JP4510659B2

JP4510659B2 - 研磨装置

Info

Publication number: JP4510659B2
Application number: JP2005028506A
Authority: JP
Inventors: 忠一宮下; 晴道小山; 光宏中村
Original assignee: FUJIKOSHI MACHINE INDUSTRY CO.,LTD.
Current assignee: FUJIKOSHI MACHINE INDUSTRY CO.,LTD.
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: JP2006212740A; EP1688218A1; US7255635B2; EP1688218B1; MY142135A; DE602006001471D1; US20060178094A1

Description

本発明は、両面研磨装置に関するものであり、詳しくはワークを保持するキャリアを回転させるための外側ピン歯車と内側ピン歯車を備える研磨装置に関する。

ウェーハ等のワークの両面を同時に研磨する装置として、両面研磨装置が使用されている。両面研磨装置では、互いに独立して回転する下定盤と上定盤との間で、ワークを保持するキャリアを回転駆動させることにより、上定盤と下定盤によってワークの両面を同時に研磨する。
キャリア２０８を回転駆動する機構としては、図４に示すようなインターナルギア２０４と、そのほぼ中央に配置される太陽ギア２０６とを用いた構成が使用されている。
インターナルギア２０４と太陽ギア２０６は、各々独立して回転する。そして、板状のキャリア２０８は、その外周縁に沿って外歯が形成されており、この外歯がインターナルギア２０４の内歯と太陽ギア２０６の外歯に歯合することで、自転しながら太陽ギア２０６の周りを公転する。
インターナルギア２０４と太陽ギア２０６との間には、上記構成からなるキャリア２０８が複数個配置されており、さらに１個のキャリア２０８には、研磨対象であるワークを保持するための透孔２０７が複数個設けられて、１度に多数のワークを研磨できるように構成されている。

ところで、上記構成による研磨装置は、インターナルギアの内歯と太陽ギアの外歯の摩耗が激しいという課題があり、この課題を解決し、長寿命化を図った研磨装置として例えば、特許文献１に記載のものがある。
特許文献１に記載の両面研磨装置では、インターナルギアの作用をなすものとして外側ピン歯車が、太陽ギアの作用をなすものとして内側ピン歯車が配設されている。内側ピン歯車の外歯は、内側ピン歯車の外周に沿って配設された複数個の歯部によって構成されている。また、外側ピン歯車の内歯も、外側ピン歯車の内周に沿って配設された複数個の歯部によって構成されている。そして、キャリアの外歯が外側ピン歯車の歯部と内側ピン歯車の歯部にそれぞれ係合することにより、キャリアが回転駆動される。

図５は、内側ピン歯車における１個の歯部３０６ａの構成を説明する断面図である。
内側ピン歯車の本体である内側ピンリング３０６ｂには貫通穴３０６ｃが設けられ、貫通穴３０６ｃには下方からピン体３１４が挿入されて、ナット３１５によって固定されている。上方に突出したピン体３１４には、円筒状のカラー３１３がピン体３１４の外側に回転可能に遊嵌されている。上部に大径化されたつまみ部３１１を有するキャップ３１０は、ピン体３１４の上部に螺入されてカラー３１３の抜け止めの役目をしている。
外側ピン歯車の歯部も、内側ピン歯車の歯部と同様の構成を有している。
上記構成からなる外側ピン歯車の歯部と内側ピン歯車の歯部は、キャリアの外歯に係合しながらカラー３１３がピン体３１４の外側で回転するので、カラー３１３に対する摩擦が低減され、カラー３１３の摩耗を減らすことができる。これにより、外側ピン歯車と内側ピン歯車の耐久性が向上する。

