JP5889758B2

JP5889758B2 - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP5889758B2
Application number: JP2012205163A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　靖; 靖伊藤; 大川　哲男; 哲男大川
Original assignee: Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP2014058425A

Description

本発明は、多層膜を形成したガラス基板を短パルスレーザで切断する方法に係るものである。

近年、ウエハ状のガラス基板の上にＳｉなどの半導体層、ＣｕやＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：インジウム・スズ酸化物）などの導電体をパターン形成した導電配線層、そしてＳｉＯ_２や樹脂などの絶縁層を形成し、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）、太陽電池、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）などを構成することがさかんに行われている。しかしながら、このような構成した後、図３に示すようにガラスウエハ１に加工溝１０を形成して切断し、各素子（４〜６ｍｍ^２程度）を切り分けなければならない。従来は図４のようにカッター１１（研削砥石）を用いて加工溝１１を形成していた。ここで、図４はガラスウエハ１の上に半導体層２、導電配線層３、絶縁層４の順に構成したものの例である。

しかしながら、カッターを用いた場合、カッター１１の厚さ１００μｍ以上であるので材料の無駄があること、さらにはカッティングの振動によりガラス基板にクラックが入り破損する場合があるので時間をかけて加工する必要があった（約２．５時間）。

加工の高速化や加工の振動を防止するにはレーザ加工が考えられるが、強力な紫外線レーザが必要となり、エキシマレーザを使用する必要があった（特許文献１参照）。しかしながら、エキシマレーザの場合、ビーム径を細くすることができない、という欠点をもっていた。

一方、短パルス化したグリーンレーザ（４９０〜５５０ｎｍ）を用いてもガラスを加工できることが知られていた（特許文献１、２参照）。しかしながら、発明者が実験したところ、パルス幅を１〜３０ｐｓとし、平均出力を３０Ｗ以上、繰り返し周波数を１００ｋＨｚ以上にするとガラス基板にクラック等のない幅５０μｍ以下の加工溝を形成できることが判明したが、加工溝の間隔が７ｍｍ程度以下の場合、光吸収の高い層が発熱のために焼損してしまうことがわかった。

特開２０１１−１４３４３４公報（段落０００６）特表２０１０−５１６４７２公報

本発明は、短パルス化したグリーンレーザ（４９０〜５５０ｎｍ）を用いてガラスウエハを切断するための溝加工を行う際に発生する、光吸収の高い層の発熱による焼損を防止できるレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、加工溝を１乃至数本おきに加工することにより連続する加工溝の加工間隔を７ｍｍ以上にして加工した後、残りの加工溝を順次連続する加工溝の加工間隔を７ｍｍ以上にして数回に分けて加工すると良い。これにより１回目の加工が完了する頃には、初期の加工部位の温度が低下し、光吸収の高い層の発熱による焼損を防止できる。

短パルス化したグリーンレーザ（４９０〜５５０ｎｍ）を用いてガラスウエハを切断するための溝加工を行う際に発生する熱による光吸収の高い層焼損をすることなく、高速で溝加工することができる。

本発明に係るレーザ加工例である。本発明の係るレーザ加工例の部分拡大断面図である。従来の溝加工例である。従来の溝加工例の部分拡大断面図である。

図１及び図２は本発明に係るレーザ加工例である。本発明に係るレーザ加工装置は、ウエハ上のガラス基板１を載置するためのＸ−Ｙ方向に移動可能なテーブル（図示せず）、平均出力が３０Ｗ以上、繰り返し周波数が１００ｋＨｚ以上、パルス幅が１〜３０ｐｓ、波長が４９０〜５５０ｎｍの短パルスレーザビーム２１を出射するレーザ発振器（図示せず）、そのレーザビーム２１をＸ−Ｙ方向に偏向するためのガルバノスキャナ（図示せず）、そのガルバノスキャナから出射したレーザビーム２１をガラス基板１上に集光するためのｆθレンズ（図示せず）を有する。図３及び図４と同一の番号の説明は省略する。Ｓ１〜Ｓ７はそれぞれｆθレンズの大きさで決まるスキャンエリアを示し、スキャンエリアＳ１内の加工が完了した場合には、テーブルを移動して次のスキャンエリアＳ２の加工を行い、以降、順次Ｓ３〜Ｓ９の加工を行う。

ここで、レーザビーム２１による加工溝２０を１乃至数本おきに加工することにより連続する加工溝２０−１−１、２０−１−２、２０−１−３、・・・の加工間隔を７ｍｍ以上にして加工した後、残りの加工溝２０−２−１、２０−２−２、・・・を順次連続する加工溝の加工間隔を７ｍｍ以上にして数回に分けて加工すると良く、これにより１回目（加工溝２０−１系列）の加工が完了する頃には、初期の加工部位の温度が低下し、光吸収の高い層の発熱による焼損を防止できることがわかった。

