(57)【要約】【課題】研磨工具を被加工面に圧接して回転させ、微粒子を含むスラリー状の研磨液を供給しながら研磨加工を行う研磨装置において、研磨液が装置内部へ侵入して回転精度の低下等を招くのを防ぐ。【解決手段】研磨工具１の回転軸に形成された中空部１ａから微粒子を含むスラリー状の研磨液１１を導入し、被加工物２２との圧接部位２３に供給しながら研磨する。他方、研磨工具１を回転支持する軸受の隙間８ａ、８ｂには、研磨液１１の溶媒と同じ液体１６を供給し、研磨液１１の微粒子が軸受の隙間８ａ、８ｂに侵入するのを防ぐ。研磨液導入穴３と軸受の隙間８ａとは連通しており、液体１６の供給圧力は、研磨液１１の供給圧力より高くする。【選択図】図１
2010228085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に圧接して回転させる研磨工具と、
前記研磨工具と一体である回転軸と、
前記回転軸の中空部を通って、微粒子を含む研磨液を前記研磨工具と前記被加工物の間の圧接部位に供給する研磨液供給手段と、
前記回転軸を回転支持する軸受と、
前記軸受と前記回転軸との隙間に、前記研磨液の溶媒と同じ液体を供給するための液体供給手段と、
前記隙間と前記回転軸の中空部とを連通させる連通部と、を有し、
前記研磨液供給手段は、前記連通部を経て前記研磨液を前記回転軸の中空部へ導入することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記液体供給手段による前記液体の供給圧力は、前記研磨液供給手段による前記研磨液の供給圧力より高いことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い形状精度が要求される光学素子等を研磨加工するための研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線やさらなる短波長を光源とする露光装置に搭載される光学素子等の研磨加工に用いられる高精度な研磨装置においては、数ナノメートルの研磨除去量精度が必要となる。
【０００３】
従来の研磨装置は、微粒子を含むスラリー状の研磨液を導入するため、研磨工具の回転軸を保持する軸受等装置内部への研磨液の浸入を防ぐ目的で、そのシール部にメカニカルシールやオイルシールを配置した構成が知られている。ここでメカニカルシールとは、回転軸に取付けられる摺動リングと、軸受ハウジングの固定リングとが、その摺動面で接触して漏れを止める構成である。また、オイルシールは、断面コの字状のシール材からなり、軸受ハウジングに固定され、シール材のシール面を回転軸の外周面に押圧するスプリングを有し、その摺動面で接触して漏れを止めるように構成されている。
【０００４】
特許文献１には、摺動面での接触部位の材質を炭化珪素等にし、かつ線接触する尖端形状に形成され、互いに押圧されて漏れを止める構成が開示されている。特許文献２には、メカニカルシールにおける各密封環への接触部分を潤滑水により潤滑する構成が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、流体供給ポート外面に有する外筒と、この外筒に挿入されて軸受で保持され回転駆動される回転体とを設けて、流体供給ポートから回転体の端面に通ずる流路を形成する構成が開示されている。研磨液は、メカニカルシールされた空間を通り回転体に流導される。
【０００６】
さらに、図２に示すような研磨装置も提案されている。管状の軸部を有する研磨工具１０１は、軸受ホルダ１０５に設置された軸受１０２ａ、１０２ｂにより保持され、回転モータ１０７に接続され回転可能となっている。メカニカルシール１２０ａ、１２０ｂは研磨工具１０１を保持する軸受１０２ａ、１０２ｂの端面方向に配置される。
【０００７】
