(57)【要約】回転軸（１２）により軸支されたラップ盤（１３）、ラップ盤（１３）の表面に砥粒スラリ（１４）を供給するスラリ供給装置（１５）、そして研磨対象物（１６）を上記ラップ盤（１３）の表面に砥粒スラリ（１４）を介して接触させながら回転可能に保持する研磨対象物保持具（１７）を含むラップ装置であって、上記ラップ盤（１３）、このラップ盤（１３）の回転軸（１２）及び研磨対象物保持具（１７）のうちの少なくとも一つに、ラップ盤（１３）の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段（４１ａ，４１ｂ）が付設され、そして上記超音波振動付与手段（４１ａ，４１ｂ）には電気エネルギーを供給する手段（４７）が備えられているラップ装置により、同じ砥粒スラリ（１４）を用いた場合に、従来のラップ装置よりも精度の高い研磨を実現することができる。
2003080293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸により軸支されたラップ盤、該ラップ盤の表面に砥粒スラリを供給するスラリ供給装置、そして研磨対象物を該ラップ盤の表面に砥粒スラリを介して接触させながら回転可能に保持する研磨対象物保持具を含むラップ装置であって、上記ラップ盤、ラップ盤の該回転軸及び研磨対象物保持具のうちの少なくとも一つに、該ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、そして該超音波振動付与手段には電気エネルギーを供給する手段が備えられていることを特徴とするラップ装置。
【請求項２】
研磨対象物保持具に、保持した研磨対象物をラップ盤表面に押し付ける加圧具が備えられている請求の範囲１に記載のラップ装置。
【請求項３】
ラップ盤もしくはラップ盤の回転軸に上記超音波振動付与手段が付設され、研磨対象物保持具にラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている請求の範囲１もしくは２に記載のラップ装置。
【請求項４】
研磨対象物保持具に上記超音波振動付与手段が付設され、ラップ盤もしくはラップ盤の回転軸にラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている請求の範囲１もしくは２に記載のラップ装置。
【請求項５】
上記のラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段に、ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている請求の範囲１に記載のラップ装置。
【請求項６】
超音波振動付与手段に電気エネルギーを供給する手段に、電気エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節する機構が備えられている請求の範囲１に記載のラップ装置。
【請求項７】
請求の範囲６に記載されたラップ装置を用い、ラップ盤表面で研磨されている研磨対象物の研磨の進行に応じて超音波振動付与手段に与える電気エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節することを特徴とするラップ加工方法。
【請求項８】
回転軸により軸支された下側ラップ盤、該下側ラップ盤の表面に砥粒スラリを供給するスラリ供給装置、そして回転軸により軸支され、研磨対象物を該下側ラップ盤の表面に砥粒スラリを介して接触させながら回転可能に保持する上側ラップ盤（但し、上側ラップ盤の表面は研磨対象物に砥粒スラリを介して接触する）を含む両面ラップ装置であって、下側ラップ盤、下側ラップ盤の回転軸、上側ラップ盤及び上側ラップ盤の回転軸のうちの少なくとも一つに、両ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、そして該超音波振動付与手段には電気エネルギーを供給する手段が備えられていることを特徴とするラップ装置。
【請求項９】
下側ラップ盤もしくは該ラップ盤の回転軸に上記超音波振動付与手段が付設され、上側ラップ盤もしくは該ラップ盤の回転軸に両ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている請求の範囲８に記載のラップ装置。
【請求項１０】
上側ラップ盤もしくは該ラップ盤の回転軸に上記超音波振動付与手段が付設され、下側ラップ盤もしくは該ラップ盤の回転軸に両ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている請求の範囲８に記載のラップ装置。
【請求項１１】
上記の両ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段に、該両ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている請求の範囲８に記載のラップ装置。
【請求項１２】
超音波振動付与手段に電気エネルギーを供給する手段に、電気エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節する機構が備えられている請求の範囲８に記載のラップ装置。
【請求項１３】
請求の範囲１２に記載されたラップ装置を用い、ラップ盤表面で研磨されている研磨対象物の研磨の進行に応じて超音波振動付与手段に与える電気エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節することを特徴とするラップ加工方法。
