JP5330907B2 - 脆性材料基板の分断方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック、シリコン半導体、化合物半導体等の非常に脆い高脆性材料基板の分断方法に関する。本発明は例えば、半導体ウェハから半導体チップを分断する際に利用される。

シリコン半導体や化合物半導体やセラミック等の高脆性材料は、用途に応じて種々の形状に切り出されて使用されている。例えば、半導体チップとして用いる場合は、１枚の半導体ウェハから、小さな多数の方形の半導体チップが切り出される。

一般に、脆性材料のなかでもガラス基板のような脆性材料は、カッターホイールを圧接することで容易にスクライブすることができる。スクライブされたガラスは、続いてスクライブラインに沿ってブレイク処理を行うことにより、分断できる。
これに対し、シリコン半導体や化合物半導体やセラミック等の高脆性材料基板は非常に脆い性質があるため、脆さが問題となり、カッターホイールで圧接すると、圧接時の押圧荷重によってチッピングが多数発生してしまう。
そのため、これらの高脆性材料基板を分断する場合には、カッターホイールによるスクライブ加工ではなく、ダイシング加工が行われる。すなわちダイシングブレードを高速で回転させながら分断予定ライン上を移動させる。その際に、切削水をブレード部分に噴射させて、放熱と切り屑を除去しつつダイシングを行うようにしている（特許文献１、特許文献２参照）。

また、脆性材料基板をダイシング後、切断されたワークに向けて高圧で洗浄液を噴射すると共に、洗浄液に超音波振動を与えて切り屑の除去を行う技術が開示されている（特許文献３参照）。また、ダイシング前の材料表面に界面活性剤を塗布してからダイシングを行い、その後、ダイシングされた材料を洗浄することによりチッピング、クラックの減少や切り屑の付着を少なくする技術が開示されている（特許文献４参照）。

特開平０３−２２７５５６号公報 特開平０８−１８６０８７号公報 特開平１１−２１４３３３号公報 特開平１１−１９１５４０号公報

上述したように、高脆性材料基板は、カッターホイールの圧接ではなく、ダイシングによる分断加工が行われている。
しかしながら、ダイシング加工はどうしても１つ１つの分断に長時間を要するので、量産する上で、スループットを高める必要があるときに問題となる。

また、ダイシング加工は、放熱および切り屑の除去に切削水や洗浄水を使用することになるが、高脆性材料の種類や使用用途によっては水を使って加工したくない場合もあり、ダイシング加工以外の分断方法が望まれていた。
さらに、切削水を用いるとなると、切削水供給設備や排水処理等の相応の設備が必要となるとともに、洗浄工程等の切断加工後の工程を増やすことになり、その結果、装置が複雑、大型化してコストが高くつくといった問題点があった。

そこで本発明は、カッターホイールの圧接による加工が困難な高脆性材料、具体的には、セラミック、シリコン半導体、化合物半導体であっても、ダイシング加工以外の方法で分断することができる加工方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、複雑な配管設備や排水処理設備を伴う切削水、洗浄水を使用することなく、迅速かつ正確に、しかもチッピングの発生を著しく抑制した高脆性材料基板の分断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明のスクライブ方法は、加工対象が脆性材料からなる基板であって、基板の下面にダイシングテープを貼着する工程と、基板の上面に保護テープを貼着する工程と、保護テープ上面からカッターをスライドさせることにより保護テープを切り出すとともに基板の上層部分にケガキ溝を形成するスクライブ工程と、ダイシングテープを伸張させることにより基板を分断する工程とを含み、カッターとして固定刃を用いるようにしている。

上記発明において、固定刃の刃先稜線と基板とのなす切削角度が２°〜３０°の範囲にするのが好ましい。
上記発明において、カッターによる基板のケガキ溝の深さが、基板厚みの１０分の２以内にするのが好ましい。

これまで、脆性材料の分断では、ガラスのように圧接可能な脆性材料については、カッターホイール(回転刃)を用いてスクライブ溝を形成し、その後、ブレイクしていた。また、非常に脆いため、圧接することができない高脆性材料については、ダイシングにより分断していた。そして、高脆性材料は、固定刃やカッターホイール（回転刃）でスクライブ溝を形成しようとすると多数のチッピングが発生してしまうのでスクライブ加工は困難と考えられていた。

