(57)【要約】      （修正有）【課題】窒化アルミニウム焼結体よりなる基板を切断して、その切断端部の精度が良好なチップを効率よく製造する方法を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム焼結体よりなる基板１を切断するに際し、上記基板１の切断位置において、全層の一部、好ましくは、該窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径の２〜１０倍で且つ該窒化アルミニウム焼結体よりなる基板１の厚みの５０％未満の深さとなるように、レーザー加工にて溝２を形成し、次いで、該溝２の幅Ｂより研削幅の小さい回転研削砥石によって残部Ｃを研削して基板を切断する。【選択図】図１
2005246518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム焼結体よりなる基板を切断するに際し、上記基板の切断位置において表面から一部の深さまでレーザー加工にて溝を形成し、該溝の幅より研削幅の小さい回転研削砥石によって残部を研削して基板を切断することを特徴とする基板の切断方法。
【請求項２】
前記切断方法において、レーザー加工による溝の深さが、該窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径の２〜１０倍で且つ該窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の厚みの５０％未満であることを特徴とする基板の切断方法。
【請求項３】
窒化アルミニウム焼結体よりなる基板が、表面に金属層を積層したものである請求項１又は２に記載の基板の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の新規な切断方法に関する。詳しくは、切断端部の精度が良好なチップを効率よく製造する方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ほう素等に代表されるセラミック材料は電気特性、光学特性、熱特性等の優れた特徴があることから広範囲に使用されている。これらのセラミック材料の中でも特に窒化アルミニウムは熱伝導性だけでなく、絶縁性、誘電特性、熱膨張特性の点で優れた特性を有することから、半導体実装用の高機能放熱基板として急速に普及しつつある。
【０００３】
このような放熱基板は通常、次のような方法で製造される。即ち、窒化アルミニウム焼結体の表面を必要に応じて研削又は研磨して一定の面粗さに仕上げ、その表面に、金属薄膜層が形成される。かかる金属層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、ＴａＮ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒなどの第１薄膜層、Ｎｉ、Ｐｔなどの第２薄膜層、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの第３薄膜層をこの順序で形成することにより一般的に形成される。
【０００４】
このようにして表面に金属薄膜層が形成された後に、必要に応じてパターニングされ、次いで、上記基板は切断によりチップ化され、最終製品の寸法、形状に仕上げられた後、金属薄膜層上に電子素子（例えばレーザーダイオード）が薄膜半田等を用いてマウントされる。
【０００５】
上記基板の切断は、電子素子の小型化、高密度化につれて加工精度も近年著しい精度の向上が求められている。
【０００６】
従来、上記窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の切断には、回転研削砥石が一般に使用されている。この回転研削砥石を使用した切断装置は、装置自体が簡単であり加工速度も速いことから経済性が良いことが特徴である。上記研削砥石を使用して工作物を高精度で切断するための改良方法が種々提案されている。例えば、工作物を保持して移動させる工作物移動テーブル上に、ドレッサを該工作物移動テーブルに支持される工作物と平行に且つ前記砥石を法線方向から挟むように対向させて支持するドレッサホルダーを設けた研削盤を使用して切断することにより、砥石の揺れや傾きを防止してその加工精度を向上させる方法などが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、窒化アルミニウム焼結体のような硬質材料を回転研削砥石を使用して行なう場合は、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板が比較的脆い部材であるため、工業的に有効な速度でこれを切断する場合には、切断面端部にカケの発生を避けることができないという問題を有する。
