JP2020011319A - 処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを精度よく研磨又は研削することのできる処理装置及び処理方法を提供すること。【解決手段】本発明の処理装置は、処理対象であるワークを研削処理又は研磨処理する処理装置であって、前記ワークを回転動作させる第１回転体を有し、前記第１回転体を介して前記ワークに圧力を印加する圧力印加部を備え、前記圧力印加部は、一端が前記第１回転体の中央部に連結された第１シリンダと、一端が前記第１回転体の周辺部に連結された複数のシャフトとを有し、前記第１シリンダ及び前記第２シャフトの前記一端は、揺動自在に前記第１回転体に連結されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物を研磨又は研削する処理装置及び処理方法に関する。

例えば、半導体装置の製造では、半導体デバイスが高集積化しており、ますます半導体ウェハ（以下、ワーク）の平坦性が重要となっている。平坦化の一手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。ポリッシング装置では、ワークを研磨するための研磨パッドを有する定盤と、この定盤の研磨パッドと対向する上側の位置に、ワークをその端部に保持する回転駆動軸を有する構成となっている。

そして、研磨パッド上に砥液を供給しつつ、ワークを研磨パッドに押し付けるようにして定盤及び定盤を水平回転させることでワークの表面を平坦、かつ、鏡面に研磨している。ここで、研磨パッドとワークの片当たり等により、ワークに片削りが生じることを防ぐために、研磨パッドとワークの研磨面とは常に平行に接触している状態で研磨処理が行われることが好ましい。

そこで、従来のウェハ研磨装置には、回転駆動軸と、研磨パッドを下面側に取り付けた可動部材と、回転駆動軸の他端側に固定して一体回転可能に取り付けられた固定部材と、回転駆動軸と可動部材との間に介装されたコイルスプリングと、可動部材と固定部材との間に設けられ、揺動支点をウェハの略表面上で、かつ、回転駆動軸の軸中心と一致する位置に設定して、回転駆動軸に対して可動部材を研磨パッドと共に揺動自在に支持してなる曲面軸受機構と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記構成によれば、可動部材により保持されている研磨パッドとウェハを保持しているチャックテーブルがどのような位置関係であっても、揺動支点はウェハの表面上にあるので、可動部材はウェハの表面上で研磨パッドと共に、常にその揺動支点を中心に回転するため、可動部材の揺動は、研磨パッドと共にチャックテーブルの上面(ウェハの表面)の動きに滑らかに追従し、常に研磨パッドとチャックテーブルとの平行度を保つことができるとしている。

特開２０１７−０９４４４８号

しかしながら特許文献１に提案されるウェハ研磨装置は、可動部材をチャックテーブル上面に追従させるための機構が複雑であるため製造期間や製造コストを抑制することができない。また、構造が複雑であるため、ウェハ研磨装置ごとに精度にばらつきが生じ、研磨精度が安定しない虞がある。また、研磨パッドを支持する支持軸が一つしかないため、研磨パッドに十分な回転トルクを与えることが難しい。さらに、圧力を印加するエアシリンダが１軸しかないため、大面積のワークでは十分な研磨圧を与えることができない。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、ワークを精度よく研磨又は研削することのできる処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決すべく、本発明に係る処理装置は、処理対象であるワークを研削処理又は研磨処理する処理装置であって、前記ワークを回転動作させる第１回転体を有し、前記第１回転体を介して前記ワークに圧力を印加する圧力印加部を備え、前記圧力印加部は、一端が前記第１回転体の中央部に連結された第１シリンダと、一端が前記第１回転体の周辺部に連結された複数のシャフトとを有し、前記第１シリンダ及び前記シャフトの前記一端は、揺動自在に前記第１回転体に連結されていることを特徴とする。

上記構成によれば、一端が第１回転体の中央部に連結された第１シリンダと、一端が第１回転体の周辺部に連結された複数のシャフトとを有しているので、第１回転体に回転トルクを効率よく伝達することができる。また、第１シリンダ及び第２シャフトの一端は、揺動自在に第１回転体に連結されているので、簡易な構成で効果的に第１回転体をワークの挙動に追従させることができる。この結果、ワークを精度よく研磨又は研削することができる。

また、本発明に係る処理装置の前記シャフトは、前記一端の反対側である他端が、軸の長手方向に対して移動可能に支持されていることを特徴とする。

上記構成によれば、シャフトは、前記一端の反対側である他端が、軸の長手方向に対して移動可能に支持されているので、より効果的に第１回転体をワークの挙動に追従させることができる。

また、本発明に係る処理装置は、一端が前記第１回転体の周辺部に連結された複数の第２シリンダを備え、前記第１，第２シリンダを伸縮させることで、前記ワークへの圧力の印加を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、中央に配置された第１シリンダと、周辺部に配置された複数の第２シリンダを備えているので、第１回転体の中央部及び周辺部に印加する圧力を第１，第２シリンダを伸縮させることで調整することができる。また、印加する圧力が低いときは、第１シリンダ又は第２シリンダのみで圧力を印加し、印加する圧力が高いとき（例えば、大面積のワークを処理するとき）は、第１，第２シリンダの両方で圧力を印加するなど、より多くの研磨又は研削の条件に対応することができる。また、中央部をより研磨したいときは、第１回転体の中央に配置された第１シリンダにより印加する圧力を高くし、周辺部をより研磨したいときは、第１回転体の周辺部に配置された第２シリンダにより印加する圧力を高くすることができる。このように、研磨又は研削時に印加する圧力をより精密に制御することができる。

