JP2020107839A - ＳｉＣ基板の分断方法及び分断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＣ基板を優れた品質にて分断する方法及び装置を提供する。【解決手段】ＳｉＣ基板の分断方法（装置）が、一方主面において、あらかじめ定められた分断予定位置に沿ってレーザー光を１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度で走査しつつ照射することによって、深さが１２μｍ〜３０μｍで幅が１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型の溝状のスクライブラインを形成するスクライブ工程（ユニット）と、所定の間隔にて離隔させた一対の受刃の上に、スクライブラインが形成されたＳｉＣ基板を、一方主面と対向する他方主面を上面とする姿勢にて水平に載置した状態で、ＳｉＣ基板の上面側から分断予定位置に対してブレークプレートを当接させ、さらにブレークプレートを押し下げることによってスクライブラインからクラックを伸展させることにより、ＳｉＣ基板を分断予定位置において分断するブレーク工程（ユニット）と、を備えるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、ＳｉＣ基板の分断方法及び分断装置に関し、特にレーザー光を用いた分断に関する。

ガラス基板やセラミック基板などの硬脆な基板（脆性材料基板）を分断する方法として、当該基板の一方主面の分断予定位置にあらかじめスクライブラインを形成するスクライブ処理を行ったうえで、他方主面側から分断予定位置に対してブレークバーを当接させ、さらに該ブレークバーを押し込む（三点曲げ）ブレーク処理を行うことにより、スクライブラインからクラックを伸展させて基板を分断する、という手法がすでに公知である。

また、シングルモードのレーザーを用いて、透明材料の表面にアブレーション加工を行う手法もすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−６６６８７号公報

脆性材料基板の一種として、ＳｉＣ（炭化硅素）基板が広く知られており、種々の半導体基板における基材などに用いられている。そのような基材として使用される場合その他、係るＳｉＣ基板を分断して所定のサイズにしたい（例えばチップ化したい）という一般的なニーズがある。しかしながら、ＳｉＣは硬度、耐熱性、化学的安定性などに優れているため、高品質な分断を行うことは必ずしも容易ではない。具体的には、滑らかでかつソゲのない分断面を得ることが、必ずしも容易でない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣ基板を優れた品質にて分断する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ＳｉＣ基板の分断方法であって、前記ＳｉＣ基板の一方主面において、あらかじめ定められた分断予定位置に沿ってレーザー光を１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度で走査しつつ照射することによって、深さが１２μｍ〜３０μｍで幅が１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型の溝状のスクライブラインを形成するスクライブ工程と、所定の間隔にて離隔させた一対の受刃の上に、前記スクライブラインが形成された前記ＳｉＣ基板を、前記一方主面と対向する他方主面を上面とする姿勢にて水平に載置した状態で、前記ＳｉＣ基板の上面側から前記分断予定位置に対してブレークプレートを当接させ、さらに前記ブレークプレートを押し下げることによって前記スクライブラインからクラックを伸展させることにより、前記ＳｉＣ基板を前記分断予定位置において分断するブレーク工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のＳｉＣ基板の分断方法であって、前記レーザー光が、パルス幅がナノ秒オーダーで波長が３５５ｎｍのナノ秒ＵＶレーザーである、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、ＳｉＣ基板の分断装置であって、前記ＳｉＣ基板の一方主面において、あらかじめ定められた分断予定位置に沿ってレーザー光を１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度で走査しつつ照射することによって、深さが１２μｍ〜３０μｍで幅が１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型の溝状のスクライブラインを形成するためのスクライブユニットと、所定の間隔にて離隔させた一対の受刃の上に、前記スクライブラインが形成された前記ＳｉＣ基板を、前記一方主面と対向する他方主面を上面とする姿勢にて水平に載置した状態で、前記ＳｉＣ基板の上面側から前記分断予定位置に対してブレークプレートを当接させ、さらに前記ブレークプレートを押し下げることによって前記スクライブラインからクラックを伸展させることにより、前記ＳｉＣ基板を前記分断予定位置において分断するブレークユニットと、を備えることを特徴とする。

請求項１ないし請求項３の発明によれば、ＳｉＣ基板を優れた品質にて分断することが出来る。

スクライブ処理の様子を示す図である。 ブレーク処理の様子を示す図である。 実施例のそれぞれの試料についての、断面観察像と、断面の様子と、分断処理の良否の判定結果とを一覧にして示す図である。

