JP4235313B2 - 両面研摩装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコンウエーハの両面ポリシッング等に用いられる両面研摩装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの素材であるシリコンウエーハは、シリコン単結晶から切り出された後にラッピングを受け、その後さらにポリシッングを受けることにより、鏡面状態に仕上げられる。この鏡面仕上げは、これまではデバイス形成面のみに実施されていたが、８インチを超える例えば１２インチの如き大径ウエーハにおいては、デバイスが形成されない裏面も鏡面に匹敵する仕上げが要求されるようになり、これに伴ってポリシッングも両面に必要となった。
【０００３】
シリコンウエーハの両面ポリッシングには、通常、遊星歯車方式の両面研摩装置が使用される。この両面研摩装置の概略構造を図１２及び図１３により説明する。なお、図１３は図１２のＡ−Ａ線矢示図である。
【０００４】
遊星歯車方式の両面研摩装置は、上下一対の回転定盤１，２と、回転定盤１，２間の回転中心回りに遊星歯車として配置された複数のキャリア３，３・・と、回転定盤１，２間の回転中心部に配置された太陽ギヤ４と、回転定盤１，２間の外周部に配置された環状のインターナルギヤ５とを備えている。
【０００５】
上側の回転定盤１は昇降可能であり、その回転方向は下側の回転定盤２の回転方向と反対である。回転定盤１，２の各対向面には研摩布（図示せず）が装着されている。各キャリア３は、偏心した円形の収容孔を有し、この収容孔内に、シリコンウエーハからなる円形のワーク６を保持する。太陽ギヤ４及びインターナルギヤ５は、複数のキャリア３に内側及び外側から噛み合い、通常は下側の回転定盤２と同方向に回転駆動される。
【０００６】
ポリシッング作業では、上側の回転定盤１を上昇させた状態で、下側の回転定盤２の上に複数のキャリア３，３・・をセットした後、各キャリア３内にワーク６を搬送し、回転定盤２上に供給する。ワーク６，６・・の供給が終わると、上側の回転定盤１を降下させ、回転定盤１，２間、より具体的には上下の研摩布間にワーク６，６・・を挟む。この状態で、回転定盤１，２間に砥液を供給しつつ回転定盤１，２、太陽ギヤ４及びインターナルギヤ５を回転駆動する。
【０００７】
この回転駆動により、複数のキャリア３，３・・は、逆方向に回転する回転定盤１，２の間で自転しつつ太陽ギヤ４の回りを公転する。これにより、複数のワーク６，６・・が同時に両面研摩される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシリコンウエーハの両面ポリッシング作業でも、その作業の自動化は重要な技術課題である。この自動化のためには、例えば、下側の回転定盤２上に複数のワーク６，６・・を自動的に供給することが必要となる。この自動供給については、従来は下側の回転定盤２を固定しておき、その上にセットされた複数のキャリア３，３・・内にワーク６，６・・を吸着式の移載ロボットにより同時に或いは順番に搬送することが考えられている。
【０００９】
しかしながら、ワーク６が１２インチのシリコンウエーハの場合、ワーク６の大型化に伴って回転定盤１，２及び周囲のインターナルギヤ５等が大型化し、これによる公差の増大の結果として、下側の回転定盤２上に載置されたキャリア３，３・・の位置が不正確になる。その一方では、キャリア３の内径とワーク６の外径との間の公差がより厳しく制限される。これらのため、回転定盤２上のキャリア３，３・・内にワーク６，６・・を機械的に搬送する方法では、キャリア３内にワーク６が完全に嵌合しない危険性があり、このため、作業員による監視及び手直しが必要となり、このことが完全な自動化を阻害する大きな要因になっていることが判明した。
【００１０】
本発明の目的は、１２インチのシリコンウエーハの如き大径ワークの場合も、下側の回転定盤上への完全自動供給を可能とする両面研摩装置を提供することにある。
【００１１】
（削除）
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の両面研摩装置は、研摩すべきワークを保持する複数のキャリアを、上下の回転定盤間で少なくとも自転させることにより、複数のキャリアに保持された複数のワークを同時に両面研摩する研摩装置本体と、研摩装置本体の外側でワークをキャリアに合体させる合体機構と、研摩装置本体の外側でキャリアと合体されたワークを合体状態のまま下定盤上に供給する供給機構とを具備し、前記合体機構は、複数枚のキャリアを所定間隔で上下方向に重ねて支持するキャリア収納部と、キャリア収納部からキャリア位置合わせ部へキャリアを１枚ずつ搬送するキャリア搬送部と、キャリア位置合わせ部で位置合わせされたキャリアにワークを合体状態に組み合わせるべくワークをキャリア位置合わせ部に搬送するワーク第１搬送部とを有し、前記供給機構は、旋回・昇降アームの先端部に吸着ヘッドを有しその吸着ヘッドによりキャリア及びこれに合体したワークを吸着して前記合体機構から下定盤上へ搬送する旋回・昇降式のワーク第２搬送部を有し、前記キャリア搬送部は、キャリア収納部の下降によりキャリア収納部からキャリアを一端部上に移載され、他端部がキャリアとワークの合体部を兼ねるキャリア位置合わせ部とされたテーブルと、テーブル上に一端部で移載されたキャリアをキャリア位置合わせ部へ搬送する搬送機構とを有し、前記キャリア位置合わせ部は、位置決めピンを上面に有する昇降板と、昇降板の上方に設けられて昇降板と共に昇降駆動されるワーク受け台とを有し、昇降板が上昇した状態で位置決めピンは前記テーブルを貫通してテーブル上に突出してテーブル上のキャリアを位置決めすると共に、ワーク受け台はキャリアのワーク収容孔を通ってキャリア上に位置した状態でワークを載置され、この状態から昇降板が初期位置へ下降することにより、ワーク受け台上のワークが、テーブル上で位置決めされたキャリアのワーク収容孔に挿入されて両者を合体状態に組み合わせるものである。
