(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板面にワーク保持孔を有する板状材からなり、ワークを前記ワーク保持孔内に保持した状態でワーク表面の研磨を行うための研磨用キャリアにおいて、
前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、
前記ワーク保持孔は概略角形状であって、前記ワーク保持孔の開口縁部の各辺部の延長方向がいずれも前記特定方向に対して交差しており、
前記ワーク保持孔以外の板面に小開口からなる網目が配列された網目状領域が形成されていることを特徴とする研磨用キャリア。
【請求項２】
板面にワーク保持孔を有する板状材からなり、ワークを前記ワーク保持孔内に保持した状態でワーク表面の研磨を行うための研磨用キャリアにおいて、
前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、
前記ワーク保持孔以外の板面に小開口からなる網目が配列された網目状領域が形成され、
前記網目は、前記特定方向とほぼ直交する方向に延長された形状を備えていることを特徴とする研磨用キャリア。
【請求項３】
前記網目状領域は、前記板状材の外縁及び前記ワーク保持孔の開口縁部を所定幅だけ避けて形成されている請求の範囲第１項又は第２項に記載の研磨用キャリア。
【請求項４】
前記ワーク保持孔以外及び前記網目状領域以外の板面に開口を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の研磨用キャリア。
【請求項５】
前記開口は、前記板状材の外縁及び前記ワーク保持孔の開口縁部を所定幅だけ避けて形成されている請求の範囲第４項に記載の研磨用キャリア。
【請求項６】
前記網目は前記板面上にハニカムネット状の様態で配列されている請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の研磨用キャリア。
【請求項７】
前記網目状領域における前記網目間に存在する網目の幅がほぼ一定になるように構成されている請求の範囲第６項に記載の研磨用キャリア。
【請求項８】
板面にワーク保持孔を有する板状材からなり、ワークを前記ワーク保持孔内に保持した状態でワーク表面の研磨を行うための研磨用キャリアを備えた表面研磨装置において、
前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、
前記ワーク保持孔は概略角形状であって、前記ワーク保持孔の開口縁部の各辺部の延長方向がいずれも前記特定方向に対して交差しており、
前記ワーク保持孔以外の板面に小開口からなる網目が配列された網目状領域が形成されていることを特徴とする表面研磨装置。
【請求項９】
板面にワーク保持孔を有する板状材からなり、ワークを前記ワーク保持孔内に保持した状態でワーク表面の研磨を行うための研磨用キャリアを備えた表面研磨装置において、
前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、
前記ワーク保持孔以外の板面に小開口からなる網目が配列された網目状領域が形成され、
前記網目は、前記特定方向とほぼ直交する方向に延長された形状を備えていることを特徴とする表面研磨装置。
【請求項１０】
前記網目状領域は、前記板状材の外縁及び前記ワーク保持孔の開口縁部を所定幅だけ避けて形成されている請求の範囲第８項又は第９項に記載の表面研磨装置。
【請求項１１】
前記ワーク保持孔以外及び前記網目状領域以外の板面に開口を設けたことを特徴とする請求の範囲第８項〜第10項のいずれかに記載の表面研磨装置。
【請求項１２】
前記開口は、前記板状材の外縁及び前記ワーク保持孔の開口縁部を所定幅だけ避けて形成されている請求の範囲第11項に記載の表面研磨装置。
【請求項１３】
前記網目は前記板面上にハニカムネット状の様態で配列されている請求の範囲第８項〜第１１項のいずれかに記載の表面研磨装置。
【請求項１４】
前記網目状領域における前記網目間に存在する網線の幅がほぼ一定になるように構成されている請求の範囲第13項に記載の表面研磨装置。
【請求項１５】
板面にワーク保持孔を有する板状材からなり、ワークを前記ワーク保持孔内に保持した状態でワーク表面の研磨を行うための研磨用キャリアであって、前記ワーク保持孔以外の板面に小開口からなる網目が配列された網目状領域を設けた研磨用キャリアに第１のワークを保持してワーク表面の研磨加工を行い、その後、前記第１のワークよりも初期厚さの薄い第２のワークを前記研磨用キャリアに保持してワーク表面の研磨加工を行うことを特徴とする研磨方法。
【請求項１６】
