JP2006281400A - 研磨装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ワークをずれることなくトップリングに受け渡すことができ、精度よく研磨を行える研磨装置を提供する。
【解決手段】 受け渡し装置１８は、搬入されるワークＷの外周を受け部によって案内することによりワークのセンタリングを行う案内部材４５と、案内部材４５に対し相対的に上下動し、センタリングされたワークＷを、ワークＷ上面が上方に突出するように案内部材４５から受け取る載置部５４を有する載置台５３と、載置台５３を沈み込み可能に支持する支持機構５６、５７、６０、６４とを具備し、載置台５３がトップリング１６に対し、相対的に接近動して、載置部５４上に受け取られているワークＷをトップリング１６下面に押圧し、ワークＷをトップリング１６に受け渡すことを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ウエーハ等のワークを研磨する研磨装置に関する。
ワークの研磨装置は種々知られている。
これら研磨装置は、上面に研磨布が張られた定盤と、下面側にワークが保持され、ワークの下面を研磨布に押しつけるトップリングとを具備し、定盤とトップリングとを相対運動させてワーク下面側を研磨（ポリシング）するものである。
トップリングへのワークの受け渡しは、ロボットハンドにより、ワークを受け渡し装置に搬入し、受け渡し装置ではワークのセンタリングを行い、トップリングがワーク受け渡し装置にワークを受け取りに行く構成が一般に採用されている。
このワーク受け渡し装置を有する研磨装置が特開平１１−３４７９２２号公報（特許文献１）に示されている。
このワーク受け渡し装置は、半導体ウエーハ（ワーク）を載置する支持面を有したプッシャーステージと、該プッシャーステージを昇降させる昇降機構と、プッシャーステージの外周側に位置し逆円錐状の案内面を有する案内部材とを有する。
半導体ウエーハは、ロボットハンドによりプッシャーステージ上に搬入され、プッシャーステージの支持面上に載置、支持される。次いでプッシャーステージが下降され、これと共にウエーハも下降し、案内部材内に進入して、外周面が、案内部材の逆円錐状の案内面に当接してセンタリングされる。そして、再度プッシャーステージが上昇され、センタリングされているウエーハを再び受け取り、トップリング下面に押圧して、トップリング下面にウエーハを保持させるようにしている。
ウエーハの研磨後は、上記と逆にして、トップリングから受け渡し装置上に搬入され、受け渡し装置からロボットハンドにより外部に搬出される。
特開平１１−３４７９２２号公報
しかしながら、上記ワークの受け渡し装置によれば、プッシャーステージから案内部材の逆テーパ面にワークを受け取って、これによりワークのセンタリングを行うものであるが、ワークをトップリングに受け渡す際、再びプッシャーステージを上昇させてワークを受け取り、トップリングに押圧するものであるため、プッシャーステージをトップリングに向けて上昇させる際、振動等により、せっかくセンタリングされているワークがずれてしまいやすいという課題がある。ワークがずれると、トップリングに受け渡し不能となったり、ワークの破損を招くなどの不具合を生じやすい。
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ワークをずれることなくトップリングに受け渡すことができ、精度よく研磨を行える研磨装置を提供するにある。
本発明に係る研磨装置は、上面に研磨布が張られた定盤と、下面側にワークが保持され、ワークの下面を研磨布に押しつけるトップリングと、該トップリングへワークを受け渡しする位置に配置された受け渡し装置とを具備し、定盤とトップリングとを相対運動させてワーク下面側を研磨する研磨装置において、前記受け渡し装置は、搬入されるワークの外周を受け部によって案内することによりワークのセンタリングを行う案内部材と、該案内部材に対し相対的に上下動し、センタリングされたワークを、ワーク上面が上方に突出するように前記案内部材から受け取る載置部を有する載置台と、該載置台を沈み込み可能に支持する支持機構とを具備し、前記載置台が前記トップリングに対し、相対的に接近動して、載置部上に受け取られているワークをトップリング下面に押圧し、ワークをトップリングに受け渡すことを特徴とする。
