JP2011156648A - Polishing tool for sapphire substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing tool for a sapphire substrate efficiently finishing the surface roughness within 0.01 μm. <P>SOLUTION: The polishing tool for the sapphire substrate for smoothly machining the sapphire substrate 10, onto which an optical device layer is stacked, includes a base 46, and a polishing pad 47 fit on the lower surface of the base. The polishing pad is formed by sintering a mixture obtained by mixing silica particles and rubber particles. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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を平滑に加工するための研磨工具に関する。   The present invention relates to a polishing tool for smoothly processing a sapphire substrate, which is a substrate on which an optical device layer is laminated.

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。（例えば、特許文献１参照。）   In the optical device manufacturing process, an optical device layer composed of an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer is laminated on the surface of a substantially disc-shaped sapphire substrate, and is partitioned by a plurality of streets formed in a lattice shape. An optical device wafer is formed by forming optical devices such as light emitting diodes and laser diodes in the plurality of regions. Then, the optical device wafer is cut along the streets to divide the region where the optical device is formed to manufacture individual optical devices. (For example, refer to Patent Document 1.)

サファイア基板は、サファイアインゴットから切り出された後、ラッピング、ポリッシング等の加工を施すことによって均一な厚みに形成され、その後表面をケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）加工することにより、表面粗さを０．０１μ以下の平滑面に形成される。このように平滑面に形成された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して形成される。（例えば、特許文献２参照。）   The sapphire substrate is cut out from the sapphire ingot and then formed into a uniform thickness by processing such as lapping and polishing, and then the surface is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) processing to obtain a surface roughness of 0.01 μm. It is formed on the following smooth surface. Thus, an optical device layer composed of an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer is laminated on the surface of the sapphire substrate formed on the smooth surface. (For example, see Patent Document 2.)

特許第２８５９４７８号Japanese Patent No. 2859478 特開２００６−３４７７７６号公報JP 2006-347776 A

而して、サファイアインゴットから切り出されラッピング、ポリッシング等の加工を施すことによって均一な厚みに形成されたサファイア基板の表面をケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）加工によって表面粗さを０．０１μm以下に仕上げるには相当の加工時間を要するとともに遊離砥粒、化学的なエッチング液およびこれらの廃棄処理を要し生産性が悪いという問題がある。   Thus, the surface roughness of the sapphire substrate, which is cut out from the sapphire ingot and formed into a uniform thickness by processing such as lapping and polishing, is finished to a surface roughness of 0.01 μm or less by chemical mechanical polishing (CMP) processing. Has a problem that it takes a considerable processing time and also requires free abrasive grains, a chemical etching solution, and disposal of these, resulting in poor productivity.

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、表面粗さを０．０１μm以下に効率よく仕上げることができるサファイア基板の研磨工具を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said fact, The main technical subject is to provide the polishing tool of the sapphire substrate which can finish surface roughness to 0.01 micrometer or less efficiently.

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、光デバイス層が積層されるサファイア基板を平滑に加工するためのサファイア基板の研磨工具であって、
基台と、該基台の下面に装着される研磨パッドとからなり、
該研磨パッドは、シリカ粒子とゴム粒子を混合した混合物を焼結して形成されている、
ことを特徴とするサファイア基板の研磨工具が提供される。 In order to solve the main technical problem, according to the present invention, a polishing tool for a sapphire substrate for smoothly processing a sapphire substrate on which an optical device layer is laminated,
A base and a polishing pad attached to the lower surface of the base;
The polishing pad is formed by sintering a mixture of silica particles and rubber particles.
A polishing tool for a sapphire substrate is provided.

上記シリカ粒子とゴム粒子を混合した混合物は、重量比が９５〜７０：５〜３０に設定されている。   The weight ratio of the mixture obtained by mixing the silica particles and the rubber particles is set to 95 to 70: 5 to 30.

