CN111279459A - 附金属膜的衬底的分断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可良好分断附金属膜的衬底的方法。本发明的分断附金属膜的衬底的方法具备：通过在特定的分断预定位置对设有金属膜的第1主表面侧进行刻划而形成划线，分断金属膜且使垂直裂缝沿分断预定位置向衬底内部延展的步骤；及使裂断杆从未设金属膜的第2主表面侧与附金属膜的衬底抵接而使垂直裂缝进一步延展，由此，在分断预定位置分断附金属膜的衬底的步骤。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体设备用衬底的分断，尤其涉及一种在一主表面形成有设备图案、在另一主表面形成有金属膜的衬底的分断。
背景技术
作为分断例如SiC(碳化硅)衬底等半导体设备用衬底的方法，已知有以下方法：进行在半导体设备用衬底的一主表面形成划线并使垂直裂缝从所述划线延展的刻划步骤，随后进行通过施加外力使所述裂缝沿衬底厚度方向进一步延展而将半导体设备用衬底裂断的裂断步骤(例如参照专利文献1)。
划线的形成是通过使刻划轮(切割轮)沿分断预定位置压接滚动而进行的。
裂断通过以下操作而进行：在半导体设备用衬底的另一主表面侧，使裂断刃(裂断杆)的刀尖沿分断预定位置抵接于半导体设备用衬底后，进而压入所述刀尖。
另外，所述划线的形成及裂断是在将具有粘性的切割胶带贴附在另一主表面的状态下进行，且通过裂断后使所述切割胶带伸长的扩展步骤将对向的分断面分开。
作为分断半导体设备用衬底的一形态，有将母衬底以各个设备为单位分断(单片化)的形态，所述母衬底在一主表面形成有由包含半导体层或电极等的半导体设备的单位图案二维重复而成的设备图案，且在另一主表面形成有金属膜。
在以如专利文献1所揭示的以往方法进行所述分断的情况下，有时在裂断步骤后，产生如金属膜在应被分断的部位未被完全分断而仍保持连续，也就是薄皮残留的状态。
另外，即便产生此种薄皮残留的部分，仍可通过后续的扩展步骤将所述部分的金属膜分断(破断)，但假设即便进行了分断，也有在所述分断部位容易发生金属膜剥离的问题。
本发明是鉴于所述问题而完成者，目的在于提供一种可良好分断附金属膜的衬底的方法。
背景技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-146879号公报
发明内容
为了解决所述课题，本发明的第1形态特征在于：是分断附金属膜的衬底的方法，且具备：刻划步骤，通过刻划工具在特定的分断预定位置对附金属膜衬底的设有金属膜的第1主表面侧进行刻划而形成划线，分断所述金属膜且使垂直裂缝从所述划线沿所述分断预定位置向所述附金属膜衬底的内部延展；及裂断步骤，使裂断杆从所述附金属膜衬底的未设所述金属膜的第2主表面侧与所述附金属膜衬底抵接而使所述垂直裂缝进一步延展，由此在所述分断预定位置分断所述附金属膜衬底。
根据第1形态的附金属膜的衬底的分断方法，本发明的第2形态特征在于：所述裂断步骤使所述附金属膜的衬底的姿势与所述刻划步骤时上下反转而进行。
根据第1或第2形态的附金属膜的衬底的分断方法，本发明的第3形态特征在于：刻划装置中，在将所述附金属膜的衬底以所述第1主表面侧与所述刻划工具对向的姿势固定在所述载台的状态下进行所述刻划步骤，且所述刻划装置具备：载台，供载置刻划对象物；及所述刻划工具，从上方对载置在所述载台的所述刻划对象物进行刻划。
根据第3形态的附金属膜的衬底的分断方法，本发明的第4形态特征在于：所述刻划装置进而具备：相机，配置在所述载台的下方，且用于观察及拍摄载置在所述载台的所述刻划对象物；且所述载台中的至少由所述相机拍摄的范围内以透明材料构成。
根据本发明的第1到第4形态，不会发生金属膜剥离，而可良好地分断附金属膜的衬底。
附图说明
图1是示意性表示实施方式的方法中的分断对象也就是衬底(母衬底)10的构成的侧视图。
图2是示意性表示执行刻划处理前的状况的图。
图3是示意性表示执行刻划处理中的状况的图。
