(57)【要約】【課題】吊り下げ構造である上定盤と下定盤との密着状態を保つような研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置において、上定盤吊り下げ部１から吊り下げ用ワイヤ６と形状制御用ワイヤ７とにより上定盤１０１を吊り下げた状態を保ちつつ研磨し、熱により下定盤１０２が変形したような場合、形状制御用ワイヤ７を伸縮させることにより上定盤１０１の形状を下定盤１０２に倣うように変形させ、上定盤１０１と下定盤１０２との密着状態を保つ研磨装置とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下定盤が対向して回転、または片方が回転可能な定盤間を、内歯歯車と太陽歯車に噛合って、自転しつつ公転するキャリア内に保持されたワークの上下面を研磨する研磨装置において、
上定盤吊り下げ部と上定盤とにそれぞれ回転自在な複数のプーリを同心円状で等間隔に並べると共に、少なくとも二重に設置し、前記プーリ間にエンドレスのワイヤを交互に張架させて、上定盤吊り下げ部から吊上げ用ワイヤと形状制御用ワイヤによって上定盤を吊り下げた状態に保ったことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置において、
上定盤の上面に歪センサや変位センサや傾斜センサを放射状に複数布設した検出部を設け、上定盤が下定盤に自重により密着したときの前記検出部からの出力である形状データを記憶する記憶部と、上定盤を吊り上げたときに得られる形状データを比較する演算部と、を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項２に記載の研磨装置において、
前記形状制御用ワイヤに、熱アクチュエータやリニアアクチュエータや空圧アクチュエータを等間隔に複数設置すると共に、吊上げ用ワイヤのプーリブロック部分を基点として、密着時の形状データに一致するまで前記アクチュエータによって形状制御用ワイヤのテンションを調整し、上定盤を吊り上げた状態で密着時の形状を再現するテンション調整機構を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
請求項３に記載の研磨装置において、
上定盤の上面に歪センサや変位センサや傾斜センサを放射状に複数布設した検出部を設け、加工中に下定盤が変形したときに前記アクチュエータにより形状制御用ワイヤのテンションを調整し、上定盤の変形の停止を検出した時点で下定盤の形状に一致したものと判定してテンションを決定することで上定盤を下定盤に倣わせることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属・ガラス・水晶・シリコンなどのワークの表裏両面をラッピング・ポリッシングする研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の研磨装置として例えば特許文献１，２，３に記載された発明が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２６２８０８号公報
【特許文献２】
特開２００２−４６０６２号公報
【特許文献３】
特開２００２−５７１３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体の高集積化や歩留向上の要求により、シリコンウェーハ等のワークの研磨は、更なる大口径化・平坦化・軽薄化等の技術向上が求められている。このような技術向上の実現のため、研磨加工技術においては、上定盤と下定盤とのそれぞれの研磨加工面を平行状態に維持し、またワークとの密着状態をいかに保つかが重要な課題になっている。
【０００５】
ワークやキャリアのない初期段階では、上定盤は自重によって下定盤と全面均等に接触している。しかしながら、挟み込まれたワークと上定盤の研磨加工面との摩擦、および下定盤の研磨加工面との摩擦により発生する加工熱、または、装置内部に組み込まれた下定盤、太陽歯車および内歯歯車を駆動させるモータ等の発熱が下定盤から上定盤に伝わる。これにより、吊り下げ構造の上定盤の変形や、上定盤と下定盤の密着力の異なりで研磨精度が悪化するおそれがあるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、吊り下げ構造である上定盤と下定盤の密着状態を保つような研磨装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係る研磨装置は、