また、本発明に係る処理装置は、前記シャフトの他端が係止された第２回転体を備え、前記第２回転体が回転することにより前記シャフトを介して前記第１回転体が回転動作することを特徴とする。

上記構成によれば、シャフトの他端が係止された第２回転体を備えている。このため、第２回転体の回転トルクを、シャフトを介して第１回転体に効率よく伝達することができる。

また、本発明に係る処理装置は、前記第１回転体の軸方向における位置を検出するセンサを備え、前記センサからの出力に基づいて、前記第１回転体の着座位置を検知することを特徴とする。

上記構成によれば、第１回転体の軸方向における位置を検出するセンサからの出力に基づいて、第１回転体の着座位置を検知するので、精度よく第１回転体の着座位置を検知することができる。この結果、ワークに印加する圧力を精度よく制御することができる。また、着座位置を検出できるので、ワークの厚みを計測して処理装置に入力する必要がなく、直ぐに研磨又は研削処理を行うことができ、生産性が向上する。

また、本発明に係る処理装置は、前記第１回転体に対向する主面を有する第３回転体を備え、前記第１，第３回転体の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることを特徴とする。

上記構成によれば、第１回転体に対向する主面を有する第３回転体を備え、第１，第３回転体の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させている。通常、第１回転体の回転が停止しているにも関わらず、第３回転体が回転している場合や、第３回転体の回転が停止しているにも関わらず、第１回転体が回転している場合、ワークが一定方向に研磨されることとなり、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となるが、上記のように、第１，第３回転体の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることで、ワークが一定方向に研磨されることが抑制され、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となることを防止することができる。このため、ワークの研磨面への研磨跡やスクラッチ等の傷の発生を効果的に抑制することができる。

また、本発明に係る処理装置は、前記圧力印加部を複数備えることを特徴とする。

上記構成によれば、圧力印加部を複数備えるので、一度に複数の位置でワークを処理することができ、生産性が向上する。

また、本発明に係る処理方法は、処理対象であるワークを研削処理又は研磨処理する処理方法であって、前記ワークを回転動作させる第１回転体及び前記第１回転体に対向する主面を有する第３回転体の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることを特徴とする。

上記構成によれば、第１回転体と、第１回転体に対向する主面を有する第３回転体とを備え、第１，第３回転体の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させている。通常、第１回転体の回転が停止しているにも関わらず、第３回転体が回転している場合や、第３回転体の回転が停止しているにも関わらず、第１回転体が回転している場合、ワークが一定方向に研磨されることとなり、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となるが、上記のように、第１，第３回転体の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることで、ワークが一定方向に研磨されることが抑制され、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となることを防止することができる。このため、ワークの研磨面への研磨跡やスクラッチ等の傷の発生を効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ワークを精度よく研磨又は研削することのできる処理装置及び処理方法を提供することができる。

実施形態に係る処理装置の構成図（正面図）である。 実施形態に係る処理装置の加圧プレート駆動機構を示す正面図である。 実施形態に係る処理装置の水平方向駆動機構及び垂直方向駆動機構の正面図である。 実施形態に係る処理装置の水平方向駆動機構及び垂直方向駆動機構の側面図である。 実施形態に係る処理装置の加圧プレートの位置検出の例を示す模式図である。 実施形態に係る処理装置の加圧プレート駆動機構を示す拡大正面図である。 実施形態に係る処理装置の加圧プレート駆動機構の動作を示す一部断面図である。 実施形態に係る処理装置の加圧プレート駆動機構の動作を示す一部断面図である。 実施形態に係る処理装置の加圧プレート及び回転ステージの回転速度の推移の一例を示すグラフである。 その他の実施形態に係る処理装置の加圧プレート駆動機構を示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、処理装置としてワークを研磨する研磨装置（ラッピング装置）を主に説明するが、本発明は、研削装置（グラインディング装置）にも適用することができるものである。

（実施形態）
実施形態に係る処理装置及び処理方法について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る処理装置１０の正面図である。なお、図１では、処理装置１０の主要部の構成を図示している。実施形態に係る処理装置は、ワーク１００（例えば、シリコン（Ｓｉ）、サファイア、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等を主成分とする基板）を研磨する研磨装置である。

図１に示すように、処理装置１０は、基台２０（メインフレーム）と、この基台２０の下部側に位置する定盤３０と、定盤３０に対向して基台２０の上部側に位置する２つの加圧プレート駆動機構４０（圧力印加部）と、加圧プレート４１の位置を検出するための光学センサ６１〜６４（不図示）と、制御装置８０とを備えている。なお、図１には示してないが、処理装置１０の処理中にワーク１００及び定盤３０の研磨面へ研磨液を供給する研磨液供給ノズルが設けられている。

定盤３０は、基台２０に取り付けられた保持テーブル３１と、モータ３２（サーボモータが好ましい）と、モータ３２の動力を保持テーブル３１へ伝達するベルト３３（例えば、歯付ベルト、Ｖベルトなど）とを備えている。保持テーブル３１は、ベルト３３により回転動作されるスピンドル３１１と、基台２０に取り付けられ、スピンドル３１１を回転可能に保持する軸受け３１２と、スピンドル３１１の上端側に取り付けられ、スピンドル３１１と共に回転する回転ステージ３１３（第３回転体）とを備えている。

本実施形態の処理装置１０は、図１に示すように、加圧プレート駆動機構４０を、基台２０の上側の左右に各々１つずつ、合計２つ備えている。なお、本実施形態では、加圧プレート駆動機構４０を２つ備える形態について説明するが、処理装置１０が備える加圧プレート駆動機構４０の数は２つに限られない。例えば、処理装置１０が加圧プレート駆動機構４０を１つ、又は３以上備えるようにしても良い。なお、加圧プレート駆動機構４０を複数備えている方が、定盤３０上の複数の位置で研磨処理を同時に行うことができ、生産性が向上するため好ましい。

