CN110039204B - 被加工物的激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

提供被加工物的激光加工方法，即使是较厚的被加工物也能够保证良好的分割性并且能够高效地进行分割。该方法包含如下步骤：第1盾构隧道形成步骤，将对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光区域定位于被加工物的内部并沿着分割预定线进行照射，从而沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的非晶质构成的多个盾构隧道；聚光区域位置变更步骤，在该被加工物的厚度方向上变更向该被加工物照射的脉冲激光束的聚光区域的位置；以及第2盾构隧道形成步骤，将对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光区域定位于被加工物的内部并沿着分割预定线进行照射，从而沿着该脉冲激光束的入射方向以与该第1盾构隧道并排的方式形成第2盾构隧道。

Description

被加工物的激光加工方法
技术领域
本发明涉及玻璃板等厚度较厚的板状被加工物的激光加工方法。
背景技术
要想将晶片分割成各个器件芯片，以往使用被称作划片机的切削装置，但由于难以利用划片机对作为光器件晶片等的晶体生长用基板(外延基板)的蓝宝石、SiC等硬质脆性材料进行切削，因此，近年来利用激光加工装置通过激光加工将晶片分割成多个器件芯片的技术备受关注。
作为使用了该激光加工装置的激光加工方法之一，例如，日本特开2005-129607号公报公开了如下技术：使用对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光束在晶片的内部形成改质层，沿着强度降低的改质层利用扩展装置等向晶片施加外力，从而将晶片分割成多个器件芯片。
但是，在照射对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光束而在晶片内部形成改质层的SD(Stealth Dicing：隐形切割)加工方法中，必须对1条分割线多次照射脉冲激光束，因而期望进一步提高生产性。
因此，在日本特许第6151557号公报中，记载了如下的加工方法：使用数值孔径相对较小的聚光透镜向由蓝宝石基板、SiC基板等单晶基板构成的晶片照射对于基板具有透过性的波长的脉冲激光束，在基板的内部呈直线状地间歇形成由细孔和对该细孔进行盾构的非晶质构成的多个盾构隧道，之后，通过向晶片施加外力而将晶片分割成各个器件芯片。
专利文献1：日本特开2005-129607号公报
专利文献2：日本特许第6151557号公报
但是，在专利文献2所公开的激光加工方法中，当板状被加工物的厚度更厚时，盾构隧道的长度会比被加工物的厚度短，存在被加工物的分割性较差或者无法进行分割的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供即使是较厚的被加工物也能够保证良好的分割性并且能够高效地进行分割的被加工物的激光加工方法。
根据本发明，提供被加工物的激光加工方法，沿着分割预定线对板状的被加工物进行分割，其特征在于，该被加工物的激光加工方法具有如下的步骤：第1盾构隧道形成步骤，将对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光区域定位于被加工物的内部并沿着该分割预定线照射该脉冲激光束，从而沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的非晶质构成的多个盾构隧道；聚光区域位置变更步骤，在实施了该第1盾构隧道形成步骤之后，在该被加工物的厚度方向上变更向该被加工物照射的脉冲激光束的聚光区域的位置；以及第2盾构隧道形成步骤，在实施了该聚光区域位置变更步骤之后，将对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光区域定位于被加工物的内部并沿着该分割预定线照射该脉冲激光束，从而沿着该脉冲激光束的入射方向以与该第1盾构隧道并排的方式形成第2盾构隧道，反复进行该聚光区域位置变更步骤和该第2盾构隧道形成步骤直至该第1盾构隧道的长度与该第2盾构隧道的长度相加而得的长度与被加工物的厚度大致相等。
