JP6893732B2 - 矩形基板支持トレーの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、矩形基板が嵌合する凹部を有する矩形基板支持トレーの製造方法に関する。

イオン注入装置、プラズマエッチング装置、熱処理装置等の半導体デバイスを形成する際に用いる各種装置は、円形のウェーハを対象として装置が構成されている（例えば、特開２００２−１７０７８号公報参照）。そのため、太陽電池の製造に用いる多結晶シリコン基板等の矩形の基板をこれらの装置に投入するには、大幅な改造が必要となる。

特開２００２−１７０７８号公報 特開２０１３−１７１６３７号公報

しかしながら、円形ウェーハに対応した高価なこれら装置を改造して矩形基板を投入可能にするためには、改造費用も高額にならざるを得ない。装置を改造せずに矩形基板をこれら装置に投入可能とするためには、円形のシリコンウェーハを支持基板にしてシリコンウェーハに矩形基板を固定すればよいと考えられる。

そこで、エッチングによってシリコンウェーハに矩形基板が嵌合する凹部を形成した所、凹部の底面に緩やかながらも凹凸ができ、凹部に嵌合した矩形基板が安定しないという問題が発生した。また、エッチング時間も非常に長く掛かるという課題もあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所望の深さの平坦な底部を備えた矩形基板が嵌合する凹部を容易に形成することのできる矩形基板支持トレーの製造方法を提供することである。

本発明によると、矩形基板が嵌合する凹部を有する矩形基板支持トレーの製造方法であって、該矩形基板の長辺の長さより大きい直径を有するウェーハをチャックテーブルで保持するウェーハ保持ステップと、該チャックテーブルで保持した該ウェーハの上方から切削ブレードを該ウェーハの表面に所望の深さ切り込ませ、該チャックテーブルを加工送りすることにより、該矩形基板の横幅と同じ長さの第１の溝を該ウェーハの表面に形成する溝形成ステップと、該ウェーハの上方から該切削ブレードを該第１の溝に隣接して該ウェーハの表面に該所望の深さ切り込ませ、該チャックテーブルを加工送りすることにより、該第１の溝と同じ長さ及び同じ切り込み深さの第２の溝を形成し、該第１の溝を拡幅する溝拡幅ステップと、該溝拡幅ステップで形成した凹部の幅が該矩形基板の縦の長さになるまで該溝拡幅ステップを必要回数繰り返す繰り返しステップと、該溝拡幅ステップを前記必要回数実施した後、該切削ブレードを該ウェーハの横方向から該ウェーハに該所望の深さ切り込ませ、該チャックテーブルを加工送りすることにより、該凹部の端部で該切削ブレードの円弧が転写した領域に沿って該所望の深さの溝を形成し、該円弧領域を除去して該矩形基板の縦の辺が嵌合する該凹部の側壁を形成する円弧領域除去ステップと、を備え、矩形状底部と該底部から立設する４つの側壁により画成される該矩形基板が嵌合する矩形状凹部を該切削ブレードで形成することを特徴とする矩形基板支持トレーの製造方法が提供される。

好ましくは、該円弧領域除去ステップでは、該繰り返しステップ実施後且つ該矩形基板を保持した該チャックテーブルを９０°回転した後、該凹部の端部で該切削ブレードの円弧が転写した領域に沿って該所望の深さの溝を形成し該円弧領域を除去する。

本発明によると、溝拡幅ステップを複数回繰り返すことにより切削ブレードで形成した第１の溝を横方向に拡幅することができ、所望の深さの平坦な底部を備えた矩形基板が嵌合する凹部を容易に形成することができる。切削ブレードによる切削により凹部を形成するため、エッチングより短時間で所望の凹部を形成することができ、切削装置を何ら改造せずに実施することができる。

