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JP4054773B2 - Silicon substrate cleaving method - Google Patents

Silicon substrate cleaving method Download PDF

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JP4054773B2
JP4054773B2 JP2004052649A JP2004052649A JP4054773B2 JP 4054773 B2 JP4054773 B2 JP 4054773B2 JP 2004052649 A JP2004052649 A JP 2004052649A JP 2004052649 A JP2004052649 A JP 2004052649A JP 4054773 B2 JP4054773 B2 JP 4054773B2
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Description

本発明は、シリコンウエハに複数の半導体素子部が配列された半導体基板等をレーザ加工によって個別の素子チップに分離するシリコン基板割断方法に関するものである。 The present invention relates to a silicon substrate cutting method for separating a semiconductor substrate or the like in which a plurality of semiconductor element portions are arranged on a silicon wafer into individual element chips by laser processing.

シリコンウエハ等の半導体基板をチップ状に精密切断する場合、従来、幅数十〜数百μmの円周形状のブレードを高速回転させ、ブレード表面の研磨材が半導体基板を研削する事によって切断するブレードダイシング法が知られている。この際、切断に伴う発熱や磨耗を低減させるために、切断面には冷却水を噴射するが、切断に伴って発生する半導体基板や研磨材の微粒子、半導体基板と加工テーブルを固定する粘着テープの粘着剤粒子等が冷却水に混ざって広範囲に飛散する。特に、インクジェットノズル等の吐出手段が形成された半導体基板では、ノズル内部等に上記微粒子がゴミとして混入すると、インク等液体の吐出に重大な影響を及ぼすおそれがある。   When a semiconductor substrate such as a silicon wafer is precisely cut into chips, conventionally, a circumferential blade having a width of several tens to several hundreds of μm is rotated at a high speed, and the blade surface abrasive is cut by grinding the semiconductor substrate. A blade dicing method is known. At this time, in order to reduce heat generation and wear due to cutting, cooling water is sprayed on the cut surface, but the semiconductor substrate and abrasive particles generated by cutting, an adhesive tape that fixes the semiconductor substrate and the processing table The pressure-sensitive adhesive particles and the like are mixed in the cooling water and scattered widely. In particular, in a semiconductor substrate on which ejection means such as inkjet nozzles are formed, if the fine particles are mixed as dust inside the nozzles or the like, there is a possibility that the ejection of liquid such as ink may be seriously affected.

この問題を解決するためには、切断に冷却水を用いず、ドライな環境で実施できる事が望ましい。そこで、半導体基板に吸収性の高い波長のレーザ光を基板表面に集光させて、基板を切断する加工方法が用いられる。しかしこの方法では、基板表面で、切断部の周辺も熱溶融してしまうため、半導体基板上に設けられたロジック回路等を損傷させる問題があり、また、レーザ加工はレーザ入射側から出射側へ基板を溶融して進行するため、基板表面には溶融物の再凝固物が付着してゴミとなってしまう。従って、ブレードダイシングと同様、ゴミの問題が発生する。   In order to solve this problem, it is desirable that the cutting can be performed in a dry environment without using cooling water. Therefore, a processing method is used in which a laser beam having a high absorption wavelength is focused on the surface of the semiconductor substrate and the substrate is cut. However, in this method, since the periphery of the cut portion is also melted on the substrate surface, there is a problem of damaging a logic circuit or the like provided on the semiconductor substrate, and laser processing is performed from the laser incident side to the emission side. Since the substrate is melted and proceeds, the re-solidified product of the melt adheres to the substrate surface and becomes dust. Therefore, a dust problem occurs as in the case of blade dicing.

また、基板内部に吸収性の高いレーザ光を集光する事によって基板を切断する加工方法として、例えば特許文献1および特許文献2に開示された方法は、被加工材料である基板に対して透過性の高い特定波長のレーザ光を、基板の内部に集光して形成した変質層を切断の起点とするもので、基板表面に溶融領域を形成しないため、ゴミの少ない切断を可能とするものである。   Further, as a processing method for cutting a substrate by condensing a highly absorbing laser beam inside the substrate, for example, the methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are transmitted through a substrate that is a material to be processed. A denatured layer formed by condensing a highly specific laser beam with a specific wavelength inside the substrate is used as the starting point for cutting, and because it does not form a molten region on the substrate surface, it enables cutting with less dust It is.

しかし、上記の方法では、切断の起点は基板内部の変質層のみに限定されるため、切断の起点から基板表面に到達する亀裂の方向や位置を精密に制御するのは困難である。   However, in the above method, since the starting point of cutting is limited to the deteriorated layer inside the substrate, it is difficult to precisely control the direction and position of the crack reaching the substrate surface from the starting point of cutting.

特に、シリコン基板の場合、亀裂の進展は結晶方位に影響されるため、シリコン基板および素子形成の際の工業的誤差等により、割断予定線と結晶方位との小さなずれが存在すると、上記のレーザ加工方法では亀裂が基板の表面に進行する過程で割断予定線を逸脱し、素子部のロジック回路等を破壊する可能性が高い。   In particular, in the case of a silicon substrate, since the growth of cracks is affected by the crystal orientation, if there is a small deviation between the planned cutting line and the crystal orientation due to industrial errors in the formation of the silicon substrate and elements, the above laser In the processing method, there is a high possibility of deviating from the planned cutting line in the process of the crack progressing to the surface of the substrate and destroying the logic circuit or the like of the element portion.

詳しく説明すると、図17の(a)に示すように、表面の結晶方位(100)の単結晶シリコンからなるシリコン基板101の内部の所定の深度において、特定波長のレーザ光Lを集光させて変質層102を形成し、同図の(b)に示すように、割断予定線Cに外力Fを加えて前記変質層102から基板表面に向かって割れ目103を発生させてシリコン基板101を分断する場合に、前記レーザ加工による変質層102の先端部102aには高次の結晶方位面が形成されているため、外力Fによる実際の割れ目103aは、単結晶シリコンのへき開方向(110)に傾いてしまう。その結果、シリコン基板101の表面における割断予定線Cから大きくずれた位置で基板表面が分断されることになる。特に、インク等液体を吐出する吐出口が形成された液体吐出ヘッドの素子基板では、吐出口の下にインク等液体を供給するための開口構造が存在するため、亀裂がそれらに進展し、シリコン基板を破壊するという問題がある。   More specifically, as shown in FIG. 17A, a laser beam L having a specific wavelength is condensed at a predetermined depth inside a silicon substrate 101 made of single crystal silicon having a crystal orientation (100) on the surface. The altered layer 102 is formed, and as shown in FIG. 5B, an external force F is applied to the planned cutting line C to generate a crack 103 from the altered layer 102 toward the substrate surface, thereby dividing the silicon substrate 101. In this case, since a high-order crystal orientation plane is formed at the tip 102a of the altered layer 102 by the laser processing, the actual crack 103a due to the external force F is inclined in the cleavage direction (110) of the single crystal silicon. End up. As a result, the substrate surface is divided at a position greatly deviated from the planned cutting line C on the surface of the silicon substrate 101. In particular, in an element substrate of a liquid discharge head in which a discharge port for discharging a liquid such as ink is formed, an opening structure for supplying a liquid such as an ink exists below the discharge port. There is a problem of destroying the substrate.

また、ガラス基板等においても、基板内部に微細流路や流体出入口等がエッチングで形成されている場合は、同様の問題が発生する。
特開2002−192370号公報(特許第3408805号公報) 特開2002−25180号公報 特開2000−15467号公報
Further, in the case of a glass substrate or the like, the same problem occurs when a fine flow path, a fluid inlet / outlet, or the like is formed in the substrate by etching.
JP 2002-192370 A (Patent No. 3408805) JP 2002-25180 A JP 2000-15467 A

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、基板表面の割断予定線に沿って正確にシリコン基を割断することのできる信頼性の高いシリコン基板割断方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the unsolved problems of the prior art, the silicon substrate breaking reliable method capable of cleaving precisely silicon substrate along the expected splitting line of the substrate surface Is intended to provide.

