TW201501188A - 藍寶石基板之加工方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題在於提供一種在從藍寶石晶棒切割出來時浪費少，且以和氮化鎵系化合物半導體所形成的發光層相容性良好的A面作成正面及背面的藍寶石基板之表面精度可受到確保的藍寶石基板之加工方法。解決手段是對從藍寶石晶棒切割出來並以A面形成正面與背面的藍寶石基板進行研磨加工的藍寶石基板的加工方法，該加工方法包含，保持步驟，保持被加工物並將藍寶石基板的其中一側之面保持在可旋轉的夾頭台上；以及研磨步驟，旋轉保持著藍寶石基板的夾頭台，同時一邊旋轉將研磨砥石配置成環狀的研磨輪一邊使研磨砥石接觸藍寶石基板的另一側之面以進行研磨，且在研磨步驟中，是將混有金剛石研磨粒的漿料作為研磨液供應至研磨砥石所形成的研磨部。
Description
本發明是關於一種對藍寶石基板，更詳而由之，是對從藍寶石晶棒切割出來且以A面形成正面及背面的藍寶石基板，進行研磨的的藍寶石基板之加工方法。
在光器件的製造步驟中，會在藍寶石(sapphire)基板表面積層由氮化鎵系化合物半導體所形成的發光層，並且在藉由形成格子狀之複數條切割道所劃分的複數個區域中形成發光二極體、雷射二極體等光器件而構成光器件晶圓。然後，藉由沿著切割道將光器件晶圓切斷，以分割形成有光器件的區域而製造出一個個的光器件。
藍寶石是形成為具有稱為A面、C面及R面之結晶面的結晶構造，並在藍寶石晶棒之切出側形成將A面、C面、R面作成正面及背面的藍寶石基板。也就是說，藍寶石晶棒呈現近似於圓柱的截頭圓錐體形，並形成為截頭圓錐體形的底面及頂面為A面，與A面直交之面為C面，相對於C面呈傾斜之面為R面；從頂面往底面挖出芯材切薄片時，則可形成將A面作成正面及背面的藍寶石基板，從截頭圓錐體
形的側面沿與A面平行的方向挖出切薄片時即可形成將C面作成正面及背面的藍寶石基板，而從與R面直交的方向將芯材挖出切薄片時，可形成將R面作成正面及背面的藍寶石基板。因為A面、C面及R面之結晶構造不同，因此較理想的作法是適當選擇可對應所積層之發光層的結晶構造的藍寶石基板。
雖然要製造光器件晶圓是在藍寶石基板的表面積層發光層而形成，但積層發光層之前所切割出的藍寶石基板也會利用研磨裝置研磨正面及背面以進行平坦化(參照例如，專利文獻1)。
專利文獻1：日本專利特開2007-38357號公報
從藍寶石之上述C面可使透過研磨裝置之研磨良好的情形來看，光器件晶圓的基板通常會使用將C面作成正面及背面之藍寶石基板。
然而，將C面作成正面及背面的藍寶石基板，由於是如上所述地將截頭圓錐體形的藍寶石晶棒從側面沿著與A面平行的方向挖出切成薄片，因此會有藍寶石晶棒的浪費多且生產性差之問題。
另一方面，將A面作成正面及背面的藍寶石基板，雖然
由於如上所述地將截頭圓錐體形的藍寶石晶棒由頂面往底面將芯材挖出切成薄片，因而具有藍寶石晶棒的浪費少，同時和以氮化鎵系化合物半導體所構成的發光層相容性佳之優點，但是以研磨裝置研磨A面時，會產生刮傷(gouges)而有無法確保表面精度的問題。
本發明是有鑑於上述事實而作成者，其主要的技術課題在於提供一種在藍寶石晶棒之切出時浪費少，且以和氮化鎵系化合物半導體所形成的發光層相容性良好的A面作成正面及背面的藍寶石基板的表面精度可獲得確保的藍寶石基板之加工方法。
