JP4205263B2 - 自動ラップ装置およびそれを用いる基板の研磨方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学レンズ、シリコンウエハ、LEDガラス基板、セラミック基板、磁気ヘッド基板等の基板の片面をラップするのに用いる自動ラップ装置に関する。本発明の自動ラップ装置は、ラップ定盤をバイトで切削し、サ−フェ−シングを終えた後、研磨を再開する際の基板とラップ定盤の位置合わせを容易に、かつ、正確にできる利点を有する。
【0002】
【従来の技術】
ラップ装置は知られている。例えば特開平11−151658号公報は、図5に示すポリシャ(ラップ定盤)101'を有する回転テ−ブル101と、ワ−クを保持部材105の枠105'に保持する加工ステ−ション104と、加工ステ−ションのワ−クを回転させるロ−ラ103と、該回転テ−ブル上で加工ステ−ションを保持・移動させるための加工ステ−ション位置決め機構102と、固定クランプ107およびハンドル108と、ポリシャ上を回転・往復移動可能なコンディショナ−109を具備する光学的ワ−クのラップ装置が開示されている。
【0003】
該ラップ装置を用いてワ−クを研磨するには、ワ−クを保持部材105の枠105'に保持した加工ステ−ション104を加工ステ−ション位置決め機構102のハンドル108でクランプ107により固定し、2箇所の回転ロ−ラ103,103により加工ステ−ション104が支えられる。研磨剤は加工ステ−ション104の保持部材105に設けられたスリット106よりテ−ブル101上に供給される。
テ−ブル101の回転により加工ステ−ション104が従属的に回転し、保持部材105に保持されたワ−クが回転しているポリシャ101'と研磨剤によりラップ加工される。
一方、花崗岩や鋳鉄のような硬い材料よりなる円盤状コンディショナ−109はテ−ブル101の回転に伴ってコンディショナ−位置決め部材110に固定された回転ロ−ラ110'に支えられて軸109'を中心に従属的に回転し、ポリシャの形状を整える。
【0004】
また、特開昭59−142058号公報は、ラップ定盤の回転軸を空気スピンドル軸受とし、ラップ定盤の表面をフェ−シングするバイト機構をもエア−ガイドでスライドできるDCサ−ボ−ボ−ルネジ送り機構とし、時間、回転数、切削量をパネル表示可能としたラップ装置を提案する。
従来のラップ装置は、手動であり、ワ−クの取り付け、取り外しも手作業であり、半導体基板のように自動化が求められている。
また、ラップ装置では、ワ−クを40〜60枚ラップ加工すると摩耗したポリシャをバイトで切削して表面高さを均一(フェ−シング)とする作業が行われるが、このフェ−シング作業後のワ−クの位置合わせまたはワ−クへの加圧調整に熟練を要する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ワ−クの位置合わせが容易であり、自動化したラップ装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の1は、バキュ−ムチャック機構(10)に保持された基板(w)を、回転するラップ定盤(12)のポリシャ(12b)に押圧し、前記基板とラップ定盤とを摺動させて基板表面を研磨する自動ラップ装置(1)であって、該自動ラップ装置(1)は基台(2)上に、該基台(2)の右側から左側方向に向かって順次、
ロ−ディング用収納カセット(3)と水槽(5)内に上下動可能に保持されたアンロ−ディング用収納カセット(4)の一対、
基板の搬送ロボット(7)、
仮置台(8)と基板スクラブ洗浄機構(16)の一対、
チャック洗浄機構(9)、および、
ラップ定盤(12)とバキュ−ムチャック機構(10)の左右方向移送機構(11)の一対を設けて成り、
前記バキュ−ムチャック機構(10)はチャック機構を水平方向に回転させる回転駆動機構(10a,10b,10f,10g)およびシリンダ(10c)により上下方向にバキュ−ムチャック機構を移動させる昇降機構(10d,10e)を具備し、
前記ラップ定盤(12)は、ラップ定盤の回転テ−ブル(12a)を軸承するスピンドル軸(12c)をモ−タ−(12d)により水平方向に回転する回転駆動機構と、サ−ボ−モ−タ−(12e)の駆動により移動体(12h)がボ−ルネジ(12f)上を上下方向に送り移動する高さ位置を決め機構と、ラップ定盤(12)のポリシャ(12b)用コンディショナ(13)およびサ−ボ−ボ−ルネジ送り機構(15)を備えたバイト(15a)を具備し、
