(57)【要約】【課題】本発明の課題は、機能層を積層するウエーハとして硬度が高い基板を採用した場合であっても、個々に分離されるデバイスを薄くすることができるウエーハの加工方法を提供することにある。【解決手段】本発明によるウエーハの加工方法は、基板の上面にバッファー層を介して機能層が積層され分割予定ラインによって区画されたデバイスを表面に備えたウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、分割予定ラインに沿って少なくとも機能層を切断する切断工程と、ウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、基板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バッファー層に位置付けて照射しバッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、該基板を機能層から剥離してデバイス毎に分離する基板剥離工程と、から少なくとも構成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面にバッファー層を介して機能層が積層され分割予定ラインによって区画されたデバイスを表面に備えたウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、
分割予定ラインに沿って少なくとも機能層を切断する切断工程と、
ウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、
基板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バッファー層に位置付けて照射しバッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該基板を該機能層から剥離してデバイス毎に分離する基板剥離工程と、
から少なくとも構成されるウエーハの加工方法。
【請求項２】
該保護部材配設工程において、該ウエーハを収容する開口部を有するフレームの該開口部に該ウエーハを収容すると共に粘着テープで該ウエーハの表面とフレームの外周とを貼着し、該粘着テープを介して該ウエーハをフレームに支持することで該ウエーハの表面に保護部材を配設し、
該基板剥離工程の後、該粘着テープを拡張して各デバイスの間隔を拡張しデバイスを粘着テープからピックアップするピックアップ工程が含まれる請求項１に記載のウエーハの加工方法。
【請求項３】
該切断工程は、切削ブレードによる切断、レーザー光線による切断、プラズマエッチングによる切断、ウエットエッチングによる切断のいずれかを含む、請求項１、又は２に記載のウエーハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に機能層が形成された薄板状のウエーハを、個々のデバイス毎に分離するウエーハの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板、ＳｉＣ基板の上面に、バッファー層を介してｎ型半導体層、ｐ型半導体層からなる機能層（発光層：ｅｐｉ層ともいう）が分割予定ラインによって区画された発光デバイスが表面に形成されたウエーハ、又は、該基板の上面にバッファー層を介してＧａＮ半導体層からなる機能層が積層され分割予定ラインによって区画されパワーデバイスが表面に形成されたウエーハは、レーザー加工装置等の分割装置によって、分割予定ラインに沿って切断されて個々の発光デバイス、パワーデバイスに分割され、各種照明機器、あるいは、テレビ等の電気機器に利用される。
【０００３】
上記各デバイスは、携帯電話、通信機能を備えた腕時計等に利用されるものであり、各装置の更なる小型化、軽量化のために、その厚みをより薄くする技術が望まれている。ウエーハからデバイスを分離して製造するに際し、薄くする技術としては、先ダイシングと称される技術が既に提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
この技術は、分割予定ラインに沿って、デバイスの仕上がり厚みに相当する深さの溝を先に形成し、その後、ウエーハの表面に保護部材を配設してウエーハの裏面を研削して該溝を裏面に露出させてウエーハを個々のデバイスに分割する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０４０５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の技術は、ウエーハの裏面を研削することによりデバイスを薄くする技術であるが、硬度が固いウエーハ、例えば、サファイア、ＳｉＣ基板を採用した場合は、ウエーハの裏面を研削することが困難であり、当該先ダイシングの技術を採用して分離されるデバイスを薄くすることが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