JP2006035369A - 平面研磨機 - Google Patents

Abstract

【課題】サンギヤと内歯歯車に噛み合わされ、ワークを一体的に保持して回転する複数の回転体と、これらの回転体に保持されたワークの被研磨面に接しつつ回転させられる定盤を具備している平面研磨機において、極薄のワークを保持して複数のワークを同時加工可能な平面研磨機を提供すること。
【解決手段】回転体４には負圧領域が設けられ、かつ、この負圧領域を覆うようにしてセラミックからなる微細多孔質保持プレート１７が設けられ、負圧領域１６には当該負圧領域を減圧することができる変圧手段に連なるパイプ１６を連通管させた。
【選択図】図２

Description

この発明は、平面研磨機に関し、特に、極薄の基板などを研磨するのに適した平面研磨機に関する。

従来、高精度の平面研磨が要求されるワークとして、小片状のマイクロチップが対象とされてきたが、近年になってＩＣパッケージ（ＴＡＢ、リードフレーム）、サーマルプリントヘッド、ＦＤＰ、ビルドアップ基板（ＭＣＭ、ＢＧＡ）等のフォトマスクの材料、ＦＤＰではＰＤＰ.ＬＣＤ用のマザーガラス、ＩＴＯ電極マスク材料等が対象となりつつある。

特に、液晶表示装置の薄型、軽量化を目的に表示部であるカラーフィルター基板（以下、ＣＦと称する。）とアレイ基板（以下、ＴＦＴと称する。）とで構成される液晶パネル（以下、セルと称する。）の極薄型化加工が要求されている。

セルの極薄型化の技術手段としては、化学エッチングによる方法と、機械加工による方法とがある。化学エッチング法では弗酸などを使用して基板を構成するガラス基板を溶解させる。また、機械加工法では、機械研磨と、機械研削とがある。機械研磨の場合は、セル両面または片面を遊離砥粒を用いて加工減量する。機械研削の場合は、固定砥石でセルの片面を加工減量する。

化学エッチング法に比べ、機械加工による方式の方が厚み精度が良好で、かつ、環境対策や安全面で化学エッチング法よりも有利とされ、普及が進んでいる。機械研磨による加工法によりこれらプレート状の基板を研磨する手段として、例えば、サンギヤと内歯歯車に噛み合わされ、ワークを一体的に保持して回転するキャリアと、これらキャリアに保持されたワークの被研磨面に接しつつ回転させられる定盤を具備している平面研磨機がある（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献に示された平面研磨機は両面研磨機であり、ワークを保持するキャリアはよく知られるように、外周に歯が形成された歯車からなり、ワークの外径に合わせたワークの貫通穴、本例では角形状の貫通穴が開けられていて、この穴にワークが嵌合している。歯車の厚みに相当するキャリアの厚さは、研磨代に余裕を加えた寸法分だけワークの厚さよりも薄く製作されている。

円盤状の下定盤の盤上に該下定盤の回転中心にその中心を合わせてサンギヤおよび内歯歯車が設けられ、サンギヤと内歯歯車に共通に噛み合うようにしてキャリアが複数設けられる。キャリアにはワークの貫通穴が開口していて、この開口にワークが嵌合した状態で自重で下定盤上に乗り保持されている。

こうして、ワークの下面に接触する下定盤が、内歯歯車の中心と共通の回転中心を中心にして回転可能に設けられている。下定盤対向して上定盤が上下方向に移動可能かつ、回転駆動されるようにして設けてあり、研磨に際しては上定盤がワークに所定の研磨圧力で接触して回転する。同時にワークと上下定盤の間には研磨剤が供給されるようになっている。キャリアがサンギヤのまわりを自転、公転するのに伴い、ワークは上下定盤との間で相対移動をし、その両面が平面研磨される。

従来、ワークはキャリアを貫通して保持され、かかる方式では、キャリアの厚さは、ワークの厚さよりも研磨代に余裕を加えた分だけ薄い関係にあることが研磨の条件である。さもなければ、上定盤がワークに接触する先にキャリアに接触してしまい、ワークの研磨がなされない。

