JP2004148505A

JP2004148505A - 研磨装置、研磨装置用キャリアおよび研磨方法

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Publication number: JP2004148505A
Application number: JP2004017383A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Sakumichi; 秀敬作道; Koji Hirata; 浩二平田; Fumihiko Ogawa; 文彦小川; Hisahiro Yoshida; 尚弘吉田
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP4352909B2

Abstract

【課題】同時に多くの薄い基板を高い加工精度で研磨することのできる研磨装置を提供する。
【解決手段】本発明の板状ワークの研磨方法は、研磨面１１ａを有する第１の定盤１１を第１の軸Ａ１を中心に回転させながら、中心孔１３ｃおよび保持孔を有する円形プレート状キャリア１３の保持孔に保持された板状ワークが研磨面１１ａに接するようにキャリア１３を配置し、キャリア１３の中心孔１３ｃに挿入され、第１の軸Ａ１を偏心軸とする偏心ローラ１４を回転させることによって、キャリア１３を第１の軸Ａ１を中心とする円運動をさせ、かつ、キャリア１３と係合しており、第１の定盤１１の周囲に配置されたリング状部材１５を第１の軸Ａ１を中心に回転させることによって、キャリア１３を偏心ローラ１４の周りに自転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板などのワークを研磨する研磨装置に関し、ワークの片面、あるいは、両面を研磨する研磨装置に関する。

半導体部品、圧電体部品、磁性体部品などの電子部品は、薄い基板上に微細加工技術を用いて作製される。こうした基板は、通常、単結晶インゴットなどを薄く切り出した後、ラッピング装置またはポリッシング装置と呼ばれる研磨装置を用いて研磨し、また、表面を平坦化することによって作製される。

従来の研磨装置として、たとえば、特許文献１に示すような、両面研磨装置が知られている。特許文献１が開示する両面研磨装置は、図９に示すように、遊星歯車機構を備えている。この両面研磨装置は、被加工材であるワークを保持する保持孔６を有し、遊星歯車として機能するキャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄと、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを上下から挟むように配置される上砥石１および下砥石２とを備える。キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、太陽歯車４および太陽歯車４と同軸に設けられる環状の内歯歯車３の間に保持される。

太陽歯車４を図９に示すように、反時計回りに回転させ、内歯歯車３を適切な速さで時計回りに回転させる。これにより、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは矢印で示すように、時計回りに自転しながら、太陽歯車４の周りを時計回りに公転する。上砥石１および下砥石２をたとえば反時計回りに回転させることによって、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに保持されたワークの両面は、上砥石１および下砥石２によって研磨される。

この両面研磨装置では、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、自転しながら公転をする。このため、ワークを均一に研磨することができる。また、ワークが上砥石１および下砥石２の広い面積と接触することができ、上砥石１および下砥石２が局部的に磨耗することを防止することができるという利点がある。

また、図１０に示すように、特許文献２は、上砥石１と、下砥石２と、上砥石１および下砥石２に挟まれるキャリア６を備えた両面研磨装置を開示している。この両面研磨装置において、キャリア６は、ワークを保持するための保持孔７を有し、キャリア６の四隅が偏心アーム８に接続されている。偏心アーム８が回転すると、キャリア６はその平面内においてキャリア６全体が平行移動し、その平面内の任意の一点が円を描くよう、自転しない円運動をする。

図１０に示す両面研磨装置によれば、キャリア６に多くの保持孔７を設けることができるため、一度にたくさんの基板を研磨することが可能となる。
実開平６−８５７２４号公報特開平１０−２０２５１１号公報

しかし、上述の特許文献１の両面研磨装置では、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは遊星歯車として働くため、内歯歯車３と太陽歯車４との間に配置できるキャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの数を多くすることができない。また、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの外周には歯車を設ける必要があるため、１つのキャリアプレートに設ける保持孔６も多くすることができない。このため、基板を配置できないデッドスペースが多く、一度にたくさんの基板を研磨することができないという問題がある。

また、内歯歯車３、太陽歯車４およびキャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄには歯車が設けられているため、研磨により生じた基板の削り粉などのゴミが歯車の間に溜まりやすい。このようなゴミが、研磨中に歯車の間から徐々に脱離し、基板にスクラッチを生じさせる原因となる。

