JPH11207611A - 両面研磨装置におけるワークの自動搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 本発明は例えば半導体基板の両面を研磨する
際、半導体基板を保持しておくキャリアに対して半導体
基板を確実に搬出入することを目的とする。 【解決手段】 位置決め手段５によってキャリアＣを所
定位置に位置決めし、キャリアＣの上面を視覚センサ６
で画像認識するとともに、コンピュータ７で画像処理し
て、キャリアＣに設けた基準マークｍ等を基準にしてウ
エーハＷまたはワークホルダＨの中心座標を求める。こ
の座標に基づいて搬送ロボット８を移動制御し、ウエー
ハＷをワークホルダＨに搬入し、またはワークホルダＨ
内のウエーハＷを搬出する。また搬送ロボット８のアー
ム先端に視覚センサ１５を２台取付け、保持するウエー
ハＷの外周部の画像をコンピュータ７に送り、ウエーハ
ＷとワークホルダＨを位置合せする時の微調整が行える
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体基板
の両面を研磨する研磨装置に半導体基板を搬出入するた
めの自動搬送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば半導体基板の両面を研磨す
る装置として、複数の円形穴状のワークホルダを有する
キャリアを太陽歯車と内歯歯車に噛合させ、ワークホル
ダ内に半導体基板をセットしこの半導体基板の両面を上
定盤と下定盤で挟み込むように保持するとともに、太陽
歯車等によってキャリアを遊星運動させ、同時に上定盤
と下定盤を相対方向に回転させることによって半導体基
板の両面を同時に研磨するような装置が知られている
が、このようなキャリアのワークホルダ内にワークを出
し入れする搬送技術として、例えば特開昭６１−２４１
０６０号の平面自動研磨装置のような方法が知られてい
る。

【０００３】この方法は、キャリアに対するワークの搬
送を研磨装置外部のステージで行うようにしており、そ
の後、ロボットアームによりキャリアとワークを一括し
て研磨装置に搬送するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の装置では、キャリア内へのワークの搬入及びキ
ャリアの搬送ミスを確認することが出来ず、ミスに気付
かないで運転を開始し、不良品を発生させるという問題
がある。

【０００５】そこで、本発明はキャリアのワークホルダ
に対するワークの搬出入を確実に行い且つ円滑に搬出入
出来るようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、請求項１において、太陽歯車と内歯歯車に噛
合して遊星歯車運動をするワーク保持用のキャリアのワ
ークホルダ内にワークを搬入し、または前記キャリアの
ワークホルダ内からワークを搬出するようにした両面研
磨装置におけるワークの自動搬送装置において、キャリ
アの位置を所定の位置に位置決めする位置決め手段と、
位置決めしたキャリアのワーク保持面を光学的に認識し
て画像認識データを出力する視覚センサと、画像認識デ
ータを画像処理してワークホルダまたはワークの位置を
算定し、この算定結果に基づいてワーク保持機構を有す
るロボットアームの位置を制御する制御手段を設けた。

【０００７】そして位置決め手段でキャリアを所定の位
置に位置決めし、視覚センサでキャリアのワーク保持面
を光学的に認識した後、画像認識データを制御手段に送
り込み、制御手段で画像処理して円形穴状のワークホル
ダまたはワークの位置を算定するとともに、この算定結
果によってロボットアームの位置を制御する。このよう
な処理によってワークを確実に搬出入するようにする。

【０００８】ここで、位置決め手段としては、例えばキ
ャリアに向けて移動開始指令及び移動停止指令を発する
コンピュータと、キャリアの特定部を検出しコンピュー
タに移動停止のための情報を出力するセンサ等で構成す
る。またキャリアのワーク保持面を光学的に認識する視
覚センサとしては、ＴＶカメラ、ＣＣＤ等の半導体イメ
ージセンサ、ビジコン等の撮像管等が適用出来る。また
ロボットアームのワーク保持機構としては、例えばワー
クを吸着保持する吸着保持機構等が適用出来る。

