JPH05243196A - ウエーハ面取部の鏡面研磨方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バフの長寿命を確保しつつ、低コストでウエ
ーハの外周面取部全周を均一に平滑鏡面化すること。 【構成】 円筒総形バフ４０に多段に形成された断面形
状の異なる複数の加工溝に、回転するウエーハＷの外周
面取部Ｗ１を順次押圧して該ウエーハＷの外周面取部Ｗ
１の全周を鏡面研磨する。本発明によれば、円筒総形バ
フ４０に形成された複数の加工溝の断面形状が互いに異
なるため、ウエーハＷの外周面取部Ｗ１を複数の加工溝
によって鏡面研磨すると、該外周面取部Ｗ１に未研磨部
分が残らず、その全面が均一に平滑鏡面化される。又、
本発明は、装置の構成が簡素となる総形バフ方式を採用
するため、低コストで鏡面研磨を実施することができ
る。更に、本発明においては、円筒総形バフ４０とし
て、硬質ポリウレタン樹脂や同樹脂から成る合成皮革、
ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等の比較的硬質な弾性体
材料を用いることができるため、円筒総形バフ４０の摩
耗を小さく抑えてその寿命の延長を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエーハ（以
下、ウエーハと略称する）の面取部を鏡面研磨する方法
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの基板として用いられる
ウエーハは、例えばシリコン等の単結晶インゴットをそ
の棒軸方向に対して直角にスライスし、スライスして得
られたものに対して、面取り、ラッピング、エッチン
グ、アニーリング、ポリッシング等の工程を経ることに
よって製造される。

【０００３】ところで、前述のようなウエーハ製造工程
において従来行なわれている面取りは、ウエーハエッジ
部におけるチッピングの防止を主要な目的とするもので
あり、この面取りにおいては、通常、硬剛性砥石によっ
てウエーハエッジ部分を削り取る方法が採用されてい
た。

【０００４】しかし、近年、半導体デバイスがより高密
度化するに従って、その製造工程における粉塵対策は一
層厳しくなり、その素材であるウエーハに対しても発塵
の無いことが重要な要件となり、その結果、ウエーハ面
取部に対しても、ウエーハの鏡面部並に研磨する必要性
が高まってきた。

【０００５】而して、ウエーハのエッジ部分を鏡面研磨
する方法の態様は種々あるが、その一例を図６に示す。
即ち、図６に示す鏡面研磨方法は円筒総形バフ（特に外
筒総形バフ）１４０を用いる方法であって、円筒総形バ
フ１４０は弾性体から成り、その外周部には、ウエーハ
Ｗの外周面取部Ｗ１の形状に倣った加工溝１４０ａが全
周に亘って形成されている。

【０００６】斯かる方法において上記円筒総形バフ１４
０とウエーハＷを共に図示矢印方向に回転駆動し、不図
示のスラリー（研磨液）を供給しながら、ウエーハＷの
外周面取部Ｗ１を円筒総形バフ１４０の加工溝１４０ａ
に押圧することによって、ウエーハＷの外周面取部Ｗ１
が鏡面研磨される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記鏡面研
磨においては、円筒総形バフ１４０の加工溝１４０ａの
形状とウエーハＷの外周面取部Ｗ１の形状が合致してい
て（つまり、ウエーハＷの外周面取部Ｗ１が加工溝１４
０ａに全面接触して）外周面取部Ｗ１がその全面に亘っ
て均一に鏡面研磨されることが望ましい。

【０００８】ところが、実際には、円筒総形バフ１４０
の加工溝１４０ａの形状とウエーハＷの外周面取部Ｗ１
の形状とを常に正確に一致せしめることは至難であっ
て、両者の形状が異なっているのが現実である。

【０００９】そこで、円筒総形バフ１４０を柔らかな材
質で構成し、該円筒総形バフ１４０の弾性変形によって
ウエーハＷの外周面取部Ｗ１の加工溝１４０ａに対する
全面接触を実現し、ウエーハＷの外周面取部Ｗ１をその
全面に亘って均一に鏡面研磨することが提案される。

