JP6083749B2 - ワーク剥離装置および剥離方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークキャリアのキャリアホール内のワークを下定盤から剥離させるワーク剥離装置およびこのワーク剥離装置を用いる剥離方法に関する。

両面研磨装置（ラップおよびポリッシュを含む）において、両面研磨装置への未加工のワークの装填作業および加工後のワークの回収作業を其々自動化して、品質の安定化や省力化による加工コストの低減を図る動きが活発になっている。

しかしながら、自動化を妨げる各種の問題が存在する。例えば、ワークは、半導体ウェハ、ガラスディスク、水晶ウェハなどの材質的に非常に脆い材料の薄物ワークであることが多く、このような薄物ワークへのハンドリング時に作用する負荷によりワークの破損等を生じやすいという問題がある。ワークの把持（あるいは吸着）や研磨装置との取合いにおいて、周辺装置との接触がある場合は、特にワークへの負荷を低減する必要がある。

そして、自動化工程では、研磨加工後のワークの貼り付きの問題がある。薄物ワークは研磨加工終了後、両面研磨装置の上下の定盤面に貼り付きやすく、上定盤が上昇する時に上定盤にワークが貼り付いてしまうと、その後の工程へ進めることが不可能となり、加工が中断される。さらに貼り付いた薄物ワークを剥がす手間を生じる。最悪の場合は貼り付いたワークが途中で落下して下定盤上で破損するなど、加工工程に大きな支障を来すことがある。そこで、上下定盤への貼り付きの問題を解決するため、多数の対策が提案されている。

例えば、特許文献１（特開平２−３０１１３６号公報、発明の名称「ウェハの取出し方法」）に開示されたものが知られている。この先行技術は、下定盤表面に網目状の溝を設け、その溝内に線状あるいは板状のウェハ取り出し治具を置いておき、加工終了後に当該取り出し治具を溝内から引き上げることによりウェハを同時に下定盤面から剥す方法である。この先行技術によれば、研磨加工後に下定盤上に貼り付いたウェハを確実に剥すことができる。

しかしながら、取り出し治具とウェハが少なくとも線状に接触するため、その接触部でウェハを傷付ける懸念があり、特に貼り付き力が大きな場合には接触部で大きな負荷が作用するのでその部分で割れ・欠け等が発生するおそれが増大する。

さらに、下定盤の周りに取り出し治具を固定し全体が昇降する装置を配置することになるが、研磨液等が飛散する環境でこのような大きな稼働装置を設備化することは大きな設備費用が必要となるだけでなく、保守・点検にも多くの労力が必要となり、設備する側の負担が非常に大きくなる。

また、特許文献２（特開昭６１−２０３２６９号公報、発明の名称「ラッピングおよびポリッシング盤における製品付着防止装置」）に開示されたものが知られている。この先行技術は、定盤全面に渡って分布しつつ開口するような、空気又は液体吹き出し口を設け、加工終了後にこれらの吹き出し口から空気又は液体を吹き出して製品の付着を解除して、取出しを容易とする。この先行技術によれば、製品の取り出し時に製品を傷付けることがなくなり、自動化装置においても製品の取り出しミスがなくなる。

しかしながら、下定盤全面に渡り通孔を介して開口部を設ける構造は、加工に掛るコストが非常に大きくなると同時に、膨大な長さとなる通孔の経路が閉塞しないように間欠的に開口部から空気又は液体を吹き出す必要があるので、運用管理上も非常に煩雑となる。
また、ラップ工程における下定盤は摩耗による減肉があるので消耗品であり、製作費として毎回割高となってしまう。

また、この特許文献２の第７図に示すように、上定盤に同様の措置を施すことは比較的容易である。これは、上定盤の上部が中央部付近の吊り下げ構造物以外は空いており、各通孔への空気または液体を供給する装置を設置しやすいこと、また、液体等を供給する場合には、共通の液体容器などから重力式に落下させて複数のホースへ分配することが容易に実現できることなどに起因する。

しかしながら、下定盤ではキャリアを自公転させるためのインターナルギアおよびサンギアを駆動・伝達する装置や下定盤の剛性を確保しつつ駆動・支持するための構造体等を配置しているため、上定盤と同様の構造を採ることは不可能であり、また、液体の重力落下を利用することができず、設計上あるいは保守上の制約が著しく大きいことから、実現は容易ではない。

また、特許文献３（特開平１１−３２０３８８号公報、発明の名称「平面研磨装置及びワークの取出方法」）に開示されたものが知られている。この先行技術は、加工後のワークの一端部を持ち上げて定盤から剥離させたあと、ワーク全体を持ち上げて下定盤上から取り出す方法が開示されている。本発明によれば、ワークと定盤間の界面にある液体の表面張力によって定盤に貼り付いているワークを無理なく剥離させることができる。

一般に、人手により吸着具を使ってワークを剥離させる場合、ワークを水平のまま持ち上げることはなく、経験的にワークの端部から持ち上げて徐々に全体を持ち上げて剥離させる方法が採られている。このような方法は自動化システムでも同様に有効であり、経験的にこのような方法が採られてきた。貼り付き界面に液層を形成して、液層の厚さを大きくすることは非常に有効である。また、端部から剥すのは液層の流動を促して、貼り付き界面の液層の厚さを大きくすることに寄与し、これも非常に有効な方法となる。

