JP5025876B2 - Laser processing equipment - Google Patents

Laser processing equipment Download PDF

Info

Publication number
JP5025876B2
JP5025876B2 JP2002093197A JP2002093197A JP5025876B2 JP 5025876 B2 JP5025876 B2 JP 5025876B2 JP 2002093197 A JP2002093197 A JP 2002093197A JP 2002093197 A JP2002093197 A JP 2002093197A JP 5025876 B2 JP5025876 B2 JP 5025876B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
workpiece
light
cut
laser light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2002093197A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003001457A5 (en
JP2003001457A (en
Inventor
文嗣 福世
憲志 福満
直己 内山
敏光 和久田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2002093197A priority Critical patent/JP5025876B2/en
Publication of JP2003001457A publication Critical patent/JP2003001457A/en
Publication of JP2003001457A5 publication Critical patent/JP2003001457A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5025876B2 publication Critical patent/JP5025876B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/40Removing material taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/40Semiconductor devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料基板、圧電材料基板やガラス基板等の加工対象物の切断に使用されるレーザ加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザ応用の一つに切断があり、レーザによる一般的な切断は次の通りである。例えば半導体ウェハやガラス基板のような加工対象物の切断する箇所に、加工対象物が吸収する波長のレーザ光を照射し、レーザ光の吸収により切断する箇所において加工対象物の表面から裏面に向けて加熱溶融を進行させて加工対象物を切断する。しかし、この方法では加工対象物の表面のうち切断する箇所となる領域周辺も溶融される。よって、加工対象物が半導体ウェハの場合、半導体ウェハの表面に形成された半導体素子のうち、上記領域付近に位置する半導体素子が溶融する恐れがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
加工対象物の表面の溶融を防止する方法として、例えば、特開2000−219528号公報や特開2000−15467号公報に開示されたレーザによる切断方法がある。これらの公報の切断方法では、加工対象物の切断する箇所をレーザ光により加熱し、そして加工対象物を冷却することにより、加工対象物の切断する箇所に熱衝撃を生じさせて加工対象物を切断する。
【0004】
しかし、これらの公報の切断方法では、加工対象物に生じる熱衝撃が大きいと、加工対象物の表面に、切断予定ラインから外れた割れやレーザ照射していない先の箇所までの割れ等の不必要な割れが発生することがある。よって、これらの切断方法では精密切断をすることができない。特に、加工対象物が半導体ウェハ、液晶表示装置が形成されたガラス基板や電極パターンが形成されたガラス基板の場合、この不必要な割れにより半導体チップ、液晶表示装置や電極パターンが損傷することがある。また、これらの切断方法では平均入力エネルギーが大きいので、半導体チップ等に与える熱的ダメージも大きい。
【0005】
本発明の目的は、加工対象物の表面に不必要な割れを発生させることなくかつその表面が溶融しないレーザ加工方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ加工装置は、ウェハ状の加工対象物の内部のみに、切断の起点となる改質領域を形成するレーザ加工装置であって、加工対象物が載置される載置台と、照明光を出射する観察用光源と、加工対象物に対し透過性を有するレーザ光を出射するレーザ光源と、載置台に載置された加工対象物の表面に照明光を集光すると共に、レーザ光の集光点の位置で加工対象物の表面が溶融することなく改質領域が形成されるように、載置台に載置された加工対象物の内部にレーザ光を集光する集光用レンズと、加工対象物の表面に集光された照明光の反射光を撮像して撮像データを取得する撮像手段と、撮像データに基づいて照明光の焦点が加工対象物の表面上に位置するように載置台及び集光用レンズの少なくとも一方を移動させた後に、レーザ光の集光点が加工対象物の内部に位置するように、加工対象物の厚さ及び屈折率に基づき決定された所定量だけ加工対象物において照明光の焦点が位置する当該表面を基準として加工対象物の厚さ方向に載置台及び集光用レンズの少なくとも一方を移動させ、レーザ光の集光点が加工対象物の切断予定ラインに沿って移動するように、加工対象物の厚さ方向と直交する方向に載置台及び集光用レンズの少なくとも一方を移動させる機能を有する制御部と、を備えることを特徴とする。
また、レーザ光源は、複数のレーザ光を出射し、複数のレーザ光は、加工対象物の内部に切断予定ラインに沿って複数の集光点を同時に形成することを特徴とする。
また、レーザ光源は、複数設けられており、複数のレーザ光源それぞれで出射され加工対象物に互いに異なる方向から照射される複数のレーザ光は、加工対象物の内部に1つの集光点を形成することを特徴とする。
【0007】
本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物の内部に改質領域を形成している。加工対象物の切断する箇所に何らかの起点があると、加工対象物を比較的小さな力で割って切断することができる。本発明に係るレーザ加工方法によれば、改質領域を起点として切断予定ラインに沿って加工対象物が割れることにより、加工対象物を切断することができる。よって、比較的小さな力で加工対象物を切断することができるので、加工対象物の表面に切断予定ラインから外れた不必要な割れを発生させることなく加工対象物の切断が可能となる。
【0008】
また、本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の内部に局所的に改質領域を形成している。よって、加工対象物の表面ではレーザ光がほとんど吸収されないので、加工対象物の表面が溶融することはない。なお、集光点とはレーザ光が集光した箇所のことである。切断予定ラインは加工対象物の表面や内部に実際に引かれた線でもよいし、仮想の線でもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法は、多光子吸収により改質領域を形成している。多光子吸収はレーザ光の強度を非常に大きくした場合に発生する現象である。まず、多光子吸収について簡単に説明する。
【0010】
材料の吸収のバンドギャップEGよりも光子のエネルギーhνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はhν>EGである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとnhν>EGの条件(n=2,3,4,・・・である)で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度(W/cm2)で決まり、例えばピークパワー密度が1×108(W/cm2)以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、(集光点におけるレーザ光の1パルス当たりのエネルギー)÷(レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅)により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度(W/cm2)で決まる。
【0011】
このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工の原理について図1〜図6を用いて説明する。図1はレーザ加工中の加工対象物1の平面図であり、図2は図1に示す加工対象物1のII−II線に沿った断面図であり、図3はレーザ加工後の加工対象物1の平面図であり、図4は図3に示す加工対象物1のIV−IV線に沿った断面図であり、図5は図3に示す加工対象物1のV−V線に沿った断面図であり、図6は切断された加工対象物1の平面図である。
【0012】
図1及び図2に示すように、加工対象物1の表面3には切断予定ライン5がある。切断予定ライン5は直線状に延びた仮想線である。本実施形態に係るレーザ加工は、多光子吸収が生じる条件で加工対象物1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを加工対象物1に照射して改質領域7を形成する。なお、集光点とはレーザ光Lが集光した箇所のことである。
【0013】
レーザ光Lを切断予定ライン5に沿って(すなわち矢印A方向に沿って)相対的に移動させることにより、集光点Pを切断予定ライン5に沿って移動させる。これにより、図3〜図5に示すように改質領域7が切断予定ライン5に沿って加工対象物1の内部にのみ形成される。本実施形態に係るレーザ加工方法は、加工対象物1がレーザ光Lを吸収することにより加工対象物1を発熱させて改質領域7を形成するのではない。加工対象物1にレーザ光Lを透過させ加工対象物1の内部に多光子吸収を発生させて改質領域7を形成している。よって、加工対象物1の表面3ではレーザ光Lがほとんど吸収されないので、加工対象物1の表面3が溶融することはない。
【0014】
加工対象物1の切断において、切断する箇所に起点があると加工対象物1はその起点から割れるので、図6に示すように比較的小さな力で加工対象物1を切断することができる。よって、加工対象物1の表面3に不必要な割れを発生させることなく加工対象物1の切断が可能となる。
【0015】
なお、改質領域を起点とした加工対象物の切断は、次の二通りが考えられる。一つは、改質領域形成後、加工対象物に人為的な力が印加されることにより、改質領域を起点として加工対象物が割れ、加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚みが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物に曲げ応力やせん断応力を加えたり、加工対象物に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の一つは、改質領域を形成することにより、改質領域を起点として加工対象物の断面方向(厚さ方向)に向かって自然に割れ、結果的に加工対象物が切断される場合である。これは、例えば加工対象物の厚みが小さい場合、改質領域が1つでも可能であり、加工対象物の厚みが大きい場合、厚さ方向に複数の改質領域を形成することで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所の表面上において、改質領域が形成されていない部分まで割れが先走ることがなく、改質部を形成した部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の半導体ウェハの厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。
【0016】
さて、本実施形態において多光子吸収により形成される改質領域として、次の(1)〜(3)がある。
【0017】
(1)改質領域が一つ又は複数のクラックを含むクラック領域の場合
レーザ光を加工対象物(例えばガラスやLiTaO3からなる圧電材料)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1μs以下の条件で照射する。このパルス幅の大きさは、多光子吸収を生じさせつつ加工対象物表面に余計なダメージを与えずに、加工対象物の内部にのみクラック領域を形成できる条件である。これにより、加工対象物の内部には多光子吸収による光学的損傷という現象が発生する。この光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部にクラック領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns〜200nsが好ましい。なお、多光子吸収によるクラック領域の形成は、例えば、第45回レーザ熱加工研究会論文集(1998年.12月)の第23頁〜第28頁の「固体レーザー高調波によるガラス基板の内部マーキング」に記載されている。
【0018】
本発明者は、電界強度とクラックの大きさとの関係を実験により求めた。実験条件は次ぎの通りである。
(A)加工対象物:パイレックスガラス(厚さ700μm)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10-8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:出力<1mJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
なお、レーザ光品質がTEM00とは、集光性が高くレーザ光の波長程度まで集光可能を意味する。
【0019】
図7は上記実験の結果を示すグラフである。横軸はピークパワー密度であり、レーザ光がパルスレーザ光なので電界強度はピークパワー密度で表される。縦軸は1パルスのレーザ光により加工対象物の内部に形成されたクラック部分(クラックスポット)の大きさを示している。クラックスポットが集まりクラック領域となる。クラックスポットの大きさは、クラックスポットの形状のうち最大の長さとなる部分の大きさである。グラフ中の黒丸で示すデータは集光用レンズ(C)の倍率が100倍、開口数(NA)が0.80の場合である。一方、グラフ中の白丸で示すデータは集光用レンズ(C)の倍率が50倍、開口数(NA)が0.55の場合である。ピークパワー密度が1011(W/cm2)程度から加工対象物の内部にクラックスポットが発生し、ピークパワー密度が大きくなるに従いクラックスポットも大きくなることが分かる。
【0020】
次に、本実施形態に係るレーザ加工において、クラック領域形成による加工対象物の切断のメカニズムについて図8〜図11を用いて説明する。図8に示すように、多光子吸収が生じる条件で加工対象物1の内部に集光点Pを合わせてレーザ光Lを加工対象物1に照射して切断予定ラインに沿って内部にクラック領域9を形成する。クラック領域9は一つ又は複数のクラックを含む領域である。図9に示すようにクラック領域9を起点としてクラックがさらに成長し、図10に示すようにクラックが加工対象物1の表面3と裏面21に到達し、図11に示すように加工対象物1が割れることにより加工対象物1が切断される。加工対象物の表面と裏面に到達するクラックは自然に成長する場合もあるし、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。
【0021】
(2)改質領域が溶融処理領域の場合
レーザ光を加工対象物(例えばシリコンのような半導体材料)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1μs以下の条件で照射する。これにより加工対象物の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により加工対象物の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくともいずれか一つを意味する。また、溶融処理領域は相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。なお、電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns〜200nsが好ましい。
【0022】
本発明者は、シリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次ぎの通りである。
(A)加工対象物:シリコンウェハ(厚さ350μm、外径4インチ)
(B)レーザ
光源:半導体レーザ励起Nd:YAGレーザ
波長:1064nm
レーザ光スポット断面積:3.14×10-8cm2
発振形態:Qスイッチパルス
繰り返し周波数:100kHz
パルス幅:30ns
出力:20μJ/パルス
レーザ光品質:TEM00
偏光特性:直線偏光
(C)集光用レンズ
倍率:50倍
NA:0.55
レーザ光波長に対する透過率:60パーセント
(D)加工対象物が載置される載置台の移動速度:100mm/秒
【0023】
図12は上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ11の内部に溶融処理領域13が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域の厚さ方向の大きさは100μm程度である。
【0024】
溶融処理領域13が多光子吸収により形成されたことを説明する。図13は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚みtが50μm、100μm、200μm、500μm、1000μmの各々について上記関係を示した。
【0025】
例えば、Nd:YAGレーザの波長である1064nmにおいて、シリコン基板の厚みが500μm以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が80%以上透過することが分かる。図12に示すシリコンウェハ11の厚さは350μmであるので、多光子吸収による溶融処理領域はシリコンウェハの中心付近、つまり表面から175μmの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ200μmのシリコンウェハを参考にすると、90%以上なので、レーザ光がシリコンウェハ11の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ11の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域がシリコンウェハ11の内部に形成(つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成)されたものではなく、溶融処理領域が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第66集(2000年4月)の第72頁〜第73頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。
【0026】
なお、シリコンウェハは、溶融処理領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面に到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、加工対象物に力が印加されることにより成長する場合もある。なお、溶融処理領域からシリコンウェハの表面と裏面に割れが自然に成長するのは、一旦溶融後再固化した状態となった領域から割れが成長する場合、溶融状態の領域から割れが成長する場合及び溶融から再固化する状態の領域から割れが成長する場合のうち少なくともいずれか一つである。いずれの場合も切断後の切断面は図12に示すように内部にのみ溶融処理領域が形成される。加工対象物の内部に溶融処理領域を形成する場合、割断時、切断予定ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。
【0027】
(3)改質領域が屈折率変化領域の場合
レーザ光を加工対象物(例えばガラス)の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が1×108(W/cm2)以上でかつパルス幅が1ns以下の条件で照射する。パルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収によるエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。電界強度の上限値としては、例えば1×1012(W/cm2)である。パルス幅は例えば1ns以下が好ましく、1ps以下がさらに好ましい。多光子吸収による屈折率変化領域の形成は、例えば、第42回レーザ熱加工研究会論文集(1997年.11月)の第105頁〜第111頁の「フェムト秒レーザー照射によるガラス内部への光誘起構造形成」に記載されている。
【0028】
次に、本実施形態の具体例を説明する。
【0029】
[第1例]
本実施形態の第1例に係るレーザ加工方法について説明する。図14はこの方法に使用できるレーザ加工装置100の概略構成図である。レーザ加工装置100は、レーザ光Lを発生するレーザ光源101と、レーザ光Lの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源101を制御するレーザ光源制御部102と、レーザ光Lの反射機能を有しかつレーザ光Lの光軸の向きを90°変えるように配置されたダイクロイックミラー103と、ダイクロイックミラー103で反射されたレーザ光Lを集光する集光用レンズ105と、集光用レンズ105で集光されたレーザ光Lが照射される加工対象物1が載置される載置台107と、載置台107をX軸方向に移動させるためのX軸ステージ109と、載置台107をX軸方向に直交するY軸方向に移動させるためのY軸ステージ111と、載置台107をX軸及びY軸方向に直交するZ軸方向に移動させるためのZ軸ステージ113と、これら三つのステージ109,111,113の移動を制御するステージ制御部115と、を備える。
【0030】
Z軸方向は加工対象物1の表面3と直交する方向なので、加工対象物1に入射するレーザ光Lの焦点深度の方向となる。よって、Z軸ステージ113をZ軸方向に移動させることにより、加工対象物1の内部にレーザ光Lの集光点Pを合わせることができる。また、この集光点PのX(Y)軸方向の移動は、加工対象物1をX(Y)軸ステージ109(111)によりX(Y)軸方向に移動させることにより行う。X(Y)軸ステージ109(111)が移動手段の一例となる。
【0031】
レーザ光源101はパルスレーザ光を発生するNd:YAGレーザである。レーザ光源101に用いることができるレーザとして、この他、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザやチタンサファイアレーザがある。クラック領域や溶融処理領域を形成する場合、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザを用いるのが好適である。屈折率変化領域を形成する場合、チタンサファイアレーザを用いるのが好適である。
【0032】
第1例では加工対象物1の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。なお、本発明においてレーザ光はレーザビームを含む意味である。集光用レンズ105は集光手段の一例である。Z軸ステージ113はレーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせる手段の一例である。集光用レンズ105をZ軸方向に移動させることによっても、レーザ光の集光点を加工対象物の内部に合わせることができる。
【0033】
レーザ加工装置100はさらに、載置台107に載置された加工対象物1を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源117と、ダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ119と、を備える。ビームスプリッタ119と集光用レンズ105との間にダイクロイックミラー103が配置されている。ビームスプリッタ119は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを90°変えるように配置されている。観察用光源117から発生した可視光線はビームスプリッタ119で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105を透過し、加工対象物1の切断予定ライン5等を含む表面3を照明する。
【0034】
レーザ加工装置100はさらに、ビームスプリッタ119、ダイクロイックミラー103及び集光用レンズ105と同じ光軸上に配置された撮像素子121及び結像レンズ123を備える。撮像素子121としては例えばCCD(charge−coupled device)カメラがある。切断予定ライン5等を含む表面3を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ105、ダイクロイックミラー103、ビームスプリッタ119を透過し、結像レンズ123で結像されて撮像素子121で撮像され、撮像データとなる。
【0035】
レーザ加工装置100はさらに、撮像素子121から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部125と、レーザ加工装置100全体を制御する全体制御部127と、モニタ129と、を備える。撮像データ処理部125は、撮像データを基にして観察用光源117で発生した可視光の焦点が表面3上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部115がZ軸ステージ113を移動制御することにより、可視光の焦点が表面3に合うようにする。よって、撮像データ処理部125はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部125は、撮像データを基にして表面3の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部127に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ129に送られる。これにより、モニタ129に拡大画像等が表示される。
【0036】
全体制御部127には、ステージ制御部115からのデータ、撮像データ処理部125からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部102、観察用光源117及びステージ制御部115を制御することにより、レーザ加工装置100全体を制御する。よって、全体制御部127はコンピュータユニットとして機能する。
【0037】
次に、図14及び図15を用いて、本実施形態の第1例に係るレーザ加工方法を説明する。図15は、このレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。加工対象物1はシリコンウェハである。
【0038】
まず、加工対象物1の光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づいて、加工対象物1に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Lを発生するレーザ光源101を選定する(S101)。次に、加工対象物1の厚さを測定する。厚さの測定結果及び加工対象物1の屈折率を基にして、加工対象物1のZ軸方向の移動量を決定する(S103)。これは、レーザ光Lの集光点Pが加工対象物1の内部に位置させるために、加工対象物1の表面3に位置するレーザ光Lの集光点を基準とした加工対象物1のZ軸方向の移動量である。この移動量を全体制御部127に入力される。
【0039】
加工対象物1をレーザ加工装置100の載置台107に載置する。そして、観察用光源117から可視光を発生させて加工対象物1を照明する(S105)。照明された切断予定ライン5を含む加工対象物1の表面3を撮像素子121により撮像する。この撮像データは撮像データ処理部125に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理部125は観察用光源117の可視光の焦点が表面3に位置するような焦点データを演算する(S107)。
【0040】
この焦点データはステージ制御部115に送られる。ステージ制御部115は、この焦点データを基にしてZ軸ステージ113をZ軸方向の移動させる(S109)。これにより、観察用光源117の可視光の焦点が表面3に位置する。なお、撮像データ処理部125は撮像データに基づいて、切断予定ライン5を含む加工対象物1の表面3の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部127を介してモニタ129に送られ、これによりモニタ129に切断予定ライン5付近の拡大画像が表示される。
【0041】
全体制御部127には予めステップS103で決定された移動量データが入力されており、この移動量データがステージ制御部115に送られる。ステージ制御部115はこの移動量データに基づいて、レーザ光Lの集光点Pが加工対象物1の内部となる位置に、Z軸ステージ113により加工対象物1をZ軸方向に移動させる(S111)。
【0042】
次に、レーザ光源101からレーザ光Lを発生させて、レーザ光Lを加工対象物1の表面3の切断予定ライン5に照射する。レーザ光Lの集光点Pは加工対象物1の内部に位置しているので、溶融処理領域は加工対象物1の内部にのみ形成される。そして、切断予定ライン5に沿うようにX軸ステージ109やY軸ステージ111を移動させて、溶融処理領域を切断予定ライン5に沿うように加工対象物1の内部に形成する(S113)。そして、加工対象物1を切断予定ライン5に沿って曲げることにより、加工対象物1を切断する(S115)。これにより、加工対象物1をシリコンチップに分割する。
【0043】
第1例の効果を説明する。これによれば、多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物1の内部に集光点Pを合わせて、パルスレーザ光Lを切断予定ライン5に照射している。そして、X軸ステージ109やY軸ステージ111を移動させることにより、集光点Pを切断予定ライン5に沿って移動させている。これにより、改質領域(例えばクラック領域、溶融処理領域、屈折率変化領域)を切断予定ライン5に沿うように加工対象物1の内部に形成している。加工対象物の切断する箇所に何らかの起点があると、加工対象物を比較的小さな力で割って切断することができる。よって、改質領域を起点として切断予定ライン5に沿って加工対象物1を割ることにより、比較的小さな力で加工対象物1を切断することができる。これにより、加工対象物1の表面3に切断予定ライン5から外れた不必要な割れを発生させることなく加工対象物1を切断することができる。
【0044】
また、第1例によれば、加工対象物1に多光子吸収を起こさせる条件でかつ加工対象物1の内部に集光点Pを合わせて、パルスレーザ光Lを切断予定ライン5に照射している。よって、パルスレーザ光Lは加工対象物1を透過し、加工対象物1の表面3ではパルスレーザ光Lがほとんど吸収されないので、改質領域形成が原因で表面3が溶融等のダメージを受けることはない。
【0045】
以上説明したように第1例によれば、加工対象物1の表面3に切断予定ライン5から外れた不必要な割れや溶融が生じることなく、加工対象物1を切断することができる。よって、加工対象物1が例えば半導体ウェハの場合、半導体チップに切断予定ラインから外れた不必要な割れや溶融が生じることなく、半導体チップを半導体ウェハから切り出すことができる。表面に電極パターンが形成されている加工対象物や、圧電素子ウェハや液晶等の表示装置が形成されたガラス基板のように表面に電子デバイスが形成されている加工対象物についても同様である。よって、第1例によれば、加工対象物を切断することにより作製される製品(例えば半導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置)の歩留まりを向上させることができる。
【0046】
また、第1例によれば、加工対象物1の表面3の切断予定ライン5は溶融しないので、切断予定ライン5の幅(この幅は、例えば半導体ウェハの場合、半導体チップとなる領域同士の間隔である。)を小さくできる。これにより、一枚の加工対象物1から作製される製品の数が増え、製品の生産性を向上させることができる。
【0047】
また、第1例によれば、加工対象物1の切断加工にレーザ光を用いるので、ダイヤモンドカッタを用いたダイシングよりも複雑な加工が可能となる。例えば、図16に示すように切断予定ライン5が複雑な形状であっても、第1例によれば切断加工が可能となる。これらの効果は後に説明する例でも同様である。
【0048】
なお、レーザ光源は一つに限らず複数でもよい。例えば、図17はレーザ光源が複数における本実施形態の第1例に係るレーザ加工方法を説明する模式図である。これは、三つのレーザ光源15,17,19から出射された三つのレーザ光を加工対象物1の内部に集光点Pを合わせて異なる方向から照射している。レーザ光源15,17からの各レーザ光は加工対象物1の表面3から入射する。レーザ光源19からのレーザ光は加工対象物1の裏面3から入射する。これよれば、複数のレーザ光源を用いるので、レーザ光がパルスレーザ光に比べてパワーが小さい連続波レーザ光であっても、集光点の電界強度を多光子吸収が発生する大きさにすることが可能となる。同様の理由により集光用レンズがなくても多光子吸収が発生させることが可能となる。なお、この例では三つのレーザ光源15,17,19により集光点Pを形成しているが、本発明はこれに限定されずレーザ光源が複数であればよい。
【0049】
図18はレーザ光源が複数における本実施形態の第1例に係る他のレーザ加工方法を説明する模式図である。この例は、複数のレーザ光源23が切断予定ライン5に沿って一列に配置された三つのアレイ光源部25,27,29を備えている。アレイ光源部25,27,29の各々において同じ列に配置されたレーザ光源23から出射されたレーザ光が一つの集光点(例えば集光点P1)を形成する。この例によれば切断予定ライン5に沿って複数の集光点P1,P2,・・・を同時に形成することができるので、加工速度を向上させることができる。また、この例では、表面3上であって切断予定ライン5と直交する方向にレーザスキャンすることで改質領域を複数列同時に形成することも可能である。
【0050】
[第2例]
次に、本実施形態の第2例について説明する。この例は光透過性材料の切断方法及び切断装置である。光透過性材料は加工対象物の一例である。この例では、光透過性材料としてLiTaO3からなる厚さが400μm程度の圧電素子ウェハ(基板)を用いている。
【0051】
第2例に係る切断装置は、図14に示すレーザ加工装置100及び図19、図20に示す装置から構成される。図19及び図20に示す装置について説明する。圧電素子ウェハ31は、保持手段としてのウェハシート(フィルム)33に保持されている。このウェハシート33は、圧電素子ウェハ31を保持する側の面が粘着性を有する樹脂製テープ等からなり、弾性を有している。ウェハシート33は、サンプルホルダ35に挟持されて、載置台107上にセットされる。なお、圧電素子ウェハ31は、図19に示されるように、後に切断分離される多数個の圧電デバイスチップ37を含んでいる。各圧電デバイスチップ37は回路部39を有している。この回路部39は、圧電素子ウェハ31の表面に各圧電デバイスチップ37毎に形成されており、隣接する回路部39の間には所定の間隙α(80μm程度)が形成されている。なお、図20は、圧電素子ウェハ31の内部のみに改質部としての微小なクラック領域9が形成された状態を示している。
【0052】
次に、図21に基づいて、第2例に係る光透過性材料の切断方法について説明する。まず、切断対象材料となる光透過性材料(第2例においては、LiTaO3からなる圧電素子ウェハ31)の光吸収特性を測定する(S201)。光吸収特性は、分光光度計等を用いることにより測定可能である。光吸収特性が測定されると、その測定結果に基づいて、切断対象材料に対して透明若しくは吸収の少ない波長のレーザ光Lを出射するレーザ光源101を選定する(S203)。第2例においては、基本波波長が1064nmであるパルス波(PW)型のYAGレーザが選定されている。このYAGレーザは、パルスの繰り返し周波数が20Hzであり、パルス幅が6nsであり、パルスエネルギは300μJである。また、YAGレーザから出射されるレーザ光Lのスポット径は、20μm程度である。
【0053】
次に、切断対象材料の厚さを測定する(S205)。切断対象材料の厚さが測定されると、その測定結果に基づいて、レーザ光Lの集光点が切断対象材料の内部に位置するように、レーザ光Lの光軸方向における切断対象材料の表面(レーザ光Lの入射面)からのレーザ光Lの集光点の変位量(移動量)を決定する(S207)。レーザ光Lの集光点の変位量(移動量)は、切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応して、たとえば切断対象材料の厚さの1/2の量に設定される。
【0054】
図22に示されるように、実際のレーザ光Lの集光点Pの位置は、切断対象材料雰囲気(たとえば、空気)中の屈折率と切断対象材料の屈折率との違いにより、集光用レンズ105で集光されたレーザ光Lの集光点Qの位置よりも切断対象材料(圧電素子ウェハ31)の表面から深いところに位置するようになる。すなわち、空気中の場合、「レーザ光Lの光軸方向でのZ軸ステージ113の移動量×切断対象材料の屈折率=実際のレーザ光Lの集光点移動量」という関係が成り立つことになる。レーザ光Lの集光点の変位量(移動量)は、上述した関係(切断対象材料の厚さ及び屈折率)を考慮して設定される。その後、X−Y−Z軸ステージ(本実施形態においては、X軸ステージ109、Y軸ステージ111及びZ軸ステージ113により構成される)上に配置された載置台107に対してウェハシート33に保持された切断対象材料を載置する(S209)。切断対象材料の載置を終えると、観察用光源117から光を出射して、出射した光を切断対象材料に照射する。そして、撮像素子121での撮像結果に基づいて、レーザ光Lの集光点が切断対象材料の表面上に位置するようにZ軸ステージ113を移動させてフォーカス調整を行う(S211)。ここでは、観察用光源117によって得られる圧電素子ウェハ31の表面観察像を撮像素子121により撮像し、撮像データ処理部125が、撮像結果に基づいて、観察用光源117から出射された光が切断対象材料の表面上で焦点を結ぶようにZ軸ステージ113の移動位置を決定し、ステージ制御部115に出力する。ステージ制御部115は、撮像データ処理部125からの出力信号に基づいて、Z軸ステージ113の移動位置が、観察用光源117から出射された光が切断対象材料の表面上に焦点を結ぶ、すなわちレーザ光Lの集光点を切断対象材料の表面上に位置させるための位置となるようにZ軸ステージ113を制御する。
【0055】
観察用光源117から出射された光のフォーカス調整が終わると、レーザ光Lの集光点を切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応した集光点に移動させる(S213)。ここでは、切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応して決定されたレーザ光Lの集光点の変位量分だけZ軸ステージ113をレーザ光Lの光軸方向に移動させるように、全体制御部127がステージ制御部115に出力信号を送り、出力信号を受けたステージ制御部115がZ軸ステージ113の移動位置を制御する。上述したように、切断対象材料の厚さ及び屈折率に対応して決定されたレーザ光Lの集光点の変位量分だけZ軸ステージ113をレーザ光Lの光軸方向に移動させることにより、レーザ光Lの集光点の切断対象材料の内部への配置が完了する(S215)。
【0056】
レーザ光Lの集光点の切断対象材料の内部への配置が完了すると、レーザ光Lを切断対象材料に照射すると共に、所望の切断パターンにしたがってX軸ステージ109及びY軸ステージ111を移動させる(S217)。レーザ光源101から出射されたレーザ光Lは、図22に示されるように、集光用レンズ105により、隣接する回路部39の間に形成された所定の間隙α(上述したように、80μm)に臨む圧電素子ウェハ31の内部に集光点Pが位置するように集光される。上述した所望の切断パターンは、圧電素子ウェハ31から複数の圧電デバイスチップ37を分離するために、隣接する回路部39の間に形成された間隙にレーザ光Lが照射されるように設定されており、レーザ光Lの照射状態をモニタ129で確認しながらレーザ光Lが照射されることになる。
【0057】
ここで、切断対象材料に照射されるレーザ光Lは、集光用レンズ105により、図22に示されるように、圧電素子ウェハ31の表面(レーザ光Lが入射する面)に形成された回路部39にレーザ光Lが照射されない角度で集光される。このように、回路部39にレーザ光Lが照射されない角度でレーザ光Lを集光することにより、レーザ光Lが回路部39に入射するのを防ぐことができ、回路部39をレーザ光Lから保護することができる。
【0058】
レーザ光源101から出射されたレーザ光Lを、圧電素子ウェハ31の内部に集光点Pが位置するように集光させ、この集光点Pにおけるレーザ光Lのエネルギー密度が切断対象材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越えると、切断対象材料としての圧電素子ウェハ31の内部における集光点P及びその近傍のみに微小なクラック領域9が形成される。このとき、切断対象材料(圧電素子ウェハ31)の表面及び裏面に損傷を及ぼすことはない。
【0059】