【０００８】
一方、近年、切断時の位置精度が高精度化したこと、および切断により得られるチップ上に搭載される電子素子のマウント位置とチップ端部との距離が近くなったことより、前記切断面端部のカケの発生は、得られる半導体製品の歩留りに大きく影響を及ぼすようになった。
【０００９】
一方、基板の切断方法としてレーザーによる方法も提案されている（特許文献２、３参照）。
【００１０】
上記方法によれば、切断面端部におけるカケを効果的に抑制することができるが、レーザーによる切断は、切断速度が遅いため加工時間が著しく長くなり、工業的な実施において問題を有する。また、切断深さが深くなるほどその傾向は大きくなると共に、切削精度も低下する。更には、長時間のレーザーの使用による切断面付近の窒化アルミニウム焼結体が変質し、熱伝導性等の特性が低下することも懸念される。
【００１１】
【特許文献１】特開平  ４−１３５５２号公報
【特許文献２】特開平  ７−２８４９６６号公報
【特許文献３】特開２００３−２８５１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板、特に、表面に金属薄膜層を有する基板の切断において、基板表面における切断端部のカケが低減され、且つ、短時間で、効率よく切断を行なうことができる切断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板を、レーザー加工にてその表面より一部に溝を形成することにより切断端部の欠けを抑制した角が形成でき、この溝より研削幅の小さい回転研削砥石によって残部を切断して基板をチップ化することによって、レーザーの特徴である切断端部の欠けの抑制された表面部を有しながら、研削速度を十分早く維持することができ、本発明の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、本発明は、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板を切断するに際し、上記基板の切断位置において表面から一部の深さまでレーザー加工にて溝を形成し、該溝の幅より研削幅の小さい回転研削砥石によって残部を研削して基板を切断することを特徴とする基板の切断方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の基板の切断方法によれば、レーザー加工により初期の切断溝を形成することで、精度の高い加工端面を表層部に確保することができ、切断により得られるチップ表面に高精度で電子部品をマウントすることが可能となる。また、その後の切断を、該溝の幅より研削幅の小さい回転研削砥石によって残部を切断することにより、上記加工端部の精密性を維持した状態で、切断を工業的に満足できる速さで実施することが可能となった。
【００１６】
従って、経済的に且つ精密な窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の切断を行なうことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の切断方法において、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板は公知のものが特に制限なく使用される。そのうち、特に、窒化アルミニウム焼結体を構成する結晶の平均粒径が１〜１０μｍ程度のものに対して本発明の切断方法は特に有効である。また、かかる結晶粒径を有するものは、基板表面の研磨による精度も上げることができるため本発明において好適である。
【００１８】
また、基板の形状は特に制限されるものではないが、加工が容易であるという観点から、その厚さは５０μｍ〜５ｃｍ、特に１００μｍ〜２ｃｍが一般的である。
【００１９】
更に、上記基板は、窒化アルミニウム焼結体よりなる未加工の状態の基板、各種ホーニング加工を施したもの、ラップ加工を施したもの、鏡面加工を施したもの等や、半導体素子搭載用基板として基板表面に蒸着法、スパッタリング法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法等により金属薄膜層を形成した窒化アルミニウム焼結体よりなる基板などが挙げられる。
【００２０】
