JP2009028843A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアの破損を低減し、研磨作業における生産性向上、および製造歩留まり向上をはかることができる信頼性の高い研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置は下定盤３１と、下定盤に対向して形成される上定盤２１と、上定盤を昇降させる昇降装置１３を有する構成である。各ワークはキャリア３４の各ワーク保持部３４ａ内に収納される。キャリア３４は下定盤の上面に設置され、キャリア外周にあるギアがポリウレタンからなるサンギア３２ａとインターナルギア３３に各々噛合するように配される。通常キャリア３４は下定盤上に複数設置され、複数のワークに対して研磨を行う。キャリア３４を配置した後、昇降装置１３により上定盤２１を下降させることにより、キャリアに上定盤を当接させ、上定盤による荷重をワーク等に対して与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶、半導体材料等を研磨する研磨装置に関する。

例えば、水晶振動デバイスに用いる水晶振動板は、人工水晶から切断工程や研磨工程を経て得ることができる。研磨工程においては相対向する側に研磨面を有する一対の定盤（上下定盤）を用いた平行平面研磨を行い、この定盤間にワーク（水晶振動板）を挟持状態で介在させる。この状態で砥粒を含む液体からなる研磨液を適宜供給し、定盤に対してワークが相対的に移動することにより、ワークが研磨される。

ワークはキャリアに保持される。キャリアには１または複数のワーク保持部が形成され、またその外周には周状にギアが形成されている。前記定盤間に対応する高さ位置にサンギアとインターナルギアが配置され、前記キャリアは当該サンギアとインターナルギア間に配置されている。キャリアのギアと、前記サンギアおよびインターナルギアが噛合する構成によりキャリアが遊星回転し、これにより前記定盤に供給された研磨液によりワークが平面研磨される。

ところでワークとしてＡＴカット水晶振動板を用いた場合、最近の高周波数化の要求により、板厚が極めて薄くなり、従ってこれを保持するキャリアも極めて薄くなっていた。このような薄型化はキャリアの強度にも影響し、サンギアやインターナルギアとの噛み合い部分においてキャリアが破損することがあった。

具体的には、例えばキャリアはＳＫ４等の金属材料であり、サンギアやインターナルギアはＳＣＭ４１５等のクロムモリブデン鋼からなる。上述のとおり水晶振動板の薄型化に対応してキャリアはサンギアやインターナルギアに対してかなり薄くなっており、従ってキャリアのギアがサンギアやインターナルギアの側面の一部に噛み合う状態でキャリアが回転する。この厚さの違いによりキャリアがサンギア等の側面にキズを与えることがある。また研磨に用いる研磨材が介在することにより前記キズが生じやすくなる。このようなキズにキャリアのギアが引っかかることにより、キャリアが変形したり破損することがあった。キャリアの破損はキャリアに保持されたワークをも破損させることになり、研磨作業における製造効率の低下や製造歩留まりの低下を招いていた。

特にサンギアはインターナルギアに較べて曲率が小さく、キャリアと噛合するギア数も少なくなる。このためサンギアと噛み合う部分において、キャリアの１つのギアに掛かる応力が大きいためキャリアの破損が生じやすくなっていた。
特開平５−３０５９９５号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、キャリアの破損を低減し、研磨作業における生産性向上、および製造歩留まり向上をはかることができる信頼性の高い研磨装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、キャリアの破損が研磨作業を進める中でサンギアに形成されるキズに起因することに着目したもので、サンギアの構成材料を検討し、請求項１に示すような構成の研磨装置を特徴としたものである。

すなわち、研磨面が対向配置された上定盤と下定盤と、前記各定盤間に供給される研磨液と、前記各定盤間に配置され、ワーク保持部を有するとともに外周にギアを有するキャリアと、前記ワーク保持部に収納されるワークと、前記キャリアと噛合するサンギアおよびインターナルギアとからなり、前記サンギアとインターナルギアとの回転によりキャリアが遊星回転することにより、前記ワークを前記各定盤間で研磨を行う研磨装置であって、少なくとも前記サンギアがウレタン樹脂材からなることを特徴とするものである。

