JPH03117560A

JPH03117560A - 両面同時研磨装置

Info

Publication number: JPH03117560A
Application number: JP1252022A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ueno; 嘉之上野; Sho Nakagawa; 中川　捷
Original assignee: Hamai Co Ltd
Current assignee: Hamai Co Ltd
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-05-20
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH089140B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（１）発明の利用の分野本発明は集積回路用半導体基板、磁気ディスク基板、ガ
ラス基板等の平行平板の両面同時研磨（研削、ラッピン
グ、ボリシング等）装置に関するものである。

（２）発明の背景近年、エレクトロニクスの分野では、集積回路用シリコ
ン半導体基本、磁気記録用ハードディスク基板、集積回
路マスク用石英ガラス基板、表示パネル用ガラス基板等
高い寸法精度と仕上げ品質を必要とし、さらに加えて低
摩な加工コストを要求される材料が増加している０これ
らの要求に応えるのに、従来は、加工物をジグ上に接着
等で保持して片面ずつ研磨中る方法および接着の手間の
省ける両面同時研磨（以下、研削、ラッピング、ボリシ
ングを含めて研磨というンが行なわれている。

第１図は、従来の両面同時研磨機であり、（１）は下定
盤、（２）は上定盤、（３）はキャリア、（４）は加工
物、（５）は太陽歯車、（６）は内歯歯車である。この
種の両面研磨機では、下定盤（１）と上定盤（２）ヲ互
に逆向きの回転とし、加工物の入ったキャリア（３）の
公転速度を、下定盤（１）と上定盤（２ンの回転速度の
中間、すなわち、キャリア（３）の自転中心から見て下
定盤（１）と上定盤（２）の摺動点が向きが逆で相対速
度が等しく見えるように設定することを基本としている
。さらに加えてキャリア（３）の自転も適宜設定する。

これらの相対運動は、下定盤（１）、上定盤（２）、太
陽歯車（５）、内歯歯車（６）それぞれの駆動源の回転
数の設定によって与えられる。原則的に、上記の条件に
設定する理由は、■加工物（４ンの上下面をほぼ同一の
研磨能率で研磨する、■一般には薄板状のキャリア（３
）の外周部の歯車の各歯に作用する研磨抵抗による反力
を最小化する、必要性である。

この種の両面研磨機の利点は、■初期厚さの異る複数の
加工物（４）を同時研磨して能率よく均一板厚さに収斂
させることができる、■加工物（４）各々の平行度を極
めて高く容易に仕上げることができることである。その
原理は、研磨能率は用いる定盤材質とスラリーが同じで
あれば、加工物を研磨定盤におさえつける研磨圧力に比
例し、かつ、相対摺動速度に比例するということである
。加工物（４）相互間の厚さのばらつき及び加工物（４
）　１．ケ内の厚さむら（平行度の外れ）があると、加
工物（４）が定盤（１）、（２）の間に挾まれる際厚さ
の厚いところに研磨圧力が選択的に作用し、全体厚さを
均一化させる作用を生じるのである。キャリア（３）の
自転のあることが、加工物（４）全体として楔状に仕上
ることを防いでいる。

この種の両面研磨機は、上述したように、高い平行平面
の加工精度が容易に得られ、多数の加工物を一度に研磨
できるすぐれた方法であるが、歯車部のキャリア（３）
ヲ用いていることについて、次の難点がある。すなわち
、［Ｆ］　極く薄の加工物または、研磨抵抗の大きいも
のを研磨しようとする場合、キャリアの歯車の強度が必
要彦トルク伝達に耐えられない。

■　キャリア歯車と太陽歯車、内歯歯車が砥粒を介して
噛合っているためかなりの摩耗がある。

■　歯車部に付着したスラリーは容易に清掃できないの
で、極めて高品位の鏡面をボリシングしようとする場合
に歯車部分に残留する凝固スラリーの悪影響（スクラッ
チ）を受は易い。

ということである。さらＫいえば、自動化（加工物の脱
着）を行なおうとする場合、生産性の良い大型定盤のタ
イプのものほど難しい。

定盤が大型になり、加工物の脱着操作のストロークが大
きくカり経路が複雑になるためである。

発明の目的本発明は、歯車付きのキャリアを用いることなり、シた
がって、研磨抵抗の制約の少ない、研磨定盤近傍の清掃
容易な両面研磨機の提供を目的とする。

発明の概要本発明は、研磨中における上、下定盤の回転軸の軸心を
ずらせ、加工物の自転の中心をその中間に設置するよう
Ｋしたことを第一の特徴とし、上、下定盤及び加工物の
回転の向きを全て同一にしたことを第二の特徴とする以
下図面によって詳細に説明する。

