特許 6166106 サファイア基板の加工方法

(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】6166106

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】サファイア基板の加工方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 7/22 20060101AFI20170710BHJP

   B24B 7/04 20060101ALI20170710BHJP

   B24B 55/02 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   B24B7/22 A

   B24B7/04 A

   B24B55/02 B

【請求項の数】1

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-125151(P2013-125151)

(22)【出願日】2013年6月14日

(65)【公開番号】特開2015-441(P2015-441A)

(43)【公開日】2015年1月5日

【審査請求日】2016年4月18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】100075177

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 尚純

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100186897

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 さやか

(72)【発明者】

【氏名】足立 卓也

【審査官】 小川 真

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１４８３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−７０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１４５８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ７／２２

Ｂ２４Ｂ ７／０４

Ｂ２４Ｂ ５５／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

ＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サファイアのインゴットから切り出されA面によって表面と裏面が形成されたサファイア基板を研削加工するサファイア基板の加工方法であって、
被加工物を保持し回転可能なチャックテーブルにサファイア基板の一方の面を保持する保持工程と、
サファイア基板を保持したチャックテーブルを回転するとともに、研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転しつつ研削砥石をサファイア基板の他方の面に接触させてサファイア基板の他方の面を研削する研削工程と、を含み、
該研削工程においては、研削砥石による研削部にダイアモンド砥粒が混入されたスラリーを研削液として供給し、
該研削砥石は粒径が１〜２μmのダイアモンド砥粒をボンド剤に混入して構成され、該研削液は粒径が３〜９μmのダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーからなっている、ことを特徴とするサファイア基板の加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サファイア基板、更に詳しくはサファイアのインゴットから切り出されA面によって表面と裏面が形成されたサファイア基板を研削するサファイア基板の加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光りデバイス製造工程においては、サファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って切断することにより光デバイスが形成された領域を分割して個々の光デバイスを製造している。

【0003】

サファイアはA面、C面、R面と称する結晶面を持った結晶構造をしており、サファイアインゴットの切り出し方でA面、C面、R面を表裏面とするサファイア基板が形成される。即ち、サファイアインゴットは円柱に近い円錐台形を呈しており、円錐台形の底面および上面がA面、A面と直交する面がC面、C面に対して傾斜する面がR面となっていて、上面から底面に向かってコアを刳り貫きスライスするとA面を表裏面とするサファイア基板が形成され、円錐台形の側面からA面と平行な方向に刳り貫きスライスするとC面を表裏面とするサファイア基板が形成され、R面と直交する方向からコアを刳り貫きスライスするとR面を表裏面とするサファイア基板が形成される。A面、C面、R面は、結晶構造が異なるため積層される発光層の結晶構造に対応したサファイア基板が適宜選択されることが好ましい。

【0004】

光デバイスウエーハを製造するためにはサファイア基板の表面に発光層を積層して形成するが、発光層を積層する前に切り出されたサファイア基板も表面および裏面は研削装置によって研削されて平坦化される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−３８３５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

サファイアの上記C面は研削装置による研削が良好なことから、光デバイスウエーハの基板としてはC面を表裏面とするサファイア基板が一般に利用されている。
しかるに、C面を表裏面とするサファイア基板は、上述したように円錐台形のサファイアインゴットを側面からA面と平行な方向に刳り貫きスライスするので、サファイアインゴットの無駄が多く生産性が悪いという問題がある。
一方、A面を表裏面とするサファイア基板は、上述したように円錐台形のサファイアインゴットの上面から底面に向かってコアを刳り貫きスライスするのでサファイアインゴットの無駄が少ないとともに、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層との馴染みが良いという利点を有しているが、研削装置でA面を研削するとムシレが生じて表面精度が確保できないという問題がある。

