JP6779582B2 - 被加工物のレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームを被加工物に照射して被加工物を加工する被加工物のレーザ加工方法に関する。

格子状に複数の分割予定ラインが設定され、該分割予定ラインにより区画された各領域にＩＣ等のデバイスが形成された基板を該分割予定ラインに沿って分割すると、個々のチップを形成できる。例えば、パッケージ基板などに用いられるセラミックス基板や金属基板等の被加工物の分割には、出力の高い炭酸ガスレーザ（ＣＯ_２レーザ）を使用して被加工物をレーザ加工（アブレーション加工）するレーザ加工装置が用いられる。

該レーザ加工装置を用いた被加工物のレーザ加工では、炭酸ガスレーザの照射により発生する熱によって被加工物を溶融及び気化させて被加工物を分割する。該レーザ加工を実施すると、熱により被加工物が部分的に溶融して溶融物（ドロス）が発生する。該溶融物の温度が低下して被加工物に再付着すると、該溶融物を被加工物から取り除くのは容易ではない。

ところで、レーザ加工装置は該被加工物を保持するチャックテーブルを備える。被加工物のレーザ加工時には、該被加工物は該チャックテーブル上に保持される。そのため、被加工物にレーザビームを集光して照射して被加工物を分割する際に、形成される個々のチップ間を通過するレーザビームの一部がチャックテーブルに照射されると、該チャックテーブルに損傷を生じる場合がある。

そこで、チャックテーブルの保持面に被加工物の該分割予定ラインに対応したレーザ逃げ溝を形成する技術が知られている（特許文献１参照）。集光されたレーザビームがレーザ逃げ溝に進入すると分散するため、チャックテーブルに照射されるレーザビームのパワー密度を低減させ、チャックテーブルの損傷を抑制できる。該レーザ逃げ溝は深ければ深いほどチャックテーブルの損傷をより抑制できる。

このチャックテーブルで被加工物を保持する際には、該レーザ逃げ溝の位置に対して分割予定ラインの位置が合わせられる。レーザ加工の際に発生した溶融物は該レーザ逃げ溝に落下するため、被加工物に該溶融物が再付着しにくい。さらに、積極的に溶融物をレーザ逃げ溝に落下させるためにレーザ加工装置の加工ヘッドから被加工物に気体を噴出するレーザ加工装置も提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１３−１２１５９８号公報 特開２０１６−２２４８４号公報

しかしながら、該レーザ逃げ溝への溶融物の落下を促す気体（アシストガス）を加工ヘッドから噴出できるレーザ加工装置を用いても、発生する溶融物の再付着を完全には防止できない。すなわち、被加工物が分割されて形成されるチップの裏面側のエッジ部に溶融物が僅かに残留して固着してしまう。チップに固着した溶融物を除去するのは容易ではなく、除去する事でチップが欠けてしまう恐れもある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アブレーション加工で生じる溶融物を容易に除去できる被加工物のレーザ加工方法を提供することである。

本発明の一態様によると、複数の分割予定ラインが表面に設定された板状の被加工物を該分割予定ラインに沿って分割する被加工物のレーザ加工方法であって、該被加工物の裏面に保護部材を貼着する保護部材貼着ステップと、該分割予定ラインに対応するレーザ逃げ溝によって複数の領域に区画された保持面を備えるチャックテーブルに該被加工物の該保護部材側を保持させて、該被加工物を固定する被加工物固定ステップと、該被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザビームを、該チャックテーブルに固定された該被加工物の該分割予定ラインに沿って照射するとともに、該被加工物の表面に向かってアシストガスを噴射し、該レーザビームの照射により発生した被加工物の溶融物を該アシストガスで該レーザ逃げ溝側へと吹き飛ばしつつ、該被加工物と該保護部材とを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、該溶融物が付着した該保護部材を、該溶融物とともに被加工物から除去する保護部材除去ステップと、を備えることを特徴とする被加工物のレーザ加工方法が提供される。

