特許 6341639 加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6341639

(24)【登録日】2018年5月25日

(45)【発行日】2018年6月13日

(54)【発明の名称】加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/53 20140101AFI20180604BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20180604BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20180604BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/53

   B23K26/08 D

   H01L21/304 631

【請求項の数】1

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-160420(P2013-160420)

(22)【出願日】2013年8月1日

(65)【公開番号】特開2015-30005(P2015-30005A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2016年6月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(72)【発明者】

【氏名】梅田 桂男

(72)【発明者】

【氏名】小林 賢史

(72)【発明者】

【氏名】湯平 泰吉

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−４９１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７７１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−３２８３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−８４８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１３９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物を回転可能に保持する保持面を有した保持手段と、
レーザービーム発生手段と該レーザービーム発生手段で発生したレーザービームを該保持手段で保持された被加工物の内部に集光する集光手段とを有したレーザービーム照射機構と、
該保持手段と該レーザービーム照射機構とを該保持手段の該保持面方向に相対移動させる相対移動手段と、
該保持手段で保持された被加工物にレーザービームを照射して被加工物の内部に形成された改質面を境界に被加工物の一部を剥離する剥離手段と、
該保持手段で保持された被加工物の改質面側を研削または研磨する加工ホイールと該加工ホイールが装着され該加工ホイールを回転させるスピンドルとを有した加工手段と、
該保持手段を該保持面方向に移動させて該レーザービーム照射機構と該剥離手段と該加工手段とにそれぞれ位置付ける位置づけ手段と、を備え、
該相対移動手段の一部を構成する移動機構が該位置づけ手段を兼ねることを特徴とする加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体材料でなるインゴット等の被加工物を加工する加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造に使用されるウェーハは、通常、シリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド等の半導体材料でなるインゴットを、バンドソーやワイヤーソー等の工具で切り出した後に表裏面を研磨することで形成される（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

一方、バンドソーやワイヤーソー等の工具を用いてウェーハを薄く切り出すのは容易でない。そこで、ウェーハの厚みを低減したいという近年の要求に対しては、ある程度の厚みに形成されたウェーハを薄く研削することで対応している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−２５６２０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、この方法では、厚く形成されたウェーハの大部分が研削によって除去されるので、工程数、半導体材料の利用効率等の点において不経済である。また、バンドソーやワイヤーソー等の工具を用いてインゴットを切断すると、インゴットの少なくとも工具の厚みに相当する部分が失われるので、無駄が多くなるという問題がある。

【0006】

本発明はかかる問題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、インゴット等の被加工物を無駄なく加工できる加工装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、被加工物を回転可能に保持する保持面を有した保持手段と、レーザービーム発生手段と該レーザービーム発生手段で発生したレーザービームを該保持手段で保持された被加工物の内部に集光する集光手段とを有したレーザービーム照射機構と、該保持手段と該レーザービーム照射機構とを該保持手段の該保持面方向に相対移動させる相対移動手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザービームを照射して被加工物の内部に形成された改質面を境界に被加工物の一部を剥離する剥離手段と、該保持手段で保持された被加工物の改質面側を研削または研磨する加工ホイールと該加工ホイールが装着され該加工ホイールを回転させるスピンドルとを有した加工手段と、該保持手段を該保持面方向に移動させて該レーザービーム照射機構と該剥離手段と該加工手段とにそれぞれ位置付ける位置づけ手段と、を備え、該相対移動手段の一部を構成する移動機構が該位置づけ手段を兼ねることを特徴とする加工装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明の加工装置は、被加工物を回転可能に保持する保持面を有する保持手段と、被加工物の内部に改質面を形成するためのレーザービームを照射するレーザービーム照射機構と、保持手段とレーザービーム照射機構とを保持面方向に相対移動させる相対移動手段と、改質面を境界に被加工物の一部を剥離する剥離手段と、を備えている。

【0010】

この構成によれば、レーザービームの照射によって形成された改質面を境界として被加工物の一部を剥離できる。つまり、バンドソーやワイヤーソー等の工具を用いて被加工物を切断せずに済むので、被加工物において工具の厚みに相当する部分が失われることはない。

【0011】

また、改質面の位置を調整することで被加工物の一部を薄く剥離できるため、被加工物の一部を厚く切り出した後に薄く加工するという不経済を防止できる。このように、本発明によれば、インゴット等の被加工物を無駄なく加工できる加工装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施の形態に係る加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。

【図2】本実施の形態に係る加工方法の改質面形成ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

【図3】本実施の形態に係る加工方法の剥離ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

【図4】本実施の形態に係る加工方法の研削研磨ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、加工装置２は、各構成を支持する基台４を備えている。

