CN105980105B - 工件的加工装置及工件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种工件的加工装置，其是将工件插入载具的保持孔并进行保持，使上磨板下降至固定位置，通过所述上磨板和下磨板将保持有所述工件的所述载具夹入，并同时加工所述工件两面的工件的加工装置，其特征在于，具有存储介质，其预先记录在所述工件被正常保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载；还具有控制装置，其计算出在所述工件被保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载与记录于所述存储介质中的研磨负载的差，在该计算出的差超过阈值的情况下，判断为所述工件保持异常。由此，能够在工件加工前短时间内高精度地检测出工件保持异常，防止工件或加工装置的破损。

Description

工件的加工装置及工件的加工方法

技术领域

本发明涉及一种在将工件保持于载具的保持孔并同时加工该工件的两面的工件加工中，检测工件在加工前未准确收容在载具的保持孔中的情况并防止工件破裂的方法及装置。

背景技术

一直以来，在例如对硅晶圆等薄板状工件进行平面加工的情况下，使用双面研磨装置或双面抛光(ラップ)装置。例如，双面研磨装置在粘贴了由聚氨酯泡沫或无纺布构成的研磨布的上下磨板之间，配置在外周部具有行星齿轮的圆盘状的载具。将工件保持在该载具的保持孔内，使与行星齿轮啮合的太阳齿轮和内齿轮相互旋转，由此产生载具的自转、公转运动。通过该自转、公转、以及上下磨板的旋转和与工件的滑动，从而同时研磨工件的上下面。在研磨时，为了高效进行研磨，从设置在上磨板上的多个孔供给研磨浆料。

在上磨板具备上下活动机构，在上升位置处配置载具，或将工件保持于载具。关于工件的保持，存在操作者以手动操作来进行的情况和使用自动的操作装置来进行的情况(例如，参照专利文献1)。在保持工件后，通过使上磨板下降，利用上下磨板夹入工件和载具。

关于控制研磨速度，有通过改变上下磨板、太阳齿轮、内齿轮的旋转速度，来改变工件与上下磨板的滑动速度的方法、以及控制研磨负载的方法。

在上磨板的保持部通常具备测量上磨板重量的测量仪器。例如，在上磨板处于上升位置时，该测量仪器测量上磨板的总重量。在上磨板完全下降的位置，由于上磨板的总重量施加于工件和载具，因此该测量仪器测量的上磨板的重量为零。若从该完全下降的位置逐渐使上磨板上升，则仅施加在工件和载具上的上磨板的重量也逐渐被上磨板保持部支撑。即，能够通过适当控制上磨板的高度位置，来对工件和载具施加所希望的研磨负载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利公开2005-243996号公报

专利文献2:日本专利公开2013-78826号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

若在保持于载具上的工件未被准确收容在载具的保持孔内的状态下，即在工件的保持存在异常的状态下进行工件的研磨，则工件将从保持孔大幅脱出，使工件破损。在该情况下，从载具脱出的工件不仅将破损，而且连锁性地引起其它工件或载具破损的可能性也较高。进而，也将存在装置的齿轮、研磨布、磨板破损的情况。

其结果为，将导致因工件破损而使成品率降低、以及因加工装置的复位操作而使生产率降低，进而还会因更换破损的装置部件或研磨布而使成本增加。

对于工件保持异常的原因，存在工件从一开始就未准确插入保持孔内的情况、工件虽被准确插入保持孔内，但在研磨开始前例如由于磨板旋转而使其从保持孔露出的情况。这样的保持异常被认为，在操作者以手动操作来进行工件保持的情况下，是由于简单的操作失误而产生的，或者在使用自动操作装置来进行的情况下，是由于故障等使装置未充分发挥作用而产生的。

