JP6482425B2 - ウエーハの薄化方法 - Google Patents

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Description

本発明は、SiC基板の表面に複数のデバイスが形成されたウエーハの薄化方法に関する。
IC、LSI等の各種デバイスは、シリコン基板を素材としたウエーハの表面に機能層を積層し、この機能層に複数の分割予定ラインによって区画された領域に形成される。そして、研削装置によってウエーハの裏面を研削してウエーハを所定の厚みに薄化した後、切削装置、レーザー加工装置等の加工装置によってウエーハの分割予定ラインに加工が施され、ウエーハが個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは、携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。
また、パワーデバイス又はLED、LD等の光デバイスは、SiC基板を素材としたウエーハの表面に機能層を積層し、この機能層に複数の分割予定ラインによって区画された領域に形成される。
そして、上述したシリコンウエーハと同様に、研削装置によってウエーハの裏面が研削されて所定の厚みに薄化された後、切削装置、レーザー加工装置等によってウエーハの分割予定ラインに加工が施され、ウエーハが個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは各種電子機器に広く利用される。
シリコンウエーハと同様に、SiC基板を素材としたウエーハは、上述したように、分割予定ラインに沿って切断する前に裏面を研削して所定の厚みに薄化される。近年、電子機器の軽量化、小型化を達成するために、ウエーハの厚みをより薄く、例えば50μm程度にすることが要求されている。
このように薄く研削されたウエーハは取扱いが困難になり、搬送等において破損する恐れがある。そこで、ウエーハのデバイス領域に対応する裏面のみを研削して円形凹部を形成し、デバイス領域を囲繞する外周余剰領域に対応するウエーハの裏面にリング状補強部を形成する研削方法が特開2007―19379号公報で提案されている。
特開2002−373870号公報 特開2007−19379号公報
しかし、SiC基板はシリコン基板に比べてモース硬度が非常に高く、研削砥石を備えた研削ホイールによってSiC基板からなるウエーハの裏面を研削すると、研削量の4〜5倍程度研削砥石が磨耗して非常に不経済であるという問題がある。
例えば、シリコン基板を100μm研削すると研削砥石は0.1μm磨耗するのに対して、SiC基板を100μm研削すると研削砥石は400〜500μm摩耗し、シリコン基板を研削する場合に比べて4000〜5000倍磨耗する。
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、裏面を研削することなく表面に複数のデバイスを有するSiC基板からなるウエーハを所定厚みに薄化可能なウエーハの薄化方法を提供することである。
本発明によると、第一の面と、該第一の面と反対側の第二の面と、該第一の面から該第二の面に至るc軸と、該c軸に直交するc面とを有するSiC基板の該第一の面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたウエーハを薄化するウエーハの薄化方法であって、該デバイス領域と該外周余剰領域との境界部に対応する該第二の面に薄化されたウエーハの仕上がり厚みに相当する厚みを残して環状溝を形成する環状溝形成ステップと、SiC基板に対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を該第二の面からウエーハの仕上がり厚みに相当する位置に位置付けると共に、該集光点とSiC基板とを相対的に移動してレーザービームを該第二の面に照射し、該環状溝に囲繞されたウエーハの仕上がり厚みに相当する位置に改質層及びクラックを形成して分離起点とする分離起点形成ステップと、該分離起点形成ステップを実施した後、外力を付与して該分離起点から該第二の面を有するウエーハを複数のデバイスが形成された該第一の面を有するウエーハから分離して、該第一の面を有するウエーハを薄化すると共に該外周余剰領域に対応する位置にリング状の補強部を形成するウエーハ薄化ステップと、を備え、該分離起点形成ステップは、該第二の面の垂線に対して該c軸がオフ角分傾き、該第二の面と該c面との間にオフ角が形成される方向と直交する方向にレーザービームの集光点を相対的に移動して直線状の改質層を形成する改質層形成ステップと、該オフ角が形成される方向に該集光点を相対的に移動して所定量インデックスするインデックスステップと、を含むことを特徴とするウエーハの薄化方法が提供される。
好ましくは、本発明のウエーハの薄化方法は、ウエーハ薄化ステップを実施した後、複数のデバイスが形成された第一の面を有するウエーハの裏面を研削して平坦化する研削ステップを更に備えている。