次に、図23〜図27に基づいて、レーザ光Lの集光点を移動させてクラックを形成する点について説明する。図23に示される略直方体形状の切断対象材料32(光透過性材料)に対して、切断対象材料32の内部にレーザ光Lの集光点が位置するようにレーザ光Lを照射することにより、図24及び図25に示されるように、切断対象材料32の内部における集光点及びその近傍のみに微小なクラック領域9が形成される。また、レーザ光Lの集光点がレーザ光Lの光軸に交差する切断対象材料32の長手方向Dに移動するように、レーザ光Lの走査あるいは切断対象材料32の移動が制御されている。
【0060】
レーザ光源101からはレーザ光Lがパルス状に出射されることから、レーザ光Lの走査あるいは切断対象材料32の移動を行った場合、クラック領域9は、図25に示されるように、切断対象材料32の長手方向Dに沿ってレーザ光Lの走査速度あるいは切断対象材料32の移動速度に対応した間隔を有して複数のクラック領域9が形成されていくことになる。レーザ光Lの走査速度あるいは切断対象材料32の移動速度を遅くすることにより、図26に示されるように、クラック領域9間の間隔を短くして、形成されるクラック領域9の数を増やすことも可能である。また、レーザ光Lの走査速度あるいは切断対象材料の移動速度を更に遅くすることにより、図27に示されるように、クラック領域9が、レーザ光Lの走査方向あるいは切断対象材料32の移動方向、すなわちレーザ光Lの集光点の移動方向に沿って連続的に形成されることになる。クラック領域9間の間隔(形成されるクラック領域9の数)の調整は、レーザ光Lの繰り返し周波数及び切断対象材料32(X軸ステージあるいはY軸ステージ)の移動速度の関係を変化させることでも実現可能である。また、レーザ光Lの繰り返し周波数及び切断対象材料32の移動速度を高くすることでスループットの向上も可能である。
【0061】
上述した所望の切断パターンに沿ってクラック領域9が形成されると(S219)、物理的外力印加又は環境変化等により切断対象材料内、特にクラック領域9が形成された部分に応力を生じさせて、切断対象材料の内部(集光点及びその近傍)のみに形成されたクラック領域9を成長させて、切断対象材料をクラック領域9が形成された位置で切断する(S221)。
【0062】
次に、図28〜図32を参照して、物理的外力印加による切断対象材料の切断について説明する。まず、所望の切断パターンに沿ってクラック領域9が形成された切断対象材料(圧電素子ウェハ31)は、サンプルホルダ35に挟持されたウェハシート33に保持された状態で切断装置に配置される。切断装置は、後述するような吸引チャック34、この吸引チャック34が接続される吸引ポンプ(図示せず)、加圧ニードル36(押圧部材)、加圧ニードル36を移動させるための加圧ニードル駆動手段(図示せず)等を有している。加圧ニードル駆動手段としては、電動又は油圧等のアクチュエータを用いることができる。なお、図28〜図32においては、回路部39の図示を省略している。
【0063】
圧電素子ウェハ31が切断装置に配置されると、図28に示されるように、分離する圧電デバイスチップ37に対応する位置に吸引チャック34を近づけていく。吸引チャック34を分離する圧電デバイスチップ37に近接もしくは当接させた状態で吸引ポンプ装置を作動させることにより、図29に示されるように、吸引チャック34に分離する圧電デバイスチップ37(圧電素子ウェハ31)を吸着させる。吸引チャック34に分離する圧電デバイスチップ37(圧電素子ウェハ31)を吸着させると、図30に示されるように、ウェハシート33の裏面(圧電素子ウェハ31が保持された面の裏面)側から分離する圧電デバイスチップ37に対応する位置に加圧ニードル36を移動させる。
【0064】
加圧ニードル36がウェハシート33の裏面に当接してから更に加圧ニードル36を移動させると、ウェハシート33が変形すると共に加圧ニードル36により圧電素子ウェハ31に外部から応力を印加されて、クラック領域9が形成されているウェハ部分に応力が生じてクラック領域9が成長する。クラック領域9が圧電素子ウェハ31の表面及び裏面まで成長することにより、圧電素子ウェハ31は、図31に示されるように、分離する圧電デバイスチップ37の端部において切断されて、圧電デバイスチップ37が圧電素子ウェハ31から分離されることになる。なお、ウェハシート33は、上述したように粘着性を有しているので、切断分離された圧電デバイスチップ37が飛散するのを防ぐことができる。
【0065】
圧電デバイスチップ37が圧電素子ウェハ31から分離されると吸引チャック34及び加圧ニードル36をウェハシート33から離れる方向に移動させる。吸引チャック34及び加圧ニードル36が移動すると、分離された圧電デバイスチップ37は吸引チャック34に吸着しているので、図32に示されるように、ウェハシート33から離されることになる。このとき、図示しないイオンエアーブロー装置を用いて、イオンエアーを図32中矢印B方向に送り、分離されて吸引チャック34に吸着している圧電デバイスチップ37と、ウェハシート33に保持されている圧電素子ウェハ31(表面)とをイオンエアー洗浄している。なお、イオンエアー洗浄の代わりに、吸引装置を設けて、塵等を吸引することで切断分離された圧電デバイスチップ37及び圧電素子ウェハ31の洗浄を行うようにしてもよい。環境変化により切断対象材料を切断する方法としては、内部のみにクラック領域9が形成された切断対象材料に対して温度変化を与える方法が存在する。このように、切断対象材料に対して温度変化を与えることにより、クラック領域9が形成されている材料部分に熱応力を生じさせて、クラック領域9を成長させて切断対象材料を切断することができる。
【0066】
このように、第2例においては、集光用レンズ105により、レーザ光源101から出射されたレーザ光Lを、その集光点が光透過性材料(圧電素子ウェハ31)の内部に位置するように集光することで、集光点におけるレーザ光Lのエネルギー密度が光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越え、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに微小なクラック領域9が形成される。そして、形成されたクラック領域9の位置にて光透過性材料が切断されるので、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成されたクラック領域9に沿って切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、1つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、第2例によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【0067】
また、物理的外力印加又は環境変化等により切断対象材料内に応力を生じさせることにより、形成されたクラック領域9を成長させて光透過性材料(圧電素子ウェハ31)を切断するので、形成されたクラック領域9の位置にて光透過性材料を確実に切断することができる。
【0068】
また、加圧ニードル36を用いて光透過性材料(圧電素子ウェハ31)に応力を加えることにより、クラック領域9を成長させて光透過性材料を切断しているので、形成されたクラック領域9の位置にて光透過性材料をより一層確実に切断することができる。
【0069】
また、複数の回路部39が形成された圧電素子ウェハ31(光透過性材料)を各圧電デバイスチップ37毎に切断分離する場合、集光用レンズ105により、隣接する回路部39の間に形成された間隙に臨むウェハ部分の内部に集光点が位置するようにレーザ光Lを集光し、クラック領域9を形成させるので、隣接する回路部39の間に形成された間隙の位置において、圧電素子ウェハ31を確実に切断することができる。
【0070】
また、光透過性材料(圧電素子ウェハ31)の移動あるいはレーザ光Lを走査して集光点をレーザ光Lの光軸に交差する方向、たとえば直交する方向に移動させることにより、クラック領域9が集光点の移動方向に沿って連続的に形成されることになり、切断の方向安定性がより一層向上して、切断の方向制御をより一層容易に行うことができる。
【0071】
また、第2例においては、発塵粉体がほとんどないため発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【0072】
また、第2例においては、改質部(クラック領域9)の形成がレーザ光Lによる非接触加工にて実現されるため、ダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、第2例においては、上述したように、改質部(クラック領域9)の形成がレーザ光Lによる非接触加工にて実現されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。本発明は、前述した第2例に限定されるものではなく、たとえば、光透過性材料は圧電素子ウェハ31に限られることなく、半導体ウェハ、ガラス基板等であってもよい。レーザ光源101も、切断する光透過性材料の光吸収特性に対応して適宜選択可能である。また、第2例においては、改質部として、レーザ光Lを照射することにより微小なクラック領域9を形成するようにしているが、これに限られるものではない。たとえば、レーザ光源101として超短パルスレーザ光源(たとえば、フェムト秒(fs)レーザ)を用いることで、屈折率変化(高屈折率)による改質部を形成することができ、このような機械的特性の変化を利用してクラック領域9を発生させることなく光透過性材料を切断することができる。
【0073】
また、レーザ加工装置100において、Z軸ステージ113を移動させることによりレーザ光Lのフォーカス調整を行うようにしているが、これに限られることなく、集光用レンズ105をレーザ光Lの光軸方向に移動させることによりフォーカス調整を行うようにしてもよい。
【0074】
また、レーザ加工装置100において、所望の切断パターンにしたがってX軸ステージ109及びY軸ステージ111を移動するようにしているが、これに限られることなく、レーザ光Lを所望の切断パターンにしたがって走査するようにしてもよい。
【0075】
また、吸引チャック34に圧電素子ウェハ31を吸着させた後に、加圧ニードル36により圧電素子ウェハ31を切断するようにしているが、これに限られることなく、加圧ニードル36により圧電素子ウェハ31を切断した後に、切断分離された圧電デバイスチップ37を吸引チャック34に吸着させるようにしてもよい。なお、吸引チャック34に圧電素子ウェハ31を吸着させた後に、加圧ニードル36により圧電素子ウェハ31を切断することにより、切断分離された圧電デバイスチップ37の表面が吸引チャック34にて覆われることになり、圧電デバイスチップ37の表面に塵等が付着するのを防ぐことができる。
【0076】
また、撮像素子121として赤外線用のものを用いることにより、レーザ光Lの反射光を利用してフォーカス調整を行うことができる。この場合には、ダイクロイックミラー103を用いる代わりにハーフミラーを用い、このハーフミラーとレーザ光源101との間にレーザ光源101への戻り光を抑制するような光学素子を配設する必要がある。なお、このとき、フォーカス調整を行うためのレーザ光Lにより切断対象材料にダメージが生じないように、フォーカス調整時にレーザ光源101から照射されるレーザ光Lの出力は、クラック形成のための出力よりも低いエネルギー値に設定ことが好ましい。
【0077】
第2例の観点から本発明の特徴を以下に説明する。
【0078】
本発明に係る光透過性材料の切断方法は、レーザ光源から出射したレーザ光を、その集光点が光透過性材料の内部に位置するように集光し、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに改質部を形成させる改質部形成工程と、形成された改質部の位置にて光透過性材料を切断する切断工程と、を備えていることを特徴としている。
【0079】
本発明に係る光透過性材料の切断方法では、改質部形成工程において、レーザ光の集光点が光透過性材料の内部に位置するようにレーザ光を集光することで、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに改質部が形成される。切断工程では、形成された改質部の位置にて光透過性材料が切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、形成された改質部の位置で切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、1つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【0080】
また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【0081】
また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、改質部の形成がレーザ光による非接触加工にて実現されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、上述したように改質部の形成がレーザ光による非接触加工にて実現されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
【0082】
また、光透過性材料には、複数の回路部が形成されており、改質部形成工程において、隣接する回路部の間に形成された間隙に臨む光透過性材料部分の内部に集光点が位置するようにレーザ光を集光し、改質部を形成させることが好ましい。このように構成した場合には、隣接する回路部の間に形成された間隙の位置において、光透過性材料を確実に切断することができる。
【0083】
また、改質部形成工程において、光透過性材料にレーザ光を照射する場合に、回路部にレーザ光が照射されない角度でレーザ光を集光することが好ましい。このように、改質部形成工程において、光透過性材料にレーザ光を照射する場合に、回路部にレーザ光が照射されない角度でレーザ光を集光することにより、レーザ光が回路部に入射するのを防ぐことができ、回路部をレーザ光から保護することができる。
【0084】
また、改質部形成工程において、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させることにより、改質部を集光点の移動方向に沿って連続的に形成することが好ましい。このように、改質部形成工程において、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させることにより、改質部を集光点の移動方向に沿って連続的に形成することで、切断の方向安定性がより一層向上して、切断の方向制御をより一層容易に行うことができる。
【0085】
本発明に係る光透過性材料の切断方法は、レーザ光源から出射したレーザ光を、その集光点が光透過性材料の内部に位置するように集光し、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみにクラックを形成させるクラック形成工程と、形成されたクラックの位置にて光透過性材料を切断する切断工程と、を備えていることを特徴としている。
【0086】
本発明に係る光透過性材料の切断方法では、クラック形成工程において、レーザ光の集光点が光透過性材料の内部に位置するようにレーザ光を集光することで、集光点におけるレーザ光のエネルギー密度が光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越え、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみにクラックが形成される。切断工程では、形成されたクラックの位置にて光透過性材料が切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成されたクラックに沿って切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、1つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【0087】
また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【0088】
また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、クラックの形成がレーザ光による非接触加工にて実現されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光透過性材料の切断方法においては、上述したようにクラックの形成がレーザ光による非接触加工にて実現されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
【0089】
また、切断工程において、形成されたクラックを成長させることにより光透過性材料を切断することが好ましい。このように、切断工程において、形成されたクラックを成長させることにより光透過性材料を切断することにより、形成されたクラックの位置にて光透過性材料を確実に切断することができる。
【0090】
また、切断工程において、押圧部材を用い、光透過性材料に応力を加えることにより、クラックを成長させて光透過性材料を切断することが好ましい。このように、切断工程において、押圧部材を用い、光透過性材料に応力を加えることにより、クラックを成長させて光透過性材料を切断することにより、クラックの位置にて光透過性材料をより一層確実に切断することができる。
【0091】
本発明に係る光透過性材料の切断装置は、レーザ光源と、光透過性材料を保持する保持手段と、レーザ光源から出射されたレーザ光を、その集光点が光透過性材料の内部に位置するように集光させる光学素子と、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに形成された改質部の位置にて光透過性材料を切断する切断手段と、を備えたことを特徴としている。
【0092】
本発明に係る光透過性材料の切断装置では、光学素子により、レーザ光の集光点が光透過性材料の内部に位置するようにレーザ光が集光されることで、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみに改質部が形成される。そして、切断手段が、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに形成される改質部の位置で光透過性材料を切断するので、光透過性材料は、形成された改質部に沿って確実に切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、改質部に沿って切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、1つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【0093】
また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【0094】
また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、改質部がレーザ光による非接触加工にて形成されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、上述したように改質部がレーザ光による非接触加工にて形成されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
【0095】
本発明に係る光透過性材料の切断装置は、レーザ光源と、光透過性材料を保持する保持手段と、レーザ光源から出射されたレーザ光を、その集光点が光透過性材料の内部に位置するように集光させる光学素子と、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに形成されるクラックを成長させて光透過性材料を切断する切断手段と、を備えたことを特徴としている。
【0096】
本発明に係る光透過性材料の切断装置では、光学素子により、レーザ光の集光点が光透過性材料の内部に位置するようにレーザ光が集光されることで、集光点におけるレーザ光のエネルギー密度が光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊のしきい値を越え、光透過性材料の内部における集光点及びその近傍のみにクラックが形成される。そして、切断手段が、光透過性材料の内部におけるレーザ光の集光点及びその近傍のみに形成されるクラックを成長させて光透過性材料を切断するので、光透過性材料は、光透過性材料の光学的損傷若しくは光学的絶縁破壊により形成されたクラックに沿って確実に切断されることになり、発塵量が極めて低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性も極めて低くなる。また、光透過性材料は、クラックに沿って切断されるので、切断の方向安定性が向上し、切断方向の制御を容易に行うことができる。また、ダイヤモンドカッタによるダイシングに比して、ダイシング幅を小さくすることができ、1つの光透過性材料から切断された光透過性材料の数を増やすことが可能となる。これらの結果、本発明によれば、極めて容易且つ適切に光透過性材料を切断することができる。
【0097】
また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、発塵粉体がほとんどないため、発塵粉体の飛散防止のための潤滑洗浄水が不要となり、切断工程でのドライプロセス化を実現することができる。
【0098】
また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、クラックがレーザ光による非接触加工にて形成されるため、従来の技術のようにダイヤモンドカッタによるダイシングにおけるブレードの耐久性、交換頻度等の問題が生じることはない。また、本発明に係る光透過性材料の切断装置においては、上述したようにクラックがレーザ光による非接触加工にて形成されるため、光透過性材料を完全に切断しない、光透過性材料を切り抜くような切断パターンに沿って、光透過性材料を切断することが可能である。
【0099】
また、切断手段は、光透過性材料に応力を印加するための押圧部材を有していることが好ましい。このように、切断手段が光透過性材料に応力を印加するための押圧部材を有することにより、この押圧部材により光透過性材料に応力を印加してクラックを成長させることが可能となり、形成されたクラックの位置において光透過性材料をより一層確実に切断することができる。
【0100】
また、光透過性材料は、その表面に複数の回路部が形成された光透過性材料であって、光学素子は、隣接する回路部の間に形成された間隙に臨む光透過性材料部分の内部に集光点が位置するようにレーザ光を集光することが好ましい。このように構成した場合、隣接する回路部の間に形成された間隙の位置において、光透過性材料を確実に切断することができる。
【0101】
また、光学素子は、回路部にレーザ光が照射されない角度でレーザ光を集光することが好ましい。このように、光学素子が回路部にレーザ光が照射されない角度でレーザ光を集光することにより、レーザ光が回路部に入射するのを防ぐことができ、回路部をレーザ光から保護することができる。
【0102】
また、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させるための集光点移動手段を更に備えていることが好ましい。このように、集光点をレーザ光の光軸と交差する方向に移動させるための集光点移動手段を更に備えることにより、クラックを集光点の移動方向に沿って連続的に形成することが可能となり、切断の方向安定性がより一層向上して、切断の方向制御をより一層容易に行うことができる。
【0103】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ加工方法によれば、加工対象物の表面に溶融や切断予定ラインから外れた割れが生じることなく、加工対象物を切断することができる。よって、加工対象物を切断することにより作製される製品(例えば、半導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置)の歩留まりや生産性を向上させることができる。
【0104】
また、レーザ加工装置の載置台上に加工対象物を載置して、レーザ加工装置の観察用光源から出射される照明光で加工対象物の表面を照射し、その反射光をレーザ加工装置の撮像手段により撮像して撮像データを取得し、撮像データに基づいて観察用光源から出射される照明光の焦点が加工対象物の表面上に位置するように載置台を移動させた後に、レーザ光の集光点が加工対象物の内部に位置するように載置台を所定量移動させ、加工対象物の内部に集光点を合わせるため、加工対象物の内部へのレーザ光の集光作業が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係るレーザ加工方法によってレーザ加工中の加工対象物の平面図である。
【図2】図1に示す加工対象物のII−II線に沿った断面図である。
【図3】本実施形態に係るレーザ加工方法によるレーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図4】図3に示す加工対象物のIV−IV線に沿った断面図である。
【図5】図3に示す加工対象物のV−V線に沿った断面図である。
【図6】本実施形態に係るレーザ加工方法によって切断された加工対象物の平面図である。
【図7】本実施形態に係るレーザ加工方法における電界強度とクラックの大きさとの関係を示すグラフである。
【図8】本実施形態に係るレーザ加工方法の第1工程における加工対象物の断面図である。
【図9】本実施形態に係るレーザ加工方法の第2工程における加工対象物の断面図である。
【図10】本実施形態に係るレーザ加工方法の第3工程における加工対象物の断面図である。
【図11】本実施形態に係るレーザ加工方法の第4工程における加工対象物の断面図である。
【図12】本実施形態に係るレーザ加工方法により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。
【図13】本実施形態に係るレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。
【図14】本実施形態の第1例に係るレーザ加工方法に使用できるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図15】本実施形態の第1例に係るレーザ加工方法を説明するためのフローチャートである。
【図16】本実施形態の第1例に係るレーザ加工方法により切断可能なパターンを説明するための加工対象物の平面図である。
【図17】レーザ光源が複数に関する本実施形態の第1例に係るレーザ加工方法を説明する模式図である。
【図18】レーザ光源が複数に関する本実施形態の第1例に係る他のレーザ加工方法を説明する模式図である。
【図19】本実施形態の第2例において、ウェハシートに保持された状態の圧電素子ウェハを示す概略平面図である。
【図20】本実施形態の第2例において、ウェハシートに保持された状態の圧電素子ウェハを示す概略断面図である。
【図21】本実施形態の第2例に係る切断方法を説明するためのフローチャートである。
【図22】本実施形態の第2例に係る切断方法によりレーザ光が照射されている光透過性材料の断面図である。
【図23】本実施形態の第2例に係る切断方法によりレーザ光が照射された光透過性材料の平面図である。
【図24】図23に示す光透過性材料のXXIV−XXIV線に沿った断面図である。
【図25】図23に示す光透過性材料のXXV−XXV線に沿った断面図である。
【図26】集光点の移動速度を遅くした場合における図23に示す光透過性材料のXXV−XXV線に沿った断面図である。
【図27】集光点の移動速度をさらに遅くした場合における図23に示す光透過性材料のXXV−XXV線に沿った断面図である。
【図28】本実施形態の第2例に係る切断方法の第1工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【図29】本実施形態の第2例に係る切断方法の第2工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【図30】本実施形態の第2例に係る切断方法の第3工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【図31】本実施形態の第2例に係る切断方法の第4工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【図32】本実施形態の第2例に係る切断方法の第5工程を示す圧電素子ウェハ等の断面図である。
【符号の説明】
1・・・加工対象物、3・・・表面、5・・・切断予定ライン、7・・・改質領域、9・・・クラック領域、11・・・シリコンウェハ、13・・・溶融処理領域、15,17,19,23・・・レーザ光源、25,27,29・・・アレイ光源部、31・・・圧電素子ウェハ、37・・・圧電デバイスチップ、100・・・レーザ加工装置、101・・・レーザ光源、105・・・集光用レンズ、109・・・X軸ステージ、111・・・Y軸ステージ、113・・・Z軸ステージ、P・・・集光点
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method used for cutting an object to be processed such as a semiconductor material substrate, a piezoelectric material substrate or a glass substrate.
[0002]
[Prior art]
One of laser applications is cutting, and general cutting by laser is as follows. For example, a portion to be cut of a workpiece such as a semiconductor wafer or a glass substrate is irradiated with laser light having a wavelength that is absorbed by the workpiece, and the portion to be cut by the absorption of the laser light is directed from the front surface to the back surface of the workpiece. The workpiece is cut by advancing heating and melting. However, in this method, the periphery of the region to be cut out of the surface of the workpiece is also melted. Therefore, when the object to be processed is a semiconductor wafer, among the semiconductor elements formed on the surface of the semiconductor wafer, the semiconductor elements located in the vicinity of the region may be melted.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As a method for preventing melting of the surface of the workpiece, for example, there is a laser cutting method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-219528 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-15467. In the cutting methods of these publications, a part to be processed is heated by a laser beam, and the object to be processed is cooled to cause a thermal shock at the part to be processed to cut the object to be processed. Disconnect.
[0004]
However, in the cutting methods of these publications, if the thermal shock generated on the workpiece is large, the surface of the workpiece is not cracked, such as a crack that is off the planned cutting line, or a crack that is not irradiated with laser. Necessary cracks may occur. Therefore, these cutting methods cannot perform precision cutting. In particular, when the object to be processed is a semiconductor wafer, a glass substrate on which a liquid crystal display device is formed, or a glass substrate on which an electrode pattern is formed, this unnecessary crack may damage the semiconductor chip, the liquid crystal display device, or the electrode pattern. is there. Moreover, since these cutting methods have a large average input energy, the thermal damage given to the semiconductor chip or the like is also large.
[0005]
An object of the present invention is to provide a laser processing method in which unnecessary cracks are not generated on the surface of a workpiece and the surface does not melt.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  A laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus that forms a modified region that is a starting point of cutting only inside a wafer-shaped processing object, and a mounting table on which the processing object is mounted; An observation light source that emits illumination light;Permeability to the workpieceThe laser light source that emits the laser light, and the illumination light is condensed on the surface of the workpiece mounted on the mounting table, and at the position of the laser light condensing pointWithout melting the surface of the workpieceA condensing lens that condenses the laser light inside the workpiece mounted on the mounting table and a reflected light of the illumination light collected on the surface of the workpiece so that the modified region is formed After moving at least one of the mounting table and the condensing lens so that the focus of the illumination light is located on the surface of the object to be processed based on the imaging data, Only a predetermined amount determined based on the thickness and refractive index of the workpiece so that the focal point of the laser beam is located inside the workpiece.,Processing objectAt which the focus of the illumination light is locatedMove at least one of the mounting table and condensing lens in the thickness direction of the object to be processed with respect to the surface, so that the condensing point of the laser light moves along the planned cutting line of the object to be processed. And a control unit having a function of moving at least one of the mounting table and the condensing lens in a direction orthogonal to the thickness direction of the object.
  Further, the laser light source emits a plurality of laser beams, and the plurality of laser beams simultaneously form a plurality of condensing points along a planned cutting line inside the workpiece.
  In addition, a plurality of laser light sources are provided, and a plurality of laser beams emitted from each of the plurality of laser light sources and applied to the workpiece from different directions form one condensing point inside the workpiece. It is characterized by doing.
[0007]
According to the laser processing method of the present invention, a laser beam is irradiated with a focusing point inside the object to be processed, and a modified region is formed inside the object to be processed. If there is any starting point at the location where the workpiece is to be cut, the workpiece can be cut with a relatively small force. According to the laser processing method of the present invention, the processing object can be cut by breaking the processing object along the scheduled cutting line starting from the modified region. Therefore, since the workpiece can be cut with a relatively small force, it is possible to cut the workpiece without generating unnecessary cracks off the planned cutting line on the surface of the workpiece.
[0008]
