JP5658043B2

JP5658043B2 - 分割方法

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Publication number: JP5658043B2
Application number: JP2011002254A
Authority: JP
Inventors: 寛海上野
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: JP2012146744A

Description

本発明は、表面に発光層が形成され、裏面に可視光を反射する反射膜が形成されたサファイア基板を、発光デバイス等のチップ状部品に分割する分割方法に関する。

上記サファイア基板等の脆性材料からなる基板を多数のチップに分割する装置として、水平に保持した基板の下側から基板に設定した格子状の分割予定ラインの両側を一対の支持刃で支持し、基板の支持刃間の部分を基板の上側に配した押圧刃で押圧することにより基板に曲げ応力を与えて分割予定ラインに沿って切断するブレーキング装置が知られている（特許文献１）。このようなブレーキング装置にあっては、撮像手段で撮像することにより検出した分割予定ラインの位置に基づいて、支持刃および押圧刃と、基板とを相対的に動かし、押圧刃に対する分割予定ラインの位置合わせを行っている。

このように基板に外力を与えて分割する技術においては、予め分割予定ラインに沿って分割起点を形成することが好ましい。分割起点としては分割予定ラインに沿って形成した溝などが挙げられるが、近年では、基板の内部に基板を透過する波長のレーザー光線を分割予定ラインに沿って集光して照射することにより改質層を形成し、この改質層を分割起点として基板を分割する技術が提案されている（特許文献２）。

特開２００９−１４８９８２号公報特許３４０８８０５号公報

従来のように分割起点が溝で形成される場合、溝はサファイア基板の裏面に形成されるため、一般的に該サファイア基板は、ブレーキング装置に対し、分割予定ラインを検出するために分割起点が形成された裏面側を撮像手段に向けてセットすることになる。しかし、レーザー光線を裏面側から照射して裏面の近傍に分割基点としての改質層を形成した裏面に反射膜を有するサファイア基板の場合、裏面には反射膜が形成されているため、従来の一般的なブレーキング装置が備えている可視光を撮像する撮像手段で改質層を撮像することはできない。したがって分割予定ラインの位置が検出できず、結果としてこの種のブレーキング装置を使用して該サファイア基板を分割することは不可能であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その主な技術的課題は、表面に発光層が形成され、裏面に可視光を反射する反射膜が形成されたサファイア基板を、一般的なブレーキング装置を使用して分割することを可能とする分割方法を提供することにある。

本発明の分割方法は、表面に発光層が形成され、裏面に可視光を反射する反射膜が形成されたサファイア基板を表面を上に向けて保持する保持手段と、該保持手段に保持されたサファイア基板の下側に配設され、サファイア基板の分割予定ラインの位置を可視光により検出する撮像手段と、前記保持手段に保持されたサファイア基板を下側から前記分割予定ラインの両側で支持する一対の支持刃と、該支持刃に支持されたサファイア基板を上側から該分割予定ラインに沿って押圧して分割する押圧刃とを有する分割手段と、を含むサファイア基板分割装置を用いてサファイア基板を前記分割予定ラインに沿って分割する方法であって、前記分割予定ラインに沿ってサファイア基板と前記反射膜を透過する波長の光を裏面側からサファイア基板内部に集光して、分割の起点となる改質層を形成するとともにサファイア基板の裏面に至るクラックを形成するレーザー加工工程と、該レーザー加工工程の後にサファイア基板を前記保持手段に保持し、前記撮像手段によってサファイア基板の裏面に現れたクラックを撮像することによって前記分割予定ラインの位置を検出する撮像工程と、該撮像工程の後に、前記分割手段によってサファイア基板を前記分割予定ラインに沿って分割する分割工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、レーザー加工工程においてサファイア基板の内部への改質層の形成と同時にサファイア基板の裏面にクラックを形成する。このクラックは可視されるものであるから可視光を検出する撮像手段で撮像可能であり、なおかつ分割予定ラインに沿っているため、撮像手段がクラックを撮像することで分割予定ラインの位置を検出することが可能となる。したがって、このように検出される分割予定ラインの位置に基づいて分割手段によりサファイア基板を分割予定ラインに沿って分割することができる。

なお、本発明における可視光とは、４００〜７００μｍ付近の波長を有する光を言い、また、サファイア基板と反射膜を透過する波長の光とは、例えば７００〜１４００ｎｍの波長を有する光を言う。

