JP5582988B2

JP5582988B2 - 半導体基板の分離方法

Info

Publication number: JP5582988B2
Application number: JP2010270994A
Authority: JP
Inventors: 克巳大野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: JP2012124187A

Description

本発明は、レーザダイオード（ＬＤ）等を形成した半導体基板の分離方法に関するものである。

半導体基板を個別素子ごとに分離する際、分離の起点としてレーザスクライブによる溝を形成し、その後、溝を形成した面の裏面から力を加えて基板を分離し、半導体基板を個片化する技術が特許文献１〜３に示されている。
上記のような半導体基板の分離方法では、溝を形成した面の裏面から加える力は、いわゆる３点曲げ方式で印加されることが多い。

特許第４３４６５９８号（第４頁段落００１５、００１６、００１７、及び図１、図２）特許第３６０４５５０号（第７〜８頁段落００４２、００４３、００４４、００４５、及び図１）特許第３４５５１０２号（第４頁段落００２６、及び図２）

個別素子の大きさは年々小型化してきており、素子が小型化すると、3点曲げで分離力を印加する際、支点間の距離が短くなる。このため、印加する力、すなわち分離力が増加し、分離の瞬間に素子が大きく振動して、隣のチップと激しくぶつかり合うことになるため、素子が欠けてしまう問題が発生するようになった。
この問題は、レーザスクライブを素子全長近くまで行うとともに、より深い溝とすることで低減されるが、一方で、溝を形成する際に除去される材料が増加するため、デブリ（レーザ照射によって表面に飛び散るゴミ）が増加し、素子端面や素子表面が汚染される問題が発生するようになり、一定限度以上溝を深くすることが困難となった。このため、レーザスクライブ溝深さを浅くして分離せざるを得ず、分離力が増加するとともに、本来必要な分離方向以外に亀裂が進展し、個片化された素子の一部がかけ落ちてしまう現象（異常割れ）も発生するようになった。

本発明は、レーザによりスクライブ溝を罫書き、スクライブ溝と相対する面側から分離力を印加して、スクライブ溝位置で基板を分離することでウエハを個片化する分離方法において、スクライブ溝開始点が端面より基板側にあり、他方の端面に到達する前に終了する端面残し部を持つ形状で、スクライブ溝延伸方向の途中に、表面に達する程度までスクライブ溝深さを浅くしレーザ照射された頂部を有する凸部を形成するようにしたものであって、上記凸部のスクライブ延伸方向の幅を上記端面残し部の幅よりも狭く設定したことを特徴とするものである。

本発明によれば、スクライブ溝両端に端面残し部を形成してレーザ照射による端面の汚れを防止するとともに、レーザ照射された頂部を有しスクライブ延伸方向の幅を端面残し部の幅よりも狭く設定した凸部を形成することによって分離力を集中して確保することができ、端面の汚れなしに十分な分離力を得ることができる。

本発明の実施の形態１を示す斜視図。図１のスクライブ方向断面図。図１のＡ−Ａ’視断面図。図１の凸部６部分のＡ−Ａ’方向断面図。

実施の形態１．
２つの繋がった半導体素子を２分割するために、本発明の方法によりレーザスクライブした状態を図１に示す。半導体基板１のスクライブ方向３に沿って、スクライブ溝４が基板の加工面１ａに形成されている。スクライブ溝４は、図示はしていないが、半導体基板１と加工用レーザ光光軸とを表面１ａに沿って相対的に移動させる手段により、加工用レーザ光光軸がスクライブ方向３にそって基板上を移動させ形成する。また、スクライブ溝４の深さは、レーザ光強度を調整することにより可変している。

以下、ＧａＮ基板にレーザダイオード（ＬＤ）を形成した場合を例として説明する。ＬＤは、その素子の大きさが０．２ｍｍ〜２ｍｍで、材料厚が０．１ｍｍ程度となっている。
また、半導体端面を共振器ミラーとするため、端面に汚れが付着してはならない。このような基板のため、材料の光透過率と、加工用レーザの安定性より、加工用レーザ光はＹＡＧ３倍波（３５５ｎｍ）を使用し、対物レンズにて半導体基板上に収束することで、スクライブ溝４を加工している。

スクライブ溝４は、端面にレーザが当たる際に発生するデブリを防止するよう、基板端面１ｂには加工痕が入らないように、端面からレーザ照射開始位置までの距離である端面残し部分５を１５μｍ程度形成する必要がある。このため、端面から離れた点からスクライブを開始し、逆側の端面１ｂ側にも同様の端面残し部分５を形成するようにスクライブを終了する。

スクライブ溝４を形成する際、最深部は〜２０μｍとなるようにレーザ出力を２５０ｍＷ〜５０ｍＷに設定して形成するが、基板中央近傍付近で、一旦レーザ出力を調整して、スクライブ溝が浅くなる部分を形成する。このようにして、基板中央近傍に凸部６を形成する。凸部６の先端は図２に示すように照射面から２〜３μｍの深さになるよう形成する。このとき凸部６の幅は、端面残し部５の幅より狭いことが望ましい。
なお加工時、半導体表面１ａには、加工レーザ出力に応じてデブリ飛散範囲８が形成される。このデブリ飛散範囲８は半導体基板表面１ａに形成されている回路に悪影響を及ぼす可能性があるため、規定の範囲に収めなければならない。

