JPS61270024A - 薄板材の両面電解複合加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、薄板材、たとえばＳｉウェハ、　ＱａＡｓ
ウェハ、磁気メモリ用Ａ／ディスク等の高精度平面を得
る薄板材の両面電解複合加工方法に関する。

〔従来の技術〕

通常、薄板材では、高品質な表面粗さはもちろんのこと
高精度な平面度が要求され、これらの要求に対してラッ
ピングやポリシングを始め、最近では、メカニロルボリ
シングやフロートポリジング等の加工法が用いられてい
る。

しかし、高精度な平面を得るためには、単に加工面を高
精度に加工するだけではなく加工に伴なう変形や加工変
質を生じないことが重要であり、なかでも半導体をはじ
めとする電子材料では、加工変形はもとよシ加工表面の
無擾乱性が厳しく要求される。

ここで、加工変形の要因を考えてみると、（１）加エエ
ネルギによる工作物表面への機械的、熱的な加工残留応
力、（１１）加工変質層、（ｉｎ）前記０）と（１１）
の加工両面でのアンバランス等である。

そして、加工残留応力や加工変質層の深さを低減させる
方法は種々検討されているが、これらは加工能率と相反
的な関係にあり、たとえば、機械的な除去手段である工
具切刃（砥粒を含む）の作用力を小さくすると、極端に
加工能率が低下して生産性が悪くなり、逆に工具切刃の
作用力を大きくして生産性を向上しようとすると、残留
応力。

加工変質層とも増大し、加工変形が生じ、高精度、平面
が得られないばかりではなく、加工変質層の除去に多大
な時間を要し、結果的に生産性の低下を招くことになり
、抜本的な解決がなされていないのが現状である。

これらの解決策の１つとして、非力学的な手段で加工す
れば加工変質層、加工残留応力をともに軽減できるとし
て、化学研摩や電解研摩を用いる方法がある。しかし、
これらの方法では、形状創成に限界があり、高精度化に
は問題が多いものである。

そこで、従来よシ、機械的な加工作用と非力学的な加工
作用とを複合して前述の欠点を解消するようにした複合
加工方法が種々提案されている。

そして、機械作用と電気化学的な加工作用、すなわち電
解作用とを複合した電解複合加工方法としては、第７図
および第８図にそれぞれ示すものがある。

すなわち、第７図に示すものは、直流電源の陽極に接続
された定盤工具（１）の上面に導電性接着剤（２）によ
り薄板材等の工作物（３）を固着するとともに、定盤工
具（１）の上方に、直流電源の陰極に接続された定盤工
具（４）を、その下面の加工作用面（４）′を定盤工具
（１）の上面に平行に対設させて設け、両定盤工具（１
）　、　（４）間に電解質添加の加工液（５）、砥粒（
６］を供給しながら、両定盤工ｆｉ　（１）　、　Ｃ４
）を相対的に回転移動させるとともに相互に密着する方
向に押圧し、かつ、両定盤工具（１）　、　（４）間に
直流電圧を印加し、砥粒（６）が工作物（３）の上面の
加工面を転勤または摺動することによる機械的な作用、
すなわち研摩作用と電気化学的な電解作用（陽極溶出）
とにより、工作物（３）の片面（上面）を電解複合加工
するものである。

また、第８図に示すものは、それぞれの加工作川面＜ｄ
　、　＜ａｆカ互イｖｃ平行ｙ　２　ツｏ定ｕ工具＜１
＞　、　（４）　　　　’間に薄板材等の工作物（３）
を介在させ、両定盤工具（１）　、　（４）を直流電源
の陰極に接続するとともに、工作物（３）をスプリング
（７）およびブラシ（８）を介して直流電源の陽極に接
続し、両定盤工具（１）　、　（４）間に加工液（５）
、砥粒（６）を供給しながら、両定盤工具（１）。

