JP6054161B2

JP6054161B2 - レーザ加工方法

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Publication number: JP6054161B2
Application number: JP2012272095A
Authority: JP
Inventors: 藤原　誠司; 誠司藤原
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Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: JP2014117707A

Description

本発明は、被加工物にレーザビームを照射してレーザ加工を施すレーザ加工方法に関する。

例えば薄板状の半導体ウェーハやサファイア基板等からなる基板を細密なチップ状に分割加工するにあたり、保持テーブルに保持した被加工物に対しレーザビームを分割予定ラインに沿って照射し分割する技術が提案されている（特許文献１，２等）。レーザ加工によって被加工物に対し分割予定ラインの一端側から他端側まで完全に切断するためには、保持テーブルに対する被加工物の位置ずれ誤差を加味する必要がある。このため、被加工物の外周縁の外側からレーザビームを被加工物に入り込ませて分割予定ラインに沿ってレーザビームを一端側から他端側に向けて走査し、被加工物の他端側の外周縁の外側までレーザビームを照射する場合がある。

特開２００８−３１１４０４号公報特許３４０８８０５号公報

上記のように被加工物の外側にレーザビームを照射すると、レーザビームの出力や保持テーブルの材質によっては、レーザビームが保持テーブルに吸収され、保持テーブルが損傷するという問題が生じる。また、薄く脆い被加工物のハンドリング性を向上させるために被加工物がテープに貼着されている場合には、被加工物の外側に照射されたレーザビームがテープに吸収されて保持テーブルに溶着し、やはり保持テーブルを損傷させてしまうという問題が生じる。特に、照射されるレーザビームに対して透明性を有する被加工物である場合には、被加工物に照射されたレーザビームの一部が被加工物を透過し、保持テーブルの保持面の被加工物の対応領域で吸収されて保持テーブルが損傷するという問題も生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な技術的課題は、レーザビームの照射により保持テーブルが損傷するおそれを低減することが可能なレーザ加工方法を提供することにある。

本発明のレーザ加工方法は、被加工物にレーザ加工を施すレーザ加工方法であって、少なくともレーザビームを照射すべき領域よりも大きいサイズを有し、被加工物に照射するレーザビームを散乱させる散乱シートを介して被加工物を保持テーブルで保持する保持ステップと、前記散乱シートを介して前記保持テーブルで保持された被加工物にレーザビームを照射して被加工物にレーザ加工を施すレーザ加工ステップと、を備え、前記レーザ加工ステップでは、被加工物の外周縁を超えて被加工物の一端から他端までレーザビームが照射され、前記散乱シートは、レーザビームが照射される被加工物の外周側で被加工物の上面より高い位置に形成されたレーザビームデフォーカス面を有することで、照射されたレーザビームが前記保持テーブルで吸収されて該保持テーブルを損傷することを防止することを特徴とする。

本発明によれば、被加工物の外周縁の外側にレーザビームが照射されても、レーザビームは散乱シートに照射されて散乱するため、保持テーブルにレーザビームが吸収されて保持テーブルが損傷するおそれが低減する。

本発明の前記散乱シートは、通気性を有する紙からなり、前記保持ステップでは、被加工物は該散乱シートを介して前記保持テーブルで吸引保持される形態を含む。この形態では、通気性を有する紙を散乱シートとして使用することで保持テーブルに被加工物を吸引保持することができるとともに、保持テーブルに対する加工中の被加工物の固定が容易となる。また、散乱シートが安価な紙であることから経済的に実施することができる。

本発明は上記のように、前記レーザ加工ステップでは、被加工物の外周縁を超えて被加工物の一端から他端までレーザビームが照射され、前記散乱シートは、レーザビームが照射される被加工物の外周側で被加工物の上面より高い位置に形成されたレーザビームデフォーカス面を有することを特徴とする。

この特徴により、レーザビームデフォーカス面に照射されたレーザビームはデフォーカスされることで、照射ビーム径が大きくなってエネルギー密度が下がり、保持テーブルの損傷が抑えられる。また、例えば被加工物を加工送りしながらレーザビームを照射し、被加工物の外側にレーザビームが出た時点で加工送りを一時停止させることにより保持テーブルの同一箇所に連続してレーザビームが照射される場合や、照射されるレーザビームのエネルギーが大きい場合などにおいて、散乱シートにレーザビームが吸収されるおそれを低減することができる。

