JP6586023B2 - 加工装置及び加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを研磨材で加工する加工装置に関する。

近年、半導体ウェハのデバイス形成面を加工するための加工装置として、化学的作用と機械的作用を併せ持つ化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）装置が用いられている。

一方、近年次世代半導体基板として注目を集めているサファイアやＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド等の硬脆性材料からなる基板は化学的に安定であり、通常の化学的機械研磨方法を活用しても、化学的作用がＳｉと比較して非常に小さく、研磨レートが小さくなる。

そこで、酸素を含む加工雰囲気の圧力を大気圧よりも高く設定し、加工雰囲気の中で、チタニアの粒子を含むスラリーを用いて、紫外線を照射しながら被加工物を研磨する方法（例えば、特許文献１参照。）がある。

また、石英からなると共に表面に格子状の溝を有する研磨定盤を用い、格子状の溝に固体光触媒粒子を埋め込み、基板の被研磨面を研磨定盤の表面に高圧で押し付けると共に、研磨定盤の裏面から研磨定盤を透過して基板の被研磨面に紫外線を照射し、研磨定盤の表面または基板の被研磨面のうち少なくとも一方を赤外光の照射によって加熱しつつ、基板を研磨定盤に対して相対的に遥動させて研磨する方法（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。

国際公開第２００７／０６３８７３号 国際公開第２００７／００７６８３号

しかし、特許文献１に記載の方法では高価な光触媒を使用するため、装置費が高価になる。また、特許文献２に記載の方法では、紫外線を透過する石英を研磨定盤として使用しなければならない。石英は加工が困難、且つ、ワークの被加工面に均一に紫外線を照射することが困難であるという問題点があった。

本発明の目的は、紫外線を均一にワークの被加工面へ照射して、均一な酸化物を生成させ、ワークを平滑な平面に加工することができる加工装置を提供することである。

本発明に係る加工装置は、ワークを回転軸について回転させる回転テーブルと、
前記回転テーブルの前記回転軸と直交する軸で回転するロール形状部材と、
前記回転テーブルの回転軸の方向について、前記ロール形状部材と前記ワークとを互いに接するように駆動する垂直駆動部と、
前記ロール形状部材と前記ワークとの間に紫外線を照射する紫外線照射源と、
前記ロール形状部材と前記ワークとの間に供給される研磨材と、
前記ロール形状部材と前記ワークとの間に供給され、前記紫外線照射源からの紫外線を散乱させる光散乱体と、を備える。

本発明に係る加工装置によれば、光触媒粒子や石英定盤を使用しなくとも被加工面に酸化物を生成し、紫外線を均一に被加工面へ照射し平面に加工することが出来る。

実施の形態１に係る加工装置の構成を示す概略斜視図である。 図１のロール形状部材の構成を示す部分拡大図である。 図１の加工装置において、ロール形状部材とワークとの接触部の状態を示す拡大側面図である。 （ａ）は、紫外線照射ユニットから照射される紫外線のｚ方向についての強度分布を示すグラフであり、（ｂ）は、紫外線を受光する光散乱体のロール形状部材のｚ方向における配置位置との関係を示す概略図であり、（ｃ）は、（ｂ）の光散乱体で散乱された後、ワークとロール形状部材との接触部に照射される紫外線のｚ方向についての強度分布を示すグラフである。 図１の加工装置において光散乱体として気泡を用いた際のロール形状とワークの接触部の状態を示す拡大側面図である。

第１の態様に係る加工装置は、ワークを回転軸について回転させる回転テーブルと、
前記回転テーブルの前記回転軸と直交する軸で回転するロール形状部材と、
前記回転テーブルの回転軸の方向について、前記ロール形状部材と前記ワークとを互いに接するように駆動する垂直駆動部と、
前記ロール形状部材と前記ワークとの間に紫外線を照射する紫外線照射源と、
前記ロール形状部材と前記ワークとの間に供給される研磨材と、
前記ロール形状部材と前記ワークとの間に供給され、前記紫外線照射源からの紫外線を散乱させる光散乱体と、を備える。

第２の態様に係る加工装置は、上記第１の態様において、前記研磨材は、前記ワークよりビッカース硬度が高く、前記光散乱体は、前記ワークよりビッカース硬度が低くてもよい。

第３の態様に係る加工装置は、上記第１又は第２の態様において、前記研磨材は、テープに具備され、
前記テープは、前記ロール形状部材とワークとの接触部に供給されてもよい。

