JPH05177524A - 半導体円形ブランクのエッジを丸める装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具にプロフィルを形成する必要がなく、半
導体ディスクの輪郭や厚さの変更時に工具を交換しない
で研削可能である、半導体ディスクを研削加工すること
によってエッジを丸める方法を提供することである。 【構成】 研削過程がプロフィルを形成していない砥石
車２によって行われ、その際、回転する工作物１と回転
する砥石車２を適切な順序で相対運動させることによ
り、工作物の所望のエッジプロフィルが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ディスクを研削
加工することによってエッジを丸める方法および装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】平らな円板状の工作物の加工は、半導体
製造および光電池製造の分野において共通の問題であ
る。この場合、半製品の円板状の状態は今日の技術水準
ではほとんど不可避の中間段階を示している。円板は直
径が２００ｍｍまで達し、厚さは通常１ｍｍ以下であ
る。材料の出発形状が円筒体であるので、ディスクは分
割によって製作しなければならない。この製作段階のた
めに、今日では特に内側穴式鋸が使用される。しかし、
いわゆる“長鋸盤”あるいは表面のきめと関連する他の
切断方法または表面のきめと関連しない他の切断方法を
使用してもよい。

【０００３】工作物の特別な切断方法や特別な工作物寸
法にもかかわらず、今日の品質要求の場合には、このよ
うにして形成された円板状工作物のエッジを、その後の
加工の前に丸くするという問題がある。この中間の加工
段階はいろいろな理由から必要である。先ず、円板状工
作物がその後の製作過程で、切断時に形成されるエッジ
によって互いに引っ掻きあうことを避けなければならな
い。更に、この脆い材料の場合、角が破損したり亀裂が
生じることがある。これに対して、エッジを丸めると、
これらの危険がかなり低下する。エッジを丸めることに
より更に、小さな材料破損が不所望な異物粒子としてそ
の後の製作段階の妨害をすることが避けられる。これは
特に、プロセスの清浄度に対する要求が益々厳しくなっ
てきている半導体製造において、重要な意味がある。

【０００４】このような加工段階のために既に、“エッ
ジグラインダー”と呼ばれる機械が知られている。この
機械は特に非常に硬い工作物のためのものであり、材料
の切除量が非常に少ないので、特に研磨に適している。
円板状の工作物は一方の平らな側が（例えば真空によっ
て）平らな面に固定されるかまたは平らな二つの面の間
に挟持される。このようにして固定された工作物はその
外周面が対応するプロフィルを有する一つまたは複数の
研削工具によって加工される。工作物をその対称軸線回
りに比較的にゆっくりと固有回転させることにより、外
周のあらゆる個所が迅速に回転する研削工具に接触す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】今日実施されているこ
の方法はしかし、方法の経済性に悪影響を与えたり、将
来予想される要求に関して重要な問題を投げかけるとい
う一連の欠点を有する。

【０００６】研削工具がプロフィルを有する工具である
ので、所定の工具は一つの輪郭形状にしか適していな
い。丸いエッジを他の形に変更する度に、ひいては一般
の場合他の工作物厚さに変更する度に、原則的に工具の
交換が必要である。それによって装備変えのために時間
がかかるという欠点のほかに、多くの高価な工具の膨大
な在庫がこの方法の経済性に不利に作用するという欠点
がある。

【０００７】丸められたエッジの表面に対する要求は、
将来益々要請されるクリーン室有用性の観点から、一層
重要となる。人は、段々に微細になる研削表面のきめを
有する多数の研削段階を順々に行うことにより、試験を
行った。しかし、この研削表面のきめは下側に限界があ
る。或る限度の表面のきめの下方では、切りくずチャン
バ容積が益々小さくなるので、研削を実際に行うことは
不可能である。すなわち、砥石の目が詰まる。この不都
合は、現在の技術水準では研削後このような幾何のため
に問題となるポリシングを行うことによって回避するこ
とが試みられた。

