JP2019136784A - 両面研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研削物の両面の平坦性及び平行性を向上させることができる両面研削装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る両面研削装置１は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転し、第１中心軸Ｃ１から第１半径Ｒ１の外周を有する第１砥石面１１が上方に面するように設けられた下砥石１０と、第１中心軸Ｃ１に平行な第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転し、第２中心軸Ｃ２から第２半径Ｒ２の外周を有する第２砥石面２１が下方に面するように設けられた上砥石２０と、を備え、第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向する領域である研削加工領域に研削物５０が配置され、第１中心軸Ｃ１及び第２中心軸Ｃ２に直交し、第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２とを結ぶ方向をピッチ方向とした場合に、研削加工領域のピッチ方向の長さは、第１半径Ｒ１以下、且つ、第２半径Ｒ２以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、両面研削装置に関し、例えば、ウェハの両面を研削する両面研削装置に関する。

特許文献１〜５には、ウェハを研削する際に、ウェハの上下に設けられた上砥石及び下砥石により、ウェハを両面研削する両面研削装置が開示されている。

特開２００３−０４８１５６号公報 特開平０３−１１７５６０号公報 特開平１０−２３５５５６号公報 特開２００５−２０５５８５号公報 特開２００４−１４８４２５号公報

例えば、半導体素子等の素材となるウェハの両面仕上げ加工工程において、片面研削装置による片面研削では、ウェハを吸着したバキュームチャックの吸着力解放時に、スプリングバックが発生し、ウェハの両面の平坦及び平行を維持することが困難となる場合がある。

図１７に示すように、片面研削装置１７１は、ターンテーブル１７２上に配置させたウェハ１７３の基準面を、砥石チップ１７４が含まれた研削ホイール１７５で研削する。まず、図１８（ａ）に示すように、ウェハ１７３をターンテーブル１７２上にセットする。次に、図１８（ｂ）に示すように、ウェハ１７３をバキュームチャック等が設けられたターンテーブル１７２に吸着させる。その後、図１８（ｃ）に示すように、ウェハ１７３の基準面を砥石チップ１７４が含まれた研削ホイール１７５で研削する。研削後、ターンテーブル１７２へのウェハ１７３の吸着力を解放する。この場合に、図１８（ｄ）に示すように、スプリングバックが発生し、基準面側に湾曲する。片側研削装置１７１では、必要以上に取り代を要し、材料歩留まりを悪化させる。そのため、吸着力を要さない両面加工工程により、ウェハを研削することが望ましい。

図１９に示すように、吸着力を要さない両面加工工程を行う両面ラップ装置１９１は、上定盤１９２、下定盤１９３、ウェハ１９４を保持するキャリア１９５、サンギア１９６及び内歯ギア１９７を備えている。金属製の上下定盤の間にウェハ１９４を挟み、隙間に砥粒液１９８を流し込んで加工する遊離砥粒方式である。このため、特に、炭化シリコン（ＳｉＣ）等の超高硬度を加工するためには、シリコン（Ｓｉ）等の比較的加工しやすい材質の加工に比べて極めて長時間を要する（１００倍遅い）。したがって、材料によって、生産タクトを考慮し、現実的な加工レートを可能にする固定砥粒方式の両面研削装置が使用されている。

図２０（ａ）〜（ｄ）に示すように、固定砥粒方式の両面研削装置２０１は、上下定盤に上砥石２２０及び下砥石２１０が設けられている。まず、図２０（ａ）に示すように、薄いキャリア２３０にウェハ２４０を保持させる。次に、図２０（ｂ）に示すように、上砥石２２０と下砥石２１０との間にウェハ２４０を保持したキャリア２３０を配置する。そして、図２０（ｃ）に示すように、サンギアと内歯ギアとの間でウェハ２４０を保持したキャリア２３０を回転させる。研削後、図２０（ｄ）に示すように、キャリア２３０をリリースする。

両面研削装置２０１は、ウェハ２４０の両面を同時に加工することでハイレート且つ十分な高精度（平行度及び面粗度）な加工が可能と考えられる。しかしながら、両面研削装置２０１は、研削加工によって砥石面が摩耗し、所定の形状からのズレが生じてくる。

特許文献１〜５のように、重力方向において、上砥石と下砥石との重なる領域が大きい両面研削装置では、加工中に上砥石及び下砥石をドレス（砥石の目立て）する領域を十分に確保することができないため、上砥石及び下砥石の摩耗具合が変わってしまう。その結果、上砥石及び下砥石の摩耗具合にばらつきが生じ、研削物を平坦に研削することができない虞がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、研削物の両面の平坦性及び平行性を向上させることができる両面研削装置を提供する。

本発明の一態様に係る両面研削装置は、第１中心軸を回転軸として回転し、前記第１中心軸から第１半径の外周を有する第１砥石面が上方に面するように設けられた下砥石と、前記第１中心軸に平行な第２中心軸を回転軸として回転し、前記第２中心軸から第２半径の外周を有する第２砥石面が下方に面するように設けられた上砥石と、を備え、前記第１砥石面と前記第２砥石面とが対向する領域である研削加工領域に研削物が配置され、前記第１中心軸及び前記第２中心軸に直交し、前記第１中心軸と前記第２中心軸とを結ぶ方向をピッチ方向とした場合に、前記研削加工領域の前記ピッチ方向の長さは、前記第１半径以下、且つ、前記第２半径以下である。このような構成により、上砥石及び下砥石の摩耗具合にばらつきが生じることを抑制し、研削物の両面の平坦性及び平行性を向上させることができる。

