JP5504021B2 - レーザー加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射してレーザー加工を行う方法に関する。

各種の被加工物（ワーク）を個々のチップに分割する際には、個々のチップに分割されたワークの取り扱いを容易にするため、ワークの裏面には、ポリオレフィン等で形成されたダイシングテープが貼着される。このようにダイシングテープが貼着されたウエーハは、レーザー加工装置のチャックテーブル（保持手段）にダイシングテープ側を下にして保持される。そして、ウエーハの表面側(上面側)からレーザービームを照射し、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成する。このようにして、ウエーハに形成されたレーザー加工溝がウエーハの裏面(下面)に達すると、ワークを貫通したレーザービームはダイシングテープを透過し、チャックテーブルを構成する保持部材に達する。

また、Ｌｏｗ−ｋ膜を有する半導体ウェーハのストリートを切削する前に、切削時におけるＬｏｗ−ｋ膜の剥離による回路の損傷を回避するために、ストリートに形成されているＬｏｗ−ｋ膜にレーザービームを照射してＬｏｗ−ｋ膜を除去する場合には、半導体ウエーハをチャックテーブル上に保持した状態でレーザービームを照射しつつ、チャックテーブルを加工送り方向に移動させる。この場合は半導体ウェーハの裏面側にまでレーザービームを到達させる必要はないが、Ｌｏｗ−ｋ膜を確実に除去するために、半導体ウエーハの外周縁を越えてレーザービームを照射する必要があるため、このレーザービームは、半導体ウエーハの裏面に貼着されたダイシングテープを透過してチャックテーブルの保持部材に達する。

チャックテーブルを構成する保持部材は、多孔性のセラミックスや金属材によって形成されており、その上面にレーザービームが到達するとレーザービームを吸収して発熱するため、その熱によってダイシングテープを熔融させて損傷させるという問題がある。

また、熔融したダイシングテープの一部がチャックテーブルの保持部材に付着して、チャックテーブルを汚染したり、そのダイシングテープの一部の保持部材への付着が原因となってワークをチャックテーブルから搬出できなかったりするという問題がある。そこで、本出願人は、これらの問題を解決するために、石英ガラスを材料とするチャックテーブルを提案している（特許文献１参照）。

特開２００６−２０５１８７号公報

しかし、上記特許文献１記載の発明によってチャックテーブルの破損の程度は改善されたが、何度もレーザービームが照射されることにより徐々にチャックテーブルが劣化し、レーザービームを吸収して発熱する場合があるという問題がある。

本発明は、これらの事実に鑑みてなされたものであって、その主な技術的課題は、チャックテーブルにレーザービームが到達しても、より長期に渡ってチャックテーブルの交換やメンテナンスを行うことなく加工ができるレーザー加工方法を提供することにある。

本発明は、分割予定ラインを有するワークを保持する保持面を有する保持手段と保持手段に保持されたワークの分割予定ラインにレーザービームを照射して加工する加工手段とを有する加工装置を使用して複数のワークにレーザー加工を施すレーザー加工方法に関するもので、ワークを保持面に載置して保持する載置工程と、加工手段によって保持面に保持されたワークの分割予定ラインに沿って加工を施す加工工程と、加工が終了したワークを保持面から取り外す取り外し工程とを各工程数回繰り返す中で、載置工程において、ワークの載置位置を前回の載置工程におけるワークの載置位置からずらすことによって、加工工程においてワークをオーバーランしたレーザービーム及びワークを貫通したレーザービームが、保持面における過去にレーザービームが照射された箇所と同一箇所に照射されることを回避する。

本発明は、載置工程において、ワークの載置位置を前回の載置工程におけるワークの載置位置からずらし、加工工程においてワークをオーバーランしたレーザービーム及びワークを貫通したレーザービームが、保持面における過去にレーザービームが照射された箇所と同一箇所に照射されないようにしたため、保持手段の同一箇所に対するレーザービームの繰り返しの照射によりその箇所が劣化したり、レーザービームを吸収して発熱したりすることがなくなる。したがって、長期に渡って保持手段の交換やメンテナンスを行うことなくレーザー加工を行うことができる。

