CN107073683A - 工件的加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种工件的加工装置，包含上定盘支承机构，透过沿上定盘的旋转轴方向延伸的汽缸而自上方支承上定盘，使之上下可移动；水平板，固定于汽缸以使其主表面相对于汽缸的长度方向的轴呈直角；至少三个位移传感器，测定上定盘下降至固定位置时水平板的表面的高度位置；控制装置，透过位移传感器测定的水平板的表面的高度位置计算出上定盘的相对高度位置及上定盘的旋转轴与汽缸的长度方向的轴所成的角度。因此，能在工件加工前短时间高精度检测出工件的支承异常而防止工件及加工装置的损坏，在工件加工中检测出汽缸的偏心角而抑制工件的质量恶化。

Description

工件的加工装置

技术领域

本发明涉及一种工件的加工装置，于一载体的一支承孔将一工件插入而支承，而对于该工件的双面同时地加工的像是双面研磨装置或双面抛光装置的工件加工装置。

背景技术

已知在对例如硅晶圆等薄板状的工件进行平面加工时，使用有双面研磨装置或双面抛光装置。例如双面研磨装置在贴附有由胺甲酸酯发泡体或不织布所构成的研磨布的上下定盘之间，而配置有在外周部具有行星齿轮的圆盘状的载体。透过将工件支承于此载体的支承孔内，并透过与行星齿轮相啮合的太阳齿轮及内齿轮相对于彼此旋转，使载体的自转运动及绕着太阳齿轮的公转运动发生。透过此载体的自转及公转运动，及上下定盘的旋转，使工件及上下定盘滑动而同时研磨工件的上下表面。研磨中，为了使研磨有效率地进行，自设置于上定盘的多孔洞，供给研磨浆。

上定盘为能够上下移动，于位在上升位置时配置载体，并以载体支承工件。工件受支承后，上定盘下降，以使上下定盘将工件及载体夹入。工件的支承有由作业员以手工进行的状况，以及有使用自动处理装置而进行的状况(例如参照专利文献1)。

上定盘的上下移动，系透过自上方支承上定盘的上定盘支承构件所进行。上定盘支承构件包含具有能够上下移动的轴的汽缸，汽缸的轴通过连接部与上定盘连接。此连接部使用有例如万向接头或球面轴承。这是用以在研磨的工件或载体的厚度有参差时，使研磨中的上定盘的倾斜具有自由度，确实将负重传递至工件。

〔现有技术文献〕

专利文献1：日本特开2005-243996号公报

发明内容

受支承于载体的工件在没有正确收纳于载体的支承孔内的状态，意即在有工件的支承异常的状态下进行研磨，则会使工件自支承孔大幅度凸出，而使工件损坏。此时，不仅自载体凸出的工件将会损坏，连带引起其他工件或载体损坏的可能性亦高。并且进一步亦有装置的齿轮、研磨布及定盘破损的状况。以结果而言，将会招致工件的损坏所致的良率降低，加工装置复元作业所致的生产力降低，以及替换损坏的装置零件或研磨布所致的成本上升。

工件的支承异常的原因，有工件自一开始便没有正确插入支承孔内的状况，或工件虽正确插入支承孔内，但在研磨开始前，由于例如定盘的旋转而自支承孔露出的状况。如此的支承异常，在以作业员的手工作业进行工件的支承的状况下，能够考虑到由于单纯作业失误所产生，或是如专利文献1使用自动处理装置以进行的状况下，能够考虑到由于故障等装置不能完整发挥功能所产生。

被正确插入支承孔内的工件，在研磨开始前自支承孔露出，可以考虑到如以下的理由。

透过置于下定盘的载体的支承孔中累积的水或研磨浆，工件得到浮力而较容易露出。更具体而言，一般的双面研磨机或双面抛光装置中，能够以一个载体支承一片或多片的工件，多个载体，例如五片的载体，多为等间隔，即间隔72°而设置于装置。工件支承于载体时，于多个载体中，使目标载体通过使内齿轮及太阳齿轮旋转而移动至特定的工件的准备位置。对于配置于此特定准备位置的载体，以作业员的手工使工件被支承，或是自动处理装置使工件被支承。此特定准备位置的载体的晶圆支承结束后，透过使内齿轮及太阳齿轮向同方向旋转72°，使邻近的载体移动至工件的准备位置(此动作亦称为载体的导引)。透过反复进行这些工件的支承及导引五次，使工件支承于全部五片载体。如前所述，在工件得到浮力而容易露出的条件下，于如导引而使载体移动或旋转时，会有工件自载体露出的可能性。

