JP4663270B2 - 研磨装置 - Google Patents

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に設けられたインターナルギアと太陽ギアの少なくとも一方の歯部が、複数本のピン体とピン体に外嵌されるカラーとで構成されてい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１０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、太陽ギアの外歯は、太陽ギア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、インターナルギアの内歯も、インターナルギア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、キャリアの外歯がインターナルギアの歯部と太陽ギア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１１は、太陽ギアにおける１個の歯部３０６ａの構成を説明する断面図である。
太陽ギアの本体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。
インターナルギアの歯部も、太陽ギアの歯部と同様の構成を有している。
上記構成からなるインターナルギアの歯部と太陽ギアの歯部は、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、カラーの摩耗を減らすことができる。これにより、インターナルギアと太陽ギアの耐久性が向上する。
特開平９−２３９６５７号公報

しかしながら、上記構成からなるギアであっても長期間の使用によるカラーの摩耗は避けられず、摩耗したカラーは新しいものと交換しなければならない。カラーの交換は、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を新しいものと取り換えてピン体に取り付けることで行なうことができる。１個の歯部に対しては、このように簡単にカラーの交換ができるが、大型の研磨装置の太陽ギアやインターナルギアには１００個程度の多数の歯部が設けられており、全部のカラー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、手間のかかる煩わしい作業となっていた。

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、複数個のカラーの交換を効率良く行うことの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備える。
すなわち、本発明は、ワークを保持するキャリアの外歯が、インターナルギアの内歯と太陽ギアの外歯にそれぞれ係合することにより、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、インターナルギアの内歯と太陽ギアの外歯の少なくとも一方が、ギア本体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、該ピン体に外嵌されるカラーとを有する複数個の歯部からなり、前記カラーは、下部にフランジ部を有し、該フランジ部を挟み込むことにより、複数個の前記カラーを保持するホルダーが設けられ、該ホルダーをギア本体上に固定する固定手段が設けられ、該固定手段をはずし、ホルダーをギア本体から取り外すことにより、複数個のカラーを同時に各ピン体から取り外すことができることを特徴とする。ここで外嵌とは、ピン体に対してカラーが、回転可能に遊嵌される場合と、嵌め合わされて固定される場合とを含む。
これによれば、カラーの交換を効率良く行うことができる。また、カラーは、下部にフランジ部を有し、ホルダーはフランジ部を挟み込んでカラーを保持するので、さらにホルダーへのカラーの取り付けが簡単になる。

また、前記カラーは、前記ホルダーに対して着脱可能に設けられていることを特徴とする。これによれば、消耗品であるカラーのみ交換してホルダーを再使用できる。
また、前記ホルダーは、第１ベース部と第２ベース部とを有し、第１ベース部と第２ベース部との間で前記フランジ部を挟み込むことにより、前記カラーを保持することを特徴とする また、前記ホルダーは、平面形状がリング状に形成されていることを特徴とする。これにより、インターナルギア或いは太陽ギアの全部のカラーを１度に交換可能となる。

また、前記ホルダーは、円弧状に形成され、複数個のホルダーによってインターナルギア又は太陽ギアの複数個のカラーを分割して保持することを特徴とする。これにより、ギア全体に対して部分的にカラーを交換できる。
また、前記ホルダーは、ホルダー内に入った液体を排出可能な排出孔を有することを特徴とする。これにより、ホルダー内に進入した研磨液等の液体を排出して、良好に歯部をキャリアの外歯に係合させることができる。
また、前記カラーは、合成樹脂からなることを特徴とする。これによりカラーを安価に提供できると共に、ホルダーへのカラーの取り付け作業が簡単になる。

本発明によれば、多数個のカラーの交換を効率良く行うことができる。

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９に示すようなインターナルギア１１と、そのほぼ中央に配置される太陽ギア１２とを用いた機構が使用される。
インターナルギア１１と太陽ギア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がインターナルギア１１の内歯１１ａと太陽ギア１２の外歯１２ａに係合することで、自転しながら太陽ギア１２の周りを公転する。
インターナルギア１１と太陽ギア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。

