JP2004148425A - Both-sided polishing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャリアに保持したワークをその上下両側に配された研磨面をもつ定盤により研磨する両面研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、キャリアに保持したワーク(例えば半導体ウエハ等)を一対の研磨定盤により上下両側から挟み、この状態で各研磨定盤を垂直軸回りに回転させながらウエハを研磨する両面研磨装置は一般に知られている。
【0003】
この種の研磨装置では、研磨定盤に対してウエハが定位置で接触していると、定盤の半径方向内外の速度差によりウエハに研磨むらが生じると考えられる。
【0004】
そこで、そのような研磨むらの発生を防止すべく、図6に模式図で示すような遊星歯車機構を用いた駆動方式の両面研磨装置が従来提案されている。
【0005】
この装置は、太陽ギアである外歯車100(エクスターナルギア)と内歯車102(インターナルギア)とをそれぞれ異なる速度で同一方向に回転することにより、ウエハWを保持した遊星歯車に相当する円盤状のキャリア104を自転させつつ公転させ、そのキャリア104の上下両側に配される円盤状の研磨定盤106(以下、定盤と略す)によりウエハWを上下から挟んだ状態で相対的に移動させて研磨するように構成されている。
【0006】
外歯車100および研磨定盤106は同図に示すように同一軸線上に回転中心を有しており、各キャリア104は、その自転軸(中心)回りに複数枚のウエハWを保持するように構成されている。つまり、外歯車100および内歯車102の作動により各キャリア104が上記のように自転および公転すると、図7にウエハ中心の軌跡で示すように、各ウエハWが揺動(すなわち研磨定盤106の回転半径方向への変位)および回転(自転)を伴いながら外歯車回りに円運動するように構成され、これによりウエハWが定盤106に対して定位置(定盤106の回転半径方向の定位置)で接触することがないようにされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置によると、上記のようにウエハWが研磨定盤106の回転半径方向に揺動しながら回転(自転)するので、研磨むらの発生を良好に回避することができ、ウエハWを均一に研磨することができると考えられる。
【0008】
しかしながら、その一方で次のような問題がある。すなわち、処理対象となるウエハWが大型化するとこれを保持するキャリア104も必然的に大きくなり、外歯車100を中心としてその外周に沿って互いの歯同士を噛み合わせながらキャリア104を公転させる上記従来の構成では、外歯車100の周囲により広いスペースが必要となり、装置全体が大型化するという問題がある。このような装置の大型化は、装置の低廉化、省エネ、省スペース化等を図る上で不利であるばかりか、強度不足等により振動が発生して研磨精度に悪影響を及ぼすことも考えられる。従って、この点を改善する必要がある。
【0009】
また、上記のような内面研磨装置は、ワークに対して一定の動きを与えるように構成されるのが一般的であるが、ワークの種類によっては揺動のみ、あるいは円運動のみの動作で研磨した方が有利な場合も考えられる。従って、ワークの種類等に応じて研磨中にワークに与える動きを変更できればより好ましい。
【0010】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ワークを均一に研磨する一方で、装置の大型化を効果的に抑えることにあり、より好ましくは、ワークの種類等により研磨時のワークの動作形態を変更できるようにすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、キャリアに保持したワークを一対の研磨定盤により表裏両側から挟み、この状態で各研磨定盤をそれらの並び方向の軸回りに回転させるとともに、前記キャリアを研磨定盤の研磨面と平行な方向に移動させて前記ワークを研磨する両面研磨装置において、前記研磨定盤の回転軸と平行で、かつ該回転軸に対して所定距離だけ偏心した軸回りに前記キャリアを回転させるとともに、前記研磨定盤の回転軸回りに前記キャリアを円運動させるキャリア駆動手段を備え、さらに研磨定盤の回転軸が前記キャリアの外周よりも回転半径方向内側に位置するように前記キャリアおよび研磨定盤が設けられているものである。
【0012】
この両面研磨装置によると、キャリアが回転(自転)しながら前記研磨定盤の回転軸回りに円運動することにより、該キャリアに保持されたワークが回転(自転)および揺動(研磨定盤の回転半径方向への変位)を伴いながら研磨定盤の回転軸回りに円運動することとなる。従って、従来のこの種の装置と同様の動きをワークに与えることができる。しかも、キャリアの円運動の中心がキャリアの内側に設けられるため、キャリアを外歯車の回りに公転させる構成、すなわちキャリアの円運動の中心がキャリアの外側に設けられている構成の従来装置と比べるとキャリアの円運動の半径が小さく、その運動に要するスペースは小さくなる。従って、従来装置に比べると、同サイズのワークを研磨しながらも装置をコンパクトに構成することができ、装置の大型化を効果的に抑えることができる。
【0013】
