JP2013135117A - サファイア基板 - Google Patents

Abstract

【課題】サファイア基板の外周に欠けを発生させることなく、サファイア基板を厚みが１８０μｍ以下となるように研削できるサファイア基板を提供することを目的とする。
【解決手段】サファイア基板５の上面５０および下面５１の外周を囲繞する側面５２を有するサファイア基板であって、サファイア基板５の上面５０または下面５１と側面５２とによって形成される角部５３に面取り部５４が形成され、面取り部５４は、上面５０または下面５１を基準として厚さ方向に５０μｍ以下の高さに形成されるとともに面取り部５４の角度が４５度以上９０度未満の角度に形成される。そのため、サファイア基板５の外周に欠けを発生させることなく、サファイア基板５の厚みを１８０μｍ以下の厚みに研削することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、研削装置によって研削が施されるサファイア基板に関する。

ＬＥＤ等の光デバイスが格子状の分割予定ラインによって区画され表面に形成されたサファイア基板は、その裏面が研削装置によって研削されて所定の厚さに形成された後、例えばレーザー加工装置により分割予定ラインにレーザー光線が照射され、個々の光デバイスに分割されて、照明機器、液晶テレビ、携帯電話機などの各種電気機器に組み込まれ利用される。

研削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削ホイールを回転可能に備えた研削手段と、研削手段を研削送りする研削送り手段と、を少なくとも備え、研削ホイールに備えた研削砥石を回転させながら回転するサファイア基板に接触させて研削送り手段によって押圧することにより、サファイア基板を高精度に所定の厚みに研削することができる（例えば、下記の特許文献１を参照）。

特開２０１１−４０６３１号公報

しかしながら、サファイア基板には、一方の面及び他方の面と側面とによって形成される角部を面取りした面取り部が形成されており、例えば、厚みが１３００μｍのサファイア基板には４５度の傾斜を有し１３０μｍ程度の高さを有する面取り部が形成されているため、かかるサファイア基板の一方の面に研削を施した場合は、面取り部が形成されていることに起因し、全体の厚みが１８０μｍに達したあたりから、サファイア基板の外周に細かい欠けが発生してサファイア基板の外周側に位置する光デバイスの品質が低下するという問題がある。また、サファイア基板の外周に発生した欠けに起因してサファイア基板の内部にもクラックが発生して光デバイスを破損させるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、サファイア基板について、外周に欠けを発生させることなく、厚みが１８０μｍ以下となるように薄く研削できるようにすることに解決すべき課題がある。

本発明は、サファイア基板の一方の面の外周縁から他方の面の外周縁に至るリング状の側面を有するサファイア基板であって、該サファイア基板の一方の面または他方の面と側面とによって形成される角部に面取り部が形成され、該面取り部は、一方の面または他方の面を基準として厚さ方向に５０μｍ以下の高さに形成されるとともに、外周側に一方の面または他方の面に対して４５度以上９０度未満の角度に傾斜して形成される。

上記の面取り部は、一方の面または他方の面に対して５０度以上８０度以下の角度に傾斜して形成されることが望ましい。

上記のサファイア基板の一方の面には、発光層が積層され、一方の面を基準として上記の面取り部が形成され、他方の面を研削して厚さ１００〜１２０μｍに仕上げられることが望ましい。

本発明では、サファイア基板の一方の面または他方の面と側面とによって形成される角部に面取り部が形成され、面取り部は、一方の面または他方の面を基準として厚さ方向に５０μｍ以下の高さに形成されるとともに、一方の面または他方の面に対して４５度以上９０度未満の角度に傾斜して形成され、一方の面または他方の面に対する傾斜角度が従来よりも大きくなるため、砥石による研削時の押圧力に対するサファイア基板の耐久力が向上し、サファイア基板の外周に欠けを発生させることなく、サファイア基板の厚みを１８０μｍ以下の厚みに研削することができる。

また、面取り部が、一方の面または他方の面に対して５０度以上８０度以下の角度に傾斜して形成されると、面取り部の機能を有した状態でサファイア基板の外周に欠けが発生することをより確実に防止することができる。

研削装置の一例を示す斜視図である。 （ａ）は、発光層が形成されたサファイア基板の上面側を示す斜視図である。（ｂ）は、発光層が形成され角部が形成されたサファイア基板の部分断面図である。（ｃ）は、発光層が形成され面取り部が形成されたサファイア基板の部分断面図である。 面取り部が形成され上面に発光層が積層されていないサファイア基板の部分断面図である。 サファイア基板の上面側をフレームと一体となった保護テープに貼着する状態を示す斜視図である。 保護テープを介してフレームに支持されているサファイア基板をチャックテーブルに保持させる状態を示す斜視図である。 チャックテーブルにサファイア基板を吸引保持した状態を示す断面図である。 サファイア基板の下面を研削する状態を示す斜視図である。

