特開 2023-176843 研磨装置及び荷電粒子線装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176843

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】研磨装置及び荷電粒子線装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 19/00 20060101AFI20231206BHJP

   H01J 37/16 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

B24B19/00 Z

H01J37/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089358

(22)【出願日】2022-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 諒

(72)【発明者】

【氏名】中澤 洸介

(72)【発明者】

【氏名】綱川 仁志

【テーマコード（参考）】

3C049

5C101

【Ｆターム（参考）】

3C049AB01

3C049AB04

3C049BA07

3C049BC01

3C049CA01

3C049CB01

5C101BB01

5C101CC01

5C101CC12

5C101LL04

(57)【要約】

【課題】多種の円筒状部材に対する精度の高い共摺り加工を実現する。
【解決手段】円筒状である第１部材及び第２部材を共摺りする研磨装置１００であって、第１部材が載置され、垂直方向に伸びる回転軸Ｃを中心に回転する回転台１０９と、第１部材と段差で嵌合させて第１部材の上に積み上げられた第２部材を把持する上部把持機構（１０２，１０３）と、押付板１１０Ｐにより第２部材を垂直方向に加圧する加圧部１１０と、上部把持機構が結合され、加圧部と独立して上部把持機構を水平方向に移動可能とする水平可動機構（１０５，１０６，１１２）とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状である第１部材及び第２部材を共摺りする研磨装置において、
前記第１部材が載置され、垂直方向に伸びる回転軸を中心に回転する回転台と、
前記第１部材と段差で嵌合させて前記第１部材の上に積み上げられた前記第２部材を把持する上部把持機構と、
押付板により前記第２部材を垂直方向に加圧する加圧部と、
前記上部把持機構が結合され、前記加圧部と独立して前記上部把持機構を水平方向に移動可能とする水平可動機構とを有する研磨装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１部材及び前記第２部材のいずれか一方には他方と嵌合するための凸部が、他方には凹部が設けられており、前記凸部の上面と前記凹部の底面がいずれも接合面となり、
前記上部把持機構が前記第２部材を把持し、前記加圧部により前記接合面が垂直方向に加圧された状態で、前記回転台が前記第１部材を回転させることにより、前記接合面を研磨する研磨装置。

【請求項3】

請求項１において、
前記上部把持機構は、第１の上部把持部と第２の上部把持部とを備え、
前記第１の上部把持部及び前記第２の上部把持部は、それぞれ前記第２部材に接触させる把持部材と、前記把持部材が前記第２部材に接触する高さを調整可能な支持部とを備え、
前記水平可動機構が所定の位置にある場合に、前記第１の上部把持部と前記第２の上部把持部とは前記回転軸に対して線対称となるように前記水平可動機構に結合されている研磨装置。

【請求項4】

請求項３において、
前記水平可動機構は前記第１の上部把持部の支持部及び前記第２の上部把持部の支持部が取り付けられる取り付け板と、筐体に取り付けられた滑動ローラーと、前記取り付け板の前記筐体に対向する面に設けられた凹部とを有し、
前記滑動ローラーは、前記取り付け板の前記凹部に接するように配置される研磨装置。

【請求項5】

請求項４において、
前記加圧部は前記筐体に取り付けられ、
前記取り付け板には前記加圧部を通すための孔が設けられ、前記筐体には前記第１の上部把持部及び前記第２の上部把持部を通すための孔が設けられている研磨装置。

【請求項6】

円筒状である第１部材及び第２部材を共摺りする研磨装置において、
前記第１部材が載置され、垂直方向に伸びる回転軸を中心に回転する回転台と、
前記第１部材と段差で嵌合させて前記第１部材の上に積み上げられた前記第２部材を把持する上部把持機構と、
前記上部把持機構は、共摺り加工時に水平方向に移動可能な状態で前記第２部材を把持する研磨装置。

