(57)【要約】      （修正有）【課題】加工対象物の表面へのダメージを極力小さくすることができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供する。【解決手段】レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器２と、ワークＷを載置する載置テーブル３と、レーザ発振器２から出射されたレーザ光Ｌを集光して載置テーブル３上のワークＷに向かって照射する加工光学手段５と、ワークＷの上側に微小間隙を存して配設され、加工光学手段５の微小スポット径と略同径の中空導波路を有する導波路部材６と、を備え、中空導波路は、入射したレーザ光ＬをワークＷに伝送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ発振器と、
加工対象物を載置する載置テーブルと、
前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を集光して前記載置テーブル上の前記加工対象物に向かって照射する加工光学手段と、
前記加工対象物の上側に微小間隙を存して配設され、前記加工光学手段の微小スポット径と略同径の中空導波路を有する導波路部材と、を備え、
前記中空導波路は、入射したレーザ光を前記加工対象物に伝送することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記導波路部材は、前記加工光学手段側に装着されており、
前記導波路部材の前記中空導波路は、装着後の中実の前記導波路部材に前記レーザ光を照射して形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記導波路部材は、前記加工対象物と同一の材料、サファイアおよびダイヤモンドのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
加工対象物の上側に微小間隙を存して配設した被ダメージ部材に、集光したレーザ光を照射し、前記被ダメージ部材を穿孔すると共に穿孔した穿孔穴に前記レーザ光を伝送させて前記加工対象物を加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項５】
加工対象物の上側に微小間隙を存して配設した中空導波路を有する導波路部材の入射口に、集光したレーザ光を照射し、前記中空導波路を伝送させて前記加工対象物を加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、セラミック、金属、ガラス、プラスチック等に対し、穴あけ加工（穿孔加工）や切断加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のレーザ加工装置として、レンズ等を介して集光されたシングルモードのレーザ光を加工対象物に照射し、これを加工するレーザ加工装置が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−３４４９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような、従来のレーザ加工装置では、穴あけ加工および切断加工のいずれにあっても、加工対象物の表面が熱的ダメージを受ける問題がある。これは、レーザ加工が、加工対象物の表面に対し熱伝導段階、溶融段階、蒸発段階の順に進むが、初期段階では印加したエネルギーが散乱し、主に熱エネルギーとして消費され、加工が進むと印加したエネルギーが穿孔した穴を伝送して集約し、主に蒸発エネルギーとして消費されると考えられるからである。
【０００４】
本発明は、熱的ダメージが加工対象物の表面以外の部分では極めて小さいことに着目して為されたものであり、加工対象物の表面へのダメージを極力小さくすることができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、加工対象物を載置する載置テーブルと、レーザ発振器から出射されたレーザ光を集光して載置テーブル上の加工対象物に向かって照射する加工光学手段と、加工対象物の上側に微小間隙を存して配設され、加工光学手段の微小スポット径と略同径の中空導波路を有する導波路部材と、を備え、中空導波路は、入射したレーザ光を加工対象物に伝送することを特徴とするレーザ加工装置。
【０００６】
