JP5405835B2 - 板状物の研削方法 - Google Patents

Description

本発明は板状物の裏面を研削する研削方法に関し、特に、サファイア、ＳｉＣ又はガラス等の硬質板状物を研削する板状物の研削方法に関する。

例えば、サファイア基板やＳｉＣ（炭化珪素）基板の表面に窒化ガリウム等の半導体層が積層されて複数のデバイスが形成されたＬＥＤウエーハや、石英ガラス、無アルカリガラス、又はホウ珪酸ガラスに複数のデバイスが形成された光デバイスウエーハ等の堅硬材は、裏面が研削されて所定の厚みに形成された後、分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話やパソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

これらサファイア、ＳｉＣ、ガラス等の基板はモース硬度が高いため、ダイアモンド砥粒をビトリファイド等のボンド材で固めた研削砥石を回転可能に装着した研削装置によって裏面が研削され、所望の厚みに形成される。

ところで、基板の裏面を研削して薄くすると、研削面には加工歪みが形成されてゆき、研削面と非研削面のストレスの不均衡が発生して基板が反るという現象が発生する。特に研削される基板がサファイア、ＳｉＣ、ガラス等の堅硬材である場合には、反りによって基板が割れてしまうという問題が発生する。

この基板の割れは、例えば図１に示すようにランダムに発生する。図１において、１１はサファイア基板上にデバイス（ＬＥＤ）が複数形成されたＬＥＤウエーハであり、その表面１１ａには格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）１３によって区画された領域にそれぞれデバイス（ＬＥＤ）１５が形成されている。

サファイア基板上にＬＥＤ１５が複数形成されたＬＥＤウエーハ１１の裏面を研削して薄くすると、上述したように基板が反り、この反りによってＬＥＤウエーハ１１が符号２５に示すように任意の位置で割れてしまうことがある。

特開２００８−２３６９３号公報

基板が割れてしまうと、割れによって多くのデバイスが破損される。一般にサファイアやＳｉＣ、ガラス等の基板は高価であるため、割れて分割された不定形の基板から破損していないデバイスを切り出して使用することも多いが、割れてクラックが入ってしまったデバイスは不良となるため、基板が割れてしまうとデバイスの歩留まりが低下する。

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、デバイスの歩留まりを低下させることのないサファイア、ＳｉＣ、ガラス等の堅硬材からなる板状物の研削方法を提供することである。

本発明によると、表面に格子状に形成された複数の切削予定ラインによって区画された領域にそれぞれデバイスが形成された板状物の裏面を研削して所定の厚みとする板状物の研削方法であって、板状物の表面に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、板状物に対して透過性を有するレーザビームを前記複数の切削予定ラインの一部である１本以上の切削予定ラインに沿って照射して該切削予定ラインに沿った改質層を形成すると共に、前記複数の切削予定ラインの他の一部である切削予定ラインに対しては前記レーザビームを照射しない改質層形成工程と、該改質層形成工程実施後、板状物の裏面を研削する研削工程と、を具備したことを特徴とする板状物の研削方法が提供される。

好ましくは、改質層形成工程は交差する２本の切削予定ラインに沿って板状物に対して透過性を有するレーザビームを照射する。レーザビームは板状物の裏面から入射される。好ましくは、板状物はサファイア、ＳｉＣ、又はガラスの何れかから構成される。

本発明によると、研削前に予め板状物内部に分割予定ラインに沿った強度の低下した改質層を形成しておくので、板状物が割れる際には改質層に沿って割れることになる。従って、板状物が割れた際にも不良デバイスを生じることがなく、デバイスの歩留まりを低下させることがない。

また、研削前に板状物内部に改質層を形成しておくことで研削によって生じる加工歪みによる応力を分散させることができ、反りの低減が可能となる。従って、板状物が反ることによる板状物の割れの発生を低減することができる。

任意の箇所に割れが発生したＬＥＤウエーハの表面側斜視図である。 ＬＥＤウエーハの表面側斜視図である。 表面に保護テープが貼着されたＬＥＤウエーハの裏面側斜視図である。 レーザ加工装置の要部を示す斜視図である。 改質層形成工程の説明図である。 研削装置の外観斜視図である。 研削時におけるチャックテーブルと研削ホイールとの位置関係を示す斜視図である。 改質層に沿って割れたＬＥＤウエーハの表面側斜視図である。

