CN105304562A - 贴合基板的分断方法及分断装置 - Google Patents

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CN105304562A CN201510350983.6A CN201510350983A CN105304562A CN 105304562 A CN105304562 A CN 105304562A CN 201510350983 A CN201510350983 A CN 201510350983A CN 105304562 A CN105304562 A CN 105304562A
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五十川久司
栗山规由
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Abstract

本申请的发明涉及一种贴合基板的分断方法及分断装置。本发明提供一种可适宜地分断贴合基板的方法及装置。本发明是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的方法，所述方法具备：划线形成步骤，在所述贴合基板的一个主面侧的所述分断预定位置设置划线；保持带贴附步骤，在设有所述划线的所述贴合基板的所述一个主面贴附保持带；载置步骤，将贴附了所述保持带的所述贴合基板以所述一个主面整面接触的方式载置在弹性体上；以及分断步骤，在将所述贴合基板载置在所述弹性体的状态下，使上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降，由此使裂痕从所述划线伸展而将所述贴合基板分断。

Description

贴合基板的分断方法及分断装置
技术领域
本发明涉及一种将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板、例如贴合包含不同材料的两个脆性材料基板而成的贴合基板进行分断的方法以及用于该方法的装置。
背景技术
利用粘接剂(树脂)贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板、特别是利用粘接剂贴合包含不同材料的两个脆性材料基板而成的贴合基板(异种材料贴合基板)被用作各种设备的基板。例如，有以下的基板等：将在一个主面形成规定设备(例如CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器等)用图案而成的单晶硅基板等半导体基板的另一个主面贴合在作为支撑基板的玻璃基板上，以此而形成。此种设备是通过在利用粘接剂(树脂)贴合二维地重复形成电路图案而成的作为母基板的单晶硅晶片上与玻璃基板之后，分断成规定尺寸的短条状或格子状的单片(芯片)，从而制作而成(例如参照专利文献1)。
另外，通过对预先在一个主面形成了划线的脆性材料基板利用三点弯曲方式使裂痕从该划线伸展而进行分断的装置(破碎机)也已经众所周知(例如参照专利文献2)。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2010-40621号公报
[专利文献2]日本专利特开2014-83821号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
作为在一个脆性材料基板(硅基板)形成图案而成的(异种材料)贴合基板的分断(单片化)方法，本发明者等人尝试如下方法：在形成着该图案的面贴附保护膜后，在另一个脆性材料基板(玻璃基板)侧形成划线，之后利用如专利文献2所揭示的破碎机沿该划线进行折断。
然而，当利用该方法进行折断时存在如下情况：由于在两个脆性材料基板之间介存粘接剂层等，而产生裂痕从划线的伸展方向从基板的厚度方向倾斜地偏离的不良状况。另外，由于利用破碎机的上刀片从上方的压入量(从上刀片抵接在贴合基板或保护膜到折断完成为止的上刀片的下降距离)大，因此还存在容易产生贴合基板的位置偏移的不良状况。这些不良状况的产生成为产生芯片的品质劣化等降低芯片的良率的主要原因，因此欠佳。
