JPH11254302A

JPH11254302A - 両面研磨装置

Info

Publication number: JPH11254302A
Application number: JP5536198A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nakamura; 由夫中村; Atsushi Kajikura; 惇鍛治倉; Tomoki Kanda; 智樹神田
Original assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Current assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ワークを研磨精度よく好適に研磨できると共
に、研磨面の修正を頻繁に行うことを要せず、稼働効率
を向上させる。【解決手段】薄平板に透孔１２ａが設けられて成るキ
ャリヤ１２と、キャリヤ１２の透孔１２ａ内に配された
板状のウェーハ１０を、上下から挟むと共にウェーハ１
０に対して相対的に移動して研磨する研磨面１４ａ、１
６ａを有する上下の定盤１４、１６と、キャリヤ１２
を、キャリヤ１２の面と平行な面内で運動をさせ、透孔
１２ａ内で上下の定盤１４、１６の間に保持されたウェ
ーハ１０を運動させる運動機構とを備え、上下の定盤１
４、１６の各研磨面１４ａ、１６ａに、ウェーハ１０を
上下から挟んで研磨する際にウェーハ１０に圧接しない
ことで研磨に寄与しない切り抜き部１５ａを、研磨面と
しての仕事量が少ない部分に設けてある。

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。両面研磨装置としては、従来から、エクスターナル
ギヤ（以下、「外歯車」という）とインターナルギヤ
（以下、「内歯車」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ヤを自転させるとと
もに公転させ、そのキャリヤの上下に配された研磨面を
有する上下の定盤が、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遊星歯車機構を用
いたものがある。この両面研磨装置は、ラッピング装置
（ラップ盤）、またはポリシング装置として使用され、
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。

【０００２】

【従来の技術】従来の遊星歯車機構を用いたポリシング
装置の構成について、図１２に基づいて説明する。１１
２は上定盤、１１４は下定盤であり、それぞれの表面に
は研磨布（クロス）が付けられており、その研磨布によ
って研磨面が形成されている。１１６は外歯車、１１８
は内歯車である。また、１２０はキャリヤであり、この
キャリヤ１２０に穿設された透孔内にワーク１２１が保
持され、外歯車１１６と内歯車１１８と噛み合って回転
する。上定盤１１２は上定盤回し金１１２ａに連繋さ
れ、この上定盤回し金１１２ａから垂下したシャフト１
１２ｂの先端にギヤ１１２ｃが設けられている。ギヤ１
１２ｃはアイドルギヤ１１２ｄに、そのアイドルギヤ１
１２ｄはギヤ１１２ｅに噛合している。このギヤ１１２
ｅは、スピンドル１２６と一体に回転すべく、スピンド
ル１２６と同軸に設けられている。下定盤１１４は、そ
の下定盤１１４に同軸に設けられたギヤ１１４ａを介
し、スピンドル１２６に同軸に設けられたギヤ１１４ｂ
に連繋している。外歯車１１６は、その外歯車１１６に
同軸に設けられたギヤ１１６ａを介し、スピンドル１２
６に同軸に設けられた伝達ギヤ１１６ｂに連繋してい
る。内歯車１１８は、その内歯車１１８に同軸に設けら
れたギヤ１１８ａを介し、スピンドル１２６に同軸に設
けられた伝達ギヤ１１８ｂに連繋している。すなわち、
このポリシング装置は、一つの駆動装置によって、外歯
車１１６、内歯車１１８、上下の定盤１１２、１１４を
回転駆動させる、いわゆる４ウェイ駆動方式となってい
る。なお、スピンドル１２６は可変減速機１３２に連結
され、その可変減速機１３２は、ベルト１３６を介して
モータ１３４と連結されており、スピンドル１２６の回
転速度を制御する。

【０００３】この遊星歯車機構を用いたポリシング装置
によれば、例えば、外歯車１１６の角速度に比べて内歯
車１１８の角速度の方が大きくなるようにギヤ１１６ａ
と伝達ギヤ１１６ｂの回転比、およびギヤ１１８ａと伝
達ギヤ１１８ｂの回転比がそれぞれ設定されている場
合、外歯車１１６と内歯車１１８との間に噛合したキャ
リヤ１２０は、内歯車１１８の回転方向と同一方向（例
えば、「反時計方向」とする）に公転し、且つ時計方向
に自転する。また、下定盤１１４も同じく反時計方向に
回転するが、上定盤１１２はアイドルギヤ１１２ｄが介
在するので時計方向に回転する。なお、研磨条件に応じ
て、キャリヤ１２０の回転方向および回転速度等は、外
歯車１１６と内歯車１１８の角速度の設定によって変更
することができる。また、ワーク１２１の表裏の研磨面
へは、スラリー等を含む液状の研磨剤が供給され、その
液状の研磨剤の作用によってワーク１２１の研磨が好適
になされる。このポリシング装置によれば、キャリヤ１
２０を複雑に運動させることができるため、研磨むらを
防止して均一にワーク１２１（例えば、シリコンウェー
ハ）研磨できる。従って、ワークの平坦度を向上でき
る。また、ワーク１２１の両面を同時に研磨できるた
め、研磨効率を向上できる。

