JP3963352B2

JP3963352B2 - 研磨装置

Info

Publication number: JP3963352B2
Application number: JP2002106788A
Authority: JP
Inventors: 忠雄小関
Original assignee: 東芝セラミックス株式会社
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP2003300153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク用石英ガラス材料等のワークを平面研磨する場合に使用して好適な研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、フォトマスク用石英ガラス材料の表面をラッピング処理等によって高精度に平坦化する技術が要求されてきている。
従来、この種のラッピング処理には、特開２０００−４２９１１号公報に開示され、図５に示すような研磨装置が採用されている。
この研磨装置につき、同図を用いて説明すると、同図において、符号５１で示す研磨装置は、上方定盤５２および下方定盤５３を備えている。
【０００３】
前記上方定盤５２は、研磨プレートからなり、中心（キャリア公転中心）Ｏ₁を枢軸として反時計方向に回転駆動されるように構成されている。
前記下方定盤５３は、前記上方定盤５２と同様に研磨プレートからなり、前記上方定盤５２の下方に回転自在に配設されている。そして、中心Ｏ₁ を枢軸として前記上方定盤５２の回転方向と反対の時計方向に回転駆動されるように構成されている。
【０００４】
前記下方定盤５３の下方には回転台５４が配設されている。そして、中心Ｏ₁を枢軸として前記上方定盤５２の回転方向と同一の反時計方向に回転駆動されるように構成されている。
なお、前記回転台５４および前記両上下定盤５２，５３は、回転中心を共通とするが、その駆動源はそれぞれ互いに異なる。
【０００５】
前記下方定盤５３上には、円板状のキャリア５５が中心Ｏ₁ より偏心して載置されている。このキャリア５５は、ワークＷを嵌合支持するための貫通孔（図示せず）を有し、全体が外歯車によって形成されている。そして、中心（キャリア自転中心）Ｏ₂ を回転中心として反時計方向に回転（自転）しながら、中心Ｏ₁を回転中心として反時計方向に回転（公転）するように構成されている。
【０００６】
このため、前記キャリア５５に噛合する歯車Ｇ₁ 〜Ｇ₃ が前記回転台５４の上方に配設されている。前記歯車Ｇ₁ ，Ｇ₂ は、前記回転台５４上に軸体（図示せず）を介して枢支されている。そして、研磨時に駆動源（図示せず）からの回転力をキャリア５５に自転力として伝達するように構成されている。前記歯車Ｇ₃は、歯車Ｇ₄ ，Ｇ₅ に噛合し、前記下方定盤５３上に載置されている。前記歯車Ｇ₄ ，Ｇ₅ は、前記歯車Ｇ₁ ，Ｇ₂ と同様に、前記回転台５４上に軸体（図示せず）を介して枢支されている。
【０００７】
このように構成されているため、両定盤５２，５３間にキャリア５５を介在させるとともに、中心Ｏ₂ の回りに自転させながら、中心Ｏ₁ の回りに公転させることにより、ワークＷの上下両面が両定盤５２，５３によってサイクロイド曲線で掃引されて平面研磨される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した研磨装置においては、キャリア自転力伝達用の歯車およびキャリア公転力伝達用の回転台に回転力を付与するための駆動源をそれぞれ（少なくとも二個）必要としていた。さらには、回転台上に歯車駆動用モータを配置しなければならず、このため回転台上の歯車駆動用モータを固定電源に接続するための給電リングを必要としていた。この結果、部品点数が嵩み、構造全体およびメンテナンスを複雑にするという課題があった。
また、給電リングを必要とすることは、リング接続箇所において漏電事故が発生する虞があり、漏電対策を講じる必要があった。
【０００９】
