JP2004351466A - Laser beam machining method and laser beam machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光の高エネルギー密度を利用して加工を行うためのレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、レーザ加工方法及びレーザ加工装置の技術分野では、パルス幅がピコ秒からフェムト秒程度のレーザ光を被加工材料に照射した場合、レーザ光による光誘起破壊により、高品質の物質除去が行えることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−205179号公報
【0004】
すなわち、光誘起破壊では、被加工部位のイオン化及び、自由電子の増殖、誘導破壊、プラズマ形成、蒸発などが起こるため、被加工部位の周囲に熱影響を与えることが殆どない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多くの場合、レーザ光を発振するレーザとして、チタンサファイアレーザを使用しており、レーザ光の波長が800nm帯にあるため、例えば、シリコン又はガリウム砒素系のIII−V族半導体材料を被加工材料としたときには、レーザ光が被加工材料に光吸収されるので、被加工材料の表面しか加工することができなかった。
【0006】
さらに、被加工材料の表面にある被加工部位が光誘起破壊されると、気化した物資がプラズマとなって被加工部位の周辺に拡散し、レーザ光を遮蔽するため、当該プラズマが十分飛散するまで、次のレーザ光(短パルス光)の照射を待機させなければならず、このために、パルスの繰り返し周波数を低くする必要があり、加工時間にむだが生じていた。
【0007】
そこで、本発明は、上述した点を鑑みてなされたものであり、加工時間のむだを省いて、加工効率の向上を図ったレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項1に係る発明は、レーザ加工方法であって、レーザから発振したレーザ光を被加工材料の表面から透過させて前記被加工材料の裏面に集光させた後に、前記レーザ光の走査又は前記被加工材料の移動を行うことにより、前記被加工材料における前記レーザ光の集光部位に光誘起破壊を起こさせること、を特徴としている。
【0009】
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載するレーザ加工方法であって、前記被加工材料の裏面側にガスを吹き付けること、を特徴としている。
また、請求項3に係る発明は、 請求項1に記載するレーザ加工方法であって、前記被加工材料の裏面側を減圧させること、を特徴としている。
【0010】
また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一つに記載するレーザ加工方法であって、前記レーザのレーザ媒質が少なくともエルビウムをドープしたファイバーであるとともに、前記レーザ光の波長が1.5μmに成分をもつこと、を特徴としている。
【0011】
また、請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載するレーザ加工方法であって、前記被加工材料が、シリコン又は、ガリウム砒素系のIII−V族半導体材料、ガラス材料のいずれか一つであること、を特徴としている。
【0012】
また、請求項6に係る発明は、レーザ加工方法であって、レーザ媒質がエルビウムをドープしたファイバーであるレーザから発振したレーザ光を、シリコン又は、ガリウム砒素系のIII−V族半導体材料、ガラス材料のいずれか一つの被加工材料に照射させた後に、前記レーザ光の走査又は前記被加工材料の移動を行うことにより、前記被加工材料における前記レーザ光の集光部位に光誘起破壊を起こさせること、を特徴としている。
【0013】
また、請求項7に係る発明は、レーザ加工装置であって、レーザから発振したレーザ光を被加工材料の表面から透過させて前記被加工材料の裏面に集光させた後に、前記レーザ光の走査又は前記被加工材料の移動を行うことにより、前記被加工材料における前記レーザ光の集光部位に光誘起破壊を起こさせること、を特徴としている。
【0014】
また、請求項8に係る発明は、請求項7に記載するレーザ加工装置であって、前記被加工材料の裏面側にガスを吹き付けること、を特徴としている。
また、請求項9に係る発明は、請求項7に記載するレーザ加工装置であって、前記被加工材料の裏面側を減圧させること、を特徴としている。
【0015】
また、請求項10に係る発明は、請求項7乃至請求項9のいずれか一つに記載するレーザ加工装置であって、前記レーザのレーザ媒質が少なくともエルビウムをドープしたファイバーであるとともに、前記レーザ光の波長が1.5μmに成分をもつこと、を特徴としている。
【0016】
また、請求項11に係る発明は、請求項7乃至請求項10のいずれか一つに記載するレーザ加工装置であって、前記被加工材料が、シリコン又は、ガリウム砒素系のIII−V族半導体材料、ガラス材料のいずれか一つであること、を特徴としている。
【0017】
