JP5048466B2 - 研磨治具 - Google Patents

Description

本発明は、基板から切り出した棒状、または、チップ状の部材を高精度に研磨するための研磨治具に関するものである。

従来、ハードディスクのヘッド部分の部品や、半導体チップ、光導波路デバイス、光素子等、のような基板から切断された部材の研磨には、研磨用の治具を用いて研磨を行っている。

従来の研磨治具として、例えば、「微小部品の研磨治具」（特許文献１）などが提案されている。ここで、特許文献１の説明にあたっては、本願の対応する部品の用語を括弧書きで示す。
特許文献１に記載された研磨治具は、被研磨部品（部材）が貼付される微小部品保持片（研磨対象保持部品）と、リーフスプリング（板バネ）と、前記微小具品保持片研磨対象保持部品）を前記リーフスプリング（板バネ）を介して支える研磨治具本体（ベース）とから構成されている。上記リーフスプリング（板バネ）は、その中間部で２回折り曲げ、折り返して、中央部付近を折り重ねた形に成形されている。

これにより、リーフスプリング（板バネ）の全体的形状の長さに比してリーフスプリング（板バネ）としての実効長さが著しく長くなるためバネ定数が低くなり、その結果、研磨圧力を高精度に制御して研磨品質を向上させることができるとしている。
特開２００７−１６０４２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるような従来の研磨治具は、板バネが薄く小さいため、板バネと研磨対象保持部品との溶接による接合が困難であった。
また、通常板バネと、研磨対象保持部品とは、要求される物性が異なるので、異なる材料で形成される。このため、溶接も異種材料同士の溶接となり、なおさら溶接が困難なものとなっていた。

更に、溶接に成功しても、溶接バラツキや、溶接ビートの大きさのバラツキにより、板バネの実効長さが変化し、バネ定数がばらついてしまう。この、バネ定数のばらつきにより、部材に対する押圧力がバラツキ、部材を均等に研磨することができず、ミクロン単位、サブミクロン単位での精密研磨も困難であるという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、板バネが薄く小さく、また、板バネと研磨対象保持部品との材質が異なっても、板バネと研磨対象保持部品とが良好に溶接され、バネ定数のバラツキがなく、部材を均等に研磨可能で、かつ、ミクロン単位、サブミクロン単位という精密研磨をすることが可能な研磨治具を提供しようとするものである。

本発明の課題は、下記の各発明によって解決することができる。
即ち、本発明の研磨治具は、研磨対象の部材が底面に貼付される研磨対象保持部品と、前記研磨対象保持部品を略垂直に釣支する板バネと、前記板バネと接合され前記板バネを支えるベースとで構成された研磨治具であって、前記研磨対象保持部品と前記板バネとの間に介在して、前記研磨対象保持部品と前記板バネとを接合する中間部品を備え、前記研磨対象保持部品と前記中間部品とが溶接により接合され、前記中間部品と前記板バネとが溶接により接合され、前記研磨対象保持部品と前記板バネとは接合されず、前記板バネと前記中間部品とは同じ材質で形成され、前記板バネと前記研磨対象保持部品とは異なる材質で形成されていることを主要な特徴としている。

これにより、板バネと研磨対象保持部品とは、中間部品を介して接合され、中間部品と板バネとは、同一材質なので、板バネが薄く小さくても、中間部品と板バネとは、良好に溶接をすることができる。また、中間部品と、研磨対象保持部品とは、材質は異なるが、中間部品はある程度のサイズがあるので溶接しろを大きく取ることができ、良好な溶接をすることが可能となる。その結果、板バネと研磨対象保持部品とは、中間部品を介して良好に溶接接合される。

また、本発明の研磨治具は、前記中間部品は、互いに平行な面の組を少なくとも３組備えた形状であり、前記研磨対象保持部品には凹部が形成され、前記中間部品を構成する少なくとも一つの面が、前記凹部の底面に接触した状態で、前記中間部品と前記研磨対象保持部品とが溶接により接合され、前記中間部品の面のうち、前記底面と接触している面に垂直な面と、前記板バネを構成する面とが接触し、前記中間部品と前記板バネとの溶接接合部分は、前記中間部品の面のうち前記底面と接触している面に対向する面と、前記板バネを構成する面との境界部分以外の部分の少なくとも一部であることを主要な特徴としている。

これにより、溶接バラツキや溶接ビートの大きさ、位置のバラツキによる板バネの実効長さのバラツキを防ぐことができ、バネ定数のバラツキを抑えることができる。よって、各研磨対象保持部品が研磨対象部材に及ぼす押圧力を均一にすることができる。