レーザー加工装置の一例を示す斜視図である。 ワーク加工時のレーザービームのオーバーランを示す平面図である。 ワーク加工時にレーザービームが保持面に達する状態を示す断面図である。 載置工程の第一の例を示す平面図である。 載置工程の第二の例を示す平面図である。

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、送り機構４によってＸ軸方向及びＸ軸方向と水平に直交するＹ軸方向に送られる構成となっている。送り機構４は、Ｘ方向送り機構５とＹ方向送り機構６とから構成される。

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、ダイシングテープ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照射ヘッド３０を備えている。

Ｘ方向送り機構５は、Ｘ軸方向にのびるボールネジ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、内部にパルスモータを備えた回転駆動部５４が固定されており、回転駆動部５４は、保持手段２を所定角度回転させることができる。

Ｙ方向送り機構６は、Ｙ軸方向にのびるボールネジ６０と、ボールネジ６０と平行に配設されたガイドレール６１と、ボールネジ６０の一端に連結されボールネジ６０を回動させるモータ６２と、下部がガイドレール６１に摺接するとともにボールネジ６０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６３とを備え、ボールネジ６０の回動にともないスライド板６３がガイドレール６１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６３にはＸ方向送り機構５が配設されており、スライド板６３のＹ軸方向の移動にともないＸ方向送り機構５も同方向に移動する構成となっている。

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１に示すワークＷをレーザー加工する場合について説明する。なお、ワーク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、ＬＣＤ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などが挙げられる。

ワークＷの表面Ｗ１には、分割予定ラインＳが縦横に形成されている。このワークＷの裏面は、ダイシングテープＴに貼着される。また、ダイシングテープＴの周縁部にはリング状のフレームＦが貼着され、ワークＷがダイシングテープＴを介してフレームＦと一体化されて支持される。なお、図１におけるワークＷ、ダイシングテープＴ及びフレームＦは拡大して図示しているが、実際には保持手段２において保持できる大きさである。

こうしてダイシングテープＴを介してフレームＦに支持されたワークＷは、ダイシングテープＴ側が保持面２０に載置され、ワークＷは、ダイシングテープＴを介して保持面２０に吸引保持される（載置工程）。このとき、図２に示すように、フレームＦは、押さえ部２１０によって上方から押圧されることによってクランプ部２１において固定される。ここでは、ワークＷが保持面２０の中心に載置されて保持された状態となっている。

このようにしてワークＷがダイシングテープＴ及びフレームＦとともに保持手段２に保持されると、Ｘ方向送り機構５及びＹ方向送り機構６が保持テーブル２をＸ方向及びＹ方向に送りながら、照射ヘッド３０が分割予定ラインＳに対してレーザービームを照射することにより、分割予定ラインＳに沿ってレーザー加工が行われる。レーザー加工は、すべての分割予定ラインＳについて行われる。かかるレーザー加工には、レーザービームがワークＷの裏面側まで達するようにして切断を行うフルカット加工、ワークの内部に改質層を形成する改質層形成加工、ワークＷの表面にアブレーション溝を形成するアブレーション加工、分割予定ラインＳに形成されているＬｏｗ−ｋ膜を除去するＬｏｗ−ｋ膜除去加工などがある（加工工程）。なお、改質層とは、後に外力を加えて切断を行う際の起点となるものであり、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性のいずれかがその周囲とは異なる状態となった層のことであり、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。

加工工程においては、分割予定ラインＳに沿ってレーザービームを照射し、図２において拡大して示すように、レーザービームをオーバーラン位置７にまでオーバーランさせて確実に加工を行う。そうすると、レーザービームがダイシングテープＴに直接照射され、ダイシングテープＴを透過してオーバーラン位置７の真下の保持面２０を損傷させることがある。保持面２０として石英ガラスを用いたとしても、同じ部分に繰り返しレーザービームが照射されると、保持面２０の損傷を完全に回避することはできない。

また、図３に示すように、レーザービームがワークＷの裏面側Ｗ２まで達するようにして切断を行うフルカット加工では、ワークＷの裏面Ｗ２に集光されたレーザービームＬがダイシングテープＴを透過して保持面２０にも達する。したがって、保持面２０は、ワークＷの下方位置においても損傷することがある。

加工工程が終了したワークＷは、保持面２０における吸着が解除され、保持面２０から取り外される。フレームＦも、クランプ部２１の押さえ部２１０による押圧が解除され、ワークＷとともに保持手段２から離脱する（取り外し工程）。

