JP4711554B2 - 加圧プレート用反転機構を備えた平面研磨装置 - Google Patents

加圧プレート用反転機構を備えた平面研磨装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハや液晶ガラス等のワークを加圧プレートにより定盤に押し付けて研磨する平面研磨装置に関するものであり、さらに詳しくは、ワークの着脱時に上記加圧プレートを反転させる機構を備えた平面研磨装置に関するものである平面研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、この種の平面研磨装置としては、図10及び図11に示すものが知られている。
図10に示す平面研磨装置において、機台1上には、上面に研磨布2が貼着された水平回転盤3が水平方向に回転可能に軸支されると共に、第1のシリンダ4が第1の支持部材5によって所定角傾斜した形で支持されている。
研磨布2の直上には、垂直方向に上下動する第2のシリンダ6が、第2の支持部材7によって支持され、この第2の支持部材7の一端部は、第1の支持部材5に軸着され、上記第2のシリンダ6のピストンロッド6aの一端部には、上記研磨布2に対面するように円盤状の加圧プレート8が取り付けられている。
【0003】
上記加圧プレート8の下面には、ワークを取り付けて保持するための保持枠9が装着され、第1のシリンダ4のピストンロッド4aの一端部が第2の支持部材7の他端部に軸着され、第1のシリンダ4の伸縮によって加圧プレート8を水平状及び前傾状に傾斜させ、第2のシリンダ6の伸縮によって加圧プレート8を上下動させるようになっている。
【0004】
図11に示す平面研磨装置では、機台11上の支持アーム12にカム13溝が設けられると共に、シリンダ14のピストンロッド14aに接触子15が設けられていて、上記ピストンロッド14aの伸縮によって接触子15がカム溝13に沿って誘導され、ピストンロッド14aの下部に取り付けられた加圧プレート16が水平状及び前傾状に傾斜させられるものである。
かくして、図10及び図11において、ワークの研磨は、ワークが加圧プレート8,16によって加圧された状態で行われ、ワークを加圧プレート8,16に保持させる場合には、加圧プレート8,16を反転させ、前傾状に傾斜させた状態で行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如き図10に示す平面研磨装置では、加圧プレート8の上下動に第2のシリンダ6を使用し、加圧プレート8の反転動作に第1のシリンダ4を用いており、加圧プレート8の上下動と反転動作とが2つのシリンダ4,6によって個別に行われているので、切り換えに手間や時間が掛かり、2つのシリンダを要することで、コスト高になるという問題点がある。
【0006】
また、図11に示す平面研磨装置は、加圧プレート16の上下動及び反転動作が、カム溝13を用いたことで、1つのシリンダ14によって一連の動作として可能になっているが、反転時に加圧プレート16の重量がピストンロッド14aと接触子15及びカム溝14とに直接作用するため、装置が大型である場合に耐久性の問題があるとか、加圧プレートにかかる前後方向の力を受ける特別な工夫が必要であるとか、加圧プレートの反転位置が高くなり易いといったような問題が生じる。
【0007】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、1つのシリンダを用いて、大重量の加圧プレートであってもその重量を確実に支持しながら、該加圧プレートの垂直上昇と反転動作とを短時間で効率良く行うことができる平面研磨装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明に係る平面研磨装置は、機体に水平面内で回転自在なるように設置された研磨用定盤と、垂直なプレート軸の下端に取り付けられ、保持したワークを上記定盤に押し付ける加圧プレートと、上記機体上の支持フレームに共通の水平軸線の回りに相対的に回動自在なるように支持された反転アーム及びガイドアームと、このガイドアームに取り付けられて上記プレート軸が摺動自在に貫通する軸ガイドと、上記反転アームを上記水平軸線の回りに一