(57)【要約】【課題】反応性の高いラジカルを簡単かつ安全な構成で加工点へ供給する。【解決手段】被加工物Ｗを保持する保持部２と、被加工物Ｗの被加工面Ｗ１に接触し回転することにより被加工面Ｗ１を加工する加工部材３１と、加工部材３１が接触する被加工点に向けてプラズマを供給するプラズマ供給部４とを備えるプラズマ援用加工装置を構成し、反応性の高いラジカルを失活させずに加工点に向けて局所的に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ援用加工装置であって、
被加工物を保持する保持部と、
被加工物の被加工面に接触し回転することにより前記被加工面を加工する加工部材と、
前記加工部材が接触する被加工点に向けてプラズマを供給するプラズマ供給部と、を備えるプラズマ援用加工装置。
【請求項２】
前記プラズマ供給部は、前記加工部材が前記被加工面に接触しない非作用位置にあるときに、前記加工部材に向けてプラズマを照射し、被加工点にプラズマを供給するプラズマ援用加工装置。
【請求項３】
前記加工部材は、切削砥石または研削砥石である請求項１または２に記載のプラズマ援用加工装置。
【請求項４】
被加工物の被加工面を加工する加工方法であって、
前記被加工面の一部に回転する加工部材を接触させて加工する加工工程と、
加工点に向けてプラズマを供給するプラズマ供給工程と、
を有する加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマにより被加工物を改質するとともに加工部材を被加工物に作用させて加工を行うプラズマ援用加工装置及び加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
SiC、GaN等の難加工材料は硬度が高いため、砥石等による機械的加工では、加工効率が低下するという問題がある。そこで、特許文献１には、難加工材料の表面に大気圧プラズマで生成した高密度ラジカルの反応種を照射することにより難加工材料をプラズマ中のラジカルと反応させてより軟質な組成に改質し、物理的な作用（ラッピングやポリシング等の機械加工）を行うことで、処理面を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された装置では、難加工材料の被加工面にラジカルを供給するために、研磨ヘッド等にプラズマを励起させるための機構を設け、被加工面に向けて活性の高いラジカルを供給して被加工面を改質する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された装置は、加工点付近に研磨パッド等の加工部材が配設されるため、加工点に向けて局所的にプラズマを照射するように構成することはむずかしかった。また、研磨ヘッド等の加工部材をプラズマ励起手段の一部として用いているため、加工部材に電圧を印加することになり、量産ラインにおいて用いるのには安全面において問題がある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、反応性の高いラジカルを簡易かつ安全な構成で加工点へ供給することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、プラズマ援用加工装置であって、被加工物を保持する保持部と、被加工物の被加工面に接触し回転することにより前記被加工面を加工する加工部材と、前記加工部材が接触する被加工点に向けてプラズマを供給するプラズマ供給部と、を備える。
【０００８】
前記プラズマ供給部は、前記加工部材が前記被加工面に接触しない非作用位置にあるときに、前記加工部材に向けてプラズマを照射し、被加工点にプラズマを供給する構成としてもよい。加工部材の例としては、切削砥石または研削砥石がある。
【０００９】
また、本発明は、被加工物の被加工面を加工する加工方法であって、前記被加工面の一部に回転する加工部材を接触させて加工する加工工程と、加工点に向けてプラズマを供給するプラズマ供給工程とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、加工部材が接触する被加工点に向けてプラズマを供給するため、反応性の高いラジカルを失活させずに加工点に向けて局所的に供給することができる。したがって、難加工材料であっても、所望の位置を軟質な組成に改質しつつ加工部材を作用させて容易に加工を行うことができ、また、加工にともなう被加工物のダメージを低減することができる。さらに、加工部材に電圧を印加しないため、安全性が高く、量産ラインにおいて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】プラズマ援用加工装置及び被加工物の例を示す斜視図である。
