JP5693256B2 - 硬質基板の研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、サファイア基板、ＳｉＣ基板等の硬質基板の研削方法に関する。

サファイア基板、ＳｉＣ基板等の表面に窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体層（エピタキシャル層）を形成し、該半導体層にＬＥＤ等の複数の光デバイスが格子状に形成されたストリート（分割予定ライン）によって区画されて形成された光デバイスウエーハは、モース硬度が比較的高く切削ブレードによる分割が困難であることから、レーザビームの照射によって個々の光デバイスに分割され、分割された光デバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用されている（例えば、特開２００８−６４９２号公報参照）。

サファイア基板はエピタキシャル層の成長に適しており、光デバイスを製造する上で不可欠な素材であるが、エピタキシャル層が成長した後は電気機器の軽量化、小型化、光デバイスの輝度の向上のために研削装置によってサファイア基板の裏面が研削される（例えば、特開２００８−２３６９３号公報）。

研削装置は、被加工物を保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該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砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、研削手段をチャックテーブルに対して接近及び離反させる研削送り手段とから少なくとも構成され、板状の被加工物を所望の厚みに研削することができる。

特開２００８−６４９２号公報 特開２００８−２３６９３号公報

しかし、サファイア基板、ＳｉＣ基板等の硬質基板はモース硬度が高いと共に裏面が鏡面に形成されているため、ダイアモンド砥粒を主成分とする研削砥石が硬質基板の裏面ですべり研削が進行せず、研削送りによる圧力によって硬質基板が損傷するという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、硬質基板を損傷させることなく研削可能な硬質基板の研削方法を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該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砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、研削水を供給する研削水供給手段と、被加工物を搬入搬出する搬入搬出位置と被加工物を研削する研削位置とに該チャックテーブルを位置づける位置付け手段と、該研削手段を該チャックテーブルに対して相対的に研削送りして接近及び離反させる研削送り手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出手段とを備えた研削装置によって、硬質基板を研削する硬質基板の研削方法であって、該チャックテーブルの保持面で硬質基板を保持する保持工程と、該チャックテーブルを研削位置に位置づける位置付け工程と、該研削送り手段を作動して第１の研削送り速度で該チャックテーブルに保持された硬質基板に該研削砥石を接近させ、該研削砥石が硬質基板に接触した瞬間を該厚み検出手段によって検出する接触検出工程と、該接触検出工程によって該研削砥石と硬質基板との接触を検出した後直ちに該研削送り手段を作動して該研削砥石を硬質基板から離反させる離反工程と、該離反工程を実施した後、該研削送り手段を作動して該第１の研削送り速度よりも遅い第２の研削送り速度で該研削砥石を研削送りしながら該チャックテーブルに保持された硬質基板を研削する研削工程と、硬質基板が所望の厚みに達した際研削を終了する研削終了検出工程と、を具備したことを特徴とする硬質基板の研削方法が提供される。

好ましくは、硬質基板はサファイア基板又はＳｉＣ基板から構成される。

本発明の研削方法によると、研削送り手段を作動して第１の研削送り速度でチャックテーブルに保持された硬質基板に研削砥石を接近させて硬質基板に接触した瞬間を厚み検出手段によって検出し、その後直ちに研削送り手段を作動して研削砥石を硬質基板から離反させるので、硬質基板の研削すべき面が研削砥石によって荒らされる。

よって、第１の研削送り速度よりも遅い硬質基板の研削に適した第２の研削送り速度で硬質基板に研削砥石を接触させると研削砥石の噛み付きが良好となり、研削砥石が硬質基板の裏面上ですべることなく研削を開始することができる。