【請求項7】

請求項６において、
前記第１部材及び前記第２部材のいずれか一方には他方と嵌合するための凸部が、他方には凹部が設けられており、前記凸部の上面と前記凹部の底面がいずれも接合面となり、
前記上部把持機構が前記第２部材を把持し、前記第２部材の自重により前記接合面が垂直方向に加圧された状態で、前記回転台が前記第１部材を回転させることにより、前記接合面を研磨する研磨装置。

【請求項8】

請求項６において、
前記上部把持機構が結合され、前記上部把持機構を水平方向に移動可能とする水平可動機構を有し、
前記上部把持機構は、第１の上部把持部と第２の上部把持部とを備え、
前記第１の上部把持部及び前記第２の上部把持部は、それぞれ前記第２部材に接触させる把持部材と、前記把持部材が前記第２部材に接触する高さを調整可能な支持部とを備え、
前記水平可動機構が所定の位置にある場合に、前記第１の上部把持部と前記第２の上部把持部とは前記回転軸に対して線対称となるように前記水平可動機構に結合されている研磨装置。

【請求項9】

請求項８において、
前記水平可動機構は前記第１の上部把持部の支持部及び前記第２の上部把持部の支持部が取り付けられる取り付け板と、筐体に取り付けられた滑動ローラーと、前記取り付け板の前記筐体に対向する面に設けられた凹部とを有し、
前記滑動ローラーは、前記取り付け板の前記凹部に接するように配置される研磨装置。

【請求項10】

請求項２または請求項７において、
前記上部把持機構が前記第２部材を把持する位置を変更しながら前記接合面を研磨するよう制御するコントローラーを有する研磨装置。

【請求項11】

請求項１０において、
前記コントローラーは、前記上部把持機構が前記第２部材を把持する位置を変更するため、前記回転台を所定の角度回転させる研磨装置。

【請求項12】

請求項１または請求項６において、
前記回転軸と前記第１部材の中心軸とが一致するように前記回転台に前記第１部材を把持する下部把持部を有する研磨装置。

【請求項13】

請求項１２において、
前記第１部材及び前記第２部材は、荷電粒子線装置の鏡筒を構成する部材である研磨装置。

【請求項14】

荷電粒子線装置の製造方法であって、
前記荷電粒子線装置の鏡筒を構成する複数の円筒状の部材同士を共摺りする研磨装置は、第１部材が載置され、垂直方向に伸びる回転軸を中心に回転する回転台と、前記第１部材の上に積み上げられた第２部材を把持する上部把持機構とを備えており、
前記鏡筒を構成する複数の円筒状の部材は、鏡筒として構成したときの位置が下から順に下側部材、第１の上側部材、第２の上側部材とを含んでおり、
前記回転台に前記第１部材として前記下側部材を載置し、前記下側部材の上に前記第２部材として第１の上側部材を積み上げ、
前記上部把持機構が前記第１の上側部材を把持し、前記下側部材と前記第１の上側部材との接合面が垂直方向に加圧された状態で、前記回転台が前記下側部材を回転させることにより、前記下側部材と前記第１の上側部材との接合面を研磨し、
前記下側部材と前記第１の上側部材との接合面を研磨の後、前記上部把持機構により前記第１の上側部材を持ち上げた状態で、前記研磨装置から前記下側部材を取り出し、
前記上部把持機構により前記回転台に前記第１部材として前記第１の上側部材を載置し、前記第１の上側部材の上に前記第２部材として第２の上側部材を積み上げ、
前記上部把持機構が前記第２の上側部材を把持し、前記第１の上側部材と前記第２の上側部材との接合面が垂直方向に加圧された状態で、前記回転台が前記第１の上側部材を回転させることにより、前記第１の上側部材と前記第２の上側部材との接合面を研磨することを特徴とする荷電粒子線装置の製造方法。

