JP2010177341A

JP2010177341A - 積層体の割断方法

Info

Publication number: JP2010177341A
Application number: JP2009016613A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Fujita; 雅之藤田; Kazuji Yoshida; 和司吉田; Kazuyuki Tomii; 和志富井; Masaki Esashi; 正喜江刺; Hideji Tanaka; 秀治田中
Original assignee: Tohoku University NUC; Panasonic Electric Works Co Ltd; Institute for Laser Technology
Current assignee: Tohoku University NUC; Panasonic Electric Works Co Ltd; Institute for Laser Technology
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合して形成した積層体をより簡単に割断でき且つガラス基板の割断面の平滑性を向上できる積層体の割断方法を提供する。
【解決手段】単結晶のＳｉ基板１１とガラス基板１１とを直接接合した積層体１０を割断する割断方法であって、図１（ａ）に示すように割断予定ラインＬに沿ってＳｉ基板１１におけるガラス基板１２側に応力集中部２０を形成する応力集中部形成工程を行い、その後、図１（ｂ）に示すように遠赤外レーザからのレーザビームＬＢｂを応力集中部２０に沿って照射することで応力集中部２０に温度変化を与えるレーザ照射工程を行い、続いて、積層体１０を貼り付けた粘着性樹脂テープを引き伸ばすエキスパンド工程を行うようにしている。ここで、レーザ照射工程とエキスパンド工程とで、積層体１０の応力集中部２０に応力を与えることにより積層体１０を割断する割断工程を構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｓｉ基板とガラス基板との積層構造を有する積層体を割断する積層体の割断方法に関するものである。

従来から、Ｓｉ基板とガラス基板との積層構造を有する積層体を割断する積層体の割断方法が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここにおいて、上記特許文献１には、Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合して形成した積層体を割断する積層体の割断方法として、Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合する前に互いの接合面に格子状のガイド溝をダイサまたはスクライバにより形成するガイド溝形成工程と、ガイド溝形成工程の後でＳｉ基板とガラス基板とを陽極接合法などにより直接接合する接合工程と、接合工程の後でガラス基板におけるＳｉ基板との接合面側とは反対側の表面に格子状の切削溝を形成する切削溝形成工程と、切削溝形成工程の後で積層体にローラなどにより外力を加えることにより積層体を切削溝およびガイド溝に沿って割断する割断工程とを順次行うようにした割断方法が提案されている。

また、上記特許文献２には、ガラス基板とＳｉ基板とを両者の間に間隙が設けられるように接着層を介して張り合わせることで形成した積層体を割断する積層体の割断方法として、所望の割断予定ラインに沿ってガラス基板の表面側からＳｉ基板の内部にレーザビームを集光照射してＳｉ基板の内部に第１の改質部を形成する第１の改質部形成工程と、第１の改質部形成工程の後で上記割断予定ラインに沿ってガラス基板の表面側から当該ガラス基板の内部にレーザビームを集光照射して当該ガラス基板の内部に第２の改質部を形成する第２の改質部形成工程と、第２の改質部形成工程の後に積層体にナイフエッジを押し当てて上記割断予定ラインに沿って外力を加えることにより積層体を上記割断予定ラインに沿って割断する割断工程とを順次行うようにした割断方法が提案されている。

なお、Ｓｉ基板とガラス基板との積層構造を有する積層体を割断することにより形成されるデバイスとしては、例えば、マイクロマシニング技術などを利用して形成されるＭＥＭＳデバイス（例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、マイクロリレー、マイクロバルブなど）などが知られている。

特開２００２−２７０５４３号公報（段落〔００１３〕−〔００２１〕および図１−５）特開２００７−１３６５５４号公報（段落〔００６３〕−〔００６８〕および図１９−２１）

ところで、上記特許文献１に記載された積層体の割断方法を利用して製造するデバイスがＭＥＭＳデバイスのような３次元構造を有するデバイスの場合、ガイド溝形成工程においてダイサまたはスクライバによりＳｉ基板にガイド溝を形成する際に生じる機械的ストレスなどによって３次元構造が破壊されてしまう恐れがある。

