JP2009039974A - Dicing method for sapphire substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶サファイア基板、または、単結晶サファイア基板と他の脆性材料基板とを貼り合わせた貼合わせ基板の分断方法に関する。 The present invention relates to a method for dividing a single crystal sapphire substrate or a bonded substrate obtained by bonding a single crystal sapphire substrate and another brittle material substrate.
サファイア基板は、光学的には透明で、機械的には硬度が高く、熱的には熱伝導率が高い性質を備えており、これら光学的特性、機械的特性、熱特性を利用したさまざまな用途の研究がなされ、ＳＡＷフィルタ、ＬＥＤ、半導体レーザ、プロジェクタ等で利用されている。 A sapphire substrate is optically transparent, mechanically hard, and thermally has a high thermal conductivity. A variety of optical properties, mechanical properties, and thermal properties are utilized. The application has been studied and used in SAW filters, LEDs, semiconductor lasers, projectors and the like.
また、サファイア基板とＳｉガラスとを貼り合わせて温度カメラの防爆ガラスとしたり（特許文献１）、サファイア基板と強化ガラスとを一体化して保護ガラスとしたり（特許文献２）するように、サファイア基板を他の脆性材料と貼り合わせて合成基板にすることにより、新しい用途が開発されたりしている。 Also, a sapphire substrate and Si glass are bonded together to form an explosion-proof glass for a temperature camera (Patent Document 1), or a sapphire substrate and a tempered glass are integrated to form a protective glass (Patent Document 2). A new application has been developed by bonding a material with other brittle materials to form a synthetic substrate.
このように、サファイアの優れた物理的特性を利用してさまざまな用途が開発されているが、サファイア自体は結晶性材料であることから、これを製造するには結晶成長させることが必要である。そして結晶成長により引き上げられた単結晶サファイアの多くは、平坦面を有する基板（例えば円形基板）に加工されて提供される。この基板の平坦面（以後、基板の主面という）上にさまざまな薄膜を形成したり、加工が施されたりしてデバイスが作製される。 As described above, various applications have been developed by utilizing the excellent physical properties of sapphire. Since sapphire itself is a crystalline material, it is necessary to grow a crystal to produce it. . Most of the single crystal sapphire pulled by crystal growth is processed into a substrate having a flat surface (for example, a circular substrate). Various thin films are formed or processed on the flat surface of the substrate (hereinafter referred to as the main surface of the substrate) to produce a device.
ところで、単結晶サファイアを基板に用いた電子部品、光学製品、半導体製品等を製造する場合、所望の形状になるように、基板の分断加工を行う必要がある。製品形状としては、方形チップ形状にされるものが多く、その場合には、基板の主面内で直交する２方向に分断する技術が必要となる。 By the way, when manufacturing an electronic component, an optical product, a semiconductor product, or the like using single crystal sapphire as a substrate, it is necessary to perform a cutting process on the substrate so as to obtain a desired shape. In many cases, the product shape is a rectangular chip shape, and in such a case, a technique of dividing in two directions orthogonal to each other in the main surface of the substrate is required.
従来、サファイア基板の分断加工にはダイシングが利用されてきた。しかしながらサファイアは硬度が非常に高いことから、ダイシング加工では分断加工の速度を速めることが困難であり、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚さのサファイア基板では、１ｍｍ／秒〜２ｍｍ／秒くらいの分断速度で行う必要がある。これよりも分断速度を速くすると、砥石の磨耗が早くなり、また、分断面にチッピングが発生しやすくなる。 Conventionally, dicing has been used for dividing a sapphire substrate. However, since sapphire has a very high hardness, it is difficult to increase the cutting speed by dicing, and for sapphire substrates with a thickness of about 0.3 mm to 0.5 mm, about 1 mm / second to 2 mm / second. It is necessary to carry out at the dividing speed of If the cutting speed is made higher than this, the grinding wheel wears faster, and chipping is likely to occur in the cross section.
そこで、ダイシング加工に代えて、レーザ加工による分断が試みられている（特許文献３参照）。サファイア基板には弱い劈開性があるので、直交する２方向に分断する場合に、主面をどの面方位にして、主面内でどの方向に向けて先に分断するかにより、形成される分断面の直進性が異なるようになり、これが分断面の品質や分断のしやすさに影響を与える。 Then, it replaces with a dicing process and the division | segmentation by laser processing is tried (refer patent document 3). Since the sapphire substrate has weak cleaving property, when it is divided into two orthogonal directions, it is determined depending on which plane orientation the main surface is oriented in, and in which direction the main surface is divided first. The straightness of the cross section becomes different, which affects the quality of the cross section and the ease of division.
図７は、サファイアの結晶方位を示す図である。サファイアは結晶系が三方晶系であり、代表的な面方位としてＲ面（ミラー指数（ １ −１ ０ ２））、Ａ面（ミラー指数（ １ １ −２ ０））、Ｃ面（ミラー指数（ ０ ０ ０ １））が存在する。
上述した特許文献３によれば、例えば基板の主面をＲ面とし、Ａ面に垂直な方向を先に分断し、次いで、Ａ面に平行な方向に分断することとする。そして、レーザを照射してＲ面基板の成分を加熱・昇華させることにより溝（基板厚みの２０％〜５０％の深さが好適）を形成し、さらに形成した溝の底部を加熱して蓄熱させることにより基板の裏面との間で熱勾配を発生させ、このときの熱応力によって分断が行われるようにしている。
すなわち、上記文献によれば、基板を昇華温度より高く加熱して昇華させるレーザアブレーション加工の技術を用いて基板厚さの半分程度の溝加工を行い、加工の余熱で生じる熱応力で分断するものである。
According to Patent Document 3 described above, for example, the main surface of the substrate is the R plane, the direction perpendicular to the A plane is divided first, and then the substrate is divided in a direction parallel to the A plane. Then, a groove (preferably a depth of 20% to 50% of the substrate thickness) is formed by heating and sublimating the components of the R-plane substrate by irradiating a laser, and further heating the bottom of the formed groove to store heat. Thus, a thermal gradient is generated between the substrate and the back surface of the substrate, and the separation is performed by the thermal stress at this time.
That is, according to the above-mentioned document, a groove is cut by about half the thickness of the substrate using a laser ablation processing technique in which the substrate is heated to a temperature higher than the sublimation temperature and sublimated, and the substrate is divided by the thermal stress generated by the residual heat of the processing. It is.
特許文献３に記載の方法によれば、高硬度のサファイア基板であっても、分断する２方向の優先順位を特定することにより、チッピング等の分割不良の発生を抑えた分断が実現でき、しかもレーザアブレーションの加工技術を用いることにより、砥石の磨耗が問題となるダイシング加工を行わずにサファイアを分断することができる。 According to the method described in Patent Document 3, even in the case of a sapphire substrate with high hardness, by specifying the priority in two directions to be divided, it is possible to realize division that suppresses occurrence of division defects such as chipping. By using a laser ablation processing technique, sapphire can be divided without performing a dicing process in which wear of the grindstone becomes a problem.
しかしながら、レーザアブレーションの加工技術で分断を行う場合においても、分断速度については、大きな改善は期待できない。すなわち、レーザアブレーションにより溝加工を行うには、溝部分を構成するサファイア材料の昇華に必要なエネルギーを与える必要があり、１回のレーザ照射で昇華できる溝深さは小さいことから、分断に必要な深さまで溝を形成するには複数回のレーザ照射が必要となり、結局、ダイシングと同様、相当長い加工時間が必要となる。 However, even when the cutting is performed by the laser ablation processing technique, a great improvement cannot be expected with respect to the cutting speed. In other words, in order to perform groove processing by laser ablation, it is necessary to give energy necessary for sublimation of the sapphire material constituting the groove portion, and since the groove depth that can be sublimated by one laser irradiation is small, it is necessary for cutting. In order to form a groove to a sufficient depth, laser irradiation is required a plurality of times. Eventually, as with dicing, a considerably long processing time is required.