【請求項15】

請求項１４において、
前記第１部材及び前記第２部材のいずれか一方には他方と嵌合するための凸部が、他方には凹部が設けられており、前記凸部の上面と前記凹部の底面がいずれも前記接合面となり、
前記第１部材と前記第２部材との前記接合面を研磨するとき、前記上部把持機構は水平方向に移動可能な状態で前記第２部材を把持していることを特徴とする荷電粒子線装置の製造方法。

【請求項16】

請求項１４または請求項１５において、
前記下側部材と前記第１の上側部材との接合面を研磨するときに、前記上部把持機構が前記第１の上側部材を把持する位置を変更しながら当該接合面を研磨し、
前記第１の上側部材と前記第２の上側部材との接合面を研磨するときに、前記上部把持機構が前記第２の上側部材を把持する位置を変更しながら当該接合面を研磨することを特徴とする荷電粒子線装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研磨装置、荷電粒子線装置の製造方法に関し、特に鏡筒を構成する複数の部材同士の接合面を共摺りにより研磨して荷電粒子線装置を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には環状部材の共摺り加工方法が、特許文献２には加圧力を調整可能なラップ盤が開示されている。特許文献３には端面研磨装置が開示され、圧縮ばね３６によって下方に加圧し、支持アーム３０、押え部材３７、固定用治具盤２７を介して保持した棒状部材Ｗを研磨部材２５ａに押圧させている（図３）。これら加圧部は、スライド台５０の上に設けられ、スライド機構により左右水平方向に移動自在とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１２３２３３号

【特許文献2】特開平１１－２９１１５６号公報

【特許文献3】特開平１０－２４９６９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

荷電粒子線装置の鏡筒は複数の金属円筒状部材を積み重ねることにより製造される。鏡筒の機械的な振動を低減させるために、部材同士は十分にシールされている必要がある。金属円筒状部材は、従来、部材同士の接合面を研磨する共摺り工程が人手によりなされていた。

【0005】

研磨対象部材は、特許文献１では環状のメカニカルシール、特許文献２ではゲージ類、レンズ等の光学機器部品、鋼球、液晶基盤や半導体基盤等の電子部品基盤等が例示されており、いずれも小型の部品であり、研磨する面は平面、円筒、穴、球面などの比較的単純な形状を有する面である。

【0006】

これに対して、荷電粒子線装置の鏡筒を構成する部材の場合、接合面において部材同士を正確に組み合わせるための嵌合部が設けられており、接合面の研磨とともに嵌合面を研磨してしまうと、部材間のシール性能を低下させてしまうおそれがある。単に部材の重量のみならず、部材のサイズや側面形状が様々であるため、加圧する際に機械による安定した把持が困難であり、接合面だけを研磨するように制御することが難しく、共摺り工程の自動化の障害になっていた。

【0007】

特許文献３には加圧部が水平方向に移動可能とされた端面研磨装置が開示されているが、これは研磨部材２５ａの利用効率向上を意図したものであり、加圧する棒状部材にかかる力の水平方向成分の制御について考慮したものではない。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施の形態である研磨装置は、円筒状である第１部材及び第２部材を共摺りする研磨装置であって、第１部材が載置され、垂直方向に伸びる回転軸を中心に回転する回転台と、第１部材と段差で嵌合させて第１部材の上に積み上げられた第２部材を把持する上部把持機構と、押付板により第２部材を垂直方向に加圧する加圧部と、上部把持機構が結合され、加圧部と独立して上部把持機構を水平方向に移動可能とする水平可動機構とを有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、多種の円筒状部材に対する精度の高い共摺り加工を実現する。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】研磨装置の主要部を示す正面図である。

