(57)【要約】【課題】ギアの金属粉や研磨剤の凝固体が被研磨物の表面を汚染したり傷つけることなく平行平面研磨を行える両面研磨機を提供する。【解決手段】両面研磨機において、被研磨物６を保持するキャリア８の片面に突起部５設ける。突起部５を下定盤１または上定盤２に設けた貫通穴４に挿入することにより、上下定盤の所定の位置に回転可能な状態でキャリア８を配置する。この上に上定盤２を載せ、上下定盤を回転させることにより、キャリア８を遊星運動させる。これにより、キャリア８に保持した被研磨物６の両面を研磨する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下定盤と上定盤の間に、被研磨物を保持したキャリアを挟み、該キャリアを遊星運動させることによって前記被研磨物の上下面を研磨する両面研磨機において、
前記キャリアが片面に突起部を有し、
前記下定盤または上定盤が、前記突起部を挿入することができる貫通穴を有することを特徴とする両面研磨機。
【請求項２】
請求項１に記載の両面研磨機であって、
前記貫通穴が、該貫通穴に挿入した前記突起部との間に隙間を生じることを特徴とする両面研磨機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の両面研磨機であって、
前記貫通穴が、下定盤または上定盤に、同時に使用するキャリアの数よりも多く設けられていることを特徴とする両面研磨機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の両面研磨機であって、
前記突起部が前記キャリアの中心から偏心した位置にあることを特徴とする両面研磨機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の両面研磨機であって、
前記貫通穴が下定盤に設けられ、
前記キャリアを下定盤に取り付けた状態で、前記突起部が下定盤の下面から突出することを特徴とする両面研磨機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の両面研磨機であって、
前記キャリアが上下定盤の間に挟まれた状態で、該キャリア自体または前記突起部の一部が外部から視認可能であることを特徴とする両面研磨機。
【請求項７】
請求項６に記載の両面研磨機であって、
前記キャリアの外周の一部が上又は下定盤から露出していることを特徴とする両面研磨機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属、セラミックス、半導体、ガラス等の板の両面研磨を行う両面研磨機に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガラスなど光学材料の薄板や半導体ウェハの平行平面研磨には、両面ラップ盤や両面ポリッシング盤と呼ばれる両面研磨機が使われる。
【０００３】
一般的な両面研磨機は図５のような構造を有する。円盤状のキャリア７８を下定盤７１の上に複数配置し、キャリア７８に設けた保持穴に被研磨物７６を挿入して、その上に上定盤７２を載せる。キャリア７８は外周にギア７７を備え、下定盤７１の中心側にあるエクスターナルギア７３及び外周側にあるインターナルギア７４と噛み合うことにより、エクスターナルギア７３及びインターナルギア７４の回転に伴って自転しながら公転（遊星運動）する。この状態で、上下定盤の間に研磨剤を供給しつつ上下定盤を回転させることによって、被研磨物７６の両面を研磨する。
【０００４】
通常、このような両面研磨機のエクスターナルギアやインターナルギアは金属製であるため、ギアの噛み合いによって微小の金属粉を発生する。この金属粉は、キャリア７８のギア７７を介して上下定盤の間に侵入し、被研磨物の表面を汚染したり傷つけたりする。
【０００５】
このような金属粉の発生を防ぐには、金属ギアを樹脂被覆する方法（特許文献１）やギア全体を硬質樹脂にする方法（特許文献２）、エクスターナルギア及びインターナルギアを使用しない構造にする方法（特許文献３）等がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平10-329013号公報
