JP4143763B2

JP4143763B2 - 研磨装置

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Publication number: JP4143763B2
Application number: JP2003287338A
Authority: JP
Inventors: 良博大西; 恭史川満; 健司上川
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: JP2005052944A

Description

この発明は、ワークの端面研磨および面取り研磨に適した研磨装置に関し、特に、半導体ウェハ、ガラス基板、電子材料ウェハなどの薄板に回路パターン等を施した後の端面研磨および面取り研磨に適した研磨装置に関する。

半導体ウェハやガラス基板等の薄板状ワークの加工においては、表面に回路パターン等の処理を施す前に、剛性の砥石を回転可能に取り付けた回転駆動装置の位置制御を数値制御により行って、ワークの所定位置から所定深さに一辺が揃うように削り取り、削り取った端面を面取りする研磨加工が施されている。

このような研磨を行うための研磨装置として、ワークを研磨する回転砥石と、移動の限界を知らせるリミットスイッチと、ワークとの接触を検出するセンサと、移動行うためのモータ等の駆動機構とを備えたものが知られている。（特許文献１）。

この従来の研磨装置では、周速１５ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓ程度の高速で砥石を回転させて研磨するとともに、ワークと砥石との間に水を供給することにより、熱を持つワークおよび砥石を冷却しながらその研磨屑を洗い流している。高速で砥石を回転させるのは、位置制御によって与えられる負荷に打ち勝って砥石を回転させるためであり、高速で研磨すればするほど、ワークおよび砥石間の発熱が大きくなる。この研磨装置は、回路パターン等の処理を施す前に研磨を行うためのもので、回路パターン等の処理を施した後、具体的には、１枚の薄板に多数個の回路パターンを作成して切断により個体化した後では、研磨屑や洗浄兼冷却水のパターン上への付着が製品不良の原因となることから、従来の研磨装置による研磨は行われていなかった。
特開２００３−４８１４２号公報

液晶や有機ＥＬ等の薄型表示装置に用いられる薄型のガラス基板（厚さが０．７ｍｍ〜１．５ｍｍ）にあっては、大型のガラス基板に予め多数個の回路パターン等処理を施した上でそれぞれ切断・分離しているが、端面研磨および面取り研磨を施していないため、切断面に微細な凹凸すなわちチッピングが残ることになる。この凹凸は熱による応力集中や曲げ強度低下の原因となることから、加熱を伴う加工を行った場合に凹部から割れが進展しやすいという問題や、携帯端末等へ適用した場合に曲げに対しての強度が不足するという問題がある。

上記特許文献１のものでは、砥石が剛性の砥石であるため、切断面の凹凸（チッピング）は研磨により改善されるが、出過ぎた砥粒による削り溝が大きくなることによる凹凸（スクラッチ）が残るという問題と、前述のように冷却の問題とがあった。

そのため、回路パターン等処理を施した後の端面研磨および面取り研磨を可能とする研磨装置の提供が課題となっている。

この発明の目的は、端面研磨および面取り研磨を凹凸が残らないように行うことができ、しかも、発熱および発塵が少なく、したがって、ゴミ・水等の付着を嫌う処理済み部を有するワークの研磨に適した研磨装置を提供することにある。

この発明による研磨装置は、弾性体に砥粒を保持させた弾性砥石からなる回転砥石を有する研磨装置本体と、ワークを保持するワーク保持手段と、ワークの被研磨部と砥石との接触位置を研磨済みの位置から未研磨の位置に相対的に移動させる第１の相対移動手段と、第１の相対移動手段による移動に伴い砥石位置をワーク接触位置およびワーク非接触位置に移動させる第２の相対移動手段とを備え、方形薄板状ワークの周縁を研磨する研磨装置において、第２の相対移動手段を支持してこれを退避位置と研磨位置とに移動させる第３の相対移動手段と、第２の相対移動手段に設けられて回転砥石とワークの接触する圧力が略定圧となるように回転砥石またはワークを付勢する付勢手段とをさらに備えており、第２の相対移動手段は、研磨装置本体およびワーク保持手段のいずれか一方に設けられかつ第１の移動方向に沿って凹凸が形成された線状カムと、同他方に設けられて付勢手段の付勢力によって相対的に線状カムに接近する方向に付勢されているガイドローラとを有し、線状カムの凹凸は、ガイドローラが線状カムの凸部に位置した際にこれと接触することで、回転砥石とワークとの間に付勢方向の間隙が形成され、ガイドローラが線状カムの凹部に位置した際にこれと非接触となることで、回転砥石とワークとの間に付勢手段の付勢力が作用するようになされていることを特徴とするものである。