本发明是鉴于所述问题而完成的，目的在于提供一种可适宜地分断贴合基板、特别是异种材料贴合基板的方法。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题，技术方案1及2的发明的特征在于：其是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的方法，且具备：划线形成步骤，在所述贴合基板的一个主面侧的所述分断预定位置设置划线；基板贴附步骤，将设有所述划线的所述贴合基板的所述一个主面贴附在保持带；保护膜贴附步骤，视需要在所述贴合基板的另一个主面贴附保护膜；载置步骤，将贴附在所述保持带且视需要贴附了所述保护带的所述贴合基板以所述一个主面侧整面接触的方式载置在弹性体上；以及分断步骤，在将所述贴合基板载置在所述弹性体的状态下，通过使上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降(使裂痕从所述划线伸展)，而将所述贴合基板分断。
另外，技术方案3的发明的特征在于：其是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的方法，且所述贴合基板在一个主面侧的所述分断预定位置形成了划线且所述一个主面朝向下方，在利用弹性体从下方支撑所述贴合基板的状态下，通过使上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降，而将所述贴合基板分断。
另外，技术方案4的发明的特征在于：其是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的装置，且具备：划线形成机构，在所述贴合基板的一个主面侧的所述分断预定位置设置划线；基板贴附机构，将设有所述划线的所述贴合基板的所述一个主面贴附在保持带；载置机构，将贴附了所述保持带的所述贴合基板以所述一个主面侧整面接触的方式载置在弹性体上；以及分断机构，在将所述贴合基板载置在所述弹性体的状态下，通过使上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降，而将所述贴合基板分断。
另外，技术方案5的发明的特征在于：其是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的装置，且具备：弹性体，从下方支撑所述贴合基板，所述贴合基板在一个主面侧的所述分断预定位置形成了划线且所述一个主面朝向下方；以及分断机构，通过使设于所述弹性体上方的上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降，而将所述贴合基板分断。
[发明效果]
根据本发明，以比以往的三点弯曲方式少的上刀片的压入量便能将包含异相界面的贴合基板适宜地分断。而且，可实现利用分断获得的单片不产生位置偏移的良好分断。
附图说明
图1是表示成为本发明的实施方式的分断方法的对象的贴合基板10的构成的示意剖视图。
图2是表示形成了划线S的贴合基板10的示意剖视图。
图3(a)～(c)是表示形成了划线S的贴合基板10的利用三点弯曲方式的折断步骤的示意剖视图。
图4(a)～(c)是表示本实施方式中的贴合基板10的分断情况的图。
图5(a)、(b)是表示通过分断获得的单片从保持带5脱离时的情况的图。
图6是例示被实施了用以防止产生单片从保持带脱离的不良状况的措施的弹性体201的图。
图7(a)、(b)是表示对弹性体201的接触面201s实施平滑化处理时的分断情况的图。
具体实施方式
图1是表示成为本发明的实施方式的分断方法的对象的异种材料的贴合基板(以下简称为贴合基板)10的构成的示意剖视图。图2是表示形成了划线S的贴合基板10的示意剖视图。本实施方式中，将利用包含粘接剂的粘接层3粘接均为脆性材料基板的一种的玻璃基板1与半导体基板(例如硅基板)2而成的贴合基板10作为分断对象。
