CN103894738A - 激光加工方法和微粒层形成剂 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供一种激光加工方法和微粒层形成剂，所述激光加工方法降低了烧蚀加工中所产生的碎屑附着于被加工物的风险，并且与以往相比加工效率提高。本发明的课题的解决手段为：利用对照射于被加工物1的激光束L的波长具有吸收性的微粒被覆被加工物1的作为激光束照射面的背面1b，从而在该背面1b上形成微粒层30(微粒层形成步骤)，其后，隔着微粒层对被加工物1照射激光束L，从而对被加工物1实施烧蚀加工(加工步骤)。利用微粒层30A吸收激光束L，由此抑制能量的扩散和反射，并能够对被加工物1进行烧蚀加工。
Description
技术领域
本发明涉及对被加工物照射激光束而实施烧蚀加工的激光加工方法和在该激光加工方法中使用的微粒层形成剂。
背景技术
在将例如由薄板状的半导体晶片或蓝宝石基板等构成的基板分割加工为精细的芯片(chip)状时，提出了如下所述的技术方案：沿着预定分割线对被加工物照射激光束进行烧蚀加工(专利文献1)。烧蚀加工为对被加工物照射激光束而进行的加工，被加工物对所照射的激光束的波长具有吸收性，从而被加工物所吸收到的激光束的能量达到带隙能量，被加工物的原子的结合力被破坏而发生烧蚀。
但是，在烧蚀加工时存在如下问题：在激光束所入射的被加工物的上表面上，激光束发生能量的扩散和反射，所照射的激光束的能量未被充分利用于烧蚀加工，能量损失大。另外，还存在如下问题：能量的扩散导致被加工物发生熔融并产生碎屑(デブリ)，该碎屑发生飞散而污染被加工物的表面。因此，已知一种技术，在被加工物的表面涂布由水溶性材料构成的保护膜剂来形成保护膜，防止碎屑直接附着于被加工物的表面(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
专利文献2：日本特开2006-140311号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在被加工物的表面上形成保护膜将导致激光束的能量进一步扩散，会产生加工效率下降这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的主要技术课题在于提供一种激光加工方法和微粒层形成剂，其可以降低在烧蚀加工中产生的碎屑附着于被加工物的风险，并且相比以往可以提高加工效率。
用于解决问题的手段
本发明的激光加工方法为对被加工物照射激光束而实施烧蚀加工的激光加工方法，其特征在于，该方法具备如下步骤：微粒层形成步骤，利用对照射于被加工物的激光束的波长具有吸收性的微粒被覆被加工物的一个面，从而在被加工物的一个面上形成微粒层；加工步骤，在实施了该微粒层形成步骤后，隔着上述微粒层对被加工物照射激光束，从而对被加工物的一个面实施烧蚀加工。
本发明的激光加工方法的上述微粒层的特征在于，其由上述微粒和提高该微粒对被加工物的一个面的附着性的附着提高液体构成。
另外，本发明的激光加工方法的上述微粒层形成步骤的特征在于，该微粒层形成步骤包括如下步骤：保持步骤，利用旋转台以能够旋转的方式保持被加工物；被覆步骤，在实施了该保持步骤后，向被加工物的一个面供给在至少由水和上述附着提高液体构成的溶液中分散有上述微粒的混合液，利用该混合液被覆被加工物的一个面；干燥步骤，在实施了该被覆步骤后，通过旋转被加工物使被加工物的一个面的上述混合液干燥，从而在被加工物的一个面上形成微粒层。
另外，在本发明的激光加工方法中，上述附着提高液体至少含有表面活性剂。优选的是，上述微粒对照射于被加工物的上述激光束具有的吸收性比被加工物的一个面具有的吸收性更高。
本发明的微粒层形成剂为在被加工物的一个面上形成微粒层的微粒层形成剂，其特征在于，该微粒层形成剂至少由对照射于被加工物的激光束的波长具有吸收性的2个以上微粒、提高该微粒对被加工物的一个面的附着性的附着提高液体和水构成。
本发明的微粒层形成剂的上述附着提高液体至少含有表面活性剂。优选的是，上述微粒对照射于被加工物的上述激光束具有的吸收性比被加工物的一个面具有的吸收性更高。
