JP6251144B2

JP6251144B2 - 表面処理装置、および表面処理方法

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Publication number: JP6251144B2
Application number: JP2014186437A
Authority: JP
Inventors: 攻宮内; 池谷　之宏; 之宏池谷; 定行佐々木; 義英中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: FR3025737B1; US9937600B2; FR3025737A1; US20160074984A1; JP2016055413A

Description

本発明の実施形態は、例えばワークの表面を処理する表面処理装置及び表面処理方法に関する。

例えば、ワークの表面を処理する方法として、帯状研磨体とワークを重ね合わせ、帯状研磨体をワークの走行方向と反対方向に移動させることで、研磨処理を行うものがある。また、両端を張った状態のワークの長手方向に、回転するローラ状の研磨体を押さえつけることで、研磨処理を行うものがある。これらの方法において、ワークは、搬送方向の上流や下流に配置された搬送ローラや搬送リールにより送られ、または巻き取られることで、搬送される。

特開２００８−２００７７５号公報

ワークを搬送するためには、ワークと研磨体の摩擦力より大きい荷重でワークを引っ張る必要がある。この際にワークに生じる張力により、ワークが破断することがある。

実施形態にかかる表面処理装置は、ワークの第１の表面に対向し前記第１の表面に処理を施す処理面を有する、表面処理部と、前記ワークの前記第１の表面とは反対側の第２の表面に対向し、前記第２の表面との摩擦係数が前記ワークの前記第１の表面と前記処理面との摩擦係数よりも大きい支持面を有する支持部と、前記支持面を前記処理面に対して相対的に押し付ける方向に荷重を付与し、前記荷重の方向とは異なる前記ワークの搬送方向に前記支持面を移動させることで、前記ワークを前記搬送方向に移動させる、搬送部と、前記搬送部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記支持面を前記処理面に対して相対的に押し付ける方向に第１の荷重を付与し、前記第１の荷重の付与後に前記処理面を回転させ、前記処理面の回転数が所定の回転数に到達した後に、荷重を増加して前記第１の荷重より大きい第２の荷重とし、第２の荷重を付与した状態で前記支持部を搬送方向に移動するように、前記搬送部を動作させる。

第１実施形態に係る研磨装置の平面図。同研磨装置の側面図。同研磨装置の斜視図。同研磨装置の動作を示す説明図。他の実施形態にかかる研磨装置の斜視図。他の実施形態にかかる研磨装置の斜視図。

[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態かかる研磨装置１について、図１乃至４を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る研磨装置１の平面図であり、図２は側面図、図３は斜視図である。図中矢印X,Y,Zは互いに直交する３方向を示し、Xは搬送方向、Zは押圧方向に沿っている。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。

本実施形態では、一例としてワーク１０はシート状である。詳細にはワーク１０として帯状の部材を処理対象とした。また、本実施形態においては、表面処理の一例として、研磨面３１ａによってワーク１０の表面を研磨する研磨処理を行う研磨装置１（表面処理装置）及び研磨方法（表面処理方法）について、説明する。

図１及び図２に示すように、研磨装置１は、ワーク１０の第１の表面１１ａに研磨処理を施す研磨面３１ａを有する研磨部３０と、ワーク１０を支持する支持面２１ａを有する支持部としての保持台２１及び保持台２１移動させることでワーク１０を搬送する搬送部２２を備える支持搬送機構部２０と、研磨部３０及び搬送部２２の動作を制御する制御部４０と、を備える。なお、図１及び３においては搬送部２２及び後処理装置２を省略して示す。

ワーク１０は、Ｘ方向である搬送方向に長い、薄い帯状の部材である。ワーク１０は、例えば銅、アルミ、ステンレス、あるいは、これらを積層したものからなる。ワーク１０は、例えばＺ方向寸法である厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、Ｙ方向寸法である幅１０ｍｍ〜２００ｍｍに構成されている。ワーク１０は研磨処理をされる前の段階では例えばロール状に巻かれて保存されている。第１の表面１１ａ、第２の表面１１ｂ、支持面２１ａ、及び研磨面３１ａはＸＹ平面を形成するとともに、回転軸Ｃ１はＺ軸に沿うように配置されている。

