JP3895287B2

JP3895287B2 - Method and apparatus for dividing sapphire substrate

Info

Publication number: JP3895287B2
Application number: JP2003059317A
Authority: JP
Inventors: 弘明三澤; 悦雄小山
Original assignee: 弘明三澤; テクダイヤ株式会社
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP2004268309A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子用絶縁基板として使用されるサファイヤ基板を分割する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体を成長させたサファイア基板の分割方法がいくつか提示されている。サファイア基板は劈開性に乏しいために、劈開し易い半導体の分割に通常用いられるダイシングやスクライビングといった手法によりチップへ分割することが困難とされていた。ダイシング法は、ダイヤモンド刃を具備する回転ブレードにより、ハーフカット(溝切り込み)若しくはフルカット（直接切断）する方法であるが、サファイア基板にクラックや損傷が発生し易い。スクライビング法は、ダイヤモンド針で直線状にスクライブラインを罫書いた後、外力により基板を割る方法であるが、基板が斜めに割れ易いという欠点があると同時に、やはり損傷し易い。この結果、素子歩留まりの低下、素子性能や寿命の悪化等の悪影響を及ぼしていた。
【０００３】
特許文献１では、サファイア基板を特定方向に割ることにより上記問題を解決している。特許文献２では、半導体結晶の一部を除去して割溝を形成するために湿式エッチャントを用いている。特許文献３では、基板裏面に窒化金属薄膜を設けることにより任意方向への切断を可能とする。
【０００４】
一方、半導体ウェハ等の硬質非金属膜の切断方法として、スクライビングとレーザを併用した方法が知られている。例えば、特許文献４では、ウェハ表面にダイシングでハーフカット溝を形成した後、ウェハ裏面から当該ハーフカット溝に沿ってレーザ光を照射し、熱歪により割断する方法が開示されている。
【特許文献１】
特開平９−２１９５６０号公報
【特許文献２】
特開平１０−１８９４９８号公報
【特許文献３】
特開２０００−１０１１９５号公報
【特許文献４】
特開２００１−１９６３３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り、サファイア基板を分割する方法には、スクライビング又はダイシングが用いられているが、何らかの手段で基板表面、裏面に切溝を設けた後に基板を割る方法が好ましい。サファイアは、非常に硬質であるのでフルカットすると長時間を要する上に、前述の通り、損傷し易いためである。
【０００６】
尚、サファイア基板は、将来的に半導体素子用絶縁基板技術の主流を担うと予想されている、その工業的分割方法の確立は重要な課題である。
【０００７】
以上の現状に鑑み、本発明は、確実に、精度よく、高い歩留まりかつ低コストでサファイア基板を分割する方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく本発明は、以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係るサファイア基板の分割方法は、サファイア基板の第１面に対しスクライブ溝を形成する第１のステップと、形成された前記スクライブ溝に対応する位置にて前記サファイア基板の前記第１面側若しくは第２面側からレーザ光を照射する第２のステップとを含み、前記レーザ光の波長が、前記サファイア基板が２光子吸収を含む多光子吸収を生じ得る波長であり、前記レーザ光の集光点が、前記サファイア基板の断面内において前記スクライブ溝の最深位置と前記第２面との間にあってかつ前記レーザ光によるレーザアブレーションを生じない位置にあることを特徴とする。
【００１３】
（２）請求項２に係るサファイア基板の分割装置は、サファイア基板の第１面に対しスクライブ溝を形成する第１の手段と、形成された前記スクライブ溝に対応する位置にて前記サファイア基板の第２面側からレーザ光を照射する第２の手段とを有し、前記レーザ光の波長が、前記サファイア基板が２光子吸収を含む多光子吸収を生じ得る波長であり、前記レーザ光の集光点が、前記サファイア基板の断面内において前記スクライブ溝の最深位置と前記第２面との間にあってかつ前記レーザ光によるレーザアブレーションを生じない位置にあることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。本発明によるサファイア基板の分割方法を適用されるサファイア基板は、半導体素子用の絶縁基板に用いられるものを想定しており、通常、その一方の面上に回路素子を形成する半導体結晶を成長させる。
