JP6772876B2 - 回転装置、並びに該回転装置を備える両面研磨装置及び片面研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転装置、並びに該回転装置を備える両面研磨装置及び片面研磨装置に関する。

回転装置は、一般に、モーター等の駆動機構に接続する駆動軸に連結する駆動プレートと、回転対象体に連結する従動プレートと、を備えている。そして、駆動機構から駆動プレートに伝達された回転トルクを従動プレートに伝達するために、回転装置は、例えば駆動プレートと従動プレートとの間に図６（Ｂ）に示すようなユニバーサルジョイントを備えている。

図６（Ｂ）を参照して、このユニバーサルジョイントは、十字軸クロスピン１０２と、十字軸の対角位置（軸ａ）にて十字軸クロスピン１０２の一対の第１のピン１０２ａを収容する一対の第１のベアリングケース１０４ａと、上記対角位置とは直角となるもう一方の対角位置（軸ｂ）にて、もう一対の第２のピン１０２ｂを収容する一対の第２のベアリングケース１０４ｂと、を有する。そして、駆動プレート６と十字軸クロスピン１０２が、第１のベアリングケース１０４ａを介して固定され、従動プレート１６と十字軸クロスピン１０２が、第２のベアリングケース１０４ｂを介して固定される。図６（Ａ）も参照して、駆動プレート６が駆動軸Ｘを中心軸として回転すると、その回転トルクが第１のベアリングケース１０４ａ及び第１のピン１０２ａを介して十字軸クロスピン１０２に伝達される。そして、十字軸クロスピン１０２に伝達された回転トルクは、第２のピン１０２ｂ及び第２のベアリングケース１０４ｂを介して従動プレート１６に伝達され、その結果、従動プレート１６が回転する。

このようなユニバーサルジョイントは、図６（Ａ）に示すように従動プレート１６の厚み程度の、高さ制限のある状況下で用いることができ、例えば特許文献１に記載のウェーハの両面研磨装置において一般的に見られる。すなわち、両面研磨装置は、図７に示すように上定盤５０が上記ユニバーサルジョイントを備える回転装置４００の従動プレート１６に固定される。これによって、上定盤５０は、従動プレート１６と同様に回転することができる。また、このようなユニバーサルジョイントを備える回転装置は、特許文献２に記載のウェーハの片面研磨装置においても一般的に見られ、ユニバーサルジョイントにより駆動軸の回転トルクを研磨ヘッドに伝達している。

特開２００８−３６７７０号公報 特開平１１−２２１７５６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載のようにユニバーサルジョイントを有する回転装置を備える研磨装置では高い研磨精度が得られないという問題がある。すなわち、ユニバーサルジョイントの構造に起因して駆動軸から従動軸への回転トルクの伝達が不安定になり、結果として高い研磨精度が得られないという問題がある。また、従来のユニバーサルジョイントでは、その構造に起因して耐久性が不足するという問題がある。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、高さ制限に厳しく、かつ駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況でも、駆動軸から従動軸に回転トルクを安定的に伝達することができ、かつ耐久性が向上する回転装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく回転装置の駆動軸及び従動軸の回転動作に着目し、これについて解析を行った。図７に示すように、従来の両面研磨装置では、その支持構造体（不図示）の剛性不足により下定盤５２の平行度が変化すると、上定盤５０と下定盤５２とはウェーハを介して常に平行な構造となっているため、下定盤５２に追随して上定盤５０が傾くことがある。これに起因して、駆動プレート６の駆動軸Ｘと従動プレート１６の従動軸Ｙの軸間には微小な偏角αが生じることがある。そして、偏角αが生じた場合、駆動プレート６が駆動軸Ｘの周りを等速に回転していても、駆動プレート６に連結した従動プレート１６は、ユニバーサルジョイントの構造に起因して従動軸Ｙの周りを１／２回転を周期として増速と減速とが繰り返され、回転運動の周速が不等速になる。ＦＥＭ（Finite Element Method）解析を行うと、この従動プレート１６の不等速な回転運動に起因して、周速が遅くなる角度の時には従動プレート１６がより強く下方に押し付けられ、これにより上定盤５０が下定盤５２をより強く下方に押し付けており、上下定盤間の圧力（以下、「面圧」とも称する）が高くなっていることがわかった。一方で、周速が速くなる角度の時には従動プレート１６を押し付ける力が弱まり、これにより上定盤５０が下定盤５２に対して上方に引っ込み、上記面圧が低くなっていることがわかった。そして、これらの現象により上定盤５０及び下定盤５２にかかる面圧が不均一になることから、研磨精度が悪化することを知見した。これらの現象は両面研磨装置に限らず、例えば片面研磨装置においても定盤の平行度に追随して研磨ヘッドが傾く際に同様の現象が生じることがある。

