JP2010036196A - レーザスクライブ方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を複雑化することなく、少ないエネルギーで、より深いスクライブ溝を形成し、あるいはスクライブ速度を向上させる。
【解決手段】スクライブ方向に並ぶ複数のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２を、互いに分離された状態でワークＷに対して形成するとともに、複数のビームスポットＢＳ１、ＢＳ２をスクライブ方向に移動させてワークＷにライン状のスクライブ溝ＳＬを形成するレーザスクライブ方法に関する。複数のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２は、単一束のレーザ光ＬＢから得られるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークにライン状のスクライブ溝を形成するための方法および装置に関する。

ワークに分割用のスクライブ溝や孔を形成するための方法としては、レーザ光源からレーザ光をワークに集光照射しつつ、ワークにおけるレーザ光の照射位置を移動させる方法が一般的である。セラミックス等のレーザスクライブでは、通常Ｑスイッチレーザがレーザ光源として使用される。

スクライブ溝は、その溝や孔の深さが大きいほどワークの切断を容易かつ確実に行なえるために好ましい。しかしながら、溝や孔の深さを大きくするためには、レーザワーク位置での集光レーザのパワー密度またはエネルギー密度を高くる必要がある。そのため、レーザの出力パワーが制限される場合には、レーザ光の照射時間を長くする（レーザ光の走査速度を小さくする）ことでより深いスクライブ溝を実現することができるが、生産性は落ちてしまう。従って、所定の深さを持つスクライブ溝を高速スクライブするためにはレーザ光の出力を大きくする必要があるが、レーザが高価となり好ましくない。

レーザスクライブでは、ワークの切断を容易かつ確実ならしめるために、その他に種々の改良も行なわれている。

その一例として、複数のパルスレーザビームをワークに照射するとともに、複数のパルスレーザビームの照射位置を移動させる方法がある。複数のパルスレーザビームの照射位置は、先に複数のパルスレーザビームによって形成された孔にパルスレーザビームに照射されるように移動させられる（たとえば特許文献１参照）。

このような方法では、先に孔が形成された部分にレーザ光が照射されるように制御する必要があるために装置が複雑化し、コスト的にも不利である。

ＷＯ２００６／００６８５０号パンフレット

本発明は、装置構成を複雑化することなく、少ないエネルギーで、より深いスクライブ溝を形成し、あるいはスクライブ速度を向上させることを課題としている。

本発明の第１の側面では、スクライブ方向に並ぶ複数のビームスポットを、互いに分離された状態でワークに対して形成するとともに、前記複数のビームスポットを前記スクライブ方向に移動させて前記ワークにライン状のスクライブ溝を形成するレーザスクライブ方法であって、前記複数のビームスポットは、単一束のレーザ光から得られるものであることを特徴とする、レーザスクライブ方法が提供される。

好ましくは、前記複数のビームスポットは、前記単一束のレーザ光を複数束のレーザ光に分離するとともに、前記複数束のレーザ光のそれぞれを集束して得られる。

前記単一束のレーザ光は、たとえば複屈折素子よって前記複数束のレーザ光に分離される。前記複屈折素子は、たとえばウエッジ付の水晶板、またはウオラストンプリズムなどの複像プリズムである。この場合、前記単一束のレーザ光は、たとえば前記水晶板によって互いに偏光方向が直交する常光成分と異常光成分に分離される。

好ましくは、前記単一束のレーザ光の分離方向は、前記複数のレーザスポットの移動方向に一致させられる。

前記複数のレーザスポットの分離方向は、たとえば前記複屈折素子を回転させることにより選択される。

前記複数のビームスポットの径は、たとえば１〜２００μｍである。

前記複数のビームスポットにおける互いに隣接するビームスポットどうしの中心間距離は、たとえばスポット径の２〜１０倍である。

前記ワークは、たとえば硬脆性材料である。好ましくは、前記ワークは、セラミックス、シリコン、あるいはサファイアを母材とするものである。

本発明の第２の側面では、ワークに対してライン状のスクライブ溝を形成するための装置であって、単一束のレーザ光を出射するためのレーザ光源と、前記単一束のレーザ光をスクライブ方向に沿って複数束のレーザ光に分離するための分離手段と、前記複数束のレーザ光のそれぞれを集光するための集光手段と、前記複数束のレーザ光とワークを相対移動させる光走査手段と、を備えたことを特徴とする、レーザスクライブ装置が提供される。

