(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環平面状のラッピング面を有するラップ(18)をその円環の中心軸まわりに回転させながら、修正キャリア(24)をラッピング面に押接してラップの表面を平坦な面形状に修正するラップの修正方法において、ラップの半径方向の幅(L)より長い長辺を有する矩形の修正キャリア(24)を、その長辺をラップ(18)の半径方向にしてラッピング面に押接し、修正キャリア(24)がラッピング面から外れないで常時当該ラッピング面を幅方向に横断しているストロークで修正キャリア(24)を往復動させながらラップ(18)を回転させることを特徴とする、ラップの修正方法。
【請求項２】
円環平面状のラッピング面を有するラップ(18)をその円環の中心軸まわりに回転させながら、修正キャリア(24)をラッピング面に押接してラップの表面を平坦な面形状に修正するラップの修正装置において、修正しようとするラップ(18)の半径方向の幅(L)より長い長辺を有する矩形の修正キャリア(24)が、その長辺をラップ(18)の半径方向にして装着されており、かつこの修正キャリア(24)をラップ(18)の面と平行な面内で、かつ常時ラップの当該面を幅方向に横断しているストロークで往復動させる往復動装置(7,9)を備えていることを特徴とする、ラップの修正装置。
【請求項３】
修正キャリア(24)の加工面に砥粒(25)が電着されていることを特徴とする、請求項２記載のラップの修正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転型の平面ラップ盤に設置されたラップの修正装置に関するものであり、特に修正装置の修正キャリアの形状及び構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ラッピング加工は、ラップと呼ばれる工具と工作物との間に遊離研磨材を介在させてラップと工作物との相対運動により工作物を加工するもので、量産的な加工技術のうち非常に面精度の高い加工法であり、ブロックゲージや超ＬＳＩウエハなどの最高級の加工に用いられている。
【０００３】
図１０はラッピング加工に用いられる回転型の平面ラップ盤の斜視図である。平面ラップ盤１は、その上面４に開口を有しており、この開口に垂直軸１７回りに回転する円環状のラップ１８が臨んでいる。ラッピング加工は、ラップ１８の表面形状を工作物に転写する加工方法であるから、平面ラップ盤によって加工された製品の面精度は、ラップの面精度に依存する。
【０００４】
ラップ１８は、ラッピング加工中にスラリー供給装置から供給される遊離研磨材によって偏摩耗するので、ラップの面精度を維持するために一定の時間経過ごとに修正加工（ドレッシング）を施してやらなければならない。ラップの修正加工としては、切削、研削、三面ずり等が知られている。なかでも、修正キャリアを用いた研削型の修正装置は、他の特別な装置を必要とせず、大形のラップにも容易に対応できるという利点があるので、修正加工の主流となっている。
【０００５】
従来の修正装置は、平面ラップ盤に付設した状態で図１０に示されている。従来装置は、ラップ１８の上面に円形の修正キャリア５１を押接するものである。修正キャリア５１は、平面ラップ盤の上面４から片持ちで延びる支持アーム５２の先端に垂直軸回りに回転自在に設けられている。ラップ盤の手前側側壁２にはＬ形ブラケット５を介してモータ７が装着されており、このモータの駆動軸８に固着されたプーリ５３と修正キャリア５１の外周面に押接されたピンチローラ５４とがベルト５５で連結されている。モータ７の回転は、このピンチローラ５４によって修正キャリア５１に伝達される。
【０００６】
従来装置による修正加工は、ラップ１８をその垂直軸１７回りに一定の速度で回転させ、ラップの表面にスラリー供給装置２０で遊離研磨材を流し、モータ７で修正キャリア５１を等速回転させながらラップの表面に一定圧力で押圧し、遊離研磨材とラップとを摩擦させて行われる。このような修正加工を修正キャリアからみれば、修正キャリア５１がラップ１８の表面を自転しながら公転して、遊離研磨材とラップとが摩擦させられてラップの表面形状が平坦になっていく。