【発明の詳細な説明】
［技術分野］
本発明は、高精度の研磨加工に用いられるラップ装置及びラップ加工方法に関する。
［背景技術］
半導体メモリに代表される集積回路の集積密度が高くなるにつれ、集積回路の形成に用いられる基板表面の高低差、あるいは集積回路を構成する薄膜素子や薄膜配線などの高低差を小さくするための平坦化技術が必要となっている。高低差が大きいと、集積回路の製造工程で行なわれるパターニングの精度が低下して、集積回路の集積密度を高くすることが難しくなるからである。ラップ装置は、集積回路の形成に用いられる基板など、研磨対象物の表面を高精度に研磨する装置である。
図１は、従来のラップ装置の構成例を示す正面図であり、図２は、図１のラップ装置の平面図である。図１と図２に示すラップ装置は、モータ１１の回転軸１２により軸支されたラップ盤１３、ラップ盤１３の表面に砥粒スラリ１４を供給するスラリ供給装置１５、そして研磨対象物１６をラップ盤１３の表面に砥粒スラリを介して接触させながら回転可能に保持する研磨対象物保持具１７などから構成されている。
ラップ盤１３の研磨対象物１６とは逆の側の面には、ラップ盤１３を支持する支持具１８が固定されている。ラップ盤１３は、支持具１８を介してモータ１１の回転軸１２に接続されている。モータ１１の回転軸１２の回転により、ラップ盤１３は、その表面に沿った方向に回転する。図２に記入した矢印１９は、ラップ盤１３が回転する方向を示している。
研磨対象物１６は、ワックスなどを用いて、円盤状の研磨対象物保持具１７に保持（仮固定）されている。円盤状の研磨対象物保持具１７は、その側面にて一対のローラ２０により支持されている。各々のローラ２０は、基台２１に立設された支柱２２の上端に備えられたローラ支持部材２３により、回転自在に支持されている。研磨対象物１６を保持する研磨対象物保持具１７は、ラップ盤１３の回転に伴い、一対のローラ２０に支持された状態で回転する。
ラップ盤１３の表面には、スラリ供給手段１５から砥粒を含むスラリ１４が滴下される。砥粒スラリ１４は、ラップ盤１３の回転に伴って研磨対象物１６の側に移動され、ラップ盤と研磨対象物との間に供給される。スラリ供給手段１５は、基台２１に立設された支柱２４の上方に固定されている。
ラップ盤１３は、砥粒スラリ１４に含まれる砥粒を、ラップ盤１３と研磨対象物１６との間に一時的に保持する働きをする。ラップ盤１３は、砥粒よりも柔らかい金属材料（例、錫）などから構成される。例えば、錫製のラップ盤は、その表面が砥粒が押し付けられることにより極僅かに凹み、砥粒を一時的に保持する。同様に砥粒を一時的に保持するために、ラップ盤の表面を、発泡樹脂もしくは不織布などから形成することも知られている。
ラップ盤１３と研磨対象物１６とのそれぞれが、これらの間に砥粒を含むスラリが供給された状態で回転すると、研磨対象物の表面が研磨される。
砥粒スラリの種類は、研磨対象物の種類によって適宜選定される。砥粒スラリに含まれる砥粒としては、アルミナ粒子、シリカ粒子、酸化鉄粒子、酸化クロム粒子、あるいはダイヤモンド粒子などが用いられる。砥粒スラリの溶媒としては、水、もしくは油などが用いられる。また、砥粒スラリの溶媒として、酸性あるいはアルカリ性の溶媒を用いて、研磨対象物の表面を化学的に浸食させ、砥粒による研磨を補助することも知られている。このような研磨加工は、化学的・機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工と呼ばれている。
図１のラップ装置は、研磨の精度は高い（研磨後の研磨対象物の表面粗さが小さい）が、研磨の速度が低いという特徴を有している。
図３は、従来のラップ装置の別の構成例を示す正面図である。図３のラップ装置の構成は、研磨対象物１６をラップ盤１３の表面に沿った方向に回転させるモータ１１ｂが、研磨対象物を保持する研磨対象物保持具１７に付設されていること以外は、図１のラップ装置と同様である。研磨対象物保持具１７は、モータ１１ｂの回転軸１２ｂに固定されている。モータ１１ｂは、基台２１に立設された支柱３３に、バネ３４などの弾性体を介して固定されている。モータ１１ｂはまた、バネ３４の内側に配置され、上下方向に伸縮する棒状接続部材を介して支柱３３に固定されている。研磨対象物保持具１７にモータ１１ｂを介して付設されたバネ３４は、研磨対象物１６をラップ盤１３の表面に押し付ける加圧具として用いられている。
図３のラップ装置は、研磨対象物１６がモータ１１ｂにより回転されるために研磨の速度は高いが、研磨の精度が低いという特徴を有している。
従来のラップ装置の研磨精度は、装置の構成や、砥粒スラリの溶媒の種類によっても異なるが、主としてスラリに含まれる砥粒のサイズにより定まる。これは、研磨対象物をサンドペーパにより研磨する場合に、サンドペーパの粗さによって研磨の精度が定まることと同様である。すなわち、研磨の精度を高くするためには、より小さなサイズの砥粒を用いる必要がある。通常、砥粒は、そのサイズが小さくなるほど高価であり、研磨の精度を高くするほど加工費用が高くなる。
また、粗研磨と仕上げ研磨とを順次行なう場合には、大きなサイズの砥粒を含むスラリを用いて粗研磨をし、そして小さなサイズの砥粒を含むスラリを用いて仕上げ研磨をする必要がある。すなわち、研磨の精度を変えるためには、砥粒スラリの交換が必要となる。
