JP7248339B1 - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化と研磨パッドの高寿命化とを実現した研磨装置を提供する。【解決手段】円板形状のワークＷの端部領域の研磨をする研磨装置１であって、前記ワークＷの第１面側に離間して設けられた第１揺動軸２４によって揺動可能に支持された第１支持部２５と、前記第１支持部２５に対して第１連結部２６によって固定されて、研磨時において前記ワークＷの第２面側のエッジに摺接する第１研磨部と、を有する第１研磨機構２０と、前記ワークＷの前記第２面側に離間して設けられた第２揺動軸によって揺動可能に支持された第２支持部４５と、前記第２支持部４５に対して第２連結部４６によって固定されて、研磨時において前記ワークＷの前記第１面側のエッジに摺接する第２研磨部と、を有する第２研磨機構４０と、を備えることを特徴とする研磨装置。【選択図】図２

Description

本発明は、例えばウェハのようなワークの端部領域の研磨をする研磨装置に関する。

ワークテーブルによって保持された半導体ウェハ（本願では、「ワーク」と称する）を、二つの研磨プレートによって挟み込んでワークの端部領域の研磨をする研磨装置が知られている（特許文献１：特開２００７－１５７７８９号公報参照）。当該研磨装置においては、ワークを保持するためのワークテーブルと、当該ワークテーブルのテーブル軸に対して所定位相だけ傾いて設けられて、内側に部分球面が設けられた研磨パッドが貼付された複数のパッドブロック（本願では、第１研磨部（第１定盤）、第２研磨部（第２定盤）に相当）が連結された、二つの研磨プレートによってワークを挟持する構成となっている。

特開２００７－１５７７８９号公報

特許文献１に例示される研磨装置では、研磨プレートに連結されたパッドブロックは複数に分割されて相互に間隔が空けられており、一方のパッドブロックの研磨面が他方のパッドブロックの研磨面の間に配されて、二つの研磨プレートが向かい合わされて押圧力が加えられる。また、二つの研磨プレートの回転軸が傾斜した状態で、二つの研磨プレートは回転駆動される。この時、ワークは、向かい合った研磨プレートによって作られる空間内に配置され、当該ワークも回転駆動されることによって、ワークの端部領域が研磨される。

特許文献１に例示される研磨装置は、二つの研磨プレートが回転駆動されて、ワークと、パッドブロックに貼付された研磨パッドと、の摺接位置を変えることによって、研磨機構の摩耗箇所を分散させて研磨パッドの高寿命化を図っている。しかしながら、上記の場合、研磨プレートが回転駆動されるため、研磨プレート及びパッドブロックが回転の全周分に及ぶこととなり、装置が大型化するという課題があった。

一方、上記の課題に対して、パッドブロックが存在する範囲を狭くし、さらに、研磨プレートの回転の位相を限定することによって、装置を小型化する対応も考えられる。しかしながら、その場合には、研磨パッドの分散箇所が狭くなり、研磨パッドが低寿命化してしまうという別の課題が生じ得る。

そこで、本発明は上記のような複合的な課題を解決すべくなされ、装置の小型化と研磨パッドの高寿命化とを実現した研磨装置を提供することを目的とする。

本発明に係る研磨装置は、円板形状のワークの端部領域の研磨をする研磨装置であって、前記ワークを回転させるワーク回転機構と、前記ワークの第１面側に離間して前記第１面と平行に設けられた第１揺動軸によって揺動可能に支持された第１支持部と、前記第１支持部に対して第１連結部によって固定されて、研磨時において前記ワークの第２面側のエッジに摺接して揺動の駆動もしくは非駆動がなされる第１研磨部と、を有する第１研磨機構と、前記ワークの前記第２面側に離間して前記第２面と平行に設けられた第２揺動軸によって揺動可能に支持された第２支持部と、前記第２支持部に対して第２連結部によって固定されて、研磨時において前記ワークの前記第１面側のエッジに摺接して揺動の駆動もしくは非駆動がなされる第２研磨部と、を有する第２研磨機構と、を備えており、前記第１連結部は、前記第１支持部から前記第２面側に延在する複数の棒状部材が、所定間隔の第１隙間を空けて前記第１揺動軸及び前記第２揺動軸の軸心方向に沿って櫛状に並設される構成であり、前記第１研磨部は、複数に分割された第１定盤が、前記軸心方向に沿って前記第１隙間を空けて並設される構成であり、前記第２連結部は、前記第２支持部から前記第１面側に延在する複数の棒状部材が、所定間隔の第２隙間を空けて前記軸心方向に沿って櫛状に並設される構成であり、前記第２研磨部は、複数に分割された第２定盤が、前記軸心方向に沿って前記第２隙間を空けて並設される構成であり、研磨時において、各前記第２隙間に、対応位置の各前記第１定盤が入り込んでおり、且つ各前記第１隙間に、対応位置の各前記第２定盤が入り込んでいることによって、前記第１定盤と前記第２定盤とは前記軸心方向において交互に組み合わされた状態で密接しており、前記ワークを前記第２面側と前記第１面側とから挟持可能に構成されていることを要件とする。

本発明によれば、ワークの第１面側のエッジ（すなわち、第１支持部に対向する面のエッジ）及び第２面側のエッジ（すなわち、第２支持部に対向する面のエッジ）の研磨をすることができる。また、その際、第１研磨部及び第２研磨部が揺動されることによって、研磨パッドの使用範囲を調整・分散させることができ、研磨パッドの高寿命化を図ることができる。

