JP2007331035A

JP2007331035A - ワークキャリアとその製造方法及び両面研磨機

Info

Publication number: JP2007331035A
Application number: JP2006161972A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yuki; 広昭結城
Original assignee: Epson Toyocom Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: JP4992306B2

Abstract

【課題】作業者がワークキャリアの反りを防止するための反転作業及びその管理を確実に
行うことができるワークキャリアを提供する。
【解決手段】両面研磨機によってワークを研磨加工する際にワークを保持するワークキャ
リア１であって、ワークを保持する複数の保持穴４を有した円盤状のキャリア本体２と、
キャリア本体２の表裏を目視により判別するために前記キャリア本体２に設けたマーキン
グ部６とを備え、マーキング部６を円盤状のキャリアの中心部と、保持穴４を回避した盤
面に設けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの研磨加工を行う際に用いられるワークキャリアとその製造方法及び
そのワークキャリアを備えた両面研磨機に関するものである。

従来から研磨面が互いに平行となるように配設された上定盤及び下定盤を備え、上定盤
と下定盤との間に薄片状のワークを挟み込んだ状態で遊離砥粒（研磨剤）を含むスラリ（
泥漿）を供給しつつ相対回転させることでワークの両面に研磨加工を施す両面研磨機が知
られている。
このような両面研磨機による研磨加工に際しては、上定盤と下定盤との間にワークを保
持した状態で配置される薄板状のワークキャリアが使用されている。ワークキャリアは、
その一部に設けられた保持穴内にワークを納めた状態でワークと共に上定盤と下定盤との
間に挟み込まれ、研磨加工時に、ワークの表面両面が常に上定盤及び下定盤の研磨面によ
り同時に摺接されるように保持している。

また、前記したような両面研磨機は、ガラスや半導体の研磨加工だけでなく、水晶振動
子などの各種水晶デバイスに用いられる水晶基板の研磨加工にも広く利用されている。
近年、水晶デバイスは組み込まれる機器の小型化に伴って、使用する水晶基板も小型化
及び薄型化が進み、その厚さが３０μｍ〜１００μｍ、外形が１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の
ものが求められ、かかる水晶基板の研磨加工に適した両面研磨機が求められている。

なお、特許文献１には、極薄手のワークの研磨加工に好適な両面研磨機用ワークキャリ
アとして、ワークキャリア内部に金属組織の骨材を含有させることで、ワークキャリアの
剛性及び耐摩耗性の向上を図るようにした両面研磨機用ワークキャリア及びその製造方法
が開示されている。
特開２００４−１９５５７１公報

ところで、両面研磨機を使用してワークのラッピング或いはポリッシュを行う場合は、
ワークの平行度と平面度の高精度化、及び外観を維持するために、ワークキャリアが平坦
であることが一つの重要な要素になる。なお、ラッピングとは、研磨剤を含んだ状態で摺
動運動を行い、加工物を微少切削しながら研磨することによって、加工物をより平坦に仕
上げていく遊離砥粒加工をいう。また、ポリッシングとは、研磨剤を研磨布（クロス、パ
ッド）で保持し、ワークの艶出しを行う加工であり、通常はラッピングの後工程として行
われるものである。

図５は、両面研磨機用に使用される従来のワークキャリアの平面図である。
この図５に示すワークキャリア５０は、極薄で円板状の金属からなるキャリア本体５１
と、このキャリア本体５１の外周部に設けられた複数本の突起部５２と、キャリア本体５
１の径方向中程に設けられて夫々矩形状を成す複数の保持穴５３と、中央部に設けられて
円形状を成す中央穴５４とにより構成される。このように構成されるワークキャリア５０
を用いてワークのラッピング或いはポリッシュを行う場合は、ワークキャリア本体５１の
保持穴５３にワークを収納した状態で、図示しない上定盤及び下定盤の研磨面に研磨する
ようにしている。

しかしながら、図５に示すようなワークキャリア５０を用いてラッピングまたはポリッ
シュを行った場合、加工条件によってワークキャリア５０自体に反りが発生する。例えば
、研磨前のキャリア本体５１は、図６（ａ）に示すように平板であったとしても、研磨後
のキャリア本体５１は、図６（ｂ）に示すように反りが生じる。このようなキャリア本体
５１の反りは、研磨時にワークキャリア５０と上定盤及び下定盤との間に介在している研
磨剤によって研磨時にワークキャリア５０にストレスが掛かることによって発生する。そ
して、かかるワークキャリア５０を使用し続けた場合は、ワーク６０が保持穴５３から脱
落してしまうおそれがあった。本来、ワーク６０の側面中央に接触すべきワークキャリア
５０が、ワーク６０の側面中央からずれた位置において接触することになるため、ワーク
６０に対して偏った力が加わり、ワーク６０にひびや割れが生じたり、或いはワーク６０
が斜めに研磨されたりして品質が低下する。特に、ワーク６０が水晶基板の場合、ワーク
６０が斜めに研磨されてしまうと。ワーク６０である水晶基板の切断角度が変わり、かか
る水晶基板を用いた水晶素子の温度特性が目標とする特性からずれたものになってしまう
。

