JP2006147818A

JP2006147818A - 基板割断方法

Info

Publication number: JP2006147818A
Application number: JP2004335397A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nishiwaki; 正行西脇; Junichiro Iri; 潤一郎井利; Genji Inada; 源次稲田; Sadayuki Sugama; 定之須釜
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】レーザ加工によって形成された内部加工領域の亀裂を起点とする割れを基板表面の割断予定線から外れないようにしつつ、基板表面に形成された素子チップを確実に分離すること。
【解決手段】シリコン基板１０の内部にレーザ光を集光させて複数の内部亀裂１２ａ〜１２ｃを発生させ、このレーザ光をシリコン基板１０の割断予定線Ｃに沿って走査することで亀裂群を形成する。基板表面１１には表面加工痕１１ａが設けられる。外力によってシリコン基板１０を素子チップに分割する割断工程で、表面加工痕１１ａと内部亀裂１２ｃとに至る亀裂を形成する際に、素子チップ１０ａについての分離／未分離部分の検出、未分離部分の再割断を行う。
【選択図】図１５

Description

本発明は、シリコンウエハに複数の半導体素子部が配列された半導体基板等の基板を、レーザ加工によって個別の素子チップに分離する基板割断方法に関するものである。

シリコンウエハ等の半導体基板をチップ状に精密切断する場合、従来、幅数十〜数百μｍの円周形状のブレードを高速回転させ、ブレード表面の研磨材が半導体基板を研削することによって切断するブレードダイシング法が知られている。この際、切断に伴う発熱や磨耗を低減させるために、切断面には冷却水を噴射するが、切断に伴って発生する半導体基板や研磨材の微粒子、半導体基板と加工テーブルを固定する粘着テープの粘着剤粒子等が冷却水に混ざって広範囲に飛散する。特に、インクジェットノズル等の吐出手段が形成された半導体基板では、ノズル内部等に上記微粒子がゴミとして混入すると、インク等液体の吐出に重大な影響を及ぼすおそれがある。

この問題を解決するためには、切断に冷却水を用いず、ドライな環境で実施できることが望ましい。そこで、半導体基板に吸収性の高い波長のレーザ光を基板表面に集光させて、基板を切断する加工方法が用いられる。しかしこの方法では、基板表面で、切断部の周辺も熱溶融してしまうため、半導体基板上に設けられたロジック回路等を損傷させる問題があり、また、レーザ加工はレーザ入射側から出射側へ基板を溶融して進行するため、基板表面には溶融物の再凝固物が付着してゴミとなってしまう。従って、ブレードダイシングと同様、ゴミの問題が発生する。

また、基板内部に吸収性の高いレーザ光を集光することによって基板を切断する加工方法として、例えば特許文献１および特許文献２に開示された方法は、被加工材料である基板に対して透過性の高い特定波長のレーザ光を、基板の内部に集光して形成した変質層を切断の起点とするもので、基板表面に溶融領域を形成しないため、ゴミの少ない切断を可能とするものである。
特開２００２−１９２３７０号公報特開２００２−２０５１８０号公報

しかし、上記の方法では、切断の起点は基板内部の変質層のみに限定されるため、切断の起点から基板表面に到達する亀裂の方向や位置を精密に制御するのは困難である。

特に、シリコンウエハでは、亀裂の進展が結晶方位に影響されるため、シリコン基板および素子形成の際の工業的誤差等により、割断予定線と結晶方位との小さなずれが存在する場合は、上記のレーザ加工方法では亀裂が基板の表面に進行する過程で割断予定線を逸脱し、素子部のロジック回路等を破壊する可能性が高い。

これを図１７を用いて説明する。表面が（１００）面の単結晶シリコンからなるシリコン基板１０１の内部の所定の深度において、特定波長のレーザ光を集光させて変質層１０２を形成した場合、表面近傍の変質層１０２の先端１０２ａを起点とする亀裂１０３ａが表面まで走って、基板が割断してしまうことがある。この場合、レーザ加工による変質層１０２の先端部１０２ａには高次の結晶方位面が形成されているため、実際の割れ目１０３ａは、理想的な亀裂１０３とはならずに単結晶シリコンのへき開面である（１１０）面や（１１１）面に沿った方向に傾いてしまう。図１７は、表面が（１００）面でへき開面が（１１１）面である場合を模式的に示したものである。その結果、シリコン基板１０１の表面における割断予定線Ｃから大きくずれた位置で基板表面が分断されることになる。また、変質層１０２が基板内部深く形成された場合には、先端１０２ａと基板表面との距離が長すぎて、基板の割断・分離ができない場合もある。

