JP2005294378A - 半導体ウエーハの両面研磨装置及び両面研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエーハを両面研磨する際、装置の大型化や設備コストの上昇を抑えた上で、作業効率が顕著に向上し、ローディングからアンローディングまでの自動化に大いに資することができる両面研磨装置及び両面研磨方法を提供する。
【解決手段】ローダ部１０に配置したボックス１１内から研磨前のウエーハＷを移送して一時的に保管する一時保管用ボックス１２、板状と吸盤状の各保持手段を有するロボットアーム３１、キャリア４及び／又は研磨布から液体を飛散させるガス噴射手段４０、キャリアの保持孔５と研磨布との境界の２点と該保持孔に対する中心角に基づいて該保持孔の位置を検出する保持孔検出手段５０、研磨後のウェーハを搬送ロボットにより保持した状態でウェーハの割れの有無を検査する割れ検査手段６８及び、研磨後のウエーハを一時的に保管するバッファー容器６２、のうちの少なくとも２つを備えていることを特徴とする両面研磨装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハの両面を同時に研磨する両面研磨装置及び両面研磨方法に関する。

従来、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハを研磨する装置として、片面研磨装置と両面研磨装置が使用されている。一般的な両面研磨装置としては、図１４及び図１５に示すような遊星歯車機構を用いた、いわゆる４ウエイ方式の装置７０が知られている。

このような両面研磨装置７０によりシリコンウエーハＷを研磨する場合、キャリア７１に複数形成されたウエーハ保持孔７８にウエーハＷを挿入して保持する。そして、保持孔内のウエーハＷを研磨布７７ａ，７７ｂがそれぞれ貼付された上定盤７６ａ及び下定盤７６ｂで挟み込み、スラリー供給孔７３を通じて研磨スラリーを供給するとともに、キャリア７１をサンギヤ７４とインターナルギヤ７５との間で自転公転させる。これにより、各保持孔内のウエーハＷの両面を同時に研磨することができる。

また、他の形態の両面研磨装置として、例えば、図１６及び図１７に示されるように、上下の定盤８６ａ，８６ｂ（研磨布８７ａ，８７ｂ）の間に挟まれたキャリア８１を自転させずに小さな円を描くように揺動させる装置８０が知られている（特許文献１、２参照。）。保持孔８４を有するキャリア８１がキャリアホルダ８８に保持され、ホルダ８８の軸受部８９には偏心アーム８２が回転自在に挿着されている。

研磨の際、全ての偏心アーム８２をタイミングチェーン９１を介して回転軸９０を中心に同期して回転させることにより、キャリアホルダ８８に保持されたキャリア８１が、自転せずに水平面内で小さな円を描くようにして円運動を行うことができる。このような、いわば揺動式の両面研磨装置８０であれば小型化することができるため、比較的狭いスペースで研磨作業を行うことができる。近年のウエーハの大口径化に伴い、揺動式の両面研磨装置８０が多く用いられるようになっている。

このような両面研磨装置８０による研磨手順をさらに具体的に説明すると、例えば２５枚のウエーハを収容したボックス（一般的に、ＦＯＳＢ、ＦＯＵＰなどと呼ばれている。）が自動搬送装置（ＡＧＶ等）によって所定の位置まで運ばれ、両面研磨装置８０のローディングステーション（ローダ部）に配置される。

次いで、ボックス内のウエーハを、キャリア８１の各保持孔８４内に挿入して保持した後、上下の定盤８６ａ，８６ｂ（研磨布８７ａ，８７ｂ）によりウエーハＷの両面を挟み込む。上下の定盤８６ａ，８６ｂを回転させるとともにキャリア８１を揺動させ、スラリー供給孔８３から研磨スラリーを供給する。スラリーは、キャリア８１のスラリー通過孔８５等を通じて下側の研磨布８７ｂにも達し、ウエーハＷの両面が同時に研磨される。所定の時間研磨を行った後、定盤８６ａ，８６ｂとキャリア８１の運動を停止する。そして、保持孔８４内のウエーハＷは、ウエット状態を保ちながらアンローディングステーション（アンローダ部）へと搬出され、回収用容器（水槽）内に回収される。

従来、キャリアの保持孔にウエーハを挿入し、また、研磨後のウエーハをキャリアから回収するのは人手により行われていた。しかし、近年では自動化が進み、例えばボックス内のウエーハのローディングや研磨後のウエーハのアンローディングなどが搬送ロボットにより自動的に行われるようになってきている。

一般的には、搬送部として搬送ロボットや搬送コンベアを設け、研磨前のウエーハをローダ部から研磨部（研磨装置本体）に搬入し、研磨後のウエーハをアンローダ部に搬出する方法が用いられている（例えば特許文献３参照）。

また、遊星歯車構造の両面研磨装置では、キャリアのウエーハ保持面を視覚センサにより認識し、認識した画像データからウエーハ保持孔の位置を算定し、その算定結果に基づいてウエーハ搬送ロボットの位置を制御する装置が提案されている（特許文献４参照）。

一方、揺動式の両面研磨装置では、例えば、機械的な位置決め機能（インデックス機能）を有するキャリアホルダとし、図１７に示したような５つの保持孔８４を有するキャリア８１であれば、７２°ずつ回転させて位置決めすることで、各保持孔８４に対し搬送ロボットにより定位置でウエーハを１枚ずつセットすることができる。なお、研磨後は、同様にキャリア８１を回転させることで、搬送ロボットによりウエーハを１枚ずつ搬出することができる。

しかし、両面研磨装置を用いてウエーハのローディングからアンローディングまで自動化して行う場合、装置の大型化、設備コストの上昇、作業効率の低下など、自動化を妨げる種々の問題がある。

まず、ローダ部においては、空になったボックスの回収が稼動率の低下を招く場合がある。
例えば、ＡＧＶ等の自動搬送装置と連動し、ボックス内のウエーハを搬送ロボットにより研磨装置本体（研磨部）に搬送して研磨を行い、空になったボックスを回収するというシステムの自動化を図った場合、搬送の合理化は図れるが、空ボックスの回収から、次に処理するウエーハが入ったボックスをセットするまでの時間が待ち時間となり、稼動率が低下するという問題がある。
ボックスの交換時間のロスを小さくするため、例えば、ＡＧＶ等の自動搬送装置を増やしたり、複数のローダ部を設けることなどが考えられるが、装置の大型化や設備（装置）コストの上昇を招いてしまう。

また、搬送部においては、複数の搬送ロボットを要し、装置の大型化や装置コストの上昇を招く場合がある。
例えば、ボックスからウエーハを取り出すときには、ボックス内に水平に収容されているウエーハの下面側をすくい上げるようにして取り出すため、板状の保持手段が用いられる。
また、ウエーハを研磨装置のウエーハ保持位置（キャリアの保持孔）にセットしたり、研磨後、ウエーハを取り出す場合には、ウエーハをすくい上げる方式は使用できないので、別途設けられた吸盤式の保持手段を用い、ウエーハの上面を吸着保持する。

このように各種の搬送手段が必要となり、搬送部に広いスペースを要し、そのため研磨装置全体が大型化し、装置コストが非常に高くなるという問題がある。また、搬送ロボット等の設置面積が大きくなると、研磨装置の研磨布の交換やメンテナンスの妨げとなるなどの問題もある。

さらに、研磨部においては、ウエーハをキャリアの保持孔に挿入する際に問題が生じる場合がある。
例えば、揺動式の両面研磨装置において、前記のような機械的な位置決め機能（インデックス機能）を有するキャリアホルダとした場合、インデックスにより機械的にキャリアの位置決めをしても、キャリアが所定の位置から若干ずれることがある。研磨後の搬出の際は多少ずれていてもそれほど問題にはならないが、例えば、直径３００ｍｍのシリコンウエーハ用のキャリアでは保持孔は直径が３０１ｍｍ程度の円形であるため、ウエーハをセットする際、保持孔の位置が±１ｍｍ以上ずれてしまうと、ウエーハを保持孔内に機械的に挿入できないこととなる。

また、ウエーハをキャリアの保持孔に挿入できたとしても、次のウエーハを保持孔に挿入する際にキャリアを回転させたとき、既に保持孔に挿入されていたウエーハが保持孔から飛び出してしまうこともある。特に、研磨布のドレッシング後など、研磨布中に水等の液体が多量に含まれているときに、ウエーハが保持孔から飛び出してしまうことが多かった。

