JP4051122B2 - Double-side polishing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は両面研磨装置に関する。両面研磨装置としては、従来から、エクスターナルギヤ(以下、「外歯車」という)とインターナルギヤ(以下、「内歯車」という)を異なる角速度で回転することによって、加工材料(以下、「ワーク」という)を担持した遊星歯車に相当するキャリヤを自転させるとともに公転させ、そのキャリヤの上下に配された研磨面を有する上下の定盤が、ワークを上下から挟むと共にワークに対して相対的に移動して研磨する遊星歯車機構を用いたものがある。この両面研磨装置は、ラッピング装置(ラップ盤)、またはポリシング装置として使用され、精度が高く、両面を同時に研磨できるため加工時間が短くて済み、半導体チップの素材となるシリコンウェーハ等の薄物研磨加工に適している。
【0002】
【従来の技術】
従来の遊星歯車機構を用いたポリシング装置の構成について、図11に基づいて説明する。
112は上定盤、114は下定盤であり、それぞれの表面には研磨布(クロス)が付けられており、その研磨布によって研磨面が形成されている。116は外歯車、118は内歯車である。また、120はキャリヤであり、このキャリヤ120に穿設された透孔内にワーク121が保持され、外歯車116と内歯車118と噛み合って回転する。
上定盤112は上定盤回し金112aに連繋され、この上定盤回し金112aから垂下したシャフト112bの先端にギヤ112cが設けられている。ギヤ112cはアイドルギヤ112dに、そのアイドルギヤ112dはギヤ112eに噛合している。このギヤ112eは、スピンドル126と一体に回転すべく、スピンドル126と同軸に設けられている。下定盤114は、その下定盤114に同軸に設けられたギヤ114aを介し、スピンドル126に同軸に設けられたギヤ114bに連繋している。外歯車116は、その外歯車116に同軸に設けられたギヤ116aを介し、スピンドル126に同軸に設けられた伝達ギヤ116bに連繋している。内歯車118は、その内歯車118に同軸に設けられたギヤ118aを介し、スピンドル126に同軸に設けられた伝達ギヤ118bに連繋している。すなわち、このポリシング装置は、一つの駆動装置によって、外歯車116、内歯車118、上下の定盤112、114を回転駆動させる、いわゆる4ウェイ駆動方式となっている。
なお、スピンドル126は可変減速機132に連結され、その可変減速機132は、ベルト136を介してモータ134と連結されており、スピンドル126の回転速度を制御する。
【0003】
この遊星歯車機構を用いたポリシング装置によれば、例えば、外歯車116の角速度に比べて内歯車118の角速度の方が大きくなるようにギヤ116aと伝達ギヤ116bの回転比、およびギヤ118aと伝達ギヤ118bの回転比がそれぞれ設定されている場合、外歯車116と内歯車118との間に噛合したキャリヤ120は、内歯車118の回転方向と同一方向(例えば、「反時計方向」とする)に公転し、且つ時計方向に自転する。また、下定盤114も同じく反時計方向に回転するが、上定盤112はアイドルギヤ112dが介在するので時計方向に回転する。
なお、研磨条件に応じて、キャリヤ120の回転方向および回転速度等は、外歯車116と内歯車118の角速度の設定によって変更することができる。
また、ワーク121の表裏の研磨面へは、スラリー等を含む液状の研磨剤が供給され、その液状の研磨剤の作用によってワーク121の研磨が好適になされる。
このポリシング装置によれば、キャリヤ120を複雑に運動させることができるため、研磨むらを防止して均一にワーク121(例えば、シリコンウェーハ)研磨できる。従って、ワークの平坦度を向上できる。また、ワーク121の両面を同時に研磨できるため、研磨効率を向上できる。
【0004】
しかしながら、上記従来の遊星歯車機構を用いた両面研磨装置では、キャリヤ120が外歯車116と内歯車118の間で移動する構造になるため、最近のシリコンウェーハ等のワーク121の大型化に対応しにくい。すなわち、キャリヤ120の直径を、定盤の半径より大きくすることは不可能であり、定盤の研磨面を効率良く利用することができない。
また、従来の遊星歯車機構を用いた両面研磨装置では、複雑な歯車機構となっており、大型化することが難しく、大型の装置を製造するには材料、加工、配置スペース的な問題など、様々な面でコストが嵩んでしまう。
【0005】
このため、本願出願人は、背景技術として次のような両面研磨装置を開発してある。図7は背景技術の説明図であり、図7(a)は平面図であり、図7(b)は断面図である。
この背景技術は、薄平板に透孔12aが設けられて成るキャリヤ12と、そのキャリヤ12の透孔12a内に配された板状のワークであるウェーハ10を、上下から挟むと共にそのウェーハ10に対して相対的に移動して研磨する上下の定盤14、16とを備える両面研磨装置であって、キャリヤ12を、キャリヤホルダー22を介してキャリヤ12の面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、透孔12a内で上下の定盤14、16の間に保持されたウェーハ10を旋回移動させるキャリヤ円運動機構20(図3及び図4を参照)を具備する。
なお、上下の定盤14、16は、それぞれ回転(自転)運動するように設けられている。
【0006】
図7の両面研磨装置では図8に示すようにウェーハ10の研磨加工によって、上下の研磨面14a、16aが、ウェーハ10の保持される位置に対応して凹面状に片減りしてしまう。図8(a)は研磨加工を始める前の上下の定盤14、16とウェーハ10の状態を示す断面図であり、図8(b)は研磨加工を行った後の上下の定盤14、16とウェーハ10の状態を示す断面図である。