【特許文献２】特開平09-254026号公報
【特許文献３】特開平10-76460号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載されているようなエクスターナルギア等を用いた両面研磨機では、ギアに付着しそこで滞った研磨剤が、研磨機の運転を停止している間等に乾燥して凝固する。ギアの歯の間などで凝固した研磨剤（これを「凝固体」と呼ぶ）は、ギアの回転を妨げる他、金属粉と同様に被研磨物の表面を傷つける場合がある。
【０００８】
特許文献３に記載の両面研磨機はエクスターナルギアを用いないが、キャリアの移動を規制するための、キャリアよりもわずかに大きい径の穴を複数備えた円盤状のキャリアホルダを用いる。従って、機構が複雑であり、被研磨物のセットや部品の清掃等に時間がかかるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、被研磨物の表面を汚染したり傷つけることなく平行平面研磨を行うことのできる両面研磨機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る両面研磨機は、
下定盤と上定盤の間に、被研磨物を保持したキャリアを挟み、該キャリアを遊星運動させることによって前記被研磨物の上下面を研磨する両面研磨機において、
前記キャリアが片面に突起部を有し、
前記下定盤または上定盤が、前記突起部を挿入することができる貫通穴を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る両面研磨機では、下定盤または上定盤に設けた貫通穴にキャリアの突起部を挿入する。これによりキャリアは、固定された側の定盤の回転に伴って公転すると共に、その反対側の定盤との間の摩擦により、突起部を中心として自転も行う。すなわち、遊星運動を行う。キャリアに保持した被研磨物は、このキャリヤの遊星運動により、その上下面が研磨される。
本発明に係る両面研磨機は、上下定盤の回転を利用してキャリアを遊星運動させるため、第一に、金属粉の発生源であるエクスターナルギア等が不要であるため、ギヤの金属粉や研磨剤の凝固体が発生せず、それらが被研磨物の表面を汚染したり傷つけることがなくなる。第二に、エクスターナルギア等やキャリアホルダのような余分な或いは複雑な部品が不要であり、構造が単純であるため、被研磨物のセットや部品の清掃時間が短くて済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づき、本発明に係る両面研磨機の一実施例を説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は本実施例に係る両面研磨機において上定盤２を持ち上げた状態の斜視図である。この図に示すように、本実施例に係る両面研磨機は下定盤１と上定盤２とキャリア８とを備える。図２は下定盤１にキャリア８を配置した平面図であり、図３（ａ）はキャリア８の下面の斜視図である。
【００１４】
下定盤１及び上定盤２は、中央に円形の開口部を有する円盤であり、それぞれの対向面を研磨面とする。下定盤１は、その外径と内径の中間の円上に、所定の間隔を空けて配置した複数の貫通穴４を有する。上定盤２は、その上面に、研磨剤を研磨面に流し込むための周方向及び放射方向の流路１０と、開口部の縁から内側（中心）方向に伸びた2本のフック１７を有する。キャリア８は、被研磨物６を保持する保持穴を4つ有する円盤であり、外周にギアを持たず、図３（ａ）に示すように下面に突起部５を有する。なお、下定盤１の中央の開口部の中には、上定盤２を回転させるための上定盤駆動部３が配置され、上定盤駆動部３の上面の縁には、上定盤２の前記フック１７と係合するための2つの切込が設けられている。
【００１５】
