JP5508120B2

JP5508120B2 - 硬質基板の加工方法

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Publication number: JP5508120B2
Application number: JP2010103865A
Authority: JP
Inventors: 一馬関家
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: JP2011233766A

Description

本発明は、光デバイスウエーハ等の基板となるサファイア基板等の硬質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や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体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。

サファイア基板や炭化珪素基板等の硬質基板の表面に形成される光デバイス層は、n型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層からなり、エピタキシャル法、CVD法等の気層成長技術によって積層して形成される。（例えば、特許文献１参照。）

特許第２８５９４７８号

而して、サファイア基板や炭化珪素基板等の硬質基板の表面に光デバイス層を積層する工程において、硬質基板は光デバイス層が積層された側に凸状に湾曲する。このため、硬質基板の表面に光デバイス層が積層して形成された光デバイスウエーハは光デバイス層が形成された表面側が凸状に湾曲した状態で後工程に送られるため、その後の作業に支障を来たすという問題がある。

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、硬質基板の表面に光デバイス層が積層された状態で、光デバイス層の表面が平坦となるように硬質基板を加工する硬質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、被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削するための環状の研削砥石を備えた研削ホイールおよび該研削ホイールを回転駆動するための駆動源を備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して進退せしめる研削送り手段とを具備し、該研削砥石は被加工物の直径より大きい外径を有している研削装置によって、該チャックテーブルを回転し該研削ホイールを回転しつつ研削送りして該チャックテーブルの保持面に保持された硬質基板を研削加工する硬質基板の加工方法であって、
チャックテーブルに保持された硬質基板の回転中心を環状の研削砥石が通過するとともに硬質基板の回転中心から研削が開始され徐々に同心円状の研削が外周に広がるようにチャックテーブルと研削ホイールとの位置関係をセットする工程と、
研削ホイールを回転するとともにチャックテーブルに保持された硬質基板の回転中心に研削砥石を接触させ硬質基板の回転中心から研削が開始され徐々に同心円状の研削が外周に広がるように研削ホイールを研削送りし、硬質基板の上面を回転中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状に研削する工程と、を含む、
ことを特徴とする硬質基板の加工方法が提供される。

また、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削するための環状の研削砥石を備えた研削ホイールおよび該研削ホイールを回転駆動するための駆動源を備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して進退せしめる研削送り手段とを具備し、該チャックテーブルの保持面は回転中心から外周に向けて漸次高さが低くなる凸状に形成されており、該研削砥石は被加工物の直径より大きい外径を有している研削装置によって、該チャックテーブルを回転し該研削ホイールを回転しつつ研削送りして該チャックテーブルの保持面に保持された硬質基板を研削加工する硬質基板の加工方法であって、
チャックテーブルに保持された硬質基板の回転中心を環状の研削砥石が通過するようにチャックテーブルと研削ホイールとの位置関係をセットする工程と、
研削ホイールを回転するとともにチャックテーブルに保持された硬質基板の回転中心に研削砥石を接触させ硬質基板の回転中心から研削が開始され徐々に同心円状の研削が外周に広がるように研削ホイールを研削送りし、硬質基板の上面を回転中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状に研削する工程と、を含む、
ことを特徴とする硬質基板の加工方法が提供される。

本発明による硬質基板の加工方法においては、硬質基板の上面を回転中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状に研削するので、加工された硬質基板の上面に光デバイス層を積層して形成する際に硬質基板は光デバイス層が積層された側に凸状に湾曲するが、硬質基板の上面が予め中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状に形成されているため、硬質基板の上面に形成された光デバイス層の上面は平坦となる。

本発明による硬質基板の加工方法を実施するための研削装置の斜視図。図１に示す研削装置に装備される研削ユニットの側面図。本発明による硬質基板の加工方法によって加工される硬質基板としてのサファイア基板の斜視図。本発明による硬質基板の加工方法の第１の実施形態を示す説明図。本発明による硬質基板の加工方法の第２の実施形態を実施するためのチャックテーブルの断面図。本発明による硬質基板の加工方法の第２の実施形態を示す説明図。本発明による硬質基板の加工方法によって加工されたサファイア基板の上面に光デバイス層を積層して形成した状態を示す説明図。

