JP6000700B2 - レーザー加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物にパルスレーザー光線を照射してレーザー加工を施すレーザー加工方法に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるシリコン基板の表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路を形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。また、サファイア基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、リチウムナイオベート基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
近年、半導体ウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長（例えば５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍ）のパルスレーザー光線を照射してアブレーション加工することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿って破断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
パルスレーザー光線を照射してアブレーション加工することによりレーザー加工溝を形成する際に、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を高めることにより生産性を高めることができる。しかるに、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を２０kHz以上に設定すると、熱の蓄積によってクラックが発生してデバイスの品質を低下させるという問題がある。
また、アブレーション加工を行うには、被加工物に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を用いることが加工効率を向上させる上で望ましく、吸収端近傍より短い波長のパルスレーザー光線を用いることがより望ましい。しかるに、サファイアのように吸収端が１５５nmと短い吸収端を有する材料で被加工物が形成されている場合には、吸収端近傍より短い波長のパルスレーザー光線を用いることは困難であるという問題がある。
また、アブレーション加工を行うには、被加工物に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を用いることが加工効率を向上させる上で望ましく、吸収端近傍より短い波長のパルスレーザー光線を用いることがより望ましい。しかるに、サファイアのように吸収端が１５５nmと短い吸収端を有する材料で被加工物が形成されている場合には、吸収端近傍より短い波長のパルスレーザー光線を用いることは困難であるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を２０kHz以上に設定してもクラックが発生しないとともに、被加工物を形成する材料の吸収端より長い波長のパルスレーザー光線であっても加工効率を向上させることができるレーザー加工方法を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、繰り返し周波数が２０ｋＨｚ以上のパルスレーザー光線を被加工物に照射してレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、
被加工物の吸収端と同一の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１０ｐｓと設定され、
被加工物の吸収端の９／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１００ｐｓと設定され、
被加工物の吸収端の８／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１ｎｓと設定され、
被加工物の吸収端の７／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１０ｎｓと設定され、
被加工物の吸収端の６／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１００ｎｓと設定され、
被加工物の吸収端の２倍の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１００ｆｓと設定され、
被加工物の吸収端の４倍の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１０ｆｓと設定され、
該被加工物にパルスレーザー光線を照射してレーザー加工を施すレーザー加工条件を設定する際に、パルスレーザー光線の波長を縦軸にパルス幅を横軸とした場合の、該各波長におけるパルス幅の該限界点を結んだ曲線により下側に区分される領域の波長、およびパルス幅になるように加工条件を選択する、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。
被加工物の吸収端と同一の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１０ｐｓと設定され、
被加工物の吸収端の９／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１００ｐｓと設定され、
被加工物の吸収端の８／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１ｎｓと設定され、
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被加工物の吸収端の２倍の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１００ｆｓと設定され、
被加工物の吸収端の４倍の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１０ｆｓと設定され、
該被加工物にパルスレーザー光線を照射してレーザー加工を施すレーザー加工条件を設定する際に、パルスレーザー光線の波長を縦軸にパルス幅を横軸とした場合の、該各波長におけるパルス幅の該限界点を結んだ曲線により下側に区分される領域の波長、およびパルス幅になるように加工条件を選択する、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。
