(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイアウエハーを定盤に接着し、研削、研磨加工して厚みを100μｍ以下とするようにしたサファイアウエハーの加工方法において、上記サファイアウエハーを定盤に接着した後で、サファイアウエハー側面をダミー材で覆い、かつサファイアウエハー上面を外周から中心に向けて３ｍｍ以上覆うことを特徴とするサファイアウエハーの加工方法。
【請求項２】
上記サファイアウエハーの側面を厚み方向、周方向ともに全てダミー材で覆うことを特徴とする請求項１に記載のサファイアウエハーの加工方法。
【請求項３】
上記ダミー材が接着用ワックスであることを特徴とする請求項１または２に記載のサファイアウエハーの加工方法。
【請求項４】
上記研磨加工する工程が、機械研磨工程および化学機械研磨工程のうちの一方または両方からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサファイアウエハーの加工方法。
【請求項５】
一方の主面上に電子素子が形成されたサファイアウエハーを、他方の主面側から薄板化してその厚みを１００μｍ以下とする工程を有する電子装置の製造方法において、請求項１〜４のいずれかに記載の加工方法を用いて上記サファイアウエハーを薄板化することを特徴とする電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚みが100μｍ以下のサファイアウエハーの加工方法、および、このサファイアウエハーを用いた電子装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サファイアは、その機械的強度、化学的安定性や結晶学的理由、光学的理由などから用途は多岐に渡る。光学機器の小型化、または、サファイアを用いるセンサの感度向上のため、近年ではサファイアを100μｍ以下の厚みとすることが必要となることがある。また、特開平5-315646号公報に述べられているように、サファイアウエハーを用いた電子素子の放熱性向上を目的に、電子素子を一方の主面に形成した後に他方の主面からサファイアウエハーを薄板化することが行われている。
【０００３】
サファイアウエハーの厚みを100μｍ以下にまで加工する場合、研磨加工を行うことが一般的である。研磨加工前のウエハーの厚みは通常、少なくとも300μｍ以上あり、研磨加工のみで200μｍ以上薄板化して100μｍ以下とするには、多大な時間を要するという製造上の問題がある。研磨布パッド上でコロイダルシリカを用いるなどの化学機械研磨は、サファイアウエハー表面の面粗さ低減や最表面の結晶歪み除去を考えると仕上げ研磨としては適当であるが、研磨レートが最大でも10μｍ/h程度と小さい。そこで、仕上げ研磨として化学機械研磨加工を行う前に、化学機械研磨加工よりレートの速い、固定砥石を用いた研削加工により一定の厚みまで予め薄板化しておくことで、加工時間を大幅に削減することができる。また、研削加工によって生じる最表面の結晶歪みを化学機械研磨で取りきれない場合には、化学機械研磨の前にさらに銅板上でダイヤモンドを含むスラリーを用いるなどの機械研磨加工を行えば良い。
【０００４】
以下に、そのサファイアウエハーの加工方法の一例を示す。
【０００５】
まず、図7に示すように、サファイアウエハー11を定盤12に接着する。サファイアウエハ−11または定盤12の一方の表面に接着用ワックス(図示せず)を1〜30μｍの厚みで均一に塗布し、熱を加えて両者を接着した後、接着用ワックスを冷却する。次に、一定の厚みまで固定砥石14による研削加工を行う。まずはサファイアウエハー11に砥石14が接触しないような高さから、砥石14を水平に回転または移動ながら少しずつ降下させて行く。砥石14の下端とサファイアウエハー14の表面が接触する瞬間からサファイアウエハー11の一部が除去されて加工が始まる。砥石14はサファイアウエハー11の外周から接触し、その後、順次接触面積が広がって加工が進み、砥石14の位置をさらに低くしていくことでサファイアウエハー11が薄板化されていく。
【０００６】
研削加工は加工レートが非常に速いので加工時間を短縮できる。
【０００７】