図２は、実施形態に係る処理装置１０の加圧機構を示す正面図である。図３は、実施形態に係る処理装置の水平方向駆動機構及び垂直方向駆動機構の正面図である。図４は、実施形態に係る処理装置の水平方向駆動機構及び垂直方向駆動機構の側面図である。なお図２では、説明のために、シャフト４４の数を３本ではなく２本としている。図２に示すように、加圧プレート駆動機構４０は、加圧プレート４１（第１回転体）と、エアシリンダ４２（第１シリンダ）と、３本のシャフト４４（第２シャフト）と、スピンドル４５（第２回転体）と、スピンドル４５を回転駆動する回転駆動モータ４６（サーボモータが好ましい（図１参照））とを備える。また、図３及び図４に示すように、処理装置１０は、加圧プレート駆動機構４０を定盤３０の研磨面３１３Ａに対して水平方向に駆動する水平方向駆動機構７２（図３及び図４参照）と、加圧プレート駆動機構４０を定盤３０の研磨面３１３Ａに対して垂直方向に駆動する垂直方向駆動機構７３（図３及び図４参照）とを備えている。

図３及び図４に示すように、水平方向駆動機構７２は、加圧プレート駆動機構４０がそれぞれ固定された一対の固定プレート７３１Ａ，７３１Ｂ（後述）を水平方向に移動可能に固定するための固定プレート７２１と、固定プレート７２１の上下に設けられ、固定プレート７３１Ａ，７３１Ｂの水平方向への移動をガイドする一対のリニアガイド７２２と、一対の固定プレート７３１Ａ，７３１Ｂを水平方向にそれぞれ独立して駆動するボールねじ７２３Ａ，７２３Ｂと、ボールねじ７２３Ａ，７２３Ｂをそれぞれ独立して回転駆動させる駆動モータ７２４Ａ，７２４Ｂ（サーボモータ）と、駆動モータ７２４Ａ，７２４Ｂの動力をボールねじ７２３Ａ，７２３Ｂへとそれぞれ伝達するベルト７２５Ａ，７２５Ｂ（歯付ベルト、Ｖベルトなど）とを備える。

また、図３及び図４に示すように、垂直方向駆動機構７３は、加圧プレート駆動機構４０がそれぞれ固定された一対の固定プレート７３１Ａ，７３１Ｂと、一対の固定プレート７３１Ａ，７３１Ｂの垂直方向への移動をガイドする一対のリニアガイド７３２Ａ及び７３２Ｂと、一対の固定プレート７３１Ａ，７３１Ｂを垂直方向にそれぞれ独立して駆動するボールねじ７３３Ａ，７３３Ｂと、ボールねじ７３３Ａ，７３３Ｂをそれぞれ独立して回転駆動する駆動モータ７３４Ａ，７３４Ｂ（サーボモータ）と、駆動モータ７３４Ａ，７３４Ｂの動力をボールねじ７３３Ａ，７３３Ｂへとそれぞれ伝達するベルト７３５Ａ，７３５Ｂ（歯付ベルト、Ｖベルトなど）とを備える。

このように、処理装置１０は、加圧プレート駆動機構４０を定盤３０の研磨面３１３Ａに対して水平方向に駆動する水平方向駆動機構７２と、加圧プレート駆動機構４０を定盤３０の研磨面３１３Ａに対して垂直方向に駆動する垂直方向駆動機構７３とを備えている。このため、加圧プレート駆動機構４０を上方向へ移動させた後、水平方向に移動させることで、加圧プレート駆動機構４０を定盤３０上から退避（排除）させることができるため、定盤３０上での作業性が向上する。なお、図３及び図４では、基台２０及び制御装置８０等の図示を省略している。

スピンドル４５は、回転駆動モータ４６により回転駆動される。エアシリンダ４２は、スピンドル４５の下端プレート４５Ａの裏面中央に、伸縮軸４２Ａ（シャフト）を下向きにした状態でボルト止めされている。エアシリンダ４２の伸縮軸４２Ａの下端には、球体の上側及び下側が平面となった球形状の部材４２Ｂ（以下、球状部材４２Ｂともいう）が設けられている。この球状部材４２Ｂは、上側及び下側が平面となっておい、その側面が球面となっている。そして、この球状部材４２Ｂが、加圧プレート４１上面中央に設けられた軸受４１Ａに嵌め込まれることにより加圧プレート４１と連結している。

３本のシャフト４４は、スピンドル４５の下端プレート４５Ａの外周部に略等間隔（約１２０度毎）に設けられた貫通孔（不図示）に挿通された筒状体４５Ｂに摺動可能に挿通されている。すなわち、３本のシャフト４４は、スピンドル４５に固定されていないため、シャフト４４の外周面が筒状体４５Ｂの内周面を摺動しながら長手方向に沿って移動可能となっている。換言すると、処理装置１０のシャフト４４の加圧プレート４１に連結された一端の反対側である他端側が、シャフト４４の軸の長手方向に対して移動可能に支持されている。このため、効果的に加圧プレート４１をワーク１００の挙動に追従させることができる。

