JP2012146723A

JP2012146723A - ダイシング加工装置

Info

Publication number: JP2012146723A
Application number: JP2011001839A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Mannami; 秀年万波
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-08-02

Abstract

【課題】保持手段と加工手段とが相対的に移動しながらダイシング加工が行われるダイシング加工装置において、加工中における保持手段と加工手段との相対速度を適切に制御することにより加工品質を低下させることなく加工の生産性を向上させる。
【解決手段】ワークを保持する保持手段と加工手段との相対速度を、加工開始時は最低速度とし、加工中は最高速度に近づくように加速しまたは最高速度に達した場合は最高速度を可能な限り維持し、加工終了時は最低速度となるまで減速する。加工中は、相対速度を最低速度以上とするとともに最高速度に近づけ、最高速度に達した場合は最高速度を可能な限り維持することで、加工品質を低下させることなく加工を効率よく行うことを可能としている。また、加工開始時及び加工終了時の相対速度を最低速度とすることで、助走距離及びオーバーラン距離を従来よりも短くし、全体として生産性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物のダイシング加工を行うダイシング加工装置に関する。

半導体ウェーハ等の各種被加工物（ワーク）のダイシング加工を行うためのダイシング加工装置として、レーザ加工装置が用いられている。レーザ加工装置では、保持手段と、レーザ照射ヘッドを有するレーザ加工手段とを加工送り方向に相対移動させながら、レーザ照射ヘッドからワークの分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射することにより、ダイシング加工を行う（例えば特許文献１参照）。

また、被加工物を分割予定ラインに沿って加工する装置としては、高速回転する切削ブレードを備えた切削装置も利用されている。切削装置におけるワークの加工時は、ワークを保持する保持手段と、切削ブレードを有する切削加工手段とを加工送り方向に相対移動させながら、高速回転する切削ブレードを分割予定ラインに沿って切り込ませることにより、ダイシング加工が行われる。

このように、レーザ加工装置、切削装置といったダイシング加工装置においては、ワークを保持する保持手段と加工手段とが相対移動する構成となっており、分割予定ラインの加工時には、保持手段と加工手段との相対移動の速度（相対速度）が一定となるような制御が行われている。

また、ワークの加工中は、保持手段と加工手段との相対速度が、加工品質維持の観点から許容される最高速度に設定され、その最高速度を一定に保った状態で加工が行われている。そして、加工中における保持手段と加工手段との相対速度を一定かつ最高速度とすることを前提として、加工開始前に保持手段を加速させるための助走距離が設定されている。

特開２００７−１５２３５５号公報

しかし、加工開始時に保持手段と加工手段との相対速度を最高速度とするためには、保持手段の助走距離を長くとる必要があり、このことがかえって生産性を低下させる要因となっている。また、保持手段と加工手段との相対速度を最高速度として加工をした後は、減速のためにある程度の距離が必要となるため、加工後における保持手段と加工手段との相対移動距離も長くなり、このことも生産性を低下させる要因となっている。

一方、保持手段と加工手段との相対速度が遅くなりすぎても加工品質の点で問題が生じるが、この相対速度は、許容される最低速度と最高速度との間であればよく、必ずしも加工中の相対速度を最高速度に維持する必要はない。

本発明は、このような点にかんがみなされたもので、その目的は、保持手段と加工手段とが相対的に移動しながらダイシング加工が行われるダイシング加工装置において、加工中における保持手段と加工手段との相対速度を適切に制御することにより、加工品質を低下させることなく加工の生産性を向上させることである。

本発明は、分割予定ラインが設定されたワークを保持する保持手段と、保持手段に保持されたワークに分割予定ラインに沿ってダイシング加工を施す加工手段と、加工手段と保持手段とを加工送り方向に相対的に移動させる加工送り手段と、加工送り手段を制御する制御手段とを有するダイシング加工装置に関するもので、制御手段が以下の各ステップを実行することとしている。
（１）ワークを適切に加工可能な最低速度と最高速度とを記憶する記憶ステップ、
（２）加工手段がワークの加工を開始する際の保持手段と加工手段との相対速度が最低速度となるように、保持手段と加工手段との相対速度を加速させる第一の制御ステップ、
（３）加工手段がワークの加工を終了する際の保持手段と加工手段との相対速度が最低速度となるように、保持手段と加工手段との相対速度を減速させる第二の制御ステップ、
（４）第一の制御ステップと第二の制御ステップとを満足できる条件下で加工手段がワークを加工している間に保持手段と加工手段との相対速度が最高速度に近づくように保持手段と加工手段との相対速度を加速、もしくは最高速度まで保持手段と加工手段との相対速度を加速して最高速度を維持する第三の制御ステップ。