そこで、従来、両面研磨機により研磨加工を行った際は、一定期間毎（例えばロット毎
）にワークキャリア５０の表裏を反転することで、ワークキャリア５０の反りを矯正する
ようにしていたが、従来のワークキャリア５０は、外観から表裏を判別することができな
いため、反転作業を行う作業者がミスを犯し易いという問題点があった。この結果、ラッ
ピングあるいはポリッシュを施した水晶基板等の品質を向上することができなかった。

また、特許文献１に開示されているワークキャリアは、キャリア内部に金属組織の骨材
を含有させる必要があるため、コストが大幅に高くなるという問題点があった。
そこで、本発明は上記した点を鑑みたものであり、作業者がワークキャリアの反りを防
止するための反転作業及びその管理を確実に行うことができるワークキャリアとその製造
方法及び両面研磨機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のワークキャリアは、両面研磨機によってワークを研
磨加工する際にワークを保持するワークキャリアであって、ワークを保持する複数の保持
穴を有した円盤状のキャリア本体と、キャリア本体の表裏を目視により判別するためにキ
ャリア本体に設けたマーキング部と、を備え、マーキング部を円盤状のキャリア本体の中
心部と、保持穴を回避した盤面に設けるようにした。
このような本発明によれば、キャリア本体に形成したマーキング部によりキャリア本体
の表裏を目視により判別することができるため、ワークキャリアの反りを防止するための
反転作業や、その管理を確実に行うことができる。

また本発明のワークキャリアは、マーキング部を貫通穴により形成した。これにより、
キャリア本体を表面側或いは裏面側から見た場合でも容易に表裏を判別することができる
。また、ワークキャリアを使用している途中でマーキング部が消えてしまうといったこと
もない。

また本発明のワークキャリアは、保持穴と貫通穴との中心角度をＡ、隣接する保持穴間
の中心角度をＢとしたときに、貫通穴を、０＜Ａ＜Ｂ／２の関係を満たす位置に形成する
ようにした。このような本発明によれば、キャリア本体を一方の盤面から見たときと他方
の盤面から見たときで貫通穴の位置が異なるので、ワークキャリアの表裏を容易に判別す
ることができる。

また本発明のワークキャリアは、貫通穴の直径をＤ_m、保持穴の直径をＤ_wとしたときに
、貫通穴を、０．２ｍｍ≦Ｄ_m＜Ｄ_wの関係を満たす位置に形成するようにした。このよう
な本発明によれば、作業者が目視により視認可能で、且つ、十分な強度を有するワークキ
ャリアを実現することができる。

また本発明のワークキャリアは、マーキング部をキャリア本体の一方の盤面に形成した
凹部とした。これにより作業者は盤面に凹部があるか否かによってキャリア本体の表裏を
容易に判別することができる。

また本発明のワークキャリアの製造方法は、両面研磨機によってワークを研磨加工する
際にワークを保持するワークキャリアの製造方法であって、少なくとも、キャリア本体に
ワークを保持する複数の保持穴と、キャリア本体の表裏を判別するマーキング部とを形成
するエッチング工程を備えるようにした。このような本発明によれば、キャリア本体にワ
ークを保持する保持穴と、ワークキャリアの表裏を判別するマーキング部とを同時に形成
することができるので、コストアップなしでキャリア本体にマーキング部を作製すること
が可能になる。

