TW201424904A - 雷射加工方法及微粒子層形成劑 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種減少因燒蝕加工產生的碎屑附著於被加工物之虞慮，並與習知技術相比，使加工效率提高的雷射加工方法。本發明是以對照射被加工物的雷射光束的波長具有吸收性的微粒子，披覆被加工物的雷射光束照射面之背面，而在該背面形成微粒子層(微粒子層形成步驟)，之後將雷射光束透過微粒子層照射被加工物，來對被加工物施以燒蝕加工(加工步驟)。微粒子層吸收雷射光束以抑制能量的擴散及反射，而可進行對被加工物的燒蝕加工。

Description

雷射加工方法及微粒子層形成劑 發明領域

本發明是關於對被加工物照射雷射光束來施以燒蝕加工之雷射加工方法，及該雷射加工方法所用的微粒子層形成劑。

發明背景

比如說在將由薄板狀的半導體晶圓或藍寶石基板等組成的基板切割加工成精細的芯片狀時，已有人提出一種將雷射光束沿切割預定線對被加工物照射以進行燒蝕加工來切割的技術(專利文獻1)。燒蝕加工是一種藉由照射對被加工物具有吸收性的波長之雷射光束，來讓被加工物所吸收的雷射光束的能量達到帶隙能量，進而引起被加工物的原子結合力被破壞之加工方法。

但是，在進行燒蝕加工時，在雷射光束射入的被加工物的上表面會發生雷射光束能量的擴散及雷射光束的反射，使得所照射的雷射光束的能量沒有充分地利用於燒蝕加工，而有大量的能量損失的問題。又，因能量擴散使被加工物熔融而產生碎屑，會有該碎屑飛散而汙染被加工物表面的問題。此時，已知有在被加工物的表面塗佈由水 溶性材料組成的保護膜劑以形成保護膜，防止碎屑直接附著於被加工物的表面上的技術(專利文獻2)。

先前技術文獻 專利文獻

【專利文獻1】特開H10-305420號公報

【專利文獻2】特開2006-140311號公報

發明概要

但是，在被加工物的表面形成保護膜會讓雷射光束的能量更加擴散，而產生加工效率不佳的問題。

本發明是鑑於前述之事而做出的發明，其主要技術課題是提供可減少因燒蝕加工產生的碎屑附著於被加工物之虞慮的同時，與習知技術相比，還可使加工效率提高的雷射加工方法及微粒子層形成劑。

本發明之雷射加工方法是將雷射光束照射被加工物，來施以燒蝕加工的雷射加工方法，而且其特徵在於具有以下步驟：微粒子層形成步驟，以對照射被加工物的雷射光束的波長具有吸收性的微粒子披覆被加工物之一面，在被加工物之一面上形成微粒子層；及加工步驟，實施該微粒子層形成步驟後，將雷射光束透過前述微粒子層照射被加工物來對被加工物之一面施以燒蝕加工。

本發明之雷射加工方法的前述微粒子層，其特徵 在於是由前述微粒子，與提高該微粒子對被加工物之一面的黏著性之黏著提高液體所組成。

又，本發明之雷射加工方法的前述微粒子層形成步驟，其特徵在於含有以下步驟：保持步驟，將被加工物可旋轉地保持於旋轉台；披覆步驟，實施該保持步驟後，將至少由水及前述黏著提高液體組成的溶液中分散有前述微粒子之混合液供給於被加工物之一面，且以該混合液披覆被加工物之一面；及乾燥步驟，實施該披覆步驟後，使被加工物旋轉，來使被加工物之一面的前述混合液乾燥，藉此在加工物之一面形成微粒子層。

又，本發明之雷射加工方法中，前述黏著提高液體至少含有界面活性劑。前述微粒子對照射被加工物的前述雷射光束具有的吸收性，比被加工物之一面高為佳。

本發明之微粒子層形成劑是在被加工物之一面形成微粒子層的微粒子層形成劑，其特徵在於至少是由：對照射被加工物的雷射光束的波長具有吸收性的複數個微粒子；提高該微粒子對被加工物之一面的黏著性的黏著提高液體；及水所組成。