なお、各シャフト４４の長手方向の移動距離は、リング部材４４Ｃ，４４Ｄにより規制されている。具体的には、シャフト４４の外周面で、かつ筒状体４５Ｂの下側に係止されたリング部材４４Ｃによりシャフト４４の上側への移動が規制され、シャフト４４の外周面で、かつ筒状体４５Ｂの上側に係止されたリング部材４４Ｄによりシャフト４４の下側への移動が規制されている。つまり、リング部材４４Ｃは、シャフト４４の最大上昇位置を規定し、リング部材４４Ｄは、シャフト４４の最大下降位置を規定している。

各シャフト４４の下端には、球体の上側及び下側が平面となった球形状の部材４４Ａ（以下、球状部材４４Ａともいう）が設けられている。この球状部材４４Ａは、上側及び下側が平面となっており、その側面が球面となっている。そして、この球状部材４４Ａが、加圧プレート４１上面の外周部に略等間隔（約１２０度毎）に設けられた軸受４１Ｂに嵌め込まれることにより加圧プレート４１と連結している。

各シャフト４４の上端には、棒状体４４Ｂが連結されている。この棒状体４４Ｂは、光学センサ６１〜６３が加圧プレート４１の上下方向における位置を検出するための部材である。光学センサ６１は、加圧プレート４１の下限位置を検知するためのセンサである。光学センサ６２は、加圧プレート４１の着座位置（ワーク１００を研磨処理する位置）を検知するためのセンサである。光学センサ６３は、加圧プレート４１の上限位置を検知するためのセンサである。また、光学センサ６４は、加圧プレート４１の回転原点を検出するためのセンサである。

各光学センサ６１〜６３は、それぞれ発光部と、発光部からの光を受光する受光部とを備えている。各光学センサ６１〜６３は、発光部からの光を受光部が受光しているときはＯＦＦ状態であり、発光部からの光が棒状体４４Ｂにより遮られて受光部で受光できないとＯＮ状態となる。そして、制御装置８０は、各光学センサ６１〜６３による棒状体４４Ｂの検出状態、換言すると、各光学センサ６１〜６３がＯＦＦ状態であるかＯＮ状態であるかを認識することで、加圧プレート４１の上下方向の位置、すなわち加圧プレート４１が上限位置にあるか、着座位置にあるか、下限位置にあるかを検知することができる。なお、各光学センサ６１〜６３の受光状態におけるＯＮ，ＯＦＦを逆としてもよい。具体的には、各光学センサ６１〜６３は、発光部からの光を受光部が受光しているときはＯＮ状態であり、発光部からの光が棒状体４４Ｂにより遮られて受光部で受光できないとＯＦＦ状態となるようにしてもよい。なお、光学センサ６１〜６３の検出位置を加圧プレート４１ではなく棒状体４４Ｂとすることにより、研磨液等による影響を排除して加圧プレート４１の（相対的な）位置を確実に検出することができる。

図５は、実施形態に係る処理装置１０の加圧プレート４１の位置検出の例を示す模式図である。なお図５では、説明のために、シャフト４４の数を３本ではなく２本としている。
図５（ａ）に示すように、光学センサ６１，６２がＯＮ状態、光学センサ６３がＯＦＦ状態にある場合、制御装置８０は、加圧プレート４１が着座位置（研磨位置）にあると検知する。
図５（ｂ）に示すように、光学センサ６１〜６３がＯＮ状態にある場合、制御装置８０は、加圧プレート４１が上限位置（上限リミット）にあると検知する。
図５（ｃ）に示すように、光学センサ６１〜６３がＯＦＦ状態にある場合、制御装置８０は、加圧プレート４１が下限位置（下限リミット）にあると検知する。

図６（ａ）は、実施形態に係る処理装置１０の加圧プレート駆動機構４０を示す拡大正面図である。加圧プレート４１は、研磨対象であるワーク１００を定盤３０の研磨面３１３Ａに押圧・回転させてワーク１００表面を研磨するための円形の板状部材である。なお、本実施形態では、加圧プレート４１は、円形の板状部材であるが、定盤３０の研磨面３１３Ａに押圧・回転させてワーク１００表面を研磨することができれば、その形状は円形・板状である必要はない。例えば、加圧プレート４１は、矩形や多角形の板状部材であってもよい。また、板状でなくとも構わない。

加圧プレート４１上面の中央部には、エアシリンダ４２の伸縮軸４２Ａの下端に設けられた球状部材４２Ｂに嵌め込まれて、球状部材４２Ｂと回転自在に連結する軸受４１Ａがボルト止めにより設けられている。また、加圧プレート４１上面の外周部には、３本のシャフト４４の下端に各々設けられた球状部材４４Ａに嵌め込まれて、球状部材４４Ａと回転自在に連結する軸受４１Ｂが略等間隔（約１２０度毎）にボルト止めにより設けられている。

上記のように加圧プレート４１上面に設けられた軸受４１Ａ，４１Ｂは、内周面がエアシリンダ４２及びシャフト４４の下端に各々設けられた球状部材４２Ｂ及び４４Ａの外周面と摺動することにより、回転自在に連結されている。また、加圧プレート４１の外周部に設けられた軸受４１Ｂと連結されるシャフト４４は、加圧プレート４１に連結された一端の反対側である他端が、軸の長手方向に対して移動可能に支持されている。このため、加圧プレート４１は、伸縮軸４２Ａの下端に設けられた球状部材４２Ｂ、換言すると軸受４１Ａを中心として回転（揺動）する。このため、図６（ｂ）に示すように、加圧プレート４１は、研磨面３１３Ａ上のワーク１００の動きに滑らかに追従することができる。

