JP4205263B2

JP4205263B2 - 自動ラップ装置およびそれを用いる基板の研磨方法

Info

Publication number: JP4205263B2
Application number: JP22523199A
Authority: JP
Inventors: 一雄小林; 悟井出; 守彦江崎
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2019-08-09
Also published as: JP2001047361A

Description

【０００１】
【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

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。