JP6673772B2 - ワークキャリア及びワークキャリアの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、シリコンウエーハ、ガラス、セラミックス、水晶等の薄板状のワークを研磨装置によって研磨加工する際に、ワークの保持に使用されるワークキャリア及びワークキャリアの製造方法に関するものである。
シリコンウエーハなどのワークの両面又は片面を研磨装置によって研磨加工する際に、ワーク保持孔を有するワークキャリアにワークを保持させることが知られている(特許文献1−3など参照)。
ワークキャリアの本体となるキャリア基板は、SK鋼やステンレス鋼といった硬質の金属素材によって形成されているため、キャリア基板に穿孔されたワーク保持孔に直接、ワークを保持させると、研磨加工中にワークがワーク保持孔の内周面に接触し、ワークに割れや欠けなどの損傷が生じるおそれがある。
そこで、特許文献1−3に開示されているように、ワーク保持孔の内周面に沿って合成樹脂製の軟質のインサートを取り付け、研磨加工中のワークの損傷を防ぐ処理が行われている。
特許文献1には、ワーク保持孔の内周面に周方向に間隔を置いて凸歯を設け、凸歯間の歯溝に合成樹脂製保護リング(インサート)の凸歯を嵌合させる咬合構造が開示されている。この文献には、合成樹脂製保護リングが上下方向に抜けにくくするために、凸歯の側縁に交互に反対方向の傾斜面を設けることも記載されている。
一方、特許文献2には、保持孔の内周面に上開きのテーパー面を形成し、そのテーパー面を介して樹脂インサートが保持孔に嵌め込まれる構造が開示されている。
また、特許文献3には、キャリア基板のワーク保持孔の内周面に沿って溝を設け、その溝に合成樹脂材が入り込むように射出成形することによって、軟質のリング状のインサートを設けることが記載されている。
特許第3552108号公報 特許第4605233号公報 特許第5114113号公報
しかしながら特許文献1に開示された咬合構造は、凸歯の側縁にのみ傾斜面が設けられる構造であり、歯溝の奥には傾斜面が設けられていない。すなわち傾斜面は、ワーク保持孔の内周面に連続して設けられているものではない。
また、特許文献2に開示された保持孔のテーパー面は、上開きの傾斜面のみであるため、樹脂インサートの下方への脱落は防ぐことができるが、上方に外れることに対しては防ぐことができない。
そこで、本発明は、キャリア基板と樹脂インサート部との一体性が高いワークキャリア及びワークキャリアの製造方法を提供することを目的としている。
前記目的を達成するために、本発明のワークキャリアは、金属製のキャリア基板に形成されたワーク保持孔の内周面に沿って樹脂インサート部が設けられたワークキャリアであって、前記ワーク保持孔には、周方向に交互に、表裏方向に対する傾斜が反対となる正傾斜面と負傾斜面とが連続して形成され、前記正傾斜面及び負傾斜面に前記樹脂インサート部が密着して形成されていることを特徴とする。
ここで、前記ワーク保持孔には、周方向に凹凸が形成されているとともに、前記凹凸の全長に前記正傾斜面又は負傾斜面が形成されている構成とすることができる。
また、複数の凹凸に連続して前記正傾斜面が形成されているとともに、それに隣接する複数の凹凸に連続して前記負傾斜面が形成されている構成とすることもできる。
さらに、ワークキャリアの製造方法の発明は、上記いずれかのワークキャリアの製造方法であって、前記キャリア基板に前記ワーク保持孔を穿孔するために、前記キャリア基板の表側から周方向に間隔を置いて前記正傾斜面を切断加工する工程と、前記キャリア基板の裏側から前記正傾斜面間に前記負傾斜面を切断加工することで前記ワーク保持孔を形成する工程と、前記ワーク保持孔に対して射出成形によって樹脂インサート部を設ける工程とを備えたことを特徴とする。
このように構成された本発明のワークキャリアは、ワーク保持孔の周方向に交互に、表裏方向に対する傾斜が反対となる正傾斜面と負傾斜面とが連続して形成され、それらの傾斜面に密着して樹脂インサート部が設けられる。