特に、インクジェットノズル等の吐出口が形成された液体吐出ヘッドの素子基板では、吐出口の下にインク等液体を供給するための開口構造が存在するため、亀裂がそれらに進展し、基板を破壊するという問題がある。そしてこの傾向は、内部の変質層に対して基板の厚さが大きい場合に、より顕著となる。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、レーザ光を基板内部に集光させて形成した内部加工領域からの亀裂の拡張方向を、基板表面の割断予定線に向かって誘導するとともに、より確実な素子の分離をすることができる基板割断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の基板割断方法は、基板表面に形成された複数の素子をレーザ光によって複数の素子チップに分離するための基板割断方法であって、基板を割断する際に応力を集中させるための凹部を基板表面に形成する表面加工工程と、基板内部の所定の深度の集光点にレーザ光を集光させて基板表面に交差する方向にのびる内部加工領域を形成する工程と、内部加工領域を形成するレーザ光の基板への照射位置を基板表面に沿って相対移動させ、内部加工領域を基板表面に沿った方向に形成する工程と、基板に外力を与えることによって内部加工領域と基板表面の凹部とに至る亀裂を形成して基板から素子チップを分離する工程と、周囲から分離していない素子チップを検知する検知工程と、再度外力を与えることで周囲から分離していない素子チップを分離させる分離工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、基板表面を汚染するおそれがなく、割断予定線からずれることのない割断を行うことができ、より確実な素子の分離を行うことができる。これにより、基板から分離できる素子数を増大させることができ、コストダウンを図ることができる。

図１に示す、表面に複数の半導体素子部であるロジック素子部１０ａが形成されたシリコン基板１０を個々の素子チップに分離する割断方法において、図２に示すようにシリコン基板１０の内部の所定の深度の集光点にレーザ光を集光させ、シリコン基板１０のロジック回路等が形成された基板表面１１に到達しない内部加工領域（例えば、溶融、亀裂、結晶構造が変化した状態等をいう。）を形成する。シリコン基板１０を用いた場合には、内部加工領域として代表的な現象は亀裂である。このようにして、シリコン基板１０の内部に内部亀裂１２（１２ａ〜１２ｃ）を形成し、各集光点を割断予定線Ｃに沿って走査（相対移動）するようにレザ光の照射位置を基板に対して相対移動させることで、割断予定線Ｃに沿ってバンド状の亀裂群を形成する。

このような亀裂群の形成後またはその前に、割断予定線Ｃ（Ｃ_１、Ｃ_２）に沿って基板表面１１に凹部を形成する。具体的には、ケガキ等による線状加工部である表面加工痕１１ａを形成する表面加工を行う。

表面加工痕１１ａの形成とレーザ光による亀裂群の内部加工との後に割断のための外力を作用させると、基板表面における応力が表面加工痕１１ａに集中し、亀裂が表面加工痕１１ａと内部亀裂１２ｃとを連結するように形成されるため、基板表面１１に発生する実際の割断線が割断予定線Ｃからずれることがない。

その後、内部加工領域が凹部に至らなかったことで周囲の他の素子チップから分離していない素子チップを検知し、内部加工領域と凹部とに至る亀裂が形成されていない部分に再度外力を与え、周囲の他の素子チップから分離していない素子チップを分離させることで、より確実な素子の分離を行う。

図１の（ａ）、（ｂ）に示すシリコン基板１０は、図１（ｃ）に示すように、表面が（１００）面の単結晶シリコンで厚み６２５μｍのシリコンウエハ１を基体とし、シリコンウエハ１の表面には、厚さ１μｍ程度の酸化膜２が形成され、その上には、インク等液体吐出用のエネルギー発生体、およびそれらを駆動するロジック素子、配線等を内蔵したエポキシ樹脂製の構造物であるノズル層３が配置され、各ロジック素子部１０ａを構成している。

このように液体吐出用のエネルギー発生体等を内蔵したノズル層３の直下に、開口部である液体供給口（インク供給口）４をシリコンウエハ１の異方性エッチングにより形成する。ノズル層３は、製造工程の終盤でシリコンウエハ１を各素子チップに割断できるように、互いに割断予定線Ｃを挟んで配置される。割断予定線Ｃはシリコンウエハ１の結晶方位に沿って形成され、隣接するノズル層３の間隔Ｓは最小で４００μｍ程度である。