しかしながら、この先行技術は、ワーク厚みが十分大きく、材質的に強靭であり、あるいは端部形状が面取り加工あるいは丸み加工されている場合、さらに、ワークの接触面積が比較的小さく貼り付き力が小さい場合、にのみ適用可能であり、これらの条件から外れる場合にはワーク端部に傷付きや欠損が生じるおそれが大きくなる。本発明は、適用範囲が一般的に限定されるものである。

また、ワークの剥離を促進するために流体噴射を利用するという先行技術も存在する。 例えば、特許文献４（特開昭６３−１６４２３６号公報、発明の名称「板状物保持装置」）に開示されたものが知られている。この先行技術は、被吸着面と反対側面の外周縁に向けて流体を吹き付けることにより、ウェハ等板状体を吸着面から剥離させる構造及び方法が開示されている。本方式によれば、ウェハと吸着面の界面に流体を供給してウェハを浮かすことができるので、上部からの吸着が容易となる。

しかしながら、ウェハ等の端面形状が提示のように丸みあるいは面取りされたものでないと、流体がウェハ下側に入ることは難しく、流体としてエアを供給する場合にはウェハが浮上して揺動する懸念があり、周辺構造部と接触して損傷するおそれがある。

つまり、ウェハ等の吸着面へ流体を侵入させて浮上させる現象は不安定要素が大きく、ウェハの端面形状や吸着している面積あるいはウェハの固定方法などによって大きく挙動が変動することになる。また、供給する流体の周縁部への当て方（方向、流量、圧力など）も個々に最適条件を見出さなければならない。

また、特許文献５（特開平９−３８８５７号公報、発明の名称「ワックスレス研磨用ウェハ保持プレート」）に開示されたものが知られている。この先行技術は、ウェハ保持プレート（ワークキャリア）の透孔内にウェハを収納して研磨する装置において、上記特許文献４と同様の方法でウェハ吸着面へ流体を噴射して剥離する場合には、保持プレートの透孔の外壁があることにより噴流をウェハ下面の外周部に当てることができないため、その一部を切り欠いて、噴流を当てる経路を形成した吹付剥離構造が開示されている。このような構造とすることにより、上記特許文献４と同様の手段を講じることが可能となったが、特許文献４で指摘した同様の問題点を有する。

また、特許文献６（特開平８−２２９８０７号公報、発明の名称「ウェハの研磨装置」）に開示されたものが知られている。この先行技術は、ウェハ保持部材からウェハを剥離する手段として、上記特許文献４と同様の手段を採るものであり、さらに、上記特許文献５と同様に、噴流を通過させるための経路を確保するためにテンプレートに切り欠きを設けているが、特許文献４で指摘した同様の問題点を有する。

上記特許文献４，５，６で共通する先行技術は、吸着しているワークの外周縁へ流体を吹き付けて、ワークと吸着面との界面へ流体を侵入させる方法であるが、その共通する課題として以下の条件に大きく影響されるので使用時には注意が必要である。

ワーク端面の形状が適当な丸みあるいは面取り形状でないと適用できなかった。
また、吸着面積が大きいワークでは効果が限定されるおそれがあり、ワーク全体の貼り付きを解除することは困難である。

また、流体の噴射条件が吸着面へ流体を浸透させるのはエネルギ密度の大きな噴流を当てるため、それなりの設備が必要となる。
また、剥離状態のワークへも噴流が当たることになるので、ワーク面へ流体の負荷が作用することになり、傷付きや割れ等の発生にも注意が必要となる。
また、噴流を当てる位置や方向も最適な条件を設定しないと十分な効果が得られないおそれが大きい。

特開平２−３０１１３６号公報 特開昭６１−２０３２６９号公報 特開平１１−３２０３８８号公報 特開昭６３−１６４２３６号公報 特開平９−３８８５７号公報 特開平８−２２９８０７号公報

下定盤への貼り付きの問題は、特許文献２の先行技術のような対策も提案されているが、上定盤のように上方が解放されており、かつ重力を使って流体を分配して落とし込む、などの構造を採ることが難しいため、これらの構造を実現するために装置構造が非常に複雑になったり、設備費用が増大するなどの課題があった。また、ワークキャリアのキャリアホール内のワークを剥離する必要があり、困難を伴うものであった。

そこで、本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価かつ簡易な構成であるにも拘わらず、ワークキャリアのキャリアホール内のワークを確実に剥離させるワーク剥離装置、および、このワーク剥離装置を用いてワークを確実に剥離させる剥離方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、
研磨装置の下定盤上にあるワークキャリアのキャリアホール内のワークを剥離するワーク剥離装置であって、
移載ロボットと、
移載ロボットにより移動するようになされ、ワークの外周近傍の剥離開始位置の直上にある吸着パッドによりワークを吸着するロボットハンドと、
ロボットハンドに搭載され、剥離開始位置の近傍のワークの外周側に流体を噴射する流体噴射装置と、
を備え、ロボットハンドがキャリアホールに嵌合されるワークの直上に位置してロボットハンドの吸着パッドによりワークを吸着しつつ低速度で上昇し、その上昇動作の初期段階で、下定盤とワークの外周の端部とで形成される鉛直方向の隙間に入るように流体噴射装置が流体を噴射してワークを剥離することを特徴とするワーク剥離装置とした。

