JPH09193009A - 両面研磨機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリアの運動がスムースになると共に、キ
ャリア自体の耐久性を向上させることができること。 【解決手段】 エクスターナルギヤと、インターナルギ
ヤと、遊星歯車に相当するキャリア２０とからなる遊星
歯車装置の歯車構成を備え、キャリア２０にはワークが
保持される透孔が設けられ、キャリア２０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
動して研磨する上下の研磨定盤を備える両面研磨機にお
いて、エクスターナルギヤおよびインターナルギヤに
は、歯車の歯に相当する複数の円柱状のピン１７が円形
線上に等間隔に立設され、ピン１７列に歯合するキャリ
ア２０の歯車の歯形がトロコイド系曲線に設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は両面研磨機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】両面研磨機としては、従来から、太陽ギ
ヤである外歯車（以下、「エクスターナルギヤ」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、単に「定盤」
という）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機、いわゆる４ウ
ェイ駆動方式の両面研磨機が知られている。両面研磨機
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。この両面研磨機は精度が高く、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。従来、この両面研磨機は、図４に示すように、
太陽ギア（図４ではインターナルギア５０のみを示して
いる）およびキャリア５２の歯車の歯形は、インボリュ
ート曲線に形成されている。すなわち、インボリュート
歯車になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インボ
リュート歯車の歯形によれば、集中応力がかかり易い形
状であるため、特に研磨されるシリコンウェーハ等のワ
ークよりも薄板に形成されたキャリア５２の耐久性を低
下させている。また、その歯形によれば、太陽ギアとキ
ャリア５２との擦り合わせ部の滑らかさが充分ではな
く、キャリア５２の回転はスムースさに欠けるという課
題がある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、キャリアの運動
がスムースになると共に、キャリア自体の耐久性を向上
させることができる両面研磨機を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するに次の構成を備える。すなわち、本発明は、エク
スターナルギヤと、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研磨する上下の研磨
定盤を備える両面研磨機において、エクスターナルギヤ
およびインターナルギヤには、歯車の歯に相当する複数
の円柱状のピンが円形線上に等間隔に立設され、前記ピ
ン列に歯合する前記キャリアの歯車の歯形がトロコイド
系曲線に設けられていることを特徴とする。

【０００６】また、前記各ピンが軸線を中心に回転可能
に立設されていることで、キャリアをよりスムースに回
転できる。

【０００７】また、前記キャリアの歯車の歯形が、外サ
イクロイド曲線と内サイクロイド曲線を交互に連続する
ことによって形成されるトロコイド系曲線であること
で、歯形が滑らかな曲線に形成されているので、キャリ
アの回転がよりスムースになると共に、キャリア自体の
耐久性を向上できる。

【０００８】

【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は本発明によ
る両面研磨機のインターナルギア１８とキャリア２０と
が歯合した状態の一実施例を示す平面図であり、図２は
本発明による両面研磨機のエクスターナルギヤ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とからなる遊星歯車装置の歯車構成を示す平面図で
ある。また、図３は図１および図２にかかる歯車構成を
備えるラップ盤の全体機構を示す模式的断面図である。

【０００９】図３に示すように、キャリア２０にはワー
ク２１が保持される透孔（一個または複数）が設けられ
ている。１２は上定盤であり、１４は下定盤である。こ
の上下の定盤１２、１４は、キャリア２０の透孔内に保
持されたワーク２１を上下から挟むと共にワーク２１に
対して相対的に移動してそのワーク２１の両面を研磨す
る。

【００１０】図１に示すように、エクスターナルギヤ１
６およびインターナルギヤ１８には、歯車の歯に相当す
る複数の円柱状のピン１７が円形線上に等間隔に、且つ
各ピン１７が軸線を中心に回転可能に立設されている。
これにより、キャリア２０が自転しながら公転する動作
の抵抗を最小限に抑えて、キャリア２０をよりスムース
に回転させることができる。

【００１１】また、ピン１７の列に歯合するキャリア２
０の歯車の歯形がトロコイド系曲線に設けられている。
本実施例では、キャリア２０の歯車の歯形が、外サイク
ロイド曲線と内サイクロイド曲線を交互に連続すること
によって形成されるトロコイド系曲線である。このよう
に歯車の歯形にトロコイド曲線を用いることで、歯形は
滑らかな曲線に形成されるので、キャリア２０の回転が
よりスムースになると共に、キャリア２０自体の耐久性
を向上できる。

【００１２】また、ピン１７の円周面にキャリア２０の
トロコイド系曲線からなる滑らかな歯形の曲線が接触す
るため、接触部同士がこじったりすることなく、キャリ
ア２０からの汚染（粉塵または金属イオン化した微細粒
子等の発生による汚染）が少なくなる。また、キャリ２
０の歯形がなだらかな曲線からなる形状であり、形状的
な安全性が向上する。

