JP3193989B2 - 両面研磨装置 - Google Patents
両面研磨装置Info
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
ーハのポリッシング等に使用される両面研磨装置に関す
る。
ーハは、シリコン単結晶から切り出された後にラッピン
グを受け、更にポリッシングと呼ばれる研磨処理を受け
る。この研磨処理を行う研磨装置としては遊星歯車形式
の両面研磨装置が多用されている。この形式の両面研磨
装置の概略構造を図6及び図7により説明する。なお、
図7は図6のB−B線矢示図である。
しての上下一対の回転定盤1,2と、回転定盤1,2間
の回転中心部周囲に遊星歯車として配置された複数のキ
ャリア3,3・・と、回転定盤1,2間の回転中心部に
配置された太陽ギヤ4と、回転定盤1,2間の外周部に
配置されたインターナルギヤ5とを備えている。
のキャリア3,3・・を挟んで下側の回転定盤2上に所
定の荷重で載置される。各キャリア3は、ワークである
シリコン等のウエーハ6を偏心して保持する。太陽ギヤ
4及びインターナルギヤ5は複数のキャリア3,3・・
に内側及び外側から噛み合い、通常は下側の回転定盤2
と同方向に回転駆動される。なお、上側の回転定盤1の
回転方向は、下側の回転定盤2の回転方向と反対であ
る。
側の回転定盤2上に複数のキャリア3,3・・を載せ、
各キャリア3にウエーハ6をセットした後、回転定盤2
を下降させる。この状態で回転定盤1,2、太陽ギヤ4
及びインターナルギヤ5を回転駆動することにより、複
数のキャリア3,3・・は、逆方向に回転する回転定盤
1,2間で自転しつつ太陽ギヤ4の回りを公転する。こ
れにより、複数枚のウエーハ6,6・・の両面が同時に
均一研磨される。
式の両面研磨装置によって研磨される代表的なワークで
あるシリコンウエーハは、近年大径化が進み、8インチ
径を経て12インチ径へ移行しつつある。また同時に、
両面の研磨精度に対する要求も著しく高度化している。
ワークの大型化に伴ってキャリアが大きくなり、装置規
模が増大(特にインターナルギヤが大型化)することに
より、製作コストが嵩む。また、同時に研磨するウエー
ハの枚数が多くなることによっても装置規模が増大(特
にインターナルギヤが大型化)し、製作コストが嵩む。
加えて、装置規模の増大(特にインターナルギヤの大型
化)に伴って研磨精度が低下する傾向がある。このた
め、大径ウエーハを低コストで高精度かつ高能率に研磨
することは非常に困難な技術とされている。
か形成されないが、金属製のインターナルギヤは、キャ
リアとの噛み合いにより金属粉を発生し、ウエーハを汚
染する問題がある。更に、高価なキャリアを早期に磨耗
させる問題もある。
高精度かつ高能率に研磨でき、且つワークの汚染を防止
できる両面研磨装置を提供することにある。
に、本発明者らは従来の研磨装置の大型化に伴って研磨
精度が低下する原因について調査した。その結果、以下
の事実が判明した。
アの公転は不可欠と考えられていた。しかし、ワークが
大型化すると、キャリアを公転させるためのインターナ
ルギヤが大型化し、その製作誤差が大きくなるため、逆
に研磨精度が低下する。大型のワークを研磨する場合
は、研磨精度の低下原因であるインターナルギヤを排除
し、各キャリアを定位置で小型の歯車により自転させる
方が研磨精度を得やすい。インターナルギヤの省略は、
装置規模及び装置コストを低減するのにも非常に有効で
ある。
させることにより、その歯車に樹脂の使用が可能にな
る。樹脂製の歯車は、金属粉によるウエーハの汚染を回
避できる。しかし、一方では、薄いキャリアとの噛み合
い部で磨耗が急速に進む。この磨耗は研磨精度の低下原
因となるので、放置できない。このため、歯車の頻繁な
交換が可能になり、研磨コストが増大する。この問題を
解決するためには、ウォームギヤの使用が有効である。
いて開発されたものであって、ワークの両面を研磨する
一対の回転定盤と、一対の回転定盤間の回転中心部周囲
に配置され、それぞれがワークを偏心して保持する複数
の歯車型のキャリアと、一対の回転定盤間の回転中心部
に配置され、周囲に配置された複数のキャリアに噛み合
って複数のキャリアを同期して自転させるセンターギヤ
と、複数のキャリアの周囲に各キャリアに対応して分散
配置され、それぞれが内側のキャリアに噛み合ってその
キャリアを前記センターギヤと共同して定位置に保持し
