JP7381214B2 - ブラストユニット付き面取り装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン、サファイア、化合物、ガラス等の様々な素材、特に半導体ウェーハ、ガラスパネル等の板状被加工材の端面における高精度な面取り装置及び面取り方法に関する。

半導体デバイス等の作製に使用されるシリコンウェーハ等の半導体ウェーハは、ハンドリングによるチッピングを防止するため、エッジ部を研削することで面取り加工が行われ、研磨による鏡面面取り加工が行われている。つまり、半導体製造工程において、ウェーハ製造からデバイス製造に至るまで、エッジ特性の品質改善は必要不可欠なプロセスとなっている。

現在、ウェーハの材質はシリコンが主流だが、近年はサファイア、ガラス、ＳｉＣ、ＧａＮ等、様々な性質のウェーハも生産量を伸ばしており、シリコンウェーハを加工するために最適化された従来の加工方法では十分でない。特に、ＳｉＣ等の高硬度材のウェーハの場合、研削砥石が直ぐにすり減り、さらに寿命が短くなるので、ウェーハの製造コスト上昇の直接的な原因となる。また、ＧａＮ等の脆性材のウェーハの場合、ウェーハが加工負荷に耐えられず破損してしまい、歩留が低下する。さらに、ウェーハの破損の際、その破片が研削砥石に衝突すると、研削砥石や装置本体の破損や故障につながる。

上記の高硬度材、脆性材ともに、研削砥石の消耗、ウェーハの破損を防ぐために加工（送り）速度を遅くしなければならず、スループットが低下する。一方、近年は半導体ウェーハのエッジ部の品質への要求そのものが高まっており、従来技術では要求に十分適合することができない。

通常の研削ではレジン砥石の回転軸に対してウェーハＷの主面が垂直となる状態で面取り部を研削するが、この場合、面取り部には円周方向の研削痕が発生し易い。そこで、ウェーハに対して例えばレジンボンド砥石（レジン砥石）を傾けてウェーハの面取り部を研削する、いわゆるヘリカル研削を行うことが知られている。ヘリカル研削を行い、通常研削に比べ面取り部の加工歪みを低減させ、面取り部の表面粗さが改善することが、例えば特許文献１に記載されている。

また、チッピングやクラックの発生を防止し、硬質脆性材料基板の側部を研磨するため、弾性研磨材を、硬質脆性材料基板から成る被加工物の側部に向かって噴射ノズルより圧縮気体と共に噴射して衝突させ、被加工物の側部を研磨する方法であって、被加工物の側部上の加工点で側部の幅方向線と直交する接触線に対し所定の傾斜角を成す噴射方向で、加工領域に対して弾性研磨材の噴射を行うことが知られ、特許文献２に記載されている。

特開２０１６－１９０２８４号公報 特開２０１３－２２６８４号公報

上記従来技術において、特許文献１に記載のものでは、条痕という研削砥石中のダイヤモンド砥粒のひっかき痕が被加工部分にダメージ層として残り、表面粗さの悪化という形で表れていた。この条痕の出現は仕上げ用研削砥石であっても避けることはできなかった。また、研削砥石は軸中心に回転し続けるので、その中の砥粒はそれぞれ同一の軌道上を繰り返し移動する。そのため、研削砥石の一部にでも欠けや目つぶれ等の不具合があると、ウェーハのエッジ部のダメージ（表面粗さ）が悪化する、異常な条痕やキズが断続的に出現し続ける、あるいはウェーハの破損の原因となっていた。

さらに、正常な状態で研削砥石の使用を続けていたとしても、研削砥石は徐々にすり減り、溝の形状が崩れるため、加工後ウェーハのエッジ形状が不適合となる現象が起きていた。特に、仕上げに用いられるレジンボンドタイプの研削砥石はすり減りやすく、寿命が短かった。

特許文献２に記載のものでは、幅方向線と直交する接触線方向から側面へ弾性研磨材の噴射を行い、エッジ部の面取り、面取り後の研磨を行っている。したがって、エッジ部の形状精度の向上、条痕の軽減が十分できなかった。特に、被加工材側面のエッジ部の面取り斜面の加工において、弾性研磨材の軌道は妨げられ、跳ね返ることもあり、表面粗さの向上、被加工面の平坦度の向上を図ることが困難であった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、板状の被加工材であるウェーハＷのエッジ部の形状精度を向上すると共に、表面粗さの向上、うねりの解消、条痕を軽減するブラストユニット付き面取り装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ウェーハの端面を面取り加工するブラストユニット付き面取り装置であって、前記端面の面取り斜面が所定の面取り角度（Ｖ）の上斜面及び下斜面となるように研削する加工部と、弾性母材に研磨用の砥粒を分散させた弾性研磨材を噴射ノズルによって噴射するブラストユニットと、を備え、前記ブラストユニットは、前記上斜面及び前記下斜面を研削して成形加工した後、前記上斜面及び前記下斜面へ所定の噴射方向（Ｄ）で前記弾性研磨材を噴射するものである。

また、上記において、前記ブラストユニットは、２点以上の弾性研磨材の噴射口を有するように噴射ノズルを備え、前記噴射口から任意の方向へ噴射する機構を有することが好ましい。