上記の装置においては、前記研磨定盤の回転軸と同一軸線上に配置される駆動主軸を備え、この駆動主軸に、該駆動主軸の中心軸に対して上記所定距離だけ偏心する偏心軸回りに前記キャリアが回転可能に連結され、これにより前記駆動主軸の回転に伴い前記キャリアが前記円運動をするように前記キャリア駆動手段が構成されているのが好ましい。
【0014】
このようにすれば、従来の遊星歯車機構を用いた装置に比べ簡単な構成でキャリアに前記の円運動を与えることができ、しかも該円運動の中心をキャリアの内側に設けることができる。
【0015】
この場合、前記駆動主軸の回転に連動して前記キャリアを前記偏心軸回りに回転させる連動手段を備えているのが好ましい。例えば、前記連動手段として、前記キャリアに設けられる外歯車と、この外歯車に外側から噛合し、かつ前記研磨定盤の回転軸と同心円上に配される内歯車とを設けることができる。
【0016】
この構成によれば、前記駆動主軸の回転に伴いキャリアが円運動し、この際、内歯車とキャリア(外歯車)の噛合いによりキャリアがその中心軸回りに回転(自転)することとなる。つまり、前記駆動主軸の駆動によりキャリアに前記円運動を与えるとともに、キャリアを自転させることができ、合理的な構成となる。
【0017】
なお、上記の両面研磨装置においては、前記駆動主軸を回転駆動する主軸駆動機構と前記内歯車をその中心軸回りに回転駆動する内歯車駆動機構とを前記キャリア駆動手段が有し、さらに前記各駆動機構の駆動状態を変更可能な駆動制御手段が設けられているのが好ましい。
【0018】
この構成によれば、研磨中にワークに与える動きをワークの種類等に応じて変更することにより、ワークの種類に応じたより適切な研磨処理が可能となる。
【0019】
例えば、前記駆動制御手段は、前記駆動主軸を停止した状態で内歯車のみを回転駆動する第1駆動状態と、前記駆動主軸と内歯車とを同一方向に回転駆動するとともに、前記キャリアと内歯車との歯数比を駆動主軸の回転速度に乗じた速度で前記内歯車を駆動する第2駆動状態と、前記駆動主軸と内歯車を同一方向に、かつ第2駆動状態以外の回転速度で駆動する状態又は前記内歯車を停止した状態で駆動主軸のみを回転駆動する第3駆動状態とに前記各駆動機構の駆動状態を変更可能に構成されているのが望ましい。
【0020】
つまり、第1駆動状態によると、ワークはキャリアの回転軸(偏心軸)回りの円運動のみを行うこととなり、第2駆動状態によると、ワークは研磨定盤の回転軸回りにおけるほぼ特定の位置において揺動(研磨定盤の回転半径方向への変位)し、第3駆動状態によると、ワークは回転(自転)および揺動を伴いながら研磨定盤の回転軸回りを円運動することとなる。従って、これら第1〜第3駆動状態を適宜変更することにより、共通の装置でワークの種類等に応じた最適な研磨作業を行うことが可能となる。
【0021】
なお、キャリアは一つのワークを保持するように構成してもよいが、研磨作業を効率よく行う上では、複数のワークを保持できるようにしておくのが好ましく、この場合には、前記偏心軸の周囲に複数のワーク保持部を等間隔に設ければよい。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【0023】
図1及び図2は、本発明に係る両面研磨装置の一例を斜視図および正面図(一部断面図)で示している。これらの図に示す両面研磨装置10(以下、研磨装置10と略す)は、半導体チップの素材となるシリコンウエハW(以下、ウエハW)をワークとして研磨する例えばポリシング装置で、ウエハWを保持するキャリア12と、このキャリア12を挟んで上下に配設される一対の研磨定盤14,16と、これらの駆動手段とを備えている。
【0024】
前記キャリア12は、円盤状に形成されてその外周には外歯車が設けられており、ウエハWを保持するとともに、該キャリア12を駆動するための部材を兼ねている。
【0025】
キャリア12には、ウエハWを保持するための上下方向に貫通する複数の透孔12a(ワーク保持部)が形成されており、当実施形態では、キャリア12の中心軸回りに4つの透孔12aが等間隔で設けられている。
【0026】
キャリア12は、偏心継手52を介して後述する駆動主軸50に連結されており、この駆動主軸50の回転に伴い駆動されるように構成されている。なお、この点については後に詳しく説明することにする。
【0027】
前記一対の研磨定盤14,16のうちキャリア12の下側に配置される研磨定盤14(下定盤14という)は、開口20aを中央に有した円盤状の定盤本体20と、該本体20をその下側から支持してその変形を防止するホルダー22とを有しており、図外の装置フレームに固定されたギアドモータ26により、その中心軸回り(定盤本体20の中心軸回り)に回転駆動されるように構成されている。すなわち、前記ホルダー22には、その下端部に垂直方向に延びるスリーブ22aが一体に設けられており、このホルダー22aがベアリング等を介して図外の装置フレームに支持されるとともに、該スリーブ22aの下端部にギヤ24が一体に組付けられ、このギヤ24が前記ギアドモータ26の出力軸に装着されたギア28に噛合している。これによりギアドモータ26によりギア28,24等を介して下定盤14が回転駆動されるようになっている。
【0028】
キャリア12の上側に配置される研磨定盤16(上定盤16という)も、基本的には前記下定盤14と同一の構成を有しており、開口30bを中央に有した定盤本体30と、該本体30を上側から支持するホルダー32とを有している。
