(57)【要約】      （修正有）【課題】サファイア基板の研削面にうねりを残存させることなく効率良くサファイア基板を研削可能な研削方法を提供する。【解決手段】サファイア基板Ｓを保持し回転可能なチャックテーブル１２と、研削ホイール５を回転可能に装着した研削手段と、研削送り手段と、該研削砥石５２に超音波振動を生成する超音波生成手段６とを備えた研削装置を用いて、サファイア基板Ｓの研削面を梨地面に形成する研削方法であって、該研削砥石５２は粒径が１０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド砥粒を含むメタルボンド砥石であり、サファイア基板Ｓを３０〜３００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ホイール５を１０００〜３０００ｒｐｍで回転し、０．５〜５μｍ／秒の速度で該研削手段を研削送りするとともに、該超音波生成手段６を作用させて該研削砥石５２に０．１〜３μｍの振幅を有する振動を生じさせながら、サファイア基板Ｓを研削することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板を保持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サファイア基板を研削する研削砥石を含む研削ホイールを回転可能に装着した研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、該研削砥石に超音波振動を生成する超音波生成手段とを備えた研削装置を用いて、サファイア基板の研削面を梨地面に形成するサファイア基板の研削方法であって、
該研削砥石は粒径が１０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド砥粒を含むメタルボンド砥石であり、
該チャックテーブルに保持されたサファイア基板を３０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍで回転させるとともに、該研削砥石を含む研削ホイールを１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍで回転し、
該研削送り手段を作用させて０．５μｍ／秒〜５μｍ／秒の速度で該研削手段を研削送りするとともに、該超音波生成手段を作用させて該研削砥石に０．１μｍ〜３μｍの振幅を有する振動を軸心方向に生じさせながら、該研削砥石をサファイア基板の表面に接触させて研削する、
ことを特徴とするサファイア基板の研削方法。
【請求項２】
前記超音波生成手段に供給される電力は０．５Ｗ〜８Ｗの範囲内であり、前記研削砥石の振動周波数は１９ｋＨｚ以上である請求項１記載のサファイア基板の研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板に超音波振動を印加しながら研削するサファイア基板の研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板の表面に窒化ガリウム等の半導体を積層してＬＥＤ等の光デバイスが形成される。サファイア基板はモース硬度が高いため、ダイヤモンド砥粒で形成される研削砥石を回転可能に装着した研削装置によって研削すると研削痕が残存して、サファイア基板の抗折強度を低下させるという問題がある。
【０００３】
また、サファイア基板の表面に窒化ガリウム等を積層する前にサファイア基板はポリッシングによって表面加工されるが、ポリッシングに先立ち、研削装置で所定の厚さにサファイア基板を粗研削するとうねりが残存し、ポリッシングによって残存したうねりを除去するために相当の時間を要し、生産性が悪いという問題がある。
【０００４】
そこで本出願人は、研削砥石に超音波振動を付与すると、サファイア基板、シリコンナイトライド基板等の脆性硬質材料の研削能力が向上することを見出し、脆性硬質材料の研削に適した研削装置を開発した（特開２００８−２３６９３号公報参照）。
【特許文献１】特開２００８−２３６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の研削装置を使用した研削方法では、サファイア基板をより効率良く研削できる条件及び研削面にうねりを残存させないで研削できる条件を見出すことができなかった。
【０００６】
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、サファイア基板の研削面にうねりを残存させることなく効率良くサファイア基板を研削可能なサファイア基板の研削方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、サファイア基板を保持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サファイア基板を研削する研削砥石を含む研削ホイールを回転可能に装着した研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、該研削砥石に超音波振動を生成する超音波生成手段とを備えた研削装置を用いて、サファイア基板の研削面を梨地面に形成するサファイア基板の研削方法であって、該研削砥石は粒径が１０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド砥粒を含むメタルボンド砥石であり、該チャックテーブルに保持されたサファイア基板を３０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍで回転させるとともに、該研削砥石を含む研削ホイールを１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍで回転し、該研削送り手段を作用させて０．