JP2003175456A - 両面研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】研磨終了後に研磨を施したワークを、搬出位置
に停止したキャリアから搬送装置で迅速に取り出すこと
のできる両面研磨装置を提供する。 【解決手段】独立して回転する下定盤１２と上定盤３０
との中央部近傍に設けた太陽ギア１６と、下定盤及び上
定盤の外周縁から離れて設けたインターナルギア１８
と、外周縁に形成された歯が前記ギアに歯合して回転す
る板状のキャリア１４に形成された透孔に、ワークを搬
入及び搬出する搬送装置とが設けられた両面研磨装置に
おいて、はみ出し部分Ａに透孔の位置を示す位置決め孔
１９が存在するように、位置決め孔が外周縁に沿って間
欠的に周設されたキャリアを用い、ワークの搬出・搬入
位置に停止したはみ出し部分に存在する位置決め孔を検
知する知覚センサ２２と、検知された位置決め孔に基づ
いて特定されたキャリアの透孔に搬送装置によるワーク
の搬出及び搬入を制御する制御手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は両面研磨装置に関
し、更に詳細には互いに独立して回転する下定盤と上定
盤との中央部近傍に設けられ、独立して回転する太陽ギ
アと、前記下定盤及び上定盤の外周縁から所定距離離れ
て設けられ、独立して回転するインターナルギアと、前
記下定盤と上定盤との間に挟まれ、外周縁に沿って形成
された歯が前記太陽ギアとインターナルギアとに歯合し
て回転する板状のキャリアに形成された、研磨対象のウ
ェーハ等のワークを保持するワーク保持部に、ワークを
搬入及び／又は搬出する搬送装置とが設けられた両面研
磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハ等のワークの両面を同時に研磨
する両面研磨装置としては、図４に示す両面研磨装置が
使用されている。図４に示す両面研磨装置は、互いに独
立して回転する下定盤２００と上定盤２０２との中央部
近傍に、独立して回転する太陽ギア２０６と、下定盤２
００及び上定盤２０２の外周縁から所定距離離れ、独立
して回転するインターナルギア２０４とが設けられてい
る。更に、下定盤２００と上定盤２０２との間には、イ
ンターナルギア２０４と太陽ギア２０６とにより駆動さ
れる複数の板状のキャリア２０８，２０８・・が配設さ
れる。このキャリア２０８は、図５に示す様に、その外
周縁に沿ってインターナルギア２０４と太陽ギア２０６
とに歯合する歯が形成されていると共に、研磨対象のウ
ェーハ等のワークを保持するワーク保持部としての複数
個の透孔２０７，２０７・・が穿設されている。かかる
透孔２０７，２０７・・に保持されたワークの両面は下
定盤２００と上定盤２０２とによって同時に研磨され
る。図４に示す下定盤２００は、下定盤受け２０９に載
置されており、下定盤受け２０９の回転によって回転す
る。この下定盤受け２０９は、基台２１０にベアリング
２１２を介して回転可能に載置されており、専用の電動
モータからの回転力によって回転される。また、上定盤
２０２、太陽ギア２０６及びインターナルギア２０４の
各々は、専用の電動モータからの回転力により回転され
る。

