JP2018126834A - Rotation device, double side polishing device and single side polishing device comprising the rotation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転装置、並びに該回転装置を備える両面研磨装置及び片面研磨装置に関する。 The present invention relates to a rotating device, and a double-side polishing device and a single-side polishing device provided with the rotating device.
回転装置は、一般に、モーター等の駆動機構に接続する駆動軸に連結する駆動プレートと、回転対象体に連結する従動プレートと、を備えている。そして、駆動機構から駆動プレートに伝達された回転トルクを従動プレートに伝達するために、回転装置は、例えば駆動プレートと従動プレートとの間に図6(B)に示すようなユニバーサルジョイントを備えている。 The rotation device generally includes a drive plate connected to a drive shaft connected to a drive mechanism such as a motor, and a driven plate connected to a rotating object. In order to transmit the rotational torque transmitted from the drive mechanism to the drive plate to the driven plate, the rotating device includes, for example, a universal joint as shown in FIG. 6B between the drive plate and the driven plate. Yes.
図6(B)を参照して、このユニバーサルジョイントは、十字軸クロスピン102と、十字軸の対角位置(軸a)にて十字軸クロスピン102の一対の第1のピン102aを収容する一対の第1のベアリングケース104aと、上記対角位置とは直角となるもう一方の対角位置(軸b)にて、もう一対の第2のピン102bを収容する一対の第2のベアリングケース104bと、を有する。そして、駆動プレート6と十字軸クロスピン102が、第1のベアリングケース104aを介して固定され、従動プレート16と十字軸クロスピン102が、第2のベアリングケース104bを介して固定される。図6(A)も参照して、駆動プレート6が駆動軸Xを中心軸として回転すると、その回転トルクが第1のベアリングケース104a及び第1のピン102aを介して十字軸クロスピン102に伝達される。そして、十字軸クロスピン102に伝達された回転トルクは、第2のピン102b及び第2のベアリングケース104bを介して従動プレート16に伝達され、その結果、従動プレート16が回転する。
Referring to FIG. 6B, this universal joint includes a pair of
このようなユニバーサルジョイントは、図6(A)に示すように従動プレート16の厚み程度の、高さ制限のある状況下で用いることができ、例えば特許文献1に記載のウェーハの両面研磨装置において一般的に見られる。すなわち、両面研磨装置は、図7に示すように上定盤50が上記ユニバーサルジョイントを備える回転装置400の従動プレート16に固定される。これによって、上定盤50は、従動プレート16と同様に回転することができる。また、このようなユニバーサルジョイントを備える回転装置は、特許文献2に記載のウェーハの片面研磨装置においても一般的に見られ、ユニバーサルジョイントにより駆動軸の回転トルクを研磨ヘッドに伝達している。
Such a universal joint can be used in a situation where the height of the driven
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載のようにユニバーサルジョイントを有する回転装置を備える研磨装置では高い研磨精度が得られないという問題がある。すなわち、ユニバーサルジョイントの構造に起因して駆動軸から従動軸への回転トルクの伝達が不安定になり、結果として高い研磨精度が得られないという問題がある。また、従来のユニバーサルジョイントでは、その構造に起因して耐久性が不足するという問題がある。
However, as described in Patent Document 1 and
そこで本発明は、上記課題に鑑み、高さ制限に厳しく、かつ駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況でも、駆動軸から従動軸に回転トルクを安定的に伝達することができ、かつ耐久性が向上する回転装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention stably transmits rotational torque from the drive shaft to the driven shaft even in a situation where the height is strictly limited and there is a minute declination between the drive shaft and the driven shaft. An object of the present invention is to provide a rotating device that can be used and has improved durability.