５μｍ／秒〜５μｍ／秒の速度で該研削手段を研削送りするとともに、該超音波生成手段を作用させて該研削砥石に０．１μｍ〜３μｍの振幅を有する振動を軸心方向に生じさせながら、該研削砥石をサファイア基板の表面に接触させて研削する、ことを特徴とするサファイア基板の研削方法が提供される。
【０００８】
好ましくは、超音波生成手段には０．５Ｗ〜８Ｗの電力が供給され、研削砥石に印加される振動周波数は１９ｋＨｚ以上である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のサファイア基板の研削方法によれば、研削砥石は粒径１０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド砥粒を含むメタルボンド砥石であり、チャックテーブルに保持されたサファイア基板を３０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍで回転させるとともに、研削砥石を１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍで回転し、研削送り手段を作用させて０．５μｍ／秒〜５μｍ／秒の速度で研削手段を研削送りするとともに、超音波生成手段を作用させて研削砥石に０．１μｍ〜３μｍの振幅を有する振動を軸心方向に生じさせながら、研削砥石をサファイア基板の面に接触させてサファイア基板を研削するので、サファイア基板の研削面にうねりを残さず効率良く研削できる。
【００１０】
したがって、サファイア基板の研削面にうねりが無いので、その後行われるポリッシングの時間が短縮され生産性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置について図１乃至図５を参照して説明する。図１には、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が示されている。
【００１２】
図１に示す研磨装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部(図１において右上端)に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁２２とを有している。
【００１３】
直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。
【００１４】
研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット４を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。
【００１５】
このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット４が取り付けられている。
【００１６】
スピンドルユニット４は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング４１と、該スピンドルハウジング４１に回転自在に配設された回転スピンドル４２とを具備している。このスピンドルユニット４について、図２を参照して説明する。
【００１７】
図２に示すスピンドルユニット４を構成するスピンドルハウジング４１は略円筒状に形成され、軸方向に貫通する軸穴４１１を備えている。スピンドルハウジング４１に形成された軸穴４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、その中央部には径方向に突出して形成されたスラスト軸受フランジ４２１が設けられている。
【００１８】
このようにしてスピンドルハウジング４１に形成された軸穴４１１に挿通して配設される回転スピンドル４２は、軸穴４１１の内壁との間に供給される高圧エアによって回転自在に支持される。
【００１９】
スピンドルハウジング４１に回転可能に支持された回転スピンドル４２は、一端部（図２において下端部）がスピンドルハウジング４１の下端から突出して配設されており、その一端（図２において下端）にホイールマウント４３が設けられている。そして、このホイールマウント４３の下面に研削ホイール５が取り付けられる。
【００２０】
ホイールマウント４３及び研削ホイール５について、図３及び図４を参照して説明する。ホイールマウント４３は、図３に示すように回転スピンドル４２の下端に一体に円盤状に形成されている。このホイールマウント４３には、４個のボルト挿通穴４３ａが設けられている。また、ホイールマウント４３の中心部には、コネクタ挿入穴４３ｂが形成されている。
【００２１】