本発明の矩形基板支持トレーの製造方法を実施可能な切削装置の斜視図である。 図２（Ａ）は矩形基板の斜視図、図２（Ｂ）はウェーハの斜視図である。 図３（Ａ）は溝形成ステップを示すウェーハの平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線断面図である。 図４（Ａ）は溝拡幅ステップを示すウェーハの平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ部分の拡大図である。 図５（Ａ）は繰り返しステップ終了後のウェーハの平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線断面図である。 図６（Ａ）は円弧領域除去ステップを示すウェーハの平面図、図６（Ｂ）は図６(Ａ)の６Ｂ−６Ｂ線断面図である。 完成した矩形基板支持ウェーハ(トレー)の平面図である。 図８（Ａ）は完成した矩形基板支持ウェーハの凹部に矩形基板を嵌合する様子を示す斜視図、図８（Ｂ）は凹部中に矩形基板が嵌合された状態の矩形基板支持ウェーハの斜視図である。 図９（Ａ）は溝形成ステップの変形例を示すウェーハの平面図、図９（Ｂ）は変形例の溝形成ステップ及び円弧領域除去ステップが実施された状態のウェーハの平面図である。 四隅が切り欠かれたタイプの矩形基板の斜視図である。 図１１（Ａ）は円弧領域除去ステップを示すウェーハの平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図である。 図１１に示す方法により形成された凹部中に図１０に示した矩形基板を嵌合した状態の平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明に係る矩形基板支持トレーの製造方法を実施するのに適した切削装置２の斜視図が示されている。図１に示すように、切削装置２は、各構成要素を支持する装置基台４を備えている。装置基台４の上面には、Ｘ軸方向（加工送り方向）に長い矩形状の開口４ａが形成されている。

この開口４ａ内には、Ｘ軸移動テーブル６と、該Ｘ軸移動テーブル６をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（不図示）と、Ｘ軸移動機構を覆う防塵防滴カバー８と、が設けられている。該Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を備えており、Ｘ軸ガイドレールには、Ｘ軸移動テーブル６がスライド可能に取り付けられている。

Ｘ軸移動テーブル６の下面側には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレールに平行なＸ軸ボールねじ（不図示）が螺合されている。Ｘ軸ボールねじの一端部には、Ｘ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｘ軸パルスモータでＸ軸ボールねじを回転させると、移動テーブル６はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル６上には、被加工物を吸引、保持するためのチャックテーブル１０が設けられている。チャックテーブル１０は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向）に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル１０は、上述したＸ軸移動機構でＸ軸方向に加工送りされる。

チャックテーブル１０の表面（上面）は、被加工物を吸引、保持する保持面１０ａとなっている。この保持面１０ａは、チャックテーブル１０の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル１０の周囲には、被加工物を固定するためのクランプ１０ｂが設けられている。

被加工物は、例えば、半導体ウェーハであり、環状フレームに保持されたテープ上に貼着され、環状フレームと一体で取り扱われる。環状フレームとテープとを用いて被加工物を取り扱うと、搬送する際に生じる衝撃等から該被加工物を保護できる。さらに、該テープを拡張すると、切削加工された被加工物を分割したり、分割後のチップの間隔を広げたりできる。なお、環状フレームとテープとを使用せずに、被加工物を単体で切削加工してもよい。

開口４ａから離れた装置基台４の前方の角部には、装置基台４から側方に突き出た突出部１２が設けられている。突出部１２の内部には空間が形成されており、この空間には、昇降可能なカセットエレベータ１６が設置されている。カセットエレベータ１６の上面には、複数の被加工物を収容可能なカセット１８が載せられる。

開口４ａに近接する位置には、上述した被加工物をチャックテーブル１０へと搬送する搬送ユニット（不図示）が設けられている。搬送ユニットでカセット１８から引き出された被加工物は、チャックテーブル１０の保持面１０ａに載置される。

装置基台４の上面には、被加工物を切削する切削ユニット１４を支持する支持構造２０が、開口４ａの上方に張り出すように配置されている。支持構造２０の前面上部には、切削ユニット１４をＹ軸方向（割り出し送り方向）及びＺ軸方向に移動させる切削ユニット移動機構２２が設けられている。