図１に示す研削装置１は、図２に示すサファイア基板５及び図３に示すサファイア基板５ａを研削する研削装置である。まず、研削装置１の装置構成について説明する。

図１に示すように、研削装置１は、Ｙ軸方向に延びる装置ベース２ａと、装置ベース２ａ後部においてＺ軸方向に延びる立設基台２ｂと、から構成され、立設基台２ｂの前側において研削手段２０と、研削手段２０をＺ軸方向に研削送りする研削送り手段３０とが配設されている。装置ベース２ａの上面には、伸縮自在の蛇腹３が配設され、蛇腹３には回転可能なチャックテーブル１０が移動基台４を介して配設されている。

研削手段２０は、Ｚ軸方向の軸心を有するスピンドル２１と、スピンドル２１を回転可能に支持するスピンドルハウジング２２と、スピンドルハウジング２２の外周を保持する保持部２３と、スピンドル２１を回転させるモータ２４とを備えている。スピンドル２１の下端には、マウンタ２５が装着されており、マウンタ２５の下端において研削ホイール２６がボルト２７によって固定されている。研削ホイール２６の下部には、複数の砥石２８が固着されている。そして、研削手段２０は、モータ２４がスピンドル２１を回転させることにより、研削ホイール２６を所定の回転速度で回転させることができる。

研削送り手段３０は、Ｚ軸方向に延びるボールスクリュー３１と、ボールスクリュー３１の上端に取り付けられたモータ３２と、ボールスクリュー３１と平行に配設された一対のガイドレール３３と、研削手段２０をＺ軸方向に研削送りする移動基台３４とを備えている。移動基台３４の一方の面には、スピンドルハウジング２２を保持する保持部２３が固定されており、他方の面の中央部分には、図示しないナット構造が形成され、このナット構造にボールスクリュー３１が螺合している。そして、モータ３２の駆動によってボールスクリュー３１が回動することにより、移動基台３４がガイドレール３３にガイドされ研削送り手段２０をＺ軸方向に移動させることができる。

図２に示すサファイア基板５は、本発明にかかるサファイア基板の第一例である。図２（ａ）に示すサファイア基板５は、円板状に形成されており、一方の面とその裏面側に位置する他方の面とを有している。以下の説明においては、図２における一方の面を上面５０とし、他方の面を下面５１とする。

図２（ａ）に示すように、サファイア基板５は、上面５０の外周縁から下面５１の外周縁に至るリング状の側面５２を有する。サファイア基板５の上面５０には、格子状の分割予定ライン５６によって区画された領域に複数の光デバイス５７が形成されている。また、サファイア基板５の側面５２には、基板の結晶方位を示すマークであるノッチ５８が形成されている。

図２（ｂ）に示すように、サファイア基板５には、上面５０と側面５２との境界部分に角部５３が形成されている。また、下面５１と側面５２との境界部分に角部５３’が形成されている。また、上面５０には発光層５５が積層され、発光層５５に光デバイス５７が形成されている。

図２（ｃ）に示すように、研削前のサファイア基板５の厚みＴ２は、例えば１３００μｍとなっており、図１に示した研削装置１によってサファイア基板５の下面５１が研削されサファイア基板の厚みＴ２が、例えば１００〜１２０μｍに至るまで研削される。

搬送等の際にサファイア基板５の側面５２側に欠けが発生することを防止するため、サファイア基板５には、角部５３を所定角度に切り欠いて面取り部５４が形成されている。

面取り部５４は、図２（ｂ）に示した角部５３を上面５０から外周側下方に向けて平面状に切り欠いた斜面５００となっており、面取り部５４の高さＴ１は、上面５０を基準としてサファイア基板５の厚さ方向に５０μｍ以下に形成することが望ましい。

面取り部５４は、上記のような高さＴ１に形成されるとともに、斜面５００から延長させた線Ｌ１と上面５０とがなす角度αが４５度以上９０度未満に形成されることが望ましい。

また、サファイア基板５は、図２（ｂ）に示すように、角部５３’を所定角度切り欠いて、図２（ｃ）に示す面取り部５４’を形成する。面取り部５４’、面取り部５４の高さＴ１と同様の高さＴ１’に形成されるとともに、斜面５００’から延長させた平行線Ｌ２と下面５１とがなす角度αが４５度以上９０度未満に形成されることが望ましい。

