JP6665026B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の硬度が高い材料から形成されたウエーハを比較的容易に研削することができる研削装置に関する。

ＩＣやＬＳＩ、ＳＡＷデバイス、ＬＥＤ、パワーデバイス等のデバイスは、分割予定ラインで複数の領域に区画されてウエーハの表面に形成される。デバイスが形成されたウエーハは、研削装置によって裏面が研削され所定の厚みに薄化された後、切削装置や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る。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ている。

一般に研削装置は、ウエーハを保持する回転可能なチャックテーブルを含む保持手段と、チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石が環状に配置された回転可能な研削ホイールを含む研削手段とを備える。そして研削装置によってウエーハの裏面を研削してウエーハを所望の厚みに薄化することができる（たとえば特許文献１参照。）。

特開２０１１−２０６８６７号公報

パワーデバイスが形成されるウエーハの素材となる炭化ケイ素（ＳｉＣ）やＬＥＤが形成されるウエーハの素材となるサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等は硬度が高いため、炭化ケイ素製ウエーハ又はサファイア製ウエーハを研削装置によって研削すると、相当の時間がかかると共に研削砥石の摩耗が激しく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、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の硬度が高い材料から形成されたウエーハを比較的容易に研削することができる研削装置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、以下の研削装置である。すなわち、ウエーハを保持する回転可能なチャックテーブルを含む保持手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石が環状に配置された回転可能な研削ホイールを含む研削手段と、該研削砥石の径方向外方においてウエーハの被研削面にレーザー光線を照射して該被研削面を粗面に加工するレーザー光線照射手段と、該研削砥石がウエーハの中心を通ると共にレーザー光線の集光点がウエーハの中心から離れた第１の位置、及び該研削砥石がウエーハの中心から離れると共にレーザー光線の集光点がウエーハの中心に接近した第２の位置の間において、該研削ホイール及びレーザー光線の集光点と該チャックテーブルとを相対的に往復させる移動手段とを備える研削装置である。

好ましくは、該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したパルスレーザー光線を複数の光路に分岐する分岐手段と、該分岐手段によって複数の光路に分岐されたパルスレーザー光線のそれぞれを集光する複数の集光レンズとを含む。

本発明が提供する研削装置では、研削砥石がウエーハの中心を通ると共にレーザー光線の集光点がウエーハの中心から離れた第１の位置、及び研削砥石がウエーハの中心から離れると共にレーザー光線の集光点がウエーハの中心に接近した第２の位置の間において、研削ホイール及びレーザー光線の集光点とチャックテーブルとを相対的に移動手段によって往復させつつ、レーザー光線の照射によりウエーハの被研削面を粗面に加工しながら、研削手段によりウエーハの被研削面を研削するので、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の硬度が高い材料からウエーハが形成されていても比較的容易にウエーハを研削することができる。

本発明に従って構成された研削装置の斜視図。 図１に示す保持手段の拡大斜視図（蛇腹状カバーを除去した状態）。 図１に示す研削手段及びレーザー光線照射手段の拡大斜視図。 図１に示すレーザー光線照射手段の構成を示す模式図。 ウエーハの斜視図。 図１に示す研削装置によって研削加工を実施している状態を示す斜視図。

以下、本発明に従って構成された研削装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示す研削装置２は、基台４と、保持手段６と、保持手段６をＸ方向に移動させるＸ方向移動手段８（図２参照。）と、研削手段１０と、研削手段１０をＺ方向に移動させるＺ方向移動手段１２と、レーザー光線照射手段１４と、制御手段（図示していない。）とを備える。基台４は、全体として直方体状の主部１６と、主部１６の片端部から上方に延びる矩形状の装着壁１８とを含む。なお、Ｘ方向は図１に矢印Ｘで示す方向であり、Ｚ方向は図１に矢印Ｚで示す上下方向であってＸ方向に直交する方向である。また図１には、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向を矢印Ｙで示している。Ｘ方向及びＹ方向が規定するＸＹ平面は実質上水平であり、Ｘ方向及びＺ方向が規定するＸＺ平面並びにＹ方向及びＺ方向が規定するＹＺ平面はそれぞれ実質上鉛直である。