さらに従来のラップ装置においては、研磨の途中で砥粒スラリの溶媒が乾燥してしまうと、研磨対象物の表面と、砥粒もしくは研磨プレートの表面とが乾燥状態で接触するために、研磨対象物の表面にスクラッチが発生し易い。このため、従来のラップ装置は、スラリの溶媒の乾燥を防止するために、研磨の途中でスラリを連続的もしくは間歇的に補充する必要があり、スラリの使用量が多いという問題を有している。
このようなラップ装置とは別に、超音波を利用して加工対象物を穴あけ、あるいは切削する加工方法が知られている。この加工方法においては、加工対象物の表面に、砥粒を含む溶液を介して、加工対象物の表面に垂直な方向に超音波振動する工具が押し付けられる。工具の超音波振動のエネルギーは砥粒に付与され、砥粒は、加工対象物の表面に繰り返し衝突して加工対象物表面を粉砕する。加工対象物は、砥粒の衝突による表面の破砕が続けられて、穴あけ、あるいは切削される。また、加工対象物の表面に、砥粒を含む溶液を介して、加工対象物の表面に平行な方向に超音波振動する工具を押しつけて、加工対象物の表面を研磨する加工方法も知られている。このように、加工対象物の表面に、砥粒を含む溶液を介して超音波振動する工具を押し付けて、加工対象物の穴あけ、切削、あるいは研磨などを行なう加工方法は、一般に、超音波砥粒加工方法と呼ばれている。超音波砥粒加工方法においても、加工後の加工対象物の表面の粗さは、主として砥粒のサイズにより定まることが知られている。
また、超音波振動する振動体の表面に置かれた物体が、振動体の表面から浮上することが知られている。
本発明の目的は、研磨対象物表面におけるスクラッチの発生が低減され、そして同じサイズの砥粒を用いた場合に、従来よりも精度が高い研磨を実現することができるラップ装置を提供することにある。
本発明の目的はまた、砥粒スラリを交換することなく研磨の精度を調節できるラップ装置を提供することにある。
［発明の開示］
本発明は、回転軸により軸支されたラップ盤、ラップ盤の表面に砥粒スラリを供給するスラリ供給装置、そして研磨対象物を上記ラップ盤の表面に砥粒スラリを介して接触させながら回転可能に保持する研磨対象物保持具を含むラップ装置であって、上記ラップ盤、このラップ盤の回転軸及び研磨対象物保持具のうちの少なくとも一つに、ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、そして上記超音波振動付与手段には電気エネルギーを供給する手段が備えられていることを特徴とするラップ装置にある。
すなわち、本発明は、超音波による物体の浮上現象を利用して、ラップ装置による研磨の効率と精度の向上を実現するものである。
本発明のラップ装置の好ましい態様は、下記の通りである。
（１）研磨対象物保持具に、保持した研磨対象物をラップ盤表面に押し付ける加圧具が備えられている。
（２）ラップ盤もしくはラップ盤の回転軸に上記超音波振動付与手段が付設され、研磨対象物保持具にラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている。
（３）研磨対象物保持具に上記超音波振動付与手段が付設され、ラップ盤もしくはラップ盤の回転軸にラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている。
（４）上記のラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段に、ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている。
（５）超音波振動付与手段に電気エネルギーを供給する手段に、電気エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節する機構が備えられている。
本発明はまた、上記（５）に記載されたラップ装置を用い、ラップ盤表面で研磨されている研磨対象物の研磨の進行に応じて超音波振動付与手段に与える電気エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節することを特徴とするラップ加工方法にもある。
本発明はまた、回転軸により軸支された下側ラップ盤、下側ラップ盤の表面に砥粒スラリを供給するスラリ供給装置、そして回転軸により軸支され、研磨対象物を下側ラップ盤の表面に砥粒スラリを介して接触させながら回転可能に保持する上側ラップ盤（但し、上側ラップ盤の表面は研磨対象物に砥粒スラリを介して接触する）を含む両面ラップ装置であって、下側ラップ盤、下側ラップ盤の回転軸、上側ラップ盤及び上側ラップ盤の回転軸のうちの少なくとも一つに、両ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、そして上記超音波振動付与手段には電気エネルギーを供給する手段が備えられていることを特徴とするラップ装置にもある。以下、このラップ装置を、両面ラップ装置と記載する。
本発明の両面ラップ装置の好ましい態様は、下記の通りである。
（１）下側ラップ盤もしくは下側ラップ盤の回転軸に上記超音波振動付与手段が付設され、上側ラップ盤もしくは上側ラップ盤の回転軸に両ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている。
（２）上側ラップ盤もしくは上側ラップ盤の回転軸に上記超音波振動付与手段が付設され、下側ラップ盤もしくは下側ラップ盤の回転軸に両ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている。
