JP2017222015A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工屑が装置内に固体化することを防止して、被加工物を連続的に加工すること。
【解決手段】加工装置（１）は、中心を軸に自転可能なターンテーブル（４０）と、ターンテーブルの中心を中心に均等角度で配設し被加工物（Ｗ）を保持する保持テーブル（４１）と、保持テーブルに保持された被加工物を加工する加工手段（５１）と、ターンテーブルを露出する開口を有しターンテーブルを収容しターンテーブルから流下する被加工物を加工した加工屑を含む加工廃液を受け止めて排水口（４８）から排水するウォータケース（４６）と、を備え、ターンテーブルは、側面にウォータケースの底板（４７）に毛先を向けたブラシ（７０）を備え、ターンテーブルが回転することでウォータケースの底板に滞留する加工屑をかき回し加工廃液とともに排水口から排水する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物を加工する加工装置に関する。

加工装置として、被加工物としてのウエーハを研削して薄化する研削装置や、研削後のウエーハを研磨する研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。研削装置としては、上面に一対の保持テーブルが備えられたターンテーブルによって、搬送位置と研削位置に保持テーブル上のウエーハを位置付けるものが知られている。研削装置は、研削加工時にウエーハと研削ホイールとの間に研削水を供給しながらウエーハを研削しており、加工屑を含む廃液は、ターンテーブルの周囲のウォータケースを介して排出される。また、研磨装置は、研磨パッドにスラリーを定着させながら、ウエーハをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨しており、スラリーの廃液はターンテーブルの周囲のウォータケースを介して排出される。

特開２０１４−５０９３２号公報

しかしながら、ウォータケース内の研削水には加工屑が含まれ、スラリーには遊離砥粒が含まれているため、これらの加工屑やスラリーはウォータケースの底板に滞留する。底板に加工屑やスラリーが放置されると、ターンテーブルの周囲で固体化して、ターンテーブルが回転できなくなる場合がある。また、固体化した加工屑やスラリーを清掃するために頻繁に装置を停止させる必要があり、連続的にウエーハを加工することができない問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、加工屑が装置内で固体化することを防止して、被加工物を連続的に加工することができる加工装置を提供することを目的の1つとする。

本発明の一態様の加工装置は、中心を軸に自転可能なターンテーブルと、該ターンテーブルの中心を中心に均等角度で配設し被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物を加工する加工手段と、該ターンテーブルを露出する開口を有し該ターンテーブルを収容し該ターンテーブルから流下する被加工物を加工した加工屑を含む加工廃液を受け止めて排水口から排水するウォータケースと、を備え、該ターンテーブルは、側面に該ウォータケースの底板に毛先を向けたブラシを備え、該ターンテーブルが回転することで該ウォータケースの底板に滞留する加工屑をかき回し加工廃液とともに該排水口から排水する。

この構成によれば、ターンテーブルの側面に備えられたブラシによって、ターンテーブルが回転する度にウォータケースの底板がかき回される。ウォータケースの周囲で加工屑が掃き出されるため、ターンテーブルの外周に加工屑が滞留して固体化することがなく、ターンテーブルの回転が阻害されることがない。また、ターンテーブルの周囲の加工屑を清掃する頻度を減らすことができ、被加工物を連続加工することができる。

本発明によれば、加工屑が装置内で固体化することを防止して、被加工物を連続的に加工することができる。

本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の斜視図である。 比較例に係るウォータケースの外周にスラリーが固体化した状態を示す図である。 本実施の形態に係るブラシのターンテーブルへの取付け位置を説明するための図である。 図３におけるブラシと底板との位置関係を示す図である。 本実施の形態に係るブラシにおけるスラリーの掃出しを説明するための図である。 本実施の形態に係るブラシの掃き出し動作の一例を示す図である。 本実施の形態に係るブラシの掃き出し動作の一例を示す図である。 本実施の形態に係るブラシの掃き出し動作の一例を示す図である。 本実施の形態に係るブラシの掃き出し動作の一例を示す図である。 本実施の形態に係るブラシの掃き出し動作の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置について説明する。図１は、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の斜視図である。図２は、比較例に係るウォータケースの外周にスラリーが固体化した状態を示す図である。なお、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置は、図１に示すように研磨加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。また、本実施の形態では、加工装置としてＣＭＰ研磨装置を例示するが、加工装置はターンテーブルの側面にブラシを備えたものであればよく、例えば、研削装置でもよい。

