WO2011065415A1 - 研磨方法 - Google Patents

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WO2011065415A1
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annular
grindstone
grindstone holding
polishing
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Inventor
一正 大西
Original Assignee
Ohnishi Kazumasa
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/04—Headstocks; Working-spindles; Features relating thereto
    • B24B41/047—Grinding heads for working on plane surfaces
    • B24B41/0475—Grinding heads for working on plane surfaces equipped with oscillating abrasive blocks, e.g. mounted on a rotating head

Definitions

  • the present invention relates to a method for polishing an object to be polished.
  • a glass substrate, a silicon substrate, a silicon carbide substrate, a silicon nitride substrate, a sapphire substrate, or an alumina-titanium carbide substrate has been used to manufacture electronic components such as integrated circuits. It is necessary to polish the surfaces of these substrates (objects to be polished) so as to show high smoothness using a polishing apparatus.
  • Patent Document 1 discloses an annular grindstone 22, an annular grindstone holding plate (grinding wheel 20) that holds the annular grindstone at the lower peripheral edge, a rotating disk (mounter) 19 that holds the grindstone holding plate on the lower side, and A polishing apparatus including a rotating shaft connected to a central portion of a rotating disk is disclosed. The surface of the polishing object is polished by bringing the annular grindstone into contact with the polishing object while rotating the rotating shaft.
  • an annular grindstone holding plate (grindstone mounting portion) 512 is supported on the lower side of the rotating disk (wheel mount) 43 via a coupling portion (elastic coupling structure that insulates vibration) 511, and A polishing apparatus having a configuration in which a plurality of ultrasonic transducers 6 are arranged in an annular shape on the upper surface of an annular grindstone holding plate is disclosed.
  • an annular connector (a portion between the groove 30a and the groove 30b of the grindstone holding member 28) is provided below the rotating disk (a portion above the grooves 30a and 30b of the grindstone holding member 28).
  • An annular grindstone holding plate (a portion below the grooves 30a and 30b of the grindstone holding member 28) is supported, and a plurality of ultrasonic vibrators 27c are annularly formed on the upper surface of the annular grindstone holding plate.
  • a polishing apparatus having a configuration arranged side by side is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide a polishing method in which an annular grindstone used for polishing can be stably ultrasonically vibrated with a large amplitude, thereby improving polishing accuracy and polishing speed.
  • the present inventor has studied the configuration of a polishing apparatus capable of greatly ultrasonically vibrating an annular grindstone used for polishing.
  • this disc shape is adopted by adopting the disc shape found by the inventor through the above examination. It was found that the grindstone holding plate can be ultrasonically vibrated with a large amplitude, and therefore the annular grindstone held by the grindstone holding plate can be vibrated ultrasonically with a large amplitude.
  • a disc-shaped supersonic wave is provided at the center of the upper surface rather than mounting an annular ultrasonic vibrator on the upper surface of the disc-shaped grindstone holding plate. It has also been found that it is more effective to wear a sonic transducer.
  • the disc-shaped grindstone holding plate is connected to the rotating shaft via the annular connector and the rotating disc. It has also been found that the setting of the connection position between the disc-shaped grindstone holding plate and the annular connecting tool is very important for greatly vibrating the annular grindstone.
  • the disc-shaped grindstone holding plate and the annular connector are connected at the position of the outer peripheral side of the holding plate among the plurality of annular nodes appearing in the ultrasonic vibration generated in the grindstone holding plate.
  • the large amplitude ultrasonic vibration generated in the grindstone holding plate is hardly transmitted to the rotating shaft via the annular connector and the rotating disk, and most of the vibration is applied to the annular grindstone.
  • the annular grindstone can be stably ultrasonically vibrated with a large amplitude. Thereby, it becomes possible to improve the precision or speed of polishing.
  • the present invention resides in a method for polishing an object to be polished including the following steps (1) to (3).
  • a step of preparing a polishing apparatus including an energy supply means, a rotating disk for holding a grindstone holding plate on the lower side via an annular connector, and a rotating shaft connected to a central portion of the rotating disk.
  • the annular connector and the grindstone holding plate are prepared as an independent structure consisting of a grindstone holding plate and a disk-shaped ultrasonic vibrator at the center of the upper surface thereof, and the frequency of the ultrasonic vibrator is 15.
  • the outermost peripheral side of the grindstone holding plate Are connected at the position of the node adjacent to the outermost node or the outermost node.
  • Preferred embodiments of the polishing method of the present invention are as follows.
  • a grindstone holding plate having an outer diameter in the range of 100 to 500 mm is used as the grindstone holding plate.
  • the thickness (W 1 ) of the annular connector is in the range of 0.1 to 7% of the outer diameter (W) of the grindstone holding plate, and the height (h) of the annular connector is an annular connection. relative ingredients in thickness (W 1), are in a relationship satisfying the following formula. W 1 ⁇ h ⁇ 10W 1
  • the thickness (W 1 ) of the annular connector is in the range of 0.5 to 5% of the outer diameter (W) of the grindstone holding plate.
  • the annular connector is formed of a material having a Young's modulus smaller than that of the material of the grindstone holding plate.
  • the disk-shaped ultrasonic vibrator provided in the polishing apparatus can be ultrasonically vibrated with a larger amplitude than the annular ultrasonic vibrator, and the disk-shaped grindstone holding plate is similarly provided. Can be ultrasonically vibrated with a larger amplitude than that of an annular grindstone holding plate.
  • the above-mentioned grindstone holding plate is stably attached to the annular connector at the position of the outer peripheral side of the grindstone holding plate among the plurality of annular nodes appearing in the vibration (ultrasonic vibration) generated in the grindstone holding plate. It is supported.
  • the ultrasonic vibrator generates a large amplitude ultrasonic vibration on the grindstone holding plate, and this ultrasonic vibration is hardly transmitted to the rotating shaft via the annular connector and the rotating disk, and most of it. Is applied to the annular grindstone. Therefore, in the polishing method of the present invention, the annular grindstone used for polishing can be stably ultrasonically vibrated with a large amplitude.
  • the frictional resistance between the grindstone and the object to be polished is reduced, and the thermal expansion of the object to be polished based on frictional heat can be suppressed.
  • the surface of the polishing object can be polished with high accuracy so as to exhibit high smoothness.
  • the relative speed between the grindstone and the object to be polished is increased by ultrasonically vibrating the grindstone holding plate in the plane direction with a large amplitude, so that the surface of the object to be polished is polished (roughly polished) at high speed. You can also.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a polishing apparatus 10 cut along a cutting line II-II entered in FIG. 1.
  • the annular joint 52c that appears with respect to the vibration generated in the grindstone holding plate 13 is entered in the cross section of the annular connector 15, the hatched line (hatching) indicating the cross section is not entered.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a polishing apparatus that can be advantageously used for carrying out the polishing method of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view of the polishing apparatus 10 cut along the cutting line II-II entered in FIG.
