CN102189485A

CN102189485A - 蓝宝石基板的加工方法

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Publication number: CN102189485A
Application number: CN2011100343173A
Authority: CN
Inventors: 北野元己; 梅田桂男; 不破德人
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: CN102189485B; JP5443192B2; JP2011162402A

Abstract

本发明提供一种蓝宝石基板的加工方法，能高效地精加工至使表面粗糙度在0.01μm以下。该方法包括：第一磨削工序，将蓝宝石基板的一个面侧保持于磨削装置的卡盘工作台，并对蓝宝石基板的另一个面进行磨削，以除去蓝宝石基板的另一个面的起伏；第二磨削工序，将实施过第一磨削工序的蓝宝石基板的另一个面侧保持于磨削装置的卡盘工作台，并对蓝宝石基板的一个面进行磨削，以除去蓝宝石基板的一个面的起伏；和表面研磨工序，将实施过第二磨削工序的蓝宝石基板的一个面或另一个面作为背面保持于研磨装置的卡盘工作台，利用通过橡胶材料将二氧化硅颗粒固定而构成的研磨垫对蓝宝石基板的表面进行干式研磨，精加工成使表面粗糙度在0.01μm以下。

Description

蓝宝石基板的加工方法

技术领域

本发明涉及对作为在表面层叠有光器件层的基板的蓝宝石基板进行加工的加工方法。

背景技术

在光器件制造工序中，在大致圆板形状的蓝宝石基板的表面层叠由n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层构成的光器件层，在由形成为格子状的多条间隔道划分出的多个区域形成发光二极管、激光二极管等光器件，从而构成光器件晶片。接着，通过沿间隔道切断光器件晶片，从而将形成有光器件的区域分割开，以制造出一个一个的光器件。(例如，参照专利文献1。)

蓝宝石基板在被从蓝宝石晶块(sapphire ingot)切出后，通过实施研磨、抛光等加工而形成为均匀的厚度，然后通过对表面进行化学机械抛光(CMP)加工，而形成为表面粗糙度在0.01μm以下的平滑面。在如此地形成为平滑面的蓝宝石基板的表面层叠由n型氮化物半导体层和p型氮化物半导体层构成的光器件层，来形成光器件晶片。(例如，参照专利文献2。)

专利文献1：日本专利第2859478号

专利文献2：日本特开2006-347776号公报

然而，在将蓝宝石基板从蓝宝石晶块切出并实施研磨、抛光等加工而形成为均匀的厚度后，在通过化学机械抛光(CMP)将蓝宝石基板的表面精加工成表面粗糙度在0.01μm以下时，需要相当长的加工时间，并且存在游离磨粒、化学性的蚀刻液，而且需要对它们进行废弃处理，因此存在着生产率差的问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于提供一种蓝宝石基板的加工方法，能够高效地精加工成使表面粗糙度在0.01μm以下。

为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种蓝宝石基板的加工方法，其是对作为在表面层叠光器件层的基板的蓝宝石基板进行加工的加工方法，其特征在于，

该蓝宝石基板的加工方法包括以下工序：

第一磨削工序，将从蓝宝石晶块切出的蓝宝石基板的一个面侧保持于磨削装置的卡盘工作台，并对蓝宝石基板的另一个面进行磨削，将蓝宝石基板的所述另一个面上的起伏除去；

第二磨削工序，将实施过所述第一磨削工序的蓝宝石基板的所述另一个面侧保持于磨削装置的卡盘工作台，并对蓝宝石基板的所述一个面进行磨削，将蓝宝石基板的所述一个面上的起伏除去；以及

表面研磨工序，将实施过所述第二磨削工序的蓝宝石基板的所述一个面或者所述另一个面作为背面而保持于研磨装置的卡盘工作台，利用通过橡胶材料将二氧化硅颗粒固定而构成的研磨垫，对蓝宝石基板的表面进行干式研磨，将该表面精加工成使表面粗糙度在0.01μm以下。

优选的是，在该蓝宝石基板的加工方法中实施背面研磨工序，在该背面研磨工序中，将实施过所述表面研磨工序的蓝宝石基板的表面侧保持于研磨装置的卡盘工作台，利用所述研磨垫对所述背面进行干式研磨，将磨削形变除去。

