(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状のワークの面と直角方向に研摩剤を含んだゴムホイールを回転させるスピンドル部と前記ワークのエッジへ前記ゴムホイールを押圧付勢する弾性体と該弾性体の押圧力を調節する研摩力調節機構とを設けた浮動部と、該浮動部の浮動量を調節する浮動量調節機構が取り付けられた固定部とを備え、リニアガイドを介して前記固定部に対して前記浮動部を前記ゴムホイールと前記エッジとが接近又は離脱する方向にわずかに摺動自在に構成したことを特徴とするワークのエッジの研摩装置。
【請求項２】
前記ワークは、半導体ウェーハであることを特徴とする請求項１に記載のワークのエッジの研摩装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークのエッジの研摩装置に係り、特に研摩剤を含んだゴムホイール（ＲＢＷ＝ＲＵＢＢＥＲ  ＢＯＮＤＥＤ  ＷＨＥＥＬ）を用いて研摩することによって、装置の配管を詰まらせたり、電磁弁の寿命を縮めたり、その他様々な箇所に凝着する等問題の多かったダイヤモンド砥粒を含んだスラリーを研摩剤として用いることなく、研摩による発熱を空気や水等で冷却するだけで従来通りの品質の研摩を可能にし、装置の製造コストとランニングコストの大幅な削減を可能にしたワークのエッジの研摩装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハ等のウェーハは、薄い円盤状の半導体の総称であり、通常円柱状に精製された単結晶母材から切り出され、その一表面は鏡面研摩され、種々の半導体素子がその表面上にエッチング法等により形成されるものである。一方外周のエッジについてもエッジ表面へのゴミの付着を防ぐために、研摩機によって、ダイヤモンド砥石を用いて面取り研削を行った後、バフ等の研摩板とスラリーを用いて鏡面研摩を行っている。
【０００３】
従来の研摩板はその研摩板自体に研摩能力が少ないため、スラリーに含まれている研摩剤及びアルカリであるスラリーの化学的エッチング作用によって研摩していた。スラリーは極めて微細なダイヤモンド等の研摩粒子をアルカリの液体（ｐＨ１１程度）と混合させてゲル状にしたものである。
【０００４】
スラリーを用いた研摩を行うと、当然にスラリーにシリコンの研摩粉が混入した液体が生じるが、従来の研摩機には分離装置が設けられていて、スラリーを回収した後該分離装置によって研摩粉を分離することによって、スラリーを繰り返し利用するようになっている。そのため使用後のスラリーは配管や電磁弁等を通って一旦分離装置のタンクへ送られる。しかし、この使用後のスラリーは、長時間配管の中やタンク等に滞留すると硬く固形化して凝着する性質を持っており、これが配管を詰まらせ、また電磁弁等の動作を悪くする等して故障を引き起こす原因となっていた。
【０００５】
これが、スラリーが「悪魔の水」とも言われる所以であり、配管の詰まりを防止するためには、配管系をフラッシング構造にしてスラリーが通過した後に直ちに水で洗い流すようにしなければならず、またスラリーと接する鉄等の金属部にはスラリーによる腐食及びスラリーの凝着を防ぐために高価なステンレス材に０．１ｍｍ厚程度のテフロンコーティングを施す必要があり、さらに配管も一般的なビニールチューブではなく７倍から１０倍も高価なテフロンチューブを使用しなければならず、製造コストだけでなくランニングコストも非常に高いものになっていた。
【０００６】
またスラリーによるウェーハの研摩は、研摩後に水槽にてスラリーを沈降させた後、超音波洗浄を施して完全にスラリーを除去しないと次の工程に進むことができない等作業能率が低く、さらにウェーハに対する不要なエッチング等の悪影響も危惧され、スラリーを用いない研摩方法の開発が待たれていた。
【０００７】
