(57)【要約】      （修正有）【課題】研削装置による研削工程のみで、発光層を積層する工程における基板材料の反りを緩和する表面形状を有する基板材料を形成できる光デバイス用の基板材料の製造方法を提供する。【解決手段】光デバイス用の基板材料の製造方法は、研削手段３の有する研削砥石３ｄにおける接触面３ｄａと、接触面３ｄａに対向する板状ワークＷの表面Ｗａとを、第１の傾き指示部６ａから指示される調整軸５によって平行に調整した後に行う、板状ワークＷの表面Ｗａを平坦化する第１の研削工程と、平坦化された表面Ｗａを保持面２ａで保持した後の板状ワークＷの新たな上面Ｗｂの傾きを、第２の傾き指示部６ｂから指示された調整軸５によって調整し、研削砥石３ｄの接触面３ｄａが上面Ｗｂの外周部より中央部に先に接触するように設定された後、研削手段３を研削送りして板状ワークＷの上面Ｗｂを研削して中凹形状の第２の研削面を形成する第２の研削工程を具備する。【選択図】図１
2014024153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状ワークを保持面で保持する保持手段と、
前記保持手段が保持する前記板状ワークを研削砥石が配列された研削ホイールで研削する研削手段と、
前記研削手段と前記保持手段とを相対的に接近および離反させる研削送り手段と、
前記研削手段の研削位置に前記保持手段を位置づける位置づけ手段と、
前記保持手段と前記研削手段とを相対的に傾き調整する調整手段と、
前記調整手段によって、前記保持面で保持する前記板状ワークの上面と、前記板状ワークの上面に接触する前記研削砥石の接触面と、を平行にさせる傾きを指示する第１の傾き指示部と、
前記調整手段によって、前記接触面が前記保持面で保持する前記板状ワークの上面の外周より中央を先に接触させる傾きを指示する第２の傾き指示部と、
を、少なくとも備えた研削装置を用いた光デバイス用の基板材料の製造方法であって、
前記第１の傾き指示部で指示され前記調整手段によって、前記接触面と前記保持面で保持した前記板状ワークの上面が平行に調整され、前記研削手段を前記研削送り手段で研削送りさせ、前記板状ワークの上面を研削して第１の研削面を形成する第１の研削工程と、
前記第１の研削工程で形成した前記第１の研削面を前記保持面で保持させ、前記第１の研削面の反対面に前記研削砥石を接触させて研削して第２の研削面を形成する第２の研削工程において、
前記第２の研削工程は、前記第２の傾き指示部で指示され前記調整手段によって傾き調整され、前記研削砥石の前記接触面が、前記保持面で保持する前記板状ワーク上面の外周より中心を先に接触可能で、前記研削手段を前記研削送り手段で研削送りさせ板状ワークの上面を研削して、中凹形状の板状ワークを形成させ、
前記板状ワークの中凹面側に発光層を積層させる事で発光層の上面が水平に形成されることを特徴とする光デバイス用の基板材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に発光層を積層するための光デバイス用の基板材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光デバイス製造工程においては、サファイアなどの基板材料表面に窒化物半導体層がエピタキシャル成長によって積層されて発光層が形成される。この基板材料上に発光層を積層する工程において、基板材料と発光層との結晶構造の格子定数の違いにより基板材料に反りが生じるという問題が知られている。
【０００３】
この問題に対して、あらかじめ基板材料の表面に凹形状または凸形状の反りを形成することにより、基板材料上に発光層を積層する工程における基板材料の反りを緩和する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１においては、基板材料であるサファイア基板を遊離砥粒にて両面ラッピングする第１の工程と、このサファイア基板を高温にて熱処理する第２の工程と、このサファイア基板の片面のみを化学研磨する第３の工程と、を経て主面側が凹形状または凸形状となった基板材料を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６８６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した基板材料の製造方法は加工手段および