之所以准确插入保持孔内的工件在研磨开始前从保持孔露出，一般认为其理由如下。

放置于下磨板上的载具的保持孔中积存的水或浆料使工件获得浮力从而易于露出。更具体地讲，在普通的双面研磨装置或双面抛光装置中，能够用一个载具保持一个工件或多个工件，将多片载具例如五个载具以等间隔、即以72°间隔设置在装置上的情况较多。在将工件保持于载具时，在多个载具之中，通过使内齿轮与太阳齿轮旋转从而使对象载具移动至特定的工件装料位置。操作者通过手动操作来将工件保持于配置在该特定的装料位置的载具，或者自动操作装置将工件保持于配置在该特定的装料位置的载具。在位于该特定装料位置的载具的晶圆保持结束后，通过使内齿轮和太阳齿轮以72°并向相同方向旋转，从而在下一次使紧邻的载具移动至工件的装料位置(有时将该动作称为载具的转位)。通过将这些工件的保持和转位重复五次，从而使工件保持在全部五个载具上。在上述的工件获得浮力而易于露出的条件下，像转位这样使载具移动或旋转时有可能使工件从载具露出。

为了检测工件的保持异常，有将工件保持在载具后进行由操作者实施的手触摸确认的情况，但是由于操作者直接进行这样的手触确认耗费时间，故并不高效。

另外，已知一种在用激光变位仪检测出的上磨板的高度位置与基准位置的差超过阈值时判断为工件保持异常的方法(参照专利文献2)。但是，该方法导入激光变位仪，故使成本增加。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种在工件加工前在短时间内高精度、低成本地检测出工件保持异常，从而能够防止工件、加工装置破损的加工装置及加工方法。

(二)技术方案

为了实现上述目的，根据本发明，提供一种工件的加工装置，其是将工件插入载具的保持孔并进行保持，使上磨板下降至固定位置，通过所述上磨板和下磨板将保持有所述工件的所述载具夹入，并同时加工所述工件两面的工件的加工装置，其特征在于，具有控制装置，该控制装置具有预先记录所述工件被正常保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载的存储介质，并计算出在所述工件被保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载与记录于所述存储介质中的研磨负载的差，在该计算出的差超过阈值的情况下，判断为所述工件保持异常。

若是这样的加工装置，则能够在工件加工前，在短时间内高精度、低成本地检测出工件保持异常。因此，能够有效防止工件、加工装置的破损，能够提高生产率。

所述工件的加工装置可以设为双面研磨装置或者双面抛光装置。

在这种情况下，优选地，所述控制装置能够根据所述双面研磨装置的研磨布或者双面抛光装置的抛光磨板的经时变化更新预先记录在所述存储介质中的研磨负载。

若是这样的结构，则能够防止对因研磨布或者抛光磨板的厚度经时性地减少所造成的工件保持异常的误判断，能够长时间地防止工件或加工装置的破损。

另外，根据本发明，提供一种工件的加工方法，其是将工件插入载具的保持孔并进行保持，使上磨板下降至固定位置，通过所述上磨板和下磨板将保持有所述工件的所述载具夹入，并同时加工所述工件两面的工件的加工方法，其特征在于，包含如下工序：预先记录在所述工件被正常保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载的工序；计算出在所述工件被保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载与所述记录的研磨负载的差的工序；以及，在所述计算出的差超过阈值的情况下，判断为所述工件保持异常，并在重新进行所述工件的保持后加工所述工件，在所述计算出的差未超过阈值的情况下直接加工所述工件的工序。

若是这样的加工方法，能够在工件加工前在短时间内高精度、低成本地对工件保持异常进行检测。因此，能够有效地防止工件、加工装置的破损，从而能够提高生产率。

所述工件的加工可以设为双面研磨加工或者双面抛光加工。

在这种情况下，优选具有：根据所述双面研磨加工中使用的研磨布或者在所述双面抛光加工中使用的抛光磨板的经时变化更新所述预先记录的研磨负载的工序。

若这样做的话，则能够防止对因研磨布或抛光磨板的厚度经时性地减少所造成的工件保持异常的误判断，能够长时间防止工件或加工装置的破损。

(三)有益效果

本发明中，在工件的加工中，若在工件被保持在载具的保持孔中的状态下使上磨板下降至固定位置时的研磨负载与正常时的研磨负载具有阈值以上的差时，则判断为工件保持异常，因此能够在工件的加工前在短时间内高精度、低成本地对工件保持异常进行检测。根据该检测结果来重新进行工件的保持，从而能够有效地防止工件及载具、外围部件等加工装置的破损、故障。由此，能够防止因工件破损造成的成品率降低、因加工装置的复位造成的生产率降低、因破损部件或研磨布的更换造成的成本增加。