、機能層を積層するウエーハとして硬度が高い基板を採用した場合であっても、個々に分離されるデバイスを薄くすることができるウエーハの加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、基板の上面にバッファー層を介して機能層が積層され分割予定ラインによって区画されたデバイスを表面に備えたウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、分割予定ラインに沿って少なくとも機能層を切断する切断工程と、ウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、基板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バッファー層に位置付けて照射しバッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、該基板を機能層から剥離してデバイス毎に分離する基板剥離工程と、から少なくとも構成されるウエーハの加工方法が提供される。
【０００９】
また、該保護部材配設工程において、該ウエーハを収容する開口部を有するフレームの該開口部に該ウエーハを収容すると共に粘着テープで該ウエーハの表面とフレームの外周とを貼着し、該粘着テープを介して該ウエーハをフレームに支持することで該ウエーハの表面に保護部材を配設し、該基板剥離工程の後、該粘着テープを拡張して各デバイスの間隔を拡張しデバイスを粘着テープからピックアップするピックアップ工程が含まれるように構成することができる。
【００１０】
さらに、該切断工程としては、切削ブレードによる切断、レーザー光線による切断、プラズマエッチングによる切断、ウエットエッチングによる切断のいずれかを含むことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるウエーハの加工方法によれば、基板の上面にバッファー層を介して機能層が積層され分割予定ラインによって区画されたデバイスを表面に備えたウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、分割予定ラインに沿って少なくとも機能層を切断する切断工程と、ウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、基板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バッファー層に位置付けて照射しバッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、該基板を機能層から剥離してデバイス毎に分離する基板剥離工程と、から少なくとも構成されることにより、硬度が高い基板、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板を採用して形成した機能層から構成されるデバイスを分離する際に、各基板を研削することなく機能層から剥離することができ、その結果、極めて薄いデバイスを形成することが可能となる。
【００１２】
また、機能層から基板を研削することなく剥離させるため、剥離した基板は機能層を形成するための基板として再利用することが可能であり、経済的にも有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のウエーハの加工方法によって加工される被加工物としての光デバイスウエーハの斜視図、及び要部拡大断面図。
【図２】本発明において実施される切削工程を説明する説明図。
【図３】本発明において実施される保護部材配設工程を説明する説明図。
【図４】本発明において実施されるバッファー層破壊工程を説明する説明図。
【図５】本発明において実施される基板剥離工程を説明する説明図。
【図６】本発明において実施されるピックアップ工程を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に従って実施されるウエーハの加工方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）には、被加工物としての光デバイスウエーハの斜視図、及び要部拡大断面図が示されている。図１（ａ）、（ｂ）に示す光デバイスウエーハ１０は、略円板形状であるサファイアからなるエピタキシー基板１１の表面にｎ型窒化ガリウム半導体層、及びｐ型窒化ガリウム半導体層からなる光デバイス層１２がエピタキシャル成長法によって形成されている。
【００１５】