  • a polishing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 includes an annular grindstone 11, a disc-shaped grindstone holding plate 13 that holds the grindstone 11 at the lower peripheral portion and a disc-shaped ultrasonic vibrator 12 is mounted at the center of the upper surface, Electrical energy supply means 14 electrically connected to the acoustic wave vibrator 12, a rotating disk 16 that holds the grindstone holding plate 13 on the lower side via an annular connector 15, and a central part of the rotating disk 16 are connected.
  • the rotating shaft 17 is provided.
  • annular grindstone 11 for example, a grindstone obtained by binding abrasive grains typified by diamond abrasive grains with metal bonds or resin bonds and forming them in an annular shape is used.
  • the grain size of the abrasive grains is usually set within the range of 0.1 to 50 ⁇ m.
  • annular grindstone an aggregate of a plurality of (for example, 2 to 200) grindstone pieces arranged in an annular shape can be used. Thereby, since the stress which generate
  • the annular grindstone 11 is held on the lower peripheral edge of the disc-shaped grindstone holding plate 13.
  • the annular grindstone 11 is fitted and fixed to a circumferential groove formed on the lower surface of the grindstone holding plate 13, for example.
  • An annular grindstone can also be fixed to a grindstone holding plate through an adhesive, for example.
  • the disk-shaped grindstone holding plate 13 is made of, for example, a metal material.
  • a metal material it is preferable to use aluminum, aluminum alloy, steel typified by stainless steel, titanium alloy, or bronze.
  • a disc-shaped ultrasonic transducer 12 is attached to the center of the upper surface of the grindstone holding plate 13.
  • the ultrasonic vibrator 12 is fixed to the grindstone holding plate 13 via an adhesive such as an epoxy resin, for example.
  • a piezoelectric vibrator having a configuration in which electrode layers are provided on upper and lower surfaces of a disk-shaped piezoelectric body is used.
  • the piezoelectric body is formed from a known piezoelectric material, for example, a lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic material.
  • the electrode layer is formed of a metal material typified by silver, gold, or phosphor bronze, for example.
  • the ultrasonic vibrator 12 generates ultrasonic vibration when an AC voltage is applied through the upper and lower electrode layers.
  • an electrical energy supply means 14 is electrically connected to the ultrasonic transducer 12 via an electrical wiring 18b.
  • a power source (not shown) is connected to the electrical energy supply means 14 via an electrical wiring 18a.
  • the electrical energy supply means 14 is used to supply electrical energy generated by a power source (apply an alternating voltage) to the ultrasonic vibrator 12 that rotates together with the annular grinding stone 11 when polishing an object to be polished.
  • Electric power supply unit 14a and electric power receiving unit 14b each have an annular coil 34.
  • the power supply unit 14 a is fixed to the lower surface of the motor body 33 including the rotating shaft 17.
  • the power receiving unit 14 b is fixed to the upper surface of the rotating disk 16.
  • the grindstone holding plate 13 is held on the lower side of the rotary disk 16 via the annular connector 15.
  • the grindstone holding plate 13 and the annular connector 15 are connected and fixed to each other using, for example, an adhesive.
  • the annular connector 15 can be fitted into a circumferential groove formed on the upper surface of the grindstone holding plate 13 (preferably with an adhesive interposed) and fixed.
  • the annular connector 15 is made of, for example, a metal material.
  • a metal material it is preferable to use aluminum, aluminum alloy, steel typified by stainless steel, titanium alloy, or bronze.
  • annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 are formed integrally.
  • the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 are formed from the same material.
  • the annular connector 15 and the rotating disk 16 are connected and fixed to each other using, for example, bolts 31.
  • a thick portion 15a in which a screw hole into which the bolt 31 is fitted is formed.
  • the annular connector 15 can also be fixed by fitting into a circumferential groove formed on the lower surface of the rotating disk 16 (preferably with an adhesive interposed).
  • the rotary disk 16 and the rotary shaft 17 are connected and fixed to each other using, for example, bolts 32.
  • the rotating disk 16 and the rotating shaft 17 are made of, for example, a metal material typified by steel.
  • rotating disk 16 and the annular connector 15 can be integrally formed.
  • the same material as that of the annular connector 15 is used as the material of the rotating disk 16.
  • connection position between the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 In order to determine the connection position between the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13, first, an independent structure including the grindstone holding plate 13 and the disk-shaped ultrasonic vibrator 12 at the center of the upper surface thereof is prepared. As described below, the connection position between the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 is determined based on the vibration generated in the grindstone holding plate 13 when an AC voltage is applied to the ultrasonic vibrator 12. It is done. Therefore, in order to precisely set the connection position between the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13, an independent structure composed of the grindstone holding plate 13, the disk-shaped ultrasonic vibrator 12, and the annular grindstone 11 is used. It is more preferable to prepare.
  • an AC voltage having a frequency set in the range of 15 to 100 kHz is applied to the ultrasonic vibrator 12 having the above structure.
  • the frequency of the AC voltage is set in the range of 15 to 100 kHz, preferably in the range of 20 to 70 kHz.
  • a vibration displacement 51 generated by applying an AC voltage to the ultrasonic vibrator 12 is indicated by a solid line.
  • the annular nodes 52a, 52b, 52c appearing in the vibration are indicated by black dots in FIG. 1 and two-dot chain lines in FIG. In this way, vibration (flexural vibration) that is displaced in the vertical direction is generated in the grindstone holding plate 13.
  • annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 are the positions of the nodes 52c on the outermost peripheral side of the grindstone holding plate 13 among the plural annular nodes 52a, 52b, 52c that appear for the vibration (ultrasonic vibration). Connected at.
  • the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 can also be connected at the position of the node 52b adjacent to the node 52c on the outermost peripheral side of the grindstone holding plate.
  • the grindstone holding plate 13 is annular at the position of the outermost peripheral node 52c of the holding plate 13 (or the node 52b connected to the outermost peripheral node 52c), that is, the position where the vibration displacement is zero.
  • the connector 15 is stably supported. Accordingly, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 12 on the grindstone holding plate 13 is hardly transmitted to the rotating shaft 17 via the annular connector 15 and the rotating disk 16, and most of the ultrasonic vibration is transmitted to the annular grindstone. 11. Accordingly, the annular grindstone 11 held by the grindstone holding plate 13 vibrates stably (ultrasonic vibration) with a large amplitude.
  • the amplitude of the vibration (ultrasonic vibration) of the annular grindstone 11 is increased by making the shape of the grindstone holding plate 13 and the ultrasonic vibrator 12 into a disc shape, respectively. Ingenuity has been made.
  • the ultrasonic vibrator 12 is attached to the central portion thereof, and a large internal stress is generated at the central portion of the grindstone holding plate 13 using the vibrator 12. be able to.
