TWI583494B - Sapphire substrate grinding method - Google Patents

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TWI583494B TW101133137A TW101133137A TWI583494B TW I583494 B TWI583494 B TW I583494B TW 101133137 A TW101133137 A TW 101133137A TW 101133137 A TW101133137 A TW 101133137A TW I583494 B TWI583494 B TW I583494B
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Description

藍寶石基板之研磨方法 發明領域
本發明係有關一種成為於表面積層光元件層之基板的藍寶石基板之研磨方法。
發明背景
於光元件製造步驟中，由n型氮化物半導體層及p型氮化物半導體層所構成之光元件層積層於略圓板形之藍寶石基板的表面，並於藉由形成格子狀之複數切割線(street)所劃分之複數領域形成發光二極體、雷射二極體等光元件，而構成光元件晶圓。而且，藉由沿著切割線將光元件晶圓切斷，而將形成有光元件之領域分割，以製造各個光元件。
由於光元件晶圓係使構成光元件之氮化鎵系化合物等半導體層成長於基板之表面而形成，所以使用在氮化鎵系化合物等半導體層之成長上有效之藍寶石作為基板。如此之光元件晶圓為了使輝度提升，藍寶石基板之背面會被研磨加工，厚度形成為100μm左右。然而，研磨加工需要相當時間，而有所謂生產性差的問題。
為了解決上述研磨加工所產生問題，提出了一面對研磨砥石賦予超音波振動一面進行研磨的藍寶石基板之研磨方法。該藍寶石基板之研磨方法係將保持藍寶石基板之夾頭台一面30~300rpm之旋轉速度旋轉，且將以鑽 石砥粒形成之研磨砥石以1000~3000rpm之旋轉速度進行旋轉且賦予超音波振動，一面以0.5~5μm/秒的研磨進給速度進行研磨。
【先行技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】特開2009-285798號公報
發明概要
而，藍寶石基板其莫氏硬度高，即使是以鑽石研磨粒形成之研磨砥石，磨耗也會很厲害，例如將夾頭台以300rpm之旋轉速度旋轉，且將以鑽石研磨粒形成之研磨砥石以1000rpm旋轉時，磨耗率(砥石之磨耗量/藍寶石基板之磨耗量)為580%以上，不經濟，為了實用化必須改良研磨方法。
本發明係鑑於上述事實而完成者，其主要之技術課題在於提供一種可將藍寶石基板有效率地進行研磨的藍寶石基板之研磨方法。
為了解決上述之主要技術課題，依據本發明，提供一種藍寶石基板之研磨方法，係使用研磨裝置研磨藍寶石基板者，前述研磨裝置具備有：夾頭台，係可旋轉且具有用以保持被加工物之保持面；研磨機構，具有研磨輪，該研磨輪係將以接合劑固定有用以研磨被保持在該夾頭台 之被加工物之鑽石研磨粒的研磨砥石配設成環狀者；及研磨進給機構，係將該研磨機構朝著對該夾頭台之保持面垂直之研磨進給方向研磨進給，其特徵在於該藍寶石基板之研磨方法包含：保持步驟，係將藍寶石基板保持於該夾頭台之保持面；及研磨步驟，係將保持了藍寶石基板之該夾頭台旋轉，且旋轉該研磨輪，並將該夾頭台之中心定位成該研磨砥石通過，作動該研磨進給機構以進行研磨進給，該研磨步驟係將該夾頭台之旋轉速度設定成500~1000rpm，且將該研磨輪之旋轉速度設定成500~800rpm。
