(57)【要約】【課題】  複数の砥石セグメントの角度を微小量で正確に、しかもすべての砥石セグメントについて規則的に変更することが容易であるシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石を提供する。【手段】  本発明は、台金の周縁部２ａに複数の砥石セグメント３が配置されるシリコンウエハー加工用のカップ状セグメント型砥石であって、砥石セグメント３がその研削面を回転面とする各々の自転方向Ｘにおける所定の角度ピッチで台金上に位置決めされる位置決め機構（凹凸形状５ａ，５ｂ）を有するシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石に関する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金の周縁部に複数の砥石セグメントが配置されるシリコンウエハー加工用のカップ状セグメント型砥石であって、
前記砥石セグメントがその研削面を回転面とする各々の自転方向における所定の角度ピッチで台金上に位置決めされる位置決め機構を有するシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石。
【請求項２】
前記砥石セグメントの各々が台金上に支持体を介して設置され、前記支持体の各々が砥石セグメントの研削面を回転面とする自転方向における所定の角度ピッチで台金上に位置決めされる位置決め機構を有する、請求項１に記載のシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石。
【請求項３】
前記支持体の胴体部と台金の設置穴との間に、支持体の自転方向で互いに噛み合い可能な所定ピッチの凹凸形状が設けられている、請求項２に記載のシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石。
【請求項４】
前記支持体の底面部と台金の設置面との間に、支持体の自転軸を中心としその自転方向で互いに噛み合い可能な所定ピッチの凹凸形状が設けられている、請求項２に記載のシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石。
【請求項５】
前記支持体および前記台金上の各支持体の近傍に基準刻印を有する、請求項２〜４のいずれか１項に記載のシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石。
【請求項６】
前記支持体は、前記台金に着脱自在に設置されている、請求項２〜５のいずれか１項に記載のシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台金の周縁部に複数の砥石セグメントが配置されるシリコンウエハー加工用のカップ状セグメント型砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、注目されている研削加工技術としてシリコンウエハー研削加工及び研磨があり、これに関しては多数の技術が知られている。シリコンウエハーの面を研磨のために一般的によく使用される砥石は、リング状砥石を有するかまたは複数の小片砥石を台金の周縁部に規則的に配列させたセグメント型砥石である（本願明細書では、このように台金のホイール横面の周縁部に沿ってカップの開口縁の如く研磨層を設けた砥石をカップ状砥石と呼び、台金のホイール外周面に研磨層を有する砥石と区別している）。このようなカップ状の砥石は面研磨に適している。図１３に示されるように台金２０は、そのホイールの周縁部にある砥石セグメント２１の研削面をテーブル２３上のシリコンウエハー面２２に向けてセットされ、矢印方向に回転駆動されてシリコンウエハーの面研磨（本願明細書では単に「加工」とも呼ぶ）が行われる。
【０００３】
シリコンウエハーの面研磨で問題となるのはシリコンウエハー中心部に凹凸が生じることである。その原因としては、シリコンウエハー外周部と中心部とは研磨密度（砥材が被加工物を通過する量）が中心部に行くに従って多くなりシリコンウエハー中心部の研磨が進むことが挙げられる。この問題に関して、特開昭６１−１１１８８７号公報（特許文献１）に開示されているように砥石回転軸心に対して偏心させることによりシリコンウエハー中心部の凹凸を防止するための研磨方法などが提案されている。