（４）を相対的に回転および相互に押圧するとともに、
定盤工具（１）　、　（４）と工作物（３）間に直流電
圧を印加し、砥粒（６）による機械的な作用と電解作用
とにょシ、工作物（３）の両面（上下面）を電解複合加
工するものである。この動作時、工作物（３）は砥粒（
６）にょシ両加工作用面（１）′、（４ｆに対し砥粒粒
径に応じたギャップｇｌ、ｇ２を保って両定盤工具（１
）　、　（４）間に保持される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記従来の電解複合加工方法では、工作物（３
）が、接着剤（２）および定盤工具（１）を介して、ま
たは、ブラシ（８）およびスプリング（７）を介して、
直流電源の陽極に直接的に接続されるため、工作物（３
）の端面エッヂにおける電界強度が強くなシ、電解電流
（９）の集中が起こり、角だれが発生する欠点があり、
しかも、工作物（３）が陽極に接続されるため、第７図
の場合では工作物（３）と定盤工具（４）との接触によ
り、第８図の場合では工作物（３）と定盤工具（１）ま
たは（４）との接触により、電源短絡が生じ、工作物（
３）、定盤工具（１）　、　（４）を損傷する欠点があ
る。

また、第７図に示したものでは、工作物（３）を片面し
か加工できず、高精度な平９面を得ることが極めて困難
な欠点があり、さらに、工作物（３）を接着剤（２）に
よシ定盤工具（１）に固着するため、加工終了後の工作
物（３）の剥離や工作物（３）に残余する接着剤（２）
の除去等に問題があり、しかも、工作物（３）の接着不
良時には接触不良１発熱等を生じる不都合がある。

一方、第８図に示したものでは、工作物（３）と両定盤
工具（ｇ　、　（４）とのそれぞれのギャップｇ１．ｇ
２に差違がある場合や、加工液（５）の介在状態に差違
。

不均一がある場合には、工作物（３）の上下面で電解電
流（電解電流密度）に差違が生じ、工作物（３）の上下
面を均等に加工できないといった不都合が生じる。

また、同図のものでは、工作物（３）への給電を接触面
積の小さい側面より行なうため、給電部の接触抵抗が大
きくなり、固有抵抗の大きな工作物（３）では、給電部
付近の加工面と給電部より離れた中心部の加工面とで電
解電流（電解電流密度）が均一とならず、加工不均一の
原因となり、工作物（３）が薄板材の場合には、との煩
向が強く、高精度な平面加工を得ることができなくなる
。さらに、工作物（３）への給電を側面から行なわねば
ならないため、工作物（３）をキャリア等で保持して該
工作物（３）に自転、公転等の遊星運動を与えることが
困難となり、これが、工作物（３）における砥粒（６）
の条こんを無方向性にしてよυ均一加工面を得ようとす
る場合の弊害となっている。

したがって、この発明においては、前述の欠点をすべて
解消し、高精度、高能率な加工平面を得る薄板材の両面
電解複合加工方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の薄板材の両面電解複合加工方法は、第１図に
示すように、相互に電気的に絶縁された２つの定盤工具
α０．Ｑυのそれぞれの加工作用面αＯ１αｄを平行に
対設するとともに、両用工作用面０イ。

荷量に薄板材α功、加工液０３．研摩材たとえば研摩砥
粒０４）を介在させ、両定盤工具α０　、　（１１）を
相対的に移動するとともに互いに押圧し、両定盤工具Ｑ
Ｏ。

０９間に第２図（ａ）に示すような交流電圧または同図
（Ｉ））に示すような極性の反転するパルス電圧を印加
し、薄板材（２）の両面に交互に電解作用を発生させて
薄板材０々の両面を電解複合加工することを特徴とする
ものである。

〔作　用〕

したがって、相対的に回転するとともに互いに押圧する
２つの定盤工具（１０、ａυ間の薄板材（２）は、各定
盤工具ＧＯ１０υのそれぞれの加工作用面ａイ、σｄか
ら研摩砥粒α■の粒径に応じた一定距離、すなわちギャ
ップｇ８．ｇ４を保って両定盤工具αＱ、αυ間に保持
され、定盤工具α１．αυの相対移動により研摩砥粒α
荀が薄板材（至）の両面を転勤または摺動することによ
り、薄板材＠に機械的な作用力が与えられる。

