JP2013107151A - 両面研磨方法、及び両面研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上下両定盤の修正状態をできるかぎり同一として、マッチングのとれた定盤面を形成してワークを高精度で両面研磨する。
【解決手段】回転可能に配置された研磨用サンギア１１１と、研磨用サンギア１１１との間に環状領域１２１を形成するインターナルギア２２と、環状領域内に回転可能に配置された環状の下定盤２０と、下定盤２０の上側に回転可能に配置された環状の上定盤３０と、を備え、下定盤２０、上定盤３０、サンギア部材１１０、及びインターナルギア２２を夫々予め定めた回転方向、及び速度で回転させ、研磨キャリア１０で保持したワーク１１の両面研磨後、研磨用サンギア１１１に代えて、研磨用サンギア１１１のピッチ円径Ｒａより小さいピッチ円径Ｒｂを備えた修正用サンギア１１２を配置し、環状領域に研磨キャリア１０のピッチ円径ｒａより大きいピッチ円径ｒｂの修正キャリア２３０を配置し、下定盤２０、及び上定盤３０の修正を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は両面研磨方法、及び両面研磨装置に係り、特に回転する下定盤と上定盤との間に配置したキャリアをサンギア及びインターナルギアで自転及び公転させ、キャリアに保持したワーク両面の研磨を行う両面研磨方法、及び両面研磨装置に関する。

水晶ウエハー、半導体ウエハー等のワークを研磨する両面研磨装置として、回転駆動される環状の下定盤と、この下定盤の上方に配置されて下定盤と反対方向に回転駆動される環状の上定盤と、下定盤の中心部に回転可能に設けられて回転駆動されるサンギアと、下定盤の外周部に配置されて回転駆動されるインターナルギアと、サンギアとインターナルギアとの間に配置され、サンギア、及びインターナルギアと同時に噛合するギア部を外周に有すると共にワークを保持可能なキャリアと、を備えたものがある。
この両面研磨装置において、キャリアは、夫々回転駆動される下定盤と上定盤との間に配置された状態で、サンギア、及びインターナルギアの回転によって公転、及び自転し、保持したワークの両面を下定盤、及び上定盤によって研磨される。この両面研磨装置は、上定盤、下定盤、サンギア、インターナルギアの回転方向、及び速度を任意に設定できることから４ウェイ両面研磨装置と称され、ワークへの負荷が少ないので、薄物加工に使用される。

このような両面研磨装置では、ワークの両面を精度よく研磨するために、上下両定盤の表面を高い平面度に加工する必要がある。このため、両面研磨装置では、ワークを研磨した後に下定盤、及び上定盤の研磨面の修正が行われる。
定盤の修正は、ワークを保持するキャリアに代えて、定盤修正用の修正キャリアを配置して両面研磨装置を駆動することにより行われる。修正キャリアは、通常ワークの研磨に使用されるキャリアに比べて厚さ寸法が大きく、定盤の修正に適した材質のものが使用される。
しかし、このように修正キャリアを使用して修正を行ったとしても、上下両定盤の研磨面の平面度を高精度に修正できないことがある。例えば望まれる平面度が０．５μｍ程度であるのに対して、修正を行った後の平面度は２〜５μｍ程度に留まる。
また、修正後の各定盤についてみると、その内側と外側とで修正される量に差が生じる。また、下定盤と上定盤とを比較しても、その修正量に差がある。この差は定盤の内側で大きいものとなる。

図７は上定盤、及び下定盤の修正状態の一例を示す模式図である。修正後の下定盤２１０、及び上定盤２２０の形状は、実施した修正の方法や程度によっても異なるが、例えば、外径側の研磨量よりも内径側の研磨量が少なく、更に、上定盤２２０より下定盤２１０の修正量が大きくなる。図７に示した例では、下定盤２１０は寸法「ｄｄ」、上定盤２２０は寸法「ｄｕ」、外側に比べて内側が盛り上がった形状となっている。
これは、上定盤、下定盤の修正時に、修正キャリアが公転、及び自転し、更に上定盤と下定盤とが反対方向に回転しているため、修正キャリアの公転による影響を小さいものとしても、両定盤の内側では修正キャリアに対する相対速度の差が大きくなるためである。

以下その理由について説明する。下定盤、及び上定盤の修正キャリアに対する相対速度は、修正キャリアの公転に起因する相対速度と、修正キャリアの自転に起因する相対速度とが合成されたものである。
まず、修正キャリアの公転に起因する相対速度について説明する。修正キャリアの公転に起因する下定盤、及び上定盤の修正キャリアに対する相対速度は、下定盤の回転速度、上定盤の回転速度、及び修正キャリアの公転速度を適切に選択することにより同じとすることができる。