付勢手段は、例えば、回転砥石を支持している砥石ベースに固定された支持体と、支持体に設けられためねじ部にねじ合わされた円筒状のばね圧力調整用おねじ部材と、両端部がおねじ部材から突出するようにおねじ部材に緩く挿通された円柱状ばねガイドと、ばねガイドの右端部に設けられたばね受けとおねじ部材の右端面とに受け止められた定圧用ばねと、ばねガイドの左端部に設けられたストッパとを有しているものとされる。また、付勢手段は、プーリサポートに支持されたプーリと、回転砥石を支持している砥石ベースに一端が固定されてプーリに掛けられたワイヤロープと、ワイヤロープの他端に吊り下げられたウエイトホルダに載せられたカウンタウエイトとを有しているものとされることがある。付勢手段は、回転砥石を支持する台に設けられてこの台をワーク方向に付勢するものでもよく、ワークを支持する台に設けられてこの台を砥石方向に付勢するものでもよい。付勢手段にばねを用いる場合には、ばねは、研磨の開始位置から研磨完了までの間、圧力が略一定になるもの（ばね定数が小さいもの）を選ぶことが望ましい。

弾性砥石は、例えば、特開２００３−５３６６９号公報に記載の多孔質のフッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）中に砥粒が混入されているフッ素樹脂ボンド研磨用砥石とされる。この砥石は、フッ素樹脂の顆粒と砥粒とを混合し、得られた混合物を加圧成形し、得られた成形物を焼成することにより製造することができる。ここで、砥粒は、ダイヤモンド粒、酸化セリウム粒および／または酸化珪素とされる。回転砥石の形状は、円盤状砥石ベースにリング状の弾性砥石が固定されたもの、円盤状砥石ベースに円盤状の弾性砥石が固定されたもの、円盤状砥石ベースの外周に円筒状の弾性砥石が固定されたものなどが可能であり、弾性砥石の端面が研磨面とされてもよく、弾性砥石の周面が研磨面とされてもよい。

前記ワークは、研磨されない部分にゴミ・水等の付着を嫌う処理済み部を有するものであることが好ましい。この発明の研磨装置によると、砥石とワークの接触に作用する圧力が略定圧となるように制御されるので、ワークと砥石との間の負荷を小さくかつほぼ一定に保つことができ、この結果、ワークおよび砥石の発熱量が小さくなり、冷却水を用いる必要がなくなる。例えば、液晶や有機ＥＬ等の薄型表示装置に用いられる薄型のガラス基板（厚さが０．７ｍｍ〜１．５ｍｍ）は、大型のガラス基板に予め多数個の回路パターン等処理を施した上でそれぞれ切断・分離することにより形成されており、この場合、処理済み部がゴミ・水等の付着を嫌うため、このようなガラス基板は、本発明による研磨装置により研磨するのに好適なワークとなる。

前記回転砥石は、周速度が０．５ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓの範囲のいずれかで用いられることが好ましい。砥石を位置制御する場合には、砥石の周速度を１５ｍ／ｓ〜８０ｍ／ｓ程度の高速にしないと、研磨を継続して行うことができないが、この発明の研磨装置は、圧力制御であるので、周速度を０．５ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓの低速としても、研磨を継続して行うことができ、この運転条件とすることにより、発熱量小、冷却水不要を確実なものにすることができる。

ワークを保持するためのワーク保持手段として、例えば、ワークと面接触するワーク保持面を有しワーク保持面に設けられた１以上の吸着孔または吸着溝によってワークを真空吸着するワーク吸着台と、ワーク吸着台を支持するワーク台と、吸着孔または溝が集約された排気口を排気手段に接続する配管とを備えているものが使用され、ワークは、回転砥石とワーク吸着台とが接触しないよう、その被研磨部を突出させるようにしてワーク吸着台に支持される。

ワークの被研磨部と砥石とを相対移動させる手段としては、種々のものが使用可能である。

第１の相対移動手段は、例えば、ボールねじと噛み合うめねじ部を有する移動体をワークを支持する台に固定し、ボールねじをモータで回転させることにより、移動体を前方または後方に移動する構成とされる。この場合に、ワークは、水平または斜めに支持されて、被研磨部とされている辺の長さ方向に移動させられる。移動体を回転砥石を支持する台に固定し、ワークを移動させずに、回転砥石を被研磨部とされている辺の長さ方向に移動させるようにしてもよい。また、第１の相対移動手段は、ワークを支持する台を回転させる手段および回転砥石を支持する手段を辺の長さ方向に移動させる手段からなるようにしてもよく、要するに、ワークの被研磨部と砥石との接触位置を研磨済みの位置から未研磨の位置に相対的に移動させるものであれば、種々の構成を採用することができる。

第２の相対移動手段は、研磨装置本体（回転砥石を支持する台）およびワーク保持手段（ワークを支持する台）のいずれか一方に設けられかつ第１の移動方向に沿って凹凸が形成された線状カムと、同他方に設けられて付勢手段の付勢力によって相対的に線状カムに接近する方向に付勢されているガイドローラとを有し、線状カムの凹凸は、ガイドローラが線状カムの凸部に位置した際にこれと接触することで、回転砥石とワークとの間に付勢方向の間隙が形成され、ガイドローラが線状カムの凹部に位置した際にこれと非接触となることで、回転砥石とワークとの間に付勢手段の付勢力が作用するようになされていることにより、ワークを支持する台（ワーク台）と砥石を支持する台（砥石ベース）とは、付勢手段によって互いに接近する方向に付勢されていることから、ガイドローラは、この付勢手段によって線状カムの方向に付勢されている。このガイドローラが線状カムの凸部に位置すると、ガイドローラしたがって回転砥石がワークから離れ、ガイドローラが線状カムの凹部に位置すると、ガイドローラしたがって回転砥石がワークに接近する。凹凸の数を調整することにより、ガイドローラが線状カムに沿って移動するのに伴い、ワークに対する回転砥石の位置が、退避（ワーク非接触位置）、研磨（ワーク接触位置）、退避（ワーク非接触位置）を繰り返し、これにより、ワークの連続研磨が可能となる。