図２は、シリコン基板１０を個々の素子チップとなるロジック素子部１０ａに分離する割断プロセスを説明するフローチャートであり、このプロセスは、ステップ１のテープマウント工程、ステップ２のウエハ補正工程、ステップ３の表面凹部加工工程（表面加工工程）、ステップ４の内部加工領域形成工程、ステップ５の割断工程、ステップ６のリペア工程、ステップ７のピックアップ工程の７工程からなる。

以下に各工程を順に説明する。

〔テープマウント工程〕
図３に示すように、シリコン基板１０は、まず、割断までの工程で素子が分離するのを防止するためのテープマウントを行う。テープマウントは、ダイシングフレームＭが貼り付けられた、粘着性を有するダイシングテープＴをシリコン基板１０の裏面に貼り付けることによりなる。

ダイシングテープとしては、紫外線硬化型あるいは感圧型粘着剤が塗工された粘着テープや、自己粘着層を有する粘着テープを用いる。

〔ウエハ補正（ソリ矯正）工程〕
前述のように、シリコン基板１０の表面に形成される樹脂層であるノズル層３は硬化時に熱収縮を起こすため、シリコン基板１０の全体が図４（ａ）に示すように変形している。このように変形した状態で後述のレーザ照射を行うと、基板表面１１で局部的に入射角度が異なり、精度よく加工することができない。従って、予めこの変形を矯正しておく必要がある。そこで、図４（ｂ）に示すように、ダイシングテープＴの側からシリコン基板１０を吸着ステージＤにて吸引することで、シリコン基板１０を平坦化し、変形を矯正する。

〔表面凹部加工工程〕
続いて、シリコン基板１０の各ロジック素子部１０ａの割断を精度よく行うために、基板表面１１において割断予定線Ｃに亀裂の伝播を誘導する凹部である表面加工痕１１ａを、基板表面に形成する。すなわち、割断予定線Ｃに沿って表面加工痕１１ａを形成することで、外力による割断の際に表面に作用する応力の集中が表面加工痕１１ａに起こり、割れが表面加工痕１１ａへ誘導される。または表面加工痕１１ａが起点となり割れが内部に進行する。従って、ロジック回路等を破壊するような不都合な割れを生じることがない。

具体的な表面加工痕１１ａの形成は、図５に示すように、割断予定線Ｃに沿って超硬刃、ダイヤモンド刃等の工具４０を用いたスクライバーにてケガキを入れればよい。表面加工痕１１ａは、幅２μｍ以上、深さ１μｍ以上が好ましい。ただし、内部亀裂１２を形成するレーザ光Ｌの光路を妨げない大きさにする必要がある。加工深さは、割断時に、基板表面の応力が表面加工痕１１ａに集中し、表面加工痕１１ａと亀裂１２との間が新たに形成された亀裂で結ばれるような深さが適している。このときの加工深さが、図５に示すように、シリコン基板１０の表面層である酸化膜２の厚さより小さくてもよいし、あるいは酸化膜２の厚さと同じかそれ以上の深さとなっても問題はない。

また、表面加工痕１１ａは少なくともロジック素子部１０ａを有する基板表面１１に対しては必須であるが、シリコン基板１０の表側の表面と裏側の表面との双方に形成してもよい。

また、工具４０を用いたケガキ加工にて表面加工痕１１ａを形成する場合、本実施例のように後述の内部加工領域形成（内部亀裂形成）前に表面加工痕１１ａを形成することで、加工痕の形成に伴う加工負荷によって不必要な割れが生じることを回避できる。逆に、表面加工痕１１ａを先に形成する場合には、加工痕自体が後工程でのレーザ照射時の加工位置を示す基準（線）とすることができ、レーザ照射の作業効率を向上することができる。

なお、表面加工痕１１ａは、レーザ光Ｌによる内部加工領域形成工程の後に形成してもよく、この場合は内部加工領域形成時にレーザ光のケラレの影響（表面加工痕ができた表面の凹部斜面が照射されたレーザ光を反射し、基板内部へ到達するレーザ光量が減少する現象）が無いため、より効率良く内部加工領域の形成（内部亀裂形成）を行うことができる。

〔内部加工領域形成工程〕
図６（ａ）に示す加工装置５０を用いて内部亀裂１２を形成する。この加工装置５０は、光源５１、ビーム拡大系５１ａ、ミラー５１ｂ等を有する光源光学系と、顕微鏡対物レンズ５２ａ、ミラー５２ｂ、等を有する集光光学系５２と、Ｘステージ５３ａ、Ｙステージ５３ｂ、微動調整ステージ５３ｃ等を有する自動ステージ５３と、ワークＷであるシリコン基板１０のオリエンテーションフラット１０ｂ（図１参照）によるアライメントを行う不図示のアライメント光学系を備えている。