為解決上述主要技術課題，依據本發明所提供的藍寶石基板之加工方法，是對從藍寶石晶棒切割出來並以A面形成正面及背面的藍寶石基板進行研磨加工的藍寶石基板之加工方法，其特徵在於，該加工方法包含，保持步驟，保持被加工物並將藍寶石基板的其中一側之面保持在可旋轉的夾頭台上；以及研磨步驟，旋轉保持著藍寶石基板的夾頭台，同時一邊旋轉將研磨砥石配置成環狀的研磨輪一邊使研磨砥石接觸藍寶石基板的另一側之面，以研磨藍寶石基板的另一側之面；在該研磨步驟中，是將混有金鋼石研磨粒的漿料作為研磨液供應至研磨砥石所形成的研磨部。
上述研磨砥石是將粒徑1~2μm的金鋼石研磨粒
混入黏合劑中而構成，上述研磨液是由將粒徑3~9μm的金鋼石研磨粒混入純水而成的漿料所製成。
在依據本發明的藍寶石基板之加工方法中，旋轉保持有以A面形成正面及背面的藍寶石基板的其中一側之面的夾頭台，同時一邊旋轉將研磨砥石配置成環狀的研磨輪一邊使研磨砥石接觸藍寶石基板的另一側之面以研磨藍寶石基板的另一側之面的研磨步驟，由於是將混有金鋼石研磨粒的漿料作為研磨液供應至研磨砥石所形成的研磨部，因此可以藉由以研磨砥石所進行之研磨和以將金鋼石研磨粒混入純水而成的漿料供應至研磨砥石所形成的研磨部所進行之拋光的加乘效果，讓藍寶石基板的A面，亦即被研磨面，可不產生刮傷而得到良好的表面精度。
2‧‧‧裝置機殼
21‧‧‧主部
22‧‧‧直立壁
221‧‧‧導軌
23a、23b、5a、71a‧‧‧箭形符號
24‧‧‧被加工物載置區
25‧‧‧研磨區
3‧‧‧移動基座
31‧‧‧腳部
311‧‧‧被導引溝
32‧‧‧支撐部
4‧‧‧轉軸單元
40‧‧‧研磨液供給機構
41‧‧‧轉軸殼體
42‧‧‧旋轉主軸
421‧‧‧研磨液供給通道
422‧‧‧連通道
43‧‧‧伺服馬達
44‧‧‧研磨輪安裝座
441‧‧‧螺栓插入孔
5‧‧‧研磨輪
51‧‧‧研磨輪基座
511‧‧‧母螺孔
52‧‧‧研磨砥石
55‧‧‧連接螺栓
6‧‧‧研磨進給機構
61‧‧‧公螺桿
62、63‧‧‧軸承構件
64‧‧‧脈衝馬達
7‧‧‧夾頭台機構
71‧‧‧夾頭台
72‧‧‧罩蓋構件
73、74‧‧‧伸縮管機構
10‧‧‧藍寶石基板
10a‧‧‧正面
10b‧‧‧背面
11‧‧‧基材
圖1為用於實施本發明的藍寶石基板之研磨方法的研磨裝置之立體圖；圖2為從構成裝設在圖1所示之研磨裝置上的研磨機構的研磨輪安裝座下方看的立體圖；圖3為裝設在圖2所示之研磨輪安裝座上之研磨輪的立體圖；圖4所示為將圖3所示的研磨輪裝設到圖2所示之研磨輪安裝座之狀態的剖面圖；圖5為受到本發明的藍寶石基板之研磨方法研磨加工之藍寶石基板的立體圖；
圖6所示為在圖5所示之藍寶石基板之背面黏貼有基材之狀態的立體圖；圖7所示為以圖1所示之研磨裝置所實施的研磨步驟的示意圖；以及圖8所示為以本發明的藍寶石基板之研磨方法研磨過的藍寶石基板之表面粗糙度測定區域的示意圖。
以下，參閱附圖，進一步詳細地說明本發明的藍寶石基板之加工方法的較佳實施形態。
