(57)【要約】【課題】研磨精度を向上する。【解決手段】太陽歯車１１と内歯歯車１２に噛合して公転しながら下定盤１３上を自転するキャリア１００（ａ）の上面に当接し、キャリア１００の同様に公転しながら、キャリア１００と異なる自転速度で自転する上定盤３５（ｂ）を設ける。そして、上定盤３５の自転軸の位置が、当該上定盤３５が当接するキャリア１００の自転軸の位置から公転方向に所定距離ずれた位置となるように、上定盤３５とキャリア１００の相対位置を設定する（ｄ）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸に配置された太陽歯車と内歯歯車を用いて所定数のキャリアを太陽歯車の周囲に公転させながら自転させ、前記キャリアに保持された被研磨体の上下面を下定盤と上定盤によって研磨する研磨装置であって、
前記各キャリアに対して設けられた、複数の上定盤と、
前記各上定盤を、前記キャリアの公転速度と同回転速度で前記太陽歯車の回転軸と同じ軸を回転軸として公転させる公転手段と、
前記各上定盤を、前記各キャリアの自転軸と平行な軸を自転軸として自転させる自転手段とを有し、
前記各上定盤の自転軸は、対応するキャリアの自転軸に対して当該自転軸と垂直な方向に変位していることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１記載の研磨装置であって、
前記キャリアの外周側端部は、その内側に比べ上下方向厚さが大きく、
前記キャリアの前記外縁部の内側には被研磨体の移動を水平方向に関し拘束するための孔が設けられており、
前記上定盤は、その下端部が前記キャリアの前記外縁部の内側に配置された状態において、前記キャリア及び上定盤の公転及び自転の動作において、前記キャリアの外縁部と干渉しない大きさ及び形状を有していることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
同軸に配置された太陽歯車と内歯歯車を用いて所定数のキャリアを太陽歯車の周囲に公転させながら自転させ、前記キャリアに保持された被研磨体の上下面を、下定盤と、当該キャリアに対して設けられた、前記太陽歯車の回転軸と同じ軸を回転軸として公転しながら前記各キャリアの自転軸と平行な軸を自転軸として自転する上定盤によって研磨する研磨装置を用いる研磨方法であって、
前記各キャリアと当該キャリアに対して設けた上定盤を、各上定盤の自転軸が、対応するキャリアの自転軸に対して変位するように配置するステップと、
前記太陽歯車と前記内歯歯を駆動して前記キャリアに前記公転及び自転を行わせながら、前記上定盤を、前記キャリアの公転速度と同じ回転速度で公転しつつ、自転させ、前記被研磨体の上下面を研磨するステップとを有することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置において研磨精度を向上する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワークと呼ばれる非研磨体を研磨する研磨装置としては、従来、たとえば、ワークを保持するキャリアを、下定盤と、キャリア毎に設けた上定盤との間に配置し、太陽歯車と内歯歯車に噛合させて公転及び自転させると共に、上定盤をキャリアと同様に公転させながらキャリアとは異なる回転速度で自転させることにより、キャリアに保持したワークの上下面を研磨する両面研磨装置が知られている。
【０００３】
図５に、このような両面研磨装置の構造を模式的に示す。
図中ａは、垂直方向から見た場合の太陽歯車１、内歯歯車２、下定盤３、キャリア４、上定盤６の配置を模式的に示した図である。
図示するように、各キャリア４は、その外周に設けられた歯列によって太陽歯車１の外周に設けられた歯列と内歯歯車２の内周に設けられた歯列と噛合しており、太陽歯車１を回転させることにより、太陽歯車１の周りを公転しながら、自キャリア４の中心の周りを自転する。一方、各々キャリア４に対向させて１対１に設けた上定盤６は、キャリア４と同様に公転しながら、キャリア４の自転軸と同じ軸を自転軸として、キャリア４の自転速度とは異なる回転速度で自転する。
【０００４】
次に、図中ｂは、水平方向から見た両面研磨装置の構造を模式的に示したものである。
