JP2007167875A - レーザ内部スクライブ方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】石英ガラス基板1の内部に集光点50を合わせて、パルス幅がピコ秒からフェムト秒の範囲のレーザ光LBが照射され、レーザ光LBに対して石英ガラス基板1を分割予定線に沿って相対移動し、石英ガラス基板1の内部に、多光子吸収による改質領域51が、石英ガラス基板1の表面2,3に対して斜めに形成される。
【選択図】図8
Description
例えば、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、加工対象物の分割予定線に沿って加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工方法が提案されている(特許文献1参照)。
このスクライブ方法によれば、レーザ光に対して加工対象物を分割予定線に沿って相対移動し、改質領域が加工対象物の厚さ方向の内部に、加工対象物の表面に対して斜め方向に向かって並設されることにより、加工対象物の厚みに応じた多層の改質領域を一度に連続的に形成することが可能となり、加工対象物を短時間に分割することができる。また、曲げ応力または引っ張り応力等の微少の外部応力を加えことにより、中空状の加工痕を起点として、分割予定線に沿った位置で加工対象物を容易に、良好な寸法精度で分離することができる。
このスクライブ方法によれば、レーザ光に対して加工対象物を分割予定線に沿って相対移動し、改質領域が加工対象物の厚さ方向の内部に、改質領域そのものが、加工対象物の表面に対して斜めに形成され、加工対象物の厚さ方向に並設されることにより、加工対象物の厚みに応じた多層の改質領域を一度に連続的に形成することが可能となり、加工対象物を短時間に分割することができる。また、曲げ応力または引っ張り応力等の微少の外部応力を加えることにより、中空状の加工痕を起点として、分割予定線に沿った位置で加工対象物を容易に、良好な寸法精度で分離することができる。
図1(a)はレーザ内部スクライブ方法の概要を示す石英ガラス基板の平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線における断面図である。図2(a)はレーザ内部スクライブされた石英ガラス基板の分離方法を示す断面図であり、図2(b)は分割予定線に沿って分離された石英ガラス基板の状態を示す断面図である。
実験は、開口数0.8の集光レンズを用い、波長800nm、パルス幅300fs(フェムト秒)、出力700mW、繰り返し率1kHzのフェムト秒レーザを、走査速度20mm/secで相対移動して行った。
図3は、レーザ内部スクライブされた石英ガラス基板の分割面のSEM撮影画像であり、(a)は1000倍における画像を示し、(b)は10000倍における画像を示す。図4は、石英ガラス基板の分割面を直交する方向にカットしたカット面を斜視した3000倍におけるSEM撮影画像である。なお、図4に示す石英ガラス基板には、分割面の明瞭な観察を行う目的で、レーザ内部スクライブされた分割面に無機物の層が塗布されている。
図4において、紙面の上下方向の略中央部から上方向がレーザ内部スクライブされた分割面であり、略中央部から下方向がカット面を示している。この分割面の上下方向に延伸する縦幅線cが中空状の加工痕であり、分割面から石英ガラス基板1の内部(カット面)に延伸するクラックdが観察される。このクラックdの先端は、分割面から略2μmの深さであり、レーザ光LBの照射により影響が出る範囲が、少なくとも2μm程度以上であると考えられる。
したがって、前記改質領域51は、加工痕を略中心として、加工痕の周縁方向に少なくとも2μm程度以上の広さを有すると推測される。
図5(a)は、斜めの改質領域が形成された石英ガラス基板の分割面の模式図であり、図5(b)は、別の斜めの改質領域が形成された石英ガラス基板の分割面の模式図である。なお、図5(a),(b)、および図5以後に示す石英ガラス基板の分割面の模式図において、中空状の加工痕を含む改質領域51を、楕円形状で示す。
斜め改質領域51の傾きは、レーザ光LBの光軸と石英ガラス基板1との相対的な傾き角度によって決定されるので、分割予定線10に沿って分割した際の石英ガラス基板1の断面における面形状は、この傾き角度によって調節することができる。なお、分割される石英ガラス基板1の表面2,3に対する傾き角度は、±45°の範囲において適宜、選択することができる。
図6(a)〜(d)は、斜めの改質領域51が形成された石英ガラス基板1の分割面の模式図である。なお、各図に示す石英ガラス基板1の分割面の右側に、形成される各改質領域51の方向を参考に示す。また、各図中に示す多数の改質領域51は、斜めの形成形態を示すための模式図であり、改質領域51が形成された間隔等は、実際とは異なる。