【００１０】しかしながら、上記のようにバフが柔らか
いと、その摩耗が激しく、寿命が短くなり、しかも研磨
に要する時間が長くなるという問題がある。

【００１１】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、バフの長寿命を確保しつつ、
低コストでウエーハの外周面取部を均一に平滑鏡面化す
ることができるウエーハ外周面取部の鏡面研磨方法及び
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明方法は、円筒総形バフに多段に形成された断面形状
の異なる複数の加工溝に、回転するウエーハの面取部を
順次押圧して該ウエーハの面取部全周を鏡面研磨するこ
とをその特徴とする。

【００１３】又、本発明は、断面形状の異なる複数の加
工溝を多段に形成して成る円筒総形バフと、該円筒総形
バフを回転駆動するバフ回転手段と、同円筒総形バフを
これの軸方向に移動させるバフ移動手段と、ウエーハを
保持してこれを回転駆動するウエーハ回転手段と、ウエ
ーハを前記円筒総形バフの各加工溝に押圧する押圧手段
を含んで鏡面研磨装置を構成したことをその特徴とす
る。

【００１４】

【作用】本発明によれば、円筒総形バフに多段に形成さ
れた複数の加工溝の断面形状が互いに異なるため、ウエ
ーハを回転させながらその外周面取部を円筒総形バフの
複数の加工溝に順次押圧すれば、ウエーハの外周面取部
が断面形状の異なる複数の加工溝によって鏡面研磨さ
れ、ウエーハの外周面取部に未研磨部分が残らず、該外
周面取部の全面が均一に平滑鏡面化されて該ウエーハの
品質が高められる。

【００１５】又、本発明は、装置の構成が簡素となる総
形バフ方式を採用するため、低コストで鏡面研磨を実施
することができる。

【００１６】更に、本発明においては、円筒総形バフの
材質として、硬質ポリウレタン樹脂や同樹脂から成る合
成皮革、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等の比較的硬質
な弾性体材料を用いることにより、円筒総形バフの摩耗
を小さく抑えてその寿命の延長を図ることができる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１８】図１は本発明に係る鏡面研磨装置の縦断面
図、図２は同装置のバフ駆動装置の縦断面図、図３は図
１のＡ−Ａ線断面図、図４はウエーハの外周面取部の断
面図である。

【００１９】図１に示す鏡面研磨装置１において、２は
基台であって、該基台２上にはバフ軸台３が水平移動自
在に設置されており、該バフ軸台３の下面に突設された
ステイ３ａには、基台２に回転自在に支承されたネジ軸
４が螺合しており、ネジ軸４の端部に結着されたハンド
ル５にてネジ軸４を回すことによってバフ軸台３を図示
矢印方向（図１の左右方向）に移動させることができ
る。

【００２０】又、上記バフ軸台３上には側面視コの字状
の枠体６が水平移動自在に設置されており、該枠体６は
バフ軸台３上に設置されたシリンダー７によって図示矢
印方向（図１の左右方向）に移動せしめられる。即ち、
枠体６はシリンダー７から延出するロッド７ａに連結さ
れており、シリンダー７を駆動してロッド７ａを進退動
させることによって枠体６はバフ軸台３上を図示矢印方
向に移動せしめられる。

【００２１】上記枠体６の下部にはマスター支持台８が
水平移動自在に設置されており、このマスター支持台８
には円板状のマスター９が軸１０によって水平回転自在
に支承されている。そして、マスター支持台８には、枠
体６に回転自在に支承されたネジ軸１１が螺合してお
り、ハンドル１２にてネジ軸１１を回すことによってマ
スター支持台８を枠体６上で図示矢印方向（図１の左右
方向）に移動させることができる。

