JP6685817B2 - ＳｉＣウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１の面及び第１の面と反対側の第２の面を有し、第１の面に複数のデバイスが形成されるデバイス領域とデバイス領域を囲む外周余剰領域とを備えるＳｉＣウエーハの加工方法に関する。

ＩＣやＬＳＩ等のデバイスは、Ｓｉ（シリコン）を素材としたＳｉウエーハの表面に機能層が積層され分割予定ラインによって区画されて形成される。Ｓｉウエーハは、複数の研削砥石が環状に配置された回転可能な研削ホイールを備えた研削装置によって、複数のデバイスが形成されたデバイス領域に対応する裏面の領域が研削される。これによってＳｉウエーハは、デバイス領域が所定の厚みに薄化されると共に、デバイス領域を囲む外周余剰領域に対応する裏面の領域に環状補強部が形成される。そしてＳｉウエーハは、切削装置やレーザー加工装置によって分割予定ラインに加工が施されて個々のデバイスに分割され、分割された各デバイスは携帯電話やパソコン等の電気機器に利用されている（特許文献１参照。）。

また、パワーデバイス又はＬＥＤ等のデバイスは、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を素材としたＳｉＣウエーハの表面に機能層が積層され分割予定ラインによって区画されて形成される。ＳｉＣウエーハも、デバイスが形成されたデバイス領域に対応する裏面の領域が上記研削装置によって研削される。これによってＳｉＣウエーハは、デバイス領域が所定の厚みに薄化されると共に、デバイス領域を囲む外周余剰領域に対応する裏面の領域に環状補強部が形成される。その後、各デバイスに対応する裏面の領域に電極等のサブデバイスが形成される。そしてＳｉＣウエーハは、切削装置やレーザー加工装置によって分割予定ラインに加工が施されて個々のデバイスに分割され、分割された各デバイスは携帯電話やパソコン、自動車の制御装置等の電気機器に利用されている。

特開２００７−１９３７９号公報

ＳｉＣはＳｉに比べて硬度が非常に高く、研削ホイールによってＳｉＣウエーハの裏面を研削すると研削量の４〜５倍程度、研削砥石が摩耗して不経済であるという問題がある。すなわち、ＳｉＣウエーハを１００μｍ程度研削すると研削砥石が４００〜５００μｍ程度摩耗する。一方、Ｓｉウエーハを１００μｍ程度研削した場合には、研削砥石の摩耗量は０．１μｍ程度である。したがってＳｉＣウエーハを研削した場合には、Ｓｉウエーハを研削した場合と比べて４０００〜５０００倍程度、研削砥石が摩耗する。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、研削砥石の摩耗量を低減することができるＳｉＣウエーハの加工方法を提供することである。

上記課題を解決するために本発明が提供するのは、以下のＳｉＣウエーハの加工方法である。すなわち、第１の面及び該第１の面と反対側の第２の面を有し、該第１の面に複数のデバイスが形成されるデバイス領域と該デバイス領域を囲む外周余剰領域とを備え、かつ該第１の面に垂直な垂直軸に対してＣ軸が傾いているＳｉＣウエーハの加工方法であって、仕上がり厚みに相当する厚みを該第１の面側に残して、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部分に該第２の面側から環状溝を形成する環状溝形成工程と、該第１の面側からみて仕上がり厚みに相当する深さの位置に集光点を位置付け、該ＳｉＣウエーハと該集光点とを相対的に移動させながらＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線を該第１の面側又は該第２の面側から該ＳｉＣウエーハに照射することによって、該第１の面側からみて仕上がり厚みに相当する深さの位置において該デバイス領域に対応する領域に改質層及びクラックからなる直線状の強度低下部を複数形成して剥離面を形成する剥離面形成工程と、分割予定ラインによって区画された複数のデバイスを該デバイス領域に形成するデバイス形成工程とを含み、該剥離面形成工程において、該Ｃ軸の傾く方向と直交する方向に該ＳｉＣウエーハと該集光点とを相対的に移動させながらレーザー光線を照射することによって改質層及びクラックからなる直線状の強度低下部を形成する強度低下部形成ステップと、該Ｃ軸の傾く方向に該ＳｉＣウエーハと該集光点とを相対的に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交互に行い、該デバイス形成工程は該剥離面形成工程よりも後に実施し、該環状溝形成工程、該剥離面形成工程及び該デバイス形成工程を実施した後、該剥離面を界面として該環状溝の内側に位置する該第２の面側の部分を該ＳｉＣウエーハから剥離して該デバイス領域を薄化すると共に該外周余剰領域に対応する該第２の面の領域に環状補強部を形成する薄化工程を実施し、該薄化工程を実施した後、該環状補強部を有する該ＳｉＣウエーハの該剥離面を研削して平坦化する平坦化工程を実施するＳｉＣウエーハの加工方法である。