本發明之微粒子層形成劑的前述黏著提高液體至少含有界面活性劑。前述微粒子對照射被加工物的前述雷射光束具有的吸收性，比被加工物之一面高為佳。

本發明之雷射加工方法中，在以由對照射被加工物的雷射光束的波長具有吸收性的微粒子組成的微粒子層披覆被加工物的狀態下，從微粒子層側對被加工物照射雷 射光束。藉此照射到被加工物的雷射光束被微粒子層的微粒子吸收而達到帶隙能量，並破壞微粒子的原子結合力。如此一來，雷射光束連鎖地達到被加工物的帶隙能量，來對被加工物之一面施以燒蝕加工。因雷射光束被微粒子層中的微粒子吸收，所以得以抑制雷射光束的能量的擴散及反射，其結果成為與習知技術相比，使加工效率提高的雷射加工方法。又，因燒蝕加工產生的碎屑會附著於微粒子層上，可減少碎屑附著於被加工物之虞慮。在雷射加工後將微粒子層連同碎屑一起從被加工物上除去，便可防止碎屑附著於被加工物。

過去的保護膜(記載於前述專利文獻2等)是像PVA(Polyvinyl Alcohol)或PEG(Polyethylene Glycol)之類的合成樹脂製的保護膜，相對於此，本發明是以對雷射光束的波長具有吸收性的微粒子組成的微粒子層來作為該保護膜。本發明的微粒子層形成劑是適合用於形成如前述之微粒子層，藉由特別選用對照射被加工物的雷射光束的波長具有高吸收性的微粒子，與習知技術相比，可更加提高加工性。又，藉由適當地選擇微粒子或黏著提高液體，可只以無機物形成保護膜，此時還可得到易於做廢水處理的優點。

根據本發明，可達到提供一種減少因燒蝕加工產生的碎屑附著於被加工物之虞慮，同時與習知技術相比，可使加工效率提高的雷射加工方法及微粒子層形成劑的效 果。

1‧‧‧被加工物

1a‧‧‧被加工物的表面

1b‧‧‧被加工物的背面(一面)

10‧‧‧披覆裝置

11‧‧‧裝置外殼

12‧‧‧外殼本體

12a‧‧‧孔

13‧‧‧蓋

14‧‧‧旋轉台

15‧‧‧離心夾鉗

16‧‧‧馬達

17‧‧‧驅動軸

18‧‧‧供給噴嘴

18a‧‧‧噴口

18b‧‧‧轉動馬達

19‧‧‧洗淨噴嘴

19a‧‧‧噴口

19b‧‧‧轉動馬達

2‧‧‧光元件

20‧‧‧雷射加工機構

21‧‧‧照射部

22‧‧‧校準機構

23‧‧‧攝影機

3‧‧‧切割預定線

30‧‧‧微粒子層形成劑

30A‧‧‧微粒子層

4‧‧‧溝

8‧‧‧框架

9‧‧‧膠帶

L‧‧‧雷射光束

W‧‧‧洗淨水

X‧‧‧方向(加工進給方向)

Y‧‧‧方向(分度進給方向)

【圖1】本發明的一實施形態中的被加工物之立體圖。

【圖2】表示將同被加工物以膠帶支持於環狀框架的狀態之立體圖(a)與截面圖(b)。

【圖3】表示實施一實施形態的雷射加工方法時所用的披覆裝置及同雷射加工方法的保持步驟之部分截面側面圖。

【圖4】表示一實施形態的雷射加工方法的微粒子層形成步驟中的披覆步驟之部分截面側面圖。

【圖5】表示同微粒子層形成步驟中的乾燥步驟之部分截面側面圖。

【圖6】表示一實施形態的雷射加工方法的加工步驟之立體圖。

【圖7】表示同加工步驟之截面圖。

【圖8】表示以披覆裝置將加工步驟後的被加工物洗淨的狀態之部分截面側面圖。

用以實施發明之形態

以下，參考圖式來說明本發明的一實施形態。

圖1及圖2的符號1是表示在本實施形態中被施加雷射加工的被加工物1，圖3~圖5是表示於被加工物1的雷射光束照射面之背面1b形成作為保護膜之微粒子層的披覆裝置 10。