また、レーザアブレーション加工では、材料を昇華することから、レーザ照射中は昇華した材料の一部が飛散し、基板の他の部分を汚染して製品の歩留まりを悪くするおそれがある。この汚染はレーザアブレーション時間が長いほど汚染される確率が増すことになり、したがって加工する溝深さが深いほど基板が汚染される確率が高くなる。 In laser ablation processing, since the material is sublimated, a part of the sublimated material is scattered during laser irradiation, which may contaminate other portions of the substrate and deteriorate the product yield. This contamination increases the probability of contamination as the laser ablation time is increased. Therefore, the probability that the substrate is contaminated increases as the depth of the groove to be processed increases.
そこで、本発明は、サファイア基板を基板の主面内で直交する２方向に分断する際に、従来からの分断方法よりも速い速度で分断することができる分断方法を提供することを目的とする。 Then, this invention aims at providing the dividing method which can be divided | segmented at a speed | rate faster than the conventional dividing method, when dividing | segmenting a sapphire substrate into two directions orthogonal in the main surface of a board | substrate. .
また、ダイシングによる砥石の摩耗の問題や、レーザアブレーションによる溝加工による汚染物質の飛散の問題を解決した分断方法を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a cutting method that solves the problem of grindstone wear due to dicing and the problem of contamination scattering due to grooving by laser ablation.
本発明では、サファイア基板の代表的な面方位であるＡ面（ミラー指数（ １ １ −２ ０））、Ｃ面（ミラー指数（ ０ ０ ０ １））、Ｒ面（ミラー指数（ １ −１ ０ ２））を主面とする基板についての分断を検討することにより、分断に適した基板主面の面方位をＲ面に特定した。サファイア基板はＲ面に沿って弱い劈開性を有している。主面をＲ面とすることにより分断面がＲ面と異なる面になり、後述するスクライブ工程やクラック進展工程の際に、劈開による制御不能な分断の発生を抑えることができる。 In the present invention, the A plane (Miller index (1 1 -2 0)), C plane (Miller index (0 0 0 1)), R plane (Miller index (1 -1)) which are typical plane orientations of the sapphire substrate. By examining the division of the substrate whose main surface is 0 2)), the plane orientation of the main surface of the substrate suitable for the division was specified as the R plane. The sapphire substrate has a weak cleavage along the R plane. By setting the main surface as the R surface, the dividing surface becomes a surface different from the R surface, and it is possible to suppress the occurrence of uncontrollable division due to cleavage during the scribing process and the crack propagation process described later.
さらにこのＲ面サファイア基板において、どの方向を先に分断すべきかを検討し、ｃ軸（＜０００１＞軸）をＲ面上に投影した投影線（Ｔ）に垂直な方向を優先して分断し、次いで、これに直交する方向を後から分断するように分断方向の優先順位を特定した。これにより、チッピングが少ない分断加工を行うことができることを経験的に見出した。ちなみに、分断方向の優先順位を逆にして投影線（Ｔ）に平行な方向を先に分断したり、他の結晶方位に向けて分断加工を行ったりすると、劈開の影響で基板端部がかけたりする不具合が発生しやすくなり、歩留まりが低下する。
このように、良好な分断面を得るための面方位、および、分断方向の優先順位についての分断条件を決定した上で、この条件下で、高速に分断できる分断方法を検討することにより、本発明の分断方法を完成するに至ったものである。
Furthermore, in this R-plane sapphire substrate, which direction should be divided first is examined, and the direction perpendicular to the projection line (T) projected on the R-plane is preferentially divided in the c-axis (<0001> axis). Then, the priority of the dividing direction was specified so that the direction orthogonal to this was divided later. As a result, it has been found empirically that it is possible to perform cutting with less chipping. By the way, if the priority of the cutting direction is reversed and the direction parallel to the projection line (T) is cut first, or if cutting is performed toward another crystal orientation, the edge of the substrate is hung by the influence of cleavage. Malfunctions are likely to occur and the yield decreases.
In this way, after determining the plane orientation for obtaining a good split section and the split conditions for the priority of the split direction, by examining the split method that can be split at high speed under these conditions, The invented dividing method has been completed.
すなわち、上記課題を解決するためになされた本発明によるサファイア基板の分断方法は、基板主面の面方位がＲ面であるサファイア基板を、主面内で互いに直交する第一方向と第二方向との２方向に分断する方法であって、（１ａ）前記サファイア基板のｃ軸をＲ面上に投影した投影線（Ｔ）に垂直な方向を第一方向に選択して、前記第一方向に沿ってスクライブラインを形成する第一方向スクライブ工程と、（１ｂ）形成された第一方向のスクライブラインに沿ってレーザ照射による加熱および加熱後の冷却を行い、第一方向のスクライブラインを前記サファイア基板の厚さ方向に進展させた第一クラックを形成する第一方向クラック進展工程と、（２ａ）第一方向と直交する第二方向に沿ってスクライブラインを形成する第二方向スクライブ工程と、（２ｂ）形成された第二方向のスクライブラインに沿ってレーザ照射による加熱および加熱後の冷却を行い、第二方向のスクライブラインを前記サファイア基板の厚さ方向に進展させた第二クラックを前記基板の裏面または裏面近傍まで到達するように形成する第二方向クラック進展工程とからなり、第一方向クラック進展工程で形成される第一クラックは前記サファイア基板の裏面に達しないようにしておき、第二方向クラック進展工程のときに、先に形成された第一クラックが進展して裏面まで到達することにより第一方向に沿って分断、または、第一方向と第二方向とが同時に分断されるようにしている。 That is, in the method for dividing a sapphire substrate according to the present invention made to solve the above-described problem, a sapphire substrate whose plane orientation of the substrate main surface is an R plane is divided into a first direction and a second direction perpendicular to each other in the main surface And (1a) a direction perpendicular to a projection line (T) obtained by projecting the c-axis of the sapphire substrate on the R plane is selected as the first direction, and the first direction (1b) performing heating by laser irradiation and cooling after heating along the formed scribe line in the first direction, and forming the scribe line in the first direction A first direction crack propagation step for forming a first crack propagated in the thickness direction of the sapphire substrate; and (2a) a second direction scribing line for forming a scribe line along a second direction orthogonal to the first direction. And (2b) heating by laser irradiation along the formed scribe line in the second direction and cooling after the heating were performed, and the scribe line in the second direction was advanced in the thickness direction of the sapphire substrate. A second direction crack progressing step for forming the two cracks so as to reach the back surface or the vicinity of the back surface of the substrate, so that the first crack formed in the first direction crack progressing step does not reach the back surface of the sapphire substrate. In the second direction crack progressing step, the first crack formed earlier progresses and reaches the back surface, and is divided along the first direction, or the first direction and the second direction. Are divided at the same time.
ここで、第一方向に形成するスクライブライン、第二方向に形成するスクライブラインの数は、それぞれの方向に１本ずつ形成してもよいし、それぞれの方向に複数本形成してもよい。 Here, the number of scribe lines formed in the first direction and the number of scribe lines formed in the second direction may be formed one by one in each direction, or a plurality of scribe lines may be formed in each direction.
本発明によれば、Ｒ面サファイア基板を分断する際に、最初にサファイア基板のｃ軸がＲ面上に投影された投影線（Ｔ）に垂直な方向を第一方向に選択して、第一方向から優先的に分断加工を行い、続いて投影線（Ｔ）に平行な第二方向に分断加工を行う。
第一方向に分断加工を行う場合、まず、サファイア基板表面に、スクライブラインを形成する。このスクライブラインは、後工程で基板の厚さ方向に第一方向クラックを進展させるための誘導ラインとなるものであり、表面近傍に形成する。
According to the present invention, when the R-plane sapphire substrate is divided, the first direction is selected such that the c-axis of the sapphire substrate is perpendicular to the projection line (T) projected on the R-plane. The cutting process is performed preferentially from one direction, and then the cutting process is performed in a second direction parallel to the projection line (T).
When dividing in the first direction, first, a scribe line is formed on the surface of the sapphire substrate. This scribe line serves as a guide line for advancing the first direction crack in the thickness direction of the substrate in a subsequent process, and is formed in the vicinity of the surface.
