JPH0317621B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はポリツシングマシンに関し、とく
に、定盤温度を一定に保つことができるポリツシ
ングマシンに関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、ポリツシングマシンにおいては、上下
の定盤で被加工物を加圧しながら研磨するため、
摩擦熱により被加工物および定盤の温度が上昇す
る。そして、このように定盤の温度が上昇する
と、研磨速度を一定にすることができないため、
最終仕上がり寸法前に機械を停止し、残り時間を
決定し、再度研磨する必要がある。しかも、定盤
の平面度は温度によつて変化するため、定盤温度
が変化すると被加工物の精度および平面度に誤差
を生じ、とくに温度が極度に上昇すると被加工物
の表面状態が荒れることになる。そのため、被加
工物が半導体ウエハである場合には欠陥品とな
り、半導体製品として仕上げられた場合の寿命を
低下させたり、集積回路内でのリークやシヨート
等を生じる原因になりやすい。

このため、定盤の温度上昇を抑えてその温度を
一定に保つようにすることが望ましいが、例えば
特開昭54−54390号公報に示すように定盤内部の
水冷ジヤケツトに常に冷却水を流し、この冷却水
の温度をコントロールすることによつて定盤温度
をコントロールする方法は、応答性に難点があ
り、定盤の温度を迅速且つ正確にコントロールす
ることができない。即ち、この従来例は、タンク
内に還流してきた冷却水の温度から間接的に定盤
の温度上昇を検出し、この冷却水の温度を一定に
コントロールすることによつて定盤温度をコント
ロールするようにしているため、定盤の温度上昇
から冷却までの間に非常に長い時間がかかり、小
さい温度変動幅で迅速且つ精密な温度制御を行な
うことができない。したがつて、定盤の極端な温
度上昇を抑えることはできても、定盤温度を一定
に保つことは不可能であり、特に定盤の加工面の
温度は加工速度や加工圧力等の条件によつて常に
変化するため、このような方法で平面度を維持す
ることは極めて困難である。

そこで、定盤の温度を一定に保つためには、加
工中の定盤温度、特に加工面の温度を直接検出し
てそれに応じた温度制御を行うようにすることが
望ましいが、定盤の加工面に温度検出素子を取り
付けると、この温度検出素子が不織布張り付け作
業や研磨作業、ワークの交換作業の邪魔になつた
り、研磨剤や塵埃等にさらされて腐食や汚染を生
じ易く、さらに研磨剤や塵埃による影響を受けて
正確な測定を行うことができない、等の問題があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、定盤の温度測定とその測定温
度に基づく温度制御とを、簡単な構成により正確
且つ迅速に行なうことができるポリツシングマシ
ンを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明は、上下定盤
と、これらの定盤間において、インターナルギア
および太陽ギアとかみ合うキヤリアとを備え、上
記上下定盤、インターナルギアおよび太陽ギアを
回転させることにより上記キヤリアを自転および
公転させ、このキヤリアに保持させた被加工物を
上下の定盤により加圧しながらポリツシングする
ものにおいて、上下の定盤に冷却水を流通させる
ためのジヤケツトを設けると共に、上下定盤の少
なくとも一方に定盤温度を検出する温度検出素子
を設け、上定盤のジヤケツトと下定盤のジヤケツ
トを、温度検出素子で検出された定盤温度に基づ
いて開閉制御される設定温度の異なる冷却水制御
バルブを介して別々に冷却水源に接続し、上記温
度検出素子は、定盤の相対向する面とは反対側の
面より対向面に近接する深さに設けた凹所内に、
この凹所内底部接触させた状態で配設してあるこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

被加工物の加工により定盤の温度が上昇し、設
定温度に達すると、冷却水制御バルブが開いて定
盤のジヤケツトに冷却水が供給され、該定盤は冷
却される。このとき、上定盤の制御バルブと下定
盤の制御バルブは設定温度が異なつているため、
定盤温度が低い設定温度を超えるとまず一方の制
御バルブが開いて定盤に冷却水が供給され、さら
に高い設定温度を超えると別の制御バルブが開い
て他方の定盤にも冷却水が供給される。

