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2009年11月5日

LED向けサファイア基板の薄化工程における全自動化プロセスを開発

株式会社ディスコ（本社：東京都大田区、社長：関家一馬）は、フルオートマチックグラインダ・ポリッシャDGP8761を用いた、LED向けサファイア基板薄化（研削・研磨）工程の全自動化プロセスを開発しました。今回の開発により、LED製造に関わる加工ステップの短縮、環境負荷の低減を実現しました。

開発の背景

LED基板として採用されているサファイアは加工難易度が高い素材です。そのため従来の薄化加工では、研削・ラッピング・研磨・洗浄等の各プロセスで異なる装置を使用しており、プロセスの全自動化が期待されていました。さらに、複数の装置で加工をおこなうため、各プロセス・装置間でワークの搬送などを手作業でおこなう必要があり、ランニングコストが課題とされていました。
そこで当社は、サファイア基板の薄化（研削・研磨）工程を1台の装置で全自動にて完結させるプロセスを開発しました。

完全自動化によるメリット

◆加工ステップの大幅な短縮

従来のサファイア基板の薄化プロセスは、各プロセス間で異なる装置を用い、段階的に加工をおこなっていました（図1）。今回新開発したプロセスは、ウェーハマウンタでサファイア基板をダイシングフレームに貼り付けた後、研削～研磨までの薄化加工を全自動でおこなうことができます（図2）。

図1：従来の加工プロセス（例）

	①	サファイア基板をサブストレート（アルミナセラミックス）へワックスダウンにより固定
	②	ダイヤモンドホイールによる粗研削
	③	ダイヤモンドスラリーによるラッピング
	④	研磨（ポリッシング）
	⑤	加温によるサブストレートからの剥離
	⑥	洗浄
	⑦	ダイシングフレームへ貼り替え
	→ レーザソーによるダイシング工程へ

図2：新開発のサファイア基板の薄化プロセス

	①	サファイア基板をダイシングフレームに貼り付け
	②	フルオートマチックグラインダ・ポリッシャDGP8761による全自動研削・研磨加工
	→ レーザソーによるダイシング工程へ

従来の薄化プロセスが7ステップあるのに対し、今回開発の新プロセスでは、加工品質は従来プロセスと同等のレベルを維持しつつ、2ステップへと大幅に短縮しています。
また、薄化プロセスの時点でサファイア基板をダイシングフレームに貼り付けているため、従来プロセスで必要だったフレームへの貼替え工程が不要です。よって、薄化後そのままの状態でダイシング（個片化）プロセスに送ることが可能となりました。

◆全自動化による、工程間の破損リスク低減

従来の加工は、それぞれの工程で独立した装置を用いているため、極薄化されたサファイア基板の剥離、洗浄、テープフレームへの貼り替えの際に基板が破損する恐れがあるなど、製造プロセスに多くの問題を抱えているのが現状です。
今回開発したプロセスは1台の装置で、全自動で薄化加工をおこなうため、各工程中の破損リスクを大幅に低減します。

◆環境負荷を抑えたプロセス

新開発のプロセスはダイシングテープでサファイア基板を固定するため、従来プロセスで使用している基板固定用のホットメルトワックスが不要です。また、研磨工程で独自開発のドライポリッシュを採用しているため、従来必要だったラッピング用スラリー、ポリッシング用スラリーなど環境負荷のかかる薬剤も不要です。洗浄は純水のみを用いており、環境負荷を最大限抑えたプロセスとなります。


フルオートマチックグラインダ・ポリッシャ DGP8761	研削・研磨加工部の構成

薄化後のダイシング加工

ウェーハ薄化後のダイシング工程においては、当社はステルスダイシング（SD・浜松ホトニクスと共同開発）とアブレーション加工を推奨しています。
SDはサファイア基板の内部にレーザエネルギーを集光し、ここで形成された改質層を基点にブレーキング等で個片化する技術です。SDによる加工は、エピ層に与える熱影響が少ないため、加工後の輝度低下がほとんどありません。よっておもにハイエンド製品向け高輝度LEDの量産手段として採用されています。
アブレーション加工は、微小なエリアにレーザエネルギーを集中し、固体を昇華・蒸発させる加工方法です。これにより基板にグルービング(溝入れ)を施し、ここを起点にブレーキング、個片化します。SDと比較して数%の輝度低下が見られる場合がありますが、初期コストに優位性があるため、おもに中～高輝度のLED向けに採用されています。

参考：レーザによるサファイア加工

今後の予定