このように、上下の研磨面14a、16aが片減りするのは、主に、装置サイズの制約上、少数枚数のウェーハ10を限定された大きさの定盤で加工することから、ウェーハ10の配置が制約されることによって生じるものであり、上下の定盤14、16は自転することから、上下の研磨面14a、16aには、摩耗量の多い部分がリング状にあらわれる。すなわち、図7の両面研磨装置の程度に偏心した自転しない円運動によっては、ウェーハ10の中央部付近に対応する上下の研磨面14a、16a(半径の中央付近)について研磨に利用される頻度が高いのに比べ、ウェーハ10の周辺に対応すると共に半径の両端側(円の中心よりと円の外周よりの部位)に対応する上下の研磨面14a、16aについて研磨に利用される頻度が低いため、上記のような片減りが発生し、その均一性が失われてしまう。
このような上下の研磨面14a、16aの使用度の差異によって、図8(b)に示すように、ウェーハ10が凸レンズ状(断面太鼓状)に研磨されてしまうのである。
【0007】
そこで、研磨面14a、16aを平坦に修正すべく、図9に示すように、研磨工程の後、研磨面の修正リング62を、修正用のキャリヤ60に保持させて、その修正用のキャリヤ60を研磨工程のキャリヤ12(図7参照)と同様に運動させることで、研磨面14a、16aのすり減っていなかった部分をすり減らす方法が考えられる。この修正リング62は、修正用のキャリヤ60に大きく形成された大型の透孔60a内に配されて保持されると共に、内周部にウェーハ10の径に相当する大きさの透孔62aが形成されたリング状に形成されており、ウェーハ10の研磨工程とは別の工程(研磨面の修正工程)で使用される。また、修正リング62は、ガラスやセラミック等で形成され、その表面が適度に粗く設けられたものが、研磨面14a、16aを効率よく修正できる。例えば、ポーラス状の素材のもので、耐久性を考慮して、若干厚いものを利用することが考えられる。この修正リング62によれば、図10に示すように片減りの発生した研磨面14a、16aを修正できる。図10(a)は研磨工程を始める前の状態を示す断面図であり、図10(b)は研磨工程を行った後の状態を示す断面図であるが、研磨面14a、16aは修正リング62の作用によって平坦に修正され、図10(b)のようにウェーハ10を平坦に研磨できるようにすることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、研磨によって劣化した研磨面14a、16aの形状を修正(シーズニング)するために、研磨工程とは別工程において、研磨面14aと研磨面16aとの間に修正リング62等を入れるのでは、両面研磨装置の稼働率が低下してしまうという課題があった。すなわち、ワーク用のキャリヤ12と、修正用のキャリヤ60を入れ替えなければならず、時間がかかってしまう。特に、ワークを自転しない円運動をするキャリヤ12に保持させて研磨することから、研磨面14a、16aが劣化し易く、研磨面14a、16aの修正工程を頻繁にすることを要し、加工効率を著しく低下させると共に、自動化が困難になる。
【0009】
そこで、本発明の目的は、ワーク加工中にシーズニングツール(修正用部材)を好適に作用させることにより、クロス等によって形成される研磨面の状態を一定に保ち、ワークの研磨精度を向上できると共に稼働効率の優れた両面研磨装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。すなわち、本発明に係る両面研磨装置は、薄平板に透孔が設けられて成るキャリヤと、該キャリヤの透孔内に配された板状のワークを、上下から挟むと共に該ワークに対して相対的に移動して研磨する研磨面を有する上下の定盤と、前記キャリヤを、該キャリヤの面と平行な面内で運動をさせ、前記透孔内で上下の定盤の間に保持された前記ワ−クを運動させる運動機構と、前記ワークと同等の厚さに形成され、前記キャリヤに前記ワークと共に保持され、ワークの両面研磨工程と同時に前記上下の定盤の両研磨面を修正する修正用部材とを具備し、該修正用部材は、ワークよりも大径で内部にワークを収容可能なリング状に形成され、前記キャリアの透孔は、前記修正用部材を収容可能な大きさの透孔に形成され、該キャリアの透孔内に前記修正用部材を収容し、該修正用部材内にワークを収容してワークの研磨を行うことを特徴とする。
【0011】
また、前記運動機構が、前記キャリヤを、該キャリヤの面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、前記透孔内で上下の定盤の間に保持された前記ワ−クを旋回移動させるキャリヤ円運動機構であることで、滑らかな運動でワークを好適に研磨できる。
【0012】
また、前記キャリヤ円運動機構は、前記キャリヤを保持するキャリヤホルダーと、前記上下の定盤の軸線に平行で前記キャリヤホルダーに軸着されるホルダー側の軸、および該ホルダー側の軸に平行であると共に所定の距離をおいて基体に軸着される基体側の軸を備え、該基体側の軸を中心に前記ホルダー側の軸を旋回させることでキャリヤホルダーを基体に対して自転しない円運動をさせる偏心アームと、該偏心アームを基体側の軸を中心に回転させる回転駆動装置とを具備することで、簡単な構成であるが、キャリヤホルダーに保持されたキャリヤを好適に自転しない円運動させることができる。
【0013】