表面処理部である研磨部３０は、円盤状に形成されるとともにその上面に研磨面３１ａを構成する研磨布３１を備えている。研磨布３１は例えば溶融アルミナや炭化ケイ素で構成される。研磨部３０は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に応じて、軸心Ｃ１を中心に回転する。研磨面３１ａを構成する研磨布３１が、ワーク１０の第１の表面１１ａである下面を受ける。研磨部３０の回転によって、研磨布３１が、第１の表面１１ａに接触した状態で搬送方向とは異なる周方向に動作することで、第１の表面１１ａを研磨する。このとき、周方向の動きによって、ワーク１０及び支持面２１ａに搬送方向を横切る方向（例えば、横方向）の力がかかる。

研磨面３１ａは、ワーク１０や保持台２１の幅よりも大きく、また搬送ピッチP1よりも大きい径を有する円形である。研磨部３０の軸心C１よりも片側に寄った位置に、ワーク１０が配置され、このワーク１０を挟んで、保持台２１が対向配置される。このため、研磨部３０の回転により、研磨面３１ａは周方向に移動し、研磨面３１ａに接するワーク１０及び保持台２１には、搬送方向とは異なる横方向（Y方向）の力が作用することになる。

支持搬送機構部２０は、ワーク１０の第２の表面１１ｂである上面を受ける保持台２１と、保持台２１を移動させることでワーク１０を搬送する搬送部２２と、を備えている。

保持台２１は、例えば搬送方向に長い矩形の板状であり、ワーク１０を挟んで研磨面３１ａに対向する支持面２１ａを有する。本実施形態においては保持台２１の下面が平らな支持面２１ａとなり、この支持面２１ａでワーク１０の第２の表面１１ｂである上面を受ける。ここでは、保持台２１の片側の側面が軸心C１を通る位置に設定されている。すなわち、保持台２１の中央は軸心C１よりも片側にずれた位置に配置されている。支持面２１ａはワーク１０の第１の表面１１ａとは反対側の第２の表面１１ｂに対向している。保持台２１は例えばステンレス鋼、セラミック等からなり、その支持面２１ａ、すなわち、帯状のワーク１０と接触する面に、摩擦係数を上げる処理として、シリコン等のゴムコーティング処理が成されている。第２の表面１１ｂと支持面２１ａとの摩擦係数μ１はワーク１０の第１の表面１１ａと研磨面３１ａとの摩擦係数μ２よりも大きく設定されている。

搬送部２２は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に応じて保持台２１をZ方向に沿って昇降動作をさせることと、X方向に沿って往復のスライド動作をさせることと、が可能である。

保持台２１は、昇降動作に応じて、研磨面３１ａに対して接離する。すなわち、搬送部２２は、保持台２１を下降させ、支持面２１ａが研磨面３１ａに相対的に押し付けられる方向に荷重を付与する。また、搬送部２２は、保持台２１を上昇させることで、この加圧力を低減、解除する。したがって、制御部４０の制御に応じて、加圧力を調整することができる。

また、第２の表面１１ｂと支持面２１ａとの摩擦係数μ１はワーク１０の第１の表面１１ａと研磨面３１ａとの摩擦係数μ２よりも大きく設定されているため、保持台２１のX軸に沿うスライド運動とＺ軸方向の荷重の制御を組み合わせることで、ワーク１０を搬送することができる。

すなわち、搬送部２２は、保持台２１を下降して研磨面３１ａに押しつけ、下方に荷重を付与した状態で、保持台２１を搬送方向前方にスライド移動させることで、支持面２１ａのX方向の移動とともに支持面２１ａにより大きな摩擦力で対面するワーク１０を搬送方向に移動する。

本実施形態にかかる研磨装置１の搬送方向下流側には、図２に示すように、研磨処理の後の処理を行う後処理装置２が隣接して設けられている。後処理装置２は、例えばスパッタや真空蒸着による薄膜成膜装置である。