【０００４】しかしながら、上記従来の遊星歯車機構を
用いた両面研磨装置では、キャリヤ１２０が外歯車１１
６と内歯車１１８の間で移動する構造になるため、最近
のシリコンウェーハ等のワーク１２１の大型化に対応し
にくい。すなわち、キャリヤ１２０の直径を、定盤の半
径より大きくすることは不可能であり、定盤の研磨面を
効率良く利用することができない。また、従来の遊星歯
車機構を用いた両面研磨装置では、複雑な歯車機構とな
っており、大型化することが難しく、大型の装置を製造
するには材料、加工、配置スペース的な問題など、様々
な面でコストが嵩んでしまう。

【０００５】このため、本願出願人は、背景技術として
次のような両面研磨装置を開発してある。図８は背景技
術の説明図であり、図８（ａ）は平面図であり、図８
（ｂ）は断面図である。この背景技術は、薄平板に透孔
１２ａが設けられて成るキャリヤ１２と、そのキャリヤ
１２の透孔１２ａ内に配された板状のワークであるウェ
ーハ１０を、上下から挟むと共にそのウェーハ１０に対
して相対的に移動して研磨する上下の定盤１４、１６と
を備える両面研磨装置であって、キャリヤ１２を、キャ
リヤホルダー２２を介してキャリヤ１２の面と平行な面
内で自転しない円運動をさせ、透孔１２ａ内で上下の定
盤１４、１６の間に保持されたウェーハ１０を旋回移動
させるキャリヤ円運動機構２０（図３及び図４を参照）
を具備する。なお、上下の定盤１４、１６は、それぞれ
回転（自転）運動するように設けられている。

【０００６】図８の両面研磨装置では、図９に示すよう
にウェーハ１０の研磨加工によって、上下の研磨面１４
ａ、１６ａが、ウェーハ１０の保持される位置に対応し
て凹面状に片減りしてしまう。図９（ａ）は研磨加工を
始める前の上下の定盤１４、１６とウェーハ１０の状態
を示す断面図であり、図９（ｂ）は研磨加工を行った後
の上下の定盤１４、１６とウェーハ１０の状態を示す断
面図である。このように、上下の研磨面１４ａ、１６ａ
が片減りするのは、主に、装置サイズの制約上、少数枚
数のウェーハ１０を限定された大きさの定盤で加工する
ことから、ウェーハ１０の配置が制約されることによっ
て生じるものであり、上下の定盤１４、１６は自転する
ことから、上下の研磨面１４ａ、１６ａには、摩耗量の
多い部分がリング状にあらわれる。すなわち、図８の両
面研磨装置の程度に偏心した自転しない円運動によって
は、ウェーハ１０の中央部付近に対応する上下の研磨面
１４ａ、１６ａ（半径の中央付近）について研磨に利用
される頻度が高いのに比べ、ウェーハ１０の周辺に対応
すると共に半径の両端側（円の中心よりと円の外周より
の部位）に対応する上下の研磨面１４ａ、１６ａについ
て研磨に利用される頻度が低いため、上記のような片減
りが発生し、その均一性が失われてしまう。このような
上下の研磨面１４ａ、１６ａの使用度の差異によって、
図９（ｂ）に示すように、ウェーハ１０が凸レンズ状
（断面太鼓状）に研磨されてしまうのである。

【０００７】そこで、研磨面１４ａ、１６ａを平坦に修
正すべく、図１０に示すように、研磨工程の後、研磨面
の修正リング６２を、修正用のキャリヤ６０に保持させ
て、その修正用のキャリヤ６０を研磨工程のキャリヤ１
２（図８参照）と同様に運動させることで、研磨面１４
ａ、１６ａのすり減っていなかった部分をすり減らす方
法が考えられる。この修正リング６２は、修正用のキャ
リヤ６０に大きく形成された大型の透孔６０ａ内に配さ
れて保持されると共に、内周部にウェーハ１０の径に相
当する大きさの透孔６２ａが形成されたリング状に形成
されており、ウェーハ１０の研磨工程とは別の工程（研
磨面の修正工程）で使用される。また、修正リング６２
は、ガラスやセラミック等で形成され、その表面が適度
に粗く設けられたものが、研磨面１４ａ、１６ａを効率
よく修正できる。例えば、ポーラス状の素材のもので、
耐久性を考慮して、若干厚いものを利用することが考え
られる。この修正リング６２によれば、図１１に示すよ
うに片減りの発生した研磨面１４ａ、１６ａを修正でき
る。図１１（ａ）は研磨面の修正工程を始める前の状態
を示す断面図であり、図１１（ｂ）は研磨面の修正工程
を行った後の状態を示す断面図であるが、研磨面１４
ａ、１６ａは修正リング６２の作用によって平坦に修正
され、図１１（ｂ）のようにウェーハ１０を平坦に研磨
できるようにすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、研磨によって劣化した研磨面１４ａ、１６ａの
形状を修正（シーズニング）するために、研磨工程とは
別工程において、研磨面１４ａと研磨面１６ａとの間に
修正リング６２等を入れることから、両面研磨装置の稼
働率が低下してしまうという課題があった。すなわち、
ワーク用のキャリヤ１２と、修正用のキャリヤ６０を入
れ替えなければならず、時間がかかってしまう。特に、
ワークを自転しない円運動をするキャリヤ１２に保持さ
せて研磨することから、研磨面１４ａ、１６ａが劣化し
易く、研磨面１４ａ、１６ａの修正工程を頻繁にするこ
とを要し、加工効率を著しく低下させると共に、自動化
が困難になる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、ワークを研磨精
度よく好適に研磨できると共に、研磨面の修正を頻繁に
行うことを要せず、稼働効率に優れた両面研磨装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、本発明は、
薄平板に透孔が設けられて成るキャリヤと、該キャリヤ
の透孔内に配された板状のワークを、上下から挟むと共
に該ワークに対して相対的に移動して研磨する研磨面を
有する上下の定盤と、前記キャリヤを、該キャリヤの面
と平行な面内で運動をさせ、前記透孔内で上下の定盤の
間に保持された前記ワ−クを運動させる運動機構とを備
える両面研磨装置であって、前記上下の定盤の各研磨面
に、前記ワークを上下から挟んで研磨する際に該ワーク
に圧接しないことで研磨に寄与しない部位を、研磨面と
しての仕事量が少ない部分に設けたことを特徴とする。