本発明者らは、上記課題を解決すべく回転装置の駆動軸及び従動軸の回転動作に着目し、これについて解析を行った。図7に示すように、従来の両面研磨装置では、その支持構造体(不図示)の剛性不足により下定盤52の平行度が変化すると、上定盤50と下定盤52とはウェーハを介して常に平行な構造となっているため、下定盤52に追随して上定盤50が傾くことがある。これに起因して、駆動プレート6の駆動軸Xと従動プレート16の従動軸Yの軸間には微小な偏角αが生じることがある。そして、偏角αが生じた場合、駆動プレート6が駆動軸Xの周りを等速に回転していても、駆動プレート6に連結した従動プレート16は、ユニバーサルジョイントの構造に起因して従動軸Yの周りを1/2回転を周期として増速と減速とが繰り返され、回転運動の周速が不等速になる。FEM(Finite Element Method)解析を行うと、この従動プレート16の不等速な回転運動に起因して、周速が遅くなる角度の時には従動プレート16がより強く下方に押し付けられ、これにより上定盤50が下定盤52をより強く下方に押し付けており、上下定盤間の圧力(以下、「面圧」とも称する)が高くなっていることがわかった。一方で、周速が速くなる角度の時には従動プレート16を押し付ける力が弱まり、これにより上定盤50が下定盤52に対して上方に引っ込み、上記面圧が低くなっていることがわかった。そして、これらの現象により上定盤50及び下定盤52にかかる面圧が不均一になることから、研磨精度が悪化することを知見した。これらの現象は両面研磨装置に限らず、例えば片面研磨装置においても定盤の平行度に追随して研磨ヘッドが傾く際に同様の現象が生じることがある。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors paid attention to the rotational movements of the drive shaft and the driven shaft of the rotating device and analyzed this. As shown in FIG. 7, in the conventional double-side polishing apparatus, when the parallelism of the
また、FEM解析により、図6(B)に示す従来のユニバーサルジョイントでは、第1のピン102aと第2のピン102b、及び第1のベアリングケース104aと第2のベアリングケース104b内の極小ボールベアリング(不図示)に回転トルクの伝達に伴う大きな応力がかかっていることがわかった。そして、この応力に起因してユニバーサルジョイント部分が塑性変形し、結果として回転装置の耐久性が不足していることがわかった。
Further, according to the FEM analysis, in the conventional universal joint shown in FIG. 6B, the
この知見に基づき、本発明者らは、図6(B)に示すユニバーサルジョイントに代えて、従来の等速ボールジョイントを用いることを検討した。しかしながら、従来の等速ボールジョイントでは構造上、外側軌道面の曲率半径を内側軌道面の曲率半径に比べて駆動ボールの直径分だけ大きく設計せざるを得ない。そのため、従来の等速ボールジョイントではジョイント部分の構造が大型化してしまい、高さ制限が厳しい状況には適していないという問題がわかった。 Based on this knowledge, the present inventors examined using a conventional constant velocity ball joint instead of the universal joint shown in FIG. However, in the conventional constant velocity ball joint, the curvature radius of the outer raceway surface must be designed to be larger by the diameter of the drive ball than the curvature radius of the inner raceway surface. For this reason, it has been found that the conventional constant velocity ball joint is not suitable for a situation in which the height of the joint portion is increased and the height limit is severe.
そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、駆動側と従動側とが直接擦り合うような軸受とし、駆動軸と従動軸との交差点を軸受の中心と一致させ、かつ駆動軸と従動軸との軸間の偏角の大きさにかかわらず、駆動ボールの中心が軸受の中心を通るように従来の等速ボールジョイントの構造を変形した。これにより、本発明者らは、高さ制限に厳しく、かつ駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況でも、駆動軸が等速回転する限り、従動軸もそれと等しい速度で回転することができ、結果として駆動軸から従動軸に回転トルクを安定的に伝達することができ、かつ耐久性が向上する回転装置を実現することができることを見出した。 Therefore, the present inventors diligently studied to make a bearing in which the drive side and the driven side directly rub, match the intersection of the drive shaft and the driven shaft with the center of the bearing, and the drive shaft and the driven shaft. The structure of the conventional constant velocity ball joint has been modified so that the center of the drive ball passes through the center of the bearing, regardless of the angle of deviation between the axes. As a result, the present inventors have strict height restrictions, and even in a situation where there is a minute declination between the drive shaft and the driven shaft, the driven shaft is equal in speed as long as the drive shaft rotates at a constant speed. As a result, it has been found that a rotating device capable of stably transmitting rotational torque from the drive shaft to the driven shaft and having improved durability can be realized.
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
(1)駆動機構が連結されて前記駆動機構と共に回転する板状の駆動プレート本体及び前記駆動プレート本体の回転軸である駆動軸と中心軸を共通にする円筒体を有する駆動プレートと、
前記駆動プレートの前記円筒体側の面に、かつ前記円筒体の外側に配置される前記円筒体と同心円状のリングであって、前記リングの径方向に貫通する複数の収容孔が前記リングの周方向に間隔を置いて形成された、ケーシングと、
前記収容孔のそれぞれに収容される複数の駆動ボールと、
前記駆動プレートに連結されて前記駆動プレートと共に回転する板状体であって、前記円筒体が収まる貫通孔及び前記駆動ボールのうち前記収容孔から突出する部分を前記板状体の径方向に隙間をもって収容する凹所が周方向に間隔を置いて形成された溝であって、前記ケーシングが前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間に、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間に、及び前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間にそれぞれ隙間をもって収容される溝を有する従動プレートと、
前記駆動プレートの円筒体の側面と前記従動プレートの貫通孔の内周面との間に介在する、径方向外側に凸となる一定曲率の凸曲面及び前記凸曲面を受ける凹曲面を有し、かつ前記収容孔に収容された前記駆動ボールの全ての中心点からなる平面上に軸長中心並びに前記凹曲面及び前記凸曲面の各曲率中心を有する、軸受と、
を備えることを特徴とする回転装置。
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the present invention is as follows.