好ましくは、該環状溝形成工程を実施した後に該剥離面形成工程を実施し、該剥離面形成工程を実施した後に該デバイス形成工程を実施する。該平坦化工程を実施した後、平坦化された該剥離面における該複数のデバイスのそれぞれに対応する領域にサブデバイスを形成するのが好適である。

本発明が提供するウエーハの加工方法では、剥離面を界面として環状溝の内側に位置する第２の面側の部分をＳｉＣウエーハから剥離してデバイス領域を薄化するので、ＳｉＣウエーハを研削することなくＳｉＣウエーハを薄化することができる。また、環状補強部を有するＳｉＣウエーハの剥離面を研削して平坦化する際は、研削によってＳｉＣウエーハを薄化する場合と比較して少ない研削量でＳｉＣウエーハの剥離面を平坦化することができるため研削砥石の摩耗量を低減することができる。さらに本発明のウエーハの加工方法では、デバイス形成工程を剥離面形成工程の後に実施するので、レーザー光線の照射によるデバイス損傷のおそれがない。

ＳｉＣウエーハの平面図及び正面図。 環状溝形成工程が実施されている状態を示す斜視図。 環状溝が形成されたＳｉＣウエーハの斜視図及び断面図。 剥離面形成工程が実施されている状態を示す斜視図。 剥離面が形成されたＳｉＣウエーハの平面図、Ｃ−Ｃ線断面図及びＤ部拡大図。 デバイスが形成されたＳｉＣウエーハの平面図。 薄化工程が実施されている状態を示す斜視図。 平坦化工程が実施されている状態を示す斜視図。

以下、本発明のＳｉＣウエーハの加工方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示す円盤状の六方晶単結晶ＳｉＣウエーハ２（以下「ウエーハ２」という。）は、厚みが７００μｍであり、第１の面４、及び第１の面４と反対側の第２の面６を有する。第１の面４は、複数のデバイスが形成される円形状のデバイス領域８と、デバイス領域８を囲む環状の外周余剰領域１０とを備える。図１（ａ）では、便宜的にデバイス領域８と外周余剰領域１０との境界部１２を一点鎖線で示しているが、実際には境界部１２を示す線は存在しない。ウエーハ２の周縁には、結晶方位を示す第１のオリエンテーションフラット１４及び第２のオリエンテーションフラット１６が形成されている。第２のオリエンテーションフラット１６の長さＬ２は、第１のオリエンテーションフラット１４の長さＬ１よりも短い（Ｌ２＜Ｌ１）。また、第１のオリエンテーションフラット１４と第２のオリエンテーションフラット１６とは直交している。ウエーハ２においては、第１の面４に対して垂直な垂直軸１８に対してＣ軸（＜０００１＞方向）が第２のオリエンテーションフラット１６に向かって傾いており（Ｃ軸の傾いている方向を矢印Ａで示す。）、またＣ軸に直交するＣ面（｛０００１｝面）と第１の面４とがなすオフ角αを第２のオリエンテーションフラット１６側に有する。

図示の実施形態では、まず、環状溝形成工程を実施する。環状溝形成工程は、たとえば図２にその一部を示す切削装置２０を用いて実施することができる。切削装置２０は、チャックテーブル２２及び切削手段２４を備える。上面において被加工物を吸着するように構成されているチャックテーブル２２は、回転手段（図示していない。）によって上下方向に延びる軸線を中心として回転される。切削手段２４は、実質上水平に延びる円筒状のスピンドルハウジング２６と、実質上水平に延びる軸線を中心として回転自在にスピンドルハウジング２６に内蔵された円柱状のスピンドル（図示していない。）とを含む。スピンドルの基端部にはモータ（図示していない。）が連結されている。また、スピンドルの先端部には環状の切削ブレード２８が固定されている。切削ブレード２８の上部はブレードカバー３０で覆われている。