また、本発明は、被加工物が、照射されるレーザビームに対して透明性を有するものであることを含む。この場合、被加工物をレーザビームが透過するが、透過したレーザビームは散乱シートで散乱するため、保持テーブルにレーザビームが吸収されて保持テーブルが損傷することが抑えられる。

本発明によれば、レーザビームの照射により保持テーブルが損傷するおそれを低減することが可能なレーザ加工方法が提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態のレーザ加工方法を好適に実施するレーザ加工装置の全体斜視図である。一実施形態のレーザ加工方法の保持ステップを示す側断面図である。一実施形態のレーザ加工方法のレーザ加工ステップを示す側断面図である。本発明に係るレーザビームデフォーカス面を有する散乱シートの一例を示す斜視図である。本発明に係るレーザビームデフォーカス面を有する散乱シートの他の例を示す斜視図である。図５および図６に示す散乱シートを用いた場合のレーザ加工ステップを示す側断面図である。円板状の被加工物をレーザ加工する場合に用いるレーザビームデフォーカス面を有する散乱シートの例を示す斜視図である。図７に示す散乱シートを用いた場合のレーザ加工ステップを示す側断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態のレーザ加工方法を好適に実施可能なレーザ加工装置１０を示しており、図中符号Ｗは矩形状の被加工物である。被加工物Ｗは、例えば薄板状のガラス板等であり、被加工物Ｗの表面には、格子状の分割予定ラインが設定されている。被加工物Ｗは分割予定ラインに沿ってレーザ加工装置１０によりレーザ加工が施され、このレーザ加工を経た後に分割予定ラインに沿って複数のチップに分割される。以下、レーザ加工装置１０と、該装置１０を用いたレーザ加工方法を説明する。

[１]レーザ加工装置
図１に示すように、レーザ加工装置１０は基台１１を有しており、この基台１１上には、ＸＹ移動テーブル２２が、水平なＸ方向およびＹ方向に移動自在に設けられている。ＸＹ移動テーブル２２には、被加工物Ｗを保持する保持テーブル５１が設置されている。保持テーブル５１の上方には、保持テーブル５１に保持された被加工物Ｗに向けてレーザビームを照射するレーザ照射手段６０の照射部６２が、保持テーブル５１に対向して配設されている。

ＸＹ移動テーブル２２は、基台１１上にＸ方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース３０と、このＸ軸ベース３０上にＹ方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース４０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース３０は、基台１１上に固定されたＸ方向に延びる一対の平行なガイドレール３１に摺動自在に取り付けられており、モータ３２でねじロッド３３を回転駆動するＸ軸駆動機構３４によってＸ方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース４０は、Ｘ軸ベース３０上に固定されたＹ方向に延びる一対の平行なガイドレール４１に摺動自在に取り付けられており、モータ４２でねじロッド４３を回転駆動するＹ軸駆動機構４４によってＹ方向に移動させられる。

Ｙ軸ベース４０の上面には、円筒状のチャックベース５０がＺ方向（上下方向）を回転軸として回転自在に支持されており、このチャックベース５０上に、円板状の保持テーブル５１が同心状に固定されている。

保持テーブル５１は、図２に示すように、ステンレス等の金属からなる枠体５２の上部に多孔質体によって形成された保持部５３が嵌合されたもので、枠体５２の中心には保持部５３に連通する吸引路５５が形成されている。吸引路５５には、吸引源５７に連通する吸引管５６が接続されており、吸引管５６の途中には電磁切替弁５８が介在している。電磁切替弁５８を開として吸引源５７を運転することにより、保持部５３の上面の保持面５４に負圧が発生し、被加工物Ｗはこの保持面５４に載置されて吸引保持される。保持テーブル５１は、図示せぬ回転駆動手段によってチャックベース５０と一体に回転駆動される。保持面５４は被加工物Ｗを吸引保持するため、被加工物Ｗと同等または被加工物Ｗよりも大きなサイズを有している。

なお、この場合の保持テーブル５１の保持面５４は多孔質体の保持部５３で形成されているが、例えばステンレス等の金属製の平坦面の中心に吸引路が開口し、この吸引路に連通する複数の同心円状の溝および十字状の溝が形成された保持面を有する形式（ユニバーサルタイプ）の保持テーブルを用いてもよい。

