研磨装置
【課題】研磨液を研磨工具と被加工面の間に介在させて研磨加工を施す研磨装置において、研磨工具が研磨液に水没して浮力を発生するのを防ぐ。
【解決手段】研磨工具３は回転しながら被加工物５の被加工面５ａに圧接され、被加工面５ａの研磨加工を行う。研磨液は、研磨液供給手段１９によって研磨工具３の加工部３ａに供給され、研磨液排出手段２０によって排出される。研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０は、回転ステージ１７ａ及び上下ステージ１７ｂによって研磨工具３に対する相対位置を変化させ、常時、研磨工具３の下側から研磨液を排出することで、研磨工具３が研磨液に水没するのを防ぐ。
【解決手段】研磨工具３は回転しながら被加工物５の被加工面５ａに圧接され、被加工面５ａの研磨加工を行う。研磨液は、研磨液供給手段１９によって研磨工具３の加工部３ａに供給され、研磨液排出手段２０によって排出される。研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０は、回転ステージ１７ａ及び上下ステージ１７ｂによって研磨工具３に対する相対位置を変化させ、常時、研磨工具３の下側から研磨液を排出することで、研磨工具３が研磨液に水没するのを防ぐ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い形状精度が要求される光学素子等を研磨加工する研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線やさらなる短波長を光源とする露光装置に用いられる光学素子を研磨加工する高精度な研磨装置においては、数ナノメートルの研磨除去量精度が必要となる。その場合研磨工具と被加工物との圧接部の荷重は、研磨除去量に比例しており、高い正確さが求められる。
【０００３】
従来の研磨装置は、上記圧接部の荷重を所望に保つために、例えば特許文献１に開示されたように、研磨工具の研磨液に対する水没量を検出し、検出した水没量を予め定めた設定値と比較して、研磨タブ内の研磨液を増減させる。
【０００４】
また、特許文献２に開示されたものは、研磨工具を被加工物に押付ける加重手段と、研磨工具を回転させる回転手段とを有する研磨ヘッドにおいて、加重手段に、その可動部の自重をキャンセルするためのスプリングを装着する。さらに、加重軸の変位、研磨ヘッドの傾き及び研磨液面の高さを検出する手段と、スプリングの反力変化、研磨ヘッドの傾き時の自重変化及び弾性球体である研磨工具の浮力変化を制御するエアシリンダと、を有する。加重軸の変位、研磨ヘッドの傾き及び研磨液面の高さを検出する手段からの信号を元に、エアシリンダで発生する力を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３６７９５７号公報
【特許文献２】特許第３１１３００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術は、研磨工具と被加工物との圧接部の荷重を所望に保つために、研磨液を工具中心や近傍から噴出する構成であるため、被加工物が凹面の場合、被加工物の凹部に研磨液が溜まり、研磨工具が水没して浮力が発生する。
【０００７】
研磨工具の水没量を検出する構成では、研磨工具の水没量及び液面の高さ検出のために研磨液面を計測する手段が、研磨工具の回転で生じる研磨液の飛散によって汚れ、誤測定が生じる。また、研磨工具が回転して研磨液が流れを生じると液面が揺れ、被加工面近傍の液面を正確に測定できない場合が生じ、研磨工具の水没量及び液面の高さの検出が不正確となり、実際の浮力値との相違が生じるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、被加工物の凹部に研磨液が溜まり、研磨工具が水没することによる浮力の発生を抑制することのできる研磨装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の研磨装置は、研磨工具と、前記研磨工具を被加工物に圧接して回転させる手段と、前記研磨工具の加工部に研磨液を供給する研磨液供給手段と、前記研磨工具の加工部から研磨液を排出する研磨液排出手段と、前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段を前記研磨工具の周囲に保持しながら、前記研磨工具とともに被加工物の被加工面に倣って移動させる手段と、前記研磨工具に対する、前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段の相対位置を制御するステージ機構と、を有し、前記ステージ機構は、被加工物の被加工面に倣って移動する前記研磨工具の下側に、前記研磨液排出手段の相対位置を保つことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
