JP5856433B2

JP5856433B2 - サファイア基板の研削方法

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Publication number: JP5856433B2
Application number: JP2011231701A
Authority: JP
Inventors: 台井　暁治; 暁治台井; 洋平五木田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: CN103056737A; TW201321132A; KR20130044148A; KR101893616B1; CN103056737B; TWI583494B; JP2013086246A

Description

本発明は、表面に光デバイス層が積層される基板となるサファイア基板の研削方法に関する。

光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板の表面にn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層からなる光デバイス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。

光デバイスウエーハは基板の表面に光デバイスを構成する窒化ガリウム系化合物等の半導体層を成長させて形成するので、基板として窒化ガリウム系化合物等の半導体層の成長に効果的なサファイアが用いられる。このような光デバイスウエーハは、輝度を向上させるためにサファイア基板の裏面がラッピングされ厚みが１００μm程度に形成される。しかるに、ラッピングは相当に時間を要し生産性が悪いという問題がある。

上記ラッピングによる問題を解消するために研削砥石に超音波振動を付与しつつ研削するサファイア基板の研削方法が提案されている。このサファイア基板の研削方法は、サファイア基板を保持したチャックテーブルを３０〜３００rpmの回転速度で回転するとともに、ダイヤモンド砥粒で形成された研削砥石を１０００〜３０００rpmの回転速度で回転し超音波振動を付与しつつ、０．５〜５μm／秒の研削送り速度で研削する。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００９−２８５７９８号公報

而して、サファイア基板はモース硬度が高く、ダイヤモンド砥粒で形成された研削砥石であっても磨耗が激しく、例えばチャックテーブルを３００rpmの回転速度で回転するとともに、ダイヤモンド砥粒で形成された研削砥石を１０００rpmで回転した場合、磨耗率（砥石の磨耗量／サファイア基板の磨耗量）が５８０％以上で不経済であり、実用化するためには研削方法の改良が必要である。

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、サファイア基板を効率よく研削することができるサファイア基板の研削方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削するダイヤモンド砥粒をボンド剤で固定した研削砥石が環状に配設されサーボモータにより回転駆動される研削ホイールを備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して垂直な研削送り方向に０．４μｍ／秒の研削送り速度で研削送りする研削送り手段とを具備する研削装置を用いてサファイア基板を研削するサファイア基板の研削方法であって、
該チャックテーブルの保持面にサファイア基板を保持する保持工程と、
サファイア基板を保持した該チャックテーブルを回転するとともに該研削ホイールを回転し該チャックテーブルの中心を該研削砥石が通過するように位置附けて該研削送り手段を作動して研削送りする研削工程と、を含み、
該研削工程は、該チャックテーブルの回転速度が５００〜１０００ｒｐｍに設定され、該研削ホイールの回転速度が５００〜８００ｒｐｍに設定される、
ことを特徴とするサファイア基板の研削方法が提供される。

上記チャックテーブルの回転速度は７００〜８００rpmに設定され、上記研削ホイールの回転速度は６００〜７００rpmに設定されることが望ましい。

本発明によるサファイア基板の研削方法においては、チャックテーブルの回転速度を５００〜１０００rpmに設定し、研削ホイールの回転速度は５００〜８００rpmに設定したので、研削ホイールを回転駆動するためのサーボモータに供給する電力の電流値が１０A以下となり、研削効率を向上させることができる。

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1に示す研削装置に装備される制御手段のブロック構成図。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るシリコン基板からなる光デバイスウエーハの斜視図。本発明によるサファイア基板の研削方法における保護テープ貼着工程の説明図。本発明によるサファイア基板の研削方法における研削工程の説明図。チャックテーブルの回転速度を３００rpmから１１００rpmまで変化させたときのサーボモータに供給する電力の電流値(A)を示すグラフ。研削ホイールの回転速度を４００rpmから１０００rpmまで変化させたときのサーボモータに供給する電力の電流値(A)を示すグラフ。

以下、本発明によるサファイア基板の研削方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明によるサファイア基板の研削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に研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット４を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１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３１２、３１２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３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３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。

研削手段としてのスピンドルユニット４は、支持部３１３に装着された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。この研削ホイール5は、環状の砥石基台５１と、該砥石基台５１の下面に環状に装着された研削砥石５２からなる複数のセグメントとによって構成されており、砥石基台５１が締結ねじ５３によってホイールマウント４４に装着される。なお、研削砥石５２は、粒径が１０〜４０μmのダイヤモンド砥粒をボンド剤で固定した研削砥石からなっている。なお、スピンドルユニット４は、図１に示すように上記サーボモータ４３に供給する電力の電流値を検出する電流値検出手段４５を具備している。この電流値検出手段４５は、検出した電流値を後述する制御手段に送る。