本実施例に係る両面研磨機による研磨は次のようにして行われる。まず、図１に示すようにキャリア８の突起部５を下定盤１の貫通穴４に挿入することにより、各キャリア８を下定盤１の所定の位置に取り付ける。次に、キャリア８に設けた保持穴に被研磨物６を挿入し、それらの上に上定盤２を載せる。このとき、上定盤２の荷重が各被研磨物６の上面に偏りなく加わるように、各キャリア８と各被研磨物６は、例えば図２に示すように対称に配置しておくことが望ましい。その後、上定盤２の流路１０から研磨面に研磨剤を供給しつつ、下定盤駆動部（図示省略）及び上定盤駆動部３により下定盤１及び上定盤２を回転させると、それに伴ってキャリア８が遊星運動し、キャリア８に保持した被研磨物６の両面が研磨される。なお、下定盤１は、上定盤駆動部３とは別に下定盤駆動部と連結しており、上定盤２とは独立に回転することができる。
【００１６】
また、本実施例に係る両面研磨機によれば、上下定盤の金属面と被研磨物の間に研磨剤を介在させ、それらを擦り合わせることにより被研磨物を研磨すること、すなわちラッピングを行うことができる。また、上下定盤の金属面を柔らかい研磨布や研磨パッドで覆えば、それらに研磨剤を含ませて被研磨物を磨くこと、すなわちポリッシングを行うこともできる。
【００１７】
ここで、定盤に設ける貫通穴４について説明する。本実施例では貫通穴４を下定盤１に設けるが、これは上定盤２に設けてもよい。貫通穴４の径は、突起部５よりも大きくし、突起部５と貫通穴４の間に隙間を生じるようにすることが望ましい。これにより、第一にキャリア８の自転がスムーズとなる。第二に、突起部５と貫通穴４の間の隙間を研磨剤が流れるようになるため、キャリア８の外周から中心に向けての研磨剤の流れが形成され、被研磨物全面への研磨剤の供給が可能となる。また、研磨剤が突起部５の回転における潤滑剤としての役割を果たすようになり、キャリア８のスムーズな回転に寄与する。更に、貫通穴４の径を更に大きくし、突起部５が貫通穴４の中で移動できるようにすることにより、上下定盤面をより広く研磨に利用できるようになる。
【００１８】
貫通穴４の数は、図２に示すように、本実施例では12箇所であり、同時に使用するキャリア８の枚数（4枚）よりも多い。これにより、キャリア８の取付位置を研磨のたびにずらして、定盤の消耗の偏りを低減させることができる。
【００１９】
キャリア８における突起部５の位置は、本実施例では図３（ａ）に示すようにキャリア８の中心としたが、図３（ｂ）に示すように突起部３５はキャリア３８の中心から偏心した位置に設けてもよい。このことにより、第一にキャリア３８はより大きな（それ自身の半径よりも大きな）被研磨物３６を保持することができ、第二に被研磨物をより広い範囲の定盤面において回転させることができる。なお、突起部５，３５は、キャリア８，３８の下面に接着剤やネジ等で接合してもよいし、接合ではなくキャリアと一体型にして設けてもよい。
【００２０】
突起部５の長さは、キャリア８を下定盤１に取り付けた状態で、その下面から突出する程度にすることが望ましい。これにより、研磨終了後にキャリア８を取り外す際、下定盤１の下面から突出した突起部５を上方へ押し込むことにより研磨剤の表面張力で密着し下定盤１から取り外しにくくなったキャリア８であっても容易に取り外すことができる。また、突起部５は、図３（ａ）に示すように先に行くほど細くなる形状にしてもよい。これにより、貫通穴４との間を研磨剤がより流れやすくなる。
【００２１】
複数のキャリア８は、各々独立に自転可能であるため、研磨開始直後で各被研磨物６の厚さや表面粗さ等に差異があると自転速度は互いに異なる。しかし、研磨が進行してそれらが同程度になると自転速度はほぼ同一となる。そのため、研磨中に各キャリア８の自転速度を監視することで、各被研磨物６が均一に研磨されたかどうかを判断することができる。
各キャリア８の自転速度を最も簡便に監視する方法の一つは、各キャリア８が上下定盤１，２に挟まれた状態で、該キャリア８自体又は突起部５の一部が外部から視認可能であるようにしておくことである。この場合、キャリア８の外周の一部が上又は下定盤から露出するようにしたり、突起部５が上又は下定盤から突出するようにしておくと、視認が容易となる。更に、これらにマーカーを付しておくと、それらの回転速度の検出がより容易となる。
【００２２】
図４は、本実施例に係る両面研磨機においてキャリア８が遊星運動することを説明するための概念図である。ここで、キャリア８の遊星運動は公転と自転とに分けて説明することができる。
