JP6262039B2 - 板状物の加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス基板等の板状物に所望形状の貫通口を形成する板状物の加工方法に関する。
スマートフォン等の操作画面はガラス基板によって形成されていて、画面を見ながら各種のアプリを選択することができる。このような操作画面に用いるガラス基板にはスピーカーやカメラを設置する目的で貫通口が設けられている。
上述したガラス基板に貫通口を形成する方法としては、サンドブラスト処理をすることで穴を形成し、該穴の周囲をエッチング処理する方法が下記特許文献１に記載されている。
特開２０１３−９１５８２
而して、サンドブラスト処理およびエッチング処理加工は、長時間を要し生産性が悪いという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、ガラス基板等の板状物に所望形状の貫通口を効率よく形成することができる板状物の加工方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、板状物に所望形状の貫通口を形成する板状物の加工方法であって、
レーザー光線を照射する集光器を備えたパルスレーザー光線照射手段によって板状物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を板状物の内部に位置付けて形成すべき貫通口の輪郭に沿って照射することにより、板状物の内部に形成すべき貫通口の輪郭に沿ってレーザー加工を施す貫通口輪郭形成工程と、
該貫通口輪郭形成工程が実施された板状物の形成すべき貫通口の輪郭に対応して超音波付与手段の超音波振動子を位置付けて超音波を作用することにより、レーザー加工された形成すべき貫通口の輪郭を破壊して板状物に貫通口を形成する貫通口形成工程と、を含み、
該集光器の集光レンズの開口数（ＮＡ）は、板状物の屈折率（Ｎ）で除した値が０．０５〜０．２となる範囲で設定され、
該貫通口輪郭形成工程は、パルスレーザー光線の集光点を板状物の内部に位置付けて照射することにより、板状物に集光点とパルスレーザー光線が入射された側との間に細孔と該細孔をシールドする非晶質とを成長させたシールドトンネルを形成すべき貫通口の輪郭に沿って形成する、
ことを特徴とする板状物の加工方法が提供される。
上記板状物は石英ガラス基板であり、集光器の集光レンズの開口数（ＮＡ）は０．１〜０．２５となる範囲で設定される。
また、上記板状物はサファイア基板であり、集光器の集光レンズの開口数（ＮＡ）は０．１〜０．３５となる範囲で設定される。
本発明による板状物の加工方法は、レーザー光線を照射する集光器を備えたパルスレーザー光線照射手段によって板状物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を板状物の内部に位置付けて形成すべき貫通口の輪郭に沿って照射することにより、板状物の内部に形成すべき貫通口の輪郭に沿ってレーザー加工を施す貫通口輪郭形成工程と、該貫通口輪郭形成工程が実施された板状物の形成すべき貫通口の輪郭に対応して超音波付与手段の超音波振動子を位置付けて超音波を作用することにより、レーザー加工された形成すべき貫通口の輪郭を破壊して板状物に貫通口を形成する貫通口形成工程と、を含み、集光器の集光レンズの開口数（ＮＡ）は、板状物の屈折率（Ｎ）で除した値が０．０５〜０．２となる範囲で設定され、貫通口輪郭形成工程は、パルスレーザー光線の集光点を板状物の内部に位置付けて照射することにより、板状物に集光点とパルスレーザー光線が入射された側との間に細孔と細孔をシールドする非晶質とを成長させたシールドトンネルを形成すべき貫通口の輪郭に沿って形成するので、従来の加工方法と比較して短時間で所望の形状の貫通口を形成することができる。
本発明による板状物の加工方法によって加工される板状物を環状のフレームに装着したダイシングテープに貼着した状態を示す斜視図。 本発明による板状物の加工方法を実施するための加工装置の斜視図。 図２に示す加工装置に装備される超音波付与手段の正面図。 図２に示す加工装置によって実施する貫通口輪郭形成工程の説明図。 レンズの開口数(NA)と板状物の屈折率(N)と開口数(NA)を屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）との関係を示す図。 図２に示す加工装置によって実施する改質層形成加工の説明図。 図２に示す加工装置によって実施する貫通口形成工程の説明図。
以下、本発明による板状物の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、本発明による板状物の加工方法によって加工される板状物としての石英ガラス基板の斜視図が示されている。図１に示す板状物１０は、厚みが５００μmの矩形状に形成されており、表面には形成すべき貫通口の輪郭１０１および加工開始位置１０１aが印されている。このように形成された石英ガラス基板やサファイア基板からなる板状物１０は、環状のフレームFに装着された保護テープTの表面に貼着される。
図２には、本発明による板状物の加工方法を実施するための加工装置の斜視図が示されている。図２に示す加工装置２は、静止基台２０と、該静止基台２０に矢印Ｘで示す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、基台２０上に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット４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２０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Ｘ軸方向と直交する矢印Yで示すY軸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支持テーブル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、図示しない吸引手段を作動することにより吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である板状物１０を保護テープTを介して吸引保持するようになっている。なお、図示の実施形態における吸着チャック３６１には、上記板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１より僅かに大きい逃がし凹部３６１aが設けられている。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、板状物１０等の被加工物を保護テープTを介して支持する環状のフレームF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第１の加工送り手段３７を具備している。第１の加工送り手段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１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。
