(57)【要約】【課題】基板にレーザ光を照射して加工する場合に、レーザ光の熱に伴う基板の損傷を未然に防止すること。【解決手段】基板２０に開口位置にレーザ光源１１より発生させたレーザ光をガルバノミラー１２，ｆθレンズ１５を介してレーザ光を同心円状に照射し、穴あけ加工を行う。レーザ光の照射の際に、低温空気発生器１８よりエアノズル１９を介して低温の空気を基板２０上に吹き付ける。こうすれば穴あけ加工時にクラックの発生を抑制すると共に、加工時に生じる粉塵を除去することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源を用いた基板の加工方法であって、
レーザ光を前記基板に導き、レーザ光の照射位置を走査することにより基板を加工し、
前記レーザ光の照射時に基板のレーザ光の照射位置に空気を吹き付けることによって基板を冷却する基板の加工方法。
【請求項２】
レーザ光源と、
前記レーザ光源の光を２軸方向に変化させるガルバノミラーと、
前記ガルバノミラーで反射された光を基板上に集光させるｆθレンズと、
低温空気発生器と、
前記低温空気発生器からの低温の空気を加工位置に吹き付けるエアノズルと、
前記ガルバノミラー及び前記低温空気発生器を制御し、レーザ光を基板に導きレーザ光を走査することにより前記基板を加工すると共に、前記基板にレーザ光を照射するタイミングで前記低温空気発生器からの低温の空気を加工位置に吹き付けるコントローラと、を具備する基板の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の基板（例えば、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ）やその他の脆性材料基板（例えば、ガラス基板、アルミナ基板、サファイア基板）等）に対してレーザ光源を用いて穴あけや切断の加工をする基板の加工方法及び加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来半導体ウエハに穴をあける際にはドライエッチングを用いて半導体ウエハに穴あけ加工を行ったり、特許文献１に示すようにＹＡＧレーザを用いて穴あけ加工を行っていた。又特許文献２には紫外線パルスレーザを用いて半導体ウエハに穴あけ加工を行う加工方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３９７６５号公報
【特許文献２】特開２００４−２０９５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに従来のレーザ加工方法において、半導体ウエハなどの基板に多数の穴を設ける必要があり、穴あけ加工のタクトタイムを短縮することが求められていた。
【０００５】
又レーザ光を用いて穴加工や切断加工をする場合、条件によっては基板の表面付近で温度が上昇する。そして温度上昇により加工部やその周辺部分でクラックやチッピングが発生する場合がある。このため狭い領域に短時間で穴あけ加工をすることは難しいという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の基板に対する加工方法の問題点に鑑みてなされたものであって、加工時の熱によって生じる問題点を解消できる基板の加工方法及び加工装置を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明の基板の加工方法は、レーザ光源を用いた基板の加工方法であって、レーザ光を前記基板に導き、レーザ光の照射位置を走査することにより基板を加工し、前記レーザ光の照射時に基板のレーザ光の照射位置に空気を吹き付けることによって基板を冷却するものである。
【０００８】
この課題を解決するために、本発明の基板の加工装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源の光を２軸方向に変化させるガルバノミラーと、前記ガルバノミラーで反射された光を基板上に集光させるｆθレンズと、低温空気発生器と、前記低温空気発生器からの低温の空気を加工位置に吹き付けるエアノズルと、前記ガルバノミラー及び前記低温空気発生器を制御し、レーザ光を基板に導きレーザ光を走査することにより前記基板を加工すると共に、前記基板にレーザ光を照射するタイミングで前記低温空気発生器からの低温の空気を加工位置に吹き付けるコントローラと、を具備するものである。
【発明の効果】
【０００９】
このような特徴を有する本発明によれば、レーザ光を照射する加工位置にエアブローで低温の空気を吹き付けているため、温度の上昇を抑えることができ、基板に対する損傷を抑制することができるという効果が得られる。又空気を吹き付けることによって加工時に生じる粉塵を除去することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の実施の形態によるレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は本実施の形態によるレーザ加工の前後の基板の一部を示す断面図である。
