JP2000042908A

JP2000042908A - シリコン球の研磨方法および装置

Info

Publication number: JP2000042908A
Application number: JP20793998A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Muramatsu; 勝利村松; Hirokazu Nakajima; 碩一中島; Hirofumi Ito; 浩文伊藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】加工品質と加工能力を高度に両立させる。ま
た、表面粗さの改善を可能とする。【解決手段】アルカリ溶液を研磨液として用い、対面
する一対のラップ定盤２，３の間でシリコン球Ｗを研磨
する。これにより、シリコン球Ｗがアルカリ溶液で溶解
しながら研磨され、小さい加工荷重でも短い加工時間で
シリコン球Ｗを研磨できる。また、ラップ定盤２，３の
少なくとも片方を樹脂製とする。これにより、ラップ定
盤２，３や定盤に埋め込まれた砥粒からシリコン球Ｗの
受ける加工力が、樹脂の弾性変形により緩和され、シリ
コン球Ｗの形状補正効果を損なうことなく、表面粗さが
改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体回路の球
状基盤や、太陽電池として用いられるシリコン球の研磨
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、次世代の半導体技術として、球状
シリコン半導体が脚光を集めている。従来の平面シリコ
ンウェハーを球状化する利点は、膨大な設備投資の抑制
による製造コストの削減や、比表面積の大きい球面を使
用することによるシリコン素材の有効利用が挙げられ
る。球状シリコンを半導体として使用するには、シリコ
ンウェハーなみの表面性状と高い形状精度が要求され
る。高精度球を製造するためには、金属球の製造の場合
など、通常は砥粒を用いた定盤加工による研磨を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコンは非
常にもろい物理的性質を持つので、通常の定盤加工によ
る研磨では、加工荷重を大きくすると、シリコン球にチ
ッピングが生じたり、加工歪みが生じてしまい、要求さ
れる表面性状を満たすことが困難にある。しかしなが
ら、加工荷重を低くすると、加工時間が非常に長くな
り、生産効率の低下やコスト増といった別の問題が生じ
る。

【０００４】また、上記定盤加工に、鋳物や炭素鋼など
を素材とする一般的な金属定盤を用いた場合、非常に微
細な砥粒を使用したとしても、シリコン球の表面粗さが
改善されない。

【０００５】この発明の目的は、低い加工荷重で効果的
に加工できて、加工品質と加工能率とを、高度に両立さ
せることのできるシリコン球の研磨方法を提供すること
である。この発明の他の目的は、シリコン球の表面粗さ
を向上させることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の第１のシリコ
ン球の研磨方法は、アルカリ溶液を研磨液として用いて
シリコン球を研磨する方法である。この方法によれば、
アルカリ溶液によりシリコン球が溶解しながら研磨され
るので、小さい加工荷重でも加工速度が速くなり、短い
加工時間でシリコン球を研磨することができる。加工荷
重が小さくてよいため、チッピングや加工歪みの発生が
無くなり、加工品質が向上する。また、アルカリ溶液の
濃度を変えることにより、加工速度や表面粗さを制御で
きるので、砥粒変更のための定盤段取り替えが不要とな
り、加工効率を向上させることができる。前記アルカリ
溶液は、ＯＨ^-濃度が１×１０¹〜１×１０⁴mol/m³の
範囲に調整されたものであることが好ましい。ＯＨ^-濃
度がこれよりも薄いと、加工速度の向上効果が十分に得
られず、またＯＨ^-濃度がこれよりも濃いと、高精度の
加工が難しくなる。また、前記研磨は、ラップ定盤で行
うようにしても良い。ラップ定盤によると多数のシリコ
ン球を一度に研磨でき、またアルカリ溶液の研磨液を用
い易い。

【０００７】この発明の第２のシリコン球の研磨方法
は、少なくとも片方のラップ定盤を樹脂製とした対面す
る一対のラップ定盤の間でシリコン球を研磨する方法で
ある。一般の金属製定盤の場合に表面粗さが改善されな
いのは、シリコン球が定盤やこの定盤に埋め込まれた砥
粒から受ける加工力が大き過ぎるためであると考えられ
る。これに対して、樹脂製のラップ定盤を用いると、シ
リコン球がラップ定盤やこの定盤に埋め込まれた砥粒か
ら受ける加工力が、樹脂製ラップ定盤の弾性変形により
緩和される。そのため、シリコン球の表面を強く傷付け
ることがなく、表面粗さを向上させることができると考
えられる。前記ラップ定盤は、対面する一対のラップ定
盤の両方を樹脂製のものとしても良い。前記の樹脂定盤
は、片側に用いた場合でも表面粗さの改善が認められる
が、両側に用いた方がより効果が大きい。また、このよ
うにラップ定盤を樹脂製とした場合にも、アルカリ溶液
を研磨液として用いても良い。ただし、ラップ定盤に用
いる樹脂は、耐アルカリ性に優れた材質のものを選定す
ることが必要である。このように、樹脂性のラップ定盤
と、アルカリ溶液の研磨液とを併用することで、加工品
質および加工能率の両立と共に、表面粗さも改善され
る。