【０００９】また請求項２では、前記キャリアに、画像
認識データに基づいてワークホルダまたはワークの位置
を算定する時の基準となる基準マークを少なくとも２ヵ
所以上設けるようにした。

【００１０】そしてこのような基準マークを基準にする
ことで、ワークホルダ等の中心座標等を正確に検出出来
るようにする。このため、例えば予めワークホルダ等の
中心から一定方向、一定距離に基準マークを設定してお
き、基準マークからワークホルダ等の位置が計算等で求
められるようにしておく。この際、基準マークを少なく
とも２ヵ所以上設けることで、より正確な位置が算出出
来る。また基準マークは視覚センサで識別しやすく、位
置座標が明確に求められる形状等にすることが好まし
い。

【００１１】また請求項３では、前記ワーク搬送用のロ
ボットアームに、保持するワークの外周部を光学的に認
識して画像認識データを制御手段に出力する少なくとも
２台以上の視覚センサを設けるようにした。

【００１２】ここで、ワークをキャリアのワークホルダ
に搬入する時のロボットアームに対する制御信号は、例
えばワーク保持機構の中心点等が基準となり、必ずしも
実際に保持するワークの中心点を基準にするものではな
い。従って、前記要領で正確にワークホルダの位置を求
めても、ワークの保持位置がずれていればワークホルダ
内にワークを正確に搬入することは困難である。そこ
で、ワークをキャリアのワークホルダ内に搬入する時、
ロボットアームに取付けた視覚センサによってワーク外
周部の画像認識データを制御手段に送り、前記要領で求
められるワークホルダの位置と対比しながら正確に搬入
するようにする。この際、少なくとも２台の視覚センサ
で、例えばＸ軸方向、Ｙ軸方向に分けて移動制御するよ
うにすれば、円滑に制御することが出来る。

【００１３】また請求項４では、前記制御手段によって
ロボットアームを制御する際、ワークホルダ内からワー
クを取り出す時に、ロボットアームのワーク保持機構が
ワークの中心点から偏位した位置を保持すべく制御する
ようにした。

【００１４】すなわち、研磨作業が終了した後、ロボッ
トアームの吸着機構等によるワーク保持機構でワークホ
ルダ内からワークを取り出す際、ワークは下定盤等に研
磨液等の表面張力によって強固に貼り付いた状態になっ
ており、ワークの中心部に吸着して持上げようとすると
非常に大きい力が必要になる場合がある。そこでより小
さな力で取り出すため、中心点から偏位した位置を保持
するようにする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について添付
した図面に基づき説明する。ここで図１は本発明に係る
ワークの自動搬送装置のシステム構成の概要を示す斜視
図、図２は搬送ロボット周辺の構成の一例を示す平面視
図、図３は両面研磨装置の一例を示す断面図である。

【００１６】本発明に係る両面研磨装置におけるワーク
の自動搬送装置は、例えば半導体基板としてのシリコン
ウエーハの両面を研磨する研磨装置に対して、加工前の
ウエーハを搬入し、また加工済みのウエーハを搬出する
装置として構成され、加工中にウエーハを保持しておく
キャリアの円形穴状のワークホルダ内に正確に投入セッ
トすることが出来、また加工済みのウエーハをワークホ
ルダ内から円滑に取り出すことが出来るようにする装置
である。

【００１７】両面研磨装置は、図３にも示すように、下
定盤１上に載置されるキャリヤＣを遊星歯車運動をさせ
るための太陽歯車２及び内歯歯車３を備えており、キャ
リアＣの外周部には、これら太陽歯車２及び内歯歯車３
に噛合するための外歯が設けられるとともに、キャリア
Ｃの内部には、ウエーハＷを嵌入せしめて保持する円形
穴状のワークホルダＨが設けられている。