例如于硅晶圆等的工件的制造流程中，双面抛光步骤或双面研磨步骤，担负有修整工件的厚度及平坦度的重要功能。特别是关于平坦度，伴随着半导体装置的精密化，其要求越来越严格，重要性年年增加。

为了得到良好的平坦度，或是进一步改善平坦度，必须于所有的工件施加均等的负重。为此，对于将下定盘调整为水平状态，配置于其上的载体及支承于载体的工件，必须要使上定盘维持平行状态而旋转。为此，必须要确实执行零件精度及组装的精度等机械精度，以及使上定盘的中心位置及汽缸的中心一致于上定盘的旋转轴的调整。

但是在实际操作上，存在有妨害使上定盘维持于平行状态而旋转的因素。以此因素而言，如以下所示，可列举汽缸的中心自上定盘的旋转轴偏移，或是机械精度的经时劣化。

上定盘安装有一挂钩，当上定盘下降到进行加工的位置，此挂钩将插入至设置于中心滚筒的凹槽。因此，透过中心滚筒的旋转而上定盘变得能够旋转。上定盘在工件及载体放入或取出、或是研磨布的清理及交换时，自上述加工位置上升。此时，挂钩自中心滚筒的凹槽拔出。如此的连续操作中，将重复挂钩对凹槽的插入。由于此动作及研磨时等的机械动作，经调整的汽缸的中心会有偏移的可能性。

进一步而言，研磨中工件或载体损坏的状况下，将对装置的各位置施加巨大的负担，有很高的可能性将使机械精度劣化。如此，于实际的操作中，经良好调整的机械精度，一般将随时间经过而劣化。

特别是具有通过万向接头及球面轴承连接于上定盘的汽缸的加工装置中，汽缸的中心的偏移及装置的机械精度的劣化，多以上定盘的旋转轴与汽缸的长度方向的轴所构成的角度(以下称为汽缸的偏心角)变大的形式呈现。

但是由于如此的机械精度劣化及汽缸的中心的偏移，不停止操作的话就难以检测，因此以生产性的观点来说难以频繁地实施这些的重新调整。因此，难以在由如此的经时变化而使工件的质量发生变化时，早期确认其原因并采取对策。

有鉴于前述问题，本发明的目的在于以低成本提供一种加工装置，能够在工件加工前以短时间而高精度的检测出工件的支承异常而防止工件及加工装置的损坏，在工件加工中检测出汽缸的中心的偏移等装置异常而抑制工件的质量恶化。

为了达成上述目的，依据本发明，提供一种工件的加工装置，在配置于一下定盘上的一载体的一支承孔而将一工件插入而支承该工件，且使一上定盘下降至一固定位置而将支承有该工件的该载体以该上定盘及该下定盘夹住，而在个别使该上定盘及下定盘绕旋转轴旋转一边的同时，对该工件的双面予以加工，其中该工件的加工装置包含一上定盘支承机构，透过沿该上定盘的旋转轴方向延伸的一汽缸而支承该上定盘，使该上定盘为自上方而上下可移动；一水平板，固定于该汽缸以使该水平板的一主表面相对于该汽缸的长度方向的轴呈直角；至少三个位移传感器，用以测定该上定盘下降至该固定位置时的该水平板的表面的高度位置；及一控制装置，自透过该位移传感器所测定的该水平板的表面的高度位置，而计算出该上定盘的相对高度位置，以及该上定盘的旋转轴与该汽缸的长度方向的轴所形成的角度。

依据如此的工件的加工装置，能够在工件加工前，基于所算出的上定盘的相对的高度位置及汽缸的偏心角，使以短时间且高精度的检测出工件的支承异常，并且能够在工件加工中，检测出汽缸的偏心角，即汽缸的中心的偏移等装置异常而抑制工件的质量恶化。并且，这能够仅在既存装置追加简单机能而以低成本实现。