前記網目状領域は、前記板状材の外縁及び前記ワーク保持孔の開口縁部を所定幅だけ避けて形成されている請求の範囲第15項に前記の表面研磨方法。
【請求項１７】
板面にワーク保持孔を有する板状材からなり、ワークを前記ワーク保持孔内に保持した状態でワーク表面の研磨を行うための研磨用キャリアであって、前記ワーク保持孔以外の板面に小開口からなる網目が配列された網目状領域を設けると共に、前記ワーク保持孔以外及び前記網目状領域以外の板面に開口を設けた研磨用キャリアに第１のワークを保持してワーク表面の研磨加工を行い、その後、前記第１のワークよりも初期厚さの薄い第２のワークを前記研磨用キャリアに保持してワーク表面の研磨加工を行うことを特徴とする表面研磨方法。
【請求項１８】
前記網目状領域及び前記開口は、前記板状材の外縁及び前記ワーク保持孔の開口縁部を所定幅だけ避けて形成されている請求の範囲第17項に記載の表面研磨方法。
【請求項１９】
前記網目は、前記板面上にハニカムネット状の様態で配列されている請求の範囲第15項〜第18項のいずれかに記載の表面研磨方法。
【請求項２０】
前記網目は前記板面上にハニカムネット状の様態で配列されており、前記網目状領域における前記網目間に存在する網線の幅がほぼ一定になるように構成されている請求の範囲第15項〜第18項のいずれかに記載の表面研磨方法。
【請求項２１】
前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材である請求の範囲第15項〜第20項のいずれかに記載の表面研磨方法。
【請求項２２】
前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、前記ワーク保持孔は概略角形状であって、前記ワーク保持孔の開口縁部の各辺部の延長方向がいずれも前記特定方向に対して交差している請求の範囲第15項〜第20項のいずれかに記載の表面研磨方法。
【請求項２３】
前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、前記網目は、前記特定方向とほぼ直交する方向に延長された形状を備えている請求の範囲第15項〜第20項のいずれかに記載の表面研磨方法。
【請求項２４】
前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、前記網目は、前記特定方向とほぼ直交する方向に延長された形状を備えており、前記ワーク保持孔は概略角形状であって、前記ワーク保持孔の開口縁部の各辺部の延長方向がいずれも前記特定方向に対して交差している請求の範囲第15項〜第20項のいずれかに記載の表面研磨方法。
【請求項２５】
前記第１のワーク及び第２のワークの初期厚さは100μｍ以下である請求の範囲第15項〜第24項のいずれかに記載の表面研磨方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、研磨用キャリア、表面研磨装置及び表面研磨方法に係り、特に、薄板状のワークを研磨する場合に好適な表面加工技術に関するものである。
背景技術
従来、図１０に示すように上定盤１と下定盤２との間に、太陽歯車３と内歯歯車４とに噛合する外歯１１を外縁部に備えるとともにワーク２０を保持するためのワーク保持孔１２を有する円盤状の研磨用キャリア１０を配置し、ワーク保持孔１２にワーク２０を入れて保持した状態で、上定盤１と下定盤２との間に研磨材５を供給しながら上定盤１、下定盤２、太陽歯車３、内歯歯車４の少なくとも一部を適宜に回転させることによってワーク表面を研磨加工を行う平面ラップ盤などの表面研磨装置が用いられている。この種の表面研磨装置において、薄板状のワーク２０、たとえば、半導体ウエハ、液晶パネル基板、水晶ウエハなどを研磨する場合には、一般に、圧延加工によって形成された炭素工具鋼などからなる薄板状の研磨用キャリアが用いられる。研磨用キャリア１０の一例として円形のワーク保持孔を備えたものを図１２に示す。
このような研磨用キャリア１０には、ワーク２０を保持するための円形状や角形状の開口部からなるワーク保持孔１２が形成される。新品の研磨用キャリアは加工履歴などに起因するうねりが存在するため、研磨加工に先立ってワークをワーク保持孔に入れない状態で研磨装置にて擦り合わせ（以下、単に「キャリア擦り」という。）を行う。このキャリア擦りによってある程度の平坦性が得られ、所望の厚さになると、ワーク保持孔１２にワーク２０を入れて研磨加工を開始することができる。