一方で、ウェーハの回転軸と研摩板の回転軸とを平行にし、総形に形成されているバフ等の研摩板でウェーハのエッジを研摩するという従来の研摩方法にそのまま研摩剤を含んだゴムホイールを用いても、ゴムホイールのトラバースがないため該ゴムホイールの摩耗が早く、またバフのように柔らかな素材ではないため研摩力が強すぎて研摩時にウェーハを折損しやすい等の問題があり、何らかの対策を講じないことにはゴムホイールを研摩板として用いることはできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、研摩剤を含んだゴムホイールを薄板状のワークの面と直角方向に回転させ、ゴムホイールをワークのエッジに当接させることによって、スラリーを用いずに研摩時の発熱を空気又は水等で冷却するだけでエッジを研摩できるようにすることであり、またこれによってステンレス製の板材や電磁弁等を用いたり、配管に高価なテフロンチューブを用いたり、研摩装置の随所にテフロンコーティングを行う等の特別装備の必要性をなくして、製造コスト及びランニングコストが夫々従来の１／２、１／１０となるような画期的な研摩装置を提供することである。
【０００９】
更に他の目的は、研摩能力の異なるゴムホイールを製作して使用することによって、２段、３段の研摩を容易にすることであり、またスラリーを用いた研摩では長時間の研摩が必要であった、二酸化シリコンでできている硬いエピタキシャルウェーハも容易に研摩できるようにすることである。
【００１０】
また他の目的は、上記構成によってゴムホイールの局部的摩耗を少なくして長寿命にすると共に、ゴムホイールの弾性を利用して半導体ウェーハのエッジの断面形状を円弧形状に研摩できるようにすることであり、また半導体ウェーハに対する不要なエッチング等の悪影響を根本的に解決することである。
【００１１】
更に他の目的は、研摩剤を含んだゴムホイールを回転させて、その外周により円盤状のワークのエッジを研摩するように構成し、ワークの面と直角方向にゴムホイールを回転させるスピンドル部と、直進往復動するワーク取付け台部と、スピンドル部とワーク取付け台部とをゴムホイール及びエッジが相互に接近する方向に押圧付勢する弾性体とを備え、スピンドル部及びワーク取付け台部のいずれか一方を接近又は離脱する方向にわずかに摺動自在に構成することによって、ゴムホイールをトラバースさせながら研摩できるようにすると共に、研摩力を弱めてウェーハに加工ひずみや亀裂を生じさせることなく、ゴムホイールで高品質かつ高精度の研摩ができるようにすることである。
【００１２】
また他の目的は、ワークの面と直角方向に研摩剤を含んだゴムホイールを回転させるスピンドル部とワークのエッジへのゴムホイールの研摩時の押圧力を与える弾性体と該弾性体の押圧力を調節する研摩力調節機構とを設けた浮動部と、該浮動部の浮動量を調節する浮動量調節機構が取り付けられた固定部とを備え、リニアガイドを介して固定部に対して浮動部をゴムホイールとエッジとが接近又は離脱する方向にわずかに摺動自在に構成することによって、異なる材質のワークに対して研摩力及びゴムホイールの浮動ストローク量を適宜調節しながらスラリーを全く用いることなく、従来のスラリー使用の研摩装置に比べて優るとも劣らない高品質かつ高精度の研摩ができるようにすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
要するに本発明装置（請求項１）は、薄板状のワークの面と直角方向に研摩剤を含んだゴムホイールを回転させるスピンドル部とワークのエッジへゴムホイールを押圧付勢する弾性体と該弾性体の押圧力を調節する研摩力調節機構とを設けた浮動部と、該浮動部の浮動量を調節する浮動量調節機構が取り付けられた固定部とを備え、リニアガイドを介して固定部に対して浮動部をゴムホイールとエッジとが接近又は離脱する方向にわずかに摺動自在に構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明装置（請求項２）は、（請求項１に記載の）ワークは、半導体ウェーハであることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。図１と図４において、本発明に係るワークのエッジの研摩装置１（以下、研摩装置という）は、浮動部２と、固定部３と、ワーク取付け台部４とを備えている。