続いて、形成された第一方向のスクライブラインに沿って、レーザ照射による加熱および加熱後の冷却を短時間のうちに行う。このとき、サファイア基板の深さ方向に熱勾配が形成されることにより熱応力が発生し、第一方向に形成したスクライブラインを起点として基板深さ方向にクラックが進展し第一方向クラックが形成される。サファイア基板は熱伝導率が大きいため（ガラスの約４０倍）、加熱と冷却とにより熱勾配が発生しやすく、その結果クラックが形成されやすい。それゆえ、最初のスクライブ工程で形成されるスクライブライン自体は基板表面に浅く形成されたラインであっても、急激に厚さ方向にクラックが成長する。その際、クラックが進展する方向は劈開面（すなわちＲ面）からは外れているので、クラック進展を制御できる。また、融点以下で加熱するだけなので、昇華により不要物が飛散することもない。なお、この段階ではクラック深さは裏面までは達しない（すなわち完全には分断されない）ように途中で進展が止まるようにしておくのが好ましい。これはこの時点で分断されてしまうと、第一方向の後、引き続き分断加工が行われる第二方向の分断の際に、１つの基板として扱うことができなくなり、分断された部分基板ごとに位置合わせやレーザスクライブに必要なトリガ形成の手間がかかるようになるからである。
続いて、第一方向と直交する第二方向に沿ってスクライブラインを形成する。このスクライブラインは、後工程で基板の厚さ方向に第二方向クラックを進展させるための誘導ラインとなるものであり、表面近傍に形成する。
続いて、形成された第二方向のスクライブラインに沿って、レーザ照射による加熱および加熱後の冷却を短時間のうちに行う。このとき、サファイア基板の深さ方向に熱勾配が生じることにより熱応力が発生し、第二方向に形成したスクライブラインを起点として深さ方向にクラックが進展した第二方向クラックが形成される。このときの第二方向クラックは、好ましくは裏面に達するように深く形成する。具体的には、例えば加熱温度は融点以下に維持しつつできるだけ高くし、その後の冷却温度をできるだけ低くして温度差を大きくする。これにより熱応力を大きくしてクラックが進展しやすくする。
このとき、第二方向クラックが裏面に達するか否かに関わらず、第一方向クラックと第二方向クラックとが交差するクロスカット部分では、２度目の加熱と２度目の冷却が行われることとなり、このクロスカット部分では第二方向のクラック進展のみならず、第一方向のクラック進展も生じるので、クロスカット部分については、第一方向では２回のクラック進展によって、第一方向クラックが裏面まで達することとなり、さらにクロスカット部分が起点となって裏面まで到達した第一方向クラックが第一方向に沿って広がっていくことで、第一方向を確実に分断させることができる。
そして、第二方向クラックについては、上述したようにクラックが裏面に達するようにして、第一方向と同時に第二方向も分断されるのが好ましいが、第二方向クラックのクラック進展が足りず、完全な分断ができていない場合でも、第二方向クラックは、第二方向クラック進展工程の結果、深いクラックが形成されているので、例えば通常のブレーク工程で簡単に分断することができる。
Subsequently, heating by laser irradiation and cooling after heating are performed in a short time along the formed scribe line in the first direction. At this time, thermal stress is generated by forming a thermal gradient in the depth direction of the sapphire substrate, and cracks propagate in the substrate depth direction starting from the scribe line formed in the first direction to form the first direction crack. Is done. Since the sapphire substrate has a high thermal conductivity (about 40 times that of glass), a thermal gradient is likely to be generated by heating and cooling, and as a result, cracks are likely to be formed. Therefore, even if the scribe line itself formed in the first scribe process is a line formed shallow on the substrate surface, cracks grow rapidly in the thickness direction. At that time, since the direction in which the crack propagates is deviated from the cleavage plane (that is, the R plane), the crack propagation can be controlled. Moreover, since it heats only below melting | fusing point, an unnecessary thing is not scattered by sublimation. At this stage, it is preferable to stop the progress on the way so that the crack depth does not reach the back surface (that is, it is not completely divided). If it is divided at this point, it can no longer be handled as one substrate at the time of division in the second direction after the first direction. This is because it takes time to form a trigger necessary for alignment and laser scribing.
Subsequently, a scribe line is formed along a second direction orthogonal to the first direction. This scribe line serves as a guide line for advancing the second direction crack in the thickness direction of the substrate in a subsequent process, and is formed in the vicinity of the surface.
Subsequently, heating by laser irradiation and cooling after heating are performed in a short time along the formed scribe line in the second direction. At this time, thermal stress is generated due to a thermal gradient in the depth direction of the sapphire substrate, and a second direction crack is formed in which the crack progresses in the depth direction starting from a scribe line formed in the second direction. The second direction crack at this time is preferably formed deep so as to reach the back surface. Specifically, for example, the heating temperature is made as high as possible while maintaining it below the melting point, and the subsequent cooling temperature is made as low as possible to increase the temperature difference. As a result, the thermal stress is increased and cracks are easily developed.
At this time, regardless of whether or not the second direction crack reaches the back surface, the second heating and the second cooling are performed at the crosscut portion where the first direction crack and the second direction crack intersect. In this cross-cut portion, not only the crack propagation in the second direction but also the crack propagation in the first direction occurs. Therefore, in the cross-cut portion, the crack in the first direction reaches the back surface by two cracks in the first direction. Further, the first direction crack that reaches the back surface starting from the cross-cut portion spreads along the first direction, so that the first direction can be reliably divided.
And as for the second direction crack, as described above, it is preferable that the crack reaches the back surface, and the second direction is also divided at the same time as the first direction, but the crack development of the second direction crack is insufficient, Even when complete division is not achieved, since the second direction crack is formed as a deep crack as a result of the second direction crack propagation step, it can be easily divided, for example, by a normal break step.
本発明によれば、第一方向、第二方向に沿って基板表面近傍に浅いスクライブラインを形成し、その後第一方向、第二方向に沿って、それぞれレーザ加熱とその後の冷却とを行うことにより、クラックを進展させて基板の分断を行うようにしたので、サファイア基板で最大の問題であった、分断に要する時間を大幅に減らすことができる。
例えばダイシングでは、１本の分断の加工速度が２ｍｍ／秒程度であったものが、同じ対象をスクライブしたり、クラック進展させたりするときにそれぞれ５０ｍｍ〜３００ｍｍ／秒程度で処理できるようになり、たとえスクライブ工程とクラック進展工程との２つの工程を実行する必要があるとしても、分断に要する時間を大幅に改善させることができる。また、レーザアブレーション加工によって分断する場合（特許文献３）に比べても、分断時間を短縮することができ、しかも昇華にともなう不要物の飛散がほとんどないので、歩留まりも向上させることができる。
さらに、第一方向クラック進展工程の直後には第一方向クラックは基板を完全には分断しておらず、基板がばらばらに分離されていないため、第二方向のスクライブ等に必要な基板位置決めや移動が容易になる。その一方で、第二方向クラック進展工程の処理のときに、第一方向クラックが裏面まで進展し第一方向に沿って完全に分断され、場合によっては第二方向クラックについても同時に進展して基板分断することができるので、その後の分断工程を簡略にすることができる。
According to the present invention, a shallow scribe line is formed in the vicinity of the substrate surface along the first direction and the second direction, and then laser heating and subsequent cooling are performed along the first direction and the second direction, respectively. Thus, since the crack is developed and the substrate is divided, the time required for the division, which is the biggest problem with the sapphire substrate, can be greatly reduced.
For example, in dicing, the cutting speed of one piece is about 2 mm / second, but when the same object is scribed or crack propagated, it can be processed at about 50 mm to 300 mm / second, Even if it is necessary to execute two processes, a scribe process and a crack propagation process, the time required for the division can be greatly improved. In addition, the cutting time can be shortened as compared with the case of dividing by laser ablation processing (Patent Document 3), and the yield can be improved because there is almost no scattering of unnecessary materials due to sublimation.
Further, immediately after the first direction crack propagation process, the first direction crack does not completely divide the substrate, and the substrate is not separated separately, so that the substrate positioning necessary for the scribe in the second direction, etc. Easy to move. On the other hand, during the processing of the second direction crack propagation process, the first direction crack propagates to the back surface and is completely divided along the first direction. Since it can divide | segment, subsequent parting processes can be simplified.