【００１９】
本発明によるサファイア基板の分割方法の基本形態は、主要な２ステップを含む。第１のステップは、図１（Ａ）に示すように、サファイア基板１０の第１面１０ａに対しスクライブ溝１１を形成するステップである。図１（Ａ）は、サファイア基板１０の平面図である。スクライブ溝１１は、例えば公知のダイヤモンドスクライバ２０により罫書くことにより形成することができる。ダイヤモンドスクライバ２０は、その先端にダイヤモンドチップ２２のスクライバ刃を具備する。図１（Ａ）に示すように、スクライブ溝１１は例えばＸ軸方向とＹ軸方向に格子状に形成される。斯かる格子状のスクライブ溝を形成するためにダイヤモンドスクライバ２０の２次元的位置制御を行うスクライバ装置は、周知技術である。一実施例では、４５g荷重で各スクライブ溝につき１回のみ罫書きを行ったが、これに限定されない。
【００２０】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１−１拡大断面を概略的に示している。破線は、Ｘ軸方向のスクライブ溝１１の最深位置を示している。サファイヤ基板の厚さは、例えば１００〜数１００μmであり、スクライブ溝１１の深さは、例えば５〜１０μm程度であるが、これに限定されない。
【００２１】
第２のステップは、図２（Ａ）に示すように、第１のステップで第１面１０ａに形成されたスクライブ溝１１に対応する位置であってサファイア基板１０の反対側の位置１１’にて、第２面１０ｂの側からレーザ光３２を照射するステップである。図２（Ａ）は、サファイア基板１０の概略的な部分断面図である。レーザ光３２は、適宜のレーザ照射装置３０により照射される。
【００２２】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の２−２拡大断面を概略的に示した図である。水平方向の破線１１ａは、スクライブ溝１１の底すなわち最深位置を示している。第２面１０ｂからスクライブ溝１１に向かってレーザ光３２を照射すると、レーザ光３２の集光点３２ａからスクライブ溝１１の方向に沿って割断面（斜線部）が生じ、成長する。この割断面は、サファイア基板１０の両面１０ａ、１０ｂに垂直である。また、この割断面の形成において、サファイア基板１０に欠けや損傷を生じない。従って、レーザ照射装置３０を、例えば矢印の方向に移動することにより、サファイア基板１０をスクライブ溝１１に沿って完全に切断することができる。このレーザ照射装置３０の移動を、図１（Ａ）に示したＸ軸方向及びＹ軸方向について繰り返すことによりサファイア基板１０はチップに分割される。斯かる操作を実行するためにレーザ照射装置３０の２次元的位置制御を行う装置は、周知である。
【００２３】
尚、上記第２のステップについて、別の実施例においては、第１面１０ａに形成されたスクライブ溝１１に対応する位置にて、第１面１０ａの側からレーザ光３２を照射してもよい。幾つかの試験結果では、図２のようにスクライブ溝１１の反対側の第２面１０ｂの側からのレーザ光照射の方が良好な結果が得られた。しかしながら、スクライブ溝１１の形成面と同じ側からレーザ光を照射することは、ダイヤモンドスクライバ２０とレーザ照射装置３０がサファイア基板１０に対して同じ側に設置されている装置にあってはサファイア基板１０を裏返す工程やスクライブ溝形成面の保護処理等の工程が不要である点で有利である。
【００２４】
本発明によるサファイア基板の分割装置は、上記の第１及び第２のステップからなるサファイア基板の分割方法を実施可能な装置である。例えば、サファイア基板を適宜手段で固定することができ、本発明に適用可能なダイヤモンドスクライバとレーザ照射装置の双方を具備し、これらの各々について２次元的位置制御を行うことができる装置である。特に、ダイヤモンドスクライバについては、そのスクライブ刃の形状並びにスクライビング時の荷重及び速度等を適宜選択可能であり、レーザ照射装置については、その波長、パルス幅、照射エネルギー、スポット径、集光点の位置及び偏光等を適宜選択可能とすることが好適である。
【００２５】
以下、本発明の好適な形態について説明する。