本発明のウエーハの薄化方法によると、環状溝に囲繞されたウエーハの内部に改質層及びクラックを形成した後、ウエーハに外力を付与して改質層及びクラックを分離起点にウエーハを二つに分離するので、複数のデバイスが形成された第一の面を有するウエーハを容易に薄化することができる。
従って、SiC基板で形成されたウエーハの裏面を研削砥石で研削することなく薄化が可能となり、研削砥石が磨耗して不経済であるという問題を解消できる。更に、複数のデバイスが形成された第一の面を有するウエーハは外周にリング状の補強部を有しているので、この補強部によりウエーハの破損が抑制される。
本発明のウエーハの薄化方法により薄化されたウエーハの裏面を研削して平坦化する場合は、ウエーハの裏面を1〜5μm程度研削すればよく、この際の研削砥石の摩耗量を4〜25μm程度に抑えることができる。更に、分離された第二の面を有するウエーハをSiC基板として再利用できるので経済的である。
本発明のウエーハの薄化方法を実施するのに適したレーザー加工装置の斜視図である。 レーザービーム発生ユニットのブロック図である。 図3(A)はSiCンゴットの斜視図、図3(B)はその正面図である。 表面に複数のデバイスを有するSiCウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す斜視図である。 図5(A)はウエーハを表面に貼着された保護テープを介してチャックテーブル上に載置する状態を示す斜視図、図5(B)はチャックテーブルに吸引保持されたウエーハの斜視図である。 環状溝形成ステップを示す斜視図である。 図7(A)はウエーハの裏面に環状溝が形成された状態の斜視図、図7(B)は環状溝部分を示すウエーハの断面図である。 分離起点形成ステップを説明する斜視図である。 SiCウエーハ裏面の平面図である。 改質層形成ステップを説明する模式的断面図である。 改質層形成ステップを説明する模式的平面図である。 ウエーハ薄化ステップを説明する斜視図である(その一)。 ウエーハ薄化ステップを説明する斜視図である(その二)。 ウエーハの裏面を研削して平坦化する研削ステップを示す斜視図である。 表面に保護テープが貼着され裏面が研削ステップにより平坦化されたSiCウエーハの裏面側斜視図である。
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、本発明のウエーハの薄化方法を実施するのに適したレーザー加工装置2の斜視図が示されている。レーザー加工装置2は、静止基台4上にX軸方向に移動可能に搭載された第一スライドブロック6を含んでいる。
第一スライドブロック6は、ボールねじ8及びパルスモータ10から構成される加工送り機構12により一対のガイドレール14に沿って加工送り方向、即ちX軸方向に移動される。
第一スライドブロック6上には第二スライドブロック16がY軸方向に移動可能に搭載されている。即ち、第二スライドブロック16はボールねじ18及びパルスモータ20から構成される割り出し送り機構22により一対のガイドレール24に沿って割り出し送り方向、即ちY軸方向に移動される。
第二スライドブロック16上には吸引保持部26aを有するチャックテーブル26が搭載されている。チャックテーブル26は加工送り機構12及び割り出し送り機構22によりX軸方向及びY軸方向に移動可能であると共に、第二スライドブロック16中に収容されたモータにより回転される。
静止基台4にはコラム28が立設されており、このコラム28にレーザービーム照射機構(レーザービーム照射手段)30が取り付けられている。レーザービーム照射機構30は、ケーシング32中に収容された図2に示すレーザービーム発生ユニット34と、ケーシング32の先端に取り付けられた集光器(レーザーヘッド)36とから構成される。ケーシング32の先端には集光器36とX軸方向に整列して顕微鏡及びカメラを有する撮像ユニット38が取り付けられている。
レーザービーム発生ユニット34は、図2に示すように、YAGレーザー又はYVO4レーザーを発振するレーザー発振器40と、繰り返し周波数設定手段42と、パルス幅調整手段44と、パワー調整手段46とを含んでいる。特に図示しないが、レーザー発振器40はブリュースター窓を有しており、レーザー発振器40から出射されるレーザービームは直線偏光のレーザービームである。
レーザービーム発生ユニット34のパワー調整手段46により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、集光器36のミラー48により反射され、更に集光レンズ50によりチャックテーブル26に保持された被加工物であるSiCウエーハ31の内部に集光点を位置づけられて照射される。
図3(A)を参照すると、SiCインゴット(以下、単にインゴットと略称することがある)11の斜視図が示されている。図3(B)は図3(A)に示したSiCインゴット11の正面図である。