図示の研削装置１は、上記研削ユニット３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。移動基台３１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、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（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３１即ち研削ユニット３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３１即ち研削ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。なお、パルスモータ６４は、後述する制御手段８によって制御される。

上記装置ハウジング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、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、サーボモータ７１０によって回転せしめられるようになっており、その上面（保持面）に後述する被加工物としてのサファイア基板からなる光デバイス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７０aと上記スピンドルユニット４を構成する研削ホイール5と対向する研削域７０b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。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７１ａ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７１ｂ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。

図示の研削装置１は、図２に示す制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、入力インターフェース８４および出力インターフェース８５とを備えている。このように構成された制御手段８の入力インターフェース８４には、電流値検出手段４５等からの検出信号が入力される。また、出力インターフェース８５からは上記回転スピンドル４２を回転駆動するためのサーボモータ４３、研削送り手段６のパルスモータ６４、チャックテーブル７１を回転駆動するためのサーボモータ７１０等に制御信号を出力する。

図示の研削装置は以上のように構成されており、以下その作用について、主に図１を参照して説明する。
図３には、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る光デバイスウエーハ１０が示されている。図３に示す光デバイスウエーハ１０は、サファイア基板１１の表面に窒化物半導体からなる光デバイス層としての発光層（エピ層）１２が５μｍの厚みで積層されている。そして、発光層（エピ層）１２が格子状に形成された複数の分割予定ライン１２１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１２２が形成されている。このように構成された光デバイスウエーハ１０のサファイア基板１１の裏面１１bを研削するには、図４に示すように発光層（エピ層）１２の表面１２ａにデバイス１２２を保護するための保護テープTを貼着する（保護テープ貼着工程）。

次に、発光層（エピ層）１２の表面１２ａに保護テープTが貼着された光デバイスウエーハ１０を図１に示す研削装置１における被加工物載置域７０aに位置付けられているチャックテーブル７１の保持面上に、保護テープT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ってチャックテーブル７１上に保護テープTを介して光デバイスウエーハ１０を吸引保持する（保持工程）。従って、チャックテーブル７１上に保持された光デバイスウエーハ１０は、サファイア基板１１の裏面１１bが上側となる。

チャックテーブル７１上に光デバイスウエーハ１０を吸引保持したならば、制御手段８は図示しない移動手段を作動して、チャックテーブル７１を図１において矢印７１ａで示す方向に移動して研削域７０bに位置付けるとともに、サーボモータ７１０を駆動してチャックテーブル７１を図５において矢印７１cで示す方向に所定の回転速度で回転するとともに、上記サーボモータ４３を駆動して研削ホイール5を矢印５aで示す方向に所定の回転速度で回転する。そして、図５に示すように研削ホイール5の複数の研削砥石５２がチャックテーブル７１の回転中心Pを通過するように位置付ける。

このように研削ホイール5とチャックテーブル７１に保持された光デバイスウエーハ１０を所定の位置関係に位置付けたならば、制御手段８は研削送り手段６のパルスモータ６４を正転駆動して研削ホイール5を図５において矢印Z1で示す方向に移動し、複数の研削砥石５２を光デバイスウエーハ１０を構成するサファイア基板１１の裏面１１b（上面）に接触させ、更に所定の研削送り速度で研削送りする。この結果、サファイア基板１１の裏面１１b（上面）である被研削面が研削される（研削工程）。

ここで、上記研削工程における加工条件について更に詳細に説明する。
上述した研削工程における研削効率は、チャックテーブル７１の回転速度と研削ホイール5の回転速度によって変化する。そして、本発明者等の実験によると、研削手段としてのスピンドルユニット４を構成する研削ホイール5が装着された回転スピンドル４２を回転駆動するためのサーボモータ４３に供給する電力の電流値が小さくなる程研削ホイール5の研削砥石５２による研削効率が良いことが判った。

