(57)【要約】【課題】  本発明はウェハ等の基板の表面を鏡面に仕上げる基板の表面加工方法及び表面加工装置に関し、小さなエネルギーでありながら高効率で精度の高い基板の表面処理を行うことを課題とする。【解決手段】  バイトを用いて被加工物となるウェハ等の表面を加工する基板の表面加工方法及び表面加工装置にあって、バイトと基板表面の相対加工速度をｖとし、基板を構成する構成材料の圧縮応力波の最高横伝播速度をｃ２とした場合、バイトと基板表面の相対加工速度ｖがｖ≧ｃ２となるような速度で表面加工することを特徴とするものである。また、基板がシリコンの場合、基板を構成する構成材料の圧縮応力波の最高伝播速度をｃ１としたときに、バイトと基板表面の相対加工速度がｖ≧０．７×ｃ１となるような速度で表面加工することを特徴とするものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイトを用いて被加工物となる基板の表面加工において、バイトと被加工物である基板表面との相対加工速度をｖとし、基板表面の構成材料の圧縮応力波の最高横波伝播速度をｃ２とした場合、相対加工速度ｖをｖ≧ｃ２となるような速度で加工することを特徴とする基板の表面加工方法。
【請求項２】
前記バイトと前記基板表面の相対加工速度をｖとし、前記基板表面の構成材料の圧縮応力波の最高伝播速度をｃ１とした場合、ｖ≧０．７×ｃ１なる相対加工速度ｖで前記基板の表面を加工することを特徴とする基板表面加工方法。
【請求項３】
前記バイトを回転させるとともに被加工物となる前記基板を取付けた基板取り付け台を前記バイトとは逆方向に回転させることによって、バイトと被加工物である基板表面の相対加工速度を請求項１および請求項２に記載の相対加工速度ｖを達成する表面加工装置。
【請求項４】
被加工物となる前記基板を取付ける取付け面とバイトの回転軸を垂直よりやや傾ける構造をもつことを特徴とする表面加工装置。
【請求項５】
加工エリアを格子状且つ鎖状の構造物で覆い、その構造物表面を常時液体で濡らしておくことを特徴とする表面加工装置。
【請求項６】
前記鎖状構造物の表面を常時濡らしておく液体を泡状にしたことを特徴とする表面加工装置。
【請求項７】
前記鎖状構造物の表面を常時濡らしておく液体により、切り粉を回収する機能を持つこと特徴とする表面加工装置。
【請求項８】
加工エリアを覆う格子状且つ鎖状の構造物に衝撃吸収用のダンパーを設けたことを特徴とする表面加工装置。
【請求項９】
バイトの冷却及び被加工物の冷却を、バイトの回転エリア全面及び被加工物の回転エリア全面に、冷却媒体の雰囲気を作り出して行うことを特徴とする表面加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は基板の表面加工方法および基板の表面加工装置に係わり、特にシリコンウェハ等の基板表面を鏡面に仕上げる基板の表面加工方法および基板の表面加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来シリコンウェハの表面を鏡面加工する方法としては、研削およびポリッシングを用いる方法が一般的である。具体的には先ずスライシングされたウェハを機械研削装置にセットし、シリコンウェハの表面を所定の表面粗さまで研削加工する。研削加工されたシリコンウェハは研削装置から取り外され、続いてポリッシング装置にセットされる。ポリッシング装置では、シリコンウェハの表面に対し機械化学的研磨を実施する。これら二つの工程によりシリコンウェハの表面は鏡面に加工される。【０００３】  バイトを用いて被加工物を切削する加工においては、バイトによる切削加工速度をｖとし、被加工物の構成材料の圧縮応力波の最高横波伝播速度をｃ２とした場合、切削加工速度ｖをｖ≧ｃ２となるような速度で加工をすると、被加工物の切削された表面が鏡面になることは良く知られている。しかしながら、バイトのみの運動又は被加工物のみの運動によって上記切削加工速度ｖを達成するのは大きなエネルギーを必要とするだけでなく、高速回転を達成するための高度機構が必要で高価になること、回転刃の遠心力に耐える強度的配慮が必要である。ｃ２に近づくにつれて上記の問題は指数関数的に増大する。【０００４】  バイトを用いて被加工物を切削する加工においては、バイトによる切削加工速度をｖとし、被加工物の構成材料の圧縮応力波の最高伝播速度をｃ１とした場合、切削加工速度ｖをｖ≧０．７×ｃ１となるような速度で加工をすると、被加工物の切削された表面が鏡面になることも良く知られている。しかしながら、バイトのみの運動又は被加工物のみの運動によって上記切削加工速度ｖを達成するのは大きなエネルギーを必要とするだけでなく、高速回転を達成するための機構が高価になること、回転刃の遠心力に耐える強度的配慮が必要である。０．７×ｃ１に近づくにつれて上記の問題は指数関数的に増大する。