【０００８】現在使用されているプロフィルを有する砥
石車は、特に輪郭の寸法が非常に小さいので、ほとんど
研ぎ直すことができない。従って、工具は比較的に頻繁
に新品と取り替える必要がある。これはかなりのコスト
を必要とする。

【０００９】プロフィルを有する砥石車の原理的に不利
な特性は、それが多少不均一に摩耗するということにあ
る。これは、砥石車プロフィルの幾何学的形状に依存し
て送り成分と表面垂線が輪郭のいろいろな個所で一般的
に異なる角度をなすことに起因する。両ベクトルが重な
る個所で、砥石車の材料除去量が比較的に大きくなる。
一方、この両ベクトルが互いに大きな角度をなす個所で
は、砥石車の材料除去量は少ない。それによって、元の
砥石車プロフィルは使用時間が長くなるにつれて失われ
る。これにより、プロセスの寸法安定性の喪失が増大す
るというほかに、砥石車の高価なコーティング容積が完
全に利用されないという欠点がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】技術水準のこの欠点は、
本発明に従って、工作物の所望の輪郭が、対応するプロ
フィルを有する砥石車によって生じないで、プロフィル
を形成する必要のない工具を適切な軌道に沿って工作物
と相対的に案内し、この相対運動により所望の工作物輪
郭を生ずることにより解決される。

【００１１】

【実施例】次に、図に基づいて本発明を説明する。図１
〜６は本発明の製作方法の原理を示している。一方、図
７はこの製作方法を実施する装置の主要な部品を例示的
に示している。

【００１２】図１は、加工すべき半導体ディスク１と砥
石車（研削盤）２の加工前の出発状態を示している。工
作物１は周囲の上側の半分だけが断面で示してある。下
側の半分は上側の半分に対して対称であり、従って図示
を省略してある。半導体ディスク１はその内側の範囲
が、セラミッククランプ板に真空で締付けられているか
あるいは二つの平らな面の間に挟持され、その対称軸線
回りに回転する。左側の半分だけを示した砥石車２は半
導体ディスクに対して所定の角度で傾斜配置され、加工
回転数で回転する。砥石車２自体は円板状の基体３と、
その外周に設けられたリング状の研削体４からなってい
る。この研削体は後述のように、その使用期間中、所定
の摩耗輪郭５を有する。リング状の研削体４は円板状の
基体３から軸方向に突出しているので、その端面６を研
削加工に利用することができる。

【００１３】図２には研削加工の開始が示してある。砥
石車２はその固有回転を維持しながら半導体ディスク１
上を軸方向に移動する。その際、砥石車の円環状の端面
６がウェハ１に作用するので、材料の研削除去が始ま
る。所定の個所で砥石車２の軸方向移動が停止され、ス
パークアウト相の後で再び逆方向に移動する。それによ
って、ウェハ１の平面の外周に、ほとんど直線的な円錐
状斜面が形成される。

【００１４】図３は、円錐状の斜面７自体と、それが研
削過程の最初の部分加工によってどのようにして形成さ
れるかを示している。砥石車２は軸方向に後退した後、
所定の量だけ側方へずれる。この移動はウェハ１から離
れる方向に行われる。図３はこの移動の終わりの位置関
係を示している。

【００１５】図４に示すように、続いて、砥石車２が再
び軸方向にウェハ１の方へ移動する。この移動の間、ウ
ェハ１から材料が更に研削除去される。この移動は遅く
とも、砥石車の外側の外周面の下側の個所８がその前に
形成された円錐状の斜面７に達する前に、停止される。