定角度回動させる反転用シリンダと、上記反転アームの回動動作を上記プレート軸及び加圧プレートの垂直上昇と反転動作とに変換する変換機構とを有し、上記変換機構が、上記反転アームに取り付けられて該反転アームの回動により待機位置と反転位置との間を変移するカムと、上記プレート軸の上端部に設けられ、上記カムが待機位置から反転位置へと変移するとき該カムに当接して一緒に変移することにより、上記プレート軸及び加圧プレートを垂直上昇させたあと上記水平軸線を中心として反転させる第1係止部と、上記プレート軸の下端部に設けられ、該プレート軸の垂直上昇終了時に上記軸ガイドに係止することによって上記反転アームとガイドアームとを一体化させ、このガイドアームが反転アームと一緒に反転するのを可能にする第2係止部とを有することを特徴とするものである。
【0009】
従って、本発明では、ワークの研磨が終了したあと、シリンダのピストンロッドを短縮させて反転アームを水平軸線を中心に回転させると、上記カムが待機位置から反転位置へと回動するが、その回動初期に該カムは、プレート軸上端の第1係止部に当接して該プレート軸を押し上げることにより、このプレート軸をその下端の第2係止部がガイドアームの軸ガイド下端に当たる位置まで垂直上昇させ、それに伴って加圧プレートも垂直上昇する。
【0010】
この位置からさらに上記ピストンロッドを短縮させて反転アームを回転させると、上記第2係止部が軸ガイド下端へ係止することによって該反転アームとガイドアームとが一体化しているため、上記カムの更なる変移によってこれらの反転アームとガイドアームとが一緒に反転を開始し、上記カムが反転位置へ変移したとき、上記加圧プレートが正面視前傾状となる位置で反転を終了する。
【0011】
ここで、上記加圧プレートの反転時に、上記ガイドアームが反転アームと一体となって反転することにより、このガイドアームで加圧プレートの重量が支持されることとなり、大重量の加圧プレートであってもその重量を確実に支持しながら反転動作を行うことができる。しかも、1つのシリンダを用いて反転アームを一定角度回動させる中で上記加圧プレートの垂直上昇と反転動作とを連続的に行うことができるため、それらの動作を短時間で効率良く行うことができ、装置の構造も簡単である。また、上記加圧プレートの垂直上昇は、その後の反転動作時に該加圧プレートの端部が定盤に接触しないようにするためのものであり、従ってその垂直上昇ストロークは、加圧プレートの直径に応じて必要な大きさに設定される。この場合に好ましくは、上記垂直上昇ストロークを必要最小限の大きさに設定することであり、これにより、反転終了時の加圧プレートの位置を低くしてワークの交換作業を容易にすることができる。
【0012】
ワークの交換を終わって上記加圧プレートを研磨位置に復帰させるときは、上記ピストンロッドを伸長させて上記反転アーム及びガイドアームを反転方向とは逆方向に回転させることにより、上記加圧プレートは、プレート軸が垂直姿勢になる位置まで回転したあと、さらに垂直下降し、保持したワークを定盤に押し付ける。
【0013】
本発明の具体的な実施形態によれば、上記ガイドアームが、基端部を上記支持フレーム上の水平支持軸に相対回転可能なるように取り付けられた左右一対の側枠部材と、これらの側枠部材の先端部間に設けられた前枠部材とを有していて、この前枠部材に上記軸ガイドが取り付けられ、上記反転アームは、上記ガイドアームの一対の側枠部材間において上記水平支持軸に基端部を固定され、先端部に左右一対の上記カムを有し、また、上記プレート軸の上端部の第1係止部は円形フランジ形をしていて、このフランジの下面に上記一対のカムがプレート軸の両側において係止するように構成されている。
【0014】
本発明において好ましくは、上記加圧プレートが垂直上昇を終了するまではガイドアームを拘束することによって反転動作を規制する反転規制手段を設けることである。
これにより、プレート軸と軸ガイドとの間の摺動抵抗が大きいために該プレート軸の垂直上昇が最後まで完全に行われない場合に、加圧プレートの不時の反転動作を確実に防止することができる。
【0015】