前記トップリングが下降し、前記載置台にセンタリングされて載置されているワークを載置台を沈みこませるようにして押圧し、ワークをトップリング下面に受け渡すことを特徴とする。
前記案内部材が、上端部側が先細部となり、該先細部がワークセンタリングの際のワークの案内部となる複数本のピンを具備することを特徴とする。
前記載置台は、外周部にリング状に起立した前記載置部を有することを特徴とする。
前記載置部のワーク載置面が下方に向けてすぼまるテーパ面をなすことを特徴とする。
基台に、前記載置台が弾性部材を介して沈み込み可能に支持されていることを特徴とする。
前記弾性部材がコイルスプリングであり、該コイルスプリングが、前記載置台から垂下され、前記基台を貫通するシャフト上に装着され、かつ載置台と基台との間に弾装されていることを特徴とする。
前記シャフトの、前記基台下方に突出する部分がネジ部に形成され、該ネジ部にナットが螺合され、かつ、前記シャフトの、前記基台を貫通する部分に、外周にネジ部が形成されて基台に螺合されたネジ筒が外挿され、該ネジ筒の基台に対する螺合位置と前記ナットの締め付け位置とを調整することにより、基台に対する前記載置台の高さと前記コイルスプリングの弾性力とを調整可能となっていることを特徴とする。
前記載置台が、ガイドロッドを介して、前記基台に、水平状態を維持した状態で上下動可能にガイドされていることを特徴とする。
前記基台に、駆動装置により昇降動自在に昇降部材が配置され、該昇降部材に前記案内部材が設けられていることを特徴とする。
前記ガイドロッドが、前記昇降部材をガイドするガイドロッドを兼用することを特徴とする。
前記載置台に弾性部材を介して沈み込み可能に設けられた支持部材と、該支持部材に複数個配設され、前記載置台にセンタリングされて受け取られたワークの外周に当接してワークを位置決めするずれ止め片とを具備することを特徴とする。
本発明に係る研磨装置によれば、ワークをずれることなくトップリングに受け渡すことができ、精度よくワークの研磨を行える。
以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は研磨装置１０の正面説明図である。
図１において、１２は、上面にポリウレタン等の研磨布１３が接着剤等により張られた定盤であり、スピンドル１４により、水平面内で回転するようになっている。スピンドル１４は公知の駆動機構（図示せず）により回転駆動される。
トップリング１６は、公知の機構により、軸線を中心に回転、かつ上下動自在に支持された回転シャフト１７の下端に取りつけられている。またトップリング１６は、定盤１２上に位置する位置と、定盤１２外に位置するワーク受け渡し位置Ｘとの間で移動可能に設けられている。
ワーク受け渡し位置Ｘには、ワークの受け渡し装置１８が配設されている。１９は、ロボットハンド（図示せず）を有するワークの搬入、あるいは搬出装置であり、研磨前のワークを受け渡し装置１８に搬入し、あるいは、研磨後のワークを受け渡し装置１８から搬出する。
受け渡し装置１８から、トップリング１６下面にワークが受け渡され、トップリング１６によりワークが定盤１２の研磨布１３に押圧されつつ、定盤１２およびトップリング１６が回転することによりワークの研磨が行われる。研磨終了後は、トップリング１６から受け渡し装置１８にワークが受け渡され、受け渡し装置１８からロボットハンドにより、ワークが搬出される。
図２はトップリング１６の説明断面図である。このトップリング１６は公知のものの一例であるので、その構造を簡単に説明する。
２０は、ヘッド本体であり、シャフト１７に固定される天板部２１と、この天板部２１の下面側外周部に固定された筒体部２２を有する。