第４の態様に係る加工装置は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記研磨材および前記光散乱体は、共に粒子状であり、
前記研磨材のサイズは、前記光散乱体のサイズよりも小さくてもよい。

第５の態様に係る加工装置は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記光散乱体は、４面体以上の面数を持つ多面体形状、又は、球状であってもよい。

第６の態様に係る加工装置は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記光散乱体は、１５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下の少なくとも一つの波長の光について８０％以上、１００％未満の透過率を示してもよい。

第７の態様に係る加工装置は、上記第１から第６のいずれかの態様において、前記回転テーブルの回転軸と前記ロール形状部材の回転軸とのそれぞれと垂直な方向に前記ロール形状部材と前記回転テーブルとを相対移動させる水平駆動部をさらに備えてもよい。

第８の態様に係る加工装置は、上記第１から第７のいずれかの態様において、前記光散乱体は、光触媒を含まなくてもよい。

第９の態様に係る加工装置は、上記第１の態様において、前記光散乱体は、気泡であってもよい。

第１０の態様に係る加工装置は、上記第９の態様において、オゾン水、又は過酸化水素水を供給する供給口を更に備え、
前記気泡は、前記オゾン水、又は前記過酸化水素水に前記紫外線照射源からの紫外線が照射されることで発生させてもよい。

第１１の態様に係る加工装置は、上記第１０の態様において、前記紫外線照射源は、前記オゾン水、又は前記過酸化水素水に吸収される第１波長と、前記ワークに吸収される第２波長と、を有する紫外線を照射してもよい。

第１２の態様に係る加工装置は、上記第１１の態様において、前記第１波長のピーク波長は２５３ｎｍ、前記第２波長のピーク波長は３６５ｎｍであってもよい。

第１３の態様に係る加工装置は、上記第１２の態様において、前記紫外線照射源は、１００ｎｍ以下４００ｎｍ以上の波長を除去するフィルタを更に具備してもよい。

第１４の態様に係る加工方法は、上記第１から第１３のいずれかの態様の加工装置を用いてワークの加工を行う。

以下、実施の形態に係る加工装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態で使用する加工装置１０１の構成を示す概略斜視図である。図１に記載の加工装置１０１には、ワーク３０１を回転軸（Ｙ軸）について回転させる回転テーブル２０１と、ワーク３０１をＸ軸方向に直進駆動させる直進駆動部（水平駆動部）２０２と、ロール形状部材３０２と、ロール形状部材３０２をワーク３０１へＹ軸方向に駆動し接触加圧させるためのＹ軸方向駆動部（垂直駆動部）２０３と、を有する。更に、加工装置１０１は、ロール形状部材３０２をＺ軸方向に駆動させるＺ軸方向駆動部２０４を有する。ロール形状部材３０２は、Ｙ軸方向駆動部２０３上に固定されているテープ駆動ユニット２０５により、Ｙ軸方向駆動部２０３でＹ軸方向に駆動し、ワーク３０１と接触した際、加圧力制御ユニット２０６に設定した加圧力でワーク３０１と接触する。ロール形状部材３０２は、その中心軸（Ｚ軸）を基準に回転する。このロール形状部材３０２の回転軸は、回転テーブル２０１の回転軸と直交する方向であり、本実施の形態では、ロール形状部材３０２の回転軸はＺ軸と一致する。さらに、この加工装置１０１は、ロール形状部材３０２とワーク３０１との間に紫外線を照射する紫外線照射ユニット（紫外線照射源）２０７と、ロール形状部材３０２とワーク３０１との間に供給される研磨材である砥粒４０２と、ロール形状部材３０２とワーク３０１との間に供給され、紫外線照射ユニット２０７からの紫外線を散乱させる光散乱体５０１と、を備える。

＜作用・効果＞
本実施の形態１に係る加工装置１０１では、紫外線をワーク３０１に照射して強酸化剤であるラジカルをワーク３０１表面に反応させ、ワーク３０１表面上にワーク３０１よりも柔らかい酸化物を形成し、除去するという加工メカニズムを用いている。この加工装置１０１では、上記加工メカニズムを実現するために、紫外線照射ユニット２０７を設けている。しかし、紫外線照射ユニット２０７から照射される紫外線は、例えば、図４（ａ）に示すように中心で強く周辺で弱い強度分布を有する。このため、そのままワーク３０１とロール形状部材３０２が接する境界線に沿って照射しても、境界線の中で紫外線の強度バラツキが発生し、これに対応して紫外線照射によって発生する強酸化剤であるラジカルの発生量にもバラツキを生じる。ラジカルの発生量と酸化物の発生量には相関があるために、結果としてワーク３０１とロール形状部材３０２とが接する境界部で酸化物が不均一に形成される。そして、結果的に加工除去量が均一にならず、平滑な面が得られないという問題があることを発明者は見出した。