(1) a plate-like drive plate body that is connected to the drive mechanism and rotates together with the drive mechanism, and a drive plate having a cylindrical body that shares a central axis with a drive shaft that is a rotation axis of the drive plate body;
A ring concentric with the cylindrical body disposed on the cylindrical body side surface of the drive plate and outside the cylindrical body, and a plurality of receiving holes penetrating in the radial direction of the ring are provided around the ring. A casing formed at intervals in the direction;
A plurality of drive balls accommodated in each of the accommodation holes;
A plate-like body connected to the drive plate and rotating together with the drive plate, wherein a through-hole in which the cylindrical body is accommodated and a portion of the drive ball that protrudes from the accommodation hole is a gap in a radial direction of the plate-like body And the recesses are formed at intervals in the circumferential direction, and the casing is between the bottom surface of the casing and the bottom surface of the groove, and the radially outer surface of the casing and the outer periphery of the groove. A driven plate having a groove accommodated with a gap between the surface and between the radially inner side surface of the casing and the inner peripheral surface of the groove;
A convex curved surface having a constant curvature that protrudes radially outward and interposed between the side surface of the cylindrical body of the drive plate and the inner peripheral surface of the through hole of the driven plate, and a concave curved surface that receives the convex curved surface; And a bearing having a center of axial length and a center of curvature of each of the concave curved surface and the convex curved surface on a plane composed of all the center points of the drive balls accommodated in the accommodating hole;
A rotating device comprising:
(2)前記凹所は、前記板状体の径方向外側の第1の凹所内壁と前記板状体の径方向内側の第2の凹所内壁とをそれぞれ有しており、前記ケーシングの底面と前記溝の底面とが平行である場合において、前記第1の凹所内壁と前記第2の凹所内壁との、前記板状体の径方向に沿った距離が、前記駆動ボールの直径よりも40μm以上105μm以下だけ大きい、上記(1)に記載の回転装置。 (2) Each of the recesses has a first recess inner wall on the radially outer side of the plate-like body and a second recess inner wall on the radially inner side of the plate-like body. When the bottom surface and the bottom surface of the groove are parallel, the distance along the radial direction of the plate-like body between the inner wall of the first recess and the inner wall of the second recess is the diameter of the driving ball. The rotating device according to (1) above, which is larger by 40 μm or more and 105 μm or less.
(3)前記ケーシングの底面と前記溝の底面とが平行である場合において、前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間の前記隙間の高さが1.50mm以上1.63mm以下であり、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間の隙間の径方向幅が1.0mm以上2.0mm以下であり、前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間の隙間の径方向幅が1.0mm以上2.0mm以下である、上記(1)または(2)に記載の回転装置。 (3) When the bottom surface of the casing and the bottom surface of the groove are parallel, the height of the gap between the bottom surface of the casing and the bottom surface of the groove is 1.50 mm or more and 1.63 mm or less, The radial width of the gap between the radially outer surface of the casing and the outer peripheral surface of the groove is 1.0 mm or more and 2.0 mm or less, and the radial inner surface of the casing and the inner peripheral surface of the groove The rotating device according to (1) or (2) above, wherein a radial width of the gap between them is 1.0 mm or more and 2.0 mm or less.
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の回転装置と、上定盤および下定盤を有する回転定盤と、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ウェーハを保持する1つ以上の保持孔が設けられたキャリアプレートと、を備え、前記上定盤および前記下定盤のキャリアプレート側の各面に研磨布が貼布された、ウェーハの両面研磨装置であって、
前記上定盤と前記回転装置が備える前記従動プレートとが連結されていることを特徴とする両面研磨装置。
(4) The rotating device according to any one of (1) to (3) above, a rotating surface plate having an upper surface plate and a lower surface plate, a sun gear provided at the center of the rotating surface plate, An internal gear provided on the outer periphery of the rotating platen, and a carrier plate provided between the upper platen and the lower platen and provided with one or more holding holes for holding a wafer. A wafer double-side polishing apparatus in which a polishing cloth is applied to each surface on the carrier plate side of the upper surface plate and the lower surface plate,
The double-side polishing apparatus, wherein the upper surface plate and the driven plate included in the rotating device are connected.
(5)上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の回転装置と、ウェーハの他方の面を保持する研磨ヘッドと、前記ウェーハの一方の面を研磨する研磨布が貼付された定盤と、を備える、ウェーハの片面研磨装置であって、
前記研磨ヘッドと前記回転装置が備える前記従動プレートとが連結されていることを特徴とする片面研磨装置。
(5) The rotating device according to any one of (1) to (3), a polishing head that holds the other surface of the wafer, and a polishing cloth that polishes one surface of the wafer are attached. A wafer single-side polishing apparatus comprising a surface plate,
The single-side polishing apparatus, wherein the polishing head and the driven plate included in the rotating device are connected.
本発明によれば、高さ制限に厳しく、しかも駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況でも、駆動軸が等速回転する限り従動軸も駆動軸と等しい速度で回転することができ、かつ耐久性が向上する回転装置を提供することができる。 According to the present invention, the driven shaft rotates at the same speed as the drive shaft as long as the drive shaft rotates at a constant speed even in a situation where the height is strictly limited and there is a minute declination between the drive shaft and the driven shaft. It is possible to provide a rotating device that can be improved in durability.
