TW201939593A - 被加工物的雷射加工方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題係提供即使是較厚的被加工物也可一邊保持良好的分割性一邊有效率地進行分割之被加工物的雷射加工方法。 　　解決手段是一種被加工物的雷射加工方法，係沿著預定分割線分割板狀的被加工物，包含利用將對於被加工物具有透射性之波長的脈衝雷射光束，使其聚光區域位於被加工物的內部且沿著該預定分割線照射，以沿著該預定分割線形成由細孔與圍繞該細孔之非晶質所成的複數屏蔽通道的第1屏蔽通道形成步驟、在實施該第1屏蔽通道形成步驟之後，將照射至該被加工物之脈衝雷射光束的聚光區域的位置，於該被加工物的厚度方向變更的聚光區域位置變更步驟、及在實施該聚光區域位置變更步驟之後，將對於被加工物具有透射性之波長的脈衝雷射光束，使其聚光區域位於被加工物的內部且沿著該預定分割線照射，以沿著該脈衝雷射光束的射入方向而與該第1屏蔽通道並排之方式形成第2屏蔽通道的第2屏蔽通道形成步驟。

Description

被加工物的雷射加工方法
本發明係關於玻璃板等的厚度比較厚之板狀被加工物的雷射加工方法。
對於將晶圓分割成各個裝置晶片來說，先前使用被稱為切割鋸刀的切削裝置，但是，成為光裝置晶圓等之結晶成長用基板(磊晶基板)的藍寶石、SiC等之硬質脆性材料的切削難以使用切割鋸刀，故近年來注目於藉由雷射加工裝置所致之雷射加工，將晶圓分割成複數裝置晶片的技術。
使用該雷射加工裝置的雷射加工方法之一，例如日本特開2005-129607號公報揭示使用對於晶圓具有透射性之波長的脈衝雷射光束，於晶圓的內部形成改質層，沿著強度降低的改質層以伸展裝置等賦予外力，將晶圓分割成複數裝置晶片的技術。
但是，照射對於晶圓具有透射性之波長的脈衝雷射光束，於晶圓內部形成改質層的SD(Stealth Dicing)加工方法中，必須對於1條分割線照射複數次脈衝雷射光束，被要求進一步之生產性的提升。
因此，在日本專利第6151557號公報中，記載使用數值孔徑比較小的聚光透鏡，對於藍寶石基板、SiC基板等之單晶基板所成的晶圓，照射對於基板具有透射性之波長的脈衝雷射光束，於基板的內部直線且間歇性形成由細孔與屏蔽該細孔的非晶質所成之複數屏蔽通道之後，對晶圓賦予外力，藉此將晶圓分割成各個裝置晶片的加工方法。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-129607號公報 　　[專利文獻2]日本專利第6151557號公報
[發明所欲解決之課題]
但是，在專利文獻2所揭示的雷射加工方法中，板狀被加工物的厚度變得更厚的話，屏蔽通道的長度相較於被加工物的厚度變成較短，有被加工物的分割性差，或無法分割的問題。
因此，本發明的目的係提供即使較厚的被加工物也可一邊保持良好的分割性一邊有效率地進行分割之被加工物的雷射加工方法。 [用以解決課題之手段]
依據本發明，提供一種被加工物的雷射加工方法，係沿著預定分割線分割板狀的被加工物之被加工物的雷射加工方法，其特徵為具備：第1屏蔽通道形成步驟，係利用將對於被加工物具有透射性之波長的脈衝雷射光束，使其聚光區域位於被加工物的內部且沿著該預定分割線照射，以沿著該預定分割線形成由細孔與圍繞該細孔之非晶質所成的複數屏蔽通道；聚光區域位置變更步驟，係在實施該第1屏蔽通道形成步驟之後，將照射至該被加工物之脈衝雷射光束的聚光區域的位置，於該被加工物的厚度方向變更；及第2屏蔽通道形成步驟，係在實施該聚光區域位置變更步驟之後，將對於被加工物具有透射性之波長的脈衝雷射光束，使其聚光區域位於被加工物的內部且沿著該預定分割線照射，以沿著該脈衝雷射光束的射入方向而與該第1屏蔽通道並排之方式形成第2屏蔽通道；到該第1屏蔽通道的長度與該第2屏蔽通道的長度相加的長度，成為與被加工物的厚度大略同等為止，重複該聚光區域位置變更步驟及該第2屏蔽通道形成步驟。