【本発明が解決しようとする課題】
【０００５】  前述のごとくシリコンウェハ表面の鏡面加工は、研削およびポリッシングで行われている。しかしながらこの方法は加工工程が二工程必要なうえに、加工時間が長時間を要するという問題がある。ポリッシング処理は柔らかいパッドを回転させ、エッチング液に研磨剤を分散させた機械化学的研磨加工のためバイトを用いた切削加工装置に比べて構造が複雑であり、高額な装置となっている。さらに大きな欠点として、ポリッシング加工はパッドの柔らかさとエッチングの加工特性から、パターニングされた基板表面は凸凹になりやすく高度な平坦加工が難しい。本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、小さな消費エネルギーでありながら優れた加工効率で精度が高く平坦性の高い基板表面処理を行いうる基板の表面加工方法および表面加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、上記の課題を解決するために、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。本発明の要旨は、バイトを用いて被加工物となる基板の表面加工において、バイトと基板の両方を運動させることによる相対運動速度をもって鏡面加工が出来得る加工速度を達成し、基板の表面を鏡面に加工する表面加工方法および表面加工装置である。バイト運動速度ｖ１、被加工物運動速度ｖ２とすると、（ｖ１＋ｖ２）≧０．７×ｃ１の条件を満足すればよく、仮にｖ１＝ｖ２であれば（１／２）ｖとなり、前述のｃ２または０．７×ｃ１に近づくことによる指数関数的な問題は回避される。ｖ１とｖ２の速度比率は自由に設定できることは言うまでもない。
【０００７】  即ち、請求項１の発明はバイトを用いて被加工物となる基板の表面加工において、バイトと被加工物である基板表面との相対加工速度をｖとし、基板表面の構成材料の圧縮応力波の最高横波伝播速度をｃ２とした場合、相対加工速度ｖをｖ≧ｃ２となるような速度で加工することを特徴とする基板の表面加工方法である。
【０００８】  請求項２の発明は前記バイトと前記基板表面の相対加工速度をｖとし、前記基板表面の圧縮応力波の最高伝播速度をｃ１とした場合、ｖ≧０．７×ｃ１なる相対加工速度ｖで前記基板の表面を加工することを特徴とする基板表面加工方法である。
【０００９】  請求項３の発明は前記バイト回転させるとともに被加工物となる前記基板を取付けた基板取り付け台を前記バイトとは逆方向に回転させることによって、バイトと被加工物である基板表面の相対加工速度を請求項１および請求項２に記載の相対加工速度ｖを達成する表面加工装置である。
【００１０】  請求項４の発明は被加工物となる前記基板を取付ける取付け面と、バイトの回転軸とを垂直よりやや傾ける構造をもつことを特徴とする表面加工装置である。
【００１１】  請求項５は加工エリアを格子状且つ鎖状の構造物で覆い、その構造物表面を常時液体で濡らしておくことを特徴とする表面加工装置である。
【００１２】  請求項６は前記鎖状構造物の表面を常時濡らしておく液体を泡状にしたことを特徴とする表面加工装置である。
【００１３】  請求項７は前記鎖状構造物の表面を常時濡らしておく液体により、切り粉を回収する機能を持つこと特徴とする表面加工装置である。
【００１４】  請求項８は加工エリアを覆う格子状且つ鎖状の構造物に衝撃吸収用のダンパーを設けたことを特徴とする表面加工装置である。
【００１５】  請求項９はバイトの冷却を加工エリアの範囲外の領域で行うことを特徴とする表面加工装置である。
【発明の効果】
【００１６】  本発明の加工方法および加工技術は、従来の基板（シリコンウェハ）表面加工処理方法である研削及び機械化学的研磨加工に比較して、加工時間を大幅に短縮することができる。複合材によりパターニングされた基板表面に凹凸を発生させること無く良好な平坦性を実現するものである。即ち、本発明はウェハ等の表面を高い加工効率で高精度で平坦性のある基板表面処理を行うことができるという効果を生み出す。
