JP4837320B2 - Processing object cutting method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体材料基板、圧電材料基板やガラス基板等の加工対象物の切断に使用されるレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus used for cutting an object to be processed such as a semiconductor material substrate, a piezoelectric material substrate, and a glass substrate.
レーザ応用の一つに切断があり、レーザによる一般的な切断は次の通りである。例えば半導体ウェハやガラス基板のような加工対象物の切断する箇所に、加工対象物が吸収する波長のレーザ光を照射し、レーザ光の吸収により切断する箇所において加工対象物の表面から裏面に向けて加熱溶融を進行させて加工対象物を切断する。しかし、この方法では加工対象物の表面のうち切断する箇所となる領域周辺も溶融される。よって、加工対象物が半導体ウェハの場合、半導体ウェハの表面に形成された半導体素子のうち、上記領域周辺に位置する半導体素子が溶融する恐れがある。 One of laser applications is cutting, and general cutting by laser is as follows. For example, a portion to be cut of a workpiece such as a semiconductor wafer or a glass substrate is irradiated with laser light having a wavelength that is absorbed by the workpiece, and the portion to be cut by the absorption of the laser light is directed from the front surface to the back surface of the workpiece. The workpiece is cut by advancing heating and melting. However, in this method, the periphery of the region to be cut out of the surface of the workpiece is also melted. Therefore, when the object to be processed is a semiconductor wafer, among the semiconductor elements formed on the surface of the semiconductor wafer, there is a possibility that the semiconductor elements located around the region are melted.
加工対象物の表面の溶融を防止する方法として、例えば、下記特許文献1や下記特許文献2に開示されたレーザによる切断方法がある。これらの公報の切断方法では、加工対象物の切断する箇所をレーザ光により加熱し、そして加工対象物を冷却することにより、加工対象物の切断する箇所に熱衝撃を生じさせて加工対象物を切断する。
しかし、これらの公報の切断方法では、加工対象物に生じる熱衝撃が大きいと、加工対象物の表面に、切断予定ラインから外れた割れやレーザ照射していない先の箇所までの割れ等の不必要な割れが発生することがある。よって、これらの切断方法では精密切断をすることができない。特に、加工対象物が半導体ウェハ、液晶表示装置が形成されたガラス基板、電極パターンが形成されたガラス基板の場合、この不必要な割れにより半導体チップ、液晶表示装置、電極パターンが損傷することがある。また、これらの切断方法では平均入力エネルギーが大きいので、半導体チップ等に与える熱的ダメージも大きい。 However, in the cutting methods of these publications, if the thermal shock generated on the workpiece is large, the surface of the workpiece is not cracked, such as a crack that is off the planned cutting line, or a crack that is not irradiated with laser. Necessary cracks may occur. Therefore, these cutting methods cannot perform precision cutting. In particular, when the object to be processed is a semiconductor wafer, a glass substrate on which a liquid crystal display device is formed, or a glass substrate on which an electrode pattern is formed, this unnecessary crack may damage the semiconductor chip, the liquid crystal display device, or the electrode pattern. is there. Moreover, since these cutting methods have a large average input energy, the thermal damage given to the semiconductor chip or the like is also large.
本発明の目的は、加工対象物の表面に不必要な割れを発生させることなくかつその表面が溶融しないレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method that do not cause unnecessary cracks on the surface of a workpiece and do not melt the surface.
本発明に係るレーザ加工方法は、1以外の楕円率の楕円偏光をしたパルスレーザ光の集光点をウェハ状の加工対象物の内部に合わせかつパルスレーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように、加工対象物にパルスレーザ光を照射することにより、1パルスのショットで形成されかつ切断予定ラインに沿った方向の寸法が切断予定ラインに沿った方向以外の方向の寸法よりも大きい改質スポットを切断予定ラインに沿って加工対象物の内部にのみ複数形成して、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部にのみ多光子吸収による改質領域を形成し、改質領域を切断の起点として加工対象物を切断予定ラインに沿って割って切断する。
The laser processing method according to the present invention is such that the condensing point of elliptically polarized pulsed laser light with an ellipticity other than 1 is aligned with the inside of the wafer-like workpiece and the major axis of the ellipse representing the elliptically polarized light of the pulsed laser light By irradiating the processing target with pulsed laser light so that is along the planned cutting line of the workpiece , the dimension in the direction along the planned cutting line is formed along with the planned cutting line. A plurality of modified spots larger than dimensions in directions other than the direction are formed only inside the workpiece along the planned cutting line, and modified by multiphoton absorption only inside the workpiece along the planned cutting line. forming a region is cut by dividing along the line to cut the workpiece the modified region as a starting point for cutting.
本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射しかつ多光子吸収という現象を利用することにより、加工対象物の内部に改質領域を形成している。加工対象物の切断する箇所に何らかの起点があると、加工対象物を比較的小さな力で割って切断することができる。本発明に係るレーザ加工方法によれば、改質領域を起点として切断予定ラインに沿って加工対象物が割れることにより、加工対象物を切断することができる。よって、比較的小さな力で加工対象物を切断することができるので、加工対象物の表面に切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく加工対象物の切断が可能となる。 According to the laser processing method of the present invention, the modified region is formed inside the workpiece by using the phenomenon of multi-photon absorption by irradiating the laser beam with the condensing point inside the workpiece. Forming. If there is any starting point at the location where the workpiece is to be cut, the workpiece can be cut with a relatively small force. According to the laser processing method of the present invention, the processing object can be cut by breaking the processing object along the scheduled cutting line starting from the modified region. Therefore, since the workpiece can be cut with a relatively small force, it is possible to cut the workpiece without generating unnecessary cracks off the planned cutting line on the surface of the workpiece.
また、本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の内部に局所的に多光子吸収を発生させて改質領域を形成している。よって、加工対象物の表面ではレーザ光がほとんど吸収されないので、加工対象物の表面が溶融することはない。なお、集光点とはレーザ光が集光した箇所のことである。切断予定ラインは加工対象物の表面や内部に実際に引かれた線でもよいし、仮想の線でもよい。 In addition, according to the laser processing method of the present invention, the modified region is formed by generating multiphoton absorption locally inside the object to be processed. Therefore, since the laser beam is hardly absorbed on the surface of the processing object, the surface of the processing object does not melt. In addition, a condensing point is a location which the laser beam condensed. The line to be cut may be a line actually drawn on the surface or inside of the workpiece, or may be a virtual line.
また、本発明に係るレーザ加工方法によれば、レーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように、加工対象物にレーザ光を照射することにより改質領域を形成している。本発明者によれば、楕円偏光をしたレーザ光を用いると、楕円偏光を表す楕円の長軸方向(つまり、偏光の偏りが強い方向)に改質領域の形成が促進されることが分かった。よって、楕円偏光を表す楕円の長軸方向が加工対象物の切断予定ラインと沿うように、レーザ光を加工対象物に照射して改質領域を形成すると、切断予定ラインに沿った改質領域を効率的に形成することが可能となる。 Further, according to the laser processing method of the present invention, modification is performed by irradiating the processing target with laser light so that the major axis of the ellipse representing the elliptical polarization of the laser light is along the planned cutting line of the processing target. An area is formed. According to the present inventors, it has been found that the use of elliptically polarized laser light promotes the formation of a modified region in the major axis direction of the ellipse representing elliptically polarized light (that is, the direction in which the polarization is strongly biased). . Therefore, when the modified region is formed by irradiating the processing object with laser light so that the major axis direction of the ellipse representing elliptically polarized light is along the planned cutting line of the processing object, the modified region along the planned cutting line Can be formed efficiently.
また、本発明に係るレーザ加工方法によれば、切断予定ラインに沿った方向以外において改質領域の形成が抑制されるので、加工対象物を切断予定ラインに沿って精密に切断することが可能となる。 Further, according to the laser processing method of the present invention, since the formation of the modified region is suppressed in directions other than the direction along the planned cutting line, it is possible to precisely cut the workpiece along the planned cutting line. It becomes.
ここで、楕円率とは楕円の短軸の長さの半分/長軸の長さの半分である。レーザ光の楕円率が小さいほど、改質領域は、切断予定ラインに沿う方向の形成が促進されかつそれ以外の方向の形成が抑制される。楕円率は加工対象物の厚さや材質等を考慮して定めることができる。直線偏光は楕円率が零の楕円偏光である。 Here, the ellipticity is half the length of the minor axis of the ellipse / half the length of the major axis. The smaller the ellipticity of the laser light, the more the reformed region is promoted to be formed in the direction along the planned cutting line, and the formation in the other direction is suppressed. The ellipticity can be determined in consideration of the thickness and material of the workpiece. Linearly polarized light is elliptically polarized light having an ellipticity of zero.
