JP5868193B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、光デバイスウエーハ等のウエーハにレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成し、その後ウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法に関する。

サファイア基板、ＳｉＣ基板等の結晶成長用基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体層（エピタキシャル層）を形成し、該半導体層にＬＥＤ等の複数の光デバイスが格子状に形成されたストリート（分割予定ライン）によって区画されて形成された光デバイスウエーハは、モース硬度が比較的高く切削ブレードによる分割が困難であることから、レーザビームの照射によって個々の光デバイスに分割され、分割された光デバイスは携帯電話、照明機器、液晶テレビ、パソコン等の各種電気機器に利用されている。

レーザービームを用いて光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法として、以下に説明する第１及び第２の加工方法が知られている。第１の加工方法は、基板に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームの集光点を分割予定ラインに対応する基板の内部に位置づけて、レーザービームを半導体層が形成されていない裏面側から分割予定ラインに沿って照射して基板内部に変質層を形成し、その後外力を付与して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法である（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。

第２の加工方法は、基板に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザビームを表面側から分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により分割の起点となる分割起点溝を形成し、その後外力を付与して光デバイスウエーハを個々の光デバイスに分割する方法である（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。何れの加工方法でも、光デバイスウエーハを確実に個々の光デバイスに分割することができる。

一般的に、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光デバイスの裏面には光の取り出し効率を向上するために反射膜が形成されている。この反射膜は光デバイスウエーハの状態でスパッタリング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によってウエーハの裏面に形成される。

このように、光デバイスウエーハの裏面に金、アルミニウム等から構成される反射膜が形成されていると、光デバイスウエーハの裏面からレーザービームを照射できないという問題がある。

この問題を解決する目的で、ウエーハの裏面に反射膜を形成する前にウエーハの裏面からレーザービームを照射して分割予定ラインに沿って分割の基点となる改質層を基板内部を形成するサファイアウエーハの分割方法が特開２０１１−２４３８７５号公報に開示されている。

特許第３４０８８０５号公報 特開平１０−３０５４２０号公報 特開２０１１−２４３８７５号公報

しかし、改質層が形成された光デバイスウエーハをレーザー加工装置から搬出して裏面に反射膜を形成する反射膜形成装置まで搬送する途中で、又は、レーザー加工装置から搬出する際に光デバイスウエーハが破断してしまうことがあるという問題がある。

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、レーザー加工装置から搬出して次工程に搬送する際に改質層に沿って破断することがないとともに裏面に反射膜を有するウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、複数の分割予定ラインによって区画された各領域に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領域とを表面に有するウエーハの加工方法であって、ウエーハの表面側をチャックテーブルで保持しウエーハの裏面側から該分割予定ラインに対応するウエーハの内部にウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を位置付けて該パルスレーザービームを照射し、該分割予定ラインに沿って分割起点となる改質層をウエーハ内部に形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程実施後、該チャックテーブルからウエーハを搬出し次工程にウエーハを搬送する搬送工程と、を具備し、該改質層形成工程においては、デバイス領域に対応する裏面に照射されるパルスレーザービームのパルス間隔に対して外周領域に対応する裏面に照射されるパルスレーザービームのパルス間隔を広げ、外周領域において改質層の形成を間引くことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

好ましくは、ウエーハはサファイア基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハから構成され、該搬送工程では、ウエーハの裏面に反射膜が積層される裏面加工工程にウエーハが搬送される。

好ましくは、ウエーハの加工方法は、改質層形成工程を実施した後、ウエーハの分割予定ラインに外力を付与してウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程を更に具備している。

本発明のウエーハの加工方法によると、ウエーハの裏面に反射膜が積層される前にウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点をウエーハの裏面側から分割予定ラインに対応する内部に位置づけ照射してウエーハ内部に改質層を形成する際に、デバイス領域に対応する裏面に照射されるパルスレーザービームのパルス間隔に対して外周領域に対応する裏面に照射されるパルスレーザービームのパルス間隔を広げ、外周領域において改質層の形成を間引くようにした。

従って、ウエーハの外周領域が補強部となり、チャックテーブルからウエーハを搬出して次工程に搬送する際に改質層に沿ってウエーハが破断することがないとともに、裏面に反射膜を有するウエーハであっても分割予定ラインに沿って改質層を形成することができる。

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。 光デバイスウエーハの斜視図である。 図４（Ａ）は光デバイスウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す分解斜視図、図４（Ｂ）は表面に保護テープが貼着された光デバイスウエーハの裏面側斜視図である。 改質層形成工程を説明する斜視図である。 改質層形成工程により形成された改質層の位置を示す模式図である。 搬送工程を説明する斜視図である。 裏面加工工程により裏面に反射膜が形成された光デバイスウエーハの裏面側斜視図である。 粘着テープを介して環状フレームに支持された光デバイスウエーハの斜視図である。 分割工程を示す縦断面図である。

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、本発明のウエーハ加工方法において改質層形成工程を実施するのに適したレーザー加工装置２の概略構成図が示されている。