光源５１としては、パルスＹＡＧレーザの基本波（１０６４ｎｍ）を使用する。パルス幅は１５〜１０００ｎｓ前後で、周波数は１０〜１００ＫＨｚである。このレーザの励起源は半導体レーザであり、レーザのパワーは半導体レーザへの注入電流で変化させることができる。この注入電流の電流量、周波数を変化させることでパルス幅を変えることが可能である。

レーザ光の選定は、シリコン基板の分光透過率より決定される。そのため、集光点にて強電界が形成可能でシリコン透過性がある波長域の光であれば、いずれでもかまわない。

光源５１から出射したレーザ光Ｌは、ビーム拡大系５１ａ等を経て集光光学系５２に入射する。

集光光学系５２の顕微鏡対物レンズ５２ａは、例えば倍率２０ＮＡ０．４２あるいは倍率５０ＮＡ０．５５のものを用いる。また、シリコンの屈折率を考慮し、顕微鏡観察にも適用可能なシリコン内部加工に最適な集光レンズを用いることもできる。集光光学系５２によってワークＷに集光されたレーザ光Ｌは、図６（ｂ）に示すように、自動ステージ５３上のワークＷであるシリコン基板１０のロジック素子部１０ａを有する基板表面１１から入射する。

このときの光学条件は、基板表面１１に表面加工痕１１ａが存在してもかまわないように設定される。すなわち、表面加工痕１１ａによるエネルギー損失を考慮してパワーを上げるか、表面加工痕１１ａを避けて入射するように光束を選定する等の方策をとる。基板表面１１から入射した光束はシリコン基板１０内を屈折して、内部の所定の深度（ａ）の集光点Ａに集光して内部亀裂１２を生じる。

実験によれば、図７に示す最上端の内部亀裂１２ｃの亀裂先端は、基板表面１１より１０μｍ以上離れるように、集光位置や酸化膜２の膜構成、使用するレーザ波長等に応じて加工条件を設定することが望ましい。加工中に不用意に内部亀裂１２ｃと基板表面１１との連結が生じたり、レーザ照射条件によっては基板表面１１が損傷してしまうことがあるので、これらの発生を防ぐためである。

集光点Ａの深度（ａ）は、シリコン基板１０であるワークＷあるいは集光光学系５２のいずれかを光軸方向に移動させ、集光位置をずらすことで制御できる。シリコン基板１０の波長１０６４ｎｍに対する屈折率をｎとし、機械的な移動量（シリコン基板１０あるいは集光光学系５２のいずれかを光軸方向に移動させた時の移動量）をｄとした時、集光点Ａの光学的な移動量はｎｄである。シリコン基板１０の屈折率は、波長１．１〜１．５μｍで３．５近傍であり、実際に実験で測定した値とも比較すると、ｎは３．５に近いものであった。つまり、表面からの機械的な移動量が１００μｍであると、レーザ光の集光点は表面より３５０μｍの位置に形成される。

また、屈折率が３．５近傍であるということは反射率が大きいことを示している。一般に垂直入射での反射は（（ｎ−１）／（ｎ＋１））^２であるからシリコン基板では３０％程度となる。残りのエネルギーが内部に到達するが、シリコン基板の光吸収も存在するので、集光点での最終的なエネルギーはさらに小さくなる。厚さ６２５μｍのシリコン基板にて実測したところ、２０％程度の透過率であった。

集光点Ａにレーザ光Ｌが集光すると、部分的にシリコンの結晶状態が変化し、その結果、内部亀裂１２が走ることになる。実験結果では、その亀裂長さ（ｂ）は２〜１００μｍ程度であった。

次に、内部加工領域を形成するレーザ光Ｌの基板への照射位置を基板表面に沿って相対移動させ、内部加工領域を基板表面に沿った方向に形成する。具体的には、シリコン基板１０の内部の一点から内部亀裂１２を形成し、集光点Ａを割断予定線Ｃに沿って相対移動させることで割断予定線Ｃの直下の内部加工を行う。なお、図１に示すように、シリコン基板１０の割断予定線Ｃには、オリエンテーションフラット１０ｂを基準とする、互いに直交する２方向の割断予定線Ｃ_１、Ｃ_２がある。

