(57)【要約】【課題】真円度が十分でない薄板状ワークを研磨する場合であっても、それに起因するワークの割れを防止することができる薄板状ワーク外周部加工装置を提供する。【解決手段】ワークＷの外周部に倣って移動可能な可動支持台５と、一方に回転軸を有し、その反対側に研磨面を有する砥石１１を有し可動支持台５に支持された研磨装置６と、可動支持台５に設けられて研磨装置６を砥石軸方向に移動させる移動手段９と、可動支持台５に設けられて研磨装置６を砥石１１がワークＷ外周部に弾性力によって接するように付勢する付勢手段１０と、ワークＷが設置されるとともにワークＷの被研磨部を研磨面に供給するワーク設置手段３とを備えている。砥石軸１２は、ワークＷの面に直交する面内で揺動中心軸４回りに揺動可能とされている。【選択図】　　図１
2004050345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状ワークの外周部を所定形状に研磨する薄板状ワーク外周部加工装置であって、ワークの外周部に倣って移動可能な可動支持台と、一方に回転軸を有し、その反対側に研磨面を有する砥石を有し可動支持台に支持された研磨装置と、可動支持台に設けられて研磨装置を砥石軸方向に移動させる移動手段と、可動支持台に設けられて研磨装置を砥石がワーク外周部に弾性力によって接するように付勢する付勢手段と、ワークが保持されるとともにワークの被研磨部を研磨面に供給するワーク保持手段とを備えていることを特徴とする薄板状ワーク外周部加工装置。
【請求項２】
可動支持台は移動手段の移動方向に直交しかつワークと平行な基準軸を有し、可動支持台は少なくとも基準軸を中心に揺動可能になされていることを特徴とする請求項１記載の薄板状ワーク外周部加工装置。
【請求項３】
前記基準軸を平行移動可能にした２次元移動手段ならびに制御手段をさらに有し、制御手段は２次元移動手段ならびに可動支持台を制御可能であり、前記基準軸の移動ルートはワーク外周面の厚み方向断面の仕上げ形状に従い定められ、２次元移動手段上の前記基準軸の位置に応じた移動方向ならびに揺動範囲を定めていることを特徴とする請求項２記載の薄板状ワーク外周部加工装置。
【請求項４】
前記基準軸はワークの中心面を含む面内にあって固定されていることを特徴とする請求項２記載の薄板状ワーク外周部加工装置。
【請求項５】
ワークは、ワークの表面が面取りされて形成された断面直線状の表面チャンファ部、ワークの裏面が面取りされて形成された断面直線状の裏面チャンファ部、およびこれらの間にあって最も径が大きい断面曲線状の外周部を有しており、可動支持台上に支持された研磨装置が外周部研磨用となされるとともに、固定支持台上に支持されて表面および裏面チャンファ部を研磨する１対の研磨装置をさらに備えている請求項１〜４までのいずれかに記載の薄板状ワーク外周部加工装置。
【請求項６】
可動支持台上に支持された研磨装置が２つ以上設けられるとともに、固定支持台上に支持された研磨装置が２対以上設けられている請求項５記載の薄板状ワーク外周部加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハ、ガラス基板、電子材料ウェハなどの外周部を加工する際に使用される薄板状ワーク外周部加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハの加工工程においては、円板状とされたウェハの外周部の角部を面取りする工程、面取り部（以下、チャンファ部と称す）を含む外周部を研磨する工程および外周部を鏡面仕上げする工程が必要とされている。
【０００３】