特開平９−２３９６５７号公報

しかしながら、上記構成からなる歯車であっても長期間の使用によるカラー３１３の摩耗は避けられず、摩耗したカラー３１３は新しいものと交換しなければならない。カラー３１３の交換作業は、キャップ３１０をピン体３１４から取り外した後、ピン体３１４から抜き取ったカラー３１３を新しいものと取り換えてピン体３１４に取り付け、再びキャップ３１０を取り付けるという煩わしい作業であった。また、大型の研磨装置の内側ピン歯車や外側ピン歯車には各々１００個程度の多数の歯部が設けられており、全部のカラー３１３を交換するためには上記交換作業を１００回程度繰り返して行わなければならず、手間のかかる作業となっていた。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、カラーの交換が簡単にできる研磨装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため次の構成を有する。
すなわち、本発明は、ワークを保持するキャリアの外歯が、外側ピン歯車の内歯と内側ピン歯車の外歯にそれぞれ係合し、研磨液が供給されつつ、該キャリアが自転及び公転されて、前記ワークを上定盤と下定盤で研磨する研磨装置であって、前記外側ピン歯車の内歯と内側ピン歯車の外歯とが、ピンリングに周方向に一定の間隔をおいて複数個設けられた歯部からなり、前記外側ピン歯車の歯部と内側ピン歯車の歯部の少なくとも一方が、前記ピンリングに上方に突出して固定されたピン体と、下方に開放する有底円筒状をなし、ピン体との間に設けた嵌合部によりピン体に対して着脱可能に、かつ該ピン体に回転可能に外嵌されるカラーとを有し、前記カラーが有底円筒状に形成されていることにより、前記ピン体とカラーとの間に研磨液が侵入するのを阻止することを特徴とする。

また、前記嵌合部は、カラーに設けられた嵌合凹部と、ピン体に設けられた嵌合凸部とからなることを特徴とする。

本発明の研磨装置によれば、カラーの交換が効率良く簡単にできる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
次に説明する実施形態は、ウェーハ等のワークの両面を同時に研磨する両面研磨装置である。両面研磨装置は、下定盤と上定盤とがそれぞれ独立して回転し、両者の間で、ワークを保持するキャリアを回転駆動することにより、上定盤と下定盤によってワークの両面を同時に研磨することができる。
キャリア１３を回転駆動する機構としては、図３に示すような外側ピン歯車１１と、そのほぼ中央に配置される内側ピン歯車１２とを用いた機構が使用される。
外側ピン歯車１１と内側ピン歯車１２は、各々独立して回転する。板状のキャリア１３は、その外周に外歯１３ａが形成されており、この外歯１３ａが外側ピン歯車１１の内歯１１ａと内側ピン歯車１２の外歯１２ａに係合することで、自転しながら内側ピン歯車１２の周りを公転する。
外側ピン歯車１１と内側ピン歯車１２との間には、キャリア１３が複数個配置されており、さらに１個のキャリア１３には、研磨対象であるワークを保持するための透孔１３ｂが複数個設けられて、１度に多数のワークを研磨できるように構成されている。

次に内側ピン歯車１２について説明する。
内側ピン歯車１２は、歯車の本体である外周が円形の板状の内側ピンリング（ピンリング）１２ｂを有し、その外歯１２ａは、複数個の歯部２０で構成されている。歯部２０は、上方に突出した状態で内側ピンリング１２ｂに固定されたピン体２２と、ピン体２２に回転可能に外嵌されるカラー２３とからなる（図１（ａ）、（ｂ）参照）。複数個の歯部２０は、内側ピンリング１２ｂに周方向に一定間隔をおいて設けられている。
図３に示されるように内側ピンリング１２ｂの外周側には、複数個の貫通する取付穴２１が、外周に沿って等間隔あけて設けられている。取付穴２１の位置は、内側ピンリング１２ｂの外周縁から所定距離内側に入った位置である。この複数の取付穴２１には、歯部２０を構成するピン体２２が、内側ピンリング１２ｂから上方へ突出した状態でそれぞれ固定される（図１（ｂ）参照）。

図１は、歯部２０を構成するカラー２３（図１（ａ）参照）と、ピン体２２（図１（ｂ）参照）の形状をそれぞれ示す断面図である。
ピン体２２は、その外周面でリング状に張り出して形成されるフランジ部２４を有する。フランジ部２４は、ピン体２２の軸線方向の中途部に設けられており、ピン体２２のフランジ部２４より上部側、下部側はそれぞれ小径部２２ａ、２２ｂとなっている。また、ピン体２２は、その上面周囲の角部が面取りされている。
このピン体２２は、取付穴２１内に圧入固定される。詳しくは、ピン体２２は、そのフランジ部２４の下面が内側ピンリング１２ｂの上面に当接し、フランジ部２４より下部側の小径部２２ｂが取付穴２１内に圧入され、フランジ部２４より上部側の小径部２２ａが内側ピンリング１２ｂから上方へ突出した状態で、取付穴２１に位置決めして固定される。