そのため、ウエーハを人手により保持孔に挿入する場合は、作業者がウエーハを研磨布に密着するように強く押し込むような手法でセットしていたが、搬送ロボットにより保持孔にウエーハを自動的に挿入する場合は、上記のような手法をロボットで行うことは非常に困難である。
また、保持孔からウエーハの一部が飛び出した（脱落）状態で研磨を行ったり、研磨中に保持孔からウエーハが飛び出してしまった場合、ウエーハのワレやカケが生じて不良率が高くなってしまう。さらに、ウエーハが保持孔から飛び出してしまうと、ウエーハの搬送を停止したり、あるいはそのまま研磨を行ってしまったときに、研磨布さらには定盤をも損傷するなどの研磨装置の異常やトラブルが生じ、生産性の低下につながってしまう。
このようにキャリアの保持孔内にウエーハを挿入して保持する工程が、生産性の低下を招き、特に両面研磨工程の自動化の妨げとなる。

また、研磨中に割れが発生したウェーハは、もはや製品として使用できないので、取り除く必要がある。
従来、ウェーハの割れを検査するには、作業員が目視で確認する方法のほか、研磨後のウェーハを回転テーブルにセットして割れを検査する方法がある（例えば特許文献５参照）。
しかし、このような検査方法を研磨後のウェーハの割れ検査に適用した場合、研磨後のウェーハを回転テーブルに一旦セットし、検査後、アンローダ部に搬送する必要がある。そのため、ウェーハの搬送回数が多くなり、従って、研磨後、ウェーハを回収用容器に搬送するまでの時間が長くなり、生産性が低下するという問題がある。また、検査用の回転テーブル等によってウェーハが汚染されるおそれもある。

さらに、アンローダ部においては、回収用容器の交換に時間がかかって作業効率の低下を招く場合がある。
両面研磨時には、ウエーハの品質上、キャリアの保持孔の全てにウエーハを入れて研磨を行う必要がある。１つのボックス内に収容されているウエーハの総数が例えば２５枚で、キャリアの保持孔が５つであれば、１バッチ５枚として５バッチ分を研磨することで、ちょうど１つのボックス内のウエーハを研磨することができる。しかし、１つのボックス内に収容されているウエーハの総数が、キャリアの保持孔の数の整数倍とならない場合、最後のバッチ分は端数となってしまう。この場合、例えば次のボックス内から不足分のウエーハを取り出し、同じキャリアにセットして研磨を行ったり（このように異なるボックス内のウエーハを同じキャリアで保持して一緒に研磨することを「混成処理」と呼ぶ。）、あるいはいわゆるダミーウエーハを補って研磨を行うこととなる。

いずれにせよ、ウエーハの研磨を行う場合、研磨後、ウエーハをそのままキャリアの保持孔内に置いておくと研磨作業が停滞するので、ウエーハはキャリアからできるだけ早く取り出して短時間で回収する必要がある。
混成処理の場合、同一バッチから２つのボックス内に収容されていたウエーハを回収することになるが、混入を避けるため、１つのアンローダ部において回収用容器を払い出した後、新しい回収用容器をセットするとなると、容器の交換に時間がかかり、作業効率の低下を招いてしまう。

すなわち、アンローダ部での回収作業が律速段階となってしまい、特に、混成処理の際に研磨装置の稼動率が顕著に低下してしまうという問題がある。
また、例えば、２つのボックスに対応すべく、アンローダ部に２５枚のウエーハを収容できる回収用容器を２つ配置できるようにするとなると、アンローダ部の設置面積が大きくなり、装置が大型化するほか、装置コストが増加するなどの問題がある。

このように、半導体ウエーハの研磨作業の自動化を図るにしても、ローダ部、搬送部、研磨部、アンローダ部においてそれぞれ種々の問題があり、研磨工程全体の自動化を妨げている。

特開平１０−２０２５１１号公報 特開２０００−４２９１２号公報 特開昭６１−２４１０６０号公報 特開平１１−２０７６１１号公報 特開２００１−１１８８９４号公報

上記のような問題に鑑み、本発明は、半導体ウエーハを両面研磨する際、装置の大型化や設備コストの上昇を抑えた上で、作業効率が顕著に向上し、ローディングからアンローディングまでの自動化に大いに資することができる両面研磨装置及び両面研磨方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、少なくとも、ローダ部と、搬送部と、研磨部と、アンローダ部とを有し、前記ローダ部に、半導体ウエーハを収容したボックスを配置し、該ボックス内のウエーハを搬送ロボットにより前記研磨部に搬送し、該研磨部におけるキャリアの保持孔内に保持し、研磨スラリーを供給するとともに上下の定盤にそれぞれ貼付された研磨布と摺接させることによりウエーハの両面を同時に研磨し、研磨されたウエーハを搬送ロボットにより前記アンローダ部に搬送して回収用容器内に回収する両面研磨装置であって、
前記ローダ部において、該ローダ部に配置したボックス内から研磨前のウエーハを移送して一時的に保管する一時保管用ボックス、
前記搬送部において、前記ウエーハをすくい上げる方式及び／又は吸着する方式の板状の保持手段と、吸着する方式の吸盤状の保持手段とを有するロボットアーム、
前記研磨部において、少なくとも前記キャリア及び／又は下定盤の研磨布に対してガスを噴射することにより前記キャリア及び／又は研磨布から液体を飛散させるガス噴射手段、
前記研磨部において、前記キャリアの保持孔と研磨布との境界の２点と該保持孔に対する中心角に基づいて該保持孔の位置を検出する保持孔検出手段、
前記搬送部において、研磨後のウェーハを前記搬送ロボットにより保持した状態でウェーハの割れの有無を検査する割れ検査手段、及び、
前記アンローダ部において、研磨後のウエーハを一時的に保管するバッファー容器、
のうちの少なくとも２つを備えていることを特徴とする両面研磨装置が提供される（請求項１）。

上記のような一時保管用ボックス、板状保持手段と吸盤状保持手段とを有するロボットアーム、ガス噴射手段、保持孔検出手段、割れ検査手段、及びバッファー容器はそれぞれ自動化に資するが、これらのうちの少なくとも２つを備えることで、相乗効果を発揮し、装置の大型化や設備コストの上昇を抑えた上で作業効率が極めて高い両面研磨装置となる。
例えば、ローダ部の一時保管用ボックスと、アンローダ部のバッファー容器を備えることで、ローダ部とアンローダ部での容器の交換に要する待ち時間が無くなり、装置の大型化やコストの上昇を招くことなく作業効率を大幅に向上させることができる。
あるいは、研磨部においてガス噴射手段と保持孔検出手段とを備えることで、ウエーハのキャリアへの挿入及び保持を確実に行うことができ、安全性及び作業効率を大幅に向上させることができる。
従って、半導体ウエーハの両面研磨を行う際、このような両面研磨装置を用いれば、研磨工程全体の自動化に大いに資することができる。

前記両面研磨装置は、前記キャリアを揺動させるキャリア揺動機構を有し、該キャリアを揺動させて前記ウエーハの研磨を行うものとすることができる（請求項２）。
このような揺動式の両面研磨装置は、比較的小型の装置で大直径のウエーハを研磨することができ、上記した自動化を促進する少なくとも２つの手段を備えたものとすることで、大直径の鏡面研磨ウエーハを、自動的に、かつ高い生産性で製造することができる。

また、前記キャリアを回転させるキャリア回転機構も有することが好ましい（請求項３）。
キャリア回転機構も有するものとすれば、例えば、研磨布等の液体の飛散やキャリアの保持孔の検出をより効率的に行うことができるものとなる。

また、前記ロボットアームが、研磨装置の作業空間における天井面のフレームから吊るされているものであることが好ましく（請求項４）、特に、フレームに沿って移動できるものであることが好ましい（請求項５）。
このように天井面のフレームからロボットアームを吊るし、さらにフレームに沿って移動できるものとすれば、作業空間を有効に活用してウエーハの搬送作業をより効率的に行うことができ、また、ウエーハの搬送領域を広げることもできる。

さらに、前記両面研磨装置が、少なくとも前記一時保管用ボックスとロボットアームとを備え、前記一時保管用ボックスと前記ウエーハが収容されたボックスが、前記ロボットアームを中心とする同じ円周上に配置されることが好ましい（請求項６）。

このように、一時保管用ボックスとウエーハが収容されたボックスとがロボットアームを中心とする同じ円周上に配置されるものであれば、中心のロボットアームによるハンドリングが容易となり、一時保管用ボックスへのウエーハの移送を容易にかつ迅速に行うことができるとともに、装置の小型化にも資する。