図８は両面研磨装置における修正キャリアの公転に起因する下定盤、及び上定盤の修正キャリアに対する相対速度を示す模式図である。図８（ａ）は定盤の回転速度と修正キャリアの公転による速度を示す図であり、同（ｂ）は修正キャリアの公転を考慮した定盤の速度計算を示す図である。図８（ａ）に示すように、上定盤２２０が時計回り（ＣＷ）に回転し、下定盤２１０が反時計回り（ＣＣＷ）に回転している。
修正キャリア２３０の中心について両定盤２１０、２２０が修正キャリア２３０に対して等しい相対速度を有するための条件を求める。時計回りを正として、上定盤２２０の回転速度を、ａ（ｒａｄ／ｓｅｃ：ａ≦０）、下定盤２１０の回転速度を、ｂ（ｒａｄ／ｓｅｃ：ｂ≧０）とする。更に、修正キャリア２３０の公転速度をｃ（ｒａｄ／ｓｅｃ）とし、上定盤２２０の修正キャリア２３０に対する相対速度、及び下定盤２１０の修正キャリア２３０に対する相対速度を等しいものとする。
すると、上定盤２２０の修正キャリア２３０に対する相対速度の大きさ｜ａ−ｃ｜と、下定盤２１０の修正キャリア２３０に対する相対速度の大きさ｜ｂ−ｃ｜とが等しいとの条件から、ｃ＝（ｂ−ａ）／２が求まる。
例えば、ａ＝−０．５、ｂ＝＋１．５であるとき、ｃ＝−０．５とすると、下定盤２１０、及び上定盤２２０の修正キャリアに対する相対速度の大きさを１とすることができる。このように、各部材の速度を適宜選択することにより、キャリアと上下定盤との相対速度を等しくすることができる。
このような上下両定盤とキャリアと速度設定に関して、特許文献１には、キャリアの公転速度に対する上定盤の相対速度と、修正キャリアの公転速度に対する下定盤の相対速度とが同じになるように、各定盤の速度設定を行うことが記載されている。

次に、修正キャリアの自転に起因する相対速度について説明する。説明を簡単にするため上定盤についてのみ考える。図９は両面研磨装置における修正キャリアの自転に起因する上定盤の修正キャリアに対する相対速度を説明する模式図である。図９中（ａ）は反時計回りに回転する上定盤と同方向に回転する修正キャリアとを示す模式図、同図（ｂ）は同じく上定盤と時計方向に回転する修正キャリアとを示す模式図である。図９（ａ）、（ｂ）において、上定盤２２０は反時計方向（負）に回転している。また、修正キャリア２３０は（ａ）では反時計方向（負）、（ｂ）では時計方向（正）に回転（自転）している。ここでは上定盤２２０の修正キャリア２３０に対する相対速度を外側周Ｒ１（半径ｒ１）と内側周Ｒ２（半径ｒ２）とで考える（ｒ１＞ｒ２）。外側周Ｒ１において、上定盤２２０は修正キャリア２３０に対して、修正キャリア２３０の公転と上定盤２２０との回転により相対速度Ａが生じているものとする。すると、内側周Ｒ２では、上定盤２２０と修正キャリア２３０公転に起因する相対速度は、Ａ・（Ｒ２／Ｒ１）となる。

図９（ａ）に示した状態、すなわち反時計方向に回転する上定盤２２０の同方向に自転する修正キャリア２３０に対する相対速度をみる。上定盤２２０の外側周Ｒ１では、上定盤２２０の公転による反時計方向速度「Ａ」と、修正キャリア２３０の自転による反時計方向の速度「Ｃ」（Ａ＞Ｃ）のとき、相対速度は、「Ａ−Ｃ」とＡより小さくなる（相対速度「小」）。
一方、上定盤２２０の内側位置では、上定盤２２０の公転による反時計方向速度「Ｂ（＝Ａ（ｒ２／ｒ１））」と、修正キャリア２３０の自転による反時計方向の速度「Ｃ」により、相対速度は、「Ａ（Ｒ２／Ｒ１）＋Ｃ」となり、外側周Ｒ１での相対速度より大きくなる（相対速度大：なお、Ｃ＞（Ａ・（ｒ２−ｒ１）／２ｒ１）なる条件を満たす）。
この状態で上定盤２２０の修正を行うと、内側周Ｒ２の相対速度が大きく内径側が大きく研磨され、上定盤２２０は全体して下にへこんだ状態となる。
また、同図（ｂ）に示した状態、すなわち反時計方向に回転する上定盤２２０の時計方向に自転する修正キャリア２３０に対する相対速度をみる。上定盤２２０の外側周Ｒ１では、上定盤２２０の公転による反時計方向速度「Ａ」と、修正キャリア２３０の自転による時計方向の速度「Ｃ」（Ａ＞Ｃ）のとき、相対速度は、「Ａ＋Ｃ」とＡより大きくなる（相対速度「大」）。

一方、上定盤２２０の内側位置では、上定盤２２０の公転による反時計方向速度「Ｂ（＝Ａ（ｒ２／ｒ１））」と、修正キャリア２３０の自転による時計方向の速度「Ｃ」により、相対速度は、「Ａ（Ｒ２／Ｒ１）−Ｃ」となり、外側周Ｒ１での相対速度より小さくなる（相対速度「小」）。
この状態で上定盤２２０の修正を続けると、外側周Ｒ１の相対速度が大きく、外側が大きく研磨され、上定盤２２０は全体して中央部が上に膨らんだ状態となる。
上述した修正の条件は、下定盤２１０についても同様となる。
このような特性を考慮して、特許文献２には、上下定盤間に位置し、太陽ギアとインターナルギアとの協働により同一方向に公転、正逆方向に交互に自転可能なキャリアに保持した被研磨物の両面を研磨する研磨方法、及び研磨装置において、キャリアの自転時における逆方向への自転速度を正方向への自転速度よりも速く設定するものが記載されている。

