(57)【要約】【課題】砥石の耐熱性や目詰りの問題を解消した高硬度材料の加工方法を提供する。【解決手段】高硬度材料を回転させながら、回転する研磨具に当接して加工する方法であって、高硬度材料を、加工部で所定の加工温度になるように、加工部と異なる位置で該加工温度よりも高い温度に加熱し、高硬度材料の表層に硬度の低い軟化層を形成する工程、研磨具を、加工部における高硬度材料から研磨具への入熱により上昇する研磨具の温度が、研磨具の耐熱温度以下となるような速度で回転させながら、研磨具を高硬度材料に当接し高硬度材料を加工する工程、研磨具を、加工部と異なる位置で冷却する工程、研磨具を、加工部と異なる位置で洗浄する工程を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高硬度材料を回転させながら、回転する研磨具に当接して加工する方法であって、
上記高硬度材料を、加工部で所定の加工温度になるように、加工部と異なる位置で該加工温度よりも高い温度に加熱し、高硬度材料の表層に硬度の低い軟化層を形成する工程、
上記研磨具を、加工部における上記高硬度材料から研磨具への入熱により上昇する研磨具の温度が、研磨具の耐熱温度以下となるような速度で回転させながら、研磨具を高硬度材料に当接し高硬度材料を加工する工程、
上記研磨具を、加工部と異なる位置で冷却する工程、
上記研磨具を、加工部と異なる位置で洗浄する工程
を備えることを特徴とする高硬度材料の加工方法。
【請求項２】
前記高硬度材料の、加工部における温度、加工抵抗を検出し、検出した値に応じて、高硬度材料を加熱する加熱源の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の高硬度材料の加工方法。
【請求項３】
前記高硬度材料の加熱は、誘電加熱、誘導加熱、又は熱輻射によるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の高硬度材料の加工方法。
【請求項４】
前記高硬度材料がＳｉＣ、前記研磨具がｃＢＮであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高硬度材料の加工方法。
【請求項５】
高硬度材料を回転させながら、回転する研磨具に当接して加工する加工装置であって、
上記高硬度材料を、加工部と異なる位置で加熱する加熱装置、
上記研磨具を、加工部と異なる位置で冷却する冷却装置、
上記研磨具を、加工部と異なる位置で洗浄する洗浄装置
を備えることを特徴とする高硬度材料の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高硬度材料の加工方法に関し、特に、ＳｉＣ単結晶ウェハの表面研磨等に好適な加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インゴットを切断してウェハを形成し、ウェハの表面を研磨して平坦化するウェハの加工方法が知られている。たとえば、ウェハとしてＳｉＣのような高硬度材料を用いて加工する場合、高硬度材料は加工抵抗が大きいので、所定の加工精度を満足させるためには、低い加工速度で加工する必要がある。その結果、加工の能率が低くなる。
【０００３】
高硬度のウェハ等の表面を研磨して平坦化する際に、ウェハの表層部に硬度が低い改質層を形成し、改質層を研磨することにより、加工効率を向上させることが知られている。
【０００４】
特許文献１には、ウェハを回転させながら、研磨する部分に熱量を印加して改質層を形成し、ウェハのうち熱量を印加した部分を研磨具で研磨するウェハの加工方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４９４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高硬度材料の加工部分を加熱して加工する方法においては、以下の問題が生じる。
【０００７】
１つめは、研削砥石の耐熱性の問題である。高硬度材料の加工は、被加工材の硬度以上の砥粒で行う必要がある。たとえば、被加工材がＳｉＣの場合、ダイヤ砥粒、又はｃＢＮ砥粒の使用が必要となる。ダイヤ砥粒は６００℃以上、ｃＢＮ砥粒は１２８０℃以上になると硬度が低下するので、高硬度材料の加工部分を加熱して加工するプロセスを実現するためには、刃具への入熱を低減する必要がある。
【０００８】