  • the part of the outer periphery side of the disk-shaped grindstone holding plate 13 can be largely displaced compared to the annular grindstone holding plate (with ultrasonic vibration with a large amplitude). Therefore, the annular grindstone 11 can be ultrasonically vibrated with a large amplitude.
  • the disk-shaped grindstone holding plate 13 may have grooves or through-holes as long as the amplitude of vibration of the annular grindstone 11 during polishing does not decrease to 90% or less.
  • the ultrasonic vibrator for displacing the disc-shaped grindstone holding plate 13 can also generate a large internal stress in the central portion, and thus greatly displaces the portion on the outer peripheral side (vibrates with a large amplitude).
  • the disc shape that can be used is adopted.
  • the annular grindstone 11 can be vibrated ultrasonically with a large amplitude by largely displacing the central portion of the disc-shaped grindstone holding plate by the disc-shaped ultrasonic vibrator.
  • the disk-shaped ultrasonic vibrator 12 may be formed with grooves or through-holes within a range in which the amplitude of vibration of the annular grindstone 11 during polishing does not decrease to 90% or less.
  • the frequency of the AC voltage applied to the ultrasonic vibrator 12 when confirming the connection position between the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 is a plurality of frequencies of the grindstone holding plate 13 among the natural vibrations of the structure. It is set to the frequency (frequency) of the natural vibration that generates the vibration in which the annular node appears.
  • the frequency of the natural vibration can be confirmed by a known method, for example, the following method.
  • a structure (preferably a structure including an annular grindstone 11) including the above-described grindstone holding plate 13 and the disk-shaped ultrasonic vibrator 12 is prepared, and the frequency of the AC voltage is within a range of 15 to 100 kHz. While increasing by 1 kHz, the distribution of the vibration displacement generated in the grindstone holding plate 13 when an AC voltage of each frequency is applied is measured using a laser Doppler vibrometer. And the frequency which can confirm generation
  • the frequency of the AC voltage applied to the ultrasonic transducer 12 when confirming the connection position to the ultrasonic transducer 12 can be used.
  • the frequency characteristics (admittance characteristics) of the ultrasonic vibrator of the structure are measured in advance using an impedance analyzer, and all the natural vibration frequencies of the structure are confirmed from the measurement results.
  • the same operation as described above is performed to determine the frequency of the AC voltage to be applied to the ultrasonic vibrator 12 when confirming the connection position between the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13. Can do. Thereby, the frequency
  • the frequency of the AC voltage applied to the ultrasonic transducer 12 can be easily determined.
  • analysis software “ANSYS” manufactured by ANSYS
  • ANSYS finite element method
  • any frequency may be used. Although it is possible, usually the lower frequency is used. This is because, as described above, when the frequency is increased, the amplitude of the vibration of the grindstone holding plate 13 and thus the amplitude of the vibration of the annular grindstone 11 is decreased.
  • the polishing method of the present invention comprises the following steps (1) to (3).
  • a rotating disk 16 that holds the grindstone holding plate 13 on the lower side via an annular connector 15, and a central portion of the rotating disk 16
  • a step of preparing a polishing apparatus including the rotating shaft 17 connected to the substrate.
  • the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 are prepared as an independent structure including the grindstone holding plate 13 and the disc-shaped ultrasonic vibrator 12 at the center of the upper surface thereof.
  • the plurality of annular nodes 52a, 52b, and 52c that appear with respect to vibration generated so as to be displaced in the vertical direction of the grindstone holding plate 13 when an AC voltage having a frequency set in the range of 15 to 100 kHz is applied to
  • the grindstone holding plate 13 is connected at the position of the node 52c on the outermost peripheral side.
  • the frequency of the AC voltage applied to the ultrasonic transducer 12 in the step (3) is set to a value substantially equal to the frequency of the AC voltage set in the step (1). “Substantially equal” means that the frequency of the AC voltage applied to the ultrasonic transducer 12 in the step (3) is within a range of ⁇ 5% (preferably 1%) of the frequency set in the step (1). Means that it is within.
  • a disc-shaped grindstone holding plate 13 and a disc-shaped ultrasonic transducer 12 that can be largely displaced (ultrasonic vibration with a large amplitude) are used together with the annular grindstone 11 in the polishing apparatus 10.
  • the grindstone holding plate 13 is stably supported by the annular support 15 at the position of a predetermined annular node (for example, the node 53c) of the vibration generated in the holding plate 13.
  • the ultrasonic vibrator 12 generates a large amplitude ultrasonic vibration on the grindstone holding plate 13, and this ultrasonic vibration is almost transmitted to the rotating shaft 17 via the annular connector 15 and the rotating disk 16.
  • the annular grindstone 11 can be stably ultrasonically vibrated with a large amplitude.
  • the grindstone holding plate 13 by causing the grindstone holding plate 13 to ultrasonically vibrate (bending vibration) in the vertical direction with a large amplitude, the frictional resistance between the grindstone and the object to be polished is reduced, and the frictional heat is reduced. Since the thermal expansion of the polishing object can be suppressed, the surface of the polishing object can be polished with high accuracy.
  • polishing object 21 when the polishing object 21 is polished using the apparatus shown in FIG. 3, it is preferable to supply a grinding auxiliary liquid (eg, water) to the surface of the polishing object 21. Further, the polishing object fixing table 22 to which the polishing object 21 is fixed can be rotated together with the rotary shaft 24 erected on the base 23.
  • a grinding auxiliary liquid eg, water
  • the polishing method of the present invention it is preferable to use a disc-shaped grindstone holding plate having an outer diameter in the range of 100 to 500 mm as the disc-shaped grindstone holding plate 13.
  • the ring-shaped grindstone held on the grindstone holding plate having a large size as described above is vibrated ultrasonically with a large amplitude by effectively using the electric energy applied to the ultrasonic vibrator. Can do. Therefore, the polishing method of the present invention is advantageous when the size of the object to be polished is large.
  • the thickness of the annular connector 15 (FIG. 1: W 1 ) is in the range of 0.1 to 7% of the outer diameter (FIG. 1: W) of the grindstone holding plate 13, and the annular connector
  • the height 15 (FIG. 1: h) is preferably in a relationship satisfying the following formula with respect to the thickness (W 1 ) of the annular connector 15. W 1 ⁇ h ⁇ 10W 1
  • the annular connector 15 supports the disc-shaped grindstone holding plate 13 at the position of the annular node (for example, the node 52c), that is, the position where the amplitude of vibration is zero, so that the grindstone holding plate 13 is supported.
  • the transmission of the ultrasonic vibration generated at the rotation shaft 17 through the connection tool 15 and the rotating disk 16 is suppressed. Therefore, it is preferable that the thickness (W 1 ) of the annular connector 15 has a mechanical strength necessary for supporting the grindstone holding plate 13 and is as thin as possible.
  • the thickness (W 1 ) of the annular connector 15 is preferably in the range of 0.1 to 7% of the outer diameter (W) of the grindstone holding plate 13 as described above, and is preferably 0.1 to 5%. Is more preferably in the range of 0.2 to 5%, and particularly preferably in the range of 0.5 to 5%.