切削ユニット移動機構２２は、支持構造２０の前面に配置されＹ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール２４を備えている。Ｙ軸ガイドレール２４には、切削ユニット移動機構２２を構成するＹ軸移動プレート２６がスライド可能に取り付けられている。Ｙ軸移動プレート２６の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール２４に平行なＹ軸ボールねじ２８が螺合されている。

Ｙ軸ボールねじ２８の一端部には、Ｙ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｙ軸パルスモータでＹ軸ボールねじ２８を回転させると、Ｙ軸移動プレート２６は、Ｙ軸ガイドレール２４に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動プレート２６の表面（前面）には、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール３０が設けられている。Ｚ軸ガイドレール３０には、Ｚ軸移動プレート３２がスライド可能に取り付けられている。

Ｚ軸移動プレート３２の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール３０に平行なＺ軸ボールねじ３４が螺合されている。Ｚ軸ボールねじ３４の一端部には、Ｚ軸パルスモータ３６が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３６でＺ軸ボールねじ３４を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３２が、Ｚ軸ガイドレール３０に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動プレート３２の下部には、被加工物を加工する切削ユニット１４と、撮像ユニット３８が固定されている。切削ユニット移動機構２２で、Ｙ軸移動プレート２６をＹ軸方向に移動させれば、切削ユニット１４及び撮像ユニット３８は割り出し送りされ、Ｚ軸移動プレート３２をＺ軸方向に移動させれば、切削ユニット１４及び撮像ユニット３８は昇降する。

４０は洗浄ユニットであり、切削ユニット１４により切削加工の施された被加工物は、搬送機構（不図示）によってチャックテーブル１０から洗浄ユニット４０へと搬送される。洗浄ユニット４０は、筒状の洗浄空間内で被加工物を吸引保持するスピンナーテーブル４２を備えている。スピンナーテーブル４２の下部には、スピンナーテーブル４２を所定の速さで回転させるモータ等の回転駆動源が連結されている。

スピンナーテーブル４２の上方には、被加工物に向けて洗浄用の流体（代表的には、水とエアーとを混合した二流体）を噴射する噴射ノズル４４が配設されている。被加工物を保持したスピンナーテーブル４２を回転させながら噴射ノズル４４から洗浄用の流体を噴射すると、切削加工後の被加工物を洗浄できる。洗浄ユニット４０で洗浄された被加工物は、搬送機構（不図示）でカセット１８内に収容される。

図２（Ａ）を参照すると、矩形基板５の斜視図が示されている。矩形基板５は、例えば、太陽電池用多結晶シリコン基板である。図２（Ｂ）を参照すると、本発明の加工対象となる円形ウェーハの斜視図が示されている。好ましくは、ウェーハ１１はシリコンウェーハから構成される。本実施形態で採用したシリコンウェーハ１１は、厚さ０．７２５ｍｍの８インチウェーハである。

本発明実施形態に係る矩形基板支持トレーの製造方法では、まず、矩形基板５の長辺の長さより大きい直径を有するウェーハ１１をチャックテーブル１０で保持する保持ステップを実施する。

次いで、図３（Ａ）に示すように、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１の上方から切削ユニット１４の切削ブレード４６をウェーハ１１の表面に所望の深さ切り込ませ、ウェーハ１１を保持したチャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、矩形基板５の横幅と同じ長さの第１の溝１３をウェーハ１１の表面に形成する溝形成ステップを実施する。切削ブレード４６としては、厚さ１．０ｍｍで♯１５００のビトリファイドボンドブレードを使用した。

ウェーハ１１の上方からウェーハ１１に切り込む切削方法は、チョッパーカットと称される。チョッパーカットを実施すると、第１の溝１３の両端部分に切削ブレード４０の円弧が転写された円弧領域１３ａが形成される。図３（Ａ）で符号５ａは矩形基板５のサイズを示している。

溝形成ステップ実施後、図４（Ａ）に示すように、切削ブレード４６をチョッパーカットで第１の溝１３−１に隣接してウェーハ１１に所望の深さ切り込ませ、チャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、第１の溝１３−１と同じ長さ及び同じ切り込み深さの第２の溝１３−２を形成し、第１の溝１３−１を拡幅する溝拡幅ステップを実施する。