在本发明的激光加工方法中，在利用由微粒构成的微粒层被覆了被加工物的状态下，从微粒层侧对被加工物照射激光束，所述微粒对照射于被加工物的激光束的波长具有吸收性。由此，照射于被加工物的激光束被微粒层的微粒吸收，达到带隙能量，微粒的原子的结合力被破坏。于是，激光束连锁性地达到被加工物的带隙能量，从而对被加工物的一个面实施烧蚀加工。激光束被微粒层的微粒所吸收，因此抑制了激光束的能量的扩散和反射，其结果是，加工效率比以往提高。另外，烧蚀加工中产生的碎屑附着于微粒层上，可以降低碎屑附着于被加工物的风险。在激光加工后将微粒层与碎屑一起从被加工物上除去，由此可以防止碎屑在被加工物上的附着。
以往的保护膜(上述专利文献2等中记载的)为PVA(Polyvinyl Alcohol，聚乙烯醇)或PEG(Polyethylene Glycol，聚乙二醇)之类的合成树脂制成的，与此相对，本发明将由对激光束的波长具有吸收性的微粒构成的微粒层作为该保护膜。本发明的微粒层形成剂适合用于形成这样的微粒层，特别是通过选择对照射于被加工物的激光束的波长具有高吸收性的微粒，与以往相比，可以进一步提高加工性。另外，通过适当选择微粒和附着提高液体，能够仅利用无机物形成保护膜，此时可以得到使废水处理变得容易的优点。
发明效果
根据本发明，可发挥如下效果：提供一种激光加工方法和微粒层形成剂，其可以降低烧蚀加工中产生的碎屑附着于被加工物的风险，并且与以往相比，可以提高加工效率。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式涉及的被加工物的立体图。
图2(a)为表示在环状的框中隔着粘贴胶带支撑该被加工物的状态的立体图；图2(b)为表示在环状的框中隔着粘贴胶带支撑该被加工物的状态的截面图。
图3为表示在实施一种实施方式的激光加工方法时使用的被覆装置和该激光加工方法的保持步骤的局部截面侧视图。
图4为表示一种实施方式的激光加工方法的微粒层形成步骤内的被覆步骤的局部截面侧视图。
图5为表示该微粒层形成步骤内的干燥步骤的局部截面侧视图。
图6为表示一种实施方式的激光加工方法的加工步骤的立体图。
图7为表示该加工步骤的截面图。
图8为表示利用被覆装置对加工步骤后的被加工物进行清洗的状态的的局部截面侧视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的一种实施方式。
图1和图2的符号1表示在本实施方式中被实施激光加工的被加工物1，图3～图5表示被覆装置10，其在被加工物1的作为激光束照射面的背面1b上形成微粒层作为保护膜。
[1]被加工物
图1中所示的被加工物1是厚度例如为几百微米程度的圆板状蓝宝石基板，在其表面1a形成有由外延膜构成的2个以上光学器件2。光学器件2是针对由在被加工物1的表面1a上设定的格子状的以预定分割线3划分出的2个以上矩形区域而形成的。需要说明的是，本实施方式中将被加工物1设定为蓝宝石基板，但本发明的被加工物不限于蓝宝石，可以举出例如半导体晶片、由玻璃等构成的板状物等作为被加工物。
如图2所示，被加工物1的表面1a侧被贴合在粘贴于环状的框8的内侧的粘贴胶带9上。粘贴胶带9在基材的单面上形成了粘贴层，在粘贴胶带9的外周部上贴合有框8，被加工物1以同心状定位贴合在框8的内侧。被加工物1以背面(另一面)1b露出的状态贴合于粘贴胶带9，被加工物1通过框8来进行操纵(ハンドリング)并移入至被覆装置10。
[2]被覆装置
图3～图5中所示的被覆装置10中，被加工物1保持在装置箱11内的圆板状的旋转台14上，由供给喷嘴18向所述被加工物1的背面1b滴加液态的微粒层形成剂30，并通过旋涂形成微粒层30A。另外，被覆装置10具有对被加工物1供给清洗水的清洗喷嘴19。
装置箱11由上方开口且在中心形成有孔12a的圆筒状的箱主体12和堵住箱主体12的孔12a的盖13构成，电动机16的驱动轴17自下方贯通盖13并被固定。旋转台14以同心状固定于突出至装置箱11内的驱动轴17的上端并被支撑，使得通过电动机16的驱动能够水平旋转。旋转台14为通过负压作用吸引保持被加工物1的负压吸盘(チャック)。
电动机16和驱动轴17由升降单元(未图示)支撑，能够进行升降，从而旋转台14能够在图3所示的箱主体12的上方开口附近的装卸位置和在图4及图5所示的箱主体12内的处理位置之间升降。