玻璃基板1及半导体基板2的厚度、进而贴合基板10的平面尺寸并无特别限制，可鉴于分断及前后步骤的操作容易性或处理效率等，选择适当大小。
另外，关于粘接剂的材质，只要确保玻璃基板1与半导体基板2之间的粘接强度，另一方面可适宜地进行分断，则无特别限制，例如可适宜地使用紫外线(UV)硬化树脂等。另外，就可适宜地实现本实施方式的分断方法的观点而言，粘接层3的厚度优选5μm～200μm左右，通常为5μm～50μm左右。
在半导体基板2的非粘接面侧，也可以形成规定设备(例如CMOS传感器等)用图案。
当分断具有如上构成的贴合基板10时，首先，如图2所示，沿着预先规定的分断预定位置A，在玻璃基板1的非粘接面形成划线S。图2中表示分断预定位置A及划线S沿与附图垂直的方向延伸的情况。划线S是沿玻璃基板1的厚度方向伸展的裂痕(微小裂痕)在玻璃基板1的非粘接面上呈线状连续而成。
此外，图2中，为了进行简单图示，仅示出一个分断预定位置A及划线S，在例如将贴合基板10呈短条状或格子状分断等在多个部位进行分断而获得多个单片的情况下，针对所有的分断预定位置A形成划线S。以下，如果没有特别说明，则该情况下，也针对所有的分断预定位置A实施后段的处理。
形成划线S可应用公知技术。例如，可以是如下形态：通过使刀轮(刻划轮)沿分断预定位置A进行压接转动而形成划线S，所述刀轮(刻划轮)包含超硬合金、烧结金刚石、单晶金刚石等，呈圆板状且在外周部分具备作为刀片发挥功能的棱线；可以是如下形态：通过利用金刚石尖沿分断预定位置A画线，而形成划线S；可以是如下形态：通过利用激光(例如紫外线(UV)激光)照射产生的剥蚀或变质层的形成，而形成划线S；也可以是如下形态：通过因激光(例如红外线(IR)激光)引起的加热与冷却产生的热应力而形成划线S。
本实施方式中，将以此方式设置划线S而成的贴合基板10作为对象，进行在分断预定位置A的分断。概略来说，通过使裂痕CR(参照图4)从划线S在厚度方向上(更详细来说，在与贴合基板10的主面垂直的方向上)伸展，而将贴合基板10分断。
图3是表示为了进行比较而例示的利用以往的三点弯曲方式的贴合基板10的分断情况的图。以往的分断方法中，首先，如图3(a)所示，在贴合基板10的玻璃基板1侧贴附具有粘附性的保持带5。此外，保持带5用来以通过分断获得的芯片(单片)不会飞散等的方式保持该芯片。作为保持带5，例如可适宜地使用利用切片机切割时以相同目的使用的所谓切割带。如图3所示，也可以视需要在半导体基板2的表面贴附保护膜4。通过在半导体基板4的表面贴附保护膜4，可防止因基板与折断刀片接触所致的基板的破坏。
然后，在使划线S的形成部位位于在水平方向上隔开的两个下刀片101A、101B之间的形态中，换句话说，在相互平行配置的两个下刀片101A、101B之间使划线S分别平行地配置的形态中，利用两个下刀片101A、101B从下方支撑使玻璃基板1侧朝向下方的贴合基板10。然后，在该支撑状态下，使上刀片102从上方向划线S的形成位置(即分断预定位置A)下降而抵接在贴合基板10或隔着保护膜4抵接，进而使上刀片102以压入的方式下降。此外，下刀片101A、101B是以相比贴合基板10充分具有刚性的构件设置。
该形态中，当压入上刀片102时，如图3(a)所示，对保护膜4的上刀片102所抵接的部位施加朝向下方的力F1，并且作为对于该力F1的反作用力(对抗因力F1及贴合基板10的自重引起的压缩的力)，从两个下刀片101A及101B各自的端部101a及101b朝向贴合基板10产生向上的力F2a、F2b。在裂痕CR伸展的同时，如图3(b)所示，贴合基板10被逐渐分断的左右两个部分以端部101a及101b为支点倾斜。伴随于此，剖视时呈楔形状的间隙G从曾经形成有划线S的部位逐渐扩展。裂痕CR的伸展在存在于贴合基板10内部的异相界面(玻璃基板1与粘接层3的界面、粘接层3与半导体基板2的界面)也得以维持，因此最终如图3(c)所示，贴合基板10被垂直于主面地分断。此外，将分断完成时由分断产生的两个分断面所成的角度(间隙角度)设为α。