また、前記研削物を保持するキャリアギアを前記第１砥石面に平行な面内で回転させるサンギア及びカウンタギアをさらに備え、前記サンギアは、上方から見て、前記上砥石よりも外側に配置され、前記カウンタギアは、前記上砥石に設けられた前記第２中心軸と同軸の内孔内に配置されている。このような構成により、上砥石に干渉することなく、研削物を加工することができる。

本発明により、研削物の両面の平坦性及び平行性を向上させることができる両面研削装置を提供する。

実施形態１に係る両面研削装置の主要部を例示した斜視図である。 実施形態１に係る両面研削装置の加工時の状態を例示した斜視図である。 実施形態１に係る両面研削装置の下砥石及び上砥石を例示した断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、下砥石及び上砥石の位置関係を例示した断面図である。 下砥石及び上砥石を同軸構造とした両面研削装置を例示した斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、下砥石及び上砥石を同軸の回転構造とした両面研削装置において、下砥石及び上砥石の変位を例示した図であり、（ａ）は、荷重が１００［Ｎ］、（ｂ）は、荷重が５００［Ｎ］、（ｃ）は、荷重が１０００［Ｎ］である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る両面研削装置において、下砥石及び上砥石の変位を例示した図であり、（ａ）は、荷重が１００［Ｎ］、（ｂ）は、荷重が５００［Ｎ］、（ｃ）は、荷重が１０００［Ｎ］である。 実施形態１に係る両面研削装置において、キャリアギアの回転駆動機構を例示した断面斜視図である。 実施形態１に係る両面研削装置において、キャリアギアの回転駆動機構を例示した断面図である。 実施形態１に係る両面研削装置において、キャリアギアの回転駆動機構を例示した説明図である。 （ａ）は、研削物を回転させない両面研削装置において、研削物の表面の加工目を例示した図であり、（ｂ）は、実施形態１に係る両面研削装置１において、研削物の表面の加工目を例示した図である。 （ａ）〜（ｄ）は、比較例１に係る両面研削装置において、下砥石及び上砥石のツルーイング手法を例示した図であり、（ａ）及び（ｄ）は、断面斜視図を示し、（ｂ）及び（ｃ）は、模式図を示している。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態２に係る両面研削装置において、下砥石及び上砥石のツルーイング手法を例示した図であり、（ａ）及び（ｃ）は、断面斜視図を示し、（ｂ）は模式図を示す。 （ａ）及び（ｂ）は、比較例２に係る両面研削装置において、下砥石及び上砥石のツルーイング手法を例示した断面斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、比較例３に係る両面研削装置において、下砥石及び上砥石のツルーイング手法を例示した断面斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、比較例４に係る両面研削装置において、下砥石及び上砥石のツルーイング手法を例示した断面斜視図である。 片面研削装置を例示した斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、片面研削装置における研削工程を例示した図である。 両面ラップ装置を例示した斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、両面研削装置における研削工程を例示した図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施形態１）
＜両面研削装置：オフセット配置＞
実施形態１に係る両面研削装置１を説明する。本実施形態の両面研削装置１は、砥石面の形状を維持管理するために、上下砥石の回転軸をオフセット配置させている。まず、両面研削装置１の構成を説明する。図１は、実施形態１に係る両面研削装置１の主要部を例示した斜視図である。図２は、実施形態１に係る両面研削装置１の加工時の状態を例示した斜視図である。

図１及び図２に示すように、両面研削装置１は、下砥石１０、下本体部１７、下ドレス１８、下測定器１９、上砥石２０、上本体部２７、上ドレス２８、上測定器２９、サンギア３０、カウンタギア４０を備えている。両面研削装置１は、キャリアギア５５に保持された研削物５０の両面を研削する装置である。

下砥石１０は、円板状の部材であり、第１中心軸Ｃ１を有している。第１中心軸Ｃ１は、鉛直方向である。下砥石１０は、下本体部１７上に配置されている。下本体部１７は、例えば、中心軸を鉛直方向とした円筒の形状であるが、下本体部１７の形状は円筒状に限らず、直方体状でもよい。下砥石１０は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転する。下砥石１０には、第１中心軸Ｃ１から第１半径Ｒ１の外周を有する第１砥石面１１が設けられている。第１砥石面１１は、上方に面するように設けられている。下砥石１０は、第１砥石面１１上に配置された研削物５０を研削する。

上砥石２０は、円板状の部材であり、第２中心軸Ｃ２を有している。第２中心軸Ｃ２は、第１中心軸Ｃ１と平行であり鉛直方向である。上砥石２０は、上本体部２７の下方に配置されている。上本体部２７は、例えば、中心軸を鉛直方向とした円筒の形状であるが、上本体部２７の形状は円筒状に限らず、直方体状でもよい。第２中心軸Ｃ２は、第１中心軸と間隔を空けて配置されている。上砥石２０は、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する。上砥石２０には、第２中心軸Ｃ２から第２半径Ｒ２の外周を有する第２砥石面２１が設けられている。第２砥石面２１は、下方に面するように設けられている。

このように、下砥石１０及び上砥石２０は、回転軸が間隔を空けて配置されたオフセット配置となっている。上砥石２０における第２砥石面２１と、下砥石１０における第１砥石面１１とは、部分的に対向している。第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向する領域を、研削加工領域という。上砥石２０は、研削加工領域に配置された研削物５０を研削する。