本発明に係るレーザ加工方法は、1以外の楕円率の楕円偏光をしたレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせかつレーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように、集光点におけるピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1μs以下の条件でレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部にクラック領域を含む改質領域を形成する工程を備えることを特徴とする。 In the laser processing method according to the present invention, the condensing point of the elliptically polarized laser beam having an ellipticity other than 1 is aligned with the inside of the workpiece, and the major axis of the ellipse representing the elliptically polarized laser beam is the workpiece. Along the line to be cut, along the line to be cut by irradiating laser light under the condition that the peak power density at the condensing point is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more and the pulse width is 1 μs or less. And a step of forming a modified region including a crack region inside the workpiece.
本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1μs以下の条件でレーザ光を照射している。このため、加工対象物の内部では多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。このクラック領域は上記改質領域の一例であるので、本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく、レーザ加工が可能となる。このレーザ加工方法の加工対象物としては、例えば、ガラスを含む部材がある。なお、ピークパワー密度とは、パルスレーザ光の集光点の電界強度を意味する。 According to the laser processing method of the present invention, the focusing point is set inside the workpiece, the peak power density at the focusing point is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more, and the pulse width is 1 μs or less. The laser beam is irradiated under the conditions. For this reason, a phenomenon of optical damage due to multiphoton absorption occurs inside the workpiece. This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece. Since this crack region is an example of the above-mentioned modified region, according to the laser processing method of the present invention, the laser is generated without causing unnecessary cracks on the surface of the workpiece to be melted or removed from the planned cutting line. Processing becomes possible. As an object to be processed by this laser processing method, for example, there is a member containing glass. The peak power density means the electric field strength at the condensing point of the pulse laser beam.
また、レーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように加工対象物にレーザ光を照射しているので、上記本発明に係るレーザ加工方法と同様に、改質領域を効率的に形成でき、また、切断予定ラインに沿って加工対象物を精密に切断することができる。 Further, since the laser beam is irradiated to the workpiece so that the long axis of the ellipse representing the elliptically polarized light of the laser beam is along the planned cutting line of the workpiece, similarly to the laser processing method according to the present invention, The modified region can be efficiently formed, and the workpiece can be precisely cut along the planned cutting line.
本発明に係るレーザ加工方法は、1以外の楕円率の楕円偏光をしたレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせかつレーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように、集光点におけるピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1μs以下の条件でレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に溶融処理領域を含む改質領域を形成する工程を備えることを特徴とする。 In the laser processing method according to the present invention, the condensing point of the elliptically polarized laser beam having an ellipticity other than 1 is aligned with the inside of the workpiece, and the major axis of the ellipse representing the elliptically polarized laser beam is the workpiece. Along the line to be cut, along the line to be cut by irradiating laser light under the condition that the peak power density at the condensing point is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more and the pulse width is 1 μs or less. And forming a modified region including a melt-treated region inside the workpiece.
本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1μs以下の条件でレーザ光を照射している。よって、加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。この溶融処理領域は上記改質領域の一例であるので、本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく、レーザ加工が可能となる。このレーザ加工方法の加工対象物としては、例えば、半導体材料を含む部材がある。 According to the laser processing method of the present invention, the focusing point is set inside the workpiece, the peak power density at the focusing point is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more, and the pulse width is 1 μs or less. The laser beam is irradiated under the conditions. Therefore, the inside of the workpiece is locally heated by multiphoton absorption. By this heating, a melt processing region is formed inside the workpiece. Since this melting treatment region is an example of the modified region, according to the laser processing method according to the present invention, without generating unnecessary cracks out of the melting or cutting scheduled line on the surface of the workpiece, Laser processing is possible. As an object to be processed by this laser processing method, for example, there is a member containing a semiconductor material.
また、レーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように加工対象物にレーザ光を照射しているので、上記本発明に係るレーザ加工方法と同様に、改質領域を効率的に形成でき、また、切断予定ラインに沿って加工対象物を精密に切断することができる。 Further, since the laser beam is irradiated to the workpiece so that the long axis of the ellipse representing the elliptically polarized light of the laser beam is along the planned cutting line of the workpiece, similarly to the laser processing method according to the present invention, The modified region can be efficiently formed, and the workpiece can be precisely cut along the planned cutting line.
本発明に係るレーザ加工方法は、1以外の楕円率の楕円偏光をしたレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせかつレーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように、集光点におけるピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1ns以下の条件でレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に屈折率が変化した領域である屈折率変化領域を含む改質領域を形成する工程を備えることを特徴とする。 In the laser processing method according to the present invention, the condensing point of the elliptically polarized laser beam having an ellipticity other than 1 is aligned with the inside of the workpiece, and the major axis of the ellipse representing the elliptically polarized laser beam is the workpiece. Along the line to be cut, along the line to be cut by irradiating the laser beam under the condition that the peak power density at the condensing point is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more and the pulse width is 1 ns or less. And forming a modified region including a refractive index changing region, which is a region where the refractive index has changed, inside the workpiece.
本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の内部に集光点を合わせて、集光点におけるピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1ns以下の条件でレーザ光を照射している。本発明のようにパルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。この屈折率変化領域は上記改質領域の一例であるので、本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく、レーザ加工が可能となる。このレーザ加工方法の加工対象物としては、例えば、ガラスを含む部材である。 According to the laser processing method of the present invention, the focusing point is set inside the workpiece, the peak power density at the focusing point is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more, and the pulse width is 1 ns or less. The laser beam is irradiated under the conditions. When the pulse width is made extremely short as in the present invention and multiphoton absorption is caused to occur inside the workpiece, the energy due to the multiphoton absorption is not converted into thermal energy, and the ionic valence is present inside the workpiece. Permanent structural changes such as number change, crystallization or polarization orientation are induced to form a refractive index change region. Since this refractive index changing region is an example of the modified region, according to the laser processing method of the present invention, the surface of the object to be processed does not generate unnecessary cracks that are out of the melting or cutting scheduled line. Laser processing becomes possible. As an object to be processed by this laser processing method, for example, a member containing glass is used.
また、レーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように加工対象物にレーザ光を照射しているので、上記本発明に係るレーザ加工方法と同様に、改質領域を効率的に形成でき、また、切断予定ラインに沿って加工対象物を精密に切断することができる。 Further, since the laser beam is irradiated to the workpiece so that the long axis of the ellipse representing the elliptically polarized light of the laser beam is along the planned cutting line of the workpiece, similarly to the laser processing method according to the present invention, The modified region can be efficiently formed, and the workpiece can be precisely cut along the planned cutting line.
上記本発明に係るレーザ加工方法に適用できる態様は以下の通りである。 Aspects applicable to the laser processing method according to the present invention are as follows.
楕円率零の楕円偏光を有するレーザ光を用いることができる。楕円率零の場合、直線偏光となる。直線偏光によれば、改質領域の切断予定ラインに沿う方向の寸法を最大限にしつつかつそれ以外の方向の寸法を最小限にすることが可能となる。また、楕円偏光の楕円率を1/4波長板の方位角変化により調節することができる。1/4波長板を用いれば、方位角を変化させるだけで楕円率を調節することができる。 Laser light having elliptically polarized light with zero ellipticity can be used. When the ellipticity is zero, linearly polarized light is obtained. According to the linearly polarized light, it is possible to maximize the dimension in the direction along the planned cutting line of the modified region and minimize the dimension in the other direction. Further, the ellipticity of elliptically polarized light can be adjusted by changing the azimuth angle of the quarter-wave plate. If a quarter-wave plate is used, the ellipticity can be adjusted only by changing the azimuth angle.
改質領域を形成する工程後、1/2波長板によりレーザ光の偏光を略90°だけ回転させて、加工対象物にレーザ光を照射することができる。また、改質領域を形成する工程後、加工対象物の厚さ方向を軸として、加工対象物を略90°だけ回転させて、加工対象物にレーザ光を照射することができる。これらにより、加工対象物の表面に沿った方向に延びかつ改質領域と交差した他の改質領域を加工対象物の内部に形成することができる。従って、例えば、X軸方向及びY軸方向の切断予定ラインに沿った改質領域を効率的に形成することができる。 After the step of forming the modified region, the laser beam can be irradiated to the workpiece by rotating the polarization of the laser beam by approximately 90 ° with the half-wave plate. In addition, after the step of forming the modified region, the processing target can be rotated by about 90 ° around the thickness direction of the processing target, and the processing target can be irradiated with laser light. As a result, another modified region that extends in the direction along the surface of the workpiece and intersects the modified region can be formed inside the workpiece. Therefore, for example, the modified region along the planned cutting lines in the X-axis direction and the Y-axis direction can be efficiently formed.