（３）上記の両ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段に、両ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段が付設され、この超音波振動付与手段にも電気エネルギーを供給する手段が備えられている。
（４）超音波振動付与手段に電気エネルギーを供給する手段に、電気エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節する機構が備えられている。
本発明はまた、上記（４）に記載されたラップ装置を用い、ラップ盤表面で研磨されている研磨対象物の研磨の進行に応じて超音波振動付与手段に与える電気エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節することを特徴とするラップ加工方法にもある。
［発明の詳細な説明］
本発明を、添付の図面を用いて説明する。図４は、本発明に従うラップ装置の構成例を示す正面図である。図４のラップ装置は、回転軸１２により軸支されたラップ盤１３、ラップ盤１３の表面に砥粒スラリ１４を供給するスラリ供給装置１５、そして研磨対象物１６をラップ盤１３の表面に砥粒スラリを介して接触させながら回転可能に保持する研磨対象物保持具１７などから構成されている。ラップ盤１３には、ラップ盤１３の支持具１８を介して、ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段４１ａ及び４１ｂが付設されている。各々の超音波振動付与手段は、ボルトなどを用いて支持具１８に固定されている。各々の超音波振動付与手段は、これにより発生した超音波振動を支持具１８に効率良く付与するために、グリースなどの音響整合材料層を介して支持具に固定されていることが好ましい。超音波振動付与手段４１ａ及び４１ｂには、その各々に電気エネルギーを供給する手段として交流電源４７が備えられている。各々の超音波振動付与手段と交流電源４７とは、モータ１１の回転軸１２に備えられたスリップリング４６を介して電気的に接続される。図４のラップ装置の構成は、超音波振動付与手段４１ａ及び４１ｂと、交流電源４７とが備えられていること以外は、図１のラップ装置と同様である。
超音波振動付与手段４１ａとしては、圧電セラミック４２ａ及び４２ｂと、電極板４３ａ〜４３ｃとを、上側金属部材４４ａと下側金属部材４４ｂとで挟んだ状態でボルト締めして構成されるランジュバン型振動子が用いられている。圧電セラミック４２ａ及び４２ｂのそれぞれは、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系のセラミック材料から形成される。電極板４３ａ〜４３ｃのそれぞれは、例えば、リン青銅から形成される。上側金属部材４４ａ及び下側金属部材４４ｂのそれぞれは、例えば、アルミニウムから形成される。
圧電セラミック４２ａ及び４２ｂのそれぞれは、その厚み方向に分極されている。このため、各々の圧電セラミックと、その両面に付設されている電極板とにより、縦振動モードの圧電振動子が構成される。電極板４３ａと電極板４３ｃとは、電気配線４５ａにより電気的に接続されている。交流電源４７により、スリップリング４６、そして電気配線４５ｂを介して、電極板４３ｂ及び電極板４３ｃに交流電圧が印加されると、圧電セラミック４２ａ及び４２ｂのそれぞれは、その面に垂直な方向、すなわちラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を発生する。これにより、超音波振動付与手段４１ａは、ラップ盤１３に垂直な方向に振動する超音波振動を、支持具１８を介してラップ盤に付与する。超音波振動付与手段４１ｂの構成は、超音波振動付与手段４１ｂと同様である。
超音波振動付与手段は、ラップ盤１３、ラップ盤の回転軸１２、および研磨対象物保持具１７のうちの少なくとも一つに付設されていればよい。超音波振動付与手段の例としては、電歪振動子及び磁歪振動子が挙げられる。電歪振動子の例としては、圧電セラミックの各々の面に電極が付設された構成の圧電振動子、および前記ランジュバン型振動子が挙げられる。磁歪振動子の例としては、金属磁歪振動子、およびフェライト振動子が挙げられる。超音波振動付与手段としては、その構成が簡単であることから電歪振動子を用いることが好ましい。
次に、図４のラップ装置を用いて、研磨対象物を研磨する手順について説明する。まず研磨対象物１６を、ワックスなどを用いて、研磨対象物保持具１７に保持（仮固定）する。研磨対象物１６が保持された研磨対象物保持具１７を、その側面が二本のローラ２０によって支持されるように、ラップ盤１３の表面に置く。そしてモータ１１を駆動して、モータ１１の回転軸１２に固定されたラップ盤１３を回転させる。ラップ盤１３の回転に伴って、ローラ２０により支持された研磨対象物保持具１７が回転する。ラップ盤１３が回転を始めるのとほぼ同時に、スラリ供給手段１５から、ラップ盤の表面に砥粒スラリ１４を滴下する。ラップ盤１３の回転に伴って、砥粒スラリ１４は、研磨対象物１６とラップ盤１３との間に供給される。さらに、ラップ盤１３が回転を始めるのとほぼ同時に、交流電源４７により、超音波振動付与手段４１ａ及び４１ｂのそれぞれに、交流電圧を印加する。交流電圧の印加により、超音波振動付与手段４１ａ及び４１ｂのそれぞれは、ラップ盤１３の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を発生する。この超音波振動は、支持具１８を伝わって、ラップ盤１３に付与される。