如上形态的以往的分断方法可以说大致为如下方法：通过使力F1及力F2a、F2b发挥作用，产生以两个下刀片101A及101B各自的端部101a及101b为支点的相反方向的力矩，使由此被逐渐分断的左右两个部分产生相反方向的旋动，由此进行分断。该方法中，相当于通过压入上刀片102而对贴合基板10赋予的能量的部分消耗在旋动上。
图4是表示本实施方式中的贴合基板10的分断情况的图。本实施方式中分断贴合基板10的情况也与以往的方法相同，首先在贴合基板10的玻璃基板1侧贴附具有粘附性的保持带5。
其次，如图4(a)所示，以贴附了保持带5一侧的主面侧朝下的姿势，将该贴合基板10以该主面整面接触的方式载置在弹性体201上。本实施方式中，弹性体201是指硬度为65°～95°、优选70°～90°、例如为80°的材质的构件。作为该弹性体201，例如可适宜地使用硅酮橡胶等。此外，如图4(a)所示，弹性体201也可以由平台等支撑体202支撑。在从弹性体201及支撑体202侧观察(识别)划线的情况下，弹性体201及支撑体202优选透明。
本实施方式中，在该载置状态下进行分断。具体来说，为了使裂痕CR从划线S在厚度方向上伸展，通过使上刀片102从上方朝向划线S的形成位置(即分断预定位置A)下降，而抵接在贴合基板10，进而使上刀片102以压入的方式下降。
该形态中，当压入上刀片102时，如图4(a)所示，对保护膜4的上刀片102所抵接的部位施加朝向下方的力F1。于是，作为对于该力F1的反作用力(对抗因力F1及贴合基板10的自重引起的压缩的力)，从弹性体201朝向贴合基板10，以上刀片102的抵接位置的正下方的位置为中心产生向上的弹性力F2，之后，贴合基板10被逐渐分断的左右两个部分立即开始倾斜，裂痕CR从划线S伸展，如图4(b)所示，剖视时呈楔形状的间隙G逐渐扩展。在本实施方式的分断方法的情况下，也是裂痕CR的伸展在存在于贴合基板10内部的异相界面(玻璃基板1与粘接层3的界面、粘接层3与半导体基板2的界面)也得以维持。因此，最终如图4(c)所示，贴合基板10被垂直于主面地分断。
更详细来说，当裂痕CR开始伸展而开始形成间隙G时，弹性力F2a、F2b作用于贴合基板10被逐渐分断的左右两个部分各自与弹性体201的抵接面。而且，与以往的方法相同，在裂痕CR伸展的同时，如图4(b)所示，剖视时呈楔形状的间隙G从曾经形成有划线S的部位逐渐扩展。
此外，此时，实质上如图4(b)所示，形成间隙G的左右两个分断面的附近分别成为弹性力F2a、F2b集中地发挥作用的弹性力集中部位201a、201b，因此可以说本实施方式的分断方法也是依据三点弯曲方式。
然而，在该本实施方式的分断方法的情况下，与所述以往的分断方法不同，随着间隙G逐渐扩展，弹性力集中部位201a、201b如箭头AR1、AR2所示般移位，但贴合基板10整体上支撑在弹性体201，因此在贴合基板10不易产生以弹性力集中部位201a、201b为支点的力矩。这意味着，本实施方式的分断方法中，通过压入上刀片102而对贴合基板10赋予的能量更有效率地有助于分断。具体来说，在贴合基板10的分断预定位置(裂痕CR的伸展对象位置)产生的相互反方向的力F3a、F3b相比于以往方法变大。该力F3a、F3b对裂痕CR的伸展、特别是对粘接层3的分断(撕裂)有效地发挥作用。
结果，在该本实施方式的分断方法的情况下，即便使上刀片102的压入量不如以往那般大，也可以适宜地分断贴合基板10。另外，在将本实施方式的分断方法中的间隙角度的大小设为β时，β＜α成立。因此，由于以往的分断方法的情况下产生的间隙角度α变大而在贴合基板10产生位置偏移的不良状况，在本实施方式的分断方法中被适宜地抑制。
＜防止分断后脱离＞
如上所述，贴合基板10通过以弹性体201进行支撑，而能利用三点弯曲方式进行分断。然而，将一个贴合基板10在多个部位进行分断而获得多个单片的情况下，根据弹性体201与贴附贴合基板10的保持带5的组合，有时由分断获得的单片会从保持带5脱离。图5是表示产生该脱离时的情况的图。此外，图5中简化贴合基板10的图示，并且省略上刀片102及支撑体202的图示。
图5(a)中表示利用之前的分断获得单片10a后，继而想要获得单片10b时作用于保持带5的力。