さらに、上記において、前記噴射ノズルは、前記上斜面に向かうものと、前記下斜面に向うものとを有し、それぞれ所定の噴射方向及び位置となるように設定されたことが好ましい。

さらに、上記において、前記上斜面に向かう前記噴射ノズルと、前記下斜面に向う前記噴射ノズルとは、それぞれ独立したノズルテーブルに設けられ、前記噴射方向が所定位置となるように固定されたことが好ましい。

さらに、上記において、前記ブラストユニットによって前記弾性研磨材を噴射する際に前記ウェーハを上下から挟む上保持プレート及び下保持プレートを有し、前記上保持プレート及び前記下保持プレートは円錐台形とされ、前記円錐台形の角度は前記ウェーハの前記面取り角度以下とされ、前記ウェーハの被加工部分と同サイズの底面とされたことが好ましい。

さらに、上記において、前記弾性研磨材は２ｍｍ以下の粒子で前記砥粒と母材から成り、前記母材は、ゼラチン、あるいはゴムであり、前記砥粒を前記母材の中に分散させる、あるいは表層で保持させ、前記砥粒の粒径は０.１～２０μｍとされたことが好ましい。

さらに、上記において、前記面取り斜面の加工点を通る接触線を想定し、前記弾性研磨材の前記噴射方向は、前記接触線、あるいは前記面取り斜面での条痕に対する角度θが前記ウェーハの回転方向に対して５°以上８０°以下、かつ、前記面取り角度に対応する角度ｒが前記面取り角度をＶとして（Ｖ－３０°）以上（Ｖ－１０°）以下となるように設定されることが好ましい。
ただし、角度θは、図９、１１を参照、角度ｒは、図９、１２を参照。

さらに、上記において、前記角度θを８°±２°とすることが好ましい。

さらに、上記において、前記弾性研磨材を噴射する時は、相対湿度を６０～８０％とすることが好ましい。

さらに、上記において、前記ブラストユニットは、前記加工部又は前記面取り加工後の前記ウェーハの洗浄を行う洗浄部に設けられたことが好ましい。

さらに、上記において、前記ウェーハがオリフラ形状である場合、オリフラへ前記弾性研磨材を噴射する時は、前記ウェーハの回転を停止し、前記噴射ノズルを前記オリフラの方向に直線的に往復移動して行うことが好ましい。

さらに、上記において、前記ウェーハがノッチ形状である場合、ノッチの研磨加工は、前記ウェーハの回転を停止し、前記噴射ノズルの回転中心が、前記ノッチの頂点における曲率の中心点となるように所定の速度で揺動させて行うことが好ましい。

また、本発明は、ウェーハの端面の面取り方法であって、前記端面の面取り斜面が所定の面取り角度の上斜面及び下斜面となるように研削し、前記上斜面及び前記下斜面を研削して成形加工した後、前記上斜面及び前記下斜面へ所定の噴射方向で弾性研磨材を噴射する。

本発明によれば、ウェーハの端面の面取り斜面が上斜面及び下斜面となるように研削した後、上斜面及び下斜面へ所定の噴射方向で弾性研磨材を噴射するので、ウェーハのエッジ部の形状精度を向上できると共に、表面粗さの向上、うねりの解消、条痕を軽減して、平滑性の高い鏡面研磨が可能となる。その結果、高硬度材、脆性材であっても、エッジ部の品質を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る面取り装置の全体構成を示す平面図。 一実施形態における加工部１６Ａ、１６Ｂの構成を示す斜視図。 ウェーハＷの端面が研削加工された状態を示す説明図。 ブラストユニット２１とウェーハＷの位置関係を示す平面図。 上斜面Ｗｕを研磨する様子を示す側面図。 下斜面Ｗｄを研磨する様子を示す側面図。 従来の研磨における噴射方向とウェーハＷの加工表面との関係を示す図。 一実施形態に係る噴射方向とウェーハＷの加工表面との関係を示す図。 一実施形態に係る弾性研磨材の噴射方向の詳細を示す斜視図。 従来技術（特許文献２）による弾性研磨材の噴射方向を示す斜視図。 面取り斜面における条痕Ｗｓと弾性研磨材の噴射方向の関係を示す説明図。 面取り角度Ｖと弾性研磨材の噴射方向の関係を示す側面図。 オリフラ部の研磨加工を示す説明図。 ノッチ部の研磨加工を示す説明図。 一実施例における研磨条件。 研削加工後の被加工面の光学顕微鏡写真。 角度θ＝０°、ｒ＝３０°で研磨加工を行った被加工面の光学顕微鏡写真。 角度θ＝９０°で研磨加工を行った被加工面の光学顕微鏡写真。 角度θ＝４５°で研磨加工を行った被加工面の光学顕微鏡写真。 角度θ＝８°で研磨加工を行った被加工面の光学顕微鏡写真。 湿度小の場合で研磨加工を行った被加工面の光学顕微鏡写真。 湿度大の場合で研磨加工を行った被加工面の光学顕微鏡写真。