（その他の課題解決手段および効果）
上記発明において、第二方向クラック進展工程の結果、第二方向クラックが前記サファイア基板の裏面に到達していない場合に、前記第二方向クラック進展工程に次いで、（３）既に分断された第一方向クラックに沿ってレーザ照射による加熱および加熱後の冷却を行い、第二方向クラックが進展して裏面まで到達することにより第二方向に沿って分断するようにしてもよい。
クロスカット部分（分断された第一方向クラックと第二方向クラックとのクロスカット部分）については、第二方向について２回のクラック進展によって、第二方向クラックが裏面まで達することとなり、さらにクロスカット部分が起点となって裏面まで到達した第二方向クラックが第二方向に沿って広がっていき、第二方向に確実に分断させることができる。なお、第一方向ではなく第二方向クラックに沿ってレーザ照射による加熱および加熱後の冷却の走査を行うことも可能であるが、第二方向クラックが複数本平行に並んでいるときはその本数に応じて各第二方向クラックを１本ずつ走査する必要が生じるので、第一方向クラックに沿って走査するのが好ましい。これにより１回の走査で一括して分断することができるようになる。
(Other problem solving means and effects)
In the said invention, when the 2nd direction crack has not reached | attained the back surface of the said sapphire substrate as a result of a 2nd direction crack progress process, next to the said 2nd direction crack progress process, (3) Already parted 1st Heating by laser irradiation and cooling after the heating may be performed along the direction crack, and the second direction crack may progress and reach the back surface to be divided along the second direction.
For the cross-cut portion (the cross-cut portion of the divided first-direction crack and second-direction crack), the second-direction crack reaches the back surface due to two cracks in the second direction. The second direction crack that reaches the back surface starting from the portion spreads along the second direction, and can be reliably divided in the second direction. In addition, it is possible to perform scanning by heating by laser irradiation and cooling after heating along the second direction crack instead of the first direction, but when a plurality of second direction cracks are arranged in parallel, the number thereof Since it is necessary to scan each second direction crack one by one, it is preferable to scan along the first direction crack. Thereby, it becomes possible to divide all at once in one scan.
また、上記発明において、第一方向スクライブ工程、第二方向スクライブ工程は、それぞれカッターホイールによるスクライブ、または、レーザ加熱および加熱後の冷却によるレーザスクライブ、または、前記サファイア基板の昇華温度以上の温度で加熱するレーザアブレーションによるスクライブのいずれかにより行われるようにしてもよい。
スクライブラインはサファイア基板の表面近傍に浅く形成するだけでよいので、これらのスクライブ方法を用いてスクライブラインを形成することができる。
カッターホイールによるスクライブの場合は機械的なスクライブであるため、どうしても磨耗が発生するが、スクライブは基板の表面近傍だけであり、ダイシングに比べると磨耗量が少なくてよい。また、レーザアブレーションの場合は基板の一部が昇華され飛散することになるが、スクライブラインの形成のため、基板表面近傍に浅くスクライブラインを形成するだけであるので、短時間で済み、アブレーションによる飛散量についても問題にならないほど少なくすることができる。
Moreover, in the said invention, a 1st direction scribing process and a 2nd direction scribing process are the scribing by a cutter wheel, the laser scribing by the laser heating and the cooling after a heating, respectively, or the temperature more than the sublimation temperature of the said sapphire substrate. You may make it carry out by either the scribe by the laser ablation to heat.
Since the scribe line only needs to be formed shallow in the vicinity of the surface of the sapphire substrate, the scribe line can be formed using these scribe methods.
In the case of scribing with a cutter wheel, since it is a mechanical scribing, wear inevitably occurs, but the scribing is only near the surface of the substrate, and the amount of wear may be less than that of dicing. In the case of laser ablation, a part of the substrate is sublimated and scattered. However, since the scribe line is formed, it is only necessary to form a shallow scribe line in the vicinity of the substrate surface. The amount of scattering can be reduced so as not to cause a problem.
また、上記発明においてサファイア基板は他の脆性材料基板との貼合せ基板であってもよい。
ここで、他の脆性材料基板とは、ガラス、石英、シリコン等が含まれる。一般に、貼合わせ基板は、サファイア単板に対する分断に比べるとさらに困難であったが、上記手順で分断加工することにより、サファイアの貼合わせ基板についても分断が可能になる。
In the above invention, the sapphire substrate may be a bonded substrate with another brittle material substrate.
Here, the other brittle material substrate includes glass, quartz, silicon and the like. In general, a bonded substrate is more difficult than dividing into a single sapphire plate, but it is possible to cut a bonded substrate of sapphire by performing the dividing process in the above procedure.
以下、本発明によるサファイア基板の分断方法について図面を用いて説明する。最初に本発明による分断加工が行われるサファイア基板と分断方向との関係について説明する。 Hereinafter, a method for dividing a sapphire substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, the relationship between the sapphire substrate on which the cutting process according to the present invention is performed and the cutting direction will be described.
（サファイア基板）
図１は本発明の分断加工に用いられるサファイア基板Ｓであり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。このサファイア基板Ｓは円形基板であり、一部にオリフラＦが形成されている。基板の厚さは特に限定されないが、２ｍｍ以下で用いられており、０．２ｍｍ〜１．２ｍｍで使用されるものが多く、０．４ｍｍ〜０．９ｍｍのものが特によく使用されている。
(Sapphire substrate)
FIG. 1 shows a sapphire substrate S used in the cutting process of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view and FIG. 1 (b) is an AA ′ sectional view. The sapphire substrate S is a circular substrate, and an orientation flat F is formed in part. Although the thickness of a board | substrate is not specifically limited, It is used by 2 mm or less, and many are used by 0.2 mm-1.2 mm, and the thing of 0.4 mm-0.9 mm is used especially well.
既述のようにサファイアは三方晶系であり、結晶面の代表的な面方位としてＲ面（ミラー指数（ １ −１ ０ ２））、Ａ面（ミラー指数（ １ １ −２ ０））、Ｃ面（ミラー指数（ ０ ０ ０ １））が存在するが（図７参照）、本発明で用いるサファイア基板Ｓは、主面（基板の平坦面）の面方位がＲ面にしてある。この基板は例えばＥＦＧ法（Edge-defined Film-fed Growth Method）により製造することができる。 As described above, sapphire is a trigonal system, and the R-plane (Miller index (1-1 0 2)), A-plane (Miller index (1 1 -2 0)) as typical plane orientations of crystal planes, Although the C-plane (Miller index (0 0 0 1)) exists (see FIG. 7), the sapphire substrate S used in the present invention has the R-plane as the principal plane (flat surface of the substrate). This substrate can be manufactured by, for example, the EFG method (Edge-defined Film-fed Growth Method).
本発明ではサファイア基板Ｓを分断するに際し、ｃ軸方向（＜０００１＞軸）をＲ面に投影した投影線Ｔを基準軸として、分断方向が決定される。しかしながらｃ軸方向や投影線Ｔは実際のサファイア基板Ｓには現れない。それゆえ、基板製造時に形成するオリフラＦの方向で基準軸方向を可視化するようにしている。すなわちオリフラＦの方向を投影線Ｔと垂直（あるいは平行でもよい）になるように形成しておき、投影線Ｔと垂直な方向や平行な方向をオリフラＦの方向によって決定するようにしている。なお、方形基板であれば、オリフラに代えて辺方向によりｃ軸方向や投影線Ｔの方向を可視化してもよい。 In the present invention, when the sapphire substrate S is divided, the dividing direction is determined with the projection line T projected from the c-axis direction (<0001> axis) on the R plane as a reference axis. However, the c-axis direction and the projection line T do not appear on the actual sapphire substrate S. Therefore, the reference axis direction is visualized in the direction of the orientation flat F formed at the time of manufacturing the substrate. That is, the direction of the orientation flat F is formed so as to be perpendicular to the projection line T (or may be parallel), and the direction perpendicular to or parallel to the projection line T is determined by the direction of the orientation flat F. In the case of a square substrate, the c-axis direction and the direction of the projection line T may be visualized by the side direction instead of the orientation flat.