また、前記ガス噴射手段が、ドライエアー又は窒素を噴射するものであることが好ましい（請求項７）。
ドライエアーや窒素は、コストが低く利用し易い上、研磨布やウエーハを汚染することもないので好適である。

また、前記保持孔検出手段は、少なくとも、前記保持孔に対して所定の中心角を成すように設置された２つの画像検出手段と、該画像検出手段により得られた画像データを処理する画像処理手段とを有し、前記２つの画像検出手段により前記保持孔と研磨布との境界の２点を検出して前記画像処理手段にデータを送るものであり、前記画像検出手段により検出された２点と前記中心角に基づいて前記保持孔の中心の位置を算出することにより前記保持孔の位置を検出するものとすることができる（請求項８）。

このような保持孔検出手段であれば、２つの画像検出手段によりキャリアの保持孔と研磨布との境界の２点を検出し、検出された２点と、保持孔に対する中心角に基づいて保持孔の中心の位置を算出することができ、それにより保持孔の位置を簡便かつ正確に検出することができる。従って、保持孔の位置が多少ずれていても、検出した保持孔の位置に基づいてロボットアームによりウエーハを保持孔に確実に挿入することができ、自動化をより安定したものとすることができる。

この場合、前記２つの画像検出手段が、前記保持孔に対して９０度の中心角を成すように設置されていることが好ましい（請求項９）。
２つの画像検出手段の保持孔に対する中心角を９０度とすれば、検出した２点と中心角に基づく保持孔の中心座標の算出が極めて容易となる。

また、前記保持孔検出手段の少なくとも前記画像検出手段が、移動手段により移動可能なものであることが好ましい（請求項１０）。
画像検出手段が移動手段により移動可能なものとすれば、装置がよりコンパクトとなる上、検出を容易に行うことができる。

さらに、前記保持孔検出手段が、前記保持孔と研磨布との境界を照らす照明手段を有することが好ましい（請求項１１）。
このような照明手段により保持孔と研磨布との境界を照らせば、キャリアと研磨布との明暗がはっきりし、保持孔と研磨布との境界の検出がより容易となる。

前記両面研磨装置が、前記ウエーハが前記キャリアの保持孔内に保持されていることを確認するためのウエーハ保持確認手段をさらに備えていることが好ましい（請求項１２）。
このようなウエーハ保持確認手段を備えていれば、研磨前にウエーハが保持孔に保持されていることを確実に確認することができ、研磨作業をより安全に行うことができる。

前記バッファー容器が、前記研磨部の１つのキャリアの保持孔の数と同数のウエーハを収容できるものであることが好ましい（請求項１３）。
バッファー容器内に一時的に保管するウエーハは、通常、キャリアの保持孔の数以下となるので、キャリアの保持孔の数と同数のウエーハを収容できるバッファー容器を用いれば間に合うし、装置の大型化やコストの上昇を確実に抑えることができる。

前記バッファー容器が、ウエーハを垂直に収容するものであることが好ましい（請求項１４）。
バッファー容器がウエーハを垂直に収容するものであれば、ウエーハの移送をスムーズに行うことができ、また、バッファー容器がウエーハを例えば５枚程度収容できるものとする場合、ウエーハを水平に収容するよりも、垂直に収容するものとした方が場所を取らず、装置の大型化を防ぐにも好ましい。

前記回収用容器及びバッファー容器が、水槽であることが好ましい（請求項１５）。
回収用容器及びバッファー容器が水槽であれば、研磨後のウエーハを各容器（水槽）内の純水などに投入することで、ウエーハの表面に付着している研磨スラリーや研磨カスが乾燥して固着することがなく、その後の洗浄等で簡単に除去することができる。

前記割れ検査手段は、前記研磨後のウェーハの表面に光を当てる照明手段と、該ウェーハの画像を検出する画像検出手段と、該画像検出手段により得られた画像データを画像処理する画像処理手段と、該画像処理された画像の明暗により前記ウェーハの割れの有無を判定する判定手段とを有するものとすることができる（請求項１６）。
割れ検査手段が、上記のような照明手段と、画像検出手段と、画像処理手段と、判定手段とを有するものであれば、研磨後のウェーハを搬送ロボットにより保持したままの状態でも、画像の明暗によりウェーハの割れを確実に検出することができる。

この場合、前記画像検出手段は、ＣＣＤカメラ又はビジコンカメラであることが好ましい（請求項１７）。
例えばＣＣＤカメラ、又はビジコンカメラであれば、ウェーハ表面の画像を鮮明にとらえ、割れの有無をより確実に判定することができる。また、これらのカメラは小型なので、両面研磨装置も小型化することができる。

また、前記割れ検査手段が割れを検出した場合に、該ウェーハを割れが検出されなかったウェーハとは別途回収する割れウェーハ回収手段及び／または前記搬送ロボットの動作を停止する手段が設けられていることが好ましい（請求項１８）。
このように割れウェーハ回収手段や、搬送ロボットの動作を停止する手段が設けられていれば、割れが検出されたウェーハと、割れの無い正常なウェーハとを区別して回収することができ、割れが生じたウェーハを確実に取り除くことができる。

また、前記割れ検査手段が割れを検出した場合に、警報音を発する警報手段が設けられていることが好ましい（請求項１９）。
このような警報手段が設けられていれば、作業員が常に監視していなくても、ウェーハに割れが生じたことを作業員に確実に知らせることができ、装置の運転を停止するなど、その後の対策を適切にとることができる。

また、本発明によれば、半導体ウエーハの両面を同時に研磨する半導体ウエーハの両面研磨方法において、前記いずれかの両面研磨装置を用いて研磨を行うことを特徴とする両面研磨方法が提供される（請求項２０）。
本発明に係る両面研磨装置を用いてウエーハの両面研磨を行えば、研磨スペースを拡大せず、また製造コストの上昇を抑えた上、研磨作業全体を、自動的かつ効率的に行うことができる。

本発明の両面研磨装置は、上記のような一時保管用ボックス、板状保持手段と吸盤状保持手段とを有するロボットアーム、ガス噴射手段、保持孔検出手段、割れ検査手段、及びバッファー容器のうちの少なくとも２つを備えることにより、相乗効果を発揮し、装置の大型化や設備コストの上昇を抑えた上で作業効率が極めて高いものとなる。
従って、半導体ウエーハの両面研磨を行う際、このような両面研磨装置を用いれば、研磨工程全体の自動化に大いに資することができる。

以下、本発明の好適な態様として、シリコンウエーハを両面研磨する場合について添付の図面に基づいて具体的に説明する。
本発明者らは、半導体ウエーハの両面研磨装置による研磨工程の自動化について鋭意研究を重ねたところ、本発明の完成に先立ち、ウエーハを収容する正規な容器とは別に、研磨前後のウエーハを一時的に収容する容器、装置内でのウエーハの搬送を全て行うことができるロボット、また、キャリアの保持孔にウエーハの挿入を確実に行うためのガス噴射手段や保持孔検出手段等を各個別に開発した。さらに、研究を重ねたところ、研磨工程の自動化を促進する上記各手段を少なくとも２つを備えることで、相乗効果を発揮し、装置の大型化や設備コストの上昇を抑えた上で作業効率が極めて高い両面研磨装置となることを見出し、本発明を完成させた。

図１は本発明に係る両面研磨装置１の一例を示している。この両面研磨装置１は、主にローダ部１０と、搬送部３０と、研磨部２０と、アンローダ部６０とを有している。ローダ部１０には研磨前のシリコンウエーハＷを収容したボックス１１（収容ボックス）が配置され、搬送部３０には装置内でウエーハの搬送を行うロボットアーム３１を備えた搬送ロボット１３が設けられている。また、研磨部２０には揺動式の両面研磨装置本体２１が設けられており、アンローダ部６０には研磨後のウエーハを回収する回収用容器６１（例えば、純水に界面活性剤などを入れて満たした水槽）が配置される。