図３及び図４に示す研削ホイール５は、円環状のホイール基台５１と、該ホイール基台５１の下面に装着される複数の研削砥石５２とからなっている。ホイール基台５１は、内周部を形成しホイールマウント４３と連結する環状の取付部５１１と、環状の取付部５１１を囲繞し外周部を形成する環状の砥石装着部５１２とを備えている。
【００２２】
取付部５１１には、ホイールマウント４３に設けられた４個のボルト挿通穴４３ａと対応する４個のねじ穴５１１ａが形成されている。また、取付部５１１には、内周面から外周面に貫通する４個の穴５１１ｂが設けられている。
【００２３】
砥石装着部５１２は、取付部５１１の上面より下側に段差をもって形成されており、取付部５１１との境界部に周方向に４個の円弧状スリット５１２ａが上面から下面に貫通して形成されている。
【００２４】
このように形成された環状の砥石装着部５１２の下面に複数の研削砥石５２が周方向に適宜の接着剤によって装着されている。また、砥石装着部５１２の上面には、複数の研削砥石５２に超音波振動を付与する４個の円弧状の超音波振動子６がそれぞれ４個の円弧状スリット５１２ａと対応した位置に適宜の接着剤によって装着される。
【００２５】
この４個の円弧状の超音波振動子６は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムタンタレート等の圧電セラミックスによって形成されている。このようにして砥石装着部５１２の上面に装着された４個の円弧状の超音波振動子６には、それぞれ取付部５１１に形成された４個の穴５１１ｂを挿通して配設された導電線６１の一端がそれぞれ接続されている。尚、各導電線６１の多端は、凸型コネクタ６２に接続されている。この凸型コネクタは後述する電力供給手段に着脱可能に接続されている。
【００２６】
以上のように構成された研削ホイール５は、ホイールマウント４３に設けられた４個のボルト挿通穴４３ａにそれぞれ挿通された締結ボルト５３を４個のねじ穴５１１ａにそれぞれ螺着することによって、マウンタ４３に着脱可能に装着される。
【００２７】
図２を再び参照すると、スピンドルユニット４は、回転スピンドル４２を回転駆動するための電動モータ７を備えている。電動モータ７は、永久磁石式モータによって構成されている。永久磁石式の電動モータ７は、回転スピンドル４２の中間部に形成されたモータ装着部４２２に装着された永久磁石からなるロータ７１と、該ロータ７１の外周側においてスピンドルハウジング４１に配設されたステータコイル７２とからなっている。
【００２８】
このように構成された電動モータ７は、ステータコイル７２に後述する電力供給手段によって交流電力を印加することによりロータ７１が回転し、該ロータ７１を装着した回転スピンドル４２を回転させる。
【００２９】
スピンドルユニット４は、超音波振動子６に交流電力を印加するとともの電動モータ７に交流電力を印加する電力供給手段８を具備している。電力供給手段８は、スピンドルユニット４の後端部に配設されたロータリトランス８０を具備している。
【００３０】
ロータリトランス８０は、回転スピンドル４２の後端に配設された受電手段８１と、該受電手段８１と対向して配設されスピンドルハウジング４１の後端部に配設された給電手段８２とを具備している。
【００３１】
受電手段８１は、回転スピンドル４２に装着されたロータ側コア８１１と、該ロータ側コア８１１に巻回された受電コイル８１２とからなっている。このように構成された受電手段８１の受電コイル８１２には、導電線８１３が接続されている。
【００３２】
この導電線８１３は、回転スピンドル４２の中心部に軸方向に形成された穴４２３内に配設され、その先端が凸型コネクタ６２と嵌合する凹型コネクタ８１４（図３参照）に接続されている。
【００３３】
給電手段８２は、受電手段８１の外周側に配設されたステータ側コア８２１と、該ステータ側コア８２１に配設された給電コイル８２２とからなっている。このように構成された給電手段８２の給電コイル８２２は、電気配線８３を介して交流電力が供給される。
【００３４】
電力供給手段８は、ロータリトランス８０の給電コイル８２２に供給する交流電力の交流電源９１と、電力調整手段としての電圧調整手段９２と、給電手段８２に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段９３と、電圧調整手段９２及び周波数調整手段９３を制御する制御手段９４と、該制御手段９４に複数の研削砥石５２に付与する超音波振動の振幅等を入力する入力手段９５を具備している。尚、図２に示す電力供給手段８は、制御回路９６及び電気配線７２１を介して電動モータ７のステータコイル７２に交流電力を供給する。
【００３５】
スピンドルユニット４は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。研削作業を行う際には、電力供給手段８から電動モータ７のステータコイル７２に交流電力が供給される。その結果、電動モータ７が回転して回転スピンドル４２が回転し、該回転スピンドル４２の先端に取り付けられた研削ホイール５が回転される。
【００３６】
一方、電力供給手段８は、制御手段９４によって電圧調整手段９２及び周波数変換手段９３を制御し、交流電力の電圧を所定の電圧（例えば、２０Ｖ）に制御するとともに、
交流電力の周波数を所定周波数（例えば、４０ｋＨｚ）に変換して、ロータリトランス８０を構成する給電手段８２の給電コイル８２２に供給する。
【００３７】