冷却水の供給により定盤温度が設定温度より下
がると、その制御バルブが閉じて冷却水が遮断さ
れ、以下、同様の動作を繰り返すことによつて定
盤温度は設定温度を中心にしたほぼ一定の範囲内
に制御される。

この場合、定盤温度が温度検出素子により直接
検出され、その温度変化に応じて上下の定盤に冷
却水が供給または遮断されるため、応答が早く、
制御が迅速且つ正確である。

また、上記定盤の温度は、凹所の内底部に接触
するように配設された温度検出素子によりこの凹
所の内底部を介して検出されるが、この凹所の内
底部が両定盤の対向面すなわち加工面に近接して
いるので、加工面から上昇し始める定盤の温度は
この加工面に近い位置において確実かつ正確に検
出されることになる。しかも、温度検出素子が加
工面に非常に近接した位置に設けられているにも
拘らず加工面に露出していないので、それが研磨
作業やワークの交換作業、不織布張り付け作業等
の邪魔になつたり、研磨剤や塵埃等にさらされて
汚染や腐食を生じることがなく、かつ研磨剤や塵
埃の影響により測定精度の低下を来すことがな
い。

〔実施例〕

以下、図面によつてこの発明の一実施例を説明
する。

第１図はポリツシングマシンの一部を断面をも
つて示すもので、上定盤１は下定盤２と対向し、
上定盤１には水冷却用のジヤケツト３が、また下
定盤２には同様に水冷却用のジヤケツト４がそれ
ぞれ設けられ、これらのジヤケツトは制御バルブ
３７，３８（第２図参照）を介して適当な冷却水
源に接続されている。また上下定盤１，２の外側
にはインターナルギア５が設けられ、さらに上下
定盤１，２の間の中央部には太陽ギア６が設けら
れている。上下両定盤１，２間にはまた複数のキ
ヤリア７，７が挟まれ、このキヤリアには被加工
物９を収容する複数の穴１０，１０が設けられそ
の外周縁はインターナルギア５および太陽ギア６
とかみ合つている。

そして、上定盤１は回転軸１１に、下定盤２は
回転軸１２に、太陽ギア６は回転軸１３にそれぞ
れ連結され、図に示されていない駆動源たとえば
モータにより回転される。このとき上定盤１と下
定盤２とはたがいに反対方向に回転され、さらに
太陽ギア６とインターナルギア５はたとえば下定
盤２の回転方向と同一方向に回転され、したがつ
て太陽ギア６とインターナルギア５とかみ合うキ
ヤリア７は自転しながら上定盤１と反対方向に回
転するようにされている。

上定盤１はエアシリンダ等からなる加圧装置２
５に連結され、この加圧装置２５によつて上下の
定盤１，２間に所定の圧力があたえられるように
なつている。

上下定盤１，２の対向面には不織布１４，１４
が設けられている。また、上定盤１の一部には、
下定盤２と対向する面の反対面側より下定盤２と
の対向面に近接しかつ上定盤半径方向の中央部に
凹所１５が設けられ、この凹所１５内には熱電対
により構成された温度検出素子１６が収容され、
凹所１５の内底部すなわち上定盤１の、下定盤２
との対向面に近接する位置に接触している。な
お、この温度検出素子１６は必要に応じて下定盤
に取り付けてもよい。

さらに、上定盤１には温度検出素子１６の上部
に位置して変換器群１７が固定されている。一方
上定盤１と回転軸１１との間に設けられた上定盤
吊り１８には支柱１９を設け、この支柱１９には
リード線２０を介して変換器群１７に接続されて
いるブラシ２１，２１が設けられ、このブラシは
回転軸１１に固定したスリツプリング２２，２２
と電気的に摺接する。

第２図はこの発明の一実施例におけるブロツク
図を示すもので、温度検出素子１６の出力端は増
幅器３０の入力端に、この増幅器の出力端はアナ
ログーデジタル変換器３１の入力端にこの変換器
の出力端は並列−直列変換器３２の入力端に、こ
の変換器の出力端はブラシ２１およびスリツプリ
ング２２を介して直列−並列変換器３３の入力端
に、この変換器の出力端は表示器３４および比較
器３５に、この比較器の出力端はスイツチング回
路３６の入力端に、このスイツチング回路の出力
端は上定盤１のジヤケツト３に接続されたバルブ
３７、下定盤２のジヤケツト４に接続されたバル
ブ３８、加圧装置２５に接続されたバルブ３９お
よびタイマー４０にそれぞれ接続される。電源４
１は上記各ブロツクに給電するもので必要に応じ
て定電圧回路をもそなえている。