【0014】

基台４の上面前端側には、開口４ａが形成されており、この開口４ａ内には、加工対象の被加工物１１（図２等参照）を搬送する搬送機構６が設けられている。また、開口４ａのさらに前方の領域には、被加工物１１を収容するカセット８ａ、及び被加工物１１から分離された板状物（不図示）を収容するカセット８ｂが載置されている。

【0015】

被加工物１１は、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド等の半導体材料でなるインゴットであり、搬送機構６等で搬送可能な大きさの円柱状に形成されている。ただし、被加工物１１の構成はこれに限られない。

【0016】

研削装置２において、カセット８ａが載置される載置領域及び開口４ａの後方には、仮置きされた被加工物１１の位置合わせを行う位置合わせ機構１０が設けられている。例えば、位置合わせ機構１０は、カセット８ａから搬送機構６で搬送され、位置合わせ機構１０に仮置きされた被加工物１１の中心を位置合わせする。

【0017】

位置合わせ機構１０と隣接する位置には、被加工物１１を吸引保持した状態で旋回する搬入機構１２が配置されている。この搬入機構１２は、位置合わせ機構１０において位置合わせされた被加工物１１の表面（上面）１１ａ側を吸引し、被加工物１１を後方に搬送する。

【0018】

搬入機構１２の後方には、開口４ｂが形成されている。この開口４ｂ内には、Ｘ軸移動テーブル１４、Ｘ軸移動テーブル１４をＸ軸方向（前後方向）に移動させるＸ軸移動機構（相対移動手段、位置づけ手段）（不図示）、及びＸ軸移動機構を覆う防水カバー１６が設けられている。

【0019】

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１４がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル１４の下面側には、ナット（不図示）が固定されており、このナットには、Ｘ軸ガイドレールと平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。

【0020】

Ｘ軸ボールネジの一端部には、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軸ボールネジを回転させることで、Ｘ軸移動テーブル１４はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。

【0021】

Ｘ軸移動テーブル１４上には、被加工物１１を吸引保持するチャックテーブル（保持手段）１８が設けられている。チャックテーブル１８は、モータ等の回転駆動機構（相対移動手段）（不図示）と連結されており、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸の周りに回転する。

【0022】

また、チャックテーブル１８は、上述のＸ軸移動機構により、被加工物１１及び被加工物１１から分離された板状物が搬入搬出される前方の搬入搬出位置と、被加工物１１が研削又は研磨される後方の研削研磨位置と、被加工物１１がレーザー加工される中央のレーザー加工位置との間を移動する。

【0023】

チャックテーブル１８の上面は、被加工物１１を吸引保持する保持面１８ａとなっている。この保持面１８ａは、チャックテーブル１８の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。搬入機構１２で搬入された被加工物１１は、保持面１８ａに作用する吸引源の負圧で裏面（下面）１１ｂ側を吸引される。

【0024】

上述したレーザー加工位置の近傍には、基台４から上方に伸びる支持柱２０が設けられている。支持柱２０の開口４ｂ側の側面には、開口４ｂ側に向かって側方に延びる支持アーム２２が設けられており、この支持アーム２２の先端部には、レーザービーム照射機構２４が配置されている。

【0025】

レーザービーム照射機構２４は、レーザービームＬ（図２参照）を発振するレーザー発振器（レーザービーム発生手段）（不図示）と、レーザー発振器（不図示）で発振したレーザービームＬを、チャックテーブル１８に保持された被加工物１１の内部に集光する集光器（集光手段）２４ａ（図２参照）とを備えている。

【0026】

搬入機構１２で搬入された被加工物１１がチャックテーブル１８に吸引保持されると、チャックテーブル１８はレーザー加工位置に移動し、被加工物１１をレーザービーム照射機構２４の下方に位置付ける。レーザービーム照射機構２４は、被加工物１１に吸収され難い波長のレーザービームＬを被加工物１１の内部に集光し、多光子吸収による改質面１１ｃ（図３参照）を形成する。

【0027】

レーザービーム照射機構２４の前方には、改質面１１ｃが形成された被加工物１１の表面１１ａ側の一部を剥離する剥離機構（剥離手段）２６が配置されている。剥離機構２６は、被加工物１１の表面１１ａを吸引する吸引パッド２８と、吸引パッド２８を昇降及び回転させる駆動機構３０とを備えている。

【0028】

被加工物１１の内部に改質面１１ｃが形成されると、チャックテーブル１８は搬入搬出位置に移動し、被加工物１１を吸引パッド２８の下方に位置付ける。その後、吸引パッド２８が下降し、被加工物１１の表面１１ａ側を吸引する。これにより、被加工物１１は、改質面１１ｃを境界として、チャックテーブル１８側と吸引パッド２８側とに分離される。すなわち、改質面１１ｃを境界として、被加工物１１の一部（板状物）が剥離される。