圖1中所示為用於實施本發明的藍寶石基板之加工方法的研磨裝置的立體圖。圖1所示之研磨裝置1具有整體以編號2表示的裝置機殼。該裝置機殼2具有細長地延伸之長方體形狀的主部21，及設置在該主部21之後端部(在圖1中為右上端)且朝上方延伸的直立壁22。在直立壁22的前面設置有一對沿上下方向延伸的導軌221、221。該對導軌221、221上設置有可滑動的移動基座3。移動基座3設置有在後面兩側沿上下方向延伸的一對腳部31、31，並在該對腳部31、31上形成與上述一對導軌221、221可滑動地嵌合的被導引溝311、311。像這樣在可滑動地裝設在設置於直立壁22上的一對導軌221、221上之移動基座3的前表面上，設置有向前方突出的支撐部32。在該支撐部32上安裝有作為研磨機構之轉軸單元4。
轉軸單元4具有裝設在支撐部32之圓筒狀的轉軸
殼體41、配置成可在該轉軸殼體41上自由旋轉的旋轉主軸42，及作為用於旋轉驅動該旋轉主軸42之驅動源的伺服馬達43。被支撐成可在該轉軸殼體41上轉動之旋轉主軸42是被配置為將一端部(在圖1中為下端部)從轉軸殼體41的下端突出，並在該端(在圖1中為下端)設置研磨輪安裝座44。並且，在該研磨輪安裝座44的下表面安裝研磨輪5。
關於上述的研磨輪安裝座44及研磨輪5，參考圖2到圖4做說明。
圖2所示為設置在旋轉主軸42下端的研磨輪安裝座44之立體圖，圖3所示是裝設在研磨輪安裝座44下表面之研磨輪5的立體圖，圖4所示是將圖3所示之研磨輪5裝設到圖2所示之研磨輪安裝座44的下表面的剖面圖。圖2及圖4所示之研磨輪安裝座44是形成為圓形且一體地設置在旋轉主軸42的下端。如圖2所示，該研磨輪安裝座44上形成有4個沿著圓周方向以預定間隔隔開的螺栓插入孔441。又，如圖4所示，研磨輪安裝座44中形成有複數個(在圖示的實施形態中為8個)與形成在該旋轉主軸42的軸心之研磨液供給通道421連通的連通道422，如圖2及圖4所示，該等連通道422於下表面形成開口。再者，是將形成於旋轉主軸42的軸心之研磨液供給通道421是如圖1所示地被連接到研磨液供給機構40。該研磨液供給機構40是形成為可供應將金鋼石研磨粒混入純水而成的漿料所製成的研磨液。
關於如上述構成的裝設在研磨輪安裝座44的研磨輪5，參照圖3及圖4進行說明。
圖3及圖4所示之研磨輪5是由環狀的研磨輪基座51，及裝設於該研磨輪基座51下表面之外周部的研磨石裝設部上的複數個研磨砥石52所構成。研磨輪基座51在與形成在上述研磨輪安裝座44上的複數個螺栓插入孔441對應的位置上設置有4個從上表面形成的母螺孔511。再者，研磨砥石52是藉由將粒徑1~2μm之金鋼石研磨粒混入黏合劑中進行混練、成型成預定的形狀並燒製而被構成。
要將如以上所構成的研磨輪5裝設於研磨輪安裝座44時，是如圖4所示地，藉由將研磨輪5之研磨輪基座51的上表面抵接於研磨輪安裝座44的下表面，並從形成於研磨輪安裝座44上的複數個螺栓插入孔441(參照圖2)插入連接螺栓55並螺接到設置在研磨輪基座51上的複數個母螺孔511(如圖3所示)，就可以將研磨輪5安裝到研磨輪安裝座44的下表面。在像這樣被安裝在研磨輪安裝座44下表面的研磨輪5之研磨砥石52所形成的研磨部中，是藉由使上述研磨液供給機構40作動，並透過設置於旋轉主軸42之研磨液供給通道421及形成於研磨輪安裝座44的複數個連通道422而被供給將金鋼石研磨粒混入純水而成的漿料所製成的研磨液。