本発明による研磨工具を構成する研磨パッドは、シリカ粒子とゴム粒子を混合した混合物を円板状に成型し焼結して形成されているので、サファイア基板の被加工面を研磨すると研磨パッドのシリカ(SiO2)とサファイア(AlO3)が反応して粉末状のムライト（SiO2AlO3）が生成されことにより、サファイア基板の被加工面の面粗さを０．０００２μm以下の平滑面に短時間で形成することができる。しかも、本発明による研磨工具は乾式研磨するので、ＣＭＰのように遊離砥粒、化学的なエッチング液およびこれらの廃棄処理が不要となり、生産性を向上することができる。 The polishing pad constituting the polishing tool according to the present invention is formed by molding and sintering a mixture of silica particles and rubber particles into a disc shape. Therefore, when the work surface of the sapphire substrate is polished, the polishing pad Silica (SiO 2 ) and sapphire (AlO 3 ) react to produce powdered mullite (SiO 2 AlO 3 ), thereby reducing the surface roughness of the processed surface of the sapphire substrate to a smooth surface of 0.0002 μm or less. It can be formed in a short time. In addition, since the polishing tool according to the present invention is dry-polished, free abrasive grains, chemical etching solutions, and disposal of these are not required as in CMP, and productivity can be improved.

本発明によるサファイア基板の研磨工具が装備された研磨装置の斜視図。1 is a perspective view of a polishing apparatus equipped with a sapphire substrate polishing tool according to the present invention. 本発明によるサファイア基板の研磨工具の斜視図。The perspective view of the polishing tool of the sapphire substrate by this invention. 図２に示す研磨工具を下面側から見た状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state which looked at the polishing tool shown in FIG. 2 from the lower surface side. サファイア基板の斜視図。The perspective view of a sapphire substrate. 図1に示す研磨装置によって図4に示すサファイア基板の表面を研磨する状態を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which the surface of the sapphire substrate shown in FIG. 4 is polished by the polishing apparatus shown in FIG. サファイア基板の表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程の説明図。Explanatory drawing of the protection member sticking process which sticks a protection member on the surface of a sapphire substrate. 図1に示す研磨装置によって表面に保護部材を貼着されたサファイア基板の裏面を研磨する状態を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which the back surface of a sapphire substrate having a protective member attached to the surface is polished by the polishing apparatus shown in FIG.

以下、本発明によるサファイア基板の研磨工具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磨工具を装備した研磨装置の斜視図が示されている。図１に示す研磨装置２は、全体を番号２０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２０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に研磨手段としての研磨ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。 Hereinafter, a preferred embodiment of a polishing tool for a sapphire substrate according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a polishing apparatus equipped with a sapphire substrate polishing tool according to the present invention. The polishing apparatus 2 shown in FIG. 1 includes an apparatus housing generally designated by numeral 20. The device housing 20 includes a rectangular parallelepiped main portion 21 that extends elongated and an upright wall 22 that is provided at a rear end portion (upper right end in FIG. 1) of the main portion 21 and extends upward. A pair of guide rails 221 and 221 extending in the vertical direction are provided on the front surface of the upright wall 22. The pair of guide rails 221 and 221 is mounted with a polishing unit 3 as a polishing means so as to be movable in the vertical direction.

研磨ユニット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にスピンドルユニット４が取り付けられる。   The polishing unit 3 includes a moving base 31 and a spindle unit 4 mounted on the moving base 31. The movable base 31 is provided with a pair of legs 311 and 311 extending in the vertical direction on both sides of the rear surface. The pair of legs 311 and 311 is slidably engaged with the pair of guide rails 221 and 221. Guided grooves 312 and 312 are formed. As described above, a support portion 313 protruding forward is provided on the front surface of the movable base 31 slidably mounted on the pair of guide rails 221 and 221 provided on the upright wall 22. The spindle unit 4 is attached to the support portion 313.

