JP3779237B2

JP3779237B2 - 基板切断方法及び基板切断装置

Info

Publication number: JP3779237B2
Application number: JP2002196371A
Authority: JP
Inventors: 知藤井; 健一横地; 博考藤田; 輝人西; 克裕板倉
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Daitron Technology Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Daitron Technology Co Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP2004039931A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の切断方法及び基板切断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハをチップ化する方法として、回転式のダイヤモンドソーを使って切削するダイシング方法や、ウエハ表面に傷をつけ、ローラを押し付けて分割するブレーキング方法が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ダイシング方法では、ダイシングソーより硬い材料は切断することができず、また、切断できた場合でも摩擦によりダイシングソーの消耗が激しい。さらに、基板を切削するための切りしろが大きく、半導体ウエハ等の母材面積の有効利用という点において問題を有していた。
【０００４】
一方、ブレーキング方法では、ローラによって基板にゆっくりと力を加えるため、劈開方向を有する材料や脆い材料にしか実用化されていない。また、基板全面に力を加えることになるので、分割されたチップは応力によって歪みが生じるという問題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高硬度な基板を切断するにあたり、母材面積を有効に利用し、かつ、切断されたチップの応力による歪みを抑制できる基板切断方法及び基板切断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の基板切断方法は、電子素子が複数形成された基板を切断する基板切断装置を用いた基板切断方法であって、基板切断装置は、ベース部と、基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、ベース部を鉛直方向に移動させ、ブレードを基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、ブレード装着部の上方に配され、ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することでブレード装着部を基板側に移動させるウエイト部と、ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、ベース部に突設され、ブレード装着部が載置されることでブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、当該基板切断方法は、基板の一方の面に溝を形成する工程と、駆動部によりベース部が下降させられることで、基板の他方の面における溝が形成された位置に対応する位置にブレードを当接させる工程と、ブレードを当接させる工程の後、ブレード装着部に対してベース部を下降させることによりブレード装着部と突設部との間に隙間を形成する工程と、隙間を形成する工程の後、ウエイト停止部によるウエイト部の停止を解除してウエイト部を下降させる工程と、下降されたウエイト部によって突設部に接するまでの隙間分だけ基板側にブレード装着部を移動させることにより、ブレードを基板に対して押圧することで基板を切断する工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の基板切断方法は、基板を切断する基板切断装置を用いた基板切断方法であって、基板切断装置は、ベース部と、基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、ベース部を鉛直方向に移動させ、ブレードを基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、ブレード装着部の上方に配され、ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することでブレード装着部を基板側に移動させるウエイト部と、ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、ベース部に突設され、ブレード装着部が載置されることでブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、当該基板切断方法は、基板の一方の面に溝を形成する工程と、駆動部によりベース部が下降させられることで、基板の他方の面における溝が形成された位置に対応する位置にブレードを当接させる工程と、ブレードを当接させる工程の後、ブレード装着部に対してベース部を下降させることによりブレード装着部と突設部との間に隙間を形成する工程と、隙間を形成する工程の後、ウエイト停止部によるウエイト部の停止を解除してウエイト部を下降させる工程と、下降されたウエイト部によって突設部に接するまでの隙間分だけ基板側にブレード装着部を移動させることにより、ブレードを基板に対して押圧することで基板を切断する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
基板の溝を形成した面とは反対側の面において、その溝に対応する位置にブレードを当接させて押圧する。これにより、溝が破壊起点となり基板の厚み方向に亀裂が生じ、破断がブレード当接点まで直線的に進行して基板が切断される。従来のダイシング方法による切断の場合と異なり、母材を切削するのではなく、亀裂を生じさせることによって切断するため、切りしろをほとんど必要とせず母材を有効に利用することができる。したがって、基板上に電子素子が密集して複数形成されている場合においても、適切に基板を切断することができる。また、溝に対応する部分のみに力を加えるため、他の部分は塑性変形し難いので、従来のブレーキング方法において問題となっていたチップの歪みは生じないことになる。
【０００９】
