JP6211853B2 - 基板の分割方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板を分割する分割方法に関する。

表面に複数のデバイスが形成されたサファイア基板などの基板（ウェーハ）を分割予定ラインに沿って分割する方法として、基板に対して透過性を有するレーザ光を基板内部に集光して改質領域を形成し、分割予定ラインに外力を加えることにより、改質領域を起点とする亀裂を生じさせて基板を分割する分割方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００４−１０７６号公報 特開２００８−６４９２号公報

しかし、この分割方法においては、基板の裏面に形成される分割ラインが直線状にならない場合がある。これは、改質領域を起点として形成された亀裂が、外力が加えられた面とは反対側の方向に伸長するとき、基板に対して垂直に伸長しない場合があるためであると考えられる。分割ラインが直線状に形成されない場合は、例えば、基板の表面に形成された発光ダイオードなどの発光素子の輝度に悪影響が出るなどの不都合を生じる場合がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされてもので、基板内部に改質領域を形成し、それを起点として基板を分割する分割方法において、分割ラインを直線にすることを目的とする。

本発明に係る基板の分割方法は、表面にデバイスが形成された基板に対して、該表面とは反対側である裏面の側から、該基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザ光を照射し、該パルスレーザ光を該基板の内部に集光することにより、該基板の内部に分割予定ラインに沿った改質領域を形成し、該基板に外力を加えることにより、該分割予定ラインに沿って該基板を分割する分割方法であって、該基板の該表面に保護テープを貼着する貼着工程と、該基板に該パルスレーザ光を照射することにより、該基板の内部に該改質領域を形成する改質領域形成工程と、該改質領域が形成された基板を、該基板との温度差が５０セルシウス度以上８０セルシウス度以下であり比熱が０．８カロリー毎グラム毎セルシウス度以上である液状の蓄熱材に所定時間浸漬することにより、該改質領域から亀裂を該裏面に向けて伸長させ、該亀裂を該基板の該裏面に表出させる亀裂表出工程と、該裏面に該亀裂が表出した基板に外力を加えることにより、該分割予定ラインに沿って該基板を分割する外力付与工程と、を備え、該亀裂表出工程において、該保護テープが貼着された側から該基板を前記蓄熱材に浸漬する。

本発明に係る基板の分割方法によれば、基板を蓄熱材に浸漬することにより、基板が熱膨張し、これにより、改質領域を起点とする亀裂を形成するので、亀裂が基板の面方向に対して垂直な方向に成長する。そして、その亀裂が基板の裏面に表出したのち、基板に外力を加えて分割するので、基板の裏面に形成される分割ラインが直線になる。
また、保護テープが貼着された側から基板を蓄熱材に浸漬することにより、保護テープが収縮し、亀裂の成長が速くなる。これにより、亀裂表出工程にかかる時間を短縮することができる。

基板を示す斜視図。 分割方法を示すフローチャート。 貼着工程を示す側面図。 レーザ加工装置を示す斜視図。 レーザ光照射手段を示すブロック図。 改質領域形成工程を示す断面図。 亀裂表出工程を示す断面図。 亀裂が成長する様子を示す拡大断面図。 蓄熱材の比熱及び浸漬時間と、亀裂の成長との関係を示す表。 外力付与工程を示す断面図。 テープ拡張装置を示す斜視図。 テープ拡張装置を使った外力付与工程を示す断面図。

図１に示す基板１０は、例えばサファイア基板などの表面１１に、複数のデバイス１３が格子状に並んで形成されている。基板１０は、複数の分割予定ライン１２に沿って分割されることにより、個々のデバイス１３に分割される。

図２に示すように、基板１０を個々のデバイス１３に分割する分割方法２０は、基板１０の表面１１に保護テープを貼着する貼着工程２１と、基板１０の内部に改質領域を形成する改質領域形成工程２２と、改質領域から亀裂を伸長させ亀裂を基板１０の裏面に表出させる亀裂表出工程２３と、基板１０に外力を加えて基板１０を分割する外力付与工程２４とを備える。以下、各工程について、詳しく説明する。

まず、貼着工程２１について説明する。
図３に示すように、環状のフレーム６１に貼着された保護テープ６２の粘着材が塗布された側の面に、基板１０を貼着する。このとき、デバイス１３（図１参照）が形成された表面１１（図１参照）の側を保護テープ６２に貼り付け、裏面１６側を露出させる。

