JP6091879B2 - サファイアウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、反射膜が積層されたサファイアウェーハの加工方法に関し、特に発光ダイオード（LED：Light Emitting Diode）の製造に用いられるサファイアウェーハの加工方法に関する。

サファイアウェーハとして、窒化ガリウム系化合物等の半導体層等が積層されたものが知られている。ウェーハ表面には、格子状の分割予定ラインが形成されており、この分割予定ラインで区画された各領域に発光デバイスが形成されている。このサファイアウェーハの分割方法として、レーザー加工によって基板内部に分割予定ラインに沿った改質層を形成し、強度が低下した改質層を分割起点とする分割方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の分割方法では、ウェーハ内部に集光点を合わせてパルスレーザーが照射されることにより、分割予定ラインに沿う直線状の改質層がウェーハ内部に連続的に形成される。続いて、ウェーハ裏面に貼着された粘着テープが拡張されることで、ウェーハ内部の改質層に粘着テープからの外力が加えられ、改質層を起点として厚さ方向に割れが生じる。この結果、サファイアウェーハが、分割予定ラインに沿って個々の発光デバイス（チップ）に分割される。

特許第３７６２４０９号公報

ところで、レーザー照射装置は高価であるため、切削装置によるブレードダイシングによってサファイアウェーハを加工したいという要望がある。しかしながら、ブレードダイシングでは、硬度の高いサファイアウェーハを良好に加工することが困難となっていた。例えば、サファイアウェーハの切削加工中に切削ブレードが異常摩耗を起こすおそれがあり、さらに低速加工を行わなければならず、加工時間が長くなって生産性が低下していた。このように、サファイアウェーハのブレードダイシングでは、技術的な課題が多数存在していた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、切削ブレードの異常摩耗及び光デバイスの生産性の低下を防止しつつ、サファイアウェーハを良好に加工できるサファイアウェーハの加工方法を提供することを目的とする。

本発明のサファイアウェーハの加工方法は、サファイアウェーハを個々のチップに分割を行うサファイアウェーハの加工方法であって、サファイアウェーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたサファイアウェーハを切削する切削ブレードを備えた切削手段と、該切削手段と該チャックテーブルを相対的に切削送りする切削送り手段と、該切削手段と該チャックテーブルを該切削送り方向と直交する方向に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段とを具備する切削装置において、分割予定ライン上でサファイアウェーハを該切削ブレードの昇降で切り込む動作を所定ピッチで断続的に繰り返すことで複数の切削痕を形成する切削痕形成工程と、該切削痕形成工程の後に、サファイアウェーハの該分割予定ラインに沿って外力を付与し該複数の切削痕を起点にサファイアウェーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割を行う分割工程と、から構成されることを特徴とする。

この構成によれば、主にサファイアウェーハに対する厚み方向の切り込みだけで切削する切削動作が断続的に繰り返されて、サファイアウェーハの分割予定ラインに沿って複数の切削痕が形成される。このため、サファイアウェーハを切り込んだ状態で連続的に切削する構成と比較して、サファイアウェーハの切削量を少なくできる。よって、サファイアウェーハの切削時に切削ブレードに生じる摩擦熱を抑えて、切削ブレードの異常摩耗を防止することができる。このように、硬度が高いサファイアウェーハを良好に加工することができる。また、レーザー照射装置と比較してより安価な切削装置のブレードダイシングによって、サファイアウェーハを切削できる。

本発明によれば、切削ブレードによりサファイアウェーハの分割予定ラインに沿ってサファイアウェーハを断続的に切り込むことで、切削ブレードの異常摩耗及びデバイスの生産性の低下を防止しつつ、サファイアウェーハを良好に加工できる。

本実施の形態に係る切削装置の斜視図である。 本実施の形態に係る切削痕形成方法の説明図である。 本実施の形態に係る切削痕形成工程の説明図である。 本実施の形態に係る分割工程の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るサファイアウェーハの加工方法ついて説明する。図１は、本実施の形態に係る切削装置の斜視図である。図２は、本実施の形態に係る切削痕形成方法の説明図である。本発明は、切削ブレードを用いてサファイアウェーハの分割予定ラインに沿って切削痕を形成する切削装置であれば、どのような切削装置にも適用可能である。

図１に示すように、切削装置１は、切削ブレード３１を有する切削手段３とサファイアウェーハＷを保持したチャックテーブル２とを相対移動させて、サファイアウェーハＷを切削するように構成されている。サファイアウェーハＷは円板状に形成されており、サファイアウェーハＷの表面６１には複数の分割予定ラインが配列されている。サファイアウェーハＷの表面中央には、分割予定ラインによって区画された各領域にデバイス６６が形成されている。