シリコン基板１０であるワークＷは、ＸＹ方向に移動可能な自動ステージ５３に載置され、水平面（ＸＹ平面）内での変位が可能である。また、Ｚ方向である光軸方向（シリコン基板の深さ方向）の変位は、ワークＷを乗せた自動ステージ側または集光光学系側に光軸方向（基板の深さ方向）に移動可能なＺステージ５２ｃを設け、集光光学系５２とワークＷの間隔を可変とする。

ＸＹ方向の移動速度はレーザ発振周波数や亀裂形状などを考えて決定され、通常、周波数１０〜１００ＫＨｚでは移動速度は１０〜１００ｍｍ／ｓｅｃが目安となっている。移動速度が１００ｍｍ／ｓｅｃを越えると、内部加工は移動方向に対してとびとびになり、同じ割断予定線上の隣接する亀裂の間隔が著しく広くなる等、後の割断に影響を与える。

また、集光光学系５２は、ワーク照射点と共役になるように観察用カメラ５２ｄを配置している。一方、シリコン基板１０の反射率は３０％程度あるため、観察用カメラ５２ｄの素子の損傷を防止するために、レーザ光の出力に応じたフィルターを配置している。観察用の照明は、ケーラー照明が形成できるように集光に使用している顕微鏡対物レンズ５２ａの入射瞳の位置に光源を形成できるようにリレーレンズを用いる。また、照明もフィルターを通して行い、照明用光学素子の損傷を極力排除するものである。

前述の観察光学系以外にもＡＦ（自動焦点）光学系５４を導入し、ワークＷとの間隔を測定する。ＡＦ光学系５４は、観察用カメラ５２ｄで得られた画像のコントラストを求め、その値から、ピントや傾きを計測するものである。実際にはこのコントラストを測定するためにワークＷまでの距離を微小送りしながら計測し、最良位置を決定する。なお、ＡＦ動作はシリコン基板１０であるワークＷの平行度など見て動作するか否かを判定する。

このように内部加工を行うが、加工を開始するに当り以下の点に留意する。
（１）図８に示すように、ワークＷであるシリコン基板１０の端点よりレーザ加工をはじめるが、端点付近は中央部より加工し難い状態であるため、端点近傍を加工するときはレーザエネルギーをワークＷの中央部より上げる等の加工条件の変更が必要である。
（２）図９に示すように、長方形の形状の異形チップを加工する場合は、まずその長辺側の割断予定線Ｃ_１を第一割断方向として内部亀裂１２を加工し、その次に第二割断方向として短辺側の割断予定線Ｃ_２に沿った内部亀裂１２を加工する。

前述のように、１つの集光点で形成される亀裂長さは２〜１００μｍであり、対象となるシリコン基板の厚みは６２５μｍであるので、このシリコン基板を割断するためには複数回の内部加工を行うことが必要となる。また、１つのポイントでの内部加工の順番は、基板表面１１から遠い側（奥側）よりはじめて、表面に近づけてゆく。

内部亀裂を形成する内部加工領域形成時には、基板表面の近傍で形成される内部亀裂１２が表面加工痕１１ａを有する基板表面１１へ到達するような加工は行わないものとする。また、集光点Ａ近くの既存の内部亀裂１２が、レーザ照射による熱などの影響で成長し、基板表面１１へ到達するような加工条件は選択しないものとする。

しかし、基板内部においてはその限りではなく、図２に示すように内部亀裂１２ａ〜１２ｃが基板の厚さ方向に分断されていてもよいし、あるいは連結していてもよい。また、基板表面１１に最も近い内部亀裂１２ｃの亀裂群は、シリコン基板の基板表面１１から１０〜１００μｍの深度で、しかも表面加工痕１１ａと連通しない位置に設けられる。

次に、各亀裂群の加工順序を説明する。

第１の方法は、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数あるいは全ての割断予定線Ｃに対して、表面よりある高さの亀裂群、例えば実質的に同じ深度の内部亀裂１２ａの亀裂群の形成を終了した後、深度の異なる内部亀裂１２ｂの亀裂群を加工する。各深度ごとの亀裂群の形成がシリコン基板１０の内部で段階的に行われるため、隣接する割断予定線Ｃによる影響を低減できる。

第２の方法は、図１０（ｄ）に示すように、１つの割断予定線Ｃの直下において、深度の異なる内部亀裂１２ａ、１２ｂ、１２ｃの亀裂群をそれぞれ形成した後、他の割断予定線Ｃの同様の亀裂群を加工する。この方法は、シリコン基板１０の平面性に対する焦点位置の補正が必要な場合、加工開始点におけるＡＦ動作回数を減らすことができる。

