JP2012199399A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脆性材料からなる基板に対して、破断部やクラックを殆ど生成することなく、レーザ加工によって貫通溝を形成することができる、レーザ加工方法及びレーザ加工装置を、提供する。
【解決手段】脆性材料からなる基板１に、レーザ光９を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工方法であって、レーザ光９を照射して、前記基板１の両表面１１，１２の内の一方の表面に、前記貫通溝を形成するための予備加工、例えば有底溝１１１を形成する加工、を行う、予備工程と、前記基板の他方の表面に、レーザ光９を照射して、前記貫通溝を形成する本加工を行う、本工程と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に、関するものである。

図１６は、例えば特許文献１に示されているような、レーザ加工によって基板に貫通溝を形成するための従来の方法を、示している。なお、図１６における破線Ｌは、貫通溝を形成する予定ラインを示している。予定ラインＬは、形成される貫通溝の中心を示している。従来においては、基板１の一方の表面１１の予定ラインＬに、レーザ光９を照射することにより、貫通溝を形成していた。

特開２０１０−２７４３２８号公報

図１６に示される従来の方法では、基板１が脆性材料からなっている場合に、次のような不具合があった。すなわち、図１７に示されるように、レーザ光９によって表面１１が掘り下げられていく際に、他方の表面１２には応力が働き、それ故に、表面１２における貫通溝２の開口２１近傍に、破断部３１やクラック３２が生成していた。

本発明は、脆性材料からなる基板に対して、破断部やクラックを殆ど生成することなく、レーザ加工によって貫通溝を形成することができる、レーザ加工方法及びレーザ加工装置を、提供することを目的としている。

本発明の第１態様は、脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工方法であって、レーザ光を照射して、前記基板の両表面の内の一方の表面に、前記貫通溝を形成するための予備加工を行う、予備工程と、前記基板の他方の表面に、レーザ光を照射して、前記貫通溝を形成する本加工を行う、本工程と、を有することを特徴としている。

このレーザ加工方法は、更に、次のような具体的構成を採用するのが好ましい。
（ａ）前記予備加工が、前記基板の前記一方の表面に、レーザ光を照射して、有底溝を形成する加工である。
（ｂ）前記脆性材料が、レーザ光透過可能な材料であり、前記予備加工が、前記基板の前記他方の表面側からレーザ光を照射して前記一方の表面にレーザ光を集光することによって、前記一方の表面に有底溝を形成する加工である。
（ｃ）前記有底溝を、前記貫通溝を形成する予定ライン上に形成する。
（ｄ）前記有底溝を、前記貫通溝を形成する予定ラインの両側に形成する。
（ｅ）前記有底溝は、底が幅狭となった断面形状を有している。
（ｆ）前記基板の前記両表面の内の一方の表面側からレーザ光を照射して前記予備工程を実施した後、前記基板を表裏反転し、前記一方の表面側からレーザ光を照射して前記本工程を実施する。
（ｇ）前記基板の前記両表面に両表面側からレーザ光を照射することにより、前記基板の前記一方の表面に予備工程を実施した後、前記基板の前記他方の表面に本工程を実施する。
（ｈ）前記基板の前記両表面に両表面側からレーザ光を同時に照射することにより、前記基板の前記一方の表面に予備工程を実施しながら、前記基板の前記他方の表面に本工程を実施する。
（ｉ）前記脆性材料が、タンタル酸リチウムである。

本発明の第２態様は、脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工装置であって、レーザ光を出力する１つのレーザ光出力部を備えたレーザ発振器と、前記基板を保持し、前記レーザ発振器に対する前記基板の位置を任意に設定する、加工ステージと、を備えており、前記加工ステージが、前記基板を表裏反転させる反転機構を、有している、ことを特徴としている。

本発明の第３態様は、レーザ光透過可能な脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工装置であって、レーザ光を出力するレーザ発振器と、前記基板を保持し、前記レーザ発振器に対する前記基板の位置を任意に設定する、加工ステージと、を備えており、前記レーザ発振器が、前記基板の一方の表面側からレーザ光を照射して前記基板の他方の表面にレーザ光を集光するように、調節可能である、ことを特徴としている。

本発明の第４態様は、脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工装置であって、レーザ光を出力するレーザ発振器と、前記基板を保持し、前記レーザ発振器に対する前記基板の位置を任意に設定する、加工ステージと、を備えており、前記レーザ発振器が、前記基板の両表面に両表面側からレーザ光を照射できるように、構成されている、ことを特徴としている。