【００１８】
そしてダイヤモンド砥粒等の研摩剤を含んだゴムホイール６を回転させて、その外周６ａにより薄板状のワーク５のエッジ５ａを研摩するように構成されている。
【００１９】
浮動部２は、リニアガイド２０を介して固定部３に取り付けられており、該固定部３に対してゴムホイール６とエッジ５ａとが接近又は離脱する方向にわずかに摺動自在となっている。
また浮動部２は、図１と図２において、例えば半導体ウェーハのような薄板状のワーク５の面と直角方向に研摩剤（図示せず）を含んだゴムホイール６を回転させるスピンドル部８とワーク５のエッジ５ａへゴムホイール６を押圧付勢する弾性体９と該弾性体９の押圧力を調節する研摩力調節機構１０とを設けたもので、水平に配置され、中央付近に穴１１ａが穿孔された断面コの字形の浮動板１１にスピンドル部８と、弾性体９と、研摩力調節機構１０とが取り付けられている。
【００２０】
スピンドル部８は、ゴムホイール６が下方に突き出るように穴１１ａに挿通した状態で、上面１１ｂに固定されたブロック１３及びブロック１４によって挾持されている。該スピンドル部８は縦型スピンドルであるが、歯の治療等に用いられるグラインダ（図示せず）と同様に、先端部８ａで回転方向が横軸回転に変換されるようになっており、横軸回転する軸８ｂにゴムホイール６を取り付けて、ワーク５の面と直角方向に回転させることができる構造になっている。
【００２１】
弾性体９は、スピンドル部８とワーク取付け台部４とをゴムホイール６及びエッジ５ａが相互に接近する方向に押圧付勢するための、例えばガススプリング又は圧縮コイルばねであって、研摩力調節機構１０に内蔵されている。
【００２２】
研摩力調節機構１０は、弾性体９の研摩力をワークの材質に応じて調節するためのものであって、図１及び図２に示すように、浮動板１１の上面１１ｂに固定されたブロック１０ａ内に弾性体９を収納し、該弾性体９のばね力を調節する調節ねじ１０ｂと、浮動部２の後退時に固定部３のコラム２１に当接し、ブロック１０ａ内に押し込まれることによって弾性体９を押し縮めて研摩力を発生させるピン１０ｃとを弾性体９と同軸上に配設してなっており、調節ねじ１０ｂによって弾性体９を予め変形させることによって、研摩力を変化させることができるようになっている。
【００２３】
固定部３は、浮動部２の浮動量を調節する浮動量調節機構１５が取り付けられ、浮動部２の土台となる部分であって、断面凸の字形の固定板１６を上に凸に水平に配置し、該固定板１６と直角に配設されたコラム２１に固定してなるもので、上下動も可能に構成されている。また固定板１６には、スピンドル８が貫通する長穴１６ａが穿孔されており、浮動部２の浮動時にスピンドル８が固定板１６に干渉しないようになっている。
浮動量調節機構１５は、図１から図３に示すように、固定板１６の前面１６ｂに固定されたブラケット１８にマイクロメータヘッド１９を取り付けてなるものである。浮動板１１の前面１１ｃには、該マイクロメータヘッド１９の先端部１９ａと当接する玉１１ｄが取り付けられている。
【００２４】
なお、リニアガイド２０の固定側レール２０ａは固定板１６に、移動側レール２０ｂは浮動板１１に取り付けられており、またスピンドル部８の軸８ｂに取り付けられたゴムホイール６の外周６ａに対して、図４に示すように、研摩で生じる熱を冷却するための、例えば水又は空気等の冷却用流体２９のノズル２４が向けられている。
【００２５】
ワーク取付け台部４は、図４において、ワーク５を吸着した状態で直進往復動する部分であって、スピンドル側部２２と、駆動側部２３と、ストッパ機構２５と、研摩力調節機構３０と、ロック機構２６とを備えている。スピンドル側部２２は、リニアガイド４０を介して駆動側部２３に取り付けられており、ロック機構解除時には、該駆動側部２３対してゴムホイール６とエッジ５ａとが接近又は離脱する方向に摺動自在となるように構成されている。
【００２６】
