(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーハ端面の面取加工を行う装置であって、外周面に沿って所望の輪郭形状の端面成形部が形成された外面円形の合金製ポリッシャと、このポリッシャとウエーハを半径方向に相対移動させて端面成形部とウエーハ端面とを接近又は離脱させる相対移動機構と、接近状態の端面成形部とウエーハ端面との間に向けて研削液と砥粒を懸濁せしめたスラリーを供給するスラリー供給機構と、前記端面成形部とウエーハ端面との間に前記スラリーを介在させつつ端面成形部とウエーハ端面を相対運動させる相対運動機構を備えたことを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取装置。
【請求項２】
ウエーハ端面の面取加工を行う装置であって、ウエーハの円周曲率に合せて凹部状に湾曲する円弧状部を有し且つこの円弧状部に所望の輪郭形状の端面成形部が形成された合金製ポリッシャと、このポリッシャとウエーハを半径方向に相対移動させて端面成形部とウエーハ端面とを接近又は離脱させる相対移動機構と、接近状態の端面成形部とウエーハ端面との間に向けて研削液と砥粒を懸濁せしめたスラリーを供給するスラリー供給機構と、前記端面成形部とウエーハ端面との間に前記スラリーを介在させつつ端面成形部とウエーハ端面を相対運動させる相対運動機構を備えたことを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の遊離砥粒によるウエーハの面取装置において、前記相対運動機構は、ウエーハを中心軸まわりに回転させるウエーハ回転機構と、および／またはポリッシャを中心軸まわりに回転させるポリッシャ回転機構とからなることを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取装置。
【請求項４】
請求項３に記載の遊離砥粒によるウエーハの面取装置において、前記ポリッシャの端面成形部には、スラリーの逃げを助長させるスリットが所定間隔で設けられていることを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の遊離砥粒によるウエーハの面取装置において、前記スラリー供給機構は、前記端面成形部とウエーハ端面に近接して配設されるスラリー供給ノズルであることを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の遊離砥粒によるウエーハの面取装置において、前記スラリー供給機構は、前記ポリッシャの内部に形成され且つ先端部が端面成形部に向けて開口するスラリー通路であることを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の遊離砥粒によるウエーハの面取装置において、前記スラリー供給機構から供給されるスラリーは回収された後、砥粒回収システムによって砥粒が分離回収され、この回収された砥粒が再び研削液に懸濁されて再利用されることを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取装置。
【請求項８】
請求項７に記載の遊離砥粒によるウエーハの面取装置において、前記砥粒回収システムは、流体サイクロン方式分級機であることを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取装置。
【請求項９】
前記合金製ポリッシャが、鋳鉄又はステンレススチール製のものであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のウエーハの面取装置。
【請求項１０】
ウエーハ端面の面取加工を行う方法であって、合金製ポリッシャの外周面に沿って形成された所望の輪郭形状の端面成形部にウエーハ端面を接近させ、前記端面成形部とウエーハ端面との間に向けて研削液と砥粒を懸濁せしめたスラリーを供給し、両者間にスラリーを介在させつつ端面成形部とウエーハ端面を相対運動させて面取りを行うようにしたことを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の遊離砥粒によるウエーハの面取方法において、前記ウエーハをポリッシャの周囲に複数配置し、単一のポリッシャでこれら複数のウエーハを同時に又は順次に面取りを行うことを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取方法。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の遊離砥粒によるウエーハの面取方法において、前記合金製ポリッシャとして、鋳鉄又はステンレススチール製のものを用いることを特徴とする遊離砥粒によるウエーハの面取方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体シリコンウエーハ端面の面取り加工を行う面取装置及び面取方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば半導体シリコンウエーハは、高集積化した超ＬＳＩの原料として供給される際の発塵防止のため、又はその前工程でのチッピング、欠け防止等のため、ウエーハ端面の面取り加工が行われる。