Further, according to the laser processing method of the present invention, the modified region is locally formed inside the object to be processed. Therefore, since the laser beam is hardly absorbed on the surface of the processing object, the surface of the processing object does not melt. In addition, a condensing point is a location which the laser beam condensed. The line to be cut may be a line actually drawn on the surface or inside of the workpiece, or may be a virtual line.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the laser processing method according to the present embodiment, the modified region is formed by multiphoton absorption. Multiphoton absorption is a phenomenon that occurs when the intensity of laser light is very high. First, multiphoton absorption will be briefly described.
[0010]
Band gap E of material absorptionGIf the photon energy hv is smaller than that, it becomes optically transparent. Therefore, the condition for absorption in the material is hν> EGIt is. However, even if it is optically transparent, if the intensity of the laser beam is made very large, nhν> EGUnder these conditions (n = 2, 3, 4,...), Absorption occurs in the material. This phenomenon is called multiphoton absorption. In the case of a pulse wave, the intensity of the laser beam is the peak power density (W / cm at the condensing point of the laser beam).2), For example, the peak power density is 1 × 108(W / cm2) Multiphoton absorption occurs under the above conditions. The peak power density is determined by (energy per pulse of laser light at the condensing point) / (laser beam cross-sectional area of laser light × pulse width). In the case of a continuous wave, the intensity of the laser beam is the electric field intensity (W / cm at the focal point of the laser beam).2)
[0011]
The principle of laser processing according to this embodiment using such multiphoton absorption will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a workpiece 1 during laser processing, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the workpiece 1 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a workpiece after laser processing. 4 is a plan view of the object 1, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the object 1 shown in FIG. 3, and FIG. 5 is taken along line VV of the object 1 shown in FIG. FIG. 6 is a plan view of the cut workpiece 1.
[0012]
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface 3 of the workpiece 1 has a planned cutting line 5. The planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly. In the laser processing according to the present embodiment, the modified region 7 is formed by irradiating the processing object 1 with the laser beam L by aligning the condensing point P inside the processing object 1 under the condition that multiphoton absorption occurs. In addition, a condensing point is a location where the laser beam L is condensed.
[0013]
The condensing point P is moved along the planned cutting line 5 by relatively moving the laser light L along the planned cutting line 5 (that is, along the direction of the arrow A). Thereby, as shown in FIGS. 3 to 5, the modified region 7 is formed only inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5. The laser processing method according to the present embodiment does not form the modified region 7 by causing the workpiece 1 to generate heat by causing the workpiece 1 to absorb the laser light L. The modified region 7 is formed by transmitting the laser beam L through the workpiece 1 and generating multiphoton absorption inside the workpiece 1. Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted.
[0014]
In the cutting of the workpiece 1, if there is a starting point at the location to be cut, the workpiece 1 is broken from the starting point, so that the workpiece 1 can be cut with a relatively small force as shown in FIG. 6. Therefore, the processing object 1 can be cut without causing unnecessary cracks on the surface 3 of the processing object 1.
[0015]
In addition, the following two kinds of cutting | disconnection of the processing target object from the modification | reformation area | region can be considered. One is a case where, after the modified region is formed, an artificial force is applied to the workpiece, so that the workpiece is cracked and the workpiece is cut from the modified region as a starting point. This is, for example, cutting when the thickness of the workpiece is large. When artificial force is applied, for example, bending stress or shear stress is applied to the workpiece along the planned cutting line of the workpiece, or thermal stress is generated by giving a temperature difference to the workpiece. It is to let you. The other is that when the modified region is formed, the modified region starts as a starting point, and naturally breaks in the cross-sectional direction (thickness direction) of the workpiece, resulting in the workpiece being cut. It is. For example, when the thickness of the workpiece is small, even one modified region is possible, and when the workpiece is large, a plurality of modified regions can be formed in the thickness direction. . In addition, even when this breaks naturally, on the surface of the portion to be cut, the crack does not run to the part where the modified region is not formed, and only the part where the modified part is formed can be cleaved, The cleaving can be controlled well. In recent years, since the thickness of a semiconductor wafer such as a silicon wafer tends to be thin, such a cleaving method with good controllability is very effective.
[0016]
As modified regions formed by multiphoton absorption in this embodiment, there are the following (1) to (3).
[0017]
(1) When the modified region is a crack region including one or more cracks
Laser light can be processed (eg glass or LiTaOThreeThe electric field strength at the condensing point is 1 × 108(W / cm2) Irradiation is performed under the above conditions with a pulse width of 1 μs or less. The magnitude of the pulse width is a condition that a crack region can be formed only inside the workpiece without causing extra damage to the workpiece surface while causing multiphoton absorption. As a result, a phenomenon of optical damage due to multiphoton absorption occurs inside the workpiece. This optical damage induces thermal strain inside the workpiece, thereby forming a crack region inside the workpiece. As an upper limit value of the electric field strength, for example, 1 × 1012(W / cm2). The pulse width is preferably 1 ns to 200 ns, for example. The formation of the crack region by multiphoton absorption is described in, for example, “Inside of glass substrate by solid-state laser harmonics” on pages 23-28 of the 45th Laser Thermal Processing Research Papers (December 1998). It is described in “Marking”.
[0018]
The inventor obtained the relationship between the electric field strength and the size of the cracks by experiment. The experimental conditions are as follows.
(A) Object to be processed: Pyrex glass (thickness 700 μm)
(B) Laser
Light source: Semiconductor laser pumped Nd: YAG laser
Wavelength: 1064nm
Laser beam spot cross-sectional area: 3.14 × 10-8cm2
Oscillation form: Q switch pulse
Repeat frequency: 100 kHz
Pulse width: 30ns
Output: Output <1mJ / pulse
Laser light quality: TEM00
Polarization characteristics: linearly polarized light
(C) Condensing lens
Transmittance to laser light wavelength: 60 percent
(D) Moving speed of the mounting table on which the workpiece is placed: 100 mm / second
The laser beam quality is TEM00The term “highly condensing” means that light can be condensed up to the wavelength of laser light.
[0019]
FIG. 7 is a graph showing the results of the experiment. The horizontal axis represents the peak power density. Since the laser beam is a pulsed laser beam, the electric field strength is represented by the peak power density. The vertical axis represents the size of a crack portion (crack spot) formed inside the workpiece by one pulse of laser light. Crack spots gather to form a crack region. The size of the crack spot is the size of the portion having the maximum length in the shape of the crack spot. Data indicated by black circles in the graph is for the case where the magnification of the condenser lens (C) is 100 times and the numerical aperture (NA) is 0.80. On the other hand, the data indicated by the white circles in the graph is when the magnification of the condenser lens (C) is 50 times and the numerical aperture (NA) is 0.55. Peak power density is 1011(W / cm2From the above, it can be seen that crack spots are generated inside the workpiece, and the crack spots increase as the peak power density increases.
[0020]
Next, in the laser processing according to the present embodiment, a mechanism for cutting a workpiece by forming a crack region will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8, the laser beam L is irradiated to the workpiece 1 by aligning the condensing point P inside the workpiece 1 under the condition that multiphoton absorption occurs, and a crack region is formed along the planned cutting line. 9 is formed. The crack region 9 is a region including one or a plurality of cracks. As shown in FIG. 9, the crack further grows starting from the crack region 9, and the crack reaches the front surface 3 and the back surface 21 of the workpiece 1 as shown in FIG. 10, and the workpiece 1 as shown in FIG. 11. The workpiece 1 is cut by cracking. Cracks that reach the front and back surfaces of the workpiece may grow naturally or may grow when a force is applied to the workpiece.
[0021]
(2) When the reforming region is a melt processing region
The laser beam is focused on the inside of the object to be processed (for example, a semiconductor material such as silicon), and the electric field strength at the focus is 1 × 10.8(W / cm2) Irradiation is performed under the above conditions with a pulse width of 1 μs or less. As a result, the inside of the workpiece is locally heated by multiphoton absorption. By this heating, a melt processing region is formed inside the workpiece. The melting treatment region means at least one of a region once solidified after melting, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting. Further, it can be said that the melt-processed region is a phase-changed region or a region where the crystal structure is changed. The melt treatment region can also be said to be a region in which one structure is changed to another structure in a single crystal structure, an amorphous structure, or a polycrystalline structure. In other words, for example, a region changed from a single crystal structure to an amorphous structure, a region changed from a single crystal structure to a polycrystalline structure, or a region changed from a single crystal structure to a structure including an amorphous structure and a polycrystalline structure. To do. When the object to be processed has a silicon single crystal structure, the melt processing region has, for example, an amorphous silicon structure. The upper limit value of the electric field strength is, for example, 1 × 1012(W / cm2). The pulse width is preferably 1 ns to 200 ns, for example.
[0022]
The inventor has confirmed through experiments that a melt-processed region is formed inside a silicon wafer. The experimental conditions are as follows.
(A) Workpiece: silicon wafer (thickness 350 μm, outer diameter 4 inches)
(B) Laser
Light source: Semiconductor laser pumped Nd: YAG laser
Wavelength: 1064nm
Laser beam spot cross-sectional area: 3.14 × 10-8cm2
Oscillation form: Q switch pulse
Repeat frequency: 100 kHz
Pulse width: 30ns
Output: 20μJ / pulse
Laser light quality: TEM00
Polarization characteristics: linearly polarized light
(C) Condensing lens
Magnification: 50 times
NA: 0.55
Transmittance to laser light wavelength: 60 percent
(D) Moving speed of the mounting table on which the workpiece is placed: 100 mm / second
[0023]
FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by laser processing under the above conditions. A melt processing region 13 is formed inside the silicon wafer 11. In addition, the size in the thickness direction of the melt processing region formed under the above conditions is about 100 μm.
[0024]
The fact that the melt processing region 13 is formed by multiphoton absorption will be described. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of the laser beam and the transmittance inside the silicon substrate. However, the reflection components on the front side and the back side of the silicon substrate are removed to show the transmittance only inside. The above relationship was shown for each of the silicon substrate thicknesses t of 50 μm, 100 μm, 200 μm, 500 μm, and 1000 μm.
[0025]
For example, when the thickness of the silicon substrate is 500 μm or less at the wavelength of 1064 nm of the Nd: YAG laser, it can be seen that the laser light is transmitted by 80% or more inside the silicon substrate. Since the thickness of the silicon wafer 11 shown in FIG. 12 is 350 μm, the melt processing region by multiphoton absorption is formed near the center of the silicon wafer, that is, at a portion of 175 μm from the surface. In this case, the transmittance is 90% or more with reference to a silicon wafer having a thickness of 200 μm. Therefore, the laser beam is hardly absorbed inside the silicon wafer 11 and almost all is transmitted. This is not because the laser beam is absorbed inside the silicon wafer 11 and the melt processing region is formed inside the silicon wafer 11 (that is, the melt processing region is formed by normal heating with laser light). It means that the processing region is formed by multiphoton absorption. The formation of the melt-processed region by multiphoton absorption is described in, for example, “Evaluation of processing characteristics of silicon by picosecond pulse laser” on pages 72 to 73 of the 66th Annual Meeting of the Japan Welding Society (April 2000). Are listed.
[0026]
In addition, a silicon wafer is cut | disconnected as a result by generating a crack toward a cross-sectional direction starting from the melt processing region and reaching the front and back surfaces of the silicon wafer. The cracks that reach the front and back surfaces of the silicon wafer may grow naturally or may grow by applying force to the workpiece. In addition, the crack grows naturally from the melt processing area to the front and back surfaces of the silicon wafer when the crack grows from the area once solidified after being melted, or when the crack grows from the melted area. And at least one of the cases where cracks grow from a region in a state of being resolidified from melting. In either case, the cut surface after cutting is formed with a melt treatment region only inside as shown in FIG. In the case where the melt processing region is formed inside the object to be processed, since the unnecessary cracks that are off the planned cutting line are not easily generated at the time of cleaving, cleaving control is facilitated.
[0027]
(3) When the modified region is a refractive index changing region
A laser beam is focused on the inside of an object to be processed (for example, glass), and the electric field strength at the beam focusing point is 1 × 10.8(W / cm2) Irradiation is performed under the above conditions with a pulse width of 1 ns or less. When the pulse width is made extremely short and multiphoton absorption occurs inside the workpiece, the energy due to the multiphoton absorption is not converted into thermal energy, and the ion valence change and crystallization occur inside the workpiece. Alternatively, a permanent structural change such as polarization orientation is induced to form a refractive index change region. As an upper limit value of the electric field strength, for example, 1 × 1012(W / cm2). For example, the pulse width is preferably 1 ns or less, and more preferably 1 ps or less. The formation of the refractive index changing region by multiphoton absorption is described in, for example, “The Femtosecond Laser Irradiation to the Inside of Glass” on pages 105 to 111 of the 42nd Laser Thermal Processing Research Institute Proceedings (November 1997). Photo-induced structure formation ”.
[0028]
Next, a specific example of this embodiment will be described.
[0029]
[First example]
A laser processing method according to the first example of this embodiment will be described. FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus 100 that can be used in this method. The laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that generates laser light L, a laser light source control unit 102 that controls the laser light source 101 to adjust the output and pulse width of the laser light L, and the reflection function of the laser light L. And a dichroic mirror 103 arranged to change the direction of the optical axis of the laser light L by 90 °, a condensing lens 105 for condensing the laser light L reflected by the dichroic mirror 103, and a condensing lens A mounting table 107 on which the workpiece 1 to be irradiated with the laser beam L condensed by the lens 105 is mounted; an X-axis stage 109 for moving the mounting table 107 in the X-axis direction; A Y-axis stage 111 for moving in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, and a Z-axis stage 1 for moving the mounting table 107 in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis and Y-axis directions Comprising a 3, and a stage controller 115 for controlling the movement of these three stages 109, 111 and 113, a.
[0030]
Since the Z-axis direction is a direction perpendicular to the surface 3 of the workpiece 1, the Z-axis direction is the direction of the focal depth of the laser light L incident on the workpiece 1. Therefore, by moving the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction, the condensing point P of the laser light L can be adjusted inside the workpiece 1. Further, the movement of the condensing point P in the X (Y) axis direction is performed by moving the workpiece 1 in the X (Y) axis direction by the X (Y) axis stage 109 (111). The X (Y) axis stage 109 (111) is an example of a moving unit.
[0031]
The laser light source 101 is an Nd: YAG laser that generates pulsed laser light. Other lasers that can be used for the laser light source 101 include Nd: YVO.FourThere are lasers, Nd: YLF lasers, and titanium sapphire lasers. Nd: YAG laser, Nd: YVO when forming a crack region or a melt processing regionFourIt is preferable to use a laser, Nd: YLF laser. When forming the refractive index changing region, it is preferable to use a titanium sapphire laser.
[0032]
In the first example, pulsed laser light is used for processing the workpiece 1, but continuous wave laser light may be used as long as multiphoton absorption can be caused. In the present invention, the laser light includes a laser beam. The condensing lens 105 is an example of a condensing unit. The Z-axis stage 113 is an example of means for aligning the laser beam condensing point with the inside of the workpiece. By moving the condensing lens 105 in the Z-axis direction, the condensing point of the laser light can be adjusted to the inside of the object to be processed.
[0033]