次に太陽ギア１２について説明する。
太陽ギア１２は、外周が円形の板状のギア本体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。
ギア本体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、外周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がそれぞれ固定される。
図２は、太陽ギア１２のギア本体１２ｂに対するピン体２２の取付状態を示す断面図である。ピン体２２は、ネジ部２２ａ、嵌入部２２ｂ、突出部２２ｃからなり、同一軸線上に下端部から上方に向ってこの順で構成されている。これに対応して取付穴２１には、ギア本体の上面側から嵌合部２１ｂ、螺合部２１ａが形成されており、ピン体２２は、そのネジ部２２ａが螺合部２１ａに螺合され、嵌入部２２ｂが嵌合部２１ｂに嵌合されることにより取付穴２１に位置決めして固定される。こうしてピン体２２は、ギア本体１２ｂに突出部２２ｃが上方に突出して固定される。さらに、ピン体２２は、スパナレンチによる締付が可能なように切欠部２３を２箇所に形成し、ギア本体１２ｂ側に締め付けられて固定される。

図４は、カラー２４の形状を示す断面図である。合成樹脂からなるカラー２４は、天井壁２４ａ、筒部２４ｂ、フランジ部２４ｃを有する。天井壁２４ａは、円筒状の筒部２４ｂの上部開口を閉塞している。フランジ部２４ｃは、筒部２４ｂの下部の開口縁部から外方へ、筒部の径方向に突出してリング状に設けられている。さらに、カラー２４のフランジ部２４ｃ側の開口縁内側は、その全周にわたって面取り部２４ｄが形成されている。つまり、カラーは、下方に開放する有底円筒状に形成される。
太陽ギアの歯部は、上記構成からなるカラー２４が、ピン体２２に外嵌されて形成される。このとき、カラー２４は、天井壁２４ａとピン体２２の上端部には適度な隙間があり、筒部２４ｂが突出部２２ｃの側面を覆うようにして、ピン体２２に外嵌される。そして、筒部２４ｂの径は、カラー２４がピン体２２に対して回転可能に、隙間を有して遊嵌される長さに設定される。

一方、複数個のカラー２４を保持するホルダー２５は、第１ベース部２６と第２ベース部２７とを有する。第１ベース部２６と第２ベース部２７は、略同一の外形、大きさで、図６に示されるような平面形状がリング状の、板状に形成されている。
図３は、ホルダー２５の形状を示す断面図である。第１ベース部２６には、上下に貫通する複数の挿入穴２６ａが、円形の外形に沿って等間隔あけて設けられている。また、挿入穴２６ａには、下面２６ｃ側が拡径して形成された拡径部２６ｂが設けられている。そして、拡径部２６ｂを有することにより、挿入穴２６ａには段差面２６ｄが形成される。
第２ベース部２７にも上下に貫通する複数の挿入穴２７ａが、円形の外形に沿って等間隔あけて設けられている。

第１ベース部２６の挿入穴の数と第２ベース部２７の挿入穴の数は同じであり、またその数は、ギア本体１２ｂ上に固定されたピン体２２の数と同じである。
さらに、第１ベース部２６に設けられた複数の挿入穴２６ａの配設ピッチと、第２ベース部２７の複数の挿入穴２７ａの配設ピッチは同一である。また、これら挿入穴２６ａ、２７ａの配設ピッチは、ギア本体１２ｂに固定された複数個のピン体２２の配設ピッチと同一である。
上記構成からなるホルダー２５は、第１ベース部２６の下面２６ｃと、第２ベース部２７の上面２７ｃを密着させ、さらにそれぞれの内周面と外周面を上下に一致させて平面形状がリング状となった状態で、第１ベース部２６と第２ベース部２７の対応する挿入穴２６ａ、２７ａ同士を、上下に一致させて貫通させることができる。