以下、本発明実施形態の板状物の研削方法を図面を参照して詳細に説明する。図２は図１に類似した所定の厚さに加工される前のＬＥＤウエーハ１１の表面側斜視図である。図１に示すＬＥＤウエーハ１１は、サファイア基板上に窒化ガリウムからなる半導体層を積層して構成されており、表面１１ａに複数のストリート（分割予定ライン）１３が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１３によって区画された複数の領域にＬＥＤ（デバイス）１５が形成されている。

このように構成されたＬＥＤウエーハ１１は、ＬＥＤ１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。又、ＬＥＤウエーハ１１の外周には、サファイア基板の結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

ＬＥＤウエーハ１１の裏面を研削するのに先立って、まずＬＥＤウエーハ１１の表面１１ａに、保護テープ貼着工程により保護テープ２３を貼着する。従って、ＬＥＤウエーハ１１の表面１１ａは保護テープ２３によって保護され、図３に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。

保護テープ貼着工程実施後、図４にその要部を示すレーザ加工装置２を使用して改質層形成工程を実施する。レーザ加工装置２のチャックテーブル４上に表面に保護テープ２１が貼着されたＬＥＤウエーハ１１を吸引保持する。

６はレーザビーム照射ユニットであり、ハウジング８中に従来よく知られたレーザビーム発振器、繰り返し周波数設定手段等が収容されている。レーザビーム照射ユニット６のレーザビーム発振器から発振されたレーザビームは、集光器（レーザ照射ヘッド）１０によりＬＥＤウエーハ１１の内部に集光されて強度の低下した改質層１４を形成する。

１２は集光器１０でレーザビームを集光するためのアライメントを実施するＣＣＤカメラ等の撮像手段であり、集光器１０とＸ軸方向に整列するようにレーザビーム照射ユニット６に一体的に取り付けられている。チャックテーブル４は図示しない移動機構によりＸ軸方向に移動可能に搭載され、レーザビーム照射ユニット６は図示しない移動機構によりＹ軸方向に移動可能である。

本実施形態の改質層形成工程では、図５に示すように、集光器１０を改質層を形成すべきストリート１３に整列させるアライメントを実施後、集光器１０でレーザビームをＬＥＤウエーハ１１の内部に集光しながらチャックテーブル４を矢印Ｘ方向に移動させて、ストリート１３に沿って改質層１４を連続的に形成する。使用するレーザビームは、ＬＥＤウエーハ１１に対して透過性を有するレーザビームである必要がある。

好ましくは、ＬＥＤウエーハ１１の中央部分で交差する２本のストリート１３に沿って改質層１４を形成する。或いは、一方向に飛び飛びの複数本のストリート１３に沿って改質層１４を形成する。

本発明における改質層形成工程における加工条件は、例えば以下のように設定されている。

光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｂ：ＹＶＯ４パルスレーザ
波長：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：４０ｎｓ
平均出力：１Ｗ
集光スポット径：φ１μｍ
加工送り速度：１００ｍｍ／秒
上述した改質層形成工程を実施してから、例えば図６に示すような研削装置２２を使用してＬＥＤウエーハ１１の裏面１１ｂを研削して、ＬＥＤウエーハ１１を所望の厚さに加工する。図６において、研削装置２２のハウジング２４は、水平ハウジング部分２６と、垂直ハウジング部分２８から構成される。

垂直ハウジング部分２８には上下方向に伸びる一対のガイドレール３２，３４が固定されている。この一対のガイドレール３２，３４に沿って研削手段（研削ユニット）３６が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット３６は支持部４０を介して一対のガイドレール３２，３４に沿って上下方向に移動する移動基台３８に取り付けられている。

研削ユニット３６は、支持部４０に取り付けられたスピンドルハウジング４２と、スピンドルハウジング４２中に回転可能に収容されたスピンドル４４と、スピンドル４４を回転駆動するサーボボータ４６を含んでいる。

図７に示されるように、スピンドル４４の先端部にはホイールマウント４８が固定されており、このホイールマウント４８には研削ホイール５０が螺子５１で装着されている。研削ホイール５０は環状基台５２の自由端部に粒径０．３〜１．０μｍのダイアモンド砥粒をビトリファイドボンド等で固めた複数の研削砥石５４が固着されて構成されている。

再び図６を参照すると、研削手段（研削ユニット）３６にはホース５６を介して研削水が供給される。好ましくは、研削水としては純水が使用される。ホース５６から供給された研削水は、研削砥石５４とチャックテーブル７０に保持されたＬＥＤウエーハ１１に供給される。

