JP2001088012A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被研磨物に対する押圧力の微調整を可能とす
る。 【解決手段】 昇降可能なアーム２７内に逆圧発生機構
１３を設けるとともに、逆圧発生機構１３に上定盤２を
連結する。逆圧発生機構１３は、ロープ車２０にロープ
１４を掛着し、ロープ１４の一端を上定盤２に連結し、
他端に重り１５を連結したものであって、重り１５の重
量を調整可能としたものである。アーム２７と一体に上
定盤２及び逆圧発生機構１３を下降させて上定盤２を下
定盤１に当接させ、アーム２７の位置を微調整して重り
１５をアーム２７の下板から離間させると、上定盤２の
自重による荷重と重り１５の重量による荷重との差が押
圧力として被研磨物１２に作用する。この場合の押圧力
は、重り１５の重量を調整することによって任意に調整
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は研磨装置に関し、
特に、水晶基板等のように低荷重で研磨する必要性のあ
る被研磨物の研磨に有効な研磨装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】一般に、シリコンウエー
ハ等の被研磨物の表面を研磨する平面研磨装置は、下定
盤と、下定盤の上方に対向して設けられる昇降自在な上
定盤と、上定盤を昇降させるシリンダと、下定盤の中心
部に設けられる太陽歯車と、下定盤の外周部に設けられ
る内歯歯車と、太陽歯車と内歯歯車との間に噛合される
とともに、被研磨物を保持する孔を有するキャリヤとを
具えている。

【０００３】そして、キャリヤの孔内に被研磨物を保持
し、この状態でシリンダによって上定盤を下降させて被
研磨物の表面に当接させて下定盤との間で被研磨物を押
圧し、この状態で両定盤間に研磨液を供給しつつ、太陽
歯車と内歯歯車との協働によってキャリヤを公転、自転
させることにより、被研磨物の表面を研磨することがで
きるものである。

【０００４】上記のような構成の研磨装置で被研磨物の
表面研磨を行う場合、研磨加工前の被研磨物の表面には
多数の凹凸が存在しているため、研磨開始時から大きな
押圧力を被研磨物に加えてしまうと、被研磨物の凸部に
大きな押圧力が集中してしまい、被研磨物が破損する恐
れがある。このため、研磨開始時には被研磨物に加える
押圧力を小さく抑え、表面がほぼ平坦になった時点で押
圧力を大きくしている。

【０００５】しかしながら、上記のような構成の研磨装
置にあっては、上定盤の総重量が５００ｋｇもあり、上
定盤を昇降させるシリンダに大容量のものを用いている
ため、シリンダへの供給圧を微調整することができな
い。このため、研磨開始時に被研磨物に加える押圧力を
小さく抑えることができず、研磨中に被研磨物が破損す
る等の問題が生じる。また、被研磨物が水晶基板等のよ
うに、低荷重で研磨する必要性のあるものである場合に
は対応することができず、研磨できる被研磨物の種類が
制限されてしまう。

【０００６】上記のような問題を解決した研磨装置が特
開平１０−１３８１２１号公報に記載されている。この
研磨装置は、本願出願人が先に出願したものであって、
上定盤を２段ピストン機構を具えたシリンダで昇降させ
るように構成したものである。

【０００７】このような研磨装置にあっては、シリンダ
の２段ピストン機構によって被研磨物に対する押圧力の
微調整ができるので、前述したような研磨装置のような
問題が生じることはなく、被研磨物の表面に凹凸があっ
ても、研磨開始時に被研磨物に対する押圧力を小さく抑
えることができるので、研磨中に被研磨物が破損するの
を防止できる。また、被研磨物が水晶基板等のように、
低荷重で研磨する必要性があるものであっても、対応で
きるものである。

【０００８】しかしながら、このような構成の研磨装置
にあっては、シリンダへの供給圧を調整することによっ
て上定盤による被研磨物への押圧力を調整しているた
め、シリンダの内部面積にかかる供給圧力の微変動によ
って、被研磨物に対する押圧力が変化し、上定盤の押圧
力がぶれてしまう。このため、被研磨物の割れ、欠け、
精度を著しく低下させてしまう。

