JP2012223783A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜を損傷しないように薄膜の近傍をレーザ光によって加工でき、また、ストレート形状の貫通溝を形成できる、レーザ加工方法及び加工装置を提供する。
【解決手段】表面１１、１２にそれぞれ薄膜３１、３２が形成されており、且つ、レーザ光透過可能な材料で構成されている、基板１に対して、薄膜３１、３２の近傍にレーザ光９を照射して貫通溝を形成する加工を行う、レーザ加工方法であって、レーザ光９の透過光９２が薄膜３２を照射しない角度となるように、レーザ光９を基板１に対して傾斜した状態で照射する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板に対してレーザ光を照射して加工を行う、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に、関するものである。

（ａ）基板に対してレーザ光を照射して加工を行う場合においては、例えば特許文献１に示されるように、レーザ光は基板に対して垂直に照射されるのが、一般的である。
（ｂ）基板に対してレーザ光を照射して貫通溝を形成する場合においては、基板の一方の表面にレーザ光を照射した後に基板を表裏反転させて基板の他方の表面にレーザ光を照射するのが、一般的である。

特開２０１０−２７４３２８号公報

ところで、例えば、多数の赤外線センサチップからなるウエハが基板である場合には、基板がタンタル酸リチウムによって構成されているのが一般的であり、また、基板の両表面にニッケルの薄膜が形成されているのが一般的である。そして、そのような基板においては、薄膜の近傍に貫通溝を形成するような加工を行うことが必要となる場合がある。そこで、本発明者は、そのような加工をレーザ光によって行うことを検討した。そして、前記（ａ）及び（ｂ）の方法では、次のような不具合があることを発見した。

タンタル酸リチウムは、レーザ光が透過可能な材料である。それ故、前記（ａ）の方法では、図１２に示されるように、レーザ光９の入射光９１を、基板１の一方の表面１１の薄膜３１を照射しないように設定しても、図１２の部分Ｘに示されるように、透過光９２が他方の表面１２の薄膜３２を照射してしまうことがあり、それにより、薄膜３２が損傷することがある、という不具合がある。

また、前記（ｂ）の方法では、図１３に示されるように、レーザ光によって両表面１１、１２にそれぞれ形成された溝部２８、２９の断面形状が、テーパ形状となり、それ故、貫通溝２としての断面形状がストレート形状にならないことがある、という不具合がある。

本発明は、薄膜を損傷しないように薄膜の近傍をレーザ光によって加工でき、また、ストレート形状の貫通溝を形成できる、レーザ加工方法及びレーザ加工装置を、提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、両表面の内の少なくとも一方の表面の一部に薄膜が形成されており、且つ、レーザ光透過可能な材料で構成されている、基板に対して、前記薄膜の近傍にレーザ光を照射して加工を行う、レーザ加工方法であって、前記レーザ光を前記基板に対して傾斜した状態で照射する、ことを特徴としている。

このレーザ加工方法は、更に、次のような具体的構成を適宜採用するのが好ましい。
（ａ）前記レーザ光の傾斜角度を、前記レーザ光の入射光が前記薄膜を照射しない角度に、設定する。
（ｂ）前記レーザ光の傾斜角度を、前記レーザ光の透過光が前記薄膜を照射しない角度に、設定する。
（ｃ）前記レーザ光の傾斜角度を、前記レーザ光の入射光が前記薄膜を照射しない角度に、及び、前記レーザ光の透過光が前記薄膜を照射しない角度に、設定する。
（ｄ）前記レーザ光の傾斜角度を、一定に維持する。
（ｅ）前記レーザ光の傾斜角度を、経時的に変える。
（ｆ）前記基板を構成する材料が、タンタル酸リチウムである。

本発明の第２態様は、基板に対して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、レーザ光を出力するレーザ発振器と、前記基板を保持し、前記レーザ発振器に対する前記基板の位置を任意に設定する、加工ステージと、を備えており、前記加工ステージが、前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光に対して前記基板を任意の角度に傾斜させる傾斜機構を、有している、ことを特徴としている。