【００２３】
まず、公転について説明すると、上述のとおり、キャリア８は突起部５と貫通穴４により下定盤１に固定されているため、下定盤１とともに上下定盤１，２の中心の回りに回転、すなわち公転するのは明らかである。
【００２４】
次に自転について説明する。キャリア８の自転は、慣性によるものと、上定盤２（非固定側定盤）との摩擦によるものとがある。まず、慣性による自転を説明する。図４（ａ）は回転する下定盤１を上方から見た図であり、下定盤１が下定盤回転方向１５（時計回り）に回転し、その上面に取り付けたキャリア４８が位置Ａから位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ａの順に移動、すなわち公転する様子を示す。この間、キャリア４８は突起部４５を中心に回転自在であるため、慣性により公転中も定盤外の空間に対して一定の向きを維持する。したがって、時計回りに回転する下定盤１を基準とすれば、キャリア４８は反時計回りに自転する。
【００２５】
次に、上定盤２との摩擦による自転を説明する。図４（ｂ）は回転する上定盤２を上方から見た図である。被研磨物５６、６６は、上面が上定盤２の下面に接しているため、上定盤２が上定盤回転方向１６（反時計回り）に回転すると、被研磨物５６、６６は上定盤２との摩擦により、同じ方向に力１９、２０を受ける。これらの力の大きさは、被研磨物５６、６６と上定盤２の相対速度に比例するが、その相対速度は上定盤中心１８からの距離に比例するため、内側の力１９よりも外側の力２０の方が大きい。これらの力１９、２０の差により、キャリア５８は突起部５５を中心に反時計回りに自転する。
【００２６】
以上のように、キャリア８は、下定盤１とともに公転しながら、回転する下定盤及１び上定盤２により反時計回りに自転する。つまり遊星運動する。なお、ここでは下定盤１と上定盤２を逆方向に回転させることとしたが、これに限らず、例えば上定盤２を静止し下定盤１のみを回転させる等、上下定盤の回転方向や回転速度を適宜定めても、上記原理により、キャリア８は遊星運動を行う。
【００２７】
本実施例に係る両面研磨機はエクスターナルギアやインターナルギアは不要であるが、それらを備える既存の両面研磨機を用いることも可能である。すなわち、既存の両面研磨機の下定盤または上定盤に本実施例の貫通穴４と同様の穴を設け、研磨目的に応じてキャリアをギヤ付のものと突起部付のものとで使い分けることができる。
【００２８】
また、本実施例に係る両面研磨機では、研磨を繰り返すことにより研磨面に生じるわずかな段差を修正するために、突起部５と同様の突起部を有する専用の修正キャリアを使用することができる。もしくは、上述のようにエクスターナルギア等も備えた両面研磨機であれば、外周にギアのある従来の修正キャリアを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例である両面研磨機において上定盤を持ち上げた状態の斜視図
【図２】実施例の両面研磨機における下定盤１にキャリア８を配置した平面図
【図３】実施例の両面研磨機におけるキャリアの下面の斜視図
【図４】実施例の両面研磨機における回転する下定盤１の概念図（ａ）と、回転する上定盤２の概念図（ｂ）
【図５】従来の一般的な両面研磨機において上定盤を持ち上げた状態の斜視図
【符号の説明】
【００３０】
１、７１…下定盤
２、７２…上定盤
３…上定盤駆動部
４…貫通穴
５、３５、４５、５５…突起部
６、３６、４６、５６、６６、７６…被研磨物
７、７７…ギア
８、３８、４８、５８、７８…キャリア
１０…流路
１５…下定盤回転方向
１６…上定盤回転方向
１７…フック
１８…上定盤中心
１９、２０…被研磨物の上面に加わる力
７３…エクスターナルギア
７４…インターナルギア
Ａ…キャリア４８の位置Ａ
Ｂ…キャリア４８の位置Ｂ
Ｃ…キャリア４８の位置Ｃ
Ｄ…キャリア４８の位置Ｄ
【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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