以下、本発明による硬質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更に詳細に説明する。

図１には本発明による硬質基板の加工方法を実施するための研削装置の斜視図が示されている。
図１に示す研削装置１は、全体を番号２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２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に研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と、該移動基台３１に配設された支持基台３２と、該支持基台３２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の前面に支持基台３２が支持機構３３によって取り付けられている。支持機構３３は、移動基台３１の前面に両側から突出して設けられた一対のブラケット３３１、３３１を備え、このブラケット３３１、３３１にそれぞれ配設された支持軸３３２によって支持基台３２の上端部を揺動可能に支持する。また、支持機構３３は、支持基台３２の取り付け角度を調整するための角度調整アクチュエータ３３３を備えている。この角度調整アクチュエータ３３３は、図２に示すように支持基台３２の前面に装着され、進退可能な支持ロッド３３３aの先端が支持基台３２の後面に当接して支持基台３２の取り付け角度を規制するようになっている。このようにして移動基台３１に配設された支持基台３２の前面には前方に突出した支持部３２１が設けられている。この支持部３２１にスピンドルユニット４が取り付けられる。

スピンドルユニット４は、図２に示すように支持部３２１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、その下端にはマウンター４４が設けられている。このマウンター４４の下面に研削ホイール４５が装着される。研削ホイール４５は、環状の基台４５１と該基台４５１の下面に環状に装着された研削砥石４５２とからなっており、環状の基台４５１がマウンター４４に締結ボルト４６によって取付けられる。研削砥石４５２は、図示の実施形態においては粒径が５０〜１００μmのダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで結合して構成されており、下面が研削面４５２aを形成する。なお、環状の研削砥石４５２は、後述する被加工物としての硬質基板の直径より大きい外径を有している。

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１は、上記研削ユニット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）に移動せしめる研削送り手段５を備えている。この研削送り手段５は、直立壁２２の前側に配設され上下方向に延びる雄ネジロッド５１を具備している。この雄ネジロッド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には雄ネジロッド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の出力軸が雄ネジロッド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ネジ穴（図示していない）が形成されており、この雌ネジ穴に上記雄ネジロッド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即ち研削ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

図１を参照して説明を続けると、装置ハウジング２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、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、ステンレス鋼等の金属材によって円盤状に形成されたチャックテーブル本体６１１と、該チャックテーブル本体６１１の上面に配設されたポーラスセラミック材によって円盤状に形成され吸引保持部材６１２とからなっており、吸引保持部材６１２が図示しない吸引手段に連通されている。このように構成されたチャックテーブル６１の吸引保持部材６１２は、直径が後述する被加工物としての硬質基板の直径に対応した大きさに形成されており、図１に示す実施形態においては上面が平坦面に形成され保持面６１２aとして機能する。従って、吸引保持部材６１２の保持面６１２aに被加工物を載置し、図示しない吸引手段を作動することにより、保持面６１２a上に被加工物を吸引保持する。このように構成されたチャックテーブル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と上記スピンドルユニット４を構成する研削ホイール４５と対向する研削域２５との間で移動せしめられる。

上記蛇腹手段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。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。

図示の実施形態における研削装置１は以上のように構成されており、以下研削装置１を用いて実施する本発明による硬質基板の加工方法の第１の実施形態について説明する。
図３には、本発明による硬質基板の加工方法に従って加工される硬質基板としてのサファイア基板１０が示されている。図３に示すサファイア基板１０は、例えば直径が５０mmで厚みが４００μmに形成されている。

上記サファイア基板１０を研削するには、図１に示すように研削装置１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を構成する吸引保持部材６１２の保持面６１２a上にサファイア基板１０の一方の面を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、チャックテーブル６１の保持面６１２a上にサファイア基板１０を吸引保持する。

上述したように、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削域２５に位置付ける。そして、チャックテーブル６１に保持されたサファイア基板１０の回転中心を環状の研削砥石４５２が通過するとともにサファイア基板１０の回転中心から研削が開始され徐々に同心円状の研削が外周に広がるようにチャックテーブル６１と研削ホイール４５との位置関係をセットする工程を実施する。即ち、上記スピンドルユニット４が取り付けられた支持基台３２を支持する支持機構３３の角度調整アクチュエータ３３３を作動して支持基台３２の取り付け角度を所定の角度に規制することにより、図４の(a)に示すように研削ホイール４５の回転軸Aをチャックテーブル６１の回転軸Bに対して角度（α）をもって位置付ける。従って、研削ホイール４５を構成する研削砥石４５２の研削面４５２aは、チャックテーブル６１を構成する吸引保持部材６１２の上面である保持面６１２aと角度（α）をもって位置付けられる。この角度（α）は、硬質基板の材質および厚みによって、例えば０．１〜０．２度に設定される。そして、研削ホイール４５は研削砥石４５２がチャックテーブル６１に保持されたサファイア基板１０の回転中心を通過するように位置付けられる。