更に、本発明の研磨治具は、前記研磨対象保持部品は、ＳＵＳ４４０Ｃで形成され、前記板バネは、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ、前記中間部品は、ＳＵＳ３０４−ＣＰで形成されていることを主要な特徴としている。ここで、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ、ＳＵＳ３０４−ＣＰとは、ＪＩＳ規格によるステンレス鋼の種類を示す。また、ＳＵＳ３０４−ＣＰと、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰとは、材質的には同等のものである。

これにより、研磨対象保持部品は、研磨対象部材を貼付して研磨盤に押圧するために、最適の剛性、強度、加工精度を得ることができ、板バネは、研磨対象保持部品を釣支するために最適な、バネ特性、強度を得ることができる。

以上説明したように、本発明の研磨治具は、中間部品と板バネとは、同一材質なので、板バネが薄く小さくても、互いを良好に溶接接合をすることができる。また、中間部品と、研磨対象保持部品とは、材質は異なるが、研磨対象保持部品及び中間部品は、ある程度のサイズがあるので溶接しろを大きく取ることができ、互いを良好に溶接接合することが可能となる。その結果、板バネと研磨対象保持部品とは、中間部品を介して良好に溶接接合される。

また、板バネと中間部品の溶接位置を板バネの実効長に影響しない位置にしているので、溶接バラツキや溶接ビートの大きさ、位置のバラツキによる板バネの実効長さのバラツキを防ぐことができる。これにより、バネ定数のバラツキを抑えることができ、各研磨対象保持部品が研磨対象部材に及ぼす押圧力を均一にすることができる。

更に、前記研磨対象保持部品が、ＳＵＳ４４０Ｃで形成され、前記板バネと、前記中間部品とが、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ、ＳＵＳ３０４−ＣＰで形成されているので、研磨対象保持部品は、研磨対象部材を貼付して研磨盤に押圧するために、最適の剛性、強度、加工精度を得ることができ、板バネは、研磨対象保持部品を釣支するために最適な、バネ特性、強度を得ることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の研磨治具を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜全体構成＞
本発明の一実施形態に係る研磨治具の構成について図を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る研磨治具の概略斜視図である。

図１（Ａ）に示すように、本発明の研磨治具は、複数の研磨対象保持部品１と、複数の板バネ２と、ベース３と、中間部品４（図１（Ａ）には図示せず。説明は後述する。）から構成されている。
板バネ２の片端には、研磨対象保持部品１が接合され、反対端にはベース３が接合されている。

研磨対象保持部品１は、ステンレス鋼で形成された略直方体形状の部品であり、長手方向が水平面に対して垂直となるような向きで、複数個並列配置されている。ここで、研磨対象保持部品１の材質は、発明者の詳細な研究の結果、ステンレス鋼の中でもＳＵＳ４４０Ｃが最も好ましく、強度、剛性、加工精度、耐久性等、本発明の研磨治具に使用するには最適であることを発見したが、このステンレス鋼だけに限定するものではなく、その他のステンレス鋼、鉄、アルミニウム、ジュラルミン等のその他の金属、合金も使用することが可能である。

更に、研磨対象保持部品１の形状は、略直方体形状だけでなく、垂直断面が「エの字」形状、「コの字」形状、「Ｈ字」形状、あるいは全体形状が略円筒形状等、様々な形状を採用することが可能である。
研磨対象保持部品１の同一側面の上部と下部とにそれぞれ板バネ２の一端が接合されている。

板バネ２は、バネ鋼で形成された板バネであり、片端に研磨対象保持部品１、反対端にベース３が接合されている。板バネ２は、厚みのバラツキが約±０．００５ｍｍの精度で作製されており、その材質は、発明者の詳細な研究の結果、バネ鋼の中でもＳＵＳ３０４ＣＳＰが最も好ましく、バネ特性、強度、寿命、耐久性等、本発明の研磨治具に使用するには最適であることを発見したが、それだけに限定するものではなく、その他のバネ鋼、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム、ジュラルミン等のその他の金属、合金も使用することが可能である。

板バネ２を作製する方法として、複数の板バネ２を一つのブロックからワイヤ放電加工等により削り出す方法がある。しかしながら、複数の板バネ２を一つのブロックからワイヤ放電加工により削り出す方法をやめ、板バネ２を型抜き、レーザ加工等により一枚一枚切り出して作製することにより、大幅な製造時間短縮が可能となる。また、上述のように、板バネ２の材質としてステンレスのバネ鋼（ＳＵＳ３０４ＣＳＰなど）を使用することにより、安定した板厚とすることが可能となる。