附图说明

图1是表示作为本发明的加工装置一例的双面研磨装置的概略图。

图2是表示在图1的双面研磨装置中，通过上下磨板夹入正常保持有工件的载具时的状态的概略图。

图3是表示在图1的双面研磨装置中，通过上下磨板夹入未正常保持工件的载具时的状态的概略图。

图4是表示作为本发明的加工装置一例的双面抛光装置的概略图。

图5是表示实施例1中的研磨负载结果的图。

图6是表示实施例2中的研磨负载的经时变化结果的图。

具体实施方式

下面，针对本发明来说明实施方式，但是本发明并不限定于此。

为了解决如上所述的以低成本高效地检测出工件保持异常这样的技术问题，本发明人进行了深入研究。其结果发现，对存在工件保持异常时的工件施加的研磨负载相较于正常时有所增大，通过对这些研磨负载的差异进行评价，能够在短时间内检测出工件保持异常，从而完成本发明。

首先，对本发明的工件的加工装置进行说明。该加工装置为在载具的保持孔中插入例如硅晶圆等薄板状的工件并进行保持，使上磨板下降至固定位置并通过上磨板和下磨板将保持有工件的载具夹入，并同时加工工件两面的加工装置，因此可以列举出例如双面研磨装置、双面抛光装置。这里，以双面研磨装置为例，参照图1进行说明。

如图1所示，本发明的双面研磨装置1具备上下相互对向设置的上磨板2和下磨板3，在各磨板2、3上，分别粘贴有研磨布4。在上磨板2与下磨板3之间的中心部设置有太阳齿轮6，在周缘部设置有内齿轮7。在载具5上形成有用于保持工件W的保持孔8。在双面研磨时，载具5在将工件W保持在保持孔8内的状态下配置在上磨板2与下磨板3之间。

载具5的外周齿与太阳齿轮6及内齿轮7的各齿部啮合，随着通过未图示的驱动源使上磨板2及下磨板3旋转，载具5自转的同时绕着太阳齿轮6进行公转。此时，在载具5的保持孔8中保持的工件W，其两面被上下研磨布4同时研磨。在工件研磨时，从未图示的喷嘴经由设置在上磨板2上的多个贯通孔向工件的研磨面供给研磨浆料。

上磨板2能够通过伺服马达9和伺服马达缸10上下移动，并能够准确控制其高度位置。在悬吊有上磨板2的伺服马达缸10的轴的下端，设置有与上磨板2连接并测量下方向的负载的负载传感器(ロードセル；Load Cell)11。如图1所示，在上磨板2上升，上侧的研磨布4未与工件W接触时，由负载传感器11测量的负载表示上磨板2的总重量。如图2所示，在上磨板2下降，上侧的研磨布4与工件W接触时，上磨板2的总重量的一部分被下磨板3上的工件W所支承。被这一部分工件W支承的重量为施加在工件W上的研磨负载。因此，由此时的负载传感器11所测量的负载表示上磨板2的总重量与施加在工件W上的研磨负载的差。

这样，根据由负载传感器11所测量的负载与上磨板2的总重量的差，能够计算出施加在工件W上的研磨负载。通过调整上磨板2的高度位置，能够控制该研磨负载。将能够得到所希望的研磨负载的上磨板2的高度位置设为固定位置，在研磨时，每次始终使上磨板2下降至相同的固定位置。

操作者通过手动操作也能够使工件W保持于载具5，但是也可以设置将工件W输送至载具5的保持孔8并插入保持孔8的机械臂。

进而，双面研磨装置1具有控制装置12，其具备存储介质13。该存储介质13中，预先记录有工件W被正常保持于载具5的保持孔8中的状态下使上磨板2下降至固定位置时的研磨负载(下面有时称为正常时的研磨负载)。例如，可以将存储介质13设为连接至控制装置12的电子介质，并可以在控制装置12中设置将上述研磨负载记录在存储介质13中的功能、以及从存储介质13读出的功能。

