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【発明の名称】 平面研磨装置
【発明者】 【氏名】清水 俊邦

【氏名】山谷 昭彦

【氏名】中條 吉広

【要約】 【課題】上定盤をバランス良く支持することが可能であると共に昇降駆動性にも優れた平面研磨装置を得る。

【構成】上定盤1を研磨位置と非研磨位置との間で昇降駆動する昇降装置8が、同期的に動作する3つの昇降用駆動機構部8Aと、これらの昇降用駆動機構部8Aと上定盤1とを連結する連結機構部8Bとを有していて、上記昇降用駆動機構部8Aが、機体の上記上定盤1を取り囲む位置に120度間隔で並列に配設され、また、上記連結機構部8Bが、上定盤1を支持する支持部11から放射方向に120度間隔で延出して上記昇降用駆動機構部8Aに連結された3本の連結アーム12を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
キャリアを回転させるサンギア及びインターナルギアと、上記キャリアに保持されたワークを上下両側から挟んで研磨する上定盤及び下定盤と、上記上定盤を研磨位置と非研磨位置とに昇降させる昇降装置と、研磨時に該上定盤を加圧する加圧装置とを有し、
上記昇降装置が、同期的に動作する3つの昇降用駆動機構部と、これらの昇降用駆動機構部と上定盤とを連結する連結機構部とを有していて、上記昇降用駆動機構部が、機体の上記上定盤を取り囲む位置に120度間隔で並列に配設されていることを特徴とする平面研磨装置。
【請求項2】
上記連結機構部が、上記加圧装置を介して上定盤を上下動自在なるように支持する支持部と、該支持部から放射方向に120度間隔で延出し、先端が上記昇降用駆動機構部に連結された3本の連結アームとを有することを特徴とする請求項1に記載の平面研磨装置。
【請求項3】
上記昇降用駆動機構部が、上記連結アームを昇降させるアーム昇降駆動部と、該連結アームの昇降をガイドするガイド部と、該連結アームを上記研磨位置で停止させるストッパ部とを有することを特徴とする請求項2に記載の平面研磨装置。
【請求項4】
上記アーム昇降駆動部が、サーボモータで駆動回転される回転部材と、上記連結アームに連結されて該回転部材の回転により上下動する昇降部材とを有し、
上記ガイド部が、上下方向に延びるガイドシャフトと、上記連結アームに取り付けられてこのガイドシャフトに摺動自在に嵌合するスライダとを有し、
上記ストッパ部が、上記連結アームに設けられた当接部と、上記ガイドシャフトの下端部寄りの位置に設けられ、上記連結アームが研磨位置に下降したとき上記当接部が当接するストッパとを有する、
ことを特徴とする請求項3に記載の平面研磨装置。
【請求項5】
上記3つのアーム昇降駆動部にそれぞれサーボモータが設けられていることを特徴とする請求項4に記載の平面研磨装置。
【請求項6】
上記3つのアーム昇降駆動部における回転部材が、伝動機構によって同期的に回転するように連結され、何れか1つのアーム昇降駆動部に設けられたサーボモータで駆動、回転されるように構成されていることを特徴とする請求項4に記載の平面研磨装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体ウエハなどの平板状をしたワークの表面を上下の定盤により研磨する平面研磨装置に関するものであり、特に、上定盤を昇降させるための新規な昇降装置を備えた平面研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体ウエハやガラスウエハあるいはセラミックスウエハのような平板状をしたワークの表裏両面を研磨する平面研磨装置は、一般に、サンギア及びインターナルギアと、上定盤及び下定盤とを有していて、上記両ギアに噛合して回転するキャリアに保持されたワークの両面を、上下の定盤で両側から挟持して研磨するように構成されている。
また、上記上定盤は、研磨位置と待機位置との間を昇降自在となっていて、ワークの研磨を行う際には、先ず、昇降装置によって上記待機位置から研磨位置まで下降させられ、研磨時の加圧力よりは小さい力でワークに当接せしめられたあと、加圧装置で加圧されることにより、研磨に必要な加圧力がワークに加えられるように構成されている。
【0003】
従来の研磨装置においては、例えば特許文献1又は2に記載されているように、上記上定盤を、一端が機体に支持された片持梁状の支持アームに支持させ、この支持アームをサーボモータ等で昇降させるようにしている。