図１に示すように、ＣＭＰ研磨装置１は、フルオートタイプの加工装置であり、被加工物であるウエーハＷに対して搬入処理、研磨加工、洗浄処理、搬出処理からなる一連の作業を全自動で実施するように構成されている。ウエーハＷは、略円板状に形成されており、カセットＣに収容された状態でＣＭＰ研磨装置１に搬入される。なお、ウエーハＷは、半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、無機材料基板にＬＥＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。また、ウエーハＷは、デバイス形成後の半導体基板や無機材料基板でもよい。

ＣＭＰ研磨装置１の基台１１の前側には、複数のウエーハＷが収容された一対のカセットＣが載置されている。一対のカセットＣの後方には、カセットＣに対してウエーハＷを出し入れするカセットロボット１６が設けられている。カセットロボット１６の両斜め後方には、加工前のウエーハＷを位置決めする位置決め機構２１と、加工済みのウエーハＷを洗浄する洗浄機構２６とが設けられている。位置決め機構２１と洗浄機構２６の間には、加工前のウエーハＷを保持テーブル４１に搬入する搬入手段３１と、保持テーブル４１から加工済みのウエーハＷを搬出する搬出手段３６とが設けられている。

カセットロボット１６は、多節リンクからなるロボットアーム１７の先端にハンド部１８を設けて構成されている。カセットロボット１６では、カセットＣから位置決め機構２１に加工前のウエーハＷが搬送される他、洗浄機構２６からカセットＣに加工済みのウエーハＷが搬送される。

位置決め機構２１は、仮置きテーブル２２の周囲に、仮置きテーブル２２の中心に対して進退可能な複数の位置決めピン２３を配置して構成される。位置決め機構２１では、仮置きテーブル２２上に載置されたウエーハＷの外周縁に複数の位置決めピン２３が突き当てられることで、ウエーハＷの中心が仮置きテーブル２２の中心に位置決めされる。

搬入手段３１では、搬入パッド３３によって仮置きテーブル２２からウエーハＷが持ち上げられ、搬入アーム３２によって搬入パッド３３が旋回されることで保持テーブル４１にウエーハＷが搬入される。搬出手段３６では、搬出パッド３８によって保持テーブル４１からウエーハＷが持ち上げられ、搬出アーム３７によって搬出パッド３８が旋回されることで保持テーブル４１からウエーハＷが搬出される。

洗浄機構２６は、スピンナーテーブル２７に向けて洗浄水及び乾燥エアーを噴射する各種ノズル（不図示）を設けて構成される。洗浄機構２６では、ウエーハＷを保持したスピンナーテーブル２７が基台１１内に降下され、基台１１内で洗浄水が噴射されてウエーハＷがスピンナー洗浄された後、乾燥エアーが吹き付けられてウエーハＷが乾燥される。

搬入手段３１及び搬出手段３６の後方には、ターンテーブル４０から流下するスラリーや加工屑を含む加工廃液を受け止めるウォータケース４６が設けられている。ウォータケース４６は基台１１に開口を形成することにより設けられ、ウォータケース４６内にはターンテーブル４０が収容されている。ウォータケース４６の搬入手段３１及び搬出手段３６側はウエーハＷが搬送される搬送エリア（図３参照）になっており、後述する加工手段５１側にはウエーハＷが研磨加工される加工エリア（図３参照）になっている。ターンテーブル４０の上面は、一対の保持テーブル４１の間でターンテーブル４０を二分するように設置された仕切板４５で仕切られている。加工エリアはケースカバー７６（図３参照）で覆われることにより加工室７６ａ（図１では不図示、図３参照）が形成されており、搬送エリアはケースカバー７６から外部に露出している。

ウォータケース４６の底板４７は、加工エリア側が低くなるように傾斜しており、加工エリア側に加工廃液を排水する排水口４８が形成されている。なお、加工エリアでは、排水口４８が最も低い位置に形成されて、排水口４８からスムーズに加工廃液が排水される。

ウォータケース４６の底板４７には、一対の保持テーブル４１が周方向に均等間隔で備えられたターンテーブル４０が配設されている。ターンテーブル４０の下方にはターンテーブル４０を回転させる回転手段４９（図３参照）が設けられ、ターンテーブル４０は中心を軸に自転可能となっている。ターンテーブル４０が半回転する度に、保持テーブル４１に保持されたウエーハＷが搬送エリア及び加工エリアに交互に位置付けられる。

