JP6111011B2 - 砥粒チャージ方法及び硬脆性基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は砥粒チャージ方法に関し、特に、サファイア、ＳｉＣ、石英、ガラス、ＧａＮ、Ｓｉなどからなる硬脆性基板を研削又は研磨するための定盤の主面に砥粒をチャージする方法に関する。さらに、本発明はこのような硬脆性基板の製造方法に関する。

サファイア、ＳｉＣ、石英、ガラス、ＧａＮ、Ｓｉなどからなる硬脆性基板を研削又は研磨する方法として、砥粒がチャージされた定盤の主面に遊離砥粒を供給しながら、回転する定盤の主面に硬脆性基板を押し当てる方法が知られている。定盤に砥粒をチャージする方法としては、特許文献１〜３に記載された方法が知られている。尚、砥粒のチャージとは、定盤の主面に砥粒を埋め込んで固定することを意味する。

特許文献１，２に記載された方法では、回転する定盤の主面に研磨ジグを押し当てた状態で砥粒を供給することによって、砥粒のチャージを行っている。また、特許文献３に記載された方法では、回転する定盤の主面にチャージリングを押し当てた状態で砥粒を供給することによって、砥粒のチャージを行っている。

特開２００６−１９６６０９号公報 特開２００９−１０５４４０号公報 特開２００７−６１９６１号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載に記載された方法では、砥粒のチャージ作業に１時間以上かかるため、作業効率が低いという問題があった。しかも、砥粒のチャージ作業を行っている間は、当該装置を用いた研削作業又は研磨作業を行うことができないため、生産性も低下する。また、特許文献１〜３に記載に記載された方法では、砥粒のチャージ作業時に消費する砥粒の量が多いため、材料コストが増加するという問題もあった。

したがって、本発明の目的は、砥粒のチャージ作業を短時間で完了することが可能であり、且つ、消費する砥粒の量が少ない砥粒チャージ方法を提供することである。

また、本発明の他の目的は、改良された砥粒チャージ方法によってチャージされた定盤を用いた硬脆性基板の製造方法を提供することである。

本発明による砥粒チャージ方法は、基板を研削又は研磨するための定盤の主面に砥粒をブラストすることによって、前記定盤の主面に前記砥粒をチャージすることを特徴とする。

本発明によれば、ブラスト処理によって砥粒のチャージを行っていることから、チャージ作業を短時間で完了することが可能となる。しかも、消費する砥粒の量も従来に比べて削減することが可能となる。

本発明においては、前記砥粒がダイヤモンド、アルミナ、ＳｉＣ、シリカ及びセリアからなる群より選ばれた１又は２以上の材料からなることが好ましい。これらの材料からなる砥粒を用いれば、ブラスト処理によって定盤に砥粒を容易にチャージすることが可能となる。実際に使用する砥粒の材料については、研削又は研磨の対象となる基板の材料に基づいて選択すればよい。例えば、研削又は研磨の対象となる基板がサファイア基板である場合には、ダイヤモンドの砥粒を用いることが最も好ましい。

本発明においては、前記定盤の主面が銅、ニッケル、錫、鋳鉄、セラミック、ガラスからなる群より選ばれたいずれかの材料からなることが好ましい。これらの材料からなる定盤を用いれば、ブラスト処理によって砥粒を容易にチャージすることが可能となる。実際に使用する定盤の材料については、研削又は研磨の対象となる基板の材料に基づいて選択すればよい。例えば、研削又は研磨の対象となる基板がサファイア基板である場合には、銅からなる定盤を用いることが最も好ましい。

本発明においては、前記砥粒を０．５ＭＰａ以上、５ＭＰａ以下の圧力で前記ブラストを行うことが好ましい。これにより、定盤に深刻なダメージを与えることなく、砥粒を確実にチャージすることが可能となる。実際の圧力については、定盤の材料及び砥粒の材料に基づいて定めればよい。