一方、両定盤工具ＧＯ，０９間に交流電圧または極性の
反転するパルス電圧が印加され、たとえば定盤工具００
が陽極、定盤工具αυが陰極になると、電解電流０Ｑは
破線矢印のように定盤工具α０からギャップｇ３に介在
する加工液０３を通って薄板材（６）に流れさらにギャ
ップｇ４に介在する加工液α１を通って定盤工具αυに
流入し、薄板材（２）の定盤工具αη側の面に電解溶出
作用を生じ、つぎに印加電圧が反転して定盤工具（１０
、ａυがそれぞれ陰極、陽極になると、電解電流α９は
実線矢印のように前述とは反対方向に流れ、薄板材（６
）の定盤工具（１０側の面に電解溶出作用を生じ、以下
、印加電圧の反転毎に電解電流α９が方向を変えて交互
に流れ、薄板材（２）の両面に交互に電解作用が生じる
。

このようにして、研摩砥粒α→による機械作用。

すなわち研摩作用と電解作用とによシ薄板材α功の両面
が電解複合加工される。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その実施例を示した第３図ないし
第６図とともに詳細に説明する。

（第１の実施例） まず、第１の実施例を示した第３図および第４図につい
て説明する。

これらの図面に示すものは、相互に電気的に絶縁された
２つの円盤状の定盤工具（１（１、αηをそれぞれ軸ａ
ｌ１９．０ηを介して互いに反対方向に回転自在とし、
両定盤工具αＯ１αηの互いに平行に対向した加工作用
面（ＩＧ’、Ｑη′間に介在される複数の薄板材＠を、
それぞれ遊星歯車である絶縁性のキャリア（至）で該キ
ャリアαねに対し偏心した位置に保持するとともに、各
キャリア（至）をたとえば定盤工具αηに一体の太陽歯
車０１と固定の内歯車（１）とに噛合し、各薄板材Ｏａ
に遊星運動を与えるようにし、さらに、両定盤工具（１
１，Ｑ９間に、それぞれ軸ａＱ、αのおよびブラシ口、
＠を介して交流電圧または極性が反転するパルス電圧を
印加するようにしたものである。

したがって、このような構成において、両定盤工具（１
（３、０１）間に加工液α［有］と研摩砥粒αΦとを供
給しながら、両定盤工具０１．αＤをそれぞれ互いに反
対方向に回転させて相対的に移動するとともに、両定盤
工具ＧＯ、（１１）が互いに接近するような押圧力を加
え、さらに、両定盤工具ＱＯ，０９間に交流電圧または
パルス電圧を印加すると、前述した要領で研摩作用と電
解作用とにより薄板材（イ）の両面が電解複合加工され
る。

この加工時、太陽歯車α１および内歯車（４）に噛合し
た各キャリア（至）は、定盤工具αηの回転とともに太
陽歯車０りが回転することにより、自転および公転し、
各キャリア（至）に偏心して支持された薄板材（２）が
遊星運動を行なうことになり、薄板材（６）の両面にお
いて研摩砥粒ｑ４による条こんが無方向性にされ、均質
な加工面が得られることになる。

（第２の実施例） つぎに、第２の実施例を示した第５図および第６図につ
いて説明する。

これらの図面に示すものは、この発明を中空円盤状の大
径の薄板材のに適用した場合を示しており、８個の駆動
車（２４１、Ｃｌ５１．（至）により支持されて回転す
る薄板材内の一部を挾み付けるようにして、互いに電気
的に絶縁された２つの定盤工具ａ１　、αυを設け、か
つ、両定盤工具α０．αυの互いに平行な加工作用面０
０．αυにそれぞれ絶縁性１通水性を有する研摩材□□
□を接着している。