前記分離手段は、たとえばウエッジ付き複屈折素子である。前記複屈折素子は、たとえば水晶板、またはウオラストンプリズムなどの複像プリズムである。

本発明のレーザスクライブ装置は、前記分離手段を光軸周りに回転させる機構をさらに備えていてもよい。

前記レーザ光源は、たとえば直線偏光のレーザ光を出射可能なものである。この場合、本発明のレーザスクライブ装置は、前記レーザ光の偏光方向を光軸に対して回転させるための１／２波長板をさらに備えているのが好ましい。

本発明のレーザスクライブ装置は、前記複数束のレーザ光のそれぞれを、直線偏光から円偏光に変えるための１／４波長板をさらに備えていてもよい。この場合、本発明のレーザスクライブ装置は、前記１／４波長板を光軸周りの回転させる機構をさらに備えているのが好ましい。

前記レーザ光源は、円偏光またはランダム偏光のレーザ光を出射可能なものであってもよい。

好ましくは、前記集光手段は、前記複数束のレーザ光のそれぞれにおけるビームスポットが前記ワークにおいて互いに分離された状態で形成されるように選定された焦点距離を持つものである。

本発明によれば、単一束のレーザ光から複数束のビームスポットを形成してワークにレーザ光が照射されるため、レーザ光のエネルギーを有効に利用して効率良くライン状のスクライブ溝を形成することができる。たとえば、単一束のレーザ光を複数束のレーザ光に分離してワークにレーザ光を照射した場合、単一束のレーザ光を分離せずにワークに照射する場合に比べて、同一のレーザパワーを有する単一束のレーザ光を利用しても、レーザ光（ビームスポット）の走査速度が同じであっても、より深いスクライブ溝を形成することができ、あるいは目的とするスクライブ溝を形成する場合に走査速度を大きく設定できる。

また、単一束のレーザ光を複数束のビームスポットに分離するためには、たとえば複屈折素子を配置するだけでよいため、装置構成を複雑化することもない。さらに、先に形成された孔にビームスポットを位置合わせして照射する必要もないため、ビームスポットの移動を制御するのも容易である。

以下においては、本発明の実施の形態を図１ないし図８を参照しつつ説明する。

本発明を説明するに当たって、まず図１を参照しつつ、ライン状のスクライブ溝ＳＬが形成されたワークＷについて説明する。

ワークＷは、半導体素子やチップ抵抗器などの電子部品のための集合基板やウエハである。このワークＷは、たとえばセラミックス、シリコンあるいはサファイアなどの硬脆材料を主材料とするものである。このようなワークＷは、ライン状のスクライブ溝ＳＬによって規定される個々の領域が個別の半導体素子やチップ抵抗器などの電子部品を構成するものであり、スクライブ溝ＳＬに沿って切断することにより多数個の電子部品を得ることができるものである。スクライブ溝ＳＬの形成は、電子部品の種類に応じてタイミングが選択されるが、電子素子を造り込む前、電子素子を造り込んだ後、あるいは電子素子の一部を造りこんだ後に形成される。

図２に示したスクライブ装置１は、レーザ光源２、ビームエキスパンダ３、１/２波長板４、複屈折素子５、反射板６、１/４波長板７、集光レンズ８およびステージ９を備えている。