理想為以該第1屏蔽通道形成步驟所形成的該第1屏蔽通道的一端，係露出於該被加工物的表面或背面任一方。理想為並排形成於被加工物的厚度方向之該第1屏蔽通道與該第2屏蔽通道的脈衝雷射光束的射入方向之重疊為±20μm以下。 [發明的效果]
依據本發明，可有效率地分割先前的方法中無法分割或分割性差之厚度比較厚的板狀被加工物，可謀求生產性的提升。
以下，參照圖面詳細說明本發明的實施形態。參照圖1，揭示本發明第1實施形態之雷射光束照射單元3的區塊圖。雷射光束照射單元3係包含脈衝雷射光束產生單元5，與對從脈衝雷射光束產生單元5射出之脈衝雷射光束進行聚光，並照射至被吸盤台14保持之板狀的被加工物11的聚光器8。
脈衝雷射光束產生單元5係包含YAG或YVO4等的脈衝雷射振盪器2，從脈衝雷射振盪器2例如振盪具有1030nm或1064nm等之波長的脈衝雷射。
該脈衝雷射的重複頻率係例如數十兆赫(MHz)等之非常高的頻率，從雷射振盪器2射出之脈衝雷射光束LB1係具有非常高之重複頻率。
脈衝雷射光束LB1係射入至拉長間隔手段4，藉由拉長間隔手段4以所定間隔拉長，轉換成10kHz～50kHz的重複頻率。拉長間隔手段4係例如藉由聲光調變器(AOM)所致之破碎作用(shattering)所構成。
從拉長間隔手段4射出之脈衝雷射光束LB2係射入至放大器6並被放大，被放大的脈衝雷射光束LB2´係射入至聚光器8。聚光器8包含鏡片10與聚光透鏡12。
藉由放大器6放大的脈衝雷射光束LB2´係藉由聚光器8的鏡片10往垂直方向被反射，射入至聚光透鏡12。理想為作為聚光透鏡12，使用數值孔徑(NA)比較小且具有球面收差的透鏡為佳。
板狀的被加工物11是厚度比較厚(1mm以上的厚度)的被加工物，在本實施形態中採用厚度為3mm的玻璃板。但是，被加工物11並不是限定於玻璃者，只要是從聚光器8照射之脈衝雷射光束具有透射性之比較厚的被加工物，可採用任何形式的被加工物。
參照圖2，揭示本發明第2實施形態之雷射光束照射單元7的區塊圖。雷射光束照射單元7係包含突波脈衝雷射光束產生單元16與聚光器8。
突波脈衝雷射光束產生單元16係包含YAG或YVO4等的脈衝雷射振盪器2，從脈衝雷射振盪器2例如振盪具有1030nm或1064nm等之波長的脈衝雷射。
該脈衝雷射的重複頻率係例如數十兆赫(MHz)等之非常高的頻率，從雷射振盪器2射出之脈衝雷射光束LB1係如圖3(A)所示，具有非常高之重複頻率。
脈衝雷射光束LB1係射入至第1拉長間隔手段18，藉由第1拉長間隔手段18以所定間隔拉長，轉換成如圖3(B)所示之數MHz～數10MHz的重複頻率。第1拉長間隔手段18係例如藉由聲光調變器(AOM)所致之破碎作用所構成。
從第1拉長間隔手段18射出之脈衝雷射光束LB3係射入至放大器6，藉由放大器6放大，如圖3(C)所示之被放大的脈衝雷射光束LB3´從放大器6射出，並射入至第2拉長間隔手段20。該第2拉長間隔手段20也例如藉由聲光調變器(AOM)所致之破碎作用所構成。
在第2拉長間隔手段20中，以所定間隔連續且間歇性拉長脈衝雷射光束LB3´，如圖3(D)所示，具有突波脈衝22的突波脈衝雷射光束LB4從第2拉長間隔手段20射出。
圖3(D)所示之相互鄰接的突波脈衝22之間的間隔t係例如50～100μs。藉由第2拉長間隔手段20所產生之突波脈衝雷射光束LB4係藉由聚光器8的鏡片10反射，透過聚光透鏡12照射至被吸盤台14保持的被加工物11。
與上述之圖1所示之第1實施形態的雷射光束照射單元3相同，本實施形態的雷射光束照射單元7，板狀的被加工物11也是厚度比較厚的被加工物，本實施形態中也採用厚度為3mm的玻璃板。
參照圖4，揭示適合實施本發明的雷射加工方法之雷射加工裝置的要部立體圖。3或7是雷射光束照射單元，殼體26中收容圖1所示之雷射光束產生單元5或圖2所示之雷射光束產生單元16。
從雷射光束產生單元5或16射出之脈衝雷射光束，係藉由聚光器8被聚光於被加工物11的內部，形成之後詳細說明的屏蔽通道15。
28是具有實施以聚光器8用以對脈衝雷射光束進行聚光之校準的顯微鏡及相機的攝像單元，以與聚光器8整列於X軸方向之方式安裝於雷射光束照射單元3(7)的殼體26。
