JPH1064854A

JPH1064854A - ウェーハのカット方法

Info

Publication number: JPH1064854A
Application number: JP20771996A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Yamaoka; 慶文山岡
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】サファイア基板を持つ窒化ガリウム系化合物
半導体ウェーハを、従来使用されているダイシングソー
を用いて、かつ簡単な工程により、チップ状にカットす
る。【解決手段】基板がサファイアからなり、当該基板厚
が５０〜４５０μｍの窒化ガリウム系化合物半導体ウェ
ーハ２を、ダイシングソーによりチップ状にカットする
ための方法であって、前記ダイシングソーのブレード２
として、刃先角が３０°〜７５°のＶ字形をなす回転ブ
レードを用い、前記ダイシングソーにより、ウェーハ２
の一方の面のみに格子状に溝３を切削形成した後、前記
ウェーハ２を押し割ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板がサファイア
からなる窒化ガリウム系化合物半導体ウェーハを、ダシ
シングソーを用いてチップ状にカットするための方法に
関する。

【０００２】

【技術背景】青色や紫外用の発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体発光デバイ
スに使用される半導体材料として、現在最も有望なもの
に窒化ガリウム系化合物半導体（ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、
ＩｎＧａＮ等の窒化ガリウムをベースとするＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体）が挙げられる。たとえば、青色発光ダ
イオードでは、数カンデラ〔ｃｄ〕といった出力のもの
が、実用・製品化に至っており、この種の半導体デバイ
スでは、基板としてサファイアが使用される。

【０００３】一般に、半導体デバイスの製造工程におけ
る、半導体ウェーハのカットに際しては、ダイシングソ
ーやスクライバーが用られる。ダイシングソーによるカ
ット技術として、従来、ブレードとして刃先が平らなも
のを用いたカット方法が知られている。この方法では、
まず図４（Ａ）に示すように、図示しない刃先が平らな
ブレードを用いて、断面が矩形の溝（以下、「矩形溝」
と言う）３３をウェーハ３２の一方の面（図４（Ａ）で
は、半導体層３６が形成された表面）に格子状に切削す
る。この後、ウェーハ３２の裏面から応力（ウェーハ３
２に加えられる応力をＰ１およびＰ２で示す）を加え
て、当該ウェーハ３２をチップ状に押し割っている。

【０００４】しかし、この方法を基板３４がサファィア
からなるウェーハ３２に適用すると、次のような不都合
がある。すなわち、サファイア結晶はへき開性が弱く、
しかも硬度が高い。このため、ウェーハ３２に、ダイシ
ングソーを用いて矩形溝３３を切削すると、この矩形溝
３３の切削中にチップが飛散したり、図４（Ａ）に示し
たようにカット方向Ｆが特定されず、クラック（カット
ラインを外れた割れ）が生じたり、図４（Ｂ）（ｉ），
（ｉｉ）に示すようにカットされたチップ３６の形状が
不均一となり、カットの歩留りが極端に低く実用に適さ
ない。

【０００５】このため、従来、窒化ガリウム系化合物半
導体ウェーハをチップ状にカットするに際して、特開平
６−２８３７５８号公報に示すようにスクライバーを使
用する方法が提案されている。この方法では、図５
（Ａ）に示すように、まずサファイア基板４４を薄く研
磨しておき、ウェーハ４２の裏面側（半導体層４５が形
成されていない側）に、スクライバー（先端がダイヤモ
ンドからなる針）４１により所定パターンの断面がＶ字
形の切削溝（以下、「Ｖ字溝」と言う）４３を切削す
る。そして、図５（Ｂ）に示すようにウェーハ４２に反
り応力を加えて、当該ウェーハをチップ状に分割してい
る。しかし、この方法でも、ウェーハ４２をチップ状に
分割する際に、クラックが生じるなどの不都合がある。

【０００６】また、この方法は、ウェーハ４２が薄い場
合には、切削溝の断面がＶ字形であることからカット方
向が特定されるので、上記針の押圧力を適切に調整すれ
ば、クラックが生じることもなく、また得られるチップ
の形状が不均一となることもない。しかし、サファイア
基板４４が厚い場合には、ウェーハ４２をチップ状に分
割する際にクラックが生じてしまう。