【００１７】  請求項３に記載の発明によれば、バイトを回転させるとともに被加工物を回転させることによって請求項１および請求項２で考案したバイトと被加工物の相対加工速度ｖを達成するのである。この発明の効果はバイト単体での回転、または、被加工物単体での回転によって相対加工速度ｖを達成すのに比べて、はるかに小さなエネルギーで相対加工速度ｖを達成することができる。
【００１８】  従来のバイトを回転させて基板等の表面加工を行う基板表面加工装置では、基板表面の平坦性を確保するために、図３の従来の表面加工装置のバイトの移動距離１４に見られるようバイトの回転エリアが被加工物の加工面エリアを完全に通過するまで、バイトの回転軸または被加工物を移動させる必要があった。請求項４の発明によれば、図４の本発明に係る表面加工装置のバイト移動距離１５に見られるようバイト２の回転軸および被加工物の相対移動量は被加工物の直径とバイト２の刃２ａの大きさを合わせた距離以上であれば良いことになり、大幅な加工時間短縮という効果を生ずる。
【００１９】  高速度で切削された切り粉は高い運動エネルギーをもち尚且つ高温となって周囲に飛散する。請求項５の発明によれば、格子状の鎖で切り粉の運動エネルギーを吸収しその構造物表面を常時濡らしている液体によって切り粉の温度を低下させる効果を生ずる。
【００２０】  請求項６の発明によれば、格子状且つ鎖状の構造物の表面を濡らす液体が即座に滴り落ちることなく、適度な粘度を保って格子状且つ鎖状の構造物の表面に長時間とどまるという効果を生じ、濡らす範囲を広げるという効果を生じる、更には、液体の流量の低減という節約効果も生じる。
【００２１】  請求項７の発明によれば、表面加工装置内に飛散した切り粉を液体が搬送し所定の場所に回収し、表面加工装置内を常に清潔に保つという効果を生じる。
【００２２】  請求項８の発明によれば、格子状且つ鎖状の構造物はより大きい運動エネルギーを吸収することが可能となり、万一バイトが破損しその破片が大きな運動エネルギーを持って飛散しても十分に運動エネルギーを吸収し装置外へ破片が飛び出すことを防ぐという効果を生じる。
【００２３】  従来の表面加工装置ではバイトの冷却をするために、バイトが基板表面の切削加工をしている点に向かって液体又は気体を吹き付けている。その効果は吹き付け部分のみに限定されており、音速を超えるような加工速度には追従出来ない。請求項９の発明によればバイトの回転エリア全体及び被加工物の回転エリア全体を冷却するため、切削加工速度に依存せず高効率の冷却効果を生ずる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係わる表面加工装置の例を示す図である。
【図２】本発明に係わる表面加工装置例の平面図である。
【図３】従来の表面加工装置におけるバイトの移動量を示す図である。
【図４】本発明に係わる表面加工装置におけるバイトの移動量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】  表面加工装置１は、バイト２、バイト駆動装置３、装着機構５、装着機構駆動装置６、切り粉冷却液体８、冷却液体及び切り粉回収箱９から構成される。
【００２６】  バイト駆動装置３はガイド４に移動可能に設置されており、図示しない移動装置により水平方向（図中矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に移動する構成となっている。また、駆動装置３の移動に伴いバイト２にも水平方向（図中矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に移動する構成となっている。これにより、ウェハ１０の表面を全面にわたり鏡面加工することができる。
【００２７】  一方、バイト２と対抗する位置には、装着機構５が設けられている。この装着機構５はウェハ１０を装着する機構となっている。この装着機構５は図示しないベースに固定されており、よって装着機構５に装着されたウェハ１０も固定された状態となる。
【００２８】  また、駆動装置６によって装着機構５を回転する機構をもたせることにより、駆動装置３によって得られるバイト２の刃２ａの回転速度に、装着機構５の回転速度を加え合わせることができ、より少ないエネルギーとより簡単な回転機構と高度な回転刃剤を用いなくとも請求項１及び請求項２を満足する相対加工速度ｖを得ることができる。