本发明的蓝宝石基板的加工方法包括：第一磨削工序，将从蓝宝石晶块切出的蓝宝石基板的一个面侧保持于磨削装置的卡盘工作台，并对蓝宝石基板的另一个面进行磨削，将蓝宝石基板的所述另一个面上的起伏除去；第二磨削工序，将实施过第一磨削工序的蓝宝石基板的所述另一个面侧保持于磨削装置的卡盘工作台，并对蓝宝石基板的所述一个面进行磨削，将蓝宝石基板的所述一个面上的起伏除去；以及表面研磨工序，将实施过第二磨削工序的蓝宝石基板的所述一个面或者所述另一个面作为背面而保持于研磨装置的卡盘工作台，利用通过橡胶材料将二氧化硅颗粒固定而构成的研磨垫，对蓝宝石基板的表面进行干式研磨，将该表面精加工成使表面粗糙度在0.01μm以下，因此不用像现有的加工方法中的研磨、抛光和CMP那样需要游离磨粒、化学性的蚀刻液以及对它们的废弃处理，能够提高生产率。特别是由于在表面研磨工序中利用通过橡胶材料将二氧化硅颗粒固定而构成的研磨垫进行干式研磨，因此研磨垫的二氧化硅(SiO₂)与蓝宝石(AlO₃)发生反应而生成粉末状的莫来石(SiO₂AlO₃)，能够在短时间内使蓝宝石基板的表面形成为表面粗糙度在0.01μm以下的平滑面。

附图说明

图1是利用本发明的蓝宝石基板的加工方法进行加工的、从蓝宝石晶块切出的蓝宝石基板的立体图。

图2是本发明的蓝宝石基板的加工方法中的保护部件粘贴工序的说明图。

图3是本发明的蓝宝石基板的加工方法中的第一磨削工序的说明图。

图4是本发明的蓝宝石基板的加工方法中的保护部件剥离工序的说明图。

图5是本发明的蓝宝石基板的加工方法中的第二磨削工序的说明图。

图6是本发明的蓝宝石基板的加工方法中的表面研磨工序的说明图。

图7是本发明的蓝宝石基板的加工方法中的保护带粘贴工序的说明图。

图8是本发明的蓝宝石基板的加工方法中的背面研磨工序的说明图。

标号说明

2：蓝宝石基板；3：衬底；4：磨削装置；41：磨削装置的卡盘工作台；42：磨削构件；424：磨轮；426：磨削磨具；5：研磨装置；51：研磨装置的卡盘工作台；52：研磨构件；524：研磨工具；526：研磨垫；6：保护带。

具体实施方式

以下，对本发明的蓝宝石基板的加工方法的优选的实施方式参照附图详细地进行说明。

在图1中示出了从蓝宝石晶块切出的蓝宝石基板2。图1所示的蓝宝石基板2形成为例如厚度为600μm。在这样从蓝宝石晶块切出的蓝宝石基板2的表面2a和背面2b形成有起伏20。如图2所示，如此形成的蓝宝石基板2的一个面(在图示的实施方式中为背面2b)通过涂布在厚度均匀的衬底3的表面的石蜡等凹凸吸收粘接层30而粘贴于该衬底3(保护部件粘贴工序)。

在实施保护部件粘贴工序后，实施第一磨削工序，在该第一磨削工序中，将蓝宝石基板的一个面侧保持于磨削装置的卡盘工作台并对蓝宝石基板的另一个面进行磨削，将蓝宝石基板的另一个面的起伏除去。该第一磨削工序采用图3的(a)所示的磨削装置4实施。图3的(a)所示的磨削装置4具备：保持被加工物的卡盘工作台41；和对保持于该卡盘工作台41的被加工物进行磨削的磨削构件42。卡盘工作台41在上表面吸引保持被加工物，并使其向图3的(a)的箭头41a所示的方向旋转。磨削构件42具备：主轴壳体421；旋转主轴422，该旋转主轴422以能够自如旋转的方式支撑于该主轴壳体421，并通过未图示的旋转驱动机构进行旋转；装配部423，该装配部423装配于该旋转主轴422的下端；以及磨轮424，该磨轮424安装于该装配部423的下表面。该磨轮424由圆环状的基座425和呈环状地装配于该基座425的下表面的磨削磨具426构成，基座425通过紧固螺栓427安装在装配部423的下表面。

