JP2640695B2

JP2640695B2 - ウエーハ自動ラッピング装置

Info

Publication number: JP2640695B2
Application number: JP2278943A
Authority: JP
Inventors: 文彦長谷川; 浩昌橋本
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JPH04159075A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、半導体ウエーハ等を自動的に研磨するため
のウエーハ自動ラッピング装置に関する。

（従来の技術）例えば半導体製造分野においては、半導体ウエーハの
表面はラップ盤によって研磨される。即ち、半導体ウエ
ーハは遊星ギヤを構成するキャリア上にセットされ、複
数の半導体ウエーハがセットされたキャリアは下定盤上
に太陽歯車（駆動ギヤ）と内歯歯車に噛合する状態でセ
ットされる。そして、キャリアが上定盤と下定盤間で遊
星運動することによって、これにセットされた半導体ウ
エーハの表面が研磨される。

ところで、半導体ウエーハのキャリア上へのセット、
半導体ウエーハがセットされたキャリアのラップ盤本体
へのセット、研磨加工終了後のキャリアのラップ盤本体
からの取り出し、研磨された半導体ウエーハの取り出し
等の作業は人手に頼っていたため、作業には熟練を要
し、作業能率が悪くサイクルタイムが長くなるという問
題があった。

そこで、研磨作業の自動化が考えられ、ラップ盤本体
の近傍にキャリアとウエーハのセットステージを設け、
このセットステージでウエーハをキャリア上に自動でセ
ットし、ウエーハがセットされたキャリアを自動でラッ
プ盤本体上にセットし、且つ取り出す装置が提案されて
いる（例えば、特開昭61−76269号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記提案に係る自動ラッピング装置に
あっては、セットステージにおいて複数（通常は５枚）
のキャリアを同一平面上に別々に配置しているため、大
きなスペースを要し、研磨加工中には次の研磨のための
準備が何らなされないために時間的ロスが大きく、サイ
クルタイムが長くなって作業能率が悪いという問題があ
った。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的
とする処は、省スペース、サイクルタイムの短縮等を図
ることができるウエーハ自動ラッピング装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成すべく本発明は、ラップ盤本体と、該
ラップ盤本体の近傍に配される２系列のローダー部と１
系列のアンローダー部を含んでウエーハ自動ラッピング
装置を構成し、前記各ローダー部を、複数のウエーハを
収納するウエーハ収納部と、該ウエーハ収納部からウエ
ーハを１枚ずつ取り出してこれを多重セットされた各キ
ャリア上にセットするウエーハ取出し・セット手段と、
ウエーハがセットされた各キャリアを前記ラップ盤本体
に順次セットするキャリアセット手段を含んで構成し、
前記アンローダー部を、ラップ盤本体から各キャリアを
順次取り出してこれをウエーハ回収部まで搬送するキャ
リア取出し・搬送手段と、ウエーハ回収部に搬送された
各キャリアにセットされたウエーハを１枚ずつ取り出し
てこれをウエーハ回収部に排出するウエーハ取出し・排
出手段と、排出されたウエーハを順次回収する前記ウエ
ーハ回収部を含んで構成したことをその特徴とする。

（作用）本発明によれば、複数のキャリアは多重セットされる
ため、これらが大きなスペースを占めることがなく、省
スペースが図られる。

又、ローダー部は２系列設けられているため、これら
ローダー部を交互に用いれば、研磨加工中に一方のロー
ダー部で次の加工に供されるウエーハをキャリア上に予
めセットしておくことができ、ウエーハのキャリア上へ
のセット時間分だけサイクルタイムを短縮することがで
き、作業能率の向上を図ることができる。

（実施例）以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明に係るウエーハ自動ラッピング装置の
平面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第
１図のIII−III線断面図、第４図（ａ），（ｂ）はそれ
ぞれ太陽歯車、内歯歯車の歯端面の面取りを示す斜視図
である。

本発明に係るウエーハ自動ラッピング装置はラップ盤
本体Ａと、該ラップ盤本体Ａの近傍に配される２系列の
ローダー部B,B′と、これらローダー部B,B′に挟まれる
中間に配される１系列のアンローダー部Ｃを含んで構成
される。