また、上記特許文献１に記載された積層体の割断方法では、割断工程よりも前に、Ｓｉ基板とガラス基板との互いの接合面それぞれに格子状のガイド溝をダイサまたはスクライバにより形成するガイド溝形成工程と、ガイド溝形成工程の後でＳｉ基板とガラス基板とを陽極接合法などにより直接接合する接合工程と、接合工程の後でガラス基板におけるＳｉ基板との接合面側とは反対側の表面に格子状の切削溝を形成する切削溝形成工程とを順次行う必要があり、Ｓｉ基板に形成されたガイド溝とガラス基板に形成されたガイド溝とガラス基板に形成された切削溝とのアライメント精度に起因して歩留まりが低下してしまう恐れがあり、工程数の削減が望まれている。

これに対して、上記特許文献２に記載された積層体の割断方法では、割断工程の前に、Ｓｉ基板の内部に第１の改質部を形成する第１の改質部形成工程と、ガラス基板の内部に第２の改質部を形成する第２の改質部形成工程とを順次行う必要があり、割断工程の前の工程数が多くなり、コストが高くなってしまう。

また、上記特許文献２に記載された積層体の割断方法では、Ｓｉ基板とガラス基板とが接着層を介して接合された積層体を割断するようにしているが、本願発明者らは、Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合した積層体の割断方法として、上記特許文献２に記載の割断方法のようにＳｉ基板とガラス基板とのそれぞれに改質部を形成してから、積層体に曲げ応力を与えた場合、ガラス基板の割断面が粗く、しかも平面視におけるガラス基板の外周線の各辺が蛇行しており、まっすぐにならないという知見を得た。このため、上記特許文献２に記載の割断方法では、割断時や割断後のチップ（Ｓｉ基板の小片とガラス基板の小片との積層体）の取り扱い時などに屑が発生しやすく、歩留まり低下の要因となってしまい、しかも、割断予定ラインを含むストリートの幅を広くする必要があり（つまり、切代を広くする必要があり）、１つの積層体を格子状の割断予定ラインに沿って割断することにより得られるチップの数が減少して収率が低下してしまい、結果的にチップのコストアップに要因となってしまうので、割断面の平滑性の向上が望まれる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合して形成した積層体をより簡単に割断でき且つガラス基板の割断面の平滑性を向上できる積層体の割断方法を提供することにある。

請求項１の発明は、Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合して形成した積層体を割断する積層体の割断方法であって、所望の割断予定ラインに沿って積層体におけるＳｉ基板に対してレーザビームを照射する若しくはドライエッチングを行うことによりＳｉ基板におけるガラス基板側に応力集中部を形成する応力集中部形成工程と、当該応力集中部形成工程の後で積層体の応力集中部に応力を与えることにより積層体を割断する割断工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、所望の割断予定ラインに沿ってレーザビームを照射する若しくはドライエッチングを行うことにより積層体におけるＳｉ基板のガラス基板側に応力集中部を形成してから、積層体の応力集中部に応力を与えることにより積層体を割断するので、Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合して形成した積層体をより簡単に割断でき且つガラス基板の割断面の平滑性を向上できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記応力集中部形成工程では、前記応力集中部を形成するにあたって、前記Ｓｉ基板にレーザビームを照射して前記割断予定ラインに沿って改質部を形成することで前記応力集中部を形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記応力集中部形成工程において、前記Ｓｉ基板にレーザビームを照射して改質部を形成することにより前記応力集中部を形成することができるので、前記Ｓｉ基板をドライエッチングすることにより前記応力集中部を形成する場合に比べて、前記応力集中部形成工程のタクトタイムを短縮することができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記応力集中部形成工程では、前記応力集中部を形成するにあたって、前記Ｓｉ基板において前記割断予定ラインに沿った部位をドライエッチングして前記Ｓｉ基板の厚み方向に貫通するスリットを形成することで前記応力集中部を形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記応力集中部形成工程では、前記Ｓｉ基板において前記割断予定ラインに沿った部位をドライエッチングして前記Ｓｉ基板の厚み方向に貫通するスリットを形成することで前記応力集中部を形成するので、レーザを用いることなく前記応力集中部を形成することができ、スリットを形成するためのドライエッチング装置は積層体の３次元構造を形成する際に用いるドライエッチング装置を流用することができるので、設備投資を抑えることによる低コスト化を図れる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記応力集中部形成工程では、前記応力集中部を形成するにあたって、前記Ｓｉ基板において前記割断予定ラインに沿った部位をドライエッチングして薄肉化し且つ当該部位の両側をドライエッチングして前記ガラス基板を露出させることで前記応力集中部を形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記応力集中部形成工程では、前記Ｓｉ基板において前記割断予定ラインに沿った部位をドライエッチングして薄肉化し且つ当該部位の両側をドライエッチングして前記ガラス基板を露出させることで前記応力集中部を形成するので、レーザを用いることなく前記応力集中部を形成することができ、前記Ｓｉ基板をドライエッチングするためのドライエッチング装置は積層体の３次元構造を形成する際に用いるドライエッチング装置を流用することができるので、設備投資を抑えることによる低コスト化を図れる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記割断工程は、遠赤外レーザからのレーザビームを前記応力集中部に沿って照射することで前記応力集中部に温度変化を与えるレーザ照射工程と、前記積層体を貼り付けた粘着性樹脂テープを引き伸ばすエキスパンド工程との少なくとも一方を含むことを特徴とする。

