JP2013219215A - Method for processing sapphire wafer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for processing a sapphire wafer in which a cutting blade rotating at a high speed can divide the sapphire wafer into chips.SOLUTION: A method for processing a sapphire wafer cuts and divides the sapphire wafer with a cutting blade rotating at a high speed. The method includes: a holding step for holding the sapphire wafer on a holding surface of a chuck table; and a dividing step for cutting the sapphire wafer with the cutting blade rotating at a high speed held at the holding step to divide the sapphire wafer. In the cutting blade, diamond abrasive having a gain diameter of about 10-50 μm are bound by a vitrified bond having a porosity of about 30-70%.

Description

本発明は、サファイアウエーハを高速回転する切削ブレードでチップに分割するサファイアウエーハの加工方法に関する。   The present invention relates to a method for processing a sapphire wafer in which a sapphire wafer is divided into chips with a cutting blade that rotates at high speed.

単結晶サファイアは、その優れた耐熱性・機械的安定性・化学的安定性・光透過性等の特徴から様々なデバイスに利用されている。しかしながら、非常にモース硬度が高いため、その加工が難しいという側面がある。   Single crystal sapphire is used in various devices because of its excellent heat resistance, mechanical stability, chemical stability, light transmission, and the like. However, since the Mohs hardness is very high, there is an aspect that the processing is difficult.

よって、サファイアウエーハ上にエピタキシャル層を積層し、このエピタキシャル層に複数のLEDを形成したサファイアウエーハの場合、サファイアウエーハの分割にはダイアモンドバイトを利用したスクライビングと割断、レーザービームを利用した分割起点の形成及び分割起点に沿った割断がその加工方法として選択されている。   Therefore, in the case of a sapphire wafer in which an epitaxial layer is laminated on a sapphire wafer and a plurality of LEDs are formed on this epitaxial layer, the sapphire wafer is divided by scribing and cleaving using a diamond bite, and by using a laser beam. Cleavage along the formation and division starting points is selected as the processing method.

レーザービームを用いて複数のLEDが形成されたサファイアウエーハを個々のLEDに分割する方法として、以下に説明する第1及び第2の加工方法が知られている。第1の加工方法は、サファイアウエーハに対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のレーザービームを分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により分割の起点となる分割起点溝を形成し、その後外力を付与してサファイアウエーハを個々のLEDに分割する方法である。   As a method of dividing a sapphire wafer in which a plurality of LEDs are formed using a laser beam into individual LEDs, first and second processing methods described below are known. In the first processing method, a laser beam having a wavelength (for example, 355 nm) having an absorptivity with respect to the sapphire wafer is irradiated to a region corresponding to the planned split line to form a split starting groove serving as a split starting point by ablation processing. Then, an external force is applied thereafter, and the sapphire wafer is divided into individual LEDs.

第2の加工方法は、サファイアウエーハに対して透過性を有する波長(例えば1064nm)のレーザービームの集光点を分割予定ラインに対応するサファイアウエーハの内部に位置付けて、レーザービームを分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に変質層を形成し、その後外力を付与して変質層を分割起点としてサファイアウエーハを個々のLEDに分割する方法である。   In the second processing method, a condensing point of a laser beam having a wavelength that is transmissive to the sapphire wafer (for example, 1064 nm) is positioned inside the sapphire wafer corresponding to the division line, and the laser beam is arranged on the division line. This is a method in which a sapphire wafer is divided into individual LEDs by applying an external force and then applying an external force to divide the sapphire wafer into divisional starting points.

サファイアウエーハの利用方法として、LEDの基板として利用する他に、その特性を生かして活用されている光学部品の例としてプロジェクタの偏光フィルム保持板がある(例えば、特開2009−003232号公報参照)。   As a method of using a sapphire wafer, there is a polarizing film holding plate of a projector as an example of an optical component that is utilized by utilizing its characteristics in addition to using as a substrate of an LED (see, for example, JP 2009-003232 A). .