【０００３】かかる図４及び図５に示す両面研磨装置で
は、上定盤２０２を引き上げ、下定盤２００に載置され
ているキャリア２０８に穿設された複数個の透孔２０
７，２０７・・の各々に、ワークを搬入し搬出すること
が必要である。このため、図６に示す様に、ワークの搬
入・搬出位置に停止したキャリア２０８の所定の透孔２
０７に、ワークを搬入し搬出する搬送装置２１４が、研
磨装置本体２２０の近傍に設けられる。図６に示す両面
研磨装置では、下定盤２００、上定盤２０２、太陽ギア
２０６及びインターナルギア２０４の各電動モータを停
止し、搬入・搬出位置に停止したキャリア２０８の所定
の透孔２０７に、搬送装置２１４を用いてワークを搬入
し搬出するには、所定の透孔２０７の位置を特定する必
要がある。このため、各キャリア２０８の所定位置に目
印ｎ，ｎ・・が設けられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す両面研磨装
置では、搬出・搬入位置に停止したキャリア２０８に設
けられた目印ｎ，ｎ・・うち、視覚センサ等のセンサ
（図示せず）で一個の目印ｎを検知できれば、検知した
目印ｎとの関係で透孔２０７の各位置を特定でき、透孔
２０７，２０７・・の各々にワークを搬送装置２１４に
より搬入し搬出できる。かかる両面研磨装置では、研磨
前では、キャリア２０８に設けられた目印ｎ，ｎ・・を
視覚センサで明瞭に検知でき、搬送装置２１４を用いて
搬入・搬出位置に停止したキャリア２０８の透孔２０
７，２０７・・の各々にワークを容易に搬入できる。一
方、研磨の際には、通常、研磨液を用いてワークを研磨
する。この研磨液は、種々の研磨砥粒や薬液が配合され
て不透明な液体である。このため、研磨終了した際に
は、下定盤２００に載置されているキャリア２０８及び
透孔２０７に挿入されたワークは、一様に研磨液の液膜
に覆われており、目印ｎ，ｎ・・も研磨液の液膜に覆わ
れている。従って、視覚センサ等のセンサ（図示せず）
では、研磨終了後に搬出位置に停止したキャリア２０８
に設けられた目印ｎ，ｎ・・を検知できないため、目印
ｎ，ｎ・・を覆う研磨液を洗浄した後、目印ｎをセンサ
で検知し、特定されたキャリア２０８の透孔２０７に保
持されて研磨が施されたワークを搬出する。しかしなが
ら、研磨終了してから目印ｎ，ｎ・・を覆う研磨液の洗
浄は、研磨終了後にワークを搬出するまでの時間が掛か
り過ぎ、他の加工工程とのタクトタイムの調整が必要と
なる。このため、例えば、複数の研磨工程が連続して設
けられた一連の研磨工程でワークに研磨を施す際には、
ワークにスムーズに研磨を施すことが困難となる。そこ
で、本発明の課題は、研磨終了後に研磨を施したワーク
を、搬出位置に停止したキャリアから搬送装置で迅速に
取り出すことのできる両面研磨装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく、先ず、研磨液の流れをについて調査したと
ころ、上定盤２０２を貫通する複数個の貫通孔（図示せ
ず）から上定盤２０２と下定盤２００との間に供給され
た研磨液は、上定盤２０２及び下定盤２００の回転に伴
なう遠心力により上定盤２０２及び下定盤２００の外周
縁方向に移動し、上定盤２０２及び下定盤２００の外周
縁から排出される。次いで、上定盤２０２及び下定盤２
００の外周縁から排出された研磨液は、研磨液受け２１
６の排出口から研磨装置外に排出される。また、図４及
び図５に示す両面研磨装置では、インターナルギア２０
４が上定盤２０２及び下定盤２００の外周縁から所定距
離離れて設けられているため、インターナルギア２０４
と歯合する歯が外周縁に沿って形成されているキャリア
２０８には、上定盤２０２及び下定盤２００の外周縁か
らはみ出すはみ出し部分が存在する。このはみ出し部分
は、前述した様に、上定盤２０２及び下定盤２００の外
周縁から研磨液受け２１６に排出されるため、研磨液に
覆われることを免れる得る部分である。

