JP2007313627A - ワークセンタリング装置およびワークセンタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の損傷を極力少なくして基板のセンタリングが行えるワークセンタリング装置を提供する。
【解決手段】周壁４１を有するトレイ４０と、トレイ４０の底面中央部の供給口４５からトレイ４０内に水を供給する水供給部４６と、トレイ４０の内底面に、供給口４５を覆って、トレイ４０内底面とは所定距離離反して配設され、供給口４５から供給される水が当接して水をトレイ４０内に水平方向に導く当て板５０と、トレイ４０の周壁４１に、周方向に一定間隔をおいて、周壁４１を切り欠いて３個以上の複数個設けられ、トレイ４０内の水を横溢させるオーバーフロー口５４とを具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエーハ等のワークのセンタリング装置およびワークセンタリング方法に関する。

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。

研磨装置で研磨されたワークは、水が張られたトレイに落とし込まれ、洗浄された後、ロボットハンド等の保持装置により次工程（収容カセットへの搬入を含む）に搬入される。この保持装置により保持するため、ワークのセンタリングを行う必要がある。

このようなワークセンタリング装置として、特開２００３−６２７５０に示されるものがある。
このセンタリング装置は、基板受皿（トレイ）上面に噴水流を供給して水膜を張り、この噴水流を基板受皿上面に供給している状態でチャック機構の下面に保持されている研磨加工された基板（ワーク）を基板受皿上に落下させ、基板の研磨面を噴水流で洗浄した後、昇降機構のシリンダロッドを上昇させることにより基板芯出位置決め機構の複数のピコにより研磨基板のセンタリングを行うとともに、ピコにより外周縁を固定された研磨基板を基板受皿外周縁より起立した縁部の上部より高い位置に基板を移動させ、次いで基板の端部を搬送ロボットのアームで把持し、収納カセット内に基板を搬送するようにしている。

特開２００３−６２７５０

しかしながら、上記のセンタリング装置では、基板受皿内に落下され、洗浄された基板を、先端部が先細テーパ面に形成された複数本のピコを上昇させることによって、先細テーパー面で基板を強制的に位置決めをするものであることから、基板が上昇するピコから強い衝撃力を受け、損傷するおそれがある。すなわち、ピコが上昇する際、未だセンタリングのされていない基板は、センターからずれている側の基板端部が対応するピコの先細テーパー面に強く当接し、該テーパー面をずり落ち、次いで、反対側の基板端部が対応するピコのテーパー面に衝止するなどして、順次位置が矯正されるものであるため、ピコから強い衝撃力を受けるおそれがあるのである。

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、基板の損傷を極力少なくして基板のセンタリングが行えるワークセンタリング装置およびワークセンタリング方法を提供するにある。

本発明によるワークセンタリング装置は、周壁を有するトレイと、該トレイの底面中央部の供給口からトレイ内に水を供給する水供給部と、前記トレイの内底面に、前記供給口を覆って、トレイ内底面とは所定距離離反して配設され、前記供給口から供給される水が当接して水をトレイ内に水平方向に導く当て板と、前記トレイの周壁に、周方向に一定間隔をおいて、該周壁を切り欠いて３個以上の複数個設けられ、トレイ内の水を横溢させるオーバーフロー口とを有し、ワークが、前記トレイの水面上に水平に供給されることにより、ワークを水の表面張力によって浮いた状態で受け取ると共に、前記複数のオーバーフロー口からラジアル方向に横溢する水の流れによって、ワークをトレイ内中央にセンタリングすることを特徴とする。

また、前記オーバーフロー口から横溢する水流からのワークに対する水の粘性による引張力が、各オーバーフロー口において等しいことを特徴とする。
また、前記各オーバーフロー口が、前記周壁に同一の長さ、同一の高さ位置まで切り欠かれて形成されていることを特徴とする。
また、前記トレイの周壁の内壁が、下方に向けて内方に傾斜するテーパー面に形成され、前記オーバーフロー口から横溢する水の水面の直径が、ワークの直径よりも若干大きくなるように、前記オーバーフロー口が設定されていることを特徴とする。