工程数が多く、作業が連続して行えないため製造効率が悪いという課題がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、研削装置による研削工程のみで、発光層を積層する工程における基板材料の反りを緩和する表面形状を有する基板材料を形成できる光デバイス用の基板材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光デバイス用の基板材料の製造方法は、板状ワークを保持面で保持する保持手段と、前記保持手段が保持する前記板状ワークを研削砥石が配列された研削ホイールで研削する研削手段と、前記研削手段と前記保持手段とを相対的に接近および離反させる研削送り手段と、前記研削手段の研削位置に前記保持手段を位置づける位置づけ手段と、前記保持手段と前記研削手段とを相対的に傾き調整する調整手段と、前記調整手段によって、前記保持面で保持する前記板状ワークの上面と、前記板状ワークの上面に接触する前記研削砥石の接触面と、を平行にさせる傾きを指示する第１の傾き指示部と、前記調整手段によって、前記接触面が前記保持面で保持する前記板状ワークの上面の外周より中央を先に接触させる傾きを指示する第２の傾き指示部と、を、少なくとも備えた研削装置を用いた光デバイス用の基板材料の製造方法であって、前記第１の傾き指示部で指示され前記調整手段によって、前記接触面と前記保持面で保持した前記板状ワークの上面が平行に調整され、前記研削手段を前記研削送り手段で研削送りさせ、前記板状ワークの上面を研削して第１の研削面を形成する第１の研削工程と、前記第１の研削工程で形成した前記第１の研削面を前記保持面で保持させ、前記第１の研削面の反対面に前記研削砥石を接触させて研削して第２の研削面を形成する第２の研削工程において、前記第２の研削工程は、前記第２の傾き指示部で指示され前記調整手段によって傾き調整され、前記研削砥石の前記接触面が、前記保持面で保持する前記板状ワーク上面の外周より中心を先に接触可能で、前記研削手段を前記研削送り手段で研削送りさせ板状ワークの上面を研削して、中凹形状の板状ワークを形成させ、前記板状ワークの中凹面側に発光層を積層させる事で発光層の上面が水平に形成されることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第２の傾き指示部からの指示によって、研削砥石の接触面が、保持面で保持する板状ワークの上面の外周部分より中央部分に先に接触するように傾き調整された後、研削手段によって板状ワークの上面を研削することにより、中心部分から外周部分に向けて次第に高さが高くなる中凹形状の第２の研削面を形成することができるため、研削装置による研削工程のみで、発光層を積層する工程における基板材料の反りを緩和する表面形状を有する基板材料を形成することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、研削装置による研削工程のみで、発光層を積層する工程における基板材料の反りを緩和する表面形状を有する基板材料を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法における第１の研削工程を示す説明図である。
【図２】上記実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法における第２の研削工程を示す説明図である。
【図３】上記実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法によって製造された基板材料を示す図である。
【図４】上記実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法によって製造された基板材料の上面に発光層を積層した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法における第１の研削工程を示す説明図である。第１の研削工程においては、板状ワークＷの表面Ｗａを研削して、表面Ｗａを平坦化した第１の研削面を形成する。
【００１２】
まず、図１Ａを用いて、被加工物である板状ワークＷおよび研削装置１の構成について説明する。
