JP7166794B2 - 面取り加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウエーハの外周を面取りする面取り加工方法に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイスは、Ｓｉ（シリコン）やＡｌ２Ｏ３（サファイア）等を素材とした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。また、パワーデバイス、ＬＥＤ等はＳｉＣ（炭化ケイ素）を素材とした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。デバイスが形成されたウエーハは、切削装置、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る。
デバイスが形成されるウエーハは、一般的に円柱形状のインゴットをワイヤーソーで薄く切断することにより生成される。切断されたウエーハの表面および裏面は、研磨することにより鏡面に仕上げられる（たとえば特許文献１参照。）。しかし、インゴットをワイヤーソーで切断し、切断したウエーハの表面および裏面を研磨すると、インゴットの大部分（７０～８０％）が捨てられることになり不経済であるという問題がある。特にＳｉＣインゴットにおいては、硬度が高くワイヤーソーでの切断が困難であり相当の時間を要するため生産性が悪いと共に、インゴットの単価が高く効率よくウエーハを生成することに課題を有している。
そこで本出願人は、ＳｉＣ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ＳｉＣインゴットの内部に位置づけてＳｉＣインゴットにレーザー光線を照射して切断予定面に分離層を形成し、分離層が形成された切断予定面に沿ってＳｉＣインゴットからウエーハを分離する技術を提案した（たとえば特許文献２参照。）。
特開２０００－９４２２１号公報 特開２０１６－１１１１４３号公報
しかし、ウエーハの外周に研削砥石を当てて面取り加工を施すと相当の時間がかかり生産性が悪いという問題がある。
上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、効率良くウエーハの外周に面取り加工を施すことができる面取り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面取り加工方法である。すなわち、ウエーハの外周を面取りする面取り加工方法であって、ウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す粗加工工程と、アブレーション加工されたウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す仕上げ加工工程と、から少なくとも構成され、該粗加工工程は、ウエーハの第一の面側からウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す第一の粗加工工程と、ウエーハの第二の面側からウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す第二の粗加工工程と、を含み、該仕上げ加工工程は、ウエーハの第一の面側からウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す第一の仕上げ加工工程と、ウエーハの第二の面側からウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す第二の仕上げ加工工程と、を含み、該仕上げ加工工程では、上下方向を軸心として回転するように構成されたチャックテーブルに保持されたウエーハの外周に対し、該チャックテーブルの軸心に直交する方向を軸心として回転する円盤状の研削ホイールの外周に装着され面取り角度に対応した角度に成形された環状の研削砥石の外周を、該粗加工工程が施されたウエーハの外周に押し付けて該仕上げ加工を施す面取り加工方法である。
好ましくは、該粗加工工程では、レーザー光線を集光して照射する集光器をウエーハの外周上方に位置付けて、該第一の面及び第二の面に対し垂直にレーザー光線を照射する。ウエーハはＳｉＣウエーハであってもよい。
本発明が提供する面取り加工方法は、ウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す粗加工工程と、アブレーション加工されたウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す仕上げ加工工程と、から少なくとも構成され、該粗加工工程は、ウエーハの第一の面側からウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す第一の粗加工工程と、ウエーハの第二の面側からウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す第二の粗加工工程と、を含み、該仕上