JP2000033559A

JP2000033559A - 両面研磨装置

Info

Publication number: JP2000033559A
Application number: JP20212598A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kajikura; 惇鍛治倉; Tomoki Kanda; 智樹神田
Original assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Current assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2000-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】上定盤の荷重をワークに均等にかけることが
可能で、高精度の研磨ができること。【解決手段】薄平板に透孔が設けられて成るキャリヤ
と、該キャリヤの透孔内に配された板状のワークを、該
ワークに対して相対的に移動して研磨する上定盤１４及
び下定盤１６と、前記キャリヤを自転しない円運動をさ
せ、前記透孔内で上定盤１４と下定盤１６との間に保持
された前記ワ−クを旋回移動させるキャリヤ旋回運動機
構と、上定盤１４と下定盤１６の両研磨面の平行度を高
精度に保ってワークに均等に荷重をかけるべく上定盤１
４が保持されるよう、上下方向に平行な軸心を備え、下
端が上定盤１４の上面に固定され、上定盤１４を吊持す
ると共に自転させるスピンドル９０と、スピンドル９０
をベアリング９２を介して回転可能に保持すると共に上
下方向に往復動可能に設けられた昇降動本体９４とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は両面研磨装置に関す
る。両面研磨装置としては、従来から、エクスターナル
ギヤ（以下、「外歯車」という）とインターナルギヤ
（以下、「内歯車」という）を異なる角速度で回転する
ことによって、加工材料（以下、「ワーク」という）を
担持した遊星歯車に相当するキャリヤを自転させるとと
もに公転させ、そのキャリヤの上下に配された研磨面を
有する上定盤及び下定盤が、ワークを上下から挟むと共
にワークに対して相対的に移動して研磨する遊星歯車機
構を用いたものがある。この両面研磨装置は、ラッピン
グ装置（ラップ盤）、またはポリシング装置として使用
され、精度が高く、両面を同時に研磨できるため加工時
間が短くて済み、半導体チップの素材となるシリコンウ
ェーハ等の薄物研磨加工に適している。

【０００２】

【従来の技術】従来の遊星歯車機構を用いたポリシング
装置の構成について、図１０に基づいて説明する。１１
２は上定盤、１１４は下定盤であり、それぞれの表面に
は研磨布（クロス）が付けられており、その研磨布によ
って研磨面が形成されている。１１６は外歯車、１１８
は内歯車である。また、１２０はキャリヤであり、この
キャリヤ１２０に穿設された透孔内にワーク１２１が保
持され、外歯車１１６と内歯車１１８と噛み合って回転
する。上定盤１１２は上定盤回し金１１２ａに連繋さ
れ、この上定盤回し金１１２ａから垂下したシャフト１
１２ｂの先端にギヤ１１２ｃが設けられている。ギヤ１
１２ｃはアイドルギヤ１１２ｄに、そのアイドルギヤ１
１２ｄはギヤ１１２ｅに噛合している。このギヤ１１２
ｅは、スピンドル１２６と一体に回転すべく、スピンド
ル１２６と同軸に設けられている。下定盤１１４は、そ
の下定盤１１４に同軸に設けられたギヤ１１４ａを介
し、スピンドル１２６に同軸に設けられたギヤ１１４ｂ
に連繋している。外歯車１１６は、その外歯車１１６に
同軸に設けられたギヤ１１６ａを介し、スピンドル１２
６に同軸に設けられた伝達ギヤ１１６ｂに連繋してい
る。内歯車１１８は、その内歯車１１８に同軸に設けら
れたギヤ１１８ａを介し、スピンドル１２６に同軸に設
けられた伝達ギヤ１１８ｂに連繋している。すなわち、
このポリシング装置は、一つの駆動装置によって、外歯
車１１６、内歯車１１８、上定盤及び下定盤１１２、１
１４を回転駆動させる、いわゆる４ウェイ駆動方式とな
っている。なお、スピンドル１２６は可変減速機１３２
に連結され、その可変減速機１３２は、ベルト１３６を
介してモータ１３４と連結されており、スピンドル１２
６の回転速度を制御する。

【０００３】この遊星歯車機構を用いたポリシング装置
によれば、例えば、外歯車１１６の角速度に比べて内歯
車１１８の角速度の方が大きくなるようにギヤ１１６ａ
と伝達ギヤ１１６ｂの回転比、及びギヤ１１８ａと伝達
ギヤ１１８ｂの回転比がそれぞれ設定されている場合、
外歯車１１６と内歯車１１８との間に噛合したキャリヤ
１２０は、内歯車１１８の回転方向と同一方向（例え
ば、「反時計方向」とする）に公転し、且つ時計方向に
自転する。また、下定盤１１４も同じく反時計方向に回
転するが、上定盤１１２はアイドルギヤ１１２ｄが介在
するので時計方向に回転する。なお、研磨条件に応じ
て、キャリヤ１２０の回転方向及び回転速度等は、外歯
車１１６と内歯車１１８の角速度の設定によって変更す
ることができる。