エピタキシー基板１１の表面にエピタキシャル成長法によってｎ型窒化ガリウム半導体層、及びｐ型窒化ガリウム半導体層からなる光デバイス層１２を積層する際に、エピタキシー基板１１の表面と光デバイス層１２の間には、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる、厚みが例えば１μｍのバッファー層１３が形成されている。このように構成された光デバイスウエーハ１０は、図示の実施形態においては、光デバイス層１２の厚みが例えば５μｍに形成される。なお、該光デバイス層１２には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、格子形状に形成された複数の分割予定ライン２１によって区画された複数の領域にデバイス２２が形成されている。
【００１６】
以下、この光デバイスウエーハ１０を分割予定ライン２１に沿って個々のデバイス２２に分割するウエーハの加工方法をより具体的に説明する。
【００１７】
（切断工程）
先ず、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、所定の厚みを有する切削ブレードによって該光デバイスウエーハ１０の表面側から分割予定ライン２１に沿って、機能層として形成されている少なくとも光デバイス層１２の厚さに相当する深さの切削溝２１ａを形成し、光デバイス層１２を切断する。
【００１８】
図２（ａ）に示す切削装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１に保持された被加工物を切削する切削手段３２と、該チャックテーブル３１に保持された被加工物を撮像する撮像手段３３を具備している。チャックテーブル３１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない切削送り手段によって図２（ａ）において矢印Ｘで示す切削送り方向に移動させられるようになっている。
【００１９】
上記切削手段３２は、実質上水平に配置されたスピンドルハウジング３２１と、該スピンドルハウジング３２１に回転自在に支持された回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２の先端部に装着された環状の切れ刃３２３ａを備えた切削ブレード３２３を含んでおり、回転スピンドル３２２がスピンドルハウジング３２１内に配設された図示しないサーボモーターによって矢印３２２ａで示す方向に回転させられるようになっている。上記撮像手段３３は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送り、光デバイスウエーハ１０に形成された分割予定ライン２１と、切削ブレード３２３との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、切削領域のアライメントを遂行する。
【００２０】
以上のようにしてアライメントが実施されたならば、光デバイスウエーハ１０を保持したチャックテーブル３１を切削加工領域の切削開始位置に移動し、切削ブレード３２３を下方に切り込み送りすると共に、切削ブレード３２３を所定の回転速度で回転させ、チャックテーブル３１を矢印Ｘで示す方向に所定の切削送り速度で移動させて、Ｘ軸方向における切削終了位置まで移動させることにより切削溝２１ａが形成され（切削溝形成工程）、チャックテーブル３１の移動を停止させる。そして、切削ブレード３２３を上昇させると共に、矢印Ｙで示す方向（割り出し送り方向）にチャックテーブル３１を割り出し送りし、次に切削すべき分割予定ライン２１を切削ブレード３２３と対応する位置に位置付けて、上述した切削溝形成工程を実施する。そして、上述した切削溝形成工程を該光デバイスウエーハ１０に形成された全ての分割予定ライン２１に対して実施する（図２（ｃ）を参照）。なお、当実施形態においては、光デバイス層１２に加え、バッファー層１３も同時に切断されるように、その切削深さが設定されている。以上で、切断工程が終了する。
【００２１】
（保護部材配設工程）
上述した光デバイスウエーハ１０に対する切断工程を実施したならば、光デバイスウエーハ１０の光デバイス層１２が形成された表面側に保護部材としての粘着テープＴを貼着する保護部材配設工程を実施する。即ち、図３に示すように、環状のフレームＦの内側開口部を覆うように外周部が装着された保護部材としての粘着テープＴの表面に、上述した光デバイスウエーハ１０の表面、即ち光デバイス層１２側を貼着し、保護部材配設工程が終了する。よって、粘着テープＴ上に貼着された光デバイスウエーハ１０は、裏面側、即ちエピタキシー基板１１側が上側となる。
【００２２】
（バッファー層破壊工程）
保護部材配設工程が終了したならば、図４に示すような、レーザー光線照射手段４を備えたレーザー加工装置を用いてバッファー層破壊工程を実施する。なお、該レーザー加工装置も周知のレーザー加工装置を用いることができ、本発明の要部を構成しないため、全体構造、及びその詳細についてはその説明を省略する。
【００２３】
図４に示すバッファー層破壊工程を実施するためには、該レーザー加工装置が備えたチャックテーブル（図示省略）上に、上記保護部材配設工程が実施された光デバイスウエーハ１０の粘着テープＴ側を載置する。そして図示しない吸引手段を作動することにより、粘着テープＴを介して、光デバイスウエーハ１０をチャックテーブル上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。なお、図４（ａ）においては省いて示しているが、環状のフレームＦは、チャックテーブルに配設された適宜のフレーム保持部材によって保持されている。