【００１８】そして本実施形態では、図２にも示すよう
に、太陽歯車２と内歯歯車３に同時に噛合するキャリア
Ｃを５ケセットし、これを下定盤１で支持するととも
に、１つのキャリアＣにワークホルダＨを３ヵ所設け、
それぞれのキャリアＣのワークホルダＨ内にウエーハＷ
を投入した後、水平方向に揺動可能な上定盤４をスイン
グ移動させてウエーハＷを下定盤１と上定盤４で挟持
し、太陽歯車２等を回転させることでキャリアＣを遊星
歯車運動させると同時に挟持面に研磨液を供給しつつ、
下定盤１と上定盤４を相対方向に回転させ、ウエーハＷ
の両面を各定盤１、４の挟持面側の研磨布等で研磨する
ようにしている。

【００１９】本発明に係るワークの自動搬送装置は、以
上のような研磨装置のキャリアＣのワークホルダＨ内に
ウエーハＷを投入し、また加工が終了した時に、ワーク
ホルダＨからウエーハＷを払い出すような装置として構
成され、図１に示すように、上定盤４が退避した後、キ
ャリアＣの位置を所定の位置に位置決めする位置決め手
段５と、位置決めしたキャリアＣの上面を光学的に認識
して画像認識データを出力するカメラ等の視覚センサ６
と、送られた画像処理データを処理してワークホルダ
Ｈ、またはワークホルダＨ内のウエーハＷの位置を算定
した後、この算定結果に基づいて搬送ロボット８を制御
する制御手段としてのコンピュータ７を備えている。

【００２０】前記位置決め手段５は、コンピュータ７か
ら研磨装置に対して発せられるキャリア移動開始、停止
指令を伝達する指令ライン１２と、研磨装置の不図示の
装置本体側に取付けられ且つキャリアＣの位置を検知す
るセンサ１０と、このセンサ１０の検知信号をコンピュ
ータ７に入力する入力ライン１１を備えており、コンピ
ュータ７の指令によってキャリアの移動を開始させ、セ
ンサ１０で検知したキャリアＣの位置情報によってコン
ピュータ７がキャリアの移動を停止させ、例えばキャリ
アＣの位置を前記視覚センサ６の真下に位置決めするこ
とが出来るようにしている。ここで、センサ１０として
は、例えば光の発光、受光等を利用した光電センサと
か、その他の任意の方式のセンサが適用出来る。

【００２１】前記視覚センサ６は、ＴＶカメラ、ＣＣＤ
（電荷結合素子）、ＭＯＳ（金属酸化膜半導体）、ＰＳ
Ｄ（ポジションセンシティブディテクタ）等の半導体イ
メージセンサ、またはビジコン等の撮像管等が適用出
来、画像認識データを画像入力ライン１３からコンピュ
ータ７に入力するようにしている。

【００２２】ここでキャリアＣには、ワークホルダＨの
位置を特定するための基準マークを印している。すなわ
ち、図２に示すように、キャリアＣには円形穴のワーク
ホルダＨが同じ位相間隔で且つ中心から等距離に３穴設
けられているが、このワークホルダＨに対して円周方向
に位相が６０度ずれた位置に、同じように中心から等距
離に小円形穴の基準マークｍが３穴設けられている。従
って、ワークホルダＨを結ぶ三角形と、基準マークｍを
結ぶ三角形は共に重心がキャリアＣの中心となり、また
両者の位相は６０度異なることになる。

【００２３】このため、基準マークｍが３点判別される
と、キャリアＣの中心位置が求まり、またこの中心位置
と基準マークｍを結ぶ線に対して６０度位相がずれたラ
イン上の中心から所定距離にあるワークホルダＨの位置
が容易に求められる。因みに、この基準マークｍは少な
くとも２点以上あれば良く、２点以上任意である。

【００２４】前記コンピュータ７は、画像入力ライン１
３から画像認識データが入力されると、減色処理等を施
して画像処理に適した情報に加工し、予め記憶されてい
る基準マークｍ等の画像情報と整合するとともに、基準
マークｍからワークホルダＨの中心座標を求める算定式
等に基づいてワークホルダＨの位置を決定する。そして
この算定結果に基づいたワークホルダＨの座標を搬送ロ
ボットの座標系に変換し制御ライン１４を通じて搬送ロ
ボット８を制御する。