また、前記偏心アームが複数設けられ、該複数の偏心アームは同期して円運動するよう、前記基体側の軸同士がタイミングチェーン等の同期手段によって連繋されていることで、簡単な構成でキャリヤを好適且つ安定的に運動させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
先ず、本発明の前提となる両面研磨装置の構成について、図3及び図4に基づいて説明する。
図3は本発明にかかる両面研磨装置の一実施例を模式的に示した斜視組み立て図であり、図4は図3の実施例が作動している際の各構成の位置関係を示す側断面図である。
本実施例は、板状のワークであるシリコンのウェーハ10を研磨する両面研磨装置であり、薄平板に透孔12aが設けられて成るキャリヤ12と、そのキャリヤ12の透孔内に配されたウェーハ10を、上下から挟むと共にウェーハ10に対して相対的に移動して研磨する上下の定盤14、16とを備える。上下の定盤14、16のそれぞれの表面には、クロスと呼ばれる研磨布14a、16aが付けられており、その研磨布14a、16aによって研磨面が形成されている。ウェーハ10は、円形であり円形の透孔12a内に遊嵌されており、透孔12aの中ではフリーに自転可能なサイズになっている。
キャリヤ12は、例えば、ガラスエポキシ板で形成され、厚さ0、8mmのウェーハ10に対して厚さ0、7mm程度に設定されたものが一般的である。
【0015】
20はキャリヤ円運動機構であり、キャリヤ12を、そのキャリヤ12の面と平行な面内で運動をさせ、透孔12a内で上下の定盤14、16の間に保持されたウェーハ10を運動させる運動機構の一例である。本実施例におけるキャリヤ円運動機構20は、キャリヤ12を、そのキャリヤ12の面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、透孔12a内で保持されて上定盤14と下定盤16とによって挟持されたウェーハ10を旋回移動させる。すなわち、キャリヤ12の厚さを考えない場合に、キャリヤ12の面と同一の面内で、そのキャリヤ12に自転しない円運動をさせる。
このキャリヤ円運動機構20の具体的な構成について以下に説明する。
【0016】
22はキャリヤホルダーであり、リング状に形成されており、キャリヤ12を保持している。
ここで、キャリヤ12とキャリヤホルダー22とを連繋する連繋手段50について説明する。図5は連繋手段50の一例を示す部分断面図である。
連繋手段50は、キャリヤ12を、そのキャリヤ12が自転しないと共に、そのキャリヤ12の熱膨張による伸びを吸収するように、キャリヤホルダー22へ連繋させることで保持させている。
本実施例の連繋手段50では、図5に示すように、キャリヤホルダー22側に設けられたピン23と、ピン23に遊嵌すべくキャリヤ12にそのキャリヤ12の熱膨張による伸び方向(本実施例では円形のキャリヤ12の径方向)へクリアランスが設けられて形成された穴12bとを備える。穴12bのクリアランスは、少なくともキャリヤ12の熱膨張による伸びを吸収する方向に好適に設ければよく、例えば、長穴に形成されていればよい。
【0017】
また、本実施例において、キャリヤ12は、その外周縁についても熱膨張した際に好適にスライドできるように、キャリヤホルダー22の内周面22aとの間にクリアランスが生じるように形成されている。すなわち、内周面22aの内径よりもキャリヤ12の外径が、所定の寸法小径に形成されている。
そして、上述したようにキャリヤ12の熱膨張を考慮してクリアランスを設けておいたキャリヤ12の穴12bを、キャリヤホルダー22のピン23に嵌めることで直接的にセットしてある。
このようにキャリヤ12の熱膨張による伸びを吸収する連繋手段50を備えることで、簡単な構成でキャリヤ12をキャリヤホルダー22に対して回り止めをした状態に好適に連繋させることができる。
これにより、キャリヤ12の伸びを好適に逃がして吸収することができ、キャリヤ12の変形を防止できる。また、キャリヤ12は、キャリヤホルダー22に嵌めることで装着する構成であるので、装着時における作業の簡素化がなされる。
【0018】
次に、キャリヤホルダー22に備えられるキャリヤ12の高さ調整機能について説明する。
23aはフランジ部であり、ピン23の中途部にワッシャー形状に一体に設けられている。このフランジ部23aは、キャリヤホルダー22側に設けられ、キャリヤ12を保持すべく直接的に支持する支持部になっている。ピン23のフランジ部23aの下方には、ピン23をキャリヤホルダー22の下段部22bに装着可能にネジ部23bが設けられている。そのネジ部23bキャリヤホルダー22の下段部22bに螺合する度合いを調整することで、フランジ部23aの高さ調整が可能に設けられている。このようにフランジ部23aを設けたことで、キャリヤ12の高さ位置を好適に調整して、キャリヤホルダー22でキャリヤ12を適切に保持することができる。
【0019】
すなわち、フランジ部23aの高さを調整すれば、下定盤16の研磨布16aが消耗して薄くなった場合等、条件の変化に好適に対応でき、その下定盤16の研磨布16a面とほぼ同じ高さで、キャリヤ12が撓みを生じないように好適に保持できる。従って、キャリヤ12を水平に好適に保持することができ、ウェーハ10の研磨割れや、研磨精度劣化を防止することができる。
また、フランジ部23aの表面によって、キャリヤ12の外周面を部分的に受けることになり、キャリヤ12の伸縮による摺動を好適に支持することができる。すなわち、キャリヤ12の外周面(下面)とキャリヤホルダー22側の上面との接地面積を小さくすることができるため、滑り摩擦抵抗を低減でき、キャリヤ12は好適に摺動できる。これにより、キャリヤ12の熱等による伸縮力が好適に開放され、キャリヤ12の歪みの発生を防止できる。