【００２４】
上述したように、ウエーハ保持工程が実施されたならば、光デバイスウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブルをレーザー加工装置の加工領域に移動し、図４（ａ）に示すように、レーザー光線照射手段４の集光器４１の直下に位置付ける。そして、図４（ｂ）に示すように、図示しない制御手段からの制御信号により、レーザー光線照射手段４を作動して、光デバイスウエーハ１０のエピタキシー基板１１側からバッファー層１３に対して、エピタキシー基板１１を構成するサファイアに対しては透過性を有し、バッファー層１３を構成する窒化ガリウム（ＧａＮ）に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層１３を破壊するレーザー光線の照射を行う。この際、レーザー光線を照射しながら、チャックテーブルを矢印Ｘで示す加工送り方向、及び、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させて、集光器４１から照射されるパルスレーザー光線のスポットが、光デバイスウエーハ１０のバッファー層１３の全面に照射されるように制御される（レーザー光線照射工程）。この結果、光デバイス層１２とエピタキシー基板１１との間に形成されたバッファー層１３が全域で破壊され、バッファー層１３によるエピタキシー基板１１と光デバイス層１２との結合機能が喪失する。
【００２５】
上記レーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源                  ：ＤＰＳＳレーザー（ダイオード励起固体レーザー）
波長                  ：２６６ｎｍ
繰り返し周波数        ：５０ｋＨｚ
出力                  ：０．２Ｗ
スポット径            ：φ５０μｍ
パルス幅              ：１０ｐｓ
送り速度              ：１０００ｍｍ／ｓ
【００２６】
（基板剥離工程）
上述したバッファー層破壊工程が実施されたならば、次に光デバイスウエーハ１０のエピタキシー基板１１を剥離する基板剥離工程を実施する（図５を参照）。先ず、バッファー層破壊工程が終了したら、該光デバイスウエーハ１０が載置されたチャックテーブルを剥離機構５が配設された剥離位置に移動し、該チャックテーブルに保持されている光デバイスウエーハ１０を支持手段５２に支持された吸着手段５１の直下に位置付けて該吸着手段５１を下降させる。そして、エピタキシー基板１１に吸引通路５１１を介して支持された吸引パッド５１２ａ〜５１２ｃを接触させる。吸引パッド５１２ａ〜５１２ｃがエピタキシー基板１１の裏面に接触したら、図示しない吸引手段を作動させて該支持手段５２、及び吸引通路５１１を介して負圧を作用させて該吸引パッド５１２ａ〜５１２ｃによってエピタキシー基板１１の裏面を吸着する。エピタキシー基板１１を該吸引パッド５１２ａ〜５１２ｃで吸着したならば、図５に示しているように該エピタキシー基板１１を吸着した吸引パッド５１２ａ〜５１２ｃをエピタキシー基板１１から離反する方向、即ち上方に移動してエピタキシー基板１１を光デバイス層１２から剥離して基板剥離工程が終了する。この基板剥離工程が終了したら、図示しないエピタキシー基板収容容器に、剥離したエピタキシー基板１１を収容し、チャックテーブル上に載置された粘着テープＴ上には、エピタキシー基板１１に積層されていた複数のデバイス２２が個々に分離されて保持された状態となる。なお、上記バッファー層破壊工程が実施され、当該基板剥離工程が実施されるまでの間に光デバイスウエーハ１０のバッファー層１３に対する加熱、冷却工程を挟むことにより、より基板剥離工程を確実に実施することができる。
【００２７】
（ピックアップ工程）
上記基板剥離工程が終了すると、該デバイス２２を粘着テープＴからピックアップするピックアップ工程を実施する。該ピックアップ工程は、図６にその一部を示すピックアップ装置６にて実施されるものであり、該ピックアップ装置６は、フレーム保持部材６１と、その上面部に環状のフレームＦを載置して該環状のフレームＦを保持するクランプ６２と、該クランプ６２により保持された環状のフレームＦに装着された粘着テープＴと共に上面に保持された個々のデバイス２２を拡張するための少なくとも上方が開口した円筒形状からなる拡張ドラム６３とを備えている。フレーム保持部材６１は、拡張ドラム６３を囲むように設置された複数のエアシリンダ６２３ａと、エアシリンダ６２３ａから延びるピストンロッド６２３ｂとから構成される支持手段６２３により昇降可能に支持されている。
【００２８】