本実施形態では１枚のサファイア基板Ｓから方形チップを切り出して製品にする。その際、スクライブ方向（すなわち分断方向）とスクライブの優先順とが正確に定められる。
すなわち、スクライブ方向（分断方向）はｃ軸に垂直な方向と、ｃ軸に平行な方向との２方向とに定められ、そのうちｃ軸に垂直な方向を平行な方向に優先して切り出し、ｃ軸に平行な方向をそれより後に切り出すようにする。そのため、図２に示すように、サファイア基板Ｓを、縦方向に６本（［１］−１〜［１］−６）、横方向に５本（［２］−１〜［２］−５）、この順でスクライブ等を行う。
In this embodiment, a rectangular chip is cut out from one sapphire substrate S to obtain a product. At that time, the scribing direction (that is, the dividing direction) and the priority order of scribing are accurately determined.
That is, the scribing direction (partition direction) is defined as two directions, a direction perpendicular to the c-axis and a direction parallel to the c-axis, of which the direction perpendicular to the c-axis is given priority over the parallel direction, and c A direction parallel to the axis is cut out after that. Therefore, as shown in FIG. 2, six sapphire substrates S ([1] -1 to [1] -6) in the vertical direction and five ([2] -1 to [2] -5 in the horizontal direction). ) Scribe in this order.
また、本発明は図１、図２に示したサファイア基板Ｓのほかに、図３に示すようにサファイア基板Ｓとガラス基板Ｇ（Ｓｉ基板等のその他の脆性材料基板でもよい）とを貼り合わせた貼合わせ基板Ｕであってもよい。この場合は、サファイア基板の単板のときと同様の分断方法でサファイア側を分断した後、ガラス基板を分断すればよい（逆の順でもよい）。ガラス基板の分断についてはカッターホイールによる分断、レーザスクライブによる分断等、通常のガラス基板の分断技術を用いればよい。 In the present invention, in addition to the sapphire substrate S shown in FIGS. 1 and 2, a sapphire substrate S and a glass substrate G (which may be another brittle material substrate such as a Si substrate) are bonded together as shown in FIG. Alternatively, the laminated substrate U may be used. In this case, the glass substrate may be cut after the sapphire side is cut by the same cutting method as that for a single sapphire substrate (the reverse order may be used). For the glass substrate cutting, a normal glass substrate cutting technique such as cutting with a cutter wheel or laser scribing may be used.
（分断装置）
次に、本発明を用いてサファイア基板Ｓを分断するときに使用する分断装置の一例について説明する。図４はサファイア基板分断装置の一例を示す概略構成図である。
水平な架台１上に平行に配置された一対のガイドレール３，４に沿って、図４の紙面前後方向（以下Ｙ方向という）に往復移動するスライドテーブル２が設けられている。両ガイドレール３，４の間に、スクリューネジ５がＹ方向に沿って配置され、このスクリューネジ５に、前記スライドテーブル２に固定されたステー６が螺合されており、スクリューネジ５をモーター（図示外）によって正、逆転することにより、スライドテーブル２がガイドレール３，４に沿ってＹ方向に往復移動するように形成されている。
(Severing device)
Next, an example of a cutting apparatus used when the sapphire substrate S is cut using the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a sapphire substrate cutting apparatus.
A slide table 2 that reciprocates in the front-rear direction (hereinafter referred to as the Y direction) of FIG. 4 is provided along a pair of guide rails 3 and 4 arranged in parallel on a horizontal base 1. A screw screw 5 is disposed between the guide rails 3 and 4 along the Y direction, and a stay 6 fixed to the slide table 2 is screwed to the screw screw 5. The slide table 2 is formed to reciprocate in the Y direction along the guide rails 3 and 4 by forward and reverse rotation (not shown).
スライドテーブル２上に、水平な台座７がガイドレール８に沿って、図４の左右方向（以下Ｘ方向という）に往復移動するように配置されている。台座７に固定されたステー１０に、モーター９によって回転するスクリューネジ１０ａが貫通螺合されており、スクリューネジ１０ａが正、逆転することにより、台座７がガイドレール８に沿って、Ｘ方向に往復移動する。 A horizontal pedestal 7 is arranged on the slide table 2 so as to reciprocate in the left-right direction in FIG. A screw screw 10a rotated by a motor 9 is threaded through a stay 10 fixed to the pedestal 7, and the pedestal 7 moves along the guide rail 8 in the X direction when the screw screw 10a rotates forward and backward. Move back and forth.
台座７上には、回転機構１１によって回転する回転テーブル１２が設けられており、この回転テーブル１２に、サファイア基板Ｓが水平な状態で取り付けられる。回転機構１１は、回転テーブル１２を、垂直な軸の周りで回転させるようになっており、基準方向（具体的には図１のオリフラＦの方向）に対して任意の回転角度になるように回転できるように形成されている。また、サファイア基板Ｓは、例えば吸引チャックによって回転テーブル１２に固定される。 On the pedestal 7, a rotary table 12 that is rotated by a rotary mechanism 11 is provided, and the sapphire substrate S is attached to the rotary table 12 in a horizontal state. The rotating mechanism 11 rotates the rotating table 12 around a vertical axis so that the rotating table 12 has an arbitrary rotation angle with respect to the reference direction (specifically, the direction of the orientation flat F in FIG. 1). It is formed so that it can rotate. Further, the sapphire substrate S is fixed to the rotary table 12 by, for example, a suction chuck.
回転テーブル１２の上方には、レーザ発振器１３に連なる光学ホルダ１４が取付フレーム１５に保持されている。レーザ発振器１３から発信されたレーザビームは光学ホルダ１４内部の光学レンズ１４ａ、１４ｂによって予め設定された形状のビームスポット（例えば長円形状のビームスポット）として基板Ｓ上に照射される。 An optical holder 14 connected to the laser oscillator 13 is held on the mounting frame 15 above the rotary table 12. The laser beam transmitted from the laser oscillator 13 is irradiated onto the substrate S as a beam spot having a preset shape (for example, an elliptical beam spot) by the optical lenses 14 a and 14 b inside the optical holder 14.
レーザ発振器１３にはＣＯ２レーザが用いられる。レーザ照射の照射条件を調整することにより、サファイア基板を昇華温度以上に加熱することもできるし、融点以下で加熱することもできる。前者の場合は、レーザアブレーションによりサファイア基板の一部を昇華させることになる。後者の場合は、加熱とその後の冷却とによる熱勾配により熱応力を利用した分断が行われることになる。 A CO 2 laser is used for the laser oscillator 13. By adjusting the irradiation conditions of laser irradiation, the sapphire substrate can be heated above the sublimation temperature, or can be heated below the melting point. In the former case, a part of the sapphire substrate is sublimated by laser ablation. In the case of the latter, the division | segmentation using a thermal stress will be performed by the thermal gradient by heating and subsequent cooling.
また、取付フレーム１５には、光学ホルダ１４に近接して、冷却ノズル１６が設けられている。この冷却ノズル１６からは、冷却水、Ｈeガス、炭酸ガス等の冷却媒体がサファイア基板Ｓに噴射されるようになっている。この冷却媒体は、先に光学ホルダ１４からサファイア基板Ｓに照射されたビームスポット（長円形状）の長手方向の端部に近接した位置に吹き付けられて、サファイア基板Ｓの表面に冷却スポットを形成することができる。なお、冷媒噴射は上述したように熱応力を利用した分断の際に行われるが、レーザアブレーションの場合には行われない。 The mounting frame 15 is provided with a cooling nozzle 16 adjacent to the optical holder 14. From the cooling nozzle 16, a cooling medium such as cooling water, He gas, and carbon dioxide gas is jetted onto the sapphire substrate S. This cooling medium is sprayed to a position close to the end in the longitudinal direction of the beam spot (oval shape) previously irradiated onto the sapphire substrate S from the optical holder 14 to form a cooling spot on the surface of the sapphire substrate S. can do. In addition, although refrigerant | coolant injection is performed in the case of the division | segmentation using a thermal stress as mentioned above, it is not performed in the case of laser ablation.