【０００４】また、ワーク１２１の表裏の研磨面へは、
砥粒等を含む液状の研磨剤が供給され、その液状の研磨
剤の作用によってワーク１２１の研磨が好適になされ
る。シリコンウェーハの研磨では、通常、アルカリ性の
研磨液に砥粒が分散されてなる研磨剤（通称「スラリ
ー」）が、シリコンウェーハと研磨用定盤の研磨面との
間に供給されて研磨がなされる。液状の研磨剤を供給す
る方法としては、上定盤１１２に上下方向へ貫通して設
けられた研磨剤供給用の孔を介し、液状の研磨剤を上方
からポンプ動力及び重力を利用して滴下させて供給する
ことが一般的になされている。研磨剤供給用の孔から吐
出した液状の研磨剤は、上定盤１１２の研磨面とワーク
１２１が接触してそのワーク１２１を研磨する研磨部へ
供給されると共に、隣合うキャリヤ１２０同士の間を通
過して下定盤１１４の研磨面上へ流れ、下定盤１１４の
研磨面とワーク１２１が接触してそのワーク１２１を研
磨する研磨部へ供給される。

【０００５】図１０は、図１１のポリシング装置にかか
るキャリヤ１２０の配置例を説明する平面図であり、隣
合うキャリヤ１２０同士の間には空隙部Ａがある。この
空隙部Ａは内径部にも外径部にも十分な広さで存在し、
液状の研磨剤は下定盤１１４の研磨面上へも好適に供給
される。このように、液状の研磨剤は、簡単な上方から
の供給手段によって、ワーク１２１の両面について十分
に供給される。このポリシング装置によれば、液状の研
磨剤を好適に供給でき、キャリヤ１２０を複雑に運動さ
せることができるため、研磨むらを防止して均一にワー
ク１２１（例えば、シリコンウェーハ）研磨できる。従
って、ワークの平坦度を向上できる。また、ワーク１２
１の両面を同時に研磨できるため、研磨効率を向上でき
る。

【０００６】しかしながら、上記従来の遊星歯車機構を
用いた両面研磨装置では、キャリヤ１２０が外歯車１１
６と内歯車１１８の間で移動する構造になるため、最近
のシリコンウェーハ等のワーク１２１の大型化に対応し
にくい。すなわち、キャリヤ１２０の直径を、定盤の半
径より大きくすることは不可能であり、定盤の研磨面を
効率良く利用することができない。また、従来の遊星歯
車機構を用いた両面研磨装置では、複雑な歯車機構とな
っており、大型化することが難しく、大型の装置を製造
するには材料、加工、配置スペース的な問題など、様々
な面でコストが嵩んでしまう。

【０００７】このため、本願出願人は、背景技術として
次のような両面研磨装置を開発している。すなわち、そ
の両面研磨装置は、薄平板に透孔が設けられて成るキャ
リヤと、該キャリヤの透孔内に配された板状のワーク
を、上下から挟むと共に該ワークに対して相対的に移動
して研磨する上定盤及び下定盤と、前記キャリヤを、該
キャリヤの面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、
前記透孔内で上定盤と下定盤との間に保持された前記ワ
−クを旋回移動させるキャリヤ旋回運動機構とを具備す
る。なお、上定盤及び下定盤は、それぞれ回転（自転）
運動するように設けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記背
景技術の研磨装置では、上定盤によるワークへの荷重
が、偏荷重となってかかり易いという課題があった。す
なわち、キャリヤが上定盤の軸心について偏心した旋回
運動をするため、上定盤のワークに圧接する位置関係が
変化する。このとき、上定盤が下定盤の研磨面に対応し
て傾動し易いものでは、上定盤の荷重が各ワークに均等
にかからない。従って、上定盤と下定盤の両研磨面の平
行度を高精度に保つことができず、高精度の研磨ができ
ないのである。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上定盤の荷重を
ワークに均等にかけることが可能で、高精度の研磨がで
きる両面研磨装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、本発明は、
薄平板に透孔が設けられて成るキャリヤと、該キャリヤ
の透孔内に配された板状のワークを、上下から挟むと共
に該ワークに対して相対的に移動して研磨する上定盤及
び下定盤と、前記キャリヤを、該キャリヤの面と平行な
面内で自転しない円運動をさせ、前記透孔内で上定盤と
下定盤との間に保持された前記ワ−クを旋回移動させる
キャリヤ旋回運動機構とを備える両面研磨装置であっ
て、前記上定盤と前記下定盤の両研磨面の平行度を高精
度に保ってワークに均等に荷重をかけるべく上定盤が保
持されるよう、前記キャリヤの面に直交する上下方向に
平行な軸心を備え、下端が前記上定盤の上面に固定さ
れ、該上定盤を吊持すると共に前記軸心を中心に自転さ
せる回転軸と、該回転軸を軸受を介して回転可能に保持
すると共に前記上下方向に往復動可能に設けられた昇降
動本体とを備える。

【００１１】また、前記下定盤は、前記キャリヤの面に
直交する上下方向に平行な軸心を中心に自転駆動される
ことで、ワークと上定盤及び下定盤とを相対的に複雑に
運動させることができ、研磨精度を向上できる。

【００１２】また、前記キャリヤ旋回運動機構は、前記
キャリヤを保持するキャリヤホルダーと、前記キャリヤ
の面に直交する方向に軸心が平行であって前記キャリヤ
ホルダーに軸着されるホルダー側の軸、及び該ホルダー
側の軸に軸心が平行であると共に所定の距離をおいて基
体に軸着される基体側の軸を備え、前記基体側の軸を中
心にホルダー側の軸を旋回させることでキャリヤホルダ
ーを基体に対して自転しない円運動をさせるクランク部
材と、該クランク部材を基体側の軸を中心に回転させる
回転駆動装置とを具備することで、簡単な構成でありな
がら、キャリヤホルダーに保持されたキャリヤを好適に
自転しない円運動をさせることができる。

