(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立して回転する下定盤および上定盤と、該上定盤および下定盤の中央部近傍に設けられ、独立して回転する太陽ギアと、前記下定盤及び上定盤の外周縁から所定距離離れて設けられ、独立して回転するインターナルギアと、前記下定盤と上定盤との間に挟まれ、研磨対象のワークを保持する透孔を有し、外周縁に形成された歯が前記太陽ギアとインターナルギアとに歯合して回転する板状のキャリアと、該キャリアの透孔にワークを搬入および搬出する搬送装置とが設けられた両面研磨装置において、
前記搬送装置に、駆動装置により駆動される多関節ロボットが用いられ、
前記キャリアの前記下定盤及び上定盤の外周縁からはみ出すはみ出し部分に常に少なくとも一個存在するように、キャリアの外周縁に沿って複数個、キャリアの前記透孔の位置を示す目印が設けられ、
前記キャリアのはみ出し部分の全領域を視野とし、研磨前もしくは研磨後の停止しているキャリアのはみ出し部分に存在する前記目印を検出する視覚センサが設けられ、
該視覚センサからの前記目印の検出信号に基づいてキャリアの透孔位置を特定するとともに、該位置特定されたキャリアの透孔にワークを搬入もしくは該透孔からワークを搬出するように前記多関節ロボットの駆動装置を制御する制御手段が設けられていることを特徴とする両面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は両面研磨装置に関し、更に詳細には互いに独立して回転する下定盤と上定盤との中央部近傍に設けられ、独立して回転する太陽ギアと、前記下定盤及び上定盤の外周縁から所定距離離れて設けられ、独立して回転するインターナルギアと、前記下定盤と上定盤との間に挟まれ、外周縁に沿って形成された歯が前記太陽ギアとインターナルギアとに歯合して回転する板状のキャリアに形成された、研磨対象のウェーハ等のワークを保持するワーク保持部に、ワークを搬入及び／又は搬出する搬送装置とが設けられた両面研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハ等のワークの両面を同時に研磨する両面研磨装置としては、図４に示す両面研磨装置が使用されている。図４に示す両面研磨装置は、互いに独立して回転する下定盤２００と上定盤２０２との中央部近傍に、独立して回転する太陽ギア２０６と、下定盤２００及び上定盤２０２の外周縁から所定距離離れ、独立して回転するインターナルギア２０４とが設けられている。
更に、下定盤２００と上定盤２０２との間には、インターナルギア２０４と太陽ギア２０６とにより駆動される複数の板状のキャリア２０８，２０８・・が配設される。このキャリア２０８は、図５に示す様に、その外周縁に沿ってインターナルギア２０４と太陽ギア２０６とに歯合する歯が形成されていると共に、研磨対象のウェーハ等のワークを保持するワーク保持部としての複数個の透孔２０７，２０７・・が穿設されている。かかる透孔２０７，２０７・・に保持されたワークの両面は下定盤２００と上定盤２０２とによって同時に研磨される。
図４に示す下定盤２００は、下定盤受け２０９に載置されており、下定盤受け２０９の回転によって回転する。この下定盤受け２０９は、基台２１０にベアリング２１２を介して回転可能に載置されており、専用の電動モータからの回転力によって回転される。
また、上定盤２０２、太陽ギア２０６及びインターナルギア２０４の各々は、専用の電動モータからの回転力により回転される。
【０００３】
かかる図４及び図５に示す両面研磨装置では、上定盤２０２を引き上げ、下定盤２００に載置されているキャリア２０８に穿設された複数個の透孔２０７，２０７・・の各々に、ワークを搬入し搬出することが必要である。
このため、図６に示す様に、ワークの搬入・搬出位置に停止したキャリア２０８の所定の透孔２０７に、ワークを搬入し搬出する搬送装置２１４が、研磨装置本体２２０の近傍に設けられる。
図６に示す両面研磨装置では、下定盤２００、上定盤２０２、太陽ギア２０６及びインターナルギア２０４の各電動モータを停止し、搬入・搬出位置に停止したキャリア２０８の所定の透孔２０７に、搬送装置２１４を用いてワークを搬入し搬出するには、所定の透孔２０７の位置を特定する必要がある。このため、各キャリア２０８の所定位置に目印ｎ，ｎ・・が設けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す両面研磨装置では、搬出・搬入位置に停止したキャリア２０８に設けられた目印ｎ，ｎ・・うち、視覚センサ等のセンサ（図示せず）で一個の目印ｎを検知できれば、検知した目印ｎとの関係で透孔２０７の各位置を特定でき、透孔２０７，２０７・・の各々にワークを搬送装置２１４により搬入し搬出できる。