该工件的加工装置可为一双面研磨装置或一双面抛光装置。

依据如此，能够合适的适应于特别要求高平坦度的硅晶圆等工件的制程。

该控制装置以具有一储存媒体为佳，用以将在该工件被正常支承于该载体的支承孔的状态下使该上定盘下降至该固定位置时的该上定盘的相对高度位置以及该上定盘的旋转轴与该汽缸的长度方向的轴所形成的角度作为一基准值而储存。

依据如此，能够使用经纪录的基准值，简单地高精度判断工件的支承异常及汽缸的中心的偏移等装置异常。

再加上，该控制装置，以计算出在该上定盘下降至该固定位置时该上定盘的相对高度位置及该上定盘的旋转轴与该汽缸的长度方向的轴所构成的角度的至少任一个，并当计算出的值与该基准值之间的差大于阈值时，判定为工件支承异常为佳。

依据如此，能够自动的在短时间内检测出工件的支承异常。

再加上，该控制装置，以计算出于该工件的加工中该上定盘的相对高度位置及该上定盘的旋转轴与该汽缸的长度方向的轴所构成的角度的至少任一个，并当计算出的值与该基准值之间的差大于阈值时，判定为装置异常为佳。

依据如此，能够在工件加工中，随时自动检测出汽缸的偏心角。

本发明的工件的加工装置，由于能自透过位移传感器所测定的水平板的表面的高度位置，以控制装置计算出上定盘的相对高度位置、上定盘的旋转轴与汽缸的长度方向的轴所构成的角度，因此能以低成本，于工件加工前以短时间而高精度的检测出工件的支承异常而防止工件及加工装置的损坏，并于工件加工中随时检测出汽缸的中心的偏移等的装置异常而抑制工件的质量恶化。

附图说明

图1是显示本发明的一例中的双面研磨装置的示意图。

图2是本发明的双面研磨装置的上定盘下降至固定位置时的示意图。

图3是本发明的双面研磨装置的上定盘经上升时的示意图。

图4是显示本发明的一例中的双面抛光装置的示意图。

图5是说明本发明的双面研磨装置中，汽缸的偏心角的示意图。

图6是说明本发明的双面研磨装置中，工件自载体的支承孔露出的状态的示意图。

图7是显示实施例中当检测出晶圆的支承异常时上定盘的高度位置变化的示意图。

图8是说明实施例中所定义的偏心量及中心偏移量的图。

具体实施方式

以下说明关于本发明的实施例，但本发明并不限定于此。

如同前述，本申请的发明人进行研究以实现以低成本实现检测加工开始前的工件的支承异常，及加工中汽缸的中心的偏移。结果发现，监视上定盘的高度位置及或汽缸的偏心角，即可用以检测出工件的支承异常，进一步而言，在设置三个以上测定固定于汽缸的水平板的表面的高度位置的位移传感器，即可低成本的于工件加工中，随时获得上定盘的相对高度位置与汽缸的偏心角两者，而完成本发明。

以下详细说明关于本发明的加工装置，本发明的加工装置，于配置于下定盘的载体的支承孔，插入而支承例如硅晶圆等的薄板状工件，使上定盘下降至固定位置，将支承有工件的载体以上定盘与下定盘夹住，一边分别使该上定盘及下定盘绕旋转轴旋转一边同时加工工件的双面，可列举例如双面研磨装置、及双面抛光装置。此处以双面研磨装置为例，参照图1并说明。

如图1所示，本发明的双面研磨装置1，包含设置为上下相对的上定盘2及下定盘3，各定盘2、3分别贴附有研磨布4。上定盘2与下定盘3之间的中心部设置有太阳齿轮6、周缘部设置有内齿轮7。载体5形成有用以支承工件W的支承孔8。双面研磨时，载体5以将工件W支承于支承孔8内的状态配设于上定盘2与下定盘3之间。

虽亦可通过作业员的手工将工件W支承于载体5，但亦可设置将工件W搬运而插入至载体5的支承孔8的机械手臂。

太阳齿轮6及内齿轮7的各齿部啮合于载体5的外周齿，伴随着上定盘2及下定盘3透过图中未示的驱动源以旋转，载体5一边自转一边围绕太阳齿轮6公转。此时，载体5的支承孔8所支承的工件W，由上下的研磨布4同时研磨双面。研磨工件时，研磨浆自图中未示的喷嘴，透过设于上定盘2的多个贯通孔供给至工件的研磨面。