【０００７】この不都合を解消するために、特開平５−
３１５６４６号公報に示すようにスクライバーとダイン
シングソーとを組み合わせたカット方法も提案されてい
る。この方法では、図６に示すように、まず図示しない
ダイシングソーにより、ウェーハ５２の表面側（半導体
層５５が形成されている側）からサファイア基板に達す
る深さ（好ましくは、サファイア基板の５〜１０％の厚
さ）に、溝５３ａを切削する。この後図示しないスクラ
イバーによりこの溝５３ａの底面にスクライブ溝５３ｂ
を形成し、ウェーハ５２をチップ状に分割している。こ
の方法によれば、サファイア基板上に形成した半導体層
５５の結晶性を損なうことなく、ウェーハ５２をチップ
状に分割することができる。しかし、ダイシングソーに
より溝５３ａを切削する工程と、スクライバーによりス
クライブ溝５３ｂを切削する工程が必要となるため工程
数が増える等の問題がある。

【０００８】さらに、特開昭６０−２１１８５８号公報
に示すように、ダインシングソーによりウェーハの両面
から、当該ウェーハをフルカットする方法も知られてい
る。この方法では、図７に示すように、図示しない第１
のブレードを用いて、ウェーハ６２の裏面側（半導体層
６５が形成されていない側）に、サファイア基板６４の
厚さの半分以上の深さに、第１の溝（矩形溝またはＶ字
溝、同図ではＶ字溝）６３ａを切削し、次に図示しない
第２のブレード（厚さは第１のブレードより薄い）によ
り、ウェーハの表面側から上記第１の溝６３ａに達する
まで、第２の溝（矩形溝またはＶ字溝、同図ではＶ字
溝）６３ｂを切削する。しかし、この方法は、サファイ
ア基板６４の両面からの切削が必要となること、ウェー
ハ６２をフルカットする（すなわち、ウェーハの押し割
りを行わない）ため、切削時間が長くなる。しかも、実
際上、第２の溝６３ｂの切削の際に、チップの飛散が生
じたり、クラックが生じたりすると言った問題がある。
特に、この方法により、ウェーハ６２を一辺が数百μｍ
程度の小さいチップにカットしようとすると、上記チッ
プの飛散やクラックの発生が顕著となり、実用には適さ
なくなる。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、サファイア基板を持つ窒化ガ
リウム系化合物半導体ウェーハを、従来使用されている
ダイシングソーを用いて、かつ簡単な工程により、チッ
プ状にカットすることができる方法を提供することであ
る。

【００１０】

【発明の概要】本発明者は、ダイシングソーによりウェ
ーハの一方の面に溝を形成して、当該ウェーハを押し割
りによりチップ状にカットする技術は、基板がサファイ
アからなるウェーハには適用できない、という従来常識
を捨て去り、実験を重ねた結果、ブレードとして刃先角
が特定範囲内のものを用い、かつサファイア基板の厚さ
を適宜とすれば、クラックが生じることもなく、またチ
ップの飛散も生じることなく、上記ウェーハを極めて小
さいサイズのチップにカットができるとの知見を得て本
発明を完成した。

【００１１】すなわち、本発明のカット方法は、基板が
サファイアからなり、基板厚が５０〜４５０μｍの窒化
ガリウム系化合物半導体ウェーハを、ダイシングソーに
よりチップ状にカットするためのダイシング方法であっ
て、前記ダイシングソーのブレードとして、刃先角（フ
レードに垂直な面を基準（０°）としたときの、刃先傾
斜面の角度）が３０°〜７５°のＶ字形をなす回転ブレ
ードを用い、前記ダイシングソーにより、ウェーハの一
方の面のみにＶ字溝を格子状に切削形成した後、前記ウ
ェーハを押し割ることを特徴とする。前記格子状に形成
された溝を、直交する２組の直線群から形成し、一方の
直線群が、サファイア基板のａ軸に平行となるようにす
ることで、所望のカットラインに沿ったカットをより確
実に行うことができる。なお、刃先のＶ字形状は種々で
あり、刃先の傾斜面をフレードの両側に形成した形状で
あってもよいし、片側に形成した形状であってもよい。

【００１２】本発明のウェーハのカット方法では、上述
したように、特定範囲の刃先角を持つブレードにより、
ウェーハの一方の面に、適宜深さのＶ字溝が格子状に形
成される。したがって、たとえばウェーハ表面が曲面と
なるように該ウェーハに応力を加える（通常、Ｖ字溝が
形成された面を当該曲面の外側とする）と、Ｖ字溝の底
部に応力が集中し、Ｖ字溝に沿ってウェーハがチップ状
にカットされる。本発明では、既に赤色または黄色のＬ
ＥＤ等の製造の際に使用されている、制御性が高いダイ
シングソーを使用するので、設備コストを低く抑えるこ
とができ、しかも、作業効率や歩留りの面で、スクライ
バーを用いた従来の方法と同等かそれ以上の効果が得ら
れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して説明する。

