JP2717124B2 - 両面研摩装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリコンウエハ等の薄板を両面研磨する研磨
装置の改良に関する。 （従来の技術） 電子部品の基板等に使われるシリコンウエハ等の薄板
材料は研摩加工を経て製品化される。その研摩加工にお
いては両面研摩装置にて表面を精密な平面でしかも厚み
も一様な平行平面をもつように加工されることが要求さ
れる。 従来の両面研摩装置として代表的なものは、第２図に
示すような遊星歯車を利用したもので、上定盤（１）と
下定盤（２）とは各々逆方向に回転し、その間に研摩す
べき薄盤（３）を保持するキャリヤー（４）が位置す
る。キャリヤー（４）の外周歯車（６）は中空軸（７）
にて駆動される中心の太陽歯車（５）と中空軸（８）に
て駆動される外円板（９）の内面に設けられたインター
ナル歯車（10）の間にあって遊星歯車運動をする。遊星
歯車運動するキャリアー（４）に支えられた薄板（３）
の上下面は、各々回転する上定盤（１）と下定盤（２）
によって研摩をうける（特開昭58−171824号公報）。 また、第３図に示す装置もよく知られており、揺動ア
ーム（11）の運動によって、薄板（３）を保持する定盤
大の円板状キャリヤー（13）全体を、互いに逆方向に回
転する上下定盤（１）（２）の間で水平方向に揺動させ
る（特公昭60−8185号公報）。 しかしながこれらの装置については次に記すようない
くつかの問題点がある。 （発明が解決しようとする問題点） 薄板加工物の保持 上、下定盤を逆方向に回転させて薄板（３）加工物を
上面と下面の摺動抵抗を打消してキャリヤーに作用する
力を軽減させることはある程度は可能であるが、全面的
に平均化することには困難がある。 平行、平坦加工の為の揺動 定盤の外側の摺動速度は定盤内側の摺動速度より早い
ため、定盤の偏摩耗が避けられず、また薄板（３）につ
いても遊星歯車機構、揺動機構等のキャリヤー運動機構
にて研摩むらの発生を防止しなければならず、機構の複
雑化を招来する。 薄板の同時加工数 上定盤（１）と下定盤（２）の互いの平行を壊さない
ためには複数の薄板（３）を定盤面の間に均等に多数配
置し、同時に加工することが必要とされる。 薄板の大きさと定盤径 上定盤（１）と下定盤（２）との間で薄板（３）を運
動させることから、薄板の最長長さの約２倍以上の大き
な定盤径を必要とする。 本発明は上記問題点を全て解決した構造簡易で高精度
な両面研摩装置を提供しようとするものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明の両面研摩装置は、第１図に示されるように、
薄板（３）の両面を研摩するために対向面間に隙間をあ
けて平行に配置され、それぞれが前記対向面に平行な方
向に移動自在に支持された上下一対の定盤（14,15）
と、定盤（14,15）の対向面間に薄板（３）を保持する
キャリヤー（16）と、上側の定盤（14）の上方に定盤
（14）に対して垂直姿勢で並列配置され、それぞれが固
定軸受（31）により定位置に回転自在に支持されると共
に、同方向に同期回転駆動される複数本の軸（21a〜21
d）と、複数本の軸（21a〜21d）の各下端部に中心位置
から離れた位置でそれぞれ結合されると共に、中心位置
から離れた位置を中心とする偏心回転が上側の定盤（1
4）に伝達されるように、定盤（14）の上面に設けられ
た凹形（23）に回転自在に嵌合し、複数本の軸（21a〜2
1d）の同期回転に伴って凹形（23）内で同方向に同期偏
心回転を行うことにより、上側の定盤（14）に回転運動
を伴わない円運動をさせる複数の偏心円板（22a〜22d）
と、下側の定盤（15）の下方に定盤（15）に対して垂直
姿勢で並列配置され、それぞれが固定軸受（32）により
