JP2007012733A - 基板の分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤によって接合された構造体を含む基板を、多光子吸収による基板の内部改質を利用して割断し、分割するのに適した方法を提案すること。
【解決手段】表面に接着剤３が塗布され該接着剤３を介して構造体２が接合されている基板１の割断予定域に、接着剤除去用レーザ４を接着剤３にその集光スポットを合わせて照射し、割断予定域の接着剤３を除去するステップと、接着剤３が除去された部分から内部改質層形成用レーザ６を基板１の割断予定ラインに対応した基板１の内部にその集光スポットを合わせて照射し、基板１の厚さ方向のほぼ全域に改質層７を形成するステップと、基板１の改質層７に引張力を与えて、構造体２を備えた基板１を割断するステップとを備える基板の分割方法。
【選択図】図１

Description

この発明は、多光子吸収による基板の内部改質を利用した分割方法に関し、特に、基板上に塗布された接着剤を介して構造体が接着されている各種基板を構造体と共に分割する方法に関する。

シリコン基板やガラス基板上に形成された素子を小片に分割する場合、回転砥石を用いたダイシングでは水や研削液を用いるため、それは濡れを嫌うデバイスの分割には応用できない。また、この方法では、千鳥状（段違い）に配列されたデバイスは分割できない。
一方、シリコン基板やガラス基板上に形成された素子を小片に分割する場合、レーザの照射による多光子吸収を利用して基板の内部に改質層を形成し、その改質層に引張応力をかけることにより分割を行なうことが知られている（例えば特許文献１〜７）。

特開２００２−１９２３６７号公報 特開２００２−１９２３６８号公報 特開２００２−１９２３６９号公報 特開２００２−１９２３７０号公報 特開２００２−１９２３７１号公報 特開２００２−２０５１８０号公報 特開２００２−２０５１８１号公報

しかし、基板上に接着剤を塗布して構造体を貼りつけた場合、塗布された接着剤を介してレーザを照射すると、接着剤の凹凸によりレーザが拡散してしまい、内部の改質処理が不十分となって分割性が低下する問題がある。このため、レーザにより内部変質を形成して基板の分割を行なう場合、その基板の表面は鏡面であることが必要となり、接着剤で貼りあわせた構造をもつ基板の分割は難しいものがあった。
本発明は上記課題に対応してなされたもので、接着剤によって接合された構造体を含む基板を、多光子吸収による基板の内部改質を利用して割断し、分割するのに適した新たな方法を提案することを目的とする。

本発明の基板の分割方法は、表面に接着剤が塗布され該接着剤を介して構造体が接合されている基板の割断予定域に、接着剤除去用レーザを前記接着剤にその集光スポットを合わせて照射し、前記割断予定域の接着剤を除去するステップと、前記接着剤が除去された部分から、内部改質層形成用レーザを前記基板の割断予定ラインに対応した前記基板の内部にその集光スポットを合わせて照射し、前記基板の厚さ方向のほぼ全域に改質領域を形成するステップと、前記基板の改質領域に引張力を与えて前記構造体を備えた前記基板を割断するステップとを備える。
この方法では、接着剤除去用レーザで基板上の接着剤を除去した後に、その接着剤除去部から内部改質層形成用レーザを基板の内部に照射するため、基板内部の厚さ方向の全体に改質領域が形成できる。そのため、その改質領域に引張力を与えることで、構造体を備えた基板を容易に分割することが可能となる。

また、本発明の基板の分割方法は、第１の内部改質層形成用レーザを基板の割断予定ラインに対応した前記基板の内部にその集光スポットを合わせて照射し、前記基板の厚さ方向の一端側に非改質領域を一部残して厚さ方向の残りの部分を改質領域とするステップと、前記基板の非改質領域が残っている側の面に接着剤を塗布し、該接着剤を介して前記基板に構造体を接合するステップと、第２の内部改質層形成用レーザを接着剤塗布面から前記割断予定ラインに対応した前記基板の内部の前記非改質領域にその集光スポットを合わせて照射し、前記非改質領域を改質領域とするステップと、前記基板の改質領域に引張力を与えて前記構造体を備えた前記基板を割断するステップとを備える。

接着剤が塗布してあるとレーザーの集光性が低下し、加工性が低下することは既に説明したとおりであるが、接着剤を透過した光でも一定の範囲内までであれば割断に寄与するのに充分な改質層が形成できることが分かった。この方法はそれを利用したものである。すなわち、まず、基板の厚さ方向の一端側に非改質領域を一部残して厚さ方向の残りの部分を改質領域とした基板を形成し、その基板に構造物を接着剤で接合した後、残った一部の非改質領域を改質させて、それらの改質領域に引張力を与えることで、構造体を備えた基板を容易に分割することが可能となる。これにより、意図しない基板の割断を回避しながら、基板と構造体との接合などの各種工程を経た後、最終的に、構造体を備えた基板が分割できることになった。