先ず、レーザ内部スクライブに用いられるレーザ加工装置について説明する。図7は、レーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
ダイクロイックミラー25は、レーザ光源24から射出されたレーザ光LBを集光レンズ26に向かって反射する。
集光レンズ26は、例えば、倍率100倍、開口数(NA:Numerical Aperture)0.8、WD(Working Distance)3mmの対物レンズからなり、ダイクロイックミラー25が反射したレーザ光LBを集光する。
傾斜装置30、X軸移動部31ならびにY軸移動部32、Z軸移動部33は、それぞれ図示しないサーボモータによって駆動され、石英ガラス基板1を載置した載置台29を、集光レンズ26に対して相対移動する機能を有する。
撮像部28の光源は、前記集光レンズ26に向かって可視光を出射し、集光レンズ26を透過して焦点を結ぶ。したがって、前記Z軸移動部33をZ軸方向に移動して、石英ガラス基板1の一方の面である表面2と、他方の面である表面3とに、それぞれ焦点を合わせることにより、Z軸移動部33に配設された位置センサが、移動した各焦点の位置を検出することができる。
制御部35は、撮像部28が撮像した画像情報を処理する画像処理部36と、レーザ光源24の出力やパルス幅、パルス周期を制御するレーザ制御部37と、移動機構部27(傾斜装置30、X軸移動部31、Y軸移動部32およびZ軸移動部33)を制御する移動制御部38とを有している。
先ず、レーザ内部スクライブにより分割される石英ガラス基板1がレーザ加工装置20の載置台29に載置される。そして、載置台29に載置された石英ガラス基板1と集光レンズ26とを相対的に位置決めする位置決め工程と、石英ガラス基板1の表面2,3の厚み方向の位置を検出する位置検出工程と、レーザ光LBの集光点50の位置を石英ガラス基板1内部に調節する集光点位置調節工程と、分割予定線10に沿ってレーザ光LBを照射し、X軸移動部31、Y軸移動部32、Z軸移動部33により石英ガラス基板1の表面2,3に沿う方向および厚み方向に相対移動するレーザ照射・走査工程とによって、分割予定線10に沿った石英ガラス基板1の内部に、多数の改質領域51が形成される。
位置決め工程は、石英ガラス基板1の分割予定線10がY軸移動部32のY軸移動方向に平行に、且つレーザ光LBの光軸が石英ガラス基板1の分割予定線10の線上に位置するように、X軸移動部31およびY軸移動部32が、移動制御部38の制御信号に基づいて各サーボモータが駆動され、各移動方向に移動して、石英ガラス基板1と集光レンズ26とが相対的に位置決めされる。
レーザ照射・走査工程の3つの具体例を説明する。なお、以下に説明する何れの具体例も、石英ガラス基板1の分割予定線10がY軸移動部32のY軸移動方向に平行に位置決めされ、石英ガラス基板1の表面2,3に直交する方向に形成された改質領域51が、分割予定線10に沿って、表面2,3に対して斜め方向に向かって並設された改質領域斜方積み上げ法の場合で説明する。
図8(a)〜(e)は、レーザ照射・走査工程における改質領域の形成の態様を示す石英ガラス基板の模式断面図である。なお、同図(b)〜(e)には、載置台29に載置された石英ガラス基板1の走査(相対移動)される状態を明瞭にするために、集光点位置調節された石英ガラス基板1の位置を二点鎖線で示す。
また、相対移動により形成される改質領域51の層数は、3層の場合で説明したが、レーザ光LBの1発目のパルスが照射された以後、加工対象物の厚み方向の内部に、加工対象物の厚みに応じた多層の改質領域51を一度に形成しても良い。
図9(a)〜(c)は、レーザ照射・走査工程における別の改質領域の形成の態様を示す石英ガラス基板の模式断面図である。なお、同図(b),(c)には、載置台29に載置された石英ガラス基板1の移動される状態を明瞭にするために、集光点位置調節された石英ガラス基板1の位置を二点鎖線で示す。
1発目の改質領域51が形成された石英ガラス基板1は、レーザ光LBの照射タイミングに同期して、Y軸移動部32が分割予定線10に沿って、−Y軸方向に所定ピッチ相対移動し、石英ガラス基板1の表面3に沿う方向の1層目に、二点鎖線の楕円形で示す複数の改質領域51が形成される。
2層目の最初の改質領域51が形成された石英ガラス基板1は、レーザ光LBの照射タイミングに同期し、Y軸移動部32が分割予定線10に沿って、−Y軸方向に所定ピッチ相対移動して、既に形成された1層目の複数の各改質領域51の表面3に対する斜め上方向に、2層目の複数の改質領域51が形成される。
