CN104822491A - 研磨物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

磨削装置(10)具备可控制装置整体的控制器(11)，磨削电动机(14)，通过磨削电动机(14)旋转的砂轮座(15)以及固定在砂轮座(15)上的磨削用砂轮(16)。磨削工序中，使用该磨削装置(10)，利用以10m/s以下的圆周速度旋转的磨削用砂轮(16)磨削被研磨(18)的表面(19)。该磨削工序中，优选利用以0.5m/s以上的圆周速度旋转的磨削用砂轮(16)磨削被研磨物(18)的表面(19)。该磨削工序中，磨削作为上述被研磨物的氧化铝、蓝宝石、碳化硅以及氮化镓的表面。另外，该方法也包含使用磨粒研磨上述磨削后的被研磨物的研磨工序。

Description

研磨物的制造方法
技术领域
本发明涉及研磨物的制造方法。
背景技术
以往，对于基板的磨削方法，提出的方案是利用平面磨削加工用砂轮，磨削半导体基板的正反面，直到半导体基板达到所需要的厚度，所述平面磨削加工用砂轮具有砂轮座，平衡壁位于砂轮座的外周部，所述平衡壁设置在与环状外周壁突出的表面相反的表面上，并向与该环状外周壁相反的方向突出地设置(例如，参考专利文献1)。按照这种方法，能够提供一种即使砂轮高速旋转也能抑制砂轮座变形，并维持磨削品质与磨削精度的平面磨削加工用砂轮。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-271160号公报
发明内容
      发明要解决的问题
但是，对于专利文献1中记载的磨削方法，以1500rpm～10000rpm进行高速旋转，以尽可能短的时间进行磨削处理，利用之后的研磨工序，进行进一步提高平滑度的处理。通过这种磨削工序，表面发生变形、变质层、微裂痕等，所获得的表面粗糙度较大。对此，可通过之后的研磨工序去除变形、变质层、微裂痕等来处理。但是，研磨工序非常花费时间，存在完成磨削以及研磨工序的处理时间长的问题。
鉴于上述问题的存在，本发明的目的在于提供一种能够进一步提高磨削工序加工品质的研磨物的制造方法。本发明的目的还在于提供一种能够进一步缩短处理时间的研磨物的制造方法。
      用于解决问题的方法
为了实现上述主要目的，发明人们潜心研究发现，综合考虑处理时间，通过重新研究磨削工序的处理，能够进一步提高磨削工序的加工品质，进而能够进一步缩短磨削以及研磨工序处理时间，最终完成了本发明。
即，本发明的研磨物的制造方法是处理被研磨物来制造研磨物的方法，所述制造方法包含磨削工序，所述磨削工序利用以10m/s以下的圆周速度旋转的砂轮磨削上述被研磨物表面。
      发明的效果
本发明的研磨物的制造方法，能够进一步提高磨削工序的加工品质，进而能够进一步缩短磨削以及研磨工序的处理时间。其理由是因为，在磨削工序中，通过以往未使用的较低速的磨削处理，能够抑制由于加工而产生的变形、变质层、微裂痕等的生成。因此，虽然增加了磨削工序的处理时间，但是能够大幅地缩短磨削工序之后的研磨工序所需的时间，从而能够缩短磨削以及研磨工序的处理时间。
附图说明
图1为显示基板加工处理的一例的流程图。
图2为显示本实施方式中磨削装置10结构的一例的概略结构图。
图3为显示本实施方式中研磨加工装置20结构的一例的概略结构图。
图4为显示本实施方式中CMP装置30结构的一例的概略结构图。
图5为实施例1以及对照例1中磨削后的表面图像。
具体实施方式
接下来，利用附图说明本发明的实施方式。图1为显示本发明一个实施方式中基板加工处理的一例的流程图。图2为显示本实施方式中磨削装置10结构的一例的概略结构图。图3为显示本实施方式中研磨加工装置20结构的一例的概略结构图。图4为显示本实施方式中CMP(chemical mechanical polishing)装置30结构的一例的概略结构图。
本实施方式中的研磨物制造方法通过下列步骤来获得经研磨处理的研磨物，其包含：通过切断圆柱形锭料以获得圆盘形被研磨物的切断工序(步骤S100)，磨削通过切断获得的被研磨物的磨削工序(步骤S110)，研磨磨削后的被研磨物的研磨工序(步骤S120)，进一步添加了化学处理的研磨用CMP工序(步骤S130)和用于表面清洗的清洗工序(步骤S140)。本文以磨削工序，研磨工序，CMP工序为主进行说明。此外，可适当地省去研磨工序和CMP工序，也可适当地增加如抛光工序等上述提及之外的其它工序。