第３の相対移動手段は、例えば、固定台に設けられて研磨装置本体を移動させるものとされる。第２の相対移動手段は、研磨装置本体に設けられ、研磨装置本体および第２の相対移動手段は、第３の相対移動手段によって退避位置（研磨作業完了時の位置）と研磨位置（ワーク非接触位置およびワーク接触位置を含む）とに移動させられる。

上記の回転砥石およびこれを有する研磨装置本体は、複数設けることが可能であり、例えば、ワーク端面の研磨を行う端面研磨用回転砥石と、前記端面に隣接する一方の面側の面取りを行う第１面取り研磨用回転砥石と、前記端面に隣接する他方の面側の面取りを行う第２面取り研磨用回転砥石とが第１の相対移動方向上に配置されていることがあり、また、ワークの被研磨部が平行線状の第１の辺と第２の辺とを有し、第１の辺を研磨する第１回転砥石と第２の辺を研磨する第２回転砥石とが対向状に配置されるとともに、前記第２の相対移動手段が第１および第２の辺の近傍にそれぞれ設けられていることがある。

この発明の研磨装置によると、砥石の位置が制御されるのではなく、ワークに作用する圧力が略定圧となるように制御されるので、ワークと砥石との間の負荷を小さくかつほぼ一定に保つことができる。また、砥石が弾性砥石とされているので、砥粒を保持した弾性体がばねの作用をすることにより、凸状態の砥粒が面一方向に弾性的に移動し、砥石の凹凸が平均化される。したがって、ワークと弾性砥石間にかかる負荷が小さくなるため、砥粒がチッピングの原因になることが防止され、熱による応力集中や曲げ強度の低下の原因となるチッピングをなくした研磨が行える。また、負荷が小さいことから、砥石の回転速度を小さくできるため、ワークおよび砥石の発熱量が小さくなり、冷却水を用いる必要がなくなるため、ゴミ・水等の付着を嫌う処理済み部を有するワークの研磨に適したドライ研磨（水等の液体を用いない研磨）が可能となる。こうして、従来研磨できなかった処理済み部を有しているワークの研磨が可能となることから、ワークの辺の凹凸に起因する加熱時の割れや強度不足の問題が解消され、製品不良をより少なくすることができる。また、数値制御による位置制御を行うための装置が不要となるため、研磨装置を安価にすることもできる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右および上下は、図１の左右および上下をいうものとする。また、前後方向については、図２の右を前、左を後というものとする。

図１から図３までは、この発明の研磨装置の第１実施形態を示している。この研磨装置(1)は、方形のワーク(W)の１辺を研磨するもので、回転砥石(10)を有する研磨装置本体(2)と、研磨装置本体(2)を支持して左右方向に移動するスライド体(3)と、固定台(4)に設けられてスライド体(3)を支持して左右方向に移動するとともに、自身も第３の相対移動手段(20)により左右方向に移動する砥石ユニット架台(5)と、ワーク(W)を保持するワーク保持手段(6)と、ワーク保持手段(6)を前方に送る第１の相対移動手段(7)と、研磨装置本体(2)を回転砥石(10)がワーク(W)と接触する方向（右方向）へ付勢する付勢手段(8)と、付勢手段(8)に抗して回転砥石(10)がワーク(W)と接触する位置から非接触位置に移動させる第２の相対移動手段手段(9)とを備えている。

研磨装置本体(2)は、砥石ベース(11)と、砥石ベース(11)に固定されたモータ取付け台(12)と、モータ取付け台(12)に設けられた回転砥石駆動手段としてのモータ(13)と、モータ(13)に設けられた左右方向にのびる回転軸(13a)とカップリング(14)を介して接続された左右方向にのびる主軸(15)と、主軸(15)を回転可能に支持する軸受(16)とを有しており、回転砥石(10)は、砥石ホルダ(17)を介して主軸(15)先端に取り付けられている。砥石ベース(11)には、後述する第２の相対移動手段手段(9)のガイドローラ(42)を取り付けるための右方突出部(11a)が設けられている。

スライド体(3)は、図２に示すように、横断面逆Ｕ字状のスライドガイド(18)と、ベアリングを介してスライドガイド(18)に噛み合わされてスライドガイド(18)を左右方向に案内する横断面方形のガイドレール(19)とを有し、スライドガイド(18)が砥石ベース(11)の下面に固定されるとともに、ガイドレール(19)が砥石ユニット架台(5)に固定されている。スライドガイド(18)のスライド方向は、研磨装置本体(2)の主軸(15)と平行になっている。これにより、砥石ベース(11)に左右方向の力が作用した際には、砥石ベース(11)したがって研磨装置本体(2)全体が左右方向に移動するようになされている。