また、上端部側が先細部に、下部側が大径部に、前記先細部と大径部との間がテーパー面に形成された３本以上の位置決めピンと、該位置決めピンを上下動させる駆動部とを有する受け渡し部を具備し、前記駆動部により位置決めピンが上昇した際、該位置決めピンによりワークを受け取って、ワークをさらにセンタリングすることを特徴とする。
また、前記位置決めピンを上昇させることによって、ワークをセンタリングすると共に、ワークをトレイの周壁上端よりもさらに上方にまで持ち上げ、別途保持装置にワークを受け渡し可能にすることを特徴とする。
また、別途研磨装置により下面側が研磨されたワークが前記トレイの水面上に供給され、別途保持装置により次工程への搬入のためワークを位置決めすることを特徴とする。

また、本発明に係るワークセンタリング方法は、周壁を有するトレイと、該トレイの底面中央部の供給口からトレイ内に水を供給する水供給部と、前記トレイの内底面に、前記供給口を覆って、トレイ内底面とは所定距離離反して配設され、前記供給口から供給される水が当接して水をトレイ内に水平方向に導く当て板と、前記トレイの周壁に、周方向に一定間隔をおいて、該周壁を切り欠いて３個以上の複数個設けられ、トレイ内の水を横溢させるオーバーフロー口とを有するワークセンタリング装置を用い、前記水供給部から水を前記トレイ内に供給し、前記オーバーフロー口から水をオーバーフローさせつつ、ワークを、前記トレイの水面上に水平に供給し、ワークを水の表面張力によって浮いた状態で受け取ると共に、前記複数のオーバーフロー口からラジアル方向に横溢する水の流れによって、ワークをトレイ内中央にセンタリングすることを特徴とする。

請求項１〜４、８によれば、ワークは、トレイにほとんど非接触でトレイの中央にセンタリングされるので、ワークの損傷を極力防止できる。
また、請求項５、６によれば、ワークは、オーバーフロー口から横溢する水の水流によってあらかじめトレイ中で仮センタリングされる。これにより、次に、位置決めピンが上昇されても、従来のように強制的に位置決めされる際の衝撃力がワークに加わるようなことがなく、したがってワークが損傷を受けるようなことがなくなる。

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Ｗ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Ｗ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Ｗ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（センタリング装置）１８に特徴がある。
以下ではセンタリング装置およびセンタリング方法を図４、図５により説明する。
図４、図５は、受け渡し装置１８の第１の実施の形態を示す説明断面図である。
４０は周壁４１を有するトレイであり、基台４２に複数本の支持ロッド４３を介して水平に支持されている。周壁４１の内壁は、好適には、下方に向けて内方に傾斜するテーパー面４１ａに形成される。

トレイ４０の内底面の中央部は、他の底面部分より一段低い段部４０ａに形成されている。この段部４０ａの中央部に水供給口４５が開口され、この供給口４５に、水供給パイプ４６が接続されている。水供給パイプ４６の一端側には管継手４７が取り付けられ、この管継手４７により、水供給ホース（図示せず）が着脱自在に取り付けられるようになっている。水供給ホースは水供給源（図示せず）に接続される。水供給パイプ４６、管継手４７等により水供給部が構成される。

また、トレイ４０の内底面に、供給口４５を覆って、複数本の支柱５１によりトレイ内底面（段部４０ａ）とは所定距離離反するようにして、当て板５０が複数本のネジ５２によって固定されている。供給口４５から供給される水は、当て板５０下面に当接して放射状に水平外方に導かれ、支柱５１間の隙間からトレイ４０内に導入される。トレイ４０内に供給される水は一旦当て板５０に当ることから、比較的、水面に波を立てずにトレイ４０内に広がる。