上記目的を達成するため、本発明のシリコン基板割断方法は、レーザ光をシリコン基板の内部に集光して亀裂を発生させることで、前記シリコン基板を複数の素子チップに分割するシリコン基板割断方法であって、前記レーザ光として自己位相変調効果によって波長が経時的に変化するチャープ光パルスを前記シリコン基板の内部に集光して亀裂を発生させる工程と前記チャープ光パルスを割断予定線に沿って相対移動させることで、前記シリコン基板の内部に前記割断予定線に沿った前記亀裂を形成する工程と、前記割断予定線に応力を集中させるための線状加工部を前記シリコン基板の表面に形成する工程と、前記シリコン基板に外力を与えることによって前記線状加工部と前記亀裂とを連結させる工程と、を有し、前記チャープ光パルスを前記シリコン基板の内部に集光する際の、波長変化に応じて前記シリコン基板の表面からの深さが変化する集光位置を、前記チャープ光パルスの集光により前記シリコン基板の内部に発生する亀裂が当該シリコン基板の表面に到達しない位置とすることを特徴とする。 To achieve the above object, the silicon substrate breaking method of the present invention, by generating a crack focusing laser light within the silicon substrate, the silicon substrate breaking method for dividing the silicon substrate into a plurality of element chips A step of condensing a chirped light pulse whose wavelength changes with time due to a self-phase modulation effect as the laser light to generate cracks in the silicon substrate; and A step of forming the crack along the planned cutting line inside the silicon substrate by relative movement along the silicon substrate, and a linear processed portion for concentrating stress on the planned cutting line. a forming, and a step of connecting the cracks and the linear processing unit by providing an external force to the silicon substrate, the chirped light path When focusing the scan inside the silicon substrate, the condensing position where the depth is changed from the surface of the silicon substrate in accordance with the wavelength change, inside the silicon substrate by the condensing of the chirped optical pulse The present invention is characterized in that the generated crack does not reach the surface of the silicon substrate.

波長がパルス時間内で変化するチャープ光パルスを基板内部に集光させて、長尺の内部亀裂からなる亀裂群を形成し、外力によって亀裂群を深度方向に進展させてシリコン基板の割断を行うものであるため、ブレードダイシングや従来の基板表面から切り込むレーザ加工のように基板表面を汚染するおそれがなく、しかも割断予定線に沿って正確に割断することができる。 A chirped light pulse whose wavelength changes within the pulse time is condensed inside the substrate to form a crack group consisting of long internal cracks, and the crack group is propagated in the depth direction by external force to cleave the silicon substrate. Therefore, there is no possibility of contaminating the substrate surface like blade dicing or conventional laser processing for cutting from the substrate surface, and it is possible to cleave accurately along the planned cutting line.

また、基板表面に割断予定線に沿った線状加工部を形成しておくことで、外力による割れを線状加工部に誘導し、内部亀裂の進展方向を極めて精密に制御することができる。従って、外力による割断工程において割れが割断予定線からずれて基板の素子部を損傷したり、基板に形成された開口部等の影響で基板自体が破壊したりするのを防ぎ、安全性と信頼性の高い割断を行うことができる。   In addition, by forming a linear processed portion along the planned cutting line on the surface of the substrate, it is possible to induce cracks due to external forces to the linear processed portion, and to control the progress direction of the internal cracks very precisely. Therefore, in the cleaving process by external force, it prevents the cracks from deviating from the planned cutting line and damages the element part of the board, or the board itself is destroyed due to the influence of the opening formed in the board, etc. Highly cleaving can be performed.

図1に示すように、表面に複数の半導体素子部であるロジック素子部10aが形成されたリコン基板10を個々の素子チップに分離する割断方法において、図2に示すようにシリコン基板10の内部にレーザ光を集光させ、シリコン基板10のロジック回路等が形成された基板表面11に到達しない亀裂である内部亀裂12(12a〜12c)を形成する。図7および図8に示すように、各内部亀裂12を形成するレーザ光Lは、自己位相変調効果によって時間的に波長が赤色から青色領域まで広がりをもつチャープ光パルスであるため、集光点がA1 →A3 と深度方向に高速移動し、その移動量Δaだけ内部亀裂12の亀裂長さ(b)が長くなる。 As shown in FIG. 1, the cleaving process for separating divorced substrate 10 to the logic element portions 10a are formed a plurality of semiconductor element section on the surface of the individual element chips, the silicon substrate 10 as shown in FIG. 2 Laser light is condensed inside, and internal cracks 12 (12a to 12c) that are cracks that do not reach the substrate surface 11 on which the logic circuit or the like of the silicon substrate 10 is formed are formed. As shown in FIGS. 7 and 8, the laser light L that forms each internal crack 12 is a chirped light pulse having a wavelength that spreads from red to blue in terms of time due to the self-phase modulation effect. Moves at a high speed in the depth direction from A 1 to A 3, and the crack length (b) of the internal crack 12 increases by the movement amount Δa.

このレーザ光Lを割断予定線Cに沿って走査(相対移動)させることで、長尺の内部亀裂12からなるバンド状の亀裂群を形成する。   By scanning (relatively moving) the laser light L along the planned cutting line C, a band-shaped crack group composed of long internal cracks 12 is formed.

このような亀裂群の形成後またはその前に、割断予定線Cに沿って基板表面11に線状加工部である表面加工痕11aを形成する表面加工を行う。   After or before the formation of such a crack group, surface processing for forming a surface processing mark 11a, which is a linear processing portion, is performed on the substrate surface 11 along the planned cutting line C.

表面加工痕11aの表面加工とレーザ光による亀裂群の内部加工後に、割断のための外力を作用させると、表面加工痕11aに応力が集中し、内部亀裂12と連結するため、基板表面11に発生する実際の割断線が割断予定線Cからずれることがない。   If an external force for cleaving is applied after the surface processing of the surface processing mark 11a and the internal processing of the crack group by the laser beam, stress concentrates on the surface processing mark 11a and is connected to the internal crack 12, so that the substrate surface 11 The actual breaking line that is generated does not deviate from the breaking line C.

図16に示すガラス基板80等を割断する場合も同様の工程で行う。   The same process is performed when the glass substrate 80 shown in FIG.

図1の(a)、(b)に示すシリコン基板10は、同図の(c)に示すように、(100)方位に形成された、厚み625μmのシリコンウエハ1を基体とし、シリコンウエハ1の表面には、厚さ1μm程度の酸化膜2が形成され、その上には、インク等液体吐出用の機構、およびそれらを駆動するロジック素子、配線等を内蔵したエポキシ樹脂製の構造物であるノズル層3が配置され、各ロジック素子部10aを構成している。   As shown in FIG. 1C, the silicon substrate 10 shown in FIGS. 1A and 1B has a silicon wafer 1 formed in the (100) orientation and having a thickness of 625 μm as a base. An oxide film 2 having a thickness of about 1 μm is formed on the surface of the substrate, and a structure for discharging liquid such as ink, a logic element for driving them, and a structure made of epoxy resin containing wiring and the like are formed thereon. A certain nozzle layer 3 is arranged to constitute each logic element portion 10a.

このように液体吐出用の機構等を内蔵したノズル層3の直下に、開口部である液体供給口(インク供給口)4をシリコンウエハ1の異方性エッチングにより形成する。ノズル層3は、製造工程の最終段階でシリコンウエハ1を各素子チップに割断できるように、互いに割断予定線Cを挟んで配置される。割断予定線Cはシリコンウエハ1の結晶方位に沿って形成され、隣接するノズル層3の間隔Sは最小で400μm程度である。   In this manner, a liquid supply port (ink supply port) 4 as an opening is formed by anisotropic etching of the silicon wafer 1 immediately below the nozzle layer 3 incorporating a liquid discharge mechanism and the like. The nozzle layer 3 is disposed with a cleaving line C between each other so that the silicon wafer 1 can be cleaved into element chips at the final stage of the manufacturing process. The cleavage line C is formed along the crystal orientation of the silicon wafer 1, and the interval S between the adjacent nozzle layers 3 is about 400 μm at the minimum.