環状溝形成工程では、まず、ウエーハ２の第１の面４に保護部材３２を貼り付ける。次いで、保護部材３２を貼り付けた第１の面４を下側としてチャックテーブル２２の上面にウエーハ２を吸着させる。次いで、図２に矢印Ｂで示す方向にスピンドルと共に切削ブレード２８をモータによって回転させる。また、上方からみて時計回りにチャックテーブル２２を回転手段によって回転させる。次いで、上下方向移動手段（図示していない。）によってスピンドルハウジング２６を下降させ、デバイス領域８と外周余剰領域１０との境界部１２に対応する部分に第２の面６側から切削ブレード２８の刃先を切り込ませる。これによって、デバイス領域８と外周余剰領域１０との境界部１２に対応する部分に環状溝３４が形成される。図示の実施形態では図３に示すとおり、仕上がり厚みに相当する厚みＴ（たとえば５０μｍ）を第１の面４側に残す。

図示の実施形態では、環状溝形成工程を実施した後に剥離面形成工程を実施する。剥離面形成工程は、たとえば図４にその一部を示すレーザー加工装置３６を用いて実施することができる。レーザー加工装置３６は、チャックテーブル３８及び集光器４０を備える。上面において被加工物を吸着するように構成されているチャックテーブル３８は、回転手段によって上下方向に延びる軸線を中心として回転されると共に、Ｘ方向移動手段によってＸ方向に進退され、Ｙ方向移動手段によってＹ方向に進退される（いずれも図示していない。）。集光器４０は、レーザー加工装置３６のパルスレーザー光線発振器から発振されたパルスレーザー光線を集光して被加工物に照射するための集光レンズ（いずれも図示していない。）を含む。なお、Ｘ方向は図４に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ方向は図４に矢印Ｙで示す方向であってＸ方向に直交する方向である。Ｘ方向及びＹ方向が規定する平面は実質上水平である。

剥離面形成工程では、まず、保護部材３２を貼り付けた第１の面４を下側としてチャックテーブル３８の上面にウエーハ２を吸着させる。次いで、Ｘ方向移動手段、Ｙ方向移動手段及び回転手段によってチャックテーブル３８を移動及び回転させ、第２のオリエンテーションフラット１６をＸ方向に整合させると共に、ウエーハ２と集光器４０との位置合わせを行う。一般に第２のオリエンテーションフラット１６はＣ軸の傾く方向Ａに直交するように形成されているので、第２のオリエンテーションフラット１６をＸ方向に整合させることによって、Ｃ軸の傾く方向ＡがＸ方向と直交しかつＹ方向に整合する。次いで、環状溝３４の内側において、第１の面４側からみて仕上がり厚みに相当する深さの位置（環状溝３４の下端位置と同一でよい。）に集光点を位置付ける。次いで、図４に示すとおり、チャックテーブル３８を所定の加工送り速度でＸ方向移動手段によってＸ方向（すなわち、Ｃ軸の傾く方向Ａと直交する方向）に移動させながら、ＳｉＣに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を集光器４０からウエーハ２に照射することによって、環状溝３４の内側に直線状の強度低下部４２を形成する強度低下部形成ステップを行う。次いで、Ｙ方向移動手段によってチャックテーブル３８をＹ方向（すなわち、Ｃ軸の傾く方向Ａ）に所定量インデックス送りするインデックスステップを行う。そして、強度低下部形成ステップとインデックスステップとを交互に行うことによって、図５に示すとおり、Ｃ軸の傾く方向Ａに所定間隔をおいて複数の強度低下部４２を形成し、第１の面４側からみて仕上がり厚みに相当する深さの位置においてデバイス領域８に対応する領域に剥離面４８を形成する。このような剥離面形成工程は、たとえば以下の加工条件で実施することができる。
レーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：３．２Ｗ
パルス幅 ：４ｎｓ
集光スポット径 ：φ１０μｍ
集光レンズの開口数（ＮＡ）：０．４５
インデックス量 ：５００μｍ