【００２５】搬送ロボット８はアームの先端にウエーハ
Ｗを吸着保持し得るワーク保持機構２１を備えており、
また、このワーク保持機構２１の近傍のアーム先端に
は、保持したウエーハＷの外周面の一部を光学的に認識
して画像認識データをコンピュータ７に出力する２台の
視覚センサ１５が９０度の位相角をもって取付けられて
いる。

【００２６】この視覚センサ１５は、ワークホルダＨ内
にウエーハＷを搬入する際、ワークホルダＨの内周部と
ウエーハＷの外周部を位置合せする時の微調整を行うた
めのものであり、搬送ロボット８のロボットアームで保
持するウエーハＷの外周部が、前記要領でコンピュータ
７で画像処理されるワークホルダＨの内周部に正確に一
致しているか否かを比較し、ロボットアームを微調整す
るために使用される。因みにこの視覚センサ１５は、Ｃ
ＣＤ（電荷結合素子）、ＭＯＳ（金属酸化膜半導体）、
ＰＳＤ（ポジションセンシティブディテクタ）等の半導
体イメージセンサ等が適用出来る。

【００２７】尚、この画像認識データを受け取ったコン
ピュータ７では、減色等の処理を施して画像処理に適し
た形に加工した後、あらかじめ準備されたウエーハ外周
部の画像との整合を行い、次いで、ワークホルダＨ内周
部とウエーハＷ外周部との距離調整を行う。この際、ワ
ークホルダＨとウエーハＷの識別を容易にするため、ワ
ークホルダＨとウエーハＷの色彩を変えておくことが好
ましい。

【００２８】またワークホルダＨの内周部とウエーハＷ
の外周部との距離調整は、ワークホルダ内周部とウエー
ハ外周部が相互に離れている場合は、距離は０より大き
い正の値として取り扱い、相互に重なり合った時は０と
して取り扱うとともに、後者の場合は無条件に所定の負
の値で制御するようにしている。すなわちこの負の値に
対応する距離を搬送ロボットの座標系に変換し、搬送ロ
ボット８を移動制御する。この際、２台の視覚センサ１
５は搬送ロボットのＸ軸方向、Ｙ軸方向に対応して設け
られており、それぞれの視覚センサ１５によってそれぞ
れの方向に移動制御するようにしている。

【００２９】そしてこのような画像処理による小刻みな
移動制御を繰返して、相互の距離が正の値で且つ規定値
以内にセットされると、正常信号が発せられ処理が終了
するようにしている。尚、上記のような小刻みな移動制
御を所定回数繰返しても動作が完了しない場合は、装置
の異常の可能性が高いため、自動搬送装置に設けたアラ
ームランプを点灯させ、動作を停止させるようにしてい
る。このような制御により、ワークホルダＨ内に確実に
ウエーハＷを搬入することが出来る。

【００３０】また、この搬送ロボット８のロボットアー
ム可動範囲には、図２に示すように、未加工のウエーハ
Ｗのアライメントが行われるアライメントステージ１６
と、加工済みのウエーハＷを回収するためのスロープ１
７が設けられ、アライメントステージ１６の搬路上流側
にはウエーハカセット１８が設けられ、またスロープ１
７の下流には回収槽２０が設けられている。

【００３１】以上のような自動搬送装置を使用したウエ
ーハＷの搬入及び搬出操作について説明する。まず、ウ
エーハＷを搬入する時の操作等について説明すると、予
めウエーハカセット１８に収容されるウエーハＷは１枚
づつ搬送ロボット８近傍のアライメントステージ１６に
搬送され、中心出しが行われるとともに、オリエンテー
ションフラットやノッチの方向が所定の向きに統一され
る。

