CN104227547B - 蓝宝石基板的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供蓝宝石基板的加工方法，从蓝宝石晶棒切出的浪费少，能够确保使与由氮化镓系列化合物半导体构成的发光层的融合良好的A面成为正背面的蓝宝石基板的面精度。在该蓝宝石基板的加工方法中，对从蓝宝石晶棒切出并由A面形成了正面和背面的蓝宝石基板进行磨削加工，包含：保持工序，在保持被加工物并能够旋转的卡盘工作台上保持蓝宝石基板的一面；以及磨削工序，使保持有蓝宝石基板的卡盘工作台旋转，并且一边使环状地配设有磨削石的砂轮旋转一边使磨削石与蓝宝石基板的另一面接触而对蓝宝石基板的另一面进行磨削，在该磨削工序中，作为磨削液向磨削石的磨削部供给混入了金刚石磨粒的浆料。
Description
技术领域
本发明涉及对蓝宝石基板、更详细地说是从蓝宝石晶棒切出并利用A面形成了正面和背面的蓝宝石基板进行磨削的蓝宝石基板的加工方法。
背景技术
在光设备制造工序中，在蓝宝石基板的正面上层叠由氮化镓系列化合物半导体构成的发光层并在通过形成为格子状的多个间隔道划分出的多个区域内形成发光二极管、激光二极管等光设备来构成光设备晶片。并且，通过沿着间隔道切断光设备晶片来分割形成有光设备的区域，制造各个光设备。
蓝宝石构成具有称为A面、C面、R面的结晶面的结晶构造，利用蓝宝石晶棒的切出方法形成将A面、C面、R面作为正背面的蓝宝石基板。即，蓝宝石晶棒呈现接近于圆柱的圆锥台形，圆锥台形的底面和上表面为A面，与A面垂直的面为C面，相对于C面倾斜的面为R面，当从上表面开始向底面对芯进行切片时形成将A面作为正背面的蓝宝石基板，当从圆锥台形的侧面开始向与A面平行的方向进行切片时形成将C面作为正背面的蓝宝石基板，当从与R面垂直的方向对芯进行切片时形成将R面作为正背面的蓝宝石基板。A面、C面、R面的结晶构造不同，因此优选适当选择与层叠的发光层的结晶构造对应的蓝宝石基板。
为了制造光设备晶片，在蓝宝石基板的正面上层叠而形成发光层，但在对于层叠发光层之前切出的蓝宝石基板，也要利用磨削装置对正面和背面进行磨削而使其实现平坦化(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2007-38357号公报
关于蓝宝石的上述C面，利用磨削装置进行的磨削良好，因此作为光设备晶片的基板一般利用将C面作为正背面的蓝宝石基板。
然而，在将C面作为正背面的蓝宝石基板中，由于如上所述从侧面向与A面平行的方向对圆锥台形的蓝宝石晶棒进行切片，因此存在蓝宝石晶棒的浪费多且生产性差这样的问题。
另一方面，在将A面作为正背面的蓝宝石基板中，由于如上所述从圆锥台形的蓝宝石晶棒的上表面开始向底面对芯进行切片，因此具有蓝宝石晶棒的浪费少并且与由氮化镓系列化合物半导体构成的发光层的融合良好这样的优点，但是存在当利用磨削装置对A面进行磨削时产生工艺上的小缺损(mucilage)而无法确保表面精度这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其主要的技术课题在于，提供如下这样的蓝宝石基板的加工方法：在从蓝宝石晶棒的切出中减少浪费，能够确保将与由氮化镓系列化合物半导体构成的发光层融合良好的A面作为正背面的蓝宝石基板的面精度。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供蓝宝石基板的加工方法，对从蓝宝石晶棒切出并由A面形成了正面和背面的蓝宝石基板进行磨削加工，该蓝宝石基板的加工方法的特征在于，包含：