このレーザ加工装置は、更に、次のような具体的構成を適宜採用するのが好ましい。
（ｇ）前記傾斜機構が、予め入力された加工情報に基づいて、前記レーザ光の入射光が前記基板に形成されている薄膜を照射しない角度になるように、及び／又は、前記レーザ光の透過光が前記基板に形成されている薄膜を照射しない角度になるように、前記基板のレーザ光に対する傾斜角度を設定する、制御部を、備えている。
（ｈ）ガルバノミラー機構を備えており、前記制御部が、ガルバノミラーの作動と同期して前記基板のレーザ光に対する傾斜角度を設定するようになっている。

本発明の第１態様のレーザ加工方法によれば、レーザ光の傾斜角度を、入射光が薄膜を照射しない角度に設定したり、透過光が薄膜を照射しない角度に設定したりすることによって、薄膜を損傷することなく、薄膜の近傍をレーザ光によって加工することができる。

本発明の第２態様のレーザ加工装置によれば、傾斜機構によって、基板をレーザ光に対して傾斜させることができるので、レーザ光を基板に対して傾斜した状態で照射できる。

第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す側面略図である。 基板の予定された加工後の状態を示す平面部分図である。 基板内のチップの予定された加工後の状態を示す平面図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の一作業工程を示す断面図である。 図４の工程後の加工部分を示す断面図である。 図４に続く一作業工程を示す断面図である。 図６の工程後の加工部分を示す断面図である。 第１実施形態において形成された貫通溝を示す断面図である。 第２実施形態に係るレーザ加工方法の一作業工程を示す断面図である。 第３実施形態に係るレーザ加工方法の一作業工程を示す断面図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置を示す側面略図である。 従来のレーザ加工方法の一作業工程を示す断面図である。 従来のレーザ加工方法によって加工された部分を示す断面図である。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す側面略図である。このレーザ加工装置５は、レーザ発振器５１と加工ステージ５２とを備えている。レーザ発振器５１は、レンズ５１９を通して鉛直下方に向けてレーザ光９を出力するように、構成されている。加工ステージ５２は、加工対象である基板１をステージ本体５２１上に保持するように、構成されている。

加工ステージ５２は、更に、駆動機構５２２を備えている。駆動機構５２２は、ステージ本体５２１を上下方向及び水平方向に移動させる移動機構と、ステージ本体５２１を所定の水平軸回りの回動方向に動かす傾斜機構と、を備えている。すなわち、駆動機構５２２は、移動機構によってステージ本体５２１を動かすことにより、照射されるレーザ光９に対する基板１の位置を任意に設定できるようになっており、また、傾斜機構によってステージ本体５２１を動かすことにより、照射されるレーザ光９に対して基板１を任意の角度に傾斜させることができる。なお、駆動機構５２２は、移動機構及び傾斜機構を制御する制御部（図示せず）を備えており、制御部は、予め入力された加工情報に基づいて、基板１の加工位置及び傾斜角度を設定する。加工ステージ５２は、更に、反転機構５２３を備えるのが好ましい。反転機構５２３は、ステージ本体５２１上の基板１を、把持し、持ち上げて裏返し、ステージ本体５２１上に載置できるように、構成されている。

基板１は、タンタル酸リチウムのウエハであり、多数の赤外線センサチップからなっている。タンタル酸リチウムは、レーザ光が透過可能な材料である。基板１は、平面部分図である図２に示されるように、貫通溝２Ａによって赤外線センサチップ１０毎に切り分けられることが予定されている。更に、赤外線センサチップ１０においては、平面図である図３に示されるように、基板１の表面に赤外線受光部１００が設けられており、断熱のために、赤外線受光部１００の３辺に沿って貫通溝２Ｂが形成されることが予定されている。なお、赤外線受光部１００は、ニッケル薄膜からなっており、基板１の両表面１１、１２に形成されている。すなわち、図４に示されるように、基板１においては、一方の表面１１にニッケル薄膜３１が形成されており、他方の表面１２にニッケル薄膜３２が形成されている。本実施形態のレーザ加工装置５によって基板１に形成する貫通溝２は、貫通溝２Ａ及び貫通溝２Ｂの一方又は両方である。ここでは、貫通溝２Ｂを形成する場合について説明する。

