JP2006179790A - レーザ割断方法および該方法により割断可能な被割断部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 被割断部材１０の表面に設けられた付加構造体１によって、レーザ光の内部集光により形成した内部加工領域１２からの亀裂の進行が妨げられることなく、良好な被割断部材の割断・分離を行なう。
【解決手段】 被割断部材１０に外力を加えることによって内部加工領域１２と表面１０Ｆとを亀裂１０３で連絡する際に、内部加工領域１２の表面１０Ｆに近い先端１２１から表面１０Ｆまでの間隔をｄ、被割断部材の劈開面と面の垂線とのなす角度をθとした場合に、亀裂の先端１２１から表面１０Ｆに下ろした垂線と付加構造体１との距離がｄ×ｔａｎθ以上となるように亀裂１０３ａを形成する。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、レーザ割断部材内部にレーザ光を集光させて、レーザ割断部材表面が複数の領域に分離されるようにレーザ割断部材を割断するレーザ割断方法および該方法により割断可能なレーザ割断部材に関するものである。

被割断部材内部にレーザ光を集光させて割断することで被割断部材の表面を複数の領域に分離する技術がある。その一例として例えば、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等の場合に、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基板自体の切屑や研磨材の微粒子、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のゴミが冷却水に混ざって広範囲に飛散する。特に、基板が半導体基板の場合には、その基板表面には微細な機能素子が多数形成されているので、機能素子そのものの信頼性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、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が提案され、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、ガラス基板やシリコン基板の内部に集光して形成した内部亀裂を基板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、上述したレーザ割断方法では、レーザ光は対物レンズを透過した後、被割断部材内部に集光されるように照射する必要があるが、表面に付加構造体が設けられている被割断部材の内部にレーザ光を集光して亀裂（内部加工領域）を形成して割断を行なう場合、レーザ光により形成された亀裂が周囲へ拡大して被割断部材の表面に予め設けられていた付加構造体に達して、亀裂のその後の進行が妨げられてしまい、正常な基板の割断ができないことがあった。

特に、被割断部材としてシリコンウエハを割断する場合には、その表面には半導体回路等の素子が多数配列されたものであるのが通常である。そして、このようなシリコン基板をレーザ光の照射で割断を行なう場合には、シリコン基板表面に形成された付加構造体と付加構造体との間に露出しているシリコン基板の表面に割断線が想定され、その割断線に沿ってレーザ光が照射されることになる。このようにシリコンウエハ（シリコン基板）内部に吸収性の高いレーザ光を集光することによってシリコン基板を切断する加工方法は、レーザ光の集光スポットを数μｍ程度とすることが可能であるので、ブレードダイシング法におけるブレードの厚みに相当する基板の損失を無くすことが可能となり、ウエハ上に素子を高密度に形成することができる。しかし、基板内部にレーザ光を集光させて亀裂を形成後、何らかの方法で亀裂の大きさを拡大して最終的に基板を割断する方法においては、割断線上に、シリコン基板表面に付加構造体が存在する場合、レーザ光照射の妨げになる場合や割れ目の進展を阻害する場合がある。その結果、割断線で素子の分断が良好には行なわれない場合がある、という問題が生じた。

最近では，割断線の上に、素子形成時の位置決め基準となるマークや電気検査を行う為のテストパターン部等の付加構造体が設けられることがある。これらは、通常、シリコン基板とは異なった材料の金属膜で形成され、ウエハ上に素子を形成する際に使用されるものであることから、付加構造体自身が素子として機能するものではない。そのため、付加構造体は、ウエハ上での素子形成密度を低下させることがないように配置されるべきとの要請から、素子と素子の間に想定される割断線（素子の分離予定線）に沿って設けられることが多い。

加えて、最近では、シリコン基板の表側表面と裏側表面とにそれぞれ付加構造体を設けたような被割断部材の場合には、亀裂の成長による割断面が表側表面と裏側表面との両方に達するので、密集して配置される各付加構造体を避けながら、亀裂を増大させて割断することは非常に重要な課題となっている。