波長を５１５ｎｍのレーザ発振器の平均出力を３０Ｗ、繰り返し周波数を２００ｋＨｚ、パルス幅を８ｐｓ、レーザビーム２１の径を５０μｍとし、ガラス基板１の厚さ４００μｍ、Ｓｉ層１００μｍ、導電体（Ｃｕ）層４０μｍ、絶縁体（レジスト）層３０μｍのワークから素子幅４．５×５ｍｍ^２を加工する。加工溝２０間隔が４．５ｍｍ又は５ｍｍであるので、１本おきの加工で９ｍｍ又は１０ｍｍとなり７ｍｍ以上になる。まずスキャンエリアＳ１内の加工溝２０−１−１、２０−１−２、２０−１−３、・・・（縦溝）の加工を行い、それが終了するとテーブルを移動してスキャンエリアＳ２の加工を行い、その後順次スキャンエリアＳ３〜Ｓ９まで加工を行い、それが終了すると、スキャンエリアＳ１に戻って、残りの加工溝２０−２−１、２０−２−２、・・・を加工し、その後順次スキャンエリアＳ２〜Ｓ９まで加工を行う。次に、スキャンエリアＳ１に戻って横溝の加工を縦溝と同様に行う。これにより、ガラス基板１に素子幅４．５×５ｍｍ^２を加工溝幅約５０μｍでクラックや焼損無く、短時間で形成できる（約４０分）。

波長を５１５ｎｍのレーザ発振器の平均出力を３０Ｗ、繰り返し周波数を２００ｋＨｚ、パルス幅を２０ｐｓ、レーザビーム２１の径を４０μｍとし、ガラス基板１の厚さ４００μｍ、Ｓｉ層１００μｍ、導電体（Ｃｕ）層４０μｍ、絶縁体（レジスト）層３０μｍのワークから素子幅４．５×５ｍｍ^２を加工する。実施例１と同様に加工すると、ガラス基板１に素子幅４．５×５ｍｍ^２を加工溝幅約４０μｍでクラックや焼損無く、短時間で形成できる（約４０分）。

波長を５１５ｎｍのレーザ発振器の平均出力を３０Ｗ、繰り返し周波数を１００ｋＨｚ、パルス幅を２ｐｓ、レーザビーム２１の径を５０μｍとし、ガラス基板１の厚さ４００μｍ、Ｓｉ層１００μｍ、導電体（Ｃｕ）層４０μｍ、絶縁体（レジスト）層３０μｍのワークから素子幅４．５×５ｍｍ^２を加工する。実施例１と同様に加工すると、ガラス基板１に素子幅４．５×５ｍｍ^２を加工溝幅約５０μｍでクラックや焼損無く、短時間で形成できる（約４０分）。

波長を５１５ｎｍのレーザ発振器の平均出力を３０Ｗ、繰り返し周波数を２００ｋＨｚ、パルス幅を８ｐｓ、レーザビーム２１の径を５０μｍとし、ガラス基板１の厚さ４００μｍ、Ｓｉ層１００μｍ、導電体（Ｃｕ）層４０μｍ、絶縁体（レジスト）層３０μｍのワークから素子幅４．５×５ｍｍ^２を加工する。加工溝２０間隔が４．５ｍｍ又は５ｍｍであるので、１本おきの加工で９ｍｍ又は１０ｍｍとなり７ｍｍ以上になる。まずスキャンエリアＳ１内の加工溝２０−１−１、２０−１−２、２０−１−３、・・・（縦溝）の加工を行い、それが終了するとテーブルを移動せず残りの加工溝２０−２−１、２０−２−２、・・・を加工し、それが終了するとテーブルを移動してスキャンエリアＳ２の加工を同様に行い、その後順次スキャンエリアＳ３〜Ｓ９まで加工を行う。次に、スキャンエリアＳ１に戻って横溝の加工を縦溝と同様に行う。これにより、ガラス基板１に素子幅４．５×５ｍｍ^２を加工溝幅約５０μｍでクラックや焼損無く、また本実施例の場合はテーブル移動を減少させることができるためさらに加工時間を短縮することができる（約３０分）。

上記の実施例１〜４において、波長が５３２ｎｍのレーザ発振器を用いる場合にも同様な結果が得られる。

１ガラスウエハ
２半導体層
３導電層
４絶縁体層
１０加工溝
１１カッター
２０加工溝
２０−１１回目の加工溝
２０−２２回目の加工溝
２１レーザビーム
Ｓ１〜Ｓ９スキャンエリア

Claims

多層膜を形成したガラス基板を切断するためのものであって、
Ｘ−Ｙ方向に移動可能なテーブル上に前記ガラス基板を載置し、
短パルスレーザ発振器から平均出力が３０Ｗ以上、繰り返し周波数が１００ｋＨｚ以上、パルス幅が１〜３０ｐｓ、波長が４９０〜５５０ｎｍの短パルスレーザビームを出射し、前記レーザビームをガルバノスキャナを用いてＸ−Ｙ方向に偏向し、前記ガルバノスキャナから出射した前記レーザビームをｆθレンズを用いて前記ガラス基板上に集光させて切断用の加工溝を７ｍｍ未満の間隔で加工するレーザ加工方法において、
前記加工溝を１乃至数本おきに加工することにより連続する加工溝の加工間隔を７ｍｍ以上にして加工した後、残りの加工溝を順次連続する加工溝の加工間隔を７ｍｍ以上にして加工することを特徴とするレーザ加工方法。
前記レーザビーム径が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記ｆθレンズの大きさで決まるスキャンエリア内を１乃至数本おきに加工することにより連続する加工溝の加工間隔を７ｍｍ以上にして加工した後、該スキャンエリア内で残りの加工溝を順次連続する加工溝の加工間隔を７ｍｍ以上にして加工し、該スキャンエリア内の加工が完了した後、前記テーブルを移動して次のスキャンエリア内を加工することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。