その次に、図8に示すように、さらに所定の厚みまで機械研磨を行う。研削加工の終わったサファイアウエハー11を定盤12に貼り付いたまま反転し、ダイヤモンドを含むスラリーを滴下しつつ、回転する銅板41に接触させ、サファイアウエハー11の表面を研磨する。この時定盤12には上側から圧力を掛け、サファイアウエハー11が強く銅盤12に押し付けられるようにする。このようにしてサファイアウエハー表面に生じた研削加工による結晶歪みを除去する。
【０００８】
その後、図9に示すように、さらに所定の厚みまで化学機械研磨を行う。機械研磨の終わったサファイアウエハー11を定盤12に貼り付いたまま反転し、コロイダルシリカからなるスラリーを滴下しつつ、回転する研磨パッド51に接触させ、サファイアウエハー11の表面を仕上げ研磨する。この時定盤12には上側から圧力を掛け、サファイアウエハー11が強く研磨パッド51に押し付けられるようにする。このようにしてサファイアウエハー表面に生じた機械研磨加工による結晶歪みを除去する。
【０００９】
以上のような方法によって厚みが100μｍ以下のサファイアウエハーが製造できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記研削加工方法によれば、特に100μｍ以下の薄いウエハーを製造する場合、研削中にサファイアウエハー外周にチッピングを生じる確率が高くなり、製造歩留まりを著しく低下させていた。ここで、チッピングとはサファイアウエハー外周の端部に生じる欠けのことである。チッピングはそれ自体がサファイアウエハーの形状を損なっているだけでなく、研削加工工程、あるいは、後の研磨加工工程において、チッピングを起点としてクラックや割れを生じ、それによって発生したサファイア片によって同時に加工している他のサファイアウエハーにまで品質上の悪影響を及ぼす。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点に鑑みて本発明は、サファイアウエハーを定盤に接着し、研削、研磨加工して厚みを１００μｍ以下とするようにしたサファイアウエハーの加工方法において、上記サファイアウエハーを定盤に接着した後で、サファイアウエハー側面をダミー材で覆い、かつサファイアウエハー上面を外周から中心に向けて３ｍｍ以上覆うことを特徴とする。
さらに上記サファイアウエハーの側面を厚み方向、周方向ともに全てダミー材で覆うことを特徴とする。
さらに上記ダミー材が接着用ワックスであることを特徴とする。
さらに上記研磨加工する工程が、機械研磨工程および化学機械研磨工程のうちの一方または両方からなることを特徴とする。
さらに一方の主面上に電子素子が形成されたサファイアウエハーを、他方の主面側から薄板化してその厚みを１００μｍ以下とする工程を有する電子装置の製造方法において、上記加工方法を用いて上記サファイアウエハーを薄板化することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１３】
本発明によれば、厚み100μｍ以下の薄いサファイアウエハーを製造する際に、固定砥石による研削加工中に発生するチッピングの発生を低減することができる。
【００１４】
サファイアウエハーを上記研削加工によって加工する場合、図1のように水平に回転または移動する砥石14が、定盤12に接着されたサファイアウエハー11の外周から接触し、その後、順次接触面積が広がって加工が進み、砥石14の位置を低くしていくことでサファイアウエハー11が薄板化される。多くの場合、定盤12も回転し、加工ムラを低減する。最も強い加工負荷がサファイアウエハー11に掛かるのは、砥石14がサファイアウエハー11の外周に接触したその瞬間である。このため、研削加工中にサファイアウエハー11にチッピングを生じるのは、サファイアウエハー11が薄いほどその加工負荷に対して脆くなるためであると考えられる。そこで、本発明によれば、サファイアウエハー11の側面をダミー材13で覆うことで、サファイアウエハー11外周に直接掛かる加工負荷を低減できる。
【００１５】
ダミー材13の材質としては被加工材と同一のサファイアを用いても良いが、その他の材料でも良い。サファイアからなるダミー材を用いると薄板化の加工レートが同一となる利点があるが、外周形状が被加工材と同一のダミー材を作製せねばならず、工程数の大幅な増加となる点では好ましくはない。特に、被加工材の外周形状をダミー材に形成する穴がちょうど同じになるように加工を施すのは大変困難である。炭化珪素、炭化ホウ素やアルミナなどのセラミックス、または、ダイヤモンドのように、サファイアと同程度かそれ以上の硬度を有する材質からなるダミー材も上記と同様のことが言える。