第２砥石面２１には、内孔２６が設けられている。内孔２６は、下方に開口している。内孔２６は第２中心軸Ｃ２と同軸となっている。内孔２６には、カウンタギア４０が配置される。

カウンタギア４０は、歯車状の部材であり、外周に複数の歯が形成されている。カウンタギア４０は中心軸を有している。カウンタギア４０の中心軸が、第２中心軸Ｃ２と同軸になるように、カウンタギア４０は、上砥石２０に設けられた内孔２６内に配置される。しかしながら、カウンタギア４０は、第２砥石面２１よりも下方に突出した部分を有している。カウンタギア４０は、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する。上方から透過してみると、カウンタギア４０は、下砥石１０よりも外側に配置されている。

サンギア３０は、歯車状の部材であり、外周に複数の歯が形成されている。サンギア３０は中心軸を有している。サンギア３０の中心軸が、第１中心軸Ｃ１と同軸になるように、サンギア３０は、下砥石１０の第１砥石面１１上に設けられている。サンギア３０は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転する。上方から透過してみると、サンギア３０は、上砥石２０よりも外側に配置されている。

研削物５０は、平坦な両面を有する部材である。研削物５０は、例えば、ウェハである。なお、研削物５０は、研削される平坦な両面を有していれば、ウェハに限らない。研削物５０の両面を第１面５１及び第２面５２という。第２面５２は、第１面５１の反対側の面である。

研削物５０は、第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向する研削加工領域に配置される。研削物５０の第１面５１は、下砥石１０の第１砥石面１１に接し、研削物５０の第２面５２は、上砥石２０の第２砥石面２１に接する。これにより、研削物５０の第１面５１は、第１砥石面１１により研削され、研削物５０の第２面５２は、第２砥石面２１により研削される。

キャリアギア５５は、歯車状の部材であり、外周面に複数の歯が形成されている。また、キャリアギア５５は、内部に研削物５０を保持する保持孔が設けられている。キャリアギア５５は、研削物５０を保持するので、単に、キャリアともいう。その場合には、外周の複数の歯をキャリアギアという。

キャリアギア５５の中心軸と、保持孔の中心軸とは、ずれていてもよい。キャリアギア５５は、研削物５０の外周面を囲んで研削物５０を保持する。研削物５０は、例えば、保持孔に嵌合されて保持される。キャリアギア５５の厚さは、研削物５０の厚さよりも薄い。例えば、キャリアギア５５の厚さは、７０［μｍ］である。よって、キャリアギア５５に保持された研削物５０の第１面５１及び第２面５２は、保持孔から突出している。

研削物５０を保持したキャリアギア５５は、上砥石２０と下砥石１０との間に配置される。この場合に、上方から見ると、キャリアギア５５に保持された研削物５０は、研削加工領域内に配置される。一方、キャリアギア５５の歯は、上方から見ると、第１砥石面１１から外側に突出する部分及び第２砥石面２１から外側に突出する部分を有している。

キャリアギア５５の歯における第１砥石面１１から外側に突出した部分は、カウンタギア４０の歯と噛み合う。これにより、カウンタギア４０は、研削物５０を保持するキャリアギア５５を第１砥石面１１に平行な面内で回転させる。キャリアギア５５の歯における第２砥石面２１から外側に突出した部分は、サンギア３０の歯と噛み合う。これにより、サンギア３０は、研削物５０を保持するキャリアギア５５を第１砥石面１１に平行な面内で回転させる。

下ドレス１８は、下砥石１０の第１砥石面１１上に配置されている。下ドレス１８は、第１砥石面１１における研削加工領域以外の部分に接触している。下ドレス１８は、第１砥石面１１の目立てを行う。下測定器１９は、第１砥石面１１上に配置されている。下測定器１９は、第１砥石面１１の形状及び目立て状態を測定する。

上ドレス２８は、上砥石２０の第２砥石面２１に接触するように配置されている。上ドレス２８は、第２砥石面２１における研削加工領域以外の部分に接触している。上ドレス２８は、第２砥石面２１の目立てを行う。上測定器２９は、第２砥石面２１に配置されている。上測定器２９は、第２砥石面２１の形状及び目立て状態を測定する。

第１中心軸Ｃ１を回転軸としたサンギア３０の回転に連動して、第２中心軸Ｃ２を回転軸としてカウンタギア４０も回転する。サンギア３０及びカウンタギア４０に噛み合うキャリアギア５５は、第１砥石面１１と第２砥石面２１との間で、第１砥石面１１に平行な面内で回転する。一方、下砥石１０は、第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転し、上砥石２０は、第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する。これにより、研削物５０の第１面５１は第１砥石面１１によって研削され、研削物５０の第２面５２は、第２砥石面２１によって研削される。

図３は、実施形態１に係る両面研削装置１の下砥石１０及び上砥石２０を例示した断面図である。図３に示すように、下砥石１０の第１中心軸Ｃ１と上砥石２０の第２中心軸は平行であり、所定の間隔を空けて配置されている。第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２との間隔をピッチＯｆという。また、第１中心軸Ｃ１及び第２中心軸Ｃ２に直交し、第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２とを結ぶ方向をピッチ方向とする。ピッチ方向における研削加工領域の長さを研削加工領域長ＵＬとする。研削物５０の外径ΦをＷとする。