【００１１】また、前記運動機構が、前記キャリヤを、
該キャリヤの面と平行な面内で自転しない円運動をさ
せ、前記透孔内で上下の定盤の間に保持された前記ワ−
クを旋回移動させるキャリヤ円運動機構であることで、
滑らかな運動でワークを好適に研磨できる。

【００１２】また、前記各研磨面は上下の定盤のそれぞ
れの表面に貼着された研磨布によって形成され、前記ワ
ークに圧接しないことで研磨に寄与しない部位は、前記
研磨布を切り抜いて形成された切り抜き部であること
で、簡単な構成で、研磨面の仕事量のバランスを好適に
とることができ、ワークをバランスよく研磨できる。

【００１３】また、前記各研磨面は上下の定盤のそれぞ
れの表面に貼着された研磨布によって形成され、前記ワ
ークに圧接しないことで研磨に寄与しない部位は、前記
上下の定盤のそれぞれの表面に形成された凹部であるこ
とによっても、研磨面の仕事量のバランスを好適にとる
ことができ、ワークをバランスよく研磨できる。また、
研磨布の貼り替えを容易に行うことができる。

【００１４】また、前記キャリヤ円運動機構は、前記キ
ャリヤを保持するキャリヤホルダーと、前記上下の定盤
の軸線に平行で前記キャリヤホルダーに軸着されるホル
ダー側の軸、および該ホルダー側の軸に平行であると共
に所定の距離をおいて基体に軸着される基体側の軸を備
え、該基体側の軸を中心に前記ホルダー側の軸を旋回さ
せることでキャリヤホルダーを基体に対して自転しない
円運動をさせる偏心アームと、該偏心アームを基体側の
軸を中心に回転させる回転駆動装置とを具備すること
で、簡単な構成であるが、キャリヤホルダーに保持され
たキャリヤを好適に自転しない円運動させることができ
る。

【００１５】また、前記偏心アームが複数設けられ、該
複数の偏心アームは同期して円運動するよう、前記基体
側の軸同士がタイミングチェーン等の同期手段によって
連繋されていることで、簡単な構成でキャリヤを好適且
つ安定的に運動させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を添
付図面に基づいて詳細に説明する。先ず、本発明の前提
となる両面研磨装置の構成について、図３及び図４に基
づいて説明する。図３は本発明にかかる両面研磨装置の
一実施例を模式的に示した斜視組み立て図であり、図４
は図３の実施例が作動している際の各構成の位置関係を
示す側断面図である。本実施例は、板状のワークである
シリコンのウェーハ１０を研磨する両面研磨装置であ
り、薄平板に透孔１２ａが設けられて成るキャリヤ１２
と、そのキャリヤ１２の透孔内に配されたウェーハ１０
を、上下から挟むと共にウェーハ１０に対して相対的に
移動して研磨する上下の定盤１４、１６とを備える。上
下の定盤１４、１６のそれぞれの表面には、クロスと呼
ばれる研磨布１４ａ、１６ａが接着によって付けられて
おり、その研磨布１４ａ、１６ａによって研磨面が形成
されている。ウェーハ１０は、円形であり円形の透孔１
２ａ内に遊嵌されており、透孔１２ａの中ではフリーに
自転可能なサイズになっている。キャリヤ１２は、例え
ば、ガラスエポキシ板で形成され、厚さ０、８ｍｍのウ
ェーハ１０に対して厚さ０、７ｍｍ程度に設定されたも
のが一般的である。

【００１７】２０はキャリヤ円運動機構であり、キャリ
ヤ１２を、そのキャリヤ１２の面と平行な面内で運動を
させ、透孔１２ａ内で上下の定盤１４、１６の間に保持
されたウェーハ１０を運動させる運動機構の一例であ
る。本実施例におけるキャリヤ円運動機構２０は、キャ
リヤ１２を、そのキャリヤ１２の面と平行な面内で自転
しない円運動をさせ、透孔１２ａ内で保持されて上定盤
１４と下定盤１６とによって挟持されたウェーハ１０を
旋回移動させる。すなわち、キャリヤ１２の厚さを考え
ない場合に、キャリヤ１２の面と同一の面内で、そのキ
ャリヤ１２に自転しない円運動をさせる。このキャリヤ
円運動機構２０の具体的な構成について以下に説明す
る。

