特開 2024-157237 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157237

(43)【公開日】2024-11-07

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/364 20140101AFI20241030BHJP

   B23K 26/146 20140101ALI20241030BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20241030BHJP

【ＦＩ】

B23K26/364

B23K26/146

H01L21/78 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023071481

(22)【出願日】2023-04-25

(71)【出願人】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】波多野 雄二

(72)【発明者】

【氏名】能丸 圭司

【テーマコード（参考）】

4E168

5F063

【Ｆターム（参考）】

4E168AD01

4E168CB04

4E168CB07

4E168DA04

4E168DA43

4E168EA16

4E168FA05

4E168FB07

4E168HA01

4E168JA12

4E168JA13

4E168JA14

4E168KB03

5F063AA04

5F063AA15

5F063AA36

5F063BA43

5F063BA45

5F063BA47

5F063BA50

5F063DD26

5F063DD31

5F063DD32

5F063DF01

5F063DF24

(57)【要約】

【課題】被加工物の上面に形成した液体の層を介してレーザビームを照射する際に、発生した気泡に起因する散乱光によってデバイスの品質が低下することを抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供すること。
【解決手段】レーザ加工装置は、被加工物１００の一面（表面１０２）側と反対側の面側である他面（裏面１０５）側を保持して一面側を露出させる保持ユニット１０と、レーザビーム３１を発振するレーザ発振器３２とレーザビーム３１を集光して被加工物１００に照射する集光器３３とを有するレーザ照射ユニット３０と、被加工物１００の一面側においてレーザビーム３１が照射される被照射領域３７に液体４１を噴射して体の薄膜を形成する液体噴射ノズル４０と、を備え、液体４１の薄膜を介して被加工物１００にレーザビーム３１を照射することで、被加工物１００の一面側から溝又は穴を形成する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物にレーザビームを照射して該被加工物の一面側から溝又は穴を形成するレーザ加工装置であって、
該被加工物の該一面側と反対側の面側である他面側を保持して該一面側を露出させる保持ユニットと、
該レーザビームを発振するレーザ発振器と該レーザビームを集光して該被加工物に照射する集光器とを有するレーザ照射ユニットと、
該被加工物の一面側において該レーザビームが照射される被照射領域に液体を噴射して該液体の薄膜を形成する液体噴射ノズルと、を備え、
該液体の薄膜を介して該被加工物に該レーザビームを照射する
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

該液体噴射ノズルは、該液体を噴出する射出径が、１００μｍ以下である
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】

該液体噴射ノズルは、該液体を噴出する射出径が、５０μｍ以上である
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】

被加工物にレーザビームを照射して該被加工物の一面側から溝又は穴を形成するレーザ加工方法であって、
該被加工物の該一面側と反対側の面側である他面側を保持して該一面側を露出させる保持ステップと、
該被加工物の該一面側に液体を噴射して該液体の薄膜を形成する液体薄膜形成ステップと、
該液体の薄膜を介して該被加工物の該一面側に該レーザビームを照射するレーザビーム照射ステップと、を備える
ことを特徴とするレーザ加工方法。

【請求項5】

該液体薄膜形成ステップでは、該液体の薄膜の厚みを１００μｍ以下に形成する
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。

【請求項6】

該液体薄膜形成ステップでは、該液体の薄膜の厚みを５０μｍ以上に形成する
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハや光デバイスウエーハ等のウェーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工することによりレーザ加工溝やレーザ加工穴を形成し、このレーザ加工溝やレーザ加工穴を起点にして破断する方法が提案されている。

【0003】

このような方法において、ウェーハにレーザビームを照射すると照射された領域からデブリが発生し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題が生じる。この問題を解消するために、ウェーハの上面に液体の層を形成し、形成した液体の層を介してレーザビームを照射するレーザ加工装置が提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－０３６８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、液体の層を介してレーザビームを照射する場合、レーザビームが照射された部位からは微細な気泡が発生する。この気泡によってレーザビームが散乱され、散乱されたレーザビームがウェーハのデバイス面に照射されることでデバイスの品質を低下させるという課題があった。

【0006】

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被加工物の上面に形成した液体の層を介してレーザビームを照射する際に、発生した気泡に起因する散乱光によってデバイスの品質が低下することを抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置は、被加工物にレーザビームを照射して該被加工物の一面側から溝又は穴を形成するレーザ加工装置であって、該被加工物の該一面側と反対側の面側である他面側を保持して該一面側を露出させる保持ユニットと、該レーザビームを発振するレーザ発振器と該レーザビームを集光して該被加工物に照射する集光器とを有するレーザ照射ユニットと、該被加工物の一面側において該レーザビームが照射される被照射領域に液体を噴射して該液体の薄膜を形成する液体噴射ノズルと、を備え、該液体の薄膜を介して該被加工物に該レーザビームを照射することを特徴とする。

