(57)【要約】【課題】サファイア基板の薄厚化工程において、欠けまたはクラックが発生することを抑制して、容易にサファイア基板の研削及び研磨を行うことができるサファイア基板の製造方法、およびこの製造方法を用いたサファイア基板を提供することである。【解決手段】基板１０の裏面１０Ｂを研削装置Ｍにより研削及び研磨して基板１０の研削及び研磨を行う薄厚化工程を含むサファイア基板の製造方法において、通気性及び弾性を有する基板保持体５０を基板１０の表面１０Ａと研削装置Ｍの真空吸着板４００との間に介在させて基板１０を真空吸着板４００に真空吸着させ、これにより基板保持体５０を基板１０の表面形状に沿うように弾性変形させた状態で基板１０を真空吸着板４００に固定してから、基板１０の裏面１０Ｂの研削及び研磨を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板の裏面を研削装置により研削及び研磨する薄厚化工程を含むサファイア基板の製造方法であって、
通気性及び弾性を有する基板保持体を前記サファイア基板の表面と前記研削装置の真空吸着板との間に介在させて前記サファイア基板を前記真空吸着板に真空吸着させ、これにより前記基板保持体を前記サファイア基板の表面形状に沿うように弾性変形させた状態で前記サファイア基板を前記真空吸着板に固定してから、前記サファイア基板の裏面の研削及び研磨を行うことを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のサファイア基板の製造方法であって
前記真空吸着板による真空吸着により前記基板保持体の脱気を行って収縮させ、これにより前記基板保持体の弾性を喪失させた状態で前記サファイア基板を前記真空吸着板に固定することを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記サファイア基板の研削及び研磨を終了したのち、前記真空吸着板による真空吸着を解除して前記サファイア基板を前記基板保持体から分離し、該基板保持体の表面が元の平滑面に復元するのをまって次のサファイア基板の真空吸着を行うことを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記基板保持体として、弾性を有し外表面と内部とに連通する空隙を含むフィルムまたはシートを用いることを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のサファイア基板の製造方法であって、
前記サファイア基板を、その厚みが５０μｍから２００μｍの範囲となるまで研削及び研磨することを特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のサファイア基板の製造方法により製造されたことを特徴とするサファイア基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板の製造方法およびサファイア基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ））およびパワーデバイスなどに用いられる半導体素子の製造方法においては、表面側に半導体素子が形成された基板をダイシングしてチップ化するダイシング工程が含まれる。そのダイシング工程を容易に行うために、基板の裏面を研削及び研磨して基板の厚みを１００μｍ以下まで薄くする工程が行われている。
【０００３】
従来技術として、まず研削及び研磨対象である基板の表面に保護テープを貼り付け、基板の表面を保護テープで覆った状態で基板の裏面を所望の厚みまで研削及び研磨した後、基板の表面から保護テープを剥離し、その後、金属製キャリアフレームに張られたダイシングテープに基板の裏面を貼り付け、ダイシングを行う技術が知られている。
【０００４】
ここで、外周端が円弧状に面取りされている基板を研削及び研磨する場合は、裏面研削および裏面研磨工程後に、基板外周端がナイフのような鋭利な形状になってしまい、基板強度が極端に低下する。この基板外周端は保護テープとは非接着であり物理的に支持されていないため、裏面研削中または裏面研磨中の切削水や砥石の衝撃でばたついて、基板端部に欠けやクラックが生じていた。
【０００５】
