JP5771389B2

JP5771389B2 - 加工方法

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Publication number: JP5771389B2
Application number: JP2010277926A
Authority: JP
Inventors: 健次古田; 潤阿畠
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: JP2012125781A

Description

本発明は、各種被加工物の被加工領域にレーザー光線を照射して被加工領域に沿って内部に改質層を形成し、被加工物に外力を加えることにより改質層に沿って分割加工を行う方法に関する。

ウェーハ状の被加工物（ワーク）を分割して個片化する方法として、レーザー光をワークの内部に集光して切断の起点となる改質層を形成し、改質層に外力を加えることにより個々のチップに分割する方法が実用に供されている（例えば特許文献１参照）。

このようなレーザー加工を行うレーザー加工装置においては、ワークの直線上の被加工領域の延長線上にレーザー照射ヘッドの位置をあわせ、ワークとレーザーレーザー照射ヘッドとを加工方向に相対移動させる加工送りをしながら、レーザー照射ヘッドからレーザー光を照射して内部に集光することにより、被加工領域に沿ってワークの内部に改質層を形成する。また、１本の被加工領域を加工した後は、レーザー照射ヘッドの位置を次の加工対象の被加工領域の延長線上にあわせ、同様の加工を行っている。このように、1度の加工送りで1本の被加工領域を加工することとしている。レーザー加工装置においては、レーザー光を断続的に発振することにより、断続的なレーザー加工を行うこともできる。

特許第３４０８８０５号公報

しかし、ワークの中には、被加工領域が一直線上に形成されていないものもある。このようなワークは、１度の加工送りで加工できる部分が少なく、すべての被加工領域を加工するには、レーザー照射ヘッドの位置を調整しながら何度も加工送りをしなければならないため、加工に多大な時間を要していた。

本発明は、このような事実に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、被加工領域が一直線上に形成されていないワークの当該被加工領域に効率よくレーザー加工による改質層を形成できるようにすることにある。

本発明は、割り出し方向にそれぞれの位置がばらつき加工方向に平行に延びた複数の被加工領域が断続的に形成されてなるストリートを有するワークを該ストリートに沿って分割加工する加工方法に関するもので、レーザー光線の焦点をワーク内部に合わせ、ワークとレーザー光線の照射位置とを相対的に加工送り方向に移動させて該被加工領域に沿って改質層を形成する改質層形成工程と、改質層形成工程の後に、ワークに外力を与えて改質層に沿ってワークを分割する分割工程とを含み、改質層形成工程は、以下の各工程により構成される。
（１）被加工領域の割り出し方向と加工方向との座標をレーザー加工装置の記憶手段に記憶する記憶工程、
（２）記憶工程の後に、記憶手段に記憶された被加工領域の座標に基づいて被加工領域へレーザー光線の照射を行うレーザー照射工程、
（３）ストリートを構成する一本の被加工領域にレーザー光線を照射し終えたら、レーザー光線の照射位置が次の被加工領域が存在する加工方向の位置の座標に移動するまでの間レーザー光線の照射を停止するレーザー照射停止工程、
（４）レーザー照射停止工程の間に、次に加工すべき被加工領域が存在する割り出し方向の位置の座標にレーザー光線の照射位置を一致させる様に補正する補正工程。
そして、次に加工すべき被加工領域は、加工済みの被加工領域とは割り出し方向の位置が異なりかつ加工方向に隣り合う被加工領域であり、改質層形成工程では、レーザー照射工程とレーザー照射停止工程と補正工程とを繰り返しながら断続的に被加工領域へのレーザー光線の照射を行う。

本発明は、複数の被加工領域の間に割り出し方向の位置ずれがある場合でも、補正工程において加工送りの途中で割り出し方向の補正を行うことにより、一度の加工送りで複数の被加工領域にレーザー照射を行うことができるため、レーザー加工に要する時間を短縮することができる。

レーザー加工装置の一例を示す斜視図である。ワークの一例を拡大して示す平面図である。本発明の手順を示すフローチャートである。ワークの内部に改質層を形成する状態を略示的に示す断面図である。本発明との比較例を示す平面図である。分割工程を略示的に示す断面図である。

図１に示すレーザー加工装置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からレーザービームを照射してワークＷの加工を行う装置である。保持手段２は、加工送り機構４によってＸ軸方向（加工方向）に送られるとともに、割り出し送り機構５によってＹ軸方向（割り出し方向）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ービームを照射するレーザー照射ヘッド３０を備えている。

加工送り機構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、ボールネジ４０の回動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。

割り出し送り機構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には加工送り機構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機構４も同方向に移動する構成となっている。