そして、ローダ部１０においては、ローダ部１０に配置したボックス１１内から研磨前のウエーハＷを移送して一時的に保管する一時保管用ボックス１２が備えられている。すなわち、研磨を行う際、ローダ部１０には研磨前のシリコンウエーハＷを収容したボックス（収容ボックス）１１が配置されるが、このような収容ボックス１１とは別に、一時保管用のボックス１２が予め固定されている。この一時保管用ボックス１２は、ウエーハＷが収容されたボックス１１と同じ枚数のウエーハＷを水平に保持できるようバッファー内に溝が形成されているフロントオープン構造の容器を用いればよい。例えば蓋のないポリカーボネイト製のＦＯＳＢ等を使用することができ、脱着自在にピン等でローダ部１０に固定されたものとする。
そして、この一時保管用ボックス１２は、収容ボックス１１からロボットアーム３１によりウエーハＷの移送をスムーズに行うため、ウエーハＷが収容されたボックス１１がローダ部１０に配置されたときにロボットアーム３１を中心とする同じ円周上となるように配置されている。

研磨部２０においては、装置本体２１として、図２に示されるように、上下の定盤２６ａ，２６ｂ、各定盤２６ａ，２６ｂに貼付された研磨布２７ａ，２７ｂ、ウエーハＷを保持するための保持孔５が形成されたキャリア４、研磨布２７ａ，２７ｂとウエーハＷとの間に研磨スラリーを供給するための研磨スラリー供給手段（供給孔）２３等が設けられている。
下定盤２６ｂは、下定盤回転モータ２５ｂにより回転され、上定盤２６ａも同様に回転させることができる。

キャリア４は、周辺部に多数の貫通孔（固定孔）２４が形成されており、キャリアホルダ３に取り付けられたピン２２を各固定孔２４に挿入することでホルダ３に固定されている。そして、ホルダ３の各軸受け部３ａに回転自在に取り付けられた偏心アーム７が、揺動モータ２５ｄと揺動同期ギア２９により同期して回転されることで、キャリア４は小さな円を描くように揺動することができる。
また、キャリア４は、キャリア上下動アクチュエーター２５ｃによってホルダ３と共に上下動することができる。

キャリア回転機構として、インデックステーブル２８が設けられており、インデックスモータ２５ａによりインデックステーブル２８を回転させることで、キャリアホルダ３、キャリア上下動アクチュエーター２５ｃ、揺動モータ２５ｄ等とともにキャリア４を軸Ａを中心として回転させることができる。従って、インデックスモータ２５ａと揺動モータ２５ｄを同時に駆動させることにより、キャリア４を回転させながら揺動させることもできる。

さらに、研磨部２０においては、キャリア４と下定盤２６ｂの研磨布２７ｂに対してガスを噴射して、キャリア４と研磨布２７ｂから液体を飛散させる（本発明では「水切り」という。）ガス噴射手段４０が備えられている。このガス噴射手段４０は２つのノズル４１ａ，４１ｂを有し、図３に示されるように各ノズル４１ａ，４１ｂはエアーバルブ４２等を介して高圧ガス容器（ガスボンベ）やコンプレッサ等のガス供給源４３に連結している。一方のノズル４１ａは、キャリア４及び下定盤の研磨布２７ｂに対して真上方向から、他方のノズル４１ｂは横方向からそれぞれエアー等のガスを噴射してキャリア４と研磨布２７ｂから液体を飛散させることができる。

なお、ガス噴射手段４０は、キャリア４や下定盤の研磨布２７ｂに対してガスを噴射して研磨布等から液体を飛散させることができれば図３のようなものに限定されず、例えば上側のノズル４１ａのみだけでも良いし、ノズルの数も適宜決めればよい。また、ガス噴射を行わないときに各ノズル４１ａ，４１ｂが退避できるように移動手段を設けておくことが好ましい。

さらに、研磨部２０においては、キャリア４の保持孔５と研磨布２７ｂとの境界の２点と該保持孔５に対する中心角に基づいて該保持孔５の位置を検出する保持孔検出手段５０が備えられている。
保持孔検出手段５０は、図４、図５に示されているようにキャリア４のウエーハ保持孔５に対して９０°の中心角θを成すように設置された２つの画像検出手段（ＣＣＤカメラ）５１ａ，５１ｂと、各ＣＣＤカメラ５１ａ，５１ｂにより得られた画像データを処理する画像処理手段（モニター）５４とを有している。さらに、カメラ５１に付随するように、検出エリアに対する照明手段５２とガス噴射手段５３が設けられている。このガス噴射手段５３については、上記水切り用のガス噴射手段４０（ノズル４１ａ，４１ｂ）と兼用しても良い。

また、保持孔検出手段５０には、検出の際、カメラ５１ａ，５１ｂ等をキャリア４上に位置させるための移動手段が設けられている。例えば図６に示されるように、研磨装置の上部フレーム５９に、水平方向のＸ軸スライダー５５ａと、垂直方向のＺ軸スライダー５５ｂを設け、Ｚ軸スライダー５５ｂに画像検出手段（ＣＣＤカメラ）５１を取り付ける。このような移動手段５５を設けることにより、検出時には図７（Ａ）に示されるように、カメラ５１を定盤間、すなわちキャリア４上に移動させることができ、研磨時には図７（Ｂ）に示されるように定盤２６ａ，２６ｂから離れた位置に退避させることができる。さらに、Ｘ軸及びＺ軸の各スライダー５５ａ，５５ｂに対して垂直なＹ軸スライダーを設けても良い。

なお、上定盤２６ａにスイング機構を設け、保持孔の検出の際、上定盤２６ａを横に移動させることも可能だが、近年のウエーハの大直径化に伴い定盤も大型化しているため、定盤のスイング機構を設けるとなると場所を取り、また、研磨精度が下がるおそれもある。そこで、図７（Ａ）（Ｂ）に示したように、検出時には上定盤２６ａを上方に移動させ、カメラ５１ａ,５１ｂが定盤間に入り込める移動手段５５を設けた方が好ましい。これにより、上定盤２６ａは上下動のみできるようにすれば足り、簡単且つ高精度で大口径ウエーハを研磨できるものとなる。

搬送部３０における搬送ロボット１３のロボットアーム３１は、装置内でウエーハの搬送を行うものであり、図９に見られるように、ウエーハをすくい上げる方式の板状の保持手段（板状ハンド）３２と、吸着する方式の吸盤状の保持手段（吸盤状ハンド）３３とが設けられている。

板状ハンド３２は、図１０（Ａ）（Ｂ）に示したようにウエーハＷの裏面側をすくい上げて保持することができるほか、ウエーハＷを吸着により保持することもできるように構成されている。
図１１は、板状ハンド３２の断面を示しており、例えば、ステンレス等の金属製のベース３２ａと、ポリ塩化ビニル層３２ｂと、バッキングパッド３２ｃとから構成し、先端の下側にはウエーハＷを吸着保持する保持面（吸着面）３４が形成されている。そして、内部に形成された通気孔３６を通じて真空ポンプ（不図示）の吸引により、ウエーハＷの上面側を吸着保持することができる。
このように、板状ハンド３２がウエーハＷを吸着保持することもできるものとすれば、板状ハンド３２が短く、例えば３００ｍｍの大直径のウエーハをすくい上げにより保持することができない場合でも、吸着により確実に保持することができる。

なお、板状ハンド３２は、ウエーハＷの下面をすくい上げて保持することができるものでも良いし、あるいは、特に大直径のウエーハに対してはすくい上げることはできなくても、吸着により保持することができるものでも良い。ただし、板状ハンド３２は、ボックス１１内のスロット間に差し込んでウエーハＷの下面側をすくい上げ、あるいは上面側を吸着して保持できるように厚さが薄いものとする。

一方、吸盤状ハンド３３は円形状の保持面（吸着面）３５を有し、厚さが大きく安定したものとする。保持面３５は、ウエーハＷにキズを付けないように板状ハンド３２と同様のバッキングパッドを使用することができる。なお、吸盤状ハンド３３は、後述するようにキャリアの保持孔にウエーハＷを出し入れする際に使用する。従って、吸盤状ハンド３３の吸着力は板状ハンド３２の吸着力よりも大きく、ウエーハをより安定して保持することができるものとすることが好ましい。

また、ロボットアーム３１は、関節部３７ａ，３７ｂを有し、上下、前後、左右の動作のほか、旋回が可能なものとすることが好ましく、特に、図９に見られるように、研磨装置の作業空間１９における天井面のフレーム３９から吊るされているものとすれば、研磨装置１をより小型化することができ、下部に設置されたアンローダ部６０等との干渉を防ぐことができる。