【００１８】２２はキャリヤホルダーであり、リング状
に形成されており、キャリヤ１２を保持している。ここ
で、キャリヤ１２とキャリヤホルダー２２とを連繋する
連繋手段５０について説明する。図５は連繋手段５０の
一例を示す部分断面図である。連繋手段５０は、キャリ
ヤ１２を、そのキャリヤ１２が自転しないと共に、その
キャリヤ１２の熱膨張による伸びを吸収するように、キ
ャリヤホルダー２２へ連繋させることで保持させてい
る。本実施例の連繋手段５０では、図５に示すように、
キャリヤホルダー２２側に設けられたピン２３と、ピン
２３に遊嵌すべくキャリヤ１２にそのキャリヤ１２の熱
膨張による伸び方向（本実施例では円形のキャリヤ１２
の径方向）へクリアランスが設けられて形成された穴１
２ｂとを備える。穴１２ｂのクリアランスは、少なくと
もキャリヤ１２の熱膨張による伸びを吸収する方向に好
適に設ければよく、例えば、長穴に形成されていればよ
い。

【００１９】また、本実施例において、キャリヤ１２
は、その外周縁についても熱膨張した際に好適にスライ
ドできるように、キャリヤホルダー２２の内周面２２ａ
との間にクリアランスが生じるように形成されている。
すなわち、内周面２２ａの内径よりもキャリヤ１２の外
径が、所定の寸法小径に形成されている。そして、上述
したようにキャリヤ１２の熱膨張を考慮してクリアラン
スを設けておいたキャリヤ１２の穴１２ｂを、キャリヤ
ホルダー２２のピン２３に嵌めることで直接的にセット
してある。このようにキャリヤ１２の熱膨張による伸び
を吸収する連繋手段５０を備えることで、簡単な構成で
キャリヤ１２をキャリヤホルダー２２に対して回り止め
をした状態に好適に連繋させることができる。これによ
り、キャリヤ１２の伸びを好適に逃がして吸収すること
ができ、キャリヤ１２の変形を防止できる。また、キャ
リヤ１２は、キャリヤホルダー２２に嵌めることで装着
する構成であるので、装着時における作業の簡素化がな
される。

【００２０】次に、キャリヤホルダー２２に備えられる
キャリヤ１２の高さ調整機能について説明する。２３ａ
はフランジ部であり、ピン２３の中途部にワッシャー形
状に一体に設けられている。このフランジ部２３ａは、
キャリヤホルダー２２側に設けられ、キャリヤ１２を保
持すべく直接的に支持する支持部になっている。ピン２
３のフランジ部２３ａの下方には、ピン２３をキャリヤ
ホルダー２２の下段部２２ｂに装着可能にネジ部２３ｂ
が設けられている。そのネジ部２３ｂキャリヤホルダー
２２の下段部２２ｂに螺合する度合いを調整すること
で、フランジ部２３ａの高さ調整が可能に設けられてい
る。このようにフランジ部２３ａを設けたことで、キャ
リヤ１２の高さ位置を好適に調整して、キャリヤホルダ
ー２２でキャリヤ１２を適切に保持することができる。

【００２１】すなわち、フランジ部２３ａの高さを調整
すれば、下定盤１６の研磨布１６ａが消耗して薄くなっ
た場合等、条件の変化に好適に対応でき、その下定盤１
６の研磨布１６ａ面とほぼ同じ高さで、キャリヤ１２が
撓みを生じないように好適に保持できる。従って、キャ
リヤ１２を水平に好適に保持することができ、ウェーハ
１０の研磨割れや、研磨精度劣化を防止することができ
る。また、フランジ部２３ａの表面によって、キャリヤ
１２の外周面を部分的に受けることになり、キャリヤ１
２の伸縮による摺動を好適に支持することができる。す
なわち、キャリヤ１２の外周面（下面）とキャリヤホル
ダー２２側の上面との接地面積を小さくすることができ
るため、滑り摩擦抵抗を低減でき、キャリヤ１２は好適
に摺動できる。これにより、キャリヤ１２の熱等による
伸縮力が好適に開放され、キャリヤ１２の歪みの発生を
防止できる。

【００２２】以上の実施例では、ピン２３のフランジ部
２３ａの高さを調整することで、キャリヤ１２の支持高
さを調整したが、本発明はこれに限られないのは勿論で
あり、キャリヤ１２を所定の高さに支持できる好適な手
段であれば、その構成は特に限定されるものではない。
例えば、キャリヤホルダー２２自体を昇降させる機構を
設け、キャリヤ１２を保持すべく支持する支持部が基本
的にキャリヤホルダー２２の下段部２２ｂの上面であっ
てもよい。なお、下段部２２ｂの上面は、滑り性を向上
させるため、凹凸を設けてもよいのは勿論である。