保持工序，在保持被加工物并能够旋转的卡盘工作台上保持蓝宝石基板的一面；以及
磨削工序，使保持有蓝宝石基板的卡盘工作台旋转，并且一边使环状地配设有磨削石的砂轮旋转一边使磨削石与蓝宝石基板的另一面接触而对蓝宝石基板的另一面进行磨削，
在该磨削工序中，作为磨削液向磨削石的磨削部供给混入了金刚石磨粒的浆料。
上述磨削石是将粒径为1μm～2μm的金刚石磨粒混入到结合剂而构成，上述磨削液由在纯水中混入了粒径为3μm～9μm的金刚石磨粒的浆料构成。
在本发明的蓝宝石基板的加工方法中，具有磨削工序，在该磨削工序中，使保持由A面形成了正面和背面的蓝宝石基板的一个面的卡盘工作台进行旋转，并且一边使环状地配设有磨削石的砂轮进行旋转一边使磨削石与蓝宝石基板的另一面接触而对蓝宝石基板的另一面进行磨削，并且在该磨削工序中向磨削石的磨削部供给混入了金刚石磨粒的浆料来作为磨削液，因此通过磨削石的磨削与向磨削石的磨削部供给在纯水中混入了金刚石磨粒的浆料来进行的抛光的叠加效果，在蓝宝石基板的A面、即被磨削面上不会产生工艺上的小缺损，能够获得良好的面精度。
附图说明
图1是用于实施本发明的蓝宝石基板的磨削方法的磨削装置的立体图。
图2是从构成图1所示的磨削装置所装备的磨削单元的轮安装件的下方观察的立体图。
图3是安装在图2所示的轮安装件上的砂轮的立体图。
图4是示出在图2所示的轮安装件上安装了图3所示的砂轮的状态的截面图。
图5是利用本发明的蓝宝石基板的磨削方法进行磨削加工的蓝宝石基板的立体图。
图6是示出在图5所示的蓝宝石基板的背面贴附了衬底的状态的立体图。
图7是示出通过图1所示的磨削装置实施的磨削工序的说明图。
图8是示出通过本发明的蓝宝石基板的磨削方法进行磨削的蓝宝石基板的面粗糙度测定区域的说明图。
标号说明
2：装置外壳
3：移动基台
4：主轴单元
40：磨削液供给单元
41：主轴外壳
42：旋转主轴
44：轮安装件
5：砂轮
51：轮基台
52：磨削石
6：磨削进给单元
7：卡盘工作台机构
71：卡盘工作台
10：蓝宝石基板
具体实施方式
以下，参照附图更详细地说明本发明的蓝宝石基板的加工方法的优选实施方式。
图1示出用于实施本发明的蓝宝石基板的加工方法的磨削装置的立体图。图1所示的磨削装置1具备整体用编号2示出的装置外壳。该装置外壳2具有细长延伸的长方体形状的主部21和设置在该主部21的后端部(在图1中为右上端)并向上方延伸的直立壁22。在直立壁22的前表面设置有在上下方向上延伸的一对导轨221、221。在该一对导轨221、221上可滑动地安装有移动基台3。在移动基台3中，在后表面两侧设置有在上下方向上延伸的一对脚部31、31，在该一对脚部31、31上形成有与上述一对导轨221、221可滑动地卡合的被引导槽311、311。在如上所述可滑动地安装在一对导轨221、221上的移动基台3的前表面设置有向前方突出的支撑部32，其中，上述一对导轨221、221设置于直立壁22。在该支撑部32上安装有作为磨削单元的主轴单元4。
主轴单元4具备安装在支撑部32上的圆筒状的主轴外壳41、旋转自如地配设在该主轴外壳41上的旋转主轴42以及作为用于旋转驱动该旋转主轴42的驱动源的伺服电机43。将可旋转地支撑在主轴外壳41上的旋转主轴42配设为其一端部(在图1中为下端部)从主轴外壳41的下端突出，在该一端(在图1中为下端)上设置有轮安装件44。然后，在该轮安装件44的下表面安装有砂轮5。
参照图2至图4对上述轮安装件44和砂轮5进行说明。