図１は、本発明の一実施形態に係るブラストユニット付き面取り装置１０の全体構成を示す平面図である。同図に示すように、ブラストユニット付き面取り装置１０は、供給回収部１２、プリアライメント部１４、加工部１６Ａ、１６Ｂ、ノッチ研磨部１８、洗浄部２０、後測定部２２、及び搬送部２４から構成されている。また、ブラストユニット付き面取り装置１０には、図示しない操作パネル、制御装置等も備えられている。

供給回収部１２は、面取り加工するウェーハＷをウェーハカセット３０から供給すると共に、面取り加工されたウェーハＷをウェーハカセット３０に回収する。この供給回収部１２は、図１に示すように、４台のカセットテーブル３２、３２、…と、１台の供給回収ロボット３４を有している。

４台のカセットテーブル３２、３２、…上にウェーハカセット３０、３０、…がセットされる。ウェーハカセット３０、３０、…には、面取り加工するウェーハＷが多数枚収納されている。供給回収ロボット３４は、カセットテーブル３２、３２、…にセットされた各ウェーハカセット３０からウェーハＷを１枚ずつ取り出してプリアライメント部１４に供給する。そして、供給回収ロボット３４は、面取り加工されたウェーハＷを後測定部２２からウェーハカセット３０に収納する。

供給回収ロボット３４は３軸回転型の搬送アーム３６を備えており、搬送アーム３６は、その上面部に図示しない吸着パッドを備えている。搬送アーム３６は、この吸着パッドでウェーハＷの裏面を真空吸着してウェーハＷを保持する。また、搬送アーム３６は、ガイドレール３８に沿って移動可能なスライドブロック４０上に設けられ、スライドブロック４０が駆動されて前後方向（Ｙ軸方向）に移動する。搬送アーム３６は、ウェーハＷを保持した状態で前後、昇降移動、及び旋回することができ、この動作を組み合わせることによりウェーハＷの搬送を行う。

プリアライメント部１４は、面取り加工するウェーハＷの厚さ測定とプリアライメントを行う。このプリアライメント部１４は、測定テーブル５０、センサ５２、及びノッチ検出センサ５４から構成されている。測定テーブル５０は、回転及び上下動自在に構成されており、ウェーハＷの裏面部を吸着保持して、その中心軸周りにウェーハＷを回転させる。センサ５２は、上下一対からなる静電容量センサで構成され、ウェーハＷの表面、裏面までの距離を測定する。ノッチ検出センサ５４は、レーザセンサで構成されており、測定テーブル５０に保持されて回転するウェーハＷのノッチ又はオリフラの位置を検出する。

加工部１６Ａ、１６Ｂは、ブラストユニット付き面取り装置１０の正面部に並列して配置されており、それぞれ、ウェーハＷの面取り加工を行う。加工部１６Ａ、１６Ｂは互いに同一の構成を有しており、それぞれウェーハ送り装置６０、研削装置６２から構成されている。

ノッチ研磨部１８は、ウェーハＷのノッチ部の仕上げ加工を行う。ノッチ研磨部１８は、ウェーハ送り装置７０及びノッチ研磨ユニット７２から構成されている。ウェーハ送り装置７０は、ウェーハＷを吸着保持するチャックテーブル７４を有している。ノッチ研磨ユニット７２は、ノッチ研磨ヘッド７６を備える。

洗浄部２０は、面取り加工後のウェーハＷの洗浄を行う。洗浄部２０は、スピン洗浄装置８０を備える。スピン洗浄装置８０は、洗浄テーブル８２で保持したウェーハＷを回転させてウェーハＷの表面に洗浄液を噴射することにより、ウェーハＷの表面に付着した汚れを剥離除去する。

後測定部２２は、面取り加工されたウェーハＷの直径を測定する。後測定部２２は、ウェーハＷの直径を測定する直径測定器８４と、ウェーハＷを保持して回転及び上下動させる測定テーブル８６とから構成されており、ウェーハＷの直径を直径測定器８４を用いて測定する。

搬送部２４は、ブラストユニット付き面取り装置１０の各部にウェーハＷを搬送する。搬送部２４は、研削トランスファ部１００、ノッチトランスファ部１０２、洗浄トランスファ部１０４、及び収納トランスファ部１０６から構成されている。

研削トランスファ部１００は、プリアライメント部１４でプリアライメントされたウェーハＷを各加工部１６Ａ、１６Ｂに搬送する。研削トランスファ部１００は、水平ガイド１１０と、その水平ガイド１１０に沿ってスライド移動するスライドブロック１１２（図示なし）と、そのスライドブロック上に設けられたトランスファアーム１１４とから構成されている。

スライドブロック１１２は、水平ガイド１１０に沿ってスライド移動する。トランスファアーム１１４の先端には吸着パッド１１６が設けられている。トランスファアーム１１４は、ウェーハＷを保持した状態で、水平移動及び上下移動してウェーハＷの搬送を行う。

ノッチトランスファ部１０２は、各加工部１６Ａ、１６Ｂで面取り加工されたウェーハＷをノッチ研磨部１８に搬送する。ノッチトランスファ部１０２は、水平ガイド１２０と、水平ガイド１２０に沿ってスライド移動するスライドブロック１２２と、スライドブロック１２２上に設けられたトランスファアーム１２４とから構成されている。