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。回転スピンドル４２の下端部はスピンドルハウジング４１の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状のマウンター４４が設けられている。なお、マウンター４４には、周方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔（図示していない）が形成されている。このマウンター４４の下面に研磨工具４５が装着される。研磨工具４５は、図２および図３に示すように、円板形状の基台４６と円板形状の研磨パッド４７とから構成されている。基台４６には周方向に間隔をおいてその上面から下方に延びる複数の盲ねじ穴４６ａが形成されている。基台４６の下面は円形支持面を構成しており、研磨パッド４７はエポキシ樹脂系接着剤の如き適宜の接着剤によって基台４６の円形支持面に接合されている。研磨パッド４７は、シリカ粒子をゴム材で固めて構成した研磨パッドを用いることが重要である。この研磨パッド４７は、例えば粒径が５０μm以下のシリカ(SiO2)粒子と粒径が５００μm以下のゴム粒子（ニトリルゴム(NBR)粒子、アクリロニトリル・ブタジェンニトリルゴム粒子、スチレンブタジェンニトリルゴム粒子、ブタジェンニトリルゴム粒子、イソプレンゴム粒子、フッ素ゴム粒子、シリコンゴム粒子、アクリルゴム粒子）を重量比で９５〜７０：５〜３０の割合で混合し、このシリカ(SiO2)粒子とゴム粒子との混合物を円板状に圧縮成型した状態で焼結することによって形成すことができる。なお、ゴム粒子としてニトリルゴム(NBR)粒子を用いた場合には、シリカ(SiO2)粒子とニトリルゴム(NBR)粒子との混合物を２００〜１２００N／cm2の成型圧力で円板状に圧縮成型した状態で、１５０〜１９０℃の焼結温度で４〜１０時間焼結することによって形成すことができる。上述した研磨パッド４７は、中心部に円形の穴４７aが形成されている。なお、研磨パッド４７は、外周縁と円形の穴４７aとの幅が後述するサファイア基板の直径より大きい値に設定されている。以上のように構成された研磨工具４５は、上記回転スピンドル４２の下端に固定されているマウンター４４の下面に研磨工具４５を位置付け、マウンター４４に形成されている貫通孔を通して研磨工具４５の基台４６に形成されている盲ねじ孔４６ａに締結ボルト４８を螺着することによって、マウンター４４に装着される。 The spindle unit 4 includes a spindle housing 41 mounted on the support portion 313, a rotary spindle 42 rotatably disposed on the spindle housing 41, and a servo motor as a drive source for rotationally driving the rotary spindle 42. 43. The lower end portion of the rotary spindle 42 protrudes downward beyond the lower end of the spindle housing 41, and a disc-shaped mounter 44 is provided at the lower end thereof. The mounter 44 is formed with a plurality of bolt insertion holes (not shown) at intervals in the circumferential direction. A polishing tool 45 is attached to the lower surface of the mounter 44. As shown in FIGS. 2 and 3, the polishing tool 45 includes a disk-shaped base 46 and a disk-shaped polishing pad 47. The base 46 is formed with a plurality of blind screw holes 46a extending downward from the upper surface at intervals in the circumferential direction. The lower surface of the base 46 forms a circular support surface, and the polishing pad 47 is joined to the circular support surface of the base 46 by an appropriate adhesive such as an epoxy resin adhesive. As the polishing pad 47, it is important to use a polishing pad constituted by solidifying silica particles with a rubber material. The polishing pad 47 includes, for example, silica (SiO 2 ) particles having a particle diameter of 50 μm or less and rubber particles having a particle diameter of 500 μm or less (nitrile rubber (NBR) particles, acrylonitrile butadiene nitrile rubber particles, styrene butadiene nitrile rubber particles). Butadiene nitrile rubber particles, isoprene rubber particles, fluorine rubber particles, silicon rubber particles, acrylic rubber particles) are mixed at a weight ratio of 95 to 70: 5 to 30, and the silica (SiO 2 ) particles and rubber particles are mixed. Can be formed by sintering in a compressed state in a disk shape. When nitrile rubber (NBR) particles are used as rubber particles, a mixture of silica (SiO 2 ) particles and nitrile rubber (NBR) particles is compressed into a disk shape at a molding pressure of 200 to 1200 N / cm 2. In the molded state, it can be formed by sintering at a sintering temperature of 150 to 190 ° C. for 4 to 10 hours. The polishing pad 47 described above has a circular hole 47a formed at the center. In the polishing pad 47, the width between the outer peripheral edge and the circular hole 47a is set to a value larger than the diameter of the sapphire substrate described later. The polishing tool 45 configured as described above has the polishing tool 45 positioned on the lower surface of the mounter 44 fixed to the lower end of the rotary spindle 42, and a base of the polishing tool 45 through a through hole formed in the mounter 44. The mounter 44 is mounted by screwing a fastening bolt 48 into a blind screw hole 46 a formed in 46.

