JP2005095936A - Apparatus and method for laser machining - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレーザ光を用いて微細加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工工法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for performing fine processing using laser light.
近年、レーザ加工装置は、微細加工と共に複合材料に対する溝形成及び切断等に対するレーザ加工応用分野が広まってきている。 In recent years, laser processing apparatuses have been widely used in laser processing applications such as microfabrication and groove formation and cutting of composite materials.
従来のシリコンウエーハ等の脆性材料の切断は、機械的な刃もの等による破砕加工で行われている。(例えば特許文献1参照)
図10は、上記従来のシリコンウエーハ切断工法を示しており、64は脆性材料(シリコンウエーハ等)である基板、60は被加工物64が吸収特性を有するレーザ光B、61は前記レーザ光を被加工物(脆性材料)に集光或いは投影するための集光レンズA、63は前記基板上に形成された回路層B、65は前記基板64を保持するためのダイシングフイルムである。
Conventional brittle materials such as silicon wafers are cut by crushing with a mechanical blade or the like. (For example, see Patent Document 1)
FIG. 10 shows the conventional silicon wafer cutting method, in which 64 is a substrate made of a brittle material (silicon wafer or the like), 60 is a laser beam B having an absorption characteristic of the
以上のように構成されたレーザ加工工法は、基板64にレーザ光B60を集光レンズA61を介して被加工物に集光することにより、被加工物を溶断切断或いは溝加工を行う。この時被加工物から発生する被加工物からの飛散物は、再び被加工物の回路層B63に付着するが、後工程において洗浄或いはエッチングにより除去する必要がある。また、上記方法で加工された被加工物(特にシリコンウエーハ)においては、切断断面の一部が、アモルファスシリコン化することにより、分割された被加工物からはずれ易い状態で残留し、被加工物加工後の製品品質及び信頼性を低下させる原因となっている。
The laser processing method configured as described above performs fusing cutting or grooving on the workpiece by condensing the laser beam B60 onto the
また、レーザ光を用いた切断工法では、レーザ光を被加工物に照射させて溶断する。或いは、被加工物の表面のみにレーザ光を照射し、応力歪みを形成し、後工程で機械的に割断する。或いは、通常はレーザ光を吸収しない材料に対して、高密度集光することにより、多光子吸収させることにより被加工物内部の一部に変性層を形成し、後で機械的に割断する。(例えば特許文献2参照)
図11は上記従来のレーザ加工工法を示しており、66はレーザ光C、67は前記レーザ光C66を基板64に集光するための集光レンズBである。
In the cutting method using laser light, the workpiece is irradiated with laser light and melted. Alternatively, only the surface of the workpiece is irradiated with laser light to form a stress strain and mechanically cleaved in a subsequent process. Alternatively, a denaturation layer is formed in a part of the workpiece by performing multiphoton absorption by focusing light on a material that normally does not absorb laser light, and mechanically cleaving later. (For example, see Patent Document 2)
FIG. 11 shows the above-described conventional laser processing method, wherein 66 is a laser beam C, and 67 is a condensing lens B for condensing the laser beam C66 on a
以上のように構成されたレーザ加工工法は、ダイシングフイルムB65と基材64に対して透過性のある波長を有するレーザ光C66を集光レンズB用いて、前記基材の中央部の集光点68に高密度集光することにより、レーザ光強度を高くすることにより生じる多光子吸収を利用して基材の中央付近のみを溶融処理することにより、機械的強度を低下させることにより、前記溶融変性領域62の機械的強度低下部分に力を加えることにより、機械的に割断する。
しかし、従来のシリコンウエーハ等の脆性材料の溝形成及び切断は、加工時或いは割断時に発生するチッピング(切断面部に発生するひび)によって、ウエーハの信頼性及び歩留まりが低下するという課題を有し、また、上記従来の加工工法で加工された被加工物(特にシリコンウエーハ)においては、切断断面の一部が、アモルファスシリコン化しアモルファスシリコン粒子が切断断面に付着し、分割された被加工物からはずれ易い状態で残留し、被加工物加工後の製品の品質及び信頼性を低下させるという課題を有する。 However, conventional groove formation and cutting of brittle materials such as silicon wafers have the problem that the reliability and yield of the wafer are reduced due to chipping (cracks generated at the cut surface) generated during processing or cleaving. In addition, in a workpiece processed by the above-described conventional processing method (particularly a silicon wafer), a part of the cut cross section becomes amorphous silicon, and amorphous silicon particles adhere to the cut cross section and deviate from the divided workpiece. It remains in an easy state and has the problem of reducing the quality and reliability of the product after processing the workpiece.
また、レーザ光を用いてシリコンウエーハ等の脆性材料にレーザ光を照射することにより、溝形成及び切断を行う場合、発生する被加工物からの飛散物により、被加工物の品質及び歩留まりが低下するという課題を有すると共に、加工品質を維持したまま、切断幅及び加工形成する溝幅を容易に変化させることが困難であった。 In addition, when a groove is formed and cut by irradiating a brittle material such as a silicon wafer with a laser beam using a laser beam, the quality and yield of the workpiece are reduced due to the scattered material generated from the workpiece. It is difficult to easily change the cutting width and the groove width to be formed while maintaining the processing quality.