２４は保持板であり、ヘッド本体２０の下方に位置して、リング状のダイアフラム２５を介して上下動可能に取り付けられている。すなわち、ダイアフラム２５の外周側は、固定具２６により筒体部２２下面に固定され、ダイアフラム２５の内周側は固定具２７により保持板２４の外周部に固定されている。
ヘッド本体２０と保持板２４との間には、ダイアフラム２５により密閉された第１の流体室２９が形成され、この流体室２９には、図示しない圧力源より継手３０を介して加圧流体が流入される。これによりワークを研磨布１３に押圧可能となっている。
保持板２４内には、同心状の第２の流体室３１が形成されている。この同心状の第２の流体室３１は、ラジアル方向に延びる溝（図示せず）によって連通している。また、保持板２４下面には第２の流体室３１に通じる多数の細孔３２が均一に開口している。
第２の流体室３１には、図示しない圧力源から、継手３４、パイプ３５を介して加圧流体が供給され、細孔３２を通じて保持板２４下面側に噴出可能となっている。また、図３に示すように、保持板２４下面には、微細孔を有するバッキングパッド３６が設けられ、バッキングパッド３６の下面側周縁部には、リング状のテンプレート３７が設けられている。保持板２４下面側に噴出される加圧流体は、バッキングパッド３６の微細孔からバッキングパッド３６の下面側に噴出される。これにより、ワークは、この噴出される加圧流体によっても研磨布１３に押圧されるようになっている。
なお、ワークを保持する際には、第２の流体室３１内空気を吸引し、これによりワークをバッキングパッド３６下面に吸着して保持するようにする。
なおまた、筒体部２２の内壁面と、固定具２７外壁面とには、互いに逆テーパとなる係合テーパ面３８が形成され、この係合テーパ面３８が係合することによって、保持板２４の芯出し、並びに抜け止めがなされる。
本発明では、ワークの受け渡し装置１８に特徴がある。
図４は、受け渡し装置１８の一例を示す説明断面図である。
基台４０には、シリンダ装置（駆動装置）４１により昇降動される昇降台（昇降部材）４２が設けられている。すなわち、ピストンロッド４１ａに昇降部材４２が連結され、ガイドロッド４３がガイドブッシュ４４にガイドされており、シリンダ装置４１が駆動されることにより、昇降部材４２は水平状態を保って昇降動される。
昇降部材４２は、円板状に設けられ、その外周部には、上方に向けて延びる６本のピン（案内部材）４５が、周方向に間隔をおいて配設されている（図５参照）。
ピン４５は、図３に明確に示されるように、下部側（下部ピン４６）が太く、上部側（先細部：上部ピン４７）が細い２段ピンに形成されている。そして、下部ピン４６と上部ピン４７との間の段差面は、下方に向けて拡径するテーパ面４８に形成され、また、上部ピン４７も、下方に向けて拡径するテーパ面４９に形成されている。なお、上部ピン４７の下部は同一径の柱状のピン部５０となっていて、テーパ面４８上部に至っている。
６本の上部ピン４７の外周面がワークの案内部となっている。ワークＷは、公知のロボットハンドＨ（図５参照）によって外周部を保持され、この６本の上部ピン４７間に搬入された後、ロボットハンドＨから開放されることにより、上部ピン４７の外周面によって案内され、６本のピン部５０で囲まれる空間に落ち込み、センタリングされてテーパ面４８上部に載置される。ピン部５０の外周面とワークＷの外周面との間隔は、０．５μｍ程度の僅かな隙間に設定される。
なお、図４において、５１、５１はセンサであり、投光部と受光部からなり、ピン４５の上部ピン４７間をワークＷが通過したか否かを検出する。
次に、５３は載置台である。
載置台５３は円板状をなし、外周部にリング状に起立する載置部５４を有する。載置部５４には、ピン４５が下降することによって、ピン４５からワークＷが受け渡される。この載置部５４のワーク載置面５４ａは、下方に向けてすぼまるテーパ面に形成されている。このワーク載置面５４ａにワークＷが受け渡された際、図３に示されるように、ワークＷの上面の高さが、ワーク載置面５４ａの最上部の高さよりも高く、すなわち上方に突出するよう、テーパ面５４ａとワークＷとの大きさ関係が設定されている。このワークＷの突出高さは、図３に示されるように、トップリング１６が下降し、バッキングパッド３６がワークＷの上面に当接し、押圧する際、テンプレート３７が、載置部５４の上部に当接しない、すなわち干渉されない十分な高さとなるようにする。