そうすると、本実施形態の両面研削装置１では、以下の（１）式及び（２）式を満たすように下砥石１０及び上砥石２０が配置されている。

Ｗ＜Ｍｉｎ（Ｏｆ、Ｒ１、Ｒ２） （１）
｜Ｒ２−Ｒ１｜＋Ｗ＜Ｏｆ＜Ｒ１＋Ｒ２−Ｗ （２）

本実施形態では、上ドレス２８を配置させるために、第１砥石面１１は、第２砥石面２１を下方から部分的に覆っている。第１砥石面１１は、第２砥石面２１の中心までは覆っていない。よって、研削加工領域長ＵＬ＜第２半径Ｒ２である。また、下ドレス１８を配置させるために、第２砥石面２１は、第１砥石面１１を上方から部分的に覆っている。第２砥石面２１は、第１砥石面１１の中心までは覆っていない。よって、研削加工領域長ＵＬ＜第１半径Ｒ１である。また、研削加工領域長ＵＬ＜ピッチＯｆである。研削物５０は、研削加工領域内に配置されているので、研削物５０の外径Ｗ＜研削加工領域長ＵＬである。したがって、外径Ｗ＜第１半径Ｒ１であり、外径Ｗ＜第２半径Ｒ２であり、外径Ｗ＜ピッチＯｆである。これにより、（１）式が満たされる。

仮に、第１中心軸Ｃ１と第２中心軸Ｃ２とをピッチ方向において近づけると、第１砥石面１１または第２砥石面２１のうち半径の大きい方の外周が、第１砥石面１１または第２砥石面２１の中心と交差する。例えば、第１半径Ｒ１＜第２半径Ｒ２とした場合には、第２砥石面２１の外周が第１砥石面１１の中心に交差する。この状態では、第１半径Ｒ１＝研削加工領域長ＵＬであり、第２半径Ｒ２＝ピッチＯｆである。

下ドレス１８及び上ドレス２８を配置させるためには、｜第２半径Ｒ２−第１半径Ｒ１｜＋研削加工領域長ＵＬ＜ピッチＯｆであるので、外径Ｗ＜研削加工領域長ＵＬより、｜Ｒ２−Ｒ１｜＋Ｗ＜Ｏｆとなる。

また、研削加工領域が形成されるためには、第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向しなければならないので、ピッチＯｆ＜第１半径Ｒ１＋第２半径Ｒ２が必要である。第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向した研削加工領域長ＵＬは、研削加工領域長ＵＬ＝第１半径Ｒ１＋第２半径Ｒ２−Ｏｆとなる。研削加工領域長ＵＬ内に外径Ｗの研削物５０を配置させるためには、研削加工領域長ＵＬは外径Ｗよりも大きくしなければならないので、外径Ｗ＜研削加工領域長ＵＬである。よって、外径Ｗ＜第１半径Ｒ１＋第２半径Ｒ２−Ｏｆであり、Ｏｆ＜Ｒ１＋Ｒ２−Ｗとなる。これにより、（２）式が満たされる。

本実施形態では、（１）式及び（２）式を満たすように、下砥石１０及び上砥石２０が配置されている。よって、下ドレス１８及び上ドレス２８を、それぞれ第１砥石面１１及び第２砥石面２１におけるドレスが必要な面１８ａ及び２８aに配置することができる。よって、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の目立てをすることができる。これにより、加工面である第１砥石面１１及び第２砥石面２１が研削加工によって形状が崩れても、常時、形状を整え、目立てすることができる。また、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の形状及び目立て状態を、常時、測定することができる。このようにして、本実施形態の両面研削装置１は、第１砥石面１１及び第２砥石面２１を平坦及び平行にすることができ、研削物５０の両面の平坦性及び平行性を向上させることができる。

図４（ａ）〜（ｄ）は、下砥石１０及び上砥石２０の位置関係を例示した断面図である。図４（ａ）に示すように、ピッチＯｆ＞第１半径Ｒ１＋第２半径Ｒ２の場合には、第１砥石面１１と第２砥石面２１とが対向しない。よって、研削加工領域が形成されないので、研削物５０を研削することができない。

図４（ｂ）に示すように、｜第２半径Ｒ２−第１半径Ｒ１｜＋外径Ｗ＞ピッチＯｆの場合には、第１砥石面１１は、第２砥石面２１の中心を含むように第２砥石面２１を覆う。また、第２砥石面２１は、第１砥石面１１の中心を含むように第１砥石面１１を覆う。よって、下ドレス１８を配置することができない面１８ｂがあり、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の目立てをすることができない。また、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の形状及び目立て状態を測定することができない。特許文献２及び特許文献３の両面研削装置は、この場合に該当する。

図４（ｃ）に示すように、外径Ｗ＞第１半径Ｒ１またはピッチＯｆの場合には、研削物５０は、第１砥石面１１の中心を含むように第１砥石面１１を覆う。よって、下ドレス１８を配置することができない面１８ｂがあり、第１砥石面１１の目立てをすることができない。また、第１砥石面１１の形状及び目立て状態を測定することができない。

図４（ｄ）に示すように、外径Ｗ＞第２半径Ｒ２の場合には、研削物５０は、第２砥石面２１の中心を含むように第２砥石面２１を覆う。よって、上ドレス２８を配置することができない面２０ｂがあり、第２砥石面２１の目立てをすることができない。特許文献１の両面研削装置がこの場合に該当する。このように、図４（ａ）〜（ｄ）の場合には、加工しながら砥石面を整える常時目立てが不可能な領域があるので、第１砥石面１１及び第２砥石面２１を平行にすることができない。よって、研削物５０を平坦及び平行に研削することができない。