上述したようにチャックテーブル６１と研削ホイール４５との位置関係をセットしたならば、図４の(b)に示すようにチャックテーブル６１を矢印６１aで示す方向に例えば７５０ｒｐｍの回転速度で回転するとともに、研削ホイール４５を矢印４５aで示す方向に例えば１０００ｒｐｍの回転速度で回転しつつ、上記研削送り手段５のパルスモータ５４を正転駆動して研削ユニット３を矢印Z1で示す方向（チャックテーブル６１の保持面６１２aに対して垂直な方向）に例えば０．５μm／秒の研削送り速度で研削送りする。この結果、環状の研削砥石４５２は、チャックテーブル６１に保持されたサファイア基板１０の上面１０aを回転中心から研削を開始し徐々に同心円状に外周に広がるように研削する。このように研削加工されたサファイア基板１０は、図４の(c)に誇張して示すように上面１０aが回転中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状の湾曲面に形成される。なお、サファイア基板１０の上面１０aに形成される凹状の湾曲面の深さは、研削ホイール４５の回転軸Aとチャックテーブル６１の回転軸Bとのなす角度（α）、即ち研削ホイール４５を構成する研削砥石４５２の研削面４５２aとチャックテーブル６１を構成する吸引保持部材６１２の上面である保持面６１２aとのなす角度（α）を変更することにより調整することができる。

なお、上述した第１の実施形態においては研削ホイール４５の回転軸Aをチャックテーブル６１の回転軸Bに対して傾斜して位置付ける例を示したが、チャックテーブル６１の回転軸Bを研削ホイール４５の回転軸Aに対して傾斜して位置付けてもよい。

次に、本発明による硬質基板の研削方法の第２の実施形態について、図５および図６を参照して説明する。
図５および図６に示す実施形態においては、チャックテーブル６１を構成するチャックテーブル本体６１１の上面に配設された吸引保持部材６１２の上面である保持面６１２bが図５において誇張して示すように回転中心Bから外周に向けて漸次高さが低くなる凸状の湾曲面に形成されている。なお、保持面６１２bの回転中心Bと外周との高さ差(s)は保持面６１２bの直径によって異なるが、保持面６１２bの直径が５０mmの場合には上記高さ差(s)は１０〜１００μmに設定される。

上述した図５に示すチャックテーブル６１を用いて上記サファイア基板１０を研削するには、図６の(a)に示すようにチャックテーブル６１を構成する吸引保持部材６１２の上面である保持面６１２b上にサファイア基板１０の一方の面を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、吸引保持部材６１２の保持面６１２b上にサファイア基板１０を吸引保持する。このようにして吸引保持部材６１２の保持面６１２b上に吸引保持されたサファイア基板１０は、保持面６１２bの上面である凸状の湾曲面に沿って湾曲した状態で保持される。

上述したようにチャックテーブル６１上にサファイア基板１０を吸引保持したならば、チャックテーブル６１を図１に示す研削域２５に位置付ける。そして、図６の(a)に示すようにチャックテーブル６１に保持されたサファイア基板１０の回転中心を環状の研削砥石４５２が通過するようにチャックテーブル６１と研削ホイール４５との位置関係をセットする工程を実施する。このとき、研削ホイール４５の回転軸Aとチャックテーブル６１の回転軸Bは平行でよい。