また、ＦＥＭ解析により、図６（Ｂ）に示す従来のユニバーサルジョイントでは、第１のピン１０２ａと第２のピン１０２ｂ、及び第１のベアリングケース１０４ａと第２のベアリングケース１０４ｂ内の極小ボールベアリング（不図示）に回転トルクの伝達に伴う大きな応力がかかっていることがわかった。そして、この応力に起因してユニバーサルジョイント部分が塑性変形し、結果として回転装置の耐久性が不足していることがわかった。

この知見に基づき、本発明者らは、図６（Ｂ）に示すユニバーサルジョイントに代えて、従来の等速ボールジョイントを用いることを検討した。しかしながら、従来の等速ボールジョイントでは構造上、外側軌道面の曲率半径を内側軌道面の曲率半径に比べて駆動ボールの直径分だけ大きく設計せざるを得ない。そのため、従来の等速ボールジョイントではジョイント部分の構造が大型化してしまい、高さ制限が厳しい状況には適していないという問題がわかった。

そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、駆動側と従動側とが直接擦り合うような軸受とし、駆動軸と従動軸との交差点を軸受の中心と一致させ、かつ駆動軸と従動軸との軸間の偏角の大きさにかかわらず、駆動ボールの中心が軸受の中心を通るように従来の等速ボールジョイントの構造を変形した。これにより、本発明者らは、高さ制限に厳しく、かつ駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況でも、駆動軸が等速回転する限り、従動軸もそれと等しい速度で回転することができ、結果として駆動軸から従動軸に回転トルクを安定的に伝達することができ、かつ耐久性が向上する回転装置を実現することができることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）駆動機構が連結されて前記駆動機構と共に回転する板状の駆動プレート本体及び前記駆動プレート本体の回転軸である駆動軸と中心軸を共通にする円筒体を有する駆動プレートと、
前記駆動プレートの前記円筒体側の面に、かつ前記円筒体の外側に配置される前記円筒体と同心円状のリングであって、前記リングの径方向に貫通する複数の収容孔が前記リングの周方向に間隔を置いて形成された、ケーシングと、
前記収容孔のそれぞれに収容される複数の駆動ボールと、
前記駆動プレートに連結されて前記駆動プレートと共に回転する板状体であって、前記円筒体が収まる貫通孔及び前記駆動ボールのうち前記収容孔から突出する部分を前記板状体の径方向に隙間をもって収容する凹所が周方向に間隔を置いて形成された溝であって、前記ケーシングが前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間に、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間に、及び前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間にそれぞれ隙間をもって収容される溝を有する従動プレートと、
前記駆動プレートの円筒体の側面と前記従動プレートの貫通孔の内周面との間に介在する、径方向外側に凸となる一定曲率の凸曲面及び前記凸曲面を受ける凹曲面を有し、かつ前記収容孔に収容された前記駆動ボールの全ての中心点からなる平面上に軸長中心並びに前記凹曲面及び前記凸曲面の各曲率中心を有する、軸受と、
を備えることを特徴とする回転装置。

（２）前記凹所は、前記板状体の径方向外側の第１の凹所内壁と前記板状体の径方向内側の第２の凹所内壁とをそれぞれ有しており、前記ケーシングの底面と前記溝の底面とが平行である場合において、前記第１の凹所内壁と前記第２の凹所内壁との、前記板状体の径方向に沿った距離が、前記駆動ボールの直径よりも４０μｍ以上１０５μｍ以下だけ大きい、上記（１）に記載の回転装置。

（３）前記ケーシングの底面と前記溝の底面とが平行である場合において、前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間の前記隙間の高さが１．５０ｍｍ以上１．６３ｍｍ以下であり、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間の隙間の径方向幅が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間の隙間の径方向幅が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である、上記（１）または（２）に記載の回転装置。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の回転装置と、上定盤および下定盤を有する回転定盤と、前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔が設けられたキャリアプレートと、を備え、前記上定盤および前記下定盤のキャリアプレート側の各面に研磨布が貼布された、ウェーハの両面研磨装置であって、
前記上定盤と前記回転装置が備える前記従動プレートとが連結されていることを特徴とする両面研磨装置。

（５）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の回転装置と、ウェーハの他方の面を保持する研磨ヘッドと、前記ウェーハの一方の面を研磨する研磨布が貼付された定盤と、を備える、ウェーハの片面研磨装置であって、
前記研磨ヘッドと前記回転装置が備える前記従動プレートとが連結されていることを特徴とする片面研磨装置。