定位置に回転自在に支持されると共に、前記軸（21a〜2
1d）と同方向に同期回転駆動される複数本の軸（25a〜2
5d）と、複数本の軸（25a〜25d）の各上端部に中心位置
から離れた位置で前記偏心円板（22a〜22d）における場
合に対して逆位相となるようにそれぞれ結合されると共
に、中心位置から離れた位置を中心とする偏心回転が下
側の定盤（15）に伝達されるように、定盤（15）の下面
に設けられた凹形（27）に回転自在に嵌合し、複数本の
軸（25a〜25d）の同期回転に伴って凹形（27）内で前記
偏心円板（22a〜22d）とは同方向で逆位相の同期偏心回
転を行うことにより、下側の定盤（15）に回転運動を伴
わない円運動をさせる複数の偏心円板（26a〜26d）とを
具備する点に特徴がある。 また、本発明の両面研摩装置は、第４図に示されるよ
うに、薄板（３）の両面を研摩するために対向面間に隙
間をあけて配置される上下一対の定盤（33,33）と、定
盤（33,33）の対向面間に薄板（３）を保持するキャリ
ヤー（16）と、上側の定板（33）の上方に該定盤（33）
に対して垂直に設けられ、下端部に上側の定盤（33）が
取付けられた上側の定盤取付軸（38）と、上側の定盤
（33）の上方に該定盤（33）に対して垂直に設けられ、
固定板（34）により上側の定位置に回転自在に支持され
ると共に、回転中心位置から離れた位置に上側の定盤取
付軸（38）を回転自在に支持し、前記上側の定位置で一
方向に回転駆動されることにより、上側の定盤（33）に
円運動をさせる上側の偏心軸（36）と、上側の定盤（3
3）の円運動に伴う回転運動を阻止するべく上側の定盤
取付軸（38）を回転方向において固定する上側の軸固定
手段と、下側の定盤（33）の下方に該定盤（33）に対し
て垂直に設けられ、上端部に下側の定盤（33）が取次け
られた下側の定盤取付軸（38）と、下側の定盤（33）の
下方に該定盤（33）に対して垂直に設けられ、固定板
（34）により下側の定位置に回転自在に支持されると共
に、回転中心位置から離れ且つ上側の定盤取付軸（38）
に対して逆位相となる位置に下側の定盤取付軸（38）を
回転自在に支持し、前記下側の定位置で上側の定盤取付
軸（38）と同方向に回転駆動されることにより、下側の
定盤（33）に上側の定盤（33）と同方向で逆位相の円運
動をさせる下側の偏心軸（36）と、下側の定盤（33）の
円運動に伴う回転運動を阻止するべく下側の定盤取付軸
（38）を回転方向において固定する下側の軸固定手段と
を具備する点に特徴がある。 （作用） 本発明の装置によれば、上下１対の定盤が回転運動す
ることなく、各定盤に直角な軸回りの同方向で逆位相の
円運動をする。この円運動はいわゆるもみ手運動であ
る。そして、本発明の装置によれば、上下１対の定盤が
いわゆるもみ手運動の如く、回転運動することなく円運
動し、定盤間のどの固定位置に対しても定盤が同じ運動
をし、これにより薄板が均一研摩され、薄板およびキャ
リヤーの運動機構を不要ならしめるとともに、薄板の
表、裏面に働く摺動抵抗を加工面全域にわたって均等に
打消し、かつキャリヤーに作用する力を大巾に軽減さ
せ、研摩精度の向上、装置の簡易化を図る。 （実施例） 実施例１ 第１図は本発明の実施例を示し、（イ）は中央縦断面
図、（ロ）は平面図、（ハ）は底面図である。 同図によると、上定盤（14）の下面（17）と下定盤
（15）の上面（18）は対向した平行面をつくり、これら
の面の間にキャリヤー（16）にて支持された被研摩板と
しての薄板（３）が位置する。これら上下の定盤（14）
（15）は平行状態を維持したまま適当な力が互いに押し
つけられ、かつ水平方向に自由な移動ができるように設
けられている。（29a）（29b）は上定盤（14）の平行度
をみるためのセンサー、（30a）（30b）は下定盤（15）