研磨用キャリア１０の厚さは、通常、ワーク２０の最終仕上げ厚さよりもやや薄く形成されるが、図１１に示すように、ワーク２０がきわめて薄くなるとそれに伴って研磨用キャリア１０の厚さも薄くなり、場合によっては１００μｍ以下の厚さになる場合もある。このようなきわめて薄い研磨用キャリア１０は変形しやすくなり、しかも、研磨用キャリア１０の板面にワーク保持孔１２が形成されていることによって剛性はさらに低下し又剛性バランスも崩れているので、図１０の一点鎖線に示すように研磨加工時の応力によってキャリアに変形（うねり）が生じやすくなる。このため、従来は、薄い研磨用キャリア１０の剛性を高めるとともに板面上の剛性バランスを向上させるために、図１３に示すように、研磨用キャリア１０’の板面におけるワーク保持孔１２の形成されていない部分に１又は複数の捨て孔１３を形成する場合がある。
ところで、上記のように捨て孔１３を形成した場合でも、研磨加工を続けることによって研磨用キャリア１０がさらに薄くなると、キャリアの板面全体に縞状模様が表れる。この縞状模様は、圧延方向とは直交する方向に形成されてしまう波状のうねりに対応するものである。このようなうねりが発生する場合には、ワーク保持孔１２の開口縁部もまた変形しているため、ワーク保持孔１２の近傍のキャリアの板面が上定盤や下定盤に接触してワーク表面の研磨精度（平坦性）を悪化させたり、さらにはワーク２０がワーク保持孔１２から飛び出して破損し、その破片によって同時に研磨しているすべてのワーク２０が不良になってしまうという重大な事故を招く場合がある。
特に、研磨用キャリアは一般に圧延鋼鈑によって形成されているので、圧延方向とは直交する方向に波状の変形が発生し、上記の縞状模様も圧延方向に伸びるように形成される。したがって、圧延方向にほぼ平行な辺を備えた角形状のワーク保持孔を備えた研磨用キャリアの場合、ワーク保持孔の一辺側の開口縁部が上下いずれかにめくり上がり、ワークがきわめて飛び出しやすくなってしまうという問題点がある。
一方、近年の電子機器の技術の進展は、半導体ウエハ、液晶パネル基板、水晶ウエハなどの薄板状の素材の厚さを急激に薄くしつつあり、しかも、高精度の表面研磨が要求されるため、上述の問題点は深刻である。特に、電子機器、情報機器ではクロック周波数の引き上げが急テンポで進んでおり、発振周波数を高めるために水晶振動片の薄型化が進んでいる。
本発明の目的は、上記問題点を解決するものであり、その課題は、ワーク保持孔を備えた研磨用キャリアを用いて表面研磨を行う場合に、極めて薄いワークに対しても支障無く研磨ができるとともに、キャリアの変形に起因する加工精度の低下やワーク破損などの事故を低減することのできる技術を提供することにある。
発明の開示
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、板面にワーク保持孔を有する板状材からなり、ワークを前記ワーク保持孔内に保持した状態でワーク表面の研磨を行うための研磨用キャリアにおいて、前記ワーク保持孔以外の板面に小開口からなる網目が配列された網目状領域を設けたことを特徴とする。網目状領域を形成することにより、研磨用キャリアが研磨中に受ける応力を吸収し分散させることができると同時に、研磨用キャリアの剛性を確保するとともに剛性を均一化することができることから、薄いワークに対応して薄い厚さの研磨用キャリアとした場合でも板面のうねりなどの変形が生じにくくなり、素材自体の機械的特性や板面に形成されたワーク保持孔に起因する変形を低減することができるため、極めて薄いワークを支障無く研磨加工することができるとともに、ワークの飛び出しや加工精度の悪化を防止することができる。
さらに、上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、板面にワーク保持孔を有する板状材からなり、ワークを前記ワーク保持孔内に保持した状態でワーク表面の研磨を行うための研磨用キャリアにおいて、前記ワーク保持孔以外の板面に小開口からなる網目が配列された網目状領域を設けると共に、前記ワーク保持孔以外及び前記網目状領域以外の板面に開口を設けたことを特徴とする。網目状領域に加えて開口を形成することにより、さらに研磨用キャリアが研磨中に受ける応力を吸収し分散させることができると同時に、研磨用キャリアの剛性を確保するとともに剛性を均一化することができることから、さらに薄いワークに対応して薄い厚さの研磨用キャリアとした場合でも板面のうねりなどの変形が生じにくくなり、素材自体の機械的特性や板面に形成されたワーク保持孔に起因する変形を低減することができるため、極めて薄いワークを支障無く研磨加工することができるとともに、ワークの飛び出しや加工精度の悪化を防止することができる。
本発明では、前記網目状領域は、前記板状材の外縁部及び前記ワーク保持孔の開口縁部を所定幅だけ避けて形成されていることが好ましい。網目状領域が外縁部や開口縁部を所定幅だけ避けて形成することにより、キャリア全体の剛性及びワーク保持のための剛性をいたずらに低下させることなく構成できると同時に、網目状領域による加工応力の吸収及び分散作用を確保することができる。