この構成によれば、レーザ光は、導波路部材の中空導波路を伝送することで、そのエネルギーが集約した状態で加工対象物に達する。このため、加工対象物に達したレーザ光は、そのエネルギーを減ずることなく加工対象物に照射され、加工対象物を瞬時に発熱から熱分解して、爆発的に蒸発させる。すなわち、従来の加工対象物に対する表面以外の部分の穿孔状態と同様のプロセスで、加工対象物を穿孔することができる。したがって、加工対象物の表面へのダメージを極力小さくすることができる。
【０００７】
この場合、導波路部材は、加工光学手段側に装着されており、導波路部材の中空導波路は、装着後の中実の導波路部材にレーザ光を照射して形成されたものであることが、好ましい。
【０００８】
この構成によれば、他の装置により導波路部材に中空導波路を予め形成しておく必要がなく、またレーザのスポット径や穿孔する穴径に合致した中空導波路を簡単に形成することができる。
【０００９】
これらの場合、導波路部材は、加工対象物と同一の材料、サファイアおよびダイヤモンドのいずれかで構成されていることが、好ましい。
【００１０】
この構成によれば、簡易に導波路部材を入手したい場合には、導波路部材を加工対象物と同一の材料にすればよいし、耐久性を考慮する場合には、導波路部材をサファイアやダイヤモンドで構成すればよい。但し、中空導波路を効率良く光伝送させるためには、導波路部材に屈折率の大きな材料、すなわちサファイアやダイヤモンドを用いることが、好ましい。
【００１１】
本発明のレーザ加工方法は、加工対象物の上側に微小間隙を存して配設した被ダメージ部材に、集光したレーザ光を照射し、被ダメージ部材を穿孔すると共に穿孔した穿孔穴にレーザ光を伝送させて加工対象物を加工することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、レーザ光は、先ず被ダメージ部材を穿孔し、穿孔した穿孔穴を伝送することで、そのエネルギーが集約した状態で加工対象物に達する。このため、加工対象物に達したレーザ光は、そのエネルギーを減ずることなく加工対象物に照射され、加工対象物を瞬時に発熱から熱分解して、爆発的に蒸発させる。すなわち、従来の加工対象物に対する表面以外の部分の穿孔状態と同様のプロセスで、加工対象物を穿孔することができる。したがって、加工対象物の表面へのダメージを極力小さくすることができる。
【００１３】
本発明の他のレーザ加工方法は、加工対象物の上側に微小間隙を存して配設した中空導波路を有する導波路部材の入射口に、集光したレーザ光を照射し、中空導波路を伝送させて加工対象物を加工することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、レーザ光は、導波路部材の中空導波路を伝送することで、そのエネルギーが集約した状態で加工対象物に達する。このため、加工対象物に達したレーザ光は、そのエネルギーを減ずることなく加工対象物に照射され、加工対象物を瞬時に発熱から熱分解して、爆発的に蒸発させる。すなわち、従来の加工対象物に対する表面以外の部分の穿孔状態と同様のプロセスで、加工対象物を穿孔することができる。したがって、加工対象物の表面へのダメージを極力小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を使用して半導体ウェハ等のワーク（加工対象物）Ｗのダイシング（切断加工）やスクライブ（溝加工）を行うものである。
【００１６】
図１で示すように、レーザ加工装置１は、ＹＡＧレーザを出射するレーザ発振器２と、ワークＷを位置決め状態で載置するワークテーブル（載置テーブル）３と、ワークテーブル３を介してワークＷをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸＹテーブル４と、レーザ発振器２から出射されたレーザ光ＬをワークＷの表面上に導くと共に所定の微小スポット径に集光させる加工光学系（加工光学手段）５と、加工光学系５の下方においてワークＷに対して接触しない程度に接近させて設置された導波路部材６と、ＸＹテーブル４およびレーザ発振器２に接続された制御装置７と、を備えている。ＸＹテーブル４は、直接架台８上に設置されており、また図示では省略したが、架台８上には、上記のレーザ発振器２、加工光学系５および導波路部材６を支持するフレームが設置されている。
【００１７】
ワークＷは、エキスパンドシートに貼着され且つ位置決め状態でワークテーブル３に搭載されている。ワークテーブル３は、例えばワークＷを真空吸着或いはクランプする機構を有し、位置決めされたワークＷが不動にセットされるようになっている。
【００１８】