上記反転規制手段の具体的構成としては、上記支持フレームに固定されたストッパーと、上記ガイドアームに回動自在に軸着されて上記ストッパーに係脱自在の係止レバーと、該係止レバーと上記反転アームとの間に連結されて該反転アームの回動により作動し、上記加圧プレートの垂直上昇終了時に上記係止レバーをストッパーへの係止状態から解放する連結棒とを含むことが望ましい。
【0016】
本発明においては、上記ストッパーが、上記加圧プレートが反転位置から復帰して垂直姿勢になる位置で上記ガイドアームに当接し、このガイドアームのそれ以上の変移を規制する復帰位置規制手段を兼ねている。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る平面研磨装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、平面研磨装置の一部を切り欠いて図示したものであり、半導体ウエハや液晶ガラス等のワークWの片面を平面研磨している状態を示している。装置の機体21上には、水平面内で回転する研磨用の定盤22が設けられ、この定盤22は、機体21の内部に設置されたモータ等の駆動源に駆動軸を介して連結され、中央部上面にスラリー状の研磨剤を供給するための供給孔22aを備えている。
【0018】
上記定盤22の上方には、上記ワークWを保持してこの定盤22に押し付けるための加圧プレート23が配設されている。この加圧プレート23は円盤形をしていて、垂直なプレート軸24の下端部にベアリング25を介して回転自在に取り付けられ、自重によりワークWを加圧するものである。
【0019】
また、上記機体21上には、上記定盤22の側方位置にスタンド26が立設され、このスタンド26上には、図2からも分かるように支持フレーム27が固定され、この支持フレーム27は、間隔をおいて平行に延びる左右一対のフレーム部材27a,27aを備えている。この支持フレーム27には、空気圧等の流体圧によって往復動作する反転用のシリンダ28が、そのピストンロッド28aを定盤22側に向けて傾斜した状態に配置され、支軸29でブラケット30に回動自在なるように取り付けられている。
【0020】
上記支持フレーム27における左右のフレーム部材27a,27a間には、支持軸32が水平に架け渡されていて、この支持軸32の両端は、各フレーム部材27a,27aに取り付けられた軸受部材33で回転自在に支持されている。そして、この支持軸32には、反転アーム34とガイドアーム35とが取り付けられている。
【0021】
上記ガイドアーム35は、互いに平行に延びる左右一対の側枠部材35a,35aと、これらの側枠部材35a,35aの先端部間に取り付けられた前枠部材35bと、この前枠部材35bの全面中央部に垂直に固定された軸ガイド36とを有していて、上記側枠部材35a,35aの基端部が上記支持軸32に、ベアリング37を介して回転自在なるように支持されている。上記軸ガイド36は角柱形をなしていて、その内部に丸い軸穴36aを有し、この軸穴36a内に上記加圧プレート23のプレート軸24が、スライドブッシュ38を介して軸線方向に摺動自在なるように貫通している。
【0022】
一方の上記反転アーム34は、上記ガイドアーム35における左右の側枠部材35a,35a間の中間位置に配置されていて、上記支持軸32にボルト40aで固定された固定部40と、該固定部40から上方に延出する第1端41と、固定部40からプレート軸24に向けて前方に延出する第2端42とを、実質的に三角形の頂点に有するような形状をなし、上記第1端41に上記反転シリンダ28のピストンロッド28aが連結され、第2端42にローラー状のカム45が取り付けられている。図3から分かるように、上記第2端42は二股状に分かれていて、各分枝42aにそれぞれ上記カム45が、ボルト46で回転自在なるように取り付けられている。そして、上記反転シリンダ28のピストンロッド28aの伸縮により該反転アーム34が、上記支持軸32を中心にして一定角度揺動回転し、それによって上記カム45が、図1に示す待機位置Aと、図9に示す反転位置Bとの間を変移するようになっている。なお、この反転アーム34と上記ガイドアーム35とは、上記支持軸32を中心にして相対的に回動自在となっている。
【0023】
