JP2011189477A - マイクロマシンデバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】品質を低下させることなくマイクロマシンデバイスを製造することができるマイクロマシンデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】マイクロマシンデバイスの製造方法であって、複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板に対して格子状に設定されたストリートに対応する領域に基板の破断起点となる加工を施す破断起点形成工程と、破断起点形成工程が実施された基板の表面における該ストリートに対応する領域によって区画された複数の領域にマイクロマシンデバイスを形成するデバイス形成工程と、デバイス形成工程が実施された基板に外力を付与して基板を破断起点が形成されたストリートに対応する領域に沿って破断し、個々のマイクロマシンデバイスに分割する基板破断工程とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、加速度センサーや圧力センサー等のマイクロマシン(MEMS)デバイスの製造方法に関する。
マイクロマシン(MEMS)デバイス製造工程においては、略円板形状であるガラス基板、シリコン基板、有機基板等の基板の表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画された複数の領域に加速度センサー、圧力センサー、ジャイロスコープ、触覚センサー等のマイクロマシンデバイスを形成し、該マイクロマシンデバイスが形成された各領域をストリートに沿って分割することにより個々のマイクロマシンデバイスを製造している。マイクロマシンデバイスが形成された基板をストリートに沿って分割する分割装置としては一般にダイサーと呼ばれる切削装置が用いられており、この切削装置は厚さが４０μｍ程度の切削ブレードによってマイクロマシンデバイスが形成された基板をストリートに沿って切削する。
しかるに、切削装置によって切削する際には、切削ブレードによる切削部に切削水を供給しつつ実施するため、基板に形成されたマイクロマシンデバイスの可動部に切削屑を含んだ切削水が浸入し、マイクロマシンデバイスの品質を著しく低下させるという問題がある。
近年、ウエーハ等の基板をストリートに沿って分割する方法として、基板に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線をストリートに沿って照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝が形成された基板に外力を付与することにより、レーザー加工溝が形成されたストリートに沿って破断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００６−１２９０２号公報
而して、上記特許文献１に開示されたウエーハの分割方法のように基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線をマイクロマシンデバイスが形成された基板にストリートに沿って照射すると、レーザー光線の照射によって飛散するデブリがマイクロマシンデバイスの表面に付着するとともに、照射されたレーザー光線による熱の影響でマイクロマシンデバイスの品質を低下させるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、品質を低下させることなくマイクロマシンデバイスを製造することができるマイクロマシンデバイスの製造方法を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、マイクロマシンデバイスの製造方法であって、
複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板に対して格子状に設定されたストリートに対応する領域に基板の破断起点となる加工を施す破断起点形成工程と、
該破断起点形成工程が実施された基板の表面における該ストリートに対応する領域によって区画された複数の領域にマイクロマシンデバイスを形成するデバイス形成工程と、
該デバイス形成工程が実施された基板に外力を付与して基板を破断起点が形成されたストリートに沿って破断し、個々のマイクロマシンデバイスに分割する基板破断工程と、を含む、
ことを特徴とするマイクロマシンデバイスの製造方法が提供される。
上記基板は、ガラス板からなっている。
また、上記破断起点形成工程は、基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を基板の内部に集光点を合わせて格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿って照射し、基板の内部に格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿って破断起点としての変質層を形成する。
本発明によれば、マイクロマシンデバイスを形成するデバイス形成工程を実施する前の基板に対して格子状に設定されたストリートに対応する領域に基板の破断起点となる加工を施す破断起点形成工程を実施するので、レーザー光線の照射によって飛散するデブリや熱の影響でマイクロマシンデバイスの品質を低下させるという問題を解消することができる。そして、マイクロマシンデバイスを形成するデバイス形成工程を実施した後の基板破断工程においては、マイクロマシンデバイスが形成された基板には既に上記破断起点形成工程を実施することにより格子状に設定されたストリートに対応する領域に破断起点が形成されているので、基板は外力を付与することにより容易に個々のマイクロマシンデバイスに分割することができる。
複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板。 本発明によるマイクロマシンデバイスの製造方法における破断起点形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるマイクロマシンデバイスの製造方法における破断起点形成工程の一実施形態を示す説明図。 図３に示す破断起点形成工程が実施された基板の斜視図。 本発明によるマイクロマシンデバイスの製造方法における破断起点形成工程の他の実施形態を示す説明図。 図５に示す破断起点形成工程が実施された基板の斜視図。 本発明によるマイクロマシンデバイスの製造方法におけるデバイス形成工程が実施された基板の斜視図。 図７に示すデバイス形成工程が実施された基板を環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるマイクロマシンデバイスの製造方法における基板破断工程を実施するためのテープ拡張装置の斜視図。 本発明によるマイクロマシンデバイスの製造方法における基板破断工程を示す説明図。 本発明によるマイクロマシンデバイスの製造方法によって製造されたマイクロマシンデバイスの斜視図。