【００１３】
従来は、複数のキャリアを下定盤上に予め載せておくことによるキャリアの位置精度低下が問題であった。本発明の両面研摩装置では、下定盤上へワークを供給する際に下定盤上へキャリアを予め載せることをせず、そのワークの供給前、即ち研摩装置本体の外側でウエーハとキャリアの合体操作を行うと共に、その合体操作において、複数枚のキャリアを所定間隔で上下方向に重ねて支持するキャリア収納部からキャリアをキャリア搬送部にて１枚ずつキャリア位置合わせ部に搬送すると共に、キャリア位置合わせ部に搬送に搬送されて位置合わせされたキャリアにワークを第１ワーク搬送部にて順次合体させる。合体操作の後は、キャリアと合体されたワークを第２ワーク搬送部にて合体機構から下定盤上へ順次搬送する。これにより、１２インチのシリコンウエーハの場合も、その合体操作が確実に行われ、作業員による監視及び手直しが不要となることにより、下定盤上へのワークの完全自動供給が可能となる。
【００１４】
本発明の両面研摩装置では、研摩後のワークはキャリアと別に下定盤上から排出してもよいし、キャリアと合体状態のまま下定盤上から排出してもよいが、後者の方が装置構造簡略化の点から好ましい。即ち、研摩後のワークをキャリアと合体状態のまま下定盤上から排出することにより、ワーク及びキャリアを下定盤上に供給する供給機構が、そのワーク及びキャリアの排出機構に利用可能となる。すなわち、供給機構におけるワーク第２搬送部は、下定盤上で研摩を終えたワークをキャリアと合体状態のまま前記合体機構へ排出する排出機構を兼ねることができる。また、合体機構におけるワーク第１搬送部は、キャリアと合体状態で合体機構へ排出されたワークをキャリアから分離する分離機構を兼ねることができ、合体機構におけるキャリア搬送部は、ワーク第１搬送部にてワークと分離されたキャリアを前記キャリア収納部へ返送する返送機構を兼ねることができる。
【００１５】
合体機構については更に、簡単な装置構成で確実な合体操作を可能にする点から、前記キャリア搬送部は、キャリア収納部の下降によりキャリア収納部からキャリアを一端部上に移載され、他端部がキャリアとワークの合体部を兼ねるキャリア位置合わせ部とされたテーブルと、テーブル上に一端部で移載されたキャリアをキャリア位置合わせ部へ搬送する搬送機構とを有するものとされ、ここにおけるキャリア位置合わせ部は、位置決めピンを上面に有する昇降板と、昇降板の上方に設けられて昇降板と共に昇降駆動されるワーク受け台とを有し、昇降板が上昇した状態で位置決めピンは前記テーブルを貫通してテーブル上に突出してテーブル上のキャリアを位置決めると共に、ワーク受け台はキャリアのワーク収容孔を通ってキャリア上に位置してワークを載置され、この状態から昇降板が初期位置へ下降することにより、ワーク受け台上のワークがキャリアのワーク収容孔に挿入されて両者を合体状態に組み合わせるものとされる。
【００１６】
下定盤上へのワーク供給については、従来は下定盤を固定しておいて、その定盤上の複数位置へワークを搬送していたが、この供給形態ではワーク搬送機構が複雑になり、搬送精度も低下するので、下定盤を所定角度ずつ回転させる割り出し操作を行うことにより、ワークを定位置へ順番に搬送することが好ましい。
【００１７】
この場合、既に下定盤上に載置されているキャリアの下定盤に対する相対運動が生じないように、下定盤の割り出し操作を行うことが望まれる。既に下定盤上に載置されているキャリアは下定盤上で浮いた状態にあって非常に動きやすく、これが動いた場合はワーク位置が狂うと共にその下面が不用意に研磨される。割り出し操作時にキャリアの相対移動を阻止することにより、この問題が解決される。
【００１８】
研磨装置本体が後述する複数のキャリアを定位置で自転させる形式の場合は、複数のキャリアに外側から噛み合う一体形式のインターナルギヤが存在しないので、キャリアの相対移動を伴わない割り出し操作が容易である。
【００１９】
割り出し操作との組み合わせによる定位置へのワーク供給は、ワークをキャリアと合体させて研磨装置本体に供給する場合だけでなく、研磨装置本体に予めセットされている複数のキャリアにワークを組み合わせる場合にも適用可能であり、その適用により同様の効果を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係る両面研摩設備の平面図、図２は同両面研摩設備に使用されている両面研摩装置の平面図、図３は下側の回転定盤の平面図、図４は下側の回転定盤の縦断面図、図５は上側の回転定盤の縦断面図、図６は合体機構の平面図、図７は合体機構の側面図、図８は合体機構内のキャリア搬送機構の側面図、図９は供給機構の平面図及び側面図、図１０はブラシ収納部の平面図及び側面図、図１１はドレッサ収納部の平面図及び側面図である。
【００２１】
図１に示された両面研摩設備は、シリコンウエーハの自動両面ポリッシングに使用される。この両面研摩設備は、横方向に並列された複数の両面研摩装置１００，１００・・と、その側方に配置されたローダ・アンローダ装置２００と、これらを繋ぐバスケット搬送装置３００とを備えている。
【００２２】
ローダ・アンローダ装置２００は、吸着式のワーク搬送ロボット２１０を備えている。ワーク搬送ロボット２１０は、シリコンウエーハからなるポリッシング前のワーク４００を搬入バスケット２２０内から取り出して、バスケット搬送装置３００内の搬送バスケット３１０内に移載する。また、ポリッシング後のワーク４００を搬送バスケット３１０内から取り出して、搬出バスケット２３０内に移載する。