上記プレート軸24には、上記軸ガイド36の軸穴36aから上方に突出する上端部近くに、円形フランジ状をした第1係止部47が形成され、軸ガイド36の下端より所定距離を置いた下端部近くには、同様の第2係止部48が形成されている。そして、上記第1係止部47の下面側に上記一対のカム45,45が、プレート軸24の両側においてこの第1係止部47に当接するように配設されている。
【0024】
上記カム45,45と第1係止部47及び第2係止部48とは、上記反転シリンダ28による回動される反転アーム34の回動動作を、上記プレート軸24及び加圧プレート23の垂直上昇と反転動作とに変換するための変換機構を構成するもので、その動作の詳細は次のとおりである。すなわち、図1に示す状態からワークWの研磨が終了したあと、シリンダ28のピストンロッド28aを短縮させて反転アーム34を支持軸32を中心に時計回りに回転させると、上記カム45が図1の待機位置Aから図9の反転位置Bへと回動するが、その回動初期に該カム45は、図5〜図7に示すように、プレート軸24上端の第1係止部47の下面に当接して該プレート軸24を押し上げることにより、このプレート軸24をその下端の第2係止部48がガイドアーム35の軸ガイド36下端に当たる位置まで垂直上昇させ、それに伴ってプレート軸24及び加圧プレート23も垂直上昇する。
【0025】
この位置から更に上記ピストンロッド28aを短縮させて反転アーム34を回転させると、上記第2係止部48が軸ガイド36の下端へ係止することによって該反転アーム34とガイドアーム35とが一体化しているため、図8に示すように、上記カム45及び第1係止部47の更なる変移によってこれらの反転アーム34とガイドアーム35とが上記支持軸32を中心にして一緒に反転を開始し、それに追随して上記プレート軸24及び加圧プレート23も反転を行い、図9に示すように上記カム45が反転位置Bへ変移したとき、上記加圧プレート23が正面視前傾状となる位置で反転を終了する。
【0026】
このように、上記加圧プレート23の反転時に、軸ガイド36を備えた上記ガイドアーム35が反転アーム34と一体となって反転することにより、このガイドアーム35で加圧プレート23の重量が支持されることとなり、大重量の加圧プレート23であってもその重量を確実に支持しながら反転動作を行うことができ、耐久性を高めることができる。しかも、1つのシリンダ28を用いて反転アーム34を一定角度回動させる中で上記プレート軸24及び加圧プレート23の垂直上昇と反転動作とを連続的に行うことができるため、それらの動作を短時間で効率良く行うことができ、装置の構造も簡単である。
【0027】
また、上記加圧プレート23の垂直上昇は、その後の反転動作時に該加圧プレート23の端部が定盤22に接触しないようにするためのものであり、従ってその垂直上昇ストロークSは、加圧プレート23の直径に応じて必要な大きさに設定される。この場合に好ましくは、上記垂直上昇ストロークSを必要最小限の大きさに設定することであり、これにより、反転終了時の加圧プレート23の位置を低くしてワークWの交換作業を容易にすることができる。
【0028】
ワークWの交換を終わって上記加圧プレート23を研磨位置に復帰させるときは、図9の状態から上記ピストンロッド28aを伸長させて上記反転アーム34及びガイドアーム35を反時計回りに回転させることにより、上記加圧プレート23は、プレート軸24が垂直姿勢になる図7の位置まで回転したあと、さらに垂直下降し、保持したワークWを定盤22に押し付ける図1の状態に復帰する。このとき上記ガイドアーム35は、上記プレート軸24が垂直姿勢になる位置で停止するようになっている。
【0029】
上記研磨装置には、上記加圧プレート23の反転時に、該加圧プレート23が垂直上昇を終了するまではその反転動作が行われないように規制する反転規制手段51と、該加圧プレート23が反転位置Bから復帰して垂直姿勢になったあとは、ガイドアーム35のそれ以上の過剰復帰を規制する復帰位置規制手段52とが設けられている。
【0030】