图2示出设置于旋转主轴42的下端的轮安装件44的立体图，图3示出安装于轮安装件44的下表面的砂轮5的立体图，图4示出在图2所示的轮安装件44的下表面安装了图3所示的砂轮5的截面图。图2和图4所示的轮安装件44形成为圆形状，与旋转主轴42的下端设置成一体。如图2所示，在该轮安装件44上，在圆周方向上隔着规定的间隔形成有4个螺栓插通孔441。另外，如图4所示，在轮安装件44上形成有与形成在旋转主轴42的轴心上的磨削液供给通路421连通的多个(在图示的实施方式中为8个)连通路422。如图2和图4所示，该连通路422向下表面开口。此外，如图1所示，形成于旋转主轴42的轴心上的磨削液供给通路421与磨削液供给单元40连接。该磨削液供给单元40供给由将金刚石磨粒混入到纯水的浆料构成的磨削液。
参照图3和图4对安装于如上所述构成的轮安装件44上的砂轮5进行说明。
图3和图4所示的砂轮5由环状的轮基台51和安装于该轮基台51的下表面中的外周部的磨石安装部上的多个磨削石52构成。在轮基台51上，在与形成于上述轮安装件44上的多个螺栓插通孔441对应的位置处设置有从上表面形成的4个内螺纹孔511。此外，磨削石52是如下这样形成的：通过将粒径为1μm～2μm的金刚石磨粒混入到结合剂进行搅拌并成型为规定的形状而进行烧制。
为了在轮安装件44上安装如上所述构成的砂轮5，如图4所示使砂轮5的轮基台51的上表面与轮安装件44的下表面抵接，从形成于轮安装件44上的多个螺栓插通孔441(参照图2)插入紧固螺栓55并与设置在轮基台51上的多个内螺纹孔511(参照图3)螺合，由此能够在轮安装件44的下表面安装砂轮5。在这样安装到轮安装件44的下表面的砂轮5的磨削石52的磨削部中，使上述磨削液供给单元40工作，从而经由设置于旋转主轴42上的磨削液供给通路421和形成于轮安装件44上的多个连通路422供给由将金刚石磨粒混入到纯水的浆料构成的磨削液。
当返回图1继续进行说明时，图示的实施方式中的磨削装置1具有磨削进给单元6，该磨削进给单元使上述主轴单元4沿着上述一对导轨221、221在上下方向(相对于后述的卡盘工作台的保持面垂直的方向)上移动。该磨削进给单元6具备配设在直立壁22的前侧并在上下方向上延伸的外螺纹杆61。该外螺纹杆61通过将其上端部和下端部安装到直立壁22上的轴承部件62和63而被旋转自如地支撑。在上侧的轴承部件62中配设有作为用于旋转驱动外螺纹杆61的驱动源的脉冲电机64，该脉冲电机64的输出轴与外螺纹杆61传动连结。在上述移动基台3的后表面还形成有从其宽度方向中央部向后方突出的连结部(未图示)，在该连结部中形成有贯通内螺纹孔(未图示)，使上述外螺纹杆61与该内螺纹孔进行螺合。因此，当脉冲电机64进行正转时，移动基台3和主轴单元4下降即前进，当脉冲电机64进行反转时，移动基台3和主轴单元4上升即后退。
当参照图1继续进行说明时，在外壳2的主部21上配设有卡盘工作台机构7。卡盘工作台机构7具备作为被加工物保持单元的卡盘工作台71、覆盖该卡盘工作台71的周围的盖部件72以及配设在该盖部件72的前后的折皱单元73和74。卡盘工作台71构成为通过未图示的旋转驱动机构而进行旋转，并通过使未图示的吸引单元工作而在其上表面吸引保持作为被加工物的晶片。另外，卡盘工作台71通过未图示的卡盘工作台移动单元而在图1所示的被加工物载置区域24与磨削区域25之间进行移动，上述磨削区域25与构成上述磨削单元4的砂轮5相对。折皱单元73和74可由如帆布之类的适当的材料形成。将折皱单元73的前端固定在主部21的前面壁，将后端固定在盖部件72的前端面。另外，将折皱单元74的前端固定在盖部件72的后端面，将后端固定在装置外壳2的直立壁22的前表面。在卡盘工作台71向箭头23a所示的方向移动时，折皱单元73拉伸、折皱单元74收缩，在卡盘工作台71向箭头23b所示的方向移动时，折皱单元73收缩、折皱单元74拉伸。