一方、カラー２３は、図１（ａ）に示されるように下方に開放する有底円筒状に形成される。カラー２３の開口部の内周縁は、リング状に１周分刳り貫かれた状態に切欠部２３ｄが形成されている。この切欠部２３ｄの形成により、カラー２３には下方に向く切欠内面２３ｃが形成される。
そして、図２（ｂ）に示されるようにカラー２３は、底部２３ａを上方に向けた姿勢で、内側ピンリング１２ｂに固定されたピン体２２に回転可能に外嵌されて装着される。このとき、カラー２３は、底部２３ａがピン体２２の上面に当接して、ピン体２２に支持される。つまり、カラー２３は、その底部２３ａの内面がピン体２２の上面に当接し、下端面２３ｂと内側ピンリング１２ｂとの間に若干隙間を有する状態でピン体２２に装着される。
さらに、フランジ部２４の上縁部２４ｂ側は、１周にわたって切欠部２３ｄ内に進入するが、切欠内面２３ｃとフランジ部２４の上面との間には若干隙間が設けられる。

また、カラー２３は、ピン体２２との間に設けられた嵌合部２５によってピン体２２からの抜け止めがなされる。嵌合部２５は、嵌合凸部と嵌合凹部とからなる。カラー２３に嵌合凸部を設け、ピン体２２に嵌合凹部を設けてもよいし、カラー２３に嵌合凹部を設け、ピン体２２に嵌合凸部を設けても良い。どちらにしても、嵌合凸部が、嵌合凹部内に遊びがある状態で嵌め込まれるとよい。そして、嵌合部２５は、キャリア１３の外歯と係合する際のカラー２３の回転を阻止することなく、カラー２３のピン体２２からの顕著な浮き上がりを防止する。さらに、カラー２３が、ピン体２２に対して着脱自在となるように嵌合部２５を設ける。

図１、図２に示す歯部２０の嵌合部２５は、ピン体２２に設けられた嵌合凸部２７と、カラー２３に設けられた嵌合凹部２６とからなる。
ピン体２２に設けられた嵌合凸部２７は、ピン体２２の外周面から突出して形成されている。嵌合凸部２７は、ピン体２２の外周１周にわたって形成するとよい。例えば、嵌合凸部２７を、ピン体２２の外周面からリング状に突出して形成する。或いは、嵌合凸部２７を、ピン体２２の外周１周において間隔をあけて数ヵ所に部分的に突出して形成してもよい。
また、嵌合凸部２７の設けられる位置は、ピン体２２の内側ピンリング１２ｂから突出する部位の下部側であるとカラー２３が嵌め込み易く好適である。

これに対して、カラー２３の内周面には、ピン体２２の嵌合凸部２７に相対する位置に嵌合凹部２６が形成されている。嵌合凹部２６は、カラー２３の内周面が、リング状に１周分刳り抜かれた状態に形成される。
カラー２３をピン体２２に取り付ける際には、図２（ａ）に示されるようにカラー２３をピン体２２に被せて押し下げ、カラー２３の嵌合凹部２６内にピン体２２の嵌合凸部２７を進入させて嵌め合せる。
これにより、カラー２３は、嵌合部２５によって抜け止めされた状態で、回転可能にピン体２２に外嵌される。
そして、内側ピンリング１２ｂに固定されているピン体２２に対して、カラー２３を上方へ持ち上げる作業により、嵌合凹部２６と嵌合凸部２７との嵌め合わせが外されて、カラー２３をピン体２２から取り外すことができる。
上記構成からなるピン体２２は、金属、合成樹脂等で形成するとよい。また、カラー２３は、金属、合成樹脂、セラミックス等で形成するとよい。カラー２３を弾性を有する材料で形成すると、カラー２３のピン体２２に対する脱着が容易となる。特に、ピン体２２を金属で形成し、カラー２３を、弾性を有する合成樹脂で形成するとよい。