スライドブロック１２２は、水平ガイド１２０に沿ってスライド移動する。トランスファアーム１２４の先端には吸着パッド１２６が設けられている。トランスファアーム１２４は、ウェーハＷを保持した状態で、水平移動、上下移動、及び旋回することができ、この動作を組み合わせることによりウェーハＷの搬送を行う。これにより、各加工部１６Ａ、１６Ｂで面取り加工されたウェーハＷは、トランスファアーム１２４に保持された状態でノッチ研磨部１８に搬送される。

洗浄トランスファ部１０４は、ノッチ研磨部１８でノッチ部が仕上げ加工されたウェーハＷを洗浄部２０に搬送する。洗浄トランスファ部１０４は、水平ガイド１３０と、水平ガイド１３０に沿ってスライド移動するスライドブロック１３２と、スライドブロック１３２上に設けられたトランスファアーム１３４とから構成されている。

スライドブロック１３２は、水平ガイド１３０に沿ってスライド移動する。トランスファアーム１３４の先端には吸着パッド１３６が設けられている。また、トランスファアーム１３４は、ウェーハＷを保持した状態で、ウェーハＷの搬送を行う。そして、ノッチ研磨部１８でノッチ部が仕上げ加工されたウェーハＷは、トランスファアーム１３４に保持された状態で洗浄部２０に搬送される。

収納トランスファ部１０６は、洗浄部２０で洗浄されたウェーハＷを後測定部２２に搬送する。収納トランスファ部１０６は、ノッチトランスファ部１０２と共有される水平ガイド１２０と、水平ガイド１２０に沿ってスライド移動するスライドブロック１４２と、そのスライドブロック１４２上に設けられたトランスファアーム１４４とで構成されている。

スライドブロック１４２は、水平ガイド１２０に沿ってスライド移動する。トランスファアーム１４４の先端には吸着パッド１４６が設けられている。また、トランスファアーム１４４は、ウェーハＷを保持した状態で、ウェーハＷの搬送を行う。これにより、洗浄部２０で洗浄されたウェーハＷは、トランスファアーム１４４に保持された状態で後測定部２２に搬送される。

次に、加工部１６Ａ、１６Ｂの構成について図２を参照して説明する。図２は、加工部１６Ａ、１６Ｂの構成を示す斜視図である。加工部１６Ａ、１６Ｂは、ウェーハ送り装置６０、研削装置６２を備える。

ウェーハ送り装置６０は、ウェーハＷを吸着保持するチャックテーブル（ウェーハテーブル）１５０を有している。チャックテーブル１５０は、図示しない駆動手段に駆動されることにより、前後方向（Ｙ軸方向）、左右方向（Ｘ軸方向）、及び上下方向（Ｚ軸方向）の各方向に移動する。そして、チャックテーブル１５０は、チャックテーブル駆動モータ１５２に駆動されることにより中心軸回りに回転する。

研削装置６２は、ウェーハ送り装置６０のチャックテーブル１５０に対してＹ軸方向に所定距離離れた位置に配置される。研削装置６２は、粗研モータ１５４に駆動されて回転する粗研スピンドル１５６を有している。粗研スピンドル１５６は、前後方向（Ｙ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）の各方向に移動可能に構成される。粗研スピンドル１５６には、ウェーハＷの端面を粗加工（粗研削）する外周粗研削砥石１５８が装着される。外周粗研削砥石１５８は、その外周面に複数の外周粗研削用溝が形成されており、この溝にウェーハＷの外周を押し当てることにより、ウェーハＷの端面が粗研削される。

外周粗研削砥石１５８としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ等の金属粉等を主成分とし、ダイヤモンド砥粒を混ぜて成形したものが用いられる。ツルアーの材質は、外周粗研削砥石１５８によって加工することができるものを採用する。

図３は、ウェーハＷの端面が研削によって成形加工された状態を示す説明図であり、（ａ）はウェーハＷ面取り部の断面形状であり、面取り斜面のうちＷｕがエッジ部の上斜面、Ｗｄがエッジ部の下斜面、Ｗｃが側面である。（ｂ）は上斜面Ｗｕの表面粗さＷｒの例を示している。同じく、（ｃ）は上斜面Ｗｕの条痕Ｗｓであり、研削砥石中のダイヤモンド砥粒のひっかき痕がダメージ層として残っている。また、研削砥石中の砥粒はそれぞれ同一の軌道上を繰り返し移動するため、研削砥石の一部にでも欠けや目つぶれ等の不具合があると、異常な条痕Ｗｓやキズが断続的に出現し続ける、あるいはウェーハＷの破損の原因となっていた。

特に、従来技術における仕上げ加工に用いられるレジンボンドタイプの研削砥石はすり減りやすく、研削砥石は徐々にすり減り、溝の形状が崩れる。そのため、加工後は、ウェーハＷのエッジ部の形状が不適合となり、寿命が短かった。また、条痕Ｗｓ以外では、加工表面に表れる大きく波打つ凹凸である「うねり」を生じることがあった。

