(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のキャリア基板にワーク保持孔を形成するための開口を設け、該開口の内周にキャリア基板より軟質のインサートを固定し、このインサートの内側を上記ワーク保持孔としたワークキャリアにおいて、
上記インサートは上記開口の内周面の全面に取り付けられ、
上記開口の内周の少なくとも一部に、溝壁に角部を有する角溝形の係止溝が該開口の周方向に延設されると共に、上記インサートの外周の少なくとも一部に、上記係止溝の角部に適合する角部を備えた角形断面の係止突条が該インサートの周方向に延設され、
上記係止溝の断面形状は、上記開口の内周から該開口の径方向外側に向けて次第に溝幅が狭くなるように形成されると共に、上記キャリア基板の厚さの中心に対して対称形をなし、また、上記係止突条の断面形状は、上記インサートの外周から該インサートの径方向外側に向けて次第に厚さが薄くなるように形成されると共に、上記インサートの厚さの中心に対して対称形をなし、上記係止突条が上記係止溝内に嵌合、係止することによって上記インサートがキャリア基板に固定されていることを特徴とするワークキャリア。
【請求項２】
上記係止溝及び係止突条の断面形状が、Ｖ字状又は台形状であることを特徴とする請求項１に記載のワークキャリア。
【請求項３】
上記キャリア基板の開口の口縁を所定の間隔をおいて凹状に切り欠くことにより、該開口の内周に、複数の凹部と、隣接する凹部間に介在する張出部とが形成され、また、上記インサートの外周には、上記凹部に嵌合する複数の凸部と、隣接する凸部間に介在して上記張出部が嵌合する窪み部とが形成され、互いに嵌合する凹部と凸部及び／又は張出部と窪み部とに上記係止溝と係止突条とが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のワークキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面研磨装置で半導体ウエハや磁気ディスク基板、光ディスク基板、あるいはガラスディスク基板のような円板状又は角板状をしたワークを研磨加工する場合に、これらのワークの保持に使用されるワークキャリアに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ラッピング装置やポリッシング装置等の平面研磨装置で上述した各種ワークの表面を研磨加工する場合、該ワークの保持に図１３に示すようなワークキャリア１が使用される。このワークキャリア１は、円板形をしていて、外周にギア２を有すると共に、一つ以上のワーク保持孔３を有するもので、このワーク保持孔３内にワークＷを嵌合、保持させた状態で、図１４に示すように、外周のギア２を平面研磨装置のサンギア４とインターナルギア５とに噛合させて上定盤６と下定盤７との間に配設し、上記サンギア４とインターナルギア５とでこのワークキャリア１を自転及び公転させながら、該ワークキャリア１が保持するワークＷを上下の定盤６，７によって研磨加工するものである。
【０００３】
上記ワークキャリア１は通常、ステンレス鋼やＳＫ鋼といった硬質の金属素材で形成されている。このため、ワークＷの研磨加工時に該ワークがワーク保持孔３の内周に接触すると、損傷を受けて不良品になるおそれがある。
そこで、従来より、例えば特許文献１〜４に記載されているように、ワーク保持孔の内周に環状をした軟質のインサートを取り付け、このインサートにワークの外周を接触させるようにした各種ワークキャリアが提案されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載のワークキャリアは、図１５に示すように、該ワークキャリヤ１の厚さ方向に平坦な内周面３ａを有する円形のワーク保持孔３の内部に、厚さ方向に平坦な外周面８ａを有する円環状のインサート（薄板保持部）８を嵌合し、該インサート８の外周面８ａとワーク保持孔３の内周面３ａとを接着剤等で固着したものであって、平坦な円周面同士を接着しているため、ワーク研磨時の作用力によってそれらの接着部分が剥離し、インサート８が傾いたりワーク保持孔３の軸線方向に位置ずれしたりして、脱落し易いという欠点がある。
【０００５】
また、特許文献２及び特許文献３に記載のものは、図１６に示すように、円形のワーク保持孔３の内周面３ａを凹状の曲面に形成し、この凹状曲面部に、外周面８ａが突状の曲面となったリング状のインサート（クッション材）８を嵌合して接着により固定しているが、滑らかな曲面同士の接着であるため、インサート８が上記曲面状の内周面３ａに沿って位置ずれし、ついには脱落することも考えられる。
