JP2006297458A

JP2006297458A - バイト加工方法及び該バイトを用いた加工装置

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Publication number: JP2006297458A
Application number: JP2005124667A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Okuno; 雅史奥野; Hiroshi Tsugita; 浩次田; Akira Watabe; 明渡部
Original assignee: HIKARI PHYSICS KENKYUSHO KK; Cyber Laser Inc
Current assignee: HIKARI PHYSICS KENKYUSHO KK; Cyber Laser Inc
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】
ダイヤモンドのような高度の高い材料をフェムト秒レーザーにより加工し、半導体ウエハをチップに分離するバイトを作成する。さらにこのバイトを用いてウエハを切断する。
【解決方法】
バイト加工方法であって、移動ステージに被加工片を固定し、該被加工片の端部にフェムト秒レーザーを、該レーザー光の光軸が該移動ステージの垂直軸に平行になるように照射し、所定のピッチで円弧状に切削加工を行い該端部に複数の刃を形成する方法を提供する。さらにバイトによって溝を形成し、変形可能な台座によってチップに分離する。
【選択図】図１

Description

本発明はバイトの加工方法および装置に関し、特にフェムト秒レーザーによるバイト加工および該バイトを用いた装置に関する。

フェムト秒レーザーは強度の高いレーザー光をフェムト秒オーダーの時間で出力するパルスレーザーであり、照射された領域の周辺に熱ストレスを与えることなく加工を行うことができるため微細加工に使用される。特にポリマー材料や金属など非熱加工が必要な材料に用いられる。

半導体産業ではウエハに形成した回路を切り出すスクライバとして用いることもできる。ウエハのスクライビングのように広い範囲を微細に加工するには、レーザー発振の繰り返し周波数とレーザー高強度により加工速度が決まってしまうため、ダイヤモンドカッターのようなバイトによるスクライビングに比べてスループットを高くできない問題があった。特に、ＩＣタグのようにチップサイズが数百ミクロン角のチップをウエハから切り出すにはレーザーをスキャンさせる必要があり加工時間がかかる問題もある。

一方、従来はダイヤモンドを研磨してカッターとして用いられているが、ダイヤモンドの高い硬度のため、複雑な形状を研磨により作ることはきわめて困難である。
特願２００１−２４８４３３特願２００１−１２３７２特願２００２−２４９８９５実願平０４−２７３８３特願平０４−４６７２５

フェムト秒レーザー加工機の繰り返し周波数を上げることは現在のところ容易ではないため、ダイヤモンドを加工してバイトとして使用することが有望である。従って上述のようなフェムト秒レーザーの特性を利用してダイヤモンドの加工を行うことが望まれている。さらに、ダイヤモンドバイトによって小さいサイズのチップを効率よく切り出す方法および装置も望まれている。

上記課題を解決するために、バイト加工方法であって、移動ステージに被加工片を固定し、該被加工片の端部にフェムト秒レーザーを、該レーザー光の光軸が該移動ステージの垂直軸に平行になるように照射し、所定のピッチで円弧状に切削加工を行い該端部に複数の刃を形成する方法を提供する。これによってフェムト秒レーザーの特性を利用してダイヤモンドバイトを容易に作成することができる。

よって前記フェムト秒レーザーは１ｎＪ／ｃｍ^２以上の強度を有し、前記移動ステージは所定の速度で移動する方法を提供する。

前記記載の方法により被加工片の端部に複数の刃が形成された半導体ウエハの加工用バイトであって、該複数の刃のピッチは該ウエハに形成された回路の幅より大きく形成されるバイトを用いた装置を提供する。この装置によって従来のバイトに比べ、ウエハのスクライビングを効率よく行うことができる。このような被加工片はダイヤモンド、サファイヤ、窒化ホウ素、タングステンカーバイト、アルミナ、石英のいずれかであることが好ましい。

さらに複数の刃を有するバイトを用いてウエハの加工を行う方法であって、ウエハに該装置で切断用の溝を形成し、溝が形成されたウエハを変形可能な台座に固定し、該台座を、該台座面に接する平行な方向であって、かつ、ウエハを引き伸ばす方向に変形させ、該ウエハに張力を加えることによって該ウエハを分離する加工方法を提供する。この方法によりウエハの分離が容易になる。

より具体的には、ウエハに該装置で切断用の溝を形成し、溝が形成されたウエハを変形可能な台座に固定し、該台座を凸状に変形させウエハに曲げ応力を加えることによって該ウエハを分離する方法を提供する。また、曲げ応力は前記変形可能な台座を凸面状の台座に押圧させることにより発生させる。あるいは曲げ応力は、熱膨張率の異なる少なくとも２種の部材を互いに接するように固定し、該部材を加熱することにより凸面を形成することでも生成できる。また、ウエハに張力と曲げ応力を加えることによってウエハを分離することもできる。

