JP6269450B2 - ワークの加工装置 - Google Patents
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Description
結果としてワーク破損による歩留まりの低下、加工装置復旧作業による生産性の低下、さらには破損した装置部品や研磨布の交換によるコストアップを招いてしまう。
下定盤に置かれたキャリアの保持孔に溜まっている水やスラリーにより、ワークが浮力を得てはみ出しやすくなる。より具体的には、一般的な両面研磨装置や両面ラップ装置では、1つのキャリアでワークを1枚、もしくは複数枚保持でき、複数のキャリア、例えば5枚のキャリアが等間隔、すなわち72°間隔で装置に設けられている場合が多い。ワークをキャリアに保持する際には、複数のキャリアのうち、対象のキャリアを特定のワークの仕込み位置にインターナルギアとサンギアを回転させることで移動させる。この特定の仕込み位置に配置されたキャリアに対し、作業者が手作業でワークを保持させたり、あるいは自動ハンドリング装置がワークを保持させたりする。この特定仕込み位置にあるキャリアのウェーハ保持が終了した後、インターナルギアとサンギアを72°同じ方向に回転させることで、今度はすぐ隣のキャリアをワークの仕込み位置に移動させる(この動作をキャリアのインデックスと呼ぶことがある)。これらワークの保持とインデックスを5回繰り返すことで、5枚全てのキャリアにワークを保持させる。上記したような、ワークが浮力を得てはみ出しやすい条件下では、インデックスのようにキャリアを移動させたり、回転させるときに、ワークがキャリアからはみ出してしまう可能性がある。
特に、ユニバーサルジョイントや球面軸受けを介して上定盤と連結されたシリンダーを有する加工装置において、シリンダーの芯のずれや装置の機械精度の劣化は、上定盤の回転軸とシリンダーの長手方向の軸が成す角度(以下、シリンダーの偏芯角と呼ぶことがある)が大きくなる事象として現れることが多い。
このようなものであれば、特に高平坦度が要求されるシリコンウェーハ等のワークの製造プロセスに好適に適応できる。
上記したような、加工開始前のワークの保持異常の検出と、加工中のシリンダーの芯のずれの検出の両方を低コストで実現するという課題を解決するため、本発明者等は検討を行った。その結果、ワークの保持異常を検出するためには、上定盤の高さ位置および/またはシリンダーの偏芯角を監視すれば良く、さらに、シリンダーに固定した水平板の表面の高さ位置を測定する3つ以上の変位センサーを設ければ、ワークの加工中において、上定盤の相対的な高さ位置とシリンダーの偏芯角の両方をリアルタイムで得ることが低コストで可能になることを見出し、本発明を完成させた。
また、3つ以上の変位センサー14で測定した3つ以上の水平板13の表面の高さ位置から、上定盤2の回転軸とシリンダー10の長手方向の軸が成す角度(シリンダー10の偏芯角)を算出できる。
変位センサー14の数は3つであれば、本発明の効果を十分奏すことが可能であるが、測定精度をさらに向上するために、4つ以上の、例えば6つの変位センサー14を設けても良い。
なお、図5に示す角度θは、説明を明確にするために強調して表現してあるが、実際、角度θは僅かであり、目視でその変化を捉えることはできない。
図4に本発明の両面ラップ装置を示す。図4に示すように、両面ラップ装置21は上下方向に相対向して設けられた上下定盤22、23(ラップ定盤)を有している。下定盤23はその中心部上面にサンギア25を有し、その周縁部には環状のインターナルギア26が設けられている。また、ワークWを保持するキャリア24の外周面には上記サンギア25及びインターナルギア26と噛合するギア部が形成され、全体として歯車構造をなしている。
図1に示す本発明のワークの加工装置(両面研磨装置)を用い、直径300mmのシリコンウェーハの両面研磨を繰り返し行った。両面研磨装置は、1つの保持孔を有するキャリアを合計5枚有しているものとした。この際、研磨開始前のウェーハの保持異常の検出と、研磨中の装置精度の監視を行った。
上定盤が固定位置まで下降したときに、上定盤の相対的な高さ位置とシリンダーの偏芯角を自動で算出し、これら算出値が両方ともそれぞれの閾値を超えた場合に保持異常と判断し、ウェーハを保持し直すように要求するプログラムを制御装置に組み込んだ。上定盤の相対的な高さ位置は、3つの算出値の平均値とした。閾値は、意図的にウェーハをキャリアの保持孔からはみ出させた状態で上定盤を固定位置まで下降させようとしたときの上定盤の相対的な高さ位置に基づいて決定した。従来は月に数回ウェーハの保持異常によりワークやキャリアの破損が発生していたが、本発明により、全ての保持異常を検出できた。図7に、ウェーハの保持異常が発生したときの上定盤の高さ位置の算出値を示す。