本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたもので、構造全体およびメンテナンスの簡素化を図ることができるとともに、漏電対策を不要なものとすることができる研磨装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされた本発明に係る研磨装置は、ワークを保持するキャリアを上下二つの定盤間に介在させるとともに、キャリア自転中心およびキャリア公転中心の回りに回転させ、前記ワークを平面研磨する研磨装置であって、前記上下両定盤のうち下方定盤上に偏心して載置される、外歯車が形成されたキャリアと、前記キャリアの周囲に配設され、前記キャリア公転中心の回りに回転駆動される、リング状の外歯車からなる駆動リングと、前記駆動リングの外歯車と伝達歯車を介して噛合し、前記駆動リングを回転させる駆動源と、前記駆動リングの軸線と同一の軸線上に位置する、固定された内歯車と、前記駆動リングに回転自在に保持され、かつ前記内歯車および前記キャリアに噛合する複数対の遊星歯車とを備え、前記駆動リングからの駆動力を前記キャリアに自転力および公転力として伝達することを特徴としている。
【００１１】
このように構成されているため、研磨時に駆動リングが回転駆動されると、この駆動力が駆動力伝達手段を介しキャリアに自転力および公転力として伝達される。
即ち、駆動リングが回転駆動されると、この回転方向に遊星歯車が内歯車上を転動する。これに伴い、キャリアがキャリア自転中心を回転中心として回転（自転）しながら、キャリア公転中心を回転中心として回転（公転）する。
したがって、研磨時に駆動リングが回転駆動されると、この駆動力が遊星歯車および内歯車を介しキャリアに自転力および回転力として伝達されるため、構造全体およびメンテナンスの簡素化を図ることができるとともに、従来必要とした漏電対策を不要なものとすることができる。
よって、キャリア駆動源としては単一の駆動源で済ませることができるとともに、給電リングを不要なものとすることができ、部品点数を削減して構造全体およびメンテナンスの簡素化を図ることができる。また、給電リングが不要であることは、リング使用による漏電事故が発生せず、従来必要とした漏電対策を不要なものとすることができる。
【００１２】
特に、前記上下両定盤のうち下方定盤上に偏心して載置される、外歯車が形成されたキャリアと、前記キャリアの周囲に配設され、前記キャリア公転中心の回りに回転駆動される、リング状の外歯車からなる駆動リングと、前記駆動リングの外歯車と伝達歯車を介して噛合し、前記駆動リングを回転させる駆動源と、前記駆動リングの軸線と同一の軸線上に位置する、固定された内歯車と、前記駆動リングに回転自在に保持され、かつ前記内歯車および前記キャリアに噛合する複数対の遊星歯車とを備えているため、駆動リングからの駆動力がキャリアに前記歯車伝達機構を介して確実に付与される。
【００１３】
ここで、前記これら各対の遊星歯車を、前記キャリア公転中心に関して対称な位置に配置し、そのピッチ円の直径比は所定の寸法比に設定されていることが望ましい。
【００１５】
また、駆動リングからの駆動力が遊星歯車を回転させながらキャリアに伝達される。しかも遊星歯車が対向して配置されているため、研磨時にキャリアに径方向の圧縮荷重が作用することがない。したがって、キャリアの機械的強度を高めるためにキャリア厚を大きい寸法に設定する必要がなく、装置全体における軸線方向の大型化を阻止することができる。したがって、肉厚が例えば５ｍｍ以下の薄いワークの研磨にも、対応が十分可能である。
【００１６】
また、前記した目的を達成するためになされた本発明に係る研磨装置は、ワークを保持するキャリアを上下二つの定盤間に介在させるとともに、キャリア自転中心およびキャリア公転中心の回りに回転させ、前記ワークを平面研磨する研磨装置であって、前記上下両定盤のうち下方定盤上に偏心して載置される、外歯車が形成されたキャリアと、前記キャリアの周囲に配設され、前記キャリア公転中心の回りに回転駆動される、リング状の外歯車からなる駆動リングと、前記駆動リングの軸線と同一の軸線上に位置する、内歯車および外歯車を有する環状歯車と、前記駆動リングに回転自在に保持され、かつ前記環状歯車の内歯車および前記キャリアの外歯車に噛合する複数対の遊星歯車と、前記駆動リングの外歯車と伝達歯車を介して噛合し、前記駆動リングを回転させる第１の駆動源と、前記環状歯車の外歯車と噛合し、前記環状歯車を回転させる第２の駆動源とを備え、前記駆動リングおよび前記環状歯車からの駆動力を前記キャリアに自転力および公転力として伝達することを特徴としている。