本発明に係るレーザ加工方法は、1以外の楕円率の楕円偏光をしたレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせかつレーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインに沿うようして、加工対象物にレーザ光を照射することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物を切断する工程を備えることを特徴とする。 In the laser processing method according to the present invention, the condensing point of the elliptically polarized laser beam having an ellipticity other than 1 is aligned with the inside of the workpiece, and the major axis of the ellipse representing the elliptically polarized laser beam is the workpiece. A step of cutting the workpiece along the planned cutting line by irradiating the workpiece with laser light along the planned cutting line is provided.
本発明に係るレーザ加工方法によれば、レーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように、加工対象物の内部に集光点を合わせて加工対象物にレーザ光を照射している。よって、加工対象物を切断予定ラインに沿って効率的に切断することが可能となる。本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を吸収させ、加工対象物を加熱溶融させることにより、加工対象物を切断してもよい。また、本発明に係るレーザ加工方法は、加工対象物にレーザ光を照射することにより多光子吸収を発生させ、これにより加工対象物の内部に改質領域を形成し、改質領域を起点として加工対象物を切断してもよい。 According to the laser processing method of the present invention, the processing object is obtained by aligning the condensing point inside the processing object so that the long axis of the ellipse representing the elliptically polarized light of the laser beam is along the planned cutting line of the processing object. Is irradiated with laser light. Therefore, it becomes possible to cut | disconnect a process target object efficiently along a cutting plan line. In the laser processing method according to the present invention, the processing object may be cut by causing the processing object to absorb laser light and heating and melting the processing object. Further, the laser processing method according to the present invention generates multiphoton absorption by irradiating a processing target with laser light, thereby forming a modified region inside the processing target, and starting from the modified region. You may cut | disconnect a process target object.
本発明に係るレーザ加工装置は、パルス幅が1μs以下のパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光を1以外の楕円率の楕円偏光に調節する楕円率調節手段と、楕円率調節手段により調節されたパルスレーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように調節する長軸調節手段と、長軸調節手段により調節されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光手段と、集光手段により集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。 The laser processing apparatus according to the present invention includes a laser light source that emits a pulsed laser beam having a pulse width of 1 μs or less, and an ellipticity adjusting unit that adjusts the pulsed laser light emitted from the laser light source to elliptically polarized light having an ellipticity other than 1. And a long axis adjusting means for adjusting the long axis of the ellipse representing the elliptical polarization of the pulsed laser light adjusted by the ellipticity adjusting means so as to be along the planned cutting line of the workpiece, and adjusted by the long axis adjusting means. Condensing means for condensing the pulse laser light so that the peak power density at the condensing point of the pulse laser light is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more, and the pulse laser light condensed by the condensing means And a moving means for relatively moving the focused point of the pulse laser beam along the planned cutting line.
本発明に係るレーザ加工装置によれば、上記本発明に係るレーザ加工方法と同様の理由により、加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく、レーザ切断加工が可能となる。また、レーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うように加工対象物にレーザ光を照射しているので、上記本発明に係るレーザ加工方法と同様に、改質領域を効率的に形成でき、また、切断予定ラインに沿って加工対象物を精密に切断することができる。 According to the laser processing apparatus according to the present invention, for the same reason as the laser processing method according to the present invention, the laser is generated without causing unnecessary cracks that are out of the melting or cutting scheduled line on the surface of the workpiece. Cutting processing is possible. Further, since the laser beam is irradiated to the workpiece so that the long axis of the ellipse representing the elliptically polarized light of the laser beam is along the planned cutting line of the workpiece, similarly to the laser processing method according to the present invention, The modified region can be efficiently formed, and the workpiece can be precisely cut along the planned cutting line.
上記本発明に係るレーザ加工装置に適用できる態様は以下の通りである。 Aspects applicable to the laser processing apparatus according to the present invention are as follows.
楕円率調節手段により調節されたパルスレーザ光の偏光を略90°だけ回転調節する90°回転調節手段を備えるようにすることができる。また、加工対象物の厚さ方向を軸として加工対象物が載置される載置台を略90°だけ回転させる回転手段を備えるようにすることができる。これらにより、パルスレーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸を、加工対象物の表面に沿った方向に延びかつ切断予定ラインと交差する方向に延びる他の切断予定ラインと沿うようにすることができる。従って、例えば、X軸方向及びY軸方向の切断予定ラインに沿った改質領域を効率的に形成することができる。 A 90 ° rotation adjusting means for adjusting the polarization of the pulse laser beam adjusted by the ellipticity adjusting means by approximately 90 ° can be provided. Further, it is possible to provide a rotating means for rotating the mounting table on which the processing object is mounted about 90 ° about the thickness direction of the processing object. Thus, the major axis of the ellipse representing the elliptically polarized light of the pulsed laser beam is made to extend along the other planned cutting line extending in the direction along the surface of the workpiece and extending in the direction intersecting the planned cutting line. it can. Therefore, for example, the modified region along the planned cutting lines in the X-axis direction and the Y-axis direction can be efficiently formed.
本発明に係るレーザ加工装置は、パルス幅が1μs以下であってかつ直線偏光を有するパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたパルスレーザ光の直線偏光の向きが加工対象物の切断予定ラインと沿うように調節する直線偏光調節手段と、直線偏光調節手段により調節されたパルスレーザ光の集光点のピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上になるようにパルスレーザ光を集光する集光手段と、集光手段により集光されたパルスレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段と、切断予定ラインに沿ってパルスレーザ光の集光点を相対的に移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。 The laser processing apparatus according to the present invention includes a laser light source that emits pulsed laser light having a pulse width of 1 μs or less and linearly polarized light, and a direction of linearly polarized light of the pulsed laser light emitted from the laser light source. The linearly polarized light adjusting means that adjusts along the planned cutting line of the laser beam, and the peak power density of the condensing point of the pulse laser light adjusted by the linearly polarized light adjusting means is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more. A condensing means for condensing the pulsed laser light on the surface, means for aligning the condensing point of the pulsed laser light condensed by the condensing means with the inside of the object to be processed, and collecting the pulsed laser light along the planned cutting line. And a moving means for relatively moving the light spot.
本発明に係るレーザ加工装置によれば、上記本発明に係るレーザ加工方法と同様の理由により、加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく、レーザ切断加工が可能となる。また、本発明に係るレーザ加工装置によれば、上記本発明に係るレーザ加工方法と同様に、改質領域を効率的に形成でき、また、切断予定ラインに沿って加工対象物を精密に切断することができる。 According to the laser processing apparatus according to the present invention, for the same reason as the laser processing method according to the present invention, the laser is generated without causing unnecessary cracks that are out of the melting or cutting scheduled line on the surface of the workpiece. Cutting processing is possible. Further, according to the laser processing apparatus according to the present invention, the modified region can be efficiently formed as in the laser processing method according to the present invention, and the workpiece is precisely cut along the planned cutting line. can do.
本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置によれば、加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた割れが生じることなく、加工対象物を切断することができる。よって、加工対象物を切断することにより作製される製品(例えば、半導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置)の歩留まりや生産性を向上させることができる。また、本発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置によれば、効率的に改質領域を形成できるので加工対象物の加工スピードを向上させることができ、さらに加工対象物を切断予定ラインに沿って精密に切断することができる。 According to the laser processing method and the laser processing apparatus according to the present invention, it is possible to cut the processing object without causing the surface of the processing object to melt or break from the line to be cut. Therefore, the yield and productivity of a product (for example, a display device such as a semiconductor chip, a piezoelectric device chip, and a liquid crystal) manufactured by cutting the workpiece can be improved. In addition, according to the laser processing method and the laser processing apparatus according to the present invention, the modified region can be efficiently formed, so that the processing speed of the processing object can be improved, and the processing object is further cut along the planned cutting line. Can be cut precisely.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置は、多光子吸収により改質領域を形成している。多光子吸収はレーザ光の強度を非常に大きくした場合に発生する現象である。まず、多光子吸収について簡単に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the laser processing method and the laser processing apparatus according to the present embodiment, the modified region is formed by multiphoton absorption. Multiphoton absorption is a phenomenon that occurs when the intensity of laser light is very high. First, multiphoton absorption will be briefly described.