上下定盤が対向して回転、または片方が回転可能な定盤間を、内歯歯車と太陽歯車に噛合って、自転しつつ公転するキャリア内に保持されたワークの上下面を研磨する研磨装置において、
上定盤吊り下げ部と上定盤とにそれぞれ回転自在な複数のプーリを同心円状で等間隔に並べると共に、少なくとも二重に設置し、前記プーリ間にエンドレスのワイヤを交互に張架させて、上定盤吊り下げ部から吊上げ用ワイヤと形状制御用ワイヤによって上定盤を吊り下げた状態に保ったことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る研磨装置は、
請求項１に記載の研磨装置において、
上定盤の上面に歪センサや変位センサや傾斜センサを放射状に複数布設した検出部を設け、上定盤が下定盤に自重により密着したときの前記検出部からの出力である形状データを記憶する記憶部と、上定盤を吊り上げたときに得られる形状データを比較する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明に係る研磨装置は、
請求項２に記載の研磨装置において、
前記形状制御用ワイヤに、熱アクチュエータやリニアアクチュエータや空圧アクチュエータを等間隔に複数設置すると共に、吊上げ用ワイヤのプーリブロック部分を基点として、密着時の形状データに一致するまで前記アクチュエータによって形状制御用ワイヤのテンションを調整し、上定盤を吊り上げた状態で密着時の形状を再現するテンション調整機構を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明に係る研磨装置は、
請求項３に記載の研磨装置において、
上定盤の上面に歪センサや変位センサや傾斜センサを放射状に複数布設した検出部を設け、加工中に下定盤が変形したときに前記アクチュエータにより形状制御用ワイヤのテンションを調整し、上定盤の変形の停止を検出した時点で下定盤の形状に一致したものと判定してテンションを決定することで上定盤を下定盤に倣わせることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態である研磨装置について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態の研磨装置の断面図、図２は上定盤の上面図、図３はワイヤの張架方式を説明する説明図、図４は制御系のブロック図である。
【００１２】
研磨装置は、図１で示すように、上定盤１０１、下定盤１０２、キャリア１０３、太陽歯車１０４、内歯歯車１０５による研磨機構を有している。
また、ジョイント１１０、シリンダシャフト１１１、シリンダ１１２により上定盤１０１が上下駆動される駆動機構を有している。
【００１３】
続いて、本実施形態の吊り下げ機構について説明する。
この吊り下げ機構は、図１で示すように、上定盤吊り下げ部１、吊り下げ用上プーリ２、吊り下げ用下プーリ３、形状制御用上プーリ４、形状制御用下プーリ５を備えている。
【００１４】
上定盤吊り下げ部１は、ジョイント１１０に取り付けられており、上下動するようになされている。
上定盤吊り下げ部１の中側（下定盤１０２の回転軸を基準とする三重の同心円のうち中円の円上）には回動自在に構成されている吊り下げ用上プーリ２が所定位置に配置されている。
この上定盤１０１の中側（下定盤１０２の回転軸を基準とする三重の同心円のうち中円の円上）には回動自在に構成されている吊り下げ用下プーリ３が所定位置に配置されている。
【００１５】
上定盤吊り下げ部１の内側（下定盤１０２の回転軸を基準とする三重の同心円のうち内円の円上）と外側（下定盤１０２の回転軸を基準とする三重の同心円のうち外円の円上）には回動自在に構成されている形状制御用上プーリ４が所定位置に配置されている。
この上定盤１０１の内側（下定盤１０２の回転軸を基準とする三重の同心円のうち内円の円上）と外側（下定盤１０２の回転軸を基準とする三重の同心円のうち外円の円上）には回動自在に構成されている形状制御用下プーリ５が所定位置に配置されている。
【００１６】
上定盤吊り下げ部１の中側の吊り下げ用上プーリ２と、上定盤１０１の中側の吊り下げ用下プーリ３とにエンドレス形状（ループを形成してつながっている形状）の吊り下げ用ワイヤ６が張架される。
例えば、本実施形態では、図３（ａ）で示すように、吊り下げ用上プーリ２→吊り下げ用下プーリ３→吊り下げ用上プーリ２→・・・という交互の掛け渡しが繰り返し行われて張架されるというものである。
【００１７】