さらに、搬送ロボット１３は、ロボットアーム３１がフレーム３９に沿って移動できるものとすれば、メンテナンス等を行うときに邪魔にならない位置に待機させることができ、また、搬送領域が広がる。従って、１つのロボットアーム３１で１台の研磨装置内の全てのウエーハ搬送作業ができるほか、例えば１つのロボットアーム３１で複数の研磨部のウエーハ搬送作業をすることも可能となる。

また、搬送部３０においては、ウエーハＷを板状ハンド３２から吸盤状ハンド３３に持ち替えるための台（センタリングステージ３８）が設けられている。
センタリングステージ３８は、保水機能を有し、ウエーハＷを安定して支持することができるものとし、例えば、図１２に示されるように、ステージ３８の対向するチャック３８ａ，３８ｂにより、ウエーハＷの面取り部を支持するものとすれば、ウエーハＷの表面を汚染せず、また、板状ハンド３２によりウエーハＷをすくい上げるようにして保持した場合でも、ステージ３８に容易に移載することができる。

また、チャック３８ａ，３８ｂがシリンダー等により開閉自在なものとすれば、ウエーハＷを板状ハンド３２からステージ３８に移載する際、チャック３８ａ，３８ｂによりウエーハＷの面取り部を把持して確実に移載することができ、また、チャック間の距離を調整して種々の大きさのウエーハに対応させることもできる。

さらに、この装置１には、研磨後のウェーハを搬送ロボット１３により保持した状態でウェーハの割れの有無を検査する手段（割れ検査手段）６８が備えられている。
図１９は、割れ検査手段６８の構成の一例を示している。この割れ検査手段６８は、研磨後、搬送ロボット１３のロボットアーム３１により保持されたウェーハＷの表面に光を当てる照明手段（白色蛍光灯）６６と、該ウェーハＷの画像を検出する画像検出手段（ＣＣＤカメラ）６７と、該画像検出手段６７により得られた画像データを画像処理する画像処理手段（コンピュータ、モニター）６３と、該画像処理された画像の明暗によりウェーハＷの割れの有無を判定する判定手段（判定回路）６４を有している。
なお、各手段は上記のものに限定されず、例えば画像検出手段６７としては、ビジコンカメラ等を使用することもできる。

アンローダ部６０においては、研磨後のウエーハを一時的に保管するバッファー容器６２が備えられている。
このバッファー容器６２は、混成処理の場合に他のボックスから補充したウエーハやダミーウエーハを収容するので、キャリア４の保持孔５の数と同数のウエーハを収容できるものであることが好ましい。すなわち、図１の装置では、キャリア４の保持孔５は５つであるので、５枚のウエーハを収容できるものが好ましい。
また、バッファー容器６２は、ロボットアーム３１によるハンドリング、装置の大型化の防止等の理由から、ウエーハを垂直に収容するものであることが好ましい。
例えばバッファー容器６２は、塩ビ製の水槽の内側にウエーハ保持部を設けた構造とすればよい。ウエーハ保持部は材質がフッ素樹脂製でウエーハ底部を保持する１本の保持棒とウエーハ側部を保持する２本の保持棒を２枚の側板に取り付けた構造とすることができる。また、保持棒の表面には収容するウエーハ枚数に応じた数の係合溝が形成されている。そしてバッファー容器６２は脱着自在にピン等でアンローダ部６０に固定されたものとする。

このような研磨装置１によりシリコンウエーハの研磨を行う方法の一例について説明する。
まず、ローダ部１０において、研磨すべきウエーハＷを収容したボックス１１（例えば２５枚入り）がボックス自動搬送装置１４により運ばれ、配置される。なお、ボックス１１のローダ部１０への搬送方法は特に限定されるものではなく、床面上を自走する自走型搬送車（ＡＧＶ）により搬送する方式のほか、室内の天井部にレールを敷設し、レールに沿ってボックスを搬送する方式（ＯＨＴ）としても良い。
ローダ部１０に配置されたボックス１１は、オープナー等により蓋が開封される。

次に、収容ボックス１１内のウエーハＷをロボットアーム３１により取り出し、位置決めしたキャリア４の保持孔５に挿入するが、特に下側の研磨布２７ｂには、前の研磨で使用した研磨スラリーやドレッシングで使用した水が多量に含まれている場合がある。
そこで、ウエーハＷをキャリア４の保持孔５に挿入する前に、キャリア４及び／又は下定盤２６ｂの研磨布２７ｂから水や研磨スラリー等の液体を飛散させる。

例えば、ドレッシング等を行った後、下定盤２６ｂの研磨布上にキャリア４をセットする前に、下定盤２６ｂの回転により研磨布２７ｂから液体を予め飛散させる。このとき、上定盤２６ａとキャリア４は上方に移動させておき、下定盤２６ｂを５〜５０ｒｐｍの回転数で１０〜６０秒間回転させることで水切りを行う。なお、ここでの水切りは、下定盤２６ｂの研磨布２７ｂに対し、ガス噴射ノズル４１ａ，４１ｂからドライエアー等を噴射させて行っても良いし、下定盤２６ｂの回転とガス噴射の両方を行っても良い。
各ノズル４１ａ，４１ｂから噴射するガスは、研磨布２７ｂや研磨するウエーハＷに対して汚染を引き起こさないものを使用することができ、ドライエアーのほか、窒素ガスも好ましい。ドライエアーや窒素は、研磨布やウエーハを汚染せず、また、コストが低く利用し易いため好適に用いることができる。

なお、このようなキャリア４をセットする前の水切りは、研磨布中の水等の含有量が比較的少ないときには省略することもできるが、特にドレッシング後など研磨布２７ｂに多量の水が含まれているときに極めて有効である。このような水切りを予め行っておけば、後述するキャリア４をセットした後に行う水切りの時間を大幅に短縮することができるとともに、より効果的に行うことができる。

次に、キャリア４を下降させて下定盤２６ｂに貼付された研磨布上にセットする。なお、キャリア４をセットした後、上定盤側から水やスラリーが滴り、キャリア上に液体が溜まり、キャリア４を回転させたときに保持孔内に流れて溜まってしまうおそれがある。
そこで、キャリア４をセットした後、ウエーハＷをキャリア４の保持孔内に挿入する前に、キャリア４やキャリア４の保持孔内における下定盤２６ｂの研磨布２７ｂから液体を飛散させる。
このときの水切りは、例えば、下定盤２６ｂの回転、下定盤２６ｂの研磨布２７ｂに対するガス噴射、キャリア４に対するガス噴射、キャリア４の揺動、及びキャリア４の回転の少なくとも１つ以上の手段により行うことができる。

具体的には、図３に示したように、２つの噴射ノズル４１ａ，４１ｂから、キャリア４の上面及び下定盤の研磨布２７ｂ、特に保持孔内の研磨布２７ｂに対し、ドライエアーや窒素等のガスを高圧で噴射する。また、下定盤２６ｂを回転させるとともにキャリア４を下定盤２６ｂの回転と同一方向に回転させながら揺動させることで、キャリア４の保持孔内に残存する水や研磨スラリーをより早く、かつ確実に飛散させることができる。

なお、上記のような下定盤２６ｂの回転、ガス噴射、キャリア４の揺動、及びキャリア４の回転の各手段は任意に組み合わせれば良く、順序も限定されるものではない。例えば、キャリア４及び保持孔内の研磨布２７ｂに対するガス噴射のみで水切りを行っても良いし、より短時間で水切りするために、全ての手段を同時に用いても良い。また、回転方向も任意であり、キャリア４と下定盤２６ｂを逆回転させるようにしても良い。

水切り後、収容ボックス内のウエーハＷをロボットアーム３１により取り出し、位置決めしたキャリア４の保持孔５に挿入するが、このとき保持孔４の位置が若干ずれている場合がある。例えば、キャリア４をインデックステーブル２８等により機械的に位置決めすると、図１８に見られるように固定孔２４と固定ピン２２との間にギャップＧが生じ、キャリア４が正確に位置決めされない場合がある。特に、使用に伴いキャリア４の固定孔２４が磨耗してギャップＧが大きくなると、ウエーハが正規の位置にセットされず、機械トラブルにつながるおそれがある。

そこで、キャリア４の位置決めを行った後、ウエーハＷを保持孔５にセットする前に、保持孔検出手段５０により保持孔５の位置を正確に検出し、検出した保持孔５の位置に基づいてロボットアーム３１によりウエーハＷを保持孔５に確実に挿入できるようにする。