このように所定周波数の交流電力が給電コイル８２２に印加されると、回転する受電手段８１の受電コイル８１２、導電線８１３、凹型コネクタ８１４、凸型コネクタ６２、導電線６１、を介して４個の円弧状の超音波振動子６に所定周波数の交流電力が印加される。その結果、超音波振動子６は径方向及び軸方向に繰り返し変位して超音波振動する。
【００３８】
この超音波振動は、ホイール基台５１の砥石装着部５１２を介して複数の研削砥石５２に伝達され、複数の研削砥石５２が径方向及び軸方向に超音波振動する。尚、図示の実施形態においては、ホイール基台５１の砥石装着部５１２における取付部５１１との境界部に周方向に４個の円弧状スリット５１２ａが形成され、４個の円弧状の超音波振動子６がそれぞれ４個の円弧状スリット５１２ａと対応した位置に装着されているので、４個の円弧状の超音波振動子６から発生された超音波振動は取付部５１１を介してホイールマウント４３への伝達が抑制される。
【００３９】
したがって、４個の円弧状の超音波振動子６から発生された超音波振動は、砥石装着部５１２を介して複数の研削砥石５２に効果的に伝達される。尚、本発明者の実験によると、４個の円弧状の超音波振動子６に電圧が２０Ｖで所定周波数が４０ｋＨｚの交流電力を印加した場合、複数の研削砥石５２が２〜３μｍの振幅で径方向及び軸方向に振動した。
【００４０】
図１を再び参照すると、研削装置は、研磨ユニット４を一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動させる研削ユニット送り機構１０を備えている。
【００４１】
この研磨ユニット送り機構１０は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド１０１を具備している。この雄ねじロッド１０１は、その上端部及び下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材１０２及び１０３によって回転自在に支持されている。
【００４２】
上側の軸受部材１０２には雄ねじロッド１０１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ１０４が配設されており、このパルスモータ１０４の出力軸が雄ねじロッド１０１に伝動連結されている。
【００４３】
移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に雄ねじロッド１０１が螺合されている。
【００４４】
したがって、パルスモータ１０４が正転すると移動基台３１すなわち研磨ユニット３が下降すなわち前進せしめられ、パルスモータ１０４が逆転すると移動基台３１すなわち研磨ユニット３が上昇すなわち後退される。
【００４５】
ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構１１が配設されている。チャックテーブル機構１１は、チャックテーブル１２と、該チャックテーブル１２の周囲を覆うカバー部材１３と、該カバー部材１３の前後に配設された蛇腹手段１４及び１５を具備している。
【００４６】
チャックテーブル１２は、図示しない回転駆動手段によって回転されるようになっており、その上面に被加工物であるサファイア基板を図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。
【００４７】
また、チャックテーブル１２は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図１に示す被加工物載置域２４とスピンドルユニット４を構成する研削ホイール５と対向する研磨域２５との間で移動される。
【００４８】
蛇腹手段１４及び１５はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段１４の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材１３の前端面に固定されている。蛇腹手段１５の前端はカバー部材１３の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。
【００４９】
チャックテーブル１２が矢印２３ａで示す方向に移動される際には蛇腹手段１４が伸張されて蛇腹手段１５が収縮され、チャックテーブル１２が矢印２３ｂで示す方向に移動される際には蛇腹手段１４が収縮されて蛇腹手段１５が伸張される。
【００５０】
研削装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。図１に示すように研磨装置の被加工物載置域２４に位置付けられているチャックテーブル１２上に被加工物としてのサファイア基板Ｓを載置する。
【００５１】
なお、サファイア基板Ｓのデバイスが形成された表面には保護テープＴが貼着されており、この保護テープＴ側をチャックテーブル１２に載置する。このようにしてチャックテーブル１２上に載置されたサファイア基板Ｓは、図示しない吸引手段によってチャックテーブル１２上に吸引保持される。
【００５２】
チャックテーブル１２上にサファイア基板Ｓを吸引保持したならば、図示しないチャックテーブル移動手段を作動してチャックテーブル１２を矢印２３ａで示す方向に移動し研磨域２５に位置付ける。そして、図５に示すように研削ホイール５の複数の研削砥石５２の外周縁がチャックテーブル１２の回転中心Ｐ、即ちサファイア基板Ｓの中心を通過するように位置付ける。