傾斜が反対となる正傾斜面と負傾斜面とが設けられることにより、キャリア基板の表裏いずれの方向に対しても樹脂インサート部がワーク保持孔から脱落することを防止できるうえに、傾斜面がワーク保持孔の周方向に連続して設けられるため、ワーク保持孔が樹脂インサート部を保持する保持力を高めることができる。このため、キャリア基板と樹脂インサート部との一体性が高いワークキャリアとすることができる。
特に、ワーク保持孔の周方向に凹凸が形成されることによって、その凹凸による嵌合と凹凸の全長に形成された正傾斜面及び負傾斜面との相乗効果により、キャリア基板と樹脂インサート部は高い一体性を確保することができる。また、複数の凹凸に連続して正傾斜面と負傾斜面を形成するのであれば、効率的に切断加工が行えるようになる。
さらに、ワークキャリアの製造方法の発明では、キャリア基板の表側から周方向に間隔を置いて正傾斜面を切断加工する工程と、キャリア基板の裏側から負傾斜面を切断加工する工程とによって、ワーク保持孔の穿孔と傾斜面の成形とを同時に行うことができ、効率的である。
本実施の形態のワークキャリアのワーク保持孔の内周面付近を拡大して説明する平面図である。 ワークキャリアの概略構成を説明する平面図である。 本実施の形態のワークキャリアの製造方法の工程を説明するフローチャートである。 ワーク保持孔の内周面付近を拡大して説明する斜視図である。 図4のA−A矢視方向で見た断面図である。 図4のB−B矢視方向で見た断面図である。 図4のC−C矢視方向で見た断面図である。 図4のD−D矢視方向で見た断面図である。 ワーク保持孔の内周面に樹脂インサート部を設けた構成を説明する図5Aと同じ位置の断面図である。 ワーク保持孔の内周面に樹脂インサート部を設けた構成を説明する図5Bと同じ位置の断面図である。 ワーク保持孔の内周面に樹脂インサート部を設けた構成を説明する図5Cと同じ位置の断面図である。 ワーク保持孔の内周面に樹脂インサート部を設けた構成を説明する図5Dと同じ位置の断面図である。 実施例のワーク保持孔の内周面付近を拡大して説明する平面図である。 図7のE−E矢視方向で見た断面図である。 図7のF−F矢視方向で見た断面図である。 別の実施形態のワークキャリアの概略構成を説明する平面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1,2は、本実施の形態のワークキャリア10の構成を説明する図であって、図2が全体の概略構成を示し、図1がワーク保持孔2の内周面付近を拡大して示している。
ワークキャリア10は、シリコンウエーハやガラスなどのワークの両面又は片面を研磨加工する平面研磨装置に装着して使用される。例えばワークの両面を研磨加工する平面研磨装置は、定盤である上定盤及び下定盤と、この上定盤及び下定盤の中心部に回転自在に配置されたサンギアと、上定盤及び下定盤の外周側に配置されたインターナルギアとを備えている。
そして、図2に示すようなワークキャリア10は、平面研磨装置の上定盤と下定盤との間に配置される。
ワークキャリア10は、金属製のキャリア基板1によって円板状の本体が形成される。このキャリア基板1には、例えば円形のワーク保持孔2,・・・と研磨剤供給孔12,・・・とが穿孔される。そして、ワーク保持孔2の内周面に沿って樹脂インサート部3が設けられる。
このワークキャリア10には、外縁となる外形部11にサンギア及びインターナルギアに噛合する歯部(図示省略)が設けられており、サンギア及びインターナルギアの回転により自転及び公転していくようになっている。そして、ワークキャリア10の自転及び公転により、ワークキャリア10のワーク保持孔2内に配置されたワークの両面が研磨される。
キャリア基板1は、金属板から円板状に切り出される。金属板としては、ステンレス鋼(SUS)、高炭素クロム軸受鋼、炭素工具鋼(SK鋼)、高速度工具鋼、合金工具鋼、高張力鋼、チタンなどが使用できる。
一方、樹脂インサート部3は、合成樹脂材によって成形される。合成樹脂材には、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニル(PVC)、布ベーク、ポリアミドイミド(PAI)、ポリカーボネート(PC)などが使用できる。後述するように射出成形によって樹脂インサート部3を設ける場合には、熱可塑性樹脂が使用される。