つまり、第１ベース部と第２ベース部を上記のように組み立てた保持用組立状態のホルダー２５は、平面形状がリング状に形成され、その外周に沿って、第１、第２ベース部の挿入穴で形成される複数個の貫通する挿入穴２９が、等間隔あけて設けられている状態となる。さらに、保持用組立状態のホルダー２５は、第１ベース部の拡径部２６ｂと第２ベース部の上面２７ｃとから形成される保持空間２８を前記挿入穴２９内に有する。
保持用組立状態は、固定部材によって固定され保持される。固定部材は、第１ベース部と第２ベース部に同時に螺入される複数のボルトからなる。

図５は、ホルダー２５にカラー２４を保持させた状態を示す断面図である。保持用組立状態のホルダー２５の挿入穴２９内にそれぞれカラー２４が挿入され、さらに前記固定部材によってその状態が固定されて複数個のカラー２４がホルダー２５に保持されている。このとき、カラー２４は天井壁２４ａを上方に向けた姿勢で、フランジ部２４ｃがホルダー２５内に挟み込まれ、筒部２４ｂが挿入穴２９の上部開口から上方へ突出している。
詳しく説明すると、カラー２４は、フランジ部２４ｃが保持空間２８内に挿入されることにより第１ベース部２６と第２ベース部２７との間でフランジ部２４ｃが挟み込まれ、第１ベース部の挿入穴２６ａの上部開口から筒部２４ｂが上方に突出した状態でホルダー２５に保持されている。このとき、フランジ部２４ｃが第１ベース部２６の段差面２６ｄに係止されることにより、カラーの上方への抜け止めがなされる。また、フランジ部２４ｃが第２ベース部２７の上面２７ｃに当接することにより、カラー２４の下方への沈み込みが防止される。さらに、カラー２４は、ピン体に外嵌された際にはカラーの中心軸を回転軸として円滑に回転できるように、ホルダー２５との間に適度な隙間を有して保持される。

図５に示されるような状態でホルダーにカラーを取り付けるには、例えば次のような取付方法がある。
第１ベース部２６を、その拡径部２６ｂが上方に向くように上下反転させ、その上方から天井壁２４ａを第１ベース部２６に向けた姿勢のカラー２４を挿入穴２６ａに挿入する。すると、段差面２６ｄにフランジ部２４ｃが当接して、第１ベース部２６にカラー２４が保持される。この状態で、第１ベース部上に上下反転させた第２ベース部を載置し、第１ベース部と第２ベース部とを固定部材によって固定する。

他の取付方法として、合成樹脂からなるカラーの柔軟性を利用した方法がある。
先に第１ベース部と第２ベース部とを前記保持用組立状態とし、固定部材によって両者を固定する。そして、カラー２４をフランジ部２４ｃ側から挿入穴２９内へ押し込み、フランジ部を保持空間２８内へ挿入して筒部２４ｂを上方へ突出させる。合成樹脂からなるカラー２４は柔軟性があるので、容易に挿入穴へ挿入して嵌め込むことができる。
こうして、図８に示されるように、ホルダー２５の、複数個の貫通する挿入穴２９に各々カラー２４が挿入されて、複数個のカラー２４がホルダー２５に保持される。

太陽ギア１２のギア本体１２ｂ上に立設された複数本のピン体２２に、カラー２４をそれぞれ装着する際には、複数個のカラー２４をホルダー２５ごとギア本体１２ｂ上に固定することで行う。すなわち、複数本のピン体２２が立設しているギア本体１２ｂに、複数個のカラー２４が上方に向って突出する姿勢のホルダー２５を載置する。このとき、複数本のピン体２２が、それぞれ対応する第２ベース部の挿入穴２７ａに挿入され、さらにカラー２４内に進入するようにして、ホルダー２５をギア本体上１２ｂに載置する。図１は、ホルダーがギア本体上に載置されたときの状態を示す。この状態で、カラー２４は、天井壁２４ａとピン体２２の上端部に適度な隙間があり、筒部２４ｂが突出部２２ｃを覆う。こうして、ホルダーによって保持された複数個のカラー２４は、それぞれピン体２２に回転可能に遊嵌される。