【００１６】そして、砥石車２はそれに所属する図示し
ていないスピンドルや駆動ユニットと一緒に、個所９の
回りに揺動させられる。個所９は、研削リング４とウェ
ハ１の中心平面１０の外側の包囲外周面、すなわち包絡
面によって幾何学的に決まる。この揺動運動は、図５に
示すように砥石車２の回転軸線が水平になったときに停
止される。この揺動運動の間、砥石車２の個所８は定置
された点９の周りに円軌道を描く。幾何学的に形成され
るこの円弧は単独で、ウェハ１に生じる円形の輪郭部分
を決定する。なぜなら、幾何学的に強制される研削プロ
セスの運動経過と、それに応じて発生する砥石車の摩耗
メカニズムが次のことを生じるからである。すなわち、
個所８と個所９の離隔距離が、摩耗によって得られる研
削コーティング４の外側輪郭の他のあらゆる個所と個所
９の離隔距離よりも短いかまたは高々同じになるからで
ある。

【００１７】摩耗輪郭５の経過は図１〜５において大ま
かに記入されている。実際の運転では、使用条件に強く
依存する不規則なカーブを生じる。しかし、この摩耗輪
郭の正確な経過は、円弧状区間の寸法安定性にとって重
要ではない。というのは、上述のように、個所８が単独
で工作物の輪郭を決定するからである。

【００１８】砥石摩耗の増大により、個所８は上方へ移
動する。しかし、幾何学的な状態に基づいて、個所８は
常に砥石車を外側から包囲する円筒外周面上に留まる。
従って、この砥石車の摩耗は砥石車の軸方向の適当な補
正位置によって簡単に補償される。

【００１９】類似の考察が、研削過程の第１の部分操作
について適用可能である。図１に示した研削コーティン
グ４の環状の端面６が同様に摩耗し、それによって徐々
に後方へずれる。この移動も同様に、砥石車２の軸方向
の修正によって補償可能である。

【００２０】図１〜５に示した運動経過は、ウェハの上
側半部の研削加工に関するものである。しかし、工作物
は下側からも丸く加工しなければならないので、完全な
工作物プロフィルを生じるためには、図６に示すよう
な、ウェハ上側半部加工装置に対して鏡面対称に設けら
れた第２の装置が必要である。

【００２１】上記説明から判るように、最後にウェハに
生じる輪郭は原則的に三つの区間からなっている。すな
わち、ウェハの上側と下側の平面に円錐状の二つの斜面
が接続し、この斜面自体は更に、鏡面対称の二つの半部
からなる一つの円弧によって互いに接続されている。

【００２２】その際、円錐状斜面の傾斜角度と円弧の半
径は、適当な機械パラメータの調節によって自由に選択
可能である。極端な場合、円錐状の斜面は接線方向から
円弧に接続していてもよい。他方では、円錐状の斜面の
傾斜角度は水平方向に移行してもよい。それによって、
斜面自体は要するに全く無くなる。適当な機械調節によ
り、考えられるすべての円錐状斜面と、考えられるすべ
ての円弧は、互いに組み合わせ可能である。理論的には
無限のこの大きな多様性は、半導体工業の実際の要求に
対応する。この要求の目的は特に、エッジをできるだけ
無くすことである。従って、円錐状斜面と円弧区間がほ
とんど接線方向で接続されるように、機械パラメータが
調節される。円錐状斜面とウェハの平面との間に、尖っ
ていないエッジが所望される。というのは、ウェハの厚
さの或る程度の誤差を考慮しなければならないからであ
る。厚いウェハの場合には、一定の角度で形成される円
錐状斜面は幾分長くなる。一方、薄いウェハの場合に
は、対応して短くなる。ウェハの予想される厚さ誤差
は、円錐状斜面の傾斜角度を決める。

【００２３】図７は、上述の方法を実施することができ
る装置の重要な部品を例示的に示している。輪郭の上側
半部を加工するための装置と、輪郭の下側半部を加工す
るための装置が、互いに鏡面対称に配置されているの
で、図７の図示は輪郭の上側半部のための装置に制限さ
れている。図示は概略的なものであり、構造的な詳細の
図示は省略されている。

【００２４】図示したウェハ１はセラミック板に吸引さ
れる。ウェハ１のこの保持装置は持ち上げ機構１１を介
して調節可能であり、それによってウェハ１は昇降可能
である。ウェハ１自体は回転装置２１によって回転可能
であり、歯付ベルト２３を介してモータ２２によって駆
動される。回転式ガイド（流路接続器）２４は、ウェハ
１を締付け保持するために必要な真空を回転装置２１に
導入する役目をする。