【００２３】
搬送バスケット３１０は、複数枚のワーク４００，４００・・を所定の間隔で上下方向に重ねて収容する。
【００２４】
バスケット搬送装置３００は、複数の両面研摩装置１００，１００・・に対応する複数の昇降機構３２０，３２０・・を備えており、ポリッシング前のワーク４００が収容された搬送バスケット３１０を、ローダ・アンローダ装置２００から複数の昇降機構３２０，３２０・・に選択的に搬送する。また、ポリッシング後のワーク４００が収容された搬送バスケット３１０を昇降機構３２０，３２０・・からローダ・アンローダ装置２００に搬送する。
【００２５】
昇降機構３２０は、搬送バスケット３１０内に収容された複数枚のワーク４００，４００・・を、対応する両面研摩装置１００に授受するために、搬送バスケット３１０をワーク４００，４００・・の収容整列ピッチに対応するピッチで昇降させる。
【００２６】
両面研摩装置１００は、図２に示すように、共通のベースフレーム上に研摩装置本体１１０、第１ワーク搬送部１２０、ワーク位置合わせ部１３０、キャリア収納部１４０、キャリア搬送部１５０、キャリア位置合わせ部１６０、第２ワーク搬送部１７０、ブラシ収納部１８０及びドレッサ収納部１９０を搭載した構造になっている。
【００２７】
研摩装置本体１１０は、下側の回転定盤１１１と、その上に同心状に組み合わされた上側の回転定盤１１２（図５参照）と、下側の回転定盤１１１の中心部上に設けられたセンタギヤ１１３と、下側の回転定盤１１１の周囲に設けられた複数の自転手段１１４，１１４・・とを備えている。
【００２８】
下側の回転定盤１１１は、センタギヤ１１３の周囲に複数のキャリア５００，５００・・を支持する。キャリア５００は円形の外歯車であり、その中心に対して偏心した位置に円形の収容孔５１０を有し、この収容孔５１０内にワーク４００であるシリコンウエーハを収容する。
【００２９】
この回転定盤１１１は、図３及び図４に示すように、中心部に開口部を有する円盤であり、中心部に空洞を有する回転支持部材１１１ａの円盤部上に取付けられている。回転支持部材１１１ａは、図示されない駆動機構により所定の方向に回転駆動され、これにより、回転定盤１１１を所定の方向に回転させると共に、原点位置に停止させる。原点位置とは、ポリッシングの前後、特にポリッシング後における回転定盤１１１の基準停止位置である。
【００３０】
回転定盤１１１には、回転定盤１１１を厚み方向に貫通する複数のノズル１１１ｂ，１１１ｂ・・が設けられている。複数のノズル１１１ｂ，１１１ｂ・・は、回転定盤１１１が原点位置に停止したときにキャリア５００内のワーク４００に対応するように設けられている。これらのノズル１１１ｂ，１１１ｂ・・は、回転定盤１１１と回転支持部材１１１ａの円盤部間に設けられた導管１１１ｃ，１１１ｃ・・、回転支持部材１１１ａの軸部に設けられた縦孔１１１ｄ，１１１ｄ・・及び該軸部に取付けられたロータリジョイント１１１ｅなどを介して、図示されない吸引装置に接続されている。
【００３１】
上側の回転定盤１１２は、図５に示すように、環状の盤体であり、回転支持部材１１２ａの円盤部下面に取付けられている。回転支持部材１１２ａは、図示されない駆動機構により昇降駆動されると共に回転駆動される。これにより、回転定盤１１２は下側の回転定盤１１１上で昇降すると共に、回転定盤１１１と逆方向に回転し、且つ原点位置に停止する。
【００３２】
回転定盤１１２には、回転定盤１１１と同様、回転定盤１１２を厚み方向に貫通する複数のノズル１１２ｂ，１１２ｂ・・が設けられている。複数のノズル１１２ｂ，１１２ｂ・・は、前記ノズル１１１ｂ，１１１ｂ・・と同様、回転定盤１１２が原点位置に停止したときにキャリア５００内のワーク４００に対応するように設けられている。これらのノズル１１２ｂ，１１２ｂ・・は、導管１１２ｃ，１１２ｃ・・、回転支持部材１１２ａの円盤部に設けられた横孔及び縦孔等を介して、図示されない流体供給装置に接続されている。
【００３３】
研摩装置本体１１０のセンタギヤ１１３は、回転定盤１１１の中心部上面に設けられた円形の凹部１１１ｆにより位置決めされ、回転定盤１１１上に配置された複数のキャリア５００，５００・・に噛み合う。センタギヤ１１３の駆動軸は、回転定盤１１１の中心部に設けられた開口部１１１ｇ、回転支持部材１１１ａの中心部に設けられた空洞１１１ｈを貫通して、回転支持部材１１１ａの下方に突出し、図示されない駆動装置と連結されている。これにより、センタギヤ１１３は下側の回転定盤１１１に対して独立に回転駆動される。
【００３４】
複数の自転手段１１４，１１４・・は、回転定盤１１１上に配置された複数のキャリア５００，５００・・の外側にあり、各自転手段１１４は、対応するキャリア５００に噛み合う垂直な２つの歯車１１４ａ，１１４ａを有している。歯車１１４ａ，１１４ａは、図示されない駆動装置により同期して同方向に回転駆動され、これにより、対応するキャリア５００をセンタギヤ１１３と共同して定位置で自転させる。歯車１１４ａ，１１４ａは又、キャリア５００に噛み合う動作位置と、その下方の退避位置との間を昇降することにより、ポリッシング前後にキャリア５００を解放する。
【００３５】
以上が研摩装置本体１１０の構造である。以下に、第１ワーク搬送部１２０、ワーク位置合わせ部１３０、キャリア収納部１４０、キャリア搬送部１５０、キャリア位置合わせ部１６０、第２ワーク搬送部１７０、ブラシ収納部１８０及びドレッサ収納部１９０の各構造を順番に説明する。
【００３６】
