JP2014000647A - ワーク研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化、簡易化が可能となるワーク研磨装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るワーク研磨装置１０は、上面に研磨布が貼付され、水平面内で回転する定盤１４と、定盤１４の上方に上下動自在、かつ水平面内で回転自在に配置され、定盤１４との間で、下面にワークが保持されたキャリアプレート５２を挟み、ワークを定盤１４面に押圧するトップリング１６とを具備するワーク研磨装置１０において、トップリング１６に、定盤１４上に載置され、定盤１４の回転と共に移動してトップリング１６下面側に進入するキャリアプレート５２を研磨位置で受け止め、保持するストッパ５０が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明はウェーハ等のワークのワーク研磨装置に関する。

シリコンウェーハ、サファイアウェーハ等のワークの研磨装置には種々の構造のものが提案されている。
例えば、特許文献１に示されるワーク研磨装置は、上面に研磨布が貼付され、駆動部により水平面内で回転する定盤と、該定盤の上方に上下動自在、かつ水平面内で回転自在に配置され、前記定盤との間で、下面にワークが保持されたキャリアプレートを挟み、ワークを定盤面に押圧するトップリングとを具備し、スラリー供給部からスラリーを供給しつつ定盤とトップリングとを所要方向に回転してワークを研磨するようにしている。

この特許文献１に示されるワーク研磨装置は、定盤の上方に、定盤の回転方向に沿って複数基のトップリングが配置され、また定盤の中心にセンターローラが配置され、さらに、定盤の周囲に、定盤面上と定盤面上から外れる位置との間にわたって移動自在に複数のガイドローラを配置した構成となっている。
この定盤上の所定位置にキャリアプレートを搬入（ローディング）するには次のようになされる。
すなわち、まず、定盤へのキャリアプレートの投入部から、定盤の回転方向の最奥となるトップリングに対応するガイドローラを定盤面上の位置に移動させておき、定盤の投入部からキャリアプレートを定盤上に載置し、キャリアプレートを搬送する。キャリアプレートは定盤の回転によって搬送され、外周部がセンターローラと上記対応するガイドローラとに当接した位置（対応するトップリングの下方位置）で位置決めされ、保持された状態となる。

次いで最奥部から１つ手前のトップリングに対応するガイドローラを定盤面上の位置に移動させ、上記と同様にしてキャリアプレートを定盤の回転によって搬送し、センターローラとガイドローラとに当接させて、定盤上の対応するトップリングまで搬入する。このようにして、順次、対応するトップリングの下方位置にキャリアプレートを搬入するのである。次いでトップリングを下降して、キャリアプレートを介してワークを研磨布に押圧し、スラリーを定盤面に供給しつつ定盤およびトップリングを回転することによってワークの研磨を行うようにしている。

特開平７−１３０６８７

上記ワークの研磨装置によれば、ワークを貼着したキャリアプレートを順次ほぼ自動的に定盤上の対応するトップリングの下方位置に搬入できる。
しかしながら、この従来のワーク研磨装置の場合、定盤の周囲に複数のガイドローラを、定盤面上と定盤面外との間で移動可能に設ける必要があり、装置が大型化、かつ複雑化するという課題がある。
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、装置の小型化、簡易化が可能となるワーク研磨装置を提供するにある。

上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るワーク研磨装置は、上面に研磨布が貼付され、水平面内で回転する定盤と、前記定盤の上方に上下動自在、かつ水平面内で回転自在に配置され、前記定盤との間で、下面にワークが保持されたキャリアプレートを挟み、ワークを定盤面に押圧するトップリングとを具備するワーク研磨装置において、前記トップリングに、前記定盤上に載置され、該定盤の回転と共に移動して前記トップリング下面側に進入する前記キャリアプレートを研磨位置で受け止め、保持するストッパが設けられていることを特徴とする。

また、前記ストッパは、前記トップリング下面周縁部から下方に突出するリング状に設けられ、該ストッパの前記トップリング下面から突出する突出部の高さが、前記キャリアプレートが前記トップリングの下面に進入する側の進入側突出部が低く、該進入側突出部と反対側で前記キャリアプレートを受け止める受止側突出部が高くなるように形成され、前記トップリングが前記定盤の上方に所要高さ位置まで下降された際に、前記進入側突出部下面と前記定盤面との間の隙間から前記キャリアプレートが前記トップリング下面側に進入し、前記受止側突出部で受け止められることを特徴とする。

