JP6125170B2

JP6125170B2 - ウェーハの加工方法

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Publication number: JP6125170B2
Application number: JP2012179367A
Authority: JP
Inventors: 誠下谷
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: JP2014038903A

Description

本発明は、光デバイスウェーハなどのウェーハの加工方法に関し、特に、支持部材に貼着されたウェーハを研削して所定の厚みへと薄化するウェーハの加工方法に関する。

近年、小型軽量な光デバイスを実現するために、光デバイスウェーハを薄化することが求められている。光デバイスウェーハは、表面の分割予定ラインで区画される各領域に光デバイスが形成された後、裏面を研削されることで薄化される。この薄化の際には、光デバイスを保護するために、光デバイスウェーハの表面に保護テープを貼着させるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

ところで、光デバイスウェーハの剛性は、薄化されるにつれて著しく低下する。このため、光デバイスウェーハは、研削処理の進行に伴い大きく反らされてしまい、割れやクラックなどの発生する可能性が高くなる。また、光デバイスウェーハの外周部がナイフエッジ化されて薄くなると、外周部においてクラックや割れ、欠けなどを生じる恐れもある。

研削に伴う上述の問題を解消するため、剛体の支持部材に被加工物である光デバイスウェーハを貼着して研削する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、剛体でなる支持部材で光デバイスウェーハを支持することにより光デバイスウェーハは補強されるので、研削時における光デバイスウェーハの反りなどを抑制して破損を防止できる。

特開平５−１９８５４２号公報特開２００４−２０７６０６号公報

上述の研削方法において、被加工物である光デバイスウェーハは、例えば、固定剤となる樹脂を介して支持部材の表面に固定され、所定の厚みまで研削される。研削後の光デバイスウェーハは、樹脂を軟化させた上で引き剥がすように支持部材から分離される。ところが、薄化後の光デバイスウェーハの剛性は極めて低くなっているので、支持部材を剥離させる際に光デバイスウェーハは破損される恐れがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、薄く研削されたウェーハから支持部材を剥離させる際のウェーハの破損を防止できるウェーハの加工方法を提供することを目的とする。

本発明のウェーハの加工方法は、表面に分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウェーハを該分割予定ラインに沿って分割するウェーハの加工方法であって、表面粗さがウェーハの表面粗さより粗い金属性の支持部材に外部刺激により硬化する樹脂を塗布し、ウェーハの表面を対面させウェーハを該樹脂に埋没させてウェーハの外周全周に渡って該樹脂がウェーハの裏面まで隆起するまでウェーハを押圧して載置し、該樹脂に外部刺激を与えて硬化させウェーハを該支持部材上に貼着固定するウェーハ貼着工程と、該ウェーハ貼着工程を実施した後に、ウェーハの裏面からウェーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をウェーハの内部に位置付けて該分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程の後に、該支持部材側を保持テーブルで保持してウェーハの裏面を研削し所定厚みへと薄化すると共に研削動作により該改質層を起点としてウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する研削工程と、該研削工程を実施した後に、該裏面にエキスパンドテープを貼着するエキスパンドテープ貼着工程と、金属性の該支持部材は外部からの力により湾曲可能な厚さに形成されており、該エキスパンドテープ貼着工程を実施した後に、該樹脂を軟化させた後に該支持部材を湾曲させて該支持部材及び該樹脂を剥離する除去工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、金属製の支持部材でウェーハを支持させるので、研削時のウェーハの撓みは抑制されてウェーハを十分に薄く加工できる。また、金属製の支持部材は、外部からの力により湾曲可能な厚さに形成されているので、剥離時に支持部材を湾曲させて、ウェーハと支持部材との剥離性を高めることができる。よって、薄く加工されたウェーハから支持部材を剥離させる際のウェーハの破損を防止できる。さらに、ウェーハは、樹脂に埋没された状態で研削されることにより個々のデバイスに分割されるので、分割の際のデバイスの動きは樹脂によって抑制される。よって、デバイスの動きに起因する分割の不具合を防止できる。また、ハンドリング時におけるデバイスの欠けなどを防止できる。