なお、研摩装置本体１１０の外側でワーク４００をキャリア５００に合体させる合体機構は、第１ワーク搬送部１２０、ワーク位置合わせ部１３０、キャリア搬送部１５０及びキャリア位置合わせ部１６０により構成されており、第１ワーク搬送部１２０は、ワーク４００を両面研摩装置１００に搬入する搬入機構を兼ねている。また、研摩装置本体１１０の外側で合体されたワーク４００及びキャリア５００を研摩装置本体１１０の下側の回転定盤１１１上に供給する供給機構は、第２ワーク搬送部１７０により構成されており、この第２ワーク搬送部１７０は、下側の回転定盤１１１上で研摩を終えたワーク４００をキャリア５００と合体状態のまま研摩装置本体１１０の外側に排出する排出機構を兼ねている。
【００３７】
第１ワーク搬送部１２０は、バスケット搬送装置３００の昇降機構３２０に停止した搬送バスケット３１０からワーク４００を両面研摩装置１００に搬入するワーク搬入機構と、ワーク位置合わせ部１３０からキャリア位置合わせ部１６０へのワーク４００の搬送を行うワーク搬送機構とを兼ねている。この第１ワーク搬送部１２０は、図６及び図７に示すように、先端部下面にてワーク４００を上方から水平に吸着する吸着アーム１２１と、吸着アーム１２１を水平方向及び垂直方向に駆動する多関節ロボットからなる駆動機構１２２とを備えている。
【００３８】
ワーク位置合わせ部１３０は、図６及び図７に示すように、ワーク４００を両側からクランプする一対の把持部材１３１，１３１と、把持部材１３１，１３１を接離駆動する駆動機構１３２とを備えている。把持部材１３１，１３１の各対向面は、ワーク４００の外周面に対応した円弧面になっている。
【００３９】
第１ワーク搬送部１２０は、バスケット搬送装置３００の昇降機構３２０に停止した搬送バスケット３１０からワーク４００をワーク位置合わせ部１３０の図示されない台上に載置する。台上に載置されたワーク４００は、両側に離反した把持部材１３１，１３１間に位置する。この状態で、把持部材１３１，１３１は内側へ接近し、ワーク４００を両側からクランプすることにより、ワーク４００を定位置に移動させる。これにより、ワーク４００は位置決めされる。
【００４０】
位置決めされたワーク４００は、再び第１ワーク搬送部１２０により吸着され、後述するキャリア位置合わせ部１６０に搬送される。
【００４１】
キャリア収納部１４０は、図６及び図７に示すように、複数枚のキャリア５００，５００・・を所定の間隔で上下方向に重ねて支持する複数段の支持板１４１，１４１・・を備えている。支持板１４１，１４１・・を支持する支持軸１４２は、垂直に固定されたガイドスリーブ１４３により軸方向に移動自在に支持され、ガイドスリーブ１４３に取付けられたボールネジ式の駆動機構１４４により軸方向に駆動される。これにより、支持板１４１，１４１・・は上限位置から所定ピッチで間欠的に下降し、キャリア５００，５００・・を後述するキャリア搬送部１５０の支持台１５１上に順番に載置する。この載置のために、各支持板１４１はキャリア５００をその一部が両側へ張り出した状態で支持する。
【００４２】
キャリア搬送部１５０は、キャリア収納部１４０からキャリア位置合わせ部１６０へキャリア５００を搬送する。このキャリア搬送部１５０は、図６に示すように、キャリア５００を水平に支持する支持台１５１と、支持台１５１の両側に設けられた一対の搬送機構１５２，１５２とを備えている。
【００４３】
支持台１５１は、キャリア収納部１４０の支持板１４１，１４１・・が通過する切り込み１５１ａを、キャリア収納部１４０側の端部に有している。支持第１５１のキャリア位置合わせ部１６０側の端部には、後述するキャリア位置合わせ部１６０の受け台１６２が通過する円形の大径開口部１５１ｂと、複数の位置決めピン１６３，１６３・が挿入される複数の小径開口部１５１ｃ，１５１ｃ・が設けられている。
【００４４】
各側の搬送機構１５２は、図８に示すように、支持台１５１の側面に取付けられた水平なガイドレール１５２ａと、ガイドレール１５２ａに移動自在に支持されたスライダ１５２ｂと、スライダ１５２ｂを駆動する駆動機構１５２ｃとを備えている。駆動機構１５２ｃは、モータでベルトを駆動することにより、ベルトに連結されたスライダ１５２ｂをガイドレール１５２ａに沿って直進駆動する。スライダ１５２ｂは、上方に突出するピン状の係合部１５２ｄを有している。係合部１５２ｄは、支持台１５１上に載置されたキャリア５００の外周歯の側部に係合する。
【００４５】
即ち、両側の搬送機構１５２，１５２のスライダ１５２ｂ，１５２ｂが支持台１５１の一端部両側に位置する状態で、キャリア収納部１４０から支持台１５１の一端部上にキャリア５００が載置されることにより、キャリア５００の外周歯の両側部には両側のスライダ１５２ｂ，１５２ｂの係合部１５２ｄ，１５２ｂが係合する。この状態で、スライダ１５２ｂ，１５２ｂが支持台１５１の他端部両側へ同期して移動することにより、キャリア５００は支持台１５１の他端部上まで搬送され、キャリア位置合わせ部１６０に送られる。
【００４６】
キャリア位置合わせ部１６０は、支持台１５１の他端部と組み合わされているこのキャリア位置合わせ部１６０は、図６及び図７に示すように、キャリア５００を位置決めするための昇降板１６１と、ワーク４００を載置する円形の受け台１６２とを備えている。昇降板１６１は、上方に突出した複数の位置決めピン１６３，１６３・を有している。受け台１６２は、昇降板１６１の上方に位置し、下方の駆動機構１６４により、昇降板１６１と共に昇降駆動される。
【００４７】