トレイ４０の周壁４１には、周方向に一定間隔をおいて、該周壁４１を同一の長さ、同一の高さ位置まで切り欠かれて形成されたオーバーフロー口５４が設けられている。これにより、各オーバーフロー口５４から、トレイ４０内の水が同一水量ずつ、同一の流速で横溢する。その際、オーバーフロー口５４から横溢する水の水面の直径が、ワークＷの直径よりも若干大きくなるように、オーバーフロー口５４の高さ等が設定されている。
上記オーバーフロー口５４は３個以上の複数個設ける必要がある。なお、このオーバーフロー口５４は、周壁４１に、同一長さ、同一高さ位置に開口する貫通孔を含む概念とする。

センタリング装置１８は上記のように構成されている。
研磨装置１０によって下面側を研磨されたウェーハＷは、トップリング１６がセンタリング装置（受け渡し装置）１８の上方位置まで移動され、次いで第２の流体室３１が加圧されることによってトップリング１６下面側から離脱し、トレイ４０内のほぼ中央にほぼ水平状態を保って落下する。

トレイ４０内には、水供給部の供給口４５から水が供給され、供給された水は当て板５０に当接して、水平方向に導かれ、トレイ４０内に、比較的、水面に波を立てることなく供給され、各オーバーフロー口５４から同一の水量で、同一の流速でトレイ４０外に流出している。

上記のようにトップリング１６からトレイ４０の水面上に供給されたワークＷは、水の表面張力によって浮いた状態で水面上に受け取られる。そして、トレイ４０内では、上記のように、複数のオーバーフロー口５４から同一の流速で水がラジアル方向に横溢しているので、ワークＷはこの水の流れによりトレイ４０の中央にセンタリングされる。このようにワークＷはセンタリングされつつ洗浄される。なお、５６は樋であり、トレイ４０から流出した水が流れ込み、適所に排出されるようになっている。
上記では、各オーバーフロー口５４を、トレイ４０の周壁４１を同一長さ、同一高さに亙って切り欠いて形成することによって、各オーバーフロー口５４から横溢する水の流速を等しくして、ワークＷのセンタリングをしたが、これに限定されるものではない。要は、オーバーフロー口５４から横溢する水流からのワークＷに対する水の粘性による引張力が、各オーバーフロー口５４において等しくなるように、オーバーフロー口５４の長さ、高さ等を設定すればよい。

上記のように、トレイ４０内の水面の直径は、ワークＷの直径よりも若干大きくなる程度に設定されるので、ワークＷは当初からトレイ４０のほぼ中央に落下され、ラジアル方向に同一の流速で流れる水流により、センタリングされ、かつその位置を維持するのである。なお、ワークＷがトレイ４０の中央から若干ずれてトレイ４０内に落下され、一旦、その外端面の一部がテーパー面４１ａに当接することがあっても、水からの緩衝作用によりワークＷは直ちに水面に浮かび、ワークＷにそれ程大きな衝撃力が加わることはない。

上記のようにしてトレイ４０内でセンタリングされたワークＷは、適宜なチャックを有する保持装置（図示せず）によって保持され、次工程（ワーク収納カセットを含む）に搬入される。なお、チャックでワークＷの外周端面を例えば３箇所で挟んで保持するようにする場合には、トレイ４０に、チャックが進入可能な外方に突出する部分（図示せず）を設けて、この突出部分にチャックを進入させてワークＷの外周端面を挟持可能にするとよい。なお、保持装置はワークＷの上面中央部分を吸着保持するチャック装置であってもよい。
上記のように、ワークＷは、トレイ４０にほとんど非接触でトレイ４０の中央にセンタリングされるので、ワークＷの損傷を極力防止できる。

図６、図７はセンタリング装置１８の他の実施の形態を示し、上記実施の形態と同一の部材は同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態でも、トレイ４０には、その周壁４１にオーバーフロー口５４が設けられている。
５８は位置決めピンであり、上端部側が先細部５９に、下部側が大径部６０に、先細部５９と大径部６０との間がテーパー面６１に形成されている。この位置決めピン５８は、３本以上（図７では５本）の複数本設けられ、トレイ４０の周縁部においてトレー４０内にその上部側が進入していて、かつ上下動可能に設けられている。

