(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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１２ｄ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１６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１４ｃ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２６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１２ａ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１６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１２ａ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１２ａ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１６ｂが、第１回転軸１２ｂの回し金１２ａと第１歯車１２ｃとによって挟まれている。このため、螺子送り部材４０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１２ｇ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
【図１】
0003808156.tif 000002
【図２】
0003808156.tif 000003
【図３】
0003808156.tif 000004