特開２００２−２５４３０１公報 特開２０１０−２２１３４８公報

上述のように、修正キャリアの自転により、上定盤、及び下定盤の修正キャリアに対する相対速度に差が発生するため、修正キャリアを使用して上定盤、及び下定盤を修正するに際しては、上下両定盤を均等に修正できない。この相対速度の差は、定盤の内側に行くに従って大きくなるためである。
図１０は修正キャリアの外周位置での相対速度を示すものであり、（ａ）は相対速度を示すグラフ、（ｂ）は修正キャリアの外周位置を示す模式図である。図１０（ａ）のグラフは、同図（ｂ）に示した各位置（０°〜３６０°）における相対速度を表示している。修正キャリアに対する相対速度は、図１０（ａ）に示すように、キャリアの内側（１８０°付近）と外側（０°及び３６０°付近）とで異なり、上下両定盤２１０、２２０の修正キャリア２３０に対する相対速度の差は、内側の１８０°で最大となることがわかる。この相対速度の差により、上下両定盤の修正の状態が異なることとなる。そして、この相対速度の差は、上下定盤の方向、速度、及び修正キャリアの自転、公転方向、速度をどのような値に調整しても発生することとなる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、修正キャリアを用いて下定盤、及び上定盤の各研磨面を修正するに際して、上下両定盤の修正状態をできるかぎり同じとし、マッチングのとれた定盤面を形成して、ワークを高精度で両面研磨できる両面研磨方法、及び両面研磨装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例の両面研磨方法は、回転可能に配置されたサンギアと、前記サンギアと同芯に回転可能に配置され、前記サンギアより大きなピッチ円径を備え、前記サンギアとの間に環状領域を形成するインターナルギアと、前記環状領域内に回転可能に配置された環状の下定盤と、前記環状領域内であって前記下定盤の上側に回転可能に配置された環状の上定盤と、前記環状領域内において前記サンギア、及び前記インターナルギアと噛合するギア部を有し、かつ保持したワークが前記上定盤と前記下定盤との間に挟まれるように配置されているキャリアと、前記下定盤、前記上定盤、前記サンギア、及び前記インターナルギアを夫々予め定めた回転方向、及び速度で回転させ、前記キャリアで保持したワークの両面を前記下定盤、及び前記上定盤で夫々前記ワークを研磨し、前記ワークの研磨を行った後、前記ワークの研磨に使用した前記サンギアに代えて、前記サンギアのピッチ円径より小さいピッチ円径を備えている修正用サンギアを配置し、前記修正用サンギアと、前記インターナルギアと前記修正用サンギアとの間に形成される環状領域に前記キャリアのピッチ円径より大きいピッチ円径を有し、且つ前記修正用サンギアと前記インターナルギアに噛み合うギア部を有した修正キャリアを配置し、前記下定盤、前記上定盤、前記サンギア、及び前記インターナルギアを予め定めた回転方向、及び回転速度で回転して、前記下定盤、及び前記上定盤の研磨を行うことを特徴とする。

本適用例によれば、下定盤、及び上定盤を、修正キャリアで修正するに際して、下定盤の修正キャリアに対する相対速度と、上定盤の修正キャリアに対する相対速度との差が小さい修正キャリアの外側領域で修正をすることができ、上下両定盤の修正状態が大きく異なる状態となることがないマッチングのとれた定盤面を得ることができ、高精度の両面研磨を行うことができる。

［適用例２］本適用例の両面研磨方法は、前記下定盤と前記上定盤とは、前記修正キャリアの公転による相対速度を等しくするよう、逆方向の異なる回転速度で駆動されることを特徴とする。

本適用例によれば、修正キャリアの公転による上下両定盤の相対速度が等しくなり、上下両定盤の修正量のばらつきを少ないものとすることができる。

［適用例３］本適用例の両面研磨装置は、回転可能に配置されたサンギアと、前記サンギアと同芯で回転可能に配置され、前記サンギアより大きなピッチ円径を備え、前記サンギアとの間に環状領域を形成するインターナルギアと、前記環状領域内に回転可能に配置された環状の下定盤と、前記環状領域内であって、前記下定盤内の上側に回転可能に配置している環状の上定盤と、前記環状領域内において前記サンギア、及び前記インターナルギアと噛合するギア部を有し、かつ保持したワークが前記上定盤と前記下定盤との間に挟まれるように配置されたているキャリアと、を備え、前記下定盤、前記上定盤、前記サンギア、及び前記インターナルギアを夫々予め定めた回転方向、及び速度で回転して、前記キャリアに保持したワークの両面研磨動作を行う両面研磨装置において、前記下定盤、及び前記上定盤の修正動作を行うに際して前記両面研磨動作における前記サンギアに代えて配置可能であり、前記サンギアよりピッチ円が小さい修正用サンギアを備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、下定盤、及び上定盤を、修正キャリアで修正するに際して、下定盤の修正キャリアに対する相対速度と、上定盤の修正キャリアに対する修正速度との差が小さい外側の領域で修正をするため、上下両定盤の修正状態が大きく異なる状態となることがないマッチングのとれた定盤面を得ることができ、高精度の両面研磨を行うことができる。

［適用例４］本適用例の両面研磨装置は、前記修正用サンギアと、前記両面研磨動作時に使用するサンギアと、を同一の回転軸に配置すると共に、前記修正動作時に前記回転軸を軸方向に移動して、前記修正用サンギアを前記両面研磨動作に使用したサンギアの位置に配置する回転軸移動手段を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、研磨動作に使用するサンギアと修正用サンギアと入れ替えは、回転軸移動手段で回転軸を移動させるだけでよく、容易に行うことができる。