具体的には、インデックステーブル２６等によりキャリア４の位置決めを行った後、２つのＣＣＤカメラ５１ａ，５１ｂをＸ軸、Ｚ軸スライダー５５ａ，５５ｂにより定盤間に移動させてキャリア４の保持孔５付近をスキャンする。なお、このとき、保持孔５と研磨布２７ｂとの境界に研磨スラリー等の液体（水滴）が存在していると、検出誤差を生じるおそれがある。

そこで、検出直前に、前記したようなガス噴射手段４０のガス噴射ノズル４１ａ，４１ｂから空気や窒素等のガスを噴射させ、キャリア４の保持孔５と研磨布２７ｂとの境界に存する余分な液体を飛散させることが好ましい。これにより、保持孔５と研磨布２７ｂとの境界及び保持孔内の研磨布を乾かさずに余分な水分だけを除去しておくことができる。なお、水切りは保持孔検出手段５０に付属するガス噴射手段５３により行ってもよい。

次いで、各カメラ５１ａ，５１ｂで、保持孔５と研磨布２７ｂとの境界を検出する。具体的には、２つのカメラ５１ａ，５１ｂにより得られた画像データをモニター５４に送って画像処理をする。保持孔５の境界がカメラ５１の視界にあるとき、図８に示されるようにモニター画面５４ａには、キャリア４と研磨布２７ｂは明暗の違いとして現れ、これにより保持孔５と研磨布２７ｂとの境界を検出することができる。このとき、照明手段５２により保持孔５と研磨布２７ｂとの境界付近を照らしてコントラストをよりはっきりさせることで保持孔５と研磨布２７ｂとの境界（保持孔の縁）を検出し易くなり、例えば５０μｍの精度で検出することも可能となる。

そして、２つのカメラ５１ａ，５１ｂによって保持孔５と研磨布２７ｂとの境界が検出されたとき、保持孔５の縁（エッジ）の２点の座標を特定することができる。また、２つのカメラ５１ａ，５１ｂは保持孔５に対して予め決められた位置に固定されており、各保持孔５の中心Ｃに対して成す角度は９０°に設置されているので、検出された２点と中心角θ（９０°）に基づいて保持孔５の中心Ｃの位置（座標）を容易に算出することができる。
なお、保持孔５に対する２つのカメラ５１ａ，５１ｂの中心角θは９０°に限られず、保持孔５に対する中心角θが予め特定されており、保持孔５の縁の２点の座標を検出できれば、検出された２点と中心角θに基づいて保持孔５の中心位置を算出することができる。

このように保持孔５に対する２つのＣＣＤカメラ５１ａ，５１ｂの中心角θと、検出した保持孔５の縁の２点に基づいて保持孔５の中心位置を算出することにより保持孔５の位置を正確に検出することができる。
そして、検出された保持孔５の位置を、ロボットアーム３１を制御するコントローラにフィードバックすれば、ロボットアーム３１は、検出した保持孔５の位置データに基づいてウエーハＷをキャリア４の保持孔５に確実に挿入することができる。

なお、ボックス１１内からロボットアーム３１によりウエーハＷを取り出すには、ロボットアーム３１の板状ハンド３２をボックス１１内のスロット間に差し込み、図１０（Ａ）に示したようにウエーハＷの上面側を吸着により保持する。なお、このとき、図１０（Ｂ）に示したように板状ハンド３２の上面側でウエーハＷの下面をすくい上げて保持しても良い。

板状ハンド３２によりボックス１１内のウエーハＷを保持して取り出した後、キャリア４の保持孔５にセットする前に、一旦センタリングステージ３８の上に載置する。
ウエーハＷを板状ハンド３２からセンタリングステージ３８に移載した後、同じロボットアーム３１の吸盤状ハンド３３によりウエーハＷの上面側を吸着保持する。吸盤状ハンド３３は、板状ハンド３２の吸着力よりも大きい吸着力を発揮し、ウエーハＷを確実に保持し、特に大直径のウエーハでも安全に搬送することができる。

吸盤状ハンド３３によりウエーハＷの上面側を吸着保持し直した後、研磨装置本体２１（研磨部２０）のウエーハ保持位置に搬入する。具体的には、ウエーハＷを吸着保持したアーム３１を上方に引上げ、キャリア４の方向に所定の位置まで旋回する。そして、図１３に示されるように、吸盤状ハンド３３により保持しているウエーハＷをキャリア４の保持孔５に挿入し、吸引を解除する。これにより、吸盤状ハンド３３からウエーハＷが離脱し、保持孔５にセットされる。

ボックス１１内の他のウエーハＷについても、上記と同様に板状ハンド３２により保持して取り出し、センタリングステージ３８への載置、吸盤状ハンド３３によるウエーハの持ち替え、キャリア４の保持孔５への搬入、という手順で搬送する。
このとき、インデックステーブル２８等のキャリア回転機構により７２°間隔でキャリア４を回し、保持孔検出手段５０により同様に保持孔５の位置を検出した上でロボットアーム３１によりウエーハＷをそれぞれセットする。

なお、上記のようにロボットアーム３１によりウエーハＷを保持孔５に挿入する際、キャリア４や研磨布２７ｂは既に水切りされ、保持孔内に水やスラリー等の液体が多量に残留していたり、流入することはない。従って、ウエーハＷは保持孔内の水に浮いてしまうようなことはなく、確実にキャリア４の保持孔５に保持されることになる。そして、インデックステーブル２８等によりキャリア４を回転する際、既に保持孔内に挿入されたウエーハＷは、水に浮くことはないので、保持孔５から飛び出すことを防ぐことができる。

なお、ロボットアーム３１によりウエーハＷを保持孔５にセットした後、ウエーハＷがキャリアの保持孔内に保持されていることを確認するため保持孔検出手段５０のＣＣＤカメラ５１ａ，５１ｂにより確認するようにしても良い。あるいはウエーハ保持確認手段としての別途ＣＣＤカメラ５６等を設けても良い。

全ての保持孔内にウエーハＷを挿入した後、上定盤２６ａを下降させ、キャリア４の保持孔内に保持されたウエーハＷを上下の研磨布２７ａ，２７ｂの間に挟み込む。
そして、上下の定盤２６ａ，２６ｂを所定の方向に回転させるとともに、キャリア４を揺動させることにより、ウエーハＷの両面を上下の研磨布２７ａ，２７ｂと摺接させる。また、スラリー供給孔２３、キャリア４のスラリー通過孔６を通じてウエーハＷと研磨布２７ａ，２７ｂとの間に研磨スラリーを供給する。これによりウエーハＷは保持孔内に確実に保持され、ウエーハＷの両面を同時に研磨することができる。

研磨開始後、ローダ部１０においては、収容ボックス１１内にはまだ多数のウエーハＷが残っているが、最初のバッチ分のウエーハの研磨を開始した後、研磨が終了する前に、ボックス１１内に残っているウエーハＷを一時保管用ボックス１２へと移送する。ここでは、収容ボックス１１内のウエーハの上面側を板状ハンド３２により吸着して保持し、あるいはウエーハの裏面側をすくい上げるようにして保持し、持ち替えることなくそのまま一時保管用ボックス１２へと移送すれば良い。このとき、収容ボックス１１と一時保管用ボックス１２はロボットアーム３１を中心とする同一の円周上に配置されているため、収容ボックス１１から一時保管用ボックス１２への移送はロボットアーム３１の軸まわりの回転により容易にかつ迅速に行うことができる。

収容ボックス１１内に残っている全てのウエーハを一時保管用ボックス１２に速やかに移送し、収容ボックス１１を空にする。そして、空になったボックス１１は回収し、新たなウエーハが収容された次のボックスをローダ部１０に配置する。このように、先のボックス内に収容されていたウエーハＷを一時保管用ボックス１２に移し、それらのウエーハＷの研磨を行っている間にボックスの交換を行っておけば、従来のようなボックスの入れ替え時の待ち時間を解消することができる。この場合、もちろんウエーハの移送、ボックスの入れ替えは、最初の研磨中にのみ行われなければならないものではなく、ボックスの入れ替えによる研磨の待ち時間が生じないようにすれば良いのであるから、２バッチ目、３バッチ目がある場合は、それらの研磨時間も利用してウエーハの移送、ボックスの交換をすれば良い。