なお、本実施形態に係る処理装置１０は、加圧プレート４１を、定盤３０の研磨面３１３Ａ上に載置されたガイドリング５０（図２参照）内に挿入して使用される。ガイドリング５０は、研磨中にワーク１００が加圧プレート４１の押圧面（下面）から外れないように保持する機能を有する。具体的には、ガイドリング５０は、その内周径が加圧プレート４１の外周径よりも少し大きいリング状の部材である。ガイドリング５０は上部の内周面側に、最上端で内周径が最も大きく、下側に向かうに従い漸減的に内径が減少するテーパ部５１を有している。このテーパ部５１により、加圧プレート４１の中心軸と、ガイドリング５０の中心軸がずれていても、加圧プレート４１がガイドリング５０内へと挿入される。

ワーク１００を研磨する際には、ガイドリング５０内にワーク１００を載置した後、加圧プレート４１をガイドリング５０内に上側から挿入し、加圧プレート４１の押圧面（下面）をワーク１００の上面に押し当てた状態で圧力を印加して回転させることによりワーク１００を研磨する。なお、加圧プレート４１の押圧面（下面）の大きさ（面積）は、ワーク１００の大きさ（研磨面積）よりも大きいことが好ましい。加圧プレート４１の押圧面（下面）の大きさ（面積）が、ワーク１００の大きさ（研磨面積）と同程度若しくは小さいと、ワーク１００の周辺部へ圧力が均一に印加されず、研磨プロファイルが悪化する虞がある。

なお、本実施形態の処理装置１０は、複数枚のワーク１００を一括処理できるように、加圧プレート４１とガイドリング５０とか分離した構成となっている。すなわち、複数枚のワーク１００をガイドリング５０内に配置した後、加圧プレート４１を挿入して研磨処理を行う。しかしながら、本実施形態の処理装置１０は、加圧プレート４１にガイドリング５０を備える形態の実施を妨げるものではなく、加圧プレート４１をガイドリング５０と一体、もしくは加圧プレート４１の下面にガイドリング５０を備えるようにしてもよい。この場合、ワーク１００を加圧プレート４１の下面に吸着した状態で定盤３０の研磨面３１３Ａへ載置した後、研磨処理を実行する。

制御装置８０は、処理装置１０を制御する。制御装置８０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成されている。なお、制御装置８０は、相互に通信可能な複数の電子回路ユニットにより構成されていてもよい。

（研磨処理の動作）
図７及び図８は、実施形態に係る処理装置１０の加圧プレート駆動機構４０の動作を示す一部断面図である。図７は、処理装置１０による研磨処理実行までの工程を説明する図であり、図８は、処理装置１０による研磨処理実行後の工程を説明する図である。

（研磨処理）
図７（ａ）に示すように、ガイドリング５０を定盤３０の研磨面３１３Ａ上に載置し、ワーク１００をガイドリング５０内の定盤３０の研磨面３１３Ａ上に載置する。このとき、ワーク１００を載置する位置は、ガイドリング５０内の略中央が好ましい。その後、制御装置８０は、垂直方向駆動機構７３を制御して加圧プレート４１（加圧プレート駆動機構４０）をガイドリング５０へ向かって下降させる。また、制御装置８０は、エアシリンダ４２に圧力がほとんど印加されていない状態（エアが供給されていない状態）とする。

図７（ｂ）に示すように、制御装置８０が垂直方向駆動機構７３を制御して加圧プレート４１（加圧プレート駆動機構４０）を下降させると、加圧プレート４１がガイドリング５０のテーパ部５１と接触することによりアライメントが行われて、加圧プレート４１の中心軸とガイドリング５０の中心軸とが一致し、加圧プレート４１がガイドリング５０内に挿入される。

図７（ｃ）に示すように、制御装置８０は、垂直方向駆動機構７３を制御して加圧プレート４１（加圧プレート駆動機構４０）をさらに下降させると、加圧プレート４１を回転動作させて、シャフト４４の上端に設けられた棒状体４４Ｂの位置を光学センサ６１により検出して、加圧プレート４１が平行となっているかを確認する。具体的には、制御装置８０は、光学センサ６４により原点を検出後、１２０度ずつ回転させて、シャフト４４の上端に設けられた棒状体４４Ｂの位置を光学センサ６１で検出することで、加圧プレート４１に不具合（例えば、加圧プレート４１の水平が保たれていない等）が生じていないかを検知する。

図７（ｃ）での確認後、制御装置８０は、垂直方向駆動機構７３を制御して光学センサ６２がＯＮとなるまで加圧プレート４１（加圧プレート駆動機構４０）を下降させる。なお、光学センサ６３がＯＮとなった場合、制御装置８０は、異常であると認識して処理を中断すると共に、その旨を警報音や発光により報知する。制御装置８０は、光学センサ６２がＯＮとなると、定盤３０の回転ステージ３１３と加圧プレート４１とを回転動作させると共に、加圧プレート４１のエアシリンダ４２によりワーク１００へ所定の圧力を印加してワーク１００の研磨を開始する。なお、ワーク１００と加圧プレート４１との間に緩衝材を挟んでワーク１００を研磨するようにしてもよい。

（退避処理）
図８（ａ）に示すように、制御装置８０は、研磨処理を終了する。換言すると、定盤３０の回転ステージ３１３及び加圧プレート４１の回転を停止すると共に、エアシリンダ４２によるワーク１００への圧力の印加を停止する。

図８（ｂ）に示すように、制御装置８０は、垂直方向駆動機構７３を制御して加圧プレート４１（加圧プレート駆動機構４０）を少し上昇させる。

図８（ｃ）に示すように、制御装置８０は、垂直方向駆動機構７３を制御して加圧プレート４１（加圧プレート駆動機構４０）を少し上昇させた後、加圧プレート４１を時計回り（ＣＷ）に回転させた後、反時計回り（ＣＣＷ）に回転させて、加圧プレート４１をガイドリング５０と切り離す。なお、加圧プレート４１を反時計回り（ＣＣＷ）に回転させた後、時計回り（ＣＷ）に回転させて、加圧プレート４１をガイドリング５０と切り離すようにしてもよい。