研磨液導入環１１０は、内部に穴を開け、研磨工具１０１の外周部に間隙をもって配置され、穴の内周部位には液溜り１０８を持つ。ポンプ１１２は、研磨液タンク１１３より液溜り１０８へ研磨液１１１を送る。回転モータ１０７、軸受ホルダ１０５及び研磨液導入環１１０は架台に支持されている。
【０００８】
研磨工具１０１の回転による研磨加工中は、液溜り１０８より排出される研磨液１１１は、研磨液導入環１１０と研磨工具１０１との間隙から流出する。これと同時に、一部は研磨工具１０１の側面に形成された導入穴１２１より管内に流入し、研磨工具１０１と被加工物１２２との圧接部位１２３に吐出される。不要となり容器１２４へ溜まった研磨液１１１は、研磨液タンク１１３へ再集される。
【０００９】
一般に研磨液は、セラミック微粒子を溶媒に混合し使用する。研磨液の濃度は研磨加工の除去量に大きく起因し、濃い方が研磨除去量が大きく、逆に薄い方が小さい。従来は、予め研磨液タンク内で濃度調整を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第２９４１７８６号公報
【特許文献２】特開２００１−４０８３号公報
【特許文献３】特登録０３３１８３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、メカニカルシールを使用した場合には、研磨液中の微粒子がメカニカルシールの摺動面間に入り込むことで摺動リングが磨耗し、早期にシールが破壊されて研磨液の漏れや装置内部への侵入を生じるおそれがあった。
【００１２】
オイルシールにおいても、シール面と回転軸の外周面との摺動面に微粒子が入り込みシール面が磨耗し、早期にシールが破壊されて研磨液の漏れや装置内部への侵入を生じる欠点があった。
【００１３】
また、摺動部位の材質を炭化珪素等にし、かつ線接触する尖端形状に形成した場合や、潤滑水により潤滑した場合においても、特に高速回転の場合に、摺動面に微粒子が入り込んでシール面が磨耗し、シールが破壊されることがあった。
【００１４】
図２に示す装置では、研磨加工中に研磨液が漏れる構造であるから、その漏れ量は不均一となって、研磨工具と被加工物との圧接部位における研磨液の圧力の正確なコントロールが難しい。研磨加工において、研磨工具と被加工物との圧接部位の圧力は、研磨除去量に比例しており、研磨液の圧力の変動は圧接部位の圧力変動となって、研磨除去量の変動となる。加えて、研磨液の装置内部への浸水や研磨液の飛散によって、メカニカルシールのシール面と回転軸との摺動面に微粒子が入り込み、シール面が磨耗してシールが破壊される。その結果、装置内部へ研磨液が侵入して軸受を破壊するため、回転精度が劣化する場合があった。研磨加工において、回転精度は研磨除去量へ影響し、回転精度の低下は研磨除去量の変動となる。
【００１５】
また、予め研磨液タンク内で濃度調整を行い使用していたため、加工中に研磨液の濃度が変化しても対応できないという未解決の課題があった。研磨加工において、研磨液の濃度は研磨除去量に比例しており、研磨液濃度の変動は研磨除去量の変動となる。
【００１６】
本発明は、シールの破壊による研磨液の漏れや装置内部への侵入を防ぎ、研磨工具と被加工物との圧接部位における研磨液の圧力や濃度の制御も容易である研磨装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の研磨装置は、被加工物に圧接して回転させる研磨工具と、前記研磨工具と一体である回転軸と、前記回転軸の中空部を通って、微粒子を含む研磨液を前記研磨工具と前記被加工物の間の圧接部位に供給する研磨液供給手段と、前記回転軸を回転支持する軸受と、前記軸受と前記回転軸との隙間に、前記研磨液の溶媒と同じ液体を供給するための液体供給手段と、前記隙間と前記回転軸の中空部とを連通させる連通部と、を有し、前記研磨液供給手段は、前記連通部を経て前記研磨液を前記回転軸の中空部へ導入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