さらに、ＧａＮ等の脆性材のウェーハＷの場合、ウェーハＷが加工負荷に耐えられず破損してしまい、歩留が低下する。また、ウェーハＷの破損の際、その破片が研削砥石に衝突すると、研削砥石や装置本体の破損や故障につながる。また、高硬度材、脆性材ともに、研削砥石の消耗、ウェーハＷの破損を防ぐために加工（送り）速度を遅くしなければならず、スループットが低下する。

そこで、ブラストユニット付き面取り装置１０は、加工部１６Ａ、１６Ｂ又は洗浄部２０のどちらかに研磨材を噴射して衝突させるブラストユニット２１を搭載する。図４は、ブラストユニット２１とウェーハＷの位置関係を示す平面図、図５は、上斜面Ｗｕを研磨する様子を示す側面図、図６は、下斜面Ｗｄを研磨する様子を示す側面図である。ブラストユニット２１は、弾性母材に研磨用の砥粒を分散させた弾性研磨材３００、又は弾性母材の表面に研磨用の砥粒を付着させた弾性研磨材３００をウェーハＷの面取り斜面へ向かって圧縮気体と共に噴射して衝突させてエッジ部の面取り斜面を研磨する。つまり、ブラストユニット付き面取り装置１０は、面取り斜面である上斜面Ｗｕ及び下斜面Ｗｄを所定の面取り角度Ｖで研削して成形加工した後、上斜面Ｗｕ及び下斜面Ｗｄへ所定の噴射方向で弾性研磨材３００を噴射する。

ブラストユニット２１は、ノズルテーブル２２２に設置され、ウェーハＷに対して半径方向に所定距離だけ離れた位置に配置される。そして、ブラストユニット２１は、上斜面Ｗｕ、下斜面Ｗｄの研磨が可能なように２点以上の弾性研磨材３００の噴射口を持つように、噴射ノズル２２３、２２４を備える。研磨材は、圧縮気体又は遠心力によって噴射ノズル２２３、２２４の各噴射口から任意の方向へ弾性研磨材３００を噴射する機構を有する。

ノズルテーブル２２２は、図４の矢印に示すようにＸＹ方向に移動が可能とされる。また、噴射ノズル２２３、２２４は、図５のＺ方向で噴射口の高さ、及び回転軸２２９によって、噴射口の噴射方向が立体的に可変とされている。そして、噴射ノズル２２３は上斜面Ｗｕに向かって、噴射ノズル２２４は下斜面Ｗｄに向かってそれぞれ所定の噴射方向及び位置となるように設定されている。そして、ノズルテーブル２２２は、上斜面Ｗｕ、下斜面Ｗｄの研磨毎に移動して行う。

なお、一実施形態は、一つのノズルテーブル２２２に、噴射ノズル２２３、２２４を設けることで説明したが、二つの独立したノズルテーブル２２２を設け、噴射ノズル２２３、２２４をそれぞれ独立して切り離しても良い。この場合は、ノズルテーブル２２２の移動は不要でそれぞれ噴射方向が所定位置となるように固定すれば良い。

ウェーハＷは、上保持プレート２２７、下保持プレート２２８によって上下から挟んで保持テーブル２２６で保持される。保持テーブル２２６は、保持モータ２２５に駆動されて回転する。また、保持ユニット２３０は、前後方向（Ｙ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）の各方向に移動可能に構成される。

上保持プレート２２７、下保持プレート２２８は円錐台形であり、ウェーハＷのエッジ部でない部分（被加工部分）と同サイズの底面でウェーハＷを挟み込む。円錐台形の角度は、面取り角度Ｖ以下とする。したがって、エッジ部でない部分への弾性研磨材３００の衝突を防ぐことができる。また、弾性研磨材３００の軌道は妨げられず、エッジ部を滑走した弾性研磨材３００研磨材が上保持プレート２２７、下保持プレート２２８に衝突して再びエッジ部の方向へ跳ね返ることもない。さらに、上保持プレート２２７、下保持プレート２２８は、表面がセラミックコーティングされていることが望ましい。

弾性研磨材３００の噴射方向とその作用について説明する。弾性研磨材３００は、２ｍｍ以下の粒子で、砥粒と母材から成る。母材は、弾性のタンパク質を主成分とするゼラチン、あるいはゴム等で、砥粒を母材の中に分散させる、あるいは表層で保持させた弾性研磨材３００を用いる。砥粒は、粒度が＃３０００から１２００相当、粒径０.１～２０μｍのダイヤモンド、ＣＢＮ、ＧＣ等である。図７は、従来の研磨における噴射方向とウェーハＷの加工表面（表面粗さＷｒ）との関係を示す図であり、図８は、一実施形態に係る噴射方向とウェーハＷの加工表面（表面粗さＷｒ）との関係を示す図である。

従来の研磨は、図７に示すように噴射方向は、矢印３０１のように加工表面に対して略直交して行っている。この方法は、弾性研磨材３００が加工表面に対して強く衝突して切削力を発揮する。しかし、弾性研磨材３００は、加工表面、特に条痕Ｗｓとして大きな表面粗さである部分で矢印３０２のように跳躍する。特許文献２は、この作用を利用してエッジ部を切削して面取り、又は既に面取りが行われている面を研磨している。そのため、エッジ部の面取り斜面に関しては、表面粗さの向上、被加工面の平坦度の向上を図ることが困難であった。