【００１３】また、前記クランク部材が複数設けられ、
該複数のクランク部材は同期して円運動するよう、前記
基体側の軸同士がタイミングチェーン等の同期手段によ
って連繋されていることで、簡単な構成でキャリヤを好
適且つ安定的に運動させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を添
付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明にかか
る両面研磨装置の前提となる基本構成の一実施例を模式
的に示した斜視分解図であり、図２は図１の実施例が作
動している際の各構成の位置関係を示す側断面図であ
る。本実施例は、板状のワークであるシリコンのウェー
ハ１０を研磨する両面研磨装置であり、薄平板に透孔１
２ａが設けられて成るキャリヤ１２と、そのキャリヤ１
２の透孔内に配されたウェーハ１０を、上下から挟むと
共にウェーハ１０に対して相対的に移動して研磨する上
定盤１４及び下定盤１６とを備える。上定盤１４及び下
定盤１６のそれぞれの表面には、クロスと呼ばれる研磨
布１４ａ、１６ａが付けられており、その研磨布１４
ａ、１６ａによって研磨面が形成されている。また、本
実施例の上定盤１４及び下定盤１６は、キャリヤ１２の
面に直交する方向に平行な軸心を中心に自転駆動され
る。ウェーハ１０は、円形であり円形の透孔１２ａ内に
遊嵌されており、透孔１２ａの中ではフリーに自転可能
なサイズになっている。キャリヤ１２は、例えば、ガラ
スエポキシ板で形成され、厚さ０、８ｍｍのウェーハ１
０に対して厚さ０、７ｍｍ程度に設定されたものが一般
的である。

【００１５】２０はキャリヤ旋回運動機構であり、キャ
リヤ１２を、そのキャリヤ１２の面と平行な面内で運動
をさせ、透孔１２ａ内で上定盤１４と下定盤１６との間
に保持されたウェーハ１０を運動させる運動機構の一例
である。本実施例におけるキャリヤ旋回運動機構２０
は、キャリヤ１２を、そのキャリヤ１２の面と平行な面
内で自転しない円運動をさせ、透孔１２ａ内で保持され
て上定盤１４と下定盤１６とによって挟持されたウェー
ハ１０を旋回移動させる。すなわち、キャリヤ１２の厚
さを考えない場合に、キャリヤ１２の面と同一の面内
で、そのキャリヤ１２に自転しない円運動をさせること
になる。このキャリヤ旋回運動機構２０の具体的な構成
について以下に説明する。

【００１６】２２はキャリヤホルダーであり、リング状
に形成されており、キャリヤ１２を保持している。ここ
で、キャリヤ１２とキャリヤホルダー２２とを連繋する
連繋手段５０について説明する。図３はキャリヤ１２と
キャリヤホルダー２２の一例の全体形態を説明する説明
図（（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図）であり、図４は
図３の連繋手段の作用を説明する要部拡大断面図であ
る。連繋手段５０は、キャリヤ１２を、そのキャリヤ１
２が自転しないと共に、そのキャリヤ１２の熱膨張によ
る伸びを吸収するように、キャリヤホルダー２２へ連繋
させることで保持させている。本実施例の連繋手段５０
では、図４に示すように、キャリヤホルダー２２側に設
けられたピン２３と、ピン２３に遊嵌すべくキャリヤ１
２にそのキャリヤ１２の熱膨張による伸び方向（本実施
例では円形のキャリヤ１２の径方向）へクリアランスが
設けられて形成された穴１２ｂとを備える。穴１２ｂの
クリアランスは、少なくともキャリヤ１２の熱膨張によ
る伸びを吸収する方向に好適に設ければよく、例えば、
長穴に形成されていればよい。

【００１７】また、本実施例において、キャリヤ１２
は、その外周縁についても熱膨張した際に好適にスライ
ドできるように、キャリヤホルダー２２の内周面２２ａ
との間にクリアランスが生じるように形成されている。
すなわち、内周面２２ａの内径よりもキャリヤ１２の外
径が、所定の寸法小径に形成されている。そして、上述
したようにキャリヤ１２の熱膨張を考慮してクリアラン
スを設けておいたキャリヤ１２の穴１２ｂを、キャリヤ
ホルダー２２のピン２３に嵌めることで直接的にセット
してある。このようにキャリヤ１２の熱膨張による伸び
を吸収する連繋手段５０を備えることで、簡単な構成で
キャリヤ１２をキャリヤホルダー２２に対して回り止め
をした状態に好適に連繋させることができる。これによ
り、キャリヤ１２の伸びを好適に逃がして吸収すること
ができ、キャリヤ１２の変形を防止できる。また、キャ
リヤ１２は、キャリヤホルダー２２に嵌めることで装着
する構成であるので、装着時における作業の簡素化がな
される。

【００１８】次に、キャリヤホルダー２２に備えられる
キャリヤ１２の高さ調整機能について説明する。２３ａ
はフランジ部であり、ピン２３の中途部にワッシャー形
状に一体に設けられている。このフランジ部２３ａは、
キャリヤホルダー２２側に設けられ、キャリヤ１２を保
持すべく直接的に支持する支持部になっている。ピン２
３のフランジ部２３ａの下方には、ピン２３をキャリヤ
ホルダー２２の下段部２２ｂに装着可能にネジ部２３ｂ
が設けられている。そのネジ部２３ｂキャリヤホルダー
２２の下段部２２ｂに螺合する度合いを調整すること
で、フランジ部２３ａの高さ調整が可能に設けられてい
る。このようにフランジ部２３ａを設けたことで、キャ
リヤ１２の高さ位置を好適に調整して、キャリヤホルダ
ー２２でキャリヤ１２を適切に保持することができる。