【００２３】次に、図３及び図４に基づいてキャリヤ円
運動機構２０の他の構成について説明する。２４は偏心
アームであり、上下の定盤１４、１６の軸線Ｌに平行で
キャリヤホルダー２２に軸着されるホルダー側の軸２４
ａ、およびそのホルダー側の軸２４ａに平行であると共
に所定の距離をおいて基体３０（図４参照）に軸着され
る基体側の軸２４ｂを備える。すなわち、クランク機構
のクランクアームと同様な機能を備えるように形成され
ている。この偏心アーム２４は、本実施例では基体３０
とキャリヤホルダー２２との間の４ヶ所に配され、キャ
リヤホルダー２２を支持すると共に、基体側の軸２４ｂ
を中心にホルダー側の軸２４ａを旋回させることで、キ
ャリヤホルダー２２を基体３０に対して自転しない円運
動をさせる。ホルダー側の軸２４ａは、キャリヤホルダ
ー２２の外周面に突起して設けられた軸受け部２２ｃに
回転可能に挿入されて軸着されている。これにより、キ
ャリヤ１２は上下の定盤１４、１６の軸線Ｌから偏心Ｍ
して旋回（自転しない円運動）する。その円運動の半径
は、ホルダー側の軸２４ａと基体側の軸２４ｂとの間隔
（偏心Ｍの距離）と同じであり、キャリヤ１２の全ての
点が同一の小円の軌跡を描く運動となる。

【００２４】また、２８はタイミングチェーンであり、
各偏心アーム２４の基体側の軸２４ｂに同軸に固定され
たスプロケット２５（本実施例では４個）に掛け回され
ている。このタイミングチェーン２８と４個のスプロケ
ット２５は、４個の偏心アーム２４が同期して円運動す
るよう、４個の基体側の軸２４ｂ同士を連繋して同期さ
せる同期手段を構成している。この同期手段は、簡単な
構成であり、キャリヤ１２を好適且つ安定的に運動させ
ることができる。これによって研磨精度を向上でき、ウ
ェーハの平坦度を向上できる。なお、同期手段として
は、本実施例に限られることはなく、タイミングベル
ト、またはギア等を用いてもよいのは勿論である。３２
はモータ（例えば、ギャードモータ）であり、３４は出
力軸に固定された出力ギヤである。出力ギア３４は偏心
アーム２４の基体側の軸２４ｂに同軸に固定されたギア
２６に噛合している。これにより、偏心アーム２４を基
体側の軸２４ｂを中心に回転させる回転駆動装置が構成
されている。

【００２５】なお、回転駆動装置としては、各偏心アー
ム２４にそれぞれ対応して配された複数のモータ（例え
ば、電動モータ）を利用することもできる。電動モータ
であれば、電気的に同期を取ることで、複数の偏心アー
ム２４を同期運動させ、キャリヤ１２をスムースに運動
させることができる。また、本実施例では偏心アーム２
４を４個配設した場合について説明したが、本発明はこ
れに限らず、偏心アーム２４は最低３個あれば、キャリ
ヤホルダー２２を好適に支持することができる。さら
に、直交する２軸の直線運動の合成によって２次元運動
を得ることができるＸＹテーブルの移動体と、前記キャ
リヤホルダー２２とを一体化して運動できるようにすれ
ば、１個の偏心アーム２４の駆動によって、キャリヤホ
ルダー２２を自転しない円運動させることができる。す
なわち、ＸＹテーブルの直交する２軸に延びるガイドに
よって案内されることで、前記移動体は自転しない運動
をするのであって、この移動体の運動をキャリヤホルダ
ー２２の運動（自転しない円運動）に好適に利用でき
る。また、偏心アーム２４を用いず、ＸＹテーブルの駆
動手段、例えばＸ軸およびＹ軸のそれぞれに配されたサ
ーボモータとタイミングチェーンまたはボールネジ等か
ら成る駆動機構を利用（制御）することで、前記移動体
と一体化したキャリヤホルダー２２を運動（自転しない
円運動）させることもできる。この場合は、２個のモー
タを使用することになるが、モータを制御することで円
運動の他にも自転しない種々の２次元運動を得ることが
でき、その運動をウェーハ１０の研磨に利用できる。

【００２６】３６は下定盤回転用モータであり、下定盤
１６を回転させる動力装置である。例えば、本実施例の
ように、ギャードモータを用いることができ、その出力
軸は下定盤１６の回転軸に直結させてもよい。３８は上
定盤回転用動力手段であり、上定盤１４を回転させる。
下定盤回転用モータ３６および上定盤回転用動力手段３
８は、回転方向および回転速度を自由に変更できるもの
とすれば、種々の研磨仕様に柔軟に対応できる。また、
この両面研磨装置では、キャリヤ１２の透孔１２ａ内に
配されたウェーハ１０を、図２に示すように上定盤１４
と下定盤１６でサンドイッチにして、そのウェーハの研
磨加工がなされる。この際、ウェーハ１０が挟圧される
力は、主に上定盤１４側に設けられた加圧手段（図示せ
ず）による。例えば、なお、空気圧を利用し、エアバッ
ク方式で上定盤１４のウェーハ１０への押圧力を調整す
るようにしてもよい。空気圧を制御することで好適かつ
容易に加圧力を調整できる。なお、上定盤１４側には加
圧手段の他に上定盤１４を昇降動させる昇降装置４０が
設けられ、ウェーハ１０の給排のときなどに作動する。