図を以って解説すると、図７に示すように、ワークＷ６がキャリアＣ３を貫通した状態でキャリアＣ３に保持されており、キャリアＣ３及びワークＷ６は自重で下定盤Ｊ２上に乗り、ワークＷ６には上から上定盤Ｊ１が接している。符号Ｕ１は内歯歯車を示す。また、Ｏ―ＯはサンギヤＳ１、上定盤Ｊ１、下定盤Ｊ２、内歯歯車Ｕ１の共通の回転中心を示す。キャリアＣ３がサンギヤＳ１のまわりを自公転し、上定盤Ｊ１，下定盤Ｊ２もそれぞれ回転中心Ｏ―Ｏを中心に回転して、ワークＷ６の両面を研磨する。

かかるキャリアでワークを保持する構成では、サンギヤＳ１のまわりに複数のキャリアＣ３を配置することで、一度にキャリアの個数分のワークの平面研磨が可能である利点があるが、従来のキャリアをワークが貫通して保持される保持方式ではキャリアの厚みよりも薄いワークの研磨ができないため、近年における前記プレート状の基板などに要求される超薄型のワークの平面研磨には限界がある。

ワークとしてのセルの薄型化傾向は顕著であり、数年前までは厚さが１．０ｍｍだったのが、昨年は０．８ｍｍ、さらに、現状では０．６ｍｍの生産が開始され、将来は、０．３ｍｍの加工も予測される。しかし、このような厚さの研磨を従来のキャリアで行なうには、キャリアの厚さをこれらのセルの厚さよりも薄くしなければならないが、キャリアはギヤであり、回転力を伝えることができる強度を必要とするものであるから、このような薄さでは実現が困難である。

一方、キャリア貫通型でないワークの保持方式を採用した片面研磨機として、真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備えた薄板の研磨機がある（例えば、特許文献２参照）。この方法は、保持板にワークを真空吸着するのであるが、ワークと保持板との間に両者の接触面の面粗さに起因して僅かながら隙間が生じるため、この隙間を通じて研磨剤が上記通孔および研磨ヘッド内に吸引され、この吸引された研磨剤中の水分が蒸発し、固化し、その一部が飛散して保持板のワーク保持面に付着するという問題があり、これを解消するため、通孔から液体を噴出させる等の洗浄設備を設けなければならない。また、保持板は駆動源に直結して回転駆動されるタイプであり、複数のキャリアを同時に回転させて、複数のワークを同時加工する方式ではないので、生産能率の点で問題がある。

また、片面研磨用の吸着プレートとして、弾性体の樹脂シート上にワークを表面張力を利用して吸着固定する方法もあるが、極薄ワークに適用した場合には、加工中に研磨荷重が微妙に変動したり、定盤平坦度や平行度が大きいとワーク全面に均一な圧力が加わらず、その結果として、吸着プレートの変形が不均一となり、ワークの厚みばらつきが大きくなるし、また、かかる吸着プレートは劣化しやすく、また劣化の程度は場所により必ずしも均一ではなく、場所によって異なったものとなるため研磨荷重による吸着プレートの沈み込み量が変わり、ワークの厚みにばらつきを生じさせる。

特開平８−１７４４０８号公報 特開平９−９６２９５６号公報

この発明は前記の従来技術の経緯に鑑みてなされたものであり、極薄のワークを保持して複数のワークを同時加工可能な平面研磨機を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
（１） 請求項１記載の発明では、ワークを一体的に保持して回転する複数の回転体と、これらの回転体に保持されたワークの被研磨面に接しつつ回転させられる定盤を具備している平面研磨機において、前記回転体はワークを保持する手段として、該回転体に一体的に設けられワーク保持面の反対側が負圧領域に配置されたセラミックからなる微細多孔質保持プレートを具備することとした。
（２） 請求項２記載の発明では、サンギヤと内歯歯車に噛み合わされ、ワークを一体的に保持して回転する複数の回転体と、これらの回転体に保持されたワークの被研磨面に接しつつ回転させられる定盤を具備している平面研磨機において、前記回転体には負圧領域が設けられ、かつ、この負圧領域を覆うようにしてセラミックからなる微細多孔質保持プレートが設けられ、前記負圧領域には当該負圧領域を減圧することができる変圧手段に連なることとした。