【０００９】この発明は前記のような従来のもののもつ
問題点を解決したものであって、研磨開始時に被研磨物
に対する押圧力を小さく抑えることができて、被研磨物
の表面に凹凸があっても研磨開始時に被研磨物が破損す
るのを防止でき、また、被研磨物が水晶基板等のよう
に、低荷重で研磨する必要性があるものであっても十分
に対応することができ、さらに、研磨中に被研磨物に対
する押圧力が変動することがなく、一定の精度で被研磨
物を研磨することができる研磨装置を提供することも目
的とするものである。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】上記の問題点を解決す
るためにこの発明は、下定盤と、下定盤に対向して設け
られる昇降自在な上定盤と、該上定盤を昇降させる昇降
機構と、下定盤の中心部に設けられる太陽歯車と、下定
盤の外周部に設けられる内歯歯車と、太陽歯車と内歯歯
車との間に噛合されるとともに、被研磨物を保持する孔
を有するキャリヤとを具え、キャリヤの孔内に被研磨物
を保持した状態で上定盤を下降させて被研磨物の表面に
当接させて下定盤との間で被研磨物を押圧し、この状態
で太陽歯車と内歯歯車との協働によってキャリヤを公
転、自転させることにより、被研磨物の表面を研磨する
ようになっている研磨装置において、前記上定盤の自重
による荷重と逆方向への荷重を発生させる逆圧発生機構
を設け、前記被研磨物の研磨中に前記被研磨物に、前記
上定盤の自重による荷重を押圧力として作用させ、又は
前記上定盤の自重による荷重と前記逆圧発生機構による
荷重との差を押圧力として作用させるように構成した手
段を採用したものである。また、前記逆圧発生機構は、
前記上定盤の自重による荷重と逆方向への荷重を発生さ
せる重りと、重りと上定盤とを連結する連結部材とから
なり、重りによる荷重を調整可能とした手段を採用した
ものである。さらに、前記昇降機構によって前記上定盤
と前記逆圧発生機構とを一体に昇降させるように構成し
た手段を採用したものである。

【００１１】

【作用】この発明は前記のような手段を採用したことに
より、キャリヤの孔内に被研磨物を保持し、この状態で
昇降機構によって上定盤を下降させて上定盤を被研磨物
の表面に当接させて下定盤との間で被研磨物を押圧し、
この状態で太陽歯車と内歯歯車との協働によってキャリ
ヤを公転、自転させることにより、被研磨物の表面が研
磨されることになる。この場合、被研磨物には、上定盤
の自重による荷重が押圧力として作用し、又は上定盤の
自重による荷重と逆圧発生機構による荷重との差が押圧
力として作用することになる。また、逆圧発生機構を重
りと連結部材とで構成した場合には、重りの重量による
荷重は連結部材を介して作用することになり、この荷重
は変化させることができることになる。さらに、上定盤
及び逆圧発生機構は、昇降機構によって一体に昇降され
ることになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に示すこの発明の実施
の形態について説明する。図１〜図６には、この発明に
よる研磨装置の一実施の形態が示されていて、この研磨
装置は、水平方向に回転可能に設けられる下定盤１と、
下定盤１の上方に回転可能かつ昇降可能に設けられる上
定盤２と、下定盤１の中心部に回転可能に設けられると
ともに、上定盤２の下降時に上定盤２の中心部に嵌合す
るドライバ８と、ドライバ８の外周側に回転可能に設け
られる太陽歯車９と、下定盤１の外周側に設けられる内
歯歯車１０と、太陽歯車９と内歯歯車１０との間に噛合
されて、太陽歯車９の回転時に公転、自転するキャリヤ
１１と、上定盤２に逆圧を発生させる逆圧発生機構１３
と、上定盤２と逆圧発生機構１３とを一体に昇降させる
昇降機構２３とを具えている。

【００１３】キャリヤ１１は、太陽歯車９と内歯歯車１
０との間に等間隔ごとに複数枚設けられ、太陽歯車９の
回転時に各キャリヤ１１がそれぞれ公転、自転するよう
になっている。各キャリヤ１１にはそれぞれ等間隔ごと
に複数箇所に被研磨物保持用の孔が設けられ、各被研磨
物保持用の孔内にそれぞれ円板状の被研磨物１２が装填
されるようになっている。

【００１４】逆圧発生機構１３は、後述する昇降機構２
３のアーム２７内に設けられるものであって、一端が上
定盤２側に連結される連結部材である鋼製又は合成樹脂
製のロープ１４と、ロープ１４の他端に連結される重り
１５と、ロープ１４を支持する一対のロープ車２０、２
０とを具えたものであって、重り１５による荷重を上定
盤２の自重による荷重と逆方向に作用させるように構成
したものである。