これに対し、発明者は、ワーク３０１とロール形状部材３０２とが接する接触部と紫外線照射ユニット２０７との間の接触部に光散乱体５０１を塗布すると、紫外線が散乱光となり、図４（ｃ）に示すように、ワーク３０１とロール形状部材３０２との接触部に平均化された強度で紫外線を照射することができる。これによって、ワーク３０１上に酸化物を均一に形成することができる。その結果、この均一に分布する酸化物をワーク３０１上から均一に加工除去することによって、表面の凹凸がＲａ１ｎｍ以下の鏡面状態を形成できることを見出し、本発明に係る加工装置１０１の構成に至った。

この加工装置１０１によれば、紫外線照射ユニット２０７から紫外線がロール形状部材３０２とワーク３０１との間の接触部に照射され、光散乱体５０１によって紫外線が散乱される。これによって、ロール形状部材３０２とワーク３０１との接触部に沿って紫外線の強度が均一化される。その結果、ワーク３０１の表面への均一な紫外線照射によって均一な酸化物の層（膜）が形成される。形成された均一な酸化膜を研磨することでワーク３０１の表面を従来よりも均一に加工できる。

以下に、この加工装置１０１を構成する各部材について説明する。

＜ロール形状部材＞
ロール形状部材３０２は、Ｙ軸方向駆動部（垂直駆動部）２０３に接続されている。このロール形状部材３０２は、Ｙ軸方向駆動部２０３によってＹ軸方向に移動し、ワーク３０１の被加工面と接触すると、その接触部は線接触となる。ワーク３０１とロール形状部材３０２とを線接触させることにより、面接触の場合では困難であったワーク３０１とロール形状部材３０２との接触部への均一な紫外線照射が容易になる。なお、ワーク３０１をＸ軸方向に直進駆動させる直進駆動部（水平駆動部）２０２と、ワーク３０１をＹ軸について回転させる回転テーブル２０１とのそれぞれを制御することにより、ワーク３０１の全面を加工できる。

上記のように図１のワーク３０１とロール形状部材３０２との接触部は、直線状になる。この直線状の接触部の内部でのワーク３０１とロール形状部材３０２との相対速度のバラツキを、例えば１０％以下になるように、加工装置１０１の回転テーブル２０１で発生する相対速度差よりも直進駆動部２０２の駆動で発生する相対速度差が大きくなるように加工装置１０１の駆動部２０１、２０２を駆動させる。例えば、直線状の接触部の両端での相対速度差を１０％以下にする。例えば、回転テーブル２０１による回転によって、回転中心からみて両端での速度ベクトルが反対方向となり、相対速度差が大きくなる。そこで、回転テーブル２０１による回転を抑えて、両端の相対速度差を抑制する。その一方、例えば、図３の矢印に示すように、直進駆動部２０２によるＸ軸方向の駆動を行うことによって、両端の相対速度差を１０％以下にできる。また、直進駆動部２０２によってワーク３０１をＸ軸方向に移動させることによって、光散乱体５０１をロール形状部材３０２とワーク３０１との接触部に集めることができる。なお、直線状とは、長手方向とそれに直交する短手方向とを有する平面形状を示す。

＜研磨材＞
研磨材には、例えば、大きさが１０μｍ以下の砥粒４０２を採用する。砥粒４０２が大きくなると、テープ４０１上の近接する砥粒４０２がワーク３０１に接触した際、近接した砥粒４０２のワーク３０１に接触する部分と接触していない部分との間隔が大きくなる。そのため砥粒４０２が大きくなればなるほど、砥粒４０２がワーク３０１に接触していない領域が広くなる。また、同じ加圧力で加工する場合、砥粒が大きいと砥粒４０２がワーク３０１を除去する除去量が大きくなり、かつ加工されない領域が広くなるため、ワーク３０１の表面の凹凸が大きくなる。そのため砥粒４０２の大きさは少なくとも１０μｍ以下にする必要がある。砥粒４０２の大きさが１０μｍよりも大きいと均一な平面を加工することが非常に困難になるからである。
研磨材である砥粒４０２には、ワーク３０１と同じかそれ以上の硬さを有するものを用いる。例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、ＧａＮ、サファイア、ダイヤモンド等を用いることができる。