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、被割断部材の表面に設けられた付加構造体に、レーザ光の内部集光により形成した内部加工領域からの亀裂の進行が妨げられることなく、良好な被割断部材の割断・分離が行なえるレーザ割断方法および該方法により割断可能な被割断部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のレーザ割断方法は、付加構造体を表面に設けた被割断部材に対し、レーザ光を当該被割断部材の内部の所定の深さの集光点へ集光させることで内部加工領域を形成し、前記被割断部材の表面が複数の領域に分離されるように割断するレーザ割断方法であって、
前記内部加工領域の前記表面に近い先端から当該表面までの間隔をｄ、前記被割断部材の劈開面と前記表面の垂線とのなす角度をθとした場合に、前記先端から前記表面に下ろした垂線と前記付加構造体との距離がｄ×ｔａｎθ以上となるように亀裂を形成することを特徴とする。

また、本発明の被割断部材は、結晶性材料からなる部材の表面に付加構造体が設けられた被割断部材であって、前記被割断部材の内部にレーザ光を集光させて形成された内部加工領域の前記表面側の先端と前記表面との距離をｄ、前記被割断部材の劈開面と前記表面の垂線とのなす角度をθとした場合に、前記先端から前記表面に下ろした垂線と前記付加構造体との距離がｄ×ｔａｎθ以上となる位置に前記付加構造体を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、表面に付加構造体が形成された被割断部材の内部にレーザ光を集光させて割断を行なう際に、レーザ光の内部集光により形成した内部加工領域からの亀裂が被割断部材によって妨げられることがなく、良好な被割断部材の割断を行なうことができる。

以下に、本発明の実施の形態について、各図面を参照しながら説明する。なお、本発明を説明するにあたって、本発明に係る被割断部材として、その内部にレーザ光の集光を行なって割断を行なうに際して、より割断精度の求められる形態の被割断部材を用いて本発明を説明する。

図１に示すように、表面に複数の半導体素子部であるロジック素子部１０ａが相互に約１００μｍの間隔をもって形成された被割断部材としてのシリコンウエハ（シリコン基板）１０の表面に、割断線Ｃ上、より好ましくは割断線Ｃを避けつつその近傍に、ロジック素子部１０ａを基板表面に多数形成する等の基板形成または基板加工に使用される付加構造体であるパターン部１を配置しておく。パターン部１により、ウエハ上の素子チップ１０ａの形成密度を低下させないようにするため、パターン部１は割断線Ｃからロジック素子部１０ａまでの間の領域に形成する。ここで、割断線とは、割断されて形成される割断面に相当する位置にあるもので、場合によって、その線は割断後の基板厚さ方向を示すものであったり、割断後に基板の表面に現出した割断の縁であったりする。

そして、シリコン基板１０の内部の所定の深さの集光点Ａにレーザ光Ｌを集光させ、基板表面に到達しない亀裂である内部亀裂（内部加工領域）１２（ここでは２つの内部加工領域１２ａ、１２ｂを表示しているが、その数は亀裂の深さ方向の長さや基板の厚さの他、レーザ光学系の条件によって１つのこともあるし、３つ以上のこともあり得る。）を形成し、各集光点を割断線Ｃに沿って走査（相対移動）させることで、割断線Ｃに沿って帯状の亀裂群を形成する。

レーザ光Ｌはレンズを通して基板内部に集光するが、基板表面に設けられたロジック素子部１０ａ、またはロジック素子部１０ａ同士の間に設けられたパターン部１にレーザ光Ｌが遮られ、基板内部の所定位置に集光できないことがある。そこで、レーザ光Ｌは、ロジック素子部１０ａが配置された面とは反対の裏面側から入射する。そして、レーザ光Ｌによる内部加工領域の形成後に、基板を割断するための外力を作用させて、内部の亀裂の深さ方向の長さを増大させると、亀裂が進行してついには基板の表面に達する。

ここで、本発明者らの検討により、シリコン基板が割断される方向は、基板材料の結晶性と、基板内部に形成した亀裂群の先端位置と、割断のための外力を作用させる位置の関係により変化させることが可能であることが分かった。