本発明によるレーザー加工方法においては、繰り返し周波数が２０kHz以上のパルスレーザー光線を照射して被加工物にアブレーション加工を施しても、クラックが発生しない波長とパルス幅との条件、および加工効率が高い条件を被加工物の材料の吸収端を基準にして波長とパルス幅との条件を実験によって求めて設定したので、繰り返し周波数を２０kHz以上に設定しても熱の蓄積によってクラックが発生することはないとともに、吸収端より長い波長のパルスレーザー光線を使用して加工効率を向上させることができる。従って、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を２０kHz以上に設定して生産性を高めることができるとともに、サファイアのように吸収端が短い波長の材料の場合でも、吸収端より長い波長のパルスレーザー光線を使用して加工効率を向上させることができる。
以下、本発明によるウエーハのレーザー加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図１には、本発明によるレーザー加工方法を実施するためのレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置１は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記X軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にX軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＹ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめられる。
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上にＹ軸方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一方の側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を下方に移動するようになっている。
上記レーザー光線照射手段５２について、図１および図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１と、該ケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２２と、該パルスレーザー光線発振手段５２２によって発振されたパルスレーザー光線LBの出力を調整する出力調整手段５２３と、該出力調整手段５２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線LBを集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器５２４を具備している。
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１と、該ケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２２と、該パルスレーザー光線発振手段５２２によって発振されたパルスレーザー光線LBの出力を調整する出力調整手段５２３と、該出力調整手段５２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線LBを集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器５２４を具備している。
上記パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２aと、パルスレーザー光線発振器５２２aが発振するパルスレーザー光線の波長を調整する波長調整手段５２２bと、パルスレーザー光線発振器５２２aが発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段５２２cと、パルスレーザー光線発振器５２２aが発振するパルスレーザー光線のパルス幅を調整するパルス幅調整手段５２２dとから構成されている。上記出力調整手段５２３は、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線LBの出力を所定の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段５２２のパルスレーザー光線発振器５２２aと波長調整手段５２２bと繰り返し周波数設定手段５２２cとパルス幅調整手段５２２dおよび出力調整手段５２３は、後述する制御手段によって制御される。
上記集光器５２４は、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され出力調整手段５２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線LBをチャックテーブル３６の保持面に向けて方向変換する方向変換ミラー５２４aと、該方向変換ミラー５２４aによって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ５２４bを具備している。このように構成された集光器５２４は、図１に示すようにケーシング５２１の先端に装着される。
図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部には、レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６が配設されている。この撮像手段６は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
図示のレーザー加工装置１は、図３に示す制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、入力インターフェース８４および出力インターフェース８５とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８４には、上記撮像手段６や入力手段８０等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８５からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、パルスレーザー光線発振手段５２２のパルスレーザー光線発振器５２２a、波長調整手段５２２b、繰り返し周波数設定手段５２２c、パルス幅調整手段５２２d、出力調整手段５２３等に制御信号を出力する。