また、第１の方法には、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、集光点を割断予定線に沿って片方向に移動させる場合と、図１０（ｃ）に示すように集光点を割断予定線に沿って往復移動させる場合とがある。後者は、移動距離の全長が短くなるため、加工時間を短縮することができる。

本実施例では後者の方を選択しているが、対象物の状態（シリコン基板の平行度、うねり）などから総合的に判断して決定するものである。

なお、図９に示したように、２つ割断方向を有する割断予定線Ｃ_１、Ｃ_２ではそれらが交差する点（交差点Ｃ_１２）が存在する。交差点Ｃ_１２付近では第一割断方向に沿って形成された内部加工帯に第二割断方向での同じ深度の内部加工のためのレーザ光束がさえぎられてしまう。これは、第二割断方向の内部加工帯全体に発生するものではなく、局部的な現象であるが、エネルギー損失を考慮して、加工条件を交差点Ｃ_１２の近傍で変更するか、第二割断方向に移行するときに加工条件を変更し、第二割断方向全体にわたって第一割断方向とは異なる加工条件で加工するのが望ましい。

〔割断工程〕
各割断予定線Ｃごとに表面加工痕１１ａおよび複数の内部亀裂１２ａ、１２ｂ、１２ｃを形成したシリコン基板１０は、少なくとも表面加工痕１１ａと表面直下の内部亀裂１２ｃとは連結しておらず、従って、レーザ加工後のシリコン基板１０の個々のロジック素子部１０ａは割断されていない。この状態のシリコン基板１０を素子チップに割断する手順は以下のように行う。

図１１（ａ）に示すように、表面加工痕１１ａと内部亀裂１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）とを形成後のシリコン基板１０を、ダイシングテープＴにマウントしたまま、シリコン基板１０の裏面が上となるように、割断装置のシリコーンゴムあるいはフッ素ゴムなどの弾力性のあるゴムシート６０上に置く。なお、シリコン基板１０の基板表面１１がゴムシート６０に接することで表面側に汚れが付着することを避けるために、内部亀裂形成後のシリコン基板１０の表面側にバックグラインドなどに用いられる市販の保護テープＲを貼付してもよい。

割断は、ステンレスのローラー６１でダイシングテープＴを介してシリコン基板１０を圧迫することでなされる。まず、シリコン基板１０の割断予定線Ｃの１つ、好ましくは前述の第一割断方向がローラー軸と略平行になるようにシリコン基板１０をゴムシート６０上に置く。ローラー６１を転がしながらシリコン基板１０を圧迫すると、ローラー６１の直下のゴムシート６０は沈み込むように変形する。シリコン基板１０は、ゴムシート６０側すなわち表面側に伸び方向の応力が作用する。この応力は、基板表面１１の最も弱い個所、すなわち割断予定線Ｃ_１上の表面加工痕１１ａを広げるように作用する。

この結果、図１１（ｂ）に示すように、表面加工痕１１ａを起点として亀裂が発生し、亀裂は基板内部のレーザ照射による内部加工領域としての内部亀裂１２ａ、１２ｂ、１２ｃを連結することで基板裏面へ進行して、基板裏面に至る。これにより、割断予定線Ｃ_１に沿ってシリコン基板１０が割断される。この亀裂の進行はシリコン基板１０の結晶方位に沿って起こるが、割断は表面加工痕１１ａとの連結により行われるため、基板表面１１上の割断予定線Ｃ_１から大きくずれることはない。ローラー６１の進行に伴い、第一割断方向の割断予定線Ｃ_１に沿ってシリコン基板１０は順次割断が終了する。ローラー６１の進行は、シリコン基板１０の端部から他方の端部へ向けて行う方法や、シリコン基板１０の中央付近をローラー６１の圧迫の開始点としてシリコン基板１０の端部へ向けて行う方法などいずれでもよい。

次に、シリコン基板１０を９０°回転し、第二割断方向の割断予定線Ｃ_２とローラー６１の軸とが略平行となるようにする。第１割断方向と同様にローラー６１でシリコン基板１０を圧迫し、第二割断方向にて表面加工痕１１ａを起点とする亀裂を生じさせ、基板裏側の表面へ到達させる。

以上の工程により、シリコン基板１０は個々の素子チップに分離される。

図１１に示した割断工程は、硬質のローラーによるゴムシートの変形に伴う応力をシリコン基板の表面に作用させるものであるが、ロジック素子やノズル層の破壊が伴わないように、ローラーによるシリコン基板の圧迫荷重やゴムシートの厚み、ゴム硬度を選ぶことが必要である。また、併せて適切なダイシングテープや表面の保護テープの材質、厚さを選定することも必要である。