研磨工具の移動とともに、研磨液排出手段を研磨工具の下側に移動させて研磨液を排出することにより、研磨工具の水没を回避して、浮力の発生を抑制する。これによって、研磨荷重の変動を防ぎ、安定した高精度な研磨加工を行うことができる。また、研磨工具の水没量及び液面の高さ検出等が不要となり、研磨加工の効率化を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１による研磨装置を示すもので、（ａ）はその装置構成を示す模式断面図、（ｂ）は研磨工具の加工部と研磨液供給手段及び研磨液排出手段の位置関係を説明する平面図である。
【図２】図１（ｂ）のＢ位置及びＣ位置における研磨工具と研磨液供給手段及び研磨液排出手段の位置関係を説明する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
図１に示すように、研磨ヘッドの筐体１は、回転駆動源であるモータ２を支持し、モータ２は、研磨工具３に連結された研磨工具軸４に回転運動を伝える。これによって研磨工具３は回転し、被加工物５の被加工面５ａの法線方向に沿って角度及び位置を変化させて、逐次被加工物５に圧接されることで研磨加工を行う。角型のリニアエアーベアリング６は、筐体１に固定され、エアーの供給によって可動子７がラジアル方向に拘束され、摺動抵抗の少ないスラスト方向の移動を行う。可動子７は、中心にベアリング８を配し、これによって研磨工具軸４を回転支持する。被加工物５は加工テーブル９上に保持される。可動子７上のモータ取付け部材１０はモータ２を支持し、モータドライバコントローラ１１は、モータ２の回転をコントロールする。
【００１３】
研磨工具３と被加工物５との圧接部である加工部３ａの荷重は、研磨工具３、研磨工具軸４、ベアリング８、可動子７、モータ取付け部材１０及びモータ２によるものであり、０．７Ｎとなる。研磨工具３の先端径はφ２０ｍｍ、厚さ５ｍｍである。被加工物５は外形１０５ｍｍ、Ｒ１２０ｍｍ、深さ１５ｍｍの凹形状である。本実施例においては予めその近傍に加工を施したものを用いた。研磨液は、酸化セリウムの微粒子を研磨液溶媒である純水に混合させたものである。
【００１４】
このように構成された研磨ヘッドは、パラレルリンクコントローラ１２の指令により、自在に角度及び高さが変更できるパラレルリンク機構１３に設置される。被加工物５を保持する加工テーブル９は、加工テーブルコントローラ１４の指令によりＸ、Ｙ方向に移動する。
【００１５】
加工物形状データ計算機１５は、被加工物５の形状データから被加工面５ａの法線軸上に研磨工具３の軸中心を一致させる法線追従を行うべく、研磨ヘッドの角度及び位置を計算し、逐次、角度位置変更制御装置１６へ情報を送信する。この情報から、角度位置変更制御装置１６は、パラレルリンクコントローラ１２及び加工テーブルコントローラ１４へ指令を送り、研磨ヘッドの傾斜角度及び被加工物５の位置変更を逐次行う。
【００１６】
筐体１は、回転ステージ１７ａ及び上下ステージ１７ｂからなるステージ機構を保持し、これらは、研磨工具３とともに移動する。回転ステージ１７ａは、回転ステージコントローラ１８ａの指令により、研磨工具軸４と同芯で回転し、研磨工具３に対する研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の回転位置（回転方向の相対位置）を制御する。研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０は、互に対向して研磨工具３の周囲に保持されている。上下ステージ１７ｂは、上下ステージコントローラ１８ｂの指令により、回転ステージ１７ａを上下動させることで、研磨工具３の周囲において、研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の上下位置（上下方向の相対位置）を制御する。
【００１７】
研磨液供排機構位置計算機２１は、加工物形状データ計算機１５からの研磨ヘッドの角度及び位置の計算情報を受信し、逐次回転ステージコントローラ１８ａに情報を送信する。この情報から回転ステージコントローラ１８ａは、回転ステージ１７ａへ指令を送り、研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の回転位置の変更を逐次行う。
【００１８】
研磨液供排機構位置計算機２２は、研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の先端部が被加工物５に接触しない位置を計算し、上下ステージコントローラ１８ｂに情報を送信する。この情報から上下ステージコントローラ１８ｂは、上下ステージ１７ｂへ指令を送り、研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の上下位置の変更を逐次行う。
【００１９】
研磨液供給ポンプ２２は、研磨液供給手段１９へ繋がり研磨液を供給する。研磨液排出ポンプ２３は、研磨液排出手段２０へ繋がり研磨液を排出する。
【００２０】
