JP5568760B2 - レーザーによって脆い物質で作られた平行平面板を複数の個々のプレートに分割する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明のサブジェクトマターは、ガラス、セラミック、又はシリコン、サファイア若しくはガリウムヒ素などの単結晶物質などの脆い物質で作られた平行平面板を、レーザーによって熱誘起ストレスを導入することで、複数の個々のプレートに分割する方法及びこの目的に適する装置に関する。一般的な方法及び一般的な装置は特許文献１から知られている。

脆い物質は、レーザービームにより熱誘起ストレスを導入することで分割できることが知られている。この目的に、レーザービームは所望のスコア線（加工線）に沿って物質の表面に向けられ、圧縮応力が作られ、次いでクーラントジェットが加熱領域に当てられ、引張応力が作られる。
その結果生じる応力差が当該物質の極限応力より大きく、加工線に欠陥があると、当該欠陥から物質の破断が始まる。
例えば機械刃から生じるマイクロクラックがないため欠陥がなければ、例えばダイアモンドカットホイールや高エネルギー密度を有する正確にフォーカス可能なレーザーによって、初期欠陥が目標として作られなければならない。レーザーに関して、加工レーザー又は第２レーザーが使用される。
物質の内部構造に依存して、目標の深いカット又は完全に物質を貫通するブレイクオフカットを作ることができる。

例えば携帯電話などのディスプレイパネルの製造やチップの製造において、平行平面板を多数の同一の個々の長方形プレートに分割するため、平行平面板は、初めに互いに平行に延在する複数の第１加工線に沿って分割され、次いで９０°の交差角度でそれに垂直に切断され、平行平面板は、互いに平行に延在する複数の第２加工線に沿って分割される。９０°の角度で交差する加工線の交差点の位置で決定されるため、これにより個々の長方形プレートが作られ、そのサイド長さは加工線間の距離で決まる。

当該方法は、平行平面板を個々の長方形プレートに分割することに限られず、これらを格子状パターンで分割することもできる。長方形の形状は前述のアプリケーションに有用である。

特許文献１は、このタイプの方法が交差点の位置で初期欠陥を作ることが困難であるという問題を伴うことを認識している。この文献によれば、個々のスコア線に必要な初期欠陥を作るために高精度のカットホイールを平行平面板のエッジに当てることができるので、第１加工方向に沿う平行平面板のエッジから始めて、平行平面板を複数のプレートストリップに分割することは問題ではない。
対照的に、その結果生じるプレートストリップのエッジに沿って−より正確には交差点の位置で−初期欠陥を作るために、隣接するプレートストリップを個々のプレートに分割するためカットホイールは上から当てられなければならない。この文献によれば、使用される方法のため、これは個々のプレートの集中するエッジにダメージを与えかねない。

特許文献１は、平行平面ガラス板から切られるプレートストリップを個々のプレートに分割する前に互いに特定の距離だけ移動させることを提案する。これにより、カットホイールをプレートストリップのエッジにも正確に当てることができる。
この目的のため、平行平面ガラス板は、互いから移動可能な複数のプレートセグメントからなるカットテーブルに設置される。カットテーブルは好ましくは、平行平面ガラス板及びカットパーツをクランプするための専用真空装置を有する。各テーブルセグメントが専用の分離制御可能な真空フィールドを有すると特別な利点が保証される。これにより、カットプレートストリップを別個に取り付け・取り外しすることができ、それにより次のレーザーカットプロセスで真空のために潜在的に歪むガラスのマイナスの影響が避けられる。
高度の機械複雑さはさておき、この文献に記載されたタイプのカットテーブルの組み合わせの際、このカットテーブルを有する装置は、プレートストリップの幅が自由に選択できず、その代わりこの幅は別個のテーブルセグメントの幅で定められるという重大な不利益を伴う。従って、プレートストリップの選択可能な幅はテーブルセグメントの幅又はテーブルセグメントの幅の倍数により予め決定される。
加えて、平行平面ガラス板の厚さは、カットテーブルに一般的に直接設置された平行平面ガラス板の最小厚さに制限される。