【００１９】すなわち、フランジ部２３ａの高さを調整
すれば、下定盤１６の研磨布１６ａが消耗して薄くなっ
た場合等、条件の変化に好適に対応でき、その下定盤１
６の研磨布１６ａ面とほぼ同じ高さで、キャリヤ１２が
撓みを生じないように好適に保持できる。従って、キャ
リヤ１２を水平に好適に保持することができ、ウェーハ
１０の研磨割れや、研磨精度劣化を防止することができ
る。また、フランジ部２３ａの表面によって、キャリヤ
１２の外周面を部分的に受けることになり、キャリヤ１
２の伸縮による摺動を好適に支持することができる。す
なわち、キャリヤ１２の外周面（下面）とキャリヤホル
ダー２２側の上面との接地面積を小さくすることができ
るため、滑り摩擦抵抗を低減でき、キャリヤ１２は好適
に摺動できる。これにより、キャリヤ１２の熱等による
伸縮力が好適に開放され、キャリヤ１２の歪みの発生を
防止できる。

【００２０】以上の実施例では、ピン２３のフランジ部
２３ａの高さを調整することで、キャリヤ１２の支持高
さを調整したが、本発明はこれに限られないのは勿論で
あり、キャリヤ１２を所定の高さに支持できる好適な手
段であれば、その構成は特に限定されるものではない。
例えば、キャリヤホルダー２２自体を昇降させる機構を
設け、キャリヤ１２を保持すべく支持する支持部が基本
的にキャリヤホルダー２２の下段部２２ｂの上面であっ
てもよい。なお、下段部２２ｂの上面は、滑り性を向上
させるため、凹凸を設けてもよいのは勿論である。

【００２１】次に図５に基づいて他の連繋手段について
説明する。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は断
面図である。本実施例は、図に明らかなように、前記実
施例とは連繋手段５０のみが異なり、その連繋手段５０
は、キャリヤホルダー２２側に設けられた内歯車状の被
係合部５２と、その被係合部５２に遊びをもたせて係合
するようにキャリヤ１２側に設けられた外歯車状の係合
部４２とを具備する。すなわち、キャリヤ１２の外周に
設けたギヤと、リング状のキャリヤホルダー２２の内周
に設けたギヤとを遊びをもたせて噛み合わせた形態にな
っている。これによっても、簡単な構成でキャリヤ１２
をキャリヤホルダー２２に好適に連繋させることができ
る。そして、前記実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００２２】次に、図１及び図２に基づいて、キャリヤ
旋回運動機構２０の各構成にかかる実施例について説明
する。２４はクランク部材であり、上定盤１４及び下定
盤１６の軸線Ｌに軸心が平行であってキャリヤホルダー
２２に軸着されるホルダー側の軸２４ａ、及びそのホル
ダー側の軸２４ａに軸心が平行であると共に所定の距離
をおいて基体３０（図２参照）に軸着される基体側の軸
２４ｂを備える。すなわち、クランク機構のクランクア
ームと同様な機能を備えるように形成されている。この
クランク部材２４は、本実施例では基体３０とキャリヤ
ホルダー２２との間の４ヶ所に配され、キャリヤホルダ
ー２２を支持すると共に、基体側の軸２４ｂを中心にホ
ルダー側の軸２４ａを旋回させることで、キャリヤホル
ダー２２を基体３０に対して自転しない円運動をさせ
る。ホルダー側の軸２４ａは、キャリヤホルダー２２の
外周面に突起して設けられた軸受け部２２ｃに回転可能
に挿入されて軸着されている。これにより、キャリヤ１
２は上定盤１４及び下定盤１６の軸線Ｌから偏心Ｍして
旋回（自転しない円運動）する。その旋回円運動の半径
は、ホルダー側の軸２４ａと基体側の軸２４ｂとの間隔
（偏心Ｍの距離）と同じであり、キャリヤ１２の全ての
点が同一の小円の軌跡を描く運動となる。

【００２３】また、２８はタイミングチェーンであり、
各クランク部材２４の基体側の軸２４ｂに同軸に固定さ
れたスプロケット２５（本実施例では４個）に掛け回さ
れている。このタイミングチェーン２８と４個のスプロ
ケット２５は、４個のクランク部材２４が同期して円運
動するよう、４個の基体側の軸２４ｂ同士を連繋して同
期させる同期手段を構成している。この同期手段は、簡
単な構成であり、キャリヤ１２を好適且つ安定的に運動
させることができる。これによって研磨精度を向上で
き、ウェーハの平坦度を向上できる。なお、同期手段と
しては、本実施例に限られることはなく、タイミングベ
ルト、またはギア等を用いてもよいのは勿論である。３
２はモータ（例えば、ギャードモータ）であり、３４は
出力軸に固定された出力ギヤである。出力ギア３４はク
ランク部材２４の基体側の軸２４ｂに同軸に固定された
ギア２６に噛合している。これにより、クランク部材２
４を基体側の軸２４ｂを中心に回転させる回転駆動装置
が構成されている。