チャンファ部を含む外周部を加工する工程で使用される外周部加工装置として、例えば、砥石軸がワークの中心軸と平行でかつ外周部が研磨面とされた砥石を有する研磨装置と、研磨装置を砥石軸方向に移動させる縦方向移動手段としての送りねじと、研磨装置を砥石軸と直交する方向に移動させてワークに接近離隔させる横方向移動手段としてのシリンダとを備えているものが知られている。この加工装置では、送りねじを操作して砥石の外周面をウェハの外周面に対向させ、さらに、シリンダを操作して砥石の外周面をウェハの外周面に接触させた状態で、砥石を回転させることにより、ウェハの外周面が砥石の外周面に対応した形状に研磨される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の加工装置で研磨される円板状半導体ウェハは、真円ではなく、真円度のばらつきも大きいことから、砥石による研磨中にウェハが割れることが多く、改良が要望されている。
【０００５】
この発明の目的は、真円度が十分でない薄板状ワークを研磨する場合であっても、それに起因するワークの割れを防止することができる薄板状ワーク外周部加工装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による薄板状ワーク外周部加工装置は、薄板状ワークの外周部（の厚み方向断面を所定範囲内において）を所定形状に研磨する薄板状ワーク外周部加工装置であって、ワークの外周部に倣って移動可能な可動支持台と、一方に回転軸を有し、その反対側に研磨面を有する砥石を有し可動支持台に支持された研磨装置と、可動支持台に設けられて研磨装置を砥石軸方向に移動させる移動手段と、可動支持台に設けられて研磨装置を砥石がワーク外周部に弾性力によって接するように付勢する付勢手段と、ワークが保持されるとともにワークの被研磨部を研磨面に供給するワーク保持手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
研磨されるワークは、円形のウェハであってもよく、また、方形のガラス基板であってもよい。ワーク保持手段は、ワークを保持するとともに、ワークが円形の場合には、ワークを回転させることにより、また、ワークが方形の場合には、ワークを直進させることにより、ワークの被研磨部を研磨面に供給する。
【０００８】
砥石の形状は、例えば、研磨面が平らな板状とされるが、研磨面は凹面または凸面とされてもよい。
【０００９】
ワークは、例えば、真空チャックなどのワーク保持手段によって垂直状に保持され、可動支持台は、例えば、垂直方向の軸を基準として揺動可能とされる。研磨装置を軸方向に移動させる手段としては、リニアガイド、揺動軸、平行リンクなどが適宜使用される。研磨装置を砥石がワーク外周部に弾性力によって接するように付勢する付勢手段としては、圧縮コイルばねなどのばねのほか、力制御されたモータやリニアモータなどの機構でもよく、また、滑車におもりを吊して一定の力で押圧してもよく、自重で押すようにしてもよい。自重で押す場合には、適宜カウンタウェイトが設けられる。ばねで付勢する場合には、ばねの長さすなわち弾性力を変更可能なようにし、設定した一定の力を掛けるようにすることが好ましい。
【００１０】
可動支持台は移動手段の移動方向に直交しかつワークと平行な基準軸を有し、可動支持台は少なくとも基準軸を中心に揺動可能になされていることが好ましい。
【００１１】
基準軸は可動支持台の移動時の基準であり、基準軸という語は、可動支持台が揺動中心軸（現実の基準軸）の回りに揺動可能なように取り付けられている場合の基準軸のほか、軌道等により移動させられる際の揺動中心軸（仮想の基準軸）も含むものとする。
【００１２】
基準軸は、ワークの中心面を含む面内にあって固定されていることがあり、また、移動可能とされていることもある。ワークの被研磨部の形状が直線部および曲線部からなる場合には、曲線部は、基準軸が停止した状態で可動支持台が揺動させられることにより研磨され、直線部では、可動支持台が揺動することなく研磨が行われ、曲線部の研磨から直線部の研磨への移行時またはこの逆の移行時には、基準軸が移動させられる。