ラップ盤１３と、研磨対象物保持具１７に保持された研磨対象物１６とが、砥粒スラリを介して回転することにより、研磨対象物１６の表面が研磨される。
次に、図４のラップ装置により、精度が高い研磨を実現できる理由について説明する。図５は、図４のラップ装置による研磨について説明する断面図である。図５においては、研磨対象物１６がスラリの砥粒により研磨されている状態を説明するために、砥粒５１を実際よりも大きなサイズで記載する。また、砥粒スラリの溶媒は、記載を省略する。
図５（ａ）は、ラップ盤１３に超音波振動が付与されていない場合に、砥粒５１によって研磨対象物１６の表面が研磨されている状態を示している。ラップ盤１３と、研磨対象物保持具１７に保持された研磨対象物１６とは、各々の表面に砥粒５１の一部が押し込まれた状態で回転している。このため、研磨対象物１６の表面が、砥粒５１によって研磨される。ラップ盤に超音波振動が付与されていないために、研磨後の研磨対象物の表面の精度は、従来のラップ装置によって研磨した場合と同様の精度である。
図５（ｂ）は、ラップ盤１３に超音波振動が付与されている場合に、砥粒５１によって研磨対象物１６の表面が研磨されている状態を示している。ラップ盤１３は、超音波振動が付与されているために、その表面に垂直な方向に超音波振動する。このようにラップ盤１３が超音波振動すると、ラップ盤１３の表面から発せれらた超音波の音圧によって、ラップ盤１３と研磨対象物１６との間隔が極僅かに広がると推測される。図５（ｂ）に示すように、ラップ盤１３と研磨対象物１６との間隔が極僅かに広がると、研磨対象物１６と砥粒５１との接触面積は、図５（ａ）の場合よりも小さくなる。このため、超音波振動の付与によって、研磨対象物１６を、砥粒５１よりも小さなサイズの砥粒によって研磨した場合と同様に、高い精度で研磨することができる。
図５（ｃ）は、ラップ盤１３に、図５（ｂ）で付与した超音波振動よりも大きな超音波振動が付与されている場合に、砥粒５１によって研磨対象物１６の表面が研磨されている状態を示している。ラップ盤１３に、より大きな超音波振動が付与されているために、ラップ盤１３と研磨対象物１６との間隔がさらに広がって、研磨対象物１６と砥粒５１との接触面積は、図５（ｂ）の場合よりも小さくなる。従って、研磨対象物１６を、さらに高い精度で研磨することができる。また、本発明のラップ装置は、研磨対象物の表面を所定の精度で研磨する場合に、従来のラップ装置よりも大きなサイズの砥粒を用いることができる。前述のように、砥粒は、そのサイズが小さくなるほど高価となる。このため、本発明のラップ装置を用いると、研磨に要する加工費用を低減することができる。
また、前記のように、ラップ盤に超音波振動を付与することによって、研磨対象物と砥粒との接触面積、すなわち互いの摩擦が小さくなる。研磨対象物と砥粒との摩擦が小さくなると、研磨の途中で砥粒スラリの溶媒が乾燥した場合における研磨対象物表面のスクラッチの発生が低減される。このため、従来のように砥粒スラリの溶媒を乾燥させないために補充されていたスラリの量を少なくすることができる。特に、砥粒としてダイアモンド粉末を用いる場合には、スラリの補充量を少なくすることができると、研磨に要する加工費用を大幅に低減することができる
また、本発明に従うラップ装置は、ラップ盤（もしくは研磨対象物保持具など）に超音波振動を付与しないで研磨した場合と、超音波を付与して研磨した場合とで、研磨対象物を異なる精度で研磨することができる。このような特徴を生かして、まず、ラップ盤に超音波振動を付与しないで研磨対象物を粗研磨し、次いでラップ盤に超音波振動を付与することにより、用いる砥粒スラリを交換することなく、この研磨対象物を仕上げ研磨することができる。
本発明に従うラップ装置の超音波振動付与手段に備えられた交流電源（電気エネルギー供給手段）には、超音波振動付与手段に供給する交流電圧の電圧値もしくは周波数値を調節する機構が備えられていることが好ましい。
超音波振動付与手段に供給する交流電圧の電圧値もしくは周波数値を調節することにより、超音波振動付与手段の発生する超音波振動の大きさ、すなわち研磨の精度を調節することができる。なお、超音波振動付与手段は、供給された交流電圧の周波数値が、超音波振動付与手段の共振周波数値と一致するときに最も大きな超音波振動を発生し、周波数値が共振周波数値より高い値又は低い値であるときには、前記よりも小さな超音波振動を発生する。
そして、このような交流電源が備えられたラップ装置を用いて、ラップ盤表面で研磨されている研磨対象物の研磨の進行に応じて超音波振動付与手段に与える交流電圧（電気エネルギー）の電圧値もしくは周波数を調節しながら、研磨対象物を研磨することが好ましい。すなわち、粗加工の段階では、ラップ盤に超音波振動を付与せずに研磨対象物を研磨し、研磨の進行に応じて、次第に大きな超音波振動を付与して研磨対象物をより高い精度で研磨していくことにより、研磨対象物を効率良く研磨することができる。研磨の進行具合は、例えば、研磨中の研磨パッドと研磨対象物との摩擦の大きさから検出することができる。例えば、研磨の進行具合を、ラップ盤をモータにより一定の回転数で回転させた場合に、前記摩擦の大きさと相関するモータに流れる電流値から検出することができる。