【００２２】一方、前記枠体６の上部にはバフ駆動装置
２０が取り付けられており、該バフ駆動装置２０から鉛
直下方に延出する回転軸２１には外筒総形バフ４０が結
着されている。外筒総形バフ４０は、図２に詳細に示す
ように、その外周に断面形状の異なる４つの加工溝４０
ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを多段に形成して構成さ
れ、本実施例では各加工溝４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４
０ｄの挟角θ１，θ２，θ３，θ４はそれぞれ２０°，
４０°，６０°，１８０°（ストレート）に設定されて
いる。尚、外筒総形バフ４０には、適度の弾性を有する
こと、スラリー中の研磨剤微粒子を保持すること、作用
圧力や使用スラリーに対して化学的及び機械的に耐えら
れること等の特性を有することが要求されるが、その材
質としては、硬質ポリウレタン樹脂や同樹脂から成る合
成皮革、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等の比較的硬質
な弾性体材料が用いられる。

【００２３】ここで、前記バフ駆動装置２０の構成の詳
細を図２に基づいて説明する。

【００２４】図２に示すバフ駆動装置２０において、前
記回転軸２１はケーシング２２を上下動自在に貫通して
おり、これの中間部はベアリング２３を介してスライダ
ー２４によって保持されている。

【００２５】一方、ケーシング２２の上部には２つのモ
ーター２５，２６が並設されており、一方のモーター２
５から鉛直下方に延出する出力軸２７に形成されたネジ
部２７ａには前記スライダー２４が上下動自在に螺合し
ている。又、他方のモーター２６から鉛直下方に延出す
る出力軸２８の下端にはプーリー２９が結着されてお
り、このプーリー２９と、前記出力軸２１の上部に形成
されたスプライン２１ａに上下動自在に嵌合するプーリ
ー３０との間にはＶベルト３１が巻装されている。

【００２６】尚、前記モーター２５、出力軸２７、スラ
イダー２４等は外筒総形バフ４０を軸方向（上下方向）
に移動させるためのバフ移動手段を構成し、モーター２
６、プーリー２９，３０、Ｖベルト３１等は外筒総形バ
フ４０を回転駆動するためのバフ回転手段を構成してい
る。

【００２７】ところで、図１に示すように、前記軸１０
上には、前記外筒総形バフ４０の高さ位置（軸方向移
動）を検出するための非接触式の位置センサー３２が設
置されており、該位置センサー３２は制御手段であるコ
ントローラー５０に電気的に接続されている。そして、
コントローラー５０は前記モーター２５に電気的に接続
されており、これは位置センサー３２からの入力信号を
受けてこれに応じた制御信号をモーター２５に発信す
る。

【００２８】他方、前記基台２には鉛直に立設された回
転軸５１が上下のベアリング５２を介して回転自在に支
承されており、該回転軸５１の下端にはプーリー５３が
結着されている。又、基台２の回転軸５１の側方にはモ
ーター５４が設置されており、該モーター５４から鉛直
下方に延出する出力軸５５の下端にはプーリー５６が結
着されており、該プーリー５６と前記プーリー５３との
間にはベルト５７が巻装されている。尚、上記モーター
５４、プーリー５３，５６、ベルト５７、回転軸５１等
はウエーハ回転手段を構成している。

【００２９】又、上記回転軸５１の上端には皿状のフラ
ンジ部５８が一体に形成されており、このフランジ部５
８には円板状の吸着板５９がボールベアリング６０にて
任意の方向に水平移動自在に保持されており、該吸着板
５９は、これとフランジ部５８との間に介設された平面
視六角形を成す板バネ６１によってその中心が回転軸５
１の中心に一致するよう付勢されている。そして、この
吸着板５９の下面にはトルク伝達用のピン６２が突設さ
れており、該ピン６２は回転軸５１のフランジ部５８に
形成された長孔５８ａに係合している。又、吸着板５９
の中央部上面には円形の吸着溝５９ａが開口しており、
該吸着溝５９ａは真空路６３を介して真空ポンプ等の不
図示の真空源に接続されている。更に、吸着板５９の下
面にはリング状のモデル６４が結着されている。