即ち、キャリア位置合わせ部１６０は、上段の受け台１６２の上面が、キャリア搬送部１５０の支持台１５１の上面とほぼ面一となる状態を初期位置とする。従って、この初期位置では、複数の位置決めピン１６３，１６３・は、支持板１５１の下方に位置する。この状態で、キャリア５００が支持台１５１の他端部上に搬送されると、キャリア５００の収容孔５１０は、支持台１５１の大径開口部１５１ｂと合致する。その搬送が終わると、昇降板１６１及び受け台１６２が上昇する。この上昇により、複数の位置決めピン１６３，１６３・は、支持台１５１の他端部に設けられた小径開口部１５１ｃ，１５１ｃ・を通って、他端部上のキャリア５００に設けられた複数の位置決めのための小径孔５２０，５２０・に下方から挿入される。これにより、キャリア５００は、支持台１５１の他端部上で位置決めされる。
【００４８】
このとき、受け台１６２は、支持台１５１の大径開口部１５１ｂ及びキャリア５００の収容孔５１０を通って、キャリア５００の上方まで上昇する。上昇した受け台１６２の上には、ワーク位置合わせ部１３０で位置合わせされたワーク４００が、第１ワーク搬送部１２０により吸着搬送され、載置される。この載置が終わると、昇降板１６１及び受け台１６２は初期位置まで下降する。これにより、支持台１５１の他端部上で位置決めされたキャリア５００の収容孔５１０に受け台１６２上のワーク４００が挿入され、ワーク４００がキャリア５００と分離自在な合体状態に組み合わされる。
【００４９】
両面研摩装置１００の第２ワーク搬送部１７０は、この合体したワーク４００及びキャリア５００を研摩装置本体１１０へ搬送する。この第２ワーク搬送部１７０は、図９に示すように、水平なアーム１７１の先端部に取付けられた吸着ヘッド１７２と、アーム１７１をその基部を中心として水平面内で回転させると共に垂直方向に昇降駆動する駆動機構１７３とを備えている。
【００５０】
吸着ヘッド１７２は、その下方に合体したワーク４００及びキャリア５００を水平に保持するために、下面に複数の吸着パッド１７４，１７４・・を装備しており、この吸着と、アーム１７１の回転及び昇降に伴う吸着ヘッド１７２の旋回及び昇降との組み合わせにより、キャリア位置合わせ部１６０で合体したワーク４００及びキャリア５００が研摩装置本体１１０の下側の回転定盤１１１上へ搬送される。吸着ヘッド１７２には、後述するドレッサ収納部１９０の複数の支持ピン１９３、１９３・との干渉を回避するために、複数の逃げ孔１７２ａ，１７２ａ・が設けられている。
【００５１】
ブラシ収納部１８０は、図１０に示すように、複数枚のブラシ６００，６００・・を厚み方向に重ねて支持する支持台１８１と、支持台１８１上のブラシ６００，６００・・を保持する複数の保持部材１８２，１８２とを備えている。支持台１８１を支持する支持軸１８３は、垂直に固定されたガイドスリーブ１８４により軸方向に移動自在に支持され、ガイドスリーブ１８４に取付けられたボールネジ式の駆動機構１８５より軸方向に駆動される。
【００５２】
各ブラシ６００は、キャリア５００に対応する形状の外歯車であり、回転定盤１１１，１１２の対向面に装着される研摩布の清掃に使用される。この清掃のために、ブラシ６００の上下面には複数のブラシ部６１０，６１０・・が設けられている。ブラシ部６１０，６１０・・を分散配置したのは、その吸着搬送を可能にするためである。上面側のブラシ部６１０，６１０・・と下面側のブラシ部は、ブラシ６００，６００・・を積み重ねたときに相互干渉しないように、周方向に変位している。保持部材１８２，１８２は、支持台１８１上のブラシ６００，６００・・の外周歯部に係合することにより、ブラシ６００，６００・・を保持する。
【００５３】
ドレッサ収納部１９０は、図１１に示すように、複数枚のドレッサ７００，７００・・を厚み方向に積層して支持する支持台１９１と、支持台１９１上のドレッサ７００，７００・・を保持する複数の保持部材１９２，１９２とを備えている。支持台１９１は、ドレッサ７００，７００・・を厚み方向に隙間をあけて支持するために、外径が上から下へ段階的に増大する複数の支持ピン１９３，１９３・によりドレッサ７００，７００・・を支持する。支持台１９１を支持する支持軸１９４は、垂直に固定されたガイドスリーブ１９５により軸方向に移動自在に支持され、ガイドスリーブ１９５に取付けられたボールネジ式の駆動機構１９６より軸方向に駆動される。
【００５４】
各ドレッサ７００は、キャリア５００に対応する形状の外歯車である。ドレッサ７００の外周部上下面には、回転定盤１１１，１１２の対向面に装着される研摩布の面慣らしを行うために、多数のダイヤモンドペレット等からなる研削部７１０，７１０・・が取付けられている。研削部７１０，７１０・・をドレッサ７００の外周部に限定的に設けため、このドレッサ７００も吸着搬送が可能になる。
【００５５】
キャリア位置合わせ部１６０で合体したワーク４００及びキャリア５００を研摩装置本体１１０に吸着搬送する第２ワーク搬送部１７０は、ブラシ６００及びドレッサ７００を研摩装置本体１１０に吸着搬送する搬送部を兼ねている。このため、ブラシ収納部１８０及びドレッサ収納部１９０は、第２ワーク搬送部１７０の吸着ヘッド１７２の旋回円弧の真下に配置されている。
【００５６】
次に、上記両面研摩設備を用いたシリコンウエーハの自動両面ポリッシング操作について説明する。
【００５７】
両面研摩装置１００は、バスケット搬送装置３００の昇降機構３２０に停止した搬送バスケット３１０から複数枚のワーク４００、４００・・を第１ワーク搬送部１２０により搬入する。具体的には、第１ワーク搬送部１２０の吸着アーム１２１により搬送バスケット３１０内のワーク４００，４００・・を上から順番に吸着し、ワーク位置合わせ部１３０の図示されない台上に載置する。ワーク４００，４００・・の取り出しに伴い、搬送バスケット３１０は昇降機構３２０により１ピッチずつ上方へ駆動される。