また、上定盤吊り下げ部１の内側の形状制御用上プーリ２と、上定盤１０１の内側の形状制御用下プーリ３とには、それぞれエンドレス形状の形状制御用ワイヤ７が張架される。同様に、上定盤吊り下げ部１の外側の形状制御用上プーリ２と、上定盤１０１の外側の形状制御用下プーリ３とにも、それぞれエンドレス形状の形状制御用ワイヤ７が張架される。
例えば、本実施形態では、図３（ａ）で示すように、形状制御用上プーリ４→形状制御用下プーリ５→形状制御用上プーリ４→・・・という交互の掛け渡しが繰り返し行われて張架されるというものである。
【００１８】
これら吊り下げ用上プーリ２は、図３（ｂ）で示すように、ピン２ａとローラ２ｂを備え、図３に示すように上定盤吊り下げ部１の吊り板１ａの収容部に配置される。また、形状制御用上プーリ４と形状制御用ワイヤ７も同様な構成であり、重複する説明を省略する。
また、吊り下げ用下プーリ３は、図３（ｃ）に示すようにプーリブロック部３ａにより回動自在配置される。また、形状制御用下プーリ５と形状制御用ワイヤ７も同様な構成であり、重複する説明を省略する。
【００１９】
吊り下げ用上プーリ２と吊り下げ用下プーリ３との間に掛け渡される吊り下げ用ワイヤ６は、下定盤１０２の研磨加工面の垂直方向と略平行となるように掛け渡されて張架される。さらに、吊り下げ用上プーリ２と吊り下げ用下プーリ３との間に張り渡される吊り下げ用ワイヤ６は、それぞれ隣接するワイヤ間が一定間隔で平行になるように配置される。
【００２０】
形状制御用上プーリ４と形状制御用下プーリ５との間に掛け渡される形状制御ワイヤ７は、下定盤１０２の研磨加工面の垂直方向と略平行となるように掛け渡されて張架される。さらに、形状制御用上プーリ４と形状制御用下プーリ５との間に張り渡される形状制御用ワイヤ７は、それぞれ隣接するワイヤ間が一定間隔で平行になるように配置される。
【００２１】
本実施形態ではこれらのような条件を満たすような吊り下げ用上プーリ２、吊り下げ用下プーリ３、形状制御用上プーリ４、形状制御用下プーリ５の位置を所定位置として、取り付けている。
【００２２】
続いて、形状制御について説明する。
形状制御のため、制御系として図４で示すように検出部９、演算制御部１０、記憶部１１、アクチュエータ８を備えている。
個々の検出部９は、図２で示すように、上定盤１０１の内周と外周とに渡って設置され、半径方向の各位置における上定盤１０１の形状の変化を検出できるようになされている。この検出部９を複数用意し、放射状となるように等分割（図２では５個の検出部９を用い、７２゜という等角度で５分割されている）に配置している。
この検出部９は、具体的には歪センサや変位センサや傾斜センサであり、常時検知・計測できる。
【００２３】
演算制御部１０は、具体的にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などであり、検出部９から研磨中に出力される形状信号を入力してアナログ／デジタル変換して形状データを得る。
記憶部１１は、上定盤１０１が下定盤１０２に自重により密着した初期の形状に係る形状データを記憶している。演算制御部１０は、記憶部１１からこの初期の形状データを読み出せるようになされている。
【００２４】
アクチュエータ８は、形状制御用ワイヤ７を伸縮させる機能を有している。
アクチュエータ８は、具体的には各種構成が可能であるが、例えば、形状制御用ワイヤ７に熱を与えるヒータとしても良い。ヒータから形状制御用ワイヤ７に適当な熱を常時加えて形状制御用ワイヤ７が所定長さまで伸びた状態を通常状態とし、ヒータの熱をさらに上げて形状制御用ワイヤ７を伸ばして上定盤１０１の自重により下方へ変形させたり、または、ヒータの熱を下げて形状制御用ワイヤ７を縮めて張力を増大させて上定盤１０１を上方へ変形させたりする。
【００２５】
また、ヒータに代えて、アクチュエータ８をシリンダ、形状記憶合金リニアアクチュエータ、熱アクチュエータ、リニアアクチュエータまたは空圧アクチュエータ等を採用し、形状制御用ワイヤ７の張力を調整することで上定盤１０１の形状を補正させることができる。
このようなアクチュエータ８は、等間隔に複数設置される。
【００２６】
このような制御系による形状制御は、吊り上げ用ワイヤ６のプーリブロック部分を基点として、密着時の記憶部１１の初期の形状データに一致するまでアクチュエータ８によって形状制御用ワイヤ７のテンションを調整し、上定盤１０１を吊り上げた状態で密着時の形状を再現するようなテンション調整を行っている。