この発明によれば、前記割断工程を自動化することができ、手作業に比べて作業効率が向上するとともに割断面の品質が安定する。

請求項１の発明では、Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合して形成した積層体をより簡単に割断でき且つガラス基板の割断面の平滑性を向上できるという効果がある。

実施形態における積層体の割断方法の説明図である。同上における積層体の割断方法の説明図である。同上において用いる割断処理システムのシステム構成図である。同上の割断方法の実施例１により積層体を割断することにより得られたチップのＳＥＭ像図であり、（ａ）は斜めから観察したＳＥＭ像図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大ＳＥＭ像図、（ｃ）は断面ＳＥＭ像図である。同上の割断方法の実施例２により積層体を割断することにより得られたチップのＳＥＭ像図であり、（ａ）は斜めから観察したＳＥＭ像図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大ＳＥＭ像図、（ｃ）は断面ＳＥＭ像図である。同上の割断方法の実施例３により積層体を割断することにより得られたチップのＳＥＭ像図である。参考例の割断方法により積層体を割断することにより得られたチップのＳＥＭ像図であり、（ａ）は斜めから観察したＳＥＭ像図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大ＳＥＭ像図、（ｃ）は断面ＳＥＭ像図である。同上における積層体の割断方法の他の例の説明図である。同上における積層体の割断方法の他の例の説明図である。同上における積層体の割断方法の他の例の説明図である。同上における積層体の割断方法の他の例の説明図である。

本実施形態では、図１に示すように、単結晶のＳｉ基板１１とガラス基板１１との積層構造を有する積層体１０を割断する割断方法を例示する。ここで、本実施形態では、Ｓｉ基板１１とガラス基板１２とを陽極接合法により直接接合することによって積層体１０を形成している。また、本実施形態における積層体１０としては、例えば、ＭＥＭＳデバイス（例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、マイクロリレー、マイクロバルブなど）が多数形成されたものを採用することができる。

ガラス基板１２のガラス材料としては、硼珪酸ガラスであるパイレックス（登録商標）を採用しているが、硼珪酸ガラスに限らず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、Ｓｉ基板１１の厚さを３００μｍ、ガラス基板１２の厚さを３００μｍとしてあるが、これらの厚さは一例であって特に限定するものではない。

本実施形態の積層体１０の割断方法では、図１（ａ）に示すように割断予定ラインＬに沿ってＳｉ基板１１におけるガラス基板１２側に応力集中部２０を形成する応力集中部形成工程を行い、その後、図１（ｂ）に示すように遠赤外レーザ（図示せず）からのレーザビームＬＢｂを応力集中部２０に沿って照射する（図１（ｂ）中の矢印はレーザビームＬＢｂの走査方向を示している）ことで応力集中部２０に温度変化を与えるレーザ照射工程を行い、続いて、積層体１０を貼り付けた粘着性樹脂テープ（図示せず）を引き伸ばすエキスパンド工程を行うようにしている。ここで、本実施形態では、レーザ照射工程とエキスパンド工程とで、積層体１０の応力集中部２０に応力を与えることにより積層体１０を割断する割断工程を構成している。本実施形態では、割断工程が、レーザ照射工程とエキスパンド工程とを備えているが、レーザ照射工程とエキスパンド工程との少なくとも一方を備えていればよい。なお、割断工程では、手作業で積層体１０に曲げ応力を与えることにより積層体１０を割断するようにしてもよい。