の平行度をみるためのセンサーである。 上定盤（14）において軸（21a）（21b）（21c）（21
d）をもつ同一の偏心円板（22a）（22b）（22c）（22
d）が、該定盤（14）に設けられた同形の凹形（23）に
滑動可能にはまり込む。固定軸受（31a）（31b）（31
c）（31d）に支えられた前記軸（21a）（21b）（21c）
（21d）は定盤面に垂直であり、同一駆動手段（図示せ
ず）にて上方より見て右回転方向の同位相回転（24）を
する。 下定盤（15）においては、軸（25a）（25b）（25c）
（25d）をもつ同一の偏心円板（26a）（26b）（26c）
（26d）が該定盤（15）に設けられた同形の凹形（27）
に滑動可能にはまり込む。固定軸受（32a）（32b）（32
c）（32d）にて支えられた定盤面に直角な前記軸（25
a）（25b）（25c）（25d）は同一駆動手段（図示せず）
にて前記軸（21a）（21b）（21c）（21d）と同じ上方よ
り見て右回転方向（下方より見て左回転方向）の同位相
回転（28）をする。 また、上定盤（14）の側の偏心円板（22a）（22b）
（22c）（22d）と、下定盤（15）の側の偏心円板（26
a）（26b）（26c）（26d）は、図示の通り、対応する上
下の偏心円板が逆位相の位置関係となるように配置され
ている。 上記構成位置の作用を述べると、センサー（29a）（2
9b）で平行に維持された上定盤（14）は軸（21a）（21
b）（21c）（21d）に取付いた偏心円板（22a）（22b）
（22c）（22d）によってその偏心度の半径で、且つ定盤
な直角な軸回りの、上方よりみて右回りの円運動を与え
られ、かつ軸（21a）（21b）（21c）（21d）の位置は不
変であるが故に、上定盤（14）は回転運動を阻止され、
定盤全体としては第５図に実線で示すように上方より見
て右回りのいわゆる平行円運動をする。 同様にセンサー（30a）（30b）で平行に維持された下
定盤（15）は軸（25a）（25b）（25c）（25d）に取付い
た偏心円板（26a）（26b）（26c）（26d）によって、そ
の偏心度を上定盤の偏心度半径と等しい半径として、定
盤に直角な軸回りの、上方より見て右回り（下方より見
て左回り）の円運動を与えられる。同時に軸（25a）（2
5b）（25c）（25d）により回転運動を阻止されているの
で、定盤全体としては上方より見て右回り（下方より見
て左回り）の平行円運動をする。また、偏心円板（22
a）（22b）（22c）（22d）と偏心円板（26a）（26b）
（26c）（26d）は、逆位相の位置関係となっている。し
たがって下定盤（15）は第５図に破線で示すように上定
盤（14）と同方向で逆位相の平行円運動をする。 すなわち、この実施例では個々の偏心円板（22a）（2
2b）（22c）（22d）および（26a）（26b）（26c）（26
d）が定盤（14）（15）の駆動手段であり、これらを４
個１組に組合せて定盤（14）（15）の回転運動を阻止す
ることが定盤拘束手段となっているのである。 上記のような同方向で逆位相の平行円運動を薄板
（３）から見た場合、薄板（３）のどの部分も同じ運動
を受けるので、ことさらキャリヤーの揺動運動を必要と
せずに薄板（３）が偏摩耗なしに両面研摩される。すな
わち、第５図に示されるように、定盤（14）（15）の各
速度ベクトルは、あらゆる回転角度で完全に打ち消し合
うものとなり、その結果、初期の目的が達成される。 なお、必要に応じて薄板（３）の揺動等の運動機構を
付設することは支障ない。また、偏心円板は上下定盤
（14）（15）のそれぞれに最小２個あればよい。 実施例２ 本発明装置における他の定盤駆動機構の１例を第４図
に示す。同図によると、定盤（33）に与えられる定盤面
