(57)【要約】【課題】加工性の高いレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工方法は、加工対象物に対して、第１の出力を有する第１レーザビームを照射することで、加工対象物のダイシングラインに沿ってダイシングラインの一方側に第１溝を形成する第１工程と、加工対象物に対して、第２の出力を有する第２レーザビームを照射することで、ダイシングラインを挟んで第１溝に対向する第２溝を形成する第２工程と、加工対象物に対して、第３の出力を有する第３レーザビームを照射することで、ダイシングライン上に第３溝を形成する第３工程と、を備える。エネルギー強度分布の横モードにおいて、第１の出力は、幅方向の中心軸に対して一方へ偏位し、第２の出力は、幅方向の中心軸に対して他方へ偏位している。【選択図】図１１
2020138204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物に対して、第１の出力を有する第１レーザビームを照射することで、前記加工対象物のダイシングラインに沿って前記ダイシングラインの一方側に第１溝を形成する第１工程と、
前記加工対象物に対して、第２の出力を有する第２レーザビームを照射することで、前記ダイシングラインを挟んで前記第１溝に対向する第２溝を形成する第２工程と、
前記加工対象物に対して、第３の出力を有する第３レーザビームを照射することで、前記ダイシングライン上に第３溝を形成する第３工程と、を備え、
エネルギー強度分布の横モードにおいて、前記第１の出力は幅方向の中心軸に対して一方へ偏位し、前記第２の出力は幅方向の中心軸に対して他方へ偏位している、
レーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１レーザビームは、エネルギー強度分布の横モードのうち前記加工対象物の外周側に位置する側面が、前記加工対象物の表面に垂直となるよう照射される、
請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記第２レーザビームは、エネルギー強度分布の横モードのうち前記加工対象物の外周側に位置する側面が、前記加工対象物の表面に垂直となるよう照射される、
請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記第１レーザビームと前記第２レーザビームは、前記ダイシングラインに対して鏡面対称である、
請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記第１レーザビームと前記第２レーザビームは、エネルギー強度分布の横モードにおいて、それぞれ台形形状を有する、
請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記第３の出力は、前記エネルギー強度分布の横モードにおいて、ガウシアン形状を有する、
請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記第１工程から前記第３工程までを少なくとも３回繰り返す、
請求項１から６のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
１回目の前記第３工程を終えた段階で、前記第１溝、前記第２溝および前記第３溝の溝深さが、前記第１溝と前記第２溝との幅の半値より小さい、
請求項７に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
２回目の前記第３工程を終えた段階で、前記第１溝、前記第２溝および前記第３溝の溝深さが、前記第１溝と前記第２溝との幅の半値以上であり、前記第１溝と前記第２溝との幅以下である、
請求項７または８に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
３回目の前記第３工程を終えた段階で、前記第１溝、前記第２溝および前記第３溝の溝深さが、前記第１溝と前記第２溝との幅より大きい、
請求項７から９のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
加工対象物に対向して配置される集光レンズと、
第１の出力を有する第１レーザビームと、第２の出力を有する第２レーザビームと、第３の出力を有する第３レーザビームとをそれぞれ、前記集光レンズを通して前記加工対象物に照射するレーザ発振器と、を備え、
エネルギー強度分布の横モードにおいて、前記第１の出力は、幅方向の中心軸に対して一方へ偏位し、前記第２の出力は、幅方向の中心軸に対して他方へ偏位している、
レーザ加工装置。
【請求項１２】
前記第１レーザビームは、エネルギー強度分布の横モードのうち前記加工対象物の外周側に位置する側面が、前記加工対象物の表面に垂直となるよう照射される、
請求項１１に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記第２レーザビームは、エネルギー強度分布の横モードのうち前記加工対象物の外周側に位置する側面が、前記加工対象物の表面に垂直となるよう照射される、
請求項１１または１２に記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
前記第１レーザビームと前記第２レーザビームは、前記加工対象物のダイシングラインに対して鏡面対象である、
請求項１１から１３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
前記第１レーザビームと前記第２レーザビームは、エネルギー強度分布の横モードにおいて、それぞれ台形形状を有する、
請求項１１から１４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
前記第３の出力は、前記エネルギー強度分布の横モードにおいて、ガウシアン形状を有する、