[1]被加工物

示於圖1之被加工物1是厚度為例如數百μm左右的圓板狀藍寶石基板，其表面1a上形成有由磊晶膜組成的複數個光元件2。光元件2是相對於被設定於被加工物1的表面1a上的格子狀的切割預定線3所畫分的複數個矩形區域而被形成。另外，實施形態中是把被加工物1當作藍寶石基板，但本發明的被加工物不限定於藍寶石，例如可舉：半導體晶圓、玻璃等組成的板狀物等來作為被加工物。

被加工物1是如圖2所示，表面1a側被貼在環狀框架8的內側上的膠帶9黏貼著。膠帶9是基材的一面上形成有黏著層，其外周部黏貼有框架8，被加工物1以同心狀地定位且黏貼在框架8的內側上。被加工物1是以背面(一面)1b露出之狀態被膠帶9黏貼著，藉由框架8被搬運送入披覆裝置10中。

[2]披覆裝置

示於圖3~圖5之披覆裝置10是對保持在裝置外殼11內的圓板狀旋轉台14上的被加工物1的背面1b，以供給噴嘴18滴下液體狀微粒子層形成劑30，再以旋塗形成微粒子層30A之裝置。又，披覆裝置10具有對被加工物1供給洗淨水的洗淨噴嘴19。

裝置外殼11是由在上方開口，並在中心形成有孔12a的圓筒狀的外殼本體12；及塞住外殼本體12的孔12a之蓋13所組成，蓋13是被馬達16的驅動軸17從下方貫穿並固 定住。旋轉台14是同心狀地固定於突出在裝置外殼11內的驅動軸17的上端，且被支持成可藉由馬達16之驅動來水平旋轉。旋轉台14是以負壓作用吸引保持被加工物1的負壓吸盤。

馬達16及驅動軸17是被未圖示的升降裝置可升降地支持，旋轉台14是構造成在示於圖3之外殼本體12的上方開口附近的裝卸位置，與示於圖4及圖5之外殼本體12內的處理位置間升降。

被加工物1是透過膠帶11同心狀地載置且吸引保持於旋轉台14上。旋轉台14的周圍部上安裝有複數個當旋轉台14旋轉產生離心力時，將框架8從上方壓住般地動作的離心夾鉗15，框架8是藉由這些離心夾鉗15而被保持。

供給噴嘴18與洗淨噴嘴19是同樣的構造，而且，各自可轉動地被外殼本體12的底部支持，並各自以轉動馬達18b、19b驅動，形成為前端向下的噴口18a、19a是構造成定位於旋轉台14的中心的正上方。

[3]雷射加工方法

以下說明關於對被加工物1施以燒蝕加工的一實施形態之雷射加工方法。本實施形態的燒蝕加工是沿切割預定線3照射波長355nm的雷射光束，以形成溝之加工方法。此波長355nm的雷射光束是對被加工物1之藍寶石基板幾乎沒有吸收性的波長。又，本實施形態中，在燒蝕加工之前，先在被加工物1的雷射光束照射面之背面1b上形成微粒子層。微粒子層是藉由後述之微粒子層形成劑來形成。

[3-1]微粒子層形成劑

微粒子層是藉由將已生成的微粒子層形成劑從供給噴嘴18供給至被加工物1的背面1b來形成。微粒子層形成劑是至少由對照射被加工物1的雷射光束的波長具有吸收性的複數個微粒子、提高該微粒子對被加工物1之背面1b的黏著性的黏著提高液體及水所組成之混合液。