図3はシリコン基板10を個々の素子チップとなるロジック素子部10aに分離する割断プロセスを説明するフローチャートであり、このプロセスは、ステップ1のテープマウント工程、ステップ2のウエハ補正工程、ステップ3の表面線状加工工程(表面加工工程)、ステップ4の内部亀裂形成工程(内部加工工程)、ステップ5の割断工程、ステップ6のリペア工程、ステップ7のピックアップ工程の7工程からなる。以下に各工程を順に説明する。   FIG. 3 is a flowchart for explaining a cleaving process for separating the silicon substrate 10 into the logic element portions 10a to be individual element chips. This process includes a tape mounting process in Step 1, a wafer correction process in Step 2, and a process in Step 3. The process consists of a surface linear processing process (surface processing process), an internal crack formation process (internal processing process) in step 4, a cleaving process in step 5, a repair process in step 6, and a pick-up process in step 7. Each step will be described below in order.

「テープマウント工程」
図4に示すように、シリコン基板10はまず、割断までの工程で素子が分離するのを防止するためのテープマウントを行う。テープマウントは、ダイシングフレームMが貼り付けられた、粘着性を有するダイシングテープTをシリコン基板10の裏面に貼り付けることによりなる。
"Tape mounting process"
As shown in FIG. 4, the silicon substrate 10 is first tape-mounted to prevent the elements from being separated in the process up to cleaving. The tape mount is formed by attaching an adhesive dicing tape T to which the dicing frame M is attached to the back surface of the silicon substrate 10.

ダイシングテープとしては、紫外線硬化型あるいは感圧型粘着剤が塗工された粘着テープや、自己粘着層を有する粘着テープを用いる。   As the dicing tape, an adhesive tape coated with an ultraviolet curable or pressure sensitive adhesive or an adhesive tape having a self-adhesive layer is used.

「ウエハ補正(ソリ矯正)工程」
前述のようにシリコン基板10の表面に形成される樹脂層であるノズル層3は硬化時に熱収縮を起こすため、シリコン基板10の全体が図5の(a)に示すように変形している。このように変形した状態で、後述のレーザ照射を行うと基板表面11で局部的に入射角度が異なり、精度よく加工することが出来ない。したがって予めこの変形を矯正しておく必要がある。そこで、図5の(b)に示すように、ダイシングテープTの側からシリコン基板10を吸着ステージDにて吸引することで、シリコン基板10を平坦化し変形を矯正する。
"Wafer correction (warp correction) process"
As described above, the nozzle layer 3, which is a resin layer formed on the surface of the silicon substrate 10, undergoes thermal shrinkage during curing, and thus the entire silicon substrate 10 is deformed as shown in FIG. When laser irradiation to be described later is performed in such a deformed state, the incident angle is locally different on the substrate surface 11 and processing cannot be performed with high accuracy. Therefore, it is necessary to correct this deformation in advance. Therefore, as shown in FIG. 5B, the silicon substrate 10 is sucked by the suction stage D from the dicing tape T side, thereby flattening the silicon substrate 10 and correcting the deformation.

「表面線状加工工程」
続いてシリコン基板10の各ロジック素子部10aの割断を精度よく行うために、基板表面11において割断予定線Cに亀裂の伝播を誘導する表面加工痕11aを形成する。このように、割断予定線Cに沿って表面加工痕11aを形成することで、外力による割断の際に応力集中が起こり、割れが表面加工痕11aへ誘導される。または表面加工痕11aが起点となり割れが内部に進行する。従って、ロジック回路等を破壊するような不必要な割れを生じることがない。
"Surface linear processing process"
Subsequently, in order to cleave each logic element portion 10a of the silicon substrate 10 with high accuracy, a surface processing mark 11a that induces propagation of a crack to the cleaving line C is formed on the substrate surface 11. Thus, by forming the surface processing mark 11a along the planned cutting line C, stress concentration occurs when cleaving by an external force, and a crack is induced to the surface processing mark 11a. Or the surface processing trace 11a becomes a starting point, and a crack progresses inside. Therefore, unnecessary cracks that destroy logic circuits and the like do not occur.

表面加工痕11aの形成は図6に示すように、割断予定線Cに沿って超硬、ダイヤモンド等の工具40を用いたスクライバーにてケガキを入れればよい。表面加工痕11aは、幅2μm以上、深さ1μm以上が好ましい。ただし、内部亀裂12を加工するレーザ光Lの光路を妨げない大きさにする必要がある。加工深さは、割断時に表面加工痕11aと亀裂間において応力集中を起こす深さが適しており、これが、図6の(a)に示すように、シリコン基板10の表面層である酸化膜2の厚さより小さくてもよいし、同図の(b)に示すように酸化膜2の厚さと同じかそれ以上の深さとなっても問題はない。また、表面加工痕11aは少なくともロジック素子部10aを有する基板表面11に対しては必須であるが、シリコン基板10の表面側と裏面側の双方に形成してもよく、この場合は内部亀裂形成時にレーザ光のケラレの影響(表面加工痕ができた表面の凹部斜面が照射されたレーザ光を反射して基板内部へ到達するレーザ光量が減少する現象)が無いため、より効率良く内部亀裂を行うことができる。   As shown in FIG. 6, the surface processing mark 11 a may be formed by marking with a scriber using a tool 40 such as cemented carbide or diamond along the planned cutting line C. The surface processing mark 11a preferably has a width of 2 μm or more and a depth of 1 μm or more. However, it is necessary to have a size that does not interfere with the optical path of the laser beam L for processing the internal crack 12. As the processing depth, a depth that causes stress concentration between the surface processing mark 11a and the crack at the time of cleaving is suitable, and this is the oxide film 2 that is the surface layer of the silicon substrate 10 as shown in FIG. There is no problem even if the thickness is equal to or greater than the thickness of the oxide film 2 as shown in FIG. Further, the surface processing mark 11a is indispensable for at least the substrate surface 11 having the logic element portion 10a, but may be formed on both the front side and the back side of the silicon substrate 10, and in this case, internal crack formation Sometimes there is no influence of laser beam vignetting (a phenomenon in which the amount of laser light that reaches the inside of the substrate by reflecting the laser beam irradiated on the concave slope of the surface with the surface processed traces is reduced), so that internal cracks can be made more efficiently. It can be carried out.

表面加工痕11aは、レーザ光Lによる内部亀裂形成工程の後に形成してもよい。   The surface processing mark 11a may be formed after the internal crack formation step by the laser beam L.

「内部亀裂形成工程」
図7の(a)に示す加工装置50を用いて図2に示した各内部亀裂12(12a〜12c)を形成する。この加工装置50は、光源51と、チャープ光パルス発生装置51aと、ミラー51bと、顕微鏡対物レンズ52a、ミラー52b等を有する集光光学系52と、Xステージ53a、Yステージ53b、微動調整ステージ53c等を有する自動ステージ53と、ワークWであるシリコン基板10のオリエンテーションフラット10b(図1参照)によるアライメントを行う図示しないアライメント光学系を備えている。
"Internal crack formation process"
Each internal crack 12 (12a-12c) shown in FIG. 2 is formed using the processing apparatus 50 shown to (a) of FIG. This processing apparatus 50 includes a light source 51, a chirped light pulse generator 51a, a mirror 51b, a condensing optical system 52 having a microscope objective lens 52a, a mirror 52b, and the like, an X stage 53a, a Y stage 53b, and a fine adjustment stage. An automatic stage 53 having 53c and the like, and an alignment optical system (not shown) for performing alignment by the orientation flat 10b (see FIG. 1) of the silicon substrate 10 as the work W are provided.

光源51としてはパルス幅がフェムト秒の超短パルスレーザを使用し、発振周波数は1kHzである。光源51からでたレーザ光Lは、チャープ光パルス発生装置51aによって、図8に示すようなチャープ光パルスに変換され、波長幅は青色帯〜赤色帯〜近赤外帯まで分布する。パルスの時間幅は、数ピコ秒である。   As the light source 51, an ultrashort pulse laser having a pulse width of femtosecond is used, and the oscillation frequency is 1 kHz. The laser light L emitted from the light source 51 is converted into a chirped light pulse as shown in FIG. 8 by the chirped light pulse generator 51a, and the wavelength width is distributed from the blue band to the red band to the near infrared band. The duration of the pulse is a few picoseconds.