【0020】
以上の実施例では、ピン23のフランジ部23aの高さを調整することで、キャリヤ12の支持高さを調整したが、本発明はこれに限られないのは勿論であり、キャリヤ12を所定の高さに支持できる好適な手段であれば、その構成は特に限定されるものではない。
例えば、キャリヤホルダー22自体を昇降させる機構を設け、キャリヤ12を保持すべく支持する支持部が基本的にキャリヤホルダー22の下段部22bの上面であってもよい。なお、下段部22bの上面は、滑り性を向上させるため、凹凸を設けてもよいのは勿論である。
【0021】
次に、図3及び 図4に基づいてキャリヤ円運動機構20の他の構成について説明する。
24は偏心アームであり、上下の定盤14、16の軸線Lに平行でキャリヤホルダー22に軸着されるホルダー側の軸24a、およびそのホルダー側の軸24aに平行であると共に所定の距離をおいて基体30(図4参照)に軸着される基体側の軸24bを備える。すなわち、クランク機構のクランクアームと同様な機能を備えるように形成されている。
この偏心アーム24は、本実施例では基体30とキャリヤホルダー22との間の4ヶ所に配され、キャリヤホルダー22を支持すると共に、基体側の軸24bを中心にホルダー側の軸24aを旋回させることで、キャリヤホルダー22を基体30に対して自転しない円運動をさせる。ホルダー側の軸24aは、キャリヤホルダー22の外周面に突起して設けられた軸受け部22cに回転可能に挿入されて軸着されている。これにより、キャリヤ12は上下の定盤14、16の軸線Lから偏心Mして旋回(自転しない円運動)する。その円運動の半径は、ホルダー側の軸24aと基体側の軸24bとの間隔(偏心Mの距離)と同じであり、キャリヤ12の全ての点が同一の小円の軌跡を描く運動となる。
【0022】
また、28はタイミングチェーンであり、各偏心アーム24の基体側の軸24bに同軸に固定されたスプロケット25(本実施例では4個)に掛け回されている。このタイミングチェーン28と4個のスプロケット25は、4個の偏心アーム24が同期して円運動するよう、4個の基体側の軸24b同士を連繋して同期させる同期手段を構成している。この同期手段は、簡単な構成であり、キャリヤ12を好適且つ安定的に運動させることができる。これによって研磨精度を向上でき、ウェーハの平坦度を向上できる。なお、同期手段としては、本実施例に限られることはなく、タイミングベルト、またはギア等を用いてもよいのは勿論である。
32はモータ(例えば、ギャードモータ)であり、34は出力軸に固定された出力ギヤである。出力ギア34は偏心アーム24の基体側の軸24bに同軸に固定されたギア26に噛合している。これにより、偏心アーム24を基体側の軸24bを中心に回転させる回転駆動装置が構成されている。
【0023】
なお、回転駆動装置としては、各偏心アーム24にそれぞれ対応して配された複数のモータ(例えば、電動モータ)を利用することもできる。電動モータであれば、電気的に同期を取ることで、複数の偏心アーム24を同期運動させ、キャリヤ12をスムースに運動させることができる。
また、本実施例では偏心アーム24を4個配設した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、偏心アーム24は最低3個あれば、キャリヤホルダー22を好適に支持することができる。
さらに、直交する2軸の直線運動の合成によって2次元運動を得ることができるXYテーブルの移動体と、前記キャリヤホルダー22とを一体化して運動できるようにすれば、1個の偏心アーム24の駆動によって、キャリヤホルダー22を自転しない円運動させることができる。すなわち、XYテーブルの直交する2軸に延びるガイドによって案内されることで、前記移動体は自転しない運動をするのであって、この移動体の運動をキャリヤホルダー22の運動(自転しない円運動)に好適に利用できる。
また、偏心アーム24を用いず、XYテーブルの駆動手段、例えばX軸およびY軸のそれぞれに配されたサーボモータとタイミングチェーンまたはボールネジ等から成る駆動機構を利用(制御)することで、前記移動体と一体化したキャリヤホルダー22を運動(自転しない円運動)させることもできる。この場合は、2個のモータを使用することになるが、モータを制御することで円運動の他にも自転しない種々の2次元運動を得ることができ、その運動をウェーハ10の研磨に利用できる。
【0024】
36は下定盤回転用モータであり、下定盤16を回転させる動力装置である。例えば、本実施例のように、ギャードモータを用いることができ、その出力軸は下定盤16の回転軸に直結させてもよい。
38は上定盤回転用動力手段であり、上定盤14を回転させる。下定盤回転用モータ36および上定盤回転用動力手段38は、回転方向および回転速度を自由に変更できるものとすれば、種々の研磨仕様に柔軟に対応できる。
また、この両面研磨装置では、キャリヤ12の透孔12a内に配されたウェーハ10を、図2に示すように上定盤14と下定盤16でサンドイッチにして、そのウェーハの研磨加工がなされる。この際、ウェーハ10が挟圧される力は、主に上定盤14側に設けられた加圧手段(図示せず)による。なお、空気圧を利用し、エアバック方式で上定盤14のウェーハ10への押圧力を調整するようにしてもよい。空気圧を制御することで好適かつ容易に加圧力を調整できる。なお、上定盤14側には加圧手段の他に上定盤14を昇降動させる昇降装置40が設けられ、ウェーハ10の給排のときなどに作動する。
【0025】
次に、シーズニングツール(修正用部材)の参考例について、図1及び図2に基づいて詳細に説明する。図1(a)はウェーハ10及び修正用部材15が保持されたキャリヤ12を示す平面図であり、図1(b)は図1(a)の断面図である。