図２に示すとおり、保持手段６は、Ｘ方向において移動自在に基台４の主部１６に搭載された矩形状のＸ方向可動板２０と、Ｘ方向可動板２０の上面に固定された円筒状の支柱２２と、支柱２２の上端に固定された矩形状のカバー板２４とを含む。カバー板２４には円形開口２４ａが形成されていて、円形開口２４ａを通って上方に延びる円形状のチャックテーブル２６が支柱２２の上端に回転可能に搭載されている。チャックテーブル２６は、支柱２２に内蔵された回転手段（図示していない。）によって回転される。チャックテーブル２６の上面には、多孔質材料から形成され実質上水平に延在する円形状の吸着チャック２８が配置されている。吸着チャック２８は、支柱２２を通る流路によって吸引手段（図示していない。）に接続されている。

Ｘ方向移動手段８は、基台４の主部１６上においてＸ方向に延びるボールねじ３０と、ボールねじ３０の片端部に連結されたモータ３２とを含む。ボールねじ３０のナット部（図示していない。）は、Ｘ方向可動板２０の下面に固定されている。そしてＸ方向移動手段８は、ボールねじ３０によりモータ３２の回転運動を直線運動に変換してＸ方向可動板２０に伝達し、基台４の主部１６上の案内レール１６ａに沿ってＸ方向可動板２０をＸ方向に進退させる。図示の実施形態では図１に示すとおり、Ｘ方向移動手段８は、Ｘ方向可動板２０のＸ方向片側及び他側において伸縮自在な蛇腹状カバー３４によって覆われている。

図１及び図３を参照して説明する。図１に示すとおり、研削手段１０は、Ｚ方向において移動自在に基台４の装着壁１８に装着された矩形状のＺ方向可動板３６と、Ｚ方向可動板３６の外面からＸ方向に突出する支持具３８とを含む。支持具３８の上面にはモータ４０が搭載されている。支持具３８の下面には、Ｚ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング４２が支持されている。スピンドルハウジング４２には、Ｚ方向に延びる円柱状のスピンドル４４が回転自在に支持されている。スピンドル４４の上端はモータ４０に連結されている。図３に示すとおり、スピンドル４４の下端には、円盤状のホイールマウント４６が固定されている。ホイールマウント４６の下面にはボルト４８によって環状の研削ホイール５０が固定されている。研削ホイール５０の下面の外周縁部には、周方向に間隔をおいて環状に配置された複数の研削砥石５２が固定されている。

図１に示すとおり、Ｚ方向移動手段１２は、基台４の装着壁１８に沿ってＺ方向に延びるボールねじ５４と、ボールねじ５４の片端部に連結されたモータ５６とを含む。ボールねじ５４のナット部（図示していない。）は、Ｚ方向可動板３６の内面に固定されている。そしてＺ方向移動手段１２は、ボールねじ５４によりモータ５６の回転運動を直線運動に変換してＺ方向可動板３６に伝達し、装着壁１８の案内レール１８ａに沿ってＺ方向可動板３６をＺ方向に進退させる。

図示の実施形態では図４に示すとおり、レーザー光線照射手段１４は、パルスレーザー光線ＬＢを発振する発振器５８と、発振器５８が発振したパルスレーザー光線ＬＢを複数の光路に分岐する分岐手段６０と、分岐手段６０によって複数の光路に分岐されたパルスレーザー光線ＬＢのそれぞれを集光する複数の集光レンズ６２と、集光点位置調整手段（図示していない。）とを含む。各集光レンズ６２は、支持具３８の突出端に付設された枠体６４の下端部において、同一のＸＹ平面内にＹ方向に間隔をおいて配列されている。なお、各集光レンズ６２の配列方向は任意の方向（たとえばＸ方向）でよい。