図示のレーザー加工装置１は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４には、本発明によるレーザー加工方法に従って加工される被加工物としてのウエーハの斜視図が示されている。図４に示すウエーハ１０は、例えば厚みが１００μmの基板の表面１０aに格子状に形成された複数のストリート１０１によって区画された複数の領域にデバイス１０２が形成されている。以下、上述したレーザー加工装置１を用いてウエーハ１０にストリート１０１に沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法について説明する。
図４には、本発明によるレーザー加工方法に従って加工される被加工物としてのウエーハの斜視図が示されている。図４に示すウエーハ１０は、例えば厚みが１００μmの基板の表面１０aに格子状に形成された複数のストリート１０１によって区画された複数の領域にデバイス１０２が形成されている。以下、上述したレーザー加工装置１を用いてウエーハ１０にストリート１０１に沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法について説明する。
先ず、ウエーハ１０の裏面１０bを環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、環状のフレームFの内側開口部を覆うように外周部が装着されたダイシングテープTの表面に上記ウエーハ１０の裏面１０bを貼着する。
上述したウエーハ支持工程を実施したならば、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上にウエーハ１０のダイシングテープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、ダイシングテープTを介してウエーハ１０をチャックテーブル３６上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３６に保持されたウエーハ１０は、表面１０aが上側となる。なお、ダイシングテープTが装着されている環状のフレームFは、チャックテーブル３６に配設されたクランプ３６２によって固定される。
上述したようにウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および図示しない制御手段によってウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段６および制御手段８は、ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１０１と、ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、ウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリート１０１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持されたウエーハ１０に形成されているストリート１０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図６の(ａ)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート１０１の一端（図６の（ａ）において左端）を集光器５２４の直下に位置付ける。そして、集光器５２４を通して照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐをウエーハ１０の表面１０a（上面）付近に位置付ける。
次に、レーザー光線照射手段５２を作動し集光器５２４を通してパルスレーザー光線を照射するとともに、チャックテーブル３６を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。なお、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段５２２から発振するパルスレーザー光線LBの繰り返し周波数、波長、パルス幅は、ウエーハ１０を構成する材料に従って後述するように設定され、出力とともに入力手段８０から入力されている。従って、制御手段は、入力手段８０から入力された指示に従ってパルスレーザー光線発振手段５２２のパルスレーザー光線発振器５２２a、波長調整手段５２２b、繰り返し周波数設定手段５２２c、パルス幅調整手段５２２dおよび出力調整手段５２３を制御する。そして、図６の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の照射位置がストリート１０１の他端（図６の（ｂ）において右端）の位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する（レーザー加工溝形成工程）。この結果、ウエーハ１０には図６の（ｂ）および(ｃ)に示すようにストリート１０１に沿ってレーザー加工溝１１０が形成される。
以上のようにして、ウエーハ１０の所定方向に延在する全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工溝形成工程を実施したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に形成された各ストリート１０１に沿って上記レーザー加工溝形成工程を実施する。
ここで、上記レーザー加工溝形成工程において照射するパルスレーザー光線について説明する。
本発明者は、被加工物の材料としてのサファイア(Al2O3)、リチウムタンタレート(LT)、炭化珪素(SiC)、シリコン(Si)について、照射するパルスレーザー光線の波長とパルス幅との関係を実験によって調べた。本発明者による実験では繰り返し周波数を２０kHzに設定し、被加工物の材料の吸収端の波長（サファイア(Al2O3)：１５５nm、リチウムタンタレート(LT)：２４６nm、炭化珪素(SiC)：４３３nm、シリコン(Si)：１０３３nm）を有するパルスレーザー光線を照射すると、パルス幅が１０ps以下ではクラックが発生しないことが判った。また、パルス幅が１０ps以下では繰り返し周波数を５０kHzに設定してもクラックが発生しないことが判った。この知見に基づいて、以下の手順で実験を行った。