【0008】

また、本発明のレーザ加工装置において、該液体噴射ノズルは、該液体を噴出する射出径が、１００μｍ以下であることが好ましく、更に、５０μｍ以上であることが好ましい。

【0009】

また、本発明のレーザ加工方法は、被加工物にレーザビームを照射して該被加工物の一面側から溝又は穴を形成するレーザ加工方法であって、該被加工物の該一面側と反対側の面側である他面側を保持して該一面側を露出させる保持ステップと、該被加工物の該一面側に液体を噴射して該液体の薄膜を形成する液体薄膜形成ステップと、該液体の薄膜を介して該被加工物の該一面側に該レーザビームを照射するレーザビーム照射ステップと、を備えることを特徴とする。

【0010】

また、本発明のレーザ加工方法において、該液体薄膜形成ステップでは、該液体の薄膜の厚みを１００μｍ以下に形成することが好ましく、更に、５０μｍ以上に形成することが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本願発明は、被加工物の上面に形成した液体の層を介してレーザビームを照射する際に、発生した気泡に起因する散乱光によってデバイスの品質が低下することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係るレーザ加工装置の構成例を示す斜視図である。

【図2】図２は、加工対象の被加工物の一例を示す斜視図である。

【図3】図３は、レーザ照射ユニットの概略構成を説明する説明図である。

【図4】図４は、液体噴射ノズルの一例を示す断面図である。

【図5】図５は、図４に示す液体噴射ノズルの分解断面図である。

【図6】図６は、実施形態に係るレーザ加工方法の流れを示すフローチャートである。

【図7】図７は、図６に示すレーザビーム照射ステップにおける被照射領域を示す断面図である。

【図8】図８は、比較例における被照射領域を示す断面図である。

【図9】図９は、液体噴射ノズルの圧力に対応したレーザ加工溝及び散乱光ダメージの実験結果を示す図である。

【図10】図１０は、液体噴射ノズルの射出径に対応したレーザ加工溝及び散乱光ダメージの実験結果を示す図である。

【図11】図１１は、液体噴射ノズルの射出径に対応したレーザ加工溝及び散乱光ダメージの実験結果を示す図である。

【図12】図１２は、比較例におけるレーザ加工溝及び散乱光ダメージの実験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【0014】

〔実施形態〕
＜レーザ加工装置１＞
まず、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１の構成について図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るレーザ加工装置１の構成例を示す斜視図である。図２は、加工対象の被加工物１００の一例を示す斜視図である。図３は、レーザ照射ユニット３０の概略構成を説明する説明図である。図４は、液体噴射ノズル４０の一例を示す断面図である。図５は、図４に示す液体噴射ノズル４０の分解断面図である。

【0015】

以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向である。実施形態のレーザ加工装置１は、加工送り方向がＸ軸方向であり、割り出し送り方向がＹ軸方向である。

【0016】

図１に示すように、レーザ加工装置１は、保持ユニット１０と、移動ユニット２０と、レーザ照射ユニット３０と、液体噴射ノズル４０と、ポンプ９０と、を備える。実施形態に係るレーザ加工装置１は、保持ユニット１０に保持された被加工物１００に対して、レーザ照射ユニット３０によってレーザビーム３１を照射することにより、被加工物１００の一面側から溝又は穴を形成する加工を実施する装置である。

【0017】

加工対象である被加工物１００は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）又はその他の半導体材料を基板１０１とする円板状の半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハである。あるいは、被加工物１００は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、ガラス、石英等の材料を基板１０１とする円板状のウェーハである。ガラスは、例えば、アルカリガラス、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、等を含む。実施形態の被加工物１００は、厚み３５０μｍのシリコンウェーハである。

【0018】

図２に示すように、被加工物１００は、基板１０１の表面１０２に格子状に設定される複数の分割予定ライン１０３と、分割予定ライン１０３によって区画された領域に形成されたるデバイス１０４と、を有する。デバイス１０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、あるいはＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ、又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等である。