ところが、このように上定盤を片持梁状の支持アームに支持させる方式は、該支持アームが偏荷重の作用によって撓み易く、上定盤の中心軸線が傾くことによって該上定盤が偏心回転したり傾いたまま回転したりするため、研磨精度が低下し易い。また、支持バランスが悪いために上記支持アームの昇降動作が円滑ではなく、精度の良い昇降制御を行いにくい。このような問題は、上定盤が比較的小型で軽量である場合にも生じ得るが、上定盤の重量が大きい場合に特に生じ易い。
【0004】
上述した片持梁状の支持アームの代わりに、2本の支柱の上端部間に梁を掛け渡した門形の支持構造を用いることも考えられるが、片持梁状の支持アームに比べて2本の支柱を結ぶ方向の支持バランスは改善されるものの、それと直交する方向の安定性が悪く、上述した問題を全て解消することはできない。
【特許文献1】特開平11−291156号公報
【特許文献2】特開2001−30162号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
そこで本発明の目的は、上定盤をバランス良く支持することが可能で、昇降駆動性にも優れた、合理的な設計構造を有する平面研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明の平面研磨装置は、キャリアを回転させるサンギア及びインターナルギアと、上記キャリアに保持されたワークを上下両側から挟んで研磨する上定盤及び下定盤と、上記上定盤を研磨位置と非研磨位置とに昇降させる昇降装置と、研磨時に該上定盤を加圧する加圧装置とを有し、上記昇降装置が、同期的に動作する3つの昇降用駆動機構部と、これらの昇降用駆動機構部と上定盤とを連結する連結機構部とを有していて、上記昇降用駆動機構部が、機体の上記上定盤を取り囲む位置に120度間隔で並列に配設されていることを特徴とするものである。
【0007】
本発明においては、上記連結機構部が、上記加圧装置を介して上定盤を上下動自在なるように支持する支持部と、該支持部から放射方向に120度間隔で延出し、先端が上記昇降用駆動機構部に連結された3本の連結アームとを有する。
また、本発明においては、上記昇降用駆動機構部が、上記連結アームを昇降させるアーム昇降駆動部と、該連結アームの昇降をガイドするガイド部と、該連結アームを上記研磨位置で停止させるストッパ部とを有している。
【0008】
本発明において好ましくは、上記アーム昇降駆動部が、サーボモータで駆動回転される回転部材と、連結アームに連結されて該回転部材の回転により上下動する昇降部材とで構成され、上記ガイド部が、上記回転部材と平行に延びるガイドシャフトと、上記連結アームに取り付けられてこのガイドシャフトに摺動自在に嵌合するスライダとを有するものとして構成され、上記ストッパ部が、上記連結アームに設けられた当接部と、上記ガイドシャフトの下端部寄りの位置に設けられ、上記連結アームが研磨位置に下降したとき上記当接部が当接するストッパとを有するものとして構成されることである。
【0009】
この場合、上記3つのアーム昇降駆動部にそれぞれサーボモータを設け、これらのサーボモータを同期的に駆動、制御するように構成することも、あるいは、上記3つのアーム昇降駆動部における回転部材を伝動機構によって同期的に回転するように連結し、何れか1つのアーム昇降駆動部に設けたサーボモータでこれらの回転部材を回転させるように構成することもできる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、従来のように上定盤を片持ち梁状の支持アームに支持させる方式や、門形の支持枠に支持させる方式などに比べ、支持バランスが非常に良く、支持アームの撓みやねじれ等が生じにくいため、上定盤の重量が大きい場合であってもそれを安定的に支持することができ、昇降駆動性にも優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
図1〜図2は本発明に係る平面研磨装置の第1実施形態の要部を概略的に示すものである。この第1実施形態の研磨装置Aは、半導体ウエハや、フォトマスク等に用いられるガラスウエハあるいはセラミックスウエハといったような、薄板状をしたワークWの表裏両面を研磨するためのもので、鉛直な軸線L1を中心にして同心状に位置する円環形の上下の定盤1,2と、下定盤2の中央に位置するサンギア3と、この下定盤2の外周を取り囲むように位置するインターナルギア4とを有し、上記両定盤1,2と両ギア3,4とがそれぞれ駆動軸1a,2a,3a,4a,を介して図示しないモーターに連結され、必要な方向に必要な速度で個別に回転駆動されるようになっている。なお、サンギア3又はインターナルギア4は固定であっても良い。