内部改質層形成用レーザの前記基板内部への照射は、その集光スポットを前記基板の厚さ方向深部から厚さ方向浅部へ徐々にずらして行うことが好ましい。このようにすることで、基板の厚さ方向のどの部位にもほぼ同質の改質層を形成することが可能となるからである。
また、各レーザの集光スポットを固定し前記基板を移動させることにより、前記集光スポットを前記割断予定ラインに沿って相対的にスキャンさせるようにするのが好ましい。これによれば、レーザのスキャンに、基板を平面方向及び回転方向に移動させることが可能な汎用ステージが利用でき、レーザ自体をスキャンさせるための特別な機構を備える必要がない。また、集光スポットの移動は基板の深さ方向の移動、すなわちフォーカス調整にだけに特化できる。
各レーザの照射は、発振源より発振されたレーザを分岐させた複数のレーザを利用して複数箇所を同時に照射して行ってもよい。これにより、基板の複数箇所が同時に加工可能でき、加工効率が向上する。

前記接着剤除去用レーザは、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザの第３高調波、ＹＡＧレーザの第４高調波、ＣＯ₂レーザのいずれかとするのが好ましい。これらは、接着剤を構成する高分子材料に対して吸収性がよいためである。
また、前記内部改質層形成用レーザは、ＹＡＧレーザの基本波であることが好ましい。ＹＡＧレーザは、パワーが強力であり、シリコン基板やガラス基板に対する多光子吸収による改質作用の点で優れているためである。従って、本発明における分割対象の基板は、シリコン基板又はガラス基板のいずれかとするのが好ましい。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は多光子吸収による部材の内部改質を利用した基板の分割方法であるが、多光子吸収による部材の内部改質に関しては、既に多くの学術論文や特許文献で論じられているのでここではその説明を省略する。

実施形態１
図１は本発明の実施形態１の加工方法を示す工程図である。実施形態１の方法は、基板１の表面の広い範囲にわたって接着剤３が塗布され、その接着剤３を介して基板１に１個以上の構造体２が接合されていて、基板１と各構造体２からなる１個以上のそれぞれ独立したデバイス（装置又は部品）が含まれている構成物に対して適用できる。図１にはその様な構成物（以下、ワーク１０と称する）を示しており、基板１（シリコン基板又はガラス基板）に、接着剤３を介して、２つの構造体（構造部材、機構部品、電子部品を含む）２が接合されており、基板１と一方の構造体３、基板１と他方の構造体３は、それぞれ独立したデバイスを構成している。

次に、実施形態１による基板の分割方法を図１に従って説明する。まず、ワーク１０の基板１上で構造体３のない部分から、接着剤除去用レーザ４を、基板１の割断予定ラインを含む割断予定域の接着剤３にその集光スポット（又は焦点位置）を合わせて照射し（図１（ａ））、その部分の接着剤３を所定の範囲まで除去して接着剤除去部５を形成する（図１（ｂ））。この接着剤除去部５を形成する作業は、基板１と接着剤除去用レーザ４とを相対移動させて、基板１の割断予定ラインの全長に対して行う。この場合、接着剤除去用レーザ４の集光スポットを固定し基板１を移動させることにより、集光スポットを割断予定ラインに沿って相対的にスキャンさせるようにするのがよい。

接着剤除去用レーザ４は、接着剤３を構成する高分子材料に対して吸収性のよいレーザとし、例えば、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザの第３高調波、ＹＡＧレーザの第４高調波、ＣＯ₂レーザなどである。また、接着剤３を除去する範囲は、次工程でその接着剤除去部５から基板１の最深部まで内部改質層形成用レーザ６を照射しても、周囲の接着剤３にレーザが当たらない大きさの範囲とする。なお、接着剤除去部５の幅（直径）をｄ１とし、内部改質層形成用レーザ６の照射幅（ビーム直径）をｄ２とした場合に、ｄ１＞ｄ２となるように設定する。

続いて、接着剤除去部５から、内部改質層形成用レーザ６を基板１の割断予定ラインに対応した基板１の内部にその集光スポットを合わせて照射し、基板１の厚さ方向のほぼ全域に、多光子吸収による改質層（又は改質領域）７を形成する（図１（ｃ））。その際、内部改質層形成用レーザ６の基板１内部への照射は、その集光スポットを基板１の厚さ方向深部から厚さ方向浅部へ徐々にずらして行うのが好ましい。
また、内部改質層形成用レーザ６の基板１内部への照射は、基板１と内部改質層形成用レーザ６とを相対移動させて、レーザ基板１の割断予定ラインの全長にわたって行う。なおその場合、内部改質層形成用レーザ６の集光スポットと基板１とを相対移動させる必要があるが、集光スポットを固定し基板１を移動させることにより、集光スポットを割断予定ラインに沿って相対的にスキャンさせるようにするのがよい。こうすることで、集光スポットの移動は基板１の深さ方向の移動、すなわちフォーカス調整にだけに特化できる。

