JP2007296598A - 磁気研磨方法およびウェハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非接触での磁気研磨を行うことにより、厚さが極めて薄く脆弱なウェハ材料についてもベベル加工が良好に行えるウェハ研磨装置を提供すること
【解決手段】 研磨バイト２には先端に永久磁石２０を設けて磁場発生源とし、少なくともｘ軸，ｙ軸について多軸制御が行える駆動手段へ連係する。研磨対象のウェハ材料１は接着ワックス５により支持台３に固着させ、そのウェハ材料１に対して研磨バイト２が非接触に対面する配置とし、砥粒を混合してある磁気研磨液４を周辺に存在させ、駆動手段を起動することで研磨バイト２には所定の運動動作を行わせ、磁気研磨液４に生成した磁気クラスタにより流体研磨を行う。ウェハ材料１のエッジ部位では天地（平面側）と周縁（側面側）との両方から砥粒の研削作用があり、このため集中的に研削が進む。その結果、当該エッジ部位を丸く削ることができ、傾斜に仕上げるベベル加工が行える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、研磨対象との間に磁気研磨液を存在させて流体研磨を行う磁気研磨方法およびウェハ研磨装置に関するもので、より具体的には、半導体基板，積層部品の基板，水晶板などのウェハ材料についてベベル加工の改良に関する。

よく知られるように、水晶やシリコン結晶等からなるウェハ材料については、側面，周縁のエッジ部位を丸く削り傾斜に仕上げるベベル加工が行われている。このベベル加工は、半導体プロセス等のウェハプロセスにおいて加工時にエッジ部位のバリから割れが起きることを防止し、ハンドリングをよくする理由から重要であり、基本的な処理加工になっている。

ところが、近年はデバイスについて小型化，高性能化，高周波化といった要求が高く、このためウェハ材料には厚さをより一層薄くすることが求められている。ウェハ材料を薄厚に形成すると割れやすくなってしまい、取り扱い性が悪くなりベベル加工が難しくなっている。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、非接触の研磨となる磁気研磨を行うことにより、厚さが極めて薄く脆弱なウェハ材料についてもベベル加工が良好に行える磁気研磨方法およびウェハ研磨装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る磁気研磨方法は、研磨対象に対して研磨バイトを非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気研磨液を連動することにより流体研磨を行う磁気研磨方法であって、研磨対象としてウェハ材料を支持具に固定し、研磨バイトには磁場を発生する磁場発生源を設けて駆動手段と連係させ、研磨対象の側周部位に対して当該研磨バイトを対面させ、磁気研磨液には砥粒を混合しておき、駆動手段を起動することにより研磨バイトには所定の運動動作を行わせ、磁場発生源の磁場により磁気研磨液に時間的に定常的あるいは変動的な磁場を加えて流体研磨を行うようにした。

また、支持具は第２駆動手段と連係させ、当該第２駆動手段を起動することにより支持具について所定の運動動作を行わせることもよい。また、研磨対象のウェハ材料は複数を積み重ねて支持具に固定するとよい。

また、本発明に係るウェハ研磨装置は、研磨対象となるウェハ材料を固定させる支持具と、研磨対象との対面に磁場発生源を有する研磨バイトと、所定軌跡の運動動作を行わせる駆動手段と、研磨対象と研磨バイトとの狭間へ磁気研磨液を供給する供給手段とを備えて、駆動手段は研磨バイトおよび支持具の何れか一方に、あるいは両者に対して２つをそれぞれに連係し、磁気研磨液には砥粒を混合しておき、供給手段を起動することにより研磨対象と研磨バイトとの間に磁気研磨液を存在させ、駆動手段を起動することにより研磨バイトおよびあるいは研磨対象には所定の運動動作を行わせ、磁場発生源の磁場により磁気研磨液に時間的に定常的あるいは変動的な磁場を加える構成にした。

したがって本発明では、研磨対象のウェハ材料に対して研磨バイトが非接触に対面し、所定の運動動作を行う。研磨バイトとウェハ材料との間には磁気研磨液が存在し、研磨バイトの磁場発生源により磁気研磨液に時間的に定常的あるいは変動的な磁場が加わると磁気クラスタが生成する。生成した磁気クラスタは磁気研磨液中に存在する砥粒をウェハ材料の表面に押えつけ、このとき研磨バイトはウェハ材料に対して運動動作することから、砥粒はウェハ材料の表面上を接触しつつ運動して切削（研削）を行う。