たとえば、表面が（１００）面の単結晶シリコンにおいて、（０１１）面と平行な方向へ亀裂を形成した場合、外力を作用させ亀裂群を進展させた場合、進展方向をシリコン単結晶の代表的な劈開面である（１１１）面、もしくは（１１０）面に沿う方向へ進展させることができる。ここで（１００）面と（１１１）面、もしくは（１００）面と（１１０）面がなす角度は既知である。一方、内部加工領域である亀裂の基板内部での位置やその深さ方向の大きさは、基板材料、使用するレーザ光の種類、照射光学系、レーザ光の照射条件等の選定により、所望のものを形成することができる。よって、劈開面と表面との成す角度と、亀裂の端の位置から亀裂が進展してゆく方向の基板表面までの距離とから、進行した亀裂が基板表面まで達したときの位置を推定することが可能である。これにより、パターン部１を避ける位置に亀裂を進行させることが可能となり、基板表面に設けられたパターン部１により、基板表面に達した亀裂の進行が阻害され、割断不良を生じるといったことを軽減できる。

図１〜図３に示すシリコン基板１０は、図１に示すように、表面が（１００）面である単結晶シリコンであり、厚さ２００μｍのシリコンウエハ１０を基体とし、シリコンウエハ１０の表面には、厚さ１μｍ程度の酸化膜が形成されている。さらにその上には、インク等液体吐出用の機構、およびそれらを駆動するロジック素子回路、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２（図４）が配置されたロジック素子部１０ａが構成されている。

ロジック素子部１０ａ同士の間には、図２、図３（ａ）、（ｂ）および図４（ａ）、（ｂ）に示すように、モニタパターン１が形成されている箇所がある。ここで、図４（ａ）は図２のＡ−Ａ線での断面模式図であり、図４（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線での断面模式図である。モニタパターン１は、シリコンウエハ上に、通常、シリコンとは異なる材料から成る金属膜（基板上に酸化膜、アルミニューム膜を積層した膜）にて形成されている。

従来のモニタパターンは、最大寸法で縦８０μｍ×横８０μｍであり、図２および図４（ａ）に示したものと同様に、割断線Ｃ上に形成されていた。ここで、例えば、面積が同一であれば、従来のモニタパターンと同様の機能を果たすモニタパターンが作製可能である場合、モニタパターン１の配置例として縦１００μｍ×横３２μｍの四角形を、割断線Ｃを跨ぐように４μｍの間隔で２つ並べて配置することができる（図３（ａ））。あるいは、縦２００μｍ×横３２μｍの１つのモニタパターン１を、割断線Ｃの片側に、例えば２μｍの間隔を持たせて配置することもできる。（図３（ｂ））。

このように液体吐出用の機構等を内蔵したノズル層２の直下に、開口部である液体供給口（インク供給口）３をシリコンウエハ１０の異方性エッチングにより形成する。ノズル層２は、製造工程の最終段階でシリコンウエハ１０を各素子チップ１０ａに割断・分離できるように、互いに割断線Ｃを挟んで配置される。割断線Ｃは、シリコンウエハ１０の結晶方位に沿って形成される。

以下に、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である、テープマウント工程、ウエハ補正工程、内部亀裂形成工程、表面線状加工工程、割断工程、リペア工程およびピックアップ工程の７工程を順に説明する。

［テープマウント工程］
シリコン基板１０は、まず、割断・分離が完了するまでの各工程において、ロジック素子部１０ａ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、図５に示すように、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のロジック素子部１０ａならびにテストパターン１とを有する基板の表側表面１０Ｆに貼り付けることによりなる。

ダイシングテープＴ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］
上述のように、シリコン基板１０の表面に形成される樹脂で形成されたノズル層２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６（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、基板の裏側表面１０Ｂにおいて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。したがって、あらかじめ、この変形を矯正しておく必要がある。そこで、図６（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、その変形を矯正する。

［内部亀裂形成工程］
図７に示す加工装置５０を用いて、図８に示すような内部加工領域としての内部亀裂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によるアライメントを行う図示しない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１５ｎｓｅｃ〜１０００ｎｓｅｃ前後で、周波数は１０ＫＨｚ〜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、上述のものでなくても構わない。