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は、上記研磨ユニット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）に移動せしめる研磨送り手段５を備えている。この研磨送り手段５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５１を具備している。この雄ねじロッド５１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５２および５３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材５２には雄ねじロッド５１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ５４が配設されており、このパルスモータ５４の出力軸が雄ねじロッド５１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、この連結部には上下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５１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ５４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５４が逆転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。   Referring back to FIG. 1, the grinding apparatus in the illustrated embodiment moves the polishing unit 3 in the vertical direction along the pair of guide rails 221 and 221 (perpendicular to a holding surface of a chuck table described later) Polishing feed means 5 that is moved in the direction). The polishing feed means 5 includes a male threaded rod 51 that is disposed on the front side of the upright wall 22 and extends in the vertical direction. The male screw rod 51 is rotatably supported by bearing members 52 and 53 whose upper end and lower end are attached to the upright wall 22. The upper bearing member 52 is provided with a pulse motor 54 as a drive source for rotationally driving the male screw rod 51, and an output shaft of the pulse motor 54 is transmission-coupled to the male screw rod 51. A connecting portion (not shown) that protrudes rearward from the center portion in the width direction is also formed on the rear surface of the movable base 31, and a through female screw hole (not shown) that extends in the vertical direction is formed in this connecting portion. The male screw rod 51 is screwed into the female screw hole. Therefore, when the pulse motor 54 rotates forward, the moving base 31, that is, the grinding unit 3 is lowered or moved forward, and when the pulse motor 54 reversely moves, the moving base 31, that is, the polishing unit 3 is raised or moved backward.

図１を参照して説明を続けると、装置ハウジング２０の主部２１にはチャックテーブル機構６が配設されている。チャックテーブル機構６は、被加工物保持手段としてのチャックテーブル６１と、該チャックテーブル６１の周囲を覆うカバー部材６２と、該カバー部材６２の前後に配設された蛇腹手段６３および６４を具備している。チャックテーブル６１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６１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と上記研磨ユニット３のスピンドルユニット４を構成する研磨工具４５と対向する研磨域２５との間で移動せしめられる。蛇腹手段６３および６４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６３の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材６２の前端面に固定されている。また、蛇腹手段６４の前端はカバー部材６２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６１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６３が伸張されて蛇腹手段６４が収縮され、チャックテーブル６１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６３が収縮されて蛇腹手段６４が伸張せしめられる。   Continuing the description with reference to FIG. 1, the chuck table mechanism 6 is disposed in the main portion 21 of the apparatus housing 20. The chuck table mechanism 6 includes a chuck table 61 as a workpiece holding means, a cover member 62 that covers the periphery of the chuck table 61, and bellows means 63 and 64 disposed before and after the cover member 62. ing. The chuck table 61 is configured to be rotated by a rotation drive mechanism (not shown), and is configured to suck and hold a workpiece on its upper surface by operating a suction means (not shown). Further, the chuck table 61 is moved between a workpiece placing area 24 shown in FIG. 1 and a polishing area 25 facing the polishing tool 45 constituting the spindle unit 4 of the polishing unit 3 by a chuck table moving means (not shown). It can be moved. The bellows means 63 and 64 can be formed from any suitable material such as campus cloth. The front end of the bellows means 63 is fixed to the front wall of the main portion 21, and the rear end is fixed to the front end surface of the cover member 62. The front end of the bellows means 64 is fixed to the rear end surface of the cover member 62, and the rear end is fixed to the front surface of the upright wall 22 of the apparatus housing 2. When the chuck table 61 is moved in the direction indicated by the arrow 23a, the bellows means 63 is expanded and the bellows means 64 is contracted. When the chuck table 61 is moved in the direction indicated by the arrow 23b, the bellows means 63 is The bellows means 64 is expanded by contraction.