［適用例５］本適用例の両面研磨装置は、前記回転軸移動手段は、前記回転軸を軸方向に移動させる流体圧シリンダーを備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、研磨動作に使用するサンギアと修正用サンギアと入れ替えを流体圧シリンダー、例えば空気圧シリンダーや油圧シリンダーの駆動で容易に行うことができる。

［適用例６］本適用例の両面研磨装置は、前記回転軸移動手段は、前記回転軸を軸方向に移動させる電動機を備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、研磨動作に使用するサンギアと修正用サンギアと入れ替えを電動機で行うので、大がかりな機構や制御装置を必要としない。

［適用例７］本適用例の両面研磨装置は、前記回転軸移動手段は、前記回転軸を軸方向に移動させる手動移動機構を備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、研磨動作に使用するサンギアと修正用サンギアと入れ替えを手動で行うので本適用例によれば、研磨動作に使用するサンギアと修正用サンギアと入れ替え手動機構で行うので、大がかりな装置を必要としない。

［適用例８］本適用例の両面研磨装置は、前記ワークは、水晶ウエハーであることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る両面研磨装置の基本構成を示すものであり、（ａ）は研磨時の状態を示す断面図、（ｂ）は修正時の状態を示す断面図である。 本発明に係る両面研磨装置の基本構成を示すものであり、（ａ）は研磨時の状態を示す平面図、（ｂ）は修正時の状態を示す平面図である。 本発明に係る両面研磨装置における上下両定盤の修正キャリアに対する相対速度を示すものであり、（ａ）相対速度を示す表図、（ｂ）は相対速度を示すグラフ図、（ｃ）は修正キャリアの位置を示す模式図である。 本発明に係る両面研磨装置の下定盤と上定盤のキャリアに対する相対速度の差を示す図であり、（ａ）は研磨キャリアを使用した場合を示す模式図、（ｂ）は修正キャリアを使用した場合を示す模式図である。 本発明に係る両面研磨装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る両面研磨装置のサンギア部材を示すものであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）中のＬ−Ｌ線による断面図である。 上定盤、及び下定盤の修正状態の一例を示す模式図である。 （ａ）（ｂ）は両面研磨装置における修正キャリアの公転に起因する定盤の修正キャリアに対する相対速度を示す模式図である。 （ａ）（ｂ）は両面研磨装置における修正キャリアの自転に起因する定盤の修正キャリアに対する相対速度を示す図である。 キャリアの外周位置での相対速度を示すものであり、（ａ）は相対速度を示すグラフ図、（ｂ）はキャリアの位置を示す模式図である。

以下、本発明に係る両面研磨方法、及び両面研磨装置を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る両面研磨装置の基本的構成について説明する。図１、及び図２は本発明の一実施形態に係る両面研磨装置の基本構成を示すものであり、図１（ａ）は研磨時の状態を示す断面図、（ｂ）は修正時の状態を示す断面図であり、図２（ａ）は研磨時の状態を示す平面図、（ｂ）は修正時の状態を示す平面図である。

本実施形態に係る両面研磨装置５０は、研磨用サンギア１１１、及び修正用サンギア１１２を備えたサンギア部材１１０と、サンギア部材１１０と同芯状に回転可能に形成され、研磨用サンギア１１１のピッチ円径Ｒａより大きなピッチ円径を備え、研磨用サンギア１１１との間に環状領域１２１を形成したインターナルギア２２とを備える。また、両面研磨装置５０は、環状領域１２１に配置された下定盤２０と、下定盤２０の上方に所定の間隔を隔てて対向配置された上定盤３０とを備える。サンギア部材１１０の研磨用サンギア１１１はワーク１１の研磨時に使用する。また、修正用サンギア１１２は、下定盤２０、及び上定盤３０の修正時に使用する。研磨用サンギア１１１と修正用サンギア１１２とは、回転軸である中空軸４１の上部に同芯状に配置されている。また、研磨用サンギア１１１のピッチ円径Ｒａは、修正用サンギア１１２のピッチ円径Ｒｂよりも小さく構成される（Ｒａ＜Ｒｂ）。

中空軸４１は、例えば後述するエアシリンダー９０により軸方向へ進退駆動され、軸方向へ進退することによりサンギア部材１１０を軸方向へ進退させる。ワーク研磨時には研磨用サンギア１１１がインターナルギア２２の配置面に配置され（図１（ａ））、両定盤２０、３０の修正時には、修正用サンギア１１２がインターナルギア２２の配置面に配置される（同図（ｂ））よう駆動される。各サンギア１１１、１１１２が夫々インターナルギア２２の配置面に切替え配置されることにより、各サンギアの外周ギア部がインターナルギア２２の内周ギア部と対向し、後述するキャリア外周のギア部と噛合可能な位置関係となる。
両面研磨装置５０によりワーク１１の上下両面の研磨を行うときには、図１（ａ）、及び図２（ａ）に示すように、下定盤２０と上定盤３０との間にワーク１１を保持したキャリアである研磨キャリア１０を配置し、キャリア外周のギア部を研磨用サンギア１１１とインターナルギア２２に対して同時に噛み合わせる。