本発明によれば、薄く研削されたウェーハから支持部材を剥離させる際のウェーハの破損を抑制できるウェーハの加工方法を提供できる。

本実施の形態のウェーハ貼着工程において支持部材に樹脂が塗布される様子を示す図である。本実施の形態のウェーハ貼着工程においてウェーハが押圧される様子を示す図である。本実施の形態のウェーハ貼着工程において樹脂が硬化される様子を示す図である。本実施の形態の改質層形成工程においてウェーハに改質層が形成される様子を示す図である。本実施の形態の研削工程においてウェーハが研削される様子を示す図である。本実施の形態のエキスパンドテープ貼着工程においてウェーハにエキスパンドテープが貼着される様子を示す図である。本実施の形態の除去工程においてウェーハから支持部材及び樹脂が剥離される様子を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下においては、光デバイスウェーハを加工対象とするウェーハの加工方法について説明するが、本発明の加工対象となるウェーハは、光デバイスウェーハに限定されるものではない。

本実施の形態のウェーハの加工方法は、ウェーハ貼着工程、改質層形成工程、研削工程、エキスパンドテープ貼着工程、及び除去工程を含む。ウェーハ貼着工程では、樹脂を塗布された金属製の支持部材にウェーハの表面を対向させてウェーハを押圧し、樹脂を硬化させてウェーハを支持部材に貼着固定する。改質層形成工程では、ウェーハの分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、分割の起点となる改質層を形成する。研削工程では、ウェーハの裏面側を研削してウェーハを薄化すると共に、改質層を起点にウェーハを分割する。エキスパンドテープ貼着工程では、ウェーハの裏面にエキスパンドテープを貼着する。除去工程では、樹脂を軟化させると共に、支持部材を湾曲させてウェーハから支持部材及び樹脂を剥離する。

本実施の形態で用いられる金属製の支持部材は、研削工程において要求される高い支持性と、除去工程において要求される高い剥離性とを併せ備えている。このため、本実施の形態に係るウェーハの加工方法により、ウェーハを薄く研削した上で支持部材を容易に剥離させることができる。また、本実施の形態のウェーハの加工方法において、ウェーハは、樹脂に埋没された状態で研削されることにより個々のデバイスに分割されるので、分割の際のデバイスの動きを抑制して不具合の発生を防止できる。以下、本実施の形態に係るウェーハの加工方法の詳細について説明する。

図１から図３を参照してウェーハ貼着工程について説明する。図１は、ウェーハ貼着工程において樹脂が塗布される様子を示す図であり、図２は、ウェーハ貼着工程においてウェーハが押圧される様子を示す図であり、図３は、ウェーハ貼着工程において樹脂が硬化される様子を示す図である。

図１Ａに示すように、ウェーハ貼着工程では、まず、樹脂塗布装置１において支持部材Ｓの表面Ｓ１に樹脂Ｒが塗布される。樹脂塗布装置１は、下方に向けて液状物を吐出可能なノズル１１を備えており、このノズル１１から、ウェーハＷを支持部材Ｓに固定するための固定剤となる樹脂Ｒが吐出される。樹脂Ｒを塗布された後には、図１Ｂに示すように、支持部材Ｓの表面Ｓ１とウェーハＷの表面Ｗ１（図１において不図示、例えば、図２参照）とが向き合うように、支持部材Ｓの上方にウェーハＷが位置付けられる。そして、ウェーハＷと支持部材Ｓとで樹脂Ｒが挟まれるように、樹脂Ｒの塗布された領域上にウェーハＷが重ねられる。

ウェーハＷは、略円板形状を有するサファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体層が積層された光デバイスウェーハである。ウェーハＷの表面Ｗ１（図２参照）には、格子状の分割予定ライン（不図示）が設けられており、この分割予定ラインで区画された各領域には光デバイス（不図示）が形成されている。

支持部材Ｓは、外力により湾曲可能な厚さに形成された略円板形状を有するアルミニウム板である。この支持部材Ｓは、ウェーハＷの全体を支持可能なように、ウェーハＷより大面積に構成されている。支持基板Ｓの表面Ｓ１の表面粗さは、光デバイスウェーハＷの表面Ｗ１の表面粗さより粗くなっている。このため、支持基板Ｓと樹脂Ｒとの接触面積は、光デバイスウェーハＷと樹脂Ｒとの接触面積より広くなり、樹脂Ｒは支持基板Ｓ側に強固に密着される。表面粗さは、例えば、サンドブラストや粗い研削処理などで粗くできる。