本発明の好適例においては、レーザ光の波長を、サファイア基板が２光子吸収を含む多光子吸収を生じ得る波長とする。多光子吸収は、原子・分子の初期状態から最終状態に遷移する過程で多光子を吸収する場合であり、２光子吸収は多光子吸収の最も簡単な場合である。このような波長の選択にあたっては、サファイア基板の吸収スペクトルの吸収端よりも長波長側の波長を選択することが一応の目安となるが、サファイア基板の吸収スペクトルの吸収末端は、使用するサファイア基板の不純物によってばらつきがあるので、この選択手法はあくまで目安である。このように、本発明では、サファイア基板の吸収スペクトルにおける吸収の大きい波長範囲をあえて用いず、サファイアが吸収できる波長より小さなエネルギー（長波長側）のレーザ光を照射する。これは、サファイアが直接吸収できる波長のレーザ光を照射すると、サファイア基板の表面が破壊されるおそれがあるためである。これに対し、サファイア基板が２光子吸収を含む多光子吸収を生じ得る波長を照射すると、透明材料であるサファイア内部にレーザ光が侵入することにより、内部加工が可能となる。従って、レーザ光の波長として、ほぼ可視光〜赤外の全範囲から任意に選択することができる。
【００２６】
本発明の方法では、第１のステップのスクライブ溝形成により内部にストレスや微小なクラックを発生させておき、第２のステップでその部分にレーザ照射することにより、サファイア基板をスクライブ溝に沿って割断することができる。また、長波長側の波長とすることにより、低エネルギーレーザによる加工が可能となり、コスト的にも有利である。
【００２７】
一実施例では、パルス幅２００fs、波長８００nm、繰り返し周波数１kHzのレーザ光を用いたが、これらに限定されない。例えば、パルス幅は、数十psまで可能である。
【００２８】
さらに、本発明の好適例では、レーザ光の照射エネルギーを、サファイアのブレークダウンエネルギーとすると、集光点より発生するクラックは、スクライブ溝付近の微小なクラックにガイドされるよう到達し、ランダムな方向へのクラックの生成を防ぐことができる。ここで、「ブレークダウンエネルギー」とは、スクライブ溝を形成していない部分に照射した場合、照射部位の変質（屈折率の変化等）やクラックが生じるエネルギー範囲であることをいう。一実施例では、レーザ光の照射エネルギーを集光点付近で０．５〜１μJ/パルスとしたが、これに限定されない。
【００２９】
またさらに、本発明の好適例では、レーザ光のスポット径を、スクライブ溝の幅を超えない大きさとする。スクライブ溝形成による内部ストレスや内部クラック発生部分に対して的確にレーザ光を照射するためである。限定はしないが一実施例では、集光系として、倍率４０倍、開口数０．５５のドライ対物レンズを用いた。このときのレーザ光のスポット径は、光軸と垂直方向に２〜３μm、光軸方向に５μm程度であり、一方、スクライブ溝の幅は４〜５μm程度であった。
【００３０】
またさらに、本発明の好適例では、レーザ光の集光点が、サファイア基板の断面内においてスクライブ溝の最深位置と第２面との間にあってかつ前記レーザ光によるレーザアブレーションを生じない位置である（例えば、図２（Ｂ）参照）。これは、サファイア基板の断面内においてスクライブ溝に近すぎる位置にレーザ光の集光点があると、サファイアのアブレーションが生じ、表面に穴を生じてしまうためである。また、サファイア基板の断面内において第２面の表面に近すぎる位置にレーザ光の集光点がある場合についても同様の現象が生じる。限定はしないが一実施例では、スクライブ溝の最深位置は、第１面から６〜７μmの位置にあり、このときのレーザ光の集光点は、スクライブ溝の最深位置よりも第２面側へさらに５μm程度寄った点であった。この実施例では、サファイア基板が極めて良好な状態で分割された。
【００３１】
またさらに、本発明の好適例では、レーザ光の偏光方向が、スクライブ溝の方向に対して垂直方向である。一実施例では、レーザ光の偏光方向がスクライブ溝と同方向の場合よりも、スクライブ溝に対して垂直方向の場合にサファイア基板が良好な状態で分割された。但し、このことは、レーザ光が、スクライブ溝と同方向に直線偏光される場合並びに円偏光される場合を、本発明の実施態様から排除するものではない。
【００３２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によるサファイア基板の分割方法及び装置では、サファイア基板の第１面に対しスクライブ溝を形成した後、スクライブ溝の形成位置に相当する位置にてサファイア基板の第１面側若しくは第２面側から、サファイア基板が２光子吸収を含む多光子吸収を生じ得る波長のレーザ光を照射する。このように、スクライブ溝形成による内部ストレスや微小クラックの部分にレーザ照射されることにより、サファイア基板をスクライブ溝に沿って割断することができる。また、長波長側の波長とすることにより、低エネルギーレーザによる加工が可能となり、コスト的にも有利である。