て自転させる複数の自転手段とを具備しており、且つ各
自転手段はウォームギヤでキャリアを自転させる構成と
なっている。
内側のキャリアの接線にほぼ平行となるように配置され
て、そのキャリアに周方向で線接触的に接触する。この
ため、ウォームギヤが樹脂製の場合も、その磨耗が抑制
される。また、1個のギヤでキャリアを定位置に確実に
保持でき、自転手段の構成を特に簡略化できる。即ち、
内側のキャリアを定位置に確実に保持しようとすると、
平歯車の場合はキャリアの外側に2個設ける必要がある
が、ウォームギヤの場合は1個でよく、2個設ける必要
は特にない。
が一定のストレートタイプ〔図5(a)参照〕が一般的
であるが、内側のキャリアの外周円弧に対応して外径が
回転軸方向で変化した鼓型のもの〔図5(b)参照〕の
使用も可能であり、磨耗抑制の点からは、キャリアとの
接触長がより長くなる後者の方が好ましい。
れでもよいが、非金属のなかでも樹脂が特に好ましい。
樹脂製のウォームギヤは、金属粉によるワーク汚染を回
避でき、且つ高価なキャリアの磨耗を低減できる。樹脂
の種類としてはモノマーキャスティングナイロンやPC
Vなどが調達コスト、機械的強度及び加工性等の点から
好ましい。
期駆動させることができる。ここにおける共通の駆動源
は、センターギヤの駆動源を兼ねることができる。ま
た、別個の駆動源を用いて、電気的に同期駆動させるこ
とができる。
基づいて説明する。図1は本発明の実施形態に係る両面
研磨装置の縦断面図、図2は図1のA−A線矢示図で、
キャリア駆動機構の平面図、図3は同キャリア駆動機構
における自転手段の正面図、図4はキャリア駆動のため
の動力伝達系統の平面図である。
半導体ウエーハの両面同時ポリッシングに使用される。
この両面研磨装置は、図1及び図2に示すように、下フ
レーム10と、その上に設けられた上フレーム20とを
備えている。下フレーム10には下側の回転定盤30が
取付けられており、上フレーム20には上側の回転定盤
40が下側の回転定盤30上に位置して同心状に取付け
られている。
する回転支持軸31の上にネジ止めされている。回転支
持軸31は下フレーム10に複数の軸受により回転自在
に取付けられ、モータ32により回転駆動されることに
より、回転定盤30を回転させる。即ち、モータ32の
出力軸が減速機33に連結され、減速機33の出力軸に
取付けられた歯車34が、回転支持軸31に取付けられ
た歯車35に噛み合うことにより、回転支持軸31が回
転して回転定盤30を回転させる。回転定盤30の上面
には研磨パッド39が貼り付けられている。
ヤ50が回転定盤30に対して独立に回転し得るように
複数の軸受により支持されている。センターギヤ50
は、回転支持軸31の中心部に形成された空洞を貫通す
る回転駆動軸51により、回転定盤30とは独立して回
転駆動される。即ち、回転駆動軸51の下端部に取付け
られたプーリ52と後述する減速機81の主力軸に取付
けられたプーリ85がベルト86によって連結されるこ
とで、回転駆動軸51が回転し、センターギヤ50を回
転定盤30に対して独立に回転駆動する。
60,60・・が周方向に等間隔で配設されている。複
数の自転手段60,60・・は、回転定盤30の上に載
置された複数のキャリア70,70・・をセンターギヤ
50と共同して定位置で回転駆動する。各キャリア70
には、ウエーハ90を収容するワーク収容孔71が中心
から偏心して設けられており、その外周面にはセンター
ギヤ50に噛み合う歯部72が設けられている。
の歯部72に外側から噛み合う樹脂製のウォームギヤ6
4を有する。ウォームギヤ64は、図3に示すように、
下フレーム10内に回転自在に水平支持され、センター
ギヤ50の中心とキャリア70の中心を結ぶ直線上でキ
ャリア70に外側から噛み合う。ウォームギヤ64には
ハスバ歯車68,68を介して鉛直な駆動軸69が連結
されており、駆動軸69に取付けられたプーリ65が後
述する駆動機構によって回転駆動されることにより、各
自転手段60のウォームギヤ64は同期して同方向に回
転する。
図4に示すように、下フレーム10に取付けられたモー
タ80を使用する。モータ80の出力軸は減速機81に
接続されている。減速機81は、上下に突出する出力軸
を有し、上側の出力軸にはプーリ82が取付けられてい
る。そして、このプーリ82と、回転定盤30の周囲に
配設された複数の自転手段60,60・・の各プーリ6
5,65にベルト83が掛けられている。従って、モー