上記反転規制手段51は、図1、図2、図4、図5から分かるように、上記支持フレーム27の前面下端部中央に固定されたストッパー54と、上記ガイドアーム35の下端部の位置に回動自在に軸着されてこのストッパー54に係脱自在の係止レバー55と、該係止レバー55と上記反転アーム34との間に連結されて該係止レバー55をストッパー54に係脱させる連結棒56とを有している。上記係止レバー55は、矩形の棒状をしていて、その基端部が上記ガイドアーム35の一方の側枠部材35aに軸58で回転自在に取り付けられ、円弧状をした先端面56aが上記ストッパー54の背面に当接するようになっている。また、上記連結棒56は、その基端部に軸線方向に長径の長穴56aを有し、この長穴56a内に反転アーム34に固定されたピン59を係合させることにより該反転アーム34に連結され、反対側の先端部は、上記係止レバー55の先端部近くに連結ピン60で回転自在に連結されている。
【0031】
上記反転規制手段51において、ワークWの加工時に加圧プレート23が垂直姿勢にある図1の状態では、上記係止レバー55の先端面55aが上記ストッパー54の背面に当接している。また、反転アーム34のピン59は、連結棒56の長穴56aの下端部に位置しており、係止レバー55に反転アーム34からの力は作用しない。
【0032】
上記反転アーム34が加圧プレート23を垂直上昇させるために回動を始めると、図5及び図6に示すように、上記ピン59が長穴56aに係止して連結棒56を引き上げるため、係止レバー55も先端部側が徐々に引き上げられていき、図7に示すように、第2係止部48が軸ガイド36の下端に当接して加圧プレート23の垂直上昇が終了した時点で、上記係止レバー55の先端部55aがストッパー54から外れて支持フレーム27に対するガイドアーム35の係止が解除される。これによりこのガイドアーム35は、反転アーム34と一体となって反転することができ、その反転によって上記プレート軸24及び加圧プレート23が反転する。
【0033】
上記プレート軸24と軸ガイド36との間の摺動抵抗が大きいために該プレート軸24の垂直上昇が正常に終了できない場合には、上記係止レバー55のストッパー54への係止が解除されないため、ガイドアーム35は反転動作を行うことができない。このため、中途半端な位置からの加圧プレート23の反転によってそのエッジが定盤22に衝突し、該加圧プレート23及び定盤22を破損するような事故は未然に防止される。
【0034】
上記加圧プレート23を反転位置から加工位置に復帰させる場合には、該加圧プレート23が図7に示す垂直上昇ストローク端に復帰した位置から、図1に示す加工位置まで下降する間に、上記係止レバー55は連結棒56により押し下げられ、その先端部55aがストッパー54の背面に当接する。
【0035】
一方、上記復帰位置規制手段52は、図2から分かるように、上記ストッパー54と、ガイドアーム35における前枠部材35bの背面中央部に固定された当接部材62とによって構成されている。そして、上記ストッパー54の前面にはV字形をした嵌合溝54aが縦向きに形成され、一方の上記当接部材62は、半円柱状に形成されて、上記ガイドアーム35に縦向きに固定されており、上記加圧プレート23が反転位置から復帰して垂直姿勢になったとき、上記当接部材62がストッパー54の嵌合溝54aに嵌合状態に当接してそれ以上の過剰復帰が規制されるようになっている。従って上記ストッパー54は、上記反転規制手段51と復帰位置規制手段52の両方を兼ねるものである。
【0036】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、加圧プレートの垂直上昇及び反転動作が、1つのシリンダによる反転アームの回転操作のみで連続して行われるため、非常に効率的で作業時間を短縮することができ、装置の構造も簡単でコスト低減を図ることができる。
また、上記加圧プレートは、プレート軸を支持する軸ガイドを備えたガイドアームと共に反転するので、このガイドアームでその重量を支持されながら反転軌道を安定的に移動することができ、大重量の加圧プレートであってもその重量を確実に支持することができて装置の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である平面研磨装置のワーク研磨時の状態を一部切り欠いて側面からみた要部断面図である。
【図2】図1のII−II線に沿った断面図である。
【図3】図1のIII−III線に沿った要部平面図である。