【００５８】
ワーク位置合わせ部１３０の図示されない台上にワーク４００が載置されると、把持部材１３１，１３１が接近する。これにより、ワーク４００は所定位置に位置決めされる。
【００５９】
搬送バスケット３１０内のワーク４００，４００・・の搬入と並行して、キャリア収納部１４０内のキャリア５００，５００・・がキャリア搬送部１５０により支持台１５１の一端部上から他端部上へ搬送され、キャリア位置合わせ部１６０に送られる。キャリア位置合わせ部１６０に送られたキャリア５００は、昇降板１６１及び受け台１６２が上昇し、複数の位置決めピン１６３，１６３・が上昇することにより、所定位置に位置決めされる。
【００６０】
昇降板１６１及び受け台１６２が上昇すると、第１ワーク搬送部１２０の吸着アーム１２１により、ワーク位置合わせ部１３０からその受け台１６２上にワーク４００が搬送される。ここで、第１ワーク搬送部１２０の吸着アーム１２１は、ワーク位置合わせ部１３０で位置合わせされたワーク４００を上方から吸着して受け台１６２上に搬送するだけであるので、ワーク位置合わせ部１３０でワーク４００が所定位置にあれば、受け台１６２上でもワーク４００は所定位置に位置決めされることになり、これにより、ワーク４００はその下の位置決めされたキャリア５００の収容孔５１０に対して正確に位置決めされることになる。
【００６１】
そして、昇降板１６１及び受け台１６２が初期位置に下降することにより、ワーク４００はキャリア５００の収容孔５１０に確実に挿入される。
【００６２】
このように、研摩装置本体１１０の外側で位置決めされたワーク４００及びキャリア５００を、研摩装置本体１１０の外側で分離自在な合体状態に組み合わせることにより、その合体操作が確実に行われる。従って、作業員による監視及び手直しが不要になる。しかも、ワーク位置合わせ部１３０へのワーク４００の搬送が、吸着式の簡単な第１ワーク搬送部１２０により行われ、第１ワーク搬送部１２０に複雑な誘導機構等を設ける必要がないので、装置構成も簡単になる。
【００６３】
ワーク位置合わせ部１３０でワーク４００とキャリア５００の合体が終わると、そのワーク４００及びキャリア５００が、第２ワーク搬送部１７０により合体状態のまま研摩装置本体１１０の下側の回転定盤１１１上の定位置に搬送される。このとき、研摩装置本体１１０では、上側の回転定盤１１２は上昇し、複数の自転手段１１４，１１４・・は下降している。
【００６４】
下側の回転定盤１１を所定角度ずつ回転させる割り出し操作を行いながら、回転定盤１１１上の定位置へのワーク４００及びキャリア５００の搬送を繰り返すことにより、複数枚のワーク４００，４００・・が下側の回転定盤１１１上に供給される。回転定盤１１１上の定位置へワーク４００及びキャリア５００を順番に搬送する第２ワーク搬送部１７０は、回転定盤１１１上の複数位置へ振り分け搬送を行うものと比べて構造が簡単であり、搬送精度も高い。このとき、複数の自転手段１１４，１１４・・は下降しているため、回転定盤１１１上のキャリア５００，５００・・と噛み合わない。一方、センタギヤ１１３は回転定盤１１１上のキャリア５００，５００・・に噛み合うが、回転定盤１１１上のキャリア５００，５００・・が回転定盤１１１に対して相対移動しないように、回転定盤１１１の回転に同期して駆動される。これらのため、下側の回転定盤１１１上に供給されたワーク４００，４００・・は、回転定盤１１１の割り出し操作によっても、回転定盤１１１上での不用意な移動を生じない。
【００６５】
下側の回転定盤１１１上へのワーク４００及びキャリア５００の搬送が終了すると、複数の自転手段１１４，１１４・・が定位置まで上昇すると共に、上側の回転定盤１１２が下降する。これにより、回転定盤１１１上の複数のワーク４００，４００・・は研摩布により上下から挟まれる。この状態で、回転定盤１１１，１１２間に砥液を供給しながら、回転定盤１１１，１１２を逆方向に回転させる。また、キャリア５００，５００・・に噛み合うセンタギヤ１１３及び自転手段１１４，１１４・・を同期して回転駆動する。これにより、キャリア５００，５００・・は回転定盤１１１，１１２間の定位置で自転を続け、キャリア５００，５００・・に保持されたワーク４００，４００・・は偏心回転運動を行う。これにより、各ワーク４００の両面がポリッシングされる。
【００６６】
回転定盤１１１，１１２間のキャリア５００，５００・・を定位置で自転させるこの研摩装置本体１１０は、従来の公転を伴う遊星歯車方式のものと比べて、大型のインターナルギヤが不要となることにより、高い研摩精度を維持しつつ装置価格の低減を図ることができる。また、自転手段１１４，１１４・・を昇降式とすることにより、ワーク４００，４００・・を供給するときの回転定盤１１１の割り出し操作も、回転定盤１１１及びセンタギヤ１１３の回転だけで簡単に行われる。センタギヤ１１３を自転手段１１４，１１４・・と同様に昇降式とすれば、回転定盤１１１のみの回転で割り出し操作が可能になる。
【００６７】
ワーク４００，４００・・の両面ポリッシングが終了すると、上下の回転定盤１１１，１１２は原点位置に停止する。その停止後、上側の回転定盤１１２に設けられた複数のノズル１１２ｂ，１１２ｂ・・から水等の流体を噴射しつつ、その回転定盤１１２を上昇させる。また、下側の回転定盤１１１に設けられた複数のノズル１１１ｂ，１１１ｂ・・を吸引する。
【００６８】