ワーク保持手段(6)は、ワーク(W)と面接触するワーク保持面を有しワーク保持面に設けられた１以上の吸着孔または吸着溝によってワーク(W)を真空吸着するワーク吸着台(26)と、ワーク吸着台(26)を支持するワーク台(27)と、吸着孔または溝が集約された排気口(28)を排気手段（図示略）に接続する配管(29)とを備えている。ワーク吸着台(26)のワーク保持面の右縁部には、位置決め用の凸部(26a)が設けられており、この凸部(26a)で位置決めされたワーク(W)は、回転砥石(10)とワーク吸着台(26)とが接触しないよう、その左縁部（被研磨部）を左方に突出させるようにしてワーク吸着台(26)に支持される。図示した例では、ワーク吸着台(26)のワーク保持面は、右下がりに傾斜させられており、これにより、ワーク(W)の下側の面取り部が研磨されるようになされている。位置決め用の凸部(26a)に代えて、ワーク(W)より若干大きめの範囲で保持位置を凹部化するようにしてもよい。

第１の相対移動手段(7)としては、直線的な動き（直動）を得るためのアクチュエータが用いられている。この第１の相対移動手段(7)としてのアクチュエータ(7)は、固定部材(31)に回転可能に支持されたボールねじ(32)と、ボールねじ(32)と噛み合うめねじ部を有する移動体(33)とを有しており、ボールねじ(32)をモータ（図示略）で回転させることにより、移動体(33)が前方または後方に移動するようになされている。この移動体(33)にワーク台(27)の下面が固定されることにより、ワーク吸着台(26)が前後方向に移動可能とされている。図３に示すように、移動体(33)は、ワーク(W)よりも移動方向前方に突出している部分(33a)を有しており、この部分に(33a)に後述する線状カム(41)が設けられている。

付勢手段(8)は、砥石ユニット架台(5)に固定されかつ砥石ベース(11)と略同じ高さに左右方向（砥石ベース(11)のスライド方向）にのびるめねじ部が形成されている支持体(34)と、支持体(34)に設けられためねじ部にねじ合わされたフランジ付き円筒状のばね圧力調整用ねじ(35)と、両端部がばね圧力調整用ねじ(35)から突出するようにねじ(35)内周に緩く挿通された円柱状ばねガイド(36)と、ばねガイド(36)の右端部に設けられかつばね圧力調整用ねじ(35)と略同径のばね受け(37)と、ばね圧力調整用ねじ(35)の径よりも小さい径を有しばねガイド(36)の右部に巻装されてばね受け(37)の左面とねじ(35)の右端面とによって受け止められた定圧用ばね(38)と、ばね圧力調整用ねじ(35)の左面側のばねガイド(36)の左端部に設けられたストッパ(39)とを有しており、ばね受け(37)が研磨装置本体(2)の砥石ベース(11)左面に固定されている。ストッパ(39)は、スライド体(3)による最大スライド長さよりも短いスライド範囲を設けるときに用いられるもので、ワーク(W)と砥石(10)とが接触しない状態にあっても定圧用ばね(38)の圧縮状態を保てる位置に設置されている。

これにより、砥石ベース(11)は、付勢手段(8)により常に右方向に略定圧で付勢されており、ストッパ(39)の右面がばね圧力調整用ねじ(35)の左面に当接するまで右方向に移動可能とされている。ストッパ(39)の右面がばね圧力調整用ねじ(35)の左面に当接している状態でも、定圧用ばね(38)は、圧縮された状態にある。退避用シリンダ(24)によって研磨装置本体(2)の位置決めを行った後、ばね圧力調整用ねじ(35)をねじ込みまたはねじ戻すことにより、回転砥石(10)をワーク(W)に押し付ける圧力を調整することができる。

第２の相対移動手段(9)は、ワーク台(27)の左面に設けられた線状カム(41)と、砥石ベース(11)の右方突出部(11a)に設けられた垂直軸(43)に回転可能に支持されたガイドローラ(42)とを有し、付勢手段(8)に付勢されて前記ガイドローラ(42)が線状カム(41)に接触する。

第３の相対移動手段(20)は、固定台(4)の上板上面に設けられた２本の平行な退避用スライドレール(22)と、前記平行な退避用スライドレール(22)間の中心線上に所定幅で移動範囲にわたる長さで設けられ前記固定台(4)の上板を貫通した貫通溝(30)と、前記退避用スライドレール(22)と噛み合って退避用スライドレール(22)の長さ方向に摺動可能に取り付けられた退避用スライドガイド(21)と、退避用スライドレール(22)毎に２つ設けられた前記退避用スライドガイド（合計４つ）(21)上部に前記４つで支持固定した砥石ユニット架台(5)と、砥石ユニット架台(5)の下面側に取り付けられ前記貫通溝(30)を貫通して設けられるとともに、前記固定台(4)の上板を貫通した部分に孔を有する受動部材(23)と、前記固定台(4)の上板下面に取り付けられ前記貫通溝(30)の真下に貫通溝(30)と平行に出退可能になされるとともにその先端が前記受動部材(23)の孔に貫通・固定されたピストン(25)を有する退避用シリンダ(24)と、退避用シリンダ(24)に指令を与えるコントローラとを有している。なお、第３の相対移動手段(20)における砥石ユニット架台(5)は、研磨装置本体(2)における砥石ユニット架台(5)と共通部材である。