げ加工工程は、ウエーハの第一の面側からウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す第一の仕上げ加工工程と、ウエーハの第二の面側からウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す第二の仕上げ加工工程と、を含み、該仕上げ加工工程では、上下方向を軸心として回転するように構成されたチャックテーブルに保持されたウエーハの外周に対し、該チャックテーブルの軸心に直交する方向を軸心として回転する円盤状の研削ホイールの外周に装着され面取り角度に対応した角度に成形された環状の研削砥石の外周を、該粗加工工程が施されたウエーハの外周に押し付けて該仕上げ加工を施すので、効率良くウエーハの外周に面取り加工を施すことができる。
（ａ）第一の面を上に向けて、レーザー加工装置のチャックテーブルにウエーハを載置する状態を示す斜視図、（ｂ）第一の粗加工工程を実施している状態を示す斜視図、（ｃ）第一の粗加工工程が実施されたウエーハの断面図。 （ａ）第二の面を上に向けて、レーザー加工装置のチャックテーブルにウエーハを載置する状態を示す斜視図、（ｂ）第二の粗加工工程を実施している状態を示す斜視図、（ｃ）第二の粗加工工程が実施されたウエーハの断面図。 （ａ）第一の仕上げ加工工程を実施している状態を示す斜視図、（ｂ）第一の仕上げ加工工程を実施している状態を示す断面図。 （ａ）第二の仕上げ加工工程を実施している状態を示す斜視図、（ｂ）第二の仕上げ加工工程を実施している状態を示す断面図、（ｃ）第二の仕上げ加工工程が実施されたウエーハの断面図。
以下、本発明に係る面取り加工方法の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１には、本発明に係る面取り加工方法によって面取り加工が施されるウエーハ２が示されている。図示の実施形態におけるウエーハ２は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を素材とするＳｉＣウエーハであり、厚み２００μｍ程度の円板状に形成されている。このウエーハ２は、第一の面４と、第一の面４の反対側の第二の面６とを有し、ウエーハ２の外周には、結晶方位を示す第一のオリエンテーションフラット８および第二のオリエンテーションフラット１０が形成されている。なお、第二のオリエンテーションフラット１０の長さは、第一のオリエンテーションフラット８の長さよりも短い。
本発明に係る面取り加工方法では、まず、ウエーハ２の外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す粗加工工程を実施する。粗加工工程は、たとえば図１に一部を示すレーザー加工装置１２を用いて実施することができる。レーザー加工装置１２は、ウエーハ２を吸引保持するチャックテーブル１４と、チャックテーブル１４に吸引保持されたウエーハ２にパルスレーザー光線ＬＢを照射する集光器１６とを備える。
図１（ａ）に示すとおり、チャックテーブル１４の上端部分には、吸引手段（図示していない。）に接続された多孔質の円形の吸着チャック１８が配置され、チャックテーブル１４においては、吸引手段で吸着チャック１８の上面に吸引力を生成し、上面に載せられたウエーハ２を吸引保持するようになっている。また、チャックテーブル１４は上下方向を軸心として回転手段（図示していない。）によって回転される。集光器１６は、チャックテーブル１４に対して相対的に図１に矢印Ｘで示すＸ軸方向にＸ軸送り手段（図示していない。）によって進退され、かつＸ軸方向と直交するＹ軸方向（図１に矢印Ｙで示す方向）にＹ軸送り手段（図示していない。）によって進退される。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が規定する平面は実質上水平である。
図示の実施形態における粗加工工程では、まず、ウエーハ２の第一の面４側からウエーハ２の外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す第一の粗加工工程を実施する。
第一の粗加工工程では、第一の面４を上に向けてチャックテーブル１４の上面でウエーハ２を吸引保持した後、レーザー加工装置１２の撮像手段（図示していない。）で上方からウエーハ２を撮像する。次いで、撮像手段で撮像したウエーハ２の画像に基づいて、ウエーハ２の外周上方に集光器１６を位置づけると共に、第一の面４側の外周にパルスレーザー光線ＬＢの集光点を位置づける。そして、図１（ｂ）に示すとおり、チャックテーブル１４を所定の回転速度で回転させながら、集光器１６からパルスレーザー光線ＬＢを第一の面４側の外周に照射する。これによって第一の面４側の外周に、アブレーションによって大まかに面取り加工（第一の粗加工）を施すことができる。図１（ｃ）において、第一の粗加工が施された部分を符号２０で示す。