また、上記溝をレーザ加工、スクライブ加工、又はダイシング加工によって形成することが好ましい。これらによれば、基板上に容易に溝を形成することができる。また、切断する基板の材質等に応じて最適の加工法を用いることにより、適切に基板に溝を形成することができる。
【００１０】
本発明の基板切断方法は、電子素子が複数形成された基板を切断する基板切断装置を用いた基板切断方法であって、基板切断装置は、ベース部と、基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、ベース部を鉛直方向に移動させ、ブレードを基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、ブレード装着部の上方に配され、ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することでブレード装着部を基板側に移動させるウエイト部と、ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、ベース部に突設され、ブレード装着部が載置されることでブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、当該基板切断方法は、基板の一方の面に、レーザ加工によって当該レーザ加工前よりも強度が低い直線状の加工変質層を形成する工程と、駆動部によりベース部が下降させられることで、基板の他方の面における加工変質層が形成された位置に対応する位置にブレードを当接させる工程と、ブレードを当接させる工程の後、ブレード装着部に対してベース部を下降させることによりブレード装着部と突設部との間に隙間を形成する工程と、隙間を形成する工程の後、ウエイト停止部によるウエイト部の停止を解除してウエイト部を下降させる工程と、下降されたウエイト部によって突設部に接するまでの隙間分だけ基板側にブレード装着部を移動させることにより、ブレードを基板に対して押圧することで基板を切断する工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の基板切断方法は、基板を切断する基板切断装置を用いた基板切断方法であって、基板切断装置は、ベース部と、基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、ベース部を鉛直方向に移動させ、ブレードを基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、ブレード装着部の上方に配され、ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することでブレード装着部を基板側に移動させるウエイト部と、ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、ベース部に突設され、ブレード装着部が載置されることでブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、当該基板切断方法は、基板の一方の面に、レーザ加工によって当該レーザ加工前よりも強度が低い直線状の加工変質層を形成する工程と、駆動部によりベース部が下降させられることで、基板の他方の面における加工変質層が形成された位置に対応する位置にブレードを当接させる工程と、ブレードを当接させる工程の後、ブレード装着部に対してベース部を下降させることによりブレード装着部と突設部との間に隙間を形成する工程と、隙間を形成する工程の後、ウエイト停止部によるウエイト部の停止を解除してウエイト部を下降させる工程と、下降されたウエイト部によって突設部に接するまでの隙間分だけ基板側にブレード装着部を移動させることにより、ブレードを基板に対して押圧することで基板を切断する工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
基板の加工変質層を形成した面とは反対側の面において、ブレードを加工変質層に対応する位置に当接させて押圧することによって、加工変質層に対応した部分のみに荷重を加える。これにより、強度の低い加工変質層を破壊起点として基板の厚み方向に亀裂が生じ、破断がブレード当接点まで直線的に進行し基板は切断される。従来のダイシング方法による切断の場合と異なり、母材を切削するのではなく、亀裂を生じさせることによって切断するため、切りしろをほとんど必要とせず母材を有効に利用することができる。したがって、基板上に電子素子が密集して複数形成されている場合においても、適切に基板を切断することができる。また、加工変質層に対応する部分のみに力を加えるため、他の部分は塑性変形し難いので、従来のブレーキング方法において問題となっていたチップの歪みは生じないことになる。
【００１３】
基板は、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＡｌＮ、サファイア、ＧａＮ、ｃＢＮ、又はＤＬＣからなる層を含むことが好ましい。これらの硬質材料は、従来のダイシング方法及びブレーキング方法においては、ダイシングソーが激しく消耗すること、切断したチップに歪みが生じること等の問題を有していたが、本発明の切断方法によれば該問題を生じることなく適切に切断することができる。
【００１４】
基板は、ビッカーズ硬度が８００以上である層を含むことが好ましい。ビッカーズ硬度が８００未満の基板においては延性破壊が主となるのに対し、ビッカーズ硬度が８００以上の基板においては脆性破壊が主となる。本発明の基板切断方法は、破壊起点となる溝又は加工変質層を形成して、亀裂を生じさせて切断するので、ビッカーズ硬度が８００以上で脆性破壊が起こり易い基板を切断する際に特に効果を奏する。
【００１５】
基板は、第１層と、第１層より硬い第２層とを有し、第２層に溝又は加工変質層を形成することが好ましい。相対的に硬度が大きく脆い層にレーザ加工等によって溝又は加工変質層を形成すると、基板に亀裂が生じ割れやすくなるので、第２層を破壊起点とすることがより適しているからである。
【００１６】
本発明の基板切断装置は、ベース部と、一方の面に溝又はレーザ加工によって当該レーザ加工前よりも強度が低い略直線状の加工変質層が形成された基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、ベース部を鉛直方向に移動させ、ブレードを基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、ブレード装着部の上方に配され、ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することでブレード装着部を基板側に移動させるウエイト部と、ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、ベース部に突設され、ブレード装着部が載置されることでブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、駆動部により前記ベース部が下降させられることで、基板の他方の面における溝又は加工変質層が形成された位置に対応する位置にブレードが当接するとともに、その当接後にブレード装着部に対してベース部が下降することでブレード装着部と突設部との間に隙間が形成され、ウエイト停止部によるウエイト部の停止が解除されることで、ブレード装着部は、ウエイト部によって、突設部に接するまでの隙間分だけ基板側に移動させられることを特徴とする。