サンギア（太陽歯車）は回転中心となるギアで、研磨領域の内側（中心側）に配置されている。またインターナルギア（内周歯車）はサンギアの外側にあり、かつ研磨領域の外周に配置されたリング状構成であり、かつギアが内側（サンギア側）を向いている。キャリアは遊星回転ギアであり、サンギアとインターナルギアとの回転により、キャリアが回転中心となるサンギア（太陽歯車）の回転と噛み合って回転し、同時にサンギアの回りを転動する動作（遊星回転動作）を行う。このようなキャリアの動作において、キャリアに保持されたワークが上下定盤間で研磨される。また研磨液は、砥粒を溶媒に溶かしたもので、研磨段階に応じて研磨粉体のサイズ（粒径）を適宜選択している。

前述のとおり、サンギアは研磨装置の回転中心となるギアであり、少なくとも噛み合う歯の部分がウレタン樹脂からなる構成である。ウレタン樹脂は弾性に優れ、かつ耐摩耗性に極めて優れている。従って、研磨液が介在する環境であってもサンギアが摩耗しにくいため、サンギアとしての機能低下が少なく、研磨装置の信頼性向上に寄与する。

またサンギアより薄いキャリアが、サンギアのギア側面に噛み合ったとしても、当該側面にキズが生じにくく、従って、このキズに起因するキャリアのギアとの局所的な引っかかりによる、キャリアに対する無用な応力を生じさせることがない。

また、仮にサンギアのキズとキャリアのギアとが無用な引っかかりが生じたとしても、ウレタン樹脂のもつ弾性や柔軟性により、キャリアに対する応力を緩和させ、キャリアの破損事故を防ぐことができる。

例えばウレタン樹脂の例としてポリウレタンをあげることができるが、耐摩耗性並びに弾性の優秀なウレタン樹脂であると適用可能である。

さらに、またサンギアに加えてインターナルギア（内周歯車）もウレタン樹脂を適用してもよく、この場合、ウレタン樹脂のもつ優れた耐摩耗性により、インターナルギアの機能低下を抑制し、またさらにキャリアの破損事故防止効果を得ることができるので、研磨装置の信頼性向上にさらに寄与する。

本発明によれば、キャリアの破損を低減し、研磨作業における生産性向上、および製造歩留まり向上をはかることができる信頼性の高い研磨装置を得ることができる。

本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。図１は研磨装置の構成を示す斜視図、図２はサンギアの斜視図である。

図１に示すように、研磨装置は下定盤３１と、下定盤に対向して形成される上定盤２１と、上定盤を昇降させる昇降装置１３を有する構成である。図１は下定盤３１に対して上定盤２１が離隔され、両定盤間に位置するキャリア等が現れた状態を示している。

研磨装置には直立アーム１１が上方に向かって伸長しており、直立アーム１１の上部に横アーム１２が取り付けられている。横アーム１２は取り付け部分から略水平方向であって、後述の下定盤設置領域の上部に伸びている。横アーム１２の先端部分には昇降装置１３が取り付けられている。昇降装置１３は例えばエアシリンダからなり、後述の上定盤等を上下方向に動作させることができる。昇降装置１３の下方には保持部１４が設けられている。当該保持部１４は昇降装置による上下動に対応して動作し、上定盤を保持、あるいは保持解除することとあいまって上定盤を上下動させる。

昇降装置により上下動する上定盤２１は鋳鉄、ステンレス等の金属体からなり、中央部に貫通孔を有する円板形状すなわちドーナツ様の形状を有している。当該上定盤の上面には複数の保持バー２３が直立して設けられ、当該保持バー２３の上部に供給リング２２が形成されている。供給リング２２は上方に開口したリング状の溝を有し、当該溝に後述する研磨液が溜まる構成となっている。リング中心の貫通部分は保持部１４につながる接続部が通っている。また供給リング２２はチューブ２５により第２供給管２４につながっており、第２供給管２４から上定盤内に研磨液が供給される構成となっている。

なお、上定盤には図示していないが、内部に複数の上下貫通孔を有しており、研磨液が研磨面（上定盤の下面）に漏出する構成となっている。また研磨面には所定の浅溝が形成され、前記漏出した研磨液が研磨面全体に行き渡るよう構成されている。