レーザ光源２は、ワークＷにおける光吸収の大きな波長のレーザ光ＬＢを出射するものが一般的である。本実施例では、レーザ光源２は、空間的に固定されたものであるとする。レーザ光源２としては、多光子吸収を利用した加工を行うために、ワークＷに対して透明となる発振波長を持つレーザを使っても良い。使用するレーザ光ＬＢは、偏光が直線偏光が一般的であるが、円偏光あるいはランダム偏光でもよい。レーザ光ＬＢの波長は、ワークＷの光学特性および必要とするスクライブ溝幅に合わせて、赤外、可視、紫外域の中から選択される。このようなレーザ光源２としては、ＹＡＧレーザ（たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ）やファイバーレーザなどの固体レーザおよびその高調波を使用することができる。

なお、レーザ光ＬＢの発振スペクトル幅が広い場合は、複屈折素子５によって明確なスポットに分離することができないため、スペクトル幅の狭いレーザであるほうが好ましい。

ビームエキスパンダ３は、レーザ光源２から出射された単一束のレーザ光ＬＢのビーム径を拡張するためのものである。レーザ光源２から出射されたレーザ光ＬＢは、このビームエキスパンダ３によってその径が使用する集光レンズの入射瞳径に適合するように通常２〜１０倍に拡張される。ビームエキスパンダ３は、レーザ光ＬＢの出射ビーム径が集光レンズの入射瞳径に対して十分大きければは不要である。

１/２波長板４は、レーザ光ＬＢが直線偏光の場合、その偏光方向を光軸周りに回転させ、複屈折素子５の結晶軸と偏光方向の成す角度を変えるためのものである。レーザ光ＬＢの偏光方向と複屈折素子５の結晶軸の成す角度は通常４５度に設定され、これによって分離されるレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の強度比は１：１となる。また、複屈折素子５として図示した例のようにウエッジ付きの水晶板を使用する場合には、複屈折素子５の結晶軸およびウエッジ角方向とレーザ光ＬＢの偏光方向との成す角度を制御することにより、ＬＢ１とＬＢ２の強度比を制御することができる。レーザ光ＬＢが円偏光やランダム偏光の場合は、このような制御はできないため、１／２波長板は当然不要である。

複屈折素子５は、入射した単一束のレーザ光ＬＢを進行方向の異なる複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２に分離するためのものである。この複屈折素子５は、レーザ光ＬＢの光電場ベクトルを常光成分と異常光成分に分離する。この常光成分と異常光成分の強度比は、入射するレーザ光の偏光方向（光電場ベクトルの方向）と複屈折素子５の結晶軸の成す角度によって決定される。さらに複屈折素子５にはウエッジ角が付けられているため、常光に対する屈折率と異常光に対する屈折率が異なることからプリズムとして機能する。これによって複屈折素子５を透過したレーザ光ＬＢは、偏光方向が互いに直交する常光と異常光に分離され、ウエッジ角方向に異なる出射角度をもって進行する２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２に分離される。レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の分離方向をスクライブ方向に一致させるために、複屈折素子５を光軸周りに回転させる機構があるが、図３においては省略されている。

また、ウエッジ角のために複屈折素子５を透過したレーザ光の進行方向が入射レーザ光軸と異なるため、これを補正するためのウエッジプリズムを光路中に挿入してもよい。

この水晶板においては、ウエッジ角度（水晶板における光入射面５０と光出射面５１の交差角度）θ、レーザ光ＬＢの波長および集光レンズ８の焦点距離に応じて、ワークＷに形成されるビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の離間距離（中心間距離）ＩＮを規定することができる。例えばレーザ光ＬＢの波長を１．０６４μｍ、集光レンズ８の焦点距離を１００ｍｍとした場合、離間距離ＩＮを６０μｍに設定するためには、ウエッジ角度θは約２度に設定される。

複屈折素子５としては、図示したウエッジ付きの水晶板以外に、複像プリズムを使用することもできる。複像プリズムとは、分離した常光と異常光の一方を遮断することなく別々の方向に分けて送り出すようにしたプリズムで、代表的なものとしてウオラストンプリズムが挙げられる。