【０００７】
修正キャリアを自転させるのは、修正キャリア５１が偏摩耗するのを防止すると共に、単位時間当たりの摩擦距離を大きくして修正加工量を増加させるためである。しかし修正キャリア自身の摩耗量も大きくなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般にラップの修正加工量は、修正キャリアの摩擦距離及び押圧力に比例することが知られている。また凹状又は凸状に偏摩耗したラップに対し逆摩耗特性を有するキャリアを用いることにより、ほぼ平坦な表面形状に修正できることが知られている。そこで、作業者は、ラップの偏摩耗状態を視認して逆の摩耗特性を有する修正キャリアを選択すると共に、押圧力その他の修正条件を設定して修正加工を行っている。
【０００９】
しかしこのような選択や修正条件の設定は作業者の熟練度に依存するものであり、作業者によりばらつきを生じ、修正加工後のラップの面精度を一定に維持できないという問題がある。また従来装置では、単位時間当たりの修正加工量が少なく、修正キャリアを頻繁に交換しなければならず、修正加工に長時間を要するという問題がある。
【００１０】
本発明の第１の目的は、ラップの偏摩耗状態にかかわらず、常に平坦に修正することができる修正キャリアを提供することであり、第２の目的は、この修正キャリアで短時間に修正加工をすることができる手段を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明では修正キャリア２４のラップ１８との当接面をラップの半径方向に細長い矩形とし、これを往復動させながらラップ１８の修正加工を行う。修正加工を行う修正装置は矩形の修正キャリア２４と、これをラップの修正面と平行な面内で往復動させる往復動装置７、９とを備えている。修正キャリア２４の長手方向寸法Ｓは、ラップ１８の半径方向の幅Ｌより広く、かつ修正キャリア２４の往復動ストロークは、修正キャリアがラップ１８の修正面から外れないストロークとする。
【００１２】
修正キャリア２４は好ましくはラップ１８の半径方向に往復動させる。修正キャリア２４の往復動速度（平均速度）は、修正加工時におけるラップ１８の周速より速くすることが好ましい。修正キャリア２４の往復動速度が速いときは、修正キャリア２４は正確な矩形でよい。修正キャリア２４の往復動速度がラップ１８の周速度に比べて小さいときは、修正キャリア２４はラップ１８の内径側がわずかに幅狭い形状となるのが好ましい。
【００１３】
修正キャリア２４はその砥粒面にダイヤモンド砥粒２５を電着、すなわちダイヤモンド砥粒２５をニッケルメッキ層２６等によって修正キャリアの加工面に保持させた構造のものを用いるのがさらに好ましい。
【００１４】
【作用】
この発明の方法および装置で用いる修正キャリア２４は矩形であり、かつその短辺側をラップ１８の周方向としているため、修正キャリア２４の幅（短辺の長さ）Ｃはラップ１８の半径に比べて充分に小さい。また修正キャリア２４はラッピング面から外れない範囲で往復動されるので、修正キャリア２４は常時ラップ１８のラッピング面を幅方向に横断している。ラップ１８はその回転により修正キャリア２４の加工面を幅方向（短辺方向）に円弧軌跡を描いて通過してゆくが、その通過時の円弧軌跡の長さはラップの内径側と外径側とで大きな差を生じない。
【００１５】
また修正キャリア２４の運動が往復運動であるため、それによってラップ１８と修正キャリア２４との相対摺接距離は、あらゆる点ですべて一定である。従ってこの発明によれば、ラップ１８のラッピング面に対する修正キャリア２４の摩擦距離がラッピング面の全体にわたって均一となり、従って作業者が特別の考慮を払わなくてもラップの表面を平坦な面形状に修正できる。
【００１６】