好ましくは、溝拡幅ステップは、図４（Ｂ）に示すように、第２の溝１３−２の一部が第１の溝１３−１に部分的に重なるように形成する。第１の溝１３−１の円弧領域１３ａ−１と第２の溝１３−２の円弧領域１３ａ−２とは重なり領域１５を有する。

本実施形態で採用した切り込み送り速度は０．５ｍｍ／ｓであり、Ｘ軸方向の加工送り速度は２０ｍｍ／ｓであり、Ｙ軸方向の割り出し送り量は０．８ｍｍであった。従って、図４に示す溝拡幅ステップでは、０．２ｍｍの溝がオーバーラップしていることになる。

この溝拡幅ステップを溝拡幅ステップで形成した凹部１７の幅が矩形基板５の縦の長さになるまで複数回繰り返し、図５（Ａ）に示すように、凹部１７の両端に縦に長い円弧領域１３ａを形成する（繰り返しステップ）。図５（Ｂ）で符号１９は凹部１７の側壁であり、凹部１７の底面から垂直に立設している。 側壁１９の高さ、即ち凹部１７の深さは２００μｍであった。

ここで注意すべきは、繰り返しステップでは、切削ブレード４６の幅方向で溝１３がオーバーラップする領域とオーバーラップしない領域が発生し、オーバーラップしない領域をカットした切削ブレード４６が選択的に摩耗して偏摩耗が発生するため、定期的に切削ブレード４６をドレッシングして、切削ブレード４６の先端を平坦にする加工が必要になる。

繰り返しステップを実施して矩形基板５の縦の長さに等しい側壁１９から側壁１９までの凹部１７を形成した後、ウェーハ１１を保持しているチャックテーブル１０を９０°回転する。

次いで、図６（Ａ）に示すように、切削ブレード４６をウェーハ１１の横方向からウェーハ１１に所望深さ切り込ませ（トラバースカット）、ウェーハ１１を保持しているチャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、凹部１７の端部で切削ブレード４６の円弧が転写した円弧領域１３ａに沿って所望の深さの溝２１を形成し、円弧領域１３ａを除去して矩形基板５の縦の辺が嵌合する側壁１９を形成する円弧領域除去ステップを実施する。１７ａは凹部１７の縁である。

円弧領域除去ステップが完了すると、図７に示すように、凹部１７の上下方向の両端部に切削ブレード４６のトラバースカットで形成した２本の溝２１が形成される。そして、矩形状の凹部１７は、凹部１７の底面１７ｂと底面１７ｂから垂直に立ち上がった４つの側壁１９とで画成されて形成される。図７は、本実施形態の製造方法により完成した矩形基板支持ウェーハ（トレー）の平面図である。

このようにして矩形基板支持トレー１１が完成すると、図８（Ａ）に示すように、矩形状底面１７ｂと４つの側壁１９とにより画成された凹部１７中に矩形基板５を嵌合することにより、図８（Ｂ）に示すように、矩形基板支持トレー１１で矩形基板５を安定して支持することができる。

次に、図９を参照して、上述した実施形態の製造方法の変形例について説明する。この変形例では、図９（Ａ）に示すように、溝拡幅ステップを繰り返し実施する際に、溝拡幅ステップの最初の部分と最後の部分でトラバースカットでウェーハ１１に所定幅の溝２３を形成する。

次いで、ウェーハ１１を保持しているチャックテーブル１０を９０°回転した後、図９（Ｂ）に示すように、図９（Ａ）で形成した円弧領域１３ａ部分をトラバースカットで切削して所望深さの溝２１を形成し、円弧領域１３ａを除去して矩形基板５の縦の辺が嵌合する凹部１７の側壁１９を形成する円弧領域除去ステップを実施する。