【0007】

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、サファイアインゴットからの切り出しに無駄が少なく、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層との馴染みが良好なA面を表裏面とするサファイア基板の面精度を確保することができるサファイア基板の加工方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、サファイアのインゴットから切り出されA面によって表面と裏面が形成されたサファイア基板を研削加工するサファイア基板の加工方法であって、
被加工物を保持し回転可能なチャックテーブルにサファイア基板の一方の面を保持する保持工程と、
サファイア基板を保持したチャックテーブルを回転するとともに、研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転しつつ研削砥石をサファイア基板の他方の面に接触させてサファイア基板の他方の面を研削する研削工程と、を含み、
該研削工程においては、研削砥石による研削部にダイアモンド砥粒が混入されたスラリーを研削液として供給し、
該研削砥石は粒径が１〜２μmのダイアモンド砥粒をボンド剤に混入して構成され、該研削液は粒径が３〜９μmのダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーからなっている、ことを特徴とするサファイア基板の加工方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によるサファイア基板の加工方法においては、A面によって表面と裏面が形成されたファイア基板の一方の面を保持したチャックテーブルを回転するとともに、研削砥石が環状に配設された研削ホイールを回転しつつ研削砥石をサファイア基板の他方の面に接触させてサファイア基板の他方の面を研削する研削工程は、研削砥石による研削部にダイアモンド砥粒が混入されたスラリーを研削液として供給し、研削砥石は粒径が１〜２μmのダイアモンド砥粒をボンド剤に混入して構成され、研削液は粒径が３〜９μmのダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーからなっているので、研削砥石による研削とダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーを研削砥石による研削部に供給することによるポリッシングの相乗効果によって、サファイア基板のA面である被研削面にムシレが生ずることなく良好な面精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明によるサファイア基板の研削方法を実施するための研削装置の斜視図。

【図2】図１に示す研削装置に装備される研削手段を構成するホイールマウントの下方から視た斜視図。

【図3】図２に示すホイールマウントに装着する研削ホイールの斜視図。

【図4】図２に示すホイールマウントに図３に示す研削ホイールを装着した状態を示す断面図。

【図5】本発明によるサファイア基板の研削方法によって研削加工されるサファイア基板の斜視図。

【図6】図５に示すサファイア基板の裏面にサブストレートを張り付けた状態を示す斜視図。

【図7】図１に示す研削装置によって実施される研削工程を示す説明図。

【図8】本発明によるサファイア基板の研削方法によって研削されたサファイア基板の面粗さ測定領域を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明によるサファイア基板の加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１には、本発明によるサファイア基板の加工方法を実施するための研削装置の斜視図が示されている。図１に示す研削装置１は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に移動基台３が摺動可能に装着されている。移動基台３は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１、３１が設けられており、この一対の脚部３１、３１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１１、３１１が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３の前面には前方に突出した支持部３２が設けられている。この支持部３２に研削手段としてのスピンドルユニット４が取り付けられる。

【0013】

スピンドルユニット４は、支持部３２に装着された円筒状のスピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１に回転自在に配設された回転スピンドル４２と、該回転スピンドル４２を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ４３とを具備している。スピンドルハウジング４１に回転可能に支持された回転スピンドル４２は、一端部(図１において下端部)がスピンドルハウジング４１の下端から突出して配設されており、その一端(図１において下端)にホイールマウント４４が設けられている。そして、このホイールマウント４４の下面に研削ホイール５が取り付けられる。

【0014】

上記ホイールマウント４４および研削ホイール５について、図２乃至図４を参照して説明する。
図２には回転スピンドル４２の下端に設けられたホイールマウント４４の斜視図が示されており、図３にはホイールマウント４４の下面に装着される研削ホイール５の斜視図が示されており、図４には図2に示すホイールマウント４４の下面に図３に示す研削ホイール５が装着された断面図が示されている。図２および図４に示すホイールマウント４４は円形状に形成され、回転スピンドル４２の下端に一体的に設けられている。このホイールマウント４４には、図２に示すように周方向に所定の間隔を置いて４個のボルト挿通穴４４１が形成されている。また、ホイールマウント４４には、図４に示すように回転スピンドル４２の軸心に形成された研削液供給通路４２１と連通する複数（図示の実施形態においては８個）の連通路４２２が形成されている、この連通路４２２は図２および図４に示すように下面に開口している。なお、回転スピンドル４２の軸心に形成された研削液供給通路４２１は、図１に示すように研削液供給手段４０に接続されている。この研削液供給手段４０は、ダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーからなる研削液を供給するようになっている。