また、両面研磨装置５０により下定盤２０、及び上定盤３０の研磨面の修正を行うときには、図１（ｂ）、及び図２（ｂ）に示すように、下定盤２０と上定盤３０との間に修正キャリア１２０を配置し、その外周ギア部を研磨用サンギア１１１とインターナルギア２２に噛み合わせる。
研磨キャリア１０は、ワーク１１を保持する複数の基材保持孔としてのワーク保持孔を有するピッチ円形ｒａの円盤状の部材である。また、研磨キャリア１０は、ワーク１１を研磨することにより得られる研磨上がりのワーク１１の厚み目標値よりも薄い板厚で形成される。例えば、研磨キャリア１０としては、厚さ８０μｍ以下のＳＫ材（炭素工具鋼鋼材）製の部材が使用される。

また、修正キャリア１２０は、研磨キャリア１０のピッチ円径ｒａよりも大径のピッチ円径ｒｂを備える円盤状の部材であり、厚さ寸法も大きいものである。修正キャリア１２０は厚さ２０〜３０ｍｍ程度の鋳鉄、ステンレス鋼、黄銅などの部材が使用される。また、修正キャリア１２０は、研磨材を良好に保持する穴部を備える。
下定盤２０と上定盤３０とは、環状領域１２１内で反対方向に所定速度で回転駆動される。また、インターナルギア２２とサンギア部材１１０は、所定の方向に所定の速度で回転駆動される。
両面研磨装置５０によりワーク１１を研磨するとき、サンギア部材１１０はエアシリンダー９０等の駆動源によって持ち上げられ、研磨用サンギア１１１が環状領域１２１内に位置決めされる。また所定数の研磨キャリア１０が下定盤２０と上定盤３０との間の環状領域１２１内に配置される。研磨キャリア１０の外周のギア部は、研磨用サンギア１１１とインターナルギア２２とに噛み合わされ、研磨用サンギア１１１とインターナルギア２２との回転により、研磨キャリア１０は、遊星歯車として公転、及び自転する。これにより、ワーク１１の両面を下定盤２０、及び上定盤３０で研磨する。

また、両面研磨装置５０により両定盤２０、３０の研磨面の修正を行うとき、図１（ａ）の位置（研磨位置）にあったサンギア部材１１０は下降され、所定数の修正キャリア１２０が下定盤２０、及び上定盤３０の間の環状領域１２１内に配置され、外周ギア部が修正用サンギア１１２とインターナルギア２２に噛み合わされ、修正用サンギア１１２とインターナルギア２２との回転により、修正キャリア１２０は、遊星歯車として公転、及び自転する。これにより、下定盤２０、及び上定盤３０の研磨面を修正キャリア１２０により修正する。
本実施形態に係る両面研磨装置５０では、研磨面の修正時に、研磨用サンギア１１１のピッチ円径Ｒａよりも小さいピッチ円径Ｒｂの修正用サンギア１１２を使用すると共に、研磨に使用する研磨キャリア１０のピッチ円径ｒａより大径のピッチ円径ｒｂの修正キャリア１２０を使用する。このため、下定盤２０、及び上定盤３０には、修正キャリア１２０の内側部分（図２（ｂ）の斜線部１２０ａ）が接触せず、下定盤２０、及び上定盤３０は、修正キャリア１２０の外側部分にだけ接触して修正される。

次に、修正時における下定盤２０、及び上定盤３０の修正キャリア１２０に対する相対速度について説明する。上述のように、下定盤２０、及び上定盤３０の回転による速度は、内周よりも外周の方が大きく、また、修正キャリア１２０の公転速度に起因する相対速度を考慮し、下定盤２０と上定盤３０との速度を逆方向に適正に選ぶ必要がある。また、上述のように、修正キャリア１２０の自転に起因する相対速度も内周と外周とでは方向が反対となる。このため、下定盤２０、及び上定盤３０の修正キャリア１２０の各位置に対する相対速度は、下定盤２０の回転、上定盤３０の回転、修正キャリア１２０の公転、修正キャリア１２０の自転を考慮した式で表される。ここでは、修正キャリア１２０の周縁の各位置における相対速度を検討する。

数値計算の結果、修正キャリア１２０の周縁の各位置における相対速度は以下のようになる。図３は実施形態に係る両面研磨装置の上下両定盤の修正キャリアに対する相対速度を示すものであり、（ａ）相対速度を示す表、（ｂ）は相対速度を示すグラフ、（ｃ）は修正キャリアの周縁位置を示す模式図、図４は下定盤と上定盤のキャリアに対する相対速度の差を示す図であり、（ａ）はキャリアを使用した場合を示す模式図、（ｂ）は修正キャリア１を使用した場合を示す模式図である。
図３に示した値は、
上定盤３０：外径３８０ｍｍ、内径１３０ｍｍ、幅中心２５５ｍｍ、回転−１０ｒｐｍ
下定盤２０：外径３８０ｍｍ、内径１３０ｍｍ、幅中心２５５ｍｍ、回転３０ｒｐｍ
修正キャリア１２０：半径７０ｍｍ、公転１０ｒｐｍ、自転−２．４２４ｒｐｍ、周速１７．６ｍｍ／ｓｅｃ、ＰＣＤ（ピッチ円直径）１３９．３ｍｍ、Ｚ（歯数）６６
修正用サンギア１１２：回転数１３．５ｒｐｍ、ＰＣＤ（ピッチ円直径）１２７ｍｍ、Ｚ（歯数）８０
インターナルギア２２：回転数１０ｒｐｍ、Ｚ（歯数）１９２、
に基づいて計算したものである。