図示するように、両面研磨装置は、垂直方向に上下する、上定盤保持部５を有し、上定盤保持部５には複数の上定盤６が保持されている。そして、研磨の際には、この上定盤保持部５を、下定盤３上に配置したキャリア４の自転軸と上定盤６の自転軸が一致するように下降する。そして、研磨剤を供給しながら、下定盤３を回転させると共に、太陽歯車１を回転させることによりワークをキャリア４と共々公転、自転させと共に、上定盤保持部５をキャリアの公転速度と同じ回転速度回転させながら、上定盤６を上定盤保持部５に対して回転させることにより自転させる。これにより、キャリア４に保持させたワークの上下両面を、上定盤６と下定盤３で研磨する。なお、このような両面研磨装置において、さらに内歯歯車２を回転させる場合もある。
【０００５】
次に、図中ｃにこのような従来の両面研磨装置におけるキャリア４の構造を示す。図中、ｃ１はキャリアの上面図、ｃ２は側面図、ｃ３はキャリア中心を通る垂直な平面による断面図である。
図示するように、各キャリア４は、強度を増強するために、外縁部４１の高さをその内側のワーク保持部４２より高くした形状を有している。そして、ワーク保持部４２にはワークを水平方向に関して保持するための貫通した孔が設けられており、ワーク保持部４２の高さはワークの目標研磨厚より小さい値となっている。また、キャリア外縁部４１は、ちょうど厚みを持った筒形状を有しており、その外周には歯列が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した前記従来の両面研磨装置によれば、ワークの上面は、上定盤６とキャリア４との相対運動によってのみ研磨されることになる。そして、上定盤６とキャリア４の自転軸は一致しているので、上定盤６及びキャリア４の自転軸から距離によって、ワークの研磨作用を生み出す上定盤６とキャリア４の相対速度に定常的な違いが生じることになる。すなわち、上定盤６及びキャリア４の自転軸付近では、上定盤６とキャリア４の相対速度は小さくワークに働く研磨作用も小さい、上定盤６及びキャリア４の自転軸から離れた位置ではワークの研磨作用を生み出す上定盤６とキャリア４の相対速度は大きワークに働く研磨作用も大きくなる。
【０００７】
このため、図５に示した前記従来の両面研磨装置では、ワーク上面に研磨の不均一が生じ、充分な研磨精度を得ることができない場合があった。
そこで、本発明は、キャリアと共に公転する上定盤を自転させてワークの研磨を行う研磨装置において、研磨精度を向上することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題達成のために、本発明は、同軸に配置された太陽歯車と内歯歯車を用いて所定数のキャリアを太陽歯車の周囲に公転させながら自転させ、前記キャリアに保持された被研磨体の上下面を下定盤と上定盤によって研磨する研磨装置であって、前記各キャリアに対して設けられた、複数の上定盤と、前記各上定盤を、前記キャリアの公転速度と同回転速度で前記太陽歯車の回転軸と同じ軸を回転軸として公転させる公転手段と、前記各上定盤を前記各キャリアの自転軸と平行な軸を自転軸として自転させる自転手段とを有し、前記各上定盤の自転軸は、対応するキャリアの自転軸に対して当該自転軸と垂直な方向に変位していることを特徴とする研磨装置を提供する。
【０００９】
ここで、このような研磨装置においては、前記キャリアを、当該キャリアの外周側端部は、その内側に比べ上下方向厚さが大きく、前記キャリアの前記外縁部の内側には被研磨体の移動を水平方向に関し拘束するための孔が設けられているものとし、前記上定盤を、その下端部が前記キャリアの前記外縁部の内側に配置された状態において、前記キャリア及び上定盤の公転及び自転の動作において、前記キャリアの外縁部と干渉しない大きさ及び形状を有するものとしても良い。
【００１０】
このような研磨装置によれば、前記各上定盤の自転軸は、対応するキャリアの自転軸に対して当該自転軸と垂直な方向に変位しているので、キャリアに保持されたワークの上面上の各位置の上定盤の自転軸からの距離は、研磨中において変動することになる。そして、この変位量を適当に設定することにより、上定盤の自転軸近傍に定常的に位置することにより弱い研磨作用しか受けることのできないワーク上の位置の発生を排除することができる。したがって、研磨作用の不均一が緩和され研磨精度が向上することになる。