ＸＹ移動テーブル２２においては、Ｘ軸ベース３０がＸ方向に移動する時が、レーザビームを被加工物Ｗの分割予定ラインに沿って照射する加工送りとされる。そして、Ｙ軸ベース４０のＹ方向への移動が、レーザビームを照射する分割予定ラインを切り替える割り出し送りとなる。なお、加工送り方向と割り出し送り方向は、この逆、つまり、Ｙ方向が加工送り方向、Ｘ方向が割り出し送り方向に設定されてもよく、限定はされない。

図１に示すレーザ照射手段６０は、保持テーブル５１の上方に向かってＹ方向に延びる直方体状のケーシング６１を有しており、このケーシング６１の先端に照射部６２が設けられている。ケーシング６１は、基台１１に立設されたコラム１２に、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って上下動可能に設けられており、コラム１２内に収容された図示せぬ上下駆動手段によって上下動させられる。

ケーシング６１の先端であって照射部６２の近傍には、被加工物Ｗの分割予定ラインを検出するアライメント手段７０が固定されている。アライメント手段７０は、被加工物Ｗを撮像するカメラ７１を備えており、アライメント手段７０はカメラ７１で取得した画像に基づいて分割予定ラインを検出（アライメント）する。

レーザ照射手段６０は、ケーシング６１内にレーザビームを発振するレーザ発振器や出力調整器等が収容されており、レーザ発振器で発振されたＹＡＧやＹＶＯ等のパルスレーザが、照射部６２内に配設された集光レンズで集光されて照射部６２から下方の保持テーブル５１に保持される被加工物Ｗに向かって照射される。本実施形態では、被加工物Ｗの内部に改質層を形成するために、照射部６２からは被加工物Ｗに対し透過性を有する波長のレーザビームが照射される。

[２]レーザ加工方法
以上がレーザ加工装置１０の構成であり、次に、このレーザ加工装置１０を用いて被加工物Ｗにレーザ加工を施すレーザ加工方法を説明する。この場合のレーザ加工は、上記の通り被加工物Ｗの内部に分割予定ラインに沿って強度を低下させる改質層を形成するものとする。

図１および図２に示すように、保持テーブル５１上に円形状の散乱シート１００を同心状に載置してから、この散乱シート１００上に被加工物Ｗを載置し、吸引源５７を運転して保持面５４を負圧とする。これにより保持テーブルの保持面５４上に散乱シート１００を介して被加工物Ｗを吸引保持する（保持ステップ）。

散乱シート１００は通気性を有する紙からなるもので、例えば濾紙が好適に用いられる。散乱シート１００が通気性を有することにより吸引作用は散乱シート１００を通して被加工物Ｗに伝わり、被加工物Ｗは保持面５４に吸引保持される。

図２に示すように、散乱シート１００の直径は枠体５２の直径と保持面５４の直径の中間に設定されており、散乱シート１００の外周部が枠体５２の上面に載置される状態となる。そして、加工送りしながら被加工物Ｗに対しレーザ照射手段６０の照射部６２から照射するレーザビームの照射領域Ｌａは、分割予定ラインの一端側から他端側にわたる全長に対しレーザビームが完全に照射されるように、被加工物Ｗの外周縁の外側、かつ、散乱シート１００の外周縁の内側であって、枠体５２の上面にかかる部分が両端とされる。換言すると、散乱シート１００の大きさは被加工物Ｗに対してレーザビームを照射すべき領域Ｌａよりも大きいサイズのものとされる。

次に、アライメント手段７０によってレーザビームの照射する分割予定ラインの位置を検出した後、図３に示すように、散乱シート１００を介して保持テーブル５１で保持された被加工物Ｗに照射部６２からレーザビームＬを照射して、被加工物Ｗの内部に分割予定ラインに沿って改質層Ｗ１を形成するレーザ加工を施す（レーザ加工ステップ）。

上記のようにレーザビームＬは被加工物Ｗに対して透過性を有する波長を有し、被加工物Ｗの内部に集光点を位置付けた状態として、各分割予定ラインごとに上記照射領域Ｌａ内で照射する。これにより被加工物Ｗの内部の上面から一定深さの部分に、分割予定ラインの両端にわたり改質層Ｗ１が形成される。なお、透過性を有する波長のレーザビームとしては、例えば、波長：１０６４ｎｍのパルスレーザであって、繰り返し周波数：１００ｋＨｚ、平均出力：１．５Ｗといった条件のものが挙げられる。