【００１３】
この発明による薄板状ワーク外周部加工装置において、前記基準軸を平行移動可能にした２次元移動手段ならびに制御手段をさらに有し、制御手段は２次元移動手段ならびに可動支持台を制御可能であり、前記基準軸の移動ルートはワーク外周面の厚み方向断面の仕上げ形状に従い定められ、２次元移動手段上の前記基準軸の位置に応じた移動方向（の方位角）ならびに揺動範囲を定めていることがある。
【００１４】
この発明の薄板状ワーク外周部加工装置によると、移動手段によって研磨装置を砥石軸方向に移動させるとともに、可動支持台をワークの外周部の厚み方向断面に倣って移動させることにより、円盤状砥石表面の研磨面によってワークが研磨される。この際、研磨装置は、砥石がワーク外周部に弾性力によって接するように付勢手段によって付勢されるので、ワーク外周部をある範囲の力で押し付けながらその外周部に沿って研磨することができ、ワークの真円度が十分でない場合でも、ワークが割れることなく研磨が施される。
【００１５】
研磨装置は、上記の研磨装置が１つだけであってもよいが、ワークが、ワークの表面が面取りされて形成された断面直線状の表面チャンファ部、ワークの裏面が面取りされて形成された断面直線状の裏面チャンファ部、およびこれらの間にあって最も径が大きい断面曲線状の外周Ｒ部を有している場合には、可動支持台上に支持された研磨装置が外周部研磨用となされるとともに、固定支持台上に支持されて表面および裏面チャンファ部を研磨する１対の研磨装置をさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
また、可動支持台上に支持された研磨装置が２つ以上設けられるとともに、固定支持台上に支持された研磨装置が２対以上設けられているようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１８】
図１から図５までは、この発明の薄板状ワーク外周部加工装置の実施形態を示している。図１は、正面図を、図２は、平面図をそれぞれ示している。以下の説明において、左右は図１の左右をいうものとする。
【００１９】
この発明の薄板状ワーク外周部加工装置（１）は、円形または方形の薄板状ワーク（Ｗ）の外周部を所定形状に研磨する装置であって、ワーク（Ｗ）を垂直状に保持するワーク保持手段としての真空チャック（３）と、水平基台（２）上に支持された垂直軸（４）に垂直軸回りに揺動可能に取り付けられた可動支持台（５）と、可動支持台（５）に支持された外周Ｒ部研磨装置（６）と、水平基台（２）上に固定された固定支持台（７）に取り付けられた１対のチャンファ部研磨装置（８）（８）と、可動支持台（５）に設けられて外周Ｒ部研磨装置（６）を砥石軸方向に移動させる移動手段（９）と、可動支持台（５）に設けられて外周Ｒ部研磨装置（６）を砥石軸方向のワーク（Ｗ）に接近する向きに付勢する付勢手段（１０）とを備えている。
【００２０】
真空チャック（３）は、公知のもので、図示した円形のワーク（例えば半導体ウェハ）（Ｗ）よりも小さい円形の吸着面（３ａ）を有しており、その中心軸（３ｂ）は、真空チャック（３）に内蔵された駆動装置（図示略）により回転させられるようになされている。
【００２１】
ワーク（Ｗ）は、ワーク（Ｗ）の表面が面取りされて形成された断面直線状の表面チャンファ部（Ｗａ）、ワーク（Ｗ）の裏面が面取りされて形成された断面直線状の裏面チャンファ部（Ｗｂ）、およびこれらの間にあって最も径が大きい断面曲線状の外周Ｒ部（Ｗｃ）を有している。
【００２２】
可動支持台（５）を揺動させる基準軸となる垂直軸（４）は、基台（２）下部に設けられた回転装置（図示略）によって回転させられるもので、可動支持台（５）の右端部は、この垂直軸（４）に固定されている。垂直軸（４）の軸線は、ワーク（Ｗ）の中心面を含む面内にあって砥石軸と直交するように位置させられている。ここで、ワーク（Ｗ）の中心面とは、ワーク（Ｗ）の厚み方向の中心、つまり、表面と裏面の中間の面を指すものとする。