固定台(4)とワーク保持手段(6)側のアクチュエータ(7)の設置位置関係は固定されている。

以上の構成により、研磨を行わないときやメンテナンス時等は、第３の相対移動手段(20)の退避用シリンダ(24)を制御して、ピストン(25)を移動させることにより退避用スライドレール(22)上を退避用スライドガイド(21)が移動し、つまり退避用スライドガイド(21)に固定された研磨装置本体(2)がワーク保持手段(6)から離れる方向へ退避される。逆に退避状態から研磨状態にする場合は、前記とは逆にピストン(25)を移動させ、研磨装置本体(2)をワーク保持手段(6)側へ接近させる。どの程度移動させるかは付勢手段(8)との兼ね合いである。シリンダ(24)で研磨装置本体(2)の位置決めがなされた後、砥石(10)をワーク(W)に押し付ける圧力の調整が必要であれば、ばね圧力調整用ねじ(35)をねじ込むことで圧力を高くすることができ、逆に回すことで圧力を低くすることができる。ワーク(W)が設置されたワーク保持手段(6)が前記アクチュエータ(7)により一方向へ送られることに伴い第２の相対移動手段(9)が働き砥石(10)の位置が強制的に移動される。

回転砥石(10)は、多孔質のフッ素樹脂（弾性体）中に砥粒が混入されているフッ素樹脂ボンド研磨用砥石（弾性砥石）とされており、これにより、砥粒を保持したフッ素樹脂がばねの作用をすることにより、凸状態の砥粒が面一方向に弾性的に移動し、砥石の凹凸が平均化されている。この実施形態では、回転砥石(10)は、円盤状砥石ベースにリング状の弾性砥石が固定されたもので、リング状弾性砥石の右面（表面）が研磨面とされている。回転砥石は、これに限られるものではなく、円盤状砥石ベースに円盤状の弾性砥石が固定されたものでもよく、また、円盤状砥石ベースの外周に円筒状の弾性砥石が固定されたものでもよい。後者の場合、その外周面を研磨面とすることもできる。

図４から図８までに、この発明による研磨装置によるワーク研磨過程を示している。これらの図については、図の右が前、左が後、上が左、下が右となっている。また、リング状の砥石(10)を用いた例を示しており、そのため、図９のようにワーク(W)と接触するところ、図示表現上の問題から、図４から図８までについては、砥石(10)の回転軸とワーク(W)が同一平面に位置するものとして説明を行う。

同図に示すように、主軸(15)を含む平面と砥石ベース(11)のなす平面とが垂直に交差した線上にガイドローラ(42)の中心があり、線状カム(41)は、前後方向に凹凸を有しており、図示した例では、２つの凸部(41a)(41c)の間に凹部(41b)を有する形状とされている。線状カム(41)の凸部(41a)(41c)にガイドローラ(42)が接触することにより、ガイドローラ(42)したがって砥石ベース(11)が左方に相対移動し、線状カム(41)の凹部(41b)にガイドローラ(42)が対向することにより、ガイドローラ(42)したがって砥石ベース(11)が付勢手段(8)の付勢力によって右方に移動するようになされている。各凸部(41a)(41c)は、平坦な頂部とその前後両側に形成された傾斜部とを有している。ガイドローラ(42)したがって砥石ベース(11)が右方に移動した際、回転砥石(10)は、ワーク(W)があれば、このワーク(W)の左面に所定の弾性力で当接し、ワーク(10)がなければ、ばね圧力調整用ねじ(35)の左面がストッパ(39)の右面に当接することにより、ワーク(W)の左面位置よりもさらに右方に移動して停止する。

図４は、研磨を行う前の状態を示すもので、この状態では、ガイドローラ(42)は、線状カム(41)に接触しておらず、付勢手段(8)の定圧用ばね(38)の伸び量は最大となっており、回転砥石(10)は、ワーク(W)から離れた位置にあってかつワーク方向に突出し、ワーク(W)の被研磨部（辺）より右に研磨面が位置する。

図５は、研磨を行う直前の状態を示すもので、この状態では、ガイドローラ(42)は、線状カム(41)に沿って移動しその前側の凸部(41a)の頂部に達しており、これにより、付勢手段(8)の定圧用ばね(38)の伸び量が最小となるとともに、回転砥石(10)は、ワーク(W)に干渉しない位置に退避させられる。