図８（ｄ）に示すように、制御装置８０は、垂直方向駆動機構７３を制御して加圧プレート４１（加圧プレート駆動機構４０）を上昇して、退避させる。なお、このとき、光学センサ６２がＯＦＦとなっていない場合、制御装置８０は、異常であると認識して処理を中断すると共に、その旨を警報音や発光により報知する。

（回転速度の推移）
図９は、実施形態に係る処理装置１０の加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の回転速度の推移の一例を示すグラフである。
図９の区間Ｔ１は、２つの加圧プレート４１及び回転ステージ３１３を所定の回転速度まで加速させる加速区間である。また、図９の区間Ｔ２〜Ｔ６は、ワーク１００の研磨加工区間である。図９の区間Ｔ７は、２つの加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の回転速度を停止状態まで減速させる減速区間である。

図９では、図９の区間Ｔ２〜Ｔ６において、２つの加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の回転速度を変化させているが、必ずしも変化させる必要はない。また、研磨処理の区間をＴ１〜Ｔ７の７つに分けているが、必要に応じて区間数を減らしても良いし増やしても良い。また、各区間の長さ（時間）を同一とする必要もない。

本実施形態では、加速区間である区間Ｔ１において、２つの加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の加速の始まりと加速の終了とが一致（同期）していることが好ましい。また、減速区間である区間Ｔ７において、２つの加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の減速の始まりと減速の終了（停止）とが一致（同期）していることが好ましい。なお、加速区間である区間Ｔ１の開始時及び終了時における２つの加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の回転速度は、各々異なっていてもよい。また、減速区間である区間Ｔ７の開始時における２つの加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の回転速度は、各々異なっていてもよい。

このように、２つの加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の加速区間と減速区間とを一致（同期）させることで、ワーク１００の研磨面にスクラッチ等の傷が発生することを効果的に抑制することができる。通常、加圧プレート４１の回転が停止しているにも関わらず、回転ステージ３１３が回転している場合や、回転ステージ３１３の回転が停止しているにも関わらず、加圧プレート４１が回転している場合、ワーク１００が一定方向に研磨されることとなり、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となる。しかし、上記のように、加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることで、ワークが一定方向に研磨されることが抑制され、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となることを防止することができる。このため、ワーク１００の研磨面への研磨跡やスクラッチ等の傷の発生を効果的に抑制することができる。

また、図９の破線枠Ａ〜Ｆに示すように、本実施形態では、制御装置８０は、加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の回転速度が急激に変化しないように、漸減的又は段階的に変化するように制御を行っている。加圧プレート４１及び回転ステージ３１３の回転速度が急激に変化しないように、漸減的又は段階的に変化するように制御することで、ワーク１００の研磨面にスクラッチ等の傷が発生することをより効果的に抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係る処理装置１０は、処理対象であるワーク１００を研削処理又は研磨処理する処理装置である。処理装置１０は、ワーク１００を回転動作させる加圧プレート４１（第１回転体）を有し、加圧プレート４１を介してワーク１００に圧力を印加する加圧プレート駆動機構４０（圧力印加部）を備える。加圧プレート駆動機構４０は、下端（一端）が加圧プレート４１の中央部に連結されたエアシリンダ４２（第１シリンダ）と、下端（一端）が加圧プレート４１の周辺部に略等間隔に連結された複数のシャフト４４（シャフト）とを有し、エアシリンダ４２及びシャフト４４の下端は、揺動自在に加圧プレート４１に連結されている。このため、加圧プレート４１に回転トルクを効率よく伝達することができる。また、エアシリンダ４２及びシャフト４４の下端は、揺動自在に加圧プレート４１に連結されているので、簡易な構成で効果的に加圧プレート４１をワーク１００の挙動に追従させることができる。この結果、ワーク１００を精度よく研磨又は研削することができる。

また、本実施形態に係る処理装置１０のシャフト４４（シャフト）は、加圧プレート４１（第１回転体）に連結された一端の反対側である他端が、軸の長手方向に対して移動可能に支持されている。このため、より効果的に加圧プレート４１（第１回転体）をワーク１００の挙動に追従させることができる。

また、本実施形態に係る処理装置１０は、シャフト４４（シャフト）の上端（他端）が係止されたスピンドル４５（第２回転体）を備える。そして、スピンドル４５が回転することによりシャフト４４を介して加圧プレート４１が回転動作する。このため、スピンドル４５の回転トルクをシャフト４４を介して加圧プレート４１に効率よく伝達することができる。

また、本実施形態に係る処理装置１０は、（シャフト４４の棒状体４４Ｂの端部を検出することにより）加圧プレート４１の位置を検出する光学センサ６１〜６３を備える。そして光学センサ６１〜６３からの出力に基づいて、加圧プレート４１の着座位置を検知する。このため、精度よく加圧プレート４１の着座位置を検知することができる。この結果、ワーク１００に印加する圧力を精度よく制御することができる。また、着座位置を検出できるので、ワークの厚みを計測して処理装置に入力する必要がなく、直ぐに研磨又は研削処理を行うことができ、生産性が向上する。また、光学センサ６１〜６３の検出位置を加圧プレート４１ではなく棒状体４４Ｂとすることにより、研磨液等による影響を排除して加圧プレート４１の（相対的な）位置を確実に検出することができる。