シリコンやガリウムヒ素から薄いウエハーの形状で作られる１００〜３００μｍの範囲の厚さの平行平面板は、一般的にストレッチフィルムに接着（貼り付け）しているだけである。チップの加工及び分離の完了後、一方で輸送の間のチップエッジへの機械的ダメージを避け、他方でチップが隣接するチップに接触することなくフィルムから一枚一枚チップを分離するために、ストレッチフィルムは伸ばされる。

通例のプラクティスによれば、チップは主に、それらを機械的に切り離されることで分離される。特許文献２は、物質を除去するレーザービームを用いて、格子状パターンに配置されたスコア線がフィルムに設置されたウエハーに適用される装置を記載している。しかしながら、物質の除去は表面が汚れるリスクをいつも伴う。

本発明の出願人は、導入部に既に簡単に述べたように、レーザービームを用いて熱誘起ストレスを導入することで格子状パターンでフィルムに設置されたウエハーを分割するテストを実行した。
これは、第１加工方向に沿う加工線と第２加工方向に沿う加工線との交差点の位置で品質欠陥を生じた。しかし、これらの欠陥は、従来技術の特許文献１に記載されているような、工具、例えばレーザーやダイアモンドカットホイールが交差点の位置で上から平行平面板の表面に当てられたことに起因せず、隣接するストリッププレートで生じるストレスが互いに相互に影響することに起因する。
隣のプレートストリップへの変移の領域では、クーラントスポットの前に生じるホットスポットが物質を膨張させ、これによりホットスポットは前のプレートストリップを押し、よって、プレートストリップの端部のスコア線がその意図された分離方向から逸れてしまう。従って、９０°の角度で交差する２つのスコア線の特定の交差点の位置が与えられるとき、個々のプレートのエッジに沿って正確な直角が形成しない。

日本の特許文献３は、ガラス基板を切断する方法及びこの目的に適する装置を記載している。切断すべきガラス基板は、多孔性伸長可能ボディの上に吸引により取り付けられて保持固定具に配置される。ボディを伸ばすことで、切断操作の際引張応力がガラス基板の表面で生じるので、切断特性は改良される。

この方法は、カット基板セグメントに空間的に分けるのに適さない。

ＤＥ１００４１５１９Ｃ１ ＤＥ１０２００５０１２１４４Ａ１ 特開平１０−２６８２７５号公報

本発明により解決されるべき問題は、レーザーによって熱誘起ストレスを導入することで、脆い物質で作られた平行平面板であって、１ｍｍより薄い物質厚さを有する平行平面板、特に１００〜３００μｍの物質厚さを有する平行平面板を個々のプレートに分割するのに適する方法を発案することである。フィルムに保持されたウエハーを多数のチップに分割するためにこの方法を使用することもできる。

加えて、本発明により解決されるべき問題は、本発明に従う方法が実行され、さらに平行平面板を自由に選択可能な寸法の長方形チップに分割することのできる装置を創出することである。

この問題は、請求項１の特徴を有する方法及び請求項５の特徴を有する装置により解決される。有用な更なる発展形態は従属請求項に記載される。

当該装置及び方法を図面に関連する実施例により以下に詳細に説明する。
図１及び３に示された装置の有用な実施形態は実質的に、クランプテーブル５、工具、すなわち初期欠陥を作るための装置１２、レーザービームを使用するための装置１０、クーラントジェットを使用するための装置１１及び加工物を構成する平行平面板に対して工具として機能する装置１０，１１，１２を移動させる手段１３を有する。テーブルには、加工物、すなわちそれに接着された平行平面板１を有するフレームストレッチフィルム６が取り付けられている。
相対運動は、１方向への少なくとも１つの直線運動とそれに垂直な軸回りの回転運動又は加工角度を囲む平面内の２方向への直線運動を有しなければならない。

特許文献１から知られている装置のように、平行平面板１は、制御可能な真空フィールドを介してクランプテーブル５に設置される。この真空フィールドは、クランプテーブル５のベアリング平面において多孔性ライナー１４でシールされた真空室であって、真空ポンプ９に連結した真空室８により作られる。設置されたフレームストレッチフィルム６と従って当該フィルムに接着した平行平面板１は、吸引により多孔性ライナー１４と接触させられ、従って当該ライナーに摩擦ロックされる。