上述した研磨工具４５を装備した研磨装置２によってサファイア基板の表面を平滑に加工する加工方法について説明する。
図４には、サファイア基板の斜視図が示されている。図４に示すサファイア基板１０は、サファイアインゴットから切り出された後、表面１０aおよび裏面１０bがラッピング、ポリッシング等の加工が施されてうねりが除去されるとともに均一な厚み（例えば、４００μm）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の表面１０a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を積層して形成するためには、表面１０aの面粗さを０．０１μm以下の平滑面に仕上げる必要がある。 A processing method for processing the surface of the sapphire substrate smoothly with the polishing apparatus 2 equipped with the polishing tool 45 described above will be described.
FIG. 4 shows a perspective view of the sapphire substrate. After the sapphire substrate 10 shown in FIG. 4 is cut out from the sapphire ingot, the front surface 10a and the back surface 10b are subjected to processing such as lapping and polishing to remove waviness and have a uniform thickness (for example, 400 μm). ing. In order to form an optical device layer composed of an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer on the surface 10a of the sapphire substrate 10 formed in this way, the surface roughness of the surface 10a is 0. It is necessary to finish to a smooth surface of 01 μm or less.

上記サファイア基板１０の表面１０aを研磨装置２を用いて平滑に加工するには、図１に示すように研磨装置２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６１の上面である保持面上に上記サファイア基板１０の裏面１０b側を載置する。そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル６１上にサファイア基板１０を吸着保持する（サファイア基板保持工程）。従って、チャックテーブル６１上に保持されたサファイア基板１０は、表面１０aが上側となる。このようにして、チャックテーブル６１上にサファイア基板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６１を矢印２３ａで示す方向に移動し研磨域２５に位置付ける。このようにチャックテーブル６１が研磨域２５に位置付けられたならば、チャックテーブル６１を図５において矢印６１aで示す方向に例えば６０ｒｐｍで回転しつつ、研磨工具４５を図５において矢印４５aで示す方向に例えば１２００ｒｐｍで回転せしめて図５に示すように研磨パッド４７を被加工面であるサファイア基板１０の表面１０aに接触せしめ、所定の圧力（例えば、１００N）で押圧して乾式研磨する（表面研磨工程）。この表面研磨工程においては、サファイア基板１０は、研磨パッド４７の外周縁と円形の穴４７aとの間に位置付けられる。従って、研磨パッド４７の研磨面（下面）がサファイア基板１０の被加工面である表面１０aの全面に接触する。このように、シリカ(SiO2)粒子をゴム粒子で固めた研磨パッド４７によってサファイア(AlO3)基板３を研磨すると、シリカ(SiO2)とサファイア(AlO3)が反応して粉末状のムライト（SiO2AlO3）が生成されことにより、サファイア基板１０の表面１０aが研磨され、表面１０aに生成された加工歪が除去されるとともに、表面１０aは面粗さが０．０００２μm以下の平滑面に形成することができる。本発明者による実験によると、上述した表面研磨工程を実施することにより１分間に０．６μm（０．６μm／分）研磨することができ、サファイア基板の表面から３μm研磨すると面粗さを０．０００２μmの平滑面に形成することができた。従って、上述した表面研磨工程を５分間実施することによりサファイア基板の表面を面粗さが０．０００２μmの平滑面に仕上げることができる。一方、CMPは加工速度が０．０６μm／分であるため、サファイア基板の表面を３μmCMP加工するために５０分の加工時間を要する。このように本発明による研磨工具４５を用いて乾式研磨することにより、加工時間をCMPの１０分の１に短縮することができる。 In order to process the surface 10a of the sapphire substrate 10 smoothly using the polishing apparatus 2, it is the upper surface of the chuck table 61 positioned in the workpiece placement area 24 of the polishing apparatus 2 as shown in FIG. The back surface 10b side of the sapphire substrate 10 is placed on the holding surface. Then, the sapphire substrate 10 is sucked and held on the chuck table 61 by suction means (not shown) (sapphire substrate holding step). Accordingly, the surface 10a of the sapphire substrate 10 held on the chuck table 61 is on the upper side. Thus, when the sapphire substrate 10 is sucked and held on the chuck table 61, the chuck table moving means (not shown) is operated to move the chuck table 61 in the direction indicated by the arrow 23a and position it