また、本発明の請求項２に係る発明は、
請求項１に記載のワーク剥離装置において、
前記移載ロボットと前記ロボットハンドとの接続部に力覚センサを備え、
前記ロボットハンドにより前記ワークを吸着しつつ低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる際に、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値を超える場合には前記上昇速度を小さく設定し、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値より小さい場合には前記上昇速度を徐々に大きく設定することを特徴とする剥離装置とした。

また、本発明の請求項３に係る発明は、
請求項１に記載のワーク剥離装置において、
前記吸着パッドは、形状が大きく剥離面積が大きい前記ワークを剥離するものであって、吸着面に対して鉛直方向への伸縮の自由度がある支持構造を有し、ワーク中心から偏芯した円上であり、かつ側面から視て前記ワークの外周近傍の剥離開始位置、前記ワークの中心位置および前記ワークの前記剥離開始位置との反対位置に其々設けられ、
前記ロボットハンドにより前記ワークを吸着しつつ低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる際に各々の位置に配置された吸着パッド毎に前記ワークを鉛直方向へ引き上げる力が作用するタイミングが異なるように設定されており、前記タイミングは前記ロボットハンドの上昇位置により決定されることを特徴とするワーク剥離装置とした。

また、本発明の請求項４に係る発明は、
請求項３に記載のワーク剥離装置において、
前記移載ロボットと前記ロボットハンドとの接続部に力覚センサを備え、
前記ロボットハンドにより前記ワークを吸着しつつ低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる際に、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値を超える場合には前記の上昇速度を小さく設定し、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値より小さい場合には前記の上昇速度を徐々に大きく設定することを特徴とする剥離装置とした。

また、本発明の請求項５に係る発明は、
請求項３に記載のワーク剥離装置を用いる剥離方法であって、
前記全ての吸着パッドによりワークを吸着しつつ前記ロボットハンドを低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる工程において、
前記ワークの外周近傍に配置した前記吸着パッドから前記ワークを引上げる力が作用するようにして、前記ワークの前記剥離開始位置から徐々に剥離させ、
この剥離により前記ワークの端部に生じた前記下定盤との間の鉛直方向の隙間に対して、対向する位置にある前記流体噴射装置が流体を吹き入れて内部の貼り付いている境界面へ流体を浸透させて剥離を進行させつつ、
全ての前記吸着パッドに対して、側面から視て前記ワークの外周近傍の剥離開始位置、前記ワークの中心位置および前記ワークの前記剥離開始位置との反対位置の順に前記ワークを引上げる力が作用するようにして前記ワーク全体の剥離を行う、
ことを特徴とする剥離方法とした。

また、本発明の請求項６に係る発明は、
請求項４に記載のワーク剥離装置を用いる剥離方法であって、
前記全ての吸着パッドによりワークを吸着しつつ前記ロボットハンドを低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる工程において、
ワーク中心より偏芯した位置に配置した前記吸着パッドから前記ワークを引上げる力が作用するようにして、前記ワークの前記剥離開始位置から徐々に剥離させ、
この剥離により前記ワークの端部に生じた前記下定盤との間の鉛直方向の隙間に対して、対向する位置にある前記流体噴射装置が流体を吹き入れて内部の貼り付いている境界面へ流体を浸透させて剥離を進行させつつ、
全ての前記吸着パッドに対して、側面から視て前記ワークの外周近傍の剥離開始位置、前記ワークの中心位置および前記ワークの前記剥離開始位置との反対位置の順に前記ワークを引上げる力が作用するようにして前記ワーク全体の剥離を行い、この間に前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値を超える場合には前記の上昇速度を小さく設定し、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値より小さい場合には前記の上昇速度を徐々に大きく設定する、
ことを特徴とする剥離方法とした。

このような本発明によれば、安価かつ簡易な構成であるにも拘わらず、ワークキャリアのキャリアホール内のワークを確実に剥離させるワーク剥離装置、および、このワーク剥離装置を用いてワークを確実に剥離させる剥離方法を提供することができる。

研磨システムの全体図である。 ワークキャリアの説明図である。 ワーク剥離装置のロボットハンドの平面図である。 ワーク剥離装置のロボットハンドの正面図である。 ワーク剥離装置のロボットハンドがキャリアホールのワークを押圧・吸着する状態の説明図である。 ワーク剥離装置のロボットハンドがキャリアホールのワークを右端から引き上げる状態の説明図である。 流体噴射装置の説明図であり、図７（ａ）は平面から視た噴射状態の説明図、図７（ｂ）は側面から視た噴射状態の説明図である。 ワーク剥離装置のロボットハンドがキャリアホールのワークを全体から引き上げる状態の説明図である。 力覚センサによる力・モーメントの検出の説明図である。 本発明を実施するための他の形態の両面研磨装置およびワークキャリアの説明図である。 本発明を実施するための他の形態のワークキャリアの拡大図である。 本発明を実施するための他の形態のワーク剥離装置のロボットハンドの説明図であり、図１２（ａ）はロボットハンドの平面図、図１２（ｂ）はロボットハンドの側面図である。 本発明を実施するための他の形態のワーク剥離装置のロボットハンドによるワークの嵌合状態の説明図である。 本発明を実施するための他の形態のワーク剥離装置のロボットハンドの説明図である。