前記ストッパの、前記進入側突出部と受止側突出部との間の段差壁面を、外周側へ行くほど、キャリアプレートの回転後方側を向くように傾斜する傾斜壁面に形成すると好適である。
また、研磨時前記トップリングが下降されて前記キャリアプレートが前記リング状のストッパ内に進入して保持されるようにすると好適である。
また、前記トップリングを、上部プレートと、前記ストッパが設けられると共に、前記上部プレートに対して球座を介して揺動自在に支持され、かつスプリングによって上方に付勢されて、前記定盤に対して水平に支持される下部プレートとで構成すると好適である。
前記ストッパを、前記トップリング下面側に着脱自在に設けることにより、種々の外径、厚みを有するキャリアプレートに対応でき、好適である。

前記ストッパを樹脂製のものとすることにより、キャリアプレートへの衝撃を少なくでき好適である。
前記トップリング下面と前記キャリアプレート上面との間の空間の空気を吸引する吸引機構と、該吸引機構によって吸引されて前記空間の空気圧が所定値以上に低下したことを検出して、キャリアプレートがトップリング下面に保持されたことを判定するセンサ装置を有することを特徴とする。
また、前記トップリングが、前記定盤の上方に定盤の回転方向に沿って複数基配置され、前記定盤への前記キャリアプレートの投入部から定盤の回転方向に対して遠い側から近い側となる順に前記キャリアプレートを対応するトップリング下面側に搬入することを特徴とする。

本発明によれば、次のような作用効果を奏する。
すなわち、トップリングそのものに、定盤の回転と共に移動してくるトップリングを受け、研磨位置に保持するストッパを設けたので、従来のように、各トップリングに対応してガイドローラを設ける必要がなくなり、装置の小型化、簡易化が図れ、コストの低減化が可能となる。

ワーク研磨装置の正面図である。 定盤上におけるトップリングの位置を示す平面図である。 トップリングの上下動および回転機構を示す正面図である。 トップリングの上下動および回転機構を示す平面図である。 トップリングの断面図である。 トップリングの平面図である。 キャリアプレートの搬入ステップを示すフローチャートである。

以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１はワーク研磨装置１０の正面図、図２は定盤上におけるトップリングの位置を示す平面図、図３はトップリングの上下動および回転機構を示す正面図、図４はその平面図である。図５はトップリングの断面図、図６はトップリングの平面図である。なお、上記図面において、便宜上、見えないところを実線表記している部分がある。
ワーク研磨装置１０は、上面に研磨布が貼付され、公知の駆動装置（図示せず）により水平面内で回転自在に設けられた定盤１４を有する。定盤１４の上方には、定盤１４の回転方向に沿って４基のトップリング１６が配置されている。なお、図示しないが、定盤１４上にスラリーを供給するスラリー供給機構が設けられている。
図２において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは定盤１４に対する各トップリング１６の位置を示す。各トップリング１６は、装置本体１８の上部に設けられたシリンダ装置２０により上下動自在に設けられ、定盤１４の上面に対して接離動するようになっている。またトップリング１６は水平面内で回転するようになっている。

すなわち、トップリング１６は、図３、図５に示すように、その上端に回転軸２２が立設され、この回転軸２２が、装置本体１８の上盤２３を貫通して上下動する筒体２４に内に回転自在に支持されている。また、この筒体２４の上端が枠体２５に固定され、この枠体２５がシリンダ装置２０によって上下動されることによって、各トップリング１６は枠体２５と共に上下動するようになっている。２６はガイド棒であり、枠体２５の上下動をガイドする。

そして、トップリング１６は、枠体２５上に設けられた駆動モータ２８のプーリ２９と、回転軸２２のプーリ３０との間に、タイミングベルト（図示を省略）が架け渡され、駆動モータ２８が駆動されることによって、水平面内で回転する。また、枠体２５には、回転軸２２のプーリ３０と対向するようにしてフォトセンサ３２が設けられ、このフォトセンサ３２によってプーリ３０に設けた感知部材（図示せず）を検出することによって、回転軸２２、すなわちトップリング１６の回転位置を検出しうるようになっている。なお、図３では、構造をわかりやすくするために、２基のトップリング１６を、見る角度を変えて記載している。

続いて、図５および図６により、トップリング１６の構造をさらに詳細に説明する。
トップリング１６は、上部プレート３４と下部プレート３５を有する。上部プレート３４には、前記回転軸２２が連結されている。回転軸２２は、筒状に形成されると共に、軸受３６を介して前記筒体２４に回転自在に支持されている。
上部プレート３４の下面側中央部には、内壁面が球面の一部をなす凹部３８が形成されている。一方、下部プレート３５の上面中央部には、外周面が凹部３８に嵌合する球面の一部をなす球座４０がネジ４１によって固定されている。