通常、単一の刃先を有するダイヤモンドバイト工具を、複数の刃先を有する工具にすることにより、産業用加工工具として、高効率の切断加工が可能になる工具を提供できる。さらに本発明は、フェムト秒レーザー加工にしか出来ない加工手法を、ダイヤモンドバイトに施し、複数の連山状の刃先を有する刃物を提供する。特に、連山状の刃先を有するダイヤモンドバイトにより、半導体ウエハなどの加工において、ダストチップなど微小切り出し加工が高効率で可能となり、ダストチップのコストダウンに大きく貢献する。

以下に本発明の実施例を図を用いて説明する。

本実施例では被加工片としてダイヤモンド片を仮定する。しかしながら、本発明はダイヤモンドに限定されるものではなく、例えばサファイヤ、窒化ホウ素、タングステンカーバイト、アルミナ、石英でもよい。図１に示したようにダイヤモンド片５を移動ステージ３に固定しフェムト秒レーザー１を該ダイヤモンド片５に照射する。該フェムト秒レーザー１は移動ステージ３に対して垂直な方向から照射する。つまりフェムト秒レーザー１の光軸６は移動ステージ３の垂直軸７に平行である。しかし完全に平行である必要はなく詳細は後述するがダイヤモンド片５に刃を形成することができる角度であればよい。

フェムト秒レーザー１はレンズ２で集光されスポット４を形成する。このスポット径は１ｍｍφ以下である。このスポットをダイヤモンド片の端部８に照射し円弧９状に加工する。次に移動ステージ３を平行に移動させ同様に端部８に円弧９を形成する。この行程を繰り返し、円弧９を所定の間隔で形成するとこれに対応したピッチで刃１０が形成される。より詳細に説明すると、図２に示したようにダイヤモンド片５にスポット４を照射する。該スポット４の光軸に垂直な断面は円形であり、このスポット４のうち一部をダイヤモンド片５の端部に照射することによって略半円状の円弧９が形成される。さらに移動ステージを水平方向１１に移動させることで端部に複数の刃１０が形成される。図２ではスポット径４が刃１０のピッチとほぼ等しいが、ビーム径４が刃のピッチより小さい場合は２次元的に移動ステージ３を移動させ刃１０を形成する。
この移動ステージは連続的に移動できることが好ましく、また移動の最小単位つまり移動分解能は刃のピッチの１０％以上の分解能であることが好ましい。また図３に示した側面図のように、ダイヤモンド片５の端部は傾斜していると、より鋭角な刃部１３を形成することができる。この傾斜角１２は鋭角であることが好ましい。さらに、このような加工を行うためのフェムト秒レーザーの特性は、レーザー強度が１ｎＪ／ｃｍ^２で、繰り返し周波数が５００Ｈｚ以上であることが好ましい。このようにしてダイヤモンドバイトを製造することができる。

次に実施例１のようにフェムト秒レーザーを用いて製造したダイヤモンドバイトを用いて半導体ウエハからチップを切り出す方法を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）はウエハをチップに切り出すいわゆるスクライビングの手順の一部を示している。まず、図４（ａ）において半導体ウエハ１４（以後単にウエハ１４と称する）を変形可能な台座１６（以後単に台座１６と称する）に粘着剤１５で固定する。次に図４（ｂ）に示したようにダイヤモンドバイト１７をウエハ１５の表面に押し当て一定の方向に走査するように移動させる。従って図４（ｃ）に示したように切断用の溝１８が形成される。詳細は後述するがこの溝１８は谷部分に応力が集中するような形状でなければならない。

次に図５（ａ）に示した状態から台座１６を水平方向１２に変形させる。図５（ｂ）に示したように台座１６を水平方向１２に変形させるとウエハ１４に水平方向の張力が発生する。ウエハは台座１６に粘着剤１５で固定されているため、張力はウエハ１４に形成された溝１８の谷の部分に大きな応力を発生させる。よってウエハ１４の溝１８に沿って亀裂が発生する。さらにこの亀裂が成長してウエハ１４が切断される。この様子を上から見ると図５（ｃ）のようになり、台座１６は水平方向１２に変形し格子状に形成された溝１８に沿ってウエハ１４が分割される。よって図５（ｄ）に示したようにチップ１９が切り出される。このチップ１９は例えばＩＣタグのような微小なサイズの場合は数百ミクロン角の大きさであるため、ダイヤモンドバイト１７のピッチ幅の中に回路が収まる大きさである。よって回路幅より若干大きなピッチで刃１０を形成すれば、ダイヤモンドバイト１７を１回走査するだけで複数の溝１８を形成することができる。これによって従来のスクライビングに比べて短時間でより多くのチップ１９を切り出すことができる。これは以降の実施例でも同じ効果を有する。

本実施例ではウエハ１４からチップ１９を切り出す別の実施例である。図６（ａ）に示したように台座１６に粘着剤１５でウエハ１４を固定し、ダイヤモンドバイト１７（本図では図示しない）で溝１８を形成する。次に図６（ｂ）に示したように球面状の凸状台座２０を用意し、（ｃ）に示したように台座１６を該凸状台座２０に押し当てる。これによってウエハ１４には曲げ応力が発生する。この曲げ応力はウエハ１４に形成された溝１８の谷部分に集中するため、溝１８に沿って亀裂を発生させ、さらにこの亀裂を進展させる。また同図（ｃ）のように球面状の台座２０にウエハ１４を押し当てた後、さらにウエハをほぼ球面に沿った方向２１（接線方向２１）に引っ張ることで曲げ応力に加えて張力も加えることができる。これによって溝１８に沿ってウエハが切断され、図６（ｄ）に示したようにチップ１９が分離される。