本発明は、上記従来の課題を解決するレーザ加工装置およびレーザ加工工法を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method for solving the above conventional problems.
上記目的を達成するために本発明は、レーザ光を発生するレーザ発振器と、前記レーザ光を被加工物に導く光学手段と、レーザ光の出力を制御する制御手段と、被加工物に照射するビーム径を変化させるビーム径制御手段を備え、前記ビーム径制御手段で被加工物へ照射するビーム径を変化させながら任意の回数照射する出力制御手段を設けたもので、被加工物から発生する飛散物の量及び飛散距離は、被加工物の溶融領域の幅及び深さによって変化し、幅が広いほどレーザ加工時に発生する被加工物からの飛散物の量は多くなり、また、溶融領域が深いほどレーザ加工時に発生する被加工物からの飛散物の飛散距離は大きくなるが、本構成のレーザ加工装置において、被加工物に照射するレーザ光の出力、照射ビームプロファイル及び照射ビーム径を変化させることにより、被加工物から発生する飛散物を抑制しながら、目的とする加工幅及び加工深さを実現することができる。 To achieve the above object, the present invention provides a laser oscillator for generating laser light, optical means for guiding the laser light to a workpiece, control means for controlling the output of the laser light, and irradiating the workpiece. A beam diameter control means for changing the beam diameter is provided, and output control means for irradiating an arbitrary number of times while changing the beam diameter irradiated to the workpiece by the beam diameter control means is provided, and is generated from the workpiece. The amount of scattered material and the scattering distance vary depending on the width and depth of the melting region of the workpiece. The wider the width, the larger the amount of scattered material from the workpiece that is generated during laser processing, and the melting region. The deeper the distance, the greater the scattering distance of the scattered object from the workpiece generated during laser processing. However, in the laser processing apparatus of this configuration, the output of the laser beam irradiated to the workpiece, the irradiation beam profile, and the irradiation By varying the chromatography beam diameter, it is possible to realize a processing width and working depth while suppressing the debris generated from the workpiece, the objective.
また、本発明は、被加工物へ照射するビーム径を徐々に小さく変化させながら任意の回数照射するものであり、被加工物を切断する場合において、加工する溝の幅を除々に小さく変化させながら溝を形成しながら切断することにより、被加工物から飛散せず残留した溶融状態の被加工物が、徐々に被加工物の底面側に重力の作用により移動するための経路を形成しながら加工を行うことによって、被加工物の切断断面に付着する被加工物とは異なる状態(例えば、アモルファス結晶状態)の物質の付着を防止することによって、品質及び信頼性の高い加工を実現することができる。 Further, the present invention is to irradiate an arbitrary number of times while gradually changing the beam diameter to be irradiated to the workpiece. When cutting the workpiece, the width of the groove to be processed is gradually decreased. While cutting while forming grooves, the molten work piece that remains without splashing from the work piece is gradually formed on the bottom side of the work piece to move by the action of gravity. Realizing high quality and reliable processing by preventing the adhesion of substances in a different state (for example, amorphous crystalline state) from the workpiece attached to the cut cross section of the workpiece by performing the processing Can do.
また、本発明は、2回以上被加工物の同一箇所に、レーザを照射する加工工法において、第1の照射レーザ光のレーザビーム径の50〜80%の大きさのレーザビーム径を、第2の照射レーザ光として照射するものであり、第1の照射レーザ光によって、被加工物に溝を形成し、第2の照射レーザ光によって所望の深さまで加工を行うことにより、レーザ加工装置から放射されたレーザ光成分の回折等の影響による被加工物表面に生じる微弱レーザ光成分による被加工物のレーザ光入射面に発生する損傷を防止することができると共に、第1の照射レーザ光により形成された被加工物上の溝の壁面が、第2の照射レーザ光による溝形成時に被加工物から発生する飛散物の被加工物上への飛散を防止することにより、被加工物の加工品質及び信頼性を向上させることができる。
Further, the present invention provides a laser beam diameter of 50 to 80% of the laser beam diameter of the first irradiation laser beam in a processing method of irradiating the same portion of the workpiece twice or more with the laser. The laser beam is irradiated as the second irradiation laser beam. A groove is formed in the workpiece by the first irradiation laser beam, and processing is performed to a desired depth by the second irradiation laser beam. Damage to the laser beam incident surface of the workpiece due to the weak laser beam component generated on the workpiece surface due to the influence of diffraction or the like of the emitted laser beam component can be prevented, and the first irradiated laser beam can The wall surface of the groove on the formed work piece prevents the scattered material generated from the work piece from being scattered on the work piece when the groove is formed by the second irradiation laser beam, thereby processing the work piece. Quality and confidence It is possible to improve the resistance.