樹脂Ｒは、紫外光を照射されることで硬化される無溶剤の光硬化樹脂（光硬化性樹脂）である。この樹脂Ｒは、図１Ａに示すように、樹脂塗布装置１のノズル１１から支持部材Ｓの表面Ｓ１の中央付近に滴下されるように塗布される。なお、本実施の形態では、光硬化樹脂を用いる例を示しているが、外部刺激により硬化する樹脂Ｒであれば、光硬化樹脂でなくとも良い。例えば、樹脂Ｒとして、熱硬化樹脂（熱硬化性樹脂）などを用いることもできる。

支持部材Ｓ上にウェーハＷを重ねた後には、図２に示すように、プレス装置２でウェーハＷを支持部材Ｓに押圧させる。プレス装置２は、ポーラスセラミック材による吸着面を有する保持テーブル２１を備えている。保持テーブル２１に支持部材Ｓの裏面Ｓ２を吸着させることで、ウェーハＷは、支持部材Ｓを介して保持テーブル２１上に保持される。保持テーブル２１の上方には、ウェーハＷの裏面Ｗ２を押圧する押圧部２２が上下動可能に設けられている。

押圧部２２とウェーハＷの裏面Ｗ２とを接触させ、押圧部２２により下向きの力を加えると、ウェーハＷと支持部材Ｓとの間隔は狭まり、樹脂Ｒは塗布された位置から放射状に広がる。押圧部２２の押圧力をさらに強めると、図２に示すように、ウェーハＷは樹脂Ｒに埋没される。ウェーハＷを樹脂Ｒに埋没させると、ウェーハＷの外周全周において樹脂Ｒは隆起された状態になり、樹脂ＲはウェーハＷの裏面Ｗ２側にまで回り込む。隆起されて裏面Ｗ２側に回り込んだ状態の樹脂Ｒを硬化させることで、ウェーハＷを支持部材Ｓに強固に固定できる。

ウェーハＷを押圧した後には、図３に示すように、紫外光照射装置３で樹脂Ｒに紫外光ＵＶを照射させる。紫外光照射装置３は、支持部材Ｓの配置される保持テーブル３１と、保持テーブル３１の上方の紫外光源３２とを備えている。紫外光照射装置３の保持テーブル３１には支持部材Ｓが配置され、紫外光源３２からウェーハＷの裏面Ｗ２側に紫外光ＵＶが照射される。

ウェーハＷは、所定波長の紫外光ＵＶを透過させるサファイア基板で構成されているので、照射された紫外光ＵＶは、ウェーハＷを透過して樹脂Ｒに到達する。ウェーハＷを介して紫外光ＵＶの照射された樹脂Ｒは、化学反応により硬化され、ウェーハＷは支持部材Ｓに固定される。なお、硬化された樹脂Ｒは、後の研削工程でウェーハＷと共に研削可能である。

ウェーハ貼着工程の後には、改質層形成工程が実施される。図４は、改質層形成工程においてウェーハに改質層が形成される様子を示す図である。改質層形成工程では、図４に示すように、レーザー加工装置５により分割の起点となる改質層Ｗ３が形成される。レーザー加工装置５は、ポーラスセラミック材による吸着面を有する保持テーブル５１と、保持テーブル５１の上方の加工ヘッド５２とを備えている。

ウェーハＷは、支持部材Ｓを介して保持テーブル５１に保持される。また、加工ヘッド５２の射出口がウェーハＷの分割予定ラインに位置付けられ、ウェーハＷの裏面Ｗ２側にレーザー光線が照射される。レーザー光線は、ウェーハＷに対して透過性を有する波長であり、ウェーハＷの内部に集光するように調整されている。レーザー光線の集光点が調整された状態で、ウェーハＷに対して加工ヘッド５２が相対移動されることで、ウェーハＷの内部に分割予定ラインに沿った改質層Ｗ３が形成される。