図３（ａ）、（ｂ）の値は、（ｃ）に示す修正キャリアの外周の０°〜３６０°における上定盤、及び下定盤の修正キャリアに対する相対速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を示している。
図３（ａ）、（ｂ）から、修正キャリア１２０の内側、すなわち１８０°付近において、下定盤２０、及び上定盤３０の修正キャリア１２０に対する相対速度差が大きいことがわかる。すなわち、図４に示すように、下定盤２０と上定盤３０の修正キャリア１２０に対する相対速度の差Δｖ１は、下定盤２０と上定盤３０の研磨キャリア１０に対する相対速度の差Δｖ０より小さくなる。
実施形態に係る両面研磨装置５０では、両定盤２０、３０の修正時、相対速度の差が大きい修正キャリア１２０の内側部分（図２（ｂ）の斜線部１２０ａ）を下定盤２０、及び下定盤２０に接触させない。このため、下定盤と上定盤の相対速度のキャリアに対する相対速度の差が小さい領域において修正を行うこととなり、両定盤２０、３０の修正状態の相違を少なくすることができる。
なお、修正用サンギア１１２、及び修正キャリア１２０の大きさ、すなわちピッチ円径は、両定盤２０、３０の速度、修正用サンギア１１２、及びインターナルギア２２の回転速度等の修正条件により異なるため、一義的に決定することはできない。修正後の両定盤２０、３０の平面度が予め定めた基準値、例えば０．５μｍ以下になる各条件を実験等で求める。

次に、両面研磨装置５０の具体的構成例について説明する。図５は発明の一実施形態に係る両面研磨装置の構成を示す断面図、図６は本実施形態に係る両面研磨装置のサンギア部材を示すものであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）中のＬ−Ｌ線に相当する断面図である。
本実施形態において、両面研磨装置５０は、研修キャリア１０に設けたワーク保持孔内に保持された水晶ウエハー等のワークの両面を研磨する。両面研磨装置５０は、サンギア部材１１０と、インターナルギア２２と、下定盤２０と、上定盤３０とを備え、これらの回転部材１１０、２２、２０、３０を独立に駆動可能としている。また、両面研磨装置５０の上定盤３０には、スラリー供給手段の一部としてのスラリー供給部分（図示していない）を備えている。

サンギア部材１１０には、ワーク研磨用の研磨用サンギア１１１と、この研磨用サンギア１１１より小径である定盤修正用の修正用サンギア１１２とが中空軸４１の上部に一体に形成されている。すなわち、ワーク研磨時に使用する研磨用サンギア１１１の下部に修正用サンギア１１２を同芯状、且つ一体的に配置している。中空軸４１の下部には、ギア部４０が一体化されている。このギア部４０には、中空軸４１を上下方向に移動させる回転軸移動手段としてのエアシリンダー９０が接続されている。
エアシリンダー９０には図示していない制御弁、コンプレッサー等の駆動手段が接続され、エアシリンダー９０は、オペレーターの操作により中空軸４１を昇降動作させる。これにより、サンギア部材１１０を上下に移動させて、インターナルギア２２と対向する位置に研磨用サンギア１１１または修正用サンギア１１２を選択的に配置する。
なお、図５には両面研磨装置５０でワーク１１の両面研磨を行う状態が示されている。

実施形態に係る両面研磨装置５０では、ワーク１１の研磨時、図１（ａ）、及び図２（ａ）に示すように、インターナルギア２２が配置された平面に研磨用サンギア１１１を配置して、研磨用サンギア１１１とインターナルギア２２とにワーク研磨用の研磨キャリア１０を配置して各ギア１１１、２２に噛み合わせる。一方、両定盤２０、３０の修正時、インターナルギア２２が配置された平面に修正用サンギア１１２を配置して、修正用サンギア１１２とインターナルギア２２との間に修正キャリア１２０を配置し各ギア１１２、２２に噛み合わせる。
中空軸４１は、両面研磨装置５０の中央を貫通して配置される。中空軸４１下部にはギア部４０が一体化され、このギア部４０を介してサンギア部材１１０を駆動回転させるサンギア駆動装置４６が接続される。サンギア駆動装置４６は、例えばモータ、及びそのモータの回転を変速させる変速機を備え、このサンギア駆動装置４６に直結されたギア４７と上記ギア部４０とにチェーン４８がかけ回されている。これにより、サンギア駆動装置４６の変速機により変速されたモータの回転が、ギア４７とチェーン４８とを介してギア部４０に伝達され、サンギア部材１１０がサンギア駆動装置４６の駆動力に対応した回転速度で回転する。
図６に示すように、中空軸４１は、ギア部４０が形成された外筒部４２と、エアシリンダー９０が接続された内筒部４３とから構成される。外筒部４２と内筒部４３は、セレーション部４４で接合固定され、外筒部４２と内筒部４３は一体的に軸方向に移動可能で、かつギア部４０の回転を研磨用サンギア１１１、修正用サンギア１１２に伝達できる。