チャープ光パルスは、図示しない波長フィルタによって被加工材料(ワークW)の透過波長のみ選択され、集光光学系52に入射される。   Only the transmission wavelength of the material to be processed (work W) is selected by the wavelength filter (not shown) and the chirped light pulse is incident on the condensing optical system 52.

本実施例において、被加工材料であるワークWはシリコン基板10であるため、例えば1000nm以下のシリコン基板10への吸収が良い波長帯は、基板表面11を損傷してしまう。よって波長1000nm以下をカットする特性を有する波長カットフィルタを光路中に設置する。   In the present embodiment, since the workpiece W that is a material to be processed is the silicon substrate 10, for example, a wavelength band with good absorption into the silicon substrate 10 of 1000 nm or less damages the substrate surface 11. Therefore, a wavelength cut filter having a characteristic of cutting a wavelength of 1000 nm or less is installed in the optical path.

チャープ光パルス発生原理は以下の通りである。超短パルスレーザ光発生装置である光源51から出射された超短光パルス列(モードロックレーザパルス列)を、チャープ光パルス発生装置51aに入射させ、水やガラス等、特定の屈折率媒体を通過させる際に生じる自己位相変や速度分散等の効果により、白色光パルス(チャープ光パルス)を得る。   The principle of chirped light pulse generation is as follows. An ultrashort optical pulse train (mode-locked laser pulse train) emitted from a light source 51, which is an ultrashort pulse laser light generator, is incident on a chirped light pulse generator 51a and passed through a specific refractive index medium such as water or glass. A white light pulse (chirped light pulse) is obtained by the effects of self-phase change, velocity dispersion, and the like.

このチャープ光パルスの波形は、図8の(a)に示すように、パルス前半は波長が長く赤色光であり、後半は波長が短い青色光となるという特徴をもつ。   As shown in FIG. 8A, this chirped light pulse has a characteristic that the first half of the pulse is red light with a long wavelength and the second half is blue light with a short wavelength.

このチャープ光パルスを集光光学系52で集光させると、レンズの屈折率は波長分散特性を有するため、赤色から青色と波長が変化するに伴って集光点の深度が変化する。集光光学系52の顕微鏡対物レンズ52aが通常の対物レンズ、例えばBK7や石英などの材料であれば、赤〜青の波長変化に伴って、集光点は厚さ方向である深度方向に下から上へA1 、A2 、A3 と移動する。また、この移動はチャープ光パルスの時間内で行われるため、非常に高速である。このように、チャープ光パルスをレンズで集光させることにより、レーザのパルス時間幅内で内部亀裂12の起点となる集光位置が高速に移動するため、集光点の移動量(Δa)だけ亀裂長さ(b)が長い長尺の内部亀裂12を安定して形成することができる。 When this chirped light pulse is condensed by the condensing optical system 52, the refractive index of the lens has wavelength dispersion characteristics, so that the depth of the condensing point changes as the wavelength changes from red to blue. If the microscope objective lens 52a of the condensing optical system 52 is a normal objective lens, for example, a material such as BK7 or quartz, the condensing point decreases in the depth direction which is the thickness direction as the wavelength changes from red to blue. Move up from A to A 1 , A 2 , A 3 . Moreover, since this movement is performed within the time of the chirped light pulse, it is very fast. In this way, by condensing the chirped light pulse with the lens, the condensing position that becomes the starting point of the internal crack 12 moves at high speed within the pulse time width of the laser, and therefore, only the moving amount (Δa) of the condensing point. The long internal crack 12 having a long crack length (b) can be stably formed.

詳しく説明すると、図8の(b)に示すように、チャープ光パルスの波長が1000nmから1400nmまで変化したことによる集光点A1 〜A3 の移動量(Δa)は、深度方向の下から上へ約100μm程度であり、この移動領域でシリコンウエハ1の結晶状態が変化し、その結果、長尺の内部亀裂12が走ることになる。 More specifically, as shown in FIG. 8B, the amount of movement (Δa) of the condensing points A 1 to A 3 due to the change in the wavelength of the chirped light pulse from 1000 nm to 1400 nm is from the bottom in the depth direction. About 100 μm upward, the crystal state of the silicon wafer 1 changes in this moving region, and as a result, a long internal crack 12 runs.

実験では集光点より下側、つまり、レーザ入射側から見て遠いほうに亀裂が走ることが確認され、その亀裂長さ(b)はチャープ光パルスの波長変化に伴う集光点A1 〜A3 の移動量(Δa)を加算して、150〜200μmとなる。 In the experiment, it was confirmed that a crack runs below the condensing point, that is, far from the laser incident side, and the crack length (b) is the condensing point A 1 to the condensing point A 1 to the wavelength change of the chirped light pulse. The movement amount (Δa) of A 3 is added to be 150 to 200 μm.

集光光学系52の顕微鏡対物レンズ52aは、例えば倍率20NA0.42あるいは倍率50NA0.55のものを用いる。また、シリコンの屈折率を考慮し、顕微鏡観察にも適用可能なシリコン内部加工に最適な集光レンズを用いることもできる。集光光学系52によってワークWに集光されたチャープ光パルスであるレーザ光Lは、図7の(b)に示すように、自動ステージ53上のワークWであるシリコン基板10のロジック素子部10aを有する基板表面11から入射する。   As the microscope objective lens 52a of the condensing optical system 52, for example, one having a magnification of 20NA0.42 or a magnification of 50NA0.55 is used. In addition, in consideration of the refractive index of silicon, it is possible to use a condensing lens optimal for silicon internal processing that can be applied to microscopic observation. The laser light L, which is a chirped light pulse focused on the work W by the condensing optical system 52, is a logic element portion of the silicon substrate 10 that is the work W on the automatic stage 53, as shown in FIG. Incident from the substrate surface 11 having 10a.

このときの光学条件は、基板表面11に表面加工痕11aが存在してもかまわないように設定する。すなわち、表面加工痕11aによるエネルギー損失を考慮してパワーを上げるか、表面加工痕11aを避けて入射するように光束を選定する等の方策をとる。基板表面11から入射した光束はシリコン基板10内を屈折して、前述のように内部亀裂12を生じる。   The optical conditions at this time are set so that the surface processing mark 11 a may exist on the substrate surface 11. That is, measures are taken such as increasing the power in consideration of energy loss due to the surface processing mark 11a or selecting the light flux so as to be incident while avoiding the surface processing mark 11a. The light beam incident from the substrate surface 11 is refracted in the silicon substrate 10 to generate the internal crack 12 as described above.

実験によれば、図2に示す最上端の内部亀裂12cの亀裂先端は基板表面11より最小20μm以上離れるように、集光位置や酸化膜2の膜構成、使用するレーザ波長等に応じて加工条件を設定することが望ましい。加工中に不用意に内部亀裂12cと基板表面11との連結が生じたり、レーザ照射条件によっては基板表面11が損傷してしまうことがあり、これを防ぐためである。   According to the experiment, the crack tip of the uppermost internal crack 12c shown in FIG. 2 is processed according to the condensing position, the film configuration of the oxide film 2, the laser wavelength to be used, etc. so as to be at least 20 μm away from the substrate surface 11. It is desirable to set conditions. This is to prevent the internal crack 12c and the substrate surface 11 from being inadvertently connected during processing, or the substrate surface 11 may be damaged depending on the laser irradiation conditions.