【0015】

上述したように構成されたホイールマウント４４に装着される研削ホイール５について、図３および図４を参照して説明する。
図３および図４に示す研削ホイール５は、環状のホイール基台５１と、該ホイール基台５１の下面における外周部の砥石装着部に装着された複数の研削砥石５２とからなっている。ホイール基台５１には、上記ホイールマウント４４に形成された複数のボルト挿通穴４４１と対応する位置に上面から形成された４個の雌ねじ穴５１１が設けられている。なお、研削砥石５２は、粒径が１〜２μmのダイアモンド砥粒をボンド剤に混入して混練し、所定の形状に成型して焼成することによって構成されている。

【0016】

以上のように構成された研削ホイール５をホイールマウント４４に装着するには、図４に示すように研削ホイール５のホイール基台５１の上面をホイールマウント４４の下面に押し当て、ホイールマウント４４に形成された複数のボルト挿通穴４４１（図２参照）から締結ボルト５５を挿入しホイール基台５１に設けられた複数の雌ねじ穴５１１（図３参照）に螺合することにより、ホイールマウント４４の下面に研削ホイール５を取り付けることができる。このようにしてホイールマウント４４の下面に取り付けられた研削ホイール５の研削砥石５２による研削部には、上記研削液供給手段４０が作動することにより、ダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーからなる研削液が回転スピンドル４２に設けられた研削液供給通路４２１およびホイールマウント４４に形成された複数の連通路４２２を介して供給される。

【0017】

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研削装置１は、上記スピンドルユニット４を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削送り手段６を備えている。この研削送り手段６は、直立壁２２の前側に配設され上下方向に延びる雄ねじロッド６１を具備している。この雄ねじロッド６１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材６２および６３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材６２には雄ねじロッド６１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ６４が配設されており、このパルスモータ６４の出力軸が雄ねじロッド６１に伝動連結されている。上記移動基台３の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド６１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ６４が正転すると移動基台３およびスピンドルユニット４が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ６４が逆転すると移動基台３およびスピンドルユニット４が上昇即ち後退せしめられる。

【0018】

図１を参照して説明を続けると、ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構７が配設されている。チャックテーブル機構７は、被加工物保持手段としてのチャックテーブル７１と、該チャックテーブル７１の周囲を覆うカバー部材７２と、該カバー部材７２の前後に配設された蛇腹手段７３および７４を具備している。チャックテーブル７１は、図示しない回転駆動機構によって回転せしめられるようになっており、その上面に被加工物であるウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。また、チャックテーブル７１は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図１に示す被加工物載置域２４と上記研削ユニット４を構成する研削ホイール５と対向する研削域２５との間で移動せしめられる。蛇腹手段７３および７４はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段７３の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材７２の前端面に固定されている。また、蛇腹手段７４の前端はカバー部材７２の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル７１が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段７３が伸張されて蛇腹手段７４が収縮され、チャックテーブル７１が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段７３が収縮されて蛇腹手段７４が伸張せしめられる。

【0019】

図１乃至図４に示す研削装置１は以上のように構成されており、後述する仕上げ研削加工を実施する際に使用される。

【0020】

図５には、本発明による加工方法によって加工されるサファイア基板が示されている。図５に示すサファイア基板１０は、表面１０aおよび裏面１０bをA面とするサファイア基板からなっており、直径が１５０mm、厚みが３００μmに形成されている。このように形成されたサファイア基板１０は、図６に示すように一方の面（図示の実施形態においては裏面１０bがガラス板等からなるサブストレート１１にワックスを介して張り付けられる。