本発明によれば、高さ制限に厳しく、しかも駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況でも、駆動軸が等速回転する限り従動軸も駆動軸と等しい速度で回転することができ、かつ耐久性が向上する回転装置を提供することができる。

（Ａ）は、本発明の一実施形態による回転装置１００を示す模式断面図であり、（Ｂ）は、駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの軸間に偏角αが生じた場合の回転装置１００における各部材の位置関係を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態による回転装置１００の分解斜視図である。 （Ａ）は、回転装置が備えるケーシング８、複数の駆動ボール１４、及び従動プレート１６を示す分解斜視図であり、（Ｂ）は、従動プレート１６の溝２０に収容された複数の駆動ボール１４を示す上面図である。 本発明の一実施形態による両面研磨装置２００を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態による片面研磨装置３００を示す模式断面図である。 （Ａ）は、ユニバーサルジョイントを備える従来の回転装置４００を示す模式断面図であり、（Ｂ）は、従来の回転装置が備える駆動プレート６、従動プレート１６、十字軸クロスピン１０２、第１のケーシング１０４ａ、及び第２のケーシング１０４ｂの分解斜視図である。 比較例による両面研磨装置を示す模式断面図である。

（回転装置）
図１〜３を参照して、本発明の一実施形態による回転装置１００を説明する。図２を参照して、回転装置１００は、駆動プレート６、ケーシング８、第１のボルト１２、駆動ボール１４、従動プレート１６、軸受内輪部２６、第１の軸受外輪部２８Ａ、第２の軸受外輪部２８Ｂ、第１のリング部材３０、第２のボルト３２、第２のリング部材３４、固定ピン３６、及び固定プレート３８を有する。

図１（Ａ）を参照して、駆動プレート６は、駆動軸Ｘと共に回転する板状の駆動プレート本体２及び駆動プレート本体２の回転軸である駆動軸Ｘと中心軸を共通にする円筒体４を有する。なお、駆動プレート６は、その上部において駆動軸Ｘと回転軸を共通にするモーター等の駆動機構（不図示）が連結されている。本実施形態では、図２に示すように、駆動プレート本体２は円形の板状部材である。また、図１（Ａ）に示すように、固定ピン３６が駆動プレート６に固定される。また、駆動プレート本体２の円筒体側の面に、駆動軸Ｘを中心として同心円状に１０個の穴が設けられており、これらの穴は、駆動プレート６と後述するケーシング８との固定に使用される。

図２を参照して、ケーシング８は、円筒体４と同心円状のリングである。また、図３（Ａ）に示すように、ケーシングの側面には、ケーシングの径方向内側面８Ｂから径方向外側面８Ａに向けてリングの径方向に貫通する複数の収容孔１０がリングの周方向に等間隔に１０個形成されている。そして、収容孔１０のそれぞれには駆動ボール１４が収容される。なお、駆動ボール１４は収容孔１０内で自転可能である。ケーシング８は、図１（Ａ）に示すように、駆動プレート６の円筒体側の面であって、円筒体４の外側に配置される。ここで、ケーシング８と駆動プレート６との固定は、以下のようにして行う。ケーシング８の円筒体側の面には、円筒体４の中心軸を中心として同心円状に１０個のボルト貫通孔が設けられている。図１（Ａ）に示すように、第１のボルト１２が、ケーシング８のボルト貫通孔から駆動プレート本体２の穴に挿入される。第１のボルト１２に設けられた雄ねじ部分と駆動プレート本体２の穴の内部に設けられた雌ねじ部分との組合せによって、ケーシング８が駆動プレート６に対して固定される。これによって、駆動プレート６が駆動軸Ｘを中心として回転すると、ケーシング８も駆動軸Ｘを中心として駆動プレート６と等速で回転する。なお、ケーシング８と駆動プレート６との固定の方法や、駆動ボール１４及び収容孔１０の個数および間隔については、これに限定されず適宜変更することが可能である。

従動プレート１６は、図１（Ａ）に示すように駆動プレート６に連結されて駆動プレート６と共に回転する板状体である。本実施形態では、図２に示すように、従動プレート１６は円形の板状部材である。また、従動プレート１６は、その中心に貫通孔１８を有しており、この貫通孔１８には、図１（Ａ）に示すように、固定ピン３６、円筒体４、軸受内輪部２６、第１の軸受外輪部２８Ａ、第２の軸受外輪部２８Ｂ、第１のリング部材３０、及び第２のリング部材３４が収まる。また、従動プレート１６の下部には、固定プレート３８が取り付けられ、固定されている。