【０００６】
一方、特許文献４に記載のワークキャリアは、図１７に示すように、金属板１ａに設けたワーク保持孔（貫通孔）３の口縁の一部又は全部に面取り部分３ｂを形成し、該ワーク保持孔３の周辺部と内周部とをインサート（樹脂成型積層物）８で被覆したもので、上記面取り部分３ｂにおいてインサート８は、ワーク保持孔３の孔縁部分を外側から包み込んだ状態に被覆されている。換言すれば、インサート８の外周の角溝８ｂ内に、ワーク保持孔３の角形をした孔縁３ｃが嵌合した形になっている。このため、上記引用文献１〜３に記載されたものに比べると、インサート８の位置ずれが生じにくく、脱落防止には有効であると思われる。
【０００７】
しかしながら、この特許文献４に記載のワークキャリヤ１は、金属板１ａの面取り部分３ｂをインサート８が外側から覆っているため、該インサート８の上記金属板１ａからワーク保持孔３の内側に延出してキャリアの上下面に露出する部分８ｃの露出幅Ｈが必然的に大きくなり、ワークＷの研磨加工時に、図１８に示すように、金属板１ａより軟質の該インサート８が上下の定盤により研磨されて摩耗し易い。そして、このようにインサート８が摩耗すると、ワークＷの端部の研磨量が多くなって該端部において平面度が低下する「面ダレ」の現象が生じ易くなる。
【特許文献１】特開２００３−３０５６３７号公報
【特許文献２】特開２０００−２８８９２２号公報
【特許文献３】特開２００６−６８８９５号公報
【特許文献４】特開２００２−１８７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の目的は、ワークキャリアにおける上記従来の問題点を解消し、ワーク保持孔の内周部分に設けたインサートの位置ずれや脱落等を生じにくくすると共に、該インサートのワーク研磨加工時における摩耗を防止して、該インサートの摩耗に伴うワーク外周部の面ダレを防止するワークキャリアを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明のワークキャリアは、金属製のキャリア基板にワーク保持孔を形成するための開口を設け、該開口の内周にキャリア基板より軟質のインサートを固定し、このインサートの内側を上記ワーク保持孔としたワークキャリアにおいて、上記インサートは上記開口の内周面の全面に取り付けられ、上記開口の内周の少なくとも一部に、溝壁に角部を有する角溝形の係止溝が該開口の周方向に延設されると共に、上記インサートの外周の少なくとも一部に、上記係止溝の角部に適合する角部を備えた角形断面の係止突条が該インサートの周方向に延設され、上記係止溝の断面形状は、上記開口の内周から該開口の径方向外側に向けて次第に溝幅が狭くなるように形成されると共に、上記キャリア基板の厚さの中心に対して対称形をなし、また、上記係止突条の断面形状は、上記インサートの外周から該インサートの径方向外側に向けて次第に厚さが薄くなるように形成されると共に、上記インサートの厚さの中心に対して対称形をなし、上記係止突条が上記係止溝内に嵌合、係止することによって上記インサートがキャリア基板に固定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、上記係止溝及び係止突条の断面形状は、Ｖ字状又は台形状であることが望ましい。
【００１１】
本発明においては、上記キャリア基板の開口の口縁を所定の間隔をおいて凹状に切り欠くことにより、該開口の内周に、複数の凹部と、隣接する凹部間に介在する張出部とが形成され、また、上記インサートの外周には、上記凹部に嵌合する複数の凸部と、隣接する凸部間に介在して上記張出部が嵌合する窪み部とが形成され、互いに嵌合する凹部と凸部及び／又は張出部と窪み部とに上記係止溝と係止突条とが形成されていても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、キャリア基板の開口の内周に形成した角溝形の係止溝に、インサートの外周に形成した角形の係止突条を嵌合、係止させているので、該インサートのキャリア基板に対する係止力が大きく、円弧状の係止溝と係止突条とを組み合わせた従来品のような係止溝に沿った滑りが生じにくい。この結果、ワークの研磨加工時の作用力によるインサートの位置ずれや脱落等が確実に防止されることになる。