【００３０】又、基台２にはウエーハ押圧手段７０が設
置されており、該ウエーハ押圧手段７０においては、７
１はシリンダー、７２はリニアガイド７３によって図示
矢印方向（図１の左右方向）に摺動自在に保持されたプ
ッシャーであって、該プッシャー７２の一端には前記シ
リンダー７１のロッド７１ａが当接している。又、図３
に示すように、プッシャー７２の他端両側にはアーム７
４がその中間部を回動自在に枢着されている。そして、
各アーム７４の一端はスプリング７５を介してプッシャ
ー７２に連結されており、同アーム７４の他端にはロー
ラー７６が回転自在に支持されており、ローラー７６は
前記吸着板５９の外周部に当接している。

【００３１】次に、本鏡面研磨装置１の作用を説明す
る。

【００３２】先ず、ハンドル５によってネジ軸４を回
し、マスター支持台８を枠体６上で図示矢印方向に移動
させてマスター９の回転中心を外筒総形バフ４０の回転
中心に一致せしめる。次に、シリンダー７を駆動して枠
体６全体をバフ軸台３上で移動させてマスター９をモデ
ル６４の外周に当接させと、外筒総形バフ４０が基台２
上で位置決めされる。

【００３３】一方、吸着板５９上にはウエーハＷが載置
され、不図示の真空源を駆動すれば、吸着板５９に開口
する吸着溝５９ａには負圧が発生するため、この負圧に
よってウエーハＷが吸着板５９上に真空吸着される。
尚、このとき、ウエーハ押圧手段７０のシリンダー７１
は非作動状態にあり、ウエーハＷは円外筒総形バフ４０
から離れている。

【００３４】次に、モーター２６を駆動すれば、これの
回転は出力軸２８、プーリー２９、Ｖベルト３１及びプ
ーリー３０を経て回転軸２１に伝達され、回転軸２１及
び円筒総形バフ４０が所定の速度で一体的に回転駆動さ
れる。同様にモーター５４を駆動すれば、これの回転は
出力軸５５、プーリー５６、ベルト５７及びプーリー５
３を経て回転軸５１に伝達され、該回転軸５１が所定の
速度で回転駆動されるが、この回転軸５１の回転は更に
ピン６２を経て吸着板５９にも伝達され、該吸着板５９
及びウエーハＷが所定の速度で回転駆動される。

【００３５】その後、モーター２６を駆動すれば、これ
の出力軸２７が所定の方向に回転し、該出力軸２７のネ
ジ部２７ａに螺合するスライダー２４が下降するため、
該スライダー２４に保持された回転軸２１も外筒総形バ
フ４０と共に下降する。このとき、外筒総形バフ４０の
高さ位置は前記位置センサー３２によって検出されてお
り、この位置センサー３２の検出信号はコントローラー
５０に送られ、コントローラー５０はこの検出信号を受
信して円筒総形バフ４０の外周に形成された最上段の加
工溝４０ａがウエーハＷの高さ位置に一致したときに、
モーター２５に制御信号を送って該モーター２５の駆動
を停止せしめる。すると、円筒総形バフ４０は、その最
上段の加工溝４０ａがウエーハＷの高さ位置に一致した
状態で回転駆動される。尚、回転軸２１が上述のように
下降しても、プーリー３０は該回転軸２１にスプライン
嵌合しているため、該プーリー３０の高さ位置は不変で
あって、モーター２６の回転はプーリー２９、Ｖベルト
３１及びプーリー３０を経て問題なく回転軸２１に伝達
される。

【００３６】上記状態からウエーハ押圧手段７０のシリ
ンダー７１を駆動してこれのロッド７１ａを伸長させれ
ば、プッシャー７２はロッド７１ａに押されて吸着板５
９方向に移動するため、該プッシャー７２に保持された
アーム７４がこれの先部に取り付けられたローラ７６を
介して吸着板５９及びウエーハＷを外筒総形バフ４０方
向に押圧し、吸着板５９及びウエーハＷが外筒総形バフ
４０方向に移動してウエーハＷの外周面取部Ｗ１が最上
段の加工溝４０ａに押圧され、該外周面取部Ｗ１は加工
溝４０ａとの相対滑りによって鏡面研磨される。尚、図
示しないが、研磨加工中、ウエーハＷの外周面取部Ｗ１
にはスラリーが供給される。