また研磨装置は研磨液供給装置４１を有している。研磨液はワークの研磨に用いるもので、例えばGreen Silicon Carbide、White Fused Alumina、Emery、セロックス等の研磨材と防錆剤からなる砥粒を含む液体からなり、砥粒の種類、サイズは研磨を行う工程によって適宜選択される。通常は複数の研磨工程を実施するが、工程毎に漸次砥粒サイズを細かくすることにより研磨精度を向上させている。研磨液供給装置は研磨液を常時撹拌させると共に、所定量を前記供給リング２２に対して供給している。具体的には研磨液供給装置４１の研磨液は、チューブ４２を介して供給リング上に設けられた第１供給管４３に導かれ、第１供給管４３から供給リング２２の溝に滴下される。

上定盤の下方に位置する下定盤３１は鋳鉄、ステンレス等の金属体からなる円板形状であり、中央部分に貫通孔が設けられているとともに、上面（研磨面）に平坦面を有している。当該上面にキャリア３４が複数枚配置されている。キャリア３４は薄型の円板形状でその外周にギア（図示せず）が形成されている。キャリアには複数の貫通孔が形成されワーク保持部を形成している。

なおキャリアの厚さはワークの厚さよりも薄いものが用いられる。前記下定盤３１において、前記中央部分の貫通孔には研磨装置本体から突出した駆動部３２が配置されている。当該駆動部３２はキャリアと同じ高さの位置にサンギア３２ａが設けられ、回転中心を形成し、また前記キャリア３４のギアと噛合する構成となっている。また下定盤の外周上部領域には下定盤と独立したインターナルギア３３が配置されている。インターナルギアは内側にギアが形成されたリング状構成であり、当該インターナルギア３３とキャリアのギアが噛合する構成となってる。

またサンギア３２ａとインターナルギア３３の厚さは、キャリア３４の厚さに対して十分に厚い構成であり、キャリア３４はサンギア３２ａやインターナルギア３３の厚さの端部以外の部分で噛み合った状態となっている。

図２に示すように、サンギア３２ａは中心部分に貫通孔３２ａ１が形成されている。この貫通孔３２ａ１部分が研磨装置の駆動部３２に嵌着され、駆動部３２の回転動作に従って研磨装置の回転中心となって動作する。サンギア外周のギア部分は、キャリア３４と噛合可能なピッチに設定されている。

本発明においては、当該サンギア３２ａはポリウレタンからなるウレタン樹脂からなっている。ウレタン樹脂は弾性に優れ、かつ耐摩耗性に極めて優れている。特にポリウレタンは弾性、耐摩耗性に優れており、従って、研磨液が介在する環境であってもサンギアが摩耗しにくいため、サンギアとしての機能低下が少なく、研磨装置の信頼性向上に寄与する。またサンギアより薄いキャリアが、サンギアのギア側面に噛み合ったとしても、当該側面にキズが生じにくく、従って、このキズに起因するキャリアのギアとの局所的な引っかかりによる、キャリアの変形やキャリアへの無用な応力を生じさせることがない。

また、仮にサンギアのキズとキャリアのギアとが無用な引っかかりが生じたとしても、ウレタン樹脂のもつ弾性や柔軟性により、キャリアに対する応力を緩和させ、キャリアの破損事故を防ぐことができる。

なお、上定盤２１には１つまたは複数の小貫通孔が形成され、当該小貫通孔に第２供給管２４が挿入されている。このような構成により、前記第２供給管から供給された研磨液が当該微小貫通孔を経て研磨面に漏出するよう構成されている。

― 研磨装置の動作説明 ―
次に水晶振動板の研磨を例示して、研磨装置の動作について説明する。
各ワーク（被研磨物である水晶振動板）はキャリアの各ワーク保持部３４ａ内に収納される。キャリア３４は下定盤の上面に設置され、キャリア外周にあるギア（図示せず）が前記サンギア３２ａとインターナルギア３３に各々噛合するように配される。通常キャリア３４は下定盤上に複数設置され、複数のワークに対して研磨を行う。キャリア３４を配置した後、昇降装置１３により上定盤２１を下降させることにより、当該キャリアに上定盤を当接させ、上定盤による荷重をワーク等に対して与える。図１において、上定盤２１がキャリア３４まで下降することによりワークに対して荷重をかけることになる。

この状態で駆動部のサンギア３２ａとインターナルギア３３を回転させる。回転方向はサンギア、インターナルギアともに同方向であるが、ギア比の違いによりキャリアに対して遊星回転力が与えられ、回転するキャリアに保持されたワークが上下定盤間で研磨される。

