JPH0440851Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ａ 考案の目的 （産業上の利用分野） 本考案の表面研磨用治具は、半導体レーザや
LSIを造るために、半導体の塊を薄切して得られ
た半導体ウエハの表面を研磨して鏡面に仕上げる
場合に利用する。

（従来の技術） 各種物品の表面を研磨して鏡面とするのに、従
来から種々の研磨方法が使用され、或は提案され
ているが、このような研磨方法は大別して３つの
種類に分けられる。即ち、被加工物の被研磨面と
ポリシヤ（或は砥石）の研磨面とを直接接触させ
る接触型の研磨方法と、上記両面を接触させない
非接触型の研磨方法と、被研磨面と研磨面とが接
触する部分と接触しない部分とが混在する準接触
型の研磨方法との３種類である。

このうち、接触型の研磨方法には光学ポリシン
グ、液中研磨、金相学的ポリシング等があるが、
例えばピツチポリシヤを用いた光学ポリシングに
ついて第８〜９図により説明すると、ポリシヤ３
の研磨面には溝又は孔２を形成し、被加工物１の
被研磨面と上記研磨面との間に供給した研磨剤４
の余剰分をこの孔２内に収容できるようにしてい
る。研磨作業は上記両面をこすり合わせることに
より行なうが、研磨剤中に含まれる砥粒５，５が
第９図に示すように両面間に介在し、被加工物１
の被研磨面を削り取る機械的な研磨が行なわれ
る。

又、非接触型の研磨方法には、ハイドロプレー
ンポリシング、フロートポリシング、EEM
（Elastic Emission Machining）、非固体接触研
磨等があるが、このうち非固体接触研磨について
第１０図により説明すると、ポリシヤ３の研磨面
には断面が鋸歯状の溝が多数形成されており、こ
の研磨面と被加工物１の被研磨面との間には比較
的多量の研磨剤４を介在させて被加工物１を浮遊
状態としている。研磨作業時には、ポリシヤ３を
被加工物１に対して相対的に移動させると、研磨
剤４が矢印ａ方向に流れ、被研磨面に斜めに衝突
する。研磨剤４としては、被加工物１に対してエ
ツチング作用を有し、微細な砥粒を混入したもの
を使用するため、被研磨面はエツチングに続く砥
粒の衝突により研磨される。

更に、準接触型の研磨方法にはメカニカルポリ
シング、デイスク式化学研磨等があるが、このう
ちメカニカルポリシングについて第１１図により
説明すると、被加工物１は研磨剤４を介して弾性
材製で研磨面に凹凸を有するポリシヤ３に対向さ
せ、このポリシヤ３を上記被加工物１に対して相
対的に移動させる。

ところが、上述のような従来の研磨方法では次
に述べるような不都合がある。

即ち、接触型の研磨方法では、砥粒が被研磨面
に直接接触する結果、研磨速度が早い代りに深い
加工変質層が生じる等、加工欠陥が生じ易い。

又、非接触型の研磨方法では、良好な鏡面を得
られる代りに研磨速度が遅い。

更に、準接触型の研磨方法は程度の差はある
が、上記の接触型、非接触型の有する不都合を有
している。

このような問題を解決するためには、研磨作業
の初期に於いては接触型の研磨を行ない、終期に
於いては非接触型の研磨を行なうようにすれば良
いが、このような事情に鑑みて、実願昭59−
155791号には、第２図に示すような、研磨作業の
進行に伴つて被加工物とポリシヤとの接触条件を
自動的に変換できて上述のような問題を解決する
ことができる表面研磨用治具が提案されている。

この先考案の表面研磨用治具は、第２図に示す
ように、短円筒状の環体６と被加工物保持体７と
からなつている。環体６の下面には、サフアイヤ
或はパイレツクスガラス等の研磨作業時に使用す
る研磨剤によりエツチングされることがなく、被
加工物に比べて十分に大きな耐磨耗性を有する材
質で造つた複数のブロツク８，８が固定されてい
る。この複数のブロツク８，８は環体６の下面に
均等に配置しており、各ブロツク８，８の下面は
同一平面に位置するように各ブロツク８，８の高
さを等しくしている。