偏光フィルムの保持板はLEDほどの大量生産品ではなく、1チップの大きさも比較的大きいため切断時に発生するチッピングの規格も大きいので、初期投資が高額なレーザー加工装置による加工ではなくダイシング装置での加工が適している。   The polarizing film holding plate is not a mass-produced product like an LED, and since the size of one chip is relatively large, the standard of chipping that occurs during cutting is also large, so the initial investment is a dicing device instead of processing by an expensive laser processing device Is suitable.

特開2006−319198号公報JP 2006-319198 A 特開2009−003232号公報JP 2009-003232 A

しかしながら、切削ブレードによるサファイアウエーハのダイシングでは、従来はレジンボンドやメタルボンドタイプの切削ブレードを用いて、1ラインを複数回切り込んでサファイアウエーハを個々のチップに分割していた。これは、サファイアウエーハのモース硬度が高いためであり、欠けを小さくして早い速度で切削するのは非常に困難なためである。   However, in the dicing of a sapphire wafer with a cutting blade, conventionally, a sapphire wafer is divided into individual chips by cutting a line a plurality of times using a resin bond or metal bond type cutting blade. This is because the Mohs hardness of the sapphire wafer is high, and it is very difficult to cut at a high speed with a small chip.

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、サファイアウエーハを高速回転する切削ブレードでチップに分割可能なサファイアウエーハの加工方法を提供することである。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a method for processing a sapphire wafer that can be divided into chips with a cutting blade that rotates the sapphire wafer at a high speed.

本発明によると、サファイアウエーハを高速回転する切削ブレードで切削して分割するサファイアウエーハの加工方法であって、該サファイアウエーハをチャックテーブルの保持面に保持する保持ステップと、該保持ステップで保持された該サファイアウエーハに高速回転する該切削ブレードを切り込ませて該サファイアウエーハを分割する分割ステップと、を備え、該切削ブレードは、粒径が10〜50μm程度のダイアモンド砥粒が気孔率が30〜70%程度のビトリファイドボンドで結合された切削ブレードであることを特徴とするサファイアウエーハの加工方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a sapphire wafer processing method in which a sapphire wafer is cut and divided by a cutting blade that rotates at a high speed, the holding step of holding the sapphire wafer on a holding surface of a chuck table, and the holding step. A cutting step of cutting the cutting blade rotating at high speed into the sapphire wafer to divide the sapphire wafer, and the cutting blade has diamond abrasive grains with a porosity of 30 to about 10 to 50 μm. There is provided a method for processing a sapphire wafer, which is a cutting blade bonded with about 70% vitrified bond.

本発明のサファイアウエーハの加工方法は、粒径が10〜50μm程度のダイアモンド砥粒が気孔率が30〜70%程度のビトリファイドボンドで結合された切削ブレードを用いることで、レジンボンドやメタルボンドの切削ブレードを用いた切削に比較して、加工速度で約1.3〜2倍、チッピングサイズを1/2〜1/3程度に改善することが可能である。これは、適度な気孔による冷却効果とコンタミ排出効果及び砥粒の適度な保持力、適度な消耗によって得られる。   The processing method of the sapphire wafer of the present invention uses a cutting blade in which diamond abrasive grains having a particle size of about 10 to 50 μm are bonded by vitrified bonds having a porosity of about 30 to 70%, so that resin bonds and metal bonds can be processed. Compared with cutting using a cutting blade, it is possible to improve the processing speed by about 1.3 to 2 times and the chipping size to about 1/2 to 1/3. This is obtained by a cooling effect and contamination discharging effect by appropriate pores, an appropriate holding power of abrasive grains, and an appropriate consumption.

本発明の加工方法を実施するのに適した切削装置の斜視図である。It is a perspective view of the cutting device suitable for implementing the processing method of this invention. スピンドルの先端にブレードマウントを固定する様子を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows a mode that a blade mount is fixed to the front-end | tip of a spindle. ブレードマウントにワッシャーブレードを装着する様子を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows a mode that a washer blade is mounted | worn with a blade mount. 分割ステップを示す一部断面側面図である。It is a partial cross section side view which shows a division | segmentation step. 図5(A)は本発明に係るビトリファイドボンドの切削ブレードで切削した切削結果を示す写真、図5(B)は従来のレジンボンドの切削ブレードで切削した切削結果を示す写真である。FIG. 5A is a photograph showing a cutting result cut with a vitrified bond cutting blade according to the present invention, and FIG. 5B is a photograph showing a cutting result cut with a conventional resin bond cutting blade.