被加工物である板状ワークＷは、たとえば、サファイア基板であり、その厚みは６００μｍ程度である。図１Ａに示すように、インゴットから切り出された板状ワークＷは、表面Ｗａおよび裏面Ｗｂが平坦化されておらず、板状ワークＷ面内には厚さバラツキが生じている。なお、本実施の形態においては板状ワークＷとしてサファイア基板を例に挙げて説明するが、板状ワークＷの構成はこれに限定されず、たとえばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板や炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板などを用いることもできる。
【００１３】
板状ワークＷは、貼り合わせ部材としての樹脂１１によってサブストレート１０に貼り付けられた状態で、保持テーブル２に保持される。サブストレート１０は、たとえば、板状ワークＷと略同一形状のガラス基板で構成され、第１の研削工程における板状ワークＷの反りを防ぐために用いられる。
【００１４】
図１Ａに示す研削装置１は、板状ワークＷを保持する保持手段としての保持テーブル２と、この保持テーブル２上に保持された板状ワークＷを研削する研削手段としての研削ユニット３と、を具備している。
【００１５】
保持テーブル２は、上面視にて概して円形状を有し、その中央部分が外周部分より上方（Ｚ軸正方向）に突出するように設けられている。保持テーブル２の表面である傾斜面が有する傾斜角度は、発光層積層工程における基板材料の反りを緩和する表面形状を板状ワークＷに形成可能な角度に設定されている。本実施の形態に係る保持テーブル２においては、中心位置と外周位置との高さの差は、２０μｍに設定されている。
【００１６】
保持テーブル２の上面には、たとえばポーラスセラミック材で構成され、吸引源２ｂに接続された保持面２ａが設けられている。この構成により、板状ワークＷが保持テーブル２に載せ置かれた場合には、保持面２ａの中央で板状ワークＷが吸引保持される。
【００１７】
保持テーブル２は、ターンテーブル４上に設けられた複数の調整軸５に支持されて、ターンテーブル４の上面に回転可能に設けられている。ターンテーブル４には、回転軸を中心とした点対称位置に一対の保持テーブル２が配置され、１８０度間隔で間欠回転する。このため、一対の保持テーブル２は、板状ワークＷが供給および回収される載せ換え位置と、板状ワークＷが研削ユニット３に対向する研削位置との間を交互に移動する。すなわち、ターンテーブル４は、研削ユニット３の研削位置に保持テーブル２を位置づける位置づけ手段として機能する。
【００１８】
調整軸５は、高さが固定の固定軸５ａと、高さが可変の可変軸５ｂとで構成される。可変軸５ｂとしては、所望の高さに高さを調節できる可変軸であれば形式にかかわらず適用でき、たとえば、ねじ式の可変軸やてこ式の可変軸を適用できる。可変軸５ｂは、後述する制御部６における第１の傾き指示部６ａおよび第２の傾き指示部６ｂからの制御により、その高さを調整する。
【００１９】
本実施の形態においては、調整軸５は、２つの固定軸５ａ（図１Ａにおいては１つのみ図示）と１つの可変軸５ｂとで構成され、保持テーブル２の円周に沿って等間隔に３つ設けられている。このように調整軸５を配置することにより、可変軸５ｂの高さを調整することで、可変軸５ｂ近傍の保持テーブル２端の高さを調整することができる。これにより、保持テーブル２と研削ユニット３との傾きを、相対的に調整することが可能となる。
【００２０】
研削ユニット３は、円筒状のスピンドル３ａと、スピンドル３ａの下端に設けられたホイールマウント３ｂと、ホイールマウント３ｂの下面に取り付けられた研削ホイール３ｃと、研削ホイール３ｃの下面に配列された複数の研削砥石３ｄと、を含んで構成される。研削ホイール３ｃは、ホイールマウント３ｂの下面に複数のホイール取付けネジ３ｅによって取り付けられている。研削砥石３ｄは、たとえば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレンジボンドなどの結合剤で固めたダイヤモンド砥石で構成される。研削ユニット３は、図示しない研削送り手段によって駆動されて上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成され、研削ユニット３と保持テーブル２とを相対的に接近および離反させることが可能である。
【００２１】