ホルダー２５は、ギア本体上に固定手段により固定する。固定手段は、ホルダーとギア本体に同時に螺入される複数本のボルトからなる。
こうして、太陽ギアの全部のピン体に、同時にカラーを取り付けて複数個の歯部を形成することができる。
カラーを取り外す際には、まずギア本体上にホルダーを固定している固定手段をはずし、ホルダーを持ち上げてギア本体から取り外すことで、全部のピン体からカラーを同時に取り外すことができる。
さらに、ホルダーからカラーを取り外す場合は、カラーをホルダーから引き抜く、或いは第１、第２ベース部の２つに分解して、カラーを落下させる等、簡単な作業で行うことができる。

以上太陽ギアについて説明したが、次にインターナルギアについて説明する。図９に示されるようにインターナルギアの内歯も、ピン体とカラーとを有する複数個の歯部３０からなり、太陽ギアとはギア本体の形状が異なる点と、これに伴って歯部３０の取付位置が異なる他は、太陽ギアで説明した歯部及びホルダーの構成が適用される。
インターナルギア１１は、内側が円形に刳り貫かれた板状のギア本体１１ｂを有する。ギア本体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、内周から所定距離外側の位置である。この複数の取付穴３１には、歯部３０を形成するピン体３２がそれぞれ固定される。ピン体３２のギア本体１１ｂに対する取付構造、カラーの形状等は太陽ギアで説明した形状及び構造が適用される。また、ホルダーもインターナルギアの大きさに合わせて形成されればよく、太陽ギアのホルダーと同様の形状を有する、平面形状がリング状をなすホルダーが使用される。これにより、太陽ギアと同様、インターナルギア１１の複数個のカラーの着脱も、ホルダーごと行うことが可能となる。

この実施形態では以下のような効果を得ることができる。
従来は、インターナルギア、太陽ギアの各々に対して、多数あるカラーの交換を１個ずつ行わなくてはならず、手間のかかる煩わしい作業となっていた。上記実施形態では、複数個のカラーは、カラーを保持するホルダーごとギア本体に対して着脱可能となっているので、ホルダーごと交換することでカラーを効率良く交換できる。
また、カラーは、ホルダーに対して着脱可能に設けられているので、カラーのみを交換して、ホルダーを何度も再使用することができる。
さらに、ピン体とカラーとの間に研磨液等の液体やスラリーが入り込むと、カラーが変形したり、カラーの回転が阻止されたりする。しかし、上記カラーは天井壁を有して上方からピン体全体を覆っているので、ピン体とカラーとの間に研磨液等の液体やスラリーが入り込むことがない。

また、カラーはフランジ部によってホルダーに保持されるので、従来のように１個ずつ抜け止め用のキャップをする必要がなくなる。これにより、キャップという取扱いの面倒なこまごまとした部品を無くすことができ、さらにカラーを簡単にピン体に外嵌させることができる。
また、ピン体は、所謂芯出しによって厳密に位置合わせをしてギア本体に固定しなければならないが、ピン体ごと取り外す方法ではないので芯出しの手間を省くことができる。
また、カラーの材質として合成樹脂を用いれば、ホルダーに対するカラーの着脱が、カラーを押し込む或いは引き抜くという簡単な動作で可能となる。
また、カラーのフランジ部側の開口縁に面取り部が形成されているので、カラー内にピン体を円滑に挿入することができる。

以上、本発明につき好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施形態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、インターナルギア、太陽ギアのそれぞれについて次のように変更してもよい。
カラーは、合成樹脂製でなくても、その他の材質、例えばセラミックスによって形成されていてもよい。