被加工物1隔着粘贴胶带11以同心状被放置在旋转台14上并被吸引保持。在旋转台14的周边部安装有2个以上的离心夹具15，随旋转台14的旋转而产生离心力时，该离心夹具15可以从上方将框8按住而进行动作，并且框8通过这些离心夹具15而被保持。
供给喷嘴18和清洗喷嘴19为相同结构，并且被支撑于箱主体12的底部，能够分别进行旋转，其分别由旋转电动机18b、19b进行驱动，从而可以使喷嘴的前端以朝下的方式形成的吐出口18a、19a处于旋转台14的中心的正上方的位置。
[3]激光加工方法
下面说明对被加工物1实施烧蚀加工的一种实施方式涉及的激光加工方法。本实施方式的烧蚀加工沿着预定分割线3照射波长为355nm的激光束来形成槽。对于被加工物1的蓝宝石来说，其对该波长为355nm的激光束的波长几乎没有吸收性。另外，在本实施方式中，在烧蚀加工之前，在被加工物1的作为激光束照射面的背面1b上形成微粒层。微粒层通过下面的微粒层形成剂形成。
[3-1]微粒层形成剂
对于微粒层来说，由供给喷嘴18向被加工物1的背面1b供给所生成的微粒层形成剂，由此形成微粒层。微粒层形成剂为混合液，其至少由对照射于被加工物1的激光束的波长具有吸收性的2个以上微粒、使该微粒对被加工物1的背面1b的附着性提高的附着提高液体和水构成。
微粒对照射于被加工物1的激光束具有吸收性，进一步，优选具有比被加工物1的作为激光束照射面的背面1b更高的吸收性。如上所述，在照射于被加工物1的激光束的波长为355nm时，作为这样的微粒，可以使用例如二氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氧化亚铁(FeO)、氧化铁(Fe2O3)、氧化锡(SnO)、氧化锌(ZnO)、碳等。另外，这些材料优选不会对被加工物1和光学器件2产生金属污染的材料。特别是采用廉价的二氧化硅时，可以抑制制造成本，因而是经济的。
附着提高液体可以使用例如PVA(聚乙烯醇)、PEG(聚乙二醇)、PEO(聚环氧乙烷)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)或各种纤维素等。附着提高液体优选含有具有抗流挂性的表面活性剂，除表面活性剂以外，优选使用发挥增稠剂、胶凝剂或稳定剂作用的合成树脂、高分子化合物等。
微粒的粒径优选小于激光束的照射点直径，例如可以使用粒径为5nm～30nm的微粒。对被加工物1进行激光加工时，进行检测出要照射激光束的预定分割线3的校准(alignment)，通过对被加工物1照射光并进行摄像，根据所拍摄的图像来进行该校准。因此，若微粒的粒径超过30nm，则会变得对可见光不透明，从而在校准时难以检测出预定分割线3，因而微粒的粒径优选为5nm～30nm。但是，如果在校准时使用具有可透过该微粒的波长的光，则能够检测预定分割线3，此时可以使用粒径超过30nm的微粒。
按照微粒、附着提高液体和水的混合比例为例如微粒：5vol%～20vol%、附着提高液体：0.1vol%～10vol%、更优选为0.1vol%～7vol%、其余为水的比例的方式生成微粒层形成剂。可以按照这样的比例将例如为粉末状的微粒分散于水和附着提高液体的混合液中来生成微粒层形成剂，此时，优选适当混合可防止微粒凝集的分散剂。使用无机物作为微粒层形成剂时，不需要进行有害物的处理等，因而具有使用后的废水处理变的容易的优点。
作为生成微粒层形成剂的方法，例如还存在如下方法：使用利用醇盐法生成的溶胶状微粒或胶体溶液作为微粒，将溶胶状微粒或胶体溶液、与上述附着提高液体和水混合来生成微粒层形成剂。此时，通过利用醇盐法生成微粒，能够形成粒径均匀且为超微粒的微粒，并且能够使微粒均匀地分散在混合液中。另外，在某些情况下，能够仅利用溶胶状或胶体溶液状的微粒作为微粒层形成剂，此时溶胶或胶体溶液的液体发挥附着提高液体的作用。需要说明的是，还可以向溶胶状或胶体溶液状的微粒加入水来提高涂布性。
[3-2]微粒层形成步骤
使用上述被覆装置10向被加工物1的背面1b供给所生成的液态的上述微粒层形成剂，利用对激光束的波长具有吸收性的微粒被覆该背面1b。