以下、本発明によるマイクロマシンデバイスの製造方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板の斜視図が示されている。図１に示す基板２は、例えば厚さが２００μmのガラス基板からなっている。この基板２の外周には基準位置を示すノッチ２１が設けられている。
図１に示すガラス基板からなる基板２を用いて複数のマイクロマシンデバイスを製造するには、複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板２に対して格子状に設定されたストリートに対応する領域に基板の破断起点となる加工を施す破断起点形成工程を実施する。
この破断起点形成工程は、図２に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図２に示すレーザー加工装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２と、チャックテーブル３１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段３３を具備している。チャックテーブル３１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図２において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図２において矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
上記レーザー光線照射手段３２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング３２１を含んでいる。ケーシング３２１内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング３２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器３２２が装着されている。なお、レーザー光線照射手段３２は、集光器３２２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。
上記レーザー光線照射手段３２を構成するケーシング３２１の先端部に装着された撮像手段３３は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。なお、図示しない制御手段のメモリには、上記図１に示す基板２の表面に格子状に設定されたストリートの座標値（設計値）が格納されている。
上述したレーザー加工装置３を用いて複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板２に対して格子状に設定されたストリートに対応する領域に基板の破断起点となる加工を施す破断起点形成工程を実施するには、図２に示すようにチャックテーブル３１上に基板２の一方の面（図示の実施形態においては裏面２b）側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、基板２をチャックテーブル３１上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３１上に保持された基板２は、表面２aが上側となる。
上述したウエーハ保持工程を実施したならば、基板２を吸引保持したチャックテーブル３１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段３３の直下に位置付けられる。チャックテーブル３１が撮像手段３３の直下に位置付けられると、撮像手段３３および図示しない制御手段によって基板２が所定の座標値に位置付けられているか否かを検出し、基板２を所定の座標値に位置付けるためにアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段３３は、基板２の外周に形成されたノッチ２１を撮像し、その画像信号を図示しない制御手段に送る。そして、図示しない制御手段は、撮像手段３３から送られた画像信号に基づいてノッチ２１が所定の座標値に位置しているか否かを判定し、ノッチ２１が所定の座標値に位置していない場合には、チャックテーブル３１を回動してノッチ２１を所定の座標値に位置付けるように調整する（アライメント工程）。
以上のようにしてアライメント工程を実施したならば、図３の（ａ）で示すようにチャックテーブル３１をレーザー光線照射手段３２の集光器３２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、設定された所定のストリート領域の一端（図３の（ａ）において左端）に対応する座標値をレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の直下に位置付ける。そして、集光器３２２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを基板２の厚み方向中間部に合わせる。集光器３２２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを基板２の所定位置に位置付けるためには、例えば特開２００９−６３４４６号公報に記載されているチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置検出装置を用いてチャックテーブル３１に保持された基板２の上面の高さ位置を検出し、検出された基板２の上面の高さ位置を基準として図示しない集光点位置調整手段を作動することによりパルスレーザー光線の集光点Ｐを所定位置に位置付ける。次に、集光器３２２から基板２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３１を図３の（ａ）において矢印Ｘ１で示す加工送り方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図３の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の照射位置に基板２に設定された所定のストリート領域の他端（図３の（b）において右端）に対応する座標値に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３１の移動を停止する。この結果、基板２には、図３の（b）に示すように内部に設定されたストリートと対応する領域に沿って連続した破断起点としての変質層２２が形成される（変質層形成工程）。この変質層形成工程を基板２に対して格子状に設定された全てのストリートに対応する領域に沿って実施する。
