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基板の分割方法 - セイコーエプソン株式会社
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発明の名称 基板の分割方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−12733(P2007−12733A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−189242(P2005−189242)
出願日 平成17年6月29日(2005.6.29)
代理人 【識別番号】100085198
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 久夫
発明者 山崎 豊
要約 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。
特許請求の範囲
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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)。
【0003】
【特許文献1】特開2002−192367号公報
【特許文献2】特開2002−192368号公報
【特許文献3】特開2002−192369号公報
【特許文献4】特開2002−192370号公報
【特許文献5】特開2002−192371号公報
【特許文献6】特開2002−205180号公報
【特許文献7】特開2002−205181号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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))。
【0016】
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。
【0017】
(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
【0018】
(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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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))。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の実施形態1の加工方法を示す工程図。
【図2】本発明の実施形態2の加工方法を示す工程図。
【図3】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】
【0026】
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。




 

 


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