JP2012250276A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板における嫌熱性部分への熱影響をできるだけ小さく、かつ高速で加工できるレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】熱影響を嫌う赤外線受光部１００を有する基板１に対して、その近傍領域２００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、近傍領域２００の内、赤外線受光部１００に近い領域部分２０１に、アブレーション加工条件でレーザ光を照射するアブレーション加工工程と、近傍領域２００の内、赤外線受光部１００から遠い領域部分２０２に、熱加工条件でレーザ光を照射する熱加工工程と、を有する。
【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。

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などの強誘電体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、ニッケル薄膜の近傍領域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り、その加工をレーザ加工で行うことが提案されている。

特開２０１０−２１２４７８号公報

ところで、前記ウエハのニッケル薄膜は、熱影響を嫌う嫌熱性部分である。したがって、前記加工をレーザ加工によって行う場合には、ニッケル薄膜への熱影響をできるだけ小さくすることが要求される。また、生産性を高めるために、できるだけ高速で加工することも要求される。

本発明は、基板における嫌熱性部分への熱影響をできるだけ小さくできるとともに、基板を高速で加工することができる、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、熱影響を嫌う嫌熱性部分を有する基板に対して、前記嫌熱性部分の近傍領域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、前記近傍領域の内、前記嫌熱性部分に近い領域部分に、アブレーション加工条件でレーザ光を照射するアブレーション加工工程と、前記近傍領域の内、前記嫌熱性部分から遠い領域部分に、熱加工条件でレーザ光を照射する熱加工工程と、を有することを特徴としている。

なお、「前記嫌熱性部分に近い領域部分」とは、仮に熱加工を行うと前記嫌熱性部分に熱影響が及んでしまう部分である。

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）前記アブレーション加工工程を実施した後に、前記熱加工工程を実施する。
（ｂ）前記アブレーション加工工程と前記熱加工工程とを同時に実施する。
（ｃ）前記熱加工工程を実施した後に、前記アブレーション加工工程を実施する。
（ｄ）前記アブレーション加工工程を、１００フェトム秒〜１００ピコ秒のパルス幅のレーザ光を出力する超短パルスレーザ発振器を用いて実施する。

本発明の第２態様は、熱影響を嫌う嫌熱性部分を有する基板に対して、前記嫌熱性部分の近傍領域にレーザ光を照射して加工を行う、レーザ加工装置であって、アブレーション加工条件でレーザ光を出力する第１レーザ発振器と、熱加工条件でレーザ光を出力する第２レーザ発振器と、前記第１レーザ発振器から出力されるレーザ光の照射位置を、前記近傍領域の内、前記嫌熱性部分に近い領域部分に、設定し、且つ、前記第２レーザ発振器から出力されるレーザ光の照射位置を、前記近傍領域の内、前記嫌熱性部分から遠い領域部分に、設定する、位置制御部と、前記第１レーザ発振器と前記第２レーザ発振器とを、同時に作動するように、又は、時間的に前後して作動するように、制御する、タイミング制御部と、を備え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。
（ｅ）前記第１レーザ発振器が、１００フェトム秒〜１００ピコ秒のパルス幅のレーザ光を出力する超短パルスレーザ発振器である。

本発明の第１態様のレーザ加工方法によれば、嫌熱性部分の近傍領域に対して、熱加工条件でレーザ光を照射するので、作業性良く加工を実施でき、しかも、近傍領域の内の嫌熱性部分に近い領域部分に対しては、アブレーション加工条件でレーザ光を照射するので、嫌熱性部分に熱影響が及ぶのを抑制できる。したがって、本発明のレーザ加工方法によれば、基板における嫌熱性部分への熱影響をできるだけ小さくできるとともに、基板を高速で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、本発明のレーザ加工方法を確実に実施できる。

本発明の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部分図である。 本発明のレーザ加工方法によって加工される基板の断面図である。 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５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。 図８に続く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、第１レーザ発振器５１Ａと第２レーザ発振器５１Ｂと加工ステージ５２と作動制御部５３とを備えている。