【0029】
上定盤16は、その中心軸回り(定盤本体30の中心軸回り)に回転駆動されるとともに、前記下定盤14に対して昇降駆動されるように構成されている。すなわち、前記ホルダー32の上部に垂直方向に延びる支持軸34が一体に設けられており、この支持軸34が図外の装置フレームに設けられた加圧機構36の作動軸37の先端(下端)に相対回転可能な状態で連結されている。また、支持軸34にギア38が装着され、このギア38が装置フレームに回転可能に保持されるとともに、前記支持軸34に対して垂直方向の相対的な移動が可能で、かつ相対回転が阻止されるようにスプラインで結合され、さらに前記装置フレームに組付けられたギアドモータ40の出力軸に装着されるギア42がこのギヤ38に噛合している。そして、加圧機構36による前記動軸37の進退に伴い図2に示す作業位置、すなわちキャリア12に保持されたウエハWに定盤本体30が接触する位置と、この位置から上昇した待避位置(図1に示す位置)とに亘って上定盤16が昇降駆動されるとともに、前記ギアドモータ40によりギア42,38等を介して上定盤16が回転駆動されるようになっている。
【0030】
なお、上定盤16の回転中心と前記下定盤14の回転中心は同一軸線上に設けられており、また、上定盤16の定盤本体30と前記下定盤14の定盤本体20とは共に同一形状を有している。
【0031】
上定盤16の前記支持軸34の途中部分には、研磨液の送液管44が連結されており、研磨処理中には、この送液管44およびホルダー32内の図外の送液通路を通じて定盤本体30からウエハWに研磨液が供給されるようになっている。なお、送液管44は、図2に示すように支持軸34に相対回転可能に外嵌装着されたジョイント43を介して連結されており、研磨液はこのジョイント43と支持軸34との間に形成されるトロイダル状の液溜部に一端貯溜されながら支持軸34に形成される導入孔を介して前記送液通路内に導入されるように構成されている。これにより回転駆動される支持軸34に対して研磨液の導入が可能となっている。
【0032】
前記下定盤14において、前記ホルダー22のスリーブ22aには、図2及び図3に示すように、キャリア12を駆動するための駆動主軸50が挿入されている。この駆動主軸50は、スリーブ22a内にベアリング51を介して支持されており、これにより駆動主軸50が上記定盤14,16の回転中心と同一軸線上に回転可能に支持されている。
【0033】
駆動主軸50の下端部は、前記装置フレームに固定されたギアドモータ53の出力軸に連結されており、一方、上端部は、偏心継手52を介して前記キャリア12に連結されている。偏心継手52は、図3に示すように前記駆動主軸50に固定されるリンク52a(リンク部材)と、このリンク52aに立設される連結軸52b(偏心軸)と、この連結軸52bにベアリング52cを介して回転自在に装着されるキャリア固定部52dとから構成されており、キャリア12の中心に形成された開口部分にキャリア固定部52dが挿入、固定されることにより、偏心継手52を介して駆動主軸50の上端部にキャリア12が連結されている。
【0034】
偏心継手52の連結軸52bは、前記駆動主軸50の軸心に対して所定の寸法h(偏心距離)だけオフセットされており、これにより駆動主軸50が回転するとこの寸法hを回転半径としてキャリア12が前記駆動主軸回りを円運動(旋回)するように構成されている。
【0035】
キャリア12の外側(径方向外側)には、駆動主軸50と同心円上に内歯車60が設けられており、図4に示すように外歯車である前記キャリア12の一部がこの内歯車60に噛合している。
【0036】
内歯車60は、ホルダー62に固定されており、このホルダー62を介して前記装置フレームに回転可能に支持されている。ホルダー62は、詳しく図示していないが円環状の外歯車の構造を有しており、装置フレームに固定されているギアドモータ64の出力軸に装着されたギア66がこのホルダー62に外側から噛合している。これにより、ギアドモータ64によりホルダー62を介して内歯車60が回転駆動されるように構成されている。つまり、当実施形態では、ホルダー62及びギアドモータ64等により本発明の内歯車駆動機構が構成され、前記ギアドモータ53等により本発明の主軸駆動機構が構成されている。
【0037】
なお、上記研磨装置10は、論理演算を実行する周知のCPU、そのCPUを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するROMおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するRAM等から構成される制御装置70(制御手段)を有しており、前記各モータ26,40,53,64および加圧機構36のアクチュエータ等がこの制御装置70に電気的に接続されている。そして、CPUに記憶されたプログラムに従って所定の研磨動作を実行すべく前記各モータ26等の駆動がこの制御装置70により統括的に制御されるように構成されている。
【0038】
なお、この研磨装置10では、以下に説明するように、研磨中のウエハWに3種類の異なる動きを与えることが可能となっているとともに、制御装置70に設けられる図外の切換手段の操作に応じてその動きの切換が可能となっており、前記制御装置70は、前記切換手段の操作により選択された動作を実行すべく前記モータ53等の駆動を制御するように構成されている。