第４態様のレーザ加工装置においては、前記レーザ発振器が、前記基板の両表面に両表面側からレーザ光を同時に照射できるように、構成されている、ことが好ましい。

第２〜第４態様のレーザ加工装置においては、前記脆性材料が、タンタル酸リチウムである、ことが好ましい。

本発明の第１態様のレーザ加工方法によれば、本加工を行った際の応力が、予備加工を行った部分に集中するので、予備加工を行った表面に破断部やクラックが生成するのを抑制できる。したがって、破断部やクラックが殆ど生成していない貫通溝を、形成することができる。

本発明の第２態様のレーザ加工装置によれば、反転機構によって、基板を１つのレーザ光出力部に対して表裏反転できるので、１つのレーザ光出力部によって、基板の一方の表面にレーザ光を照射して予備加工を実施でき、且つ、他方の表面にレーザ光を照射して本加工を実施できる。したがって、基板に対する貫通溝の形成を、安価に実現できる。

本発明の第３態様のレーザ加工装置によれば、基板の両表面の内の同じ表面側から、予備加工及び本加工を実施できるので、基板の表裏反転を不要にできる。したがって、基板を表裏反転した場合の再位置調整を不要にでき、それ故、作業性を向上できる。

本発明の第４態様のレーザ加工装置によれば、基板の両表面に両表面側からレーザ光を照射できるので、基板を表裏反転することなく、一方の表面に予備加工を実施でき、他方の表面に本加工を実施できる。したがって、作業性を向上できる。

第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す側面略図である。 基板の予定された加工後の状態を示す平面部分図である。 基板内のチップの予定された加工後の状態を示す平面図である。 第１実施形態に係るレーザ加工方法の予備工程を示す断面図である。 予備工程後の基板の状態を示す断面図である。 予備工程に続く本工程を示す断面図である。 本工程後の貫通溝が形成された基板を示す断面図である。 第２実施形態における予備工程後の基板の状態を示す断面図である。 第２実施形態に係るレーザ加工方法の本工程を示す断面図である。 第３実施形態に係るレーザ加工方法の予備工程を示す断面図である。 図１０の予備工程の後の基板の状態を示す断面図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置を示す側面部分断面略図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置によって本工程を実施している状態を示す側面部分断面略図である。 第５実施形態に係るレーザ加工方法の一工程を示す断面図である。 図１４の工程の後の基板の状態を示す断面図である。 従来のレーザ加工方法を示す断面図である。 従来のレーザ加工方法によって貫通溝が形成された基板を示す断面図である。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す側面略図である。このレーザ加工装置５Ａは、レーザ発振器５１と加工ステージ５２とを備えている。レーザ発振器５１は、鉛直下方に向けて先端からレーザ光を出力するレーザ光出力部５１１を、備えている。加工ステージ５２は、加工対象である基板１をステージ本体５２１上に保持するように、構成されている。

加工ステージ５２は、更に、駆動機構５２２及び反転機構５２３を備えている。駆動機構５２２は、ステージ本体５２１を、上下方向、水平方向、及び所定の水平軸回りの回動方向に、動かすことができるように、構成されており、ステージ本体５２１を動かすことによって、レーザ光出力部５１１に対する基板１の位置を任意に設定できるようになっている。反転機構５２３は、ステージ本体５２１上の基板１を、把持し、持ち上げて裏返し、ステージ本体５２１上に載置できるように、構成されている。

基板１は、脆性材料であるタンタル酸リチウムのウエハであり、多数の赤外線センサチップからなっている。基板１は、平面部分図である図２に示されるように、貫通溝２Ａによって赤外線センサチップ１０毎に切り分けられることが予定されている。更に、赤外線センサチップ１０においては、平面図である図３に示されるように、基板１の表面に赤外線受光部１００が設けられており、断熱のために、赤外線受光部１００の３辺に沿って貫通溝２Ｂが形成されることが予定されている。本実施形態のレーザ加工装置５Ａによって基板１に形成する貫通溝２は、貫通溝２Ａ及び貫通溝２Ｂの一方又は両方である。