かかる両面研磨装置では、研磨前では、キャリア２０８に設けられた目印ｎ，ｎ・・を視覚センサで明瞭に検知でき、搬送装置２１４を用いて搬入・搬出位置に停止したキャリア２０８の透孔２０７，２０７・・の各々にワークを容易に搬入できる。
一方、研磨の際には、通常、研磨液を用いてワークを研磨する。この研磨液は、種々の研磨砥粒や薬液が配合されて不透明な液体である。このため、研磨終了した際には、下定盤２００に載置されているキャリア２０８及び透孔２０７に挿入されたワークは、一様に研磨液の液膜に覆われており、目印ｎ，ｎ・・も研磨液の液膜に覆われている。
従って、視覚センサ等のセンサ（図示せず）では、研磨終了後に搬出位置に停止したキャリア２０８に設けられた目印ｎ，ｎ・・を検知できないため、目印ｎ，ｎ・・を覆う研磨液を洗浄した後、目印ｎをセンサで検知し、特定されたキャリア２０８の透孔２０７に保持されて研磨が施されたワークを搬出する。
しかしながら、研磨終了してから目印ｎ，ｎ・・を覆う研磨液の洗浄は、研磨終了後にワークを搬出するまでの時間が掛かり過ぎ、他の加工工程とのタクトタイムの調整が必要となる。このため、例えば、複数の研磨工程が連続して設けられた一連の研磨工程でワークに研磨を施す際には、ワークにスムーズに研磨を施すことが困難となる。
そこで、本発明の課題は、研磨終了後に研磨を施したワークを、搬出位置に停止したキャリアから搬送装置で迅速に取り出すことのできる両面研磨装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決すべく、先ず、研磨液の流れをについて調査したところ、上定盤２０２を貫通する複数個の貫通孔（図示せず）から上定盤２０２と下定盤２００との間に供給された研磨液は、上定盤２０２及び下定盤２００の回転に伴なう遠心力により上定盤２０２及び下定盤２００の外周縁方向に移動し、上定盤２０２及び下定盤２００の外周縁から排出される。次いで、上定盤２０２及び下定盤２００の外周縁から排出された研磨液は、研磨液受け２１６の排出口から研磨装置外に排出される。
また、図４及び図５に示す両面研磨装置では、インターナルギア２０４が上定盤２０２及び下定盤２００の外周縁から所定距離離れて設けられているため、インターナルギア２０４と歯合する歯が外周縁に沿って形成されているキャリア２０８には、上定盤２０２及び下定盤２００の外周縁からはみ出すはみ出し部分が存在する。このはみ出し部分は、前述した様に、上定盤２０２及び下定盤２００の外周縁から研磨液受け２１６に排出されるため、研磨液に覆われることを免れる得る部分である。
【０００６】
本発明者は、搬出位置に停止したキャリア２０８のはみ出し部分に、図７に示す様に、目印ｎとしての位置決め孔２１８を穿設することを試みた。
この位置決め孔２１８を、図８に示す様に、キャリア２０８の外周縁に沿って間欠的に周設したところ、搬出位置に停止したキャリア２０８のはみ出し部Ｍに位置決め孔２１８が存在する場合は、直ちに位置決め孔２１８を視覚センサ２２２によって検知でき、研磨終了したワークを搬送装置２１４で迅速に搬出できる。
しかしながら、図８に示す位置決め孔２１８，２１８・・では、搬出位置に停止したキャリア２０８のはみ出し部分Ｍに位置決め孔２１８が存在しない場合ができる。この場合、キャリア２０８のはみ出し部分Ｍに位置決め孔２１８が存在する個所までキャリア２０８を回転することが必要となり、搬出位置に停止したキャリア２０８に設けられた目印ｎ，ｎ・・を覆う研磨液を洗浄する場合に比較して短縮されているものの、依然として研磨終了してからワークを搬出するまでの時間を要することが判明した。
このため、本発明者は、停止位置に停止したキャリア２０８から迅速にワークを搬出すべく、キャリア２０８のはみ出し部分Ｍに位置決め孔２１８が、常に少なくとも一個存在するように、位置決め孔２１８，２１８・・をキャリア２０８に周設した。