すなわち、各位置決めピン５８は下部側にて、トレイ４０の下方に放射状に一体に設けられた複数本の各アーム６３に支持され、このアーム６３がシリンダ装置（駆動部）６５により上下動されることによって上下動する。なお、アーム６３に設けたガイド筒６６が支持ロッド４３によってガイドされることによって、アーム６３の上下動がガイドされる。
なお、本実施の形態では、位置決めピン５８は、トレイ４０の周壁４１に断面円弧状に上下方向に凹設された円弧状溝内を上下動するように設けられている。オーバーフロー口５４は、円弧状溝がテーパー面４１ａの中途部を縦断することで形成され、このテーパー面４１ａにおける円弧状溝の縁がオーバーフロー口５４となっている。

６７はトレイ４０の外周縁部の４箇所に配設された落下防止駒であり、内側面がテーパー面に形成されていて、万一、ワークＷが外方に大きくずれてトレイ４０に供給された場合、ワークＷがトレイ４０の外側に落下するのを防止するためのものである。
また、７０は、トレイ４０の外周側の底面に複数設置された反射型センサであり、投下光がワークＷにより反射され、この反射光を受光することで、ワークＷがトレイ４０に供給されたか否かを検出する。また、６８は透過型のセンサであり、該透過型センサ６８は、ワークＷがトレイ４０からかなりずれて落下した際、各落下防止駒６７等のいずれかに引っ掛かり状態になったような異常状態を検出し、この場合にワークＷの搬出等の次の動作を停止させるためのものである。

本実施の形態は上記のように構成されている。
トレイ４０内には、水供給部の供給口４５から水が供給され、供給された水は当て板５０に当接して、水平方向に導かれ、トレイ４０内に、比較的、水面に波を立てることなく供給され、各オーバーフロー口５４から同一の水量で、同一の流速でトレイ４０外に流出している。
位置決めピン５８は下降されており、水面下に位置している。

この状態のところに、上記実施の形態と同様に、研磨装置１０によって下面側を研磨されたウェーハＷは、トップリング１６がセンタリング装置（受け渡し装置）１８の上方位置まで移動され、次いで第２の流体室３１が加圧されることによってトップリング１６下面側から離脱し、トレイ４０のほぼ中央にほぼ水平状態を保って落下する。

前記実施の形態と同様に、トップリング１６からトレイ４０の水面上に供給されたワークＷは、水の表面張力によって浮いた状態で水面上に受け取られる。そして、トレイ４０内では、複数のオーバーフロー口５４から同一の流速で水がラジアル方向に横溢しているので、ワークＷはこの水の流れによりトレイ４０の中央にセンタリングされる。このようにワークＷはセンタリングされつつ洗浄される。

次いでシリンダ装置６５が駆動され、アーム６３、したがって位置決めピン５８が静かに上昇され、あらかじめセンタリングされているワークＷが、位置決めピン５８のテーパー面６１によって受けられ、さらに正確にセンタリングされる。
位置決めピン５８はさらに上昇され、ワークＷをトレイ４０の周壁４１上端よりもさらに上方にまで持ち上げて停止する。このように、ワークＷがトレイ４０の周壁４１上端よりもさらに上方にまで持ち上げられるので、別途チャックあるいは吸着パッドを備える保持装置によってワークＷを容易に把持可能となり、ワークＷは保持装置に保持されてカセット等に収納される。

本実施の形態では、ワークＷは、オーバーフロー口５４から横溢する水の水流によってあらかじめトレイ４０中で仮センタリングされる。これにより、位置決めピン５８が上昇されても、従来のように強制的に位置決めされる際の衝撃力がワークＷに加わるようなことがなく、したがってワークＷが損傷を受けるようなことがなくなる。

本実施の形態の場合は、上記のような研磨後のワークＷのアンローディングの際のワークＷの受け渡しの場合だけでなく、研磨前、ワークＷを吸着保持装置によってカセット内から取り出し、取り出したワークＷを上記トレイ４０中に落とし込み、センタリングし、且つ上昇させてトップリング１６によって受け取るローディングの際のワークＷの受け渡しにも用いることができる。

