(57)【要約】【課題】水を使うことなくワークを高速で加工可能であり、かつ加工面もきれいに仕上げることが可能なレーザ加工技術を実現する。【解決手段】比較的短波長の第１のレーザビームＬ1を出力する第１のレーザ発振器12と、第１のレーザビームＬ1を回転偏向させ、ワーク52表面における照射スポットを円周54に沿って移動させるビームローテータ16と、比較的長波長の第２のレーザビームＬ2を出力する第２のレーザ発振器20と、この第２のレーザビームＬ2をワーク52の表面における円周54の中心付近に照射させるミキシングミラー18を備えたレーザ加工装置10。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザ発振器から出射された比較的短波長の第１のレーザビームを回転偏向させ、ワーク表面における照射スポットを円周に沿って移動させる工程と、
第２のレーザ発振器から出射された比較的長波長の第２のレーザビームを、上記ワーク表面における円周の中心付近に照射させる工程とからなるレーザ加工方法。
【請求項２】
比較的短波長の第１のレーザビームを出力する第１のレーザ発振器と、
この第１のレーザビームを回転偏向させ、ワーク表面における照射スポットを円周に沿って移動させるビームローテータと、
比較的長波長の第２のレーザビームを出力する第２のレーザ発振器と、
この第２のレーザビームを上記ワーク表面における円周の中心付近に照射させる伝送手段とを備えたレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーザ加工技術に係り、特に、ワークに対するレーザビームを用いた切断や穴空け等の処理に好適なレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ等のワークに対して切断等の加工を施す場合、非特許文献１に示すように、これまでは主としてブレードカット方式が用いられてきた。これは、ダイサーやスライサーによってワークを機械的に切断する仕組みであるため、素子の高密度実装化に伴い、チップが欠けるチッピングが発生しやすくなるという問題が指摘されていた。
【０００３】
これに対し最近では、非接触でワークを切断する技術として、レーザー・マイクロジェットダイシング方式が登場している。これは、ウォータージェット水流によってガイドされたレーザビームでワークを加工するものであり、機械的負荷を大幅に低減できるため、チッピングの発生が抑制されるという利点を備えている。
【０００４】
さらに、レーザ加工の一方式として、非特許文献２に示すように、ビームローテータを用いた加工方法が提案されている。これは、微細加工に適したUVレーザやグリーンレーザなど比較的短波長のレーザビームを、ビームローテータを介して円形に偏向させ、ワークの表面における照射スポットを円軌道を描くように移動させることにより、円形の開口部を形成する技術である。この円形開口部を線状に移動させることにより、ワークの切断が実現される。
【０００５】
【非特許文献１】レーザー・マイクロジェット用粘着テープ（古河電工時報）  インターネットURL:http://furukawa.jp/jiho/fj110/fj110_21.pdf  検索日：平成１９年７月２３日
【非特許文献２】株式会社片岡製作所／加工例／ビームローテーターを用いた穴あけ  インターネットURL:http://www.kataoka-ss.co.jp/product/kakou06.html  検索日：平成１９年７月２３日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、上記のレーザー・マイクロジェットダイシング方式によれば、ワークへの機械的負荷を大幅に低減できるため、ブレードカット方式に比べチッピングの発生を抑制することが可能であり、切断速度の向上も期待できる。しかしながら、切断に際しては不可避的に大量の水を用いるため、耐水性の低いワークの切断には使えないという問題がある。
【０００７】
これに対し、上記のビームローテータを用いたレーザ加工方法の場合、加工に際して水を用いないため、加工対象の範囲が広がる利点がある。また、UVレーザやグリーンレーザ等、比較的短波長のレーザビームが用いられるため、加工面の仕上がりが滑らかになるという利点もある。しかし一方で、UVレーザやグリーンレーザは一般に大きな出力を得るのが困難であり、加工時間が長くなるという欠点があった。
【０００８】