下定盤２０は、サンギア部材１１０の外側の環状領域の下側に回転自在に取り付けられ、下端部にはギア部６０が設けられる。ギア部６０は、このギア部６０を介して下定盤２０を駆動回転させる定盤駆動装置６６に接続される。定盤駆動装置６６は、サンギア駆動装置４６と同様に、モータ、及びモータの回転を変速する変速機を備える。定盤駆動装置６６は、定盤駆動装置６６直結されたギア６７と、チェーン６８とを備えている。また定盤駆動装置６６は、チェーン６８がかけ回されたギア６９と、このギア６９と共に回転軸６９ｂに固着され、かつ下定盤２０のギア部６０に噛み合わされたギア６９ａとを有している。これにより、定盤駆動装置６６の変速機により変速されたモータの回転が、ギア６７とチェーン６８とを介してギア６９に伝達される。この結果、ギア６９ａがギア６９と一体に回転し、下定盤２０が定盤駆動装置６６の駆動力に対応した回転速度で回転する。
インターナルギア２２は、下定盤２０の外径側に環状領域の外縁を形成して回転自在に取り付けられている。インターナルギア２２の下端部にはギア部７０が設けられている。ギア部７０は、このギア部７０を介してインターナルギア２２を駆動回転させるインターナルギア駆動装置７６に接続されている。インターナルギア駆動装置７６は、上記サンギア駆動装置４６と同様に、モータ、及びそのモータの回転を変速させる変速機を備える。このインターナルギア駆動装置７６に直結されたギア７７とインターナルギア２２のギア部７０とにかけ回されたチェーン７８が配置されている。これにより、インターナルギア駆動装置７６の変速機により変速されたモータの回転が、ギア７７とチェーン７８とを介してギア部７０に伝達され、インターナルギア２２がインターナルギア駆動装置７６の駆動力に対応した回転速度で回転するようになっている。

一方、上定盤３０は、上方に配置された図示しない油圧式または空気圧式のシリンダー３９につり下げられており、シリンダー３９を操作することにより昇降可能に設けられている。図５では、上定盤３０を上昇させて例えば待機位置に待機させた状態を示している。上定盤３０は、定盤駆動装置６６によって駆動回転させるようにしている。具体的には、サンギア部材１１０を駆動する中空軸４１の中心孔内に軸８０が回転自在に挿入され、軸８０の上端部に大径の接続部８１が取り付けられている。接続部８１には図示しない係合部が形成されており、上定盤３０を下降させて研磨加工する状態にしたときに、この係合部が上定盤３０のフック８２と係合する。

また、軸８０の下端部にはギア部８３が設けられ、このギア部８３とギア８５とにはチェーン８４がかけ回されている。このギア８５は、定盤駆動装置６６の回転軸６９ｂにギア６９ａと共に固着されている。これにより、定盤駆動装置６６を作動させると、ギア８５、及びチェーン８４を介して、定盤駆動装置６６の駆動力がギア部８３に伝達され、接続部８１に係合された上定盤３０が下定盤２０と逆方向に回転するようになっている。両面研磨装置５０において、下定盤２０と上定盤３０とは、反対方向に回転され、その回転速度の比は、ギア部８３、ギア部８３、ギア６９ａ、ギア部６０の歯数により定まる。これらの歯数を変更することにより、下定盤２０、及び上定盤３０の回転速度の比を調整できる。
また、上定盤３０には、図示しないスラリー供給装置により、基材の研磨加工面に研磨スラリーを吐出あるいは滴下するスラリー供給部（図示していない）が設けられている。研磨スラリーは、粒子状の例えば人工ダイヤモンドなどの砥粒を水や油などに高濃度で分散させた研磨剤である。スラリー供給部から基材の研磨加工面に供給される研磨スラリーは、上記スラリー供給装置によって研磨加工中に研磨加工面に常時あるいは断続的に所定量供給されるように制御される。

両面研磨装置５０において、下定盤２０上には、１または複数の研磨キャリア１０が載置される。研磨キャリア１０の外周に設けたギア部は、研磨用サンギア１１１、及びインターナルギア２２に噛み合わされて、遊星歯車として公転、及び自転する。
両面研磨装置５０によってワーク１１を研磨する際には、エアシリンダー９０を駆動して中空軸４１を上昇させ、インターナルギア２２の配置面に研磨用サンギア１１１を固定する。そして、ワーク１１を保持した複数の研磨キャリア１０を、両面研磨装置５０の中心部に配置した研磨用サンギア１１１、及び外周部のインターナルギア２２の間に保持させる。また、研磨キャリア１０の上下方向に配置されワーク１１の両主面を同時に研磨する研磨布（図示せず）がワーク１１の対向面に夫々貼付された下定盤２０、及び上定盤３０によりワーク１１の両主面を押し付けるように研磨キャリア１０を挟み込む。そして、ワーク１１の上方のスラリー供給部分から研磨スラリーを供給しながら下定盤２０、及び上定盤３０をワーク１１に対して相対方向に回転させると同時に、研磨用サンギア１１１とインターナルギア２２とによって研磨キャリア１０を自転、及び公転させることで、ワーク１１の両主面を同時に研磨する。
なおサンギア部材１１０、インターナルギア２２、下定盤２０、及び研磨キャリア１０夫々の回転方向を適宜選択することにより、研磨キャリア１０の回転方向は自公転比によって異なる場合がある。また、上定盤３０を回転させずに固定させた状態で下定盤２０、及び研磨キャリア１０を回転させても、ワーク１１の研磨加工を行うことができる。