スピンドル側部２２は、水平に配置された浮動板３１の穴（図示せず）にスピンドル２８を垂直に挿通固定し、該スピンドル２８の上端（図示せず）にワーク取付け台３２を取り付けて構成されている。浮動板３１の上面３１ｂには、スピンドル側部２２と駆動側部２３とをロックするときに、ロック機構２６のテーパピン（図示せず）が嵌入する穴（図示せず）が穿孔されており、前面３１ｃにはストッパ機構２５と当接する玉３１ｄが取り付けられている。ワーク取付け台３２は、ワーク５を吸着して固定するための、円板形状のものであって、スピンドル２８の回転に伴って回転するようになっている。
【００２７】
駆動側部２３は、スピンドル側部２２の土台となる部分であって、固定板３６を水平に配置し、該固定板３６の前面３６ａにストッパ機構２５及び研摩力調節機構３０を配設し、両側部３６ｂにロック機構２６を対に配設してなるものである。
【００２８】
ストッパ機構２５は、固定板３６の前面３６ａに固定されたブラケット３８にマイクロメータヘッド３９を取り付けて構成されており、研摩時にスピンドル側部２２が後退できる最大量を予め設定できるようになっている。
【００２９】
研摩力調節機構３０は、研摩時に後退するスピンドル側部２２に対して反力を与えて研摩力を発生させるガススプリング又は圧縮コイルばね等の弾性体９を内蔵しており、研摩力調節機構１０と同様に、該弾性体を予め変形させることによって研摩力を調節できるようになっている。
【００３０】
ロック機構２６は、研削等ワーク５を浮動させずに加工する場合に、スピンドル側部２２と駆動側部２３とを固定して一体化させるためのものであって、固定板３６にブラケット３３を介してエアシリンダ３４を取り付け、図示しないテーパピンが固定されたロック部材３５を該エアシリンダ３４のピストンロッド３４ａに取り付けて構成されている。
なおリニアガイド４０の固定側レール４０ａは固定板１６に、移動側レール４０ｂは浮動板３１に取り付けられている。
【００３３】
本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図４において、ワーク取付け台３２に吸着されて取り付けられたワーク５を、スピンドル２８を回転させることによって矢印Ｃ方向に回転させ、スピンドル部８によって回転しているゴムホイール６に対して、矢印Ｈ方向に接近させてワーク５のエッジ５ａをゴムホイール６の外周６ａに押圧することによって、該ゴムホイール６に含まれる研摩剤の作用で研摩が行われる。研摩によって発生する熱は、ノズル２４から噴射される冷却用流体２９によって冷却される。
【００３４】
このときの各部の作用を説明する。まずロック機構２６のエアシリンダ３４のピストンロッド３４ａを縮める方向、即ち矢印Ｊ方向に作動させ、ロック部材３に取り付けられている図示しないテーパピンを浮動板３１の図示しない穴に嵌入させてなるスピンドル側部２２及び駆動側部２３のロック状態においては、図３及び図４に示すように、エッジ５ａとゴムホイール６との接触によって、固定部３は上下動、即ち矢印Ｆ及び矢印Ｇ方向以外には動かず、スピンドル部８が取り付けられている浮動部２のみがリニアガイド２０に案内されてわずかに矢印Ａ方向に浮動して逃げる。このときに研摩力調節機構１０のピン１０ｃがコラム２１に当接して弾性体９を押し縮めることによって生じる反力が研摩力となるので、矢印Ａ方向の逃げ量に比例した研摩力のみがエッジ５ａに作用する。従って弾性体９がなく直接的に研摩力が生じる場合と比較して大幅に軽い研摩力で研摩が可能であるので、極めて脆い性質を持つシリコン製の半導体ウェーハのようなワーク５であっても、ゴムホイール６を用いて加工ひずみや亀裂を生じさせることなく研摩することが可能である。
【００３５】
ゴムホイール６の外周６ａとエッジ５ａとが当接する瞬間の初期研摩力は研摩力調節機構１０によって調節することができ、調節ねじ１０ｂを締め込んでいけば弾性体９が圧縮されて初期研摩力が高くなり、緩めていけば該初期研摩力が低くなる。該初期研摩力は、ワーク５の材質を考慮して予め調節しておく。
【００３６】
