JPH10230452A - 両面研磨装置 - Google Patents

両面研磨装置

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JPH10230452A
JPH10230452A JP3894197A JP3894197A JPH10230452A JP H10230452 A JPH10230452 A JP H10230452A JP 3894197 A JP3894197 A JP 3894197A JP 3894197 A JP3894197 A JP 3894197A JP H10230452 A JPH10230452 A JP H10230452A
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gear
carrier
sun gear
polishing
rotating shaft
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Norihiko Moriya
紀彦 守屋
Yasuo Inada
安雄 稲田
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽ギヤとキャリアとの噛合位置、および回
し金と上定盤の連繋部材との連繋位置を好適に変化させ
ることができ、磨耗による保守機会を低減して生産効率
を向上させると共に、研磨精度を向上させる。 【解決手段】 太陽ギヤ16と、インターナルギヤ18
と、遊星歯車に相当するキャリア20とからなる遊星歯
車装置の歯車構成を備え、キャリア20に保持されたワ
ーク21を上下から挟むと共にワーク21に対して相対
的に移動してワーク21の両面を研磨する上下の研磨定
盤12、14を備える。太陽ギヤ16、インターナルギ
ヤ18、上定盤12および下定盤14が同軸を中心に回
転可能に設けられ、キャリア20に噛合して連繋する太
陽ギヤ16と、上定盤12に係合して連繋すると共に回
転されることで上定盤12を回転させる回し金12aと
が、それらの連繋関係を維持しつつ同時に上下の研磨定
盤12、14およびキャリア20に対して上下動可能に
配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は両面研磨装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】両面研磨装置としては、従来から、エク
スターナルギヤである外歯車(以下、「太陽ギヤ」とい
う)と内歯車(以下、「インターナルギヤ」という)を
異なる角速度で回転することによって、加工材料(以
下、「ワーク」という)を担持した遊星歯車に相当する
キャリアを自転させるとともに公転させ、そのキャリア
の上下に配された上下の研磨定盤(以下、「上下の定
盤」ということがある)が、ワークを上下から挟むと共
にワークに対して相対的に移動して研磨する両面研磨装
置、いわゆる4ウェイ駆動方式の両面研磨装置が知られ
ている。両面研磨装置には、ラッピング装置(ラップ
盤)またはポリッシング装置がある。この両面研磨装置
は精度が高く、両面を同時に研磨できるため加工時間が
短くて済み、半導体チップの素材となるシリコンウェー
ハ等の薄物研磨加工に適している。
【0003】図2および図3に基づいて、従来の両面研
磨装置の一例として一般的なラップ盤の全体機構につい
て以下に説明する。図2はラップ盤の全体機構を示す模
式的断面図であり、図3は図2のラップ盤の太陽ギヤ
と、インターナルギヤと、遊星歯車に相当するキャリア
とからなる遊星歯車装置の歯車構成を示す模式的平面図
である。12は上研磨定盤(以下、「上定盤」とい
う)、14は下研磨定盤(以下、「下定盤」という)、
16は太陽ギヤ、18はインターナルギヤである。20
はキャリアであり、このキャリア20に穿設された透孔
内にワークであるシリコンウェーハ21が担持され、太
陽ギヤ16とインターナルギヤ18と噛み合って回転す
る(図3参照)。上定盤12は、上定盤12上に固定さ
れたフック12fを介して上定盤駆動ドラム(以下、
「回し金12a」という)に連繋し、回し金12aに伴
って回転する。回し金12aから第1回転軸12bが垂
下し、この第1回転軸12bの下端部に第1歯車12c
が設けられている。第1歯車12cはアイドルギヤ12
dを介して第1駆動ギヤ12eに噛合している。第1駆
動ギヤ12eはスピンドル26と一体に回転すべくスピ
ンドル26に固定されている。従って、スピンドル26
の回転駆動によって、回し金12aを介して上定盤12
が回転する。