微粒子是對照射被加工物1的雷射光束具有吸收性，更以具有比被加工物1的雷射光束照射面之背面1b還高的吸收性為佳。如上記之照射被加工物1的雷射光束的波長為355nm時，可用例如：二氧化矽(SiO₂)、氧化鈦(TiO₂)、氧化鐵(II)(FeO)、氧化鐵(III)(Fe₂O₃)、氧化錫(SnO)、氧化鋅(ZnO)、碳等作為前述之微粒子。又，該等之材料是適合作為不會有對被加工物1或光元件2造成金屬汙染之虞的材料。特別是採用廉價的二氧化矽的話，可壓低製造成本，較為經濟。

黏著提高液體是用例如：聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或各種纖維素等。黏著提高液體是包含具有防垂流性的界面活性劑為佳，除了界面活性劑之外，還可理想地使用作為增稠劑、膠化劑或安定劑之功用的合成樹脂、高分子化合物等。

微粒子的粒徑比雷射光束的照射點徑小為佳，比如說是用5~30nm的微粒子。對被加工物1進行雷射加工時，會進行檢測出照射雷射光束的切割預定線3的校準，但 此校準是將光照射於被加工物1且拍攝，基於拍到的相片而進行。此時，若微粒子的粒徑超過30nm的話，校準時對可見光會成為不透明，切割預定線3會變得難以檢測出，因此微粒子的粒徑以5~30為佳。但是，校準時用透過微粒子的波長的光的話可檢測出切割預定線3，此時可採用粒徑超過30nm的微粒子。

微粒子、黏著提高液體及水的混合比率是以例如：微粒子：5~20vol%；黏著提高液體：0.1~10vol%，更宜為0.1~7vol%；其他是水之比率生成。以該比率，比如說可將粉末狀的微粒子分散於水與黏著提高液體的混合液中以生成微粒子層形成劑，此時，最好適度地混入防止微粒子凝聚的分散劑。若將無機物用於微粒子層形成劑，則會因為無需進行有害物的處理等，而有著易於做使用後的廢水處理的優點。

作為生成微粒子層形成劑的方法，例如，將以烷氧化物法(alkoxide method)生成的溶膠狀或膠體溶液作為微粒子來用，將溶膠狀微粒子或膠體溶液與上述黏著提高液體及水混合來生成微粒子層形成劑的方法。此時，由於微粒子是以烷氧化物法生成，可形成粒徑平均且超微粒的微粒子，同時還可使微粒子平均地分散於混合液中。又，視情況可只以溶膠狀或膠體溶液狀的微粒子作為微粒子層形成劑，此時溶膠或膠體溶液的液體是作為黏著提高液體來發揮作用。另外，也可以對溶膠狀或膠體溶液狀的微粒子加水以提高塗佈性。

[3-2]微粒子層形成步驟

將生成的液狀的上述微粒子層形成劑，用上述披覆裝置10供給於被加工物1的背面1b，在該背面1b披覆對雷射光束的波長具有吸收性的微粒子。

以下說明披覆裝置10的作用。一開始，如圖3所示，被加工物1透過黏著膠帶11，以同心狀載置於上升至裝卸位置的旋轉台14上，將被加工物1的背面1b朝上方露出。又，將環狀框架8載置於旋轉台14上。

如圖4所示，把旋轉台14下降至處理位置的同時，將被加工物1吸引保持於旋轉台14上(保持步驟)。接下來旋轉供給噴嘴18，將噴口18a定位於被加工物1的中心的上方，從噴口18a向被加工物1的上表面即背面1b的中心滴下供給既定量的微粒子層形成劑(混合液)30。然後，將旋轉台14以低轉速(例如10rpm)旋轉使被加工物1自轉。藉此，微粒子層形成劑30因離心力的作用旋塗於背面1b的全面上，而成為均勻地被塗佈於背面1b之狀態(披覆步驟)。另外，也可以預先將旋轉台14旋轉，對自轉的被加工物1供給微粒子層形成劑30。

接下來，如圖5所示，將停止供給微粒子層形成劑30的供給噴嘴18撤出，然後加快旋轉台14的旋轉速度，藉由使旋轉台14以高速旋轉預定時間，脫去微粒子層形成劑30的水分使其乾燥。此時離心夾鉗15保持住框架8。例如，令旋轉台14的旋轉速度為2000rpm，且旋轉時間為60秒，並藉由乾燥而在被加工物1的背面1b上形成厚度均勻的 微粒子層30A(乾燥步驟)。