図２に示した反射板６は、複屈折素子５から出射された複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の光路を変えて集光レンズ８に導くためのものである。反射板６としては、全反射ミラーなど公知のものを使用することができる。

１/４波長板７は、複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２のそれぞれを直線偏光から円偏光に変えるためのものであり、必要に応じて複屈折素子５と集光レンズ８の間に配置される。１／４波長板７の結晶軸がレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２の偏光方向に対して共に４５度の角度をなすように光路中に挿入することで、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２のそれぞれを円偏光とすることができる。一般的に偏光方向とスクライブ方向との成す角度によってスクライブ特性が変化するため、直線偏光を円偏光に変換して偏光の影響を受け難いスクライブ加工を実現することになる。図３においては図示されていないが、曲線状のスクライブを行う場合など、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の分離方向（偏光方向）を連続的に変化させる必要がある場合には、それに合わせて１／４波長板７を回転する機構が必要であることはいうまでも無い。

図２、図４および図５に示したように、集光レンズ８は、複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２のそれぞれを集光し、ワークＷ上に複数のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２を形成するためのものである。集光レンズ８としては、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を目的とするスポット径ＳＤ１，ＳＤ２に集束できるものであればよい。ワークＷ上に形成されるビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の径ＳＤ１，ＳＤ２は、たとえば１〜２００μｍとされる。このようなスポット径ＳＤ１，ＳＤ２のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２をワークＷ上に形成する場合には、集光レンズ８としては、たとえば焦点距離が２〜５００ｍｍに設定されたものが使用されるが、集光レンズに入射するレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２のビーム径およびその波長が関係していることはいうまでもない。

ステージ９は、ワークＷを支持するためのものであり、たとえばＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の３方向に移動可能とされている。本実施例では、レーザ光源２（レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２）が空間的に固定されているため、ステージ９の移動によってワークＷを相対的にレーザ光ＬＢ１、ＬＢ２が移動させられる。もちろん、ワークＷを空間的に固定し、レーザ光ＬＢ１、ＬＢ２を相対的に移動させるガルバノメータスキャナ等の手段を用いることができることはいうまでもない。ステージ９に支持されたワークＷは、ステージ９の移動方向を制御することによりビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の移動軌跡を制御することができ、またステージ９の移動速度を制御することによりビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の移動速度（スクライブ速度）ＳＰを制御することができる。

図２において、ビームスポットＢＳ１，ＢＳ２はスクライブ方向と平行に分離する必要があるため、ステージ９の移動方向に合わせて、複屈折素子５を光軸周りに回転させる。例えば、図１に示したようなＸＹ方向だけの格子状のスクライブを行う場合は、複屈折素子５を０度または９０度回転させる制御を行う。図２に示したように、紙面に水平な方向（図示した例ではＸ方向）にスクライブする場合には複屈折素子５のウエッジ角方向が紙面内で最大角となるように設置する。一方、紙面に垂直な方向（図示した例ではＹ方向）にスクライブする場合には、複屈折素子５を光軸に対して９０度回転させ、ウエッジ角方向を紙面に垂直にしてスポットがスクライブ方向に一致するように制御する。１／４板７を挿入しない場合には、ビームスポットＢＳ１とビームスポットＢＳ２の偏光方向が異なるため、ウエッジ角の回転方向を＋９０度にするか−９０度にするかことによって、スクライブ時の先行するスポットの偏光方向を選択することができる。０度の場合もウエッジ角の回転方向を０度か１８０度かを選択することで同じ制御が可能となる。これによって、より加工対象物に適合したスクライブ方法を選択することが可能となる。

次に、スクライブ装置１を用いたスクライブ溝ＳＬの形成方法について説明する。

スクライブ装置１を用いてスクライブ溝ＳＬを形成する場合には、レーザ光源２からレーザ光ＬＢを出射させつつ、ワークＷに対してビームスポットＢＭ１，ＢＭ２を相対的にスクライブ方向（Ｘ方向あるいはＹ方向）に移動させる。