上定盘2通过受上定盘支承机构9自上方支承而可上下移动。上定盘支承机构9具有沿上定盘2的旋转轴方向延伸的汽缸10。汽缸10的下端连接有沿上定盘2的旋转轴方向向下方延伸的轴11，轴11的下端连接有连接部12。上定盘支承机构9透过此连接部12自上方支承上定盘2。通过汽缸10的轴11的上下动作而能够正确控制上定盘2的高度位置。

透过通过上定盘支承机构9使上定盘2下降，而将支承有工件W的载体5以上定盘2与下定盘3夹住，能够对载体5及工件W施加研磨负重。

此时，能够控制上定盘2的高度位置以调整施加于载体5及工件W的研磨负重。以能够得到所期望的研磨负重的上定盘2的高度位置为固定位置，于研磨时，使上定盘2每次皆下降到同样的固定位置。

连接部12能够使用例如万向接头或是球面轴承。因此，即使在研磨的工件W或载体的厚度有参差的状况，亦能够在研磨中使上定盘的倾斜具有自由度，使负重能够确实传递至工件W。图2，图3显示有于连接部12使用万向接头的例子。

如图2所示，上定盘2下降至固定位置时，安装于上定盘2的挂钩17插入嵌合于设置于中心滚筒18的凹槽19。此状态下，能够将中心滚筒18的旋转驱动力传递至上定盘2而使上定盘2旋转。另一方面，如图3所示，上定盘2被移动至较固定位置更上方时，挂钩17成为自凹槽19拔出的状态。

如图1所示，汽缸10固定有水平板13，水平板13的主表面与汽缸10的长度方向的轴形成直角。水平板13的上方设有至少三个位移传感器14，通过这些位移传感器14，能够计测上定盘2下降至前述固定位置时，即，工件W支承于载体5后将载体5以上定盘2与下定盘3夹住时以及工件加工中的水平板13的表面的高度位置。

位移传感器14，虽无特别限定，但如图2、图3所示，能够配置成受支承于例如自连接部12的下部延伸至上方的臂29的前端。因此，能够抑制测定精度受到例如汽缸10的偏心角的影响。此状况下，随着上定盘2的上下动作，位移传感器14亦上下动作，因此调整臂29的长度以使当上定盘2下降至固定位置时，位移传感器14与水平板13的表面之间的距离成为所期望的值。

图2、图3所示的例子中，如同前述，汽缸10的本体及水平板13不进行上下动作，以汽缸10的轴11上下动作以使上定盘上下动作。此状况下，位移传感器14亦可为接触式传感器。具体而言，构成为上定盘2下降至固定位置时，位移传感器14的下端刚好接触水平板13的表面。此时，能够基于经测定的水平板13的表面的高度位置以及轴11实际下降的距离，计算出上定盘2的相对的高度位置。或者，亦能够使用经测定的水平板13的表面的高度位置，作为上定盘2的相对高度位置。

水平板13构成为与汽缸10的轴11一同上下动作的状况下，位移传感器14亦能够为非接触式传感器。又能够自以三个以上的位移传感器14所测定的3个以上的水平板13的表面的高度位置，计算出上定盘2的旋转轴与汽缸10的长度方向的轴所构成的角度(汽缸10的偏心角)。

加工装置，并非直接测量上定盘2的高度位置及汽缸10的偏心角，而能够自以三个以上的位移传感器14所测定的水平板13的表面的高度位置计算出上定盘2的相对的高度位置及汽缸10的偏心角，并使在工件W的加工中对其进行监视变为可能。并且，如此的加工装置构造简单而低成本，位移传感器14亦不限制为接触式或是非接触式，设计的自由度高。

盘2的相对的高度位置及汽缸10的偏心角的计算，能够以控制装置15进行。如图1所示，控制装置15分别连接于各位移传感器14，自位移传感器14接收经测定的水平板13的表面的高度位置，计算出上定盘2的相对的高度位置及汽缸10的偏心角而提供给操作者。