修正用部材15は、ワークであるウェーハ10と同等の厚さに形成され、キャリヤ12にウェーハ10と共に保持され、ウェーハ10の両面研磨工程と同時に上下の定盤14、16の両研磨面14a、16aを修正する。
修正用部材15は、板状に形成され、キャリヤ12のウェーハ10が保持されない部位に設けられた修正用部材用の透孔13内に配されて保持されている。すなわち、キャリヤ12にウェーハ10を入れるための穴(透孔12a)が開けられ、その穴の間に別の穴(修正用部材用の透孔13)を開け、ウェーハ10とほぼ同じ厚さのシーズニングツール(修正用部材15)を入れてある。これにより、研磨面14a、16aの修正機構を容易且つ好適に構成できる。
【0026】
このように、修正用部材15を配することで、ウェーハ10の研磨工程と同時に研磨面14a、16aの修正を行うことができ、図2に示すように、その研磨面14a、16aの状態を平坦な一定状態に保つことができる。図2(a)は研磨工程を始める前の状態を示す断面図であり、図2(b)は研磨工程を行った後の状態を示す断面図であるが、研磨面14a、16aは均一に維持され、ウェーハ10は平坦に研磨される。
従って、ウェーハ(ワーク)の研磨精度を向上させることができると共に、修正工程を別に行うことを要しないため、加工効率を向上できる。
また、修正用部材15を利用すれば、キャリヤについて、ワークを保持するキャリヤと、研磨面の修正用のキャリヤとに分ける必要がなく単純化できるという利点もある。
【0027】
次に、図6に基づいて本発明にかかる実施例について説明する。図6(a)は平面図であり、図6(b)は断面図である。
本実施例の修正用部材55は、キャリヤ12のワーク(ウェーハ10)が保持される透孔12aよりも大きく形成された大型の透孔53内に配されて保持されると共に、内周部にウェーハ10が保持される透孔55aが形成されたリング状である。
この構成によっても、前記と同等の効果を得ることができる。
なお、以上に使用される修正用部材15、55は、安価なガラス材或いはセラミックス材を利用すればよく、製造コストを高くするものではない。
【0028】
次に、本発明にかかる両面研磨装置の使用方法の一例について説明する。
先ず、キャリヤ12を運動させないで、上定盤14と下定盤16とを回転速度の絶対値は同じであるが反対方向へ回転させた場合を説明する。すなわち、図3に示すように、例えば、上定盤14は時計回転をさせ、下定盤16は反時計回転させる。この場合は、全く反対方向に摩擦力が作用するから、その運動力が相互に相殺されて、理論的にはウェーハ10は止まった状態で両面の研磨がなされる。但し、この場合には、上定盤14および下定盤16では、その外周へ向かう程その周速度が大きくなる。従って、ウェーハ10の上下の定盤14、16の軸線Lに対応する部分から遠い部分ほど研磨が促進され、ウェーハ10が均一に研磨されない。
【0029】
次に、キャリヤ12を前述した構成からなる運動機構によって、自転しない円運動をさせることによる研磨作用について説明する。
上下の定盤14、16の回転を考えず、キャリヤ12の自転しない円運動のみを考えた場合、その自転しない円運動によれば、運動をする部材(キャリヤ12)の全ての点で全く同じ運動がなされることになる。これは、全ての点が同一の運動となる意味で、一種の揺動運動であり、揺動運動の軌跡が円になったと考えればよい。
従って、自転しない円運動をするキャリヤ12を介し、ウェーハ10を旋回移動すれば、この運動による作用に限っていえば、ウェーハ10の両面は均一に研磨される。
【0030】
そして、上定盤14と下定盤16の回転運動と、キャリヤ12の自転しない円運動とを同時に作動させた場合は、ウェーハ10が透孔12aの中で回転可能に保持されているため、特に上定盤14と下定盤16の回転速度の絶対値に差をつけた場合(一方の定盤に対して他方の定盤の回転速度を速くした場合)、ウェーハ10は、その回転速度の速い側の定盤の回転方向へ、連れ回りする。すなわち、ウェーハ10は所定の方向へ自転することになる。
このようにウェーハ10が自転することで、上定盤14および下定盤16では、その外周へ向かう程その周速度が大きくなっているが、その影響をなくすことができ、ウェーハ10を均一に研磨できる。
なお、ウェーハ10の両面を均一に研磨するには、上定盤14と下定盤16の回転速度を交互に一方が速くなるように制御すればよい。
【0031】
次に、本発明にかかる両面研磨装置の使用方法の他の例について説明する。
以上の実施例では、複数の透孔12aが設けられ、複数のワーク(ウェーハ10)を同時に研磨する場合について説明したが、本発明ではこれに限らず、例えば、キャリヤ12には大型なワークが保持される透孔12aを一個のみ設け、その大型ワークの両面を研磨する研磨装置としても利用できる。なお、大型なワークとしては、液晶に用いる矩形状のガラス板、或いは枚葉で加工されるウェーハ(円形)等のワークがある。
この場合、大型なワークは、キャリヤ12の中心からその周縁近傍付近にわたってほぼ全面的に配されることになる。このとき、キャリヤ12による自転しない円運動を主に利用して研磨し、上定盤14および下定盤16の回転速度は、研磨むらが発生しない程度に遅くすれば、ワークの全体面について均一に且つ好適に研磨できる。すなわち、上定盤14および下定盤16では、周速度の違いで外周ほど研磨作用が大きくなるが、その回転速度がキャリヤ12の自転しない円運動に比べて非常に遅ければ、研磨作用に直接的には殆ど関与させないようにすることができる。そして、上定盤14および下定盤16を回転させることは、ワークに接触する定盤面を常に更新させ、液状の研磨剤をワークの全面へ平均的に供給するなど、研磨作用を良好にするため、間接的に好適に寄与できる。