この記載に関連して、真空は、通常状態の下での大気圧より著しく低く、すなわち常圧Ｐ_Ｎより低く、この機能に十分な圧力として定められる。すなわち、この記載に関連して、プレートが加工されている間取り付けられた平行平面板１を安定して保持するのに圧力が十分高い場合、この第１真空フィールドに適用されるアンダープレッシャーを真空Ｐ_１と呼ぶ。

真空室８は、例えばセラミック材料でできた多孔性ライナー１４でシールされると好ましい。その周囲は、取り付けられた平行平面板１より小さいか、等しい。これにより、レーザービームが平面板のエッジにわたって動くときにレーザービームによる多孔性ライナー１４へのポテンシャルダメージの回避が保証される。従って、円形平行平面板のための多孔性ライナー１４は円形ディスクであるべきである。
レーザービームが平行平面板のエッジにわたって動くときにクランプテーブルにダメージを与えないように、多孔性ライナー１４と溝７の間のクランプテーブル５の表面はレーザービームを良く反射すると好ましい。フレームストレッチフィルム６はレーザービームを透過させる材料でできている。
クランプテーブル５のベアリング表面に対して真空室８をシールするために単一の多孔性ライナー１４を使用する代わりに、原則として、真空室８は、多数の多孔性ライナー１４がフィットする気密プレートによりシールされてもよい。この場合、フレームストレッチフィルム６は、利点の少ないと思われる表面のある位置にのみ取り付けられる。

従来技術と異なり、平行平面板１がクランプテーブル５に直接載らず、代わりにフレームストレッチフィルム６を介して間接的に載ることは、最初に加工されない平行平面板１の保持が関係する限り、ほとんど差がない。

先に述べた工具として機能する装置及び相対運動を実行するための手段１３も従来技術に含まれ、このように設計される。相対運動により熱応力を導入することが可能になり、従って格子状パターンを形成する特定のスコア線に沿ってブレイクオフカットを創出することができる。

第１加工方向に沿ってブレイクオフカットを作ることで平行平面板１を個々のプレートストリップ４に分割した後、これらのプレートストリップ４は、第１加工方向と共に加工角度を形成する第２加工方向に沿ってブレイクオフカットを作ることで個々のプレート３に分割される。この加工角度は好ましくは直角であるが、異なる角度が形成されても良く、この場合、平行四辺形の形状の個々のプレートが得られる。しかしながら、それらの実際の実用性は特別なケースに限られ、ゆえに、以下の説明は加工角度としての直角、従って実用的な用途により関連する個々の長方形プレートに焦点を当てる。

第２加工方向に沿うブレイクオフカットが作られる前に、プレートストリップ４の分離エッジはまだ互いに接触しており、互いから分離される。この点で、前記の装置と方法は従来技術とは顕著に異なる。

ブレイクオフカットが作られている間前述のように作られ、単に平行平面板１を保持する機能を有する第１真空フィールドに加えて、装置は、第１真空フィールドを囲む、溝７で形成された制御可能な第２真空フィールドも有する。第１真空フィールドが円形であれば、溝７は丸いリングを形成することになる。

２つの真空フィールドの機能のモードを、図２ａ及び２ｂに基づいて詳細に説明する。
真空Ｐ_１が第１真空フィールドから排除され、真空Ｐ_２が溝７に適用されると、当該溝を覆っているフレームストレッチフィルム６は溝７に吸い込まれ、引き込まれる。フレームストレッチフィルム６を定めるフレーム６２にストレッチフィルム６１を設置することで、ストレッチフィルム６１はフレーム６２内でその全領域にわたって伸ばされ、最大ストレッチは溝７のすぐ上に達する。フレームストレッチフィルム６に接着されたプレートストリップ４は引っ張って離され、互いからある距離を隔てる。ストレッチフィルム６１が伸びた状態にある間、真空Ｐ_１が第１真空フィールドに再び適用され、溝７の真空Ｐ_２が次いで排除される。このようにして、それらの間に先に作られた、互いからある距離を隔てたプレートストリップ４は、その場に再び保持される。