【0019】

被加工物１００は、例えば、環状のフレーム１１０が貼着されかつ被加工物１００の外径よりも大径なテープ１１１が被加工物１００の裏面１０５に貼着されて、フレーム１１０の開口内に支持された状態で搬送及び加工される。被加工物１００は、分割予定ライン１０３に沿って個々のデバイス１０４に分割されて、チップに個片化される。なお、被加工物１００は、円板状に限定されず、樹脂パッケージ基板や金属基板等その他の板状であってもよい。また、チップは、正方形状に限定されず、長方形状又は多角形状であってもよい。

【0020】

図１に示す保持ユニット１０は、被加工物１００を保持面１１で保持するテーブルである。保持ユニット１０は、例えば、被加工物１００の裏面１０５側を保持して、表面１０２側を露出させる。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状である。保持面１１は、実施形態において、水平方向と平行な平面である。保持面１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持ユニット１０は、保持面１１上に載置された被加工物１００を吸引保持する。

【0021】

保持ユニット１０の周囲には、被加工物１００を支持するフレーム１１０を挟持する不図示のクランプ部が複数配置されている。また、保持ユニット１０は、不図示の回転ユニットによりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転可能に支持される。保持ユニット１０の下方は、不図示の回転ユニットの外周面に取り付けられたテーブルカバー１２により覆われている。

【0022】

テーブルカバー１２のＸ軸方向の両側には、後述の移動ユニット２０の加工送りユニット２１を覆う一対の蛇腹部材１３が取り付けられている。蛇腹部材１３は、可撓性を有してＸ軸方向に伸縮自在であり、テーブルカバー１２、すなわち保持ユニット１０がＸ軸方向に移動することを許容する。蛇腹部材１３は、加工送りユニット２１等に後述の液体４１やデブリ等が付着することを規制する。

【0023】

また、保持ユニット１０、テーブルカバー１２、及び蛇腹部材１３は、水受けパン１４の内側に収容されて配置される。水受けパン１４は、後述の加工送りユニット２１が固定される割り出し送りユニット２２の不図示の移動基台に固定して設けられる。水受けパン１４は、底板と、外縁から立設した複数の周板と、底板に開口する排水口と、を含む。排水口は、不図示の排水管に接続して、底板に溜まった排液を排出する。

【0024】

移動ユニット２０は、保持ユニット１０とレーザ照射ユニット３０とを相対的に移動させるユニットである。実施形態の移動ユニット２０は、保持ユニット１０、テーブルカバー１２及び不図示の回転ユニットを、装置本体２に対してＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。移動ユニット２０は、加工送りユニット２１と、割り出し送りユニット２２と、を含む。

【0025】

加工送りユニット２１は、保持ユニット１０とレーザ照射ユニット３０とを加工送り方向であるＸ軸方向に相対的に移動させるユニットである。加工送りユニット２１は、実施形態において、保持ユニット１０、テーブルカバー１２及び不図示の回転ユニットをＸ軸方向に移動させる。加工送りユニット２１は、実施形態において、割り出し送りユニット２２上に設置されている。

【0026】

加工送りユニット２１は、例えば、不図示の移動基台と、移動基台をＸ軸方向に移動自在に支持する不図示のガイドレールと、ガイドレールに沿ってＸ軸方向に延びて移動基台がナット部に接合されるボールねじと、ボールねじを回動させるパルスモータと、を含む。移動基台には、不図示の回転ユニットが固定して設けられる。ボールねじ及びガイドレールは、割り出し送りユニット２２の移動基台に固定して設けられる。

【0027】

割り出し送りユニット２２は、保持ユニット１０とレーザ照射ユニット３０とを割り出し送り方向であるＹ軸方向に相対的に移動させるユニットである。割り出し送りユニット２２は、実施形態において、保持ユニット１０、テーブルカバー１２、不図示の回転ユニット、及び加工送りユニット２１をＹ軸方向に移動させる。割り出し送りユニット２２は、実施形態において、レーザ加工装置１の装置本体２上に設置されている。

【0028】

割り出し送りユニット２２は、例えば、不図示の移動基台と、移動基台をＹ軸方向に移動自在に支持する不図示のガイドレールと、ガイドレールに沿ってＸ軸方向に延びて移動基台がナット部に接合されるボールねじと、ボールねじを回動させるパルスモータと、を含む。移動基台には、不図示の回転ユニットが固定して設けられる。ボールねじ及びガイドレールは、装置本体２に固定して設けられる。

【0029】

レーザ照射ユニット３０は、保持ユニット１０に保持された被加工物１００に対してパルス状のレーザビーム３１を照射するユニットである。図３に示すように、レーザ照射ユニット３０は、レーザ発振器３２と、集光器３３と、ミラー３４、３５と、ポリゴンミラー３６と、を含む。