图4是从刻划处理后的衬底10的金属膜3侧拍摄的图像。
图5是示意性表示执行裂断处理前的状况的图。
图6是示意性表示执行裂断处理中的状况的图。
图7是示意性表示执行第2裂断处理后的衬底10的图。
图8是表示供以往的分断处理的衬底10的状况的摄像图像。
图9是表示供以往的分断处理的衬底10的状况的摄像图像。
图10是以实施方式的方法对衬底10进行多个部位的分断后所获得的多片金属膜3的表面的摄像图像。
具体实施方式
＜半导体用设备衬底＞
图1是示意性表示本实施方式的方法中的分断对象也就是衬底(母衬底)10的构成的侧视图。衬底10为预定使通过所述分断获得的单片各自形成半导体设备的半导体设备用衬底。在本实施方式中，所述衬底10具有：基材1；设备图案2，形成在所述基材1的一主表面侧，且由包含半导体层或电极等的半导体设备的单位图案二维重复而成；及金属膜3，形成在基材1的另一主表面侧。换言之，衬底10可以称为附金属膜的衬底。
基材1为SiC或Si等单晶或陶瓷等多晶衬底。其材质、或厚度及平面尺寸等可根据想要制作的半导体设备的种类、用途、功能等适当选择、设定。作为所述基材1，例示例如厚度为100μm～600μm左右、直径为2～6英寸的SiC衬底等。
设备图案2是作为制作对象的半导体设备中，主要体现其功能或特性的包含半导体层、绝缘层、电极等的部位。设备图案2的具体构成因半导体设备的种类而异，但在本实施方式中，假设由形成在基材1的一主表面整面的薄膜层2a、与局部形成在所述薄膜层2a的上表面的电极2b构成设备图案2的情况。此处，薄膜层2a可为单层也可为多层，电极2b也可为单层电极又可为多层电极。另外，也可为取代由薄膜层2a覆盖基材1的整面，而使基材1的局部露出的形态。或者，还可在1个单位图案设置多个电极2b。
薄膜层2a与电极2b的材质或尺寸可根据想要制作的半导体设备的种类、用途、功能等适当选择、设定。例如，作为薄膜层2a的材质，例示氮化物(例如GaN、AlN)、氧化物(例如Al2O3、SiO2)，例如金属间化合物(例如GaAs)、有机化合物(例如聚酰亚胺)等。电极2b的材质可从一般的电极材料中适当选择。例示例如Ti、Ni、Al、Cu、Ag、Pd、Au、Pt等金属、或者它们的合金等。另外，通常薄膜层2a及电极2b的厚度与基材1的厚度相比较小。
假设金属膜3主要用作背面电极。然而，本实施方式的方法将所述金属膜3形成在基材1的另一主表面的整面(更详细而言是至少跨过分断预定位置)。金属膜3也与电极2b同样，可为单层也可为多层，其材质也与电极2b同样，可从Ti、Ni、Al、Cu、Ag、Pd、Au、Pt等金属、或者它们的合金等一般的电极材料中适当选择。另外，通常金属膜3的厚度与基材1的厚度相比较小。
在本实施方式中，如上构成的衬底10至少在平面内的特定方向上以特定的间隔决定的分断预定位置P，沿厚度方向被分断。将分断预定位置P认为是沿衬底10的厚度方向的假想面。此外，为了获得俯视时矩形状的半导体设备，在与所述方向正交的方向上也以适当的间隔决定分断预定位置。
另外，在图1中，以超过衬底10延伸的一点划线，表示在图中左右方向上以间隔(间距)d1相互分开的3个分断预定位置P，但实际上，可在一方向上设定更多的分断预定位置P。d1为例如1.5mm～5mm左右，且至少为0.5mm以上。
＜刻划处理＞
以下，就本实施方式的分断方法中，对衬底10实施的分断处理的具体内容，依序进行说明。首先，对衬底10进行刻划处理。
图2是示意性表示执行刻划处理前的状况的图。图3是示意性表示执行刻划处理中的状况的图。
在本实施方式中，刻划处理是使用刻划装置100而进行。刻划装置100具备：载台101，供载置刻划对象物；刻划轮102，从上方对刻划对象物进行刻划；及相机103，用于观察、拍摄载置在载台101的刻划对象物。
载台101构成为具有水平的上表面作为被载置面，且可通过未图示的吸引机构吸引并固定载置在所述被载置面的刻划对象物。载台101构成为至少在相机103的摄像范围内由玻璃等透明的材料构成，以便能由配置在其下方的相机103对载置在被载置面的刻划对象物进行观察、拍摄。这是因为需要利用设备图案2的形状来进行衬底10的定位。另外，载台101可通过未图标的驱动机构在水平面内进行二轴移动动作及旋转动作。