ウェハ材料のエッジ部位では天地となる平面側と周回する側面側との両方から砥粒の研削作用があり、このため集中的に研削が進むことになる。その結果、当該エッジ部位を丸く削ることができ、傾斜に仕上げるベベル加工が行える。

本発明に係る磁気研磨方法では、研磨対象に対して研磨バイトを非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気研磨液を連動することにより流体研磨を行うので、ウェハ材料のエッジ部位について集中的に研削を進めることができる。その結果、当該エッジ部位を丸く削ることができ、傾斜に仕上げるベベル加工が行える。非接触の流体研磨であることから、厚さが極めて薄く脆弱なウェハ材料についてもベベル加工が良好に行える。

図１は本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施の形態において、磁気研磨を行う構成には磁場発生源（２０）を有する研磨バイト２を備え、研磨対象としてはウェハ材料１を支持台３に固定し、そのウェハ材料１に対して研磨バイト２が非接触に対面する配置とし、ウェハ材料１との間に磁気研磨液４を存在させて当該磁気研磨液４には砥粒を混合しておき、駆動手段を起動することにより研磨バイト２には所定の運動動作を行わせ、磁気研磨液４に生成した磁気クラスタにより流体研磨を行うようになっている。

磁気研磨液４は非磁性の砥粒を含有し、具体的には、動粘度０．０１〜１００ｍｍ^２／ｓ程度の水やケロシン等の分散媒中に、粒子径１〜８０μｍの強磁性粒子を１０〜９５ｗｔ％分散させた流体に対して、粒子径１０〜５０ｎｍの球形マグネタイト粒子が、電気絶縁性を有する水やケロシン等の分散媒に一様に分散した流体を５〜９０ｗｔ％混合した複合流体に、粒子径０．０１〜１００μｍの非磁性の砥粒を混合し、さらに増粘剤としてαセルロースなどの繊維状物質あるいはポリビニルアルコール等の樹脂を５〜９０ｗｔ％混合している。この磁気研磨液４はウェハ材料１と研磨バイト２との狭間へ供給手段により供給するようになっている。

研磨対象には厚さが極めて薄いウェハ材料１を想定している。これは水晶やシリコン結晶等からなり、支持台３へは接着ワックス５により固着させる。

研磨バイト２には、先端に永久磁石２０を設けて磁場の発生源としている。磁場発生源としては永久磁石２０に限らなく、例えば電磁石なども好ましく適用でき、磁気研磨液４に対して磁界を作用し得るものであればよい。磁場の発生は時間的に定常的である必要はなく、時間的に変動的な磁場を発生させることもよい。

駆動手段は、少なくともｘ軸，ｙ軸について多軸制御の機能を有するものとし、当該駆動手段を起動することにより研磨バイト２には所定に移動する運動動作を行わせる。駆動手段としては例えばＮＣ工作機を用いればよく、ボール盤，旋盤，ＮＣ旋盤，フライス盤などの回転軸（チャック部）に研磨バイト２の軸部を取り付けし、着脱を行うようにする。

研磨バイト２の運動動作は、図２に示すようにウェハ材料１の側面に沿って周回する動作とする。このとき、研磨バイト２の周辺には磁気研磨液４を供給し、研磨バイト２には当該軸方向において例えば正逆反転する回転動作を行わせる。あるいは所定に振動させる振動動作を行わせることもよい。

すなわち、本発明に係る磁気研磨においては、まず支持台２にウェハ材料１を固定し、そのウェハ材料１に対して研磨バイト２の位置関係を初期設定し、磁気研磨液４の供給を開始するとともに、駆動手段を起動して研磨バイト２を運動動作させ、磁気研磨液４を攪拌状態にする。

研磨バイト２とウェハ材料１との間には磁気研磨液４が存在し、当該磁気研磨液４は非磁性の砥粒を含み、永久磁石２０により磁気研磨液４に時間的に定常的あるいは変動的な磁場が加わると磁気クラスタが生成する。つまり、磁気研磨液中の強磁性粒子（例えば鉄粒子），マグネタイト粒子が、磁気吸引力により多数凝集して磁気クラス夕となる。磁気クラス夕は、磁束に沿うのでウェハ材料１に対立して針状に多数が立ち並び、これにより磁気研磨液中に存在する砥粒がウェハ材料１の表面に押えつけられる。このとき、研磨バイト２はウェハ材料１に対して運動動作することから、砥粒はウェハ材料１の表面上を接触しつつ運動して切削（研削）を行う。

