JP2014120648A - サファイアウェーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削ブレードの異常摩耗及びデバイスの生産性の低下を防止しつつ、サファイアウェーハの外周縁を良好に加工すること。
【解決手段】本発明のサファイアウェーハの加工方法は、サファイアウェーハ（Ｗ）の中心をチャックテーブル（２）の回転軸（８２）に一致させるように保持する工程と、サファイアウェーハ（Ｗ）の外周縁に切削ブレード（３１）を位置付ける工程と、切削ブレード（３１）によりサファイアウェーハ（Ｗ）の外周縁に沿ってサファイアウェーハ（Ｗ）を断続的に切り込むことで、複数の切削痕（６３）を連続して形成する工程とを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、反射膜が積層されたサファイアウェーハの加工方法に関し、特に発光ダイオード（LED：Light Emitting Diode）の製造に用いられるサファイアウェーハの加工方法に関する。

近年、電気機器の薄型化や小型化に伴い、ウェーハが薄く研削仕上げされることが要求されている。また従来、ウェーハの外周縁には、製造工程中における割れや発塵防止のために面取り加工が施されている。このため、ウェーハが例えば１００μｍ以下の厚さまで研削仕上げされると、面取りされたウェーハの外周縁がナイフエッジ状になり、外周側から欠けが生じてウェーハが破損するという問題があった。この問題を解決するために、ウェーハの薄化後にナイフエッジになりうる面取り部を、研削加工に先だってウェーハの外周縁から除去（トリミング）する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のトリミング加工では、チャックテーブル上にウェーハが保持され、切削ブレードでウェーハの外周縁が表面側から切り込まれる。そして、チャックテーブルが１回転されることで、ウェーハの外周縁が切削ブレードにより切削される。このとき、ウェーハの外周縁の表面側は、目標の仕上げ厚みよりも深く除去されている。後段の研削加工では、ウェーハが裏面側から研削されて目標の仕上げ厚さまで研削される。このため、研削後のウェーハの外周縁にナイフエッジが残ることがなく、ウェーハの外周縁におけるクラックの発生が防止されている。

特開２０００−１７３９６１号公報

しかしながら、上記したトリミング加工では、硬度の高いサファイアウェーハを切削ブレードによって良好に加工することが困難となっていた。例えば、サファイアウェーハの切削加工中に切削ブレードが異常摩耗を起こすおそれがあり、さらに低速加工を行わなければならず、加工時間が長くなって生産性が低下していた。このように、切削ブレードを用いたサファイアウェーハの加工は、技術的な課題が多数存在していた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、切削ブレードの異常摩耗及びデバイスの生産性の低下を防止しつつ、サファイアウェーハの外周縁を良好に加工できるサファイアウェーハの加工方法を提供することを目的とする。

本発明のサファイアウェーハの加工方法は、サファイアウェーハの外周縁を切削ブレードにより除去するサファイアウェーハの加工方法であって、サファイアウェーハを保持する保持面と、該保持面に直交し該保持面の中心を通る回転軸とを有するチャックテーブルで、サファイアウェーハの中心を該回転軸に一致させてサファイアウェーハの裏面を保持する保持工程と、該保持工程を実施した後に、該切削ブレードを該回転軸に直交する直線上のサファイアウェーハの外周縁に位置付ける位置付け工程と、該位置付け工程を実施した後に、該切削ブレードによりサファイアウェーハの外周縁に沿ってサファイアウェーハを断続的に所定の深さ切り込むことで複数の切削痕を所定の角度間隔で形成する切削痕形成工程と、から構成され、該所定の角度は隣接する該切削痕の両端同士が重なり合う角度であること、を特徴とする。

この構成によれば、主にサファイアウェーハに対する厚み方向の切り込みだけで切削する切削動作が断続的に繰り返されて、サファイアウェーハの外周縁に連続的な切削痕が形成される。このため、サファイアウェーハを切り込んだ状態で全周にわたって連続的に切削する構成と比較して、サファイアウェーハの切削量を少なくできる。よって、サファイアウェーハの切削時に切削ブレードに生じる摩擦熱を抑えて、切削ブレードの異常摩耗を防止することができる。このように、硬度が高いサファイアウェーハを良好に加工することができる。

本発明の上記サファイアウェーハの加工方法において、該切削痕形成工程を実施した後に、複数の切削痕が形成された表面側を保持テーブルに保持し、該複数の切削痕が形成された表面と反対の裏面側から研削手段で仕上げ厚みまで研削を行う研削工程を含み、該切削痕形成工程においては、少なくとも該仕上げ厚みに相当する深さにおいて該隣接する切削痕の両端同士が重なり合うように該所定の深さ及び該所定の角度を設定する。