本実施の形態において行うＳｉＣ基板の分断について、以下に説明する。本実施の形態においては概略、あらかじめ分断予定位置が定められてなるＳｉＣ基板の一方主面側から分断予定位置に沿ってレーザー光を照射することによってスクライブラインを形成する、スクライブ処理を行ったうえで、他方主面側から分断予定位置に対してブレークプレートを当接させてスクライブラインから垂直クラックを伸展させるブレーク処理を行うことにより、ＳｉＣ基板を分断する。

図１は、スクライブ処理の様子を示す図である。スクライブ処理は、図１（ａ）に示すようなスクライブ装置１００を用いて行う。スクライブ装置１００は、ＳｉＣ基板１が水平に載置固定されるステージ１０１と、レーザー光ＬＢの出射源１０２とを主として備える。

スクライブ処理に際してはまず、あらかじめ分断予定位置Ｐが定められてなるＳｉＣ基板１が、吸引、接着、挟持その他の所定の手段にてステージ１０１に載置固定される。図１においては、図面に垂直な方向に沿った複数の分断予定位置Ｐが、水平面内において等間隔に定められてなる場合を例示している。また、ＳｉＣ基板１の対向する２つの主面のうち、係る載置固定がなされた状態において表面（図１においては上面）となっている主面をスクライブ面１ａと称し、ステージ１０１と接する他方の主面（図１においては下面）を非スクライブ面１ｂと称する。

好ましくは、ステージ１０１は、図示しない駆動機構により水平面内において並進移動および回転移動が可能とされてなる。

出射源１０２は、ステージ１０１に載置されたＳｉＣ基板１に対し鉛直上方からレーザー光ＬＢを照射可能に設けられてなる。なお、本実施の形態においてレーザー光ＬＢの出射源１０２とは、単にレーザー光ＬＢの光源を意味するのではなく、該光源から集光用（出射用）のレンズに至るまでの光学系全体を含むものとする。

レーザー光ＬＢとしては、パルス幅がナノ秒オーダー（例えば１ｎｓｅｃ〜４００ｎｓｅｃ）で波長が３５５ｎｍのＵＶレーザー光（ナノ秒ＵＶレーザー）を用いるのが好適である。係るナノ秒ＵＶレーザーは、ＳｉＣにおける吸収率が約７８％と高い一方、透過率は０．１％と低く、表面吸収があるという特徴を有する。

本実施の形態においては、係るナノ秒ＵＶレーザーを用いることにより、分断予定位置Ｐに沿ってアブレーションを生じさせるアブレーション加工を行い、溝状のスクライブラインＳＬを形成する。具体的には、図１（ａ）に示すように、レーザー光ＬＢをＳｉＣ基板１のスクライブ面１ａにおける分断予定位置Ｐに集光させた状態で、該レーザー光ＬＢにより分断予定位置Ｐに沿ってスクライブ面１ａ上を走査する。係る走査は、ＳｉＣ基板１が載置されたステージ１０１を固定された出射源１０２に対し移動させることで実現されてもよいし、その反対に出射源１０２が固定されたステージ１０１に対し移動することにより実現されてもよい。

係るアブレーション加工においては、１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度でレーザー光ＬＢを走査することにより、分断予定位置Ｐに沿って、図１（ｂ）に示すような、深さｄが１２μｍ〜３０μｍで幅ｗが１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型をなす溝状のスクライブライン（スクライブ溝）ＳＬを形成するのが好適である。これらの要件をみたす場合に、品質のよい分断が実現される。なお、本実施の形態において、ＳｉＣ基板１の分断の品質がよいとは、分断により得られる個片の表面におけるデブリが抑制され、分断面が滑らかであり、かつ、ソゲやキズが見られないことである。

走査速度が小さすぎると、分断予定位置Ｐに対する入熱量が大きくなりすぎ、スクライブラインＳＬのなす溝が広がりすぎてしまい、好ましくない。また、走査速度が大きすぎると、分断予定位置Ｐに対する入熱量が不十分となり所望の形状のスクライブラインＳＬが形成されないために好ましくない。

同様のアブレーション加工によるスクライブラインＳＬの形成を、全ての分断予定位置Ｐに対し行うことで、スクライブ処理が完了する。

スクライブ処理が完了すると、続いて、ブレーク処理を行う。図２は、ブレーク処理の様子を示す図である。スクライブ処理は、図２（ａ）に示すようなブレーク装置２００を用いて行う。

ブレーク装置２００は、ブレーク対象物を水平姿勢にて下方支持可能な一対の受刃２０１と、鉛直下方に断面視略三角形状の刃先２０２ｅを有する板状部材であるブレークプレート２０２とを、主として備える。