一方、被加工物保持体７は、短円柱状の短柱部
９の上端に外向フランジ１０を形成したもので、
短柱部９の直径は上記環体６の内径よりも僅かに
小さく、外向フランジ１０の直径は環体６の内径
よりも十分に大きくそれぞれ形成している。この
外向フランジ１０の３個所位置にはねじ孔１１が
設けられており、各ねじ孔１１にそれぞれねじ１
２，１２が螺合している。各ねじ１２，１２の下
端は環体６の上面に対向しており、ねじ１２，１
２を回転させることで各ねじ１２，１２の外向フ
ランジ１０の下面への突出量を変えることができ
るようにしている。又、前記短円柱部９の下面は
平坦面として被加工物１を装着できるようにして
いる。

このように構成される先考案の表面研磨用治具
を用いて被加工物の表面を研磨する場合、第２図
に示すように、被加工物保持体７の下面に被加工
物１を装着し、この保持体７を環体６の内側に挿
入した状態で、被加工物１の被研磨面と環体下面
のブロツク８，８の下面とをポリシヤ３の研磨面
に当接させる。この状態に於いては、未だねじ１
２，１２の下端が環体６の上面に当接せず、被研
磨面は十分な当接圧力でポリシヤ３の研磨面に接
触する（第３図の状態）。

この状態で被加工物保持体７をポリシヤ３に向
けて押し付けながら、研磨剤の存在下でポリシヤ
３と被加工物１とをこすり合わせると、被加工物
１が次第に研磨されてその被研磨面が平滑になる
とともに厚さが薄くなる（第４図の状態）。

このように研磨作業の進行に伴つて被加工物の
厚さが或る程度まで薄くなると、ねじ１２，１２
の下端が環体６の上面に当接し、被加工物保持体
７の下面がそれ以上ポリシヤ３の研磨面に近付か
なくなる。このため、被加工物１の被研磨面とポ
リシヤ３の研磨面とが当接する圧力が次第に小さ
くなつて、両面の接触状態が準接触の状態となる
（第５図の状態）。

被研磨面と研磨面との間に介在させた研磨剤は
被加工物に対してエツチング作用を有するため、
上記両面が接触しなくなつても被研磨面は化学的
な研磨作用を受け（第６図の状態）、それまでの
接触状態に於ける研磨により生じた加工変質層等
の加工欠陥を除去して被研磨面を良好な鏡面に仕
上げる。

（考案が解決しようとする問題点） ところが、上述のように構成され作用する先考
案の表面研磨用治具に於いては、依然として次に
述べるような不都合を生じる。

即ち、被加工物保持体７を環体６の内側に、昇
降自在に挿通するため、環体６の内周面と被加工
物保持体７の外周面との間に微小な隙間が形成さ
れ、研磨作業時に於いて、環体６の内側で被加工
物保持体７が多少がたつく事が避けられない。

このように被加工物保持体７が環体６の内側で
がたついた場合、この被加工物保持体７の下面に
添着された半導体ウエハ等の被加工物１の厚さが
不同になることが避けられず、第７図に誇張して
示すように、被研磨面が凸に彎曲してしまう。

本考案の表面研磨用治具は、前述した先考案の
表面研磨用治具の有する長所をそのままにして、
上述のような不都合を解消したものである。

ｂ 考案の構成 （問題点を解決するための手段） 本考案の表面研磨用治具は、前述した先考案に
係る表面研磨用治具と同様に、研磨時に使用する
研磨剤によりエツチングされることがなく、研磨
すべき被加工物よりも耐摩耗性に勝れた材質製の
ブロツクを外筒の下面に固定している。