保持テーブル４１は、ターンテーブル４０の中心を中心に均等角度でターンテーブル４０に配設されている。各保持テーブル４１の下方には保持テーブルを回転させる回転手段（不図示）が設けられている。各保持テーブル４１の上面には、ウエーハＷの下面を保持する保持面４２が形成されている。保持テーブル４１の周囲には、環状の周壁４３が形成され、周壁４３の内側には、保持テーブル４１の隣にエア供給源（不図示）に接続された噴出口４４が形成されている。この周壁４３の内側には、研磨加工中に保持テーブル４１から流れ落ちたスラリーが溜められ、噴出口４４からエアが噴出されることで、研磨パッド５３にスラリーが供給されて再利用される。また、噴出口４４はターンテーブル４０内の流路を通じてウォータケース４６に連通しており、ウエーハＷの研磨が終了すると周壁４３内に溜められたスラリーは噴出口４４を通ってウォータケース４６に排出される。

また、ウォータケース４６の後側には、コラム１２が立設されている。コラム１２には、加工手段５１をＺ軸方向に加工送りする加工送り手段６１が設けられている。加工送り手段６１は、コラム１２の前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール６２と、一対のガイドレール６２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル６３とを有している。

Ｚ軸テーブル６３の前面には、ハウジング６４を介して加工手段５１が支持されている。Ｚ軸テーブル６３の背面側にはナット部（不図示）が形成され、このナット部にボールネジ（不図示）が螺合されており、ボールネジ（不図示）の一端には駆動モータ６６が連結されている。駆動モータ６６によってボールネジ（不図示）が回転駆動され、加工手段５１がガイドレール６２に沿ってＺ軸方向に移動される。

加工手段５１は、ハウジング６４を介してＺ軸テーブル６３の前面に取り付けられており、スピンドル５４の下部に研磨パッド５３を設けて構成されている。加工手段５１は、保持テーブル４１に保持されたウエーハＷを研磨加工する。スピンドル５４にはフランジ５５が設けられ、フランジ５５を介してハウジング６４に加工手段５１が支持される。スピンドル５４の下部には、研磨パッド５３が装着されるプラテン５２が取り付けられている。研磨パッド５３の研磨面にはスラリーＳを定着させる多数の孔が形成されている。

また、スピンドル５４の上部には、ウエーハＷの上面と研磨パッド５３の研磨面との間にスラリーＳを供給するスラリー供給源５９が接続されている。スラリー供給源５９からスラリーＳが供給されることで、スピンドル５４内の流路を通じて研磨面にスラリーＳが定着される。スラリーＳは、砥粒を含むアルカリ性水溶液又は酸性水溶液であり、例えば、グリーンカーボランダム、ダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）の砥粒が含有される。

ＣＭＰ研磨装置１には、装置各部を統括制御する制御部（不図示）が設けられている。制御部は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。このようなＣＭＰ研磨装置１では、カセットＣ内からウエーハＷが位置決め機構２１に搬送されて、位置決め機構２１でウエーハＷがセンタリングされる。次に、保持テーブル４１上にウエーハＷが搬入され、ターンテーブル４０の回転によって、保持テーブル４１に保持されたウエーハＷがＣＭＰ研磨位置に位置づけられる。ＣＭＰ研磨位置１ではウエーハＷが研磨加工される。そして、洗浄機構２６でウエーハＷが洗浄され、洗浄機構２６からカセットＣへウエーハＷが搬出される。

ところで、図２の比較例に示す一般的なＣＭＰ研磨装置９０では、上記の通りウエーハＷを加工する際、研磨に用いられたスラリーＳや研磨加工により生じた加工屑は、保持テーブル１０１の周囲に設けられた周壁１０３の内側に溜められる。ウエーハＷの周壁１０３内に溜められたスラリーＳは、研磨が終了するとウォータケース１０６に連通している噴出口１０４からウォータケース１０６の加工エリアの底板１０７に流れ落ちる。そして、スラリーＳは底板１０７に設けられた排水口１０８から排出される。