ＸＹテーブル４は、架台８上に設置したモータ駆動のＸ軸テーブル１１と、Ｘ軸テーブル１１上に搭載したモータ駆動のＹ軸テーブル１２と、から成り、Ｙ軸テーブル１２上にワークテーブル３が搭載されている。加工光学系５により集光されたレーザ光Ｌのビームスポット（集光位置）に対し、ワークＷが任意の位置に来るようにＸＹテーブル４が、ワークＷを水平面（ＸＹ平面）内で適宜移動させるようになっている。これにより、ワークＷは縦横格子状に切断加工される。また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に同時にワークＷを移動させれば、ワークＷを曲線的に切断加工することも可能である。
【００１９】
加工光学系５は、レーザ発振器２からのレーザ光Ｌを反射し、ＸＹテーブル４に対し垂直な方向へ導く偏向ミラー１４と、偏向ミラー１４によって偏向されたレーザ光Ｌを所定の微小スポット径に集光させる集光レンズユニット１５を有している。なお、加工光学系５に、ワークＷを切断するために必要な不活性ガス（窒素等）をレーザ光Ｌの光軸に沿って噴出させるアシストガスノズルを組み込んだ構成としてもよい。また、偏向ミラー１４に代えて、光ファイバにより集光レンズユニット１５にレーザ光Ｌを伝送するようにしてもよい。
【００２０】
制御装置７は、上記のようにＸＹテーブル４およびレーザ発振器２にケーブル接続されており、加工に際し、レーザ発振器２によるレーザ光Ｌの照射を制御すると共に、この照射に同期してＸＹテーブル４の移動動作を制御する。
【００２１】
図２に示すように、導波路部材６は、移動するワークＷに接触しない程度の微小間隙を存して、ワークＷの上側に配設されており、サファイアやダイヤモンドで構成されている。導波路部材６の軸心には、上記の微小スポット径と略同径、すなわち穿孔される穴径と略同径の中空導波路（貫通穴）１７が形成されている。中空導波路１７の入射口１７ａに集光されたレーザ光Ｌは、中空導波路１７を伝送してワークＷに照射され、ワークＷを穴あけ加工する。なお、上記の微小間隙は、ワークＷ表面の仕上げ状態にもよるが、実施形態のものでは５〜１０μｍ程度に設定されている。
【００２２】
ところで、導波路部材６は、中空導波路１７の形成されていない中実の導波路部材（被ダメージ部材）を装置にセットし、最初の装置稼動（ワーク加工）でこれにレーザ光Ｌを照射して中空導波路１７を形成するようにしてもよい。このようにすれば、導波路部材６に中空導波路１７を予め形成しておく必要がなく、且つレーザ光Ｌのスポット径や穿孔する穴径に合致した中空導波路１７を形成することができる。また、導波路部材６を、ワークＷと同一の材料、すなわち半導体ウェハから切り出したチップで構成することも可能である。
【００２３】
このような構成によれば、穴あけ加工の際に、レーザ光Ｌは、導波路部材６の中空導波路１７を伝送することで、そのエネルギーが集約した状態でワークＷに達する。このため、ワークＷに達したレーザ光Ｌは、そのエネルギーを減ずることなくワークＷに照射され、ワークＷを瞬時に発熱から熱分解して、爆発的に蒸発させる。したがって、ワークＷの表面へのダメージを極力小さくすることができる。また、この穴あけ加工、すなわちピアス加工に続いてワークＷを移動させることでピアス切断が可能になる。また、レーザ光Ｌを照射した状態で、ワークＷの端面から切断を開始すれば、いわゆる端面切りが可能になる。さらに、レーザ発振器２を適宜制御すれば、溝加工も可能になる。
【００２４】
なお、本実施形態では、ＹＡＧレーザを用いたが、本発明はＣＯ２レーザやエキシマレーザ等を用いたレーザ加工装置に適用可能である。また、上記の半導体の他、セラミック、金属、ガラス、プラスチック等の各種加工に適用可能である。さらに、実施形態のレーザ加工装置はワークを移動させるワーク移動方式であるが、これを光移動方式（ミラー移動）や両者を併用した併用方式としてもよい。もちろん、本発明のレーザ加工装置を、産業用ロボットやＮＣ加工機に組み込むことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成を模式的に表した概略斜視図である。
【図２】実施形態に係るレーザ加工装置の被ダメージ部材廻りを模式的に表して概略側面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：レーザ加工装置  ２：レーザ発振器  ３：ワークテーブル  ４：ＸＹテーブル  ５：加工光学系  ６：導波路部材  １７：中空導波路  Ｌ：レーザ光  Ｗ：ワーク
【図１】
2007203355.tif 000003
【図２】
2007203355.tif 000004