また、本発明では、被加工物にレーザ光を照射して形成する加工幅を大きくする場合の加工条件を次式で導かれるレーザ出力を前記被加工物に照射するものであり、被加工物に任意の加工幅を形成するため概値の加工条件に対して、加工深さ等は同一で加工幅のみが大きい加工を行う場合、次式を用いることにより、加工条件出し作業にかかる時間及びコストを低減することが可能となるという作用を有する。 Further, in the present invention, the workpiece is irradiated with a laser output derived from the following equation for a processing condition in the case of increasing the processing width formed by irradiating the workpiece with laser light. In order to form an arbitrary machining width, when machining with the same machining depth and the only machining width with respect to the rough machining conditions, by using the following formula, It has the effect that the cost can be reduced.
B=A×(r2 2/r1 2)×0.8〜0.9
r1:加工幅を変化させる前の加工幅
r2:変化させる所望の加工幅
A :加工幅を変化させる前の加工点平均出力
B :変化させた後の加工点平均出力
また、本発明では、被加工物にレーザ光を照射して形成する加工幅を小さくする場合の加工条件を次式で導かれるレーザ出力を前記被加工物に照射する加工工法であり、被加工物に任意の加工幅を形成するため概値の加工条件に対して、加工深さ等は同一で加工幅のみが小さい加工を行う場合、次式を用いることにより、加工条件出し作業にかかる時間及びコストを低減することが可能となる。
B = A × (r 2 2 / r 1 2 ) × 0.8 to 0.9
r 1 : Machining width before changing the machining width
r 2 : Desired machining width to be changed
A: Machining point average output before changing the machining width
B: Processing point average output after changing In addition, in the present invention, the laser output derived from the following equation for the processing condition in the case of reducing the processing width formed by irradiating the workpiece with laser light is described above. This is a processing method that irradiates an object, and in order to form an arbitrary processing width on the workpiece, the following formula is used when processing with the same processing depth, etc. and only a small processing width, with respect to the approximate processing conditions: By using it, it is possible to reduce the time and cost required for the processing condition setting operation.
B=A×(r2 2/r1 2)×1.13〜1.23
r1:加工幅を変化させる前の加工幅
r2:変化させる所望の加工幅
A :加工幅を変化させる前の加工点平均出力
B :変化させた後の加工点平均出力
また、本発明は、レーザ光を発生するレーザ発振器と、前記レーザ光を被加工物に導く光学手段と、レーザ光の出力を制御する制御手段と、被加工物に照射するレーザビームの一部を除去するアパチャーを備え、アパチャーに入射するビーム径の50%以下の開口を有する前記アパチャーを用いて被加工物にレーザ光を照射するものであり、被加工物に照射する集光光学系の前に入射するレーザビーム径の50%以下のアパーチャーを設けることにより、アパーチャーに入射するレーザ光成分の中央部のみを通過させることよって、被加工物の加工しきい値以下のレーザ光成分を除去することにより、加工切断幅を加工範囲において一定に保つことができる。特に複数の層からなる被加工物或いは、加工表面に異なる複数の材料によるパターンが形成されている場合に、上記加工工法により、安定な加工幅で被加工物を加工することができる。
B = A × (r 2 2 / r 1 2 ) × 1.13 to 1.23
r 1 : Machining width before changing the machining width
r 2 : Desired machining width to be changed
A: Machining point average output before changing the machining width
B: Processing point average output after changing In addition, the present invention provides a laser oscillator for generating laser light, optical means for guiding the laser light to a workpiece, control means for controlling the output of the laser light, An aperture for removing a part of a laser beam irradiated on a workpiece is provided, and the workpiece is irradiated with laser light using the aperture having an opening of 50% or less of the beam diameter incident on the aperture. By providing an aperture of 50% or less of the incident laser beam diameter in front of the condensing optical system for irradiating the workpiece, only the central portion of the laser beam component incident on the aperture is allowed to pass, so that the workpiece By removing the laser beam component below the processing threshold, the processing cut width can be kept constant in the processing range. In particular, when a workpiece composed of a plurality of layers or a pattern made of a plurality of different materials is formed on the processing surface, the workpiece can be processed with a stable processing width by the above processing method.
また、本発明は、レーザ光を発生するレーザ発振器と、前記レーザ光を被加工物に導く光学手段と、レーザ光の出力を制御する制御手段と、被加工物に照射するレーザビームの一部を除去するアパチャーを備え、前記アパチャーが、前記被加工物に照射するレーザ光の空間分布強度の少なくとも40%以下の強度を有するレーザ光成分をカットする前記アパチャー通過したレーザ光を被加工物に照射する加工工法であり、被加工物に照射する集光光学系の前に入射するレーザ光のピーク強度の40%以下の成分を除去するためのアパーチャーを介して被加工物にレーザ光を照射することにより、加工切断幅を加工範囲において一定に保つことができ、また、本加工工法で加工された加工溝及び切断部のレーザ照射面のエッジが垂直な加工を実現することができる。 The present invention also provides a laser oscillator for generating laser light, optical means for guiding the laser light to a workpiece, control means for controlling the output of the laser light, and part of a laser beam irradiated to the workpiece. Aperture is removed, and the aperture cuts a laser beam component having an intensity of at least 40% or less of the spatial distribution intensity of the laser beam irradiated to the workpiece. This is a processing method to irradiate, and the workpiece is irradiated with laser light through an aperture for removing a component of 40% or less of the peak intensity of the laser beam incident before the condensing optical system for irradiating the workpiece. As a result, the machining cut width can be kept constant in the machining range, and the machining groove machined by this machining method and the edge of the laser irradiation surface of the cutting part can be machined vertically. It can be.
