JP4711774B2 - 平板状ワークの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばシリコン基板等の難削材の加工方法に関する。

例えば、シリコン基板では、シリコン基板に穴を形成し、形成した穴に回路素子の線状端子部を挿通して固定する場合がある。シリコン基板は難削材であるため、例えば、１ｍｍのシリコン基板に、例えば直径０．７ｍｍの穴を加工する場合、１本のドリルで加工できる穴数は数穴である。したがって、このような穴をドリル加工で形成することは得策ではないため、基準となる穴（以下、「基準穴」という。）はドリルで加工し、加工した基準穴に基づいてその他の穴をドライエッチングにより加工していた。この加工に際してエッチング速度を向上させるため、種々のエッチングガスが検討されている（特許文献１）。
特開平９−７９９６号公報

近年、板厚が厚いシリコン基板の用途が大きくなっており、これに伴って、加工速度の向上が望まれている。そこで、前記特許文献１記載の発明では、エッチング速度を向上させるため、エッジングガスが検討されているが、エッジングガスの選択だけでは、現在目指している加工速度の向上に対応することはできない。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、シリコン基板基板等の難削材であっても、加工に要する時間が短く、かつ、加工コストを低減することができる平板状ワークの加工方法を提供するにある。

上記課題を解決するため、本発明は、平板状ワークの予め定める位置に、表面（一面）側から裏面（他面）側に貫通する少なくとも１個のレーザビームの入射側の直径より大きいテーパ状の基準穴をレーザにより加工し、前記表面（一面）側から前記基準穴の前記裏面（他面）における穴形状を撮像し、得られた撮像データから前記表面（一面）側を加工するための第１のＸＹ加工座標系を定め、定めた前記加工座標系により前記表面（一面）側に加工を行い、前記表面（一面）側の加工が終了した後、前記平板状ワークをＹ軸またはＸ軸の回りに反転させ、反転させた前記平板状ワークの前記上面（他面）側から前記基準穴の穴形状を撮像し、得られた撮像データに基づいて第２のＸＹ加工座標系を定め、前記表面（一面）側を加工したときの反転させた時の反転軸方向の座標値を同一とし、他方の軸方向の座標値を鏡像値として前記表面（一面）側を加工した箇所を加工することにより前記平板状ワークの同一箇所を両面から加工する平板状ワークの加工方法であって、前記平板状ワークは第１の冶具と第２の冶具との間に挟みこまれるように固定され、前記第２の冶具の高さは前記平板状ワークの下面から第１の冶具の上面までの距離に等しくなるように形成され、前記平板状ワークの反転前の他面側と反転後の他面側とにおける前記基準穴のテーブルからの高さを同一とすることを特徴とする。

本発明によれば、ドリル加工を行わないので、トータルの加工コストを低減することができると共に、ワークを表裏反転しても基準穴のテーブル上面からの高さが変わらないようにして、カメラの焦点を合わせる作業を不要にして撮像を行うことができるため、加工に要する時間を減らすことができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の実施形態に係る平板状ワーク加工装置の全体構成図、図２はＸＹテーブル部の要部拡大断面図である。

図２に示すように、シリコン基板３は第１の治具２０ａ、２０ｂと第２の治具２１ａ、２１ｂとの間に挟み込まれ、ボルト２２により一体である。以下、シリコン基板３、第１の治具２０ａ、２０ｂ、第２の治具２１ａ、２１ｂをまとめて「ワークＷ」という。

第２の治具２１ａ、２１ｂの高さｌ２は、シリコン基板３の下面から第１の治具２０ａ、２０ｂの上面までの距離ｌ１に等しくなるように形成されている。

ワークＷは、端部がガイド２４の側面２４ａに当接するようにして、ボルト２３によりＸＹテーブル４上に固定されている。ガイド２４の側面２４ａはＸ軸に平行になるようにしてＸＹテーブル４上に固定されている。ＸＹテーブル４はＸ方向およびＹ方向に移動自在である。

ＸＹテーブル４に設けられた空間部４ａには、ライト２５が配置されている。ＸＹテーブル４と対向する位置にはカメラ１２とｆθレンズ１が配置されている。カメラ１２は、第２の治具２１ａ、２１ｂの上面に焦点が合う第２の治具２１ａ、２１ｂの上面からｈの高さに位置決めされている。

次に、加工手順を説明する。
図３は本実施形態における基準穴の説明図であり、同図（ａ）は基準穴部分の平面図、同図（ｂ）は基準穴近傍の正面断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）の底面図である。また、図４は本実施形態における加工手順の説明図であり、同図（ａ）は表面側の場合、同図（ｂ）は裏面側の場合である。

レーザによりワークＷの予め定める位置に穴３１ａ，３１ｂを加工する場合、形成された穴は入射側の直径が出口側の直径よりも大きいテーパ状の穴になる。また、穴の断面が真円になることは少ない。そこで、裏面側に形成された穴を基準穴３０ａ，３０ｂとして、ライト２５を点灯し、カメラ１２により撮像する。そして、図４（ａ）に示すように、基準穴３０ａのＸ座標の最大値と最小値の平均座標を基準穴３０ａの中心Ｏ１のＸ座標、Ｙ座標の最大値と最小値の平均座標を基準穴３０ａの中心Ｏ１のＹ座標とする。同様にして基準穴３０ｂの中心Ｏ２のＸ座標とＹ座標を定める。さらに、直線Ｏ１−Ｏ２のＸ軸に対する角度αを求めておく。