図示の実施形態のウエーハ２には第一のオリエンテーションフラット８および第二のオリエンテーションフラット１０が形成されていることから、第一のオリエンテーションフラット８および第二のオリエンテーションフラット１０に沿ってパルスレーザー光線ＬＢを照射する際は、チャックテーブル１４の回転に加え、Ｘ軸送り手段およびＹ軸送り手段で集光器１６を適宜移動させることによって、第一のオリエンテーションフラット８および第二のオリエンテーションフラット１０に沿って集光点を移動させる。このようにして、第一の面４側の外周全部にパルスレーザー光線ＬＢを照射する。なお、集光器１６を移動させずにチャックテーブル１４を回転させると共にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてもよく、あるいはチャックテーブル１４を作動させずに集光器１６のみを移動させるようにしてもよい。
図示の実施形態における粗加工工程では、第一の粗加工工程を実施した後、ウエーハ２の第二の面６側からウエーハ２の外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す第二の粗加工工程を実施する。
図２を参照して説明すると、第二の粗加工工程では、まず、第二の面６を上に向けてチャックテーブル１４でウエーハ２を吸引保持する。次いで、第一の粗加工工程と同様に、撮像手段でウエーハ２を撮像し、撮像手段で撮像したウエーハ２の画像に基づいて、ウエーハ２の外周上方に集光器１６を位置づけると共に、第二の面６側の外周にパルスレーザー光線ＬＢの集光点を位置づける。そして、図２（ｂ）に示すとおり、チャックテーブル１４を所定の回転速度で回転させながら、集光器１６からパルスレーザー光線ＬＢを第二の面６側の外周に照射する。これによって第二の面６側の外周に、アブレーションによって大まかに面取り加工（第二の粗加工）を施すことができる。図２（ｃ）において、第二の粗加工が施された部分を符号２２で示す。
第二の粗加工工程でも、パルスレーザー光線ＬＢの集光点とウエーハ２とを相対的に適宜移動させることにより、第一のオリエンテーションフラット８および第二のオリエンテーションフラット１０に沿ってパルスレーザー光線ＬＢを照射して、第二の面６側の外周全部にパルスレーザー光線ＬＢを照射する。
上述したとおりの粗加工工程は、たとえば以下の加工条件で実施することができる。
パルスレーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
平均出力 ：５．０Ｗ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
パルス幅 ：１００ｎｓ
焦点距離 ：１００ｍｍ
チャックテーブルの回転速度 ：１２度／秒
加工時間 ：３０秒×２回（第一・第二の粗加工工程）＝１分
本発明に係る面取り加工方法では、粗加工工程を実施した後、アブレーション加工されたウエーハ２の外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す仕上げ加工工程を実施する。仕上げ加工工程は、たとえば図３に一部を示す研削装置２４を用いて実施することができる。研削装置２４は、ウエーハ２を吸引保持するチャックテーブル２６と、チャックテーブル２６に吸引保持されたウエーハ２の外周を研削する研削ホイール２８とを備える。
チャックテーブル２６は、上面でウエーハ２を吸引保持するように構成されていると共に、上下方向を軸心として回転するように構成されている。研削ホイール２８は、Ｘ軸方向を軸心として回転するように構成されていると共に、チャックテーブル２６に対して相対的にＸ軸方向および上下方向に移動するように構成されている。また、円盤状の研削ホイール２８の外周には、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等の結合材で固めることにより形成されると共に外周は面取り角度に対応した角度に成形された環状の研削砥石３０が装着されている。
図示の実施形態における仕上げ加工工程では、まず、ウエーハ２の第一の面４側からウエーハ２の外周を研削砥石３０で研削して仕上げ加工を施す第一の仕上げ加工工程を実施する。
図３を参照して説明を続けると、第一の仕上げ加工工程では、第一の面４を上に向けてチャックテーブル２６でウエーハ２を吸引保持した後、撮像手段（図示していない。）で上方からウエーハ２を撮像する。次いで、撮像手段で撮像したウエーハ２の画像に基づいて、ウエーハ２の外周上方に研削ホイール２８を位置づける。そして、上方から見て反時計回りにチャックテーブル２６を所定の回転速度で回転させながら、図３に矢印Ａで示す方向に回転させた研削ホイール２８を下降させ、第一の面４側の外周（第一の粗加工が施された部分２０）に研削砥石３０の外周を押し当てる。これにより、アブレーションによって大まかに面取り加工された第一の面４側の外周を研削砥石３０で研削して仕上げ加工を施すことができる。
図示の実施形態のウエーハ２には第一のオリエンテーションフラット８および第二のオリエンテーションフラット１０が形成されていることから、研削ホイール２８をバネ等の適宜の付勢部材でウエーハ２の外周に向かって付勢すること等により、第一のオリエンテーションフラット８および第二のオリエンテーションフラット１０に沿って研削ホイール２８を移動させる。このようにして、第一の面４側の外周全部に仕上げ加工を施す。