次に、改質領域形成工程２２について説明する。
図４に示すレーザ加工装置３０は、基板１０にパルスレーザ光を照射して改質領域を形成する装置であり、改質領域形成工程２２に使用される。レーザ加工装置３０は、基台３１と、基板１０を吸引保持する保持手段３２と、保持手段３２に保持された基板１０にパルスレーザ光を照射するレーザ光照射手段３６と、保持手段３２とレーザ光照射手段３６とを相対的に±Ｘ方向に移動させる加工送り手段３３と、保持手段３２とレーザ光照射手段３６とを相対的に±Ｙ方向に移動させる割出し送り手段３４と、保持手段３２とレーザ光照射手段３６とを相対的に±Ｚ方向に移動させる移動手段３５と、保持手段３２に保持された基板１０を撮影する撮像手段３７とを備えている。

加工送り手段３３は、例えばボールねじ機構を備え、±Ｘ方向に平行なねじ軸３３１をモータ３３２が回転させることにより、ねじ軸３３１と係合した移動部３３３がガイド３３４に案内されて±Ｘ方向に移動する。保持手段３２は、移動部３３３に固定され、移動部３３３の移動に伴って、基台３１に対して±Ｘ方向に移動する。

割出し送り手段３４は、例えばボールねじ機構を備え、±Ｙ方向に平行なねじ軸３４１をモータ３４２が回転させることにより、ねじ軸３４１と係合した移動部３４３がガイド３４４に案内されて±Ｙ方向に移動する。移動手段３５は、移動部３４３に固定され、移動部３４３の移動に伴って、基台３１に対して±Ｙ方向に移動する。

移動手段３５は、例えばボールねじ機構を備え、±Ｚ方向に平行なねじ軸（不図示）をモータ３５２が回転させることにより、ねじ軸と係合した移動部３５３がガイド３５４に案内されて±Ｚ方向に移動する。レーザ光照射手段３６は、移動部３５３に固定され、移動部３５３の移動に伴って、基台３１に対して±Ｚ方向に移動する。また、レーザ光照射手段３６は、移動手段３５の移動に伴って、基台３１に対して±Ｙ方向に移動可能であり、−Ｚ方向にパルスレーザ光を照射する集光器３６５を備えている。

撮像手段３７は、レーザ光照射手段３６に固定され、レーザ光照射手段３６の移動に伴って、基台３１に対して±Ｙ方向及び±Ｚ方向に移動する。

レーザ加工装置３０は、保持手段３２に載置された基板１０を撮像手段３７が撮影し、撮影された画像から分割予定ライン１２の位置を検出し、検出された分割予定ライン１２に沿ってレーザ光照射手段３６がパルスレーザ光を照射することにより、基板１０の内部に改質領域を形成する。

図５に示すように、レーザ光照射手段３６は、パルスレーザ光を放射するパルスレーザ光線発振手段３６１と、パルスレーザ光線発振手段３６１が放射したパルスレーザ光を伝送する伝送光学系３６４と、伝送光学系３６４が伝送したパルスレーザ光を−Ｚ方向に照射する集光器３６５とを備えている。

パルスレーザ光線発振手段３６１は、放射するパルスレーザ光の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段３６３と、繰り返し周波数設定手段３６３が設定した繰り返し周波数にしたがってパルス状のパルスレーザ光を発振するパルスレーザ光線発振器３６２とを備えている。

集光器３６５は、照射する光を集光する集光レンズ３６６を備える。レーザ光照射手段３６が照射するパルスレーザ光は、集光レンズ３６６から−Ｚ方向に距離４２だけ離れた位置にある焦点４１に集光される。

図６に示すように、改質領域形成工程２２では、まず、基板１０の表面１１側を下にして、保持手段３２の保持面３２１に、保護テープ６２に貼着された基板１０を載置し、保持手段３２で基板１０を保持する。基板１０の表面１１には、例えばエピタキシャル成長などによって窒化ガリウム（ＧａＮ）などを材料とする半導体層１４が形成されている。デバイス１３（図１参照）は、この半導体層１４に形成されている。

次に、図４に示した移動手段３５が、保持手段３２の保持面３２１から＋Ｚ方向に距離４３だけ離れた位置に焦点４１が位置するよう、レーザ光照射手段３６（図４参照）を位置付けるとともに、図４に示した加工送り手段３３及び割出し送り手段３４が、いずれかの分割予定ライン１２（図１参照）の−Ｘ方向の端に焦点４１が位置するよう、保持手段３２及びレーザ光照射手段３６を位置付け、レーザ光照射手段３６から集光器３６５を介して基板１０に向けてパルスレーザ光を照射する。このパルスレーザ光は、基板１０を透過する波長を有し、基板１０の裏面１６から基板１０の内部に入射して、焦点４１に集光される。

そして、レーザ光照射手段３６から基板１０に対してパルスレーザ光を照射しながら、加工送り手段３３が保持手段３２を−Ｘ方向に移動させる。そうすると、焦点４１の位置にパルスレーザ光のエネルギーが集中して、改質領域１５が形成される。焦点４１は、保持手段３２の移動に伴って、基板１０に対して相対的に＋Ｘ方向に移動する。集光器３６５が照射するパルスレーザ光は、所定の繰り返し周波数を有するパルス状であるため、改質領域１５は、分割予定ライン１２に沿って点線状に形成される。