レーザ光源２から出射されるレーザ光ＬＢは直線偏光で波長が基本波、ＳＨＧ（第二高調波）、ＴＨＧ（第三高調波）、あるいはＦＨＧ（第四高調波）である。このようなレーザ光ＬＢは、ワークＷの表面での平均出力が例えば０．１Ｗ〜２００Ｗとなるように、ＣＷ（連続発振）光または周波数が１００Ｈｚ〜１ＧＨｚのパルスとして出射される。Ｑスイッチレーザの場合は、そのパルス幅はワークＷの材料特性に適合した値を持つレーザが選定される。

ワークＷに対するビームスポットＢＭ１，ＢＭ２の相対的な移動は、ワークＷを移動させる方法、集光レンズ８を移動させる方法、あるいはビームＬＢ１、ＬＢ２をガルバノメータスキャナ等の手段を用いる方法により行うことができるが、通常はステージ９の移動により行なわれる。ワークＷに対するビームスポットＢＭ１，ＢＭ２の相対的な移動速度（スクライブ速度）ＳＰは、たとえば１〜１０００ｍｍ／ｓｅｃに設定される。

レーザ光源２から出射された単一束のレーザ光ＬＢは、ビームエキスパンダ３によって集光レンズに適合したビーム径となるように拡大された後に１／２波長板４を透過する。

１／２波長板４を透過した単一束のレーザ光ＬＢは、直線偏光の場合にはレーザ光ＬＢが所定の角度だけ偏光方向を回転され、複屈折素子５を透過する。レーザ光ＬＢは、複屈折素子５を透過するときに進行方向の異なる複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２に分離される。このとき、複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の分離角度は、複屈折素子５としてウエッジ付の水晶板を使用する場合にはウエッジ角とレーザ波長により規定することができる。また、複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の分離角度と集光レンズ８の焦点距離に応じてワークＷ上に形成されるビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の離間距離ＩＮを規定することができる。

複屈折素子５を透過した複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、反射板６において光路を変えられた後に１／４波長板７を透過する。１／４波長板７を透過した複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、直線偏光から円偏光に変換された後に集光レンズ８に入射される。なお、１／４波長板７は、直線偏光をワークＷに照射するときとレーザ加工の特性を変えるものであるが、省略することもできる。

集光レンズ８に入射した複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、それぞれ集束されてワークＷ上にビームスポットＢＳ１，ＢＳ２を形成する。ビームスポットＢＳ１，ＢＳ２のスポット径ＳＤ１，ＳＤ２は、集光レンズ８へ入射するレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２のビーム径、集光レンズ８の焦点距離により決定される。焦点位置またはビームウエスト位置をワークＷの表面に形成するか、ワークＷの内部に形成するかによって、ワークＷ表面上のスポット径ＳＤ１、ＳＤ２を制御することも可能である。

図６（ａ）および図７（ａ）には、１ショットのレーザ光ＬＢを出射したときのワークＷの状態を示した。ワークＷには、一度に２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が照射されるために、２つの孔Ｈ１，Ｈ２が同時に形成される。

図６（ｂ）および図７（ｂ）示したように、ワークＷを所定のスクライブ速度ＳＰ（たとえば１〜１０００ｍｍ／ｓｅｃ）で移動させつつ、レーザ光源２から２ショット目のレーザ光ＬＢを出射させた場合、それぞれのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２に関して先に形成された孔Ｈ１，Ｈ２に連続するよう新たな孔Ｈ１，Ｈ２が形成される。このようなレーザ光ＬＢのパルス発振を繰り返し行ないつつビームスポットＢＳ１、ＢＳ２を移動させることにより、図６（ｃ）に示したようにビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の軌跡がスクライブ方向に連なる。その結果、図８に示したようにワークＷにはスクライブ方向に沿った溝Ｌが形成される。ビームスポットＢＳ１，ＢＳ２を目的とする軌跡を辿るようにステージ９をＸ方向あるいはＹ方向に移動させ、スクライブ方向をＸ方向とＹ方向との間で切り替えるときに複屈折素子５や１／４波長板７を回転させることにより、図１に示したようにワークＷに目的とするスクライブ溝ＳＬが形成される。