【図２】平行平板型のプラズマ供給部の例を示す模式図である。
【図３】ＩＣＰ型のプラズマ供給部の例を示す模式図である。
【図４】切削装置における加工工程の例を略示的に示す断面図である。
【図５】切削装置における加工工程の別の例を略示的に示す断面図である。
【図６】研削装置における加工工程の例を略示的に示す断面図である。
【図７】研削装置における加工工程の別の例を略示的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１  第１実施形態
図１に示す切削装置１は、本発明のプラズマ援用加工装置の一例であり、被加工物を保持する保持部２と、保持部２に保持された被加工物を切削する切削手段３とを少なくとも備えている。保持部２に保持される被加工物としては、例えばウエーハＷがある。ウエーハＷの裏面Ｗ２にはテープＴ１が貼着され、テープＴ１の外周部にはリング状のフレームＦが貼着される。ウエーハＷの表面Ｗ１には、分割予定ラインＬによって区画されて多数のデバイスＤが形成されている。ウエーハＷとしては、例えばSiC、GaN等の難加工材料が挙げられる。
【００１３】
保持部２は、ウエーハＷを吸着する吸着部２０と、吸着部２０を支持する枠体２１と、フレームＦを固定する固定部２２とを備えている。吸着部２０は、不図示の吸引源に連通し、吸着部２０の表面である保持面２００に吸引力を作用させることにより、ウエーハＷを吸引保持する。保持部２はＸ軸方向に移動可能となっている。また、固定部２２は、フレームＦを下方から支持する支持台２２０と、フレームＦを上方から押さえる押さえ部２２１とを備えている。
【００１４】
切削手段３は、Ｘ軸に対して水平方向に直交する方向であるＹ軸方向の軸心を有する回転軸３０と、回転軸３０の先端に装着されナット３１ａによって固定された加工部材である切削砥石３１と、切削砥石３１を覆うブレードカバー３２とを備えている。
【００１５】
ブレードカバー３２には、切削水を流入させる切削水流入口３３０，３３１と、切削砥石３１をＹ軸方向に挟むように配設された一対の切削水ノズル３４（一方のみを図示）と、切削水噴出部３５とを備えており、切削水流入口３３０は一対の切削水ノズル３４に連通し、洗浄液流入口３３１は切削水噴出部３５に連通している。
【００１６】
切削装置１には、プラズマ供給部４を備えている。プラズマ供給部４は、ガス供給源４０と、ガス供給源４０から供給されるガスをブレードカバー３２に向けて流すガス導入部４１と、ガス導入部４１に接続された高周波電源４２とを備えている。高周波電源４２としては、市販の高周波電源（例えば、出力１［ｋＷ］、周波数１３．５６［ＭＨｚ］のＰＥＡＲＬ工業社製ＲＦ  Power Generator RP-1000rc）を用いることができる。
【００１７】
図２に示すように、プラズマ供給部４は、例えばいわゆる平行平板型の大気圧プラズマ源であり、ガス流路４１０と、ガス流路４１０におけるガスが流れる方向に対して交差する方向に対向する２つの電極４１１とを備えている。一方の電極４１１は接地され、他方の電極４１１は高周波電源４２に接続されている。ガス流路４１を流れるガスは、高周波電圧によってプラズマ化され、ガス流路４１の下端の噴出部４１０ａから噴出される。
【００１８】
なお、プラズマ供給部４は、図３に示すように、いわゆるＩＣＰ型の大気圧プラズマ源としてもよい。この場合は、例えば石英ガラス管で作られたガス流路４１２の周囲にコイル４１３を巻き、コイル４１３に高周波電源４１４を接続して構成され、コイル４１３に高周波数の大電流を流すことによって高電圧と高周波数の変動磁場が同時に得られ、誘導結合プラズマを発生させることができる。誘導結合プラズマは、ガス流路４１２の下端の噴出部４１５から噴出される。
【００１９】
また、プラズマ供給部４として、リモートプラズマソースを用いてもよい。
【００２０】
切削装置１においてウエーハＷを切削する場合は、図４に示すように、保持部２においてテープＴ１側が保持され、ウエーハＷの被加工面である表面Ｗ１側が露出した状態となる。そして、保持部２を＋Ｘ方向に切削送りするとともに、切削砥石３１が例えば矢印Ａ方向に回転しながら切削手段３が降下し、回転する切削砥石３１がウエーハＷの表面Ｗ１の一部の分割予定ラインＳに接触して切り込む。切削砥石３１は、いわゆるダウンカットによって切削を行う（加工工程）。