更に、カッターホイール１８が、上下移動調節機構１７を介して取り付けられている。このカッターホイール１８は、焼結ダイヤモンドを材料とし、外周面に頂点を刃先とするＶ字形の稜線部を備えたものであって、サファイア基板Ｓへの圧接力が上下移動調節機構１７によって微細に調整できるようになっている。サファイア基板は高硬度であるため、周辺リッジに多数の溝が形成され、周辺リッジが断続した突起を形成した高浸透タイプのホイールを使用するのが好ましい。 Further, a cutter wheel 18 is attached via a vertical movement adjusting mechanism 17. The cutter wheel 18 is made of sintered diamond, and has a V-shaped ridge line portion with a vertex at the outer peripheral surface. The pressure contact force to the sapphire substrate S is finely adjusted by the vertical movement adjusting mechanism 17. It can be adjusted. Since the sapphire substrate has high hardness, it is preferable to use a high penetration type wheel in which a large number of grooves are formed in the peripheral ridge and a protrusion in which the peripheral ridge is intermittent is formed.
カッターホイール１８は、サファイア基板Ｓの端縁に初期亀裂（トリガ）を形成するために用いられる。この初期亀裂（トリガ）はレーザスクライブでスクライブラインを形成するときに必要となるものであり、台座７をＸ方向に移動させつつ一時的にホイール１８を下降させて基板端にカッターホイール１８を衝突させて初期亀裂を作成する。
また、後述するように、機械的にスクライブラインを形成する方法として用いられる。
The cutter wheel 18 is used to form an initial crack (trigger) at the edge of the sapphire substrate S. This initial crack (trigger) is necessary when forming a scribe line by laser scribing, and while the pedestal 7 is moved in the X direction, the wheel 18 is temporarily lowered and the cutter wheel 18 collides with the substrate edge. To create an initial crack.
Further, as will be described later, it is used as a method of mechanically forming a scribe line.
次に、サファイア基板分断装置ＬＳ１による分断動作について説明する。図５はサファイア基板分断装置ＬＳ１による分断加工の手順を説明するフローチャートである。図６は分断動作中の基板の状態を示す模式図である。 Next, the cutting operation by the sapphire substrate cutting apparatus LS1 will be described. FIG. 5 is a flowchart for explaining the procedure of cutting by the sapphire substrate cutting device LS1. FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of the substrate during the cutting operation.
先ずサファイア基板Ｓを回転テーブル１２の上に載置し、オリフラＦの方向で結晶方位を確認し、投影線Ｔに垂直な第一方向（図１、図６（ａ）の［１］の方向）にスクライブ加工が行えるようにセッティングを行う（Ｓ１０１）。 First, the sapphire substrate S is placed on the turntable 12, the crystal orientation is confirmed in the direction of the orientation flat F, and the first direction perpendicular to the projection line T (the direction [1] in FIGS. 1 and 6A). ) Is set so that scribing can be performed (S101).
続いて、第一方向にスクライブライン（１ａ）の形成を行う（Ｓ１０２、図６（ａ））。スクライブラインは、カッターホイール１８の圧接によるスクライブ、レーザ１３による加熱と冷却ノズル１６による冷却とによるレーザスクライブ、昇華温度以上でレーザ加熱することによるレーザアブレーション加工のいずれかにより形成される。
カッターホイール１８の圧接によるスクライブでは、５０ｍｍ〜３００ｍｍ／秒程度のスクライブ速度でカッターホイール１８を走査する。
レーザスクライブでは、基板Ｓの融点より低い温度でレーザビームのビームスポットを走査するとともに、加熱直後を冷媒噴射により急冷することにより、熱応力によりスクライブラインを形成する。なお、レーザスクライブの場合は、例えば、カッターホイール１８により基板端に予め初期亀裂（トリガ）を設けておく必要がある。
レーザアブレーション加工によるスクライブでは、基板Ｓの昇華温度より高い温度で加熱するようにしながらビームスポットを走査しスクライブラインを形成する。レーザスクライブ、レーザアブレーションのいずれの場合も、５０ｍｍ／秒〜３００ｍｍ／秒程度のスクライブ速度で走査する。レーザアブレーション加工は、深く加工するほど加工速度は遅くなるが、ここでは、表面近傍を浅くスクライブすればよいので、この程度の加工速度でスクライブ加工を行うことができる。
この第一方向のスクライブ工程により、基板Ｓの厚さの５％〜３０％程度の深さのスクライブラインが形成できればよい。
Subsequently, a scribe line (1a) is formed in the first direction (S102, FIG. 6 (a)). The scribe line is formed by any one of scribe by pressure contact of the cutter wheel 18, laser scribe by heating by the laser 13 and cooling by the cooling nozzle 16, and laser ablation processing by laser heating at a temperature higher than the sublimation temperature.
In scribing by press-contact of the cutter wheel 18, the cutter wheel 18 is scanned at a scribing speed of about 50 mm to 300 mm / second.
In laser scribing, a laser beam spot is scanned at a temperature lower than the melting point of the substrate S, and immediately after heating, the scribing line is formed by thermal stress by quenching immediately after cooling by refrigerant injection. In the case of laser scribing, for example, it is necessary to provide an initial crack (trigger) in advance at the substrate end by the cutter wheel 18.
In scribing by laser ablation processing, a beam spot is scanned to form a scribe line while heating at a temperature higher than the sublimation temperature of the substrate S. In either case of laser scribing or laser ablation, scanning is performed at a scribing speed of about 50 mm / sec to 300 mm / sec. In the laser ablation processing, the processing speed becomes slower as the processing is deeper. However, since the vicinity of the surface may be scribed shallowly, the scribing processing can be performed at such a processing speed.
It is only necessary that a scribe line having a depth of about 5% to 30% of the thickness of the substrate S can be formed by the scribing process in the first direction.
続いて、前工程で形成した第一方向のスクライブラインに沿って、第一方向クラック（１ｂ）を進展させる（Ｓ１０３、図６（ｂ））。第一方向クラックの進展は、基板Ｓの融点以下の温度での加熱と加熱直後の冷却（すなわちレーザスクライブと同じ工程）とにより行われる。クラック進展の際のレーザ照射および冷却の走査速度は５０ｍｍ〜３００ｍｍ／秒の走査速度が適当である。これにより、サファイア基板Ｓの厚さの２５％〜７５％程度までクラック進展させればよい。この時点では、クラックの先端は基板内に留めるようにして第一方向は分断されないようにする。
なお、サファイア基板Ｓの端部近傍を走査するレーザ出力が大きすぎると、分断不良の原因となる場合があるので、基板Ｓの端部を走査するときのレーザ出力を基板Ｓの中央を走査するときのレーザ出力より少し小さく（中央部分を走査するときの７５％〜９５％出力）すればよい。
第一方向に沿って複数本の分断を行う場合は、１本目について、スクライブライン（１ａ）の形成および第一方向クラック（１ｂ）の進展を終えると、スライドテーブル２をＹ方向に移動して同様の処理を繰り返す（図６（ｃ））。
Subsequently, the first direction crack (1b) is propagated along the first direction scribe line formed in the previous step (S103, FIG. 6B). The progress of the first direction crack is performed by heating at a temperature equal to or lower than the melting point of the substrate S and cooling immediately after the heating (that is, the same process as laser scribing). A scanning speed of 50 mm to 300 mm / sec is appropriate as a scanning speed of laser irradiation and cooling during crack propagation. Accordingly, the crack may be propagated to about 25% to 75% of the thickness of the sapphire substrate S. At this point, the crack tip is kept in the substrate so that the first direction is not divided.
Note that if the laser output for scanning the vicinity of the end portion of the sapphire substrate S is too large, it may cause a division failure. Therefore, the center of the substrate S is scanned with the laser output for scanning the end portion of the substrate S. It may be slightly smaller than the laser output at that time (75% to 95% output when scanning the central portion).
When cutting a plurality of pieces along the first direction, when the formation of the scribe line (1a) and the progress of the first direction crack (1b) are finished for the first piece, the slide table 2 is moved in the Y direction. Similar processing is repeated (FIG. 6C).