かかるキャリア２０８によれば、研磨が終了した際に、ワークの搬出位置に停止したキャリア２０８のはみ出し部分Ｍに必ず位置決め孔２１８が存在し、キャリア２０８が搬出位置に停止すると、直ちに視覚センサ２２２によって検知されたはみ出し部分Ｍに存在する位置決め孔２１８を基にして透孔２０７，２０７・・に保持された各ワークの位置を特定でき、各ワークを搬送装置２１４により迅速に搬出できることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本発明は、互いに独立して回転する下定盤および上定盤と、該上定盤および下定盤の中央部近傍に設けられ、独立して回転する太陽ギアと、前記下定盤及び上定盤の外周縁から所定距離離れて設けられ、独立して回転するインターナルギアと、前記下定盤と上定盤との間に挟まれ、研磨対象のワークを保持する透孔を有し、外周縁に形成された歯が前記太陽ギアとインターナルギアとに歯合して回転する板状のキャリアと、該キャリアの透孔にワークを搬入および搬出する搬送装置とが設けられた両面研磨装置において、前記搬送装置に、駆動装置により駆動される多関節ロボットが用いられ、前記キャリアの前記下定盤及び上定盤の外周縁からはみ出すはみ出し部分に常に少なくとも一個存在するように、キャリアの外周縁に沿って複数個、キャリアの前記透孔の位置を示す目印が設けられ、前記キャリアのはみ出し部分の全領域を視野とし、研磨前もしくは研磨後の停止しているキャリアのはみ出し部分に存在する前記目印を検出する視覚センサが設けられ、該視覚センサからの前記目印の検出信号に基づいてキャリアの透孔位置を特定するとともに、該位置特定されたキャリアの透孔にワークを搬入もしくは該透孔からワークを搬出するように前記多関節ロボットの駆動装置を制御する制御手段が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る両面研磨装置によれば、ワークの搬出・搬入位置に停止した板状のキャリアのワークを保持するワーク保持部との関係で設けられた目印は、下定盤及び上定盤の外周縁からはみ出すキャリアのはみ出し部分に常に存在する。
しかも、キャリアのはみ出し部分は、研磨に使用される研磨液で覆われておらず、はみ出し部分に存在する目印は、研磨終了後にワークの搬出位置に停止したキャリアでも、視覚センサ等の検知手段により直ちに検知できる。
その結果、検知手段により検知された目印に基づいてキャリアに設けられたワーク保持部の位置を直ちに特定でき、搬送装置によるワークの搬出及び／又は搬入を迅速に行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る両面研磨装置の一例を図１に示す。図１は、両面研磨装置の研磨装置本体１０を構成する上定盤を上方に上昇した状態を示し、下定盤１２に載置された複数枚の板状のキャリア１４，１４・・は、その各外周縁に沿って設けられた歯が、下定盤１２の中央部に設けられた太陽ギア１６と下定盤１２の外周縁から所定距離離れて設けられたインターナルギア１８とに歯合して回転する。
かかる研磨装置本体１０の近傍には、搬出・搬入位置に停止したキャリア１４に形成されているワーク保持部としての透孔１５，１５・・の各々に、ワークを搬入及び搬出する搬送装置２０が設けられている。この搬送装置２０は、ワークを把持し移動する多関節ロボット２２とその駆動装置２４とから構成される。
図１に示す両面研磨装置では、搬出・搬入位置に停止したキャリア１４のインターナルギア１８と歯合する近傍に、検知手段としてのカメラ等の視覚センサ２６が設けられており、視覚センサ２６からの検知信号は制御部２８に送られる。制御部２８では、視覚センサ２６からの検知信号に基づいてキャリアに穿設された透孔１５の位置を特定し、特定された透孔１５に搬送装置２０の駆動装置２４を駆動してワークを搬出し搬入する。
【００１０】
図１に示す研磨装置本体１０において、キャリア１４，１４・・が下定盤１２と上定盤とに挟まれた状態を図２に示す。図２に示す研磨装置本体１０では、互いに独立して回転する下定盤１２と上定盤３０との中央部近傍に、独立して回転する太陽ギア１６と、下定盤１２及び上定盤３０の外周縁から所定距離離れ、独立して回転するインターナルギア１８とが設けられ、下定盤１２と上定盤３０との間には、インターナルギア１８と太陽ギア１６とにより駆動される複数枚のキャリア１４，１４・・が挟まれている。
かかる図２に示す研磨装置本体１０では、下定盤１２は、下定盤受け３２に載置されており、下定盤受け３２の回転によって回転する。この下定盤受け３２は、基台３４にベアリング３６を介して回転可能に載置されており、専用の電動モータ（図示せず）からの回転力によって回転される。更に、上定盤３０、太陽ギア１６及びインターナルギア１８の各々も、専用の電動モータ（図示せず）からの回転力により回転される。