研磨部３０においては、最初のバッチ分のウエーハの研磨が終了したら、定盤２６ａ，２６ｂとキャリア４の動作を停止し、上定盤２６ａを引上げる。
次いで、キャリア４の保持孔内のウエーハＷを回収するが、このとき、吸盤状ハンド３３により、搬入時と同様にウエーハＷの上面側を吸着保持することで、保持孔５からウエーハＷを確実に取り出すことができる。この場合、ウエーハを持ち上げるには、ウエーハが濡れた状態で研磨布上にあるため、ウエーハ重量以外の力が必要となるが、吸盤状ハンド３３は板状ハンド３２より大きな吸着力を有しているので十分に持ち上げることができる。

このように吸盤状ハンド３３により保持孔５からウエーハＷを順次取り出し、アンローダ部６０の回収用容器（水槽）６１へと搬出するが、研磨後、アンローダ部６０に搬送する前に、搬送ロボット１３により保持した状態で割れ検査手段６８によりウエーハＷの割れの有無を検査することが好ましい。
検査を行う際は、図１９に示したように、搬送ロボット１３により保持したままウェーハＷの表面に対し、照明手段６６により光を当てる。このとき、ウエーハＷを水平に保持すると、ウェーハ表面に水等が付着したままとなって誤検出を招くおそれがある。従って、水切りのため、ウェーハＷを垂直に（又は傾斜して）保持することが好ましい。

光が当てられたウェーハＷの表面をＣＣＤカメラ６７により撮影し、得られた画像データを画像処理するコンピュータ６３に送る。そしてコンピュータ６３により画像処理された画像をモニターに表示する。このとき、ウェーハＷに割れが生じていれば、割れの無い部分と割れている部分とでは画像の明暗に差（濃淡）が生じることになるので、明暗によりウェーハＷの割れの有無を確実に判定することができる。例えば、判定回路６４において、ウェーハ面内の他の領域よりも明るい領域がある場合に、「割れ有り」と判定するようにすれば良い。

なお、検査領域はウェーハ全面としても良いが、外縁部は面取り加工が施されていたり、位置決め等のためのオリエンテーションフラット又はノッチが形成されており、これらの外縁箇所を「割れ」と誤認してしまうおそれがある。そこで、一部の領域、例えば、図２０に示したように、ウェーハＷの外縁部より内側に設定された円形（又は楕円形）の二重線６９ａ，６９ｂの間の領域における明暗により割れの有無を判定することもできる。

ウェーハＷに割れが発生すると、多くの場合周辺からクラックが入るので、上記のように設定した二重線６９ａ，６９ｂの間の領域に割れが含まれることになり、また、二重線６９ａ，６９ｂの間の領域のみを検査対象領域とすれば、検査領域が狭いので、より短時間で確実に割れの有無を判定することができる。なお、二重線６９ａ，６９ｂは、ウェーハＷの周辺部に発生した小さな割れやカケも検出できるように、できるだけ大きな円形等に設定することが好ましいが、ウェーハＷの外縁部に近いほど、わずかにずれたときに外縁部を割れとして判定してしまうおそれがある。従って、例えばウェーハＷにノッチ１００が形成されている場合は、ノッチ１００よりも内側に二重線６９ａ，６９ｂの領域を設定することが好ましい。
また、二重線６９ａ，６９ｂの間の幅は適宜設定すれば良いが、例えば、１画素を１ｍｍ幅とした場合、５ｍｍ〜１０ｍｍ幅（５〜１０画素）に設定することができる。

上記のように研磨後のウェーハＷを搬送ロボット１３により保持した状態でウェーハＷの割れの有無を検査した後、ウェーハＷを回収するが、割れが検出されたウェーハＷは、割れが検出されなかったウェーハＷとは別途回収する手段を設けておくことが好ましい。
例えば、図１に示したように、アンローディングステーション６０における正規の回収用容器６１とは別に、割れウェーハ回収容器１６を設けておき、判定回路６４により割れがあると判定された場合、搬送ロボット１３がそのウェーハを割れウェーハ回収容器内に自動的に収容するように設定しておく。
あるいは、ウェーハの割れが検出された場合、搬送ロボット１３の動作を停止するように設定しておき、作業員がそのウェーハの割れを確認した上で回収容器１６に入れるか、あるいは手で回収するようにしてもよい。

さらに、図１９に示したように、割れを検出した場合に、警報音を発する警報手段６５を設けておいても良い。このような警報手段６５を設けておけば、作業員が常に監視する必要がなくなるし、割れの発生を直ちに認識することができ、装置の運転を停止して原因を調査するなど、適切な措置を講ずることができる。

割れが検出されなかったウェーハは、搬送ロボット１３によりそのままアンローディングステーション６０の回収用容器（水槽）６１に収容する。
そして、キャリア４の全てのウェーハについて、上記のように割れの有無を検査する。

キャリア４内のウエーハを回収した後、必要に応じて研磨布２７ａ，２７ｂのドレッシングを行い、キャリア４や下側の研磨布２７ｂの水切りを行う。そして次のバッチの研磨を行うが、このとき一時保管用ボックス１２内から次のバッチ分のウエーハ５枚を前記と同様にしてロボットアーム３１によりキャリア４の保持孔５へと搬送し、研磨を行う。

なお、このようにしてウエーハＷを順次研磨すると、ボックス１１に収容されていたウエーハの数がキャリアの保持孔の数の整数倍でない場合、例えば最後に４枚残った場合、これらのウエーハを保持孔５にセットすると、保持孔が１つ空いてしまう。一部の保持孔が空いていると、定盤による荷重がウエーハに均一にかからなくなり、他の保持孔内に保持されているウエーハを均一に研磨することができなくなるので、ウエーハを補充して全ての保持孔内にウエーハをセットする必要がある。この場合、新たに研磨すべきウエーハを収容した次のボックス１１からウエーハＷを補充するか、ダミーウエーハを用いることができる。

例えば、先のボックス内から一時保管用ボックス１２内に移送されたウエーハが４枚残った場合、次のボックス内のウエーハから１枚補充して、キャリア４の各保持孔内に挿入する（混成処理）。なお、ローダ部１０では、前記のように既に新たなボックス１１が配置されているため、ボックスの交換による待ち時間が発生せず、連続してウエーハを搬送することができる。

一時保管用ボックス１２あるいは収容ボックス１１から取り出したウエーハＷをキャリア４の各保持孔５に挿入するには、例えば、キャリア４を回して装置本体２の正面となる位置で各保持孔５にウエーハＷを順次セットし、装置１に付属するコンピュータによりウエーハＷの投入順を管理する。ここで、装置本体２１は揺動タイプであり、研磨中、キャリア４は回転させないので、各保持孔５の位置は研磨前後で同じである。従って、最後に投入したウエーハ（補充したウエーハ）が常に装置本体２１の正面に位置することになる。そして、研磨後、挿入順と同じくキャリア４を回して順次ウエーハを取り出すようにすれば、別々のボックスに収容されていたウエーハを混同せずに区別することができる。
なお、例えば、キャリア４の原点合わせ機構を設けて常に原点からウエーハを投入、回収を行うようにすれば、ウエーハの混同をより確実に防ぐことができる。

上記のようにキャリア４の各保持孔５にウエーハをセットし、混成処理による研磨を行った後、所定の順序でウエーハを回収する。このとき、先のボックス１１に収容されていたウエーハＷは回収用容器６１に回収し、後のボックスに収容されていた他のウエーハはバッファー容器６２に一旦収容する。このように別々のボックス内に収容されていたウエーハを、研磨後、正規の回収用容器６１とバッファー容器６２とに分けて回収すれば、混入を防ぐとともに、研磨部２０からのウエーハの回収中に回収用容器６１の交換が必要となることもないので、全てのウエーハを素早く回収することができる。従って、研磨後のウエーハに付着する研磨剤等が乾固して、ウエーハ品質を劣化させるようなこともない。

そして、アンローダ部６０においては、先のボックスに収容されていた全てのウエーハが回収用容器６１に収容された後、回収用容器６１は自動搬送装置（ＡＧＶ等）１５により次工程（洗浄）へと運ばれる。そして、新たな回収用容器６１がアンローダ部６０に配置される。このようにして新たな回収用容器６１と入れ替えた後、バッファー容器６２内に一旦収容しておいたウエーハを、その新たな回収用容器に移送する。

一方、研磨部２０では、後のボックス１１内に残っているウエーハＷの研磨を順次続けて行い、研磨後のウエーハは、回収用容器６１に収容してバッファー容器６２から移送されたウエーハＷと一緒に収容する。