於被加工物11的內部形成屏蔽通道15時，利用雷射加工裝置的吸盤台14吸引保持被加工物11，從聚光器8照射脈衝雷射光束或突波脈衝雷射光束，於被加工物1的內部形成屏蔽通道15。吸盤台14可旋轉並且可移動於X軸方向及Y軸方向。
接著，參照圖5乃至圖9，針對本發明實施形態的雷射加工方法詳細說明。首先，參照圖5及圖6，針對本發明第1實施形態的雷射加工方法進行說明。
在第1實施形態的雷射加工方法中，如圖5(A)所示，以聚光器8聚光之脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4的聚光區域，設定於被加工物11的下面11b附近。
在此，使用脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4的聚光區域之用語，係因為聚光透鏡12具有球面收差，故通過聚光透鏡12之脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4的聚光位置於聚光透鏡12的光軸方向不同，聚光區域延伸於被加工物11的厚度方向。
如圖5(A)所示，將從聚光器8照射之脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4的聚光區域，對合於被加工物11的下面11b附近，一邊照射脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4，一邊將吸盤台14往箭頭X1方向進行加工進送時，如圖5(B)所示，會形成從被加工物11的下面11b朝上面11a伸長的複數第1屏蔽通道15a。各第1屏蔽通道15a係如日本專利第6151557號公報所記載般，由細孔與圍繞該細孔的非晶質所構成。
參照圖6更詳細說明第1實施形態的雷射加工方法。在被加工物11的厚度較薄時，例如400μm以下的被加工物中，可藉由1次雷射光束掃描，形成從被加工物11的下面11b延伸至上面11a為止的屏蔽通道15。
但是，在被加工物11的厚度較厚時，以1次雷射光束掃描可形成的第1屏蔽通道15a只會從被加工物11的下面11b伸長至被加工物11的厚度方向的途中為止。
因此，在第1實施形態的雷射加工方法中，一邊將脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4的聚光區域於被加工物11的厚度方向變更，一邊重複複數次屏蔽通道形成步驟。參照圖6更詳細說明第1實施形態的雷射加工方法。
圖6(A)係揭示第1屏蔽通道形成步驟的模式剖面圖，在第1屏蔽通道形成步驟中，將對於被加工物11具有透射性之波長的脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4的聚光區域，定位於被加工物11的下面11b側，照射脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4，沿著預定分割線形成複數個分別由細孔與圍繞該細孔的非晶質所成之第1屏蔽通道15a。
實施第1屏蔽通道形成步驟之後，將從聚光器8照射之脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4的聚光區域，於被加工物11的厚度方向變更，相較於第1屏蔽通道15a形成時將聚光區域定位於被加工物11的上方(聚光區域位置變更步驟)。
實施聚光區域位置變更步驟之後，如圖6(B)所示，將對於被加工物具有透射性之脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4照射至被加工物11，於被加工物11的內部沿著雷射光束的射入方向，亦即以與第1屏蔽通道15a並排於被加工物11的厚度方向之方式形成複數第2屏蔽通道15b(第2屏蔽通道形成步驟)。在此，第1屏蔽通道15a與第2屏蔽通道15b不一定需要沿著加工進送方向X1整列。