下面，说明被覆装置10的作用。首先，如图3所示的那样，将被加工物1隔着粘贴胶带11以同心状放置在上升至装卸位置的旋转台14上，使被加工物1的背面1b向上方露出。另外，将环状框8放置在旋转台14上。
如图4所示的那样，使旋转台14下降至处理位置，同时将被加工物1吸引保持在旋转台14上(保持步骤)。接着，旋转供给喷嘴18使吐出口18a位于被加工物1的中心的上方，由吐出口18a供给微粒层形成剂(混合液)30，向被加工物1的上表面、即背面1b的中心滴加规定量的微粒层形成剂(混合液)30。接着，以低转数(例如10rpm)使旋转台14旋转，从而使被加工物1自转。由此，微粒层形成剂30在离心力的作用下被旋涂于背面1b的整个面上，形成均匀涂布于背面1b的状态(被覆步骤)。需要说明的是，还可以事先使旋转台14旋转，然后向自转的被加工物1供给微粒层形成剂30。
接着，如图5所示的那样，将停止供给微粒层形成剂30的供给喷嘴18移开，提高旋转台14的旋转速度，使旋转台14在高速下旋转一定时间，由此使微粒层形成剂30的水分散发来进行干燥。此时，利用离心夹具15对框8进行保持。例如设定旋转台14的旋转速度为2000rpm、旋转时间为60秒，通过干燥在被加工物1的背面1b上形成均匀厚度的微粒层30A(干燥步骤)。
微粒层30A的厚度可以是所需要的厚度，例如为2μm～4μm。需要说明的是，在得到所期望的厚度的微粒层之前，可以反复进行被覆步骤和干燥步骤，例如在形成比较厚的微粒层的情况下，多次反复进行被覆步骤和干燥步骤比一次性形成微粒层更容易得到厚度均匀的微粒层。
[3-3]加工步骤
在被加工物1的背面1b形成所期望的厚度的微粒层30A后，将被加工物1从被覆装置10中移出，移入具有如图6所示的激光加工单元20的加工装置中，实施烧蚀加工，隔着微粒层30A沿着预定分割线3对被加工物1的背面1b照射激光束L，从而在该背面1b形成槽4。
如图6所示的激光加工单元20具有朝下方照射激光束L的照射部21、和固定于照射部21的校准单元22。校准单元22对被加工物1的预定分割线3进行检测，因此其具备拍摄被加工物1的相机23。由照射部21照射如上所述的被加工物1的蓝宝石对其几乎没有吸收性的波长为355nm的激光束L。另外，作为激光束L的其他条件，例如可设定为平均输出功率：0.5kw～1.5kw、重复频率：90kHz。
被加工物1被水平地保持在配置于激光加工单元20的下方的能够旋转的保持单元(未图示)上，其背面1b向上方露出；另外，框8也被保持在该保持单元上。激光加工单元20和保持在保持单元上的被加工物1被设置为能够在图6所示的X方向的加工进给方向、和Y方向的分度(割り出し)进给方向上相对移动。
对于激光加工来说，首先利用校准单元22拍摄被加工物1来检测出预定分割线3，接着根据其检测结果旋转保持单元，使沿一个方向延伸的预定分割线3平行于加工进给方向，进一步，进行分度进给来选择要照射激光束L的预定分割线3。并且，如图7所示，在X方向上以规定速度(例如120mm/s)进行加工进给，同时隔着微粒层30A沿着预定分割线3对被加工物1的背面1b照射激光束L，从而实施烧蚀加工来形成规定深度的槽4。对1条预定分割线3进行的激光束照射结束后，反复交互地进行按照为预定分割线3之间的间隔的分度进给量进行的分度进给和加工进给，沿着在X方向上延伸的预定分割线3照射激光束L，对背面1b实施烧蚀加工来形成槽4。
对在X方向上延伸的所有预定分割线3照射了激光束L后，使保持单元旋转90°从而使未加工的预定分割线3处于与X方向平行的位置，以同样的要领对这些预定分割线3照射激光束L，从而实施烧蚀加工。
如上所述，烧蚀加工为槽加工，并且沿着所有的预定分割线3在背面1b形成了槽4后，结束加工步骤，将被加工物1再次安装于被覆装置10。并且，如图8所示的那样，旋转清洗喷嘴19使吐出口19a位于被加工物1的中心的上方，由吐出口19a向被覆于被加工物1的背面1b的微粒层供给清洗水W，同时使旋转台14旋转，从而将微粒层30A从被加工物1上除去。其后，持续进行旋转台14的旋转，由此使被加工物1干燥。例如可按照如下步骤进行清洗和干燥：清洗时使旋转台14以800rpm旋转20秒进行清洗，接着通过将旋转速度提高至2000rpm并旋转60秒来完成干燥。