本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置の斜視図である。 チャックテーブルユニット及びチャックテーブル送り機構の斜視図である。 光デバイスウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す斜視図である。 保持工程を示す分解斜視図である。 位置付け工程を示す一部断面側面図である。 接触検出工程を示す一部断面側面図である。 離反工程を示す一部断面側面図である。 研削工程を示す一部断面側面図である。 研削工程を示す斜視図である。 本発明の研削方法による研削時間とウエーハの厚さとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置２の斜視図を示している。研削装置２のハウジング４は、ベース６と、ベース６から垂直に立ち上がったコラム８から構成される。

コラム８には上下方向に伸びる１対のガイドレール１２，１４が固定されている。この一対のガイドレール１２，１４に沿って研削手段（研削ユニット）１６が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット１６は支持部２０を介して一対のガイドレール１２，１４に沿って上下方向に移動する移動基台１８に取り付けられている。

研削ユニット１６は、支持部２０に取り付けられたスピンドルハウジング２２と、スピンドルハウジング２２中に回転可能に収容されたスピンドル２４と、スピンドル２４を回転駆動するサーボモータ２６を含んでいる。

図５に示されるように、スピンドル２４の先端部にはマウンター２８が固定されており、このマウンター２８には研削ホイール３０がねじ止めされている。研削ホイール３０はホイール基台３２の自由端部に粒径５〜１０μｍのダイアモンド砥粒等をビトリファイドボンドで固めた複数の研削砥石３４が固着されて構成されている。

研削手段（研削ユニット）１６にはホース３６を介して研削水が供給される。好ましくは、研削水としては純水が使用される。図６乃至図８に示すように、ホース３６から供給された研削水が、スピンドル２４に形成された研削水供給穴３８、マウンター２８に形成された空間４０及び研削ホイール３０のホイール基台３２に形成された複数の研削水供給ノズル４２を介して研削砥石３４及びチャックテーブル５４に保持されたウエーハ１１に供給される。

図１を再び参照すると、研削装置２は、研削ユニット１６を一対の案内レール１２，１４に沿って上下方向に移動する研削ユニット送り機構（研削送り手段）４４を備えている。研削ユニット送り機構４４は、ボールねじ４６と、ボールねじ４６の一端部に固定されたパルスモータ４８から構成される。パルスモータ４８をパルス駆動すると、ボールねじ４６が回転し、移動基台１８の内部に固定されたボールねじ４６のナットを介して移動基台１８が上下方向に移動される。

ベース６の凹部１０には、チャックテーブルユニット５０が配設されている。チャックテーブルユニット５０は、図２に示すように、支持基台５２と、支持基台５２に回転自在に配設されたチャックテーブル５４を含んでいる。チャックテーブルユニット５０は更に、チャックテーブル５４を挿通する穴を有したカバー５６を備えている。

チャックテーブル５４はチャックテーブル移動機構５８により、ウエーハ１１を搬入搬出する装置手前側の搬入搬出位置と、研削手段１６の作用を受ける装置奥側の研削位置との間でＹ軸方向に移動される。チャックテーブル移動機構５８は、ボールねじ６０と、ボールねじ６０のねじ軸６２の一端に連結されたパルスモータ６４から構成される。

パルスモータ６４をパルス駆動すると、ボールねじ６０のねじ軸６２が回転し、このねじ軸６２に螺合したナットを有する支持基台５２が研削装置２の前後方向（Ｙ軸方向）に移動する。よって、チャックテーブル５４もパルスモータ６４の回転方向に応じてＹ軸方向に移動する。

チャックテーブル５４に隣接して、チャックテーブル５４に保持されたウエーハ１１の厚みを検出する厚み検出手段９４が配設されている。厚み検出手段９４の検出針（プローブ）９６はチャックテーブル５４に保持されたウエーハ１１の研削面に接触する検出位置と、チャックテーブル５４から離れた退避位置との間で回動される。

図１に示されているように、図２に示した一対のガイドレール６６，６８及びチャックテーブル移動機構５８は蛇腹７０，７２により覆われている。すなわち、蛇腹７０の前端部は凹部１０を画成する前壁に固定され、後端部がカバー５６の前端面に固定されている。また、蛇腹７２の後端はコラム８に固定され、その前端はカバー５６の後端面に固定されている。