  • the connecting tool 15 has a finite thickness
  • the annular connector 15 and the grindstone holding plate 13 are also connected at a position close to the position of the annular node of the grindstone holding plate 13. Therefore, it is preferable that the annular connector 15 bend easily in the thickness direction (is easily elastically deformed) so as not to disturb the vibration of the grindstone holding plate 13.
  • the height of the annular connector (FIG. 1: h) satisfies the above formula (W 1 ⁇ h ⁇ 10W 1 ) with respect to the thickness (W 1 ) of the annular connector 15.
  • the height is more than twice the thickness (W 1 ) of the annular connector 15.
  • the annular connector 15 is preferably formed from a material having a Young's modulus smaller than that of the material of the grindstone holding plate.
  • the grindstone holding plate 13 may be formed from stainless steel, and the annular support 15 may be formed from aluminum.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example of a polishing apparatus that can be advantageously used for carrying out the polishing method of the present invention.
  • annular structure 45 and the grindstone holding plate 13 are prepared as an independent structure including the grindstone holding plate 13 and the disk-shaped ultrasonic vibrator 12 at the center of the upper surface thereof.
  • the direction of vibration generated by applying an AC voltage to the ultrasonic vibrator 12 is indicated by arrows 61a and 61b, and an annular node 62a appearing in the vibration is shown. 62b are indicated by black dots. In this way, the wheel holding plate 13 is vibrated so as to be displaced in the plane direction.
  • polishing method of the present invention using the polishing apparatus 40 of FIG. 4 can be carried out in the same manner as in the case of using the polishing apparatus of FIG.

Landscapes

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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

（１）円環状砥石（１１）を下面に保持し、上面中央部に円盤状の超音波振動子（１２）を装着した円盤状の砥石保持板（１３）、砥石保持板を円環状接続具（１５）を介して保持する回転円盤（１６）、そして回転円盤に接続された回転軸（１７）を含む研磨装置を用意する、ただし、円環状接続具と砥石保持板とは、砥石保持板と超音波振動子とからなる独立の構造物を用意して、超音波振動子に周波数が１５～１００ｋＨｚの範囲内に設定された交流電圧を付与した際に発生する振動について現れる複数の環状の節のうち砥石保持板の外周側の節の位置にて接続している；（２）研磨対象物（２１）を上面に固定した固定テーブル（２２）を用意する；および（３）回転軸を回転させながら、研磨対象物に円環状砥石を接触させ、同時に（１）の工程で設定された周波数の交流電圧を超音波振動子に付与することにより、円環状砥石を振動させながら研磨対象物の研磨を行なう。

Description

研磨方法
　本発明は、研磨対象物を研磨する方法に関する。
　従来より、例えば、集積回路などの電子部品を製造するため、ガラス基板、シリコン基板、シリコンカーバイド基板、シリコンナイトライド基板、サファイア基板、あるいはアルミナ－チタンカーバイド基板などが用いられている。これらの基板（研磨対象物）の表面は、研磨装置を用いて高い平滑性を示すように研磨する必要がある。
　特許文献１には、円環状砥石２２、円環状砥石を下面周縁部に保持する円環状の砥石保持板（研削ホイール２０）、砥石保持板を下側に保持する回転円盤（マウンタ）１９、そして回転円盤の中央部に接続された回転軸を備える研磨装置が開示されている。この回転軸を回転させながら、研磨対象物に円環状砥石を接触させることにより、研磨対象物の表面の研磨が行なわれる。
　特許文献２には、回転円盤（ホイールマウント）４３の下側に連結部（振動を絶縁する弾性的連結構造）５１１を介して円環状の砥石保持板（砥石装着部）５１２が支持され、そして円環状の砥石保持板の上面に複数個の超音波振動子６が円環状に並べて配置された構成の研磨装置が開示されている。
　特許文献３には、回転円盤（砥石保持部材２８の溝３０ａ、３０ｂよりも上側の部位）の下方に円環状接続具（砥石保持部材２８の溝３０ａと溝３０ｂとの間の部位）を介して円環状の砥石保持板（砥石保持部材２８の溝３０ａ、３０ｂよりも下側の部位）が支持され、そして円環状の砥石保持板の上面に複数個の超音波振動子２７ｃが円環状に並べて配置された構成の研磨装置が開示されている。
特開２００３－１８１７６７号公報（第４図） 特開２００９－１３６９９１号公報（第２図－第５図） 特開２００９－２２６５７５号公報（第７図）