内部改質層形成用レーザ６は基材１の内部を透過し、基板１の内部で多光子吸収が行われて基板１の強度を低下させる改質層を形成させることが可能なものである。そのようなレーザとしては、ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザの基本波、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザが上げられる。なお、そのパルス幅は１ｎｓ以下とするのが好ましい。
基板１の割断予定ラインの全長にわたって、基板１の厚さ方向のほぼ全域に改質層７が形成できたら、改質層７に引張力を与えて構造体２を備えた基板１を改質層７部分で割断する（図１（ｄ））。

実施例１
（１）使用するレーザ照射装置
図２は本発明の基板の分割方法に利用できるレーザ照射装置の一例を示す構成図である。このレーザ照射装置は、レーザ発振源としてのレーザ発振器１１、ジャイアントパルスを発生させるためのＱスイッチ１２、レーザのパワー調整を行うアッテネータ１３、レーザのビーム径を調整するビームエキスパンダ１４、レーザビームの遮断及び通過を制御する電磁シャッタ１５、反射ミラー１６、レーザを集光する集光レンズ１７、集光レンズ１７で集光されたレーザの集光ポイント（焦点位置）を調整するオートフォーカス機構１８、オートフォーカス機構１８の制御のためのデータ収集を行うためのＣＣＤカメラ１９、レクチル及び照明２０、照射対象のワーク１０を移動可能に載置するＸＹステージ２１及びθステージ２２、以上の各機器及び各素子の動作を制御する制御部（例えばパソコン）３０を備えている。
この照明装置を利用する場合、ワーク１０に対するレーザスキャンはＸＹステージ２１を動作させて行う。また、ワーク１０の角度調整はθステージ２２を動作させて行う。基板１の厚さ方向に対するレーザの集光スポットの位置調整は、オートフォーカス機構１８により行う。

（２）加工条件
・基板１の種類及びその厚さ：シリコン基板、４００μｍ
・接着剤３の種類及びその厚さ：エポキシ接着剤、２μｍ
・接着剤除去用レーザ４：エキシマレーザ
・接着剤除去用レーザ６：ＹＡＧ（Nd:YAG)レーザの基本波、周波数１００ｋＨｚ、パルス幅３０ｎｓ、出力２０μＪ／Ｐｕｌｓｅ、集光点の強度１×１０⁸Ｗ／ｃｍ²〜１×１０¹²Ｗ／ｃｍ²
・レーザスキャン速度：３００ｍｍ／ｓ以下

（１）のレーザ照射装置を利用し、（２）の条件にて基板１に各レーザを照射することにより、基板１の割断予定ラインの全長にわたって、その割断予定ラインに対応する基板の厚さ方向の全域に基板１の強度を低下させる改質層７が形成できた。これにより、その改質層７に適度な引張力を与えることで、構造体２を含んだ基板１をワーク１０から分割できた。

実施形態２
図２は本発明の実施形態２の加工方法を示す工程図である。実施形態２の方法は、基板１の表面の広い範囲にわたって接着剤３を塗布し、その接着剤３を介して基板１に１個以上の構造体２を接合して、基板１と各構造体２とからなる１個以上のそれぞれ独立したデバイス（装置又は部品）が含まれている構成物（ワーク１０）を、これから製作する場合に利用するものである。

次に、実施形態２による基板の分割方法を図２に従って説明する。まず、第１の内部改質層形成用レーザ６を基板１の割断予定ラインに対応した基板１の内部にその集光スポットを合わせて照射し、基板１の厚さ方向の一端側に未加工部（非改質領域）８を一部残して、厚さ方向の残りの部分を多光子吸収による改質層（改質領域）７とする（図２（ａ））。なお、未加工部８の長さは約２００μｍとする。これは、接着剤３を介しても２００μｍ程度の深さまでは、割断に寄与する改質処理が実現されるからである。続いて、基板１の未加工部（非改質領域）８が残っている側の面に接着剤３を塗布し、該接着剤３を介して基板１に構造体２を接合する（図２（ｂ））。なお、場合によっては、基板１に構造体２を接合した後、構造体２を所定の形状にするための加工が入ることがある。