【００１３】上記のトロコイド系曲線、およびサイクロ
イド曲線は、以下のように定義される曲線である。トコ
ロイドとは、円が定直線上を転がるときに、円に対して
固定した点が描く平面曲線である。図で定直線をｘ軸
に、それに垂直にｙ軸をとり、円の半径をａ、定点と円
の中心との距離をｋとすれば、θをパラメータとして ｘ＝ａθ＋ｋｓｉｎθ、ｙ＝ａ＋ｋｃｏｓθ で表される。ｋ＜ａならば曲線は特異点をもたないが、
ｋ＝ａならば尖点、ｋ＞ａならば二重点をもつ。ｋ＝ａ
の場合はサイクロイドである。サイクロイドとは、定直
線上を転がる円の円周上の定点が描く平面曲線のことを
いう。トコロイドの一種である。また、、定曲線Ａにそ
って他の曲線Ｂが転がるとき、Ｂ上の定点が描く曲線を
ルーレットという。Ｂが円でＡが直線なら、上述したサ
イクロイドである。Ａも円でＡ、Ｂが外接する場合の曲
線を外サイクロイド、内接する場合の曲線を内サイクロ
イドという。直交座標ｘ、ｙで表せば、外サイクロイド
はシータをパラメータとして、 ｘ＝（ａ＋ｂ）ｃｏｓθ＋ｂｃｏｓ（（ａ＋ｂ）θ／
ｂ）、 ｙ＝（ａ＋ｂ）ｓｉｎθ＋ｂｓｉｎ（（ａ＋ｂ）θ／
ｂ） ｄ、ｂを−ｂにかえれば内サイクロイドの式になる。

【００１４】次に図３に基づいて、本発明が適用される
一般的なラップ盤の全体機構について以下に説明してお
く。なお、本発明は、ラップ盤に適用されるだけでな
く、ポリッシング装置に好適に応用できるのは勿論であ
る。上述したように、１２は上定盤、１４は下定盤、１
６はエクスターナルギヤ、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
れた透孔内に加工物２１が担持され、エクスターナルギ
ヤ１６とインターナルギヤ１８と噛み合って回転する。

【００１５】上定盤１２は上定盤回し金に１２ａに連結
し、この上定盤回し金１２ａからシャフト１２ｂが垂下
し、このシャフト１２ｂの先端にギヤ１２ｃが設けられ
ている。そして、ギヤ１２ｃはアイドルギヤ１２ｄを介
してギヤ１２ｅに歯合している。このギヤ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。下定盤１４は、ギヤ１４ａを介してスピ
ンドル２６上に固定されたギヤ１４ｂを介して歯合して
いる。エクスターナルギヤ１６は、ギヤ１６ａを介して
スピンドル２６上に遊嵌している伝達ギヤ１６ｂに歯合
している。インターナルギヤ１８は、ギヤ１８ａを介し
てスピンドル２６上に遊嵌している伝達ギヤ１８ｂに歯
合している。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。

【００１６】この遊星歯車装置の動作は、例えば、エク
スターナルギヤ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ギヤ１６ａと伝達
ギヤ１６ｂの回転比、およびギヤ１８ａと伝達ギヤ１８
ｂの回転比がそれぞれ設定されている場合、エクスター
ナルギヤ１６とインターナルギヤ１８との間に歯合した
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（反時計方向）に公転し、且つ時計方向に自転す
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の回転方向はエ
クスターナルギヤ１６とインターナルギヤ１８の角速度
の設定によって変更できる。

【００１７】また、一つの駆動源（モータ３４）によっ
て回転するように形成されたが、これに限らず、４つの
回転系（上定盤１２、下定盤１４、エクスターナルギヤ
１６、インターナルギヤ１８）を別々に回転させるよう
にしてもよいのは勿論である。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。

【００１８】

【発明の効果】本発明の両面研磨機によれば、エクスタ
ーナルギヤおよびインターナルギヤには、複数の円柱状
のピンが円形線上に等間隔に立設され、そのピン列に歯
合するキャリアの歯車の歯形がトロコイド系曲線に設け
られているため、キャリアの運動がスムースになると共
に、キャリア自体の耐久性が向上す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機の一実施例の要部を
示す平面図である。

【図２】本発明にかかる両面研磨機の遊星歯車装置の歯
車構成の一例を説明する平面図である。

【図３】本発明にかかる両面研磨機の全体構成の一実施
例を示す断面図である。

【図４】従来技術を説明する平面図である。

【符号の説明】 １２ 上定盤 １４ 下定盤 １６ エクスターナルギア １７ ピン １８ インターナルギア ２０ キャリア ２１ ワーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エクスターナルギヤと、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
   研磨する上下の研磨定盤を備える両面研磨機において、 エクスターナルギヤおよびインターナルギヤには、歯車
   の歯に相当する複数の円柱状のピンが円形線上に等間隔
   に立設され、 前記ピン列に歯合する前記キャリアの歯車の歯形がトロ
   コイド系曲線に設けられていることを特徴とする両面研
   磨機。
2. 【請求項２】 前記各ピンが軸線を中心に回転可能に立
   設されていることを特徴とする請求項１記載の両面研磨
   機。
3. 【請求項３】 前記キャリアの歯車の歯形が、外サイク
   ロイド曲線と内サイクロイド曲線を交互に連続すること
   によって形成されるトロコイド系曲線であることを特徴
   とする請求項１または２記載の両面研磨機のキャリア駆
   動機構。