JP4848170B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板、磁気ディスク、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、半導体等に用いられる金属製・樹脂製・ガラス製等のウェハや基板といった各種ワークの表面を研磨する研磨装置に関するものである。

従来、前記各種ワークの表面を研磨するには、ロール状、円盤状の研磨具を回転させ、ロール状の研磨具の場合はその外周面を、円盤状の研磨具の場合はその下面を、夫々ワーク表面に押し付けて研磨している。この場合、ワークの過熱防止、研削屑の洗い流し、研磨具の目詰まり防止等のために、回転中の研磨具に純水、水道水、工業用水といった水を掛けている。

しかし、従来のワーク研磨方法には以下のような課題がある。
（１）研磨回数が多くなると、研削屑が研磨具の外周面の砥粒や不織布に絡みつき、水を掛けても研削屑を洗い流しきれず、次第に、研磨具が目詰まりを起こし、研磨効率が悪くなる。
（２）水を研磨具外から掛けるため、研削屑が研磨具に食込みやすくなることもある。この場合は、水が目詰まりの一因となる。
（３）目詰まりした研磨具を使用するためには、目詰まり部分を削り取って新たな研磨面を表面に露出させるための目出し処理（ドレッシング処理）が必要であった。
（４）ドレッシング処理を行うためには、研磨具を研磨装置から外して他の研磨具と交換する必要がある。新たにセットした研磨具も取付け位置を調整する必要があるため、セットした研磨具が使用できる状態になるまでにはかなりの時間が掛かり、その間、研磨装置を稼動させることができないため生産効率が大幅に低下する。
（５）研磨回数が多くなると目詰まりも早くなり、その度にドレッシング処理をしなければならないため、１日の作業時間の約１／３はドレッシング処理とそのための研磨具の交換に時間がとられているのが実情である。このため作業能率が非常に悪い。
（６）研磨圧力を強くして１回の研磨作業での研削量を多くすると、ワークが伸びたり、曲がったり、反ったり（損傷）して使用不能となることがあるため、その様な事態が発生しない程度の強さの圧力で研磨している。このため、研削量を多くするためには研磨回数を増やさなければならず、研磨作業に時間がかかり、コスト高になる。
（７）研磨具が目詰まりすると研磨力が低下し、研磨効率が低下する。目詰まりした研磨具で研磨効率を上げるためには研磨圧力を強くしなければならないが、強くするとワークが損傷し易くなる。目詰まりしたときは、むしろ、研磨圧力を弱くしなければならず、弱くすると益々、研磨効率が低下する。
（８）ドレッシング処理を度々行なうと、研磨具の摩耗、消耗が激しくなり、研磨具の寿命が短くなり、コスト高となる。

本発明は、前記課題を解決できる研磨装置を提供するものである。

本件発明の研磨装置は、研磨具と、ワーク表面を化学的に溶解可能な薬液が加圧供給される液体供給源と、回転軸と、回転駆動源と、を備え、前記研磨具は、液体が通過可能な不織布に砥粒とシリコンカーバイトと短繊維とをバインダーで固着させた研磨材を有し、且つ前記液体供給源から加圧供給された前記薬液を外周面から流出させる流通孔を有し、前記研磨具が前記回転軸の外周に固定され、当該回転軸に前記液体供給源が取り付けられ、前記回転軸に回転駆動源が連結され、前記回転駆動源によって前記回転軸が回転すると、この回転に伴って前記研磨具は回転し、前記液体供給源は空転するものである。

本件発明の研磨装置は、研磨具がロール状であり、液体供給部が研磨具の心側に形成されて、薬液が心側から研磨面に流出するものとすることもできる。また、本件発明の研磨装置は、研磨具が円盤状であり、液体供給部が研磨具の心側又は上側に形成されて、薬液が心側から又は上方から研磨面に流出するものとすることもできる。

