JP2018001206A - 多層基板の加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層基板にレーザ光を照射して加工する場合に、多層基板の各層に応じた加工条件でレーザ光を照射すること。【解決手段】多層基板の上層に対してレーザ光を照射して上層の材料を除去する。上層の除去を終えた後、加工により露出した下層に対して上層への加工条件と異なる条件でレーザ光を前記基板の下層に導き、レーザ光を走査することにより加工を行う。こうすれば各層に応じた加工条件で基板２０を加工することができる。【選択図】図１

Description

本発明は多層構造の各種の基板（例えば、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ）やその他の脆性材料基板（例えば、ガラス基板、アルミナ基板、サファイア基板）等）に対してレーザ光源を用いて穴あけや切断の加工をする多層基板の加工方法及び加工装置に関するものである。

従来半導体ウエハに穴をあける際にはドライエッチングを用いて半導体ウエハに穴あけ加工を行ったり、特許文献１に示すようにＹＡＧレーザを用いて穴あけ加工を行っていた。又特許文献２には紫外線パルスレーザを用いて半導体ウエハに穴あけ加工を行う加工方法が提案されている。

特開２００２−２３９７６５号公報 特開２００４−２０９５４１号公報

しかるに従来のレーザ加工方法において、半導体ウエハなどの基板に多数の穴を設ける必要があり、穴あけ加工のタクトタイムを短縮することが求められていた。

又レーザ光を用いて２層基板の穴加工や切断加工をする場合、基板の上部の層（上層）と下方の層（下層）とが別々の材料で形成されているため基板の２層に対して、同一の条件でレーザを照射すると、加工が適切に行えないという問題点があった。

本発明はこのような従来の多層基板に対する加工方法の問題点に鑑みてなされたものであって、多層基板の上層と下層の条件を異ならせるようにした多層基板の加工方法及び加工装置を提供することを技術的課題とする。

この課題を解決するために、本発明の多層基板の加工方法は、レーザ光を用いた多層基板の加工方法であって、前記多層基板の上層にレーザ光を導き、レーザ光の照射位置を走査することにより前記上層を加工し、前記上層への加工を終えた後、加工により露出した下層に対して前記上層への加工条件と異なる条件でレーザ光を導き、レーザ光の照射位置を走査することにより前記下層を加工するものであり、特に多層基板に穴あけ加工を施す加工方法である。

この課題を解決するために、本発明の多層基板の加工装置は、出力を変化させることができるレーザ光源と、前記レーザ光源の光を２軸方向に変化させるガルバノミラーと、前記ガルバノミラーで反射された光を多層基板上に集光させるｆθレンズと、前記ガルバノミラー及び前記レーザ光源を制御し、レーザ光が照射される多層基板の層に応じて加工条件を変化させてレーザ光を照射するコントローラと、を具備するものであり、特に多層基板に穴あけ加工を施す加工装置である。

このような特徴を有する本発明によれば、多層基板の各層に対して最適なレーザ光を照射するようにしているため、上層を加工した後、上層に対する影響なく下層についても加工を行うことができるという効果が得られる。

図１は本発明の実施の形態によるレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 図２は本発明の実施の形態によるレーザ加工前の２層基板及び上層加工後の２層基板の一部を示す断面図である。 図３は本発明の実施の形態による下層のレーザ加工方法の加工ステップを示す図である。

次に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に用いられるレーザ加工装置の概略構成を示す図である。本図に示すようにレーザ加工装置１０はレーザ光源１１を有している。レーザ光源１１は例えばピコ秒ＵＶレーザ，ピコ秒グリーンレーザ，ＣＯ₂レーザなどパルス状にレーザ光を照射することができる出力可変型の光源とする。そしてこのレーザ光源１１の出力はミラー１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介してガルバノミラー１３に導かれる。ガルバノミラー１３はｘ軸方向及びこれと垂直なｙ軸方向にレーザ光源を微小に走査する１組のミラー１３ｘ，１３ｙで構成されており、コントローラ１４からの制御に基づいてレーザ光を任意の方向に走査することができる。ガルバノミラー１３で反射されたレーザ光はｆθレンズ１５を介して基板２０上に導かれる。又ｆθレンズ１５はガルバノミラー１３で決定された光路にかかわらず基板２０上に垂直にレーザ光を照射し、基板上に焦点を結ぶように集光するものである。基板２０はテーブル１６上に配置され、テーブル１６はＸＹステージ１７上に保持されており、ＸＹステージ１７によって基板２０をテーブル面上で２方向に移動させることができる。コントローラ１４は後述するようにガルバノミラー１２とレーザ光源１１，ＸＹステージ１７を制御し、基板２０上にレーザ光を照射して基板に穴あけ加工を行うように制御するものである。