　本発明の課題は、研磨に用いる円環状砥石を大きな振幅で安定に超音波振動させることができ、これにより研磨精度の向上や研磨速度の向上が可能な研磨方法を提供することにある。
　本発明者は、研磨の精度あるいは速度を向上させるため、研磨に用いる円環状砥石を大きく超音波振動させることができる研磨装置の構成について検討を行なった。その結果、砥石保持板の形状として、従来より軽量化のため採用されている円環状の形状に代えて、上記検討により本発明者が見出した円盤状の形状を採用することにより、この円盤状の砥石保持板を大きな振幅で超音波振動させることができ、従って砥石保持板に保持された円環状砥石を大きな振幅で超音波振動させることができることが判明した。また、上記の砥石保持板の超音波振動の振幅を大きくするためには、円盤状の砥石保持板の上面に円環状の超音波振動子を装着するよりも、上面中央部に円盤状の超音波振動子を装着するほうが有効であることも判明した。一方、研磨の際に円環状砥石を回転駆動するため、円盤状の砥石保持板は、円環状接続具と回転円盤とを介して回転軸に接続される。そして、この円盤状の砥石保持板と円環状接続具との接続位置の設定が、円環状砥石を大きく超音波振動させるために非常に重要であることも判明した。具体的には、円盤状の砥石保持板と円環状接続具とを、砥石保持板に発生する超音波振動に現れる複数の環状の節のうち保持板の外周側の節の位置にて接続することにより、前記の砥石保持板に発生する大きな振幅の超音波振動が、円環状接続具、そして回転円盤を介して回転軸に殆ど伝わることなく、その大部分が円環状砥石に付与されるため、円環状砥石を大きな振幅で安定に超音波振動させることができる。これにより、研磨の精度あるいは速度を向上させることが可能になる。
　従って、本発明は、下記の（１）～（３）の工程を含む研磨対象物の研磨方法にある。
　（１）円環状砥石、この砥石を下面周縁部に保持し上面中央部に円盤状の超音波振動子を装着した円盤状の砥石保持板、超音波振動子に電気的に接続している電気エネルギー供給手段、砥石保持板を円環状接続具を介して下側に保持する回転円盤、そして回転円盤の中央部に接続している回転軸を含む研磨装置を用意する工程。ただし、上記円環状接続具と上記砥石保持板とは、砥石保持板とその上面中央部の円盤状超音波振動子とからなる独立の構造物を用意して、超音波振動子に周波数が１５～１００ｋＨｚの範囲内に設定された交流電圧を付与した際に砥石保持板の平面方向あるいは垂直方向に変位するように発生する振動について現れる複数の環状の節のうち、砥石保持板の最外周側の節あるいは最外周側の節に隣接する節の位置にて接続している。
　（２）研磨対象物を上面に固定した研磨対象物固定テーブルを用意する工程。
　（３）回転軸を回転させながら、上記研磨対象物に円環状砥石を接触させ、同時に上記（１）の工程で設定された周波数の交流電圧を上記超音波振動子に付与することにより、円環状砥石を振動させながら研磨対象物の研磨を行なう工程。
　本発明の研磨方法の好ましい態様は、次の通りである。
　（Ｉ）砥石保持板として、外径が１００～５００ｍｍの範囲にある砥石保持板を用いる。
　（II）円環状接続具の厚み（Ｗ1）が砥石保持板の外径（Ｗ）の０．１～７％の範囲にあり、そして円環状接続具の高さ（ｈ）が円環状接続具の厚み（Ｗ1）に対して、下記の式を満足する関係にある。
           Ｗ1≦ｈ≦１０Ｗ1
　（III)上記の（II）の態様において、円環状接続具の厚み（Ｗ1）が砥石保持板の外径（Ｗ）の０．５～５％の範囲にある。
　（IV）円環状接続具が、砥石保持板の材料よりもヤング率が小さい材料から形成されている。
　本発明の研磨方法では、研磨装置が備える円盤状の超音波振動子を、円環状の超音波振動子と比較して大きな振幅で超音波振動させることができ、同様に円盤状の砥石保持板を、円環状の砥石保持板と比較して大きな振幅で超音波振動させることができる。そして上記の砥石保持板は、砥石保持板に発生する振動（超音波振動）に現れる複数の環状の節のうち、砥石保持板の外周側の節の位置にて、円環状接続具に安定に支持されている。このため、超音波振動子が砥石保持板に大きな振幅の超音波振動を発生させ、この超音波振動が、円環状接続具、そして回転円盤を介して回転軸に殆ど伝わることなく、その大部分が円環状砥石に付与される。従って、本発明の研磨方法では、研磨に用いる円環状砥石を大きな振幅で安定に超音波振動させることができる。
　例えば、砥石保持板を大きな振幅にて垂直方向に超音波振動させることにより、砥石と研磨対象物との摩擦抵抗が小さくなり、摩擦熱に基づく研磨対象物の熱膨張を抑制することができるため、研磨対象物の表面を高い平滑性を示すように高精度に研磨することができる。また、例えば、砥石保持板を大きな振幅にて平面方向に超音波振動させることにより、砥石と研磨対象物との相対速度が大きくなるため、研磨対象物の表面を高速で研磨（粗研磨）することもできる。
本発明の研磨方法の実施に有利に用いることができる研磨装置の構成例を示す断面図である。但し、砥石保持板１３の断面には、砥石保持板１３に発生する振動の変位５１を記入したため、断面であることを示す斜線（ハッチング）は記入していない。 図１に記入した切断線II－II線に沿って切断した研磨装置１０の断面図である。但し、円環状接続具１５の断面には、砥石保持板１３に発生する振動について現れる環状の節５２ｃを記入したため、断面であることを示す斜線（ハッチング）は記入していない。 図１の研磨装置１０を用いた研磨方法について説明する図である。 本発明の研磨方法の実施に有利に用いることができる研磨装置の別の構成例を示す断面図である。但し、砥石保持板１３の断面には、砥石保持板１３に発生する振動の方向を示す矢印６１ａ、６１ｂを記入したため、断面であることを示す斜線（ハッチング）は記入していない。
　先ず、本発明の研磨方法を実施する際に用いる研磨装置を、添付の図面を用いて説明する。
　図１は、本発明の研磨方法の実施に有利に用いることができる研磨装置の構成例を示す断面図である。そして図２は、図１に記入した切断線II－II線に沿って切断した研磨装置１０の断面図である。
　図１及び図２に示す研磨装置１０は、円環状砥石１１、砥石１１を下面周縁部に保持し上面中央部に円盤状の超音波振動子１２を装着した円盤状の砥石保持板１３、超音波振動子１２に電気的に接続している電気エネルギー供給手段１４、砥石保持板１３を円環状接続具１５を介して下側に保持する回転円盤１６、そして回転円盤１６の中央部に接続している回転軸１７を備えている。
　円環状砥石１１は、例えば、ダイヤモンド砥粒に代表される砥粒を、金属ボンドやレジンボンドで結着して円環状に成形した砥石が用いられる。砥粒の粒径は通常、０．１～５０μｍの範囲内に設定される。なお、円環状砥石として、円環状に並べて配置された複数個（例えば、２～２００個）の砥石片の集合体を用いることもできる。これにより、研磨の際に円環状砥石の内部に発生する応力が低減するため、円環状砥石の破損が抑制される。
　円環状砥石１１は、円盤状の砥石保持板１３の下面周縁部に保持されている。円環状砥石１１は、例えば、砥石保持板１３の下面に形成された周溝に嵌め合わされて固定されている。円環状砥石は、例えば、接着剤を介して砥石保持板に固定することもできる。