本発明によれば、切削ブレードによりサファイアウェーハの外周縁に沿ってサファイアウェーハを断続的に切り込むことで、切削ブレードの異常摩耗及びデバイスの生産性の低下を防止しつつ、サファイアウェーハの外周縁を良好に加工できる。

本実施の形態に係る切削装置の斜視図である。 本実施の形態に係るエッジトリミング加工の説明図である。 本実施の形態に係る保持工程、位置付け工程、切削痕形成工程の説明図である。 本実施の形態に係る改質層形成工程、研削工程の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るサファイアウェーハの加工方法ついて説明する。図１は、本実施の形態に係る切削装置の斜視図である。図２は、本実施の形態に係るエッジトリミング加工の説明図である。ここでは、一対の切削ブレードを備えた切削装置を例示するが、この構成に限定されない。本発明は、切削ブレードを用いてサファイアウェーハにトリミング加工を施す切削装置であれば、どのような切削装置にも適用可能である。

図１に示すように、切削装置１は、チャックテーブル２上のサファイアウェーハＷの外周縁に沿って切削ブレード３１を断続的に切り込ませることで、エッジトリミングするように構成されている。サファイアウェーハＷは円板状に形成されており、サファイアウェーハＷの表面６１には複数の分割予定ラインが配列されている。サファイアウェーハＷの表面中央には、分割予定ラインによって区画された各領域にデバイス６６が形成されている。また、サファイアウェーハＷの外周縁には、製造工程中における割れや発塵防止のために面取り加工が施されている。

サファイアウェーハＷは、貼着テープ６８を介して環状フレーム６９に支持された状態で切削装置１に搬入される。切削装置１の基台１１上には、チャックテーブル２をＸ軸方向に切削送りする切削送り手段４が設けられている。また、基台１１上には、切削送り手段４を跨ぐように立設した門型の柱部１２が設けられている。柱部１２には、チャックテーブル２の上方において一対の切削手段３をＹ軸方向に割出送りすると共にＺ軸方向に昇降させる割り出し送り手段５が設けられている。

切削送り手段４は、基台１１の上面に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール４１と、一対のガイドレール４１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル４２とを有している。Ｘ軸テーブル４２上では、θテーブル４３にチャックテーブル２が回転可能に支持されている。Ｘ軸テーブル４２の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ４４が螺合されている。ボールネジ４４の一端部には、駆動モータ４５が連結されている。駆動モータ４５によりボールネジ４４が回転駆動され、チャックテーブル２がガイドレール４１に沿ってＸ軸方向に移動される。

チャックテーブル２は、Ｚ軸回りに回転可能なθテーブル４３上に設けられている。チャックテーブル２の表面には、ポーラスセラミック材によりサファイアウェーハＷを吸引保持する保持面２１が形成されている。保持面２１は、チャックテーブル２内の流路を通じて吸引源に接続されている。また、チャックテーブル２の周囲には、θテーブル４３の四方から外側に延びる一対の支持アームを介して４つのクランプ部２２が設けられている。４つのクランプ部２２は、エアアクチュエータにより駆動し、サファイアウェーハＷの周囲の環状フレーム６９を挟持固定する。

割り出し送り手段５は、柱部１２の前面に対してＹ軸方向に平行な一対のガイドレール５１と、一対のガイドレール５１にスライド可能に設置されたモータ駆動の一対のＹ軸テーブル５２を有している。また、割り出し送り手段５は、各Ｙ軸テーブル５２の前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール５３と、各ガイドレール５３にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル５４とを有している。各Ｚ軸テーブル５４の下部には、サファイアウェーハＷに切削ブレード３１を切り込ませて切削する切削手段３が設けられている。

各Ｙ軸テーブル５２の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ５５が螺合されている。また、各Ｚ軸テーブル５４の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ５６が螺合されている。Ｙ軸テーブル５２用のボールネジ５５、Ｚ軸テーブル５４用のボールネジ５６の一端部には、それぞれ駆動モータ５７、５８が連結されている。これら駆動モータ５７、５８によりボールネジが回転駆動され、一対の切削手段３がガイドレール５１、５３に沿ってＹ軸方向及びＺ軸方向に移動される。