【００１１】
また、前記課題達成のために、本発明は、同軸に配置された太陽歯車と内歯歯車を用いて所定数のキャリアを太陽歯車の周囲に公転させながら自転させ、前記キャリアに保持された被研磨体の上下面を、下定盤と、前記太陽歯車の回転軸と同じ軸を回転軸として公転しながら前記各キャリアの自転軸と平行な軸を自転軸として自転する上定盤によって研磨する研磨装置を用いる研磨方法であって、前記各キャリアと前記各上定盤を、各上定盤の自転軸が、対応するキャリアの自転軸に対して変位するように配置するステップと、前記太陽歯車と前記内歯歯を駆動して前記キャリアに前記公転及び自転を行わせながら、前記上定盤を、前記キャリアの公転速度と同じ回転速度で公転しつつ自転して、前記被研磨体の上下面を研磨するステップとを有することを特徴とする研磨方法を提供する。
【００１２】
このような研磨方法によれば、前記各上定盤の自転軸は、対応するキャリアの自転軸に対して当該自転軸と垂直な方向に変位しているので、キャリアに保持されたワークの上面上の各位置の上定盤の自転軸からの距離は、研磨中において変動することになる。そして、この変位量を適当に設定することにより、上定盤の自転軸近傍に定常的に位置することにより弱い研磨作用しか受けることのできないワーク上の位置の発生を排除することができる。したがって、研磨作用の不均一が緩和され研磨精度が向上することになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る研磨装置の構造を模式的に示す。
図中、１１は太陽歯車、１２は内歯歯車、１３は下定盤、１００はキャリアである。
太陽歯車１１は筒状の太陽歯車駆動軸１１１に連結し、太陽歯車駆動軸下部の歯部１１２を駆動系４０によって回転することにより、回転軸ＡＡを中心に水平方向に回転する。また、内歯歯車１２は筒状の内歯歯車駆動軸１２１に連結し、内歯車駆動軸下部の歯部１２２を駆動系４０によって回転することにより、回転軸ＡＡを中心に水平方向に回転する。また、下定盤１３は筒状の下定盤駆動軸１３１に連結し、下定盤駆動軸下部の歯部１３２を駆動系４０によって回転することにより、回転軸ＡＡを中心に水平方向に回転する。
【００１４】
次に、１５は筒状の上部太陽歯車駆動軸であり、上部太陽歯車駆動軸下部の歯部１５１を駆動系４０によって回転することにより、回転軸ＡＡを中心に水平方向に回転する。また、１６は上部内歯歯車駆動軸であり、上部内歯歯車駆動軸下部の歯部１６１を駆動系４０によって回転することにより、回転軸ＡＡを中心に水平方向に回転する。
【００１５】
ここで、このような構成において、図２ａに垂直方向から見た配置を示すように、各キャリア１００はその外周に設けられた歯列によって、太陽歯車１１の外周に設けられた歯列と内歯歯車１２の内周に設けられた歯列に噛み合っている。そして、各キャリア１００は、太陽歯車１１、内歯歯車１２の回転に伴い、図１の回転軸ＡＡを中心に公転しながら、自キャリア１００の中心を回転軸として自転する。
【００１６】
次に、図２ｃにキャリア１００の形状を示す。
図中、ｃ１はキャリア４を垂直方向から見たようすを表しており、ｃ２はキャリア４を水平方向からみたようすを、ｃ３はキャリア１００の中心を通る垂直な平面による断面を表している。
図示するように、キャリア４は外周に歯列が設けらた円形のシート状の部材であり、ワークを保持するための孔１０１が設けられている。ここでキャリア１００の厚さは、上定３５盤、下定盤１３のワークの研磨に干渉しないようにワークの目標研磨厚さより薄い厚さとなっている。
【００１７】
さて図１に戻り、ベース２０は、以上各部を、油圧、ベアリング等の機構により回動可能に支持している。なお、ベース２０は静圧軸受機構１９によって下定盤１３を支持している。また、ベース２０は、研磨剤収集用の収集枠１８をも支持しており、この収集枠１８に下定盤１３より落下した研磨剤は収集枠１８に設けられたドレン（図示省略）より排出される。
【００１８】
次に、２１は吊り下げアーム部であり、油圧等の伸縮シリンダ２２を介して、上部研磨部３０を昇降可能に支持している。