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７、図８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の裏側表面１０Ｂ側から入射する。これにより、ロジック素子部１０ａやテストパターン１にレーザ光Ｌが遮られることなく、確実に基板内部に集光することが可能である。

集光点Ａの裏側表面１０Ｂからの深さ方向の位置は、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ることで、基板内部での集光位置をずらすことができ、これにより所望の深さに集光点Ａを設定できる。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１．１μｍ〜１．５μｍで３．５近傍であり、実際に実験で測定した屈折率の値とも比較すると、ｎは３．５に近いものであった。つまり、機械的な移動量が１０μｍであると、レーザ光Ｌの集光点Ａは、表面より３５μｍの位置に形成されることになる。

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が形成される。実験結果では、裏側表面１０Ｂから入射したレーザ光Ｌによる内部亀裂１２は、集光点Ａより裏側表面１０Ｂ方向と表側表面１０Ｆ方向との両方向に進行して形成されることを確認した。その亀裂の進行方向の長さは、実験条件に依存するが、最大でおおよそ１００μｍ程度であった。

このようにシリコン基板１０の内部の一点から内部亀裂１２を形成し、集光点Ａを基板表面に沿って想定された割断線Ｃに沿って相対移動させることで割断線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の割断線Ｃには、オリエンテーションフラット１０ｂを基準にして互いに直交する２方向の割断線Ｃ_１、Ｃ_２がある。

ＸＹ方向の移動速度は周波数と亀裂形状などを考えて決定され、通常、周波数１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚでは移動速度は１０ｍｍ／ｓｅｃ〜１００ｍｍ／ｓｅｃが目安となっている。移動速度が１００ｍｍ／ｓｅｃを越えると、内部加工領域１２は移動方向に対してとびとびになり、同じ割断線Ｃ上の隣接する亀裂の間隔が著しく広くなる等、後の割断に好ましくない影響を与える。

上述の観察光学系以外にもＡＦ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。

上述のように、１つの集光点Ａで形成される亀裂長さは１００μｍまでであるが、他方、対象となるシリコン基板１０の厚さは２００μｍであるので、このシリコン基板１０を割断するためには複数回の内部加工を行うことが有効となる。１つのＸＹ方向に固定されたポイントで、Ｚ方向（深さ方向）に複数回の内部加工を行う際は、加工の順番は基板の裏側表面１０Ｂから遠い側（表側表面１０Ｆに近い側）よりはじめて（図８（ａ））、入射側表面である裏側表面１０Ｂに近づけてゆくようにする（図８（ｂ））。これは、内部に先に形成された亀裂が、レーザ光Ｌの光路を妨げないようにするためである。

ここで、ゴミを嫌う被加工物に加工を行なう場合、または割断して得られた割断辺（割断面）の形状精度が非常に重要である製品においては、シリコン溶融物の噴出や基板表面の溶融を防ぐ為に、集光点近くの既存の内部亀裂が、レーザ照射による熱などの影響で成長し、基板表面、とくにレーザ光が入射する側の面へ到達する、というような加工条件は選択しないことが望ましい。

しかし、基板内部においてはその限りではなく、図８（ｂ）に示すように内部亀裂１２ａ、１２ｂ間にギャップＧｉを有し、深度方向に分断されていてもよいし、あるいは図８（ｃ）に示すように連結していてもよい。また割断により得られるチップの断面を平面に近づける為には、第１亀裂を形成する際の集光点の位置を後述するようにして制御することにより、レーザ光が入射する面とは反対側の面と内部亀裂間のギャップＧｅを１０μｍ以上２０μｍ以下となるようにすることが望ましい。ここで、ギャップＧｅを１０μｍ以上とするのは、これよりも亀裂の端部を基板表面に近づけると、亀裂が基板表面に達してしまうことがあるからである。