これにより、上定盤１０１が吊り上げられた状態でも上定盤１０１は下定盤１０２と密着した状態が維持されるため、ワーク２００が平行に研磨されることとなる。
【００２７】
続いて加工が行われて下定盤１０２が回転中心に対して凸や凹形状に変形するとワーク２００と上定盤１０１との接触面圧は変化が生じるため、上定盤１０１は接触面圧の低い個所では自重により変形しようとする。このような上定盤１０１の変形により、吊り上げワイヤ６および形状制御用ワイヤ７を介して上定盤吊り下げ部１も変形を起こし、ワークの研磨が平行でなくなる。
【００２８】
そこで、このような上定盤１０１の変形は、検出部９から出力される形状データが変化し、演算制御部１０は接触面圧の低い個所を判定できる点に着目し、アクチュエータ８により形状制御用ワイヤ７のテンションを調整（具体的には接触面圧の低い個所では形状制御ワイヤ７を伸ばして上定盤１０１を少しずつ下降させる調整）を行う。
【００２９】
この調整によりワーク２００と上定盤１０１との接触面圧は徐々に高くなって下定盤１０２の形状に近づくと形状データの変化が少なくなり、上定盤１０１と下定盤１０２との形状が一致したとき、つまり上定盤１０１の変形の停止を検出した時点で下定盤１０１の形状に一致したものと演算制御部１０が判定してテンションを決定し、アクチュエータ８の動作を停止させた後にこのテンションを維持するように制御する。これにより上定盤１０１を下定盤１０２に倣わせることが可能となる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、本実施形態では特に遊星歯車方式の研磨装置について説明したが、他の方式の研磨装置であっても、上定盤１０１が吊り下げ構造の研磨装置に適用できるものである。
また、吊り下げ用上プーリ２、吊り下げ用下プーリ３、形状制御用上プーリ４、形状制御用下プーリ５の個数は適宜選択される。
【００３１】
また、本実施形態では形状制御用ワイヤ７を内外に二重に張架し、かつその中に一重の吊り上げ用ワイヤ６を設けているが、張架方式はこれに限定されるものではない。
例えば、五重の張架方式とし、最内周から最外周までに形状制御用ワイヤ→吊り上げ用ワイヤ→形状制御用ワイヤ→吊り上げ用ワイヤ→形状制御用ワイヤを張架するような構成を採用しても良い。張架方式についても適宜選択される。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、研磨装置の上下定盤が加工熱や装置内に組み込まれた駆動モータ等の熱による変形から密着状態が崩れるいう従来技術の問題点に対処するため、上定盤に取付けられた歪センサや変位センサや傾斜センサにより変形量を計測・演算処理し、そのデータに基づき形状制御用ワイヤに取付けられたアクチュエータにより形状制御用ワイヤのテンションを調整させて上定盤の形状を下定盤の形状に倣わせる制御機構によって、上定盤と下定盤の密着状態を常時維持させることが可能となり、ワークの高精度研磨が行えることが可能になる。
【００３３】
また、遊星歯車運動による４ウェイ方式または回転揺動運動方式による研磨装置にも同様な効果が見込まれる。
総じて、吊り下げ構造である上定盤と下定盤の密着状態を保つような研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の研磨装置の断面図である。
【図２】上定盤の上面図である。
【図３】ワイヤの張架方式を説明する説明図である。
【図４】制御系のブロック図である。
【符号の説明】
１        上定盤吊り下げ部
１ａ      吊り板
２        吊り下げ用上プーリ
２ａ      ピン
２ｂ      ローラ
３        吊り下げ用下プーリ
３ａ      プーリブロック部
４        形状制御用上プーリ
５        形状制御用下プーリ
６        吊り下げ用ワイヤ
７        形状制御用ワイヤ
８        アクチュエータ
９        検出部
１０      演算制御部
１１      記憶部
１０１    上定盤
１０２    下定盤
１０３    キャリア
１０４    太陽歯車
１０５    内歯歯車
１１０    ジョイント
１１１    シリンダシャフト
１１２    シリンダ
２００    ワーク
【図１】
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【図２】
2004216492.tif 000004
【図３】
2004216492.tif 000005
【図４】
2004216492.tif 000006