図示の実施形態における加工装置２は、上記チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段３７４を備えている。X軸方向位置検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。このX軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出する。なお、上記第１の加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。また、上記第１の加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を図示しない制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。
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、Y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２の加工送り手段３８を具備している。第２の加工送り手段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。
図示の実施形態における加工装置２は、上記第２の滑動ブロック３３のY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。Y軸方向位置検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。このY軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出する。なお、上記第２の加工送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。また、上記第２の加工送り手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を図示しない制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。
上記レーザー光線照射ユニット４は、上記静止基台２０上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６を具備している。
上記レーザー光線照射手段５は、ケーシング４２内に配設された図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段と、ケーシング４２の先端部に配設され図示しないパルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光レンズ５１１を備えた集光器５１を具備している。この集光器５１の集光レンズ５１１は、開口数(NA)が次のよう設定されている。即ち、集光レンズ５１１の開口数(NA)は、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値が０．０５〜０．２の範囲に設定される（開口数設定工程）。なお、レーザー光線照射手段５は、集光器５１の集光レンズ５１１によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。
上記レーザー光線照射手段５が配設されたケーシング４２の先端部に装着された撮像手段６は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上記レーザー光線照射ユニット４を構成するケーシング４２の先端部には、超音波付与手段７が配設されている。超音波付与手段７は、図３に示すように超音波振動子７１を具備しており、この超音波振動子７１が昇降手段７２によって上記チャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向に移動せしめられるようになっている。なお、超音波振動子７１の下端には、上記板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１と対応する振動端子７１１が設けられている。この振動端子７１１の突起幅(t)は、図示の実施形態においては０．１５mmに設定されている。なお、振動端子７１１は図示の実施形態においては軽量で超音波振動子７１の振動に対して追随性が良好なチタンによって形成されている。
図示の加工装置２は以上のように構成されており、上述したウエーハ支持工程が実施された板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿って貫通口を形成する方法について説明する。なお、加工装置２の図示しない制御手段を構成するメモリには、形成すべき貫通口の輪郭１０１の座標および加工開始位置１０１aが格納される。板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿って貫通口を形成するには、先ず被加工物としての板状物１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を板状物１０の内部に位置付けて形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿って照射することにより、板状物１０の内部に形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿ってレーザー加工を施す貫通口輪郭形成工程を実施する。この貫通口輪郭形成工程を実施するには先ず、上述した図２に示す加工装置２のチャックテーブル３６上に板状物１０が貼着された保護テープT側を載置する。このとき、板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１を吸着チャック３６１に設けられた逃がし凹部３６１aと対応する位置に位置付ける。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護テープTを介して板状物１０を吸着チャック３６１上に保持する（ウエーハ保持工程）。