図６は、本発明に従うラップ装置の別の構成例を示す正面図である。図６に示すように、超音波振動付与手段６１は、研磨対象物１６を保持する研磨対象物保持具１７に付設されていてもよい。超音波振動付与手段６１の構成は、図４のラップ装置の超音波振動付与手段４１ａと同様である。超音波振動付与手段６１には、これに電気エネルギーを供給する手段として、交流電源４７が備えられている。交流電源４７は、スリップリング４６を介して、超音波振動付与手段６１に交流電圧を印加する。図６のラップ装置の構成は、超音波振動付与手段６１と、交流電源４７とが備えられていること以外は、図１のラップ装置と同様である。
図６のラップ装置においては、ラップ盤１３よりも小さなサイズの研磨対象物保持具１７に超音波振動を付与して、保持具１７に保持された研磨対象物１６の表面を超音波振動させる。このため、超音波振動付与手段を小型化、あるいはこれに供給する電気エネルギーを小さくすることができる。
図７は、本発明に従うラップ装置のさらに別の構成例を示す正面図である。図７のラップ装置においては、ラップ盤１３に超音波振動付与手段７１ａ及び７１ｂが、そして研磨対象物保持具１７に超音波振動付与手段７１ｃ及び７１ｄが付設されている。超音波振動付与手段７１ａ及び７１ｂの構成は、図４のラップ装置の超音波振動付与手段４１ａと同様である。超音波振動付与手段７１ｃ及び７１ｄのそれぞれとしては、圧電振動子が用いられている。超音波振動付与手段７１ｃ及び７１ｄには、その各々に電気エネルギーを供給する手段として交流電源４７ｂが備えられている。交流電源４７ｂは、スリップリング４６ｂを介して、超音波振動付与手段７１ｃ及び７１ｄのそれぞれに交流電圧を印加する。
研磨対象物保持具１７は、その上面に付設されたモータ１１ｂを駆動させることにより、モータの回転軸１２ｂと共に回転する。研磨対象物保持具１７には、モータ１２ｂを介して、保持した研磨対象物１６をラップ盤１３の表面に押し付けるための加圧具として、バネ３４が備えられいる。
図７のラップ装置の構成は、超音波振動付与手段７１ａ〜７１ｄと、交流電源４７ａ及び４７ｂとが備えられていること以外は、図３のラップ装置と同様である。図７のラップ装置においては、ラップ盤１３及び研磨対象物１６のそれぞれが超音波振動し、そして研磨対象物１６がモータ１２ｂによって回転されるため、高速かつ高精度の研磨を実現することができる。
図８は、本発明に従うラップ装置のさらに別の構成例を示す正面図である。図８のラップ装置においては、図４のラップ装置と同様に、ラップ盤１３に、その表面に垂直な方向に振動する超音波振動を付与する超音波振動付与手段８１ａ及び８１ｂが付設されている。さらに、ラップ装置の研磨対象物保持具８７に、ラップ盤１３の表面に平行な方向に振動する超音波振動を付与する超音波振動付与手段８１ｃが付設されている。そして超音波振動付与手段８１ｃにも、電気エネルギーを供給する手段として交流電源４７ｂが備えられている。交流電源４７ｂは、スリップリング４６ｂを介して、超音波振動付与手段８１ｃに交流電圧を印加する。
超音波振動付与手段８１ａ〜８１ｃのそれぞれの構成は、図４のラップ装置の超音波振動付与手段４１ａと同様である。すなわち、超音波振動付与手段８１ａ〜８１ｃのそれぞれは、縦振動モードの圧電振動子を備えたランジュバン型振動子である。超音波振動付与手段８１ａ及び８１ｂのそれぞれは、交流電源４７ａにより交流電圧が印加されると、ラップ盤１３の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を発生し、この超音波振動をラップ盤１３に付与する。超音波振動付与手段８１ｃは、交流電源４７ｂにより交流電圧が印加されると、ラップ盤１３の表面に平行な方向に振動する超音波振動を発生する。この超音波振動は、研磨対象物保持具８７を介して、研磨対象物１６に付与される。このような超音波振動が付与された研磨対象物１６は、ラップ盤１３の表面と平行な方向に振動する。研磨対象物１６の表面が、ラップ盤１３の表面に平行な方向に超音波振動すると、研磨対象物１６の表面がより高い速度で研磨される。
また、研磨対象物保持具１７に、ラップ盤１３の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を付与する超音波振動付与手段を付設し、ラップ盤１３に、ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を付与する超音波振動付与手段を付設してもよい。例えば、ラップ盤１３の側面に、図８の超音波振動付与手段８１ｃを付設することにより、ラップ盤に、その表面に平行な方向に振動する超音波振動を付与することができる。
図９は、本発明のラップ装置に用いられる超音波振動付与手段の別の構成例を示す図である。図９の超音波振動付与手段は、四個の圧電セラミック９２ａ〜９２ｄと、五個の電極板９３ａ〜９３ｅとを、上側金属部材９４ａと下側金属部材９４ｂとで挟んだ状態でボルト締めした構成のランジュバン型振動子である。
電極板９３ａと電極板９３ｃとは、電気配線９５ａにより電気的に接続され、そして電極板９３ｃと電極板９３ｅとは、電気配線９５ｂにより電気的に接続されている。電極板９３ａ及び９３ｂには、圧電セラミック９２ａ及び９２ｂのそれぞれに電気エネルギーを供給する手段として、交流電源９７ａが接続されている。同様に、電極板９３ｄ及び９３ｅには、圧電セラミック９２ｃ及び９２ｄのそれぞれに電気エネルギーを供給する手段として、交流電源９７ｂが接続されている。
図１０は、図９の超音波振動付与手段の圧電セラミック９２ｃ及び９２ｄの構成と、その振動方向について説明する図である。圧電セラミック９２ｃ及び９２ｄのそれぞれは、その厚み方向（図１０に記入した実線の矢印が示す方向）に分極されている。圧電セラミック９２ｃ及び９２ｄのそれぞれと、その両面に付設された電極板とにより、縦振動モードの圧電振動子が構成される。