続いて、回転ステージ１２を９０度回転し、投影線Ｔに平行な第二方向（図１、図６（ｄ）の［２］の方向）に沿ってスクライブ加工を行い、第二方向にスクライブライン（２ａ）を形成する（Ｓ１０４、図６（ｄ））。
第二方向スクライブ工程のスクライブ方法は、第一方向スクライブ工程で説明した３つの方法（カッターホイールによるスクライブ、レーザスクライブ、レーザアブレーション）のいずれかで行う。第一方向スクライブ工程と同じ方法でもよいし、異なる方法でもよい。異なる方法のときは、例えば、第一方向スクライブ工程をレーザスクライブで行い、第二方向スクライブ工程をカッターホイールによるスクライブで行うようにしてもよい。また、第一方向と第二方向とのスクライブ方法を同じにする場合、スクライブ条件（走査速度等）は同じであっても異なっていてもよい。
なお、スクライブ速度については、第一方向スクライブ工程と同じく５０ｍｍ／秒〜３００ｍｍ／秒程度が適当である。また、スクライブラインの深さは第一方向と同じく基板Ｓの厚さの５％〜３０％程度でよい。
また、第二方向は、経験的に第一方向よりも少しスクライブラインが進展しやすい傾向があるので、第一方向よりもレーザ出力を少し抑えてもよい。例えば第一方向の７５％〜９５％出力で照射するようにしてもよい。
Subsequently, the rotary stage 12 is rotated 90 degrees, and scribe processing is performed along a second direction (direction [2] in FIGS. 1 and 6D) parallel to the projection line T, and scribe is performed in the second direction. A line (2a) is formed (S104, FIG. 6 (d)).
The scribing method of the second direction scribing step is performed by any of the three methods described in the first direction scribing step (scribing with a cutter wheel, laser scribing, laser ablation). The same method as the first direction scribing step may be used, or a different method may be used. In the case of different methods, for example, the first direction scribing process may be performed by laser scribing, and the second direction scribing process may be performed by scribing with a cutter wheel. Further, when the scribing method is the same in the first direction and the second direction, the scribing conditions (scanning speed and the like) may be the same or different.
As for the scribe speed, about 50 mm / sec to 300 mm / sec is appropriate as in the first direction scribe process. Further, the depth of the scribe line may be about 5% to 30% of the thickness of the substrate S as in the first direction.
Further, since the second direction empirically tends to make the scribe line progress a little more easily than the first direction, the laser output may be suppressed a little more than the first direction. For example, you may make it irradiate with 75 to 95% output of a 1st direction.
続いて、前工程で形成した第二方向のスクライブラインに沿って、第二方向クラック（２ｂ）を進展させる（Ｓ１０５、図６（ｅ））。第二方向クラックの進展は、基板Ｓの融点以下の温度でのレーザ加熱と加熱直後の冷却（すなわちレーザスクライブと同じ工程）とにより行われる。クラック進展の際のレーザ照射および冷却の走査速度は、５０ｍｍ／秒〜３００ｍｍ／秒程度が適当である。
第二方向のクラック進展は、可能であれば、進展する第二方向クラックが一挙に裏面まで到達し、その結果、第二方向に沿って完全に分断されるのが望ましい。基板Ｓの厚さが十分に厚いときのように一挙に分断させることが困難な場合は、第二方向クラックをできるだけ深く進展させておき、後工程で分断するようにする。
Subsequently, the second direction crack (2b) is advanced along the second direction scribe line formed in the previous step (S105, FIG. 6E). The progress of the second direction crack is performed by laser heating at a temperature equal to or lower than the melting point of the substrate S and cooling immediately after the heating (that is, the same process as laser scribing). The scanning speed of laser irradiation and cooling during crack growth is suitably about 50 mm / second to 300 mm / second.
If possible, it is desirable that the second-direction crack progresses at a stroke to reach the back surface, and as a result, is completely divided along the second direction. In the case where it is difficult to divide at once, such as when the thickness of the substrate S is sufficiently thick, the second direction crack is developed as deeply as possible, and is divided in a subsequent process.
ところで、このとき、第一方向クラックと第二方向クラックとが交差するクロスカット部分では、２度目の加熱と２度目の冷却が行われることとなり、クロスカット部分の近傍では第二方向のクラック進展のみならず、第一方向についてもクラック進展が生じる。すなわち、クロスカット部分では、２回のクラック進展工程によって第一方向のクラックが深く進展して裏面まで達することとなり、局所的に完全に分断される。さらにこの分断された部分が起点となって、完全に分断された第一方向クラックがさらに第一方向に沿って広がるようになる。その結果、第二方向クラック進展工程により、第二方向よりもむしろ第一方向への完全な分断が促進されることとなる。 By the way, at this time, in the crosscut portion where the first direction crack and the second direction crack intersect, the second heating and the second cooling are performed, and the crack progresses in the second direction in the vicinity of the crosscut portion. Not only does the crack progress in the first direction. That is, in the cross-cut portion, the crack in the first direction advances deeply and reaches the back surface by two crack propagation processes, and is completely divided locally. Further, the divided part becomes a starting point, and the completely divided first direction crack further spreads along the first direction. As a result, the second direction crack propagation step promotes complete division in the first direction rather than the second direction.
そして、第二方向に沿って複数本の分断を行う場合には、１本目についてスクライブライン（２ａ）の形成および第二方向クラック（２ｂ）の進展を終えると、台座７をＸ方向に移動して同様の処理を繰り返す。
その結果、基板Ｓは、第一方向と第二方向とに沿って同時に分断されるときは、一挙に格子状に分断されることになる（図６（ｆ））。また、第一方向は完全に分断され、第二方向についてはクラックが深く進展するだけで分断まで至らないときは、基板Ｓ’が短冊状に切り出される（図６（ｆ’））。前者の場合は分断加工を終了し、後者の場合は、さらに次の工程に進む（Ｓ１０６）。
Then, when dividing a plurality of pieces along the second direction, when the formation of the scribe line (2a) and the progress of the second direction crack (2b) are finished for the first piece, the base 7 is moved in the X direction. Repeat the same process.
As a result, when the substrate S is simultaneously divided along the first direction and the second direction, the substrate S is divided at once into a lattice shape (FIG. 6F). In addition, when the first direction is completely divided, and the crack is deeply developed in the second direction and does not reach the division, the substrate S ′ is cut into a strip shape (FIG. 6 (f ′)). In the former case, the cutting process is terminated, and in the latter case, the process proceeds to the next step (S106).
前工程で第一方向だけが分断された場合は、短冊状の基板Ｓ’に対し、分断された第一方向クラックに沿って（図６（ｇ）の［３］の方向）、この線上をなぞるようにレーザ加熱と加熱後の冷却とを行うことにより、第二方向の分断を行う（Ｓ１０７、図６（ｇ））。
第２方向クラックと分断済み第一方向クラックとが交差するクロスカット部分（既に切り出されているので実際には端面となっている）では、２度目の加熱と２度目の冷却が行われることとなり、このクロスカット部分の近傍では、第二方向についてクラック進展が生じる。すなわちクロスカット部分では、２回のクラック進展工程によって第二方向のクラックが深く進展して裏面まで達することとなり、局所的に完全に分断される。さらに局所的に完全分断された部分が起点となって、第二方向に沿って完全に分断されたクラックが広がるようになる。その結果、第二方向の完全な分断が促進されることとなる（図６（ｈ））。このように第二方向に分断する際に、第二方向ではなく第一方向に走査することにより、１回の走査で、１つの短冊状の基板Ｓ’内にある複数本の第二方向クラックの分断を同時に行うことができる。
When only the first direction is divided in the previous process, the strip-shaped substrate S ′ is cut along this line along the divided first direction crack (direction [3] in FIG. 6G). Laser beam heating and cooling after heating are performed to trace the second direction (S107, FIG. 6G).