【００１６】
また、加工負荷の低減という意味では、ダミー材はアクリル樹脂、塩化ビニル樹脂のような樹脂系材料でも良い。特に、ロジン樹脂を主成分とする接着用ワックスであれば、高温では軟化、融解し外周を覆う作業が容易になる他、加工中には適度な硬度を有するので好ましい。また、安価に調達できる点でも良い。
【００１７】
ダミー材としての接着用ワックスは、特性がその後の研削、研磨工程に合うものであれば固形でも液体でも良い。例えば、接着力は30kg/cm2以上、好ましくは40kg/cm2以上とするのが良い。また、軟化点は加工中の温度以上であれば外れる心配はないが、45℃以上、好ましくは、48℃以上とするのが良い。また、流動粘度は300cp以上あれば塗布作業に支障を来すことはない。
【００１８】
なお、研削加工に不適な金属材料は、ダミー材としても相応しくない。
【００１９】
被加工材のサファイアウエハーの側面は、厚み方向、周方向ともに全て、ダミー材で確実に覆われていることが望ましく、覆われていない部分があればチッピングを生じ易い。なお、サファイアウエハーの接着面または定盤に塗布される接着用ワックスの厚みはサファイアウエハーに比べて非常に薄いため、はみ出したとしても側面全てを覆うには至らない。また、厚く塗布すると、被加工材の面精度の悪化に繋がる。
【００２０】
次に、本発明の第2の実施形態として、図2のように、サファイアウエハー21の一方の主面上にサファイア以外の材料を用いて形成する電子素子22を有する電子装置2を製造する際に、上記電子素子22を形成した後に上記電子装置2を定盤12に接着し、上記サファイアウエハー21を他方の主面から薄板化し、サファイアウエハー21の厚みを100μｍ以下とすることができる。この場合も、電子装置2を定盤に接着した後に電子装置2の側面をダミー材13で覆えば良い。
【００２１】
以下に、接着用ワックスによりウエハー外周を覆って研削加工を行う工程を含む、厚み100μｍ以下のサファイアウエハーの加工方法について説明する。
【００２２】
まず、図3に示すように、サファイアウエハー11を定盤に接着する。サファイアウエハ−11または定盤12の一方の表面に接着用ワックス（図示せず）を1〜30μｍの厚みで均一に塗布し、熱を加えて両者を接着する。必要に応じてサファイアウエハー11の上から加圧して強固に接着させても良い。
【００２３】
次に、サファイアウエハー１１の側面を接着用ワックス１３で覆う。サファイアウエハー１１と定盤１２が加熱された状態で、接着用ワックス１３を外周付近一帯に塗布する。サファイアウエハー１１の側面を確実に覆うためには、サファイアウエハー１１の上面の一部にも掛かるように塗布し、後でサファイアウエハー１１の上面の接着用ワックス１３を除去すればよい。接着ワックス１３の幅は、サファイアウエハー１１の外周から３mm以上好ましくは５mm以上塗布しておくことが好ましい。サファイアウエハー１１の上面の接着ワックス１３はサファイアウエハーの外周から中心に向けて3mm以上塗布することが重要である。これを冷却し接着ワックス１３を固化させる。
【００２４】
この後の加工は従来技術と同様であるが、まず、図1のように一定の厚みまで固定砥石14による研削加工を行う。サファイアウエハー11に砥石14が接触しないような高さから、砥石14を水平に回転または移動ながら少しずつ降下させて行く。砥石14の下端とサファイアウエハー11の表面が接触する瞬間からサファイアウエハー11の一部が除去されて加工が始まる。砥石14はサファイアウエハー11の外周から接触し、その後、順次接触面積が広がって加工が進み、砥石14の位置をさらに低くしていくことでサファイアウエハー11が薄板化されていく。研削加工は加工レートが非常に速いので加工時間を短縮できる上、ダミー材として側面を覆う接着用ワックス13によってサファイアウエハー11に直接掛かる加工負荷を低減して、チッピングの発生を抑えることができる。
【００２５】