【００３２】すると、搬送ロボット８のロボットアーム
が待機位置からアライメントステージ１６に移動し、先
端のワーク保持機構でウエーハＷの中心部を吸着保持す
る。一方、キャリアＣは位置決め手段５により所定の位
置にセットされており、視覚センサ６による画像認識デ
ータに基づいてワークホルダＨの位置が算定されてい
る。そして搬送ロボット８は、コンピュータ７の制御に
よってウエーハＷをワークホルダＨの中心の上方約１mm
の位置まで搬送してくる。

【００３３】そしてこの位置でロボットアーム先端の２
台の視覚センサ１５による微調整が開始され、前記要領
でウエーハＷ外周部とワークホルダＨ内周部の位置合せ
が行われた後、正常信号が返されるとウエーハＷが離脱
される。この時、下定盤１が濡れているとウエーハＷが
浮き上がってワークホルダＨから飛出す虞れがあるた
め、ウエーハＷを離脱する時に、約１秒前後空気等の流
体を吹きつけて液溜りを除き、確実にワークホルダＨ内
に納めるようにすることが好ましい。因みに、ワークホ
ルダＨの穴の段差は約０．５mm程度の極く浅いものであ
る。

【００３４】そしてウエーハＷがワークホルダＨにセッ
トされると、更にロボットアームが次のウエーハＷをア
ライメントステージ１６より吸着保持し、同一キャリア
Ｃ内の別のワークホルダＨに同様な操作を繰返しセット
し、全ての（３ケ所）ワークホルダにウエーハＷを収容
する。これが完了すると次のキャリアＣに対するウエー
ハＷのセットが行われる。すなわち、コンピュータ７か
ら搬送ロボット８のアームを待機位置に戻す指令が出さ
れた後、研磨装置にはキャリア移動指令が出されて新た
なキャリアＣが位置決めされ、これら一連の動作をキャ
リアＣの枚数分繰返した後、研磨装置に対する加工開始
の指令が発せられる。

【００３５】次に、加工済みウエーハＷの搬出要領等に
ついて説明する。加工が終了し、上定盤４が退避する
と、前記と同様な要領でキャリアＣが所定位置に停止さ
せられる。そして視覚センサ６の画像認識データに基づ
いてウエーハＷの位置が算定され、搬送ロボット８に移
動指令が出される。

【００３６】この時、搬送ロボット８のワーク保持機構
は、画像処理によって求められたウエーハＷの中心位置
に向けて移動するのではなく、中心位置に予め設定され
た所定値を加えた位置に移動するような指令を発するこ
とで、ワーク保持機構による吸着箇所がウエーハＷの中
心から偏位した箇所になるようにしている。これは、加
工後のウエーハＷは、加工時に使用した研磨液等の表面
張力によって下定盤１上に強固に貼り付いた状態になっ
ており、中心部から偏位した箇所を吸着して持上げれ
ば、より小さな力で取り出すことが出来るためである。

【００３７】そして取り出されたウエーハＷは、スロー
プ１７上まで搬送されて離脱され、ワーク回収槽２０に
導かれる。これを繰返してキャリアＣからすべてのウエ
ーハＷが取出されると、搬送ロボット８は一旦待機位置
に待機し、次のキャリアＣが所定位置に位置決めされる
と再び同じ操作が繰返され、すべてのウエーハＷが搬出
される。以上のような方法によって研磨装置に対するウ
エーハＷの搬入、搬出が完全に自動化され、しかも正確
に搬出入することが出来る。

【００３８】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。例
えば本実施形態では搬送ロボット８でウエーハＷを１枚
づつ搬送するようにしているが、キャリアＣ単位の複数
のウエーハＷを搬送するようにしても良い。また搬送ロ
ボット８も複数設置するようにしてもよいし、キャリア
Ｃの数、ワークホルダＨの数も任意であり、ワーク保持
機構２１も吸着法に限られるものではない。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明に係るワークの自動
搬送装置は、請求項１のように、両面研磨装置のキャリ
アの位置を位置決め手段によって所定の位置に位置決め
し、キャリアのワーク保持面を視覚センサで画像認識す
るとともに、この画像認識データによってワークホルダ
またはワークの位置を算定し、ロボットアームの位置を
制御するようにしたため、ワークを正確な位置に搬出入
することが出来、例えばワーク搬送作業から研磨作業ま
でを含めてすべてを自動化したような時でもトラブルが
発生しない。また請求項２のように、画像認識データに
基づいてワークホルダまたはワークの位置を算定する時
の基準となる基準マークをキャリアに設ければ、ワーク
またはワークホルダの中心座標等を正確に検出出来る。