また本発明の両面研磨機は、上定盤と、下定盤と、前記上定盤と前記下定盤との間に、
ワークを保持したワークキャリアを挟んでワークの表裏両面を同時に研磨する両面研磨機
であって、ワークキャリアが本発明のワークキャリアとした。
このような本発明によれば、ラッピングあるいはポリッシュを行った際に、ワークキャ
リアの反転及びその管理を確実に行うことができるので、ワークの品質を高めることがで
きる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る両面研磨機用のワークキャリアの構成を示した平面図
である。
図１に示すワークキャリア１は、両面研磨機によってワークを研磨加工する際にワーク
を保持するワークキャリアであり、ワークを保持する複数の保持穴４を有した円盤状のキ
ャリア本体２と、キャリア本体２の表裏を目視により判別するためにキャリア本体２に設
けたマーキング部６とを備える。キャリア本体２は、極薄のスチール鋼により構成されて
いる。なお、キャリア本体２の材質は、スチール鋼に限らず、ステンレス鋼、塩化ビニル
樹脂、ガラスエポキシ樹脂などを用いて構成することも可能である。

キャリア本体２の中央部には、中央穴５が形成されている、またキャリア本体２の外周
部には複数本の突起３が設けられている。またキャリア本体２の径方向中程には複数（例
えば４個）の円形状の保持穴４が形成されている。なお、本実施形態では、保持穴４の形
状を円形としているが矩形形状であってもよい。
そして、本実施形態のワークキャリア１では、作業者がワークキャリア１の表裏を判別
するためのマーキング部として、円盤状のキャリア本体２の中心部と保持穴４を回避した
キャリア本体２の盤面状に貫通穴６を形成した点に特徴がある。なお、ワークキャリア１
は、表面または裏面といった表裏の区別は無いが、本明細書では便宜上ワークキャリア１
の一方の盤面を表面、他方の盤面を裏面と称することがある。

マーキング部である貫通穴６は、ワークキャリア１を一方の盤面（表面）から見たとき
と、他方の盤面（裏面）からみたときに、保持穴４との位置関係が異なるような位置に形
成されている。
具体的に説明すれば、例えばキャリア本体２に形成した隣接する保持穴４、４の中心角
度が９０°の場合、貫通穴６を保持穴４、４の中間位置、つまり保持穴４との中心角度が
４５°の位置に貫通穴６を形成すると、ワークキャリア１を表面から見たときと裏面から
見たときに保持穴４と貫通穴６との位置関係が同一になり、ワークキャリア１の表裏を判
別することができない。そこで、本実施形態では、ワークキャリア１を表面から見たとき
と裏面からみたときに、保持穴４との位置関係が異なる位置、即ち、保持穴４と貫通穴６
との中心角度が４５°以外を採るような位置に貫通穴６を形成するようにした。なお、貫
通穴６の形状は、矩形形状であってもよい。
従って、本実施形態のワークキャリア１における貫通穴６の位置は、キャリア本体２の
中心から見て、保持穴４と貫通穴６との中心角度をＡ、隣接する保持穴４、４の中心角度
をＢとすれば、貫通穴６は０＜Ａ＜Ｂ／２の関係を満たす位置と定義することができる。

また貫通穴６は、キャリア本体２の外周に設けた突起部３より内側に形成する必要があ
るため、キャリア本体２と貫通穴６との中心間の距離をＲ₀、貫通穴６の直径をＤ_m、キャ
リア本体２の歯底円半径をＲ₂とすれば、貫通穴６は（Ｒ₀＋Ｄ_m／２）＜Ｒ₂の関係を満た
す位置と定義することができる。なお、貫通穴６が矩形形状の場合、貫通穴６の直径Ｄ_m
は対角寸法とする。
また貫通穴６の直径は、作業者が目視にて確認でき、且つ、キャリア本体２の強度が低
下しない範囲内の大きさに形成する必要がある。実験によれば、作業者が目視にて確認で
きる貫通穴の直径は、約０．２ｍｍであることがわかった。またキャリア本体２の強度は
、通常、キャリア本体２に形成する保持穴４の大きさを基準にして決められているため、
キャリア本体２の強度が低下しない範囲内での貫通穴６の最大サイズは、保持穴４のサイ
ズ以下であれば良いことになる。因みに貫通穴６を保持穴４より大きくすると、キャリア
本体２の強度バランスにバラツキが生じ、ワークの仕上がり品質にバラツキが生じること
になる。以上のことから貫通穴６の直径Ｄ_mは、保持穴４の直径をＤ_wとすれば、０．２ｍ
ｍ（目視可能なサイズ）≦Ｄ_m＜Ｄ_wの関係を満たす位置と定義することができる。なお、
保持穴４が矩形状の場合、保持穴４の直径Ｄ_wは対角寸法とする。

従って、前記した定義を満たすような貫通穴４を備えたワークキャリア１を構成すれば
、作業者は貫通穴６によりワークキャリア１の表裏を容易に、且つ確実に判別することが
可能になるため、ワークキャリア１の反りを防止するための反転作業及びその管理を確実
に行うことができるようになる。つまり、水晶基板等の極薄のワークを研磨する際に使用
するワークキャリアの反転作業及びその管理を確実に行うことが可能になる。