【0012】
この研磨装置AでワークWを研磨する時には、外周に歯5aを備えた複数のキャリア5を下定盤2上に円周方向にほぼ等間隔で配置し、該キャリア5と上記両ギア3,4とを互いに噛合させる。そして、各キャリア5のワーク保持孔5b内に板状の上記ワークWを嵌合、保持させ、上記サンギア3を回転させるか又はサンギア3とインターナルギア4の両方を回転させることにより、上記各キャリア5を自転させると共にサンギア3の回りを公転させながら、上下両定盤1,2の間に研磨液を供給し、回転するこれらの定盤1,2の作業面1a,2a間に上記ワークWを挟持してその表裏面を研磨するものである。
【0013】
上記下定盤2は、研磨装置の機体6に、定位置において回転自在なるように支持されている。
一方、上記上定盤1は、昇降装置8により、ワークWを研磨するための研磨位置(図1の鎖線位置)と、ワークWの搬入や搬出を行う際などの待機位置である上昇端の非研磨位置(図1の実線位置)との間を昇降駆動されると共に、上記研磨位置におけるワークWの研磨時に加圧装置9で加圧されることにより、ワークWに対して必要な加圧力を加えられるようになっている。
【0014】
上記昇降装置8は、機体上の上記上定盤1を取り囲む位置に該上定盤1を中心に120度間隔で並列に配設された3つの昇降用駆動機構部8Aと、これらの昇降用駆動機構部8Aと上定盤1とを連結する連結機構部8Bとからなるもので、上記3つの昇降用駆動機構部8Aに上定盤を分散的かつ均等に支持させると共に、それらを同期的に動作させることにより、該上定盤1を、上記連結機構部8Bを介して上記研磨位置と非研磨位置とに昇降させるものである。
【0015】
上記連結機構部8Bは、上定盤1の中央上部に位置して該上定盤1を上記加圧装置9により上下動自在に支持する支持部11と、この支持部11から放射方向に120度間隔で延出する3本の連結アーム12とを有し、これらの連結アーム12の先端が上記昇降用駆動機構部8Aに、後述するアーム昇降駆動部24によって昇降駆動されるように連結されている。
【0016】
また、上記加圧装置9は、流体圧シリンダからなるもので、上記支持部11の上面中央位置に取り付けられ、下向きに延出するロッド9aに上記上定盤1が、吊支機構14を介して昇降自在に連結され、ワークWの研磨時に該上定盤1が研磨位置まで下降すると、吊支機構14の一部に設けられたフック20が上定盤用駆動軸1aの上端のドライバ1bに係合し、このドライバ1bを介して該上定盤1が回転駆動されるようになっている。
【0017】
上記昇降用駆動機構部8Aは、図3から明らかなように、機体に固定されて上下方向に延びる支柱23を有し、この支柱23に、上記連結アーム12を昇降駆動するための上記アーム昇降駆動部24と、該連結アーム12の昇降をガイドさせるためのガイド部25と、該連結アーム12が研磨位置まで下降したとき該連結アーム12をその位置で停止させるためのストッパ部26とが組み付けられている。この支柱23の高さは、上定盤1が非研磨位置にあるときの上記加圧装置9の上端の高さとほぼ同程度である。
【0018】
上記アーム昇降駆動部24は、支柱23の上下のブラケット27a,27bに上下端を回転自在に支持されて上記連結アーム12の先端部分を上下方向に貫通している回転部材としての鉛直なボール螺子29と、上方のブラケット27aの上面に載置されてこのボール螺子29を回転させるサーボモータ28と、上記ボール螺子29に螺合し、このボール螺子29の回転によって該ボール螺子29に沿って上下動する昇降部材としてのボールナット30とを有し、このボールナット30が上記連結アーム12に固定されている。従って、上記サーボモータ28でボール螺子29を駆動、回転させると、上記ボールナット30の移動によって上記連結アーム12が昇降することになる。
なお、上記サーボモータ28とボール螺子29とは、ケーシング31内において該ボール螺子29の上端部に取り付けられた歯車と、サーボモータ28の出力軸28aの先端に取り付けられた歯車とを、直接あるいは他の歯車を介して噛合させることにより、相互に連結されている。
【0019】
上記ガイド部25は、上下端を上下のブラケット27a,27bに固定的に支持されて上記ボール螺子29と平行即ち鉛直に延び、上記連結アーム12を上下方向に貫通しているガイドシャフト34と、上記連結アーム12に取り付けられてこのガイドシャフト34に摺動自在に嵌合するスリーブ状のスライダ35とを有している。このガイド部25は、図2に示すように、上記アーム昇降駆動部24と上定盤1の中心(従って軸線L1)とを結ぶ線L2上において該アーム昇降駆動部24に隣接するように設置されていることが望ましい。この場合、上記ボール螺子29とガイドシャフト34の中心が上記線上に位置することになる。