希望是上述夾頭台之旋轉速度設定成700~800rpm，且上述研磨輪之旋轉速度設定成600~700rpm。
本發明之藍寶石基板之研磨方法中，將夾頭台之旋轉速度設定成500~1000rpm，且將研磨輪之旋轉速度設定成500~800rpm，所以供給至用以旋轉驅動研磨輪之伺服馬達之電力的電流值變成10A以下，而可使研磨效率提升。
圖式簡單說明
圖1係用以實施本發明藍寶石基板之研磨方法的研磨裝置之立體圖。
圖2係裝備於圖1所示之研磨裝置之控制手段的塊狀構成圖。
圖3係藉由本發明藍寶石基板之研磨方法研磨之由矽基板構成之光元件晶圓的立體圖。
圖4係本發明藍寶石基板之研磨方法之保護膠帶貼附步驟的說明圖。
圖5係本發明藍寶石基板之研磨方法之研磨步驟的說明圖。
圖6係顯示使夾頭台之旋轉速度從300rpm到1100rpm變化時供給至伺服馬達之電力的電流值(A)之圖表。
圖7係顯示使研磨輪之旋轉速度從400rpm到1000rpm變化時供給至伺服馬達之電力的電流值(A)之圖表。
較佳實施例之詳細說明
【用以實施發明之形態】
以下，就有關本發明藍寶石基板之研磨方法的較佳實施形態，參照所附圖面詳細進行說明。
圖1係顯示用以實施本發明藍寶石基板之研磨方法的研磨裝置之立體圖。圖1所示之研磨裝置1具備有以標號2顯示全體之裝置殼體。該裝置殼體2具有細長地延伸之長方體形狀的主部21、與設於該主部21後端部(於圖1為右上端)且朝上方延伸的直立壁22。於直立壁22的前面設有朝上下方向延伸之一對導引軌道221、221。於該一對導引軌道221、221可沿上下方向移動地安裝有作為研磨機構之研磨單元3。
研磨單元3具備有移動基台31、裝設於該移動基台31之心軸單元4。移動基台31於後面兩側設置沿上下方向延伸之一對腳部311、311。於該一對腳部311、311形成 有與上述一對導引軌道221、221可滑動地卡合的被導引溝312、312。如此，可滑動地安裝在設於直立壁22之一對導引軌道221、221的移動基台31前面，設置朝前方突出之支撐部313。於該支撐部313安裝有作為研磨機構之心軸單元4。
作為研磨機構之心軸單元4具備有裝設於支撐部313之心軸殼體41、自由旋轉地配設於該心軸殼體41之旋轉心軸42、及作為用以旋轉驅動該旋轉心軸42之驅動源的伺服馬達43。可旋轉地支撐於心軸殼體41之旋轉心軸42其一端部(圖1中為下端部)係從心軸殼體41下端突出而配設，且其一端(圖1中為下端)設置輪架44。而且，於該輪架44下表面安裝研磨輪5。該研磨輪5係藉由由環狀之砥石基台51與環狀地安裝於該砥石基台51下表面之研磨砥石52所構成之複數區段構成，砥石基台51係藉由固定螺絲53而裝設於輪架44。且，研磨砥石52係由接合劑將粒徑為10~40μm之鑽石研磨粒固定後之研磨砥石所構成。且，心軸單元4如圖1所示，具備有用以檢測供給至上述伺服馬達之電力的電流值之電流值檢測機構45。該電流值檢測機構45將經檢測之電流值送至後述之控制機構。
圖示之研磨裝置1係具備有沿著上述一對導引軌道221、221使上述研磨單元3朝上下方向(對後述之夾頭台的保持面為垂直的方向)移動的研磨進給機構6。該研磨進給機構6具備有配設於直立壁22之前側且朝上下延伸的公螺桿61。該公螺桿61係藉由其上端部及下端部安裝於直 立壁22之軸承構件62及63而可自由旋轉地被支持。上側之軸承構件62配設有作為用以旋轉驅動公螺桿61之驅動源的脈衝馬達64，該脈衝馬達64之輸出軸傳動連結於公螺桿61。於移動基台31之後面也形成有從該寬度方向中央部朝後方突出之連結部(未圖示)，於該連結部形成朝鉛直方向延伸之貫通母螺孔(未圖示)，使上述公螺桿61螺合於該母螺孔。因此，脈衝馬達64正轉時，使移動基台31亦即研磨單元3下降亦即前進，脈衝馬達64反轉時，使移動基台31亦即研磨單元3上升亦即後退。且，脈衝馬達64係藉由後述之控制機構8控制。