图1至图4所示的磨削装置1如上所述构成，在实施后述的精磨削加工时使用该磨削装置1。
图5示出通过本发明的加工方法进行加工的蓝宝石基板。图5所示的蓝宝石基板10由使正面10a和背面10b成为A面的蓝宝石基板构成，直径为150mm、厚度为300μm。在这样形成的蓝宝石基板10中，如图6所示，一个面(在图示的实施方式中为背面10b)通过蜡而贴附在由玻璃板等构成的衬底11上。
为了将上述蓝宝石基板10加工至规定的厚度，首先实施粗磨削加工。关于该粗磨削加工，虽然上述图1至图4所示的磨削装置1中的磨削液供给单元40和砂轮5的磨削石52不同，但其它结构实质上可以是相同的，所以采用对图1至图4所示的磨削装置1使用的符号来进行说明。此外，在实施粗磨削加工时，磨削液供给单元40如现有技术那样供给由纯水构成的磨削水。另外，关于砂轮5的磨削石52，采用如下这样构成的磨削石：将粒径为10μm～15μm的金刚石磨粒混入到树脂结合剂而进行搅拌，成型为规定的形状并进行烧制。
为了实施蓝宝石基板10的粗磨削加工，在如上所述使粘贴在衬底11上的蓝宝石基板10的衬底11侧载置在卡盘工作台71的上表面、即保持面上，该卡盘工作台71定位于与图1所示的磨削装置1同样的粗磨削装置中的被加工物载置区域24。然后，通过使未图示的吸引单元工作，在卡盘工作台71上隔着衬底11吸引保持蓝宝石基板10。这样，当在卡盘工作台71上隔着衬底11吸引保持蓝宝石基板10时，使未图示的卡盘工作台移动单元工作而向箭头23a所示的方向移动卡盘工作台71并定位于磨削区域25。
当这样使卡盘工作台71定位于磨削区域25时，如图7所示，使卡盘工作台71向规定的方向以200rpm的旋转速度进行旋转，并且一边使砂轮5以800rpm的旋转速度进行旋转一边对磨削进给单元6的脉冲电机64进行正转驱动而使磨削单元4以0.1μm/秒的速度下降，使砂轮5的多个磨削石52的磨削面与保持在卡盘工作台71上的蓝宝石基板10的正面10a(上表面)接触并磨削进给规定量(100μm)。其结果，保持在卡盘工作台71上的蓝宝石基板10被磨削100μm(粗磨削工序)。
在该粗磨削工序中，经由形成于旋转主轴42上的磨削水供给通路421、形成于轮安装件44上的连通路422向砂轮5的磨削石52的磨削部供给由纯水构成的磨削水。
对已实施了上述的粗磨削加工的蓝宝石基板10的正面10a进行精磨削加工而提高面精度。使用图1至图4所示的磨削装置1来实施该精磨削加工。即，磨削液供给单元40供给由在纯水中混入了金刚石磨粒的浆料构成的磨削液，另外，砂轮5的磨削石52如下这样构成：将粒径为1μm～2μm的金刚石磨粒混入到结合剂而进行搅拌，并成型为规定的形状而进行烧制。以下，说明本发明人进行的实验例。
[实验1]
在将如上所述实施了粗磨削加工的蓝宝石基板10的衬底11侧载置在定位于图1所示的磨削装置1的被加工物载置区域24的卡盘工作台71的上表面即保持面上。然后，通过使未图示的吸引单元工作而使蓝宝石基板10隔着衬底11吸引保持在卡盘工作台71上。这样，当在卡盘工作台71上隔着衬底11吸引保持了蓝宝石基板10时，使未图示的卡盘工作台移动单元工作而使卡盘工作台71向箭头23a所示的方向移动并定位于磨削区域25。
