JPH06226640A - 平面研磨装置及び該装置に使用する扇形固形砥石片 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被研磨体の平坦度の向上、疵の発生防止及び
研磨能率の維持がはかれる板状被研磨体の平面研磨に好
適な平面研磨装置及び該装置に使用する扇形固形砥石片
を提供する。 【構成】 円形ラッピング定盤に同一の形状、面積及び
厚さをもつ複数個の平面形状扇形固形砥石片を、その各
砥石面が同一平面を構成する円盤状物を形作るとともに
該円盤状物の中心から外周縁に向かう放射状流路を各砥
石片両側縁間に形成するように、間隔をおいて配置し固
定してなるラッピング円盤を備えた平面研磨装置におい
て、前記複数個の平面形状扇形固形砥石片が、それぞれ
砥石面に外周円弧縁からこれに接する一側縁に向かって
斜めに延び、砥石表面からラッピング定盤への垂直線よ
りラッピング円盤の回転方向と逆に１０°〜３０°傾斜
し、砥石裏面に開口する直線状溝を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属、ガラス、プラス
チックス等からなる板状被研磨体の板面に固形砥石が固
定されたラッピング円盤を圧着して回転させ研削液を供
給しつつ研磨を行う平面研磨装置及び該装置に関し、被
研磨体の平坦度の向上、疵の発生防止及び研磨能率の維
持がはかれる新規平面研磨装置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、固形砥石が固定されたラッ
ピング円盤を備えた平面研磨装置は古くから汎用されて
おり、種々様々な形式のものが実用されているが、大別
すると、円形ラッピング定盤に該定盤の面積とほぼ等し
い面積をもつ固形砥石が固定されているラッピング円盤
を備えた平面研磨装置と円形ラッピング円盤に複数個の
固形砥石片が固定されているラッピング円盤を備えた平
面研磨装置とに分類できる。

【０００３】そして、後者に属するものの中に、円形ラ
ッピング定盤に同一の形状、面積及び厚さをもつ複数個
（通常、１０〜２０固程度）の平面形状が扇形の固形砥
石片を、その砥石面が同一平面を構成する円板状物を形
作るとともに該円板状の中心から外周縁に向かう放射状
流路を隣接する各砥石片の両側間に形成するように、間
隔をおいて配置し固定してなるラッピング円盤を備えた
平面研磨装置が実用されていることも知られている。こ
の形式の平面研磨装置にあっては、研磨時に供給される
研削液並びに研磨屑や脱落砥粒がラッピング円盤の回転
によって生じる遠心力によって前記放射状流路を通じて
スムーズに外部に排出できるという利点や同一形状と同
一厚さをもつ一種類の固形砥石を予備品として用意して
おけば良いという利点があることもよく知られている。

【０００４】なお、前記平面形状扇形固形砥石を円形ラ
ッピング定盤に固定するに当たっては、一般に、該固形
砥石片の裏面に当該固形砥石片の平面形状と同一形状の
取付板片を固着し、この取付板片をボルト等を用いて着
脱自在に円形ラッピング定盤に固定するという手段が取
られており、これは破損した砥石片の交換を容易にする
ためである。

【０００５】従来、前記形式の平面研磨装置に使用され
ている平面形状扇形固形砥石片の砥石面に溝を設けるこ
とによって、研削液等の外部への排出をよりスムーズな
ものにしようとする試みがなされている。例えば、「雑
誌・機械設計・１９８４年１１月臨時増刊号・Ｐ５７〜
６０・日刊工業新聞社」に各種のウエハ研磨装置が紹介
されており、その「第６０頁の写真２」には、前記形式
の平面研磨装置に使用されている平面形状扇形固形砥石
片の砥石面に該砥石片の一側縁から他側縁に延びる斜溝
を設けたものが示されており、また、特公平３−７３４
２５号公報の第１図及び第２図には、前記形式の平面研
磨装置に使用されている平面形状扇形固形砥石片の砥石
面に該砥石片の一側縁から他側縁に延びて当該砥石片を
斜めに上（円板状物の中心方向）下（円板状物の外周縁
方向）二分割している砥石裏面に開口する、砥石表面か
らラッピング定盤へ垂直な、斜溝を設けたものが開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、永年にわ
たって、前記形式の平面研磨装置に使用されている平面
形状扇形固形砥石片の砥石面に設ける溝の位置や形状と
研削液等の外部への排出作用との関係について系統的な
研究を行っているが、その途上において、前掲従来の斜
溝には次の通りの問題点が内在していることを知った。