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、本発明の加工方法を実施するのに適した切削装置2の斜視図が示されている。切削装置2の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作パネル4が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像ユニットによって撮像された画像が表示されるCRT等の表示モニタ6が設けられている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, there is shown a perspective view of a cutting device 2 suitable for carrying out the processing method of the present invention. On the front side of the cutting apparatus 2, an operation panel 4 is provided for an operator to input instructions to the apparatus such as machining conditions. In the upper part of the apparatus, a display monitor 6 such as a CRT on which a guidance screen for an operator and an image captured by an imaging unit described later are displayed is provided.

切削装置2の切削対象であるサファイアウエーハ11は、環状フレームFに装着されたダイシングテープTに貼着された後、図1に示したウエーハカセット8中に複数枚収容される。ウエーハカセット8は上下動可能なカセットエレベータ9上に載置される。   A plurality of sapphire wafers 11 to be cut by the cutting apparatus 2 are attached to a dicing tape T attached to an annular frame F, and then housed in the wafer cassette 8 shown in FIG. The wafer cassette 8 is placed on a cassette elevator 9 that can move up and down.

ウエーハカセット8の後方には、ウエーハカセット8から切削前のウエーハ11を搬出するとともに、切削後のウエーハをウエーハカセット8に搬入する搬出入ユニット10が配設されている。   Behind the wafer cassette 8, a loading / unloading unit 10 is provided for unloading the wafer 11 from the wafer cassette 8 and loading the wafer after cutting into the wafer cassette 8.

ウエーハカセット8と搬出入ユニット10との間には、搬出入対象のサファイアウエーハ11が一時的に載置される領域である仮置き領域12が設けられており、仮置き領域12には、サファイアウエーハ11を一定の位置に位置合わせする位置合わせ機構14が配設されている。   Between the wafer cassette 8 and the carry-in / out unit 10, a temporary placement area 12, which is an area on which the sapphire wafer 11 to be carried in / out, is temporarily placed, is provided. An alignment mechanism 14 for aligning the wafer 11 at a certain position is provided.

仮置き領域12の近傍には、サファイアウエーハ11を吸着して搬送する旋回アームを有する搬送ユニット16が配設されており、仮置き領域12に搬出されて位置合わせされたサファイアウエーハ11は、搬送ユニット16により吸着されてチャックテーブル18上に搬送され、このチャックテーブル18に吸引保持される。   A transport unit 16 having a swivel arm that sucks and transports the sapphire wafer 11 is disposed in the vicinity of the temporary placement area 12, and the sapphire wafer 11 that has been unloaded and aligned to the temporary placement area 12 is transported. It is sucked by the unit 16 and conveyed onto the chuck table 18 and sucked and held on the chuck table 18.

チャックテーブル18は、回転可能且つ図示しない加工送り機構によりX軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル18のX軸方向の移動経路の上方には、サファイアウエーハ11の切削すべき領域を検出するアライメントユニット22が配設されている。20は環状フレームFをクランプするクランプである。   The chuck table 18 is configured to be rotatable and reciprocally movable in the X-axis direction by a machining feed mechanism (not shown). Above the movement path of the chuck table 18 in the X-axis direction, an area to be cut by the sapphire wafer 11. An alignment unit 22 is provided for detecting. Reference numeral 20 denotes a clamp for clamping the annular frame F.

アライメントユニット22は、サファイアウエーハ11の表面を撮像する撮像ユニット24を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべき領域を検出することができる。撮像ユニット24によって取得された画像は、表示モニタ6に表示される。   The alignment unit 22 includes an imaging unit 24 that images the surface of the sapphire wafer 11, and can detect a region to be cut by processing such as pattern matching based on an image acquired by imaging. The image acquired by the imaging unit 24 is displayed on the display monitor 6.

