JP5501785B2 - サファイア基板の加工方法 - Google Patents
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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加工方法に関する。
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。（例えば、特許文献１参照。）
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。）
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。
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加工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、サファイアインゴットから切り出され表面および裏面が加工されてうねりが除去されるとともに均一な厚みに形成され表面に光デバイス層が積層されるサファイア基板の加工方法であって、
サファイア基板の裏面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の表面を粒径が５０μm以下のシリカ（ＳｉＯ ２ ）粒子と粒径が５００μm以下のニトリルゴム（ＮＢＲ）粒子を重量比で９５〜７０：５〜３０の割合で混合して固めて構成した研磨パッドによって乾式研磨し、面粗さを０．０１μm以下に仕上げ、
サファイア基板の表面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の裏面を該研磨パッドによって乾式研磨し、加工歪を除去する、
ことを特徴とするサファイア基板の加工方法が提供される。
サファイア基板の裏面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の表面を粒径が５０μm以下のシリカ（ＳｉＯ ２ ）粒子と粒径が５００μm以下のニトリルゴム（ＮＢＲ）粒子を重量比で９５〜７０：５〜３０の割合で混合して固めて構成した研磨パッドによって乾式研磨し、面粗さを０．０１μm以下に仕上げ、
サファイア基板の表面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の裏面を該研磨パッドによって乾式研磨し、加工歪を除去する、
ことを特徴とするサファイア基板の加工方法が提供される。
本発明によるサファイア基板の加工方法は、サファイア基板の裏面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の表面を粒径が５０μm以下のシリカ（ＳｉＯ ２ ）粒子と粒径が５００μm以下のニトリルゴム（ＮＢＲ）粒子を重量比で９５〜７０：５〜３０の割合で混合して固めて構成した研磨パッドによって乾式研磨するので、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０．０１μm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。
また、本発明によるサファイア基板の加工方法は、サファイア基板の表面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の裏面を該研磨パッドによって乾式研磨し、加工歪を除去するので、サファイア基板の裏面が研磨され裏面に生成された研削歪が除去されるとともに、上記表面と同様に裏面が平滑面に形成される。このように、サファイア基板の裏面に生成された加工歪を除去することにより、サファイア基板に反り返りが発生することを防止できる。
また、本発明によるサファイア基板の加工方法は、サファイア基板の表面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の裏面を該研磨パッドによって乾式研磨し、加工歪を除去するので、サファイア基板の裏面が研磨され裏面に生成された研削歪が除去されるとともに、上記表面と同様に裏面が平滑面に形成される。このように、サファイア基板の裏面に生成された加工歪を除去することにより、サファイア基板に反り返りが発生することを防止できる。
以下、本発明によるサファイア基板の加工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加工方法によって加工されるサファイア基板の斜視図が示されている。図１に示すサファイア基板２は、サファイアインゴットから切り出された後、表面２aおよび裏面２b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２の表面２a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２aの面粗さを０．０１μm以下の平滑面に仕上げる必要がある。
図１には、本発明によるサファイア基板の加工方法によって加工されるサファイア基板の斜視図が示されている。図１に示すサファイア基板２は、サファイアインゴットから切り出された後、表面２aおよび裏面２b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２の表面２a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２aの面粗さを０．０１μm以下の平滑面に仕上げる必要がある。
以下、上記サファイア基板２の表面２aを面粗さが０．０１μm以下に効率よく加工する加工方法について説明する。
図２には、本発明によるサファイア基板の加工方法を実施するための研磨装置の要部斜視図が示されている。図２に示す研磨装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１に保持された被加工物を研磨する研磨手段３２を具備している。チャックテーブル３１は、上面に被加工物を吸引保持し図２において矢印３１aで示す方向に回転せしめられる。研磨手段３２は、スピンドルハウジング３２１と、該スピンドルハウジング３２１に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２の下端に装着されたマウンター３２３と、該マウンター３２３の下面に取り付けられた研磨工具３２４とを具備している。この研磨工具３２４は、円板状の基台３２５と、該基台３２５の下面に装着された研磨パッド３２６とからなっており、基台３２５がマウンター３２３の下面に締結ボルト３２７によって取り付けられている。なお、研磨パッド３２６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３２６は、例えば粒径が５０μm以下のシリカ(SiO2)粒子と粒径が５００μm以下のニトリルゴム(NBR)粒子を重量比で９５〜７０：５〜３０の割合で混合し、このシリカ(SiO2)粒子とニトリルゴム(NBR)粒子との混合物を２００〜１２００N／cm2の成型圧力で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。また、研磨パッド３２６は、直径が被加工物としてのサファイア基板２の直径より大きい値に形成されている。