以上のように構成された研磨装置１の動作について、図４を参照して説明する。図４は研磨装置１の動作を示す説明図であり、保持台２１の昇降動作（上下動作）、研磨部３０の回転動作、保持台２１にかかる荷重、及び保持台２１の搬送動作の、複数の動作のタイミングチャートを示している。

研磨処理の開始が指示されると、制御部４０はまず、搬送部２２を駆動して保持台２１を下降させ、保持台２１を研磨面３１ａに接触させ、予め設定した第１の荷重（低荷重）で押さえる。続いて、研磨部３０を駆動し、研磨面３１ａを回転させる。所定の回転速度で研磨面３１ａが回転することにより、ワーク１０の第１の表面１１ａが研磨される。制御部４０は、回転開始後もさらに保持台２１を研磨面３１ａに押しつける下降方向の荷重を増加する。荷重が第１の荷重よりも大きい第２の荷重（研磨荷重）に到達し、さらに、研磨部３０の回転数が所定の値に到達した状態で、制御部４０は搬送部２２を駆動し、搬送方向先方に向かって所定の搬送ピッチP１で保持台２１をスライド移動させる。なお、搬送ピッチＰ１は、例えば研磨面３１ａの搬送方向寸法よりも小さい所定の寸法に設定されている。このとき、摩擦係数μ１＞μ２であるため、保持台２１の移動に伴って、ワーク１０が搬送方向に同搬送ピッチＰ１で移動する。したがって、研磨処理を行いながら、保持台２１とともにワーク１０が搬送方向に移動し、ワーク１０が搬送方向先方へ所定の搬送ピッチP1分の距離、搬送される。

所定の搬送ピッチP１の搬送が終了した後、制御部４０は、保持台２１の荷重を低減させ、研磨部３０の回転を停止する。研磨部３０の回転が停止した後、保持台２１を上昇させ、ワーク１０から離間させる。保持台２１が離間した状態で、保持台２１を搬送方向後方に所定の搬送ピッチP1だけ移動し、X方向における保持台２１の位置を元に戻す。

なお、保持台２１の戻し動作については、研磨布３１の回転を停止せずに戻すことも可能である。この場合には、保持台２１でワーク１０の第１の表面１１ａを研磨布３１に押し付ける圧力が０の状態で、ワーク１０が変形しないようにワーク１０の搬送方向両側から張力を付与することが必要となる。

以上の複数の動作、すなわち、下降、回転開始、荷重増加、搬送、荷重低減、回転停止、上昇、及び戻しの工程を備える一連の動作を、繰り返し行うことで、帯状のワーク１０を所定の搬送ピッチＰ１分ずつ搬送しながら連続して研磨することができる。

実施形態に係る研磨装置１及び研磨方法によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、ワーク１０を搬送するために張力をかけるローラやリールを用いないため、研磨荷重が大きくなっても、帯状のワーク１０を破断することなく研磨することができる。また、ワーク１０を引張る機構が不要となるため、研磨後の面を触れずに次の工程へ進むことができ、例えば搬送用のローラなどからワークの表面１１ａに異物が付着することが防止できる。例えば本実施形態においてはスパッタや真空蒸着などの薄膜成膜装置が後続して設けられ、研磨処理の搬送用の部材に接触することなくワーク１０が薄膜成膜工程に進むことができる。したがって、異物の付着を防止することで、後工程における異物の悪影響を防ぐことができる。さらに、搬送のためのつかみ代を設けることが不要となり、ワーク１０形状の制約を減らせる。

また、回転する研磨布３１により帯状のワーク１０の長手方向に対して横向きに発生する力を保持台２１で受けることができるため、ワーク１０の変形を防止できる。

なお、上述した実施形態は例示であり、発明の範囲を限定するものではない。例えば、研磨布３１の枚数は１枚に限らず、複数枚を配置することが可能である。例えば他の実施形態として図５に示す研磨装置１Ａでは、搬送方向に沿って２枚の研磨布３１を並列配置した。この他の点については上記第１実施形態にかかる研磨装置１と同様である。

本実施形態にかかる研磨装置１Ａ及び研磨方法においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態によれば、帯状のワーク１０の長手方向に複数の研磨面３１ａを並列して配置することにより、ワーク１０の長手方向の研磨範囲を広げることができるとともに、搬送ピッチも増やすことができる。