前記仮置台(8)、チャック洗浄機構(9)およびラップ定盤(12)は、この順序に各々の中心点が一直線上に存在し、各々の上面は略同一水平面上に存在し、前記バキュ−ムチャック機構 ( 10 ) の中心はこの仮置台(8)、チャック洗浄機構(9)およびラップ定盤 ( 12 ) の中心点を結ぶ一直線上に平行に左右方向に往復移動可能であることを特徴とする、自動ラップ装置(1)を提供するものである。
【0007】
自動ラップ装置をコンパクトに設計でき、バキュ−ムチャック機構の動線に無駄がない。ラップ定盤のバイト切削による厚み減少に応じてACまたはDCサ−ボ−ボ−ルネジ送り機構で0.01μm、0.1μm、1μmまたは10μm単位で高さを調整して正確にラップ定盤を上下方向(Z軸方向)に昇降、位置決めできるので、フェ−シング作業後の基板とラップ定盤の高さ位置合わせが容易に、かつ、正確にできる。基板のラップ中にラップ定盤のコンディショニングが可能となるとともに、摩耗が大きくなったラップ定盤のフェ−シングをバキュ−ムチャック機構がラップ定盤上を離れている間に行うことができる。
【0008】
従来の手動のラップ装置ではワ−ク取付板にワ−クを取り付け、取付板に錘を取り付けてラップ定盤にワ−クを押圧していたが、ワ−クの種類が変わるとそれに合った錘に取り替える必要があったが、シリンダ圧の変更で行えるので、荷重変更作業が容易となった。
【0009】
本発明の2は、請求項1に記載の自動ラップ装置(1)を用い、ロ−ディング用収納カセット(3)より基板(w)を搬送ロボット(7)のア−ム(7a)により仮置台(8)に移送し、該仮置台上の基板をバキュ−ムチャック機構(10)に保持し、基板を保持した前記バキュ−ムチャック機構をラップ定盤(12)上に移動させ、ついでバキュームチャック機構(10)を下降させて基板を回転するラップ定盤(12)に押圧し、基板とラップ定盤とを摺動させて基板表面を研磨した後、バキュームチャック機構(10)を上昇させ、さらに仮置台(8)上にバキュームチャック機構(10)を移動させたのち、バキュームチャック機構(10)を下降させて研磨された基板を仮置台(8)に載せ、仮置台上の研磨された基板を搬送ロボットのア−ム(7a)により基板スクラブ洗浄機構(16)に移送し、洗浄された基板を搬送ロボットのア−ム(7a)によりアンロ−ディング用収納カセット(4)に収納することを特徴とする、基板の自動ラップ方法を提供するものである。
【0010】
従来のワ−ク(基板)の取り替え手作業が、自動化可能となった。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を更に詳細に説明する。
図1は、本発明の自動ラップ装置の平面図、図2は図1におけるI−I切断線より見た正面図、図3はその側面図、図4はバキュ−ムチャック機構の部分断面図である。
【0016】
図1、図2および図3において、1は自動ラップ装置、wは基板、2は基台、3は基板収納ロ−ディングカセット、4は基板収納アンロ−ディングカセット、5は基台2を刳り貫いて設けられた水槽、6はシリンダ、7は搬送ロボット、7aはア−ム、8は仮置台、8aは仮置台に載った基板の裏面に純水を供給して基板を浮上させるのに用いる流体供給管、9はチャック洗浄機構、9aは回転ブラシ、9bは洗浄液噴射ノズル、9cはモ−タ−である。
【0017】
10はバキュ−ムチャック機構、10aはヘッド、10bはスピンドル軸、10cはチャック機構を昇降させるエア−シリンダ、10dはガイドレ−ル、10eはチャック取付板、10fはスピンドル軸回転用モ−タ−、10gは駆動ベルトである。図4に示すようにバキュ−ムチャック機構10のヘッド内部にはバキュ−ム小孔が多数設けられた吸着板10h、バキュ−ム孔が穿たれた布10i、ガイドリング10j、気体室10kを有し、該気体室に連通し、スピンドル軸内に設けられた管10lは図示されていないが真空ポンプ配管とコンプレッサ−配管の切り替え弁を備えた管に接続されている。真空ポンプを作動させることにより気体室10kを減圧すると基板wはチャック機構に吸着される。コンプレッサ−を作動させて気体室10kを加圧空気で加圧することにより基板はチャック機構より離れる。
【0018】
11はバキュ−ムチャック機構10を左右方向に往復移動させる移動機構、11aはチャック機構取付基部、11bはリニア−ガイド上を移動する移動体、11cは駆動モ−タ−、11dはタイミングベルトである。移動体11bは図1にラップ定盤上に実線で示すバキュ−ムチャック機構10と仮置台上に仮想線で示すバキュ−ムチャック機構間を左右方向に往復移動でき、また、研磨加工時にラップ定盤の中心部と外周間の左右30〜100mm幅をプラスした左右方向の距離を往復揺動できる。