このように、スクライブ装置１では、先に形成された孔にビームスポットＢＳ１，ＢＳ２を位置合わせしてレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を照射する必要もないため、複雑な制御を必要となることなく、ビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の移動の制御を容易に行なえる。また、単一束のレーザ光ＬＢを複数束のビームスポットＬＢ１，ＬＢ２に分離するためには、たとえば複屈折素子５としてウエッジ付きの水晶板を配置するだけでよいため、レーザ光ＬＢを分離する構成を採用するとしてもレーザスクライブ装置１の構成がさほど複雑化することもない。

スクライブ装置１は、単一束のレーザ光ＬＢから形成される複数のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２をワークＷに照射してワークＷにスクライブ溝ＳＬを形成するものである。このような手法によると、後述した実施例の結果からも分かるように単一束のレーザ光ＬＢから複数束のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２を形成してワークＷにレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２が照射されるため、レーザ光ＬＢのエネルギーを有効に利用して効率良くライン状のスクライブ溝ＳＬを形成することができる。たとえば、単一束のレーザ光ＬＢを複数束のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２に分離してワークＷに照射した場合、単一束のレーザ光ＬＢを分離せずにワークＷに照射する場合に比べて、同一のレーザパワーを有する単一束のレーザ光ＬＢを利用し、レーザ光ＬＢ（ビームスポットＢＳ１，ＢＳ２）の走査速度（スクライブ速度）ＳＰが同じであっても、より深いスクライブ溝ＳＬを形成することができ、あるいは目的とするスクライブ溝ＳＬを形成する場合にスクライブ速度ＳＰを大きく設定できる。

このような効果が得られるのは、他の要因も考えられるが、主として以下の理由により、レーザ光ＬＢのエネルギーを有効に利用して効率良くスクライブ溝ＳＬを形成することができるためであると考えられる。

第１の理由は、プラズマによるエネルギー（光子）の吸収に起因するものである。すなわち、ワークＷにレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２としてパルス状のレーザ光を照射すると、各照射パルスの初期段階でワークＷの材料が溶融・気化してプラズマが生成され、その後のパルスレーザ光がプラズマによって吸収されてしまう。そのため、スクライブ溝の奥まで到達するレーザの光量が減り、その結果、深いスクライブ溝の形成ができ難くなる。

一方、複数のビームスポットＢＳ１，ＢＳ２をスクライブ方向に分離して形成した場合、スクライブ溝ＳＬの形成時にはスクライブ方向に先行するビームスポットＢＳ２をビームスポットＢＳ１が追いかけるかたちとなる。そのため、ビームスポットＢＳ２によって生成されたプラズマが消滅した後に、先のレーザ光ＬＢ２の照射位置（ビームスポットＢＳ２）の近傍にビームスポットＢＳ１を照射することが可能となる。すなわち、レーザ光ＬＢ１を照射する時点で既にプラズマが減少した領域近傍にレーザ光ＬＢ１を照射することが可能となる。その結果、プラズマによる吸収（エネルギーロス）を避けることができて照射エネルギーを有効に利用できるために、スクライブ溝ＳＬの深さを大きくできるものと考えられる。