図５は、下砥石１０及び上砥石２０を同軸Ｃの回転構造とした両面研削装置１０１を例示した斜視図である。図５に示すように、上砥石２０よりも内径の大きなリングギア１６０を同軸Ｃに配置させた両面研削装置１０１は、下砥石１０と上砥石２０とが接近しても干渉なく薄い研削物５０を研削加工することができる。しかしながら、下砥石１０及び上砥石２０の目立てを行う下ドレス１８及び上ドレス２８を配置することができない。また、ドレス状態を測定する下測定器１９及び上測定器２９を配置することができない。よって、加工しながら砥石面を整える常時目立てをすることができず、研削物５０を平坦に研削することが困難である。

図６（ａ）〜（ｃ）は、下砥石１０及び上砥石２０を同軸Ｃの回転構造とした両面研削装置１０１において、下砥石１０及び上砥石２０の変位を例示した図であり、（ａ）は、荷重が１００［Ｎ］、（ｂ）は、荷重が５００［Ｎ］、（ｃ）は、荷重が１０００［Ｎ］である。各図において、上段は、変位量をグレースケールで示し、下段は、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の断面形状を示す。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、荷重が増加すると、下砥石１０及び上砥石２０における変位量は大きくなる。下砥石１０の第１砥石面１１及び上砥石２０の第２砥石面２１は、口開き状に変化する。図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）における第１砥石面１１と第２砥石面２１との変位差の最大値は、それぞれ、１．４［μｍ］、７．０［μｍ］及び１４．０［μｍ］である。このように、下砥石１０及び上砥石２０を同軸Ｃの回転構造とした両面研削装置１０１では、第１砥石面１１と第２砥石面２１とが口開き状となるので、研削物５０の両面を平行にすることが困難である。

図７（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る両面研削装置１において、下砥石１０及び上砥石２０の変位を例示した図であり、（ａ）は、荷重が１００［Ｎ］、（ｂ）は、荷重が５００［Ｎ］、（ｃ）は、荷重が１０００［Ｎ］である。各図において、上段は、変位量をグレースケールで示し、下段は、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の断面形状を示す。

図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、荷重が増加すると、下砥石１０及び上砥石２０における変位量は図６の場合と同様に大きくなる。しかしながら、第１砥石面１１及び第２砥石面２１は平行を維持することができる。また、図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）における第１砥石面１１と第２砥石面２１との変位差の最大値は、それぞれ、０．２２［μｍ］、１．１［μｍ］及び２．２［μｍ］であり、図６と比べて、荷重に対する変位量を小さくすることができる。第１中心軸Ｃ１及び第２中心軸Ｃ２の剛性を同じ剛性にし、研削物５０の中心に対してシンメトリーにオフセットすれば、第１砥石面１１及び第２砥石面２１をさらに平行に近づけることができる。このように、本実施形態の両面研削装置１は、同軸構造の両面研削装置１０１に比べて、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の平坦性及び平行性を向上させることができる。

＜キャリアギア回転駆動機構＞
次に、研削物５０の両面の面粗度を向上させるキャリアギア回転駆動機構を説明する。まず、実施形態１に係る両面研削装置１のキャリアギア回転駆動機構を説明する。図８は、実施形態１に係る両面研削装置１において、キャリアギア５５の回転駆動機構を例示した断面斜視図である。図９は、実施形態１に係る両面研削装置１において、キャリアギア５５の回転駆動機構を例示した断面図である。図１０は、実施形態１に係る両面研削装置１において、キャリアギア５５の回転駆動機構を例示した説明図である。

図８〜図１０に示すように、両面研削装置１は、上述した部材の他に、サンギア軸３２、サンギア駆動ギア３３、キャリア駆動軸４２、キャリア駆動ギア４３、キャリア駆動モータ４４、アイドルギア４５、下主軸１２、下主軸駆動プーリー１３、下主軸駆動モータ１４、下主軸駆動モータプーリー１５、下主軸駆動ベルト１６、を備えている。また、両面研削装置１は、下主軸ベアリング９１、サンギア軸ベアリング９３、キャリア軸ベアリング９４を備えている。

サンギア軸３２は、鉛直方向に延びた棒状の部材であり、下本体部１７の中央部に配置されている。サンギア軸３２は、第１中心軸Ｃ１と同軸となっている。サンギア軸３２の上端は、サンギア３０と接続されている。サンギア軸３２の下端には、サンギア駆動ギア３３が接続されている。サンギア軸ベアリング９３は、回転するサンギア軸３２を支持する。

サンギア駆動ギア３３は歯車状の部材である。サンギア駆動ギア３３の中心軸は、第１中心軸Ｃ１と同軸となっている。サンギア駆動ギア３３は、サンギア軸３２の下端に接続されている。よって、サンギア駆動ギア３３は、サンギア３０とともに第１中心軸Ｃ１を回転軸として回転する。

キャリア駆動軸４２は、鉛直方向に延びた棒状の部材であり、下本体部１７の側方に配置されている。キャリア駆動軸４２は、第２中心軸Ｃ２と同軸となっている。キャリア駆動軸４２の上端は、カウンタギア４０と接続されている。キャリア駆動軸４２の下端には、キャリア駆動ギア４３が接続されている。キャリア軸ベアリング９４は、回転するキャリア駆動軸４２を支持する。