本発明においては、前記定盤を回転させながら、前記砥粒を吐出するノズルを前記定盤の中心部と外周部との間でスキャンすることによって前記ブラストを行うことが好ましい。これによれば、簡単な方法で砥粒をチャージすることが可能となる。

この場合、前記スキャンの速度を前記中心部から前記外周部に向かうにつれて遅くすることにより、前記定盤の主面に前記砥粒を均一にチャージすることが好ましい。これによれば、簡単な方法で砥粒を均一にチャージすることが可能となる。

また、本発明による硬脆性基板の製造方法は、基板を研削又は研磨するための定盤の主面に砥粒をブラストすることによって、前記定盤の主面に前記砥粒をチャージする工程と、前記砥粒がチャージされた前記定盤を用いて、前記基板を研削又は研磨する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、改良された砥粒チャージ方法によってチャージされた定盤を用いていることから、当該装置の稼働効率を高めることが可能となり、生産性が向上する。

このように、本発明による砥粒チャージ方法によれば、チャージ作業を短時間で完了することが可能となるばかりでなく、消費する砥粒の量も従来に比べて削減することが可能となる。

また、本発明による硬脆性基板の製造方法によれば、研削装置又は研磨装置の稼働効率を高めることが可能となり、生産性が向上する。

研磨装置１０の構成を説明するための模式図である。 ブラスト機構４０を上方から見た模式図である。 サファイア基板２０の好ましい製造プロセスを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による砥粒チャージ方法の適用が可能な研磨装置１０の構成を示す模式図である。

図１に示す研磨装置１０は、円盤状の定盤１２及びこれを回転させる回転機構１４を備えている。定盤１２の材料は、研磨の対象となる基板の材料に基づいて、銅、ニッケル、錫、鋳鉄、セラミック、ガラスなどの材料の中から選択することができる。特に限定されるものではないが、本実施形態においては研磨の対象となる基板がサファイア基板であり、この場合には銅からなる定盤１２を用いることが好ましい。尚、定盤１２の全体を銅によって構成することは必須でなく、少なくともその主面１２ａにおいて銅が露出していれば足りる。定盤１２の主面１２ａには、複数の溝が形成されていることが好ましい。回転機構１４は回転軸１６を介して定盤１２の中心部に連結されており、これにより円盤状の定盤１２を回転させることができる。

定盤１２の主面１２ａ側には、サファイア基板２０を保持する基板保持ジグ２２が設けられている。基板保持ジグ２２は、昇降回転軸２４を介して回転昇降機構２６に連結されている。これにより、サファイア基板２０の研磨面２０ａを定盤１２の主面１２ａに押し当てながら、サファイア基板２０を回転させることができる。また、ロード時及びアンロード時においては、基板保持ジグ２２を定盤１２の主面１２ａから引き離し、この状態でサファイア基板２０の装填や取り外しを行うことができる。

さらに、研磨装置１０は、定盤１２の主面１２ａ側に遊離砥粒３２を供給するディスペンサ３０を備えている。実際にサファイア基板２０の研磨を行う際には、サファイア基板２０の研磨面２０ａを定盤１２の主面１２ａに押し当てた状態で、定盤１２及び基板保持ジグ２２を回転させながら、ディスペンサ３０を用いて遊離砥粒３２を供給する。これにより、サファイア基板２０の研磨面２０ａと定盤１２の主面１２ａとの間に遊離砥粒３２が入り込み、これによりサファイア基板２０の研磨面２０ａが研磨される。

実際に研磨を行うためには、定盤１２の主面１２ａにあらかじめ砥粒がチャージされている必要がある。かかるチャージ作業は、定盤１２の主面１２ａ側に設けられたブラスト機構４０によって行われる。ブラスト機構４０は、ダイヤモンド砥粒Ｄを供給する砥粒供給部４２と、ダイヤモンド砥粒Ｄを搬送するアーム４４と、アーム４４の先端に設けられたノズル４６とを備える。砥粒供給部４２は、高圧の圧縮エアを用いてダイヤモンド砥粒Ｄをアーム４４に供給し、これによりアーム４４の先端に設けられたノズル４６から圧縮エアとともにダイヤモンド砥粒Ｄが高速で吐出される。ノズル４６から吐出されたダイヤモンド砥粒Ｄは、定盤１２の主面１２ａに叩き付けられ、これによって定盤１２の主面１２ａにダイヤモンド砥粒Ｄがチャージされる。