近年の例えば高精度で鏡面仕上げをする面取り加工は、一次、二次、最終面取り加工と段階的に行われるのが一般的であり、このような加工は、ウエーハ主面の研削工程における粗研削、中研削、精研削に相当するものである。そして、通常、一次、二次面取り加工では、砥石等の固定砥粒による研削を行っており、また、最終面取り加工は、バフ研磨による研磨を行っている。
【０００３】
一方、このような砥粒を用いた研削、研磨の代りに、弗酸、硝酸系の酸エッチングを行って面取りを行う方法も知られているが、この方法では、面取り形状の制御が難しいという問題があり、このような形状制御の欠点を補うため、通常、一次、二次面取り加工では、固定砥粒を用いた研削法が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように一次、二次面取り加工で固定砥粒を用いる場合は、加工面の表層に生じる加工クラック層（加工歪層）のミクロ的なクラックの深さのバラツキが大きくなり、これがウエーハの面粗さにすじの様に現れ、ウエーハの面取り形状の不均一さにもなった。つまり、品質のバラツキに影響を及ぼしていた。そして、固定砥粒として一般に用いられるダイヤモンド砥粒でも、加工クラック層が一部で深く入りこんで、すじ状に面粗さのバラツキが生じるという不具合があった。
【０００５】
また、このような加工クラック層の深さのバラツキを無くすため、粒子の細かい砥粒を用いて加工時間を長く加工したり、又は研削工程数を増やして多段階で加工したりしようとすると、作業効率が低下して生産性にも悪影響を及ぼしていた。
【０００６】
そこで、特に一次、二次面取り加工において、加工クラック層の深さのバラツキの少ない、すなわち一部深いクラックが生じることのない加工技術が望まれていた。そしてこの際、加工効率の向上にも留意する必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、請求項１において、ウエーハ端面の面取加工を行う装置において、外周面に沿って所望の輪郭形状の端面成形部が形成された外面円形の合金製ポリッシャと、このポリッシャとウエーハを半径方向に相対移動させて端面成形部とウエーハ端面とを接近又は離脱させる相対移動機構と、接近状態の端面成形部とウエーハ端面との間に向けて研削液と砥粒を懸濁せしめたスラリーを供給するスラリー供給機構と、前記端面成形部とウエーハ端面との間に前記スラリーを介在させつつ端面成形部とウエーハ端面を相対運動させる相対運動機構を設けた。
【０００８】
そして、ポリッシャの端面成形部は、ポリッシャの外周面に沿って溝状に形成し、この溝状の端面成形部とウエーハ端面との間にスラリーを介在させ、両者を相対運動させることで、ウエーハ端面をポリッシャの端面成形部の輪郭形状に合せて成形する。
この際、研削液に懸濁させる砥粒としては、例えば炭化けい素、アルミナ等の限定された粒度分布の微粒砥粒を用い、また、ポリッシャは、例えば鋳鉄製、又はステンレス製、又はその他の合金製とする。また、端面成形部の溝形状は、例えば面取り後の所望のウエーハ端面形状に合せて形成し、いわゆる総形削りを行えるようにする。
そして、このように遊離砥粒で研削することで、加工クラック層のクラックが一部深く入り込むのが防止され、深さのバラツキを小さく出来る。
【０００９】
すなわち、固定砥粒で研削する場合は、例えばダイヤモンド砥粒において研削に実用化されているのは、電解インプロセスドレッシング等の特殊な例を除いて＃２０００までであり、粒径の細かい砥粒を用いる程、研削速度（砥粒に対する仕事量）が小さくなって加工クラック層を小さくすることが出来るが、固定された砥粒が摩耗等によって脱落すると、加工クラック層が深く入ることがある。そして、このような不安定要因によって加工クラック層のバラツキが大きくなるものと考えられる。
そこで、本案のように遊離砥粒を使用する場合は、砥粒の脱落といった不確定要因が存在せず、固定砥粒よりも安定した加工が可能である。
【００１０】
また請求項２のように、ポリッシャに、ウエーハの円周曲率に合せて凹部状に湾曲する円弧状部を形成し、この円弧状部に所望の輪郭形状の端面成形部を形成しても良い。
そしてこの場合は、円弧状部とウエーハ端面を近接させて加工することで、円形のポリッシャに較べて同時加工範囲を広げることが出来、加工効率が向上する。
【００１１】
また請求項３では、相対運動機構として、ウエーハを中心軸まわりに回転させるウエーハ回転機構と、ポリッシャを中心軸まわりに回転させるポリッシャ回転機構の組合わせによるようにした。
【００１２】