図１は、本発明の切断方法の代表的な態様を示す工程図である。図１に示すように、本発明の切断方法は、（ａ）前記窒化アルミニウム焼結体よりなる基板１を準備し、（ｂ）上記基板１の切断位置において表面から一部の深さ（Ｈ）までレーザー加工にて溝２を形成し、（ｃ）該溝の幅（Ｂ）より研削幅（Ｃ）の小さい回転研削砥石によって残部３を研削して基板を切断することをすることを特徴とする。
【００２１】
本発明の切断方法においては、先ず、前記窒化アルミニウム焼結体よりなる基板１の表面から一部の深さまで、レーザー加工によって溝２を形成することを特徴とする。
【００２２】
即ち、レーザー加工による溝を形成せずに回転研削砥石により切断した場合は切断端部に発生する欠けが大きくなるため切断端部にカケの発生が頻発し、精密な切断面を有するチップを得ることが困難となる。
【００２３】
また、レーザー加工のみで基板の全層を切削する場合は、極めて長時間を要するばかりでなく、前記不都合が懸念されるため、レーザー加工により形成される溝の深さは、基板の全厚みの一部であることが必要である。このように、基板の切断において、レーザー加工を中断して、他の切断手段に切り替え、それぞれの欠点を受け継ぐことなく、両者の利点を享受することが可能となる。
【００２４】
本発明の溝加工に用いられるレーザーは、公知のものが特に制限無く使用される。たとえばＣＯ２、ＹＡＧ、エキシマレーザー等が挙げられる。また、波長による制限はないが、一般に波長４００ｎｍ以下、特に、１８０〜３６０ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
レーザー加工により形成された溝の幅は、相対的に後述の回転研削砥石の切断幅より大きいものであれば特に制限を受けないが、回転研削砥石による切断では切断位置が多少変動することがあるので、レーザー加工により形成される溝の幅は研削砥石による切断幅より１０μｍ以上広くすることが好ましい。
【００２６】
尚、レーザー加工により形成される溝の幅を大きくしすぎると加工時間を長くしなければならない場合も生ずるので、レーザー加工により形成される溝は研削砥石による切断幅より３０μｍ以内の幅であることが好ましい。
【００２７】
上記レーザー加工による溝の幅（Ｂ）は、たとえばエキシマレーザーではマスクの変更または光学系による倍率の変更によって調整することができる。
【００２８】
本発明において、上記のレーザー加工により形成する溝の深さ（Ｈ）は、前記したように、基板の全層の一部であれば良いが、窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径の２〜１０倍であり、かつ窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の厚みの５０％以下であることが、切断端部のカケを効果的に防止すると共に、基板の切断時の反りの発生を防止し、より正確に基板の切断を行なうために好ましい。より好ましくは、前記溝の深さ（Ｈ）は、窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径（ｄ；μｍ）の２〜５倍であり、かつ窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の厚みの３０％以下である。
【００２９】
即ち、本発明者らは、窒化アルミニウム焼結体の如き多結晶材料を回転研削砥石により切断する場合、加工端部に発生するカケは結晶粒子の脱落によるものであることを見出した。そして、回転研削砥石による切断にて生じる端部欠けを抑えるためにレーザー加工により溝を形成する際の溝の深さは結晶粒子の大きさを基準とすべきであるという知見を得た。具体的には、窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径の２倍以上の深さをレーザーにて溝加工した後に回転研削砥石により切断した場合、回転研削砥石による切断での結晶粒子の脱落は起きないのである。
【００３０】
さらに、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の厚みの５０％以上を溝加工した場合は、窒化アルミニウム焼結体基板に反りが発生し易くなる傾向があり、この反った基板を回転研削砥石により切断する場合は、切断位置が不正確になったり、無理やり切断装置に固定すると基板が割れることもある。
【００３１】
本発明において、前記レーザー加工により窒化アルミニウム焼結体よりなる基板を加工する際、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の高密度エネルギーに曝された部分に金属アルミニウムが析出する場合があるので、アシストガスとして加工部に窒素ガスを吹き付ける方法を採用することが好ましい。
【００３２】