本件出願のワーク研磨方法は、液体を研磨具の内側から研磨面に流出させながらワークを研磨するので、次のような効果がある。
（１）研削屑が研磨具の内側から流出する液体で洗い流されるので、研磨具が目詰まりしにくくなり、長時間使用しても研磨力が低下しにくくなる。このため、ドレッシング処理の頻度が少なくなり、作業性がこれまでより倍以上も向上する。
（２）液体を研磨具の内側から流出させると同時に、外側からも掛ければ、研削屑の洗い流しが一層確実になり、益々目詰まりしにくくなる。また、冷却効果も高まる。
（３）研磨具が長時間使用しても目詰まりしにくく、研削力が低下しにくいため、ワークを所定量研磨するためには研磨回数が少なくて済み、作業性が向上する。また、研磨圧を強くしなくとも効率よく研磨できるため、ワークの損傷もほとんど発生しない。このため、本発明の研磨方法で研磨したワークを使用した製品は不良が発生しにくくなる。

本件出願のワーク研磨方法は、ワーク研磨方法において、ワーク表面を化学的に溶解可能な薬液を用いたので、上記各効果に加えて次のような効果がある。
（１）薬液がワークと反応してワークを溶解するため、研磨具による物理的研磨に加えて薬液による化学的研磨も可能となり、研削力が低下しにくくなり、研磨回数が少なく済み、作業効率が良くなる。
（２）薬液によって研削屑が溶解され易くなるため研削屑が研磨具に目詰まりしにくくなる。そのためドレッシング処理を行う頻度も少なくなり、研磨具の交換作業やそれに伴う研磨位置調整作業の頻度も少なくなり、研磨装置の稼動停止時間も短くなるため、生産効率も良い。また、研磨具の減りが少なくなって寿命が延び、コスト減にも資する。

本件出願の研磨装置における研磨具は、研磨具の内側に液体供給部を形成し、研磨具の材質又は／及び構造を、液体供給部から供給された液体が内側から外側の研磨面に流出可能としてあるため、次のような効果がある。
（１）液体供給部から研磨具に液体を供給するだけで、液体が研磨具の内側から研磨面に自動的に流出し、研削屑の洗い流し、研磨部分の過熱防止が確実になる。
（２）研磨具への研削屑の進入が防止されるため、研磨具が目詰まりしにくくなり、研磨具の研磨力が低下しにくく、研磨具の寿命も長くなり、ドレッシング処理の頻度も少なくなるため、作業効率も向上する。

本件出願の研磨装置における研磨具は、研磨具がロール状又は円盤状であり、液体供給部が研磨具の心側又は内側に形成されて、液体が心側又は内側から研磨面に流出するようにしたので、次のような効果がある。
（１）液体供給部から研磨具に液体を供給するだけで、液体が研磨具の心側から外周面（研磨面）に流出し、研削屑の洗い流し、研磨部分の過熱防止が確実になる。
（２）研磨具への研削屑の進入が防止されるため、研磨具が目詰まりしにくくなり、研磨具の研磨力が低下しにくく、研磨具の寿命も長くなり、ドレッシング処理の頻度も少なくなるため、作業効率も向上する。

本件出願の研磨装置は、前記した研磨具を使用し、その研磨具の回転軸に回転駆動源が連結され、研磨具の液体供給部に液体を供給する液体供給源が連結具で連結されているため、次のような効果がある。
（１）回転駆動源で研磨具を回転させながら、液体供給源から液体供給部に液体を供給するだけで、ワークを自動的に連続研磨することができる。
（２）液体が研磨具の心側又は内側から研磨面に流出するので、前記研磨具の効果を備えた研磨装置となる。

（ワーク研磨方法の実施形態１）
本発明のワーク研磨方法の実施形態の一例を、図１〜図５を参照して説明する、この実施形態は研磨具１がロール状の場合であり、その研磨具１の外周面（研磨面）２をワーク３に回転接触させながら、研磨具１の心側から研磨面２に液体４を流出させて研磨する方法である。この場合、必要であれば、研磨具１の外側（研磨面）２からも液体を掛けることができる。