【０００７】即ち、図５は、前記形式の平面研磨装置の
ラッピング円盤の代表的な従来例を示す斜視説明図であ
るが、同図に示す通り、このラッピング円盤１の円形ラ
ッピング定盤２には同一の形状、面積及び厚さをもつ１
０個の平面形状扇形固形砥石片３、３１、３２…が、そ
の各砥石面４、４１、４２…が同一平面を構成する円板
状物（図５中の矢印Ａ）を形作るとともに該円板状物の
中心から外周縁に向かう放射状流路５、５１…を各砥石
片の両側縁３ａ、３ｂ、３１ａ、３１ｂ…間に形成する
ように、間隔をおいて配置し固定されており、更に、各
砥石面４、４１、４２…には、それぞれ、砥石片３、３
１…の一側縁３ａ、３１ａ…から他側縁３ｂ、３１ｂ…
に延びて該砥石片３、３１…を斜めに上下二分割してい
る砥石裏面に開口する、砥石表面からラッピング定盤へ
垂直な、斜溝６、６１、６２…が設けられている。

【０００８】なお、同図において、７、７１、７２…
は、それぞれ、各砥石片３、３１、３２…の裏面に固着
された取付板片であり、この取付板片７、７１、７２…
は円形ラッピング定盤２にボルト（図示せず）によって
着脱自在に固定されている。

【０００９】本発明者等が行った実験結果によれば、図
５に示すラッピング円盤１を用いて研磨を行った場合に
は、研磨中に生じた研磨屑や脱落砥粒が斜溝６、６１、
６２…内に落ち、ラッピング円盤１の回転により生じる
遠心力によって一側縁３ｂ、３１ｂ…から他側縁３ａ、
３１ａ…に向かって移動して各砥石片３、３１、３２…
間の放射状流路５、５１、５２…に入って該流路を通り
外部へ排出されるが、斜溝６、６１、６２…から放射状
流路５、５１、５２…への移動には流路の方向変化があ
り、斜溝は砥石表面からラッピング定盤へ垂直であるた
め、研磨屑や脱落砥粒を含んだ研削液の排出が悪い。ま
た、この流路の変化により、研磨屑や脱落砥粒は隣の砥
石片の側面に当たるため、放射状流路５、５１、５２…
を通って外部へ向かうと同時に一部が内部へも向かって
流れて、かなりの量の研磨屑や脱落砥粒が斜溝６、６
１、６２…中や放射状流路５、５１、５２…中に堆積
し、次第に排出効果が低下する。このため、砥石片３、
３１、３２…の斜溝６、６１、６２…の周辺部分や放射
状流路５、５１、５２…の側縁部分の気孔内に研磨屑や
脱落砥粒が入り込み、目詰りを生じることを確認した。

【００１０】固形砥石に目詰りが生じると、研磨能率の
低下が起きるとともに、被研磨体に有害な深い疵を生じ
させ、更に、目詰り部分は他の砥石部分より硬度が硬く
なり固形砥石に偏摩耗が生じて被研磨体の、平坦度が悪
くなるという問題点がある。

【００１１】本発明は、前記諸問題点に鑑み、研磨時に
生じる研磨屑や脱落砥粒の外部への排出を充分に行うこ
とができ、被研磨体の平坦度の向上、疵の発生防止及び
研磨能率の維持がはかれる平面研磨装置を提供すること
を技術的課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記技術的課題は、次の
通りの本発明によって達成できる。図１は本発明に係わ
る平面研磨装置におけるラッピング円盤の構成を示す斜
視説明図であり、図２は本発明に係わる平面研磨装置に
おけるラッピング円盤に使用する扇形固形砥石片の構成
を示す斜視説明図であり、図３はそのＡ−Ａ´線断面説
明図であり、図４はＣ方向からの説明図である。