in the polishing zone 25. When the chuck table 61 is thus positioned in the polishing area 25, the polishing table 45 is rotated in the direction indicated by the arrow 45a in FIG. 5 while the chuck table 61 is rotated in the direction indicated by the arrow 61a in FIG. For example, the polishing pad 47 is rotated at 1200 rpm, and the polishing pad 47 is brought into contact with the surface 10a of the sapphire substrate 10 which is the surface to be processed, and is pressed by a predetermined pressure (for example, 100 N) for dry polishing (surface polishing step) ). In this surface polishing step, the sapphire substrate 10 is positioned between the outer peripheral edge of the polishing pad 47 and the circular hole 47a. Therefore, the polishing surface (lower surface) of the polishing pad 47 comes into contact with the entire surface 10 a which is the processing surface of the sapphire substrate 10. As described above, when the sapphire (AlO 3 ) substrate 3 is polished by the polishing pad 47 in which silica (SiO 2 ) particles are hardened with rubber particles, silica (SiO 2 ) and sapphire (AlO 3 ) react to form powdery mullite. By generating (SiO 2 AlO 3 ), the surface 10a of the sapphire substrate 10 is polished, the processing strain generated on the surface 10a is removed, and the surface 10a has a smooth surface with a surface roughness of 0.0002 μm or less. Can be formed. According to an experiment by the present inventor, it is possible to polish 0.6 μm (0.6 μm / min) per minute by performing the above-described surface polishing step, and to reduce the surface roughness by polishing 3 μm from the surface of the sapphire substrate. It was possible to form on a smooth surface of .0002 μm. Therefore, the surface polishing process described above is performed for 5 minutes, whereby the surface of the sapphire substrate can be finished to a smooth surface with a surface roughness of 0.0002 μm. On the other hand, since the processing speed of CMP is 0.06 μm / min, a processing time of 50 minutes is required to process the surface of the sapphire substrate by 3 μm. Thus, by dry-polishing using the polishing tool 45 according to the present invention, the processing time can be reduced to 1/10 of CMP.

なお、上述した表面研磨工程が実施されたサファイア基板１０は、研磨された表面１０a側が凹状に反り返る傾向があるため、裏面１０bも研磨して加工歪みを除去することが望ましい。このサファイア基板１０の裏面１０bを研磨するには、上記図１に示す研磨装置２を用いて実施する。なお、サファイア基板１０の裏面１０bを研磨するに際しては、上述したサファイア基板１０の表面１０aを保護するために、図６に示すようにサファイア基板１０の表面１０aに保護テープ１１を貼着する。   In addition, since the sapphire substrate 10 on which the above-described surface polishing step has been performed has a tendency that the polished front surface 10a side warps in a concave shape, it is desirable that the back surface 10b is also polished to remove processing distortion. The back surface 10b of the sapphire substrate 10 is polished using the polishing apparatus 2 shown in FIG. When polishing the back surface 10b of the sapphire substrate 10, in order to protect the surface 10a of the sapphire substrate 10 described above, a protective tape 11 is attached to the surface 10a of the sapphire substrate 10 as shown in FIG.