上記の変質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：０．２W
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：２００ｍｍ／秒
以上のようにして、基板２に対して格子状に設定された全てのストリートに対応する領域に破断起点形成工程としての変質層形成工程を実施することにより、基板２の内部には図４に示すように格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿って変質層２２が形成される。このように破断起点形成工程としての変質層形成工程は複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板２に実施するので、レーザー光線の照射による熱の影響でマイクロマシンデバイスの品質を低下させるという問題を解消することができる。
次に、破断起点形成工程の他の実施形態について、図５を参照して説明する。
なお、図５に示す破断起点形成工程の実施形態においては、上記図２に示すレーザー加工装置３と実質的に同様のレーザー加工装置によって実施するので、同一部材には同一符号を付して説明する。
図５に示す実施形態においては、チャックテーブル３１上に基板２の表面２a側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、基板２をチャックテーブル３１上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３１上に保持された基板２は、裏面２bが上側となる。
上述したウエーハ保持工程を実施したならば、上述したアライメント工程を実施する。次に、図５の（ａ）で示すようにチャックテーブル３１をレーザー光線照射手段３２の集光器３２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、設定された所定のストリート領域の一端（図５の（ａ）において左端）に対応する座標値をレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の直下に位置付ける。そして、集光器３２２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを基板２の上面（裏面２b）に合わせる。次に、集光器３２２から基板２に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３１を図５の（ａ）において矢印Ｘ１で示す加工送り方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図５の（ｂ）で示すように集光器３２２の照射位置に基板２に設定された所定のストリート領域の他端（図５の（b）において右端）に対応する座標値に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３１の移動を停止する。この結果、基板２には、図５の（b）に示すようにストリートと対応する領域に沿って連続した破断起点としてのレーザー加工溝２３が形成される（レーザー加工溝形成工程）。このレーザー加工溝形成工程を基板２に格子状に設定された全てのストリートに対応する領域に沿って実施する。
上記のレーザー加工溝形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザー
波長 ：３５５ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
平均出力 ：０．５W
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：３００ｍｍ／秒
以上のようにして、基板２に対して格子状に設定された全てのストリートに対応する領域にレーザー加工溝形成工程を実施することにより、基板２の裏面２bには図６に示すように格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿ってレーザー加工溝２３が形成される。このように破断起点形成工程としてのレーザー加工溝形成工程は複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板２に実施するので、レーザー光線の照射によって飛散するデブリがマイクロマシンデバイスに付着することによる品質の低下を未然に防止することができる。
上述した破断起点形成工程としての破断起点形成工程を実施したならば、基板２の表面２aにおけるストリートに対応する領域によって区画された複数の領域にマイクロマシンデバイスを形成するデバイス形成工程を実施する。このデバイス形成工程は、例えば特開２００５−２９３９１８号公報に開示されている方法によって実施することができる。このようにしてデバイス形成工程を実施することにより、基板２の表面２aにおけるストリートに対応する領域によって区画された複数の領域には、図７に示すようにマイクロマシンデバイス２０が形成される。
上述したデバイス形成工程を実施したならば、表面にマイクロマシンデバイス２０が形成され基板２を環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着する基板支持工程を実施する。即ち、図８に示すように環状のフレーム４に装着されたダイシングテープ５の表面にマイクロマシンデバイス２０が形成され基板２の裏面２bを貼着する。
次に、環状のフレーム４に装着されたダイシングテープ５の表面に貼着された基板２に外力を付与して基板２を破断起点としての変質層２２またはレーザー加工溝２３が形成されたストリートに対応する領域に沿って破断し、個々のマイクロマシンデバイスに分割する基板破断工程を実施する。この基板破断工程は、図９に示すテープ拡張装置６を用いて実施する。図９に示すテープ拡張装置６は、上記環状のフレーム４を保持するフレーム保持手段６１と、該フレーム保持手段６１に保持された環状のフレーム４に装着されたダイシングテープ５を拡張するテープ拡張手段６２と、ピックアップコレット６３を具備している。フレーム保持手段６１は、環状のフレーム保持部材６１１と、該フレーム保持部材６１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ６１２とからなっている。フレーム保持部材６１１の上面は環状のフレーム４を載置する載置面６１１ａを形成しており、この載置面６１１ａ上に環状のフレーム４が載置される。そして、載置面６１１ａ上に載置された環状のフレーム４は、クランプ６１２によってフレーム保持部材６１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段６１は、テープ拡張手段６２によって上下方向に進退可能に支持されている。
テープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１の内側に配設される拡張ドラム６２１を具備している。この拡張ドラム６２１は、環状のフレーム４の内径より小さく該環状のフレーム４に装着されたダイシングテープ５に貼着される基板２の外径より大きい内径および外径を有している。また、拡張ドラム６２１は、下端に支持フランジ６２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１を上下方向に進退可能な支持手段６２３を具備している。この支持手段６２３は、上記支持フランジ６２２上に配設された複数のエアシリンダ６２３aからなっており、そのピストンロッド６２３bが上記環状のフレーム保持部材６１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ６２３aからなる支持手段６２３は、図１０の（ａ）に示すように環状のフレーム保持部材６１１を載置面６１１ａが拡張ドラム６２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、図１０の（ｂ）に示すように拡張ドラム６２１の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動せしめる。
以上のように構成されたテープ拡張装置６を用いて実施する基板破断工程について図１０を参照して説明する。即ち、基板２が貼着されているダイシングテープ５が装着された環状のフレーム４を、図１０の（ａ）に示すようにフレーム保持手段６１を構成するフレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に載置し、クランプ６１２によってフレーム保持部材６１１に固定する（フレーム保持工程）。このとき、フレーム保持部材６１１は図１０の（ａ）に示す基準位置に位置付けられている。次に、テープ拡張手段６２を構成する支持手段６２３としての複数のエアシリンダ６２３ａを作動して、環状のフレーム保持部材６１１を図１０の（ｂ）に示す拡張位置に下降せしめる。従って、フレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に固定されている環状のフレーム４も下降するため、図１０の（ｂ）に示すように環状のフレーム４に装着されたダイシングテープ５は拡張ドラム６２１の上端縁に接して拡張せしめられる（テープ拡張工程）。この結果、ダイシングテープ５に貼着されている基板２には放射状に引張力が作用する。このように基板２に放射状に引張力が作用すると、基板２には上述したように格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿って変質層２２またはレーザー加工溝２３が形成されているので、基板２は変質層２２またはレーザー加工溝２３が破断の起点となって格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿って破断される（破断工程）。このように基板２が破断されることによって個々に分割されたマイクロマシンデバイス２０間には隙間Sが形成される。
次に、図１０の（c）に示すようにピックアップコレット６３を作動してマイクロマシンデバイス２０を吸着し、ダイシングテープ５から剥離してピックアップすることにより、図１１に示すマイクロマシンデバイス２０が得られる。なお、ピックアップ工程においては、上述したようにダイシングテープ５に貼着されている個々のマイクロマシンデバイス２０間には隙間Sが形成されているので、隣接するマイクロマシンデバイス２０と接触することなく容易にピックアップすることができる。
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においては破断起点形成工程として、複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板に対して格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿ってレーザー光線を照射し、基板の内部に変質層を形成する加工方法および基板の裏面にレーザー加工溝を形成する加工方法について説明したが、破断起点形成工程としては基板の裏面側から格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿ってダイヤモンドスクライバを用いて破断の起点となるスクライブ溝を形成してもよい。
２：基板
２０：マイクロマシンデバイス
２１：ノッチ
２２：変質層
２３：レーザー加工溝
３：レーザー加工装置
３１：レーザー加工装置のチャックテーブル
３２：レーザー光線照射手段
３２２：集光器
４：環状のフレーム
５：ダイシングテープ
６：テープ拡張装置
６１：フレーム保持手段
６２：テープ拡張手段
６３：ピックアップコレット

Claims (3)

  1. マイクロマシンデバイスの製造方法であって、
    複数のマイクロマシンデバイスが形成される前の基板に対して格子状に設定されたストリートに対応する領域に基板の破断起点となる加工を施す破断起点形成工程と、
    該破断起点形成工程が実施された基板の表面における該ストリートに対応する領域によって区画された複数の領域にマイクロマシンデバイスを形成するデバイス形成工程と、
    該デバイス形成工程が実施された基板に外力を付与して基板を破断起点が形成されたストリートに対応する領域に沿って破断し、個々のマイクロマシンデバイスに分割する基板破断工程と、を含む、
    ことを特徴とするマイクロマシンデバイスの製造方法。
  2. 該基板は、ガラス板からなっている、請求項１記載のマイクロマシンデバイスの製造方法。
  3. 該破断起点形成工程は、基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を基板の内部に集光点を合わせて格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿って照射し、基板の内部に格子状に設定されたストリートに対応する領域に沿って破断起点としての変質層を形成する、請求項１又は２記載のマイクロマシンデバイスの製造方法。
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