集光点の深度(a)はシリコン基板10であるワークWあるいは集光光学系52のいずれかを光軸方向に移動させ、集光位置をずらすことで制御できる。シリコン基板10の波長1064nmに対する屈折率をnとし、機械的な移動量(シリコン基板10あるいは集光光学系52のいずれかを光軸方向に移動させた時の移動量)をdとした時、集光点の光学的な移動量はndである。シリコン基板10の屈折率は波長1.1〜1.5μmで3.5近傍であり、実際に実験で予測した値とも比較するとこの3.5に近いものであった。   The depth (a) of the condensing point can be controlled by moving either the workpiece W, which is the silicon substrate 10, or the condensing optical system 52 in the optical axis direction and shifting the condensing position. When the refractive index with respect to the wavelength of 1064 nm of the silicon substrate 10 is n, and the mechanical movement amount (movement amount when either the silicon substrate 10 or the condensing optical system 52 is moved in the optical axis direction) is d, The optical movement amount of the condensing point is nd. The refractive index of the silicon substrate 10 is in the vicinity of 3.5 at a wavelength of 1.1 to 1.5 μm, which is close to 3.5 when compared with the value actually predicted in the experiment.

つまり、機械的な移動量が100μmであると、レーザ光の集光点は表面より最短で350μmの位置に形成される。屈折率が3.5近傍であるということは反射率が大きいことを示している。一般に垂直入射での反射は((n−1)/(n+1))2 であるからシリコン基板では30%程度となる。残りのエネルギーが内部に到達するが、シリコン基板の光吸収も存在するので、集光点での最終的なエネルギーはさらに小さくなる。厚さ625μmのシリコン基板にて実測したところ20%程度の透過率であった。 That is, when the mechanical movement amount is 100 μm, the condensing point of the laser beam is formed at a position of 350 μm at the shortest distance from the surface. The fact that the refractive index is in the vicinity of 3.5 indicates that the reflectance is large. In general, reflection at normal incidence is ((n−1) / (n + 1)) 2 , and is about 30% for a silicon substrate. Although the remaining energy reaches the inside, the final energy at the condensing point is further reduced because there is also light absorption of the silicon substrate. When measured on a 625 μm thick silicon substrate, the transmittance was about 20%.

このようにシリコン基板10の内部に内部亀裂12を形成するレーザ光Lを割断予定線Cに沿って相対移動させることで割断予定線Cの直下に亀裂群を形成する内部加工を行う。なお、図1に示すように、シリコン基板10の割断予定線Cには、オリエンテーションフラット10bを基準にして互いに直交する2方向の割断予定線C1 、C2 がある。 As described above, the laser beam L for forming the internal crack 12 in the silicon substrate 10 is relatively moved along the planned cutting line C, thereby performing internal processing for forming a crack group immediately below the planned cutting line C. As shown in FIG. 1, the planned cutting line C of the silicon substrate 10 includes two planned cutting lines C 1 and C 2 perpendicular to each other with respect to the orientation flat 10b.

シリコン基板10であるワークWは、XY方向に移動可能な自動ステージ53に載置され、光軸方向(深さ方向)はワークWを乗せた自動ステージ側または集光光学系側にZステージ52cを設けて、集光光学系52とワークWの間隔を可変とする。   The workpiece W, which is the silicon substrate 10, is placed on an automatic stage 53 that can move in the X and Y directions, and the optical axis direction (depth direction) is the Z stage 52c on the side of the automatic stage on which the workpiece W is placed or on the condensing optical system side. And the interval between the condensing optical system 52 and the workpiece W is variable.

XY方向の移動速度は周波数と亀裂形状などを考えて決定され、通常周波数10〜100KHzでは移動速度は10〜100mm/secが目安となっている。移動速度が100mm/sec以上であると、内部加工は移動方向に対してとびとびになり、同じ割断予定線上の隣接する亀裂の間隔が著しく広くなる等、後の割断に影響を与える。   The moving speed in the XY directions is determined in consideration of the frequency and crack shape, and the moving speed is generally 10 to 100 mm / sec at a normal frequency of 10 to 100 KHz. When the moving speed is 100 mm / sec or more, the internal processing is stepped in the moving direction, and the subsequent cleaving is affected, for example, the interval between adjacent cracks on the same cleaving line is significantly widened.

また、集光光学系52は、ワーク照射点と共役になるように観察用カメラ52dを有し、一方シリコン基板10の反射率は30%程度あるため、これを無視しては観察用カメラ52dの素子が損傷してしまう。そのため、レーザの出力に応じたフィルターを配置している。観察用の照明は、ケーラー照明が形成できるように集光に使用している顕微鏡対物レンズ52aの入射瞳の位置に光源を形成できるようにリレーレンズを用いる。また、照明もフィルターを通して行い、照明用光学素子の損傷を極力排除するものである。   Further, the condensing optical system 52 has an observation camera 52d so as to be conjugate with the workpiece irradiation point. On the other hand, the reflectance of the silicon substrate 10 is about 30%. Will be damaged. Therefore, a filter corresponding to the output of the laser is arranged. The illumination for observation uses a relay lens so that a light source can be formed at the position of the entrance pupil of the microscope objective lens 52a used for condensing so that Koehler illumination can be formed. In addition, illumination is also performed through a filter to eliminate damage to the illumination optical element as much as possible.

上記の観察光学系以外にもAF光学系54を導入し、ワークWとの間隔を測定する。AF光学系54は、観察用カメラ52dで得られた画像のコントラストを求めその値から、ピントや傾きを計測するものである。実際にはこのコントラストを測定するためにワークWまでの距離を微小送りしながら計測し、最良位置を決定する。なお、AF動作はシリコン基板10であるワークWの平行度など見て動作するか否かを判定する。   In addition to the above observation optical system, an AF optical system 54 is introduced to measure the distance from the workpiece W. The AF optical system 54 obtains the contrast of the image obtained by the observation camera 52d, and measures the focus and tilt from the obtained value. Actually, in order to measure this contrast, the distance to the workpiece W is measured while being finely fed to determine the best position. Note that it is determined whether or not the AF operation is performed in view of the parallelism of the workpiece W that is the silicon substrate 10.

このように内部加工を行うが、加工を開始するに当り以下の点に留意する。   Internal machining is performed in this way, but attention should be paid to the following points when starting machining.

(1) 図9に示すように、ワークWであるシリコン基板10の端点よりレーザ加工をはじめるが、端点付近は中央部より加工し難い状態であるため、端点近傍を加工するときはレーザエネルギーをワークWの中央部より上げる等の加工条件の変更が必要である。
(2) 図10に示すように、長方形の形状の異形チップを加工する場合は、まずその長辺側の割断予定線C1 を第一割断方向として内部亀裂12を加工し、その次に第二割断方向として短辺側の割断予定線C2 に沿った内部亀裂12を加工する。
(1) As shown in FIG. 9, laser processing is started from the end point of the silicon substrate 10 as the workpiece W. However, since the vicinity of the end point is difficult to process from the central portion, the laser energy is used when processing the vicinity of the end point. It is necessary to change machining conditions such as raising the workpiece W from the center.
(2) As shown in FIG. 10, when processing an irregular shaped chip having a rectangular shape, the internal crack 12 is first processed with the planned cutting line C 1 on the long side as the first cutting direction, and then processing the internal crack 12 along a 20 percent cross direction expected splitting line C 2 on the short side.

前述のように、1つの集光点で形成される亀裂長さは150〜200μmであり、対象となるシリコン基板の厚みは625μmであるので、このシリコン基板を割断するためには複数回の内部加工を行うことが必要となる。また、1つのポイントでの内部加工の順番は基板表面から遠い側(奥側)よりはじめて、表面に近づけてゆく。   As described above, the crack length formed at one condensing point is 150 to 200 μm, and the thickness of the target silicon substrate is 625 μm. It is necessary to perform processing. Also, the order of internal processing at one point starts from the far side (back side) from the substrate surface and approaches the surface.

内部亀裂を形成する内部加工時には、基板表面の近傍で形成される内部亀裂が表面加工痕を有する基板表面へ到達するような加工は行わないものとする。また、集光点近くの既存の内部亀裂が、レーザ照射による熱などの影響で成長し、基板表面へ到達するような加工条件は選択しないものとする。   At the time of internal processing for forming internal cracks, processing is not performed in which internal cracks formed in the vicinity of the substrate surface reach the substrate surface having surface processing marks. In addition, it is assumed that a processing condition in which an existing internal crack near the condensing point grows due to the influence of heat or the like by laser irradiation and reaches the substrate surface is not selected.

