JP2009050869A - Laser beam machining method and laser beam machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はレーザ加工技術に係り、特に、ワークに対するレーザビームを用いた切断や穴空け等の処理に好適な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 technique, and more particularly to a laser processing method and a laser processing apparatus suitable for processing such as cutting and drilling using a laser beam on a workpiece.
半導体ウェハ等のワークに対して切断等の加工を施す場合、非特許文献1に示すように、これまでは主としてブレードカット方式が用いられてきた。これは、ダイサーやスライサーによってワークを機械的に切断する仕組みであるため、素子の高密度実装化に伴い、チップが欠けるチッピングが発生しやすくなるという問題が指摘されていた。 When a work such as cutting is performed on a workpiece such as a semiconductor wafer, as shown in Non-Patent Document 1, a blade cut method has been mainly used so far. This is a mechanism in which a workpiece is mechanically cut by a dicer or a slicer, and accordingly, there has been a problem that chipping easily occurs due to chip mounting.
これに対し最近では、非接触でワークを切断する技術として、レーザー・マイクロジェットダイシング方式が登場している。これは、ウォータージェット水流によってガイドされたレーザビームでワークを加工するものであり、機械的負荷を大幅に低減できるため、チッピングの発生が抑制されるという利点を備えている。 On the other hand, a laser microjet dicing method has recently appeared as a technique for cutting a workpiece without contact. This is for processing a workpiece with a laser beam guided by a water jet water flow, and has the advantage that the occurrence of chipping is suppressed because the mechanical load can be greatly reduced.
さらに、レーザ加工の一方式として、非特許文献2に示すように、ビームローテータを用いた加工方法が提案されている。これは、微細加工に適したUVレーザやグリーンレーザなど比較的短波長のレーザビームを、ビームローテータを介して円形に偏向させ、ワークの表面における照射スポットを円軌道を描くように移動させることにより、円形の開口部を形成する技術である。この円形開口部を線状に移動させることにより、ワークの切断が実現される。 Furthermore, as a method of laser processing, as shown in Non-Patent Document 2, a processing method using a beam rotator has been proposed. This is because a laser beam with a relatively short wavelength, such as a UV laser or green laser suitable for micromachining, is deflected in a circular shape via a beam rotator, and the irradiation spot on the surface of the workpiece is moved to draw a circular orbit. This is a technique for forming a circular opening. The workpiece can be cut by moving the circular opening linearly.
確かに、上記のレーザー・マイクロジェットダイシング方式によれば、ワークへの機械的負荷を大幅に低減できるため、ブレードカット方式に比べチッピングの発生を抑制することが可能であり、切断速度の向上も期待できる。しかしながら、切断に際しては不可避的に大量の水を用いるため、耐水性の低いワークの切断には使えないという問題がある。 Certainly, according to the above-mentioned laser / microjet dicing method, the mechanical load on the workpiece can be greatly reduced, so that the occurrence of chipping can be suppressed compared to the blade cutting method, and the cutting speed can be improved. I can expect. However, since a large amount of water is inevitably used for cutting, there is a problem that it cannot be used for cutting a workpiece with low water resistance.
これに対し、上記のビームローテータを用いたレーザ加工方法の場合、加工に際して水を用いないため、加工対象の範囲が広がる利点がある。また、UVレーザやグリーンレーザ等、比較的短波長のレーザビームが用いられるため、加工面の仕上がりが滑らかになるという利点もある。しかし一方で、UVレーザやグリーンレーザは一般に大きな出力を得るのが困難であり、加工時間が長くなるという欠点があった。 On the other hand, in the case of the laser processing method using the beam rotator, since water is not used for processing, there is an advantage that the range of processing objects is widened. In addition, since a relatively short wavelength laser beam such as a UV laser or a green laser is used, there is an advantage that the finished surface is smooth. On the other hand, UV lasers and green lasers generally have a drawback that it is difficult to obtain a large output, and the processing time becomes long.