図１（ｂ）におけるＡ位置では、被加工物５の中心を加工し、Ｂ位置では、傾斜角度をもつ図中右斜め上方向を加工する。Ｃ位置では、傾斜角度をもつ図中右斜め上方向を加工する。被加工物５の法線軸上に研磨工具３の軸中心を一致させて加工を行う場合には、Ａ位置は被加工物５の中心であるから、研磨工具３の軸中心は垂直であり、Ｂ位置及びＣ位置は傾斜を成す。
【００２１】
Ａ位置では、研磨液が被加工面５ａの底部に位置する研磨液供給手段１９から研磨工具３の加工部３ａに供給され、すぐさま研磨液排出手段２０から排出されるため、研磨工具３は研磨液に水没しない。従って浮力による変動はゼロである。
【００２２】
図２（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、傾斜角度をもつＢ位置及びＣ位置においても、研磨液排出手段２０が研磨工具３の下側に相対移動して研磨液を排出するため、研磨工具３は研磨液に水没しない。従って浮力による変動はゼロである。
【００２３】
実際にモータドライバコントローラ１５からの指令で研磨工具３を３０Ｈｚで回転させ、被加工物５を研磨加工を施した結果、研磨液の浮力による荷重変動が抑制された高精度な研磨加工を行うことができた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
Ｘ線及びさらなる短波長を光源とする露光装置に用いられる高い精度のレンズやミラーの加工に適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１ 筐体
２ モータ
３ 研磨工具
４ 研磨工具軸
１７ａ 回転ステージ
１７ｂ 上下ステージ
１９ 研磨液供給手段
２０ 研磨液排出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い形状精度が要求される光学素子等を研磨加工する研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線やさらなる短波長を光源とする露光装置に用いられる光学素子を研磨加工する高精度な研磨装置においては、数ナノメートルの研磨除去量精度が必要となる。その場合研磨工具と被加工物との圧接部の荷重は、研磨除去量に比例しており、高い正確さが求められる。
【０００３】
従来の研磨装置は、上記圧接部の荷重を所望に保つために、例えば特許文献１に開示されたように、研磨工具の研磨液に対する水没量を検出し、検出した水没量を予め定めた設定値と比較して、研磨タブ内の研磨液を増減させる。
【０００４】
また、特許文献２に開示されたものは、研磨工具を被加工物に押付ける加重手段と、研磨工具を回転させる回転手段とを有する研磨ヘッドにおいて、加重手段に、その可動部の自重をキャンセルするためのスプリングを装着する。さらに、加重軸の変位、研磨ヘッドの傾き及び研磨液面の高さを検出する手段と、スプリングの反力変化、研磨ヘッドの傾き時の自重変化及び弾性球体である研磨工具の浮力変化を制御するエアシリンダと、を有する。加重軸の変位、研磨ヘッドの傾き及び研磨液面の高さを検出する手段からの信号を元に、エアシリンダで発生する力を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３６７９５７号公報
【特許文献２】特許第３１１３００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術は、研磨工具と被加工物との圧接部の荷重を所望に保つために、研磨液を工具中心や近傍から噴出する構成であるため、被加工物が凹面の場合、被加工物の凹部に研磨液が溜まり、研磨工具が水没して浮力が発生する。
【０００７】
研磨工具の水没量を検出する構成では、研磨工具の水没量及び液面の高さ検出のために研磨液面を計測する手段が、研磨工具の回転で生じる研磨液の飛散によって汚れ、誤測定が生じる。また、研磨工具が回転して研磨液が流れを生じると液面が揺れ、被加工面近傍の液面を正確に測定できない場合が生じ、研磨工具の水没量及び液面の高さの検出が不正確となり、実際の浮力値との相違が生じるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、被加工物の凹部に研磨液が溜まり、研磨工具が水没することによる浮力の発生を抑制することのできる研磨装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の研磨装置は、研磨工具と、前記研磨工具を被加工物に圧接して回転させる手段と、前記研磨工具の加工部に研磨液を供給する研磨液供給手段と、前記研磨工具の加工部から研磨液を排出する研磨液排出手段と、前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段を前記研磨工具の周囲に保持しながら、前記研磨工具とともに被加工物の被加工面に倣って移動させる手段と、前記研磨工具に対する、前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段の相対位置を制御するステージ機構と、を有し、前記ステージ機構は、被加工物の被加工面に倣って移動する前記研磨工具の下側に、前記研磨液排出手段の相対位置を保つことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