【0032】
以上の実施例では、連繋手段50によって連繋され、一体に運動するキャリヤ12とキャリヤホルダー22が、自転しない円運動をするように、キャリヤ円運動機構20を備える場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一体に運動するキャリヤ12とキャリヤホルダー22にかかる運動機構については、適宜選択的に設定すればよい。例えば、本発明は、一体に運動するキャリヤ12とキャリヤホルダー22を、自転させると共に直線往復運動させる運動機構を備える場合にも、好適に適用できる。
【0033】
以上の実施例ではポリシング装置について説明したが、本発明はラッピング装置にも好適に適用できるのは勿論である。
以上、本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【0034】
【発明の効果】
本発明の両面研磨装置によれば、修正用部材を、ワークよりも大径で内部にワークを収容可能なリング状に形成し、キャリアの透孔を、修正用部材を収容可能な大きさの透孔に形成し、該キャリアの透孔内に修正用部材を収容し、該修正用部材内にワークを収容してワークの研磨を行うようにしたので、ワークの両面研磨工程と同時に上下の定盤の両研磨面を修正することができ、クロス等によって形成される研磨面の状態を一定に保つことができる。
このため、ワークの研磨精度を向上できると共に、修正工程の時間を省略することができ、研磨装置の稼働率を向上できるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 修正用部材の一参考例を示す説明図である。
【図2】 図1の実施例による作用を示す断面図である。
【図3】 本発明にかかる両面研磨装置全体の一実施例を示す斜視図である。
【図4】 図3の実施例を示す断面図である。
【図5】 キャリヤとキャリアホルダーの連繋手段の一実施例を示す説明図である。
【図6】 本発明にかかる修正用部材の実施例を示す説明図である。
【図7】 背景技術を説明する説明図である。
【図8】 背景技術の作用を説明する断面図である。
【図9】 他の背景技術を説明する説明図である。
【図10】 他の背景技術の作用を説明する断面図である。
【図11】 従来技術を説明する断面図である。
【符号の説明】
10 ウェーハ
12 キャリヤ
12a 透孔
12b 穴
13 修正用部材用透孔
14 上定盤
14a 研磨面
15 修正用部材
16 下定盤
16a 研磨面
20 キャリヤ円運動機構
22 キャリヤホルダー
23 ピン
23a フランジ部
23b ネジ部
24 偏心アーム
24a ホルダー側の軸
24b 基体側の軸
28 タイミングチェーン
30 基体
50 連繋手段
55 修正用部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a double-side polishing apparatus. Conventionally, as a double-side polishing apparatus, an external gear (hereinafter referred to as an “external gear”) and an internal gear (hereinafter referred to as an “internal gear”) are rotated at different angular velocities to process a material (hereinafter referred to as “workpiece”). The carrier corresponding to the planetary gear carrying the carrier is rotated and revolved, and the upper and lower surface plates having the polishing surfaces arranged above and below the carrier sandwich the workpiece from above and below and move relative to the workpiece. Some of them use a planetary gear mechanism for polishing. This double-sided polishing machine is used as a lapping machine (lapping machine) or a polishing machine, which has high accuracy and can polish both sides simultaneously, so that the processing time is short, and thin objects such as silicon wafers that are used as semiconductor chip materials can be polished. Suitable for
[0002]
[Prior art]
A configuration of a polishing apparatus using a conventional planetary gear mechanism will be described with reference to FIG.