続いて、本発明を実施するための形態のワーク剥離装置および剥離方法について、図１〜図９を参照しつつ説明する。図１は、本発明のワーク剥離装置を含む研磨システム１の全体図であり、ワーク剥離装置１０、ワーク給排装置２０、両面研磨装置３０を備え、研磨後に、多数のワーク４０を自動ハンドリングシステムにより両面研磨装置３０から剥離して回収するシステムである。図１のワーク剥離装置１０は、１枚（枚葉式）ワークハンドリングシステムを構成している。

ワーク剥離装置１０は、図１で示すように、移載ロボット１１、ロボットハンド１２を備えている。移載ロボット１１は、三次元空間の各３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）と各３軸のそれぞれの軸周りの３方向に移動可能な６軸多関節ロボットである。この移載ロボット１１の先端にロボットハンド１２が設けられる。このワーク剥離装置１０の動作については後に詳述する。

ワーク給排装置２０は、図１で示すように、ロード用載置台２１、複数の未加工のワーク４０を収納する第１ロード用カセット２２、複数の未加工のワーク４０を収納する第２ロード用カセット２３、アンロード用載置台２４、複数の加工済みのワーク４０を収納する第１アンロード用カセット２５、複数の加工済みのワーク４０を収納する第２アンロード用カセット２６、ワーク４０の搬入・搬出を行うワークハンドリングロボット２７を備える。

両面研磨装置３０は、図１では上定盤が上昇して内部が見える状態を図示しており、この図示しない上定盤に加え、下定盤３１、ワークキャリア３２、インターナルギア３３、サンギア３４を備える。ワークキャリア３２はさらに図２で示すようにキャリアホール３２ａを備え、このキャリアホール３２ａ内にワーク４０が配置される。そして、上定盤を下降させ、ワークキャリア３２のキャリアホール３２ａに配置されたワーク４０の表裏面を上定盤および下定盤３１に当接させた状態で、インターナルギア３３およびサンギア３４によりワークキャリア３２を遊星運動させて、ワーク４０の表裏面を研磨する。

この研磨システム１では、ワークハンドリングロボット２７と移載ロボット１１を其々適用した自動ハンドリングシステムを構成するものであり、ワーク給排装置２０と両面研磨装置３０との間をワーク剥離装置１０がワーク４０を搬送するものであって、以下のような一連の動作でワークのロードおよびアンロードがなされる。

まず、両面研磨装置３０へのワーク４０のローディングを説明する。
（ａ）ワーク給排装置２０のワークハンドリングロボット２７が第１ロード用カセット２２（または第２ロード用カセット２３）から未加工のワーク４０を取り出してロード用載置台２１にワーク４０を配置する。

（ｂ）ワーク剥離装置１０の移載ロボット１１がロボットハンド１２をロード用載置台２１まで移動させ、ロボットハンド１２にワーク４０を吸着させる。

（ｃ）ワーク剥離装置１０の移載ロボット１１がロボットハンド１２およびワーク４０を、ローディング位置にあるワークキャリア３２のキャリアホール３２ａまで移動させ、ロボットハンド１２にワーク４０を離脱させ、ワーク４０をワークキャリア３２のキャリアホール３２ａ内に入れる。
このようにしてワーク４０のローディングが行われる。

続いて、両面研磨装置３０からのワーク４０のアンローディングを説明する。
（Ａ）ワーク剥離装置１０の移載ロボット１１がロボットハンド１２を、アンローディング位置にあるワークキャリア３２のキャリアホール３２ａまで移動させ、ロボットハンド１２に加工済みのワーク４０を吸着させた後下定盤３１から剥離させる。

（Ｂ）ワーク剥離装置１０の移載ロボット１１がロボットハンド１２およびワーク４０をアンロード用載置台２４まで移動させ、ロボットハンド１２からワーク４０を離脱させ、ワーク４０をアンロード用載置台２４に載せる。

（Ｃ）ワーク給排装置２０のワークハンドリングロボット２７がアンロード用載置台２４からワーク４０を取り出して第１アンロード用カセット２５（または第２アンロード用カセット２６）にワーク４０を収納する。
この研磨システム１でのワーク４０のロードおよびアンロードはこのようにして行われる。

このようなワーク剥離装置１０では、ワークキャリア３２のキャリアホール３２ａに嵌合されているワーク４０が容易に剥がれるようにするため水を噴射する機能を有する。図３は移載ロボット１１の先端にあるロボットハンド１２の平面図、図４は同じく正面図である。図３，図４では、キャリアホール３２ａ内にあるワーク位置へロボットハンド１２が上側から降下してきて位置決めした時の状態図を示しており、比較的大きなワーク４０（１枚／ワークキャリア）を複数の吸着パッド１２２で吸着する場合の例であり、最初にワーク４０を剥離する側（右側から順次引き上げる）に、ワーク４０へ向けて複数の流体噴射装置１２３が配置されている。

ロボットハンド１２は、さらに、パッドプレート１２１、吸着パッド１２２、流体噴射装置１２３、ハンドカバー１２４、力覚センサ（特に図４参照）１２５を備える。

パッドプレート１２１は、径の大きなワーク４０に対応する大きな板体であり、複数の吸着パッド１２２や複数の流体噴射装置１２３が機械的に取り付けられる。

吸着パッド１２２は、図示しないエアチューブを介して真空ポンプなどの吸引部と接続されており、ワーク４０が接触した状態で吸引部が吸引することで、ワーク４０を吸着するようになされている。本形態のように面積の大きなワークを対象とする場合に、複数（具体的には４個）の吸着パッド１２２を適用する。一枚のワーク４０を複数箇所で吸引して確実に吸着するようにしている。各吸着パッド１２２は上下方向に直動の自由度を有する機構系を有し、通常は圧縮バネにより、下方へ伸長した状態となっている。吸着パッド１２２は、図３で示すように、ワーク４０の中心から偏芯した円上であり、かつ、図４で示すように、側面から視てワーク４０の外周近傍の剥離開始位置（右側）、ワーク４０の中心位置（中側）およびワークの剥離開始位置との反対位置（左側）に其々設けられている。