一対の受刃２０１は、水平面内の一の方向（図２（ａ）においては図面視左右方向）において互いに近接および離隔することが可能に設けられてなる。ＳｉＣ基板１を分断するに際しては、一対の受刃２０１は、当該方向において所定の間隙をなすように離隔配置される。換言すれば、一対の受刃２０１は、水平面内において両者の移動方向と垂直な方向に所定の間隙を設ける態様にて、離隔配置される。

ブレークプレート２０２は、断面視略二等辺三角形状の刃先２０２ｅが刃渡り方向に延在するように設けられてなる板状の金属製（例えば超硬合金製）部材である。図２（ａ）においては、刃渡り方向が図面に垂直な方向となるように、ブレークプレート２０２を示している。ブレークプレート２０２は、一対の受刃２０１のなす間隙ｄのちょうど中間の位置（それぞれの受刃２０１からｄ／２ずつ離隔した位置）の鉛直上方において、図示しない昇降機構により昇降自在に設けられてなる。

より詳細には、ブレークプレート２０２としては、刃先２０２ｅの角度（刃先角）θが１００°〜１２０°であり、刃先２０２ｅの先端が９０μｍ〜１１０μｍなる断面曲率半径を有する曲面をなしているものを用いるのが好適である。具体的なブレーク条件は、ＳｉＣ基板１の厚みやスクライブ処理において形成したスクライブラインＳＬのサイズなどに応じて定められればよい。

ＳｉＣ基板１は、ブレーク処理に際し、図示しないダイシングリングに張設されたダイシングテープＤＴに、スクライブ処理にてスクライブラインＳＬが形成されたスクライブ面１ａを貼付させた状態で、換言すれば、非スクライブ面１ｂを上面とする姿勢にて、所定の間隙をなす一対の受刃２０１の上に載置固定される。

より詳細には、ＳｉＣ基板１は、実際に分断対象となる一の分断予定位置Ｐとブレークプレート２０２の刃先２０２ｅとが同一の鉛直面（図面に垂直な面）内に位置するように、一対の受刃２０１の上に載置固定される。

そして、係る態様にて位置決めがなされると、ブレークプレート２０２は、図２（ａ）において矢印ＡＲ１にて示すように、分断予定位置Ｐに向けて下降させられる。

係る態様にて下降させられたブレークプレート２０２は、やがてＳｉＣ基板１に当接するが、係る当接の後もさらに下降させられる。換言すれば、ブレークプレート２０２は、ＳｉＣ基板１を押し込むように下降する。

すると、ＳｉＣ基板１には、ブレークプレート２０２がＳｉＣ基板１を押し込む力と一対の受刃２０１がそれぞれに下方からＳｉＣ基板１を支持する力（垂直抗力）とが剪断力として作用することとなる。係る場合において、ブレークプレート２０２を押し込む際の条件（例えば、距離（押し込み量）、速度など）を適宜に調整すると、図２（ａ）に矢印ＡＲ２にて示すように、スクライブラインＳＬの最奥部（図２（ａ）においては最上端）Ｅを起点として、分断予定位置Ｐに沿って（厚み方向に）クラックが伸展していくことになる。

上述のように、ブレーク処理に先立つスクライブ処理において、１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度でレーザー光ＬＢを走査することにより、分断予定位置Ｐに沿って、深さｄが１２μｍ〜３０μｍで幅ｗが１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型をなす溝状のスクライブラインＳＬを形成するアブレーション加工を行った場合、ブレーク処理によってクラックが良好に形成される。

係るブレーク処理が繰り返されることにより、図２（ｂ）に示すように全ての分断予定位置ＰにおいてクラックＣＲが形成されると、続いて、図２（ｂ）において矢印ＡＲ３にて示すように、ダイシングテープＤＴが伸張される。これにより、図２（ｃ）示すように、ＳｉＣ基板１は所定サイズの個片２に分断される。

以上が、本実施の形態におけるＳｉＣ基板の分断の手順である。すなわち、本実施の形態によれば、レーザー光によるスクライブ処理として、１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度でレーザー光を走査することにより、分断予定位置に沿って、深さが１２μｍ〜３０μｍで幅が１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型をなす溝状のスクライブラインを形成するアブレーション加工を行ったうえで、ブレーク処理を行うことで、ＳｉＣ基板を優れた品質にて分断することが出来る。

なお、上述した手順による本実施の形態に係るＳｉＣ基板の分断を、スクライブ処理を行うスクライブ装置１００とブレーク処理を行うブレーク装置２００とがそれぞれにスクライブユニットおよびブレークユニットとして組み込まれた分断装置を用いて、行う態様であってもよい。

