JP3997185B2 - 両面研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを上定盤と下定盤とで挟圧した状態で回転させてワーク両面の研磨を行うとともに、上定盤支持軸の下端部に設けた調芯部を介して上定盤を回転させるようにした両面研磨装置に関するものである。

従来、ワークを上定盤と下定盤とで挟圧した状態で回転させてワーク両面の研磨を行うとともに、上定盤支持軸の下端部に設けた調芯部を介して上定盤を回転させ、その上定盤を研磨面の傾斜に追従して自在に傾動させるようにした両面研磨装置が、例えば下記の特許文献１で公知である。
特開平１０−１９３２５８号公報

しかし、上記従来の両面研磨装置では、調芯部を介して上定盤を回転させてはいるものの、上定盤の平行度が十分保持されず、また、ウェハに対する定盤側の追従性が不十分で、偏荷重がウェハにかかるため、ウェハへの着下時や研磨時にウェハ割れが発生することがあった。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、上定盤の平行度を十分保持することができ、また、ウェハに対する追従性を向上させることができ、ウェハ割れを防止することができる両面研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ワークを上定盤と下定盤とで挟圧した状態で回転させてワーク両面の研磨を行うとともに、上定盤支持軸の下端部に設けた調芯部を介して上定盤を回転させるようにした両面研磨装置において、上記調芯部は、上定盤支持軸の外周に中心から外側に向けて同心状かつ間隔を開けて順次設けたｎ₀個（ｎ₀：２以上の整数）の環状体を有し、上記環状体の各々は、その周壁と中心を貫く一本の回動軸の回りに揺動自在に設けられる、ことを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記環状体の各々の回動軸は、３６０／（２ｎ₀）度ずつ異なる、ことを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、上記した請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、上記環状体は、環状の周壁と、その周壁の互いに対向する位置に嵌設したベアリングと、そのベアリングの各々に設けられベアリング内輪に一端が嵌入し他端が隣の環状体に支持されて当該環状体を支持する環状体支持軸とを有する、ことを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明は、上記した請求項３に記載の発明の構成に加えて、上記環状体支持軸の他端が隣の環状体の周壁側に固定されている、ことを特徴としている。

この発明の両面研磨装置では、調芯部を、上定盤支持軸の外周に中心から外側に向けて同心状かつ間隔を開けて順次ｎ₀個（ｎ₀：２以上の整数）の環状体を設け、その環状体の各々が、周壁と中心を貫く一本の回動軸の回りに揺動自在となるようにしたので、その調芯部を介して回転する上定盤は、平行度を十分保持することができ、また、ウェハに対する追従性を向上させることができ、したがって、ウェハ割れを確実に防止することができるようになる。

以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１はこの発明の両面研磨装置の外観を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。この両面研磨装置１は、図に示すように、支持部２と、その支持部２の下半側から前方に延出した基部３と、支持部２の上部に上下方向に移動自在に設けられたヘッド部４とを備えている。

基部３内には、下定盤５が水平面内において回転自在に組み込まれている。この下定盤５の回転中心部には太陽歯車６が回転自在に設けられ、また下定盤５の外周を囲むように内歯歯車７が設けられ、下定盤５と太陽歯車６と内歯歯車７とは互いに独立して回転駆動されるようになっている。また、下定盤５表面には、研磨パッド（図示省略）が取り付けられている。

下定盤５の研磨パッドの上面には、複数枚の環状薄肉のキャリア８が配置され、また各キャリア８の収納孔の各々にワークＷがセッティングされる。各キャリア８の内外周に形成された歯車は、太陽歯車６と内歯歯車７とに噛み合い、太陽歯車６と内歯歯車７とを回転させると、各キャリア８およびワークＷは自転しながら太陽歯車６の周りを公転し、水平面内においてサイクロイド曲線等を描いて移動する。

次に図２を用いてヘッド部４について説明する。

図２は両面研磨装置のヘッド部の構成を示す縦断面図である。ヘッド部４は、背壁２１と、その背壁２１に水平に設けられた載設用板部材２２とを有し、背壁２１は、支持部２に内蔵されている駆動モータ（図示省略）の回転駆動を受けてリニアガイド２１ａに沿って上下動し、それによって載設用板部材２２に構築された上定盤駆動機構の全体が上下移動するようになっている。

載設用板部材２２には枠体２９が垂設され、その枠体２９の内部にメインシャフト（上定盤支持軸）２３が設けられ、また枠体２９の上端にはエアシリンダ２８が載置されている。さらに、載設用板部材２２には回転被駆動部２５が載置されている。

メインシャフト２３はその下部が載設用板部材２２の孔２２ａから下方に突出し、その突出したメインシャフト２３の下端部２３ｍに、この発明に係る調芯部２４が設けられている。このメインシャフト２３は、その中心軸回りに回転自在にまた一定のストローク内で上下動自在に設けられている。すなわち、メインシャフト２３は、背壁２１に取り付けた駆動モータＭの回転駆動がベルトＶ、回転被駆動部２５および歯車列２６を介して伝達され、回転制御される。また、エアシリンダ２８のピストンロッド２８ａがメインシャフト２３に連結され、エアシリンダ２８によって上下動自在となっている。このメインシャフト２３の回転と上下動は、例えばスプライン機構（図示省略）によって互いに独立して行われる。