＜テープ＞
図２は、図１のロール形状部材３０２の構成を示す部分拡大図である。テープ４０１上には研磨材である砥粒４０２を接着材で固定し、ロール形状部材３０２とテープ４０１とが互いに接触するように配置する。この構成により、常に新しいテープ４０１をワーク３０１とロール形状部材３０２との間に供給することができ、加工を進める中での砥粒４０２の目つぶれによる加工能率の低下を防ぐことが出来る。テープ４０１は、図３の矢印に示すように移動する。ロール形状部材３０２は、テープ４０１の移動量分だけ回転する。テープ４０１の巻き取りは、図１のテープ駆動ユニット２０５により行われる。なお、図１において、テープ４０１の図示は省略している。

図３は、図１の加工装置１０１において、ロール形状部材３０２とワーク３０１との接触部の状態を示す拡大側面図である。塗布された光散乱体５０１は、各駆動部２０１、２０２、２０３により、テープ４０１とワーク３０１との接触部に集まる。紫外線照射ユニット２０７から出る光は、ロール形状部材３０２とワーク３０１との接触する面上へ照射される。ここでワーク３０１の硬さをＡとし、砥粒４０２の硬さをＢ、光散乱体５０１の硬さをＣとしたときに、下記の関係式が成り立つように砥粒４０２及び光散乱体５０１の材料を選定する。つまり、砥粒４０２の硬さＢは、ワーク３０１の硬さＡ以上であり、且つ、光散乱体５０１の硬さＣは、ワーク３０１の硬さＡより小さい。
Ｂ≧Ａ＞Ｃ

ワーク３０１の硬さＡよりも光散乱体５０１の硬さＣが大きい場合には、加工する際に光散乱体５０１によりワーク３０１が加工されてしまい、平滑な加工面を実現できない場合がある。光散乱体５０１がワーク３０１を加工してしまう状態としては、ワーク３０１とテープ４０１の間に光散乱体５０１が複数個集まり凝集した状態でワーク３０１を加工する状態をいう。この状態になると加工される場所を制御できず、また、ワーク３０１への圧力を安定させることが困難であるために、深い加工痕が出来る場所とそうでない場所が発生する。結果としてワーク３０１の表面に凹凸が発生してしまう。ワーク３０１を半導体デバイスに適用する場合、求められる表面粗さＲａは１ｎｍ以下の鏡面状態であるが、その状態にすることが出来なくなる。

一方、砥粒４０２の硬さＢがワーク３０１の硬さＡよりも小さい場合、ワーク３０１を砥粒４０２でメカニカルな物理現象で除去することが出来ない。また、この状態で加圧力を大きくしワーク３０１を加工しようとしても、砥粒４０２がワーク３０１の表面の酸化物をメカニカルな物理現象で除去できないために、ワーク３０１への加圧力のみが大きくなり、Ｙ軸マイナス方向への力が大きくなり、ワーク３０１が加重に耐えられなくなる。その結果、割れが発生するなどの不具合が生じてしまい、製品として成り立たなくなる。

＜紫外線照射ユニット＞
紫外線照射ユニット２０７は、ロール形状部材３０２との相対距離を常に一定に保つために、Ｚ軸方向駆動部２０４に固定される。紫外線照射ユニット２０７から照射する紫外線の波長は、例えば３６５ｎｍを採用できるが、これに限られず、ワーク３０１のバンドギャップ、プランク定数、光速から計算される吸収端波長よりも短い波長であればよい。なお、吸収端波長λ［μｍ］＝ｈ・ｃ／Ｅ＝１．２４／Ｅの関係がある。ここで、ｈ：プランク定数、ｃ：光速、Ｅ：バンドギャップである。また、紫外線照射ユニット２０７から照射する紫外線は、例えば図４（ａ）に示すように、上記波長を含む一定の波長範囲にわたる強度分布を有していてもよい。

＜光散乱体塗布ユニット＞
紫外線照射ユニット２０７とロール形状部材３０２との間には、光散乱体５０１を塗布する光散乱体塗布ユニット２０８を備えている。この光散乱体塗布ユニット２０８によって、ワーク３０１上に光散乱体５０１を塗布することができる。光散乱体５０１は、例えば、図３及び図４（ｂ）に示すように、ロール形状部材３０２とワークとの接触部のｚ軸に沿って塗布すればよい。