割断予定線に沿って作用する外力により表面加工痕と内部亀裂を有するシリコン基板を割断する方法は、以下の２つの方法のいずれかでもよい。

第１の方法は、図１２に示すように、シリコン基板１０のロジック素子部１０ａ間の割断予定線Ｃに曲げ応力を与え、割断予定線Ｃに沿って素子を分離する。割断されるロジック素子部１０ａの表面側をコレットＡ６２ａで、裏面側をピン６３で挟持した状態で、１〜１０μｍ程度、上方に押し上げる。このとき、隣接するロジック素子部１０ａが上方に押し上げられないように、コレットＢ６２ｂにより隣接するロジック素子部１０ａの一部が抑えられる。この結果、割断予定線Ｃ上の表面加工痕１１ａが広がるような応力が作用し、表面加工痕１１ａを起点とする亀裂が生じ、内部亀裂１２と連結して、シリコン基板１０の裏面まで到達する。

第２の方法は、図１３に示すように、割断予定線Ｃに沿って、シリコン基板１０の表面側に直接機械的な衝撃を与える方法である。表面加工痕１１ａと内部亀裂１２の形成後のシリコン基板１０はシングルポイントボンダーに搬送され、基板表面１１、好ましくは表面加工痕１１ａの近傍を微小で硬い工具６４で連続的な打撃を与えることで、表面加工痕１１ａを起点に割れを形成する。

また、レーザ加工後の基板へ新たに熱衝撃を与えて割断することも考えられる。

〔リペア工程〕
割断工程にて表面加工痕１１ａと内部亀裂１２による亀裂が新たな亀裂で連結されるとともに、更に亀裂は裏面側へも到達し、シリコン基板１０は各素子チップに分離される。しかし、偶発的に完全分離が成されていない場合はその部分を検知し、再割断する必要がある。このため、リペア工程で使用される装置には、未分離部分の検知、分離／未分離部分の仕分け、再分離作業を行える機能が具備されている。

未分離部分の検知方法を、図１４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図１４（ａ）（ｂ）は赤外線を利用した方法で、内部亀裂を赤外対物レンズ２０１を介して赤外カメラ２０２等を用いて観察するものであり、内部亀裂の有無が判別できる。赤外線は、落射照明、あるいは透過照明でも可能である。また、図１４（ｂ）のように、内部亀裂に対して角度をつけて観察することもできる。

図１４（ｃ）は赤外線を利用するが、光検出器２０３にて内部亀裂からの反射光、散乱光を検出する方法であり、図１４（ｄ）は割断予定線に対して微小量変位を起こす程度の外力を与え、加工部分に隙間を発生させて、この隙間を光学的に対物レンズ２０４を介してカメラ２０５を用いて観察する方法、あるいは電気的に検知する方法である。

分離／未分離部分の仕分けは、前述の割断工程を経た基板をテープマウントされた状態でそのテープを引っ張って伸ばし、既に分離できた部分の隙間を拡大しつつ、図１４（ａ）〜（ｃ）のような未分離部分を検知する検知手段で分離／未分離部分を観察する。そして、既に分離された部分にある隙間がチップの４辺にあるものをカメラにて認識し、次のピックアップ工程でピックアップするためにその位置情報をメモリー等に保管しておく。

分離／未分離部分の仕分けは、検知手段で得られた位置情報に基づいて再割断処理の前までに行われる。仕分けは、基板をテープマウントした状態でそのテープを引っ張って伸ばし、分離部分に隙間を形成する。そして、先の位置情報に基づいて、４辺が分離されたチップをピックアップして専用トレイに配置する。未分離状態の素子チップ周辺には分離された素子チップは存在しない状態となっている。

再割断の方法を、図１５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図１５（ａ）では、割断が成されていない素子チップ１０ａのみ個別に、その未分離部分（未加工部分）に上下方向の変位を与え、その変位に伴って発生する曲げ応力によって、未分離部分を完全に割断して分離する。

図１５（ａ）に示す再割断の方法は、素子チップ１０ａに対して変位を加える１つの機構（吸着コレット６５とつきあげピン６７の組合せ）を未分離部分１０ｃを境に１つずつ用意する。次に、未分離状態である隣接する素子チップ１０ａをともに吸着コレット６５とつきあげピン６７とで固定した後、一方の吸着コレット６５とつきあげピン６７との組に対して、他方の吸着コレット６５とつきあげピン６７との組を相対的に上下方向に変位させ、境界部分に応力を作用させる。これにより、未分離状態の隣接する素子チップを分離することができる。