本実施形態のレーザ加工装置５Ａを用いたレーザ加工方法による貫通溝２の形成は、次のように行う。

（１）まず、図４に示されるように、ステージ本体５２１上の基板１の一方の表面１１に、レーザ光９を照射して、貫通溝２を形成するための予備加工を行う（予備工程）。図５は、予備工程後の基板１を示している。予備加工としては、表面１１の予定ラインＬ上に、有底溝１１１を形成する。有底溝１１１は、底が幅狭となった断面形状を有しており、具体的には、断面くさび形状を有している。なお、予定ラインＬは、貫通溝２を形成する位置の中心を示している。

この予備加工は、レーザ光９によって有底溝１１１を形成する加工であるので、容易に実施できる。

（２）次に、反転機構５２３を作動させて、ステージ本体５２１上の基板１を表裏反転させる。そして、図６に示されるように、基板１の他方の表面１２の予定ラインＬに、レーザ光９を照射して、貫通溝２を形成する本加工を行う（本工程）。

この本加工においては、レーザ光９によって表面１２が掘り下げられていく際に、表面１１側に応力が働く。しかしながら、本実施形態の方法によれば、表面１１側に働く応力が、有底溝１１１に集中するので、表面１１に破断部やクラックが生成するのを、抑制できる。特に、有底溝１１１は、予定ラインＬ上に位置しているので、表面１１側に働く応力は有底溝１１１に集中しやすい。したがって、本実施形態の方法によれば、図７に示されるように、破断部やクラックが殆ど生成していない貫通溝２を、形成することができる。

更に、有底溝１１１が断面くさび形状を有しているので、応力は、有底溝１１１の底端１１８に集中しやすい。それによって、有底溝１１１の底端１１８には、クラックが発生しやすくなるが、底端１１８は、表面１２から掘り下げられてきた穴に確実に通じて貫通溝２となる部分であるので、クラックが発生しても問題はない。したがって、有底溝１１１が断面くさび形状を有していることにより、表面１１に破断部やクラックが生成するのを、より効果的に抑制できる。

また、レーザ加工装置５Ａは、反転機構５２３によって、基板１を１つのレーザ光出力部５１１に対して表裏反転できるので、１つのレーザ光出力部５１１によって、基板１の一方の表面１１に予備加工を実施でき、且つ、他方の表面１２に本加工を実施できる。したがって、本実施形態によれば、基板１に対する貫通溝２の形成を、安価に実現できる。

［第２実施形態］
本実施形態は、第１実施形態に比して、有底溝１１１の形成場所及び数が異なるだけである。すなわち、本実施形態では、図８に示されるように、予備加工として、一方の表面１１の予定ラインＬの両側に、有底溝１１１を形成している。

本実施形態によれば、図９に示されるように、他方の表面１２へのレーザ光９の照射によって本加工が行われる際に、部分Ｘ１の温度が上昇するが、表面１１においては、部分Ｘ１の両側の有底溝１１１が断熱機能を発揮するので、有底溝１１１の外側の部分Ｘ２への熱影響が小さくなる。また、表面１１側に働く応力は、有底溝１１１に集中しやすい。したがって、本実施形態によれば、表面１１への熱や応力の伝播を低減でき、表面１１における破断部やクラックの生成を抑制できる。

［第３実施形態］
本実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態のレーザ加工装置５Ａに比して、次の点が異なるだけである。
（ａ）レーザ発振器５１が、基板１の一方の表面１１側（又は表面１２側）からレーザ光を照射して基板１の他方の表面１２（又は表面１１）にレーザ光を集光するように、調節可能である。
（ｂ）加工ステージ５２が、反転機構５２３を備えていない。

そして、本実施形態のレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法による貫通溝２の形成は、次のように行う。なお、基板１を構成する脆性材料は、レーザ光透過可能な材料であり、具体的には、第１実施形態の場合と同じタンタル酸リチウムである。

（１）まず、図１０に示されるように、基板１の一方の表面１１側からレーザ光９を照射して他方の表面１２にレーザ光９を集光することにより、予備加工を行う（予備工程）。これにより、図１１に示されるように、表面１２の予定ラインＬ上に、有底溝１１１を形成する。なお、有底溝１１１は、第２実施形態の場合のように形成してもよい。