本実施の形態のワーク保持孔2の内周面には、樹脂インサート部3との一体性を高めるために、図1に示すように、周方向に凹凸が連続して形成される。凹凸としては、キャリア基板1側に窪む凹部211(221)と、ワーク保持孔2の中心側に突出する凸部212(222)とが交互に設けられる。
図1に示した凹部211,221は、平面視で奥側(キャリア基板1側)が広い台形状(楔状)に形成され、凸部212,222は、平面視で開放側(ワーク保持孔2の中心側)が広い台形状(楔状)に形成されている。この凹部211,221と凸部212,222は、すべてが違う平面形状であってもよいが、本実施の形態では、ほぼ同じ平面形状の凹部211,221とほぼ同じ平面形状の凸部212,222とが繰り返し形成される場合について説明する。
また、凹凸の平面形状は、楔状に限定されるものでもなく、正弦波などの曲線によって形成される形状や矩形波のようなテーパーの無い形状などいずれの平面形状であってもよい。
図4には、凹部211,221と凸部212,222を斜視図で示している。図4のA−A矢視方向及びB−B矢視方向で見た図5A,図5Bの断面図に示したように、凸部212及び凹部211のワーク保持孔2側の内周面は、キャリア基板1の表裏方向に対して傾斜面となっている。この表側から裏側に向けて広がる傾斜面を正傾斜面210とする。
そして、正傾斜面210が形成される範囲を、図1に示すように、正傾斜部21とする。この正傾斜部21は、2つの凹部211,211と2つの凸部212,212とによって構成されている。すなわち、凹部211と凸部212のワーク保持孔2側に露出する側面には、連続して正傾斜面210が設けられる。
一方、図4のC−C矢視方向及びD−D矢視方向で見た図5C,図5Dの断面図に示したように、凸部222及び凹部221のワーク保持孔2側の内周面も、キャリア基板1の表裏方向に対して傾斜面となっている。この表側から裏側に向けて狭くなる傾斜面を負傾斜面220とする。
そして、負傾斜面220が形成される範囲を、図1に示すように、負傾斜部22とする。この負傾斜部22は、2つの凹部221,221と2つの凸部222,222とによって構成されている。すなわち、凹部221と凸部222のワーク保持孔2側に露出する側面には、連続して負傾斜面220が設けられる。
樹脂インサート部3は、図6A−図6Dの各断面図に示したように、正傾斜面210と負傾斜面220とにそれぞれ密着して形成される。すなわち、キャリア基板1側に正傾斜面210が設けられた箇所では、樹脂インサート部3の密着させる対峙面は負傾斜面32となる(図6A,図6B参照)。
一方、キャリア基板1側に負傾斜面220が設けられた箇所では、樹脂インサート部3の密着させる対峙面は正傾斜面31となる(図6C,図6D参照)。なお、樹脂インサート部3のワーク保持孔2の中心側の内側面33は、すべて鉛直面となる。
次に、本実施の形態のワークキャリア10の製造方法について、図3を参照しながら説明する。
まず、レーザー切断加工機に金属板を設置し、金属板を表側から切断加工する(ステップS1)。ここで、金属板の「表側」とは、最初に切断加工が行われる表面を指し、反対側の面を「裏側」とする。また以下では、表側からの切断加工を「表加工」、裏側からの切断加工を「裏加工」と、省略した用語で説明する場合もある。
レーザー切断加工機によってレーザー加工を行うと、その切断面は、表側から裏側に向けて広がる傾斜面となる(図5A,図5B参照)。ステップS1では、図1及び図4に示す「表加工」の範囲の切断加工を行う。この表加工によって形成される傾斜面が正傾斜面210となる。表加工を行う正傾斜部21は、凹部211、凸部212、凹部211、凸部212が連続して正傾斜面210に切断加工されていく。
そして、裏加工の領域に到達した時点で、一旦切断加工を中断し、レーザー光を照射させる位置を、裏加工領域を挟んで隣接する次の表加工領域の始点まで移動させる。このように断続的な表加工領域の切断加工を、ワーク保持孔2の周方向に間隔を置いて行う。