アライメントユニット22の左側には、チャックテーブル18に保持されたサファイアウエーハ11に対して切削加工を施すスピンドルユニット(切削ユニット)26が配設されている。スピンドルユニット26はアライメントユニット22と一体的に構成されており、両者が連動してY軸方向及びZ軸方向に移動する。   A spindle unit (cutting unit) 26 for cutting the sapphire wafer 11 held on the chuck table 18 is disposed on the left side of the alignment unit 22. The spindle unit 26 is configured integrally with the alignment unit 22 and moves in the Y-axis direction and the Z-axis direction in conjunction with each other.

スピンドルユニット26は、回転可能なスピンドル28の先端に切削ブレード30が装着されて構成され、Y軸方向及びZ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード30は撮像ユニット24のX軸方向の延長線上に位置している。スピンドルユニット26のY軸方向の移動は図示しない割り出し送り機構により達成される。   The spindle unit 26 is configured by mounting a cutting blade 30 on the tip of a rotatable spindle 28 and is movable in the Y-axis direction and the Z-axis direction. The cutting blade 30 is located on the extended line of the imaging unit 24 in the X-axis direction. The movement of the spindle unit 26 in the Y-axis direction is achieved by an index feed mechanism (not shown).

34は切削加工の終了したサファイアウエーハ11を洗浄するスピンナ洗浄ユニットであり、切削加工の終了したサファイアウエーハ11は搬送ユニット32によりスピンナ洗浄ユニット34まで搬送され、スピンナ洗浄ユニット34でスピン洗浄及びスピン乾燥される。   Reference numeral 34 denotes a spinner cleaning unit that cleans the sapphire wafer 11 that has been cut. The sapphire wafer 11 that has been cut is transported to the spinner cleaning unit 34 by the transport unit 32, and spin cleaning and spin drying are performed by the spinner cleaning unit 34. Is done.

図2を参照すると、スピンドル28の先端にブレードマウント40を装着する様子を示す分解斜視図が示されている。スピンドルユニット26のスピンドルハウジング36中には、図示しない電動モータにより回転駆動されるスピンドル28が回転可能に収容されている。スピンドル28はテーパ部28a及び先端小径部28bを有しており、先端小径部28bには雄ねじ38が形成されている。   Referring to FIG. 2, an exploded perspective view showing a state where the blade mount 40 is attached to the tip of the spindle 28 is shown. A spindle 28 that is rotationally driven by an electric motor (not shown) is rotatably accommodated in a spindle housing 36 of the spindle unit 26. The spindle 28 has a tapered portion 28a and a small distal end portion 28b, and a male screw 38 is formed on the small distal end portion 28b.

40はボス部42と、ボス部42と一体的に形成された固定フランジ44とから構成されるブレードマウントであり、ボス部42には雄ねじ46が形成されている。更に、ブレードマウント40は装着穴47を有している。   A blade mount 40 includes a boss portion 42 and a fixed flange 44 formed integrally with the boss portion 42, and a male screw 46 is formed on the boss portion 42. Further, the blade mount 40 has a mounting hole 47.

ブレードマウント40は、装着穴47をスピンドル28の先端小径部28b及びテーパ部28aに挿入して、ナット48を雄ねじ46に螺合して締め付けることにより、図3に示すようにスピンドル28の先端小径部28bに取り付けられる。   In the blade mount 40, the mounting hole 47 is inserted into the tip small diameter portion 28 b and the tapered portion 28 a of the spindle 28, and the nut 48 is screwed into the male screw 46 and tightened, so that the tip small diameter of the spindle 28 is shown in FIG. It is attached to the part 28b.

図3を参照すると、ワッシャー状の切削ブレード30をスピンドル28の先端に固定されたブレードマウント40に装着する様子を示す分解斜視図が示されている。ワッシャー状の切削ブレード30は、粒径が10〜50μm程度のダイアモンド砥粒が気孔率が30〜70%程度のビトリファイドボンドで結合されて構成されている。   Referring to FIG. 3, there is shown an exploded perspective view showing a state where the washer-like cutting blade 30 is mounted on the blade mount 40 fixed to the tip of the spindle 28. The washer-shaped cutting blade 30 is configured by bonding diamond abrasive grains having a particle size of about 10 to 50 μm with vitrified bonds having a porosity of about 30 to 70%.