その次に、図4に示すように、さらに所定の厚みまで機械研磨を行う。研削加工の終わったサファイアウエハー11を定盤12に貼り付いたまま反転し、ダイヤモンドを含むスラリーを滴下しつつ、回転する銅板41に接触させ、サファイアウエハー11の表面を研磨する。この時定盤12には上側から圧力を掛け、サファイアウエハー11が強く銅盤12に押し付けられるようにする。このようにしてサファイアウエハー表面に生じた研削加工による結晶歪みを除去する。少なくとも30μｍ以上の厚みを除去すればよい。
【００２６】
ここで、ダミー材としての接着ワックス13が剥離することがあるが、これによって機械研磨中にチッピングが生じることはない。
【００２７】
その後、図5に示すように、さらに所定の厚みまで化学機械研磨を行う。機械研磨の終わったサファイアウエハー11を定盤12に貼り付いたまま反転し、コロイダルシリカからなるスラリーを滴下しつつ、回転する研磨パッド51に接触させ、サファイアウエハー11の表面を仕上げ研磨する。この時定盤12には上側から圧力を掛け、サファイアウエハー11が強く研磨パッド51に押し付けられるようにする。このようにしてサファイアウエハー表面に生じた機械研磨加工による結晶歪みを除去する。少なくとも1μｍ以上除去すれば良く、サファイアウエハー11を鏡面に仕上げることができる。
【００２８】
ここで、ダミー材としての接着ワックス13が剥離することがあるが、これによって化学機械研磨中にチッピングが生じることはない。
【００２９】
次に、第２の実施の形態として挙げた、サファイアウエハーの一方の主面上に電子素子が形成された電子装置の、サファイアウエハーを他方の主面から薄板化する方法について説明する。
【００３０】
まず、図6に示すように、接着用ワックス（図示せず）によりサファイアウエハー21の一方の主面、すなわち、電子素子22が形成された面を定盤12に接着する。ここで、電子素子とはサファイアウエハーを基板として、あるいは、構造体として使用する素子で有れば良く、発光素子、電子走行素子、電力変換素子でも良いし、各種センサーなどでも良い。
【００３１】
その後、電子装置2の側面を確実に覆うため、サファイアウエハー21の他方の主面の一部にも掛かるように接着用ワックス13を塗布する。次に、定盤12を冷却し、接着用ワックス13を固化させた後、サファイアウエハー21の他方の主面の接着用ワックスを除去し、図2のようにする。
【００３２】
その後、上記第１の実施の形態と同様にして研削加工、研磨加工を行って他方の主面側からサファイアウエハー21を薄板化したところ、研削加工の際にチッピングの発生を抑え、製造歩留まりを向上できる。
【００３３】
ここで、上記実施の形態ではダミー材として接着用ワックスを用いたが、ダミー材として機能する他の材質であっても良い。
【００３４】
また、本発明におけるサファイアウエハーは、公知の結晶成長方法を用いて製造したもので良く、EFG法やチョクラルスキー法など種々の方法が挙げられる。サファイアウエハーの面方位もC面(0001)、A面(11-20)、R面(01-12)などの代表的な面である必要はなく、また、それらから若干傾斜させたものであっても良い。
【００３５】
【実施例】
実施例１
以下に、本発明の実施例を挙げる。
【００３６】
本実施例では、厚み500μｍのサファイアウエハーを薄板化して80μｍとした。
【００３７】
まず、図3に示すように、サファイアウエハー11を定盤12に接着した。定盤12をヒーターの上に乗せ130℃に加熱した。定盤12は研削加工、研磨加工に耐えうる強度と表面精度（平面度）を有するセラミック製のものを用いた。その次に、定盤12の一方の表面に接着用ワックス（図示せず）を均一に薄く塗布した。次に、定盤12にサファイアウエハー11を配置し、接着用ワックス中の気泡や未接着部が残らないよう、サファイアウエハー11を加圧した。
【００３８】
次に、図2に示すように、サファイアウエハー11と定盤12が加熱された状態で、接着用ワックス13を外周付近一帯に塗布し、サファイアウエハー11の外周から幅5mmとなるようにした。サファイアウエハー11の側面を確実に覆うため、サファイアウエハー11の上面にも5mm程度掛かるようにした。また、その定盤12を冷却し、接着用ワックス13を固化させた後、サファイアウエハー11の上面の接着用ワックスを除去し、図1のようにした。
【００３９】