【００３３】
さらに、レーザ光の照射エネルギーを、サファイアのブレークダウンエネルギーとすると、集光点付近のクラックはランダム方向に生成するのではなく、スクライブ溝付近の微小なクラックに向かってガイドされるよう到達し、スクライブ溝に沿った割断が可能になる。
【００３４】
またさらに、レーザ光のスポット径が、スクライブ溝の幅を超えないことにより、スクライブ溝形成による内部ストレスや微小クラックに対し、的確かつ効率的にレーザ光を照射することができ、良好な分割が実現される。
【００３５】
またさらに、レーザ光の集光点が、サファイア基板の断面内においてスクライブ溝の最深位置と第２面との間にあってかつ前記レーザ光によるレーザアブレーションを生じない位置にあることによっても、スクライブ溝形成による内部ストレスや微小クラックに対し、的確かつ効率的にレーザ光を照射することができ、良好な分割が行われる。
【００３６】
またさらに、レーザ光の偏光方向が、スクライブ溝の方向に対して垂直方向であることによっても、良好な分割が行われる。
【００３７】
本発明による分割方法及び装置では、サファイア基板の欠けや損傷を生じず歩留まりが向上し、かつ、速やかに精確な分割を行うことができる。また、低コストでシンプルな装置及び操作により全工程を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明によるサファイア基板の分割方法の第１のステップを示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の１−１拡大断面図である。
【図２】（Ａ）は、本発明によるサファイア基板の分割方法の第２のステップを示す断面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の２−２拡大断面図である。
【符号の説明】
１０サファイア基板
１０ａ第１面
１０ｂ第２面
１１スクライブ溝
１３割断部分
２０スクライバ
２２ダイヤモンドチップ
３０レーザ照射装置
３２レーザ光
３２ａ集光点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for dividing a sapphire substrate used as an insulating substrate for a semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, several methods for dividing a sapphire substrate on which a semiconductor is grown have been proposed. Since the sapphire substrate has poor cleaving property, it has been difficult to divide it into chips by a technique such as dicing or scribing that is usually used for dividing a semiconductor that is easily cleaved. The dicing method is a method of half-cutting (groove cutting) or full-cutting (direct cutting) with a rotating blade equipped with a diamond blade, but the sapphire substrate is likely to be cracked or damaged. The scribing method is a method of scribing a scribe line in a straight line with a diamond needle and then breaking the substrate with an external force. However, the scribing method has a drawback that the substrate is easily broken obliquely and is also easily damaged. As a result, adverse effects such as a decrease in device yield and deterioration in device performance and lifetime have been exerted.
