても良い。

また、図示しないが１のワークキャリアに１のワークが嵌め込まれるような大口径ワークではワークの中心位置に１個の流体吐出孔を設け、中心から所定半径を有する円周上に３または４個の流体吐出孔を設けるようにしても良い。ただし、ワークの貼り付き状況により適宜吐出孔の数や配置は検討する必要がある。このように構成することで効率良く剥がすことができる。

このような本発明の両面研磨装置では、ワークの中心、または、ワークの中心から所定半径の円周上に複数の流体吐出孔を配置するので、上定盤とワークとの間に圧力流体が確実に吐出され、剥がし力が確実に付与される。そして、流体吐出孔の配置や使用されるワークの材質や厚みなど実際の製品を考慮しつつ最小限の流体吐出孔を設ければよい。
また、圧力流体吐出装置や接続チューブ、流体吐出孔という比較的簡素で安価な構成を追加するのみでよく、流量制御弁を多数用いる従来技術と比較しても大幅なコストダウンを実現している。

また、本発明の両面研磨装置は、圧力流体として、高価なスラリーではなく、通常工場内に用意されているユーティリティである圧縮エアまたは水を微少量消費するだけであり、コストも最小限度増加するに留まる。
また、本発明の両面研磨装置は、スラリーのような洗浄が難しいものではなく、間欠的に少量の圧力流体を吐出するだけなので、ワーク面を含めて後工程に及ぼす影響を低くしている。
また、圧力流体は微少量であるため、大量の加圧エアのように吹き飛ばしたり、大量の加圧水のように流れる事態を防止する。
また、ワークの有無によらず、全ての流体吐出孔から出る圧力流体の圧力をほぼ一定に維持できるので、一定の剥がし力を付与でき、利便性を高めている。

また、本発明の両面研磨装置は、ラップ加工およびポリッシュ加工のいずれにおいても有効であり、利便性が高い。
また、本発明の両面研磨装置は、圧力流体として加圧エアや加圧水を用いるので効率が良い、環境悪化しない、低コストという利点がある。なお、定盤上を汚さない観点からは加圧エアの使用が好ましい。

このように、本発明の両面研磨装置では、従来の設備に大きな改造等を伴わずに簡易かつ低コストで実施でき、さらに従来の加工工程に悪影響を与えないような対策を施すことで、安価かつ簡素な構成を追加するのみで、微少量の流体供給により剥がし力を付与するようにして、上定盤へのワークの貼り付きを確実に防止し、復帰作業および清掃作業を無用としてプロセスの連続性を向上させる両面研磨装置および研磨方法を提供することができる。

以上のような本発明に係る両面研磨装置および研磨方法は特にシリコンウエハや透明ガラス基板というワークの研磨に適している。

１００：両面研磨装置
１：下定盤
２：上定盤
３：下定盤受け
４：ベース部
５：支持部
６：サンギア
７：サンギア駆動軸
８：上定盤駆動ドラム
９：連結部
１０：ドラム駆動軸
１１：インターナルギア
１２：インターナルギア支持部
１３：ワークキャリア
１４：上定盤昇降装置
１５：上定盤支持軸
１６：自在継手
１７：上定盤吊り板
１８：上定盤連結ロッド
１９：圧力流体供給装置
２０：供給チューブ
２１：圧力流体吐出装置
２１１：装置本体
２１１ａ：底板
２１１ｂ：中板
２１１ｃ：蓋
２１１ｄ：円筒
２１２：ロッド回転用モータ
２１３：流体受入口
２１４：流体吐出管
２１５：回転軸
２１６：軸受け部
２１７：流体溜まり部
２１８：旋回ロッド
２１９：孔
２２０：シール用ボール
２２１：圧縮バネ
２２２：流路空間
２２：接続チューブ
２３：流体吐出孔

Claims

上定盤と下定盤とによりワークの表裏両面をラッピングまたはポリッシングする両面研磨装置において、
前記上定盤の下面であって、研磨加工終了後の各ワークの停止位置に対応する位置に設けられる各々適数の流体吐出孔と、
該流体吐出孔からワークの上面に圧力流体を少量づつ間欠的に吐出させる圧力流体吐出装置と、
を備え、上定盤下面とワークとの間に圧力流体を流入させるように構成されていると共に、
前記圧力流体吐出装置は、
圧力流体が充填される流体溜まり部と、この流体溜まり部と連通する複数の流路空間の開口部であって円上に形成される複数の孔と、シール用ボールを孔に押接させて孔から突出させた状態とする機能を有し、それぞれの流路空間内に設けられる複数のボールプランジャ型バルブと、流体溜まり部内に設けられ、回転移動により所定期間シール用ボールを押して流体溜まり部と流路空間とを連通させる旋回ロッドと、旋回ロッドを回転駆動する回転駆動部と、を備え、
旋回ロッドがシール用ボールを押して形成する隙間を通じて微少量の圧力流体を流路空間へ進入させる供給を順次行い、複数の流路空間を通じて、前記上定盤上の各流体吐出孔へ圧力流体を吐出するようになされていることを特徴とする両面研磨装置。
請求項１記載の両面研磨装置を用いてワークの表裏両面をラッピングまたはポリッシングする研磨方法において、
ワークの研磨加工終了後、各ワークを取出す所定の位置へワークを移動するとともに、該ワークの停止位置に対応する位置に前記上定盤を移動させて、前記流体吐出孔を各ワーク上へ位置決めする第１の工程と、
前記圧力流体吐出装置を作動させると同時に、前記上定盤を低速度で上昇させる第２の工程と、
前記上定盤を所定量上昇させた後、前記圧力流体吐出装置の作動を停止し、前記上定盤を中速度から高速度で上昇させて所定位置へ到達させた後、前記下定盤上のワークを順次取出す第３の工程と、
からなることを特徴とするワークの研磨方法。