【００１７】
駆動部によりベース部を鉛直下方に移動させて、ブレード装着部のブレードを、基板における溝又は加工変質層が形成されていない側の面において、その溝又は加工変質層に対応する位置に当接させる。ウエイト部をウエイト停止部によりブレード装着部の上方に持ち上げた後、ウエイト停止部を解除してウエイト部をブレード装着部上に落下させることによりブレードを介して基板に衝撃力を加える。これにより、溝又は加工変質層が破壊起点となり基板の厚み方向に亀裂が生じ、破断がブレード当接点まで直線的に進行して基板が切断される。従来のダイシング方法による切断の場合と異なり、母材を切削するのではなく、亀裂を生じさせることによって切断するため、切りしろをほとんど必要とせず母材を有効に利用することができる。また、溝又は加工変質層に対応する部分のみに力を加えるため、他の部分は塑性変形し難いので、従来のブレーキング方法において問題となっていたチップの歪みは生じないことになる。また、ブレード装着部にウエイト部より荷重が加わった際に、ブレードは基板に接した状態からベース部の突設部とブレード装着部との隙間分だけ基板に押し込まれる。このようにブレードが押し込まれることで基板は切断されやすくなる。また、押し込み量は上記隙間分に限られることから、基板中に必要以上にブレードが押し込まれることはないので、切断された基板チップの損傷を軽減することができる。
【００１８】
上記各基板切断装置において、ブレード装着部に開口部が形成されるとともに、突設部は、開口部内で鉛直方向に移動できるように開口部内に突出していることが好ましい。これにより、ブレード装着部にウエイト部により荷重が加わると、ブレード装着部のブレードは基板に接した状態から開口部と突設部との隙間分だけ基板に押し込まれる。このようにブレードが押し込まれることで基板は切断されやすくなる。また、押し込み量は上記隙間分に限られることから、基板中に必要以上にブレードが押し込まれることはないので、切断された基板チップの損傷を軽減することができる。
【００１９】
上記基板切断装置において、ブレード装着部は、下端が突設部の上面に対向する雄ねじ部と、雄ねじ部と螺合する雌ねじ部とを有し、雄ねじ部を雌ねじ部へねじ込む量によって、上記隙間の大きさを調節可能な隙間調節機構を備え、ブレードの基板への押し込み量が可変であることが好ましい。これにより、ブレード装着部がウエイト部により荷重が加えられると、ブレード装着部のブレードは基板に接した状態から、隙間調節機構によって調節した開口部と突設部との隙間分だけ基板に押し込まれる。したがって、隙間調節機構により切断する基板の性質に対応した適切な隙間の大きさに調節することによって、切断された基板チップの損傷を抑制することができる。
【００２０】
本発明の他の基板切断装置は、ベース部と、基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、ベース部を鉛直方向に移動させ、ブレードを基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、ブレード装着部の上方に配され、ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することでブレード装着部を基板側に移動させるウエイト部と、ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、ベース部に突設され、ブレード装着部が載置されることでブレード装着部の下降を停止させる突設部とを備えることを特徴とする。
【００２１】
駆動部によりベース部が下降させられることで、ブレードが基板に当接するとともに、その当接後にブレード装着部に対してベース部が下降することでブレード装着部とベース部の突設部との間に隙間が形成される。ウエイト部をウエイト停止部によりブレード装着部の上方に持ち上げた後、ウエイト停止部によるウエイト部の停止を解除してウエイト部をガイドに沿ってブレード装着部上に落下させることにより、ブレードを介して基板に衝撃を加える。これにより、基板の厚み方向に亀裂が生じ、破断が直線的に進行し基板が切断される。従来のダイシング方法による切断の場合と異なり、母材を切削するのではなく、亀裂を生じさせることによって切断するため、切りしろをほとんど必要とせず母材を有効に利用することができる。また、切断する部分のみに力を加えるため、他の部分は塑性変形し難いので、従来のブレーキング方法において問題となっていたチップの歪みは生じないことになる。また、ブレード装着部にウエイト部より荷重が加わった際に、ブレードは基板に接した状態から突設部とブレード装着部との隙間分だけ基板が押し込まれる。このようにブレードが押し込まれることで基板は切断されやすくなる。また、押し込み量は上記隙間分に限られることから、基板中に必要以上にブレードが押し込まれることはないので、切断された基板チップの損傷を軽減することができる。
【００２２】
上記各基板切断装置において、基板を所望位置に配置可能な基板保持部を有することが好ましい。これにより、基板に直線状に形成された溝又は加工変質層に対し、ブレードを溝又は加工変質層の位置に対応させて基板に当接させることができる。よって、ブレードからの力は溝又は加工変質層に対応した位置に加えられることになり、基板の他の部分は塑性変形し難いので、従来のブレーキング方法において問題となっていたチップの歪みは生じないことになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る基板切断方法及び基板切断装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００２４】
本実施形態の基板切断方法は、その概要を述べると、（１）レーザやスクライブ、ダイサー等により、切断する基板に予め破壊の起点となる溝及び加工変質層を基板表面に形成し、（２）破壊起点となる溝と丁度反対面にブレードが当接するように調整した後、（３）衝撃力を与えてブレードを基板に押し込むことにより、基板を切断するものである。
