JP2003037085A - レーザ照射を用いた基板切断方法および装置 - Google Patents
レーザ照射を用いた基板切断方法および装置Info
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Abstract
に関する。 【解決手段】 レーザ光は、基板上で走査される。この
レーザ光は、基板の第1の層を除去する。その後、この
レーザ光は、新たに露出した第2の層上に再焦点合わせ
され、さらなる通過が行われる。この工程は、分離が完
了するまで繰り返される。この方法および装置は、集積
回路パッケージのシンギュレーションに特に好適であ
る。
Description
た基板切断方法および装置に関する。特に、基板保持集
積回路部品と共に使用するための方法および装置に関す
る。本発明は、レーザ照射を用いた集積回路部品のシン
ギュレーション(分断)(singulation)に特に適用さ
れる。
装置は、一般に多数の個別の層から構成されている。こ
れらの層は、金属回路、誘電体、ウエハダイス、ボンデ
ィングワイヤおよびモールド化合物材料のいくつか、ま
たは全てが配設されているプリント回路基板(PCB)
パッケージを備えてもよい。一般に、多数の個々の集積
回路装置は、1個のパッケージ上に形成されており、個
々の集積回路装置の境界を定めるようにマーキングされ
ている。従って、各集積回路装置を分離するようにパッ
ケージをシンギュレートすることが必要である。
械ソーイングが挙げられる。リー(Lee)他の「チップ
スケールパッケージおよびその製造方法」と題する米国
特許第6140708号は、個々の装置がダイアモンド
ソーを用いたカプセル充填されたパッケージからシンギ
ュレートされる製造工程を開示している。この従来技術
には、多くの欠点がある。ソーは、均一性および平坦さ
についての厳しい基準に合わせて製造しなければならな
い。ソーイング工程中に、ソーイング残渣を掃除し、発
生した熱を放散させるために、水も必要となる。さら
に、磨耗度が高いことにより、頻繁にソーを取り替える
必要があり、そのために機器のコストが増大するという
欠点もある。さらに、ソーの最小切断幅は、集積回路装
置製作の密度に制限を加える。しかも、機械的ソーイン
グ工程によって、特に、より薄い集積回路装置に関し
て、亀裂を生じる可能性がある。さらに、金属基板は、
コストがかからないため、最近、人気を博している。一
般に、基板は、ニッケル層がコーティングされた銅板基
部を有する。しかし、金属基板は金属残渣を生じ、これ
がさらに大きな問題となる。金属残渣は、ソーブレード
に付着する傾向があり、集積回路装置とソーブレード自
体の両方に損傷を与える。
のさらに他の技術として、レーザシンギュレーションが
挙げられる。WO01/10177(XSIL Technology limited)
は、レーザを用いた集積回路装置のシンギュレーション
のための方法および装置を開示している。レーザエネル
ギは、回転するか、または横方向に移動自在なミラーを
用いて集積回路パッケージに亘って走査される。この方
法にも欠点がある。この技術を用いて達成される切断速
度は、4.2mm/秒および8.3mm/秒と言われ
る。さらに、この技術を用いて切断するのに適するパッ
ケージの厚さは、レーザ光の焦点深度によって制限され
ている。従って、この技術は、多くの産業上の適用に好
適なわけではではない。
避する改良された方法および装置が必要となる。特に、
適当な切断速度を提供し、より厚い基板と共に用いるの
に好適なダイアモンドホイールソーダイシングの問題
(例えば、ソーブレードのコスト、磨耗頻度、大きい最
小切断幅、亀裂、残渣を除去し熱を放散するための水の
必要性)を回避するレーザ照射を用いた基板切断方法お
よび装置が必要となる。
とである。
に、本発明により、 a) 基板上にレーザ焦点が位置するように、前記基板
上の点にレーザエネルギを焦点合わせする工程と、 b) 前記点が前記基板上の第1の経路に沿うように、
前記レーザ焦点と前記基板との間で相対横方向移動を行
う工程であって、前記基板の第1の層が、前記基板の第
2の層を露出するように前記第1の経路に沿って除去さ
れる工程と、 c) 前記レーザ焦点が前記第2の層に位置するよう
に、前記第2の層にレーザエネルギを再焦点合わせする
工程と、 d) 前記点が前記基板上の前記第1の経路に実質的に
沿うように、前記レーザ焦点と前記基板との間で相対横
方向移動を行う工程とを備え、これによって、前記基板
の第2の層が前記第1の経路に沿って除去されることを
特徴とする基板切断方法が提供される。
り返され、前記基板の全ての層が前記第1の経路に沿っ
て除去されるまで、前記基板のさらに他の層が各繰り返
しによって除去される。好ましくは、使用する前記レー
ザエネルギが、紫外線から可視域までの波長を有する。
さらに好ましくは、使用する前記レーザエネルギが、5
00nmを超える波長、特に532nmの波長を有す