材料の吸収のバンドギャップEGよりも光子のエネルギーhνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はhν>EGである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとnhν>EGの条件(n=2,3,4,・・・である)で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度(W/cm2)で決まり、例えばピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、(集光点におけるレーザ光の1パルス当たりのエネルギー)÷(レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅)により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度(W/cm2)で決まる。 Photon energy hν is smaller than the band gap E G of absorption of the material becomes transparent. Therefore, a condition under which absorption occurs in the material is hv> E G. However, even when optically transparent, increasing the intensity of the laser beam very Nhnyu> of E G condition (n = 2, 3, 4, a, ...) absorbed in the material occurs. This phenomenon is called multiphoton absorption. In the case of pulsed waves, the intensity of laser light is determined by the peak power density of the focus point of the laser beam (W / cm 2), for example, the peak power density multiphoton at 1 × 10 8 (W / cm 2) or more conditions Absorption occurs. The peak power density is determined by (energy per pulse of laser light at the condensing point) / (laser beam cross-sectional area of laser light × pulse width). In the case of a continuous wave, the intensity of the laser beam is determined by the electric field intensity (W / cm 2 ) at the condensing point of the laser beam.
このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工の原理について図1〜図6を用いて説明する。図1はレーザ加工中の加工対象物1の平面図であり、図2は図1に示す加工対象物1のII−II線に沿った断面図であり、図3はレーザ加工後の加工対象物1の平面図であり、図4は図3に示す加工対象物1のIV−IV線に沿った断面図であり、図5は図3に示す加工対象物1のV−V線に沿った断面図であり、図6は切断された加工対象物1の平面図である。
The principle of laser processing according to this embodiment using such multiphoton absorption will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a
図1及び図2に示すように、加工対象物1の表面3には切断予定ライン5がある。切断予定ライン5は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工は、多光子吸収が生じる条件で加工対象物1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを加工対象物1に照射して改質領域7を形成する。なお、集光点とはレーザ光Lが集光した箇所のことである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
レーザ光Lを切断予定ライン5に沿って(すなわち矢印A方向に沿って)相対的に移動させることにより、集光点Pを切断予定ライン5に沿って移動させる。これにより、図3〜図5に示すように改質領域7が切断予定ライン5に沿って加工対象物1の内部にのみ形成される。本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物1がレーザ光Lを吸収することにより加工対象物1を発熱させて改質領域7を形成するのではない。加工対象物1にレーザ光Lを透過させ加工対象物1の内部に多光子吸収を発生させて改質領域7を形成している。よって、加工対象物1の表面3ではレーザ光Lがほとんど吸収されないので、加工対象物1の表面3が溶融することはない。
The condensing point P is moved along the
加工対象物1の切断において、切断する箇所に起点があると加工対象物1はその起点から割れるので、図6に示すように比較的小さな力で加工対象物1を切断することができる。よって、加工対象物1の表面3に不必要な割れを発生させることなく加工対象物1の切断が可能となる。
In the cutting of the
なお、改質領域を起点とした加工対象物の切断は、次の二通りが考えられる。一つは、改質領域形成後、加工対象物に人為的な力が印加されることにより、改質領域を起点として加工対象物が割れ、加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚みが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の一つは、改質領域を形成することにより、改質領域を起点として加工対象物の断面方向(厚さ方向)に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚みが小さい場合、改質領域が1つでも可能であり、加工対象物の厚みが大きい場合、厚さ方向に複数の改質領域を形成することで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、改質領域が形成されていない部分上の表面まで割れが先走ることがなく、改質部を形成した部分上の表面のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の半導体ウェハの厚みは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。 In addition, the following two kinds of cutting | disconnection of the processing target object from the modification | reformation area | region can be considered. One is a case where, after the modified region is formed, an artificial force is applied to the workpiece, so that the workpiece is cracked and the workpiece is cut from the modified region as a starting point. This is, for example, cutting when the thickness of the workpiece is large. When artificial force is applied, for example, bending stress or shear stress is applied to the workpiece along the planned cutting line of the workpiece, or thermal stress is generated by giving a temperature difference to the workpiece. It is to let you. The other is that when the modified region is formed, the modified region starts as a starting point, and naturally breaks in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece, resulting in the workpiece being cut. It is. For example, when the thickness of the workpiece is small, even one modified region is possible, and when the workpiece is large, a plurality of modified regions can be formed in the thickness direction. . Even in the case of this natural cracking, it is possible to cleave only the surface on the part where the modified part is formed, without causing cracks to advance to the surface on the part where the modified region is not formed at the location to be cut. Since it is possible, the cleaving can be controlled well. In recent years, since the thickness of semiconductor wafers such as silicon wafers tends to be thin, such a cleaving method with good controllability is very effective.
さて、本実施形態において多光子吸収により形成される改質領域として、次の(1)〜(3)がある。 As modified regions formed by multiphoton absorption in this embodiment, there are the following (1) to (3).
(1)改質領域が一つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
レーザ光を加工対象物(例えばガラスやLiTaO3からなる圧電材料)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1μs以下の条件で照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns〜200nsが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第45回レーザ熱加工研究会論文集(1998年.12月)の第23頁〜第28頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
(1) In the case where the modified region is a crack region including one or a plurality of cracks The laser light is focused on the inside of the object to be processed (for example, a piezoelectric material made of glass or LiTaO 3 ), Irradiation is performed under conditions where the electric field strength is 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more and the pulse width is 1 μs or less. The magnitude of the pulse width is a condition that a crack region can be formed only inside the workpiece without causing extra damage to the workpiece surface while causing multiphoton absorption. As a result, a phenomenon of optical damage due to multiphoton absorption occurs inside the workpiece. This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 10 12 (W / cm 2 ). The pulse width is preferably 1 ns to 200 ns, for example. The formation of the crack region by multiphoton absorption is described in, for example, “Inside of glass substrate by solid-state laser harmonics” on pages 23-28 of the 45th Laser Thermal Processing Research Papers (December 1998). It is described in “Marking”.
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。 The inventor obtained the relationship between the electric field strength and the size of the cracks by experiment. The experimental conditions are as follows.
(A)加工対象物:パイレックス(登録商標)ガラス(厚さ700μm)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10−8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:出力<1mJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
(A) Workpiece: Pyrex (registered trademark) glass (thickness 700 μm)
(B) Laser
Light source: Semiconductor laser pumped Nd: YAG laser
Wavelength: 1064nm
Laser light spot cross-sectional area: 3.14 × 10 −8 cm 2
Oscillation form: Q switch pulse
Repeat frequency: 100 kHz
Pulse width: 30ns
Output: Output <1mJ / pulse
Laser light quality: TEM 00
Polarization characteristics: Linearly polarized light (C) Condensing lens
Transmittance with respect to laser beam wavelength: 60% (D) Moving speed of mounting table on which workpiece is mounted: 100 mm / second
なお、レーザ光品質がTEM00とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。 Note that the laser light quality TEM 00 means that the light condensing performance is high and the light can be condensed up to the wavelength of the laser light.
図7は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は1パルスのレーザ光により加工対象物の内部に形成されたクラック部分(クラックスポット)の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ(C)の倍率が100倍、開口数(NA)が0.80の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ(C)の倍率が50倍、開口数(NA)が0.55の場合である。ピークパワー密度が1011(W/cm2)程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。 FIG. 7 is a graph showing the results of the experiment. The horizontal axis represents the peak power density. Since the laser beam is a pulsed laser beam, the electric field strength is represented by the peak power density. The vertical axis represents the size of a crack portion (crack spot) formed inside the workpiece by one pulse of laser light. Crack spots gather to form a crack region. The size of the crack spot is the size of the portion having the maximum length in the shape of the crack spot. Data indicated by black circles in the graph is for the case where the magnification of the condenser lens (C) is 100 times and the numerical aperture (NA) is 0.80. On the other hand, the data indicated by the white circles in the graph is when the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0.55. From the peak power density of about 10 11 (W / cm 2 ), it can be seen that a crack spot is generated inside the workpiece, and the crack spot increases as the peak power density increases.