この課題を解決するため、特許文献１には表面側に半導体素子又は回路が形成された基板の内部領域と、その外側の外周領域との境界を基板の表面に対して垂直に切断して、外周領域を除去する工程と、基板の面寸法以上の面寸法をもつ支持部材に基板表面を貼り合わせる工程と、支持部材によって基板表面を支持した状態で基板裏面を研削及び研磨して、基板の厚みを所定の厚みまで薄くする工程と、を備えた半導体製造方法が開示されている。
【０００６】
基板の外周領域の除去により、基板外周端の保護テープが非接着である部分がなくなるため、裏面研削中または裏面研磨中の切削水や砥石の衝撃でばたつくことがなく、基板の裏面を１００μｍ程度まで研削及び研磨することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１９４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年盛んに開発されている窒化物半導体を用いた半導体素子（ＬＥＤまたはパワーデバイスなど）には、サファイア基板やＳｉＣ基板といった非常に硬い基板が用いられている。
【０００９】
このような、硬い基板を特許文献１の半導体製造方法で１００μｍよりも薄い厚みに研削及び研磨しようとすると、切削水または砥石からの衝撃により支持部材とサファイア基板とを接着する接着テープが弾性変形するため、その弾性変形がサファイア基板に伝わり、サファイア基板に欠けまたはクラックが発生し、最悪の場合、サファイア基板が割れてしまう虞がある。
【００１０】
発明者が実際に特許文献１の製造方法を用いて、ウエハ径が２インチであるサファイア基板を研削及び研磨したところ、サファイア基板の厚みが１０２μｍまで研削及び研磨したときは、欠けおよびクラックが観察されなかったが、サファイア基板の厚みが８８μｍまで研削及び研磨したときは、クラックが発生していた。この結果から、１００μｍ程度の厚みまでは特許文献１の方法でも問題なく研削及び研磨することができるが、それよりも薄い厚みに研削及び研磨することは困難であることを見い出した。
【００１１】
また、サファイア基板と支持部材とを両面テープで貼り合わせた場合は、研削後に両面テープとサファイア基板とを分離する工程を必要とする。そうすると、サファイア基板表面に両面テープの接着残りが生じるため、その接着残りを完全に除去する新たな洗浄工程が必要である。しかし、サファイア基板の厚みが１００μｍ以下になると、その洗浄工程中に基板が破損するといった問題が生じる。
【００１２】
また、特許文献１に開示された製造方法のように、基板の外周領域を除去する工程がある場合、基板の外周領域には半導体素子を形成することができない。すなわち、１枚の基板から採取できる半導体素子の数が少なくなる。これにより、製造コストが高くなる。
【００１３】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、サファイア基板の研削及び研磨において、欠けまたはクラックが発生することを抑制して、容易にサファイア基板の研削及び研磨を行うことができるサファイア基板の製造方法およびこの製造方法を用いたサファイア基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達するために、本発明は、次のとおりの構成としている。
【００１５】
本発明に係るサファイア基板の製造方法は、サファイア基板の裏面を研削装置により研削及び研磨する薄厚化工程を含むサファイア基板の製造方法であって、通気性及び弾性を有する基板保持体を前記サファイア基板の表面と前記研削装置の真空吸着板との間に介在させて前記サファイア基板を前記真空吸着板に真空吸着させ、これにより前記基板保持体を前記サファイア基板の表面形状に沿うように弾性変形させた状態で前記サファイア基板を前記真空吸着板に固定してから、前記サファイア基板の裏面の研削及び研磨を行うことを特徴とするものである。
【００１６】
このような特定事項によれば、サファイア基板は、該基板の表面形状に沿うように弾性変形された基板保持体を介して研削装置の真空吸着板に真空吸着され、この状態で裏面の研削及び研磨が行われるから、裏面研削中または裏面研磨中の切削水や砥石の衝撃でサファイア基板がばたつくようなことがなくなり、サファイア基板に欠けやクラックを発生させることなく研削及び研磨することができる。
【００１７】