（５）発明の実施例第２図は、本発明の第一の実施例を示す主要部の図であ
る。

（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。

（１）は下定盤、（２）は上定盤、（４）は加工物、（
１０１）は定盤（１）の回転軸心、　（２０１）は定盤
（２）の回転軸心、（４０１）は加工物（４）の回転軸
（３）（４）心である（、ａ、ａ’、ａ”は定盤（１）、（２）、加
工物（４）の回転の向きを表わす矢印である。第２図に
図示していないが、定盤（１）は、半径方向、スラスト
方向を軸承され、かつ回転駆動源に直結されて所要の回
転数に駆動される。定盤（２）は、少くとも回転軸心（
２０１）を維持するように半径方向を軸承され、自重も
しくは、適宜の手段によって、加工物（４）を定盤（１
）に対して所定の圧力で押圧している。定盤（２）は、
また、回転軸（２０１）の回わりに自転自由であっても
よく、また、定盤（１）と向きの同じで大きさも等しい
回転を駆動源から与えられていてもよい。図示していな
いが、定盤（１）と加工物（４）の間及び、定盤（２）
と加工物（４ンの間にスラリーを供給する機構を有する
ことは勿論である。

また、加工物（４）は適宜の方法（後述するように必ず
しもキャリアを必要としない）で自転中心（４０１）を
、２つの回転中心（１０１）と（２０１）を結ぶ直線の
中間に位置させる〇この構成における動作を説明する。

定盤（１）を回転すると、その摩擦トルクにより加工物
（４ンが回転する０全面に均等の加工圧力が作用し摩擦
力も一様ならば、摩擦力により駆動され加工物（４）は
定盤（１）と等回転速度で同方向に回転する。加工物（
４）の回転によって定盤（２）も同方向に等回転速度で
駆動される。

そして、定盤（１）と加工物（４）は全面において大き
さ及び向きの等しい相対速度（その大きさは定盤（１）
の回転中心（１０１）と加工物の回転中心（４０１）の
間の距離に定盤の回転角速度を乗じたものであり、その
向きは回転中心（１０１）と回転中心（４０１）を結ぶ
直線に垂直となるンを持つ。加工物（４）と定盤（２）
との相対速度は前記相対速度と大きさが同じで向きが逆
である。したがって、加工物（４）　ｉ　、両面におい
て全面均一の等しい研磨能率で研磨される０定盤（２）を定盤（１）と等速で同方向に強制回転して
おいてもこの関係は変らない０この実施例（１）の場合
には、加工物（４）の平行度を積極的に修正する機構、
機能を有していないので、加工物の平行度そのｉｔで研
磨が進行する。

したがって、たとえば集積回路用シリコン基板のラップ
品のように予め平行度、平面度が前加工で形成されてい
る（したがって、研磨面の摩擦抵抗が全面一様である）
品物ヲ鐘面化する研磨抵抗の大きい両面同時ボリシング
に適用すると効果的である。

第３図は第２の実施例を示す主要部の図である。図にお
いて加工物（４）全保持するキャリア（３）は、薄板状
部材０１）とこれを張り上げ保持する円筒状部材（至）
とからなる。加工物（４）が厚肉のものである場合には
、キャリア（３）は単に加工物（４）の保持穴を有する
円板状部材０１のみで構成することも可能である。（３
０１）は、研磨機の枠部（図示せず）に自転自由に固定
されたキャリア用のガイドローラであり、キャリア（３
）をその回転軸心を維持して自転許容する。実施例１で
は、加工物（４）と定盤との研層抵抗が、全面均一でな
かったり、上下面で差異がある場合には加工物はその回
転軸心から外れ、極端々場合には研磨定盤から外れてし
まう。第２の実施例では、このような場合においても加
工物をその回転軸心の周りに回転できるように維持し、
加工物上下面全面均一の研磨能率の条件を充足させる。

第２の実施例は、全面均一の定盤との接触条件が得られ
ない加工物の場合（研磨仕上げを要する部分が加工物自
転軸に対して非対称であるようなもの）に適用すると効
果的である。

第３の実施例は、第２図及び第３図において、定盤（１
）の回転軸（１０１）に対して定盤（２）の回転軸（２
０１）の距離を研磨中においても任意に設定できる機構
と、これと連動して加工物の回転軸心（４０１）を軸心
（１０１）　と（１０２）の中間に設定できる機構とを
具えた両面同時研磨機である。第１の実施例で述べたと
おり、研磨能率は定盤の回転速度と定盤と加工物の回転
軸心間の距離の積に比例する。