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１スライドブロック６を含んでいる。第１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手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２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。すなわち、第２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手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハを支持する環状フレームをクランプするクランプ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２には図２に示すレーザービーム発生ユニット３７を収容するケーシング３５が取り付けられている。３４はレーザービーム照射ユニットであり、図２に示されたレーザービーム発生ユニット３７とケーシング３５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。

図２に示すように、レーザービーム発生ユニット３７は、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。

レーザビーム発生ユニット３７のパワー調整手段６８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、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６のミラー７０で反射され、更に集光用対物レンズ７２によって集光されてチャックテーブル２８に保持されている光デバイスウエーハ１１に照射される。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。撮像手段３８は、可視光によって光デバイスウエーハ１１の加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

撮像手段３８は更に、光デバイスウエーハ１１に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム発生ユニット３７等に制御信号が出力される。

図３を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる光デバイスウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。光デバイスウエーハ１１は、サファイア基板１３上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（半導体層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ１１は、エピタキシャル層１５が積層された表面１１ａと、サファイア基板１３が露出した裏面１１ｂとを有している。裏面１１ｂは鏡面に加工されている。

サファイア基板１３は例えば１２０μｍの厚みを有しており、エピタキシャル層１５は例えば５μｍの厚みを有している。エピタキシャル層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）によって区画されて形成されている。

光デバイスウエーハ１１は、複数の光デバイス１９が形成されたデバイス領域２１と、デバイス領域２１を囲繞する外周領域２３をその表面に有している。尚、本明細書で外周領域２３とは、光デバイスウエーハ１１の最外周から０．２〜２ｍｍ内側の領域であり、デバイス領域２１の外周の一部が含まれる場合がある。

本発明のウエーハの加工方法では、表面に形成された光デバイス１９を保護するために、図４に示すように、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａには保護テープ２５が貼着される。

次いで、光デバイスウエーハ１１の内部に改質層を形成する改質層形成工程を実施する。この改質層形成工程では、図５に示すように、レーザー加工装置２のチャックテーブル２８で光デバイスウエーハ１１の表面に貼着された保護テープ２５側を吸引保持し、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

そして、撮像手段３８の赤外線撮像素子で光デバイスウエーハ１１をその裏面１１ｂ側から撮像し、分割予定ライン１７に対応する領域を検出するアライメントを実施する。このアライメントには、よく知られたパターンマッチングの手法を利用する。

更に、撮像手段３８の通常のＣＣＤ等の撮像素子により光デバイスウエーハ１１の外周部を撮像し、光デバイスウエーハ１１の最外周と検出した分割予定ライン１７との交点の座標と外周領域２３の内周と分割予定ライン１７との交点の座標を検出し、これらの座標をコントローラ４０のＲＭ４６にマップデータ７４として格納する。

そして、図５に示すように、光デバイスウエーハ１１の鏡面加工されている裏面１１ｂ側からサファイア基板１３に対して透過性を有する波長のレーザービーム６９の集光点を集光器３６により分割予定ライン１７に対応するサファイア基板１３の内部に位置付けて、レーザービーム６９を分割予定ライン１７に沿って照射し、サファイア基板１３の内部に分割起点となる改質層２９を形成する。

レーザービームの照射時、コントローラ４０によりマップデータ７４に基づいて音響光学素子（ＡＯＭ）からなるパルスピッカー７６を制御して、ウエーハ１１のデバイス領域２１に対応するウエーハ１１の裏面１１ｂではパルスレーザービームを集光器３６に導き、図６に示すように、ウエーハ１１の内部に改質層２９を形成する。

一方、ウエーハ１１の外周領域２３に対応するウエーハ１１の最外周から所定幅Ｗ１の裏面では、パルスビッカー７６により殆どのパルスレーザービームを偏向してバッファ７８に導き、ほんの僅かなパルスのみをウエーハ１１の裏面１１ｂに照射する。

即ち、デバイス領域２３に対応するウエーハ１１の裏面１１ｂに照射されるパルスレーザービームのパルス間隔に対して、外周領域２３に対応するウエーハ１１の裏面１１ｂに照射されるパルスレーザービームのパルス間隔を例えば１０パルス分広げてパルスレーザービームを照射するために、外周領域２３において改質層２９´の形成を９パルス分間引くように制御する。

図６において、最外周から所定幅Ｗ１の部分では符号２９´で示すように改質層は間引かれて形成されている。所定幅Ｗ１は０．２〜２ｍｍであり、より好ましくは１〜２ｍｍである。

この改質層形成工程では、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に加工送りしながら第１の方向に伸長する分割予定ライン１７に沿って改質層２９を形成する。順次割り出し送りしながら光デバイスウエーハ１１の第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿ってサファイア基板１３の内部に改質層２９を形成する。

次いで、チャックテーブル２８を９０度回転して、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って分割起点となる同様な改質層２９を形成する。全ての分割予定ライン１７に沿って分割起点となる改質層２９が形成された状態の光デバイスウエーハ１１の裏面側斜視図が図７に示されている。