次に外側ピン歯車１１について説明する。図３に示されるように外側ピン歯車１１は、歯車本体である内側が円形に刳り貫かれた板状の外側ピンリング（ピンリング）１１ｂを有し、その内歯１１ａは、複数個の歯部３０で構成されている。歯部３０は、上方に突出した状態で外側ピンリング１１ｂに固定されたピン体と、ピン体に回転可能に外嵌されるカラーとからなる。
外側ピンリング１１ｂの内周側には、複数個の貫通する取付穴３１が、内周に沿って等間隔あけて設けられている。取付穴３１の位置は、外側ピンリング１１ｂの内周縁から所定距離外側の位置である。この複数の取付穴３１に歯部３０がそれぞれ設けられ、複数個の歯部３０は外側ピンリング１１ｂに周方向に一定間隔をおいて設けられる。外側ピン歯車１１の歯部３０としては、図１、図２を用いて説明した内側ピン歯車１２の歯部２０と同様のものが使用される。
このような構成からなる内側ピン歯車１２の歯部２０と、外側ピン歯車１１の歯部３０は、キャリア１３の外歯１３ａと係合する際には、外歯１３ａと直接接触するカラー２３がピン体２２の外側で回転する。

この実施形態では次のような効果を得ることができる。
上記実施形態によれば、カラー２３の抜け止めのためのキャップが不要となり、部品点数を減らして装置を簡略化することができる上に、カラー２３の交換が簡単にできるようになる。例えば、３００個の歯部が設けられた外側ピン歯車１１と、１００個の歯部が設けられた内側ピン歯車１２を備えた研磨装置がある。従来の技術で説明した図５の歯部３０６ａの場合、キャップ３１０は外側ピン歯車、内側ピン歯車について各々歯部と同数あり、多数の細々としたキャップ３１０の管理が面倒であった。また、カラー３１３の交換の際には、歯部１個ずつに対してキャップ３１０を螺入しなければならず、煩わしい作業となっていた。これに比べて、上記実施形態の歯部２０、３０は、キャップ３１０が不要となって部品の管理を簡略化できる。さらに、ピン体２２に対するカラー２３の脱着が、カラー２３を被せる、引き抜くという簡単な動作でできるので、素早くカラー２３の交換ができる。

また、従来の歯部３０６ａ（図５参照）では、カラー３１３とキャップ３１０の間の隙間３１３ｂを介して、カラー３１３とピン体３１４との間に研磨液等の液体やスラリーが入り込んで固体化し、カラー３１３の回転を阻止することがあった。しかし、上記実施形態の歯部２０、３０は、ピン体２２に有底のカラー２３が被せられる構成なので、上部側に開口する隙間がなく、カラー２３とピン体２２との間に液体やスラリーが入り込むことがない。これにより、長期間にわたって安定してカラー２３を回転可能に保持できる。
また、カラー２３の下部側に設けられた切欠部２３ｄ内に、フランジ部２４の上縁部２４ｄ側が進入する構成としたことにより、液体やスラリーの浸入をさらに効果的に防止できる。

以上、本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、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である。
例えば、内側ピン歯車１２の歯部２０及び外側ピン歯車１１の歯部３０に対して、次のようにそれぞれ変更してもよい。
ピン体２２は、ピンリング１２ｂ、１１ｂに対して螺入されて固定される構成であってもよい。

また、上記実施形態は、ピン体２２にカラー２３を装着した際には、カラー２３の底部２３ａの内面がピン体２２の上面に当接している。これに限定されず、カラー２３は、その下端面２３ｂが、ピンリング１１ｂ、１２ｂに当接して、ピンリング１１ｂ、１２ｂに支持される構成であってもよい。つまり、カラー２３の下端面２３ｂがピンリング１１ｂ、１２ｂに当接し、底部２３ａの内面とピン体２２の上面との間に隙間を有する構成であってもよい。これによれば、カラー２３とピン体２２との間の隙間が外方に開口しないので、より確実に隙間への液体やスラリーの侵入を防止できる。
さらに、カラー２３は、その切欠内面２３ｃがフランジ部２４の上面に当接して、ピン体２２に支持される構成であってもよい。つまり、カラー２３の切欠内面２３ｃがフランジ部２４の上面に当接し、底部２３ａの内面とピン体２２の上面との間、及び下端面２３ｂとピンリング１１ｂ、１２ｂとの間に隙間を有する構成であってもよい。この構成によれば、上記同様、より確実に隙間への液体やスラリーの侵入を防止できる。