なお、研削後のサファイア基板を搬送する際に、サファイア基板の外周に欠けが発生することを防止するために、面取り部５４の高さＴ１及び面取り部５４’の高さＴ１’の下限は、２０μｍとすることが好ましい。

面取り部５４、５４’は、例えば、面取り部５４、５４’に対応する形状の砥石を側面５２にあてがい、その砥石の形状を側面５２に転写することによって、面取り部５４、５４’を形成することができる。

図３に示すサファイア基板５ａは、本発明にかかるサファイア基板の第二例である。
図３に示すように、サファイア基板５ａにおいては、その上面５０ａに発光層５５が積層されておらず、上面５０ａ基準として面取り部５４ａが形成されている。

研削前のサファイア基板５ａの厚みＴ４は、例えば１３００μｍとなっており、図１に示した研削装置１によってサファイア基板５ａの上面５０ａが研削されサファイア基板５ａの厚みＴ４が、例えば１００〜１２０μｍに至るまで研削される。

面取り部５４ａは、サファイア基板５ａの側面５２ａ側を下方に傾斜させて斜面５００ａとなっており、面取り部５４ａの高さＴ３は、上面５０ａを基準としてサファイア基板５ａの厚さ方向に５０μｍ以下に形成されることが望ましい。

面取り部５４ａは、上記のような高さＴ３に形成されるとともに、斜面５００ａから延長させた線Ｌ３と上面５０ａとの間の角度αが４５度以上９０度未満に形成されることが望ましい。

なお、研削後のサファイア基板を搬送する際に、サファイア基板の外周に欠けが発生することを防止するために、面取り部５４ａの高さＴ３の下限は、２０μｍまでとすることが好ましい。

図４に示すように、サファイア基板５を支持する環状のフレーム６は、金属によって形成され、中央部分が開口しており、当該中央部分を閉塞するようにフレーム６の下面に粘着性の保護テープ７が貼着されている。そして、サファイア基板５の上面５０を保護テープ７に貼着することによって、サファイア基板５は、保護テープ７を介してフレーム６と一体となる。

図５及び図６に示すチャックテーブル１０は、サファイア基板５を保持する保持面１１と、サファイア基板５の上面５０を下方から吸引する吸引部１２と、フレーム６を支持するリング状の磁石１３と、チャックテーブル１０を回転可能に支持する軸部１４と、吸引部１２の下端に連結し吸引源１５に連通する吸引孔１６とを備えている。

図６に示すように、吸引部１２は、多孔質部材より形成されている。そして、チャックテーブル１０は、吸引源１５から発生する吸引力が吸引孔１６を通じて吸引部１２に伝達されることにより、保護テープ７を介してフレーム６と一体となっているサファイア基板５をチャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持することができる。

図６に示すように、吸引部１２とリング状の磁石１３との間のチャックテーブル１０の表面は、磁石１３側を所定角度下方に傾斜を設けた斜面１７となっている。

このように構成される研削装置１によって、上記の如く構成されるサファイア基板５やサファイア基板５ａを研削する。以下においては、サファイア基板５を研削する一連の動作例を説明する。

図４に示すように、サファイア基板５を反転させ下面５１を上向きに露出させ、上面５０をフレーム６と一体となっている保護テープ７に対面させる。そして、サファイア基板５を下降させて上面５０を保護テープ７に貼着する。

図５に示すように、サファイア基板５が保護テープ７を介してフレーム６に支持された後、フレーム６と一体となったサファイア基板５をチャックテーブル１０に向けて下降させてチャックテーブル１０の保持面１１に載置する。

保持面１１にサファイア基板５が載置された後、サファイア基板５の上面５０がチャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持されるとともに、フレーム６の下部が磁石１３に磁着される。この結果、フレーム６は、磁石１３の磁着力によって、保持面１１の位置よりも下方において支持された状態となる。また、保護テープ７には張力が発生し、チャックテーブル１０の斜面１７にならって張った状態となる。

チャックテーブル１０にサファイア基板５が吸引保持された後、図１に示すチャックテーブル１０を回転させつつ、移動基台４をＹ軸方向に移動させ、チャックテーブル１０を研削手段２０の下方に送り込む。これと同時に、研削手段２０が作動し研削ホイール２６を回転させながら、研削送り手段３０により研削ホイール２６をＺ軸方向に下降させる。

図７に示すように、研削ホイール２６を矢印Ａ方向に回転させるとともに、矢印Ｂで示すＺ軸方向に下降させて砥石２８をチャックテーブル１０に保持されたサファイア基板５の下面５１に接触させて、例えば厚み１００〜１２０μｍに至るまで研削する。研削中は、砥石２８がサファイア基板５の回転中心を常に通るようにする。