修正キャリア２４の往復動速度を大きくしたときは、往復動に基く摩擦距離の割合が大きくなるため、修正キャリア２４を横断する円弧軌跡の内径側と外径側との距離差の影響が相対的に小さくなり、従って修正キャリア２４を正確な矩形形状とするのが好ましい。一方往復動速度が小さいときは、修正キャリア２４を横断する円弧軌跡の内周側と外周側との距離差の影響が相対的に大きくなるため、この円弧軌跡の距離差に対応する分だけ修正キャリアの内周側を僅かに幅狭とした形状がより好ましい。修正キャリア２４を往復動させることにより、単位時間当たりの摩擦距離を大きくして修正加工時間を短縮することができる。
【００１７】
さらに修正キャリア２４の加工面に砥粒２５を電着したものを用いたときは、砥粒と砥粒の間の凹所に細かい遊離砥粒を含んだラッピング液が滞留するため、単位時間当たりの修正加工量を大きくでき、修正キャリア２４の摩耗が少なくなり、ラッピング中における修正キャリア２４の交換が不要となる。
【００１８】
【実施例】
図１ないし図３は、本発明の修正キャリアを付設した回転型の平面ラップ盤の斜視図である。回転型の平面ラップ盤１の図の手前側側壁２と奥側側壁３には、ラップ盤の上面４と同一平面上に延びるブラケット５、６が設けられている。手前側のブラケット５の下面にはモータ７が固設されている。モータ７の駆動軸８は、ブラケット５の下方から透孔を貫通して上方に突出しており、駆動軸の先端に回転レバー９の基端が固着されている。回転レバー９の先端には、枢支ピン１１を介して回転レバー９と同じ長さの連結リンク１２の基端が枢着されている。一方奥側のブラケット６には、その上面に設けた支点ピン１３を揺動中心とするアーム１４の基端が枢着されており、アーム１４の先端は連結リンク１２の先端に連結ピン１５で連結されている。モータ７を駆動すると回転レバー９および連結リンク１２を介してアーム１４が支点ピン１３を中心として揺動する。アーム１４の揺動幅は、回転レバー９および連結リンク１２の長さを変えることにより自由に設定することができる。
【００１９】
アーム１４は、垂直軸１７回りに回転する円環状のラップ１８の接線方向に延びており（図３参照）、アーム１４とラップ１８とが重なる領域に平面視で矩形のホルダ１９が設けられている。ホルダ１９は、図２に示すようにラップ１８の回転方向に離れた位置に立設されたロッド２１を有しており、ロッド２１の上部は直動ベアリング２２、２２を介してアーム１４に固設されたガイド筒２３で案内されている。ホルダ１９の下面には矩形底面の修正キャリア２４が固定されている。修正キャリア２４はラップの偏摩耗状態に関わりなくホルダ１９によって水平に保持されている。
【００２０】
図４および図５は、ラッピング加工により偏摩耗したラップを上記装置によって修正したときの表面形状を示したものである。測定に供したラップは鋳鉄性のもの（ＦＣ３００）であり、内径９９ｍｍ、外径１５４ｍｍのものを使用し、４．８２ｒａｄ／ｓで回転させた。修正キャリアも鋳鉄性のもの（ＦＣ３００）を使用し、幅５０ｍｍ、押圧力を５ｋＰａとした。単位時間当たりの修正加工量を増大させる為に、モータ７を回転して修正キャリアに振幅５ｍｍ、振動数３１．４ｒａｄ／ｓの揺動振動を付加した。加工液としては、粒度ＧＣ＃６００で３５ｗｔ％のものを使用し、加工液供給装置２０によってラップの表面に連続的に供給した。また、修正キャリアの表面形状を平坦に維持するために、３０分ごとに面精度の良好な修正キャリアと交換した。
【００２１】
図４及び図５の縦軸は修正加工量を示し、横軸はラップの中心からの距離を示す。図４の線ａは、凹状に偏摩耗したラップの表面形状を示し、線ｂは修正加工後のラップの表面形状を示している。図４の線ｂより明らかなように、修正加工後のラップの表面形状はほぼ平坦となった。図５の線ｃは凸状に偏摩耗したラップの表面形状を示し、線ｄは修正加工後のラップの表面形状を示している。修正加工後のラップの表面形状は、若干凸状となっている。これは、揺動振動を付加する装置の剛性不足によって修正キャリアの支持部の曲げモーメントの影響を抑えられないために、修正キャリアがラップに対して水平に移動できなかったためと考えられる。この場合、無振動加工を行うことにより平坦なプロファイルが得られるが、修正加工時間は増大してしまう。