【００２１】
切削中は、切削水ノズル３４から切削水が吐出され、切削砥石３１とウエーハＷとの接触部位である被加工点に供給される。このとき、ガス供給源４０からガス導入部４１にガス（例えばHeガスとH2Oガスとを含むガス）が導入されるとともに、ガス導入部４１に備えた電極４１１に大気圧（７６０［torr］）下で高周波電圧（例えば電力５０［Ｗ］）が印加される。H2Oガスを励起してプラズマを発生させる。OHラジカルを含む大気圧プラズマ４３は、ガス導入部４１の下端から噴出される。この大気圧プラズマ４３は、切削砥石３１とウエーハＷとが接触する被加工点に向けて噴出される。大気圧プラズマ４３は、表面Ｗ１のうち切削砥石３１が切り込む直前の部位に供給される。大気圧プラズマ４３に含まれるOHラジカルが供給された被加工点は、酸化して軟化し、切削砥石３１が表面Ｗ１に切り込みやすくなる。したがって、切削抵抗が小さくなり、切削により形成されるデバイスに与えるダメージも小さくなり、デバイスの品質が向上する（プラズマ供給工程）。なお、ガス供給源４０からガス導入部４１に供給されるガスは、プラズマ化によって酸化種を生成するものであればよく、例えば窒素ガスや酸素ガスでもよい。
【００２２】
プラズマ供給部４は、被加工点に向けて局所的にプラズマを照射できる構成としつつも、切削砥石３１から離れた位置に配設されており、切削砥石３１に対して電圧を印加せずに済むため、安全性が高い。
【００２３】
切削水ノズル３４から被加工点に向けて切削水が供給されるため、この切削水がプラズマによって励起されてＯＨラジカルが生成される。したがって、切削水を使用する加工では、ガス供給源４０からガス導入部４１に導入され酸化種を生成するためのガスは、必須ではない。
【００２４】
なお、Heガスに代えて、Arガスを使用してもよい。Arガスは、Heガス同様、H2Oガスのプラズマ化をアシストするため、プラズマ化が促進される。また、他に加えるガスは、酸化性ガスやフッ素系ガスでもよい。フッ素系ガスを選択した場合は、フッ素ラジカルによってウエーハＷの酸化が進み軟化が促進される。フッ素系ガスとしては、CF4、C2F6、C3F8、C4F6、ClF3、ClF、NF3，F2、SF6、COF2、CF3Br，BrF3、BrF5、HF等が挙げられ、これらの群から選択される一種以上のガスを用いる。
【００２５】
図５に示すように、大気圧プラズマを被加工点に直接供給せず、切削ブレードのうち表面Ｗ１に接触していない部分である非作用位置に大気圧プラズマを照射し、切削砥石３１の回転にともなう連れ回りによって被加工点に大気圧プラズマが導かれる構成としてもよい。図５の例では、切削砥石３１の上方にガス導入部が位置しており、その下端から鉛直方向下方に向けてプラズマが噴出される。そして、そのプラズマは、非作用位置である切削砥石３１の上端に噴出され、切削砥石３１の回転にともなう連れ回りによって被加工点に供給される。そして、プラズマに含まれるラジカルが被加工点を酸化して軟化し、切削砥石３１による切削を容易とし、切削により形成されるデバイスに与えるダメージも小さくすることができる。また、切削砥石３１の非作用位置に大気圧プラズマを供給し、切削砥石３１を介して被加工点に大気圧プラズマを供給する構成とすることで、プラズマ供給部４の配設位置を柔軟に設定することが可能となる。
【００２６】
なお、導波管を介して２．４５［ＧＨｚ］等の周波数を有するマイクロ波を切削水に照射することによりＯＨラジカルを生成してもよい。この構成では、切削水を利用してラジカルを生成することによりウエーハＷの表面Ｗ１側を酸化させるため、酸化種を生成するためのガスを別途供給する必要がない。なお、マイクロ波をプラズマソースとして採用する場合には、マイクロ波を遮蔽する機構、例えばマイクロ波を遮蔽する大きさの開口を有するパンチングプレート等が必要となる。
【００２７】
２  第２実施形態
図６に示す研削装置５は、加工装置の例であり、被加工物を保持する保持部６と、保持部６に保持された被加工物に研削加工を施す研削手段７と、研削手段７によって加工される被加工物の被加工点にプラズマを供給するプラズマ供給部８とを少なくとも備えている。被加工物は、例えばウエーハＷであり、ウエーハＷの表面Ｗ１に保護テープＴ２が貼着される。
【００２８】