一実施形態では、図８に示すように弾性研磨材３００の噴射方向は、矢印３０３のように加工表面に対して沿うような低い角度で行っている。したがって、噴射ノズル２２３、２２４から噴射された弾性研磨材３００は、応力分散して加工表面へ到着後に素早く変形を始め、跳躍が抑制されて矢印３０４のように加工表面を長い距離に亘り滑走する。つまり、弾性研磨材３００は、被加工物（ウェーハＷ）への衝突時に変形し、被加工物表面を滑走して砥粒を作用させる。これにより、砥粒の切り込みが大きくなり過ぎることなく、被加工物に深い条痕Ｗｓが残り難く、平滑性の高い鏡面研磨が可能となる。

ブラストユニット付き面取り装置１０は、主に半導体ウェーハを被加工物としている。被加工物は、硬質であると共に脆性を有する材料で形成された基板であり、研削加工を行う際に、チッピングやクラックの発生し易い材質で形成された基板に適している。被加工物の材質は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ＳｉＣ、Ｇａ２０３、サファイア、ＧａＮ、ＧａＡｓをはじめとする半導体材料に適している。他に、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＬＴ、ＬＮ、Ｇｅ、ガラス、セラミックス、ＭｇＯ、ＺｎＯ、水晶、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＢＧＯ、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＢａＦ２、ＣｅＦ３、ＫＢｒ、ＧＧＧ、ＹＡＧ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ、ＳＴＯ、ＹＳＬ、ＬｏＢ等でも良い。ウェーハＷの形状種別は円、ノッチ、オリフラ、ＳＯＩ、エッジ形状はテラス、舟形等に適用可能である。

図９は、一実施形態に係る弾性研磨材３００の噴射方向Ｄの詳細を示す斜視図であり、図１０は、従来技術（特許文献２）による弾性研磨材３００の噴射方向Ｄを示す斜視図である。図９と図１０を比較して、ブラストユニット付き面取り装置１０による加工方法の特徴を説明する。加工方法の特徴は、ウェーハＷのエッジ部の面取り斜面、つまり上斜面Ｗｕ、下斜面Ｗｄ（図３参照）上の加工点に対して所定の角度θ、角度ｒを成す噴射方向Ｄで弾性研磨材３００を噴射することにある。

図９は、上斜面Ｗｕの研磨を示しており、加工点は上斜面Ｗｕの点とし、加工点を通る接触線τを想定する。弾性研磨材３００の噴射方向Ｄは、接触線τ、あるいは上斜面Ｗｕでの条痕Ｗｓに対する角度θがウェーハＷの回転方向φに対して５°以上８０°以下、望ましくは、８°±２°となるようにする。かつ、噴射方向Ｄは、上斜面Ｗｕの面取り角度Ｖに対応する角度ｒが（Ｖ－３０°）以上（Ｖ－１０°）以下となるように噴射ノズル２２３（図４参照）が設定される。なお、下斜面Ｗｄの研磨も同様である。

そして、円周全体の研磨加工は、ウェーハＷを所定の速度で回転方向φに回転させる。噴射方向Ｄは固定しているので、この動作によりウェーハＷの加工点が移動する。下斜面Ｗｄの研磨加工は、ノズルテーブル２２２をＸＹ方向（図３参照）に移動して、上斜面Ｗｕと同様に行う。なお、研磨加工における相対湿度は、６０～８０％とすることが弾性研磨材３００を加工表面に効率良く滑走させる点で望ましい。

図１０は、従来技術（特許文献２）による噴射方向Ｄを図９と同様な図としたものであり、図９で加工点を上斜面Ｗｕの点としているのと異なり、被加工物（ウェーハＷ）の側面Ｗｃを加工点としている。また、図１０は、側面Ｗｃの加工点を通る幅方向線Ｈと、幅方向線Ｈと直交し、加工点で接する接触線Ｔを想定している。弾性研磨材３００の噴射方向Ｄは、加工点で幅方向線Ｈと交叉し、接触線Ｔに対し所定の傾斜角ξを切削性の低下を考慮して角度２～６０°としている。なお、本例では、噴射方向Ｄと条痕Ｗｓの方向が一致することになる。

図１１は、面取り斜面における条痕Ｗｓと弾性研磨材３００の噴射方向Ｄの関係を示す説明図である。（ａ）は回転方向φに対して条痕Ｗｓの方向と弾性研磨材３００の噴射方向Ｄが一致、角度θ＝０°の場合、（ｂ）は、角度θ＝９０°、（ｃ）は、角度θ＝４５°（噴射方向Ｄ、角度θは、図９参照）を示している。（ａ）の場合、条痕Ｗｓは、加工表面の比較的に大きな深い傷なので、弾性研磨材３００によっても条痕Ｗｓを消すような研磨ができない。

（ｂ）は、噴射方向Ｄとしては条痕Ｗｓを消す方向であるが、弾性研磨材３００の滑走距離が小さくなり、砥粒の切り込みを大きくせざるを得ない。（ｃ）の場合、弾性研磨材３００の滑走距離を長くすると共に、条痕Ｗｓによる弾性研磨材３００の跳躍を防ぐことができる。