次に、中心Ｏ１を加工の原点として表面側（図２における上面）の指定された位置にレーザを照射し、表面の二酸化珪素（二酸化シリコン層）を除去する。通常、穴（図２における加工穴）の深さを表面から５μｍ程度とすれば表面の二酸化珪素層を除去することができ、シリコン層を露出させることができる。なお、図２では、表面側の加工穴（実線）は加工された状態を、裏面側の加工穴（２点鎖線）は加工前の状態をそれぞれ示している。

表面の加工が終了したら、ワークＷをＹ軸の廻りに反転させてＸＹテーブル４に固定する。次に、ライト２５を点灯させ、カメラ１２により基準穴３０ａ，３０ｂを撮像し、上記の場合と同様にして中心Ｏ１および中心Ｏ２の座標を求める。そして、直線Ｏ１−Ｏ２のＸ軸に対する角度が−αであることを確認し、中心Ｏ１を原点として表面側を加工した時のＸ座標をマイナスにして（鏡像値にして）加工をする。すなわち、例えば、表面側の点Ｑｓ（ｘ、ｙ）において加工を行った場合、点Ｑｂ（−ｘ，ｙ）の位置（鏡像となる位置）を加工する。すなわち、点Ｑｓの反対側の面上の点Ｑｂにおいて加工を行う。この結果、シリコン基板３の両側からドライエッチングを行うことにより貫通穴を形成すると、貫通穴の軸線をほぼ同軸にすることができる。

このように両面の二酸化珪素を除去したワークは、ドライエッチングを両面から行うことができるので、エッチング速度を従来の２倍にすることができる。

また、レーザにより表面の二酸化珪素を除去するので、従来のドライエッチングにより二酸化珪素を除去する場合に比べて加工速度を向上させることができる。

また、この実施形態では、ワークＷを反転した場合の基準穴のテーブル上面からの高さが変わらないので、カメラの焦点を合わせる作業が不要であるため、作業能率を向上させることができる。

なお、ワークＷを反転させた際、直線Ｏ１−Ｏ２のＸ軸に対する角度が−αでない場合は、ワークＷの固定をやり直しても良いし、座標変換して加工しても良い。

また、基準穴を２個設けたが、１個にしても良い。

次に、レーザの照射手順を説明する。
図１において、レーザ発振器８はパルス状のＵＶレーザを出力する。レーザ発振器８から出射されたレーザビーム２はアパーチャ９により外形を整形され、ガルバノミラー６，７で反射されてｆθレンズ１に入射し、ｆθレンズ１により集光されてＸＹテーブル４上に配置されたワークＷの表面を加工する。ガルバノミラー６を回転させることによりレーザビーム２をワークＷ上のＹ方向に、また、ガルバノミラー７を回転させることによりレーザビーム２をワークＷ上のＸ方向に、それぞれ移動させることができる。

ガルバノミラー６，７およびｆθレンズ１で定まる加工領域１１（ガルバノスキャンニング領域）の大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍ程度である。１つの加工領域１１の穴の加工が終了すると、ＸＹテーブル４を移動させ、次の加工領域１１をｆθレンズ１に対して位置決めする。以下、ワークＷ全域の加工が終了するまで、上記の動作を繰り返す。制御装置１３は、ガルバノミラー６，７、レーザ発振器８及びカメラ１２を制御する。

なお、上記実施形態ではレーザにより二酸化珪素層を除去するようにしたが、一面側と他面側からレーザを照射して貫通穴を形成することもできる。このようにすると、中央部の穴径を入り口径に近い穴径にすることができる。

また、レーザ照射部を一面側と他面側の両方に設け、基準穴に基づいて両側から加工するようにすると、加工速度を更に向上させることができる。

本発明を適用するのに好適な平板状ワーク加工装置の全体構成図である。 本発明におけるＸＹテーブル部の要部拡大断面図である。 本発明における基準穴の説明図である。 本発明における加工手順の説明図である。

符号の説明

３ シリコン基板（ワークＷ）
１２ カメラ
３０ａ，３０ｂ 基準穴
３１ａ，３１ｂ 貫通穴

Claims (3)

1. 平板状ワークの予め定める位置に、一面側から他面側に貫通する少なくとも１個のレーザビームの入射側の直径が、出射側の直径より大きいテーパ状の基準穴をレーザにより加工し、
   前記一面側から前記基準穴の前記他面における穴形状を撮像し、
   得られた撮像データから前記一面側を加工するための第１のＸＹ加工座標系を定め、
   定めた前記加工座標系により前記一面側に加工を行い、
   前記一面側の加工が終了した後、前記平板状ワークをＹ軸またはＸ軸の回りに反転させ、
   反転させた前記平板状ワークの前記他面側から前記基準穴の穴形状を撮像し、
   得られた撮像データに基づいて第２のＸＹ加工座標系を定め、
   前記一面側を加工したときの反転させた時の反転軸方向の座標値を同一とし、他方の軸方向の座標値を鏡像値として前記一面側を加工した箇所を加工することにより前記平板状ワークの同一箇所を両面から加工することにより前記平板状ワークの同一箇所を両面から加工する平板状ワークの加工方法であって、
   前記平板状ワークは第１の冶具と第２の冶具との間に挟みこまれるように固定され、
   前記第２の冶具の高さは前記平板状ワークの下面から第１の冶具の上面までの距離に等しくなるように形成され、
   前記平板状ワークの反転前の他面側と反転後の他面側とにおける前記基準穴のテーブルからの高さを同一とすることを特徴とする平板状ワークの加工方法。
2. 前記平板状ワークがシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の平板状ワークの加工方法。
3. 前記加工が前記シリコン基板表面の二酸化シリコン層を除去するためのレーザ照射であることを特徴とする請求項２に記載の平板状ワークの加工方法。

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