また、本実施形態では、ワークキャリア１を表面から見たときと裏面からみたときに、
貫通穴６と保持穴４との位置関係が異なるような位置に形成したことで、作業者はワーク
キャリア１の何れの面からもワークキャリア１の表裏を判別することができる。
なお、キャリア本体２に貫通穴６を形成する方法としては、ワークキャリア１自体が完
成品で有れば、ドリルなどを用いてキャリア本体２に貫通穴を形成すればよい。またワー
クキャリア１を新たに作製する場合、ワークキャリアがエッチング加工品であれば保持穴
４と同時に貫通穴６を形成すればよい。

またこれまでの説明では、ワークキャリア１の表裏を判別するマーキング部としてキャ
リア本体２に貫通穴６を形成するようにしているが、貫通穴６の代わりにキャリア本体２
の何れか一方の盤面に凹部６を形成し、この凹部６の有無によりワークキャリア１の表裏
を判別するようにしても良い。
なお、キャリア本体２の何れかの面に油性ペンでマーキングを施して表裏を判別するこ
とも考えられるが、その場合は、研磨中にマーキングが消えてしまうので、本実施形態の
ようにキャリア本体２に凹部を形成するほうが好ましい。

また、キャリア本体２の一方の盤面にダイヤモンドカッタでキズを付けて表裏を判別す
ることも考えられるが、その場合はキャリア本体２が塑性変形するなどして強度が低下す
るおそれがあるので、本実施形態のようにキャリア本体２に凹部を形成するほうが好まし
い。
キャリア本体２にマーキング部として凹部６を形成する方法としては、ワークキャリア
１自体が完成品で有ればキャリア本体２にザグリ加工を施せば良い。またワークキャリア
１がエッチング加工品で有ればハーフエッチングなどを施すことにより形成することがで
きる。
なお、本実施形態では、水晶基板の研磨を行う際に使用するワークキャリアを例に挙げ
て説明したが、これはあくまでも一例であり、半導体などの研磨を行う際に使用するワー
クキャリアにも適用可能であることは言うまでもない。

図２は、本実施形態のワークキャリアの製造工程を示した図である。
本実施形態のワークキャリアの製造工程は、フォトリソグラフィー法に則った工程によ
り行われる。即ち、先ずパターン描画工程Ｓ１において、ＣＡＤシステムにより入力され
たデータをもとにレーザプロッタによりフィルム感材、ガラス乾板に高精度の描画パター
ン（エッチングパターン）を作成する。次に、前処理工程Ｓ２として、レジストの密着を
良くするために、ワークキャリア１となる金属板（スチール鋼）の油や汚れの付着を取り
去る脱脂洗浄処理を行う。この後、レジスト塗布工程Ｓ３として、クリーンルーム内で粘
着管理されたレジスト感光膜を金属板の両面に均一に塗布する。次に、露光工程Ｓ４とし
て、レジストが塗布された金属板にエッチングパターンを使用して表裏両面を同時に露光
し、金属板に保持穴４と貫通穴６とを形成するための感光膜を転写する。

次に、現像工程Ｓ５として、露光転写された金属板上の未露光部から皮膜を除去して金
属膜を露出させ、エッチング工程Ｓ６として、レジストが塗布された金属の露出部をエッ
チング液によりエッチングした後、剥離工程Ｓ７としてレジスト感光膜を除去し、剥離機
により製品の洗浄を行う。そして最後に検査工程Ｓ８において寸法・外観検査を行うよう
にする。
このようすれば、保持穴４と同時に貫通穴６を形成することができるので、従来のワー
クキャリアの製造工程と同じ工程で本実施形態のワークキャリア１を作製することができ
るため、従来とワークキャリアと同じ費用で本実施形態のワークキャリア１を作製するこ
とができる。

図３は、本実施形態のワークキャリア１を両面研磨機による研磨加工に用いた様子を示
した図である。なお、図３は、両面研磨機の上定盤及び下定盤を省略して示した図である
。また、図４は、図３に示した両面研磨機の上定盤及び下定盤を加えたＸ−Ｘ断面を示し
た図である。なお、ワークキャリア１及びワーク２０は、上定盤１１及び下定盤１２に比
べて無視できるほど薄いが、図４では説明を分かり易くするためにワークキャリア１を厚
くして示している。
これらの図３、図４に示すように、上定盤１１及び下定盤１２は、夫々の研磨面に研磨
パッド１３が貼り付けられた同程度の寸法を備えた円板状部材によって構成されており、
それらの研磨面が互いに平行となるように同軸に配設されている。また、上定盤１１と下
定盤１２との間には、例えば３枚のワークキャリア１とセンターギヤ１４及びリングギヤ
１５とにより遊星歯車を構成している。