本発明では、保持手段と加工手段との相対速度を、加工開始時には最低速度とし、加工終了時には最低速度となるまで減速し、加工中は最高速度に近づくように加速しもしくは最高速度に達した場合は加工終了時に最低速度まで減速できる限度において最高速度を維持することで、加工品質を低下させることなく加工を効率よく行うことを可能としている。また、加工開始時及び加工終了時の相対速度を最低速度とすることで、助走距離及びオーバーラン距離を従来よりも短くし、全体として生産性を向上させることができる。さらに、助走距離及びオーバーラン距離を短くできるため、ダイシング加工装置の小型化を図ることができる。

レーザ加工装置の一例を示す斜視図である。（Ａ）及び（Ｃ）は、本発明におけるワークの加工時及び加工前後の保持手段と加工手段との相対速度の変化を示すグラフであり、（Ｂ）は加工対象のワークの一例を示す平面図である。本発明との比較例に関し、（Ａ）及び（Ｃ）は、ワークの加工時及び加工前後の保持手段と加工手段との相対速度の変化を示すグラフであり、（Ｂ）は加工対象のワークの一例を示す平面図である。

１装置構成
図１に示すレーザ加工装置１は、保持手段２に保持された被加工物（ワーク）Ｗに対して加工手段３がレーザ加工を施してワークＷのダイシング加工を行う装置である。保持手段２は、加工送り手段４によってＸ軸方向（加工送り方向）に送られるとともに、割り出し送り手段５によってＸ軸に対して水平方向に直交するＹ軸方向（割り出し送り方向）に送られる構成となっている。

保持手段２は、ワークＷが載置され吸引される保持面２０と、保持面２０の外周側に複数配置され、テープＴを介してワークＷと一体化されたフレームＦを固定するクランプ部２１とを有している。クランプ部２１は、水平方向の回転軸を中心として所定角度回動する押さえ部２１０を備えている。

加工手段３は、装置後端部に設けられた壁部１０に固定されており、下方に向けてレーザビームを照射するレーザ照射ヘッド３０を備えている。保持手段２をＸ方向に送りながらワークＷに設定された分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射することにより、ワークＷにダイシング加工を施すことができる。

加工送り手段４は、Ｘ軸方向に延びるボールネジ４０と、ボールネジ４０と平行に配設されたガイドレール４１と、ボールネジ４０の一端に連結されボールネジ４０を回動させるパルスモータ４２と、下部がガイドレール４１に摺接するとともにボールネジ４０に螺合する図示しないナットを内部に備えたスライド板４３とを備え、パルスモータ４２に駆動されてボールネジ４０が回動するのにともないスライド板４３がガイドレール４１にガイドされてＸ軸方向に移動する構成となっている。スライド板４３には、内部にパルスモータを備えた回転駆動部４４が固定されており、回転駆動部４４は、保持手段２を所定角度回転させることができる。加工送り手段４は、保持手段２をスライド板４３を加工送り方向に駆動して保持手段２を加工送り方向に送り出すことにより、保持手段２と加工手段３とを加工送り方向に相対的に移動させることができる。

割り出し送り手段５は、Ｙ軸方向に延びるボールネジ５０と、ボールネジ５０と平行に配設されたガイドレール５１と、ボールネジ５０の一端に連結されボールネジ５０を回動させるパルスモータ５２と、下部がガイドレール５１に摺接するとともにボールネジ５０に螺合する図示しないナットを内部に備えたスライド板５３とを備え、ボールネジ５０の回動にともないスライド板５３がガイドレール５１にガイドされてＸ軸方向に移動する構成となっている。スライド板５３には加工送り手段４が配設されており、スライド板５３のＹ軸方向の移動にともない加工送り手段４も同方向に移動する構成となっている。

加工送り手段４のパルスモータ４２及び割り出し送り手段５のパルスモータ５２は、制御手段６０から送出されるパルス信号によって制御される。制御手段６０は記憶手段６１に接続されており、制御手段６０は、記憶手段６１の記憶内容を参照してパルスモータ４２、５２を制御することにより、加工送り手段４及び割り出し送り手段５を制御することができる。