虽然位移传感器14的数量若为三个便能够充分达成本发明的效果，但亦可为了进一步提高测量精度，设置四个以上，例如六个位移传感器14。

控制装置15具有一储存媒体16，该储存媒体16用以将在工件W被正常支承于载体5的支承孔8的状态下使上定盘2下降至该固定位置时的上定盘2的相对高度位置以及汽缸10的偏心角分别作为一基准值而储存。此处汽缸10的偏心角的基准值的记录，以在汽缸10的中心经充分调整而使实际上上定盘2的旋转轴与汽缸10的长度方向的轴为一致后进行为佳。

透过比较这些被储存的个别的基准值与实际的测量值，能够判断工件支承异常及装置异常的有无。例如，如图6所示，双面研磨装置中，工件W没有正确放置于载体5的支承孔8时，上定盘2在开始研磨前下降至固定位置时，与工件W正确放置在载体5的支承孔8时相比，上定盘2只能下降至较高的位置。又当多个工件W中仅有一部分没有正确放置在载体5的支承孔时，透过上定盘2倾斜，汽缸10的偏心角亦变大。因此，能够以确认与基准值相比，上定盘2的相对的高度位置是否较高，或是汽缸10的偏心角是否较大来判断有无工件支承异常。

更具体而言，计算出上定盘2下降至固定位置时上定盘2的相对的高度位置，及汽缸10的偏心角，即如图5所示，上定盘2的旋转轴A与汽缸10的长度方向的轴B所构成的角度θ的至少任一个，并当计算出的值与该基准值之间的差大于阈值时，判定为工件支承异常。又，计算出工件W的加工中上定盘2的相对的高度位置，及汽缸10的偏心角θ的至少任一个，当计算出的值与基准值之间的差大于阈值时，判定为装置异常。通过控制装置15，能够自动进行这些计算及判定。

判定异常时所使用的阈值，能够基于例如实际发生异常时所测定的上定盘2的相对高度位置与基准值的差以及汽缸10的偏心角与基准值的差来决定。通过将在超过阈值的状况下使警报自动发生的程序软件包含于控制装置15，而能够实现自我诊断功能。

另外，图5所示的角度θ，虽然为了明确说明而强调表现，但是实际上角度θ相当细微，无法以目视观测其变化。

上述中，关于本发明的加工装置，虽以双面研磨装置为例以说明，但亦适用于双面抛光装置，亦能够发挥与前述相同的效果。

图4显示本发明的双面抛光装置。如图4所示，双面抛光装置21包含于上下方向互相相对而设置的上下定盘22、23(抛光定盘)。下定盘23于其中心部上表面具有太阳齿轮25，而于其周缘部设置有环状的内齿轮26。又支承工件W的载体24的外周面形成有啮合于上述太阳齿轮25及内齿轮26的齿轮部，整体成为一齿轮构造。

载体24设置有多个支承孔27。受抛光的工件W插入于此支承孔27内而被支承。载体24夹入于上下定盘22、23之间，通过下定盘23旋转以进行行星齿轮运动，即自转及公转。此时，自喷嘴透过设置于上定盘22的贯通孔28供给研磨浆至工件W与上下定盘22、23之间，工件W的双面被抛光。

与前述双面研磨装置的说明相同，双面抛光装置21具有水平板30，固定于使上定盘22上下可移动地自上方支承的上定盘支承机构的汽缸32；至少三个位移传感器31，用以测定水平板30的表面的高度位置；及一控制装置，连接于各个位移传感器31。虽于图4中省略，汽缸32透过连接部连接于上定盘22。以控制装置15，能够自位移传感器31所测定的水平板30的表面的高度位置，计算出上定盘22的相对的高度位置及汽缸32的偏心角。

如同前述，本发明的工件的加工装置，能够随时监视上定盘的高度位置及汽缸的倾斜，通过防止由于工件的支承异常所致的工件及加工装置的损坏，以及掌握上定盘的静态精度，能够检测出装置异常而抑制工件质量的恶化。因此，能够削减工件、研磨布及载体的损坏所导致的材料、零件的交换的成本，削减加工装置的停止运转时间。其结果，能够大幅改善制造成本及生产性。

以下虽显示本发明的实施例及比较例以更具体的说明本发明，但本发明并不限定于此。

(实施例)