分割予定ライン１２の＋Ｘ方向の端に焦点４１が達したら、レーザ光照射手段３６は、パルスレーザ光の照射を止める。このようにして、一本の分割予定ライン１２に沿って、改質領域１５が形成される。改質領域形成工程２２では、これを繰り返すことにより、全ての分割予定ライン１２に沿って、改質領域１５を形成する。

次に、亀裂表出工程２３について説明する。
図７に示すように、恒温槽７１内に蓄熱材７２を入れ、所定の温度に暖める。蓄熱材７２は、液状である。ここで「液状」という用語は、水などの液体だけでなく、水などの液体を吸水性ポリマーなどに吸収させたゲル状の物質や、マンナン、デンプン、糊などのゲル状物に水などの液体を混ぜたものなどを含む広い意味で用いる。

蓄熱材７２の温度は、基板１０との温度差が５０℃以上８０℃以下となる温度にする。基板１０の温度が２０℃である場合、蓄熱材７２の温度を例えば８０℃にすれば、基板１０との温度差が６０℃になる。この恒温槽７１には、保護テープ６２に貼着され改質領域１５が形成された基板１０を浸漬する。基板１０は、蓄熱材７２のなかに完全に沈める。

図８に示すように、基板１０を蓄熱材７２に浸漬すると、基板１０が暖められて熱膨張する。このとき、半導体層１４の熱膨張係数が基板１０本体より小さいと、基板１０に反りが生じる。例えば、サファイアの熱膨張係数は、ｃ軸と平行な方向で８．５×１０^−６／Ｋ（ケルビン）、ｃ軸と垂直な方向で７．５×１０^−６／Ｋであるのに対し、ＧａＮの熱膨張係数は、ｃ軸と平行な方向で３．１７×１０^−６／Ｋ、ｃ軸と垂直な方向で５．５９×１０^−６／Ｋである。したがって、直径６インチ（１５．２４ｃｍ）の基板１０を２０℃から８０℃に加熱した場合、ｃ軸に平行な方向では、サファイアが７８μｍ（マイクロメートル）熱膨張するのに対し、ＧａＮは２９μｍしか熱膨張しない。また、ｃ軸に垂直な方向では、サファイアが６９μｍ熱膨張するのに対し、ＧａＮは５１μｍしか熱膨張しない。この熱膨張係数の差により、基板１０に反りが生じる。基板１０が反ることにより、改質領域１５から裏面１６側へ向けて、基板１０の面方向に対して垂直な方向に亀裂１７が伸長する。

基板１０を蓄熱材７２に浸漬したままにしておくと、亀裂１７が徐々に成長し、基板１０の裏面１６側に達する。ほぼすべての亀裂１７が裏面１６に表出するまで、基板１０を蓄熱材７２に浸漬しておく。なお、蓄熱材７２に基板１０を浸漬するにあたり、保護テープ６２の側を下にしたほうが好ましい。保護テープ６２の側から基板１０を蓄熱材７２に浸漬すると、保護テープ６２が収縮するので、基板１０の反りが大きくなり、亀裂１７の成長が速くなるからである。

図９に示すように、蓄熱材７２の比熱、及び、基板１０を蓄熱材７２に浸漬している浸漬時間によって、亀裂１７が裏面１６に表出する割合が異なる。蓄熱材７２として、比熱０．５７ｃａｌ／（ｇ・℃）の油（左側の列）と、比熱１．０ｃａｌ／（ｇ・℃）の水（右側の列）とを使って実験をした。いずれの場合も、蓄熱材７２の温度は８０℃に設定し、保護テープ６２の側を下にして基板１０を蓄熱材７２に浸漬した。

実験結果によれば、亀裂１７の表出は、基板１０の周辺部分から始まり、徐々に、基板１０の中央に向かっていく。いずれの蓄熱材７２を使った場合も、浸漬時間が長くなるほど、亀裂１７が裏面１６に表出する割合が高くなる。同じ浸漬時間で比べると、蓄熱材７２の比熱が高いほうが、亀裂１７が裏面１６に表出する割合が高くなる。８分の浸漬では、いずれの蓄熱材７２を使った場合も、基板１０の中央付近で、まだ裏面１６に表出していない亀裂１７が存在した。１２分浸漬しても、比熱０．５７ｃａｌ／（ｇ・℃）の蓄熱材７２を使った場合は、基板１０の中央付近で、裏面１６に表出していない亀裂１７がまだ存在したのに対し、比熱１．０ｃａｌ／（ｇ・℃）の蓄熱材７２を使った場合は、すべての亀裂１７が裏面１６に表出した。