切削手段３の切削ブレード３１は、Ｙ軸回りに回転するスピンドル３２（図２参照）の先端に設けられている。切削ブレード３１は、ダイアモンド砥粒をレジンボンドで固めて円形にしたレジンブレードで構成されている。切削ブレード３１はブレードカバー３４によって周囲が覆われており、ブレードカバー３４には切削部分に向けて切削水を噴射する噴射ノズルが設けられている。切削手段３は、切削ブレード３１を高速回転させ、複数の噴射ノズルから切削部分に切削水を噴射しつつサファイアウェーハＷを切削加工する。

このように構成された切削装置１では、図２Ａに示すようにサファイアウェーハＷの中心８１がチャックテーブル２の回転軸８２に一致するように、チャックテーブル２上にサファイアウェーハＷが保持される。切削ブレード３１は、サファイアウェーハＷの面取り部分を削り取るように、サファイアウェーハＷの外周縁に位置付けられる。そして、切削ブレード３１が高速回転され、切削ブレード３１が下降してサファイアウェーハＷの表面６１側からサファイアウェーハＷの外周縁が切り込まれる。切削ブレード３１による切り込み深さは、後工程である研削工程でのサファイアウェーハＷの目標の仕上げ厚みよりも深く設定されている。

切削ブレード３１によってサファイアウェーハＷが切り込まれると、チャックテーブル２が回転せずに切削ブレード３１が上昇してサファイアウェーハＷから離間する。これにより、サファイアウェーハＷの外周縁に切削痕６３（図２Ｃ参照）が形成される。そして、切削ブレード３１がサファイアウェーハＷから離間した状態で、図２Ｂに示すようにチャックテーブル２がＺ軸回りに所定の角度θ（例えば、５度）だけ回転して停止される。この切削ブレード３１の昇降とチャックテーブル２の間欠回転とが交互に繰り返されることで、サファイアウェーハＷの外周縁に複数の切削痕６３が形成される。

図２Ｃに示すように、サファイアウェーハＷの外周縁には所定の角度θ（例えば、５度）毎に切削痕６３が形成される。所定の角度θは、隣接する切削痕６３の両端同士が重なり合う角度であるため、サファイアウェーハＷの外周に沿って複数の切削痕６３が円環状に連なって形成される。このように、サファイアウェーハＷに対する厚み方向の切り込みだけで切削する、いわゆるチョッパーカットによって、断続的な切削動作を繰り返して切削痕６３を連続させることで、サファイアウェーハＷの外周縁から面取り部分を除去している。

このため、サファイアウェーハＷを切り込んだ状態で回転送りする、いわゆるチョッパートラバースカットと比較して、サファイアウェーハＷの連続して切削する切削量を少なくすることができる。これにより、サファイアウェーハＷの切削加工中に切削ブレード３１に生じる切削ブレード３１の異常摩耗が防止される。

また、サファイアウェーハＷの外周縁が仕上げ厚さよりも深く切削されるため、後工程の研削工程でサファイアウェーハＷが裏面側から仕上げ厚さまで研削されても、面取り部分が残ることがない。よって、サファイアウェーハＷの外周縁がナイフエッジ状に形成されることがなく、サファイアウェーハＷの外周縁におけるクラックの発生が防止される。なお、切削ブレード３１の回転方向は、サファイアウェーハＷに対してダウンカットになる向きに設定され、切削屑を含む切削水がサファイアウェーハＷ上に飛散することが抑制される。

図３及び図４を参照して、本実施の形態に係るサファイアウェーハの加工方法の流れについて説明する。図３は、本実施の形態に係る保持工程、位置付け工程、切削痕形成工程の説明図である。図４は、本実施の形態に係る改質層形成工程、研削工程の説明図である。ここでは、改質層形成工程によってサファイアウェーハの内部に改質層を形成した後、サファイアウェーハを裏面側から研削して分割するＤＢＧ（Dicing Before Grinding）プロセスを例示して説明するが、この構成に限定されるものではない。

図３Ａに示すように、まず保持工程が実施される。保持工程では、サファイアウェーハＷの中心８１をチャックテーブル２の回転軸８２（Ｚ軸）に一致させるように、サファイアウェーハＷの裏面６２が貼着テープ６８を介してチャックテーブル２の保持面２１に保持される。図３Ｂに示すように、保持工程を実施した後には位置付け工程が実施される。位置付け工程では、チャックテーブル２の回転軸８２に直交する直線上のサファイアウェーハＷの外周縁に切削ブレード３１が位置付けられる。このとき、切削ブレード３１の回転軸８３（Ｙ軸）がサファイアウェーハＷの中心線（直径）と一致するように位置合わせされている。