このように、サファイア基板５では、面取り部５４が上面５０または下面５１を基準としてサファイア基板５の厚さ方向に５０μｍ以下の高さに形成されるとともに面取り部５４の角度αが４５度以上９０度未満の角度に形成されるため、上面５０または下面５１に対する傾斜角度が従来よりも大きい。したがって、砥石２７による研削時の押圧力に対するサファイア基板５の耐久力が向上し、サファイア基板５の外周に欠けを発生させることなく、サファイア基板５の厚みを１８０μｍ以下の厚みに研削することができる。

図１に示した研削装置１によって下記の加工条件の下でサファイア基板の研削を行い、サファイア基板に生ずる欠けの有無及び量を確認した。

〔加工条件〕
１ 被加工物：サファイア基板
（１）厚み ：１３００μｍ
（２）面取り幅：５０μｍ
２ 研削条件：
（１）チャックテーブルの回転速度：５００ｒｐｍ
（２）研削ホイールの回転速度 ：１０００ｒｐｍ
（３）研削送り速度 ：０．５μｍ／秒

本発明者は、図２に示したサファイア基板５に形成される面取り部５４または面取り部５４’を形成するにあたり、サファイア基板５の上面５０または下面５１を基準として厚さ方向の高さＴ１が１００μｍ，９０μｍ，８０μｍ，７０μｍ，６０μｍ，５０μｍのものをそれぞれ形成するとともに、それらについて、図２（ｃ）で示した角度αが４５度、５０度、５５度、６０度、６５度、７０度、７５度、８０度、８５度のものをそれぞれ形成した。そして、サファイア基板５の上面５０または下面５１を図１に示した研削装置１によって研削した。

その結果、面取り部５４または面取り部５４’の高さが５０μｍ以下に形成されると、サファイア基板５の厚さが１００〜１２０μｍに至るまで研削されても、サファイア基板５の外周に発生する欠けが減少することが確認された。また、角度αを５０度、５５度、６０度、６５度、７０度、７５度、８０度、８５度と大きくするにつれて、サファイア基板５の外周に発生する欠けが減少することが確認された。しかし、８０度を超えると面取り部としての機能が低下することが確認された。

一方、角度αが４５度を下回ると、サファイア基板５の外周に発生する欠けが増大することが確認された。

以上の結果が示すように、硬質の基板であるサファイア基板５の外周に欠けが発生することを防止するためには、サファイア基板５に形成される面取り部の高さを５０μｍ以下に形成するとともに、角度αを少なくとも４５度以上９０度未満に形成することが効果的であることが確認された。そして、角度αを５０度以上８０度以下に形成すれば、面取り部としての機能を有した状態でサファイア基板の外周に欠けが発生するのをより確実に防止することができることも確認された。

１：研削装置
２ａ：装置ベース ２ｂ：立設基台
３：蛇腹
４：移動基台
５，５ａ：サファイア基板 ５０，５０ａ：上面 ５１，５１ａ：下面
５２，５２ａ：側面 ５３，５３’：角部 ５４，５４’，５４ａ：面取り部
５５：発光層 ５６：分割予定ライン ５７：デバイス ５８：ノッチ
５００，５００’，５００ａ：斜面
６：フレーム
７：保護テープ
１０：チャックテーブル １１：保持面 １２：吸引部 １３：磁石 １４：軸部
１５：吸引源 １６：吸引孔 １７：斜面
２０：研削手段 ２１：スピンドル ２２：スピンドルハウジング ２３：保持部
２４：モータ ２５：マウンタ ２６：研削ホイール ２７：ボルト ２８：砥石
３０：研削送り手段 ３１：ボールスクリュー ３２：モータ ３３：ガイドレール
３４：移動基台

Claims (3)

1. サファイア基板の一方の面の外周縁から他方の面の外周縁に至るリング状の側面を有するサファイア基板であって、
   該サファイア基板の一方の面または他方の面と側面とによって形成される角部に面取り部が形成され、
   該面取り部は、該一方の面または他方の面を基準として厚さ方向に５０μｍ以下の高さに形成されるとともに、外周側に該一方の面または他方の面に対して４５度以上９０度未満の角度に傾斜して形成されるサファイア基板。
2. 前記面取り部は、前記一方の面または他方の面に対して５０度以上８０度以下の角度に傾斜して形成される請求項１記載のサファイア基板。
3. サファイア基板の一方の面には、発光層が積層され、該一方の面を基準として請求項１または２に記載の面取り部が形成され、他方の面を研削して厚さ１００〜１２０μｍに仕上げられるサファイア基板。

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