請求項１１から１５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板のレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品として、例えば、図１に示すような薄膜のチップ抵抗器Ｒ１がある。チップ抵抗器Ｒ１は、絶縁基板１、上面電極層２、薄膜抵抗体層４、保護膜層６、および、端面電極層７を備える。絶縁基板１には、例えばアルミナ製の基板等が用いられる。なお、最終形態としてのチップ抵抗器Ｒ１の個片化には、絶縁基板１を個別に分割する必要がある。
【０００３】
絶縁基板１の分割方法として、図２のように、個片化される前の絶縁基板１に格子状の分割ラインに沿ってブレイク溝２２、２３を形成する。次に、絶縁基板１をブレイク溝２２、２３に沿って「折る」または「割る」といった操作を行うことにより、個片に分割する。ブレイク溝２２、２３を形成する方法として、レーザ加工による方法がある（以降、この方法をレーザダイシングと称す）。
【０００４】
例えば、特許文献１のレーザダイシングにおいて、高出力のレーザ照射による切断面への熱ダメージを抑制するために、シリコンウェハ３１のダイシングラインに沿って、複数回レーザを照射して、ダイシングラインに沿ってシリコンウェハ３１を切断している。図３Ａ−図３Ｃは、特許文献１に記載された従来のシリコンウェハ３１のレーザダイシングを示す図である。シリコンウェハ３１を個々のチップに切り分けるのに、レーザ照射を第１パス、第２パスおよび第３パスに分けて実施する。図３Ａに示すように、ダイシングライン３５に沿って照射される第１パスのレーザによりシリコンウェハ３１に第１溝３２が形成される。次に、図３Ｂに示すように、ダイシングライン３５に沿って、第１パスのレーザ照射と間隔を空けて、照射される第２パスのレーザにより、第２溝３３が形成される。第３パスは、第１溝３２と第２溝３３の間に、レーザ照射を行い、第３溝３４を形成する。第３パスの実施によりシリコンウェハ３１はダイシングライン３５に沿って切断される。
【０００５】
第１パスと第２パスの実施には、パルスレーザの発振間隔を広く、出力を小さくしたレーザビームを使用することで、熱影響によるシリコンウェハ３１の強度低下を抑制する。第３パスの実施には、パルスレーザの発振間隔を狭く、出力を大きくしたレーザビームを使用し、シリコンウェハ３１をダイシングライン３５に沿って切断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−２０７７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のレーザ加工方法によると、溝の深さが深くなるほど、溝の底部にレーザビームを効率良く照射できなくなる。基板が、例えば、アルミナ製の基板のような難加工の基板であると、特に、溝を形成するのが困難な場合がある。
【０００８】
従って、本開示は、従来の課題を解決するもので、溝の深さを確保するために、効率の高いレーザ照射による基板のレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本開示の態様にかかるレーザ加工方法は、
加工対象物に対して、第１の出力を有する第１レーザビームを照射することで、前記加工対象物のダイシングラインに沿って第１溝を形成する第１工程と、
前記加工対象物に対して、第２の出力を有する第２レーザビームを照射することで、前記ダイシングラインを挟んで前記第１溝に対向する第２溝を形成する第２工程と、
前記加工対象物に対して、第３の出力を有する第３レーザビームを照射することで、前記ダイシングライン上に第３溝を形成する第３工程と、を備え、
エネルギー強度分布の横モードにおいて、前記第１の出力は、幅方向の中心軸に対して一方へ偏位し、前記第２の出力は、幅方向の中心軸に対して他方へ偏位している。
【００１０】
また、前記目的を達成するために、本開示の態様にかかるレーザ加工装置は、
加工対象物に対向して配置される集光レンズと、
第１の出力を有する第１レーザビームと、第２の出力を有する第２レーザビームと、第３の出力を有する第３レーザビームとをそれぞれ、前記集光レンズを通して前記加工対象物に照射するレーザ発振器と、を備え、
エネルギー強度分布の横モードにおいて、前記第１の出力は、幅方向の中心軸に対して一方へ偏位し、前記第２の出力は、幅方向の中心軸に対して他方へ偏位している。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本開示の基板のレーザ加工方法およびレーザ加工装置によれば、エネルギー強度分布の横モードにおいて、幅方向の中心軸に対してそれぞれ逆方向に偏位する第１、第２出力の第１、第２レーザビームにより、第１溝と第２溝がそれぞれ形成される。このように形成された第１溝と第２溝に対して、第３のレーザビームを効率よくそれぞれの溝の底部に照射することできるので、レーザ照射による基板への溝深さをより深く加工することができる。この結果、溝の深さを確保するために、効率の高いレーザ照射による基板のレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の薄膜のチップ抵抗器を示す縦断面図
【図２】従来の個片化される前の絶縁基板を示す斜視図
【図３Ａ】従来のシリコンウェハのレーザダイシングを示す図
【図３Ｂ】従来のシリコンウェハのレーザダイシングを示す図
【図３Ｃ】従来のシリコンウェハのレーザダイシングを示す図
【図４】従来のレーザ加工装置を示す概略図
【図５Ａ】従来のレーザ加工装置を用いて基板に向けてレーザビームを照射した実加工結果を上面から撮影した写真
【図５Ｂ】図５Ａの模式図
【図５Ｃ】従来のレーザ加工装置を用いて基板に向けてレーザビームを照射した実加工結果の断面写真
【図５Ｄ】図５Ｃの模式図
【図６Ａ】従来のレーザ加工装置を用いて基板にピコ秒レーザを集光し、複数回照射することで形成した溝を上面から撮影した写真
【図６Ｂ】図６Ａの溝の横断面をレーザ顕微鏡で計測したグラフ