キャリア駆動ギア４３は歯車状の部材である。キャリア駆動ギア４３の中心軸は、第２中心軸Ｃ２と同軸となっている。キャリア駆動ギア４３は、キャリア駆動軸４２の下端に接続されている。よって、キャリア駆動ギア４３は、カウンタギア４０とともに第２中心軸Ｃ２を回転軸として回転する。

キャリア駆動モータ４４は、下本体部１７の側方に配置されている。キャリア駆動モータ４４は、キャリア駆動軸４２に対して、第２中心軸Ｃ１を回転軸として回転させる駆動力を伝達する。

アイドルギア４５は、歯車状の部材である。アイドルギア４５の中心軸は、第１中心軸Ｃ１及び第２中心軸Ｃ２と平行であり、鉛直方向である。アイドルギア４５は、サンギア駆動ギア３３とキャリア駆動ギア４３との間に配置されている。アイドルギア４５の歯は、サンギア駆動ギア３３及びキャリア駆動ギア４３の歯と噛み合っている。したがって、キャリア駆動ギア４３の回転は、アイドルギア４５を介してサンギア駆動ギア３３に伝達される。よって、キャリア駆動モータ４４により、キャリア駆動軸４２に伝達させた回転は、キャリア駆動ギア４３及びアイドルギア４５を介してサンギア駆動ギア３３に伝達され、サンギア軸３２を回転させる。

例えば、サンギア駆動ギア３３の歯数と、キャリア駆動ギア４３の歯数とを同数とすることにより、サンギア３０と、カウンタギア４０とを同じ方向に同じ回転速度で回転させることができる。また、サンギア３０の歯数と、カウンタギア４０の歯数とを同数とすることにより、キャリアギア５５を下砥石１０上の研削加工領域において自転回転させることができる。

下主軸１２は、鉛直方向に延びた円筒状の部材であり、下本体部１７の中央部に配置されている。下主軸１２は、第１中心軸Ｃ１と同軸となっている。下主軸１２は、サンギア軸３２を内包するように配置されている。すなわち、サンギア軸３２は、下主軸１２の内部に同軸に配置されている。下主軸１２の上端は、下砥石１０と接続されている。下主軸１２の下端には、下主軸駆動プーリー１３が接続されている。下主軸ベアリング９１は、回転する下主軸１２を支持する。

下主軸駆動プーリー１３は円盤状の部材である。下主軸駆動プーリー１３の中心軸は、第１中心軸Ｃ１と同軸となっている。

下主軸駆動モータ１４は、下本体部１７の側方に配置されている。下主軸駆動モータ１４には、下主軸駆動モータプーリー１５が連結されている。下主軸駆動モータプーリー１５は、円盤状の部材である。下主軸駆動モータプーリー１５の中心軸は、第１中心軸Ｃ１及び第２中心軸Ｃ２と平行であり、鉛直方向である。下主軸駆動モータ１４は、下主軸駆動モータプーリー１５に対して、回転駆動力を伝達する。

下主軸駆動ベルト１６は、下主軸駆動プーリー１３と下主軸駆動モータプーリー１５とを接続している。したがって、下主軸駆動モータプーリー１５の回転は、下主軸駆動ベルト１６を介して、下主軸駆動プーリー１３に伝達される。よって、下主軸駆動モータ１４により、下主軸駆動モータプーリー１５に伝達させた回転は、下主軸駆動ベルト１６及び下主軸駆動プーリー１３を介して下主軸１２に伝達され、下砥石１０を回転させる。図示しないが、上砥石２０についても、下砥石１０と同様の機構によって回転させている。

このように、本実施形態の両面研削装置１は、下砥石１０の第１砥石面１１と上砥石２０の第２砥石面が接近しても干渉することなく薄い研削物５０を研削することができる。

図１１（ａ）は、研削物５０を回転させない場合における研削物５０の研削面の加工目５３を例示した図であり、（ｂ）は、実施形態１に係る両面研削装置１において、研削物５０の研削面の加工目５３を例示した図である。

図１１（ａ）に示すように、キャリア１５５を回転させない場合には、研削物５０の研削面には、一方向の加工目５３が生成される。よって、研削物５０の研削面の特性が場所に依存し、偏りが生じる可能性がある。また、砥石面の摩耗にも、偏りが生じる可能性がある。

これに対して、図１１（ｂ）に示すように、本実施形態においては研削物５０を保持するキャリアギア５５を回転させている。したがって、研削物５０の研削面に多方向の加工目５３が生成され、加工目５３が平均化される。よって、研削物５０の研削面の特性を向上させることができる。また、第１砥石面１１および第２砥石面２１は万遍なく使用されるので、形状崩れを抑制することができる。

次に、実施形態１の効果を説明する。
本実施形態の両面研削装置１は、下砥石１０の回転軸と上砥石２０の回転軸とを間隔を空けて配置させたオフセット配置としている。よって、下砥石１０及び上砥石２０の半径以下の領域を研削加工領域とすることができる。これにより、研削加工領域以外の領域に、下ドレス１８及び上ドレス２８を配置させることができる。したがって、研削加工時においても第１砥石面１１及び第２砥石面２１の目立てを行うことができるので、下砥石１０及び上砥石２０の摩耗具合にばらつきが生じることを抑制する。よって、研削物５０の両面の平坦性及び平行性を向上させることができる。

また、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の形状及び目立て状態を測定する測定器を配置することができるので、研削加工時においても第１砥石面１１及び第２砥石面２１の形状及び目立てを測定することができる。よって、研削物５０の両面の平坦性及び平行性を向上させることができる。