また、図３（Ａ），（Ｂ）も参照して、従動プレート１６は、ケーシング側の面に、外周面２０Ａおよび内周面２０Ｂが貫通孔１８の中心軸を中心として同心円状に位置する環状の溝２０を有している。また、溝２０には、駆動ボール１４のうち収容孔１０から突出する部分を板状体である従動プレート１６の径方向に隙間をもって収容する凹所２２が、溝２０の周方向に等間隔に１０箇所形成されている。さらに、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、各凹所２２は、従動プレート１６の径方向外側に第１の凹所内壁２２Ａを有しており、従動プレート１６の径方向内側に第２の凹所内壁２２Ｂを有している。ここで、ケーシング８の底面と溝２０の底面とが平行である場合において、第１の凹所内壁２２Ａと第２の凹所内壁２２Ｂとの、従動プレート１６の径方向に沿った距離は、駆動ボール１４の直径よりも４０μｍ以上１０５μｍ以下だけ大きく設計することが好ましい。この構造により、駆動ボール１４が溝２０の周方向に沿って転がるのが制限され、かつ、駆動ボール１４がケーシング８の径方向に数μｍ程度だけ移動することが許容される。そして、図１（Ａ）及び図３（Ａ），（Ｂ）を参照して、ケーシング８は、ケーシング８の底面と溝２０の底面との間の空間により画定される隙間、ケーシングの径方向外側面８Ａと溝の外周面２０Ａとの間の空間により画定される隙間、及びケーシングの径方向内側面８Ｂと溝の内周面２０Ｂとの間の空間により画定される隙間をもって溝２０に収容される。ここで、ケーシング８の底面と溝２０の底面とが平行である場合において、ケーシング８の底面と溝２０の底面との間の隙間の高さｈを１．５０ｍｍ以上１．６３ｍｍ以下とし、ケーシングの径方向外側面８Ａと溝の外周面２０Ａとの間の隙間の径方向幅ｗ１を１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とし、ケーシングの径方向内側面８Ｂと溝の内周面２０Ｂとの間の隙間の径方向幅ｗ２を１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることが好ましい。これらの構成を採用する技術的意義については後述する。第１の凹所内壁２２Ａ及び第２の凹所内壁２２Ｂの形状は、駆動ボール１４の上記移動を妨げない形状であれば特に限定されない。本実施形態では、第１の凹所内壁２２Ａ及び第２の凹所内壁２２Ｂの形状は、ともに半円筒形の側面の一部からなる形状である。なお、凹所２２の個数及び間隔は、これに限られず、駆動ボール１４及び収容孔１０の個数および間隔に応じて適宜設計することができる。

図１（Ａ）を参照して、軸受内輪部２６並びに第１の軸受外輪部２８Ａ及び第２の軸受外輪部２８Ｂから構成される軸受は、駆動プレート６の円筒体４の側面と従動プレート１６の貫通孔１８の内周面との間に介在する。軸受内輪部２６は、径方向外側に凸となる一定曲率の凸曲面２６Ｒを有する。また、第１の軸受外輪部２８Ａの径方向内側面及び第２の軸受外輪部２８Ｂの径方向内側面は、図１（Ａ）に示すように凸曲面２６Ｒを受ける凹曲面２８Ｒを構成する。詳細は後述するが、駆動ボール１４の全ての中心点Ｏ１からなる平面Ｚ上に、軸受の軸長中心Ｏ２並びに凹曲面２８Ｒの曲率中心Ｏ３及び凸曲面２６Ｒの曲率中心Ｏ４が位置するように構成することが重要である。この構成により、駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの交点が軸受の軸長中心Ｏ２と一致し、かつ駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの軸間の偏角αの大きさにかかわらず、全ての駆動ボール１４の中心点Ｏ１が軸受の軸長中心Ｏ２を通る。

図１（Ａ）を参照して、第１の軸受外輪部２８Ａ及び第２の軸受外輪部２８Ｂは、その外周面が従動プレート１６の貫通孔１８の内周面に接するとともに、第１のリング部材３０によって従動プレート１６に固定される。これにより、第１の軸受外輪部２８Ａ及び第２の軸受外輪部２８Ｂは、従動軸Ｙを中心として従動プレート１６と等速で回転する。また、軸受内輪部２６は、その内周面が円筒体４の外周面に接するとともに、円筒体４に固定される第２のリング部材３４によって、図１（Ａ）のように支持される。これにより、軸受内輪部２６は、駆動軸Ｘを中心として駆動プレート６と等速で回転する。なお、軸受内輪部２６並びに第１の軸受外輪部２８Ａ及び第２の軸受外輪部２８Ｂの固定の方法は特に限定されず、例えば駆動プレート６とケーシング８との固定について既述した方法と同様の方法を用いることができる。