【００１５】各ロープ車２０は、昇降機構２３のアーム
２７の側板３０、３０間に架設されている支持軸２２に
軸受（図示せず）を介して回転自在に取り付けられるよ
うになっており、各ロープ車２０の外周面の溝２１内に
ロープ１４を掛着し、この状態でロープ１４の一端を上
定盤２側に連結し、他端を重り１５側に連結すること
で、重り１５の重量による荷重をロープ１４を介して上
定盤２に作用させることができるものである。

【００１６】重り１５は、上端がロープ１４の他端に連
結される棒状の積載軸１７と、積載軸１７に積載される
複数枚の円板状の重り片１６とから構成されるものであ
って、積載軸１７の重量に重り片１６の重量を加えたも
のが重り１５の総重量となるものである。したがって、
重り片１６の枚数を調整することで重り１５の総重量、
すなわち重り１５の重量による荷重の大きさを調整する
ことができるものである。なお、重り片１６の形状は円
板状に限定することなく他の形状であってもよいもので
あり、積載軸１７の形状も棒状に限定することなく他の
形状であってもよいものであり、要は、積載軸１７に重
り片１６を積載できればよいものである。

【００１７】各重り片１６の中心部には積載軸を挿通さ
せるための積載軸用の孔１８が貫通した状態で設けら
れ、この積載軸用の孔１８を介して各重り片１６が積載
軸１７に積載されるものである。各重り片１６の各積載
軸用の孔１８の近傍にはそれぞれ案内軸用の孔１９が貫
通した状態で設けられ、この案内軸用の孔１９内に昇降
機構２３のアーム２７の下板２９側に立設されている案
内軸３１を挿通させることで、重り１５が昇降自在に案
内されるものである。案内軸３１の下端部外周面には環
状のカラー３２が嵌合され、このカラー３２の上端に重
り１５の下端を当接させることで、それ以上の重り１５
の下降を制限することができるものである。

【００１８】上定盤２の上端部には２本のスライド軸
３、３が立設され、このスライド軸３、３を昇降機構２
３のアーム２７の下板２９側に設けられている案内板７
の筒状の軸受６の内周側に挿通させることで、上定盤２
が昇降自在に案内されるものである。

【００１９】２本のスライド軸３、３の上端部には板状
のストッパー４が取り付けられ、このストッパー４の下
端を軸受６の上端に当接させることで、上定盤２のそれ
以上の下降が制限されるようになっている。また、２本
のスライド軸３、３の下端部には環状のカラー５、５が
それぞれ嵌合され、このカラー５、５の上端を軸受６、
６の下端に当接させることで、上定盤２のそれ以上の上
昇が制限されるようになっている。

【００２０】昇降機構２３は、昇降用シリンダ２４と、
昇降用シリンダ２４のロッド２５に連結される昇降軸２
６と、昇降軸２６の上端部に連結されるアーム２７とか
ら構成されるものであって、アーム２７の内部に前述し
た逆圧発生機構１３が設けられるようになっている。

【００２１】昇降用シリンダ２４は、基枠３３に支持軸
３４を介して取り付けられている支持板３５に取り付け
られるものであって、昇降用シリンダ２４に空気圧又は
油圧、電気を供給することでロッド２５が上下方向に進
退するようになっている。

【００２２】ロッド２５の先端部には中空の昇降軸２６
の下端部がボルト等（図示せず）を介して一体に取り付
けられるとともに、昇降軸２６の上端部にはアーム２７
がボルト等（図示せず）を介して一体に取り付けられる
ようになっている。

【００２３】アーム２７は、昇降軸２６の軸線と直交す
る方向（水平方向）に延出する角筒状をなすものであっ
て、上板２８と下板２９と２枚の側板３０、３０とから
構成され、これらの板２８、２９、３０、３０によって
囲まれる空間部分に前述した逆圧発生機構１３が設けら
れるようになっている。なお、図示はしないが、昇降用
シリンダ２４の代わりにボールネジ式のものを用いてア
ーム２７を昇降させるようにしてもよいものである。な
お、アーム２７は、基枠３３に対して回動自在となって
いる。