上記ラップ盤本体Ａは、第３図に示すように上定盤１
と下定盤２を有しており、上定盤１は軸３に沿って上下
動自在、且つ軸３回りに回転自在に支持されている。
又、下定盤２の中央部には駆動歯車を構成する太陽歯車
４が設けられており、同下定盤２の外周部には内歯歯車
５が設けられている。尚、太陽歯車４、内歯歯車５はそ
れぞれ第４図（ａ），（ｂ）に示すようにその全歯4a
…,5a…についてその上部端面がテーパ面4a−1,4a−1,5
a−1,5a−１によって面取りされており、歯4a…,5a…の
上部端面な図示のように上方に向かって尖った山形状に
成形されている。

ところで、下定盤２には、第１図に示すように遊星ギ
ヤから成る５枚のキャリア６…が太陽歯車４と内歯歯車
５に噛合する状態でセットされるが、各キャリア６には
ウエーハＷを保持すべき４つの円孔７…が同一ピッチ円
上に等角度ピッチ（90゜ピッチ）で貫設されている。
尚、各キャリア６の中心には円孔８が形成され、中心に
対して幾分偏位した位置には小径の円孔９が形成されて
いる。

而して、ラップ盤本体Ａにあっては、キャリア６…及
びこれらに保持された複数のウエーハＷ…は上定盤１と
下定盤２との間で挟持され、太陽歯車４が回転駆動され
ると、各キャリア６は上定盤１と下定盤２との間で遊星
運動するため、これに保持されたウエーハＷ…の上下面
が研磨される。

次に、前記ローダー部Ｂの構成を第１図及び第２図に
基づいて説明する。

即ち、ローダー部Ｂは、ウエーハ収納部ａと、ウエー
ハ取出し・セット手段ｂと、キャリアセット手段ｃを含
んで構成される。ウエーハ収納部ａは、第２図に示すよ
うに複数（本実施例では、20枚）のウエーハＷ…を上下
方向に積層収納するカセット10で構成されている。

又、前記ウエーハ取出し・セット手段ｂは、第１図に
示すようにアーム旋回ロボット20,30にて構成され、一
方のアーム旋回ロボット20は軸21を中心に回動するアー
ム22と、軸23を中心に回動するアーム24を含んで構成さ
れ、アーム24の先部には吸着部24aが設けられている。
他方のアーム旋回ロボット30は軸31を中心に回動するア
ーム32を含んで構成され、アーム32の先部には吸着部32
aが設けられている。

更に、前記キャリアセット手段ｃはアーム旋回ロボッ
ト40にて構成され、該アーム旋回ロボット40は軸41を中
心に回動するアーム42と、該アーム42の先部に垂直に支
持された円板状の吸着板43を含んで構成される。そし
て、吸着板43には第１図に示すようにウエーハＷ…を吸
着すべき４つの吸着部43a…が等角度ピッチ（90゜ピッ
チ）で設けられ、これらの吸着部43a…の間にはキャリ
ア６を吸着すべき４つの吸着部43b…が等角度ピッチ（9
0゜ピッチ）で設けられている。

尚、以上は一方のローダー部Ｂの構成について述べた
が、他方のローダー部Ｂ′の構成もローダー部Ｂのそれ
と全く同じであり、第１図中、ローダー部Ｂと同一要素
には同一符号にダッシュ「′」を付して示すが、該ロー
ダー部Ｂ′は前記キャリアセット手段ｃをローダー部Ｂ
と共有する。

ここで、前記アンローダー部Ｃの構成を第１図及び第
３図に基づいて説明する。

即ち、該アンローダー部Ｃは前記キャリアセット手段
ｃを共通に含む他、ウエーハ回収部ｄを含んで構成され
る。尚、キャリアセット手段ｃは、ラップ盤本体Ａから
各キャリア６を順次取り出してこれをウエーハ回収部ｄ
まで搬送するキャリア取出し・搬送手段ｅと、各キャリ
ア６にセットされたウエーハＷ…を１枚ずつ取り出して
これをウウーハ回収部ｄに排出するウエーハ取り出し・
排出手段ｆを構成している。

ところで、前記ウエーハ回収部ｄは水を満たした水槽
50を有しており、該水槽50の底部には斜めに傾斜した凹
部50aと、該凹部50aに向かって斜めに下がる傾斜面50b
が形成されている。