２ダイシング加工
図１に示すように、ダイシング対象のワークＷは、テープＴを介して環状のフレームＦに支持される。そして、ワークＷは保持面２０において吸引保持され、フレームＦはクランプ部２１によって固定される。ワークＷには図示しない分割予定ライン（以下「ライン」という。）が設定されており、ラインに沿って加工を行うことにより、個々のチップにダイシングされる。なお、ワークＷは特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素、シリコンカーバイド等の半導体ウェーハや、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミックス、ガラス、サファイア系の無機材料基板、液晶ディスプレイドライバー等の各種電子部品、さらには、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。ワークの形状も特に限定されない。

(１)記憶ステップ
加工開始前に、制御手段６０は、ワークＷを適切に加工可能とするための保持手段２と加工手段３との相対移動速度（以下「相対速度」という。）の最低速度と最高速度とをそれぞれ記憶手段６１に記憶させる。最低速度は、ワークＷを適切に加工して加工品質を維持するために加工中に最低限なければならない相対速度の下限値である。一方、最高速度は、加工品質維持のために超えてはならない相対速度の上限値である。

ワークＷを品質上の問題なく適切に加工するためには、加工中における相対速度が最低速度と最高速度との間となるように制御しなければならない。かりに、レーザビームのパルス幅を変えずに相対速度のみを速くしすぎると、レーザビームのパルス間隔が長くなり、加工が不十分となる。一方、レーザビームのパルス幅を変えずに相対速度のみを遅くしすぎると、レーザビームのパルス間隔が短くなり、加工屑が加工溝の中に溜まる埋め戻りが生じる。

また、相対速度を変化させてもパルス間隔が一定となるようにする場合は出力を調整するが、出力が大きくなりすぎると加工のしすぎ、デラミネーションが起こり、出力が小さくなりすぎると加工が不十分となり、ワークの加工しきい値を下回るとまったく加工ができないということにもなる。

なお、切削加工の場合は、相対速度が速くなりすぎるとワークにチッピングが生じ、相対速度が遅くなりすぎると、ガラス等の切削時に砥石の自生発刃作用が阻害されて砥石に目つぶれが生じる。

以上のように、ワークＷの加工時は、相対速度が最低速度と最高速度との幅の間でなければならない。一方、相対速度が最低速度と最高速度の間にあれば、一定である必要はない。制御手段６０は、このような観点から、以下に示す各ステップの制御を行う。

なお、相対速度は、図１の例では制御手段６０がパルスモータ４２に対して送出するパルス数によってボールねじ４０の回転速度を制御して調整し、最低速度と最高速度との間とすることができる。最低速度及び最高速度の具体的な値は、ワークの材質等に応じて決定され、図示しないキーボード等の入力手段から入力され、記憶手段６１に記憶される。制御手段６０は、以降のステップにおいて、記憶手段６１に記憶された情報を参照して制御を行う。

（２）第一の制御ステップ
加工前においては、レーザ照射ヘッド３０は、ワークＷの上方から外れた位置に位置している。ダイシング加工を始めるにあたり、加工送り手段４及び割り出し送り手段５による制御の下で、図２（Ｂ）に示すように、レーザ照射ヘッド３０を、ワークＷの端部に設定されたＡラインの延長線上の助走開始位置１００に位置させる。

そして、加工送り手段４が保持手段２をＸ方向に移動させ、保持手段２と加工手段３との加工送り方向の相対移動速度（以下「相対速度」という。）を加速させ、図２（Ａ）に示すように、レーザ照射ヘッド３０がＡラインの一方の端部の上方にさしかかると、ワークＷに対するレーザ照射ヘッド３０からのレーザビームの照射が開始される。ここで、レーザビームの照射が開始されるときのレーザ照射ヘッド３０の位置を加工開始位置１０１とし、助走開始位置１００と加工開始位置１０１との距離を助走距離Ｄ１で表す。

レーザビームの照射開始時には、相対速度が少なくとも最低速度にまで加速されていなければならない。したがって、レーザビームの照射開始時に保持手段２が最低速度に達するために、保持手段２の加速度を考慮し、図２（Ｂ）に示した助走開始位置１００が設定される。具体的には、助走開始位置１００は、記憶手段６１に記憶させた最低速度、及び加工送り手段４、特にボールねじ４０の加速の性能に基づいて決定される。このように、制御手段６０は、加工手段３がワークＷの加工を開始する際の保持手段２と加工手段３との相対速度が最低速度となるように、保持手段２と加工手段３との相対速度を加速させる。