上部プレート３４には、周方向に等間隔をおいて、それぞれ下部プレート３５の上面に螺着した頭部付きピン４２が貫通する４つの孔４３が設けられている。孔４３の下部は小径に、上部は大径に形成されている。この孔４３の大径部の底部と頭部付きピン４２の頭部との間には、圧縮バネ４４が圧縮された状態で挿入されている。したがって、下部プレート３５は圧縮バネ４４の付勢力によって上方に付勢され、球座４０の球面が凹部３８の球面に圧接された状態となる。圧縮バネ４４は、周方向に等間隔で４箇所に配設されていて、下部プレート３５は該圧縮バネ４４から均等な押圧力を受けることから、上部プレート３４に対して平行に、すなわち水平に維持される。なお、４６は、隣接する頭部付きピン４２の間に位置して下部プレート３５上面に螺着されたガイドピンで、上部プレート３４に設けられた孔４７に嵌合して、下部プレート３５の動きをガイドする。

次に、５０は、本実施の形態にしたがって設けられたストッパである。
ストッパ５０は、樹脂製でリング状をなし、下部プレート３５の外周部上に着脱自在に嵌合、固定される。５１はストッパ５０を下部プレート３５に固定するネジである。なお、ストッパ５０は、樹脂製でなく、金属製等であってもよい。また、ストッパ５０は、下部プレート３５と一体に設けてもよい。
リング状のストッパ５０の下部は、下部プレート３５下面から所要高さ下方に突出するように、下部プレート３５に装着される。

ストッパ５０の下部プレート３５下面から突出する突出部の高さは一様ではなく、高さの低い進入側突出部５０ａと、この低い進入側突出部５０ａよりも高さの高い受止側突出部５０ｂとを有する。本実施の形態では、定盤１４上の所定位置に載置されたキャリアプレート５２を、定盤１４の回転と共に移動して、所定下降位置で待機する対応するトップリング１６の下面側に搬入（ローディング）し、この搬入位置で保持するようにしている。そのために、定盤１４と共に移動してくるキャリアプレート５２が下部プレート３５下面に進入を開始しようとする側の突出部は高さの低い進入側突出部５０ａとして、キャリアプレート５２の進入を可能とし、その反対の奥側の突出部は突出高さの高い受止側突出部５０ｂとして、キャリアプレート５２の前端部を当接させて脱出不能とし、リング状のストッパ５０内に保持するのである。

ストッパ５０の、下部プレート３５下面からの突出高さが低い進入側突出部５０ａを設ける範囲は、キャリアプレート５２が下部プレート３５下面側に入り込みやすくするために、リング状のストッパ５０全周の半周よりも大きな範囲、好ましくは２／３周程度の範囲に亘るのがよい。
また、ストッパ５０の、下部プレート３５下面からの突出高さの高い受止側突出部５０ｂの範囲は、キャリアプレート５２をその円弧面で保持しうるようにするため、少なくともリング状のストッパ５０の１／３周程度を確保するのがよい。
また、ストッパ５０の、受止側突出部５０ｂと進入側突出部５０ａとの間の段差壁面５０ｃは、外周側へ行くほど、Ｘ方向に回転するキャリアプレート５２の回転後方側を向くように傾斜する傾斜壁面に形成すると好適である。このように傾斜壁面に形成することで、定盤１４上面に供給されるスラリーを、段差壁面５０ｃの先端で振り分けることができ、スラリーを段差壁面５０ｃに停滞させることがなく、スラリーの流れをスムーズにすることができる。

なお、ストッパ５０は、必ずしもリング状でなくともよい。少なくとも受止側突出部５０ｂを有すればよい。
後記するように、対応するトップリング１６の下方位置にキャリアプレート５２を搬入する際、トップリング１６は、ストッパ５０の前記進入側突出部５０ａの下面と定盤１４上面との間にキャリアプレート５２が進入可能となる隙間があく位置まで下降される。この隙間は特に限定されるものではないが、キャリアプレート５２の高さよりも数ｍｍ大きくなるようにする。