上記のサファイア基板の製造方法において、前記真空吸着板による真空吸着により前記基板保持体の脱気を行って収縮させ、これにより前記基板保持体の弾性を喪失させた状態で前記サファイア基板を前記真空吸着板に固定しても構わない。
【００１８】
この場合、真空吸着板による真空吸着により前記基板保持体の脱気を行って収縮させ、これにより前記基板保持体の弾性を喪失させており、基板保持体自体が研削及び研磨中に弾性変形するようなことがないため、研削または研磨中に切削水または砥石からの衝撃を受けてもサファイア基板がばたつくようなことが無い。したがって、サファイア基板に欠けやクラックを発生させることなく研削及び研磨できる。
【００１９】
上記のサファイア基板の製造方法において、前記サファイア基板の研削及び研磨を終了したのち、前記真空吸着板による真空吸着を解除して前記基板を前記基板保持体から分離し、該基板保持体の表面が元の平滑面に復元するのをまって次のサファイア基板の真空吸着を行っても構わない。
【００２０】
この場合、基板保持体を繰り返し利用することができ、製造コストを抑えることができる。
【００２１】
上記のサファイア基板の製造方法において、前記基板保持体として、弾性を有し外表面と内部とに連通する空隙を含むフィルムまたはシートを用いても構わない。
【００２２】
この場合、サファイア基板と研削装置とを真空吸着する際、フィルムまたはシートは、その外表面と内部とに連通する空隙により一様に弾性変形することになるので、サファイア基板とフィルムまたはシートとが好ましい状態で密着することとなる。
【００２３】
上記のサファイア基板の製造方法において、前記サファイア基板を、その厚みが５０μｍから２００μｍの範囲となるまで研削及び研磨しても構わない。
【００２４】
この場合、ダイシングの刃先に負担をかけずにダイシングすること、サファイア基板の表面と裏面の間に容易に貫通電極を形成すること、及び、パワーデバイスのような大電流を発生する半導体素子の放熱特性を向上させることができる。
【００２５】
本発明に係るサファイア基板は、上記のサファイア基板の製造方法を用いて製造されたことを特徴とするものである。
【００２６】
このような構成であるから、サファイア基板などの半導体基板上に、ＧａＮ、ＡｌＮなどの半導体層を形成しＬＥＤやパワーデバイスといった半導体素子を作製することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、サファイア基板の薄厚化工程において、欠けまたはクラックが発生することを抑制して、容易にサファイア基板の研削及び研磨することができるサファイア基板の製造方法、およびこの製造方法を用いたサファイア基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のサファイア基板の製造方法において、サファイア基板と基板保持体とを真空吸着する前の状態を示す概略断面図である。
【図２】本発明のサファイア基板の製造方法において、研削装置に基板を真空吸着し、基板保持体が弾性変形した状態を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係るサファイア基板の製造方法において、基板を研削及び研磨している状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明に係るサファイア基板の製造方法において、研削及び研磨後にダイシングテープを取り付ける前の状態を示す概略断面図である。
【図５】本発明に係るサファイア基板の製造方法において、研削及び研磨後に基板の裏面にダイシングテープを重合させた状態を示す概略断面図である。
【図６】本発明に係るサファイア基板の製造方法において、サファイア基板と基板保持体とを分離した状態を示す概略断面図である。
【図７】サファイア基板をダイシングする前の状態を示す概略断面図である。
【図８】サファイア基板をダイシングした後の状態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
まず、図１から図３を参照して、本発明のサファイア基板の製造方法における薄厚化工程を説明する。
【００３１】
図１は、サファイア基板と基板保持体とを真空吸着する前の状態を示す概略断面図である。図２は、研削装置に基板を真空吸着し、基板保持体が弾性変形した状態を示す概略断面図である。図３は、基板を研削及び研磨している状態を示す概略断面図である。