[0003]
In patent document 1, the said problem is solved by dividing a sapphire substrate in a specific direction. In Patent Document 2, a wet etchant is used to form parting grooves by removing a part of a semiconductor crystal. In Patent Document 3, cutting in an arbitrary direction is possible by providing a metal nitride thin film on the back surface of the substrate.
[0004]
On the other hand, as a method for cutting a hard non-metallic film such as a semiconductor wafer, a method using scribing and laser in combination is known. For example, Patent Document 4 discloses a method in which a half-cut groove is formed on the wafer surface by dicing, and then laser light is irradiated along the half-cut groove from the back surface of the wafer and cleaved by thermal strain.
[Patent Document 1]
JP-A-9-219560 [Patent Document 2]
JP-A-10-189498 [Patent Document 3]
JP 2000-101195 A [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-196332
[Problems to be solved by the invention]
As described above, scribing or dicing is used as a method of dividing the sapphire substrate, but a method of dividing the substrate after providing kerfs on the substrate front and back surfaces by any means is preferable. This is because sapphire is very hard and requires a long time when fully cut, and is easily damaged as described above.
[0006]
In addition, the establishment of the industrial division | segmentation method for which a sapphire substrate is anticipated to bear the mainstream of the insulating substrate technology for semiconductor elements in the future is an important subject.
[0007]
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for dividing a sapphire substrate reliably, accurately, with high yield and at low cost.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides the following configurations.
(1) A method for dividing a sapphire substrate according to claim 1 includes a first step of forming a scribe groove with respect to the first surface of the sapphire substrate, and a position of the sapphire substrate at a position corresponding to the formed scribe groove. and a second step of irradiating a laser beam from the first surface side or the second surface side, the wavelength of the laser beam, Ri wavelength der of the sapphire substrate can cause multiphoton absorption including two-photon absorption , the focal point of the laser beam, and wherein the position near Rukoto that does not cause laser ablation by matching and the laser beam between the deepest position and the second surface of the scribe groove in the cross section of the sapphire substrate To do.
[0013]
(2) The sapphire substrate dividing apparatus according to claim 2 is a first means for forming a scribe groove on the first surface of the sapphire substrate, and the sapphire substrate at a position corresponding to the formed scribe groove. and a second means for irradiating a laser beam from the second surface side, the wavelength of the laser beam, the sapphire substrate Ri wavelength der which can cause multiphoton absorption including two-photon absorption, the laser beam The condensing point is located between the deepest position of the scribe groove and the second surface in the cross section of the sapphire substrate, and is at a position where laser ablation by the laser beam does not occur .
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The sapphire substrate to which the method for dividing a sapphire substrate according to the present invention is applied is assumed to be used for an insulating substrate for a semiconductor element, and usually a semiconductor crystal for forming a circuit element is grown on one surface thereof. .
[0019]
The basic form of the method for dividing a sapphire substrate according to the present invention includes two main steps. The first step is a step of forming a scribe groove 11 in the first surface 10a of the sapphire substrate 10 as shown in FIG. FIG. 1A is a plan view of the sapphire substrate 10. The scribe groove 11 can be formed, for example, by ruled with a known diamond scriber 20. The diamond scriber 20 has a scriber blade of a diamond tip 22 at its tip. As shown in FIG. 1A, the scribe grooves 11 are formed in a lattice shape in the X-axis direction and the Y-axis direction, for example. A scriber device that performs two-dimensional position control of the diamond scriber 20 in order to form such a lattice-like scribe groove is a well-known technique. In one embodiment, the scribing is performed only once for each scribe groove with a load of 45 g, but the present invention is not limited to this.