控制装置12与负载传感器11连接，接收由负载传感器11测量出的负载，可以根据其与上磨板2的总重量的差来计算出该研磨负载。另外，控制装置12具有控制程序，该控制程序对工件W被保持在载具5的保持孔8中的状态下使上磨板2下降至固定位置时的研磨负载与上述正常时的研磨负载的差进行计算，若在该计算出的差超过阈值时，则判断为工件W保持异常。

这里，对工件保持异常的判断进行更详细地说明。

如图3所示，在工件W保持异常的情况下，即在工件W从保持孔8局部性或全部露出的情况下，上侧的研磨布4与工件W接触时的上磨板2的高度位置比正常时有所增高。此时，即使将上磨板2下降至固定位置，实际上，上磨板2的高度位置也比固定位置高出对应于工件W从保持孔露出的量。因此，上下磨板之间的间隙d₂(参照图3)比正常时的上下磨板之间的间隙d₁(参照图2)有所增大。

因此，如上所述，由于使上磨板2始终下降至相同的固定位置，因此施加在异常时的工件上的研磨负载比正常时有所增大。因此，控制程序在计算出的研磨负载与正常时的研磨负载的差超过阈值的情况下，判断为存在工件W保持异常。在此，阈值未特别限定，可以根据加工装置的种类、工件及上下磨板的尺寸、工件保持异常时的研磨负载的偏差等来适当决定。这里所说的研磨负载的偏差是由于例如工件从保持孔露出何种程度、有几个工件保持异常、或者工件相对于保持孔向哪个方向露出等保持异常的状态差异而产生的。

若是这样的本发明的加工装置，则在工件W加工前能够在短时间内高精度地对工件W保持异常进行检测。因此，能够有效地防止工件、加工装置的破损，从而能够提高生产率。另外，由于仅设置控制装置即可，无需导入例如激光变位仪等新的测量仪器，因此能够抑制成本的增加。

双面研磨装置1中使用的研磨布4由于研磨中的磨损或定期的修整(ドレッシング，dressing)，其厚度逐渐减少。另外，载具的厚度也根据使用时间平稳减少。因此，在工件保持正常的情况下、上磨板2下降至上述固定位置时的上下磨板之间的间隙随着研磨布4或载具5的厚度减少而相应地逐渐扩大。由于该间隙的扩大使施加在工件W上的研磨负载降低，因此正常时的研磨负载将经时性地降低。

因此，控制装置12优选具有根据双面研磨装置1的研磨布4的经时变化对预先记录在存储介质13中的正常时的研磨负载进行更新的功能。在本发明的加工装置为后述的双面抛光装置的情况下，根据双面抛光装置的抛光磨板的经时变化对正常时的研磨负载进行更新。这里所说的经时变化如上所述，是例如厚度的变化。

关于更新的正常时的研磨负载可以是在存储介质13中预先记录正常时的研磨负载根据研磨布4的经时变化是如何变化的，并基于该记录的研磨负载的变化来进行更新的。或者也可以更新为之前数次的工件加工中的研磨负载平均值。基于该控制装置12进行的正常时的研磨负载的更新功能可以自动化。

除了上述研磨布4的经时变化，也可以根据载具5的经时变化来对正常时的研磨负载进行更新。

通过这样做，能够应对正常时的研磨负载的经时性偏差。研磨布4的厚度的减少速度非常小，并自动性地更新正常时的研磨负载，因此研磨布或抛光磨板即使经时变化，也不会有损于可靠性，且能够更高精度地检测异常。

上述内容中，关于本发明的加工装置，以双面研磨装置为例进行了说明，但是也可以适应于双面抛光装置，可以实现与上述相同的效果。

图4表示本发明的双面抛光装置。如图4所示，双面抛光装置21具有沿上下方向相互对向设置的上下磨板22、23(抛光磨板)。下磨板23在其中心部上面具有太阳齿轮25，在其周缘部设置有环状的内齿轮26。另外，在保持工件W的载具24的外周面形成有与上述太阳齿轮25及内齿轮26啮合的齿轮部，作为整体构成齿轮构造。