【００２４】なお、回転駆動装置としては、各クランク
部材２４にそれぞれ対応して配された複数のモータ（例
えば、電動モータ）を利用することもできる。電動モー
タであれば、電気的に同期を取ることで、複数のクラン
ク部材２４を同期運動させ、キャリヤ１２をスムースに
運動させることができる。また、本実施例ではクランク
部材２４を４個配設した場合について説明したが、本発
明はこれに限らず、クランク部材２４は最低３個あれ
ば、キャリヤホルダー２２を好適に支持することができ
る。さらに、直交する２軸の直線運動の合成によって２
次元運動を得ることができるＸＹテーブルの移動体と、
前記キャリヤホルダー２２とを一体化して運動できるよ
うにすれば、１個のクランク部材２４の駆動によって、
キャリヤホルダー２２を自転しない円運動させることが
できる。すなわち、ＸＹテーブルの直交する２軸に延び
るガイドによって案内されることで、前記移動体は自転
しない運動をするのであって、この移動体の運動をキャ
リヤホルダー２２の運動（自転しない円運動）に好適に
利用できる。また、クランク部材２４を全く用いず、Ｘ
Ｙテーブル自体に駆動手段を設けるようにしてもよい。
すなわち、Ｘ軸及びＹ軸の部材をそれぞれ直接的に駆動
させるサーボモータとボールネジ、又はサーボモータと
タイミングチェーン等の組み合わせから成るＸ軸及びＹ
軸の駆動機構を使用することで、前記移動体と一体化し
たキャリヤホルダー２２を運動（自転しない円運動）さ
せてもよい。この場合は、最低２個のモータを使用する
ことになるが、モータを制御することで旋回円運動の他
にも自転しない種々の２次元運動を得ることができ、そ
の運動をウェーハ１０の研磨に利用できる。

【００２５】３６は下定盤回転用モータであり、下定盤
１６を自転させる動力装置である。例えば、本実施例の
ように、ギャードモータを用いることができ、その出力
軸は下定盤１６の回転軸に直結させてもよい。３８は上
定盤回転用動力手段であり、上定盤１４を自転させる。
下定盤回転用モータ３６及び上定盤回転用動力手段３８
は、回転方向及び回転速度を自由に変更できるものとす
れば、種々の研磨仕様に柔軟に対応できる。また、この
両面研磨装置では、キャリヤ１２の透孔１２ａ内に配さ
れたウェーハ１０を、図２に示すように上定盤１４と下
定盤１６でサンドイッチにして、そのウェーハの研磨加
工がなされる。この際、ウェーハ１０が挟圧される力
は、主に上定盤１４側に設けられた加圧手段（図６及び
図８参照）による。例えば、空気圧を利用し、最大加圧
力が上定盤１４の自重であり、空気圧を上昇させること
で加圧力を低減させるように作用させるエアバック方式
で上定盤１４のウェーハ１０への押圧力を調整するよう
にしてもよい。このエアバック方式では、空気圧を制御
することで好適かつ容易に加圧力を調整できる。なお、
上定盤１４側には加圧手段の他に上定盤１４を昇降動さ
せる昇降装置４０が設けられ、ウェーハ１０の給排のと
きなどに作動する。

【００２６】次に、液状の研磨剤の供給手段について、
図１及び図３に基づいて説明する。上定盤１４には、そ
の上定盤１４の研磨面１４ａとウェーハ１０が接触して
該ウェーハ１０を研磨する研磨部へ、スラリー（液状の
研磨剤）を供給する研磨剤供給用の孔１４ｂが設けられ
ている。この研磨剤供給用の孔１４ｂは、ウェーハ１０
の研磨部へ液状の研磨剤を十分且つ均一に供給でき、そ
の研磨に悪影響を与えない大きさ等に適宜に設けられれ
ばよく、その形態或いはその数は特に限定されるもので
はない。なお、本実施例の研磨剤供給用の孔１４ｂは、
上定盤１４に等密度に分布するよう、合計で２１個がマ
トリクス状に位置され、各々が小径に開けられて設けら
れている。なお、本実施例の研磨剤供給用の孔１４ｂ
は、上定盤１４に上下方向に貫通して設けられている。
また、図示しないが、研磨剤供給用の孔１４ｂの上端に
はチューブ等が連結されており、ポンプ等によって汲み
上げられた液状の研磨剤が、適宜分配されて供給される
ように設けられている。

【００２７】そして、キャリヤ１２には、研磨剤供給用
の孔１４ｂより供給された液状の研磨剤を通過させて下
の定盤（下定盤１６）の研磨面１６ａとウェーハ１０が
接触して該ウェーハ１０を研磨する研磨部へ、液状の研
磨液を供給する連通孔１５が設けられている。この連通
孔１５は、キャリヤ１２の強度に影響を与えない位置
に、適当な形態に設けられればよく、そのサイズ、形状
或いはその数は限定されるものではない。なお、図３に
示した実施例では、キャリヤ１２の中央と、キャリヤ１
２の円周方向に隣合う透孔１２ａ同士間とに、合計で５
個の円形の連通孔１５が開けられている。

【００２８】このキャリヤ１２によれば、液状の研磨液
を、研磨されるウェーハ１０の両面に好適に供給するこ
とができ、好適に研磨することができる。すなわち、液
状の研磨液が、キャリヤ１２に開けた孔である連通孔１
５から流れ落ち、ウェーハ１０の裏面（研磨面１６ａと
接触する面）にも十分に流れ込むことができる。このた
め、研磨条件を均一に好適に維持でき、ウェーハ１０の
両面を精度よく研磨できる。なお、研磨面１６ａ上に供
給された液状の研磨液は、従来の両面研磨装置の場合と
同様に、順次その研磨面１６ａから外周方向へ溢れ出て
排出され、さらに回収されて適宜循環される。