また、本発明における改質層とは、密度、屈折率、機械的強度、あるいはその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域のことであり、例えば、溶融処理層、クラック層、絶縁破壊層、屈折率変化層等が挙げられ、さらにこれらの単独状態、または混在状態を含むものとされる。

本発明によれば、表面に発光層が形成され、裏面に可視光を反射する反射膜が形成されたサファイア基板を、一般的なブレーキング装置を使用して分割することを可能とする分割方法が提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る分割方法で多数のチップに分割されるサファイア基板の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。サファイア基板が粘着テープを介して環状のフレームに支持された状態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。一実施形態に係る分割方法のレーザー加工工程を示す側断面図である。同レーザー加工工程を示す正断面図である。一実施形態に係るサファイア基板分割装置を概略的に示す側断面図である。同装置を概略的に示す平面図である。一実施形態に係る分割方法の撮像工程を示す断面図である。一実施形態に係る分割方法の分割工程を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）サファイア基板
図１の符号１は、一実施形態に係る円板状のサファイア基板を示している。このサファイア基板１は表面に発光層２が形成され、裏面に可視光（４００〜７００μｍ付近の波長）を反射する反射膜３が形成されている。サファイア基板１には発光層２のパターンに基づいて図１（ａ）に示すような格子状に配列された複数の直線状の分割予定ライン４が設定されており、かつこれら分割予定ライン４によって多数の矩形状のチップ領域５が区画されている。

発光層２は、この種のものとして一般周知のものであって、例えばバンドギャップ層、または量子井戸で構成されるが、これに限定されるものではなく、その材料は、III−V族、またはII−VI族の元素より構成された化合物、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）、窒化アルミガリウム（ＡｌＧａＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、亜鉛ドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ：Ｚｎ）、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）、またはガリウムリン（ＧａＰ）のいずれかを含む発光素子により構成される。これら材料のいずれかを含む発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やＥＬ（Electro Luminescence）素子等が挙げられる。

本実施形態は、上記サファイア基板１を発光層２および反射膜３とともに分割予定ライン４に沿って切断することにより多数のチップ領域５すなわちチップに分割する方法である。以下、その分割方法を説明する。

まず、図２に示すように、サファイア基板１を、環状のフレーム１１の開口部１１ａに粘着テープ１２を介して同心状に位置付けて支持する。フレーム１１は、ステンレス等の剛性を有する金属板からなるものである。粘着テープ１２は、弾性および伸縮性を有する合成樹脂シート等からなる基材の片面に粘着層が形成されたもので、粘着層を介してフレーム１１の片面に開口部１１ａを覆って貼着される。サファイア基板１は、発光層２側が粘着テープ１２の粘着層に貼着され、フレーム１１を介して搬送可能とされる。

次に、図３および図４に示すように、裏面側の反射膜３を上側に配してサファイア基板１を水平に支持し、サファイア基板１の内部に、サファイア基板１と反射膜３を透過する波長のレーザー光線ＬＢを反射膜３が形成された裏面側から分割予定ライン４に沿って集光して照射する。なお、図３の矢印Ｆは、レーザー光線ＬＢの相対的な走査方向を示している。また、図３はレーザー光線ＬＢの照射の様子をレーザー光線ＬＢの走査方向の側面から見た図であり、図４はレーザー光線ＬＢの照射の様子をレーザー光線ＬＢの走査方向の正面から見た図である。これにより、サファイア基板１の内部に分割予定ライン４に沿った本発明に係る改質層６を形成するとともに、改質層６からサファイア基板１の裏面すなわち反射膜３の外面に至る分割予定ライン４に沿ったクラック７を形成する（レーザー加工工程）。ここで用いるレーザー光線は、例えばＹＡＧやＹＶＯ等のパルスレーザー光線等であって、上記のように例えば７００〜１４００ｎｍの波長を有するレーザー光線が用いられる。

このように分割予定ライン４に沿ってレーザー加工を施すには、予めサファイア基板１と反射膜３を透過する波長の光を検出する撮像手段で裏面側からサファイア基板１を撮像するなどして表面側の分割予定ライン４の位置を検出し、検出した分割予定ライン４の位置に基づいて、レーザー光線ＬＢをサファイア基板１の内部に集光点を位置付けて分割予定ライン４に沿って走査する。レーザー光線ＬＢの走査は、レーザー光線ＬＢとサファイア基板１とを分割予定ライン４が延びる方向に相対移動させて行う。