【００２５】出発位置では、回転装置と軸線平行な位置
に、研削コーティング４を有する砥石車が設けられてい
る。研削コーティング４を備えた砥石車支持体３は研削
スピンドル１２に取付けられている。研削スピンドルは
本実施例ではモータスピンドルとして形成されている。
研削スピンドル１２自体はスピンドルホルダー１３に取
付けられている。スピンドルホルダー１３はキャリッジ
１４を介して中間部材１５と相対的に研削スピンドル１
２の軸線方向に移動可能である。中間部材１５自体は軸
受部材１６によってジャーナル１７の回りに揺動可能で
ある。この揺動運動の際に、研削軸線と工作物回転軸線
は常に共通の平面内に留まる。揺動運動の回転軸線は、
研削コーティング４の外周面に正確に接線方向に接する
ように配置されている。揺動運動は大減速の伝動装置２
６を介してモータ２５によって導入される。軸受部材１
６は摺動ユニット１８に固定連結されている。摺動ユニ
ット１８はキャリッジ１９によって機械台２０と相対的
に移動可能である。

【００２６】主要な機械部品の上記構成により、次のよ
うな運動が可能である。ウェハ１が回転可能であるの
で、その周囲のすべての個所が研削コーティング４に接
触する。

【００２７】ウェハ１が高さ調節可能であるので、ウェ
ハ厚さが異なる場合に、研削装置に対するウェハ中心平
面を調節することができる。砥石コーティング４は研削
加工のために回転させられる。

【００２８】砥石コーティング４はキャリッジ１４を介
して軸方向に移動可能である。この運動により、ウェハ
輪郭の円弧区間のための円の半径が決定される。それに
よって更に、砥石摩耗が個所８の位置や端面６に関して
補償される。同じ運動成分は、円錐形の斜面の加工の場
合に、送り成分としての役目をする。

【００２９】軸受部材１６とジャーナル１７の回転運動
は、研削装置全体を揺動させるために役立つ。それによ
って、研削されたプロフィルの円弧状区間を生じるため
の相対運動が行われる。それによって更に、円錐形の斜
面を加工するための傾斜位置が設定される。

【００３０】キャリッジ１９の運動成分により、ウェハ
エッジのプロフィルの円弧状区間の中心が決まる。同時
に、いろいろなウェハ直径への適合が行われる。図７は
主要な機械部品の配置を例示的に示している。上記の方
法を実施するのに適したほとんど任意の多様な組み合わ
せが考えられる。例えば、直線ガイド１９は機械台２０
に連結された固定個所の回りの回転運動によって置き換
えることができる。ウェハ１の軸方向の運動はキャリッ
ジ１９と組み合わせて十字キャリッジによって実施可能
である。キャリッジ１４，１９はころがりガイドまたは
滑りガイドでもよい。更に、工具の代わりに工作物を揺
動させることができる。この場合、ジャーナル１７回り
の揺動運動はウェハ１の対応する揺動運動によって置き
換えられる。

【００３１】

【発明の効果】冒頭で述べた技術水準に対する本発明の
効果は特に、工具自体を成形する必要がないということ
にある。なぜなら、工作物の輪郭が成形された砥石車に
よってではなく、或る限度で自由に選択可能な工具と工
作物の間の相対運動の経過によって得られるからであ
る。

【００３２】この方法の特に有利な効果は、研削すべき
輪郭の変更時あるいはウェハ厚さの変更時に同じ工具に
よって研削可能であることにある。その際、工具の交換
はもはや必要ではない。運動経過のパラメータを変更す
るだけでよい。それによって、装備変えのコスト、成形
された砥石車の品目の在庫コストが不要となる。