【００２５】
図１（ａ）〜図１（ｅ）を参照して、本実施形態の基板切断方法を詳細に説明する。まず、図１（ａ）に示すような切断対象である基板５０を準備する。基板５０は、厚さ１ｍｍのシリコン層２上に厚さ２０μｍの多結晶ダイヤモンド層４を形成したものであり、ＳＡＷフィルタやヒートシンク等の材料として使用される。
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板５０の上面５０ｕに所望の電子素子、例えば、ＳＡＷフィルタ６を複数形成した後、素子サイズに合わせ、フォトリソグラフィ技術によりレジストによって電子素子をカバーするようにパターニングを行う。なお、上記電子素子としては、ＬＥＤ、トランジスタ、ＩＣ、レーザ、フィルタ、アンテナ等がある。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＹＡＧレーザを用いて、レーザ加工面パワー０．３８Ｗ、加工速度２ｍｍ／ｓｅｃの条件で上面５０ｕの基板切断位置にレーザ光を走引し、ダイヤモンド層４に溝８を形成する。ＹＡＧレーザの代用として、切断する基板に吸収されやすい波長のレーザ光を走引可能なレーザ、例えば、ＹＬＦレーザ、エキシマレーザ等を使用してもよい。また、エネルギーが高い電子ビームを照射することにより、溝８を形成してもよい。本加工により、さらに、溝８の延長上にシリコン層２まで加工変質層１０を形成する。なお、ＹＡＧレーザを用いてダイヤモンド層４に溝を形成した場合は、レーザ光はダイヤモンド層４においてその全てが吸収されず、レーザ光の一部はダイヤモンド層４を透過し、シリコン層２まで到達する。この透過レーザ光によって、シリコン層２に加工変質層が導入される。ここでいう加工変質層１０とは、レーザ光を照射することにより、溝が形成されるまでには至らないが、レーザ加工前よりも強度が低くなった領域をいう。なお、溝８及び加工変質層１０は図中奥側に延びている。また、加工変質層１０は必要に応じて形成することが好ましく、必ずしも形成する必要はない。
【００２８】
次に、図１（ｄ）に示すように、溝８が形成された面の他方の面である基板５０の下面５０ｌにおいて、セラミック等からなるブレード４０を、レーザ加工により形成した溝８及び加工変質層１０に対応する接触位置５２に当接させる。つまり、この接触位置５２は、基板５０における溝８の丁度裏側に位置することになる。その後、適当な大きさの荷重を加えてブレード４０を基板５０に対して押圧する。
【００２９】
すると、図１（ｅ）に示すように、溝８が破壊起点となり基板５０の厚み方向に亀裂が生じ、強度の低い加工変質層１０から接触位置５２まで破断が直線的に進行して基板が切断される。そして、これを各溝８が形成された箇所において繰り返すことで、各素子６ごとに基板５０を分割することができる。なお、ダイヤモンド層４側の上面５０ｕに溝８を形成するのは、ダイヤモンド層４（第２層）の方がシリコン層２（第１層）より硬度が大きく分割が困難であるためであり、溝８をダイヤモンド層４に形成して破壊起点とすることが好ましい。
【００３０】
本実施形態によれば、次のような効果が得られる。すなわち、従来のダイシング方法による切断の場合と異なり、母材を切削するのではなく、亀裂を生じさせることによって切断するため、切りしろをほとんど必要とせず母材である基板５０を有効に利用することができる。したがって、基板５０上にＳＡＷフィルタ６が密集して複数形成されている場合においても、適切に基板５０を切断することができる。実際に試みたところ、チップサイズ３×３×１ｍｍｔに対して、５０μｍ以下の誤差という精度で切断することができ、歩留９５％と高い生産性で所望のチップを得ることができた。また、溝８に対応する部分のみに力を加えるため、他の部分は塑性変形し難く、従来のブレーキング方法において問題となっていた切断されたチップの歪みは生じないことになる。
【００３１】
また、本実施形態の基板切断方法は、上記ダイヤモンドの他にも、ＳｉＣ、ＡｌＮ、サファイア、ＧａＮ、ｃＢＮ、又はＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等の硬質材料を層として含む基板５０を切断することに適している。また、ビッカーズ硬度が８００以上の層を含む基板５０を切断することに適している。ビッカーズ硬度とは、正四角錐のダイヤモンド圧子を試料面に押し込んだ時に荷重とくぼみの表面積の比から定義される硬さであって、材料の硬さを決める指標の一つである。ビッカーズ硬度が８００未満の基板５０においては延性破壊が主となるのに対し、ビッカーズ硬度が８００以上の基板５０においては脆性破壊が主となる。本実施形態の基板切断方法は、破壊起点となる溝８を形成して、亀裂を生じさせて切断するので、ビッカーズ硬度が８００以上で脆性破壊が起こり易い基板を切断する際に特に効果を奏する。
【００３２】
続いて、図２（ａ）〜図２（ｄ）を参照して、本実施形態の基板切断方法の変形例を説明する。まず、図２（ａ）に示すような切断対象である基板５０を準備する。基板５０は、厚さ１．３ｍｍのＡｌＮ（窒化アルミニウム）層２上に厚さ４μｍのＡｕ層４を蒸着させたものであり、例えばレーザ装置等のヒートシンクとして使用される。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコンや化合物半導体を加工する際に適用する、スクライバーを用いたスクライブ加工によって、針圧１２０ｇで幅５μｍ、深さ１０μｍ程度の溝８を基板５０のＡｌＮ層２の下面５０ｌに形成する。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、溝８が形成された面とは反対側であるＡｕ層４の上面５０ｕにおいて、ＡｌＮ層２下面５０ｌに形成した溝８に対応する接触位置５２にブレード４０を当接させる。その後、適当な大きさの荷重をブレード４０に加える。
【００３５】
すると、図２（ｄ）に示すように、溝８が破壊起点となり基板５０の厚み方向に亀裂が生じ、接触位置５２まで破断が直線的に進行して基板が切断される。なお、ＡｌＮ層２表面に溝８を形成するのは、ＡｌＮ層２（第２層）の方がＡｕ層４（第１層）より厚みがあり、また、硬度が大きく脆く亀裂が生じやすいので、破壊起点とするのに適しているからである。なお本変形例においては、スクライブ加工により基板５０の表面に溝８を形成したが、基板５０の材質がダイシングブレードの材質より軟らかい場合には、ダイシング加工によって、溝８を形成することが好ましい。
【００３６】
次に、図３を参照して、本実施形態の基板切断装置２０を説明する。基板切断装置２０は、上記の基板切断方法に好適に使用できる。
【００３７】