レーザ加工は、図１において保持テーブル５１を回転させることで一方向に延びる分割予定ラインを加工送り方向であるＸ方向と平行に設定するとともに、ＸＹ移動テーブル２２のＹ軸ベース４０をＹ方向に移動させてレーザビームＬを照射する分割予定ラインを選択する割り出し送りを行う。そして、レーザビームを照射しながらＸ軸ベース３０をＸ方向に移動させて加工送りを行うことで、分割予定ラインに沿ってレーザビームＬを照射する。割り出し送りと加工送りを繰り返すことで、レーザビームＬをジグザグ状に往復走査することで、Ｘ方向に延びる全ての分割予定ラインに沿って改質層Ｗ１を形成する。次いで、保持テーブル５１を９０°回転させて他方向に延びる未加工の分割予定ラインをＸ方向と平行に設定した後、同じ要領で他方向に延びる全ての分割予定ラインに沿って被加工物Ｗ内にレーザビームＬを照射して改質層Ｗ１を形成する。

以上により、被加工物Ｗ内には全ての分割予定ラインに沿って改質層１ｃが形成される。この後、被加工物Ｗは外力が与えられることにより強度が低下した改質層１ｃを起点に複数のチップに分割される。

[３]一実施形態の作用効果
上記レーザ加工方法によれば、分割予定ラインの全長にわたってレーザ加工を施すために被加工物Ｗの外周縁の外側間にわたってレーザビームＬを照射しているが、被加工物Ｗの外周縁の外側に照射されたレーザビームは保持テーブル５１の枠体５２上には直接到達せず、散乱シート１００に照射されて散乱する。このため、枠体５２にレーザビームＬが吸収されて枠体５２が損傷するおそれが低減する。

また、被加工物Ｗは、ガラス板等であって照射されるレーザビームＬに対して透明性を有するものであるため、レーザビームＬは被加工物Ｗの内部を透過して散乱シート１００に到達する。しかし、被加工物Ｗの下には散乱シート１００が載置されているため、被加工物Ｗを透過したレーザビームＬは散乱シート１００で散乱する。したがって、被加工物Ｗの下方の保持面５４にレーザビームＬが吸収されて保持面５４が損傷することも抑えられる。

また、散乱シート１００として通気性を有する紙を用いることにより、被加工物Ｗと保持面５４との間に介在しても被加工物Ｗを保持面５４に吸引保持することができる。また、散乱シート１００が安価な紙であることから上記効果を経済的に達成することができる。

[４]他の実施形態
図４は他の実施形態の散乱シート１１０を示している。この散乱シート１１０は、被加工物Ｗが内部に収容される矩形状の箱状に形成されており、被加工物Ｗが載置される底面１１１の四辺から壁部１１２が直角に立ち上がって形成され、壁部１１２の上端から外方に略水平に広がる翼部１１３が形成されている。各翼部１１３は、被加工物Ｗの上面より高い位置に形成され、その表面がレーザビームデフォーカス面１１４を構成する。翼部１１３は、格子状の分割予定ラインの端部側に位置付けられた状態とされる。

また、分割予定ラインが格子状ではなく複数の一方向に延びるものである場合には、図５に示すように両端側を直角に立ち上げた壁部１１２の上端から外方に延びる翼部１１３を形成した円形状の散乱シート１２０を用いることができる。この散乱シート１２０では、翼部１１３の表面がレーザビームデフォーカス面１１４とされ、被加工物Ｗは、一方向に延びる分割予定ラインの端部を翼部１１３側に位置付けて散乱シート１２０の底面１１１上に載置される。

図４、図５に示した散乱シート１１０，１２０では、図６に示すように分割予定ラインに沿って照射領域ＬａにレーザビームＬが照射される。この場合の照射領域Ｌａは両側の翼部１１３間であり、被加工物Ｗの外側に出たレーザビームＬは翼部１１３の表面のレーザビームデフォーカス面１１４に照射される。