２つ目は、ドライプロセスによる目詰りでの加工低下の問題である。通常、研削加工では、切屑による砥石の目詰りで加工性が低下するのを防ぐために、加工液をかけながら加工を行い、切屑を排出させる。しかしながら、高硬度材料の加工部分を加熱して加工する方法においては、加工部分を１２００℃程度まで加熱し、かつ温度を安定させるため，ドライプロセスで加工を行う必要があり、そのため加工部へ加工液が供給できず目詰まりによる加工低下が生じやすい。
【０００９】
３つ目は、加熱方法の問題である。たとえば、ＳｉＣは熱伝導性が非常に良く、冷却性が高い。そのため、表面を所定の温度に加熱してもすぐに冷却され温度が低下し、加熱による軟化効果が低減する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記の問題を解決するための方法を鋭意検討した。
【００１１】
その結果、１つ目の問題については、砥石の回転数を高速化し、さらに、加工部とは異なる部位で冷却することにより解決できることを見出した。すなわち、砥石には、加熱された被加工材から熱伝導による入熱があるが、その入熱量を、砥粒の耐熱温度より小さくなるように、高速回転とすることで被加工材と砥粒との接触時間を短縮する。また、接触による入熱で上昇した温度は、加工部とは異なる位置で冷却を行い、常温に戻す。
【００１２】
２つ目の問題については、加工部とは異なる位置で洗浄を行うことにより解決できることを見出した。上述したとおり、砥粒は加工部と異なる位置で冷却され、常温に戻るので、砥粒の洗浄を行うことが可能となる。洗浄方法には、ベーパ洗浄、高圧洗浄、超音波重畳加工液による洗浄などを用いることができる。
【００１３】
３つ目の問題については、被加工材を加熱する加熱源を所定の温度よりも高い温度とし、熱拡散や熱伝導による熱損失を考慮し、加工部で所定の温度となるようにすることで解決できることを見出した。
【００１４】
本発明は、上記の知見に基づきなされた高硬度材料を研磨具を回転させながら当接して加工する方法であって、
上記高硬度材料を、加工部で所定の加工温度になるように、加工部と異なる位置で該加工温度よりも高い温度に加熱し、高硬度材料の表層に硬度の低い軟化層を形成する工程、
上記研磨具を、加工部における上記高硬度材料から研磨具への入熱により上昇する研磨具の温度が、研磨具の耐熱温度以下となるような速度で回転させながら、研磨具を高硬度材料に当接し高硬度材料を加工する工程、
上記研磨具を、加工部と異なる位置で冷却する工程、
上記研磨具を、加工部と異なる位置で洗浄する工程
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、砥石の耐熱性や目詰りの問題を解消し、高硬度の被加工材を高温に加熱し軟化して加工することができるので、加工時間を短縮することが可能となり、高硬度材料の加工効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の加工方法の概要を示す図であり、（ａ）は上面模式図、（ｂ）は断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の一例を、被加工材をＳｉＣ単結晶ウェハ、砥石の砥粒をｃＢＮとして、図面を参照して、詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の加工方法の概要を示す図であり、（ａ）は、加工装置を上面から見た模式図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’断面の模式図である。図１に示す加工装置１は、回転ステージ１６、研磨具（砥石）２１、研磨ホイール２６、回転軸２７、加熱装置３１、冷却・洗浄装置４１、温度検出装置５１、加工抵抗検出装置６１、制御装置（図示せず）を備えている。
【００１９】
被加工材１１であるＳｉＣ単結晶ウェハは、図示しない回転機構を有する回転ステージ１６に固定される。被加工材１１の加工は、回転ステージ１６に固定した被加工材１１を回転する研磨具２１と当接させることにより行う。
【００２０】
研磨具２１は、たとえば、砥石を用いで構成されており、回転しながら被加工材１１に当接することにより、被加工材１１の表面を加工する。図１においては、被加工材１１、砥石２１は、ともに、反時計回りに回転するよう図示されているが、回転方向は、これに限定されるものではない。