また、請求項12に係る発明は、レーザ加工装置であって、レーザ媒質がエルビウムをドープしたファイバーであるレーザから発振したレーザ光を、シリコン又は、ガリウム砒素系のIII−V族半導体材料、ガラス材料のいずれか一つの被加工材料に照射させた後に、前記レーザ光の走査又は前記被加工材料の移動を行うことにより、前記被加工材料における前記レーザ光の集光部位に光誘起破壊を起こさせること、を特徴としている。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。図1は、本実施の形態のレーザ加工装置の概要を示した図である。図1に示すように、本実施の形態のレーザ加工装置1は、高強度レーザ2や、ビーム位置調整部3、約10倍の対物レンズ4、精密移動用ステージ5、制御用コントローラ6などを有している。
【0019】
そして、本実施の形態のレーザ加工装置1では、制御用コントローラ6などで以下の操作を行うことにより、被加工材料Sのレーザ加工を行うことができる。すなわち、先ず、高強度レーザ2からのレーザ光(短パルス光)7を、ビーム位置調整部3及び対物レンズ4を介して、精密移動用ステージ5に固定された被加工材料S(例えば、厚さが300μmのシリコン基板)の下で集光するようにセットする。次に、被加工材料Sが固定された精密移動用ステージ5をX軸又はY軸の方向に移動させると同時にZ軸の+方向に移動させ、図2に示すようにして、レーザ光(短パルス光)7の集光点Qを被加工材料Sの裏面(Z−面)にまで走査する。これにより、被加工材料Sの裏面において、レーザ光(短パルス光)7の集光点Qが位置する箇所で、光誘起破壊によるレーザ加工が行われる。
【0020】
このとき、被加工材料Sが固定された精密移動用ステージ5をX軸又はY軸の方向に移動させることにより、レーザ光(短パルス光)7の集光点Qを被加工材料Sの裏面で走査させれば、被加工材料Sの裏面を自由にレーザ加工することができる。さらに、被加工材料Sが固定された精密移動用ステージ5をZ軸の方向に移動させることにより、レーザ光(短パルス光)7の集光点Qを被加工材料Sの内部で走査させれば、被加工材料Sの全体を自由にレーザ加工することができる。
【0021】
もっとも、本実施の形態のレーザ加工装置1において、被加工材料Sの裏面から光誘起破壊によるレーザ加工を開始させるためには、高強度レーザ2からのレーザ光(短パルス光)7は、被加工材料S(例えば、厚さが300μmのシリコン基板)を透過しつつ高強度のものでなければならない。そのため、本実施の形態のレーザ加工装置1で使用される高強度レーザ2では、波長が1560nm帯域で、平均出力が160mW、繰り返し周波数が10kHz〜200kHz、パルス幅が400〜600fsのレーザ光(短パルス光)7を出力している。そこで、以下に、本実施の形態のレーザ加工装置1で使用される高強度レーザ2について説明する。
【0022】
図4は、本実施の形態のレーザ加工装置1で使用される高強度レーザ2の概要を示した図である。図4に示すように、高強度レーザ2は、フェムト秒レーザ発振器11や、アイソレータ12、4ポートサーキュレータ13、ファイバーグレーティング14、増幅部18、回折格子対などのパルス圧縮器17などから構成されている。さらに、増幅部18は、図5に示すように、波長分割多重化カップラー(以下、「WDM」という)21a〜21f、アイソレータ22a〜22f、発振波長が1.48μmのシングルモード用レーザダイオード(以下、「シングルモードLD」という)23a〜23f、正常分散で高出力用のシングルモードのエルビウムドープ増幅ファイバー(以下、「EDF」という)24a〜24e、ファラデーローターミラー(以下、「FRM」という)15などから構成されており、フェムト秒レーザ発振器11から供給された短パルス光を往復経路(ダブルパス)形態で増幅することができる。
【0023】
この点、フェムト秒レーザ発振器11は、エルビウムファイバーレーザであって、時間幅がフェムト秒台のレーザ光(短パルス光)を出力するものである。そして、図4に示すように、フェムト秒レーザ発振器11から出力されたレーザ光(短パルス光)は、アイソレータ12及び4ポートサーキュレータ13を介して、ファイバーグレーティング14に入射される。
【0024】
但し、ファイバーグレーティング14は、レーザ光(短パルス光)の反射する位置がその波長により異なるものであるので、ファイバーグレーティング14において入射・反射・出力されたレーザ光(短パルス光)は、チャープされた状態となる。このとき、チャープされたレーザ光(短パルス光)は、例えば、100フェムト秒台から100ピコ秒台に、時間幅が拡張しているので、フェムト秒レーザ発振器11から出力されたときと比べ、そのピークパワーが低くなる。
そして、チャープされたレーザ光(短パルス光)は、増幅部18に入射され、図5に示すように、シングルモードLD23aが接続されたWDM21aを介して、EDF24aを通過することにより、励起・増幅される。
【0025】
尚、WDM21aには、1.48μmポートと、1.55μmポート、コモンポートの3つのポートがあり、1.48μmポートに対しては、シングルモードLD23aがアイソレータ22aを介して接続され、1.55μmポートに対しては、チャープされた短パルス光が入射し、コモンポートに対しては、EDF24aの一端が接続される。
【0026】
また、WDM21bにも、1.48μmポートと、1.55μmポート、コモンポートの3つのポートがあり、1.48μmポートに対しては、シングルモードLD23bがアイソレータ22bを介して接続され、1.55μmポートに対しては、EDF24aの他端が接続され、コモンポートに対しては、EDF24bの一端が接続される。
【0027】