研削装置２２は、研削ユニット３６を一対の案内レール３２，３４に沿って上下方向に移動する研削ユニット送り機構６４を備えている。研削ユニット送り機構６４は、ボール螺子６６と、ボール螺子６６の一端部に固定されたパルスモータ６８から構成される。パルスモータ６８をパルス駆動すると、ボール螺子６６が回転し、移動基台３８の内部に固定されたボール螺子６６のナットを介して移動基台３８が上下方向に移動される。

７０は研削すべきＬＥＤウエーハ１１を吸引保持するチャックテーブルであり、図示しないチャックテーブル移動機構によりＹ軸方向に移動可能に構成されている。即ち、チャックテーブル７０は図示したウエーハ搬入・搬出位置と、研削ホイール５０に対向する研削位置との間でＹ軸方向に移動される。７２，７４は蛇腹である。

このように構成された研削装置２２の研削作業について以下に説明する。保護テープ２３を下にしてチャックテーブル７０に吸引保持されたＬＥＤウエーハ１１が図７に示す研削位置に位置づけられると、チャックテーブル７０を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール５０をチャックテーブル７０と同一方向に、即ち矢印ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ユニット送り機構６４を作動して研削砥石５４をウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール５０を所定の研削送り速度（例えば３〜５μｍ／秒）で下方に所定量研削送りして、ＬＥＤウエーハ１１の研削を実施する。図示しない接触式の厚み測定ゲージによってウエーハの厚みを測定しながらウエーハを所望の厚み、例えば１００μｍに仕上げる。

ＬＥＤウエーハ１１の裏面を研削して薄くすると、研削面には加工歪みが形成されてゆき、研削面と非研削面のストレスの不均衡が発生してＬＥＤウエーハ１１が反り、この反りによってＬＥＤウエーハ１１が割れてしまうことがある。

本実施形態の研削方法では、改質層形成工程によって予め中央部分で交差する２本のストリート１３に沿って強度の低下した改質層１４が形成されているため、図８に符号７５，７７で示すように割れは交差する２本のストリート１３に沿って発生することになる。

従って、ＬＥＤウエーハ１１が割れる際にも、ストリート１３に沿って割れることになるため、不良デバイスを生じることがなく、デバイスの歩留まりを低下させることがない。また、研削前に予めＬＥＤウエーハ１１の内部に改質層１４を形成しておくことで、研削によって生じる加工歪みによる応力を分散させることができ、反りの低減が可能となる。従って、ＬＥＤウエーハ１１が反ることによるＬＥＤウエーハ１１の割れの発生を低減することができる。

以上の説明では、本発明の研削方法をサファイア基板を使用したＬＥＤウエーハに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＳｉＣ基板又はガラス基板上にデバイスを形成した板状物の研削にも同様に適用可能である。

２ レーザ加工装置
４ チャックテーブル
６ レーザビーム照射ユニット
１０ 集光器（レーザ照射ヘッド）
１４ 改質層
２２ 研削装置
３６ 研削ユニット
５０ 研削ホイール
５４ 研削砥石
７０ チャックテーブル
７５，７７ 割れ跡

Claims (4)

1. 表面に格子状に形成された複数の切削予定ラインによって区画された領域にそれぞれデバイスが形成された板状物の裏面を研削して所定の厚みとする板状物の研削方法であって、
   板状物の表面に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、
   板状物に対して透過性を有するレーザビームを前記複数の切削予定ラインの一部である１本以上の切削予定ラインに沿って照射して該切削予定ラインに沿った改質層を形成すると共に、前記複数の切削予定ラインの他の一部である切削予定ラインに対してはレーザビームを照射しない改質層形成工程と、
   該改質層形成工程実施後、板状物の裏面を研削する研削工程と、
   を具備したことを特徴とする板状物の研削方法。
2. 表面に格子状に形成された複数の切削予定ラインによって区画された領域にそれぞれデバイスが形成された板状物の裏面を研削して所定の厚みとする板状物の研削方法であって、
   板状物の表面に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、
   板状物に対して透過性を有するレーザビームを前記複数の切削予定ラインの一部である交差する２本の切削予定ラインに沿って照射して該切削予定ラインに沿った改質層を形成すると共に、前記複数の切削予定ラインの他の一部である切削予定ラインに対してはレーザビームを照射しない改質層形成工程と、
   該改質層形成工程実施後、板状物の裏面を研削する研削工程と、
   を具備したことを特徴とする板状物の研削方法。
3. レーザビームは板状物の裏面から入射される請求項１又は２記載の板状物の研削方法。
4. 板状物はサファイア、ＳｉＣ、又はガラスの何れかである請求項１〜３の何れかに記載の板状物の研削方法。

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