この発明は、従来のレーザ加工方法が抱えていた上記問題点を解決するために案出されたものであり、水を使うことなくワークを高速で加工可能であり、かつ加工面も滑らかに仕上げることが可能なレーザ加工技術を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、この発明に係るレーザ加工方法は、第１のレーザ発振器から出射された比較的短波長の第１のレーザビームを回転偏向させ、ワーク表面における照射スポットを円周に沿って移動させる工程と、第２のレーザ発振器から出射された比較的長波長の第２のレーザビームを、上記ワーク表面における円周の中心付近に照射させる工程とからなることを特徴としている。
【００１０】
また、この発明に係るレーザ加工装置は、比較的短波長の第１のレーザビームを出力する第１のレーザ発振器と、この第１のレーザビームを回転偏向させ、ワーク表面における照射スポットを円周に沿って移動させるビームローテータと、比較的長波長の第２のレーザビームを出力する第２のレーザ発振器と、この第２のレーザビームを上記ワーク表面における円周の中心付近に照射させる伝送手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係るレーザ加工方法及びレーザ加工装置によれば、ワーク表面に比較的短波長の第１のレーザビームが円形を描くように照射されるため、加工面の滑らかな貫通孔を形成することが可能となる。しかも、その円周の中心付近に対して比較的長波長で高出力化し易い第２のレーザビームを照射する仕組みであるため、第１のレーザビームによる加工が促進され、第１のレーザビームのみによって加工する場合に比べ加工速度を飛躍的に高めることが可能となる。
また、水を一切使用しないドライ加工であるため、耐水性の低いワークに対しても有効に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、この発明に係るレーザ加工装置10の基本構成を示す模式図であり、微細加工用の第１のレーザビームＬ1を出力するための第１のレーザ発振器12と、第１の集光レンズ14と、ビームローテータ16と、ミキシングミラー18と、高速加工用の第２のレーザビームＬ2を出力するための第２のレーザ発振器20と、第１のコリメートレンズ22と、ビームスプリッタ24と、第２の集光レンズ26と、レーザノズル28と、第３の集光レンズ30と、CCD等の受光素子32と、パソコン34とを備えている。
【００１３】
上記第１のレーザビームＬ1としては、グリーンレーザやUVレーザ等、比較的短波長（例えば532nm波長）で加工面を滑らかに仕上げることが可能なものが選定される。この第１のレーザビームＬ1の出力としては、例えば５〜30Ｗの比較的低出力のものが選定できる。
また、上記第２のレーザビームＬ2としては、例えばファイバーレーザやDd:YAGレーザ等、比較的長波長（例えば1064nm波長）で高出力（例えば100〜200W）のものが選定される。
【００１４】
上記ビームローテータ16は、第１の回転光学系36と、第２のコリメートレンズ38と、第２の回転光学系40とを有している。第１の回転光学系36は、一対のウェッジプリズム42,44を備えており、各ウェッジプリズム42,44は任意の方向に回転調整可能に配置されている。第２の回転光学系40も、一対のウェッジプリズム46,48を備えており、各ウェッジプリズム46,48は任意の方向に回転調整可能に配置されている。第１の回転光学系36及び第２の回転光学系40は、図示しないモータによってそれぞれ独立して高速回転可能なように設置されている。
【００１５】
上記のミキシングミラー18は、第１の面18aに入射した第１のレーザビームＬ1を透過すると共に、第２の面18bに入射した第２のレーザビームＬ2を反射する特性を備えている。
また、上記のビームスプリッタ24は、第１の面24aに入射した第２のレーザビームＬ2を透過すると共に、第２の面24bに入射した可視光αを反射する特性を備えている。
【００１６】
上記レーザノズル28の上部開口部は、上記第２の集光レンズ26によって閉塞されている。また、このレーザノズル28の側面には分岐管50が設けられており、この分岐管50から高圧のエアがレーザノズル28内に供給される仕組みを備えている。
【００１７】
つぎに、このレーザ加工装置10を用いた加工方法について説明する。