被研磨物18包含例如，各种半导体晶片或单晶晶片等，也包含硅、氧化硅、氧化铝、蓝宝石、碳化硅或氮化镓、磷酸镓、砷镓、磷化铟、铌酸锂、钽酸锂等化合物半导体。
(磨削工序)
磨削工序中使用图2所示的磨削装置10磨削被研磨物18(基板)。磨削装置10具备可控制装置整体的控制器11，磨削电动机14，由磨削电动机14驱动旋转的砂轮座15以及固定在砂轮座15上的磨削用砂轮16。该磨削装置10的磨削机构12是作为实行如下加工的机构而构成的：磨削用砂轮16绕轴旋转，同时固定在图中未显示的固定板上的被研磨物18绕轴旋转，利用磨削用砂轮16磨削被研磨物18，进行横向进给加工。该磨削装置10具备的磨削电动机14能够在低速旋转范围、例如磨削用砂轮16在10rpm以上2000rpm以下的旋转范围内旋转时输出足够的扭矩。控制器11可驱动、控制磨削电动机14，使得按照预定的转数旋转。
磨削工序中，利用圆周速度在10m/s以下旋转的磨削用砂轮16磨削被研磨物18的表面19。按此操作，可进一步提高磨削工序的加工品质，进而进一步缩短磨削以及研磨工序的处理时间。该磨削工序中，优选利用圆周速度在0.5m/s以上旋转的磨削用砂轮16来磨削被研磨物18的表面19。按此操作，可进一步抑制研磨工序中时间长的问题，从而进一步缩短磨削以及研磨工序的时间，因而优选。该磨削工序中，磨削用砂轮16的转速优选为如1000rpm以下，较优选为800rpm以下。磨削工序中的切入量可根据磨削用砂轮16的圆周速度进行适当的设定，例如，优选的范围为0.1～50μm/min，较优选为0.5～40μm/min，更优选为1～30μm/min。
这里对磨削工序进行说明。一般来说，研磨工序中，磨粒磨削深度要比临界磨削深度Dc值小地进行。该临界磨削深度Dc是指在对硬脆性材料进行延性模式加工时，在硬脆性材料的变形过程中从脆性到延性变迁临界点时的切入量。砂轮磨削深度与砂轮的圆周速度(即转速)成反比，因此为了减小磨粒磨削深度就要提高砂轮的圆周速度。但是，提高砂轮的圆周速度就会减少对磨粒的负荷，而导致磨粒变得易磨损损耗。对普通材料来说，磨粒的磨损损耗少，不会成为问题，但是对于高硬性材料来说磨粒的磨损损耗增大，会导致加工品质的下降。本发明中，通过进一步减小砂轮的圆周速度，来进一步抑制砂轮的磨损损耗。
磨削工序中使用的磨削用砂轮16为，例如氧化物、碳化物、氮化物以及金刚石等的磨粒固定后的产物。该磨削用砂轮16的粘合剂举例为，例如使用长石等粘土类高温烧制的陶瓷粘合剂，由金属固定的金属粘合剂，使用苯酚、甲醛水溶液等的合成树脂低温烧制的树脂粘合剂。磨削装置10，由于磨削用砂轮16以过去未使用的较低的圆周速度进行旋转，因此可以使用适当地调整了硬度与气孔率的磨削用砂轮。例如，对于磨削用砂轮16，也可使用由电镀层固定的电镀砂轮。
(研磨工序)
研磨工序中，使用图3所示的研磨加工装置20对被研磨物18进行研磨加工。如图3所示，研磨加工装置具有上平台22，与该上平台22相对设置、旋转的下平台23，以及夹在上下平台中间的圆盘形行星齿轮架24。在行星齿轮架24的下面配置被研磨物18，使用上平台22和下平台23夹住被研磨物18，利用磨粒对其研磨以提高平坦度。
(CMP工序)
CMP工序中，使用图4所示的CMP装置30对被研磨物18进行化学机械研磨。如图4所示，CMP装置30具备平台32，研磨头33，研磨液供给装置34。研磨垫40被安装在平台32上。研磨液由研磨液供给装置34供给到研磨垫40上，平台32旋转的同时，研磨头33将配置在研磨垫40上的被研磨物18按压在研磨垫40上，并与平台32同方向旋转，对被研磨物18的表面19进行化学性以及机械性的研磨。研磨液由CMP装置30的研磨液供给装置34供给到研磨垫40的表面上。研磨液包含研磨剂，酸，氧化剂，表面活性剂以及水。研磨剂可使用胶体二氧化硅、气相二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、金刚石以及这些化合物的混合物。另外，氧化剂可使用过氧化物、硝酸盐等。此外，研磨液也可以包含pH调节剂。为了将研磨液的pH调节到所希望的数值可适当地使用酸性或碱性物质作为pH调节剂。
通过上述说明的研磨物制造方法的实施方式，可进一步提高磨削工序的加工品质，进而进一步可缩短磨削工序以及研磨工序的处理时间。其理由是因为，在磨削工序中，通过以往未使用的较低速的磨削处理，能够抑制由于加工而产生的变形、变质层、微裂痕等的生成。因此，虽然增加了磨削工序的处理时间，但是能够大幅地缩短磨削工序之后的研磨工序所需的时间，从而能够缩短磨削以及研磨工序的处理时间。