【図７Ａ】従来のレーザ加工装置を用いて基板にピコ秒レーザを集光し、１００回照射することで形成した溝を上面から撮影した写真
【図７Ｂ】図７Ａの溝の横断面をレーザ顕微鏡で計測したグラフ
【図７Ｃ】従来のレーザ加工装置を用いて基板にピコ秒レーザを集光し、２００回照射することで形成した溝を上面から撮影した写真
【図７Ｄ】図７Ｃの溝の横断面をレーザ顕微鏡で計測したグラフ
【図８】従来のレーザビームを集光レンズによって集光した光路の模式図
【図９Ａ】集光位置Ｓ０面におけるレーザビームのエネルギー強度分布を示す図
【図９Ｂ】Ｓ１面におけるレーザビームのエネルギー強度分布を示す図
【図１０Ａ】従来のレーザダイシングによる溝の初期段階の模式図
【図１０Ｂ】従来のレーザダイシングによる溝の中期段階の模式図
【図１０Ｃ】従来のレーザダイシングによる溝の後期段階の模式図
【図１１】本実施の形態における基板のレーザ加工方法のフローチャート
【図１２Ａ】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の断面図
【図１２Ｂ】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の平面図
【図１３Ａ】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の断面図
【図１３Ｂ】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の平面図
【図１４Ａ】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の断面図
【図１４Ｂ】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の平面図
【図１５Ａ】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の断面図
【図１５Ｂ】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の平面図
【図１６】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の断面図
【図１７】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の断面図
【図１８】本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程の断面図
【図１９Ａ】エネルギー強度分布の横モードが非対称形状のレーザビームの形成方法を説明する光路の説明図
【図１９Ｂ】エネルギー強度分布の横モードがガウシアン形状のレーザビームの基板の表面におけるエネルギー強度を示す図
【図１９Ｃ】エネルギー強度分布の横モードが非対称形状のレーザビームの基板の表面におけるエネルギー強度を示す図
【図２０】本実施の形態におけるレーザ加工装置１１５を示す概略図
【図２１Ａ】レーザ加工装置の光学系を示す図
【図２１Ｂ】レーザ加工装置の光学系を示す平面図
【図２１Ｃ】レーザ加工装置の光学系を示す正面図
【図２２Ａ】本実施の形態におけるレーザ加工装置のレーザビームが光学系を伝わる光路を説明する平面図
【図２２Ｂ】本実施の形態におけるレーザ加工装置のレーザビームが光学系を伝わる光路を説明する正面図
【図２３Ａ】図２２Ａおよび図２２Ｂで説明した光学系により、基板の表面に集光されたレーザビームを示す図
【図２３Ｂ】レーザビーム１４１、１４２、１４３のそれぞれのエネルギー強度分布１５０、１５１、１５２の集光位置におけるｘ断面を示す図
【図２３Ｃ】エネルギー強度分布１５０、１５１、１５２の集光位置におけるｙ断面を示す図
【図２４】本実施の形態のレーザ加工方法およびレーザ加工装置により溝を形成した基板の断面写真
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初に、従来のレーザダイシングにおける問題点をより詳細に説明する。基板をブレイクする際の分割性の良否は、基板の厚みに対するブレイク溝２２、２３の深さに影響される。ブレイク溝２２、２３が十分に深くない場合、分割時に基板に斜めにクラックが走ることがあり、このクラックが端面形状不良となる。このような、いびつな形状の基板を用いると、チップ抵抗器Ｒ１の外観上の問題があるだけでなく、自動実装機による取扱いに支障が生じるという問題点がある。
【００１４】
形状不良を防ぐために、ブレイク溝２２、２３は、通常、基板の５０％以上の深さが必要である。なお、チップ抵抗器Ｒ１の製造工程では、熱処理工程があり、上面電極層が薄い低抵抗製品では、絶縁基板１の反りを抑えるために、厚みが０．４〜０．５ｍｍのより厚い絶縁基板が用いられる。この場合、ブレイク溝２２、２３は０．２〜０．２５ｍｍの深さを必要とする。
【００１５】
特に、チップ抵抗器Ｒ１の絶縁基板１に用いられるアルミナ製の基板のような、結晶の劈開性の少ない難加工材と呼ばれる材料を用いる場合、基板に対して、０．２ｍｍ以上の深いブレイク溝を形成するために、高出力のレーザを照射する方法がある。例えば、ＣＯ２レーザやファイバーレーザは非常に高いエネルギーのレーザビームを照射することが可能である。ＣＯ２レーザやファイバーレーザを用いた加工の場合、熱影響を小さくしてドロスの発生を抑制するために、レーザのパルスエネルギーを小さくする必要がある。
【００１６】
そこでまず、従来の方法で、高出力レーザでアルミナ製の基板を加工することを試みた。図４は、従来のレーザ加工装置５０を示す概略図である。従来のレーザ加工装置５０は、レーザビーム５５を集光レンズ５４で集光し、テーブル５２に固定した基板５１に照射し、Ｘ−Ｙステージ５３により複数回、レーザビーム５５を照射するシステムである。このようなレーザ加工装置５０を用いて、アルミナ製の基板の加工を行った。
【００１７】