溝７の真空Ｐ_２は、プレートストリップ４の間の間隔が作られるのを十分保証するため、その物質特性に応じてフレームストレッチフィルム６を伸ばすのに十分なアンダープレッシャーとして理解されるべきである。当該間隔により、プレートストリップ４は第２加工方向に沿って分離されても、影響されないことになる。

溝７に真空を適用するために、溝は真空ポンプ９にも連結している。この真空ポンプ９は好ましくは、第１真空フィールドを生成するためのすでに入手可能な真空ポンプ９であり、当該ポンプは次いで真空室８と溝７に交互に真空を生成する。
一般的なケースとして、円形の平行平面板が使用される場合、装置の寸法を決めるとき、フレーム６２は溝７の外形より大きい内径を有することに留意すべきである。次いで、フレームストレッチフィルム６はその中心に向かって半径方向に伸ばされる。理想的には、平行平面板１は、その中心がフレームストレッチフィルム６の中心と一致するように設置される。再現可能な最大ストレッチを得るために、真空レベル、従って引張強さだけでなく、真空が作用する再現可能な表面広さも決定因子であり、それゆえフレームは溝７の外側でクランプテーブル５に載るべきである。
溝の形状は重要ではない。しかしながら、溝の幅及び深さは可能なストレッチに影響を与えうる。溝が広いほど、真空が作用する領域も広くなる。過度に浅い溝は、溝７に引っ張られる物質の量を制限する。好ましくは、ストレッチに対抗する静止摩擦ができるだけ小さくなるように、溝７の内側エッジは丸みをつけられ、多孔性ライナー１４の表面はできるだけ非粘着性である。

当該方法を実行するために、平行平面板１、例えば６’’〜１２’’の直径を有する円形シリコンウエハーが、まだフィルムに設置されていなければ、フレームストレッチフィルム６に設置される。先に説明したように、ウエハーはこのようなストレッチフィルムに既に設置されている間、一般的に加工され、貯蔵され、輸送される。

シリコンウエハーを有するフレームストレッチフィルム６はクランプテーブル５に配置され、ウエハーは第１真空フィールドの多孔性ライナー１４の中心に位置決めされる。真空Ｐ_１、すなわち次の処理の間フレームストレッチフィルム６とウエハーを安定して保持するのに十分高いアンダープレッシャーが、第１真空フィールドに適用される。例えば、互いから０．５〜３０ｍｍの距離を置いた特定の数のスコア線に依存して、１つの初期欠陥が第１加工方向に沿って作られ、当該初期欠陥から始めて、次にブレイクオフカットが作られる。

いわゆる当業者は、例えばダイアモンドホイール又はレーザービームを用いた初期欠陥の作り方と、レーザービームと次のクーラントジェットによるスコア線に沿うブレイクオフカットの作り方を知っており、ゆえにさらなる説明は必要でない。

本発明に本質的なのは、個々のプレート３を作るためプレートストリップ４が分離されるときに相互作用を防ぐために、カットプレートストリップ４の間に間隔を作ることである。３〜１０μｍの間隔で十分である。

第２加工方向に平行平面板のエッジに沿って生じるだけでなく、プレートストリップのエッジにも沿って生じる初期欠陥の創出は、間隔ステップの前又は後に行われる。１００〜３００μｍの厚さのウエハーのために、初期欠陥がこのステップの前に作られることが推奨される。すなわち、プレートストリップ４の間に間隔が作られる前に、まず全ての初期欠陥が第２加工方向に沿うブレイクオフカットのために作られる。
間隔ステップの後、第２加工方向に沿うブレイクオフカット（それぞれは初期欠陥から始まる）は、０．５〜３０ｍｍ離れた間隔で作られる。個々のプレート３は好ましくは、正方形、すなわち９０°の加工角度で作られる。
図４ａ，４ｂでは、ウエハーの詳細なスケッチが様々な段階の分割プロセスで示されている。
時刻ｔ_１（図４ａ）では、ウエハーは第１加工方向に沿って分割され、結局プレートストリップ４は互いにまだ接触している。
時刻ｔ_２（図４ｂ）では、プレートストリップ４は既に離されており、時刻ｔ_３（図４ｃ）では、プレートストリップ４はそれらの長さの一部にわたり個々のプレート３に既に分割されている。