上記隙間からキャリアプレート５２を対応するトップリング１６の下方に進入させるために、トップリング１６の下部プレート３５を水平に維持して、上記隙間を一定にすることが重要となる。本実施の形態では、前記のように、下部プレート３５を球座４０と圧縮バネ４４によって支持する機構としたので、下部プレート３５を水平に維持することが可能となり、上記隙間を一定に維持することにより、キャリアプレート５２が進入側突出部５０ａに衝突するなどの不具合を回避できる。

また、キャリアプレート５２をトップリング１６の下面側に搬入後、研磨を開始する際には、トップリング１６をさらに下降し、トップリング１６下面でキャリアプレート５２上面を押圧し、ワークを定盤１４の研磨布に押圧して研磨するようにする。その際、キャリアプレート５２はリング状のストッパ５０内に入り込み、周辺部をストッパ５０に囲まれるので、ストッパ５０から抜け出てしまうことがない。またその際、突出高さの高い受止側突出部５０ｂは研磨布には届かない高さに設定されているので、研磨の支障となることはない。

なお、図５において、５４はエア吸引パイプであり、中空状の回転軸２２内に配したホース（図示せず）を介して図示しない真空装置に接続され、キャリアプレート５２上面と下部プレート３５下面との間の空間の空気を吸引可能となっている。５６は下部プレート３５下面に設けたシールリングである。また、該空間内の空気圧を検出可能な圧力センサ（図示せず）が設けられている。
５８はカバーであり、上部プレート３４上方を覆い、スラリー等が進入しないようにしている。
なお、定盤１４の駆動、シリンダ装置２０の駆動、駆動モータ２８の駆動等の一連の動作の制御は図示しない制御部によってなされる。

次に、図７に示すフローチャートにより、キャリアプレート５２を対応するキャリアプレート５２の下方位置に搬入する一連の動作について説明する。
まず、装置の起動スイッチ（図示せず）を投入する（ステップ１：Ｓ１）。
次いで、４基のトップリング１６のうち、キャリアプレート５２を最初に搬入するトップリング１６を選択する（Ｓ２）。キャリアプレート５２を最初に搬入するトップリング１６は、定盤１４上へのキャリアプレート５２の投入位置から、搬送方向に最も遠い側のトップリング１６となる。本実施の形態の場合、キャリアプレート５２の投入位置は、図２における位置Ｄと位置Ａとの間の定盤１４上である。定盤１４は図において反時計回転方向に回転する。したがって、まず、Ｄ位置となるトップリング１６を選択する。

次いで、シリンダ装置２０を駆動し、高さの低い進入側突出部５０ａと定盤１４の上面との間が上記所要間隔の隙間となるまでトップリング１６を下降する。また、駆動モータ２８を駆動し、トップリング１６を回転し、トップリング１６の回転位置をフォトセンサ３２によって割り出す（Ｓ３）。
次いで、トップリング１６を、進入側突出部５０ａが、定盤１４の回転に伴って搬送されてくるキャリアプレート５２に正対する位置となる位置（キャリアプレート５２の受け取り位置）で停止する（Ｓ４）。

次に、定盤１４の上記投入部（位置Ｄと位置Ａの間）にキャリアプレート５２を投入する（Ｓ５）。
次いで定盤１４を回転駆動する（Ｓ６）。
定盤１４が回転することによって、キャリアプレート５２は定盤１４の回転と共に移動し、Ｄ位置におけるトップリング１６の下面側に、ストッパ５０の進入側突出部５０ａと定盤１４の隙間から進入し、反対側の受止側突出部５０ｂに当接して該受止側突出部５０ｂに当接して受け止められる。したがって、キャリアプレート５２はその位置で停止し、定盤１４は空転する。この状態をオペレータが目視により確認し、定盤１４を停止する（Ｓ７）。

次いでトップリング１６を下降し（Ｓ８）、その下面のシールリング５６がキャリアプレート５２の上面に当接した位置で下降を停止する（Ｓ９）。
この状態で真空装置（図示せず）を作動し、吸引パイプ５４からトップリング１６下面とキャリアプレート５２上面との間の空間の空気を吸引し、図示しない圧力センサにより該空間の空気圧を検出し、空気圧が所定設定値以下となるかを確認する（Ｓ１０）。空気圧が所定設定値以下となったことが確認されると、キャリアプレート５２が所定のトップリング１６下面に搬入されたと判断し、次のトップリング１６の選択をする（Ｓ２）。