＜光散乱体＞
光散乱体５０１は、ワーク３０１とロール形状部材３０２との接触部に供給される。光散乱体５０１は、強度分布を有する紫外線を受光し、散乱させて、ワーク３０１に紫外線を均一に照射する。この光散乱体５０１の構成及び作用について説明する。
光散乱体５０１の大きさは、１０ｍｍ以下とする。紫外線の散乱効果はできるだけ加工点近くで発生させないと、紫外線効果が減少してしまう。光散乱体の大きさが１０ｍｍよりも大きいと加工点に届く光が著しく減少する。
また、光散乱体５０１は、研磨材である砥粒４０２よりもサイズの大きいものを選定する。光散乱体５０１が砥粒４０２よりも小さいと、ワーク３０１とテープ４０１との接触部に光散乱体５０１が入り込む可能性があり、これを防止するためである。ワーク３０１とテープ４０１との接触部に光散乱体５０１が入り込むとワーク３０１の表面に凹凸形状が形成される場合がある。

なお、光散乱体５０１の粒子形状は、４面体以上の面数を有する多面体形状か、または球状とする。光散乱体５０１の粒子形状が３面体以下であるとワーク３０１を加工する際に、ワーク３０１とテープ４０１の速度差で光散乱体５０１を転がす際に、光散乱体５０１が不規則な転がり方をしてしまい、ワーク３０１とテープ４０１の間に複数個の光散乱体５０１が凝集する。凝集した光散乱体５０１はテープ４０１表面の接着層に入り込み、砥粒４０２のテープ接着層からの突き出し量よりも光散乱体５０１の突き出し量が大きくなる状態が発生する。そして、テープ４０１を送った際に、ワーク３０１とテープ４０１の間に光散乱体５０１が運ばれる。光散乱体５０１がテープ４０１とワーク３０１の間に入り込んだ際は、その部分は加工が行われないため、ワーク３０１上に未加工の領域が出来る。そのため、加工される領域とされない領域が発生し、結果として表面に凹凸が発生してしまう。また光散乱体５０１は、紫外線を透過する材料で光散乱体５０１の内部を透過した際に紫外線の進む方向をランダムに分散させることが必要であるため、面数は多い方が好ましく、最も好ましい形としては球形状である。

また、光散乱体５０１は、波長４００ｎｍ以下の波長に対して少なくとも１つの波長の光で透過率８０％以上を有する材料を用いる。波長４００ｎｍ以下の光の透過率が８０％未満の光散乱体５０１を用いると、ワーク３０１へ届く紫外光が２０％以上光散乱体に吸収されてしまい、紫外線照射ユニット２０７の照射位置を照射したいワーク３０１と砥粒４０２の境界部分に近づけるか、紫外線照射パワーを上げる必要がある。紫外線照射ユニット２０７の照射位置を近づける、または紫外線照射パワーを上げるとテープ４０１が熱を発生してしまい、熱による変形が起こる。熱による変形を避けるためにテープ４０１の巻き取り速度を上げる必要があるが、巻き取り速度を上げると１回の加工に使用するテープ４０１の量が増えると共に、巻き取りのモーターを大きくする必要があり、装置構成が複雑になる。
光散乱体５０１は、波長１５０ｎｍ以上での透過率の最大値が１５０ｎｍより短い波長での透過率の最大値よりも大きい材料を用いる。１５０ｎｍ以下の波長で透過率が最大になる材料を用いると、波長が１５０ｎｍよりも長い紫外光を吸収する量が大きくなる。そのため、材料の劣化が早くなると共に、ワーク３０１と砥粒４０２の境界部分に近づけるか、紫外線照射パワーを上げる必要があり、この場合も熱による影響を回避するために装置構成が複雑になる。

光散乱体５０１は、例えば、粒子状の固形物として加工液中に分散させて供給してもよい。あるいは、光散乱体５０１を加工液と別に供給してもよい。例えば、後述するように光散乱体５０１をテープ等に固定して供給してもよい。また、光散乱体５０１は、加工時の切り屑排出の機能を果たしてもよい。加工液も光散乱体塗布ユニット２０８から供給してもよい。光散乱体５０１は気泡であってもよい。光散乱体５０１に気泡を用いることで、石英やアクリル等の固体を使用する場合に比べて、加工装置１０１やワーク３０１に光散乱体５０１が付着する等の影響を与えないで加工を実施できる効果がある。一方で、光散乱体５０１に石英やアクリル等の固体を使用することで、ワーク３０１の駆動時に光散乱体５０１が存在するために加工液が乱流となり加工時の切り屑排出機能をより発揮することが可能となる、という効果を奏することが可能である。