At the cross-cut portion where the second direction crack and the divided first direction crack intersect (actually an end face because it has already been cut out), the second heating and the second cooling are performed. In the vicinity of this cross cut portion, crack growth occurs in the second direction. That is, in the crosscut portion, the crack in the second direction deeply progresses to reach the back surface by two crack propagation processes, and is completely divided locally. Furthermore, a crack that has been completely divided along the second direction spreads out from the part that is completely divided locally. As a result, complete division in the second direction is promoted (FIG. 6 (h)). Thus, when dividing in the second direction, by scanning in the first direction instead of the second direction, a plurality of second direction cracks in one strip-shaped substrate S ′ in one scan. Can be simultaneously performed.
短冊状に切り出されたすべての基板Ｓ’に対して、第二方向の分断を同様の手順で行い、最終的に、図６（ｆ）と同様に、第一方向および第二方向に沿って格子状に分断する（図６（ｉ））。 For all the substrates S ′ cut out in a strip shape, division in the second direction is performed in the same procedure, and finally, as in FIG. 6F, along the first direction and the second direction. Dividing into a lattice shape (FIG. 6 (i)).
以上の手順により、サファイア基板Ｓを方形に分断することができる。従来のダイシングによる分断加工やレーザアブレーション加工による分断加工に比べると、加工に必要な工程数は増えているが、それぞれの工程分断速度は一桁以上速くなり、分断に要する全体時間を短縮することができる。 The sapphire substrate S can be divided into squares by the above procedure. Compared to the conventional cutting process using dicing and the cutting process using laser ablation, the number of processes required for processing is increased, but the process cutting speed is increased by an order of magnitude or more, and the overall time required for cutting is reduced. Can do.
（実施例）
基板主面の面方位がＲ面である円板状のサファイア基板（直径約１５ｃｍ、厚さ０．７ｍｍ）について、表１に示す各条件で、（１ａ）刃先スクライブによる第一方向スクライブ工程、（１ｂ）レーザ照射・冷却による第一方向クラック進展工程、（２ａ）刃先スクライブによる第二方向スクライブ工程、（２ｂ）レーザ照射・冷却による第二方向クラック進展工程を実行した。（１ａ）及び（２ａ）の刃先スクライブには、三星ダイヤモンド工業株式会社製高浸透刃先（Penett（登録商標））を使用した。
(Example)
With respect to a disk-shaped sapphire substrate (diameter: about 15 cm, thickness: 0.7 mm) whose surface orientation of the substrate main surface is an R plane, (1a) a first direction scribing step by cutting edge scribing under the conditions shown in Table 1, (1b) A first direction crack propagation step by laser irradiation / cooling, (2a) a second direction scribing step by cutting edge scribing, and (2b) a second direction crack propagation step by laser irradiation / cooling were performed. For the cutting edge scribing of (1a) and (2a), a high penetration cutting edge (Penett (registered trademark)) manufactured by Samsung Diamond Industrial Co., Ltd. was used.
各工程後のスクライブラインの深さを表２に示す。 Table 2 shows the depth of the scribe line after each step.
上記表の記載からも明らかな通り、（２ｂ）第二方向クラック進展工程により、第二方向クラックだけでなく、第一方向クラックも、サファイア基板裏面まで到達し、サファイア基板を分断することができた。 As is apparent from the description in the above table, (2b) the second direction crack propagation step allows not only the second direction crack but also the first direction crack to reach the back surface of the sapphire substrate, and the sapphire substrate can be divided. It was.
（貼合わせ基板の分断）
これまでサファイア基板Ｓの分断加工について説明したが、サファイア基板が他の脆性材料基板（ガラス基板、シリコン基板等）と貼り合わされている場合も、本発明を適用できる。その場合は、例えば、先にサファイア基板を分断し、その後でガラス基板等他の脆性材料基板を分断すればよい。その際、サファイア基板の分断については、単板の場合と同様の手順で分断する。その後、他の脆性材料基板それぞれに適した通常の分断方法を用いて分断すればよい。例えばガラス基板が貼り合わされているときは通常のスクライブ方法（カッターホイールによるスクライブ、レーザスクライブ）により分断することができる。
(Partition of bonded substrates)
Although the cutting process of the sapphire substrate S has been described so far, the present invention can also be applied when the sapphire substrate is bonded to another brittle material substrate (glass substrate, silicon substrate, or the like). In that case, for example, the sapphire substrate may be divided first, and then another brittle material substrate such as a glass substrate may be divided. At that time, the sapphire substrate is divided by the same procedure as that for the single plate. Then, what is necessary is just to cut | disconnect using the normal cutting method suitable for each other brittle material board | substrate. For example, when a glass substrate is bonded, it can be divided by a normal scribing method (scribing with a cutter wheel, laser scribing).
本発明は、サファイア基板の分断加工する際に利用することができる。 The present invention can be used when dividing a sapphire substrate.
２ スライドテーブル
７ 台座
１２ 回転テーブル
１３ レーザ発信器
１６ 冷却ノズル
１８ カッターホイール
Ｓ サファイア基板
Ｆ オリフラ
Ｔ ｃ軸投影線
2 Slide table 7 Base 12 Rotating table 13 Laser transmitter 16 Cooling nozzle 18 Cutter wheel S Sapphire substrate F Orientation flat T c-axis projection line
Claims (4)
（１ａ） 前記サファイア基板のｃ軸をＲ面上に投影した投影線（Ｔ）に垂直な方向を第一方向に選択して、前記第一方向に沿ってスクライブラインを形成する第一方向スクライブ工程と、
（１ｂ） 形成された第一方向のスクライブラインに沿ってレーザ照射による加熱および加熱後の冷却を行い、第一方向のスクライブラインを前記サファイア基板の厚さ方向に進展させた第一方向クラックを形成する第一方向クラック進展工程と、
（２ａ） 第一方向と直交する第二方向に沿ってスクライブラインを形成する第二方向スクライブ工程と、
（２ｂ） 形成された第二方向のスクライブラインに沿ってレーザ照射による加熱および加熱後の冷却を行い、第二方向のスクライブラインを前記サファイア基板の厚さ方向に進展させた第二方向クラックを前記基板の裏面または裏面近傍まで到達するように形成する第二方向クラック進展工程とからなり、
第一方向クラック進展工程で形成される第一方向クラックは前記サファイア基板の裏面に達しないようにしておき、第二方向クラック進展工程のときに、先に形成された第一クラックが進展して裏面まで到達させることにより第一方向に沿って分断、または、第一方向と第二方向とに沿って同時に分断されることを特徴とするサファイア基板の分断方法。 A method of dividing a sapphire substrate whose surface orientation of the substrate main surface is an R plane into two directions of a first direction and a second direction orthogonal to each other in the main surface,
(1a) A first direction scribe that forms a scribe line along the first direction by selecting, as the first direction, a direction perpendicular to a projection line (T) obtained by projecting the c-axis of the sapphire substrate onto an R plane. Process,
(1b) Heating by laser irradiation along the formed scribe line in the first direction and cooling after the heating are performed, and the first direction crack is generated by extending the scribe line in the first direction in the thickness direction of the sapphire substrate. A first direction crack propagation step to be formed;
(2a) a second direction scribing step of forming a scribe line along a second direction orthogonal to the first direction;
(2b) Heating by laser irradiation along the formed scribe line in the second direction and cooling after the heating are performed, and the second direction crack formed by extending the scribe line in the second direction in the thickness direction of the sapphire substrate. It consists of a second direction crack propagation step that is formed so as to reach the back surface or the vicinity of the back surface of the substrate,
The first direction crack formed in the first direction crack progressing process is set so as not to reach the back surface of the sapphire substrate, and the first crack formed earlier is developed during the second direction crack progressing process. A method for dividing a sapphire substrate, characterized by being divided along the first direction by reaching the back surface, or simultaneously divided along the first direction and the second direction.
（３） 既に分断された第一方向クラックに沿ってレーザ照射による加熱および加熱後の冷却を行い、第二方向クラックが進展して裏面まで到達することにより第二方向に沿って分断する請求項１に記載のサファイア基板の分断方法。 As a result of the second direction crack propagation step, when the second direction crack has not reached the back surface of the sapphire substrate,
(3) The heating by laser irradiation and the cooling after the heating are performed along the already divided first direction cracks, and the second direction cracks progress and reach the back surface to be divided along the second direction. 2. A method for dividing a sapphire substrate according to 1.
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