优选为，通过第1盾构隧道形成步骤形成的第1盾构隧道的一端在被加工物的正面或背面的任意一方露出。优选为，在被加工物的厚度方向上排列形成的第1盾构隧道和第2盾构隧道在脉冲激光束的入射方向上的重叠为±20μm以内。
根据本发明，能够高效地对在现有的方法中不能分割或者分割性较差的厚度较厚的板状被加工物进行分割，从而能够实现生产性的提高。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的第1实施方式的激光束照射单元的框图。
图2是示意性地示出本发明的第2实施方式的激光束照射单元的框图。
图3的(A)是示意性地示出从第2实施方式的激光束照射单元的激光振荡器射出的脉冲激光束的图，图3的(B)是示意性地示出通过第1间疏构件后的脉冲激光束的图，图3的(C)是示意性地示出被放大器放大后的脉冲激光束的图，图3的(D)是示意性地示出第2间疏构件所生成的猝发脉冲激光束的图。
图4是适合于实施第1和第2盾构隧道形成步骤的激光加工装置的主要部分立体图。
图5的(A)是示出第1实施方式的盾构隧道形成步骤的侧视图，图5的(B)是第1实施方式的盾构隧道形成步骤结束后的局部剖视侧视图。
图6的(A)是实施了从被加工物的下表面侧形成盾构隧道的第1实施方式的第1盾构隧道形成步骤后的被加工物的示意性剖视图，图6的(B)是实施了第2盾构隧道形成步骤后的被加工物的示意性剖视图，图6的(C)是实施了第3盾构隧道形成步骤(重复第2盾构隧道形成步骤)后的被加工物的示意性剖视图。
图7的(A)是示出第2实施方式的盾构隧道形成步骤的侧视图，图7的(B)是实施了第2实施方式的盾构隧道形成步骤后的局部剖视侧视图。
图8的(A)是实施了从被加工物的上表面侧形成盾构隧道的第2实施方式的第1盾构隧道形成步骤后的被加工物的示意性剖视图，图8的(B)是实施了第2盾构隧道形成步骤后的被加工物的示意性剖视图，图8的(C)是实施了第3盾构隧道形成步骤(重复第2盾构隧道形成步骤)后的被加工物的示意性剖视图。
图9的(A)是对第1和第2盾构隧道的重叠进行说明的被加工物的示意性剖视图，图9的(B)是图9的(A)的P部分的放大剖视图，示出了没有产生重叠(重叠为负)的情况，图9的(C)是图9的(A)的P部分的放大剖视图，示出了产生重叠的情况。
标号说明
2：激光振荡器；3、7：激光束照射单元；4：间疏构件；5、16：激光束产生单元；6：放大器；8：聚光器；11：被加工物；12：聚光透镜；14：卡盘工作台；15a：第1盾构隧道；15b：第2盾构隧道；15c：第3盾构隧道；18：第1间疏构件；20：第2间疏构件；22：猝发脉冲。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。参照图1，示出了本发明的第1实施方式的激光束照射单元3的框图。激光束照射单元3包含脉冲激光束产生单元5和聚光器8，该聚光器8对从脉冲激光束产生单元5射出的脉冲激光束进行聚光并向保持于卡盘工作台14的板状的被加工物11进行照射。
脉冲激光束产生单元5包含YAG或者YVO4等脉冲激光振荡器2，从脉冲激光振荡器2振荡出例如具有1030nm或者1064nm等波长的脉冲激光。
该脉冲激光的重复频率例如为几十兆赫(MHz)等非常高的频率，从激光振荡器2射出的脉冲激光束LB1具有非常高的重复频率。
脉冲激光束LB1入射到间疏构件4，被间疏构件4以规定的间隔进行间疏，从而转换为10kHz～50kHz的重复频率。间疏构件4例如由基于声光调制器(AOM)的快门环(shutterring)构成。
从间疏构件4射出的脉冲激光束LB2入射到放大器6并被放大，放大后的脉冲激光束LB2′入射到聚光器8。聚光器8包含反射镜10和聚光透镜12。