請求項２に記載の平面研磨機において、前記回転体は円板型をしたギヤからなり、その片側の面に形成された凹状の穴の内側壁部には枠状の段部が設けられ、この段部に前記微細多孔質保持プレートの縁部が嵌合固定され、前記微細多孔質保持プレートにより塞がれた前記穴には前記変圧手段に連通する連通口を形成した。

請求項１乃至３の何れかに記載の平面研磨機において、前記回転体はサンギヤと内歯歯車に共通に噛み合いサンギヤのまわりを自公転することとした。請求項１乃至４の何れかに記載の平面研磨機において、前記変圧手段は、前記負圧領域を減圧することができると共に、減圧を解除して加圧することもできる。請求項１乃至５の何れかに記載の平面研磨機において、前記微細多孔質保持プレートは、多孔質セラミック（三井鉱山マテリアル社製・商品名：吸着プレート）である。

この発明によれば、ワークは複数の回転体に設けられたセラミックの微細多孔質保持プレートに吸着されるので同時複数加工可能かつ、セラミックの微細多孔質保持プレートを介して吸着されるので精度よく安定して保持される。

以下、この発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１において平面研磨機の本体１には内径部が段状の穴が形成されていて、この穴の最上部の段部には断面形状がＬ字状をし、全体形状がリング状の軸受２が装着されている。この軸受２の内周部には、リング状をした内歯歯車３が嵌合支持されている。

図２、図３に内歯歯車３の外観を示す。内歯歯車３の内歯に噛み合うようにして３個の回転体４が設けられている。これらの3個の回転体は従来のキャリアに相当し、内歯の円周上で等間隔に配置されている。これらの3個の回転体は形状構造が共通なので、以後、任意の１つに着目して説明する。

図１において、本体１の段状の穴には３個の回転体４の各一部を載置するリング状の固定定盤５が嵌合固定されている。内歯歯車３の回転中心と固定定盤５の中心軸線は共通で、これを中心軸Ｏ１−Ｏ１で示す。この中心軸Ｏ１−Ｏ１に回転中心を合わせて下回転軸６が設けられている。この下回転軸６の下部は本体１に軸受７により支持されており、また、該下回転軸の中間部は、後述する軸受８、９を介して本体１に支持されている。

回転軸６の上端部にはサンギヤ１０が固定され、該サンギヤ１０の下部には円板状をした回転定盤１１が固定されている。固定定盤５の上面と回転定盤１１の上面とは同一レベルになるように組み立てられている。前記した３つの回転体４は前記したように内歯歯車３の内歯に噛み合うと共に、サンギヤ１０にも噛み合わされている。

回転軸６の下部にはプーリ１２が固定されていてこのプーリ１２と、本体１に取り付けられたモータ１３のプーリ１４との間にはベルト１５が掛けまわされている。これにより、モータ１３が回転すると、ベルト１４を介して回転軸６が回転させられ、回転定盤１１とサンギヤ１１とが一体的に回転する。回転体４は固定定盤５と回転定盤１１の上に共通に自重で乗っていて、サンギヤ１１の回転により、これら回転定盤１１と、固定定盤５の各上面をすべりながらサンギヤ１０のまわりを自転しながら公転する。

回転体４を分解して示した図４及び該回転体４の断面を示した図５において、回転体４は外周部に歯が形成された歯車であり、その上面にはワークの外形に合わせた形状、本例では矩形をした負圧領域を構成する底付き穴１６が形成されている。この底付き穴の底を符号１６ａで示し、該底付き穴１６の深さ方向の中程の部位に額縁状に形成された段部を符号１６ｂで示す。

この段部１６ｂには矩形をした板状のセラミックからなる微細多孔質保持プレート１７が該段部を利用して嵌合固定されている。該微細多孔質保持プレート１７は全体にわたり微細な無数の孔が連通外周面全体に連通して形成された微細多孔質構造で、孔径は数十μｍである。図１に示すように、回転体４に装着固定された微細多孔質保持プレート１７の上面は回転体４の上面と同じレベル、若しくはやや高くして取り付けてある。