【００２７】次に、本発明の特徴的な構成である上下の
定盤１４、１６の研磨面１４ａ、１６ａについて、図１
及び図２に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は研磨
面１６ａとウェーハ１０を保持したキャリヤ１２とを説
明する平面図であり、図１（ｂ）は断面図である。ま
た、図２は図１（ｂ）の部分拡大断面図である。本発明
では、上下の定盤１４、１６の各研磨面１４ａ、１６ａ
に、ワークであるウェーハ１０を上下から挟んで研磨す
る際に、そのウェーハ１０に圧接しないことで研磨に寄
与しない部位を、研磨面１４ａ、１６ａとしての仕事量
が少ない部分に設けてある。すなわち、研磨面１４ａ、
１６ａに、研磨時にウェーハ１０に充分な圧力がかから
ないようにすることで研磨作用が低減する所、或いは研
磨時にウェーハ１０に圧力がかからないようにすること
で研磨作用を全くしないない所を、研磨条件に応じて部
分的に設けられている。本実施例では、各研磨面１４
ａ、１６ａは上下の定盤１４、１６のそれぞれの表面に
貼着された研磨布１５によって形成され、ウェーハ１０
に圧接しないことで研磨に寄与しない部位は、研磨布１
５を切り抜いて形成された切り抜き部で１５ａある。こ
のような簡単な構成で、研磨面１４ａ、１６ａの仕事量
のバランスを好適にとることができ、ウェーハ１０をバ
ランスよく平坦に研磨できる。

【００２８】切り抜き部１５ａ形状は、研磨条件などに
合わせて変更すればよいが、ウェーハ１０の外周部分の
みが当たる研磨布１５の一部を、その仕事量に応じて適
宜に切り抜いくとよい。基本的には、仕事量の少ない部
分ほど切り抜き量を多くするよう、切り抜き量の勾配を
つけておけばよい。例えば、本実施例では、三角形に切
り抜かれた切り抜き部１５ａが、研磨面１４ａ、１６ａ
の外周部に外周へ行くに従って広くなる二等辺三角形状
に１２個（円周等分位置）形成され、研磨面１４ａ、１
６ａの内周部に中央へ行くに従って広くなる二等辺三角
形状に８個（円周等分位置）形成されている。なお、本
発明はこれに限定されるものでなく、切り抜き部１５ａ
の形状及び数量は、研磨条件に対応させて適宜設定すれ
ばよく、例えば、研磨面１４ａ、１６ａがウェーハ１０
に接触する仕事量の割合が、研磨面１４ａ、１６ａの半
径方向の単位面積当たりについて等しくなるように設定
すれば、ウェーハ１０が均一に研磨されて、その平坦度
が維持される。

【００２９】研磨布１５を切り抜くのは、研磨布１５を
定盤１４、１６に貼った後でもよいし、貼る前でもよい
のは勿論である。また、以上の実施例では、研磨布１５
を切り抜いたが、切り抜き部１５ａに対応する部分を予
め薄く形成した研磨布１５を定盤１４、１６に貼って利
用してもよく、ほぼ同等の効果を得ることが可能であ
る。また、上記の実施例では、一枚の研磨布１５に切り
抜き部１５ａを設けることで研磨面１４ａ、１６ａを形
成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複
数枚の研磨布１５の組み合わせで、前記切り抜き部１５
ａに相当する空き部を設けても良いのは勿論である。

【００３０】このように、研磨面としての仕事量が少な
いため劣化することなく新鮮に保たれる部位に、研磨に
寄与しない部分を設けたため、その新鮮な研磨面でウェ
ーハ１０が過度に研磨されることを防止でき、研磨面１
４ａ、１６ａを頻繁に修正しなくとも、好適な研磨がな
される。原則的に、ウェーハ１０の外周部分のみが当た
る研磨布１５の部分の一部がカットしてあり、その部分
ではウェーハ１０の研磨されない時間が生じるため、ウ
ェーハ１０の外周が過度に研磨されることを防止でき
る。いわゆる外周ダレが生じることを防止できる。従っ
て、ウェーハ１０（ワーク）の研磨精度を向上させるこ
とができると共に、研磨面１４ａ、１６ａを修正しなく
とも好適な研磨条件を維持でき、修正工程（シーズニン
グ）の回数を減らすことができるため、加工効率（稼働
効率）を向上できる。

【００３１】次に、図６及び図７に基づいて本発明にか
かる他の実施例について説明する。図６（ａ）は平面図
であり、図６（ｂ）は断面図である。また、図７は図６
（ｂ）の部分拡大断面図である。本実施例では、各研磨
面１４ａ、１６ａは上下の定盤１４、１６のそれぞれの
表面に貼着された研磨布１５によって形成され、ウェー
ハ１０に圧接しないことで研磨に寄与しない部位は、上
下の定盤１４、１６のそれぞれの表面に形成された凹部
１４ｂ、１６ｂによって構成されている。これによって
も、簡単な構成で、研磨面１４ａ、１６ａ全体の仕事量
のバランスを好適にとることができ、ウェーハ１０をバ
ランスよく研磨できる。すなわち、前記実施例のように
研磨布１５をカットする代わりに、定盤１４、１６自体
の表面にザグリを入れて凹部１４ｂ、１６ｂを形成して
おき、その定盤１４、１６表面上に研磨布１５を貼って
あり、凹部１４ｂ、１６ｂ上の研磨布１５は定盤１４、
１６表面に支持されていないから、研磨面としてウェー
ハ１０に圧接できないため、実質的に研磨作用に寄与し
ないのである。従って、この構成によっても、前記実施
例と同様の原理で同等の効果を得ることができる。