に直角な軸のまわりの円運動は、固定板（34）の軸受
（35）に嵌合する偏心軸（36）に回転（37）を与えるこ
とによって得られる。 定盤の円運動に伴う回転運動を阻止する定盤拘束手段
は、偏心軸（36）の偏心軸部である定盤取付部（38）を
偏心軸（36）に対して回転自在にし、定盤取付軸（38）
の上端矩形部（39）を、固定外枠（43）に設けられた両
側の縦方向滑り面（41）間に摺動可能にはめ込んだ滑動
部材（42）の横溝（40）に可動に挿入することによって
達成される。その結果、定盤取付軸（38）は回転運動な
しの円運動である平行円運動を行うことができる。な
お、上記定盤拘束手段に変えて定盤取付軸（38）そのも
のを回転運動相殺分だけ逆方向に回転させることも可能
である。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は １対の定盤にいわゆるもみ手運動を行わしめ、薄板
加工物の表裏面の働く摺動抵抗を、加工面全域にわたっ
て均一に打消し、キャリヤーに作用する力を大巾に軽減
させる。 加工面全域にわたり定盤と薄板化合物の摺動速度が
均一であるために、必ずしもキャリヤーの揺動を必要と
しない。定盤の偏摩耗を一層確実に防止するためにキャ
リヤーの揺動手段を設けてもよい。 定盤を互いに平行に保持する機能を有するので、薄
板加工物を定盤面内に均等に配置する必要がない。薄板
数は単数でも複数でもよい。 薄板化合物の最大長と同程度の定盤の大きさでよ
い。定盤の形状は円型に限定しない。 したがって本発明によるときはウエハ等の薄片状加工
物の均一で精密な研摩加工を能率的に経済的になし得、
電子部品等の生産性に与える効果は極めて大きい。 尚、本発明はSiウエハーの研摩に有効であることはも
とより石英、アルミニウム、化合物、フェライト等の材
質からなる薄片ウエハー加工にもきわめて有効であるこ
とは言を持たない。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例の主要構成部を示し、（イ）は
中央縦断面図、（ロ）は平面図、（ハ）は底面図、第２
図は従来の研摩装置を示し、（イ）は中央縦断面図、
（ロ）は平面図、第３図は従来の他の研摩装置で、
（イ）は平面図、（ロ）は中央縦断面図、第４図は本発
明装置の他の定盤駆動機構の１例を示す斜視図、第５図
は本発明の研摩装置における上下定盤の各速度ベクトル
を示す平面図である。 3:薄板、14:上定盤、15:下定盤、16:キャリヤー、17,1
8:平行面、21a,21b,21c,21d:軸、22a,22b,22c,22d:偏心
円板、23:凹形、25a,25b,25c,25d:軸、26a,26b,26c,26
d:偏心円板、27:凹形、29a,29b,30a,30b:センサー、31
a,31b,31c,31d:固定軸受、32a,32b,32c,32d:固定軸受、
33:定盤、34:固定板、35:軸受、36:偏心軸、38:定盤取
付軸、39:矩形部、40:横溝、41:縦方向滑り面、42:滑動
部材、43:固定外枠。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根本 和彦 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 九州電子金属株式会社内 (72)発明者 森 勇蔵 交野市私市８丁目16番９号 (56)参考文献 特公 昭46−41760（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．薄板（３）の両面を研摩するために対向面間に隙間
   をあけて平行に配置され、それぞれが前記対向面に平行
   な方向に移動自在に支持された上下一対と定盤（14,1
   5）と、定盤（14,15）の対向面間に薄板（３）を保持す