　円盤状の砥石保持板１３は、例えば、金属材料から形成される。金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼に代表される鋼、チタン合金、あるいは青銅を用いることが好ましい。
　砥石保持板１３の上面中央部には円盤状の超音波振動子１２が装着されている。超音波振動子１２は、例えば、エポキシ樹脂などの接着剤を介して砥石保持板１３に固定されている。
　円盤状の超音波振動子１２としては、例えば、円盤状の圧電体の上下の各表面に電極層を付設した構成の圧電振動子が用いられている。圧電体は、公知の圧電材料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック材料から形成される。電極層は、例えば、銀、金、あるいはリン青銅に代表される金属材料から形成される。
　超音波振動子１２は、上下の電極層を介して交流電圧が付与されると超音波振動を発生する。超音波振動子１２に交流電圧を付与するため、超音波振動子１２には、電気配線１８ｂを介して電気エネルギー供給手段１４が電気的に接続されている。電気エネルギー供給手段１４には、電気配線１８ａを介して電源（図示していない）が接続されている。
　電気エネルギー供給手段１４は、研磨対象物を研磨する際に円環状砥石１１と共に回転する超音波振動子１２に、電源が発生した電気エネルギーを供給（交流電圧を付与）するために用いられる。
　電気エネルギー供給手段１４としては、例えば、円環状の電力供給ユニット１４ａと円環状の電力受容ユニット１４ｂとが互いに僅かに間隔をあけて近接配置された構成のロータリートランスが用いられる。 電力供給ユニット１４ａと電力受容ユニット１４ｂは、それぞれ円環状のコイル３４を備えている。
　電力供給ユニット１４ａは、回転軸１７を備えるモータの本体３３の下面に固定されている。そして電力受容ユニット１４ｂは、回転円盤１６の上面に固定されている。
　ロータリートランスに代表される電気エネルギー供給手段の構成や機能は、例えば、前記の特許文献２及び特許文献３の各文献に記載されていて周知であるため、これ以上の詳しい説明は行なわない。
　上記の砥石保持板１３は、円環状接続具１５を介して回転円盤１６の下側に保持されている。
　砥石保持板１３と円環状接続具１５とは、例えば、接着剤を用いて互いに接続されて固定される。円環状砥石１１の場合と同様に、円環状接続具１５を、砥石保持板１３の上面に形成した周溝に嵌め合わせて（好ましくは接着剤を介在させて）固定することもできる。
　円環状接続具１５は、例えば、金属材料から形成される。金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼に代表される鋼、チタン合金、あるいは青銅を用いることが好ましい。
　円環状接続具１５と砥石保持板１３とを一体に形成することもできる。この場合、円環状接続具１５と砥石保持板１３とは同一の材料から形成される。
　円環状接続具１５と回転円盤１６とは、例えば、ボルト３１を用いて互いに接続されて固定されている。円環状接続具１５の上端には、ボルト３１が嵌め合わされるねじ孔が形成された肉厚部１５ａが備えられている。円環状接続具１５を、回転円盤１６の下面に形成した周溝に嵌め合わせて（好ましくは接着剤を介在させて）固定することもできる。
　回転円盤１６と回転軸１７とは、例えば、ボルト３２を用いて互いに接続されて固定されている。回転円盤１６及び回転軸１７は、例えば、鋼に代表される金属材料から形成される。
　なお、回転円盤１６と円環状接続具１５とを一体に形成することもできる。この場合、回転円盤１６の材料としては、円環状接続具１５の材料と同一の材料が用いられる。
　次に、図１及び図２に示す研磨装置１０の円環状接続具１５と砥石保持板１３との接続位置について説明する。
　円環状接続具１５と砥石保持板１３との接続位置を定めるため、先ずは、砥石保持板１３とその上面中央部の円盤状超音波振動子１２とからなる独立の構造物が用意される。なお、以下に説明するように、円環状接続具１５と砥石保持板１３との接続位置は、超音波振動子１２に交流電圧を付与した際に砥石保持板１３に発生する振動に基づいて定められる。従って、円環状接続具１５と砥石保持板１３との接続位置を精密に設定するためには、砥石保持板１３、円盤状超音波振動子１２、および円環状砥石１１からなる独立の構造物を用意することが更に好ましい。
　次に、上記構造物の超音波振動子１２に周波数が１５～１００ｋＨｚの範囲内に設定された交流電圧を付与する。これにより、砥石保持板１３に保持板１３の垂直方向に変位する振動が発生する。
　なお、交流電圧の周波数が上記範囲内になくとも、砥石保持板１３に保持板１３の垂直方向に変位する振動を発生させることはできる。しかしながら、交流電圧の周波数が低すぎると、砥石保持板１３の振動により騒音が発生することがあり、逆に周波数が高すぎると、砥石保持板１３の振動の振幅が小さくなる。このような実用上の問題を考慮して、交流電圧の周波数は、１５～１００ｋＨｚの範囲内に、好ましくは２０～７０ｋＨｚの範囲内に設定される。
　図１に示す円盤状砥石保持板１３の断面には、超音波振動子１２に交流電圧を付与することにより発生する振動の変位５１を、実線にて示している。また、前記振動に現れる環状の節５２ａ、５２ｂ、５２ｃを、図１には黒点で、図２には二点鎖線でそれぞれ示している。このように、砥石保持板１３には垂直方向に変位する振動（たわみ振動）が発生する。
　そして、円環状接続具１５と砥石保持板１３とは、上記振動（超音波振動）について現れる複数の環状の節５２ａ、５２ｂ、５２ｃのうち、砥石保持板１３の最外周側の節５２ｃの位置にて接続されている。なお、円環状接続具１５と砥石保持板１３とは、砥石保持板の最外周側の節５２ｃに隣接する節５２ｂの位置にて接続することもできる。
　これにより、砥石保持板１３が、保持板１３の最外周側の節５２ｃ（あるいは最外周側の節５２ｃに連接する節５２ｂ）の位置、すなわち振動の変位が零である位置にて、円環状接続具１５に安定に支持される。従って、超音波振動子１２が砥石保持板１３に発生させた超音波振動は、円環状接続具１５、そして回転円盤１６を介して回転軸１７に殆ど伝わることなく、その大部分が円環状砥石１１に付与される。従って、砥石保持板１３に保持された円環状砥石１１が大きな振幅にて安定に振動（超音波振動）する。
　そして図１に示すように、砥石保持板１３が大きな振幅にて垂直方向に超音波振動（たわみ振動）すると、円環状砥石１１と研磨対象物（図３：２１）との摩擦抵抗が小さくなり、摩擦熱に基づく研磨対象物の熱膨張が抑制されるため、研磨対象物の表面を高精度に研磨することが可能になる。
　なお、図１に示すように、砥石保持板１３に発生する振動について三つ（あるいは三つ以上）の環状の節が現れる場合、円環状接続具１５と砥石保持板１３とが、砥石保持板１３の最外周側の節５２ｃに隣接する節５２ｂよりも更に内周側の節５２ａの位置にて接続されていると、砥石保持板１３と円環状接続具１５との接続が不安定になり、砥石保持板の外周側の部位に不要な振動、例えば、外部振動に基づく低周波（１５ｋＨｚ未満）の振動が発生し易くなる。