この変形例の製造方法によると、溝拡幅ステップの最初の部分と最後の部分は切削ブレード４６のトラバースカットで所定幅の溝２３を形成するので、チョッパーカットに比較して繰り返しステップを短時間で実行することができる。

図９（Ｂ）は変形例の完成形態の平面図であり、底面１７ｂと、溝２１で形成される上下の２つの側壁１９と、溝２３で形成される２つの左右の側壁１９とで凹部１７が画成される。

次に、図１０に示すような基板の四隅に切り欠き７が形成された矩形基板５Ａを支持する矩形基板支持トレーの製造方法について説明する。溝拡幅ステップを繰り返し実施して凹部１７の両端部に円弧領域１３ａを形成する点は上述した実施形態と同様である。

凹部１７の幅が矩形基板５Ａの縦の長さになるまで繰り返しステップを繰り返し実施した後、ウェーハ１１を保持しているチャックテーブル１０を９０°回転し、図１１（Ａ）に示すように、切削ブレード４０をチョッパーカットで円弧領域１３ａに所望深さ切り込み、ウェーハ１１を保持しているチャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、円弧領域１３ａに所望の深さの切削溝２１ａを形成する（円弧領域除去ステップ）。チョッパーカットで円弧領域除去ステップを実施すると、所望深さの切削溝２１ａの両端部分は円弧領域２１ｂとして残ることになる。

従って、図１２に示すように、チョッパーカットによる円弧領域除去ステップを実施すると、四隅に円弧領域２１ｂが残存することになるが、矩形基板５Ａは四隅に切り欠き７が形成されているため、残存した円弧領域２１ｂがあるにもかかわらず矩形基板５Ａを凹部中に嵌合することができる。

２ 切削装置
５ 矩形基板
７ 切り欠き
１０ チャックテーブル
１１ 矩形基板（矩形基板支持トレー）
１３ 第１の溝
１３ａ 円弧領域
１４ 切削ユニット
１５ 溝の重なり領域
１７ 凹部
１７ａ 凹部の縁
１７ｂ 凹部の底面
１９ 側壁
２１，２３ 切削溝

Claims (2)

1. 矩形基板が嵌合する凹部を有する矩形基板支持トレーの製造方法であって、
   該矩形基板の長辺の長さより大きい直径を有するウェーハをチャックテーブルで保持するウェーハ保持ステップと、
   該チャックテーブルで保持した該ウェーハの上方から切削ブレードを該ウェーハの表面に所望の深さ切り込ませ、該チャックテーブルを加工送りすることにより、該矩形基板の横幅と同じ長さの第１の溝を該ウェーハの表面に形成する溝形成ステップと、
   該ウェーハの上方から該切削ブレードを該第１の溝に隣接して該ウェーハの表面に該所望の深さ切り込ませ、該チャックテーブルを加工送りすることにより、該第１の溝と同じ長さ及び同じ切り込み深さの第２の溝を形成し、該第１の溝を拡幅する溝拡幅ステップと、
   該溝拡幅ステップで形成した凹部の幅が該矩形基板の縦の長さになるまで該溝拡幅ステップを必要回数繰り返す繰り返しステップと、
   該溝拡幅ステップを前記必要回数実施した後、該切削ブレードを該ウェーハの横方向から該ウェーハに該所望の深さ切り込ませ、該チャックテーブルを加工送りすることにより、該凹部の端部で該切削ブレードの円弧が転写した領域に沿って該所望の深さの溝を形成し、該円弧領域を除去して該矩形基板の縦の辺が嵌合する該凹部の側壁を形成する円弧領域除去ステップと、を備え、
   矩形状底部と該底部から立設する４つの側壁により画成される該矩形基板が嵌合する矩形状凹部を該切削ブレードで形成することを特徴とする矩形基板支持トレーの製造方法。
2. 該円弧領域除去ステップでは、該繰り返しステップ実施後及び該矩形基板を保持した該チャックテーブルを９０°回転した後、該凹部の端部で該切削ブレードの円弧が転写した領域に沿って該所望の深さの溝を形成する請求項１記載の矩形基板支持トレーの製造方法。

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