(回転装置)
図1〜3を参照して、本発明の一実施形態による回転装置100を説明する。図2を参照して、回転装置100は、駆動プレート6、ケーシング8、第1のボルト12、駆動ボール14、従動プレート16、軸受内輪部26、第1の軸受外輪部28A、第2の軸受外輪部28B、第1のリング部材30、第2のボルト32、第2のリング部材34、固定ピン36、及び固定プレート38を有する。
(Rotating device)
With reference to FIGS. 1-3, the
図1(A)を参照して、駆動プレート6は、駆動軸Xと共に回転する板状の駆動プレート本体2及び駆動プレート本体2の回転軸である駆動軸Xと中心軸を共通にする円筒体4を有する。なお、駆動プレート6は、その上部において駆動軸Xと回転軸を共通にするモーター等の駆動機構(不図示)が連結されている。本実施形態では、図2に示すように、駆動プレート本体2は円形の板状部材である。また、図1(A)に示すように、固定ピン36が駆動プレート6に固定される。また、駆動プレート本体2の円筒体側の面に、駆動軸Xを中心として同心円状に10個の穴が設けられており、これらの穴は、駆動プレート6と後述するケーシング8との固定に使用される。
Referring to FIG. 1A, a
図2を参照して、ケーシング8は、円筒体4と同心円状のリングである。また、図3(A)に示すように、ケーシングの側面には、ケーシングの径方向内側面8Bから径方向外側面8Aに向けてリングの径方向に貫通する複数の収容孔10がリングの周方向に等間隔に10個形成されている。そして、収容孔10のそれぞれには駆動ボール14が収容される。なお、駆動ボール14は収容孔10内で自転可能である。ケーシング8は、図1(A)に示すように、駆動プレート6の円筒体側の面であって、円筒体4の外側に配置される。ここで、ケーシング8と駆動プレート6との固定は、以下のようにして行う。ケーシング8の円筒体側の面には、円筒体4の中心軸を中心として同心円状に10個のボルト貫通孔が設けられている。図1(A)に示すように、第1のボルト12が、ケーシング8のボルト貫通孔から駆動プレート本体2の穴に挿入される。第1のボルト12に設けられた雄ねじ部分と駆動プレート本体2の穴の内部に設けられた雌ねじ部分との組合せによって、ケーシング8が駆動プレート6に対して固定される。これによって、駆動プレート6が駆動軸Xを中心として回転すると、ケーシング8も駆動軸Xを中心として駆動プレート6と等速で回転する。なお、ケーシング8と駆動プレート6との固定の方法や、駆動ボール14及び収容孔10の個数および間隔については、これに限定されず適宜変更することが可能である。
With reference to FIG. 2, the
従動プレート16は、図1(A)に示すように駆動プレート6に連結されて駆動プレート6と共に回転する板状体である。本実施形態では、図2に示すように、従動プレート16は円形の板状部材である。また、従動プレート16は、その中心に貫通孔18を有しており、この貫通孔18には、図1(A)に示すように、固定ピン36、円筒体4、軸受内輪部26、第1の軸受外輪部28A、第2の軸受外輪部28B、第1のリング部材30、及び第2のリング部材34が収まる。また、従動プレート16の下部には、固定プレート38が取り付けられ、固定されている。
The driven
また、図3(A),(B)も参照して、従動プレート16は、ケーシング側の面に、外周面20Aおよび内周面20Bが貫通孔18の中心軸を中心として同心円状に位置する環状の溝20を有している。また、溝20には、駆動ボール14のうち収容孔10から突出する部分を板状体である従動プレート16の径方向に隙間をもって収容する凹所22が、溝20の周方向に等間隔に10箇所形成されている。さらに、図3(A),(B)に示すように、各凹所22は、従動プレート16の径方向外側に第1の凹所内壁22Aを有しており、従動プレート16の径方向内側に第2の凹所内壁22Bを有している。ここで、ケーシング8の底面と溝20の底面とが平行である場合において、第1の凹所内壁22Aと第2の凹所内壁22Bとの、従動プレート16の径方向に沿った距離は、駆動ボール14の直径よりも40μm以上105μm以下だけ大きく設計することが好ましい。この構造により、駆動ボール14が溝20の周方向に沿って転がるのが制限され、かつ、駆動ボール14がケーシング8の径方向に数μm程度だけ移動することが許容される。そして、図1(A)及び図3(A),(B)を参照して、ケーシング8は、ケーシング8の底面と溝20の底面との間の空間により画定される隙間、ケーシングの径方向外側面8Aと溝の外周面20Aとの間の空間により画定される隙間、及びケーシングの径方向内側面8Bと溝の内周面20Bとの間の空間により画定される隙間をもって溝20に収容される。ここで、ケーシング8の底面と溝20の底面とが平行である場合において、ケーシング8の底面と溝20の底面との間の隙間の高さhを1.50mm以上1.63mm以下とし、ケーシングの径方向外側面8Aと溝の外周面20Aとの間の隙間の径方向幅w1を1.0mm以上2.0mm以下とし、ケーシングの径方向内側面8Bと溝の内周面20Bとの間の隙間の径方向幅w2を1.0mm以上2.0mm以下とすることが好ましい。これらの構成を採用する技術的意義については後述する。第1の凹所内壁22A及び第2の凹所内壁22Bの形状は、駆動ボール14の上記移動を妨げない形状であれば特に限定されない。本実施形態では、第1の凹所内壁22A及び第2の凹所内壁22Bの形状は、ともに半円筒形の側面の一部からなる形状である。なお、凹所22の個数及び間隔は、これに限られず、駆動ボール14及び収容孔10の個数および間隔に応じて適宜設計することができる。
3 (A) and 3 (B), the driven