次に、上記構成における動作を冷却水の供給と
加工圧力の調整とによつて定盤温度を制御する場
合について、第３図および第４図を参照して説明
する。

今、比較器３５により第３図に示すように２つ
の温度すなわち設定温度と設定温度が設定さ
れ、かつ設定温度は設定温度よりも低く設定
され、設定温度でバルブ３８が切り替わり、設
定温度でバルブ３７が切り替わるようになつて
いる。

この状態で被加工物９を所定の回転数をもつて
回転させるとともに、加圧装置２５により定盤
１，２に所定の圧力を与える（第４図時点t₀参
照）。同時に不織布１４，１４には研磨材が供給
され、これによつて被加工物は研磨される。

このとき、研磨熱によつて不織布上の温度が第
３図の時間t₀，t₁に示すように上昇するが、その
温度は凹所１５によつて形成された上定盤１の薄
肉部２３を通して温度検出素子１６によつて検出
され、その信号はアナログ量として出力されると
ともに増幅器３０によつて増幅される。この増幅
されたアナログ信号はアナログーデイジタル変換
器３１によつてデイジタル信号に変換され、この
実施例においては８桁の２進信号に変換される。
たとえば10℃に相当するアナログ信号がアナログ
ーデイジタル変換器３１に入力されるとこの変換
器からは２進数で00001010が一括して並列に出力
される。この信号は並列−直列変換器３２によつ
て順次１つづつブラシ２１とスリツプリング２２
を介して直列−並列変換器３３に転送され、この
変換器によつてその信号はふたたび元の並列の状
態に変換される。そしてこの出力信号は表示器３
４によつて表示される。一方その信号は比較器３
５に入力され、この比較器においてあらかじめ設
定された値と比較され、比較器３５の入力信号の
値がその設定値に比し大きいばあいにはスイツチ
ング回路３６の接点が付勢される。そして検出温
度が第３図の時点t₁（Ａ点）において設定温度₁に
達すると比較器３５から第１の信号が出力され、
スイツチング回路３６の第１の接点を付勢し、こ
れによつて下定盤２のジヤケツト４に連通するバ
ルブ３８が開かれ、ジヤケツト４内に冷却水が流
入し、下定盤２が冷却される。そして第３図の時
点t₂（Ｂ点）において検出温度を超えると、比
較器３５から第２の信号が出力され、スイツチン
グ回路３６の第２の接点を付勢し、これによつて
上定盤１のジヤケツト３に連通する、バルブ３７
が開かれ、ジヤケツト３内に冷却水が流入し、上
定盤１が冷却される。このとき第３図の時点t₂に
おいて定盤に対する加圧が解かれる。この状態で
やがて検出温度が第３図の時点t₃（Ｃ点）におい
て設定温度に降下すると、再び定盤は加圧さ
れ、同時に比較器３５の出力によつてスイツチン
グ回路の第２の接点が開かれ、これによつて上定
盤１のジヤケツト３への冷却水回路を制御するバ
ルブ３７が閉じられ、これによつてジヤケツト３
への冷却水の供給が断たれる。

以下同様の動作を繰り返し、被加工物の温度は
設定温度を中心にほぼ一定の範囲内に制御され
る。また、何らかの原因で検出温度が第３図の時
点t₁₀（Ｊ点）−時点₁₆（Ｋ点）すなわち時間T₁₀に示
すように、異常に上昇したときにタイマー４０に
設定された時間T₁₀を経過しても温度が下降しな
いと図に示していない機械制御装置により時点
t₁₀において装置全体の動作が停止されこれによ
つて温度上昇による被加工物９の品質劣化を防止
する。

なお、第３図および第４図においては、オン、
オフ制御によつて温度を制御するようにしたもの
について説明したが、これはたとえば、比例制御
により行うことも可能であることは言うまでもな
い。