続いて、第２の内部改質層形成用レーザ６を接着剤３塗布面から割断予定ラインに対応した基板１の内部の未加工部８にその集光スポットを合わせて照射し、その未加工部８を多光子吸収による改質層（改質領域）７とする（図２（ｃ））。
なお、第１の内部改質層形成用レーザ６と第２の内部改質層形成用レーザ６とは、説明の便宜上分けただけであり、それらは同じ態様及び同じ条件のレーザでよく、それらの種類や照射方法も、実施形態１の内部改質層形成用レーザ６と同様にしてよい。
基板１の割断予定ラインの全長にわたって、基板１の厚さ方向のほぼ全域に改質層７が形成できたら、改質層７に引張力を与えて構造体２を備えた基板１を改質層７部分で割断する（図２（ｄ））。

実施例２
レーザ照射装置や加工条件は実施形態１に準拠して、ワーク１０を構成する基板１の分割実験を行った。それによれば、基板１の割断予定ラインの全長にわたって、その割断予定ラインに対応する基板１の厚さ方向の全域に基板１の強度を低下させる改質層７が形成できた。これにより、その改質層７に適度な引張力を与えることで、構造体２を含んだ基板１をワーク１０から分割できた。

なお、実施形態１，２において、レーザ発振器１１より発振されたレーザを光学素子で分岐させた複数のレーザを利用して、基板１の複数箇所を同時に照射して行ってもよい。こうすることにより、複数箇所が同時に加工可能となり、基板１の分割の作業効率を上げることができる。

本発明で分割の対象となる基板はその内部で多光子吸収が可能な部材であるが、その中でも特にシリコン基板あるいはガラス基板を主な対象としている。従って、本発明の基板の分割方法は、各種電子デバイスを構成している半導体基板、液晶表示装置やＥＬ表示装置を構成しているガラス基板、プリンタのインクジェットヘッドを構成している電極基板、キャビティ基板などの分割に適用することができる。
また、本発明は、接着剤が塗布された面とは反対側の面からのレーザ照射が困難な基板を、割断又は分割する場合に特に効果を発揮するものである。

本発明の実施形態１の加工方法を示す工程図。 本発明の実施形態２の加工方法を示す工程図。 本発明の加工方法を実施するレーザ照射装置の一例を示す構成図。

符号の説明

１ 基板、２ 構造体、３ 接着剤、４ 接着剤除去用レーザ、５ 接着剤除去部、６ 内部改質層形成用レーザ、７ 改質層、８ 未加工部、１０ ワーク。

Claims (8)

1. 表面に接着剤が塗布され該接着剤を介して構造体が接合されている基板の割断予定域に、接着剤除去用レーザを前記接着剤にその集光スポットを合わせて照射し、前記割断予定域の接着剤を除去するステップと、
   前記接着剤が除去された部分から、内部改質層形成用レーザを前記基板の割断予定ラインに対応した前記基板の内部にその集光スポットを合わせて照射し、前記基板の厚さ方向のほぼ全域に改質領域を形成するステップと、
   前記基板の改質領域に引張力を与えて前記構造体を備えた前記基板を割断するステップと、
   を備えたことを特徴とする基板の分割方法。
2. 第１の内部改質層形成用レーザを基板の割断予定ラインに対応した前記基板の内部にその集光スポットを合わせて照射し、前記基板の厚さ方向の一端側に非改質領域を一部残して厚さ方向の残りの部分を改質領域とするステップと、
   前記基板の非改質領域が残っている側の面に接着剤を塗布し、該接着剤を介して前記基板に構造体を接合するステップと、
   第２の内部改質層形成用レーザを接着剤塗布面から前記割断予定ラインに対応した前記基板の内部の前記非改質領域にその集光スポットを合わせて照射し、前記非改質領域を改質領域とするステップと、
   前記基板の改質領域に引張力を与えて前記構造体を備えた前記基板を割断するステップと、
   を備えたことを特徴とする基板の分割方法。
3. 内部改質層形成用レーザの前記基板内部への照射は、その集光スポットを前記基板の厚さ方向深部から厚さ方向浅部へ徐々にずらして行うことを特徴とする請求項１又は２記載の基板の分割方法。
4. 各レーザの集光スポットを固定して前記基板を移動させることにより、前記集光スポットを前記割断予定ラインに沿って相対的にスキャンさせるようにすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板の分割方法。
5. 各レーザの照射は、発振源より発振されたレーザを分岐させた複数のレーザを利用して前記基板の複数箇所を同時に照射して行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板の分割方法。
6. 前記接着剤除去用レーザは、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザの第３高調波、ＹＡＧレーザの第４高調波、ＣＯ₂レーザのいずれかとすることを請求項１ないし５のいずれかに記載の基板の分割方法。
7. 前記内部改質層形成用レーザは、ＹＡＧレーザの基本波であることを請求項１ないし６のいずれかに記載の基板の分割方法。
8. 前記基板がシリコン基板又はガラス基板のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の基板の分割方法。
   

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