載置部５４には、図５に示されるように、ピン４５の内方側の約半分が通過可能なように、断面がほぼ半円状の切欠部５４ｂが形成されている。
載置台５３は、コイルスプリング（弾性部材）６４を介して基台４０に沈みこみ可能に支持されている。この載置台５３を沈み込み可能に支持する支持機構についてさらに詳細に説明する。
載置台５３の下面側には、４本の前記ガイドロッド４３と、４本のシャフト５６とが、同一円周上に位置して、交互に固定して設けられ、下部は共に基台４０を貫通して下方に延びている。図５にその配置関係を、わかりやすくするために実線で示した。
ガイドロッド４３は、ガイドブッシュ５７を介在させて基台４０を貫通している。すなわち、ガイドロッド４３は、昇降台４２のガイドロッドと載置台５３のガイドロッドとを兼用している。これにより、載置台５３は、水平を保ったまま上下動可能となっている。
シャフト５６の上部は、下部側より太い大径部５６ａに形成されている。
シャフト５６の、基台４０下方に突出する部分はネジ部５６ｂに形成され、該ネジ部５６ｂにナット５７が螺合されている。また、シャフト５６の、基台４０を貫通する部分に、外周にネジ部６０ａが形成されて基台４０に螺合されたネジ筒６０が外挿されている。ネジ筒６０は、スパナ掛部６０ｂにスパナをかけて回すことにより、基台４０に対する位置を調整可能となっている。６２は調整位置でネジ筒６０を固定するためのナットである。
ネジ筒６０上端と大径部５６ａ下面との間のシャフト５６上に、弾性部材たる前記コイルスプリング６４が装着され、４本のコイルスプリング６４により載置台５３を受けている。載置台５３は、上方より押圧されると、コイルスプリング６４が圧縮され、これにより沈みこみ可能となっている（図７参照）。
ネジ筒６０の基台４０に対する螺合位置とナット５７の締め付け位置とを調整することにより、基台４０に対する載置台５３の高さとコイルスプリング６４の弾性力とを調整可能となっていることが理解されよう。
本実施の形態の受け渡し装置１８は上記のように構成されている。
続いて動作について説明する。
図４に示すように、昇降台４２は上昇されており、そのとき、ピン４５の上部ピン４７は、載置台５３の載置部５４上面よりも十分に高い位置に位置している。
この状態で、ロボットハンドＨにより、マガジン（図示せず）等に収納されているワークＷはその外周を保持された状態で、６本の上部ピン４７間に搬入され、ロボットハンドＨから開放される。すると、ワークＷは、上部ピン４７の外周面で案内されてセンタリングされ、テーパ面４８上部に落ち込み、位置決めされる。この状態が図４に示されている。
次いで図６に示されるように、シリンダ装置４１が駆動されて昇降台４２が下降され、これにつれてピン４５も下降され、これによりワークＷは載置部５４のワーク載置面５４ａ上に受け渡される。前記したように、このワーク載置面５４ａにワークＷが受け渡された際、図３に示されるように、ワークＷの上面の高さが、ワーク載置面５４ａの最上部の高さよりも高く、すなわち上方に突出するようにして受け渡される。
次に、図７に示されるように、トップリング１６が下降され、バッキングパッド３６がワークＷ上面に当接し、この状態で、コイルスプリング６４の付勢力に抗してさらにトップリング１６が下降される。コイルスプリング６４が圧縮され、その付勢力によりワークＷが所要の押圧力でバッキングパッド３６下面に押圧される。ここで、トップリング１６の第２の流体室３１の空気が吸引され、これによりワークＷはバッキングパッド３６下面側に吸着保持される。次いで、トップリング１６が上昇し、定盤１２の上方に移動し、下降されてワークＷが研磨布１３に押圧され、定盤１２、トップリング１６が回転されてワークＷが研磨されるのである。