また、本実施形態に係る処理装置１０は、加圧プレート４１（第１回転体）に対向する研磨面３１３Ａ（主面）を有する回転ステージ３１３（第３回転体）を備える。そして、加圧プレート４１（第１回転体）及び回転ステージ３１３（第３回転体）の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させる。通常、加圧プレート４１（第１回転体）の回転が停止しているにも関わらず、回転ステージ３１３（第３回転体）が回転している場合や、回転ステージ３１３（第３回転体）の回転が停止しているにも関わらず、加圧プレート４１（第１回転体）が回転している場合、ワーク１００が一定方向に研磨されることとなり、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となるが、上記のように、加圧プレート４１（第１回転体）及び回転ステージ３１３（第３回転体）の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることで、ワーク１００が一定方向に研磨されることが抑制され、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となることを防止することができる。このため、ワーク１００の研磨面への研磨跡やスクラッチ等の傷の発生を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態に係る処理装置１０は、加圧プレート４１（第１回転体）及び加圧プレート４１を介してワーク１００に圧力を印加する加圧プレート駆動機構４０（圧力印加部）を複数備える。このため、一度に複数の位置でワーク１００を処理することができ生産性が向上する。

また、本実施形態に係る処理方法は、処理対象であるワーク１００を研削処理又は研磨処理する処理方法である。ワーク１００を回転動作させる加圧プレート４１（第１回転体）及び加圧プレート４１に対向する研磨面３１３Ａ（主面）を有する回転ステージ３１３（第３回転体）の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させる。通常、加圧プレート４１（第１回転体）の回転が停止しているにも関わらず、回転ステージ３１３（第３回転体）が回転している場合や、回転ステージ３１３（第３回転体）の回転が停止しているにも関わらず、加圧プレート４１（第１回転体）が回転している場合、ワーク１００が一定方向に研磨されることとなり、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となるが、加圧プレート４１（第１回転体）及び回転ステージ３１３（第３回転体）の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることで、ワーク１００が一定方向に研磨されることが抑制され、研磨跡やスクラッチが発生しやすい状態となることを防止することができる。このため、ワーク１００の研磨面への研磨跡やスクラッチ等の傷の発生を効果的に抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、加圧プレート駆動機構４０に、３本のエアシリンダ４３（第２シリンダ）をさらに備えるようにしてもよい。なお、以下の説明では、上記実施形態で説明した構成と同一の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

３本のエアシリンダ４３は、スピンドル４５の下端プレート４５Ａの外周部に略等間隔（約１２０度毎）に、伸縮軸４３Ａ（シャフト）を下向きにした状態でボルト止めされている。エアシリンダ４３の伸縮軸４３Ａの下端には、球体の上側及び下側が平面となった球形状の部材４３Ｂ（以下、球状部材４３Ｂともいう）が設けられている。この球状部材４３Ｂは、上側及び下側が平面となっており、その側面が球面となっている。そして、この球状部材４３Ｂが、加圧プレート４１上面中央に設けられた軸受４１Ｃに嵌め込まれることにより加圧プレート４１と連結している。

また、加圧プレート４１上面の外周部には、３本のエアシリンダ４３の伸縮軸４３Ａの下端に各々設けられた球状部材４３Ｂに嵌め込まれて、球状部材４３Ｂと回転自在に連結する軸受４１Ｃが略等間隔（約１２０度毎）にボルト止めにより設けられている。なお、３本のシャフト４４は、エアシリンダ４３から６０度ずつずれた位置に配置されている。また、加圧プレート４１の周辺部に設けられた３本のエアシリンダ４３には、略同じ圧力が印加されるように、エアシリンダ４３へエアを供給するエアチューブは、エアシリンダ４３の手前で３つに分岐された後、３本のエアチューブの長さ及び内径が略同一とすることが好ましい。これにより、３本のエアシリンダ４３により加圧プレート４１に印加される圧力が略均等となり、加圧プレート４１が偏芯したりする不具合を予防することができる。

このように、その他の実施形態に係る処理装置１０は、一端が加圧プレート４１（第１回転体）の周辺部に略等間隔に連結された複数のエアシリンダ４３（第２シリンダ）を備える。そして、エアシリンダ４２，４３を伸縮させることで、ワーク１００に圧力を印加することができる。このため、印加する圧力が低いときは、加圧プレート４１の中央に配置されたエアシリンダ４２（第１シリンダ）又は加圧プレート４１の周辺部に配置された複数のエアシリンダ４３（第２シリンダ）のみで圧力を印加し、印加する圧力が高いときや大面積のワークを処理するとき（印加する押圧力が大きいとき）は、エアシリンダ４２，４３（第１，第２シリンダ）の両方で圧力を印加するなど、より多くの研磨又は研削の条件に対応することができる。さらに、中央部をより研磨したいときは、加圧プレート４１の中央に配置されたエアシリンダ４２（第１シリンダ）により印加する圧力を高くし、周辺部をより研磨したいときは、加圧プレート４１の周辺部に配置されたエアシリンダ４３（第２シリンダ）により印加する圧力を高くすることができる。このように、加圧プレート４１（第１回転体）の中央部及び周辺部に印加する圧力をエアシリンダ４２，４３を伸縮させることで調整することができ、研磨時に印加する圧力をより精密に制御することができる。