ここにおいて、応力集中部形成工程では、応力集中部２０を形成するにあたって、Ｓｉ基板１１にレーザビームＬＢａを照射して割断予定ラインＬに沿って改質部１３を形成することで応力集中部２０を形成するようにしている。すなわち、応力集中部形成工程では、所望の割断予定ラインＬに沿ってレーザビームＬＢａを照射する（図１（ａ）中の矢印はレーザビームＬＢａの走査方向を示している）ことによりＳｉ基板１１に改質部１３を形成することで応力集中部２０を形成している。ここで、改質部１３は、アブレーションが起こらないような照射条件で形成されており、Ｓｉ基板１１における周辺部位に比べて熱伝導率が小さくなるように改質されている。

本実施形態では、割断前のＳｉ基板１１として主表面が（１００）面のウェハ状のものを用いており、割断前のガラス基板１２の外周形状をＳｉ基板１１と同じウェハ状の形状に設定してある。また、割断予定ラインＬは、ウェハ状のＳｉ基板１１のオリエンテーションフラットを基準としてオリエンテーションフラットに平行な直線状の割断予定ラインＬと、オリエンテーションフラットに直交する直線状の割断予定ラインＬとがあり、Ｓｉ基板１１に多数の割断予定ラインＬが全体として格子状に形成されている。しかして、本実施形態の積層体１０の割断方法によれば、積層体１０から多数の矩形状のチップ（Ｓｉ基板１１の小片とガラス基板１２の小片との積層体）を切り出すことができる。なお、Ｓｉ基板１１としては主表面が（１００）面のものを用いているが、Ｓｉ基板１１の主表面は、（１００）面に限らず、（１１０）面でも、（１１１）面でもよい。

ところで、本実施形態では、Ｓｉ基板１１の内部に上述の改質部１３を形成するにあたって、図１（ａ）および図２に示すように積層体１０の厚み方向において異なる複数の位置に改質部１３を形成するようにしており、改質部１３をＳｉ基板１１におけるガラス基板１２側の１箇所のみに形成する場合に比べて、積層体１０をより精度良く割断予定ラインＬに沿って割断することが可能となる。

ここにおいて、各割断予定ラインＬごとに複数の改質部１３を形成する場合には、レーザビームＬＢａをＳｉ基板１１の内部に集光照射してスキャンニングする過程を、Ｓｉ基板１１の厚み方向における形成位置（Ｓｉ基板１１におけるガラス基板１２側とは反対の表面からの深さ）を変えながら繰り返すようにすればよい。

上述のように、積層体１０の一部であるＳｉ基板１１の厚み方向において異なる複数の位置に改質部１３を形成するようにすれば、積層体１０を精度良く割断予定ラインＬに沿って割断することが可能となる。

ここで、本実施形態では、レーザビームＬＢａを単方向へ走査することにより、つまり、レーザビームＬＢａを割断予定ラインＬに沿って単方向へ走査することにより改質部１３を始点から終点まで形成する度に、デフォーカス量（デフォーカス距離）を変えてレーザビームＬＢａを割断予定ラインＬに沿って走査することにより改質部１３を始点から終点まで形成するようにしている。したがって、例えば、上述のようにＳｉ基板１１の厚さを３００μｍとした場合、Ｓｉの屈折率およびレーザビームＬＢａの入射角を考慮して図２に示すようにデフォーカス量を１０μｍ〜７０μｍの範囲で５μｍずつ変化させるようにすれば、１つの割断予定ラインＬに対して１３箇所に改質部１３を形成することができる。各割断予定ラインＬに対して形成される複数の改質部１３のうちガラス基板１２におけるＳｉ基板１１側の表面に最も近い改質部１３は、応力集中部２０の応力を大きくする観点から、ガラス基板１２におけるＳｉ基板１１側の表面により近い位置に形成することが好ましい。なお、レーザビームＬＢａの走査方向は、単方向に限らず、双方向でもよい。

上述の応力集中部形成工程の後の割断工程では、割断予定ラインＬに沿って応力集中部２０にレーザビームＬＢｂを照射することによりガラス基板１０にレーザビームＬＢｂを吸収させて積層体１０を溶融させることなく積層体１０に局所的に温度変化を与えるようにしている。