微粒子層30A的厚度為視必要之厚度即可，比如說可為2~4μm。另外，也可以重複披覆步驟與乾燥步驟到製得期望的厚度的微粒子層為止，例如，在形成較厚的微粒子層時，比起進行一次步驟就形成微粒子層，重複數次披覆步驟與乾燥步驟比較容易製得厚度均勻的微粒子層。

[3-3]加工步驟

在被加工物1的背面1b形成期望厚度的微粒子層30A之後，把被加工物1從披覆裝置10送出，然後送入具有示於圖6之雷射加工機構20的加工裝置，將雷射光束L透過微粒子層30A沿切割預定線3照射被加工物1的背面1b，於該背面1b施以形成溝4的燒蝕加工。

示於圖6的雷射加工機構20是具有將雷射光束L朝下方照射的照射部21，與固定於照射部21的校準機構22。校準機構22是檢測被加工物1的切割預定線3之構件，備有拍攝被加工物1的攝影機23。從照射部21照射出對如前述的被加工物1之藍寶石幾乎沒有吸收性之波長355nm的雷射光束L。又，作為其他的雷射光束L的條件，比如說設定成平均輸出：0.5~1.5kw，重複頻率：90kHz。

被加工物1是被設置於雷射加工機構20下方之未圖示的可旋轉的保持機構，朝上方露出背面1b並水平地保持，又，框架8也被該保持機構保持。雷射加工機構20與被保持機構保持的被加工物1是設置為可在示於圖6的X方向之加工進給方向與Y方向之分度進給方向作相對的移動。

雷射加工是首先以校準機構22對被加工物1拍攝以檢測出切割預定線3，接下來基於檢測結果，將保持機構旋轉，將以一方向延伸的切割預定線3與加工進給方向平行，接著，進行分度進給並選擇要照射雷射光束L的切割預定線3。然後，如圖7所示，於X方向以既定速度(例如120mm/s)邊進行加工進給，邊透過微粒子層30A在被加工物1的背面1b上沿切割預定線3照射雷射光束L，來施加燒蝕加工以形成既定深度的溝4。結束對一條切割預定線3的雷射光束照射之後，交互反覆進行基於切割預定線3之間的間隔之分度進給量的分度進給與加工進給，沿著以X方向延伸的切割預定線3照射雷射光束L，對背面1b施以燒蝕加工來形成溝4。

對全部的沿X方向延伸的切割預定線3照射雷射光束L之後，將保持機構旋轉90度使未加工的切割預定線3定位成與X方向平行，以同樣的要領對這些切割預定線3照射雷射光束L來施以燒蝕加工。

燒蝕加工是如上述之溝加工，沿全部的切割預定線3在背面1b上形成溝4之後結束加工步驟，將被加工物1再度設置於披覆裝置10。然後，如圖8所示，旋轉洗淨噴嘴19，將噴口19a定位於被加工物1的中心的上方，從噴口19a對披覆於被加工物1的背面1b上的微粒子層供給洗淨水W的同時，旋轉旋轉台14將微粒子層30A從被加工物1上除去。之後，持續旋轉旋轉台14來乾燥被加工物1。例如，以在洗淨時將旋轉台14以800rpm旋轉20秒來進行洗淨，接下來將旋轉速度增加到2000rpm旋轉60秒來結束乾燥之順序進行洗 淨、乾燥。

結束洗淨、乾燥之後，將被加工物1從披覆裝置10送出，之後，被加工物1W會因為被施加外力，而沿著因形成溝4而下降了強度的切割預定線3被割斷，被切割成複數個光元件2。