【０００６】本発明者は、搬出位置に停止したキャリア
２０８のはみ出し部分に、図７に示す様に、目印ｎとし
ての位置決め孔２１８を穿設することを試みた。この位
置決め孔２１８を、図８に示す様に、キャリア２０８の
外周縁に沿って間欠的に周設したところ、搬出位置に停
止したキャリア２０８のはみ出し部Ｍに位置決め孔２１
８が存在する場合は、直ちに位置決め孔２１８を視覚セ
ンサ２２２によって検知でき、研磨終了したワークを搬
送装置２１４で迅速に搬出できる。しかしながら、図８
に示す位置決め孔２１８，２１８・・では、搬出位置に
停止したキャリア２０８のはみ出し部分Ｍに位置決め孔
２１８が存在しない場合ができる。この場合、キャリア
２０８のはみ出し部分Ｍに位置決め孔２１８が存在する
個所までキャリア２０８を回転することが必要となり、
搬出位置に停止したキャリア２０８に設けられた目印
ｎ，ｎ・・を覆う研磨液を洗浄する場合に比較して短縮
されているものの、依然として研磨終了してからワーク
を搬出するまでの時間を要することが判明した。このた
め、本発明者は、停止位置に停止したキャリア２０８か
ら迅速にワークを搬出すべく、キャリア２０８のはみ出
し部分Ｍに位置決め孔２１８が、常に少なくとも一個存
在するように、位置決め孔２１８，２１８・・をキャリ
ア２０８に周設した。かかるキャリア２０８によれば、
研磨が終了した際に、ワークの搬出位置に停止したキャ
リア２０８のはみ出し部分Ｍに必ず位置決め孔２１８が
存在し、キャリア２０８が搬出位置に停止すると、直ち
に視覚センサ２２２によって検知されたはみ出し部分Ｍ
に存在する位置決め孔２１８を基にして透孔２０７，２
０７・・に保持された各ワークの位置を特定でき、各ワ
ークを搬送装置２１４により迅速に搬出できることを見
出し、本発明に到達した。

【０００７】すなわち、本発明は、互いに独立して回転
する下定盤と上定盤との中央部近傍に設けられ、独立し
て回転する太陽ギアと、前記下定盤及び上定盤の外周縁
から所定距離離れて設けられ、独立して回転するインタ
ーナルギアと、前記下定盤と上定盤との間に挟まれ、外
周縁に沿って形成された歯が前記太陽ギアとインターナ
ルギアとに歯合して回転する板状のキャリアに形成され
た、研磨対象のウェーハ等のワークを保持するワーク保
持部に、ワークを搬入及び／又は搬出する搬送装置とが
設けられた両面研磨装置において、該キャリアとして、
前記下定盤及び上定盤の外周縁からはみ出すはみ出し部
分に、前記ワーク保持部の位置を示す目印が常に少なく
とも一個存在するように、前記目印が外周縁に沿って間
欠的に周設されたキャリアを用い、前記ワークの搬出・
搬入位置に停止したキャリアのはみ出し部分に存在する
前記目印を検知する検知手段と、前記検知手段で検知さ
れた目印に基づいて特定されたキャリアのワーク保持部
に、前記搬送装置によるワークの搬出及び／又は搬入を
制御する制御手段とを具備することを特徴とする両面研
磨装置にある。かかる本発明において、目印としては、
キャリアを貫通する位置決め孔を好適に採用でき、検知
手段としては、ワークの搬出・搬入位置に停止したキャ
リアのはみ出し部分の全体を視野とする視覚センサを好
適に用いることができる。

【０００８】本発明に係る両面研磨装置によれば、ワー
クの搬出・搬入位置に停止した板状のキャリアのワーク
を保持するワーク保持部との関係で設けられた目印は、
下定盤及び上定盤の外周縁からはみ出すキャリアのはみ
出し部分に常に存在する。しかも、キャリアのはみ出し
部分は、研磨に使用される研磨液で覆われておらず、は
み出し部分に存在する目印は、研磨終了後にワークの搬
出位置に停止したキャリアでも、視覚センサ等の検知手
段により直ちに検知できる。その結果、検知手段により
検知された目印に基づいてキャリアに設けられたワーク
保持部の位置を直ちに特定でき、搬送装置によるワーク
の搬出及び／又は搬入を迅速に行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る両面研磨装置の一例
を図１に示す。図１は、両面研磨装置の研磨装置本体１
０を構成する上定盤を上方に上昇した状態を示し、下定
盤１２に載置された複数枚の板状のキャリア１４，１４
・・は、その各外周縁に沿って設けられた歯が、下定盤
１２の中央部に設けられた太陽ギア１６と下定盤１２の
外周縁から所定距離離れて設けられたインターナルギア
１８とに歯合して回転する。かかる研磨装置本体１０の
近傍には、搬出・搬入位置に停止したキャリア１４に形
成されているワーク保持部としての透孔１５，１５・・
の各々に、ワークを搬入及び搬出する搬送装置２０が設
けられている。この搬送装置２０は、ワークを把持し移
動する多関節ロボット２２とその駆動装置２４とから構
成される。図１に示す両面研磨装置では、搬出・搬入位
置に停止したキャリア１４のインターナルギア１８と歯
合する近傍に、検知手段としてのカメラ等の視覚センサ
２６が設けられており、視覚センサ２６からの検知信号
は制御部２８に送られる。制御部２８では、視覚センサ
２６からの検知信号に基づいてキャリアに穿設された透
孔１５の位置を特定し、特定された透孔１５に搬送装置
２０の駆動装置２４を駆動してワークを搬出し搬入す
る。