【図2】円筒状加工対象部材の断面図例である。

【図3】共摺り加工を行う研磨装置の様子を示す図である。

【図4】研磨装置による共摺り工程を示す図である。

【図5】共摺り加工後、下側部材を取り出した研磨装置の様子を示す図である。

【図6】共摺り加工を行う研磨装置の様子を示す図である。

【図7】研磨装置の主要部を示す正面図である。

【図8】共摺り加工を行う研磨装置の様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。

【実施例0012】

図１は、荷電粒子線装置の鏡筒を構成する部材同士を摺り合わせて（共摺り）研磨加工を行う研磨装置（ラップ装置）１００の主要部を示す正面図である。研磨装置１００は、筐体１０１と、筐体１０１内に把持チャック（把持部）１０２，１０３，１０４と、回転軸Ｃを中心に回転する台座である回転台１０９と、加圧部１１０とを有する。

【0013】

第１部材（下側部材）と第２部材（上側部材）とを摺り合わせて研磨を行う場合、回転台１０９を筐体１０１から引き出し、回転台１０９上に第１部材及び第２部材が積み上げられる。積み上げられた部材と回転台１０９は筐体１０１内に収容され、第１部材は下部把持チャック１０４により把持され、第２部材は上部把持チャック１０２，１０３により把持され、加圧部１１０により第１部材と第２部材とを密着させた状態で、回転台１０９が第１部材を回転させることにより、研磨加工が行われる。ここでは、２つの上部把持チャックにより第２部材を把持する例を示しているが、第２部材を把持する上部把持機構は第２部材を安定して把持できる限り、この構成に限られない。例えば、３つ以上の上部把持チャックで第２部材を把持してもよい。

【0014】

研磨装置１００が研磨加工を行う部材は円筒状であるが、径の大きさ、高さは多様である。このため、上部把持チャック１０２，１０３の支持部は、部材に応じてそれぞれの把持部材１０２Ｍ，１０３Ｍが第２部材に接する位置を調整可能とされている。すなわち、上部把持チャック１０２（１０３）の支持部はシリンダ構造を有し、シリンダ１０２Ｓ（１０３Ｓ）からロッド１０２Ｒ（１０３Ｒ）の引き出し量を調整することで上下方向（Ｚ方向）に調整可能である。高さ調整された後に、把持部材１０２Ｍと把持部材１０３ＭとがＹ方向に互いに逆向きに押し付けられることで第２部材が把持される。また、研磨加工時には第１部材と第２部材とを適切な圧力で密着させられるよう、第２部材に接触する押付板１１０Ｐは、シリンダ１１０Ｓからロッド１１０Ｒを介して上下動可能にされている。

【0015】

加圧部１１０のシリンダ１１０Ｓの中心軸は、回転台１０９の回転軸Ｃと一致するように配置され、シリンダ１１０Ｓは筐体１０１に固定されている。

【0016】

上部把持チャック１０２，１０３のシリンダ１０２Ｓ，１０３Ｓはチャック取り付け板１０６に取り付けられている。チャック取り付け板１０６の筐体１０１と対向する面には凹部１０５が設けられ、凹部１０５に対向する筐体１０１上には滑動ローラー１１２が設けられている。これにより、凹部１０５の大きさの範囲内でチャック取り付け板１０６は水平方向（Ｘ方向及び／またはＹ方向）に滑動することができる。チャック取り付け板１０６が水平に安定して維持されるよう、滑動ローラー１１２と凹部１０５との組み合わせは複数設けられる。チャック取り付け板１０６の動きを妨げないよう、筐体１０１には上部把持チャック１０２，１０３を通すための孔が設けられ、チャック取り付け板１０６には加圧部１１０を通すための孔が設けられている。このように、凹部１０５の設けられたチャック取り付け板１０６と滑動ローラー１１２とは水平可動機構として機能し、押付板１１０Ｐと把持チャック１０２，１０３との相対位置が調整可能とされている。

【0017】

チャック取り付け板１０６が所定の位置（例えば、各凹部１０５の中央に各滑動ローラー１１２が位置する位置）にある場合には上部把持チャック１０２，１０３は、回転軸Ｃを中心に線対称に配置されるが、チャック取り付け板１０６を移動させることにより、凹部１０５の大きさの範囲で、上部把持チャック１０２，１０３の対称軸があえて回転軸Ｃからずれることが許容されている。