上記の調芯部２４は、詳細は後述するように厚肉環状の略円盤体であり、その上端縁部に、環状の駆動板２７の中心孔周縁が取り付けられ、さらにこの駆動板２７には複数の支持部材２７１を介して環状の上定盤２０が下方に取り付けられている。また、上記の載設用板部材２２の縁部に研磨剤供給部２２ｂが設けられ、この研磨剤供給部２２ｂはその下部が、駆動板２７の上面に周状に設けられた研磨剤収容溝２７ａに臨んでいる。そして、研磨剤は研磨剤供給部２２ｂから研磨剤収容溝２７ａおよび供給孔２７ｂを経由して上定盤２０からワークＷに供給されるようになっている。この上定盤２０の下面には研磨パッド２０ａが取り付けられている。

両面研磨加工時には、載設用板部材２２の降下およびメインシャフト２３の回転に応じて、調芯部２４および駆動板２７を介して上定盤２０が回転しつつ下降する。一方、下定盤５の回転等に応じて研磨パッド上のキャリア８とワークＷが水平面内においてサイクロイド曲線等を描いて移動する。そして、エアシリンダ２８によって上定盤２０の研磨パッド２０ａが降下しワークＷに押しつけられると、ワークＷは、研磨液の存在下で上下の研磨パッドによってラッピング加工やポリッシング加工が行われる。

次に図３、図４を用いて調芯部２４について説明する。

図３は両面研磨装置の調芯部の構成を示す図で、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。また図４は図３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。上記のように、調芯部２４は、厚肉環状の略円盤体のもので、メインシャフト２３の下端部２３ｍの外周に中心から外側に向けて同心状かつ間隔を開けて順次設けたｎ₀個（この実施形態ではｎ₀＝３）の環状体２４１，２４２，２４３を有している。

最も内側の第１環状体２４１の周壁２４１ａには、互いに対向する位置に形成した収納孔２４１ｂ，２４１ｃの各々にベアリング（例えば転がりベアリング）Ｂ１，Ｂ２が嵌入されている（図４参照）。そのベアリングＢ１，Ｂ２の各内輪には、環状体支持軸Ｊ１，Ｊ２の各一端が嵌入され、各他端はメインシャフト２３の下端部２３ｍの周壁の孔２３１ｍ、２３２ｍに固定用ボルトＶ１，Ｖ２で固定されている（図４参照）。そして、この第１環状体２４１はベアリングＢ１，Ｂ２によって、環状体支持軸Ｊ１と環状体支持軸Ｊ２の各断面中心を結んで想定される第１軸（回動軸）の回りに、隣の周壁との少しのギャップ内で揺動自在となる。

また、内側から２番目の第２環状体２４２の周壁２４２ａには、互いに対向する位置に形成した収納孔２４２ｂ，２４２ｃの各々にベアリングＢ３，Ｂ４が嵌入されている。そのベアリングＢ３，Ｂ４の各内輪には、環状体支持軸Ｊ３，Ｊ４の各一端が嵌入され、各他端は第１環状体２４１の周壁２４１ａの孔２４１ｄ，２４１ｅに固定用ボルトＶ３，Ｖ４で固定されている。そして、この第２環状体２４２はベアリングＢ３，Ｂ４によって、環状体支持軸Ｊ３と環状体支持軸Ｊ４の各断面中心を結んで想定される第２軸（回動軸）の回りに、隣の周壁との少しのギャップ内で揺動自在となる（図３（ｂ）の二点鎖線参照）。

さらに、内側から３番目の第３環状体２４３の周壁２４３ａには、互いに対向する位置に形成した収納孔２４３ｂ，２４３ｃの各々にベアリングＢ５，Ｂ６が嵌入されている。そのベアリングＢ５，Ｂ６の各内輪には、環状体支持軸Ｊ５，Ｊ６の各一端が嵌入され、各他端は第２環状体２４２の周壁２４２ａの孔２４２ｄ，２４２ｅに固定用ボルトＶ５，Ｖ６で固定されている。そして、この第３環状体２４３はベアリングＢ５，Ｂ６によって、環状体支持軸Ｊ５と環状体支持軸Ｊ６の各断面中心を結んで想定される第３軸（回動軸）の回りに、隣の周壁との少しのギャップ内で揺動自在となる。

そして、上記の３個の環状体２４１，２４２，２４３で調芯部２４を構成する場合は、第１軸と第２軸と第３軸とは、６０°（＝３６０／（２ｎ₀））°ずつ異なるように構成される。