しかも、上記インサートが外周に係止突条を有することによって該インサートの内外径方向幅が広くても、この係止突条は上記係止溝に嵌合することによってキャリア基板で両側から覆われるため、該インサートの、上記開口の内周端より内側に延在してキャリアの上下面に露出する露出幅は狭く、このため、ワーク研磨加工時におけるインサートの摩耗が防止され、該インサートの摩耗に伴うワーク外周部の面ダレが防止されるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に係るワークキャリアの一実施形態を示すものである。このワークキャリア１０は、円板形をしていて、外周にギア１１を有すると共に、内部に円形をした１つ以上のワーク保持孔１２を有するもので、図１４に示す公知例と同様に、上記ワーク保持孔１２内に円形のワークＷを嵌合、保持させた状態で、外周のギア１１を平面研磨装置のサンギア４とインターナルギア５とに噛合させて上定盤６と下定盤７との間に介在させ、上記サンギア４とインターナルギア５とでこのワークキャリア１０を自転及び公転させながら、上記ワークＷを上下の定盤６，７によって研磨加工するものである。
【００１４】
上記ワークキャリア１０は、図２からも分かるように、ステンレス鋼やＳＫ鋼あるいはチタンといった硬質の金属板からなる円形のキャリア基板１３の外周に上記ギア１１を形成すると共に、該キャリア基板１３の内部に上記ワーク保持孔１２を形成するための開口１４を形成し、この開口１４の内周に、ワークＷの外周に接触する中空状（リング状）のインサート１５を固定し、このインサート１５の内側を上記ワーク保持孔１２としたものである。
上記インサート１５は、上記キャリア基板１３より軟質の合成樹脂などの素材で形成されていて、ワークＷの外周に緩衝的に接触するものであり、図示した例ではその厚さが上記キャリア基板１３の厚さと等しく形成されている（図４参照）。しかし、上記インサート１５の厚さは、キャリア基板１３の厚さより厚く形成することも薄く形成することも可能である。
【００１５】
上記インサート１５のキャリア基板１３に対する取り付けは、射出成形により行うのが望ましい。その方法としては、合成樹脂を上記キャリア基板１３の開口１４の内周に沿ってリング状に射出成形することにより、上記インサート１５をその成形と同時に該キャリア基板１３に取り付ける方法や、合成樹脂を上記開口１４の内部全体に板状に射出成形したあと、この合成樹脂板をリング状に打ち抜くことによって上記インサート１５及びワーク保持孔１２を形成する方法などがある。このようにインサート１５を射出成形するのと同時にキャリア基板１３に取り付ける方法は、上記特許文献４に記載されているように既に公知の技術であるから、それについての詳細な説明は省略する。
【００１６】
上記インサート１５をキャリア基板１３に強固に固定するため、図２及び図３から分かるように、上記開口１４の内周には、該開口１４の口縁を一定間隔をおいて凹状に切り欠くことにより、該開口１４の周方向に等間隔で位置する複数の凹部１８と、隣接する凹部１８，１８間に介在する複数の張出部１９とが形成されている。そして、図４及び図５からも明らかなように、上記張出部１９の内周面には、溝内の一部に角部２２ａを有する角溝形の係止溝２２が、上記開口１４の周方向に延設されている。
【００１７】
このように凹部１８と張出部１９とが形成された開口１４に対して上記インサート１５を射出成形することにより、該インサート１５の外周には、上記凹部１８に嵌合する複数の凸部２０と、上記張出部１９が嵌合する複数の窪み部２１とが、該インサート１５の周方向に交互に形成されると共に、上記窪み部２１の外周面に、上記係止溝２２の角部に適合する角部２３ａを備えた角形断面の係止突条２３が、該インサート１５の周方向に延設され、この係止突条２３が上記係止溝２２に嵌合、係止することにより、該インサート１５が、上記キャリア基板１３の開口１４の内周部分に強固に固定された状態に取り付けられることになる。
【００１８】
図示した例では、上記キャリア基板１３における凹部１８の内周面１８ａとインサート１５における凸部２０の外周面２０ａとは、それぞれ、図６に示すように、該キャリア基板１３及びインサート１５の厚さ方向に真っ直ぐな面となっていて、これらの面に上述したような係止溝２２や係止突条２３は形成されていない。
しかし、これらの凹部１８の内周面１８ａと凸部２０の外周面２０ａにも、上記係止溝２２と係止突条２３とを同時に形成することもできる。あるいは、上記張出部１９と窪み部２１とに係止溝２２と係止突条２３とを設ける代わりに、これらの凹部１８と凸部２０とに係止溝２２と係止突条２３とを形成しても良い。
【００１９】