本発明では、前記網目は前記板面上にハニカムネット状の態様で配列されていることが好ましい。ハニカムネット状の態様、すなわち、隣接する網目列の間の網目の位置が約半周期ずれている態様、或いは、結晶学的に言う方六法細密充填の各層内のイオン配列と同様の態様、で網目が配列されていることにより、網目状領域の機械的特性の等方性を確保することができ加工応力を効率的に分散させることができるとともに剛性の低下を最小限にとどめることができる。
本発明では、前記網目は前記板面上にハニカムネット状の態様で配列されており、前記網目状領域における前記網目間に存在する網線の幅がほぼ一定になるように構成されていることが好ましい。網線の幅がほぼ一定になるように構成されていることにより網目状領域の機械的特性の等方性をさらに高めてキャリア摩耗を均一化させたり、加工応力を効率的に分散させることができる。
本発明では、前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材である場合がある。板状材として最も優れているものは金属素材であり、この金属素材を板状化する方法としては圧延加工が最も一般的かつコスト上も有利である。本欄に記載された各手段においては、炭素工具鋼の中でも特にばね鋼と呼ばれる高弾性の金属板であることが研磨特性上最も好ましい。
本発明では、前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、前記ワーク保持孔は概略角形状であって、前記ワーク保持孔の開口縁部の各辺部の延長方向がいずれも前記特定方向に対して交差していることが好ましい。概略角形状のワーク保持孔の辺部が圧延加工の方向に対して交差していることにより、加工履歴に起因するうねりが発生した場合にもワークの飛び出しを抑制することができる。なお、この概略角形状のワーク保持孔の辺部が圧延加工の方向に対して交差している構成は網目状領域を備えていない従来構造その他のワーク保持孔を有する研磨用キャリアの全てに対して適用する場合にも有効である。これらの場合及び本請求項における交差角の値は鋭角側の角度にして１０度以上９０度以下であることが好ましく、３０度以上９０度以下であることがより望ましい。１０度以上の範囲ではワークの飛び出しを低減できるとともに複数のワーク保持孔を形成した場合でも研磨用キャリアの板面に適宜に、或いは、回転対称に複数のワーク保持孔を容易に配列させることができる。３０度以上の範囲では、多数のワーク保持孔の配列は困難にはなるが、ワークの飛び出しを極めて効果的に低減することができる。
本発明では、前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、前記網目は、前記特定方向とほぼ直交する方向に延長された形状を備えていることが好ましい。網目形状が圧延された特定方向とほぼ直交する方向に延長された形状を備えていることにより、圧延加工に起因するうねりを板面上に広がりにくくさせることができるので、網目状領域及びその周辺部の加工履歴に起因する変形を低減することができる。
本発明では、前記板状材は、特定方向に圧延加工された圧延材であり、前記網目は、前記特定方向とほぼ直交する方向に延長された形状を備えており、前記ワーク保持孔は概略角形状であって、前記ワーク保持孔の開口縁部の各辺部の延長方向がいずれも前記特定方向に対して交差していることが好ましい。
また、本発明では、上記研磨用キャリアを備え、該研磨用キャリアの前記ワーク保持孔に保持されたワーク表面を研磨可能に構成された表面研磨装置である。表面研磨装置の構成としては、中心に配置された太陽歯車と、太陽歯車と同芯に配置されたリング状の内歯歯車と、太陽歯車及び内歯歯車とに噛合する１又は複数の上記研磨用キャリアとを備えて、研磨用キャリアの軌道面の両側に一対の定盤を対向配置するものが最も好ましい。
さらに、本発明では、上記研磨用キャリアに第１のワークを保持してワーク表面の研磨加工を行い、その後、前記第１のワークよりも初期厚さの薄い第２のワークを前記研磨用キャリアに保持してワーク表面の研磨加工を行うことを特徴とする表面研磨方法である。第１のワークに対する研磨加工を１又は複数工程施した後、研磨用キャリアもまた研磨加工によって薄型化しているので、この研磨用キャリアによって第１のワークよりも薄い第２のワークに対して１又は複数工程の研磨加工を施すことによって、研磨用キャリアを有効に使用することができる。特に、本願の研磨用キャリアは加工応力に対して変形しにくくなっているとともに薄型化しても変形が生じにくいため、従来の研磨用キャリアよりも格段に長寿命化されており、このような研磨用キャリアの使用方法としては最も効率が良く、有効な手段である。