112 is an upper surface plate and 114 is a lower surface plate. A polishing cloth (cross) is attached to each surface, and a polishing surface is formed by the polishing cloth. 116 is an external gear, and 118 is an internal gear. Reference numeral 120 denotes a carrier. The
The upper surface plate 112 is connected to an upper
The
[0003]
According to the polishing apparatus using this planetary gear mechanism, for example, the rotation ratio between the
Depending on the polishing conditions, the rotational direction and rotational speed of the carrier 120 can be changed by setting the angular speeds of the
Further, a liquid abrasive containing slurry or the like is supplied to the front and back polished surfaces of the
According to this polishing apparatus, since the carrier 120 can be moved in a complicated manner, polishing unevenness can be prevented and the workpiece 121 (for example, a silicon wafer) can be uniformly polished. Therefore, the flatness of the workpiece can be improved. Moreover, since both surfaces of the
[0004]
However, since the double-side polishing apparatus using the conventional planetary gear mechanism has a structure in which the carrier 120 moves between the
Moreover, in the double-side polishing apparatus using the conventional planetary gear mechanism, it is a complicated gear mechanism, and it is difficult to increase the size, and in order to manufacture a large apparatus, problems in materials, processing, arrangement space, etc. Cost increases in various aspects.
[0005]
Therefore, the applicant of the present application has developed the following double-side polishing apparatus as background art. FIG. 7 is an explanatory diagram of the background art, FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a cross-sectional view.
In this background art, a
The upper and
[0006]
In the double-side polishing apparatus of FIG. 7, the upper and
As described above, the reason why the upper and
Due to the difference in the usage of the upper and
[0007]
Therefore, in order to correct the polishing
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in order to correct (seasoning) the shapes of the
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to keep the state of the polishing surface formed by a cloth or the like constant and to improve the polishing accuracy of the workpiece by suitably applying a seasoning tool (correcting member) during workpiece processing. An object of the present invention is to provide a double-side polishing apparatus with excellent operating efficiency.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement. That is, the double-side polishing apparatus according to the present invention sandwiches a carrier in which a through-hole is provided in a thin flat plate and a plate-like workpiece disposed in the through-hole of the carrier from above and below and is relative to the workpiece. The upper and lower surface plates having a polishing surface to be moved and polished, and the carrier is moved in a plane parallel to the surface of the carrier, and held between the upper and lower surface plates in the through hole. A movement mechanism for moving the workpiece and a thickness equivalent to that of the workpiece, held together with the workpiece on the carrier, and correcting both polishing surfaces of the upper and lower surface plates simultaneously with the workpiece double-side polishing step. A correction member , and the correction member is formed in a ring shape having a larger diameter than the work and capable of accommodating the work therein, and the through hole of the carrier is large enough to accommodate the correction member. Formed in the through hole of the carrier, Accommodating the correcting member, and performing the polishing of the workpiece to accommodate the workpiece to the correcting member.
[0011]
The movement mechanism causes the carrier to make a circular movement that does not rotate in a plane parallel to the surface of the carrier, and the work held between the upper and lower surface plates in the through-hole is swung. By using the carrier circular motion mechanism, the workpiece can be suitably polished with a smooth motion .
[0012]
The carrier circular motion mechanism includes a carrier holder that holds the carrier, a holder-side axis that is parallel to the axis of the upper and lower surface plates, and that is parallel to the holder-side axis. A circular motion that includes a base-side shaft that is pivotally attached to the base at a predetermined distance, and that rotates the holder-side shaft about the base-side axis so that the carrier holder does not rotate with respect to the base. Is provided with an eccentric arm that rotates and a rotation drive device that rotates the eccentric arm around the base-side axis, but has a simple structure, but the circular movement that does not suitably rotate the carrier held by the carrier holder Can be made.