軸受の隙間に供給される液体は、微粒子を含むスラリー状の研磨液が軸受のシール部載に接触するのを防ぐ。これにより、研磨液によるシールの破壊を回避し、シールを長寿命化するとともに、研磨工具の回転精度を維持して高い研磨除去量精度を得ることができる。
【００１９】
また、研磨液の漏れによる圧力変化を防ぎ、研磨工具と被加工物との圧接部位における研磨液の圧力制御が可能となる。その結果、より高い研磨除去量精度が得られる。
【００２０】
また、シールのための液体を研磨液に混合させることで、蒸発による研磨液の濃度の上昇を加工中に補正することが可能となり、長時間の加工においても高い研磨除去量精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施例による研磨装置を示す模式断面図である。
【図２】従来の研磨装置を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は、一実施例による研磨装置を示すもので、研磨工具１と一体である回転軸は中空部１ａを有する。研磨工具１の回転軸を回転支持する軸受は、ベアリング２ａ、２ｂと、研磨液供給手段を構成する研磨液導入穴３及び液体供給手段を構成する液体導入穴４ａ、４ｂが形成されたＭハウジング５とを備える。研磨工具１は、カップリング６を介して回転モーター７によって回転駆動される。Ｍハウジング５は、研磨工具１の回転軸との間に隙間８ａをもって配置される。隙間８ａは３〜２５μｍである。Ｍハウジング５の下端には、Ｏリング９を介してＳハウジング１０が配置される。Ｓハウジング１０は、Ｍハウジング５と同様に、研磨工具１の回転軸との間に隙間８ｂをもって配置され、液体導入穴４ｃを備える。隙間８ｂは３〜１５μｍである。
【００２４】
研磨工具１の先端径は、φ３０ｍｍである。
【００２５】
研磨液１１は、酸化セリウムの微粒子を溶媒である純水に混合させたものである。
【００２６】
研磨液１１は、研磨液ポンプ１２により、研磨液タンク１３からＭハウジング５に形成された研磨液導入穴３へ送られる。その流路には研磨液圧力計１４が設置されて研磨液１１の供給圧力を計測する。
【００２７】
液体１６は、研磨液１１の溶媒と同じ液体である純水であって、研磨液液体ポンプ１７により、液体タンク１８からＭハウジング５及びＳハウジング１０に形成された液体導入穴４ａ、４ｂ、４ｃへ送られる。その流路には液体圧力計１９が設置されて液体１６の供給圧力を計測する。
【００２８】
液体導入穴４ａ、４ｂ、４ｃに送られた液体１６は、研磨工具１の回転軸と、Ｍハウジング５及びＳハウジング１０との隙間８ａ、８ｂに満たされ、Ｏリング２０及びＯリング９によりシールされる。
【００２９】
研磨液導入穴３はＭハウジング５の隙間８ａに連通し、研磨液１１は、研磨工具１の回転軸の側面に形成された連通部である４箇所の繋ぎ穴２１を経て中空部１ａに導入され、研磨工具１と被加工物２２との圧接部位２３に供給される。
【００３０】
不要となり容器２４に流出した研磨液１１は、研磨液ドレンタンク２５へ回収される。
差圧制御装置２６は、研磨液圧力計１４と液体圧力計１９からの圧力測定値を取り込み、圧力差を算出して、後述の圧力差になるように、研磨液ポンプ制御装置２７、液体ポンプ制御装置２８双方に指令を出す。さらに、研磨液ポンプ制御装置２７、液体ポンプ制御装置２８双方の起動、停止を司る。
【００３１】
架台に設置されたＸステージ２９及びＹステージ３０は、容器２４を載せて被加工物２２を水平方向に動かす。
【００３２】
研磨工具１、Ｍハウジング５、カップリング６、回転モーター７、Ｓハウジング１０等は、Ｚスライド３１に支持され、錘３２の荷重を調整することにより、圧接部位２３に後述するような圧力をかける。
【００３３】