【0039】
次に、上記研磨装置10によるウエハWの研磨動作について説明する。
【0040】
まず、上定盤16が上昇した待避位置にセットされた状態でキャリア12の各透孔12aにウエハWがセットされ、その後、上定盤16が下降して作業位置にセットされる。このように上定盤16が作業位置にセットされることにより、図2に示すようにキャリア12に保持されたウエハWが定盤14,16の各定盤本体20,30により上下両側から所定の加圧力で挟まれた状態となる。
【0041】
そして、送液管44を介してウエハWに研磨液が供給されるとともに、各定盤14,16が回転駆動され、これによりウエハWが上下両側から同時に研磨されることとなる。この際、下定盤14が時計回りに、上定盤16が反時計回りにそれぞれ同一速度で回転駆動されることにより、ウエハWの上下両側に作用する研磨抵抗(摩擦力)が相殺され、ウエハWの周縁部が透孔12aに圧接することによる損傷等が防止されるようになっている。
【0042】
なお、研磨動作中には、キャリア12および内歯車60の駆動状態が以下のような第1駆動状態〜第3駆動状態のうちいずれかの駆動状態となるように前記制御装置70により前記モータ53等の駆動が制御され、これにより、異なる3種類の動き(動作)のうちから一種類の動きがウエハWに与えられる。
【0043】
〈第1駆動状態〉
第1駆動状態では、駆動主軸50が停止した状態で、内歯車60のみが所定の回転速度で時計回りに回転駆動される。
【0044】
このような第1駆動状態によると、キャリア12と内歯車60とが噛合しているため、内歯車60の回転に伴いキャリア12がその中心軸(連結軸52b)回りにのみ回転することとなる。従って、図5(a)に模式的に示すように、キャリア12に保持されているウエハWは、キャリア12の中心軸回りに円運動を繰り返すこととなる。なお、図5(a)は、ウエハWの動きをその中心の軌跡で示している(図5(b),(c)について同じ)。
【0045】
〈第2駆動状態〉
第2駆動状態では、駆動主軸50が所定の回転速度で時計回りに駆動される一方、内歯車60が駆動主軸50に対して特定の割合、具体的にはキャリア12と内歯車60の歯数比を駆動主軸50の回転速度に乗じた速度で時計回りに駆動される。
【0046】
このような第2駆動状態によると、前記キャリア12は内歯車60に沿って転がることなく(回転(自転)することなく)、駆動主軸回りに円運動(旋回)することとなる。従って、キャリア12に保持されているウエハWは、図5(b)に示すように、定盤14,15の回転軸回りのほぼ特定の位置において円運動を繰り返す。すなわち、ほぼ定位置で定盤14,15の回転半径方向への変位を繰り返す(揺動する)こととなる。
【0047】
〈第3駆動状態〉
第3駆動状態では、駆動主軸50が所定の回転速度で時計回りに駆動される一方、内歯車60が停止もしくは第2駆動状態における内歯車60の回転速度以外の速度で駆動される。
【0048】
このような第3駆動状態によると、キャリア12が駆動主軸回りに円運動(旋回)するとともに、内歯車60に沿って転がることによりキャリア12がその中心軸回り(連結軸52b回り)に回転(自転)することとなる。従って、キャリア12に保持されているウエハWは、図5(c)に示すように、回転(自転)、および揺動を伴いながら定盤14,15の回転軸回りに円運動することとなる。
【0049】
なお、上記のような第1〜第3駆動状態は、上述したように図外の切換手段の操作に応じて切換えられ、研磨装置10による研磨動作の開始前に自動的に、あるいはオペレータのマニュアル操作に応じて切換えられる。
【0050】
このようにして定盤14,16およびキャリア12が駆動されながら例えば一定の時間だけウエハWの研磨処理が経過すると、定盤14,16およびキャリア12が停止し、上記と逆の手順でキャリア12からウエハWが取り外され、これにより研磨装置10による一連の研磨動作が終了する。
【0051】
以上のような研磨装置10によると、ウエハWの研磨動作中、キャリア12および内歯車60を第3駆動状態とすれば、上述のようにウエハWが回転(自転)、および揺動を伴いながら定盤14,15の回転軸回りに円運動することとなる(図5(c)参照)。そのため、従来のこの種の装置と同様の動き(図7参照)をウエハWに与えながら研磨処理を行うことができ、従来装置と遜色ないレベルでウエハWを研磨することがきる。
【0052】
しかも、この研磨装置10によると、図5に示すようにキャリア12の円運動の中心(駆動主軸50)がキャリア12の内側に配置されているため、キャリアを外歯車の回りに沿って公転(円運動)させる構成、すなわちキャリアの円運動の中心がキャリアの外側に設けられている従来装置に比べて、キャリア12の円運動の半径を小さくすることができる。そのため、同サイズのウエハWを研磨しながらも従来装置に比べて装置全体をコンパクトに構成することができ、研磨装置10の大型化を効果的に抑えることができる。
【0053】
従って、この研磨装置10によれば、ウエハWを従来装置と同様に均一に研磨しながらも、装置の大型化を効果的に抑えることができるという効果がある。
【0054】