図５Ａはファイバーレーザをパルス発振させ、そのレーザビームをレンズで集光し、アルミナの基板に向かってレーザビームを照射した実加工結果を上面から撮影した写真であり、図５Ｂはその模式図であり、図５Ｃは実加工結果の断面写真であり、図５Ｄは、その模式図である。
【００１８】
図５Ａと図５Ｂにおいて、基板５１のアルミナ純度は９９％以上である。ファイバーレーザにより基板５１に形成された加工穴４１の直径は約１００μｍであり、この加工穴４１の連続列からなるブレイク溝の幅４２は約１００μｍとなる。また、図５Ｃと図５Ｄにおいて、加工穴４１の深さは約２５０μｍであり、この加工穴４１の連続列からなるブレイク溝深さ４５は約２５０μｍとなり、基板厚み０．５ｍｍのアルミナ純度９９％以上のアルミナ製の基板をブレイクするための十分なブレイク溝深さを有している。
【００１９】
しかしながら、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ファイバーレーザによる加工において、加工穴４１の周囲にレーザにより溶けた噴出物が堆積する。これらはドロス４３と言われ、図５Ａおよび図５Ｂにおいて、ドロス幅４４は約６０μｍ、ドロス高さ４６は約３５μｍある。
【００２０】
特にアルミナ製の基板は、シリコン製の基板に比べ、熱伝導率が小さく（アルミナ：２０〜３０［Ｗ／ｍ・Ｋ］、シリコン：１２０〜１４０［Ｗ／ｍ・Ｋ］）、融点が高い（アルミナ：２０７２℃、シリコン：１４１４℃）。したがって、シリコンに比べアルミナは、レーザ加工の熱による昇華が難しい。そのため、ＣＯ２レーザやファイバーレーザ等の高出力レーザによる熱加工では、図５Ａ及び図５Ｂに示すような溶けた噴出物が加工部周辺に堆積しドロス４３となる。
【００２１】
ドロス幅４４が大きいと、基板一枚あたりから取れるデバイスの数が減少する。また製造工程の中で、ドロス４３の欠け、割れが発生し、デバイスにダメージ等の悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、レーザダイシングでは、加工中に発生するドロス４３を極力削減したい。
【００２２】
図５Ａおよび図５Ｂのようなドロス４３の発生要因のひとつとして、高出力レーザによる熱加工の影響が考えられる。他のレーザ加工方法として、熱影響がほとんど発生しない、非線形吸収で材料を昇華させることが可能な、パルス幅が非常に短いピコ秒（１０−１２秒）やフェムト秒（１０−１５秒）の超短パルスレーザを使用してドロスの発生を抑制する方法もある。そこで次に、従来の方法で、ピコ秒レーザでアルミナ製の基板を加工することを試みた。パルス幅が非常に短いピコ秒（１０−１２秒）やフェムト秒（１０−１５秒）の超短パルスレーザは、熱影響が発生しにくく、非線形吸収で材料を昇華させることが可能であるため、ドロスの発生を抑制することができると考えられる。
【００２３】
図６Ａは、従来のレーザ加工装置５０を用いて、アルミナ純度９９％のアルミナ製の基板５１に、ピコ秒レーザを集光し、複数回照射することで形成した溝８１を、上面から撮影した写真である。また、図６Ｂは、図６Ａの溝８１の横断面をレーザ顕微鏡で計測したグラフである。
【００２４】
図６Ａおよび図６Ｂを見ると、溝の深さは浅いが、図３のファイバーレーザの加工結果に比べ、ドロスがほとんど発生しない。しかし、アルミナ純度９９％のアルミナ製の基板５１をブレイクする為には、溝が浅い。このように、超短パルスレーザを使用して、非線形吸収で加工する場合、加工レートが低く、１回のレーザ走査の除去量が非常に少なくなりアルミナ製の基板を分離するためのブレイク溝深さが得られないという課題がある。
【００２５】
そこでさらに、走査回数を増やし、溝を深くすることを試みた。図７Ａ−図７Ｄは、図６Ａおよび図６Ｂと同様にピコ秒レーザを集光し、同一箇所を１００回（図７Ａ、図７Ｂ）、２００回（図８Ａ、図８Ｂ）走査した溝８１の結果である。
【００２６】
図７Ａ−図７Ｄを見ると、１００回走査後のドロス高さが０．５μｍ、２００回走査後のドロス高さが０．５μｍであり、走査回数を増やしても、ドロスが高くならない。しかしながら、１００回走査後の溝深さが８．５μｍ、２００回走査後の溝深さが９．１μｍであり、走査回数を増やしても、溝が深くならないことが分かる。
【００２７】
以上のことから、レーザのエネルギーを上げると、加工深さは深くなるが、加工時に溶けた噴出物の量も多くなることが分かった。すなわち、従来の方法では、噴出物を抑制しつつ溝深さを確保することが難しい。また、熱影響がほとんど発生しない、超短パルスレーザを使用すると、溝がある一定以上の深さにならないため、絶縁基板１の分割性が低いという問題点を有している。その理由について図８、図９を用いて説明する。
【００２８】
図８は、従来のレーザビームを集光レンズによって集光した光路の模式図である。
【００２９】
図８の集光レンズ５４で集光されたレーザビーム５５は、集光位置Ｓ０面で、最小に集光される。ここで、集光位置Ｓ０面は焦点位置とも言われる。なお、破線はレーザビーム５５の波面９１、実線はレーザビーム５５のエネルギー強度分布９２である。
【００３０】
図８において集光されたレーザビーム５５は、ｔａｎ（θ０）＝ａ／（２ｆ）の入射角度θ０でＳ０面に集光される。ここでａはレーザビーム５５の集光レンズ５４への入射光束径で、ｆは集光レンズ５４の焦点距離である。
【００３１】
また、集光レンズ５４により集光されたレーザビーム５５の集光位置Ｓ０面におけるエネルギー強度は、図９Ａに示すようなガウシアン形状の分布となっており、特に中心部のエネルギー強度のピークが高い。
【００３２】
一方、集光レンズ５４により集光されたレーザビーム５５の集光位置Ｓ０面からＺ方向に離れたある地点Ｓ１面では、図９Ｂに示すように、エネルギー強度のピーク値が集光位置Ｓ０面におけるエネルギー強度のピーク値よりも小さくなる。
【００３３】
以上のことから、レーザ加工は、レーザビーム５５の中心部に近いほど、加工性が高い。また、レーザ加工は、レーザビーム５５の焦点位置に近いほど、加工性が高い。
【００３４】
図１０Ａは、従来のレーザダイシングによる溝の模式図である。