また、上記レーザー加工時の基板の固定方法は特に制限されず、公知の方法が制限なく使用できる。例えば、真空吸引、粘着シートによる貼付け、固形ワックスによる貼付け、接着剤による貼付け等が適応され、これらを併用しても良い。
【００３３】
本発明の切断に用いられる回転研削砥石は、公知のものが特に制限無く使用されるが、ダイヤモンド砥粒を使用した研削砥石を使用したものが好適である。上記ダイヤモンド砥粒は、ダイヤモンド砥粒が結合剤を用いて固着された研削砥石である。ダイヤモンド砥粒には天然または合成工業用ダイヤモンド粉末が用いられ、結合剤は、レジンボンド、メタルレジンボンド、メタルボンド、ビトリファイドボンド、電着ボンド、電鋳金属ボンド等のいずれの方法でも良い。また、研削砥石全体が砥粒と結合剤で構成されていても良く、切断にかかわらない部分を金属等の他材料で構成していても良い。
【００３４】
本発明において、上記した回転研削砥石による切断幅（Ｃ）はレーザーにより形成された溝の幅より小さいものであれば特に制限されないが、切断溝の蛇行、砥石摩耗量の増大等の悪影響が生じない範囲内においてできる限り薄い方が好ましい。具体的には、レーザーにより形成された溝の幅に対して、５０〜９５％の範囲であることが好ましい。
【００３５】
また、一般的な研削砥石先端の形状は角型であるが、Ｒまたはテーパが付いていても良い。また、一般的にマルチブレードダイシングと呼ばれる、同形状の多数枚の砥石を同軸上に平行に並べ回転させ切断し一度に多数の切断を行う方法であれば、経済性が向上するので特に好適である。
【００３６】
本発明で用いられる研削砥石中の砥粒の平均粒径（ｘ；μｍ）は、特に制限されないが、特に好ましい範囲は、３ｄ≦ｘ≦１１０／ｄ（ｄ；窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径〔μｍ〕）である。
【００３７】
上記回転研削砥石を使用した切断時の基板の固定方法も特に制限されず、公知の方法が制限なく使用できる。例えば、真空吸引、粘着シートによる貼付け、固形ワックスによる貼付け、接着剤による貼付け等が適応され、これらを併用しても良い。また、切断を行う研削盤は市販されているものが好適に使用できる。
【００３８】
本発明で対象とする回転研削砥石による切断方法は、公知のものが制限なく使用できる。例えば、アップカット、ダウンカット、クリープフィード研削、ハイスピードストローク研削等が挙げられる。
【００３９】
また、砥石回転数は、５０００ｒｐｍ以上であれば良いが、好ましくは２００００ｒｐｍ以上であることが好ましい。また回転数の上限は、特に制限されないが、１０００００ｒｐｍ、特に、６００００ｒｐｍ程度である。
【００４０】
また、基板の送り速度は、３００ｍｍ／ｓ以下であれば良いが、３０ｍｍ／ｓ以下が好ましい。これら以外の加工条件による制限は受けない。
【００４１】
更に、本発明に用いられる研削砥石の外径は特に制限されず、切断の対象となる基板に応じて適宜決定すればよい。
【００４２】
本発明の好ましい態様として、粘着シートを使用する態様が挙げられる。即ち、窒化アルミニウム焼結体よりなる基板の切断面よりなる基板に、例えばポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリブタジエン、塩化ビニル、塩化ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネートなどの樹脂製基材上にシリコン系粘着剤、アクリル系粘着剤等が塗布された構造を有する公知の粘着シートを貼付し、該粘着シートを残して基板を切断することにより、該基板のチップ化後の取扱い性の向上を図ることも可能である。
【００４３】
また、本発明の切断方法の他の態様として、前記レーザー加工による溝の形成を両面から行った後、残部を回転研削砥石で切断する態様をも採用することができる。この場合、溝の深さは、前記範囲が好適に適用される。
【００４４】
尚、上記態様において粘着シートを使用した切断方法は、基板の一方の面にレーザー加工による溝を形成した後、該溝を有する面に粘着シートを貼付し、次いで、基板の他方の面にレーザー加工による溝の形成、回転研削砥石による研削により切断を行ない、チップ化することができる。
【実施例】
【００４５】
本発明を更に具体的に説明するため以下実施例及び比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４６】
実施例１〜５