【0019】
12はラップ定盤、12aは回転テ−ブル、12bは回転テ−ブルに取り付けられたポリシャで、アルミニウム、銅、錫、樹脂製の中央部が刳り抜かれた環状盤、あるいはこれら盤の表面に研磨布を貼付したもの等が利用される。
ラップ定盤12の回転テ−ブル12aを軸承するスピンドル軸12cはモ−タ−12dにより水平方向に回転する回転駆動機構とともに、サ−ボ−モ−タ−12eの駆動により移動体12hがボ−ルネジ12f上を上下方向に送り移動される高さ位置を決めるネジ送り機構を具備する。12gは軸受、12iは減速機である。
【0020】
ラップ定盤12の上面には、環状のコンディショナ−13、駆動ロ−ラ−13aと従属ロ−ラ−13bを備えた弧状のガイド13c、ロ−ラ−駆動用モ−タ−13dが設けられ、更に環状のコンディショナ−13の環内に研磨液を供給する供給ノズル14が設けられる。
また、ラップ定盤12の上面には、特開昭59−142058号公報に示される空気軸受け式バイト送り出し機構15によりサ−ボ−ボ−ルネジ送りされるフェ−シング用バイト15aが設けられている。15bはフェ−シング量検出機構である。
【0021】
16は洗浄機構で、詳細を示していないが基板を3個のロ−ラ−で垂直に起立して保持し、基板両面に洗浄液を噴射しながら両面をブラシによりスクラブ洗浄する構造となっている。
この自動ラップ装置は、図1に示されるように仮置台8、チャック洗浄機構9およびラップ定盤12はこの順序に各々の中心点が一直線上に存在し、各々の上面は図2に示すように略同一水平面上に存在する。
バキュ−ムチャック機構10の中心は、この仮置台8、チャック洗浄機構9およびラップ定盤12の中心点を結ぶ一直線(I−I)上に平行に左右方向に往復移動可能である。
図1では、搬送ロボットは1台で、その中心は前記線上の延長線上に存在している自動ラップ装置を示したが、搬送ロボット2台を用い、ロ−ディング用とアンロ−ディング用に振り分けて使用してもよい。
【0022】
かかる自動ラップ装置1を用いて基板wを自動研磨するには、基板収納ロ−ディングカセット3より基板wを搬送ロボット7のア−ム7aにより仮置台8に移送し、チャック洗浄機構9上で待機していたチャック機構10を仮置台8上に移動させ、ついでシリンダ10cで下降させて仮置台8上の基板にチャック機構を当接し、気体室10kを減圧して基板をバキュ−ムチャック機構に保持させる。ついで、シリンダ10cを作動させてチャック機構を上昇させ、基板を保持したチャック機構10をラップ定盤12上に移動させた後、チャック機構を下降させて基板を回転するラップ定盤12に押圧し、チャック機構のスピンドル軸をモ−タ−10fで回転駆動させて基板を回転するラップ定盤上で摺動させて基板表面を研磨する。基板の研磨加工と同時にコンディショナ13の回転によりラップ定盤12は形状回復される。
基板の用途により異なるが、ラップ定盤12の回転数は1から100rpm、ラップ加工時のスピンドル軸10bの回転数は1から150rpmである。基板の面にかかる圧力は0g/cm2から1kg/cm2である。ラップ加工時に発熱を防ぐ目的でラップ定盤12上に研磨剤液や冷却液が研磨材供給ノズル14より供給される。
【0023】
研磨終了後、チャック機構10を上昇させ、さらに仮置台8上にチャック機構を移動させ、チャック機構を下降させ、気体室を減圧から加圧に切り替えて研磨された基板を仮置台8に載せ、加圧を止めてチャック機構を上昇させる。
仮置台上の研磨された基板を搬送ロボットのア−ム7aにより洗浄機構16に移送し、ア−ムを後退させ、スクラブ洗浄された基板を搬送ロボットのア−ムによりアンロ−ディング用収納カセット4に収納する。
基板の洗浄が行われている間に、チャック機構10はチャック洗浄機構9上に移動され、下降した後、洗浄液を吹き付けられながらブラシ洗浄され、上昇される。
【0024】
以後、上記操作を繰り返し、アンロ−ディングカセット4内に基板が満杯されるとアンロ−ディングカセット4は水槽5内に下降し、基板は水中保存され、しかる後、次工程の装置へと搬送され、新しいカセットに取り換えられる。
【0025】
基板が40〜60枚研磨されるとラップ定盤12の表面をバイト15aでフェ−シングして定盤の表面平坦性を均一とする。通常、1〜3μm切削される。