このとき、上下の回転定盤１１１，１１２は原点位置に停止しているので、ノズル１１２ｂ，１１２ｂ・・はワーク４００，４００・・の上面に対向しており、ノズル１１１ｂ，１１１ｂ・・はワーク４００，４００・・の上面に対向している。このため、ワーク４００，４００・・は上方からの流体噴射による押圧と下方への吸引を受け、上側の回転定盤１１２の上昇時に、液体の溜まった下側の回転定盤１１１の側に確実に保持される。このため、ワーク４００，４００・・の乾燥が防止される。しかも、ワーク保持力は、上方からの押圧力も下方への吸引力も共に流体圧であるため、ワーク４００，４００・・にダメージを与える危険がない。
【００６９】
下側の回転定盤１１１に設けられた複数のノズル１１１ｂ，１１１ｂ・・による下方への吸引は、ワーク４００，４００・・の乾燥を防止するために短時間とし、その吸引の省略も可能である。ノズル１１１ｂ，１１１ｂ・・による下方への吸引を省略しても、ノズル１１２ｂ，１１２ｂ・・からの流体による上方からの押圧が強力なため、ワーク４００，４００・・が上側の回転定盤１１２の側へ移行する危険は殆どない。
【００７０】
上側の回転定盤１１２が定位置まで上昇すると、第２ワーク搬送部１７０により、下側の回転定盤１１１上からワーク位置合わせ部１３０へワーク４００，４００・・をキャリア５００，５００・・と合体状態のまま搬送する。この排出時にも、下側の回転定盤１１を所定角度ずつ回転させる割り出し操作を行う。
【００７１】
ワーク位置合わせ部１３０へ搬送されたワーク４００及びキャリア５００は、ワーク位置合わせ部１３０の合体時と逆の操作により分離される。キャリア５００から分離されたワーク４００は、第１ワーク搬送部１２０により搬送バスケット３１０に収容され、残ったキャリア５００はキャリア搬送部１５０によりキャリア収納部１４０に収容される。
【００７２】
このように、両面ポリッシング後のワーク４００，４００・・は、ワーク供給に使用される第２ワーク搬送部１７０、ワーク位置合わせ部１３０及び第１ワーク搬送部１２０などを利用して、両面研摩装置１００の外に排出され、搬送バスケット３１０によりローダ・アンローダ装置２００へ搬送される。
【００７３】
１回の両面ポリッシング作業が終了すると、次の両面ポリッシングを開始する前に、ブラシ収納部１８０に収納されている複数のブラシ６００，６００・・が、第２ワーク搬送部１７０により下側の回転定盤１１１上へ順次搬送される。この搬送も、ワーク４００及びキャリア５００の搬送と同様に行われ、回転定盤１１１は割り出し操作を行う。また、ブラシ収納部１８０ではブラシ６００の搬出ごとに支持台１８１が１ピッチずつ上昇して、最上段のブラシ６００を搬出位置へ移動させる。
【００７４】
下側の回転定盤１１１上へのブラシ６００，６００・・の搬送が終わると、上側の回転定盤１１２を下降させ、上下の研摩布間にブラシ６００，６００・・を挟む。この状態で、回転定盤１１１，１１２を逆方向に回転させつつ、ブラシ６００，６００・・に噛み合うセンタギヤ１１３及び自転手段１１４，１１４・・を同期して回転駆動する。これにより、上下の研摩布がブラシ６００，６００・・により清掃される。
【００７５】
上下の研摩布の清掃が終わると、上側の回転定盤１１２を上昇させ、第２ワーク搬送部１７０により、下側の回転定盤１１１上からブラシ収納部１８０へブラシ６００，６００・・を搬送する。このブラシ排出時にも、下側の回転定盤１１を所定角度ずつ回転させる割り出し操作を行う。
【００７６】
ブラシ６００，６００・・の排出が終わると、次のワーク４００，４００・・の両面ポリッシングを開始する。
【００７７】
数回の両面ポリッシング作業が終了すると、次の両面ポリッシングを開始する前に、ドレッサ収納部１８０に収納されている複数のドレッサ７００，７００・・が、第２ワーク搬送部１７０により、下側の回転定盤１１１上へ順次搬送される。この搬送も、ブラシ６００の搬送と同様に行われ、回転定盤１１１は割り出し操作を行い、ドレッサ収納部１９０ではドレッサ７００の搬出ごとに支持台１９１が１ピッチずつ上昇して、最上段のドレッサ７００を搬出位置へ移動させる。
【００７８】
下側の回転定盤１１１上へのドレッサ７００，７００・・の搬送が終わると、上側の回転定盤１１２を下降させ、上下の研摩布間にドレッサ７００，７００・・を挟む。この状態で、回転定盤１１１，１１２を逆方向に回転させつつ、ドレッサ７００，７００・・に噛み合うセンタギヤ１１３及び自転手段１１４，１１４・・を同期して回転駆動する。これにより、上下の研摩布がドレッサ７００，７００・・により面慣らしされる。
【００７９】
ドレッサ７００，７００・・による上下の研摩布の面慣らしが終わると、上側の回転定盤１１２を上昇させ、第２ワーク搬送部１７０により、下側の回転定盤１１１上からドレッサ収納部１８０へドレッサ７００，７００・・を搬送する。このドレッサ排出時にも、下側の回転定盤１１を所定角度ずつ回転させる割り出し操作を行う。
【００８０】
ドレッサ７００，７００・・の排出が終わると、ブラシ６００，６００・・による研摩布の清掃を行ってから、次のワーク４００，４００・・の両面ポリッシングを開始する。
【００８１】
このように、両面研摩装置１００は、ブラシ６００，６００・・を収納するブラシ収納部１８０及びそのブラシ６００，６００・・を下側の回転定盤１１１上へ搬送する第２ワーク搬送部１７０を備え、研摩布のブラシングを自動で行うことができるので、１回のポリッシングごとと言うような頻繁なブラシングが可能である。従って、ポリッシングの品質を高めることができる。しかも、ブラシ６００，６００・・を下側の回転定盤１１１上へ搬送する第２ワーク搬送部１７０は、ワーク４００，４００・・を回転定盤１１１上へ搬送するものであり、これらの搬送を兼用するので、装置構成が簡単である。
【００８２】