このように、この駆動リングおよび環状歯車からの駆動力を前記キャリアに自転力および公転力として伝達することにより、キャリアに自転力および公転力を容易に制御することができる。
特に、駆動リングおよび前記環状歯車への駆動源が独立しているため、夫々を別々に制御することができる。即ち、キャリアの自転速度が環状歯車の回転速度に応じて調整され、キャリアの公転速度は、回転駆動体の回転速度に応じて調整される。
したがって、キャリアの回転速度と公転速度を、夫々の駆動源を制御することにより独立して制御でき、ワークＷの研磨面の面状態（面精度）を任意に調整することができる。また、夫々の駆動源を制御することにより、キャリアの自転方向と公転方向を逆向きにすることができ、定盤の修正リングの使用が可能となる。
また、前記駆動リングの内周部あるいは外周部が駆動源に歯車伝達機構を介して連結され、駆動源から回転駆動体への駆動力伝達が確実に行われる。
【００１８】
ここで、前記これら各対の遊星歯車を、前記キャリア公転中心に関して対称な位置に配置し、そのピッチ円の直径比は所定の寸法比に設定されることが望ましい。
【００１９】
なお、前記した場合と同様に、この場合においても、構造全体およびメンテナンスの簡素化を図ることができるとともに、従来必要とした漏電対策を不要なものとすることができる。また、駆動リングからの駆動力が遊星歯車を回転させながらキャリアに伝達される。しかも遊星歯車が対向して配置されているため、研磨時にキャリアに径方向の圧縮荷重が作用することがない。したがって、キャリアの機械的強度を高めるためにキャリア厚を大きい寸法に設定する必要がなく、装置全体における軸線方向の大型化を阻止することができる。したがって、肉厚が例えば５ｍｍ以下の薄いワークの研磨にも、対応が十分可能である。
【００２０】
また、前記上下両定盤のうち上方定盤を固定定盤とすることが望ましい。このように構成されているため、両定盤による研磨後におけるワークの平坦性がより高められる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された研磨装置につき、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る研磨装置の使用状態を示す斜視図である。図２は、同じく本発明の第一実施形態に係る研磨装置の使用状態を模式化して示す平面図である。同図において、図５の上下両定盤およびキャリアとワークについては同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図１および図２において、回転駆動体に対する遊星歯車の取付状態を示すために内歯車（環状歯車）がその一部を破断して描かれている。
図１および図２において、符号１で示す研磨装置は、前記両定盤５２，５３および前記キャリア５５に加え、回転駆動体としての駆動リング２と、駆動力伝達手段としての遊星歯車６〜９、環状歯車１４からなる歯車伝達機構３とを備えている。
【００２２】
前記駆動リング２は、前記キャリア５５の周囲に配設され、かつベースＢ上にガイドレール（図示せず）を介して回転自在に設置されている。また、前記駆動リング２は、外歯車からなり、駆動源Ｍ₁ に伝達歯車４，５を介して連結されている。そして、キャリア公転中心Ｏ₁ の回りに駆動源Ｍ₁ によって回転駆動されるように構成されている。
【００２３】
なお、前記駆動源Ｍ₁ は、前記ベースＢ上に取付部材（図示せず）を介して固定されている。また、前記ベースＢは、ガイドレースＲ（図１に図示）上に進退自在に配設されている。
【００２４】
前記歯車伝達機構３は、前記したように遊星歯車６〜９および環状歯車１４を有し、前記駆動リング２からの回転が前記キャリア５５に伝達されるように連結されている。