この外筒の内側には、下面に被加工物を添着自
在な保持ブロツクをがたつきなく、かつ昇降自在
に挿入している。

前記外筒には、一端がこの外筒の内周面に開口
するシリンダ室を設けている。このシリンダ室
は、上記内周面側の小径部と外周寄りの大径部と
を段部で連続させて成るもので、外周側開口端部
にはねじ蓋を螺着している。

上述のようなシリンダ室内には、内周寄りの小
径部と外周寄りの大径部とを段部で連続させたク
ランプピストンが、軸方向の摺動を自在として隙
間なく嵌装している。このクランプピストンは上
記ねじ蓋との間に設けたばねの弾力と、シリンダ
室の段部とクランプピストンの段部との間の空隙
内への圧力流体の給排とにより上記シリンダ内で
軸方向に移動するようにしており、最も外筒の内
周方向に移動した場合に於いて、クランプピスト
ンの小径部の先端が、上記外筒の内側に挿入した
保持ブロツクの外周面に当接するようにしてい
る。

（作用） 上述の通り構成される本考案の表面研磨用治具
を用いて半導体ウエハ等の被加工物の被研磨面を
鏡面に加工する場合、保持ブロツクの下面に被加
工物を、被研磨面を下にして添着し、この被研磨
面と外筒下面のブロツクの下面とを同一平面に位
置させて、クランプピストンの小径部の先端を上
記保持ブロツクの外周面に当接させ、この保持ブ
ロツクが外筒に対してがたつかないようにしてか
ら、上記被研磨面とポリシヤとを接触させた状態
で、表面研磨用治具とポリシヤとを相対的に移動
させ、被研磨面を機械的に研磨する。ポリシヤは
或る程度弾性を有するため、被研磨面と外筒下面
のブロツク下面とを同一平面に位置させたままで
も、上記被加工物の被研磨面は、或る程度の厚さ
だけは機械的に研磨される。又、この際、保持ブ
ロツクが外筒の内側でがたつくことはなく、上記
機械的研磨は、被研磨面の全面に亘つて均等に行
なわれる。

被加工物の被研磨面が或る程度以上の厚さだけ
研磨されたならば、表面研磨用治具をポリシヤに
押し付けている力を解除してから外筒内のクラン
プピストンを一時的に後退させ、保持ブロツクの
支持力を一時解除してこの保持ブロツクを被加工
物が研磨された厚さ分だけ下降させた後、再び上
記クランプピストンを前進させて、保持ブロツク
を固定する。

以下、上述の行程を繰り返すことで被加工物の
被研磨面を所定厚さだけ機械的に接触研磨する。

所定の接触研磨を終了したならば、被加工物の
被研磨面が更に研磨された場合でもクランプピス
トンを後退させることなく、そのまま研磨作業を
続行し、上記被研磨面を準接触状態から更に非接
触状態による研磨作業を行ない、接触状態での研
磨により被研磨面に生じた加工変質層を除去し、
被研磨面を鏡面に仕上げる。

（実施例） 次に、図示の実施例を説明しつつ本考案を更に
詳しく説明する。

第１図は本考案の表面研磨用治具の実施例を示
す縦断面図である。

研磨装置の基体に固定した取付板１３には支持
筒１４の下端部が支持されており、この支持筒１
４の内側に筒状回転軸１５が、ベアリング１６，
１６により回転のみ自在に支持されている。この
筒状回転軸１５の下端部に形成した取付フランジ
１７の下面には、下端内周縁部に突縁１８を形成
した保持筒１９を、筒状回転軸１５と同心に固定
しており、この保持筒１９の内側に、本考案の表
面研磨用治具２０を若干の上下動自在に装置して
いる。

この表面研磨用治具２０は、クランプピストン
２１を内装したシリンダ室２２を有する外筒２３
と、この外筒２３の内側に昇降自在に嵌装した保
持ブロツク２４とから成つている。