於上述裝置殼體2之主部21配設夾頭台機構7。夾頭台機構7具備有夾頭台71、覆蓋該夾頭台71之周圍的罩構件72、及配設於該罩構件72之前後的伸縮機構73及74。夾頭台71係呈藉由伺服馬達710而使其旋轉，且構成為於其上表面(保持面)藉由作動未圖示之吸引機構而將由作為後述之被加工物之藍寶石基板構成之光元件晶圓吸引保持。又，夾頭台71藉由未圖示之夾頭台移動機構而使在圖1所示之被加工物載置域70a、和與構成上述心軸單元4之研磨輪5相對向的研磨域70b之間移動。伸縮機構73及74係可由如帆布之適宜的材料形成。伸縮機構73之前端固定於主部21之前面壁，後端固定於罩構件72之前端面。伸縮機構74之前端固定於罩構件72之後端面，後端固定於裝置殼體2之直立壁22的前面。夾頭台71在朝以箭頭71a所示之方向移動時，伸縮機構73伸張且伸縮機構74收縮，夾頭台71在朝 以箭頭71b所示之方向移動時，伸縮機構73收縮且伸縮機構74伸張。
圖示之研磨裝置1具備有圖2所示之控制機構8。控制機構8係藉由電腦構成，包含依據控制程式進行演算處理之中央處理裝置(CPU)81、收納控制程式等之唯讀記憶體(ROM)82、收納演算結果之可讀寫的動態隨機存取記憶體(RAM)83、輸入介面84及輸出介面85。於如此構成之控制機構8之輸入介面84會輸入來自電流檢測機構45等之檢測訊號。又，從輸出介面85對用以旋轉驅動上述旋轉心軸42的伺服馬達43、研磨進給機構6之脈衝馬達64、及用以旋轉驅動夾頭台71之伺服馬達710等輸出控制訊號。
圖示之研磨裝置係如上述般構成，以下就有關其作用，主要參照圖1進行說明。
圖3係顯示藉由本發明之藍寶石基板之研磨方法所研磨之光元件晶圓10。圖3所示之光元件晶圓10係於藍寶石基板11之表面以5μm的厚度積層有作為由氮化物半導體構成之光元件層的發光層(磊晶層)12。而且，發光層(磊晶層)12於藉由形成格子狀之複數分割預定線121所區劃的複數領域形成發光二極體、雷射二極體等之光元件122。為了研磨如此構成之光元件晶圓10之藍寶石基板11背面11b，如圖4所示在發光層(磊晶層)12之表面12a貼固用以保護元件122的保護膠帶T(保護膠帶貼固步驟)。
接著，於將發光層(磊晶層)12之表面12a貼固了保護膠帶T之光元件晶圓10定位於圖1所示之研磨裝置1 之被加工物載置域70a的夾頭台71之保持面上，載置保護膠帶T。而且，藉由作動未圖示之吸引機構而於夾頭台71上透過保護膠帶T吸引保持光元件晶圓10(保持步驟)。因此，保持於夾頭台71上之光元件晶圓10係藍寶石基板11之背面11b成為上側。
於夾頭台71上吸引保持光元件晶圓10時，控制機構8作動未圖示之移動機構，將夾頭台71朝圖1中箭頭71a所示之方向移動而定位於研磨域70b，且驅動伺服馬達710，朝圖5中箭頭71c所示之方向以預定之旋轉速度旋轉夾頭台71，並且驅動上述伺服馬達43朝箭頭5a所示之方向以預定之旋轉速度旋轉研磨輪5。而且，如圖5所示，研磨輪5之複數研磨砥石52定位成通過夾頭台71之旋轉中心P。