第1屏蔽通道形成步驟及第2屏蔽通道形成步驟中層積形成於被加工物11的厚度方向之複數屏蔽通道的長度相加之長度未滿被加工物11的厚度時，亦即，第2屏蔽通道15b的上端未到達被加工物11的上面11a時，則重複聚光區域位置變更步驟及第2屏蔽通道形成步驟。
亦即，第1屏蔽通道形成步驟及第2屏蔽通道形成步驟中形成複數個於被加工物11的厚度方向之屏蔽通道的長度相加之長度，成為與被加工物11的厚度大略同等為止，重複聚光區域位置變更步驟與第2屏蔽通道形成步驟。
在本實施形態中，如圖6(C)所示，將聚光區域在被加工物11內往上方變更之後，再次實施第2屏蔽通道形成步驟，形成第3屏蔽通道15c。
第1及第2屏蔽通道形成步驟的雷射加工條件，係例如如以下般設定。
被加工物 ：厚度3mm的玻璃板 　　雷射振盪器 ：LD激發Q開關 Nd：YAG脈衝雷射 　　波長 ：1030nm 　　重複頻率 ：10kHz 　　脈衝能量 ：60μJ 　　脈衝寬度 ：600fs 　　加工進送速度：100mm/s
再者，重複頻率10kHz係在照射之脈衝雷射光束是突波脈衝雷射光束LB4時，鄰接之突波脈衝22之間的頻率為10kHz，各突波脈衝22的重複頻率係通過圖2所示之第1拉長間隔手段18後的頻率，數MHz～數10MHz的頻率。
接著，參照圖7及圖8，針對本發明第2實施形態的雷射加工方法進行說明。在此第2實施形態的雷射加工方法中，如圖7(A)所示，將從聚光器8照射之對於被加工物11具有透射性之波長的脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4的聚光區域，對合於被加工物11的上面11a附近，一邊將脈衝雷射光束LB2´或突波脈衝雷射光束LB4照射至被加工物11，一邊將吸盤台14往箭頭X1方向進行加工進送，藉此，如圖7(B)所示，會沿著預定分割線形成從被加工物11的上面11a朝下面11b方向伸長的複數第1屏蔽通道15a。
該第2雷射加工步驟係圖8(A)～圖8(C)所詳細揭示，基本上是從被加工物11的上面11a實施圖6所示之第1雷射加工步驟者，重複實施複數次聚光區域位置變更步驟及第2屏蔽通道形成步驟之處，與第1雷射加工方法大略相同，故省略其詳細說明。
接下來，參照圖9，針對屏蔽通道的雷射光束射入方向，亦即被加工物11的厚度方向之重疊進行考察。在圖9(A)中X表示加工進送方向，T表示被加工物11的厚度方向。
圖9(B)係圖9(A)以P表示之部分的放大剖面圖，第1屏蔽通道15a與第2屏蔽通道15b之間隔開20μm。將其表現為重疊-20μm。圖9(C)係與圖9(B)相同，是圖9(A)的以P表示之部分的放大剖面圖，第1屏蔽通道15a與第2屏蔽通道15b具有20μm的重疊。
如此，進行一邊各種變更第1屏蔽通道15a與第2屏蔽通道15b的重疊程度，一邊對被加工物11施加外力，沿著預定分割線割斷被加工物11的實驗之後，形成複數個於被加工物11的厚度方向之屏蔽通道的雷射光束射入方向，亦即被加工物11的厚度方向之重疊在±20μm的範圍內時，可獲得良好的割斷性。
沿著被加工物11的各預定分割線從上面11a涵蓋到下面11b，形成屏蔽通道之後，實施沿著預定分割線分割被加工物11的分割步驟，分割步驟可採用先前公知的蝕刻、將被加工物11黏合於伸展膠帶之後，擴張伸展膠帶來分割被加工物11的伸展、藉由楔子所致之分斷、轉動滾筒分割的滾筒分斷等的各種方法。
再者，屏蔽通道的形成，以脈衝雷射光束的聚光區域延伸於被加工物的厚度方向之方式形成為佳，但是，所照射的雷射光束是圖1所示之脈衝雷射光束LB2´或圖2所示之突波脈衝雷射光束LB4的任一時，也可於被加工物的內部形成屏蔽通道。
但是，考慮到被加工物的割斷性的話，藉由實驗發現作為雷射光束，將突波脈衝雷射光束照射至被加工物的話，可具有優良的割斷性。
在上述之實施形態中，已針對作為被加工物11採用玻璃板的範例進行說明，但是，被加工物並不是限定於玻璃板者，可採用對於所照射之脈衝雷射光束的波長具有透射性之具有所定以上厚度的被加工物。