首先，如上所述，当为了获得单片10b而从上刀片102对贴合基板10施加力F1时，间隙G的形成进展，此时，从相互间逐渐剥离的单片10b及贴合基板的剩余部分(以下，为方便起见也将它称为单片)10c对与这些单片粘接的保持带5，作用想要将该保持带5沿着弹性体201的表面向外侧拉伸的力F11a、F11b。此外，这些力F11a、F11b也包含作用于单片10b及部分10c与保持带5之间的粘接力在该方向上的成分。该力F11a、F11b相当于使保持带5追随分断时产生的单片向外侧的移动的力。
但，对于该力F11a、F11b所作用的保持带5，在其与弹性体201之间，摩擦力F12a、F12b在与这些力F11a、F11b相反的方向上沿着弹性体201的表面发挥作用。此处，摩擦力F12a、F12b是将最大静止摩擦力作为最大值的力，静止摩擦系数越大，则该摩擦力F12a、F12b取得越大的值。该静止摩擦系数越大，则保持带5由相对于弹性体201越不易滑动的材质形成。
而且，在保持带5，伴随着压入上刀片102而弹性体201压缩，想要沿以该保持带为中心的方向拉伸的F13a、F13b也发挥作用。此外，利用上刀片102进行压缩时，弹性体201也在与保持带5相同的方向受力而产生移位，因此通过力F13a、13b发挥作用，不会在两者之间产生摩擦力。
结果，在进行分断的期间，对于保持带5，力F11a、F11b向外侧发挥作用，力F12a、F12b及力F13a、13b向中心发挥作用。
因此，为了良好地进行分断，要求力F11a、F11b分别超过F12a、F13a为最大值时的合力F12a+F13a及合力F12b+F13b。假设保持带5由相对于弹性体201不易滑动的材质形成，因此力F11a、F11b分别不超过这些合力F12a+F13a及合力F12b+F13b的情况下，相比于单片10b想要拉伸保持带5的朝向外侧的力，朝向内侧的力更大，因此如图5(b)中以虚线部C所示，单片10b与保持带5不再维持粘接状态，而可能引起分断中途的单片10b从保持带5脱离。即，可能引起通过分断贴合基板10而获得的单片10b从保持带5脱离。此外，虽然自重大于单片10b的单片10c不易产生此种脱离，但原理上可能引起相同状况。
图6是例示被实施了用以防止产生此种不良状况的措施的弹性体201的图。
具体来说，为了降低保持带5与弹性体201之间的静止摩擦系数，即为了使保持带5相对于弹性体201容易滑动，对弹性体201与保持带5的接触面201s实施平滑化处理。此处，所谓平滑化处理，例如例示膜贴附或涂布等。
图7是表示对弹性体201的接触面201s实施平滑化处理时的分断情况的图。此外，图7中，也与图5同样地，简化贴合基板10的图示，并且省略上刀片102及支撑体202的图示。
首先，图7(a)中，与图5(a)同样地，表示利用之前的分断获得单片10a后，继而想要获得单片10b时作用于保持带5的力。该情况下作用于保持带5的力的种类与图5(a)所示的情况相同，但此时，由于对接触面201s实施平滑化处理而降低静止摩擦系数，因此保持带5从弹性体201受到的摩擦力F14a、F14b的最大值小于图5(a)所示的摩擦力F12a、F12b的最大值。结果，在力F11a、F11b分别大于摩擦力F14a、F14b为最大静止摩擦力时的合力F14a+F13a及合力F14b+F13b的值的情况下，如图7(b)所示，被上刀片102压住中心部分的保持带5在单片10b及10c想要向外侧移动时追随该移动。此时，保持带5产生如箭头AR11～AR14所示的伸展，单片10b未脱离而被分断。
此外，更详细来说，保持带5追随单片10b及10c的移动时作用于保持带5与弹性体201之间的摩擦力F14a、F14b是动摩擦力，该动摩擦力是依存于动摩擦系数的值，但在对弹性体201的接触面201s实施了平滑化处理的情况下，不仅静止摩擦系数降低，该动摩擦系数也会降低，因此如果实施平滑化处理，则可适宜地抑制单片10b的脱离。