【０００８】この発明のシリコン球の研磨装置は、少な
くとも片方のラップ定盤を樹脂製とした対面する一対の
ラップ定盤を備え、これらラップ定盤の間でシリコン球
を研磨するようにしたものである。この構成によれば、
シリコン球がラップ定盤や定盤に埋め込まれた砥粒から
受ける加工力は、樹脂製ラップ定盤の弾性変形により緩
和されるので、シリコン球の表面を強く傷付けることが
なく、表面粗さを向上させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１と共
に説明する。図１は、この発明のシリコン球の研磨方法
に使用される研磨装置を一部破断して示す分解斜視図で
ある。このシリコン球研磨装置１は立形の二面ラップ盤
であって、被加工物であるシリコン球Ｗを挟む上下一対
の円盤状のラップ定盤２，３と、上側のラップ定盤２を
回転させる駆動軸４とを備える。駆動軸４は図示しない
モータなどの駆動源により回転駆動される。上下のラッ
プ定盤２，３の互いに対向する面には、それらの周縁に
沿う断面円弧状のシリコン球保持溝２ａ，３ａがリング
状に形成されている。ラップ定盤２，３の材料として
は、後に説明する第２の実施形態では樹脂製とするが、
この第１の実施形態では、例えば鋳鉄が用いられる。

【００１０】下側ラップ定盤３は固定され、上側ラップ
定盤３の上面中央には、鋼球５を介して駆動軸４の下端
と連結される円筒状の継手部６が突設されている。この
継手部６の底面には、上記鋼球５を回転自在に支持する
球面座７が形成され、また継手部６の周壁８には、駆動
軸４の下端両側に突出した係合ピン９が係合する一対の
係合溝１０，１０が形成されている。駆動軸４の下端に
は、継手部６の球面座７とで鋼球５を挟み回転自在に保
持する球面座１１が形成されている。これにより、上側
ラップ定盤２と駆動軸４とは、上側ラップ定盤２が駆動
軸４の軸心に対して垂直な姿勢から多少の揺動が可能と
されている。

【００１１】このシリコン球の研磨方法では、図１のシ
リコン球研磨装置１における上下のラップ定盤２，３の
シリコン球保持溝２ａ，３ａ間に、同図のように複数の
シリコン球Ｗを挟むとともに、シリコン球Ｗに対して所
定の荷重を加えた状態で、駆動軸４により上側のラップ
定盤２を回転させることにより研磨を行う。また、研磨
液としてアルカリ溶液を使用する。このアルカリ溶液
は、例えば水酸化ナトリウム溶液が好ましく、また、Ｏ
Ｈ^-濃度が１×１０¹〜１×１０⁴mol/m³に調整された
ものであることが好ましい。被加工物となるシリコン球
Ｗには、例えば、シリコンウェハーからサイコロ状に切
り出したものを、バレル加工で多数個同時に球形に加工
したものが用いられる。

【００１２】このシリコン球の研磨方法による研磨実験
結果を、一般的に用いられる灯油に砥粒を添加した研磨
液で研磨した結果と比較して表１に示す。この実験にお
いて、シリコン球Ｗには、真球度が約５μｍ、表面粗さ
が０．５μｍＲａのものを用い、アルカリ溶液の濃度と
加工荷重を種々変えて研磨した。また、比較のために、
灯油にアルミナ砥粒を加えた研磨液を使用した例を示
す。これらの実験例は、いずれも研磨装置には図１に示
す装置１を用いた。加工時間はどの例も１時間である。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１の結果から以下のことが判明した。研磨液として濃アルカリ溶液を用いることで、アルミ
ナ砥粒を用いる場合に比べて、同加工荷重であると、研
磨速度が約３倍に向上する。アルカリ溶液の濃度を調節することで、加工速度や表
面粗さを制御できる。アルミナ砥粒を用いる場合と同程度の加工速度では、
研磨液としてアルカリ溶液を用いる場合の方が、加工荷
重を低くできる。また、その結果として、アルミナ砥粒
を用いる場合に比べて、アルカリ溶液を用いる場合の方
が、表面粗さが良くなる。

【００１５】この実施形態の研磨方法は、このように研
磨液としてアルカリ溶液を使用するので、アルカリ溶液
でシリコン球を溶解させながら研磨できることになり、
小さい加工荷重でも短い加工時間でシリコン球を高精度
に研磨できる。また、アルカリ溶液の濃度を変えること
により、加工速度や表面粗さを制御できるので、砥粒変
更のための定盤段取り替えが不要となり、加工効率を向
上させることができる。

【００１６】図１のシリコン球研磨装置１において、上
下のラップ定盤２，３は、その両方またはいずれか片方
を樹脂製のものとしても良い。いずれか片方だけのラッ
プ定盤２，３を樹脂製とする場合、もう片方のラップ定
盤２，３は、金属製、例えば鋳鉄製とされる。ラップ定
盤２，３に用いる樹脂材料としては、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ナイロン樹
脂、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹
脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリフェニレ
ンエーテル樹脂、スチレン系樹脂などが使用できる。