そして、この場合ウエーハとポリッシャを同時にそれぞれの中心軸まわりに回転させ、ウエーハ端面と端面成形部の間に相対運動を起こすようにすれば、ポリッシャの端面成形部の全周域を使用して、ウエーハ端面の全周域を短時間に且つ効率的に加工出来る。
【００１３】
また請求項４では、ポリッシャの端面成形部に、スラリーの逃げを助長するスリットを所定間隔で設けた。
そしてこのようなスリットから使用済みのスラリーを逃がしながら常に新しいスラリーを供給しつつ加工すれば、より加工効率が高まる。
【００１４】
また請求項５では、スラリー供給機構を、端面成形部とウエーハ端面に近接して配設されるスラリー供給ノズルとした。
そしてこのようにスラリー供給ノズルからスラリーを供給するようにすれば、構成が簡素となり安価に構成出来る。
又、請求項６では、スラリー供給機構を、ポリッシャの内部に形成され且つ先端部が端面成形部に向けて開口するスラリー通路とした。
そしてこのようにスラリー通路からスラリーを供給するようにすれば、スペースの有効利用が図られ、コンパクトに構成出来る。
【００１５】
また請求項７では、スラリー供給機構から供給されるスラリーを回収した後、砥粒回収システムによって砥粒を分離回収し、この回収された砥粒を再び研削液に懸濁して再利用するようにした。
また請求項８では、砥粒回収システムとして、流体サイクロン方式分級機を使用した。
そしてこのようにスラリーに含まれる砥粒を回収して再利用すれば効率的であり、また流体サイクロン方式分級機を使用して粒度別に分けて回収すれば、砥粒の粒度分布を一定に保持出来る。
【００１６】
また面取方法として、合金製ポリッシャの端面成形部とウエーハの端面の間に遊離砥粒を介在させて相対運動させることで面取りを行うが、この際、ポリッシャの周囲に複数のウエーハを配置し、単一のポリッシャで複数のウエーハを同時に又は順次に面取りを行うようにしても良い。
すなわち、同時に加工する時は、複数のウエーハ端面を同時にポリッシャの端面成形部に近接させて相対運動させ、順次に行う時は、所定個づつ順番に半径方向に移動させて加工する。
【００１７】
【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は本ウエーハ面取装置の概略構成図、図２はポリッシャの端面成形部の拡大図、図３は同ポリッシャの端面成形部の別構成例図、図４はスラリー供給機構の別構成例図、図５は端面成形部にスリットを設けた構成例図、図６はポリッシャの周囲に複数のウエーハを配置する構成例を示す説明図、図７はポリッシャに円弧状部を設ける場合の構成例図、図８は流体サイクロン方式分級機の説明図である。
【００１８】
本発明のウエーハの面取装置は、半導体シリコンウエーハの端面の面取り加工を行う際、特に従来の一次、二次面取り加工では加工クラック層のクラック深さにバラツキが大きくなるという不具合を無くすため構成され、図１に示すように、ウエーハＷを挟んでクランプするクランプ治具１と、ウエーハＷの端面の面取り加工を行うポリッシャ治具２と、加工部に研削液と砥粒を懸濁したスラリーを供給するスラリー供給機構としてのスラリー供給ノズル３を備えている。
【００１９】
前記クランプ治具１は、ウエーハＷの両面を挟んで押圧保持する一対のクランプ部材４ａ、４ｂと、各クランプ部材４ａ、４ｂの中心部に接続されるシャフト５ａ、５ｂを備えており、これらシャフト５ａ、５ｂは、不図示のウエーハ回転機構によって中心軸まわりに回転自在にされるとともに、不図示の上下動機構によって上下動自在にされている。
【００２０】
前記ポリッシャ治具２は、一対の円盤状のサイドディスク６ａ、６ｂによってサンドイッチ状に挟持されるコアディスク７及びリング状のポリッシャ８と、一方側のサイドディスク６ａの中心部に接続されるロータリーシャフト９を備えており、サイドデイスク６ａ、６ｂとコアディスク７とポリッシャ８は一体に結合されている。そして、ロータリーシャフト９は不図示のポリッシャ回転機構によって中心軸まわりに回転自在にされるとともに、不図示の相対移動機構によって、半径方向に移動可能とされている。
【００２１】
ところで、前記ポリッシャ８の外周端面には、溝状の端面成形部８ａが形成されている。この端面成形部８ａの溝形状は、図２にも示すように、ウエーハＷ端部の面取り後の所望の輪郭形状に合せて成形されており、ウエーハＷ端面と端面成形部８ａを近接させ両者間に砥粒を介在させて相対運動させれば、ウエーハＷ端面を端面成形部８ａの輪郭形状に合せて総形削り出来るようにしている。
また、このポリッシャ８の素材は、鋳鉄製、又はステンレス製、又はその他の合金製とすることが出来る。
【００２２】
前記スラリー供給ノズル３は、端面成形部８ａとウエーハＷ端面との間にスラリーを供給することが出来るように配設され、このスラリーは、切削液（クーラント）の中に所定の粒度分布の微粒砥粒を懸濁させたものである。そしてこの砥粒は、例えば炭化けい素、アルミナ等である。
【００２３】