また、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄがワークよりも薄くなければ、ワークを研磨することができない。このため、薄いワークを研磨するためには、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄも薄くする必要がある。しかし、キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは遊星歯車として働くため、その厚みをあまり小さくすると、遊星歯車として必要な機械的強度を確保することができず、容易に変形し、あるいは破壊するという問題が生じる。キャリアプレート５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの歯車が磨耗しやすいという問題も生じる。

特許文献２の両面研磨装置では、遊星歯車は存在しないため、上述した問題は生じない。しかし、キャリア６は、その平面内の任意の一点が円を描くよう、その平面内において自転しない円運動をするだけである。このため、ワークの上砥石１および下砥石２に対する移動量が小さく、研磨後のワークの平行度が十分ではないという問題が生じる。

また、特許文献２の両面研磨装置では、キャリア６全体を平行移動させる機構が必要となる。このような機構は、キャリア６の四隅を同時に駆動する必要があるため、両面研磨装置全体の形状が大きくなってしまうという問題も生じる。

本発明は、上記従来技術の問題の少なくとも１つを解決し、薄いワークを研磨することができる研磨装置および研磨方法を提供することにある。

本発明の研磨装置は、板状ワークを研磨するための研磨面を有し、第１の軸を中心として回転する第１の定盤と、側面を有し、側面と垂直な断面の中心と異なる位置にある前記第１の軸を中心として回転する偏心ローラと、前記偏心ローラを挿入するための中心孔と、前記板状ワークを保持するための保持構造とを有し、前記保持構造により保持された前記板状ワークが前記第１の定盤に接するよう配置されるキャリアと、前記キャリアを前記偏心ローラを軸として回転させるキャリア回転機構とを備える。

ある好ましい実施形態において、前記キャリアは平行な２つの主面を有し、前記保持構造は、前記２つの主面を貫通する保持孔である。

ある好ましい実施形態において、前記研磨装置は、板状ワークを研磨するための研磨面を有し、第１の軸を中心として回転する第２の定盤を更に備えており、前記第１の定盤および前記第２の定盤が前記キャリアを挟むように配置される。

ある好ましい実施形態において、前記キャリアおよび前記キャリア回転機構は互いに係合するための係合手段をそれぞれ有する。

ある好ましい実施形態において、前記キャリア回転機構は、前記第１の定盤の周囲に配置されたリング状部材を含み、前記リング状部材は前記第１の軸を中心として回転する。

ある好ましい実施形態において、前記係合手段は少なくとも１つの係合突起および係合突起よりも大きい係合孔であり、前記係合突起および係合孔が、前記キャリアおよび前記キャリア回転機構のリング状部材に設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記係合手段は複数の係合突起および係合孔であり、前記複数の係合孔は、前記キャリアにおいて、前記中心孔の中心を中心とする円上に設けられており、前記複数の係合突起は、前記キャリア回転機構のリング状部材に設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記第１の定盤の研磨面と前記キャリア回転機構のリング状部材の前記複数の係合突起が設けられた面とは、実質的に同一平面にある。

ある好ましい実施形態において、前記キャリアに設けられた複数の係合孔の半径は、前記偏心ローラの断面の中心と前記第１の軸との距離以上である。

ある好ましい実施形態において、前記キャリアは、前記保持孔を複数有し、前記複数の保持孔の近傍に、前記複数の保持孔に保持されたワークに研磨剤を供給するための複数の供給孔を有する。

ある好ましい実施形態において、前記第１の定盤は、内孔を有するリング形状をしており、前記内孔に前記偏心ローラが配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記偏心ローラと前記キャリア回転機構のリング状部材とは同じ方向に回転する。

ある好ましい実施形態において、前記第２の定盤は前記第１の定盤と逆の方向に回転する。

ある好ましい実施形態において、前記キャリアは、前記係合孔および前記中心孔の周りに、前記偏心ローラおよび前記係合突起と接触し得る補強リングをそれぞれ有する。

また、本発明の基板は、上記いずれかの研磨装置により板状ワークとして基板の少なくとも一面が平坦になるよう研磨されている。

また、本発明のキャリアは、研磨面を有し、第１の軸を中心に回転する定盤および前記第１の軸を中心として回転可能なように前記定盤の周囲に配置され、複数の係合突起を備えたリング状部材を含むキャリア回転機構を備えた研磨装置に用いられ、板状ワークを保持する。前記キャリアは、円形プレートと、第１の軸の周りに回転するよう偏心した偏心ローラと係合するための中心孔と、前記円形プレートの外周近傍に配置された、前記複数の係合突起と係合する複数の係合孔と、前記板状ワークを保持するための保持孔とを備える。