【0030】

レーザ発振器３２は、被加工物１００を加工するための所定の波長を有するレーザビーム３１を発振する。レーザ照射ユニット３０が照射するレーザビーム３１は、被加工物１００に対して透過性を有する波長のレーザビームでもよいし、被加工物１００に対して吸収性を有する波長のレーザビームでもよい。

【0031】

集光器３３は、レーザ発振器３２から出射されたレーザビーム３１を集光して、保持ユニット１０の保持面１１に保持された被加工物１００に向けて照射させる。集光器３３は、実施形態において、ミラー３４、３５、及びポリゴンミラー３６に導かれたレーザビーム３１を、保持ユニット１０の保持面１１に保持された被加工物１００の表面１０２に集光照射させる。

【0032】

実施形態の集光器３３は、ｆθレンズを含む。ｆθレンズは、複数枚のレンズを組み合わせた組みレンズである。集光器３３は、後述のポリゴンミラー３６によってＸ軸方向に走査されたレーザビーム３１を、保持ユニット１０の保持面１１に保持された被加工物１００に集光照射する。集光器３３を通過したレーザビーム３１の進行方向は、Ｚ軸方向に平行である。

【0033】

レーザ照射ユニット３０のうち、少なくとも集光器３３は、レーザ加工装置１の装置本体２（図１参照）から立設した立壁部３（図１参照）に設置される不図示の集光点位置調整手段によってＺ軸方向に移動可能に支持される。集光点位置調整手段は、集光器３３によって集光されたレーザビーム３１の集光点を、保持ユニット１０の保持面１１に垂直な光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させる。

【0034】

ミラー３４、３５は、レーザ発振器３２と集光器３３との間のレーザビーム３１の光路上に設けられる。ミラー３４、３５は、レーザ発振器３２から出射したレーザビーム３１をレーザ発振器３２から集光器３３へと導く。例えば、レーザ発振器３２から発振されるレーザビーム３１がＵＶ（紫外線）の場合、ミラー３４、３５には、ＵＶを反射する反射膜が形成される。実施形態において、ミラー３４は、レーザ発振器３２が発振したレーザビーム３１を、ミラー３５へ反射する。ミラー３５は、ミラー３４で反射されたレーザビーム３１を、ポリゴンミラー３６へ反射する。

【0035】

ポリゴンミラー３６は、レーザ発振器３２と集光器３３との間のレーザビーム３１の光路上に設けられる。ポリゴンミラー３６は、レーザ発振器３２から出射しミラー３４、３５に導かれたレーザビーム３１を、移動ユニット２０（図１参照）の加工送り方向であるＸ軸方向に走査して、集光器３３へ導く。ポリゴンミラー３６は、各側面に平坦なミラー面を有し、割り出し送り方向であるＹ軸方向に平行な軸心を有する多角柱体（実施形態では、八角柱体）である。集光器３３の前側焦点は、レーザビーム３１が入射するポリゴンミラー３６の側面のミラー面上に位置づけられる。

【0036】

ポリゴンミラー３６は、図示せぬ走査モータから出力される回転駆動力によって、軸心回りに回転可能又は揺動可能なように、軸心が図示せぬミラーホルダに保持されている。ポリゴンミラー３６は、入射したレーザビーム３１を、集光器３３に向かってＸＺ平面と平行な方向に反射させるとともに、Ｙ軸方向に平行な軸心回りに回転することによって、レーザビーム３１をＸ軸方向に走査させる。ポリゴンミラー３６によってＸ軸方向に走査されたレーザビーム３１は、集光器３３によって集光されて、Ｚ軸方向に平行な方向に進み、被加工物１００の被照射領域３７に照射される。

【0037】

液体噴射ノズル４０は、保持ユニット１０の保持面１１に保持された被加工物１００の一面（実施形態では表面１０２）側において、レーザビーム３１が照射される被照射領域３７に液体４１を噴射して液体４１の薄膜を形成する。液体４１は、例えば、発泡しにくい処理を施した水、消泡剤を混ぜた純水、脱気フィルターを通した純水（脱気水）、又は冷却した水等である。発泡しにくい液体とは、例えば、沸点が１７４℃であり表面張力が小さく破泡やすい、スリーエムジャパン製のフロリナート（登録商標）のＦＣ－４３が挙げられる。冷却した水とは、例えば、５℃以下程度の水である。液体噴射ノズル４０は、例えば、レーザ照射ユニット３０のレーザビーム３１を出射する出射口を有する加工ヘッドに隣接した位置に、レーザビーム３１の光軸より加工送り方向（Ｘ軸方向）に所定角度傾いた姿勢で設けられる。