以上のような面取装置において、クランプ治具１によってウエーハＷをクランプすると、ポリッシャ治具２を相対移動機構によって半径方向に移動させ、ポリッシャ８の端面成形部８ａにウエーハＷの端面を近接させる。そして、スラリー供給ノズル３から、端面成形部８ａとウエーハＷ端面との間にスラリーを供給しつつ、クランプ治具１とポリッシャ治具２を各中心軸まわりに相対方向に回転させ、相対移動機構によって端面成形部８ａとウエーハＷ端面を圧接すれば、図２に示すように、ウエーハＷ端面は遊離砥粒によって端面成形部８ａの形状に倣って成形され、面取り加工が行われる。
【００２４】
そして、この方法で面取り加工すると、固定砥粒の場合のような砥粒の脱落が生じないため、一部クラックが深く入り込むようなことはなく、加工クラック層のクラック深さのバラツキを小さくすることが出来る。
尚、加工部に供給されたスラリーは、不図示の回収機構を通して回収するようにしており、また、この使用済みスラリーから、後述する砥粒回収システムによって砥粒を回収し、再利用を図るようにしている。
【００２５】
尚、以上のような遊離砥粒による面取り加工の場合、例えば合成ダイヤのＳＤ＃１２００の固定砥粒の砥石で加工した場合は、加工クラック層のクラック深さが６〜２０μｍであったのに対して、グリーンカーボランダムのＧＣ＃１２００の遊離砥粒で本装置で加工すると、加工クラック層のクラック深さが６〜１２μｍとなり、固定砥粒の場合よりバラツキが小さくなることが確認された。
【００２６】
ところで図３は、ポリッシャ８の端面成形部８ａの形状を異ならせた構成例である。
この構成例では、例えばウエーハＷの上面側端面の面取りと、下面側端面の面取りのタイミングをずらして加工するようにしたものであり、相対移動機構によるポリッシャ治具２の半径方向への移動と、クランプ治具１の上下動を組合わせ、例えば矢印▲１▼に示すように、ポリッシャ治具２を移動させてウエーハＷ端面と端面成形部８ａを接近させた後、矢印▲２▼に示すように、相対的にポリッシャ治具２を降下（クランプ治具１を上昇）させてウエーハＷの上面側端面を面取り加工し、次いで、矢印▲３▼に示すように、相対的にポリッシャ治具２を上昇（クランプ治具１を降下）させてウエーハＷの下面側端面を面取り加工し、加工が終えると、矢印▲４▼▲５▼に示すように、元の位置に戻してポリッシャ治具２を離脱させる。
【００２７】
そしてこのような構成によると、例えばポリッシャ８の端面成形部８ａの形状が変形しても補修、整形が容易であり、しかもスラリーを集中して供給出来るため、効率良く加工することが出来る。
【００２８】
また、図４はスラリー供給ノズル３の代りに、ポリッシャ８内部に複数のスラリー通路ｔ、…を設けた構成例図であり、（Ａ）図は平面図、（Ｂ）図は縦断面図である。そしてこの場合は、図１のロータリーシャフト９とコアディスク７を中空構造とし、この中空内をスラリー供給路にするとともに、中心から放射状に延びるポリッシャ８内部の複数のスラリー通路ｔ、…を通して、端面成形部８ａに向けてスラリーを供給する。
【００２９】
そしてこの場合は、スペース的にコンパクトに纏めることが出来、しかもスラリー通路ｔ、…はポリッシャ８の移動に連れて一緒に移動するため、スラリー供給機構を移動させるための格別の移動手段が不要であるという利点がある。
【００３０】
また図５は、端面成形部８ａに所定間隔置きに複数のスリットｓ、…を設けた場合の構成例図であり、（Ａ）図は平面図、（Ｂ）図は縦断面図である。そしてこの場合は、このスリットｓ、…を通して使用済みのスラリーを積極的に逃がすようにし、常に新しいスラリーで加工することが出来るようにしている。
【００３１】
尚、以上のような面取方法において、図６に示すように、ポリッシャ８の周囲に複数のウエーハＷ、…を配置し、これら複数のウエーハＷを同時或いは順次加工するようにしても良い。すなわち、各ウエーハＷを各相対移動機構によって半径方向に移動可能にし、端面成形部８ａに各ウエーハＷ、…の端面を同時に又は順番に近接させてスラリーを介在させながら加工する。
【００３２】
また、図７はポリッシャ８の形状を変えた構成例であり、この場合はウエーハＷ端面の接触範囲を広くして加工出来るようにしている。すなわち、このポリッシャ８は、ウエーハＷ外周部の曲率半径に合せて凹部状に湾曲する円弧状部８ｃを備え、この円弧状部８ｃに端面成形部８ａが形成されるとともに、この端面成形部８ａに向けて複数のスラリー通路ｔ、…を開口させている。
【００３３】
そして、面取加工を行う時は、ウエーハＷ端面を円弧状部８ｃに近接させ、スラリー通路ｔ、…からスラリーを供給しつつウエーハＷを回転させて加工する。この際ポリッシャ８が円形であると点接触に近い状態で加工されるが、このポリッシャ８では円弧状部８ｃによって接触範囲が広く、より効率的に加工出来る。尚、この円弧状部８ｃにスラリーを供給する手段は、スラリー供給ノズルにしても良いことはいうまでもないが、全域に対して均一に供給するためには、このスラリー通路ｔ、…が適している。
