JP2012160515A

JP2012160515A - 被加工物の加工方法

Info

Publication number: JP2012160515A
Application number: JP2011017843A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ono; 博之小野
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23

Abstract

【課題】被加工物を破損させることなく、薄いチップを形成可能な被加工物の加工方法を提供する。
【解決手段】複数の分割予定ラインに沿って被加工物１１を分割して所定厚みのチップを形成する被加工物１１の加工方法であって、該分割予定ラインに沿って該所定厚みよりも深く且つ被加工物１１を完全切断しない深さの溝を形成する溝形成ステップと、該溝３１が形成された被加工物１１の該表面を紫外線硬化樹脂３５を介してシート３３上に配設し、該シート３３の外周を環状フレーム３７に装着する環状フレーム装着ステップと、該シート３３の外周を該環状フレーム３７に装着する前又は後に、該紫外線硬化樹脂３５に紫外線を照射して被加工物１１を該シート３３上に固定する固定ステップと、被加工物１１の裏面を研削して該溝を該裏面に露出させることで被加工物を分割して所定厚みのチップを形成する研削ステップと、を具備した。
【選択図】図３

Description

本発明は、サファイアウエーハ等の被加工物を薄化、分割して非常に薄い厚みのチップを形成する被加工物の加工方法に関する。

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広く利用されている。

近年、携帯電話やパソコン等の電気機器はより軽量化、薄型化、小型化が求められており、より薄いデバイスが要求されている。ウエーハをより薄いデバイスに分割する技術として、所謂先ダイシング法（ＤｉｃｉｎｇＢｅｆｏｒｅＧｒｉｎｄｉｎｇ）と称する分割技術が開発され、実用化されている（例えば、特開平１１−４０５２０号公報参照）。

この先ダイシング法は、半導体ウエーハ又は光デバイスウエーハの表面から分割予定ラインに沿って所定の深さ（デバイスの仕上がり厚みに相当する深さ以上の深さ）の分割溝を形成し、その後、表面に分割溝が形成されたウエーハの裏面を研削して該裏面に分割溝を表出させ個々のデバイスに分割する技術であり、デバイスの厚さを５０μｍ以下に加工することが可能である。

特開平１１−４０５２０号公報

先ダイシング法では、表面に形成されたデバイスを保護するために溝を形成した被加工物の表面にＰＶＣ（ポリビニルカルバゾール）やＰＯ（ポリオレフィン）等からなる基材上にアクリル系やゴム系の樹脂からなる粘着層が積層された保護テープを貼着し、保護テープ側を研削装置のチャックテーブルで吸引保持して被加工物の裏面を研削する。

しかし、保護テープの粘着層が比較的軟らかいため、研削中に保護テープ上で被加工物が動き、チップ同士が衝突してチップの外周が欠けたり被加工物が割れたりするという問題が生じる。

特に、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ等の硬質の被加工物を研削して薄化する場合には、上記問題が顕著に現れる。また、硬質の被加工物を薄く研削すると、大きな反りが発生するという問題もある。

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、被加工物を破損させることなく、薄いチップを形成可能な被加工物の加工方法を提供することである。

本発明によると、表面に設定された複数の分割予定ラインに沿って被加工物を分割して所定厚みのチップを形成する被加工物の加工方法であって、被加工物の表面から該分割予定ラインに沿って該所定厚みよりも深く且つ被加工物を完全切断しない深さの溝を形成する溝形成ステップと、該溝が形成された被加工物の該表面を紫外線硬化樹脂を介してシート上に配設し、該シートの外周を環状フレームに装着する環状フレーム装着ステップと、被加工物を該シート上に配設した後、該シートの外周を該環状フレームに装着する前又は後に、該紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して被加工物を該シート上に固定する固定ステップと、該固定ステップを実施した後、被加工物の裏面を研削して該所定厚みへ薄化するとともに該溝を該裏面に露出させることで被加工物を該分割予定ラインに沿って分割して所定厚みのチップを形成する研削ステップと、を具備したことを特徴とする被加工物の加工方法が提供される。