ウェハ材料１のエッジ部位では天地となる平面側と周回する側面側との両方から砥粒の研削作用があり、このため集中的に研削が進むことになる。その結果、当該エッジ部位を丸く削ることができ、傾斜に仕上げるベベル加工が行える。

ウェハ材料１のエッジ部位の面租度は砥粒の粒子径に依存し、そこで磁気研磨液４には粒径がごく微細な砥粒を配合することにより、面租度を良好に仕上げることができ、従来と比べて格段に良好な仕上がりにベベル加工が行える。

すなわち、非接触の研磨となる磁気研磨を行うことにより、厚さが極めて薄く脆弱なウェハ材料１についてもベベル加工が良好に行える。もちろん、磁気クラスタによる研磨なので研磨対象（ウェハ材料１）に大きな応力をかけることなく研磨が行える。

また、研磨対象のウェハ材料１は複数を積み重ねてブロック体として支持具に固定し、これを一度に研磨することもよい。つまり、ウェハ研磨装置は図３に示すような構成を採り、当該装置により複数のウェハ材料１（ブロック体１０）についてベベル加工を行う。

このウェハ研磨装置は、磁気研磨液４を入れる流動槽６を有し、その流動槽６の底面にブロック体１０を固定し、ブロック体１０に対しては研磨バイト２を上方から対面させて両者間に磁気研磨液４を充満させ、研磨バイト２には回転と磁場の発生とを行わせ、流動槽６には適宜な運動動作を行わせ、磁気研磨液４に生成した磁気クラスタにより流体研磨を行う構成になっている。

ブロック体１０は、複数のウェハ材料１を接着ワックスにより積み重ねることでよい。流動槽６は、ｘ軸，ｙ軸に関して運動動作するｘｙ運動ステージ７に載せてあり、これにより所定軌跡の回転運動が行えるようになっている。

また、ウェハ研磨装置は図４に示すような構成を採ることもよい。このウェハ研磨装置は、ブロック体１０を挟み合わせに支持する支持具８を有し、支持具８は駆動モータ９へ連係して回転動作を行わせる構成にしている。そして、研磨バイト２は、ｘ軸に関して運動動作するＸ運動ステージ１１に載せてあり、ブロック体１０に対しては非接触に対面する配置とし、ブロック体１０は駆動モータ９により回転動作させ、研磨バイト２にはｘ運動ステージ１１により所定軌跡の運動動作を行わせ、両者間に供給する磁気研磨液４に生成した磁気クラスタにより流体研磨を行うようになっている。

この場合、研磨対象のブロック体１０を見ると、複数が積み重なるウェハ材料１の間に接着ワックスがあり、接着ワックス５はウェハ材料１と比べて硬度が格段に低いという状況にある。したがって、ブロック体１０の側周全体に対して磁気クラスタにより流体研磨を行うことでは、接着ワックス５の部位で研削が早期に進み、各ウェハ材料１の側面，周縁が露出する。その結果、各ウェハ材料１の側面，周縁は表裏何れについてもエッジ部位を十分に丸く研削でき、多数のウェハ材料１を一度にベベル加工することができる。

また上記したように研削が進むので、複数のウェハ材料１を積み重ねる作業では接着ワックス５が側面，周縁からはみ出す状態に積層することは何ら問題がなく、接着ワックス５の膜厚も適宜でよいことから積層には特別な技術は必要ない。このため、積層作業を比較的にラフに行うことができ、作業性がよい。

図１に示す磁気研磨のための構成により試料の研磨を行った。つまり、本発明の効果を実証するため、所定の研磨条件において試料の研磨を行い、その試料についてエッジ部位における表面粗さを評価した。

試料は水晶からなるウェハ材料１とし、ウェハ材料１は直径２インチ，厚さ１１５μｍのものを使用した。ウェハ材料１は接着ワックス５により支持台３に固着させるが、接着ワックス５は図１に示すように、ウェハ材料１の中心部位にだけ塗布して固着させることとし、これによりウェハ材料１の裏側のエッジ部位にも磁気研磨液４が回り込むことができる。なお、接着ワックス５の厚みは５μｍとした。