サファイアウェーハＷは、貼着テープ６８を介して環状フレーム６９に支持された状態で切削装置１に搬入される。切削装置１の基台１１上には、チャックテーブル２をＸ軸方向に切削送りする切削送り手段４が設けられている。また、基台１１上には、切削送り手段４を跨ぐように立設した門型の柱部１２が設けられている。柱部１２には、チャックテーブル２の上方において一対の切削手段３をＹ軸方向に割り出し送りすると共に、Ｚ軸方向に昇降させる割り出し送り手段５が設けられている。

切削送り手段４は、基台１１の上面に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール４１と、一対のガイドレール４１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル４２とを有している。Ｘ軸テーブル４２上では、θテーブル４３にチャックテーブル２が回転可能に支持されている。Ｘ軸テーブル４２の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ４４が螺合されている。ボールネジ４４の一端部には、駆動モータ４５が連結されている。駆動モータ４５によりボールネジ４４が回転駆動され、チャックテーブル２がガイドレール４１に沿ってＸ軸方向に移動される。

チャックテーブル２は、Ｚ軸回りに回転可能なθテーブル４３上に設けられている。チャックテーブル２の表面には、ポーラスセラミック材によりサファイアウェーハＷを吸引保持する保持面２１が形成されている。保持面２１は、チャックテーブル２内の流路を通じて吸引源に接続されている。また、チャックテーブル２の周囲には、θテーブル４３の四方から外側に延びる一対の支持アームを介して４つのクランプ部２２が設けられている。４つのクランプ部２２は、エアアクチュエータにより駆動し、サファイアウェーハＷの周囲の環状フレーム６９を挟持固定する。

割り出し送り手段５は、柱部１２の前面に対してＹ軸方向に平行な一対のガイドレール５１と、一対のガイドレール５１にスライド可能に設置されたモータ駆動の一対のＹ軸テーブル５２を有している。また、割り出し送り手段５は、各Ｙ軸テーブル５２の前面に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール５３と、各ガイドレール５３にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル５４とを有している。各Ｚ軸テーブル５４の下部には、サファイアウェーハＷに切削ブレード３１を切り込ませて切削する切削手段３が設けられている。

各Ｙ軸テーブル５２の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ５５が螺合されている。また、各Ｚ軸テーブル５４の背面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ５６が螺合されている。Ｙ軸テーブル５２用のボールネジ５５、Ｚ軸テーブル５４用のボールネジ５６の一端部には、それぞれ駆動モータ５７、５８が連結されている。これら駆動モータ５７、５８によりボールネジが回転駆動され、一対の切削手段３がガイドレール５１、５３に沿ってＹ軸方向及びＺ軸方向に移動される。

切削手段３の切削ブレード３１は、Ｙ軸回りに回転するスピンドル（不図示）の先端に設けられている。切削ブレード３１は、ダイアモンド砥粒をレジンボンドで固めて円形にしたレジンブレードで構成されている。切削ブレード３１はブレードカバー３４によって周囲が覆われており、ブレードカバー３４には切削部分に向けて切削水を噴射する噴射ノズルが設けられている。切削手段３は、切削ブレード３１を高速回転させ、複数の噴射ノズルから切削部分に切削水を噴射しつつサファイアウェーハＷを切削加工する。

このように構成された切削装置１では、サファイアウェーハＷの中心がチャックテーブル２の回転軸に一致するように、チャックテーブル２上にサファイアウェーハＷが保持される（図３Ａ参照）。切削ブレード３１は、サファイアウェーハＷの分割予定ライン上に位置付けられる。そして、切削ブレード３１が高速回転され、切削ブレード３１が下降してサファイアウェーハＷの上面側からサファイアウェーハＷの分割予定ラインが切り込まれる。

切削ブレード３１によってサファイアウェーハＷが切り込まれると、チャックテーブル２が切削送りされずに切削ブレード３１が上昇してサファイアウェーハＷから離間する。これにより、サファイアウェーハＷの分割予定ライン上に切削痕６３（図２参照）が形成される。そして、切削ブレード３１がサファイアウェーハＷから離間した状態で、チャックテーブル２がＸ軸方向に所定のピッチだけ移動して停止される。この切削ブレード３１の昇降とチャックテーブル２の間欠移動とが交互に繰り返されることで、サファイアウェーハＷの分割予定ライン上に複数の切削痕６３が形成される。

具体的には、図２Ａに示すように、サファイアウェーハＷの分割予定ラインには所定のピッチＰ毎に切削痕６３が形成される。例えば、直径５２ｍｍの切削ブレード３１を用いた場合には所定のピッチＰは３．０ｍｍに設定される。所定のピッチＰは、隣接する切削痕６３の両端同士が重なり合う間隔に調整されているため、サファイアウェーハＷの分割予定ラインに沿って複数の切削痕６３が直線状に連なって形成される。このように、サファイアウェーハＷに対する厚み方向の切り込みだけで切削する、いわゆるチョッパーカットによって、断続的な切削動作を繰り返して切削痕６３を連続させることで、サファイアウェーハＷの分割予定ラインに１本の溝を形成している。