また、帯状のワーク１０の長さによっては、帯状のワーク１０を供給するための送りリール、研磨後の帯状のワーク１０を巻き取るための巻取りリールを配置してもよい。他の実施形態として図６に示す研磨装置１Ｂはワーク１０の搬送方向上流側に送りリール４１が設けられ、ワーク１０の搬送方向下流側には巻き取りリール４２が設けられている。これらの送りリール４１はと巻取りリール４２は、帯状のワーク１０のたるみ解消のための張力を帯状のワーク１０に与える機構とすることも可能である。この場合であっても、搬送のための機構や搬送のための張力は不要であり、低い張力で保持すれば足りる。したがって、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、ワーク１０を搬送するために張力をかけるローラやリールを用いないため、研磨荷重が大きくなっても、帯状のワーク１０を破断することなく研磨することができる。また、回転する研磨布３１により帯状のワーク１０の長手方向に対して横向きに発生する力を保持台２１で受けることができるため、ワーク１０の変形を防止できる。なお、帯状のワーク１０を巻き取りリールに巻き取る際の研磨面３１ａの汚れや傷を防ぐために層間紙を挿入してもよい。

また、表面処理装置として、研磨面３１ａを有する研磨装置１を例示したが、これに限られるものではない。例えば表面処理装置として、他にバフ研磨装置、拭き取り洗浄装置等にも本発明を適用できる。この場合にあっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（１）
ワークの第１の表面に対向し前記第１の表面に処理を施す処理面を有する、表面処理部と、
前記ワークの前記第１の表面とは反対側の第２の表面に対向し、前記第２の表面との摩擦係数が前記ワークの前記第１の表面と前記処理面との摩擦係数よりも大きい支持面を有する支持部と、
前記支持面が前記処理面に対して相対的に押し付けられる方向に荷重を付与し、前記荷重の方向とは異なる前記ワークの搬送方向に前記支持面を移動させることで、前記ワークを前記搬送方向に移動させる、搬送部と、
を備える、ことを特徴とする表面処理装置。
（２）
前記ワークに対して、前記表面処理部から前記ワークの前記搬送方向を横切る方向に力が加わることを特徴とする（１）に記載の表面処理装置。
（３）
前記ワークはシート状であって、
前記処理面は、前記第１の表面に接触した状態で前記搬送方向とは異なる方向に動作し、第１の表面を研磨する、研磨面であることを特徴とする（１）または（２）に記載の表面処理装置。
（４）
前記搬送部の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、第１の荷重を付与し、前記第１の荷重の付与後に前記研磨面を回転させ、前記研磨面の回転数が所定の回転数に到達した後に、荷重を増加して前記第１の荷重より大きい第２の荷重とした状態で前記保持台を搬送方向に移動し、搬送後に前記荷重を低減し、前記研磨面の回転を停止し、前記荷重を解除するように、前記搬送部を動作させる、
ことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面処理装置。
（５）
前記ワークは帯状であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の表面処理装置。
（６）
ワークの第１の表面に処理を施す処理面と、前記ワークの前記第１の表面とは反対側の第２の表面に対向し、前記第２の表面との摩擦係数が前記ワークの前記第１の表面と前記処理面との摩擦係数よりも大きい支持面と、の間に、前記ワークを配した状態で、
前記支持面が前記処理面に対して相対的に押し付けられる方向に荷重を付与し、
前記荷重の方向とは異なる前記ワークの搬送方向に前記支持面を移動させることで、前記ワークを前記搬送方向に移動させる、ことを特徴とする表面処理方法。
（７）
前記ワークに対して、前記表面処理部から前記ワークの前記搬送方向を横切る方向に力が加わることを特徴とする（６）に記載の表面処理方法。
（８）
前記処理面は、前記第１の表面に接触した状態で前記搬送方向とは異なる方向に動作し、第１の表面を研磨する、研磨面であることを特徴とする（６）または（７）に記載の表面処理方法。
（９）
前記支持面が前記処理面に対して相対的に押し付けられる方向に第１の荷重を付与し、
前記研磨面を回転させ、
前記研磨面の回転数が所定の回転数に到達した後に、荷重を増加して前記第１の荷重より大きい第２の荷重とし、
前記保持台を搬送方向に移動することで前記ワークを搬送し、
前記搬送後に前記荷重を低減し、
前記研磨面の回転を停止し、
前記回転の停止後に前記荷重を解除する、
ことを特徴とする（６）乃至（８）のいずれかに記載の表面処理方法。
（１０）
前記ワークはシート状であることを特徴とする（６）乃至（９）のいずれかに記載の表面処理方法。
（１１）
前記ワークは帯状であることを特徴とする（６）乃至（１０）のいずれかに記載の表面処理方法。