回到圖1繼續說明，圖示的實施形態中的研磨裝置1具有使該轉軸單元4沿著上述成對的導軌221、221在上下方向(後述之相對於夾頭台保持面為垂直的方向)上移動的研磨進給機構6。該研磨進給機構6具有配置在直立壁22的前側且沿上下方向延伸的公螺桿61。該公螺桿61藉由安
裝在該直立壁22上的軸承構件62及63將其上端部及下端部支撐成可自由旋轉。上側的軸承構件62中配置有作為動力源之脈衝馬達64，以用於旋轉驅動公螺桿61，且該脈衝馬達64之輸出軸被傳動連結於公螺桿61。上述移動基座3的後表面也形成有從其寬度方向中央部朝後方突出的連結部(圖未示)，且於該連結部中形成有貫穿的母螺孔(圖未示)，並讓上述公螺桿61螺接於該母螺孔中。如此一來，當脈衝馬達64正轉時會令移動基座3及轉軸單元4下降，亦即前進，當脈衝馬達64逆轉時會令移動基座3及轉軸單元4上升，亦即後退。
參閱圖1繼續說明，裝置機殼2的主部21上配置有夾頭台機構7。夾頭台機構7具有作為被加工物保持機構的夾頭台71、舖蓋該夾頭台71周圍的罩蓋構件72，及配置在該罩蓋構件72前後之伸縮管機構73及74。夾頭台71是透過圖未示之旋轉驅動機構而變得使其可旋轉，並構成為藉由作動圖未示之吸引機構以將被加工物之晶圓吸引保持於其上表面。又，夾頭台71可藉由圖未示之夾頭台移動機構，而在圖1所示之被加工物載置區24以及與構成上述研磨單元4之研磨輪5相面對的研磨區25之間移動。該伸縮管機構73及74可由類似帆布(canvas)布材的適當材料所製成。伸縮管機構73的前端被固定於主部21的前表面壁上，後端則被固定於罩蓋構件72的前端面。另，伸縮管機構74的前端被固定於罩蓋構件72的後端面，後端則被固定於裝置機殼2之垂直壁22的前表面。當使夾頭台71朝箭形符號23a所示的方
向移動時，伸縮管機構73會被拉伸而伸縮管機構74會被收縮；當使夾頭台71朝箭形符號23b所示的方向移動時，伸縮管機構73會被收縮而伸縮管機構74會被拉伸。
圖1至圖4所示的研磨裝置1是像以上地被構成，並在實施後述最終磨削加工時被使用。
圖5中所示為利用本發明之加工方法所加工的藍寶石基板。圖5所示之藍寶石基板10是由將正面10a及背面10b作成A面的藍寶石基板所構成，並形成為直徑為150mm，厚度為300μm。像這樣形成的藍寶石基板10，是如圖6所示地透過臘將其中一側之面(圖示之實施形態中為背面10b)貼附到玻璃板等所形成的基材11上。
要將上述之藍寶石基板10加工成預定厚度，首先要實施粗研磨加工。雖然於上述圖1到圖4所示的研磨裝置1中的研磨液供給機構40及研磨輪5之研磨砥石52有差異，但其他構造實質上可以是相同的，因此可用圖1至圖4的研磨裝置1所用的符號來說明粗研磨加工。再者，實施粗研磨加工時，研磨液供給機構40是如以往地供給由純水所形成的研磨液。又，所用的研磨輪5之研磨砥石52是藉由將粒徑10~15μm的金鋼石研磨粒混入樹脂黏合劑中作混練、成型成預定形狀並燒製之作法而構成者。
要實施藍寶石基板10的粗研磨加工時，是如上述地將貼附有基材11之藍寶石基板10，以基材11側載置在與圖1所示之研磨裝置1相同的粗研磨裝置中的被定位於被加工物載置區24之夾頭台71的上表面，即保持面上。並且，