図2に示したワークキャリア10の場合では、キャリア基板1の3つのワーク保持孔2,2,2におけるすべての表加工領域の切断加工が行われる。そして、金属板を反転させ、金属板の裏側からの切断加工の工程に移行する(ステップS2)。
レーザー切断加工機に裏側にした金属板を設置すると、ステップS1において切断された切断線が周方向に間隔を置いて現れる。裏加工では、断続的な切断線を繋ぐ切断加工を行うことで、3つのワーク保持孔2,2,2を切り出す。
裏加工においても、切断面は、裏側から表側に向けて広がる傾斜面に形成される(図5C,図5D参照)。この裏加工によって形成される傾斜面が負傾斜面220となる。裏加工を行う負傾斜部22は、凹部221、凸部222、凹部221、凸部222が連続して負傾斜面220に切断加工されていく。
そして、表加工による切断線に到達した時点で、一旦切断加工を中断し、レーザー光を照射させる位置を、表加工領域を挟んで隣接する次の裏加工領域の始点まで移動させる。このように断続的な裏加工領域の切断加工を、ワーク保持孔2の切断線が1周して繋がるまで行う。
また、ステップS2において、外形部11及び研磨剤供給孔12,・・・の切断加工も行う。そして、キャリア基板1の厚さを調整するラッピング加工及びポリッシュ加工を行う(ステップS3)。
このようにして成形されたキャリア基板1のワーク保持孔2,・・・の内周面に対して、ステップS4の工程では、樹脂インサート部3を設ける。樹脂インサート部3は、合成樹脂の射出成形によって設けられる。
例えば図6Aから図6Dに示した内側面33となる位置に型枠を設置して、その内側に加熱溶融させた合成樹脂を射出注入し、冷却によって固化させることで射出成形を行うことができる。また、型枠を内側面33に合わせて設置しない場合は、射出成形後に内側面33を形成するための切断加工が行われる。
次に、本実施の形態のワークキャリア10及びワークキャリア10の製造方法の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態のワークキャリア10は、ワーク保持孔2の周方向に交互に、表裏方向に対する傾斜が反対となる正傾斜面210と負傾斜面220とが連続して形成され、それらの傾斜面(210,220)に密着して樹脂インサート部3が設けられる。
傾斜が反対となる正傾斜面210と負傾斜面220とが設けられることにより、キャリア基板1の表裏いずれの方向に対しても樹脂インサート部3がワーク保持孔2から脱落することを防止できるようになる。
例えば射出成形によって樹脂インサート部3を設けた場合、冷却して固化させた際に収縮が起きるが、両方向の傾斜面(210,220)が設けられていれば、樹脂インサート部3が多少収縮したとしても脱落を防ぐことができる。
また、正傾斜面210と負傾斜面220は、それぞれ正傾斜部21と負傾斜部22の範囲で連続しているだけでなく、ワーク保持孔2の周方向に連続して設けられるため、樹脂インサート部3の対峙面、つまりワーク保持孔2の内周面と接する面が正傾斜面210と負傾斜面220により全周にわたり支持されることになって、ワーク保持孔2が樹脂インサート部3を保持する保持力を高めることができる。
さらに、ワーク保持孔2の周方向に凹凸(凹部211と凸部212,凹部221と凸部222)が形成されることによって、その凹凸による嵌合と凹凸の全長に形成された正傾斜面210及び負傾斜面220との相乗効果により、キャリア基板1と樹脂インサート部3との一体性が高いワークキャリア10とすることができる。特に、周方向に凹凸が連続して形成された場合は、キャリア基板1と樹脂インサート部3は一層高い一体性を確保することができる。
また、複数の凹凸(凹部211,凸部212,凹部211,凸部212(又は凹部221,凸部222,凹部221,凸部222))に連続して正傾斜面210(又は負傾斜面220)を形成するのであれば、切断を中断する回数が減って効率的に切断加工が行えるようになる。
さらに、本実施の形態のワークキャリア10の製造方法であれば、キャリア基板1の表側から周方向に間隔を置いて正傾斜面210を切断加工する工程と、キャリア基板1の裏側から周方向に負傾斜面220を切断加工する工程とによって、ワーク保持孔2の穿孔のための切断加工と、傾斜面(210,220)の成形とを同時に行うことができる。