【００２１】
被加工材１１が、回転する砥石２１と接触する加工部１２と異なる位置に加熱装置３１が設けられ、被加工材１１を、加工部１２で所定の加工温度となるように加熱することにより、被加工材１１の表層に、硬度が低下した軟化層が形成される。加熱源である加熱装置３１は、被加工材１１の回転方向で、加工部１２の直前に配置するのが好ましい。すなわち、加熱装置３１により加熱された被加工材１１が、加熱された直後に加工されるような位置に配置するのが好ましい。
【００２２】
砥石２１の砥粒がｃＢＮの場合、ｃＢＮの耐熱温度は１２８０℃であるから、加工部１２でのＳｉＣウェハの温度は１２００℃程度となるように、加熱装置３１の出力、加熱面積、加熱位置から加工部１２までの距離を設定する。
【００２３】
ＳｉＣは熱伝導性がよく、加熱しても冷却されやすい材料であるので、加熱装置３１による加熱は、加熱装置３１の位置では、ＳｉＣ１２００℃よりも高い温度となるように設定される。
【００２４】
ＳｉＣの硬度はＨｖ２５００程度であるが、１２００℃程度に加熱されることにより、表層に、硬度が低下した軟化層が形成される。これは、加熱により、分子結合力が緩和されるためであると考えられる。
【００２５】
加熱装置３１で用いられる加熱方法としては、３０００℃程度まで加熱できる、誘電加熱、誘導加熱、熱輻射等の方法が好適である。熱輻射の場合，耐熱温度が３４００℃であるカーボン製の加熱用ホットウォールを用いるのが好ましい。
【００２６】
被加工材１１がＳｉＣの場合、冷却性が非常に高く，局所的に加熱した場合、所定の温度まであげることが困難であるため，加熱装置３１は、一定の加熱面積を有するのが好ましい。
【００２７】
加熱装置３１により、被加工材１１を加熱し、表層の硬度を低下させることにより、加工を高速化することができ、加工の能率が高能率化する。
【００２８】
被加工材１１、砥石２１は、高温に加熱された被加工材１１からの入熱による温度上昇によって砥石２１が軟化等しないように、高速で回転させる。
【００２９】
砥石２１は、加工部１２とは異なる位置で、冷却・洗浄装置４１により、冷却、洗浄される。冷却・洗浄の手段としては、ベーパ洗浄・冷却、高圧洗浄，超音波重畳クーラントによる洗浄・冷却等を用いることができる。
【００３０】
温度検出装置５１は、被加工材１１の上方に配置される。温度検出装置５１には、たとえば、放射温度計等を用いることができる。温度検出装置５１は、加工部１２における被加工材１１の温度を検出し、検出した温度を制御装置に送信する。
【００３１】
加工抵抗検出装置６１には、たとえば、トルク計等を用いることができる。加工抵抗検出装置６１は、被加工材１１に砥石２１が接触した際に、砥石２１を介して砥石２１を回転させる研磨ホイール２６や回転軸２７に伝達される抵抗値を検出し、及び／又は、被加工材１１を介して回転ステージ１６に伝達される抵抗値を検出し、検出した抵抗値を制御装置に送信する。
【００３２】
制御装置は、温度検出装置５１で検出された温度、加工抵抗検出装置６１で検出された加工抵抗に応じて、加熱装置３１の出力を制御する。具体的には、検出された温度があらかじめ設定した閾値よりも低い時、又は加工抵抗があらかじめ設定した閾値よりも高い時は、加熱装置３１の出力を大きくし、被加工材１１に与える熱量を大きくする。
【００３３】
温度検出装置５１、加工抵抗検出装置６１、制御装置は、必ずしも設ける必要は無いが、これらの装置を設け、加熱装置３１を適切に制御することにより、被加工材１１の所望の領域を確実に軟化させることができるようになるので、より効率的に高硬度材料の加工を行うことができるようになる。
【００３４】
なお、本発明の実施の形態を、具体的な例を挙げて説明したが、本発明は、上記発明の実施の形態の説明に限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も、本発明に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１    加工装置
１１    被加工材
１２    加工部
１６    回転ステージ
２１    研磨具（砥石）
２６    研磨ホイール
２７    回転軸
３１    加熱装置
４１    冷却・洗浄装置
５１    温度検出装置
６１    加工抵抗検出装置
【図１】
2013169610.tif 000003