ベース６には、第１のウエーハカセット７４と、第２のウエーハカセット７６と、ウエーハ搬送ロボット７８と、複数の位置決めピン８１を有するウエーハ仮置テーブル８０と、ウエーハ搬入手段８２と、ウエーハ搬出手段８４と、洗浄手段８６が配設されている。更に、ハウジング４の前方にはオペレータが研削条件等を入力する操作手段８８が設けられている。

また、ベース６の概略中央部には、チャックテーブル５４を洗浄する洗浄水噴射ノズル９０が設けられている。この洗浄水噴射ノズル９０は、チャックテーブル５４がウエーハ搬入・搬出位置に位置づけられた状態において、チャックテーブル５４に保持された研削加工後のウエーハに向けて洗浄水を噴出する。ベース６の凹部１０には、研削砥石３２により研削されたウエーハ１１の研削屑を含んだ研削水を排水する排水口９２が設けられている。

図３を参照すると、本発明の研削方法の研削対象物である光デバイスウエーハ１１の斜視図が示されている。光デバイスウエーハ１１は、サファイア基板１３上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（半導体層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ１１は、エピタキシャル層１５が積層された表面１１ａと、サファイア基板１３が露出した裏面１１ｂとを有している。

研削加工を実施する前のサファイア基板１３は例えば１３００μｍの厚みを有しており、エピタキシャル層１５は例えば５μｍの厚みを有している。エピタキシャル層１５にＬＥＤ等の光デバイス１９が格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。

光デバイスウエーハ１１の裏面の研削、即ちサファイア基板１３の研削に先立って、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに形成された光デバイス１９を保護するために、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに保護テープ２３が貼着される。

よって、本発明の研削方法では、図４に示すように、保護テープ２３を下側にして光デバイスウエーハ１１をウエーハ搬入・搬出位置に位置づけられたチャックテーブル５４の保持面５４ａで吸引保持する。よって、保持された状態ではサファイア基板１３が露出する。

次いで、チャックテーブル移動機構５８を駆動して、チャックテーブル５４をＹ軸方向に移動し、図５に示すように、研削砥石３４がサファイア基板１３に作用する研削位置に位置づける。

次いで、図６に示すように、厚み検出手段９４の検出針９６を検出位置に回動してサファイア基板１３に接触させ、チャックテーブル５４を矢印ａ方向に７５０ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３０を矢印ｂ方向に１３００ｒｐｍで回転させながら、研削ユニット送り機構４４を駆動して第１の研削送り速度、即ち１５μｍ／ｓでチャックテーブル５４に保持されたサファイア基板１３に研削砥石３４を接近させ、サファイア基板１３に接触した瞬間を厚み検出手段９４で検出する。

研削砥石３４がサファイア基板１３に接触した瞬間には、サファイア基板１３が研削送りにより下方に押されると共に研削砥石３４がサファイア基板１３の裏面に作用するので、図１０のｔ１に示す時点で厚み検出手段９４で検出しているウエーハ１１の厚み変化が５μｍ生じたと検出される。

この５μｍの厚み変化は研削砥石３４がサファイア基板１３に接触した瞬間から約０．３秒程度で生じるが、チャックテーブル５４の保持面５４ａが研削ホイール３０の押圧力により沈み込むため、サファイア基板１３の実際の研削量は２〜３μｍ程度であり、これによりサファイア基板１３の被研削面が荒らされた状態となる。

ウエーハ１３の５μｍの厚み変化を厚み検出手段９４が検出した瞬間に、図７に示すように、研削ユニット送り機構４４を駆動して研削砥石３４をサファイア基板１３の裏面から所定距離ｈ、例えば３０μｍ離反させる離反工程を実施する。