また、切断加工が行われると、キャリア基板1には応力や加工熱が作用して反りやうねりなどの加工ひずみが発生することがあるが、表側と裏側の両方から切断加工を行うことで、加工ひずみを相殺させて減少させることができる。特に、ワーク保持孔2の周方向に等間隔で表加工と裏加工とを交互に繰り返すことで、より平坦度の高いキャリア基板1に加工することができる。
さらに、上記したステップS2では、外形部11及び研磨剤供給孔12,・・・を裏側から切断加工すると説明したが、これに限定されるものではなく、平坦度や平行度がより高いキャリア基板1にするために、外形部11や研磨剤供給孔12,・・・についても、表側と裏側の両方から切断加工させることができる。
また、射出成形によって樹脂インサート部3を設けることで、接着剤を使用せずに、キャリア基板1に樹脂インサート部3を取り付けることができる。このため、樹脂インサート部3のみが摩耗、破損又は劣化して交換が必要になった場合には、樹脂インサート部3を加熱するだけで容易に取り除くことができる。
以下、前記実施の形態で説明したワークキャリア10とは別の形態の実施例について、図7,図8A,図8Bを参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を用いて説明する。
実施例で説明するワークキャリア10は、ワーク保持孔2Aの内周面に凹凸が形成されていないキャリア基板1Aと、樹脂インサート部3Aとによって主に構成される。
すなわち、図7に示すように、キャリア基板1Aのワーク保持孔2Aの内周面は、平面視略円弧状の正傾斜面210と平面視略円弧状の負傾斜面220とが、周方向に交互に連続して形成される。
表加工によって形成される正傾斜部21Aと裏加工によって形成される負傾斜部22Aの長さ(範囲)は、任意に設定することができる。実施例では、同じ長さの正傾斜部21Aと負傾斜部22Aとが交互に繰り返し形成される場合について説明する。
樹脂インサート部3Aは、図8A,図8Bのそれぞれの断面図に示したように、正傾斜部21Aの正傾斜面210と、負傾斜部22Aの負傾斜面220とにそれぞれ密着して形成される。
このように構成された実施例のワークキャリア10は、ワーク保持孔2Aの周方向に交互に、表裏方向に対する傾斜が反対となる正傾斜面210と負傾斜面220とが連続して形成され、それらの傾斜面(210,220)に密着して樹脂インサート部3Aが設けられる。
傾斜が反対となる正傾斜面210と負傾斜面220とが設けられることにより、キャリア基板1Aの表裏いずれの方向に対しても樹脂インサート部3Aがワーク保持孔2Aから脱落することを防止できるようになる。
例えば射出成形によって樹脂インサート部3Aを設けた場合、冷却して固化させた際に収縮が起きるが、両方向の傾斜面(210,220)が設けられていれば、樹脂インサート部3Aが多少収縮したとしても脱落を防ぐことができる。
また、正傾斜部21Aと負傾斜部22Aは、切断線が円弧状と単純な形状であるため、容易に切断加工を行うことができる。しかしながら正傾斜面210と負傾斜面220がワーク保持孔2Aの周方向に連続して設けられるため、樹脂インサート部3Aの対峙面、つまりワーク保持孔2Aの内周面と接する面が正傾斜面210と負傾斜面220により全周にわたり支持されることになって、ワーク保持孔2Aが樹脂インサート部3Aを保持する保持力を高めることができる。
さらに、交互に形成された正傾斜面210と負傾斜面220は、樹脂インサート部3Aが周方向に移動する(ずれる)ことを防止することができる。すなわち凹凸を設けなくても、回り止め機能を発揮させることができる。
なお、実施例のこの他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば前記実施の形態及び実施例では、ワーク保持孔2,2Aが円形のワークキャリア10について説明したが、これに限定されるものではない。例えば図9に示すように、長方形(正方形を含む)のワーク保持孔2Bを有するワークキャリア10Bに対しても本発明を適用することができる。要するに、長方形のワーク保持孔2Bの内周面の周方向に正傾斜面210と負傾斜面220とを連続して形成して、その内周面に沿って長方形の樹脂インサート部3Bを設けることができる。さらに、ワーク保持孔は、円形及び長方形以外の別の形状であってもよい。