【００３２】
本発明に係るサファイア基板の製造方法は、サファイア基板１０の裏面１０Ｂを研削装置Ｍにより研削及び研磨してサファイア基板１０の薄厚化工程を含むサファイア基板１０の製造方法であって、通気性及び弾性を有する基板保持体５０をサファイア基板１０の表面１０Ａと研削装置Ｍの真空吸着板４００との間に介在させてサファイア基板１０を真空吸着板４００に真空吸着させ、これにより基板保持体５０をサファイア基板１０の表面形状に沿うように弾性変形させた状態でサファイア基板１０を真空吸着板４００に固定してから、サファイア基板１０の裏面１０Ｂの研削及び研磨を行うものである。
【００３３】
なお、本発明は、サファイア基板１０に限らず、シリコン基板またはガラス基板、ＳｉＣ基板など、ＧａＮ層やＡｌＮ層といった半導体層を形成するのに適した他の基板にも適用することができる。また、半導体層１１が形成された基板においては、半導体層１１上にＬＥＤやパワーデバイスなどの半導体素子が形成されていても構わない。
【００３４】
基板保持体５０としては、平板形状で弾性を有し、例えば、厚さ１００μｍ、圧縮率３０％、圧縮弾性率９０％、及び硬度１８°のシリコンフィルムが好適に用いられる。この基板保持体５０には、その外表面と内部とに連通する多数の空隙５１が、例えば針により形成されている。
【００３５】
なお、基板保持体５０としては、上記したようなシリコンフィルムに限られず、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度の直径を有する多数の空隙５１が形成された、厚さ１０μｍ以上５００μｍ以下、圧縮率５％以上５０％以下、圧縮弾性率７０％以上９５％以下のポリウレタンからなるシートを用いても構わない。
【００３６】
研削装置Ｍは、サファイア基板１０を研削及び研磨する砥石３００と、サファイア基板１０が吸着される真空吸着板４００と、サファイア基板１０と真空吸着板４００とを真空吸着させる真空ポンプ５００と、真空吸着板４００と真空ポンプ５００とを繋ぐホース５１０と、を備えている。そして、真空吸着板４００の表面には複数の孔（図示せず）が形成されており、この孔はホース５１０を介して真空ポンプ５００に接続されている。
【００３７】
これより、真空ポンプ５００を稼働すると、真空吸着板４００の孔と基板保持体５０の空隙５１とを介して、サファイア基板１０が真空吸着される。
【００３８】
真空吸着により、サファイア基板１０と基板保持体５０との間の気泡が脱気されていき、弾性を有する基板保持体５０が、サファイア基板１０の表面形状に沿うように収縮して弾性変形し、サファイア基板１０と基板保持体５０とが完全に密着する。特に、サファイア基板１０の表面１０Ａに半導体素子が形成されている場合は、表面１０Ａは凹凸形状となっており、その凹凸形状に沿って基板保持体５０が収縮して弾性変形するため、サファイア基板１０と基板保持体５０とは隙間無く密着することとなる。
【００３９】
基板保持体５０の弾性変形が限界に達すると、弾性を喪失した状態となる。この状態でサファイア基板１０の裏面１０Ｂを砥石３００により研削及び研磨する。
【００４０】
サファイア基板１０の裏面１０Ｂは、真空吸着板４００と対峙するように備えられた砥石３００によってサファイア基板１０の厚みが５０μｍから２００μｍになるまで研削及び研磨される。
【００４１】
研削及び研磨後のサファイア基板１０の厚みが５０μｍであれば、後述するダイシング工程によるダイシングを容易に行うことができる。そのほかにも、サファイア基板１０の裏面１０Ｂをドライエッチングしてスルーホール（図示せず）を形成した後、そのスルーホールに貫通電極を埋め込み、表面１０Ａに形成された表面電極との配線を行うことができる。基板の厚みが薄いほどドライエッチング工程を短縮でき、そしてスルーホールに埋め込む電極材料の消費量を削減でき、また、裏面１０Ｂと表面１０Ａの間の貫通電極の電気抵抗を低くすることができる。また、基板の厚みが薄いほどパワーデバイスのような大電流が発生する半導体素子の放熱特性を向上させることができる。
【００４２】
上記したサファイア基板の製造方法であれば、基板保持体５０が弾性変形することによりサファイア基板１０と基板保持体５０との密着性が高いものとなることから、研削及び研磨中に切削水または砥石からの衝撃を受けても基板保持体５０がばたつかず、サファイア基板１０に欠けまたはクラックが発生することはない。