図1(A)を参照して、軸受内輪部26並びに第1の軸受外輪部28A及び第2の軸受外輪部28Bから構成される軸受は、駆動プレート6の円筒体4の側面と従動プレート16の貫通孔18の内周面との間に介在する。軸受内輪部26は、径方向外側に凸となる一定曲率の凸曲面26Rを有する。また、第1の軸受外輪部28Aの径方向内側面及び第2の軸受外輪部28Bの径方向内側面は、図1(A)に示すように凸曲面26Rを受ける凹曲面28Rを構成する。詳細は後述するが、駆動ボール14の全ての中心点O1からなる平面Z上に、軸受の軸長中心O2並びに凹曲面28Rの曲率中心O3及び凸曲面26Rの曲率中心O4が位置するように構成することが重要である。この構成により、駆動軸Xと従動軸Yとの交点が軸受の軸長中心O2と一致し、かつ駆動軸Xと従動軸Yとの軸間の偏角αの大きさにかかわらず、全ての駆動ボール14の中心点O1が軸受の軸長中心O2を通る。
Referring to FIG. 1A, the bearing constituted by the bearing
図1(A)を参照して、第1の軸受外輪部28A及び第2の軸受外輪部28Bは、その外周面が従動プレート16の貫通孔18の内周面に接するとともに、第1のリング部材30によって従動プレート16に固定される。これにより、第1の軸受外輪部28A及び第2の軸受外輪部28Bは、従動軸Yを中心として従動プレート16と等速で回転する。また、軸受内輪部26は、その内周面が円筒体4の外周面に接するとともに、円筒体4に固定される第2のリング部材34によって、図1(A)のように支持される。これにより、軸受内輪部26は、駆動軸Xを中心として駆動プレート6と等速で回転する。なお、軸受内輪部26並びに第1の軸受外輪部28A及び第2の軸受外輪部28Bの固定の方法は特に限定されず、例えば駆動プレート6とケーシング8との固定について既述した方法と同様の方法を用いることができる。
Referring to FIG. 1 (A), the first bearing
以下では、本発明の特徴的部分を作用効果とともに詳細に説明する。本発明では、高さ制限に厳しく、しかも駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況に適用できるよう、従来の等速ボールジョイントの構造を変形したことが重要である。 Below, the characteristic part of this invention is demonstrated in detail with an effect. In the present invention, it is important that the structure of the conventional constant velocity ball joint is modified so that it can be applied to a situation where the height restriction is strict and there is a minute declination between the drive shaft and the driven shaft.
図1(A),(B)を参照して、本実施形態では、駆動軸Xと従動軸Yとの軸間の偏角αの許容が、駆動系に属する凸曲面26Rと従動系に属する凹曲面28Rとが直接擦り合うことによって行われる。すなわち、図1(B)に示すように、駆動軸Xと従動軸Yとの軸間に偏角αが生じると、この偏角αに応じて従動側の凹曲面28Rは駆動側の凸曲面26R上を摺動する。ここで、ケーシング8と従動プレート16との間には、ケーシング8の底面と溝20の底面との間の空間で画定される隙間、ケーシングの径方向外側面8Aと溝の外周面20Aとの間の空間により画定される隙間、及びケーシングの径方向内側面8Bと溝の内周面20Bとの間の空間により画定される隙間が存在する。しかも、駆動ボール14のうち収容孔10から突出する部分が、従動プレート16の径方向に隙間をもって凹所22に収容され、駆動ボール14がケーシング8の径方向に数μm程度だけ移動することが許容される。よって、上記摺動に伴い各駆動ボール14は、従動プレート16に形成された溝20の第1の凹所内壁22A及び第2の凹所内壁22B上を従動プレート16に対して相対的に上下し、尚且つ収容孔10内を径方向に沿って内外に移動することができる。これにより、従動プレート16は、平面Zに対して滑らかに揺動し、高精度な偏角αの許容が可能となる。
With reference to FIGS. 1A and 1B, in this embodiment, the tolerance of the deflection angle α between the drive shaft X and the driven shaft Y belongs to the convex
また、本実施形態では、駆動ボール14が上述した従動軸Xと駆動軸Yとの軸間の偏角αを許容する役割を担っているだけではなく、従動軸Xの回転トルクを一定のまま従動軸Yに伝達する役割も担っている。すなわち、駆動ボール14のうち収容孔10から突出する部分が凹所22に収容される。そのため、駆動ボール14の、溝20の周方向に沿う転がりが制限され、駆動軸Xの回転トルクが従動軸Yに確実に伝達される。さらに、上述したように本実施形態では、駆動軸Xと従動軸Yとの交点が軸受の軸長中心O2と一致し、かつ駆動軸Xと従動軸Yとの軸間の偏角αの大きさにかかわらず、全ての駆動ボール14の中心点O1が軸受の軸長中心O2を通る。そのため、偏角αの大小にかかわらず常に各駆動ボール14の中心O1が駆動軸X及び従動軸Yから等距離に保たれ、駆動軸Xが等速で回転する限り従動軸Yも駆動軸Xと等しい速度で回転することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、FEM解析により以下の作用効果が得られることを確認することができた。すなわち、従来のユニバーサルジョイントは、第1のピン102aと第2のピン102b、及び第1のベアリングケース104aと第2のベアリングケース104b内の極小ボールベアリング(不図示)に回転トルクの伝達に伴う大きな応力がかかるため可塑変形して、駆動プレート6と従動プレート16との間の追随機能や耐久性が劣っていた。これに対して、回転装置100では、トルクの伝達機構が従来のユニバーサルジョイント内の極小ボールベアリングに比べて何十倍も大きな大径の駆動ボール14となり剛性が高くなったので、大きな応力に耐えることができる。そのため、回転装置100によれば、従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置に比べて塑性変形を抑制することができ、駆動プレート6と従動プレート16との間の追従機能や耐久性を向上させることができる。