加工送り機構４のパルスモータ４２及び割り出し送り機構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を制御することができる。

次に、このように構成されるレーザー加工装置１を用いて、図２に示すワークＷをレーザー加工する場合について、図３のフローチャートを参照して説明する。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（Al₂O₃）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。図１に示したように、ワークＷはテープＴに貼着され、テープＴの周縁部に貼着されたリング状のフレームＦによって支持され、ワークＷは保持面２０に吸着され、フレームＦはクランプ部２４に固定される。

図２に示すように、ワークＷの表面Ｗ１には、加工方向に平行に延びる複数の第１の被加工領域７ａ〜７ｎと、加工方向に対して水平方向に直交する複数の第２の被加工領域８と、第１の被加工領域７ａ〜７ｎと第２の被加工領域８との交点同士を結ぶ複数の第３の被加工領域９とが形成されている。複数の第1の被加工領域７ａ〜７ｎ、第２の被加工領域８及び第３の被加工領域９は、断続的に形成されている。また、第1の被加工領域７ａ〜７ｎ、第２の被加工領域８及び第３の被加工領域９のそれぞれは、直線上に形成されている。２本の第１の被加工領域と２本の第２の被加工領域８と４本の第３の被加工領域９とによって囲まれた部分が、長方形の四隅を直線状に切り落とした形状のチップＣとなっている。

複数の第１の被加工領域７ａ〜７ｎは、それぞれは一直線上に形成されているが、保持手段２に保持された状態において割り出し方向に位置がばらついている。複数の第２の被加工領域８も、それぞれは一直線上に形成されているが、加工方向にそれぞれの位置がばらついている。すなわち、複数の第１の被加工領域７ａ〜７ｎは、それぞれのＹ座標が異なり、複数の第２の被加工領域８は、それぞれのＸ座標が異なる。

１改質層形成工程
このように構成されるワークＷについて、最初に、第１の被加工領域７ａ〜７ｎの位置情報を図１に示した記憶手段６１にそれぞれ記憶させる。第１の被加工領域７ａ〜７ｎの個々の位置情報は、Ｘ座標（加工方向の座標）及びＹ座標（割り出し方向の座標）によって特定される。かかる位置情報の入力及び記憶手段６１への記憶は、予め把握されているワークＷの仕様に基づき、例えば図示しないキーボード等の入力手段を用いて行うことができる。また、図示しない撮像手段によってワークＷを撮像し、第１の被加工領域を認識して記憶手段６１に記憶させることもできる。なお、記憶工程では、第２の被加工領域８及び第３の被加工領域９のＸ座標及びＹ座標についても記憶手段６１に記憶させてもよい。

制御手段６０は、記憶手段６１に位置情報を記憶させた第１の被加工領域７ａ〜７ｎのうち、そのＹ座標が比較的近接するもの同士を連結することにより、レーザー照射位置の軌道を想定する。かかる軌道をストリートと称する。図２の例では、３本のストリートＳ１，Ｓ２，Ｓ３が想定されており、ストリートＳ１には第１の被加工領域７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが含まれ、ストリートＳ２には第１の被加工領域７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ，７ｉが含まれ、ストリートＳ３には第１の被加工領域７ｊ，７ｋ，７ｌ，７ｍ，７ｎが含まれている。すなわち、これらのストリートＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、割り出し方向にそれぞれの位置がばらつき加工方向に平行に延びた複数の被加工領域が断続的に形成されてなるストリートとなる。

直線状に形成された個々の第１の被加工領域７ａ〜７ｎの両端は、レーザー光線照射の開始点となる始点と、レーザー光線照射の停止点となる終点とを有している。例えば、第１の被加工領域７ａの両端は、始点７ａ_０と終点７ａ_１であり、第１の被加工領域７ｂの両端は、始点７ｂ_０と終点７ｂ_１である。

１本のストリートを構成する被加工領域のうち、加工方向に隣り合う２つの被加工領域は、互いにＹ座標が異なるため、隣り合う第１の被加工領域７ａの終点７ａ_１と第２の被加工領域７ｂの始点７ｂ_０とを結ぶ直線は、加工方向に対して平行にはならない。したがって、レーザー光線照射時は、保持手段２のＹ方向の位置を補正することにより、レーザー照射ヘッド３０がストリートＳ１に沿って相対移動するようにする。かかる補正量は、オペレータが入力手段から入力して記憶手段６１に設定する。どのようにして複数の被加工領域をまとめてストリートを形成するかによって補正量が異なってくるが、ここでは、オペレータが予め把握しているワークＷの仕様に基づき、オペレータ自身がどのようにして第１の被加工領域をまとめてストリートを想定するかを決定することとする（記憶工程、ステップＳ１）。