また、この研磨装置10では、上記のようにキャリア12および内歯車60の駆動状態(第1駆動状態〜第3駆動状態)の切換えに応じて、ウエハWに対して異なる3種類の動き(動作)を選択的に与えながらウエハWを研磨することができるため、例えば、ウエハWの種類や研磨液の種類等応じて最適な動きを選択してウエハWに与えることができる。従って、ウエハWに対して単一の動きしか与えることができない従来装置に比べると、ウエハWをより効率よく、かつ適切に研磨することができるという効果もある。
【0055】
なお、以上説明した研磨装置10は、本発明に係る両面研磨装置の一例であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、例えば、以下のような構成を採用することもできる。
【0056】
▲1▼ 上記の実施形態では、本発明の連動手段として、キャリア12に外歯車を設けるとともに、この外歯車に外側から噛合する内歯車60を設けているが、例えば連動手段として偏心継手52にモータを搭載し、このモータの出力軸を連結軸52bとしてこれにキャリア12を固定することにより、該モータの駆動によりキャリア12を回転駆動するように構成してもよい。
【0057】
このような構成によっても、ギアドモータ53による駆動主軸50の回転駆動、および上記モータによるキャリア12の回転駆動を適宜制御することにより、上記第1〜第3駆動状態によるウエハWの動きと同じ動きをウエハWに与えることが可能となる。
【0058】
▲2▼ 研磨中、図5(c)に示すウエハWの動き、すなわち回転(自転)、および揺動を伴いながら定盤14,15の回転軸回りに円運動する動きは、上述したように、内歯車60を停止した状態で駆動主軸50を駆動することによっても達成することができる。従って、このようなウエハWの動きのみで対応できる場合には、内歯車60を固定的に設け、ギアドモータ64等を省略することにより構成を簡略化するようにしてもよい。
【0059】
▲3▼ 上記の実施形態では、半導体チップの素材となるシリコンウエハW(以下、ウエハW)を研磨する例えばポリシング装置に本発明の両面研磨装置を適用した例について説明したが、本発明に係る両面研磨装置は、この他にも例えばラップ盤等にも適用可能である。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の両面研磨装置は、研磨定盤の回転中心から偏心した軸回りにキャリアが回転するとともに、研磨定盤の回転軸回りにキャリアが円運動し、さらに研磨定盤の回転軸がキャリアの外周より回転半径方向内側に位置するように構成されているので、従来装置と同様に、ワークを回転(自転)および揺動(研磨定盤の回転半径方向への変位)させながら研磨定盤の回転軸回りに円運動させることができ、しかも従来装置に比べてキャリアの円運動の半径を小さくすることができる。従って、従来と遜色ないレベルでワークを均一に研磨する一方で、装置の大型化を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る両面研磨装置の一例を示す斜視概略図である。
【図2】本発明に係る両面研磨装置を示す正面図(一部断面図)である。
【図3】両面研磨装置におけるキャリアの支持部分を示す断面図である。
【図4】キャリア、ウエハ、内歯車、駆動主軸及び偏心軸の位置関係を示す平面模式図である。
【図5】研磨処理中のウエハの動き(ウエハ中心の軌跡)を示す平面模式図((a)は第1駆動状態時のウエハの動き、(b)は第2駆動状態のウエハの動き、(c)は第3駆動状態のウエハの動きをそれぞれ示す)である。
【図6】従来の遊星歯車機構を用いた両面研磨装置を示す平面模式図である。
【図7】従来装置の研磨処理中におけるワークの動き(ワーク中心の軌跡)を示す平面模式図である。
【符号の説明】
10 両面研磨装置
12 キャリア
12a 透孔
14 研磨定盤(下定盤)
16 研磨定盤(上定盤)
26,40,53,64 ギアドモータ
50 駆動主軸
52 偏心継手
52a リンク
52b 連結軸(偏心軸)
52c ベアリング
52d キャリア固定部
60 内歯車
W ウエハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a double-side polishing apparatus for polishing a workpiece held by a carrier using a surface plate having polishing surfaces disposed on both upper and lower sides thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a double-side polishing apparatus that sandwiches a work (eg, a semiconductor wafer or the like) held by a carrier from both upper and lower sides with a pair of polishing plates and polishes the wafer while rotating each polishing plate about a vertical axis in this state is generally used. Are known.