また、嵌合部２５を図６（ａ）、（ｂ）に示されるように形成してもよい。図６に示されるピン体２２は金属からなり、カラー２３はセラミックスからなる。そして、嵌合部２５は、ピン体２２に設けられた嵌合凸部２７と、カラー２３に設けられた嵌合凹部２６とからなり、嵌合凸部２７が弾性を有する合成樹脂又は合成ゴムによって、ピン体２２の外周面からリング状に突出して形成されている。金属やセラミックス等の弾性を有しない材料でピン体２２とカラー２３を形成すると、嵌合部２５の嵌め込みが困難となる場合がある。そこで、嵌合凹部２６を有するカラー２３と、ピン体２２の嵌合凸部２７のどちらか一方を弾性を有する材料、例えば弾性を有する合成樹脂で形成することにより、嵌合凹部２６に対する嵌合凸部２７の嵌め込みと取外しが容易となり、カラー２３のピン体２２への脱着が簡単になる。

また、外側ピン歯車の内歯と内側ピン歯車の外歯のどちらか一方が、本発明の上記構成からなる歯部で構成される研磨装置であってもよい。
また、実施形態として下定盤と上定盤がそれぞれ独立して回転する研磨装置を挙げて説明したが、回転せずに静止している上定盤と、回転する下定盤を有する研磨装置であってもよい。
また、研磨装置は、上定盤、下定盤、外側ピン歯車及び内側ピン歯車が、各々別個に設けられたモータ等の駆動源によって回転駆動する構成であってもよいし、１個の駆動源の回転力をギア及びクラッチを介してそれぞれに伝達し回転駆動する構成であってもよい。

ピン体とカラーの形状を示す断面図である。歯部の構成を示す断面図である。内側ピン歯車、キャリア及び外側ピン歯車の構成を示す平面図である。従来の太陽ギア、キャリア及びインターナルギアの構成を示す平面図である。従来の歯部の構成を説明する断面図である。他の歯部の構成を示す断面図である。

符号の説明

１１外側ピン歯車
１２内側ピン歯車
１３キャリア
２０歯部
２２ピン体
２３カラー
２５嵌合部
２６嵌合凹部
２７嵌合凸部

Claims

ワークを保持するキャリアの外歯が、外側ピン歯車の内歯と内側ピン歯車の外歯にそれぞれ係合し、研磨液が供給されつつ、該キャリアが自転及び公転されて、前記ワークを上定盤と下定盤で研磨する研磨装置であって、
前記外側ピン歯車の内歯と内側ピン歯車の外歯とが、ピンリングに周方向に一定の間隔をおいて複数個設けられた歯部からなり、
前記外側ピン歯車の歯部と内側ピン歯車の歯部の少なくとも一方が、
前記ピンリングに上方に突出して固定されたピン体と、
下方に開放する有底円筒状をなし、ピン体との間に設けた嵌合部によりピン体に対して着脱可能に、かつ該ピン体に回転可能に外嵌されるカラーとを有し、
前記カラーが有底円筒状に形成されていることにより、前記ピン体とカラーとの間に研磨液が侵入するのを阻止することを特徴とする研磨装置。
前記ピン体に外方に突出するフランジ部が設けられ、前記カラーの開口部の内周縁に、前記フランジ部が進入する切欠部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記切欠部の下方に向く切欠内面が前記フランジ部の上面に当接することを特徴とする請求項１または２記載の研磨装置。
前記カラーの下端面がピンリングに当接することを特徴とする請求項１または２記載の研磨装置。
前記嵌合部は、カラーに設けられた嵌合凹部と、ピン体に設けられた嵌合凸部とからなることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の研磨装置。
前記カラーが樹脂で形成され、前記ピン体が金属で形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の研磨装置。
前記カラーが金属またはセラミックで形成され、前記ピン体が樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の研磨装置。
前記カラーが金属またはセラミックで形成され、前記嵌合凸部が樹脂リングまたはゴムリングで形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の研磨装置。