このように構成される両面研磨機１０による研磨加工に際して、各ワークキャリア１は
複数の保持穴４の夫々にワーク２０を収納した状態で、センターギヤ１４及びリングギヤ
１５の間に嵌め入れられて、上定盤１１と下定盤１２との間に挟み込まれる。そして、例
えば研磨剤を供給しつつ上定盤１１及び下定盤１２をそれらの軸心まわりにワークキャリ
ア１に対して相対回転させ、且つ、センターギヤ１４又はリングギヤ１５をその軸心まわ
りに回転させることで、ワーク２０の両面が上定盤１１及び下定盤１２夫々に備えられた
研磨パッド１３の表面に摺接させられてワーク２０の両面に研磨加工を施すようにしてい
る。このとき、センターギヤ１４、リングギヤ１５、及び下定盤１２は、同じ方向に回転
し、上定盤１１だけが反対方向に回転することになる。また下定盤１２をワークキャリア
１より速く回転させると共に、上定盤１１をワークキャリア１より遅く回転させることで
、ワーク２０に対する上定盤１１及び下定盤１２の相対速度を均一に保つようにしている
。

従って、本実施形態のワークキャリア１を用いて両面研磨機１０を構成し、両面研磨機
１０において水晶基板などのワーク２０のラッピングあるいはポリッシングを行うように
すれば、ワーク２０の平行度、平面度及び外観の品質を向上することが可能になる。

本発明の実施形態に係る両面研磨機用のワークキャリアの構成を示した平面図である。本実施形態のワークキャリアの製造工程を示した図である。本実施形態のワークキャリア１が両面研磨機による研磨加工に用いられる様子を示した図である。図２に示した両面研磨機に上定盤及び下定盤を加えたＸ−Ｘ断面を示した図である。従来の両面研磨機用のワークキャリアの平面図である。従来のワークキャリアにおいて発生する反りの説明図である。

符号の説明

１…ワークキャリア、２…キャリア本体、３…突起部、４…保持穴、５…中央穴、６…
保持部（貫通穴、凹部）、１０…両面研磨機、１１…上定盤、１２…下定盤、１３…研磨
パッド、１４…センターギヤ、１５…リングギヤ、２０…ワーク

Claims

両面研磨機によってワークを研磨加工する際にワークを保持するワークキャリアであっ
て、前記ワークを保持する複数の保持穴を有した円盤状のキャリア本体と、前記キャリア
本体の表裏を目視により判別するために前記キャリア本体に設けたマーキング部と、を備
え、
前記マーキング部を前記円盤状のキャリアの中心部と、前記保持穴を回避した盤面に設
けたことを特徴とするワークキャリア。
前記マーキング部を貫通穴により形成したことを特徴とする請求項１に記載のワークキ
ャリア。
前記保持穴と前記貫通穴との中心角度をＡ、隣接する前記保持穴間の中心角度をＢとし
たときに、
前記貫通穴は、０＜Ａ＜Ｂ／２の関係を満たす位置に形成されることを特徴とする請求
項２に記載のワークキャリア。
前記貫通穴の直径をＤ_m、前記保持穴の直径をＤ_wとしたときに、
前記貫通穴は、０．２ｍｍ≦Ｄ_m＜Ｄ_wの関係を満たす位置に形成されることを特徴とす
る請求項２に記載のワークキャリア。
前記マーキング部は、前記キャリア本体の一方の盤面に形成した凹部であること特徴と
する請求項１に記載のワークキャリア。
両面研磨機によってワークを研磨加工する際にワークを保持するワークキャリアの製造
方法であって、少なくとも、キャリア本体にワークを保持する複数の保持穴と、前記キャ
リア本体の表裏を判別するマーキング部とを形成するエッチング工程を備えることを特徴
とするワークキャリアの製造方法。
上定盤と、下定盤と、前記上定盤と前記下定盤との間に、ワークを保持したワークキャ
リアを挟んでワークの表裏両面を同時に研磨する両面研磨機であって、
前記ワークキャリアは、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のワークキャリアで
あることを特徴とする両面研磨機。