また、研削装置１には、研削装置１の各部を統括制御する制御部６が設けられている。制御部６は、各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体を含んで構成される。制御部６には、第１の研削工程において保持テーブル２の傾きを指示する第１の傾き指示部６ａと、後述する第２の研削工程において保持テーブル２の傾きを指示する第２の傾き指示部６ｂと、が含まれる。
【００２２】
続いて、このような研削装置１を用いた第１の研削工程における研削加工について詳細に説明する。
【００２３】
まず、図１Ａに示すように、サブストレート１０に貼り付けられた板状ワークＷを保持テーブル２の保持面２ａで吸引保持する。保持テーブル２の保持面２ａに吸引保持された板状ワークＷは、保持テーブル２の表面形状に沿って、その中央部分が外周部分よりも上方（Ｚ軸正方向）に突出した凸状に湾曲した状態で保持される。制御部６における第１の傾き指示部６ａは、保持テーブル２で保持する板状ワークＷの表面Ｗａのうち、研削砥石３ｄに対向する部分と、この板状ワークＷの表面Ｗａに接触する研削砥石３ｄの接触面３ｄａとが、平行となるような保持テーブル２の傾きを指示する。可変軸５ｂは、この指示に従ってその高さを調整し、これに伴って保持テーブル２の傾きが調整される。
【００２４】
図１Ａに示すように、研削砥石３ｄにおける接触面３ｄａと、接触面３ｄａに対向する板状ワークＷの表面Ｗａとを平行に調整した後、保持テーブル２を矢印Ａで示す方向に回転しつつ、研削ユニット３の研削ホイール３ｃを矢印Ｂで示す方向に回転せしめ、研削砥石３ｄの接触面３ｄａを板状ワークＷの表面Ｗａに接触させる。そのまま、図示しない研削送り手段によって研削ホイール３ｃを所定の研削送り速度で下方（Ｚ軸負方向）に研削送りする。板状ワークＷを所望の厚さだけ研削した時点、たとえば研削ホイール３ｃを下方（Ｚ軸負方向）に１００μｍ程度研削送りした時点で、第１の研削工程における研削加工は終了する。
【００２５】
この結果、図１Ｂに示すように、板状ワークＷは所望の厚さ研削されるとともに、その表面Ｗａが平坦化されて第１の研削面が形成される。
【００２６】
続いて、本実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法における第２の研削工程における研削加工について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法における第２の研削工程を示す説明図である。第２の研削工程においては、板状ワークＷの裏面Ｗｂを研削して、中凹形状の第２の研削面を形成する。
【００２７】
第１の研削工程後、サブストレート１０に貼り付けられた板状ワークＷを保持テーブル２から回収する。そして、サブストレート１０から板状ワークＷを切り離し、図２Ａに示すように、平坦化された表面Ｗａ（第１の研削面）側が保持テーブル２の保持面２ａに接するように、すなわちうねりをもった裏面Ｗｂ側が上面に向くように、板状ワークＷを保持テーブル２の保持面２ａで吸引保持する。
【００２８】
保持テーブル２の保持面２ａに吸収保持された板状ワークＷは、保持テーブル２の表面形状に沿って、その中央部分が外周部分よりも上方（Ｚ軸正方向）に突出した凸状に湾曲した状態で保持される。制御部６における第２の傾き指示部６ｂは、研削砥石３ｄの接触面３ｄａが、保持テーブル２で保持する板状ワークＷの裏面Ｗｂにおける中央部分のみに接触し、外周部分には接触しないような保持テーブル２の傾きを指示する。可変軸５ｂは、この指示に従ってその高さを調整し、これに伴って保持テーブル２の傾きが調整される。本実施の形態においては、図２Ａに示すように、第１の研削工程時と比較して、可変軸５ｂの高さが高くなるように調整される。
【００２９】
図２Ａに示すように、研削砥石３ｄにおける接触面３ｄａが、板状ワークＷの裏面Ｗｂの外周部分より中央部分に先に接触するように傾き調整した後、保持テーブル２を矢印Ａで示す方向に回転しつつ、研削ユニット３の研削ホイール３ｃを矢印Ｂで示す方向に回転せしめ、研削砥石３ｄの接触面３ｄａを板状ワークＷの裏面Ｗｂにおける中央部分に接触させる。そのまま、図示しない研削送り手段によって研削ホイール３ｃを所定の研削送り速度で下方（Ｚ軸負方向）に研削送りする。板状ワークＷを所望の厚さだけ研削した時点、たとえば研削ホイール３ｃを下方（Ｚ軸負方向）に１００μｍ程度研削送りした時点で、第２の研削工程における研削加工は終了する。