このうちの外筒２３の中心部には、上半の小径
部２５ａと下半の大径部２５ｂとから成る貫通孔
２５が形成されている。前記シリンダ室２２の内
周端は、この貫通孔２５の小径部２５ａの部分に
開口している。このシリンダ室２２は、第１図に
は１個所のみ示しているが、外筒２３の円周方向
に120度ずれた位置にもう１個所、合計２個所位
置に設けている。各シリンダ室２２は、内周寄り
の小径部２２ａと、外周寄りの大径部２２ｂとを
段部２２ｃで連続させたもので、内周寄りの小径
部２１ａと外周寄りの大径部２１ｂとを段部２１
ｃで連続させたクランプピストン２１を各シリン
ダ室２２内に気密に嵌装している。シリンダ室２
２の外周端開口部にはねじ蓋２６を螺着し、この
ねじ蓋２６と上記クランプピストン２１との間に
圧縮ばね２７を設けて、このクランプピストン２
１に、保持ブロツク２４の外周面に向う弾力を付
与している。この圧縮ばね２７の弾力により、ク
ランプピストン２１の内周端面が保持ブロツク２
４の外周面に弾接させられた場合に、シリンダ室
２２の段部２２ｃと、クランプピストン２１の段
部２１ｃとの間には空隙２８が形成されるように
各部材を形成しており、この空隙２８内にはパイ
プ２９を介して圧縮空気を送り込み自在としてい
る。このため、各クランプピストン２１の内周端
面は、空隙２８内に圧縮空気が送り込まれていな
い場合は、保持ブロツク２４の外周面に弾接し
て、この保持ブロツク２４が外筒２３の内側でが
たつかないようにするが、上記空隙２８内に圧縮
空気を送り込んだ場合は、クランプピストン２１
が圧縮ばね２７の弾力に抗して外周方向に移動
し、保持ブロツク２４を外筒２３の内側で昇降自
在とする。

このような外筒２３の下面には、前述した先考
案に係る表面研磨用治具の場合と同様に、サフア
イヤ或はパイレツクスガラス等の、研磨作業に使
用する研磨剤によりエツチングされることがな
く、被加工物に比べて十分に大きな耐摩耗性を有
する材質で造つた複数のブロツク８，８が固定さ
れている。各ブロツク８，８の下面を同一平面に
位置させることは、前述した先考案の場合と同様
である。

又、外筒２３の下端外周縁部には、前記保持筒
１９の下端内周縁部の突縁１８を嵌合させるため
の段部３０を形成している。この段部３０の外周
面に突設したピン３１は、上記突縁１８に形成し
た切欠き３２に係合させて、保持筒１９が回転し
た場合に、この回転力を外筒２３に伝達するよう
にしている。

次に、上述のように構成された外筒２３の内側
に嵌装する保持ブロツク２４は、上半の小径部２
４ａと下半の大径部２４ｂとから構成されてい
る。このうちの小径部２４ａは外筒中央の貫通孔
２５の小径部２５ａ内に、大径部２４ｂは同じく
大径部２５ｂ内に、それぞれがたつきを可及的僅
少に抑えた状態で昇降自在に嵌合する大きさとし
ている。

大径部２４ｂは、小径部２４ａの下端に形成さ
れたフランジ状部３３の下面に、このフランジ状
部３３と同径の円板３４を固設したもので、この
円板３４の下面は、半導体ウエハ等の被加工物１
を添着するための平坦面としている。円板３４に
は、この円板３４を上下に貫通する複数の貫通孔
３５，３５が形成されており、各貫通孔３５，３
５の上端は、前記フランジ状部３３の下面に形成
した凹部と円板３４の上面との間に形成される空
間３６に開口している。フランジ状部３３と小径
部２４ａとの中央部には、下端が上記空間３６に
通じる通孔３７が形成されており、この通孔３７
の上端開口部にはパイプ３８が嵌着されている。
このパイプ３８には、真空ポンプ等の負圧源に通
じるホース（図示省略）の一端を接続し、空間３
６内への負圧導入時に、前記円板３４の下面に被
加工物を吸着するようにしている。