加工対象となる基板２０は、例えば上層がポリイミドの層２０ａ、下層がガラス層２０ｂの２層構造の基板とする。ここでは基板２０について、例えば直径数十μｍ〜１ｍｍの微細な多数の穴を設けるものとする。

次にレーザ加工装置を用いた加工方法について説明する。ステップＳ１〜Ｓ４の工程で行われる。図２は加工対象となる基板２０の一部のポリイミド層２０ａの穴あけ加工前後を示す断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）はガラス層２０ｂの加工中の断面を示す図である。

まずステップＳ１において、上層であるポリイミド層２０ａに対して図３（ａ）に示すようにレーザ光を基板２０に対して垂直に所定の径となるように環状に照射する。この場合にはポリイミド層２０ａを除去するためにレーザ光の出力を弱く、例えば０．４Ｗとする。そして図２に示すように穴あけの位置を中心として最大走査半径Ｒ１１でレーザ光源からのレーザ光を走査して環状に照射する。次にこれよりわずかに径の小さいＲ１２となるように環状に同心円となるようにレーザ光を照射する。更に半径を順次小さくＲ１３，Ｒ１４・・・として同心円状にレーザ光を照射する。こうすればレーザを照射した円形の領域では図２（ｂ）に示すように上層であるポリイミド層２０ａを除去することができる。

次に図３（ａ）に示すようにポリイミド層２０ａが除去された穴あけ位置２１ａを中心としてレーザ光源の出力を０．６Ｗとし、最大走査半径Ｒ２１でレーザ光源からのレーザ光を走査して露出しているガラス層２０ｂの面に焦点が当たるようにして環状に照射する。次にこれよりわずかに径の小さいＲ２２となるように環状に同心円となるようにレーザ光を照射する。更に半径を順次小さくＲ２３，Ｒ２４として同心円状にレーザ光を照射する。これを第１レイヤーＬ１とすると、第１レイヤーＬ１の照射の終了後にガラス層２０ｂに浅い円形の穴を形成することができる。次いで第２レイヤーＬ２においてもこれと同様に半径Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ２４で同一位置にレーザ光の走査半径を順次小さく、基板の穴の表面を焦点位置として同心円状に照射して第２ステップＳ２を終える。この第２ステップＳ２の照射が終了すれば、図３（ａ）に示すようにガラス層２０ｂに対してほぼ同一深さの浅い円形の穴を形成することができる。

次にステップＳ３において、まずレイヤーＬ３の加工を行う。レイヤーＬ３では図３（ｂ）に示すようにレイヤーＬ１，Ｌ２と中心が等しい同心円としてステップＳ２の最大走査半径Ｒ２１よりわずかに小さい最大走査半径Ｒ４１で基板の穴の表面を焦点位置としてレーザ光源の出力を１．０Ｗとしてレーザ光を環状に照射する。次に最大走査半径Ｒ４１よりわずかに小さい走査半径Ｒ４２で同心円状に走査する。更により小さい走査半径Ｒ４３として同心円状にレーザ光を照射する。このような走査によりレイヤーＬ３ではステップＳ２で形成した穴よりやや深い穴を形成することができる。そしてレイヤーＬ４においてもこれと同様の半径Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ５３で同一位置にレーザ光の走査半径を順次小さく、基板の穴の表面を焦点位置として同心円状に繰り返す。更にレイヤーＬ５についてもレイヤーＬ３と同様に半径Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６３として環状に順次レーザ走査半径を小さくしながら基板の穴の表面を焦点位置としてレーザ光を照射する。この第３ステップＳ３の照射を終了すると、図３（ｂ）に示すように図３（ａ）よりやや深い同心円状の穴を形成することができる。