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。 トップリングの部分拡大図である。 センタリング装置の第１の実施形態を示す説明断面図である。 図４に示すセンタリング装置の説明平面図である。 センタリング装置の第２の実施形態を示す説明断面図である。 図６に示すセンタリング装置の説明平面図である。

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 トレイ
４１ 周壁
４１ａ テーパー面
４２ 基台
４３ 支持ロッド
４５ 供給口
４６ 水供給パイプ
４７ 管継手
５０ 当て板
５４ オーバーフロー口
５８ 位置決めピン
６３ アーム
６５ シリンダ装置
６７ 落下防止駒
６８ センサ

Claims (8)

1. 周壁を有するトレイと、
   該トレイの底面中央部の供給口からトレイ内に水を供給する水供給部と、
   前記トレイの内底面に、前記供給口を覆って、トレイ内底面とは所定距離離反して配設され、前記供給口から供給される水が当接して水をトレイ内に水平方向に導く当て板と、
   前記トレイの周壁に、周方向に一定間隔をおいて、該周壁を切り欠いて３個以上の複数個設けられ、トレイ内の水を横溢させるオーバーフロー口とを有し、
   ワークが、前記トレイの水面上に水平に供給されることにより、ワークを水の表面張力によって浮いた状態で受け取ると共に、前記複数のオーバーフロー口からラジアル方向に横溢する水の流れによって、ワークをトレイ内中央にセンタリングすることを特徴とするワークセンタリング装置。
2. 前記オーバーフロー口から横溢する水流からのワークに対する水の粘性による引張力が、各オーバーフロー口において等しいことを特徴とする請求項１記載のワークセンタリング装置。
3. 前記各オーバーフロー口が、前記周壁に同一の長さ、同一の高さ位置まで切り欠かれて形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のワークセンタリング装置。
4. 前記トレイの周壁の内壁が、下方に向けて内方に傾斜するテーパー面に形成され、前記オーバーフロー口から横溢する水の水面の直径が、ワークの直径よりも若干大きくなるように、前記オーバーフロー口が設定されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のワークセンタリング装置。
5. 上端部側が先細部に、下部側が大径部に、前記先細部と大径部との間がテーパー面に形成された３本以上の位置決めピンと、該位置決めピンを上下動させる駆動部とを有する受け渡し部を具備し、
   前記駆動部により位置決めピンが上昇した際、該位置決めピンによりワークを受け取って、ワークをさらにセンタリングすることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のワークセンタリング装置。
6. 前記位置決めピンを上昇させることによって、ワークをセンタリングすると共に、ワークをトレイの周壁上端よりもさらに上方にまで持ち上げ、別途保持装置にワークを受け渡し可能にすることを特徴とする請求項５記載のワークセンタリング装置。
7. 別途研磨装置により下面側が研磨されたワークが前記トレイの水面上に供給され、別途保持装置により次工程への搬入のためワークを位置決めすることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のワークセンタリング装置。
8. 周壁を有するトレイと、該トレイの底面中央部の供給口からトレイ内に水を供給する水供給部と、前記トレイの内底面に、前記供給口を覆って、トレイ内底面とは所定距離離反して配設され、前記供給口から供給される水が当接して水をトレイ内に水平方向に導く当て板と、前記トレイの周壁に、周方向に一定間隔をおいて、該周壁を切り欠いて３個以上の複数個設けられ、トレイ内の水を横溢させるオーバーフロー口とを有するワークセンタリング装置を用い、
   前記水供給部から水を前記トレイ内に供給し、前記オーバーフロー口から水をオーバーフローさせつつ、ワークを、前記トレイの水面上に水平に供給し、ワークを水の表面張力によって浮いた状態で受け取ると共に、前記複数のオーバーフロー口からラジアル方向に横溢する水の流れによって、ワークをトレイ内中央にセンタリングすることを特徴とするワークセンタリング方法。