本発明では、前記第１のワーク及び第２のワークの初期厚さは１００μｍ以下である場合に特に効果的である。本願の研磨用キャリアは、従来において加工が困難であった１００μｍ以下の厚さのワークに対しても全く支障なく加工することができる。以下の実施形態にて確認されている範囲ではキャリアの厚さにして３０μｍ程度までは問題なく研磨加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る研磨用キャリアの第１の実施形態の平面形状を示す平面図。
第２図は、第１図の実施形態の研磨用キャリアを用いた平面研磨装置の概略構造を示す模式的な平面図。
第３図は、本発明に係る研磨用キャリアの第２の実施形態の平面形状を示す平面図。
第４図は、第１図の実施形態の研磨用キャリアの変形例を示す模式的な平面図。
第５図は、各実施形態の網目状領域の平面形状を示す拡大図。
第６図は、網目状領域の変形例を示す拡大図。
第７図は、網目状領域の別の変形例を示す拡大図。
第８図は、網目状領域のさらに別の変形例を示す拡大図。
第９図は、研磨用キャリアのワーク保持孔の形状及び姿勢を示す説明図。
第１０図は、研磨用キャリアを用いて研磨している状態を示す概略断面図。
第１１図は、研磨用キャリアが薄くなった場合における研磨状態を示す概略断面図。
第１２図は、従来の研磨用キャリアの平面形状を示す平面図。
第１３図は、従来の別の研磨用キャリアの平面形状を示す平面図。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面を参照して本発明に係る研磨用キャリア、表面研磨装置及び表面研磨方法の好適な実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る研磨用キャリアの第１の実施形態を示す平面図である。この研磨用キャリア１００は、従来の研磨用キャリアと同様に外歯１０１及びワーク保持孔１０２を備えている。この第１の実施形態では、図示しないワークの形状に合わせてワーク保持孔１０２は隅丸正方形状などの概略角形状となっている。板面上には、上記ワーク保持孔１０２の間にそれぞれ配置された合計４つの網目状領域１０３が形成されている。これらの網目状領域１０３は、外歯１０１を形成した外縁部やワーク保持孔１０２の開口縁部を所定幅で避けるようにして、その内側にそれぞれ適宜の形状に形成されている。
網目状領域１０３の網目（小開口）の径や形状、及び、網目の間に残った板面に相当する網線の幅は適宜に形成されるが、第１の実施形態では、炭素工具鋼と呼ばれる高炭素鋼ＳＫ２，ＳＫ３，ＳＫ４などの高弾性の厚さ５０〜６０μｍ（キャリア擦り前の厚さ）の金属板を素材とし、キャリア外径が約１０ｃｍ、ワーク保持孔の対向辺間の距離が約３５ｍｍであるのに対して、網目の径が約０．８ｍｍ、網目の形状は円形状であり、網線の幅は最も小さい場所で約０．２ｍｍとなっている。この網目状領域１０３の網目及び網線の形状や配列は、図５に示されている。ここで、たとえば、網目の径は研磨用キャリアの厚さ（キャリア擦り前の厚さ）の５〜１５倍程度であることが好ましく、約１０倍程度であることが望ましい。網線の幅はキャリア外径の０．１〜２．０％程度であることが好ましく、０．４〜０．６％程度であることが望ましい。これらの範囲は、網目状領域の応力吸収性と剛性との兼ね合いにより決定される。
図２は、上記研磨用キャリア１００を用いていわゆる平面ラップ盤と呼ばれる平面研磨装置に組み込んだ概略平面図である。ここで、上定盤１は一点鎖線にて示してある。研磨用キャリア１００の外歯１０１は、中心に回転可能に配置された太陽歯車３と、太陽歯車３に対して同芯に配置されたリング状の内歯歯車４とによって内外から噛合されている。図示の例では、太陽歯車３と内歯歯車４との間に等角度間隔で複数の研磨用キャリア１００が配置されている。研磨用キャリア１００は遊星歯車として太陽歯車３及び内歯歯車４の回転の少なくとも一方によって適宜に遊星運動を行う。さらに、上定盤１と下定盤２との間にアルミナその他のセラミック粒などからなる砥粒を含むスラリー液を供給し、上定盤１と下定盤２の少なくとも一方を回転させることによって、研磨用キャリア１００のワーク保持孔１０２に保持されたワーク（図示せず）に種々の複雑な研磨運動を施すことができる。
図３は本発明に係る研磨用キャリアの第２の実施形態を示す平面図である。この研磨用キャリア２００も、従来の研磨用キャリアと同様に外歯２０１及びワーク保持孔２０２を備えている。この第２の実施形態では、図示しないワークの形状に合わせてワーク保持孔２０２は隅丸正方形状などの概略角形状となっている。板面上には、第１の実施形態と同様に上記ワーク保持孔２０２の間にそれぞれ配置された合計４つの網目状領域２０３が形成され、さらに、ワーク保持孔２０２と網目状領域２０３の間、及びワーク保持孔２０２や網目状領域２０３と外歯２０１の間に複数の開口２０４が形成されている。これらの網目状領域２０３及び開口２０４は、外歯２０１を形成した外縁部やワーク保持孔２０２の開口縁部を所定幅で避けるようにして、その内側にそれぞれ適宜の形状に形成されている。