Moreover, it has confirmed that the following effects were obtained by FEM analysis. That is, the conventional universal joint is accompanied by transmission of rotational torque to the
また、既述したように従来の等速ボールジョイントでは、円弧状の外側軌道面と内側軌道面との間に駆動ボールが介在する。そのため、外側軌道面の曲率半径は、内側軌道面の曲率半径に比べて駆動ボールの直径分だけ大きくなるように設計せざるを得ず、ジョイント部分の構造が大型化してしまう。これに対して、本実施形態では、図1(A),(B)に示すように凸曲面26Rと凹曲面28Rとが直接擦り合う構造であるため、凸曲面26Rの曲率半径と凹曲面28Rの曲率半径とを同じ大きさに設計することができる。また、軸受の高さと第1の凹所内壁22A及び第2の凹所内壁22Bの高さとを独立に設計することができる。このように設計自由度を高めることができるので、凹曲面28R及び凸曲面26Rを有する軸受の高さと第1の凹所内壁22A及び第2の凹所内壁22Bの高さとが板状の従動プレート16の厚み以下となるような薄型設計も可能となる。従って本発明の回転装置は、高さ制限の厳しい状況下でも用いることができる。例えば、軸受の高さと第1の凹所内壁22A及び第2の凹所内壁22Bの高さとを略同じ高さとし、かつ従動プレート16の厚み以下に設計することもできる。なお、本明細書における薄型とは、従動プレートの直径に対する従動プレートの厚みの比率(厚み/直径)が0.067以下であることを意味する。
As described above, in the conventional constant velocity ball joint, the drive ball is interposed between the arc-shaped outer raceway surface and the inner raceway surface. For this reason, the radius of curvature of the outer raceway surface must be designed to be larger than the radius of curvature of the inner raceway surface by the diameter of the drive ball, which increases the size of the joint portion. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, the convex
回転トルクを安定的に伝達し、かつ耐久性を確保する観点から、駆動ボール14の材質は、強度の高い合金鋼とすることが好ましい。また、凹曲面28Rと凸曲面26Rとの摺動を滑らかにする観点から、凸曲面26Rと凹曲面28Rの表面の材質は、摩擦抵抗が低いフッ素樹脂とすることが好ましい。なお、それ以外の部材の材質は、任意または公知の素材を好適に用いればよく、特に限定されない。
From the viewpoint of stably transmitting rotational torque and ensuring durability, it is preferable that the material of the
以上、本発明の一実施形態における回転装置100を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、例えば第1の軸受外輪部28A及び第2の軸受外輪部28Bは一体形成してもよい。
The
(両面研磨装置)
図4を参照して、本発明の一実施形態による両面研磨装置200を説明する。両面研磨装置200は、上定盤50および下定盤52を有する回転定盤54と、回転定盤54の中心部に設けられたサンギア56と、回転定盤54の外周部に設けられたインターナルギア58と、上定盤50と下定盤52との間に設けられ、ウェーハを保持する1つ以上の保持孔(不図示)が設けられたキャリアプレート60と、を備える。ここで、図示しないが、上定盤50および下定盤52のキャリアプレート60側の各面に研磨布が貼布されている。
(Double-side polishing machine)
A double-
両面研磨装置200は、回転装置100を備え、上定盤50の上面に回転装置100の従動プレート16が連結される。これにより上定盤50は、従動プレート16と等速で回転することができる。なお、連結の方法は特に限定されず、例えば駆動プレート6とケーシング8との固定について既述した方法と同様の方法を用いることができる。
The double-
サンギア56は、上定盤50および下定盤52の回転中心部に設けられ、キャリアプレート60の外周に設けられたギア(不図示)と噛み合う。また、インターナルギア58は、上定盤50および下定盤52の外周部にリング状に設けられた複数のギア(不図示)からなり、各ギアは、キャリアプレート60の外周に設けられたギア(不図示)と噛み合う。
The