【００１４】図１（Ａ），（Ｂ）は、刃先の傾斜面が両
側に形成されたブレードを用いた場合の説明図である
（（Ａ）はブレードの移動方向から見た正面図を、
（Ｂ）は平面図を示している）。図１（Ａ），（Ｂ）で
は、ブレード１として、耐摩耗性に優れた金属性のもの
が使用される。実験によれば、ブレード１の刃先角θが
３０°より小さいと、Ｖ字溝３の幅ＷＧが広くなり過
ぎ、ウェーハ２を押し割ったときに、チップ４の形状が
不均一となる。また、上記刃先角を７５°より大きくす
れば、Ｖ字溝３の幅ＷＧは狭くなるが、このような刃先
の作製は容易ではない。しかも、このような刃先は、物
理強度が低く、ブレード寿命が短くなることが予想され
る。また、ブレード１の回転速度や移動速度によって
は、ウェーハ２にクラックが生じやすくなることも予想
される。このため、本発明では、フレード１の刃先角θ
は、３０°〜７５°としてある。刃先角θを４５°〜６
０°とする場合には、極めて高い歩留りで、ウェーハ２
をチップ状にカットする（押し割る）ことがとができ
る。

【００１５】切削深さ（すなわち、サファイア基板２１
に形成されるＶ字溝３の深さ）ＤＧは、浅過ぎると所望
のカットラインに沿ったカットができない。また、Ｖ字
溝３の幅が広くなると共にＶ字溝３の稜（エッジ）部分
に、ぎざぎざ状の崩壊が発生易くなり、サファイア基板
２１上に形成した半導体層に悪影響を与える可能性があ
る。このため、切削深さＤＧは、サファイア基板２１の
厚さＴにもよるが、その厚さの１０〜５０％であること
が好ましい。

【００１６】なお、図１では、Ｖ字溝の切削は、ウェー
ハ２の表面（半導体層２２が形成された側の面）から行
っているが、もちろん裏面から行うこともできる。ま
た、ウェーハ２の切削を行う場合、サファイア基板２１
の厚さＴが厚過ぎても、押し割りの際に、所望のカット
ライン通りにカットがされず、上記厚さＴが薄過ぎて
も、Ｖ字溝３の切削中に予期しないクラックが生じた
り、チップ４の飛散が生じたりする。ブレード１とし
て、厚さＷＢが一般的なもの（２００μｍ程度のもの）
を用い、かつサファイア基板２の厚さＴが上述したよう
に１００〜４５０μｍである場合には、所望のカットラ
インＬに沿った押し割りができ、かつＶ字溝３の切削中
に予期しないクラックが生じたり、チップ４の飛散が生
じたりすることもない。

【００１７】なお、ウェーハ２に対するフレード１の押
圧力は、ブレード１の形状（厚さＷＢ、径、刃先度θ
等）や、切削条件（ブレードの回転速度，移動速度等）
により適宜定められる。

【００１８】また、本発明では、ウェーハ２のフルカッ
トを行わずに、図２（ブレードの移動方向から見た正面
図）に示すように、カット方向ＦがＶ字の先端方向に限
定されるので、剥離等が生じることなくカットラインＬ
に沿って当該ウェーハ２が押し割られる（図２では、ウ
ェーハ２に加えられる応力をＰ１およびＰ２で示す）。
したがって、Ｖ字溝３の形成中にチップ４の飛散が生じ
ることはなく、したがって、一辺が２００〜５００μｍ
程度と極めて小さいサイズのチップ４（形状が正方形の
場合）を高い歩留りで得ることができる。なお、チップ
４のサイズ（たとえば、正方形とした場合にはの一辺の
長さＷ）は、サファイヤ基板２の厚さＴよりも大きいこ
とが好ましい。

【００１９】なお、図１（Ａ），（Ｂ）に示したブレー
ドに代えて、図３（ブレードの移動方向から見た正面
図）に示すような、刃先の傾斜面が片側に形成されたブ
レード１′を用いることもできる。このブレード１′を
用いた場合、図３に示すようにカット方向Ｆ′が、フレ
ード１′の前記傾斜面が形成されていない側に限定され
る。