【００３２】本実施例の上下の定盤１４、１６のそれぞ
れの表面に形成された凹部１４ｂ、１６ｂのパターン
は、前記実施例と同様に形成されているが、前述したよ
うに研磨条件等に合わせて適宜設定できるのは勿論であ
る。例えば、同心円の複数の溝を設け、各溝の幅を適宜
に設定して設けてもよい。また、研磨布１５は、従来の
ものと同様に一枚で定盤の表面を覆うものであり、切り
抜き等の加工を要せず、その研磨布１５の貼り替えは、
容易に行うことができる。なお、研磨布１５が凹部１４
ｂ、１６ｂを覆うため、凹部１４ｂ、１６ｂの角部が被
覆された状態になり、ウェーハ１０が移動する際に引っ
掛かることを防止でき、ウェーハ１０に傷がつくことを
防止できる。さらに、ウェーハ１０が移動する際に引っ
掛かることを防止するには、凹部１４ｂ、１６ｂの角部
を、Ｃ面取り、或いはＲが形成されるように面取りした
状態にすればよい。また、定盤１４、１６に研磨作用に
寄与しない部分を設けるには、上記のように凹部１４
ｂ、１６ｂ形成することに限らず、製造上または強度的
な条件等をクリアすれば、貫通孔でもよい。貫通孔によ
れば、スラリー等の研磨剤液を排出でき、それらが滞留
することによる研磨条件の変動を防止でき、研磨条件を
均一に維持できる。

【００３３】次に、本発明にかかる両面研磨装置の使用
方法の一例について説明する。先ず、キャリヤ１２を運
動させないで、上定盤１４と下定盤１６とを回転速度の
絶対値は同じであるが反対方向へ回転させた場合を説明
する。すなわち、図３に示すように、例えば、上定盤１
４は時計回転をさせ、下定盤１６は反時計回転させる。
この場合は、全く反対方向に摩擦力が作用するから、そ
の運動力が相互に相殺されて、理論的にはウェーハ１０
は止まった状態で両面の研磨がなされる。但し、この場
合には、上定盤１４および下定盤１６では、その外周へ
向かう程その周速度が大きくなる。従って、ウェーハ１
０の上下の定盤１４、１６の軸線Ｌに対応する部分から
遠い部分ほど研磨が促進され、ウェーハ１０が均一に研
磨されない。

【００３４】次に、キャリヤ１２を前述した構成からな
る運動機構によって、自転しない円運動をさせることに
よる研磨作用について説明する。上下の定盤１４、１６
の回転を考えず、キャリヤ１２の自転しない円運動のみ
を考えた場合、その自転しない円運動によれば、運動を
する部材（キャリヤ１２）の全ての点で全く同じ運動が
なされることになる。これは、全ての点が同一の運動と
なる意味で、一種の揺動運動であり、揺動運動の軌跡が
円になったと考えればよい。従って、自転しない円運動
をするキャリヤ１２を介し、ウェーハ１０を旋回移動す
れば、この運動による作用に限っていえば、ウェーハ１
０の両面は均一に研磨される。

【００３５】そして、上定盤１４と下定盤１６の回転運
動と、キャリヤ１２の自転しない円運動とを同時に作動
させた場合は、ウェーハ１０が透孔１２ａの中で回転可
能に保持されているため、特に上定盤１４と下定盤１６
の回転速度の絶対値に差をつけた場合（一方の定盤に対
して他方の定盤の回転速度を速くした場合）、ウェーハ
１０は、その回転速度の速い側の定盤の回転方向へ、連
れ回りする。すなわち、ウェーハ１０は所定の方向へ自
転することになる。このようにウェーハ１０が自転する
ことで、上定盤１４および下定盤１６では、その外周へ
向かう程その周速度が大きくなっているが、その影響を
なくすことができ、ウェーハ１０を均一に研磨できる。
なお、ウェーハ１０の両面を均一に研磨するには、上定
盤１４と下定盤１６の回転速度を交互に一方が速くなる
ように制御すればよい。

【００３６】次に、本発明にかかる両面研磨装置の使用
方法の他の例について説明する。以上の実施例では、複
数の透孔１２ａが設けられ、複数のワーク（ウェーハ１
０）を同時に研磨する場合について説明したが、本発明
ではこれに限らず、例えば、キャリヤ１２には大型なワ
ークが保持される透孔１２ａを一個のみ設け、その大型
ワークの両面を研磨する研磨装置としても利用できる。
なお、大型なワークとしては、液晶に用いる矩形状のガ
ラス板、或いは枚葉で加工されるウェーハ（円形）等の
ワークがある。この場合、大型なワークは、キャリヤ１
２の中心からその周縁近傍付近にわたってほぼ全面的に
配されることになる。このとき、キャリヤ１２による自
転しない円運動を主に利用して研磨し、上定盤１４およ
び下定盤１６の回転速度は、研磨むらが発生しない程度
に遅くすれば、ワークの全体面について均一に且つ好適
に研磨できる。すなわち、上定盤１４および下定盤１６
では、周速度の違いで外周ほど研磨作用が大きくなる
が、その回転速度がキャリヤ１２の自転しない円運動に
比べて非常に遅ければ、研磨作用に直接的には殆ど関与
させないようにすることができる。そして、上定盤１４
および下定盤１６を回転させることは、ワークに接触す
る定盤面を常に更新させ、液状の研磨剤をワークの全面
へ平均的に供給するなど、研磨作用を良好にするため、
間接的に好適に寄与できる。