次に、本実施形態に係るレーザ加工において、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて図8〜図11を用いて説明する。図8に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを加工対象物1に照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域9を形成する。クラック領域9は一つ又は複数のクラックを含む領域である。図9に示すようにクラック領域9を起点としてクラックがさらに成長し、図10に示すようにクラックが加工対象物1の表面3と裏面21に到達し、図11に示すように加工対象物1が割れることにより加工対象物1が切断される。加工対象物の表面と裏面に到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。
Next, in the laser processing according to the present embodiment, a mechanism for cutting a workpiece by forming a crack region will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8, the laser beam L is irradiated to the
(2)改質領域が溶融処理領域の場合
レーザ光を加工対象物(例えばシリコンのような半導体材料)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1μs以下の条件で照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくともいずれか一つを意味する。溶融処理領域は相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。なお、電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns〜200nsが好ましい。
(2) When the modified region is a melt-processed region A laser beam is focused on the inside of an object to be processed (for example, a semiconductor material such as silicon), and the electric field intensity at the focused point is 1 × 10 8 (W / Cm 2 ) or more and the pulse width is 1 μs or less. As a result, the inside of the workpiece is locally heated by multiphoton absorption. By this heating, a melt processing region is formed inside the workpiece. The melting treatment region means at least one of a region once solidified after melting, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting. It can also be said that the melt-processed region is a phase-changed region or a region where the crystal structure is changed. The melt treatment region can also be said to be a region in which one structure is changed to another structure in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure. In other words, for example, a region changed from a single crystal structure to an amorphous structure, a region changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, or a region changed from a single crystal structure to a structure including an amorphous structure and a polycrystalline structure. To do. When the object to be processed has a silicon single crystal structure, the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure. In addition, as an upper limit of an electric field strength, it is 1 * 10 < 12 > (W / cm < 2 >), for example. The pulse width is preferably 1 ns to 200 ns, for example.
本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次ぎの通りである。 The inventor has confirmed through experiments that a melt-processed region is formed inside a silicon wafer. The experimental conditions are as follows.
(A)加工対象物:シリコンウェハ(厚さ350μm、外径4インチ)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10−8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:20μJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率:50倍
NA:0.55
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
(A) Workpiece: silicon wafer (thickness 350 μm, outer diameter 4 inches)
(B) Laser
Light source: Semiconductor laser pumped Nd: YAG laser
Wavelength: 1064nm
Laser light spot cross-sectional area: 3.14 × 10 −8 cm 2
Oscillation form: Q switch pulse
Repeat frequency: 100 kHz
Pulse width: 30ns
Output: 20μJ / pulse
Laser light quality: TEM 00
Polarization characteristics: Linearly polarized light (C) Condensing lens
Magnification: 50 times
NA: 0.55
Transmittance with respect to laser beam wavelength: 60% (D) Moving speed of mounting table on which workpiece is mounted: 100 mm / second
図12は上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ11の内部に溶融処理領域13が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域の厚さ方向の大きさは100μm程度である。
FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by laser processing under the above conditions. A
溶融処理領域13が多光子吸収により形成されたことを説明する。図13は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚みtが50μm、100μm、200μm、500μm、1000μmの各々について上記関係を示した。
The fact that the
例えば、Nd:YAGレーザの波長である1064nmにおいて、シリコン基板の厚みが500μm以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が80%以上透過することが分かる。図12に示すシリコンウェハ11の厚さは350μmであるので、多光子吸収による溶融処理領域はシリコンウェハの中心付近、つまり表面から175μmの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ200μmのシリコンウェハを参考にすると、90%以上なので、レーザ光がシリコンウェハ11の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ11の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域がシリコンウェハ11の内部に形成(つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成)されたものではなく、溶融処理領域が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第66集(2000年4月)の第72頁〜第73頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
For example, when the thickness of the silicon substrate is 500 μm or less at the wavelength of 1064 nm of the Nd: YAG laser, it can be seen that the laser light is transmitted by 80% or more inside the silicon substrate. Since the thickness of the
なお、シリコンウェハは、溶融処理領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面に到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。なお、溶融処理領域からシリコンウェハの表面と裏面に割れが自然に成長するのは、一旦溶融後再固化した状態となった領域から割れが成長する場合、溶融状態の領域から割れが成長する場合及び溶融から再固化する状態の領域から割れが成長する場合のうち少なくともいずれか一つである。いずれの場合も切断後の切断面は図12に示すように内部にのみ溶融処理領域が形成される。加工対象物の内部に溶融処理領域を形成する場合、割断時、切断予定ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。 In addition, a silicon wafer is cut | disconnected as a result by generating a crack toward a cross-sectional direction starting from the melt processing region and reaching the front and back surfaces of the silicon wafer. The cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow naturally or may grow by applying force to the workpiece. In addition, the crack grows naturally from the melt processing area to the front and back surfaces of the silicon wafer when the crack grows from the area once solidified after being melted, or when the crack grows from the melted area. And at least one of the cases where cracks grow from a region in a state of being resolidified from melting. In either case, the cut surface after cutting is formed with a melt treatment region only inside as shown in FIG. In the case where the melt processing region is formed inside the object to be processed, since the unnecessary cracks that are off the planned cutting line are not easily generated at the time of cleaving, cleaving control is facilitated.
(3)改質領域が屈折率変化領域の場合
レーザ光を加工対象物(例えばガラス)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1ns以下の条件で照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns以下が好ましく、1ps以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第42回レーザ熱加工研究会論文集(1997年.11月)の第105頁〜第111頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
(3) When the modified region is a refractive index changing region The laser beam is focused on the inside of the object to be processed (eg, glass), and the electric field strength at the focused point is 1 × 10 8 (W / cm 2 ). Irradiation is performed under the above conditions with a pulse width of 1 ns or less. When the pulse width is made extremely short and multiphoton absorption occurs inside the workpiece, the energy due to the multiphoton absorption is not converted into thermal energy, and the ion valence change and crystallization occur inside the workpiece. Alternatively, a permanent structural change such as polarization orientation is induced to form a refractive index change region. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 10 12 (W / cm 2 ). For example, the pulse width is preferably 1 ns or less, and more preferably 1 ps or less. The formation of the refractive index changing region by multiphoton absorption is described in, for example, “The Femtosecond Laser Irradiation to the Inside of Glass” on
以上のように本実施形態によれば改質領域を多光子吸収により形成している。そして、本実施形態は、直線偏光をしたレーザ光の直線偏光の向きが加工対象物の切断予定ラインと沿うようにして、加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物に改質領域を形成している。これにより、レーザ光がパルスレーザ光の場合、1パルスのショット(つまり1パルスのレーザ照射)で形成された改質スポットにおいて、切断予定ラインに沿った方向の寸法を相対的に大きくすることができる。これを本発明者は実験により確認した。実験条件は次ぎの通りである。 As described above, according to the present embodiment, the modified region is formed by multiphoton absorption. Then, in the present embodiment, the processing object is modified by irradiating the processing object with the laser beam so that the linearly polarized direction of the linearly polarized laser light is aligned with the cutting line of the processing object. An area is formed. Thereby, when the laser beam is a pulsed laser beam, the dimension in the direction along the planned cutting line can be relatively increased in the modified spot formed by one-shot shot (that is, one-pulse laser irradiation). it can. This inventor confirmed this by experiment. The experimental conditions are as follows.