【００２３】
外周Ｒ部研磨装置（６）は、表面が研磨面（１１ａ）とされている円盤状砥石（１１）、この砥石（１１）が先端部に取り付けられた水平な砥石軸（１２）、砥石軸（１２）を回転させる回転駆動部（図示略）、および回転駆動部を内蔵したケース（１６）などからなる。外周Ｒ部研磨装置（６）を支持している可動支持台（５）が垂直軸回りに揺動させられることにより、外周Ｒ部研磨装置（６）の砥石（１１）は、図３に示すように、ワーク（Ｗ）の外周Ｒ部（Ｗｃ）に径方向外側から当てられる位置（図３に実線で示す）、表面チャンファ部（Ｗａ）と外周Ｒ部（Ｗｃ）の境界部分に径方向に対して斜めから当てられる位置（図３に二点鎖線で示す）、および裏面チャンファ部（Ｗｂ）と外周Ｒ部（Ｗｃ）の境界部分に径方向に対して斜めから当てられる位置（図３に同じく二点鎖線で示す）を通って移動することができる。
【００２４】
砥石軸（１２）は、揺動中心軸となっている垂直軸（４）が直交する平面（したがって、この例では水平面）内に存在するが、図２および図３では、砥石軸（１２）の方向が垂直軸（４）と交差する場合を示している。
【００２５】
チャンファ部研磨装置（８）は、外周Ｒ部研磨装置（６）と同じ構成とされており、表面が研磨面（１７ａ）とされている円盤状砥石（１７）、この砥石（１７）が先端部に取り付けられた水平な砥石軸（１８）、回転駆動部内蔵のケース（１９）などを有している。チャンファ部研磨装置（８）は、固定支持台（７）で支持されるため、図１、図２および図４に示すように、断面直線状の表面チャンファ部（Ｗａ）および裏面チャンファ部（Ｗｂ）に、角度（θ）が固定された状態で、被研磨面に対して砥石（１７）の研磨面を平行に当てられるようになされている。
【００２６】
各研磨装置（６）（８）の砥石は、砥粒を弾性材料で保持した砥石（弾性砥石）、例えば、ダイヤモンド砥粒とフッ素樹脂からなる固定砥粒砥石（ＦＤ砥石）とされている。
【００２７】
外周Ｒ部研磨装置（６）には、ブラケット（２１）がその下端部を研磨装置（６）の下方に突出させるように固定されており、このブラケット（２１）の下端部に、水平状のばね受け部材（２２）が設けられている。ばね受け部材（２２）の下方に、水平状の脚部材（２３）が設けられている。移動手段（９）は、研磨装置（６）に設けられている脚部材（２３）が可動支持台（５）上面に設けられたガイドレール（２４）にスライドボール（２５）を介して移動自在に嵌め入れられたリニアガイドとされている。
【００２８】
付勢手段（１０）は、可動支持台（５）の左端部上面に設けられて右端面が研磨装置（６）のばね受け部材（２２）の左端面に当てられている水平状のばね支持軸（２６）と、ばね支持軸（２６）の右部に嵌められたコイルばね（２７）と、ばね支持軸（２６）の左部に設けられたおねじ部にねじ合わされた付勢力調整用ナット（２８）とを有している。コイルばね（２７）の右端は、外周Ｒ部研磨装置（６）のばね受け部材（２２）の左端に設けられたばね受け部で受け止められ、コイルばね（２７）の左端は、ナット（２８）の右端面で受け止められている。
【００２９】
図示省略したが、チャンファ部研磨装置（８）を支持する固定支持台（７）にも、研磨装置（８）を砥石軸方向に移動させる移動手段および研磨装置（８）を砥石軸方向のワーク（Ｗ）に接近する向きに付勢する付勢手段が設けられている。
【００３０】