保持ブロツク２４の上端面には円輪板４３を固
定し、この円輪板４３の外周縁に形成した切欠き
４４と、外筒２３の上面に植設したピン４５とを
嵌合させて、外筒２３の回転時に、この回転力が
保持ブロツク２４に伝達されるようにしている。

一方、支持筒１４の上端部には、保持筒１９を
回転させる機構と、表面研磨用治具２０のシリン
ダ室２２内に圧縮空気を送給したり、空間３６内
に負圧を導入したりする機構とを設けている。

筒状回転軸１５の上端部に固定したプーリ３９
と、研磨装置の基体に固定したモータ４０の出力
軸に固定したプーリ４１とにはベルト４２を掛け
渡すことにより、モータ４０への通電時に筒状回
転軸１５を介して保持筒１９を回転させられるよ
うにしている。又、上面にポリシヤ３を載置した
回転台４６は、研磨作業時には別のモータ（図示
せず）により、竪軸４７を中心に回転するように
している。

更に、上記筒状回転軸１５の上端部内側に固定
されたブラケツト４８ａ，４８ｂの内側には、互
いに同心に結合された内管４９と外管５０とを、
上記両ブラケツト４８ａ，４８ｂに対して回転自
在に挿通している。このうち、内管４９の上端は
真空ポンプ等の負圧源に通じさせており、下端は
ブラケツト４８ｂの下端に設けた接続口５１に上
端を接続したホース（図示省略）を介して保持ブ
ロツク２４内の空間３６に通じさせている。又、
内管４９の外周面と外管５０の内周面との間に形
成される空間の上端は閉塞され、この閉塞部の下
側を、側方に設けた給気口５２に通じさせてい
る。上記空間の下端は、ブラケツト４８ｂの下端
部に設けた接続口５３，５３に通じさせ、この接
続口５３，５３と表面研磨用治具２０の上面のパ
イプ２９とをホース（図示省略）により接続して
いる。

上述のように構成される本考案の表面研磨用治
具を組込んだ研磨装置により半導体ウエハ等の被
加工物の表面を研磨する場合、保持ブロツク２４
の下面に薄板状の被加工物１を真空吸着すること
により保持し、ポリシヤ３を載置した回転台４６
を回転させると共に、モータ４０により保持筒１
９の内側の表面研磨用治具２０も回転させて、上
記被加工物１の下面を研磨する。この際、被加工
物１の下面と外筒下面に固定したブロツク８，８
の下面とを同一平面に位置させる。この作業は、
シリンダ室の空隙２８内に圧縮空気を送り込むこ
とによりクランプピストン２１を外周方向に後退
させ、保持ブロツク２４を外筒２３内で昇降自在
の状態にして、被加工物１の下面とブロツク８，
８の下面とをポリシヤ３の上面に当接させること
で容易に行なえる。

被加工物１の下面とブロツク８，８の下面とを
同一平面に位置させる作業が終了したならば、上
記空隙２８内への圧縮空気の供給を停止し、圧縮
ばね２７の弾力によつてクランプピストン２１の
端面を保持ブロツク２４の外周面に当接させて、
この保持ブロツク２４が外筒２３内でがたつかな
いようにする。

被加工物１の研磨が或る程度進行したならば、
再び空隙２８内に圧縮空気を送給して被加工物１
の下面とブロツク８，８の下面とを一致させる作
業を行なつた後、再びクランプピストン２１によ
り保持ブロツク２４のがたつきを防止して、研磨
作業を続行する。

被加工物１の研磨が或る程度進行したならば、
空隙２８に圧縮空気を送ることなく、そのまま研
磨作業を続行して、被加工物１の下面を準接触型
から非接触型の研磨を行ない、上記下面を鏡面に
仕上げる。