本実施形態のレーザ加工装置５を用いたレーザ加工方法による貫通溝２Ｂの形成は、次のように行う。

（１）まず、駆動機構５２２の移動機構が、制御部によって制御されて、ステージ本体５２１を動かして、鉛直下方に照射されるレーザ光９に対する基板１の加工位置を設定する。

（２）次に、駆動機構５２２の傾斜機構が、制御部によって制御されて、ステージ本体５２１を動かして、図４に示されるように、照射されるレーザ光９に対して基板１を傾斜させる。ここでは、この傾斜角度は、鉛直線Ｄと表面１１との薄膜３１側における角度αで表され、角度αを、９０度より小さく、且つ、レーザ光９の入射光９１が表面１１の薄膜３１を照射せず、且つ、レーザ光９の透過光９２が表面１２の薄膜３２を照射しない、大きさに、設定する。角度αは、９０度よりも小さいので、基板１はレーザ光９に対して傾斜していることとなる。これにより、レーザ光９は、基板１に対して傾斜した状態で照射されることとなる。

（３）そして、図４の状態でレーザ光９の照射を継続する。これにより、図５に示されるように、テーパ形状の貫通溝２１が形成される。

（４）次に、駆動機構５２２の傾斜機構が、制御部によって制御されて、ステージ本体５２１を動かして、図６に示されるように、鉛直線Ｄと表面１１との薄膜３１とは反対側における角度β、すなわち、角度αの反対側の角度βを、角度αと同様に設定する。すなわち、角度βを、９０度より小さく、且つ、レーザ光９の入射光９１が表面１１の薄膜３１を照射せず、且つ、レーザ光９の透過光９２が表面１２の薄膜３２を照射しない、大きさに、設定する。角度βは、９０度よりも小さいので、基板１はレーザ光９に対して傾斜していることとなる。これにより、レーザ光９は、基板１に対して傾斜した状態で照射されることとなる。

（５）そして、図６の状態でレーザ光９の照射を継続する。これにより、図７に示されるように、テーパ形状の貫通溝２１に重なるように、貫通溝２１とは対称的なテーパ形状の貫通溝２２が形成される。これにより、図８に示されるようなストレート形状の貫通溝２が形成される。

前記方法では、基板１の１つの加工位置に対して、レーザ光９を、角度αで照射した後に角度βで照射している。すなわち、前記方法では、レーザ光９の傾斜角度を経時的に変えている。

前記方法によれば、入射光９１が薄膜３１を照射せず、且つ、透過光９２が薄膜３２を照射しないので、両表面１１、１２の薄膜３１、３２を損傷することなく、薄膜３１、３２の近傍をレーザ光９によって加工することができる。

しかも、レーザ光９に対する基板１の傾斜角度を経時的に変えることによって、対称的なテーパ形状の、貫通溝２１と貫通溝２２とを、重なるように形成できるので、ストレート形状の貫通溝２を形成できる。

［第２実施形態］
本実施形態は、図９に示されるように、第１実施形態に比して、次の点のみが異なっている。
（ｉ）一方の表面１１のみにニッケル薄膜３１が形成されている。
（ii）角度βのみを設定しており、角度βを、９０度より小さく、且つ、レーザ光９の入射光９１が薄膜３１を照射しない、大きさに、設定している。

本実施形態では、基板１の１つの加工位置に対して、レーザ光９を角度βのみで照射している。すなわち、前記方法では、レーザ光９の傾斜角度を一定に維持している。

本実施形態のレーザ加工方法においては、入射光９１が、薄膜３１を照射しないだけでなく、薄膜３１から離れている。したがって、本実施形態によれば、薄膜３１を損傷しないだけでなく、薄膜３１への入射光９１による熱影響を抑制できる。