次の実施例は前記実施例３の凸状台座２０の代わりにいわゆるバイメタル２４を使用する方法である。図７はバイメタル２４に直接ウエハ１４を設置したときの断面図である。図のようにウエハ１４は粘着剤１５によってバイメタル２４に固定される。当業者には既知であるが、これは熱膨張率の異なる２つの材料を互いに接触するように固定したものであり、第１の台座２２と第２の台座２３の熱膨張率は（第１の台座２２）＞（第２の台座２３）の関係を満たすことが必要である。これによって同じ温度で加熱したときに熱膨張率の大きい第１の台座が大きく膨張するため凸状の面を形成することができる。また、第１の台座とウエハとの熱膨張率の関係は（第１の台座２２）＞（ウエハ１４）である。

図８はウエハの分離の行程を示した図であり、図８（ａ）はウエハ１４が粘着剤１５によってバイメタル２４の第１の台座２２に固定されている状態である。またウエハにはダイヤモンドバイト１７（本図では図示しない）によって溝１８が形成されている。次にバイメタル２４を加熱すると図８（ｂ）のように凸面状に変形する。これによりウエハ１４に曲げ応力と張力がほぼ同時に発生し、溝１８に沿って亀裂が発生する。さらにバイメタル２４が変形すると亀裂が成長しウエハ１４が分離される。よって図８（ｃ）に示したようにチップ１９が分離される。

図１は本発明のバイト加工方法の概略的な図である。図２はバイトを加工時のバイトを上から見た図である。図３はバイトを横から見たときの図である。図４は本発明の方法によって作成したバイトの使用方法を示した図である。図５は台座を水平方向に変形させてチップに分離するときの工程を示した図である。図６は凸面状の面によりチップに分離するときの行程を示した図である。図７はバイメタルにウエハを固定したときの断面図である。図８はバイメタルにより凸面を形成し、チップに分離するときの工程を示した図である。

符号の説明

１フェムト秒レーザー
２レンズ
３移動ステージ
４スポット
５ダイヤモンド片
６光軸
７移動ステージの垂直軸
８端部
９円弧
１０刃
１１移動ステージの移動方向
１２鋭角
１３鋭角の刃
１４ウエハ
１５粘着剤
１６台座
１７ダイヤモンドバイト
１８溝
１９チップ
２０凸状台座
２１接線方向
２２第１の材料
２３第２の材料
２４バイメタル

Claims

バイト加工方法であって、移動ステージに被加工片を固定し、該被加工片の端部にフェムト秒レーザーを、該レーザー光の光軸が該移動ステージの垂直軸に平行になるように照射し、所定のピッチで円弧状に切削加工を行い該端部に複数の刃を形成する方法。
前記フェムト秒レーザーは１ｎＪ／ｃｍ^２以上の強度を有し、前記移動ステージは所定の速度で移動する請求項１に記載の方法。
前記請求項１または２のいずれかに記載の方法により被加工片の端部に複数の刃が形成された半導体ウエハの加工用バイトであって、該複数の刃の密度は１個／ｍｍ以上であるバイトを用いた加工装置。
前記被加工片はダイヤモンド、サファイヤ、窒化ホウ素、タングステンカーバイト、アルミナ、石英のいずれかである請求項３に記載の装置。
請求項３または４に記載の装置によりウエハの加工を行う方法であって、ウエハに該装置で切断用の溝を形成し、溝が形成されたウエハを変形可能な台座に固定し、該台座を、該台座面に接する平行な方向であって、かつ、ウエハを引き伸ばす方向に変形させ、該ウエハに張力を加えることによって該ウエハを分離する加工方法。
請求項３または４に記載の装置によりウエハの加工を行う方法であって、ウエハに該装置で切断用の溝を形成し、溝が形成されたウエハを変形可能な台座に固定し、該台座を凸状に変形させウエハに曲げ応力を加えることによって該ウエハを分離する方法。
曲げ応力は前記変形可能な台座を凸面状の台座に押圧させることにより発生させる請求項６に記載の方法。
曲げ応力は、熱膨張率の異なる少なくとも２種の部材を互いに接するように固定し、該部材を加熱することにより発生させる請求項６に記載の方法。
請求項３または４に記載の装置によりウエハの加工を行う方法であって、ウエハに該装置で切断用の溝を形成し、溝が形成されたウエハを変形可能な台座に固定し、該台座を凸状に変形させウエハに曲げ応力を加えると共に、該台座を、該台座面に接する平行な方向であって、かつ、ウエハを引き伸ばす方向に変形させ、該ウエハに張力を加えることによって該ウエハを分離する加工方法。