る。
る。特に好ましくは、前記流体が空気である。一実施の
形態では、前記基板に複数個の集積回路装置が形成さ
れ、前記方法が様々な装置をシンギュレートするために
使用される。さらに他の局面では、本発明は、上記方法
を実施するための装置を提供する。
に、また、どのように実施するかをより明確に示すため
に、例えば、本発明の様々な実施の形態を概略的に示す
添付図面を参照する。これらの図面は、一定の縮尺で描
かれているとは限らない。図1Aおよび図1Bに示した
ように、本発明の一実施例によるレーザ切断装置は、レ
ーザ光(12)を発生するNd:YAGレーザ(10)
と、ビームエクスパンダ(15)と、反射鏡(20)
と、Zステージ(60)と、Zステージ(60)に装着
されたレンズ(30)とを備える。レーザ光(12)
は、ビームエクスパンダ(15)を通過し、反射鏡(2
0)により、レンズ(30)を介して、X−Yステージ
(50)に保持されたパッケージ(40)上に反射す
る。
装置が作製されており、図2Aまたは図3Aに示すよう
な形態であってもよい。空気吹き付けノズル(80)を
有する同軸空気吹き付けシステムが、切断領域上に空気
を吹き付けるために配設されている。X−Yステージ
(50)の移動を好適に制御することにより、パッケー
ジ(40)とレーザ光(12)との間の相対移動が行わ
れる。
コンピュータ(70)によって制御することも可能であ
る。コンピュータ(70)は、レーザ(10)およびZ
ステージ(60)も制御する。レーザパラメータ、X−
YステージパラメータおよびZステージパラメータを含
む適当な処理パラメータが選択できるように、好適なソ
フトウェアが備えられている。
れ、ノズル(80)からパッケージ(40)の表面に空
気が吹き付けられる。パッケージの最上面には、レーザ
光(12)が焦点合わせされる。コンピュータ(70)
を制御して、X−Yステージがパッケージ(40)を移
動させ、それによってレーザ光が切断軌跡(47)に沿
って移動する。あるいは、好適な相対横方向移動を行う
ためのいずれかの好適な手段を採用することも可能であ
る。
光(12)によって掃引除去され、第2の層(44)が
露出され、第1の切り溝(147)が形成される。レー
ザ光がパッケージの端部に一旦走査されると、現在露出
している第2の層(44)にレーザ光が再焦点合わせさ
れる。これは、Zステージ(60)を用いてレンズ(3
0)を移動させることにより行われるが、他のいずれか
好適な再焦点合わせ手段と同様に、好適な相対垂直移動
を行うための手段を採用することも可能である。
な時間調整が提供される。再焦点合わせ工程に続いて、
切断軌跡に沿ってレーザ光が通過して戻る。この通過中
に第2の層(44)は、切断経路に沿って除去され、第
2の切り溝(247)を形成する。従って、第1および
第2の切り溝(147、247)によって、経路(4
7)に沿ってパッケージを分離する。
全体を切断するために2回の通過で十分であるが、より
厚いパッケージには、より多くの通過が必要となる可能
性がある。図1Bは、図示の矢印方向(図1Bの右から
左)の第2の通過を完了する工程において、第1の通過
を既に行った基板を示している。走査方向は、X軸もし
くはY軸、またはこの2つの組み合わせに沿ってもよ
い。従って、各レーザ走査は、パッケージから1個の材
料層を除去する。この走査に続いて、Zステージを用い
て焦点レンズがステップ的に下降され、レーザ光を次の
層上に再度焦点合わせする。従って、焦点は、集積回路
パッケージの作業層上に常に維持される。レンズのステ
ッピング距離は、集積回路パッケージの厚さを走査回数
で割って計算することができる。
ると、レーザ焦点をその最初の位置に移動させることが
挙げられる。この復帰段階において、(例えばシャッタ
を用いて)レーザを停止することも可能である。このよ
うに、パッケージは、復帰段階において冷却する機会が
ある。切断工程の際、ノズル(80)によって供給され
る圧縮空気を用いて、パッケージ材料を除去することに
よって生成された残渣を一掃し、熱を放散する。空気の
流れの方向は、レーザ入射方向と同一であるのが好まし
い。この残渣除去特性によって、切断溝が残渣を一掃し
て残存し、次の走査段階に備える。
集積回路装置にシンギュレートするようにXおよびY方
向に繰り返される。切断速度は、以下の式で表される。
ーザ光の発散(θ)、空気吹き付け圧力(p)およびレ
ーザ光の焦点合わせ(f)に従属する比例係数。
切断幅(W)およびパッケージの厚さ(H)に反比例す
ることが分かる。比例係数kの値は、装置の構成によっ
て変化する。特に、レーザ波長(λ)は、切断される材
料によって選択することが可能である。例えば、銅の場
合、望ましい波長は紫外線バンド内にあり、金属を切断
する際にはより効率的である。さらに、あまり発熱しな
いで高ピークパワーを提供するものとして、パルスレー
ザ照射が用いられる。空気吹き付け圧力(p)は、残渣