被放大器6放大后的脉冲激光束LB2′被聚光器8的反射镜10向铅直方向反射而入射到聚光透镜12。作为聚光透镜12，优选使用数值孔径(NA)相对较小且具有球面像差的透镜。
板状的被加工物11是厚度较厚(厚度为1mm以上)的被加工物，在本实施方式中采用了厚度为3mm的玻璃板。但是，被加工物11并不限定于玻璃，只要是对于从聚光器8照射的脉冲激光束具有透过性的比较厚的被加工物，则可以采用任何类型的被加工物。
参照图2，示出了本发明的第2实施方式的激光束照射单元7的框图。激光束照射单元7包含猝发脉冲激光束产生单元16和聚光器8。
猝发脉冲激光束产生单元16包含YAG或者YVO4等脉冲激光振荡器2，从脉冲激光振荡器2振荡出例如具有1030nm或者1064nm等波长的脉冲激光。
该脉冲激光的重复频率例如为几十兆赫(MHz)等非常高的频率，如图3的(A)所示，从激光振荡器2射出的脉冲激光束LB1具有非常高的重复频率。
脉冲激光束LB1入射到第1间疏构件18，被第1间疏构件18以规定的间隔进行间疏，从而转换为图3的(B)所示的几MHz～几十MHz的重复频率。第1间疏构件18例如由基于声光调制器(AOM)的快门环构成。
从第1间疏构件18射出的脉冲激光束LB3入射到放大器6并被放大器6放大，然后从放大器6射出图3的(C)所示的被放大后的脉冲激光束LB3′并入射到第2间疏构件20。该第2间疏构件20例如也由声光调制器(AOM)的快门环构成。
在第2间疏构件20中，以规定的间隔连续且间歇地对脉冲激光束LB3′进行间疏，从第2间疏构件20射出图3的(D)所示的具有猝发脉冲22的猝发脉冲激光束LB4。
图3的(D)所示的彼此相邻的猝发脉冲22之间的间隔t例如为50μs～100μs。第2间疏构件20所生成的猝发脉冲激光束LB4被聚光器8的反射镜10反射，并经由聚光透镜12向保持于卡盘工作台14的被加工物11照射。
与上述的图1所示的第1实施方式的激光束照射单元3同样，在本实施方式的激光束照射单元7中，板状的被加工物11也是厚度较厚的被加工物，在本实施方式中，也采用了厚度为3mm的玻璃板。
参照图4，示出了适合于实施本发明的激光加工方法的激光加工装置的主要部分立体图。3或者7是激光束照射单元，在外壳26中收纳有图1所示的激光束产生单元5或者图2所示的激光束产生单元16。
从激光束产生单元5或者16射出的脉冲激光束被聚光器8聚光于被加工物11的内部而形成后面进行详细说明的盾构隧道15。
28是具有显微镜和照相机的摄像单元，该摄像单元以与聚光器8沿X轴方向排列的方式安装于激光束照射单元3(7)的外壳26，实施用于使聚光器8对脉冲激光束进行聚光的对准。
当在被加工物11的内部形成盾构隧道15时，利用激光加工装置的卡盘工作台14对被加工物11进行吸引保持，从聚光器8照射脉冲激光束或者猝发脉冲激光束，从而在被加工物1的内部形成盾构隧道15。卡盘工作台14能够进行旋转，并且能够在X轴方向和Y轴方向上移动。
接着，参照图5至图9对本发明的实施方式的激光加工方法进行详细说明。首先，参照图5和图6对本发明的第1实施方式的激光加工方法进行说明。
在第1实施方式的激光加工方法中，如图5的(A)所示，将聚光器8所聚光的脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4的聚光区域设定于被加工物11的下表面11b附近。
这里，使用脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4的聚光区域这一用语是因为聚光透镜12具有球面像差，通过了聚光透镜12的脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4的聚光位置在聚光透镜12的光轴方向上是不同的，因此聚光区域在被加工物11的厚度方向上延伸。
如图5的(A)所示，当一边将从聚光器8照射的脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4的聚光区域对准在被加工物11的下表面11b附近而照射脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4，一边对卡盘工作台14向箭头X1方向进行加工进给时，如图5的(B)所示，形成从被加工物11的下表面11b朝向上表面11a伸长的多个第1盾构隧道15a。各第1盾构隧道15a如日本特许第6151557号公报所记载的那样由细孔和围绕该细孔的非晶质构成。