このようにして、順次対応するトップリング１６下面側にキャリアプレート５２を搬入することができる。
なお、Ｓ１０において、上記空間の空気圧が所要設定値より低下しないときは、キャリアプレート５２の搬入ミスと判断し、制御部はブザー等の警告を発する。この場合、オペレータはマニュアルによりトップリング１６を上昇させ、手作業および目視にてキャリアプレート５２を対応するトップリング１６の手前位置まで移動させた後、Ｓ６〜Ｓ１０のステップを行い、キャリアプレート５２の搬入のし直しをすればよい。

上記のようにして、全てのキャリアプレート５２を対応するトップリング１６の下面位置に搬入した後、シリンダ装置２０によりキャリアプレート５２を所要圧力で定盤１４に加圧しつつ、定盤１４を回転させ、またトップリング１６を回転させ、さらにスラリーを供給しつつ所要時間ワークの研磨を行うようにするのである。
研磨終了後、トップリング１６を上昇させ、キャリアプレート５２を定盤１４上から搬出するようにする。
なお、制御部による上記一連の動作は、あらかじめ設定したシーケンスにより、適宜マニュアル動作を交えて自動的に行えるようにすることができる。

１０ ワーク研磨装置、１４ 定盤、１６ トップリング、１８ 装置本体、２０ シリンダ装置、２２ 回転軸、２３ 上盤、２４ 筒体、２５ 枠体、２６ ガイド棒、２８ 駆動モータ、２９、３０ プーリ、３２ フォトセンサ、３４ 上部プレート、３５ 下部プレート、３６ 軸受、３８ 凹部、４０ 球座、４１ ネジ、４２ 頭部付きピン、４３ 孔、４４ 圧縮バネ、４６ ガイドピン、４７ 孔、５０ ストッパ、５０ａ 進入側突出部、５０ｂ 受止側突出部、５２ キャリアプレート、５４ エア吸引パイプ、５６ シールリング、５８ カバー

Claims (9)

1. 上面に研磨布が貼付され、水平面内で回転する定盤と、前記定盤の上方に上下動自在、かつ水平面内で回転自在に配置され、前記定盤との間で、下面にワークが保持されたキャリアプレートを挟み、ワークを定盤面に押圧するトップリングとを具備するワーク研磨装置において、
   前記トップリングに、前記定盤上に載置され、該定盤の回転と共に移動して前記トップリング下面側に進入する前記キャリアプレートを研磨位置で受け止め、保持するストッパが設けられていることを特徴とするワーク研磨装置。
2. 前記ストッパは、前記トップリング下面周縁部から下方に突出するリング状に設けられ、該ストッパの前記トップリング下面から突出する突出部の高さが、前記キャリアプレートが前記トップリングの下面に進入する側の進入側突出部が低く、該進入側突出部と反対側で前記キャリアプレートを受け止める受止側突出部が高くなるように形成され、前記トップリングが前記定盤の上方に所要高さ位置まで下降された際に、前記進入側突出部下面と前記定盤面との間の隙間から前記キャリアプレートが前記トップリング下面側に進入し、前記受止側突出部で受け止められることを特徴とする請求項１記載のワーク研磨装置。
3. 前記ストッパの、前記進入側突出部と受止側突出部との間の段差壁面が、外周側へ行くほど、キャリアプレートの回転後方側を向くように傾斜する傾斜壁面に形成されていることを特徴とする請求項２記載のワーク研磨装置。
4. 研磨時前記トップリングが下降されて前記キャリアプレートが前記リング状のストッパ内に進入して保持されることを特徴とする請求項２または３記載のワーク研磨装置。
5. 前記トップリングが、上部プレートと、前記ストッパが設けられると共に、前記上部プレートに対して球座を介して揺動自在に支持され、かつスプリングによって上方に付勢されて、前記定盤に対して水平に支持される下部プレートとを有することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のワーク研磨装置。
6. 前記ストッパが、前記トップリング下面側に着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のワーク研磨装置。
7. 前記ストッパが樹脂製であることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のワーク研磨装置。
8. 前記トップリング下面と前記キャリアプレート上面との間の空間の空気を吸引する吸引機構と、該吸引機構によって吸引されて前記空間の空気圧が所定値以上に低下したことを検出して、キャリアプレートがトップリング下面に保持されたことを判定するセンサ装置を有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のワーク研磨装置。
9. 前記トップリングが、前記定盤の上方に定盤の回転方向に沿って複数基配置され、前記定盤への前記キャリアプレートの投入部から定盤の回転方向に対して遠い側から近い側となる順に前記キャリアプレートを対応するトップリング下面側に搬入することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載のワーク研磨装置。

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