平均結晶粒径がそれぞれ異なる、３．３μｍ、４．４μｍ、６．７μｍの３枚の鏡面加工（Ｒａ＜０．０３μｍ）を施した窒化アルミニウム焼結体基板（５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍ×０．３ｍｍ）を使用し、エキシマレーザー加工機（ＯＰＴＥＣ社製、ＭｉｃｒｏＭａｓｔｅｒ、ＫｒＦ）にて、発振パルス２００Ｈｚ、出力１０ｍＪの発振条件でレーザーを窒化アルミニウム焼結体基板の上面より入射させ、１２０μｍ幅の溝を、基板の端から端まで形成した。
【００４７】
また、溝形成時の窒化アルミニウム焼結体基板の移動速度を変えることで表１に示す溝の深さの異なる基板を得た。上記方法にて形成した溝を１ｍｍ間隔で５０本形成した。また、窒化アルミニウム焼結体基板は真空吸着にてエキシマレーザー加工機に固定した。
【００４８】
エキシマレーザーにより溝を形成した窒化アルミニウム焼結体基板に対して、砥粒の平均粒径が２５μｍ（ディスコ社製、Ｂ１Ａ８０３ＳＤ６００Ｎ５０Ｍ５１、５２Ｄ×０．１Ｔ×４０Ｈ）、厚みが１００μｍの回転研削砥石を用いて、切断機（ディスコ社製、ＤＡＤ５２２）にて砥石回転数が２３０００ｒｐｍ、送り速度が９ｍｍ／ｓの条件にて、エキシマレーザーにて形成した溝に合わせて、５０本の溝全てをダウンカットにて切断した。窒化アルミニウム焼結体基板は粘着シート（ＵＤＶ−１００Ａ）に貼り付けて多孔質チャックにて真空吸着し固定した。基板を完全に切断するため、ＵＶシートに５０μｍ切込む条件とした。
【００４９】
切断後の加工端部を２００倍の測定顕微鏡にて観察し、切断１本（５０．８ｍｍ）内での切断端部の最大カケの幅を測定し、これを全ての切断で行い、平均を加工端部カケ幅とした。
【００５０】
また、各実施例において、レーザー加工による溝の形成後の基板の反りを、表面粗さ形状測定器（東京精密製、サーフコム４７０Ａ；商品名）により、基板の端と中央での差を反り量とした結果を表１に併せて示す。
【００５１】
表１より理解されるように、実施例では加工端部カケ幅は小さい上に、加工時間も短い。また、レーザー加工による溝の深さを基板全層の厚みの５０％未満とすることによって、反りの無い状態で、続く、回転研削砥石による切断を行なうことが可能である。
【００５２】
比較例１〜６
平均結晶粒径３．３μｍ、４．４μｍ、６．７μｍの鏡面加工（Ｒａ＜０．０２μｍ）を施した窒化アルミニウム焼結体基板（５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍ×０．３ｍｍ）を、比較例１〜３ではエキシマレーザーによる溝の形成を行わずに実施例の回転研削砥石による切断のみを行い、比較例４〜６では実施例にしめすエキシマレーザー加工のみにより切断を行った。比較例１〜３では実施例より加工端部の欠け幅が大きく、実施例４〜６では加工端部欠け幅は実施例と同程度だが、加工時間が長い。
【００５３】
比較例７〜９
平均結晶粒径３．３μｍ、４．４μｍ、６．７μｍの鏡面加工（Ｒａ＜０．０２μｍ）を施した窒化アルミニウム焼結体基板（５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍ×０．３ｍｍ）を、エキシマレーザーでの形成する溝の幅を１０９μｍとし、その他は実施例と同方法にて切断を行った。即ち、エキシマレーザーで形成した溝の幅と回転研削砥石の幅を同じにした比較例７〜９では、加工時間は実施例と同等だが、加工端部の欠け幅は大きい。
【００５４】
比較例１０〜１２
平均結晶粒径３．３μｍ、４．４μｍ、６．７μｍの鏡面加工（Ｒａ＜０．０２μｍ）を施した窒化アルミニウム焼結体基板（５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍ×０．３ｍｍ）を、エキシマレーザーでの形成する溝の深さを２００μｍとし、その他は実施例と同方法にて切断を行った。即ち、エキシマレーザーで形成した溝の深さを基板の厚みの６７％とした比較例１０〜１２では、溝形成後の基板の反りが大きく、回転研削砥石により切断するために切断装置に固定した際に基板が割れてしまい、切断不能となった。
【００５５】
【表１】
2005246518.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の切断方法の代表的な態様を示す工程図
【符号の説明】
【００５７】
１  窒化アルミニウム焼結体よりなる基板
２  溝
３  残部
【図１】
2005246518.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月8日(2004.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
【表１】
2005246518.tif 000005