一方、下定盤２０、及び上定盤３０の修正を行うとき、エアシリンダー９０を駆動して、中空軸４１を上方に移動して、修正用サンギア１１２をインターナルギア２２の配置面に位置決め固定する。そして、修正用サンギア１１２とインターナルギア２２との間に修正キャリア１２０を保持し、下定盤２０、及び上定盤３０により修正キャリア１２０を挟み込む。そして、上方のスラリー供給部分から研磨スラリーを供給しながら下定盤２０、及び上定盤３０を反対方向に回転させると同時に、修正用サンギア１１２とインターナルギア２２とによって修正キャリア１２０を自転、及び公転させる。これにより、下定盤２０、及び上定盤３０は修正キャリア１２０の外側部分、すなわち、下定盤２０と上定盤３０の修正キャリア１２０に対する相対速度の差が小さい領域で修正され、下定盤２０、及び上定盤３０はマッチングがとられた状態で修正される。
なお、前記実施形態では、サンギア部材を進退させる回転軸移動手段として空気圧シリンダーを用いた例を示したが、回転軸移動手段として油圧シリンダーを用いても良いし、ラックとピニオン、ねじ機構などの直動機構と電動機とを備える機構、あるいはねじ機構や倍力機構を備えた手動移動機構を採用することができる。また、中空軸４１を厚みの異なる位置調整部材によって異なる上下位置で支持したり、両定盤２０、３０の修正時に、研磨に使用したサンギアを取り外し、修正用サンギアを交換して取り付けるようにすることもできる。

１０ 研磨キャリア（キャリア）、１１ ワーク、２０ 下定盤、２２ インターナルギア、３０ 上定盤、１１１ 研磨用サンギア、１１２ 修正用サンギア、１２０ 修正キャリア、１２１ 環状領域

Claims (8)

1. 回転可能に配置されたサンギアと、
   前記サンギアと同芯に回転可能に配置され、前記サンギアより大きなピッチ円径を備え、前記サンギアとの間に環状領域を形成するインターナルギアと、
   前記環状領域内に回転可能に配置された環状の下定盤と、
   前記環状領域内であって前記下定盤の上側に回転可能に配置された環状の上定盤と、
   前記環状領域内において前記サンギア、及び前記インターナルギアと噛合するギア部を有し、かつ保持したワークが前記上定盤と前記下定盤との間に挟まれるように配置されているキャリアと、
   前記下定盤、前記上定盤、前記サンギア、及び前記インターナルギアを夫々予め定めた回転方向、及び速度で回転させ、前記キャリアで保持したワークの両面を前記下定盤、及び前記上定盤で夫々前記ワークを研磨し、
   前記ワークの研磨を行った後、前記ワークの研磨に使用した前記サンギアに代えて、前記サンギアのピッチ円径より小さいピッチ円径を備えている修正用サンギアを配置し、
   前記修正用サンギアと、前記インターナルギアと前記修正用サンギアとの間に形成される環状領域に前記キャリアのピッチ円径より大きいピッチ円径を有し、且つ前記修正用サンギアと前記インターナルギアに噛み合うギア部を有した修正キャリアを配置し、前記下定盤、前記上定盤、前記サンギア、及び前記インターナルギアを予め定めた回転方向、及び回転速度で回転して、前記下定盤、及び前記上定盤の研磨を行うことを特徴とする両面研磨方法。
2. 前記下定盤と前記上定盤とは、前記修正キャリアの公転による相対速度を等しくするよう、異なる回転速度で逆方向に駆動されることを特徴とする請求項１に記載の両面研磨方法。
3. 回転可能に配置されたサンギアと、
   前記サンギアと同芯で回転可能に配置され、前記サンギアより大きなピッチ円径を備え、前記サンギアとの間に環状領域を形成するインターナルギアと、
   前記環状領域内に回転可能に配置された環状の下定盤と、
   前記環状領域内であって、前記下定盤内の上側に回転可能に配置している環状の上定盤と、
   前記環状領域内において前記サンギア、及び前記インターナルギアと噛合するギア部を有し、かつ保持したワークが前記上定盤と前記下定盤との間に挟まれるように配置されたているキャリアと、
   を備え、
   前記下定盤、前記上定盤、前記サンギア、及び前記インターナルギアを夫々予め定めた回転方向、及び速度で回転して、前記キャリアに保持したワークの両面研磨動作を行う両面研磨装置において、
   前記下定盤、及び前記上定盤の修正動作を行うに際して前記両面研磨動作における前記サンギアに代えて配置可能であり、前記サンギアよりピッチ円が小さい修正用サンギアを備えていることを特徴とする両面研磨装置。
4. 前記修正用サンギアと、前記両面研磨動作時に使用するサンギアと、を同一の回転軸に配置すると共に、
   前記修正動作時に前記回転軸を軸方向に移動して、前記修正用サンギアを前記両面研磨動作に使用したサンギアの位置に配置する回転軸移動手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の両面研磨装置。
5. 前記回転軸移動手段は、前記回転軸を軸方向に移動させる流体圧シリンダーを備えていることを特徴とする請求項４に記載の両面研磨装置。
6. 前記回転軸移動手段は、前記回転軸を軸方向に移動させる電動機を備えていることを特徴とする請求項４に記載の両面研磨装置。
7. 前記回転軸移動手段は、前記回転軸を軸方向に移動させる手動移動機構を備えていることを特徴とする請求項４に記載の両面研磨装置。
8. 前記ワークは、水晶ウエハーであることを特徴とする請求項４乃至７の何れか一項に記載の両面研磨装置。

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