【0004】太陽ギヤ16は、第2回転軸16bの上端
部に固定されている。第2回転軸16bの下端部に固定
された第2歯車16cがスピンドル26に固定された第
2駆動ギヤ16eに噛合している。従って、太陽ギヤ1
6は、スピンドル26の回転駆動によって回転する。下
定盤14は、第3回転軸14bの上端部に固定されてい
る。第3回転軸14bの下端部に固定された第3歯車1
4cがスピンドル26に固定された第3駆動ギヤ14e
に噛合している。従って、下定盤14は、スピンドル2
6の回転駆動によって回転する。インターナルギヤ18
は、第4回転軸18bの上端部に固定されている。第4
回転軸18bの下端部に固定された第4歯車18cがス
ピンドル26に固定された第4駆動ギヤ18eに噛合し
ている。従って、インターナルギヤ18は、スピンドル
26の回転駆動によってする。スピンドル26は可変減
速機32に連結されている。可変減速機32は、モータ
34とベルト36を介して連結されており、モータ34
によって駆動されるスピンドル26の回転数、回転時間
などを制御するものである。
【0005】この遊星歯車装置の動作は、例えば、太陽
ギヤ16の角速度に比べてインターナルギヤ18の角速
度の方が大きくなるように第2歯車16cと第2駆動ギ
ヤ16eのギヤ比、および第4歯車18cと第4駆動ギ
ヤ18eのギヤ比がそれぞれ設定されている場合、太陽
ギヤ16とインターナルギヤ18との間に噛合したキャ
リア20は、インターナルギヤ18の回転方向と同一方
向(例えば、反時計方向)に公転し、且つ反対方向(時
計方向)に自転する。また、下定盤14も同じく反時計
方向に回転するが、上定盤12はアイドルギヤ12dが
介在するので時計方向に回転する。なお、キャリア20
の回転方向およびその回転速度は太陽ギヤ16とインタ
ーナルギヤ18の回転速度の設定によって適宜に変更で
きる。また、図2には一つの駆動源(モータ34)によ
って4つの回転系(上定盤12、下定盤14、太陽ギヤ
16、インターナルギヤ18)全てを駆動する例を説明
したが、これに限らず、別々の駆動源で別々に回転させ
る場合もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
両面研磨装置では、太陽ギヤ16と遊星ギヤであるキャ
リア20との噛合位置(接触位置)、インターナルギヤ
18とキャリア20の噛合位置(接触位置)、さらに
は、上定盤12に設けられたフック12f等の連繋部材
と、その連繋部材に連繋して上定盤12を回転駆動させ
るように動力を伝達するため、第1回転軸12bに設け
られた回し金12a(上定盤駆動ドラム)との連繋位置
(接触位置)は変化できない。従って、それらの接触位
置では磨耗が進み、保守機会が増大して生産効率が低下
する共に、その磨耗に起因して研磨精度が低下するとい
う課題があった。
【0007】上記の3箇所の接触位置は、ワークを研磨
するために上下の定盤間に供給されるスラリーと呼ばれ
る研磨液がかかり易い部位であり、磨耗し易い部分とな
っている。また、半導体装置の分野では、最近のシリコ
ンウェーハの大径化に伴い、前記各噛合位置および連繋
位置にかかる荷重は大きくなっており、その部分の磨耗
が促進され易い傾向にある。また、シリコンウェーハ表
面にかかるサブミクロンオーダーの平坦度の向上の要求
に伴い、高い研磨精度が要求されており、前記接触位置
の磨耗に起因する研磨精度の低下が懸念されるところで
ある。
【0008】そこで、本発明の目的は、太陽ギヤおよび
回し金を好適に上下動させることにより、太陽ギヤとキ
ャリアとの噛合位置、および回し金と上定盤の連繋部材
との連繋位置を好適に変化させることができ、磨耗によ
る保守機会を低減して生産効率を向上させると共に、研
磨精度を向上できる両面研磨装置を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために次の構成を備える。すなわち、本発明は、
太陽ギヤと、インターナルギヤと、遊星歯車に相当する
キャリアとからなる遊星歯車装置の歯車構成を備え、前
記キャリアにはワークが保持される透孔が設けられ、該
キャリアに保持されたワークを上下から挟むと共にワー
クに対して相対的に移動してワークの両面を研磨する上
下の研磨定盤を備える両面研磨装置において、前記太陽
ギヤ、前記インターナルギヤ、前記上研磨定盤および前
記下研磨定盤が同軸を中心に回転可能に設けられ、前記
キャリアに噛合して連繋する太陽ギヤと、上研磨定盤に
係合して連繋すると共に回転されることで該上研磨定盤
を回転させる回し金とが、それらの連繋関係を維持しつ