次に、上述した表面を研磨する際と同様に、図１に示すように研磨装置２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６１の上面である保持面上にサファイア基板１０の表面１０aに貼着された保護テープ１１側を載置する。そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル６１上に保護テープ１１を介してサファイア基板１０を吸着保持する。従って、チャックテーブル６１上に保持されたサファイア基板１０は、裏面１０bが上側となる。このようにして、チャックテーブル６１上にサファイア基板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６１を矢印２３ａで示す方向に移動し研磨域２５に位置付ける。このようにチャックテーブル６１が研磨域２５に位置付けられたならば、チャックテーブル６１を図７において矢印６１aで示す方向に例えば６０ｒｐｍで回転しつつ、研磨工具４５を図７において矢印４５aで示す方向に例えば１２００ｒｐｍで回転せしめて図７に示すように研磨パッド４７を被加工面であるサファイア基板１０の裏面１０bに接触せしめ、所定の圧力（例えば、１００N）で押圧して乾式研磨する（裏面研磨工程）。なお、この裏面研磨工程も上記表面研磨工程と同様に、サファイア基板１０は研磨パッド４７の外周縁と円形の穴４７aとの間に位置付けられる。この結果、サファイア基板１０の裏面１０bが研磨され裏面１０bに生成された研削歪が除去されるとともに、上記表面１０aと同様に裏面１０bは面粗さが０．０００２μm以下の平滑面に形成される。このように、裏面研磨工程を実施してサファイア基板１０の裏面１０bに生成された加工歪を除去することにより、サファイア基板１０に反り返りが発生ことを防止できる。   Next, as in the case of polishing the surface described above, the sapphire substrate 10 is placed on the holding surface, which is the upper surface of the chuck table 61 positioned in the workpiece mounting area 24 of the polishing apparatus 2 as shown in FIG. The protective tape 11 side stuck on the surface 10a is placed. Then, the sapphire substrate 10 is sucked and held on the chuck table 61 via the protective tape 11 by suction means (not shown). Accordingly, the back surface 10b of the sapphire substrate 10 held on the chuck table 61 is on the upper side. Thus, when the sapphire substrate 10 is sucked and held on the chuck table 61, the chuck table moving means (not shown) is operated to move the chuck table 61 in the direction indicated by the arrow 23a and position it in the polishing zone 25. When the chuck table 61 is thus positioned in the polishing area 25, the polishing tool 45 is moved in the direction indicated by the arrow 45a in FIG. 7 while the chuck table 61 is rotated in the direction indicated by the arrow 61a in FIG. For example, the polishing pad 47 is rotated at 1200 rpm, and the polishing pad 47 is brought into contact with the back surface 10b of the sapphire substrate 10 as the processing surface and pressed with a predetermined pressure (for example, 100 N) as shown in FIG. ). In this backside polishing step, the sapphire substrate 10 is positioned between the outer peripheral edge of the polishing pad 47 and the circular hole 47a in the same manner as in the surface polishing step. As a result, the back surface 10b of the sapphire substrate 10 is polished and the grinding distortion generated on the back surface 10b is removed, and the back surface 10b is formed on a smooth surface having a surface roughness of 0.0002 μm or less in the same manner as the front surface 10a. . Thus, by performing the back surface polishing step and removing the processing strain generated on the back surface 10b of the sapphire substrate 10, it is possible to prevent the sapphire substrate 10 from warping.