上述したようにチャックテーブル６１と研削ホイール４５との位置関係をセットしたならば、図６の(b)に示すようにチャックテーブル６１を矢印６１aで示す方向に例えば７５０ｒｐｍの回転速度で回転するとともに、研削ホイール４５を矢印４５aで示す方向に例えば１０００ｒｐｍの回転速度で回転しつつ、上記研削送り手段５のパルスモータ５４を正転駆動して研削ユニット３を矢印Z1で示す方向（チャックテーブル６１の回転軸方向）に例えば０．５μm／秒の研削送り速度で研削送りする。従って、環状の研削砥石４５２は、チャックテーブル６１に保持されたサファイア基板１０の上面１０aを回転中心から研削を開始し徐々に同心円状に外周に広がるように研削する。この結果、吸引保持部材６１２の保持面６１２b上に凸状に湾曲して保持されたサファイア基板１０は、図６の(c)に示すように上面１０aが環状の研削砥石４５２の研削面４５２aと平坦に研削される。この状態においては、サファイア基板１０は、回転中心から外周に向けて漸次厚みが厚くなるように形成される。このようにしてサファイア基板１０を研削したならば、チャックテーブル６１によるサファイア基板１０の吸引保持を解除すると、吸引保持部材６１２の保持面６１２b上に凸状に湾曲して保持されたサファイア基板１０は、スプリングバックして図６の(d)に誇張して示すように上面１０aが回転中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状の湾曲面に形成される。

なお、第２の実施形態においても上記第１の実施形態のように研削ホイール４５の回転軸Aをチャックテーブル６１の回転軸Bに対して角度をもって位置付けることにより、サファイア基板１０の上面１０aに形成される凹状の湾曲面の深さを深くすることができる。

以上のようにして加工されたサファイア基板１０は、上面１０a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。
光デバイス層形成工程においては、図７の(a)に示すようにサファイア基板１０の上面１０aにエピタキシャル法、CVD法等の気層成長技術によってn型窒化物半導体層１０１aおよびp型窒化物半導体層１０１bからなる光デバイス層１０１が積層して形成される。この光デバイス層形成工程においてサファイア基板１０は光デバイス層１０１が積層された側に凸状に湾曲するが、サファイア基板１０の上面１０aは上述したように予め中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状の湾曲面に形成されているので、図７の(b)に示すようにサファイア基板１０の上面１０a に形成された光デバイス層１０１の上面は平坦となる。

２：研削装置の装置ハウジング
３：研削ユニット
３１：移動基台
３２：支持基台
３３：支持機構
３３３：角度調整アクチュエータ
４：スピンドルユニット
４２：回転スピンドル
４５：研削ホイール
４５２：研削砥石
５：研削送り手段
６：チャックテーブル機構
６１：チャックテーブル
６１２：吸引保持部材
１０：サファイア基板

Claims

被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削するための環状の研削砥石を備えた研削ホイールおよび該研削ホイールを回転駆動するための駆動源を備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して進退せしめる研削送り手段とを具備し、該研削砥石は被加工物の直径より大きい外径を有している研削装置によって、該チャックテーブルを回転し該研削ホイールを回転しつつ研削送りして該チャックテーブルの保持面に保持された硬質基板を研削加工する硬質基板の加工方法であって、
チャックテーブルに保持された硬質基板の回転中心を環状の研削砥石が通過するとともに硬質基板の回転中心から研削が開始され徐々に同心円状の研削が外周に広がるようにチャックテーブルと研削ホイールとの位置関係をセットする工程と、
研削ホイールを回転するとともにチャックテーブルに保持された硬質基板の回転中心に研削砥石を接触させ硬質基板の回転中心から研削が開始され徐々に同心円状の研削が外周に広がるように研削ホイールを研削送りし、硬質基板の上面を回転中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状に研削する工程と、を含む、
ことを特徴とする硬質基板の加工方法。
被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削するための環状の研削砥石を備えた研削ホイールおよび該研削ホイールを回転駆動するための駆動源を備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して進退せしめる研削送り手段とを具備し、該チャックテーブルの保持面は回転中心から外周に向けて漸次高さが低くなる凸状に形成されており、該研削砥石は被加工物の直径より大きい外径を有している研削装置によって、該チャックテーブルを回転し該研削ホイールを回転しつつ研削送りして該チャックテーブルの保持面に保持された硬質基板を研削加工する硬質基板の加工方法であって、
チャックテーブルに保持された硬質基板の回転中心を環状の研削砥石が通過するようにチャックテーブルと研削ホイールとの位置関係をセットする工程と、
研削ホイールを回転するとともにチャックテーブルに保持された硬質基板の回転中心に研削砥石を接触させ硬質基板の回転中心から研削が開始され徐々に同心円状の研削が外周に広がるように研削ホイールを研削送りし、硬質基板の上面を回転中心から外周に向けて漸次高さが高くなる凹状に研削する工程と、を含む、
ことを特徴とする硬質基板の加工方法。