【0038】

液体噴射ノズル４０は、図４及び図５に示すように、基部５０と、先端部６０と、射出径調整部材７０と、Ｏリング８０と、を有し、それぞれに分解可能である。基部５０は、液体４１が通過する流路５１が軸方向に沿って内部に形成される円筒形状であり、上流側の端部が、供給管９１（図１参照）を介してポンプ９０（図１参照）に接続する。基部５０は、下流側の端部に、接合部５２を有する。接合部５２は、他の部分より小径に形成され、外周面に雄ねじが形成される。

【0039】

先端部６０は、内部に軸方向に沿う貫通孔を有する円錘台形状である。先端部６０の貫通孔は、大径部側から小径部側に向かって、接合部６１、射出径調整部６２、及び射出部６３に区画される。接合部６１は、内周面に雌ねじが形成され、基部５０の接合部５２が螺合する部分である。接合部６１に接合部５２が螺合することにより、先端部６０は、基部５０に装着される。

【0040】

射出径調整部６２は、射出径調整部材７０が収容される部分である。射出部６３は、液体噴射ノズル４０の最も下流に位置する部分であり、下流端の開口６４から液体４１を射出する。射出部６３の内径は、接合部６１及び射出径調整部６２の内径より小さい。

【0041】

射出径調整部材７０は、流路５１側から供給される液体４１の流れを絞ることによって、液体噴射ノズル４０から射出される液体４１の射出径７４を調整する治具である。射出径調整部材７０は、内部に軸方向に沿う貫通孔を有する円柱形状である。射出径調整部材７０は、接合部６１側から挿入して射出径調整部６２に収容可能である。

【0042】

射出径調整部材７０の貫通孔は、射出径調整部６２に収容された状態での接合部６１側から射出部６３側に向かって、漸縮部７１、喉部７２、及び漸拡部７３に区画される。漸縮部７１は、喉部７２に向かって徐々に小径になるようなテーパ状の内壁を有する。喉部７２は、射出径調整部材７０の貫通孔において、最小径の部分であり、この内径が、液体噴射ノズル４０の射出径７４である。

【0043】

漸拡部７３は、射出部６３に向かって徐々に大径になるようなテーパ状の内壁を有する。漸拡部７３のテーパ角は、漸縮部７１のテーパ角より小さい。また、漸拡部７３の下流端の内径は、射出部６３の内径と同一か、又は射出部６３の内径より小さい。

【0044】

液体噴射ノズル４０は、射出径調整部６２に射出径調整部材７０が収容され、かつ基部５０と先端部６０とが接合部５２、６１で螺合した状態において、流路５１側から供給された液体４１を、射出径７４に調整して、開口６４から噴射させる。

【0045】

なお、図４に示すように、射出径調整部６２に射出径調整部材７０を収容する際、液漏れを防止するため、射出径調整部６２の下流側の端部と射出径調整部材７０との間にＯリング８０が装着される。また、基部５０と先端部６０とを接合部５２、６１で螺合する際、液漏れを防止するため、接合部６１の下流側の端部と接合部５２との間にＯリング８０が装着される。

【0046】

図１及び図３に示すポンプ９０は、供給管９１を介して、液体噴射ノズル４０に液体４１を圧送する。ポンプ９０では、液体４１を供給する圧力を調整可能であってもよい。

【0047】

＜レーザ加工方法＞
次に、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法について図面に基づいて説明する。図６は、実施形態に係るレーザ加工方法の流れを示すフローチャートである。レーザ加工方法は、図１から図５までに示したレーザ加工装置１等を用いて、被加工物１００にレーザビーム３１を照射して被加工物１００の一面側から溝又は穴を形成する加工を実施する方法である。レーザ加工方法は、保持ステップ２０１と、液体薄膜形成ステップ２０２と、レーザビーム照射ステップ２０３と、を備える。

【0048】

（保持ステップ２０１）
保持ステップ２０１は、被加工物１００のレーザビーム３１を照射する一面側と反対側の面側である他面側を保持して一面側を露出させるステップである。実施形態の保持ステップ２０１では、図３に示すように、被加工物１００の裏面１０５側を保持ユニット１０の保持面１１に保持して、表面１０２側を露出させる。