本発明の一態様において、該被加工物は、セラミックスまたは金属を含んでもよい。また、該レーザビームは炭酸ガスレーザまたはファイバーレーザでもよい。

本発明の一態様に係る被加工物のレーザ加工方法によると、被加工物にレーザビームを照射する前に該被加工物の裏面に保護部材を貼着する。そして、被加工物の表面側から分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して被加工物を溶融及び気化させつつ、アシストガスを被加工物に向けて噴出する。すると、該レーザビームによるレーザ加工（アブレーション加工）で生じた溶融物が該アシストガスによりチャックテーブルのレーザ逃げ溝側へ吹き飛ばされる。

もし、被加工物の分割により形成されるチップの裏面側に保護部材が貼着されていなければ、チップの裏面側のエッジにアシストガスにより吹き飛ばしきれない一部の該溶融物が付着して残留してしまう。その一方で、本発明の一態様に係る被加工物のレーザ加工方法では、被加工物の裏面側に保護部材が貼着されているため、該溶融物は該保護部材に付着して残留する。

そして、本発明の一態様に係る被加工物のレーザ加工方法では、該保護部材を除去することで、残留した溶融物を除去できる。チップの裏面側に貼着された保護部材を除去するのは、被加工物に直接付着した溶融物を除去するよりも容易である。しかも、チップの裏面側に保護部材が貼着されている間は、該裏面が保護されるため、該チップに損傷が生じにくくなる。

したがって、本発明の一態様によると、アブレーション加工で生じる溶融物を容易に除去できる被加工物のレーザ加工方法が提供される。

保護部材貼着ステップを模式的に示す斜視図である。 レーザ加工装置を模式的に示す斜視図である。 図３（Ａ）は、被加工物固定ステップを模式的に示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、チャックテーブルに固定された被加工物を模式的に示す斜視図である。 図４（Ａ）は、分割ステップを模式的に示す部分断面図であり、図４（Ｂ）は、分割ステップを拡大して模式的に示す部分断面図である。 テープの張り替えを模式的に示す斜視図である。 図６（Ａ）は、保護部材が除去される前の被加工物を模式的に示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、保護部材が除去された被加工物を模式的に示す斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る加工方法で加工される被加工物と、該被加工物に貼着される保護部材について説明する。図１には、該被加工物及び該保護部材が模式的に示されている。

該被加工物１の表面１ａには、格子状に複数の分割予定ライン３が設定され、該分割予定ライン３により区画された各領域にＩＣ等のデバイス５が形成されている。該被加工物１を最終的に該分割予定ライン３に沿って分割すると、個々のチップを形成できる。被加工物１は、例えば、パッケージ基板などに用いられるセラミックス基板や金属基板等の板状の基板である。

被加工物１の裏面１ｂに貼着される保護部材７は、可撓性を有するフィルム状の基材と、該基材の一方の面に形成された糊層（接着剤層）と、を有する。例えば、基材にはＰＯ（ポリオレフィン）が用いられる。ＰＯよりも剛性の高いＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）や、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタン等が用いられても良い。また、糊層（接着剤層）には、例えば、シリコーンゴム、アクリル系材料、エポキシ系材料等が用いられる。

次に、被加工物１の分割予定ライン３に沿って被加工物１にレーザビームを照射するレーザ加工装置について図２を用いて説明する。図２には、該レーザ加工装置２の斜視図が模式的に示されている。図２に示すように、レーザ切削装置２は、各構成要素を支持する基台４を備える。基台４の上面にはチャックテーブル（保持手段）６が設けられ、該チャックテーブル６の上方には、加工ヘッド８が設けられる。

基台４の上方には、Ｘ軸移動機構（移動手段）１０が設けられる。Ｘ軸移動機構１０は、基台４の上面に設けられＸ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール１２を備える。Ｘ軸ガイドレール１２には、Ｘ軸移動テーブル１４がスライド可能に配設される。