また、ワークの全周分にわたって第１研磨部と第２研磨部とを配設しなくてもよいため、装置の小型化を図ることができる。

さらに、仮に第１研磨部がワークの第１面側のエッジに摺接し、第２研磨部がワークの第２面側のエッジに摺接する構成とすると、各揺動軸の代わりに公知のスライド機構等を設けなければならない。しかしながら、第１研磨部がワークの第２面側のエッジ（すなわち、ワークにおける第１支持部側とは反対側のエッジ）に摺接し、第２研磨部がワークの第１面側のエッジ（すなわち、ワークにおける第２支持部側とは反対側のエッジ）に摺接する（すなわち、第１研磨機構と第２研磨機構とが交差し、且つワークを各揺動軸とは反対側から第１研磨部と第２研磨部とによって挟持する）構成とすることによって、各揺動軸により揺動可能に支持されるため、部品点数の削減を図ることができる。

また、第１定盤と第２定盤とが密接（第１定盤と第２定盤とが相対的に移動する場合と相対的に静止している場合とを含む）してワークを挟持しているため、第１定盤と第２定盤とが隙間を有している場合と比べて、ワークに生じる曲げモーメントが小さくなり、ワークの割れや欠けを防止することができる。すなわち、第１定盤と第２定盤とが隙間を有している場合と比べて、第１定盤及び第２定盤からのワークへの加圧力を大きくすることができ、研磨レートの向上を図ることができる。

開示する研磨装置によれば、研磨装置の小型化と研磨パッドの高寿命化とを同時に実現することができる。

本発明の実施形態に係る研磨装置の例を示す上部斜視図である。 図１に示す研磨装置の上部斜視図（断面図）である。 図１に示す研磨装置の第１研磨機構及び第２研磨機構の上部斜視図である。 図４（ａ）は図１に示す第１研磨機構の上部斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）とは別の方向からの上部斜視図である。 図５（ａ）は図１に示す第２研磨機構の上部斜視図であり、図５（ｂ）は下部斜視図である。 図１に示す第３研磨機構の上部斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る研磨装置１の例を示す上部斜視図である。図２は、図１の研磨装置１を垂直な面で切断した断面を示す上部斜視図である。図３は、図１の研磨装置１の第１研磨機構２０及び第２研磨機構４０の上部斜視図である。図４（ａ）は、図１の第１研磨機構２０の上部斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）とは別の方向からの上部斜視図である。図５（ａ）は、図１の第２研磨機構４０の上部斜視図であり、図５（ｂ）は、図１の第２研磨機構４０の下部斜視図である。図６は、図１の第３研磨機構６０の上部斜視図である。なお、本実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

（第１実施形態）
本実施形態に係る研磨装置１は、図１及び図２に示すように、ワーク回転機構１０と、第１研磨機構２０と、第２研磨機構４０と、第３研磨機構６０と、第１送り機構３０と、第２送り機構５０と、第３送り機構７０と、を備えている。ワーク回転機構１０のテーブル１１上に吸着保持されたワークＷは、第１研磨機構２０と、第２研磨機構４０と、第３研磨機構６０と、によって囲まれている。なお、本実施形態におけるワークＷは水平に吸着保持されているが、ワークＷが垂直や斜めに吸着保持されていても構わない。第１研磨機構２０の第１研磨部（第１定盤）２７に貼付された研磨パッド２８をワークＷの第２面側（本実施形態においては、下部）から摺接させ、第２研磨機構４０の第２研磨部（第２定盤）４７に貼付された研磨パッド４８をワークＷの第１面側（本実施形態においては、上部）から摺接させ、ワークＷを第２面側と第１面側とから（本実施形態の場合には、上下方向から）挟持させる。すなわち、後述する第１支持部２５と、第１研磨部２７と、はワークＷを挟んで反対側の位置にあり、後述する第２支持部４５と、第２研磨部４７と、はワークＷを挟んで反対側の位置にある構成である。また、第３研磨機構６０の第３研磨部（側定盤）６７に貼付された研磨パッド６８をワークＷの側部から摺接させる。そして、テーブル１１、及びワークＷが回転されることによって、ワークＷの端部領域である第２面側のエッジ、第１面側のエッジ、及びワークＷの側面を研磨することができる。すなわち、第１面側のエッジ及び第２面側のエッジのみを研磨する従来の研磨装置に比べて、タクトタイムの短縮を図ることができる。

一方、研磨対象のワークＷは、後述するテーブル１１上に吸着保持（本実施形態においては、水平に吸着保持）されたウェハ（例えば、シリコンウェハ）等の平板形状（特に、円板形状）であり、外径や厚さは特に限定されるものではない（一例として、外径数ｃｍ～数十ｃｍ程度、厚さ数μｍ～数ｍｍ程度）。また、ワークＷは、ノッチやオリエンテーションフラット等（いずれも不図示）の加工が施されているワークＷであってもよい。ただし、本実施形態に係る研磨装置１は、ノッチやオリエンテーションフラットが施されていない端部領域の研磨をするものである。

（ワーク回転機構）
本実施形態に係るワーク回転機構１０は、図２に示すように、ワークＷを吸着保持するテーブル１１と、筒状シャフト１２と、回転駆動装置１４と、を備える構成となっている。回転駆動装置１４の回転により、筒状シャフト１２及びテーブル１１が回転駆動されることによって、ワークＷも回転（本実施形態においては、水平面内で回転）される。