厚みが３５０μｍのＳｉＣ基板を５枚（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）用意し、それぞれに対しスクライブ処理によってスクライブラインＳＬを形成した後、ブレーク処理を行った。これにより得られた分断面を実体顕微鏡により観察し、その観察像を用いてスクライブラインＳＬの深さを測定した。それぞれの試料に対するスクライブ処理における走査速度は全て、１２５ｍｍ／ｓとした。

図３は、それぞれの試料についての、断面観察像と、断面の様子と、分断処理の良否の判定結果とを一覧にして示す図である。なお、断面観察像には、スクライブラインＳＬの深さの測定結果を併せて示している。また、分断処理の良否の判定は、断面観察像に基づき行っている。

図３に示すように、スクライブラインＳＬの深さが１１．６μｍと浅いＮｏ．１の試料および３６．６μｍと深いＮｏ．５の試料では、ソゲやスジなどが確認された。一方で、スクライブラインＳＬの深さが１２μｍ〜３０μｍという範囲をみたすＮｏ．２〜Ｎｏ．４の試料（それぞれのスクライブラインＳＬの深さは順に１６．３μｍ、２２．７μｍ、２９．６μｍ）では、分断面は一様に滑らかであり、ソゲなどは確認されなかった。なお、図示は省略しているが、これらのＮｏ．２〜Ｎｏ．４の試料におけるスクライブラインＳＬの幅は２μｍ〜６μｍ程度であった。

以上の結果は、レーザー光によるスクライブ処理として、１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度でレーザー光を走査することにより、分断予定位置に沿って、深さが１２μｍ〜３０μｍで幅が１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型をなす溝状のスクライブラインを形成するアブレーション加工を行ったうえで、ブレーク処理を行うことで、ＳｉＣ基板を優れた品質にて分断することが出来ることを示している。

１ ＳｉＣ基板
１ａ （ＳｉＣ基板の）スクライブ面
１ｂ （ＳｉＣ基板の）非スクライブ面
１００ スクライブ装置
１０１ ステージ
１０２ 出射源
２００ ブレーク装置
２０１ 受刃
２０２ ブレークプレート
２０２ｅ 刃先
ＣＲ クラック
ＤＴ ダイシングテープ
ＬＢ レーザー光
Ｐ 分断予定位置
ＳＬ スクライブライン

Claims (3)

1. ＳｉＣ基板の分断方法であって、
   前記ＳｉＣ基板の一方主面において、あらかじめ定められた分断予定位置に沿ってレーザー光を１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度で走査しつつ照射することによって、深さが１２μｍ〜３０μｍで幅が１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型の溝状のスクライブラインを形成するスクライブ工程と、
   所定の間隔にて離隔させた一対の受刃の上に、前記スクライブラインが形成された前記ＳｉＣ基板を、前記一方主面と対向する他方主面を上面とする姿勢にて水平に載置した状態で、前記ＳｉＣ基板の上面側から前記分断予定位置に対してブレークプレートを当接させ、さらに前記ブレークプレートを押し下げることによって前記スクライブラインからクラックを伸展させることにより、前記ＳｉＣ基板を前記分断予定位置において分断するブレーク工程と、
   を備えることを特徴とする、ＳｉＣ基板の分断方法。
2. 請求項１に記載のＳｉＣ基板の分断方法であって、
   前記レーザー光が、パルス幅がナノ秒オーダーで波長が３５５ｎｍのナノ秒ＵＶレーザーである、
   ことを特徴とする、ＳｉＣ基板の分断方法。
3. ＳｉＣ基板の分断装置であって、
   前記ＳｉＣ基板の一方主面において、あらかじめ定められた分断予定位置に沿ってレーザー光を１００ｍｍ／ｓ〜３００ｍｍ／ｓの走査速度で走査しつつ照射することによって、深さが１２μｍ〜３０μｍで幅が１μｍ〜１０μｍの断面視Ｕ字型の溝状のスクライブラインを形成するためのスクライブユニットと、
   所定の間隔にて離隔させた一対の受刃の上に、前記スクライブラインが形成された前記ＳｉＣ基板を、前記一方主面と対向する他方主面を上面とする姿勢にて水平に載置した状態で、前記ＳｉＣ基板の上面側から前記分断予定位置に対してブレークプレートを当接させ、さらに前記ブレークプレートを押し下げることによって前記スクライブラインからクラックを伸展させることにより、前記ＳｉＣ基板を前記分断予定位置において分断するブレークユニットと、
   を備えることを特徴とする、ＳｉＣ基板の分断装置。