レーザー光線ＬＢの照射により全ての分割予定ライン４に沿ってサファイア基板１の内部に改質層６を形成するとともに改質層６からサファイア基板１の裏面に至るクラック７を形成したら、次に、図５および図６に示すサファイア基板分割装置２０にサファイア基板１を搬入し、該装置２０によりサファイア基板１を分割する。

（２）サファイア基板分割装置
図５および図６により、サファイア基板分割装置２０を説明する。図５の符号２１はベース部であり、このベース部２１上には、ガイドレール２２を介して移動テーブル２３がＸ方向に移動可能に支持されている。移動テーブル２３には円形状の開口部２３ａが形成されており、開口部２３ａの周縁には、環状の回転テーブル２４がＺ方向（鉛直方向）に延びる軸心Ｏを回転軸として回転可能に支持されている。移動テーブル２３は図示せぬＸ方向移動機構によりガイドレール２２に沿ってＸ方向に移動させられ、回転テーブル２４は図示せぬ回転機構により回転させられる。

図５に示すように、サファイア基板１は、フレーム１１に支持された状態で表面側の発光層２を上側に配し、フレーム１１を介して回転テーブル２４の上面に載置される。そして、回転テーブル２４に設けられた複数のクランプ２５により粘着テープ１２を介してフレーム１１が押さえ付けられることによってサファイア基板１は表面側の発光層２を上に向けて回転テーブル２４に保持される。本実施形態では回転テーブル２４とクランプ２５とによって保持手段２６が構成されている。回転テーブル２４に保持されたサファイア基板１は、移動テーブル２３がＸ方向に移動することによりＸ方向に移動させられ、回転テーブル２４が回転することにより自転させられる。

ベース部２１上の中央であって回転テーブル２４に保持されたサファイア基板１の下側には、本発明に係る撮像手段３１が配設されている。この撮像手段３１は、上方のサファイア基板１を反射膜３側から撮像して分割予定ライン４の位置を可視光により検出するものである。

ベース部２１上の撮像手段３１の両側には、ポスト３２を介してＹ方向に延びる一対の支持刃３３が配設されている。これら支持刃３３は、回転テーブル２４に保持されたサファイア基板１を下側から１本の分割予定ライン４の両側で支持するものであり、水平な上面３３ａにサファイア基板１の裏面の反射膜３が当接するようになっている。また、回転テーブル２４に保持されたサファイア基板１の上方には、支持刃３３間に位置付けられる分割予定ライン４を上側から押圧してサファイア基板１を該分割予定ライン４に沿って分割するＹ方向に延びる押圧刃３４が上下動可能に配設されている。押圧刃３４は、図示せぬアーム等の支持部材を介してベース部２１に支持されており、図示せぬ押圧機構により上下動させられる。

上記一対の支持刃３３と押圧刃３４とにより分割手段３５が構成され、この分割手段３５に対し、回転テーブル２４に保持されたサファイア基板１はＸ方向に相対移動するとともにＺ方向を回転軸として相対回転するようになっている。図６に示すように、支持刃３３および押圧刃３４のＹ方向長さは、切断対象となるサファイア基板１の直径を十分にカバーできる長さを有している。

（３）サファイア基板分割装置によるサファイア基板の分割
以上の構成を有するサファイア基板分割装置２０を用いてサファイア基板１を分割予定ライン４に沿って分割する方法を、以下に説明する。

はじめに図７に示すように、上記のように回転テーブル２４に保持されたサファイア基板１の裏面側である反射膜３の外面を撮像手段３１で撮像する（撮像工程）。反射膜３の外面には、先に行った上記レーザー加工工程でサファイア基板１の内部に改質層６を形成した際に同時に形成されたクラック７が現れており、これらクラック７は、可視光を検出する撮像手段３１で撮像される。クラック７は分割予定ライン４に沿って現れており、したがって撮像手段３１がクラック７を撮像することにより分割予定ライン４の位置が検出される。