次に、本実施形態に係るテーブル１１は、金属材料（一例として、ステンレス合金等）を用いて平面視円形状に形成されており、動力伝達機構（一例として、電動ギア）１３、及び筒状シャフト１２を介して回転駆動装置（一例として、電気モータを備えた駆動装置）１４の駆動により回転（本実施形態においては、水平面内で回転）される。なお、テーブル１１の回転駆動は、電動ギアによる構成に限定されるものではない。また、テーブル１１には、後述する筒状シャフト１２の中空内部に連通する複数の貫通孔が設けられている（不図示）。

本実施形態に係る筒状シャフト１２は、中空に形成されており、支持台及び軸受け（いずれも不図示）により支持（本実施形態においては、鉛直に支持）されている。テーブル１１と筒状シャフト１２とによって囲まれた空間内を、図示しない吸引機構によって真空（負圧）にすることにより、複数の貫通孔を通じて、テーブル１１上にワークＷを吸着保持することができる。

（研磨液供給装置）
次に、本実施形態に係る研磨装置１は、図示しない研磨液供給装置を備えている。一例として、研磨液供給装置は、管路とノズルと外部供給源とを備えており（いずれも不図示）、研磨液が外部供給源から管路を通じてノズルに供給され（いずれも不図示）、ワークＷに対して噴射される構成である。

（第１研磨機構）
次に、本実施形態に係る第１研磨機構２０は、図１～図４に示すように、第１揺動駆動部２２と、ワークＷの第１面側（本実施形態においては、ワークＷの上方位置）に離間して設けられた第１揺動軸２４によって揺動可能に支持された第１支持部２５と、第１支持部２５からワークＷの第２面側（本実施形態においては、第１支持部２５の下方）に向かって連結された第１連結部２６と、第１連結部２６の第１支持部２５とは反対側（本実施形態においては、第１連結部２６の下部）に連結された第１定盤２７と、を備える構成となっている。第１揺動駆動部２２によって、第１揺動軸２４を中心軸として、第１支持部２５が揺動駆動されることにより、第１定盤２７に貼付された研磨パッド２８と、ワークＷと、の摺接位置を変えながら、ワークＷの第２面側のエッジの研磨をすることができる。

本実施形態に係る第１揺動駆動部２２は、一例として、図３及び図４に示すように、基台２１に設けられた第１電動シリンダ２２である。また、第１電動シリンダ２２は、図示しない制御部に連結されている。第１電動シリンダ２２は、内部のスライダ２２ａを往復動（本実施形態においては、上下動）させる駆動部２２ｂを備える構成となっており、駆動部２２ｂによってスライダ２２ａが往復動（上下動）され、スライダ２２ａの先端に連結された第１支持部２５は、第１揺動軸２４を中心軸として揺動駆動される。これらにより、ワークＷの研磨時において、ワークＷと研磨パッド２８との摺接位置を変えることができ、研磨パッド２８の使用範囲を調整・分散させることができるため、研磨パッド２８の高寿命化を図ることができる。また、従来技術のように、研磨プレートが回転される構成としないため、装置の小型化を図ることができる。

また、第１研磨機構２０は第１ロードセル（不図示）を備える構成としてもよい。この場合、後述する第２研磨機構４０は、第２ロードセル（不図示）を備える構成としてもよい。本実施形態に係る研磨装置１は、第１研磨機構２０が第１揺動駆動部２２を備え、後述するように、第２研磨機構４０が第２揺動駆動部４２を備えているため、第１定盤２７と第２定盤４７とのそれぞれ（すなわち、第１揺動駆動部２２と第２揺動駆動部４２の各駆動部（一例として、サーボモータ）２２ｂ、４２ｂ）からワークＷへの駆動負荷（電流値や出力トルク）を把握することができる。また、把握した値に基づいて、各サーボモータ２２ｂ、４２ｂからワークＷへの加圧力を制御することによって、ワークＷの割れや過研磨を防止することができる。

さらに、第１支持部２５と後述する第２支持部４５とは、一つの揺動駆動部によって揺動駆動される構成（不図示）としてもよい。これによれば、研磨装置１の部品点数を削減することができる。

なお、第１電動シリンダ２２に代えて、第１エアシリンダ（不図示）を備える構成としてもよい。

また、後述のように、基台２１には、第１送り台３１が連結されており、第１送り台３１が往復動（本実施形態においては、上下動）されることによって、基台２１（すなわち、第１研磨機構２０）も往復動（上下動）される。なお、第１送り台３１は、基台２１に対して着脱可能である構成であってもよい。ワークＷの研磨に際して、第１研磨機構２０が往復動（上下動）されるタイミングについては、（作動原理）にて詳述する。

次に、本実施形態に係る第１支持部２５は、樹脂材料（一例として、ＰＰＳ樹脂）や金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図３及び図４に示すように、第１支持部２５の基部２５ａが、二つの軸受２３及び第１揺動軸２４を介して基台２１に揺動可能に支持されている。二つの第１揺動軸２４は同一軸線上に配されている。また、基部２５ａの両側端から所定の方向（本実施形態においては、下斜方）に櫛状に延設された複数の櫛部２５ｂ（本実施形態においては、各側端に三つずつ）を有する構成としている。櫛部２５ｂどうしは第１揺動軸２４の軸心方向（本実施形態においては、水平方向）に所定間隔の第１隙間を有しており、第１揺動軸２４に沿って櫛状に並設されている。一例として、第１隙間は数ｃｍ程度である。