Ｘ軸移動テーブル１４の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられ、このナット部には、Ｘ軸ガイドレール１２と平行なＸ軸ボールネジ１６が螺合される。Ｘ軸ボールネジ１６の一端部には、Ｘ軸パルスモータ１８が連結される。Ｘ軸パルスモータ１８でＸ軸ボールネジ１６を回転させると、Ｘ軸移動テーブル１４は、Ｘ軸ガイドレール１２に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル１４の上面側には、Ｙ軸移動機構（移動手段）２０が設けられる。Ｙ軸移動機構２０は、Ｘ軸移動テーブル１４の上面に設けられＹ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール２２を備える。Ｙ軸ガイドレール２２には、Ｙ軸移動テーブル２４がスライド可能に配設される。

Ｙ軸移動テーブル２４の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられ、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール２２と平行なＹ軸ボールネジ２６が螺合される。Ｙ軸ボールネジ２６の一端部には、Ｙ軸パルスモータ２８が連結される。Ｙ軸パルスモータ２８でＹ軸ボールネジ２６を回転させると、Ｙ軸移動テーブル２４は、Ｙ軸ガイドレール２２に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動テーブル２４の上方にはチャックテーブル６が設けられる。チャックテーブル６は、支持台３０に設けられた回転機構（不図示）と連結されており、Ｚ軸と平行な回転軸の周りに回転可能である。チャックテーブル６の上面には保持具３２が固定用ねじ３４により固定されている。保持具３２について、図３（Ａ）を用いて詳説する。図３（Ａ）には、チャックテーブル６の上面に固定された保持具３２を模式的に示す斜視図が含まれている。

保持具３２の上面には、複数の直方体状の立設部材３６が行列状に設けられている。各立設部材３６の高さは同一であり、すべての立設部材３６の上面は同一平面に含まれる。該立設部材３６の配列は被加工物１に形成されたデバイス５の配列に対応している。各立設部材３６の間の隙間によって形成された溝は被加工物１の分割予定ライン３の配列に対応しており、該溝はレーザ逃げ溝３８として機能する。

各立設部材３６の内部には吸引路５０ａ（図４（Ａ）参照）が形成されており、該吸引路５０ａの一端側は立設部材３６の上面に形成された吸引孔４０に通じている。チャックテーブル６の支持台３０の内部には吸引路５０ｂ（図４（Ａ）参照）が形成されており、各立設部材３６の該吸引路５０ａの他端側は該吸引路５０ｂに接続されている。該吸引路５０ｂの下端側は吸引源５０（図４（Ａ）参照）に接続されている。

各立設部材３６に各デバイス５が対応するように、かつ、各レーザ逃げ溝３８に各分割予定ライン３が対応するように各立設部材３にわたって被加工物１を載せ、各吸引孔４０を通じて該吸引源５０から被加工物１に負圧を作用させると、被加工物１が吸引保持される。すなわち、各立設部材３６の上面が協働して被加工物を保持するための保持面３６ａとして機能する。そして、該保持面３６ａはレーザ逃げ溝３８によって区画される。

なお、保持具３２は、様々な種別の被加工物１に対応できるように交換可能である。例えば、レーザ加工装置２でレーザ加工する被加工物１の種別に対応していない保持具３２がチャックテーブル６上に固定されている場合、固定用ねじ３４を外して保持具３２を取り除く。そして、適切な保持具３２を取り付けて固定用ねじ３４を締めてチャックテーブル６に該保持具３２を固定する。

図２に示す通り、レーザ加工装置２の基台４上にはチャックテーブル６に隣接して壁部４２が設けられている。壁部４２は上方に突出しており、壁部４２の上端には加工ユニット４４が配設されている。加工ユニット４４は、チャックテーブル６の上方の加工ヘッド８と、該加工ヘッド８に隣接する撮像ユニット４６と、を有している。