[0013]
Further, a plurality of the eccentric arms are provided, and the base-side shafts are connected by a synchronization means such as a timing chain so that the plurality of eccentric arms are synchronously moved in a circular motion. Can be moved in a suitable and stable manner.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First, the configuration of a double-side polishing apparatus that is a premise of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a perspective assembly view schematically showing one embodiment of a double-side polishing apparatus according to the present invention, and FIG. 4 is a side sectional view showing the positional relationship of each component when the embodiment of FIG. 3 is operating. FIG.
The present embodiment is a double-side polishing apparatus for polishing a
The
[0015]
A carrier
A specific configuration of the carrier
[0016]
A
Here, the connecting
The linking means 50 holds the
In the linking means 50 of this embodiment, as shown in FIG. 5, the
[0017]
Further, in this embodiment, the
As described above, the
Thus, by providing the connecting
Thereby, the elongation of the
[0018]
Next, the height adjustment function of the
[0019]
That is, by adjusting the height of the
Further, the outer peripheral surface of the
[0020]
In the above-described embodiment, the support height of the
For example, a mechanism for raising and lowering the
[0021]
Next, another configuration of the carrier
In this embodiment, the
[0022]
[0023]
As the rotation drive device, a plurality of motors (for example, electric motors) arranged corresponding to the respective
In the present embodiment, the case where four
Further, if the moving body of the XY table that can obtain a two-dimensional motion by synthesizing two orthogonal linear motions and the
Further, without using the
[0024]
38 is a power means for rotating the upper surface plate, and rotates the
In this double-side polishing apparatus, the
[0025]
Next, a reference example of a seasoning tool (correcting member) will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view showing the
The
The
[0026]
Thus, by arranging the correcting
Therefore, it is possible to improve the polishing accuracy of the wafer (work), and it is not necessary to perform a correction process separately, so that the processing efficiency can be improved.
Further, the use of the
[0027]
Next, such an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view.
The correcting
With this configuration, the same effect as described above can be obtained.
The
[0028]
Next, an example of how to use the double-side polishing apparatus according to the present invention will be described.
First, the case where the
[0029]
Next, the polishing action by causing the
If only the circular motion of the
Therefore, if the
[0030]
When the rotational motion of the
As the
In addition, in order to polish both surfaces of the
[0031]
Next, another example of how to use the double-side polishing apparatus according to the present invention will be described.
In the above embodiment, a case where a plurality of through
In this case, the large workpiece is disposed almost entirely from the center of the
[0032]
In the above embodiment, the case where the
[0033]
Although the polishing apparatus has been described in the above embodiment, it is needless to say that the present invention can be suitably applied to a wrapping apparatus.
As described above, the present invention has been described in various ways with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that many modifications can be made without departing from the spirit of the invention. That is.
[0034]
【The invention's effect】
According to the double-side polishing apparatus of the present invention, the correction member is formed in a ring shape that has a larger diameter than the work and can accommodate the work, and the through hole of the carrier has a size that can accommodate the correction member. Since the correction member is accommodated in the through hole of the carrier and the workpiece is accommodated in the correction member for polishing the workpiece, the upper and lower surfaces of the workpiece are simultaneously polished. Both polishing surfaces of the surface plate can be corrected , and the state of the polishing surface formed by a cloth or the like can be kept constant.
For this reason, the polishing accuracy of the workpiece can be improved, the time for the correction process can be omitted, and the operating rate of the polishing apparatus can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a reference example of a correction member .
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the operation of the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of the entire double-side polishing apparatus according to the present invention.
4 is a cross-sectional view showing the embodiment of FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory view showing an embodiment of a means for linking a carrier and a carrier holder.
FIG. 6 is an explanatory view showing an example of a correction member according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram explaining the background art.
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the operation of the background art.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining another background art.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the operation of another background art.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該修正用部材は、ワークよりも大径で内部にワークを収容可能なリング状に形成され、
前記キャリアの透孔は、前記修正用部材を収容可能な大きさの透孔に形成され、
該キャリアの透孔内に前記修正用部材を収容し、該修正用部材内にワークを収容してワークの研磨を行うことを特徴とする両面研磨装置。A carrier having a thin plate provided with a through hole, and a polishing surface for sandwiching a plate-like workpiece disposed in the through hole of the carrier from above and below and moving relative to the workpiece to polish the workpiece. An upper and lower surface plate, and a movement mechanism for moving the carrier in a plane parallel to the surface of the carrier and moving the work held between the upper and lower surface plates in the through hole; A correction member that is formed to have a thickness equivalent to that of the workpiece, is held together with the workpiece on the carrier, and corrects both polishing surfaces of the upper and lower surface plates simultaneously with a double-side polishing step of the workpiece ;
The correction member is formed in a ring shape having a larger diameter than the work and capable of accommodating the work inside,
The through hole of the carrier is formed into a through hole having a size capable of accommodating the correction member,
A double-side polishing apparatus characterized in that the correction member is accommodated in a through hole of the carrier, and the workpiece is accommodated in the correction member to polish the workpiece .
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