【００３０】
板状ワークＷが研削されるにしたがって、板状ワークＷの裏面Ｗｂにおいて研削砥石３ｄの接触面３ｄａと接触する部分は同心円状に外周に広がっていく。しかしながら、研削砥石３ｄの接触面３ｄａは常に板状ワークＷの裏面Ｗｂにおける中央部分に接触し、当該部分を研削し続けるため、板状ワークＷの裏面Ｗｂにおける中央部分は外周部分と比較して、より多く研削されることとなる。
【００３１】
この結果、図２Ｂに示すように、保持テーブル２の保持面２ａで凸状に湾曲して保持された板状ワークＷは、裏面Ｗｂが研削砥石３ｄの接触面３ｄａに対して平行となるように研削される。この状態において、板状ワークＷは所望の厚さ研削されるとともに、中心部分から外周部分に向けて次第に厚みが厚くなるように構成されている。
【００３２】
図３は、本実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法によって製造された基板材料１００を示す図である。第２の研削工程後に、保持テーブル２による板状ワークＷの吸引保持を解除すると、保持テーブル２上の保持面２ａに凸状に湾曲して保持された板状ワークＷは、スプリングバックして、図３に示すように、裏面Ｗｂ（第２の研削面）が、中心部分から外周部分に向けて次第に高さが高くなる中凹形状に形成される。基板材料１００は、たとえば、中心部分の厚みが３５０μｍ、外周部分の厚みが４００μｍに構成されている。
【００３３】
以上のようにして研削加工された基板材料１００は、第２の研削面１００ａに発光層を積層する発光層積層工程に搬送される。図４は、本実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法によって製造された基板材料の上面に発光層を積層した状態を示す図である。
【００３４】
図４Ａに示すように、発光層積層工程においては、基板材料１００の第２の研削面１００ａ側に、たとえばエピタキシャル成長によって、窒化物半導体層が積層されて発光層１０１が形成される。この発光層積層工程において、基板材料１００は発光層１０１が積層された側に凸状に湾曲する。しかしながら、基板材料１００の第２の研削面１００ａはあらかじめ中央部分から外周部分に向けて次第に高さが高くなる凹状の湾曲面に形成されているため、図４Ｂに示すように、基板材料１００の第２の研削面１００ａに形成された発光層１０１の上面は平坦となる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態に係る光デバイス用の基板材料の製造方法によれば、第２の傾き指示部６ｂからの指示によって、研削砥石３ｄの接触面３ｄａが、保持テーブル２の保持面２ａで保持する板状ワークＷの上面（裏面Ｗｂ）の外周部分より中央部分に先に接触するように傾き調整された後、研削ユニット３によって板状ワークＷの上面（裏面Ｗｂ）を研削することにより、中心部分から外周部分に向けて次第に高さが高くなる中凹形状の第２の研削面を形成することができるため、研削装置による研削工程のみで、発光層を積層する工程における基板材料の反りを緩和する表面形状を有する基板材料を形成することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本発明は、研削装置による研削工程のみで、発光層を積層する工程における基板材料の反りを緩和する表面形状を有する基板材料を形成できるという効果を有し、特に、光デバイス用の基板材料の製造方法として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  研削装置
２  保持テーブル
２ａ  保持面
２ｂ  吸引源
３  研削ユニット
３ａ  スピンドル
３ｂ  ホイールマウント
３ｃ  研削ホイール
３ｄ  研削砥石
３ｄａ  接触面
３ｅ  ネジ
４  ターンテーブル
５  調整軸
５ａ  固定軸
５ｂ  可変軸
６  制御部
６ａ  第１の傾き指示部
６ｂ  第２の傾き指示部
Ｗ  板状ワーク
１０  サブストレート
１１  樹脂
１００  基板材料
１００ａ  第２の研削面
１０１  発光層
【図１】
2014024153.tif 000003
【図２】
2014024153.tif 000004
【図３】
2014024153.tif 000005
【図４】
2014024153.tif 000006