【0021】

上述したサファイア基板１０を所定の厚みに加工するには、先ず粗研削加工を実施する。この粗研削加工は、上記図１乃至図４に示す研削装置１における研削液供給手段４０および研削ホイール５の研削砥石５２が相違するが他の構成は実質的に同一でよいので、図１乃至図４に示す研削装置１に用いた符号を用いて説明する。なお、粗研削加工を実施する際には、研削液供給手段４０は従来のように純水からなる研削水を供給する。また、研削ホイール５の研削砥石５２は、粒径が１０〜１５μmのダイアモンド砥粒をレジンボンドに混入して混練し、所定の形状に成型して焼成することによって構成したものが用いられる。

【0022】

サファイア基板１０の粗研削加工を実施するには、上述したようにサブストレート１１に貼り付けられたサファイア基板１０を、図１に示す研削装置１と同様の粗研削装置における被加工物載置域２４に位置付けられているチャックテーブル７１の上面である保持面上にサブストレート１１側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによりチャックテーブル７１上にサブストレート１１を介してサファイア基板１０を吸引保持する。このようにして、チャックテーブル７１上にサブストレート１１を介してサファイア基板１０を吸引保持したならば、図示しないチャックテーブル移動手段を作動してチャックテーブル７１を矢印２３ａで示す方向に移動し研削域２５に位置付ける。

【0023】

このようにしてチャックテーブル７１が研削域２５に位置付けられたならば、図７に示すようにチャックテーブル７１を所定の方向に２００rpmの回転速度で回転させるとともに、研削ホイール５を８００rpmの回転速度で回転しつつ研削送り手段６のパルスモータ６４を正転駆動して研削ユニット４を０．１μm／秒の速度で下降し、研削ホイール５の複数の研削砥石５２の研削面をチャックテーブル７１に保持されたサファイア基板１０の表面１０a（上面）に接触させ所定量（１００μm）研削送りする。この結果、チャックテーブル７１に保持されたサファイア基板１０は、１００μm研削される（粗研削工程）。この粗研削工程においては、回転スピンドル４２に形成された研削水供給通路４２１、ホイールマウント４４に形成された連通路４２２を介して研削ホイール５の研削砥石５２による研削部に純水からなる研削水が供給される。

【0024】

上述した粗研削加工が実施されたサファイア基板１０の表面１０aを仕上げ研削加工して面精度を高める。この仕上げ研削加工は、図１乃至図４に示す研削装置１を用いて実施する。即ち、研削液供給手段４０は、ダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーからなる研削液を供給し、また、研削ホイール５の研削砥石５２は粒径が１〜２μmのダイアモンド砥粒をボンド剤に混入して混練し、所定の形状に成型して焼成することによって構成されている。以下、本発明者による実験例について説明する。

【0025】

［実験１］
上述したように粗研削加工が実施されたサファイア基板１０を、図１に示す研削装置１の被加工物載置域２４に位置付けられているチャックテーブル７１の上面である保持面上にサブストレート１１側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによりチャックテーブル７１上にサブストレート１１を介してサファイア基板１０を吸引保持する。このようにして、チャックテーブル７１上にサブストレート１１を介してサファイア基板１０を吸引保持したならば、図示しないチャックテーブル移動手段を作動してチャックテーブル７１を矢印２３ａで示す方向に移動し研削域２５に位置付ける。

【0026】

このようにしてチャックテーブル７１が研削域２５に位置付けられたならば、図７に示すようにチャックテーブル７１を矢印７１aで示す方向に２００rpmの回転速度で回転させるとともに、研削ホイール５を矢印５aで示す方向に８００rpmの回転速度で回転しつつ研削送り手段６のパルスモータ６４を正転駆動して研削ユニット４を０．１μm／秒の速度で下降し、研削ホイール５の複数の研削砥石５２の研削面をチャックテーブル７１に保持されたサファイア基板１０の表面１０a（上面）に接触させ所定量（３０μm）研削送りする。この結果、チャックテーブル７１に保持されたサファイア基板１０は、３０μm研削される（仕上げ研削工程）。この仕上げ研削工程においては、回転スピンドル４２に形成された研削水供給通路４２１、ホイールマウント４４に形成された研連通路４２２を介して研削ホイール５の研削砥石５２による研削部に粒径が９μm前後のダイアモンド砥粒を純水１リットルに対して５g混入したスラリーを研削液として１分間に５リットル（５リットル／分）の割合で供給される。