図６は、研削ホイール5の回転速度を５００rpmと１０００rpmに設定し、チャックテーブル７１の回転速度を３００rpmから１１００rpmまで変化させたときのサーボモータ４３に供給する電力の電流値(A)を示す実験データである。なお、研削送り速度は０．４μmとした。図６において、横軸はチャックテーブル７１の回転速度（rpm）、縦軸はサーボモータ４３に供給する電力の電流値(A)を示す。図６から判るように、研削ホイール5の回転速度が５００rpmと１０００rpmのいずれにおいても、チャックテーブル７１の回転速度を３００rpmから徐々に速くすると、５００rpm付近からサファイア基板に対する所謂食いつきが良好となり、チャックテーブル７１の回転速度が７００rpm〜８００rpmにおいて電流値(A)が最低となる。そして、チャックテーブル７１の回転速度が１０００rpm付近から電流値(A)が上昇してサファイア基板に対する所謂食いつきが悪化するという知見を得た。また、図６から判るように、研削ホイール5の回転速度が５００rpmにおいては、チャックテーブル７１の回転速度が５００rpm〜１０００rpmにおいて電流値(A)が１０A以下となる。従って、チャックテーブル７１の回転速度は、５００rpm〜１０００rpmが望ましく、７００rpm〜８００rpmがより好ましい。

図７は、チャックテーブル７１の回転速度を５００rpmと１０００rpmに設定し、研削ホイール5の回転速度を４００rpmから１０００rpmまで変化させたときのサーボモータ４３に供給する電力の電流値(A)を示す実験データである。なお、研削送り速度は０．４μmとした。図７において、横軸は研削ホイール5の回転速度（rpm）、縦軸はサーボモータ４３に供給する電力の電流値(A)を示す。図７から判るように、チャックテーブル７１の回転速度が５００rpmと１０００rpmのいずれにおいても、研削ホイール5の回転速度（rpm）を１０００rpmから徐々に遅くすると、８００rpm付近からサファイア基板に対する所謂食いつきが良好となり、研削ホイール5の回転速度（rpm）が６００rpm〜７００rpmにおいて電流値(A)が最低となる。そして、研削ホイール5の回転速度（rpm）が５００rpm付近から電流値(A)が上昇してサファイア基板に対する所謂食いつきが悪化するという知見を得た。また、図７から判るように、チャックテーブル７１の回転速度が５００rpmにおいては、研削ホイール5の回転速度が５００rpm〜８００rpmにおいて電流値(A)が１０A以下となる。従って、研削ホイール5の回転速度は、５００rpm〜８００rpmが望ましく、６００rpm〜７００rpmがより好ましい。

サファイア基板を研削する場合には、研削ホイール5が装着された回転スピンドル４２を回転駆動するためのサーボモータ４３に供給する電力の電流値が１０A以下であることが望ましい。従って、上述した実験結果から、チャックテーブル７１の回転速度は５００〜１０００rpmに設定され、研削ホイール５の回転速度は５００〜８００rpmに設定されることが望ましく、チャックテーブル７１の回転速度が７００〜８００rpmに設定され、研削ホイール５の回転速度が６００〜７００rpmに設定されることがより好ましい。本発明者等の実験によると、チャックテーブル７１の回転速度を７５０rpmに設定し、研削ホイール５の回転速度を６５０rpmに設定し、研削送り速度を０．４μmとした場合、磨耗率（砥石の磨耗量／サファイア基板の磨耗量）が３１０％となり、上記従来の加工条件と比較して砥石の磨耗率が約４６％低減した。

１：研削装置
２：装置ハウジング
３：研削ユニット
３１：移動基台
４：スピンドルユニット
４１：スピンドルハウジング
４２：回転スピンドル
４３：サーボモータ
４４：ホイールマウント
４５：電流値検出手段
５：研削ホイール
５１：砥石基台
５２：研削砥石
６：研削送り手段
６４：パルスモータ
７：チャックテーブル機構
７１：チャックテーブル
８：制御手段
１０：光デバイスウエーハ
１１：サファイア基板

Claims

被加工物を保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削するダイヤモンド砥粒をボンド剤で固定した研削砥石が環状に配設されサーボモータにより回転駆動される研削ホイールを備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して垂直な研削送り方向に０．４μｍ／秒の研削送り速度で研削送りする研削送り手段とを具備する研削装置を用いてサファイア基板を研削するサファイア基板の研削方法であって、
該チャックテーブルの保持面にサファイア基板を保持する保持工程と、
サファイア基板を保持した該チャックテーブルを回転するとともに該研削ホイールを回転し該チャックテーブルの中心を該研削砥石が通過するように位置付けて該研削送り手段を作動して研削送りする研削工程と、を含み、
該研削工程は、該チャックテーブルの回転速度が５００〜１０００ｒｐｍに設定され、該研削ホイールの回転速度が５００〜８００ｒｐｍに設定される、
ことを特徴とするサファイア基板の研削方法。
該チャックテーブルの回転速度は７００〜８００ｒｐｍに設定され、該研削ホイールの回転速度は６００〜７００ｒｐｍに設定される、請求項１記載のサファイア基板の研削方法。