在载具24上设置有多个保持孔27。将被抛光的工件W插入该保持孔27内来进行保持。载具24被夹入上下磨板22、23之间，通过下磨板23旋转来使行星齿轮运动，即自转及公转。此时，从喷嘴经由设置在上磨板22上的贯通孔29向工件W与上下磨板22、23之间供给浆料，对工件W的两面进行抛光。

与上述双面研磨装置的说明同样地，在上磨板22的上方具有测量上磨板22方向负载的负载传感器28、以及与该负载传感器28连接的控制装置12。此外，虽然图4中有所省略，实际上负载传感器28与上磨板22是连接的。根据由负载传感器28测量出的负载能够计算出施加在工件W上的研磨(抛光)负载。另外，通过控制装置12，可以对在工件W保持在载具24的保持孔27中的状态下使上磨板22下降至固定位置时的研磨负载与存储介质13中记录的正常时的研磨负载的差进行计算，在该计算出的差超过阈值的情况下，判断为工件W的保持异常。

接着，对本发明的工件的加工方法进行说明。这里，以使用图1所示的本发明的双面研磨装置1来对工件进行双面研磨的情况为例进行说明。

与上述双面研磨装置中说明的方式相同地，预先记录在工件W被正常保持在载具5的保持孔8中的状态下使上磨板2下降至固定位置时的研磨负载(正常时的研磨负载)。

然后，操作者通过手动操作或者机械臂，将研磨的工件W插入载具5的保持孔8并进行保持，使上磨板2下降至固定位置，用上磨板2和下磨板3将保持有工件W的载具5夹入。

在该状态下，根据用负载传感器11测量出的负载来计算施加在工件W上的研磨负载，并对计算出的研磨负载与记录的正常时的研磨负载的差进行计算。在该计算出的差未超过阈值的情况下，则直接研磨工件W，但是在超过阈值的情况下，则判断为工件W保持异常而重新进行工件W的保持。

再重新进行工件W的保持后，确认是否正常进行了工件的保持。该确认可以通过再次如上所述那样判断计算出的研磨负载的差未超过阈值来进行，尤其是在重新进行保持的工件的数量少的情况下也可以由操作者来进行确认。

然后，一边向工件的研磨面供给研磨浆料，一边使上磨板2及下磨板3旋转，从而通过上下的研磨布4来同时研磨工件W的两面。

若是这样的本发明的加工方法，则在工件加工前能够在短时间内高精度、低成本地对工件保持异常进行检测。因此，能够有效防止工件、加工装置的破损，能够提高生产率。

与上述双面研磨装置中说明的方式相同地，优选根据在双面研磨加工中使用的研磨布(在双面抛光加工的情况下为抛光磨板)的经时变化更新预先记录的研磨负载。

若这样做，则能够防止因研磨布或者抛光磨板的厚度经时性地减少所造成的工件保持异常的误判断，从而能够长时间防止工件或加工装置的破损。

实施例

下面，示出本发明的实施例及比较例来更具体地说明本发明，但是本发明并不限定于此。

(实施例1)

使用图1所示的本发明的工件的加工装置(双面研磨装置)，根据本发明的工件的加工方法，进行直径300mm的硅晶圆的双面研磨。此外，将双面研磨装置总共有五个具有一个保持孔的载具。

首先，测量正常时的研磨负载并记录在存储介质中。将所记录的正常时的研磨负载设为多次测量出的研磨负载的平均值。

接着，为了决定阈值，有意发生晶圆的保持异常，测量出此时的研磨负载。具体来说，使晶圆较小移动、较大移动、向太阳齿轮侧移动、向内齿轮侧移动、相对于磨板的旋转中心向左方向(CW方向)移动、相对于磨板的旋转中心向右方向(CCW方向)移动、仅使一个移动、使两个移动等使晶圆的保持异常状态变化，从而测量出研磨负载的偏差。