【0027】

［実験２（比較例）］
上述したように粗研削加工が実施されたサファイア基板１０を、上記実験１と同様にチャックテーブル７１の上面である保持面上にサブストレート１１を介して保持した後、上述したと同様（研削液だけ異なる）に仕上げ研削加工を実施する。即ち、研削域２５に位置付けられたャックテーブル７１を所定の方向に２００rpmの回転速度で回転させるとともに、研削ホイール５を８００rpmの回転速度で回転しつつ研削送り手段６のパルスモータ６４を正転駆動して研削ユニット４を０．１μm／秒の速度で下降し、研削ホイール５の複数の研削砥石５２の研削面をチャックテーブル７１に保持されたサファイア基板１０の表面１０a（上面）に接触させ所定量（３０μm）研削送りする。この結果、チャックテーブル７１に保持されたサファイア基板１０は、３０μm研削される（仕上げ研削工程）。この仕上げ研削工程においては、回転スピンドル４２に形成された研削水供給通路４２１、ホイールマウント４４に形成された研連通路４２２を介して研削ホイール５の研削砥石５２による研削部に純水からなる研削水が供給される。

【0028】

上述した実験１と実験２（比較例）の仕上げ研削工程が実施されたサファイア基板１０の表面１０a（上面）を図８に示すI、II、III、IV、Vの領域で面粗さを測定したところ、下記の結果が得られた。

測定領域 I II III IV V
実験１の面粗さ(Ra) ０．０３１ ０．０１７ ０．０４４ ０．０３８ ０．０１９
実験２の面粗さ(Ra) ０．２８３ ０．２５７ ０．２８４ ０．１４２ ０．１５７

【0029】

上記実験結果から、実験１のようにダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーを研削液として使用すると、実験２（比較例）のように純水からなる研削水を使用した場合と比較してサファイア基板のA面の面粗さ(Ra)が１／１０に激減することが判る。これは研削砥石５２による研削とダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーを研削砥石５２による研削部に供給することによるポリッシングの相乗効果によるものである。従って、ダイアモンド砥粒を純水に混入したスラリーを研削液として使用することによりA面を表裏面とするサファイア基板の面精度を確保することができるため、サファイア基板のA面を発光層の積層面として使用することができる。なお、研削ホイール５の研削砥石５２による研削部に供給するスラリーに混入するダイアモンド砥粒は、粒径が１０μm以上のものを用いると研削傷が発生し易いことが判った。従って、研削砥石５２による研削部に供給するスラリーに混入するダイアモンド砥粒は、研削砥石５２を構成するダイアモンド砥粒の粒径（１〜２μm）より大きく研削傷が発生し易い粒径（１０μm）より小さい３〜９μmに設定することが望ましい。
このように本発明によるサファイア基板の加工方法を実施することにより、光デバイスウエーハの基板としてA面を表裏面とするサファイア基板を用いることが可能となるので、サファイアインゴットを効率よく切り出すことができるため、サファイア基板の単価が下がりLED等の光デバイスを安価に製造することができる。また、サファイア基板のA面は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層の成長に良好な結晶方位であるため、LED等の光デバイスの品質が向上する。

【符号の説明】

【0030】

２：装置ハウジング
３：移動基台
４：スピンドルユニット
４０：研削液供給手段
４１：スピンドルハウジング
４２：回転スピンドル
４４：ホイールマウント
５：研削ホイール
５１：ホイール基台
５２：研削砥石
６：研削送り手段
７：チャックテーブル機構
７１：チャックテーブル
１０：サファイア基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】