【０００４】
一方、セグメント型砥石の加工角度変更について、特開２００３−４８１６５号公報（特許文献２）には、セグメント型砥石を自在継手を介して台金の外周面に装着し、加工幅と加工角度を変化させる技術などが開示されている。
【特許文献１】特開昭６１−１１１８８７号公報
【特許文献２】特開２００３−４８１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開昭６１−１１１８８７号公報の研磨方法によると、砥石回転軸心に対しどの程度偏心させるかは研磨条件等で異なり、最適な研磨条件を求めるためには、各種偏心度を変化させた試験砥石を用意し、多大な試験を繰り返す必要がある。特にシリコンウエハー面研磨においては、高い加工精度を確保し且つ製造コストの上昇を抑制しなければならないという厳しい要求があるため、最適な研磨条件を速やかに且つ確実に決定するのに適したシリコンウエハー加工用砥石を提供することは産業上重要である。
【０００６】
そこで、本発明者は、複数の砥石セグメントを有するセグメント型砥石において、各砥石セグメントでの加工角度を変えること、すなわち砥石セグメントについて各々の自転方向で微妙な角度変更を行うことが上記の問題に対応するのに有利であるとの考えに至った。
【０００７】
しかしながら、１個のカップ状セグメント型砥石において各々独立に設置された多数の砥石セグメントの角度を微少量で、且つ規則的に調整することは容易ではない。例えば、特開２００３−４８１６５号公報に開示されている技術では、自在継手として球状体の支軸を備えたいわゆるユニバーサルジョイントと称する継手を使用しているが、この場合、各セグメント型砥石について微妙且つ規則的な角度調整を行ってそれらを固定するのは困難である。
【０００８】
本発明は、複数の砥石セグメントの角度を微小量で正確に、しかもすべての砥石セグメントについて規則的に変更することが容易であるシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明は、台金の周縁部に複数の砥石セグメントが配置されるシリコンウエハー加工用のカップ状セグメント型砥石であって、前記砥石セグメントがその研削面を回転面とする各々の自転方向における所定の角度ピッチで台金上に位置決めされる位置決め機構を有するシリコンウエハー加工用カップ状セグメント型砥石を提供する。
【００１０】
本発明のカップ状セグメント型砥石において、前記砥石セグメントの各々が台金上に支持体を介して設置され、前記支持体の各々が砥石セグメントの研削面を回転面とする自転方向における所定の角度ピッチで台金上に位置決めされる位置決め機構を有する構成にすることができる。
【００１１】
さらに本発明のカップ状セグメント型砥石において、前記支持体の胴体部と台金の設置穴との間に、支持体の自転方向で互いに噛み合い可能な所定ピッチの凹凸形状が設けられていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のカップ状セグメント型砥石において、前記支持体の底面部と台金の設置面との間に、支持体の自転軸を中心としその自転方向で互いに噛み合い可能な所定ピッチの凹凸形状が設けられている構成にしてもよい。
【００１３】
さらに本発明のカップ状セグメント型砥石において、前記支持体および前記台金上の各支持体の近傍に基準刻印を有することが好ましい。
さらに本発明のカップ状セグメント型砥石において、前記支持体は、前記台金に着脱自在に設置されていることが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態のカップ状セグメント型砥石の概略構成を示し、同図（１）は正面図、（２）は側面図である。同図において、１は砥石セグメントを固定するための支持体、２は台金、３は支持体上に接着された砥石セグメント、４は研削盤の軸部挿入用に設けられた台金２の孔部である。このカップ状セグメント型砥石は、台金２のホイール横面の周縁部に沿って複数の砥石セグメント３を有し、それぞれの砥石セグメント３の上面部が、シリコンウエハーの被研削面に沿って移動する研削面３ａとなっている。