ここで、上述の積層体１０の割断方法に用いる割断処理システムについて図３に基づいて簡単に説明する。

図３に示す構成の割断処理システムは、応力集中部形成工程で改質部１３を形成するために用いるレーザ（以下、第１のレーザと称す）１ａと、第１のレーザ１ａから出射されたレーザビームＬＢａのビーム径およびプロファイルを調整する第１のビーム調整光学系２ａと、割断工程のレーザ照射工程にて用いるレーザ（以下、第２のレーザと称す）２ａと、第２のレーザ２ａから出射されたレーザビームＬＢｂのビーム径およびプロファイルを調整する第２のビーム調整光学系２ｂと、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂにて調整されたレーザビームＬＢａ，ＬＢｂ（図１（ａ）、（ｂ）参照）の一方を積層体１０へ集光する集光光学系３と、積層体１０が載置され３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）に移動可能なステージ４と、各レーザ１ａ，１ｂ、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂ、集光光学系３およびステージ４を制御する適宜のプログラムが搭載されたマイクロコンピュータなどからなる制御装置（図示せず）とを備えている。

ここにおいて、第１のビーム調整光学系２ａは、第１のレーザ１ａから出射されたレーザビームＬＢａのプロファイルをガウシアン分布に調整し、第２のビーム調整光学系２ｂは、第２のレーザ１ｂから出射されたレーザビームＬＢｂのプロファイルをリング状に調整するように光学設計されている。ステージ４は、集光光学系３の光軸に交差する面内で互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向と、集光光学系３の光軸方向に沿ったＺ軸方向との３軸方向に移動可能となっている。なお、積層体１０は、ガラス基板１２におけるＳｉ基板１１側とは反対の裏面側がダイシングテープ（粘着剤の付いたプラスチックフィルム）にフラットリングとともに接着固定された状態でステージ４上に載置する。

また、上述の割断処理システムは、積層体１０を撮像するＣＣＤカメラからなる撮像装置（図示せず）を備えており、上記制御装置は、上記撮像装置の出力に基づいて、Ｓｉ基板１２を構成するＳｉ基板におけるガラス基板１１側の表面に予め設けられているアライメント用マーク（図示せず）を認識して積層体１０における仮想の割断予定ラインＬの位置を認識する割断予定ライン認識手段を有し、当該割断予定ライン認識手段にて認識された割断予定ラインＬに沿ってレーザビームＬＢａ，ＬＢｂが各別に照射されるように、各レーザ１ａ，１ｂ、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂ、集光光学系３およびステージ４を制御する。ここにおいて、上記制御装置は、割断予定ラインＬに沿ってレーザビームＬＢａ，ＬＢｂが照射されるようにステージ４を各軸方向に適宜移動させる。なお、割断予定ライン認識手段は、上記マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。

ここにおいて、応力集中部形成工程で用いる第１のレーザ１ａとしては、パルス赤外レーザとして、中心波長が１μｍ、パルス幅が４８ｎｓ〜２００ｎｓ、パルスの繰り返し周波数が１００〜２００ｋＨｚのＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを用い、集光光学系３において第１のレーザ１ａからのレーザビームＬＢａを積層体１０に集光する集光レンズ（以下、第１の集光レンズと称す）３ａとして、開口数（ＮＡ）が０．８の対物レンズを用いている。なお、本実施形態では、レーザビームＬＢａのエネルギを３〜５μＪ、走査速度を１００〜３００ｍｍ／ｓｅｃとしてあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、応力集中部形成工程において用いる第１のレーザ１ａは、改質部１３の形成が可能なものであればよく、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザに限定するものではない。また、改質部１３の幅（Ｓｉ基板１１の表面に平行な面内で割断予定ラインＬに直交する方向の幅）は例えば３〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。

第１のレーザ１ａのパルス幅は、４８ｎｓ〜２００ｎｓに限らないが、この範囲で適宜設定すれば、割断予定ラインＬに沿って改質部１３を形成する際に改質部１３がＳｉ基板１１の表面に平行な面内で割断予定ラインＬに交差する方向へ不要に広がるのを防止することができ、後の割断工程において積層体１０を割断予定ラインＬに沿ってより精度良く割断することが可能となって割断工程の歩留まりを高めることが可能になるとともに、割断に必要なエリアであるストリートの幅を狭くすることが可能になる。また、パルス幅をｎｓオーダとすることにより、集光スポット径よりもストリートの幅を狭くすることが可能になるとともに、周辺部位への熱損傷の発生を防止することができ、積層体１０へ熱ストレスがかかるのを防止することができる。