【００１０】図１に示す研磨装置本体１０において、キ
ャリア１４，１４・・が下定盤１２と上定盤とに挟まれ
た状態を図２に示す。図２に示す研磨装置本体１０で
は、互いに独立して回転する下定盤１２と上定盤３０と
の中央部近傍に、独立して回転する太陽ギア１６と、下
定盤１２及び上定盤３０の外周縁から所定距離離れ、独
立して回転するインターナルギア１８とが設けられ、下
定盤１２と上定盤３０との間には、インターナルギア１
８と太陽ギア１６とにより駆動される複数枚のキャリア
１４，１４・・が挟まれている。かかる図２に示す研磨
装置本体１０では、下定盤１２は、下定盤受け３２に載
置されており、下定盤受け３２の回転によって回転す
る。この下定盤受け３２は、基台３４にベアリング３６
を介して回転可能に載置されており、専用の電動モータ
（図示せず）からの回転力によって回転される。更に、
上定盤３０、太陽ギア１６及びインターナルギア１８の
各々も、専用の電動モータ（図示せず）からの回転力に
より回転される。また、基台３４の下方には、上定盤３
０及び下定盤１２の外周縁から排出された研磨液を受け
る研磨液受け３８が設けられており、研磨液受け３８に
受けられた研磨液は、研磨液受け３８の排出口から研磨
装置外に排出される。

【００１１】図１及び図２に示す両面研磨装置では、イ
ンターナルギア１８は、下定盤１２及び上定盤３０の外
周縁から所定距離離れて設けられているため、インター
ナルギア１８と外周縁に沿って形成された歯が歯合して
回転するキャリア１４，１４，・・の各々には、下定盤
１２及び上定盤３０の外周縁からはみ出すはみ出し部分
Ａが存在する。かかるキャリア１４のはみ出し部分Ａ
は、研磨液に覆われることを免れ得る部分である。研磨
液は、上定盤３０及び下定盤１２の外周縁から研磨液受
け３８に排出されるからである。従って、このはみ出し
部分Ａに穿設された、目印としての位置決め孔１９は、
研磨終了後に搬出位置に停止したキャリア１４のはみ出
し部分Ａの全領域を視野に入れる検知手段としてのカメ
ラ等の視覚センサ２６により容易に検知できる。