在使用上述的磨削装置4实施上述第一磨削工序时，如图3的(a)所示，将粘贴在上述蓝宝石基板2的背面2b的衬底3侧载置于卡盘工作台41的上表面(保持面)。接着，利用未图示的吸引构件将蓝宝石基板2吸附保持于卡盘工作台41上(蓝宝石基板保持工序)。由此，保持在卡盘工作台41上的蓝宝石基板2的表面2a处于上侧。在如此地将蓝宝石基板2吸引保持于卡盘工作台41上后，一边使卡盘工作台41向图3的(a)中箭头41a所示的方向以例如500rpm的速度旋转，一边使磨削构件42的磨轮424向图3的(a)中箭头424a所示的方向以例如1000rpm的速度旋转，并如图3(b)所示，使磨削磨具426与作为被加工面的蓝宝石基板2的表面2a接触，对磨轮424如图3的(a)和图3的(b)中箭头424b所示以预定的磨削进给速度(例如0.1μm/秒)向下方(相对于卡盘工作台41的保持面垂直的方向)进行例如100μm的磨削进给。在该第一磨削工序中，磨轮424和蓝宝石基板2被定位成：呈环状地装配于磨轮424的基座425的下表面的磨削磨具426通过蓝宝石基板2的中心。其结果是，蓝宝石基板2的表面2a被与衬底3的表面平行地磨削，形成于蓝宝石基板2的表面2a的起伏20被除去。

在实施了上述第一磨削工序后，如图4所示，将实施过上述第一磨削工序的蓝宝石基板2从衬底3剥离(保护部件剥离工序)。

接下来，实施第二磨削工序，在该第二磨削工序中，将实施过上述第一磨削工序的、从衬底3剥离下来的蓝宝石基板的另一个面侧保持于磨削装置的卡盘工作台，并对蓝宝石基板的一个面进行磨削，以除去蓝宝石基板的一个面上的起伏。该第二磨削工序采用上述图3的(a)所示的磨削装置4实施。即，如图5(a)所示，将实施过上述的第一磨削工序并从衬底3剥离下来的蓝宝石基板2的表面2a侧载置于卡盘工作台41的上表面(保持面)。接着，通过未图示的吸引构件将蓝宝石基板2吸附保持于卡盘工作台41上(蓝宝石基板保持工序)。由此，保持于卡盘工作台41上的蓝宝石基板2的背面2b处于上侧。在如此地将蓝宝石基板2吸引保持于卡盘工作台41上后，与上述第一磨削工序一样，一边使卡盘工作台41向图5的(a)中箭头41a所示的方向以例如500rpm的速度旋转，一边使磨削构件42的磨轮424向图5的(a)中箭头424a所示的方向以例如1000rpm的速度旋转，并如图5的(b)所示地使磨削磨具426与作为被加工面的蓝宝石基板2的背面2b接触，对磨轮424如图5的(a)和图5的(b)中箭头424b所示地以预定的磨削进给速度(例如0.1μm/秒)向下方(相对于卡盘工作台41的保持面垂直的方向)进行例如100μm的磨削进给。另外，该第二磨削工序也与上述第一磨削工序一样，磨轮424和蓝宝石基板2被定位成：呈环状地装配于磨轮424的基座425的下表面的磨削磨具426通过蓝宝石基板2的中心。其结果是，蓝宝石基板2的背面2b被与表面2a平行地磨削，均匀地形成例如400μm的厚度，并且，形成于蓝宝石基板2的背面2b的起伏20被除去。