インゴット11は、第一の面(上面)11aと第一の面11aと反対側の第二の面(裏面)11bを有している。インゴット11の上面11aは、レーザービームの照射面となるため鏡面に研磨されている。
インゴット11は、第一のオリエンテーションフラット13と、第一のオリエンテーションフラット13に直交する第二のオリエンテーションフラット15を有している。第一のオリエンテーションフラット13の長さは第二のオリエンテーションフラット15の長さより長く形成されている。
インゴット11は、上面11aの垂線17に対して第二のオリエンテーションフラット15方向にオフ角α傾斜したc軸19とc軸19に直交するc面21を有している。c面21はインゴット11の上面11aに対してオフ角α傾斜している。一般的に、六方晶単結晶インゴット11では、短い第二のオリエンテーションフラット15の伸長方向に直交する方向がc軸の傾斜方向である。
c面21はインゴット11中にインゴット11の分子レベルで無数に設定される。本実施形態では、オフ角αは4°に設定されている。しかし、オフ角αは4°に限定されるものではなく、例えば1°〜6°の範囲で自由に設定してインゴット11を製造することができる。
図1を再び参照すると、静止基台4の左側にはコラム52が固定されており、このコラム52にはコラム52に形成された開口53を介して押さえ機構54が上下方向に移動可能に搭載されている。
図4を参照すると、SiCウエーハ31の表面31aに保護テープ41を貼着する様子の斜視図が示されている。SiCウエーハ(以下、単にウエーハと略称することがある)31は図3に示すSiCインゴット11をワイヤーソーでスライスしたものであり、約700μmの厚みを有している。
ウエーハ31の表面31aは鏡面加工された後、表面31aにフォトリソグラフィーによりパワーデバイス等の複数のデバイス35が形成されている。各デバイス35は、格子状に形成された複数の分割予定ライン33により区画された各領域に形成されている。ウエーハ31は、複数のデバイス35が形成されたデバイス領域35aと、デバイス領域35aを囲繞する外周余剰領域31cをその表面31aに有している。
SiCウエーハ31は、第一のオリエンテーションフラット37と、第一のオリエンテーションフラット37に直交する第二のオリエンテーションフラット39を有している。第一のオリエンテーションフラット37の長さは第二のオリエンテーションフラット39の長さより長く形成されている。
ここで、SiCウエーハ31は、図3に示したSiCインゴット11をワイヤーソーでスライスしたものであるため、第一のオリエンテーションフラット37はインゴット11の第一のオリエンテーションフラット13に対応し、第二のオリエンテーションフラット39はインゴット11の第二のオリエンテーションフラット15に対応するものである。
そして、ウエーハ31は、表面31aの垂線に対して第二のオリエンテーションフラット39方向にオフ角α傾斜したc軸19と、c軸19に直交するc面21を有している(図3参照)。c面21はウエーハ31の表面31aに対してオフ角α傾斜している。このSiCウエーハ31では、短い第二のオリエンテーションフラット39の伸長方向に直交する方向がc軸19の傾斜方向である。
ウエーハ31の表面31aに保護テープ41を貼着した後、図5(A)に示すように、保護テープ41側を下にしてウエーハ31を切削装置のチャックテーブル60上に載置し、チャックテーブル60の吸引保持部60aに負圧を作用させて、図5(B)に示すように、ウエーハ31をチャックテーブル60で吸引保持し、ウエーハ31の裏面31bを露出させる。
そして、図6に示すように、切削ユニット62の切削ブレード64を矢印A方向に高速回転させながらウエーハ31のデバイス領域35aと外周余剰領域31cとの境界部に相当するウエーハ31の裏面31bに切り込み、チャックテーブル60を矢印B方向にゆっくりと回転させながら、薄化されたウエーハ31の仕上がり厚みに相当する厚みを残して裏面31bに図7(A)に示すような環状溝47を形成する。
図7(B)の断面図に示すように、ウエーハ31の厚みt1は700μmであり、薄化されたウエーハ31の仕上がり厚みt2は50μmであるので、環状溝47の深さは650μmとなる。
環状溝形成ステップを実施した後、ウエーハ31をレーザー加工装置2のチャックテーブル26で吸引保持し、図8及び図9に示すように、ウエーハ31の第二のオリエンテーションフラット39がX軸方向に整列するように、ウエーハ31を保持したチャックテーブル26を回転させる。
即ち、図9に示すように、オフ角αが形成される方向Y1、換言すると、ウエーハ31の表面31aの垂線17に対してc軸19の表面31aとの交点19aが存在する方向に直交する方向、即ち、第二のオリエンテーションフラット39に平行な矢印A方向がX軸方向に整列するようにチャックテーブル26を回転する。