同様にして、WDM21c,21d,21eにも、1.48μmポートと、1.55μmポート、コモンポートの3つのポートがそれぞれあり、1.48μmポートに対しては、シングルモードLD23c,23d,23eがアイソレータ22c,22d,22eを介してそれぞれ接続され、1.55μmポートに対しては、EDF24b,24c,24dの他端がそれぞれ接続され、コモンポートに対しては、EDF24c,24d,24eの一端がそれぞれ接続される。
【0028】
また、WDM21fにも、1.48μmポートと、1.55μmポート、コモンポートの3つのポートがあるが、1.48μmポートに対しては、シングルモードLD23fがアイソレータ22fを介して接続され、1.55μmポートに対しては、FRM15が接続され、コモンポートに対しては、EDF24eの他端が接続される。
【0029】
これにより、増幅部18では、6つのシングルモードLD23a,23b,23c,23d,23e,23fを直列的に使用することができるので、シングルモードLDを使用したコアポンプでも励起光量を大きくすることができる。さらに、EDF24eの他端側にFRM15が接続されることによって、往復経路(ダブルパス)形態となり、短パルス光の偏向面をFRM15で90°ずらすことができるので、5つのEDF24a,24b,24c,24d,24eを短パルス光が往復した後、偏向依存型の4ポートサーキュレータ13により出力することができ、回折格子対などのパルス圧縮器17でパルス幅を短くした後、外部に出力される。
【0030】
すなわち、高強度レーザ2では、図4に示すように、フェムト秒レーザ発振器11からのレーザ光(短パルス光)が、ファイバーグレーティング14に入射すると、チャープされ時間幅が拡張されるので、そのピークパワーが低くなる。従って、ファイバーグレーティング14からのレーザ光(短パルス光)を、ファイバー増幅部18(図5参照)に入射させれば、非線形現象の発生が起こり難い条件で、レーザ光(短パルス光)の増幅を行うことができる。そして、ファイバー増幅部18(図5参照)では、5つのEDF24a,24b,24c,24d,24eが直列的に接続されており、各EDF24a,24b,24c,24d,24eの一端からシングルモードLD23a,23b,23c,23d,23e,23fでそれぞれポンプされ、各EDF24a,24b,24c,24d,24eを通過する毎にレーザ光(短パルス光)の増幅が行われることから、レーザ光(短パルス光)の増幅効率を大きくすることができる。さらに、各EDF24a,24b,24c,24d,24eとして、正常分散にあるものを使用しているので、レーザ光(短パルス光)が各EDF24a,24b,24c,24d,24eを通過してもその時間幅が圧縮されず、短パルス光の増幅における非線形現象の発生を抑止することができる。
【0031】
さらに、ここでは、高強度レーザ2で使用されるフェムト秒レーザ発振器11について説明する。図6は、フェムト秒レーザ発振器11の概要を示した図である。図6に示すように、フェムト秒レーザ発振器11は、フェムト秒パルス発振器110と光増幅器130などから構成されている。
【0032】
フェムト秒パルス発振器110は、励起用光源としての光通信用LD111と、エルビウムをドープしたものであってレーザ媒質としての光増幅ファイバー112、レンズ113、ファラデー回転子114、ミラー115、レンズ116、ファラデー回転子117、1/4波長板118、1/2波長板119、ビームスプリッター(以下、「PBS」という。)120、レンズ121、可飽和吸収体122などを有している。この点、フェムト秒パルス発振器110では、リニアキャビティを構成する光増幅ファイバー112の両端に2個のファラデー回転子114,117を配置することで、振動・温度変化などに起因する光偏波面ドリフトを補償する構造となっており、環境変化に対して強い構成としている。
【0033】
そして、フェムト秒パルス発振器110においては、可飽和吸収体122の端面に施された金ミラー(不図示)とミラー115との間を種々の波長を含んだ光が何度も往復することで増幅され、さらに、位相が揃った状態(モードロック状態)の定常波が形成されると、両波長板118,119及びPBS120の作用により、レーザ光である光パルス列が光増幅器130に向けて出力される。
【0034】
一方、光増幅器130は、PBS132、1/2波長板133、1/4波長板134、ファラデー回転子135、レンズ136、エルビウムをドープした光増幅ファイバー137、レンズ138、ファラデー回転子139、ミラー140、励起用光源としての光通信用LD141などを有している。この点、光増幅器130でも、光増幅ファイバー137の両端に2個のファラデー回転子135,139を配置することで、振動・温度変化などに起因する光偏波面ドリフトを補償する構造となっており、環境変化に対して強い構成としている。
【0035】
また、光増幅器130では、フェムト秒パルス発振器110からの光パルス列を、PBS132で反射させ、光増幅ファイバー137に向かわせて通過させた後に、ミラー115で反射させ、光増幅ファイバー137を再び通過させることで、パルス圧縮を伴う増幅を行い、両波長板133,134及びPBS132の作用により、高強度レーザ2で使用されるフェムト秒レーザ発振器11の出力として(図4参照)、外部に出力している。このときの光パルス列は、中心波長が1560nmで、繰り返し周波数が48.5MHz、パルス幅が105fsec、平均出力が62.5mWである。