また、本実施形態の処理装置１０は、ワークへの圧力を印加する加圧プレート駆動機構（圧力印加部）４０と、ワークの脱着および高さ調整機能をつかさどる垂直方向駆動機構７３とが各々独立した機構となっている。これにより、研磨の面圧を微細かつ正確に制御することが可能となり、定盤残厚みの変化、ワーク厚み対応への多様性に対応することができる（低荷重＆微圧制御＆フェーシング精度向上を達成）。また、垂直方向駆動機構７３により昇降部自重を支持し、加圧プレート駆動機構（圧力印加部）４０を軽量化することが可能となった。また、定盤修正フェーシング機構を剛性アップして進捗精度を確保するため、加圧プレート駆動機構（圧力印加部）４０が垂直方向駆動機構７３により上方へ大きく退避させることが可能となった。

また、上記実施形態では、工具スピンドル、ワークスピンドルの回転軸が略鉛直方向に向く縦型の装置を対象として説明してきたが、本願発明はこの形式に限定されるものではなく、これら回転軸が略水平方向に向く横型の装置においても同様に適用が可能である。図示の形式では、下方に位置するスピンドルが従来技術で説明した固定スピンドルを形成し、上方に位置するスピンドルが、同じく軸方向駆動スピンドルを形成している。ただし、この固定側、駆動側の上下関係は逆になっていてもよい。さらに、図１の研磨装置では図中において２つの加圧プレート駆動機構と、１つの定盤とを備える構成となっているが、加圧プレート駆動機構及び定盤の数は、各々において１対多数、又は多数対多数など組み合わせには制限がない。

また、すでに述べたように、本発明は、研削装置にも適用することができるものである。

本発明は、各種材料の表面仕上げを行なう研磨加工、研削加工の産業分野において利用可能である。中でもセラミック、半導体ウェハなどの超硬質材料を効率的に、高い表面精度で研磨、研削する際において特に有効に適用することができる。

１０ 処理装置
２０ 基台（メインフレーム）
３０ 定盤
３１ 保持テーブル
３２ モータ（サーボモータ）
３３ ベルト（歯付ベルト、Ｖベルトなど）
３１１ スピンドル
３１２ 軸受け
３１３ 回転ステージ（第３回転体）
３１３Ａ 研磨面
３１３Ｇ 定盤溝
４０ 加圧プレート駆動機構（圧力印加部）
４１ 加圧プレート（第１回転体）
４１Ａ 軸受（中央：エアシリンダ用）
４１Ｂ 軸受（外周部：シャフト用）
４１Ｃ 軸受（外周部：エアシリンダ用）
４２ エアシリンダ（第１シリンダ）
４２Ａ 伸縮軸
４２Ｂ 球状部材
４３ エアシリンダ（第２シリンダ）
４３Ａ 伸縮軸
４３Ｂ 球状部材
４４ シャフト
４４Ａ 球状部材
４４Ｂ 棒状体
４４Ｃ，４４Ｄ リング部材
４５ スピンドル（第２回転体）
４５Ａ 下端プレート
４５Ｂ 筒状体
４６ 回転駆動モータ（サーボモータ）
５０ ガイドリング
５１ テーパ部
６１〜６４ 光学センサ
７１ バイト
７２ 水平方向駆動機構
７２１ 固定プレート
７２２ 一対のリニアガイド
７２３Ａ，７２３Ｂ ボールねじ
７２４Ａ，７２４Ｂ 駆動モータ（サーボモータ）
７２５Ａ，７２５Ｂ ベルト（歯付ベルト、Ｖベルトなど）
７３ 垂直方向駆動機構
７２１Ａ，７２１Ｂ 固定プレート
７３２Ａ 一対のリニアガイド
７３２Ｂ 一対のリニアガイド
７３３Ａ，７３３Ｂ ボールねじ
７３４Ａ，７３４Ｂ 駆動モータ（サーボモータ）
７３５Ａ，７３５Ｂ ベルト（歯付ベルト、Ｖベルトなど）
８０ 制御装置
１００ ワーク
Ｔ１〜Ｔ７ 区間

Claims (8)

1. 処理対象であるワークを研削処理又は研磨処理する処理装置であって、
   前記ワークを回転動作させる第１回転体を有し、前記第１回転体を介して前記ワークに圧力を印加する圧力印加部を備え、
   前記圧力印加部は、
   一端が前記第１回転体の中央部に連結された第１シリンダと、
   一端が前記第１回転体の周辺部に連結された複数のシャフトとを有し、
   前記第１シリンダ及び前記シャフトの前記一端は、揺動自在に前記第１回転体に連結されていることを特徴とする処理装置。
2. 前記シャフトは、
   前記一端の反対側である他端が、軸の長手方向に対して移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
3. 一端が前記第１回転体の周辺部に連結された複数の第２シリンダを備え、
   前記第１，第２シリンダを伸縮させることで、前記ワークへの圧力の印加を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の処理装置。
4. 前記処理装置は、
   前記シャフトの他端が係止された第２回転体を備え、
   前記第２回転体が回転することにより前記シャフトを介して前記第１回転体が回転動作することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の処理装置。
5. 前記処理装置は、
   前記第１回転体の軸方向における位置を検出するセンサを備え、
   前記センサからの出力に基づいて、前記第１回転体の着座位置を検知することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の処理装置。
6. 前記処理装置は、
   前記第１回転体に対向する主面を有する第３回転体を備え、
   前記第１，第３回転体の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の処理装置。
7. 前記処理装置は、
   前記圧力印加部を複数備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の処理装置。
8. 処理対象であるワークを研削処理又は研磨処理する処理方法であって、
   前記ワークを回転動作させる第１回転体及び前記第１回転体に対向する主面を有する第３回転体の回転始動及び回転停止の少なくとも一方を同期させることを特徴とする処理方法。
   
   

Images