【００２４】次に、前記に示すものの作用について説明
する。まず、昇降機構２３の昇降シリンダ２４を作動さ
せて、アーム２７、逆圧発生機構１３及び上定盤２を一
体に上昇させ、上定盤２を下定盤１から離間させ、逆圧
発生機構１３のロープ１４によって上定盤２を吊り上げ
る。この場合、ストッパー４の下端が案内板７の軸受６
の上端に当接しているので、それ以上の上定盤２の下降
が制限される（図４参照）。

【００２５】そして、キャリヤ１１の各被研磨物保持用
の孔内に被研磨物１２を装填し、昇降機構２３の昇降用
シリンダ２４を作動させて、アーム２７、逆圧発生機構
１３及び上定盤２を一体に下降させ、上定盤２を被研磨
物１２の上面側に当接させ、アーム２７の位置を微調整
して昇降機構２３のロープ１４は弛むことなく、重り１
５の下端をカラー３２から離間させる（図５参照）。

【００２６】ここで、上定盤２の自重による荷重をＷ１
とし、重り１５の重量による荷重をＷ２とし、被研磨物
１２に作用する押圧力をＷ３とすると、Ｗ３＝Ｗ１−Ｗ
２の関係式が成り立つ。すなわち、被研磨物１２には、
上定盤２の自重による荷重Ｗ１とこの荷重Ｗ１と逆方向
への重り１５の重量による荷重Ｗ２との差（Ｗ１−Ｗ
２）が押圧力Ｗ３として作用することになる。

【００２７】そして、この状態で上定盤２と下定盤１と
を回転させるとともに、太陽歯車９と内歯歯車１０との
協働によってキャリヤ１１を公転、自転させることで、
キャリヤ１１に保持した被研磨物１２の表面が研磨され
るものである。

【００２８】この場合、被研磨物１２に対する押圧力
は、重り１５の重り片１６の枚数を変えることで任意の
値に調整できるので、小さな値に調整することも可能で
ある。

【００２９】したがって、被研磨物１２の表面に凹凸が
あるような場合に、研磨開始時における被研磨物１２へ
の押圧力を小さく抑えることができ、研磨中に押圧力が
大きすぎて被研磨物１２が破損するのを防止できる。ま
た、被研磨物１２が低荷重で研磨する必要性のある水晶
基板等であっても、被研磨物１２に破損等が生じること
がないので、そのような被研磨物１２であっても十分に
対応することができることになる。さらに、重り１５の
重量による荷重は研磨中に変動することがないので、上
定盤２が研磨中にぶれたりするようなことはなく、一定
の押圧力で被研磨物１２を研磨することができることに
なり、一定の研磨精度が得られることになる。

【００３０】そして、小さな押圧力で被研磨物１２の表
面を研磨して、被研磨物１２の表面が平坦になった時点
で、昇降機構２３の昇降用シリンダ２４を作動させてア
ーム２７を下降させてロープ１４に弛みを生じさせ、重
り１５の下端をカラー３２に当接させ、上定盤２の自重
による荷重のみを被加工物１２に押圧力として作用させ
る（図６参照）。

【００３１】そして、この状態で被研磨物１２の研磨を
続けることで、研磨初期よりも大きな研磨荷重で被研磨
物１２を研磨することができるので、研磨中期から終期
にかけての研磨速度を高めることが可能となる。また、
研磨開始時に低荷重で研磨する必要性のない被研磨物１
２を研磨する場合にも適用できるので、汎用性を大幅に
高めることができることになる。

【００３２】

【発明の効果】この発明は前記のように構成したことに
より、研磨中に被研磨物に対して、上定盤の自重による
荷重を押圧力として作用させ、又は上定盤の自重による
荷重と逆圧発生機構による荷重との差を押圧力として作
用させることができることになる。したがって、大きな
研磨荷重で研磨できる被研磨物や表面が平坦な被研磨物
等に対しては、上定盤の自重による荷重を押圧力として
被研磨物に作用させることにより、研磨速度を高めるこ
とができることになる。また、被研磨物が小さな研磨荷
重で研磨しなければならない水晶基板や表面に凹凸があ
るような被研磨物等に対しては、上定盤の自重による荷
重と逆圧発生機構による荷重との差を押圧力として被研
磨物に作用させることにより、被研磨物を小さな研磨荷
重で研磨することができることになる。したがって、研
磨中における被研磨物の割れ、欠け破損を防止すること
ができることになる。