【００２２】
修正キャリアは、固定砥粒のものを用いることもできる。図６は固定砥粒を電着した修正キャリアの例を示したものである。図６の電着修正キャリア２４は、矩形の修正キャリアの底面２４ａに平均粒度＃１４０〜１７０のダイヤモンド砥粒２５をニッケルメッキ層２６で固着したものである。
【００２３】
図７は図６の修正キャリアのメッキ処理に用いるメッキ装置の概略図である。メッキ装置は、メッキ液３３を入れる外槽２８と外槽に収納された中間槽２９と中間槽に収納された内槽３０とを有している。中間槽２９は、その上辺が外槽の蓋３２の下面に添設されており、その底面は外槽２８の底面と離隔している。中間槽の側壁にはメッキ液が出入りする透孔３１が設けられている。内槽３０は、中間槽２９の底面に載置されている。矩形の修正キャリア２４はその底面２４ａを上方に向けて内槽３０に絶縁材を介して載せられており、修正キャリアの底面を覆うようにして平均粒度＃１４０〜１７０のダイヤモンド砥粒２５が内槽に充填されている。
【００２４】
内槽３０に収容された修正キャリア２４と平行にニツケル板３４が配置されており、このニッケル板は中間槽２９に横架された支持板３５の下面に絶縁材を介して固定されている。修正キャリア２４は、直流電源３６の陰極に接続され、ニッケル板３４は陽極に接続されている。メッキ液３３は、電源３６に接続されたモータ３７で駆動される攪拌翼３８によって、中間槽２９および内槽３０内を流動している。また、蓋３２から垂下したヒータ３９を点滅させてメッキ液の温度調整がなされる。メツキ液の温度はセンサ４１で監視されており、センサからの信号によって制御器４２がヒータ３９をオンオフさせる。
【００２５】
メッキ液のｐＨは、ｐＨメータを使用し測定を行う。電流密度は可変直流電圧定電流電源を用いて電着条件によって設定する。メッキ液の組成は、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硼酸からなっている。ｐＨは４．２、浴温は６０℃、電流密度は２Ａ／ｄｍ２  である。通電時間は８０分である。
【００２６】
次に、電着修正キャリアの製造方法について説明する。製造工程は前処理、予備メッキ、砥粒電着及び後メッキの４工程に分けられる。前処理は、修正キャリアの表面に密着性の良いメッキ層を得るために表面に付着している切屑、油脂等を取り除くために行うものである。まず、面精度の良好な修正キャリアの側面の部分にシリコンコーキング剤を用いて絶縁処理を行う。これをアセトンに１０分間浸して脱脂し、次に１０％の塩酸に１０分間浸すことにより電着表面を活性化する。活性化後、修正キャリアを蒸溜水で水洗いし、前処理が完了する。
【００２７】
前処理を終えた修正キャリアをメッキ装置にセットする。そして、砥粒を保持するメッキ層の付着力を増大させるために、修正キャリアの底面に予備メッキとしてニッケルメッキを２０分間行う。
【００２８】
予備メッキを行った後、内槽３０にダイヤモンド砥粒２５を均一に沈澱させ、通電する。その後、余分な砥粒を取り除き、着床の浅い砥粒を適度に埋めるために、後メッキとしてニッケルメッキを行う。
【００２９】
図８は電着修正キャリアの単位時間当たりの修正加工量を検討したものであり、図１０に示す従来の円形修正キャリアと粒度＃１４０〜１７０のダイヤモンド砥粒を電着した円形修正キャリアとでラップを１０時間修正加工したときの修正加工量の比較である。比較は、遊離研磨材の粒径を変化させて行った（粒度＃２８０では途中で一回新たな修正キャリアに交換している。）。図において、斜線の棒線は従来の修正キャリアでの修正加工量を示し、白線の棒線は電着キャリアでの修正加工量を示している。従来の円形修正キャリアは２時間ごとに交換して１０時間加工を行った。
【００３０】