さらに、下砥石１０及び上砥石２０の回転軸に対する剛性を同等にするとともに、下砥石１０及び上砥石２０を加工中心に対してシンメトリーに配置することにより、研削物５０の両面の平坦性及び平行性をさらに向上させることができる。

サンギア３０は、上方から見て、上砥石２０よりも外側に配置され、カウンタギア４０は、上砥石２０に設けられた内孔２６内に配置されている。よって、下砥石１０及び上砥石２０は、サンギア３０及びカウンタギア４０に干渉することなく、研削物５０を加工することができる。

サンギア３０に回転駆動力を伝達するサンギア軸３２と、カウンタギア４０に回転駆動力を伝達するキャリア駆動軸４２とは、サンギア駆動ギア３３、アイドルギア４５及びキャリア駆動ギア４３を介して連結されている。よって、サンギア３０とカウンタギア４０とは同期し、キャリアギア５５を安定して自転回転させることができる。また、同期して回転させるので、キャリア駆動軸４２を回転させるキャリア駆動モータ４４を１個だけ備えればよい。また、制御軸数を低減することができる。よって、コスト及びサイズを低減させることができる。

研削物５０を保持したキャリアギア５５を、第１砥石面１１面上で回転させている。よって、加工目５３が平均化され、研削物５０の研削面の特性を向上させることができる。また、砥石面は万遍なく使用されるので、形状崩れを抑制することができる。

（実施形態２）
＜ツルーイング手法＞
次に、実施形態２を説明する。実施形態２は、上下砥石オフセット駆動型の両面研削装置におけるツーリング手法である。ツルーイング手法とは、砥石の砥石面を研ぎ直す方法である。ウェハ等の研削物５０に対して、両面研磨等の研削加工を行う場合に、研削物５０の両面の平坦性及び平行性を確保するためには、砥石面の崩れた形状を研ぎ直すツルーイングが必要である。ツルーイングは、下砥石１０及び上砥石２０の交換時、または、摩耗が進んだ時に行われる。まず、比較例１に係るツルーイング手法を説明する。その後、比較例１と対比させて、本実施形態のツルーイング手法を説明する。さらに、比較例２〜４についても説明する。

比較例１に係るツルーイング手法を説明する。図１２（ａ）〜（ｄ）は、比較例１に係る両面研削装置２０１において、下砥石１０及び上砥石２０のツルーイング手法を例示した図であり、（ａ）及び（ｄ）は、断面斜視図を示し、（ｂ）及び（ｃ）は、模式図を示している。

図１２（ａ）に示すように、比較例１に係る一般的なツルーイング手法においては、下砥石１０及び上砥石２０の間に、修正用のツルーイング砥石１６５を挟んで回転させる。図１２（ｂ）に示すように、下砥石１０及び上砥石２０の両方向からツルーイング砥石１６５を挟む。そして、下砥石１０及び上砥石２０の両方を回転させながら、挟み込んで面合わせを行う。

しかしながら、実際には、図１２（ｃ）に示すように、下砥石１０及び上砥石２０の間に挟んだツルーイング砥石１６５の減り速度とツルーイング速度は必ずしも一致しない。特に、ツルーイング砥石１６５の減り速度＞ツルーイング速度の場合には、挟み込む力が全く発生せず、自重だけで下砥石１０の第１砥石面１１を荒らすのみとなる。また、ツルーイング砥石１６５の減り速度＜ツルーイング速度の場合でも、下砥石１０と上砥石２０との間で同じ面合わせ力にはならない。したがって、図１２（ｄ）に示すように、ツルーイング後、第１砥石面１１及び第２砥石面２１は凹凸になる。

次に、実施形態２に係るツルーイング手法を説明する。図１３（ａ）〜（ｃ）は、実施形態２に係る両面研削装置２において、下砥石１０及び上砥石２０のツルーイング手法を例示した図であり、（ａ）及び（ｃ）は、断面斜視図を示し、（ｂ）は模式図を示す。本実施形態の両面研削装置２の構成は、実施形態１の両面研削装置１の構成と同等であるので、説明を省略する。

図１３（ａ）に示すように、本実施形態に係る両面研削装置２においては、ツルーイング砥石１６５を使用していない。下砥石１０及び上砥石２０を若干異なる回転数で回転させながら、両者を直接押し付ける。なお、下砥石１０及び上砥石２０の回転数を等しくすると、同じ位相で面合わせが生じ、３６０［°］に渡って均一にすることが困難になる。

図１３（ｂ）に示すように、本実施形態では、下砥石１０の第１砥石面１１及び上砥石２０の第２砥石面２１にかかる面合わせ力が同等になる。したがって、理想的な面合わせとなるので、図１３（ｃ）に示すように、第１砥石面１１及び第２砥石面２１における平坦性及び平行性を向上させることができる。

次に、比較例２に係るツルーイング手法を説明する。図１４（ａ）及び（ｂ）は、比較例２に係る両面研削装置２０２において、下砥石１０及び上砥石２０のツルーイング手法を例示した断面斜視図である。

図１４（ａ）に示すように、下砥石１０及び上砥石２０が同軸Ｃの回転構造となった両面研削装置２０２において、自転回転しないツルーイング砥石１６５を用いた場合には、ツルーイング砥石１６５の同じ砥石面が、第１砥石面１１及び第２砥石面２１に接する。よって、図１４（ｂ）に示すように、ツルーイングを行っても第１砥石面１１及び第２砥石面２１の湾曲形状を修正することができない。