（１）繰り返し周波数を５０ｋＨｚ、パルス幅を１０nsに設定し、被加工物の材料の吸収端（サファイア(Al2O3)：１５５nm、リチウムタンタレート(LT)：２４６nm、炭化珪素(SiC)：４３３nm、シリコン(Si)：１０３３nm）に近い波長のパルスレーザー光線を照射してアブレーション加工が生ずる出力を求めた。
（２）クラックの発生を検出しながらパルス幅を１ns、１００ps、１０ps、１ps、１００fs、１０fs、１fsと変化させてクラックが発生しなくなるパルス幅を求めた。
（３）クラックが発生しなくなるパルス幅（１０ps）に設定し、パルスレーザー光線の波長を９／１０、８／１０、７／１０、６／１０と変化させてパルス幅を１００ps、１ns、１０ns、１００nsと変化させてクラックが発生しない限界点を求めた。
（４）クラックが発生しなくなるパルス幅（１０ps）に設定し、パルスレーザー光線の波長を２倍、４倍、８倍と変化させてパルス幅を１ps、１００fs、１０fs、１fsと変化させてアブレーション加工が生じるとともにクラックが発生しない限界点を求めた。
本発明者は、被加工物の材料としてのサファイア(Al2O3)、リチウムタンタレート(LT)、炭化珪素(SiC)、シリコン(Si)について、照射するパルスレーザー光線の波長とパルス幅との関係を実験によって調べた。本発明者による実験では繰り返し周波数を２０kHzに設定し、被加工物の材料の吸収端の波長（サファイア(Al2O3)：１５５nm、リチウムタンタレート(LT)：２４６nm、炭化珪素(SiC)：４３３nm、シリコン(Si)：１０３３nm）を有するパルスレーザー光線を照射すると、パルス幅が１０ps以下ではクラックが発生しないことが判った。また、パルス幅が１０ps以下では繰り返し周波数を５０kHzに設定してもクラックが発生しないことが判った。この知見に基づいて、以下の手順で実験を行った。
（１）繰り返し周波数を５０ｋＨｚ、パルス幅を１０nsに設定し、被加工物の材料の吸収端（サファイア(Al2O3)：１５５nm、リチウムタンタレート(LT)：２４６nm、炭化珪素(SiC)：４３３nm、シリコン(Si)：１０３３nm）に近い波長のパルスレーザー光線を照射してアブレーション加工が生ずる出力を求めた。
（２）クラックの発生を検出しながらパルス幅を１ns、１００ps、１０ps、１ps、１００fs、１０fs、１fsと変化させてクラックが発生しなくなるパルス幅を求めた。
（３）クラックが発生しなくなるパルス幅（１０ps）に設定し、パルスレーザー光線の波長を９／１０、８／１０、７／１０、６／１０と変化させてパルス幅を１００ps、１ns、１０ns、１００nsと変化させてクラックが発生しない限界点を求めた。
（４）クラックが発生しなくなるパルス幅（１０ps）に設定し、パルスレーザー光線の波長を２倍、４倍、８倍と変化させてパルス幅を１ps、１００fs、１０fs、１fsと変化させてアブレーション加工が生じるとともにクラックが発生しない限界点を求めた。
上述した実験により求めたサファイア(Al2O3)、リチウムタンタレート(LT)、炭化珪素(SiC)、シリコン(Si)について各波長におけるパルス幅の限界点を曲線で結んだグラフを図７に示す。図７において、縦軸はパルスレーザー光線の波長、横軸はパルスレーザー光線のパルス幅を示している。図７に示すグラフから、被加工物の材料の種類に関係なくパルスレーザー光線の波長とパルス幅との間に一定の関係があることが判った。即ち、図７に示す各被加工物において各波長におけるパルス幅の限界点を曲線で結んだ下側の領域のパルスレーザー光線を照射することにより、繰り返し周波数を２０kHz以上に設定しても熱の蓄積によってクラックが発生することはないとともに、各被加工物の吸収端より長い波長のパルスレーザー光線を使用して加工効率を向上させることができる。従って、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を２０kHz以上に設定して生産性を高めることができるとともに、サファイアのように吸収端が短い波長の材料の場合でも、吸収端より長い波長のパルスレーザー光線を使用して加工効率を向上させることができる。
１：レーザー加工装置
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５２３：出力調整手段
５２４：集光器
６：撮像手段
８：制御手段
１０：ウエーハ
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：ダイシングテープ
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５２３：出力調整手段
５２４：集光器
６：撮像手段
８：制御手段
１０：ウエーハ
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：ダイシングテープ
Claims (1)
- 繰り返し周波数が２０ｋＨｚ以上のパルスレーザー光線を被加工物に照射してレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、
被加工物の吸収端と同一の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１０ｐｓと設定され、
被加工物の吸収端の９／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１００ｐｓと設定され、
被加工物の吸収端の８／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１ｎｓと設定され、
被加工物の吸収端の７／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１０ｎｓと設定され、
被加工物の吸収端の６／１０の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１００ｎｓと設定され、
被加工物の吸収端の２倍の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１００ｆｓと設定され、
被加工物の吸収端の４倍の波長のパルスレーザー光線を照射する場合のクラックが生じないパルスレーザー光線のパルス幅の限界点が１０ｆｓと設定され、
該被加工物にパルスレーザー光線を照射してレーザー加工を施すレーザー加工条件を設定する際に、パルスレーザー光線の波長を縦軸にパルス幅を横軸とした場合の、該各波長におけるパルス幅の該限界点を結んだ曲線により下側に区分される領域の波長、およびパルス幅になるように加工条件を選択する、
ことを特徴とするレーザー加工方法。
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