［表面線状加工工程（表面凹部加工工程）］
後述する割断工程に進む前に、必要に応じ、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、基板の裏面表面１０Ｂに、割断線Ｃに亀裂の伝播を誘導する凹部である表面加工痕１１を形成する。すなわち、割断線Ｃに沿って表面加工痕１１を形成することで、外力による割断の際に応力集中が起こり、割れが表面加工痕１１へ誘導される。または表面加工痕１１が起点となり、割れが内部に進行する。従って、ロジック素子部１０ａ等を破壊するような不必要な割れを生じることがない。特に、基板の厚さに対して内部に形成する亀裂１２の深さ方向の長さの総和の占める割合が少なく、５０％〜７０％程度である場合においては、この表面線状加工を行うことで、割断時に必要な外力を小さくすることができる。また、割断により得られる断面の形状を安定させることができる。

このときに、シリコン基板１０の表側表面１０Ｆは、ダイシングテープＴによって固定される。このダイシングテープＴは粘着層２０１と基材２０２とで構成されているが、粘着層２０１はロジック素子部１０ａを覆って表側表面１０Ｆを固定できるだけの厚さを有するものを使用する。

表面加工痕１１の形成は、図９に示すように、割断線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１１は、幅２μｍ以上、深さ１μｍ以上が好ましい。ただし、内部亀裂１２を加工するレーザ光Ｌの光路を妨げない大きさにする必要がある。凹部の加工深さは、後述する割断工程において、表面加工痕１１と亀裂１２との間において応力集中を起こす深さが適している。

また、工具４０を用いたケガキ加工にて表面加工痕１１を形成する場合、本実施例のように上述の内部亀裂形成の前に表面加工痕１１を形成することで、加工負荷による不必要な割れを回避することができる。また、表面加工痕１１を先に形成することにより、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１１は、内部亀裂形成工程の後に形成してもよく、この場合は内部亀裂形成時にレーザ光Ｌ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て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、より効率良く内部亀裂形成を行うことができる。

〔割断工程〕
各割断線Ｃごとに表面加工痕１１および複数の内部亀裂１２ａ、１２ｂを形成したシリコン基板１０は、少なくとも表面加工痕１１と表面直下の内部亀裂１２ｂ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をロジック素子部（素子チップ）１０ａに割断する手順は以下のように行う。

図１０に示すように、表面加工痕１１と内部亀裂１２ａ、１２ｂを形成した後のシリコン基板１０を、ダイシングテープＴにマウントしたまま、表面加工痕１１を形成した面が下になるように、裏側表面１０Ｂを下向きにして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２２上に置く。なお、シリコン基板１０の裏側表面１０Ｂがゴムシート２２に接することで基板面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の裏側表面１０Ｂ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を貼付してもよい。

割断は、ステンレスのローラー２１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の割断線Ｃの１つ、好ましくは上述の第一割断方向（割断線Ｃ_１）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２２上に置く。ローラー２１を転がしながらシリコン基板１０を圧迫すると、図１１に示すように、ローラー２１の直下のゴムシート２２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２２側すなわち裏側表面１０Ｂの側に表面に沿って引張り応力が作用する。この応力は、裏側表面１０Ｂの最も弱い個所、すなわち割断線Ｃ_１上の表面加工痕１１を広げるように作用する。この結果、表面加工痕１１を起点として基板内部方向へ向かって亀裂１０３が発生し、亀裂１０３は基板内部のレーザ照射によって形成された内部亀裂１２ａ、１２ｂを連結することでさらに表側表面面１０Ｆへ進行する。そして、ついに表側表面１０Ｆに至り、割断線Ｃ_１に沿ってシリコン基板１０が割断される。

このときの亀裂の進行は、図１２に示すように、シリコン基板１０の結晶面に沿って起こるため、割断の際に基板の破砕紛の発生はほとんどなく、ロジック素子部１０ａへの悪影響はない。

ローラー２１の進行に伴い、第一割断方向の割断線Ｃ_１に沿ってシリコン基板１０に対する割断が順次終了する。ローラー２１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２１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線Ｃ_２とローラー２１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２１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１１を起点とする亀裂を生じさせ、表側表面１０Ｆへ到達させる。