また、本発明は、レーザ光を発生するレーザ発振器と、レーザ光による加工幅を決定するマスクと、前記マスク上に照射する前記レーザ光のビーム径を変化させる為の1枚以上で構成された整形光学部と、マスク上のビームプロファイルを被加工物に投影するための1枚以上の第一の投影レンズと、マスク上のビームプロファイルを可視する為のセンサーに投影するための1枚以上の第二の投影レンズと、センサーからの信号を処理するための制御解析回路を有するレーザ加工装置であり、マスクに入射するレーザ光の状態を前記センサーにより常に監視し、被加工物に対して最適なレーザ光が照射されているかを制御解析回路により処理することにより、加工物が正常に加工されたかを判定する共に、照射されるレーザ光が常に被加工物に対して最適となるように、制御解析回路からの信号をフィードバックすることにより、レーザ発振器、整形光学系及びマスク位置が被加工物の加工に最適となるように自動調整するレーザ加工装置を提供できる。 Further, the present invention comprises a laser oscillator for generating laser light, a mask for determining a processing width by the laser light, and one or more sheets for changing the beam diameter of the laser light irradiated on the mask. A shaping optical unit; one or more first projection lenses for projecting the beam profile on the mask onto the workpiece; and one or more sheets for projecting onto the sensor for visualizing the beam profile on the mask. A laser processing device that has a second projection lens and a control analysis circuit for processing signals from the sensor. The state of the laser light incident on the mask is constantly monitored by the sensor, and is optimal for the workpiece. By processing the control analysis circuit to determine whether the laser beam is irradiated, it is possible to determine whether the workpiece has been processed normally, and the irradiated laser beam is always applied to the workpiece. Thus, a laser processing apparatus that automatically adjusts the laser oscillator, the shaping optical system, and the mask position so as to be optimal for processing the workpiece can be provided by feeding back a signal from the control analysis circuit so as to be optimal. .
以上のように、本発明はレーザ光加工に伴う被加工物からの飛散物を抑制すると共に、加工物断面に付着する溶融残留物の発生を抑制し、加工品質を維持しながら容易に被加工物の加工幅を変化させるレーザ加工装置を提供すると共に、また被加工物からの飛散物及び切断断面に付着する溶融残留物を抑制する加工工法により上記課題を解決する加工工法を提供すると共に、上記レーザ加工装置及び加工工法を用いて生産することにより、信頼性の高いシリコンウエーハを提供することができる。 As described above, the present invention suppresses the scattering from the workpiece due to laser beam processing, suppresses the generation of molten residue adhering to the workpiece cross section, and easily processes while maintaining the processing quality. In addition to providing a laser processing apparatus that changes the processing width of an object, and also providing a processing method that solves the above problems by a processing method that suppresses scattered matter from a workpiece and molten residue adhering to a cut section, By producing using the above laser processing apparatus and processing method, a highly reliable silicon wafer can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図1から図9を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施の形態1)
図1および図2において、1は偏光されたレーザ光を発振するレーザ発振器である。2は被加工物19に照射するレーザ光の出力を制御する出力制御手段である出力制御構成部で、1/2λ板11と、1/2λ板11を回転させる回転ステージ12と、レーザ光の偏光方向によって反射或いは透過させる光学偏光素子13と、光学偏光素子13により反射されたレーザ光をダンプするためのダンパー14で構成している。3はビーム径制御手段であるビーム径制御構成部で、マスク18に照射されるレーザ光のビーム径を変化させる第1整形レンズ15と、第2整形レンズ16と、可動ステージ17で構成している。4はレーザ発振器1を駆動する共に発振条件を制御するレーザ制御電源である。7はビーム径制御構成部3を構成する第2整形レンズ16の位置を変化させるための可動ステージ17を制御する光学制御回路である。6はマスク18を回転させるためのマスク切替制御回路である。5は装置全体を制御する主制御回路である。10はレーザ光を被加工物19に導くためのベンドミラーである。8は出力制御構成部2及びビーム径制御構成部3によって整形制御されたレーザ光Aである。9はマスク18上のビームプロファイルを被加工物19に縮小投影(集光)する加工投影レンズである。19は被加工物である。20は被加工物19へのレーザ光照射位置を制御するための可動テーブルである。21はマスク18を回転させるマスク回転軸である。22はレーザ光通過率(或いは整形状態)を制御するマスク18上に設けられた複数の異なる穴径からなるマスク上穴である。
(Embodiment 1)
1 and 2,
以上のように構成されたレーザ加工装置について、その動作を説明する。 The operation of the laser processing apparatus configured as described above will be described.