次に本実施例の研磨装置を使った研磨加工を説明する。
【００３４】
被加工物２２はφ１６０ｍｍの合成石英ガラスであり、平面研磨加工を施す。
【００３５】
まず、差圧制御装置２６により液体ポンプ１７を起動させ、液体導入穴４ａ、４ｂ、４ｃを通って、研磨工具１の回転軸と各ハウジングとの隙間８ａ、８ｂに液体１６を満たす。そのときの液体１６の供給圧力を２５００Ｐａとした。
【００３６】
そして、差圧制御装置２６により研磨液ポンプ１２を起動した。ここで、研磨液１１の供給圧力を、隙間８ａ、８ｂに供給される液体１６よりも低い１４００Ｐａとした。差圧制御装置２６は液体圧力計１９及び研磨液圧力計１４からの圧力測定値を取り込み、逐次圧力差１１００Ｐａとなるように、液体ポンプ制御装置２８及び研磨液ポンプ制御装置２７双方に指令を出し制御する。次に、回転モーター７により研磨工具１を３０００ｒｐｍで回転させた。圧接部位２３にかかる荷重を、研磨工具１、Ｍハウジング５、カップリング６、回転モーター７等を含み錘３２を調節して５Ｎとした。
【００３７】
そして、Ｘステージ２９及びＹステージ３０により被加工物２２を移動させ研磨加工を７時間施した。
【００３８】
研磨液導入穴３を経た研磨液１１は、液圧力の高い隙間８ａ、８ｂへは入り込まず、直接に繋ぎ穴２１を通じ研磨工具１の中空部１ａに流入して、圧接部位２３より吐出された。シール部材であるＯリング２０及びＯリング９に接するのは純水のみであり、Ｏリング内周と研磨工具１の回転軸との摺動面には微粒子は存在せず、摺動面に微粒子が入り込み磨耗して破壊することは無かった。
【００３９】
つまり、微粒子を含む研磨液１１は、隙間８ａ、８ｂのシール面に接することが無くなって、シールの破壊による研磨液１１の漏れを生じることが無くなり、シール部材の交換が不要となり生産性が向上した。
【００４０】
本実施例では、回転精度をより向上させるため、ベアリング２ｂから研磨工具１の先端までの距離を数十ミリメートルとした。このため、吐出された研磨液１１が上方に多く飛散したが、装置内部のベアリング２ａ、２ｂへの研磨液の侵入が無く、研磨工具１の回転精度が維持された。
【００４１】
また、漏れによる圧力変化が無くなり、圧接部位２３における研磨液１１の圧力は研磨液圧力計１４の値と同等となり正確に制御された。
【００４２】
このとき、隙間８ａの方が繋ぎ穴２１の液圧力より高いため、液体１６は隙間８ａより繋ぎ穴２１へ逐次流入し研磨液１１と混合する。流入量は毎時３０ｃｃ〜６５ｃｃであり、研磨液タンク１３からの研磨液１１の溶媒の蒸発量と一致させており、逐次一定の研磨液濃度に制御することができた。
【００４３】
７時間の加工において、常時１．３ナノメートルの除去量精度が得られ、被加工物２２の加工後の研磨面の表面粗さは２．８ナノメートルＲＭＳとなり、露光装置に用いるレンズ・ミラーレベルの高精度加工を行うことができた。
【符号の説明】
【００４４】
１    研磨工具
２ａ、２ｂ    ベアリング
３    研磨液導入穴
４ａ、４ｂ、４ｃ    液体導入穴
５    Ｍハウジング
６    カップリング
７    回転モーター
８ａ、８ｂ    隙間
９、２０    Ｏリング
１０    Ｓハウジング
１１    研磨液
１２    研磨液ポンプ
１３    研磨液タンク
１４    研磨液圧力計
１６    液体
１７    液体ポンプ
１８    液体タンク
１９    液体圧力計
２１    繋ぎ穴
２２    被加工物
２３    圧接部位
２４    容器
２５    研磨液ドレンタンク
２６    差圧制御装置
２７    研磨液ポンプ制御装置
２８    液体ポンプ制御装置
２９    Ｘステージ
３０    Ｙステージ
３１    Ｚスライド
３２    錘
【図１】
2010228085.tif 000003
【図２】
2010228085.tif 000004