しかし、基板内部においてはその限りではなく、図2に示すように内部亀裂12a〜12cが深度方向に分断されていてもよいし、あるいは連結していてもよい。また、基板表面11に最も近い内部亀裂12cの亀裂群は、シリコン基板の基板表面11から20〜100μmの深度で、しかも表面加工痕11aと連通しない位置に設けられる。   However, the inside of the substrate is not limited thereto, and the internal cracks 12a to 12c may be divided in the depth direction as shown in FIG. Further, the crack group of the internal crack 12c closest to the substrate surface 11 is provided at a depth of 20 to 100 μm from the substrate surface 11 of the silicon substrate and at a position not communicating with the surface processing mark 11a.

次に、各亀裂群の加工順序を説明する。   Next, the processing order of each crack group will be described.

第1の方法は図11の(a)、(b)、(c)に示すように、複数あるいは全ての割断予定線Cに対して、表面よりある高さの亀裂群、例えば実質的に同じ深度の内部亀裂12aの亀裂群の形成を終了した後、深度の異なる内部亀裂12bの亀裂群を加工する。各深度ごとの亀裂群の形成がシリコン基板10の内部で段階的に行われるため、隣接する割断予定線Cによる影響を低減できる。   As shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, the first method is a group of cracks having a height higher than the surface, for example, substantially the same for a plurality or all of the planned cutting lines C. After the formation of the crack group of the deep internal crack 12a is finished, the crack group of the internal crack 12b having a different depth is processed. Since the formation of the crack group for each depth is performed stepwise inside the silicon substrate 10, the influence of the adjacent planned cutting line C can be reduced.

第2の方法は、図11の(c)に示すように、1つの割断予定線Cの直下において、深度の異なる内部亀裂12a、12b、12cの亀裂群をそれぞれ形成した後、他の割断予定線Cの同様の亀裂群を加工する。この方法は、シリコン基板10の平面性に対する焦点位置の補正が必要な場合、加工開始点におけるAF動作回数を減らすことができる。   In the second method, as shown in FIG. 11 (c), the crack groups of the internal cracks 12a, 12b, and 12c having different depths are formed immediately below one fracture line C, and then another fracture schedule is formed. A similar crack group of line C is processed. This method can reduce the number of AF operations at the processing start point when correction of the focal position with respect to the flatness of the silicon substrate 10 is necessary.

第1の方法は、図11の(a)、(b)に示すように、集光点を割断予定線Cに沿って片方向に移動させる場合と、同図の(c)に示すように集光点を割断予定線Cに沿って往復移動させる場合がある。後者は、総動作距離が短くなるため、加工時間を短縮することができる。   In the first method, as shown in FIGS. 11A and 11B, the condensing point is moved in one direction along the planned cutting line C, and as shown in FIG. 11C. The condensing point may be reciprocated along the planned cutting line C. The latter can shorten the machining time because the total operating distance is shortened.

本実施例では後者の方を選択しているが、対象物の状態(シリコン基板の平行度、うねり)などから総合的に判断して決定するものである。   In the present embodiment, the latter is selected, but the determination is made comprehensively based on the state of the object (parallelism or swell of the silicon substrate).

なお、図10に示したように、2つ割断方向を有する割断予定線C1 、C2 ではそれらが交差する点(交差点C12)が存在する。交差点C12付近では第一割断方向に沿って形成された内部加工帯に第二割断方向での同じ深度の内部加工のためのレーザ光束がさえぎられてしまう。これは、第二割断方向の内部加工帯全体に発生するものではなく、局部的な現象であるが、エネルギー損失を考慮して、加工条件を交差点C12の近傍で変更するか、第二割断方向に移行するときに加工条件を変更し、第二割断方向全体にわたって第一割断方向とは異なる加工条件で加工するのが望ましい。 In addition, as shown in FIG. 10, in the cutting planned lines C 1 and C 2 having two cutting directions, there is a point where they intersect (intersection C 12 ). In the vicinity of the intersection C 12 thus laser beams for the internal machining of the same depth in the second percent cross direction is blocked by the internal processing zone which is formed along the first percent cross direction. This does not occur in the entire internal machining zone in the second cleaving direction, but is a local phenomenon. However, considering the energy loss, the machining condition is changed in the vicinity of the intersection C 12 or the second cleaving direction is changed. It is desirable to change the processing conditions when moving in the direction and to perform processing under processing conditions different from the first cutting direction throughout the second cutting direction.

「割断工程」
各割断予定線Cごとに表面加工痕11aおよび複数の内部亀裂12a、12b、12cを形成したシリコン基板10は、少なくとも表面加工痕11aと表面直下の内部亀裂12cとは連結しておらず、従って、レーザ加工後のシリコン基板10の個々のロジック素子部10aは割断されていない。この状態のシリコン基板10を素子に割断する手順は以下のように行う。
"Cleaving process"
The silicon substrate 10 on which the surface processing mark 11a and the plurality of internal cracks 12a, 12b, 12c are formed for each planned cutting line C is not connected to at least the surface processing mark 11a and the internal crack 12c immediately below the surface. The individual logic element portions 10a of the silicon substrate 10 after laser processing are not cleaved. The procedure for cleaving the silicon substrate 10 in this state into elements is performed as follows.

図12に示すように、表面加工痕11aと内部亀裂12(12a、12b、12c)を形成後のシリコン基板10を、ダイシングテープTにマウントしたまま、シリコン基板10の裏面が上となるように、割断装置のシリコーンゴムあるいはフッ素ゴムなどの弾力性のあるゴムシート60上に置く。なお、シリコン基板10の基板表面11がゴムシート60に接することで表面側に汚れが付着することを避けるために、内部亀裂形成後のシリコン基板10の表面側にバックグラインドなどに用いられる市販の保護テープRを貼付してもよい。   As shown in FIG. 12, the silicon substrate 10 after forming the surface processing marks 11a and the internal cracks 12 (12a, 12b, 12c) is mounted on the dicing tape T so that the back surface of the silicon substrate 10 faces up. Then, it is placed on a rubber sheet 60 having elasticity such as silicone rubber or fluoro rubber. In addition, in order to avoid that the substrate surface 11 of the silicon substrate 10 is in contact with the rubber sheet 60 and the dirt is attached to the surface side, a commercially available product used for back grinding or the like on the surface side of the silicon substrate 10 after the formation of internal cracks. A protective tape R may be attached.

割断は、ステンレスのローラー61でダイシングテープTを介してシリコン基板10を圧迫することでなされる。まず、シリコン基板10の割断予定線Cの1つ、好ましくは前述の第一割断方向がローラー軸と略平行になるようにシリコン基板10をゴムシート60上に置く。ローラー61を転がしながらシリコン基板10を圧迫すると、ローラー61の直下のゴムシート60は沈み込むように変形する。シリコン基板10は、ゴムシート60側すなわち表面側に伸び方向の応力が作用する。この応力は、基板表面11の最も弱い個所、すなわち割断予定線C1 上の表面加工痕11aに集中し、これを広げるように作用する。 The cleaving is performed by pressing the silicon substrate 10 through the dicing tape T with a stainless roller 61. First, the silicon substrate 10 is placed on the rubber sheet 60 so that one of the planned cutting lines C of the silicon substrate 10, preferably the aforementioned first cutting direction, is substantially parallel to the roller axis. When the silicon substrate 10 is pressed while rolling the roller 61, the rubber sheet 60 immediately below the roller 61 is deformed so as to sink. In the silicon substrate 10, stress in the extending direction acts on the rubber sheet 60 side, that is, the surface side. This stress concentrates on the weakest part of the substrate surface 11, that is, on the surface processing mark 11 a on the planned cutting line C 1 , and acts to spread it.