【図３】図３は本実施の形態によるレーザ加工方法の加工ステップを示す図である。
【図４】図４は本実施の形態によるレーザ加工の加工レイアウトの一例を示す概略図である。
【図５】図５は本実施の形態による加工方法の各ステップの出力とクラック発生の有無の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に用いられるレーザ加工装置の概略構成を示す図である。本図に示すようにレーザ加工装置１０はレーザ光源１１を有している。レーザ光源１１は例えばピコ秒ＵＶレーザ，ピコ秒グリーンレーザ，ＣＯ2レーザなどパルス状にレーザ光を照射することができる出力可変型の光源とする。そしてこのレーザ光源１１の出力はミラー１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介してガルバノミラー１３に導かれる。ガルバノミラー１３はｘ軸方向及びこれと垂直なｙ軸方向にレーザ光源を微小に走査する１組のミラー１３ｘ，１３ｙで構成されており、コントローラ１４からの制御に基づいてレーザ光を任意の方向に走査することができる。ガルバノミラー１３で反射されたレーザ光はｆθレンズ１５を介して基板２０上に導かれる。又ｆθレンズ１５はガルバノミラー１３で決定された光路にかかわらず基板２０上に垂直にレーザ光を照射し、基板上に焦点を結ぶように集光するものである。基板２０はテーブル１６上に配置され、テーブル１６はＸＹステージ１７上に保持されており、ＸＹステージ１７によって基板２０をテーブル面上で２方向に移動させることができる。又レーザ加工装置１０は低温空気発生器１８を有している。低温空気発生器１８はコントローラ１４からの制御に基づいて低温空気を発生し、レーザ光を照射するタイミングで基板上のレーザ光照射位置にエアノズル１９を介して冷却された空気を吹き付けるものである。コントローラ１４は後述するようにガルバノミラー１２とレーザ光源１１，ＸＹステージ１７及び低温空気発生器１８を制御し、基板２０上にレーザ光を照射して基板に加工を行うように制御するものである。
【００１２】
低温空気発生器１８は、例えば加工部の冷却温度を１０℃とし、５０Ｌ／分の低温空気を出力することができる低温空気発生器を用いている。又加工対象となる基板２０は、ガラス，アルミナ，サファイア等の基板や半導体ウエハとする。ここでは基板２０について、例えば直径数十μｍ〜１ｍｍの微細な多数の穴を設けるものとする。
【００１３】
次に本実施の形態のレーザ加工装置を用いた加工方法について説明する。まず１つの穴の穴あけ加工について説明する。穴あけ加工は以下のステップＳ１〜Ｓ３の工程で行われる。図２（ａ），（ｂ）は加工対象となるサファイア基板２０の一部の穴あけ加工前後を示す断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は加工中の断面を示す図である。
【００１４】
まずステップＳ１において、図３（ａ）に示すようにレーザ光を基板２０に対してその表面を焦点として垂直に所定の径となるように環状に照射する。このとき図３に示すように穴あけの位置を中心として最大走査半径Ｒ１１でレーザ光源からのレーザ光を走査して環状に照射する。次にこれよりわずかに径の小さいＲ１２となるように環状に同心円となるようにレーザ光を照射する。更に半径を順次小さくＲ１３，Ｒ１４として同心円状にレーザ光を照射する。これを第１レイヤーＬ１とすると、第１レイヤーＬ１の照射の終了後に浅い円形の穴を形成することができる。次いで第２レイヤーＬ２においてもこれと同様に半径Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４で同一位置にレーザ光の走査半径を順次小さく、基板の穴の表面を焦点位置として同心円状に照射して第１ステップＳ１を終える。この第１ステップＳ１の照射が終了すれば、図３（ａ）に示すように最外周を斜面としてほぼ同一深さの浅い円形の穴を形成することができる。
【００１５】
次にステップＳ２において、まずレイヤーＬ３の加工を行う。レイヤーＬ３では図３（ｂ）に示すようにレイヤーＬ１，Ｌ２と中心が等しい同心円としてステップＳ１の最大走査半径Ｒ１１よりわずかに小さい最大走査半径Ｒ３１で基板の穴の表面を焦点位置としてレーザ光を環状に照射する。次に最大走査半径Ｒ３１よりわずかに小さい走査半径Ｒ３２で同心円状に走査する。更により小さい走査半径Ｒ３３として同心円状にレーザ光を照射する。このような走査によりレイヤーＬ３ではステップＳ１で形成した穴よりやや深い穴を形成することができる。そしてレイヤーＬ４においてもこれと同様の半径Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３で同一位置にレーザ光の走査半径を順次小さく、基板の穴の表面を焦点位置として同心円状に繰り返す。更にレイヤーＬ５についてもレイヤーＬ３と同様に半径Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ５３として環状に順次レーザ走査半径を小さくしながら基板の穴の表面を焦点位置としてレーザ光を照射する。この第２ステップＳ２の照射を終了すると、図３（ｂ）に示すように図３（ａ）よりやや深い同心円状の穴を形成することができる。