【0049】

具体的には、まず、環状のフレーム１１０及びテープ１１１に保持された被加工物１００（図２参照）を、図示せぬ搬送ユニット等により保持ユニット１０の保持面１１に搬送して載置する。次に、保持ユニット１０の保持面１１に負圧を形成して被加工物１００の裏面１０５側を吸引するとともに、フレーム１１０を不図示のクランプ部で挟持することにより、被加工物１００を保持面１１上に吸引保持する。

【0050】

（液体薄膜形成ステップ２０２）
液体薄膜形成ステップ２０２は、被加工物１００のレーザビーム３１を照射する一面側に液体４１を噴射して液体４１の薄膜を形成するステップである。実施形態の液体薄膜形成ステップ２０２では、図３に示すように、被加工物１００の表面１０２側の被照射領域３７に向けて、液体噴射ノズル４０によって液体４１を噴射して、被照射領域３７を含む被加工物１００の表面１０２側の一部に液体４１の薄膜を形成する。

【0051】

液体薄膜形成ステップ２０２では、液体４１の薄膜の厚み４２を５０μｍ以上１００μｍ以下に形成することが好ましい。また、液体薄膜形成ステップ２０２では、液体噴射ノズル４０の開口６４から被加工物１００の表面１０２までの軸方向（図４及び図５の一点鎖線で示す方向）距離が、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、液体噴射ノズル４０の射出径７４を直径５０μｍ以上１００μｍ以下とし、ノズル圧力を０．９ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下（ゲージ圧力）に設定することが好ましく、０．９ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下に設定することがより好ましい。なお、これらの設定値は、液体４１の薄膜の厚み４２が５０μｍ以上１００μｍ以下となるよう、液体噴射ノズル４０の被加工物１００の表面１０２までの軸方向距離を大きくする場合にはノズル圧力を大きくする等、適宜調整されることが好ましい。

【0052】

（レーザビーム照射ステップ２０３）
図７は、図６に示すレーザビーム照射ステップ２０３における被照射領域３７を示す断面図である。レーザビーム照射ステップ２０３は、液体４１の薄膜を介して被加工物１００の一面側にレーザビーム３１を照射するステップである。ここでは、レーザビーム３１を加工送り方向に直線状に照射して直線状の溝加工を行う場合について説明するが、本発明では、例えば、環状の溝加工に適用してもよい。

【0053】

レーザビーム照射ステップ２０３では、図３に示すように、液体噴射ノズル４０から液体４１の供給を継続している状態において、レーザ照射ユニット３０を作動させるとともに加工送りユニット２１を作動させて、保持ユニット１０を加工送り方向（Ｘ軸方向）へ所定の送り速度で移動させる。実施形態において被加工物１００にレーザビーム３１を照射する際は、図３に示すポリゴンミラー３６の回転とともにポリゴンミラー３６の側面のミラー面の位置及び角度が変化することで、被加工物１００に対してレーザビーム３１がＸ軸方向に走査されて照射される。

【0054】

なお、実施形態のレーザビーム照射ステップ２０３におけるレーザ加工条件は、例えば、以下に示すとおりである。
レーザビームの波長：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：５ＭＨｚ
平均出力 ：１０Ｗ
加工送り速度 ：５０ｍｍ／ｓ
ミラー回転数 ：５０００ｒｐｍ

【0055】

図７に示すように、集光器３３から集光照射されるレーザビーム３１は、液体４１を透過して、被加工物１００の表面１０２の被照射領域３７に照射される。この際、液体４１の薄膜の厚み４２を十分に薄くすることで、レーザビーム３１の照射により発生する気泡４３の上昇距離を抑制し、散乱領域を制限することができる。

【0056】

図８は、比較例における被照射領域を示す断面図である。比較例では、液体４１の膜の厚み４２を実施形態と比較して十分に厚くしている。このように、被加工物１００の被照射領域３７を覆う液体４１の膜が厚い場合、レーザビーム３１の照射により発生する気泡４３が液体４１内を上昇する。これにより、気泡４３に起因する散乱光３８の照射領域が大きくなることで、所望の加工点から離れた位置にレーザビーム３１の散乱光３８が照射される可能性がある。

【0057】

液体噴射ノズル４０から液体４１を噴射する圧力が十分に高いと、液体４１の膜は、射出径７４より小さくなり、圧力が高過ぎると、乱流によって液体４１の膜が安定しなくなるため、噴射距離、射出径７４及びノズル圧力は、適宜調整されることが好ましい。