網目状領域２０３の網目（小開口）の径や形状、及び、網目の間に残った板面に相当する網線の幅は第１の実施形態と同様に適宜に形成される。開口２０４は、ワーク保持孔２０２、網目状領域２０３及び外歯２０１を形成した外縁部やワーク保持孔２０２の開口縁部から所定幅の部分を除く板面上に、可能な限り多数形成される。この第２の実施形態では、ワーク保持孔２０２と網目状領域２０３の間には、比較的大きな円形状の開口２０４ａと比較的小さな円形状の開口２０４ｂが形成され、ワーク保持孔２０２や網目状領域２０３と外歯２０１の間には、略平行四辺形状の開口２０４ｃが形成される。ここで、外歯２０１近傍の開口２０４ｃの形状を略平行四辺形状とした理由は以下の通りである。外歯２０１に掛かる力は径方向に対して斜めに働くので、その力を開口２０４ｃの斜辺で受けて分散させるためである。さらに、平面研磨装置の下定盤には放射状に溝が設けられており、この溝に開口２０４ｃの縁が平行に入ると損傷するおそれがあるので、溝に開口２０４ｃの縁が斜めに入るようにして開口２０４ｃの損傷を防止するためである。
第１の実施形態では、研磨用キャリア１００の板面におけるワーク保持孔１０２の形成部位以外の場所に網目状領域１０３を形成したことによって、また、第２の実施形態では、さらに研磨用キャリア２００の板面におけるワーク保持孔２０２及び網目状領域２０３の形成部位以外の場所に開口２０４を形成したことによって、研磨用キャリア１００、２００がかなり薄くなっても、従来のように、うねりやたわみが発生しにくくなった。例えば、キャリア径や材質を同じに設定した場合、従来では研磨作業を継続していくに従ってキャリア厚さが徐々に薄くなり１００μｍ〜６０μｍ程度の厚さになると縞状模様が発生し、はっきりとしたうねりが形成されてワークの飛び出し事故が発生してしまったのに対し、本実施形態では、５０μｍ〜３５μｍまで薄くなっても縞状模様は薄く、ワークの飛び出し事故は発生しなかった。
この理由は必ずしも定かではないが、研磨時に研磨用キャリア１００あるいは研磨用キャリア２００に加わる応力を網目状領域１０３あるいは網目状領域２０３及び開口２０４にて吸収し、分散させることができるとともに、従来のような捨て孔とは異なり、研磨用キャリア１００あるいは研磨用キャリア２００の応力吸収や応力分散の不均一性を低減し、緩和することができることと、網目状領域１０３あるいは網目状領域２０３及び開口２０４によって研磨用キャリア１００あるいは研磨用キャリア２００自体の剛性をあまり低下させずにしなやかさを増すことができることに起因するものと思われる。
また、圧延加工によって形成された高炭素鋼の板材で形成された新品の研磨用キャリアを使用する場合、当初のキャリア板面のうねりや凹凸を平坦化するために上記のキャリア擦りが必要になるが、従来は、例えば新品の厚さを１００μｍとし、実際の研磨開始時の厚さを７０μｍ程度として３０μｍ程度のキャリア擦りを行わないと十分な平坦性が得られず、キャリア擦りに３時間以上の時間が必要であったのに対し、本実施形態では、新品の厚さを６０μｍとし、実際の研磨開始時の厚さを５０μｍとして１０μｍ程度のキャリア擦りを行えば十分な平坦性が得られ、第１の実施形態ではキャリア擦りに必要な時間も１時間程度に短縮され、第２の実施形態ではキャリア擦りに必要な時間も３０分程度に短縮された。
次に、５５μｍの厚さの水晶振動片を研磨加工して研磨時のキャリアの耐久性を調べた。最初に、図１３に示す従来の研磨用キャリアを当初厚さ５０μｍとし、研磨加工を開始した。その結果、研磨加工時間が２時間経過までは良好に研磨することができたが、３時間目から縞状模様が発生し始め、４時間目には使用できないレベルの縞状模様になったため、交換した。一方、本実施形態の研磨用キャリア１００、２００を当初厚さ４０μｍとして用いて研磨加工を開始した。途中で適宜研磨キャリアの擦り直しを実施したが、研磨開始から１５時間経過しても良好に研磨加工を行うことができた。この時点で研磨キャリアの厚さは約３５μｍとなっていたが、問題となるような縞状模様は発生していなかった。これ以上研磨を続けることも可能であるが、上記の水晶振動片に対してはキャリア厚さが薄く成りすぎたため一端中止した。しかしその後、より薄い水晶振動片（例えば仕上げ厚さが４０μｍのものなど）に対して同じキャリアにより再度研磨加工を継続することができた。