【００１６】
次にステップＳ３において、図３（ｃ）に示すようにこの前回の同心円と中心が等しく最大の径がより小さい第３のステップで形成された基板の穴の表面を焦点位置として同心円状にレーザ光を照射する。第３ステップでは半径をＲ６１，Ｒ６２とする。こうすれば第３ステップを終了すると、より深い穴２１を形成することができる。
【００１７】
こうすればステップＳ１に比べてステップＳ２，Ｓ３では順次最外周のレーザ走査半径を徐々に小さくしているため、全てステップＳ１と同一の走査半径としている場合に比べて１つの穴に対するレーザの走査を高速で終了することができる。
【００１８】
図４はこの実施の形態による穴あけ加工時の加工レイアウトの一例を示す図である。本図に示すように穴間隔を例えば３００μｍ、穴径を５０μｍとし、縦横合わせて２５個の穴を集中してあけるものとする。この場合に２５個の穴に対してまず第１ステップＳ１の加工を行う。この穴あけ加工時に同時に低温空気発生器１８で発生した低温の空気をエアノズル１９よりエアブローとして吹き付ける。こうすればレーザ照射時の温度上昇を制御することができる。次いで全ての穴に対してステップＳ２の穴あけ処理を行う。この加工時にも同時に前述したように低温空気発生器１８で発生した低温の空気をエアブローとして吹き付ける。更に全ての穴に対して第３ステップＳ３の穴あけ加工を行う。この穴あけ加工時にも前述したように低温空気発生器１８で発生した低温の空気をエアブローとして吹き付ける。こうすれば加工領域の温度上昇を抑えることができ、クラックの抑制効果を得ることができる。又空気を吹き付けることで加工時に生じる粉塵の付着を少なくすることができる。
【００１９】
図５（ａ）はエアブローによる冷却を行わない場合の各ステップの出力の変化とクラックの発生状態を示す図である。ここではステップＳ１についてレーザ光の出力を１．２Ｗ〜２．４Ｗに変化させ、これに対応してステップＳ２，Ｓ３でレーザ光の出力を２Ｗ〜１０Ｗに変化させた場合のクラック発生状況を示している。低温空気の吹き付けによる冷却がなければ、ステップＳ１のレーザ出力レベルにかかわらず第２，第３ステップのレーザ出力が１０Ｗ，８Ｗの場合ではクラックが発生している。又第１ステップＳ１の出力が１．６Ｗ以上の場合に第２，第３ステップの出力が６Ｗであればクラックが生じる。第１ステップが２Ｗ以上の場合に第２，第３ステップの出力が４Ｗであればクラックが生じている。
【００２０】
これに対して図５（ｂ）に示すようにエアブローを併用した場合には、第１ステップＳ１の出力が１．６Ｗ以下であれば第２，第３ステップで８Ｗ以下の場合にクラックが生じることがない。従ってエアブローによる抑制効果があったと判断される。このためクラックを生じない範囲で高いレーザ出力でレーザ光を照射することができ、加工速度を高めることができる。
【００２１】
尚この実施の形態では図３に示すようにステップＳ１〜Ｓ３で順次最大走査半径を小さくして同心円状にレーザ光を照射するようにしているが、２以上のステップであれば任意の回数とすることができる。即ち第ｎ（ｎは２以上の自然数）のステップを用いて複数ステップＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）で順次走査半径を異ならせてレーザ光を照射し、穴を形成することができる。又各ステップでは、最も小さい走査半径から順次最大走査半径まで半径を大きくしながら走査してもよい。
【００２２】
尚この実施の形態では基板の加工装置を用いた穴あけ加工について説明しているが、本発明は穴あけ加工に限らず、レーザ光を直線的に移動させるように照射し、基板を切断する場合についても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明はサファイア基板や半導体ウエハ等の基板に多数の穴を形成したり、基板を切断するレーザ加工装置に好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  レーザ加工装置
１１  レーザ光源
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  ミラー
１３  ガルバノミラー
１４  コントローラ
１５  ｆθレンズ
１６  テーブル
１７  ＸＹステージ
１８  低温空気発生器
１９  エアノズル
２０  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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