このようなビトリファイドボンドの切削ブレード30は、例えば特公平6−24700号公報に記載されているように、セラミック又はガラス質の砥粒と有機物の砥粒とダイアモンド砥粒とを混合し、所定温度で焼成して製造する。   Such a vitrified bond cutting blade 30 is prepared by mixing ceramic or glassy abrasive grains, organic abrasive grains, and diamond abrasive grains, as described in, for example, Japanese Patent Publication No. 6-24700. It is manufactured by baking.

ブレードマウント40のボス部42に切削ブレード30を挿入し、更に着脱フランジ50をボス部42に挿入して、固定ナット52を雄ねじ48に螺合して締め付けることにより、切削ブレード30は固定フランジ44と着脱フランジ50とにより両側から挟まれてスピンドル28に取り付けられる。   The cutting blade 30 is inserted into the boss portion 42 of the blade mount 40, the detachable flange 50 is further inserted into the boss portion 42, and the fixing nut 52 is screwed into the male screw 48 and tightened, whereby the cutting blade 30 is fixed to the fixing flange 44. And is attached to the spindle 28 by being sandwiched from both sides by the detachable flange 50.

図4を参照すると、ビトリファイドボンドの切削ブレード30でサファイアウエーハ11を個々のチップに分割する様子を示す一部断面側面図が示されている。この分割ステップを実施する前に、撮像ユニット24でサファイアウエーハ11の表面を撮像し、第1の方向に伸長する分割予定ラインを検出するアライメントを実施する。   Referring to FIG. 4, there is shown a partial cross-sectional side view showing a state in which the sapphire wafer 11 is divided into individual chips by a vitrified bond cutting blade 30. Before performing this division step, the imaging unit 24 images the surface of the sapphire wafer 11 and performs alignment for detecting a division planned line extending in the first direction.

第1の方向のアライメント実施後、チャックテーブル18を90度回転して、第1の方向と直交する第2の方向に伸長する分割予定ラインを検出するアライメントを同様に実施する。   After the alignment in the first direction, the chuck table 18 is rotated by 90 degrees, and the alignment for detecting the division line extending in the second direction orthogonal to the first direction is similarly performed.

アライメント実施後、切削ブレードを高速でA方向に回転させながらサファイアウエーハ11に切り込み、チャックテーブル18をX軸方向に例えば3mm/sの加工送り速度で加工送りしながらサファイアウエーハ11を完全切断し切削溝13を形成する。Y軸方向に割り出し送りしながら第1の方向に伸長する分割予定ラインを次々と切削する。   After the alignment, the cutting blade is cut into the sapphire wafer 11 while rotating the cutting blade in the A direction at high speed, and the sapphire wafer 11 is completely cut and cut while the chuck table 18 is fed in the X-axis direction at a machining feed rate of 3 mm / s, for example. A groove 13 is formed. The dividing lines extending in the first direction while being indexed and fed in the Y-axis direction are cut one after another.

次いで、チャックテーブル18を90度回転して、第2の方向に伸長する分割予定ラインをY軸方向に割り出し送りしながら次々と切削して、サファイアウエーハ11を個々のチップに分割する。   Next, the chuck table 18 is rotated 90 degrees, and the division line to be extended in the second direction is cut one after another while being indexed and fed in the Y-axis direction to divide the sapphire wafer 11 into individual chips.

本実施形態のサファイアウエーハの加工方法では、ワッシャー状の切削ブレード30として、粒径が10〜50μm程度のダイアモンド砥粒が気孔率が30〜70%程度のビトリファイドボンドで結合されたビトリファイドボンドブレードを採用したことにより、加工速度で約1.3〜2倍程度改善でき、チッピングサイズを1/〜1/3程度に改善することが可能である。   In the processing method of the sapphire wafer of this embodiment, a vitrified bond blade in which diamond abrasive grains having a particle size of about 10 to 50 μm are bonded by vitrified bonds having a porosity of about 30 to 70% is used as the washer-like cutting blade 30. By adopting, the processing speed can be improved by about 1.3 to 2 times, and the chipping size can be improved to about 1 to 〜.