（３）第二の制御ステップ
相対速度は、加工中も徐々に増していき、Ａラインの中心付近で最高速度に達する。この最高速度は、加工品質維持のために超えてはならない最高の速度である。このように、加工品質維持の観点から許容される相対速度には、最低速度と最高速度との間で幅がある。

相対速度が最高速度に達した後は、レーザ照射ヘッド３０がＡラインのもう一方の端部の上方に達してワークＷの加工を終了する時点で相対送り速度が最低速度となるように、加工途中で相対速度の減速を開始する。すなわち、制御手段６０は、レーザビームの照射終了位置である加工終了位置１０２に位置する時点で相対速度が最低速度となるように制御を行う。

こうして加工終了時に相対速度が最低速度となるように減速した後、さらに減速させ、図２（Ｂ）に示す停止位置１０３にレーザ照射ヘッド３０が位置した時点で保持手段２の移動を停止させる。ここで、加工終了位置１０２と停止位置１０３との距離をオーバーラン距離Ｄ２とする。停止位置１０３は、加工終了位置１０２、記憶手段６１に記憶させた最低速度、及び加工送り手段４、特にボールねじ４０の減速の性能に基づいて定まる。

このようにして、加工手段３がワークの加工を終了する際の保持手段２と加工手段３との相対速度が最低速度となるように相対速度を減速させ、さらに減速を行うことにより、オーバーラン距離Ｄ２を短くすることができる。

（４）第三の制御ステップ
加工中は、相対速度が最低速度と最高速度の間に維持され、その状態でレーザ照射ヘッド３０から各ラインに沿ってレーザビームが照射されることにより、アブレーション加工がなされる。加工中は、相対速度をより速い速度とすれば、加工速度がより速くなる。したがって、制御手段６０は、第一の制御ステップと第二の制御ステップとを満足できる条件下で、加工手段３がワークＷを加工している間に相対速度が最高速度に近づくように加速する。第一の制御ステップと第二の制御ステップとを満足できる条件は、具体的には、最低速度から最高速度までの範囲内で、どの位置まで加速できるか、どの位置まで最高速度を維持できるかといった条件であり、例えば図１に示した例では、加工送り手段４、特にボールネジ４０の減速の性能によって決定される。

また、図２（Ａ）の例では、Ａラインを半分加工した時に相対速度が最高速度に達したため、すぐに減速しているが、最高速度まで相対速度を加速した時点で加工が半分終了していない場合は、可能な限り最高速度を維持する。

以上のようにしてＡラインの加工が終了した後は、図１に示した割り出し送り手段５が加工手段３を割り出し送り方向に移動させながら、順次ラインを同様にレーザ加工していく。ワークＷが円形であるため、ラインの長さは個々に異なる。例えば、図２（Ｂ）に示すＢラインは、ワークＷの中心部に設定されている。

Ｂラインの加工にあたっては、図２（Ｃ）に示す助走開始位置２００の上方にレーザ照射ヘッド３０を位置させる。そして、第一の制御ステップにより加速を行い、レーザ照射ヘッド３０が加工開始位置２０１に達した時点で相対速度が最低速度となるように制御する。ここで、助走開始位置２００から加工開始位置２０１までの距離を助走距離Ｄ３とする。

相対速度が加速され最低速度に達すると、レーザ照射ヘッド３０からレーザビームを照射してＢラインの加工を開始し、第三の制御ステップにより相対速度を最高速度に近づけながら加工を行う。ＢラインはＡラインよりも長いため、最高速度に達した後、最高速度を維持しつつ加工を行う。最高速度に達した後は、加工終了位置２０２で最低速度まで減速できる範囲で最高速度を維持する。

レーザ照射ヘッド３０が加工終了位置２０２に達した時点で第二の制御ステップによりさらに減速し、停止位置２０３にレーザ照射ヘッド３０が位置した時点で相対移動を終了する。ここで、加工終了位置２０２から停止位置２０３までの距離をオーバーラン距離Ｄ４とする。

（比較例）
本発明と比較するために、同一のワーク３について、図３（Ａ），（Ｃ）に示すように、従来のごとくＡライン及びＢラインの加工中の相対速度を最高速度に維持して加工する場合について検討する。図３の例において、加速度（加速及び減速の度合い）を図２の場合と同一とすると、Ａラインの加工にあたり、助走開始位置３００から加工開始位置３０１までの助走距離Ｄ５は、図２（Ａ）に示した助走距離Ｄ１よりも長くとらなければならない。