[0003]
In this type of polishing apparatus, if the wafer is in contact with the polishing platen at a fixed position, it is considered that unevenness in polishing occurs on the wafer due to a difference in speed between the inside and outside of the platen in the radial direction.
[0004]
Therefore, in order to prevent the occurrence of such polishing unevenness, a drive type double-side polishing apparatus using a planetary gear mechanism as schematically shown in FIG. 6 has been conventionally proposed.
[0005]
This apparatus rotates an external gear 100 (external gear) and an internal gear 102 (internal gear), which are sun gears, at different speeds in the same direction, thereby forming a disk-shaped disk gear corresponding to a planetary gear holding a wafer W. The
[0006]
The
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
According to the conventional apparatus, as described above, the wafer W is rotated (rotated) while swinging in the rotation radius direction of the
[0008]
However, on the other hand, there are the following problems. That is, when the size of the wafer W to be processed increases, the size of the
[0009]
Further, the inner surface polishing apparatus as described above is generally configured to give a constant movement to the work, but depending on the type of the work, the polishing is performed only by swinging or only by circular movement. It may be advantageous to do so. Therefore, it is more preferable that the movement given to the workpiece during polishing can be changed according to the type of the workpiece and the like.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to polish a work uniformly, and to effectively suppress an increase in the size of an apparatus. Thus, it is possible to change the operation mode of the work at the time of polishing.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention sandwiches a work held by a carrier from both front and back sides by a pair of polishing platens, and in this state, rotates each of the polishing platens around an axis in their arrangement direction, In a double-side polishing apparatus for polishing a workpiece by moving a carrier in a direction parallel to a polishing surface of a polishing table, an axis parallel to a rotation axis of the polishing table and eccentric by a predetermined distance with respect to the rotation axis. Rotating the carrier around, and a carrier driving means for circularly moving the carrier around the rotation axis of the polishing platen, wherein the rotation axis of the polishing platen is located radially inward of the outer circumference of the carrier in the rotation radial direction. The carrier and the polishing platen are provided so as to perform the above.
[0012]
According to this double-side polishing apparatus, the work held by the carrier is rotated (rotated) and oscillated (of the polishing platen) by the carrier making a circular motion around the rotation axis of the polishing platen while rotating (rotating). (Displacement in the direction of the radius of rotation) while making a circular motion about the rotation axis of the polishing table. Therefore, the same movement as that of a conventional device of this type can be given to the work. In addition, since the center of the circular motion of the carrier is provided inside the carrier, the carrier is revolved around the external gear, that is, as compared with the conventional device in which the center of the circular motion of the carrier is provided outside the carrier. The radius of the circular motion of the carrier is small, and the space required for the motion is small. Therefore, as compared with the conventional apparatus, the apparatus can be made compact while polishing a work of the same size, and an increase in the size of the apparatus can be effectively suppressed.
[0013]
In the above apparatus, a drive spindle is provided on the same axis as the rotation axis of the polishing platen, and the drive spindle has an eccentric axis which is eccentric by the predetermined distance with respect to the center axis of the drive spindle. It is preferable that the carrier is rotatably connected so that the carrier driving means is configured such that the carrier makes the circular motion with the rotation of the driving main shaft.
[0014]
With this configuration, the above-described circular motion can be imparted to the carrier with a simpler configuration than a device using a conventional planetary gear mechanism, and the center of the circular motion can be provided inside the carrier.
[0015]
In this case, it is preferable to include an interlocking unit that rotates the carrier around the eccentric axis in conjunction with the rotation of the drive main shaft. For example, as the interlocking means, an external gear provided on the carrier and an internal gear meshing with the external gear from the outside and arranged concentrically with the rotation axis of the polishing platen can be provided.
[0016]
According to this configuration, the carrier makes a circular motion with the rotation of the driving main shaft, and at this time, the carrier rotates (self-rotates) around its central axis by meshing between the internal gear and the carrier (external gear). That is, by driving the drive spindle, the carrier can be given the circular motion and the carrier can be rotated on its own, resulting in a rational configuration.
[0017]
In the double-side polishing apparatus, the carrier driving unit includes a spindle driving mechanism that rotationally drives the driving spindle and an internal gear driving mechanism that rotationally drives the internal gear around its central axis. It is preferable that drive control means capable of changing the drive state of the drive mechanism be provided.
[0018]
According to this configuration, the movement given to the workpiece during polishing is changed according to the type of the workpiece or the like, so that more appropriate polishing processing according to the type of the workpiece can be performed.
[0019]
For example, the drive control means includes: a first drive state in which only the internal gear is rotationally driven while the drive main shaft is stopped; and a drive in which the drive main shaft and the internal gear are rotationally driven in the same direction. A second driving state in which the internal gear is driven at a speed obtained by multiplying the rotational speed of the driving main shaft by the ratio of the number of teeth to the driving main shaft, and driving the driving main shaft and the internal gear in the same direction at a rotational speed other than the second driving state It is preferable that the driving state of each of the driving mechanisms can be changed to a third driving state in which only the driving main shaft is rotationally driven with the internal gear stopped.