流体噴射装置１２３は、図示しない給水装置とチューブを介して接続されており、流体の具体例として水を噴射する機能を有する。流体噴射装置１２３は、図７（ａ）（ｂ）で示すように、平面から視て扇状・放射状であるとともに側面から視て膜状・線状であって下定盤３１とワーク４０の外周の端部とで形成される隙間に入る方向に水を噴射するように調整されている。そして、ワーク４０の外周付近に位置し、ワーク４０の端部に噴射するように流体噴射装置１２３を複数（具体的には４個）配置する。そして、一個の流体噴射装置１２３は、ワークの外周近傍の剥離開始位置の直上にある吸着パッド１２２の付近であってワークの外周側に配置されている。この剥離開始位置付近にある流体噴射装置１２３に隣接する他の２個の流体噴射装置１２３は、側面から視てワーク４０の中心位置にある吸着パッド１２２の付近であってワーク４０の外周側に配置されている。

ハンドカバー１２４は、パッドプレート１２１を覆い、吸着パッド１２２や流体噴射装置１２３との接続箇所が水に濡れないように保護する。

力覚センサ１２５は、図４で示すように、移載ロボット１１とロボットハンド１２との連結箇所に設置する。力覚センサ１２５は、三次元空間の各３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の軸力と各３軸のそれぞれの軸周りの３方向のモーメントの合計６軸の分力を検出可能なセンサである。この力覚センサ１２５を移載ロボット１１の先端に設置することにより、ロボットハンド１２に作用する６つの分力を感度よく検出することができる。力覚センサ１２５は、ワーク４０引上げ動作時の引上げ力を計測して、引上げ動作の制御に活用する。
ロボットハンド１２の構成はこのようなものである。

続いて、ワーク剥離装置１０によるキャリアホール３２ａでのワーク４０の剥離について説明する。比較的面積の大きなワークを安定的に（ワークへ負荷を掛けずに）かつ円滑に（タクトを最小化して）吸着面（定盤面）より剥離する方法である。

図示しない制御演算部からの指令に基づいて、ワーク剥離装置１０の移載ロボット１１、ロボットハンド１２が駆動するようになされている。この際、図示しない制御演算部は、必要に応じて力覚センサ１２５からの検出信号を用いて制御する。ワーク剥離装置１０の移載ロボット１１が移動・位置決めして、ワークキャリア３２のキャリアホール３２ａ内のワーク４０の直上から、図５で示すようにロボットハンド１２が下方向へ降下してワーク４０に当接する。

図４，図６のワーク剥離装置のロボットハンドの正面図は、加工後のワーク４０に対して複数の吸着パッド１２２によりワーク４０を真空吸着して引上げ動作（剥離動作）を行う直前の状態を示している。各吸着パッド１２２は其々異なった量の押込み量を付与した状態で吸着している。なお、吸着パッド１２２は一般にゴム系の軟質材が使用されているので吸着パッド１２２をワーク面へ押し当ててもわずかな負荷が分散して作用するだけであり、ワーク４０への影響はない。

そして、図４，図６ではワーク４０を図の右端より剥離していくことを想定しており、特に図４で示すように各位置で押し込み代を変えて設定し、左から押し込み代を大のａ、中のｂ、小のｃにそれぞれ設定している。なお、中間の吸着パッド１２２については背面側にある他の吸着パッド１２２（図３の最も上側に位置するパッド）の押し込み代も中のｂに設定している。このように図４の右端の吸着パッドの押込み代が小さく、順次左に行くほど押込み代が大きくなるように設定しているので、ロボットハンド１２が上昇した時に最初の引上げ力がワーク４０の右端へ作用し、ここから剥離が進行していき、続いてワーク中央部、最後にワーク左端を剥離していき、最終的にワーク全体を吸着して所定の位置へハンドリングする。

なお、各吸着パッド１２２の押込み代、すなわちワーク４０の引上げ動作における寄与タイミングについては、ワーク４０の大きさや下定盤３１との貼り付き状態、さらに吸着パッド１２２の配置などにより大きく影響される。以上の最適な設計方法は其々の周辺条件にて実験的に決めていくことになるが、後に示す「貼り付き力＝引上げ力」を評価することにより、ワーク４０に負荷を掛けず円滑な動作行うことができる。

この“円滑”とは動作の遅早のことで、ワーク４０を端部から“十分に小さな速度”で引き上げれば問題はないが、生産性が低くて採用は不可となる。また、強引に大きな速度でロボットハンド１２を引き上げると、ワーク４０の剥離部と貼り付き部との境界で曲げモーメントが発生して割れ等が発生するか応力が残留して品質が低下してしまうことになる。また、吸着パッド１２２の吸着力に余裕がなければ吸着パッド１２２がワーク４０の上面から剥離してしまう。これらを考慮して最適な速度で引き上げられる。これら設定が図示しない制御演算部に登録されており、最適な速度で円滑な剥離動作が繰り返し行われる。