また、基台３４の下方には、上定盤３０及び下定盤１２の外周縁から排出された研磨液を受ける研磨液受け３８が設けられており、研磨液受け３８に受けられた研磨液は、研磨液受け３８の排出口から研磨装置外に排出される。
【００１１】
図１及び図２に示す両面研磨装置では、インターナルギア１８は、下定盤１２及び上定盤３０の外周縁から所定距離離れて設けられているため、インターナルギア１８と外周縁に沿って形成された歯が歯合して回転するキャリア１４，１４，・・の各々には、下定盤１２及び上定盤３０の外周縁からはみ出すはみ出し部分Ａが存在する。
かかるキャリア１４のはみ出し部分Ａは、研磨液に覆われることを免れ得る部分である。研磨液は、上定盤３０及び下定盤１２の外周縁から研磨液受け３８に排出されるからである。
従って、このはみ出し部分Ａに穿設された、目印としての位置決め孔１９は、研磨終了後に搬出位置に停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの全領域を視野に入れる検知手段としてのカメラ等の視覚センサ２６により容易に検知できる。
【００１２】
このため、図１及び図２に示す両面研磨装置で用いるキャリア１４には、図３に示す様に、ワークの搬出・搬入位置に停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの領域（図３の斜線領域）に、必ず一個の位置決め孔１９が存在するように、位置決め孔１９，１９・・を周設している。かかるはみ出し部分Ａには、図３に示す様に、二個の位置決め孔１９が存在してもよい。
図３に示すキャリア１４は、透孔１５が７個形成された外径（Ｒ３）が７６４ｍｍのキャリア［ｍ（モジュール）＝４、ｚ（歯数）＝１９１］であって、外径（Ｒ１）が２０３５ｍｍの下定盤１２上に載置されている。このキャリア１４は、内径（Ｒ２）が２１１２ｍｍのインターナルギア１８（ｍ＝４，ｚ＝５２８）と外径（Ｒ４）が５８４ｍｍの太陽ギア１６（ｍ＝４，ｚ＝１４６）とに歯合している。従って、このキャリア１４のはみ出し部分Ａの最大幅Ｄは３８．５ｍｍである。
この様に、最大幅Ｄが３８．５ｍｍのはみ出し部分Ａの領域内に、常に少なくとも一個の位置決め孔１９が存在するためには、キャリア１４の外周縁から７ｍｍの個所に、内径５ｍｍの位置決め孔１９，１９・・を、透孔１５，１５間に位置するように間欠的に周設した。かかる位置決め孔１９の隣接する位置決め孔１９との角度θは約５１．４°である。
ここで、図３に示すキャリア１４には、透孔１５が７個形成されているが、キャリア１４と同一径のキャリアを用い、６個の透孔１５を形成した場合には、キャリアの外周縁から７ｍｍの個所に、内径５ｍｍの位置決め孔１９，１９・・を、透孔１５，１５間に位置するように間欠的に周設することによって、最大幅Ｄが３８．５ｍｍのはみ出し部分Ａの領域内に、常に少なくとも一個の位置決め孔１９が存在する。この場合の隣接する位置決め孔１９との角度θは６０°である。
【００１３】
図３に示すキャリア１４によれば、キャリア１４が回転すると、そのはみ出し部分Ａの領域内に、常に一個又は二個の位置決め孔１９が存在する。このため、ワークの搬出・搬入位置にキャリア１４が停止したときも、停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの領域内には、一個又は二個の位置決め孔１９が存在する。
また、搬出・搬入位置に停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの全領域は、視覚センサ２６の視野に入っているため、はみ出し部分Ａに存在する一個又は二個の位置決め孔１９を容易に検知できる。
更に、キャリア１４のはみ出し部分Ａは、上定盤３０及び下定盤１２の外周縁からはみ出しており、研磨が終了して上定盤３０及び下定盤１２の回転が停止したとき、搬出・搬入位置に停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの位置決め孔１９は、上定盤３０を引き上げる前に視覚センサ２６により検知できる。
このため、研磨が終了して上定盤３０及び下定盤１２の回転が停止したとき、直ちに検知された位置決め孔１９に基づいてキャリア１４に保持されたワークの位置を特定でき、上定盤３０が引き上げられてワークの取出しが可能となったとき、直ちに搬送装置２０によりワークの取り出しを開始できる。