【００２９】次に、図６〜８に基づいて、上定盤１４の
振動防止手段の実施例について説明する。図６及び図７
に示した振動防止手段は、複数のローラ６２によって、
上定盤１４に当接し、その上定盤１４のキャリヤ１２の
面に平行な方向への揺れを阻止するものである。図６は
正面図であり、図７は図６の平面図である。６０はガイ
ドローラであり、前記ローラ６２が、キャリヤ１２の面
に直交する方向（上下方向）に平行な軸心を中心に回転
自在に本体６４に装着されている。そして、そのローラ
６２が適宜に上定盤１４の外周１４ｃに当接するように
基体３０上の上定盤１４近傍に設けられている。この複
数のガイドローラ６０によって、研磨工程がなされる際
に上定盤１４を挟むことで、上定盤１４のキャリヤ１２
の面に平行な方向への移動を規制し、振動を防止できる
のである。なお、本実施例では、４個のガイドローラ６
０を用いたが、少なくとも３個のガイドローラ６０によ
れば、好適に振動を防止できる。

【００３０】このような振動防止手段は、特に上定盤１
４が大型化した場合及び研磨効率の向上に有効である。
本発明にかかる両面研磨装置では、キャリヤ１２が上定
盤１４と下定盤１６との間で独自に運動するため、上定
盤１４が、キャリヤ１２の面に直交する方向（上下方
向）に平行な軸心を中心に自転可能に吊持されている。
上定盤１４を吊持して支持する支持機構は、本実施例で
は図６に示すように、門型のフレーム構造部７０と、そ
の門型のフレーム構造部７０に上下方向に平行な軸心を
中心に回転可能に設けられたスプライン軸７２等によっ
て構成されている。

【００３１】なお、７３は回転駆動モータであり、減速
機７４及びスプライン軸７２を介して上定盤１４を回転
させる。また、７５はシリンダ装置であってスプライン
軸７２を介して上定盤１４を昇降動（図６、矢印Ｆ）さ
せる。また、７６は固定板であり、スプライン軸７２の
下端に固定されている。この固定板７６には、複数のエ
アバック７７の下端と、吊持シャフト７９を揺動可能に
軸受けする複数の揺動軸受７８が固定されている。ま
た、８０は可動板であり、エアバック７７の上端と、下
端が上定盤１４に固定された吊持シャフト７９の上端が
固定されている。従って、エアバック７７を加圧すれば
上定盤１４を持ち上げる方向の力を得ることができ、揺
動軸受７８の作用によって、下定盤１６の研磨面に上定
盤１４の研磨面を追随させて傾動できる。

【００３２】このような支持機構の構成では、上定盤１
４を昇降動させる関係から、スプライン軸７２が長く設
定されることになる。このため、上定盤１４は水平方向
へ振動し易い。すなわち、上定盤１４は定位置で自転す
るのに対し、キャリヤ１２は偏心した旋回運動となる。
このため、上定盤１４は、キャリヤ１２によって運動す
るウェーハ等のワークの摩擦力を受ける。その摩擦力は
上定盤１４を水平方向へ揺動させる力であり、スプライ
ン軸７２が長いと、モーメントの関係から振動し易くな
るのである。そして、上定盤１４が大型化して重量が大
きくなった場合には、上定盤１４を含む被吊持部の固有
振動数が低い値になり、さらに振動し易くなる。また、
上定盤１４の回転数を上げると、最悪の場合は上定盤１
４が共振してウェーハが割れてしまうという課題があっ
た。これに対して、前記振動防止手段によれば、振動を
好適に抑えることができる。従って、装置の大型化に好
適に対応でき、上定盤１４を重くすると共に、その回転
数を上げることが可能であり、研磨効率を向上できる。

【００３３】また、図８は、上定盤１４の振動防止手段
にかかる他の実施例である。上定盤１４の下面中央部に
テーパ状の凹部８２を設けてあり、下定盤１６の上面中
央部にテーパ状の凸部８４を突起させてある。なお、キ
ャリヤ１２には、凸部８４が貫通するように貫通穴を設
けておけばよい。研磨加工の際は、上記凹部８２と凸部
８４を嵌め合わせることで、上定盤１４の芯振れ（振
動）を好適に防止できる。なお、凹部８２と凸部８４と
の摺り合わせには、スムースに回転できるようにベアリ
ングを介在させればよい。これによれば、簡単な構成で
好適に振動を抑えることができる。なお、振動防止手段
としては、以上のような実施例に限らず、他の方法を用
いてもよい。例えば、上定盤１４の外周面に当接するロ
ーラ６２に代えて、好適な滑り面を有する固定部材を用
いてもよい。また、上定盤１４側にローラを取り付け、
基体３０側に円周ガイドを設けてガイドすることも可能
である。さらに、下定盤に凹部８２を設け、上定盤に凸
部８４を設けてもよい。