この結果、表面加工痕11aを起点として亀裂が発生し、亀裂は基板内部のレーザ照射による内部亀裂12a、12b、12cを連結することで基板裏面へ進行して、基板裏面に至り、割断予定線C1 に沿ってシリコン基板10が割断される。この亀裂の進行はシリコン基板10の結晶方位に沿って起こるが、割断は表面加工痕11aとの連結により行われるため、基板表面11上の割断予定線C1 から大きくずれることはない。ローラー61の進行に伴い、第一割断方向の割断予定線C1 に沿ってシリコン基板10は順次割断が終了する。ローラー61の進行は、シリコン基板10の端部から他方の端部へ向けて行う方法や、シリコン基板10の中央付近をローラー61の圧迫の開始点としてシリコン基板10の端部へ向けて行う方法などいずれでもよい。 As a result, a crack is generated starting from the surface processing mark 11a, and the crack progresses to the back surface of the substrate by connecting the internal cracks 12a, 12b, and 12c due to laser irradiation inside the substrate, reaches the back surface of the substrate, and reaches the planned cutting line. The silicon substrate 10 is cleaved along C 1 . Although the progress of the crack occurs along the crystal orientation of the silicon substrate 10, since the cleaving is performed by the connection with the surface processing mark 11 a, the crack does not deviate greatly from the planned cutting line C 1 on the substrate surface 11. As the roller 61 advances, the silicon substrate 10 is sequentially cut along the cutting line C 1 in the first cutting direction. The roller 61 is advanced from the end of the silicon substrate 10 toward the other end, or the vicinity of the center of the silicon substrate 10 is used as the starting point for pressing the roller 61 toward the end of the silicon substrate 10. Any may be sufficient.

次に、シリコン基板10を90°回転し、第二割断方向の割断予定線C2 とローラー61の軸とが略平行となるようにする。第1割断方向と同様にローラー61でシリコン基板10を圧迫し、第二割断方向にて表面加工痕11aを起点とする亀裂を生じさせ、裏面へ到達させる。 Next, the silicon substrate 10 is rotated by 90 ° so that the planned cutting line C 2 in the second cutting direction and the axis of the roller 61 are substantially parallel. Similarly to the first cleaving direction, the silicon substrate 10 is pressed by the roller 61 to generate a crack starting from the surface processing mark 11a in the second cleaving direction and reach the back surface.

以上の工程により、シリコン基板10は個々の素子チップに分離される。   Through the above steps, the silicon substrate 10 is separated into individual element chips.

図12に示した割断工程は、硬質のローラーによるゴムシートの変形に伴う応力をシリコン基板の表面に作用させるものであるが、ロジック素子やノズル層の破壊が伴わないように、ローラーによるシリコン基板の圧迫荷重やゴムシートの厚み、ゴム硬度を選ぶことが必要である。また、不要な干渉層とならないように、ダイシングテープや表面の保護テープの材質、厚さを選定する。   The cleaving step shown in FIG. 12 applies stress on the surface of the silicon substrate due to the deformation of the rubber sheet by the hard roller. However, the silicon substrate by the roller is used so that the logic element and the nozzle layer are not destroyed. It is necessary to select the compression load, rubber sheet thickness, and rubber hardness. In addition, the material and thickness of the dicing tape and the surface protection tape are selected so that unnecessary interference layers are not formed.

割断予定線に沿って作用する外力により、表面加工痕と内部亀裂を有するシリコン基板を割断する方法は以下の2つの方法のいずれかでもよい。   Either of the following two methods may be used as a method of cleaving a silicon substrate having surface processing marks and internal cracks by an external force acting along the planned cutting line.

第1の方法は、図13に示すように、シリコン基板10のロジック素子部10a間の割断予定線Cに曲げ応力を与え、割断予定線Cに沿って素子を分離する。割断されるロジック素子部10aの表面側をコレットA62aで、裏面側をピン63で挟持した状態で、1〜10μm程度、上方に押し上げる。このとき、隣接するロジック素子部10aが上方に押し上げられないように、コレットB62bにより隣接するロジック素子部10aの一部が抑えられる。この結果、割断予定線C上の表面加工痕が広がるような応力が作用し、表面加工痕を起点とする亀裂が生じ、内部亀裂と連結して、シリコン基板10の裏面まで到達する。   In the first method, as shown in FIG. 13, bending stress is applied to the planned cutting line C between the logic element parts 10 a of the silicon substrate 10, and the elements are separated along the planned cutting line C. The logic element part 10a to be cut is pushed upward by about 1 to 10 μm with the collet A 62a sandwiching the front side and the pin 63 sandwiching the back side. At this time, a part of the adjacent logic element portion 10a is suppressed by the collet B62b so that the adjacent logic element portion 10a is not pushed upward. As a result, a stress that spreads the surface processing trace on the cleaving line C acts, a crack is generated starting from the surface processing trace, and is connected to the internal crack and reaches the back surface of the silicon substrate 10.

第2の方法は、図14に示すように、割断予定線Cに沿って、シリコン基板10の表面側に直接機械的な衝撃を与える方法である。表面加工痕11aと内部亀裂12の形成後のシリコン基板10はシングルポイントボンダーに搬送され、基板表面11、好ましくは表面加工痕11aの近傍をセラミックあるいはセラミックと金属の焼成材料(サーメット材)からなる微小で硬い工具64で連続的な打撃を与えることで、表面加工痕11aを起点に割れを形成する。   The second method is a method in which a mechanical impact is directly applied to the surface side of the silicon substrate 10 along the planned cutting line C as shown in FIG. The silicon substrate 10 after the formation of the surface processing mark 11a and the internal crack 12 is transferred to a single point bonder, and the substrate surface 11, preferably the vicinity of the surface processing mark 11a, is made of ceramic or a ceramic and metal fired material (cermet material). By continuously hitting with a fine and hard tool 64, a crack is formed starting from the surface processing mark 11a.

また、特許文献3に開示された方法等によって、レーザ加工後の基板へ新たに熱衝撃を与えて割断することも考えられる。   It is also conceivable to cleave the substrate after laser processing by newly applying a thermal shock by the method disclosed in Patent Document 3.

「リペア工程」
割断工程にて表面加工痕11aと内部亀裂12による亀裂が連結するとともに亀裂は裏面側へも到達し、シリコン基板10は各素子チップに分離される。しかし、偶発的に完全分離が成されていない場合は再割断する必要がある。再割断の方法としては例えば図15に示した機構を用いて割断が成されていないロジック素子部10aのみ個別に応力を加え完全に割断する。
"Repair process"
In the cleaving step, the surface processing mark 11a and the crack due to the internal crack 12 are connected, and the crack reaches the back side, so that the silicon substrate 10 is separated into each element chip. However, if there is no accidental complete separation, re-cleaving is necessary. As a re-cleaving method, for example, only the logic element part 10a that has not been cleaved is individually cleaved by using the mechanism shown in FIG.

「ピックアップ工程」
割断工程およびリペア工程にて分離された素子チップであるロジック素子部10aは、図15に示すように吸着コレット65およびピックアップピン66によって搬出され、個別に収納される。この際エキスパンダーなどにより素子の間隙を広げてピックアップしてもよい。また、ピックアップの際に発生する微小な粉塵を吸引除去してもよい。
(参考例)
"Pickup process"
As shown in FIG. 15, the logic element portion 10a, which is an element chip separated in the cleaving process and the repair process, is carried out by the suction collet 65 and the pick-up pin 66 and stored individually. At this time, the gap between the elements may be widened by an expander or the like. Further, fine dust generated during pick-up may be removed by suction.
(Reference example)

図16に示すガラス基板80を実施例1と同じ割断プロセスによって割断した。ガラス基板80は厚み500μmであり、リング形状の基台であるダイシングフレームに粘着性テープで固定される。   The glass substrate 80 shown in FIG. 16 was cleaved by the same cleaving process as in Example 1. The glass substrate 80 has a thickness of 500 μm and is fixed to the dicing frame, which is a ring-shaped base, with an adhesive tape.