【0036】
尚、図6では、説明の便宜上、PBS132からレンズ136(ひいては光増幅ファイバー137)に向かう光パルス列と、レンズ136(すなわち光増幅ファイバー137)からPBS132に向かう光パルス列とを分けて記載しているが、実際には、両光パルス列の光路は重畳している。
【0037】
ここで、高強度レーザ2の説明に戻ると、図4に示すように、高強度レーザ2で使用されるフェムト秒レーザ発振器11から出力されたレーザ光(短パルス光)は、不図示のパルスピッカーにより、繰り返し周波数が1kHz〜1MHzにまで可変できるようにした後で、アイソレータ12に入射される。以上より、高強度レーザ2からのレーザ光(短パルス光)は、波長が1560nm帯域で、平均出力が160mWである。
【0038】
また、上述した不図示のパルスピッカーにより、繰り返し周波数を可変しても、100kHz〜500kHzまでの範囲では、高強度レーザ2からのレーザ光(短パルス光)の平均出力に殆ど変化がなかった。この際、高強度レーザ2からのレーザ光(短パルス光)の1パルス当たりのエネルギーは、例えば、繰り返し周波数が100kHzのときには1.6μJであり、繰り返し周波数が500kHzのときには0.3μJであり、そのパルス時間幅は、いずれも、400〜600fsである。
【0039】
そして、本実施の形態のレーザ加工装置1では、被加工材料S(例えば、厚さが300μmのシリコン基板)の裏面から光誘起破壊によるレーザ加工を開始させた後に、上述した不図示のシャッターにより、高強度レーザ2からのレーザ光(短パルス光)を繰り返し周波数200kHzで照射したときに発生するプラズマは、被加工材料S(例えば、厚さが300μmのシリコン基板)の裏面から発生し、被加工材料S(例えば、厚さが300μmのシリコン基板)の表面より照射している高強度レーザ2からのレーザ光(短パルス光)を遮蔽することがないので、高繰り返し周波数でレーザ加工を行うことができ、加工速度が上がる。
【0040】
以上詳細に説明したように、本実施の形態のレーザ加工装置1及び、レーザ加工装置1で実施されるレーザ加工方法では、高強度レーザ2で使用されるフェムト秒レーザ発振器11のフェムト秒パルス発振器110のレーザ媒質がエルビウムをドープした光増幅ファイバー112であるとともに、高強度レーザ2からのレーザ光(パルス光)の波長が1560nm(1.5μm)帯域にある。つまり、レーザ光(パルス光)の波長が1.5μmに成分をもつ。また、被加工材料Sが、例えば、厚さが300μmのシリコン基板である。従って、高強度レーザ2からのレーザ光(パルス光)が被加工材料Sを透過することが可能である。
【0041】
そして、本実施の形態のレーザ加工装置1及び、レーザ加工装置1で実施されるレーザ加工方法では、図2に示すように、高強度レーザ2からのレーザ光(パルス光)を被加工材料Sの表面から透過させて被加工材料Sの裏面に集光させた後に(集光点Q参照)、被加工材料Sが固定された精密移動用ステージ5を介して、被加工材料の移動を行うことにより、高強度レーザ2からのレーザ光(パルス光)の走査を行って、被加工材料Sにおけるレーザ光(パルス光)の集光部位に光誘起破壊を起こさせている。このとき、被加工材料Sの集光部位は被加工材料Sの裏面にあることから、光誘起破壊の際に被加工材料Sの集光部位が気化したプラズマは、被加工材料Sの裏面の周辺に拡散し、被加工材料Sの表面から被加工材料Sを照射するレーザ光(パルス光)を遮蔽することがない。これにより、当該プラズマが十分に飛散するまでレーザ光(パルス光)の照射を待機させる必要がなく、さらに言えば、繰り返し周波数(パルス数)の高い高強度レーザ2から発振されるレーザ光(パルス光)の照射を行うこともできるので、加工時間のむだが省かれ、加工コストの低減を図ることができる。
【0042】
尚、高強度レーザ2からのレーザ光(パルス光)の走査は、被加工材料Sが固定された精密移動用ステージ5に限るものではなく、これに代えて、光学系の装置を用いてもよい。
【0043】
また、本実施の形態のレーザ加工装置1及び、レーザ加工装置1で実施されるレーザ加工方法では、図3に示すように、被加工材料Sが、ガリウム砒素基板であっても、同様の作用・効果を得ることができる。さらに、図3では、被加工材料Sを固定させるためのホルダー用ジグ8を精密移動用ステージ5に搭載し、ホルダー用ジグ8の内部空間9を不図示のポンプで減圧させながら、被加工材料Sのレーザ加工を行っている。従って、この場合には、ホルダー用ジグ8の内部空間9が真空引きされることにより、ホルダー用ジグ8の内部空間9に対して被加工材料Sが密着すると同時に、ホルダー用ジグ8の内部空間9に拡散したプラズマは除去される(図3の符号10参照)。
【0044】
すなわち、本実施の形態のレーザ加工装置1及び、レーザ加工装置1で実施されるレーザ加工方法では、図3に示すようにすれば、被加工材料Sの裏面側を減圧させていることから、被加工材料Sの裏面の側でプラズマが発生しても、被加工材料Sが浮くことがなく、被加工材料Sの位置が常に固定されるので、精度の高い加工を行うことが可能となる。さらに、発生したプラズマの拡散が効率的に行われるので、被加工材料Sの裏面に付着することを防止できる。この点は、被加工材料Sが、シリコン基板であっても、同様の作用・効果を得ることができる。
【0045】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施の形態のレーザ加工装置1及び、レーザ加工装置1で実施されるレーザ加工方法では、被加工材料Sとして、シリコン基板やガリウム砒素基板であったが、その他のIII−V族半導体材料であってもよい。