図６はロボットハンドがキャリアホールのワークを右端から引き上げる状態であり、図４の状態からロボットハンド１２を引き上げていき、右端の吸着パッド１２２の押込み代がなくなった状態を表す。これ以上ロボットハンド１２を引き上げると当該吸着パッド１２２の吸着面周辺のワーク４０に引き上げ力が作用することになり、ワーク４０が右端から剥離していくことになる。

ワーク４０が僅かでも引き上げられた状態から流体噴射装置１２３が噴射を開始する。なお、ワーク４０へ負荷が掛るため、必ずしも勢いのよい噴流を供給する必要はない。ワーク４０と下定盤３１との境界面の貼り付きでは、界面に存在する液体〜水の粘性や液層の厚さにより甚大な影響を受けるとされており、水等の比較的粘性の小さな液体を界面に供給することの効果は絶大である。

図７（ａ），（ｂ）の噴射パターンは、横からみて線状・膜状で厚みが少なく（界面への液体の浸透を促進）、上から見て放射状・扇状に広がる（広範囲に液体を浸透させる）水流パターンである。

なお、ワーク４０の中央側（吸着面積が大きい）の剥離を促進するため、ワークの右側面から流体噴射装置１２３により端面に生じた隙間へ水流を吹き出して内部の界面へ流体を浸透させてさらに剥離を進行させる。さらに剥離が進行した段階で中間部の吸着パッド１２２を作用させてワーク全体の剥離動作をさらに進行させると同時に、斜め側面からも端面に生じた隙間から水流を吹き出して残った貼り付き面内部〜全体へと流体を浸透させて、ワーク全体の剥離を促進する。

最終的には、図８はワーク剥離装置のロボットハンドがキャリアホール内のワーク全体を引き上げた状態を表す。図６の状態からさらにロボットハンド１２を引き上げていき、左端の吸着パッド１２２の押込み代が殆どなくなり、この部分でも引上げが開始される状態となっている。そして、図８で示すように右端にある流体噴射装置１２３からはワーク４０下面方向へ水流が供給されており、ワーク４０の剥離が促進されている。

図９は力覚センサによる力・モーメントの検出の説明図である。基本的には、ゆっくりした引上げ速度と流体噴射装置１２３によるワーク４０と下定盤３１との間の界面への液体の供給による剥離の促進により、ワーク４０の引上げ動作を良好に進めることができる。

しかしながら、引上げ速度を上げて生産性を上げる必要がある場合には、試行錯誤により設定速度を求める必要がある。また、このような場合でも、研磨材やリンスの滞留条件の変化により貼り付き条件が変化することは一般に発生しており、引上げ速度等は安全側（低速側）に設定せざるを得ないのが現状である。

ロボットハンド１２の上部に配置した力覚センサ１２５はロボットハンド１２上に発生する３軸方向の軸力と３軸周りのモーメント力を検知することができる。図６，図８の下線部に示したように、引上げ中の力「Ｆ」あるいはモーメント「Ｍ」（以下、引き上げ力と総称する。）を管理することにより、図示しない制御演算部が移載ロボット１１やロボットハンド１２を制御して、ワーク４０への負荷を抑制しつつ引上げ速度を最適化することができる。

上記にて設定する引き上げ力の「閾値」は、実際の「ロボットハンド構造とワークの貼り付き条件」より求める必要がある。これはワーク４０に負荷等の影響を与えない引き上げ力を大よそ求めておき、この引上げ力を「閾値」として設定する。概ねハンドの引上げ速度と引上げ力は相関性（界面の液体の流動速度〜粘性挙動に支配されることから）があることから、上記の「閾値」を監視しながら、引上げ力が「閾値」を超えたら引き上げ速度を小さくし、「閾値」より十分小さければある制限の元に引上げ速度を大きくする、ことができるので、ワークの品質を良好に保持しながら生産性の大幅な向上を可能とする。

このような本発明のように流体噴射装置１２３の噴射が数mmオーダーの隙間へ水流（薄膜で左右に広がりを有するパターン流）を吹き出して、隙間の内部へ水流を浸透させ、ワーク４０の引上げ動作を進行させつつ順次生じた隙間への流体の供給を続けることにより、小さな引上げ力で円滑に引上げ動作を行うことができる。つまり、流体を高圧にて噴射する必要がなく、また、噴射位置や噴射角度を厳密に調整する必要もないので、運用も簡単である。また、高圧噴射ではないのでワークへ作用する負荷も非常に小さい状態となる。機械的構成も簡易であり安価に構成することができる。

また、貼り付き界面へ流体を侵入させて液層の厚さを大きくすることにより、貼り付き力を著しく低減させることが可能となり、ワーク４０へ負荷を掛けずに円滑に剥離・引上げ動作を行うことができる。

さらに、剥離状態の進行状態を確認するため、ワーク全体の引上げ力を計測しておき、予め算出した引き上げ力の「閾値」以上の引上げ力が計測されたときはワーク４０の引上げ速度を低速度とし、一方、予め算出した引き上げ力の「閾値」より十分小さな引き上げ力が計測されたときは、段階的に引上げ速度を大きくしていき、剥離動作を円滑に行うことができるようにすることができる。