したがって、（ｃ）のように条痕Ｗｓの方向に対して角度θを比較的に小さくすることで条痕Ｗｓが残り難く、平滑性の高い鏡面研磨が可能となる。ただし、θを小さくし過ぎると、（ａ）の状態となり、条痕Ｗｓを消すことが困難となる。角度θは、試行錯誤による実験を繰り返した結果、５°以上８０°以下が実用的であり、略８°、８°±２°程度が平滑性の高い鏡面を得るには適していることが分かった。

図１２は、面取り角度Ｖと弾性研磨材３００の噴射方向Ｄの関係を示す側面図である。図８で説明したように、弾性研磨材３００の噴射方向Ｄは、加工表面に対して沿うような低い角度で行うことが望ましい。ただし、面取り斜面はウェーハＷの水平面に対して角度Ｖを成しているので、噴射方向Ｄは、噴射方向ＤとウェーハＷの水平面との角度ｒを角度Ｖと等しくなるようにすると、弾性研磨材３００による切込み量が小さくなり過ぎる。したがって、噴射方向Ｄは、弾性研磨材３００による切削力と砥粒の滑走による作用をバランスする必要がある。そこで、噴射方向Ｄは、面取り角度Ｖに対して角度ｒを（Ｖ－３０°）以上（Ｖ－１０°）以下とすることが望ましい。

以上によって、ウェーハＷのエッジ部に面取り斜面を研削した後、面取り斜面に弾性研磨材３００を使用したブラスト研磨を行うので、研削時の条痕Ｗｓが軽減し、表面粗さが向上する。また、被加工面が平坦に研磨され、うねりが解消される。したがって、脆性材のウェーハＷであっても、エッジ部の形状精度を向上すると共に、ハンドリング等によるチッピングを防止し、品質改善を図ることができる。

また、ブラスト研磨では、精研用ダイヤモンド砥石による加工特有の問題が発生しないので、砥石の消耗、ウェーハＷの破損を防いで歩留まりを向上できる。さらに、仕上げ工程を精研用ダイヤモンド砥石からブラスト研磨へ置き換えれば、加工時間が短縮し、高レートの加工を行うことができる。

図１３は、オリフラ形状のウェーハＷにおけるオリフラＯＦ部の研磨加工を示す説明図である。研磨加工は、ウェーハＷの回転を停止して行う。そして、弾性研磨材３００の噴射は、オリフラＯＦ部が直線形状であるので、噴射ノズル２２３又は２２４をＸ方向、つまり、オリフラＯＦの方向に直線的に往復移動して行う。また、弾性研磨材３００の噴射方向Ｄは、ウェーハＷの円形部、図１１と同様に条痕Ｗｓの方向に対して角度θ方向とする。

図１４は、オリフラＯＦに代わってノッチＷＮを設けたノッチ形状のウェーハＷにおけるノッチ部の研磨加工を示す説明図である。研磨加工は、ウェーハＷの回転を停止し、噴射方向Ｄが接触線τあるいは条痕Ｗｓに対する角度θが９０°となるようにする。例えば、噴射ノズル２２３又は２２４の回転中心が、ノッチＷＮの頂点で、その曲率の中心点Ｏｔとなるように所定の速度で揺動させ研磨加工する。研磨加工の際の加工点の移動は、ウェーハＷの円形部の研磨加工時よりも速く、加工点を往復させて研磨を繰り返す。

以下に、本発明のブラストユニット付き面取り装置１０によりウェーハＷのエッジ部の面取り部を加工した実施例について以下説明する。

被加工物は、材質をＳｉＣ（炭化ケイ素）とした半導体ウェーハとした。図１５は、詳細な研磨条件を示している。面取り部の研削による成形加工は、ダイヤモンドホイール（砥石）で行った。成形加工の研削加工後による面粗度は、算術平均粗さＲａが０.１３７μｍ、最大高さＲｚが０.７０３μｍであった。図１６は、研削加工後の被加工面の光学顕微鏡写真である。図の矢印が加工方向であり、多数の条痕Ｗｓが認められる。

図１７は、噴射方向Ｄは、θ＝０°、ｒ＝３０°（図９参照）で研磨加工を行った被加工面の光学顕微鏡写真である。研磨条件は、弾性研磨材３００の母材が、平均粒径３００μｍ、材質がゼラチンとした。また、砥粒はダイヤモンドで粒度が＃３０００であり、母材中に分散又は表面に付着している。噴射速度は、２０００ｍ／ｍｉｎ、湿度は６０％としている。研磨加工後、算術平均粗さＲａが０.０５９μｍ、最大高さＲｚが０.２３４μｍであり、改善されているが、図１７の光学顕微鏡写真では条痕Ｗｓ（図３参照）が未だ認められる状態である。

図１８は、同条件でさらにθ＝９０°としたものである。研磨加工後、算術平均粗さＲａが０.０４５μｍ、最大高さＲｚが０.１９２μｍであり、条痕Ｗｓは噴射方向Ｄがθ＝０°のときの図１７よりも上下両端で平滑化されているが、中央部は未だ残っている。