保持部６は、ウエーハＷを吸着する吸着部６０と、吸着部６０を支持する枠体６１とを備えており、吸着部６０は不図示の吸引源に連通しており、吸着部６０の表面である保持面６００に吸引力を作用させることにより、ウエーハＷを吸引保持する。保持部６は、鉛直方向の軸を中心として回転可能である。
【００２９】
研削手段７は、スピンドル７０と、スピンドル７０の下端に連結されたマウント７１と、マウント７１に装着された研削ホイール７２とを備えている。研削ホイール７２は、リング状に形成された基台７２０と、基台７２０の下面に円環状に配置され固着された加工部材である複数の研削砥石７２１とを備えている。
【００３０】
スピンドル７０の内部には、軸方向に貫通し研削水を通すスピンドル流路７００が形成されている。また、マウント７１には、スピンドル流路７００に連通するマウント流路７１１が形成されている。さらに、研削ホイール７２の基台７２０には、マウント流路７１１に連通するホイール流路７２２が形成されている。ホイール流路７２２は、円環状に配置された研削砥石７２１の内周側において下方に開口している。
【００３１】
プラズマ供給部８は、ガス供給源８０と、ガス供給源８０からのガスを通すガス導入部８１と、ガス導入部８１に接続された高周波電源８２と、ガス導入部８１から導入されたガスをプラズマ化してプラズマを発生させるプラズマ発生部８３と、プラズマ発生部８３において発生したプラズマを被加工点に向けて噴出する噴出部８４とを備えている。なお、プラズマ供部８は、図２及び図３に示した平行平板型、ＩＣＰ型を含むいずれのプラズマ源でもよい。また、プラズマ供給部８を複数設けるか、または、プラズマ供給部８からの供給経路を複数に分岐するなどして、ウエーハＷ上の一以上の加工点に向けてプラズマを供給してよい。この場合、複数の被加工点にプラズマを供給できるので、加工速度を向上できる。
【００３２】
保持部６に保持されたウエーハＷの裏面Ｗ２の研削時は、テープＴ２側が保持面６００に保持される。そして、保持部６を例えば矢印Ｂ方向に回転させるとともに、研削ホイール７２を例えば矢印Ｂ方向に回転させながら研削手段７を降下させ、回転する研削砥石７２１をウエーハＷの裏面Ｗ２に接触させる。このとき、研削砥石７２１の回転軌道がウエーハＷの回転中心を通り、裏面Ｗ２の一部に研削砥石７２１が接触するようにする。研削中は、スピンドル流路７００、マウント流路７１１及びホイール流路７２２を通って研削水が下方に吐出される（加工工程）。
【００３３】
かかる研削が行われている間、ガス供給源８０からガス導入部８１にガス（例えばHeガスとH2Oガスとを含むガス）が導入されるとともに、高周波電源８２からガス導入部８１に備えた電極に大気圧下で高周波電圧（例えば電力５０［Ｗ］）が印加される。H2Oガスを励起してプラズマを発生させる。OHラジカルを含む大気圧プラズマ８５は、ガス導入部８１の下端から噴出される。この大気圧プラズマ８５は、研削砥石７２１とウエーハＷの裏面Ｗ２とが接触する被加工点に向けて噴出される。大気圧プラズマ８５に含まれるOHラジカルが供給された被加工点は、酸化して軟化し、研削砥石７２１が裏面Ｗ２を研削するときの研削抵抗が小さくなる。したがって、研削が容易となり、ウエーハＷを構成するデバイスに与えるダメージも小さくなり、品質が向上する（プラズマ供給工程）。なお、ガス供給源４０からガス導入部４１に供給されるガスは、プラズマ化によって酸化種を生成するものであればよく、例えば窒素ガスや酸素ガスでもよい。
【００３４】
プラズマ供給部８は、被加工点に向けて局所的にプラズマを照射できる構成としつつも、研削砥石７２１から離れた位置に配設されており、研削砥石７２１に対して電圧を印加せずに済むため、安全性が高い。
【００３５】
研削手段７から被加工点に向けて研削水が供給されるため、この研削水がプラズマによって励起されてＯＨラジカルが生成される。したがって、研削水を使用する加工では、ガス供給源８０からガス導入部８１に導入され酸化種を生成するためのガスは、必須ではない。
【００３６】
なお、Heガスに代えて、Arガスを使用してもよい。Arガスは、Heガスと同様にH2Oガスのプラズマ化をアシストするため、プラズマ化が促進される。また、他に加えるガスは、酸化性ガスやフッ素系ガスでもよい。フッ素系ガスを選択した場合は、フッ素ラジカルによってウエーハＷに対する反応が進み軟化が促進される。フッ素系ガスとしては、CF4、C2F6、C3F8、C4F6、ClF3、ClF、NF3，F2、SF6、COF2、CF3Br，BrF3、BrF5、HF等が挙げられ、これらの群から選択される一種以上のガスを用いる。