研磨後、ワークＷは、トップリング１６から、図４に示す状態に受け渡し装置１８に搬入され、次いでロボットハンドＨにより所要外部に搬出される。
上記実施の形態によれば、ワークＷは、ピン４５によりセンタリングされた状態で載置台５３に受け渡され、そしてその位置で、下降してきたトップリング１６に吸着保持されるから、位置ずれすることなくトップリング１６に保持される。
なお、上記ではトップリング１６が下降してワークＷがトップリング１６下面に吸着保持されるようにしたが、受け渡し装置１８が上昇して、トップリング１６にワークＷを受け渡すようにしてもよい。この場合にあっても、従来のように、プッシャーステージによるワークの受け渡し、再度の受け取りのような無駄な動作がないから、ワークＷの位置ずれを防止できる。
図８、図９は受け渡し装置１８の他の実施の形態を示す。
上記実施の形態と同一の部材は同一の符号を付し、説明を省略する。
７０は支持台（支持部材）であり、載置台５３の下方に沈み込み可能に配設されている。
すなわち、載置台５３下面に複数本の支持シャフト７１を下方に向けて固定して設け、この支持シャフト７１を支持台７０を貫通させて下方に延出させ、この支持シャフト７１下部にワッシャ７２をナット７３によって固定し、ワッシャ７２と支持台７０下面との間の支持シャフト７１上にコイルスプリング（弾性部材）７４を配設している。
これにより、支持台７０は、載置台５３と共に下方に沈みこみ可能であると共に、載置台５３に対しても独立して沈みこみ可能となっている。
なお、７６は、載置台５３下面に設けたガイドロッド、７７は支持台７０に設けたガイドブッシュである。
支持台７０は、円板状、もしくは放射状に設けられ、その外周側に上方に起立してずれ止め片８０が設けられている。
ずれ止め片８０は、図９に示すように、ピン４５とは異なる位置に、周方向に間隔をおいて４個設けられている。
また、ずれ止め片８０は、リング状の載置部５４に設けた切欠部５４ｃから上方に突出するように設けられ、その上部には、図４および図１０に示すように、ワークＷが、載置部５４の載置面５４ａ上に載置された際、ワークＷの外周面を囲んでワークＷの位置決め（ずれ止め）をする突出部８０ａを有する。
この状態でピン４５が下降しても、ワークＷはその外周にずれ止め片８０の突出部８０ａが位置しているので、ワークＷはずれることがない。次に、トップリング１６が下降してくると、まず、テンプレート３７が突出部８０ａに当接し、これを押圧するので、ずれ止め片８０は支持板７０と共に沈みこむ。そしてトップリング１６がさらに下降してバッキングパッド３６がワークＷ上面に当接し、前記と同様にして載置台５３が沈みこみ、ワークＷが所定の押圧力でバッキングパッド３６下面に押圧された状態でトップリング１６に吸着保持されることになる。なお、突出部８０ａが沈み込んでも、テンプレート３７がこれに代わってワークＷ外周側を保持するので、ワークＷがずれることがない。
研磨装置の説明図である。 トップリングの説明断面図である。 トップリング、ワーク、および載置部の関係を示す説明図である。 ワークがピンによりセンタリングされた状態における受け渡し装置の説明断面図である。 ガイドロッド、シャフト、ピンの配置関係を示す説明図である。 ピンが下降した状態における受け渡し装置の説明断面図である。 トップリングが下降してワークを吸着保持する状態における受け渡し装置の説明断面図である。 受け渡し装置の他の実施の形態を示す説明断面図である。 受け渡し装置の他の実施の形態におけるずれ止め片の配置状態を示す説明平面図である。 ずれ止め片、テンプレートおよびワークの関係を示す説明図である。
符号の説明
１０ 研磨装置
１２ 定盤
１３ 研磨布
１６ トップリング
１８ 受け渡し装置
３６ バッキングパッド
３７ テンプレート
４０ 基台
４１ シリンダ装置（駆動装置）
４２ 昇降台（昇降部材）
４３ ガイドロッド
４５ ピン（案内部材）
５１ センサ
５３ 載置台
５４ 載置部
５６ シャフト
５７ ナット
６０ ネジ筒
６４ コイルスプリング（弾性部材）