そして、上記凹部50a内には、地上に設置されたエア
シリンダ51から延出するロッド52の先部が臨んでおり、
該ロッド52の先部には縦断面がコの字状の保持部材53が
軸54にて回動自在に枢着されており、この保持部材53に
はウエーハ回収用のカセット55が保持されている。

ところで、第１図に示すように、前記アーム旋回ロボ
ット40のアーム42の旋回範囲内には、３つのステージ
S₁,S₁′,S₂が設けられており、ステージS₁,S₁′上には
第２図に示すように円板状のターンテーブル60が設置さ
れており、ターンテーブル60の中心には軸61が、中心か
ら偏位した位置にはピン62がそれぞれ垂設されている。

次に、当該ウエーハ自動ラッピング装置の作用を説明
する。

作業に先立ちステージS₁のターンテーブル60上には５
枚のキャリア６…が同位相で多重セットされている。即
ち、各キャリア６はこれの中央に穿設された円孔８に前
記軸61を通し、円孔９にピン62を通すことによって同位
相にセットされ、５枚のウエーハ６…が同位相で多重セ
ットされると、これら多重セットされたウエーハ６…に
は同位相の５つの円孔７…が縦方向に並んで１つの貫通
孔を形成する。

上記キャリア６…のステージS₁におけるターンテーブ
ル60上への多重セットが終了すると、アーム旋回ロボッ
ト20が駆動され、該アームロボット20はカセット10に収
納されたウエーハＷ…の中から１枚のウエーハＷを取り
出してこれをアーム旋回ロボット30に受け渡す。即ち、
アーム旋回ロボット20はアーム24の先部に設けられた吸
着部24aに１枚のウエーハＷを吸着してこれを第１図の
実線位置で待機するアーム旋回ロボット30を受け渡す。
尚、カセット10から１枚のウエーハＷが取り出せると、
カセット10は１ピッチ分だけ上動して次のウエーハＷの
取り出しに備える。

ウエーハＷを受け渡されたアーム旋回ロボット30は、
アーム32の先部に設けられた吸着部32aにウエーハＷを
保持した状態でアーム32が軸31を中心に図示矢印イ方向
に180゜回動することによって、ステージS₁におけるタ
ーンテーブル60上にセットされた１枚のキャリア６の１
つの円孔７内にウエーハＷをセットする。

次に、ターンテーブル60が駆動されてこれに多重セッ
トされたキャリア６…が所定角度（本実施例では、90
゜）だけ回動せしめられ、前記と同様の操作によって次
のカセット10から取り出された２枚目のウエーハＷがキ
ャリア６の次の円孔７にセットされる。

以上の操作が所要回数（本実施例の場合、４×５＝20
回）だけ繰り返されると、ステージS₁におけるターンテ
ーブル60上の全てのキャリア６…の円孔７…には計20枚
ウエーハＷ…がセットされる。

次に、アーム旋回ロボット40が駆動され、ステージS₁
にある１枚のキャリア６がこれにセットされた４枚のウ
エーハＷ…と共にラップ盤本体Ａの下定盤２上にセット
される。即ち、アーム旋回ロボット40のアーム42が軸41
を中心に回動され、これに支持された吸着板43が第２図
に鎖線にて示すようにステージS₁にセットされたキャリ
ア６…上に位置すると、該吸着板43に設けられた前記吸
着部43a…,43b…が共にONされて最上部に位置する１枚
のキャリア６とこれにセットされた４枚のウエーハＷ…
が吸着板43に吸着される。この状態でアーム42が軸41を
中心に第１図に矢印ロ方向に旋回し、これに支持された
吸着板43がラップ盤本体Ａの所定位置に位置したときに
アーム42の旋回が停止され、吸着板43の吸着部43a…,43
b…が共にOFFされて該吸着板43からキャリア６及びウエ
ーハＷ…が離れ、キャリア６は太陽歯車４と内歯歯車５
に噛合して下定盤２上の所定位置S₃にセットされる。
尚、太陽歯車４と内歯歯車５は、前述のようにその各歯
4a,5aの上部端面がテーパ面4a−1,4a−1,5a−1,5a−１
によって面取りされている（第４図（ａ），（ｂ）参
照）ため、キャリア６の外周歯6a…は太陽歯車４と内歯
歯車５の歯4a…,5a…に確実に噛合し、如何なる場合も
互いに干渉することがなく、キャリア６の下定盤２上へ
のセットが確実になされる。