　そして、本発明に用いる研磨装置１０では、上記の砥石保持板１３と超音波振動子１２の形状をそれぞれ円盤状とすることにより、円環状砥石１１の振動（超音波振動）の振幅を大きくする工夫がなされている。
　円環状砥石１１を大きな振幅で超音波振動させるためには、砥石保持板１３の外周側の部位が大きく変位する（大きな振幅にて超音波振動する）ことが必要である。砥石保持板１３の外周側の部位が大きく変位する際には、砥石保持板１３の中央部に大きな内部応力が発生する。言い換えれば、砥石保持板１３の中央部に（超音波振動子１２を用いて）大きな内部応力を発生させれば、砥石保持板１３の外周側の部位を大きく変位させることができる。しかしながら、砥石保持板として、中央に開口部を備える円環状の砥石保持板を用いると、そもそも中央部に内部応力が発生することがない。その一方で、円盤状の砥石保持板１３を用いると、その中央部に超音波振動子１２を装着して、この振動子１２を用いて砥石保持板１３の中央部に大きな内部応力を発生させることができる。このため、円盤状の砥石保持板１３の外周側の部位を、円環状の砥石保持板と比較して大きく変位させる（大きな振幅にて超音波振動させる）ことができる。従って、円環状砥石１１を大きな振幅にて超音波振動させることができる。
　なお、円盤状の砥石保持板１３には、研磨の際の円環状砥石１１の振動の振幅が９０％以下に低下しない範囲にて、溝または透孔が形成されていてもよい。
　同様の理由により、円盤状の砥石保持板１３を変位させる超音波振動子についても、中央部に大きな内部応力を発生させることができ、従って外周側の部位を大きく変位（大きな振幅で振動）させることができる円盤状の形状が採用されている。円盤状の超音波振動子により、円盤状の砥石保持板の中央部を大きく変位させることにより、円環状砥石１１を大きな振幅にて超音波振動させることができる。
　同様に、円盤状の超音波振動子１２には、研磨の際の円環状砥石１１の振動の振幅が９０％以下に低下しない範囲にて、溝または透孔が形成されていてもよい。
　円環状接続具１５と砥石保持板１３との接続位置を確認する際に超音波振動子１２に付与する交流電圧の周波数は、上記構造物が有する固有振動のうちで、砥石保持板１３に複数の環状の節が現れる振動を発生させる固有振動の周波数（振動数）に設定される。固有振動の周波数は、周知の方法、例えば、下記の方法により確認することができる。
　例えば、上記の砥石保持板１３と円盤状超音波振動子１２とを備える構造物（好ましくは更に円環状砥石１１を備える構造物）を用意して、交流電圧の周波数を１５～１００ｋＨｚの範囲内で１ｋＨｚずつ増加させながら、各周波数の交流電圧を付与した際に砥石保持板１３に発生する振動の変位の分布を、レーザードップラー振動計を用いて測定する。そして、この測定により前記の固有振動（砥石保持板１３に複数の環状の節が現れる振動を発生させる固有振動）の発生を確認することができた周波数を、円環状接続具１５と砥石保持板１３との接続位置を確認する際に超音波振動子１２に付与する交流電圧の周波数とすることができる。
　なお、予め上記構造物の超音波振動子の周波数特性（アドミッタンス特性）をインピーダンスアナライザを用いて測定し、その測定結果から上記構造体の固有振動の周波数を全て確認し、そして確認された各周波数の交流電圧について、前記の場合と同様の操作を行なって、円環状接続具１５と砥石保持板１３との接続位置を確認する際に超音波振動子１２に付与する交流電圧の周波数を定めることができる。これにより、砥石保持板１３に発生する振動の変位の分布を測定する回数が低減される。
　また、有限要素法を用いた計算機シミュレーションによって、上記の構造物の固有振動の周波数の全てを確認し、そして確認された各周波数における固有振動の変位の分布とを予め確認しておくと、円環状接続具１５と砥石保持板１３との接続位置を確認する際に超音波振動子１２に付与する交流電圧の周波数を簡単に定めることができる。計算機シミュレーションには、例えば、有限要素法を利用した解析用のソフトウエア「ＡＮＳＹＳ」（ＡＮＳＹＳ社製）を用いることができる。
　なお、周波数が１５～１００ｋＨｚの範囲内にて、砥石保持板１３に複数の環状の節が現れる振動を発生させる固有振動の周波数が二以上見い出された場合には、何れの周波数を用いることもできるが、通常は、低いほうの周波数が用いられる。前記のように、周波数が高くなると砥石保持板１３の振動の振幅、従って円環状砥石１１の振動の振幅が小さくなるからである。
　次に、前記の研磨装置１０を用いた本発明の研磨方法について、添付の図１～図３を参照しながら説明する。
　本発明の研磨方法は下記（１）～（３）の工程からなる。
　（１）図１～図３に示す研磨装置１０、すなわち円環状砥石１１、砥石１１を下面周縁部に保持し上面中央部に円盤状の超音波振動子１２を装着した円盤状の砥石保持板１３、超音波振動子１２に電気的に接続している電気エネルギー供給手段１４、砥石保持板１３を円環状接続具１５を介して下側に保持する回転円盤１６、そして回転円盤１６の中央部に接続している回転軸１７を含む研磨装置を用意する工程。ただし、上記円環状接続具１５と上記砥石保持板１３とは、砥石保持板１３とその上面中央部の円盤状超音波振動子１２とからなる独立の構造物を用意して、超音波振動子１２に周波数が１５～１００ｋＨｚの範囲内に設定された交流電圧を付与した際に砥石保持板１３の垂直方向に変位するように発生する振動について現れる複数の環状の節５２ａ、５２ｂ、５２ｃのうち、砥石保持板１３の最外周側の節５２ｃの位置にて接続されている。
　（２）研磨対象物２１を上面に固定した研磨対象物固定テーブル２２を用意する工程。
　（３）回転軸１７を回転させながら、研磨対象物２１に円環状砥石１１を接触させ、同時に上記（１）の工程で設定された周波数の交流電圧を上記超音波振動子１２に付与することにより、円環状砥石１１を振動させながら研磨対象物２１の研磨を行なう工程。
　なお、上記（３）の工程で超音波振動子１２に付与する交流電圧の周波数は、上記（１）の工程で設定した交流電圧の周波数と実質的に等しい値に設定する。実質的に等しいとは、上記（３）の工程で超音波振動子１２に付与する交流電圧の周波数が、上記（１）の工程で設定した周波数の±５％（好ましくは１％）の範囲内にあることを意味する。
　本発明の研磨方法では、研磨装置１０に、円環状砥石１１と共に大きく変位（大きな振幅にて超音波振動）可能な円盤状の砥石保持板１３と円盤状の超音波振動子１２とが用いられ、そして砥石保持板１３が、保持板１３に発生する振動の所定の環状の節（例えば、節５３ｃ）の位置にて、円環状支持具１５に安定に支持されている。従って、超音波振動子１２が砥石保持板１３に大きな振幅の超音波振動を発生させ、この超音波振動が、円環状の接続具１５、そして回転円盤１６を介して回転軸１７に殆ど伝わることなく、その大部分が円環状砥石１１に付与される。このため、本発明の研磨方法では、円環状砥石１１を大きな振幅にて安定に超音波振動させることができる。
　従って、図１に示すように、例えば、砥石保持板１３を大きな振幅にて垂直方向に超音波振動（たわみ振動）させることにより、砥石と研磨対象物との摩擦抵抗が小さくなり、摩擦熱に基づく研磨対象物の熱膨張を抑制することができるため、研磨対象物の表面を高精度にて研磨することができる。