各々の圧電セラミックは、その両面に付設された電極板を介して交流電圧が印加されると、その厚み方向に振動する。図１０に記入した破線の矢印が示す方向は、各々の圧電セラミックの振動方向（超音波振動の振動方向）を示している。
従って、図９の超音波振動付与手段の頂面を、ラップ盤の研磨対象物とは逆の側の面に固定した場合、圧電セラミック９２ｃ及び９２ｄが振動することにより、超音波振動付与手段は、ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を発生し、この超音波振動をラップ盤に付与する。ラップ盤の表面が、その表面に垂直な方向に超音波振動すると、研磨対象物がより高い精度で研磨される。
図１１は、図９の超音波振動付与手段の圧電セラミック９２ａ及び９２ｂの構成と、その振動方向について説明する図である。圧電セラミック９２ａは、四個の圧電セラミック１１１ａ〜１１１ｄが、例えばエポキシ樹脂１１４によって互いに接合された構成を有している。圧電セラミック１１１ａ〜１１１ｄのそれぞれは、これらを互いに接合して構成される円盤状の圧電セラミック９２ａの周方向（図１１に記入した実線の矢印が示す方向）に分極されている。圧電セラミック９２ｂの構成は、圧電セラミック９２ａと同様である。そして圧電セラミック９２ａ及び９２ｂのそれぞれと、その両面に付設された電極板とにより、ねじれ振動モードの圧電振動子が構成される。
圧電セラミック９２ａ及び９２ｂのそれぞれは、その両面に付設された電極板を介して交流電圧が印加されると、その周方向に沿って振動する。図１１に記入した破線の矢印が示す方向は、圧電セラミック９２ａ及び９２ｂの各々の振動方向（超音波振動の振動方向）を示している。
従って、図９の超音波振動付与手段の頂面を、ラップ盤の研磨対象物とは逆の側の面に固定した場合、圧電セラミック９２ｃ及び９２ｄが振動することにより、超音波振動付与手段は、ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を発生し、この超音波振動をラップ盤に付与する。ラップ盤の表面が、その表面に平行な方向に超音波振動すると、研磨対象物がより高い速度で研磨される。
このように、図９の超音波振動付与手段は、ラップ盤に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段と、ラップ盤に平行な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段とが、一体化された構成を有している。
図１２は、図１１の圧電セラミック９２ａ及び９２ｂの別の構成例について説明する図である。圧電セラミック１２２ａは、二個の圧電セラミック１２１ａ及び１２１ｂが、例えばエポキシ樹脂１１４によって互いに接合された構成を有している。圧電セラミック１２１ａ及び１２１ｂのそれぞれは、その厚み方向（図１２に記入した実線の矢印が示す方向）に分極されている。圧電セラミック１２２ｂの構成は、圧電セラミック１２２ａと同様である。そして圧電セラミック１２２ａ及び１２２ｂのそれぞれと、その両面に付設された電極板とにより、たわみ振動モードの圧電振動子が構成される。
圧電セラミック１２２ａ及び１２２ｂのそれぞれは、その両面に付設された電極板を介して交流電圧が印加されると、図１２に記入した破線の矢印が示す方向にたわみ振動する。たわみ振動は、圧電セラミックの面に水平な方向に振動する超音波振動成分を有している。
従って、図９の超音波振動付与手段のねじれ振動モードの圧電振動子に代えて、たわみ振動モードの圧電振動子用い、この超音波振動付与手段の頂面を、ラップ盤の研磨対象物とは逆の側の面に固定した場合、圧電セラミック１２２ａ及び１２２ｂが振動することにより、超音波振動付与手段は、ラップ盤の表面に平行な方向の振動成分を有する超音波振動を発生させ、この超音波振動をラップ盤に付与する。
図１３は、図１１の圧電セラミック９２ａ及び９２ｂの別の構成例について説明する図である。圧電セラミック１３２ａ及び１３２ｂのそれぞれは、その表面に平行な方向（図１３に記入した実線の矢印が示す方向）に分極されている。そして圧電セラミック１３２ａ及び１３２ｂのそれぞれと、その両面に付設された電極板とにより、すべり振動モードの圧電振動子が構成される。
圧電セラミック１３２ａ及び１３２ｂのそれぞれは、その両面に付設された電極板を介して交流電圧が印加されると、その面に沿った方向に振動する。図１３に記入した破線の矢印が示す方向は、圧電セラミック１３２ａ及び１３２ｂの各々の振動方向（超音波振動の振動方向）を示している。
従って、図９の超音波振動付与手段のねじれ振動モードの圧電振動子に代えて、すべり振動モードの圧電振動子用い、この超音波振動付与手段の頂面を、ラップ盤の研磨対象物とは逆の側の面に固定した場合、圧電セラミック１３２ａ及び１３２ｂが振動することにより、超音波振動付与手段は、ラップ盤の表面に平行な方向に振動する超音波振動を発生させ、この超音波振動を、ラップ盤に付与する。なお、このような矩形板状の圧電セラミックを用いた場合には、超音波振動付与手段は、角柱状の形状とされる。