この薄板状ワーク外周部加工装置（１）によると、チャンファ部研磨装置（８）の円盤状砥石（１７）表面の研磨面（１７ａ）をワーク（Ｗ）の表面チャンファ部（Ｗａ）および裏面チャンファ部（Ｗｂ）に当てることによってチャンファ部（Ｗａ）（Ｗｂ）が研磨され、外周Ｒ部研磨装置（６）を移動手段（９）によって砥石軸方向のワーク（Ｗ）に近づく向きに移動させるとともに、可動支持台（５）を垂直軸（４）の回りに揺動させることにより、円盤状砥石（１１）表面の研磨面（１１ａ）によってワーク（Ｗ）の外周Ｒ部（Ｗｃ）が研磨される。この際、ワーク（Ｗ）の外周面に砥石（１１）が外方から当てられる各研磨装置（６）（８）は、砥石（１１）がワーク外周Ｒ部（Ｗｃ）に弾性力によって接するように付勢手段（１０）によって付勢されるので、ワーク外周Ｒ部（Ｗｃ）をある範囲の力で押し付けながらその外周面に沿って研磨することができ、ワーク（Ｗ）の真円度が十分でない場合でも、ワーク（Ｗ）が割れることなく研磨が施される。
【００３１】
図１および図２に示した例では、可動支持台（５）の垂直軸（４）（基準軸）は、ワーク（Ｗ）の中心面を含む面内にあって、研磨装置（６）の砥石軸（１２）の軸線と直交しているため、砥石（１１）とワーク（Ｗ）とが接触する部分（Ｃ１）は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、正面から見て砥石軸（１２）の軸線を通る垂直軸方向の直径部分に位置しているが、砥石（１１）とワーク（Ｗ）とが接触する部分（Ｃ２）は、砥石軸（１２）を垂直軸（４）と直交する平面内において垂直軸（４）と交差しないようにすることで、図６（ａ）（ｂ）に示すように、正面から見て砥石軸（１２）の軸線を通る直径部分に位置せずに、偏心位置にあってもよい。また、砥石（１１）とワーク（Ｗ）とが接触する部分を研磨中に連続的または断続的に変化させるように、砥石軸（１２）の軸線が平行移動するようにしてもよい。砥石軸の（１２）の軸線の平行移動は、チャンファ部研磨装置（８）でも行ってもよく、この場合には、傾斜角度を一定に保つように、砥石軸（１８）の軸線が平行移動される。
【００３２】
また、移動手段（９）は、リニアガイドに代えて、図７（ａ）に示すように、砥石（１１）を有する研磨装置（６）が一端部に取り付けられた揺動軸（３１）を他端部を中心として揺動させるものとしてもよく、また、移動手段（９）は、長さが同じで、かつ、互いの一端が研磨装置（６）（８）に、他端が基台（２）にピン結合され、互いに平行を保って前記ピンを軸に回転する平行リンク機構（３３）を使用、例えば、図７（ｂ）に示すように、研磨装置（６）に固定される水平棒（３３ａ）、基台（２）に固定される水平棒（３３ｂ）および両水平棒（３３ａ）（３３ｂ）にそれぞれピン結合された１対の連結棒（３３ｃ）よりなる平行リンク機構（３３）を使用し、砥石（１１）を有する研磨装置（６）が一端部に取り付けられた平行リンク機構（３３）を他端部を基準として平行移動させるものでもよい。いずれの場合でも、付勢手段としてのばね（３２）（３４）が設けられる。
【００３３】
なお、上記の実施形態では、揺動可能な外周Ｒ部研磨装置（６）１つと固定状のチャンファ部研磨装置（８）１対とを設けているが、研磨装置の配置はこれに限られるものではない。例えば、研磨装置は、揺動可能なもの（６）が１つだけでもよく、この場合には、揺動可能な研磨装置（６）の砥石（１１）がチャンファ部（Ｗａ）（Ｗｂ）研磨位置で所定の時間停止させられるとともに、外周Ｒ部（Ｗｃ）の研磨は連続して行われるように、タイマーが設定される。
【００３４】
また、可動支持台（５）に支持された研磨装置（６）が２つ以上設けられるとともに、固定支持台（６）上に支持された研磨装置（８）が２対以上設けられているようにしてもよい。この場合に、各研磨装置（６）（８）で使用される砥石（１１）（１７）は、同じものが使用されてももちろんよいが、揺動可能な研磨装置（６）１つまたは２つと固定状の研磨装置（８）２対を１つのセットとして構成し、第１のセットと第２のセットとで、砥石（１１）の粗さが異なるようにし、第１のセットで粗−中仕上げを行った後、第２のセットでは砥石粗さを変更することによって鏡面仕上げを行うようにしてもよい。さらにまた、固定状の研磨装置（８）は、上記実施形態では、ワーク（Ｗ）のチャンファ部を研磨するようになされているが、外周部の角部を面取りするために使用することもでき、複数対の固定状の研磨装置（８）のうちの１対で面取り用の砥石とすることによって、面取りと仕上げとを同じ加工装置によって行うこともできる。