図５に示すとおり、各強度低下部４２は改質層４４（ＳｉとＣとに分離した領域）及びクラック４６からなる。各強度低下部４２は、Ｃ軸の傾く方向Ａに直交しており、かつ同一深さに形成されているため、各強度低下部４２の改質層４４は同一Ｃ面上に位置することになる。また、ウエーハ２の内部に改質層４４が形成される際は、改質層４４からＣ面に沿って改質層４４の両側においてクラック４６が伝播する。改質層４４の片側に伝播するクラック４６の長さは２５０μｍ程度であり、すなわちクラック４６の長さＬｃは５００μｍ程度である。したがって剥離面形成工程において、上記のとおりＹ方向のインデックス量Ｌｉを５００μｍ程度としても、第１の面４側からみて仕上がり厚みに相当する深さに改質層４４及びクラック４６からなる剥離面４８が形成される。

図示の実施形態では、剥離面形成工程を実施した後にデバイス形成工程を実施する。デバイス形成工程では、まず、第１の面４から保護部材３２を剥離する。次いで、第１の面４のデバイス領域８に機能層を積層して複数のデバイス５０を形成する。図６に示すとおり、各デバイス５０は格子状の分割予定ライン５２によって区画されている。このように図示の実施形態では、デバイス形成工程を剥離面形成工程の後に実施するので、レーザー光線の照射によってデバイス５０が損傷するおそれがない。

環状溝形成工程、剥離面形成工程及びデバイス形成工程を実施した後に薄化工程を実施する。薄化工程は、たとえば図７にその一部を示す剥離装置５４を用いて実施することができる。剥離装置５４は、チャックテーブル５６及び剥離手段５８を備える。チャックテーブル５６は、上面において被加工物を吸着するように構成されている。剥離手段５８は、実質上水平に延びるアーム６０と、アーム６０の先端に付設されたモータ６２とを含む。モータ６２の下面には、上下方向に延びる軸線を中心として回転自在に円盤状の吸着片６４が連結されている。吸着片６４には、吸着片６４の下面に対して超音波振動を付与する超音波振動付与手段（図示していない。）が内蔵されている。

薄化工程では、まず、デバイス５０が形成された第１の面４に保護部材６６を貼り付ける。次いで、保護部材６６を貼り付けた第１の面４を下側としてチャックテーブル５６の上面にウエーハ２を吸着させる。次いで図７に示すとおり、上下方向移動手段（図示していない。）によってアーム６０を下降させ、環状溝３４の内側において第２の面６を吸着片６４に吸着させる。次いで、超音波振動付与手段を作動させ、吸着片６４の下面に対して超音波振動を付与すると共に、モータ６２を作動させ吸着片６４を回転させる。これによって、剥離面４８を界面として環状溝３４の内側に位置する第２の面６側の部分６８がウエーハ２から剥離され、デバイス領域８が薄化されると共に外周余剰領域１０に対応する第２の面６の領域に環状補強部７０が形成される。したがって、ウエーハ２を研削することなくウエーハ２を薄化することができる。

薄化工程を実施した後に平坦化工程を実施する。平坦化工程は、たとえば図８にその一部を示す研削装置７２を用いて実施することができる。研削装置７２は、チャックテーブル７４及び研削手段７６を備える。上面において被加工物を吸着するように構成されているチャックテーブル７４は、回転手段（図示していない。）によって上下方向に延びる軸線を中心として回転される。研削手段７６は、モータ（図示していない。）に連結され、上下方向に延びる円柱状のスピンドル７８と、スピンドル７８の下端に固定された円盤状のホイールマウント８０とを含む。ホイールマウント８０の下面にはボルト８２によって環状の研削ホイール８４が固定されている。研削ホイール８４の下面には、周方向に間隔をおいて環状に配置された複数の研削砥石８６が固定されている。図８に示すとおり、研削ホイール８４の回転中心はチャックテーブル７４の回転中心に対して変位している。また、複数の研削砥石８６が規定する円の外径はデバイス領域８の半径とほぼ同一である。

平坦化工程では、まず、保護部材６６を貼り付けた第１の面４を下側としてチャックテーブル７４の上面に、環状補強部７０を有するウエーハ２を吸着させる。次いで、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば６０００ｒｐｍ）でスピンドル７８をモータによって回転させる。また、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば３００ｒｐｍ）でチャックテーブル７４を回転手段によって回転させる。次いで、上下方向移動手段（図示していない。）によってスピンドル７８を下降させ、剥離面４８に研削砥石８６を接触させる。剥離面４８に研削砥石８６を接触させた後は所定の研削送り速度（たとえば０．１μｍ／ｓ）でスピンドル７８を下降させる。これによって剥離面４８が平坦化される。剥離面４８を研削して平坦化する際は、１〜５μｍ程度の研削により剥離面４８を平坦化することができ、この場合の研削砥石８６の摩耗量は４〜２５μｍ程度である。一方、７００μｍの厚さのウエーハ２を５０μｍの厚さまで研削によって薄化する場合には、研削砥石８６の摩耗量は２．６〜３．３ｍｍ程度になる。したがって図示の実施形態では、研削によってウエーハ２を薄化する場合と比較して少ない研削量でウエーハ２の剥離面４８を平坦化することができるため研削砥石８６の摩耗量を低減することができる。そして、平坦化工程を実施した後、各デバイス５０に対応する剥離面４８の領域に電極等のサブデバイスを形成する。