【００１３】即ち、本発明は、図１〜４に示す通り、円
形ラッピング定盤２に同一の形状、面積及び厚さをもつ
複数個の平面形状扇形固形砥石片３、３１、３２…を、
その各砥石面４、４１、４２…が同一平面を構成する円
板状物（図１中の矢印Ａ）を形作るとともに該円板状物
の中心から外周縁に向かう放射状流路５、５１…を各砥
石片の両側縁３ａ、３ｂ、３１ａ、３１ｂ…間に形成す
るように、間隔をおいて配置し固定してなるラッピング
円盤１を備えた平面研磨装置において、前記複数個の平
面形状扇形固形砥石片３、３１、３２…が、それぞれ砥
石面４、４１、４２…に外周円弧縁３ｃ、３１ｃ、３２
ｃ…からこれに接する一側縁３ｂ、３１ｂ、３２ｂ…に
向かって斜めに延び 砥石表面からラッピング定盤への
垂直線よりラッピング円盤の回転方向と逆に１０°〜３
０°傾斜し、砥石裏面に開口する直線状溝６´、６１
´、６２´…を有していることを特徴とする平面研磨装
置である。なお、直線状溝６´の幅は３〜２０mm程度に
設定することが好ましい。

【００１４】本発明に係わる平面研磨装置にあっては、
平面形状扇形固形砥石片３の裏面に該砥石片３、３１、
３２…の平面形状と同一形状の取付板片７、７１、７２
…が固着されており、当該取付板片７、７１、７２…が
着脱自在に円形ラッピング定盤２に固定されている態様
を採ることができる。

【００１５】また、本発明に係わる平面研磨装置には、
砥石面４に外周円弧縁３ｃからこれに接する一側縁３ｂ
に向かって斜めに延び 砥石表面からラッピング定盤へ
の垂直線よりラッピング円盤の回転方向と逆に１０°〜
３０°傾斜し、砥石裏面に開口する直線状溝６´を有し
ている平面形状扇形固形砥石片３を使用する。

【００１６】なお、本発明に係わる平面研磨装置及び該
装置に使用する平面形状扇形固形砥石片は、砥石面に設
ける溝の位置と形状以外は、全て周知の技術手段によっ
て構成されている。

【００１７】

【作用】本発明に係わる平面研磨装置においては、ラッ
ピング円盤１を回転しつつ研磨作業を行う時、扇形固形
砥石の作用による研磨屑や脱落砥粒は、供給される研削
液中に懸濁した状態で砥石面を流れて該面に形成された
直線状溝６´、６１´、６２´…中に流れ込み、当該溝
６´、６１´、６２´…の下（円盤状物の外周縁方向）
部はラッピング円盤１外に開口しているから、流路の方
向変化がなく、各砥石片３、３１、３２…より直接ラッ
ピング円盤１外に勢いよく排出される。更に、直線状溝
６´、６１´、６２´…は砥石表面からラッピング定盤
への垂直線よりラッピング円盤の回転方向と逆に傾斜し
た溝あるため、ラッピング円盤の遠心力により、よりい
っそう研磨屑、脱離砥粒の排出速度が向上する。

【００１８】その結果、直線状溝６´、６１´、６２´
…中や放射状流路５、５１、５２…中への研磨屑や脱落
砥粒の堆積は殆ど無くなり、砥石の気孔中への目詰りが
可及的に抑制され、研磨能率の維持と被研磨体の面状態
と精度の向上をもたらす。

【００１９】更に、傾斜した溝のため溝部分面積は広く
なり、洗浄効果が良くなり、従来より、溝幅を狭くする
ことが出来る。このために、有効研磨面積が増え、研磨
能率の向上がはかれ、被研磨体の面状態と精度が向上す
る。