以下では、本発明の特徴的部分を作用効果とともに詳細に説明する。本発明では、高さ制限に厳しく、しかも駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況に適用できるよう、従来の等速ボールジョイントの構造を変形したことが重要である。

図１（Ａ），（Ｂ）を参照して、本実施形態では、駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの軸間の偏角αの許容が、駆動系に属する凸曲面２６Ｒと従動系に属する凹曲面２８Ｒとが直接擦り合うことによって行われる。すなわち、図１（Ｂ）に示すように、駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの軸間に偏角αが生じると、この偏角αに応じて従動側の凹曲面２８Ｒは駆動側の凸曲面２６Ｒ上を摺動する。ここで、ケーシング８と従動プレート１６との間には、ケーシング８の底面と溝２０の底面との間の空間で画定される隙間、ケーシングの径方向外側面８Ａと溝の外周面２０Ａとの間の空間により画定される隙間、及びケーシングの径方向内側面８Ｂと溝の内周面２０Ｂとの間の空間により画定される隙間が存在する。しかも、駆動ボール１４のうち収容孔１０から突出する部分が、従動プレート１６の径方向に隙間をもって凹所２２に収容され、駆動ボール１４がケーシング８の径方向に数μｍ程度だけ移動することが許容される。よって、上記摺動に伴い各駆動ボール１４は、従動プレート１６に形成された溝２０の第１の凹所内壁２２Ａ及び第２の凹所内壁２２Ｂ上を従動プレート１６に対して相対的に上下し、尚且つ収容孔１０内を径方向に沿って内外に移動することができる。これにより、従動プレート１６は、平面Ｚに対して滑らかに揺動し、高精度な偏角αの許容が可能となる。

また、本実施形態では、駆動ボール１４が上述した従動軸Ｘと駆動軸Ｙとの軸間の偏角αを許容する役割を担っているだけではなく、従動軸Ｘの回転トルクを一定のまま従動軸Ｙに伝達する役割も担っている。すなわち、駆動ボール１４のうち収容孔１０から突出する部分が凹所２２に収容される。そのため、駆動ボール１４の、溝２０の周方向に沿う転がりが制限され、駆動軸Ｘの回転トルクが従動軸Ｙに確実に伝達される。さらに、上述したように本実施形態では、駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの交点が軸受の軸長中心Ｏ２と一致し、かつ駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの軸間の偏角αの大きさにかかわらず、全ての駆動ボール１４の中心点Ｏ１が軸受の軸長中心Ｏ２を通る。そのため、偏角αの大小にかかわらず常に各駆動ボール１４の中心Ｏ１が駆動軸Ｘ及び従動軸Ｙから等距離に保たれ、駆動軸Ｘが等速で回転する限り従動軸Ｙも駆動軸Ｘと等しい速度で回転することができる。

また、ＦＥＭ解析により以下の作用効果が得られることを確認することができた。すなわち、従来のユニバーサルジョイントは、第１のピン１０２ａと第２のピン１０２ｂ、及び第１のベアリングケース１０４ａと第２のベアリングケース１０４ｂ内の極小ボールベアリング（不図示）に回転トルクの伝達に伴う大きな応力がかかるため可塑変形して、駆動プレート６と従動プレート１６との間の追随機能や耐久性が劣っていた。これに対して、回転装置１００では、トルクの伝達機構が従来のユニバーサルジョイント内の極小ボールベアリングに比べて何十倍も大きな大径の駆動ボール１４となり剛性が高くなったので、大きな応力に耐えることができる。そのため、回転装置１００によれば、従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置に比べて塑性変形を抑制することができ、駆動プレート６と従動プレート１６との間の追従機能や耐久性を向上させることができる。

また、既述したように従来の等速ボールジョイントでは、円弧状の外側軌道面と内側軌道面との間に駆動ボールが介在する。そのため、外側軌道面の曲率半径は、内側軌道面の曲率半径に比べて駆動ボールの直径分だけ大きくなるように設計せざるを得ず、ジョイント部分の構造が大型化してしまう。これに対して、本実施形態では、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように凸曲面２６Ｒと凹曲面２８Ｒとが直接擦り合う構造であるため、凸曲面２６Ｒの曲率半径と凹曲面２８Ｒの曲率半径とを同じ大きさに設計することができる。また、軸受の高さと第１の凹所内壁２２Ａ及び第２の凹所内壁２２Ｂの高さとを独立に設計することができる。このように設計自由度を高めることができるので、凹曲面２８Ｒ及び凸曲面２６Ｒを有する軸受の高さと第１の凹所内壁２２Ａ及び第２の凹所内壁２２Ｂの高さとが板状の従動プレート１６の厚み以下となるような薄型設計も可能となる。従って本発明の回転装置は、高さ制限の厳しい状況下でも用いることができる。例えば、軸受の高さと第１の凹所内壁２２Ａ及び第２の凹所内壁２２Ｂの高さとを略同じ高さとし、かつ従動プレート１６の厚み以下に設計することもできる。なお、本明細書における薄型とは、従動プレートの直径に対する従動プレートの厚みの比率（厚み／直径）が０．０６７以下であることを意味する。