另一方面，刻划轮102为外周面具有剖视时呈等腰三角形状的刀尖102e，且直径为2mm～3mm的圆板状的部件(刻划工具)。至少刀尖102e由金刚石形成。另外，刀尖102e的角度(刀尖角度)δ为100°～150°，优选为100°～130°(例如110°)。所述刻划轮102通过可沿铅直方向升降设置的未图示的保持机构，在与载台101的一水平移动方向平行的铅直面内，自由旋转地保持在载台101的上方。
相机103以可观察、拍摄铅直上方的方式设置在载台101的下方。相机103为例如CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合设备)相机。
只要具有如以上功能，那么可应用习知者作为刻划装置100。
如图2所示，刻划处理是在衬底10的设备图案2侧，贴附具有大于衬底10的平面尺寸的平面尺寸的粘性切割胶带(扩展胶带)4的基础上进行。另外，在以下的说明中，对于贴附有所述切割胶带4的状态者，有时也简称为衬底10。对切割胶带4，可应用厚度为80μm～150μm左右(例如100μm)的习知者。
具体而言，首先，如图2所示，以使所述切割胶带4与载台101的被载置面接触的形态将衬底10载置并吸引固定在载台101上。也就是说，衬底10以金属膜3侧朝向上方的姿势被载置固定在载台101。此时，刻划轮102配置在不与衬底10接触的高度。
所述衬底10的姿势与以往一般进行的用以分断附金属膜的衬底的刻划处理中的衬底姿势上下反转。也就是说，在本实施方式中，如稍后所述，从金属膜3侧进行衬底10的刻划，这与以往一般进行的用以分断附金属膜的衬底的刻划处理的情形相比，刻划对象面的正反相反。
固定衬底10后，接下来通过使载台101适当动作而进行定位，以使分断预定位置P与刻划轮102的旋转面位于同一铅直面内。通过进行所述定位，如图2所示，刻划轮102的刀尖102e位于分断预定位置P的金属膜侧端部Pa上方。更详细而言，分断预定位置P的金属膜侧端部Pa为直线状，且定位是以使刻划轮102位于其一端部侧的上方的方式进行。
进行所述定位后，刻划轮102通过未图示的保持机构，如图2中以箭头AR1所示，使刀尖102e向铅直下方下降直至压接到分断预定位置P的金属膜侧端部Pa。
压接时，刀尖102e对衬底10施加的载荷(刻划载荷)、或载台101的移动速度(刻划速度)可根据衬底10的构成材料尤其是基材1的材质或厚度等适当决定。例如，如果是基材1包含SiC的情况，那么刻划载荷为1N～10N左右(例如3.5N)即可，刻划速度为100mm/s～300mm/s(例如100mm/s)即可。
所述压接后，维持所述压接状态，将刻划轮102沿分断预定位置P的金属膜侧端部Pa的延伸方向(图2中为垂直于图面的方向)移动。由此，可使刻划轮102沿所述方向(朝向金属膜侧端部Pa的另一端部)相对滚动。
接下来，以所述形态使刻划轮102沿金属膜侧端部Pa进行压接滚动后，如图3所示，衬底10的金属膜3被分断且形成划线SL，同时垂直裂缝VC从所述划线SL沿分断预定位置P朝铅直下方从设备图案2延展到基材1。基于最终良好地进行分断，期望垂直裂缝VC至少延展到基材1的中间。
在所有分断预定位置P，利用所述刻划处理进行金属膜3的分断与垂直裂缝VC的形成。
图4是从所述刻划处理后衬底10的金属膜3侧拍摄的图像。根据图4确认到通过形成划线SL良好地分断了金属膜3、及金属膜3未发生剥离。
＜裂断处理＞
如上所述形成有垂直裂缝VC的衬底10接下来供裂断处理。图5是示意性表示执行裂断处理前的状况的图。图6是示意性表示执行裂断处理中的状况的图。图7是示意性表示执行裂断处理后的衬底10的图。
本实施方式中，裂断处理使用裂断装置200而进行。裂断装置200具备：保持部201，供载置裂断对象物；及裂断杆202，负责裂断处理。