図示の実施形態における仕上げ加工工程では、第一の仕上げ加工工程を実施した後、ウエーハ２の第二の面６側からウエーハ２の外周を研削砥石３０で研削して仕上げ加工を施す第二の仕上げ加工工程を実施する。
図４を参照して説明すると、第二の仕上げ加工工程では、まず、第二の面６を上に向けてチャックテーブル２６でウエーハ２を吸引保持する。次いで、第一の仕上げ加工工程と同様に、撮像手段でウエーハ２を撮像し、撮像手段で撮像したウエーハ２の画像に基づいて、ウエーハ２の外周上方に研削ホイール２８を位置づける。そして、上方から見て反時計回りにチャックテーブル２６を所定の回転速度で回転させながら、Ａ方向に回転させた研削ホイール２８を下降させ、第二の面６側の外周（第二の粗加工が施された部分２２）に研削砥石３０の外周を押し当てる。これにより、アブレーションによって大まかに面取り加工された第二の面６側の外周を研削砥石３０で研削して仕上げ加工を施すことができる。
なお、第二の仕上げ加工工程でも、研削ホイール２８をバネ等の適宜の付勢部材でウエーハ２の外周に向かって付勢すること等により、第一のオリエンテーションフラット８および第二のオリエンテーションフラット１０に沿って研削ホイール２８を移動させ、第二の面６側の外周全部に仕上げ加工を施す。
上述したとおりの仕上げ加工工程は、たとえば以下の加工条件で実施することができる。
ダイヤモンド砥粒 ：０．５～２．０μｍ（２５重量％）
結合材 ：メタルボンド（７５重量％）
形状 ：直径６０ｍｍ、厚み１０ｍｍ
先端傾斜角度 ：４５度
研削ホイールの回転速度 ：２００００ｒｐｍ
チャックテーブルの回転速度 ：２度／秒
加工時間 ：３分×２回（第一・第二の仕上げ加工工程）＝６分
以上のとおりであり、図示の実施形態の面取り加工方法では、ウエーハ２の外周にレーザー光線ＬＢの集光点を位置づけてレーザー光線ＬＢをウエーハ２に照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す粗加工工程と、アブレーション加工されたウエーハ２の外周を研削砥石３０で研削して仕上げ加工を施す仕上げ加工工程と、から少なくとも構成されているので、研削砥石による研削量および研削時間を低減することができ、ウエーハ２がＳｉＣ等の比較的硬い素材から形成されていても、研削砥石による研削のみで面取り加工する場合と比較して短い時間で効率良くウエーハ２の外周に面取り加工を施すことができる。
なお、図示の実施形態では、第一の粗加工工程を実施した後に第二の粗加工工程を実施し、次いで第一の仕上げ加工工程を実施した後に第二の仕上げ加工工程を実施する例を説明したが、第一の粗加工工程を実施した後に第一の仕上げ加工工程を実施し、次いで第二の粗加工工程を実施した後に第二の仕上げ加工工程を実施するようにしてもよい。
２：ウエーハ
４：第一の面
６：第二の面
３０：研削砥石
ＬＢ：レーザー光線

Claims (3)

  1. ウエーハの外周を面取りする面取り加工方法であって、
    ウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す粗加工工程と、
    アブレーション加工されたウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す仕上げ加工工程と、
    から少なくとも構成され、
    該粗加工工程は、ウエーハの第一の面側からウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す第一の粗加工工程と、ウエーハの第二の面側からウエーハの外周にレーザー光線の集光点を位置づけてレーザー光線を照射しアブレーションによって大まかに面取り加工を施す第二の粗加工工程と、を含み、
    該仕上げ加工工程は、ウエーハの第一の面側からウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す第一の仕上げ加工工程と、ウエーハの第二の面側からウエーハの外周を研削砥石で研削して仕上げ加工を施す第二の仕上げ加工工程と、を含み、
    該仕上げ加工工程では、上下方向を軸心として回転するように構成されたチャックテーブルに保持されたウエーハの外周に対し、該チャックテーブルの軸心に直交する方向を軸心として回転する円盤状の研削ホイールの外周に装着され面取り角度に対応した角度に成形された環状の研削砥石の外周を、該粗加工工程が施されたウエーハの外周に押し付けて該仕上げ加工を施す面取り加工方法。
  2. 該粗加工工程では、レーザー光線を集光して照射する集光器をウエーハの外周上方に位置付けて、該第一の面及び第二の面に対し垂直にレーザー光線を照射する請求項１記載の面取り加工方法。
  3. ウエーハはＳｉＣウエーハである請求項１又は２記載の面取り加工方法。
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