如此，將研磨輪5與保持於夾頭台71之光元件晶圓10定位於預定之位置關係時，控制機構8正轉驅動研磨進給機構6之脈衝馬達64，朝圖5中箭頭Z1所示之方向移動研磨輪5，使複數研磨砥石52接觸於構成光元件晶圓10之藍寶石基板11的背面11b(上表面)，進一步以預定之研磨進給速度進行研磨進給。其結果，為藍寶石基板11之背面11b(上表面)的被研磨面被研磨(研磨步驟)。
此處，就有關上述研磨步驟之加工條件更詳細地進行說明。
上述研磨步驟之研磨效率係依夾頭台71之旋轉速度與研磨輪5之旋轉速度而變化。而且，依據本發明人等之實驗，了解到對用以旋轉驅動旋轉心軸42之伺服馬達43供給 之電力的電流值變小研磨輪5之研磨砥石52所產生之研磨效率佳，而前述旋轉心軸42裝設了構成作為研磨機構之心軸單元4的研磨輪5。
圖6係顯示將研磨輪5之旋轉速度設定成500rpm與1000rpm，且對從300rpm到1100rpm使夾頭台71之旋轉速度變化時之伺服馬達43供給之電力的電流值(A)之實驗資料。且，研磨進給速度為0.4μm/秒。圖6中，橫軸係顯示夾頭台71之旋轉速度(rpm)，縱軸係顯示供給至伺服馬達43之電力的電流值(A)。如從圖6所了解的，即使研磨輪5之旋轉速度在500rpm與1000rpm之任一者，使夾頭台71之旋轉速度從300rpm慢慢變快時，從500rpm附近對藍寶石基板之所謂鋒利性變得良好，夾頭台71之旋轉速度在700rpm~800rpm電流值(A)變得最低。而且，獲知所謂夾頭台71之旋轉速度從1000rpm附近，電流值(A)上升，對藍寶石基板之所謂鋒利性會惡化。又，如從圖6所了解的，研磨輪5之旋轉速度在500rpm夾頭台71之旋轉速度在500rpm~1000rpm，電流值(A)成為10A以下。因此，夾頭台71之旋轉速度希望是500rpm~1000rpm，700rpm~800rpm則更佳。
圖7係顯示將夾頭台71之旋轉速度設定成500rpm與1000rpm，且使研磨輪5之旋轉速度從400rpm到1000rpm變化時供給至伺服馬達43之電力的電流值(A)之實驗資料。且，研磨進給速度採0.4μm/秒。於圖7中，橫軸係顯示研磨輪5之旋轉速度(rpm)，縱軸係供給至伺服馬達43之電力的電流值(A)。從圖7可了解，夾頭台71之旋轉速 度於500rpm與1000rpm之任一者皆是在使研磨輪5之旋轉速度(rpm)從1000rpm慢慢變慢時，從800rpm附近對基板之所謂鋒利性會變得良好，研磨輪5之旋轉速度(rpm)於600rpm~700rpm電流值(A)變得最低。且，獲知所謂研磨輪5之旋轉速度(rpm)從500rpm附近電流值(A)會上升，對藍寶石基板之所謂鋒利性會惡化。又，從圖7可了解，夾頭台71之旋轉速度於500rpm，研磨輪5之旋轉速度在500rpm~800rpm電流值(A)成為10A以下。因此，研磨輪5之旋轉速度希望是500rpm~800rpm，600rpm~700rpm則更佳。
於研磨藍寶石基板時，希望供給至用以旋轉驅動裝設了研磨輪5之旋轉心軸的伺服馬達43之電力的電流值是在10A以下。因此，從上述之實驗結果，希望是將夾頭台71之旋轉速度設定成500rpm~1000rpm，研磨輪5之旋轉速度是設定成500rpm~800rpm，夾頭台71之旋轉速度設定成700rpm~800rpm，研磨輪5之旋轉速度設定成600rpm~700rpm者更佳。依據本發明人等之實驗，將夾頭台71之旋轉速度設定成750rpm，研磨輪5之旋轉速度設定成650rpm，研磨進給速度為0.4μm/秒時，磨耗率(砥石之沒耗量/藍寶石基板之磨耗量)成為310%，相較於上述習知之加工條件，砥石之磨耗率降低約46%。
