JP2013169610A - High hardness material working method and working device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a method for processing a high hardness material, and more particularly to a method suitable for surface polishing of a SiC single crystal wafer.
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。 Conventionally, a wafer processing method is known in which a wafer is formed by cutting an ingot, and the surface of the wafer is polished and flattened. For example, when processing using a high-hardness material such as SiC as a wafer, the high-hardness material has a high processing resistance. Therefore, in order to satisfy a predetermined processing accuracy, it is necessary to perform processing at a low processing speed. As a result, the processing efficiency is lowered.
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。 When polishing and flattening the surface of a high-hardness wafer, etc., it is known to improve the processing efficiency by forming a modified layer with low hardness on the surface layer of the wafer and polishing the modified layer. ing.
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。
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。 In the method of heating and processing the processed portion of the high hardness material, the following problems occur.
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。 The first is a problem of heat resistance of the grinding wheel. It is necessary to process a high-hardness material with abrasive grains having a hardness equal to or higher than the hardness of the workpiece. For example, when the workpiece is SiC, it is necessary to use diamond abrasive grains or cBN abrasive grains. The hardness decreases when diamond abrasive grains are 600 ° C or higher and cBN abrasive grains are 1280 ° C or higher. Therefore, in order to realize the process of heating and processing the processed part of high-hardness material, the heat input to the cutting tool is reduced. There is a need to.
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。 The second is a problem of processing deterioration due to clogging due to a dry process. Usually, in grinding, in order to prevent the workability from being deteriorated due to clogging of the grindstone by chips, the processing is performed while applying the processing liquid, and the chips are discharged. However, in the method of heating and processing the processed portion of the high-hardness material, it is necessary to perform processing by a dry process in order to heat the processed portion to about 1200 ° C. and stabilize the temperature. The liquid cannot be supplied, and the processing is likely to deteriorate due to clogging.
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。 The third problem is a heating method. For example, SiC has very good thermal conductivity and high cooling performance. Therefore, even if the surface is heated to a predetermined temperature, the surface is immediately cooled to lower the temperature, and the softening effect by heating is reduced.
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。 The present inventors diligently studied a method for solving the above problem.
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。 As a result, it has been found that the first problem can be solved by increasing the rotational speed of the grindstone and further cooling it at a part different from the processed part. In other words, the grindstone has heat input from the heated work material due to heat conduction, but the work material and the abrasive grains are rotated at a high speed so that the amount of heat input is smaller than the heat resistant temperature of the abrasive grains. To reduce contact time. Moreover, the temperature which rose by the heat input by contact cools in the position different from a process part, and returns to normal temperature.
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。 It has been found that the second problem can be solved by performing cleaning at a position different from the processing part. As described above, the abrasive grains are cooled at a position different from the processed part and returned to room temperature, so that the abrasive grains can be cleaned. As the cleaning method, vapor cleaning, high-pressure cleaning, cleaning with an ultrasonic superposition processing liquid, or the like can be used.
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。 As for the third problem, the heating source for heating the workpiece is set to a temperature higher than a predetermined temperature, and heat loss due to thermal diffusion and heat conduction is taken into consideration so that the processing portion has a predetermined temperature. I found out that it can be solved.
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。
The present invention is a method of processing a high-hardness material made based on the above knowledge while abutting while rotating a polishing tool,
Heating the high hardness material to a temperature higher than the processing temperature at a position different from the processing portion so that the processing portion has a predetermined processing temperature, and forming a softened layer having a low hardness on the surface layer of the high hardness material ,
While rotating the polishing tool at a speed such that the temperature of the polishing tool that rises due to heat input from the high-hardness material to the polishing tool in the processing section is equal to or lower than the heat-resistant temperature of the polishing tool, A process of processing a high hardness material in contact with
A step of cooling the polishing tool at a position different from the processing part;
The polishing tool includes a step of cleaning the polishing tool at a position different from the processing portion.
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。 According to the present invention, the problem of the heat resistance and clogging of the grindstone can be solved, and the high-hardness workpiece can be heated and softened to a high temperature, so that the processing time can be shortened. It becomes possible to improve the processing efficiency of the high hardness material.
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。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with a workpiece as a SiC single crystal wafer and a grindstone abrasive as cBN with reference to the drawings.
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。
1A and 1B are diagrams showing an outline of a processing method of the present invention. FIG. 1A is a schematic view of a processing apparatus as viewed from above, and FIG. 1B is a schematic view of a cross section AA ′ in FIG. is there. 1 includes a
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。
The SiC single crystal wafer that is the
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。
The
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。
A
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。
When the grindstone of the
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。
Since SiC is a material that has good thermal conductivity and is easily cooled even when heated, the heating by the
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。 The hardness of SiC is about Hv 2500, but when heated to about 1200 ° C., a softened layer with reduced hardness is formed on the surface layer. This is considered to be because the molecular bonding force is relaxed by heating.
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。
As a heating method used in the
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。
When the
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。
By heating the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
For example, a torque meter or the like can be used for the machining
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。
The control device controls the output of the
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。
The
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。 Although the embodiment of the present invention has been described with a specific example, the present invention is not limited to the description of the embodiment of the present invention. It goes without saying that various modified embodiments are also included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the scope of the claims.
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
DESCRIPTION OF
26
Claims (5)
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。 While rotating a high hardness material, it is a method of contacting and processing a rotating polishing tool,
Heating the high hardness material to a temperature higher than the processing temperature at a position different from the processing portion so that the processing portion has a predetermined processing temperature, and forming a softened layer having a low hardness on the surface layer of the high hardness material ,
While rotating the polishing tool at a speed such that the temperature of the polishing tool that rises due to heat input from the high-hardness material to the polishing tool in the processing section is equal to or lower than the heat-resistant temperature of the polishing tool, A process of processing a high hardness material in contact with
A step of cooling the polishing tool at a position different from the processing part;
A method for processing a high-hardness material, comprising a step of cleaning the polishing tool at a position different from a processing portion.
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。 A processing device for processing while contacting a rotating polishing tool while rotating a high hardness material,
A heating device for heating the high-hardness material at a position different from the processing part;
A cooling device for cooling the polishing tool at a position different from the processing part;
A processing apparatus for a high-hardness material, comprising: a cleaning device for cleaning the polishing tool at a position different from a processing section.
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