此外，本发明并不限于上述实施方式，显然能够以属于本发明的技术范围的各种实施方式进行实施。
      实施例
接下来，通过实施例对研磨物的具体制造方法进行说明。此外，本发明并不限于下述实施例，显然能够以属于本发明的技术范围的各种实施方式进行实施。
[磨削装置的制造]
过去对具备可低速旋转的磨削电动机14的磨削装置没有实际的需求，所以这种装置尚不存在，因此制造了上述具备可低速旋转的磨削电动机14的磨削装置。使用能够驱动磨削用砂轮以10m/s以下的圆周速度旋转的同时可提供足够的扭矩(例如，20～60N·m)的磨削电动机，以及使用可驱动磨削电动机以10m/s以下的圆周速度旋转的控制器，制造磨削装置。
[实施例1]
准备高纯度的氧化铝单晶晶片，利用图2所示的装置，进行磨削工序。磨削工序中，使用直径为150cm的磨削用砂轮，以10m/s的圆周速度(1000rpm转速)旋转，对被研磨物氧化铝晶片进行磨削加工。此时，切入量为30μm/min。另外，磨削用砂轮使用的是以玻璃为主要成分的陶瓷粘合剂砂轮。
(研磨工序)
对上述磨削后的晶片进行研磨加工。研磨加工中，使用上述图3所示的研磨加工装置20，上平台的转速为60rpm，下平台的转速为60rpm，使用金刚石磨粒处理3小时。
[对照例1]
以15m/s的圆周速度(1500rpm的转速)旋转磨削用砂轮，切入量为60μm/min，除研磨时间为9小时之外，使用与实施例1相同的处理方法实行对照例1。
[实施例2～3]
除被研磨物改为蓝宝石晶片、GaN晶片之外，使用与实施例1相同的处理方法分别实行实施例2～3。
[对照例2～3]
除被研磨物改为蓝宝石晶片、GaN晶片之外，使用与对照例1相同的处理方法分别实行对照例2～3。
(表面粗糙度Ra的测定)
测定实施例1～4以及对照例1的表面粗糙度Ra。测定按照JIS-B0601-2001进行。
(结果和研究)
图5为实施例1以及对照例1磨削后的表面图像。如图5所示，磨削后的表面粗糙度Ra，对照例1为0.5μm，而与之相较实施例1为0.01μm，表面粗糙度被改善了。另外，可知抑制了由于加工而产生的变形、变质层、微裂痕等的生成。因此，完成磨削以及研磨工序的总体时间，对照例1为9.5小时，而实施例1中为4.0小时，实施例1的整体处理时间显著地缩短。同样对于实施例2～3，表面粗糙度Ra分别为0.01μm和0.01μm，对照例2～3分别为0.1μm和0.2μm，与对照例相比，实施例2～3的表面粗糙度Ra被改善了。另外，实施例2～3中，磨削工序与研磨工序的总体处理时间分别为4小时和7小时，对照例2～3中分别为8小时和15小时，与对照例相比，实施例2～3的总体处理时间明显缩短。如上所述，对于磨削工序，通过以往未使用的较低速的磨削处理，能够抑制由于加工而产生的变形、变质层、微裂痕等的生成。因此，虽然增加了磨削工序的处理时间，但是能够大幅地缩短磨削工序之后的研磨工序所需的时间，从而能够进一步缩短磨削以及研磨工序的处理时间。
本申请以2013年10月2日提出的第2013-206888号日本专利申请为优先权，本说明书通过引用包含其全部内容。
      产业上应用的可能性
本发明中的被研磨物的研磨方法，可用于对半导体晶片等被研磨物的表面的研磨。
      符号说明
10 磨削装置，11 控制器，12 磨削机构，14 磨削电动机，15 砂轮座，16 磨削用砂轮，18 被研磨物，19 表面，20 研磨加工装置，22 上平台，23 下平台，24 行星齿轮架，30 CMP装置，32 平台，33 研磨头，34 研磨液供给装置，40 研磨垫。

Claims (4)

1.一种研磨物的制造方法，其是研磨被研磨物，来制造研磨物的方法，
其特征在于，包含磨削工序，所述磨削工序是利用以10m/s以下的圆周速度旋转的砂轮磨削所述被研磨物的表面。
2.如权利要求1所述的研磨物的制造方法，其特征在于，在所述磨削工序中，利用以0.5m/s以上的圆周速度旋转的砂轮磨削所述被研磨物的表面。
3.如权利要求1或2所述的研磨物的制造方法，其特征在于，在所述磨削工序中，磨削作为被研磨物的氧化铝、蓝宝石、碳化硅以及氮化镓的表面。
4.如权利要求1～3中任一项所述的研磨物的制造方法，
其特征在于，包含使用磨粒研磨所述磨削后的所述被研磨物的研磨工序。
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