以上の工程により、シリコン基板１０は個々のロジック素子部である素子チップ１０ａに分離される。

図１０に示した割断工程は、硬質のローラー２１によるゴムシート２２の変形に伴う応力をシリコン基板１０の表面に作用させるものであるが、ロジック素子部１０ａやノズル層２の破壊が伴わないように、ローラー２１によるシリコン基板１０の圧迫荷重やゴムシート２２の厚み、ゴム硬度を選ぶことが必要である。また、不要な干渉層とならないように、ダイシングテープＴや基板表面を保護する保護テープの材質、厚さを適宜選定する。

上述したように、シリコン基板１０に曲げ応力を加えて亀裂を進展させ、割断する方式では、図１２に示すように亀裂１０３の進展方向が割断線Ｃを外れて亀裂１０３ａのようになることがある。これは外力Ｆを加えることにより内部亀裂１２の端点１２１付近より生じる亀裂１０３ａがシリコンの劈開面（１１１）に沿った方向へ進展するためである。

例えば、（１００）面に対して（１１１）面のなす角度は約５５°であり、表面の（１００）面に垂直な面である（０１０）面もしくは（００１）面に沿って形成された亀裂と（１１１）面とがなす角度θは、約３５°となる。このとき、図１３（ａ）に示すように、レーザ光Ｌによって形成された内部亀裂１２の端１２１から表側表面１０Ｆまでの距離ｄにより、表側表面１０Ｆに達する亀裂位置（亀裂端）１０３ｓは、あらかじめ、内部亀裂端１２１から表側表面１０Ｆに対して下ろした垂線からｄ×ｔａｎθずれた位置となると予測できる。内部亀裂端１２１から表側表面１０Ｆまでの距離が２０μｍである場合には、内部亀裂端１２１が形成された位置から表面に沿って１４μｍ外れた位置に亀裂端１０３ｓが現出する。

ここで、上述のｄの値は、以下のようにして求めることが可能である。まず、使用するレーザ光Ｌのシリコン基板に対する屈折率と加工装置５０のＺ方向（光軸方向）の移動量とから、基板内における集光点Ａの移動量が分かるので、基板内における集光点Ａの位置を設定することができる。次に、内部加工領域１２としての内部亀裂の基板厚さ方向の長さ（亀裂長さ）ＣＲは、レーザ光Ｌの発振パルス幅を変化させることで、変えることができる。具体的には、半導体レーザ励起ＹＡＧレーザでは、半導体レーザへの注入電流および発振周波数を変化させることで、亀裂長さＣＲを変えることができる。実験結果より、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを２μＪ〜１００μＪ、パルス幅を１５ｎｓｅｃ〜１０００ｎｓｅｃの範囲内で変化させたとき、２μｍ〜１００μｍの範囲内でその長さを変えた内部亀裂１２を形成することが可能である。具体的な亀裂長さＣＲは、あらかじめレーザ光Ｌの上述の発振条件を変化させた実験により求めておくことができる。集光点Ａは、レーザ光Ｌの照射の際に内部加工領域１２近傍に外力等の応力が作用していない場合には、内部亀裂１２の亀裂長さのほぼ中央の位置にある。これらから、集光点Ａの基板内の位置、亀裂長さＣＲとから内部亀裂先端１２１の位置を推測することができ、これからｄの値を求めることができる。そして、このｄの値から亀裂端１０３ｓから外れる位置にパターン部１を表側表面１０Ｆに設ければよい。もしくは、割断線Ｃとパターン部１との位置関係から、パターン部１に重ならない位置に亀裂端１０３ｓが現出するように、内部亀裂先端１２１の位置を設定すべく、集光点Ａの位置や内部亀裂１２の長さＣＲを選択するためのレーザ光Ｌの照射条件を選定すればよいことになる。

また、図１３（ｂ）に示すように、亀裂に対して外力Ｆ２を加える位置を変えることで、劈開面｛１１１｝の中から実際に亀裂の進行する（１１１）面を選択することもできる。具体的には、図に示すように裏側表面１０Ｂの２箇所に外力Ｆ１を加えるとともに、表側表面１０Ｆの内部加工領域１２の直上位置から外れた位置、最も好ましくはｄ×ｔａｎθ程度外した位置に外力Ｆ２を加えることにより、その外力Ｆ２が加えられた表面へ向かうような（１１１）面に沿って劈開する亀裂１０３ａを形成することができる。