つ同時に上下の研磨定盤およびキャリアに対して上下動
可能に配設されている。
【0010】前記回し金を回転駆動させる第1回転軸
が、前記太陽ギヤを回転駆動させるように動力を伝達す
る中空の第2回転軸に同軸となるように挿通され、該第
1回転軸の上端部に前記回し金が固定され、第1回転軸
の下端部に駆動装置による回転動力を伝達する第1歯車
が固定されており、前記第2回転軸は、前記回し金と前
記第1歯車との間に軸線方向の移動を規制されて第1回
転軸と一体的に軸線方向に移動可能に配設され、該第2
回転軸の上端部に前記太陽ギヤが固定され、第2回転軸
の下端部に駆動装置による回転動力を伝達する第2歯車
が固定されていることで、構造が複雑になることなく、
太陽ギヤと回し金を好適に上下動できる。
【0011】前記下研磨定盤が回転可能に軸受けされた
基体に固定され、前記第1回転軸の軸心と芯線を同一に
する螺子部が形成された支持部と、前記第1回転軸の下
端部に、該第1回転軸に対して同軸に回動可能且つ軸線
方向に移動不能に装着され、第1回転軸の軸心と芯線を
同一にする螺子部が形成され、該螺子部が前記支持部の
螺子部に螺合されて配設され、回動することで前記支持
部に対して上下動し、第1回転軸を介して前記太陽ギヤ
および前記回し金を上下の研磨定盤およびキャリアに対
して上下動させる螺子送り部材とを具備することで、太
陽ギヤと回し金を微細に精度よく上下動できる。
【0012】前記螺子送り部材に、該螺子送り部材と同
軸に固定して設けられた上下動用ギヤと、該上下動用ギ
ヤに螺合するピニオンギヤが出力軸に固定された上下動
用モータとを具備することで、太陽ギヤと回し金の上下
動にかかる精密制御が可能になる。
【0013】前記インターナルギヤは、別の上下動機構
によって、前記上下の研磨定盤およびキャリアに対して
上下動可能に配設されていることで、各接触位置の磨耗
にかかる課題を解消できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる好適な実施
例を添付図面と共に詳細に説明する。図1は本発明にか
かるシリコンウェーハの両面を研磨するラップ盤の一実
施例である。なお、本実施例のラップ盤の全体構成は、
図2および図3に基づいて説明した従来のラップ盤と同
じであり、同一の構成には同一の符号を付して詳細な説
明を省略する。太陽ギヤ16と、インターナルギヤ18
と、遊星歯車に相当するキャリア20によって遊星歯車
装置の歯車構成を備えている。キャリア20にはワーク
であるシリコンウェーハが保持される透孔(一個または
複数、図2参照)が設けられている。12は上定盤であ
り、14は下定盤であって、どちらもドーナツ盤状に形
成されている。上定盤12は、下定盤14に対して上下
方向に接離動可能に昇降装置に支持されている。また、
上定盤12上面の内周縁部には内側へ突起するフック部
12f、および昇降する際に好適に中心にできるように
回し金12aに接して上定盤12を案内するガイドリン
グ12gが固定されている。この上下の定盤12、14
は、キャリア20の透孔内に挿入・保持されたシリコン
ウェーハを上下から挟むと共にシリコンウェーハに対し
て相対的に移動してそのシリコンウェーハの両面を研磨
する。
【0015】また、太陽ギヤ16、インターナルギヤ1
8、上定盤12および下定盤14が、同軸を中心に回転
可能に設けられている。太陽ギヤ16は、キャリア20
の外周ギヤに、上下方向に所定のストローク内で移動し
ても、その噛合関係が維持されるように、上下方向に所
定の幅を備えてキャリア20に噛合している。また、イ
ンターナルギヤ18も同様にキャリア20の外周ギヤに
噛合している。また、回し金12aは、上定盤12を回
転駆動させるべく動力を伝達する上定盤駆動軸である第
1回転軸12bの上端部に設けられている。回し金12
aは、上下方向に溝部を有しており、その溝部に上定盤
12上に固定されたフック12fが軸線方向に移動可能
に係合・連繋されている。従って、回転方向について上
定盤12と回し金12aが一体化し、回し金12aの回
転に伴って上定盤12が回転する。
【0016】この回し金12aと太陽ギヤ16は、上下
の定盤12、14およびキャリア20に対し、同時に上
下動可能に配設されている。回し金12aと太陽ギヤ1
6とが一体的に上下動可能となる具体的な構成は、次の
とおりである。第1回転軸12bが、太陽ギヤ16を回
転駆動させるように動力を伝達する中空の太陽ギヤ駆動
軸である第2回転軸16bに同軸となるように挿通され
ている。第1回転軸12bの上端部に回し金12aが固
定され、第1回転軸12bの下端部に駆動装置(図2に