本実施の形態によれば、被加工物19から発生する飛散物の量及び飛散距離は、被加工物の溶融領域の幅及び深さによって変化し、幅が広いほどレーザ加工時に発生する被加工物19からの飛散物の量は多くなり、また、溶融領域が深いほどレーザ加工時に発生する被加工物19からの飛散物の飛散距離は大きくなる。本構成において、被加工物19に照射するレーザ光8の出力及び照射ビーム径を所望の加工幅及び深さに加工する場合に、被加工物19からの飛散距離が許容値以下となるように主制御回路5によって、出力制御構成部2、ビーム径制御構成部3及びレーザ制御電源4を制御することにより、レーザ出力、照射ビーム径のビームプロファイル及び照射ビーム径を最適化することにより、被加工物から発生する飛散物を抑制しながら、目的とする加工幅及び加工深さを実現するレーザ加工装置を提供することができる。
According to the present embodiment, the amount of scattered matter generated from the
なお、実施の形態1において、レーザ出力の制御に1/2λ板及び光学偏光素子を使用したが、電界光学素子(EOM)等を用いてもよい。 In the first embodiment, the 1 / 2λ plate and the optical polarizing element are used for controlling the laser output, but an electro-optical element (EOM) or the like may be used.
(実施の形態2)
本実施の形態において上述した実施の形態と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図1において、5は主制御回路で、被加工物19加工を行う時にレーザ照射枚にマスク切替制御回路6に指令を出す。実施の形態1と異なるのは、被加工物19に対して同一箇所に複数回レーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置において、主制御回路5で被加工物19のレーザ光照射毎に使用するマスク上穴22を自動的に切り替える機能を付加した点である。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the same portions as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a main control circuit, which issues a command to the mask
以上のように、本実施の形態によれば、被加工物19を切断する場合において、加工する溝の幅を除々に小さく変化させながら溝を形成しながら切断することにより、徐々に被加工物19の底面側へ重力の作用により、被加工物19から飛散せず残留した溶融状態の被加工物19が移動するための経路を形成しながら加工を行うことによって、被加工物19の切断断面に付着する被加工物19とは異なる状態(例えば、アモルファス結晶状態)の物質の付着を防止することによって、品質及び信頼性の高い加工を実現するレーザ加工装置を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the
(実施の形態3)
本実施の形態は、上述した実施の形態のレーザ加工装置を用いた加工工法であり、被加工物19を切断する場合において、被加工物19に照射する第1のレーザ光のビーム径を所望の加工幅を実現するためのビーム径で溝加工或いは切断した後、前記ビーム径より小さいビーム径の第2のレーザ光を第1のレーザ光を照射した被加工物の同一箇所に照射することにより、第1のレーザ光によって形成された溝の壁面に残留付着した溶融物を除去することにより、被加工物の加工溝及び切断壁面に付着する被加工物とは異なる状態(例えば、アモルファス結晶状態)の物質をアブレーションすることにより除去することによって、加工物の品質及び信頼性の高い加工を実現することができる。
(Embodiment 3)
The present embodiment is a processing method using the laser processing apparatus of the above-described embodiment, and when the
(実施の形態4)
本実施の形態は、上述した実施の形態で示したレーザ加工装置を用いた加工方法に関するもので、同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図3において、23は被加工物19の表面に形成された回路層A、24は被加工物19を保持するためのダイシングフイルムA、25は被加工物に照射する第1のレーザ光、26は第2のレーザ光、27は第3のレーザ光、28は第4のレーザ光、29は前記第1のレーザ光により加工された第1加工溝、30は前記第2のレーザ光により加工された第2加工溝、31は前記第3のレーザ光により加工された第3加工溝、32は前記第4のレーザ光により加工された第4加工溝を示す。
(Embodiment 4)
This embodiment relates to a processing method using the laser processing apparatus shown in the above-described embodiment, and the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. In FIG. 3, 23 is a circuit layer A formed on the surface of the
被加工物19に、第1のレーザ光25を照射することにより第1加工溝を形成する、次に前記第1のレーザ光25より、小さいビーム径を有する第2のレーザ光26を被加工物19の第1加工溝29が形成された同一箇所に照射する事により第2加工溝30を形成する、同様に前記第2のレーザ光26より、小さいビーム径を有する第3のレーザ光27を被加工物19の第2加工溝30が形成された同一箇所に照射する事により第3加工溝31を形成する、さらに、前記第3のレーザ光27より、小さいビーム径を有する第4のレーザ光28を被加工物19の第3加工溝31が形成された同一箇所に照射する事により第4加工溝31を形成することにより、被加工物の切断を行う。
A first processed groove is formed by irradiating the
以上のように、本実施の形態によれば、加工する溝の幅を除々に小さく変化させながら溝を形成しながら切断することにより、被加工物19から飛散せず残留した溶融状態の被加工物19が、徐々に被加工物19の底面側に重力の作用により移動するための経路を形成しながら加工を行うことにより、被加工物19の切断断面に付着する被加工物19とは異なる状態(例えば、アモルファス結晶状態)の物質の付着を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, by cutting while forming the groove while gradually changing the width of the groove to be processed, the workpiece in a molten state that remains without being scattered from the
(実施の形態5)