また、本発明の板状ワークの研磨方法は、研磨面を有する第１の定盤を第１の軸を中心に回転させながら、板状ワークの一面が前記研磨面に接触するように、前記板状ワークを保持するキャリアを前記第１の軸を中心とする円運動をさせ、かつ、前記キャリアを自転させる。

ある好ましい実施形態において、前記研磨方法は、研磨面を有する第２の定盤を第１の軸を中心に回転させながら、前記板状ワークの両面が前記第１および第２の研磨面に接触するように、前記第１の定盤および前記第２の定盤で挟む。

ある好ましい実施形態において、前記研磨方法は、前記第２の定盤を前記第１の定盤と逆の方向に回転させる。

また、本発明の基板は、上記いずれかの研磨方法により、板状ワークとして基板の少なくとも一面が平坦になるよう研磨されている。

本発明の研磨装置および研磨方法によれば、同時に多くの薄い基板を高い加工精度で研磨することが可能となる。

以下、本発明の研磨装置および研磨方法の実施形態を説明する。本願明細書において、「研磨」とは、基板などの板状ワークの主面を削る作業、および／または、その表面を滑らかに仕上げる作業を意味する。つまり、「研磨」とは「研削」という語によって定義される作業を含むものとする。

図１は、研磨装置１０の主要な部分を分解して示す分解斜視図であり、図２は、研磨装置１０の断面図である。研磨装置１０は、第１の定盤１１と、第２の定盤１２と、第１の定盤１１および第２の定盤１２に挟まれるキャリア１３と、偏心ローラ１４と、キャリア１３を回転させるためキャリア回転機構であるリング状部材１５とを備えている。

第１の定盤１１および第２の定盤１２は互いに対向する研磨面１１ａおよび１２ａをそれぞれ備えている。研磨面１１ａおよび１２ａは、第１の定盤１１および第２の定盤１２に貼付された研磨布の表面であってもよいし、砥石等の表面であってもよい。研磨面１１ａおよび１２ａの荒さは、板状ワークの状態や板状ワークをどのように仕上げるべき等その目的によって任意に選択し得る。第１の定盤１１および第２の定盤１２は、それぞれ中心孔１１ｃおよび１２ｃを有するリング形状を備えており、中心孔１１ｃおよび１２ｃ内に偏心ローラ１４が配置される。

リング状部材１５は第１の定盤１１の外側に配置されており、第１の定盤１１の研磨面１１ａとほぼ同一平面上に配置された上面１５ａを含む。上面１５ａには係合突起となる係合ピン１５ｂが複数配設されている。

第１の定盤１１、第２の定盤１２、偏心ローラ１４およびリング状部材１５はそれぞれ第１の軸Ａ１を中心として、どちらの方向にも回転し得る。これらの部材を回転させるために研磨装置１０は、たとえば、図２に示す機構を備えている。図２に示すように、第１の定盤１１、第２の定盤１２、偏心ローラ１４およびリング状部材１５は、第１の軸Ａ１を軸として回転するよう、歯車１１ｇ、１２ｇ、１４ｇおよび１５ｇとそれぞれ接続されている。歯車１１ｇ、１２ｇ、１４ｇおよび１５ｇは、可変減速機１６と機械的に結合されている。研磨装置１０は、モータ１７を備え、モータ１７の駆動力がベルト１８を介して可変減速機１６へ伝達される。可変減速機１６はモータ１７の回転数を減じ、歯車１１ｇ、１２ｇ、１４ｇおよび１５ｇに回転力を伝達する。可変減速機１６は、第１の定盤１１、第２の定盤１２、偏心ローラ１４およびリング状部材１５の回転の方向や回転速度を独立して制御できる。