【0018】

加工対象部材を筐体１０１に収容した後、コントローラー１１１は、上部把持チャック１０２，１０３、回転台１０９、加圧部１１０を制御して、研磨加工を行う。

【0019】

図２に研磨装置１００により研磨加工を行う円筒状加工対象部材の断面図例を示す。加工対象部材は荷電粒子線装置の鏡筒を構成する部材である。

【0020】

この例では、第１部材２０１の上面と第２部材２０２の下面の最外周の段が接合面２０３ａ，２０３ｂであり、その内側の嵌合面２０５ａ，２０５ｂにおいて段差で嵌合する構造をしている。第１部材と第２部材とを重ね合わせて嵌合させることで、組み立てたときに部材同士で水平方向のずれが発生しないように形状設計がなされている。この例では、嵌合するための凹部が第１部材２０１に、凸部が第２部材２０２に形成されているが、逆であってもよい。凹部の底面及び凸部の上面が接合面である。

【0021】

また、それぞれの部材の基本形状は中心軸Ｄを中心とした軸対称形状であるが、側面には切欠きやＤカットによってくぼみ２０４などが形成されていることが一般的である。

【0022】

研磨装置１００における研磨加工（ラッピング加工）の際は、接合面２０３ａ，２０３ｂの間に所望の平滑度に応じた研磨剤を塗布し、切削性と潤滑性を向上させる。

【0023】

図３に部材２０１，２０２の共摺り加工を行う研磨装置１００の様子を示す。加工対象部材は図２に示した第１部材及び第２部材である。加工時には、回転台１０９の回転軸Ｃと部材の中心軸Ｄとが一致するように回転台１０９上に２つの部材を積み上げ、下側部材（第１部材）２０１を下部把持チャック１０４で、上側部材（第２部材）２０２を上部把持チャック１０２，１０３で把持する。共摺りを実施するため、加圧部１１０により第２部材２０２を垂直方向（Ｚ方向）に加圧する。

【0024】

仮に、上部把持チャック１０２，１０３が加圧部１１０と同様に筐体１０１に固定されていたとする。第２部材２０２の側面に設けられたくぼみ２０４に一方の把持部材が接触したとすると、左右の上部把持チャック１０２，１０３から第２部材２０２にかかる負荷が不均等になる。この場合、押付板１１０Ｐからの押圧による接合面２０３ａ，２０３ｂ（図２参照）の共摺り加工に加え、第２部材が水平方向に圧力を受けることによる嵌合面２０５ａ，２０５ｂでの意図しない共摺りが発生し、シール性能の低下につながる。

【0025】

本実施例の研磨装置１００では、左右の上部把持チャック１０２，１０３にかかる負荷の不均等に応じて、加圧部１１０と独立して、チャック取り付け板１０６が受動的に筐体１０１上の滑動ローラー１１２によって滑動することにより、上部把持チャック１０２，１０３にかかる負荷が均等化される。この結果、嵌合面２０５ａ，２０５ｂには水平方向の力が働かないため、嵌合面２０５ａ，２０５ｂは共摺りを発生させることなく、接合面２０３ａ，２０３ｂのみを高い精度で加工することができる。

【0026】

研磨装置１００による共摺り工程を図４に示す。ここでは、上部把持チャックの負荷の不均一の影響をさらに抑制するため、上部把持チャックによる上側部材の把持位置を変えながら、共摺り工程を実施する例を示す。

【0027】

ステップＳ０１：作業者は、第１部材（下側部材）２０１と第２部材（上側部材）２０２とを台座である回転台１０９上に設置する。作業者のタッチパネルの操作に応じて、コントローラー１１１は下部把持チャック１０４で第１部材２０１を固定する。