板バネ２は、並列したすべての研磨対象保持部品１の側面上部と下部とに一つずつ接合されている。研磨対象保持部品１に接合された板バネ２の反対端は、ベース３に接合されている。詳述すれば、研磨対象保持部品１の側面上部に接合している板バネ２は、ベース３の上部若しくは上端に接合され（図１においては上端に接合）、研磨対象保持部品１の側面下部に接合している板バネ２は、ベース３の下部若しくは下端に接合（図１においては下端に接合）されている。

即ち、ベース３は、板バネ２を介して研磨対象保持部品１を上下方向に揺動可能に釣支
している。これにより、複数の研磨対象保持部品１は、それぞれ独立して上下方向の動きが可能となっている。

＜研磨対象保持部品と板バネとの接合部分の構成＞
続いて、研磨対象保持部品１と、板バネ２との接合部分の構成について更に詳細に説明する。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）において矢印Ｂの方向から見た垂直断面図である。
図１（Ｂ）に示すように、研磨対象保持部品１と、板バネ２とは、中間部品４を介して接合されている。即ち、板バネ２と、中間部品４とが溶接部５によって接合され、板バネ２と接合された中間部品４は、研磨対象保持部品１に形成された凹部に挿入され、中間部品４と研磨対象保持部品１とが溶接部６によって接合されている。板バネ２と、研磨対象保持部品１とは、直接には接合されていない。

ここで、中間部品４は、板バネ２と同じ材質で形成されている。好ましい材質の組み合わせとしては、板バネ２の材質がバネ特性の良いＳＵＳ３０４ＣＳＰ、中間部品４は板バネ２と同等材質のＳＵＳ３０４ＣＰ、研磨対象保持部品１の材質はＳＵＳ４４０Ｃである。研磨対象保持部品１は、研磨対象物を保持して研磨盤に押圧することにより研磨対象物の微小研磨を行うので、使用する材料として剛性が高く狂いの少ない材料を使用する必要がある。それに対して、板バネ２は、バネとして使用されるのでバネとしての特性の良い材料、即ち、弾性があり、粘りのある材料を使用する必要がある。このように、研磨対象保持部品１と、板バネ２とは、要求される材料の性質が相反するので、同一材料を使用することが困難である。

板バネ２と研磨対象保持部品１とを溶接によって接合することは、お互いに異種材料であること、及び、板バネ２が薄板であることにより困難である。しかしながら、本発明の研磨治具では、板バネ２と同一材料で形成された中間部品を介して溶接することにより、困難な接合を可能としている。

更に説明すると、板バネ２は、同一材料で構成された中間部品４と溶接される。これにより、板バネ２は、薄板であるが、同一材料なので溶接接合が可能であり、接合強度も良好に保たれる。ここで、板バネ２と、中間部品４との溶接部分は、図１（Ｂ）に示すように、板バネ２の先端と、研磨対象保持部品１の凹部底面と対向する中間部品４の面とである。また、板バネ２と、中間部品４との溶接部分は、板バネ２の先端部と、中間部品４の両側面（図において向かって手前側と奥側）であってもよい。しかしながら、溶接不可部７、即ち、研磨対象保持部品１の凹部底面と対向する中間部品４の面の反対面と、その面と接する板バネ２の部分とを溶接部分とすることはできない。その部分を溶接部分とすると、溶接ビートの大きさのバラツキにより板バネ２のバネ特性がばらつくからである。よって、その部分以外の部分で溶接接合する必要がある。

本発明においては、溶接ビートの大きさや、溶接バラツキにバネの実効長さが影響を受けることが無く、バネ特性に影響を与えないので、バネ特性のバラツキを防ぐことができる。これにより、複数の研磨対象保持部品はどれも均一のバネ特性で釣支されるので、部材を均等に研磨盤に対して加圧することが可能となり、部材の研磨バラツキを防ぐことができる。

板バネ２と溶接された中間部品４は、研磨対象保持部品１と溶接接合される。板バネ２と、中間部品４とは、材料が異なるが、中間部品４は、薄板ではなくある程度の大きさを有するブロックなので、研磨対象保持部品１との溶接部分の面積を大きく取ることができる。よって、異種材料同士の溶接であっても、それを可能とし、溶接強度も良好に保つことができる。

＜本発明の研磨治具の使用例＞
本発明の一実施形態に係る研磨治具の使用例について図を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る研磨治具の使用状態の概略斜視図である。
図２に示すように、基板から切り出した１個の細長い板状の部材２１が、並列した複数の研磨対象保持部品１の底面に貼付されている。