次に、本実施形態に係る第１連結部２６は、樹脂材料（一例として、ＰＰＳ樹脂）や金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図３及び図４に示すように第１支持部２５の各櫛部２５ｂの端部に対して棒状部材（本実施形態においては角柱状）がそれぞれ連結され、第１支持部２５からワークＷの第２面側（本実施形態においては、下方）に櫛状に延在する構成としている。すなわち、第１研磨機構２０は、第１連結部２６の角柱状部材を平行に二列備える構成となっている。なお、第１連結部２６も第１揺動軸２４の軸心方向（本実施形態においては、水平方向）に所定間隔の第１隙間を有している。

なお、第１支持部２５と第１連結部２６とは一体形成されている構成としてもよい。これによれば、部品点数を削減することができる。

次に、本実施形態に係る第１定盤２７は、樹脂材料（一例として、ＰＰＳ樹脂）や金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図４に示すように、複数に分割されて、第１連結部２６の第１支持部２５とは連結されていない側（本実施形態においては、第１連結部２６の下端部）に連結されている。複数に分割された第１定盤２７は、各第１連結部２６の端部（下端部）に一つずつ連結されているものもあれば、対向する第１連結部２６の各端部（下端部）を架橋するように配されているものもある。第１定盤２７は、第１研磨機構２０と第２研磨機構４０とが互いの隙間（第１隙間、後述する第２隙間）に入り込むことができ、且つ、ワークＷ、テーブル１１、及び筒状シャフト１２と干渉しない空間が形成されている構成となっている。なお、本実施形態に係る複数に分割された第１定盤２７も第１揺動軸２４の軸心方向（本実施形態においては、水平方向）に所定間隔の第１隙間を有している。

複数に分割された第１定盤２７は、研磨時において、ワークＷに対向する位置に、複数の第１定盤２７全体の集合体として、球内面形状の凹部が形成されている。なお、球内面形状の曲率半径の中心は、二つの第１揺動軸２４の軸心上の中点である。また、複数に分割された第１定盤２７には、凹部の球内面形状に沿った研磨パッド２８が貼付されている。これらによれば、第１支持部２５が揺動駆動されても、ワークＷの第２面側のエッジに当接する研磨パッド２８の形状は常に同一形状であり、第１研磨機構２０が第１揺動軸２４を軸心として揺動駆動された場合においても、ワークＷの第２面側のエッジの研磨をすることができる。

（第１送り機構）
次に、本実施形態に係る第１送り機構３０は、図１～図４に示すように、第１送り台３１と、往復動駆動装置（一例として、サーボモータ）３２と、ボールねじ３３と、リニアガイド８０と、を備える構成となっている。先ず、第１送り台３１は、基台２１に連結されている。また、第１送り台３１は、リニアガイド８０の貫通孔を通じて、ナット部３４を介してボールねじ３３に螺合されている。さらに、サーボモータ３２は図示しない制御部に連結されている。サーボモータ３２によって、ボールねじ３３が回動駆動されることにより、第１送り台３１は往復動（本実施形態においては、上下動）される。これにより、第１研磨機構２０を往復動（上下動）させることができ、研磨パッド２８とワークＷとを当接・離反させることができる。また、往復動駆動装置３２としてサーボモータ３２を採用することによって、第１定盤２７と、後述する第２定盤４７と、からワークＷへ精確な加圧力を設定することができる。

本実施形態に係る後述する第２送り機構５０におけるボールねじは、第１送り機構３０におけるボールねじ３３と共通である構成としている。この場合、ナット部３４に螺合するねじ部と、後述するナット部５４に螺合するねじ部と、は逆向きにねじ切りされている（一方が右ねじで、他方が左ねじである）。すなわち、本実施形態においては、第１送り台３１が移動（上昇）される際には、第２送り台５１は逆向きに移動（下降）され、第１送り台３１が移動（下降）される際には、第２送り台５１は逆向きに移動（上昇）される。このように、ボールねじを一つとすることによって、部品点数の削減を実現することができる。

なお、一つの往復動駆動装置３２ではなく、第１送り機構３０、第２送り機構５０に対して、それぞれ往復動駆動装置（サーボモータ）を備える構成としてもよい（いずれも不図示）。この場合、ボールねじも二つ備える構成となる（いずれも不図示）。これによれば、往復動駆動装置３２が一つの場合と比べて、第１定盤２７と第２定盤４７とからワークＷに対して高精度で加圧することができる。