[0020]
In other words, according to the first driving state, the work performs only a circular motion around the rotation axis (eccentric axis) of the carrier, and according to the second driving state, the work is moved to a substantially specific position around the rotation axis of the polishing platen. In the third driving state, the work makes a circular motion around the rotation axis of the polishing platen with rotation (rotation) and rocking. . Therefore, by appropriately changing the first to third driving states, it is possible to perform an optimal polishing operation according to the type of the work and the like with a common device.
[0021]
Although the carrier may be configured to hold one work, it is preferable that a plurality of works can be held in order to efficiently perform the polishing operation. In this case, the eccentric shaft is preferably used. A plurality of work holding portions may be provided at equal intervals around the periphery of the work.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
1 and 2 show an example of a double-side polishing apparatus according to the present invention in a perspective view and a front view (partial sectional view). The double-side polishing apparatus 10 (hereinafter, abbreviated as the polishing apparatus 10) shown in these drawings holds a wafer W by, for example, a polishing apparatus that polishes a silicon wafer W (hereinafter, a wafer W) as a material of a semiconductor chip as a work. The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The polishing platen 14 (referred to as a lower platen 14) disposed below the
[0028]
The polishing platen 16 (referred to as an upper platen 16) disposed above the
[0029]
The
[0030]
The rotation center of the
[0031]
A polishing
[0032]
In the
[0033]
The lower end of the
[0034]
The connecting
[0035]
Outside the carrier 12 (radially outside), an
[0036]
The
[0037]
The polishing
[0038]
In the polishing
[0039]
Next, an operation of polishing the wafer W by the polishing
[0040]
First, the wafer W is set in each of the through
[0041]
Then, the polishing liquid is supplied to the wafer W through the
[0042]
During the polishing operation, the
[0043]
<First driving state>
In the first drive state, only the
[0044]
According to such a first driving state, since the
[0045]
<Second drive state>
In the second drive state, the drive
[0046]
According to such a second driving state, the
[0047]
<Third drive state>
In the third drive state, the
[0048]
According to such a third driving state, the
[0049]
The above-described first to third driving states are switched according to the operation of the switching means (not shown) as described above, and are automatically performed before the polishing operation by the polishing
[0050]
When the polishing process of the wafer W elapses, for example, for a certain period of time while the
[0051]
According to the polishing
[0052]
Moreover, according to the polishing
[0053]
Therefore, according to the polishing
[0054]
In the polishing
[0055]
The polishing
[0056]
{Circle around (1)} In the above embodiment, the external gear is provided on the
[0057]
Even with such a configuration, the same movement as the movement of the wafer W in the first to third drive states can be achieved by appropriately controlling the rotational drive of the
[0058]
{Circle around (2)} During the polishing, the movement of the wafer W shown in FIG. 5C, that is, the movement of rotating (spinning) and making a circular motion around the rotation axes of the
[0059]
{Circle around (3)} In the above embodiment, an example is described in which the double-side polishing apparatus of the present invention is applied to, for example, a polishing apparatus for polishing a silicon wafer W (hereinafter, wafer W) as a material of a semiconductor chip. The double-side polishing apparatus is also applicable to, for example, a lapping machine.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, in the double-side polishing apparatus of the present invention, the carrier rotates around an axis eccentric from the rotation center of the polishing table, the carrier makes a circular motion around the rotation axis of the polishing table, The rotation axis of the workpiece is located radially inward of the outer circumference of the carrier, so that the work is rotated (rotated) and oscillated (displacement of the polishing platen in the radius direction of rotation) as in the conventional apparatus. This makes it possible to make a circular motion around the rotation axis of the polishing platen, and to make the radius of the circular motion of the carrier smaller than that of the conventional apparatus. Therefore, the work can be polished uniformly at a level comparable to that of the related art, and the size of the apparatus can be effectively suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a double-side polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a front view (partially sectional view) showing a double-side polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a carrier supporting portion in the double-side polishing apparatus.
FIG. 4 is a schematic plan view showing a positional relationship among a carrier, a wafer, an internal gear, a driving main shaft, and an eccentric shaft.
5A and 5B are schematic plan views showing the movement of the wafer during wafer polishing (the locus of the center of the wafer). FIG. 5A shows the movement of the wafer in the first driving state, FIG. 5B shows the movement of the wafer in the second driving state, (C) shows the movement of the wafer in the third driving state, respectively).
FIG. 6 is a schematic plan view showing a double-side polishing apparatus using a conventional planetary gear mechanism.