この発明は、従来のレーザ加工方法が抱えていた上記問題点を解決するために案出されたものであり、水を使うことなくワークを高速で加工可能であり、かつ加工面も滑らかに仕上げることが可能なレーザ加工技術を実現することを目的としている。 The present invention has been devised to solve the above-described problems of conventional laser processing methods, and can process a workpiece at high speed without using water, and can also smoothly finish the processing surface. It aims at realizing the laser processing technology that can be used.
上記の目的を達成するため、この発明に係るレーザ加工方法は、第1のレーザ発振器から出射された比較的短波長の第1のレーザビームを回転偏向させ、ワーク表面における照射スポットを円周に沿って移動させる工程と、第2のレーザ発振器から出射された比較的長波長の第2のレーザビームを、上記ワーク表面における円周の中心付近に照射させる工程とからなることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the laser processing method according to the present invention, the first laser beam having a relatively short wavelength emitted from the first laser oscillator is rotated and deflected so that the irradiation spot on the workpiece surface is set to the circumference. And a step of irradiating the second laser beam having a relatively long wavelength emitted from the second laser oscillator near the center of the circumference of the workpiece surface.
また、この発明に係るレーザ加工装置は、比較的短波長の第1のレーザビームを出力する第1のレーザ発振器と、この第1のレーザビームを回転偏向させ、ワーク表面における照射スポットを円周に沿って移動させるビームローテータと、比較的長波長の第2のレーザビームを出力する第2のレーザ発振器と、この第2のレーザビームを上記ワーク表面における円周の中心付近に照射させる伝送手段とを備えたことを特徴としている。 The laser processing apparatus according to the present invention also includes a first laser oscillator that outputs a first laser beam having a relatively short wavelength, and rotationally deflects the first laser beam, thereby circularly irradiating an irradiation spot on the workpiece surface. , A second laser oscillator for outputting a second laser beam having a relatively long wavelength, and transmission means for irradiating the second laser beam near the center of the circumference on the workpiece surface It is characterized by having.
この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、ワーク表面に比較的短波長の第1のレーザビームが円形を描くように照射されるため、加工面の滑らかな貫通孔を形成することが可能となる。しかも、その円周の中心付近に対して比較的長波長で高出力化し易い第2のレーザビームを照射する仕組みであるため、第1のレーザビームによる加工が促進され、第1のレーザビームのみによって加工する場合に比べ加工速度を飛躍的に高めることが可能となる。
また、水を一切使用しないドライ加工であるため、耐水性の低いワークに対しても有効に適用可能である。
According to the laser processing method and the laser processing apparatus according to the present invention, the first laser beam having a relatively short wavelength is irradiated on the workpiece surface so as to draw a circular shape, so that a smooth through-hole is formed on the processed surface. Is possible. In addition, since the second laser beam is radiated to the vicinity of the center of the circumference with a relatively long wavelength and easy to increase the output, processing by the first laser beam is promoted, and only the first laser beam is used. As a result, the machining speed can be dramatically increased as compared with the case of machining.
Moreover, since it is a dry process that does not use any water, it can be effectively applied to a work with low water resistance.
図1は、この発明に係るレーザ加工装置10の基本構成を示す模式図であり、微細加工用の第1のレーザビームL1を出力するための第1のレーザ発振器12と、第1の集光レンズ14と、ビームローテータ16と、ミキシングミラー18と、高速加工用の第2のレーザビームL2を出力するための第2のレーザ発振器20と、第1のコリメートレンズ22と、ビームスプリッタ24と、第2の集光レンズ26と、レーザノズル28と、第3の集光レンズ30と、CCD等の受光素子32と、パソコン34とを備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a
上記第1のレーザビームL1としては、グリーンレーザやUVレーザ等、比較的短波長(例えば532nm波長)で加工面を滑らかに仕上げることが可能なものが選定される。この第1のレーザビームL1の出力としては、例えば5〜30Wの比較的低出力のものが選定できる。
また、上記第2のレーザビームL2としては、例えばファイバーレーザやDd:YAGレーザ等、比較的長波長(例えば1064nm波長)で高出力(例えば100〜200W)のものが選定される。
As the first laser beam L1, a green laser, a UV laser, or the like that can smoothly finish the processed surface with a relatively short wavelength (for example, 532 nm wavelength) is selected. As the output of the first laser beam L1, for example, a relatively low output of 5 to 30 W can be selected.