また、第１送り機構３０、第２送り機構５０は、サーボモータをそれぞれ備える代わりに、電動シリンダ、又は、エアシリンダをそれぞれ備える構成としてもよい（いずれも不図示）。この場合、電動シリンダ、又は、エアシリンダは、第１送り台３１のワークＷとは反対側（本実施形態においては、第１送り台３１の上部）、第２送り台５１のワークＷとは反対側（本実施形態においては、第２送り台５１の下部）にそれぞれ位置しており、リニアガイド８０にそれぞれ固定されている構成である。また、電動シリンダのスライダ、又は、エアシリンダのスライダが、第１送り台３１、第２送り台５１にそれぞれ連結されている構成である。各電動シリンダの駆動部、又は、各エアシリンダの駆動部によって、第１送り台３１、第２送り台５１が往復動（上下動）されて、第１研磨機構２０、第２研磨機構４０も往復動（上下動）される。ボールねじ３３を備える構成と同様に、第１送り台３１が移動（上昇）される際には、第２送り台５１は逆向きに移動（下降）され、第１送り台３１が移動（下降）される際には、第２送り台５１は逆向きに移動（上昇）される。サーボモータを二つ備える構成の場合と同様に、往復動駆動装置（サーボモータ）３２が一つの場合と比べて、第１定盤２７と第２定盤４７とからワークＷに対して高精度で加圧することができる。

（第２研磨機構）
次に、本実施形態に係る第２研磨機構４０は、図１～図３、及び図５に示すように、第２揺動駆動部４２と、ワークＷの第２面側（本実施形態においては、ワークＷの下方位置）に離間して設けられた第２揺動軸４４によって揺動可能に支持された基台４１と、基台４１に連結（本実施形態においては、基台４１の上部に連結）された第２支持部４５と、第２支持部４５からワークＷの第１面側（本実施形態においては、第２支持部４５の上方）に向かって連結された第２連結部４６と、第２連結部４６の第２支持部４５が連結された側とは反対側（本実施形態においては、第２連結部４６の上部）に連結された第２定盤４７と、を備える構成となっている。第２揺動駆動部４２によって、第２揺動軸４４を中心軸として、第２支持部４５が揺動駆動されることにより、第２定盤４７に貼付された研磨パッド４８と、ワークＷと、の摺接位置を変えながら、ワークＷの第１面側のエッジを研磨することができる。

なお、本実施形態に係る基台４１と、第２支持部４５と、後述する第２送り台５１と、にはテーブル１１と、筒状シャフト１２と、がワークＷの第２面側（本実施形態においては、ワークＷの下方）に延在できるような貫通孔が設けられている。これにより、第１研磨機構２０と第２研磨機構４０とが交差した状態で、第１研磨機構２０と第２研磨機構４０との間の空間にワークＷを設けることができる。

また、後述のように、基台４１には、第２送り台５１が連結されており、第２送り台５１が往復動（本実施形態においては、上下動）されることによって、基台４１（すなわち、第２研磨機構４０）も往復動（上下動）される。なお、第２送り台５１は、基台４１に対して着脱可能である構成であってもよい。

本実施形態に係る第２揺動駆動部４２は、一例として、図３及び図５に示すように、基台４１に設けられた第２電動シリンダ４２である。また、第２電動シリンダ４２は、図示しない制御部に連結されている。第２電動シリンダ４２は、内部のスライダ４２ａを往復動（本実施形態においては、上下動）させる駆動部４２ｂを備える構成となっており、駆動部４２ｂによってスライダ４２ａが往復動（上下動）され、基台４１を介してスライダ４２ａの先端に連結された第２支持部４５は、第２揺動軸４４を中心軸として揺動駆動される。これらにより、ワークＷの研磨時において、ワークＷと研磨パッド４８との摺接位置を変えることができ、研磨パッド４８の使用範囲を調整・分散させることができるため、研磨パッド４８の高寿命化を図ることができる。また、従来技術のように、研磨プレートが回転される構成としないため、装置の小型化を図ることができる。

なお、第２電動シリンダ４２に代えて、第２エアシリンダ（不図示）を備える構成としてもよい。

次に、本実施形態に係る第２支持部４５は、樹脂材料（一例として、ＰＰＳ樹脂）や金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図３及び図５に示すように、第２支持部４５の基部４５ａが、基台４１を介して二つの軸受４３及び第２揺動軸４４に揺動可能に支持されている。二つの第２揺動軸４４は、同一軸線上に配されている。また、基部４５ａの両側端から所定の方向（本実施形態においては、上斜方）に櫛状に延設された複数の櫛部４５ｂ（本実施形態においては、各側端に三つずつ）を有する構成としている。櫛部４５ｂどうしは第２揺動軸４４の軸心方向（本実施形態においては、水平方向）に所定間隔の第２隙間を有しており、第２揺動軸４４に沿って櫛状に並設されている。一例として、第２隙間は、数ｃｍ程度である。

次に、本実施形態に係る第２連結部４６は、樹脂材料（一例として、ＰＰＳ樹脂）や金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図３及び図５に示すように第２支持部４５の各櫛部４５ｂの端部に対して棒状部材（本実施形態においては角柱状）がそれぞれ連結され、第２支持部４５からワークＷの第１面側（本実施形態においては、上方）に櫛状に延在する構成としている。すなわち、第２研磨機構４０は、第２連結部４６の角柱状部材を平行に二列備える構成となっている。なお、第２連結部４６も第２揺動軸４４の軸心方向（本実施形態においては、水平方向）に所定間隔の第２隙間を有している。