研磨具１には液体が浸透或は流通し易い材質製のもの或は構造のものを使用する。研磨具１の心側から流出させる液体４には、工業用水、水道水といった水、ワーク３表面を化学的に溶解可能な薬液を用いることができる。薬液は研磨するワーク３の材質によって異なり、例えば、ワーク３が銅製の場合は、銅を溶解させることが可能な塩化第二銅などを用いることができる。薬液はワーク３表面を化学的に溶解可能であり、同時に、ワーク３表面を保護するものやワーク３表面に防錆性を付与するもの等、任意の液体を目的に応じて使用することができる。

（ワーク研磨方法の実施形態２）
本発明のワーク研磨方法では図６のような円盤状の研磨具１を使用することもできる。その場合は、円盤状の研磨具１の底面（研磨面）２をワーク３に回転接触させながら、研磨具１の内側から研磨面２に液体４を流出させて研磨する方法である。この場合も、研磨具１の材質や構造、使用する液体の種類には実施形態１の場合と同じものを使用することができる。またこの場合も、必要であれば、研磨具１の外側（研磨面）２からも液体を掛けることができる。

（研磨具の実施形態１）
本発明の研磨装置における研磨具の実施形態の一例を、図１、図２を参照して説明する。この実施形態の研磨具１は、前記したワーク研磨方法の実施に用いられるものであってロール状に形成されている。この研磨具１は円筒形の心材５の外周に、心材５より径の大きい円筒形の外筒６が支持片７を介して固定され、外筒６と心材５との間の空間を液体供給部８とし、そこに液体４を供給できるようにし、外筒６の外周面に研磨材９がロール状に取り付けられている。前記外筒６には図２に示すように多数の通孔１０が開口されており、前記液体供給部８内に供給された液体４が研磨材９に流出するようにしてある。

前記心材５、外筒６、支持片７は金属製、硬質樹脂製といった硬質で、変形しにくく、液体、特に、薬液によって溶解しにくい素材製としてある。心材５は回転軸１１を挿入するものである。支持片７は心材５と外筒６とを連結保持するものであって、図１に示すように一端が心材５の外周面に、他端が外筒６の内周面に連結されている。支持片７は心材５の外周方向に三本ずつ、心材５の軸方向複数箇所に備えられている。

前記液体供給部８は図１、図２に示すように心材５と外筒６の間にそれらの軸方向に形成された空間であり、ここには外部の液体供給源１３から液体４を供給することができ、供給された液体４が外筒６の各通孔１０から研磨材９へと流出するようにしてある。

前記研磨材９には液体４が通過し易い不織布が使用されており、それに砥粒、例えばシリコンカーバイトと、短繊維とがバインダーで固着させてあり、外筒６の各通孔１０から流出してくる液体４が外周面（研磨面）２へ流出できるようにしてある。

本発明の研磨装置における研磨具１においては、支持片７の形状、数、取り付け位置等は前記したものに限らず、心材５と外筒６を確実に固定可能であって、液体供給部８から外筒６の各通孔１０を通って研磨材９へ流出する液体４の流れが阻止されないようであれば、他の形状、数、取り付け位置とすることができる。例えば、支持片７を心材５の軸方向に長い板状にし、それを心材５と外筒６の間に仕切り板として配置して、心材５と外筒６の間の液体供給部８を心材５の周方向に複数に仕切ることもできる。

（研磨具の実施形態２）
前記研磨材９に用いる砥粒や短繊維の種類、粒径、長さ等には特に限定はなく、用途に適したものを適宜選択することができる。短繊維が短過ぎると互いの短繊維同士の絡み合いが弱くなって不織布の強度や耐久性が劣り、短繊維が長過ぎるとバインダーとの混合が不十分となって不織布の均質性が損なわれるため、そのようにならないように、短繊維の種類や長さを決定するのが望ましい。本発明の研磨材９は液体４が流れ易いものであれば、不織布以外のものであってもよい。