【００３４】
ところで、前述のように、使用済みのスラリーは不図示の回収機構によって回収し、この回収したスラリーから砥粒を分離回収して再利用するようにしているが、この砥粒の分離回収は、図８に示すような一般的な流体サイクロン分級機を使用するようにしている。ここで、（Ａ）図は側面方向から見た説明図、（Ｂ）図は平面方向から見た説明図である。
【００３５】
この流体サイクロン分級機１０は、円筒部１０ａと円錐部１０ｂを備えており、スラリーを円筒部１０ａの接線方向から供給して旋回流により分級させるようにしている。そして粗粒の砥粒を濃厚スラリーとして下方から排出し、微粒の砥粒を円錐部１０ｂの上昇流にのせて上部の導出部１０ｃから逸出させる。
【００３６】
そして、所定の粒度の砥粒が回収されると、再び研削液に懸濁させてスラリーとし再利用に供する。
そしてこのように砥粒を循環させて使用すればより効率的である。
【００３７】
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。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ポリッシャに所望の輪郭形状の端面成形部を形成し、この端面成形部にウエーハ端面を近接させ、両者間に砥粒を含むスラリーを介在させつつ相対運動させて、いわゆる総形削りのような状態で面取り加工を行うようにしたため、固定砥粒で加工する場合に較べてより安定した加工を行うことが出来、加工クラック層のクラック深さのバラツキを小さくすることが出来る。すなわち、ウエーハの品質のバラツキを少なくすることが出来る。
また、ポリッシャにウエーハの外周曲率に合せた円弧状部を形成し、この円弧状部に端面成形部を設ければ、加工範囲が広がるため効率的に加工出来る。
【００３９】
また、相対運動機構として、ウエーハを中心軸まわりに回転させるウエーハ回転機構と、ポリッシャを中心軸まわりに回転させるポリッシャ回転機構を組合わせれば、ウエーハ端面の全周域を短時間にしかも効率的に加工出来る。しかも、ポリッシャの端面成形部に偏摩耗等が生じない。
また、ポリッシャの端面成形部に、スラリーの逃げを助長するスリットを所定間隔で設ければ、常に新しいスラリーで加工出来て加工効率が高まる。
【００４０】
また、スラリー供給機構を、外部に配設されるスラリー供給ノズルにすれば、構成が簡素となって安価であり、また、ポリッシャの内部に形成されるスラリー通路にすれば、スペースの有効利用が図られ、コンパクトに構成出来る。
そして、使用済みのスラリーを回収してスラリー中の砥粒を分離回収し、この回収された砥粒を再び再利用すれば効率的である。
更に、単一のポリッシャで周囲の複数のウエーハを加工すれば、より効率的に加工出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本ウエーハ面取装置の概略構成図である。
【図２】ポリッシャの端面成形部の拡大図である。
【図３】同ポリッシャの端面成形部の別構成例図である。
【図４】スラリー供給機構の別構成例図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図５】端面成形部にスリットを設けた構成例図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図６】ポリッシャの周囲に複数のウエーハを配置する構成例を示す説明図である。
【図７】円弧状部を有するポリッシャの構成例図であり、（Ａ）は平面視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図８】流体サイクロン方式分級機の説明図で、（Ａ）は側面方向から見た説明図、（Ｂ）は平面方向から見た説明図である。
【符号の説明】
１…クランプ治具、                  ２…ポリッシャ治具、
３…スラリー供給ノズル、            ４ａ…クランプ部材、
４ｂ…クランプ部材、                ５ａ…シャフト、
５ｂ…シャフト、                    ６ａ…サイドディスク、
６ｂ…サイドディスク、              ７…コアディスク、
８…ポリッシャ、                    ８ａ…端面成形部、
８ｃ…円弧状部、                    ９…ロータリーシャフト、
１０…流体サイクロン分級機、        １０ａ…円筒部、
１０ｂ…円錐部、                    １０ｃ…導出部、
ｓ…スリット、                      ｔ…スラリー通路、
Ｗ…ウエーハ。
【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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