基板切断装置２０は、主として、ベース部２２と、ブレード４０が装着されたブレード装着部２４と、ベース部２２を鉛直方向に移動させる駆動部２６と、ブレード装着部２４に荷重を付加するウエイト部２８と、ウエイト部２８を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部３０と、基板５０を保持するための基板保持部３６とを備える。
【００３８】
駆動部２６は、ボールねじ４６及びパルスモータ等からなり、ボールねじ４６をパルスモータで回転させることによりベース部２２を鉛直方向に移動させる。また、ボールねじ４６の回転を停止することでベース部２２を所望の高さで停止させることができる。これにより、駆動部２６は、ブレード装着部２４のブレード４０を該ブレード４０の鉛直下方にセットされた基板５０に対して近接及び離隔させることができる。
【００３９】
ブレード装着部２４は、中央に長方形の開口部２４ｏを有する板状体であり、その下端には基板５０を切断するためのブレード４０が着脱可能に装着されている。ブレード４０は、詳細については後述するが、基板５０の直径より長いものを使用する。ブレード装着部２４は、ベース部２２と平行に配され、ベース部２２に対して鉛直方向に自由に移動可能である。上記の開口部２４ｏには、ベース部２２に突設された突設部３２が突出しており、更に、ブレード装着部２４には、ブレード装着部２４と突設部３２との隙間を調節するための隙間調節機構３４が設けられているが、これらの詳細については後述する。
【００４０】
ウエイト部２８は、図中手前に位置する円柱状の突起６８及び底部に位置するバー７０を備え、ベース部２２に設けられたガイド４２に沿って鉛直方向に摺動可能に取り付けられている。ウエイト部２８を下降させると、バー７０の下端がブレード装着部２４の上端に接触するようになっている（図３では接触した状態を示している）。つまり、ウエイト部２８を下降させることで、ブレード装着部２４を基板５０側に移動させることができる。また、ウエイト部２８は、切断する基板５０の材質等に応じて、重りを追加することや、ウエイト部２８を変更すること等により所望の重量に調節可能である。
【００４１】
ウエイト停止部３０は、水平方向に延びたアーム６６を有する支持板７２と、該支持板７２を鉛直方向に移動させるシリンダ部６０とを備える。シリンダ部６０は、ベース部２２の側部に取り付けられており、シリンダ６０ａ、シリンダアーム６０ｂ及びシリンダヘッド６０ｃから構成される。支持板７２は、シリンダヘッド６０ｃに取り付けられている。シリンダ６０ａによりシリンダアーム６０ｂを伸縮させることにより、シリンダヘッド６０ｃに取り付けられた支持板７２を所望の高さに移動させることができる。また、支持板７２のアーム６６は、ウエイト部２８の突起６８を支持できる位置に設けられている。よって、ウエイト停止部３０は、シリンダアーム６０ｂを伸縮させることで、アーム６６を介してウエイト部２８をガイド４２に沿って鉛直方向に移動させることができ、所望の高さで停止させることができる。
【００４２】
突設部３２は、ベース部２２に突設された直方体形状の突起であり、ブレード装着部２４の上記開口部２４ｏに突出している。突設部３２の高さ（鉛直方向の長さ）は、開口部の高さ（鉛直方向の長さ）と比べて小さくされており、突設部３２は開口部２４ｏ内を鉛直方向に移動できる。ブレード装着部２４は、ベース部２２に対し鉛直方向に自由に移動可能であるが、このような突設部３２を設けることにより、ベース部２２に対する移動量は、突設部３２の底部とブレード装着部２４の有する開口部２４ｏの下縁との隙間分に制限することができる。
【００４３】
隙間調節機構３４は、雄ねじ部３４ａとこれに螺合する雌ねじ部３４ｂとを有する。雄ねじ部３４ａは、ブレード装着部２４の開口部２４ｏの上方において鉛直になるように配され、その下端部は、突設部３２の上面と対向している。このような構成により、雄ねじ部３４ａを雌ねじ部３４ｂへねじ込む量によって、突設部３２の底面とブレード装着部２４の開口部２４ｏの下縁との隙間の大きさを調節することができる。すなわち、雄ねじ部３４ａを雌ねじ部３４ｂへねじ込む量を大きくすると、上記隙間は小さくなり、一方、雄ねじ部３４ａの雌ねじ部３４ｂへのねじ込み量を小さくすると、上記隙間は大きくなる。これにより、隙間調節機構３４により、ブレード装着部２４がベース部２２に対して鉛直方向に移動できる大きさを調節することができる。
【００４４】
基板保持部３６は、図示を省略する駆動機構によって鉛直移動、水平移動及び回転移動が可能であり、保持する基板５０をブレード４０の刃面に対し適切な位置に配置することができる。基板保持部３６の中央には、一定幅を有した直線状の隙間が形成されている。基板保持部３６の下方には、カメラ４４が配置されており、基板５０を基板保持部３６上に載せた際に、該隙間からの映像をカメラモニタに表示する。そして、このモニタ映像に基づいて基板保持部３６を移動させることによって、ブレードの刃面と基板の溝８又は加工変質層１０を合わせることができる。以上が基板切断装置２０の構成である。
【００４５】
次に、図４（ａ）〜図４（ｅ）に示す簡略図を参照して、基板切断装置２０の動作を説明する。この簡略図において、例えば図３に示した駆動部２６及び基板保持部３６等は省略している。また、理解を容易にするために、突設部３２にはハッチを入れている。
【００４６】
まず、図４（ａ）に示すように、駆動部を作動させて、ベース部２２を適宜の高さ位置に設定する。そして、この状態でブレード４０に対する基板５０の位置調整を行う。位置調整にあたっては、まず、基板保持部３６を水平方向に移動させて、ブレード４０の下方より離れた位置に配置する。次に、ブレード４０の下方に存在するカメラ４４を移動させることによって、ブレード４０とカメラ４４の位置を十字ラインの入ったカメラモニタ上で合わせ、カメラ４４の位置を決定する。次いで、形成した溝８（図１（ｃ）参照）が下になるように基板５０を基板保持部３６に載せた後（図１（ｄ）参照）、基板５０がブレード４０の下方に位置するように基板保持部３６を水平移動させる。基板５０の溝８をカメラ４４でカメラモニタに映し、溝８がカメラモニタ上の十字ラインに合うように基板保持部３６の位置を調節して基板５０の位置を決定する。また、隙間調節機構３４を操作して、ブレード装着部２４に形成された開口部の下縁と、突設部３２下端との隙間Ｓ₁の大きさを調節する。この際、ブレード装着部２４は隙間調節機構３４の雄ねじ部３４ａを介して突設部３２で支えられている。なお、隙間Ｓ₁の大きさは、以下説明するように、切断時にブレード４０が基板５０に押し込まれる量となる。
【００４７】