尚、ワークの搬出・搬入位置に停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの領域内に二個以上の位置決め孔１９が存在していた場合、一個の位置決め孔１９を検知することにで足り、全位置決め孔１９を検知することは要しない。
【００１４】
図１〜図３に示す両面研磨装置によれば、キャリア１４に保持されて研磨が施されたワークを、研磨終了後にワークの搬出・搬入位置に停止したキャリア１４から搬送装置２０を用いて迅速に取り出すことができるため、他の加工工程とのタクトタイムの調整を容易に行うことができる。
また、キャリア１４に形成された透孔１５，１５・・にワークを搬入する場合にも、搬出・搬入位置に停止したキャリア１４のはみ出し部分Ａの領域内に存在する位置決め孔１９を視覚センサ２６により検知することによって、各透孔１５の位置を特定でき、搬送装置２０を用いてワークを各透孔１５に迅速に搬入できる。
尚、視覚センサ２６によるキャリア１４の位置決め孔１９を検知し易くすべく、キャリア１４のはみ出し部分Ａの下方に光源４０（図２）を設けてもよい。
【００１５】
以上、説明してきたキャリア１４には、目印として位置決め孔１９を形成したが、穿設した孔内に色彩の異なる部材を挿入して目印としてもよく、搬送装置２０として、多関節ロボット２２を用いているが、棒状のアームの先端部にワークを吸着する吸着手段を設けたものを用いてもよい。
また、搬送装置２０は、キャリア１４の透孔１５に対し、ワークの搬入及び搬出を行っているが、研磨終了したワークをキャリア１４の透孔１５からの搬出専用装置、或いは研磨前のワークをキャリア１４の透孔１５に搬入専用装置としての独立の装置として設けてもよい。
更に、同一機種において、キャリア１４の径を変更して使用する場合、或いはキャリヤ１４の径が異なる機種を用いる場合には、変更或いは異なる機種でのキャリアに形成する位置決め孔１９の位置及び個数を、キャリアのはみ出し部分Ａの領域内に常に少なくとも一個の位置決め孔１９が存在し得るように、予め作図等により求めることで対応可能である。
尚、これまで説明してきた本発明は、上定盤及び下定盤の研磨面の各々に研磨布を貼付し、ワークの両面に鏡面研磨を施す両面ポリシング装置にも適用できる。
【００１６】
本発明に係る両面研磨装置によれば、ワークの搬出・搬入位置に停止した板状のキャリアのワークを保持する透孔との関係で設けられた目印は、下定盤及び上定盤の外周縁からはみ出すキャリアのはみ出し部分に常に存在し、しかも、キャリアのはみ出し部分は、研磨に使用される研磨液で覆われておらず、はみ出し部分に存在する目印は、研磨終了後に停止したキャリアのはみ出し部分の全領域を視野に入れる視覚センサにより直ちに検知でき、その結果、視覚センサにより検知された目印に基づいてキャリアに設けられた透孔の位置を直ちに特定でき、多関節ロボットによるワークの搬出および搬入を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る両面研磨装置の一例を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示す両面研磨装置において、キャリアが下定盤と上定盤とに挟まれた状態を説明する概略部分断面図である。
【図３】キャリアの周縁に位置決め孔を間欠的に周設した状態を説明する説明図である。
【図４】従来の両面研磨装置を説明するための概略断面図である。
【図５】図４に示す下定盤に載置されているキャリアの状態を説明する説明図である。
【図６】搬送装置を取付けた従来の両面研磨装置を説明するための説明図である。
【図７】図６に示す両面研磨装置の改良例を説明するための概略部分断面図である。
【図８】図７に示す改良された両面研磨装置で用いるキャリアの周縁に位置決め孔を間欠的に周設した状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０  研磨装置本体
１２  下定盤
１４  キャリア
１５  透孔（ワーク保持部）
１６  太陽ギア
１８  インターナルギア
１９  位置決め孔（目印）
２０  搬送装置
２６  視覚センサ（検知手段）
２８  制御部
３０  上定盤
Ａ はみ出し部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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