本発明の加工方法では、紫外線硬化樹脂によってシート上に被加工物が固定されるため、研削中に被加工物が動くことが防止され、被加工物を破損させることなく、薄いチップを形成することが可能となる。

光デバイスウエーハの表面側斜視図である。溝形成ステップの一実施形態を示す斜視図である。環状フレーム装着ステップを示す分解斜視図である。固定ステップを示す断面図である。研削装置の斜視図である。研削ステップを示す研削装置の要部斜視図である。転写ステップを示す断面図である。ピックアップステップを示す断面図である。

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を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる被加工物の一種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。

サファイア基板１３は例えば２００μｍ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等の複数の光デバイス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。

本発明の加工方法は、先ダイシング法（ＤｉｃｉｎｇＢｅｆｏｒｅＧｒｉｎｄｉｎｇ）に基づく加工方法であるため、まず光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに分割予定ライン１７に沿って所定深さ（チップの仕上がり厚さ以上の深さ）の分割溝を形成する溝形成ステップを実施する。

この溝形成ステップは、本発明実施形態では図２に示すように、レーザビームを光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに照射して分割予定ライン１７に沿ってアブレーション加工による加工溝３１を形成することにより実施する。

レーザ加工装置のレーザビーム照射ユニット２３はケーシング２５中に収容されている。レーザビーム照射ユニット２３は、図示を省略したが例えばＹＡＧレーザを発振するレーザ発振器と、繰り返し周波数設定手段と、パルス幅調整手段と、パワー調整手段とを含んでいる。２７はレーザビームを集光する集光器であり、２９はＣＣＤカメラ及び顕微鏡を含んだ撮像手段である。

光デバイスウエーハ１１を吸引保持したチャックテーブル２１は、図示しない移動機構によって撮像手段２９の直下に位置づけられる。そして、撮像手段２９によって光デバイスウエーハ１１のレーザ加工すべき加工領域を検出するアライメントを実施する。

即ち、撮像手段２９及び図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ１１の第１の方向に伸長する分割予定ライン１７と、該分割予定ライン１７に沿ってレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット２３の集光器２７との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。次いで、チャックテーブル２１を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１７についても同様にアライメントを遂行する。

以上のようにしてアライメント工程を実施したならば、チャックテーブル２１をレーザビームを照射する集光器２７が位置するレーザビーム照射位置に移動し、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７の一端を集光器２７の直下に位置づける。

そして、パワー調整手段で所定パワーに調整されたサファイア基板１３に対して吸収性を有する波長のレーザビームを、集光器２７で分割予定ライン１７に集光して照射しつつ、チャックテーブル２１を矢印Ｘ方向に所定の送り速度で移動して、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａに形成された分割予定ライン１７に沿ってアブレーション加工により所定深さ（例えば７０μｍ）の分割溝３１を形成する。

このアブレーション加工における加工条件は、例えば次のように設定されている。

光源：ＹＡＧパルスレーザ
波長：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力：０．１〜１．２Ｗ
繰り返し周波数：９０〜２００ｋＨｚ
送り速度：１００〜３００ｍｍ／秒

溝形成工程は、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って実施した後、チャックテーブル２１を９０度回転してから、第１の方向と直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿っても実施する。

この溝形成工程はレーザビームの照射によるアブレーション加工に限定されるものではなく、切削装置の切削ブレードでサファイア基板１３を不完全切断するハーフカットで実施するようにしてもよい。

図２に示した溝形成工程実施後、溝３１が形成された光デバイスウエーハ１１の表面１１ａを、図３に示すように、紫外線硬化樹脂３５を介してシート３３上に配設し、シート３３の外周を環状フレーム３７に装着する環状フレーム装着ステップを実施する。

シート３３としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯ（ポリオレフィン）等の樹脂シートを使用することができる。シート３３の外周部は接着剤により環状フレーム３７に接着する。