结束清洗和干燥后，将被加工物1从被覆装置10移出。其后，通过对被加工物1W施加外力，预定分割线3的强度因形成槽4而降低，被加工物1W沿着预定分割线3被切断，从而分割成2个以上光学器件2。
[4]本实施方式的作用效果
在上述激光加工方法中，利用由对照射于被加工物1的激光束L的波长具有吸收性且吸收性比被加工物1的背面1b更高的微粒构成的微粒层30A被覆被加工物1，在这种状态下，从微粒层30A侧对被加工物1照射激光束L。由此，照射于被加工物1的激光束L被微粒层30A的微粒吸收，达到带隙能量，微粒的原子的结合力被破坏。于是，激光束L连锁性地达到被加工物1的带隙能量，从而通过烧蚀加工沿着预定分割线3在被加工物1的激光束照射面、即背面1b上形成槽4。
通常对在表面1a上形成有2个以上的光学器件2的蓝宝石基板的背面1b进行镜面加工，因而即使照射激光束，激光束也会被反射，从而难以进行激光加工。然而，如本实施方式那样，通过形成对波长为355nm的激光束L具有吸收性的微粒层30A，以微粒层30A为起点实施烧蚀加工。在烧蚀加工时，激光束L被微粒层30A的微粒所吸收，因此抑制了激光束L的能量的扩散和反射，从而提高了加工效率。
另外，烧蚀加工中产生的碎屑附着于微粒层30A上，可以降低碎屑附着于被加工物1的风险。在激光加工后，通过将微粒层30A从被加工物1上清洗掉，碎屑与微粒层30A一起被除去，可以防止碎屑在被加工物1上的附着。
如上所述，特别是将可实现提高加工效率的本发明的激光加工方法用于形成有氧化膜或TEG(Test Element Group)等的半导体晶片那样的加工需要高能量的被加工物时，不需要以高能量照射激光束，因而是有效的。特别是对于形成有TEG的晶片来说，存在如下问题：以高能量照射激光束时，未形成有TEG的部分变粗糙从而加工品质下降。而本发明可以防止这样的问题。
符号说明
1…被加工物
1a…被加工物的表面
1b…被加工物的背面(另一面)
14…旋转台
30…微粒层形成剂
30A…微粒层
L…激光束
Claims (8)
1.一种激光加工方法，其是对被加工物照射激光束而实施烧蚀加工的激光加工方法，其特征在于，该激光加工方法具备：
微粒层形成步骤，利用对照射于被加工物的激光束的波长具有吸收性的微粒被覆被加工物的一个面，从而在被加工物的一个面上形成微粒层；和
加工步骤，在实施了该微粒层形成步骤后，隔着所述微粒层对被加工物照射激光束，从而对被加工物的一个面实施烧蚀加工。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述微粒层由所述微粒和附着提高液体构成，所述附着提高液体提高该微粒对被加工物的一个面的附着性。
3.如权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，所述微粒层形成步骤包括：
保持步骤，利用旋转台以能够旋转的方式保持被加工物；
被覆步骤，在实施了该保持步骤后，向被加工物的一个面供给在至少由水和所述附着提高液体构成的溶液中分散有所述微粒的混合液，从而利用该混合液被覆被加工物的一个面；和
干燥步骤，在实施了该被覆步骤后，使被加工物旋转从而使被加工物的一个面上的所述混合液干燥，由此在被加工物的一个面上形成微粒层。
4.如权利要求1～3任一项所述的激光加工方法，其特征在于，所述附着提高液体至少含有表面活性剂。
5.如权利要求1～4任一项所述的激光加工方法，其特征在于，所述微粒对于照射于被加工物的所述激光束具有的吸收性比被加工物的一个面具有的吸收性高。
6.一种微粒层形成剂，其是在被加工物的一个面上形成微粒层的微粒层形成剂，其特征在于，该微粒层形成剂至少由对照射于被加工物的激光束的波长具有吸收性的2个以上微粒、和提高该微粒对被加工物的一个面的附着性的附着提高液体和水构成。
7.如权利要求6所述的微粒层形成剂，其特征在于，所述附着提高液体至少含有表面活性剂。
8.如权利要求6或7所述的微粒层形成剂，其特征在于，所述微粒对于照射于被加工物的所述激光束具有的吸收性比被加工物的一个面具有的吸收性高。
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