光散乱体５０１に気泡を用いる場合は、光散乱体塗布ユニット２０８（供給口）からオゾン水、または過酸化水素水３０３を供給し、紫外線照射ユニット２０７から照射される紫外線により気泡の光散乱体５０１を発生させる。オゾン水又は過酸化水素水３０３に吸収される第１波長とワーク３０１に吸収される第２波長を有する紫外線を紫外線照射ユニット２０７から照射する。第１波長のピークはおよそ２５３ｎｍ、第２波長のピークはおよそ３６５ｎｍが好ましい。このように紫外線照射ユニット２０７から照射される紫外線の波長を選択することにより、第１波長がオゾン水又は過酸化水素水３０３に吸収され、オゾンの分解又は過酸化水素の分解により酸素や空気の気泡を発生することができる。第１波長の吸収で気泡が出来、第２波長は気泡によって散乱光となりワーク３０１に届く。

この際、紫外線照射ユニット２０７には４００ｎｍ以上の波長と１００ｎｍ以下の波長を除去するフィルタを通して紫外線照射ユニット２０７から紫外線を照射してもよい。４００ｎｍ以上の波長を除去することによって４００ｎｍ以上の波長の吸収によるロール形状部材３０２からの発熱を低減することができる。また、１００ｎｍ以下の超短波長成分の波長を除去することで１００ｎｍ以下の波長の吸収によって発生するロール形状部材３０２の劣化を低減できる。そして、フィルタを透過した紫外線をオゾン水又は過酸化水素水３０３への吸収とワーク３０１への吸収とに使用することができる。この結果として、気泡を光散乱体５０１として活用し、ワーク３０１へ均一な光を照射すると共に、ロール形状部材３０２の熱影響や部材劣化の影響を低減した加工を実施することが出来る。

図５にオゾン水又は過酸化水素水３０３を供給した状態図を示す。光散乱体塗布ユニット２０８から滴下されたオゾン水又は過酸化水素水３０３は、基板３０１上へ広がり加工部へ供給される。紫外線照射ユニット２０７から照射される紫外線光によって気泡である光散乱体５０１を発生させながら加工を実施する。

光散乱体５０１の大きさは砥粒４０２よりも大きい方がよい。砥粒４０２よりも小さいとワーク３０１とテープ４０１の間に光散乱体５０１が入り込んでしまい、液体が無いために加工時の切り屑排出がうまく出来ず、切り屑によって加工面を再加工してしまうことがあるからである。光散乱体５０１の特定方法としてはマイクロスコープを用いて光散乱体５０１を観察し、画像データとして画像処理をすることで測定を行う。より詳細には、画像データ中に含まれる気泡（光散乱体５０１）と同面積の円の径を気泡の相当径として算出し、同一画像データ中に含まれる複数の気泡の相当径の平均値を気泡の大きさとして測定する。砥粒の大きさについては、ＩＳＯ８４８６−１、又はＩＳＯ８４８６−２に規定される方法で測定する。光散乱体５０１は、加工時の切り屑排出の機能を果たしてもよい。加工液も光散乱体塗布ユニット２０８から供給してもよい。

光散乱体５０１としては、例えば、石英、合成石英、又は紫外線透過アクリルを使用できる。このように、光散乱体５０１として上記の構造体、又は気泡を用いることで、酸化チタンなどの光触媒のような高価な部材を使用しなくとも、高精度な加工を実現できる。なお、光散乱体５０１は、チタンなどの光触媒を含まない。

以上のように、本実施の形態１に係る加工装置１０１によって、次世代半導体材料であるＧａＮ基板に対して高速な加工速度で均一な表面に研磨することができる。なお、ワーク３０１は、ＧａＮに限定されず、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ダイヤモンド、Ｇａ_２Ｏ_３を用いてもよい。つまり、本加工装置１０１は、炭化珪素（ＳｉＣ）やＧａＮ、サファイア、ダイヤモンド等の硬脆性材料を加工するのに有用である。

また、ロール形状部材３０２とワーク３０１との配置は、相対的に移動させればよい。
なお、本実施の形態１では、研磨材である砥粒４０２をテープ４０１に固定したが、これに限られず、テープ４０１を用いることなくロール形状部材３０２の表面に砥粒４０２を直接固定してもよい。
なお、上記の加工装置１０１の各構成の動作は、プロセッサを含むコントローラにプログラムされた所定のプログラムが実行されることで、制御される。所定のプログラムは、コントローラに備わるメモリに記憶される。