The laser processing apparatus 100 further includes an observation light source 117 that generates visible light to illuminate the workpiece 1 placed on the mounting table 107 with visible light, and the same light as the dichroic mirror 103 and the condensing lens 105. A visible light beam splitter 119 disposed on the axis. A dichroic mirror 103 is disposed between the beam splitter 119 and the condensing lens 105. The beam splitter 119 has a function of reflecting about half of visible light and transmitting the other half, and is arranged so as to change the direction of the optical axis of visible light by 90 °. About half of the visible light generated from the observation light source 117 is reflected by the beam splitter 119, and the reflected visible light passes through the dichroic mirror 103 and the condensing lens 105, and the line 5 to be cut of the workpiece 1 or the like. Illuminate the surface 3 containing
[0034]
The laser processing apparatus 100 further includes an imaging element 121 and an imaging lens 123 disposed on the same optical axis as the beam splitter 119, the dichroic mirror 103, and the condensing lens 105. As the image sensor 121, for example, there is a CCD (charge-coupled device) camera. The reflected light of the visible light that illuminates the surface 3 including the planned cutting line 5 passes through the condensing lens 105, the dichroic mirror 103, and the beam splitter 119, is imaged by the imaging lens 123, and is imaged by the imaging device 121. And becomes imaging data.
[0035]
The laser processing apparatus 100 further includes an imaging data processing unit 125 to which imaging data output from the imaging element 121 is input, an overall control unit 127 that controls the entire laser processing apparatus 100, and a monitor 129. The imaging data processing unit 125 calculates focus data for focusing the visible light generated by the observation light source 117 on the surface 3 based on the imaging data. The stage control unit 115 controls the movement of the Z-axis stage 113 based on the focus data so that the visible light is focused on the surface 3. Therefore, the imaging data processing unit 125 functions as an autofocus unit. The imaging data processing unit 125 calculates image data such as an enlarged image of the surface 3 based on the imaging data. This image data is sent to the overall control unit 127, where various processes are performed by the overall control unit, and sent to the monitor 129. Thereby, an enlarged image or the like is displayed on the monitor 129.
[0036]
Data from the stage controller 115, image data from the imaging data processor 125, and the like are input to the overall controller 127. Based on these data, the laser light source controller 102, the observation light source 117, and the stage controller By controlling 115, the entire laser processing apparatus 100 is controlled. Therefore, the overall control unit 127 functions as a computer unit.
[0037]
Next, the laser processing method according to the first example of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a flowchart for explaining this laser processing method. The workpiece 1 is a silicon wafer.
[0038]
First, the light absorption characteristics of the workpiece 1 are measured with a spectrophotometer or the like (not shown). Based on the measurement result, the laser light source 101 that generates the laser light L having a wavelength transparent to the workpiece 1 or a wavelength with little absorption is selected (S101). Next, the thickness of the workpiece 1 is measured. Based on the measurement result of the thickness and the refractive index of the workpiece 1, the amount of movement of the workpiece 1 in the Z-axis direction is determined (S103). This is because the focusing point P of the laser beam L positioned on the surface 3 of the workpiece 1 in order to position the focusing point P of the laser beam L inside the workpiece 1, This is the amount of movement in the Z-axis direction. This movement amount is input to the overall control unit 127.
[0039]
The workpiece 1 is mounted on the mounting table 107 of the laser processing apparatus 100. Then, visible light is generated from the observation light source 117 to illuminate the workpiece 1 (S105). The imaging device 121 images the surface 3 of the workpiece 1 including the illuminated cutting line 5. This imaging data is sent to the imaging data processing unit 125. Based on this imaging data, the imaging data processing unit 125 calculates focus data such that the visible light focus of the observation light source 117 is located on the surface 3 (S107).
[0040]
This focus data is sent to the stage controller 115. The stage controller 115 moves the Z-axis stage 113 in the Z-axis direction based on the focus data (S109). Thereby, the focal point of the visible light of the observation light source 117 is located on the surface 3. The imaging data processing unit 125 calculates enlarged image data of the surface 3 of the workpiece 1 including the planned cutting line 5 based on the imaging data. This enlarged image data is sent to the monitor 129 via the overall control unit 127, whereby an enlarged image near the planned cutting line 5 is displayed on the monitor 129.
[0041]
The movement amount data determined in advance in step S <b> 103 is input to the overall control unit 127, and this movement amount data is sent to the stage control unit 115. The stage control unit 115 moves the workpiece 1 in the Z-axis direction by the Z-axis stage 113 to a position where the condensing point P of the laser light L is inside the workpiece 1 based on the movement amount data ( S111).
[0042]
Next, the laser light L is generated from the laser light source 101, and the laser light L is irradiated onto the planned cutting line 5 on the surface 3 of the workpiece 1. Since the condensing point P of the laser beam L is located inside the workpiece 1, the melting region is formed only inside the workpiece 1. Then, the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111 are moved along the planned cutting line 5 to form a melt processing region inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5 (S113). Then, the workpiece 1 is cut by bending the workpiece 1 along the planned cutting line 5 (S115). Thereby, the workpiece 1 is divided into silicon chips.
[0043]
The effect of the first example will be described. According to this, the pulsed laser light L is irradiated on the planned cutting line 5 under the conditions that cause multiphoton absorption and the focusing point P is aligned inside the workpiece 1. Then, by moving the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111, the condensing point P is moved along the scheduled cutting line 5. As a result, a modified region (for example, a crack region, a melt processing region, a refractive index change region) is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5. If there is any starting point at the location where the workpiece is to be cut, the workpiece can be cut with a relatively small force. Therefore, the workpiece 1 can be cut with a relatively small force by dividing the workpiece 1 along the scheduled cutting line 5 starting from the modified region. Thereby, the processing target object 1 can be cut | disconnected without generating the unnecessary crack which remove | deviated from the cutting planned line 5 on the surface 3 of the processing target object 1. FIG.
[0044]
Further, according to the first example, the cutting laser beam L is irradiated to the cutting line 5 under the condition that causes the multi-photon absorption in the processing target 1 and the focusing point P is set inside the processing target 1. ing. Therefore, the pulse laser beam L passes through the workpiece 1 and the pulse laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, so that the surface 3 is damaged by melting due to the formation of the modified region. There is no.
[0045]
As described above, according to the first example, it is possible to cut the workpiece 1 without causing unnecessary cracks or melting off the planned cutting line 5 on the surface 3 of the workpiece 1. Therefore, when the workpiece 1 is, for example, a semiconductor wafer, the semiconductor chip can be cut out from the semiconductor wafer without causing unnecessary cracking or melting of the semiconductor chip off the line to be cut. The same applies to a workpiece on which an electrode pattern is formed on the surface, and a workpiece on which an electronic device is formed on the surface, such as a glass substrate on which a display device such as a piezoelectric element wafer or liquid crystal is formed. Therefore, according to the first example, the yield of a product (for example, a display device such as a semiconductor chip, a piezoelectric device chip, or a liquid crystal) manufactured by cutting the workpiece can be improved.
[0046]
In addition, according to the first example, the cutting line 5 on the surface 3 of the workpiece 1 is not melted, so the width of the cutting line 5 (this width is, for example, in the case of a semiconductor wafer, between the regions to be semiconductor chips) (This is the interval.) Thereby, the number of products produced from one piece of processing object 1 increases, and productivity of a product can be improved.
[0047]
Further, according to the first example, since laser light is used for cutting the workpiece 1, more complicated processing than dicing using a diamond cutter becomes possible. For example, as shown in FIG. 16, even if the planned cutting line 5 has a complicated shape, the cutting process is possible according to the first example. These effects are the same in the examples described later.
[0048]
The number of laser light sources is not limited to one, and a plurality of laser light sources may be used. For example, FIG. 17 is a schematic diagram for explaining a laser processing method according to the first example of the present embodiment in which a plurality of laser light sources are used. This irradiates three laser beams emitted from the three laser light sources 15, 17, 19 from different directions with the converging point P inside the workpiece 1. Each laser beam from the laser light sources 15 and 17 is incident from the surface 3 of the workpiece 1. Laser light from the laser light source 19 enters from the back surface 3 of the workpiece 1. According to this, since a plurality of laser light sources are used, even if the laser light is continuous wave laser light whose power is smaller than that of the pulsed laser light, the electric field intensity at the focal point is set to a magnitude that causes multiphoton absorption. It becomes possible. For the same reason, multiphoton absorption can be generated without a condensing lens. In this example, the condensing point P is formed by the three laser light sources 15, 17, and 19. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of laser light sources may be used.
[0049]
FIG. 18 is a schematic diagram for explaining another laser processing method according to the first example of the present embodiment in which a plurality of laser light sources are used. This example includes three array light source units 25, 27, and 29 in which a plurality of laser light sources 23 are arranged in a line along the planned cutting line 5. Laser light emitted from the laser light sources 23 arranged in the same row in each of the array light source units 25, 27, and 29 is a single condensing point (for example, a condensing point P).1). According to this example, a plurality of condensing points P along the planned cutting line 51, P2,... Can be formed simultaneously, so that the processing speed can be improved. In this example, it is also possible to simultaneously form a plurality of modified regions by laser scanning on the surface 3 in a direction perpendicular to the planned cutting line 5.
[0050]
[Second example]
Next, a second example of this embodiment will be described. This example is a cutting method and a cutting apparatus for a light transmissive material. The light transmissive material is an example of an object to be processed. In this example, LiTaO is used as the light transmissive material.ThreeA piezoelectric element wafer (substrate) having a thickness of about 400 μm is used.
[0051]
The cutting device according to the second example includes the laser processing device 100 shown in FIG. 14 and the devices shown in FIGS. 19 and 20. The apparatus shown in FIGS. 19 and 20 will be described. The piezoelectric element wafer 31 is held by a wafer sheet (film) 33 as holding means. The wafer sheet 33 is made of an adhesive resin tape or the like on the surface holding the piezoelectric element wafer 31 and has elasticity. The wafer sheet 33 is sandwiched between the sample holders 35 and set on the mounting table 107. The piezoelectric element wafer 31 includes a large number of piezoelectric device chips 37 that are cut and separated later, as shown in FIG. Each piezoelectric device chip 37 has a circuit portion 39. The circuit portion 39 is formed on the surface of the piezoelectric element wafer 31 for each piezoelectric device chip 37, and a predetermined gap α (about 80 μm) is formed between adjacent circuit portions 39. FIG. 20 shows a state in which a minute crack region 9 as a modified portion is formed only inside the piezoelectric element wafer 31.
[0052]
Next, based on FIG. 21, the cutting method of the light transmissive material according to the second example will be described. First, a light transmissive material to be cut (in the second example, LiTaOThreeA light absorption characteristic of the piezoelectric element wafer 31) is measured (S201). The light absorption characteristic can be measured by using a spectrophotometer or the like. When the light absorption characteristics are measured, the laser light source 101 that emits the laser light L having a wavelength that is transparent or less absorbed by the material to be cut is selected based on the measurement result (S203). In the second example, a pulse wave (PW) type YAG laser having a fundamental wavelength of 1064 nm is selected. This YAG laser has a pulse repetition frequency of 20 Hz, a pulse width of 6 ns, and a pulse energy of 300 μJ. The spot diameter of the laser light L emitted from the YAG laser is about 20 μm.
[0053]
Next, the thickness of the material to be cut is measured (S205). When the thickness of the cutting target material is measured, based on the measurement result, the cutting target material in the optical axis direction of the laser light L is positioned so that the condensing point of the laser light L is located inside the cutting target material. The amount of displacement (movement amount) of the condensing point of the laser beam L from the surface (incident surface of the laser beam L) is determined (S207). The amount of displacement (movement amount) of the condensing point of the laser light L is set to, for example, an amount that is ½ of the thickness of the material to be cut corresponding to the thickness and refractive index of the material to be cut.
[0054]
As shown in FIG. 22, the position of the condensing point P of the actual laser beam L depends on the difference between the refractive index in the cutting target material atmosphere (for example, air) and the refractive index of the cutting target material. The laser beam L condensed by the lens 105 is positioned deeper from the surface of the material to be cut (piezoelectric element wafer 31) than the position of the condensing point Q of the laser beam L. That is, in the air, the relationship “the amount of movement of the Z-axis stage 113 in the optical axis direction of the laser light L × the refractive index of the material to be cut = the amount of movement of the condensing point of the actual laser light L” holds. Become. The displacement amount (movement amount) of the condensing point of the laser light L is set in consideration of the above-described relationship (the thickness and refractive index of the material to be cut). Thereafter, the wafer sheet 33 is placed on the mounting table 107 arranged on the XYZ-axis stage (in the present embodiment, constituted by the X-axis stage 109, the Y-axis stage 111, and the Z-axis stage 113). The held material to be cut is placed (S209). When the placement of the cutting target material is finished, light is emitted from the observation light source 117, and the emitted light is irradiated to the cutting target material. Based on the imaging result of the imaging device 121, the Z axis stage 113 is moved so that the condensing point of the laser light L is located on the surface of the material to be cut, and focus adjustment is performed (S211). Here, a surface observation image of the piezoelectric element wafer 31 obtained by the observation light source 117 is picked up by the image pickup device 121, and the image pickup data processing unit 125 cuts the light emitted from the observation light source 117 based on the image pickup result. The movement position of the Z-axis stage 113 is determined so as to focus on the surface of the target material, and is output to the stage control unit 115. Based on the output signal from the imaging data processing unit 125, the stage control unit 115 moves the Z-axis stage 113 so that the light emitted from the observation light source 117 focuses on the surface of the material to be cut. The Z-axis stage 113 is controlled so that the condensing point of the laser light L is positioned on the surface of the material to be cut.
[0055]
When the focus adjustment of the light emitted from the observation light source 117 is completed, the condensing point of the laser light L is moved to a condensing point corresponding to the thickness and refractive index of the material to be cut (S213). Here, the entire Z-axis stage 113 is moved in the optical axis direction of the laser beam L by the amount of displacement of the condensing point of the laser beam L determined corresponding to the thickness and refractive index of the material to be cut. The control unit 127 sends an output signal to the stage control unit 115, and the stage control unit 115 that receives the output signal controls the movement position of the Z-axis stage 113. As described above, the Z-axis stage 113 is moved in the optical axis direction of the laser beam L by the amount of displacement of the condensing point of the laser beam L determined in accordance with the thickness and refractive index of the material to be cut. Then, the arrangement of the condensing point of the laser beam L inside the material to be cut is completed (S215).
[0056]