【0058】

＜実験による検証＞
本出願人は、上記実施形態の液体噴射ノズル４０により液体４１の膜を形成した状態でレーザ溝加工を実施し、レーザ加工溝１０６及び散乱光ダメージ１０７の状態を検証した。レーザ加工条件は、上述したレーザビーム照射ステップ２０３の実施形態と同様の条件である。

【0059】

まず、液体噴射ノズル４０のノズル圧力（ポンプ９０による圧力の制御値）を変更して、それぞれのレーザ加工溝１０６及び散乱光ダメージ１０７の状態を検証した。検証では、液体噴射ノズル４０の開口６４から被加工物１００の表面１０２までの軸方向距離を、１０ｍｍとし、液体噴射ノズル４０の射出径７４を直径１００μｍとした。また、ノズル圧力は、０．５ＭＰａ、０．６ＭＰａ、０．８ＭＰａ、０．９ＭＰａ、１．０ＭＰａ、１．１ＭＰａ、１．２ＭＰａ、１．３ＭＰａ、１．４ＭＰａ、１．５ＭＰａの１０パターンを検証した。

【0060】

図９は、液体噴射ノズル４０の圧力に対応したレーザ加工溝１０６及び散乱光ダメージ１０７の実験結果を示す図である。図９に示すように、液体４１を０．５ＭＰａ又は０．６ＭＰａで噴射して形成した液体４１の薄膜越しにレーザビーム３１を照射してレーザ加工溝１０６を形成した場合では、レーザ加工溝１０６から離隔した位置にも散乱光ダメージ１０７が多く存在している。更に、レーザ加工溝１０６とそれ以外との領域との境界が曖昧になり、レーザ加工溝１０６の溝幅が不均一になってしまっていることがわかる。

【0061】

液体４１を０．８ＭＰａで噴射した場合では、レーザ加工溝１０６の溝幅が概ね一定になるが、レーザ加工溝１０６とそれ以外との領域との境界が曖昧な部分が依然として存在する。また、レーザ加工溝１０６から離隔した位置に、散乱光ダメージ１０７が存在していることがわかる。

【0062】

液体４１を０．９ＭＰａ又は１．０ＭＰａで噴射した場合では、レーザ加工溝１０６の溝幅が概ね一定になり、レーザ加工溝１０６とそれ以外との領域との境界が鮮明になっている。また、レーザ加工溝１０６から離隔した位置の散乱光ダメージ１０７は、０．８ＭＰａで噴射した場合と比較して、少ないものになっていることがわかる。

【0063】

液体４１を１．１ＭＰａ又は１．２ＭＰａで噴射した場合では、レーザ加工溝１０６の溝幅が概ね一定になり、レーザ加工溝１０６とそれ以外との領域との境界が鮮明になっている。但し、レーザ加工溝１０６から離隔した位置の散乱光ダメージ１０７が、０．９ＭＰａ又は１．０ＭＰａで噴射した場合と比較して、若干多くなっていることがわかる。

【0064】

液体４１を１．３ＭＰａで噴射した場合では、レーザ加工溝１０６の溝幅が概ね一定になり、また、レーザ加工溝１０６から離隔した位置の散乱光ダメージ１０７は、少なくなっていることがわかる。但し、レーザ加工溝１０６とそれ以外との領域との境界が曖昧な部分が存在する。

【0065】

液体４１を１．４ＭＰａ又は１．５ＭＰａで噴射した場合では、レーザ加工溝１０６の溝幅が概ね一定になり、レーザ加工溝１０６とそれ以外との領域との境界が鮮明になっている。但し、レーザ加工溝１０６から離隔した位置の散乱光ダメージ１０７が、１．３ＭＰａで噴射した場合と比較して、多くなっていることがわかる。

【0066】

以上の結果により、液体噴射ノズル４０の開口６４から被加工物１００の表面１０２までの軸方向距離が１０ｍｍで、液体噴射ノズル４０の射出径７４が直径１００μｍである場合、ノズル圧力は、０．９ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下程度に調整されることが好ましいことがわかった。すなわち、ノズル圧力が小さすぎると、液体４１の膜が十分に薄くならずに発生した気泡４３が液体４１内を上昇して散乱光３８による散乱光ダメージ１０７を十分に抑制できず、圧力が高過ぎると、乱流によって液体４１の膜が安定しなくなることが推測できる。