加工ユニット４４に、レーザビーム発振器（レーザビーム発振手段）（不図示）を収容したケーシング４８を備える。レーザビーム発振器から発振されたレーザビームは、ケーシング４８の先端に取り付けられた加工ヘッド８によって集光されて、チャックテーブル６に保持される被加工物１に照射される。

撮像ユニット４６は、レーザ加工装置２のコントローラ（不図示）に接続されており、被加工物１を撮像して得られた撮像画像のデータを該コントローラに送信できる。撮像ユニット４６により被加工物１を撮像して得られた撮像画像を基にレーザ加工装置２の各移動手段を作動させて、被加工物１の所定の箇所を加工できるように加工ヘッド８に対して被加工物１を位置合わせできる。

レーザビーム発振器で発振され加工ヘッド８から被加工物１に照射されるレーザビームは、被加工物１に対して吸収性を有する波長のレーザビームである。該レーザビームは、例えば、ヘリウム及び窒素を混合した炭酸ガス（ＣＯ_２）を媒質として発振されるレーザビーム（炭酸ガスレーザ）またはファイバーレーザであり、出力は２０Ｗ〜５０Ｗ、繰り返し周波数は１００ｋＨｚ程度のパルスレーザビームである。該レーザビームの照射時の被加工物１の加工送り速度は６００ｍｍ／ｓ程度とする。

ケーシング４８には給気路５２ａ（図４（Ａ）参照）が設けられており、該給気路５２ａの一端は加工ヘッド８に接続されている。該給気路５２ａの他端はアシストガス供給源５２（図４（Ａ）参照）に接続されており、該アシストガス供給源５２は該給気路５２ａを介して加工ヘッド８にアシストガスを供給できる。

該加工ヘッド８は、チャックテーブル６に向いた噴出口を有しており、該噴出口からチャックテーブル６に保持された被加工物１に向けてアシストガスを噴出するとともに、該噴出口から被加工物１にレーザビームを照射できる。アシストガスは、例えば、加工ヘッド８から０．５〜２ＭＰａの圧力で噴射される。

次に、レーザ加工装置２を用いて実施される本実施形態に係る被加工物のレーザ加工方法について説明する。該被加工物のレーザ加工方法では、まず、保護部材貼着ステップを実施する。図１は、保護部材貼着ステップを模式的に示す斜視図である。本ステップでは、図１に示す通り、被加工物１の裏面１ｂに保護部材７を貼着する。

本実施形態に係る被加工物のレーザ加工方法では、該保護部材貼着ステップの後に、被加工物１をレーザ加工装置２のチャックテーブル６に保持させる被加工物固定ステップを実施する。該被加工物固定ステップについて図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。図３（Ａ）は、被加工物固定ステップを模式的に示す斜視図である。

被加工物固定ステップでは、図３（Ａ）に示す通り、被加工物１の各分割予定ライン３をチャックテーブル６の各レーザ逃げ溝３８に合わせ、各デバイス５を各立設部材３６に合わせる。そして、チャックテーブル６の保持面３６ａに該被加工物１の該保護部材７側（裏面１ｂ側）を向けて、保持面３６ａ上に被加工物１を載せる。

そして、チャックテーブル６の吸引源５０（図４（Ａ）参照）を作動させ、バルブ５０ｃ（図４（Ａ）参照）を開けて被加工物１に負圧を作用させ、被加工物１をチャックテーブル６に吸引保持させる。図３（Ｂ）は、チャックテーブル６に固定された被加工物１を模式的に示す斜視図である。

次に、本実施形態に係る被加工物のレーザ加工方法における分割ステップについて説明する。該分割ステップでは、分割予定ライン３に沿って被加工物１にレーザビームを照射してアブレーション加工を行い、被加工物１を分割する。該分割ステップについて図４（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。図４（Ａ）は、分割ステップを模式的に示す部分断面図であり、図４（Ｂ）は、分割ステップを模式的に示す拡大部分断面図である。