When the arrangement of the condensing point of the laser beam L inside the material to be cut is completed, the laser beam L is irradiated onto the material to be cut and the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111 are moved according to a desired cutting pattern. (S217). The laser light L emitted from the laser light source 101 is, as shown in FIG. 22, a predetermined gap α (80 μm as described above) formed between the adjacent circuit portions 39 by the condensing lens 105. The light is condensed so that the light condensing point P is located inside the piezoelectric element wafer 31 facing the surface. The desired cutting pattern described above is set so that the laser beam L is irradiated to the gap formed between the adjacent circuit portions 39 in order to separate the plurality of piezoelectric device chips 37 from the piezoelectric element wafer 31. Therefore, the laser beam L is irradiated while confirming the irradiation state of the laser beam L on the monitor 129.
[0057]
Here, the laser light L applied to the material to be cut is a circuit formed on the surface of the piezoelectric element wafer 31 (the surface on which the laser light L is incident), as shown in FIG. The part 39 is condensed at an angle at which the laser beam L is not irradiated. In this way, by condensing the laser light L at an angle at which the laser light L is not irradiated onto the circuit unit 39, the laser light L can be prevented from entering the circuit unit 39, and the circuit unit 39 can be prevented from entering the laser light L. Can be protected from.
[0058]
The laser light L emitted from the laser light source 101 is condensed so that the condensing point P is located inside the piezoelectric element wafer 31, and the energy density of the laser light L at the condensing point P is the optical value of the material to be cut. When the threshold value of the mechanical damage or optical dielectric breakdown is exceeded, a minute crack region 9 is formed only at the condensing point P and its vicinity inside the piezoelectric element wafer 31 as a material to be cut. At this time, the front and back surfaces of the material to be cut (piezoelectric element wafer 31) are not damaged.
[0059]
Next, based on FIGS. 23 to 27, the point of forming a crack by moving the condensing point of the laser light L will be described. By irradiating the cutting target material 32 (light transmissive material) having a substantially rectangular parallelepiped shape shown in FIG. 23 with the laser light L so that the condensing point of the laser light L is located inside the cutting target material 32. 24 and FIG. 25, the minute crack region 9 is formed only at the condensing point inside the material to be cut 32 and in the vicinity thereof. Further, the scanning of the laser light L or the movement of the cutting target material 32 is controlled so that the condensing point of the laser light L moves in the longitudinal direction D of the cutting target material 32 intersecting the optical axis of the laser light L. .
[0060]
Since the laser light L is emitted in a pulse form from the laser light source 101, when the scanning of the laser light L or the movement of the material 32 to be cut is performed, the crack region 9 is to be cut as shown in FIG. A plurality of crack regions 9 are formed along the longitudinal direction D of the material 32 with an interval corresponding to the scanning speed of the laser light L or the moving speed of the material 32 to be cut. By reducing the scanning speed of the laser beam L or the moving speed of the material to be cut 32, as shown in FIG. 26, the interval between the crack areas 9 is shortened and the number of crack areas 9 to be formed is increased. Is also possible. Further, by further lowering the scanning speed of the laser beam L or the moving speed of the material to be cut, as shown in FIG. 27, the crack region 9 is moved in the scanning direction of the laser light L or the moving direction of the cutting target material 32, That is, it is continuously formed along the moving direction of the condensing point of the laser beam L. Adjustment of the space between the crack regions 9 (the number of crack regions 9 to be formed) can also be achieved by changing the relationship between the repetition frequency of the laser light L and the moving speed of the material to be cut 32 (X-axis stage or Y-axis stage). It is feasible. Further, the throughput can be improved by increasing the repetition frequency of the laser light L and the moving speed of the material 32 to be cut.
[0061]
When the crack region 9 is formed along the above-described desired cutting pattern (S219), stress is generated in the material to be cut, particularly the portion where the crack region 9 is formed, by applying physical external force or changing the environment. Then, the crack region 9 formed only inside the material to be cut (the condensing point and its vicinity) is grown, and the material to be cut is cut at the position where the crack region 9 is formed (S221).
[0062]
Next, with reference to FIGS. 28 to 32, the cutting of the material to be cut by applying physical external force will be described. First, the material to be cut (piezoelectric element wafer 31) in which the crack region 9 is formed along the desired cutting pattern is placed in the cutting device while being held by the wafer sheet 33 held between the sample holders 35. The cutting device includes a suction chuck 34 as will be described later, a suction pump (not shown) to which the suction chuck 34 is connected, a pressure needle 36 (pressing member), and a pressure needle drive for moving the pressure needle 36. Means (not shown) and the like. As the pressurizing needle driving means, an electric or hydraulic actuator can be used. 28 to 32, the circuit unit 39 is not shown.
[0063]
When the piezoelectric element wafer 31 is arranged in the cutting device, as shown in FIG. 28, the suction chuck 34 is moved closer to the position corresponding to the piezoelectric device chip 37 to be separated. As shown in FIG. 29, by operating the suction pump device in a state in which the suction chuck 34 is separated from or in contact with the piezoelectric device chip 37 that separates, the piezoelectric device chip 37 (piezoelectric element wafer) that is separated into the suction chuck 34 is obtained. 31) is adsorbed. When the separated piezoelectric device chip 37 (piezoelectric element wafer 31) is attracted to the suction chuck 34, as shown in FIG. 30, the wafer sheet 33 is separated from the back surface (the back surface of the surface holding the piezoelectric element wafer 31). The pressure needle 36 is moved to a position corresponding to the piezoelectric device chip 37 to be moved.
[0064]
When the pressure needle 36 is further moved after the pressure needle 36 contacts the back surface of the wafer sheet 33, the wafer sheet 33 is deformed and stress is applied to the piezoelectric element wafer 31 from the outside by the pressure needle 36. Stress is generated in the wafer portion where the crack region 9 is formed, and the crack region 9 grows. As the crack region 9 grows to the front and back surfaces of the piezoelectric element wafer 31, the piezoelectric element wafer 31 is cut at the end of the piezoelectric device chip 37 to be separated as shown in FIG. Is separated from the piezoelectric element wafer 31. Since the wafer sheet 33 has adhesiveness as described above, the cut and separated piezoelectric device chip 37 can be prevented from scattering.
[0065]
When the piezoelectric device chip 37 is separated from the piezoelectric element wafer 31, the suction chuck 34 and the pressure needle 36 are moved away from the wafer sheet 33. When the suction chuck 34 and the pressurizing needle 36 are moved, the separated piezoelectric device chip 37 is attracted to the suction chuck 34 and thus separated from the wafer sheet 33 as shown in FIG. At this time, ion air is sent in the direction of arrow B in FIG. 32 using an ion air blower (not shown), and is held by the wafer sheet 33 and the piezoelectric device chip 37 separated and adsorbed by the suction chuck 34. The piezoelectric element wafer 31 (surface) is cleaned with ion air. Instead of ion air cleaning, a suction device may be provided to clean the piezoelectric device chip 37 and the piezoelectric element wafer 31 that have been cut and separated by sucking dust or the like. As a method of cutting the material to be cut by environmental change, there is a method of giving a temperature change to the material to be cut in which the crack region 9 is formed only inside. In this way, by applying a temperature change to the material to be cut, thermal stress is generated in the material portion where the crack region 9 is formed, and the crack region 9 is grown to cut the material to be cut. it can.
[0066]
As described above, in the second example, the condensing point of the laser light L emitted from the laser light source 101 by the condensing lens 105 is positioned inside the light transmitting material (piezoelectric element wafer 31). The energy density of the laser beam L at the condensing point exceeds the threshold value for optical damage or optical breakdown of the light transmissive material, and the light condensing point inside the light transmissive material and its A minute crack region 9 is formed only in the vicinity. Since the light transmissive material is cut at the position of the formed crack region 9, the amount of dust generation is extremely low, and the possibility of occurrence of dicing scratches, chipping, cracks on the material surface, and the like is extremely low. Further, since the light transmissive material is cut along the crack region 9 formed by optical damage or optical breakdown of the light transmissive material, the stability of the cutting direction is improved and the cutting direction is controlled. It can be done easily. In addition, the dicing width can be reduced as compared with dicing with a diamond cutter, and the number of light transmissive materials cut from one light transmissive material can be increased. As a result, according to the second example, the light transmissive material can be cut very easily and appropriately.
[0067]
In addition, by forming stress in the material to be cut by applying physical external force or changing the environment, the formed crack region 9 is grown and the light transmissive material (piezoelectric element wafer 31) is cut. The light transmissive material can be reliably cut at the position of the crack region 9.
[0068]
Moreover, since the crack region 9 is grown by applying stress to the light transmissive material (piezoelectric element wafer 31) using the pressurizing needle 36 and the light transmissive material is cut, the formed crack region 9 The light transmissive material can be cut even more reliably at the position.
[0069]
Further, when the piezoelectric element wafer 31 (light transmissive material) on which a plurality of circuit portions 39 are formed is cut and separated for each piezoelectric device chip 37, it is formed between adjacent circuit portions 39 by the condensing lens 105. Since the laser beam L is condensed so that the condensing point is located inside the wafer portion facing the formed gap and the crack region 9 is formed, at the position of the gap formed between the adjacent circuit portions 39, The piezoelectric element wafer 31 can be cut reliably.
[0070]
Further, by moving the light transmitting material (piezoelectric element wafer 31) or scanning the laser beam L and moving the condensing point in a direction crossing the optical axis of the laser beam L, for example, a direction orthogonal to the crack region 9 Will be formed continuously along the moving direction of the condensing point, the cutting direction stability will be further improved, and the cutting direction can be controlled more easily.
[0071]
Further, in the second example, since there is almost no dust generating powder, lubricating cleaning water for preventing the dust generating powder from being scattered is unnecessary, and a dry process can be realized in the cutting process.
[0072]
Further, in the second example, the formation of the modified portion (crack region 9) is realized by non-contact processing with the laser beam L, and thus problems such as blade durability and replacement frequency in dicing with a diamond cutter occur. There is nothing. In the second example, as described above, since the formation of the modified portion (crack region 9) is realized by non-contact processing using the laser beam L, the light transmitting material is not cut completely. It is possible to cut the light transmissive material along a cutting pattern in which the transparent material is cut out. The present invention is not limited to the second example described above. For example, the light transmissive material is not limited to the piezoelectric element wafer 31 and may be a semiconductor wafer, a glass substrate, or the like. The laser light source 101 can also be appropriately selected according to the light absorption characteristics of the light transmissive material to be cut. Further, in the second example, the minute crack region 9 is formed by irradiating the laser beam L as the modified portion, but is not limited thereto. For example, by using an ultrashort pulse laser light source (for example, a femtosecond (fs) laser) as the laser light source 101, a modified portion due to a refractive index change (high refractive index) can be formed. The light transmissive material can be cut without using the change in characteristics to generate the crack region 9.
[0073]
In the laser processing apparatus 100, the focus adjustment of the laser beam L is performed by moving the Z-axis stage 113. However, the present invention is not limited to this, and the condensing lens 105 is moved to the optical axis of the laser beam L. Focus adjustment may be performed by moving in the direction.
[0074]
In the laser processing apparatus 100, the X-axis stage 109 and the Y-axis stage 111 are moved according to a desired cutting pattern. However, the present invention is not limited to this, and the laser light L is scanned according to the desired cutting pattern. You may make it do.
[0075]
Further, after the piezoelectric element wafer 31 is attracted to the suction chuck 34, the piezoelectric element wafer 31 is cut by the pressurizing needle 36. However, the present invention is not limited to this, and the piezoelectric element wafer 31 is not limited to this. After cutting, the piezoelectric device chip 37 cut and separated may be adsorbed to the suction chuck 34. In addition, after the piezoelectric element wafer 31 is attracted to the suction chuck 34, the piezoelectric element wafer 31 is cut by the pressurizing needle 36, so that the surface of the cut and separated piezoelectric device chip 37 is covered with the suction chuck 34. Thus, it is possible to prevent dust and the like from adhering to the surface of the piezoelectric device chip 37.
[0076]
Further, by using an infrared sensor as the image sensor 121, the focus adjustment can be performed using the reflected light of the laser light L. In this case, it is necessary to use a half mirror instead of using the dichroic mirror 103, and to arrange an optical element that suppresses the return light to the laser light source 101 between the half mirror and the laser light source 101. At this time, the output of the laser light L emitted from the laser light source 101 at the time of focus adjustment is more than the output for crack formation so that the material to be cut is not damaged by the laser light L for focus adjustment. Is preferably set to a low energy value.
[0077]
The features of the present invention will be described below from the viewpoint of the second example.
[0078]
The light transmissive material cutting method according to the present invention condenses the laser light emitted from the laser light source so that the condensing point is located inside the light transmissive material, and collects the light within the light transmissive material. It is characterized by comprising a reforming part forming step for forming the reforming part only at the light spot and its vicinity, and a cutting step for cutting the light transmissive material at the position of the formed reforming part. .
[0079]
In the method for cutting a light transmissive material according to the present invention, in the modified part forming step, the light transmissive property is obtained by condensing the laser light so that the condensing point of the laser light is located inside the light transmissive material. The reforming part is formed only at the condensing point in the material and in the vicinity thereof. In the cutting process, the light-transmitting material is cut at the position of the formed reforming portion, the amount of dust generation is extremely low, and there is a possibility that dicing scratches, chipping, cracks on the material surface, etc. may occur. Extremely low. Further, since the light transmissive material is cut at the position of the formed reforming portion, the cutting direction stability is improved, and the cutting direction can be easily controlled. In addition, the dicing width can be reduced as compared with dicing with a diamond cutter, and the number of light transmissive materials cut from one light transmissive material can be increased. As a result, according to the present invention, the light transmissive material can be cut very easily and appropriately.
[0080]
In addition, in the method for cutting a light transmissive material according to the present invention, since there is almost no dust generation powder, lubricating cleaning water for preventing the dust generation powder from scattering is unnecessary, and a dry process can be realized in the cutting process. Can be realized.
[0081]
Further, in the method for cutting a light transmissive material according to the present invention, since the modified portion is formed by non-contact processing using laser light, the durability of the blade in dicing with a diamond cutter as in the prior art There will be no problems such as replacement frequency. Further, in the method for cutting a light transmissive material according to the present invention, as described above, since the modified portion is formed by non-contact processing using laser light, the light transmissive material is not cut completely. The light transmissive material can be cut along a cutting pattern that cuts out the transmissive material.
[0082]
Further, the light transmissive material has a plurality of circuit portions. In the reforming portion forming step, a light condensing point is formed inside the light transmissive material portion facing the gap formed between adjacent circuit portions. It is preferable to focus the laser beam so that is positioned and form the modified portion. In such a configuration, the light transmissive material can be reliably cut at the position of the gap formed between the adjacent circuit portions.