第１レーザ発振器５１Ａは、レンズ５１９Ａを通して鉛直下方に向けて、アブレーション加工条件で、レーザ光９Ａを出力するように、設定されている。第１レーザ発振器５１Ａは、具体的には、１００フェトム秒〜１００ピコ秒のパルス幅のレーザ光を出力する超短パルスレーザ発振器である。第２レーザ発振器５１Ｂは、レンズ５１９Ｂを通して鉛直下方に向けて、熱加工条件で、レーザ光９Ｂを出力するように、設定されている。

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、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できるようになっている。すなわち、駆動機構５２２は、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９Ａ、９Ｂの各々に対する基板１の加工位置を任意に設定できるようになっている。なお、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。

作動制御部５３は、位置制御部及びタイミング制御部を有している。位置制御部は、駆動機構５２２を制御して、レーザ光９Ａによって加工する基板１の第１加工位置と、レーザ光９Ｂによって加工する基板１の第２加工位置と、を設定するようになっている。タイミング制御部は、第１レーザ発振器５１Ａと第２レーザ発振器５１Ｂとの作動タイミングを制御するようになっている。

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、脆性材料である。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。赤外線受光部１００は、ニッケル薄膜からなっており、熱影響を嫌う嫌熱性部分であり、基板１の両表面に形成されている。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。なお、図４においては、貫通溝２Ｂが形成される予定の領域を、赤外線受光部１００の近傍領域２００として、示している。

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が、位置制御部によって制御されて、ステージ本体５２１を動かして、基板１を第１加工位置に設定する。第１加工位置とは、図５に示されるように、レーザ光９Ａが近傍領域２００の内の赤外線受光部１００に近い領域部分２０１を照射する位置である。

（２）次に、タイミング制御部による制御によって、第１レーザ発振器５１Ａが、作動して、図５の状態で、レーザ光９Ａの照射を続行する（アブレーション加工工程）。レーザ光９Ａはアブレーション加工条件で照射されるので、領域部分２０１はアブレーション加工され、領域部分２０１には、図６に示されるように、貫通溝２１Ｂが形成される。

（３）次に、駆動機構５２２が、位置制御部によって制御されて、ステージ本体５２１を動かして、基板１を第２加工位置に設定する。第２加工位置とは、図６に示されるように、レーザ光９Ｂが近傍領域２００の内の赤外線受光部１００から遠い領域部分２０２を照射する位置である。

（４）そして、タイミング制御部による制御によって、第２レーザ発振器５１Ｂが、作動して、図６の状態で、レーザ光９Ｂの照射を続行する（熱加工工程）。レーザ光９Ｂは熱加工条件で照射されるので、領域部分２０２は熱加工され、領域部分２０２には、貫通溝が形成され、その貫通溝が貫通溝２１Ｂと合わさって、図７に示されるように、貫通溝２Ｂが形成される。

このように本実施形態のレーザ加工方法では、近傍領域２００に対して、熱加工条件でレーザ光９Ｂを照射しているので、作業性良く加工を実施でき、しかも、近傍領域２００の内の赤外線受光部１００に近い領域部分２０１に対しては、アブレーション加工条件でレーザ光９Ａを照射しているので、赤外線受光部１００に熱影響が及ぶのを抑制できる。したがって、本実施形態のレーザ加工方法によれば、基板における嫌熱性部分への熱影響をできるだけ小さくできるとともに、基板１を高速で加工することができる。

また、本実施形態のレーザ加工方法では、第１レーザ発振器５１Ａを先に作動させて、貫通溝２１Ｂを形成しているので、その後の第２レーザ発振器５１Ｂによる加工の際に、貫通溝２１Ｂが赤外線受光部１００に対する断熱空間として機能する。それ故、第２レーザ発振器５１Ｂによって熱加工条件でレーザ光９Ｂを照射する際においても、赤外線受光部１００に熱影響が及ぶのを抑制できる。したがって、本実施形態のレーザ加工方法によれば、基板における嫌熱性部分への熱影響をより小さくできる。