７０ 支持台（支持部材）
７１ シャフト
７４ コイルスプリング（弾性部材）
８０ ずれ止め片

Claims (12)

  1. 上面に研磨布が張られた定盤と、下面側にワークが保持され、ワークの下面を研磨布に押しつけるトップリングと、該トップリングへワークを受け渡しする位置に配置された受け渡し装置とを具備し、定盤とトップリングとを相対運動させてワーク下面側を研磨する研磨装置において、
    前記受け渡し装置は、
    搬入されるワークの外周を受け部によって案内することによりワークのセンタリングを行う案内部材と、
    該案内部材に対し相対的に上下動し、センタリングされたワークを、ワーク上面が上方に突出するように前記案内部材から受け取る載置部を有する載置台と、
    該載置台を沈み込み可能に支持する支持機構とを具備し、
    前記載置台が前記トップリングに対し、相対的に接近動して、載置部上に受け取られているワークをトップリング下面に押圧し、ワークをトップリングに受け渡すことを特徴とする研磨装置。
  2. 前記トップリングが下降し、前記載置台にセンタリングされて載置されているワークを載置台を沈みこませるようにして押圧し、ワークをトップリング下面に受け渡すことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
  3. 前記案内部材が、上端部側が先細部となり、該先細部がワークセンタリングの際のワークの案内部となる複数本のピンを具備することを特徴とする請求項１または2記載の研磨装置。
  4. 前記載置台は、外周部にリング状に起立した前記載置部を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の研磨装置。
  5. 前記載置部のワーク載置面が下方に向けてすぼまるテーパ面をなすことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の研磨装置。
  6. 基台に、前記載置台が弾性部材を介して沈み込み可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の研磨装置。
  7. 前記弾性部材がコイルスプリングであり、該コイルスプリングが、前記載置台から垂下され、前記基台を貫通するシャフト上に装着され、かつ載置台と基台との間に弾装されていることを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
  8. 前記シャフトの、前記基台下方に突出する部分がネジ部に形成され、該ネジ部にナットが螺合され、かつ、前記シャフトの、前記基台を貫通する部分に、外周にネジ部が形成されて基台に螺合されたネジ筒が外挿され、該ネジ筒の基台に対する螺合位置と前記ナットの締め付け位置とを調整することにより、基台に対する前記載置台の高さと前記コイルスプリングの弾性力とを調整可能となっていることを特徴とする請求項７記載の研磨装置。
  9. 前記載置台が、ガイドロッドを介して、前記基台に、水平状態を維持した状態で上下動可能にガイドされていることを特徴とする請求項６〜８いずれか１項記載の研磨装置。
  10. 前記基台に、駆動装置により昇降動自在に昇降部材が配置され、該昇降部材に前記案内部材が設けられていることを特徴とする請求項６〜９いずれか１項記載の研磨装置。
  11. 前記ガイドロッドが、前記昇降部材をガイドするガイドロッドを兼用することを特徴とする請求項１０記載の研磨装置。
  12. 前記載置台に弾性部材を介して沈み込み可能に設けられた支持部材と、
    該支持部材に複数個配設され、前記載置台にセンタリングされて受け取られたワークの外周に当接してワークを位置決めするずれ止め片とを具備することを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項記載の研磨装置。
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