まず、被加工物１の分割予定ライン３に沿って加工ヘッド８からレーザビームを照射できるように、レーザ加工装置２の移動手段を作動させて、分割予定ライン３の延長線の上方に加工ヘッド８を位置付ける。次に、給気路５２ａのバルブ５２ｂを開いて、アシストガス供給源５２から加工ヘッド８にアシストガスを供給する。すると、加工ヘッド８から被加工物１に向けてアシストガスが噴出される。

そして、Ｘ軸移動機構１０を作動させて被加工物１を加工送りしながら、該被加工物１に対して吸収性を有する波長のレーザビームを分割予定ライン３に沿って加工ヘッド８から照射する。すると、アブレーション加工が実施され被加工物１が部分的に溶融して、被加工物１と、保護部材７と、が次々と分割される。

一つの分割予定ライン３に沿って被加工物１を分割した後は、次々に隣接する分割予定ライン３に沿って被加工物１を分割する。一つの方向に平行な各分割予定ライン３に沿って被加工物１を分割した後は、チャックテーブル６を回転させ被加工物１の加工送り方向を変更し、さらに分割予定ライン３に沿ってレーザビームを照射して被加工物１を分割する。そして、すべての分割予定ライン３に沿って被加工物１を分割すると個々のチップ１ｃが形成される。

保持具３２の各立設部材３６の上面にはそれぞれ吸引孔４０が形成されており、各立設部材３６はそれぞれ形成された個々のチップ１ｃを吸引できるため、個々のチップ１ｃは引き続きチャックテーブル６に吸引保持され続ける。

分割ステップにおいて被加工物１が溶融して発生した溶融物は、加工ヘッド８から噴出するアシストガスにより、立設部材３６の間のレーザ逃げ溝３８に吹き飛ばされる。しかし、加工ヘッド８からアシストガスを噴出してもすべての溶融物は吹き飛ばされず、図４（Ｂ）に示す通り、形成されるチップ１ｃの底部のエッジに一部の溶融物５４が残る。

従来の構成においては、チップ１ｃの底部には保護部材７が貼着されていないため、該溶融物５４はチップ１ｃに直接付着していた。チップ１ｃに該溶融物５４が付着すると、これを除去するのは容易ではなく、除去する事でチップが欠けてしまう恐れもあった。その一方で、本実施形態に係る被加工物のレーザ加工方法では、形成されたチップ１ｃの底面には保護部材７が存在し溶融物５４は該保護部材７に付着する。そこで、該溶融物５４が付着した該保護部材７を、該溶融物５４とともに被加工物１から除去する保護部材除去ステップを実施する。

まず、被加工物１（チップ１ｃ）をフレームに張られたテープに支持させる。図５は、テープの張り替えを模式的に示す斜視図である。図５に示すように、フレーム９に張られたテープ１１を被加工物１（チップ１ｃ）の表面に貼着する。

ここで、テープ１１は、例えば、保護部材７と同様に構成される。すなわち、テープ１１は、基材と、該基材上の糊層（接着剤層）と、で構成される。テープ１１の糊層（接着剤層）をチャックテーブル６に吸引保持された被加工物１（チップ１ｃ）の表面に向けて、テープ１１を被加工物１（チップ１ｃ）に貼着させる。

そして、チャックテーブル６のバルブ５０ｃを閉じて吸引源５０から被加工物１への負圧の供給を停止する。すると、チャックテーブル６による被加工物１の吸引保持が解除される。テープ１１ごとフレーム９を引き上げると、被加工物１（チップ１ｃ）は、フレーム９に張られたテープ１１に保持される。