第２の理由は、レーザ光ＬＢ１のスクライブ溝内での多重反射と吸収に起因するものである。上述のように、加工領域で発生したプラズマによるレーザ光の吸収が軽減されると、後続のレーザビームは初期に形成されたスクライブ加工溝の底まで進行していくことが可能となる。スクライブ溝に進行した後続のレーザ光は、溝側面で反射を繰り返しながら溝の奥まで進行し、その間にワークＷに吸収されていく。平面状のワーク面にレーザ光ＬＢ１を照射する場合に比べて予め孔Ｈ２が形成されている位置にレーザ光ＬＢ１を照射するほうが溝側面による多重反射と吸収の恩恵を受けやすく、レーザ光ＬＢ１のエネルギーを有効に利用することができる。その結果、レーザ光ＬＢ１の照射位置（ビームスポットＢＳ１）において照射エネルギーを有効に利用できるため、スクライブ溝ＳＬの深さを大きくできるものと考えられる。また、レーザ光ＬＢ２の照射により、後続のＬＢ１が照射される時点では、ワークＷの照射部位の温度が高温な状態を保っている。一般的に材料の反射率は高温では低下するため、レーザ光ＬＢ１の吸収はより効率良く行われることになる。

以下においては、レーザ光源から出射されたレーザ光を分離して複数のビームスポットを形成可能なレーザスクライブ装置（本案装置）を用いてワークにスクライブ溝を形成した場合に、デフォーカス位置と溝の深さの関係を検討した。

レーザスクライブ装置としては、図２に示したレーザスクライブ装置において、１／４波長板を省略した構成のものを使用した。

レーザ光源としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、出力１０Ｗ）を用いた。レーザ光の出力特性は表１に示したように設定した。

複屈折素子としては、ウエッジ角が２°の水晶板を使用した。

集光レンズとしては、焦点距離ｆが５０ｍｍのレンズを使用した。

ワークとしては、厚みが０．２８ｍｍのアルミナセラミクスを使用した。

スクライブ速度（ビームスポットの移動速度）ＳＰは５０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。

スクライブ溝の深さは、焦点位置と、この焦点位置からずれ量（デフォーカス距離）が異なる各所（１０μｍピッチ）において測定した。同一のデフォーカス距離での深さの測定は基本として３箇所について行なった。スクライブ深さは、スクライブ溝の断面を、スケール付ステージを有する測定顕微鏡（ニコン製）を用いて観察するとともに、スケールのメモリを読み取ることにより測定した。

同一のデフォーカス距離での深さの測定結果の平均値を、デフォーカス距離とスクライブ深さとの関係として図９に示した。図９のグラフにおいては、本案装置を用いた場合の測定結果（プロット点）とそれらの近似曲線を実線で示した。

一方、比較として、レーザ光源から出射されたレーザ光を分離せずに単一のビームスポットによってスクライブ溝を形成した従来方式による場合についても測定した。表１に示したように、比較方法では、本案のレーザスクライブ装置において、複屈折素子および１／２波長板を省略したスクライブ装置（比較装置）を用いてワークにスクライブ溝を形成した。図９に同一のデフォーカス距離における測定平均値とそれらの近似曲線を点線で示した。

図９より、本案装置によりスクライブ溝を形成した場合と比較装置によりスクライブ溝を形成したときとを比べた場合、焦点位置およびデフォーカス位置のそれぞれにおいて、本案装置のほうがスクライブ溝の深さが大きくなっていた。

したがって、本案装置を用いた場合のように、単一束のレーザ光を分離して複数のビームスポットをワークに照射してスクライブ溝を形成した場合、同一のレーザパワーの単一束のレーザ光を単一のビームスポットを形成してワークにスクライブ溝を形成する場合に比べて、ビームスポットの走査速度（スクライブ速度）が同じであっても、より深いスクライブ溝を形成することができることが確認された。

スクライブ溝を形成したワークの斜視図である。 本発明に係るレーザスクライブ装置の一例を示す概略構成図である。 図２に示したレーザスクライブ装置の要部を拡大して示した概略図である。 集光レンズから出射したレーザビームの状態を示す斜視図である。 ワークに照射されるビームスポットの状態を示す平面図である。 図６（ａ）ないし図６（ｃ）はビームスポットの走査状態を説明するための平面図である。 図７（ａ）はワークにレーザビームを照射したときの断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の状態からレーザビームを移動させたときの断面図である。 レーザビームを移動させてワークに照射した後のワークの要部を示す斜視図である。 実施例におけるスクライブ深さの測定結果をデフォーカス位置との関係で示したグラフである。