(A)加工対象物:パイレックス(登録商標)ガラスウェハ(厚さ700μm、外径4インチ)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10−8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:出力<1mJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率:50倍
NA:0.55
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
(A) Workpiece: Pyrex (registered trademark) glass wafer (thickness 700 μm, outer diameter 4 inches)
(B) Laser
Light source: Semiconductor laser pumped Nd: YAG laser
Wavelength: 1064nm
Laser light spot cross-sectional area: 3.14 × 10 −8 cm 2
Oscillation form: Q switch pulse
Repeat frequency: 100 kHz
Pulse width: 30ns
Output: Output <1mJ / pulse
Laser light quality: TEM 00
Polarization characteristics: Linearly polarized light (C) Condensing lens
Magnification: 50 times
NA: 0.55
Transmittance with respect to laser beam wavelength: 60% (D) Moving speed of mounting table on which workpiece is mounted: 100 mm / second
加工対象物であるサンプル1,2の各々において、加工対象物の内部に集光点を合わせてパルスレーザ光を1パルスショットし、加工対象物の内部に多光子吸収によるクラック領域を形成した。サンプル1に直線偏光のパルスレーザ光を照射し、サンプル2に円偏光のパルスレーザ光を照射した。
In each of
図14はサンプル1の平面の写真を表した図であり、図15はサンプル2の平面の写真を表した図である。これらの平面はパルスレーザ光の入射面209である。記号LPは直線偏光を模式的に示しており、記号CPは円偏光を模式的に示している。そして、図16は図14に示すサンプル1のXVI−XVI線に沿った断面を模式的に表した図である。図17は図15に示すサンプル2のXVII−XVII線に沿った断面を模式的に表した図である。加工対象物であるガラスウェハ211の内部にクラックスポット90が形成されている。
FIG. 14 is a view showing a photograph of the plane of the
図16に示すようにパルスレーザ光が直線偏光の場合、1パルスのショットで形成されるクラックスポット90の寸法は直線偏光の向きに沿った方向において相対的に大きくなっている。これは、クラックスポット90の形成がこの方向に促進されていることを示している。一方、図17に示すようにパルスレーザ光が円偏光の場合、1パルスのショットで形成されるクラックスポット90の寸法は特定の方向に大きくならない。長さが最大となる方向のクラックスポット90の寸法は、サンプル1の方がサンプル2より大きくなっている。
As shown in FIG. 16, when the pulse laser beam is linearly polarized, the size of the
この実験結果から切断予定ラインに沿ったクラック領域を効率的に形成することができることを説明する。図18及び図19は、加工対象物の切断予定ラインに沿って形成されたクラック領域の平面図である。1パルスのショットで形成されるクラックスポット90を切断予定ライン5に沿って多数形成することにより、切断予定ライン5に沿ったクラック領域9が形成されている。図18は、パルスレーザ光の直線偏光の方向が切断予定ライン5に沿うようにして、パルスレーザ光を照射して形成されたクラック領域9を示している。クラックスポット90は、切断予定ライン5の方向に沿っての形成が促進されることにより、この方向の寸法が比較的大きくなっている。よって、少ないショット数で切断予定ライン5に沿ったクラック領域9を形成することができる。一方、図19は、パルスレーザ光の直線偏光の方向を切断予定ライン5と直交させてパルスレーザ光を照射して形成されたクラック領域9を示している。クラックスポット90の切断予定ライン5の方向の寸法は比較的小さいので、クラック領域9を形成するのに図18の場合に比べてショット数が多くなる。従って、図18に示す本実施形態に係るクラック領域の形成方法は、図19に示す方法よりも効率的にクラック領域を形成することができる。
From this experimental result, it will be explained that the crack region along the cutting line can be efficiently formed. 18 and 19 are plan views of crack regions formed along the planned cutting line of the workpiece. By forming a large number of crack spots 90 formed by one pulse shot along the
また、図19に示す方法は、パルスレーザ光の直線偏光の方向が切断予定ライン5と直交させてパルスレーザ光が照射されているので、ショット時に形成されるクラックスポット90は、切断予定ライン5の幅方向において形成が促進されている。よって、クラックスポット90の切断予定ライン5の幅方向への延びが大きくなりすぎると、加工対象物を切断予定ライン5に沿って精密に切断することができない。これに対して、図18に示す本実施形態に係る方法において、ショット時に形成されるクラックスポット90は、切断予定ライン5に沿った方向以外の方向にあまり延びていないので、加工対象物の精密な切断が可能となる。
Further, in the method shown in FIG. 19, since the pulse laser beam is irradiated with the direction of the linear polarization of the pulse laser beam orthogonal to the
なお、改質領域の寸法のうち所定方向の寸法が相対的に大きくすることについて、直線偏光の場合で説明したが、楕円偏光でも同じことが言える。すなわち、図20に示すように、レーザ光の楕円偏光EPを表す楕円の長軸b方向にクラックスポット90の形成が促進され、この方向に沿った寸法が相対的に大きいクラックスポット90を形成できる。よって、1以外の楕円率の楕円偏光をしたレーザ光の楕円偏光を表す楕円の長軸が加工対象物の切断予定ラインと沿うようにしてクラック領域を形成すると、直線偏光の場合と同様の効果が生じる。なお、楕円率とは短軸aの長さの半分/長軸bの長さの半分である。楕円率が小さくなるほど、クラックスポット90は長軸b方向に沿った寸法が大きくなる。直線偏光は楕円率が零の楕円偏光である。楕円率が1では円偏光となり、クラック領域の所定方向の寸法を相対的に大きくできない。よって、本実施形態においては楕円率1の場合は含まれない。
In addition, although it demonstrated in the case of linearly polarized light about making the dimension of a predetermined direction relatively large among the dimensions of a modification area | region, the same can be said of elliptically polarized light. That is, as shown in FIG. 20, the formation of the
改質領域の寸法のうち所定方向の寸法が相対的に大きくすることについて、クラック領域の場合で説明したが、溶融処理領域や屈折率変化領域でも同様のことが言える。また、パルスレーザ光について説明したが、連続波レーザ光についても同様のことが言える。 Although the description has been made in the case of the crack region that the dimension in the predetermined direction among the dimensions of the modified region is relatively large, the same can be said for the melting treatment region and the refractive index change region. Further, the pulse laser beam has been described, but the same can be said for the continuous wave laser beam.
次に、本実施形態の具体例を説明する。 Next, a specific example of this embodiment will be described.
[第1例]
本実施形態の第1例に係るレーザ加工装置について説明する。図21はこのレーザ加工装置200の概略構成図である。レーザ加工装置200は、レーザ光Lを発生するレーザ光源101と、レーザ光Lの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源101を制御するレーザ光源制御部102と、レーザ光源101から出射されたレーザ光Lの偏光の楕円率を調節する楕円率調節部201と、楕円率調節部201から出射されたレーザ光Lの偏光を略90°だけ回転調節する90°回転調節部203と、を備える。
[First example]
A laser processing apparatus according to the first example of the present embodiment will be described. FIG. 21 is a schematic configuration diagram of the
レーザ光源101はパルスレーザ光を発生するNd:YAGレーザである。レーザ光源101に用いることができるレーザとして、この他、Nd:YVO4レーザやNd:YLFレーザやチタンサファイアレーザがある。クラック領域や溶融処理領域を形成する場合、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザを用いるのが好適である。屈折率変化領域を形成する場合、チタンサファイアレーザを用いるのが好適である。
The
楕円率調節部201は、図22に示すような1/4波長板207を含む。1/4波長板207は方位角θを変えることにより楕円偏光の楕円率を調節できる。すなわち、1/4波長板207に例えば直線偏光LPの入射光が入射すると、透過光は所定の楕円率の楕円偏光EPとなる。方位角とは楕円の長軸とX軸とのなす角である。上述したように本実施形態において、楕円率は1以外の数字が適用される。楕円率調節部201によりレーザ光Lの偏光を所望の楕円率を有する楕円偏光EPできる。加工対象物1の厚さ、材質等を考慮して楕円率は調節される。
The
加工対象物1に直線偏光LPのレーザ光Lを照射する場合、レーザ光源101から出射されるレーザ光Lは直線偏光LPなので、レーザ光Lが直線偏光LPのままで1/4波長板を通過するように、楕円率調節部201は1/4波長板207の方位角θを調節する。また、レーザ光源101からは直線偏光のレーザ光Lが出射されるので、加工対象物1のレーザ照射に直線偏光LPのレーザ光だけを利用する場合、楕円率調節部201は不要となる。
When irradiating the