〔発明の効果〕

この発明は、上述したように、加工中の定盤の
温度を温度検出素子により直接検出し、その温度
に応じて定盤に冷却水を供給または遮断するよう
にしたので、応答が非常に早く、温度制御を迅速
且つ正確に行うことができる。

また、上下の定盤に接続した冷却水制御バルブ
の設定温度に差を持たせ、両定盤に異なるタイミ
ング（定盤温度）で冷却水を供給または遮断する
ようにしたので、小さい温度変動幅で高精度の温
度制御を行うことができる。即ち、加工中一方の
定盤に冷却水が供給されている状態で他方の定盤
に対して冷却水が通断されるように温度設定する
ことにより、一方の定盤に供給されている冷却水
で極端な温度上昇を防ぎながら他方の定盤に対し
て通断される冷却水で定盤温度を高い方の設定温
度を中心にした一定の範囲内で制御することがで
きる。しかも両定盤に冷却水を同時に通断する場
合には、冷却水を遮断すると定盤温度がすぐに上
昇し、冷却水を供給するとすぐに低下するという
ように定盤温度の変動が激しいばかりでなく、そ
の変動幅も大きく、冷却水を頻繁に通断して温度
制御しなければならないが、本発明ではこのよう
な問題をなくすことができる。

また、定盤に温度検出素子を取り付けるに当た
り、上下定盤の少なくとも一方の対向面にその対
向面とは反対側の面より対向面に近接する深さの
凹所を設け、この凹所内に温度検出素子を収容し
てこの温度検出素子を凹所の内底部に接触させた
ので、温度検出素子を加工面に近接して配設する
ことができ、これにより、加工面から上昇し始め
る定盤の温度をこの加工面に近い位置において確
実かつ正確に検出することができる。しかも、温
度検出素子を加工面に非常に近接した位置にあり
ながら加工面から露出しないように配設すること
ができるので、この温度検出素子が研磨作業やワ
ークの交換作業、不織布張り付け作業等の邪魔に
なつたり、研磨剤や塵埃等にさらされて汚染や腐
食を生じるのを防止することができるばかりでな
く、研磨剤や塵埃等の影響による測定精度の低下
をも防止することができ、これにより、温度の測
定精度を維持しながら温度検出素子の耐久性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるポリツシン
グマシンの一部を断面をもつて示す正面図、第２
図はブロツク線図、第３図は不織布上の温度と時
間との関係を示すグラフ、第４図は定盤圧力と時
間との関係を示すグラフである。 １……上定盤、２……下定盤、３，４……ジヤ
ケツト、５……インターナルギア、６……太陽ギ
ア、７……キヤリア、９……被加工物、１０……
穴、１１，１２，１３……回転軸、１４……不織
布、１５……凹所、１６……温度検出素子、１７
……変換器群、１８……上定盤吊り、１９……支
柱、２０……リード線、２１……ブラシ、２２…
…スリツプリング、２３……薄肉部、３０……増
幅部、３１……アナログーデイジタル変換器、３
２……並列−直列変換器、３３……直列−並列変
換器、３４……表示器、３５……比較器、３６…
…スイツチング回路、３７，３８，３９……バル
ブ、４０……タイマー、４１……電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上下定盤と、これらの定盤間において、イン
   ターナルギア及び太陽ギアとかみ合うキヤリアと
   を備え、上記上下定盤、インターナルギアおよび
   太陽ギアを回転させることにより上記キヤリアを
   自転および公転させ、このキヤリアに保持させた
   被加工物を上下の定盤により加圧しながらポリツ
   シングするものにおいて、上下の定盤に冷却水を
   流通させるためのジヤケツトを設けると共に、上
   下定盤の少なくとも一方に定盤温度を検出する温
   度検出素子を設け、上定盤のジヤケツトと下定盤
   のジヤケツトを温度検出素子で検出された定盤温
   度に基づいて開閉制御される設定温度の異なる冷
   却水制御バルブを介して別々に冷却水源に接続
   し、上記温度検出素子は、定盤の相対向する面と
   は反対側の面より対向面に近接する深さに設けた
   凹所内に、この凹所内底部に接触させた状態で配
   設してあることを特徴とするポリツシングマシ
   ン。 ２ 温度検出素子で検出された定盤温度に基づい
   て定盤の加圧力が制御可能であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のポリツシングマシ
   ン。