これにより、オフ角αが形成される方向に直交する方向Aに沿ってレーザービームが走査される。換言すると、オフ角αが形成される方向Y1に直交するA方向がチャックテーブル26の加工送り方向となる。
本発明のウエーハの薄化方法では、集光器36から出射されるレーザービームの走査方向を、ウエーハ31のオフ角αが形成される方向Y1に直交する矢印A方向としたことが重要である。
即ち、本発明のウエーハの薄化方法は、レーザービームの走査方向を上述したような方向に設定することにより、ウエーハ31の内部に形成される改質層から伝播するクラックがc面21に沿って非常に長く伸長することを見出した点に特徴がある。
本実施形態のウエーハの薄化方法では、まず、チャックテーブル26に保持されたウエーハ31に対して透過性を有する波長(例えば1064nmの波長)のレーザービームの集光点をSiC基板からなるウエーハ31の環状溝47内の第二の面(裏面)31bからウエーハの仕上がり厚みに相当する位置に位置付けると共に、集光点とウエーハ31とを相対的に移動してレーザービームを裏面31bに照射し、表面31aに平行な改質層23及び改質層23からc面21に沿って伝播するクラック25を形成して分離起点とする分離起点形成ステップを実施する。
この分離起点形成ステップは、図9に示すように、裏面31bの垂線17に対してc軸19がオフ角α分傾き、c面21と裏面31bとにオフ角αが形成される方向、即ち、図9の矢印Y1方向に直交する方向、即ちA方向にレーザービームの集光点を相対的に移動して、図10に示すように、ウエーハ31の環状溝47内の内部に改質層43及び改質層43からc面21に沿って伝播するクラック45を形成する改質層形成ステップと、図11に示すように、オフ角が形成される方向、即ちY軸方向に集光点を相対的に移動して所定量インデックス送りするインデックスステップとを含んでいる。
図10及び図11に示すように、改質層43をX軸方向に直線状に形成すると、改質層43の両側からc面21に沿ってクラック45が伝播して形成される。本実施形態のウエーハの薄化方法では、直線状の改質層43からc面21方向に伝播して形成されるクラック45の幅を計測し、集光点のインデックス量を設定するインデックス量設定ステップを含む。
インデックス量設定ステップにおいて、図10に示すように、直線状の改質層43からc面方向に伝播して改質層43の片側に形成されるクラック45の幅をW1とした場合、インデックスすべき所定量W2は、W1以上2W1以下に設定される。
ここで、好ましい実施形態の、レーザー加工方法は以下のように設定される。
光源 :Nd:YAGパルスレーザー
波長 :1064nm
繰り返し周波数 :80kHz
平均出力 :3.2W
パルス幅 :4ns
スポット径 :10μm
集光レンズの開口数(NA) :0.45
インデックス量 :400μm
上述したレーザー加工条件においては、図10において、改質層43からc面21に沿って伝播するクラック45の幅W1が略250μmに設定され、インデックス量W2が400μmに設定される。
しかし、レーザービームの平均出力は3.2Wに限定されるものではなく、本実施形態の加工方法では、平均出力を2W〜4.5Wに設定して良好な結果が得られた。平均出力2Wの場合、クラック25の幅W1は略100μmとなり、平均出力4.5Wの場合には、クラック25の幅W1は略350μmとなった。
平均出力が2W未満の場合及び4.5Wより大きい場合には、ウエーハ31の内部に良好な改質層43を形成することができないため、照射するレーザービームの平均出力は2W〜4.5Wの範囲内が好ましく、本実施形態では平均出力3.2Wのレーザービームをウエーハ31に照射した。図10において、改質層43を形成する集光点の裏面31bからの深さD1は650μmに設定した。
図11に示すように、所定量インデックス送りしながら、ウエーハ31の全領域の裏面31bから深さD1の位置に複数の改質層43及び改質層43からc面21に沿って伸びるクラック45の形成が終了したなら、外力を付与して改質層43及びクラック45からなる分離起点からウエーハを分離して、表面31aに複数のデバイス35を有するウエーハを約50μm程度に薄化するウエーハ薄化ステップを実施する。
このウエーハ薄化ステップは、例えば図12に示すような押圧機構54により実施する。押圧機構54は、コラム52内に内蔵された移動機構により上下方向に移動するヘッド56と、ヘッド56に対して、図12(B)に示すように、矢印R方向に回転される押圧部材58とを含んでいる。
図12(A)に示すように、押圧機構54をチャックテーブル26に保持されたウエーハ31の上方に位置付け、図12(B)に示すように、押圧部材58がウエーハ31の環状溝47内の裏面31bに圧接するまでヘッド56を下降する。
押圧部材58をウエーハ31の裏面31bに圧接した状態で、押圧部材58を矢印R方向に回転すると、ウエーハ31にはねじり応力が発生し、改質層43及びクラック45が形成された分離起点からウエーハ31が破断され、図13に示すように、ウエーハ31をチャックテーブル26に保持されたウエーハ31Aとウエーハ31Bに分離することができる。