１、１Ａ、１Ｂ…研磨装置、２…後処理装置、１０…ワーク、１１ａ…第１の表面、１１ｂ…第２の表面、２０…支持搬送機構部、２１…保持台、２１ａ…支持面、２２…搬送部、３０…研磨部、３１…研磨布、３１ａ…研磨面、４０…制御部、Ｃ１…回転軸、Ｐ１…搬送ピッチ、μ１、μ２…摩擦係数。

Claims

ワークの第１の表面に対向し前記第１の表面に処理を施す処理面を有する、表面処理部と、
前記ワークの前記第１の表面とは反対側の第２の表面に対向し、前記第２の表面との摩擦係数が前記ワークの前記第１の表面と前記処理面との摩擦係数よりも大きい支持面を有する支持部と、
前記支持面を前記処理面に対して相対的に押し付ける方向に荷重を付与し、前記荷重の方向とは異なる前記ワークの搬送方向に前記支持面を移動させることで、前記ワークを前記搬送方向に移動させる、搬送部と、
前記搬送部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記支持面を前記処理面に対して相対的に押し付ける方向に第１の荷重を付与し、前記第１の荷重の付与後に前記処理面を回転させ、前記処理面の回転数が所定の回転数に到達した後に、荷重を増加して前記第１の荷重より大きい第２の荷重とし、第２の荷重を付与した状態で前記支持部を搬送方向に移動するように、前記搬送部を動作させる、
ことを特徴とする表面処理装置。
前記ワークに対して、前記表面処理部から前記ワークの前記搬送方向を横切る方向に力が加わることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
前記ワークはシート状であって、
前記処理面は、前記第１の表面に接触した状態で前記搬送方向とは異なる方向に動作し、第１の表面を研磨する、研磨面であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面処理装置。
前記制御部は、前記移動後に前記荷重を低減し、前記荷重が低減した状態で、前記処理面の回転を停止し、前記荷重を解除する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表面処理装置。
前記ワークは帯状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面処理装置。
ワークの第１の表面に処理を施す処理面と、前記ワークの前記第１の表面とは反対側の第２の表面に対向し、前記第２の表面との摩擦係数が前記ワークの前記第１の表面と前記処理面との摩擦係数よりも大きい支持面と、の間に、前記ワークを配した状態で、
搬送部により、前記支持面を前記処理面に相対的に押し付ける方向に、第１の荷重を付与することと、
前記第１の荷重が付与された状態で前記処理面を回転させることと、
前記処理面の回転数が所定の回転数に到達した後に、前記搬送部により、荷重を増加して前記第１の荷重より大きい第２の荷重を付与するとともに、前記荷重の方向とは異なる前記ワークの搬送方向に前記支持面を有する支持部を移動させ、前記ワークを前記搬送方向に移動させる、ことと、を備えることを特徴とする表面処理方法。
前記ワークに対して、前記処理面から前記ワークの前記搬送方向を横切る方向に力が加わることを特徴とする請求項６に記載の表面処理方法。
前記処理面は、前記第１の表面に接触した状態で前記搬送方向とは異なる方向に動作し、第１の表面を研磨する、研磨面であることを特徴とする請求項６または７に記載の表面処理方法。
前記移動後に前記荷重を低減し、
前記処理面の回転を停止し、
前記回転の停止後に前記荷重を解除する、
ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の表面処理方法。
前記ワークはシート状であることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の表面処理方法。
前記ワークは帯状であることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の表面処理方法。