図１４は、本発明に従うラップ装置のさらに別の構成例を示す部分断面図である。図１４のラップ装置は、回転軸１４２ａにより軸支された下側ラップ盤１４３ａ、下側ラップ盤１４３ａの表面に砥粒スラリ１４を供給するスラリ供給装置１５、そして回転軸１４２ｂにより軸支され、研磨対象物１６を下側ラップ盤１４３ａの表面に砥粒スラリを介して接触させながら回転可能に保持する上側ラップ盤１４３ｂなどから構成されている。上側ラップ盤１４３ｂの表面は、研磨対象物１６に砥粒スラリを介して接触する。そして下側ラップ盤１４３ｂには、両ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を与える超音波振動付与手段１４１ａ及び１４１ｂが付設されている。そして超音波振動付与手段１４１ａ及び１４１ｂには、その各々に電気エネルギーを供給する手段として交流電源（図示は略する）が備えられている。
研磨対象物１６は、その側端部にて研磨対象物保持具１４７に保持されている。研磨対象物保持具１４７は、回転軸１４２ｃにより軸支され、回転可能とされている。
スラリ供給装置１５は、上側ラップ盤１４３ｂに付設された環状の砥粒スラリ流路１４５に、砥粒スラリ１４を滴下する。環状砥粒スラリ流路１４５に滴下されたスラリは、砥粒スラリ供給用チューブ１４６、上側ラップ盤に形成された透孔１４８、そして研磨対象物保持具１４７に形成された透孔（図示は略する）を通って、下側ラップ盤１４３ａの表面に供給される。上側ラップ盤１４３ｂ、下側ラップ盤１４３ａ、そして研磨対象物１６が回転することにより、下側ラップ盤１４３ａの表面に供給された砥粒スラリは、研磨対象物１６と、各々のラップ盤との間に供給される。
超音波振動付与手段１４１ａ及び１４１ｂにより、両ラップ盤の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を、下側ラップ盤１４３ａに付与しながら、上側ラップ盤１４３ｂ、下側ラップ盤１４３ａ、およびて研磨対象物１６を回転させることにより、研磨対象物１６の両面のそれぞれを、高い精度で研磨することができる。
図１４のラップ装置の好ましい態様は、前記研磨対象物の片面を研磨するラップ装置と同様である。また片面を研磨するラップ装置を用いる場合と同様に、図１４のラップ装置を用いて、ラップ盤表面で研磨されている研磨対象物の研磨の進行に応じて超音波振動付与手段に与える電気的エネルギーの電圧値もしくは周波数値を調節しながら、加工対象物を研磨することが好ましい。
なお、本発明のラップ装置によって研磨対象物を研磨するときに、砥粒スラリの溶媒として酸性溶液やアルカリ性溶液などを用いることにより、研磨対象物の表面を、化学的・機械的に研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工することができる。
［産業上の利用可能性］
本発明のラップ装置は、同じサイズの砥粒を含むスラリを用いた場合に、従来のラップ装置よりも高い精度の研磨を実現することができる。また、ラップ盤（もしくは研磨対象物保持具など）に超音波振動を付与することにより、研磨対象物表面と砥粒との摩擦が小さくなり、研磨対象物の表面におけるスクラッチの発生が低減される。そして本発明のラップ装置は、研磨精度の調節が可能であるため、砥粒スラリを交換することなく、研磨対象物を粗研磨し、次いで仕上げ研磨をすることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来のラップ装置の構成例を示す正面図である。
図２は、図１のラップ装置の平面図である。
図３は、従来のラップ装置の別の構成例を示す正面図である。
図４は、本発明に従うラップ装置の構成例を示す正面図である。
図５は、図４のラップ装置の研磨について説明する断面図である。
図６は、本発明に従うラップ装置の別の構成例を示す正面図である。
図７は、本発明に従うラップ装置のさらに別の構成例を示す正面図である。
図８は、本発明に従うラップ装置のさらに別の構成例を示す正面図である。
図９は、本発明のラップ装置に用いられる超音波振動付与手段の別の構成例を示す図である。
図１０は、図９の超音波振動付与手段の圧電セラミック９２ｃ及び９２ｄの構成と、その振動方向について説明する図である。
図１１は、図９の超音波振動付与手段の圧電セラミック９２ａ及び９２ｂの構成と、その振動方向について説明する図である。
図１２は、図１１に示す圧電セラミック９２ａ及び９２ｂの別の構成例について説明する図である。
図１３は、図１１に示す圧電セラミック９２ａ及び９２ｂのさらに別の構成例について説明する図である。
図１４は、本発明に従うラップ装置のさらに別の構成例を示す部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2003080293.tif 000009
【図８】
2003080293.tif 000010
【図９】
2003080293.tif 000011
【図１０】
2003080293.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2003080293.tif 000014
【図１３】
2003080293.tif 000015
【図１４】
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【国際調査報告】
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2003080293.tif 000018
2003080293.tif 000019
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