図６は、研磨中の状態を示すもので、この状態では、ガイドローラ(42)は、線状カム(41)の前側の凸部(41a)を越えて凹部(41b)に達しており、これにより、回転砥石(10)は、付勢手段(8)に付勢されてワーク(W)に押圧される。付勢手段(8)の定圧用ばね(38)の伸びは、回転砥石(10)がワーク(W)に当接することにより規制され、これに伴い、ガイドローラ(42)は凹部(41b)の底面に接触しない範囲に位置する。図６において、回転砥石(10)に接触しているワーク(W)の部分が研磨済み部分であり、それより後側（図の左側）の部分は、未研磨部分となっている。なお、本実施の形態では、リング状の砥石(10)を使っているので、正確には、前記研磨済み部分には、現在研磨面と接触し研磨中の部分と、研磨面と接触していない研磨済み部分とが含まれている。

図７は、研磨終了直前の状態を示すもので、この状態では、ガイドローラ(42)は、線状カム(41)の凹部(41b)に沿って移動し、後側の凸部(41c)近くに達している。回転砥石(10)は、図６の状態と同様に、付勢手段(8)に付勢されてワーク(W)に押圧されている。

図８は、研磨終了後の状態を示すもので、この状態では、ガイドローラ(42)は、線状カム(41)に沿って移動しその後側の凸部(41c)の頂部に達しており、これにより、付勢手段(8)の定圧用ばね(38)の伸び量が最小となるとともに、回転砥石(10)は、ワーク(W)に干渉しない位置に退避させられる。

上記の第１実施形態において、図１には、ワーク(W)を斜めに保持して一方の面取り部を研磨する例を示したが、ワーク(W)を水平に保持して端面を研磨することももちろん可能であり、ワーク(W)を図１とは逆の斜め方向に保持することにより、他方の面取り部を研磨することもできる。

また、上記に図示した回転砥石(10)を用いた研磨装置(1)においては、研磨装置本体(2)の主軸(15)の方向と、スライド体(3)によるスライド方向と、退避用スライドガイド(21)によるスライド方向がすべて平行であるが、主軸(15)の方向を変えることによってワーク端面の研磨に用いるか、面取り研磨に用いるかを設定することができる。これは、ワーク(W)の設置状態との関係になるが、薄板状ワーク(W)の平面と平行な平面内に主軸(15)があればワーク端面用回転砥石(10A)となり、前記端面と隣接した第１または第２の面取りの角度をαとした場合、ワーク平面と主軸のなす角が±（９０°−α）と同じにされ、かつ主軸(15)が第１の相対移動方向と直交するように配置されれば、第１または第２の面取り部研磨用の回転砥石(10B)(10C)となる（図９（ａ）参照）。なお、図９では、ワーク(W)の被研磨部と砥石(10A)(10B)(10C)の配置関係を示すに際し、砥石(10A)(10B)(10C)を円盤状に簡略表現している。ただし、第１または第２の面取り部研磨用の回転砥石(10B)(10C)を用いた研磨装置においては、モータ取付け台(12)の取り付け面が前記なす角に応じて傾斜した形状になるとともに、端面用、面取り用ともに主軸(15)の設置位置が適正な高さに変えられる。

なお、図示省略したが、外周面を研磨面とする回転砥石を使用する場合、砥石ベース(11)上に取り付けられたモータ取付け台(12)の向きを変更し（全体を９０°回転）、スライド体(3)のスライド方向と直交する方向に主軸(15)が向くように（主軸と第１の相対移動方向が平行になるように）なすことで付勢手段(8)による付勢により、主軸(15)が左右方向に平行移動し、したがって研磨面である砥石外周面をワーク(W)に押し付けることができる。そして、外周面を研磨面とする回転砥石を用いた研磨装置においては、研磨装置本体(2)の主軸(15)の方向がスライド体(3)によるスライド方向と直交していることから、モータ(2)（主軸）の取付け高さを端面研磨用か面取り研磨用かによって変更するとともに、退避用スライドガイド(21)により決定する位置を変更することにより、ワーク端面用研磨装置か面取り部用研磨装置かに設定することができる。

ワーク端面の研磨と面取り部の研磨とは、それぞれ別個に行ってももちろんよいが、図９（ｂ）に示すように、ワーク(W)を水平に保持するとともに、ワーク端面の研磨を行う端面研磨用回転砥石(10A)、前記端面に隣接する一方の面側の面取りを行う第１面取り研磨用回転砥石(10B)、および前記端面に隣接する他方の面側の面取りを行う第２面取り研磨用回転砥石(10C)の３つの回転砥石(10A)(10B)(10C)を使用し、これらを有する研磨装置をワーク送り方向（第１の相対移動方向）上に配置することにより、第１の相対移動手段(7)による移動の過程で端面および両面取り部を研磨することができる。この際、ワーク保持手段に複数のワークを第１の相対移動方向に並べて保持させるようにすることにより、より一層研磨効率を上昇することができる。なお、図示した回転砥石(10)を使用する場合、第１または第２の面取り部研磨用の回転砥石(10B)(10C)は、可能な限り回転中心より離れた研磨面を利用し、それらとワークとの接触位置（研磨位置）が両回転砥石(10B)(10C)が接触しない範囲で可能な限り近づけるようにすることが好ましい。このようにすれば、一方向から回転砥石(10B)(10C)を押し付ける場合は、たわみの影響による割れ等の不良防止策が必要となるところ、ワークに生じるたわみの一部が第１と第２の面取り部研磨用回転砥石(10B)(10C)による押し付けにより相殺されるため、割れ等の不良防止策が軽減される。