如以上所说明，根据本实施方式，在将利用粘接剂贴合两个脆性材料基板、特别是包含异种材料的两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断时，首先，在贴合基板的一个主面侧的分断预定位置设置划线。然后，将形成该划线一侧的主面贴附在保持带，视需要在另一个主面贴附保护膜后，以该保持带侧为下方而将贴合基板载置在弹性体上。该载置状态下，使上刀片从上方相对于贴合基板的分断预定位置下降。由此，以比以往的三点弯曲方式少的上刀片的压入量便能将包含异相界面的贴合基板适宜地分断。而且，可实现利用分断获得的单片不产生位置偏移的良好分断。
另外，通过对弹性体的表面预先实施平滑化处理，可适宜地抑制由分断获得的单片从保持带脱离。
＜变化例＞
作为所述实施方式的脆性材料基板，除玻璃基板、硅基板以外，还可例示各种半导体基板、蓝宝石基板、氧化铝基板等陶瓷基板、玻璃陶瓷基板(所谓LTCC(LowTemperatureCo-firedCeramic，低温共烧陶瓷)基板)等。
在异种材料贴合基板的情况下，优选在具有易分断的性状(高脆性、小厚度)的脆性材料基板侧视需要形成保护膜，且在具有不易分断的性状(低脆性、大厚度)的脆性材料基板侧形成划线。
[符号的说明]
1玻璃基板
2半导体基板
3粘接层
4保护膜
5保持带
10贴合基板
10a、10b、10c(分断贴合基板获得的)单片
101A、101B下刀片
102上刀片
201弹性体
201a、201b弹性力集中部位
201s接触面
202支撑体
α、β间隙角度
A分断预定位置
CR裂痕
G间隙
S划线

Claims (5)

1.一种贴合基板的分断方法，其特征在于：
其是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的方法，且具备：
划线形成步骤，在所述贴合基板的一个主面侧的所述分断预定位置设置划线；
基板贴附步骤，将设有所述划线的所述贴合基板的所述一个主面贴附在保持带；
载置步骤，将贴附了所述保持带的所述贴合基板以所述一个主面侧整面接触的方式载置在弹性体上；以及
分断步骤，在将所述贴合基板载置在所述弹性体的状态下，通过使上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降，而将所述贴合基板分断。
2.根据权利要求1所述的贴合基板的分断方法，其特征在于：
至少在所述划线形成步骤之后且所述分断步骤之前具备保护膜贴附步骤，
所述保护膜贴附步骤是在所述贴合基板的另一个主面贴附保护膜。
3.一种贴合基板的分断方法，其特征在于：其是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的方法，且
所述贴合基板在一个主面侧的所述分断预定位置形成了划线且所述一个主面朝向下方，
在利用弹性体从下方支撑所述贴合基板的状态下，
通过使上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降，而将所述贴合基板分断。
4.一种贴合基板的分断装置，其特征在于：
其是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的装置，且具备：
划线形成机构，在所述贴合基板的一个主面侧的所述分断预定位置设置划线；
基板贴附机构，将设有所述划线的所述贴合基板的所述一个主面贴附在保持带；
载置机构，将贴附了所述保持带的所述贴合基板以所述一个主面侧整面接触的方式载置在弹性体上；以及
分断机构，在将所述贴合基板载置在所述弹性体的状态下，通过使上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降，而将所述贴合基板分断。
5.一种贴合基板的分断装置，其特征在于：其是将贴合两个脆性材料基板而成的贴合基板在规定的分断预定位置进行分断的装置，且具备：
弹性体，从下方支撑所述贴合基板，所述贴合基板在一个主面侧的所述分断预定位置形成了划线且所述一个主面朝向下方；以及
分断机构，通过使设于所述弹性体上方的上刀片的前端一边抵接在所述分断预定位置一边下降，而将所述贴合基板分断。
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