上記のようにキャリア６の下定盤２上へのセットが終
了すると、下定盤２が所定角度（72゜）だけ回動されて
これの割り出しがなされ、以後は前記と同様の操作によ
ってステージS₁上にセットされた次のキャリア６が４枚
のウエーハＷ…と共に下定盤２上の所定位置S₃にセット
される。

上記操作をステージS₁上にセットされた残り３枚のキ
ャリア６…についても繰り返すことによって、第１図に
示すようにラップ盤本体Ａの下定盤２上には５枚のキャ
リア６…がこれらにセットされた計20枚のウエーハＷ…
と共に配置される。

以上の操作が完了すると、ラップ盤本体Ａが駆動さ
れ、前述のようにキャリア６…に保持された計20枚のウ
エーハＷ…の上下面が研磨される。

上記研磨加工が終了すると、上定盤１が第３図に示す
ように軸３に沿って持ち上げられるとともに、１枚目の
キャリア６が所定の位置S₃に割り出される。すると、ア
ーム旋回ロボット40が再び駆動され、１枚目のキャリア
６がこれにセットされた４枚のウエーハＷ…と共に位置
S₃からステージS₂に移動せしめられる。即ち、アーム旋
回ロボット40のアーム42が軸41を中心に回動してこれに
支持された吸着板43が位置S₃にある１枚目のキャリア６
上に位置すると、該吸着板43に設けられた吸着部43a…,
43b…が共にONされて１枚目のキャリア６とこれにセッ
トされた４枚のウエーハＷ…が吸着板43に吸着される。
この状態でアーム42が軸41を中心に第１図の矢印ハ方向
に180゜旋回し、これに支持された吸着板43がステージS
₂上に位置したときにアーム42の旋回が停止される。次
に、吸着板43が旋回せしめられ、これに吸着された１枚
目のウエーハＷが第１図のS₄位置に割り出され、次に該
ウエーハＷを吸着していた１つの吸着部43aのみOFFされ
る。すると、１枚目のウエーハＷの吸着が解除され、該
ウエーハＷは吸着板43から離れて水槽50の水中に落下
し、第３図に示すように水槽50の傾斜面50bに沿ってカ
セット55方向へ移動し、第３図に鎖線にて示すようにそ
の下限位置で待機するカセット55の最上段に収納され
る。尚、この１枚目のウエーハＷが収納されると、エア
シリンダ51が駆動されてカセット55が１ピッチ分だけ上
動せしめられて次の２枚目のウエーハＷの収納に備えら
れる。

上記作業が終了すると、吸着板43が所定角度（90゜）
だけ回動されて次の２枚目のウエーハＷがS₄位置に割り
出され、以後は前記と同様の操作によってこの２枚目の
ウエーハＷがカセット55内に収納される。

以下、同様にして１枚目のキャリア６の４枚全てのウ
エーハＷ…がカセット55内に収納されると、アーム旋回
ロボット40のアーム42が再び駆動されて第１図の矢印ニ
方向に旋回せしめられ、空になったキャリア６がステー
ジS₂からステージS₁′に移され、ここで吸着板43の吸着
部43b…がOFFされてキャリア６がステージS₁′に設置さ
れたターンテーブル60上にセットされる。

以上の一連の操作をラップ盤本体Ａの下定盤２上の２
枚目乃至５枚目のキャリア６…についても繰り返せば、
研磨加工が施された計20枚のウエーハＷ…の全てがカセ
ット55内に収納されるとともに、ステージS₁′のターン
テーブル60上には空になった５枚のキャリア６…が同位
相で多重セットされる。すると、第３図に示すエアシリ
ンダ51が駆動されて保持部材53が凹部50aの斜面50a−１
に沿って上動せしめられ、該保持部材53は凹部50aを越
えて上動せしめらると斜面50a−１によるガイドを解除
されるため、第３図に破線にて示すように軸54を中心に
回動してその開口部が上になるようにして静止する。従
って、保持部材53に保持されたカセット55を水槽50の水
中から容易に取り出すことができる。