90°回転調節部203は、図23に示すような1/2波長板205を含む。1/2波長板205は直線偏光の入射光に対して直交する偏光をつくる波長板である。すなわち、1/2波長板205に例えば方位角45°の直線偏光LP1の入射光が入射すると、透過光は入射光LP1に対して90°だけ回転した直線偏光LP2となる。90°回転調節部203は、楕円率調節部201から出射されたレーザ光Lの偏光を90°だけ回転させる場合、1/2波長板205をレーザ光Lの光軸上に配置させる動作をする。また、90°回転調節部203は、楕円率調節部201から出射されたレーザ光Lの偏光を回転させない場合、1/2波長板205をレーザ光Lの光路外(すなわち、レーザ光Lが1/2波長板205を通過しない場所)に配置させる動作をする。
The 90 °
レーザ加工装置200はさらに、90°回転調節部203で偏光を90°だけ回転調節され又はされないレーザ光Lが入射しかつレーザ光Lの光軸の向きを90°変えるように配置されたダイクロイックミラー103と、ダイクロイックミラー103で反射されたレーザ光Lを集光する集光用レンズ105と、集光用レンズ105で集光されたレーザ光Lが照射される加工対象物1が載置される載置台107と、載置台107をX軸方向に移動させるためのX軸ステージ109と、載置台107をX軸方向に直交するY軸方向に移動させるためのY軸ステージ111と、載置台107をX軸及びY軸方向に直交するZ軸方向に移動させるためのZ軸ステージ113と、載置台107のX−Y平面を加工対象物1の厚さ方向を軸として回転させるためのθ軸ステージ213と、これら四つのステージ109,111,113,213の移動を制御するステージ制御部115と、を備える。
The
Z軸方向は加工対象物1の表面3と直交する方向なので、加工対象物1に入射するレーザ光Lの焦点深度の方向となる。よって、Z軸ステージ113をZ軸方向に移動させることにより、加工対象物1の内部にレーザ光Lの集光点Pを合わせることができる。また、この集光点PのX(Y)軸方向の移動は、加工対象物1をX(Y)軸ステージ109(111)によりX(Y)軸方向に移動させることにより行う。X(Y)軸ステージ109(111)が移動手段の一例となる。
Since the Z-axis direction is a direction perpendicular to the
第1例では加工対象物1の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。集光用レンズ105は集光手段の一例である。Z軸ステージ113はレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段の一例である。集光用レンズ105をZ軸方向に移動させることによっても、レーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせることができる。
In the first example, pulsed laser light is used for processing the
レーザ加工装置200はさらに、載置台107に載置された加工対象物1を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源117と、ダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ119と、を備える。ビームスプリッタ119と集光用レンズ105との間にダイクロイックミラー103が配置されている。ビームスプリッタ119は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを90°変えるように配置されている。観察用光源117から発生した可視光線はビームスプリッタ119で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105を透過し、加工対象物1の切断予定ライン5等を含む表面3を照明する。
The
レーザ加工装置200はさらに、ビームスプリッタ119、ダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105と同じ光軸上に配置された撮像素子121及び結像レンズ123を備える。撮像素子121としては例えばCCD(charge-coupled device)カメラがある。切断予定ライン5等を含む表面3を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ105、ダイクロイックミラー103、ビームスプリッタ119を透過し、結像レンズ123で結像されて撮像素子121で撮像され、撮像データとなる。
The
レーザ加工装置200はさらに、撮像素子121から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部125と、レーザ加工装置200全体を制御する全体制御部127と、モニタ129と、を備える。撮像データ処理部125は、撮像データを基にして観察用光源117で発生した可視光の焦点が表面3上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部115がZ軸ステージ113を移動制御することにより、可視光の焦点が表面3に合うようにする。よって、撮像データ処理部125はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部125は、撮像データを基にして表面3の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部127に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ129に送られる。これにより、モニタ129に拡大画像等が表示される。
The
全体制御部127には、ステージ制御部115からのデータ、撮像データ処理部125からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部102、観察用光源117及びステージ制御部115を制御することにより、レーザ加工装置200全体を制御する。よって、全体制御部127はコンピュータユニットとして機能する。
Data from the
次に、図21及び図24を用いて、本実施形態の第1例に係るレーザ加工方法を説明する。図24は、このレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。加工対象物1はシリコンウェハである。
Next, the laser processing method according to the first example of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 24 is a flowchart for explaining this laser processing method. The
まず、加工対象物1の光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づいて、加工対象物1に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Lを発生するレーザ光源101を選定する(S101)。次に、加工対象物1の厚さを測定する。厚さの測定結果及び加工対象物1の屈折率を基にして、加工対象物1のZ軸方向の移動量を決定する(S103)。これは、レーザ光Lの集光点Pが加工対象物1の内部に位置させるために、加工対象物1の表面3に位置するレーザ光Lの集光点を基準とした加工対象物1のZ軸方向の移動量である。この移動量を全体制御部127に入力される。
First, the light absorption characteristics of the
加工対象物1をレーザ加工装置200の載置台107に載置する。そして、観察用光源117から可視光を発生させて加工対象物1を照明する(S105)。照明された切断予定ライン5を含む加工対象物1の表面3を撮像素子121により撮像する。この撮像データは撮像データ処理部125に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理部125は観察用光源117の可視光の焦点が表面3に位置するような焦点データを演算する(S107)。
The
この焦点データはステージ制御部115に送られる。ステージ制御部115は、この焦点データを基にしてZ軸ステージ113をZ軸方向の移動させる(S109)。これにより、観察用光源117の可視光の焦点が表面3に位置する。なお、撮像データ処理部125は撮像データに基づいて、切断予定ライン5を含む加工対象物1の表面3の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部127を介してモニタ129に送られ、これによりモニタ129に切断予定ライン5付近の拡大画像が表示される。
This focus data is sent to the
全体制御部127には予めステップS103で決定された移動量データが入力されており、この移動量データがステージ制御部115に送られる。ステージ制御部115はこの移動量データに基づいて、レーザ光Lの集光点Pが加工対象物1の内部となる位置に、Z軸ステージ113により加工対象物1をZ軸方向に移動させる(S111)。
The movement amount data determined in advance in step S <b> 103 is input to the
次に、楕円率調節部201により、レーザ光源101から出射される直線偏光LPのレーザ光Lの楕円率を調節する(S113)。楕円率調節部201において1/4波長板の方位角θを変えることにより、所望の楕円率の楕円偏光EPを有するレーザ光Lを得ることができる。
Next, the
まず、加工対象物1をY軸方向に沿って加工するので、レーザ光Lの楕円偏光EPを表す楕円の長軸が加工対象物1のY軸方向に延びた切断予定ライン5の方向と一致するように調節する(S115)。これは、θ軸ステージ213を回転させることより達成される。よって、θ軸ステージ213は長軸調節手段や直線偏光調節手段として機能する。
First, since the
Y軸方向に沿って加工対象物1を加工するので、90°回転調節部203は、レーザ光Lの偏光を回転させないような調節をする(S117)。つまり、1/2波長板をレーザ光Lの光路外に配置させる動作をする。
Since the
レーザ光源101からレーザ光Lを発生させて、レーザ光Lを加工対象物1の表面3のY軸方向に延びた切断予定ライン5に照射する。図25は加工対象物1の平面図である。レーザ光Lの楕円偏光EPの楕円を表す長軸が加工対象物1の一番右の切断予定ライン5に沿うようにして、加工対象物1にレーザ光Lが照射される。レーザ光Lの集光点Pは加工対象物1の内部に位置しているので、溶融処理領域は加工対象物1の内部にのみ形成される。切断予定ライン5に沿うようにY軸ステージ111を移動させて、溶融処理領域を切断予定ライン5に沿うように加工対象物1の内部に形成する。
Laser light L is generated from the
そして、X軸ステージ109を移動させてレーザ光Lを隣の切断予定ライン5に照射し、上記と同様にして溶融処理領域を隣の切断予定ライン5に沿うように加工対象物1の内部に形成する。これを繰り返すことにより、右から順に各切断予定ライン5に沿って加工対象物1の内部に溶融処理領域を形成する(S119)。なお、直線偏光LPのレーザ光Lを加工対象物1に照射する場合は、図26に示すようになる。すなわち、レーザ光Lの直線偏光LPの向きが加工対象物1の切断予定ライン5に沿うように、レーザ光Lが加工対象物1に照射される。
Then, the
次に、90°回転調節部203により、1/2波長板205(図23)をレーザ光Lの光軸上に配置させる動作をする。これにより、楕円率調節部201から出射されたレーザ光Lの偏光を90°だけ回転させる調節をする(S121)。
Next, the 90 °
次に、レーザ光源101からレーザ光Lを発生させて、レーザ光Lを加工対象物1の表面3のX軸方向に延びた切断予定ライン5に照射する。図27は加工対象物1の平面図である。レーザ光Lの楕円偏光EPを表す楕円の長軸の方向が加工対象物1の一番下のX軸方向に延びた切断予定ライン5に沿うようにして、加工対象物1にレーザ光Lが照射される。レーザ光Lの集光点Pは加工対象物1の内部に位置しているので、溶融処理領域は加工対象物1の内部にのみ形成される。切断予定ライン5に沿うようにX軸ステージ109を移動させて、溶融処理領域を切断予定ライン5に沿うように加工対象物1の内部に形成する。
Next, a laser beam L is generated from the
そして、Y軸ステージ111を移動させて、レーザ光Lがすぐ上の切断予定ライン5を照射するようにし、上記と同様にして溶融処理領域を切断予定ライン5に沿うように加工対象物1の内部に形成する。これを繰り返すことにより、下から順に各切断予定ラインに沿って加工対象物1の内部に溶融処理領域を形成する(S123)。なお、直線偏光LPのレーザ光Lを加工対象物1に照射する場合は、図28に示すようになる。