回転トルクを安定的に伝達し、かつ耐久性を確保する観点から、駆動ボール１４の材質は、強度の高い合金鋼とすることが好ましい。また、凹曲面２８Ｒと凸曲面２６Ｒとの摺動を滑らかにする観点から、凸曲面２６Ｒと凹曲面２８Ｒの表面の材質は、摩擦抵抗が低いフッ素樹脂とすることが好ましい。なお、それ以外の部材の材質は、任意または公知の素材を好適に用いればよく、特に限定されない。

以上、本発明の一実施形態における回転装置１００を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、例えば第１の軸受外輪部２８Ａ及び第２の軸受外輪部２８Ｂは一体形成してもよい。

（両面研磨装置）
図４を参照して、本発明の一実施形態による両面研磨装置２００を説明する。両面研磨装置２００は、上定盤５０および下定盤５２を有する回転定盤５４と、回転定盤５４の中心部に設けられたサンギア５６と、回転定盤５４の外周部に設けられたインターナルギア５８と、上定盤５０と下定盤５２との間に設けられ、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔（不図示）が設けられたキャリアプレート６０と、を備える。ここで、図示しないが、上定盤５０および下定盤５２のキャリアプレート６０側の各面に研磨布が貼布されている。

両面研磨装置２００は、回転装置１００を備え、上定盤５０の上面に回転装置１００の従動プレート１６が連結される。これにより上定盤５０は、従動プレート１６と等速で回転することができる。なお、連結の方法は特に限定されず、例えば駆動プレート６とケーシング８との固定について既述した方法と同様の方法を用いることができる。

サンギア５６は、上定盤５０および下定盤５２の回転中心部に設けられ、キャリアプレート６０の外周に設けられたギア（不図示）と噛み合う。また、インターナルギア５８は、上定盤５０および下定盤５２の外周部にリング状に設けられた複数のギア（不図示）からなり、各ギアは、キャリアプレート６０の外周に設けられたギア（不図示）と噛み合う。

サンギア５６は、モーター（不図示）により回転軸を中心として回転する。インターナルギア５８も、モーター（不図示）により回転する。これらサンギア５６及びインターナルギア５８の回転に伴い、上記ギアの噛み合わせによって、キャリアプレート６０は、その中心を中心軸として回転しつつ（以下、「自転」という。）、上定盤５０および下定盤５２の中心を中心軸としてサンギア５６の周りを回転する（以下、「公転」という。）。それと同時に、上定盤５０も、図４に示す回転装置１００により回転させ、下定盤５２もモーター（不図示）により、上定盤５０とは逆方向に回転させる。

このようにして、両面研磨装置２００は、サンギア５６及びインターナルギア５８を回転させてキャリアプレート６０を自転および公転させつつ、上定盤５０及び下定盤５２を回転させる。ここで、研磨スラリーは、回転装置１００が備える固定ピン３６の中空領域内を流れて、上定盤５０の中心から円周方向へ散布される。そして、上定盤５０及び下定盤５２のキャリアプレート６０側の各面に貼付された研磨布並びに散布された研磨スラリーの研磨作用により、ウェーハの両面を同時に化学機械研磨する。

以下では、本実施形態の作用効果について説明する。既述のように、回転装置１００は、高さ制限に厳しい状況でも用いることができるので、両面研磨装置において従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置と置換することが可能である。しかも、駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの間に微小な偏角αが存在する状況でも、駆動軸Ｘが等速回転する限り従動軸Ｙも駆動軸Ｘと等しい速度で回転することができる。そのため、両面研磨装置２００によれば上下定盤にかかる面圧を均一にすることができるので、高い研磨精度を得ることができる。さらに、既述のように回転装置１００は、従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置に比べて応力が緩和されるので、両面研磨装置２００の耐久性も向上する。