[0020]
FIG. 1 (B) schematically shows an enlarged cross section 1-1 of FIG. 1 (A). The broken line indicates the deepest position of the scribe groove 11 in the X-axis direction. The thickness of the sapphire substrate is, for example, 100 to several hundred μm, and the depth of the scribe groove 11 is, for example, about 5 to 10 μm, but is not limited thereto.
[0021]
As shown in FIG. 2A, the second step is a position corresponding to the scribe groove 11 formed on the first surface 10a in the first step and at a position 11 ′ opposite to the sapphire substrate 10. In this step, the laser beam 32 is irradiated from the second surface 10b side. FIG. 2A is a schematic partial cross-sectional view of the sapphire substrate 10. The laser beam 32 is irradiated by an appropriate laser irradiation device 30.
[0022]
FIG. 2B is a diagram schematically showing an 2-2 enlarged cross section of FIG. The horizontal broken line 11a indicates the bottom of the scribe groove 11, that is, the deepest position. When the laser beam 32 is irradiated from the second surface 10 b toward the scribe groove 11, a split section (shaded portion) is generated along the direction of the scribe groove 11 from the condensing point 32 a of the laser beam 32 and grows. This split section is perpendicular to both surfaces 10 a and 10 b of the sapphire substrate 10. Further, in the formation of the split section, the sapphire substrate 10 is not chipped or damaged. Therefore, the sapphire substrate 10 can be completely cut along the scribe groove 11 by moving the laser irradiation device 30 in the direction of the arrow, for example. The sapphire substrate 10 is divided into chips by repeating the movement of the laser irradiation device 30 in the X-axis direction and the Y-axis direction shown in FIG. An apparatus for performing two-dimensional position control of the laser irradiation apparatus 30 to execute such an operation is well known.
[0023]
In addition, about the said 2nd step, in another Example, you may irradiate the laser beam 32 from the 1st surface 10a side in the position corresponding to the scribe groove | channel 11 formed in the 1st surface 10a. . In some test results, better results were obtained when the laser beam was irradiated from the second surface 10b opposite to the scribe groove 11 as shown in FIG. However, irradiating the laser beam from the same side as the surface on which the scribe groove 11 is formed means that the sapphire substrate 10 is used when the diamond scriber 20 and the laser irradiation device 30 are installed on the same side with respect to the sapphire substrate 10. This is advantageous in that it does not require a process such as a process of turning over the surface or a process of protecting the scribe groove forming surface.
[0024]
A sapphire substrate dividing apparatus according to the present invention is an apparatus capable of performing the sapphire substrate dividing method including the first and second steps. For example, the sapphire substrate can be appropriately fixed by means, and includes both a diamond scriber and a laser irradiation device applicable to the present invention, and each of these can perform two-dimensional position control. In particular, for a diamond scriber, the shape of the scribe blade and the load and speed at the time of scribing can be selected as appropriate, and for a laser irradiation device, its wavelength, pulse width, irradiation energy, spot diameter, and position of the focal point In addition, it is preferable that polarization and the like can be appropriately selected.
[0025]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
In a preferred embodiment of the present invention, the wavelength of the laser light is set to a wavelength at which the sapphire substrate can cause multiphoton absorption including two-photon absorption. Multiphoton absorption is a case where multiphotons are absorbed in the process of transition from an initial state of an atom / molecule to a final state, and two-photon absorption is the simplest case of multiphoton absorption. In selecting such a wavelength, it is a rough guide to select a wavelength longer than the absorption edge of the absorption spectrum of the sapphire substrate, but the absorption terminal of the absorption spectrum of the sapphire substrate is the sapphire substrate to be used. This selection method is only a guideline because it varies depending on the impurities. Thus, in the present invention, laser light having an energy (long wavelength side) smaller than the wavelength that can be absorbed by sapphire is irradiated without using a wavelength range in which the absorption spectrum of the sapphire substrate is large. This is because the surface of the sapphire substrate may be destroyed when irradiated with laser light having a wavelength that can be directly absorbed by sapphire. On the other hand, when the sapphire substrate is irradiated with a wavelength that can cause multiphoton absorption including two-photon absorption, the laser beam enters the sapphire, which is a transparent material, thereby enabling internal processing. Therefore, the wavelength of the laser beam can be arbitrarily selected from almost the entire range from visible light to infrared.