図10(a)〜(d)は、レーザ照射・走査工程における、さらに別の改質領域の形成の態様を示す石英ガラス基板の模式断面図である。なお、同図(b)〜(d)には、載置台29に載置された石英ガラス基板1の移動される状態を明瞭にするために、集光点位置調節された石英ガラス基板1の位置を二点鎖線で示す。
同様に、レーザ光LBの照射タイミングに同期して、Y軸移動部32が−Y軸方向に所定の走査速度で相対移動し、3発目のパルスが照射されると、図10(c)に示すように、既に形成された2発目の改質領域51の表面3に対する斜め上方向に、3発目の改質領域51が形成される。
改質領域51を表面2に近い位置まで形成する際には、位置検出工程において検出され、制御部35に格納された、石英ガラス基板1の表面2および表面3の厚み方向の位置データに基づいて、Z軸移動部33の移動が制御される。
図11(a)に示す石英ガラス基板は、厚み方向の内部の全域に、改質領域そのものが表面に対して同じ方向に傾いた多数の斜め改質領域が並設されて連続的に形成されている。
図11(b)に示す石英ガラス基板は、厚み方向の内部の全域に、改質領域そのものが表面に対して異なる方向に傾いた斜め改質領域が、厚み方向に対して交互に並設されて連続的に形成されている。
レーザ内部スクライブする加工対象物として、石英ガラス基板1を用いた場合で説明したが、レーザ光LBの透過性を有する部材に適用することができる。また、透過性を有する部材が多層に構成されたものであっても良い。
石英ガラス基板1の他に、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、光学ガラス等のガラス基板、水晶基板、TFT(Thin Film Transistor)ディスプレイ、液晶ディスプレイ、各種半導体、MEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスなどが形成された光透過性のガラス、シリコンなどからなる基板であっても良い。これらは、石英ガラス基板1の場合と同様に分割することができる。
照射機構部21のレーザ光源24は、固体光源としてチタンサファイアを用いたフェムト秒レーザの場合で説明したが、これに限定されず、パルス幅がピコ秒(10-12秒)からフェムト秒(10-15秒)の範囲のパルスレーザを用いることができる。例えば、YAGレーザ、エキシマレーザ等を用いることも可能である。
レーザ加工装置20の照射機構部21における、パルスレーザ光LBの集光点50の位置の走査は、集光レンズ26側を固定し、分割される石英ガラス基板1側をX,Y,Z軸方向に移動、および傾斜可能に構成した場合で説明したが、石英ガラス基板1側を固定し、レーザ光源24、ダイクロイックミラー25および集光レンズ26を一体にして、X,Y,Z軸方向に移動、および傾斜可能な構成としても良い。これにより、レーザ加工装置の設計の自由度が広げられる。
Claims (4)
- 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、前記レーザ光に対して前記加工対象物を分割予定線に沿って相対移動し、前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ内部スクライブ方法であって、
前記加工対象物の内部にパルス幅がピコ秒からフェムト秒の範囲の前記レーザ光が照射され、
前記改質領域が、前記加工対象物の厚さ方向に対して斜めに形成されることを特徴とするレーザ内部スクライブ方法。 - 請求項1に記載のレーザ内部スクライブ方法において、
前記加工対象物の厚さ方向に対して斜めに形成された改質領域は、
前記加工対象物の表面に対して斜め方向に向かって並設されることを特徴とするレーザ内部スクライブ方法。 - 請求項1に記載のレーザ内部スクライブ方法において、
前記加工対象物の厚さ方向に対して斜めに形成された改質領域は、
前記改質領域そのものが前記加工対象物の表面に対して斜めに形成され、前記加工対象物の厚さ方向に並設されることを特徴とするレーザ内部スクライブ方法。 - 加工対象物の内部にパルス幅がピコ秒からフェムト秒の範囲のレーザ光を照射し、前記レーザ光に対して前記加工対象物を分割予定線に沿って相対移動し、前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ内部スクライブ方法であって、
前記レーザ光の集光点が前記分割予定線に沿う前記加工対象物の内部となるように前記集光点の位置を調整する調整工程と、
前記加工対象物の厚さ方向の内部に前記レーザ光を照射し、前記レーザ光の照射に同期して前記加工対象物が前記レーザ光に対して相対移動し、多数の前記改質領域が前記加工対象物の厚さ方向に対して斜めに形成されるレーザ照射・走査工程と、
を有することを特徴とするレーザ内部スクライブ方法。
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