【００１７】このように、ラップ定盤２，３を樹脂製と
してシリコン球Ｗを研磨すると、シリコン球Ｗがラップ
定盤２，３やこの定盤２，３に埋め込まれた砥粒から受
ける加工力が、樹脂製ラップ定盤２，３の弾性変形によ
り緩和される。そのため、シリコン球Ｗの表面を強く傷
付けることがなく、表面粗さが向上する。なお、樹脂製
のラップ定盤２，３を用いる場合、砥粒が添加された研
磨液を用いても良く、また耐アルカリ性のある樹脂の場
合は、前記のアルカリ溶液を用いても良い。研磨するシ
リコン球Ｗは、前記と同様に、例えばシリコンウェハー
からサイコロ状に切り出したものを、バレル加工で多数
個同時に球形に加工したものが用いられる。

【００１８】実験例を説明する。これらの実験例は、い
ずれも図１の研磨装置１において、上下のラップ定盤
２，３を次の材質のものとした研磨例である。表２は、
上下の両方のラップ定盤２，３を樹脂製（ベークライト
製）とした場合（実験５）の結果を示す。表３は、上側
のラップ定盤２を樹脂製（ベークライト製）、下側のラ
ップ定盤３を金属製（鋳鉄製）とした場合（実験６）の
結果である。図４は、上下のラップ定盤２，３を金属製
（鋳鉄製）とした場合（実験７）の結果である。いずれ
も、ラップ定盤２，３は、断面円弧状のシリコン球保持
溝２ａ，３ａがリング状に形成されたものである。ま
た、加工前のシリコン球Ｗは、真球度が１μｍ、表面粗
さが０．２μｍＲａのものを用いた。加工時間は、いす
れの例も５時間とした。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】表２〜表４から以下のことが判明した。同
じ加工条件で比較した場合、研磨されたシリコン球の真
球度は、ラップ定盤２，３の材料を問わずほとんど変わ
らない。しかし、表面粗さは、両ラップ定盤２，３を樹
脂製とした場合が最も小さく、一方のラップ定盤を樹脂
製とした場合がそれに次いで小さく、両ラップ定盤２，
３を鋳鉄製とした場合が最も大きくなる。また、表２に
示す実験５の結果と、表４に示す実験７の結果を比較し
た場合、ラップ定盤２，３を樹脂製とした場合の方が、
ラップ定盤２，３を鋳鉄製として砥粒を小さくした場合
よりも、表面粗さが向上する。これらの実験により、樹
脂製のラップ定盤を用いることで、従来の鋳鉄定盤を用
いる場合と比較して、形状補正能力を損なうことなく、
表面粗さを向上させることができることが分かった。

【００２３】

【発明の効果】この発明の第１のシリコン球の研磨方法
は、アルカリ溶液を研磨液として用いてシリコン球を研
磨するようにしたため、小さい加工荷重でも短い加工時
間でシリコン球を研磨できる。加工荷重が小さくて済む
ため、チッピングや加工歪みの発生を回避でき、加工品
質が向上する。また、アルカリ溶液の濃度を変えること
により、加工速度や表面粗さを制御できるので、砥粒変
更のための定盤段取り替えが不要となり、加工効率を向
上させることができる。この発明の第２のシリコン球の
研磨方法およびこの発明の研磨装置は、樹脂製のラップ
定盤を用いて研磨するようにしたため、研磨による形状
補正効果を損なうことなく、表面粗さを向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかるシリコン球の研
磨方法に使用するシリコン球研磨装置の一部を破断して
示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１…シリコン球研磨装置２，３…ラップ定盤Ｗ…シリコン球

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤浩文三重県桑名市大字東方字尾弓田3066 エヌティエヌ株式会社内Ｆターム(参考） 3C049 AA04 AA09 AA11 AA16 AB01 AB04 AB08 AC04 BC01 CA04 CA05 CB01 CB03 CB05 3C058 AA09 AA11 AA16 AB01 AB03 AB08 AC04 CA01 CA03 CA04 CB01 CB03 CB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ溶液を研磨液として用いてシリ
コン球を研磨するシリコン球の研磨方法。
【請求項２】前記アルカリ溶液は、ＯＨ^-濃度が１×
１０¹〜１×１０⁴mol/m³に調整されたものである請求
項１記載のシリコン球の研磨方法。
【請求項３】前記研磨はラップ定盤で行う請求項１ま
たは請求項２記載のシリコン球の研磨方法。
【請求項４】少なくとも片方のラップ定盤を樹脂製と
した対面する一対のラップ定盤の間でシリコン球を研磨
するシリコン球の研磨方法。
【請求項５】対面する一対のラップ定盤の両方を樹脂
製のものとした請求項４記載のシリコン球の研磨方法。
【請求項６】アルカリ溶液を研磨液として用いる請求
項４または請求項５記載のシリコン球の研磨方法。
【請求項７】少なくとも片方のラップ定盤を樹脂製と
した対面する一対のラップ定盤を備え、これらラップ定
盤の間でシリコン球を研磨するシリコン球の研磨装置。