なお図示の実施形態では、環状溝形成工程を実施した後に剥離面形成工程を実施し、かつ剥離面形成工程を実施した後にデバイス形成工程を実施する例を説明したが、剥離面形成工程を実施した後に環状溝形成工程を実施し、かつ環状溝形成工程を実施した後にデバイス形成工程を実施してもよく、あるいは、剥離面形成工程を実施した後にデバイス形成工程を実施し、かつデバイス形成工程を実施した後に環状溝形成工程を実施してもよい。また図示の実施形態では、剥離面形成工程においてウエーハ２の第２の面６側からレーザー光線を照射する例を説明したが、ウエーハ２の第１の面４側からレーザー光線を照射してもよい。

２：ＳｉＣウエーハ
４：第１の面
６：第２の面
８：デバイス領域
１０：外周余剰領域
１２：境界部
１８：垂直軸
３４：環状溝
４２：強度低下部
４４：改質層
４６：クラック
４８：剥離面
５０：デバイス
５２：分割予定ライン
６８：ウエーハから剥離された第２の面側の部分
７０：環状補強部

Claims (3)

1. 第１の面及び該第１の面と反対側の第２の面を有し、該第１の面に複数のデバイスが形成されるデバイス領域と該デバイス領域を囲む外周余剰領域とを備え、かつ該第１の面に垂直な垂直軸に対してＣ軸が傾いているＳｉＣウエーハの加工方法であって、
   仕上がり厚みに相当する厚みを該第１の面側に残して、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部分に該第２の面側から環状溝を形成する環状溝形成工程と、
   該第１の面側からみて仕上がり厚みに相当する深さの位置に集光点を位置付け、該ＳｉＣウエーハと該集光点とを相対的に移動させながらＳｉＣに対して透過性を有する波長のレーザー光線を該第１の面側又は該第２の面側から該ＳｉＣウエーハに照射することによって、該第１の面側からみて仕上がり厚みに相当する深さの位置において該デバイス領域に対応する領域に改質層及びクラックからなる直線状の強度低下部を複数形成して剥離面を形成する剥離面形成工程と、
   分割予定ラインによって区画された複数のデバイスを該デバイス領域に形成するデバイス形成工程とを含み、
   該剥離面形成工程において、該Ｃ軸の傾く方向と直交する方向に該ＳｉＣウエーハと該集光点とを相対的に移動させながらレーザー光線を照射することによって改質層及びクラックからなる直線状の強度低下部を形成する強度低下部形成ステップと、
   該Ｃ軸の傾く方向に該ＳｉＣウエーハと該集光点とを相対的に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交互に行い、
   該デバイス形成工程は該剥離面形成工程よりも後に実施し、
   該環状溝形成工程、該剥離面形成工程及び該デバイス形成工程を実施した後、該剥離面を界面として該環状溝の内側に位置する該第２の面側の部分を該ＳｉＣウエーハから剥離して該デバイス領域を薄化すると共に該外周余剰領域に対応する該第２の面の領域に環状補強部を形成する薄化工程を実施し、
   該薄化工程を実施した後、該環状補強部を有する該ＳｉＣウエーハの該剥離面を研削して平坦化する平坦化工程を実施するＳｉＣウエーハの加工方法。
2. 該環状溝形成工程を実施した後に該剥離面形成工程を実施し、該剥離面形成工程を実施した後に該デバイス形成工程を実施する、請求項１記載のＳｉＣウエーハの加工方法。
3. 該平坦化工程を実施した後、平坦化された該剥離面における該複数のデバイスのそれぞれに対応する領域にサブデバイスを形成する、請求項１記載のＳｉＣウエーハの加工方法。