具体的には、まず、ウェーハＷの表面Ｗ１（下面）付近に集光点が調整され、全ての分割予定ラインの表面Ｗ１近傍に改質層Ｗ３を形成するようにレーザー光線が照射される。次に、集光点の高さが裏面Ｗ２側（上方）に移動され、再び分割予定ラインに沿ってレーザー光線が照射される。このように、レーザー光線の照射と集光点の移動とが繰り返されることで、ウェーハＷの内部に所定の厚さの改質層Ｗ３が形成される。この改質層Ｗ３は、レーザー光線の照射によってウェーハ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に改質された領域である。

改質層形成工程の後には、研削工程が実施される。図５は、研削工程においてウェーハＷが研削される様子を示す図である。研削工程では、図５に示すように、研削装置４でウェーハＷの裏面Ｗ２側が研削される。研削装置４は、ポーラスセラミック材による吸着面を有する保持テーブル４１を備えている。保持テーブル４１の下方には不図示の回転機構が設けられており、保持テーブル４１は回転軸Ｃ１の周りに回転される。ウェーハＷは、支持部材Ｓを介して保持テーブル４１に保持される。

保持テーブル４１の上方には、研削ホイール４２が上下動可能に設けられている。研削ホイール４２の上方には不図示の回転機構が設けられており、研削ホイール４２は回転軸Ｃ２の周りに回転される。研削ホイール４２の下部には研削砥石４３が配置されている。図５Ａに示すように、研削砥石４３をウェーハＷの裏面Ｗ２に接触させた状態で保持テーブル４１と研削ホイール４２とを相対回転させることで、ウェーハＷの裏面Ｗ２側は研削される。この時、外周部において隆起された樹脂Ｒも同時に研削される。なお、研削ホイール４２は、保持テーブル４１より高速に回転される。

保持テーブル４１の近傍にはハイトゲージ（不図示）が設けられており、ウェーハＷの厚さを測定できるようになっている。このハイトゲージによりウェーハＷの厚さを測定しながら研削することで、図５Ｂに示すように、ウェーハＷは所定厚みへと薄化される。また、この研削において加えられる外力によって、ウェーハＷは、分割予定ラインに沿って形成された改質層Ｗ３を起点に各チップＣに分割される。上述のように、支持部材ＳでウェーハＷを支持させることにより、研削時のウェーハＷの撓みは抑制されてウェーハＷを十分に薄く加工できる。また、ウェーハＷの外周部は、樹脂Ｒにより補強されているので、ナイフエッジ化によるクラックや割れ、欠けなどの発生を防止できる。

研削工程の後には、エキスパンドテープ貼着工程が実施される。図６は、エキスパンドテープ貼着工程においてウェーハにエキスパンドテープが貼着される様子を示す図である。エキスパンドテープ貼着工程では、図６に示すように、ウェーハＷの裏面Ｗ２に、リング状のフレームＦに張られたエキスパンドテープＴが貼着される。エキスパンドテープ貼着工程は、例えば、テープ貼着装置（不図示）によって行われるが、オペレータの手作業により行われても良い。

エキスパンドテープ貼着工程の後には、除去工程が実施される。図７は、除去工程においてウェーハから支持部材及び樹脂が剥離される様子を示す図である。除去工程では、まず、樹脂Ｒをヒーター（不図示）で加熱し、軟化させる。樹脂Ｒの軟化は、加水処理などで樹脂Ｒを膨潤させるようにして行っても良い。次に、図７に示すように、支持部材Ｓの一端を把持し、中心を挟んで対称な他端側に向けて支持部材Ｓを引っ張る。支持部材Ｓは、湾曲可能な厚さに形成されているので、このような引張力を加えられると湾曲される。

支持部材Ｓの表面Ｓ１の表面粗さは、ウェーハＷの表面Ｗ１の表面粗さより粗くなっており、樹脂Ｒは、ウェーハＷ側よりも支持部材Ｓ側に強固に密着される。このため、樹脂Ｒは、支持部材Ｓと共にウェーハＷから剥離される。このように、外部からの力により湾曲可能な厚さに形成された金属製の支持部材Ｓを用いることで、剥離時に支持部材Ｓを湾曲させて、支持部材Ｓの剥離性を高めることができる。除去工程は、例えば、剥離装置（不図示）によって行われるが、オペレータの手作業により行われても良い。