図１９は、同条件でさらにθ＝４５°としたものである。研磨加工後、算術平均粗さＲａが０.０３２μｍ、最大高さＲｚが０.１８５μｍであり、弾性研磨材３００の滑走距離が長くなった効果が表れており、実用的な状態である。

図２０は、同条件でさらにθ＝８°としたものである。研磨加工後、算術平均粗さＲａが０.０２３μｍ、最大高さＲｚが０.１５６μｍであり、図１９で一部残っていた中央部の条痕Ｗｓもかなり消えている。この状態は、条痕Ｗｓの軽減、表面粗さの向上、うねりの解消、形状精度を向上等で最適であり、平滑性の高い鏡面を得ることができている。

図２１、２２は、湿度の影響を示しており、図２１の光学顕微鏡写真が３０％程度と湿度小の場合、図２２が６０％程度と湿度大で研磨加工を行った結果である。湿度大の方が面粗度の点で有利なことが確認できた。

以上の結果から、面取り斜面を研削で成形加工後、弾性研磨材３００でブラスト研磨加工を行う際、弾性研磨材３００の噴射方向Ｄは、角度θ（図９参照）を５°以上８０°以下とすることが実用的である。また、角度θは略８°、８°±２°程度が平滑性の高い鏡面を得るには適していることが確認できた。なお、角度θは、接触線τ、あるいは上斜面Ｗｕでの条痕Ｗｓに対するウェーハＷの回転方向φに対する角度（図９参照）である。また、噴射方向Ｄは、面取り斜面の面取り角度Ｖに対応する角度ｒが（Ｖ－３０°）以上（Ｖ－１０°）以下となるようにすることが良いことも確認している。

１０：ブラストユニット付き面取り装置、１２：供給回収部、１４：プリアライメント部、１６Ａ、１６Ｂ：加工部、１８：ノッチ研磨部、２０：洗浄部、２１：ブラストユニット、２２：後測定部、２４：搬送部、３０：ウェーハカセット、３２：カセットテーブル、３４：供給回収ロボット、３６：搬送アーム、３８：ガイドレール、４０：スライドブロック、５０：測定テーブル、５２：センサ、５４：ノッチ検出センサ、６０：ウェーハ送り装置、６２：研削装置、７０：ウェーハ送り装置、７２：ノッチ研磨ユニット、７４：チャックテーブル、７６：ノッチ研磨ヘッド、８０：スピン洗浄装置、８２：洗浄テーブル、８４：直径測定器、８６：測定テーブル、１００：研削トランスファ部、１０２：ノッチトランスファ部、１０４：洗浄トランスファ部、１０６：収納トランスファ部、１１０：水平ガイド、１１２：スライドブロック、１１４：トランスファアーム、１１６：吸着パッド、１２０：水平ガイド、１２２：スライドブロック、１２４：トランスファアーム、１２６：吸着パッド、１３０：水平ガイド、１３２：スライドブロック、１３４：トランスファアーム、１３６：吸着パッド、１４２：スライドブロック、１４４：トランスファアーム、１４６：吸着パッド、１５０：チャックテーブル、１５２：チャックテーブル駆動モータ、１５４：粗研モータ、１５６：粗研スピンドル、１５８：外周粗研削砥石、２２２：ノズルテーブル、２２３、２２４：噴射ノズル、２２５：保持モータ、２２６：保持テーブル、２２７：上保持プレート、２２８：下保持プレート、２２９：回転軸、３００：弾性研磨材、３０１、３０２、３０３、３０４：矢印、Ｄ：噴射方向、Ｈ：幅方向線、Ｏｔ：中心点、Ｒｚ：最大高さ、Ｔ：接触線、Ｗ：ウェーハ、ＷＮ：ノッチ、ＯＦ：オリフラ、Ｗｃ：側面、Ｗｕ：上斜面、Ｗｄ：下斜面、Ｗｓ：条痕、Ｖ：面取り角度、ｒ：角度（面取り角度Ｖに対応する角度）、θ：角度（接触線τ、あるいは上斜面Ｗｕでの条痕Ｗｓに対する角度）、ξ：傾斜角、τ：接触線（面取り斜面の加工点を通る接触線）、φ：回転方向

Claims (1)

1. ウェーハの端面を面取り加工するブラストユニット付き面取り装置であって、
   前記端面の面取り斜面を所定の面取り角度の上斜面及び下斜面となるように研削する加工部と、
   弾性母材に研磨用の砥粒を分散させた弾性研磨材を噴射ノズルによって噴射するブラストユニットと、
   前記ブラストユニットによって前記弾性研磨材を噴射する際に前記ウェーハを上下から挟む上保持プレート及び下保持プレートと、を備え、
   前記ブラストユニットは、前記上斜面及び前記下斜面を研削して成形加工した後、前記上斜面及び前記下斜面へ所定の噴射方向で前記弾性研磨材を噴射し、
   前記上保持プレート及び前記下保持プレートは円錐台形とされ、
   前記円錐台形の角度は、前記ウェーハの前記面取り角度以下とされ、前記ウェーハの被加工部分と同サイズの底面とされたことを特徴とするブラストユニット付き面取り装置。