該拡張ドラム６３は、環状のフレームＦの内径よりも小さく、環状のフレームＦのフレームＦに装着された粘着テープＴに貼着されている光デバイスウエーハ１０の外径よりも大きく設定されている。ここで、図６に示すように、分離装置６は、フレーム保持部材６１と、拡張ドラム６３の上面部が略同一の高さになる位置（点線で示す）と、支持手段６２３の作用によりフレーム保持部材６１が下降させられ、拡張ドラム６３の上端部が、フレーム保持部材６１の上端部よりも高くなる位置（実線で示す）とすることができる。
【００２９】
上記フレーム保持部材６１を下降させて、拡張ドラム６３の上端を、点線で示す位置から、実線で示すフレーム保持部材６１よりも高い位置となるように相対的に変化させると、環状のフレームＦに装着された粘着テープＴは拡張ドラム６３の上端縁に接して拡張させられる。この結果、粘着テープＴに貼着されている光デバイスウエーハ１０には放射状に引張力が作用するため、既に分割されている個々のデバイス２２同士の間隔が広げられる。そして、個々のデバイス２２同士の間隔が広げられた状態で、ピックアップコレット６４を作動させてすでに分割されているデバイス２２を吸着し、粘着テープＴから剥離してピックアップし、図示しない収容トレーに搬送する。以上により、ピックアップ工程が終了し、本発明によるウエーハの加工方法が完了する。なお、上記説明では、切断工程において、光デバイス層１２に加えてバッファー層１３も同時に切断するようにしたが、必ずしもこれに限定されない。切断工程においては、少なくとも光デバイス層１２が切断されるように切削深さが設定されていればよく、バッファー層１３が切断工程において完全に切断されずに残存する場合は、このピックアップ工程において粘着テープＴが拡張された際に完全に分離される。
【００３０】
本発明によるウエーハの加工方法は、上記実施形態に記載した具体的な構成に限定されない。上記実施形態では、サファイアにより形成されるエピタキシー基板に機能層（光デバイス）を形成したウエーハを加工する例に従い説明したが、例えば、ＳｉＣ基板に機能層（パワーデバイス）を形成した半導体ウエーハを加工する場合にも本発明を適用することが可能である。また、上記説明では、硬度が高い基板に対して加工する場合に本発明が有効である旨説明したが、必ずしも硬度が高い基板に対して加工する場合に限定されるものではなく、硬度が低い基板に対して本発明を適用しても、従来技術に比較して、厚みの薄いデバイスを容易に製造することが可能となり、上記した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３１】
また、上記実施形態では、切断工程を実施する具体的な手段として、切削ブレードを用いて分割予定ラインに沿って切削溝を形成するように説明したが、これに限定されない。切削溝を形成する手段としては、レーザー光線を用いて切断すること、プラズマエッチングを用いて切断すること、ウエットエッチングを用いて切断すること等、いずれの切断手段も選択することができる。
【００３２】
さらに、上記実施形態では、保護部材配設工程において、ウエーハを収容する開口部を有するフレームの開口部にウエーハを収容すると共に粘着テープでウエーハの表面とフレームの外周とを貼着し、粘着テープを介してウエーハをフレームに支持することでウエーハの表面に保護部材を配設することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、単にウエーハと同一形状をなす保護部材としてのテープをウエーハの表面に貼着すること、あるいは樹脂等をウエーハの表面にコーティングすることにより保護部材を配設することとしてもよい。
【００３３】
上記したように、本発明によれば、バッファー層を介して機能層を形成した基板側をバッファー層破壊工程、基板剥離工程を実施することにより略完全に除去することが可能であるため、先ダイシングにより形成されるデバイスに比して、機能層のみにより形成される極めて薄いデバイスを得ることができ、携帯電話、通信機能を備えた腕時計等に利用されることで、各装置の更なる小型化、軽量化に寄与することが可能となる。また、機能層から基板を研削することなく剥離させるため、剥離した基板は機能層を形成するための基板として再利用することが可能であり、経済的にも有利となる。
【符号の説明】
【００３４】
３：切削装置
３１：チャックテーブル
３２：切削手段
３３：撮像手段
４：レーザー光線照射手段
４１：集光器
５：剥離機構
５１：吸着手段
５２：支持手段
６：分離装置
６１：フレーム保持部材
６２：クランプ
６３：拡張ドラム
６４：ピックアップコレット
１０：光デバイスウエーハ
１１：エピタキシー基板
１２：光デバイス層
１３：バッファー層
２１：分割予定ライン
２２：デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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