[0083]
In addition, in the modified portion forming step, when the light transmissive material is irradiated with laser light, it is preferable to focus the laser light at an angle at which the circuit portion is not irradiated with laser light. As described above, in the modified part forming step, when the light transmissive material is irradiated with the laser beam, the laser beam is incident on the circuit unit by condensing the laser beam at an angle at which the circuit unit is not irradiated with the laser beam. The circuit portion can be protected from the laser beam.
[0084]
Further, in the modified part forming step, it is preferable to continuously form the modified part along the moving direction of the condensing point by moving the condensing point in a direction crossing the optical axis of the laser beam. In this way, in the reforming part forming step, the condensing point is moved in the direction intersecting the optical axis of the laser beam, thereby forming the reforming part continuously along the moving direction of the condensing point. The cutting direction stability is further improved, and the cutting direction can be controlled more easily.
[0085]
The light transmissive material cutting method according to the present invention condenses the laser light emitted from the laser light source so that the condensing point is located inside the light transmissive material, and collects the light within the light transmissive material. A crack forming step for forming a crack only at the light spot and its vicinity, and a cutting step for cutting the light-transmitting material at the position of the formed crack are provided.
[0086]
In the method for cutting a light transmissive material according to the present invention, in the crack formation step, the laser light is condensed so that the laser light condensing point is located inside the light transmissive material, so that the laser at the light condensing point is obtained. The energy density of light exceeds the threshold value for optical damage or optical breakdown of the light transmissive material, and cracks are formed only at and near the focal point inside the light transmissive material. In the cutting process, the light-transmitting material is cut at the position of the formed crack, the amount of dust generation is extremely low, and the possibility of occurrence of dicing scratches, chipping, cracks on the material surface, etc. is extremely low. Become. Further, since the light transmissive material is cut along a crack formed by optical damage or optical breakdown of the light transmissive material, the cutting direction stability is improved and the cutting direction can be easily controlled. It can be carried out. In addition, the dicing width can be reduced as compared with dicing with a diamond cutter, and the number of light transmissive materials cut from one light transmissive material can be increased. As a result, according to the present invention, the light transmissive material can be cut very easily and appropriately.
[0087]
In addition, in the method for cutting a light transmissive material according to the present invention, since there is almost no dust generation powder, lubricating cleaning water for preventing the dust generation powder from scattering is unnecessary, and a dry process can be realized in the cutting process. Can be realized.
[0088]
Further, in the method for cutting a light transmissive material according to the present invention, since the formation of cracks is realized by non-contact processing with a laser beam, the durability and replacement of the blade in dicing with a diamond cutter as in the conventional technique There is no problem with frequency. In the method for cutting a light transmissive material according to the present invention, as described above, since the formation of cracks is realized by non-contact processing using laser light, the light transmissive material does not cut completely. The light transmissive material can be cut along a cutting pattern that cuts through the material.
[0089]
In the cutting step, it is preferable to cut the light transmissive material by growing the formed cracks. Thus, in the cutting step, the light transmitting material can be cut at the position of the formed crack by reliably cutting the light transmitting material by growing the formed crack.
[0090]
In the cutting step, it is preferable that the light transmitting material is cut by growing a crack by applying stress to the light transmitting material using a pressing member. In this way, in the cutting process, by using the pressing member and applying stress to the light transmissive material, the light transmissive material is further cut at the position of the crack by growing the crack and cutting the light transmissive material. It can cut more reliably.
[0091]
The light-transmitting material cutting device according to the present invention includes a laser light source, a holding means for holding the light-transmitting material, and a laser beam emitted from the laser light source. An optical element that condenses the light so as to be positioned, and a cutting means that cuts the light transmissive material at the position of the modified portion formed only at and near the condensing point of the laser light inside the light transmissive material, It is characterized by having.
[0092]
In the light transmissive material cutting device according to the present invention, the optical element condenses the laser light so that the condensing point of the laser light is located inside the light transmissive material. The reforming part is formed only at the condensing point and the vicinity thereof. The cutting means cuts the light transmissive material at the position of the modified portion formed only in the vicinity of the condensing point of the laser beam in the light transmissive material and in the vicinity thereof, so that the light transmissive material is formed. Therefore, the amount of dust generation is extremely low, and the possibility of occurrence of dicing scratches, chipping, cracks on the material surface, and the like is extremely low. Further, since the light transmissive material is cut along the modified portion, the cutting direction stability is improved and the cutting direction can be easily controlled. In addition, the dicing width can be reduced as compared with dicing with a diamond cutter, and the number of light transmissive materials cut from one light transmissive material can be increased. As a result, according to the present invention, the light transmissive material can be cut very easily and appropriately.
[0093]
Further, in the light transmissive material cutting device according to the present invention, since there is almost no dust generation powder, there is no need for lubricating cleaning water for preventing the dust generation powder from scattering, and a dry process in the cutting process can be realized. Can be realized.
[0094]
Further, in the light transmissive material cutting device according to the present invention, since the modified portion is formed by non-contact processing with laser light, the durability and replacement of the blade in dicing with a diamond cutter as in the prior art There is no problem with frequency. Further, in the light transmissive material cutting device according to the present invention, since the modified portion is formed by non-contact processing using laser light as described above, the light transmissive material does not completely cut the light transmissive material. The light transmissive material can be cut along a cutting pattern that cuts through the material.
[0095]
The light-transmitting material cutting device according to the present invention includes a laser light source, a holding means for holding the light-transmitting material, and a laser beam emitted from the laser light source. An optical element that focuses light so as to be positioned, and a cutting means that cuts the light transmissive material by growing a crack formed only at and near the laser light condensing point inside the light transmissive material. It is characterized by that.
[0096]
In the light transmissive material cutting device according to the present invention, the laser light is condensed by the optical element so that the light condensing point of the laser light is located inside the light transmissive material. The energy density of light exceeds the threshold value for optical damage or optical breakdown of the light transmissive material, and cracks are formed only at and near the focal point inside the light transmissive material. And since the cutting means grows the crack formed only in the condensing point of the laser beam inside the light transmissive material and the vicinity thereof, the light transmissive material cuts the light transmissive material. The material is surely cut along the cracks formed by optical damage or optical breakdown of the material, and the amount of dust generation is extremely low. Dicing scratches, chipping, or cracks on the material surface may occur. Is also extremely low. Further, since the light transmissive material is cut along the cracks, the cutting direction stability is improved, and the cutting direction can be easily controlled. In addition, the dicing width can be reduced as compared with dicing with a diamond cutter, and the number of light transmissive materials cut from one light transmissive material can be increased. As a result, according to the present invention, the light transmissive material can be cut very easily and appropriately.
[0097]
Further, in the light transmissive material cutting device according to the present invention, since there is almost no dust generation powder, there is no need for lubricating cleaning water for preventing the dust generation powder from scattering, and a dry process in the cutting process can be realized. Can be realized.
[0098]
Further, in the light transmissive material cutting device according to the present invention, since the crack is formed by non-contact processing with laser light, the durability of the blade in dicing with a diamond cutter, the replacement frequency, etc. as in the prior art The problem does not occur. Further, in the light transmissive material cutting device according to the present invention, since the cracks are formed by non-contact processing using laser light as described above, a light transmissive material that does not completely cut the light transmissive material is used. The light-transmitting material can be cut along a cutting pattern that cuts out.
[0099]
Moreover, it is preferable that the cutting | disconnection means has a press member for applying a stress to a light transmissive material. Thus, since the cutting means has a pressing member for applying stress to the light transmissive material, it becomes possible to apply the stress to the light transmissive material by this pressing member and grow a crack. The light transmissive material can be more reliably cut at the position of the crack.
[0100]
Further, the light transmissive material is a light transmissive material having a plurality of circuit portions formed on the surface thereof, and the optical element is a light transmissive material portion facing a gap formed between adjacent circuit portions. It is preferable to focus the laser beam so that the focusing point is located inside. When configured in this manner, the light transmissive material can be reliably cut at the position of the gap formed between adjacent circuit portions.
[0101]
The optical element preferably condenses the laser beam at an angle at which the circuit unit is not irradiated with the laser beam. In this way, the optical element condenses the laser beam at an angle at which the circuit unit is not irradiated with the laser beam, thereby preventing the laser beam from entering the circuit unit and protecting the circuit unit from the laser beam. Can do.
[0102]
Moreover, it is preferable to further include a condensing point moving means for moving the condensing point in a direction crossing the optical axis of the laser beam. As described above, by further providing a condensing point moving means for moving the condensing point in a direction intersecting the optical axis of the laser beam, the cracks are continuously formed along the moving direction of the condensing point. Therefore, the cutting direction stability can be further improved, and the cutting direction can be controlled more easily.
[0103]
【The invention's effect】
According to the laser processing method according to the present invention, it is possible to cut the processing object without causing melting or cracks that are out of the planned cutting line on the surface of the processing object. Therefore, the yield and productivity of a product (for example, a display device such as a semiconductor chip, a piezoelectric device chip, and a liquid crystal) manufactured by cutting the workpiece can be improved.
[0104]
Further, the processing object is placed on the mounting table of the laser processing apparatus, the surface of the processing object is irradiated with illumination light emitted from the observation light source of the laser processing apparatus, and the reflected light is irradiated on the laser processing apparatus. After capturing the image by the imaging means to acquire the imaging data, and moving the mounting table so that the focus of the illumination light emitted from the observation light source is located on the surface of the processing object based on the imaging data, the laser beam In order to move the mounting table by a predetermined amount so that the focal point of the laser beam is located inside the workpiece, and to adjust the focal point to the inside of the workpiece, the laser beam is focused on the workpiece. It becomes easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an object to be processed during laser processing by the laser processing method according to the present embodiment.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the workpiece shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view of an object to be processed after laser processing by the laser processing method according to the present embodiment.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the workpiece shown in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line VV of the workpiece shown in FIG.
FIG. 6 is a plan view of a processing object cut by the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between electric field strength and crack size in the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an object to be processed in a first step of the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an object to be processed in a second step of the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an object to be processed in a third step of the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an object to be processed in a fourth step of the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 12 is a view showing a photograph of a cross section of a part of a silicon wafer cut by the laser processing method according to the embodiment.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light and the transmittance inside the silicon substrate in the laser processing method according to the present embodiment.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus that can be used in the laser processing method according to the first example of the embodiment;
FIG. 15 is a flowchart for explaining a laser processing method according to the first example of the embodiment;
FIG. 16 is a plan view of a processing object for explaining a pattern that can be cut by the laser processing method according to the first example of the embodiment;
FIG. 17 is a schematic diagram for explaining a laser processing method according to the first example of the present embodiment regarding a plurality of laser light sources.
FIG. 18 is a schematic diagram for explaining another laser processing method according to the first example of the present embodiment with respect to a plurality of laser light sources.
FIG. 19 is a schematic plan view showing a piezoelectric element wafer held on a wafer sheet in a second example of the present embodiment.
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric element wafer held by a wafer sheet in a second example of the embodiment.
FIG. 21 is a flowchart for explaining a cutting method according to a second example of the embodiment;
FIG. 22 is a cross-sectional view of a light transmissive material irradiated with laser light by a cutting method according to a second example of the present embodiment.
FIG. 23 is a plan view of a light transmissive material irradiated with laser light by a cutting method according to a second example of the present embodiment.
24 is a cross-sectional view of the light transmissive material shown in FIG. 23 taken along line XXIV-XXIV.
25 is a cross-sectional view of the light transmissive material shown in FIG. 23 taken along line XXV-XXV.
26 is a cross-sectional view taken along line XXV-XXV of the light transmissive material shown in FIG. 23 when the moving speed of the condensing point is slowed.
27 is a cross-sectional view of the light transmissive material shown in FIG. 23 taken along line XXV-XXV when the moving speed of the condensing point is further decreased.
FIG. 28 is a cross-sectional view of a piezoelectric element wafer and the like showing a first step of a cutting method according to the second example of the embodiment.
29 is a cross-sectional view of a piezoelectric element wafer and the like showing a second step of the cutting method according to the second example of the embodiment. FIG.
30 is a cross-sectional view of a piezoelectric element wafer and the like showing a third step of the cutting method according to the second example of the embodiment. FIG.
31 is a cross-sectional view of a piezoelectric element wafer and the like showing a fourth step in the cutting method according to the second example of the embodiment. FIG.
32 is a cross-sectional view of a piezoelectric element wafer and the like showing a fifth step of the cutting method according to the second example of the embodiment. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Work object, 3 ... Surface, 5 ... Planned cutting line, 7 ... Modified area | region, 9 ... Crack area | region, 11 ... Silicon wafer, 13 ... Melting process Area, 15, 17, 19, 23 ... laser light source, 25, 27, 29 ... array light source unit, 31 ... piezoelectric element wafer, 37 ... piezoelectric device chip, 100 ... laser processing apparatus 101 ... Laser light source, 105 ... Condensing lens, 109 ... X-axis stage, 111 ... Y-axis stage, 113 ... Z-axis stage, P ... Condensing point