そして、上部研磨部３０において、３１は伸縮シリンダ２２下部に固定的に連結されたフレーム、３２はフレーム３１に対して回転軸ＡＡを中心にして水平方向に自由回転可能に取付られた公転盤、３３はフレーム３１に回転軸ＡＡを中心にして水平方向に回転可能に支持された上部内歯歯車、３４は公転盤３２に対して回転軸ＡＡを中心にして水平方向に回転可能に支持された上部太陽歯車、３５は各々公転盤３２に油圧等の伸縮シリンダ３８を介して、公転盤３２と共に回転軸ＡＡの回りを公転する回転軸ＢＢ、ＣＣを中心に水平方向に自転可能に支持された上定盤、３６はフレーム３１に回転軸ＡＡを中心にして水平方向に回転可能に支持された駆動力伝達歯車、３７は各々フレーム３１に回転軸ＤＤ、ＥＥを中心にして水平方向に回転可能に支持された駆動歯車である。
【００１９】
ここで、このような構成において、図２ｂに垂直方向から見た配置を示すように、各上定盤３５はその外周に設けられた歯列によって、上部太陽歯車３４の外周に設けられた歯列と上部内歯歯車３３の内周に設けられた歯列に噛み合っている。また、上部内歯歯車３３の内周に設けられた歯列は駆動歯車３７に噛合し、駆歯車３７は駆動力伝達歯車３６に噛合している。
【００２０】
さて、図１に戻り、伸縮シリンダの伸長２２により上部研磨部３０が図中破線で示した位置に下降すると、上部太陽歯車３４中心に設けられた筒状の噛合部３４１は上部太陽歯車駆動軸１５に噛合し、上部太陽歯車駆動軸１５の回転に伴い回転する。また、駆動力伝達歯車３６の中心に設けられた筒状の噛合部３６１は、上部内歯歯車駆動軸１６に噛合し、上部内歯歯車駆動軸１６に伴い回転し、駆動歯車３７を介して上部内歯歯車を回転させる。
【００２１】
また、図２ｄに各キャリア１００と各上定盤３５の位置関係を示すように、各上定盤３５の自転の軸の回転軸ＡＡからの距離は、各キャリア１００の自転の軸の回転軸ＡＡからの距離に一致している。そして、上定盤３５の自転の軸の位置は、各キャリア１００の自転の軸から、所定距離、公転の周方向にずれた位置となっている。
【００２２】
以下、このような研磨装置におけるワークの研磨動作について説明する。
研磨開始に先だって、作業者は、上部研磨部３０が下定盤１３から上方に離れた状態において、各キャリア１００を、キャリア１００の中心が上定盤３５の自転軸から下定盤３の周方向に所定距離ずれた位置で、キャリア１００の外周の歯が太陽歯車１１と内歯歯車１２に噛み合うように、下定盤１３上に載置し、各キャリア１００の孔１０１にワークを入れる。
【００２３】
次に、各上定盤３５の下面がワークの上面に当接し、駆動力伝達歯車３６の噛合部３６１が上部内歯歯車駆動軸１６と噛合し、上部太陽歯車３４の噛合部３４１が上部太陽歯車駆動軸１５に噛合するように上部研磨部３０を下降させる。
次に、図示を省略した研磨剤供給機構によって研磨剤をワーク位置に供給しながら、駆動系４０によって、内歯歯車駆動軸１２１、太陽歯車駆動軸１１１、下定盤駆動軸１３１、上部内歯歯車駆動軸１６、上部太陽歯車駆動軸１５を回転させる。このとき、内歯歯車駆動軸１２１、太陽歯車駆動軸１１１、上部内歯歯車駆動軸１６、上部太陽歯車駆動軸１５の回転速度は、キャリア１００と上定盤３５の回転軸ＡＡ回りの公転速度が一致し、キャリア１００と上定盤３５それぞれの自転速度が異なるように設定する。また、下定盤３５の回転速度とキャリア１００の公転速度も異なるように設定する。
【００２４】
これにより、キャリア１００に保持された各ワークは、回転軸ＡＡの回りを公転しながら、キャリア１００中心回りに回転しつつ、下定盤１３と上定盤３５によって上下の両面が研磨される。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態においては、キャリアとして、図５に示した従来のキャリアと同様の形状を有するキャリアを用いることができる。
すなわち、以上で説明した研磨装置において、図３に示すように、キャリア１００を、図４ａに示す形状を有するキャリア２００に置き換える。図４ａ中、１はキャリアの上面図、ａ２は側面図、ａ３はキャリア中心を通る垂直な平面による断面図である。図示するように、各キャリア１００は、強度を増強するために、外縁部２１０の高さをその内側のワーク保持部２２０より高くした形状を有している。そして、ワーク保持部２２０にはワークを水平方向に保持するための貫通した孔２０１が設けられており、ワーク保持部４２の高さはワークの目標研磨厚より小さい値となっている。また、キャリア外縁部４１は、ちょうど厚みを持った筒形状を有しており、その外周には歯列が設けられている。