以上のようにして行われる載置工程、加工工程、取り外し工程は、レーザー加工装置１において、図示しない制御部によりフルオート方式で行うようにしてもよいし、オペレータの操作によりマニュアル方式で行うこともできる。

複数のワークをレーザー加工する場合は、以上のようにして、載置工程、加工工程、取り外し工程を複数回繰り返す。こうして各工程を順次繰り返す中で、載置工程においては、毎回のワークの加工時にワークを保持手段２の一定の位置に載置するのではなく、前回の（１つ前のワークについての）載置工程において保持手段２にワークを載置した位置からずらした位置にワークを載置する。その次のワークについても、前回、前々回とは異なる位置に載置して加工を行う。そして、このような載置方法を採用することによって、保持手段２の保持面２０におけるすでにレーザービームが照射された箇所と同一箇所に、ワークをオーバーランしたレーザービームまたはワークを貫通したレーザービームが照射されるのを防止する。ワークの載置位置のずらし方には特に制限はないが、以下に載置例を示す。なお、載置工程においてワークをずらして載置する作業は、加工装置に自動で行わせても良いし、オペレータが手動で行っても良い。

（第１の例）
図４に示すように、前回のワークが、保持手段２の中心である第一の載置位置８０（２点鎖線で示す）に載置してあったとすると、前回の次に加工するワークが第一の載置位置８０に載置された状態で保持手段２をＸ軸方向に送りながら前回のワークの分割予定ラインＳにレーザービームを照射すると、そのレーザービームは、すべての分割予定ラインＳからオーバーランし、図４に示す第一のオーバーラン位置（２点鎖線で示す）においてダイシングテープＴを透過して保持面２０に到達する。そうすると、第一のオーバーラン位置７０の下方において保持面２０が損傷するおそれが生ずる。

そこで、前回の次に加工するワークは第一の載置位置８０よりもＹ軸方向に若干ずらした位置である第二の載置位置８１（実線で示す）に載置する。具体的には、ダイシングテープＴを介してフレームＦと一体となったワークＷを、全体としてＹ軸方向（図４の例では縦方向）にずらした状態で保持手段２に載置し、保持面２０においてダイシングテープＴを介してワークＷを吸引するとともに、その状態で押さえ部２１０をフレームＦに対して上方から押圧して固定する。加工装置によって自動でダイシングテープＴを介してフレームＦと一体となったワークＷを第一の載置位置８０からずらした状態で載置するには、例えば、保持手段２の待機位置を、前回のワークを第一の載置位置に載置したときの保持手段２の待機位置よりも若干Ｙ軸方向に移動させた位置とし、その位置で次のワークを載置すればよい。この場合、ワークＷ、ダイシングテープＴ及びフレームＦを全体としてＹ軸方向にずらすため、クランプ部２１において保持されるフレームＦの位置も、２点鎖線で示した前回の位置よりＹ軸方向にずれる。

そして、その状態でオーバーランさせながら分割予定ラインに対してレーザービームを照射すると、そのレーザービームは、図３に示す第二のオーバーラン位置においてダイシングテープＴを透過して保持面２０に到達する。そうすると、第二のオーバーラン位置７１において保持面２０が損傷するおそれが生ずるが、第二のオーバーラン位置７１は、第一のオーバーラン位置７０とは異なる位置であり、レーザービームが過去に照射された位置ではないため、保持面２０が損傷し劣化するのを防止することができる。その次に加工するワークについても、ワークを前回、前々回とは異なる位置に載置すれば、第一のオーバーラン位置、第二のオーバーラン位置とは異なる位置にオーバーランするようになるため、保持面２０の発熱、損傷、劣化を防止することができる。装置がフルオートで動作する場合は、装置内の制御部が、保持手段２に対するワークの搬送位置をその都度若干ずらすようにすればよい。実際にどれくらいずらすかは、分割予定ラインの間隔、オーバーラン部分の長さ等を勘案して制御すればよい。このように、保持手段２に対するワークＷの載置位置を次々とＹ軸方向にずらしていけば、保持面２０の特定の箇所に集中してオーバーランしたレーザービームが照射されることがない。