図３Ｃに示すように、位置付け工程を実施した後には切削痕形成工程が実施される。切削痕形成工程では、切削ブレード３１が高速回転しながら下降して、サファイアウェーハＷの外周縁が切り込まれる。そして、チャックテーブル２が回転されずに切削ブレード３１が上昇して、サファイアウェーハＷの外周縁に切削痕６３が形成される。続いて、切削ブレード３１が上昇した状態でチャックテーブル２が所定の角度θだけ回転して、切削ブレード３１の下方にサファイアウェーハＷの未加工部分が位置付けられる。

図３Ｄに示すように、この一連の動作が繰り返されることで、サファイアウェーハＷの外周縁に複数の切削痕６３が連続的に形成される。このとき、サファイアウェーハＷの外周縁には、先に形成された切削痕６３の端に重なるように後続の切削痕６３が形成される。各切削痕６３の底面６４は側面視円弧状であり、後続の切削痕６３の形成時に、前方に位置する切削痕６３の底面６４の端が切削される。このため、各切削痕６３の底面６４全体がサファイアウェーハＷの表面６１よりも低くなる。少なくとも研削加工後の仕上げ厚みＬに相当する深さでは、隣接する切削痕６３の両端同士が重なり合うように、切削ブレード３１の切り込み深さＤ、チャックテーブル２の送り角度θが調整されている。

切削痕形成工程では、切削ブレード３１の昇降だけで切削する切削動作を繰り返して、サファイアウェーハＷの外周縁が断続的に切り込まれている。これにより、個々の切削動作の連続加工時間が短くなると共に、切削動作の完了後から次の切削動作に移る間に冷却期間が設けられる。よって、サファイアウェーハＷの切削時に切削ブレード３１に生じる摩擦熱が抑えられ、切削ブレード３１の異常摩耗が防止される。

なお、この切削痕形成工程での加工条件の一例は、以下に示す通りである。
ブレード種別：外径５２ｍｍ、刃厚１ｍｍのレジンブレード
スピンドル回転数：４０００ｒｐｍ
Ｚ送り速度：０．１ｍｍ/ｓ
切り込み深さ：１５０μｍ
チャックテーブル送り角度：５度
サファイアウェーハの厚み：３００μｍ
加工済みのサファイアウェーハＷは、表面６１に保護テープ７８（図４Ａ参照）が貼着され、環状フレーム６９（図１参照）から剥がされた状態でレーザー加工装置（不図示）に搬入される。

図４Ａに示すように、切削痕形成工程を実施した後には改質層形成工程が実施される。改質層形成工程では、レーザー加工装置（不図示）のチャックテーブル７１上にサファイアウェーハＷの表面６１側が保持される。加工ヘッド７２の射出口がサファイアウェーハＷの分割予定ラインに位置付けられ、加工ヘッド７２によってサファイアウェーハＷの裏面６２側からレーザー光線が照射される。レーザー光線は、サファイアウェーハＷに対して透過性を有する波長であり、サファイアウェーハＷの内部に集光するように調整されている。

そして、レーザー光線の集光点が調整されながら、サファイアウェーハＷに対して加工ヘッド７２が相対移動されることで、サファイアウェーハＷの内部に分割予定ラインに沿った改質層６５が形成される。この場合、先ずサファイアウェーハＷの表面６１付近に集光点が調整され、全ての分割予定ラインに沿って改質層６５の下端部が形成されるようにレーザー加工される。そして、集光点の高さを上動させる度に分割予定ラインに沿ってレーザー加工が繰り返されることで、サファイアウェーハＷの内部に所定の厚さの改質層６５が形成される。このようにして、サファイアウェーハＷの内部に分割予定ラインに沿った分割起点が形成される。

なお、改質層６５は、レーザー光線の照射によってサファイアウェーハＷの内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層６５は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。

図４Ｂに示すように、改質層形成工程を実施した後に、研削工程が実施される。研削工程では、チャックテーブル７５に保持されたサファイアウェーハＷの上方に研削手段７６が位置付けられる。そして、研削手段７６の研削ホイール７７がＺ軸回りに回転しながらチャックテーブル７５に近付けられ、研削ホイール７７とサファイアウェーハＷの裏面６２とが平行状態で回転接触することでサファイアウェーハＷが研削される。研削加工中は、ハイトゲージ（不図示）によってサファイアウェーハＷの厚さがリアルタイムに測定される。