参照图6对第1实施方式的激光加工方法进行更详细地说明。在被加工物11的厚度较薄的情况下，例如在400μm以下的被加工物的情况下，通过1次激光束扫描便能够形成从被加工物11的下表面11b伸长至上表面11a的盾构隧道15。
但是，在被加工物11的厚度较厚的情况下，可通过1次激光束扫描形成的第1盾构隧道15a只能从被加工物11的下表面11b伸长至被加工物11的厚度方向的中途。
因此，在第1实施方式的激光加工方法中，一边在被加工物11的厚度方向上变更脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4的聚光区域，一边多次反复进行盾构隧道形成步骤。参照图6对第1实施方式的激光加工方法进行更详细地说明。
图6的(A)是示出第1盾构隧道形成步骤的示意性剖视图。在第1盾构隧道形成步骤中，将对于被加工物11具有透过性的波长的脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4的聚光区域定位于被加工物11的下表面11b侧而照射脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4，沿着分割预定线形成多个分别由细孔和围绕该细孔的非晶质构成的第1盾构隧道15a。
在实施了第1盾构隧道形成步骤之后，在被加工物11的厚度方向上变更从聚光器8照射的脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4的聚光区域而将聚光区域定位于比形成第1盾构隧道15a时靠被加工物11的上方的位置(聚光区域位置变更步骤)。
在实施了聚光区域位置变更步骤之后，如图6的(B)所示，向被加工物11照射对于被加工物具有透过性的脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4，在被加工物11的内部沿着激光束的入射方向(即，被加工物11的厚度方向)以与第1盾构隧道15a并排的方式形成多个第2盾构隧道15b(第2盾构隧道形成步骤)。这里，第1盾构隧道15a和第2盾构隧道15b不是必须沿着加工进给方向X1排列。
在通过第1盾构隧道形成步骤和第2盾构隧道形成步骤沿被加工物11的厚度方向层叠形成的多个盾构隧道的长度相加而得的长度小于被加工物11的厚度的情况下，即在第2盾构隧道15b的上端未到达被加工物11的上表面11a的情况下，反复进行聚光区域位置变更步骤和第2盾构隧道形成步骤。
即，反复进行聚光区域位置变更步骤和第2盾构隧道形成步骤，直至通过第1盾构隧道形成步骤和第2盾构隧道形成步骤沿被加工物11的厚度方向形成的多个盾构隧道的长度相加而得的长度大致等于被加工物11的厚度。
在本实施方式中，如图6的(C)所示，当将聚光区域在被加工物11内向上方变更之后，再次实施第2盾构隧道形成步骤而形成第3盾构隧道15c。
第1和第2盾构隧道形成步骤的激光加工条件例如被设定如下。
被加工物：厚度为3mm的玻璃板
激光振荡器：LD激励Q开关Nd：YAG脉冲激光器
波长：1030nm
重复频率：10kHz
脉冲能量：60μJ
脉冲宽度：600fs
加工进给速度：100mm/s
另外，关于重复频率10kHz，在所照射的脉冲激光束为猝发脉冲激光束LB4的情况下，相邻的猝发脉冲22间的频率为10kHz，各猝发脉冲22的重复频率是通过图2所示的第1间疏构件18后的频率，是几MHz～几十MHz的频率。
接着，参照图7和图8对本发明的第2实施方式的激光加工方法进行说明。在该第2实施方式的激光加工方法中，如图7的(A)所示，一边将从聚光器8照射的对于被加工物11具有透过性的波长的脉冲激光束LB2′或者猝发脉冲激光束LB4的聚光区域定位于被加工物11的上表面11a附近而向被加工物11照射脉冲激光束LB2′或猝发脉冲激光束LB4，一边对卡盘工作台14向箭头X1方向进行加工进给，从而如图7的(B)所示，沿着分割预定线形成多个从被加工物11的上表面11a向下表面11b的方向伸长的第1盾构隧道15a。