Further, as the second laser beam L2, for example, a fiber laser, a Dd: YAG laser, or the like having a relatively long wavelength (for example, 1064 nm wavelength) and a high output (for example, 100 to 200 W) is selected.
上記ビームローテータ16は、第1の回転光学系36と、第2のコリメートレンズ38と、第2の回転光学系40とを有している。第1の回転光学系36は、一対のウェッジプリズム42,44を備えており、各ウェッジプリズム42,44は任意の方向に回転調整可能に配置されている。第2の回転光学系40も、一対のウェッジプリズム46,48を備えており、各ウェッジプリズム46,48は任意の方向に回転調整可能に配置されている。第1の回転光学系36及び第2の回転光学系40は、図示しないモータによってそれぞれ独立して高速回転可能なように設置されている。
The
上記のミキシングミラー18は、第1の面18aに入射した第1のレーザビームL1を透過すると共に、第2の面18bに入射した第2のレーザビームL2を反射する特性を備えている。
また、上記のビームスプリッタ24は、第1の面24aに入射した第2のレーザビームL2を透過すると共に、第2の面24bに入射した可視光αを反射する特性を備えている。
The
The
上記レーザノズル28の上部開口部は、上記第2の集光レンズ26によって閉塞されている。また、このレーザノズル28の側面には分岐管50が設けられており、この分岐管50から高圧のエアがレーザノズル28内に供給される仕組みを備えている。
The upper opening of the
つぎに、このレーザ加工装置10を用いた加工方法について説明する。
まず、ビームローテータ16の第1の回転光学系36及び第2の回転光学系40を高速回転させた状態で、第1のレーザビームL1及び第2のレーザビームL2を出力させる。
Next, a processing method using the
First, with the first rotating
第1のレーザ発振器12から出射された第1のレーザビームL1は、第1の集光レンズ14によって集光され、ビームローテータ16に入射する。そして、この第1のビームローテータ16によって円周上を移動するように回転偏向された後、ミキシングミラー18の第1の面18aを透過する。
この結果、図2に示すように、第1のレーザビームL1の照射スポット53がワーク(半導体ウェハ、ガラス、石英等)52の表面において円周54に沿って移動する。この第1のレーザビームL1のスポット径は、例えば30μm以下に設定されている。
The first laser beam L 1 emitted from the
As a result, as shown in FIG. 2, the
また、第2のレーザ発振器20から出射された第2のレーザビームL2は、第1のコリメートレンズ22によって平行化された後、ビームスプリッタ24を透過し、ミキシングミラー18の第2の面18bでワーク52の方向に反射される。
この際、第2のレーザビームL2が上記円周54の中心部に照射されるように、ミキシングミラー18によって導かれる。この第2のレーザビームL2のスポット径は、例えば100μm以上に設定されている。
The second laser beam L 2 emitted from the
At this time, the second laser beam L2 is guided by the
以上の結果、円形の貫通孔56がワーク52の表面に形成される。図1に示すように、この貫通孔56は、断面逆テーパ形状を備えている。
このまま各レーザビームの照射スポットを図示しないXYステージ等の作用によって線状に移動させることにより、ワーク52の表面に切断線58が形成され、ワーク52のカッティングが実現される。
As a result, a circular through
By moving the irradiation spot of each laser beam in a linear manner by the action of an XY stage (not shown) or the like as it is, a
加工に際しては、分岐管50からレーザノズル28内に高圧エアが供給され、下端開口部60からワーク52の表面に放出されるため、加工屑が有効に除去される。
また、ワーク52の表面で反射された可視光αは、受光素子32によって捕捉され、パソコン34の画面上に表示される。
At the time of processing, high pressure air is supplied from the
Further, the visible light α reflected by the surface of the
上記第1の回転光学系36における各ウェッジプリズム42,44を適宜回転させ、相互間のウェッジ角の関係を調整することにより、第1のレーザビームL1のワーク52に対する入射角度を調整することができ、これにより貫通孔56のテーパ角度を加減することが可能となる。
The incident angle of the first laser beam L1 with respect to the
また、上記第2の回転光学系40における各ウェッジプリズム46,48を適宜回転させ、相互間のウェッジ角の関係を調整することにより、第1のレーザビームL1のワーク52における回転半径を加減することができ、ワーク52に形成される貫通孔56の径を調整することが可能となる。
Further, by rotating the
貫通孔56の内面は比較的波長の短い第1のレーザビームL1によって加工されるため、加工面(切断面)の表面を滑らかに仕上げることができる。また、上記円周54の中心付近には高出力で比較的波長の長い第2のレーザビームL2が照射されるため、第1のレーザビームL1による加工が促進され、加工の高速化を実現できる。
また、水を一切使用しないドライ工程で加工が完結するため、耐水性の低いワーク(例えば素子実装済み回路基板)への穴空けや切断に適用できる。
Since the inner surface of the
In addition, since the processing is completed in a dry process that does not use any water, it can be applied to drilling or cutting a work with low water resistance (for example, a circuit board on which an element is mounted).