また、両面研摩装置１００は、ドレッサ７００，７００・・を収納するドレッサ収納部１９０及びそのドレッサ７００，７００・・を下側の回転定盤１１１上へ搬送する第２ワーク搬送部１７０を備え、研摩布のドレッシングを自動で行うことができるので、数回のポリッシングに１回と言うような頻繁なドレッシングが可能であり、１回のポリッシングごとのドレッシングさえも可能である。従って、ポリッシングの品質をより一層高めることができる。しかも、ドレッサ７００，７００・・の搬送を行う第２ワーク搬送部１７０は、ワーク４００，４００・・を回転定盤１１１上へ搬送するものであり、これらの搬送を兼用するので、装置構成が簡単である。
【００８３】
なお、上記実施形態では、両面研摩装置１００は、シリコンウエーハのポリッシングを行うものであるが、シリコンウエーハのラッピングにも適用可能であり、シリコンウエーハ以外のポリッシングやラッピングにも適用可能である。
【００８４】
また、両面研摩装置１００の研摩装置本体１１０は、回転定盤１１１，１１２間の定位置でキャリア５００，５００・・の自転のみを行うものであるが、自転と公転を組み合わせた遊星歯車方式であってもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明の両面研摩装置は、下定盤上へワークを供給する前に、該ワークをキャリアと分離自在な合体状態に組み合わせてから、該ワークをキャリアと合体状態のまま下定盤上に供給することにより、１２インチのシリコンウエーハの場合も、その合体操作を確実に行うことかできる。従って、作業員による監視及び手直しが不要になり、下定盤上へのワークの完全自動供給が可能になることにより、１２インチのシリコンウエーハの場合も、完全自動の両面研摩が可能になり、その研摩コストが大きく低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る両面研摩設備の平面図である。
【図２】同両面研摩設備に使用されている両面研摩装置の平面図でる。
【図３】下側の回転定盤の平面図である。
【図４】下側の回転定盤の縦断面図である。
【図５】上側の回転定盤の縦断面図である。
【図６】ワークとキャリアを合体させる合体機構の平面図である。
【図７】合体機構の側面図である。
【図８】合体機構内のキャリア搬送機構の側面図である。
【図９】ワークを下定盤上へ供給する供給機構の平面図及び側面図である。
【図１０】ブラシ収納部の平面図及び側面図である。
【図１１】ドレッサ収納部の平面図及び側面図である。
【図１２】両面研摩装置の概略構成図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線矢示図である。
【符号の説明】
１００ 両面研摩装置
１１０ 研摩装置本体
１１１，１１２ 回転定盤
１１３ センタギヤ
１１４ 自転手段
１２０ 第１ワーク搬送部
１３０ ワーク位置合わせ部
１４０ キャリア収納部
１５０ キャリア搬送部
１６０ キャリア位置合わせ部
１７０ 第２ワーク搬送部
１８０ ブラシ収納部
１９０ ドレッサ収納部
２００ ローダ・アンローダ装置
３００ バスケット搬送装置
４００ ワーク
５００ キャリア
６００ ブラシ
７００ ドレッサ

Claims (4)

1. 研摩すべきワークを保持する複数のキャリアを、上下の回転定盤間で少なくとも自転させることにより、複数のキャリアに保持された複数のワークを同時に両面研摩する研摩装置本体と、研摩装置本体の外側でワークをキャリアに合体させる合体機構と、研摩装置本体の外側でキャリアと合体されたワークを合体状態のまま下定盤上に供給する供給機構とを具備し、
   前記合体機構は、複数枚のキャリアを所定間隔で上下方向に重ねて支持するキャリア収納部と、キャリア収納部からキャリア位置合わせ部へキャリアを１枚ずつ搬送するキャリア搬送部と、キャリア位置合わせ部で位置合わせされたキャリアにワークを合体状態に組み合わせるべくワークをキャリア位置合わせ部に搬送するワーク第１搬送部とを有し、
   前記供給機構は、旋回・昇降アームの先端部に吸着ヘッドを有しその吸着ヘッドによりキャリア及びこれに合体したワークを吸着して前記合体機構から下定盤上へ搬送する旋回・昇降式のワーク第２搬送部を有し、
   前記キャリア搬送部は、キャリア収納部の下降によりキャリア収納部からキャリアを一端部上に移載され、他端部がキャリアとワークの合体部を兼ねるキャリア位置合わせ部とされたテーブルと、テーブル上に一端部で移載されたキャリアをキャリア位置合わせ部へ搬送する搬送機構とを有し、
   前記キャリア位置合わせ部は、位置決めピンを上面に有する昇降板と、昇降板の上方に設けられて昇降板と共に昇降駆動されるワーク受け台とを有し、昇降板が上昇した状態で位置決めピンは前記テーブルを貫通してテーブル上に突出してテーブル上のキャリアを位置決めすると共に、ワーク受け台はキャリアのワーク収容孔を通ってキャリア上に位置した状態でワークを載置され、この状態から昇降板が初期位置へ下降することにより、ワーク受け台上のワークが、テーブル上で位置決めされたキャリアのワーク収容孔に挿入されて両者を合体状態に組み合わせることを特徴とする両面研摩装置。
2. 前記供給機構におけるワーク第２搬送部は、下定盤上で研摩を終えたワークをキャリアと合体状態のまま前記合体機構へ排出する排出機構を兼ねる請求項１に記載の両面研摩装置。
3. 前記合体機構におけるワーク第１搬送部は、キャリアと合体状態で合体機構へ排出されたワークをキャリアから分離する分離機構を兼ねる請求項１に記載の両面研磨装置。
4. 前記合体機構におけるキャリア搬送部は、ワーク第１搬送部にてワークと分離されたキャリアを前記キャリア収納部へ返送する返送機構を兼ねる請求項３に記載の両面研磨装置。

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