（２）そして、基板１を表裏反転させることなく、第１実施形態の図６に示される場合と同様に、基板１の表面１１の予定ラインＬに、レーザ光９を照射して、貫通溝２を形成する本加工を行う（本工程）。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を発揮できる。しかも、本実施形態によれば、基板１の両表面１１、１２の内の同じ表面側から、予備加工及び本加工を実施できるので、基板１の表裏反転を不要にできる。したがって、基板１を表裏反転した場合の再位置調整を不要にでき、それ故、作業性を向上できる。

［第４実施形態］
図１２は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す側面部分断面略図である。このレーザ加工装置５Ｂは、レーザ発振器５５と加工ステージ５６とを備えている。レーザ発振器５５は、２つのレーザ光出力部５５１、５５２を有しており、レーザ光出力部５５１は、鉛直下方に向けて先端からレーザ光を出力するように設けられており、レーザ光出力部５５２は、レーザ光出力部５５１に対向した位置で、鉛直上方に向けて先端からレーザ光を出力するように設けられている。加工ステージ５６は、加工対象である基板１を、両表面１１、１２全面がレーザ光出力部５５１、５５２に対して露出した状態で、ステージ本体５６１によって保持するように、設けられている。また、レーザ発振器５５は、レーザ光出力部５５１、５５２のそれぞれからのレーザ光の出力タイミング及び出力強度を、任意に設定できるようになっている。例えば、レーザ発振器５５は、レーザ光出力部５５１、５５２から、同時に同じ強度のレーザ光を出力したり、時間的に前後して異なる強度のレーザ光を出力したりできる。

加工ステージ５６は、更に、駆動機構５６２を備えている。駆動機構５６２は、ステージ本体５６１を、上下方向、水平方向、及び所定の水平軸回りの回動方向に、動かすことができるように、構成されており、ステージ本体５６１を動かすことによって、レーザ発振器５１のレーザ光出力部５５１、５５２に対する基板１の位置を任意に設定できるようになっている。

その他の構成は、第１実施形態と同じである。

本実施形態のレーザ加工装置５Ｂを用いたレーザ加工方法による貫通溝２の形成は、次のように行う。

（１）図１３に示されるように、まず、基板１の表面１２に、レーザ光出力部５５２からレーザ光を照射して、貫通溝２を形成するための予備加工を行う（予備工程）。すなわち、表面１２の予定ラインＬ上に、有底溝１１１を形成する。なお、有底溝１１１は、第２実施形態の場合のように形成してもよい。

（２）そして、基板１の表面１１の予定ラインＬに、レーザ光出力部５５１からレーザ光９を照射して、貫通溝２を形成する本加工を行う（本工程）。

すなわち、本実施形態のレーザ加工方法は、基板１の両表面１１、１２に両表面側からレーザ光９を照射することにより、基板１の表面１２に予備工程を実施した後、基板１の表面１１に本工程を実施している。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を発揮できる。しかも、本実施形態によれば、基板１の両表面１１、１２に両表面側からレーザ光９を照射できるので、基板１を表裏反転することなく、表面１２に予備加工を実施でき、且つ、表面１１に本加工を実施できる。したがって、作業性を向上できる。

［第５実施形態］
本実施形態は、第４実施形態に比して、レーザ加工方法が異なっている。

本実施形態のレーザ加工方法による貫通溝２の形成は、次のように行う。

（１）図１４に示されるように、基板１の表面１１の予定ラインＬに、レーザ光出力部５５１からレーザ光９を照射すると同時に、基板１の他方の表面１２の予定ラインＬに、レーザ光出力部５５２からレーザ光９を照射する。すなわち、両表面１１、１２に同時にレーザ光９を照射する。
（２）そして、図１５に示されるように、両表面１１、１２に、それぞれ有底溝１１１が形成されると、レーザ光出力部５５１、５５２の一方を停止して他方のみで堀り込みを行い、貫通溝２を形成する。したがって、例えばレーザ光出力部５５１を停止した場合には、表面１１では予備加工が実施されたこととなり、表面１２では本加工が実施されたこととなる。

本実施形態によれば、一方の表面へのレーザ光の照射によって他方の表面側に応力が働いても、他方の表面にもレーザ光が照射されて堀り込みが行われているので、他方の表面側への応力の集中が解消される。すなわち、両表面側への応力の集中が解消される。したがって、本実施形態の方法によれば、破断部やクラックが殆ど生成していない貫通溝２を、形成することができる。