図１５（ｂ）に示す再割断の方法は、割断が成されていない素子チップ１０ａのみ個別にねじり変位を未分離部分に与え、そのねじり変位に伴って発生するせん断応力によって、完全に割断して分離する。ねじり変位は、図１５（ｂ）で示したようにＸＹ面内に置かれた素子チップ１０ａに対して、Ｙ軸周りのねじり変位を加える方法と、Ｚ軸周りのねじり変位を加える方法とがあるが、Ｚ軸周りねじり変位を加える方が有効に分離できる。このとき、未分離部分の端点周辺の表面にキズ等の小さな割れを予め与えることによって、Ｚ軸周りのねじり変位付与による再割断をより容易に行うことも可能である。

図１５（ｃ）に示す再分割の方法は、未分離部分で繋がった隣接する素子チップ１０ａをテープＴに貼り付けた状態で、テープＴを介して素子チップ１０ａに対して振動源６８が発する振動を加えて振動させる。その際に、振動によるテープの変形に伴う応力が、図１５（ｃ）の中の濃淡グラフで表現されるように作用するが、未分離部分に対して引っ張り応力が作用するように、応力分布と割断予定線とを合わせる。また、振動は連続的な場合、あるいはインパルス的な場合もどちらでも可能である。特に、インパルス的な応力付加には、テープＴに対して張力を作用させた状態で割断予定線の直下の部分にあるテープを急激に叩く方法が効果的である。叩く手段としては、エアーの吹きつけ、大出力スピーカなどの音波、超音波、ピエゾなどのメカ的な伸縮、レーザアブレーションによる反作用による内部衝撃波などである。

〔ピックアップ工程〕
割断工程およびリペア工程にて分離された素子チップ１０ａであるロジック素子部は、図１６に示すように吸着コレット６５およびピックアップピン６６によって搬出され、個別に収納される。この際，エキスパンダーなどにより素子の間隙を広げてピックアップすることは、ピックアップの作業をより容易に行うことができる。また、ピックアップの際に発生する微小な粉塵を吸引除去することは素子チップ１０ａの信頼性向上にとって有効である。

一実施の形態によるシリコン基板を説明するもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部分を拡大して示す部分拡大斜視図、（ｃ）は（ｂ）の断面を示す部分断面図である。割断プロセスを示すフローチャートである。テープマウント工程を説明する図である。ウエハ補正工程を説明する図である。表面加工痕を形成する表面凹部加工を説明する図である。内部亀裂形成工程を説明するもので、（ａ）はレーザ光を照射する加工装置を示す模式図、（ｂ）は内部亀裂が発生するメカニズムを示す図である。実施例による内部亀裂の様子を説明する模式図である。シリコン基板の端部における内部亀裂形成工程を説明する図である。異形の素子チップを切り出す場合を説明する図である。各深度の亀裂群を形成するときのレーザ走査方法を説明する図である。ローラーによる割断工程を説明する図である。コレットによる割断工程を説明する図である。工具による打撃を与えることで割断する場合を説明する図である。分離／未分離部分の検知方法を説明した図である。再割断の方法を説明した図である。リペア工程を説明する図である。一従来例による基板割断方法を説明する図である。

符号の説明

１シリコンウエハ
２酸化膜
２ａ溝
３ノズル層
４液体供給口
１０シリコン基板
１０ａロジック素子部
１１基板表面
１１ａ表面加工痕
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ内部亀裂

Claims

基板表面に形成された複数の素子をレーザ光によって複数の素子チップに分離するための基板割断方法であって、
基板を割断する際に応力を集中させるための凹部を基板表面に形成する表面加工工程と、
基板内部の所定の深度の集光点にレーザ光を集光させて基板表面に交差する方向にのびる内部加工領域を形成する工程と、
内部加工領域を形成するレーザ光の基板への照射位置を基板表面に沿って相対移動させ、内部加工領域を基板表面に沿った方向に形成する工程と、
基板に外力を与えることによって内部加工領域と基板表面の凹部とに至る亀裂を形成して基板から素子チップを分離する工程と、
周囲から分離していない素子チップを検知する検知工程と、
再度外力を与えることで周囲から分離していない素子チップを分離させる分離工程と、
を有することを特徴とする基板割断方法。
検知工程と分離工程との間に、分離した素子チップを除去する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の基板割断方法。
表面加工工程の後に内部加工領域を形成する工程を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の基板割断方法。
内部加工領域を形成する工程の後に表面加工工程を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の基板割断方法。