よって、ワーク４０の貼り付き状態などが環境条件の変化により変動しても、ワーク４０へ大きな負荷を掛けずに円滑に剥離動作を行うことができるようにした。経験上では、吸着パッドに作用させる真空度が低すぎると、ロボットハンド１２でワーク４０が僅かに変形するなどワーク４０へ負荷を与えてしまうことがあることから、必要最小限の真空度にて吸着している。

このような場合は、ワーク４０の貼り付き力が大きく、引上げ速度が大きいと吸着パッド１２２がワーク４０から外れる現象が生じる（これ自身はワーク４０へ作用する負荷が大きくなることを回避する手段とも言える）が、このような場合はワーク４０の引上げ速度を小さく設定するとこのような現象を回避できる。ただし、タクトタイムが大きくなると生産性が大きく低下するので好ましくないため、適宜選択される。

以上本形態について説明した。なお、各種の変形形態も可能である。例えば、図２の吸着パッド配置図は、初めに引き上げる吸着パッドを１個とし、中間部の最もワーク幅の大きな「パッド配置」部分を左右２個の吸着パッドで引上げ、最後の剥離部に吸着パッド１個を配置している。

しかしながら、其々の吸着パッド配置構造は、１個の吸着パッドをやや小径の２個（複数個）の吸着パッドを左右対称（引き上げる方向に対して）に配置してもよく、最後の剥離部に配置した吸着パッドは場合により省略することも可能である。

要は、ワークの外周近傍の剥離開始位置における端部剥離部（本形態では図４で右側）は基本的に小面積なので１〜２個の吸着パッド１２２でよく、ワークの中心位置の幅広部分の剥離部（本形態では図４で中央）は２個以上複数の吸着パッドで幅方向に対してできるだけ同時に引き上げることが重要であり、最後のワークの剥離開始位置との反対位置の幅狭の部分（本形態では図４で左側）はやはり小面積なので１〜２個の吸着パッドを配置するか、あるいは場合によれば省略しても幅広部に配置した複数の吸着パッドで既に吸着しているので、剥離動作自身には影響がない場合がある。この場合は最終剥離端が自重でやや下がり気味になるなどの影響は生じる。このような形態を適宜選択することができる。

続いて他の形態について説明する。図１０，図１１の他の両面研磨装置およびワークキャリアの説明図で示すように、１枚のワークキャリア５２に４個のキャリアホール５２ａが形成されており、４枚のワーク４０を入れることができる。ワーク剥離装置６０は、移載ロボット１１、ロボットハンド６１を備える。ロボットハンド６１は、図１２（ａ），（ｂ）で示すように、さらに、先に説明したパッドプレート１２１、先に説明した吸着パッド１２２、先に説明した流体噴射装置１２３、先に説明した力覚センサ１２５を備える。ロボットハンド６１は、１枚のワーク４０に対して、図３と同様に、４個の吸着パッド１２２で一組を配置し、４組計１６個で４枚のワーク４０を吸着できるようにしている。各ワーク４０の初めに剥離させる側に流体噴射装置１２３を配置しており、其々のワークをどの方向から剥離するかは設計上あるいは環境上の制約があるだけである。そして図１３で示すように、一回に４個のワーク４０をワークキャリア５２から剥離の後に吸着して回収する。このような形態を採用しても良い。

続いて他の形態について説明する。先に説明した形態では、面積の大きなワークでは複数の吸着パッドを適用するものであったが、本形態では面積の比較的小さなワークでは吸着パッド１個のロボットハンドを採用している。図１４は４枚ワークハンドリング図である。１吸着パッド／ワークであって、ワーク４枚／キャリアの場合のロボットハンド適用例である。ワーク４０が比較的小径で一枚のワーク４０に対して吸着パッド１２２を１個、流体噴射装置１２３を１式に加え、図示しない力覚センサ１２５を配置した例である。ワーク４０に対して吸着パッド１２２を偏芯した位置に配置し、吸着パッド１２２側の端部から徐々にワーク４０を剥離させて引き上げていく。力覚センサ１２５による検出も行って、前記と同様の上昇速度の調整も行う。このような構成を採用しても良い。

これらのようなワーク剥離装置および嵌合方法では、吸着パッドはワーク形状・大きさによって、単体〜複数まで様々な構成を採りうるが、通常は研磨加工後の剥離動作も考慮して吸着機能や配置等を決定することとなる。

以上、本発明のワーク剥離装置および剥離方法について説明した。これらのワーク剥離装置および剥離方法によれば、ワーク端面の形状が適当な丸みあるいは面取り形状に限定されるものではなく、面取りがない通常のワークの剥離にも適用できる。
また、吸着面積が大きいワークに対しては複数箇所で順次剥離を行うため、ワーク全体の貼り付きを確実に解除することができる。

また、流体の噴射条件が吸着面へ流体を浸透させるのはエネルギ密度の小さく勢いが弱い噴流としており、簡易な設備の構築で良い。
また、剥離状態のワークへ噴流が当たっても、勢いが弱い噴流であるため、ワーク面への流体の負荷が小さく、傷付きや割れ等の発生のおそれを少なくしている。
また、噴流を平面から視て放射状であるとともに側面から視て線状として隙間へ入り易くしており、剥離に十分な効果を確保している。