【００３７】以上の実施例では、連繋手段５０によって
連繋され、一体に運動するキャリヤ１２とキャリヤホル
ダー２２が、自転しない円運動をするように、キャリヤ
円運動機構２０を備える場合について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、一体に運動するキ
ャリヤ１２とキャリヤホルダー２２にかかる運動機構に
ついては、適宜選択的に設定すればよい。例えば、本発
明は、一体に運動するキャリヤ１２とキャリヤホルダー
２２を、自転させると共に直線往復運動させる運動機構
を備える場合にも、好適に適用できる。

【００３８】以上の実施例ではポリシング装置について
説明したが、本発明はラッピング装置にも好適に適用で
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。

【００３９】

【発明の効果】本発明の両面研磨装置によれば、上下の
定盤の各研磨面に、ワークを上下から挟んで研磨する際
に該ワークに圧接しないことで研磨に寄与しない部位
を、研磨面としての仕事量が少ない部分に設けてあるた
め、研磨面を修正しなくとも好適な研磨条件を維持で
き、修正工程の回数を減らすことができる。従って、ワ
ークを研磨精度よく好適に研磨できると共に、研磨面の
修正を頻繁に行うことを要せず、研磨装置の稼働率を向
上できるという著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる研磨用の定盤の一実施例を示す
説明図である。

【図２】図１の要部を示す部分拡大断面図である。

【図３】本発明にかかる両面研磨装置全体の一実施例を
示す斜視図である。

【図４】図３の実施例を示す断面図である。

【図５】キャリヤとキャリアホルダーの連繋手段の一実
施例を示す説明図である。

【図６】本発明にかかる研磨用の定盤の他の実施例を示
す説明図である。

【図７】図６の要部を示す部分拡大断面図である。

【図８】背景技術を説明する説明図である。

【図９】背景技術の作用を説明する断面図である。

【図１０】他の背景技術を説明する説明図である。

【図１１】他の背景技術の作用を説明する断面図であ
る。

【図１２】従来技術を説明する断面図である。

【符号の説明】

１０ウェーハ１２キャリヤ１２ａ透孔１４上定盤１４ａ研磨面１４ｂ凹部１５研磨布１５ａ切り抜き部１６下定盤１６ａ研磨面１６ｂ凹部２０キャリヤ円運動機構２２キャリヤホルダー２４偏心アーム２４ａホルダー側の軸２４ｂ基体側の軸２８タイミングチェーン３０基体５０連繋手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄平板に透孔が設けられて成るキャリヤ
と、該キャリヤの透孔内に配された板状のワークを、上下か
ら挟むと共に該ワークに対して相対的に移動して研磨す
る研磨面を有する上下の定盤と、前記キャリヤを、該キャリヤの面と平行な面内で運動を
させ、前記透孔内で上下の定盤の間に保持された前記ワ
−クを運動させる運動機構とを備える両面研磨装置であ
って、前記上下の定盤の各研磨面に、前記ワークを上下から挟
んで研磨する際に該ワークに圧接しないことで研磨に寄
与しない部位を、研磨面としての仕事量が少ない部分に
設けたことを特徴とする両面研磨装置。
【請求項２】前記運動機構が、前記キャリヤを、該キ
ャリヤの面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、前
記透孔内で上下の定盤の間に保持された前記ワ−クを旋
回移動させるキャリヤ円運動機構であることを特徴とす
る請求項１記載の両面研磨装置。
【請求項３】前記各研磨面は上下の定盤のそれぞれの
表面に貼着された研磨布によって形成され、前記ワーク
に圧接しないことで研磨に寄与しない部位は、前記研磨
布を切り抜いて形成された切り抜き部であることを特徴
とする請求項１又は２記載の両面研磨装置。
【請求項４】前記各研磨面は上下の定盤のそれぞれの
表面に貼着された研磨布によって形成され、前記ワーク
に圧接しないことで研磨に寄与しない部位は、前記上下
の定盤のそれぞれの表面に形成された凹部であることを
特徴とする請求項１又は２記載の両面研磨装置。
【請求項５】前記キャリヤ円運動機構は、前記キャリヤを保持するキャリヤホルダーと、前記上下の定盤の軸線に平行で前記キャリヤホルダーに
軸着されるホルダー側の軸、および該ホルダー側の軸に
平行であると共に所定の距離をおいて基体に軸着される
基体側の軸を備え、該基体側の軸を中心に前記ホルダー
側の軸を旋回させることでキャリヤホルダーを基体に対
して自転しない円運動をさせる偏心アームと、該偏心アームを基体側の軸を中心に回転させる回転駆動
装置とを具備することを特徴とする請求項１、２、３又
は４記載の両面研磨装置。
【請求項６】前記偏心アームが複数設けられ、該複数
の偏心アームは同期して円運動するよう、前記基体側の
軸同士がタイミングチェーン等の同期手段によって連繋
されていることを特徴とする請求項５記載の両面研磨装
置。