このような散乱シート１１０，１２０によれば、被加工物Ｗの上面より高い位置に形成されたレーザビームデフォーカス面１１４に照射されたレーザビームＬはデフォーカスされることで照射ビーム径が大きくなってエネルギー密度が下がり、保持テーブル５１の損傷が抑えられる。また、レーザビームＬを往復走査する際には、被加工物Ｗの外側にレーザビームＬが出た時点で加工送りを一時停止させることにより同一箇所に連続してレーザビームが照射されるが、照射位置が散乱シート１１０，１２０のレーザビームデフォーカス面１１４になるため、散乱シート自体にレーザビームＬが吸収されるおそれが低減する。これは、例えば照射されるレーザビームＬのエネルギーが大きい場合にも有効である。

図７は、円板状の被加工物Ｗをレーザ加工する場合に用いるレーザビームデフォーカス面を有する散乱シート１３０の例を示している。この場合の散乱シート１３０は、円板シート１３１と、環状のかさ上げ部材１３５の上面に貼着された環状シート１３２の組み合わせで構成される。円形シート１３１は被加工物Ｗの直径よりも大きい直径を有するもので、図８に示すように、円形シート１３１の上面外周部にかさ上げ部材１３５が貼着され、円形シート１３１上であってかさ上げ部材１３５の内側に円板状の被加工物Ｗが載置される。

この散乱シート１３０では、図８に示すように環状シートが被加工物Ｗの外周側で被加工物Ｗの上面より高い位置に形成された状態となり、その上面がレーザビームデフォーカス面１３４を構成する。同図に示すように、分割予定ラインに沿って照射されるレーザビームＬの照射領域Ｌａは分割予定ラインの両端延長上の環状シート１３２間であり、被加工物Ｗの外側に出たレーザビームＬは環状シート１３２の表面のレーザビームデフォーカス面１３４に照射される。

以上が本発明の実施形態であるが、これら実施形態では、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザビームを照射するものであった。この場合、被加工物に照射されたレーザビームの一部は被加工物を透過して保持テーブルに吸収されてしまうおそれがあるが、本発明に係るレーザ加工方法では、上記各実施形態のように散乱シートを介して被加工物を保持テーブルに保持するため、被加工物の外側のみならず、上記したように被加工物で覆われた被加工物対応領域においても保持テーブルが損傷することを防止することができる。したがって被加工物に対して透過性を有する波長のレーザビームを照射する場合には、被加工物の外側には照射せずに被加工物のみ、すなわち被加工物の外周縁の内側のみにレーザビームを照射する場合においても、本発明は好適に保持テーブルの損傷を防ぐことができる。

なお、上記実施形態でのレーザ加工は被加工物に対し透過性を有する波長のレーザビーム照射による改質層の形成であるが、本発明のレーザ加工としてはこれに限定されない。例えば、被加工物に対し吸収性を有する波長のレーザビーム照射によるアブレーション加工が挙げられ、アブレーション加工は、被加工物の分割予定ラインを完全に切断するフルカット加工や表面から所定深さの溝を形成する溝加工等である。

５１…保持テーブル、１００，１１０，１２０，１３０…散乱シート、１１４，１３４…レーザビームデフォーカス面、Ｌ…レーザビーム、Ｌａ…レーザビーム照射領域、Ｗ…被加工物。

Claims

被加工物にレーザ加工を施すレーザ加工方法であって、
少なくともレーザビームを照射すべき領域よりも大きいサイズを有し、被加工物に照射するレーザビームを散乱させる散乱シートを介して被加工物を保持テーブルで保持する保持ステップと、
前記散乱シートを介して前記保持テーブルで保持された被加工物にレーザビームを照射して被加工物にレーザ加工を施すレーザ加工ステップと、を備え、
前記レーザ加工ステップでは、被加工物の外周縁を超えて被加工物の一端から他端までレーザビームが照射され、
前記散乱シートは、レーザビームが照射される被加工物の外周側で被加工物の上面より高い位置に形成されたレーザビームデフォーカス面を有することで、
照射されたレーザビームが前記保持テーブルで吸収されて該保持テーブルを損傷することを防止することを特徴とするレーザ加工方法。
前記散乱シートは、通気性を有する紙からなり、前記保持ステップでは、被加工物は該散乱シートを介して前記保持テーブルで吸引保持されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記被加工物は、照射されるレーザビームに対して透明性を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工方法。