底板１０７上の加工屑やスラリーＳの一部は、排水口１０８から排水されずにターンテーブル１００に連れ回りされる。加工エリア１０６はケースカバー１１６で覆われており湿気が高くなっているため、スラリーＳの乾燥が防止されて、底板１０７にスラリーＳが固体化され難くなっている。しかしながら、搬送エリアはケースカバー１１６から外部に露出しており湿気が低い状態になっているため、ターンテーブル１００に連れ回されて搬送エリアに運ばれたスラリーＳが乾燥してターンテーブル１００の外周に固体化されやすい。スラリーＳの固体化によってターンテーブル１００の回転が停止することを防止するためにはウォータケース１０６の頻繁な清掃が必要とされ、ＣＭＰ研磨装置９０の連続的な稼働ができず生産性が低下してしまう問題がある。そこで本実施の形態においては、ターンテーブルの側面にブラシを設け、ターンテーブルの外周で固体化するスラリーＳを掃き出すこととした。

以下、図３から図５を参照して本実施の形態に係るターンテーブルにおけるブラシの構成について説明する。図３は、本実施の形態に係るブラシのターンテーブルへの取付け位置を説明するための図であり、図４は、図３におけるブラシと底板との位置関係を示す図であり、図５は、本実施の形態に係るブラシにおけるスラリーの掃出しを説明するための図である。

図３に示すように、本実施の形態に係るターンテーブル４０の側面には、ブラシ台７１の下面に多数のブラシ毛７２を設けたブラシ７０を備えている。ブラシ７０は、仕切板４５の延長方向でターンテーブル４０の側面に設けられており、ウォータケース４６の底板４７にブラシ毛７２の毛先を向けて配置されている。ターンテーブル４０の回転に伴って、ブラシ７０が加工エリアと搬送エリアを間欠回転してウォータケース４６の底板４７をかき回す。なお、図３において加工手段５１については省略している。

図４に示すように、ターンテーブル４０によって搬送エリアと加工エリアの境界の停止位置にブラシが位置付けられると、ブラシ毛７２の長さａは、ブラシ台７０と底板４７との距離ｂと略等しくなる。このため、ターンテーブル４０の停止位置ではブラシ毛７２の毛先がウォータケース４６の底板４７に接している。

ターンテーブル４０によって搬送エリアにブラシ７０が移動されると、底板４７の傾斜によりブラシ台７１と底板４７との距離ｂが近づけられる。このとき、ブラシ毛７２の長さａが距離ｂよりも大きくなるため、ブラシ毛７２が底板４７に押し付けられる。よって、搬送エリアではターンテーブル４０の回転に伴いブラシ７０が回転すると、ブラシ７０はウォータケース４６の底板４７で固体化するスラリーＳをかき回し、スラリーＳが加工エリア側に掃き出される。

ターンテーブル４０によって加工エリアにブラシが移動されると、底板４７の傾斜によりブラシ台７１と底板４７との距離ｂが遠ざけられる。このとき、ブラシ毛７２の長さａは距離ｂよりも小さくなるため、ブラシ毛７２が底板４７に届かない。よって、加工エリアではターンテーブル４０が回転しても底板４７をかき回さず、加工エリア内のスラリーが搬送エリアに連れ回されない。

図５に示すように、ケースカバー７６の外部に露出されて乾燥しやすい搬送エリアで、ターンテーブル４０の側面に備えられているブラシ７０が、ターンテーブル４０が回転する度にターンテーブル４０の周囲の底板４７をかき回す。搬送エリアに滞留するスラリーＳは、ブラシ７０により搬送エリアから加工エリアに掃き出される。これにより、ターンテーブル４０の外周でスラリーＳが固体化することが防止され、ターンテーブル４０の回転が阻害されないため、ウエーハＷを連続加工することができる。また、停止位置でブラシ毛７２がたわむことがないため、ブラシ毛７２に癖を付き難くすることができる。

次に、ブラシ７０がウォータケース４６の底板４７をかき回す際の掃き出し動作について詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係るブラシの掃き出し動作の一例を示す図である。説明の便宜上、周壁４３は省略している。

図６Ａは、停止位置におけるブラシ７０の位置を示している。一対の保持テーブル４１はそれぞれ加工エリアと搬送エリアに位置付けられ、それぞれの保持テーブル４１の上面にはウエーハＷが保持されている。ターンテーブル４０の一対の保持テーブル４１の間に設けられた仕切板４５は、加工エリアと搬送エリアを仕切っており、仕切板４５の側方に設けられたブラシ７０が加工エリアと搬送エリアの境界に位置付けられている。このとき、ブラシ毛７２はウォータケース４６の底板４７に毛先が接している。この停止位置でターンテーブル４０が停止された状態で、スラリーＳが供給されながらウエーハＷが研磨され、研磨後のスラリーＳが噴出口４４（図３参照）を通って底板４７に排出される。