＜実施例１＞
本実施の形態に係る実施例１では、図１のワーク３０１として、２インチＧａＮウェハをＳＵＳ機材に熱溶融性ワックスで固定したものを使用した。ＳＵＳ機材は、回転テーブル２０１上にピン押さえで固定し、回転テーブル２０１の回転中心と２インチＧａＮウェハの回転中心との位置ずれが２μｍ以下となるようにピン押さえの位置を調整した。テープ駆動ユニット２０５としてテープの巻き取り速度を０．１ｍｍ／分から５ｍｍ／分まで設定できるユニットを使用した。
また、テープ４０１は、ＰＥＴ製のテープ下地剤の上に砥粒として粒子径０．５μｍ〜２μｍのダイヤモンドの砥粒４０２を接着層の上に分散したものを使用した。加圧力制御ユニット２０６は空気圧で加圧力を制御するエアーシリンダーを用いた。設定空気圧としては０．１ＭＰａから０．６ＭＰａまで設定した。
また、紫外線照射ユニット２０７には、水銀光源で３６５ｎｍの紫外線を出力するようにフィルターを選択し、ファイバー先端から約１０ｍｍの距離で２０００ｍＷ／平方ｃｍの光量が出るように調整した。紫外線照射ユニット２０７とＧａＮウェハとテープの接触点までの距離は２０ｍｍになるように紫外線照射ユニット２０７の先端部を固定した。
光散乱体５０１として、３０％濃度の過酸化水素水に粒径５μｍの合成石英粒子を１００ｍｌあたり１０ｇの割合で配合したものを使用した。
ここで砥粒４０２、ワーク３０１、光散乱体５０１の各ビッカース硬度は、砥粒４０２として使用したダイヤモンドが約７０ＧＰａ、ワーク３０１のＧａＮ材料が２０ＧＰａ、光散乱体５０１の合成石英が９．７ＧＰａであった。つまり、硬さとして砥粒＞ワーク＞光散乱体の関係を満たすように各材料を選定した。

ＧａＮウェハであるワーク３０１の表面は、粒度＃１０００のダイヤモンド砥粒にて事前に加工しており、表面粗さＲａ５ｎｍになるようにした。ロール形状部材３０２には反発硬さであるショア硬さ９５のウレタンゴムを用い、ロール形状部材３０２は、ロール長手方向２インチ、ロール外形１インチの形状のものを使用した。
また、加工にあたり加圧力制御ユニット２０６の加圧力は０．４ＭＰａに設定し、ワーク３０１とダイヤモンド砥粒を具備するテープ４０１とが接触した位置をゼロ点として、Ｙ軸方向駆動部２０３をゼロ点からＹ軸マイナス方向に１００μｍ移動させた位置で加工を行った。
合成石英の粒子である光散乱体５０１は、４面体以上の面数になるように、合成石英を粉砕した後、両面研磨盤にて約２０分研磨を行って作製したものを採用した。合成石英である光散乱体５０１は、光散乱体塗布ユニット２０８から毎分１０ｃｃの量をワーク３０１上へ滴下した。
直進駆動部２０２の駆動領域として、回転テーブル２０１の回転中心をＸ＝０の位置としてプラス側２．５ｍｍ、マイナス側２．５ｍｍの範囲を１分間に１０００回往復するように駆動条件を設定し、回転テーブル２０１は２．５回転／分の速度で回転するように駆動条件を設定した。この条件では、直進駆動部２０２による相対速度は、５０００ｍｍ／分であった。回転テーブル２０１による相対速度は、２インチのＧａＮを用いたため、回転中心をゼロとして最大で３９２．５ｍｍ／分の差となった。直進駆動部２０２と回転テーブル２０１との合算相対速度で９．２％の速度差であった。
この条件で加工し、紫外線照射有りと紫外線照射無しとのそれぞれで目標とする表面粗さＲａ１ｎｍ以下までにかかる時間を測定した。表１に測定した結果を示す。

表１において、横軸は加工時間であり、縦軸の上段は紫外線照射無しの場合であり、下段は紫外線照射有りの場合である。表面粗さ（Ｒａ）は、白色干渉計によって測定した。紫外線照射をしない場合にはＲａ１ｎｍ以下になるまでにおよそ６０分必要とした。一方、紫外線照射を行った場合には１０分後にはＲａ１ｎｍ以下になっていた。したがって、紫外線照射を行ったほうが、紫外線照射を行わなかった場合よりも少なくとも６倍以上の加工速度向上を図れた。