さらにまた、図示省略したが、ワーク(W)の被研磨部が平行線状の第１の辺と第２の辺とを有している場合には、第１の辺を研磨する第１回転砥石(10)と第２の辺を研磨する回転砥石(10)とが対向状に配置されるとともに、前記第２の相対移動手段(9)が第１および第２の辺の近傍にそれぞれ設けられている構成とすることにより、第１の相対移動手段(7)による移動の過程でワーク(W)の対向する２辺を同時に研磨することもできる。この場合も、端面および面取り部用の研磨装置を第１の相対移動方向に並べてもよい。

第１の相対移動手段(7)と組み合わされて使用されるワーク保持手段(6)としては、方形のワークの４辺がはみ出るようにワークを保持するものとすることができ、この場合に、第１の相対移動手段を研磨装置本体側にのみ設けるとともに、各辺の近傍にそれぞれ専用の研磨装置本体を配置することにより、４辺を同時に研磨することができる。この場合でも、ワーク端面用研磨装置本体と第１および第２面取り用研磨装置本体とを各辺に設けるようにしてもよい。これに代えて、ワーク保持手段のみに第１の相対移動手段を設けるとともに、ワーク保持手段に回転手段をさらに設け、第１の相対移動手段により研磨装置本体を通過したところで、回転手段によりワークを９０°回転させ、未研磨の辺を研磨装置本体側に向けるようにすることもできる。この回転手段の回転軸は、略正方形のワークの場合、ワーク保持手段の中心に設けることが好ましい。

図１０および図１１は、この発明の研磨装置の第２実施形態を示している。この研磨装置(1)は、第１実施形態のものと付勢手段が異なるのみであり、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。また、前後・左右も第１実施形態の研磨装置の各図に合わせている。

同図に示すように、付勢手段(50)は、砥石ベース(11)の左端部に後方（砥石ベース面に含まれスライド方向と直交する方向）突出状に設けられたワイヤロープ連結用ブラケット(53)と、固定台(4)の上板後面に下端部が固定されたＬ字型プーリサポート(51)と、プーリサポート(51)に前記ブラケット(53)よりもワーク側で回転可能に支持されたプーリ(52)と、前記ブラケット(53)に一端が固定されてプーリ(52)に掛けられたワイヤロープ(54)と、ワイヤロープ(54)の他端に吊り下げられたウエイトホルダ(55)に載せられたカウンタウエイト（重錘）(56)とを有している。これにより、砥石ベース(11)はカウンタウエイト(56)の自重（砥石ベース(11)が左右に移動しても常に一定）によって右方に付勢されている。したがって、カウンタウエイト(56)の重量を変更することにより、回転砥石(10)のワーク(W)への付勢力を調整することができる。なお、Ｌ字型プーリサポート(51)は、砥石ユニット架台(5)に設けてもよい。

第１および第２実施形態において、砥石の回転方向に飛ぶ研磨屑（微細な粉）を一端に吸気孔、他端に吸気手段（排気手段）を有するフレキシブル配管からなる研磨屑収集手段で収集すると、研磨屑の飛散を無くすことができ、研磨屑のワークへの吸着を防ぐことができる。この際、送気を行う送気手段によって前記回転方向で研磨位置に向けて送気することにより、研磨屑を対向する前記吸気孔に一層効果的に導くことができる。

また、第１および第２実施形態の研磨装置では、回転砥石(10)を弾性砥石とするとともに、付勢手段(8)(50)の定圧用ばね(38)またはカウンタウエイト(56)によりワーク(W)の被研磨部に作用する圧力が適度であって略定圧となる圧力制御を行っていることから、位置制御と異なり、砥石(10)とワーク(W)との間に作用する力によって砥石(10)の回転が停止させられるというような問題が起こることがないので、砥石(10)の周速度を０．５ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓの範囲の低速で利用し適切に研磨することができる。これにより、剛性砥石の高速回転では、ワーク(W)が強制的に引っ掻かれるため研磨屑が塊となるのに対し、微細な粉の研磨屑となり、砥石(10)の砥粒の凹凸がそのままワーク(W)に転写されることがなく、また、研磨屑の飛散の際に有するエネルギーも小さいものとなる。また、砥石(10)とワーク(W)とにかかる負荷が小さいため、位置制御で高速回転させる従来のものに比べて、発熱量が十分小さくなり、また、研磨屑が微細な粉であるため、吸気等で収集可能であり、冷却や洗浄等に用いる水などの回路パターン等処理された面が嫌う物質を使う必要がなくなるので、従来は研磨されていなかった回路パターン等処理されたワーク(W)の研磨を行うことができる。このため、この発明は、水等を利用する研磨方法（湿式）とは異なり、ドライな研磨方法（乾式）を提供するためのドライ研磨装置ということができる。