【００３７】
図７に示す研削装置５ａは、図６に示した研削装置５と同様に構成される保持部６及び研削手段７と、プラズマ供給部８とは配設位置が異なるプラズマ供給部８ａとを備えている。
【００３８】
プラズマ供給部８ａは、ガス供給源８０ａと、ガス供給源８０ａからのガスを通すガス導入部８１ａと、ガス導入部８１ａに接続された高周波電源８２ａと、ガス導入部８１ａから導入されたガスをプラズマ化してプラズマを発生させるプラズマ発生部８３ａと、プラズマ発生部８３ａにおいて発生したプラズマを被加工点に向けて噴出する噴出部８４ａとを備えている。なお、プラズマ供給部８ａは、図２及び図３に示した平行平板型、ＩＣＰ型を含むいずれのプラズマ源でもよい。
【００３９】
図５に示した研削装置７と同様に、保持部６に保持されたウエーハＷの裏面Ｗ２の研削時は、テープＴ２側が保持面６００に保持される。そして、保持部６を例えば矢印Ｂ方向に回転させるとともに、研削ホイール７２を例えば矢印Ｂ方向に回転させながら研削手段７を降下させ、回転する研削砥石７２１をウエーハＷの裏面Ｗ２に接触させる。このとき、研削砥石７２１の回転軌道がウエーハＷの回転中心を通り、裏面Ｗ２の一部に研削砥石７２１が接触するようにする。研削中は、スピンドル流路７００、マウント流路７１１及びホイール流路７２２を通って研削水が下方に吐出される。
【００４０】
かかる研削が行われている間、ガス供給源８０ａからガス導入部８１ａにガス（例えばHeガスとH2Oガスとを含むガス）が導入されるとともに、高周波電源８２ａからガス導入部８１ａに備えた電極に大気圧下で高周波電圧（例えば電力５０［Ｗ］）が印加される。H2Oガスを励起してプラズマを発生させる。OHラジカルを含む大気圧プラズマ８５ａは、ガス導入部８１ａの上端から噴出される。この大気圧プラズマ８５は、ウエーハＷの被加工面である裏面Ｗ２に接触しない非作用位置にある研削砥石７２１に対して供給され、研削砥石７２１の回転にともなって被加工点に導かれ、被加工点を軟化させる。したがって、研削砥石７２１が裏面Ｗ２を研削するときの研削抵抗が小さくなり、研削が容易となり、ウエーハＷを構成するデバイスに与えるダメージも小さくなり、品質が向上する。また、非作用位置にある研削砥石７２１に大気圧プラズマを供給し、研削砥石７２１を介して被加工点に大気圧プラズマを供給する構成とすることで、プラズマ供給部８ａの配設位置を柔軟に設定することができる。
【００４１】
なお、導波管を介して２．４５［ＧＨｚ］等の周波数を有するマイクロ波を研削水に照射することによりＯＨラジカルを生成してもよい。この構成では、研削水を利用してラジカルを生成することによりウエーハＷの裏面Ｗ２側を酸化させるため、酸化種を生成するためのガスを別途供給する必要がない。なお、マイクロ波をプラズマソースとして採用する場合には、マイクロ波を遮蔽する機構、例えばマイクロ波を遮蔽する大きさの開口を有するパンチングプレート等が必要となる。
【符号の説明】
【００４２】
１：切削装置
２：保持部  ２０：吸着部  ２００：保持面  ２１：枠体  
２２：固定部  ２２０：支持台  ２２１：押さえ部
３：切削手段
３０：回転軸  ３１：切削砥石  ３２：ブレードカバー
３３０，３３１：切削水流入口  ３４：切削水ノズル  ３５：切削水噴出部
４：プラズマ供給部
４０：ガス供給源  ４１：ガス導入部  ４１０：ガス流路  ４１０ａ：噴出部
４１１：電極  ４１２：ガス流路  ４１３：コイル  ４１４：高周波電源
４１５：噴出部
４２：高周波電源  ４３：大気圧プラズマ
５ａ：研削装置
６：保持部  ６０：吸着部  ６００：保持面  ６１：枠体
７：研削手段  ７０：スピンドル  ７００：スピンドル流路  
７１：マウント  ７１１：マウント流路
７２：研削ホイール  ７２０：基台  ７２１：研削砥石  ７２２：ホイール流路
８，８ａ：プラズマ供給部
８０，８０ａ：ガス供給源  ８１，８１ａ：ガス導入部  ８２，８２ａ：高周波電源  
８３，８３ａ：プラズマ発生部  ８４，８４ａ：噴出部
Ｗ：ウエーハ  Ｗ１：表面  Ｗ２：裏面  Ｄ：デバイス  Ｌ：分割予定ライン
Ｔ１：テープ  Ｔ２：保護テープ
【図１】
2017028140.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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