このように形成したスクライブ溝４で半導体素子を個片化するために、３点分離法にて分離力を印加する。図３は分離力を印加している状態のスクライブ方向垂直断面図（図１のＡ−Ａ’方向と並行な方向から見た断面）であり、分離力１４ａをスクライブ溝４を形成した面と相対する面に印加し、分離力１４ｂと釣り合いながら半導体基板を破線１２に示すよう変形させ、スクライブ溝底部１０に亀裂を形成できるような張力を発生させる。
ところが、スクライブ溝底部１０は、レーザ照射時に一旦基板が溶融したのちに冷えて固まるため、微視的にみると亀裂ではなく、先端が丸みを帯びた１μｍ程度の円弧上に形成されてしまう。

一方、材料力学では、先端が円弧状になった亀裂の応力集中度を応力集中係数として計算しているが、比較的この分離状態に近い理論解では、公称応力に対して円弧の径が小さいほど、応力集中が高まり、無限に小さくなると無限に集中するとされている。ただし、実材料では原子の大きさに限界があること、および、集中を妨げる結晶すべりなどが発生して、無限大にはならないとされているが、亀裂の最小実質先端径はスクライブ溝先端部１０よりもはるかに小さく、原子レベルであることが知られている。
このため、スクライブ孔底部が原子レベルで先鋭な亀裂にくらべ、より応力を印加しなければならず、基板の変形１２もより大きなものにならざるを得ず、結果として、分離時に分離力が開放される際、素子が大きく振動することになり、素子間でぶつかりあうため欠けが発生したり、必要分離力増大のため分離不可能になったり、望ましい部位で分離できず、異常割れが形成されてしまうことになる。
さらに、端面残し部５が形成されると、まず表面に近い端面残し部５に集中するため、スクライブ溝底部１０に分離力が集中しにくくなり、より分離しにくくなる。

本発明では、スクライブ溝４中央部に凸部６を設けたため、図４の凸部近傍のスクライブ溝垂直断面図のように、基板に分離力を印加した際、変形量１３が小さい段階、すなわち、印加力が小さい段階で、先ずこの凸部６と端面残し部５に分離力が集中する。
端面残し部５は、素子の全長変化を見込んで、端面デブリ付着防止性能を維持するため、ある程度の距離が必要で、現状では１５μｍ程度となっているが、全長変化のため実素子の端面残し部５の距離は、素子ごとに異なり一定していない。

一方、凸部６の幅は、このような制限が無いため、レーザ照射で形成できる限界まで幅を狭くすることが可能で、かつその幅も一定となり安定する。このため、端面残し部５の幅よりも狭く設定すれば、端面残し部５よりも、より分離力が集中し易くなる。
凸部６に分離力が集中する際、凸部６の頂部７はレーザ照射されているため、レーザにより形成された微小欠陥が集中しており、より分離しやすい状態になっている。
分離力を増加して行き、一旦凸部６に亀裂１１が形成されると、前述の通り、先端の鋭い亀裂となるため、先端に応力が集中し易くなり、少ない分離力で亀裂が進行するようになり、分離時の変形少なく、素子を分離できるようになる。このため前述の問題が発生しにくくなる。よって、レーザによるスクライブ溝４の深さを浅くすることが可能となり、デブリ８の範囲も減少することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、突起部６は１箇所のみであったが、スクライブ溝４の形状や長さに応じて、複数個設けても良い。また、印加する分離力の分布に応じて、突起部６の位置をスクライブ溝中央近傍からずれた位置においても良い。

実施の形態３．
実施の形態１および２では、２素子を分離する例で説明したが、多数の素子に分離する場合にも本発明は適用できる。例えば、図１に示す２つの素子の左右に連続して素子が形成されている場合は、それらの素子間に本加工を行うことで、同様の効果がある。

１半導体基板、１ａ基板表面、１ｂ基板端面、３スクライブ溝延伸方向、４スクライブ溝、５端面残し部、６凸部、７凸部頂部、８デブリ飛散範囲、９分離力、１０スクライブ溝底部、１１亀裂、１４ａ・１４ｂ分離力。

Claims

レーザによりスクライブ溝を罫書き、スクライブ溝と相対する面側から分離力を印加して、スクライブ溝位置で基板を分離することでウエハを個片化する分離方法において、スクライブ溝開始点が端面より基板側にあり、他方の端面に到達する前に終了する端面残し部を持つ形状で、スクライブ溝延伸方向の途中に、表面に達する程度までスクライブ溝深さを浅くしレーザ照射された頂部を有する凸部を形成するようにしたものであって、上記凸部のスクライブ延伸方向の幅を上記端面残し部の幅よりも狭く設定したことを特徴とする半導体基板の分離方法。
上記凸部をスクライブ溝延伸方向の中央部に形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体基板の分離方法。