以上のように、本発明による一時保管用ボックス、板状保持手段と吸盤状保持手段とを有するロボットアーム、ガス噴射手段、保持孔検出手段、割れ検査手段、及びバッファー容器を備えた両面研磨装置とすれば、装置の大型化や設備コストの上昇を抑えることができる上、ウエーハの搬送及び研磨を連続して行うことができ、作業効率を極めて高くすることができる。
従って、半導体ウエーハの両面研磨を行う際、このような両面研磨装置を用いれば、研磨工程全体の自動化に大いに資することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、上記実施形態では、一時保管用ボックス、板状保持手段と吸盤状保持手段とを有するロボットアーム、ガス噴射手段、保持孔検出手段、割れ検査手段、及びバッファー容器の全てを備えた両面研磨装置について説明したが、本発明では、これらの手段のうち少なくとも２つを備えたものとすれば良く、それにより研磨作業の自動化に大いに資することができる。
また、上記実施形態では、揺動式の両面研磨装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、４ウエイ方式の両面研磨装置にも適用することができる。また、研磨装置内の配置は、図１のものに限定されず、適宜設定すれば良い。

本発明に係る両面研磨装置の一例を示す概略図である。 研磨部（装置本体）の一例を示す概略図である。 ガス噴射手段の一例を示す概略図である。 本発明に係る保持孔検出手段の一例を示す概略図である。 保持孔検出手段の２つの画像検出手段（ＣＣＤカメラ）の配置の一例を示す図である。 保持孔検出手段の移動手段の一例を示す概略図である。 保持孔検出手段の保持孔検出時の位置（Ａ）と、ウエーハ研磨時の位置（Ｂ）を示す概略図である。 モニター画面に映ったキャリアと研磨布のイメージを示す図である。 本発明に係るロボットアームの一例を示す概略図である。 板状保持手段によりウエーハを保持した状態を示す概略図である。（Ａ）ウエーハを吸着により保持 （Ｂ）ウエーハをすくい上げにより保持 板状保持手段の部分断面図である。 センタリングステージの一例を示す概略図である。 ウエーハをキャリアにセットする状態を示す概略図である。 ４ウェイ方式の両面研磨装置の一例を示す概略図である。 遊星歯車構造を示す概略平面図である。 揺動式の両面研磨装置の概略図である。 揺動式の両面研磨装置におけるキャリアホルダの概略平面図である。 キャリアをホルダに固定するピンと孔とのギャップを示す概略平面図である。 本発明に係る割れ検査手段の一例を示す概略構成図である。 割れ検査領域として設定した二重線の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…両面研磨装置、 ３…キャリアホルダ、 ４…キャリア、 ５…保持孔、
６…スラリー通過孔、 ７…偏心アーム、 １０…ローダ部、 １１…収容ボックス、
１２…一時保管用ボックス、 １３…搬送ロボット、 １６…割れウエーハ用ボックス、
２０…研磨部、 ２１…研磨装置本体、 ２３…スラリー供給孔、
２６ａ，２６ｂ…定盤、 ２７ａ，２７ｂ…研磨布、 ２８…インデックステーブル、
３０…搬送部、 ３１…ロボットアーム、 ３２…板状保持手段、
３３…吸盤状保持手段、 ４０…ガス噴射手段、 ４１ａ，４１ｂ…ノズル、
５０…保持孔検出手段、 ５１…画像検出手段（ＣＣＤカメラ）、 ５２…照明手段、
５４…画像処理手段（モニター）、 ５５…移動手段（スライダー）、
５６…ウエーハ保持確認手段（ＣＣＤカメラ）、 ６０…アンローダ部、
６１…回収用容器、 ６２…バッファー容器、
６３…画像処理手段（コンピュータ、モニター）、 ６４…判定手段（判定回路）、
６５…警報手段、 ６６…照明手段、 ６７…画像検出手段（ＣＣＤカメラ）、
６８…割れ検査手段、 ６９ａ，６９ｂ…二重線、 Ｗ…ウエーハ。

Claims (20)

1. 少なくとも、ローダ部と、搬送部と、研磨部と、アンローダ部とを有し、前記ローダ部に、半導体ウエーハを収容したボックスを配置し、該ボックス内のウエーハを搬送ロボットにより前記研磨部に搬送し、該研磨部におけるキャリアの保持孔内に保持し、研磨スラリーを供給するとともに上下の定盤にそれぞれ貼付された研磨布と摺接させることによりウエーハの両面を同時に研磨し、研磨されたウエーハを搬送ロボットにより前記アンローダ部に搬送して回収用容器内に回収する両面研磨装置であって、
   前記ローダ部において、該ローダ部に配置したボックス内から研磨前のウエーハを移送して一時的に保管する一時保管用ボックス、
   前記搬送部において、前記ウエーハをすくい上げる方式及び／又は吸着する方式の板状の保持手段と、吸着する方式の吸盤状の保持手段とを有するロボットアーム、
   前記研磨部において、少なくとも前記キャリア及び／又は下定盤の研磨布に対してガスを噴射することにより前記キャリア及び／又は研磨布から液体を飛散させるガス噴射手段、
   前記研磨部において、前記キャリアの保持孔と研磨布との境界の２点と該保持孔に対する中心角に基づいて該保持孔の位置を検出する保持孔検出手段、
   前記搬送部において、研磨後のウェーハを前記搬送ロボットにより保持した状態でウェーハの割れの有無を検査する割れ検査手段、及び、
   前記アンローダ部において、研磨後のウエーハを一時的に保管するバッファー容器、
   のうちの少なくとも２つを備えていることを特徴とする両面研磨装置。
2. 前記両面研磨装置が、前記キャリアを揺動させるキャリア揺動機構を有し、該キャリアを揺動させて前記ウエーハの研磨を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の両面研磨装置。
3. 前記キャリアを回転させるキャリア回転機構も有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の両面研磨装置。
4. 前記ロボットアームが、研磨装置の作業空間における天井面のフレームから吊るされているものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
5. 前記ロボットアームが、前記フレームに沿って移動できるものであることを特徴とする請求項４に記載の両面研磨装置。
6. 前記両面研磨装置が、少なくとも前記一時保管用ボックスとロボットアームとを備え、前記一時保管用ボックスと前記ウエーハが収容されたボックスが、前記ロボットアームを中心とする同じ円周上に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
7. 前記ガス噴射手段が、ドライエアー又は窒素を噴射するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
8. 前記保持孔検出手段が、少なくとも、前記保持孔に対して所定の中心角を成すように設置された２つの画像検出手段と、該画像検出手段により得られた画像データを処理する画像処理手段とを有し、前記２つの画像検出手段により前記保持孔と研磨布との境界の２点を検出して前記画像処理手段にデータを送るものであり、前記画像検出手段により検出された２点と前記中心角に基づいて前記保持孔の中心の位置を算出することにより前記保持孔の位置を検出するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
9. 前記２つの画像検出手段が、前記保持孔に対して９０度の中心角を成すように設置されていることを特徴とする請求項８に記載の両面研磨装置。
10. 前記保持孔検出手段の少なくとも前記画像検出手段が、移動手段により移動可能なものであることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の両面研磨装置。
11. 前記保持孔検出手段が、前記保持孔と研磨布との境界を照らす照明手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
12. 前記両面研磨装置が、前記ウエーハが前記キャリアの保持孔内に保持されていることを確認するためのウエーハ保持確認手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
13. 前記バッファー容器が、前記研磨部の１つのキャリアの保持孔の数と同数のウエーハを収容できるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
14. 前記バッファー容器が、ウエーハを垂直に収容するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
15. 前記回収用容器及びバッファー容器が、水槽であることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
16. 前記割れ検査手段が、前記研磨後のウェーハの表面に光を当てる照明手段と、該ウェーハの画像を検出する画像検出手段と、該画像検出手段により得られた画像データを画像処理する画像処理手段と、該画像処理された画像の明暗により前記ウェーハの割れの有無を判定する判定手段とを有するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
17. 前記画像検出手段が、ＣＣＤカメラ又はビジコンカメラであることを特徴とする請求項１６に記載の両面研磨装置。
18. 前記割れ検査手段が割れを検出した場合に、該ウェーハを割れが検出されなかったウェーハとは別途回収する割れウェーハ回収手段及び／または前記搬送ロボットの動作を停止する手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
19. 前記割れ検査手段が割れを検出した場合に、警報音を発する警報手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか１項に記載の両面研磨装置。
20. 半導体ウエーハの両面を同時に研磨する半導体ウエーハの両面研磨方法において、前記請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載の両面研磨装置を用いて研磨を行うことを特徴とする両面研磨方法。

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