前記遊星歯車６〜９は、前記駆動リング２の上面部に取付部材１０〜１３を介して回転自在に保持されている。このうち遊星歯車６，８および遊星歯車７，９はそれぞれ対をなし、キャリア公転中心Ｏ₁ に関して対称な位置に配置されている。また、これら各対の遊星歯車におけるピッチ円の直径比は所定の寸法比に設定されている。そして、前記遊星歯車６〜９は、前記キャリア５５に噛合し、キャリア位置決め・駆動力伝達用の歯車として機能するように構成されている。
これにより、キャリア５５がキャリア公転中心Ｏ₁ より偏心した位置に配置され、研磨時に駆動リング２からの駆動力がキャリア５５に伝達される。なお、前記遊星歯車は、この実施形態の場合のように４個の場合のみならず、６個以上の偶数個とすることもできる。
【００２５】
一方、前記環状歯車１４は、前記遊星歯車６〜９に噛合する内歯車からなり、前記駆動リング２の上方に配設されている。また、この環状歯車１４は、前記両定盤５２，５３（駆動リング２）の軸線と同一の軸線上に配置され、かつ前記ベースＢ上に固定されている。そして、遊星歯車６〜９と共に駆動リング２からの駆動力をキャリア５５に自転力および公転力として伝達するように構成されている。
【００２６】
以上の構成により、ワークＷの上下両面をサイクロイド曲線で掃引して平面研磨するには、ワークＷが保持されたキャリア５５を両定盤５２，５３間に介在させるとともに、駆動リング２を時計方向（矢印ｍ₁ 方向）に、また下方定盤５３を時計方向（矢印ｍ₂ 方向）に回転駆動することにより行う。この場合、駆動リング２が回転駆動されると、この回転方向（矢印ｍ₁ 方向）に遊星歯車６〜９が環状歯車１４上を転動する。
これに伴い、キャリア中心（キャリア自転中心Ｏ₂ ）を回転中心として矢印ｍ₃ 方向にキャリア５５が回転（自転）しながら、駆動リング２の回転中心（キャリア公転中心Ｏ₁ ）を回転中心として矢印ｍ₁ 方向にキャリア５５が回転（公転）する。
なお、キャリア５５の自転速度および公転速度は、共に駆動リング２の回転速度に応じて決定される。
【００２７】
したがって、本実施形態においては、研磨時に駆動リング２が回転駆動されると、この駆動力が歯車伝達機構３（遊星歯車６〜９および環状歯車１４）を介しキャリア５５に自転力および回転力として伝達される。
このため、キャリア駆動源としては単一の駆動源Ｍ₁ で済ませることができるとともに、給電リングを不要なものとすることができ、部品点数を削減して構造全体およびメンテナンスの簡素化を図ることができる。
また、本実施形態において、給電リングが不要であることは、リング使用による漏電事故が発生せず、従来のようには漏電対策を講じる必要がない。
【００２８】
さらに、本実施形態においては、駆動源Ｍ₁ の回転力が遊星歯車６〜９を回転させながらキャリア５５に伝達されるため、研磨時にキャリア５５に径方向の圧縮荷重が作用することがない。
したがって、キャリア５５の機械的強度を高めるためにキャリア厚を大きい寸法に設定する必要がなく、装置全体における軸線方向の大型化を阻止することができる。そのため、肉厚が例えば５ｍｍ以下の薄いワークの研磨にも、対応することができる。
【００２９】
次に、本発明の第二実施形態につき、図３および図４を用いて説明する。図３は、本発明の第二実施形態に係る研磨装置の使用状態を示す斜視図である。図４は、同じく本発明の第二実施形態に係る研磨装置の使用状態を模式化して示す平面図である。これら図において、図１および図２と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図３および図４において、回転駆動体に対する遊星歯車の取付状態を示すために内歯車（環状歯車）がその一部を破断して描かれている。
図３および図４において、前記駆動リング２の上方には、前記遊星歯車６〜９と共に前記歯車伝達機構３の一部を構成する内外両歯付きの環状歯車３１が配設されている。
また、前記駆動リング２は、前記キャリア５５の周囲に配設され、かつベースＢ上にガイドレール（図示せず）を介して回転自在に設置されている。また、前記駆動リング２は、外歯車からなり、駆動源Ｍ₁ に伝達歯車４，５を介して連結されている。そして、キャリア公転中心Ｏ₁ の回りに駆動源Ｍ₁ によって回転駆動されるように構成されている。