【００１５】
本実施形態のカップ状セグメント型砥石において、砥石セグメント３の各々は支持体１を介して台金２上に設置されており、ここで各支持体１は、本発明の特徴に従い、研削面３ａを回転面とする各々の自転方向Ｘで台金２上に位置決めされて固定されている。この位置決め機構に関する具体的な構成は図２〜図４に例示される。
【００１６】
図２（１）は砥石セグメント３を有する支持体１、図２（２）は台金の周縁部２ａの設置穴６の拡大図である。また、図３は支持体１の側面と底面を示す。これらの図に示される通り、支持体１と設置穴６との間には、支持体１の自転方向Ｘで互いに噛み合う規則的な凹凸形状５ａ，５ｂが設けられる。すなわち、支持体１は略円筒形の胴体部を持ち、その側面に縦溝状の凹凸形状５ａが形成され、同様にして台金２に穿設される設置穴６の内周面にも前記凹凸形状５ａと嵌合する凹凸形状５ｂが形成されている。このため設置穴６の大きさは、支持体１の胴体部とほぼ同一であるが、挿入時のクリアランスを考慮して僅かに大きくなっている。こうして支持体１は、台金２に未固定の状態では、設置穴６に対して抜き挿し自在である。このような位置決め機構を介し、各支持体１は、自転方向Ｘにおける角度が凹凸形状５ａ，５ｂにより規制されるので、設置穴６への挿入時に所望の角度を選択して固定されることができる。自転方向Ｘにおける角度ピッチの設定は、凹凸形状のピッチを変更することにより規定することが可能である。これは製作コスト及び研削条件により適宜決定すればよい。
【００１７】
また図２に示したように、各支持体１と各設置穴６の近傍には、支持体１の設置角度を確認するための基準刻印７，８を設けることが好ましい。これにより、各々独立に位置決めされる複数の砥石セグメント３についてすべてを規則的に角度調整することができる。この図２の例において、各砥石セグメントが図１（１）の定位置にある場合、支持体１の基準刻印７および台金２の基準刻印８の位置が一致するように予め設定されている。そして、砥石セグメントの角度変更時において、各支持体に凹凸形状の何コマ分の角度変更を行うべきかを確認しながら作業できるので、すべての砥石セグメントの規則的な角度変更を、正確かつ容易に行うことができる。
【００１８】
また、図３には支持体１の固定手段に関する形態も示される。支持体１は、台金上の設置穴６に所望の自転方向角度で挿入された後、ボルト等の固定手段により固定される。固定手段がボルト固定であれば、図３（ａ）のように支持体の底面部に雌ねじ穴９を穿設し、ここに台金の裏面（ホイールの横方向）を通じてボルトを螺入する固定方法、あるいは同図（ｂ）のように胴体部に横溝１０を形成し、ここに台金の外周部（ホイールの縦方向）から螺入されるボルト先端部を当接させて固定する方法などが挙げられる。ボルト固定によれば、支持体１を台金２から着脱自在に固定できる点で、接着材等を使用するより便利である。また、前記固定手段により着脱自在な支持体１は、研削完了後に砥石セグメント部を除去すれば再利用も可能である。なお、上記の固定手段に関する構成は例示であり、本発明は、支持体の固定方法や固定位置等によって特に限定されるものではない。
【００１９】
図４は、支持体１の別の実施形態を示す。この支持体１は、同図（３）に示すように底面部に自転軸Ｙを中心とした所定ピッチの凹凸形状５ａが形成されている。図示しないが、台金上の設置面（設置穴内の底面でもよい）にも、前記支持体の底面部の凹凸形状５ａと噛み合う同様の凹凸形状が形成される。典型的な凹凸形状は、図４（３）に示した通り、自転軸Ｙを中心として放射状に並ぶ半径方向の溝である。
【００２０】
図４の支持体１も、既述の形態例と同様に自転方向Ｘを凹凸形状により規制して固定することができ、所定の角度ピッチに従い所望の設置角度を選択することができる。また、角度ピッチの設定は凹凸形状のピッチを変更することにより規定することが可能であること、位置確認用の基準刻印７等を設けることにより角度調整が容易になること、および雌ねじ穴９で固定され着脱自在である等の利点は、既述の形態例と同様である。
【００２１】