なお、上記回転駆動構成は上定盤と下定盤を固定して、キャリアのみを回転させる構成であるが、上記回転駆動に加えて上定盤あるいは下定盤のいずれか一方に回転力を与えたり、あるいは上記回転駆動に加えて上定盤と下定盤の両方に回転力を与えることにより、より効率的な研磨を行うことができる。なお、上定盤と下定盤の両方に回転力を与える場合は、両者の回転方向を逆にすればよい。

研磨液供給装置４１からは研磨液がチューブ４２を介して第１供給管４３に供給される。第１供給管４３からは、供給リング２２に研磨液が断続的に滴下され、供給リング２２からチューブ２５を介して第２供給管２４に供給される。さらに第２供給管から上定盤内に研磨液が供給され、前述したように上定盤内部に設けられた複数の上下貫通孔を介して、研磨液が研磨面に漏出する構成となっている。また研磨面には所定の浅溝が形成され、前記漏出した研磨液が研磨面全体に行き渡るよう構成されている。

以上の構成により、適量の研磨液を定盤の研磨面に供給しながら、キャリアに回転動作を与えて、上下定盤による平行平面研磨を行う。なお、研磨にかかる時間、キャリアの回転速度等については、研磨液に用いる砥粒の材料、サイズやワークにかける荷重等によって適宜調整される。

上記実施の形態においてはサンギア３２ａの構成材料に特徴があり、弾性に優れ、耐摩耗性に優れたウレタン樹脂を用いている。ギア部分がウレタン樹脂からなっているので、柔軟性があり、仮にサンギアとキャリアのギアとが無用な引っかかりが生じ、キャリアが変形あるいは応力集中が生じるような場合でも、ウレタン樹脂のもつ弾性や柔軟性により、キャリアに対する応力を緩和させ、キャリアの破損を防ぐことができる。

次に、従来のモリブデン鋼をからなるサンギアを用いた場合と、ウレタン樹脂からなるサンギアを用いた場合の、キャリアの破損事故についての比較例を示す。比較に用いた研磨装置は４Ｂサイズの研磨装置であり、６枚のキャリアを有する構成である。キャリアの材料はＳＫ４相当の金属材料であり、その歯先円直径が１０４ｍｍ、その厚さは０．０３６ｍｍのものを用いている。なおキャリアの厚さは水晶振動板等のワークの厚さによって概ね決定される。またサンギアならびにインターナルギアの厚さは各々２０ｍｍであり、キャリアに対して格段大きいの厚さを有している。サンギアの歯先円直径は１２８ｍｍであり、インターナルギアの歯先円直径は３２０ｍｍのものを用いている。なお、ここで用いる研磨液にはＷＡ＃４０００サイズの研磨材を用いている。

以上のような構成の研磨装置において、サンギアをＳＣＭ４１５のモリブデン鋼からなる従来構成の研磨装置と、ポリウレタン樹脂を用いた本発明構成の研磨装置について、ワーク（水晶振動板）の研磨作業を行った。約１ヶ月間の通常の研磨作業を行ったところ、従来構成では２組（合計１２枚）のキャリア破損事故が生じたのに対し、本発明構成ではキャリア破損事故が生じなかった。またサンギア自体の耐久性が大幅に向上して、交換頻度を飛躍的に延ばすことができた。以上の検証結果からも、本発明は実用上極めて有効であることが理解でき、キャリアの破損を低減し、研磨作業における生産性向上、および製造歩留まり向上をはかることができる信頼性の高い研磨装置を得ることができる。

なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、水晶、半導体材料等を研磨する研磨装置に好適である。

研磨装置の概略斜視図である。 サンギアの斜視図である。

符号の説明

２１ 上定盤
３１ 下定盤
３２ 駆動部
３２ａ サンギア
３３ インターナルギア
３４ キャリア

Claims (1)

1. 研磨面が対向配置された上定盤と下定盤と、前記各定盤間に供給される研磨液と、前記各定盤間に配置され、ワーク保持部を有するとともに外周にギアを有するキャリアと、前記ワーク保持部に収納されるワークと、前記キャリアと噛合するサンギアおよびインターナルギアとからなり、前記サンギアとインターナルギアとの回転によりキャリアが遊星回転することにより、前記ワークを前記各定盤間で研磨を行う研磨装置であって、
   少なくとも前記サンギアがウレタン樹脂材からなることを特徴とする研磨装置。

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