また、割断工程で用いる第２のレーザ２ｂとしては、中心波長が１０．６μｍ、出力が１００Ｗ、発振形態がＣＷ発振のＣＯ_２レーザを用い、集光光学系３において第２のレーザ２ａからのレーザビームＬＢｂを積層体１０に集光する集光レンズ（以下、第２の集光レンズと称す）３ｂとして、焦点距離が２５０ｍｍのレンズを用いている。なお、本実施形態では、レーザビームＬＢｂにより積層体１０が溶融されないようにレーザビームＬＢｂのパワーを３７．８〜５４．６Ｗ、走査速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとしてあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。なお、レーザビームＬＢｂの集光スポット径は、例えば１００μｍ〜２ｍｍの範囲で適宜設定すればよい。また、割断工程において用いる第２のレーザ２ｂは、ＣＯ_２レーザに限らず、例えば、波長が３μｍ以上の他の遠赤外レーザを用いてもよい。

ここで、主表面が（１００）面で厚さが３００μｍのＳｉ基板１１と厚さが３００μｍのパイレックス（登録商標）製のガラス基板１２との積層体１０を割断するために、応力集中部形成工程において、Ｓｉ基板１１の割断予定ラインＬごとに１３個の改質部１３を形成する際の赤外パルスレーザからのレーザビームＬＢａの照射条件として、パルス幅を９５ｎｓ、エネルギを３μＪ、走査速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ、デフォーカス量を１０〜７０μｍ（５μｍピッチ）とし、割断工程において、エキスパンド工程にてエキスパンド装置（図示せず）により約１３ＭＰａの曲げ応力を与えることにより積層体１０を割断するようにした実施例１に関して、積層体１０を割断して得られたチップをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察したＳＥＭ像図を図４に示す。

また、同様の積層体１０を割断するために、応力集中部形成工程において、Ｓｉ基板１１の割断予定ラインＬごとに１３個の改質部１３を形成する際の赤外パルスレーザからのレーザビームＬＢａの照射条件として、パルス幅を４８ｎｓ、エネルギを３μＪ、走査速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ、デフォーカス量を１０〜７０μｍ（５μｍピッチ）とし、割断工程において、手作業で約２２ＭＰａの曲げ応力を与えることにより積層体１０を割断するようにした実施例２に関して、積層体１０を割断して得られたチップをＳＥＭにより観察したＳＥＭ像図を図５に示す。

また、同様の積層体１０を割断するために、応力集中部形成工程において、Ｓｉ基板１１の割断予定ラインＬごとに１３個の改質部１３を形成する際の赤外パルスレーザからのレーザビームＬＢａの照射条件として、パルス幅を４８ｎｓ、エネルギを３μＪ、走査速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ、デフォーカス量を１０〜７０μｍ（５μｍピッチ）とし、割断工程において、レーザ照射工程、エキスパンド工程を順次行うようにし、レーザ照射工程でＣＯ_２レーザからのレーザビームＬＢｂの照射条件として、出力を５４．６Ｗ、走査速度を９０ｍｍ／ｓｅｃ、走査回数を１回として熱応力を与え、４．６ＭＰａの曲げ応力を与えることにより積層体１０を割断するようにした実施例３に関して、積層体１０を割断して得られたチップをＳＥＭにより観察したＳＥＭ像図を図６に示す。

また、同様の積層体１０を割断するために、Ｓｉ基板１１とガラス基板１２とのそれぞれに割断予定ラインＬごとに複数の改質部１３を形成してから、上記エキスパンド装置により１４ＭＰａの曲げ応力を与えることにより積層体１０を割断するようにした比較例に関して、積層体１０を割断して得られたチップのＳＥＭ像図を図７に示す。なお、比較例では、ガラス基板１２側からレーザビームを照射するように、Ｓｉ基板１１の割断予定ラインＬごとに７個の改質部１３を形成する際のＮｄ：ＹＶＯ_４レーザからのレーザビームの照射条件として、パルス幅を１８ｎｓ、パルスの繰り返し周波数を１００ｋＨｚ、エネルギを２７μＪ、走査速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ、デフォーカス量のピッチを１０μｍとし、ガラス基板１２に６個の改質部１３を形成する際のＮｄ：ＹＶＯ_４レーザからのレーザビームの照射条件として、パルス幅を１８ｎｓ、パルスの繰り返し周波数を２０ｋＨｚ、エネルギを１３５μＪ、走査速度を５００ｍｍ／ｓｅｃ、デフォーカス量のピッチを２０μｍとした。