（研磨具の実施形態３）
本発明の研磨装置における研磨具の実施形態の他の例を、図３、図４を参照して説明する。この実施形態の研磨具１も本発明のワーク研磨方法の実施に用いられるものであり、ロール状に形成されている。この研磨具１は円筒形の心材５の外周面に研磨材９が取り付けられ、研磨材９の内側に数本の液体供給部８が形成されている。この液体供給部８には外部の液体供給源１３から液体４を供給することができ、内部に液体４を供給することができ、供給された液体４が研磨材９へ流出するようにしてある。

図３、図４の心材５も回転軸１１を挿通可能な径の円筒であり、図１の心材５と同様の材質で、同様の形状に形成されている。心材５の外周にロール状に取り付けられている研磨材９も図１の研磨材９と同じ材質、形状、構造としてある。

本発明の研磨装置における研磨具１は、図３、図４に示すように、液体供給部８が研磨材９の心材５側に、研磨具１の軸方向に螺旋状に複数本形成されたものには限られず、図５に示すように、液体供給部８が研磨材９の心材２側に、研磨具１の軸方向に螺旋状に複数本形成されたものとすることも可能である。液体供給部８の形状、形成位置、形成数は、上記以外の任意の形状、形成位置、形成数とすることもできる。

（研磨具の実施形態４）
図３の研磨具１の液体供給部８は、研磨材９の内側に、通孔が多数開口されたチューブやパイプ等の管材を配置して形成することもできる。

（研磨具の実施形態５）
本発明の研磨装置における研磨具の実施形態の他の一例を、図６を参照して説明する。図６の研磨具１も本発明のワーク研磨方法の実施に用いられるものである。この研磨具１は研磨材９が円盤状であり、その中心部に回転軸１１を挿し込んで固定可能な軸取付け穴２０が開口されている。この研磨具１は研磨材９の上方に液体供給部８が設けられており、その液体供給部８に供給された液体４が、その底面の通孔１０から下方に流れて研磨材９の底面（研磨面）２に流出するようにしてある。

この実施形態の研磨材９も、前記実施形態の研磨材９と同様に砥粒、例えばシリコンカーバイトと、短繊維とをバインダー（樹脂）で固着させた不織布製としたり、液体４が流れ易い他の材質製とすることもできる。

（研磨装置の実施形態１）
本発明の研磨装置の実施形態の一例を、図１、図２を参照して説明する。この研磨装置３０（図２）は、図１のロール状の研磨具１を用いた装置であり、研磨具１の心材５に回転軸１１を差込み、その回転軸１１をモータ等の回転駆動源１２で回転させると研磨具１が回転し、その外周面（研磨面）２がワーク３に接触して回転し、研磨具１の液体供給部８内に外部の液体供給源１３から液体４を加圧して供給すると、その液体４が外筒６の通孔１０を通過して研磨材９に流れ込み、研磨材９の研磨面２に流れ出すようにしてある。

前記液体供給源１３はリング状の容器であり、回転軸１１にロータリージョイント等の軸受け２２で取り付けられて、回転軸１１が回転しても液体供給源１３は回転しない（空転する）ようにし、これにより、回転軸１１が回転しても液体供給源１３に連結されているホース１４が捩れたり、絡まったりせずに円滑に回転できるようにしてある。

本発明の研磨装置３０では、回転する研磨具１から液体４が周囲に飛散することを防ぐために、液体飛散防止壁を研磨具１の周囲に備えることも可能である。

（研磨装置の実施形態２）
本発明の研磨装置の実施形態の他の例を、図３、図４を参照して説明する。この研磨装置３０（図４）は、図３の研磨具１を用いた装置であり、研磨具１の心材５に回転軸１１を差込み、その回転軸１１をモータ等の回転駆動源１２で回転させると研磨具１が回転し、その外周面（研磨面）２がワーク３に接触して回転し、研磨具１の液体供給部８内に外部の液体供給源１３から液体４を加圧して供給すると、その液体４が外筒６の通孔１０を通過して研磨材９に流れ込んで、研磨材９の研磨面２に流れ出すようにしてある。