なお、第２支持部４５と第２連結部４６とは一体形成されている構成としてもよい。これによれば、部品点数を削減することができる。

次に、本実施形態に係る第２定盤４７は、樹脂材料（一例として、ＰＰＳ樹脂）や金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図５に示すように、複数に分割されて、第２連結部４６の第２支持部４５とは連結されていない側（本実施形態においては、第２連結部４６の上端部）に連結されている。複数に分割された第２定盤４７は、第１定盤２７と同様に、各第２連結部４６の端部（上端部）に一つずつ連結されているものもあれば、対向する第２連結部４６の各端部（上端部）を架橋するように配されているものもある。第２定盤４７は、第１研磨機構２０と第２研磨機構４０とが互いの隙間（それぞれの対応位置である第１隙間、第２隙間）に入り込むことができ、且つ、ワークＷ、テーブル１１、及び筒状シャフト１２と干渉しない空間が形成されている構成となっている。なお、本実施形態に係る複数に分割された第２定盤４７も第２揺動軸４４の軸心方向（本実施形態においては、水平方向）に所定間隔の第２隙間を有している。

複数に分割された第２定盤４７は、研磨時において、ワークＷに対向する位置に、複数の第２定盤４７全体の集合体として、球内面形状の凹部が形成されている。なお、球内面形状の曲率半径の中心は、二つの第２揺動軸４４の軸心上の中点である。また、複数に分割された第２定盤４７には、凹部の球内面形状に沿った研磨パッド４８が貼付されている。これらによれば、第２支持部４５が揺動駆動されても、ワークＷの第１面側のエッジに当接する研磨パッド４８の形状は常に同一形状であり、第２研磨機構４０が第２揺動軸４４を軸心として揺動駆動された場合においても、ワークＷの第１面側のエッジの研磨をすることができる。

上述したように、第１研磨機構２０が第２研磨機構４０の第２隙間に入り込み、第２研磨機構４０が第１研磨機構２０の第１隙間に入り込み、第１研磨機構２０と第２研磨機構４０とがそれぞれ揺動駆動される構成である。これによれば、従来技術のように、研磨プレートが回転される構成としないため、装置の小型化を図ることができる。また、第１定盤と第２定盤とが密接してワークを挟持しているため、第１定盤と第２定盤とが隙間を有している場合と比べて、ワークに生じる曲げモーメントが小さくなり、ワークの割れや欠けを防止することができる。すなわち、第１定盤と第２定盤とが隙間を有している場合と比べて、第１定盤及び第２定盤からのワークへの加圧力を大きくすることができ、研磨レートの向上を図ることができる。

（第２送り機構）
次に、本実施形態に係る第２送り機構５０は、第２送り台５１を備える構成となっている。上述の通り、サーボモータ３２と、ボールねじ３３と、リニアガイド８０と、は第１送り機構３０と共通の部材である。図２及び図５に示すように、第２送り台５１は、基台４１に連結されている。また、第２送り台５１は、リニアガイド８０の貫通孔を通じて、ナット部５４を介してボールねじ３３に螺合されている。サーボモータ３２によって、ボールねじ３３が回動駆動されることにより、第２送り台５１は往復動（本実施形態においては、上下動）される。これにより、第２研磨機構４０を往復動（上下動）させることができ、研磨パッド４８とワークＷとを当接・離反させることができる。

（第３研磨機構）
次に、本実施形態に係る第３研磨機構６０は、図１、図２、及び図６に示すように、スライド機構６２と、複数のスライド軸６３と、第３支持部６５と、第３連結部６６と、側定盤６７と、を二組備える構成となっている。スライド機構６２によって、複数のスライド軸６３が側方に向かってスライド駆動され、側定盤６７に貼付された研磨パッド６８がワークＷに対して摺接され、ワークＷの側面を研磨することができる。

本実施形態に係るスライド機構６２は、一例として、図６に示すように、第３送り台７１に支持された二つの第３電動シリンダ６２である。また、各第３電動シリンダ６２は、図示しない制御部により駆動制御される。この第３電動シリンダ６２は、内部のスライダ６２ａを側方にスライドさせる駆動部６２ｂを備える構成となっており、駆動部６２ｂによってスライダ６２ａがスライド駆動されることにより、スライダ６２ａの先端に連結された第３支持部６５は、ワークＷに対向する向きにスライド駆動される。なお、第３電動シリンダ６２と第３支持部６５との間には、第３送り台７１の各側部に連結されたプレート６１が配されており、プレート６１に設けられた貫通孔をスライダ６２ａが貫通している構成である。本実施形態に係る研磨装置１は、二つの第３電動シリンダ６２が並設（本実施形態においては、上下に並設）されると共に、それぞれにおけるスライダ６２ａの駆動方向が逆向きになるように配置されている。なお、第３支持部６５のスライド駆動の機構は、電動シリンダを備える構成に限定されるものではなく、一例として、第３エアシリンダを備える構成であってもよい。

なお、本実施形態に係る第３支持部６５は、金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図６に示すように、板状の部材がワークＷに対して垂直（本実施形態においては、鉛直）に立てられ、且つ延在方向がワークＷと平行（本実施形態においては、水平）になるように配置されている。本実施形態に係る研磨装置１は、上述のように、第３支持部６５を二つ備えており、ワークＷを挟んで平行に配置されている。

次に、本実施形態に係る複数のスライド軸６３は、金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図６に示すように、第３支持部６５の延在方向に向かって並設されている。本実施形態に係る研磨装置１は、五つのスライド軸６３を二組備えており、少なくとも一つずつは、第３支持部６５と側定盤６７とに連結されている。また、全てのスライド軸６３は、第３連結部６６を貫通している。