コンピュータから構成される制御手段は、Ｘ方向移動手段８、研削手段１０、Ｚ方向移動手段１２及びレーザー光線照射手段１４に電気的に接続され、Ｘ方向移動手段８、研削手段１０、Ｚ方向移動手段１２及びレーザー光線照射手段１４の作動を制御する。

図５に示す円盤状のウエーハ６６は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）又はリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）等から形成され得る。ウエーハ６６の表面６６ａは、格子状の分割予定ライン６８によって複数の矩形領域に区画され、複数の矩形領域のそれぞれにはデバイス７０が形成されている。ウエーハ６６の周縁には、結晶方位を示すノッチ７２が形成されている。

研削装置２を用いてウエーハ６６を加工する際は、まず、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の樹脂材料から形成され得る円形状の保護部材７４をウエーハ６６の表面６６ａに貼り付ける。次いで、吸着チャック２８の上面に裏面６６ｂを上側としてウエーハ６６を載せる。次いで、吸引手段を作動させることにより吸着チャック２８の上面に負圧を発生させ、ウエーハ６６の表面６６ａ側（保護部材７４側）を吸着チャック２８の上面に吸着させる。次いで、研削手段１０及びレーザー光線照射手段１４の下方にＸ方向移動手段８によってチャックテーブル２６を移動させる。次いで、集光点位置調整手段によってパルスレーザー光線ＬＢの各集光点Ｐをウエーハ６６の裏面６６ｂに位置づける。

次いで、図６（ａ）に示す第１の位置及び図６（ｂ）に示す第２の位置の間において、Ｘ方向移動手段８によってチャックテーブル２６を所定の移動速度で往復させる。図６（ａ）に示すとおり、第１の位置では、研削砥石５２がウエーハ６６の中心Ｏを通ると共にパルスレーザー光線ＬＢの各集光点Ｐが中心Ｏから離れている。第１の位置において研削砥石５２の外周縁は、中心Ｏを越えて中心Ｏよりも図６において若干左側に位置するのが好ましい。図６（ｂ）に示すとおり、第２の位置では、研削砥石５２が中心Ｏから離れると共に、図示の実施形態ではパルスレーザー光線ＬＢの各集光点Ｐが、中心Ｏを通るＹ方向に平行な直線上に位置する。なお、第２の位置におけるパルスレーザー光線ＬＢの各集光点Ｐは、第１の位置と比較して中心Ｏに接近していればよく、中心Ｏを通るＹ方向に平行な直線上に位置していなくてもよい。

そして、第１の位置と第２の位置との間において、Ｘ方向移動手段８によってチャックテーブル２６を往復させつつ研削加工を実施する。研削加工では、まず、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば６０００ｒｐｍ）でスピンドル４４をモータ４０によって回転させる。また、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば３００ｒｐｍ）でチャックテーブル２６を回転手段によって回転させる。次いで、Ｚ方向移動手段１２によってＺ方向可動板３６と共にスピンドル４４を下降させ、被研削面であるウエーハ６６の裏面６６ｂに研削砥石５２を接触させる。裏面６６ｂに研削砥石５２を接触させた後は所定の研削送り速度（たとえば０．１μｍ／ｓ）でスピンドル４４を下降させる。これによって、ウエーハ６６の裏面６６ｂを研削してウエーハ６６を薄化することができる。

研削加工の際は、レーザー光線照射手段１４を作動させ、研削砥石５２の径方向外方においてウエーハ６６の裏面６６ｂにパルスレーザー光線ＬＢを照射して、アブレーションによって裏面６６ｂを粗面に加工する。パルスレーザー光線ＬＢの照射は、たとえば以下の条件で実施することができる。なお、下記波長の数値における括弧内の記載は、ウエーハ６６の材質を示している。
波長 ：１０６４ｎｍ（炭化ケイ素製又はシリコン製の場合）
：３５５ｎｍ（サファイア製又はリチウムタンタレート製の場合）
：５３２ｎｍ（リチウムナイオベート製の場合）
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
平均出力 ：５Ｗ
集光スポット径：φ３〜５０μｍ