以上、本発明の一実施形態における両面研磨装置２００を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

（片面研磨装置）
図５を参照して、本発明の一実施形態による片面研磨装置３００を説明する。片面研磨装置３００は、ウェーハの他方の面を保持する研磨ヘッド８０と、ウェーハＷの一方の面を研磨する研磨布が貼付された定盤８２と、を備える。

また、片面研磨装置３００は回転装置１００を備え、研磨ヘッド８０の上面に回転装置１００が備える従動プレート１６が連結される。これにより研磨ヘッド８０は、従動プレート１６と等速で回転することができる。なお、連結の方法は特に限定されず、例えば駆動プレート６とケーシング８との固定について既述した方法と同様の方法を用いることができる。

研磨ヘッド８０に固定したウェーハＷを研磨布に接触させて、研磨ヘッド８０および定盤８２を共に回転させ、研磨ヘッド８０および定盤８２を相対運動させる。このとき、研磨スラリーは、回転装置１００が備える固定ピン３６の中空領域内を流れて、研磨ヘッド８０の中心から円周方向へ散布される。そして、研磨布及び散布された研磨スラリーの研磨作用によりウェーハＷの片面が研磨される。

以下では、本実施形態の作用効果について説明する。既述のように、回転装置１００は、高さ制限に厳しい状況でも用いることができるので、片面研磨装置において従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置と置換することが可能である。しかも、駆動軸Ｘと従動軸Ｙとの間に微小な偏角αが存在する状況でも、駆動軸Ｘが等速回転する限り従動軸Ｙも駆動軸Ｘと等しい速度で回転することができる。そのため、片面研磨装置３００によれば定盤にかかる面圧を均一にすることができるので、高い研磨精度を得ることができる。さらに、既述のように回転装置１００は、従来のユニバーサルジョイントを有する回転装置に比べて応力が緩和されるので、片面研磨装置３００の耐久性も向上する。

以上、本発明の一実施形態における片面研磨装置３００を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

本発明によれば、高さ制限に厳しく、しかも駆動軸と従動軸との間に微小な偏角が存在する状況でも、駆動軸が等速回転する限り従動軸も駆動軸と等しい速度で回転することができ、かつ耐久性が向上する回転装置を提供することができる。

１００ 回転装置
２ 駆動プレート本体
４ 円筒体
６ 駆動プレート
８ ケーシング
８Ａ ケーシングの径方向外側面
８Ｂ ケーシングの径方向内側面
１０ 収容孔
１２ 第１のボルト
１４ 駆動ボール
１６ 従動プレート
１８ 従動プレートの貫通孔
２０ 溝
２０Ａ 溝の外周面
２０Ｂ 溝の内周面
２２ 凹所
２２Ａ 第１の凹所内壁
２２Ｂ 第２の凹所内壁
２６ 軸受内輪部
２６Ｒ 凸曲面
２８Ａ 第１の軸受外輪部
２８Ｂ 第２の軸受外輪部
２８Ｒ 凹曲面
３０ 第１のリング部材
３２ 第２のボルト
３４ 第２のリング部材
３６ 固定ピン
３８ 固定プレート
２００ 両面研磨装置
５０ 上定盤
５２ 下定盤
５４ 回転定盤
５６ サンギア
５８ インターナルギア
６０ キャリアプレート
３００ 片面研磨装置
８０ 研磨ヘッド
８２ 定盤
Ｘ 駆動軸
Ｙ 従動軸
Ｚ 駆動ボールの中心と軸受の軸長中心とが存在する平面
Ｗ ウェーハ
ｈ ケーシングの底面と溝の底面との間の隙間の高さ
ｗ１ ケーシングの径方向外側面と溝の外周面との間の隙間の径方向幅
ｗ２ ケーシングの径方向内側面と溝の内周面との間の隙間の径方向幅
Ｏ１ 駆動ボールの回転中心
Ｏ２ 軸受の軸長中心
Ｏ３ 凹曲面の曲率中心
Ｏ４ 凸曲面の曲率中心

Claims (6)