Claims (3)

ウェハ状の加工対象物の内部のみに、切断の起点となる改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記加工対象物が載置される載置台と、
照明光を出射する観察用光源と、
前記加工対象物に対し透過性を有するレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記載置台に載置された前記加工対象物の表面に前記照明光を集光すると共に、前記レーザ光の集光点の位置で前記加工対象物の表面が溶融することなく前記改質領域が形成されるように、前記載置台に載置された前記加工対象物の内部に前記レーザ光を集光する集光用レンズと、
前記加工対象物の表面に集光された前記照明光の反射光を撮像して撮像データを取得する撮像手段と、
前記撮像データに基づいて前記照明光の焦点が前記加工対象物の表面上に位置するように前記載置台及び前記集光用レンズの少なくとも一方を移動させた後に、前記レーザ光の集光点が前記加工対象物の内部に位置するように、前記加工対象物の厚さ及び屈折率に基づき決定された所定量だけ前記加工対象物において前記照明光の焦点が位置する当該表面を基準として前記加工対象物の厚さ方向に前記載置台及び前記集光用レンズの少なくとも一方を移動させ、前記レーザ光の集光点が前記加工対象物の切断予定ラインに沿って移動するように、前記加工対象物の厚さ方向と直交する方向に前記載置台及び前記集光用レンズの少なくとも一方を移動させる機能を有する制御部と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
A laser processing apparatus that forms a modified region that is a starting point of cutting only inside a wafer-like workpiece,
A mounting table on which the workpiece is mounted;
An observation light source that emits illumination light;
A laser light source that emits a laser beam having transparency to the workpiece ;
The modified region is formed without condensing the illumination light on the surface of the processing object placed on the mounting table and melting the surface of the processing object at the position of the condensing point of the laser light. A condensing lens for condensing the laser beam inside the workpiece placed on the mounting table as described above;
Imaging means for capturing imaging data by imaging reflected light of the illumination light collected on the surface of the workpiece;
After moving at least one of the mounting table and the condensing lens so that the focus of the illumination light is located on the surface of the object to be processed based on the imaging data, a condensing point of the laser light is said to be located within the object, the predetermined amount determined on the basis of the thickness and refractive index of the object only, the said surface of the focal point of the illumination light in said workpiece is positioned as a reference The processing is performed such that at least one of the mounting table and the condensing lens is moved in the thickness direction of the processing object, and the condensing point of the laser light is moved along a scheduled cutting line of the processing object. A laser processing apparatus comprising: a control unit having a function of moving at least one of the mounting table and the condensing lens in a direction orthogonal to a thickness direction of an object.
前記レーザ光源は、複数の前記レーザ光を出射し、
複数の前記レーザ光は、前記加工対象物の内部に前記切断予定ラインに沿って複数の前記集光点を同時に形成することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
The laser light source emits a plurality of the laser beams,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of laser beams simultaneously form a plurality of the condensing points along the planned cutting line inside the object to be processed.
前記レーザ光源は、複数設けられており、
複数の前記レーザ光源それぞれで出射され前記加工対象物に互いに異なる方向から照射される複数の前記レーザ光は、前記加工対象物の内部に1つの前記集光点を形成することを特徴とする請求項2記載のレーザ加工装置。
A plurality of the laser light sources are provided,
The plurality of laser beams emitted from each of the plurality of laser light sources and irradiated on the workpiece from different directions form one condensing point inside the workpiece. Item 3. A laser processing apparatus according to Item 2.
JP2002093197A 2000-09-13 2002-03-28 Laser processing equipment Expired - Lifetime JP5025876B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002093197A JP5025876B2 (en) 2000-09-13 2002-03-28 Laser processing equipment