【００３５】
図１０Ａは溝８１の初期、すなわち従来のレーザ加工装置５０においてアルミナ純度９９％の基板５１にレーザビーム５５を照射した初期段階を表し、図１０Ｂは初期段階よりレーザ照射回数を増やした中期段階を表し、図１０Ｃは中期段階より走査回数を増やした後期段階を示す。
【００３６】
図１０Ａにおいて、レーザビーム５５の焦点位置は、アルミナ純度９９％のアルミナの基板５１の表面にあり、集光径Ｌで集光され、基板５１の表面には、加工幅Ｌの溝８１が形成される。
【００３７】
図１０Ｂにおいて、溝８１の深さＤｂは、レーザビーム５５の走査回数を増やしたことにより図１０Ａより深くなるが、加工幅Ｌより小さい。この様子を、レーザビーム５５の中心部を通るエネルギー強度が高い光線Ｐ１とＰ２を用いて説明する。光線Ｐ１は角度θ１、光線Ｐ２は角度θ２、で基板５１の表面に入射する。ここでθ０＞θ１＞θ２である。光線Ｐ１と光線Ｐ２の溝８１への照射により溝８１は深くなる方向に寄与している。
【００３８】
図１０Ｃにおいて、溝８１の深さＤｃが、加工幅Ｌと同等または大きくなると、レーザビーム５５が、溝８１の底部に到達する量が減り、溝８１がより深くならない。この様子を、レーザビーム５５の中心部を通る光線Ｐ１とＰ２を用いて同様に表すと、レーザビーム５５が溝８１の底部に到達しないことが分かる。すなわち、ハッチングで示したレーザビーム５５の部分９３が溝８１の形成に寄与していない。このように溝８１が深くなればなるほど、溝８１の底部に到達する光が少なくなり、溝８１がある一定以上の深さにならない。
【００３９】
また、溝８１が深くなる他の要因として、溝８１の壁面で反射した光が多重反射することがある。しかし、図１０Ｃにおいて、光線Ｐ１の反射光Ｐ’１、光線Ｐ２の反射光Ｐ’２が発生するが、共に溝８１の底部には達していない。
【００４０】
但し、反射光Ｐ’１及びＰ’２のエネルギーは、レーザビーム５５の波長が、λ＝１μｍ程度であれば、アルミナ純度９９％のアルミナの基板５１の場合、光線Ｐ１及びＰ２の１０％以下のエネルギーである。そのため、仮に反射光Ｐ’１及び反射光Ｐ’２が溝８１の底部に達したとしても、エネルギーが十分でなく、溝８１の形成に寄与しないと考えられる。
【００４１】
（実施の形態）
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１１は、本実施の形態における基板のレーザ加工方法のフローチャートである。図１２Ａ−図１８は、本実施の形態における基板のレーザ加工方法の工程図である。図１２Ａ−図１８における各図Ａは断面図、各図Ｂは平面図を示す。
【００４２】
図１２Ａ、図１２Ｂに示す１回目の第１工程Ｓ１１において、第１のエネルギー強度分布の出力である第１の出力で、第１レーザビーム１０１を加工対象物である基板５１の表面５１ａに走査する。第１の出力を有する第１レーザビーム１０１は、レーザビームのエネルギー強度分布の横モードにおいて、非対称形状であり、横モードの幅方向の中心軸に対して一方に偏位している。
【００４３】
第１レーザビーム１０１は、レンズ等の光学部品により、基板５１の表面に集光される。第１レーザビーム１０１は、ダイシングライン３５に沿ってダイシングラインの一方側を複数回走査される。この結果、ダイシングライン３５に沿った深さＤｂ、加工幅Ｌ／２の第１溝１０３が形成される。ここでＤｂは、Ｌ／２＞Ｄｂ＞０の関係を有する。
【００４４】
エネルギー強度分布の横モードにおいて、第１の出力は、例えば、中心軸に対して一方に偏位した台形形状を有する。基板５１側の台形形状の上辺部分は直線でなくても、尖っていてもよいし、曲線形状でもよい。第１レーザビーム１０１は、エネルギー強度分布の横モードにおいて、エネルギー強度の最も高い点が中心軸上になく、エネルギー強度分布も一方側に強い。これにより、第１溝１０３は、ダイシングライン３５側よりも一方側に深い溝に形成することができる。また、第１レーザビーム１０１は、エネルギー強度分布の横モードのうち基板５１の外周側に位置する側面１０１ａが、基板５１の表面に垂直となるよう照射されてもよい。また、第１レーザビーム１０１は、例えば、パルスレーザビームである。
【００４５】
次に、図１３Ａ、図１３Ｂに示す１回目の第２工程Ｓ１２において、第２のエネルギー強度分布の出力である第２の出力で、第２レーザビーム１０２を基板５１の表面に走査する。第２の出力を有する第２レーザビーム１０２は、レーザビームのエネルギー強度分布の横モードにおいて、非対称形状であり、横モードの幅方向の中心軸に対して第１の出力とは反対方向の他方へ偏位している。
【００４６】
第２レーザビーム１０２は、基板５１の表面にレンズ等の光学部品により集光され、ダイシングライン３５に沿って複数回走査する。ダイシングライン３５に沿った深さＤｂ、加工幅Ｌ／２の第２溝１０４が形成される。第２溝１０４は、ダイシングライン３５を挟んで第１溝１０３に対向する。ここでＤｂは、Ｌ／２＞Ｄｂ＞０の関係を有する。
【００４７】
エネルギー強度分布の横モードにおいて、第２の出力は、例えば、中心軸に対して他方に偏位した台形形状を有する。台形形状の上辺部分は直線でなくても、尖っていてもよいし、曲線形状でもよい。第２レーザビーム１０２は、エネルギー強度分布の横モードにおいて、エネルギー強度の最も高い点が中心軸上になく、エネルギー強度分布も他方側に強い。これにより、第２溝１０４は、ダイシングライン３５側よりも他方側に深い溝に形成することができる。第１の出力のエネルギー強度分布の横モードと第２の出力のエネルギー強度分布の横モードとは、例えば、鏡面対称である。したがって、第１レーザビーム１０１と第２レーザビーム１０２とは、ダイシングライン３５に対して鏡面対称である。また、第１の出力と第２の出力とは、同じレーザ強度でもよい。第２レーザビーム１０２は、エネルギー強度分布の横モードのうち基板５１の外周側に位置する側面１０２ａが、基板５１の表面５１ａに垂直となるよう照射されてもよい。また、第２レーザビーム１０２は、例えば、パルスレーザビームである。