したがって、両定盤工具曲、ａ心間に加工液α徐を供給
しながら、両定盤工具（［、αυを相対的に回転させる
とともに互いに押圧し、両定盤工具Ｑ□　、αη間にブ
ラシ（２１１、Ｅおよび軸αＱ、αカを介して交流電圧
または極性が反転するパルス電圧を印加し、さらに、薄
板材にを駆動車（２４１，（２５１，＠により回転させ
ることによシ、薄板材内の両面が電解複合加工されるも
のである。

なお、前記実施例において、定盤工具ＧＯ９αη間に介
在される加工液α１は、薄板材（２）、（２３１の材質
に合わせて選定し、たとえば普通鋼やステンレス鋼では
中性塩（ＮａＣＪ　、　ＮａＮ０ａ　、　ＫＣｌ　）の
水溶液を、８ｉやＧａＡｓ等の電子材料では弱アルカリ
性（ＨＦ　、　ＮａＯＨ。

ＫＯＨ）の希薄水溶液を使用する。

また、加工液α］中に混入する研摩砥粒αａの粒度およ
び種類も加工する材料、加工精度に応じて選択し使用す
る。

さらに、定盤工具ＱＣＪ、αυにおいては、不溶性の炭
素材が望ましい。

なお、ボリシング工程において、粘弾性を持ちかつ含水
性を有するポリシングパットを定盤工具αＱ、συに接
着して使用すれば、ポリシング加工においても両面電解
複合加工が行なえる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の薄板材の両面電解複合
加工方法によると、■２つの定盤工具間に薄板材に直接
通電することなく電圧を印加するため、両定盤工具間の
電解電流はそれぞれの加工作用面間の最短距離を流れ、
薄板材の端面エッヂへの電流集中が従来に比し大幅に減
少し、角だれの発生を防止することができ、０両定盤工
具の加工作用面と薄板材とのそれぞれのギャップに差違
があったシ、加工液の介在状態に差違があっても、電解
電流は面加工作用面間を方向を変えて流れるのみである
ため、電解電流の等価抵抗値は変わらず、薄板材の両面
に流れる電解電流（電解電流密度）は均一性を保ち、薄
板材の両面を等しく加工することができ、■薄板材へは
直接給電する必要がなく、薄板材の加工面全面が給電点
となるため、接触不良を起こすことなく安定した給電が
非接触で行なえ、■したがって、薄板材をキャリア等で
保持して自由に自転、公転させることが容易となり、前
記■、■で述べた角だれの防止、均一加工性と合わせて
薄板材のよυ高精度、高能率の加工が可能になり、■薄
板材に直接給電しないことによシ、両定盤工具間の短絡
が防止され、万一定盤工具と薄板材とが接触しても大規
模な短絡とはならず、定盤工具および薄板材の損傷を防
ぐことができるものであシ、この発明は薄板材の両面を
高精度かつ高能率に電解複合加工することができる顕著
な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の薄板材の両面電解複合加工方法を示
す要部の断面図、第２図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ
両定盤工具間に印加される電圧の波形図、第３図ないし
第６図はこの発明の実施例を示し、第３図および第４図
は第１の実施例の正面図および一部の平面図、第５図お
よび第６図は第２の実施例の正面図および切断側面図、
第７図および第８図はそれぞれ従来の薄板材の電解複合
加工方法を示す断面図である。 ００、αυ・・・定盤工具、αイ、αｄ・・・加工作用
面、（６）。 ム・・・薄板材、Ｑ３・・・加工液、Ｑ４）・・・研摩
砥粒、額・・・研摩材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの定盤工具のそれぞれの加工作用面を平行に
   対設するとともに、前記両加工作用面間に薄板材、加工
   液、研摩材を介在させ、前記両定盤工具を相対的に移動
   するとともに互いに押圧し、前記薄板材の両面を電解複
   合加工する薄板材の両面電解複合加工方法において、前
   記両定盤工具を相互に電気的に絶縁し、前記両定盤工具
   間に交流電圧または極性の反転するパルス電圧を印加し
   て前記薄板材の両面に交互に電解作用を発生させること
   を特徴とする薄板材の両面電解複合加工方法。