研磨対象保持部品１の上端には、研磨対象保持部品１を下方向に押圧する押圧手段２２が配置されている。この状態で、本発明の研磨治具は、研磨盤２０の上に設置される。その後、研磨砥粒が研磨盤２０上に塗布しつつ研磨盤を回転させることにより、部材２１が研磨される。

研磨対象保持部品１は、各々独立して板バネによって釣支されているので、各々独立して上下方向に揺動可能である。これにより、研磨対象保持部品１の上端に設置された押圧手段２２によって、各研磨対象保持部品１が、独立して部材２１に押圧による圧力を印加することが可能となる。よって、部材２１の一部に研磨不足の部分が存在しても、その部分のみに少し圧力を多めに印加して研磨することにより、その部分の研磨不足を解消すると同時に、研磨不足以外の部分は、圧力が多めに印加されていないので、研磨しすぎを防ぐことができる。

また、研磨対象が細長い板状の部材でなく、チップであったとしても、複数のチップが一つずつ各研磨対象保持部品１に貼付され、各研磨対象部材一つずつ独立して押圧力の調整ができるので、複数のチップを同時に研磨しつつ、各チップの研磨量の調整を独立して行うことが可能となる。

ここで、押圧手段２２としては、様々な構成を採用することができる。例えば、バネによって研磨対象保持部品１を押す構成を採用することもできるし、おもりの増減によって押圧の力を加減する構成を採用することもできる。また、空気圧、油圧によって研磨対象保持部品１を押す構成を採用することもできるし、ピエゾ素子によって研磨対象保持部品１を押す構成を採用することもできる。

以上、本発明の研磨治具について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態における研磨治具の構成等に様々な変更、改良を加えることが可能である。

本発明の研磨治具は、部材の研磨、特に精密な研磨を必要とする、半導体チップ、半導体バー、ハードディスク用ヘッド、光デバイス、光コネクタ、光導波路デバイス、表面弾性波デバイス、ＭＲ（磁気抵抗効果）素子等の研磨に使用することができる。即ち、部材の精密研磨が必要な分野である、半導体製造分野、光デバイス製造分野、表面弾性波デバイス製造分野、ＭＲ素子製造分野等、様々な分野において利用することができるものである。

（Ａ）本発明の一実施形態に係る研磨治具の概略斜視図である。 （Ｂ）図１（Ａ）において矢印Ｂの方向から見た垂直断面図である。 本発明の一実施形態に係る研磨治具の使用状態の概略斜視図である。

符号の説明

１ 研磨対象保持部品
２ 板バネ
３ ベース
４ 中間部品
５ 溶接部
６ 溶接部
７ 溶接不可部
２０ 研磨盤
２１ 部材
２２ 押圧手段

Claims (3)

1. 研磨対象の部材が底面に貼付される研磨対象保持部品と、前記研磨対象保持部品を略垂直に釣支する板バネと、前記板バネと接合され前記板バネを支えるベースとで構成された研磨治具であって、
   前記研磨対象保持部品と前記板バネとの間に介在して、前記研磨対象保持部品と前記板バネとを接合する中間部品を備え、
   前記研磨対象保持部品と前記中間部品とが溶接により接合され、
   前記中間部品と前記板バネとが溶接により接合され、
   前記研磨対象保持部品と前記板バネとは接合されず、
   前記板バネと前記中間部品とは同じ材質で形成され、前記板バネと前記研磨対象保持部品とは異なる材質で形成されていること、
   を特徴とする研磨治具
2. 前記中間部品は、互いに平行な面の組を少なくとも３組備えた形状であり、
   前記研磨対象保持部品には凹部が形成され、
   前記中間部品を構成する少なくとも一つの面が、前記凹部の底面に接触した状態で、前記中間部品と前記研磨対象保持部品とが溶接により接合され、
   前記中間部品の面のうち、前記底面と接触している面に垂直な面と、前記板バネを構成する面とが接触し、
   前記中間部品と前記板バネとの溶接接合部分は、前記中間部品の面のうち前記底面と接触している面に対向する面と、前記板バネを構成する面との境界部分以外の部分の少なくとも一部であること、
   を特徴とする請求項１に記載の研磨治具。
3. 前記研磨対象保持部品は、ＳＵＳ４４０Ｃで形成され、
   前記板バネは、ＳＵＳ３０４-ＣＳＰで、前記中間部品は、ＳＵＳ３０４−ＣＰで形成されていること、
   を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の研磨治具。
   

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