【００４８】
次に図１４Ａ、図１４Ｂに示す１回目の第３工程Ｓ１３において、第３のエネルギー強度分布の出力である第３の出力で、第３レーザビームとしてのレーザビーム５５を基板５１の表面に走査する。第３の出力を有するレーザビーム５５は、エネルギー強度分布９２の横モードにおいてガウシアン形状を有する。レーザビーム５５は、基板５１の表面にレンズ等の光学部品により集光され、ダイシングライン３５上を複数回走査することで、ダイシングライン３５上に深さＤｂの第３溝に相当する溝８１を形成する。レーザビーム５５は、例えば、パルスレーザビームである。ここでＤｂは、Ｌ／２＞Ｄｂ＞０の関係を有する。
【００４９】
次に、第４工程Ｓ１４において、コントローラ１１９（図２０参照）が、第１工程Ｓ１１から第３工程Ｓ１３が予め定められた回数実施されたか判定する。例えば、第１工程Ｓ１１から第３工程Ｓ１３までを３回繰り返したか判定する。なお、繰り返された回数は、１、２回でもよいし、３回以上でもよい。第１工程Ｓ１１から第３工程Ｓ１３まで３回実施された場合（Ｓ１４のＹｅｓ）、基板５１へのレーザ加工を終了する。また、第１工程Ｓ１１から第３工程Ｓ１３まで３回実施されていない場合（Ｓ１４のＮｏ）、再び、第１工程Ｓ１１からレーザ加工が実施される。
【００５０】
２回目の第１工程Ｓ１１および第２工程Ｓ１２が、図１５Ａ、図１５Ｂに示される。図１２Ａ、１２Ｂに示す第１工程Ｓ１１と同様に、第１レーザビーム１０１を複数回走査する。また、図１３Ａ、１３Ｂに示すおよび第２工程Ｓ１２と同様に第２レーザビーム１０２を複数回走査する。これにより、第１溝１０３および第２溝１０４を深さＤｃまで深くする。ここで、Ｄｃは、Ｌ≧Ｄｃ≧Ｌ／２の関係である。
【００５１】
更に、２回目の第３工程Ｓ１３が図１６に示される。図１３Ａ、１３Ｂに示す第３工程Ｓ１３と同様に、レーザビーム５５をダイシングライン３５に沿って複数回走査する。これにより、溝８１を深さＤｃまで深くする。
【００５２】
更に、３回目の第１工程Ｓ１１および第２工程Ｓ１２が、図１７に示される。図１２Ａ、１２Ｂに示す第１工程Ｓ１１と同様に、第１レーザビーム１０１を複数回走査する。また、図１３Ａ、１３Ｂに示すおよび第２工程Ｓ１２と同様に第２レーザビーム１０２を複数回走査する。第１溝１０３および第２溝１０４を深さＤｄまで深くする。ここでＤｄは、Ｄｄ＞Ｌの関係である。
【００５３】
更に、３回目の第３工程Ｓ１３が図１８に示される。図１４Ａ、１４Ｂに示す第３工程Ｓ１３と同様に、レーザビーム５５をダイシングライン３５に沿って複数回走査する。これにより、溝８１を深さＤｄまで深くする。
【００５４】
図１８において、溝８１の形成に寄与しないレーザビーム５５のロスはハッチングで示される部分１１１で示されている。このレーザビーム５５の加工に寄与しない部分１１１は、図１０Ｃにおいて示されるレーザビーム５５の加工に寄与しない部分９３に比べ小さい。図１８における本実施の形態による加工方法では、効率の高いレーザ照射による基板５１のレーザダイシングが可能である。
【００５５】
次に、エネルギー強度分布の横モードが非対称形状の第１レーザビーム１０１、第２レーザビーム１０２の形成方法について図１９Ａ−１９Ｃを用いて説明する。
【００５６】
図１９Ａにおいて、集光レンズ５４の中心軸Ｃａを通過するビーム径ｄのレーザビーム５５に対して、Δｙ＝ｄ／２偏心させ、集光レンズ５４の中心軸Ｃａに対して、角度θ傾けたレーザビーム１２１を、集光レンズ５４に入射させ、アルミナ製の基板５１に集光させる。θは、θ＝ａ×ｔａｎ（ｐ／Ｉ）の関係を有する。レーザビーム１２１は、集光レンズ５４の中心軸Ｃａに対して、距離ｐ＝ｌ×ｔａｎθの位置に集光される。このようにして、第１レーザビーム１０１および第２レーザビーム１０２が形成される。第１レーザビーム１０１および第２レーザビーム１０２は、第１レーザビーム１０１および第２レーザビーム１０２のそれぞれの光軸と集光レンズ５４等の光学部品の中心軸とがずれた状態で集光される。これにより、レーザビームのエネルギー強度分布の横モードにおいて、非対称形状であり、横モードの幅方向の中心軸に対して一方または他方に偏位している第１の出力および第２の出力を形成することができる。なお、集光レンズ５４の中心軸Ｃａ上にダイシングライン３５が配置される。
【００５７】
図１９Ｂは、レーザビーム５５の基板５１の表面におけるエネルギー強度、図１９Ｃは、レーザビーム１２１の基板５１の表面におけるエネルギー強度である。レーザビーム１２１のエネルギー強度分布の横モードは、コマ収差の効果により幅方向の一方側または他方側に偏位した、非対称形状、例えば、台形形状になる。
【００５８】
図２０は、本実施の形態におけるレーザ加工装置１１５を示す概略図である。レーザ加工装置１１５は、レーザ発振器１１７と、Ｘ−Ｙステージ５３と、コントローラ１１９と、全反射ミラー１３２、１３５、１３８と、集光レンズ１３３、１３６、１３９と、を備える。
【００５９】
レーザ発振器１１７は、パルスレーザビームを発生し、パルス状のレーザビーム１３１、１３４、１３７を出射する。レーザビーム１３１、１３４、１３７の発振間隔は、コントローラ１１９からの制御信号に基づいてレーザ発振器１１７が調整する。
【００６０】
コントローラ１１９は、Ｘ−Ｙステージ５３の駆動機構の駆動量を制御している。また、コントローラ１１９は、レーザ発振器１１７から出射するレーザビーム１３１、１３４、１３７の発振間隔を制御する。
【００６１】
図２１Ａは、本実施の形態におけるレーザ加工装置１１５の光学系を示す図である。図２１Ｂは、レーザ加工装置１１５の光学系を示す平面図である。図２１Ｃは、レーザ加工装置１１５の光学系を示す正面図である。レーザビーム１３１、１３４、１３７は、それぞれ全反射ミラー１３２、１３５、１３８で折り返され、それぞれ集光レンズ１３３、１３６、１３９に導かれる。集光レンズ１３６、１３９は、集光レンズ１３３に対して、ｘ方向にそれぞれＬ／２、−Ｌ／２離されて配置され、集光レンズのｙ方向の距離は、それぞれの集光レンズが干渉しない程度に離されて配置されている。このように、レーザビーム１３１、１３４、１３７のそれぞれに対して集光レンズが配置されている。集光レンズ１３３は、集光レンズ１３３の中心軸がダイシングライン３５を通るように配置されている。集光レンズ１３６および集光レンズ１３９のそれぞれの中心軸は、ダイシングライン３５に沿って加工される溝の幅方向におけるそれぞれの一方端および他方端を通るように配置されている。