［第３実施形態］
本実施形態は、図１０に示されるように、第１実施形態に比して、次の点のみが異なっている。
（ｉ）他方の表面１２のみにニッケル薄膜３２が形成されている。
（ii）角度αのみを設定しており、角度αを、９０度より小さく、且つ、レーザ光９の透過光９２が薄膜３２を照射しない、大きさに、設定している。

本実施形態では、基板１の１つの加工位置に対して、レーザ光９を角度αのみで照射している。すなわち、前記方法では、レーザ光９の傾斜角度を一定に維持している。

本実施形態のレーザ加工方法においては、透過光９２が、薄膜３２を照射しないだけでなく、薄膜３２から離れている。したがって、本実施形態によれば、薄膜３２を損傷しないだけでなく、薄膜３２への透過光９２による熱影響を抑制できる。

［第４実施形態］
本実施形態は、図１１に示されるように、図１のレーザ加工装置５に比して、次の点のみが異なっている。
（ｉ）ガルバノミラー機構を採用している。
（ii）制御部が、ガルバノミラー５５の作動と同期して駆動機構５２２（特に傾斜機構）を制御するようになっている。

ガルバノミラー機構によれば、ガルバノミラー５５の作動によってレーザ光９の照射位置を変えることができる。したがって、駆動機構５２２の移動機構の作動を、不要にできる。

本実施形態によれば、駆動機構５２２の傾斜機構が、ガルバノミラー５５の作動と同期して作動するので、各加工位置における基板１のレーザ光９に対する傾斜角度を所望の角度に設定できる。すなわち、本実施形態によれば、基板１のレーザ光９に対する傾斜角度を加工位置に対応して設定できる。

本発明は、薄膜を損傷しないように薄膜の近傍をレーザ光によって加工でき、また、ストレート形状の貫通溝を形成できるので、産業上の利用価値が大である。

１ 基板 １１、１２ 表面 ３１、３２ 薄膜 ５ レーザ加工装置 ５１ レーザ発振器 ５２ 加工ステージ ５５ ガルバノミラー ９ レーザ光 ９１ 入射光 ９２ 透過光

Claims (10)

1. 両表面の内の少なくとも一方の表面の一部に薄膜が形成されており、且つ、レーザ光透過可能な材料で構成されている、基板に対して、前記薄膜の近傍にレーザ光を照射して加工を行う、レーザ加工方法であって、
   前記レーザ光を前記基板に対して傾斜した状態で照射する、
   ことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記レーザ光の傾斜角度を、前記レーザ光の入射光が前記薄膜を照射しない角度に、設定する、
   請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 前記レーザ光の傾斜角度を、前記レーザ光の透過光が前記薄膜を照射しない角度に、設定する、
   請求項１記載のレーザ加工方法。
4. 前記レーザ光の傾斜角度を、前記レーザ光の入射光が前記薄膜を照射しない角度に、及び、前記レーザ光の透過光が前記薄膜を照射しない角度に、設定する、
   請求項１記載のレーザ加工方法。
5. 前記レーザ光の傾斜角度を、一定に維持する、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
6. 前記レーザ光の傾斜角度を、経時的に変える、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
7. 前記基板を構成する材料が、タンタル酸リチウムである、請求項１〜６のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
8. 基板に対して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、
   レーザ光を出力するレーザ発振器と、
   前記基板を保持し、前記レーザ発振器に対する前記基板の位置を任意に設定する、加工ステージと、
   を備えており、
   前記加工ステージが、前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光に対して前記基板を任意の角度に傾斜させる傾斜機構を、有している、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
9. 前記傾斜機構が、予め入力された加工情報に基づいて、前記レーザ光の入射光が前記基板に形成されている薄膜を照射しない角度になるように、及び／又は、前記レーザ光の透過光が前記基板に形成されている薄膜を照射しない角度になるように、前記基板のレーザ光に対する傾斜角度を設定する、制御部を、備えている、
   請求項８記載のレーザ加工装置。
10. ガルバノミラー機構を備えており、
    前記制御部が、ガルバノミラーの作動と同期して前記基板のレーザ光に対する傾斜角度を設定するようになっている、
    請求項９記載のレーザ加工装置。

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