本実施形態の研磨用キャリアは、上記のように従来不可能な領域まで薄肉化してもワークの飛び出しや加工精度の低下を招かずに加工を続けることができ、この耐久性の向上により、キャリアの交換頻度の低減、キャリア枚数の低減などを図ることができるため、水晶振動子の高周波数化に十分に対応できるとともに、製造コストの低減、生産効率の向上を期することができる。特に、キャリアの耐久性の向上は、きわめて薄いワーク（１００μｍ以下）の研磨加工において、複数種類の厚さの異なるワークを厚いものから薄いものへと、１枚の研磨用キャリアによって順次研磨を行う（使い回しをする）ことによって特に効果的なものとなる。このような効果によって、本実施形態のキャリアの従来に対する相対的な寿命は、５倍から１５倍ときわめて高くなる。
さらに、本実施形態の研磨用キャリアは、従来の研磨用キャリアに較べてきわめてわずかな単価増で足りる（たとえば、製造コストにして１０％程度以下）ので、上記の長寿命化によってトータルコストを大幅に低減できる。
次に、第１の実施形態に対する変形例について説明する。上記第１の実施形態の研磨用キャリア１００は、キャリア板面の外縁部とワーク保持孔１０２の開口縁部とに或る程度の大きな幅の枠状領域を設定し、この枠状領域内には網目状領域１０３が形成されないようにしているが、例えば、図４に示すように、キャリア板面の外縁部とワーク保持孔１０２の開口縁部とにより少ない幅の枠状領域１０４，１０５を設定し、網目状領域１０６を一体で、かつ、キャリア板面におけるワーク保持孔１０２以外のほぼ全面に亘るように形成することも可能である。このようにしても、網目状領域１０６により或る程度の剛性を確保することが可能であり、変形応力に対する対応性は却って増大するので、キャリア全体の変形やうねりの発生を避けることができる。この場合には特にバネ鋼と呼ばれるものなど、弾性に優れた素材を用いることが好ましい。尚、この変形例は、第２の実施形態の研磨用キャリア２００に対しても同様に適用可能である。
また、網目状領域１０３，２０３、１０６の網目配列は剛性を確保するために図５に示す網目状領域１０３０のようにハニカムネット状になっていることが望ましい。しかし、この場合には網目１０３１間に形成される網線１０３２が１０３２ａ，１０３２ｂに示すように幅が細い場所と太い場所とを有するので、網線１０３２のうち細幅の部分に応力が集中しやすい。このため、網目状領域１０６のそれぞれの網目の形状についても、図６に示す網目状領域１０４０のようにハニカムネット状になっていることが好ましい。図６に示す網目状領域１０４０は、網目１０４１の配列及び形状の双方がハニカムネット状に構成されているため、剛性が高く、しかも、変形応力を図示矢印のように局所的に集中させることなく、均等に分散することができる。特に、網目１０４１間に存在する網線１０４２が１０４２ａ，１０４２ｂに示す如く常にほぼ等しい幅に形成されているので、効率よく応力を分散させることができる。
図７に示す網目状領域１０５０は正方形状の網目１０５１と、互いに直交するように接続された形状の網線１０５２とを備えている。この網目状領域１０５０もまたハニカムネット状に網目１０５１が配列されているが、各網目１０５１の形状は正方形状であり、網線１０５２が直角に屈曲しているために角部に応力が集中しやすく、図６に示す網目状領域１０４０に比べると、剛性、応力吸収性、応力分散性にやや劣る。
なお、上記各網目状領域はいずれもハニカムネット状の網目配列を備えているが、必ずしもそのように配列されている必要はなく、例えば、格子模様の交点位置にそれぞれの網目が配置されているものであってもよく、その他の任意の配列に形成することが可能である。また、網目形状も任意である。
次に、図８を参照して、圧延加工によって形成された板状材を用いて研磨用キャリアを形成した場合に好適な変形例について説明する。上記の各実施形態は、高炭素鋼のＳＫ２、ＳＫ３、ＳＫ４などを圧延加工してなる板材を元に、プレス加工により外形及びワーク保持孔を成形し、さらにフォトリソグラフィ法を用いた選択的エッチング処理などによって図８に示す網目状領域１０６０を形成した。ここで外径を打ち抜いた後にワーク保持孔及び／又は外歯を網目状領域と同じ方法で形成してもよい。このようにして形成した研磨用キャリアは、図８に示すように図示左右方向を圧延方向ＰＦとしている。圧延加工を施した板状材の表面には圧延方向ＰＦに伸びる微細な傷痕が残る場合もあり、また、この傷痕を消すためにサンドブラスト加工などの表面処理を施す場合もある。ただし、表面処理を施しても表面の傷痕は消えるが、内部組織の圧延方向に対する方向性は維持されているものと思われ、うねり変形に対する特性は変わらない。