ガラス基板80上には、幅数十〜数百μm程度の微細な流路73aや流路73aに流体を流すための超小型ポンプやロジック素子、配線等を内蔵した樹脂性の構造物であるノズル層73が配置され、ロジック素子部80aを構成している。ノズル層73となる樹脂製の構造物は、例えばガラス基板80上にスピンコート後、感光/エッチングする工程や、モールドで一体成形後、ガラス基板80上に貼り付ける工程等により形成される。   On the glass substrate 80, there is a resin-like structure with a built-in micro flow channel 73a having a width of about several tens to several hundreds μm, a micro pump for flowing a fluid through the flow channel 73a, a logic element, wiring, and the like. A nozzle layer 73 is disposed to constitute a logic element unit 80a. The resin structure which becomes the nozzle layer 73 is formed by, for example, a process of spin coating on the glass substrate 80 and then exposing / etching, a process of integrally forming with a mold, and affixing on the glass substrate 80.

樹脂性の構造物であるノズル層73の直下には、流体供給用の開口74が、ガラス基板80を貫通するように形成される。ロジック素子部80aは工程の最終段階でチップ状態に割断できる様、互いに割断予定線Cを挟んで配置される。割断予定線Cを挟んで隣接するノズル層73の間隔Sは最小で400μm程度である。   Immediately below the nozzle layer 73, which is a resinous structure, a fluid supply opening 74 is formed so as to penetrate the glass substrate 80. The logic element portions 80a are arranged with a cleavage line C between them so that they can be divided into chips at the final stage of the process. An interval S between the nozzle layers 73 adjacent to each other with the planned cutting line C is about 400 μm at the minimum.

実施例1におけるシリコン基板と異なる点は、ガラス基板80はシリコン基板と比較して、透過波長域の下限が300nm付近であるため、内部亀裂形成工程で用いる波長カットフィルタも、300nm以下の波長域をカットする特性を選択する。また、チャープ光パルスの波長帯域が300nm以下にない場合は、波長カットフィルタは必要ない。   The difference from the silicon substrate in Example 1 is that the glass substrate 80 has a lower limit of the transmission wavelength region near 300 nm as compared to the silicon substrate, and therefore the wavelength cut filter used in the internal crack formation step is also in the wavelength region of 300 nm or less. Select the characteristics to cut. Further, when the wavelength band of the chirped light pulse is not 300 nm or less, the wavelength cut filter is not necessary.

チャープ光パルスによる集光点の移動量も、透過波長域の拡大に伴って拡大する。例えば、チャープ光パルスの波長が400nmから1400nmまで変化したことによる集光点の移動量は、約400μm程度である。   The amount of movement of the condensing point due to the chirped light pulse also increases as the transmission wavelength region increases. For example, the amount of movement of the condensing point due to the change in the wavelength of the chirped light pulse from 400 nm to 1400 nm is about 400 μm.

実施例1によるシリコン基板を説明するもので、(a)はその斜視図、(b)は(a)の一部分を拡大して示す部分拡大斜視図、(c)は(b)の断面を示す部分断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The silicon substrate by Example 1 is demonstrated, (a) is the perspective view, (b) is the elements on larger scale which expand and show a part of (a), (c) shows the cross section of (b). It is a fragmentary sectional view. 実施例1を説明する模式図である。1 is a schematic diagram illustrating Example 1. FIG. 実施例1による割断プロセスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the cleaving process by Example 1. FIG. テープマウント工程を説明する図である。It is a figure explaining a tape mounting process. ウエハ補正工程を説明する図である。It is a figure explaining a wafer correction process. 表面加工痕を形成する表面線状加工を説明するもので、(a)は表面加工痕が酸化膜の厚さ以内である場合、(b)は表面加工痕が酸化膜の厚さと同じである場合を示す図である。The surface linear processing for forming the surface processing trace is described. (A) is the case where the surface processing trace is within the thickness of the oxide film, and (b) is the same as the thickness of the oxide film. It is a figure which shows a case. 内部亀裂形成工程を説明するもので、(a)はレーザ光を照射する加工装置を示す模式図、(b)は内部亀裂が発生するメカニズムを示す図である。An internal crack formation process is demonstrated, (a) is a schematic diagram which shows the processing apparatus which irradiates a laser beam, (b) is a figure which shows the mechanism in which an internal crack generate | occur | produces. チャープ光パルスの色の変化と集光点の移動を詳しく説明する図である。It is a figure explaining in detail the change of the color of a chirp light pulse, and the movement of a condensing point. シリコン基板の端部における内部亀裂形成工程を説明する図である。It is a figure explaining the internal crack formation process in the edge part of a silicon substrate. 異形の素子チップを切り出す場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where an unusual-shaped element chip is cut out. 各深度の亀裂群を形成するときのレーザ走査方法を説明する図である。It is a figure explaining the laser scanning method when forming the crack group of each depth. ローラーによる割断工程を説明する図である。It is a figure explaining the cleaving process by a roller. コレットによる割断工程を説明する図である。It is a figure explaining the cleaving process by a collet. 工具による打撃を与えることで割断する場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where it cleaves by giving the hit | damage with a tool. リペア工程を説明する図である。It is a figure explaining a repair process. 参考例によるガラス基板を説明するもので、(a)はその斜視図、(b)は(a)の一部分を拡大して示す部分拡大斜視図、(c)は(b)の断面を示す部分断面図である。 The glass substrate by a reference example is demonstrated, (a) is the perspective view, (b) is the partial expanded perspective view which expands and shows a part of (a), (c) is the part which shows the cross section of (b) It is sectional drawing. 一従来例による基板割断方法を説明する図である。It is a figure explaining the board | substrate cleaving method by one prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコンウエハ
2 酸化膜
2a 溝
3、73 ノズル層
4 液体供給口
10 シリコン基板
10a、80a ロジック素子部
11、81 基板表面
11a 表面加工痕
12、12a、12b、12c、 内部亀裂
50 加工装置
51 光源
51a チャープ光パルス発生装置
52 集光光学系
53 自動ステージ
54 AF光学系
74 開口
80 ガラス基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon wafer 2 Oxide film 2a Groove 3, 73 Nozzle layer 4 Liquid supply port 10 Silicon substrate 10a, 80a Logic element part 11, 81 Substrate surface 11a Surface processing trace 12, 12a, 12b, 12c, Internal crack 50 Processing apparatus 51 Light source 51a Chirped light pulse generator 52 Condensing optical system 53 Automatic stage 54 AF optical system 74 Aperture 80 Glass substrate

Claims (1)

レーザ光をシリコン基板の内部に集光して亀裂を発生させることで、前記シリコン基板を複数の素子チップに分割するシリコン基板割断方法であって、
前記レーザ光として自己位相変調効果によって波長が経時的に変化するチャープ光パルスを前記シリコン基板の内部に集光して亀裂を発生させる工程と
前記チャープ光パルスを割断予定線に沿って相対移動させることで、前記シリコン基板の内部に前記割断予定線に沿った前記亀裂を形成する工程と、
前記割断予定線に応力を集中させるための線状加工部を前記シリコン基板の表面に形成する工程と、
前記シリコン基板に外力を与えることによって前記線状加工部と前記亀裂とを連結させる工程と、を有し、
前記チャープ光パルスを前記シリコン基板の内部に集光する際の、波長変化に応じて前記シリコン基板の表面からの深さが変化する集光位置を、前記チャープ光パルスの集光により前記シリコン基板の内部に発生する亀裂が当該シリコン基板の表面に到達しない位置とすることを特徴とするシリコン基板割断方法。
By condenses the laser light within the silicon substrate to generate a crack, a silicon substrate breaking method for dividing the silicon substrate into a plurality of element chips,
A step of condensing a chirped light pulse whose wavelength changes with time due to a self-phase modulation effect as the laser light inside the silicon substrate, and generating cracks ;
Forming the crack along the planned cutting line inside the silicon substrate by relatively moving the chirped light pulse along the planned cutting line;
Forming a linearly processed portion on the surface of the silicon substrate for concentrating stress on the planned cutting line;
Connecting the linearly processed portion and the crack by applying an external force to the silicon substrate,
When condensing the chirped optical pulse inside the silicon substrate, the condensing position where the depth is changed from the surface of the silicon substrate in accordance with the wavelength change, the silicon substrate by the condensing of the chirped optical pulse silicon substrate breaking method characterized in that a crack generated in the inside is a position not reaching the surface of the silicon substrate.
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