図４Ｃに示すように、サファイアウェーハＷが目標の仕上げ厚みＬに近付くと、改質層６５に対して研削ホイール７７から研削負荷が加えられる。研削負荷によってサファイアウェーハＷに改質層６５を分割起点として分割予定ラインに沿って厚さ方向にクラックが生じ、サファイアウェーハＷが個々のデバイスチップＣに分割される。そして、研削ホイール７７によってサファイアウェーハＷが仕上げ厚みまで研削されると、研削手段７６による研削加工が停止される。このとき、サファイアウェーハＷの外周縁が除去されるため、サファイアウェーハＷの外周縁がナイフエッジ状に残存することがない。よって、薄化されたサファイアウェーハＷに欠けが生じ難くなっている。

なお、本実施の形態では、切削痕形成工程と研削工程との間に改質層形成工程が実施される構成としたが、この構成に限定されない。改質層形成工程は、研削工程の前に実施されていればよく、例えば、保持工程の前に実施されてもよい。

以上のように、本実施の形態に係るサファイアウェーハＷの加工方法によれば、切削ブレード３１の昇降だけで切削する切削動作が断続的に繰り返されて、サファイアウェーハＷの外周縁に連続的な切削痕６３が形成される。このため、サファイアウェーハＷを切り込んだ状態で全周にわたって連続的に切削する構成と比較して、サファイアウェーハＷの連続的に切削する切削量を減らすことができる。よって、サファイアウェーハＷの切削時に切削ブレード３１に生じる摩擦熱を抑えて、切削ブレード３１の異常摩耗を防止することができる。このように、硬度が高いサファイアウェーハＷを良好に加工することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記の実施の形態では、切削ブレード３１の昇降動作だけで切削するチョッパーカットを繰り返して複数の切削痕６３を形成したが、この構成に限定されない。複数の切削痕６３は、切削ブレード３１によってサファイアウェーハＷを断続的に切り込むことで形成されればよい。例えば、切削ブレード３１を下降させてサファイアウェーハＷに切り込ませ、サファイアウェーハＷを切削ブレード３１が異常摩耗しない程度に微小角度だけ回転送りして切削ブレード３１を上昇させ、この断続的なチョッパートラバースカットを繰り返して複数の切削痕６３を形成してもよい。

また、本実施の形態においては、切削痕形成工程が切削装置、改質層形成工程がレーザー加工装置、研削工程が研削装置で行われるが、一部の工程又は全ての工程が１つの装置で行われてもよい。

以上説明したように、本発明は、切削ブレードの異常摩耗及びデバイスの生産性の低下を防止しつつ、サファイアウェーハの外周縁を良好に加工できるという効果を有し、特に、特に発光ダイオードの製造に用いられるサファイアウェーハの加工方法に有用である。

１ 切削装置
２ チャックテーブル
３ 切削手段
３１ 切削ブレード
６１ サファイアウェーハの表面
６２ サファイアウェーハの裏面
６３ 切削痕
６４ 底面
７６ 研削手段
８１ サファイアウェーハの中心
８２ チャックテーブルの回転軸
Ｗ サファイアウェーハ

Claims (2)

1. サファイアウェーハの外周縁を切削ブレードにより除去するサファイアウェーハの加工方法であって、
   サファイアウェーハを保持する保持面と、該保持面に直交し該保持面の中心を通る回転軸とを有するチャックテーブルで、サファイアウェーハの中心を該回転軸に一致させてサファイアウェーハの裏面を保持する保持工程と、
   該保持工程を実施した後に、該切削ブレードを該回転軸に直交する直線上のサファイアウェーハの外周縁に位置付ける位置付け工程と、
   該位置付け工程を実施した後に、該切削ブレードによりサファイアウェーハの外周縁に沿ってサファイアウェーハを断続的に所定の深さ切り込むことで複数の切削痕を所定の角度間隔で形成する切削痕形成工程と、から構成され、
   該所定の角度は隣接する該切削痕の両端同士が重なり合う角度であること、を特徴とするサファイアウェーハの加工方法。
2. 該切削痕形成工程を実施した後に、複数の切削痕が形成された表面側を保持テーブルに保持し、該複数の切削痕が形成された表面と反対の裏面側から研削手段で仕上げ厚みまで研削を行う研削工程を含み、
   該切削痕形成工程においては、少なくとも該仕上げ厚みに相当する深さにおいて該隣接する切削痕の両端同士が重なり合うように該所定の深さ及び該所定の角度を設定することを特徴とする、請求項１記載のサファイアウェーハの加工方法。

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