以上の準備が整ったら、図４（ｂ）に示すように、駆動部２６によりベース部２２をブレード４０の刃面がぶれないようにゆっくりと下降させる。この際、ベース部２２とともにブレード装着部２４も下降する。図４（ｂ）は、ベース部２２の下降途中において、ブレード装着部２４のブレード４０が基板５０に接した状態を示している。
【００４８】
ブレード４０が基板５０に接した後も、図４（ｃ）に示すように、さらにベース部２２を、突設部３２の下端がブレード装着部２４に形成された開口部２４ｏの下縁に接触するまでゆっくりと下降させる。ブレード装着部２４はベース部２２に対し鉛直方向に自由に移動できるので、この過程ではベース部２２を下降させてもブレード装着部２４は下降しないことになり、ブレード４０は基板５０に押し込まれずに表面での接触状態を保っている。そして、図４（ｂ）から図４（ｃ）へのベース部２２の下降量は、隙間調節機構３４により調節した隙間Ｓ₁（図４（ｂ）参照）の大きさに相当する。また、ベース部２２が下降することにより、突設部３２の上面と隙間調節機構３４の雄ねじ部３４ａの下端との間に隙間Ｓ₁の大きさに相当する隙間Ｓ₂が生じる。
【００４９】
次に、図４（ｄ）に示すように、シリンダ６０ａによりシリンダアーム６０ｂを伸長させて、ウエイト停止部３０のアーム６６によりウエイト部２８の突起６８を持ち上げる。これにより、ウエイト部２８をガイド４２に沿って上方に摺動させ、所望位置で停止させる。このときのウエイト部２８の上昇量は、後にブレード４０が基板５０に与える力の一要因となる。基板５０が上記多結晶ダイヤモンド層とシリコン母材からなるものである場合は、例えば、ウエイト部２８の重量を３００ｇとし、ブレード装着部２４から１０ｃｍの高さまで持ち上げて停止させることが好適である。また、基板５０が上記ＡｌＮ層とＡｕ層からなるものである場合は、ウエイト部の重量を２５０ｇとし、ブレード装着部２４から７ｃｍの高さまで持ち上げて停止させることが好適である。尚、本実施形態では、ブレード４０を基板５０に当接させた後にウエイト部２８を上昇させているが、当接前にウエイト部２８の高さを調節しておいてもよい。
【００５０】
次に、図４（ｅ）に示すように、シリンダ６０ａによりシリンダアーム６０ｂを急激に縮小することにより、ウエイト停止部３０のアーム６６によるウエイト部２８の停止を解除する。すると、ウエイト部２８はガイド４２に沿って摺動落下し、ウエイト部２８のバー７０がブレード装着部２４の上端に衝突し、その衝撃力によってブレード４０は基板５０に押圧される。これにより、溝８が破壊起点となり基板５０の厚み方向に亀裂が生じ、破断が直線的に進行して基板５０が切断される。なお、衝撃力は、一般的には、物体に加わる単位面積当たりの力積で定義される。本実施形態においては、基板５０に加わる単位面積当たりの力積は、ウエイト部２８の質量、ウエイト部２８を落下させる高さ、及び、ブレード４０と基板５０との接触面積で決まる。ここで、ウエイト部２８の質量を大きくし、ウエイト部２８を落下させる高さを大きくすることによって、単位面積当たりの力積を大きくすることできる。また、ブレード４０と基板５０との接触面積を小さくすることにより、単位面積当たりの力積を大きくすることも考えられる。ここで、ブレード４０の長さが基板５０の大きさより短いと、衝撃が十分に基板５０に伝わらないので、基板５０の大きさよりブレード４０の長さを大きくしておくことが好ましい。したがって、上記接触面積を小さくするには、ブレードの先端のラウンドを小さくすることが適切である。これらの手法により、基板５０の材質に応じて、基板５０に加わる単位面積当たりの力積（衝撃力）を調節することが好適である。
【００５１】
以上のような本実施形態の基板切断装置２０によれば、従来のダイシング方法による切断の場合と異なり、母材を切削するのではなく、亀裂を生じさせることによって切断するため、切りしろをほとんど必要とせず母材を有効に利用することができる。したがって、基板上に電子素子が密集して複数形成されている場合においても、適切に基板５０を切断することができる。また、溝８に対応する部分のみに力を加えるため、他の部分は塑性変形し難いので、従来のブレーキング方法において問題となっていたチップの歪みは生じないことになる。
【００５２】
また、図４（ｅ）の工程で、隙間調整機構３４の雄ねじ部３４ａの下端が突設部３２の上面に衝突することで、ブレード装着部２４の下降は停止する。つまり、ブレード装着部２４の下降量は図４（ｄ）に示した隙間Ｓ₂の大きさに相当する量となり、ブレード４０は隙間Ｓ₂分だけ基板５０に押し込まれることになる。つまり、隙間調整機構３４により隙間Ｓ₁の大きさ、すなわち隙間Ｓ₂の大きさを調節することによって、ブレード４０を基板５０に押し込む量を自由に設定することができる。このように、ブレード４０が押し込まれることで、基板５０は切断されやすくなる。また、この押し込み量は調節した隙間Ｓ₂の大きさに限られることから、基板５０にブレード４０が必要量以上に押し込まれることはないので、切断された基板チップの損傷を軽減することができる。
【００５３】
本実施形態において、ウエイト部２８の重量を３００ｇとし、ウエイト部の落下高さを１０ｃｍ、ブレード４０の長さを５０ｍｍ、ブレード４０先端のラウンドを３０μｍとした場合、基板５０には、単位面積当たり２．８×１０⁵Ｎ・ｓ／ｍ²の力積が加わる。一方、ローラを使ったブレーキング方法では、ローラの質量１ｋｇ、ローラの押し付け時の速度１０ｃｍ／ｓ、ローラの接触面積５ｃｍ²（長さ５０ｍｍ、幅１ｃｍ）程度であるので、基板５０には、単位面積当たり２００Ｎ・ｓ／ｍ²程度の力積が加わる。これより、本実施形態の切断方法は、ブレーキング方法によって切断する場合と比較して、基板５０に対し大きな衝撃力が与えられることがわかる。したがって、本実施形態は、硬度な基板を切断することに適しているといえる。なお、発明者らによる実験の結果、基板５０の直径が２インチ（約５０ｍｍ）で１ｍｍｔ程度のものであれば、単位面積当たり２．８×１０⁴Ｎ・ｓ／ｍ²程度の力積を基板５０に加えれば硬度な基板を切断できることが確認された。本実施形態によれば、単位面積当たりの力積を大きくすることができるので、従来困難であった硬脆性材料の切断精度を高めることができる。
【００５４】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、基板の材質によっては、基板に溝を形成せずに、レーザ加工によって加工変質層のみを形成し、本発明の基板切断装置を用いて切断してもよい。加工変質層は強度が低く劈開し易いので適当な力を加えることにより基板を切断することが可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る基板切断方法及び基板切断装置によれば、高硬度な基板を切断するにあたり、母材面積を有効に利用し、かつ、切断されたチップの応力による歪みを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明の基板切断方法による基板の切断工程を表した図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は、本発明の基板切断方法による基板の切断工程を表した図である。