図２に示すように、研磨装置１０は、第２の定盤１２を昇降するための昇降機１９を備え、第１の定盤１１の研磨面１１ａと第２の定盤１２の研磨面１２ａとを平行に保ち、かつ、研磨面１１ａと研磨面１２ａとの間隔を任意に設定できるよう、第２の定盤１２を固定することができる。また、第１の定盤１１および第２の定盤１２に挟まれるキャリア１３に対して任意の力で加重をかけることができる。研磨面１１ａおよび研磨面１２ａは第１の軸Ａ１と直交している。

図２に示すような構造を備える研磨装置１０は、たとえば、図９に示す従来の遊星歯車を備えた研磨装置を改造することによって作製することができる。具体的には、従来の研磨装置において、太陽歯車４に換えて偏心ローラ１４を用い、内歯歯車３に換えて係合突起１５ｂを有するリング状部材１５を用いることによって研磨装置１０を作製することができる。あるいは、第１の定盤１１、第２の定盤１２、偏心ローラ１４およびリング状部材１５を上述したように回転させることができ、第１の定盤１１の位置等を制御することが可能なように、回転機および昇降機を用いて研磨装置１０を設計してもよい。なお、図２には示していないが、従来の研磨装置と同様、研磨パウダーを液体に分散させたスラリーを第１の定盤１１と第２の定盤１２との間に供給するスラリー供給機構を研磨装置１０は備えている。

図３は、図１において第１の定盤１１、偏心ローラ１４およびリング状部材１５を第２の定盤１２側から眺めた平面図である。図３に示すように、リング状部材１５の上面１５ａにおいて、複数の係合ピン１５ｂが設けられている。係合ピン１５ｂは、第１の軸Ａ１を中心とする円周上において等角度間隔で配置されていることが好ましい。また、リング状部材１５は第１の軸Ａ１を中心とするリング形状を備え、上述したように、第１の軸Ａ１の回りに回転する。第１の定盤１１も中心孔１１ｃを有し、第１の軸Ａ１を中心とするリング形状を備え、第１の軸Ａ１の回りに回転する。後述するように第１の定盤１１の研磨面１１ａおよびリング状部材１５の上面１５ａにまたがってキャリア１３が配置されるため、研磨面１１ａと上面１５ａとが実質的に同一平面にあることが好ましい。

一方、第１の定盤１１の中心孔１１ｃ内に配置される偏心ローラ１４は、その側面に垂直な断面が円形であり、その中心は第２の軸Ａ２上にある。第２の軸Ａ２は、第１の軸Ａ１と一致しておらず、第１の軸Ａ１から距離ｒ_dだけ離れている。このため、偏心ローラ１４は、偏心ローラ１４の中心軸である第２の軸Ａ２から偏心した第１の軸Ａ１を中心として矢印で示すように回転する。第１の定盤１１の中心孔１１ｃは、偏心ローラ１４が第１の軸Ａ１の回りに回転し得るような大きさに形成されている。偏心ローラ１４の側面に垂直な断面の形状は、多角形であってもよいが、後述するように偏心ローラ１４はキャリア１３の自転回転の軸となる。このため、断面の形状は円形である方が回転摩擦が小さくなるため好ましい。

次に図４を参照しながら、キャリア１３を説明する。図４に示すように、キャリア１３は、回転中心Ｃ１を有し、回転中心Ｃ１を中心とする中心孔１３ｃが設けられている。中心孔１３ｃには偏心ローラ１４が挿入され、以下で詳述するようにキャリア１３は偏心ローラ１４を軸として自転する。このため、中心孔１３ｃは、偏心ローラ１４を挿入することが可能であり、かつ、偏心ローラ１４を軸として回転可能な程度の大きさを備えている。

キャリア１３の外周近傍であって、回転中心Ｃ１を中心とする円周上に複数の係合孔１３ｂが設けられている。係合孔１３ｂの数は、リング状部材１５の係合ピン１５ｂの数と等しいかそれ以上であることが好ましい。また、係合孔１３ｂは、図３に示す第１の軸Ａ１と第２の軸Ａ２との距離ｒ_d以上の半径を有していることが好ましい。係合ピン１５ｂが円柱である場合には、係合孔１３ｂは、距離ｒ_dと係合ピン１５ｂの円柱の断面の半径との和の値以上であることが好ましい。図３において、偏心ローラ１４を取り除き、キャリア１３の回転中心Ｃ１を第１の軸Ａ１上においた場合、各係合ピン１５ｂはキャリア１３の対応する係合孔１３ｂの中心に位置する。