【００１２】このため、図１及び図２に示す両面研磨装
置で用いるキャリア１４には、図３に示す様に、ワーク
の搬出・搬入位置に停止したキャリア１４のはみ出し部
分Ａの領域（図３の斜線領域）に、必ず一個の位置決め
孔１９が存在するように、位置決め孔１９，１９・・を
周設している。かかるはみ出し部分Ａには、図３に示す
様に、二個の位置決め孔１９が存在してもよい。図３に
示すキャリア１４は、透孔１５が７個形成された外径
（Ｒ３）が７６４ｍｍのキャリア［ｍ（モジュール）＝
４、ｚ（歯数）＝１９１］であって、外径（Ｒ１）が２
０３５ｍｍの下定盤１２上に載置されている。このキャ
リア１４は、内径（Ｒ２）が２１１２ｍｍのインターナ
ルギア１８（ｍ＝４，ｚ＝５２８）と外径（Ｒ４）が５
８４ｍｍの太陽ギア１６（ｍ＝４，ｚ＝１４６）とに歯
合している。従って、このキャリア１４のはみ出し部分
Ａの最大幅Ｄは３８．５ｍｍである。この様に、最大幅
Ｄが３８．５ｍｍのはみ出し部分Ａの領域内に、常に少
なくとも一個の位置決め孔１９が存在するためには、キ
ャリア１４の外周縁から７ｍｍの個所に、内径５ｍｍの
位置決め孔１９，１９・・を、透孔１５，１５間に位置
するように間欠的に周設した。かかる位置決め孔１９の
隣接する位置決め孔１９との角度θは約５１．４°であ
る。ここで、図３に示すキャリア１４には、透孔１５が
７個形成されているが、キャリア１４と同一径のキャリ
アを用い、６個の透孔１５を形成した場合には、キャリ
アの外周縁から７ｍｍの個所に、内径５ｍｍの位置決め
孔１９，１９・・を、透孔１５，１５間に位置するよう
に間欠的に周設することによって、最大幅Ｄが３８．５
ｍｍのはみ出し部分Ａの領域内に、常に少なくとも一個
の位置決め孔１９が存在する。この場合の隣接する位置
決め孔１９との角度θは６０°である。

【００１３】図３に示すキャリア１４によれば、キャリ
ア１４が回転すると、そのはみ出し部分Ａの領域内に、
常に一個又は二個の位置決め孔１９が存在する。このた
め、ワークの搬出・搬入位置にキャリア１４が停止した
ときも、停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの領域
内には、一個又は二個の位置決め孔１９が存在する。ま
た、搬出・搬入位置に停止したキャリア１４のはみ出し
部分Ａの全領域は、視覚センサ２６の視野に入っている
ため、はみ出し部分Ａに存在する一個又は二個の位置決
め孔１９を容易に検知できる。更に、キャリア１４のは
み出し部分Ａは、上定盤３０及び下定盤１２の外周縁か
らはみ出しており、研磨が終了して上定盤３０及び下定
盤１２の回転が停止したとき、搬出・搬入位置に停止し
たキャリア１４のはみ出し部分Ａの位置決め孔１９は、
上定盤３０を引き上げる前に視覚センサ２６により検知
できる。このため、研磨が終了して上定盤３０及び下定
盤１２の回転が停止したとき、直ちに検知された位置決
め孔１９に基づいてキャリア１４に保持されたワークの
位置を特定でき、上定盤３０が引き上げられてワークの
取出しが可能となったとき、直ちに搬送装置２０により
ワークの取り出しを開始できる。尚、ワークの搬出・搬
入位置に停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの領域
内に二個以上の位置決め孔１９が存在していた場合、一
個の位置決め孔１９を検知することにで足り、全位置決
め孔１９を検知することは要しない。

【００１４】図１〜図３に示す両面研磨装置によれば、
キャリア１４に保持されて研磨が施されたワークを、研
磨終了後にワークの搬出・搬入位置に停止したキャリア
１４から搬送装置２０を用いて迅速に取り出すことがで
きるため、他の加工工程とのタクトタイムの調整を容易
に行うことができる。また、キャリア１４に形成された
透孔１５，１５・・にワークを搬入する場合にも、搬出
・搬入位置に停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの
領域内に存在する位置決め孔１９を視覚センサ２６によ
り検知することによって、各透孔１５の位置を特定で
き、搬送装置２０を用いてワークを各透孔１５に迅速に
搬入できる。尚、視覚センサ２６によるキャリア１４の
位置決め孔１９を検知し易くすべく、キャリア１４のは
み出し部分Ａの下方に光源４０（図２）を設けてもよ
い。