上述したウエーハ保持工程を実施したならば、板状物１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、第１の加工送り手段３７によって撮像手段６の直下に位置付けられる。そして、撮像手段６および図示しない制御手段によって板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１の加工開始位置１０１aを検出するアライメント作業を実行する。そして、制御手段は第１の加工送り手段３７および第２の加工送り手段３８を作動してチャックテーブル３６に保持された板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１の加工開始位置１０１aを図４の（a）に示すようにレーザー光線照射手段５の集光器５１の直下に位置付ける。次に、集光器５１の集光レンズ５１aによって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点Pが板状物１０の厚み方向の所望の位置に位置付けられるように図示しない集光点位置調整手段を作動して集光器５１を光軸方向に移動する（位置付け工程）。なお、図示の実施形態においては、パルスレーザー光線の集光点Pは、板状物１０におけるパルスレーザー光線が入射される側（表面側）と反対側の面（裏面）に隣接する内側に設定されている。
上述したように位置付け工程を実施したならば、レーザー光線照射手段５を作動して集光器５１からパルスレーザー光線LBを照射して板状物１０に位置付けられた集光点Pとパルスレーザー光線が入射された側（表面側）との間に細孔と該細孔をシールドする非晶質とを形成させてシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成加工を実施する。即ち、集光器５１から板状物１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LBを照射しつつ第１の加工送り手段３７および第２の加工送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿って移動せしめる。そして、加工開始位置１０１aが集光器５１の直下に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに第１の加工送り手段３７および第２の加工送り手段３８の作動を停止してチャックテーブル３６の移動を停止する。
上述したシールドトンネル形成加工を実施することにより、板状物１０の内部には、図４の（ｂ）に示すようにパルスレーザー光線LBの集光点Pが位置付けられた裏面（下面）側から入射面である表面（上面）に亘って細孔１１１と該細孔１１１の周囲に形成された非晶質１１２が成長し、板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿って所定の間隔（図示の実施形態においては１０μｍの間隔（加工送り速度：５００ｍｍ／秒）／（繰り返し周波数：５０ｋＨｚ））で非晶質のシールドトンネル１１０が形成される。このシールドトンネル１１０は、図４の（c）および（d）に示すように中心に形成された直径がφ１μm程度の細孔１１１と該細孔１１１の周囲に形成された直径がφ１０μmの非晶質１１２とからなり、図示の実施形態においては互いに隣接する非晶質１１２同士がつながるように形成される形態となっている。なお、上述したシールドトンネル形成加工において形成される非晶質のシールドトンネル１１０は、板状物１０の裏面（下面）側から入射面である表面（上面）に亘って形成することができるため、ウエーハの厚みが厚くてもパルスレーザー光線を１回照射すればよいので、生産性が極めて良好となる。
上述したシールドトンネル形成加工において、良好なシールドトンネル１１０を形成するには、上述したように集光レンズ５１aの開口数(NA)は、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S）が０．０５〜０．２の範囲に設定されていることが重要である。
ここで、開口数(NA)と屈折率(N)と開口数(NA)を屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）との関係について、図５を参照して説明する。図５において集光レンズ５１aに入光したパルスレーザー光線LBは光軸に対して角度(θ)をもって集光される。このとき、sinθが集光レンズ５１aの開口数(NA)である（NA＝sinθ）。集光レンズ５１aによって集光されたパルスレーザー光線LBが単結晶基板からなる板状物１０に照射されると、板状物１０を構成する単結晶基板は空気より密度が高いのでパルスレーザー光線LBは角度(θ)から角度(α)に屈折して集光点Pに集光される。このとき、光軸に対する角度(α)は、板状物１０を構成する単結晶基板の屈折率(N)によって異なる。屈折率(N)は（Ｎ＝sinθ／sinα）であるから、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）はsinαとなる。従って、sinαを０．０５〜０．２の範囲（０．０５≦sinα≦０．２）に設定することが重要である。
以下、集光レンズ５１aの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定された理由について説明する。
[実験１−１]
板状物１０としての厚みが５００μmのサファイア(Al2O3)基板（屈折率：１．７６）を次の加工条件でシールドトンネルを形成し、シールドトンネルの良不良を判定した。