在图8的(A)～图8的(C)中示出了该第2激光加工步骤的详细情况，但基本上是从被加工物11的上表面11a实施图6所示的第1激光加工步骤，在多次反复进行聚光区域位置变更步骤和第2盾构隧道形成步骤的点上与第1激光加工方法大致相同，因此省略其详细说明。
接着，参照图9对盾构隧道在激光束入射方向(即被加工物11的厚度方向)上的重叠进行考察。在图9的(A)中X表示加工进给方向，T表示被加工物11的厚度方向。
图9的(B)是在图9的(A)中由P示出的部分的放大剖视图，在第1盾构隧道15a与第2盾构隧道15b之间隔开了20μm。这表示为重叠-20μm。图9的(C)与图9的(B)同样，是图9的(A)中的P所示的部分的放大剖视图，第1盾构隧道15a与第2盾构隧道15b具有20μm的重叠。
这样，在进行了一边各种变更第1盾构隧道15a与第2盾构隧道15b的重叠情况一边向被加工物11施加外力而沿着分割预定线将被加工物11割断的实验后可知，在沿被加工物11的厚度方向形成的多个盾构隧道在激光束入射方向(即被加工物11的厚度方向)上的重叠为±20μm的范围内的情况下，能够获得良好的割断性。
在沿着被加工物11的各分割预定线在从上表面11a到下表面11b的整个范围内形成了盾构隧道之后，实施沿着分割预定线分割被加工物11的分割步骤，但分割步骤可以采用以往公知的蚀刻、将被加工物11粘贴于扩展片后使扩展片扩展而对被加工物11进行分割的扩展、利用楔进行的断开以及通过使辊转动而进行分割的辊断开等各种方法。
另外，在盾构隧道的形成中优选以沿被加工物的厚度方向延伸的方式形成脉冲激光束的聚光区域，但在所照射的激光束是图1所示的脉冲激光束LB2′或者图2所示的猝发脉冲激光束LB4中的任意一个的情况下，也能够在被加工物的内部形成盾构隧道。
而且，当考虑到被加工物的割断性时，通过实验明确了在将猝发脉冲激光束作为激光束向被加工物照射时割断性是优异的。
在上述实施方式中对采用玻璃板作为被加工物11的例子进行了说明，但被加工物不限定于玻璃板，也可以采用对于所照射的脉冲激光束的波长具有透过性的具有规定以上的厚度的被加工物。

Claims (2)

1.一种被加工物的激光加工方法，沿着分割预定线对板状的被加工物进行分割，其特征在于，
该被加工物的激光加工方法具有如下的步骤：
第1盾构隧道形成步骤，将对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光区域定位于被加工物的内部并沿着该分割预定线照射该脉冲激光束，从而沿着该分割预定线形成由细孔和围绕该细孔的非晶质构成的多个第1盾构隧道；
聚光区域位置变更步骤，在实施了该第1盾构隧道形成步骤之后，在该被加工物的厚度方向上变更向该被加工物照射的脉冲激光束的聚光区域的位置；以及
第2盾构隧道形成步骤，在实施了该聚光区域位置变更步骤之后，将对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光束的聚光区域定位于被加工物的内部并沿着该分割预定线照射该脉冲激光束，从而沿着该脉冲激光束的入射方向以与该第1盾构隧道并排的方式形成第2盾构隧道，
反复进行该聚光区域位置变更步骤和该第2盾构隧道形成步骤直至该第1盾构隧道的长度与该第2盾构隧道的长度相加而得的长度与被加工物的厚度大致相等，
通过该第1盾构隧道形成步骤形成的该第1盾构隧道的一端在该被加工物的形成器件的表面露出，
在被加工物的厚度方向上排列形成的该第1盾构隧道和该第2盾构隧道在脉冲激光束的入射方向上重叠，并且该重叠的量为20μm以下。
2.根据权利要求1所述的被加工物的激光加工方法，其特征在于，
通过该第1盾构隧道形成步骤形成的该第1盾构隧道的一端在该被加工物的正面或背面的任意一方露出。
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