【００３０】
また、前記環状歯車３１は、前記上下両定盤５２，５３の軸線と同一の軸線上に位置し、前記ベースＢ上にガイドレール３２を介して回転自在に配置されている。そして、その内歯が遊星歯車６〜９に噛合し、遊星歯車６〜９と共に駆動リング２からの駆動力をキャリア５５に自転力および公転力として伝達するように構成されている。
また、前記環状歯車３１は、その外歯が駆動源Ｍ₂ に伝達歯車３３を介して連結されている。そして、キャリア公転中心Ｏ₁ の回りに駆動源Ｍ₂ によって回転駆動されるように構成されている。なお、前記駆動源Ｍ₂ は、前記ベースＢ上に取付部材（図示せず）を介して固定されている。
これにより、キャリア５５の自転速度が環状歯車３１の回転速度に応じて調整される。なお、キャリア５５の公転速度は、駆動リング２の回転速度に応じて調整される。
【００３１】
このように、キャリア５５の回転速度と公転速度を、駆動源Ｍ₁ _、駆動源Ｍ₂を制御することにより独立して制御でき、ワークＷの研磨面の面状態（面精度）を任意に調整することができる。
【００３２】
また、駆動源Ｍ₁ _、駆動源Ｍ₂を制御することにより、キャリア５５の自転方向と公転方向を逆向きにすることができ、定盤の修正を行うことができる。
即ち、使用によって平坦に形成されている定盤の表面が凹面あるいは凸面に逆研摩されることがある。このように逆研摩された定盤を修正する手段として、砥石（修正リング）をキャリアに収容し、ワークの研磨時と逆の回転を加えることで、これを修正することができる。
この実施形態にかかる研磨装置の場合、駆動源Ｍ₁ _、駆動源Ｍ₂を制御することにより、キャリア５５の自転方向と公転方向をワークの研磨時と逆向きにすることができ、定盤の修正を容易に行うことができる。
【００３３】
以上の構成により、ワークＷの上下両面をサイクロイド曲線で掃引して平面研磨するには、第一実施形態と同様にして行う。すなわち、ワークＷが保持されたキャリア５５を上下両定盤５２，５３間に介在させるとともに、駆動リング２を時計方向（矢印ｍ₁ 方向）に、また下方定盤５３を時計方向（矢印ｍ₂ 方向）に回転駆動することにより行う。この場合、駆動リング２が回転駆動されると、この回転方向（矢印ｍ₁ 方向）に遊星歯車６〜９が環状歯車３１上を転動する。
これに伴い、キャリア中心（キャリア自転中心Ｏ₂ ）を回転中心として矢印ｍ₃ 方向にキャリア５５が回転（自転）しながら、駆動リング２の回転中心（キャリア公転中心Ｏ₁ ）を回転中心として矢印ｍ₁ 方向にキャリア５５が回転（公転）する。なお、キャリア５５の公転速度、自転速度、回転方向は、環状歯車３１および駆動リング２の回転速度、回転方向に応じて決定される。
【００３４】
したがって、本実施形態においては、研磨時に駆動リング２、環状歯車３１が回転駆動されると、この駆動力が歯車伝達機構３（遊星歯車６〜９および環状歯車３１の内歯）を介しキャリア５５に自転力および回転力として伝達される。
このため、第一実施形態と同様に、部品点数を削減して構造全体およびメンテナンスの簡素化を図ることができる。
また、本実施形態において、給電リングが不要であるため、漏電対策を講じる必要がないことは、第一実施形態と同様である。
【００３５】
さらに、本実施形態において、駆動源Ｍ₁ _、駆動源Ｍ₂ の回転力が遊星歯車６〜９を回転させながらキャリア５５に伝達されるため、キャリア厚を大きい寸法に設定してキャリア５５の機械的強度を高める必要がなく、装置全体における軸線方向の大型化を阻止でき、肉厚が例えば５ｍｍ以下の薄いワークの研磨にも、対応することができることも、第一実施形態と同様である。
【００３６】
なお、各実施形態においては、駆動リング２が外歯車である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、駆動リングを駆動源に連結可能な構造であれば、内歯車であっても何等差し支えない。