研磨中にシリンダーの偏芯角を算出し、算出したシリンダーの偏芯角からシリンダーの長手方向の軸が研磨面上でどの位置を指し示すのかを算出した。図8に示すように、研磨面上におけるシリンダーの軸の軌跡の最大幅Wを偏芯量、上定盤の回転軸と軌跡の中心までの距離dを芯ずれ量として定義した。図8に示すx、yは、図5に示すx、y方向を示している。偏芯量と芯ずれ量を研磨中に監視することにより、上定盤の挙動と芯出し精度を定量的に監視することが可能となった。これにより、ウェーハの品質変動の原因が装置精度にあるのかの判断を迅速に行うことができた。偏芯量と芯ずれ量にそれぞれ管理値を設け、管理値を超えた場合に装置精度の悪化のアラームを発生させるようなプログラムを制御装置に組み込んだ。このアラームが発生した時点で装置の精度調整を実施するようにしたところ、ウェーハの平坦度(SFQRmax)を3%改善できた。
2、22…上定盤、 3、23…下定盤、 4…研磨布、
5、24…キャリア、 6、25…サンギア、
7、26…インターナルギア、 8、27…保持孔、
9…上定盤支持機構、 10、32…シリンダー、 11…シャフト、
12…接続部、 13、30…水平板、 14、31…変位センサー、
15…制御装置、 16…記憶媒体、 17…フック、
18…センタードラム、 19…溝、 28…貫通孔、 29…アーム、
W…ワーク。
Claims (6)
- 下定盤上に配置したキャリアの保持孔にワークを挿入して保持し、上定盤を固定位置まで下降させて前記ワークを保持した前記キャリアを前記上定盤と下定盤で挟み込み、前記上定盤と下定盤をそれぞれ回転軸周りに回転させながら前記ワークの両面を同時に加工するワークの加工装置であって、
前記上定盤の回転軸方向に沿って延びたシリンダーによって前記上定盤を上方から上下動可能に支持する上定盤支持機構と、
前記シリンダーの長手方向の軸に対し主面が直角になるように該シリンダーに固定された水平板と、
前記上定盤に保持され、該上定盤の上下動に伴って上下動し、前記上定盤が前記固定位置まで下降したときの前記水平板の表面との距離を測定する少なくとも3つの変位センサーと、
前記変位センサーによって測定した前記水平板の表面との距離から、前記上定盤の相対的な高さ位置と、前記上定盤の回転軸と前記シリンダーの長手方向の軸が成す角度を算出可能な制御装置と、
を有するものであることを特徴とするワークの加工装置。 - 前記ワークの加工装置は、両面研磨装置または両面ラップ装置であることを特徴とする請求項1に記載のワークの加工装置。
- 前記制御装置は、前記ワークが前記キャリアの保持孔に正常に保持された状態で前記上定盤を前記固定位置まで下降させたときの前記上定盤の相対的な高さ位置と、前記上定盤の回転軸と前記シリンダーの長手方向の軸が成す角度を基準値として予め記録しておく記憶媒体を有するものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のワークの加工装置。
- 前記制御装置は、前記上定盤が前記固定位置まで下降したときに前記上定盤の相対的な高さ位置と、前記上定盤の回転軸と前記シリンダーの長手方向の軸が成す角度の少なくともどちらか一方を算出し、該算出した値と前記基準値との差が閾値を超えた場合に、ワーク保持異常と判定するものであることを特徴とする請求項3に記載のワークの加工装置。
- 前記制御装置は、前記ワークの加工中に前記上定盤の相対的な高さ位置と、前記上定盤の回転軸と前記シリンダーの長手方向の軸が成す角度の少なくともどちらか一方を算出し、該算出した値と前記基準値との差が閾値を超えた場合に、装置異常と判定するものであることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のワークの加工装置。
- 前記シリンダーは、前記水平板を固定するシリンダー本体と、前記上定盤と接続部を介して連結していて前記上定盤を上下動可能なシャフトを有しており、
前記変位センサーは、前記上定盤との接続部よりも上定盤側から延びるアームによって保持されていることにより、前記上定盤に保持されているものであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のワークの加工装置。
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