次に、本実施形態に係る側定盤６７は、樹脂材料（一例として、ＰＰＳ樹脂）や金属材料（一例として、アルミニウム合金）を用いて形成されており、図６に示すように、上述した少なくとも一つのスライド軸６３に連結されている（本実施形態に係る側定盤６７は、三つのスライド軸６３に連結されており、中央の一つのスライド軸６３が第３支持部６５にも連結されている）。また、ワークＷに対向する位置に円筒の内径形状の凹部が形成されている。さらに、側定盤６７の凹部には、円筒の内径形状に沿った研磨パッド６８が貼付されている。上記構成により、ワークＷの第１面側のエッジ及び第２面側のエッジのみならず、ワークＷの側面も研磨することができ、タクトタイムの短縮を図ることができる。

（第３送り機構）
次に、本実施形態に係る第３送り機構７０は、第３送り台７１と、第３送り台７１に連結されたラックギア７２と、ラックギア７２に噛合された平歯車７３と、平歯車７３を回動駆動させる往復動駆動装置（一例として、サーボモータ）７４と、を備える構成となっている。また、サーボモータ７４は、図示しない制御部に連結されている。サーボモータ７４によって、平歯車７３が回動駆動されることにより、ラックギア７２、及び第３送り台７１が往復動（上下動）され、第３研磨機構６０が往復動（上下動）される。

（作動原理）
以上、本実施形態に係る研磨装置１の各機構の構成について説明した。続いて、当該装置によりワークＷの研磨をする際の作動原理について詳しく説明する。

ワークＷをテーブル１１に吸着保持する前は、第１連結部２６は第２隙間に入り込んでおり、第２連結部４６は第１隙間に入り込んでおり、第１連結部２６と第２連結部４６とは交互に組み合わされて密接した状態である。また、第１研磨機構２０はテーブル１１から最も遠い位置（本実施形態においては、最下位）に位置し、第２研磨機構４０はテーブル１１から最も遠い位置（本実施形態においては、最上位）に位置している状態である。すなわち、各研磨パッド２８、４８がワークＷに摺接しない程度の所定の空間を空けている状態である。さらに、第３研磨機構６０については、ラックギア７２と第３研磨機構６０とは、第３研磨機構６０がテーブル１１から最も遠くなる位置（本実施形態においては、最下位）に位置している。この状態で、テーブル１１にワークＷを吸着保持する。

次に、サーボモータ３２を駆動させて、第１研磨機構２０を移動（上昇）、第２研磨機構４０を移動（下降）させることによって、ワークＷを第１定盤２７の研磨パッド２８と、第２定盤４７の研磨パッド４８と、によって挟持する。この際、第１研磨機構２０と第２研磨機構４０との揺動駆動による位相は、研磨パッド２８がワークＷの第２面側のエッジに当接し、研磨パッド４８がワークＷの第１面側のエッジに当接する位相であればよい。ただし、第１電動シリンダ２２と第２電動シリンダ４２とは停止していることが好ましい。

サーボモータ３２の駆動と同時、又は、遅れてサーボモータ７４を駆動させ、第３研磨機構６０を、側定盤６７がワークＷの側面と並ぶ（ワークＷの側面と同じ高さになる）まで、移動（上昇）させる。次に、第３電動シリンダ６２を駆動させ、各側定盤６７の各研磨パッド６８をワークＷの側面に当接させる。

上記までの状態で、回転駆動装置１４を回転駆動させることによって、ワークＷの第１面側のエッジ、側面、第２面側のエッジのそれぞれを同時に研磨することができる。

次に、ワークＷの研磨をした状態で、第１電動シリンダ２２によって、第１定盤２７を揺動駆動させ、第２電動シリンダ４２によって、第２定盤４７を揺動駆動させる。すなわち、研磨パッド２８、及び研磨パッド４８におけるワークＷの摺接位置を変えながら、ワークＷの研磨をする。これにより、各研磨パッド２８、４８の使用範囲を調整・分散させることができ、各研磨パッド２８、４８の高寿命化を図ることができる。また、第１定盤と第２定盤とが密接（第１定盤と第２定盤とが相対的に移動する場合と相対的に静止している場合とを含む）してワークを挟持しているため、第１定盤と第２定盤とが隙間を有している場合と比べて、ワークに生じる曲げモーメントが小さくなり、ワークの割れや欠けを防止することができる。すなわち、第１定盤と第２定盤とが隙間を有している場合と比べて、第１定盤及び第２定盤からのワークへの加圧力を大きくすることができ、研磨レートの向上を図ることができる。なお、第１電動シリンダ２２と第２電動シリンダ４２とは同時に駆動してもよいし、一方を非駆動としながら、他方を駆動としてもよい。両方を非駆動としても構わない。また、第１定盤２７と第２定盤４７との揺動による位相の関係は特に限定されるものではない。

（第２実施形態）
本実施形態に係る研磨装置１は、第１実施形態に係る研磨装置１において、各研磨機構２０、４０、６０をそれぞれワークＷの周方向に、且つ、テーブル１１とは逆方向に回転駆動させることができる回転駆動部（不図示）を備えたものである。これらによれば、ワークＷのみが回転される場合と比べて、ワークＷと各研磨パッド２８、４８、６８との相対速度が大きくなり、研磨レートの向上を図ることができる。

