JP2016030293A - レーザー切断方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー切断の質を向上させ、作業効率を向上させるレーザー切断方法及びその装置を提供する。【解決手段】切断したい基板をベース上に固定し、画像センサーで第一回目の位置決めを行い、レーザー光束で基板の第一面を切断して第一切断ラインを生成した後、切断したい基板を反転させてベース上に固定し、画像センサーで第二回目の位置決めを行い、レーザー光束で基板の第二面を切断して第二切断ラインを生成する。【選択図】図１

Description

本発明はレーザー切断方法及びその装置に関するものであり、基板切断の技術分野において適用される。

従来のウェハー（wafer）切断は、ダイヤモンドブレードを備えた機械を用いてチップ（chip）に切断するというものであった。機械による切断は時間がかかり、薄いウェーハが破損しやすくなり、さらには、ダイヤモンドカッターの薄さに限界があることから、ウェハーの留保部分が大きくなってチップの無効面積が大きくなり過ぎるとともに、チップの産出量減少やコスト高を招く。

最近では、レーザー切断技術が向上しており、この技術が従来の機械切断方式に取って代わっている。レーザー切断の長所は、作業のスピードが速くなり、そして脆弱なチップが破損し難くなることである。しかも、レーザー光束は切断幅が狭いので、ウェハーからチップに分割するときの損失面積を最小限に抑えることができ、チップの産出量増加、コスト削減につながる。よって、レーザー切断は、高精度切断の分野、特に半導体ウェハー分割において不可欠な役割を果たすようになってきている。

しかし、レーザー切断は、溶融物が飛び散り、工作物のヒビ割れといった問題があり、良品率と信頼度に関わる。特に、硬質基板の切断、切断幅の狭い基板の切断には、一定の困難が伴う。

上述の問題点を踏まえ、定理を応用して研究を重ね、上述の欠点を改善できるレーザー切断方法及びその装置を発明し、レーザー両面切断によって優れた切断特性を実現した。

本発明の目的は、切断したい基板をベース上に固定し、画像センサーで第一回目の位置決めを行い、レーザー光束で前記基板の第一面を切断して第一切断ラインを生成した後、前記切断したい基板を反転させて前記ベース上に固定し、画像センサーで第二回目の位置決めを行い、レーザー光束で前記基板の第二面を切断して第二切断ラインを生成することで、レーザー切断の質を向上させ、作業効率を向上させるレーザー切断方法を提供することである。

上述の目的を達成するため、本発明のレーザー切断装置は、切断したい基板を固定するベースと、前記ベースの上方に設けられ、前記基板に反応する画像センサーと、前記ベースと前記画像センサーとの間に設けられ、レーザー光束を出射するレーザー出射装置と、レーザー出射装置のレーザー光束出射側において反射鏡及び集光レンズを有する光学ユニットであって、レーザー光束が前記反射鏡によって前記集光レンズに反射してから前記基板に出射される光学ユニットと、前記ベースの近くに設けられ、前記画像センサー及び前記レーザー出射装置と電気的に接続されたコントローラと、を備えていることを特徴とする。

本発明の実施例において、前記ベースは、前記画像センサーを移動させる移動機構を備えていてもよい。

本発明の実施例において、前記画像センサーは、前記基板の画像を前記画像センサーまで反射する専用の反射鏡を備えてもよい。

本発明の実施例において、前記ベースはシースルー材質のプレートであり、前記ベースの下方には、第二移動機構と連動する第二画像センサーが設けられており、前記第二画像センサーは前記コントローラと電気的に接続されていてもよい。

本発明の実施例において、前記ベースは、前記基板を置くための凹み部分を備えていてもよい。

本発明の実施例において、前記ベースは固定具を有し、前記基板は、前記固定具と前記ベースとの間に固定されてもよい。

本発明のレーザー切断方法及びその装置を詳述するに当たり、以下に実施例及び図面を示して説明する。

本発明の実施例におけるレーザー切断方法のフローチャートである。 本発明の実施例におけるレーザー切断装置の側面図である。 本発明の実施例におけるレーザー切断装置の局部分解図である。 本発明の実施例における基板切断後の断面図である。 本発明の実施例における基板切断後の分離作業を示す断面図である。