このため、サファイアウェーハＷを切り込んだ状態で切削送りする、いわゆるチョッパートラバースカットと比較して、連続して切削するサファイアウェーハＷの切削量を少なくすることができる。これにより、サファイアウェーハＷの切削加工中に切削ブレード３１に生じる摩擦熱が抑えられ、切削ブレード３１の異常摩耗が防止される。

なお、本実施の形態では、図２Ａのように、隣接する切削痕６３の両端同士が重なり合うように形成されていたが、この構成に限定されない。例えば、図２Ｂのように、サファイアウェーハＷの表面６１において、隣接する切削痕６３の両端同士が互いに接するように、所定のピッチＰが設定されてもよい。例えば、直径５２ｍｍの切削ブレード３１を用いた場合には所定のピッチＰは５．６ｍｍに設定される。また、図２Ｃのように、サファイアウェーハＷの表面６１において、複数の切削痕６３が一定の間隔を空けて形成されるように、所定のピッチＰが設定されてもよい。例えば、直径５２ｍｍの切削ブレード３１を用いた場合には所定のピッチＰは７．０ｍｍに設定される。

図２Ａに示す切削加工では、図２Ｂ及び図２Ｃに示す切削加工よりも小さなピッチＰで複数の切削痕６３が形成されている。このため、図２Ａに示す切削加工は、図２Ｂ及び図２Ｃに示す切削加工よりも分割予定ラインの強度が低下して分割精度が高められている。図２Ｂに示す切削加工では、図２Ａに示す切削加工よりも大きなピッチＰで、かつ図２Ｃに示す切削加工よりも小さなピッチＰで複数の切削痕６３が形成されている。このため、図２Ｂに示す切削加工は、図２Ａに示す切削加工よりも切削回数を減らすことができ、図２Ｃに示す切削加工よりも分割予定ラインの強度が低下して分割精度が高められている。図２Ｃに示す切削加工では、図２Ａ及び図２Ｂに示す切削加工よりも大きなピッチＰで複数の切削痕６３が形成されている。このため、図２Ｃに示す切削加工は、図２Ｂ及び図２Ｃに示す切削加工よりも切削回数を減らすことができる。

図３及び図４を参照して、本実施の形態に係るサファイアウェーハの加工方法の流れについて説明する。図３は、本実施の形態に係る切削痕形成工程の説明図である。図４は、本実施の形態に係る分割工程の説明図である。ここでは、分割工程にブレーキング装置を用いる構成としたが、分割工程にテープ拡張装置を用いることも可能である。

図３Ａに示すように、まず保持工程が実施される。保持工程では、サファイアウェーハＷの裏面６２が貼着テープ６８を介してチャックテーブル２の保持面２１に保持される。図３Ｂに示すように、保持工程を実施した後には位置付け工程が実施される。位置付け工程では、サファイアウェーハＷの分割予定ライン上に切削ブレード３１が位置付けられる。

図３Ｃに示すように、位置付け工程を実施した後には切削痕形成工程が実施される。切削痕形成工程では、切削ブレード３１が高速回転しながら下降して、サファイアウェーハＷが切り込まれる。そして、チャックテーブル２が切削送りされずに切削ブレード３１が上昇して、サファイアウェーハＷの分割予定ラインに沿って切削痕６３が形成される。続いて、切削ブレード３１が上昇した状態でチャックテーブル２が所定のピッチＰだけ切削送りされて、切削ブレード３１の下方にサファイアウェーハＷの未加工部分が位置付けられる。

図３Ｄに示すように、この一連の動作が繰り返されることで、サファイアウェーハＷの分割予定ラインに沿って複数の切削痕６３が連続的に形成される。このとき、サファイアウェーハＷには、先に形成された切削痕６３の端に重なるように後続の切削痕６３が形成される。各切削痕６３の底面６４は側面視円弧状であり、後続の切削痕６３の形成時に、前方に位置する切削痕６３の底面６４の端が切削される。このため、複数の切削痕６３を連続させることで、サファイアウェーハＷの分割予定ライン上に連続した一直線の溝が形成される。

切削痕形成工程では、切削ブレード３１の昇降だけで切削する切削動作を繰り返して、サファイアウェーハＷの分割予定ラインが断続的に切り込まれている。これにより、個々の切削動作の連続加工時間が短くなると共に、切削動作の完了後から次の切削動作に移る間に冷却期間が設けられる。よって、サファイアウェーハＷの切削時に切削ブレード３１に生じる摩擦熱が抑えられ、切削ブレード３１の異常摩耗が防止される。