ワーク、特にウェハやガラス薄板の辺の端面や端面に隣接する面取り部の研磨に有効であり、さらに、それらワークのうち特に回路パターン等処理済みの取扱いに注意を要するワークの研磨装置として有効であって、従来の位置制御型の研磨装置に置き換え可能である。

この発明による研磨装置の第１実施形態を示す側面図である。同正面図である。同平面図である。この発明による研磨装置によるワーク研磨過程を示す図で、研磨を行う前の状態を示している。この発明による研磨装置によるワーク研磨過程を示す図で、研磨を行う直前の状態を示している。この発明による研磨装置によるワーク研磨過程を示す図で、研磨中の状態を示している。この発明による研磨装置によるワーク研磨過程を示す図で、研磨終了直前の状態を示している。この発明による研磨装置によるワーク研磨過程を示す図で、研磨終了後の状態を示している。この発明による研磨装置の配置の一例を示す図である。この発明による研磨装置の第１実施形態を示す側面図である。同正面図である。

符号の説明

(1) 研磨装置
(2) 研磨装置本体
(6) ワーク保持手段
(7) 第１の相対移動手段
(8) 付勢手段
(9) 第２の相対移動手段
(10) 回転砥石
(11) 砥石ベース（砥石を支持する台）
(20) 第３の相対移動手段
(27) ワーク台（ワークを支持する台）
(34) 支持体
(35) ばね圧力調整用おねじ部材
(36) 円柱状ばねガイド
(37) ばね受け
(38) 定圧用ばね
(39) ストッパ
(41) 線状カム
(41a)(41c) 凸部
(41b) 凹部
(42) ガイドローラ
(50) 付勢手段
(51) プーリサポート
(52) プーリ
(54) ワイヤロープ
(55) ウエイトホルダ
(56) カウンタウエイト
(W) ワーク

Claims

弾性体に砥粒を保持させた弾性砥石からなる回転砥石を有する研磨装置本体と、ワークを保持するワーク保持手段と、ワークの被研磨部と砥石との接触位置を研磨済みの位置から未研磨の位置に相対的に移動させる第１の相対移動手段と、第１相対移動手段による移動に伴い砥石位置をワーク接触位置およびワーク非接触位置に移動させる第２の相対移動手段とを備え、方形薄板状ワークの周縁を研磨する研磨装置において、
第２の相対移動手段を支持してこれを退避位置と研磨位置とに移動させる第３の相対移動手段と、第２の相対移動手段に設けられて回転砥石とワークの接触する圧力が略定圧となるように回転砥石またはワークを付勢する付勢手段とをさらに備えており、
第２の相対移動手段は、研磨装置本体およびワーク保持手段のいずれか一方に設けられかつ第１の移動方向に沿って凹凸が形成された線状カムと、同他方に設けられて付勢手段の付勢力によって相対的に線状カムに接近する方向に付勢されているガイドローラとを有し、線状カムの凹凸は、ガイドローラが線状カムの凸部に位置した際にこれと接触することで、回転砥石とワークとの間に付勢方向の間隙が形成され、ガイドローラが線状カムの凹部に位置した際にこれと非接触となることで、回転砥石とワークとの間に付勢手段の付勢力が作用するようになされていることを特徴とする研磨装置。
前記ワークは、研磨されない部分にゴミ・水等の付着を嫌う処理済み部を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記回転砥石は、周速度が０．５ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓの範囲のいずれかで用いられることを特徴とする請求項１または２記載の研磨装置。
付勢手段は、めねじ部が形成されている支持体と、支持体のめねじ部にねじ合わされた円筒状のばね圧力調整用おねじ部材と、両端部がおねじ部材から突出するようにおねじ部材に緩く挿通された円柱状ばねガイドと、ばねガイドの一端部に設けられたばね受けとおねじ部材の端面とに受け止められた定圧用ばねと、ばねガイドの他端部に設けられたストッパとを有していることを特徴とする請求項１，２または３記載の研磨装置。
付勢手段は、プーリサポートに回転可能に支持されたプーリと、プーリに掛けられたワイヤロープと、ワイヤロープに吊り下げられたウエイトホルダに載せられたカウンタウエイトとを有していることを特徴とする請求項１，２または３記載の研磨装置。
ワーク端面の研磨を行う端面研磨用回転砥石と、前記端面に隣接する一方の面側の面取りを行う第１面取り研磨用回転砥石と、前記端面に隣接する他方の面側の面取りを行う第２面取り研磨用回転砥石とが第１の相対移動方向上に配置されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の研磨装置。
ワークの被研磨部が平行線状の第１の辺と第２の辺とを有し、第１の辺を研磨する第１回転砥石と第２の辺を研磨する第２回転砥石とが対向状に配置されるとともに、前記第２の相対移動手段が第１および第２の辺の近傍にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の研磨装置。