符号の説明

１ レーザスクライブ装置
２ レーザ光源
４ 複屈折素子（水晶素子）
８ 集光レンズ
９ ステージ（光走査手段）
ＬＢ （単一束の）レーザ光
ＬＢ１，ＬＢ２ （複数束の）レーザ光
ＢＳ１，ＢＳ２ ビームスポット
ＳＬ スクライブ溝
Ｗ ワーク

Claims (18)

1. スクライブ方向に並ぶ複数のビームスポットを、互いに分離された状態でワークに対して形成するとともに、前記複数のビームスポットを前記スクライブ方向に移動させて前記ワークにライン状のスクライブ溝を形成するレーザスクライブ方法であって、
   前記複数のビームスポットは、単一束のレーザ光から得られるものであることを特徴とする、レーザスクライブ方法。
2. 前記複数のビームスポットは、前記単一束のレーザ光を複数束のレーザ光に分離するとともに、前記複数束のレーザ光のそれぞれを集束して得られる、請求項１に記載のレーザスクライブ方法。
3. 前記単一束のレーザ光は、複屈折素子よって前記複数束のレーザ光に分離される、請求項２に記載のレーザスクライブ方法。
4. 前記複屈折素子は、ウエッジ付の水晶板である、請求項３に記載のレーザスクライブ方法。
5. 前記複屈折素子は、複像プリズムである、請求項３に記載のレーザスクライブ方法。
6. 前記単一束のレーザ光は、前記複屈折素子によって互いに偏光方向が直交する常光成分と異常光成分に分離される、請求項４または５に記載のレーザスクライブ方法。
7. 前記単一束のレーザ光の分離方向は、前記複数のレーザスポットの移動方向に分離される、請求項３ないし６のいずれかに記載のレーザスクライブ方法。
8. 前記複数のレーザスポットの分離方向は、前記複屈折素子を回転させることにより選択される、請求項７に記載のレーザスクライブ方法。
9. ワークに対してライン状のスクライブ溝を形成するための装置であって、
   単一束のレーザ光を出射するためのレーザ光源と、
   前記単一束のレーザ光をスクライブ方向に沿って複数束のレーザ光に分離するための分離手段と、
   前記複数束のレーザ光のそれぞれを集光するための集光手段と、
   前記複数束のレーザ光とワークを相対移動させる光走査手段と、
   を備えたことを特徴とする、レーザスクライブ装置。
10. 前記分離手段は、複屈折素子である、請求項９に記載のレーザスクライブ装置。
11. 前記複屈折素子は、ウエッジ付の水晶板である、請求項１０に記載のレーザスクライブ装置。
12. 前記複屈折素子は、複像プリズムである、請求項１０に記載のレーザスクライブ装置。
13. 前記分離手段を光軸周りに回転させる機構をさらに備えている、請求項９ないし１２のいずれかに記載のレーザスクライブ装置。
14. 前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射可能なものであり、
    前記レーザ光に対して偏光方向を光軸に対して回転させるための１／２波長板をさらに備えている、請求項９ないし１３のいずれかに記載のレーザスクライブ装置。
15. 前記複数束のレーザ光のそれぞれを、直線偏光から円偏光に変えるための１／４波長板をさらに備えている、請求項１４に記載のレーザスクライブ装置。
16. 前記１／４波長板を光軸周りの回転させる機構をさらに備えている、請求項１５に記載のレーザスクライブ装置。
17. 前記レーザ光源は、円偏光またはランダム偏光のレーザ光を出射可能なものである、請求項９ないし１３のいずれかに記載のレーザスクライブ装置。
18. 前記集光手段は、前記複数束のレーザ光のそれぞれにおけるビームスポットが前記ワークにおいて互いに分離された状態で形成されるように選定された焦点距離を持つ、請求項９ないし１７のいずれかに記載のレーザスクライブ装置。
    

Images