なお、この切削痕形成工程での加工条件の一例は、以下に示す通りである。
ブレード種別：外径５２ｍｍ、刃厚０．１ｍｍのレジンブレード
スピンドル回転数：４０００ｒｐｍ
Ｚ送り速度：０．１ｍｍ／ｓ
切り込み深さ：１５０μｍ
チャックテーブルＸ送りピッチ：３ｍｍ
サファイアウェーハの厚み：３００μｍ
サファイアウェーハＷの全ての分割予定ラインに沿って切削痕６３が形成されると、ブレーキング装置７（図４参照）に搬入される。

図４Ａに示すように、切削痕形成工程を実施した後には分割工程が実施される。分割工程では、サファイアウェーハＷの表面６１を下に向けて一対の支持部７１に載置される。一対の支持部７１は、一方向（図４ではＹ軸方向）に延在しており、一対の支持部７１の間には、撮像手段７３が配置されている。この撮像手段７３によって、一対の支持部７１の間からサファイアウェーハＷの表面６１が撮像される。サファイアウェーハＷを挟んだ一対の支持部７１の上方には、サファイアウェーハＷを上方から押圧する押圧刃７２が設けられている。押圧刃７２は、一方向（図４ではＹ軸方向）に延在しており、不図示の押圧機構によって上下動される。

撮像手段７３によってサファイアウェーハＷの表面が撮像されると、撮像画像に基づいて、一対の支持部７１の間かつ押圧刃７２の直下に切削痕６３（分割予定ライン）が位置付けられる。図４Ｂに示すように、押圧刃７２が下降されることで、切削痕６３を分割起点としてサファイアウェーハＷが分割される。サファイアウェーハＷは、全ての分割予定ラインに押圧刃７２が押し当てられることで個々のデバイスチップに分割される。

以上のように、本実施の形態に係るサファイアウェーハＷの加工方法によれば、切削ブレード３１の昇降だけで切削する切削動作が断続的に繰り返されて、サファイアウェーハＷの分割予定ラインに沿って連続的な切削痕６３が形成される。このため、サファイアウェーハＷを切り込んだ状態で連続的に切削する構成と比較して、サファイアウェーハＷの連続的に切削する切削量を減らすことができる。よって、サファイアウェーハＷの切削時に切削ブレード３１に生じる摩擦熱を抑えて、切削ブレード３１の異常摩耗を防止することができる。このように、硬度が高いサファイアウェーハＷを良好に加工することができる。また、レーザー照射装置と比較してより安価な切削装置のブレードダイシングによって、サファイアウェーハを切削できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、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することが可能である。

例えば、上記の実施の形態では、切削ブレード３１の昇降動作だけで切削するチョッパーカットを繰り返して複数の切削痕６３を形成したが、この構成に限定されない。複数の切削痕６３は、切削ブレード３１によってサファイアウェーハＷを断続的に切り込むことで形成されればよい。例えば、切削ブレード３１を下降させてサファイアウェーハＷに切り込ませ、サファイアウェーハＷを切削ブレード３１が異常摩耗しない程度に微小距離だけ切削送りして切削ブレード３１を上昇させ、この断続的なチョッパートラバースカットを繰り返して複数の切削痕６３を形成してもよい。

また、本実施の形態においては、切削痕形成工程が切削装置、分割工程がブレーキング装置で行われるが、一部の工程又は全ての工程が１つの装置で行われてもよい。

以上説明したように、本発明は、切削ブレードの異常摩耗及びデバイスの生産性の低下を防止しつつ、サファイアウェーハを良好に加工できるという効果を有し、特に発光ダイオードの製造に用いられるサファイアウェーハの加工方法に有用である。

１ 切削装置
２ チャックテーブル
３ 切削手段
４ 切削送り手段
５ 割り出し送り手段
７ ブレーキング装置
３１ 切削ブレード
６１ サファイアウェーハの表面
６２ サファイアウェーハの裏面
６３ 切削痕
Ｗ サファイアウェーハ

Claims (1)

1. サファイアウェーハを個々のチップに分割を行うサファイアウェーハの加工方法であって、
   サファイアウェーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたサファイアウェーハを切削する切削ブレードを備えた切削手段と、該切削手段と該チャックテーブルを相対的に切削送りする切削送り手段と、該切削手段と該チャックテーブルを該切削送り方向と直交する方向に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段とを具備する切削装置において、分割予定ライン上でサファイアウェーハを該切削ブレードの昇降で切り込む動作を所定ピッチで断続的に繰り返すことで複数の切削痕を形成する切削痕形成工程と、
   該切削痕形成工程の後に、サファイアウェーハの該分割予定ラインに沿って外力を付与し該複数の切削痕を起点にサファイアウェーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割を行う分割工程と、
   から構成されるサファイアウェーハの加工方法。

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