10 レーザ加工装置
12 レーザ発振器
14 第1の集光レンズ
16 ビームローテータ
18 ミキシングミラー
18a ミキシングミラーの第1の面
18b ミキシングミラーの第2の面
20 第2のレーザ発振器
22 第1のコリメートレンズ
24 ビームスプリッタ
24a ビームスプリッタ第1の面
24b ビームスプリッタ第2の面
26 第2の集光レンズ
28 レーザノズル
30 第3の集光レンズ
32 受光素子
34 パソコン
36 第1の回転光学系
38 第2のコリメートレンズ
40 第2の回転光学系
42 ウェッジプリズム
44 ウェッジプリズム
46 ウェッジプリズム
48 ウェッジプリズム
50 分岐管
52 ワーク
53 第1のレーザビームの照射スポット
54 円周
56 貫通孔
58 切断線
60 レーザノズルの下端開口部
L1 第1のレーザビーム
L2 第2のレーザビーム
α 可視光
10 Laser processing equipment
12 Laser oscillator
14 First condenser lens
16 Beam rotator
18 Mixing mirror
18a First side of mixing mirror
18b Second side of mixing mirror
20 Second laser oscillator
22 First collimating lens
24 Beam splitter
24a Beam splitter first side
24b Beam splitter second side
26 Second condenser lens
28 Laser nozzle
30 Third condenser lens
32 Photo detector
34 PC
36 First rotating optical system
38 Second collimating lens
40 Second rotating optical system
42 wedge prism
44 wedge prism
46 wedge prism
48 wedge prism
50 branch pipe
52 work
53 Irradiation spot of the first laser beam
54 Circumference
56 Through hole
58 Cutting line
60 Lower end opening L1 of laser nozzle First laser beam L2 Second laser beam α Visible light
Claims (2)
第2のレーザ発振器から出射された比較的長波長の第2のレーザビームを、上記ワーク表面における円周の中心付近に照射させる工程とからなるレーザ加工方法。 Rotating and deflecting the first laser beam having a relatively short wavelength emitted from the first laser oscillator, and moving the irradiation spot on the workpiece surface along the circumference;
A laser processing method comprising: irradiating a second laser beam having a relatively long wavelength emitted from a second laser oscillator near a center of a circumference of the workpiece surface.
この第1のレーザビームを回転偏向させ、ワーク表面における照射スポットを円周に沿って移動させるビームローテータと、
比較的長波長の第2のレーザビームを出力する第2のレーザ発振器と、
この第2のレーザビームを上記ワーク表面における円周の中心付近に照射させる伝送手段とを備えたレーザ加工装置。 A first laser oscillator for outputting a first laser beam having a relatively short wavelength;
A beam rotator that rotationally deflects the first laser beam and moves the irradiation spot on the workpiece surface along the circumference;
A second laser oscillator for outputting a second laser beam having a relatively long wavelength;
A laser processing apparatus comprising: a transmission unit configured to irradiate the second laser beam near the center of the circumference of the workpiece surface.
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