【００４３】
次に、図４から図６を参照して、研削及び研磨工程後の工程を説明する。
【００４４】
図４は、研削及び研磨後にダイシングシートを取り付ける前の状態を示す概略断面図である。図５は、研削及び研磨後に基板の裏面にダイシングシートを重合させた状態を示す概略断面図である。図６は、サファイア基板と基板保持体とを分離した状態を示す概略断面図である。
【００４５】
サファイア基板１０の研削及び研磨を終了したのち、真空吸着板４００による真空吸着を解除してサファイア基板１０を基板保持体５０から分離する。その後、基板保持体５０の表面１０Ａが元の平滑面に復元するのをまって次のサファイア基板１０の真空吸着を行い、前述した薄厚化工程を行う。すなわち、真空吸着板４００による真空吸着を解除することにより基板保持体５０の弾性力が復元し、サファイア基板１０の表面１０Ａの表面形状に沿うように変形していた基板保持体５０の表面１０Ａの形状が元の形状、つまり、基板保持体５０が薄厚化工程前の平板状の形状に戻る。これより、再度の研削及び研磨を行う際に再度、同じ基板保持体５０を使用することが可能である。よって製造コストを抑えることができる。
【００４６】
ところで、特許文献１に開示されているように、基板と支持部材との貼り付けに両面テープを用いた場合では、接着残りを除去するための新たな洗浄工程が必要である。しかし、本発明では、サファイア基板１０を基板保持体５０に真空吸着させているため、サファイア基板１０に接着残りは発生しない。そのため、接着残りを除去する洗浄工程が不要となり、洗浄工程中での基板の破損を防ぐことができる。
【００４７】
研削及び研磨後、基板の厚みは５０μｍから２００μｍと薄くなっており、この状態で基板保持体５０を分離すると、サファイア基板１０に少しの力が加わるだけでクラックや欠けが生じてしまうため、サファイア基板１０のハンドリングが困難となる。よって、サファイア基板１０の裏面１０Ｂにダイシングテープ６０が取り付けられる（図４参照）。
【００４８】
ダイシングテープ６０は、たとえば、８０μｍ以上２００μｍ以下の厚さの塩化ビニル、ポリオレフィンおよびＰＥＴなどのいずれかからなる材料に、５μｍ以上５０μｍ以下の厚さのアクリル系粘着材、または、エポキシ系およびポリイミド系などの熱圧着可能な粘着材などのいずれかが塗布されたものである。ダイシングテープ６０の外周には金属製キャリアフレーム（図示せず）が取り付けられており、金属製キャリアフレーム部を把持することにより、サファイア基板１０と基板保持体５０とを分離してもハンドリングが可能となる。
【００４９】
次に、図７、図８を参照して、ダイシング工程を説明する。
【００５０】
図７は、ダイシングする前の状態を示す概略断面図である。図８は、ダイシングした後の状態を示す概略断面図である。
【００５１】
ダイシングに用いられるダイシング装置（図示せず）は、サファイア基板１０を載置するダイシングステージと、ダイシングステージと対峙しサファイア基板１０に対して垂直に備えられたダイシングブレードと、が備えられている。
【００５２】
このダイシングステージに、サファイア基板１０のダイシングテープ６０が付着された側を取り付け、サファイア基板１０の表面１０Ａ側をダイシングする。
【００５３】
ダイシングブレードは円盤状のものであり、その外周に刃先が備えられている。このダイシングブレードの中心を軸としてダイシングブレードが高速に回転することにより、サファイア基板１０のダイシングが行われる。
【００５４】
ここで、基板の厚みが厚いサファイア基板をダイシングする場合は、ダイシングする深さが深くなるため、ダイシングに時間がかかる。そして、ダイシングの刃先に負担がかかるという問題が生じる。このため、ダイシングされる基板の厚みは薄いほどよく、５０μｍから２００μｍの範囲が望ましい。
【符号の説明】
【００５５】
１０  サファイア基板
１０Ａ  表面
１０Ｂ  裏面
Ｍ  研削装置
５０  基板保持体
５１  空隙
４００  真空吸着板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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