タ80が作動することにより、回転定盤30の周囲に配
設された複数の自転手段60,60・・の各ウォームギ
ヤ64,64は同期して同方向に回転する。なお、84
は隣接する自転手段60,60の間に設けられたテンシ
ョン用のアイドルローラである。
リ85が取付けられている。プーリ85は、前述したよ
うにセンターギヤ50の回転駆動軸51の下端部に取付
けられたプーリ52にベルト86によって連結されてい
る。従って、モータ80が作動することによりセンター
ギヤ50も回転する。センターギヤ50の回転方向及び
周速度は、複数の自転手段60,60・・によるキャリ
ア70,70・・の回転方向及び周速度と同じに設定さ
れている。
に、下側の回転定盤30の上に同心状に設けられてい
る。回転定盤40の下面には研磨パッド49が貼り付け
られている。
下端部に連結されている。支持軸41は、上フレーム2
0内に複数の軸受を介して回転自在に支持されており、
同じく上フレーム20内に設けられたモータ42の回転
が減速機43及び歯車44,45を介して支持軸41に
伝達されることにより、回転定盤40は下側の回転定盤
30とは独立に回転駆動される。また、図示されない昇
降装置によって、回転定盤40は上フレーム20内でモ
ータ42及び減速機43と共に回転軸方向に昇降駆動さ
れる。
成は以上の通りである。以下にこの両面研磨装置の使用
方法及び動作について説明する。
下側の回転定盤30上に複数のキャリア70,70・・
をセットする。セットされた各キャリア70の歯部72
には、内側からセンターギヤ50が噛み合い、外側から
は対応する自転手段60のウォームギヤ64が噛み合
う。そして、各キャリア70のワーク収容孔71にウエ
ーハ90をセットする。
収容孔71にウエーハ90がセットされると、上側の回
転定盤40を下降させて、複数のウエーハ90,90・
・を回転定盤30,40間(厳密には研磨パッド39,
49間)に所定の圧力で挟む。そして、回転定盤30,
40を逆方向に回転させるべく、モータ32,42を作
動させる。また、これと同時にモータ80を作動させ
る。
が回転する。また、下側の回転定盤30の周囲に配設さ
れた複数の自転手段60,60・・においては、ウォー
ムギヤ64が回転する。ここで、センターギヤ50は外
側のキャリア70に内側から噛み合っており、ウォーム
ギヤ64は内側のキャリア70に外側から噛み合ってい
る。また、センターギヤ50の回転方向及び周速度は、
ウォームギヤ64によるキャリア70の回転方向及び周
速度と同一である。従って、回転定盤30,40間のキ
ャリア70,70・・は定位置で同方向に自転し、これ
により、キャリア70,70・・内のウエーハ90,9
0・・は偏心回転運動を行う。
が研磨パッド39,49により同時にポリッシングされ
る。
0,70・・が定位置で同方向に自転し、センターギヤ
50の周囲を公転することがない。従って、公転に使用
されるインターナルギヤが不要であり、インターナルギ
ヤの製作誤差等による研磨精度の低下がないため、キャ
リア70,70・・の直径が大きくなる大型装置では、
従来装置と同等或いはそれ以上の研磨精度が確保され
る。
ナルギヤが省略され、その駆動機構も合わせて省略され
るため、自転手段60,60・・の付加を考慮しても装
置が小型化され、そのコストダウンが図られる。
樹脂により構成されているので、キャリア70との噛み
合いによっても金属粉を生じない。このため、金属粉に
よるウエーハ90の汚染が防止される。ちなみに、キャ
リア70も樹脂製である。また、金属製のものと比べて
製作コストが安価である。自身の磨耗が懸念されるが、
キャリア70との接触長が長いので、キャリア70との
噛み合いによる磨耗が抑制され、その交換頻度が低下す
る。この効果は、図5(b)に示す鼓型のウォームギヤ
の使用により一層増強される。
転手段60,60・・が共通の駆動源(モータ80)に
より駆動され、その駆動源はセンターギヤ50の駆動源
も兼ねるため、これらの同期精度が高く、小型化も図ら
れる。
ヤ50及び自転手段60,60・・に対して独立駆動さ
れるが、これはそれぞれの回転速度を自在に変更でき、
研磨条件を広範囲に設定できる利点がある。本発明では
キャリア70,70・・の公転がなく、その運動が単純
であるため、回転定盤30,40の独立駆動により研磨
条件を広範囲に設定できることは大きな意味をもつ。こ
の点から回転定盤30,40をモータ32,42で別々