次に、比較例３に係るツルーイング手法を説明する。図１５（ａ）及び（ｂ）は、比較例３に係る両面研削装置２０３において、下砥石１０及び上砥石２０のツルーイング手法を例示した断面斜視図である。

図１５（ａ）に示すように、下砥石１０及び上砥石２０が同軸Ｃの回転構造となった両面研削装置２０３において、自転回転させたツルーイング砥石１６５を用いた場合には、ツルーイング砥石１６５は、下砥石１０及び上砥石２０の同軸Ｃから遠ざかる外側に移動する。そうすると、第１砥石面１１及び第２砥石面２１は、外側に広がった口開き状に変位する。その場合には、図１５（ｂ）に示すように、ツルーイング砥石１６５をリリースすると、下砥石１０及び上砥石２０はスプリングバックし、内側に広がった口開き状に変位する。このように、比較例３では、第１砥石面１１及び第２砥石面２１は、平坦であるが、テーパを有するようにツルーイングされる。

次に、比較例４に係るツルーイング手法を説明する。図１６（ａ）及び（ｂ）は、比較例４に係る両面研削装置２０４において、下砥石１０及び上砥石２０のツルーイング手法を例示した断面斜視図である。

図１６（ａ）に示すように、下砥石１０及び上砥石２０が同軸Ｃの回転構造となった両面研削装置２０４において、ツルーイング砥石１６５を用いない場合には、第１砥石面１１と第２砥石面２１とは同軸Ｃで回転する。そして、第１砥石面１１は、半径方向において第２砥石面２１と同じ加工目が接触するように回転する。よって、図１６（ｂ）に示すように、ツルーイングを行っても第１砥石面１１及び第２砥石面２１の湾曲形状を修正することができない。

次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態の両面研削装置２のツルーイング手法は、ツルーイング砥石１６５を使用せず、下砥石１０の第１砥石面１１及び上砥石２０の第２砥石面２１にかかる面合わせ力を同等にすることができるので、第１砥石面１１及び第２砥石面２１の平坦性及び平行性を向上させることができる。

また、下砥石１０及び上砥石２０の回転軸をオフセット配置にしているので、下砥石１０及び上砥石２０の加工目を多方向とすることができ、平坦性及び平行性を向上させることができる。

下砥石１０及び上砥石２０の回転数を異なる回転数としているので、３６０［°］に渡って均一にツルーイングすることができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

１、１０１、２０１、２０２、２０３、２０４ 両面研削装置
１０ 下砥石
１１ 第１砥石面
１２ 下主軸
１３ 下主軸駆動プーリー
１４ 下主軸駆動モータ
１５ 下主軸駆動モータプーリー
１６ 下主軸駆動ベルト
１７ 下本体部
１８ 下ドレス
１８a、１８ｂ 面
１９ 下測定器
２０ 上砥石
２１ 第２砥石面
２６ 内孔
２７ 上本体部
２８ 上ドレス
２８a、２８ｂ 面
２９ 上測定器
３０ サンギア
３２ サンギア軸
３３ サンギア駆動ギア
４０ カウンタギア
４２ キャリア駆動軸
４３ キャリア駆動ギア
４４ キャリア駆動モータ
４５ アイドルギア
５０ 研削物
５１ 第１面
５２ 第２面
５３ 加工目
５５ キャリアギア
９１ 下主軸ベアリング
９３ サンギア軸ベアリング
９４ キャリア軸ベアリング
１５５ キャリア
１６０ リングギア
１６５ ツルーイング砥石
１７１ 片面研削装置
１７２ ターンテーブル
１７３ ウェハ
１７４ 砥石チップ
１７５ 研削ホイール
１９１ 両面ラップ装置
１９２ 上定盤
１９３ 下定盤
１９４ ウェハ
１９５ キャリア
１９６ サンギア
１９７ 内歯ギア
２０１ 両面研削装置
２１０ 下砥石
２２０ 上砥石
２３０ キャリア
２４０ ウェハ
Ｃ１ 第１中心軸
Ｃ２ 第２中心軸
Ｒ１ 第１半径
Ｒ２ 第２半径
ＵＬ 研削加工領域長
Ｗ 外径

Claims (2)

1. 第１中心軸を回転軸として回転し、前記第１中心軸から第１半径の外周を有する第１砥石面が上方に面するように設けられた下砥石と、
   前記第１中心軸に平行な第２中心軸を回転軸として回転し、前記第２中心軸から第２半径の外周を有する第２砥石面が下方に面するように設けられた上砥石と、
   を備え、
   前記第１砥石面と前記第２砥石面とが対向する領域である研削加工領域に研削物が配置され、
   前記第１中心軸及び前記第２中心軸に直交し、前記第１中心軸と前記第２中心軸とを結ぶ方向をピッチ方向とした場合に、
   前記研削加工領域の前記ピッチ方向の長さは、前記第１半径以下、且つ、前記第２半径以下である、
   両面研削装置。
2. 前記研削物を保持するキャリアギアを前記第１砥石面に平行な面内で回転させるサンギア及びカウンタギアをさらに備え、
   前記サンギアは、上方から見て、前記上砥石よりも外側に配置され、
   前記カウンタギアは、前記上砥石に設けられた前記第２中心軸と同軸の内孔内に配置された、
   請求項１に記載の両面研削装置。