上記係止溝２２は、断面Ｖ字状をなすもので、互いに逆向きかつ奥狭まり状に傾斜する２つの側壁２２ｂ，２２ｂを有し、これらの側壁２２ｂ，２２ｂが交わる溝底部分に上記角部２２ａが形成されている。従って、上記係止突条２３も断面Ｖ字状をしていて、互いに逆向きかつ先狭まり状に傾斜する２つの側壁２３ｂ，２３ｂを有し、これらの側壁が交わる先端部分に上記角部２３ａが形成されている。この場合、上記係止溝２２及び係止突条２３の断面形状は、図４及び図５に示すように対称形である。
【００２０】
また、上記係止溝２２は、その溝口部分の最大溝幅がキャリア基板１３の厚さと等しく形成され、係止突条２３も、その基端部の最大突条厚がインサート１５の厚さと等しく形成されているが、図７に示すように、上記係止溝２２の最大溝幅及び係止突条２３の最大突条厚は、キャリア基板１３及びインサート１５の厚さよりも小さくすることもできる。
【００２１】
上記インサート１５は、打ち抜き加工やプレス成形あるいは射出成形などの適宜製法によって独立する部材として形成し、上記キャリア基板１３の開口１４の内周に嵌め込んで接着剤により固定することも可能である。その際、このインサート１５は、交換可能に取り付けることもできる。
なお、インサート１５を上述したようにキャリア基板１３に射出成形と同時に固定した場合でも、該インサート１５は摩耗や破損を生じた場合に交換することができる。その交換は、古いインサートを除去したあと、新たなインサートをキャリア基板１３に射出成形と同時に固定することにより行われる。
【００２２】
上記の如く形成されたワークキャリア１０は、キャリア基板１３の開口１４の内周面に形成された角溝形の係止溝２２に、インサート１５の外周面に形成された角形断面の係止突条２３が嵌合、係止することにより、該インサート１５がキャリア基板１３に取り付けられているため、該キャリア基板１３に対するインサート１５の係止力が大きく、円弧状の係止溝と係止突条とを組み合わせた従来品のような係止溝に沿った滑りが生じにくい。このため、ワークの研磨加工時の作用力によるインサート１５の脱落等が確実に防止される。
【００２３】
しかも、上記インサート１５は、キャリア基板１３の開口１４よりも内側に延在してキャリアの上下面に露出する露出幅を小さくすることができるため、ワークの研磨加工時に上下の定盤との接触による摩耗を生じにくい。即ち、該インサート１５の外周に上記係止突条２３が形成されることによって該インサート１５の内外径方向の見掛けの部材幅は大きくても、この係止突条２３はキャリア基板１３の係止溝２２内に嵌合することによってキャリア基板１３で両側から覆われるため、実際にキャリア基板１３から露出するインサートの露出幅は小さくなる。そして、このようにしてインサート１５の露出幅が小さくなって摩耗しにくくなる結果、該インサート１５の摩耗によりワークの端部の研磨量が多くなって平面度が低下する「面ダレ」の現象が生じにくくなる。
【００２４】
上記実施形態では、キャリア基板１３に形成される係止溝２２とインサート１５に形成される係止突条２３とがＶ字形の断面形状を有しているが、それらの断面形状は、相互に適合し合う角形の断面形状であれば、これ以外の形状であっても良く、例えば、図８〜図１０に示すような断面形状とすることもできる。
【００２５】
図８に示すワークキャリア１０は、係止溝２２と係止突条２３とがそれぞれ略台形状の断面形状を有している。即ち、上記係止溝２２は、互いに逆向きかつ奥狭まり状に傾斜する２つの側壁２２ｂ，２２ｂと、これらの側壁同士を結ぶ平らな底壁２２ｃとを有し、これらの側壁２２ｂ，２２ｂと底壁２２ｃとが交わる部分に２つの角部２２ａが形成されている。同様に上記係止突条２３も、互いに逆向きかつ先狭まり状に傾斜する２つの側壁２３ｂ，２３ｂと、これらの側壁同士を結ぶ平らな端壁２３ｃとを有していて、これらの側壁２３ｂ，２３ｂと端壁２３ｃとが交わる部分に２つの角部２３ａが形成されている。
この場合にも、図７に示す例と同様に、上記係止溝２２の最大溝幅及び係止突条２３の最大突条厚を、キャリア基板１３及びインサート１５の厚さよりも小さく形成することができる。
【００２６】
また、図９に示すワークキャリア１０は、係止溝２２と係止突条２３とが略コ字状の断面形状を有するもので、上記係止溝２２は、一定間隔を保って互いに平行に延びる２つの側壁２２ｄ，２２ｄと、これらの側壁同士を結ぶ平らな底壁２２ｃとを有し、これらの側壁２２ｄ，２２ｄと底壁２２ｃとが交わる部分に２つの角部２２ａが形成されており、上記係止突条２３も、互いに平行に延びる２つの側壁２３ｄ，２３ｄと、平らな端壁２３ｃとを有していて、これらの側壁２３ｄ，２３ｄと端壁２３ｃとが交わる部分に２つの角部２３ａが形成されている。