保持部201包含一对单位保持部201a与201b。单位保持部201a与201b在水平方向上以特定的距离(分开距离)d2相互分开设置，且位于相同高度位置的两者的水平的上表面整体用作一裂断对象物的被载置面。换言之，裂断对象物以局部露出于下方的状态被载置在保持部201上。保持部201例如由金属构成。
另外，保持部201可使一对单位保持部201a与201b在水平面内预先确定的一方向(保持部进退方向)上，进行接近及远离的动作。也就是说，在裂断装置200中，分开距离d2可变。图5中，图中的左右方向为保持部进退方向。
此外，在保持部201中，可通过未图标的驱动机构，进行载置在被载置面的裂断对象物在水平面内的对准动作。
裂断杆202为板状的金属制(例如超硬合金制)部件，且设置为剖视时成等腰三角形状的刀尖202e沿刀刃长度方向延伸。图5中，以使刀刃长度方向成为垂直于图面的方向的方式，表示裂断杆202。刀尖202e的角度(刀尖角度)θ优选为5°～90°(例如60°)。
另外，更详细而言，刀尖202e最前端部分是曲率半径为5μm到100μm左右(例如100μm)的微小曲面。
所述裂断杆202设置成在保持部进退方向上的一对单位保持部201a与201b的中间位置(与它们的距离相等的位置)的上方，可通过未图示的保持机构，在垂直于保持部进退方向的铅直面内沿铅直方向升降。
使用具有如上构成的裂断装置200的裂断处理中，是在如图5所示，覆盖贴附有切割胶带4的状态的经刻划处理后的衬底10的金属膜3侧的面及侧部的形态下，贴附保护膜5后进行。以下的说明中，当处于贴附有所述保护膜5的状态时，有时也简称为衬底10。保护膜5可应用厚度为10μm～75μm左右(例如25μm)的习知者。
具体而言，首先，如图5所示，以使保护膜5与保持部201的被载置面接触的形态将衬底10载置在保持部201上。也就是说，衬底10以金属膜3侧成为下方且设备图案2侧成为上方的姿势，也就是以与刻划处理时上下反转的姿势，被载置在保持部201上。此时，裂断杆202配置在不与衬底10接触的高度。
所述衬底10的姿势与刻划处理时同样，与以往一般进行的用于分断附金属膜的衬底的裂断处理中的衬底姿势上下反转。也就是说，在本实施方式中，如稍后所述，从设备图案2侧进行衬底10的裂断处理，这与以往一般进行的用于分断附金属膜的衬底的裂断处理的情况相比，裂断对象面的正反相反。
另外，如本实施方式般，以特定的间隔(间距)d1决定多个分断预定位置时，以分开距离d2与衬底10的分断预定位置P的间隔(间距)d1间，成为d2＝1.5d1(d2为d1的(3/2)倍)的方式，配置一对单位保持部201a与201b，在此种状态下，将衬底10载置在保持部201上。这与一般的裂断处理时所采用的条件同样。另外，在实际处理中，只要为d2＝1.0d1～1.75d1的范围内即可。
载置衬底10后，接下来通过使驱动机构适当动作，进行衬底10的定位。具体而言，使刻划处理中设置有划线SL乃至垂直裂缝VC的衬底10的分断预定位置P的延伸方向，与裂断杆202的刀刃长度方向一致。通过进行所述定位，如图6所示，裂断杆202的刀尖202e位于分断预定位置P的设备图案侧端部Pb的上方。
所述定位后，如图5中以箭头AR2所示，裂断杆202使刀尖202e朝分断预定位置P的设备图案侧端部Pb向铅直下方下降。
此时，裂断杆202的刀尖202e并非直接抵接于分断预定位置P的设备图案侧端部Pb，而如图6所示，抵接于切割胶带4上表面的设备图案侧端部Pb的上方位置Pc，裂断杆202使刀尖202e在所述位置Pc抵接于切割胶带4后仍下降特定距离。也就是说，对衬底10以特定的压入量压入。所述压入量优选为0.05mm～0.2mm(例如0.1mm)。
如此，对于衬底10，产生以裂断杆202的刀尖202e为作用点，以一对单位保持部201a、201b各自的被载置面的内侧端部f(fa、fb)为支点的三点挠曲的状况。由此，如图6中以箭头AR3所示，对衬底10，作用有朝相反的2个方向的拉伸应力，其结果，使垂直裂缝VC进一步延展，同时衬底10一度被分成左右2个部分，并在两部分间形成间隙G。