【００４０】また請求項３のように、ロボットアームに
２台以上の視覚センサを設け、保持するワークの外周部
の画像認識データを出力するようにすれば、ワークホル
ダ内に正確にワークを搬入するよう制御することが出来
る。そして請求項４のように、制御手段によってワーク
取出し時のロボットアームを制御し、ワークの中心点か
ら偏位した位置を保持するようにすれば、小さな力で保
持することが出来、取出し作業が円滑に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るワークの自動搬送装置のシステム
構成の概要を示す斜視図である。

【図２】搬送ロボット周辺の構成の一例を示す平面視図
である。

【図３】両面研磨装置の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…下定盤、 ２…太陽歯車、
３…内歯歯車、 ４…上定盤、５
…位置決め手段、 ６…視覚センサ、
７…コンピュータ、 ８…搬送ロボッ
ト、１０…センサ、 １１…入力
ライン、１２…指令ライン、 １３…
画像入力ライン、１４…制御ライン、
１５…視覚センサ、１６…アライメントステージ、
１７…スロープ、１８…ウエーハカセット、
２０…回収槽、２１…ワーク保持機構、Ｃ…キ
ャリア、 Ｈ…ワークホルダ、Ｗ
…ウエーハ、 ｍ…基準マーク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390004581 三益半導体工業株式会社 群馬県群馬郡群馬町足門762番地 (72)発明者 桝村 寿 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社半導体白河研究 所内 (72)発明者 鈴木 清 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150 信越半導体株式会社半導体白河研究 所内 (72)発明者 玉井 昇 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 (72)発明者 小笠原 俊一 群馬県群馬郡群馬町棟高1909番地１ 三益 半導体工業株式会社エンジニアリング事業 部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽歯車と内歯歯車に噛合して遊星歯車
   運動をするワーク保持用のキャリアのワークホルダ内に
   ワークを搬入し、または前記キャリアのワークホルダ内
   からワークを搬出するようにした両面研磨装置における
   ワークの自動搬送装置であって、前記キャリアの位置を
   所定の位置に位置決めする位置決め手段と、位置決めし
   たキャリアのワーク保持面を光学的に認識して画像認識
   データを出力する視覚センサと、画像認識データを画像
   処理してワークホルダまたはワークの位置を算定し、こ
   の算定結果に基づいてワーク保持機構を有するロボット
   アームの位置を制御する制御手段を備えたことを特徴と
   する両面研磨装置におけるワークの自動搬送装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の両面研磨装置における
   ワークの自動搬送装置において、前記キャリアには、画
   像認識データに基づいてワークホルダまたはワークの位
   置を算定する時の基準となる基準マークが少なくとも２
   ヵ所以上設けられることを特徴とする両面研磨装置にお
   けるワークの自動搬送装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の両面研磨
   装置におけるワークの自動搬送装置において、前記ワー
   ク搬送用のロボットアームには、保持するワークの外周
   部を光学的に認識して画像認識データを前記制御手段に
   出力する少なくとも２台以上の視覚センサが設けられる
   ことを特徴とする両面研磨装置におけるワークの自動搬
   送装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
   記載の両面研磨装置におけるワークの自動搬送装置にお
   いて、前記制御手段によるロボットアームの制御は、ワ
   ークホルダ内からワークを取り出す時に、ロボットアー
   ムのワーク保持機構がワークの中心点から偏位した位置
   を保持するように制御されることを特徴とする両面研磨
   装置におけるワークの自動搬送装置。