2‧‧‧雷射振盪器
3、7‧‧‧雷射光束照射單元
4‧‧‧拉長間隔手段
5、16‧‧‧雷射光束產生單元
6‧‧‧放大器
8‧‧‧聚光器
11‧‧‧被加工物
11a‧‧‧上面
11b‧‧‧下面
12‧‧‧聚光透鏡
14‧‧‧吸盤台
15a‧‧‧第1屏蔽通道
15b‧‧‧第2屏蔽通道
15c‧‧‧第3屏蔽通道
18‧‧‧第1拉長間隔手段
20‧‧‧第2拉長間隔手段
22‧‧‧突波脈衝
[圖1]模式揭示本發明第1實施形態之雷射光束照射單元的區塊圖。 　　[圖2]模式揭示本發明第2實施形態之雷射光束照射單元的區塊圖。 　　[圖3]圖3(A)係模式揭示從第2實施形態之雷射光束照射單元的雷射振盪器射出之脈衝雷射光束的圖，圖3(B)係模式揭示通過第1拉長間隔手段後之脈衝雷射光束的圖，圖3(C)係模式揭示以放大器放大後之脈衝雷射光束的圖，圖3(D)係模式揭示藉由第2拉長間隔手段所產生之脈衝雷射光束的圖。 　　[圖4]適合實施第1及第2屏蔽通道形成步驟之雷射加工裝置的要部立體圖。 　　[圖5]圖5(A)係揭示第1實施形態之屏蔽通道形成步驟的側視圖，圖5(B)係第1實施形態之屏蔽通道形成步驟結束後的一部分剖面側視圖。 　　[圖6]圖6(A)係從被加工物的下面側形成屏蔽通道之第1實施形態的第1屏蔽通道形成步驟實施後之被加工物的模式剖面圖，圖6(B)係第2屏蔽通道形成步驟實施後之被加工物的模式剖面圖，圖6(C)係第3屏蔽通道形成步驟(第2屏蔽通道形成步驟的重複)實施後之被加工物的模式剖面圖。 　　[圖7]圖7(A)係揭示第2實施形態之屏蔽通道形成步驟的側視圖，圖7(B)係第2實施形態之屏蔽通道形成步驟實施後的一部分剖面側視圖。 　　[圖8]圖8(A)係從被加工物的上面側形成屏蔽通道之第2實施形態的第1屏蔽通道形成步驟實施後之被加工物的模式剖面圖，圖8(B)係第2屏蔽通道形成步驟實施後之被加工物的模式剖面圖，圖8(C)係第3屏蔽通道形成步驟(第2屏蔽通道形成步驟的重複)實施後之被加工物的模式剖面圖。 　　[圖9]圖9(A)係說明第1及第2屏蔽通道的重疊之被加工物的模式剖面圖，圖9(B)係圖9(A)之P部分的放大剖面圖，揭示未發生重疊(重疊為負)的狀況，圖9(C)係圖9(A)之P部分的放大剖面圖，揭示發生重疊的狀況。

Claims (3)

  1. 一種被加工物的雷射加工方法，係沿著預定分割線分割板狀的被加工物之被加工物的雷射加工方法，其特徵為具備： 　　第1屏蔽通道形成步驟，係利用將對於被加工物具有透射性之波長的脈衝雷射光束，使其聚光區域位於被加工物的內部且沿著該預定分割線照射，以沿著該預定分割線形成由細孔與圍繞該細孔之非晶質所成的複數屏蔽通道； 　　聚光區域位置變更步驟，係在實施該第1屏蔽通道形成步驟之後，將照射至該被加工物之脈衝雷射光束的聚光區域的位置，於該被加工物的厚度方向變更；及 　　第2屏蔽通道形成步驟，係在實施該聚光區域位置變更步驟之後，將對於被加工物具有透射性之波長的脈衝雷射光束，使其聚光區域位於被加工物的內部且沿著該預定分割線照射，以沿著該脈衝雷射光束的射入方向而與該第1屏蔽通道並排之方式形成第2屏蔽通道； 　　到該第1屏蔽通道的長度與該第2屏蔽通道的長度相加的長度，成為與被加工物的厚度大略同等為止，重複該聚光區域位置變更步驟及該第2屏蔽通道形成步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之被加工物的雷射加工方法，其中， 　　以該第1屏蔽通道形成步驟所形成的該第1屏蔽通道的一端，露出於該被加工物的表面或背面任一方。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之被加工物的雷射加工方法，其中， 　　並排形成於被加工物的厚度方向之該第1屏蔽通道與該第2屏蔽通道的脈衝雷射光束的射入方向之重疊為±20μm以下。
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