したがって、回転数一定の条件下でも軸心間距離を変え
ることによって研磨能率を制御することができる。定盤
（１）、（２）、加工物（４）の３者の軸心（１０１）
　　　（２０１）　　　（４０１）ｔ−合致させれば研
磨が停止する（回転していても）。この機能により、回
転の立上りは急であり、停止は逆に急停止できなくとも
、研磨自体は円滑な起動終停が可能である。

第４の実施例は、第１の実施例、第２の実施例、第３の
実施例の装置において、下研磨定盤（１）、上研磨定盤
（２）、加工物（４）またはそのキャリア（３）の全て
に等回転速度に強制駆動する機構を具えた両面研磨装置
である。このように々っているため、自転軸（４０１）
に関して非対称な研磨部分を有する加工物においても、
安定した一定回転数のもとに研磨が実施できた。また、
加工物（４）や定盤（２）の回転軸心維持のための軸受
の回転抵抗がある場合に、これを打消して安定カ一定回
転を与えることができる。

第４図は第５の実施例の主要部を示す図である。図中（
７０１）〜（７０４）は上定盤（２）の裏面（研磨面と
反対側）の加工圧作用点であって、それぞれに押圧力を
制御できる機構（図示せず）が対向して静止枠に固定さ
れている。す表わち、定盤（２）の回転を妨げることな
く押圧できるようになっており、例えば空気の静圧軸受
、ロー２等を用いる。この実施例において、＜７０１）
の点を相対的に強く押圧すると加工物の左側部分の研磨
加工圧力が相対的に高くなり、この部分において上定盤
（２）が加工物（４）を上面図で、上方に辷らせようと
する研磨抵抗が、下定盤（１）が加工物（４）を上面図
で下方に辷らせようとする作用を上まわるため加工物（
４）は全体として上面図上方に移動しようとする。っ　
（７０３）の点を相対的に強く押圧すると逆に加工物（
４）を上面図下方に移動させようとする。同様に（７０
２）の点を相対的に強く押せば上面図上で加工物を左方
へ、（７０３）の点全強く押せば上面図上で加工物を右
方へ移動させようとする。この作用を利用して、加工物
（４）をキャリアなしで、２枚の定盤の重なり部分の中
心に維持することができる。このようにするためには、
加工物の刻々の位１ｔを計測して（７０１）〜（７０４
）の押圧力を制御すれば良い。

また、この実施例では、この機構を用いることにより、
加工物（４）の平行度の修正を行なうこともできる。す
なわち、加工物の最肉厚のところを刻々計測してこの部
分に最大の研磨加工圧力が作用するように（７０１）〜
（７０４）の押圧力を制御すればよい。

なお、加工物板厚の平行度修正には、上定盤（２）上に
定盤と一体となって回転する偏心荷重分銅を搭載してお
く方法も可能である。加工物と定盤は等回転速度で回転
しているため、加工物と定盤の相対回転はなく、回転に
とも々つて相対すべりを生じているだけであるから、偏
心分銅の最大、最小を結ぶ直線と平行度の最急勾配の方
向は、初期に合致させておけば等回転速度研磨中はずれ
なｈからである。

第５図は第６の実施例を示す部分図である。

この実施例では、キャリア（３）を揺動させることによ
って、加工物（４）に揺動を与える。キャリア（３）の
自転位置を保持するガイドローラ（３０１）、（３０２
）、（３０３）のうち、（３０１）は中心を軸承されて
おりかつキャリア（３）を中心に向けて弾性的に押圧し
ている０ガイドソーラ（３０２）と（３０３）は、偏心
位置を軸承されている。キャリア（３）が回転するとキ
ャリアの円筒状部材０■がガイドローラと密接して転が
り接触しているので、ガイドローラ（３０２）、（３０
３）の偏心に応じた揺動を生じる。その結果、加工物（
４）と下定盤（１）及び上定盤（２）の接触は少しずつ
変化し、定盤と加工物の接触の位相を変えることができ
る。単に、加工物（４）と定盤（１）、（２）の等回転
速度での接触では、一回転ごとに同一の位相で接触して
いることＫなシ、定盤の１回転平均でみ次面状態（たと
えばスラリー用格子溝の半径方向の密度分布）が加工物
（４）に転写される場合がある。本実施例は、これを防
ぐ手段を与える。

（６）発明の効果以上各実施例に詳細に述べたように、２枚の研磨定盤を
回転中心をずらせて配置し、加工物をその中間に挾持し
、これら３者を同方向に等回転速度で回転させる（加工
物は両側又は片側定盤からの摩擦力のみでの駆動も可能
である）ことによシ、加工物の表裏両面を均等にしかも
全面均一に研磨できる０そして加工物には、本質的に自
転位置を移動させようとする外力が作用しないのでキャ
リアなしで研磨することができる０加工物と定盤の接触
の過渡的不安定に対応するためにキャリアを用いる場合
にもキャリアに加工物から作用する力は小さいので、極
く薄いキャリアを利用できる。ま九、キャリアの形状は
単純であるため清掃を容易に行なうことができる。