中心孔１３ｃと係合孔１３ｂとの間の領域には、保持孔１３ａが設けられている。保持孔１３ａは、基板などの板状ワークを保持する保持構造として機能する。保持孔１３ａは１つ以上設けることが可能である。一度に多くの板状ワークを研磨するためには、多くの保持孔１３ａを設けることが好ましい。図４には８つの保持孔１３ａが示されているが、８つ以上の保持孔１３ａを設けてもよい。保持孔１３ａの近傍には、研磨パウダーを板状ワークへ供給するための供給孔１３ｄを設けてもよい。保持孔１３ａ、係合孔１３ｂ、中心孔１３ｃおよび供給孔１３ｄはキャリア１３の２つの主面に達する貫通孔になっている。

一般に、板状ワークを保持するキャリアの厚みは、研磨後の板状ワークの厚みより小さいことが必要である。しかし、従来技術によれば、キャリアが遊星歯車として機能するために、歯車として要求される機械的強度を保つことができる厚さを確保しなければならず、薄い板状ワークを研磨することが困難であった。これに対して、本発明によれば、キャリア１３に歯車を設けないため、要求される板状ワークの厚さに応じて、キャリア１３の厚さを小さくすることができる。キャリア１３として用いることのできる材料として、ステンレス、アルミニウムなどの金属、種々のプラスチック、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維とエポキシ樹脂などとの複合材料等、種々の材料を用いることができる。

係合孔１３ｂが、回転中心Ｃ１を中心とする円周上に配置されている限り、キャリア１３の外形は、円形であってもよいし、多角形であってもよい。しかし、円形にキャリア１３が形成されている方が、キャリア１３の自転運動が滑らかになるので好ましい。

図５は、キャリア１３を第１の定盤１１上に配置した状態を示す平面図である。図５を参照して、キャリア１３の動作を説明する。キャリア１３は、その中心孔１３ｃに偏心ローラ１４が挿入されるように第１の定盤１１上に配置される。この時、キャリア１３の係合孔１３ｂには、リング状部材１５に設けられた係合ピン１５ｂがそれぞれ挿入されている。

キャリア１３の保持孔１３ａには板状ワーク２０が配置される。本発明の研磨装置１０は、板状ワークとして、シリコン、ＧａＡｓなどの半導体基板、サファイア基板、ガラス基板、ＡｌＴｉＣなどのセラミック基板、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ₃）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ₃）、水晶などの圧電基板などを研磨することができる。保持孔１３ａは、板状ワーク２０の外形および大きさにほぼ一致した形状を備えていることが好ましい。矩形の板状ワーク２０を研磨する場合には、板状ワーク２０の外形に対応した矩形の孔を有し、保持孔１３ａに対応する円形の外形を有するアダプタを用意し、保持孔１３ａにアダプタを挿入して、アダプタ内の矩形の孔に板状ワーク２０を配置してもよい。

まず、リング状部材１５を静止させたまま偏心ローラ１４を回転させる場合を考える。偏心ローラ１４が、偏心した第１の軸Ａ１を中心として回転すると、キャリア１３は、研磨面１１ａと平行な面内において第１の軸Ａ１を中心として円運動する。この円運動の半径はｒ_dである。リング状部材１５は静止しているので、係合ピン１５ｂはその位置を変えない。しかし、キャリア１３に設けられた係合孔１３ｂの半径が、第１の軸Ａ１と第２の軸Ａ２との距離ｒ_d以上に設定されているため、キャリア１３が円運動をしても、それぞれの係合孔１３ｂは、係合孔１３ｂ内の係合ピン１５ｂの中心を軸として円運動をし、係合孔１３ｂの側壁が係合ピン１５ｂと接触してキャリア１３の円運動が妨げられることはない。