この装置の液体供給源１３もリング状の容器であり、回転軸１１にロータリージョイント等の軸受け２２で取り付けられて、回転軸１１が回転しても液体供給源１３は回転せずに空転して、回転軸１１が回転しても液体供給源１３に連結されているホース１４が捩れたり、絡まったりせずに円滑に回転できるようにしてある。

（研磨装置の実施形態３）
本発明の研磨装置３０は、図５に示す研磨具１を使用することもできる。この場合、液体供給部８を回転軸１１にロータリージョイント等の軸受け２２で取り付ける。

（研磨装置の実施形態４）
本発明の研磨装置の実施形態の他の例を、図６を示して説明する。この研磨装置３０は研磨具１が円盤状のものであり、液体供給源１３を回転軸１１にロータリージョイント等の軸受け２２で取り付けてあり、液体供給源１３から研磨材９に加圧されて流れ込む液体４が研磨材９の底面（研磨面）２に流出するようにしてある。

図６の研磨装置３０においても、回転する研磨具１から液体４が周囲に飛散することを防ぐために、液体飛散防止壁を研磨具１の周囲に備えることも可能である。

本発明の研磨装置は、プリント基板、磁気ディスク、液晶、半導体等に用いられる金属製、樹脂製、ガラス製等のウェハや基板等といったワークの研磨には限られず、他の電気・電子製品用の部品や、機械製品用の部品の研磨等の分野にも応用することができる。

本発明の研磨装置における研磨具の実施形態の一例を示す斜視図。 図１に示す研磨具を備える本発明の研磨装置の実施形態の一例を示す図であって、図１に示す研磨具をＡ−Ａ断面で示した断面説明図。 本発明の研磨装置における研磨具の実施形態の他の一例を示す斜視図。 図１に示す研磨具を備える本発明の研磨装置の実施形態の一例を示す図であって、図１に示す研磨具をＢ−Ｂ断面で示した断面説明図。 本発明の研磨装置における研磨具の実施形態の他の一例を示す斜視図。 本発明の研磨装置及びそれに用いる研磨具の実施形態の他の一例を示す部分断面図。

１ 研磨具
２ 研磨面
３ ワーク
４ 液体
５ 心材
６ 外筒
７ 支持片
８ 液体供給部
９ 研磨材
１０ 通孔
１１ 回転軸
１２ 回転駆動源
１３ 液体供給源
１４ ホース
２０ 軸取付け穴
２２ 軸受け
３０ 研磨装置

Claims (3)

1. 研磨具をワークに回転接触させてワークを研磨する研磨装置であって、
   研磨具と、ワーク表面を化学的に溶解可能な薬液が加圧供給される液体供給源と、回転軸と、回転駆動源と、を備え、
   前記研磨具は、液体が通過可能な不織布に砥粒とシリコンカーバイトと短繊維とをバインダーで固着させた研磨材を有し、且つ前記液体供給源から加圧供給された前記薬液を外周面から流出させる流通孔を有し、
   前記研磨具が前記回転軸の外周に固定され、当該回転軸に前記液体供給源が取り付けられ、
   前記回転軸に回転駆動源が連結され、
   前記回転駆動源によって前記回転軸が回転すると、この回転に伴って前記研磨具は回転し、前記液体供給源は空転することを特徴とする研磨装置。
2. 請求項１記載の研磨装置において、
   研磨具がロール状であり、液体供給部が研磨具の心側に形成されて、薬液が心側から研磨面に流出するようにしたことを特徴とする研磨装置。
3. 請求項１記載の研磨装置において、
   研磨具が円盤状であり、液体供給部が研磨具の心側又は上側に形成されて、薬液が心側から又は上方から研磨面に流出するようにしたことを特徴とする研磨装置。

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