1‧‧‧研磨裝置
2‧‧‧裝置殼體
3‧‧‧研磨單元
4‧‧‧心軸單元
5‧‧‧研磨輪
5a‧‧‧箭頭
6‧‧‧研磨進給機構
7‧‧‧夾頭台機構
8‧‧‧控制機構
10‧‧‧光元件晶圓
11‧‧‧藍寶石基板
11b‧‧‧背面
12‧‧‧發光層
12a‧‧‧表面
21‧‧‧主部
22‧‧‧直立壁
31‧‧‧基台
41‧‧‧心軸殼體
42‧‧‧旋轉心軸
43‧‧‧伺服馬達
44‧‧‧輪架
45‧‧‧電流檢測機構
51‧‧‧砥石基台
52‧‧‧研磨砥石
53‧‧‧固定螺絲
61‧‧‧公螺桿
62‧‧‧軸承構件
63‧‧‧軸承構件
64‧‧‧脈衝馬達
70a‧‧‧被加工物載置域
70b‧‧‧研磨域
71‧‧‧夾頭台
71a‧‧‧箭頭
71b‧‧‧箭頭
71c‧‧‧箭頭
72‧‧‧罩構件
73‧‧‧伸縮機構
74‧‧‧伸縮機構
81‧‧‧中央處理裝置
82‧‧‧唯讀記憶體
83‧‧‧動態隨機存取記憶體
84‧‧‧輸入介面
85‧‧‧輸出介面
121‧‧‧分割預定線
122‧‧‧保護元件
221‧‧‧導引軌道
311‧‧‧腳部
312‧‧‧被導引溝
313‧‧‧支撐部
710‧‧‧伺服馬達
P‧‧‧旋轉中心
T‧‧‧保護膠帶
Z1‧‧‧箭頭
圖1係用以實施本發明藍寶石基板之研磨方法的研磨裝置之立體圖。
圖2係裝備於圖1所示之研磨裝置之控制手段的塊狀構 成圖。
圖3係藉由本發明藍寶石基板之研磨方法研磨之由矽基板構成之光元件晶圓的立體圖。
圖4係本發明藍寶石基板之研磨方法之保護膠帶貼附步驟的說明圖。
圖5係本發明藍寶石基板之研磨方法之研磨步驟的說明圖。
圖6係顯示使夾頭台之旋轉速度從300rpm到1100rpm變化時供給至伺服馬達之電力的電流值(A)之圖表。
圖7係顯示使研磨輪之旋轉速度從400rpm到1000rpm變化時供給至伺服馬達之電力的電流值(A)之圖表。
5‧‧‧研磨輪
5a‧‧‧箭頭
10‧‧‧光元件晶圓
11b‧‧‧背面
42‧‧‧旋轉心軸
44‧‧‧輪架
51‧‧‧砥石基台
52‧‧‧研磨砥石
53‧‧‧固定螺絲
71‧‧‧夾頭台
71c‧‧‧箭頭
P‧‧‧旋轉中心
T‧‧‧保護膠帶
Z1‧‧‧箭頭

Claims (4)

  1. 一種藍寶石基板之研磨方法，係使用研磨裝置研磨藍寶石基板者，前述研磨裝置具備有：夾頭台，係可旋轉且具有用以保持被加工物之保持面；研磨機構，具有研磨輪，該研磨輪係將以接合劑固定有用以研磨被保持在該夾頭台之被加工物之鑽石研磨粒的研磨砥石配設成環狀者；及研磨進給機構，係將該研磨機構朝著對該夾頭台之保持面垂直之研磨進給方向研磨進給，其特徵在於該藍寶石基板之研磨方法包含：保持步驟，係將藍寶石基板保持於該夾頭台之保持面；及研磨步驟，係將保持了藍寶石基板之該夾頭台旋轉，且旋轉該研磨輪，並將該夾頭台之中心定位成該研磨砥石通過，作動該研磨進給機構以進行研磨進給，該研磨步驟係將該夾頭台之旋轉速度設定成500~1000rpm，且將該研磨輪之旋轉速度設定成500~800rpm。
  2. 如申請專利範圍第1項之藍寶石基板之研磨方法，其中該夾頭台之旋轉速度設定成700~800rpm，且該研磨輪之旋轉速度設定成600~700rpm。
  3. 如申請專利範圍第1項之藍寶石基板之研磨方法，其中前述研磨輪是由伺服馬達驅動旋轉。
  4. 如申請專利範圍第1項之藍寶石基板之研磨方法，其研磨進給速度為0.4μm/秒。
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