微細多孔質保持プレート１７は加工されるワークＷ２の全面が密着できるように、ワークＷ２よりもひと回り小さく形成されている。微細多孔質保持プレート１７上に正しくワークＷ２が載置されるように、案内機能を果たすガイド板１８が回転体４の上面に固定されている。ガイド板１８にはワークＷ２の輪郭に合わせて開口１８ａが形成されている。

図３に示すように、回転体４の上面には予めガイド板１８が固定されているので、作業者はワークＷ２をこのガイド板１８の開口１８ａを目安にしてワークＷ２を微細多孔質保持プレート１７の上に装着することができる。

図１における、微細多孔質保持プレート１７およびワークＷ２を拡大して示した図６において、微細多孔質保持プレート１７の上面はワークＷ２を載置しており、ワークＷ２の保持面を構成し、このワーク保持面の反対側の面つまり、下面は底付穴１６に面している。

微細多孔質保持プレート１７の該下面が配置された底付穴１６の内部空間部は負圧領域を構成する。図５、図６において、底１６ａには軸受２０を介してパイプ１９が取り付けられていて、このパイプ１９から空気が吸引されることにより、底付穴１６の空間部は負圧にすることができ、負圧状態になると、ワークＷ２は微細多孔質保持プレート１７に密着保持され回転体４と一体化される。

ここで、前記したように、回転体４はサンギヤ１０のまわりを自転しながら公転する構成であるので、パイプ２０を真空ポンプなどに連通させるには工夫が必要である。本例では、図1に示すように、固定定盤５の内径部と回転定盤１１の外径部とに径差を設けることで回転中心Ｏ１−Ｏ１を中心とするリング状の空間２２を形成し、このリング状の空間２２内にパイプ１９を配置し、さらに、各パイプの先端側を軸受８に支持されたフランジ２１の中空部２１ａに連通した。フランジ２１の外周部は前記した軸受９を介して本体１に支持されている。

ここで、軸受９は上下に間隔をおいて２つ設けられていて、該間隔により形成される空間部２３がフランジ２１の側部に形成した連通孔２４を介して連通されていて、さらに、この空間部２３が、本体１に形成した連通孔２５を介してパイプ２６に接続されている。

このパイプ２６の延長先は前記負圧領域を減圧することができる変圧手段に連なる。この変圧手段は、真空ポンプである。或いは真空ポンプにより減圧されるパキュームタンクである。パイプ２６の管路には切り換え弁を設けて、負圧状態を解除することができるようにしておく。また、負圧状態にするだけでなく、ワークＷ２の取り出し時には、加圧できるように、加圧タンクとも連通管させ、切り換え弁により、加圧状態と減圧状態を必要に応じて切り替えることができるようにする。かかる手段を総称して変圧手段という。変圧手段により、ワークＷ２の装着、離脱を容易に行なうことができる。

図１〜３において、固定定盤５を覆う大きさの上定盤２７が設けられている。上定盤２７にはワークＷ２と定盤（上定盤２７、固定定盤５、回転定盤１１）間に液状の研磨剤を供給するための多数の供給パイプ２８が設けられている。

上定盤２７の上方には間隔をおいてフランジ２９が位置し、これら上定盤２７とフランジ２９とは、連結材３０により一体化されている。上定盤２７とフランジ２９は共に円板状をなしており、これらは共通の軸３１に固定されている。軸３１は回転中心Ｏ１−Ｏ１と同心である。

フランジ２９の上面には回転中心Ｏ１−Ｏ１を中心とするリング状をした貯留槽３２が固定されている。貯留槽３２は断面形状が凹状をしていて、この凹部に供給元パイプ３３から研磨剤が供給される。貯留槽３２の底部は供給パイプ２８と連通管しているので、貯留槽３２に供給された研磨剤は円形をした貯留僧３２の全域に行きわたり、該円形をした貯留槽の全周に配置された供給パイプ２８を介して、３個の回転体４の各ワークＷ２の研磨部（摺動部）に供給される。