研磨工具の移動とともに、研磨液排出手段を研磨工具の下側に移動させて研磨液を排出することにより、研磨工具の水没を回避して、浮力の発生を抑制する。これによって、研磨荷重の変動を防ぎ、安定した高精度な研磨加工を行うことができる。また、研磨工具の水没量及び液面の高さ検出等が不要となり、研磨加工の効率化を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１による研磨装置を示すもので、（ａ）はその装置構成を示す模式断面図、（ｂ）は研磨工具の加工部と研磨液供給手段及び研磨液排出手段の位置関係を説明する平面図である。
【図２】図１（ｂ）のＢ位置及びＣ位置における研磨工具と研磨液供給手段及び研磨液排出手段の位置関係を説明する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
図１に示すように、研磨ヘッドの筐体１は、回転駆動源であるモータ２を支持し、モータ２は、研磨工具３に連結された研磨工具軸４に回転運動を伝える。これによって研磨工具３は回転し、被加工物５の被加工面５ａの法線方向に沿って角度及び位置を変化させて、逐次被加工物５に圧接されることで研磨加工を行う。角型のリニアエアーベアリング６は、筐体１に固定され、エアーの供給によって可動子７がラジアル方向に拘束され、摺動抵抗の少ないスラスト方向の移動を行う。可動子７は、中心にベアリング８を配し、これによって研磨工具軸４を回転支持する。被加工物５は加工テーブル９上に保持される。可動子７上のモータ取付け部材１０はモータ２を支持し、モータドライバコントローラ１１は、モータ２の回転をコントロールする。
【００１３】
研磨工具３と被加工物５との圧接部である加工部３ａの荷重は、研磨工具３、研磨工具軸４、ベアリング８、可動子７、モータ取付け部材１０及びモータ２によるものであり、０．７Ｎとなる。研磨工具３の先端径はφ２０ｍｍ、厚さ５ｍｍである。被加工物５は外形１０５ｍｍ、Ｒ１２０ｍｍ、深さ１５ｍｍの凹形状である。本実施例においては予めその近傍に加工を施したものを用いた。研磨液は、酸化セリウムの微粒子を研磨液溶媒である純水に混合させたものである。
【００１４】
このように構成された研磨ヘッドは、パラレルリンクコントローラ１２の指令により、自在に角度及び高さが変更できるパラレルリンク機構１３に設置される。被加工物５を保持する加工テーブル９は、加工テーブルコントローラ１４の指令によりＸ、Ｙ方向に移動する。
【００１５】
加工物形状データ計算機１５は、被加工物５の形状データから被加工面５ａの法線軸上に研磨工具３の軸中心を一致させる法線追従を行うべく、研磨ヘッドの角度及び位置を計算し、逐次、角度位置変更制御装置１６へ情報を送信する。この情報から、角度位置変更制御装置１６は、パラレルリンクコントローラ１２及び加工テーブルコントローラ１４へ指令を送り、研磨ヘッドの傾斜角度及び被加工物５の位置変更を逐次行う。
【００１６】
筐体１は、回転ステージ１７ａ及び上下ステージ１７ｂからなるステージ機構を保持し、これらは、研磨工具３とともに移動する。回転ステージ１７ａは、回転ステージコントローラ１８ａの指令により、研磨工具軸４と同芯で回転し、研磨工具３に対する研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の回転位置（回転方向の相対位置）を制御する。研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０は、互に対向して研磨工具３の周囲に保持されている。上下ステージ１７ｂは、上下ステージコントローラ１８ｂの指令により、回転ステージ１７ａを上下動させることで、研磨工具３の周囲において、研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の上下位置（上下方向の相対位置）を制御する。
【００１７】
研磨液供排機構位置計算機２１は、加工物形状データ計算機１５からの研磨ヘッドの角度及び位置の計算情報を受信し、逐次回転ステージコントローラ１８ａに情報を送信する。この情報から回転ステージコントローラ１８ａは、回転ステージ１７ａへ指令を送り、研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の回転位置の変更を逐次行う。
【００１８】
研磨液供排機構位置計算機２２は、研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の先端部が被加工物５に接触しない位置を計算し、上下ステージコントローラ１８ｂに情報を送信する。この情報から上下ステージコントローラ１８ｂは、上下ステージ１７ｂへ指令を送り、研磨液供給手段１９及び研磨液排出手段２０の上下位置の変更を逐次行う。
【００１９】
研磨液供給ポンプ２２は、研磨液供給手段１９へ繋がり研磨液を供給する。研磨液排出ポンプ２３は、研磨液排出手段２０へ繋がり研磨液を排出する。