したがって、極く薄物の両面同時研磨をキャリアなしで
行なう場合や研磨領域での清浄性を必要とする高品位焼
面研磨に適用できる利点がある。

たとえば、半導体集積回路用シリコン基板の両面同時ボ
リシングに利用すれば、キャリアからの凝固スラリーの
巻き込みが々いので、１次ボリシングに利用できること
はもとより、２次ポリシング、ファイナルボリシングに
適用して高品位面を再現性（歩留υ）良く得られる利点
がある。この場合、従来の両面研磨機のように加工物を
少くとも３枚同時研磨するという必要はなく、−枚ずつ
の研磨でよいため、板厚さを揃えるバッチ構成が不要で
、研磨機への装填、取出しも容易（場所が常に１ケ所に
固定されている）であるため、自動化に適した研磨方法
である。

同様に、磁気ディスク基板、レチクル用ガラス基板、表
示パネル用ガラス基板等高精度、高品位でありながら、
量産、低コストを求められる部品の研磨に適用すれば効
果が大き１０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の両面同時研磨機の主要部の図、（ａ）は
上面図、（ｂ）は断面図、第２図は本発明の第１の実施
例、第３の実施例及び第４の実施例を示す主要部の図、
（＆）は上面図、（ｂ）は断面図、第３図は本発明の第
２の実施例、第３の実施例及び第４の実施例を示す主要
部の図、（＆）は上面図、（ｂ）は断面図、第４図は＠
５の実施例の主要部を示す図、（ａ）Ｆｉ上面図、（ｂ
）は断面図、第５図は第６の実施例を示す部分図である
。（１）−ｍ−下定盤、（２）−ｍ＝上定盤、（３）−−
−キャリア、（４）−−一加工物、（５）−ｍ−太陽歯
車、（６）−−−内歯歯車、（３０１）−−−キャリア
のガイドローラ、（７０１）、（７０２）、（７０３）
、（７Ｑ４）定盤加圧場所。口面の浄書（ｄ）上面図１１図ｔａ）ｊ＝−面目第Ｚ口＝コの浄書矛５図手続補正書（方式）％式％１、事件の表示平成１年特許願第２２２号２、発明の名称両面同時研磨装置３、補正をする者事件との関係

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２枚の平面研磨定盤の間に平板状加工物を挾んで
研磨する両面同時研磨装置において、第１の研磨定盤の
回転軸と第２の研磨定盤の回転軸は略々平行であつて異
る位置にあり、第１の研磨定盤と第２の研磨定盤の間に
挾持される平板状加工物の回転軸心の位置を、第１の研
磨定盤の回転軸心と第２の研磨定盤の回転軸心の中心又
はその近傍に配置したことを特徴とする両面同時研磨装
置。
（２）前記（（１）項記載の）両面同時研磨装置におい
て、平板状加工物を保持するキャリアを備えたことを特
徴とする両面同時研磨装置。
（３）（１）項、（２）項記載の両面同時研磨装置にお
いて、第１の研磨定盤の回転軸心と第２の研磨定盤の回
転軸心との間の距離を任意に設定する機構を具えたこと
を特徴とする両面同時研磨装置。
（４）前記（１）、（２）、（３）項記載の両面同時研
磨装置において、第１の研磨定盤と第２の研磨定盤と加
工物またはキャリアのそれぞれに等回転速度に強制駆動
する機構を具えたことを特徴とする両面同時研磨装置。
（５）前記（１）、（２）、（３）項記載の両面同時研
磨装置において、第１の研磨定盤と第２の研磨定盤と加
工物またはキャリアの３者中任意の１者もしくは２者に
強制回転駆動の機構を具え、残る２者もしくは１者は所
定の回転軸の周りに自転自由に保持される機構を具えた
ことを特徴とする両面同時研磨装置。
（６）前記（１）〜（５）項記載の両面同時研磨装置に
おいて、第１もしくは第２の研磨定盤の背面（研磨作用
面と反対側の面）の１箇所もしくは複数の箇所に着力箇
所を設け、各着力箇所の加圧力を任意に制御できる加工
圧力制御機構を具えたことを特徴とする両面同時研磨装
置。
（７）前記（１）〜（６）項記載の両面同時研磨装置に
おいて、研磨定盤のいずれか一方もしくは、キャリアの
いずれかに研磨面に平行な揺動を与える回転軸心揺動装
置を具えたことを特徴とする両面同時研磨装置。