【0029】

レーザービーム照射機構２４の後方には、基台４から上方に伸びる支持柱３２が設けられている。支持柱３２の前面には、Ｚ軸移動機構３４を介してＺ軸移動テーブル３６が設けられている。Ｚ軸移動機構３４は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール３８を備えており、Ｚ軸ガイドレール３８には、Ｚ軸移動テーブル３６がスライド可能に設置されている。

【0030】

Ｚ軸移動テーブル３６の後面側（裏面側）には、ナット（不図示）が固定されており、このナットには、Ｚ軸ガイドレール３８と平行なＺ軸ボールネジ４０が螺合されている。

【0031】

Ｚ軸ボールネジ４０の一端部には、Ｚ軸パルスモータ４２が連結されている。Ｚ軸パルスモータ４２でＺ軸ボールネジ４０を回転させることで、Ｚ軸移動テーブル３６はＺ軸ガイドレール４０に沿ってＺ軸方向に移動する。

【0032】

Ｚ軸移動テーブル３６の前面（表面）には、被加工物１１を研削又は研磨する加工機構（加工手段）４４が設けられている。加工機構４４は、Ｚ軸移動テーブル３６に固定されたスピンドルハウジング４６を備えている。スピンドルハウジング４６には、スピンドル４８（図４参照）が回転可能に支持されている。

【0033】

スピンドル４８の下端側には、ホイールマウント５０が固定されており、このホイールマウント５０の下面には、加工ホイール５２が装着されている。加工ホイール５２は、アルミニウム、ステンレス等の金属材料で形成された円筒状のホイール基台５４と、ホイール基台の下面において環状に配置された複数の砥石５６とを含む。

【0034】

改質面１１ｃを境界として被加工物１１の一部が剥離された後には、チャックテーブル１８は研削研磨位置に移動し、被加工物１１を加工機構４４の下方に位置付ける。その後、チャックテーブル１８及び加工ホイール５２を回転させると共に、Ｚ軸移動機構３４で加工機構４４を下降させ、加工ホイール５２を被加工物１１に接触させると、被加工物１１に残存する改質面１１ｃは除去される。

【0035】

搬入機構１２と隣接する位置には、被加工物１１から剥離されてなる板状物を吸引保持した状態で旋回する搬出機構５８が設けられている。開口４ａの後方において、搬出機構５８と近接する位置には、搬出機構５８で搬出された板状物を洗浄する洗浄機構６０が配置されている。洗浄機構６０で洗浄された板状物は、搬送機構６で搬送され、カセット８ｂに収容される。

【0036】

次に、上述した加工装置２において実施される被加工物１１の加工方法について説明する。まず、カセット８ａに収容されている被加工物１１を、搬送機構６及び搬入機構１２を用いてチャックテーブル１８に搬入する搬入ステップを実施する。

【0037】

この搬入ステップでは、裏面１１ｂ側をチャックテーブル１８の保持面１８ａに接触させるように被加工物１１をチャックテーブル１８に搬入する。被加工物１１の搬入後には、保持面１８ａに負圧を作用させ、被加工物１１をチャックテーブル１８に吸引保持させる。

【0038】

次に、被加工物１１にレーザービームＬを照射して改質面１１ｃを形成する改質面形成ステップを実施する。図２は、本実施の形態に係る加工方法の改質面形成ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

【0039】

図２に示すように、改質面形成ステップにおいては、まず、レーザービーム照射機構２４と近接するレーザー加工位置にチャックテーブル１８を移動させる。そして、レーザービーム照射機構２４から被加工物１１に向けてレーザービームＬを照射する。レーザービームＬは、被加工物１１を適切に改質できる波長、パワー等の条件で照射される。

【0040】

レーザービームＬの集光点Ｌ１は、所望の厚みの板状物を分離できるように、被加工物１１の内部に位置付けられる。また、レーザービームＬの照射においては、チャックテーブル１８を回転させながら保持面１８ａと平行なＸ軸方向に低速で移動させる。つまり、チャックテーブル１８とレーザービーム照射機構２４とを、保持面１８ａと平行な方向（保持面方向）に相対移動させる。

【0041】

これにより、レーザービームＬの集光点Ｌ１は、被加工物１１の所定深さの位置において渦巻き状の軌跡を描くように移動する。その結果、保持面１８ａと平行な改質面１１ｃが形成される。なお、チャックテーブル１８の回転速度及び移動速度は、分離に適した改質面１１ｃを形成できるように調整される。

【0042】

改質面形成ステップの終了後には、改質面１１ｃを境界に被加工物１１を剥離する剥離ステップを実施する。図３は、剥離ステップを模式的に示す一部断面側面図である。剥離ステップにおいては、まず、剥離機構２６と近接する搬入搬出位置にチャックテーブル１８を移動させる。