まず、ビームローテータ16の第１の回転光学系36及び第２の回転光学系40を高速回転させた状態で、第１のレーザビームＬ1及び第２のレーザビームＬ2を出力させる。
【００１８】
第１のレーザ発振器12から出射された第１のレーザビームＬ1は、第１の集光レンズ14によって集光され、ビームローテータ16に入射する。そして、この第１のビームローテータ16によって円周上を移動するように回転偏向された後、ミキシングミラー18の第１の面18aを透過する。
この結果、図２に示すように、第１のレーザビームＬ1の照射スポット53がワーク（半導体ウェハ、ガラス、石英等）52の表面において円周54に沿って移動する。この第１のレーザビームＬ1のスポット径は、例えば30μｍ以下に設定されている。
【００１９】
また、第２のレーザ発振器20から出射された第２のレーザビームＬ2は、第１のコリメートレンズ22によって平行化された後、ビームスプリッタ24を透過し、ミキシングミラー18の第２の面18bでワーク52の方向に反射される。
この際、第２のレーザビームＬ2が上記円周54の中心部に照射されるように、ミキシングミラー18によって導かれる。この第２のレーザビームＬ2のスポット径は、例えば100μｍ以上に設定されている。
【００２０】
以上の結果、円形の貫通孔56がワーク52の表面に形成される。図１に示すように、この貫通孔56は、断面逆テーパ形状を備えている。
このまま各レーザビームの照射スポットを図示しないＸＹステージ等の作用によって線状に移動させることにより、ワーク52の表面に切断線58が形成され、ワーク52のカッティングが実現される。
【００２１】
加工に際しては、分岐管50からレーザノズル28内に高圧エアが供給され、下端開口部60からワーク52の表面に放出されるため、加工屑が有効に除去される。
また、ワーク52の表面で反射された可視光αは、受光素子32によって捕捉され、パソコン34の画面上に表示される。
【００２２】
上記第１の回転光学系36における各ウェッジプリズム42,44を適宜回転させ、相互間のウェッジ角の関係を調整することにより、第１のレーザビームＬ1のワーク52に対する入射角度を調整することができ、これにより貫通孔56のテーパ角度を加減することが可能となる。
【００２３】
また、上記第２の回転光学系40における各ウェッジプリズム46,48を適宜回転させ、相互間のウェッジ角の関係を調整することにより、第１のレーザビームＬ1のワーク52における回転半径を加減することができ、ワーク52に形成される貫通孔56の径を調整することが可能となる。
【００２４】
貫通孔56の内面は比較的波長の短い第１のレーザビームＬ1によって加工されるため、加工面（切断面）の表面を滑らかに仕上げることができる。また、上記円周54の中心付近には高出力で比較的波長の長い第２のレーザビームＬ2が照射されるため、第１のレーザビームＬ1による加工が促進され、加工の高速化を実現できる。
また、水を一切使用しないドライ工程で加工が完結するため、耐水性の低いワーク（例えば素子実装済み回路基板）への穴空けや切断に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係るレーザ加工装置の基本構成を示す模式図である。
【図２】ワーク表面における加工状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
10 レーザ加工装置
12 レーザ発振器
14 第１の集光レンズ
16 ビームローテータ
18 ミキシングミラー
18a ミキシングミラーの第１の面
18b ミキシングミラーの第２の面
20 第２のレーザ発振器
22 第１のコリメートレンズ
24 ビームスプリッタ
24a ビームスプリッタ第１の面
24b ビームスプリッタ第２の面
26 第２の集光レンズ
28 レーザノズル
30 第３の集光レンズ
32 受光素子
34 パソコン
36 第１の回転光学系
38 第２のコリメートレンズ
40 第２の回転光学系
42 ウェッジプリズム
44 ウェッジプリズム
46 ウェッジプリズム
48 ウェッジプリズム
50 分岐管
52 ワーク
53      第１のレーザビームの照射スポット
54 円周
56 貫通孔
58 切断線
60 レーザノズルの下端開口部
Ｌ1 第１のレーザビーム
Ｌ2 第２のレーザビーム
α 可視光
【図１】
2009050869.tif 000003
【図２】
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