この後、図1に示すように固定砥石14による研削加工によって、サファイアウエハー11の厚みを150μｍとした。研削レートは100μｍ/hとしたので、研削加工に要した時間は4分以内であった。また、サファイアウエハー11の側面の接着用ワックス13によってサファイアウエハー11に直接掛かる加工負荷を低減して、チッピングの発生を抑えることができた。この場合のチッピングの発生率と外周を接着用ワックスで覆わない場合をと比べると表１のようになり、製造歩留まりを大きく向上できた。
【００４０】
【表１】
0003904943.tif 000002
【００４１】
その次に、図4に示すように、銅盤41上でダイヤモンドを含むスラリーによって機械研磨を行い、3時間掛けて厚みを90μｍとした。研磨レートは20μｍ/hであった。
【００４２】
その後、図5に示すように、研磨布パッド51上でコロイダルシリカを用いた化学機械研磨を行い、2時間掛けて厚みを80μｍとした。研磨レートは5μｍ/hであった。
【００４３】
ここで、本実施例で実際に研磨加工を行ったのは、機械研磨工程、化学機械研磨工程を含め70μｍである。研削加工の時間を含め、薄板化加工に要した時間は約７時間であり、従来技術のように約420μｍを全て化学機械研磨した場合の84時間に比べ、相当量の時間を削減できた。また、仕上げ加工を化学機械研磨加工としたので、表面の面粗さや最表面の結晶歪みに問題は無かった。
【００４４】
以上のようにして、厚さ80μｍのサファイアウエハーを製造することができた。
【００４５】
実施例２
厚み500μｍのサファイアウエハー21の一方の主面上に電子素子22が形成された電子装置2の、サファイアウエハー21を80μｍまで薄板化した。
【００４６】
まず、図6に示すように、上記一方の主面、すなわち、電子素子22が形成された面を定盤12に接着し、上記実施例１と同様にしてその側面を接着ワックスにより覆った。その後、上記実施例１と同様にして研削加工、研磨加工を行って他方の主面側からサファイアウエハー21を薄板化したところ、研削加工の際にチッピングの発生率は実施例１と同様、表1のようになり、製造歩留まりを向上できた。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、厚み100μｍ以下のサファイアウエハーを製造する際に、研削加工時のチッピングの発生を抑制することで製造歩留まりを向上し、かつ、サファイアウエハーの薄板化に要する時間を削減できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサファイアウエハーの製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の電子装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明のサファイアウエハーの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明のサファイアウエハーの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明のサファイアウエハーの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の電子装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】従来のサファイアウエハーの製造方法を示す断面図である。
【図８】従来のサファイアウエハーの製造方法を示す断面図である。
【図９】従来のサファイアウエハーの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
11サファイア基板
12 定盤
13 ダミー材
固定砥石
【図１】
0003904943.tif 000003
【図２】
0003904943.tif 000004
【図３】
0003904943.tif 000005
【図４】
0003904943.tif 000006
【図５】
0003904943.tif 000007
【図６】
0003904943.tif 000008
【図７】
0003904943.tif 000009
【図８】
0003904943.tif 000010
【図９】
0003904943.tif 000011