次に、検出した分割予定ライン４の位置に基づいて分割手段３５によりサファイア基板１を分割予定ライン４に沿って分割する（分割工程）。分割予定ライン４に沿ってサファイア基板１を分割するには、まず、回転テーブル２４を回転させてサファイア基板１を自転させ一方向に延びる分割予定ライン４を図６におけるＹ方向と平行にし、一方、移動テーブル２３を図６におけるＸ方向に移動させて一方向に延びる切断対象の１本の分割予定ライン４を押圧刃３４の直下に位置合わせする。

続いて、図８に示すように、押圧刃３４を下降させてサファイア基板１の支持刃３３間の部分を粘着テープ１２を介して押圧刃３４で押圧し、該部分に曲げ応力を与えてから押圧刃３４を上方に退避させる。これによりサファイア基板１は発光層２および反射膜３とともに分割予定ライン４に沿って切断される。押圧刃３４は、先端が粘着テープ１２の厚さの途中まで入り込む程度に下降するものとし、これによりサファイア基板１には切断され得る曲げ応力が与えられる。

上記のように移動テーブル２３をＸ方向へ移動させて切断対象の分割予定ライン４を押圧刃３４に位置合わせし、次いで押圧刃３４によりサファイア基板１を押圧するといった切断動作を繰り返し行い、一方向に延びる全ての分割予定ライン４に沿ってサファイア基板１を切断する。次いで、回転テーブル２４を回転させて一方向に直交する他方向に延びる分割予定ライン４をＹ方向と平行にし、この後、同様に移動テーブル２３の移動による位置合わせと押圧刃３４による基板１の押圧といった動作を該他方向に延びる分割予定ライン４の全てに対して行う。以上で全ての分割予定ライン４が切断され、サファイア基板１は各チップ領域５すなわちチップに分割される。

（４）実施形態の作用効果
以上が本実施形態に係る分割方法であり、この分割方法によれば、レーザー加工工程においてサファイア基板１の内部への改質層６の形成と同時にサファイア基板１の裏面に至る可視されるクラック７を形成することにより、裏面の反射膜３を撮像手段３１で撮像した際にクラック７を撮像することができ、このため撮像したクラック７から分割予定ライン４の位置を検出することができるものとなっている。

従来では改質層６の形成時にはクラック７を形成しないことから反射膜３を撮像手段３１で撮像しても可視光が反射されるため分割予定ライン４を検出することができなかったわけである。しかしながら本実施形態では撮像手段３１で撮像可能な分割予定ライン４に沿ったクラック７を形成することにより、分割予定ライン４を検出することができる。その結果、表面に発光層２が形成され、裏面に可視光を反射する反射膜３が形成された本実施形態のようなサファイア基板１を、上記特許文献１に記載されるような一般的なブレーキング装置を使用して分割することが可能となる。

１…サファイア基板
２…発光層
３…反射膜
４…分割予定ライン
６…改質層
７…クラック
２０…サファイア基板分割装置
２６…保持手段
３１…撮像手段
３３…支持刃
３４…押圧刃
３５…分割手段
ＬＢ…レーザー光線（反射膜を透過する波長の光）

Claims

表面に発光層が形成され、裏面に可視光を反射する反射膜が形成されたサファイア基板を表面を上に向けて保持する保持手段と、
該保持手段に保持されたサファイア基板の下側に配設され、サファイア基板の分割予定ラインの位置を可視光により検出する撮像手段と、
前記保持手段に保持されたサファイア基板を下側から前記分割予定ラインの両側で支持する一対の支持刃と、該支持刃に支持されたサファイア基板を上側から該分割予定ラインに沿って押圧して分割する押圧刃とを有する分割手段と、
を含むサファイア基板分割装置を用いてサファイア基板を前記分割予定ラインに沿って分割する方法であって、
前記分割予定ラインに沿ってサファイア基板と前記反射膜を透過する波長の光を裏面側からサファイア基板内部に集光して、分割の起点となる改質層を形成するとともにサファイア基板の裏面に至るクラックを形成するレーザー加工工程と、
該レーザー加工工程の後にサファイア基板を前記保持手段に保持し、前記撮像手段によってサファイア基板の裏面に現れたクラックを撮像することによって前記分割予定ラインの位置を検出する撮像工程と、
該撮像工程の後に、前記分割手段によってサファイア基板を前記分割予定ラインに沿って分割する分割工程と、
を含むことを特徴とする分割方法。