切削量を計量器15cで読みとり、研磨再開するときのラップ定盤12をこの研磨量(厚み)ACサ−ボ−ボ−ルネジ送り機構で上昇させ、ラップ定盤12の高さの位置補正を行う。
バイト15aによる定盤12のフェ−シング作業、定盤の高さ位置合わせは、基板を研磨し、チャック機構10がラップ定盤上を離れているときに毎回行ってもよい。
【0026】
【発明の効果】
本発明の自動ラップ装置によれば、バイトによりフェ−シングされ、表面厚みが減じられたラップ定盤の位置合わせをサ−ボ−ボ−ルネジ送り機構でミクロンメ−トル(μm)単位で極めて短時間に正確に行うことができる。
また、基板をバキュ−ムチャック機構と搬送ロボットで各加工作業ステ−ションに搬送できるので、自動化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の自動ラップ装置の平面(上面)図である。
【図2】 図1におけるI−I線から見た自動ラップ装置の正面図である。
【図3】 本発明の自動ラップ装置の左側面図である。
【図4】 バキュ−ムチャック機構の部分断面図である。
【図5】 公知の手動型のラップ装置の上面図である。
【符号の説明】
1 自動ラップ装置
w 基板
2 基台
3 ロ−ディング用収納カセット
4 アンロ−ディング用収納カセット
7 搬送ロボット
8 仮置台
9 チャック洗浄機構
10 バキュ−ムチャック機構
11 バキュ−ムチャック機構の左右方向移送機構
12 ラップ定盤
12f ボ−ルネジ
13 コンディショナ
14 研磨液供給ノズル
15 バイト送り出し機構
16 基板スクラブ洗浄機構
Claims (2)
- バキュ−ムチャック機構(10)に保持された基板(w)を、回転するラップ定盤(12)のポリシャ(12b)に押圧し、前記基板とラップ定盤とを摺動させて基板表面を研磨する自動ラップ装置(1)であって、該自動ラップ装置(1)は基台(2)上に、該基台(2)の右側から左側方向に向かって順次、
ロ−ディング用収納カセット(3)と水槽(5)内に上下動可能に保持されたアンロ−ディング用収納カセット(4)の一対、
基板の搬送ロボット(7)、
仮置台(8)と基板スクラブ洗浄機構(16)の一対、
チャック洗浄機構(9)、および、
ラップ定盤(12)とバキュ−ムチャック機構(10)の左右方向移送機構(11)の一対を設けて成り、
前記バキュ−ムチャック機構(10)はチャック機構を水平方向に回転させる回転駆動機構(10a,10b,10f,10g)およびシリンダ(10c)により上下方向にバキュ−ムチャック機構を移動させる昇降機構(10d,10e)を具備し、
前記ラップ定盤(12)は、ラップ定盤の回転テ−ブル(12a)を軸承するスピンドル軸(12c)をモ−タ−(12d)により水平方向に回転する回転駆動機構と、サ−ボ−モ−タ−(12e)の駆動により移動体(12h)がボ−ルネジ(12f)上を上下方向に送り移動する高さ位置を決め機構と、ラップ定盤(12)のポリシャ(12b)用コンディショナ(13)およびサ−ボ−ボ−ルネジ送り機構(15)を備えたバイト(15a)を具備し、
前記仮置台(8)、チャック洗浄機構(9)およびラップ定盤(12)は、この順序に各々の中心点が一直線上に存在し、各々の上面は略同一水平面上に存在し、前記バキュ−ムチャック機構 ( 10 ) の中心はこの仮置台(8)、チャック洗浄機構(9)およびラップ定盤 ( 12 ) の中心点を結ぶ一直線上に平行に左右方向に往復移動可能であることを特徴とする、自動ラップ装置(1)。 - 請求項1に記載の自動ラップ装置(1)を用い、ロ−ディング用収納カセット(3)より基板(w)を搬送ロボット(7)のア−ム(7a)により仮置台(8)に移送し、該仮置台上の基板をバキュ−ムチャック機構(10)に保持し、基板を保持した前記バキュ−ムチャック機構をラップ定盤(12)上に移動させ、ついでバキュームチャック機構(10)を下降させて基板を回転するラップ定盤(12)に押圧し、基板とラップ定盤とを摺動させて基板表面を研磨した後、バキュームチャック機構(10)を上昇させ、さらに仮置台(8)上にバキュームチャック機構(10)を移動させたのち、バキュームチャック機構(10)を下降させて研磨された基板を仮置台(8)に載せ、仮置台上の研磨された基板を搬送ロボットのア−ム(7a)により洗浄機構(16)に移送し、洗浄された基板を搬送ロボットのア−ム(7a)によりアンロ−ディング用収納カセット(4)に収納することを特徴とする、基板の自動ラップ方法。
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