Then, the Y-
そして、加工対象物1を切断予定ライン5に沿って曲げることにより、加工対象物1を切断する(S125)。これにより、加工対象物1をシリコンチップに分割する。
Then, the
第1例の効果を説明する。これによれば、多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物1の内部に集光点Pを合わせて、パルスレーザ光Lを切断予定ライン5に照射している。そして、X軸ステージ109やY軸ステージ111を移動させることにより、集光点Pを切断予定ライン5に沿って移動させている。これにより、改質領域(例えばクラック領域、溶融処理領域、屈折率変化領域)を切断予定ライン5に沿うように加工対象物1の内部に形成している。加工対象物の切断する箇所に何らかの起点があると、加工対象物を比較的小さな力で割って切断することができる。よって、改質領域を起点として切断予定ライン5に沿って加工対象物1を割ることにより、比較的小さな力で加工対象物1を切断することができる。これにより、加工対象物1の表面3に切断予定ライン5から外れた不必要な割れを発生させることなく加工対象物1を切断することができる。
The effect of the first example will be described. According to this, the pulsed laser light L is irradiated on the
また、第1例によれば、加工対象物1に多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物1の内部に集光点Pを合わせて、パルスレーザ光Lを切断予定ライン5に照射している。よって、パルスレーザ光Lは加工対象物1を透過し、加工対象物1の表面3ではパルスレーザ光Lがほとんど吸収されないので、改質領域形成が原因で表面3が溶融等のダメージを受けることはない。
Further, according to the first example, the cutting laser beam L is irradiated to the
以上説明したように第1例によれば、加工対象物1の表面3に切断予定ライン5から外れた不必要な割れや溶融が生じることなく、加工対象物1を切断することができる。よって、加工対象物1が例えば半導体ウェハの場合、半導体チップに切断予定ラインから外れた不必要な割れや溶融が生じることなく、半導体チップを半導体ウェハから切り出すことができる。表面に電極パターンが形成されている加工対象物や、圧電素子ウェハや液晶等の表示装置が形成されたガラス基板のように表面に電子デバイスが形成されている加工対象物についても同様である。よって、第1例によれば、加工対象物を切断することにより作製される製品(例えば半導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置)の歩留まりを向上させることができる。
As described above, according to the first example, it is possible to cut the
また、第1例によれば、加工対象物1の表面3の切断予定ライン5は溶融しないので、切断予定ライン5の幅(この幅は、例えば半導体ウェハの場合、半導体チップとなる領域同士の間隔である。)を小さくできる。これにより、一枚の加工対象物1から作製される製品の数が増え、製品の生産性を向上させることができる。
In addition, according to the first example, the
また、第1例によれば、加工対象物1の切断加工にレーザ光を用いるので、ダイヤモンドカッタを用いたダイシングよりも複雑な加工が可能となる。例えば、図29に示すように切断予定ライン5が複雑な形状であっても、第1例によれば切断加工が可能となる。
Further, according to the first example, since laser light is used for cutting the
また、第1例によれば、図25及び図27に示すように加工対象物1には、パルスレーザ光Lの楕円偏光EPを表す楕円の長軸の方向が切断予定ライン5に沿うようにして、パルスレーザ光Lが照射されている。このためクラックスポットの切断予定ライン5の方向の寸法は比較的大きくなるので、少ないショット数で切断予定ライン5に沿ったクラック領域を形成することができる。このように第1例ではクラック領域を効率的に形成できるので、加工対象物1の加工スピードを向上させることができる。また、ショット時に形成されるクラックスポットは切断予定ライン5に沿った方向以外の方向にあまり延びないので、加工対象物1を切断予定ライン5に沿って精密に切断することができる。これらの効果は後に説明する例でも同様である。
Further, according to the first example, as shown in FIGS. 25 and 27, the long axis direction of the ellipse representing the elliptically polarized light EP of the pulsed laser light L is along the
[第2例]
次に、本実施形態の第2例について第1例との相違を中心に説明する。図30はこのレーザ加工装置300の概略構成図である。レーザ加工装置300の構成要素のうち、図21に示す第1例に係るレーザ加工装置200の構成要素と同一要素については同一符号を付すことによりその説明を省略する。
[Second example]
Next, the second example of this embodiment will be described focusing on differences from the first example. FIG. 30 is a schematic configuration diagram of the
レーザ加工装置300には、第1例の90°回転調節部203が設けられていない。θ軸ステージ213により、載置台107のX−Y平面が加工対象物1の厚さ方向を軸として回転させることができる。これにより、楕円率調節部203から出射されたレーザ光Lの偏光を相対的に90°だけ回転させる調節をする。
The
本実施形態の第2例に係るレーザ加工方法について説明する。第2例においても図24に示す第1例に係るレーザ加工方法のステップS101からステップS115の動作をする。第2例には90°回転調節部203が設けられていないので、次のステップS117の動作は行われない。
A laser processing method according to the second example of the present embodiment will be described. Also in the second example, the operations from step S101 to step S115 of the laser processing method according to the first example shown in FIG. 24 are performed. Since the 90 °
ステップS115後、ステップS119の動作が行われる。ここまでの動作により、第2例においても第1例と同様に加工対象物1は図25に示すように加工される。その後、ステージ制御部115がθ軸ステージ213を90°だけ回転させる制御をする。このθ軸ステージ213の回転により加工対象物1はX−Y平面において90°回転する。これにより、図31に示すように、すでに改質領域形成工程が終了した切断予定ライン5と交差する切断予定ラインに沿って、楕円偏光EPの長軸を合わせることができる。
After step S115, the operation of step S119 is performed. By the operation so far, the
そして、ステップS119と同様に、レーザ光Lを加工対象物1に照射することにより、右から順に各切断予定ライン5に沿って加工対象物1の内部に溶融処理領域を形成する。最後に、ステップS125と同様にして加工対象物1を切断し、加工対象物1をシリコンチップに分割する。
And similarly to step S119, by irradiating the
以上説明した本実施形態では、多光子吸収による改質領域形成について説明した。しかしながら、本発明は多光子吸収による改質領域を形成せずに、楕円偏光を表す楕円の長軸方向が加工対象物の切断予定ラインと沿うように、加工対象物の内部に集光点を合わせて加工対象物にレーザ光を照射することにより加工対象物を切断してもよい。これによっても加工対象物を切断予定ラインに沿って効率的に切断することが可能となる。 In the embodiment described above, the modified region formation by multiphoton absorption has been described. However, the present invention does not form a modified region due to multiphoton absorption, and a condensing point is formed inside the workpiece so that the major axis direction of the ellipse representing elliptically polarized light is along the planned cutting line of the workpiece. In addition, the processing object may be cut by irradiating the processing object with laser light. This also makes it possible to efficiently cut the workpiece along the planned cutting line.
1…加工対象物、3…表面、5…切断予定ライン、7…改質領域、9…クラック領域、11…シリコンウェハ、13…溶融処理領域、70…改質領域、90…クラック領域、101…レーザ光源、105…集光用レンズ、107…載置台、109…X軸ステージ、111…Y軸ステージ、113…Z軸ステージ、200…レーザ加工装置、201…楕円率調節部、203…90°回転調節部、213…θ軸ステージ、300…レーザ加工装置、P…集光点、LP…直線偏光、EP…楕円偏光。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
1/2波長板によりレーザ光の偏光を略90°だけ回転させて、前記加工対象物にレーザ光を照射する、請求項1〜6のいずれかに記載の加工対象物切断方法。 After forming the modified region,
The processing object cutting method according to any one of claims 1 to 6, wherein the processing object is irradiated with the laser light by rotating the polarization of the laser light by approximately 90 ° with a half-wave plate.
前記加工対象物の厚さ方向を軸として、前記加工対象物を略90°だけ回転させて、前記加工対象物にレーザ光を照射する、請求項1〜6のいずれかに記載の加工対象物切断方法。 After the step of forming the modified region,
The processing target according to claim 1, wherein the processing target is rotated by approximately 90 ° about the thickness direction of the processing target, and the processing target is irradiated with laser light. Cutting method.
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