次に、この状態でリング状部材１５を回転させる。図５に示すように、リング状部材１５が第１の軸Ａ１を中心として回転すると、係合ピン１５ｂのいずれか少なくとも１つがキャリア１３の係合孔１３ｂの側壁と接触し、側壁をリング状部材１５の回転方向へ押す力が働く。このため、キャリア１３は、第２の軸Ａ２を中心として偏心ローラ１４の回りを回転する。第２の軸Ａ２はキャリア１３の中心と一致するため、この回転はキャリア１３の自転運動となる。このように、係合孔１３ｂおよび係合ピン１５ｂが係合手段となり、リング状部材１５の回転がキャリア１３に伝達される。

本発明の研磨装置１０では、上述した偏心ローラ１４の回転およびリング状部材１５の回転を同時に行う。また、第１の定盤１１および第２の定盤１２を第１の軸Ａ１を中心に回転させる。これによって、第１の定盤１１および第２の定盤１２を第１の軸Ａ１を中心に回転させながら、キャリア１３を第１の軸Ａ１を中心とする円運動をさせ、かつ、キャリア１３を自転させることができる。

第１の定盤１１および第２の定盤１２の回転方向は、偏心ローラ１４の回転方向およびリング状部材１５の回転方向と同じであってもよいし、異なっていてもよい。しかし、第１の定盤１１の回転方向と第２の定盤１２の回転方向とが異なり、かつ、回転数が異なっていることが好ましい。このように第１の定盤１１および第２の定盤１２を回転させることによって、キャリア１３の保持孔１３ａ内において板状ワーク２０を自転させることができ、板状ワーク２０をより均一に研磨することができる。

偏心ローラ１４の回転方向とリング状部材１５の回転方向、言い換えれば、キャリア１３の第１の軸Ａ１を中心とする円運動の方向とキャリア１３の自転回転の方向は同じであってもよいし、異なっていてもよい。これら２つの回転方向が同じである場合には、板状ワークをキャリア１３の保持孔１３ａ内においてよりスムーズに自転させることができ、さらに板状ワークを均一に研磨できるという効果が得られる。

偏心ローラ１４の断面中心である第２の軸Ａ２と偏心ローラ１４が回転する軸となる第１の軸Ａ１との距離ｒ_dは、偏心ローラ１４における回転軸の偏心の程度を示す。図５から明らかなように、距離ｒ_dが大きくなるとキャリア１３の第１の軸Ａ１を中心とする円運動の半径も大きくなるため、キャリア１３の保持孔１３ａに保持された板状ワークが第１の定盤１３上から外れ出す可能性がある。このため、第１の定盤１３の外径および内径をそれぞれｌ₁およびｌ₂とした場合、板状ワークが第１の定盤１３の外側や内側に外れないよう、距離ｒ_d、外径ｌ₁および内径ｌ₂を考慮して、キャリア１３に設ける保持孔１３ａの位置を決定することが好ましい。また、板状ワークが第１の定盤１１の研磨面１１ａおよび第２の定盤の研磨面１２ａから外れない範囲において、キャリア１３の円運動の半径を大きくし、研磨面１１ａおよび研磨面１２ａのほぼ全体で板状ワークを研磨することができるよう、距離ｒ_dを設定することが好ましい。

上述したように研磨装置１０によれば、要求される板状ワークの厚さに応じて、キャリア１３を薄くすることができる。しかし、キャリア１３が薄くなりすぎると、係合ピン１５ｂと接触する係合孔１３ｂや偏心ローラ１４と係合する中心孔１３ｃの周囲の部分において、係合ピン１５ｂおよび偏心ローラ１４から受ける力のためにキャリア１３が変形する可能性がある。このような場合には、図６に示すように、係合孔１３ｂおよび中心孔１３ｃの周囲に係合ピン１５ｂおよび偏心ローラ１４と接触するよう補強リング１３ｅおよび１３ｆをそれぞれ設けてもよい。係合ピン１５ｂおよび偏心ローラ１４と接触する補強リング１３ｅおよび１３ｆが係合ピン１５ｂおよび偏心ローラ１４とから受ける力を補強リング１３ｅおよび１３ｆとキャリア１３との接合面に分散させるので、キャリア１３の変形を防止することができる。なお、補強リング１３ｅおよび１３ｆをキャリア１３に設ける場合には、補強リング１３ｅおよび１３ｆが第１の定盤１１および第２の定盤１２に挟まれる領域に侵入しないよう、第１の定盤１１および第２の定盤１２のサイズとキャリア１３に設ける中心孔１３ｃおよび係合孔１３ｂの位置を調整する必要がある。