以上のように、本実施の形態に係るウェーハの加工方法によれば、金属製の支持部材ＳでウェーハＷを支持させるので、研削時のウェーハＷの撓みは抑制されてウェーハＷを十分に薄く加工できる。また、金属製の支持部材Ｓは、外部からの力により湾曲可能な厚さに形成されているので、剥離時に支持部材Ｓを湾曲させて、樹脂Ｒと支持部材Ｓとの剥離性を高めることができる。よって、薄く加工されたウェーハＷから支持部材Ｓを剥離させる際のウェーハＷの破損を防止できる。

さらに、ウェーハＷは、樹脂Ｒに埋没された状態で個々のデバイスに相当するチップＣに分割されるので、分割の際のチップＣの水平方向の動きは樹脂Ｒによって抑制される。その結果、チップＣの動きに起因する分割の不具合を防止できる。また、ハンドリング時におけるチップＣの欠けなどを防止できる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施の形態では、支持部材側に樹脂を塗布する方法を示しているが、ウェーハ側に樹脂を塗布するようにしても良い。この場合、支持部材の表面には、ウェーハの表面に塗布された光硬化樹脂が間接的に塗布されることになる。

また、上記実施の形態では、薄化される加工対象としてサファイア基板からなる光デバイスウェーハを用いる場合を示しているが、加工対象はこれに限られない。例えば、シリコンウェーハ、ガリウム砒素（GaAs）基板、シリコンカーバイド（SiC）基板、窒化ガリウム（GaN）基板などの各種半導体基板、セラミック基板やガラス基板などの各種無機材料基板などを用いても良い。

また、上記実施の形態では、支持部材としてアルミニウム板を用いる場合を示しているが、支持部材はこれに限られない。研削工程における高い支持性と、除去工程における高い剥離性とを併せ備えていれば、どのような基板を用いても良い。例えば、高い剛性を備えるステンレス板や銅板などを適切な厚さに加工して用いることが可能である。また、支持部材の形状も円板形状であることに限定されず、任意の形状とすることができる。

その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、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できる。

本発明は、光デバイスウェーハなどを研削して所定の厚みへと加工する際に有用である。

１樹脂塗布装置
２プレス装置
３紫外光照射装置
４研削装置
５レーザー加工装置
１１ノズル
２１保持テーブル
２２押圧部
３１保持テーブル
３２紫外光源
４１保持テーブル
４２研削ホイール
４３研削砥石
５１保持テーブル
５２加工ヘッド
Ｆフレーム
Ｃチップ
Ｃ１，Ｃ２回転軸
Ｒ樹脂
Ｓ支持部材
Ｓ１，Ｗ１表面
Ｓ２，Ｗ２裏面
Ｔエキスパンドテープ
ＵＶ紫外光
Ｗウェーハ
Ｗ３改質層

Claims

表面に分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウェーハを該分割予定ラインに沿って分割するウェーハの加工方法であって、
表面粗さがウェーハの表面粗さより粗い金属性の支持部材に外部刺激により硬化する樹脂を塗布し、ウェーハの表面を対面させウェーハを該樹脂に埋没させてウェーハの外周全周に渡って該樹脂がウェーハの裏面まで隆起するまでウェーハを押圧して載置し、該樹脂に外部刺激を与えて硬化させウェーハを該支持部材上に貼着固定するウェーハ貼着工程と、
該ウェーハ貼着工程を実施した後に、ウェーハの裏面からウェーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をウェーハの内部に位置付けて該分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
該改質層形成工程の後に、該支持部材側を保持テーブルで保持してウェーハの裏面を研削し所定厚みへと薄化すると共に研削動作により該改質層を起点としてウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する研削工程と、
該研削工程を実施した後に、該裏面にエキスパンドテープを貼着するエキスパンドテープ貼着工程と、
金属性の該支持部材は外部からの力により湾曲可能な厚さに形成されており、該エキスパンドテープ貼着工程を実施した後に、該樹脂を軟化させた後に該支持部材を湾曲させて該支持部材及び該樹脂を剥離する除去工程と、
を備えるウェーハの加工方法。