【００３３】さらに、逆圧発生機構を重りと連結部材と
によって構成し、重りによる荷重を調整可能とした場合
には、重りによる荷重を調整することによって被研磨物
に対する押圧力を調整することができることになる。し
たがって、重りによる荷重を変化させることによって、
大きい研磨荷重で対応できる被研磨物であっても、小さ
い研磨荷重で対応しなければならない被研磨物であって
も研磨が可能となり、様々な種類の被研磨物に対応でき
ることになる。

【００３４】さらに、前記昇降機構によって前記上定盤
と前記逆圧発生機構とを一体に昇降させるように構成し
たことにより、昇降機構の上下方向の位置を調整するこ
とによって、上定盤の自重による荷重のみを押圧力とし
て被研磨物に作用させ、又は上定盤の自重による荷重と
逆圧発生機構の重りによる荷重との差を押圧力として被
研磨物に作用させることができることになる。したがっ
て、全体をコンパクトにすることができることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による研磨装置の一実施の形態を示し
た概略正面図である。

【図２】図１に示すものの右側面図である。

【図３】図１に示すものの部分拡大図である。

【図４】図１に示すものの上定盤を吊り上げた状態を示
した説明図である。

【図５】図１に示すものの上定盤の自重による荷重と逆
圧発生機構の重りの重量による荷重との差が押圧力とし
て被研磨物に作用している状態を示した説明図である。

【図６】図１に示すものの上定盤の自重による荷重のみ
が押圧力として被研磨物に作用している状態を示した説
明図である。

【符号の説明】

１……下定盤 ２……上定盤 ３……スライド軸 ４……ストッパー ５……カラー ６……軸受 ７……案内板 ８……ドライバ ９……太陽歯車 １０……内歯歯車 １１……キャリヤ １２……被研磨物 １３……逆圧発生機構 １４……連結部材（ロープ） １５……重り １６……重り片 １７……積載軸 １８……積載軸用の孔 １９……案内軸用の孔 ２０……ロープ車 ２１……溝 ２２……支持軸 ２３……昇降機構 ２４……昇降用シリンダ ２５……ロッド ２６……昇降軸 ２７……アーム ２８……上板 ２９……下板 ３０……側板 ３１……案内軸 ３２……カラー ３３……基枠 ３４……支持軸 ３５……支持板

フロントページの続き (72)発明者 市川 雅弘 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内 (72)発明者 前田 誠一 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内 (72)発明者 佐土原 毅 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内 (72)発明者 小池 喜雄 長野県佐久市大字中込3361 佐久精機株式 会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA12 AA18 AB01 AB04 AB06 AB08 CA01 CA04 CB01 CB02 DA06 DA09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下定盤と、下定盤に対向して設けられる
   昇降自在な上定盤と、該上定盤を昇降させる昇降機構
   と、下定盤の中心部に設けられる太陽歯車と、下定盤の
   外周部に設けられる内歯歯車と、太陽歯車と内歯歯車と
   の間に噛合されるとともに、被研磨物を保持する孔を有
   するキャリヤとを具え、キャリヤの孔内に被研磨物を保
   持した状態で上定盤を下降させて被研磨物の表面に当接
   させて下定盤との間で被研磨物を押圧し、この状態で太
   陽歯車と内歯歯車との協働によってキャリヤを公転、自
   転させることにより、被研磨物の表面を研磨するように
   なっている研磨装置において、前記上定盤の自重による
   荷重と逆方向への荷重を発生させる逆圧発生機構を設
   け、前記被研磨物の研磨中に前記被研磨物に、前記上定
   盤の自重による荷重を押圧力として作用させ、又は前記
   上定盤の自重による荷重と前記逆圧発生機構による荷重
   との差を押圧力として作用させるように構成した請求項
   １記載の研磨装置。
2. 【請求項２】 前記逆圧発生機構は、前記上定盤の自重
   による荷重と逆方向への荷重を発生させる重りと、重り
   と上定盤とを連結する連結部材とからなり、重りによる
   荷重を調整可能とした請求項１又は２記載の研磨装置。
3. 【請求項３】 前記昇降機構によって前記上定盤と前記
   逆圧発生機構とを一体に昇降させるように構成した請求
   項１、２又は３記載の研磨装置。