加工条件
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ｐｓ
平均出力 ：２Ｗ
集光スポット径 ：Φ１０μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒

集光レンズの開口数（ＮＡ） シールドトンネルの良不良 Ｓ＝ＮＡ／Ｎ
０．０５ 不良：なし
０．１ やや良好 ０．０５７
０．１５ 良好 ０．０８５
０．２ 良好 ０．１１４
０．２５ 良好 ０．１４２
０．３ 良好 ０．１７０
０．３５ 良好 ０．１９８
０．４ 不良 ０．２２７
０．４５ 不良：ボイドができる
０．５ 不良：ボイドができる
０．５５ 不良：ボイドができる
０．６ 不良：ボイドができる

以上のようにサファイア基板（屈折率：１．７６）においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ５１aの開口数(NA)が、開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定することにより、シールドトンネルが形成される。従って、サファイア基板（屈折率：１．７６）においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ５１aの開口数(NA)は、０．１〜０．３５に設定することが重要である。
[実験１−２]
板状物１０としての厚みが５００μmの炭化珪素（SiC）基板（屈折率：２．６３）を次の加工条件でシールドトンネルを形成し、シールドトンネルの良不良を判定した。

加工条件
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ｐｓ
平均出力 ：０．５Ｗ
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒

集光レンズの開口数（ＮＡ） シールドトンネルの良不良 Ｓ＝ＮＡ／Ｎ
０．０５ 不良：なし
０．１ 不良：なし
０．１５ やや良好 ０．０５７
０．２ 良好 ０．０７６
０．２５ 良好 ０．０９５
０．３ 良好 ０．１１４
０．３５ 良好 ０．１３３
０．４ 良好 ０．１５２
０．４５ 良好 ０．１７１
０．５ 良好 ０．１９
０．５５ やや良好 ０．２０９
０．６ 不良：ボイドができる

以上のように炭化珪素（SiC）基板（屈折率：２．６３）においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ５１aの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定することにより、シールドトンネルが形成される。従って、炭化珪素（SiC）基板においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ５１aの開口数(NA)は、０．１５〜０．５５に設定することが重要である。
[実験１−３]
板状物１０としての厚みが５００μmの石英ガラス基板（屈折率：１．４５）を次の加工条件でシールドトンネルを形成し、シールドトンネルの良不良を判定した。

加工条件
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ｐｓ
平均出力 ：２Ｗ
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒

集光レンズの開口数（ＮＡ） シールドトンネルの良不良 Ｓ＝ＮＡ／Ｎ
０．０５ 不良：なし ０．０３５
０．１ 良好 ０．０６９
０．１５ 良好 ０．１０３
０．２ 良好 ０．１３８
０．２５ 良好 ０．１７２
０．３ やや良好 ０．２０７
０．３５ 不良：ボイドができる ０．２４１
０．４ 不良：ボイドができる ０．２７６

以上のように石英ガラス基板（屈折率：１．４５）においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ５１aの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定することにより、シールドトンネルが形成される。従って、石英ガラス基板（屈折率：１．４５）においては、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ５１aの開口数(NA)は、０．１〜０．２５に設定することが重要である。
上述した実験１−１、実験１−２、実験１−３から、パルスレーザー光線を集光する集光レンズ５１aの開口数(NA)を単結晶基板の屈折率(N)で除した値（S＝ＮＡ／Ｎ）が０．０５〜０．２の範囲に設定することにより、シールドトンネルが形成されることが確認できた。
次に、貫通口輪郭形成工程の他の実施形態について説明する。
上述したシールドトンネル加工は、パルスレーザー光線を１回照射することにより表裏面に至るシールドトンネルを形成することができるメリットがあり、後述する貫通口形成工程を実施することにより形成されたシールドトンネルに沿って板状物に貫通口を形成することができる。
また、貫通口輪郭形成工程の他の実施形態としては、図６の(a)に示すように集光レンズ５１aの開口数(NA)を０．７〜０．９に設定して集光点Pを板状物の内部に位置付けてパルスレーザー光線を照射することにより図６の(a)に示すように板状物１０の内部に破断の起点となる改質層１２０を形成することができる（改質層形成加工）。
従って、板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿って改質層を形成した後に、後述する貫通口形成工程を実施することにより形成された改質層に沿って板状物に貫通口を形成することができる。
ただし、パルスレーザー光線を１回照射することにより形成される改質層の深さは３０μm程度であることから板状物の厚みが５００μmの場合には、板状物の厚み方向に６層以上の改質層を形成することにより貫通口を形成することができる。厚みが５００μmのサファイア基板、炭化珪素基板、石英ガラス基板に改質層を形成する加工条件は同一であり、以下の加工条件によって加工される。