また、加工終了位置３０２までは相対速度が最高速度で加工が行われるため、加工終了位置３０２から停止位置３０３までのオーバーラン距離Ｄ６も、図２（Ａ）に示したオーバーラン距離Ｄ２より長くなる。

図３（Ｃ）に示すように、Ｂラインの加工においても、Ａラインの加工中を最高速度で開始できるようにするためには、助走開始位置４００から加工開始位置４０１までの助走距離Ｄ７を、図２（Ａ）に示した助走距離Ｄ３よりも長くとらなければならない。

また、加工終了位置４０２までは相対速度が最高速度で加工が行われているため、加工終了位置４０２から停止位置４０３までのオーバーラン距離Ｄ８は、図２（Ａ）に示したオーバーラン距離Ｄ４よりも長くなる。

以上のように、本発明では、図２に示したごとく、加工中における相対速度を一定とせずに最低速度と最高速度との間とし、加工開始時は相対速度を最低速度とし、加工中に相対速度を最高速度に近づくように加速し、または最高速度まで加速して加工終了時に最低速度まで減速できる限度において最高速度を維持し、加工終了時に相対速度が最低速度となるまで減速する。このように、加工中は相対速度を最高速度に近づけ、最高速度の達した場合は可能な限り最高速度を維持することにより、加工品質維持のための最低速度と最高速度との間の幅を利用しつつ生産性向上を図ることができる。また、加工開始時及び加工終了時の相対速度を最低速度とすることで、助走距離及びオーバーラン距離を従来よりも短くすることができ、この点においても生産性向上を図ることができる。さらに、助走距離及びオーバーラン距離を短くできるため、レーザ加工装置の小型化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、加工手段が動かずに保持手段が加工送り方向に移動する構成としたが、保持手段と加工手段とが相対的に加工送り方向に移動する構成であればよく、例えば、保持手段が動かずに加工手段が加工送り方向に移動する構成としてもよい。また、ダイシング加工装置としてレーザ加工装置を例に挙げて説明したが、保持手段と加工手段とが加工送り方向に相対移動する加工装置であれば、レーザ加工装置には限定されない。

１：レーザ加工装置
２：保持手段
２０：保持面２１：クランプ部２１０：押さえ部
３：加工手段３０：レーザ照射ヘッド
４：加工送り機構
４０：ボールネジ４１：ガイドレール４２：パルスモータ４３：スライド板
４４：回転駆動部
５：割り出し送り機構
５０：ボールネジ５１：ガイドレール５２：パルスモータ５３：スライド板
６０：制御手段６１：記憶手段
１０：壁部
Ｗ：ワーク
１００，２００，３００，４００：助走開始位置
１０１，２０１，３０１，４０１：加工開始位置
１０２，２０２，３０２，４０２：加工終了位置
１０３，２０３，３０３，４０３：停止位置
Ｄ１，Ｄ３，Ｄ５，Ｄ７：助走距離
Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８：オーバーラン距離

Claims

分割予定ラインが設定されたワークを保持する保持手段と、
該保持手段に保持されたワークに該分割予定ラインに沿ってダイシング加工を施す加工手段と、
該加工手段と該保持手段とを加工送り方向に相対的に移動させる加工送り手段と、
該加工送り手段を制御する制御手段と、
を有するダイシング加工装置であって、
該制御手段は、
ワークを適切に加工可能な最低速度と最高速度とを記憶する記憶ステップと、
該加工手段がワークの加工を開始する際の該保持手段と該加工手段との相対速度が該最低速度となるように、該保持手段と該加工手段との相対速度を加速させる第一の制御ステップと、
該加工手段がワークの加工を終了する際の該保持手段と該加工手段との相対速度が該最低速度となるように、該保持手段と該加工手段との相対速度を減速させる第二の制御ステップと、
該第一の制御ステップと該第二の制御ステップとを満足できる条件下で該加工手段がワークを加工している間に該保持手段と該加工手段との相対速度が該最高速度に近づくように該保持手段と該加工手段との相対速度を加速、もしくは該最高速度まで該保持手段と該加工手段との相対速度を加速して該最高速度を維持する第三の制御ステップと、
を実行するダイシング加工装置。