【００２５】
そして、このようなキャリア２００の使用のために、図３に示すように、上定盤３５に代えて、その下部の少なくともキャリア２００の高さ以上の垂直方向長さ部分において、その直径が、キャリア２００の直径よりも小さい形状を有する上定盤３５１を用いる。
【００２６】
そして、図４ｂに示すように、上定盤３５１の自転の軸の位置が、上部研磨部３０の下降時に、各上定盤３５１の下部が下定盤１３上の各キャリア２００の外縁部２１０の内側に挿入されて上定盤３５１の下面がワークの上面に当接する位置であって、各キャリア１００の自転の軸から、所定距離、公転の周方向にずれた位置となるように、キャリア２００と上定盤３５１の相対位置を配置する。
【００２７】
以上のように本実施形態に係る研磨装置によれば、前記各上定盤３５／３５１の自転軸は、対応するキャリア１００／２００の自転軸に対して当該自転軸と垂直な方向に変位しているので、キャリア１００／２００に保持されたワークの上面上の各位置の上定盤３５／３５１の自転軸からの距離は、研磨中において変動することになる。そして、この変位量を適当に設定することにより、上定盤の自転軸近傍に定常的に位置することにより弱い研磨作用しか受けることのできないワーク上の位置の発生を排除することができる。したがって、研磨作用の不均一が緩和される。また、キャリア１００／２００に保持されたワーク上の各位置と、当該位置に当接する上定盤３５／３５１の下面との位置との相対速度の方向、すなわち研磨作用の方向が複雑に変動するので、研磨作用の方向に依存して生じる研磨の異方性を是正することができる。したがって、本実施形態によれば、研磨精度を向上することができる。
【００２８】
なお、本実施形態で示した研磨装置は、上定盤３５／３５１の自転の軸とキャリア１００／２００の自転の軸を一致させて用いることにより、従来と同様の両面研磨を行う研磨装置として使用することもできる。また、ワークの上面または下面を適当な保護材で保護して研磨を行うことにより、片面研磨装置として使用することもできる。
【００２９】
また、以上で示した研磨の技術は、両面ラッピング機、両面ポリシング機に適用することができる他、片面の研磨を行う装置にも応用することができる。
なお、本研磨装置によって研磨するワークとしては、たとえば水晶、半導体基板、光学部材などがある。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、キャリアと共に公転する上定盤を自転させてワークの研磨を行う研磨装置において、研磨精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る研磨装置の構造を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る研磨装置におけるキャリアおよび上定盤の配置とキャリアの形状を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る研磨装置の構造の他の例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る研磨装置におけるキャリアおよび上定盤の配置とキャリアの形状の他の例を示す図である。
【図５】従来の研磨装置の構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１１：太陽歯車、１２：内歯歯車、１３：下定盤、１５：上部太陽歯車駆動軸、１６：上部内歯歯車駆動軸、１９：静圧軸受機構、２０：ベース、２１：吊り下げアーム部、３０：上部研磨部、３１：フレーム、３２：公転盤、３３：上部内歯歯車、３４：上部太陽歯車、３５：上定盤、３６：駆動力伝達歯車、３７：駆動歯車、４０：駆動系、１００：キャリア、１１１：太陽歯車駆動軸、１２０：ワーク保持部、１２１：内歯歯車駆動軸下定盤駆動軸、２００：キャリア、２１０：外縁部、２２０：ワーク保持部。
【図１】
2004255483.tif 000003
【図２】
2004255483.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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