[4]一實施形態的作用效果

上述的雷射加工方法中，在由對照射被加工物1的雷射光束L的波長具有吸收性，且具有比被加工物1的背面1b還高的吸收性的微粒子組成的微粒子層30A披覆於被加工物1之狀態下，從微粒子層30A之側對被加工物1照射雷射光束L。藉此，照射到被加工物1的雷射光束L被微粒子層30A的微粒子吸收而達到帶隙能量，使微粒子的原子結合力被破壞。然後，雷射光束L連鎖地達到被加工物1的帶隙能量，在被加工物1的雷射光束照射面即背面1b上，沿切割預定線3形成因燒蝕加工而成的溝4。

因為一般來說，在表面1a形成出複數個光元件2的藍寶石基板之背面1b會施有鏡面加工，所以即使照射雷射光束也會將雷射光束反射使雷射加工難以進行。但是如本實施形態，藉由事先形成對波長355nm的雷射光束L具有吸收性的微粒子層30A，然後把微粒子層30A作為起點施行燒蝕加工。燒蝕加工時因為雷射光束L被微粒子層30A的微粒子吸收，而抑制雷射光束L的能量擴散及反射，其結果，使得加工效率提高。

又，燒蝕加工產生的碎屑會附著在微粒子層30A 上，而可降低碎屑附著在被加工物1上之虞慮。雷射加工後，將微粒子層30A從被加工物1上洗淨除去，使碎屑隨著微粒子層30A一起除去，便可防止碎屑附著於被加工物1上。

將如上述實現提高加工效率之本發明的雷射加工方法，特別是使用於形成有氧化膜或TEG(Test Element Group)等半導體晶圓這種需要高能量來加工的被加工物時，因變得不需以高能量來照射雷射光束所以特別有效。尤其是形成有TEG的晶圓若以高能量來照射雷射光束，就會有未形成TEG的部分變得粗糙而使加工品質降低的問題，但是在本發明中可防止那樣的問題。

1‧‧‧被加工物

1a‧‧‧被加工物的表面

1b‧‧‧被加工物的背面

30A‧‧‧微粒子層

4‧‧‧溝

L‧‧‧雷射光束

X‧‧‧方向(加工進給方向)

Claims (8)

1. 一種雷射加工方法，是將雷射光束照射被加工物，來施以燒蝕加工的雷射加工方法，其特徵在於具有以下步驟：微粒子層形成步驟，以對照射被加工物的雷射光束的波長具有吸收性的微粒子披覆被加工物之一面，在被加工物之一面上形成微粒子層；及加工步驟，實施該微粒子層形成步驟後，將雷射光束透過前述微粒子層照射被加工物來對被加工物之一面施以燒蝕加工。
2. 如請求項1之雷射加工方法，其中前述微粒子層是由前述微粒子，與提高該微粒子對被加工物之一面的黏著性之黏著提高液體所組成。
3. 如請求項1或2之雷射加工方法，其中前述微粒子層形成步驟含有以下步驟：保持步驟，將被加工物可旋轉地保持於旋轉台；披覆步驟，實施該保持步驟後，將至少由水及前述黏著提高液體組成的溶液中分散有前述微粒子之混合液供給於被加工物之一面，且以該混合液披覆被加工物之一面；及乾燥步驟，實施該披覆步驟後，使被加工物旋轉來使被加工物之一面的前述混合液乾燥，藉此在加工物之一面形成微粒子層。
4. 如請求項1到3中任一項之雷射加工方法，其中前述黏著提高液體至少含有界面活性劑。
5. 如請求項1到4中任一項之雷射加工方法，其中前述微粒子對照射被加工物的前述雷射光束具有的吸收性，比被加工物之一面高。
6. 一種微粒子層形成劑，是在被加工物之一面形成微粒子層的微粒子層形成劑，其特徵在於至少是由：對照射被加工物的雷射光束的波長具有吸收性的複數個微粒子；提高該微粒子對被加工物之一面的黏著性的黏著提高液體；及水所組成。
7. 如請求項6之微粒子層形成劑，其中前述黏著提高液體至少含有界面活性劑。
8. 如請求項6或7之微粒子層形成劑，其中前述微粒子對照射被加工物的前述雷射光束具有的吸收性，比被加工物之一面高。