【００２７】
更に、図１０に示すワークキャリア１０では、係止溝２２と係止突条２３とが略Ｖ字状の断面形状を有しているが、２つの側壁２２ｂ，２２ｂ及び２３ｂ，２３ｂの傾斜角度を中間位置で変化させることにより、該側壁の中間位置にも角部２２ａ，２３ａが形成されている。この場合にも、図８に示すような平らな底壁２２ｃ及び端壁２３ｃを形成しても良い。
【００２８】
キャリア基板１３に形成される張出部１９とインサート１５に形成される窪み部２１との形状についても、図３に示す例ではそれらが略矩形をなしているが、このような形状に限定されるものではなく、相互に嵌合可能なその他の任意の形状、例えば図１１や図１２に示すような形状とすることもできる。
図１１に示す例では、張出部１９と窪み部２１とが何れも鳩尾形をしていて、このうち張出部１９は次第に先広がり状をなし、窪み部２１は次第に奥広がり状をなしている。従って、キャリア基板１３においては、上記張出部１９に隣接する凹部１８が次第に奥広がり状をなし、インサート１５においては、上記窪み部２１に隣接する凸部２０が次第に先広がり状をなすことになる。一方、図１２に示す例では、張出部１９と窪み部２１とが略Ｃ字形に形成されている。
【００２９】
また、上記実施形態では、キャリア本体の開口１４にインサート１５を取り付けるに当たり、該開口１４の口縁とインサート１５の外周とに、相互に嵌合し合う凹部１８と凸部２０とを形成しているが、このような凹部１８と凸部２０とを形成することなく、全周にわたり均一な内径を有する開口１４に、全周にわたり均一な外径を有するインサート１５を嵌着しても良い。この場合、上記係止溝２２と係止突条２３とは、上記開口１４の内周全体及びインサート１５の外周全体に連続的に形成しても、部分的あるいは断続的に形成しても良い。
【００３０】
なお、上記ワーク保持孔１２は、上記実施形態に示されているような円形のものに限らず、保持すべきワークが矩形やその他の角形形状である場合には、該ワークに合わせて矩形やその他の角形形状に形成されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るワークキャリアの一実施形態を示す平面図ある。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図２の一部を更に拡大して示す部分拡大図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線での断面図である。
【図５】図４においてインサートをキャリア基板から分離した状態の分解図である。
【図６】図３におけるＢ−Ｂ線での断面図である。
【図７】係止溝と係止突条との異なる形状例を示す図４と同様位置での断面図である。
【図８】係止溝と係止突条との更に異なる形状例を示す図４と同様位置での断面図である。
【図９】係止溝と係止突条との更に異なる形状例を示す図４と同様位置での断面図である。
【図１０】係止溝と係止突条との更に異なる形状例を示す図４と同様位置での断面図である。
【図１１】張出部と窪み部との異なる形状例を示す図３と同様位置での部分拡大図である。
【図１２】張出部と窪み部との更に異なる形状例を示す図３と同様位置での部分拡大図である。
【図１３】従来のワークキャリアの平面図である。
【図１４】ワークキャリアを使用して平面研磨装置でワークを研磨加工する態様を示す要部断面図である。
【図１５】従来のワークキャリアの部分拡大断面図である。
【図１６】他の従来のワークキャリアの部分拡大断面図である。
【図１７】更に他の従来のワークキャリアの部分拡大断面図である。
【図１８】更に他の従来のワークキャリアの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ｗ      ワーク
１０      ワークキャリア
１２      ワーク保持孔
１３      キャリア基板
１４      開口
１５      インサート
１８      凹部
１９      張出部
２０      凸部
２１      窪み部
２２      係止溝
２２ａ      角部
２３      係止突条
２３ａ      角部
【図１】
0005114113.tif 000002
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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