記憶工程の後、記憶手段６１に記憶された第１の被加工領域７ａ〜７ｎの座標に基づいて、各被加工領域へのレーザー光線の照射を行い、第１の被加工領域７ａ〜７ｎに対してレーザー光線を照射し、第１の被加工領域７ａ〜７ｎに沿ってワークＷの内部に改質層を形成する。なお、改質層とは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。例えば、ａ）溶融処理領域、ｂ）クラック領域、絶縁破壊領域、ｃ）屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。

まず、図２に示したストリートＳ１の延長線上にレーザー照射ヘッド３０が位置するようにする。具体的には、図１に示した保持手段２においてワークＷを保持し、割り出し送り機構５が保持手段２をＹ方向に移動させることにより、例えばストリートＳ１に含まれる被加工領域７ａとレーザー照射ヘッド３０とのＹ座標を一致させる。

そして、図１に示した加工送り機構４がワークＷを保持した保持手段２を加工方向に送り、図４に示すように、被加工領域７ａの始点７ａ_０の直下にレーザー照射ヘッド３０が位置した時に、レーザー照射ヘッド３０からレーザー光線３０ａの照射を開始し、ワークＷの内部にレーザー光線を焦点をあわせて集光する（レーザー照射工程）。そして、レーザー光線を照射したまま、ワークＷとレーザー光線の照射位置とを相対的に加工送り方向に移動させる加工送りを続行し、レーザー照射ヘッド３０によるレーザー光線の照射位置が第１の被加工領域７ａの終点７ａ_１位置するまでレーザー光線の照射を続ける。このようにしてレーザー光線を照射すると、被加工領域７ａに沿って改質層３００が形成される（レーザー照射工程、ステップＳ２）。

レーザー照射ヘッド３０によるレーザー光線の照射位置が第１の被加工領域７ａの終点７ａ_１に位置した時点で、レーザー照射ヘッド３０からのレーザー光線の照射を停止する。そして、レーザー照射ヘッド３０によるレーザー光線の照射位置が、次の照射位置である第１の被加工領域７ｂの始点７ｂ_０に位置するまでの間、レーザー光線の照射を停止する。すなわち、ストリートＳ１を構成する一本の第１の被加工領域７ａにレーザー光線を照射し終えたら、レーザー光線の照射位置が、次の第１の被加工領域７ｂが存在する加工方向の位置の座標である始点７ｂ_０に移動するまでの間、レーザー光線の照射を停止する（レーザー照射停止工程、ステップＳ３）。

レーザー照射停止工程の間に、次に加工すべき第1の被加工領域が存在する割り出し方向の位置の座標にレーザー光線の照射位置を一致させる。すなわち、次に加工する第１の被加工領域７ｂの始点７ｂ_０のＹ座標と、レーザー照射ヘッド３０によるレーザー光線の照射位置のＹ座標とを一致させる補正を行う。かかる制御は、記憶手段６１に記憶されたＸ座標及びＹ座標の情報に基づき、制御手段６０が割り出し送り機構５を制御することによって行われる。

本実施形態では、記憶工程においてオペレータが補正量を入力手段から入力して記憶手段６１に設定することとしたが、加工送り機構４による保持手段２の送り速度、隣り合う第１の被加工領域７ａ、７ｂの割り出し方向のずれ量、隣り合う第１の被加工領域７ａ、７ｂの加工方向の距離に基づき、最適な加工条件を制御手段６０が算出してもよい。例えば、レーザー光線の照射を停止している間に保持手段２の送り速度を落として補正量を多くしてでもストリートの本数を減らして加工送りの回数を減らすか、多少はストリートの数が増えて加工送りの回数が増えたとしても、加工送りの速度を優先させるかなど、柔軟に対処することができる（補正工程、ステップＳ４）。

このようにして、改質層形成工程では、レーザー照射工程とレーザー照射停止工程と補正工程とを繰り返しながら、断続的に、ストリートＳ１を構成する第１の被加工領域７ａ〜７ｄへのレーザー光線の照射を行う。また、ストリートＳ２、ストリートＳ３についても同様に、レーザー照射工程とレーザー照射停止工程と補正工程とを繰り返しながら、断続的に第１の被加工領域７ｅ〜７ｉ及び第一の被加工領域７ｊ〜７ｎに対してレーザー加工を行う。そうすると、第一の被加工領域７ａ〜７ｎに沿って内部に改質層が形成される。