〔リペア工程〕
割断工程にて表面加工痕１１と内部亀裂１２とは新たな亀裂で連結されるとともに裏面側へも到達し、シリコン基板１０は各素子チップ１０ａ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、素子チップ１０ａを損傷しない範囲でシリコン基板１０もしくは素子チップ１０ａに外力を作用させて、再割断を行なう。再割断の方法としては、割断・分離が成されていない素子チップ１０ａにのみ、個別に外力を加えて完全に割断してもよい。

〔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は、吸着コレットおよびピックアップピン等といった装置によって搬出され、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の動作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斜視図である。 シリコン基板の表側表面の拡大模式図である。 シリコン基板の表側表面の拡大模式図である。 素子チップ位置でのシリコン基板の断面模式図である。 テープマウント工程を説明する図である。 シリコン基板の平坦化工程を説明する図である。 レーザ光を照射する加工装置を示す模式図である。 複数の内部亀裂を形成する様子を説明する断面模式図であり、（ａ）は最初の亀裂を形成した断面模式図であり、（ｂ）は亀裂を相対的に近接しつつ離間して形成した断面模式図であり、（ｃ）は亀裂を連続して形成した断面模式図である。 表面加工痕を形成する説明図である。 ローラーによる割断工程を説明する模式図である。 ローラで割断されるシリコン基板の断面を示す模式図である。 内部亀裂先端から基板表面へ至る亀裂を説明する模式図である。 内部亀裂先端から基板表面へ至る亀裂の形成を説明する模式図である。

符号の説明

１ テストパターン
２ ノズル層
３ 供給口
１０ シリコンウエハ（シリコン基板）
１０ａ ロジック素子部
１０Ｆ 基板表側表面
１０Ｂ 基板裏側表面
１１ 表面加工痕
１２、１２ａ、１２ｂ 内部亀裂（内部加工領域）

Claims (5)

1. 付加構造体を表面に設けた被割断部材に対し、レーザ光を当該被割断部材の内部の所定の深さの集光点へ集光させることで内部加工領域を形成し、前記被割断部材の表面が複数の領域に分離されるように割断するレーザ割断方法であって、
   前記内部加工領域の前記表面に近い先端から当該表面までの間隔をｄ、前記被割断部材の劈開面と前記表面の垂線とのなす角度をθとした場合に、前記先端から前記表面に下ろした垂線と前記付加構造体との距離がｄ×ｔａｎθ以上となるように亀裂を形成することを特徴とするレーザ割断方法。
2. ｄの値は、被割断部材に対するレーザ光の屈折率を用いて求めた当該被割断部材内部の集光点の位置と、レーザ光の発振条件によって変化する内部加工領域の長さと、によって当該内部加工領域の表面側先端の位置を求めることで算出されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ割断方法。
3. 付加構造体は、被割断部材の表面に複数設けられたロジック素子部の間に設けられてあって、前記ロジック素子部を前記被割断部材に形成する際に用いられるものであることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ割断方法。
4. 結晶性材料からなる部材の表面に付加構造体が設けられた被割断部材であって、
   前記被割断部材の内部にレーザ光を集光させて形成された内部加工領域の前記表面側の先端と前記表面との距離をｄ、前記被割断部材の劈開面と前記表面の垂線とのなす角度をθとした場合に、前記先端から前記表面に下ろした垂線と前記付加構造体との距離がｄ×ｔａｎθ以上となる位置に前記付加構造体を設けたことを特徴とする被割断部材。
5. ｄの値は、被割断部材に対するレーザ光の屈折率を用いて求めた当該被割断部材内部の集光点の位置と、レーザ光の発振条件によって変化する内部加工領域の長さと、によって当該内部加工領域の表面側先端の位置を求めることで算出されることを特徴とする請求項４に記載の被割断部材。

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