図１〜図５は、本発明のレーザー切断方法の一実施例を説明する図であり、本実施例のレーザー切断方法は、以下の手順を含む。Ｓ１：切断したい基板１をベース１０の上に固定する。Ｓ２：画像センサー２０で第一回目の位置決めを行う。Ｓ３：レーザー光束で基板１の第一面Ａを切断して、第一切断ラインＡ１を生成する。Ｓ４：切断したい基板１を反転させてベース１０上に固定する。Ｓ５：画像センサー２０で第二回目の位置決めを行う。Ｓ６：レーザー光束で基板１の第二面Ｂを切断して、第二切断ラインＢ１を生成する。ここで、基板の第一面Ａの第一切断ラインＡ１と、第二面Ｂの第二切断ラインＢ１とは、同一の垂直断面上にある。言い換えると、第一切断ラインＡ１と第二切断ラインＢ１とは、基板の表裏で同じ位置にある（点または線において）。なお、本実施例において、第一面Ａは、回路パターン（circuit pattern）描画面である。

上記のレーザー切断方法を実現するためのレーザー切断装置は、ベース１０と、画像センサー２０と、レーザー出射装置３０と、光学ユニット４０と、コントローラ５０と、を備えている。

ベース１０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能であり、真空装置を備えている。真空装置は、基板１を真空吸着させてベース１０に固定する。また、ベース１０は、基板１よりもやや大きい凹み部分１１を有しており、基板１を凹み部分１１に置くようにするのが望ましく、或いは、ベース１０にチャックやロック装置などの固定具を設け、当該固定具を用いて基板１をベース１０に固定するのが望ましい。

画像センサー２０は、電荷結合素子（Charge Coupled Device、略称CCD）を用いたセンサーであって、ベース１０の上方に設けられており、基板１の切断面上の位置検出キー（alignment key）（例えば板に打刻された十字マークなど）を検出する。この実施例において、ベース１０は移動機構を備えており、画像センサー２０はこの移動機構と連動して、ベース１０に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸方向に移動可能である。この画像センサー２０は、専用の反射鏡２１を備えており、反射鏡２１は、基板１の画像を画像センサー２０に反射する。

レーザー出射装置３０は、ベース１０と画像センサー２０との間に設けられており、レーザー光束を出射する。レーザー出射装置３０は、例えば、ガスレーザー（例えばヘリウム、アルゴン、炭酸ガス）であってもよいし、固体レーザー（例えばサファイア、ルビー）であってもよいが、この限りではない。

光学ユニット４０は、レーザー出射装置３０のレーザー光束出射側に設けられており、反射鏡４１と集光レンズ４２とを有している。レーザー光束は、反射鏡４１で反射して、集光レンズ４２を通り基板１に出射されて、切断ラインを形成する。なお、集光レンズ４２は、Ｚ軸方向に移動可能である。

コントローラ５０は、ホストコンピュータとディスプレイ装置とを有しており、ベース１０の近くに設けられ、画像センサー２０及びレーザー出射装置３０と電気的に接続されている。よって、コントローラ５０は、画像センサー２０及びレーザー出射装置３０の何れとも信号の送受信が可能であり、画像センサー２０の画像信号を受信してからレーザー出射装置３０に動作信号を送信して、レーザー出射装置３０にレーザー光束を出射させることができる。

本発明の実施例において、ベース１０は、例えば強化ガラスや透明プラスチックなどのシースルー材質のプレートで形成されてもよいし、或いは、ベース１０の凹み部分が透かし彫り設計によって形成されてもよい。ベース１０の下方には、第二移動機構が設けられており、ベース１０の下方の第二画像センサー６０は、第二移動機構と連動するようになっており、コントローラ５０と電気的に接続されている。

この実施例は次のように実行される。ステップＳ１：切断したい基板１をベース１０に固定する。基板の材質は、セラミック、ガラスまたはクオーツである。ベース１０は真空装置を備え、真空装置は、基板１を真空吸着させてベース１０に固定してもよい。或いは、基板１０は、例えばチャック、ロック装置などの固定具を備えており、固定具で基板１をベース１０に固定してもよい。

ステップＳ２：画像センサー２０を用いて第一回目の位置決めを行う。画像センサー２０は、ベース１０の上方に設けられており、基板１の第一面Ａには、位置検出キー（alignment key）（例えば、基板１の第一面Ａに打刻された十字マーク）が設けられている。第一回目の位置決めは、画像センサー２０を用いて基板１の第一面Ａの位置検出キーを検出する。コントローラ５０は、画像センサー２０の画像信号を受信すると、レーザー出射装置３０に対して動作信号を送り、レーザー出射装置３０にレーザー光束を出射させる。

ステップＳ３：レーザー光束で基板１の第一面Ａを切断して、第一切断ラインＡ１を生成する。レーザー出射装置３０は、ベース１０と画像センサー２０との間に設けられており、レーザー光束は、レーザー出射装置３０から出射されると、光学ユニット４０の反射鏡４１にて集光レンズ４２に反射し、その後、基板１の第一面Ａを切断して第一切断ラインＡ１を生成する。