以上によって研磨加工の１サイクルが自動的に完了す
るが、続けて研磨加工を実施するには、再びステージS₁
のターンテーブル60上に別の５枚のキャリア６…がセッ
トされ、以上と同様の操作が繰り返し行なわれるが、２
サイクル目以降においては、ラップ盤本体Ａによって研
磨加工が行なわれている間にローダー部Ｂ′によってス
テージS₁′において多重セットされている空のキャリア
６…にカセット10′に収納されている未加工ウエーハＷ
…をセットすることができる。以後同様にしてラップ盤
本体Ａによる研磨加工中にローダー部B,B′を交互に用
いてステージS₁,S₁′に多重セットされた空のキャリア
６…に予めウエーハＷ…をセットするようにすれば、ウ
エーハＷ…のキャリア６…上へのセット時間分だけサイ
クルタイムを短縮することができ、作業能率の向上を図
ることができる。

又、本実施例では、各５枚のキャリア６…はステージ
S₁,S₁′において多重セットされるため、これらが大き
なスペースを占めることがなく、装置の小型化が図られ
る。

尚、本実施例において１サイクルの加工枚数に満たな
い20枚未満のウエーハＷ…について研磨加工を実施する
には、カセット10（10′）内にウエーハＷ…と共に不足
枚数分のダミーウエーハを収納しておけばよい。又、ラ
ップ盤本体Ａやキャリア６…の清掃は、ロード及びアン
ロード時にスプレーや水タワシによって行なわれる。

ところで、本発明は半導体ウエーハの鏡面加工を行な
う場合にも適用可能であることは勿論である。

（発明の効果）以上の説明で明らかな如く、本発明によれば、複数の
キャリアは多重セットされるため、これらが大きなスペ
ースを占めることがなく、省スペースが図られる。

又、本発明によれば、ローダー部は２系列設けられる
ため、これらローダー部を交互に用いれば、研磨加工中
に一方のローダー部で次の加工に供されるウエーハをキ
ャリア上に予めセットしておくことができ、ウエーハの
キャリア上へのセット時間分だけサイクルタイムを短縮
することができて作業能率と向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るウエーハ自動ラッピング装置の平
面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は第１
図のIII−III線断面図、第４図（ａ），（ｂ）はそれぞ
れ太陽歯車、内歯歯車の歯端面の面取りを示す斜視図で
ある。Ａ……ラップ盤本体、B,B′……ローダー部、Ｃ……ア
ンローダー部、a,a′……ウエーハ収納部、b,b′……ウ
エーハ取出し・セット手段、ｃ……キャリアセット手
段、ｄ……ウエーハ回収部、ｅ……キャリア取出し・搬
送手段、ｆ……ウエーハ取出し・排出手段、Ｗ……ウエ
ーハ、１……上定盤、２……下定盤、４……太陽歯車、
５……内歯歯車、６……キャリア、10,55……カセッ
ト、20,30,40……アーム旋回ロボット、50……水槽。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ラップ盤本体と、該ラップ盤本体の近傍に
配される２系列のローダー部と１系列のアンローダー部
を備え、前記各ローダー部は複数のウエーハを収納する
ウエーハ収納部と、該ウエーハ収納部からウエーハを１
枚ずつ取り出してこれを多重セットされた各キャリア上
にセットするウエーハ取出し・セット手段と、ウエーハ
がセットされた各キャリアを前記ラップ盤本体に順次セ
ットするキャリアセット手段を含んで構成され、前記ア
ンローダー部はラップ盤本体から各キャリアを順次取り
出してこれをウエーハ回収部まで搬送するキャリア取出
し・搬送手段と、ウエーハ回収部に搬送された各キャリ
アにセットされたウエーハを１枚ずつ取り出してこれを
ウエーハ回収部に排出するウエーハ取出し・排出手段
と、排出されたウエーハを順次回収する前記ウエーハ回
収部を含んで構成されることを特徴とするウエーハ自動
ラッピング装置。
【請求項２】前記ローダー部を構成するキャリアセット
手段と、アンローダー部を構成するキャリア取出し・セ
ット手段及びウエーハ取出し・排出手段とは共通の機構
によって構成されることを特徴とする請求項１記載のウ
エーハ自動ラッピング装置。