図４，５，６と図７とを比較することにより、比較例では、積層体１０に曲げ応力を与えた場合、ガラス基板１２の割断面が粗く、しかも平面視におけるガラス基板１１の外周線の各辺が蛇行しており、まっすぐにならないのに対して、実施例１，２，３では、積層体１０に曲げ応力を与えることにより、平滑性が良く、しかも平面視におけるガラス基板１１の外周線の各辺がまっすぐになっていることが分かる。

以上説明した本実施形態の積層体１０の割断方法によれば、所望の割断予定ラインＬに沿ってレーザビームＬＢａを照射することにより積層体１０におけるＳｉ基板１１のガラス基板１２側に応力集中部２０を形成してから、積層体１０の応力集中部２０に応力を与えることにより積層体１０を割断予定ラインＬに沿って割断するので、Ｓｉ基板１１とガラス基板１２とを直接接合して形成した積層体１０をより簡単に割断でき且つガラス基板１２の割断面の平滑性を向上できる。

なお、図１（ａ）および図２に示した例では、Ｓｉ基板１１の割断予定ラインＬごとに複数の改質部１３を形成するにあたって、Ｓｉ基板１１の厚み方向の全範囲に形成してあるが、図８に示すように、ガラス基板１２に近い側でＳｉ基板１１の厚みの１／２〜１／３程度の範囲に形成するようにしてもよい。

また、本実施形態の積層体１０の割断方法によれば、割断工程が、遠赤外レーザからのレーザビームＬＢｂを応力集中部２０に沿って照射することで応力集中部２０に温度変化を与えるレーザ照射工程と、積層体１０を貼り付けた粘着性樹脂テープを引き伸ばすエキスパンド工程との少なくとも一方を含むようにすれば、割断工程を自動化することができ、手作業に比べて作業効率が向上するとともに割断面の品質が安定する。

ところで、上述の実施形態では、Ｓｉ基板１１と１枚のガラス基板１２との２層の積層構造を有する積層体１０について例示したが、積層体１０は、図９（ａ）に示すようにＳｉ基板１１と２枚のガラス基板１２との３層の積層構造を有する（Ｓｉ基板１１の厚み方向の両側にガラス基板１２が直接接合された）ものでもよい。この場合は、第２のレーザ２ａのレーザビームＬＢｂが、各ガラス基板１２を透過できないので、各ガラス基板１２に厚み方向に貫通する直線状のスリット１４を形成すればよい。ここで、一方のガラス基板１２（図９（ａ）における上側のガラス基板１２）のスリット１４は、当該一方のガラス基板１２（図９（ａ），（ｂ）参照）をＳｉ基板１２のオリエンテーションフラットに平行な方向に沿って形成し、他方のガラス基板１２（図９（ａ）における下側のガラス基板１２）のスリット１４は、当該他方のガラス基板１２（図９（ａ），（ｃ）参照）をＳｉ基板１２のオリエンテーションフラットに直交する方向に沿って形成すればよい。このようにＳｉ基板１１を挟む２枚のガラス基板１１に互いに交差する方向に沿って形成された多数のスリット１４を形成しておくことにより、図９（ａ）に示すようにＳｉ基板１１に改質部１３を形成することで応力集中部（図示せず）を形成した後で、第２のレーザ２ａのレーザビームＬＢｂを当該応力集中部に照射することができる。なお、各ガラス基板１２のスリット１４は、例えば、サンドブラスト法により形成すればよい。