このようなワーク剥離装置は、３−ウェイ方式や４−ウェイ方式の遊星歯車方式の両面研磨装置などに適用可能である。

以上のような本発明に係るワーク剥離装置および嵌合方法は、特に自動化により研磨を行う研磨システムへの搭載が好適である。

１：研磨システム
１０，６０，７０：ワーク剥離装置
１１：移載ロボット
１２，６１，７１：ロボットハンド
１２１：パッドプレート
１２２：吸着パッド
１２３：流体噴射装置
１２４：ハンドカバー
１２５：力覚センサ
２０：ワーク給排装置
２１：ロード用載置台
２２：第１ロード用カセット
２３：第２ロード用カセット
２４：アンロード用載置台
２５：第１アンロード用カセット
２６：第２アンロード用カセット
２７：ワークハンドリングロボット
３０：両面研磨装置
３１：下定盤
３２：ワークキャリア
３２ａ：キャリアホール
３３：インターナルギア
３４：サンギア
４０：ワーク

Claims (6)

1. 研磨装置の下定盤上にあるワークキャリアのキャリアホール内のワークを剥離するワーク剥離装置であって、
   移載ロボットと、
   移載ロボットにより移動するようになされ、ワークの外周近傍の剥離開始位置の直上にある吸着パッドによりワークを吸着するロボットハンドと、
   ロボットハンドに搭載され、剥離開始位置の近傍のワークの外周側に流体を噴射する流体噴射装置と、
   を備え、ロボットハンドがキャリアホールに嵌合されるワークの直上に位置してロボットハンドの吸着パッドによりワークを吸着しつつ低速度で上昇し、その上昇動作の初期段階で、下定盤とワークの外周の端部とで形成される鉛直方向の隙間に入るように流体噴射装置が流体を噴射してワークを剥離することを特徴とするワーク剥離装置。
2. 請求項１に記載のワーク剥離装置において、
   前記移載ロボットと前記ロボットハンドとの接続部に力覚センサを備え、
   前記ロボットハンドにより前記ワークを吸着しつつ低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる際に、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値を超える場合には前記上昇速度を小さく設定し、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値より小さい場合には前記上昇速度を徐々に大きく設定することを特徴とする剥離装置。
3. 請求項１に記載のワーク剥離装置において、
   前記吸着パッドは、形状が大きく剥離面積が大きい前記ワークを剥離するものであって、吸着面に対して鉛直方向への伸縮の自由度がある支持構造を有し、ワーク中心から偏芯した円上であり、かつ側面から視て前記ワークの外周近傍の剥離開始位置、前記ワークの中心位置および前記ワークの前記剥離開始位置との反対位置に其々設けられ、
   前記ロボットハンドにより前記ワークを吸着しつつ低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる際に各々の位置に配置された吸着パッド毎に前記ワークを鉛直方向へ引き上げる力が作用するタイミングが異なるように設定されており、前記タイミングは前記ロボットハンドの上昇位置により決定されることを特徴とするワーク剥離装置。
4. 請求項３に記載のワーク剥離装置において、
   前記移載ロボットと前記ロボットハンドとの接続部に力覚センサを備え、
   前記ロボットハンドにより前記ワークを吸着しつつ低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる際に、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値を超える場合には前記の上昇速度を小さく設定し、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値より小さい場合には前記の上昇速度を徐々に大きく設定することを特徴とする剥離装置。
5. 請求項３に記載のワーク剥離装置を用いる剥離方法であって、
   前記全ての吸着パッドによりワークを吸着しつつ前記ロボットハンドを低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる工程において、
   前記ワークの外周近傍に配置した前記吸着パッドから前記ワークを引上げる力が作用するようにして、前記ワークの前記剥離開始位置から徐々に剥離させ、
   この剥離により前記ワークの端部に生じた前記下定盤との間の鉛直方向の隙間に対して、対向する位置にある前記流体噴射装置が流体を吹き入れて内部の貼り付いている境界面へ流体を浸透させて剥離を進行させつつ、
   全ての前記吸着パッドに対して、側面から視て前記ワークの外周近傍の剥離開始位置、前記ワークの中心位置および前記ワークの前記剥離開始位置との反対位置の順に前記ワークを引上げる力が作用するようにして前記ワーク全体の剥離を行う、
   ことを特徴とする剥離方法。
6. 請求項４に記載のワーク剥離装置を用いる剥離方法であって、
   前記全ての吸着パッドによりワークを吸着しつつ前記ロボットハンドを低速度で上昇させて、前記ワークを前記下定盤から剥離させる工程において、
   ワーク中心より偏芯した位置に配置した前記吸着パッドから前記ワークを引上げる力が作用するようにして、前記ワークの前記剥離開始位置から徐々に剥離させ、
   この剥離により前記ワークの端部に生じた前記下定盤との間の鉛直方向の隙間に対して、対向する位置にある前記流体噴射装置が流体を吹き入れて内部の貼り付いている境界面へ流体を浸透させて剥離を進行させつつ、
   全ての前記吸着パッドに対して、側面から視て前記ワークの外周近傍の剥離開始位置、前記ワークの中心位置および前記ワークの前記剥離開始位置との反対位置の順に前記ワークを引上げる力が作用するようにして前記ワーク全体の剥離を行い、この間に前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値を超える場合には前記の上昇速度を小さく設定し、前記力覚センサに作用する鉛直方向の剥離力が予め求めた閾値より小さい場合には前記の上昇速度を徐々に大きく設定する、
   ことを特徴とする剥離方法。

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