図5を参照すると、本発明のビトリファイドボンドブレードでの切削加工結果と、従来のレンジボンドブレードでの切削加工結果の比較が示されている。図5(A)は、本発明のビトリファイドボンドブレードでの切削加工結果の写真、図5(B)は従来のレジンボンドブレードでの切削加工結果の写真をそれぞれ示している。   Referring to FIG. 5, there is shown a comparison of the cutting results with the vitrified bond blade of the present invention and the cutting results with a conventional range bond blade. FIG. 5A shows a photograph of the cutting result with the vitrified bond blade of the present invention, and FIG. 5B shows a photograph of the cutting result with the conventional resin bond blade.

ビトリファイドボンドブレードでは、♯400メッシュのダイアモンド砥粒を使用し、加工送り速度3mm/sで加工送りして厚さ0.7mmのサファイアウエーハを切断した結果であり、レジンボンドブレードでは、♯240メッシュのダイアモンド砥粒を使用し、加工送り速度2mm/sで厚さ0.7mmのサファイアウエーハを切断した結果である。   For vitrified bond blades, diamond abrasive grains of # 400 mesh were used and processed at a feed rate of 3 mm / s to cut a 0.7 mm thick sapphire wafer. For resin bond blades, # 240 mesh This is a result of cutting a sapphire wafer having a thickness of 0.7 mm at a processing feed rate of 2 mm / s.

ここで、レジンボンドブレードでは♯240メッシュのダイアモンド砥粒を採用しているが、これは♯400メッシュのような細かい砥粒ではサファイアウエーハを加工できないからである。   Here, the resin bond blade employs # 240 mesh diamond abrasive grains because the sapphire wafer cannot be processed with fine abrasive grains such as # 400 mesh.

図5(B)に示す従来例では、符号15で示すような大きな欠けが発生している。これに対して、図5(A)に示すビトリファイドボンドブレードを使用した本発明の加工方法では、欠けが殆ど発生しないことが見て取とれる。   In the conventional example shown in FIG. 5B, a large chip as shown by reference numeral 15 occurs. In contrast, it can be seen that in the processing method of the present invention using the vitrified bond blade shown in FIG.

11 サファイアウエーハ
13 切削溝
15 欠け
18 チャックテーブル
24 撮像ユニット
26 スピンドルユニット(切削ユニット)
28 スピンドル
30 切削ブレード
40 ブレードマウント
50 着脱フランジ
11 Sapphire wafer 13 Cutting groove 15 Chip 18 Chuck table 24 Imaging unit 26 Spindle unit (cutting unit)
28 Spindle 30 Cutting blade 40 Blade mount 50 Removable flange

Claims (1)

サファイアウエーハを高速回転する切削ブレードで切削して分割するサファイアウエーハの加工方法であって、
該サファイアウエーハをチャックテーブルの保持面に保持する保持ステップと、
該保持ステップで保持された該サファイアウエーハに高速回転する該切削ブレードを切り込ませて該サファイアウエーハを分割する分割ステップと、を備え、
該切削ブレードは、粒径が10〜50μm程度のダイアモンド砥粒が気孔率が30〜70%程度のビトリファイドボンドで結合された切削ブレードであることを特徴とするサファイアウエーハの加工方法。
A method for processing a sapphire wafer, which is cut by a cutting blade rotating at high speed and divided.
Holding step for holding the sapphire wafer on the holding surface of the chuck table;
A dividing step of dividing the sapphire wafer by cutting the cutting blade rotating at high speed into the sapphire wafer held in the holding step,
The sapphire wafer processing method, wherein the cutting blade is a cutting blade in which diamond abrasive grains having a particle size of about 10 to 50 μm are bonded by vitrified bonds having a porosity of about 30 to 70%.
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