在实施过上述的第二磨削工序后，实施表面研磨工序，在该表面研磨工序中，将蓝宝石基板的背面侧保持于研磨装置的卡盘工作台并对蓝宝石基板的表面进行研磨，精加工成使表面粗糙度在0.01μm以下。该表面研磨工序采用图6的(a)所示的研磨装置5实施。图6的(a)所示的研磨装置5具备保持被加工物的卡盘工作台51和对保持于该卡盘工作台51的被加工物进行研磨的研磨构件52。卡盘工作台51在上表面吸引保持被加工物，并使其向图6的(a)中箭头51a所示的方向旋转。研磨构件52具备：主轴壳体521；旋转主轴522，该旋转主轴522以能够自如旋转的方式支撑于该主轴壳体521，并通过未图示的旋转驱动机构进行旋转；装配部523，该装配部523装配于该旋转主轴522的下端；以及研磨工具524，该研磨工具524安装于该装配部523的下表面。该研磨工具524由圆板状的基座525和装配于该基座525的下表面的研磨垫526构成，基座525通过紧固螺栓527安装在装配部523的下表面。另外，研磨垫526采用通过橡胶材料将二氧化硅颗粒固定而构成的研磨垫，这一点很重要。该研磨垫526例如可以这样形成：将粒径在50μm以下的二氧化硅(SiO₂)颗粒和粒径在500μm以下的丁腈橡胶(NBR)颗粒以重量比为95～70∶5～30的比例混合，并对该二氧化硅(SiO₂)颗粒与丁腈橡胶(NBR)颗粒的混合物以200～1200N/cm²的成型压力进行压缩成型，在该压缩成型后的状态下，在150～190℃的烧结温度进行4～10小时的烧结。此外，研磨垫526的直径形成为比作为被加工物的蓝宝石基板2的直径大的值。

在使用上述的研磨装置5实施上述表面研磨工序时，如图6的(a)所示，将实施过上述第二磨削工序的蓝宝石基板2的背面2b侧载置于卡盘工作台51的上表面(保持面)。接着，利于未图示的吸引构件将蓝宝石基板2吸附保持于卡盘工作台51上(蓝宝石基板保持工序)。由此，保持在卡盘工作台51上的蓝宝石基板2的表面2a处于上侧。在如此将蓝宝石基板2吸引保持于卡盘工作台51上后，一边使卡盘工作台51向图6的(a)中箭头51a所示的方向以例如60rpm的速度旋转，一边使研磨构件52的研磨工具524向图6的(a)中箭头524a所示的方向以例如1200rpm的速度旋转，并如图6(b)所示地使研磨垫526与作为被加工面的蓝宝石基板2的表面2a接触，以预定的压力(例如，100N)进行按压来实施干式研磨。在该表面研磨工序中，研磨垫526和蓝宝石基板2被定位成：在彼此的旋转中心偏心的状态下，研磨垫526的研磨面(下表面)与蓝宝石基板2的被加工面即表面2a的整个面接触。这样，在使用通过橡胶颗粒使二氧化硅(SiO₂)颗粒固定而成的研磨垫526研磨蓝宝石(A1O₃)基板2时，二氧化硅(SiO₂)与蓝宝石(A1O₃)发生反应而生成粉末状的莫来石(SiO₂A1O₃)，由此，蓝宝石基板2的表面2a被研磨，在表面2a产生的加工形变被除去，并且能够将表面2a形成为表面粗糙度在0.0002μm以下的平滑面。根据本发明的发明人等的实验，通过实施上述的表面研磨工序，能够在一分钟内研磨0.6μm(0.6μm/分钟)，若从蓝宝石基板的表面进行3μm的研磨，则能够形成表面粗糙度为0.0002μm的平滑面。因此，通过实施5分钟的上述表面研磨工序，能够将蓝宝石基板的表面精加工成表面粗糙度为0.0002μm的平滑面。另一方面，由于CMP的加工速度为0.06μm/分钟，因此对蓝宝石基板的表面进行3μm的CMP加工需要50分钟的加工时间。通过这样实施本发明的研磨加工，能够将加工时间缩短至CMP的十分之

另外，实施过上述第二磨削工序的蓝宝石基板2在如上所述地对表面2a进行研磨后，表面2a侧存在着呈凹状地翘曲的倾向，因此优选对背面2b也进行研磨。研磨该蓝宝石基板2的背面2b的背面研磨工序采用上述图6的(a)所示的研磨装置5实施。另外，在实施背面研磨工序时，为了保护实施过上述表面研磨工序的蓝宝石基板2的表面2a，如图7所示地在蓝宝石基板2的表面2a粘贴保护带6(保护带粘贴工序)。