[0026]
In the method of the present invention, stress and minute cracks are generated inside by forming the scribe groove in the first step, and the portion is irradiated with laser in the second step, so that the sapphire substrate is moved along the scribe groove. Can be cleaved. Further, by setting the wavelength on the long wavelength side, processing with a low energy laser is possible, which is advantageous in terms of cost.
[0027]
In one embodiment, laser light having a pulse width of 200 fs, a wavelength of 800 nm, and a repetition frequency of 1 kHz is used. However, the present invention is not limited to these. For example, the pulse width can be up to several tens of ps.
[0028]
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, when the laser beam irradiation energy is the sapphire breakdown energy, the cracks generated from the condensing point reach so as to be guided by minute cracks in the vicinity of the scribe groove, and are random. Generation of cracks in the direction can be prevented. Here, “breakdown energy” refers to an energy range in which alteration of the irradiated part (change in refractive index, etc.) or cracking occurs when a portion where no scribe groove is formed is irradiated. In one embodiment, the irradiation energy of the laser light is set to 0.5 to 1 μJ / pulse in the vicinity of the focal point, but is not limited to this.
[0029]
Furthermore, in a preferred embodiment of the present invention, the spot diameter of the laser beam is set to a size that does not exceed the width of the scribe groove. This is because the laser beam is accurately irradiated to the internal stress or internal crack generation portion due to the scribe groove formation. Although not limited, in one embodiment, a dry objective lens having a magnification of 40 times and a numerical aperture of 0.55 was used as a condensing system. The spot diameter of the laser beam at this time was about 2 to 3 μm in the direction perpendicular to the optical axis and about 5 μm in the optical axis direction, while the width of the scribe groove was about 4 to 5 μm.
[0030]
Still further, in a preferred embodiment of the present invention, the condensing point of the laser light is a position between the deepest position of the scribe groove and the second surface in the cross section of the sapphire substrate and does not cause laser ablation by the laser light. (For example, see FIG. 2B). This is because ablation of sapphire occurs and a hole is formed on the surface if a laser beam condensing point is located too close to the scribe groove in the cross section of the sapphire substrate. The same phenomenon occurs when the laser light condensing point is located too close to the surface of the second surface in the cross section of the sapphire substrate. Although not limited, in one embodiment, the deepest position of the scribe groove is 6 to 7 μm from the first surface, and the condensing point of the laser beam at this time is on the second surface side than the deepest position of the scribe groove. The point was about 5 μm. In this example, the sapphire substrate was divided in a very good state.
[0031]
Still further, in a preferred embodiment of the present invention, the polarization direction of the laser light is perpendicular to the direction of the scribe groove. In one example, the sapphire substrate was divided in a better state when the polarization direction of the laser light was perpendicular to the scribe groove than when the laser beam was polarized in the same direction as the scribe groove. However, this does not exclude the case where the laser beam is linearly polarized and circularly polarized in the same direction as the scribe groove from the embodiment of the present invention.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, in the method and apparatus for dividing a sapphire substrate according to the present invention, after the scribe groove is formed on the first surface of the sapphire substrate, the first surface side of the sapphire substrate or the position corresponding to the formation position of the scribe groove From the second surface side, the sapphire substrate is irradiated with laser light having a wavelength that can cause multiphoton absorption including two-photon absorption. As described above, the sapphire substrate can be cleaved along the scribe groove by irradiating the internal stress and the micro crack portion due to the formation of the scribe groove with laser. Further, by setting the wavelength on the long wavelength side, processing with a low energy laser is possible, which is advantageous in terms of cost.