一般に、固定刃は回転刃（カッターホイール）に比べて刃の厚みを薄くすることができるので、刃先の厚さ方向の稜線角は、回転刃に比べて小さい。そのような固定刃を、基板面に対し、角度をもたせて当接し、刃先を移動すると、圧接作用ではなく、引き裂く作用でスクライブが行われるようになる。加工対象の基板が高脆性材料である場合、基板に引き裂く作用が加わると、チッピングが生じやすいため、固定刃でのスクライブはできないと考えられていた。しかしながら、高脆性材料の基板表面に、予め保護テープを貼り、基板の上層面だけにケガキ溝が形成されるように、刃先の高さを調整してスクライブを行うと、高脆性材料であっても保護テープでチッピングの発生を抑えることができるようになり、チッピングがほとんど発生しないケガキ溝が形成できることを見出した。なお、回転刃で同様のスクライブを行った場合は、圧接作用によりスクライブ溝が形成されるが、その場合のスクライブ溝には、多数のチッピングが生じてしまった。つまり、固定刃でしか、チッピングを抑えることができなかった。
本発明は、高脆性材料では決してできないと考えられていた固定刃によるスクライブ加工を、保護テープを貼り、切削角度を浅くしてスクライブを行うことにより、チッピングの生じないスクライブ加工を実現できるものである。

本発明のスクライブ方法によれば、保護テープ上面から固定刃のカッターを基板上層のみに当たるようにしてスライドさせることにより、高脆性材料であっても、チッピングが生じることなく、スクライブ加工を行うことができる。また、切削水を使用しなくてもよいので、基板に水がかかることを望まない材料や用途であっても、問題なく加工することができる。

上記発明において、固定刃の刃先稜線と基板とのなす切削角度が２°〜３０°の範囲であるようにするのが好ましい。
上記発明において、カッターによる基板のケガキ溝の深さが、基板厚みの１０分の２以内であるのが好ましい。
切削角度やけがきの深さを上記範囲に制限することにより、チッピングが生じないスクライブが可能になる。

本発明方法を実施する際に使用する分断装置の一例を示す斜視図。 図１におけるスライダの部分拡大図。 図２のカッターの取り付け状態を示す部分拡大図。 上記カッターによって基板にケガキ溝を加工する際の拡大した断面図。 本発明にかかる分断工程の第１の工程を示す説明図。 本発明にかかる分断工程の第２の工程を示す説明図。 本発明にかかる分断工程の第３の工程を示す説明図。

以下において、本発明にかかる分断方法の詳細をその実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。

最初に、本発明の分断方法を実施する際に用いる分断装置について説明する。図１は分断装置Ｓの斜視図である。図２は分断装置Ｓにおけるスライダ２３の部分拡大図である。分断装置Ｓは、略水平方向（Ｙ方向）に移動可能で、かつ、水平面内で回転可能なテーブル１８を備えている。テーブル１８は基板Ｗを保持するための真空吸着機構（図示せず）を備えている。

テーブル１８を挟んで設けてある両側の支持柱２０，２０と、Ｘ方向に延びるガイドバー２１とで構成されるブリッジ１９は、テーブル１８上を跨ぐように設けてある。スライダ２３は、ガイドバー２１に形成したガイド２２に沿って移動可能に取り付けられ、モータ２４の回転によりＸ方向に移動する。

図２に示すように、スライダ２３には、カッター４が固定されている。すなわち、カッター４は、カッター支持体５の下端に取り付けられた取付ベース６にホルダ７を介して取り付けてある。そして、カッター支持体５ごと、スライダ２３により図２の矢印方向に移動することにより、基板をスクライブできるようになっている。
なお、カッター支持体５には、カッター４を基板に押し付ける押圧荷重の大きさ、および、カッターの刃の高さを調整するための調整機構５ａが設けてある。