【００２０】
図１（ｂ）におけるＡ位置では、被加工物５の中心を加工し、Ｂ位置では、傾斜角度をもつ図中右斜め上方向を加工する。Ｃ位置では、傾斜角度をもつ図中右斜め上方向を加工する。被加工物５の法線軸上に研磨工具３の軸中心を一致させて加工を行う場合には、Ａ位置は被加工物５の中心であるから、研磨工具３の軸中心は垂直であり、Ｂ位置及びＣ位置は傾斜を成す。
【００２１】
Ａ位置では、研磨液が被加工面５ａの底部に位置する研磨液供給手段１９から研磨工具３の加工部３ａに供給され、すぐさま研磨液排出手段２０から排出されるため、研磨工具３は研磨液に水没しない。従って浮力による変動はゼロである。
【００２２】
図２（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、傾斜角度をもつＢ位置及びＣ位置においても、研磨液排出手段２０が研磨工具３の下側に相対移動して研磨液を排出するため、研磨工具３は研磨液に水没しない。従って浮力による変動はゼロである。
【００２３】
実際にモータドライバコントローラ１５からの指令で研磨工具３を３０Ｈｚで回転させ、被加工物５を研磨加工を施した結果、研磨液の浮力による荷重変動が抑制された高精度な研磨加工を行うことができた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
Ｘ線及びさらなる短波長を光源とする露光装置に用いられる高い精度のレンズやミラーの加工に適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１ 筐体
２ モータ
３ 研磨工具
４ 研磨工具軸
１７ａ 回転ステージ
１７ｂ 上下ステージ
１９ 研磨液供給手段
２０ 研磨液排出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨工具と、
前記研磨工具を被加工物に圧接して回転させる手段と、
前記研磨工具の加工部に研磨液を供給する研磨液供給手段と、
前記研磨工具の加工部から研磨液を排出する研磨液排出手段と、
前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段を前記研磨工具の周囲に保持しながら、前記研磨工具とともに被加工物の被加工面に倣って移動させる手段と、
前記研磨工具に対する、前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段の相対位置を制御するステージ機構と、を有し、
前記ステージ機構は、被加工物の被加工面に倣って移動する前記研磨工具の下側に、前記研磨液排出手段の相対位置を保つことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記ステージ機構は、
前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段を前記研磨工具のまわりに回転させる回転ステージと、
前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段を前記研磨工具の周囲において上下動させる上下ステージと、を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項１】
研磨工具と、
前記研磨工具を被加工物に圧接して回転させる手段と、
前記研磨工具の加工部に研磨液を供給する研磨液供給手段と、
前記研磨工具の加工部から研磨液を排出する研磨液排出手段と、
前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段を前記研磨工具の周囲に保持しながら、前記研磨工具とともに被加工物の被加工面に倣って移動させる手段と、
前記研磨工具に対する、前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段の相対位置を制御するステージ機構と、を有し、
前記ステージ機構は、被加工物の被加工面に倣って移動する前記研磨工具の下側に、前記研磨液排出手段の相対位置を保つことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記ステージ機構は、
前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段を前記研磨工具のまわりに回転させる回転ステージと、
前記研磨液供給手段及び前記研磨液排出手段を前記研磨工具の周囲において上下動させる上下ステージと、を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１５６６２８（Ｐ２０１１−１５６６２８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１５９（Ｐ２０１０−２１１５９）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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