示したモータ34、スピンドル26等を含む回転駆動装
置)による回転動力を伝達する第1歯車12cが固定さ
れている。また、第2回転軸16bは、回し金12aと
第1歯車12cとの間に軸線方向の移動を規制されると
共に第1回転軸12bと一体的に軸線方向に移動可能に
配設されている。第2回転軸16bの上端部に太陽ギヤ
16が固定され、第2回転軸16bの下端部に駆動装置
による回転動力を伝達する第2歯車16cが固定されて
いる。
【0017】38は支持部であり、下定盤14が回転可
能に軸受けされた基体10に第1回転軸12bと同軸に
固定され、第1回転軸12bの軸心と芯線を同一にする
雌螺子部38aを有する。40は螺子送り部材であり、
第1回転軸12bの下端部に、第1回転軸12bに対し
て同軸に回動可能且つ軸線方向に移動不能に装着されて
いる。また、第1回転軸12bの軸心と芯線を同一にす
る雄螺子部40aが形成され、雄螺子部40aが支持部
の雌螺子部38aに螺合されて配設されている。この螺
子送り部材40が、回動されることで支持部38に対し
て上下動され、第1回転軸12bが基体10に対して上
下動する。これにより、太陽ギヤ16および回し金12
aが上下の定盤12、14およびキャリア20に対して
上下動される。すなわち、太陽ギヤ16および回し金1
2aは基体10に対して昇降動し、基体10に上下動不
能且つ回転可能に支持された下定盤14との位置関係が
上下方向に相対的に変化する。
【0018】42は上下動用ギヤであり、螺子送り部材
40と同軸に固定して設けられている。45は上下動用
モータであり、上下動用ギヤ42に螺合するピニオンギ
ヤ45aが出力軸に固定されている。この上下動用モー
タ45が回動すると、上下動用ギヤ42を介して螺子送
り部材40が回転され、その螺子送り部材40の軸線方
向の移動に伴って、太陽ギヤ16および回し金12aが
上下動される。上下動モータ45としてサーボモータを
利用すれば、その回動量を容易かつ正確に制御できるた
め、太陽ギヤ16および回し金12aの上下動の制御を
微細且つ精度よく自動的に行うことが可能である。以上
の構成によれば、太陽ギヤ16を備える第2回転軸16
bが、第1回転軸12bの回し金12aと第1歯車12
cとによって挟まれている。このため、螺子送り部材4
0の上下動によって第1回転軸12bが軸線方向に移動
する際に、太陽ギヤ16と回し金12aとは同時に同方
向に移動できるのである。すなわち、太陽ギヤ16は上
下定盤12、14に両側から挟まれた形で存在するキャ
リア20との噛合位置、回し金12aは上定盤12上に
取り付けられたフック12f、およびガイドリング12
gとの連繋位置が、同時に変化するようになる。
【0019】また、以上の構成の両面研磨装置によれ
ば、太陽ギヤ16とキャリア20の噛合位置、および回
し金12aとフック12fの係合位置を、上下動モータ
45の制御によって加工中に自動的に徐々に変化させる
ことで、さらに均一な磨耗がなされ、好適な研磨精度を
得ることが可能である。このように、比較的簡潔な構造
で、大きな動力や大型な機構を要せず、スペース的に無
理なく、太陽ギヤ16および回し金12aを上下動する
ことが可能となり、キャリア20、フック12f、およ
びガイドリング12gとの接触位置を変化できる。従っ
て、各部材の磨耗が広い幅の範囲で均一になされ、研磨
精度に悪影響を与えるような局部的に発生する磨耗を防
止することが可能になる。
【0020】また、インターナルギヤ18は、別の上下
動機構50によって、上下の研磨定盤12、14および
キャリア20に対して上下動可能に配設されている。上
下動機構50は、基体10に固定された雄螺子部52a
を有する支持部52と、雄螺子部52aに螺合する雌螺
子部54aを有する螺子送り部材54と、螺子送り部材
54に同軸に固定された上下動用ギア56と、上下動用
ギア56に歯合するピニオンギア58aを有する上下動
モータ58とによって構成され、太陽ギヤ16および回
し金12aとは別に、インターナルギヤ18を単独で上
下動させる。これにより、各部材の磨耗量に対応して別
々に対応できる。
【0021】以上の実施例では、本発明をラップ盤に適
用した場合について説明したが、本発明はこれに限られ
るものではなく、両面を研磨する装置、例えば、両面を
鏡面研磨するポリッシング装置にも適用できるのは勿論
である。以上、本発明につき好適な実施例を挙げて種々
説明してきたが、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のことである。
【0022】
【発明の効果】本発明の両面研磨装置によれば、キャリ