【００２０】

【実施例】

〈実施例１〉〔サファイア基板〕面方向；ｃ軸方向、厚さ（Ｔ）；３００μｍ〔サファイア基板に形成される半導体層〕ＩＧａＮ〔ダイシングソー〕機種；ＤＩＳＣＯ社製ＤＤＡＣ０６３０，ＤＡＤ３２
０、ブレード径（Ｒ）；５２ｍｍ、ブレード厚（Ｗ
Ｂ）；２００μｍ、刃先形状；刃先の傾斜面が両側に形
成、刃先角（θ）；６０° 〔ダイシングソー運転条件〕ブレード回転速度；３０，０００ｒｐｍ、ブレード移動
速度；３．０ｍｍ／ｓｅｃ〔Ｖ字溝〕パターン；直交する２組の直線群からなり、一方の直線
群が、サファイア基板のａ軸に平行となるようにした４
５０μｍの正方格子、溝深さ（ＤＧ）；１１０μｍ

【００２１】上記の条件により、ウェーハにＶ字溝を形
成した。なお、Ｖ字溝の切削に際して、ウェーハは所定
フィルムにワックス固定した。この後、ウェーハを上記
フィルムごと、Ｖ字溝が外側になるように湾曲させてカ
ットを行ったところ、約７０％の歩留りで、等品質（す
なわち、形状が概ね均一）のＬＥＤチップを得ることが
できた。

【００２２】〈比較例１〉サファイア基板の面方向、厚
さ、およびサファイア基板に形成される半導体層は実施
例１と同じとした。また、ダイシングソーは、ブレード
の刃先が平坦であるものを用いた。機種、ブレード径等
は、実施例１と同様である。ただし、ウェーハの切削に
際して、１０μｍの深さでピッチを変えて何度も切削工
程を繰り返した。溝（矩形溝）のパターンも実施例１と
同じとした。

【００２３】この条件により、ウェーハに矩形溝を形成
し、カットを行ったところ、ウェーハにクラックが多発
し、また得られるＬＥＤチップは、形状も不均一で、カ
ット面も垂直ではなく、歩留りも１０％以下であった。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、サファイア基板を持つ窒化ガリウム系化合物半導
体ウェーハを、従来使用されているダイシングソーを用
いて、かつ簡単な工程により、極めて小さいチップ状に
高い歩留りでカットすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、
ブレードとして刃先の傾斜面が両側に形成されたブレー
ドを用いた場合の説明図であり、（Ａ）はブレードの移
動方向から見た正面説明図、（Ｂ）は平面説明図であ
る。

【図２】図１において、押し割りを行う際の説明図であ
る。

【図３】ブレードとして刃先の傾斜面が片側に形成され
たブレードを用いて押し割りを行う際の説明図である。

【図４】（Ａ）はダイシングソーを用いてウェーハに矩
形溝を形成してカットを行う従来方法を説明するための
図であり、（Ｂ）はカットされたチップの形状を示す図
である。

【図５】（Ａ）はスクライバーを用いてウェーハに矩形
溝を形成してカットを行う従来方法を説明するための図
であり、（Ｂ）はウェーハのカットの様子を示す図であ
る。

【図６】ダイシングソーとスクライバーとを用いてウェ
ーハに矩形溝とＶ字溝とを形成してカットを行う従来方
法の説明図である。

【図７】ダイシングソーを用いてウェーハのフルカット
を行う従来方法の説明図である。

【符号の説明】

１ブレード２ウェーハ２１サファイア基板２２半導体層３Ｖ字溝４チップＦカット方向ＤＧ切削深さ（Ｖ字溝の深さ）ＷＧＶ字溝の幅ＬカットラインＴサファイア基板の厚さＷＢブレードの厚さ θ ブレードの刃先度Ｗチップの一辺の長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板がサファイアからなり、当該基板厚
が５０〜４５０μｍの窒化ガリウム系化合物半導体ウェ
ーハを、ダイシングソーによりチップ状にカットするた
めの方法であって、前記ダイシングソーのブレードとして、刃先角が３０°
〜７５°のＶ字形をなす回転ブレードを用い、前記ダイシングソーにより、ウェーハの一方の面のみに
格子状に溝を切削形成した後、前記ウェーハを押し割る
ことを特徴とするウェーハのカット方法。
【請求項２】前記格子状に形成された溝が、直交する
２組の直線群からなり、一方の直線群が、サファイア基
板のａ軸に平行となるようにしたことを特徴とする請求
項１に記載のウェーハのカット方法。