【図4】図1のIV−IV線に沿った断面図である。
【図5】図1の平面研磨装置の加圧プレートの垂直上昇開始時の状態を側面からみた要部断面図である。
【図6】図1の平面研磨装置の加圧プレートの垂直上昇中の状態を側面からみた要部断面図である。
【図7】図1の平面研磨装置の加圧プレートの反転開始時の状態を側面からみた要部断面図である。
【図8】図1の平面研磨装置の加圧プレートの反転中の状態を側面からみた要部断面図である。
【図9】図1の平面研磨装置の加圧プレートの反転終了時の状態を側面からみた要部断面図である。
【図10】従来の平面研磨装置の要部側面図である。
【図11】従来の他の平面研磨装置の要部側面図である。
【符号の説明】
21 機体
22 定盤
23 加圧プレート
24 プレート軸
27 支持フレーム
28 反転用シリンダー
32 支持軸
34 反転アーム
35 ガイドアーム
35a 側枠部材
35b 前枠部材
36 軸ガイド
45 カム
47 第1係止部
48 第2係止部
51 反転規制手段
52 復帰位置規制手段
54 ストッパー
55 係止レバー
56 連結棒

Claims (5)

  1. 機体に水平面内で回転自在なるように設置された研磨用定盤と、垂直なプレート軸の下端に取り付けられ、保持したワークを上記定盤に押し付ける加圧プレートと、上記機体上の支持フレームに共通の水平軸線の回りに相対的に回動自在なるように支持された反転アーム及びガイドアームと、このガイドアームに取り付けられて上記プレート軸が摺動自在に貫通する軸ガイドと、上記反転アームを上記水平軸線の回りに一定角度回動させる反転用シリンダと、上記反転アームの回動動作を上記プレート軸及び加圧プレートの垂直上昇と反転動作とに変換する変換機構と、を有し、
    上記変換機構が、上記反転アームに取り付けられて該反転アームの回動により待機位置と反転位置との間を変移するカムと、上記プレート軸の上端部に設けられ、上記カムが待機位置から反転位置へと変移するとき該カムに当接して一緒に変移することにより、上記プレート軸及び加圧プレートを垂直上昇させたあと上記水平軸線を中心として反転させる第1係止部と、上記プレート軸の下端部に設けられ、該プレート軸の垂直上昇終了時に上記軸ガイドに係止することによって上記反転アームとガイドアームとを一体化させ、このガイドアームが反転アームと一緒に反転するのを可能にする第2係止部と、を有することを特徴とする加圧プレート用反転機構を備えた平面研磨装置。
  2. 上記ガイドアームが、基端部を上記支持フレーム上の水平な支持軸に相対回転可能なるように取り付けられた左右一対の側枠部材と、これらの側枠部材の先端部間に設けられた前枠部材とを有していて、この前枠部材に上記軸ガイドが取り付けられ、上記反転アームは、上記ガイドアームの一対の側枠部材間において上記支持軸に基端部を固定され、先端部に左右一対の上記カムを有し、また、上記プレート軸の上端部の第1係止部は円形フランジ形をしていて、このフランジの下面に上記一対のカムがプレート軸の両側において係止するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の平面研磨装置。
  3. 上記加圧プレートが垂直上昇を終了するまではガイドアームを拘束することによって反転動作を規制する反転規制手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の平面研磨装置。
  4. 上記反転規制手段が、上記支持フレームに固定されたストッパーと、上記ガイドアームに回動自在に軸着されて上記ストッパーに係脱自在の係止レバーと、該係止レバーと上記反転アームとの間に連結されて該反転アームの回動により作動し、上記加圧プレートの垂直上昇終了時に上記係止レバーをストッパーへの係止状態から解放する連結棒とを含むことを特徴とする請求項3に記載の平面研磨装置。
  5. 上記ストッパーが、上記加圧プレートが反転位置から復帰して垂直姿勢になる位置で上記ガイドアームに当接し、このガイドアームのそれ以上の変移を規制する復帰位置規制手段を兼ねていることを特徴とする請求項4に記載の平面研磨装置。
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