アに噛合する太陽ギヤと、上定盤を回転駆動させるよう
に上定盤に連繋する回し金とが同時に、上下の定盤およ
びキャリアに対して上下動可能に配設されているため、
太陽ギヤとキャリアとの噛合位置、および回し金と上定
盤の連繋部材との連繋位置を好適に変化させることがで
き、磨耗による保守機会を低減して生産効率を向上させ
ると共に、研磨精度を向上できるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる両面研磨装置の一実施例の要部
を示す断面図である。
【図2】両面研磨装置の全体機構を示す模式的断面図で
ある。
【図3】両面研磨装置の遊星歯車装置の歯車構成を説明
する模式的平面図である。
【符号の説明】
12 上定盤 12a 回し金 12b 第1回転軸 12c 第1歯車 14 下定盤 14b 第3回転軸 14c 第3歯車 16 太陽ギヤ 16b 第2回転軸 16c 第2歯車 18 インターナルギヤ 18b 第4回転軸 18c 第4歯車 20 キャリア 21 ワーク 38 支持部 40 螺子送り部材 52 支持部 54 螺子送り部材

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽ギヤと、インターナルギヤと、遊星
    歯車に相当するキャリアとからなる遊星歯車装置の歯車
    構成を備え、前記キャリアにはワークが保持される透孔
    が設けられ、該キャリアに保持されたワークを上下から
    挟むと共にワークに対して相対的に移動してワークの両
    面を研磨する上下の研磨定盤を備える両面研磨装置にお
    いて、 前記太陽ギヤ、前記インターナルギヤ、前記上研磨定盤
    および前記下研磨定盤が同軸を中心に回転可能に設けら
    れ、前記キャリアに噛合して連繋する太陽ギヤと、上研
    磨定盤に係合して連繋すると共に回転されることで該上
    研磨定盤を回転させる回し金とが、それらの連繋関係を
    維持しつつ同時に上下の研磨定盤およびキャリアに対し
    て上下動可能に配設されていることを特徴とする両面研
    磨装置。
  2. 【請求項2】 前記回し金を回転駆動させる第1回転軸
    が、前記太陽ギヤを回転駆動させるように動力を伝達す
    る中空の第2回転軸に同軸となるように挿通され、該第
    1回転軸の上端部に前記回し金が固定され、第1回転軸
    の下端部に駆動装置による回転動力を伝達する第1歯車
    が固定されており、前記第2回転軸は、前記回し金と前
    記第1歯車との間に軸線方向の移動を規制されて第1回
    転軸と一体的に軸線方向に移動可能に配設され、該第2
    回転軸の上端部に前記太陽ギヤが固定され、第2回転軸
    の下端部に駆動装置による回転動力を伝達する第2歯車
    が固定されていることを特徴とする請求項1記載の両面
    研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記下研磨定盤が回転可能に軸受けされ
    た基体に固定され、前記第1回転軸の軸心と芯線を同一
    にする螺子部が形成された支持部と、 前記第1回転軸の下端部に、該第1回転軸に対して同軸
    に回動可能且つ軸線方向に移動不能に装着され、第1回
    転軸の軸心と芯線を同一にする螺子部が形成され、該螺
    子部が前記支持部の螺子部に螺合されて配設され、回動
    することで前記支持部に対して上下動し、第1回転軸を
    介して前記太陽ギヤおよび前記回し金を上下の研磨定盤
    およびキャリアに対して上下動させる螺子送り部材とを
    具備することを特徴とする請求項1または2記載の両面
    研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記螺子送り部材に、該螺子送り部材と
    同軸に固定して設けられた上下動用ギヤと、該上下動用
    ギヤに螺合するピニオンギヤが出力軸に固定された上下
    動用モータとを具備することを特徴とする請求項1、2
    または3記載の両面研磨装置。
  5. 【請求項5】 前記インターナルギヤは、別の上下動機
    構によって、前記上下の研磨定盤およびキャリアに対し
    て上下動可能に配設されていることを特徴とする請求項
    1、2、3または4記載の両面研磨装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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