【００６２】
レーザビーム１３１は、集光レンズ１３３の中心軸に入射し、レーザビーム１３４は、集光レンズ１３６の中心軸に対してｘ軸方向に−Ｌ／２偏心して入射し、レーザビーム１３７は、集光レンズ１３９の中心軸に対してｘ軸方向にＬ／２偏心して入射し、基板５１の表面に集光される。レーザビーム１３４とレーザビーム１３７は、レーザビーム１３１の集光位置に対して、ｘ方向にそれぞれＬ／２、−Ｌ／２離れて集光される。このように、レーザビーム１３４は第１レーザビーム１０１として、レーザビーム１３７は第２レーザビーム１０２として、レーザビーム１３１はレーザビーム５５として機能する。
【００６３】
次に、エネルギー強度分布の横モードが非対称形状の第１レーザビーム１０１および第２レーザビーム１０２の別の形成方法について図２２Ａ、図２２Ｂを用いて説明する。図２２Ａは、本実施の形態におけるレーザ加工装置１１５のレーザビームが光学系を伝わる光路を説明する平面図である。図２２Ｂは、レーザ加工装置１１５のレーザビームが光学系を伝わる光路を説明する正面図である。
【００６４】
図２２Ａにおいて、レーザビーム１４０は、回折格子１４４で０次項のレーザビーム１４１とレーザビーム１４０の光軸に対して、角度φをつけて１次項のレーザビーム１４２、１４３に分岐するように回折格子１４４が設計されている。レーザビーム１４１、１４２、１４３は、コンデンサーレンズ１４５を通過し、集光レンズ１４６により基板５１の表面に集光され、レーザビーム１４２、１４３はレーザビーム１４１の集光位置に対して、ｘ方向にそれぞれＬ／２、−Ｌ／２離れた位置に集光される。コンデンサーレンズ１４５および集光レンズ１４６のそれぞれの中心軸が、ダイシングライン３５を通るように、コンデンサーレンズ１４５および集光レンズ１４６はそれぞれ配置されている。このように、レーザビーム１４２は第１レーザビーム１０１として、レーザビーム１４３は第２レーザビーム１０２として、レーザビーム１４１はレーザビーム５５として機能する。
【００６５】
また、図２２Ｂのｙ−ｚ面において、回折格子１４４により、レーザビーム１４１の光軸に対して、角度θ傾けて配置することで、０次項のレーザビーム１４１がレーザビーム１４０の光軸に対して、角度θを付けて伝わる。一方で、１次項のレーザビーム１４２、１４３の光軸はレーザビーム１４０の光軸と同じで伝わるように回折格子１４４が設計されている。０次項のレーザビーム１４１の集光位置が、基板５１の表面において、レーザビーム１４２、１４３の集光位置に対して、ｙ方向にｈ離れて集光される。これにより、１つのレーザビーム１４０から、第１の出力のレーザビーム１４２、第２の出力のレーザビーム１４３、第３の出力のレーザビーム１４１を形成することができる。
【００６６】
図２３Ａは、図２２Ａおよび図２２Ｂで説明した光学系により、基板５１の表面に集光されたレーザビームを示す。図２３Ｂはレーザビーム１４１のエネルギー強度分布１５０、レーザビーム１４２のエネルギー強度分布１５１、レーザビーム１４３のエネルギー強度分布１５２の、集光位置におけるｘ断面を示し、図２３Ｃはエネルギー強度分布１５０、１５１、１５２の集光位置におけるｙ断面を示す。
【００６７】
図２４は、本実施の形態のレーザ加工方法およびレーザ加工装置１１５により溝８１を形成した基板５１の断面写真である。アルミナの基板５１の厚みは、０．５ｍｍ有する。
【００６８】
このように、本実施の形態のレーザ加工方法およびレーザ加工装置１１５によれば、効率の高いレーザ照射をすることで、厚いアルミナ製の基板５１に対して、分離時にクラックが発生しないほどのブレイク溝深さを形成することができ、さらに、ドロスの発生を抑制することができる。
【００６９】
以上述べたように、本実施の形態にかかるレーザ加工方法は、基板５１に対して、第１の出力を有する第１レーザビーム１０１を照射することで、基板５１のダイシングライン３５に沿って第１溝３２を形成する第１工程Ｓ１１を備える。レーザ加工方法は、さらに、基板５１に対して、第２の出力を有する第２レーザビーム１０２を照射することで、ダイシングライン３５を挟んで第１溝３２に対向する第２溝３３を形成する第２工程Ｓ１２と、基板５１に対して、第３の出力を有するレーザビーム５５を照射することで、ダイシングライン３５上に第３溝３４を形成する第３工程Ｓ１３と、を備える。エネルギー強度分布の横モードにおいて、第１の出力は、幅方向の中心軸に対して一方へ偏位し、第２の出力は、幅方向の中心軸に対して他方へ偏位している。
【００７０】
また、本実施の形態にかかるレーザ加工装置１１５は、基板５１に対向して配置される集光レンズ１３３、１３６、１３９と、第１の出力を有する第１レーザビーム１０１と、第２の出力を有する第２レーザビーム１０２と、第３の出力を有するレーザビーム５５とをそれぞれ、集光レンズ１３３、１３６、１３９を通して基板５１に照射するレーザ発振器１１７と、を備える。エネルギー強度分布の横モードにおいて、第１の出力は、幅方向の中心軸に対して一方へ偏位し、第２の出力は、幅方向の中心軸に対して他方へ偏位している。
【００７１】
本実施の形態にかかるレーザ加工方法およびレーザ加工装置によれば、エネルギー強度分布の横モードにおいて、非対称形状を有し、幅方向の中心軸に対してそれぞれ逆方向に偏位する第１、第２出力の第１、第２レーザビームにより、第１溝３２と第２溝３３がそれぞれ形成される。このように形成された第１溝３２と第２溝３３に対して、レーザビーム５５を効率よくそれぞれの第１溝３２、第２溝３３の底部に照射することできるので、レーザ照射による基板５１への溝深さをより深く加工することができる。この結果、溝の深さを確保するために、効率の高いレーザ照射による基板のレーザ加工方法およびレーザ加工装置１１５を提供することができる。