【００３４】次に、図９に基づいて、本発明の特徴的な
構成である上定盤１４の偏荷重防止手段の実施例につい
て説明する。図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は
正面図である。本実施例の偏荷重防止手段によれば、前
記キャリヤの面に直交する上下方向に平行な軸心を備
え、下端が上定盤１４の上面に固定され、該上定盤を吊
持すると共に前記軸心を中心に自転させる回転軸に、高
精度で高剛性のスピンドル９０が採用されている。この
スピンドル９０は、軸受であるベアリング９２を介して
昇降動本体９４に回転可能に装着されている。昇降動本
体９４には、スピンドル９０を回転駆動させる駆動装置
が内蔵されている。また、昇降動本体９４は、基体３０
に一体に立設されたガイド部９６に案内されて上下方向
に往復動可能に設けられている。そして、スピンドル９
０の下端に、取付剛性を高めるべく円錐部９１を介し、
上定盤１４が固定されている。

【００３５】このようなスピンドル９０によれば、下定
盤１６に対して、上定盤１４の平行度を常に高精度に保
つことが可能であるため、ウェーハ等のワークの加工精
度を向上させることができる。すなわち、キャリヤ１２
が上定盤１４の軸心について偏心した旋回運動をするた
め、上定盤１４の研磨面にワークが不均一に接触するこ
とになり、図６に示したような上定盤１４が下定盤１６
の研磨面に対応して傾動できるものでは、上定盤１４の
荷重が各ワークに均等にかからない。これに対して、ス
ピンドル９０の高剛性によって上定盤１４と下定盤１６
の両研磨面の平行度を常に高精度に保てば、各ワークに
圧接する荷重を均等に保つことができ、高精度の研磨が
可能となるのである。そして、ワークの搬入、取り出
し、又は研磨面のクロス交換時には、上定盤１４、スピ
ンドル９０及びその駆動装置を内蔵する昇降動本体９４
を含めた上定盤部９５全体を、図示しない駆動手段によ
って上下動（図９（ｂ）、矢印Ｇ）させ、又は図示しな
い水平方向への回動駆動手段によって旋回させればよ
い。このように上定盤部９５全体を上下動させるため、
図６に示した回転軸であるスプライン軸７２に比べ、回
転軸であるスピンドル９０を短く構成できる。特に、ベ
アリング９２の下端から上定盤１４までの昇降動本体９
４から突き出たスピンドル９０の長さを可及的に短くす
ることが可能であり、上定盤１４を高剛性に保持するこ
とができる。従って、上定盤１４についての剛性を高め
ることができ、上定盤１４と下定盤１６の両研磨面の平
行度を好適に維持できる状態に、上定盤１４が保持され
る。これにより、上定盤１４の荷重を各ワークに均等に
かけることができ、研磨精度を向上できる。

【００３６】次に、本発明にかかる両面研磨装置の使用
方法の一例について説明する。先ず、キャリヤ１２を運
動させないで、上定盤１４と下定盤１６とを回転速度の
絶対値は同じであるが反対方向へ回転させた場合を説明
する。すなわち、図１に示すように、例えば、上定盤１
４は時計回転をさせ、下定盤１６は反時計回転させる。
この場合は、全く反対方向に摩擦力が作用するから、そ
の運動力が相互に相殺されて、理論的にはウェーハ１０
は止まった状態で両面の研磨がなされる。但し、この場
合には、上定盤１４及び下定盤１６では、その外周へ向
かう程その周速度が大きくなる。従って、ウェーハ１０
の上定盤１４及び下定盤１６の軸線Ｌに対応する部分か
ら遠い部分ほど研磨が促進され、ウェーハ１０が均一に
研磨されない。

【００３７】次に、キャリヤ１２を前述した構成からな
る運動機構によって、自転しない円運動をさせることに
よる研磨作用について説明する。上定盤１４及び下定盤
１６の回転を考えず、キャリヤ１２の自転しない円運動
のみを考えた場合、その自転しない円運動によれば、運
動をする部材（キャリヤ１２）の全ての点で全く同じ運
動がなされることになる。これは、全ての点が同一の運
動となる意味で、一種の揺動運動であり、揺動運動の軌
跡が円になったと考えればよい。従って、自転しない円
運動をするキャリヤ１２を介し、ウェーハ１０を旋回移
動すれば、この運動による作用に限っていえば、ウェー
ハ１０の両面は均一に研磨される。

【００３８】そして、上定盤１４と下定盤１６の回転運
動と、キャリヤ１２の自転しない円運動とを同時に作動
させた場合は、ウェーハ１０が透孔１２ａの中で回転可
能に保持されているため、特に上定盤１４と下定盤１６
の回転速度の絶対値に差をつけた場合（一方の定盤に対
して他方の定盤の回転速度を速くした場合）、ウェーハ
１０は、その回転速度の速い側の定盤の回転方向へ、連
れ回りする。すなわち、ウェーハ１０は所定の方向へ自
転することになる。このようにウェーハ１０が自転する
ことで、上定盤１４及び下定盤１６では、その外周へ向
かう程その周速度が大きくなっているが、その影響をな
くすことができ、ウェーハ１０を均一に研磨できる。な
お、ウェーハ１０の両面を均一に研磨するには、上定盤
１４と下定盤１６の回転速度を交互に一方が速くなるよ
うに制御すればよい。