本実施の形態は、上述した実施の形態に示したレーザ加工装置を用いた加工工法に関するもので同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図4において、33は被加工物19に照射されるレーザ光A、34は被加工物19に照射される第1のレーザ光Aの50〜80%の大きさのビーム径を有するレーザ光B、35は前記レーザ光Aによって被加工物19に形成された加工幅A、36は被加工物19に形成された前記加工幅Aと同一箇所に照射された前記レーザ光Bにより形成された加工幅Bである。
(Embodiment 5)
This embodiment relates to a processing method using the laser processing apparatus shown in the above-described embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. In FIG. 4, 33 is a laser beam A irradiated to the
レーザ光A33によって、被加工物19に溝を形成し、レーザ光34によって形成された加工幅A35より小さい加工幅B36を形成し、さらに、再度レーザ光A33によって加工幅B36の両側に残った非加工部を除去し、再度除去された加工幅A35部にレーザ光B34を照射することにより、所望の深さまで加工を行うことにより、レーザ加工装置から放射されたレーザ光成分の回折等の影響による被加工物19表面に生じる微弱レーザ光成分による被加工物19のレーザ光入射面に発生する損傷を防止することができると共に、第1の照射レーザ光により形成された被加工物19上の溝壁面が、第2の照射レーザ光による溝形成時に被加工物19から発生する飛散物の被加工物19上への飛散を防止する壁として働くことにより、レーザ加工に伴って発生する被加工物19からの飛散物が被加工物19表面に付着すること防止することによって、被加工物19の加工品質及び信頼性を向上させることができる。
A groove is formed in the
(実施の形態6)
本実施の形態では、上述したレーザ加工装置を用いて被加工物に任意の加工幅を形成するため概値の加工条件に対して、加工深さ等は同一で加工幅のみが大きい加工を行う場合、次式を用いることにより、加工条件出し等の作業にかかる時間及びコストを低減することができる。
(Embodiment 6)
In the present embodiment, since an arbitrary processing width is formed on the workpiece using the laser processing apparatus described above, processing with the same processing depth and the like but with a large processing width is performed with respect to the approximate processing conditions. In this case, it is possible to reduce the time and cost required for work such as processing condition determination by using the following equation.
B=A×(r2 2/r1 2)×0.8〜0.9
r1:加工幅を変化させる前の加工幅
r2:変化させる所望の加工幅
A :加工幅を変化させる前の加工点平均出力
B :変化させた後の加工点平均出力
例えば、概値の加工点平均出力 A =2W
概値の加工幅 r1=70μmの場合
設定加工幅 r2=100μm
の場合の最適加工点出力Bは、
B=2×(1002/702)×0.85
=3.47W
となる。
B = A × (r 2 2 / r 1 2 ) × 0.8 to 0.9
r 1 : Machining width before changing the machining width
r 2 : Desired machining width to be changed
A: Machining point average output before changing the machining width
B: Machining point average output after changing
For example, approximate machining point average output A = 2W
Approximate machining width r 1 = 70 μm Set machining width r 2 = 100 μm
In this case, the optimum machining point output B is
B = 2 × (100 2/ 70 2) × 0.85
= 3.47W
It becomes.
(実施の形態7)
本実施の形態では、上述したレーザ加工装置を用いて被加工物に任意の加工幅を形成するため概値の加工条件に対して、加工深さ等は同一で加工幅のみが小さい加工を行う場合、次式を用いることにより、加工条件出し等の作業にかかる時間及びコストを低減することができる。
(Embodiment 7)
In this embodiment, since an arbitrary processing width is formed on the workpiece using the laser processing apparatus described above, processing is performed with the processing depth being the same and the processing width only being small with respect to the approximate processing conditions. In this case, it is possible to reduce the time and cost required for work such as processing condition determination by using the following equation.
B=A×(r2 2/r1 2)×1.13〜1.23
r1:加工幅を変化させる前の加工幅
r2:変化させる所望の加工幅
A :加工幅を変化させる前の加工点平均出力
B :変化させた後の加工点平均出力
例えば、
概値の加工点平均出力 A =2W
概値の加工幅 r1=70μm
の場合
設定加工幅 r2=50μm
の場合の最適加工点出力Bは、
B=2×(502/702)×1.18
=1.20W
となる。
B = A × (r 2 2 / r 1 2 ) × 1.13 to 1.23
r 1 : Machining width before changing the machining width
r 2 : Desired machining width to be changed
A: Machining point average output before changing the machining width
B: Processing point average output after changing, for example
Approximate machining point average output A = 2W
Approximate machining width r 1 = 70 μm
In case of set processing width r 2 = 50μm
In this case, the optimum machining point output B is
B = 2 × (50 2/ 70 2) × 1.18
= 1.20W
It becomes.