在实施过上述的保护带粘贴工序后，实施上述背面研磨工序。在背面研磨工序中，如图8的(a)所示地将粘贴于蓝宝石基板2的表面2a的保护带6侧载置于卡盘工作台51的上表面(保持面)。接着，利用未图示的吸引构件将蓝宝石基板2隔着保护带6吸附保持于卡盘工作台51上(蓝宝石基板保持工序)。由此，保持在卡盘工作台51上的蓝宝石基板2的背面2b处于上侧。在如此地将蓝宝石基板2隔着保护带6吸引保持于卡盘工作台51上后，与上述表面研磨工序同样地，一边使卡盘工作台51向图8的(a)中箭头51a所示的方向以例如60rpm的速度旋转，一边使研磨构件52的研磨工具524向图8的(a)中箭头524a所示的方向以例如1200rpm的速度旋转，并如图8(b)所示地使研磨垫526与作为被加工面的蓝宝石基板2的背面2b接触，以预定的压力(例如，100N)进行按压来实施干式研磨。另外，该背面研磨工序也与上述精加工工序一样，研磨垫526和蓝宝石基板2被定位成：在彼此的旋转中心偏心的状态下，研磨垫526的研磨面(下表面)与蓝宝石基板2的被加工面即背面2b的整个面接触。其结果是，蓝宝石基板2的背面2b被研磨，在背面2b产生的磨削形变被除去，并且与上述精加工工序一样，能够将背面2b形成为表面粗糙度在0.0002μm以下的平滑面。这样，通过实施背面研磨工序，除去了产生于蓝宝石基板2的背面2b的磨削形变，能够防止蓝宝石基板2产生翘曲。

如上所述地研磨了表面和背面的蓝宝石基板2被搬送到在表面层叠形成光器件层的光器件层形成工序。

在上述的蓝宝石基板的加工方法中，将从蓝宝石晶块切出的蓝宝石基板的表面或者背面侧保持于磨削装置的卡盘工作台，并对蓝宝石基板的表面和背面进行磨削，以除去蓝宝石基板的表面和背面的起伏，从而形成为均匀的厚度，然后，将蓝宝石基板的背面侧保持于研磨装置的卡盘工作台，并利用通过橡胶材料将二氧化硅颗粒固定而构成的研磨垫，对蓝宝石基板的表面进行干式研磨(表面研磨工序)，精加工成使表面粗糙度在0.01μm以下，由此，不用像研磨、抛光和CMP那样需要游离磨粒、化学性的蚀刻液以及对它们的废弃处理，能够提高生产率。特别是在表面研磨工序中，利用通过橡胶材料将二氧化硅颗粒固定而构成的研磨垫进行干式研磨，因此研磨垫的二氧化硅(SiO₂)与蓝宝石(AlO₃)发生反应而生成粉末状的莫来石(SiO₂AlO₃)，由此，能够将蓝宝石基板的表面在短时间内(CMP的十分之一)形成为表面粗糙度在0.01μm以下的平滑面。根据本发明的发明人等的实验，确认到：若对精加工至表面粗糙度为0.0002μm的蓝宝石基板的被加工面以二氧化硅颗粒作为研磨剂进行CMP加工的话，能够在10秒左右的短时间内将蓝宝石基板的被加工面精加工至表面粗糙度为0.0001μm。因此，即使将本发明的加工方法与CMP并用，也能够以5分零10秒的加工时间将蓝宝石基板的被加工面精加工至0.0001μm的表面粗糙度。

Claims

1.一种蓝宝石基板的加工方法，该蓝宝石基板的加工方法是对作为在表面层叠光器件层的基板的蓝宝石基板进行加工的加工方法，其特征在于，

该蓝宝石基板的加工方法包括以下工序：

2.根据权利要求1所述的蓝宝石基板的加工方法，其中，

在该蓝宝石基板的加工方法中实施背面研磨工序，在该背面研磨工序中，将实施过所述表面研磨工序的蓝宝石基板的表面侧保持于研磨装置的卡盘工作台，利用所述研磨垫对所述背面进行干式研磨，将磨削形变除去。