が完全に除去される閾値を有する。焦点合わせ係数
(f)は入射強度を決定し、異なる切断幅には異なるビ
ームサイズが必要となる。
す。図6は、本発明による集積回路パッケージから分離
された複数個の集積回路装置を示す。本発明によれば、
シンギュレーションの速度および切断縁の品質は、機械
的ソーシンギュレーションによって得られるものに匹敵
する。
のが好ましい。なぜなら、ビーム・照射時間が短縮され
ることによって、発熱が低減するためである。この特
徴、および上記の他の様々な放熱特性によって、蓄熱が
回避され、過熱による損傷を防止することができる。
し、1Bはパッケージを切断するために使用する本発明
の一部拡大図である。
回路装置を保持する第1の型の未切断パッケージを示
し、2Bは2Aのパッケージから分離した集積回路装置
を示す。
置を保持する第2の型の未切断パッケージを示し、3B
は3Aのパッケージから分離した集積回路装置を示す。
グラフである。
写真である。
集積回路パッケージのサンプルを示す写真である。
Claims (16)
- 【請求項1】 a) 基板上にレーザ焦点が位置するよ
うに、前記基板上の点にレーザエネルギを焦点合わせす
る工程と、 b) 前記点が前記基板上の第1の経路に沿うように、
前記レーザ焦点と前記基板との間で相対横方向移動を行
う工程であって、前記基板の第1の層が、前記基板の第
2の層を露出するように前記第1の経路に沿って除去さ
れる工程と、 c) 前記レーザ焦点が前記第2の層に位置するよう
に、前記第2の層にレーザエネルギを再焦点合わせする
工程と、 d) 前記点が前記基板上の前記第1の経路に実質的に
沿うように、前記レーザ焦点と前記基板との間で相対横
方向移動を行う工程とを備え、これにより、前記基板の
第2の層が前記第1の経路に沿って除去されることを特
徴とする基板切断方法。 - 【請求項2】 前記工程c)およびd)が繰り返され、
前記基板の全ての層が前記第1の経路に沿って除去され
るまで、前記基板のさらに他の層が各繰り返し操作によ
って除去されることを特徴とする請求項1に記載の基板
切断方法。 - 【請求項3】 使用する前記レーザエネルギが、紫外線
から可視域までの波長を有することを特徴とする請求項
1から2のいずれかに記載の基板切断方法。 - 【請求項4】 使用する前記レーザエネルギが、500
nmを超える波長を有することを特徴とする請求項3に
記載の基板切断方法。 - 【請求項5】 使用する前記レーザエネルギが、532
nmの波長を有することを特徴とする請求項4に記載の
基板切断方法。 - 【請求項6】 流体が切断領域に向けて流れることを特
徴とする請求項1から5のいずれかに記載の基板切断方
法。 - 【請求項7】 前記流体が空気であることを特徴とする
請求項6に記載の基板切断方法。 - 【請求項8】 前記基板に複数個の集積回路装置が形成
され、様々な前記集積回路装置をシンギュレートするた
めに使用することを特徴とする請求項1から7のいずれ
かに記載の基板切断方法。 - 【請求項9】 a) レーザビーム源と、 b) 基板上にレーザ焦点を配設するように、前記基板
上の特定の点に前記レーザビームを焦点合わせするため
の焦点合わせ手段と、 c) 前記点が前記基板上の第1の経路に沿うように、
前記レーザ焦点と前記基板との間で相対横方向移動を行
うための相対運動発生手段とを備え、前記基板の第1の
層が、前記基板の第2の層を露出するように前記第1の
経路に沿って除去され、 前記第2の層にレーザビームを再焦点合わせするため
に、再焦点合わせ手段が配設され、前記基板の第2の層
を前記経路に沿って除去するように、前記レーザ焦点と
前記基板との相対運動が前記第1の経路に沿って行われ
ることを特徴とする基板切断装置。 - 【請求項10】 前記焦点合わせ手段がレンズ構造を備
え、前記再焦点合わせ手段が、前記レンズ構造と前記基
板との相対垂直移動を行うための手段を備えることを特
徴とする請求項9に記載の基板切断装置。 - 【請求項11】 前記レーザビーム波長が、紫外線から
可視域までであることを特徴とする請求項9から10の
いずれかに記載の基板切断装置。 - 【請求項12】 前記レーザビーム波長が500nmを
超えることを特徴とする請求項11に記載の基板切断装
置。 - 【請求項13】 前記レーザビーム波長が532nmで
あることを特徴とする請求項12に記載の基板切断装
置。 - 【請求項14】 流体の流れを切断領域に向けるための
手段を備えることを特徴とする請求項9から13のいず
れかに記載の基板切断装置。 - 【請求項15】 前記流体が空気であることを特徴とす
る請求項14に記載の基板切断装置。 - 【請求項16】 前記基板に複数個の集積回路装置が形
成され、様々な前記集積回路装置をシンギュレートする
ために使用することを特徴とする請求項9から15のい
ずれかに記載の基板切断装置。
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