以上のように、各実施形態に係る研磨装置によれば、装置の小型化と研磨パッドの高寿命化とを実現することができる。なお、以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、第３研磨機構、第３送り機構を備えない研磨装置として構成することもできる。また、各実施形態において、ワークＷが水平に吸着保持された場合について詳述したが、例えば、ワークＷが垂直に吸着保持されている場合には、第１研磨機構２０、第２研磨機構４０は水平に配置されており、ワークＷに対して水平に接近・離反するものである。

１ 研磨装置
２０ 第１研磨機構
２２ 第１揺動駆動部（第１電動シリンダ）
２４ 第１揺動軸
２５ 第１支持部
２５ａ 基部
２５ｂ 櫛部
２６ 第１連結部
２７ 第１研磨部（第１定盤）
４０ 第２研磨機構
４２ 第２揺動駆動部（第２電動シリンダ）
４４ 第２揺動軸
４５ 第２支持部
４５ａ 基部
４５ｂ 櫛部
４６ 第２連結部
４７ 第２研磨部（第２定盤）
６０ 第３研磨機構
６５ 第３支持部
６６ 第３連結部
６７ 第３研磨部（側定盤）
Ｗ ワーク

Claims (10)

1. 円板形状のワークの端部領域の研磨をする研磨装置であって、
   前記ワークを回転させるワーク回転機構と、
   前記ワークの第１面側に離間して前記第１面と平行に設けられた第１揺動軸によって揺動可能に支持された第１支持部と、前記第１支持部に対して第１連結部によって固定されて、研磨時において前記ワークの第２面側のエッジに摺接して揺動の駆動もしくは非駆動がなされる第１研磨部と、を有する第１研磨機構と、
   前記ワークの前記第２面側に離間して前記第２面と平行に設けられた第２揺動軸によって揺動可能に支持された第２支持部と、前記第２支持部に対して第２連結部によって固定されて、研磨時において前記ワークの前記第１面側のエッジに摺接して揺動の駆動もしくは非駆動がなされる第２研磨部と、を有する第２研磨機構と、を備えており、
   前記第１連結部は、前記第１支持部から前記第２面側に延在する複数の棒状部材が、所定間隔の第１隙間を空けて前記第１揺動軸及び前記第２揺動軸の軸心方向に沿って櫛状に並設される構成であり、
   前記第１研磨部は、複数に分割された第１定盤が、前記軸心方向に沿って前記第１隙間を空けて並設される構成であり、
   前記第２連結部は、前記第２支持部から前記第１面側に延在する複数の棒状部材が、所定間隔の第２隙間を空けて前記軸心方向に沿って櫛状に並設される構成であり、
   前記第２研磨部は、複数に分割された第２定盤が、前記軸心方向に沿って前記第２隙間を空けて並設される構成であり、
   研磨時において、各前記第２隙間に、対応位置の各前記第１定盤が入り込んでおり、且つ各前記第１隙間に、対応位置の各前記第２定盤が入り込んでいることによって、前記第１定盤と前記第２定盤とは前記軸心方向において交互に組み合わされた状態で密接しており、前記ワークを前記第２面側と前記第１面側とから挟持可能に構成されていること
   を特徴とする研磨装置。
2. 前記第１連結部は、前記第１連結部の各前記棒状部材を平行に二列備えている構成であり、
   前記第２連結部は、前記第２連結部の各前記棒状部材を平行に二列備えている構成であること
   を特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 前記第１定盤は、少なくとも前記ワークに摺接する位置に前記複数に分割された第１定盤全体として、一つの球内面形状の凹部を有しており、
   前記第２定盤は、少なくとも前記ワークに摺接する位置に前記複数に分割された第２定盤全体として、一つの球内面形状の凹部を有していること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の研磨装置。
4. 第３支持部と、前記第３支持部に連結されて、研磨時において前記ワークの側面に摺接する第３研磨部と、を有する第３研磨機構をさらに備えており、
   前記第３研磨部は、一対の側定盤を有しており、研磨時において、前記第１研磨機構及び前記第２研磨機構が各前記側定盤の間に位置し、各前記側定盤が前記ワークの側面に対向して設けられる構成であること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の研磨装置。
5. 前記第３研磨機構は、回転駆動部を備えており、前記ワークの中心を通り前記第１面及び前記第２面に垂直な軸を中心軸として回転駆動されること
   を特徴とする請求項４記載の研磨装置。
6. 前記第１支持部は、第１揺動駆動部によって揺動駆動される構成であり、
   前記第２支持部は、第２揺動駆動部によって揺動駆動される構成であり、
   前記第１揺動駆動部と前記第２揺動駆動部とは、電動シリンダ、又はエアシリンダであること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の研磨装置。
7. 前記第１支持部と、前記第２支持部と、は一つの揺動駆動部によって揺動駆動される構成であり、
   前記揺動駆動部は、電動シリンダ、又はエアシリンダであること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の研磨装置。
8. 一つのサーボモータをさらに備えており、
   前記第１研磨機構と前記第２研磨機構とは、前記一つのサーボモータによって前記第１面及び前記第２面に垂直な方向に揺動駆動される構成であること
   を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の研磨装置。
9. 二つのサーボモータをさらに備えており、
   前記第１研磨機構と前記第２研磨機構とは、それぞれ、各前記サーボモータによって前記第１面及び前記第２面に垂直な方向に揺動駆動される構成であること
   を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の研磨装置。
10. 前記第１支持部と、前記第１連結部と、は一体形成されており、
    前記第２支持部と、前記第２連結部と、は一体形成されていること
    を特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項記載の研磨装置。

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