また、前記実施の形態では、キャリア基板1をレーザー加工により切断加工する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ウォータージェット加工、ワイヤー加工など傾斜面(210,220)を形成できる切断加工であればよい。
ウォータージェット加工は、高圧水をノズルより噴出させて行われる切断加工で、傾斜面を形成しつつ精密な切断を行うことができる。また、水に研磨材を添加することで、硬質の材料であっても切断が可能になる。
ワイヤー加工は、ワイヤー線とキャリア基板との間に電圧を印加し放電を起して行われる切断加工で、傾斜面を形成しつつ精密な切断を行うことができる。
さらに、前記実施の形態では、2つの凹部211,211(221,221)と2つの凸部212,212(222,222)とによって構成される正傾斜部21(負傾斜部22)を例に説明したが、これに限定されるものではなく、1つの凹凸の組み合わせや5つの凹凸の組み合わせなど、凹凸の数は任意に設定することができる。
また、正傾斜面210と負傾斜面220との切り替えは、凹凸の平面視の辺ごとに行うこともできる。例えば、台形状の凹凸の下底を正傾斜面210として隣接する辺を負傾斜面220としたり、下底と隣接する辺の2辺を正傾斜面210としてそれに続く2辺を負傾斜面220としたりと、正傾斜面210及び負傾斜面220を連続させる辺の数(表加工領域及び裏加工領域の範囲)は、任意に設定することができる。
また、前記実施の形態では、ワーク保持孔2の内周面の全周に凹凸が連続して形成される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、凹凸は周方向に一定又は任意の間隔を置いて断続的に設けられていてもよい。
10,10B ワークキャリア
1,1A キャリア基板
2,2A,2B ワーク保持孔
210 正傾斜面
21,21A 正傾斜部
211 凹部
212 凸部
220 負傾斜面
22,22A 負傾斜部
221 凹部
222 凸部
3,3A,3B 樹脂インサート部

Claims (4)

  1. 金属製のキャリア基板に形成されたワーク保持孔の内周面に沿って樹脂インサート部が設けられたワークキャリアであって、
    前記ワーク保持孔には、表裏方向に対する傾斜が反対となる正傾斜面と負傾斜面とが周方向に交互に連続して形成され、
    前記正傾斜面及び負傾斜面は前記表裏方向に対して一方向の傾斜となるように形成されるものであるとともに、
    前記正傾斜面及び負傾斜面に前記樹脂インサート部が密着して形成されていることを特徴とするワークキャリア。
  2. 前記ワーク保持孔には、周方向に凹凸が形成されているとともに、前記凹凸の凹部と凸部の任意の数ごとに前記正傾斜面と前記負傾斜面とが交互に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のワークキャリア。
  3. 複数の凹凸に連続して前記正傾斜面が形成されているとともに、それに隣接する複数の凹凸に連続して前記負傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項2に記載のワークキャリア。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のワークキャリアの製造方法であって、
    前記キャリア基板に前記ワーク保持孔を穿孔するために、前記キャリア基板の表側から周方向に間隔を置いて前記正傾斜面を切断加工する工程と、
    前記キャリア基板の裏側から前記正傾斜面間に前記負傾斜面を切断加工することで前記ワーク保持孔を形成する工程と、
    前記ワーク保持孔に対して射出成形によって樹脂インサート部を設ける工程とを備えたことを特徴とするワークキャリアの製造方法。
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