この実験結果より、比熱の高い蓄熱材７２を使用すると、亀裂表出工程２３にかかる時間を短縮できることがわかった。更に詳しい実験の結果、比熱が０．８ｃａｌ／（ｇ・℃）以上であることが好ましいという結論を得た。

最後に、外力付与工程２４について説明する。
図１０に示すように、亀裂１７が裏面１６の側に表出した基板１０に、保護テープ６２が貼着された表面１１側から、超硬金属などによって形成され先端が尖った外力付与手段８１を押し当てることにより、基板１０に外力を加える。これにより、改質領域１５から半導体層１４の側へも亀裂１８が伸長する。亀裂１８は、基板１０の面方向に対して垂直に伸長し、デバイス１３の間の半導体層１４に達する。これにより、基板１０は、亀裂１７，１８に沿って分割される。

外力付与工程２４は、図１１に示すテープ拡張装置９０を使って実行してもよい。テープ拡張装置９０は、フレーム６１を保持する環状のフレーム保持部９１と、フレーム保持部９１に保持されたフレーム６１を挟持する複数のクランプ９２と、フレーム保持部９１の内側に位置する円筒状の拡張ドラム９３とを備える。

図１２に示すように、フレーム保持部９１とクランプ９２とでフレーム６１を挟持した状態で、フレーム保持部９１全体を−Ｚ方向に移動させると、相対的に拡張ドラム９３が＋Ｚ方向に上昇する。これにより、保護テープ６２が引き伸ばされ、保護テープ６２に貼着された基板１０に外力が加えられて、基板１０が分割される。

以上のように、亀裂表出工程２３で亀裂１７を裏面１６に表出させたのち、外力付与工程２４で基板１０に外力を加えて基板１０を分割するので、基板１０の裏面１６側に形成される分割ラインは、裏面１６に表出した亀裂１７に沿った形となり、直線状になる。
分割ラインが直線になるので、基板の表面に形成された発光素子の輝度に悪影響が出るなど、デバイスに不具合が生じるのを防ぐことができる。

以上説明した実施形態は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、本質的でない部分の構成を、他の構成に置き換えてもよい。
基板１０は、サファイア基板に限らず、他の材料で形成されたものであってもよい。
半導体層１４は、ＧａＮに限らず、他の材料で形成されたものであってもよい。

１０ 基板、１１ 表面、１２ 分割予定ライン、１３ デバイス、１４ 半導体層、
１５ 改質領域、１６ 裏面、１７，１８ 亀裂、
２０ 分割方法、
２１ 貼着工程、２２ 改質領域形成工程、２３ 亀裂表出工程、２４ 外力付与工程、
３０ レーザ加工装置、３１ 基台、３２ 保持手段、３２１ 保持面、
３３ 加工送り手段、３４ 割出し送り手段、３５ 移動手段、
３３１，３４１ ねじ軸、３３２，３４２，３５２ モータ、
３３３，３４３，３５３ 移動部、３３４，３４４，３５４ ガイド、
３６ レーザ光照射手段、３６１ パルスレーザ光線発振手段、
３６２ パルスレーザ光線発振器、３６３ 繰り返し周波数設定手段、
３６４ 伝送光学系、３６５ 集光器、３６６ 集光レンズ、
３７ 撮像手段、
４１ 焦点、４２，４３ 距離、
６１ フレーム、６２ 保護テープ、
７１ 恒温槽、７２ 蓄熱材、８１ 外力付与手段、
９０ テープ拡張装置、９１ フレーム保持部、９２ クランプ、９３ 拡張ドラム。

Claims (1)

1. 表面にデバイスが形成された基板に対して、該表面とは反対側である裏面の側から、該基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザ光を照射し、該パルスレーザ光を該基板の内部に集光することにより、該基板の内部に分割予定ラインに沿った改質領域を形成し、該基板に外力を加えることにより、該分割予定ラインに沿って該基板を分割する分割方法であって、
   該基板の該表面に保護テープを貼着する貼着工程と、
   該基板に該パルスレーザ光を照射することにより、該基板の内部に該改質領域を形成する改質領域形成工程と、
   該改質領域が形成された基板を、該基板との温度差が５０℃以上８０℃以下であり比熱が０．８ｃａｌ／ｇ・℃以上である液状の蓄熱材に所定時間浸漬することにより、該改質領域から亀裂を該裏面に向けて伸長させ、該亀裂を該基板の該裏面に表出させる亀裂表出工程と、
   該裏面に該亀裂が表出した基板に外力を加えることにより、該分割予定ラインに沿って該基板を分割する外力付与工程と、
   を備え、
   該亀裂表出工程において、該保護テープが貼着された側から該基板を該蓄熱材に浸漬する、基板の分割方法。

Images