この点、近年の半導体チップは、高密度化による小型化が進み、そのために、熱の発散の問題が顕在化し、これを解決するために、基板の薄型化が進められている。このため、現在、ダイシングや劈開による基板の分割がしにくくなってきており、レーザでの加工が望まれるようになってきている。しかしながら、通常のレーザ加工では、熱による加工なので、加工部位の周辺に熱変性を与え、半導体チップにダメージを与えるおそれがある。
一方、本実施の形態のレーザ加工装置1及び、レーザ加工装置1で実施されるレーザ加工方法では、熱履歴のないきれいなレーザ加工を行うことができるので、基板の分割に適したものということができる。さらに、基板の分割だけでなく、半導体チップの一部にシリアル番号や型番などを刻印することが容易となり、市場における半導体チップのトラッキングにも役立つ。
【0046】
また、被加工材料Sとしては、半導体材料に限るものではなく、BK7等の基板などの光学ガラス材料でもよい。この場合には、例えば、自動車のガラスにシリアル番号等を刻印することができ、自動車の盗難や、不法放置自動車の車番の特定などに役立たせることができる。
【0047】
また、本実施の形態のレーザ加工装置1及び、レーザ加工装置1で実施されるレーザ加工方法では、図3に示すように、被加工材料Sを固定させるためのホルダー用ジグ8を精密移動用ステージ5に搭載し、ホルダー用ジグ8の内部空間9を不図示のポンプで減圧させながら、被加工材料Sのレーザ加工を行うことにより、ホルダー用ジグ8の内部空間9に拡散したプラズマを除去し(図3の符号10参照)、発生したプラズマの拡散を効率的に行って、被加工材料Sの裏面に付着することを防止していたが、この点、精密移動用ステージ5に浮上しないように固定された被加工材料Sに対して、不図示のエアコンプレッサやボンベからのガスを吹きつけても、発生したプラズマの拡散を効率的に行うことができるので、被加工材料Sの裏面に付着することを防止できる。
【0048】
また、本実施の形態のレーザ加工装置1及び、レーザ加工装置1で実施されるレーザ加工方法では、高強度レーザ2として、図4に示すものに代えて、図7に示すものを使用してもよい。この点、図7の高強度レーザ2は、波長1560nm帯でのチャープトパルス増幅器を用いた高エネルギーフェムト秒ファイバーレーザであって、上述したフェムト秒レーザ発振器11に加えて、チャープファイバー41、レンズ42、アイソレータ43、第1ポンプレーザダイオード44、マルチモードエルビウムドープファイバ増幅器45、第2ポンプレーザダイオード46、パルス圧縮器47、ビームスプリッターP1,P2,P3,P4,P5,P6などから構成されており、パルス幅が5psで平均出力が13Wにまで増幅したレーザ光(パルス光)を、パルス圧縮器47によって、パルス幅が100fsで平均出力が6.5Wに圧縮して出力している。
【0049】
【発明の効果】
本発明のレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、被加工材料の集光部位は被加工材料の裏面にあることから、光誘起破壊の際に被加工材料の集光部位が気化したプラズマは、被加工材料の裏面の周辺に拡散し、被加工材料の表面から被加工材料を照射するレーザ光を遮蔽することがない。これにより、当該プラズマが十分に飛散するまでレーザ光の照射を待機させる必要がなく、さらに言えば、繰り返し周波数(パルス数)の高いレーザから発振されるレーザ光の照射を行うこともできるので、加工時間のむだが省かれ、加工コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の概要を示した図である。
【図2】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置において、高強度レーザからのレーザ光(短パルス光)の集光点が、精密移動用ステージに固定された被加工材料の裏面にまで走査された際の概要を示した部分拡大図である。
【図3】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置において、高強度レーザからのレーザ光(短パルス光)の集光点が、精密移動用ステージのホルダー用ジグに固定された被加工材料の裏面にまで走査された際の概要を示した部分拡大図である。
【図4】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置で使用される高強度レーザの概要を示した図である。
【図5】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置において、高強度レーザの増幅部の概要を示した図である。
【図6】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置において、高強度レーザで使用されるフェムト秒レーザ発振器の概要を示した図である。
【図7】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置で使用される高強度レーザの概要を示した図である。
【符号の説明】
1 レーザ加工装置
2 高強度レーザ
3 ビーム位置調整部
4 対物レンズ
5 精密移動用ステージ
6 制御用コントローラ
7 レーザ光(短パルス光)
8 ホルダー用ジグ
9 ホルダー用ジグの内部空間