このように研磨装置３０によれば、第１の定盤１１および第２の定盤１２を第１の軸Ａ１を中心に回転させながら、キャリア１３を第１の軸Ａ１を中心とする円運動をさせ、かつ、キャリア１３を自転させることができる。このような動きにより、キャリア１３の保持孔１３ａに保持された各板状ワークは、第１の定盤１１の研磨面１１ａおよび第２の定盤１２の研磨面１２ａに対して大きく移動する。また、第１の定盤１１および第２の定盤１２を用いて板状ワークの両面を同時に研磨することができるので、きわめて平行度の高い板状ワークを得ることができる。

第１の定盤１１の研磨面１１ａおよび第２の定盤１２の研磨面１２ａと板状ワークが接触する面積も大きいため、第１の定盤１１および第２の定盤１２の磨耗も均一に生じる。このため、第１の定盤１１および第２の定盤１２を交換したり、メンテナンスをしたりする頻度も少なくなり、生産性が向上させることができる。

また、キャリア１３に歯車を設けないため、遊星歯車を有する従来の研磨装置において発生していた問題を解決することができる。具体的には、板状ワーク間にむだな隙間を設ける必要がないため、多くの板状ワークを一度に研磨することが可能である。また、歯車としての強度が要求されないため、キャリア１３を薄くし、薄い板状ワークも研磨することできる。歯車がないため、削り粉などが滞留することがなく、板状ワークのスクラッチも減らすことが可能となる。キャリアの磨耗や破損の頻度も低減させることができる。遊星歯車を用いた従来の研磨装置では、厚さ３００μｍ以下の板状ワークを研磨することは困難であったが、本発明の研磨装置１０によれば、キャリア１３の材質を適切に選択することによって、１００μｍ程度の板状ワークを研磨することも可能である。

さらに、キャリア１３の円運動および自転運動は、偏心ローラ１４およびリング状部材１５によってなされる。偏心ローラ１４およびリング状部材１５は第１の定盤１１および第２の定盤１２と同じ軸を中心とする回転運動をしているだけであるため、簡単な機構により、キャリア１３の円運動および自転運動を実現することができる。

（実施例）
以下、本発明の研磨装置１０を用い、板状ワークとしてＬＮ基板を研磨した実施例を説明する。

研磨装置１０には、遊星歯車を備えた従来の研磨装置を上述したように改造したものを用いた。厚さ１８０μｍのキャリア１３に保持孔１３ａを１２個設け、直径４インチのＬＮ基板を、厚さ２２０μｍから厚さ２１０μｍにまで研磨した。研磨クロスにはロデールニッタ株式会社製ＳＵＢＡ６００を用い、研磨パウダーにはフジミインコーポレッド製ＥＸ２を用いた。

第１の定盤１１（下定盤）、第２の定盤１２（上定盤）およびリング状部材１５の回転速度はそれぞれ、３０、１５および１０ｒｐｍであった。偏心ローラ１４の回転の効果を確認するため、偏心ローラ１４の回転速度は、０、５、および１０ｒｐｍに変化させた。第２の定盤１２の過重は、５５ｇ／ｃｍ²に設定した。研磨後のＬＮ基板は、厚さばらつき（ＴＴＶ）を測定することによって評価した。また、比較のために、遊星歯車を備えた従来の研磨装置を用いて同じ条件で基板を研磨した。従来の研磨装置では、同時に５枚の基板しか研磨することができなかった。

図７は、研磨後の１２枚のＬＮ基板の平行度を示している。偏心ローラ１４を回転させない場合（０ｒｐｍ）、厚さばらつきは、１μｍ程度であり、また、基板間での厚さばらつきの値の変化も大きい。これに対して、偏心ローラ１４を５ｒｐｍおよび１０ｒｐｍで回転させた場合には、厚さばらつきは小さくなる。偏心ローラ１４を１０ｒｐｍで回転させた場合には、厚さばらつきは、平均で０．１６μｍとなり、基板間の偏差も小さくなっている。