【００１５】以上、説明してきたキャリア１４には、目
印として位置決め孔１９を形成したが、穿設した孔内に
色彩の異なる部材を挿入して目印としてもよく、搬送装
置２０として、多関節ロボット２２を用いているが、棒
状のアームの先端部にワークを吸着する吸着手段を設け
たものを用いてもよい。また、搬送装置２０は、キャリ
ア１４の透孔１５に対し、ワークの搬入及び搬出を行っ
ているが、研磨終了したワークをキャリア１４の透孔１
５からの搬出専用装置、或いは研磨前のワークをキャリ
ア１４の透孔１５に搬入専用装置としての独立の装置と
して設けてもよい。更に、同一機種において、キャリア
１４の径を変更して使用する場合、或いはキャリヤ１４
の径が異なる機種を用いる場合には、変更或いは異なる
機種でのキャリアに形成する位置決め孔１９の位置及び
個数を、キャリアのはみ出し部分Ａの領域内に常に少な
くとも一個の位置決め孔１９が存在し得るように、予め
作図等により求めることで対応可能である。尚、これま
で説明してきた本発明は、上定盤及び下定盤の研磨面の
各々に研磨布を貼付し、ワークの両面に鏡面研磨を施す
両面ポリシング装置にも適用できる。

【００１６】

【発明の効果】本発明に係る両面研磨装置によれば、研
磨終了後に研磨を施したワークを、キャリアから搬送装
置で迅速に取り出すことができ、他の工程とのタクトタ
イムの調整を容易に行うことができる。その結果、複数
の研磨工程が連続して設けられた一連の研磨工程でワー
クに研磨を施す際には、スムーズにワークに研磨を施す
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る両面研磨装置の一例を説明するた
めの斜視図である。

【図２】図１に示す両面研磨装置において、キャリアが
下定盤と上定盤とに挟まれた状態を説明する概略部分断
面図である。

【図３】キャリアの周縁に位置決め孔を間欠的に周設し
た状態を説明する説明図である。

【図４】従来の両面研磨装置を説明するための概略断面
図である。

【図５】図４に示す下定盤に載置されているキャリアの
状態を説明する説明図である。

【図６】搬送装置を取付けた従来の両面研磨装置を説明
するための説明図である。

【図７】図６に示す両面研磨装置の改良例を説明するた
めの概略部分断面図である。

【図８】図７に示す改良された両面研磨装置で用いるキ
ャリアの周縁に位置決め孔を間欠的に周設した状態を説
明する説明図である。

【符号の説明】

１０ 研磨装置本体 １２ 下定盤 １４ キャリア １５ 透孔（ワーク保持部） １６ 太陽ギア １８ インターナルギア １９ 位置決め孔（目印） ２０ 搬送装置 ２６ 視覚センサ（検知手段） ２８ 制御部 ３０ 上定盤 Ａ はみ出し部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに独立して回転する下定盤と上定盤
   との中央部近傍に設けられ、独立して回転する太陽ギア
   と、前記下定盤及び上定盤の外周縁から所定距離離れて
   設けられ、独立して回転するインターナルギアと、前記
   下定盤と上定盤との間に挟まれ、外周縁に沿って形成さ
   れた歯が前記太陽ギアとインターナルギアとに歯合して
   回転する板状のキャリアに形成された、研磨対象のウェ
   ーハ等のワークを保持するワーク保持部に、ワークを搬
   入及び／又は搬出する搬送装置とが設けられた両面研磨
   装置において、 該キャリアとして、前記下定盤及び上定盤の外周縁から
   はみ出すはみ出し部分に、前記ワーク保持部の位置を示
   す目印が常に少なくとも一個存在するように、前記目印
   が外周縁に沿って間欠的に周設されたキャリアを用い、 前記ワークの搬出・搬入位置に停止したキャリアのはみ
   出し部分に存在する前記目印を検知する検知手段と、 前記検知手段で検知された目印に基づいて特定されたキ
   ャリアのワーク保持部に、前記搬送装置によるワークの
   搬出及び／又は搬入を制御する制御手段とを具備するこ
   とを特徴とする両面研磨装置。
2. 【請求項２】 目印が、キャリアを貫通する位置決め孔
   である請求項１記載の両面研磨装置。
3. 【請求項３】 検知手段には、ワークの搬出・搬入位置
   に停止したキャリアのはみ出し部分の全体を視野とする
   視覚センサが設けられている請求項１又は請求項２記載
   の両面研磨装置。