【図３】本発明の基板切断装置の斜視図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｅ）は、本発明の基板切断装置により基板を切断する工程の簡略図である。
【符号の説明】
８…溝、１０…加工変質層、２０…基板切断装置、２２…ベース部、２４…ブレード装着部、２６…駆動部、２８…ウエイト部、３０…ウエイト停止部、３２…突設部、３４…隙間調節機構、３６…基板保持部、４０…ブレード、５０…基板。

Claims

電子素子が複数形成された基板を切断するための基板切断装置を用いた基板切断方法であって、
前記基板切断装置は、
ベース部と、
前記基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、前記ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、
前記ベース部を鉛直方向に移動させ、前記ブレードを前記基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、
前記ブレード装着部の上方に配され、前記ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することで前記ブレード装着部を前記基板側に移動させるウエイト部と、
前記ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、
前記ベース部に突設され、前記ブレード装着部が載置されることで前記ブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、
当該基板切断方法は、
前記基板の一方の面に溝を形成する工程と、
前記駆動部により前記ベース部が下降させられることで、前記基板の他方の面における前記溝が形成された位置に対応する位置に前記ブレードを当接させる工程と、
前記ブレードを当接させる工程の後、前記ブレード装着部に対して前記ベース部を下降させることにより前記ブレード装着部と前記突設部との間に隙間を形成する工程と、
前記隙間を形成する工程の後、前記ウエイト停止部による前記ウエイト部の停止を解除して該ウエイト部を下降させる工程と、
前記下降されたウエイト部によって前記突設部に接するまでの前記隙間分だけ前記基板側に前記ブレード装着部を移動させることにより、前記ブレードを前記基板に対して押圧することで前記基板を切断する工程と、
を含むことを特徴とする基板切断方法。
基板を切断するための基板切断装置を用いた基板切断方法であって、
前記基板切断装置は、
ベース部と、
前記基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、前記ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、
前記ベース部を鉛直方向に移動させ、前記ブレードを前記基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、
前記ブレード装着部の上方に配され、前記ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することで前記ブレード装着部を前記基板側に移動させるウエイト部と、
前記ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、
前記ベース部に突設され、前記ブレード装着部が載置されることで前記ブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、
当該基板切断方法は、
前記基板の一方の面に溝を形成する工程と、
前記駆動部により前記ベース部が下降させられることで、前記基板の他方の面における前記溝が形成された位置に対応する位置に前記ブレードを当接させる工程と、
前記ブレードを当接させる工程の後、前記ブレード装着部に対して前記ベース部を下降させることにより前記ブレード装着部と前記突設部との間に隙間を形成する工程と、
前記隙間を形成する工程の後、前記ウエイト停止部による前記ウエイト部の停止を解除して該ウエイト部を下降させる工程と、
前記下降されたウエイト部によって前記突設部に接するまでの前記隙間分だけ前記基板側に前記ブレード装着部を移動させることにより、前記ブレードを前記基板に対して押圧することで前記基板を切断する工程と、
を含むことを特徴とする基板切断方法。
電子素子が複数形成された基板を切断するための基板切断装置を用いた基板切断方法であって、
前記基板切断装置は、
ベース部と、
前記基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、前記ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、
前記ベース部を鉛直方向に移動させ、前記ブレードを前記基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、
前記ブレード装着部の上方に配され、前記ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することで前記ブレード装着部を前記基板側に移動させるウエイト部と、
前記ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、
前記ベース部に突設され、前記ブレード装着部が載置されることで前記ブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、
当該基板切断方法は、
前記基板の一方の面に、レーザ加工によって当該レーザ加工前よりも強度が低い直線状の加工変質層を形成する工程と、
前記駆動部により前記ベース部が下降させられることで、前記基板の他方の面における前記加工変質層が形成された位置に対応する位置に前記ブレードを当接させる工程と、
前記ブレードを当接させる工程の後、前記ブレード装着部に対して前記ベース部を下降させることにより前記ブレード装着部と前記突設部との間に隙間を形成する工程と、
前記隙間を形成する工程の後、前記ウエイト停止部による前記ウエイト部の停止を解除して該ウエイト部を下降させる工程と、