1. 駆動機構が連結されて前記駆動機構と共に回転する板状の駆動プレート本体及び前記駆動プレート本体の回転軸である駆動軸と中心軸を共通にする円筒体を有する駆動プレートと、
   前記駆動プレートの前記円筒体側の面に、かつ前記円筒体の外側に配置される前記円筒体と同心円状のリングであって、前記リングの径方向に貫通する複数の収容孔が前記リングの周方向に間隔を置いて形成された、ケーシングと、
   前記収容孔のそれぞれに収容される複数の駆動ボールと、
   前記駆動プレートに連結されて前記駆動プレートと共に回転する板状体であって、前記円筒体が収まる貫通孔及び前記駆動ボールのうち前記収容孔から突出する部分を前記板状体の径方向に隙間をもって収容する凹所が周方向に間隔を置いて形成された溝であって、前記ケーシングが、前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間に、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間に、及び前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間にそれぞれ隙間をもって収容される溝を有する従動プレートと、
   前記駆動プレートの円筒体の側面と前記従動プレートの貫通孔の内周面との間に介在する、径方向外側に凸となる一定曲率の凸曲面及び前記凸曲面を受ける凹曲面を有し、かつ前記収容孔に収容された前記駆動ボールの全ての中心点からなる平面上に軸長中心並びに前記凹曲面及び前記凸曲面の各曲率中心を有する、軸受と、
   を有する回転装置と、
   上定盤および下定盤を有する回転定盤と、
   前記回転定盤の中心部に設けられたサンギアと、
   前記回転定盤の外周部に設けられたインターナルギアと、
   前記上定盤と前記下定盤との間に設けられ、ウェーハを保持する１つ以上の保持孔が設けられたキャリアプレートと、を備えるウェーハの両面研磨装置であって、
   前記上定盤および前記下定盤のキャリアプレート側の各面に研磨布が貼布され、前記上定盤と前記従動プレートとが連結されている両面研磨装置。
2. 前記凹所は、前記板状体の径方向外側の第１の凹所内壁と前記板状体の径方向内側の第２の凹所内壁とをそれぞれ有しており、前記ケーシングの底面と前記溝の底面とが平行である場合において、前記第１の凹所内壁と前記第２の凹所内壁との、前記板状体の径方向に沿った距離が、前記駆動ボールの直径よりも４０μｍ以上１０５μｍ以下だけ大きい、請求項１に記載の両面研磨装置。
3. 前記ケーシングの底面と前記溝の底面とが平行である場合において、前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間の隙間の高さが１．５０ｍｍ以上１．６３ｍｍ以下であり、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間の隙間の径方向幅が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間の隙間の径方向幅が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の両面研磨装置。
4. 駆動機構が連結されて前記駆動機構と共に回転する板状の駆動プレート本体及び前記駆動プレート本体の回転軸である駆動軸と中心軸を共通にする円筒体を有する駆動プレートと、
   前記駆動プレートの前記円筒体側の面に、かつ前記円筒体の外側に配置される前記円筒体と同心円状のリングであって、前記リングの径方向に貫通する複数の収容孔が前記リングの周方向に間隔を置いて形成された、ケーシングと、
   前記収容孔のそれぞれに収容される複数の駆動ボールと、
   前記駆動プレートに連結されて前記駆動プレートと共に回転する板状体であって、前記円筒体が収まる貫通孔及び前記駆動ボールのうち前記収容孔から突出する部分を前記板状体の径方向に隙間をもって収容する凹所が周方向に間隔を置いて形成された溝であって、前記ケーシングが、前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間に、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間に、及び前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間にそれぞれ隙間をもって収容される溝を有する従動プレートと、
   前記駆動プレートの円筒体の側面と前記従動プレートの貫通孔の内周面との間に介在する、径方向外側に凸となる一定曲率の凸曲面及び前記凸曲面を受ける凹曲面を有し、かつ前記収容孔に収容された前記駆動ボールの全ての中心点からなる平面上に軸長中心並びに前記凹曲面及び前記凸曲面の各曲率中心を有する、軸受と、
   を有する回転装置と、
   ウェーハの他方の面を保持する研磨ヘッドと、
   前記ウェーハの一方の面を研磨する研磨布が貼付された定盤と、を備えるウェーハの片面研磨装置であって、
   前記研磨ヘッドと前記従動プレートとが連結されている片面研磨装置。
5. 前記凹所は、前記板状体の径方向外側の第１の凹所内壁と前記板状体の径方向内側の第２の凹所内壁とをそれぞれ有しており、前記ケーシングの底面と前記溝の底面とが平行である場合において、前記第１の凹所内壁と前記第２の凹所内壁との、前記板状体の径方向に沿った距離が、前記駆動ボールの直径よりも４０μｍ以上１０５μｍ以下だけ大きい、請求項４に記載の片面研磨装置。
6. 前記ケーシングの底面と前記溝の底面とが平行である場合において、前記ケーシングの底面と前記溝の底面との間の隙間の高さが１．５０ｍｍ以上１．６３ｍｍ以下であり、前記ケーシングの径方向外側面と前記溝の外周面との間の隙間の径方向幅が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記ケーシングの径方向内側面と前記溝の内周面との間の隙間の径方向幅が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である、請求項４または５に記載の片面研磨装置。

Images