図６（Ａ）に、フレーム９に張られたテープ１１に保持された被加工物１（チップ１ｃ）を示す。図６（Ａ）に示される通り、保護部材７が上方に露出するため、該保護部材７を除去できるようになる。図６（Ｂ）を用いて該保護部材の除去を説明する。図６（Ｂ）は、保護部材の除去を模式的に示す斜視図である。

保護部材７は、すべてのチップ１ｃにわたってまとめて除去する。その場合、例えば、保護部材全体にわたって更に剥離用粘着テープを貼着し保護部材ごと剥離用粘着テープを剥がす。保護部材７は、紫外線硬化型の粘着層を備える粘着テープであってもよく、その場合、剥離前に保護部材７に紫外線を照射し剥離を容易にする。また、保護部材７は、チップ１ｃ毎に除去されてもよい。保護部材７が除去されると、該保護部材７とともに該保護部材７に付着した溶融物５４が除去される。

本発明の一態様に係る被加工物のレーザ加工方法によると、保護部材７を除去するだけで、容易に被加工物１から溶融物５４を除去できる。さらに、保護部材７を除去するまでの間、被加工物１（チップ１ｃ）裏面１ｂ側は該保護部材７により保護される。

なお、上記実施形態では、アシストガスを加工ヘッド８から噴出させて、溶融物をレーザ逃げ溝に積極的に吹き飛ばすが、本発明の一態様はこれに限定されない。加工ヘッド８からアシストガスが被加工物１に噴出されなくてもよく、その場合でも、保護部材７を除去することで、形成されるチップの裏面側のエッジ付近に付着する溶融物を除去できる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ 被加工物
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ 分割予定ライン
５ デバイス
７ 保護部材
９ フレーム
１１ テープ
２ レーザ加工装置
４ 基台
６ チャックテーブル
８ 加工ヘッド
１０ Ｘ軸移動機構（移動手段）
１２ Ｘ軸ガイドレール
１４ Ｘ軸移動テーブル
１６ Ｘ軸ボールネジ
１８ Ｘ軸パルスモータ
２０ Ｙ軸移動機構（移動手段）
２２ Ｙ軸ガイドレール
２４ Ｙ軸移動テーブル
２６ Ｙ軸ボールネジ
２８ Ｙ軸パルスモータ
３０ 支持台
３２ 保持具
３４ 固定用ねじ
３６ 立設部材
３６ａ 保持面
３８ レーザ逃げ溝
４０ 吸引孔
４２ 壁部
４４ 加工ユニット
４６ 撮像ユニット
４８ ケーシング
５０ 吸引源
５０ａ，５０ｂ 吸引路
５０ｃ，５２ｂ バルブ
５２ アシストガス供給源
５２ａ 給気路
５４ 溶融物

Claims (3)

1. 複数の分割予定ラインが表面に設定された板状の被加工物を該分割予定ラインに沿って分割する被加工物のレーザ加工方法であって、
   該被加工物の裏面に保護部材を貼着する保護部材貼着ステップと、
   該分割予定ラインに対応するレーザ逃げ溝によって複数の領域に区画された保持面を備えるチャックテーブルに該被加工物の該保護部材側を保持させて、該被加工物を固定する被加工物固定ステップと、
   該被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザビームを、該チャックテーブルに固定された該被加工物の該分割予定ラインに沿って照射するとともに、該被加工物の表面に向かってアシストガスを噴射し、該レーザビームの照射により発生した被加工物の溶融物を該アシストガスで該レーザ逃げ溝側へと吹き飛ばしつつ、該被加工物と該保護部材とを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、
   該溶融物が付着した該保護部材を、該溶融物とともに被加工物から除去する保護部材除去ステップと、
   を備えることを特徴とする被加工物のレーザ加工方法。
2. 該被加工物は、セラミックスまたは金属を含むことを特徴とする請求項１記載の被加工物のレーザ加工方法。
3. 該レーザビームは炭酸ガスレーザまたはファイバーレーザであることを特徴とする請求項１又は２記載の被加工物のレーザ加工方法。