以上のようにして表面および裏面が研磨されたサファイア基板１０は、表面に光デバイス層を積層して形成する光デバイス層形成工程に搬送される。   The sapphire substrate 10 whose front and back surfaces are polished as described above is transported to an optical device layer forming step in which an optical device layer is formed on the front surface.

上述した研磨工具を構成する研磨パッドは、シリカ粒子とゴム粒子を混合した混合物を円板状に成型し焼結して形成されているので、サファイア基板の被加工面を研磨すると研磨パッドのシリカ(SiO2)とサファイア(AlO3)が反応して粉末状のムライト（SiO2AlO3）が生成されことにより、サファイア基板の被加工面の面粗さを０．０００２μm以下の平滑面に短時間（ＣＭＰの１０分の１）で形成することができる。本発明者による実験によると、面粗さが０．０００２μmに仕上がったサファイア基板の被加工面をシリカ粒子を研磨剤としてＣＭＰ加工すると、１０秒程度の短時間でサファイア基板の被加工面の面粗さを０．０００１μmに仕上げることが確認された。従って、本発明による研磨工具による乾式研磨とＣＭＰを併用しても５分１０秒の加工時間でサファイア基板の被加工面を０．０００１μmの面粗さに仕上げることができる。 The polishing pad constituting the polishing tool described above is formed by molding a mixture of silica particles and rubber particles into a disk shape and sintering it, so that when the work surface of the sapphire substrate is polished, the polishing pad silica (SiO 2 ) and sapphire (AlO 3 ) react to produce powdered mullite (SiO 2 AlO 3 ), thereby reducing the surface roughness of the processed surface of the sapphire substrate to a smooth surface of 0.0002 μm or less. It can be formed in time (1/10 of CMP). According to an experiment by the present inventor, when a processed surface of a sapphire substrate having a surface roughness of 0.0002 μm is subjected to CMP processing using silica particles as an abrasive, the surface of the processed surface of the sapphire substrate in a short time of about 10 seconds It was confirmed that the roughness was finished to 0.0001 μm. Therefore, even if dry polishing using the polishing tool according to the present invention and CMP are used in combination, the processed surface of the sapphire substrate can be finished to a surface roughness of 0.0001 μm in a processing time of 5 minutes and 10 seconds.

２：研磨装置
２０：装置ハウジング
３：研磨ユニット
３１：移動基台
４：研磨ユニットのスピンドルユニット
４１：スピンドルハウジング
４１５：プレート収容室
４２：回転スピンドル
４４：マウンター
４５：研磨工具
４６：基台
４７：研磨パッド
５：研磨送り手段
６：チャックテーブル機構
６１：チャックテーブル
１０：サファイア基板
１１：保護テープ 2: Polishing device 20: Device housing 3: Polishing unit 31: Moving base 4: Spindle unit of polishing unit 41: Spindle housing 415: Plate storage chamber 42: Rotating spindle 44: Mounter 45: Polishing tool 46: Base 47: Polishing pad 5: Polishing feed means 6: Chuck table mechanism 61: Chuck table 10: Sapphire substrate 11: Protective tape

Claims (2)

光デバイス層が積層されるサファイア基板を平滑に加工するためのサファイア基板の研磨工具であって、
基台と、該基台の下面に装着される研磨パッドとからなり、
該研磨パッドは、シリカ粒子とゴム粒子を混合した混合物を焼結して形成されている、
ことを特徴とするサファイア基板の研磨工具。 A sapphire substrate polishing tool for smoothly processing a sapphire substrate on which an optical device layer is laminated,
A base and a polishing pad attached to the lower surface of the base;
The polishing pad is formed by sintering a mixture of silica particles and rubber particles.
A polishing tool for a sapphire substrate. シリカ粒子とゴム粒子を混合した混合物は、重量比が９５：５〜７０：３０に設定されている、請求項1記載のサファイア基板の研磨工具。   2. The polishing tool for a sapphire substrate according to claim 1, wherein the mixture of silica particles and rubber particles is set to a weight ratio of 95: 5 to 70:30.
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