【００３３】本発明の他の効果は、従来の場合よりも非
常に微細な表面が得られることにある。工具を成形しな
いで、研ぐだけでよいので、この研削プロセスを電解式
ドレッサによって行うことができる。従来の代表的な砥
石車では、粒径が１５μｍまでのものだけでしか目を詰
まらせずに申し分なく研削することができないが、電解
式ドレッサと組み合わせて金属的な複合砥石車を使用す
ることにより、約１μｍまで粒径を使用することができ
る。それによって、従来は高価で複雑なポリシングを後
で行うことによってのみ可能であった工作物の粗さが得
られる。

【００３４】本発明の他の効果は、研削コーティングの
ほとんど全量が研削プロセスに関与することにある。と
いうのは、ポリシングが不要であり、技術水準では特徴
的であった砥石車の不均一な摩耗の問題が生じないから
である。これにより、使用される研削媒体の量が最適に
利用される。それによって、工具の寿命が何倍にもな
り、研削媒体コストが劇的に低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製作方法の原理を示す図である。

【図２】本発明の製作方法の原理を示す図である。

【図３】本発明の製作方法の原理を示す図である。

【図４】本発明の製作方法の原理を示す図である。

【図５】本発明の製作方法の原理を示す図である。

【図６】本発明の製作方法の原理を示す図である。

【図７】本発明による製作方法を実施する装置の主要な
部品を例示的に示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体ディスク（ウェハ、工
作物） ２ 砥石車 ３ 基体 ４ 研削体 ５ 摩耗輪郭 ６ 端面 ７ 斜面 ８，９ 個所 １０ 中心平面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ディスクを研削加工することによ
   ってエッジを丸める方法において、研削過程がプロフィ
   ルを形成していない砥石車によって行われ、その際、回
   転する工作物と回転する砥石車を適切な順序で相対的に
   運動させることにより、工作物の所望のエッジプロフィ
   ルを得ることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 砥石車が円板状の基体を備え、この基体
   がそれを取り囲む研削コーティングを有し、この研削コ
   ーティングがその外周で外周砥石車のように、およびそ
   の端面でカップ型砥石車のように使用可能であることを
   特徴とする請求項１の方法。
3. 【請求項３】 ウェハの平面に接続する円錐状斜面
   （７）が砥石車の端面によって形成され、それに接続す
   る円弧状の円形区間が砥石車の外周面によって形成され
   ることを特徴とする請求項１または２の方法。
4. 【請求項４】 研削プロセスが電解式ドレッサによって
   行われることを特徴とする請求項１から３までのいずれ
   か一つの方法。
5. 【請求項５】 請求項１から４までの方法を実施するた
   めの装置において、加工すべき半導体ディスクが真空ク
   ランプ板に吸引固定され、半導体ディスクの外周が真空
   クランプ板の縁を越えて突出し、更に軸受ユニットが設
   けられ、この軸受ユニットにより、真空クランプ板がそ
   れに締付け固定された半導体ディスクと共に回転させら
   れ、更に半導体ディスクをその軸方向位置に移動させる
   機構が設けられ、更に砥石車を取付ける研削スピンドル
   が設けられ、この砥石車がその周囲と端面を使用可能で
   あり、研削スピンドルが直線ガイドを介して中間部材と
   相対的に軸方向に移動可能であり、更に揺動装置が設け
   られ、この揺動装置によって、研削スピンドルと砥石車
   のユニットの回転軸線と、真空クランプ板と半導体ディ
   スクのユニットの回転軸線が傾斜または揺動可能であ
   り、この両回転軸線が常に共通の平面内に留まり、他の
   直線ガイドが設けられ、この直線ガイドにより、共通の
   平面内にある、工具と工作物の回転軸線が互いに近接ま
   たは離れるように移動可能であることを特徴とする装
   置。
6. 【請求項６】 工具と工作物を相対的に動かすための直
   線ガイドの代わりに、回転ユニットが使用されること特
   徴とする請求項５の装置。
7. 【請求項７】 砥石車が電解式ドレッサを備えているこ
   とを特徴とする請求項５または６の装置。