【0028】

ステップＳ０２：コントローラー１１１は、第２部材２０２に押付板１１０Ｐを押し当てて、部材同士の接合面２０３ａ，２０３ｂに適当な負荷を加える。

【0029】

ステップＳ０３：コントローラー１１１は、上部把持チャック１０２，１０３で第２部材２０２を把持する。これにより、加工時の第２部材２０２の回転を抑える。

【0030】

ステップＳ０４：コントローラー１１１は、回転台１０９を回転させることで、第１部材２０１と第２部材２０２との接合面２０３ａ，２０３ｂを研磨する。このとき、回転台１０９は、モーターに負荷のかからない速度で回転させる。

【0031】

ステップＳ０５：コントローラー１１１は、回転台１０９を停止させる。

【0032】

ステップＳ０６：コントローラー１１１は、上部把持チャック１０２，１０３を開放し、第２部材２０２から把持部材を取り外す。

【0033】

ステップＳ０７：コントローラー１１１は、加圧部１１０を開放し、第２部材２０２から押付板を取り外す。

【0034】

ステップＳ０８：コントローラー１１１は、回転台１０９を所定の角度だけ回転させる。例えば３０°回転させる。

【0035】

その後、ステップＳ０２～Ｓ０８の工程を数回繰り返す。ステップＳ０３において上部把持チャック１０２，１０３により第２部材２０２を把持したときに、把持部材が第２部材２０２のくぼみ２０４に接触した場合に、くぼみ２０４の形状によってはチャック取り付け板１０６では負荷を完全に均等にできないおそれがある。このため、複数回上部把持チャック１０２，１０３による第２部材２０２の把持位置を変えながら研磨を実行することで、負荷の不均等が平均化されることにより、接合面のより平行度の高い研磨が達成できる。

【0036】

なお、図４では、上部把持チャックによる把持位置の変更方法をあらかじめ設定しておき、コントローラー１１１が自動制御する方法を示したが、作業者の人が装置を停止して、把持位置を適宜変更するようにしてもよい。

【実施例0037】

荷電粒子線装置の鏡筒の場合、図２に示したような加工対象部材が多段に積み上げられることで構成され、多段の加工対象部材のそれぞれについて接合面を研磨する必要がある。加工対象部品が３段以上ある場合、鏡筒としたときに相対的に下側の加工対象部材から逐次上側の加工対象部材に対して研磨加工を進めた方が、研磨工程に続く組立工程において効率的である。そこで、研磨装置１００において下側の加工対象部材から順次上側の加工対象部材に載せ替えて、研磨加工を行う。

【0038】

図３が第１部材（下側部材）２０１と第２部材（上側部材）２０２との接合面に対する加工終了直後の状態とする。この後、押付板１１０Ｐと下部把持チャック１０４を加工対象部材から取り外し、上部把持チャック１０２，１０３により、第２部材２０２を持上げた状態で、第１部材２０１を研磨装置１００から取り出す。この状態を図５に示す。

【0039】

続いて、上部把持チャック１０２，１０３を下降させて第２部材２０２を回転台１０９に置く。その後、作業者によって第２部材に対して上側部材となる第３部材２０６を第２部材２０２上に載せる。この状態を図６に示す。第２部材（下側部材）２０２と第３部材（上側部材）２０６との接合面の研磨加工を実施する為、図３と同様に、上部把持機構が第３部材（上側部材）２０６を把持し、加圧部１１０により第３部材（上側部材）２０６が垂直方向に加圧された状態で、回転台１０９が第２部材（下側部材）２０２を回転させる。必要に応じて、図４の上部把持チャックによる把持位置の変更方法を実施することも同様である。図５、図６で示した載せ替え工程の後、図３、図４の研磨工程を実施し、第２部材（下側部材）２０２と第３部材（上側部材）２０６との接合面の研磨加工を実施する。これにより、部材の接合面の研磨と部材同士の組み立てを連続的に行うことができ、荷電粒子線装置の鏡筒の組立を迅速に行うことができる。