この変形例では、網目状領域１０６０において、網目１０６１を上記圧延方向ＰＦと直交する方向に延長した形状にしている。すなわち、網目１０６１は圧延方向に小さな幅を有し、圧延方向と直交する方向に大きな幅を有する。このように形成することによって、圧延方向と直交する方向に形成されるうねり、及び、うねりを形成しようとする応力が網目状領域１０６０内において広がりにくくなり、網目状領域１０６０内及びその周辺におけるうねりの発生が抑制される。具体的には、図８に示すような６角形状の網目１０６１の場合、網目の辺１０６１ｂを辺１０６１ａの２倍程度以上にすれば効果的である。その他の場合においても、一般的に網目の圧延方向の幅に対して圧延方向と直交する方向の幅が２倍以上であることが望ましい。
なお、上記変形例では網目１０６１を圧延方向と直交する方向に延長した形状としているが、これと同様の効果を得ることができる構成として、圧延方向と直交する方向に網線の幅を短く構成する、すなわち、圧延方向と直交する方向に網目の間隔を短く構成することも考えられる。
次に、上記と同様に特定方向に圧延方向を有する研磨用キャリアにおいて、ワーク保持孔を概略角形状、たとえば、略三角状、略４角状、略５角状などに形成した場合、圧延方向とワーク保持孔の全ての辺とが互いに交差するように、すなわち平行でないように構成することが好ましい。これは、上述のように圧延方向ＰＦと直交する方向にうねりが発生しやすいことから、図９に示すワーク保持孔１０２１の辺１０２１ａ及び１０２１ｂのうち、圧延方向ＰＦと平行な辺１０２１ａはうねりＷによって板面に垂直な方向のいずれか一方に全体として湾曲する場合があり、このような湾曲が発生すると、図１１に一転鎖線にて示すようにワークが飛び出しやすくなるからである。これに対して、ワーク保持孔１０２２のように４つの辺１０２２ａ，１０２２ｂのいずれもが圧延方向ＰＦに対して交差角θ及びψを有する場合には、辺１０２２ａ及び１０２２ｂのいずれにも、その延長方向にうねりＷの底と頂の双方共に表れるため、うねりＷが発生してもワークは辺に現れたうねりＷの底又は頂のいずれかによって妨げられ、ワークが飛び出す可能性は低減される。
上記ワーク保持孔の辺と圧延方向との交差角は、１０度以上であることが好ましく、さらに３０度以上であることが望ましい。ワーク保持孔において交差角が１０度未満の辺が存在すると、３枚ずつワークを収容した研磨キャリア１００枚中約３０枚以上でワークの飛び出しが発生した。交差角が全て１０度以上３０度未満ではワークの飛び出しは１００枚中１０枚以下に低下し、交差角を全て３０度以上にするとワークの飛び出しは発生しなくなった。なお、このデータはいずれも網目状領域を形成しない研磨用キャリアにて縞状模様を発生させて行ったものである。この効果は、網目状領域を有するキャリアにおいてはうねりそのものが発生しにくくなるため、さらに高まる。
なお、本願において上記の概略角形状とは、隅丸角形状や面取りした角形状などを含み、少なくとも１辺の一部が直線状に形成されていれば該当するものとする。
また、網目状領域を有する研磨用キャリアの製造方法としては、上述のように選択的エッチングによる方法のほかに、キャリア自体を溶射法、電鋳法、気相成長法などによって直接に選択形成してもよい。
以上説明したように本発明によれば、網目状領域、さらには開口を形成することにより、研磨用キャリアが研磨中に受ける応力を吸収し分散させることができると同時に、研磨用キャリアの剛性を確保するとともにしなやかさを増すことができることから、薄いワークに対応して薄い厚さの研磨用キャリアとした場合でも板面のうねりなどの変形が生じにくくなり、素材自体の機械的特性や板面に形成されたワーク保持孔に起因する変形を低減することができるため、極めて薄いワークを支障無く研磨加工することができるとともに、ワークの飛び出しや加工精度の悪化を防止することができる。
産業上の利用可能性
このように、本発明は、薄板状のワークを研磨する場合に好適な研磨用キャリア、表面研磨装置及び表面研磨方法として用いるのに適している。
【図１】
0003975251.tif 000002
【図２】
0003975251.tif 000003
【図３】
0003975251.tif 000004
【図４】
0003975251.tif 000005
【図５】
0003975251.tif 000006
【図６】
0003975251.tif 000007
【図７】
0003975251.tif 000008
【図８】
0003975251.tif 000009
【図９】
0003975251.tif 000010
【図１０】
0003975251.tif 000011
【図１１】
0003975251.tif 000012
【図１２】
0003975251.tif 000013
【図１３】
0003975251.tif 000014