【００５３】
このように研削ホイール５とチャックテーブル１２に保持されたサファイア基板Ｓが図５に示す位置関係にセットされたならば、チャックテーブル１２を図５において矢印１２０で示す方向に例えば１００ｒｐｍの回転速度で回転するとともに、研削ホイール５を矢印５０で示す方向に例えば２０００ｒｐｍの回転速度で回転する。
【００５４】
すなわち、電力供給手段８から電動モータ７のステータコイル７２に交流電力を供給することにより、電動モータ７が回転して回転スピンドル４２を回転し、該回転スピンドル４２の先端に取り付けられた研削ホイール５が回転される。
【００５５】
そして、研削ホイール５を下降して複数の研削砥石５２をサファイア基板Ｓの上面である裏面（被研磨面）に所定の圧力で押圧する。その結果、サファイア基板Ｓの被研磨面は全面に渡って研削される。このとき、複数の研削砥石５２による研削加工部には、研削液が供給される。
【００５６】
上述した研削加工時には、電力供給手段８によってロータリトランス８０を構成する給電手段８２の給電コイル８２２に所定周波数の交流電力を供給する。その結果、回転する受電手段８１の受電コイル８１２、導電線８１３、凹型コネクタ８１４、凸型コネクタ６２、導電線６１を介して４個の円弧状の超音波振動子６に所定周波数の交流電力が印加され、超音波振動子６は径方向及び軸方向に繰り返し変位して超音波振動する。
【００５７】
この超音波振動は、ホイール基台５１の砥石装着部５１２を介して複数の研削砥石５２に伝達され、複数の研削砥石５２が径方向及び軸方向に超音波振動する。このように複数の研削砥石５２が径方向及び軸方向に超音波振動すると、研削によって生成され研削砥石５２の砥粒間に滞留して目詰まりの原因となる研削屑が研削砥石５２に作用する微振動により流動されて除去される。従って、研削砥石５２の目詰まりを防止することができるため、サファイア、アルチック等の脆性硬質材料であっても効率よく研削することができる。
【００５８】
次に、上述したような研削装置を使用してサファイア基板を研削する本発明の研削方法について説明する。本発明の研削方法に使用する研削砥石５２は粒径が１０μｍ〜４０μｍのダイヤモンド砥粒を含むメタルボンド砥石が好ましい。
【００５９】
本発明のサファイア基板の研削方法は、チャックテーブル１２に保持されたサファイア基板Ｓを３０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍの範囲内、好ましくは１００ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの範囲内で回転させる。また、研削砥石５２を含む研削ホイール５を１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの範囲内、好ましくは１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍの範囲内で回転させる。
【００６０】
更に、研削ユニット送り機構１０を作用させて０．５μｍ／秒〜５μｍ／秒の速度、好ましくは２μｍ／秒〜４μｍ／秒の速度で研削ユニット４を研削送りするとともに、超音波振動子６を作用させて研削砥石５２に０．１μｍ〜３μｍ、好ましくは０．５μｍ〜２μｍの振幅を有する振動を主に軸心方向に生じさせ、研削砥石５２をサファイア基板Ｓの面に接触させてサファイア基板Ｓを研削する。
【００６１】
この研削時には、電力供給手段８により超音波振動子６に０．５Ｗ〜８Ｗの電力、好ましくは２Ｗ〜５Ｗの電力を供給して超音波振動子６を振動させる。この時、研削砥石５２の振動周波数は１９ｋＨｚ以上であることが好ましい。
【００６２】
上述した条件でサファイア基板を研削すると、サファイア基板の研削面にうねりを残さず効率良く研削することができる。その結果、サファイア基板の研削面にうねりが無いので、その後行われるポリッシングの時間が短縮され生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】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。
【図２】スピンドルユニットの断面図である。
【図３】スピンドルユニットを構成するホイールマウント及び研削ホイールの分解斜視図である。
【図４】研削ホイールの分解斜視図である。
【図５】図１の研削装置によってサファイア基板を研削している状態を示す要部側面図である。
【符号の説明】
【００６４】
３    研削ユニット
４    スピンドルユニット
５    研削ホイール
６    超音波振動子
７    電動モータ
８    電力供給手段
１０    研削ユニット送り機構
１２    チャックテーブル
４２    回転スピンドル
４３    ホイールマウント
【図１】
2009285798.tif 000003
【図２】
2009285798.tif 000004
【図３】
2009285798.tif 000005
【図４】
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【図５】
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