【００３７】而して、最上段の加工溝４０ａは前述のよ
うにその挟角θ１が２０°に設定されているため、図４
に示すようにウエーハＷの外周面取部Ｗ１のうち挟角θ
１＝２０°の直線ａに接触する部分が先ず最上段の加工
溝４０ａによって鏡面研磨される。

【００３８】上記のように最上段の加工溝４０ａによる
鏡面研磨が終了すると、ウエーハ押圧手段７０のシリン
ダー７１の駆動が解除される。すると、吸着板５９とウ
エーハＷは板バネ６１の調心作用によってそれらの中心
が回転軸５１の中心に一致する位置まで移動せしめられ
るため、ウエーハＷは外筒総形バフ４０から離脱する。

【００３９】次に、コントローラー５０はモーター２５
に制御信号を送って該モーター２５を駆動し、前述と同
様の作用によって回転軸２１及び外筒総形バフ４０を下
降せしめる。このとき、外筒総形バフ４０の下降量（軸
方向移動量）は位置センサー３２によって検出され、そ
の検出信号はコントローラー５０に送信される。コント
ローラー５０は位置センサー３２からの検出信号によっ
て外筒総形バフ４０の下降量を算出し、これが所定値
（最上段の加工溝４０ａと２段目の加工溝４０ｂの間の
ピッチＰ１）に達すると、即ち、２段目の加工溝４０ｂ
がウエーハＷの高さ位置に一致した時点で、モーター２
５に制御信号を送って該モーター２５の駆動を停止して
外筒総形バフ４０をその位置に停止させる。この状態で
ウエーハ押圧手段７０を再び駆動すれば、ウエーハＷの
外周面取部Ｗ１は２段目の加工溝４０ｂに押圧され、該
加工溝４０ｂによって鏡面研磨される。

【００４０】而して、２段目の加工溝４０ｂは前述のよ
うにその挟角θ２が４０°に設定されているため、図４
に示すようにウエーハＷの外周面取部Ｗ１のうち挟角θ
２＝４０°の直線ｂに接触する部分が２段目の加工溝４
０ｂによって鏡面研磨される。

【００４１】以後同様にしてウエーハＷの外周面取部Ｗ
１を３段目の加工溝４０ｃ、最下段のストレートな加工
溝４０ｄに順次押圧すれば、該外周面取部Ｗ１は３段目
の加工溝４０ｃ、最下段の加工溝４０ｄによって順次鏡
面研磨され、図４に示すようにウエーハＷの外周面取部
Ｗ１のうち挟角θ３＝６０°の直線ｃに接触する部分、
θ４＝１８０°の直線ｄに接触する部分（外周端縁）が
加工溝４０ｃ，４０ｄによって順次鏡面研磨される。

【００４２】以上のように、本実施例によれば、ウエー
ハＷの外周面取部Ｗ１が断面形状の異なる複数の加工溝
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄによって順次鏡面研磨
されるため、ウエーハＷの外周面取部Ｗ１に未研磨部分
が残らず、該外周面取部Ｗ１の全面が均一に平滑鏡面化
されて該ウエーハＷの品質が高められる。

【００４３】又、本実施例では、鏡面研磨として装置の
構成が簡素となる総形バフ方式を採用するため、低コス
トで鏡面研磨を実施することができる。

【００４４】更に、本実施例においては、外筒総形バフ
４０の材質として、硬質ポリウレタン樹脂や同樹脂から
成る合成皮革、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等の比較
的硬質な弾性体材料を用いることができるため、外筒総
形バフ４０の摩耗を小さく抑えてその寿命の延長を図る
ことができる。