しかも、作業途中までは、両表面１１、１２に対して同時に加工を行うので、作業効率を向上できる。

［別の実施形態］
（１）第１、第２、第４、及び第５実施形態では、基板１を構成する脆性材料として、タンタル酸リチウム以外の材料を用いてもよい。
（２）第３実施形態では、基板１を構成する脆性材料として、レーザ光透過可能な材料であれば、タンタル酸リチウム以外の材料を用いてもよい。
（３）本発明によって形成する貫通溝２は、脆性材料からなる基板に形成する貫通溝であれば、図２の貫通溝２Ａや図３の貫通溝２Ｂに限るものではない。

本発明は、脆性材料からなる基板に対して、破断部やクラックを殆ど生成することなく、レーザ加工によって貫通溝を形成することができるので、産業上の利用価値が大である。

１ 基板 １１、１２ 表面 １１１ 有底溝 ２ 貫通溝 ５Ａ、５Ｂ レーザ加工装置 ５１、５５ レーザ発振器 ５１１、５５１、５５２ レーザ光出力部 ５２、５６ 加工ステージ ９ レーザ光 Ｌ 予定ライン

Claims (15)

1. 脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工方法であって、
   レーザ光を照射して、前記基板の両表面の内の一方の表面に、前記貫通溝を形成するための予備加工を行う、予備工程と、
   前記基板の他方の表面に、レーザ光を照射して、前記貫通溝を形成する本加工を行う、本工程と、
   を有することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記予備加工が、前記基板の前記一方の表面に、レーザ光を照射して、有底溝を形成する加工である、
   請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 前記脆性材料が、レーザ光透過可能な材料であり、
   前記予備加工が、前記基板の前記他方の表面側からレーザ光を照射して前記一方の表面にレーザ光を集光することによって、前記一方の表面に有底溝を形成する加工である、
   請求項１記載のレーザ加工方法。
4. 前記有底溝を、前記貫通溝を形成する予定ライン上に形成する、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
5. 前記有底溝を、前記貫通溝を形成する予定ラインの両側に形成する、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
6. 前記有底溝は、底が幅狭となった断面形状を有している、
   請求項２〜５のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
7. 前記基板の前記両表面の内の一方の表面側からレーザ光を照射して前記予備工程を実施した後、前記基板を表裏反転し、前記一方の表面側からレーザ光を照射して前記本工程を実施する、
   請求項１、２、４〜６のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
8. 前記基板の前記両表面に両表面側からレーザ光を照射することにより、前記基板の前記一方の表面に予備工程を実施した後、前記基板の前記他方の表面に本工程を実施する、
   請求項１、２、４〜６のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
9. 前記基板の前記両表面に両表面側からレーザ光を同時に照射することにより、前記基板の前記一方の表面に予備工程を実施しながら、前記基板の前記他方の表面に本工程を実施する、
   請求項１、２、４〜６のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
10. 前記脆性材料が、タンタル酸リチウムである、請求項１〜９のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
11. 脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工装置であって、
    レーザ光を出力する１つのレーザ光出力部を備えたレーザ発振器と、
    前記基板を保持し、前記レーザ発振器に対する前記基板の位置を任意に設定する、加工ステージと、
    を備えており、
    前記加工ステージが、前記基板を表裏反転させる反転機構を、有している、
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
12. レーザ光透過可能な脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工装置であって、
    レーザ光を出力するレーザ発振器と、
    前記基板を保持し、前記レーザ発振器に対する前記基板の位置を任意に設定する、加工ステージと、
    を備えており、
    前記レーザ発振器が、前記基板の一方の表面側からレーザ光を照射して前記基板の他方の表面にレーザ光を集光するように、調節可能である、
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
13. 脆性材料からなる基板に、レーザ光を照射して貫通溝を形成する、レーザ加工装置であって、
    レーザ光を出力するレーザ発振器と、
    前記基板を保持し、前記レーザ発振器に対する前記基板の位置を任意に設定する、加工ステージと、
    を備えており、
    前記レーザ発振器が、前記基板の両表面に両表面側からレーザ光を照射できるように、構成されている、
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
14. 前記レーザ発振器が、前記基板の両表面に両表面側からレーザ光を同時に照射できるように、構成されている、
    請求項１３記載のレーザ加工装置。
15. 前記脆性材料が、タンタル酸リチウムである、請求項１１〜１４のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。

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