ステップＳ４：切断したい基板１を反転させてベース１０に固定する。まず、（例えば空気を導入するなどして）ベース１０の真空状態を解除し、基板１を反転させてから真空装置を再起動して、基板１を真空吸着してベース１０に固定する。或いは、ベース１０の固定具を開放した後に、基板１を反転させてから再び固定具で固定する作業を、手作業または自動で行ってもよい。

ステップＳ５：画像センサー２０を用いて第二回目の位置決めを行う。基板１の第二面Ｂには、位置検出キー（alignment key）（例えば、基板１の第二面Ｂに打刻された十字マークなど）が設けられている。第二回目の位置決めは、画像センサー２０を用いて基板１の第二面Ｂの位置検出キーを検出する。或いは、例えば、基板１の第一面Ａに形成された十字マークを透かし彫りにして当該十字マークが第二面Ｂにも表示されるようすることによって、基板１の第一面Ａの位置検出キーと第二面Ｂの位置検出キーとを同一にしてもよい。或いは、第二回目の位置決めでは、第二面Ｂに現れる陰影線であって、基板１の第一面Ａに打刻された第一切断ラインＡ１の陰影線を、画像センサー２０に読み取らせてもよい。この実施例では、ベース１０をシースルー材質とし、その下方に第二画像センサーを設け、第二回目の位置決めでは、第二画像センサーが、基板１の第一面Ａの第一切断ラインＡ１を検出するようになっている。

ステップＳ６：レーザー光束を用いて第二面Ｂを切断して、第二切断ラインＢ１を生成する。コントローラ５０は、第二画像センサー６０の画像信号を受信すると、レーザー出射装置３０に対して動作信号を送り、レーザー出射装置３０にレーザー光束を出射させる。レーザー光束は、光学ユニット４０の反射鏡４１にて集光レンズ４２に反射し、その後、基板１の第二面Ｂを切断して、第二切断ラインＢ１を生成する。

レーザー出射装置３０から出射されたレーザー光束は、第一面Ａを切断して、深さＨ１の第一切断ラインＡ１を生成し、レーザー出射装置３０から出射されたレーザー光束は、第二面Ｂを切断して、深さＨ２の第二切断ラインＢ１を生成する。第一の切断深さＨ１と第二の切断深さＨ２との和が基板１の厚みＨよりも小さい場合には、ステップＳ６では、レーザー光束が基板１の第二面Ｂを切断して第二切断ラインＢ１を生成したときに、第二切断ラインＢ１と第一切断ラインＡ１とを隔てる一定の距離が存在することによって基板を切り離すことができないため、例えば分離作業のような後続作業を行う。この後続作業では、例えば、ナイフを基板１の上方から第一面Ａの第一切断ラインＡ１に当ててナイフを下に押す作業を繰り返すことによって、基板１（wafer）を複数のスティック（stick）、チップ（chip）にしてもよい。この実施例では、第一の切断深さＨ１と第二の切断深さＨ２との和が基板１の厚みＨに等しいことから、ステップＳ６では、レーザー光束が基板１の第二面Ｂを切断して第二切断ラインＢ１を生成したときに、第二切断ラインＢ１と第一切断ラインＡ１とがつながることによって基板１が完全に分離される。しかも、第一切断ラインＡの第一切断深さＨ１は、第二切断ラインＢの第二切断深さＨ１よりも小さくとっているため、溶融物が飛び散って回路を傷めるという状況を大幅に改善できるとともに、切断幅の留保を少なくして、チップの量を増やすことが可能となる。

本実施例は、レーザー切断装置が、ベース１０と、画像センサー２０と、レーザー出射装置３０と、光学ユニット４０と、コントローラ５０とを備えており、切断したい基板をベース上に固定し、画像センサーで第一回目の位置決めを行い、レーザー光束で基板の第一面を切断して第一切断ラインを生成した後に、切断したい基板を反転させてベース上に固定し、画像センサーで第二回目の位置決めを行い、レーザー光束で基板の第二面を切断して第二切断ラインを生成することで、レーザー切断の質を向上させ、作業効率を向上させることを特徴とする。

上述のごとく本発明の実施例を開示したが、この実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の属する技術分野に精通していれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、本発明の詳細な説明に従って種々の実施例の変形が可能である。よって、特許による本発明の保護の範囲は、本願の「特許請求の範囲」に準じるものとする。