本実施形態における砥石セグメントの角度調整の方法は様々である。当業者は、砥石セグメントの配列について様々な角度や規則性（角度の変更パターン）をテストし、シリコンウエハーの研削方法や研削条件に最も適した態様を見出すことができるであろう。例えば、図５に示すように各砥石セグメントを同じ方向に同じ角度で変更してもよいし、後述の実施例（図７および図８参照）に示すように隣接する砥石セグメントの角度を交互に変えてジグザグ型に配置してもよい。
【００２２】
なお、本実施態様において凹凸形状５ａ，５ｂはねじ山様であるが、このような構成に限らず、波型でもよいし、多角形でもよい。本発明に使用される凹凸形状は、支持体の自転方向Ｘに沿って反復される規則的な鍵形状によって自転方向Ｘをロック可能であるなら、いかなる形状であってもよい。
【００２３】
本発明のカップ状セグメント型砥石を製造するにあたり、砥石セグメントを支持体に固定する手順としては、各セグメント型砥石片を製作し、これらを１つ１つ支持体上に接着してもよいし、支持体の配列に適合するリング状砥石を製作し、これを支持体の配列に対し一度に接着し、その後、隣接する支持体にある間の余分なセグメントを切り落とすことにより形成してもよい。いずれの方法でもよいが、砥石セグメントの初期位置決めの正確さ、製造の手間を考慮するとリング状砥石からの製造が望ましい。
【００２４】
砥石セグメントに使用される砥石部の構成は、当該技術分野の常法に従い、シリコンウエハ−の面研磨に適するように且つ要求される研削条件等に基づいて当業者により決定される。例えば、砥石の組成については、当業者の選択範囲及び一般的な製造可能範囲を考慮して適宜設計する。使用する砥材、結合剤及び組成設計については研削条件等に基づいて適宜選択する。
【００２５】
一般に砥材は、CBN砥粒、ダイヤモンド砥粒、溶融アルミナ系砥粒、ゾルゲルアルミナ質砥粒、炭化珪素系砥粒、アルミナ−ジルコニア系砥粒、酸化セリウム、及びシリカから１種類以上が選択される。また、結合剤は、ビトリファイド結合剤、レジノイド結合剤、メタル結合剤、電着結合剤、及びろう付け結合剤から１種類以上が選択される。また、研削条件等を考慮して砥材及び結合剤以外に充填材等も添加してもよい。
【００２６】
さらに、砥石セグメントは同じ仕様の砥石にするのが一般的であるが、異なる仕様の砥石を適宜選択して貼り付けることも可能である。
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、これらは本発明の実施可能性及び有用性を例証するものであり、本発明の構成を何ら限定する意図はない。
【実施例】
【００２７】
各砥石セグメントの角度を変更して研削テストを行い、シリコンウエハー中心部の凹凸の状態を観察した。砥石セグメントに設定される角度は、図６に示すように支持体の配列円に対する接線からのθ°として規定した。
実施例１：図７に示すように、ジグザグ配置となるようにθを角度±１０°とし、隣接する砥石セグメントが互いに１６０°の角度で向き合う形態とした。
実施例２：図８に示すように、ジグザグ配置となるようにθを角度±１５°とし、隣接する砥石セグメントが互いに１５０°の角度で向き合う形態とした。
実施例３：図９に示すように、θを角度ゼロとし、砥石セグメントの研磨面をほぼ真円とした。
【００２８】
テスト用砥石の製造手順
砥石セグメントの仕様は、砥材としてダイヤモンド砥粒１００重量部（粒度はＭＰ４／６μｍ）、充填剤として酸化セリウム（平均粒径０．８μｍ）１６６重量部、結合剤としてフェノール樹脂１４１重量部を使用し、硬化後に砥粒体積率１１．２５％、充填剤体積率１５．０％、結合剤体積率３３．７５％、気孔体積率４０．０％となるように調製されたレジノイド砥石である。
【００２９】
その砥石部の製造において、上記のようにダイヤモンド砥粒及び粉末状のフェノール樹脂を所定重量計量し、均一に混合した後、成型寸法外周２０１ｍｍ、高さ５．５ｍｍ、内周１９７ｍｍのリング状砥石を形成し、１８０℃９０分にてホットプレスを行うことによって前記レジノイド砥石を作製した。
【００３０】
使用するカップ状砥石の構成は、図１および図４の形態に倣い、砥石セグメントおよび支持体のユニットを３０個設置できるものを用意した。その台金上に仮止めされた支持体列の上に、上記のように作製されたリング状砥石を有機系樹脂を使用して均一に接着した。その後、支持体間の砥石部を簡易式切断機で切断し、１枚のテスト用のカップ状セグメント型砥石を製作した。