サンギア56は、モーター(不図示)により回転軸を中心として回転する。インターナルギア58も、モーター(不図示)により回転する。これらサンギア56及びインターナルギア58の回転に伴い、上記ギアの噛み合わせによって、キャリアプレート60は、その中心を中心軸として回転しつつ(以下、「自転」という。)、上定盤50および下定盤52の中心を中心軸としてサンギア56の周りを回転する(以下、「公転」という。)。それと同時に、上定盤50も、図4に示す回転装置100により回転させ、下定盤52もモーター(不図示)により、上定盤50とは逆方向に回転させる。
The
このようにして、両面研磨装置200は、サンギア56及びインターナルギア58を回転させてキャリアプレート60を自転および公転させつつ、上定盤50及び下定盤52を回転させる。ここで、研磨スラリーは、回転装置100が備える固定ピン36の中空領域内を流れて、上定盤50の中心から円周方向へ散布される。そして、上定盤50及び下定盤52のキャリアプレート60側の各面に貼付された研磨布並びに散布された研磨スラリーの研磨作用により、ウェーハの両面を同時に化学機械研磨する。
In this way, the double-
以下では、本実施形態の作用効果について説明する。既述のように、回転装置100は、高さ制限に厳しい状況でも用いることができるので、両面研磨装置において従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置と置換することが可能である。しかも、駆動軸Xと従動軸Yとの間に微小な偏角αが存在する状況でも、駆動軸Xが等速回転する限り従動軸Yも駆動軸Xと等しい速度で回転することができる。そのため、両面研磨装置200によれば上下定盤にかかる面圧を均一にすることができるので、高い研磨精度を得ることができる。さらに、既述のように回転装置100は、従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置に比べて応力が緩和されるので、両面研磨装置200の耐久性も向上する。
Below, the effect of this embodiment is demonstrated. As described above, since the
以上、本発明の一実施形態における両面研磨装置200を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
The double-
(片面研磨装置)
図5を参照して、本発明の一実施形態による片面研磨装置300を説明する。片面研磨装置300は、ウェーハの他方の面を保持する研磨ヘッド80と、ウェーハWの一方の面を研磨する研磨布が貼付された定盤82と、を備える。
(Single-side polishing equipment)
With reference to FIG. 5, the single-
また、片面研磨装置300は回転装置100を備え、研磨ヘッド80の上面に回転装置100が備える従動プレート16が連結される。これにより研磨ヘッド80は、従動プレート16と等速で回転することができる。なお、連結の方法は特に限定されず、例えば駆動プレート6とケーシング8との固定について既述した方法と同様の方法を用いることができる。
The single-
研磨ヘッド80に固定したウェーハWを研磨布に接触させて、研磨ヘッド80および定盤82を共に回転させ、研磨ヘッド80および定盤82を相対運動させる。このとき、研磨スラリーは、回転装置100が備える固定ピン36の中空領域内を流れて、研磨ヘッド80の中心から円周方向へ散布される。そして、研磨布及び散布された研磨スラリーの研磨作用によりウェーハWの片面が研磨される。
The wafer W fixed to the polishing
以下では、本実施形態の作用効果について説明する。既述のように、回転装置100は、高さ制限に厳しい状況でも用いることができるので、片面研磨装置において従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置と置換することが可能である。しかも、駆動軸Xと従動軸Yとの間に微小な偏角αが存在する状況でも、駆動軸Xが等速回転する限り従動軸Yも駆動軸Xと等しい速度で回転することができる。そのため、片面研磨装置300によれば定盤にかかる面圧を均一にすることができるので、高い研磨精度を得ることができる。さらに、既述のように回転装置100は、従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置に比べて応力が緩和されるので、片面研磨装置300の耐久性も向上する。
Below, the effect of this embodiment is demonstrated. As described above, since the
以上、本発明の一実施形態における片面研磨装置300を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
The single-
本発明によれば、高さ制限に厳しく、しかも駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況でも、駆動軸が等速回転する限り従動軸も駆動軸と等しい速度で回転することができ、かつ耐久性が向上する回転装置を提供することができる。 According to the present invention, the driven shaft rotates at the same speed as the drive shaft as long as the drive shaft rotates at a constant speed even in a situation where the height is strictly limited and there is a minute declination between the drive shaft and the driven shaft. It is possible to provide a rotating device that can be improved in durability.