Ｓ１…切断したい基板をベース上に固定
Ｓ２…画像センサーで第一回目の位置決め
Ｓ３…レーザー光束で基板の第一面を切断して第一切断ラインを生成
Ｓ４…切断したい基板を反転させてベース上に固定
Ｓ５…画像センサーで第二回目の位置決め
Ｓ６…レーザー光束で基板の第二面を切断して第二切断ラインを生成
１…基板
１０…ベース
１１…凹み部分
２０…画像センサー
２１…反射鏡
３０…レーザー出射装置
４０…光学ユニット
４１…反射鏡
４２…集光レンズ
５０…コントローラ
６０…第二画像センサー
Ａ…第一面
Ａ１…第一切断ライン
Ｂ…第二面
Ｂ１…第二切断ライン
Ｈ…基板の厚み
Ｈ１…第一の切断深さ
Ｈ２…第二の切断深さ

Claims (17)

1. 切断したい基板をベース上に固定するステップと、
   画像センサーで第一回目の位置決めを行うステップと、
   レーザー光束で前記基板の第一面を切断して第一切断ラインを生成するステップと、
   前記切断したい基板を反転させてベース上に固定するステップと、
   画像センサーで第二回目の位置決めを行うステップと、
   レーザー光束で前記基板の第二面を切断して第二切断ラインを生成するステップと、を含むことを特徴とするレーザー切断方法。
2. 前記第一面の前記第一切断ラインと、前記第二面の前記第二切断ラインとが、前記基板の表裏で同じ位置にある、請求項１に記載のレーザー切断方法。
3. レーザー光束で生成した前記第一面の前記第一切断ラインの第一切断深さと、レーザー光束で生成した前記第二面の前記第二切断ラインの第二切断深さとの和は、前記基板の厚みに等しい、請求項１に記載のレーザー切断方法。
4. レーザー光束で生成した前記第一面の前記第一切断ラインの第一切断深さと、レーザー光束で生成した前記第二面の前記第二切断ラインの第二切断深さとの和は、前記基板の厚みより小さい、請求項１に記載のレーザー切断方法。
5. 前記第一切断ラインの前記第一切断深さは、前記第二切断ラインの前記第二切断ライン深さより小さい、請求項３または４に記載のレーザー切断方法。
6. 前記第一回目の位置決めは、画像センサーが前記基板の前記第一面に設けられた位置検出キーを検出することを含み、前記第二回目の位置決めは、画像センサーが前記基板の前記第二面に設けられた位置検出キーを検出することを含む、請求項１に記載のレーザー切断方法。
7. 前記基板の前記第一面の位置検出キーと、前記基板の前記第二面の位置検出キーとは、同じ位置検出キーである、請求項６に記載のレーザー切断方法。
8. 前記第一回目の位置決めは、画像センサーが前記基板の前記第一面の位置検出キーを検出することを含み、前記第二回目の位置決めは、前記第二面に現れる陰影線であって、前記基板に形成された前記第一面の前記第一切断ラインの陰影線を検出することを含む、請求項６に記載のレーザー切断方法。
9. 前記切断したい基板をベース上に固定するステップは、真空吸着により前記基板を前記ベースに固定するステップを含む、請求項１に記載のレーザー切断方法。
10. 前記切断したい基板をベース上に固定するステップは、固定具を用いて前記基板を前記ベースに固定するステップを含む、請求項１に記載のレーザー切断方法。
11. 基板に切断ラインを形成するためのレーザー切断装置であって、
    前記基板を固定するベースと、
    前記ベースの上方に設置され、前記基板に対応する画像センサーと、
    前記ベースと前記画像センサーとの間に設置され、レーザー光束を出射するレーザー出射装置と、
    前記レーザー出射装置のレーザー光束出射側に設置され、反射鏡と集光レンズとを有し、レーザー光束を、前記反射鏡にて前記集光レンズに向けて反射させててから前記基板に向けて出射させる光学ユニットと、
    前記ベースの近くに設置され、前記画像センサー及び前記レーザー出射装置と電気的に接続されたコントローラと、を備えるレーザー切断装置。
12. 前記ベースは移動機構を備え、前記画像センサーは前記移動機構と連動する、請求項１１に記載のレーザー切断装置。
13. 前記画像センサーには、前記基板の画像を前記画像センサーに反射させるための反射鏡が設けられている、請求項１１に記載のレーザー切断装置。
14. 前記ベースは、シースルー材質のプレートで形成されており、前記ベースの下方に第二移動機構を備え、前記ベースの下方に設けられた第二画像センサーは前記第二移動機構と連動しており、前記第二画像センサーは前記コントローラと電気的に接続されている、請求項１１に記載のレーザー切断装置。
15. 前記ベースは、前記基板を置くための凹み部分を備えるる、請求項１１に記載のレーザー切断装置。
16. 前記ベースは、前記基板を前記ベースに固定するための固定具を備える、請求項１１に記載のレーザー切断装置。
17. 前記ベースは、前記基板を真空吸着させて前記ベースに固定するための真空装置を備える、請求項１１に記載のレーザー切断装置。
    

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