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000-278306 2000-09-13
JP2000278306 2000-09-13
JP2000278306 2000-09-13
JP2002093197A JP5025876B2 (en) 2000-09-13 2002-03-28 Laser processing equipment

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001278768A Division JP3408805B2 (en) 2000-09-13 2001-09-13 Cutting origin region forming method and workpiece cutting method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003001457A JP2003001457A (en) 2003-01-08
JP2003001457A5 JP2003001457A5 (en) 2009-11-12
JP5025876B2 true JP5025876B2 (en) 2012-09-12

Family

ID=26599884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002093197A Expired - Lifetime JP5025876B2 (en) 2000-09-13 2002-03-28 Laser processing equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5025876B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10562130B1 (en) 2018-12-29 2020-02-18 Cree, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US10576585B1 (en) 2018-12-29 2020-03-03 Cree, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US10611052B1 (en) 2019-05-17 2020-04-07 Cree, Inc. Silicon carbide wafers with relaxed positive bow and related methods
US11024501B2 (en) 2018-12-29 2021-06-01 Cree, Inc. Carrier-assisted method for parting crystalline material along laser damage region

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4509578B2 (en) 2004-01-09 2010-07-21 浜松ホトニクス株式会社 Laser processing method and laser processing apparatus
JP4598407B2 (en) * 2004-01-09 2010-12-15 浜松ホトニクス株式会社 Laser processing method and laser processing apparatus
JP4601965B2 (en) 2004-01-09 2010-12-22 浜松ホトニクス株式会社 Laser processing method and laser processing apparatus
TWI517922B (en) 2009-05-13 2016-01-21 康寧公司 Methods for cutting a fragile material
JP5363915B2 (en) * 2009-08-25 2013-12-11 日本車輌製造株式会社 Nozzle gap measuring device
JP7422526B2 (en) 2019-12-03 2024-01-26 ダウ・東レ株式会社 How to cut a laminate containing a silicone layer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63278692A (en) * 1987-05-07 1988-11-16 D S Sukiyanaa:Kk Automatic focusing mechanism in laser beam machine
JP2810151B2 (en) * 1989-10-07 1998-10-15 ホーヤ株式会社 Laser marking method
JP3024990B2 (en) * 1990-08-31 2000-03-27 日本石英硝子株式会社 Cutting method of quartz glass material
JPH11156564A (en) * 1997-11-28 1999-06-15 Toshiba Ceramics Co Ltd Heat resistant transparent member and manufacture
JP3449201B2 (en) * 1997-11-28 2003-09-22 日亜化学工業株式会社 Method for manufacturing nitride semiconductor device
JP3178524B2 (en) * 1998-11-26 2001-06-18 住友重機械工業株式会社 Laser marking method and apparatus and marked member

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10562130B1 (en) 2018-12-29 2020-02-18 Cree, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US10576585B1 (en) 2018-12-29 2020-03-03 Cree, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US11024501B2 (en) 2018-12-29 2021-06-01 Cree, Inc. Carrier-assisted method for parting crystalline material along laser damage region
US11219966B1 (en) 2018-12-29 2022-01-11 Wolfspeed, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US11826846B2 (en) 2018-12-29 2023-11-28 Wolfspeed, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US11901181B2 (en) 2018-12-29 2024-02-13 Wolfspeed, Inc. Carrier-assisted method for parting crystalline material along laser damage region
US11911842B2 (en) 2018-12-29 2024-02-27 Wolfspeed, Inc. Laser-assisted method for parting crystalline material
US10611052B1 (en) 2019-05-17 2020-04-07 Cree, Inc. Silicon carbide wafers with relaxed positive bow and related methods
US11034056B2 (en) 2019-05-17 2021-06-15 Cree, Inc. Silicon carbide wafers with relaxed positive bow and related methods
US11654596B2 (en) 2019-05-17 2023-05-23 Wolfspeed, Inc. Silicon carbide wafers with relaxed positive bow and related methods

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003001457A (en) 2003-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3761567B2 (en) Laser processing method
JP3761565B2 (en) Laser processing method
JP3408805B2 (en) Cutting origin region forming method and workpiece cutting method
JP4606741B2 (en) Processing object cutting method
JP4659300B2 (en) Laser processing method and semiconductor chip manufacturing method
JP3626442B2 (en) Laser processing method
JP3624909B2 (en) Laser processing method
JP3722731B2 (en) Laser processing method
JP4837320B2 (en) Processing object cutting method
JP4664140B2 (en) Laser processing method
JP4659301B2 (en) Laser processing method
WO2003076118A1 (en) Semiconductor substrate, semiconductor chip, and semiconductor device manufacturing method
JP4167094B2 (en) Laser processing method
JP3751970B2 (en) Laser processing equipment
JP2003334675A (en) Cutting method for workpiece
JP3867109B2 (en) Laser processing method
JP5025876B2 (en) Laser processing equipment
JP3867108B2 (en) Laser processing equipment
JP3867110B2 (en) Laser processing method
JP2003001458A (en) Laser beam machining method
JP4663952B2 (en) Laser processing apparatus and laser processing method
JP2003039184A (en) Laser beam machining method
JP2006191139A (en) Laser beam machining method
JP3867003B2 (en) Laser processing method
JP2006148175A (en) Laser beam machining method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080911

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090105

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090924

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110125

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110328

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110913

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111114

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120619

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120620

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150629

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5025876

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

EXPY Cancellation because of completion of term