このような位置にガイド部25を設けることにより、連結アーム12の横振れが確実に防止され、上記アーム昇降駆動部24による連結アーム12(従って上定盤1)の昇降駆動が安定的に行われる。
【0020】
また、上記ストッパ部26は、上記ガイド部25に沿って配設されている。即ち、このストッパ部26は、上記連結アーム12の下面に上記スライダ35を取り囲むように位置して該連結アーム12と一緒に変位する当接部38と、上記ガイドシャフト34の下端部寄りの位置に該ガイドシャフト34を取り囲んで固定的に設けられたストッパ39とを有している。そして、上記連結アーム12が、上記アーム昇降駆動部24により駆動されて非研磨位置から研磨位置まで下降したとき、上記スライダ35がストッパ39の内部に嵌合すると共に、上記当接部38が該ストッパ39の上端に当接することにより、該連結アーム12即ち上定盤1がその位置に停止して位置決めされるようになっている。上記スライダ35とストッパ39とは一体であっても良い。
【0021】
上記ストッパ39は、上記ガイドシャフト34の下端部寄りの位置に嵌着、固定された円筒状のストッパ支持部材40に、高さ調節自在なるように取り付けられている。即ち、該ストッパ39の下端部内周面に形成した雌螺子39aを、ストッパ支持部材40の外周面に形成した雄螺子40aに螺合させることにより、該ストッパ39がストッパ支持部材40に沿って上下方向に進退動可能とされ、固定用ナット41で所定の高さに固定できるようになっている。
【0022】
ここで、上記3つの昇降用駆動機構部8Aによる連結アーム12の昇降駆動は、各昇降用駆動機構部8Aに設けられたサーボモータ28を、図示しない制御装置によって同期的に制御することにより行われる。これらのサーボモータ28は、それぞれロータリエンコーダ(回転数検出器)を備えていて、このエンコーダから出力されるパルスをカウントすることによって速度や回転数を制御できるもので、これら3つのサーボモータ28を同期的に動作させることにより、上記連結アーム12の昇降時の速度や位置等の制御を行うことができる。
【0023】
ワークWを研磨するに当たり、図1に実線で示すように上定盤1が上昇端の非研磨位置を占めている状態で、各昇降用駆動機構部8Aのサーボモータ28を制御してボール螺子29を回転させると、ボールナット30の移動によって上定盤1が研磨位置まで下降する。この下降工程では、上定盤側の総重量(上定盤1とこの上定盤1と一緒に昇降駆動される他の部材との総重量)が、上記ボール螺子29とボールナット30とを介してサーボモータ28に負荷として作用していることになる。そして、上記研磨位置において、連結アーム12に取り付けられた当接部38がストッパ39に当接すると、該連結アーム12即ち上定盤1はその位置に停止する。
【0024】
このとき、上記ストッパ39に上定盤側総重量の全てを支持させることなく、その総重量の一部が3つの昇降用駆動機構部8Aにおける3つのストッパ39に均等に分散して作用するように、上記各サーボモータ28が制御される。残りの重量分は、上記ボール螺子29とボールナット30とを介して各サーボモータ28が受け持つことになる。上記ストッパ39に加える重量は、ワークWの研磨時に上記ボール螺子29とボールナット30とが振動等によってがたつかない程度の大きさとするのが良い。
【0025】
上述したように上定盤1が研磨位置に停止し、ストッパ39とサーボモータ28との間の重量配分がなされると、上記加圧装置9が作動し、吊支機構14を介して該上定盤1を下向きに加圧することにより、該上定盤1を介してワークWに必要な加圧力が加えられ、その状態で該ワークWの研磨が行われる。研磨中に上記加圧装置9で加圧力を調整することも可能である。また、上記ストッパ39に作用する重量分により、ワークWの研磨時に上記ボール螺子29とボールナット30とが振動等によってがたつくことが防止され、精度の良い研磨が行われる。
【0026】
ワークWの研磨が終了すると、上記両ギア3,4及び両定盤1,2の回転が停止されると共に、上記加圧装置9による加圧が解除され、上定盤1は上記昇降装置8によって非研磨位置まで上昇駆動され、ワークWの搬出が行われる。
【0027】
かくして上記実施形態においては、上定盤1が、該上定盤1の回りに120度間隔で並列に位置する3つの昇降用駆動機構部8Aによって3点で分散的に支持され、昇降駆動されるようになっているため、従来のように片持ち梁状の支持アームに上定盤を支持させる場合や、門形の支持枠に支持させる場合に比べ、支持バランスが非常に良く、支持アームの撓みやねじれ等が生じにくいため、上定盤の重量が大きい場合であってもそれを安定的に支持し、精度良く昇降させることができる。