従来の円形修正キャリア及び電着した円形修正キャリアは、粒径が小さくなる（粒度が大きくなる）に従い修正加工量は減少する傾向を示している。従来の円形修正キャリアに対し、電着した円形修正キャリアは、粒径５５ミクロンから７．５ミクロンにかけて、粒径が小さくなるに従いそれぞれ１．５倍、３倍、６倍、１６倍と修正加工量が増大していることがわかる。
【００３１】
これは電着されたダイヤモンド砥粒間に生じたチップポケットに保持される遊離研磨材の数が多くなり、遊離研磨材による引っ掻き作用の割合が増加したためであると考えられる。円形修正キャリアに電着を施した場合でもラップの加工特性は電着なしの場合と同様に平坦になり、遊離研磨材の粒径が２５ミクロン（粒度ＧＣ＃６００）のものを使用した場合、修正加工量は従来の修正キャリアに比べ約３倍となっている。
【００３２】
図９は図７のメッキ装置で矩形の修正キャリアに粒度＃１４０〜１７０のダイヤモンド砥粒を電着し、これを用いて凹状に偏摩耗したラップの修正加工を行ったときの図である。修正加工の条件は図４及び図５と同様であり、加工液も粒度＃６００（粒径２５ミクロン）の遊離研磨材を３５ｗｔ％としたものを用いた。図の線ｅはラップの表面形状を示し、線ｆは振幅５ｍｍ、揺動振動数０．８Ｈｚの条件下で１時間修正加工を行ったときのラップの表面形状を示し、線ｇはさらにその後４時間修正加工を行ったときのラップの表面形状を示している。加工時間中には修正キャリアの交換を行っていない。
【００３３】
図９より、１時間修正加工後のラップの外面形状はほぼ平坦になっていることがわかる。さらに４時間、のべ５時間修正加工をしてもラップの表面形状は平坦な形状を維持したまま加工量だけが増加していることがわかる。以上のことにより、電着した矩形修正キャリアを用いることによって、偏摩耗したラップの表面形状に依存することなく、高能率、高精度な修正加工をすることができる。なお上記実施例はラップの片面の修正加工のものであるが、両面の修正加工にも応用することができることはもちろんである。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の方法および装置で用いる修正キャリアは矩形であるから、ラップの偏摩耗状態に関わらず、ラップの表面性状を平坦に修正加工することができる。また、矩形の修正キャリアに砥粒を電着したので、耐摩耗性があり修正加工中に交換する必要がない。更に通常のラッピング加工に比べて加工量を増大させることができる。電着した砥粒より細かい遊離砥粒を用いてやれば、より高能率に修正加工することが可能であり、遊離砥粒径が小さくなるほど通常ラッピングと比べて修正加工を短時間に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転型平面ラップ盤に付設して示す本発明の修正キャリアの斜視図
【図２】修正キャリアの斜視図
【図３】ラップと修正キャリアとの相対位置を示す平面図
【図４】凹状に偏摩耗したラップの修正加工のグラフ
【図５】凸状に偏摩耗したラップの修正加工のグラフ
【図６】電着した修正キャリアの拡大断面図
【図７】メッキ装置の模式図
【図８】遊離砥粒材と修正加工量との関係を示すグラフ
【図９】矩形の電着修正キャリアによる修正加工のグラフ
【図１０】回転型平面ラップ盤に付設して示す従来の修正キャリアの斜視図
【符号の説明】
７  モータ
９  回転レバー
１８    ラップ
２４    修正キャリア
２５    ダイヤモンド砥粒
２６    ニッケルメッキ層
Ｃ  修正キャリアの幅
Ｌ  ラップの半径方向の幅
Ｓ  修正キャリアの長手方向寸法
【図１】
0003575558.tif 000002
【図２】
0003575558.tif 000003
【図３】
0003575558.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003575558.tif 000008
【図８】
0003575558.tif 000009
【図９】
0003575558.tif 000010
【図１０】
0003575558.tif 000011