随后，使裂断杆202上升而解除衬底10的压入后，最终如图7所示，间隙G闭合而成为左右2个部分的端部抵接的分断面D。
所述裂断处理结束后，如图7以箭头AR4所示，通过使拉伸应力沿面内方向作用于切割胶带4，使切割胶带4伸长，而将衬底10在分断面D处分成2个部分10A、10B。由此，将衬底10分断成2个。
＜与以往方法的对比＞
图8及图9是表示供以往的分断处理的衬底10的状况的摄像图像。更详细而言，图8(a)是切割胶带伸长前的衬底10的剖面的摄像图像，图8(b)是所述部分R的放大图像。图9是进行所述伸长后的金属膜3表面的摄像图像。另外，图10是对衬底10以本实施方式的方法进行多个部位的分断后所获得的多片金属膜3表面的摄像图像。
此处，与所述的本实施方式的方法相比，以往的分断处理是在使衬底10的姿势上下反转的状态下进行刻划处理与裂断处理。也就是说，刻划装置100的刻划处理中，在设备图案2形成划线，裂断处理中，使裂断杆202抵接于金属膜3侧。
所述情况下，如图8(b)中以箭头AR5所示，产生裂断处理后的金属膜3未被分断的部位。即便为存在此种部位的状况，只要使切割胶带4伸长，那么金属膜也可被分断。然而，在通过分断获得的单片的端部，产生了如图9中以箭头AR6所示的金属膜3的剥离。
相对于此，在应用本实施方式的方法的情况下，如图10(a)及其局部放大图像也就是图10(b)所示，尽管在多个部位进行分断，但与所述的刻划处理结束后同样，分断后，未确认到如图9所示的金属膜3的剥离。
如以上所说明，根据本实施方式，当通过刻划处理与裂断处理的组合，对于在基材的一主表面具有设备图案而在另一主表面具有金属膜的半导体设备用衬底进行分断的情况下，预先通过刻划处理分断金属膜后，进行裂断处理，由此不会使金属膜产生剥离，而可实现良好的分断。
＜变化例＞
所述实施方式中，通过刻划轮进行刻划处理，但只要为良好地实现划线的形成及裂缝的延展，那么也可为通过金刚石刀头等刻划轮以外的工具形成划线的形态。
在所述实施方式中，基于刻划装置100中利用设备图案进行定位的必要性考虑，载台101中的至少相机103的摄像范围内必须以透明的材料构成，但在金属膜3形成特定的对准标记，并可通过从上方观察而利用所述对准标记实现衬底10的定位的情况下，载台101无须以透明的材料构成。
另外，裂断处理中所用的裂断装置具备包含在水平方向上分开特定距离的一对单位保持部201a与201b的保持部201，但也可取代此而使用具备与衬底整面接触而进行保持的包含弹性体的保持部的裂断装置。裂断处理的压入量优选为0.05mm～0.2mm(例如0.1mm)。
Claims (4)
1.一种附金属膜的衬底的分断方法，其特征在于，是分断附金属膜的衬底的方法，且具备：
刻划步骤，通过刻划工具在特定的分断预定位置对附金属膜的衬底的设有金属膜的第1主表面侧进行刻划而形成划线，分断所述金属膜且使垂直裂缝从所述划线沿所述分断预定位置向所述附金属膜的衬底的内部延展；及
裂断步骤，使裂断棒从所述附金属膜的衬底的未设所述金属膜的第2主表面侧与所述附金属膜的衬底抵接而使所述垂直裂缝进一步延展，由此，在所述分断预定位置分断所述附金属膜的衬底。
2.根据权利要求1所述的附金属膜的衬底的分断方法，其特征在于，
所述裂断步骤中使所述附金属膜的衬底的姿势与所述刻划步骤时上下反转而进行处理。
3.根据权利要求1或2所述的附金属膜的衬底的分断方法，其特征在于，
刻划装置中，在将所述附金属膜的衬底以所述第1主表面侧与所述刻划工具对向的姿势固定在所述载台的状态下进行所述刻划步骤，且所述刻划装置具备：
载台，供载置刻划对象物；及
所述刻划工具，从上方对载置在所述载台的所述刻划对象物进行刻划。
4.根据权利要求3所述的附金属膜的衬底的分断方法，其特征在于，
所述刻划装置进一步包含：
相机，配置在所述载台的下方，且用于观察及拍摄载置在所述载台的所述刻划对象物；且
所述载台中的至少由所述相机拍摄的范围内以透明的材料构成。
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