(実施の形態8)
本実施の形態において上述した実施の形態と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図5から図7において、39はアパチャー(マスク)に入射するレーザ光の強度分布を表すマスク入射レーザ光、40は前記マスク入射レーザ光のビーム径の半分の開口をもつ第1マスク、41は前記マスク入射レーザ光のビーム径と同等の開口をもつ第2マスク、42は前記第1マスクを40を通過したレーザ光の強度分布を表すマスク通過レーザ光A、43は前記第2マスクを41を通過したレーザ光の強度分布を表すマスク通過レーザ光B、53はレーザ光により加工された溶融領域である。
(Embodiment 8)
In the present embodiment, the same portions as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. 5 to 7,
被加工物19に照射する集光光学系の前に入射するレーザ光の強度分布が、マスク入射レーザ光39と同等の大きさのアパチャーを用いて整形されたマスク通過レーザ光Bを被加工物19に照射し加工溝或いは切断を行う場合、被加工物19表面近傍にテーパ状の加工となるが、マスク入射レーザ光39のビーム径44の50%の大きさの開口径を有する第1マスク40を通過することにより、整形されたマスク通過レーザ光Aを被加工物19に照射し加工溝或いは切断を行うことによって、被加工物19表面近傍にテーパ状でない加工が実現できる。
The laser beam B passing through the mask whose intensity distribution of the laser beam incident before the condensing optical system for irradiating the
以上のように、本実施の形態によれば被加工物19にレーザ光を集光して照射する光学系に到達する前のマスク入射レーザ光39のレーザビーム径の50%のマスク通過レーザ光A42を被加工物19に照射することにより、加工切断幅を加工範囲において一定に保つことができる。特に複数の異なる材料により形成された被加工物19或いは、加工表面に異なる複数の材料によるパターンが形成されている場合に上記加工工法により、被加工物19の加工しきい値の相違によって生じる溝加工及び切断加工時に生じる溝幅及び切断幅の不安定を防止することができ、安定な加工幅で加工することができる。
As described above, according to the present embodiment, the laser beam passing through the mask is 50% of the laser beam diameter of the mask
(実施の形態9)
本実施の形態において上述した実施の形態と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図8において、37はガウシアン分布を有するレーザ光波形のビーム中心から半径方向の強度を示すGaussian分布の強度波形(ビーム中心からの強度変化波形)、38はガウシアン分布を有するレーザ光波形のビーム中心から半径方向の出力レベルを示すGaussian分布の体積波形(ビーム中心からのレーザ体積変化波形)を示す。
(Embodiment 9)
In the present embodiment, the same portions as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In FIG. 8, 37 is a Gaussian distribution intensity waveform (intensity change waveform from the beam center) indicating the intensity in the radial direction from the beam center of the laser light waveform having a Gaussian distribution, and 38 is the beam center of the laser light waveform having a Gaussian distribution. 5 shows a Gaussian volume waveform (laser volume change waveform from the center of the beam) indicating the output level in the radial direction.
レーザ光の空間分布上のレーザ光強度の40%以下を削除するアパチャー(マスク)を用いてレーザ光をビーム径制御構成部3によって整形した後に被加工物19に照射する。
The
以上のように、本実施の形態によれば被加工物19に照射するレーザ光の強度分布をビーム径制御構成部3の第2整形レンズと、マスク18によって、空間分布上のレーザ光強度の40%以下の強度を有する成分を削除したレーザ光を被加工物19に照射する加工工法により、加工切断幅を加工範囲において一定に保つことができ、また、本加工工法で加工された加工溝及び切断部のレーザ照射面のエッジが垂直な加工を実現することにより、被加工物19の加工しろに余裕を取ることなく被加工物を加工することにより、被加工物19から生産される加工製品の密度を高めることができることにより、信頼性と歩留まりの高い加工を実現すること共に生産効率を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the intensity distribution of the laser beam applied to the
(実施の形態10)
本実施の形態において上述した実施の形態と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図9において、46はパルスレーザ発振器、47はレーザ共振器46内に組み込まれたレーザ出力及び発振周波数を制御するための音響光学素子、48はレーザ発振器46を動作させるためのレーザ駆動電源、49は前記音響光学素子47と前記レーザ駆動電源48と可動ステージ17とマスク18及びCCDセンサー51からの信号を画像解析する画像解析部52を制御する主制御部、50はマスク位置のビームプロファイルをCCDセンサー51に投影するためのプロファイル投影レンズを示す。
(Embodiment 10)
In the present embodiment, the same portions as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. 9, 46 is a pulse laser oscillator, 47 is an acoustooptic device for controlling the laser output and oscillation frequency incorporated in the
以上のように構成されたレーザ加工装置について、その動作を説明する。 The operation of the laser processing apparatus configured as described above will be described.