【００２９】  即ち、バイト２の回転方向と装着機構５の回転方向を逆回転方向とすることにより、バイト２の刃２ａと装着機構５にセットされたウェハ１０の表面との相対加工速度を、請求項１及び請求項２を満足する相対加工速度ｖを得るものである。
【００３０】  本発明の表面加工装置において、バイト２の刃２ａのウェハ１０の表面に対する相対加工速度ｖを次のように設定する。即ち、表面加工装置１において、基板、即ちウェハ１０を構成する主要構成材料シリコンの圧縮応力波の横伝播速度をｃ２とすると、バイト２の刃２ａとウェハ表面の相対加工速度ｖをｖ≧ｃ２となるよう設定する。シリコンの横伝播速度は５，８４３ｍ／ｓであるため、バイト２の刃２ａとウェハ表面の相対加工速度ｖは従来の表面加工装置に比べて高速となる。
【００３１】  この表面加工装置１は、装着機構５に対してウェハ１０を、その表面が水平方向になるよう装着する構成となっている。よって、バイト２の送り方向も水平方向となるよう構成されている。格子状且つ鎖状の構造物７はウェハ１０の装着位置の周囲に配設されている。構造物７は表面を冷却液体（液体、又は泡状）８によって覆われている。
【００３２】  バイト２の刃２ａによりウェハ１０の表面を加工する際に発生する切り粉は、この格子状且つ鎖状の構造物７に突入させる構成となっている。
【００３３】  この表面加工装置１は、バイト２の刃２ａを高速回転させるため、発生する切り粉も高速且つ高温で飛散する。しかしながら、格子状且つ鎖状の構造物７は飛散する切り粉の運動エネルギーを奪い、跳ね返りによる更なる飛散を防止する。
【００３４】  格子状且つ鎖状の構造物７の表面を濡らしている切り粉冷却液体（液体、又は泡状）８は、突入した切り粉の熱を奪い低温にするとともに、構造物７の下部に設置された液体及び切り粉回収箱９に流れ落とす働きをする。
【００３５】  この表面加工装置１は、装着機構５に対してウェハ１０を、その表面が水平方向になるよう装着する構成となっている。ガイド４はウェハ１０に対し水平方向に移動する。ここで、バイト２を回転させる駆動装置３をガイド４に対し移動方向後方に向かって傾ける構造とする（図１のバイト駆動装置の回転軸１３）。傾ける角度θは０．０１度から１０度の間とすることが望ましい（図１の回転軸傾き角度θ）。
【００３６】  これにより、ウェハ１０に対し、バイト２の刃２ａは進行方向の最前部が一番低い位置となる。バイト２の刃２ａが最前部でウェハ１０の表面加工をすることにより、最前部より後方の位置ではバイト２の刃２ａはウェハ１０の表面に接することはない。
【００３７】  即ち、従来の表面加工機では図３のごとくバイト２の回転エリアが被加工物の加工面エリアを完全に通過するまで、バイト２の回転軸または被加工物を移動させる必要があった（図３の従来の表面加工装置のバイト移動量１４）。しかしながらバイト２を回転させる駆動装置３をガイド４に対し移動方向後方に向かって傾ける構造とすることにより、バイト２の回転軸および被加工物（ウェハ）の相対移動量はウェハ１０の直径とバイト２の刃２ａの大きさを合わせた距離以上あればよい（図４の本発明に係る表面加工装置の移動量１５）。
【００３８】  本発明の表面加工装置では、バイトの冷却及び被加工物の冷却を、バイトの回転エリア全面及び被加工物の回転エリア全面に、図示されない構造物によって冷却媒体の雰囲気を作り出す。これによりバイト及び被加工物（ウェハ）は常時冷却されたためバイトに蓄熱される熱量を大幅に減少することが出来る。
【符号の説明】
【００３９】  １        表面加工装置
２        バイト
２ａ      刃
３        バイト駆動装置
４        ガイド
５        装着機構
６        装着機構駆動装置
７        鎖
８        切り粉冷却液体
９        液体及び切り粉回収箱
１０        ウェハ（被加工物）
１１        緩衝材
１２        垂直線
１３        バイト駆動装置の回転軸
１４        従来の表面加工装置のバイト移動量
１５        本発明に係る表面加工装置のバイト移動量
１６        バイトの回転エリア
１７        被加工物の回転エリア
θ        バイトの回転軸の傾き角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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