に駆動することは一層有利である。
4は、ウエーハ70との噛み合い位置に固定されている
が、回転軸に直角な方向に移動可能とすることにより、
キャリア70のセット及び取り外しの操作が簡単にな
る。また、キャリア70は5枚とされているが、その枚
数は限定されない。従って、自転手段60の設置数も限
定されない。またベルトはチェーンに代えることができ
る。
装置は、一対の回転定盤間で複数のキャリアを定位置に
保持して自転させることにより、複数枚のワークを同時
に両面研磨する。これにより、ワークの大型化に対応し
たり同時に研磨されるワーク数の増加に対応する場合に
も、大型で高精度なインターナルギヤが不要となり、構
造が簡単になるため、装置の製作コストを抑制できる。
また、インターナルギヤを省略しても、その省略により
精度低下要因が取り除かれることにより、高い研磨精度
を確保できる。更に、複数のキャリアを定位置に保持し
て自転させるためにウォームギヤを使用していることに
より、その樹脂化が可能となり、金属粉によるワーク汚
染を回避できると共に、樹脂化した場合も磨耗を抑制で
き、ギヤコストを低減できる。従って、大型ワークを安
価な装置で高精度に、しかも汚染の危険なく多数枚同時
に能率よく研磨することが可能となる。
図である。
面図である。
である。
面図である。
ータ 90 ウエーハ(ワーク)
Claims (2)
- 【請求項1】 ワークの両面を研磨する一対の回転定盤
と、一対の回転定盤間の回転中心部周囲に配置され、そ
れぞれがワークを偏心して保持する複数の歯車型のキャ
リアと、一対の回転定盤間の回転中心部に配置され、周
囲に配置された複数のキャリアに噛み合って複数のキャ
リアを同期して自転させるセンターギヤと、複数のキャ
リアの周囲に各キャリアに対応して分散配置され、それ
ぞれが内側のキャリアに噛み合ってそのキャリアを前記
センターギヤと共同して定位置に保持して自転させる複
数の自転手段とを具備しており、各自転手段はウォーム
ギヤによりキャリアを自転させる構成であることを特徴
とする両面研磨装置。 - 【請求項2】 前記ウォームギヤは樹脂製であることを
特徴とする請求項1に記載の両面研磨装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36733399A JP3193989B2 (ja) | 1998-12-25 | 1999-12-24 | 両面研磨装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10-368798 | 1998-12-25 | ||
JP36879898 | 1998-12-25 | ||
JP36733399A JP3193989B2 (ja) | 1998-12-25 | 1999-12-24 | 両面研磨装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000237954A JP2000237954A (ja) | 2000-09-05 |
JP3193989B2 true JP3193989B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=26581893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36733399A Expired - Fee Related JP3193989B2 (ja) | 1998-12-25 | 1999-12-24 | 両面研磨装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3193989B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113953970B (zh) * | 2021-10-09 | 2024-06-14 | 苏州铼铂机电科技有限公司 | 用于半导体芯片端面研磨抛光用固定夹具及研磨抛光方法 |
-
1999
- 1999-12-24 JP JP36733399A patent/JP3193989B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000237954A (ja) | 2000-09-05 |
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