環状フレーム装着ステップを実施した後、図４に示すように、シート３３の下側から紫外線ランプ３９により紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂３５を硬化させ、光デバイスウエーハ１１をシート３３上に固定する（固定ステップ）。シート３３の下側から紫外線を照射する場合には、シート３３は透明なものを選択する。

光デバイスウエーハ１１のサファイア基板１３は透明であるため、光デバイスウエーハ１１の上方から紫外線を照射するようにしてもよい。シート３３の外周部を環状フレーム３７に装着する前に、紫外線照射による固定ステップを実施した後、シート３３の外周部を環状フレーム３７に装着するようにしてもよい。

紫外線照射による固定ステップを実施した後、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂのサファイア基板１３を研削する研削ステップを実施する。この研削ステップは、例えば図５に示すような研削装置２を用いて実施する。図５において、４は研削装置２のベースであり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研削ユニット（研削手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット１０は、スピンドルハウジング１２と、スピンドルハウジング１２を保持する支持部１４を有しており、支持部１４が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１６に取り付けられている。

研削ユニット１０は、スピンドルハウジング１２中に回転可能に収容されたスピンドル１８と、スピンドル１８を回転駆動するモータ１９と、スピンドル１８の先端に固定されたホイールマウント２０と、ホイールマウント２０にねじ締結された研削ホイール２２とを含んでいる。

研削装置２は、研削ユニット１０を一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動するボールねじ２８とパルスモータ３０とから構成される研削ユニット送り機構３２を備えている。パルスモータ３０を駆動すると、ボールねじ２８が回転し、移動基台１６が上下方向に移動される。

ベース４の上面には凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにチャックテーブル機構３４が配設されている。チャックテーブル機構３４はチャックテーブル３６を有し、図示しない移動機構によりウエーハ着脱位置Ａと、研削ユニット１０に対向する研削位置Ｂとの間でＹ軸方向に移動される。

チャックテーブル３６に隣接して複数個のクランプ３８が配設されている。４０，４２は蛇腹である。ベース４の前方側には、研削装置２のオペレータが研削条件等を入力する操作パネル４４が配設されている。

研削装置２を使用した研削ステップでは、光デバイスウエーハ１１をチャックテーブル３６で吸引保持し、クランプ３８で環状フレームＦをクランプして環状フレームＦを下方に引き落とし、研削すべき光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂが環状フレームＦの上面より上方に突出した状態とする。この保持ステップ及びクランプ３８による環状フレームＦの引き落としは、チャックテーブル３６がウエーハ着脱位置Ａに位置づけられた状態で実施する。

次いで、チャックテーブル機構３４の図示しない移動機構を駆動してチャックテーブル３６をＹ軸方向に移動し、光デバイスウエーハ１１を研削ホイール２２に対向する研削位置Ｂに位置づける。研削位置Ｂでは、チャックテーブル３６と研削ホイール２２の位置関係は図６に示したような状態となる。図６では、クランプ３８は省略されている。

図６において、研削ホイール２２はホイール基台２４の下面に複数の研削砥石２６が環状に貼着されて構成されている。研削ホイール２２は、複数のねじによりホイールマウント２０に着脱可能に装着されている。

この研削ステップでは、チャックテーブル３６を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転させつつ、研削ホイール２２を矢印ｂ方向に例えば１０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削送り機構３２を駆動して研削ホイール２２を光デバイスウエーハ１１に接近する方向へ研削送りして、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに露出したサファイア基板１３の研削を遂行する。

接触式又は非接触式の厚み測定器で光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに露出したサファイア基板１３を研削して、光デバイスウエーハ１１を所定厚み（例えば３０μｍ）に薄化するとともに、加工溝３１を光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに露出させることで、光デバイスウエーハ１１を分割予定ライン１７に沿って分割してデバイス１９を含んだ所定厚みのチップ４３（図７及び図８参照）を形成する。