装置の概略図である。 時刻ｔ_１における図１の詳細な図である。 時刻ｔ_２における図１の詳細な図である。 時刻ｔ_０におけるフレームストレッチフィルムに取り付けられた平行平面板を有するクランプテーブルの平面図である。 時刻ｔ_１における平行平面板の平面図の詳細な図である。 時刻ｔ_２における平行平面板の平面図の詳細な図である。 時刻ｔ_３における平行平面板の平面図の詳細な図である。

符号の説明

１ 平行平面板
３ 個々のプレート
４ プレートストリップ
５ クランプテーブル
６ フレームストレッチフィルム
７ 溝

Claims (8)

1. レーザービームによって熱誘起ストレスを導入することで格子状パターンのスコア線を作ることにより、平行平坦板を特定のエッジ長さを有する複数の個々のプレートに分割する、脆い物質でできた平行平坦板を分割する方法であって、
   先ず、創出すべき初期欠陥から始まり、第１加工方向に沿うスコア線を作り、平行平坦板（１）を複数のプレートストリップ（４）に分割し、
   次いで、プレートストリップ（４）が互いからある距離だけ離れて移動した後、第１加工方向と直角の加工角度を形成する第２加工方向に沿うスコア線を作り、個々のプレートストリップ（４）を個々のプレート（３）に分割可能にし、
   平行平坦板（１）又はプレートストリップ（４）及び個々のプレート（３）は真空（Ｐ_１）によってクランプテーブル（５）に保持される方法において、
   平行平坦板（１）はフレームストレッチフィルム（６）に接着され、
   プレートストリップ（４）の間に間隔を創出するため、平行平坦板（１）を保持する真空（Ｐ_１）が除去される間、フレームストレッチフィルム（６）は、少なくとも第１加工方向と垂直な方向に伸ばされることを特徴とする方法。
2. 第２加工方向に沿うスコア線のための初期欠陥はフレームストレッチフィルム（６）を伸ばす前に作られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. フレームストレッチフィルム（６）は、接着された平行平坦板（１）の中心から始まり、半径方向に伸ばされることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. ストレッチは、平行平坦板（１）を囲む溝（７）に沿って真空Ｐ_２を適用することで実行されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 脆い物質からなり、フレームストレッチフィルム（６）に接着される平行平坦板（１）を分割する装置であって、
   平行平坦板（１）にスコア線に沿ってレーザービームを適用する装置（１０）と、
   平行平坦板（１）上のスコア線に沿ってクーラントジェットを適用する装置（１１）と、
   スコア線のそれぞれの開始位置に初期欠陥を作る装置（１２）と、
   平行平坦板（１）を取り付け、保持するための制御可能な第１真空フィールドを有するクランプテーブル（５）と、
   格子状パターンを形成するスコア線に沿ってクランプテーブル（５）に対して前記装置を移動させる手段（１３）と、を有し、
   前記装置（１０、１１、１２、１３）と、前記クランプテーブル（５）と、及び、前記手段（１３）とが、創出すべき初期欠陥から始まり、第１加工方向に沿うスコア線を作り、平行平坦板（１）を複数のプレートストリップ（４）に分割し、次いで、プレートストリップ（４）が互いからある距離だけ離れて移動した後、第１加工方向と直角にを形成する第２加工方向に沿うスコア線を作り、個々のプレートストリップ（４）を個々のプレート（３）に分割可能にし、平行平坦板（１）又はプレートストリップ（４）及び個々のプレート（３）は前記第１真空フィールドによってクランプテーブル（５）に保持されるように構成された、装置において、
   クランプテーブル（５）は、溝（７）により形成される別個に制御可能な第２真空フィールドを有し、
   当該溝は、取り付けられた平行平坦板（１）を囲むように設計され、前記第１真空フィールドが作用していない間に、当該溝にフレームストレッチフィルム（６）は引っ張られ、伸ばされることを特徴とする装置。
6. 溝の内側エッジが丸みをつけられることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 第１真空フィールドの取り付け表面は多孔ライナー（１４）であることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
8. 取り付け表面はできるだけ低い静止摩擦を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の装置。

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