图5表示测量出的研磨负载的结果。图5表示正常时、异常时的研磨负载分布，正常时的研磨负载分布B并不包含在异常时的研磨负载分布A，明显表示为低值。

基于两者研磨负载的差异(图5的ΔP)来决定阈值(图5的θ)。

然后，用五个载具保持总共五个晶圆中的每一个，使上磨板下降至固定位置。测量此时的研磨负载，对该研磨负载与上述记录的正常时的研磨负载的差进行计算。将计算出的差超过上述决定的阈值的情况判断为保持异常，在重新进行晶圆保持后来进行研磨。反复进行这样的晶圆的研磨，评价保持异常的判断精度，其结果为能够以100％的概率准确判断保持异常。因此，完全没有发生晶圆的破损。

由于该保持异常的判断处理能够在非常短的时间内进行，相较于由操作者凭手触摸进行的现有确认方法，能够提高生产率。

(实施例2)

除了根据研磨布的经时变化更新正常时的研磨负载以外，与实施例1同样地进行硅晶圆的两面研磨。

图6表示随着研磨布的使用时间而推移的正常时及异常时的研磨负载的结果。如图6所示，可知研磨负载在正常时和异常时均随着研磨布的使用时间而以大致相同的倾向减少。这是因为相对于上磨板的固定位置始终为相同的位置，研磨布的厚度将随着使用时间而变薄。

这样，由于研磨负载在正常时和异常时均以大致相同的倾斜度减少，因此无需使阈值变化。

在反复进行晶圆的双面研磨的期间，对正常时的研磨负载进行如下所示的更新。在每次研磨结束时，将晶圆被正常保持时的研磨负载作为正常时的研磨负载来更新。即，在保持异常的判断时所参照的正常时的研磨负载，为上一次研磨时更新的正常时的研磨负载。

如上所述，通过更新正常时的研磨负载，能够回避因研磨布的经时变化造成的晶圆保持异常的误判断。

此外，本发明并不被限定于上述实施方式。上述实施方式仅为例示，具有与本发明的权利要求书中记载的技术思想实质性相同的结构，并起到同样作用效果的任何方式均包含在本发明的技术性范围内。

Claims (6)

1.一种工件的加工装置，其是将工件插入载具的保持孔并进行保持，使上磨板下降至固定位置，通过所述上磨板和下磨板将保持有所述工件的所述载具夹入，并同时加工所述工件两面的工件的加工装置，其特征在于，

具有控制装置，该控制装置具有预先记录在所述工件被正常保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载的存储介质，并计算出在所述工件保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载与记录于所述存储介质中的研磨负载的差，在该计算出的差超过阈值的情况下，判断为所述工件保持异常。

2.根据权利要求1所述的工件的加工装置，其特征在于，所述工件的加工装置为双面研磨装置或双面抛光装置。

3.根据权利要求2所述的工件的加工装置，其特征在于，所述控制装置能够根据所述双面研磨装置的研磨布或者双面抛光装置的抛光磨板的经时变化更新预先记录在所述存储介质中的研磨负载。

4.一种工件的加工方法，其是将工件插入载具的保持孔并进行保持，使上磨板下降至固定位置，通过所述上磨板和下磨板将保持有所述工件的所述载具夹入，并同时加工所述工件两面的工件的加工方法，其特征在于，包含如下工序：

预先记录在所述工件被正常保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载的工序；

计算出在所述工件被保持于所述载具的保持孔中的状态下使所述上磨板下降至所述固定位置时的研磨负载与所述记录的研磨负载的差的工序；以及，

在所述计算出的差超过阈值的情况下，判断为所述工件保持异常，并在重新进行所述工件的保持后加工所述工件，在所述计算出的差未超过阈值的情况下直接加工所述工件的工序。

5.根据权利要求4所述的工件的加工方法，其特征在于，所述工件的加工为双面研磨加工或者双面抛光加工。

6.根据权利要求5所述的工件的加工方法，其特征在于，具有：根据所述双面研磨加工中使用的研磨布或者在所述双面抛光加工中使用的抛光磨板的经时变化更新所述预先记录的研磨负载的工序。