図４に示すように、研摩終了時等に矢印Ｉ方向にワーク取付け台部４を移動させて、ゴムホイール６とワーク５のエッジ５ａとを離脱させれば、図３及び図４に示すように、弾性体９の反力によって、浮動部２は浮動板１１の玉１１ｄが浮動量調節機構１５のマイクロメータヘッド１９の先端部１９ａに当接するまで矢印Ｂ方向に戻って安定状態となる。浮動量を大きく調節しておくと、弾性体９のストロークが長くなるので、研摩中に軽い研摩力から強い研摩力まで幅広く利用することが可能となる。
【００３７】
次に、ワーク取付け台部４のスピンドル側部２２と駆動側部２３とが非ロック状態である場合においては、浮動板３１の玉３１ｄとストッパ機構２５のマイクロメータヘッド３９との間に隙間（図示せず）が開いており、エッジ５ａとゴムホイール６との接触によって、上記したロック状態での浮動部２の逃げ作用に加えて、ワーク取付け台部４のスピンドル側部２２にも同様の逃げ作用が発生する。駆動側部２３は、固定部３と同様に、数値制御に従って動くので、エッジ５ａとゴムホイール６との接触によって動くことはないが、スピンドル側部２２は、リニアガイド４０により案内されてわずかに矢印Ｉ方向に浮動して逃げる。該スピンドル側部２２は、浮動板３１の玉３１ｄと、マイクロメータヘッド３９との隙間がなくなって、当接するまで浮動することができる。このときに研摩力調節機構３０によって生じる反力が研摩力となるので、矢印Ｉ方向の逃げ量に比例した研摩力が弾性体９によって生じる研摩力と共にエッジ５ａに作用する。
【００３８】
ゴムホイール６の外周６ａとエッジ５ａとが当接する瞬間のワーク取付け台部４側の初期研摩力は研摩力調節機構３０によって調節することができ、また矢印Ｉ方向のスピンドル側部２２の逃げ量、即ち浮動量の最大値は、ストッパ機構２５のマイクロメータヘッド３９によって予め調節しておく。
【００３９】
図４に示すように、研摩終了時等に矢印Ｉ方向にワーク取付け台部４を移動させて、ゴムホイール６とワーク５のエッジ５ａとを離脱させれば、図３及び図４に示すように、弾性体９の反力によって、浮動部２は浮動板１１の玉１１ｄが浮動量調節機構１５のマイクロメータヘッド１９の先端部１９ａに当接するまで矢印Ｂ方向に戻って安定状態となり、スピンドル側部２２は矢印Ｈ方向に戻る。
【００４０】
なお図面としては示さなかったが、ワーク取付け台部４のみに浮動部を設け、ゴムホイール６側に浮動部を設けない形式のものでも、同様の研摩を行うことが可能である。またゴムホイール６中の研摩剤の砥粒径を変えて研摩能力の異なるゴムホイール６を製作することが容易であるので、これを順次用いることにより、２段、３段の研摩を容易に行うことができる。研摩力の大きなゴムホイール６を用いれば、二酸化シリコン製の硬いエピタキシャルウェーハのようなワーク５でも容易に研摩することが可能である。
【００４１】
研摩装置１を用いたワーク５のエッジ５ａの研摩工程の一例を図５を用いて説明する。研摩工程の前には面取り工程及び研削工程が存在し、研削工程が終わった状態では、ワーク５のエッジ５ａには鋭利な上エッジ５ｂと下エッジ５ｃとが存在する。そこで、まず図５（ａ）に示すように、ゴムホイール６を矢印Ｅ方向に回転させ、矢印Ｃ方向に回転させたワーク５の上エッジ５ｂをゴムホイール６の外周６ａに当接させることによって、該上エッジ５ｂ及びエッジ上面５ｄをアップカットにより研摩する。次に、図５（ｂ）に示すように、ゴムホイール６及びワーク５をトラバースさせてエッジ外周面５ｅを同じくアップカットにより研摩する。そして最後に、図５（ｃ）に示すように、ゴムホイール６を矢印Ｄ方向に回転させ、ワーク５の下エッジ５ｃ及びエッジ下面５ｆをゴムホイール６の外周６ａに当接させることによって、該下エッジ５ｃ及びエッジ下面５ｆを同じくアップカットにより研摩して、エッジ５ａの研摩が終了する。
【００４２】