FIG. 7 is a schematic plan view showing movement of a work (trajectory of the center of the work) during a polishing process of a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
10 Double-side polishing machine
12 career
12a through hole
14 Polishing surface plate (lower surface plate)
16 Polishing surface plate (Upper surface plate)
26,40,53,64 Geared motor
50 drive spindle
52 Eccentric joint
52a link
52b Connecting shaft (eccentric shaft)
52c bearing
52d carrier fixing part
60 internal gear
W wafer
Claims (7)
前記研磨定盤の回転軸と平行で、かつ該回転軸に対して所定距離だけ偏心した垂直軸回りに前記キャリアを回転させるとともに、前記研磨定盤の回転軸回りに前記キャリアを円運動させるキャリア駆動手段を備え、さらに研磨定盤の回転軸が前記キャリアの外周よりも回転半径方向内側に位置するように前記キャリアおよび研磨定盤が設けられていることを特徴とする両面研磨装置。The work held by the carrier is sandwiched from both sides by a pair of polishing plates, and in this state, each polishing platen is rotated around an axis in a direction in which the polishing plates are arranged, and the carrier is moved in a direction parallel to the polishing surface of the polishing platen. In a double-side polishing apparatus for polishing the work by moving to
A carrier that rotates the carrier about a vertical axis that is parallel to the rotation axis of the polishing platen and is eccentric by a predetermined distance with respect to the rotation axis, and that makes the carrier circularly move around the rotation axis of the polishing platen. A double-side polishing apparatus, comprising: a driving unit; and the carrier and the polishing platen are provided such that a rotation axis of the polishing platen is positioned radially inward of an outer periphery of the carrier in a rotation radial direction.
前記研磨定盤の回転軸と同一軸線上に配置される駆動主軸を備え、この駆動主軸に、該駆動主軸の中心軸に対して上記所定距離だけ偏心する偏心軸回りに前記キャリアが回転可能に連結されることにより、前記駆動主軸の回転に伴い前記キャリアが前記円運動をするように前記キャリア駆動手段が構成されていることを特徴とする両面研磨装置。The double-side polishing apparatus according to claim 1,
A drive spindle disposed on the same axis as a rotation axis of the polishing platen, wherein the carrier is rotatable around an eccentric axis that is eccentric by the predetermined distance with respect to a center axis of the drive spindle. The double-side polishing apparatus is characterized in that the carrier driving means is configured such that the carrier makes the circular motion with the rotation of the driving main shaft by being connected.
前記駆動主軸の回転に連動して前記キャリアを前記偏心軸回りに回転させる連動手段を備えていることを特徴とする両面研磨装置。The double-side polishing apparatus according to claim 2,
A double-side polishing apparatus comprising an interlocking means for rotating the carrier about the eccentric axis in conjunction with the rotation of the drive spindle.
前記連動手段は、前記キャリアに設けられる外歯車と、この外歯車に外側から噛合し、かつ前記研磨定盤の回転軸と同心円上に配される内歯車とを有することを特徴とする両面研磨装置。The double-side polishing apparatus according to claim 3,
Wherein the interlocking means comprises: an external gear provided on the carrier; and an internal gear meshed with the external gear from outside and arranged concentrically with a rotation axis of the polishing platen. apparatus.
前記駆動主軸を回転駆動する主軸駆動機構と前記内歯車をその中心軸回りに回転駆動する内歯車駆動機構とを前記キャリア駆動手段が有し、さらに前記各駆動機構の駆動状態を変更可能な駆動制御手段が設けられていることを特徴とする両面研磨装置。The double-side polishing apparatus according to claim 4,
The carrier driving means has a main shaft driving mechanism for rotating the driving main shaft and an internal gear driving mechanism for driving the internal gear to rotate around the center axis thereof, and a drive capable of changing a driving state of each of the driving mechanisms. A double-side polishing apparatus comprising a control unit.
前記駆動制御手段は、前記駆動主軸を停止した状態で内歯車のみを回転駆動する第1駆動状態と、前記駆動主軸と内歯車とを同一方向に回転駆動するとともに、前記キャリアと内歯車との歯数比を駆動主軸の回転速度に乗じた速度で前記内歯車を駆動する第2駆動状態と、前記駆動主軸と内歯車を同一方向に、かつ第2駆動状態以外の回転速度で駆動する状態又は前記内歯車を停止した状態で駆動主軸のみを回転駆動する第3駆動状態とに前記各駆動機構の駆動状態を変更可能に構成されていることを特徴とする両面研磨装置。The double-side polishing apparatus according to claim 5,
The drive control means includes: a first drive state in which only the internal gear is rotationally driven while the drive main shaft is stopped; and a drive in which the drive main shaft and the internal gear are rotationally driven in the same direction. A second driving state in which the internal gear is driven at a speed obtained by multiplying the rotational speed of the driving main shaft by a gear ratio, and a driving state in which the driving main shaft and the internal gear are driven in the same direction and at a rotation speed other than the second driving state. A double-side polishing apparatus characterized in that the driving state of each of the driving mechanisms can be changed to a third driving state in which only the driving main shaft is rotationally driven with the internal gear stopped.
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