【0067】

次に、液体噴射ノズル４０の射出径７４を変更して、それぞれのレーザ加工溝１０６及び散乱光ダメージ１０７の状態を検証した。射出径７４を変更することで、形成される液体４１の薄膜の厚み４２を変更することができる。液体４１の薄膜の厚み４２は、射出径７４にほぼ等しい。検証では、液体噴射ノズル４０の開口６４から被加工物１００の表面１０２までの軸方向距離を、１０ｍｍとし、ノズル圧力を、１．０ＭＰａとした。また、液体噴射ノズル４０の射出径７４は、直径１００μｍ、及び直径５０μｍの２パターンを検証した。

【0068】

図１０及び図１１は、液体噴射ノズル４０の射出径７４に対応したレーザ加工溝１０６及び散乱光ダメージ１０７の実験結果を示す図である。図１０は、液体噴射ノズル４０の射出径７４が直径１００μｍの実験結果を示し、図１１は、直径５０μｍの実験結果を示す。

【0069】

図１０に示すように、液体４１を直径１００μｍの射出径７４から噴射した場合では、レーザ加工溝１０６の溝幅が概ね一定になり、レーザ加工溝１０６とそれ以外との領域との境界が鮮明になっている。また、散乱光ダメージ１０７は、レーザ加工溝１０６の溝幅方向の両脇に存在するものの、レーザ加工溝１０６から離隔した位置では少ないことがわかる。

【0070】

図１１に示すように、液体４１を直径５０μｍの射出径７４から噴射した場合では、レーザ加工溝１０６の周囲に多数のデブリ１０８が付着していることがわかる。また、レーザ加工溝１０６とそれ以外との領域との境界が曖昧な部分が散見されるが、レーザ加工溝１０６の溝幅は概ね一定ではあることがわかる。

【0071】

次に、従来の方法のように液体４１による膜を厚くした状態でのそれぞれのレーザ加工溝１０６及び散乱光ダメージ１０７の状態を検証した。検証では、液体４１による膜の厚みを、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍとした。

【0072】

図１２は、比較例におけるレーザ加工溝１０６及び散乱光ダメージ１０７の実験結果を示す図である。図１２に示すように、いずれの場合でも、レーザ加工溝１０６の溝幅方向の両脇から離隔した位置にかけて、散乱光ダメージ１０７が多く存在していることがわかる。

【0073】

以上、図１０及び図１１と図１２との比較によると、液体４１の膜の厚みを薄くすることで、散乱光ダメージ１０７を抑制することができることがわかった。すなわち、液体４１の膜を薄くすることで、気泡４３の上昇が抑制され、これにより、気泡４３による散乱光３８に起因される散乱光ダメージ１０７が抑制されたことが推測できる。

【0074】

また、図１０と図１１との比較によると、液体噴射ノズル４０の射出径７４を小さくすると、デブリ１０８が被加工物１００の表面１０２に付着してしまうことがわかった。これにより、射出径７４を小さくし過ぎると、液体４１の薄膜が適切に形成されない箇所が発生してしまい、デブリ１０８付着したことが推測できる。射出径７４が小さくても、ノズル圧力を下げることで液体４１の薄膜の厚み４２を大きくすることができるため、液体噴射ノズル４０の被加工物１００の表面１０２までの軸方向距離、射出径７４、ノズル圧力を総合的に調整されることが好ましい。

【0075】

以上説明したように、実施形態に係るレーザ加工装置１及びレーザ加工方法では、被加工物１００の上面（表面１０２）に形成する液体４１の層を薄くすることで、レーザビーム３１の照射により発生する気泡４３に起因する散乱光３８の照射領域を制限することができる。このため、散乱光３８によってデバイス１０４の品質が低下することを抑制することができるという効果を奏する。

【0076】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、レーザ照射ユニット３０は、ポリゴンミラー３６の代わりにガルバノを有していてもよく、ポリゴンミラー３６やガルバノ等の走査ユニットを有さなくてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１ レーザ加工装置
１０ 保持ユニット
１１ 保持面
２０ 移動ユニット
２１ 加工送りユニット
２２ 割り出し送りユニット
３０ レーザ照射ユニット
３１ レーザビーム
３２ レーザ発振器
３３ 集光器
３６ ポリゴンミラー
３７ 被照射領域
４０ 液体噴射ノズル
４１ 液体
４２ 厚み
５０ 基部
６０ 先端部
７０ 射出径調整部材
７１ 漸縮部
７２ 喉部
７３ 漸拡部
７４ 射出径
９０ ポンプ
１００ 被加工物
１０２ 表面（一面）
１０５ 裏面（他面）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】