また、上述したようなストッパ39を設けて上定盤1を研磨位置に機械的に停止させ、その位置で上記ストッパ39とサーボモーター28との間の重量配分を行いながら、該上定盤1に加圧力を加えてワークWを研磨するように構成したことにより、サーボモータ28のハンチング(サーボモータの軸が小刻みに正転/逆転を繰り返す動作)の発生を確実に防止し、精度の良い研磨を行うことが可能となる。
【0028】
上記第1実施形態の研磨装置Aにおいては、各昇降用駆動機構部8Aにそれぞれサーボモータ28が設けられていて、これらのサーボモータ28が同期的に制御されるようになっているが、1つのサーボモータで3つの昇降用駆動機構部8Aのボール螺子29を駆動するように構成することもできる。
図4及び図5に示す第2実施形態の研磨装置Bは、このような1つのサーボモータを備えたものである。この研磨装置Bにおいては、3つの昇降用駆動機構部8Aにおけるボール螺子29の上端部にそれぞれスプロケット43が取り付けられると共に、これらのスプロケット43に無端チェーン44が巻き掛けられ、何れか1つの昇降用駆動機構部8Aにおける支柱23の上端にはサーボモータ28が載置され、このサーボモータ28がその昇降用駆動機構部8Aのボール螺子29に歯車を介して連結されている。
従って、上記1つのサーボモータ28を制御することにより、上記スプロケット43とチェーン44とからなる伝動機構を介して全ての昇降用駆動機構部8Aのボール螺子29を同期させて回転させることができる。
この第2実施形態の上記以外の構成及び作用については第1実施形態と実質的に同じである。
【0029】
図6は本発明の第3実施形態の研磨装置Cの要部を示すもので、この研磨装置Cが上記第1実施形態の研磨装置Aと異なる点は、アーム昇降駆動部24が流体圧シリンダ47で構成されているという点である。この流体圧シリンダ47は、シリンダ本体47aと、エア等の圧力流体の作用で伸縮するロッド47bとからなるもので、上記シリンダ本体47aが支柱23に固定され、該シリンダ本体47aから上向きに延出する上記ロッド47bの先端が連結アーム12に結合されている。そして、上記ロッド47bの伸縮によって連結アーム12が昇降駆動されるようになっている。この場合、3つの昇降用駆動機構部8Aにおける3つの流体圧シリンダ47は、同期的に制御される。
なお、この第3実施形態における上記以外の構成及び作用は実質的に第1実施形態と同じであるから、図中の第1実施形態と同じ構成部分に第1実施形態と同じ符号を付してその説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明に係る平面研磨装置の第1実施形態を概略的に示す要部断面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】図1の部分拡大図である。
【図4】第2実施形態の研磨装置の要部だけを概略的に示す平面図である。
【図5】図4の研磨装置におけるサーボモータを備えた昇降用駆動機構部の図3と同様位置での拡大図である。
【図6】第3実施形態の研磨装置における1つの昇降用駆動機構部の図3と同様位置での拡大図である。
【符号の説明】
【0031】
A,B,C 研磨装置
W ワーク
1 上定盤
2 下定盤
3 サンギア
4 インターナルギア
5 キャリア
8 昇降装置
8A 昇降用駆動機構部
8B 連結機構部
9 加圧装置
11 支持部
12 連結アーム
24 アーム昇降駆動部
25 ガイド部
26 ストッパ部
28 サーボモータ
29 ボール螺子
30 ボールナット
34 ガイドシャフト
35 スライダ
38 当接部
39 ストッパ

【出願人】 【識別番号】000107745
【氏名又は名称】スピードファム株式会社
【出願日】 平成18年7月14日(2006.7.14)
【代理人】 【識別番号】100072453
【弁理士】
【氏名又は名称】林 宏

【識別番号】100119404
【弁理士】
【氏名又は名称】林 直生樹

【識別番号】100100804
【弁理士】
【氏名又は名称】堀 宏太郎

【識別番号】100141438
【弁理士】
【氏名又は名称】吉迫 大祐


【公開番号】 特開2008−18514(P2008−18514A)
【公開日】 平成20年1月31日(2008.1.31)
【出願番号】 特願2006−194203(P2006−194203)