図１０のグラフで符号９８で示す時間ｔ１からｔ２の間は離反工程を示している。離反工程実施後、時間ｔ２で研削工程を開始する。この研削工程では、チャックテーブル５４を矢印ａ方向に７５０ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３０を矢印ｂ方向に１３００ｒｐｍで回転させながら、研削ユニット送り機構４４を駆動して第１の研削送り速度よりも遅い第２の研削送り速度、即ち３μｍ／ｓで研削ホイール３０を下方に研削送りしながら、研削砥石３４でサファイア基板１３の研削を遂行する。

この研削開始時には、研削砥石３４がサファイア基板１３の裏面に非常に短い時間接触してサファイア基板１３の研削すべき面が荒らされているので、研削に適した第２の研削送り速度でサファイア基板１３に研削砥石３４を接触させると噛み付きが良好となり、研削砥石３４がサファイア基板１３の裏面ですべることなく研削が遂行される。

厚み検出手段９４の検出針９６をサファイア基板１３に接触させてサファイア基板１３の研削を遂行し、光デバイスウエーハ１１の厚さが１５０μｍになった時点ｔ３で研削を終了する。

サファイア基板１３の研削を実施すると、図９に示すように、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ、即ちサファイア基板１３の被研削面には、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削状痕２５が残留する。

上述した実施形態は、サファイア基板１３の研削に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＳｉＣ基板等の他の硬質基板にも同様に適用可能である。

上述した実施形態によると、サファイア基板１３を研削する際、研削ユニット送り機構４４を駆動して第１の研削送り速度でチャックテーブル５４に保持されたサファイア基板１３に研削砥石３４を接近させて研削砥石３４がサファイア基板１３に接触した瞬間を厚み検出手段９４によって検出し、その後直ちに研削ユニット送り機構４４を駆動して研削砥石３４をサファイア基板１３から離反させるので、サファイア基板１３の研削すべき面が荒らされた状態となる。

よって、第１の研削送り速度よりも遅い研削に適した第２の研削送り速度でサファイア基板１３に研削砥石３４を接触させると研削砥石３４の噛み付きが良好となり、研削砥石３４がサファイア基板１３の裏面ですべることがなくサファイア基板１３の研削を実施することが出来る。

２ 研削装置
１１ 光デバイスウエーハ
１３ サファイア基板
１５ エピタキシャル層
１６ 研削ユニット
１９ 光デバイス
３０ 研削ホイール
３４ 研削砥石
５４ チャックテーブル
９４ 厚み検出手段

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該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砥石が環状に配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、研削水を供給する研削水供給手段と、被加工物を搬入搬出する搬入搬出位置と被加工物を研削する研削位置とに該チャックテーブルを位置づける位置付け手段と、該研削手段を該チャックテーブルに対して相対的に研削送りして接近及び離反させる研削送り手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の厚みを検出する厚み検出手段とを備えた研削装置によって、硬質基板を研削する硬質基板の研削方法であって、
   該チャックテーブルの保持面で硬質基板を保持する保持工程と、
   該チャックテーブルを研削位置に位置づける位置付け工程と、
   該研削送り手段を作動して第１の研削送り速度で該チャックテーブルに保持された硬質基板に該研削砥石を接近させ、該研削砥石が硬質基板に接触した瞬間を該厚み検出手段によって検出する接触検出工程と、
   該接触検出工程によって該研削砥石と硬質基板との接触を検出した後直ちに該研削送り手段を作動して該研削砥石を硬質基板から離反させる離反工程と、
   該離反工程を実施した後、該研削送り手段を作動して該第１の研削送り速度よりも遅い第２の研削送り速度で該研削砥石を研削送りしながら該チャックテーブルに保持された硬質基板を研削する研削工程と、
   硬質基板が所望の厚みに達した際研削を終了する研削終了検出工程と、
   を具備したことを特徴とする硬質基板の研削方法。
2. 硬質基板はサファイア基板又はＳｉＣ基板から構成される請求項１記載の硬質基板の研削方法。