研削装置２では、研削砥石５２がウエーハ６６の中心Ｏを通ると共にパルスレーザー光線ＬＢの各集光点Ｐが中心Ｏから離れた第１の位置、及び研削砥石５２が中心Ｏから離れると共にパルスレーザー光線ＬＢの各集光点Ｐが中心Ｏに接近した第２の位置の間において、Ｘ方向移動手段８によってチャックテーブル２６を往復させつつ、パルスレーザー光線ＬＢの照射によりウエーハ６６の裏面６６ｂ（被研削面）を粗面に加工しながら、研削手段１０によりウエーハ６６の裏面６６ｂを研削するので、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の硬度が高い材料からウエーハ６６が形成されていても比較的容易にウエーハ６６を研削することができる。なお、パルスレーザー光線ＬＢはできる限りウエーハ６６の裏面６６ｂの広範囲にわたって照射されることが望ましいが、ウエーハ６６の裏面６６ｂの全範囲にわたって照射されていなくても研削性の向上が図られる。

図示の実施形態ではレーザー光線照射手段１４が、パルスレーザー光線ＬＢを複数の光路に分岐する分岐手段６０と、分岐手段６０によって複数の光路に分岐されたパルスレーザー光線ＬＢのそれぞれを集光する複数の集光レンズ６２とを含むので、第１の位置と第２の位置との間の距離が比較的近い場合でも、Ｘ方向において往復し、かつＺ方向に延びる軸線を中心として回転しているウエーハ６６の広範囲にわたって効率よくパルスレーザー光線ＬＢを照射することができる。第２の位置においては、第１の位置と比較して研削手段１０によってウエーハ６６を研削する研削領域が狭くなるが、第１の位置と第２の位置との間の距離が比較的近い場合には、第２の位置に移動することによる研削領域の減少が抑制され、効率よくウエーハ６６を研削することができる。

なお図示の実施形態では、レーザー光線照射手段１４が分岐手段６０及び複数の集光レンズ６２を含む例を説明したが、レーザー光線照射手段１４が分岐手段６０を備えず、かつ集光レンズ６２が１個であってもよい。集光レンズ６２が１個である場合には、パルスレーザー光線ＬＢの集光点Ｐが、第１の位置においてウエーハ６６の周縁部に位置すると共に、第２の位置において中心Ｏに位置するのが好ましい。これによって、Ｘ方向において往復し、かつＺ方向に延びる軸線を中心として回転しているウエーハ６６の広範囲にわたって効率よくパルスレーザー光線ＬＢを照射して、アブレーションによりウエーハ６６の被研削面の広範囲を粗面に加工することができ、したがって研削性の向上が図られる。

２：研削装置
６：保持手段
８：Ｘ方向移動手段
１０：研削手段
１４：レーザー光線照射手段
２６：チャックテーブル
５０：研削ホイール
５２：研削砥石
６６：ウエーハ

Claims (2)

1. ウエーハを保持する回転可能なチャックテーブルを含む保持手段と、
   該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石が環状に配置された回転可能な研削ホイールを含む研削手段と、
   該研削砥石の径方向外方においてウエーハの被研削面にレーザー光線を照射して該被研削面を粗面に加工するレーザー光線照射手段と、
   該研削砥石がウエーハの中心を通ると共にレーザー光線の集光点がウエーハの中心から離れた第１の位置、及び該研削砥石がウエーハの中心から離れると共にレーザー光線の集光点がウエーハの中心に接近した第２の位置の間において、該研削ホイール及びレーザー光線の集光点と該チャックテーブルとを相対的に往復させる移動手段とを備える研削装置。
2. 該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したパルスレーザー光線を複数の光路に分岐する分岐手段と、該分岐手段によって複数の光路に分岐されたパルスレーザー光線のそれぞれを集光する複数の集光レンズとを含む、請求項１記載の研削装置。