【００３９】次に、本発明にかかる両面研磨装置の使用
方法の他の例について説明する。以上の実施例では、複
数の透孔１２ａが設けられ、複数のワーク（ウェーハ１
０）を同時に研磨する場合について説明したが、本発明
ではこれに限らず、例えば、キャリヤ１２には大型なワ
ークが保持される透孔１２ａを一個のみ設け、その大型
ワークの両面を研磨する研磨装置としても利用できる。
なお、大型なワークとしては、液晶に用いる矩形状のガ
ラス板、或いは枚葉で加工されるウェーハ（円形）等の
ワークがある。この場合、大型なワークは、キャリヤ１
２の中心からその周縁近傍付近にわたってほぼ全面的に
配されることになる。このとき、キャリヤ１２による自
転しない円運動を主に利用して研磨し、上定盤１４及び
下定盤１６の回転速度は、研磨むらが発生しない程度に
遅くすれば、ワークの全体面について均一に且つ好適に
研磨できる。すなわち、上定盤１４及び下定盤１６で
は、周速度の違いで外周ほど研磨作用が大きくなるが、
その回転速度がキャリヤ１２の自転しない円運動に比べ
て非常に遅ければ、研磨作用に直接的には殆ど関与させ
ないようにすることができる。そして、上定盤１４及び
下定盤１６を回転させることは、ワークに接触する定盤
面を常に更新させ、液状の研磨剤をワークの全面へ平均
的に供給するなど、研磨作用を良好にするため、間接的
に好適に寄与できる。

【００４０】以上の実施例ではポリシング装置について
説明したが、本発明はラッピング装置にも好適に適用で
きるのは勿論である。以上、本発明につき好適な実施例
を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの実施例に限
定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内
で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

【００４１】

【発明の効果】本発明の両面研磨装置によれば、上定盤
を吊持する共に軸心を中心に自転させるように下端が上
定盤の上面に固定された回転軸と、その回転軸を軸受を
介して回転可能に保持すると共に上下方向に往復動可能
に設けられた昇降動本体とを備える。これにより、上定
盤と回転軸との取付剛性を高めると共に、前記軸受の下
端から上定盤までの回転軸の長さを可及的に短くして、
上定盤を保持することができる。従って、本発明によれ
ば、上定盤と下定盤の両研磨面の平行度を高精度に保っ
て、上定盤の荷重をワークに均等にかけることが可能で
あり、高精度の研磨ができるという著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる両面研磨装置の一実施例の斜視
分解図である。

【図２】図１の実施例の側断面図である。

【図３】図１の実施例のキャリヤとキャリヤホルダーの
全体を示す平面図と断面図である。

【図４】本発明にかかる連繋手段の要部を説明する断面
図である。

【図５】本発明にかかる連繋手段の他の実施例を示す平
面図と断面図である。

【図６】本発明にかかる上定盤の振動防止手段の一実施
例を示す正面図である。

【図７】図６の実施例の平面図である。

【図８】本発明にかかる上定盤の振動防止手段の他の実
施例を示す説明図である。

【図９】本発明にかかる上定盤の偏荷重防止手段の一実
施例を示す説明図である。

【図１０】従来技術を説明する断面図である。

【図１１】従来技術のキャリヤの配置を説明する平面図
である。

【符号の説明】

１０ウェーハ１２キャリヤ１２ａ透孔１２ｂ穴１４上定盤１４ａ研磨面１４ｂ研磨剤供給用の孔１５連通孔１６下定盤１６ａ研磨面２０キャリヤ旋回運動機構２２キャリヤホルダー２３ピン２４クランク部材２４ａホルダー側の軸２４ｂ基体側の軸２８タイミングチェーン３０基体５０連繋手段６０ガイドローラ６２ローラ７０門型フレーム７２スプライン軸９０スピンドル９２ベアリング９４昇降動本体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄平板に透孔が設けられて成るキャリヤ
と、該キャリヤの透孔内に配された板状のワークを、上下か
ら挟むと共に該ワークに対して相対的に移動して研磨す
る上定盤及び下定盤と、前記キャリヤを、該キャリヤの面と平行な面内で自転し
ない円運動をさせ、前記透孔内で上定盤と下定盤との間
に保持された前記ワ−クを旋回移動させるキャリヤ旋回
運動機構とを備える両面研磨装置であって、前記上定盤と前記下定盤の両研磨面の平行度を高精度に
保ってワークに均等に荷重をかけるべく上定盤が保持さ
れるよう、前記キャリヤの面に直交する上下方向に平行な軸心を備
え、下端が前記上定盤の上面に固定され、該上定盤を吊
持すると共に前記軸心を中心に自転させる回転軸と、該回転軸を軸受を介して回転可能に保持すると共に前記
上下方向に往復動可能に設けられた昇降動本体とを備え
ることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項２】前記下定盤は、前記キャリヤの面に直交
する上下方向に平行な軸心を中心に自転駆動されること
を特徴とする請求項１記載の両面研磨装置。
【請求項３】前記キャリヤ旋回運動機構は、前記キャリヤを保持するキャリヤホルダーと、前記キャリヤの面に直交する方向に軸心が平行であって
前記キャリヤホルダーに軸着されるホルダー側の軸、及
び該ホルダー側の軸に軸心が平行であると共に所定の距
離をおいて基体に軸着される基体側の軸を備え、前記基
体側の軸を中心にホルダー側の軸を旋回させることでキ
ャリヤホルダーを基体に対して自転しない円運動をさせ
るクランク部材と、該クランク部材を基体側の軸を中心に回転させる回転駆
動装置とを具備することを特徴とする請求項１又は２記
載の両面研磨装置。
【請求項４】前記クランク部材が複数設けられ、該複
数のクランク部材は同期して円運動するよう、前記基体
側の軸同士がタイミングチェーン等の同期手段によって
連繋されていることを特徴とする請求項３記載の両面研
磨装置。