また、各実施形態においては、キャリア５５に自転力および公転力を伝達するために、駆動リング２を時計方向（矢印ｍ₁ 方向）に回転駆動させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、反時計方向に回転駆動させても勿論よい。
【００３７】
さらに、各本実施形態においては、研磨後におけるワークＷの平坦性を高めるために、上方定盤５２を固定して（下方定盤５３は回転駆動）平面研磨を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、上下両定盤を共に回転駆動させてもよく、あるいは共に固定しても平面研磨を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る研磨装置によると、構造全体およびメンテナンスの簡素化を図ることができるとともに、従来必要とした漏電対策を不要なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る研磨装置の使用状態を示す斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る研磨装置の使用状態を模式化して示す平面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る研磨装置の使用状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る研磨装置の使用状態を模式化して示す平面図である。
【図５】従来における研磨装置の使用状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１研磨装置
２駆動リング
３歯車伝達機構
４，５伝達歯車
６〜９遊星歯車
１０〜１３取付部材
１４環状歯車
５２上方定盤
５３下方定盤
５５キャリア
Ｂベース
Ｍ₁ 駆動源
Ｒガイドレール
Ｏ₁ キャリア公転中心
Ｏ₂ キャリア自転中心

Claims

ワークを保持するキャリアを上下二つの定盤間に介在させるとともに、キャリア自転中心およびキャリア公転中心の回りに回転させ、前記ワークを平面研磨する研磨装置であって、
前記上下両定盤のうち下方定盤上に偏心して載置される、外歯車が形成されたキャリアと、
前記キャリアの周囲に配設され、前記キャリア公転中心の回りに回転駆動される、リング状の外歯車からなる駆動リングと、
前記駆動リングの外歯車と伝達歯車を介して噛合し、前記駆動リングを回転させる駆動源と、
前記駆動リングの軸線と同一の軸線上に位置する、固定された内歯車と、
前記駆動リングに回転自在に保持され、かつ前記内歯車および前記キャリアに噛合する複数対の遊星歯車とを備え、
前記駆動リングからの駆動力を前記キャリアに自転力および公転力として伝達することを特徴とする研磨装置。
ワークを保持するキャリアを上下二つの定盤間に介在させるとともに、キャリア自転中心およびキャリア公転中心の回りに回転させ、前記ワークを平面研磨する研磨装置であって、
前記上下両定盤のうち下方定盤上に偏心して載置される、外歯車が形成されたキャリアと、
前記キャリアの周囲に配設され、前記キャリア公転中心の回りに回転駆動される、リング状の外歯車からなる駆動リングと、
前記駆動リングの軸線と同一の軸線上に位置する、内歯車および外歯車を有する環状歯車と、
前記駆動リングに回転自在に保持され、かつ前記環状歯車の内歯車および前記キャリアの外歯車に噛合する複数対の遊星歯車と、
前記駆動リングの外歯車と伝達歯車を介して噛合し、前記駆動リングを回転させる第１の駆動源と、
前記環状歯車の外歯車と噛合し、前記環状歯車を回転させる第２の駆動源とを備え、
前記駆動リングおよび前記環状歯車からの駆動力を前記キャリアに自転力および公転力として伝達することを特徴とする研磨装置。
前記各対の遊星歯車を、前記キャリア公転中心に関して対称な位置に配置し、そのピッチ円の直径比は所定の寸法比に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された研磨装置。
前記上下両定盤のうち上方定盤を固定定盤とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された研磨装置。