【００３５】
なお、上記例にとらわれることなく、各研磨装置（６）（８）間で砥石の粗さ、砥粒を保持する弾性材料の弾性程度の違い、大きさや、加工運転条件を様々に組み合わせて行うことができる。
【００３６】
基準軸は、仮想的なものであってよく、その軸と直交する平面において、その軸を中心とした円弧上に軌道を設け、その軸を中心に砥石軸が揺動可能に可動支持台（５）を構成するなどしてもよい。
【００３７】
また、上記において、ワーク外周部加工装置（１）を円形のウェハを回転させながら研磨する装置として説明したが、この加工装置（１）は、方形のガラス基板の外周部を研磨する際にも使用可能であり、この場合には、ガラス基板が水平方向に移動させられて、その移動方向の上下両側に水平方向に所定間隔をおいて配置された複数の研磨装置（６）（８）の砥石（１１）（１７）によって研磨される。
【００３８】
本実施の形態では、装置設置の基準を水平面として水平や垂直等表現をとっているがこれに限るものではなく、装置設置の基準が水平以外になれば、それに対応してそれぞれの方向性に関する表現が変わることは言うまでもない。
【００３９】
さらにまた、上記においては、ワーク（Ｗ）外周部が断面直線状の表裏面チャンファ部（Ｗａ）（Ｗｂ）および断面曲線状の外周Ｒ部（Ｗｃ）からなる場合の加工装置についてだけ説明したが、上記外周部加工装置に若干の変更を加えることによって、ワーク（Ｗ）外周部の種々の形状に対応することができる。例えば、外周部加工装置は、ワーク外周部の異なる形状に対応するために、基準軸を平行移動可能にした２次元移動手段ならびに制御手段をさらに有し、制御手段は２次元移動手段ならびに可動支持台を制御可能であり、基準軸の移動ルートはワーク外周面の厚み方向断面の仕上げ形状に従い定められ、２次元移動手段上の前記基準軸の位置に応じた移動方向の方位角ならびに揺動範囲を定めているように構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による薄板状ワーク外周部加工装置を示す正面図である。
【図２】この発明による薄板状ワーク外周部加工装置を示す平面図である。
【図３】ワークの外周部の研磨状態を示す拡大平面図である。
【図４】ワークのチャンファ部の研磨状態を示す拡大平面図である。
【図５】ワークと砥石の接触部分を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】ワークと砥石の接触部分の異なる例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】移動手段の変形例を示す拡大正面図である。
【符号の説明】
（１）　　　薄板状ワーク外周部加工装置
（４）　　　垂直軸（基準軸）
（５）　　　可動支持台
（６）　　　外周Ｒ部研磨装置
（７）　　　固定支持台
（８）　　　チャンファ部研磨装置
（９）　　　移動手段
（１０）　　付勢手段
（２７）　　ばね
【図１】
2004050345.tif 000003
【図２】
2004050345.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004050345.tif 000007
【図６】
2004050345.tif 000008
【図７】
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