チャージする砥粒の材料は、研磨の対象となる基板の材料に基づいて、ダイヤモンド、アルミナ、ＳｉＣ、シリカ、セリアなどの材料の中から選択することができる。特に限定されるものではないが、本実施形態においては研磨の対象となる基板がサファイア基板２０であり、この場合には上述の通りダイヤモンド砥粒Ｄを用いることが好ましい。砥粒のサイズについては、特に限定されるものではないが、サブミクロンサイズからサブミリサイズまでの範囲で適宜選択することができる。本実施形態のように銅の定盤１２にダイヤモンド砥粒Ｄをチャージする場合には、平均粒径が１〜５μｍ程度の砥粒を用いることが好ましい。

圧縮エアの圧力についても、チャージする砥粒の材料及び定盤１２の材料に基づいて設定すればよく、いずれの材料を用いる場合であっても０．５ＭＰａ以上、５ＭＰａ以下とすることが好ましい。これは、圧力が０．５ＭＰａ未満であるとノズル４６から吐出される砥粒の速度が遅いために十分にチャージされないからであり、逆に、圧力が５ＭＰａを超えると定盤１２の主面１２ａに深刻なダメージを与える可能性があるからである。本実施形態のように銅の定盤１２にダイヤモンド砥粒Ｄをチャージする場合には、圧力を１ＭＰａ程度に設定することが好ましい。

図２は、ブラスト機構４０を上方から見た模式図である。

図２に示すように、ブラスト機構４０に含まれるアーム４４は、ノズル４６が定盤１２の中心部Ａから外周部Ｂまでの区間をスキャンできるよう、スイング可能に構成されている。これにより、定盤１２を回転させながら、ノズル４６を定盤１２の中心部Ａと外周部Ｂとの間でスキャンすれば、定盤１２の主面１２ａの全面にダイヤモンド砥粒Ｄをチャージすることが可能となる。チャージ作業時における定盤１２の回転速度については特に限定されないが、１ｒｐｍ以上、５０ｒｐｍ以下とすることが好ましい。これは、定盤１２の回転速度が１ｒｐｍ未満であるとチャージ作業に要する時間が必要以上に長くなるからであり、逆に、定盤１２の回転速度が５０ｒｐｍを超えると砥粒の飛散が顕著となり、作業効率が低下するからである。より好ましくは、５ｒｐｍ以上、２０ｒｐｍ以下である。

定盤１２の回転速度を一定に保持する場合、定盤１２の中心部Ａから外周部Ｂに向かうにつれてノズル４６のスキャン速度を遅くすることが好ましい。これによって単位面積当たりのブラスト量をほぼ一定とすれば、定盤１２の主面１２ａにダイヤモンド砥粒Ｄを均一にチャージすることが可能となる。或いは、ノズル４６のスキャン速度を一定とし、ノズル４６の位置が中心部Ａから外周部Ｂに向かうにつれて定盤１２の回転速度を低下させても構わない。

このように、本実施形態によれば、研磨装置１０に備え付けられたブラスト機構４０によってチャージ作業を行うことができる。これにより、特許文献１〜３に記載された従来の方法に比べて砥粒のチャージ作業に必要な時間が大幅に短縮される。また、チャージ作業に際し、基板保持ジグ２２にチャージ用のダミー基板などを装填する必要がないことから、作業量も少なくなる。しかも、使用するダイヤモンド砥粒Ｄの量も従来に比べて大幅に少なくなるため、材料コストを削減することが可能となる。尚、定盤１２にチャージされずに飛散したダイヤモンド砥粒Ｄを回収し、再利用することも可能である。