前記下降されたウエイト部によって前記突設部に接するまでの前記隙間分だけ前記基板側に前記ブレード装着部を移動させることにより、前記ブレードを前記基板に対して押圧することで前記基板を切断する工程と、
を含むことを特徴とする基板切断方法。
基板を切断するための基板切断装置を用いた基板切断方法であって、
前記基板切断装置は、
ベース部と、
前記基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、前記ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、
前記ベース部を鉛直方向に移動させ、前記ブレードを前記基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、
前記ブレード装着部の上方に配され、前記ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することで前記ブレード装着部を前記基板側に移動させるウエイト部と、
前記ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、
前記ベース部に突設され、前記ブレード装着部が載置されることで前記ブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、
当該基板切断方法は、
前記基板の一方の面に、レーザ加工によって当該レーザ加工前よりも強度が低い直線状の加工変質層を形成する工程と、
前記駆動部により前記ベース部が下降させられることで、前記基板の他方の面における前記加工変質層が形成された位置に対応する位置に前記ブレードを当接させる工程と、
前記ブレードを当接させる工程の後、前記ブレード装着部に対して前記ベース部を下降させることにより前記ブレード装着部と前記突設部との間に隙間を形成する工程と、
前記隙間を形成する工程の後、前記ウエイト停止部による前記ウエイト部の停止を解除して該ウエイト部を下降させる工程と、
前記下降されたウエイト部によって前記突設部に接するまでの前記隙間分だけ前記基板側に前記ブレード装着部を移動させることにより、前記ブレードを前記基板に対して押圧することで前記基板を切断する工程と、
を含むことを特徴とする基板切断方法。
前記溝をレーザ加工、スクライブ加工、又はダイシング加工によって形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の基板切断方法。
前記基板は、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＡｌＮ、サファイア、ＧａＮ、ｃＢＮ、又はＤＬＣからなる層を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項記載の基板切断方法。
前記基板は、ビッカーズ硬度が８００以上である層を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項記載の基板切断方法。
前記基板は、第１層と、前記第１層より硬い第２層とを有し、前記第２層に前記溝を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板切断方法。
前記基板は、第１層と、前記第１層より硬い第２層とを有し、前記第２層に前記加工変質層を形成することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の基板切断方法。
ベース部と、
一方の面に溝又はレーザ加工によって当該レーザ加工前よりも強度が低い加工変質層が形成された基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、前記ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、
前記ベース部を鉛直方向に移動させ、前記ブレードを前記基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、
前記ブレード装着部の上方に配され、前記ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することで前記ブレード装着部を前記基板側に移動させるウエイト部と、
前記ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、
前記ベース部に突設され、前記ブレード装着部が載置されることで前記ブレード装着部の下降を停止させる突設部と、を備え、
前記駆動部により前記ベース部が下降させられることで、前記基板の他方の面における前記溝又は前記加工変質層が形成された位置に対応する位置に前記ブレードが当接するとともに、その当接後にブレード装着部に対して前記ベース部が下降することで前記ブレード装着部と前記突設部との間に隙間が形成され、
前記ウエイト停止部による前記ウエイト部の停止が解除されることで、前記ブレード装着部は、前記ウエイト部によって、前記突設部に接するまでの前記隙間分だけ前記基板側に移動させられることを特徴とする基板切断装置。
ベース部と、
基板を切断するブレードが下部に装着されるとともに、前記ベース部に対して鉛直方向に移動可能なブレード装着部と、
前記ベース部を鉛直方向に移動させ、前記ブレードを前記基板に対して近接及び離隔させる駆動部と、
前記ブレード装着部の上方に配され、前記ベース部に設けられたガイドに沿って鉛直方向に摺動可能であるとともに、下降することで前記ブレード装着部を前記基板側に移動させるウエイト部と、
前記ウエイト部を所望の高さ位置で停止可能なウエイト停止部と、
前記ベース部に突設され、前記ブレード装着部が載置されることで前記ブレード装着部の下降を停止させる突設部と、
を備えることを特徴とする基板切断装置。
前記ブレード装着部に開口部が形成されるとともに、前記突設部は、前記開口部内で鉛直方向に移動できるように前記開口部内に突出していることを特徴とする請求項１０記載の基板切断装置。
前記ブレード装着部は、下端が前記突設部の上面に対向する雄ねじ部と、前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部とを有し、前記雄ねじ部を前記雌ねじ部へねじ込む量によって、前記隙間の大きさを調節可能な隙間調節機構を備え、前記ブレードの前記基板への押し込み量が可変であることを特徴とする請求項１２記載の基板切断装置。
前記ウエイト部は、所望の重量に調節可能であることを特徴とする請求項１０から請求項１３のうちいずれか一項記載の基板切断装置。
前記基板を所望位置に配置可能な基板保持部を有することを特徴とする請求項１０から請求項１４のうちいずれか一項記載の基板切断装置。