次に、光散乱体５０１の効果を検証するために、図１の回転テーブル２０１を駆動させずに、直進駆動軸２０２のみを駆動させ光散乱体を塗布する場合と塗布しない場合で加工を行った。回転テーブル２０１の駆動以外の条件は同一条件で実施した。紫外光はロール形状部材３０２の長手方向の中心をゼロ点としてゼロ点に紫外光の広がりの中心がくるように照射した。表２に測定した結果を示す。

表２の結果から、光散乱体が無い場合はゼロ点からロール形状部材３０２の長手方向に距離が離れると加工面の表面粗さが悪くなり、加工レートに差が出た。一方、光散乱体５０１を塗布した場合には場所による表面粗さの差が出ず、均一な加工レートで加工できていた。

本発明に係る加工装置は、炭化珪素（ＳｉＣ）やＧａＮ、サファイア、ダイヤモンド等の硬脆性材料の加工に適用できる。

１０１ 加工装置
２０１ 回転テーブル
２０２ 直進駆動部（水平駆動部）
２０３ Ｙ軸方向駆動部（垂直駆動部）
２０４ Ｚ軸方向駆動部
２０５ テープ駆動ユニット
２０６ 加圧力制御ユニット
２０７ 紫外線照射ユニット（紫外線照射源）
２０８ 光散乱体塗布ユニット
３０１ ワーク
３０２ ロール形状部材
３０３ オゾン水又は過酸化水素水
４０１ テープ
４０２ 砥粒
５０１ 光散乱体

Claims (14)

1. ワークを回転軸について回転させる回転テーブルと、
   前記回転テーブルの前記回転軸と直交する軸で回転するロール形状部材と、
   前記回転テーブルの回転軸の方向について、前記ロール形状部材と前記ワークとを互いに接するように駆動する垂直駆動部と、
   前記ロール形状部材と前記ワークとの間に紫外線を照射する紫外線照射源と、
   前記ロール形状部材と前記ワークとの間に供給される研磨材と、
   前記ロール形状部材と前記ワークとの間に供給され、前記紫外線照射源からの紫外線を散乱させる光散乱体と、を備える加工装置。
2. 前記研磨材は、前記ワークよりビッカース硬度が高く、前記光散乱体は、前記ワークよりビッカース硬度が低い、請求項１に記載の加工装置。
3. 前記研磨材は、テープに具備され、
   前記テープは、前記ロール形状部材とワークとの接触部に供給される、請求項１又は２に記載の加工装置。
4. 前記研磨材および前記光散乱体は、共に粒子状であり、
   前記研磨材のサイズは、前記光散乱体のサイズよりも小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載の加工装置。
5. 前記光散乱体は、４面体以上の面数を持つ多面体形状、又は、球状である、請求項１から４のいずれか一項に記載の加工装置。
6. 前記光散乱体は、１５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下の少なくとも一つの波長の光について８０％以上、１００％未満の透過率を示す、請求項１から５のいずれか一項に記載の加工装置。
7. 前記回転テーブルの回転軸と前記ロール形状部材の回転軸とのそれぞれと垂直な方向に前記ロール形状部材と前記回転テーブルとを相対移動させる水平駆動部をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の加工装置。
8. 前記光散乱体は、光触媒を含まない、請求項１から７のいずれか一項に記載の加工装置。
9. 前記散乱体は、気泡である、請求項１に記載の加工装置。
10. オゾン水、又は過酸化水素水を供給する供給口を更に備え、
    前記気泡は、前記オゾン水、又は前記過酸化水素水に前記紫外線照射源からの紫外線が照射されることで発生する、請求項９に記載の加工装置。
11. 前記紫外線照射源は、前記オゾン水、又は前記過酸化水素水に吸収される第１波長と、前記ワークに吸収される第２波長と、を有する紫外線を照射する、請求項１０に記載の加工装置。
12. 前記第１波長のピーク波長は２５３ｎｍ、前記第２波長のピーク波長は３６５ｎｍである、請求項１１に記載の加工装置。
13. 前記紫外線照射源は、１００ｎｍ以下４００ｎｍ以上の波長を除去するフィルタを更に具備する、請求項１２に記載の加工装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の加工装置を用いてワークの加工を行う加工方法。

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