使用图1所示的本发明的工件的加工装置(双面研磨装置)，反复进行直径300mm的硅晶圆的双面研磨。双面研磨装置为具有合计五片分别具有一个支承孔的载体。此时，进行研磨开始前的晶圆的支承异常的检测的监视，及研磨中的装置精度的监视。

双面研磨装置中，三个接触式的位移传感器(KEYENCE GT-H10)分别维持均等距离而设置于水平板的上方，如图2所示，将位移传感器的高度位置调整至虽于上定盘上升的状态下不接触水平板的表面，但在上定盘下降至固定位置的状态下会刚好接触到水平板的表面。

(支承异常的检测)

将当上定盘下降至固定位置时，自动计算出上定盘的相对的高度位置及汽缸的偏心角，并在这些计算值两者皆超过各别的阈值时判断为支承异常，而要求重新支承晶圆的程序软件包含于控制装置。上定盘的相对的高度位置当作三个计算值的平均值。阈值基于有意的使晶圆自载体的支承孔露出的状态使上定盘下降至固定位置时上定盘的相对的高度位置来决定。虽然已知每月会发生数次由于晶圆的支承异常所致的工件及载体的损坏，但通过本发明，能够检测出了全部的支承异常。

于图7显示发生晶圆的支承异常时的上定盘的高度位置的计算值。

(装置精度的监视)

于研磨中计算出汽缸的偏心角，自计算出的汽缸的偏心角计算出汽缸的长度方向的轴指向研磨面上的哪个位置。如图8所示，定义研磨面上汽缸的轴的轨迹的最大幅度W为偏心量，定义上定盘的旋转轴至轨迹的中心的距离d为中心偏移量。图8所示的x、y显示图5所示的x、y方向。通过于研磨中监视偏心量及中心偏移量，能够量化监视上定盘的动作及定心精度。因此，能够迅速判断晶圆的质量变动的原因是否与装置精度有关。对偏心量及中心偏移量分别设置管理值，将在超过管理值时使装置精度恶化的警报发生的程序软件包含于控制装置。在此警报发生时实施装置的精度调整，则能够改善晶圆的平坦度(SFQRmax)3％。

另外，本发明并不为前述实施例所限制。前述实施例为例示，具有与本发明的申请专利范围所记载的技术思想为实质相同的构成，且达成同样作用效果者，皆包含于本发明的技术范围。

Claims (5)

1.一种工件的加工装置，在配置于下定盘上的载体的支承孔而将工件插入而支承该工件，且使上定盘下降至固定位置而将支承有该工件的该载体以该上定盘及该下定盘夹住，而在个别使该上定盘及下定盘绕旋转轴旋转一边的同时，对该工件的双面予以加工，其中该工件的加工装置包含：

上定盘支承机构，透过沿该上定盘的旋转轴方向延伸的汽缸而支承该上定盘，使该上定盘为自上方而上下可移动；

水平板，固定于该汽缸以使该水平板的主表面相对于该汽缸的长度方向的轴呈直角；

至少三个位移传感器，用以测定该上定盘下降至该固定位置时的该水平板的表面的高度位置；及

控制装置，自透过该位移传感器所测定的该水平板的表面的高度位置，而计算出该上定盘的相对高度位置，以及该上定盘的旋转轴与该汽缸的长度方向的轴所形成的角度。

2.如权利要求1所述的工件的加工装置，其中该工件的加工装置为双面研磨装置或双面抛光装置。

3.如权利要求1或2所述的工件的加工装置，其中该控制装置具有储存媒体，用以将在该工件被正常支承于该载体的支承孔的状态下使该上定盘下降至该固定位置时的该上定盘的相对高度位置以及该上定盘的旋转轴与该汽缸的长度方向的轴所形成的角度作为基准值而储存。

4.如权利要求3所述的工件的加工装置，其中该控制装置计算出在该上定盘下降至该固定位置时该上定盘的相对高度位置及该上定盘的旋转轴与该汽缸的长度方向的轴所构成的角度的至少任一个，并当计算出的值与该基准值之间的差大于阈值时，判定为工件支承异常。

5.如权利要求4所述的工件的加工装置，其中该控制装置计算出于该工件的加工中该上定盘的相对高度位置及该上定盘的旋转轴与该汽缸的长度方向的轴所构成的角度的至少任一个，并当计算出的值与该基准值之间的差大于阈值时，判定为装置异常。