【0043】

そして、駆動機構３０で吸引パッド２８を下降させ、その吸引面を被加工物１１の表面１１ａ側に接触させる。この状態で、吸引パッド２８に被加工物１１を吸引させると、改質面１１ｃに応力が作用し、改質面１１ｃを境界に被加工物１１の表面１１ａ側の一部が剥離される。

【0044】

改質面形成ステップの終了後には、剥離機構２６に保持された剥離後の板状物を搬出する搬出ステップ、及びチャックテーブル１８に保持された被加工物１１を研削又は研磨する研削研磨ステップを実施する。図４は、研削研磨ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

【0045】

搬出ステップでは、まず、吸引パッド２８を上昇させると共に、側方（Ｙ軸方向）に延びる回転軸の周りに１８０度回転させる。これにより、被加工物１１から剥離された板状物を搬出機構５８で吸引保持できるようになる。その後、板状物は搬出機構５８で吸引保持され、洗浄機構６０へと搬出される。洗浄機構６０で洗浄された板状物は、搬送機構６で搬送され、カセット８ｂに収容される。

【0046】

一方、研削研磨ステップでは、まず、チャックテーブル１８を研削研磨位置に移動させ、板状物が剥離された被加工物１１を加工機構４４の下方に位置付ける。その後、図４に示すように、チャックテーブル１８及び加工ホイール５２を回転させると共に、Ｚ軸移動機構３４で加工機構４４を下降させ、加工ホイール５２を被加工物１１に接触させる。

【0047】

これにより、被加工物１１は研削又は研磨され、残存する改質面１１ｃが除去される。なお、研削研磨ステップの後には、改質面形成ステップ、剥離ステップ、研削研磨ステップを繰り返し実施することで、被加工物１１を引き続き加工できる。

【0048】

以上のように、本実施の形態に係る加工装置２は、被加工物１１を回転可能に保持する保持面１８ａを有するチャックテーブル（保持手段）１８と、被加工物１１の内部に改質面１１ｃを形成するためのレーザービームＬを照射するレーザービーム照射機構２４と、チャックテーブル１８とレーザービーム照射機構２４とを保持面１８ａ方向に相対移動させるＸ軸移動機構及び回転駆動機構（相対移動手段）と、改質面１１ｃを境界に被加工物１１の一部を剥離する剥離機構（剥離手段）２６と、を備えている。

【0049】

この構成によれば、レーザービームＬの照射によって形成された改質面１１ｃを境界として被加工物１１の一部を剥離できる。つまり、バンドソーやワイヤーソー等の工具を用いて被加工物１１を切断せずに済むので、被加工物１１において工具の厚みに相当する部分が失われることはない。

【0050】

また、改質面１１ｃの深さ位置を調整することで被加工物１１の一部を薄く剥離できるため、被加工物１１の一部を厚く切り出した後に薄く加工するという不経済を防止できる。このように、本実施の形態に係る加工装置２によれば、インゴット等の被加工物１１を無駄なく加工できる。

【0051】

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施の形態では、半導体材料でなるインゴットを被加工物１１として用いているが、本発明の加工装置は、例えば、一般的な厚みのウェーハ等を薄く加工する際にも使用できる。すなわち、被加工物１１は、ウェーハ等でも良い。

【0052】

また、本実施の形態に係る加工装置は、例えば、表面にデバイスが形成されたウェーハを薄く加工する際にも利用できる。この場合、例えば、ウェーハの裏面側の研削に代えて、上述した加工方法を実施すれば良い。

【0053】

また、上記実施の形態では、レーザービームＬをシングルスポットとしているが、レーザービームＬはマルチスポットでも良い。例えば、特開２０１１−７９０４４号公報等に開示される技術を用いて成形されるレーザービームＬを被加工物１１に照射することができる。このように、レーザービームＬをマルチスポットにすることで、改質面１１ｃを短時間に形成できる。

【0054】

その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

【符号の説明】

【0055】

２ 加工装置
４ 基台
４ａ，４ｂ 開口
６ 搬送機構
８ａ，８ｂ カセット
１０ 位置合わせ機構
１２ 搬入機構
１４ Ｘ軸移動テーブル
１６ 防水カバー
１８ チャックテーブル（保持手段）
１８ａ 保持面
２０ 支持柱
２２ 支持アーム
２４ レーザービーム照射機構
２４ａ 集光器（集光手段）
２６ 剥離機構（剥離手段）
２８ 吸引パッド
３０ 駆動機構
３２ 支持柱
３４ Ｚ軸移動機構
３６ Ｚ軸移動テーブル
３８ Ｚ軸ガイドレール
４０ Ｚ軸ボールネジ
４２ Ｚ軸パルスモータ
４４ 加工機構（加工手段）
４６ スピンドルハウジング
４８ スピンドル
５０ ホイールマウント
５２ 加工ホイール
５４ ホイール基台
５６ 砥石
５８ 搬出機構
６０ 洗浄機構
１１ 被加工物
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 改質面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】