図２には、本発明によるサファイア基板の加工方法を実施するための研磨装置の要部斜視図が示されている。図２に示す研磨装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１に保持された被加工物を研磨する研磨手段３２を具備している。チャックテーブル３１は、上面に被加工物を吸引保持し図２において矢印３１aで示す方向に回転せしめられる。研磨手段３２は、スピンドルハウジング３２１と、該スピンドルハウジング３２１に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２の下端に装着されたマウンター３２３と、該マウンター３２３の下面に取り付けられた研磨工具３２４とを具備している。この研磨工具３２４は、円板状の基台３２５と、該基台３２５の下面に装着された研磨パッド３２６とからなっており、基台３２５がマウンター３２３の下面に締結ボルト３２７によって取り付けられている。なお、研磨パッド３２６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３２６は、例えば粒径が５０μm以下のシリカ(SiO2)粒子と粒径が５００μm以下のニトリルゴム(NBR)粒子を重量比で９５〜７０：５〜３０の割合で混合し、このシリカ(SiO2)粒子とニトリルゴム(NBR)粒子との混合物を２００〜１２００N／cm2の成型圧力で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。また、研磨パッド３２６は、直径が被加工物としてのサファイア基板２の直径より大きい値に形成されている。
上述した研磨装置３を用いて上記サファイア基板２の表面２aを研磨するには、図２および図３に示すようにチャックテーブル３１の上面（保持面）に上記サファイア基板２の裏面２b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３１上にサファイア基板２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３１上に保持されたサファイア基板２は、表面２aが上側となる。このようにチャックテーブル３１上にサファイア基板２を吸引保持したならば、チャックテーブル３１を図２および図３において矢印３１aで示す方向に例えば６０ｒｐｍで回転しつつ、研磨手段３２の研磨工具３２４を図２および図３において矢印３２４aで示す方向に例えば１２００ｒｐｍで回転せしめて図３に示すように研磨パッド３２６を被加工面であるサファイア基板２の表面２a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、研磨パッド３２６とサファイア基板２は、互いの回転中心が偏芯した状態で研磨パッド３２６の研磨面（下面）がサファイア基板２の被加工面である表面２aの全面に接触するように位置付けられる。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３２６によってサファイア(AlO3)基板２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２の表面２aが研磨され、表面２aに生成された加工歪が除去されるとともに、表面２aは面粗さが０．０００２μm以下の平滑面に形成することができる。本発明者等の実験によると、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加工を実施することにより、加工時間をCMPの１０分の１に短縮することができる。
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２は、上述したように表面２aを研磨すると表面２a側が凹状に反り返る傾向があるため、裏面２b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２の裏面２bを研磨するは、上記図２に示す研磨装置３を用いて実施する。なお、サファイア基板２の裏面２bを研磨するに際しては、上述したサファイア基板２の表面２aを保護するために、図４に示すようにサファイア基板２の表面２aに保護テープ４を貼着する（保護部材貼着工程）。
次に、図５に示すようにチャックテーブル３１の上面（保持面）にサファイア基板２の表面２aに貼着された保護テープ４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３１上に保護テープ４を介してサファイア基板２を吸着保持する。従って、チャックテーブル３１上に保持されたサファイア基板２は、裏面２bが上側となる。このようにチャックテーブル３１上に保護テープ４を介してサファイア基板２を吸引保持したならば、上記表面研磨工程と同様にチャックテーブル３１を図５において矢印３１aで示す方向に例えば６０ｒｐｍで回転しつつ、研磨手段３２の研磨工具３２４を図５において矢印３２４a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３２６を被加工面であるサファイア基板２の裏面２b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、研磨パッド３２６とサファイア基板２は、互いの回転中心が偏芯した状態で研磨パッド３２６の研磨面（下面）がサファイア基板２の被加工面である裏面２bの全面に接触するように位置付けられる。この結果、サファイア基板２の裏面２bが研磨され裏面２bに生成された研削歪が除去されるとともに、上記表面２aと同様に裏面２b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２の裏面２b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２に反り返りが発生ことを防止できる。
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２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。
上述したサファイア基板の加工方法においては、サファイア基板の裏面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の表面をシリカ粒子をゴム材で固めて構成した研磨パッドによって乾式研磨するので、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、サファイア基板の表面の面粗さを０．０１μm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。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。本発明者等の実験によると、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、本発明による加工方法と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。
２：サファイア基板
３：研磨装置
３１：研磨装置のチャックテーブル
３２：研磨手段
３２４：研磨工具
３２６：研磨パッド
４：保護テープ
３：研磨装置
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３２６：研磨パッド
４：保護テープ
Claims (1)
- サファイアインゴットから切り出され表面および裏面が加工されてうねりが除去されるとともに均一な厚みに形成され表面に光デバイス層が積層されるサファイア基板の加工方法であって、
サファイア基板の裏面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の表面を粒径が５０μm以下のシリカ（ＳｉＯ ２ ）粒子と粒径が５００μm以下のニトリルゴム（ＮＢＲ）粒子を重量比で９５〜７０：５〜３０の割合で混合して固めて構成した研磨パッドによって乾式研磨し、面粗さを０．０１μm以下に仕上げ、
サファイア基板の表面側を研磨装置のチャックテーブルに保持し、サファイア基板の裏面を該研磨パッドによって乾式研磨し、加工歪を除去する、
ことを特徴とするサファイア基板の加工方法。
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