改質層形成工程の加工条件は、例えば次のように設定されている。

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＡＧ
波長 ：１０６４ｎｍ
平均出力 ：０．４Ｗ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
集光スポット径 ：１μｍ
パルス幅 ：１００ｐｓ
加工送り速度 ：１００〜２００ｍｍ／秒
サファイア基板 ：厚み１２０μｍ
集光点の位置 ：裏面から６０μｍ
改質層の幅 ：３０μｍ
パルス間隔 ：デバイス領域１０μｍ、外周領域１００μｍ

改質層形成工程実施後、図７に示すように、チャックテーブル２８の吸引保持を解除し、光デバイスウエーハ１１をチャックテーブル２８から搬出して光デバイスウエーハ１１を次工程に搬送する搬送工程を実施する。

光デバイスウエーハ１１の外周領域２３には改質層２９´が間引かれて形成されているため、この外周領域２３が一種の補強部となり、光デバイスウエーハ１１を次工程に搬送する搬送工程中に光デバイスウエーハ１１が改質層２９に沿って破断することが防止される。

本実施形態のウエーハの加工方法では、搬送工程で光デバイスウエーハ１１を搬送する次工程は、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに反射膜を形成する裏面加工工程（反射膜形成工程）である。

図８を参照すると、内部に改質層２９を有し、裏面１１ｂに反射膜３１が形成された光デバイスウエーハ１１の裏面側斜視図が示されている。反射膜３１は金又はアルミニウム等から構成され、良く知られたスパッタリング法、又はＣＶＤ法等により形成される。

裏面加工工程実施後、改質層２９が形成された光デバイスウエーハ１１を光デバイス１９を有する個々のチップ３３に分割する分割工程を実施する。この分割工程の前工程として、図９に示すように、光デバイスウエーハ１１を外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープＴに貼着する。

次いで、図１０に示すように、円筒８０の載置面上に環状フレームＦを載置して、クランプ８２で環状フレームＦをクランプする。そして、バー形状の分割治具８４を円筒８０内に配設する。

分割治具８４は上段保持面８６ａと下段保持面８６ｂとを有しており、下段保持面８６ｂに開口する真空吸引路８８が形成されている。分割治具８４の詳細構造は、特許第４３６１５０６号公報に開示されている。

分割治具８４による分割工程を実施するには、分割治具８４の真空吸引路８８を矢印９０で示すように真空吸引しながら、分割治具８４の上段保持面８６ａ及び下段保持面８６ｂを下側から粘着テープＴに接触させて、分割治具８４を矢印Ａ方向に移動する。即ち、分割治具８４を分割しようとする分割予定ライン１７と直交する方向に移動する。

これにより、改質層２９が分割治具８４の上段保持面８６ａの内側エッジの真上に移動すると、改質層２９を有する分割予定ライン１７の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力で光デバイスウエーハ１１が分割予定ライン１７に沿って割断される。

第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿っての分割が終了すると、分割治具８４を９０度回転して、或いは円筒８０を９０度回転して、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１７を同様に分割する。これにより、光デバイスウエーハ１１が個々のチップ３３に分割される。

外周領域２３に対応するサファイア基板１３の内部には間引かれた改質層２９´が形成されているが、この部分は非常に幅が狭いため、分割治具８４により改質層２９を有する分割予定ライン１７の延長線上を容易に割断することができる。

１１ 光デバイスウエーハ
１３ サファイア基板
１７ 分割予定ライン
１９ 光デバイス
２１ デバイス領域
２３ 外周領域
２５ 保護テープ
２８ チャックテーブル
２９ 改質層
３１ 反射膜
３３ チップ
３４ 光ビーム照射ユニット
３５ 光ビーム発生ユニット
３６ 集光器
４０ コントローラ
６２ パルスレーザービーム発振器
７４ マップデータ
７６ パルスビッカー
７８ バッファ
８４ 分割治具

Claims (4)

1. 複数の分割予定ラインによって区画された各領域に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領域とを表面に有するウエーハの加工方法であって、
   ウエーハの表面側をチャックテーブルで保持しウエーハの裏面側から該分割予定ラインに対応するウエーハの内部にウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を位置付けて該パルスレーザービームを照射し、該分割予定ラインに沿って分割起点となる改質層をウエーハ内部に形成する改質層形成工程と、
   該改質層形成工程実施後、該チャックテーブルからウエーハを搬出し次工程にウエーハを搬送する搬送工程と、を具備し、
   該改質層形成工程においては、デバイス領域に対応する裏面に照射されるパルスレーザービームのパルス間隔に対して外周領域に対応する裏面に照射されるパルスレーザービームのパルス間隔を広げ、外周領域において改質層の形成を間引くことを特徴とするウエーハの加工方法。
2. ウエーハはサファイア基板の表面に半導体層が積層され、該半導体層に複数の光デバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された光デバイスウエーハから構成され、
   該搬送工程では、ウエーハの裏面に反射膜が積層される裏面加工工程にウエーハが搬送される請求項１記載のウエーハの加工方法。
3. ウエーハの裏面に反射膜を積層する裏面加工工程を更に具備した請求項２記載のウエーハの加工方法。
4. 該改質層形成工程を実施した後、ウエーハの該分割予定ラインに外力を付与してウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程を更に具備した請求項１〜３の何れかに記載のウエーハの加工方法。

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