加工条件
集光レンズの開口数（ＮＡ） ：０．８
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ｐｓ
平均出力 ：２Ｗ
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒
ショット数 ：６回
上述した貫通口輪郭形成工程を実施したならば、貫通口輪郭形成工程が実施された板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１に対応して超音波付与手段の超音波振動子を位置付けて超音波を作用することにより、上記シールドトンネル形成加工または改質層形成加工等のレーザー加工された形成すべき貫通口の輪郭を破壊して板状物に貫通口を形成する貫通口形成工程を実施する。この貫通口形成工程を実施するには、第１の加工送り手段３７および第２の加工送り手段３８を作動して、チャックテーブル３６を超音波付与手段７による加工領域に移動し、チャックテーブル３６に保持された板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１を超音波振動子７１の直下に位置付ける。そして、昇降手段７２を作動して超音波振動子７１を下降し、図７の(a)に示すように振動端子７１１を板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１と対応させて接触させるとともに、超音波付与手段７を作動して超音波振動子７１を超音波振動させることにより、板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１に対応して超音波振動を作用せしめる。この結果、図７の(ｂ)に示すように板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿って形成されたシールドトンネル１１０または改質層１２０が破壊され、貫通口１３０が形成される。このとき、チャックテーブル３６の吸着チャック３６１には上記板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１より僅かに大きい逃がし凹部３６１aが設けられているので、板状物１０が貼着されている保護テープTが僅かに逃がし凹部３６１aに侵入する。なお、チャックテーブル３６の吸着チャック３６１に逃がし凹部３６１aが形成されていない場合には、ステンレス鋼板の上面に板状物１０に印された形成すべき貫通口の輪郭１０１より僅かに大きい逃がし凹部を形成し、ステンレス鋼板の上面にシリコン樹脂を２〜３mmの厚みで被覆した支持基板をチャックテーブル３６の吸着チャック３６１状に載置して上記貫通口形成工程を実施してもよい。
なお、上記貫通口形成工程の加工条件は、次の通り設定されている、
貫通口形成工程の加工条件：
超音波振動子 ：チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
出力 ：２５Ｗ
繰り返し周波数 ：２０ｋＨｚ
振幅 ：１５μｍ
振動端子の材質 ：チタン
振動端子の突起幅 ：０．１５ｍｍ
以上のように、上述した図示の実施形態における板状物の加工方法は、レーザー光線を照射する集光器５１を備えたパルスレーザー光線照射手段５によって板状物１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を板状物１０の内部に位置付けて形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿って照射することにより、板状物１０の内部に形成すべき貫通口の輪郭１０１に沿ってシールドトンネル１１０または改質層１２０等のレーザー加工を施す貫通口輪郭形成工程と、該貫通口輪郭形成工程が実施された板状物１０の形成すべき貫通口の輪郭１０１に対応して超音波付与手段７の超音波振動子７１を位置付けて超音波を作用することにより、シールドトンネル１１０または改質層１２０等のレーザー加工された形成すべき貫通口の輪郭１０１を破壊して板状物１０に貫通口１３０を形成する貫通口形成工程とからなっているので、上記従来の加工方法と比較して短時間で所望の形状の貫通口を形成することができる。
なお、上述した実施形態においては形成すべき貫通口の輪郭１０１が板状物１０に予め形成されている例について説明したが、形成すべき貫通口の輪郭１０１が形成されていない板状物においても本発明を実施することができる。即ち、板状物に形成すべき貫通口の輪郭の座標を制御手段のメモリに格納しておき、板状物の外側辺から所定の位置をレーザー光線を照射する加工開始位置として輪郭の座標に従ってレーザー光線を照射する。
２：加工装置
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：第１の加工送り手段
３８：第２の加工送り手段
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５１：集光器
６：撮像手段
７：超音波付与手段
７１：超音波振動子
７１１：振動端子
１０：板状物
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：保護テープ

Claims (3)

  1. 板状物に所望形状の貫通口を形成する板状物の加工方法であって、
    レーザー光線を照射する集光器を備えたパルスレーザー光線照射手段によって板状物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を板状物の内部に位置付けて形成すべき貫通口の輪郭に沿って照射することにより、板状物の内部に形成すべき貫通口の輪郭に沿ってレーザー加工を施す貫通口輪郭形成工程と、
    該貫通口輪郭形成工程が実施された板状物の形成すべき貫通口の輪郭に対応して超音波付与手段の超音波振動子を位置付けて超音波を作用することにより、レーザー加工された形成すべき貫通口の輪郭を破壊して板状物に貫通口を形成する貫通口形成工程と、を含み、
    該集光器の集光レンズの開口数（ＮＡ）は、板状物の屈折率（Ｎ）で除した値が０．０５〜０．２となる範囲で設定され、
    該貫通口輪郭形成工程は、パルスレーザー光線の集光点を板状物の内部に位置付けて照射することにより、板状物に集光点とパルスレーザー光線が入射された側との間に細孔と該細孔をシールドする非晶質とを成長させたシールドトンネルを形成すべき貫通口の輪郭に沿って形成する、
    ことを特徴とする板状物の加工方法。
  2. 該板状物は石英ガラス基板であり、該集光器の集光レンズの開口数（ＮＡ）は０．１〜０．２５となる範囲で設定される、請求項１記載の板状物の加工方法。
  3. 該板状物はサファイア基板であり、該集光器の集光レンズの開口数（ＮＡ）は０．１〜０．３５となる範囲で設定される、請求項１記載の板状物の加工方法。
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