ゴムホイール６を用いて研摩することによって、上エッジ５ｂ及び下エッジ５ｃをゴムホイール６の外周６ａに当接させたときには、ゴムホイール６が弾性変形した状態での接触となるので、上エッジ５ｂ及び下エッジ５ｃを、断面が円弧形状になるように研摩できる特長がある。またゴムホイール６及びワーク取付け台部４をトラバースさせながら研摩するので、ゴムホイール６には局部摩耗が発生せず、長寿命となる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、上記のように研摩剤を含んだゴムホイールを薄板状のワークの面と直角方向に回転させ、ゴムホイールをワークのエッジに当接させるようにしたので、スラリーを用いずに研摩時の発熱を空気又は水等で冷却するだけでエッジを研摩できる効果があり、またこの結果ステンレス製の板材や電磁弁等を用いたり、配管に高価なテフロンチューブを用いたり、研摩装置の随所にテフロンコーティングを行う等の特別装備の必要性がなくなるため、製造コスト及びランニングコストが夫々従来の１／２、１／１０となるような画期的なワークのエッジの研摩装置を提供することができる効果がある。
【００４４】
更には、研摩能力の異なるゴムホイールを製作して使用するようにしたので、２段、３段の研摩を容易にすることができ、またスラリーを用いた研摩では長時間の研摩が必要であった、二酸化シリコンでできている硬いエピタキシャルウェーハも容易に研摩できるという効果が得られる。
【００４５】
また上記構成によってゴムホイールの局部的摩耗を少なくして長寿命にすることができると共に、ゴムホイールの弾性を利用して半導体ウェーハのエッジの断面形状を円弧形状に研摩できる効果があり、また半導体ウェーハに対する不要なエッチング等の悪影響を根本的に解決することができる効果がある。
【００４６】
更には、研摩剤を含んだゴムホイールを回転させて、その外周により円盤状のワークのエッジを研摩するように構成し、ワークの面と直角方向にゴムホイールを回転させるスピンドル部と、数値制御によって駆動され直進往復動するワーク取付け台部と、スピンドル部とワーク取付け台部とをゴムホイール及びエッジが相互に接近する方向に押圧付勢する弾性体とを備え、スピンドル部及びワーク取付け台部のいずれか一方を接近又は離脱する方向にわずかに摺動自在に構成したので、ゴムホイールをトラバースさせながら研摩できるため、研摩力を弱めてウェーハに加工ひずみや亀裂を生じさせることなく、ゴムホイールで高品質かつ高精度の研摩ができるという効果がある。
【００４７】
またワークの面と直角方向に研摩剤を含んだゴムホイールを回転させるスピンドル部とワークのエッジへのゴムホイールの研摩時の押圧力を与える弾性体と該弾性体の押圧力を調節する研摩力調節機構とを設けた浮動部と、該浮動部の浮動量を調節する浮動量調節機構が取り付けられた固定部とを備え、リニアガイドを介して固定部に対して浮動部をゴムホイールとエッジとが接近又は離脱する方向にわずかに摺動自在に構成したので、異なる材質のワークに対して研摩力及びゴムホイールの浮動ストローク量を適宜調節しながらスラリーを全く用いることなく、従来のスラリー使用の研摩装置に比べて優るとも劣らない高品質かつ高精度の研摩ができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワークのエッジの研摩装置の斜視図である。
【図２】ワークのエッジの研摩装置の部分縦断面図である。
【図３】浮動部、固定部、弾性体及び浮動量調節機構の機構を示すワークのエッジの研摩装置及びワークの部分縦断面機構図である。
【図４】ワークの研摩状態を示すワークのエッジの研摩装置の斜視図である。
【図５】ワークのエッジの研摩工程を示すワーク及びゴムホイールの要部拡大部分縦断面図である。
【符号の説明】
１    ワークのエッジの研摩装置
２    浮動部
３    固定部
４    ワーク取付け台部
５    ワーク
５ａ  エッジ
６    ゴムホイール
８    スピンドル部
９    弾性体
１５  浮動量調節機構
２０  リニアガイド
４０  リニアガイド
【図１】
0004008586.tif 000002
【図２】
0004008586.tif 000003
【図３】
0004008586.tif 000004
【図４】
0004008586.tif 000005
【図５】
0004008586.tif 000006