更に、本実施形態のレーザ加工方法によれば、第１レーザ発振器５１Ａとして、１００フェトム秒〜１００ピコ秒のパルス幅のレーザ光を出力する超短パルスレーザ発振器を用いているので、アブレーション加工を良好に実施できる。

また、本実施形態のレーザ加工装置５は、前述したように、第１レーザ発振器５１Ａと第２レーザ発振器５１Ｂと位置制御部とタイミング制御部とを、備えているので、本実施形態のレーザ加工方法を確実に実施できる。しかも、第１レーザ発振器５１Ａが、１００フェトム秒〜１００ピコ秒のパルス幅のレーザ光を出力する超短パルスレーザ発振器であるので、本実施形態のレーザ加工方法におけるアブレーション加工工程を良好に実施できる。

［第２実施形態］
本実施形態は、第１実施形態に比して、アブレーション加工工程と熱加工工程とを実施するタイミングが異なるだけである。すなわち、本実施形態では、熱加工工程を実施した後に、アブレーション加工工程を実施している。

本実施形態の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が、位置制御部によって制御されて、ステージ本体５２１を動かして、基板１を第２加工位置に設定する。第２加工位置とは、図８に示されるように、レーザ光９Ｂが近傍領域２００の内の赤外線受光部１００から遠い領域部分２０２を照射する位置である。

（２）次に、タイミング制御部による制御によって、第２レーザ発振器５１Ｂが、作動して、図８の状態で、レーザ光９Ｂの照射を続行する（熱加工工程）。レーザ光９Ｂは熱加工条件で照射されるので、領域部分２０２は熱加工され、図９に示されるように、領域部分２０２には、貫通溝２２Ｂが形成される。

（３）次に、駆動機構５２２が、位置制御部によって制御されて、ステージ本体５２１を動かして、基板１を第１加工位置に設定する。第１加工位置とは、図９に示されるように、レーザ光９Ａが近傍領域２００の内の赤外線受光部１００に近い領域部分２０１を照射する位置である。

（４）そして、タイミング制御部による制御によって、第１レーザ発振器５１Ａが、作動して、図９の状態で、レーザ光９Ａの照射を続行する（アブレーション加工工程）。レーザ光９Ａはアブレーション加工条件で照射されるので、領域部分２０１はアブレーション加工され、領域部分２０１には、貫通溝が形成され、その貫通溝が貫通溝２２Ｂと合わさって、図７に示されるように、貫通溝２Ｂが形成される。

本実施形態のレーザ加工方法によっても、第１実施形態の場合と同様の効果を発揮できる。

但し、本実施形態のレーザ加工方法では、熱加工工程を先に行っているので、図９に示されるように、貫通溝２２Ｂが形成された状態でアブレーション加工を行っている。それ故、アブレーション加工において基板１の材料が蒸発したり飛散したりするための表面積が、第１実施形態に比して大きい。したがって、本実施形態のレーザ加工方法によれば、アブレーション加工工程の作業性を向上でき、基板１をより高速で加工することができる。

［第３実施形態］
本実施形態は、第１実施形態に比して、アブレーション加工工程と熱加工工程とを実施するタイミングが異なるだけである。すなわち、本実施形態では、アブレーション加工工程と熱加工工程とを同時に実施している。

本実施形態の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が、位置制御部によって制御されて、ステージ本体５２１を動かして、基板１を第１加工位置及び第２加工位置の両方に設定する。なお、この設定においては、必要に応じて、レーザ光９Ａ及び／又はレーザ光９Ｂの照射位置を加工位置となるように移動させる。第１加工位置とは、図１０に示されるように、レーザ光９Ａが近傍領域２００の内の赤外線受光部１００に近い領域部分２０１を照射する位置である。第２加工位置とは、図１０に示されるように、レーザ光９Ｂが近傍領域２００の内の赤外線受光部１００から遠い領域部分２０２を照射する位置である。