【００７２】
本開示は、上記実施の形態のものに限らず、次のように変形実施することができる。
【００７３】
（１）上記実施の形態において、レーザ発振器１１７は、熱影響をより少なくするために、パルス幅が２０ｐｓ以下の超短パルスレーザを出射してもよい。
【００７４】
（２）上記実施の形態において、０．５ｍｍ以上のより厚いアルミナの基板５１を切断するために、図２０のレーザ加工装置１１５において、集光レンズ１３３、１３６、１３９が、複数回の走査加工とともに、ｚ軸方向の基板５１側に移動する機構を備えていても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本開示の基板のレーザ加工方法およびレーザ加工装置は、レーザビームを効率よく溝の底部に照射することができるので、超短パルスレーザを用いた難加工材料等の非熱加工の切断用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１      絶縁基板
２      上面電極層
４      薄膜抵抗体層
６      保護膜層
７      端面電極層
２２、２３  ブレイク溝
３１      シリコンウェハ
３２      第１溝
３３      第２溝
３４      第３溝
３５      ダイシングライン
４１      加工穴
４２      ブレイク溝の幅
４３      ドロス
４４      ドロス幅
４５      ブレイク溝深さ
４６      ドロス高さ
５０      レーザ加工装置
５１      基板
５２      テーブル
５３      Ｘ−Ｙステージ
５４      集光レンズ
５５      レーザビーム
８１      溝
９１      波面
９２      エネルギー強度分布
９３      部分
１０１      第１レーザビーム
１０２      第２レーザビーム
１０３、１０４  加工幅Ｌ／２の溝
１１１      部分
１１５      レーザ加工装置
１１７      レーザ発振器
１１９      コントローラ
１４０、１４１、１４２、１４３  レーザビーム
１３２、１３５、１３８  全反射ミラー
１３３、１３６、１３９  集光レンズ
１４４      回折格子
１４５      コンデンサーレンズ
１４６      集光レンズ
１５１      エネルギー強度分布
１５２      エネルギー強度分布
１５３      エネルギー強度分布
ａ      入射光束径
ｆ      焦点距離
Ｓ０    集光位置
Ｓ１    地点
Ｌ    集光径
Ｌ    加工幅
Ｄｂ、Ｄｃ  深さＤｂ
Ｐ１、Ｐ２  光線
Ｐ’１、Ｐ’２  反射光
θ１    角度
θ２    角度
【図１】
2020138204.tif 000003
【図２】
2020138204.tif 000004
【図３Ａ】
2020138204.tif 000005
【図３Ｂ】
2020138204.tif 000006
【図３Ｃ】
2020138204.tif 000007
【図４】
2020138204.tif 000008
【図５Ａ】
2020138204.tif 000009
【図５Ｂ】
2020138204.tif 000010
【図５Ｃ】
2020138204.tif 000011
【図５Ｄ】
2020138204.tif 000012
【図６Ａ】
2020138204.tif 000013
【図６Ｂ】
2020138204.tif 000014
【図７Ａ】
2020138204.tif 000015
【図７Ｂ】
2020138204.tif 000016
【図７Ｃ】
2020138204.tif 000017
【図７Ｄ】
2020138204.tif 000018
【図８】
2020138204.tif 000019
【図９Ａ】
2020138204.tif 000020
【図９Ｂ】
2020138204.tif 000021
【図１０Ａ】
2020138204.tif 000022
【図１０Ｂ】
2020138204.tif 000023
【図１０Ｃ】
2020138204.tif 000024
【図１１】
2020138204.tif 000025
【図１２Ａ】
2020138204.tif 000026
【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
2020138204.tif 000028
【図１３Ｂ】
2020138204.tif 000029
【図１４Ａ】
2020138204.tif 000030
【図１４Ｂ】
2020138204.tif 000031
【図１５Ａ】
2020138204.tif 000032
【図１５Ｂ】
2020138204.tif 000033
【図１６】
2020138204.tif 000034
【図１７】
2020138204.tif 000035
【図１８】
2020138204.tif 000036
【図１９Ａ】
2020138204.tif 000037
【図１９Ｂ】
2020138204.tif 000038
【図１９Ｃ】
2020138204.tif 000039
【図２０】
2020138204.tif 000040
【図２１Ａ】
2020138204.tif 000041
【図２１Ｂ】
2020138204.tif 000042
【図２１Ｃ】
2020138204.tif 000043
【図２２Ａ】
2020138204.tif 000044
【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４】
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