100 回転装置
2 駆動プレート本体
4 円筒体
6 駆動プレート
8 ケーシング
8A ケーシングの径方向外側面
8B ケーシングの径方向内側面
10 収容孔
12 第1のボルト
14 駆動ボール
16 従動プレート
18 従動プレートの貫通孔
20 溝
20A 溝の外周面
20B 溝の内周面
22 凹所
22A 第1の凹所内壁
22B 第2の凹所内壁
26 軸受内輪部
26R 凸曲面
28A 第1の軸受外輪部
28B 第2の軸受外輪部
28R 凹曲面
30 第1のリング部材
32 第2のボルト
34 第2のリング部材
36 固定ピン
38 固定プレート
200 両面研磨装置
50 上定盤
52 下定盤
54 回転定盤
56 サンギア
58 インターナルギア
60 キャリアプレート
300 片面研磨装置
80 研磨ヘッド
82 定盤
X 駆動軸
Y 従動軸
Z 駆動ボールの中心と軸受の軸長中心とが存在する平面
W ウェーハ
h ケーシングの底面と溝の底面との間の隙間の高さ
w1 ケーシングの径方向外側面と溝の外周面との間の隙間の径方向幅
w2 ケーシングの径方向内側面と溝の内周面との間の隙間の径方向幅
O1 駆動ボールの回転中心
O2 軸受の軸長中心
O3 凹曲面の曲率中心
O4 凸曲面の曲率中心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Rotating device 2 Drive plate main body 4 Cylindrical body 6 Drive plate 8 Casing 8A Casing radial outer surface 8B Casing radial inner surface 10 Housing hole 12 First bolt 14 Drive ball 16 Drive plate 18 Drive plate through hole 20 Groove 20A Groove outer surface 20B Groove inner surface 22 Recess 22A First recess inner wall 22B Second recess inner wall 26 Bearing inner ring portion 26R Convex surface 28A First bearing outer ring portion 28B Second bearing outer ring portion 28R Concave surface 30 First ring member 32 Second bolt 34 Second ring member 36 Fixing pin 38 Fixing plate 200 Double-side polishing device 50 Upper surface plate 52 Lower surface plate 54 Rotating surface plate 56 Sun gear 58 Internal gear 60 Carrier plate 300 Single-side polishing machine 80 Polishing head 82 Surface plate X Drive shaft Y Drive shaft The plane where the center of the driving ball and the axial center of the bearing exist W Wafer h The height of the gap between the bottom surface of the casing and the bottom surface of the groove w1 The gap between the radially outer surface of the casing and the outer peripheral surface of the groove Radial width w2 radial width of the gap between the radial inner surface of the casing and the inner peripheral surface of the groove O1 center of rotation of the driving ball O2 center of axial length of the bearing O3 center of curvature of the concave surface O4 center of curvature of the convex surface
Claims (5)
前記駆動プレートの前記円筒体側の面に、かつ前記円筒体の外側に配置される前記円筒体と同心円状のリングであって、前記リングの径方向に貫通する複数の収容孔が前記リングの周方向に間隔を置いて形成された、ケーシングと、
前記収容孔のそれぞれに収容される複数の駆動ボールと、
前記駆動プレートに連結されて前記駆動プレートと共に回転する板状体であって、前記円筒体が収まる貫通孔及び前記駆動ボールのうち前記収容孔から突出する部分を前記板状体の径方向に隙間をもって収容する凹所が周方向に間隔を置いて形成された溝であって、前記ケーシングが、前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間に、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間に、及び前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間にそれぞれ隙間をもって収容される溝を有する従動プレートと、
前記駆動プレートの円筒体の側面と前記従動プレートの貫通孔の内周面との間に介在する、径方向外側に凸となる一定曲率の凸曲面及び前記凸曲面を受ける凹曲面を有し、かつ前記収容孔に収容された前記駆動ボールの全ての中心点からなる平面上に軸長中心並びに前記凹曲面及び前記凸曲面の各曲率中心を有する、軸受と、
を備えることを特徴とする回転装置。 A plate-like drive plate body connected to the drive mechanism and rotating together with the drive mechanism, and a drive plate having a cylindrical body that shares a central axis with a drive shaft that is a rotation axis of the drive plate body;
A ring concentric with the cylindrical body disposed on the cylindrical body side surface of the drive plate and outside the cylindrical body, and a plurality of receiving holes penetrating in the radial direction of the ring are provided around the ring. A casing formed at intervals in the direction;
A plurality of drive balls accommodated in each of the accommodation holes;
A plate-like body connected to the drive plate and rotating together with the drive plate, wherein a through-hole in which the cylindrical body is accommodated and a portion of the drive ball that protrudes from the accommodation hole is a gap in a radial direction of the plate-like body A recess formed in a circumferentially spaced manner, wherein the casing is disposed between a radially outer surface of the casing and a groove between the bottom surface of the casing and the bottom surface of the groove. A driven plate having a groove accommodated with a gap between the outer peripheral surface and between the radially inner side surface of the casing and the inner peripheral surface of the groove;
A convex curved surface having a constant curvature that protrudes radially outward and interposed between the side surface of the cylindrical body of the drive plate and the inner peripheral surface of the through hole of the driven plate, and a concave curved surface that receives the convex curved surface; And a bearing having a center of axial length and a center of curvature of each of the concave curved surface and the convex curved surface on a plane composed of all the center points of the drive balls accommodated in the accommodating hole;
A rotating device comprising:
前記上定盤と前記回転装置が備える従動プレートとが連結されていることを特徴とする両面研磨装置。 The rotating device according to any one of claims 1 to 3, a rotating surface plate having an upper surface plate and a lower surface plate, a sun gear provided at a central portion of the rotating surface plate, and an outer periphery of the rotating surface plate An internal gear provided in a section, and a carrier plate provided between the upper surface plate and the lower surface plate and provided with one or more holding holes for holding a wafer, and the upper surface plate and A wafer double-side polishing apparatus in which a polishing cloth is applied to each surface of the lower surface plate on the carrier plate side,
The double-side polishing apparatus, wherein the upper surface plate and a driven plate included in the rotating device are connected.
前記研磨ヘッドと前記回転装置が備える従動プレートとが連結されていることを特徴とする片面研磨装置。 A rotating device according to any one of claims 1 to 3, a polishing head for holding the other surface of the wafer, and a surface plate to which a polishing cloth for polishing one surface of the wafer is attached. A single-side polishing apparatus for wafers,
A single-side polishing apparatus, wherein the polishing head and a driven plate included in the rotating device are connected.
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