【００２０】また、研削液の流れがよいため冷却効果が
よく、熱による砥石物性変化や被研磨体の反り等が発生
しない。

【００２１】

【実施例】本発明を実施例と従来例によって詳細に説明
すれば、次の通りである。

【００２２】実施例 （１）平面形状扇形固形砥石片の製作 常法に従い、平均粒径４．０μm （砥粒番手３０００
番）の炭化珪素粉末を９．０体積％含有しポリビニルア
ルコール系樹脂を結合材とする微細連通気孔を有する三
次元網状構造をなすＰＶＡ砥石を作成し、これにフェノ
ール系樹脂、メラミン系樹脂を含浸硬化させて固形砥石
とした。この固形砥石は、気孔率が約８０体積％であっ
た。前記固形砥石を切断して同一の形状、面積及び厚さ
をもつ平面形状扇形固形砥石片を８０個製作した。この
砥石片の厚さは４５mm、砥石片１個の砥石面の面積は４
２１．８cm² とした。

【００２３】（２）溝の形成 上記砥石片４０個のそれぞれ砥石面に、図２に示す通
り、外周円弧縁からこれに接する一側縁に向かって斜め
に延び、砥石表面からラッピング定盤への垂直線よりラ
ッピング円盤の回転方向と逆に傾斜し、砥石裏面に開口
する直線状溝を設けた。この溝の幅は、５mmとした。ま
た、この溝の傾斜は、ラッピング円盤の回転方向と逆の
方向に垂直線より１５゜傾斜させた。

【００２４】（３）円形ラッピング定盤への装着 面積８５８８．６cm² の上定盤（内周ギアと外周ギアと
の間隔は１６インチ）と同面積の下定盤（同上）とのそ
れぞれに、上記砥石片を２０個づつ、図１に示す如く、
その砥石面が同一平面を構成する円板状物を形作るとと
もに該円板状物の中心から外周縁に向かう幅５mmの流路
を各砥石片の両側間に形成するように、配置して装着し
た。なお、装着に当たっては、各砥石片の裏側に、図
２、図３と図４に示す通り、該砥石片の平面形状と同一
形状のアルミニウム製取付板片を接着剤によって固着
し、この取付板片を砥石片に穿ったボルト挿入孔８（第
１図においては、この孔８を省略し図示していない）ボ
ルト９を用いて着脱自在に各定盤に固定した。

【００２５】（４）研磨作業 周知のラッピング研磨装置のラッピング円盤として上記
各円形ラッピング定盤を使用し、外径９５mm、内径２５
mm、厚さ０．８mmのドーナッツ型アルミニウム板４０枚
を被研磨体として、当該被研磨体４０枚を同時に下記研
磨条件によって研磨した。 定盤回転数 ： 上定盤 １５ rpm 下定盤 ４５ rpm 研磨圧力 ： ８０ g／cm² 研削液 ： ディスクカット（商品名：株式会社
フジミインコーポレーテッド製） 研削液供給量 ： １５ l／分 研磨時間 ： １ 分／回

【００２６】（５）測定 上記研磨条件にて、２０回研磨し、毎回２枚ずつアルミ
ニウム板を抜き取り、４０枚全てについて研削量と平坦
度を測定した。なお、研削量は片面の研削量（２枚の平
均値）を求めた。また、目視によって全数検査を行い
「不良」と判定される深い疵の発生状態をチェックし
た。

【００２７】（６）結果 研削量と「不良」と判定した深い疵の発生数を表１に示
した。

【００２８】また、平坦度は、４０枚の平均値が５．９
８μm であって標準偏差（б_n-1）は１．２２μm であ
った。平坦度分布の測定結果を図６にヒストグラムにし
て統計解析値とともに示した。また、目視による砥石表
面の目詰り状態は、皆無であった。

【００２９】比較例 （１´）平面形状扇形固形砥石片の製作 実施例における（１）で製作した固形砥石片４０個を使
用した。

【００３０】（２´）溝の形成 上記砥石片４０個のそれぞれ砥石面に、図５に示す通
り、一側縁から他側縁に延びて該砥石片を斜めに上下二
分割し、垂直砥石表面からラッピング定盤へ垂直な、砥
石裏面に開口する斜溝を設けた。この溝の幅は５mmとし
た。