研磨バイト２には磁場発生源として永久磁石（ネオジウム磁石）２０を設けている。この永久磁石２０は直径８ｍｍ，長さ８ｍｍのものとし、ウェハ材料１に対して１ｍｍの間隔で対面する状態に配置し、当該狭間に対して磁気研磨液４を供給する構成を採った。そして、研磨バイト２には回転数８００ｒｐｍの回転動作を行わせるとともに、図２に示すようにウェハ材料１の側面に沿って周回する動作を行わせ、これを４時間行った。

ウェハ材料１についてエッジ部位における表面粗さを測定したところ、図５に示すような結果を得た。同図は段差測定装置（テンコール社：Ｐ−１０）により測定を行った結果であり、図５（ａ）はウェハ材料１の表側エッジ部、図５（ｂ）はウェハ材料１の裏側エッジ部の測定結果を示している。

図５から明らかなように、ウェハ材料１については表側エッジ部はもちろん丸く削ることができており、支持台３へ固着させた裏側エッジ部も丸く研削できている。すなわち、ウェハ材料１の側面，周縁は表裏何れについてもエッジ部位を十分に丸く研削でき、表裏両面を一度にベベル加工することができることを確認した。

本発明では研磨対象へは接触しなく非接触の研磨が行えることから、半導体プロセス等のウェハプロセスにおいて、厚さが極めて薄く脆弱なウェハ材料に対してベベル加工を行うことに有効である。

本発明の好適な一実施の形態を示す側面図である。 研磨バイトの運動動作の一例を示す平面図である。 本発明に係るウェハ研磨装置の一実施の形態を示す構成図である。 ウェハ研磨装置の他例を示す構成図である。 本発明に係るベベル加工の結果を示す表面粗さのグラフ図であり、（ａ）は試料の表側エッジ部、（ｂ）は試料の裏側エッジ部の測定結果を示している。

符号の説明

１ ウェハ材料（研磨対象）
１０ ブロック体
２ 研磨バイト
２０ 永久磁石
３ 支持台
４ 磁気研磨液
５ 接着ワックス
６ 流動槽
７ ｘｙ運動ステージ
８ 支持具
９ 駆動モータ
１１ｘ運動ステージ

Claims (4)

1. 研磨対象に対して研磨バイトを非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気研磨液を連動することにより流体研磨を行う磁気研磨方法であって、
   前記研磨対象としてウェハ材料を支持具に固定し、前記研磨バイトには磁場を発生する磁場発生源を設けて駆動手段と連係させ、前記研磨対象の側周部位に対して当該研磨バイトを対面させ、前記磁気研磨液には砥粒を混合しておき、前記駆動手段を起動することにより前記研磨バイトには所定の運動動作を行わせ、前記磁場発生源の磁場により前記磁気研磨液に時間的に定常的あるいは変動的な磁場を加えて流体研磨を行うことを特徴とする磁気研磨方法。
2. 前記支持具は第２駆動手段と連係させ、当該第２駆動手段を起動することにより前記支持具について所定の運動動作を行わせることを特徴とする請求項１に記載の磁気研磨方法。
3. 前記研磨対象のウェハ材料は複数を積み重ねて前記支持具に固定することを特徴とする請求項１あるいは２の何れかに記載の磁気研磨方法。
4. 研磨対象となるウェハ材料を固定させる支持具と、前記研磨対象との対面に磁場発生源を有する研磨バイトと、所定軌跡の運動動作を行わせる駆動手段と、前記研磨対象と前記研磨バイトとの狭間へ磁気研磨液を供給する供給手段とを備えて、
   前記駆動手段は前記研磨バイトおよび前記支持具の何れか一方に、あるいは両者に対して２つをそれぞれに連係し、前記磁気研磨液には砥粒を混合しておき、前記供給手段を起動することにより前記研磨対象と前記研磨バイトとの間に前記磁気研磨液を存在させ、前記駆動手段を起動することにより前記研磨バイトおよびあるいは前記研磨対象には所定の運動動作を行わせ、前記磁場発生源の磁場により前記磁気研磨液に時間的に定常的あるいは変動的な磁場を加えて流体研磨を行うことを特徴とするウェハ研磨装置。
   

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