チャックテーブル26に保持されたウエーハ31Aの裏面である分離面49には改質層43とクラック45の一部が残存することとなり、図13及び図14に示すように、分離面49には微細な凹凸が形成される。従って、本発明のウエーハの薄化方法では、ウエーハ31Aの裏面である分離面49を研削して平坦化する研削ステップを実施するのが好ましい。
この研削ステップでは、図14に示すように、研削装置のチャックテーブル68で保護テープ41を介してウエーハ31Aを吸引保持して分離面49を露出させる。研削装置の研削ユニット70は、モータにより回転駆動されるスピンドル72と、スピンドル72の先端に固定されたホイールマウント74と、ホイールマウント74に複数のねじ78により着脱可能に装着された研削ホイール76とを含んでいる。研削ホイール76は、環状のホイール基台80と、ホイール基台80の下端部外周に固着された複数の研削砥石82とから構成されている。
研削ステップでは、チャックテーブル68を矢印aで示す方向に例えば300rpmで回転しつつ、研削ホイール76を矢印bで示す方向に例えば6000rpmで回転させると共に、研削ユニット送り機構を駆動して研削ホイール76の研削砥石82をウエーハ31Aの分離面49に接触させる。
そして、研削ホイール76を所定の研削送り速度(例えば0.1μm/s)で下方に所定量研削送りしながらウエーハ31Aの分離面49を研削して平坦化する。これにより、図15に示すように、ウエーハ31Aの裏面31bは残存していた改質層43及びクラック45が除去されて平坦面となる。
薄化されたウエーハ31Aの裏面を研削して平坦化する場合は、ウエーハ31Aの裏面を1〜5μm程度研削すればよく、研削砥石72の摩耗量を4〜25μm程度に抑えることができる。
研削ステップ終了後のウエーハ31Aは、図15に示すように、デバイス領域35aに対応するウエーハ31Aの裏面が上述したウエーハ薄化ステップにより薄化されて円形凹部51が形成され、円形凹部51の底面51aが研削ステップにより平坦面に仕上げられる。
外周余剰領域に対応するウエーハ31Aの裏面は残存されてリング状の補強部53が形成されるため、ウエーハ31Aの破損が防止され、ハンドリングが容易となる。また、図13でウエーハ31Aから分離されたウエーハ31BはSiC基板として再利用することができるので、非常に経済的である。
2 レーザー加工装置
11 SiCインゴット
13,37 第一のオリエンテーションフラット
15,39 第二のオリエンテーションフラット
19 c軸
21 c面
30 レーザービーム照射ユニット
31 SiCウエーハ
36 集光器(レーザーヘッド)
41 保護テープ
43 改質層
45 クラック
47 環状溝
49 分離面
76 研削ホイール
82 研削砥石

Claims (2)

  1. 第一の面と、該第一の面と反対側の第二の面と、該第一の面から該第二の面に至るc軸と、該c軸に直交するc面とを有するSiC基板の該第一の面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたウエーハを薄化するウエーハの薄化方法であって、
    該デバイス領域と該外周余剰領域との境界部に対応する該第二の面に薄化されたウエーハの仕上がり厚みに相当する厚みを残して環状溝を形成する環状溝形成ステップと、
    SiC基板に対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を該第二の面からウエーハの仕上がり厚みに相当する位置に位置付けると共に、該集光点とSiC基板とを相対的に移動してレーザービームを該第二の面に照射し、該環状溝に囲繞されたウエーハの仕上がり厚みに相当する位置に改質層及びクラックを形成して分離起点とする分離起点形成ステップと、
    該分離起点形成ステップを実施した後、外力を付与して該分離起点から該第二の面を有するウエーハを複数のデバイスが形成された該第一の面を有するウエーハから分離して、該第一の面を有するウエーハを薄化すると共に該外周余剰領域に対応する位置にリング状の補強部を形成するウエーハ薄化ステップと、を備え、
    該分離起点形成ステップは、該第二の面の垂線に対して該c軸がオフ角分傾き、該第二の面と該c面との間にオフ角が形成される方向と直交する方向にレーザービームの集光点を相対的に移動して直線状の改質層を形成する改質層形成ステップと、
    該オフ角が形成される方向に該集光点を相対的に移動して所定量インデックスするインデックスステップと、を含むことを特徴とするウエーハの薄化方法。
  2. 該ウエーハ薄化ステップを実施した後、複数のデバイスが形成された該第一の面を有するウエーハの裏面を研削して平坦化する研削ステップを更に備えた請求項1記載のウエーハの薄化方法。
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