上定盤２９は公知の平面研磨機における構成に準じて回転駆動され、また、油圧機構などを利用して上下動可能である。ワークＷ２は片面ずつ研磨加工されるので、片面終了後の反転時や、両面研磨後の取り出し時、装着時など、には上定盤は所要量分上昇され、研磨に際しては、適度の研磨圧となるように精密に下降制御される。

本例では、セラミックという耐久性に富む材料からなり、数十μｍという微細な無数の孔をもつ微細多孔質保持プレートを回転体に一体的に設けて、負圧を利用してワークを該微細多孔質保持プレートに吸着保持するのであり、ワークが回転体を貫通する従来のキャリアと異なり、回転体はその厚さを厚くしても極薄のワーク研磨になんら支障はなく、よって、極薄のワークに対する研磨が可能になる。

研磨中はワークＷ２は微細多孔質保持プレート１７に密着しており、研磨剤の吸引はなく、微細孔が研磨剤で詰まることはなく、洗浄装置の必要もない。また、負圧領域を変圧手段により、減圧することでワークを装着し、加圧することで、ワークの反転、取り出し等が容易である。

回転体４はサンギヤ１０と内歯歯車３に共通に噛み合いサンギヤ１０のまわりを自公転することとし、ワークの被研磨面が定盤と異なる掃引軌跡で摺擦されることで、研磨精度を高めることができた。変圧手段は、負圧領域を減圧することができると共に、減圧を解除して加圧することもできるので、ワークの着脱操作を容易にした。微細多孔質保持プレートは、（三井鉱山マテリアル社製・商品名：吸着プレート）を用いることで、微細孔に研磨剤を侵入させることなく、格別の洗浄手段を講ずることなく、経時にわたり良好な研磨条件を維持できる。
本発明は、ワークとしてセルを取り上げて説明しているが、必ずしもセルに限定するものではなく、シリコンウエハー、サファイア基板等の様々な形状にも適用できる。

平面研磨機の要部断面図である。 平面研磨機の要部分解斜視図である。 上定盤をワークから離間させた状態を説明した斜視図である。 ワークを装着したときの回転体の分解斜視図である。 回転体の部分断面斜視図である。 回転体、固定定盤、回転定盤などの組立て状態を説明した断面図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

４ 回転体
１７ 微細多孔質保持プレート
Ｗ２ ワーク

Claims (6)

1. ワークを一体的に保持して回転する複数の回転体と、これらの回転体に保持されたワークの被研磨面に接しつつ回転させられる定盤を具備している平面研磨機において、
   前記回転体はワークを保持する手段として、該回転体に一体的に設けられワーク保持面の反対側が負圧領域に配置されたセラミックからなる微細多孔質保持プレートを具備することを特徴とする平面研磨機。
2. サンギヤと内歯歯車に噛み合わされ、ワークを一体的に保持して回転する複数の回転体と、これらの回転体に保持されたワークの被研磨面に接しつつ回転させられる定盤を具備している平面研磨機において、
   前記回転体には負圧領域が設けられ、かつ、この負圧領域を覆うようにしてセラミックからなる微細多孔質保持プレートが設けられ、前記負圧領域には当該負圧領域を減圧することができる変圧手段に連なることを特徴とする平面研磨機。
3. 請求項２に記載の平面研磨機において、
   前記回転体は円板型をしたギヤからなり、その片側の面に形成された凹状の穴の内側壁部には枠状の段部が設けられ、この段部に前記微細多孔質保持プレートの縁部が嵌合固定され、前記微細多孔質保持プレートにより塞がれた前記穴には前記変圧手段に連通する連通口が形成されていることを特徴とする平面研磨機。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の平面研磨機において、
   前記回転体はサンギヤと内歯歯車に共通に噛み合いサンギヤのまわりを自公転することを特徴とする平面研磨機。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の平面研磨機において、
   前記変圧手段は、前記負圧領域を減圧することができると共に、減圧を解除して加圧することもできることを特徴とする平面研磨機。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の平面研磨機において、
   前記微細多孔質保持プレートは、多孔質セラミック（三井鉱山マテリアル社製・商品名：吸着プレート）であることを特徴とする平面研磨機。

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