Q レーザ光(短パルス光)の集光点
S 被加工材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus for processing using the high energy density of laser light.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the technical field of laser processing methods and laser processing apparatuses, when laser light having a pulse width of about picoseconds to femtoseconds is irradiated onto a material to be processed, high-quality material removal can be achieved by light-induced destruction by laser light. It is known that this can be done (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-205179 A
[0004]
That is, in the photo-induced breakdown, ionization of the processing site, proliferation of free electrons, induction breakdown, plasma formation, evaporation, and the like occur, so that there is almost no thermal influence around the processing site.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in many cases, a titanium sapphire laser is used as a laser that oscillates a laser beam, and the wavelength of the laser beam is in the 800 nm band. For example, a silicon or gallium arsenide group III-V semiconductor material is coated. When the processing material is used, the laser beam is absorbed by the processing material, so that only the surface of the processing material can be processed.
[0006]
Furthermore, when the work site on the surface of the work material is photo-induced destruction, the vaporized material becomes plasma and diffuses around the work site to shield the laser beam, so that the plasma is sufficiently scattered. Until then, irradiation of the next laser beam (short pulse light) has to be waited, and for this reason, it is necessary to lower the repetition frequency of the pulse, resulting in a waste of processing time.
[0007]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a laser processing method and a laser processing apparatus that improve processing efficiency by eliminating processing time waste.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 made to solve this problem is a laser processing method, wherein laser light oscillated from a laser is transmitted from the surface of the material to be processed and condensed on the back surface of the material to be processed. Then, the laser beam is scanned or the workpiece material is moved to cause light-induced breakdown in the laser beam condensing portion of the workpiece material.