【００３１】（３´）円形ラッピング定盤への装着 上記の斜溝を設けた砥石片を用いた以外は実施例におけ
る（３）と全く同様に行った。

【００３２】（４´）研磨作業 上記の斜溝を設けた砥石片を用いた以外は実施例におけ
る（４）と全く同様に行った。

【００３３】（５´）測定 実施例における（５）と全く同様に行った。

【００３４】（６´）結果 研削量と「不良」と判定した深い疵の発生数を表１に示
した。

【００３５】また、平坦度は、４０枚の平均値が７．２
８μm であって標準偏差（б_n-1）は１．３３μm であ
った。平坦度分布の測定結果を図６にヒストグラムにし
て統計解析値とともに示した。また、目視による砥石表
面の目詰り状態は、斜溝の周辺部分及び放射状流路の側
縁部分に見られた。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した通りの構成・作用によっ
て、実施例にも示したように、本発明によれば被研磨体
の平坦度の向上、疵の発生防止及び研磨能率の維持がは
かれる。また、砥石表面からラッピング定盤への垂直線
より、ラッピング円盤の回転方向と逆に傾斜した溝のた
め、洗浄効果が良く、溝部分面積が広く、目詰まりは皆
無となる。上記効果は従来のものより溝幅を狭くしても
発揮される。更に、本発明は、砥石面に形成する溝の形
状を変更するだけで実施できるので、コスト的にも極め
て有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる平面研磨装置におけるラッピン
グ円盤の構成を示す斜視説明図である

【図２】本発明に係わる平面研磨装置におけるラッピン
グ円盤に使用する固形砥石片の構成を示す斜視説明図で
ある

【図３】図２のＡ−Ａ´線断面説明図である

【図４】図２のＣ方向より見た説明図である

【図５】従来の平面研磨装置におけるラッピング円盤の
構成を示す斜視説明図である

【図６】実施例並びに比較例における平坦度分布の測定
結果を示したヒストグラム図である

【符号の説明】

１ ラッピング定盤 ２ 円形ラッピング定盤 ３ 平面形状扇形固形砥石片 ３ａ 側縁 ３ｂ 側縁 ３ｃ 外周円弧縁 ４ 砥石面 ５ 流路 ６ 斜溝 ６´ 直線状溝 ７ 取付板片 ８ ボルト挿入孔 ９ ボルト

【表１】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形ラッピング定盤に同一の形状、面積
   及び厚さをもつ複数個の平面形状扇形固形砥石片を、そ
   の各砥石面が同一平面を構成する円盤状物を形作るとと
   もに該円盤状物の中心から外周縁に向かう放射状流路を
   各砥石片両側縁間に形成するように、間隔をおいて配置
   し固定してなるラッピング円盤を備えた平面研磨装置に
   おいて、前記複数個の平面形状扇形固形砥石片が、砥石
   面に平面形状扇形固形砥石の外周円弧縁からこれに接す
   る一側縁に向かって斜めに延び、砥石表面からラッピン
   グ定盤への垂直線よりラッピング円盤の回転方向と逆に
   １０°〜３０°傾斜し、砥石裏面に開口する直線状溝を
   有していることを特徴とする平面研磨装置。
2. 【請求項２】 平面形状扇形固形砥石片の裏面に該砥石
   片の平面形状とほぼ同一の取付板片が固着されており、
   当該取付板が着脱自在に円形ラッピング定盤に固定され
   ている請求項１記載の平面研磨装置。
3. 【請求項３】 砥石面に平面形状扇形固形砥石の外周円
   弧縁からこれに接する一側縁に向かって斜めに延び、砥
   石表面からラッピング定盤への垂直線よりラッピング円
   盤の回転方向と逆に１０°〜３０°傾斜し、砥石裏面に
   開口する直線状溝を有していることを特徴とする請求項
   １記載の平面研磨装置に使用する扇形固形砥石片。