図３は、カッター４を、取付ベース６に取り付けた状態を示す部分拡大図である。使用されるカッター４は固定刃であり、厚みが０．５ｍｍ程度の薄板材で刃先が鋭突となるように形成されている。
そしてカッター４の後端部分にホルダ７に取り付けるための取付部４ａを備えている。カッター４の先端はメスのように鋭角に尖った形状で形成するのが好ましく、その先端角度βは２５度〜３０度程度が好ましい。またカッター４は、進行方向における刃先稜線４ｂと基板１との切削角度αが２度〜３０度の範囲内で調整できるようになっている。すなわち、取付ベース６にホルダ７を取り付けるための複数の取付孔８が設けられ、これらの取付孔８のなかの１つを選択してカッター４を保持するホルダ７を取付ネジ９で取り付けることにより、切削角度αが段階的に調整できるようになっている。これにより、加工される脆性材料の硬度や脆性に応じて切削角度αを常に適切な角度に変更して使用することができる。例えば、荷重を極力小さくしたい場合は、切削角度αを小さい角度に調整すればよい。荷重が小さいほどスクライブ溝深さを浅く加工することになるが、チッピングの発生をより生じにくくすることができる。

次に、カッター４を用いた本発明の分断方法の手順について説明する。
図４において、分断加工対象となる基板１は、シリコン、セラミック、化合物半導体等の高脆性材料からなり、この基板１の下面にダイシングテープ２が貼着され、基板１の上面に保護テープ３が貼着される。
ダイシングテープ２並びに保護テープ３は、塩化ビニル等の樹脂テープを使用することができ、その一面に基板１に貼着するための接着層を備えている。ダイシングテープ２は、後工程で基板１をダイシングする際に引き延ばすことができるように伸縮性が付与されている。また、保護テープ３は、後工程で紫外線を照射し、あるいは、熱を加えることによって接着力が低下して容易に基板１から剥離できる素材が好適である。

このような基板１に対し、保護テープ３の上面からカッター４で基板１に分断ラインに沿ってケガキ溝Ｍを加工する。
図５は、図４で示した基板を、カッター４で、保護テープ３の上面から基板１にケガキ溝Ｍを加工した状態を示す。このケガキ溝Ｍを加工する際に、ケガキ溝Ｍの深さＬは、基板厚みｔの１０分の１〜１０分の２以内となるようにカッター４の基板１に対する高さを調整する。このとき同時に押圧荷重も調整する。実験によれば、厚さ０．５ｍｍの基板を加工するとき、ケガキ溝Ｍの深さＬを５０μｍとするのが好適であった。様々な高脆性材料について、深さＬの最適値を求めた結果、基板１の上層部に、基板１の厚みの１０分の１程度のケガキ溝Ｍをカッター４でけがくことにより、チッピングの発生を著しく抑制できるとともに、迅速かつ正確にケガキ溝Ｍを加工することができることが判明した。

図６は図５で示した基板を、スクライブ後に水平面内で９０度回転させた方向から見た図である。スクライブ溝の周囲にはチッピングがほとんど生じることなく、スクライブ溝が形成できる。そして、基板１に複数本のケガキ溝Ｍを加工した後、図７に示すように、ダイシングテープ２を伸張させることにより、基板１をケガキ溝Ｍから個別の単位素子１ａ…に分断する。この場合、基板１に加工されたケガキ溝Ｍが浅くても、基板１が高脆性材料であるため、ダイシングテープ２の伸張によって容易にケガキ溝Ｍから分断することができる。
そして、保護テープ３を剥がすことにより、分断された単位素子が得られる。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではない。例えば、カッター４の形態は実施例で示したようなメス状のものに限らず、市販のＯＬＦＡ（オルファ株式会社製；登録商標）のような替刃の形態で形成することも可能である。その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明の分断方法は、シリコンウエハ、セラミック基板、化合物半導体等の高脆性材料を分断するのに利用することができる。

１ 基板
２ ダイシングテープ
３ 保護テープ
４ カッター（固定刃）
４ｂ 刃先稜線
α カッター進行方向における刃先稜線と基板との角度
Ｍ ケガキ溝

Claims (1)

1. 脆性材料からなる基板のスクライブ方法であって、
   基板の下面にダイシングテープを貼着する工程と、
   基板の上面に保護テープを貼着する工程と、
   保護テープ上面からカッターをスライドさせることにより保護テープを切り出すとともに基板の上層部分にケガキ溝を形成するスクライブ工程と、
   ダイシングテープを伸張させることにより基板を分断する工程とを含み、
   前記脆性材料が、セラミック、シリコン半導体又は化合物半導体であること、
   前記カッターとして固定刃を用いること、
   前記固定刃の刃先稜線と基板とのなす切削角度が２°〜３０°の範囲であること、及び
   前記カッターによる基板のケガキ溝の深さが、基板厚みの１０分の２以内であること
   を特徴とする脆性材料のスクライブ方法。

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