当这样将卡盘工作台71定位于磨削区域25时，如图7所示，使卡盘工作台71向箭头71a所示的方向以200rpm的旋转速度旋转，并且一边使砂轮5向箭头5a所示的方向以800rpm的旋转速度旋转一边对磨削进给单元6的脉冲电机64进行正转驱动，使磨削单元4以0.1μm/秒的速度下降，使砂轮5的多个磨削石52的磨削面与保持在卡盘工作台71上的蓝宝石基板10的正面10a(上表面)接触，磨削进给规定量(30μm)。其结果，保持在卡盘工作台71上的蓝宝石基板10被磨削30μm(精加工磨削工序)。在该精加工磨削工序中，经由形成于旋转主轴42上的磨削水供给通路421、形成于轮安装件44上的连通路422，将对于1升纯水混入了粒径为9μm左右的金刚石磨粒5g的浆料作为磨削液，向砂轮5的磨削石52的磨削部以1分钟5升(5升/分)的比例进行供给。
[实验2(比较例)]
在与上述实验1同样地在卡盘工作台71的上表面即保持面上隔着衬底11保持了如上所述实施了粗磨削加工的蓝宝石基板10之后，与上述同样(仅磨削液不同)地实施精磨削加工。即，使定位于磨削区域25的卡盘工作台71向规定的方向以200rpm的旋转速度进行旋转，并且一边使砂轮5以800rpm的旋转速度旋转一边对磨削进给单元6的脉冲电机64进行正转驱动，使磨削单元4以0.1μm/秒的速度下降，使砂轮5的多个磨削石52的磨削面与保持在卡盘工作台71上的蓝宝石基板10的正面10a(上表面)接触，磨削进给规定量(30μm)。其结果，保持在卡盘工作台71上的蓝宝石基板10被磨削30μm(精加工磨削工序)。在该精加工磨削工序中，经由形成于旋转主轴42上的磨削水供给通路421、形成于轮安装件44上的连通路422向砂轮5的磨削石52的磨削部供给由纯水构成的磨削水。
针对实施了上述实验1和实验2(比较例)的精加工磨削工序的蓝宝石基板10的正面10a(上表面)，在图8所示的I、II、III、IV、V区域中测定了面粗糙度，获得以下结果。
根据上述实验结果可知，当如实验1那样将在纯水中混入了金刚石磨粒的浆料使用为磨削液时，与如实验2(比较例)那样使用由纯水构成的磨削水的情况相比，蓝宝石基板的A面的面粗糙度(Ra)减少1/10。这是基于磨削石52的磨削与向磨削石52的磨削部供给在纯水中混入了金刚石磨粒的浆料而进行的抛光的叠加效果所实现的。因此，通过将在纯水中混入了金刚石磨粒的浆料使用为磨削液能够确保将A面作为正背面的蓝宝石基板的面精度，因此能够使用蓝宝石基板的A面作为发光层的层叠面。此外还可知，关于在向砂轮5的磨削石52的磨削部供给的浆料中混入的金刚石磨粒，当使用粒径为10μm以上的磨粒时容易产生磨削损伤。因此，在向磨削石52的磨削部供给的浆料中混入的金刚石磨粒优选设定为，大于构成磨削石52的金刚石磨粒的粒径(1μm～2μm)且小于容易产生磨削损伤的粒径(10μm)的3μm～9μm。
通过这样实施本发明的蓝宝石基板的加工方法，能够将以A面作为正背面的蓝宝石基板使用为光设备晶片的基板，所以能够效率良好地切出蓝宝石晶棒，因此降低蓝宝石基板的单价并能够廉价地制造LED等光设备。另外，蓝宝石基板的A面具有对由氮化镓系列化合物半导体构成的发光层的成长良好的晶体取向，因此提高LED等光设备的品质。
Claims (1)
1.一种蓝宝石基板的加工方法，对从蓝宝石晶棒切出并由A面形成了正面和背面的蓝宝石基板进行磨削加工，该蓝宝石基板的加工方法的特征在于，包含：
保持工序，在保持被加工物并能够旋转的卡盘工作台上保持蓝宝石基板的一面；以及
磨削工序，使保持有蓝宝石基板的卡盘工作台旋转，并且一边使环状地配设有磨削石的砂轮旋转一边使磨削石与蓝宝石基板的另一面接触而对蓝宝石基板的另一面进行磨削，
在该磨削工序中，作为磨削液向磨削石的磨削部供给混入了金刚石磨粒的浆料,
该磨削石是将粒径为1μm～2μm的金刚石磨粒混入到结合剂而构成，该磨削液由在纯水中混入了粒径为3μm～9μm的金刚石磨粒的浆料构成。
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