また、ホルダーは、ギア本体に対して配設される全部のカラーを一緒に保持するものでなくてもよく、平面形状が円弧状に設けられ、複数のホルダーによって全部のカラーを分割して保持するようにしてもよい。例えば、図７に示されるように、４個の円弧状のホルダーによって、１個の太陽ギア或いはインターナルギアの全部のカラーを分割して保持する。これによれば、ホルダーが小型化されて取扱いが容易になり、さらにギア本体に対して部分的にカラーを交換できる。また、この場合、インターナルギアと太陽ギアのどちらか一方のホルダーのみ円弧状としてもよい。比較的小さい太陽ギアのホルダーをリング状とし、大きなインターナルギアのホルダーを円弧状に複数個に分割すると好適である。
さらに、ホルダーは、第１ベース部と第２ベース部が保持用組立状態で一体化されて形成されていてもよい。この場合、合成樹脂からなるカラーを用いると好適である。合成樹脂のカラーは柔軟性があるので、カラーをホルダーに対して打ち込んだり、引き抜いたりすることでホルダーに対するカラーの着脱が簡単にできる。

また、ホルダーに、保持空間２８からホルダーを貫通して外周面へ抜ける排出孔を形成してもよい。第１、第２ベース部の２体からなるホルダーの場合、排出孔は第２ベース部に貫通穴を設けるか、或いは上面に溝を設けることにより形成できる。勿論、第１ベース部に貫通穴を設けるか、或いは下面に溝を設けて排出孔を形成してもよい。これによれば、ホルダーとカラーとの隙間から、保持空間等のホルダー内に入り込んでしまった研磨液等の液体やスラリーを、ギア本体の回転による遠心力を利用して排出孔から外方へと排出することができる。
また、上記実施形態では、カラーがピン体に対して回転可能に遊嵌される場合について説明したが、カラーは、ピン体に対して固定されていてもよい。具体的には、カラーが、ホルダーとピン体それぞれに対して隙間を設けずに嵌め合せられる構造であってもよい。

ホルダー及びカラーのギア本体に対する取付状態を示す断面図である。 ギア本体にピン体が固定されている状態を示す断面図である。 ホルダーの形状を示す断面図である。 カラーの形状を示す断面図である。 ホルダーにカラーが保持されている状態を示す断面図である。 ホルダーの平面形状を示す上面図である。 他のホルダーの平面形状を示す上面図である。 ホルダーにカラーが保持されている状態を示す上面図である。 キャリアの回転駆動機構を示す概略図である。 従来のキャリアの回転駆動機構を示す概略図である。 従来のカラーのピン体に対する取付状態を示す断面図である。

符号の説明

１１ インターナルギア
１２ 太陽ギア
１３ キャリア
２０ 歯部
２２ ピン体
２４ カラー
２５ ホルダー
２６ 第１ベース部
２７ 第２ベース部

Claims (7)

1. ワークを保持するキャリアの外歯が、インターナルギアの内歯と太陽ギアの外歯にそれぞれ係合することにより、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、
   インターナルギアの内歯と太陽ギアの外歯の少なくとも一方が、ギア本体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、該ピン体に外嵌されるカラーとを有する複数個の歯部からなり、
   前記カラーは、下部にフランジ部を有し、
   該フランジ部を挟み込むことにより、複数個の前記カラーを保持するホルダーが設けられ、
   該ホルダーをギア本体上に固定する固定手段が設けられ、
   該固定手段をはずし、ホルダーをギア本体から取り外すことにより、複数個のカラーを同時に各ピン体から取り外すことができることを特徴とする研磨装置。
2. 前記カラーは、前記ホルダーに対して着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 前記ホルダーは、第１ベース部と第２ベース部とを有し、第１ベース部と第２ベース部との間で前記フランジ部を挟み込むことにより、前記カラーを保持することを特徴とする請求項１または請求項２記載の研磨装置。
4. 前記ホルダーは、平面形状がリング状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項記載の研磨装置。
5. 前記ホルダーは、円弧状に形成され、複数個のホルダーによってインターナルギア又は太陽ギアの複数個のカラーを分割して保持することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項記載の研磨装置。
6. 前記ホルダーは、ホルダー内に入った液体を排出可能な排出孔を有することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項記載の研磨装置。
7. 前記カラーは、合成樹脂からなることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一項記載の研磨装置。

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