図６Ｂは、ターンテーブル４０が停止位置から４５°回転したブラシ７０の位置を示している。ターンテーブル４０の回転に伴い、ブラシ７０がケースカバー７６の外部に露出された搬送エリアに移動する。このとき、搬送エリアにおいては、ブラシ毛７２が底板４７に押し付けられる。これにより、ブラシ７０が搬送エリアの底板４７をかき回し、底板４７で固体化しているスラリーＳをターンテーブル４０の回転に伴って掃き出す。スラリーＳが乾燥しやすい搬送エリアにおいてブラシ７０でターンテーブル４０の周囲をかき回すことにより、スラリーＳがターンテーブル４０の外周で固体化することを防止することができる。

図６Ｃは、ターンテーブル４０が停止位置から９０°回転したブラシ７０の位置を示している。ターンテーブル４０の回転に伴い、ブラシ７０が停止位置よりもブラシ台７１と底板４７の距離がより短い搬送エリアの位置に移動する。このとき、ブラシ毛７２が底板４７に強く押し付けられながら底板４７をかき回し、スラリーＳを掃き出す。

図６Ｄは、ターンテーブル４０が停止位置から１８０°回転したブラシ７０の位置を示している。ターンテーブル４０の回転に伴い、ブラシ７０が加工エリアと搬送エリアの境界の停止位置に位置付けられる。上記したように、停止位置ではスラリーＳが供給されながらウエーハＷが研磨される。

図６Ｅは、ターンテーブル４０が停止位置から２７０°回転したブラシ７０の位置を示している。ターンテーブル４０の回転に伴い、ブラシ７０がケースカバー７６に覆われた加工エリアに移動する。このとき、加工エリアにおいては、ブラシ毛７２が底板４７に届かない。これにより、加工エリアではターンテーブル４０が回転してもブラシ７０が底板４７をかき回すことがないため、加工エリア内のスラリーＳがブラシ７０によって搬送エリアに連れ回りされない。

以上のように、本実施の形態に係る加工装置としてのＣＭＰ研磨装置１は、ターンテーブル４０の側面に備えられたブラシ７０によって、ターンテーブル４０が回転する度にウォータケース４６の底板４７がかき回される。ウォータケース４６の周囲で加工屑が掃き出されるため、ターンテーブル４０の外周に加工屑が滞留して固体化することがなく、ターンテーブル４０の回転が阻害されることがない。また、ターンテーブル４０の周囲の加工屑を清掃する頻度を減らすことができ、被加工物としてのウエーハＷを連続加工することができる。

上記実施の形態においては、ブラシ７０をターンテーブル４０の側面の仕切板４５の一端の延長方向に１つ設ける構成としたが、ブラシ７０は搬送エリアの底板４７をかき回すことができれば、ターンテーブル４０の側面のどの位置に設けられていてもよい。

上記実施の形態においては、排水口４８を１つ設ける構成としたが、排水口４８は２つ以上設けられていてもよい。

上記実施の形態においては、ターンテーブル４０は円形に形成されたが、多角に形成されていてもよい。

本実施の形態においては、スラリーＳの掃き出しにブラシ７０を用いる構成としたが、スラリーＳを掃き出せれば特に構成は限定されない。

また、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記各実施の形態を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

本実施の形態では、本発明をウエーハＷを加工する加工装置に適用した構成について説明したが、加工屑が固体化されることが防止できる他の加工装置に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、加工屑が装置内に固着することを防止して、被加工物を連続的に加工することができるという効果を有し、特に、被加工物を加工する加工装置に有用である。

１ ＣＭＰ研磨装置（加工装置）
４０ ターンテーブル
４１ 保持テーブル
４６ ウォータケース
４７ （ウォータケースの）底板
４８ 排水口
５１ 加工手段
７０ ブラシ
Ｓ スラリー
Ｗ ウエーハ（被加工物）

Claims (1)

1. 中心を軸に自転可能なターンテーブルと、該ターンテーブルの中心を中心に均等角度で配設し被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物を加工する加工手段と、該ターンテーブルを露出する開口を有し該ターンテーブルを収容し該ターンテーブルから流下する被加工物を加工した加工屑を含む加工廃液を受け止めて排水口から排水するウォータケースと、を備え、
   該ターンテーブルは、側面に該ウォータケースの底板に毛先を向けたブラシを備え、
   該ターンテーブルが回転することで該ウォータケースの底板に滞留する加工屑をかき回し加工廃液とともに該排水口から排水する加工装置。

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