ｃ 考案の効果 本考案の表面研磨用治具は以上に述べた通り構
成され作用するので、被加工物の表面を迅速に研
磨して良質の鏡面を得ることができる。

即ち、本考案の治具を使用した場合、研磨の過
程で被加工物とポリシヤとの接触状態を変化させ
ていくため、凹凸を有する被研磨面を平滑な鏡面
に研磨する作業を被加工物とポリシヤとを、直接
接触させることによつて速やかに済ませ、引き続
いて準接触、非接触の状態に移行して更に平滑さ
を高めると共に、エツチング効果で接触状態での
研磨作業で生じた加工変質層を除去していくこと
ができる。このため、高品質の鏡面を高能率に得
ることができる。高品質の鏡面を得るために、従
来使用されていた非接触式の研磨機は高速、高圧
の研磨条件が採用されるので研磨機に高剛性のも
のが要求されるが、本考案の表面研磨用治具を使
用すれば低速、低圧の研磨条件でも十分に高品の
鏡面を特に時間を要さずに得ることができ、研磨
機に高剛性を必要としないので研磨機の製作費も
要しない。更に、被研磨面の平面性が向上して、
研磨により得られる鏡面が極めて良質なものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の表面研磨用治具を組込んだ研
磨装置の部分縦断面図、第２図は先考案に係る表
面研磨用治具の部分縦断側面図、第３〜６図はこ
の治具を用いて被加工物を研磨する状態を工程順
に示すそれぞれ第２図のＡ部に相当する断面図、
第７図はこの治具を用いた場合に於ける被研磨面
の変形状態を誇張して示す断面図、第８〜１１図
は従来の研磨方法を示しており、第８図は接触型
の研磨方法を示す拡大断面図、第９図は第８図の
Ｂ部拡大断面図、第１０図は非接触型、第１１図
は準接触型の研磨方法をそれぞれ示す第８図同様
の図である。 １……被加工物、２……孔、３……ポリシヤ、
４……研磨剤、５……砥粒、６……環体、７……
被加工物保持体、８……ブロツク、９……短柱
部、１０……外向フランジ、１１……ねじ孔、１
２……ねじ、１３……取付板、１４……支持筒、
１５……筒状回転軸、１６……ベアリング、１７
……取付フランジ、１８……突縁、１９……保持
筒、２０……表面研磨用治具、２１……クランプ
ピストン、２１ａ……小径部、２１ｂ……大径
部、２１ｃ……段部、２２……シリンダ室、２２
ａ……小径部、２２ｂ……大径部、２２ｃ……段
部、２３……外筒、２４……保持ブロツク、２４
ａ……小径部、２４ｂ……大径部、２５……貫通
孔、２５ａ……小径部、２５ｂ……大径部、２６
……ねじ蓋、２７……圧縮ばね、２８……空隙、
２９……パイプ、３０……段部、３１……ピン、
３２……切欠き、３３……フランジ状部、３４…
…円板、３５……貫通孔、３６……空間、３７…
…通孔、３８……パイプ、３９……プーリ、４０
……モータ、４４……プーリ、４２……ベルト、
４３……円輪板、４４……切欠き、４５……ピ
ン、４６……回転台、４７……竪軸、４８ａ，４
８ｂ……ブラケツト、４９……内管、５０……外
管、５１……接続口、５２……給気口、５３……
接続口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 研磨時に使用する研磨剤によりエツチングされ
   ることがなく、研磨すべき被加工物よりも耐磨耗
   性に勝れた材質製のブロツクを下面に固定した外
   筒と、この外筒の内側に挿通自在な保持ブロツク
   とから成り、この保持ブロツクの下面は被加工物
   を装着自在な平坦面とした表面研磨用治具であつ
   て、上記外筒には、小径部と大径部とを段部で連
   続させ、内周寄りの小径部側端部をこの外筒の内
   周面に開口させたシリンダ室を設け、このシリン
   ダ室内には内周寄りの小径部と外周寄りの大径部
   とを段部で連続させて成るクランプピストンを密
   に嵌装し、このクランプピストンの外周側端面と
   上記シリンダ室の外周端に螺着したねじ蓋との間
   には圧縮ばねを設け、クランプピストンの段部と
   シリンダ室の段部との間に形成される空隙内に
   は、圧力流体を給排自在としたことを特徴とする
   表面研磨用治具。