マスク18に入射するレーザ光の状態をCCDセンサー51と画像解析部52により、マスク18上のレーザ光の照射位置、強度分布及び通過出力を常に監視し、被加工物19に対して最適なレーザ光が照射されるように、主制御部49によって、音響光学素子47の動作を制御することによりパルスレーザ発振器46の出力を最適化すると共に、第2整形レンズ16の位置を変化させてマスク18に照射されるレーザ光のビーム径を最適化し、かつ可動テーブル20の移動速度を変化させることにより、自動的に照射されるレーザ光及び加工速度が常に被加工物19に対して最適となるようにする。
The laser beam incident on the
以上のように、本実施の形態によれば画像解析部51からの信号によって、主制御部49が常に安定した加工ができるように音響光学素子47、前記レーザ駆動電源48、可動ステージ17、マスク18、可動テーブル20を最適化することによりレーザ発振器、整形光学系及びマスク位置が被加工物の加工に最適となるように自動調整するレーザ加工装置を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工工法は、レーザ光加工に伴う被加工物からの飛散物を抑制すると共に、加工物断面に付着する溶融残留物の発生を抑制し、加工品質を維持しながら容易に被加工物の加工幅を変化させるものであり、シリコンウエーハ等の微細加工を必要とする被加工物に有用である。 The laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention suppress the scattered matter from the workpiece accompanying laser beam processing, suppress the generation of molten residue adhering to the workpiece cross section, and maintain the processing quality. It easily changes the processing width of the workpiece, and is useful for workpieces that require fine processing such as silicon wafers.
1 レーザ発振器
2 出力制御構成部
3 ビーム径制御構成部
4 レーザ制御電源
5 主制御回路
6 マスク切替制御回路
7 光学制御回路
8 レーザ光A
9 加工投影レンズ
10 ベンドミラー
11 1/2λ板
12 回転ステージ
13 光学偏光素子
14 ダンパー
15 第1整形レンズ
16 第2整形レンズ
17 可動ステージ
18 マスク
19 被加工物
20 可動テーブル
21 マスク回転軸
22 マスク上穴
23 回路層A
24 ダイシングフイルムA
25 第1のレーザ光
26 第2のレーザ光
27 第3のレーザ光
28 第4のレーザ光
29 第1加工溝
30 第2加工溝
31 第3加工溝
32 第4加工溝
33 レーザ光A
34 レーザ光B
35 加工幅A
36 加工幅B
37 Gaussian分布の強度波形
38 Gaussian分布の体積波形
39 マスク入射レーザ光
40 第1マスク
41 第2マスク
42 マスク通過レーザ光A
43 マスク通過レーザ光B
44 マスク入射ビーム径
45 マスク通過ビーム径
46 パルスレーザ発振器
47 音響光学素子
48 レーザ駆動電源
49 主制御部
50 プロファイル投影レンズ
51 CCDセンサー
52 画像解析部
53 溶融領域
60 レーザ光B
61 集光レンズA
62 溶融変性領域
63 回路層B
64 基板
65 ダイシングフイルムB
66 レーザ光C
67 集光レンズB
68 集光点
DESCRIPTION OF
9
24 Dicing Film A
25
34 Laser light B
35 Processing width A
36 Processing width B
37 Intensity waveform of
43 Masked laser beam B
44 Mask
61 Condensing lens A
62
64
66 Laser light C
67 Condensing lens B
68 Focusing point
Claims (16)
B=A×(r2 2/r1 2)×0.8〜0.9
r1:加工幅を変化させる前の加工幅
r2:変化させる所望の加工幅
A :加工幅を変化させる前の加工点平均出力
B :変化させた後の加工点平均出力 A laser oscillator for generating laser light; optical means for guiding the laser light to the workpiece; control means for controlling the output of the laser light; and beam diameter control means for changing the beam diameter irradiated to the workpiece. A laser processing method for irradiating the workpiece with a laser output derived from the following equation for a processing condition in the case of increasing the processing width formed by irradiating the workpiece with laser light using the laser processing apparatus.
B = A × (r 2 2 / r 1 2 ) × 0.8 to 0.9
r 1 : Machining width before changing the machining width
r 2 : Desired machining width to be changed
A: Machining point average output before changing the machining width
B: Machining point average output after changing
B=A×(r2 2/r1 2)×1.13〜1.23
r1:加工幅を変化させる前の加工幅
r2:変化させる所望の加工幅
A :加工幅を変化させる前の加工点平均出力
B :変化させた後の加工点平均出力 A laser oscillator for generating laser light; optical means for guiding the laser light to the workpiece; control means for controlling the output of the laser light; and beam diameter control means for changing the beam diameter irradiated to the workpiece. A laser processing method for irradiating the workpiece with a laser output derived from the following equation for processing conditions when the processing width formed by irradiating the workpiece with laser light is reduced.
B = A × (r 2 2 / r 1 2 ) × 1.13 to 1.23
r 1 : Machining width before changing the machining width
r 2 : Desired machining width to be changed
A: Machining point average output before changing the machining width
B: Machining point average output after changing
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