[0009]
The invention according to
The invention according to
[0010]
The invention according to
[0011]
The invention according to
[0012]
The invention according to
[0013]
The invention according to
[0014]
The invention according to
The invention according to
[0015]
The invention according to
[0016]
The invention according to
[0017]
The invention according to
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the laser processing apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment includes a high-
[0019]
And in the laser processing apparatus 1 of this Embodiment, the workpiece material S can be laser-processed by performing the following operation with the
[0020]
At this time, the
[0021]
Of course, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment, in order to start laser processing by light-induced breakdown from the back surface of the material S to be processed, the laser light (short pulse light) 7 from the high-
[0022]
FIG. 4 is a diagram showing an outline of the high-
[0023]
In this regard, the
[0024]
However, since the position where the laser beam (short pulse light) is reflected differs depending on the wavelength of the fiber grating 14, the laser light (short pulse light) incident / reflected / output by the fiber grating 14 is chirped. It becomes a state. At this time, since the time width of the chirped laser beam (short pulse beam) is extended from, for example, 100 femtoseconds to 100 picoseconds, compared with the time when it is output from the
Then, the chirped laser light (short pulse light) is incident on the
[0025]
The
[0026]
The WDM 21b also has three ports, a 1.48 μm port, a 1.55 μm port, and a common port. A
[0027]
Similarly, each of the
[0028]
The
[0029]
As a result, the
[0030]
That is, in the high-
[0031]
Furthermore, the
[0032]
The
[0033]
In the
[0034]
On the other hand, the
[0035]
In the
[0036]
In FIG. 6, for convenience of explanation, an optical pulse train from the
[0037]
Here, returning to the description of the high-
[0038]
Further, even if the repetition frequency was varied by the pulse picker (not shown), the average output of the laser light (short pulse light) from the high-
[0039]
And in the laser processing apparatus 1 of this Embodiment, after starting the laser processing by light-induced destruction from the back surface of the material S to be processed (for example, a silicon substrate having a thickness of 300 μm), the above-described shutter (not shown) is used. The plasma generated when the laser beam (short pulse beam) from the high-
[0040]
As described above in detail, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment and the laser processing method performed by the laser processing apparatus 1, the femtosecond pulse oscillator of the
[0041]
And in the laser processing apparatus 1 of this Embodiment and the laser processing method implemented with the laser processing apparatus 1, as shown in FIG. 2, the laser beam (pulse light) from the
[0042]
The scanning of the laser light (pulse light) from the high-
[0043]
Further, in the laser processing apparatus 1 and the laser processing method performed by the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, even if the material to be processed S is a gallium arsenide substrate, the same operation is performed.・ Effects can be obtained. Further, in FIG. 3, the
[0044]
That is, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment and the laser processing method performed by the laser processing apparatus 1, as shown in FIG. 3, the back side of the material S to be processed is depressurized. Even if plasma is generated on the back surface side of the work material S, the work material S does not float, and the position of the work material S is always fixed, so that highly accurate processing can be performed. . Furthermore, since the generated plasma is efficiently diffused, it can be prevented from adhering to the back surface of the material S to be processed. In this respect, even when the material S to be processed is a silicon substrate, the same operation and effect can be obtained.
[0045]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
For example, in the laser processing apparatus 1 of the present embodiment and the laser processing method performed by the laser processing apparatus 1, the material S to be processed was a silicon substrate or a gallium arsenide substrate, but other III-V semiconductors It may be a material.
In this regard, semiconductor chips in recent years have been miniaturized due to high density, and therefore, the problem of heat dissipation has become apparent, and in order to solve this problem, the substrate has been made thinner. For this reason, it has become difficult to divide the substrate by dicing or cleaving at present, and laser processing has been desired. However, in normal laser processing, since it is processing by heat, there is a possibility that heat denaturation is given to the periphery of the processing site and damage to the semiconductor chip.
On the other hand, the laser processing apparatus 1 of the present embodiment and the laser processing method performed by the laser processing apparatus 1 can perform clean laser processing without a thermal history, and thus are suitable for substrate division. it can. Furthermore, not only the division of the substrate but also the serial number and the model number can be easily engraved on a part of the semiconductor chip, which is useful for tracking the semiconductor chip in the market.