図３は、サファイア基板２０の好ましい製造プロセスを示すフローチャートである。

図３に示すように、まず単結晶インゴットをスライスする（ステップＳ１）とともに、面取りを行う（ステップＳ２）ことによってサファイア基板２０を取り出す。次に、サファイア基板２０の両面をラッピング（研削）することにより、スライスによって表面に生じている大きな傷を除去する（ステップＳ３）。さらに、サファイア基板２０の両面を粗くポリッシング（研磨）することにより、ラッピングによって生じた細かい研削傷を除去する（ステップＳ４）。かかる工程はハードポリッシュ又はダイヤモンドラッピングと呼ばれ、研削と研磨の中間的な位置づけの工程である。

次に、サファイア基板２０の両面をやや細かくポリッシング（研磨）することにより、ダイヤモンドラッピングによって表面に生じている研磨傷を除去する（ステップＳ５）。最後に、サファイア基板２０の主面、すなわちデバイスが形成されるべき表面を細かくポリッシング（研磨）することにより、主面の仕上げを行う（ステップＳ６）。これにより、サファイア基板２０が完成する。

このように、サファイア基板２０の製造プロセスには複数の研削工程又は研磨工程が含まれており（ステップＳ３〜Ｓ６）、これらの各工程において砥粒がチャージされた定盤が使用されることがある。特に、ダイヤモンドラッピングを行う工程（ステップＳ４）においては、ダイヤモンド砥粒がチャージされた銅の定盤を用いることが最も好ましいため、本実施形態の適用が非常に好適である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では圧縮エアを用いてダイヤモンド砥粒をドライブラストしているが、本発明がこれに限定されるものではなく、液体を用いて砥粒をウェットブラストしても構わない。また、ブラストする砥粒の種類については一種類である必要はなく、２種類以上の混合砥粒をブラスト処理しても構わない。

また、図１に示した研磨装置１０は、サファイア基板２０の片面のみを研磨する装置であるが、サファイア基板２０の両面を同時に研磨又は研削する装置に対して本発明を適用することも可能である。さらに、図１に示した研磨装置１０はそれ自体がブラスト機構４０を備えているが、研磨装置又は研削装置とブラスト機構が一体的である必要はなく、互いに別の装置であっても構わない。

［比較例］
溝が形成された直径５００ｍｍの銅からなる定盤を用意し、回転する定盤の主面に平均粒径が３μｍのダイヤモンド砥粒と潤滑剤を含む研磨液を供給しながら、基板保持ジグに装填したダミーのガラスウェハを押し当てた。この作業を１時間連続で行うことにより、定盤の主面にダイヤモンド砥粒をチャージした。使用した研磨液は５５０ｇであった。

次に、ダミーのガラスウェハを基板保持ジグから取り外し、実際にサファイア基板の研磨を行った。具体的には、上記の工程によってダイヤモンド砥粒がチャージされた定盤を用い、平均粒径が３μｍのダイヤモンド砥粒と潤滑剤を含む研磨液を供給しながら、直径１００ｍｍのサファイア基板をダイヤモンドラッピングした。ダイヤモンドラッピングは、２０枚のサファイア基板を装填した基板保持ジグを用い、サファイア基板の表面の平均粗さＲａが１ｎｍとなるまで行った。その結果、３時間連続でダイヤモンドラッピングを行うことにより、所望の平均粗さＲａ（＝１ｎｍ）が得られた。

ダイヤモンドラッピングが完了した２０枚のサファイア基板の表面を観察し、長さが１ｃｍ以上であるスクラッチの数をカウントした。その結果、サファイア基板１枚当たりに存在するスクラッチの数は、平均で０．１個であった。

このように、比較例では作業の合計時間は４時間（ダミーのガラスウェハをサファイア基板に交換する作業時間は含まず）であった。また、ダイヤモンド砥粒のチャージ作業においては、５５０ｇの研磨液を消費した。５５０ｇの研磨液に含まれるダイヤモンド砥粒の量は約１００ｇである。