上記構成の調芯部２４は、メインシャフト２３と一体に回転するが、その回転時に、環状体２４１，２４２，２４３の各々は第１軸、第２軸、第３軸の各軸回りに狭い空間内ではあるが揺動し、環状体の自重によって水平を保持するように作用する。このため、調芯部２４は全体としてあらゆる方向で水平を保持するように作用し、外部から調芯部２４にどの方向から力が働いてもその力を吸収し、水平制御がなされる。

したがって、両面研磨加工時には、上定盤２０の研磨パッド２０ａがワークＷに押しつけられ研磨がなされるが、その際に上定盤２０の平行度を十分保持することができるようになる。また、ワークＷ等の表面の凹凸に上定盤２０は十分に追従でき、その凹凸による変化を吸収しつつ平行度を保つことができる。その結果、ワークＷへの偏荷重を防止することができ、ワークＷの割れも大幅に低減することができる。

また、従来調芯機構の下端側に駆動板２７が取り付けられていたため、上定盤の位置がメインシャフト下端部よりかなり低くなり、上定盤の重心が安定しなかったのに対し、上記の両面研磨装置１では、調芯部２４の上端縁部に、駆動板２７を取り付け、その駆動板２７の下方に支持部材２７１を介して上定盤２０を取り付けたので、調芯部２４（メインシャフト２３の下端部２３ｍ）と上定盤２０との高さが略同じ高さとなっている。このため、この両面研磨装置１では重心をより安定化させることができ、上定盤２０をより安定して回転させることができ、良好な研磨を行うことができる。

さらに、この両面研磨装置１では、上定盤２０を降下させる際に、載設用板部材２２を大きなストロークで降下させ、次にエアシリンダ２８で小さなストローク分だけ降下させるので、ワークＷへの上定盤側の当たり具合をエアシリンダ２８で微調整することができ、この点からもワークＷの割れ発生を防止することができる。

なお、上記の説明では、調芯部２４を構成する環状体の個数を３としたが、この個数は、例えば２個や４個以上でもよく、２以上の任意の個数を設けることができる。

また、調芯部２４において、環状体支持軸の他端を隣の環状体に固定用ボルトで固定するようにしたが、他端を隣の環状体に別途設けたベアリングの内輪に嵌入させるように構成してもよい。このように構成することにより、ワークＷ等の表面の凹凸に対する上定盤２０の追従性をより一層良好なものとすることができる。

この発明の両面研磨装置の外観を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 両面研磨装置のヘッド部の構成を示す縦断面図である。 両面研磨装置の調芯部の構成を示す図で、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１ 両面研磨装置
２ 支持部
３ 基部
４ ヘッド部
５ 下定盤
６ 太陽歯車
７ 内歯歯車
８ キャリア
２０ 上定盤
２０ａ 研磨パッド
２１ 背壁
２１ａ リニアガイド
２２ 載設用板部材
２２ａ 載設用板部材の孔
２２ｂ 研磨材供給部
２３ メインシャフト（上定盤支持軸）
２３ｍ メインシャフトの下端部
２３１ｍ 孔
２３２ｍ 孔
２４ 調芯部
２４１ 第１環状体
２４１ａ 周壁
２４１ｂ 収納孔
２４１ｃ 収納孔
２４１ｄ 孔
２４１ｅ 孔
２４２ 第２環状体
２４２ａ 周壁
２４２ｂ 収納孔
２４２ｃ 収納孔
２４２ｄ 孔
２４２ｅ 孔
２４３ 第３環状体
２４３ａ 周壁
２４３ｂ 収納孔
２４３ｃ 収納孔
２４３ｄ 孔
２４３ｅ 孔
２５ 回転被駆動部
２６ 歯車列
２７ 駆動板
２７ａ 研磨剤収容溝
２７ｂ 供給孔
２７１ 支持部材
２８ エアシリンダ
２８ａ ピストンロッド
２９ 枠体
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６ ベアリング
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６ 環状体支持軸
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークを上定盤と下定盤とで挟圧した状態で回転させてワーク両面の研磨を行うとともに、上定盤支持軸の下端部に設けた調芯部を介して上定盤を回転させるようにした両面研磨装置において、
   上記調芯部は、上定盤支持軸の外周に中心から外側に向けて同心状かつ間隔を開けて順次設けたｎ₀個（ｎ₀：２以上の整数）の環状体を有し、
   上記環状体の各々は、その周壁と中心を貫く一本の回動軸の回りに揺動自在に設けられる、
   ことを特徴とする両面研磨装置。
2. 上記環状体の各々の回動軸は、３６０／（２ｎ₀）度ずつ異なる、請求項１に記載の両面研磨装置。
3. 上記環状体は、環状の周壁と、その周壁の互いに対向する位置に嵌設したベアリングと、そのベアリングの各々に設けられベアリング内輪に一端が嵌入し他端が隣の環状体に支持されて当該環状体を支持する環状体支持軸とを有する、請求項１または２に記載の両面研磨装置。
4. 上記環状体支持軸の他端が隣の環状体の周壁側に固定されている、請求項３に記載の両面研磨装置。

Images