　なお、図３に示す装置を用いて研磨対象物２１の研磨を行なう際に、研磨対象物２１の表面には、研削補助液（例、水）を供給することが好ましい。また、研磨対象物２１を固定した研磨対象物固定テーブル２２を、基台２３に立設された回転軸２４と共に回転することもできる。
　本発明の研磨方法においては、円盤状の砥石保持板１３として、外径が１００～５００ｍｍの範囲にある円盤状の砥石保持板を用いることが好ましい。本発明の研磨方法では、超音波振動子に付与する電気エネルギーを有効に利用して、上記のような大きなサイズの砥石保持板に保持された円環状砥石を大きな振幅にて超音波振動させることができる。従って、本発明の研磨方法は、研磨対象物のサイズが大きい場合に有利である。
　一方、上記の円環状接続具１５の厚み（図１：Ｗ1）は、砥石保持板１３の外径（図１：Ｗ）の０．１～７％の範囲にあり、そして円環状接続具１５の高さ（図１：ｈ）は、円環状接続具１５の厚み（Ｗ1）に対して、下記の式を満足する関係にあることが好ましい。
           Ｗ1≦ｈ≦１０Ｗ1
　円環状接続具１５は、円盤状の砥石保持板１３を、上記の環状の節（例えば、節５２ｃ）の位置、すなわち振動の振幅が零である位置にて支持することにより、砥石保持板１３に発生する超音波振動が接続具１５、そして回転円盤１６を介して回転軸１７に伝達することを抑制している。従って、円環状接続具１５の厚み（Ｗ1）は、砥石保持板１３の支持に必要な機械的強度を有していて、かつ出来るだけ薄いことが好ましい。
　従って、円環状接続具１５の厚み（Ｗ1）は、上記のように砥石保持板１３の外径（Ｗ）の０．１～７％の範囲にあることが好ましく、０．１～５％の範囲にあることが更に好ましく、０．２～５％の範囲にあることが更に好ましく、０．５～５％の範囲にあることが特に好ましい。
　また、円環状接続具１５と砥石保持板１３とは、接続具１５が有限の厚みを有するため、砥石保持板１３の環状の節の位置に近接する位置においても接続される。従って、砥石保持板１３の振動を妨げないように、円環状接続具１５はその厚み方向に撓み易い（弾性変形し易い）ことが好ましい。
　このため、円環状接続具の高さ（図１：ｈ）は、円環状接続具１５の厚み（Ｗ1）に対して、上記の式（Ｗ1≦ｈ≦１０Ｗ1）を満足する関係にあることが好ましく、円環状接続具１５の厚み（Ｗ1）の２倍以上の高さであることが更に好ましい。
　同様の理由により、円環状接続具１５は、砥石保持板の材料よりもヤング率が小さい材料から形成することが好ましい。このような条件を満足させるためには、例えば、砥石保持板１３をステンレススチールから形成し、そして円環状支持具１５をアルミニウムから形成すればよい。
　図４は、本発明の研磨方法の実施に有利に用いることができる研磨装置の別の構成例を示す断面図である。
　図４の研磨装置４０の構成は、円環状接続具４５と砥石保持板１３とが、砥石保持板１３とその上面中央部の円盤状超音波振動子１２とからなる独立の構造物を用意して、超音波振動子１２に周波数が１５～１００ｋＨｚの範囲内に設定された交流電圧を付与した際に砥石保持板１３の平面方向に変位するように発生する振動について現れる複数の環状の節６２ａ、６２ｂのうち、砥石保持板１３の最外周側の節６２ｂの位置にて接続されていること（すなわち砥石保持板１３に発生する振動の方向が異なること）以外は図１の研磨装置１０と同様である。
　図４に示す円盤状砥石保持板１３の断面には、超音波振動子１２に交流電圧を付与することにより発生する振動の方向を矢印６１ａ、６１ｂで示し、そして前記振動に現れる環状の節６２ａ、６２ｂを黒点にて示している。このように、砥石保持板１３には平面方向に変位する振動が発生する。
　図４の研磨装置４０を用いる本発明の研磨方法は、前記の図１の研磨装置を用いる場合と同様にして実施することができる。
　そして図４に示すように、砥石保持板１３が大きな振幅にて平面方向に超音波振動すると、砥石と研磨対象物との相対速度が大きくなるため、研磨対象物の表面を高速で研磨（粗研磨）することが可能になる。
１０、４０　研磨装置
１１　円環状砥石
１２　円盤状の超音波振動子
１３　円盤状の砥石保持板
１４　電気エネルギー供給手段
１４ａ　電力供給ユニット
１４ｂ　電力受容ユニット
１５、４５　円環状接続具
１５ａ　肉厚部
１６　回転円盤
１７　回転軸
１８ａ、１８ｂ　電気配線
２１　研磨対象物
２２　研磨対象物固定テーブル
２３　基台
２４　回転軸
３１、３２　ボルト
３３　モータの本体
３４　コイル
５１　振動の変位
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ　環状の節
６１ａ、６１ｂ　振動の方向を示す矢印
６２ａ　６２ｂ　環状の節
７２　点状の節
Ｗ　砥石保持板の外径
Ｗ1 円環状接続具の厚み
ｈ　円環状接続具の高さ
                                                                        

Claims (5)

  1. 　下記の工程を含む研磨対象物の研磨方法：
    　（１）円環状砥石、該砥石を下面周縁部に保持し上面中央部に円盤状の超音波振動子を装着した円盤状の砥石保持板、該超音波振動子に電気的に接続している電気エネルギー供給手段、該砥石保持板を円環状接続具を介して下側に保持する回転円盤、そして該回転円盤の中央部に接続している回転軸を含む研磨装置を用意する工程、ただし、上記円環状接続具と上記砥石保持板とは、該砥石保持板とその上面中央部の円盤状超音波振動子とからなる独立の構造物を用意して、超音波振動子に周波数が１５～１００ｋＨｚの範囲内に設定された交流電圧を付与した際に該砥石保持板の平面方向あるいは垂直方向に変位するように発生する振動について現れる複数の環状の節のうち、砥石保持板の最外周側の節あるいは該最外周側の節に隣接する節の位置にて接続している；
    　（２）研磨対象物を上面に固定した研磨対象物固定テーブルを用意する工程；そして
    　（３）回転軸を回転させながら、上記研磨対象物に円環状砥石を接触させ、同時に上記（１）の工程で設定された周波数の交流電圧を上記超音波振動子に付与することにより、円環状砥石を振動させながら研磨対象物の研磨を行なう工程。
  2. 　砥石保持板として、外径が１００～５００ｍｍの範囲にある砥石保持板を用いる請求項１に記載の研磨方法。
  3. 　円環状接続具の厚み（Ｗ1）が砥石保持板の外径（Ｗ）の０．１～７％の範囲にあり、円環状接続具の高さ（ｈ）が円環状接続具の厚み（Ｗ1）に対して、下記の関係：
               Ｗ1≦ｈ≦１０Ｗ1
    にある請求項１に記載の研磨方法。
  4. 　円環状接続具の厚み（Ｗ1）が砥石保持板の外径（Ｗ）の０．５～５％の範囲にある請求項３に記載の研磨方法。
  5. 　円環状接続具が、砥石保持板の材料よりもヤング率が小さい材料から形成されている請求項１に記載の研磨方法。
                                                                            
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