【００３１】
上に示した３種の実施例を行うにあたり、上記の１枚の砥石を使用して、テスト毎にセグメント角度θを変更した。すなわち、１つのセグメント角度について研削テストが完了した後、別のセグメント角度に変更して次の研削テストが行われた。
【００３２】
研削テストでは、シリコンウエハーの中心部の研磨状態を評価指標とした。そのために小坂研究所社製の面粗度計を使用し、シリコンウエハーの直径方向において中心部の前後２５ｍｍを走査して面粗度を測定した。
【００３３】
研削条件
【００３４】
【表１】
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【００３５】
テスト結果
図１１〜１３は、それぞれ実施例１〜３のセグメント角度にした砥石を使用して研削されたシリコンウエハーの直径方向における面粗度を示す線図である。θ＝０の実施例３の砥石では、シリコンウエハー中心部に約０．４μｍの凹みが見られる。しかし、θ＝±１０の実施例１では中心部の凹みが実施例３の半分以下となった。さらにθ＝±１５の実施例２では中心部の凹みがほぼ解消しており、シリコンウエハー面に極めて均一な面研磨が行われたことが分かる。すなわち、本実施例の研削条件では、θ＝１５°が最適の研削条件であることが分かった。
【００３６】
従来の砥石では、前記のような最適条件を見出すのに少なくとも３枚の砥石が必要であるが、本発明では１枚の砥石でセグメント角度を変更することにより最適条件を求めることができた。すなわち、本発明の砥石によれば、複数の砥石セグメントでの加工角度を微少量でかつ規則的に変更することが容易であるので、砥石製作コストの削減及び製作時間の短縮が可能である。また本発明によれば、実施例１及び実施例２のように様々なセグメント角度θを任意に設定でき、シリコンウエハーの面研磨における研削条件について選択の幅が拡がる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態のカップ状セグメント型砥石の概略構成を示し、（１）は平面図、（２）は側面図である。
【図２】本実施形態に係る位置決め機構の概略構成を示し、（１）は砥石セグメントを有する支持体、（２）は設置穴の拡大図である。
【図３】固定手段が異なる形態１および２を示す支持体の側面図と底面図である。
【図４】本実施形態に係る他の位置決め機構に使用される支持体の平面図、側面図および底面図である。
【図５】本実施形態のカップ状セグメント型砥石において、砥石セグメントの角度調整の態様例を示す正面図である。
【図６】実施例のカップ状セグメント型砥石に関し、セグメント角度θを説明するための模式図である。
【図７】実施例１のカップ状セグメント型砥石におけるセグメント角度を示す模式図である。
【図８】実施例２のカップ状セグメント型砥石におけるセグメント角度を示す模式図である。
【図９】実施例３のカップ状セグメント型砥石におけるセグメント角度を示す模式図である。
【図１０】実施例１のカップ状セグメント型砥石での研削テストの結果を示す面粗度の線図である。
【図１１】実施例２のカップ状セグメント型砥石での研削テストの結果を示す面粗度の線図である。
【図１２】実施例３のカップ状セグメント型砥石での研削テストの結果を示す面粗度の線図である。
【図１３】カップ状セグメント型砥石を用いたシリコンウエハー面研磨の方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  支持体
２  台金
３  砥石セグメント
３ａ  砥石セグメントの研磨面
４  台金の孔部
５ａ，５ｂ  凹凸形状
６  支持体の設置穴
７，８  基準刻印
９  ボルト固定用の雌ねじ穴
１０  ボルト固定用の横溝
Ｘ  自転方向
Ｙ  自転軸
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006015414.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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