[0046]
Further, the material S to be processed is not limited to a semiconductor material, and may be an optical glass material such as a substrate such as BK7. In this case, for example, a serial number or the like can be engraved on the glass of an automobile, which can be useful for theft of an automobile or identification of an illegally neglected automobile number.
[0047]
Moreover, in the laser processing apparatus 1 of this Embodiment and the laser processing method implemented with the laser processing apparatus 1, as shown in FIG. 3, the jig |
[0048]
Moreover, in the laser processing apparatus 1 of this Embodiment and the laser processing method implemented with the laser processing apparatus 1, it replaces with what is shown in FIG. 4, and uses what is shown in FIG. Also good. In this regard, the high-
[0049]
【The invention's effect】
In the laser processing method and laser processing apparatus of the present invention, since the condensing part of the work material is on the back surface of the work material, the plasma vaporized by the condensing part of the work material during the light-induced breakdown The laser beam that diffuses around the back surface of the processing material and irradiates the processing material from the surface of the processing material is not shielded. Thereby, it is not necessary to wait for the irradiation of the laser beam until the plasma is sufficiently scattered, and more specifically, it is possible to perform the irradiation of the laser beam oscillated from the laser having a high repetition frequency (number of pulses). Processing time is saved, but processing costs can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 scans the condensing point of laser light (short pulse light) from a high-intensity laser up to the back surface of the work material fixed to a precision moving stage in the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention. It is the elements on larger scale which showed the outline at the time of being done.
FIG. 3 shows a laser beam machining apparatus according to an embodiment of the present invention in which a condensing point of a laser beam (short pulse beam) from a high-intensity laser is fixed on a jig for holder of a stage for precision movement. It is the elements on larger scale which showed the outline at the time of scanning to the back.
FIG. 4 is a view showing an outline of a high-intensity laser used in a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of an amplification unit of a high-intensity laser in a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an outline of a femtosecond laser oscillator used in a high-intensity laser in a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing an outline of a high-intensity laser used in a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Laser processing equipment
2 High intensity laser
3 Beam position adjustment unit
4 Objective lens
5 Stage for precision movement
6 Controller for control
7 Laser light (short pulse light)
8 Jig for holder
9 Internal space of holder jig
Condensing point of Q laser light (short pulse light)
S Work material
Claims (12)
前記被加工材料の裏面側にガスを吹き付けること、を特徴とするレーザ加工方法。A laser processing method according to claim 1,
A laser processing method, characterized in that a gas is blown onto a back surface side of the material to be processed.
前記被加工材料の裏面側を減圧させること、を特徴とするレーザ加工方法。A laser processing method according to claim 1,
A laser processing method, wherein the back side of the material to be processed is depressurized.
前記レーザのレーザ媒質が少なくともエルビウムをドープしたファイバーであるとともに、前記レーザ光の波長が1.5μmに成分をもつこと、を特徴とするレーザ加工方法。A laser processing method according to any one of claims 1 to 3,
A laser processing method, wherein the laser medium of the laser is a fiber doped with at least erbium, and the wavelength of the laser light has a component of 1.5 μm.
前記被加工材料が、シリコン又は、ガリウム砒素系のIII−V族半導体材料、ガラス材料のいずれか一つであること、を特徴とするレーザ加工方法。A laser processing method according to any one of claims 1 to 4,
The laser processing method, wherein the material to be processed is any one of silicon, a gallium arsenide group III-V semiconductor material, and a glass material.
前記被加工材料の裏面側にガスを吹き付けること、を特徴とするレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 7,
A laser processing apparatus, characterized in that a gas is blown onto a back surface side of the material to be processed.
前記被加工材料の裏面側を減圧させること、を特徴とするレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 7,
A laser processing apparatus, characterized in that the back side of the material to be processed is decompressed.
前記レーザのレーザ媒質が少なくともエルビウムをドープしたファイバーであるとともに、前記レーザ光の波長が1.5μmに成分をもつこと、を特徴とするレーザ加工装置。A laser processing apparatus according to any one of claims 7 to 9,
A laser processing apparatus, wherein the laser medium of the laser is a fiber doped with at least erbium, and the wavelength of the laser light has a component of 1.5 μm.
前記被加工材料が、シリコン又は、ガリウム砒素系のIII−V族半導体材料、ガラス材料のいずれか一つであること、を特徴とするレーザ加工装置。A laser processing apparatus according to any one of claims 7 to 10,
The laser processing apparatus, wherein the material to be processed is one of silicon, a gallium arsenide group III-V semiconductor material, and a glass material.
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