   るキャリヤー（16）と、上側の定盤（14）の上方に定盤
   （14）に対して垂直姿勢で並列配置され、それぞれが固
   定軸受（31）により定位置に回転自在に支持されると共
   に、同方向に同期回転駆動される複数本の軸（21a〜21
   d）と、複数本の軸（21a〜21d）の各下端部に中心位置
   から離れた位置でそれぞれ結合されると共に、中心位置
   から離れた位置を中心とする偏心回転が上側の定盤（1
   4）に伝達されるように、定盤（14）の上面に設けられ
   た凹形（23）に回転自在に嵌合し、複数本の軸（21a〜2
   1d）の同期回転に伴って凹形（23）内で同方向に同期偏
   心回転を行うことにより、上側の定盤（14）に回転運動
   を伴わない円運動をさせる複数の偏心円板（22a〜22d）
   と、下側の定盤（15）の下方に定盤（15）に対して垂直
   姿勢で並列配置され、それぞれが固定軸受（32）により
   定位置に回転自在に支持されると共に、前記軸（21a〜2
   1d）と同方向に同期回転駆動される複数本の軸（25a〜2
   5d）と、複数本の軸（25a〜25d）の各上端部に中心位置
   から離れた位置で前記偏心円板（22a〜22d）における場
   合に対して逆位相となるようにそれぞれ結合されると共
   に、中心位置から離れた位置を中心とする偏心回転が下
   側の定盤（15）に伝達されるように、定盤（15）の下面
   に設けられた凹形（27）に回転自在に嵌合し、複数本の
   軸（25a〜25d）の同期回転に伴って凹形（27）内で前記
   偏心円板（22a〜22d）とは同方向で逆位相の同期偏心回
   転に行うことにより、下側の定盤（15）に回転運動を伴
   わない円運動をさせる複数の偏心円板（26a〜26d）とを
   具備することを特徴とする両面研摩装置。 ２．薄板（３）の両面を研摩するために対向面間に隙間
   をあけて平行に配置される上下一対の定盤（33,33）
   と、定盤（33,33）の対向面間に薄板（３）を保持する
   キャリヤー（16）と、上側の定盤（33）の上方に該定盤
   （33）に対して垂直に設けられ、下端部に上側の定盤
   （33）が取付けられた上側の定盤取付軸（38）と、上側
   の定盤（33）の上方に該定盤（33）に対して垂直に設け
   られ、固定板（34）により上側の定位置に回転自在に支
   持されると共に、回転中心位置から離れた位置に上側の
   定盤取付軸（38）を回転自在に支持し、前記上側の定位
   置で一方向に回転駆動されることにより、上側の定盤
   （33）に円運動をさせる上側の偏心軸（36）と、上側の
   定盤（33）の円運動に伴う回転運動を阻止するべく上側
   の定盤取付軸（38）を回転方向において固定する上側の
   軸固定手段と、下側の定盤（33）の下方に該定盤（33）
   に対して垂直に設けられ、上端部に下側の定盤（33）が
   取付けられた下側の定盤取付軸（38）と、下側の定盤
   （33）の下方に該定盤（33）に対して垂直に設けられ、
   固定板（34）により下側の定位置に回転自在に支持され
   ると共に、回転中心位置から離れ且つ上側の定盤取付軸
   （38）に対して逆位相となる位置に下側の定盤取付軸
   （38）を回転自在に支持し、前記下側の定位置で上側の
   定盤取付軸（38）と同方向に回転駆動されることによ
   り、下側の定盤（33）に上側の定盤（33）と同方向で逆
   位相の円運動をさせる下側の偏心軸（36）と、下側の定
   盤（33）の円運動に伴う回転運動を阻止するべく下側の
   定盤取付軸（38）を回転方向において固定する下側の軸
   固定手段とを具備することを特徴とする両面研磨装置。