［実施例］
溝が形成された直径５００ｍｍの銅からなる定盤を用意し、これを１０ｒｐｍで回転させた状態で、ダイヤモンド砥粒のブラスト処理を行った。使用したダイヤモンド砥粒の平均粒径は３μｍであり、ブラスト時の圧力は１ＭＰａに設定した。そして、ダイヤモンド砥粒を吐出するノズルを定盤の中心部から外周部に向かってスイングさせることにより、定盤の主面全面にブラスト処理を行った。この際、定盤の中心部から外周部に向かうにしたがい、ノズルのスイング速度を低下させることによって、定盤の主面全面を均一にブラスト処理した。定盤の主面全面をブラスト処理するのに要した時間は２分であった。また、使用したダイヤモンド砥粒の量は２０ｇであった。

次に、上述した比較例と同じ方法によって２０枚のサファイア基板の研磨を行った。その結果、比較例と同様、３時間連続でダイヤモンドラッピングを行うことにより、所望の平均粗さＲａ（＝１ｎｍ）が得られた。

ダイヤモンドラッピングが完了した２０枚のサファイア基板の表面を観察し、長さが１ｃｍ以上であるスクラッチの数をカウントした。その結果、サファイア基板１枚当たりに存在するスクラッチの数は、平均で０．０５個であり、比較例よりもスクラッチが少なかった。その他の品質については、比較例と実質的な差異は認められなかった。

このように、実施例では作業の合計時間は約３時間であり、比較例よりも大幅に作業時間が短縮された。また、使用したダイヤモンド砥粒の量は２０ｇであり、比較例よりも少なかった。

１０ 研磨装置
１２ 定盤
１２ａ 定盤の主面
１４ 回転機構
１６ 回転軸
２０ サファイア基板
２０ａ サファイア基板の研磨面
２２ 基板保持ジグ
２４ 昇降回転軸
２６ 回転昇降機構
３０ ディスペンサ
３２ 遊離砥粒
４０ ブラスト機構
４２ 砥粒供給部
４４ アーム
４６ ノズル
Ａ 定盤の中心部
Ｂ 定盤の外周部
Ｄ ダイヤモンド砥粒

Claims (5)

1. 基板を研削又は研磨するための定盤の主面に０．５ＭＰａ以上、５ＭＰａ以下の圧力で砥粒をブラストすることによって、前記定盤の主面に前記砥粒をチャージする方法であって、
   前記定盤を回転させながら、前記砥粒を吐出するノズルを前記定盤の中心部と外周部との間でスキャンすることによって前記ブラストを行うことを特徴とする砥粒チャージ方法。
2. 前記スキャンの速度を前記中心部から前記外周部に向かうにつれて遅くすることにより、前記定盤の主面に前記砥粒を均一にチャージすることを特徴とする請求項１に記載の砥粒チャージ方法。
3. 前記砥粒がダイヤモンド、アルミナ、ＳｉＣ、シリカ及びセリアからなる群より選ばれた１又は２以上の材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の砥粒チャージ方法。
4. 前記定盤の主面が銅、ニッケル、錫、鋳鉄、セラミック、ガラスからなる群より選ばれたいずれかの材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の砥粒チャージ方法。
5. 基板を研削又は研磨するための定盤の主面に０．５ＭＰａ以上、５ＭＰａ以下の圧力で砥粒をブラストすることによって、前記定盤の主面に前記砥粒をチャージする工程と、
   前記砥粒がチャージされた前記定盤を用いて、前記基板を研削又は研磨する工程と、を備え、
   前記砥粒をチャージする工程は、前記定盤を回転させながら、前記砥粒を吐出するノズルを前記定盤の中心部と外周部との間でスキャンすることによって前記ブラストを行うことを特徴とする硬脆性基板の製造方法。

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