藉由作動圖未示之吸引機構，以透過基材11將藍寶石基板10吸引保持於夾頭台71上。如此進行，而透過基材11將藍寶石基板10吸引保持於夾頭台71上時，再藉由作動圖未示之夾頭台移動機構，使夾頭台71朝箭形符號23a所示的方向移動，並定位到研磨區25。
如此進行而將夾頭台71定位到研磨區25時，如圖7所示地使夾頭台71繞預定的方向以200rpm的旋轉速度旋轉，同時一邊使研磨輪5以800rpm的旋轉速度旋轉一邊正轉驅動研磨進給機構6的脈衝馬達64以用0.1μm/秒的速度降下研磨單元4，並使研磨輪5的複數個研磨砥石52之研磨面接觸保持在夾頭台71上之藍寶石基板10的正面10a(上表面)且作預定量(100μm)的研磨進給。其結果為，可將保持在夾頭台7上的藍寶石基板10研磨掉100μm(粗研磨步驟)。
在此粗研磨步驟中，形成在旋轉主軸42中的研磨液供給通道421，透過形成於研磨輪安裝座44中的連通道422將由純水製成的研磨液供應給研磨輪5之研磨砥石52所形成之研磨部。
可對實施過上述粗研磨加工的藍寶石基板10的正面10a進行最終研磨加工以提高表面精度。該最終研磨加工是利用圖1至圖4所示的研磨裝置1實施。也就是說，研磨液供給機構40會提供將金鋼石研磨粒混入純水而成的漿料所製成的研磨液，又，該研磨輪5的研磨砥石52是藉由將粒徑1~2μm的金鋼石研磨粒混入黏合劑中進行混練、成型成預定形狀並燒製而被構成。以下，就本案發明者所做之實驗
例進行說明。
〔實驗1〕
將如上述地實施過粗研磨加工的藍寶石基板10以基材11側載置在被定位於圖1所示之研磨裝置1之被加工物載置區24的夾頭台71的上表面，亦即保持面上。然後，藉由作動圖未示之吸引機構，透過基材11將藍寶石基板10吸引保持在夾頭台71上。如此進行，並已透過基材11將藍寶石基板10吸引保持在夾頭台71上時，作動圖未示之夾頭台移動機構以將夾頭台71朝箭形符號23a所示的方向移動而定位到研磨區25。
如此進行並已將夾頭台71定位到研磨區25時，如圖7所示地使夾頭台71繞箭形符號71a所示的方向以200rpm的旋轉速度旋轉，同時一邊繞箭形符號5a所示的方向以800rpm的旋轉速度旋轉研磨輪5，一邊正轉驅動研磨進給機構6的脈衝馬達64以用0.1μm/秒的速度降下研磨單元4，使研磨輪5的複數個研磨砥石52的研磨面接觸被保持在夾頭台71上的藍寶石基板10的正面10a(上表面)並作預定量(30μm)的研磨進給。其結果為，可將保持在夾頭台71上的藍寶石基板10研磨掉30μm(最終研磨步驟)。在該最終研磨步驟中，透過形成於旋轉主軸42中的研磨液供給通道421及研磨輪安裝座44中的連通道422，可將相對於1公升的純水混入5公克粒徑9μm左右的金鋼石研磨粒而成的漿料作為研磨液，以1分鐘5公升(5公升/分)的比例供應給研磨輪5之研磨砥石52所形成的研磨部。
〔實驗2(比較例)〕
將實施過如上述的粗研磨加工之藍寶石基板10，與上述實驗1同樣地透過基材11保持在該夾頭台71之上表面，即保持面上，之後與上述同樣地(僅研磨液不同)實施最終研磨加工。即，使定位在研磨區25之夾頭台71繞預定方向以200rpm的旋轉速度旋轉，同時一邊以800rpm的旋轉速度旋轉研磨輪5，一邊正轉驅動研磨進給機構6的脈衝馬達64以用0.1μm/秒的速度降下研磨單元4，使研磨輪5之複數個研磨砥石52的研磨面接觸保持在夾頭台71上的藍寶石基板10的正面10a(上表面)並作預定量30μm的研磨進給。其結果為，可將保持在夾頭台71上的藍寶石基板10研磨掉30μm(最終研磨步驟)。在該最終研磨步驟中，是透過形成於旋轉主軸42中的研磨液供給通道421，形成於研磨輪安裝座44中的連通道422，將由純水製成的研磨液供應至研磨輪5之研磨砥石52所形成的研磨部。