この研削ステップでは、粗研削砥石による粗研削及び仕上げ研削砥石による仕上げ研削を実施するのが好ましい。また必要に応じて、ＣＭＰ（化学機械的研磨）やＤＰ（乾式研磨）により研削歪を除去するのが好ましい。

この研削中に光デバイスウエーハ１１は硬化された紫外線硬化樹脂３５によりシート３３に強固に固定されているので、従来問題であったような研削中に保護テープ上で光デバイスウエーハ１１が動き、チップ同士が衝突してチップの外周が欠けたり光デバイスウエーハ１１が割れたりという問題を生じることがない。

研削ステップにより光デバイスウエーハ１１を個々のチップ４３に分割しても、各チップ４３は紫外線硬化樹脂３５によりシート３３に固定されているので、光デバイスウエーハ１１の形状を保っていることになる。

研削ステップ実施後、図７に示すように、光デバイスウエーハ１１をピックアップ用テープ４１に転写する転写ステップを実施する。ピックアップ用テープ４１は、基材４１ａとアクリル系又はゴム系の糊層４１ｂとから構成される。

この転写ステップでは、ピックアップ用テープ４１をシート３３上に固定された光デバイスウエーハ１１の裏面に貼着するとともに、その外周部を環状フレーム３７に貼着する。

そして、図７（Ｂ）に示すように、図７（Ａ）の状態を反転してから、シート３３を剥離すると、光デバイスウエーハ１１はその表面を上にしてピックアップ用テープ４１に転写される。

紫外線硬化樹脂３５は紫外線の照射により硬化しているため、その接着力は比較的弱くなっているので、シート３３を光デバイスウエーハ１１から容易に剥離することができ、その結果、光デバイスウエーハ１１はピックアップ用テープ４１に接着されて残存する。

次いで、図８に示すように、図示を省略したピックアップ装置により光デバイス１９を含んだチップ４３をピックアップ用テープ４１からピックアップする。チップ４３のピックアップに先立って、エキスパンド装置によりピックアップ用テープ４１を半径方向に拡張して、各チップ４３間のギャップを拡大してから、チップ４３をピックアップするのが好ましい。

上述した実施形態では、本発明の加工対象となる被加工物として光デバイスウエーハ１１のサファイア基板１３について説明したが、本発明の加工方法はサファイア基板１３に限定されるものではなく、ＳｉＣ、ＧａＮ等の硬質の材料を基板とするウエーハの分割にも同様に適用することができる。

２研削装置
１０研削ユニット
１１光デバイスウエーハ
１３サファイア基板
１７分割予定ライン（ストリート）
１９光デバイス
２２研削ホイール
２３レーザビーム照射ユニット
２６研削砥石
２７集光器
３３シート
３５紫外線硬化樹脂
３６チャックテーブル
３７環状フレーム
３９紫外線ランプ
４１ピックアップ用テープ
４３チップ

Claims

表面に設定された複数の分割予定ラインに沿って被加工物を分割して所定厚みのチップを形成する被加工物の加工方法であって、
被加工物の表面から該分割予定ラインに沿って該所定厚みよりも深く且つ被加工物を完全切断しない深さの溝を形成する溝形成ステップと、
該溝が形成された被加工物の該表面を紫外線硬化樹脂を介してシート上に配設し、該シートの外周を環状フレームに装着する環状フレーム装着ステップと、
被加工物を該シート上に配設した後、該シートの外周を該環状フレームに装着する前又は後に、該紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して被加工物を該シート上に固定する固定ステップと、
該固定ステップを実施した後、被加工物の裏面を研削して該所定厚みへ薄化するとともに該溝を該裏面に露出させることで被加工物を該分割予定ラインに沿って分割して所定厚みのチップを形成する研削ステップと、
を具備したことを特徴とする被加工物の加工方法。
前記被加工物はサファイアウエーハから構成され、前記所定厚みは３０μｍ以下である請求項１記載の被加工物の加工方法。