次にステップＳ４において、図３（ｃ）に示すようにこの前回の同心円と中心を等しく最大の径をより小さくしてレーザ光源の出力を２．５Ｗとして同心円状に基板の穴の表面を焦点位置としてレーザ光を照射する。第３ステップでは半径をＲ７１，Ｒ７２とする。こうすれば第４ステップを終了すると、より深い穴２１ｂを形成することができる。

尚この実施の形態では図３に示すようにガラス層２０ｂに対してステップＳ２〜Ｓ４で順次最大走査半径を小さくして同心円状にレーザ光を照射するようにしているが、２以上のステップであれば任意の回数とすることができる。即ち第ｎ（ｎは３以上の自然数）のステップを用いて複数ステップＳｉ（ｉ＝２〜ｎ）で順次走査半径を異ならせてレーザ光を照射し、穴を形成することができる。又各ステップでは、最も小さい走査半径から順次最大走査半径まで半径を大きくしながら走査してもよい。

このように本発明では、上部のポリイミド層２０ａとガラス層２０ｂに対してレーザ光の出力を異ならせてレーザ光を照射している。このようにすればポリイミド層２０ａに対するダメージを低く抑えた上で、ガラス２０ｂに穴あけ加工を行うことができる。又第４ステップでは出力を大きくすることで貫通孔を形成することも可能となる。

尚この実施の形態では基板の加工装置を用いた穴あけ加工について説明しているが、本発明は穴あけ加工に限らず、レーザ光を直線的に移動させるように照射し、基板を切断する場合についても適用することができる。

尚この実施の形態では、基板はポリイミド層とガラス基板の２層の基板としているが、２層に限られるものでなく、３層以上の多層の基板であってもよい。又上層はポリイミド層だけでなく、ポリイミド以外の樹脂層（例えば、ＰＥＴ層、ＰＶＣ層等）や金属層（例えば、銅層、銀層、白金層等）や金属酸化物層（例えば、ＩＴＯ層等）であってもよく、下層（下方の基板）はガラス基板だけでなく、アルミナ，サファイア等の基板や半導体ウエハ等の脆性材料基板であってもよい。多層基板の場合にも夫々の層に対して最適の加工条件でレーザ光を照射するものとする。

又この実施の形態では、レーザ光源の出力を変化させて加工条件を変化させるようにしているが、その他の条件を変化させるようにしてもよい。例えばレーザ光源１１はパルス状にレーザ光を発生させるが、レーザ光を走査するレーザ照射の重なり具合であるラップ率を変化させることによって加工条件を変化させることができる。

本発明はサファイア基板や半導体ウエハ等の基板に多数の穴を形成する場合にレーザ加工装置に好適に使用することができる。

１０ レーザ加工装置
１１ レーザ光源
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ミラー
１３ ガルバノミラー
１４ コントローラ
１５ ｆθレンズ
１６ テーブル
１７ ＸＹステージ
２０ 基板
２０ａ ポリイミド層
２０ｂ ガラス層

Claims (4)

1. レーザ光を用いた多層基板の加工方法であって、
   前記多層基板の上層にレーザ光を導き、レーザ光の照射位置を走査することにより前記上層を加工し、
   前記上層への加工を終えた後、加工により露出した下層に対して前記上層への加工条件と異なる条件でレーザ光を前記下層に導き、レーザ光の照射位置を走査することにより前記下層を加工する多層基板の加工方法。
2. 前記多層基板に穴あけ加工を施す請求項１記載の多層基板の加工方法。
3. 出力を変化させることができるレーザ光源と、
   前記レーザ光源の光を２軸方向に変化させるガルバノミラーと、
   前記ガルバノミラーで反射された光を多層基板上に集光させるｆθレンズと、
   前記ガルバノミラー及び前記レーザ光源を制御し、レーザ光が照射される前記多層基板の層に応じて加工条件を変化させてレーザ光を照射するコントローラと、を具備する多層基板の加工装置。
4. 前記多層基板に穴あけ加工を施す請求項３記載の多層基板の加工装置。

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