[0033]
Furthermore, if the irradiation energy of the laser beam is the breakdown energy of sapphire, the crack near the condensing point is not generated in a random direction, but arrives to be guided toward the minute crack near the scribe groove, Cleaving along the scribe groove becomes possible.
[0034]
Furthermore, since the spot diameter of the laser beam does not exceed the width of the scribe groove, it is possible to irradiate the laser beam accurately and efficiently with respect to internal stress and micro cracks caused by the formation of the scribe groove. Realized.
[0035]
Still further, the laser beam condensing point is located between the deepest position of the scribe groove and the second surface in the cross section of the sapphire substrate, and the laser beam is not ablated by the laser beam. The laser beam can be irradiated accurately and efficiently with respect to internal stress and microcracks caused by the above, and good division is performed.
[0036]
Still further, good splitting is performed by the fact that the polarization direction of the laser light is perpendicular to the direction of the scribe groove.
[0037]
In the dividing method and apparatus according to the present invention, the sapphire substrate is not chipped or damaged, the yield is improved, and accurate and accurate division can be performed quickly. In addition, the entire process can be performed with low cost and simple equipment and operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing a first step of a method for dividing a sapphire substrate according to the present invention. (B) is a 1-1 expanded sectional view of (A).
FIG. 2A is a cross-sectional view showing a second step of the method for dividing a sapphire substrate according to the present invention. (B) is a 2-2 expanded sectional view of (A).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sapphire board | substrate 10a 1st surface 10b 2nd surface 11 Scribe groove | channel 13 Split part 20 Scriber 22 Diamond chip 30 Laser irradiation apparatus 32 Laser beam 32a Condensing point

Claims

サファイア基板の第１面に対しスクライブ溝を形成する第１のステップと、形成された前記スクライブ溝に対応する位置にて前記サファイア基板の前記第１面側若しくは第２面側からレーザ光を照射する第２のステップとを含み、
前記レーザ光の波長が、前記サファイア基板が２光子吸収を含む多光子吸収を生じ得る波長であり、
前記レーザ光の集光点が、前記サファイア基板の断面内において前記スクライブ溝の最深位置と前記第２面との間にあってかつ前記レーザ光によるレーザアブレーションを生じない位置にあることを特徴とするサファイア基板の分割方法。A first step of forming a scribe groove with respect to the first surface of the sapphire substrate, and laser light irradiation from the first surface side or the second surface side of the sapphire substrate at a position corresponding to the formed scribe groove. And a second step of
Wavelength of the laser beam, Ri wavelength der of the sapphire substrate can cause multiphoton absorption including two-photon absorption,
The condensing point of the laser beam is located between the deepest position of the scribe groove and the second surface in the cross section of the sapphire substrate, and the laser beam is not ablated by the laser beam. Substrate dividing method.

サファイア基板の第１面に対しスクライブ溝を形成する第１の手段と、形成された前記スクライブ溝に対応する位置にて前記サファイア基板の前記第１面側若しくは第２面側からレーザ光を照射する第２の手段とを有し、
前記レーザ光の波長が、前記サファイア基板が２光子吸収を含む多光子吸収を生じ得る波長であり、
前記レーザ光の集光点が、前記サファイア基板の断面内において前記スクライブ溝の最深位置と前記第２面との間にあってかつ前記レーザ光によるレーザアブレーションを生じない位置であることを特徴とするサファイア基板の分割装置。First means for forming a scribe groove with respect to the first surface of the sapphire substrate, and laser light irradiation from the first surface side or the second surface side of the sapphire substrate at a position corresponding to the formed scribe groove. Second means to
Wavelength of the laser beam, Ri wavelength der of the sapphire substrate can cause multiphoton absorption including two-photon absorption,
The condensing point of the laser beam is a position between the deepest position of the scribe groove and the second surface in the cross section of the sapphire substrate and is a position where laser ablation by the laser beam does not occur. Substrate dividing device.