また、応力集中部形成工程は、上述のようにＳｉ基板１１にレーザビームを照射して改質部１３を形成することで応力集中部２０を形成する工程に限らず、例えば、図１０に示すように、Ｓｉ基板１１において割断予定ラインＬ（図１（ａ）参照）に沿った部位をドライエッチングしてＳｉ基板１１の厚み方向に貫通するスリット１５を形成することで応力集中部２０を形成するようにしてもよく、その後、割断工程において、例えば、レーザビームＬＢｂを照射して応力を与えるようにしてもよい。ここにおいて、Ｓｉ基板１１の上記部位をドライエッチングする際のドライエッチング装置としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いればよく、このようなＩＣＰ型のドライエッチング装置を用いることにより、スリット１５を図１０に示すようなガラス基板１１から離れるにつれて開口幅が徐々に広くなる断面テーパ状に形成することができるとともに、ガラス基板１１側でのスリット１１の開口幅を２〜５μｍ程度にすることができる。

上述のように応力集中部形成工程で、Ｓｉ基板１１において割断予定ラインＬに沿った部位をドライエッチングしてＳｉ基板１１の厚み方向に貫通するスリット１５を形成することで応力集中部２０を形成するようにすれば、レーザを用いることなく応力集中部２０を形成することができ、スリット１５を形成するためのドライエッチング装置は積層体１０の３次元構造（ＭＥＭＳデバイスの３次元構造）を形成する際に用いるドライエッチング装置であるＩＣＰ型のドライエッチング装置を流用することができるので、設備投資を抑えることによる低コスト化を図れる。

また、応力集中部形成工程は、図１１に示すように、Ｓｉ基板１１において割断予定ラインＬ（図１（ａ）参照）に沿った部位をドライエッチングして薄肉化することで薄肉部１１ａを形成し且つ当該部位の両側をドライエッチングしてガラス基板１２を露出させることで応力集中部２０を形成するようにしてもよく、その後、割断工程において、例えば、レーザビームＬＢｂを照射して応力を与えるようにしてもよい。なお、薄肉部１１ａの幅は例えば１〜５μｍ程度の範囲で設定すればよい。

この場合も、レーザを用いることなく応力集中部２０を形成することができ、Ｓｉ基板１１をドライエッチングするためのドライエッチング装置は積層体１０の３次元構造を形成する際に用いるドライエッチング装置を流用することができるので、設備投資を抑えることによる低コスト化を図れる。

ただし、上述のように、応力集中部形成工程において、Ｓｉ基板１１にレーザビームＬＢａを照射して改質部１３を形成することにより応力集中部２０を形成するようにすれば、Ｓｉ基板１１をドライエッチングすることにより応力集中部２０を形成する場合に比べて、応力集中部形成工程のタクトタイムを短縮することができる。

１０積層体
１２ガラス基板
１１Ｓｉ基板
１３改質部
２０応力集中部
Ｌ割断予定ライン
ＬＢａレーザビーム
ＬＢｂレーザビーム

Claims

Ｓｉ基板とガラス基板とを直接接合して形成した積層体を割断する積層体の割断方法であって、所望の割断予定ラインに沿って積層体におけるＳｉ基板に対してレーザビームを照射する若しくはドライエッチングを行うことによりＳｉ基板におけるガラス基板側に応力集中部を形成する応力集中部形成工程と、当該応力集中部形成工程の後で積層体の応力集中部に応力を与えることにより積層体を割断する割断工程とを備えることを特徴とする積層体の割断方法。
前記応力集中部形成工程では、前記応力集中部を形成するにあたって、前記Ｓｉ基板にレーザビームを照射して前記割断予定ラインに沿って改質部を形成することで前記応力集中部を形成することを特徴とする請求項１記載の積層体の割断方法。
前記応力集中部形成工程では、前記応力集中部を形成するにあたって、前記Ｓｉ基板において前記割断予定ラインに沿った部位をドライエッチングして前記Ｓｉ基板の厚み方向に貫通するスリットを形成することで前記応力集中部を形成することを特徴とする請求項１記載の積層体の割断方法。
前記応力集中部形成工程では、前記応力集中部を形成するにあたって、前記Ｓｉ基板において前記割断予定ラインに沿った部位をドライエッチングして薄肉化し且つ当該部位の両側をドライエッチングして前記ガラス基板を露出させることで前記応力集中部を形成することを特徴とする請求項１記載の積層体の割断方法。
前記割断工程は、遠赤外レーザからのレーザビームを前記応力集中部に沿って照射することで前記応力集中部に温度変化を与えるレーザ照射工程と、前記積層体を貼り付けた粘着性樹脂テープを引き伸ばすエキスパンド工程との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。