（２）次に、タイミング制御部による制御によって、第１レーザ発振器５１Ａ及び第２レーザ発振器５１Ｂが、同時に作動して、図１０の状態で、レーザ光９Ａ及びレーザ光９Ｂの照射を続行する（アブレーション加工工程及び熱加工工程）。レーザ光９Ａはアブレーション加工条件で照射されるので、領域部分２０１はアブレーション加工され、領域部分２０１には貫通溝が形成され、また、レーザ光９Ｂは熱加工条件で照射されるので、領域部分２０２は熱加工され、領域部分２０２には貫通溝が形成され、その結果、両貫通溝が合わさって、図７に示されるように、貫通溝２Ｂが形成される。

本実施形態のレーザ加工方法によっても、第１実施形態の場合と同様の効果を発揮できる。

但し、本実施形態のレーザ加工方法では、アブレーション加工工程と熱加工工程とを同時に実施しているので、第１実施形態及び第２実施形態に比して、作業時間が短い。したがって、本実施形態のレーザ加工方法によれば、基板１を更により高速で加工することができる。

なお、本発明における嫌熱性部分は、熱影響を嫌う部分すなわち熱影響を受けるのが好ましくない部分であれば、赤外線受光部１００に限るものではない。

また、本発明における加工は、貫通溝を形成する加工に限るものではなく、非貫通溝や穴等を形成する加工でもよい。

また、本発明のレーザ加工装置は、２台のレーザ発振器を備えたものに限るものではなく、１台のレーザ発振器を備えたものでもよい。１台のレーザ発振器を備えたレーザ加工装置の場合には、当該レーザ発振器として、アブレーション加工条件と熱加工条件とを任意に切り替えて設定できるものを用いればよい。

本発明のレーザ加工方法は、基板における嫌熱性部分への熱影響をできるだけ小さくできるとともに、基板を高速で加工することができるので、産業上の利用価値が大である。

１ 基板 ５ レーザ加工装置 ５１Ａ 第１レーザ発振器、５１Ｂ 第２レーザ発振器 ２００ 近傍領域 ２０１ （近い）領域部分 ２０２ （遠い）領域部分

Claims (7)

1. 熱影響を嫌う嫌熱性部分を有する基板に対して、前記嫌熱性部分の近傍領域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、
   前記近傍領域の内、前記嫌熱性部分に近い領域部分に、アブレーション加工条件でレーザ光を照射するアブレーション加工工程と、
   前記近傍領域の内、前記嫌熱性部分から遠い領域部分に、熱加工条件でレーザ光を照射する熱加工工程と、
   を有することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記アブレーション加工工程を実施した後に、前記熱加工工程を実施する、
   請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 前記アブレーション加工工程と前記熱加工工程とを同時に実施する、
   請求項１記載のレーザ加工方法。
4. 前記熱加工工程を実施した後に、前記アブレーション加工工程を実施する、
   請求項１記載のレーザ加工方法。
5. 前記アブレーション加工工程を、１００フェトム秒〜１００ピコ秒のパルス幅のレーザ光を出力する超短パルスレーザ発振器を用いて実施する、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
6. 熱影響を嫌う嫌熱性部分を有する基板に対して、前記嫌熱性部分の近傍領域にレーザ光を照射して加工を行う、レーザ加工装置であって、
   アブレーション加工条件でレーザ光を出力する第１レーザ発振器と、
   熱加工条件でレーザ光を出力する第２レーザ発振器と、
   前記第１レーザ発振器から出力されるレーザ光の照射位置を、前記近傍領域の内、前記嫌熱性部分に近い領域部分に、設定し、且つ、前記第２レーザ発振器から出力されるレーザ光の照射位置を、前記近傍領域の内、前記嫌熱性部分から遠い領域部分に、設定する、位置制御部と、
   前記第１レーザ発振器と前記第２レーザ発振器とを、同時に作動するように、又は、時間的に前後して作動するように、制御する、タイミング制御部と、
   を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
7. 前記第１レーザ発振器が、１００フェトム秒〜１００ピコ秒のパルス幅のレーザ光を出力する超短パルスレーザ発振器である、
   請求項６記載のレーザ加工装置。

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