次に、図１に示した保持手段２を９０度回転させ、第１の被加工領域に対するレーザー照射と同様に、複数のストリートを想定し、レーザー照射工程とレーザー照射停止工程と補正工程とを繰り返しながら、すべての第２の被加工領域８に沿って断続的に内部に改質層を形成する。

さらに、保持手段２を所定角度回転させ、第３の被加工領域９に沿って断続的に内部に改質層を形成する。こうして、すべての被加工領域に沿って改質層が形成される。

以上のように、改質層形成工程では、複数の被加工領域の間に割り出し方向の位置ずれがある場合でも、加工送りの途中で割り出し方向の補正を行うことにより、一度の加工送りで複数の被加工領域にレーザー照射を行うことができるため、レーザー加工に要する時間を短縮することができる。

従来の手法により、図５に示すように、図２に示したものと同様に構成されるワークＷについて、補正工程を行うことなく被加工領域７ａ〜７ｎをレーザー加工する場合は、ストリートが８本（ストリートＳ１０〜ストリートＳ８０）となる。すなわち、被加工領域７ａ〜７ｎのレーザー加工をするにあたっては、８度の加工送りが必要となる。しかし、上記改質層形成工程では、被加工領域７ａ〜７ｎを３度の加工送りでレーザー加工することができ、加工送りの回数を削減して生産性を向上させることができる。

２分割工程（ステップＳ５）
次に、すべての被加工領域に改質層が形成されたワークＷに外力を与えることにより、改質層に沿ってワークＷを分割する。例えば、図６に示すように、ワークＷに貼着されたテープＴをワークＷの面方向（矢印Ａ方向）に伸張させることにより、ワークＷに対して当該面方向の外力を加える。そうすると、改質層３００においてワークＷが破断され、図２に示した個々のチップＣに分割される。そしてその後、各チップＣがテープＴから剥離される。

なお、上記レーザー加工装置１では、レーザー照射ヘッド３０によるレーザー光線の照射位置が動かずに保持手段２がＸ方向及びＹ方向に動く構成としたが、保持手段２がＸ方向に動くとともにレーザー照射ヘッド３０によるレーザー光線の照射位置がＹ方向に動く構成、保持手段２がＹ方向に動くとともにレーザー照射ヘッド３０によるレーザー光線の照射位置がＸ方向に動く構成、保持手段２が動かずにレーザー照射ヘッド３０によるレーザー光線の照射位置がＸ方向及びＹ方向に動く構成としてもよい。すなわち、加工送りは、ワークとレーザー光線の照射位置とを相対的に移動させることができればよい。また、本発明の適用対象となるワークに形成された被加工領域の位置も、図示の例には限定されない。

１：レーザー加工装置
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：レーザー照射ヘッド
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
７ａ〜７ｎ：第１の被加工領域
７ａ_０：始点７ａ_１：終点７ｂ_０：始点７ｂ_１：終点
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３：ストリート
Ｓ１０、Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０，Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０：ストリート
８：第２の被加工領域９：第３の被加工領域
Ｃ：チップ３００：改質層
Ｔ：テープＦ：フレーム

Claims

割り出し方向にそれぞれの位置がばらつき加工方向に平行に延びた複数の被加工領域が断続的に形成されてなるストリートを有するワークを該ストリートに沿って分割加工する加工方法であって、
レーザー光線の焦点をワーク内部に合わせ、該ワークとレーザー光線の照射位置とを相対的に加工送り方向に移動させて該被加工領域に沿って改質層を形成する改質層形成工程と、
該改質層形成工程の後に、ワークに外力を与えて該改質層に沿ってワークを分割する分割工程と、
を含み
該改質層形成工程は、
該被加工領域の該割り出し方向と該加工方向との座標をレーザー加工装置の記憶手段に記憶する記憶工程と、
該記憶工程の後に、該記憶手段に記憶された該被加工領域の座標に基づいて該被加工領域へレーザー光線の照射を行うレーザー照射工程と、
該ストリートを構成する一本の被加工領域にレーザー光線を照射し終えたら、レーザー光線の照射位置が次の被加工領域が存在する該加工方向の位置の座標に移動するまでの間レーザー光線の照射を停止するレーザー照射停止工程と、
該レーザー照射停止工程の間に、次に加工すべき被加工領域が存在する該割り出し方向の位置の座標にレーザー光線の照射位置を一致させるように補正する補正工程と、
を含み、
該次に加工すべき被加工領域は、加工済みの被加工領域とは該割り出し方向の位置が異なりかつ該加工方向に隣り合う被加工領域であり、
該レーザー照射工程と該レーザー照射停止工程と該補正工程とを繰り返しながら断続的に該被加工領域へのレーザー光線の照射を行う加工方法。