図８は、従来の装置と本発明の装置による基板の研磨結果を示している。本発明の装置を用いて研磨した基板の厚さばらつきおよび標準偏差は、従来の装置によるものと同程度か、それよりよい結果になっている。この結果から明らかなように、本発明の装置によれば、従来の装置に比べて同時に多くの基板を研磨することが可能となり、かつ、従来の装置と同程度以上の高い研磨精度を得ることができる。

なお、上記実施形態では、板状ワークの両主面が研磨されるようにキャリア１３は貫通した保持孔１３ａを有していた。しかし、本発明の研磨装置は、板状ワークの片面のみを研磨する場合にも好適に用いることができる。この場合には、たとえば、厚さ１０〜２０ｍｍ程度の保持板に板状ワークを貼付し、厚さ１０ｍｍ程度のキャリアを用いる。そして、板状ワークの研磨すべき面が第１の定盤１１の研磨面１１ａと接触するよう、保持板に貼付された板状ワークをキャリアの保持孔に配置し、保持板上に適当な質量を有する荷重板を載置する。これによって、キャリアの運動を妨げることなく、キャリアに適当な荷重をかけながら研磨をおこなうことができる。このような方法により、半導体装置等、基板の一主面側に電子部品を作製した基板の表面をフォトレジスト等で保護し、基板の裏面を研磨することもできる。

また、上記実施形態では、リング状部材１５の回転をキャリア１３へ伝達するための係合手段として、キャリア１３に係合孔１３ｂを設け、係合ピン１５ｂをリング状部材１５に設けていた。他の係合手段として、キャリア１３に係合突起を設け、係合突起を受ける係合孔または係合凹部をリング状部材１５に設けても良い。係合突起および係合孔の数も複数設ける必要はなく、少なくとも一対の係合突起および係合孔があれば、リング状部材１５の回転をキャリア１３へ伝達することができる。

本発明の研磨装置の主要な構成要素を分解斜視図である。本発明の研磨装置の断面図である。図１において、第２の定盤側から第１の定盤、リング状回転部材および偏心ローラを見た平面図である。キャリアの平面図である。キャリアを第１の定盤上に配置した状態を示す平面図である。キャリアの変形例を示す斜視図である。本発明の研磨装置を用いて基板を研磨した結果を示すグラフであって、偏心ローラの回転速度を変化させた場合の厚さばらつきを示す。本発明の研磨装置および従来の研磨装置をそれぞれ用いて基板を研磨した場合の、厚さばらつきを示すグラフである。従来の研磨装置を示す斜視図である。別な従来の研磨装置を示す斜視図である。

符号の説明

１０研磨装置
１１第１の定盤
１１ａ、１２ａ研磨面
１２第２の定盤
１３キャリア
１３ａ保持孔
１３ｂ係合孔
１３ｃ中心孔
１４偏心ローラ
１５リング状回転部材
１５ｂ係合ピン
１６可変減速機
１７モータ

Claims

研磨面を有する第１の定盤を第１の軸を中心に回転させながら、
中心孔および保持孔を有する円形プレート状キャリアの前記保持孔に保持された板状ワークが前記研磨面に接するように前記キャリアを配置し、
前記キャリアの中心孔に挿入され、前記第１の軸を偏心軸とする偏心ローラを回転させることによって、前記キャリアを前記第１の軸を中心とする円運動をさせ、かつ、前記キャリアと係合しており、前記第１の定盤の周囲に配置されたリング状部材を前記第１の軸を中心に回転させることによって、前記キャリアを前記偏心ローラの周りに自転させる、板状ワークの研磨方法。
前記キャリアは外周近傍に配置された複数の係合孔を有し、前記リング状部材は前記係合孔に挿入されることによって前記キャリアと係合する複数の係合突起を備える請求項１に記載の板状ワークの研磨方法。
研磨面を有する第２の定盤を第１の軸を中心に回転させながら、前記板状ワークの両面が前記第１および第２の定盤の研磨面に接触するように、前記第１の定盤および前記第２の定盤で挟む請求項１または２に記載の板状ワークの研磨方法。
前記第２の定盤を前記第１の定盤と逆の方向に回転させる、請求項３に記載の板状ワークの研磨方法。
前記偏心ローラと前記リング状部材とを同じ方向に回転させる請求項１から４のいずれかに記載の板状ワークの研磨方法。