對實施過上述實驗1與實驗2(比較例)的最終研磨步驟的藍寶石基板10的正面10a(上表面)在圖8所示之I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V之區域測定表面粗糙度後，可得到下述結果。
從上述實驗結果可知，如實驗1將金鋼石研磨粒
混入純水而成的漿料作為研磨液使用時，和如實驗2(比較例)之使用由純水製成的研磨液的情況相比較，可清楚看出藍寶石基板的A面之表面粗糙度(Ra)驟減為1/10。這是來自以研磨砥石52所進行的研磨和以將金鋼石研磨粒混入純水而成的漿料供應給以研磨砥石52形成之研磨部所進行的拋光之加乘效果而得者。由此可知，藉由將金鋼石研磨粒混入純水而成之漿料作為研磨液使用，可確保將A面作成正面及背面之藍寶石基板的表面精度，因此可將藍寶石基板的A面作為發光層的積層面使用。另外，已知當供應給研磨輪5之以研磨砥石52形成的研磨部的漿料中混入的金鋼石研磨粒是使用粒徑為10μm以上者時，則容易產生研磨刮傷。因此，供應給以研磨砥石52形成的研磨部的漿料中混入的金鋼石研磨粒以設定成比構成研磨砥石52的金鋼石研磨粒的粒徑(1~2μm)還大且比容易產生研磨刮傷的粒徑(10μm)小之3~9μm為較佳。
像這樣藉由實施本發明的藍寶石基板之加工方法，由於光器件晶圓的基板可使用將A面作成正面及背面的藍寶石基板，而可以效率佳地從藍寶石晶棒切割出來，因而可以降低藍寶石基板的單價並用便宜的價格製造出LED等光器件。此外，由於藍寶石基板的A面對由氮化鎵系化合物半導體所形成的發光層之成長來說是良好的結晶方位，因此可提升LED等光器件之品質。
10‧‧‧藍寶石基板
10a‧‧‧正面
11‧‧‧基材
42‧‧‧旋轉主軸
421‧‧‧研磨液供給通道
422‧‧‧連通道
44‧‧‧研磨輪安裝座
5‧‧‧研磨輪
51‧‧‧研磨輪基座
52‧‧‧研磨砥石
55‧‧‧連接螺栓
5a、71a‧‧‧箭形符號
71‧‧‧夾頭台
Claims (2)
- 一種藍寶石基板之加工方法，是對從藍寶石晶棒切割出來並以A面形成正面與背面的藍寶石基板進行研磨加工的藍寶石基板之加工方法，其特徵在於，該加工方法包含：保持步驟，保持被加工物並將藍寶石基板的其中一側之面保持在可旋轉的夾頭台上；以及研磨步驟，旋轉保持著藍寶石基板的夾頭台，同時一邊旋轉將研磨砥石配置成環狀的研磨輪一邊使研磨砥石接觸藍寶石基板的另一側之面，以研磨藍寶石基板的另一側之面；在該研磨步驟中，是將混有金鋼石研磨粒的漿料作為研磨液供應至研磨砥石所形成的研磨部。
- 如請求項1所述的藍寶石基板之加工方法，其中，該研磨砥石是將粒徑1~2μm的金鋼石研磨粒混入黏合劑中而構成，該研磨液是由將粒徑3~9μm的金鋼石研磨粒混入純水而成的漿料所製成。
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