（第２の例）
第一の例と同様に、前回加工したワークが保持手段２の中心である第一の載置位置８２（２点鎖線で示す）に載置してあったとすると、前回の次に加工するワークが第一の載置位置８２に載置された状態で保持手段２をＸ軸方向に送りながら前回のワークの分割予定ラインＳにレーザービームを照射すると、そのレーザービームは、第一の載置位置８２の周囲に形成された第一のオーバーラン位置７２の下方において保持面２０が損傷するおそれが生ずる。

そこで、前回の次に加工するワークは、第一の載置位置８２よりも僅かに回転させた第二の載置位置８３（実線で示す）に載置する。具体的には、ダイシングテープＴを介してフレームＦと一体となったワークＷを、全体として左周りまたは右回りに（図５の例では右回りに）回転させてずらした状態で保持手段２に載置し、保持面２０においてダイシングテープＴを介してワークＷを吸引するとともに、その状態で押さえ部２１０をフレームＦに対して上方から押圧して固定する。このとき、図５に示す例のように、ワークＷにオリエンテーションフラット９が形成されている場合は、オリエンテーションフラット９の向きが、第一の載置位置とは異なることになる。加工装置によって自動でダイシングテープＴを介してフレームＦと一体となったワークＷを第一の載置位置８２からずらした状態で載置するには、例えば、保持手段２の待機位置を、前回のワークを第一の載置位置に載置したときの保持手段２の待機位置よりも若干回転させた位置とし、その位置で次のワークを載置すればよい。実際にどれくらい回転させるかは、分割予定ラインの間隔、オーバーラン部分の長さ等を勘案して制御すればよい。

そして、その状態でオーバーランさせながら分割予定ラインに対してレーザービームを照射すると、図５において一部拡大して示すように、第一のオーバーラン位置７２と第二のオーバーラン位置７３とは位置及び角度が異なり、第一のオーバーラン位置７２とは異なる位置においてダイシングテープＴを透過して保持面２０にレーザービームが到達する。したがって、同一箇所に繰り返しオーバーランしたレーザービーム及びワークを貫通したレーザービームが照射されることがないため、保持面２０が発熱、損傷、劣化するのを防止することができる。なお、図５においては、拡大図においてのみ第二のオーバーラン位置７３を示しているが、実際には第一のオーバーラン位置７２と同数のオーバーランが行われる。また、図５においてはダイシングテープＴ及びフレームＦの図示を省略しているが、これらもワークＷとともに回転させて載置する。

次に加工するワークについても、さらに回転させて前回、前々回とは異なる位置に載置してレーザービームを照射することにより、第一のオーバーラン位置、第二のオーバーラン位置とは異なる位置にオーバーランするようになり、保持面２０の発熱、損傷、劣化を防止することができる。

１：レーザー加工装置
２：保持テーブル
３：レーザー照射機構 ３０：照射ヘッド
４：送り機構
５：Ｘ方向送り機構
５０：ボールネジ ５１：ガイドレール ５２：モータ ５３：スライド板
５４：回転駆動部
６：Ｙ方向送り機構
６０：ボールネジ ６１：ガイドレール ６２：モータ ６３：スライド板
７：オーバーラン位置
７０、７２：第一のオーバーラン位置 ７１、７３：第二のオーバーラン位置
８０、８２：第一の載置位置 ８１、８３：第二の載置位置
９：オリエンテーションフラット

Claims (1)

1. 分割予定ラインを有するワークを保持する保持面を有する保持手段と、
   該保持手段に保持されたワークの分割予定ラインにレーザービームを照射して加工する加工手段と、
   を有する加工装置を使用して複数のワークにレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、
   ワークを該保持面に載置して保持する載置工程と、
   該加工手段によって該保持面に保持されたワークの該分割予定ラインに沿って加工を施す加工工程と、
   加工が終了したワークを該保持面から取り外す取り外し工程と、を各工程数回繰り返す中で、
   該載置工程において、ワークの載置位置を前回の載置工程におけるワークの載置位置からずらすことによって、加工工程においてワークをオーバーランしたレーザービーム及びワークを貫通したレーザービームが、保持面におけるすでにレーザービームが照射された箇所と同一箇所に照射されることを回避するワークずらし工程が含まれるレーザー加工方法。

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