【００４５】ところで、以上の実施例では、その外周に
複数の加工溝４０ａ〜４０ｄを形成して成る外筒総形バ
フ４０を用いた外筒接触型の研磨方法を採用したが、図
５に示すような内周に複数の加工溝４０ａ’，４０
ｂ’，４０ｃ’，４０ｄ’を形成して成る内筒総形バフ
４０’を用いる内筒接触型の研磨方法を採用すれば、ウ
エーハＷの外周面取部Ｗ１の加工溝４０ａ’〜４０ｄ’
に対する接触幅が大きくなって理論的に研磨速度も大き
くなるため、加工時間が短縮されて生産性が高められる
という効果も得られる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明で明らかな如く、本発明によ
れば、ウエーハの外周面取部が、断面形状の異なる複数
の加工溝によって鏡面研磨されるため、ウエーハの外周
面取部に未研磨部分が残らず、該外周面取部の全面が均
一に平滑鏡面化されて該ウエーハの品質が高められる。

【００４７】又、本発明は、装置の構成が簡素となる総
形バフ方式を採用するため、低コストで鏡面研磨を実施
することができる。

【００４８】更に、本発明においては、円筒総形バフの
材質として、硬質ポリウレタン樹脂や同樹脂から成る合
成皮革、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等の比較的硬質
な弾性体材料を用いることができるため、円筒総形バフ
の摩耗を小さく抑えてその寿命の延長を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鏡面研磨装置の縦断面図である。

【図２】本発明に係る鏡面研磨装置のバフ駆動装置の縦
断面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】ウエーハの外周面取部の断面図である。

【図５】本発明の変更実施例に係る内筒総形バフの縦断
面図である。

【図６】従来の外筒接触型研磨を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 鏡面研磨装置 ２５ モーター（バフ移動手段） ２６ モーター（バフ回転手段） ４０ 外筒総形バフ（円筒総形バフ） ４０’ 内筒総形バフ（円筒総形バフ） ４０ａ〜４０ｄ 加工溝 ５４ モーター（ウエーハ回転手段） ７０ ウエーハ押圧手段 Ｗ ウエーハ Ｗ１ ウエーハの外周面取部

フロントページの続き (72)発明者 山田 正幸 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地信越半導体株式会社半導体白河研 究所内 (72)発明者 河野 浩 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地信越半導体株式会社半導体白河研 究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒総形バフに多段に形成された断面形
   状の異なる複数の加工溝に、回転するウエーハの面取部
   を順次押圧して該ウエーハの面取部全面を鏡面研磨する
   ことを特徴とするウエーハ面取部の鏡面研磨方法。
2. 【請求項２】 断面形状の異なる複数の加工溝を多段に
   形成して成る円筒総形バフと、該円筒総形バフを回転駆
   動するバフ回転手段と、同円筒総形バフをこれの軸方向
   に移動させるバフ移動手段と、ウエーハを保持してこれ
   を回転駆動するウエーハ回転手段と、ウエーハを前記円
   筒総形バフの各加工溝に押圧するウエーハ押圧手段を含
   んで構成されることを特徴とするウエーハ面取部の鏡面
   研磨装置。
3. 【請求項３】 前記円筒総形バフは、その外周部に前記
   複数の加工溝を形成して成る外筒総形バフであることを
   特徴とする請求項２記載のウエーハ面取部の鏡面研磨装
   置。
4. 【請求項４】 前記円筒総形バフは、その内周部に前記
   複数の加工溝を形成して成る内筒総形バフであることを
   特徴とする請求項２記載のウエーハ面取部の鏡面研磨装
   置。
5. 【請求項５】 前記円筒総形バフの軸方向移動を検出す
   る位置センサーと、該位置センサーの検出値に基づいて
   前記バフ移動手段を制御する制御手段を設けたことを特
   徴とする請求項２，３又は４記載のウエーハ面取部の鏡
   面研磨装置。