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JP2025036101A - Laser processing device and laser processing method - Google Patents

Laser processing device and laser processing method Download PDF

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JP2025036101A
JP2025036101A JP2024095524A JP2024095524A JP2025036101A JP 2025036101 A JP2025036101 A JP 2025036101A JP 2024095524 A JP2024095524 A JP 2024095524A JP 2024095524 A JP2024095524 A JP 2024095524A JP 2025036101 A JP2025036101 A JP 2025036101A
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Japan
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laser
processing
workpiece
distance
focus
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JP2024095524A
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恵治 大隈
Keiji Okuma
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Ookuma Electronic Co Ltd
Original Assignee
Ookuma Electronic Co Ltd
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Abstract

To provide a laser processing device capable of processing a workpiece in a processing range such as a fine hole smaller than a diffraction limit.SOLUTION: A laser processing device 10 has: laser irradiation means 21 for irradiating a processing laser with adjusted laser intensity; distance control means (moving means 41, height control unit 62) for adjusting a processing distance between the laser irradiation means 21 and a workpiece 9; measurement means (laser displacement meter 31) for the processing distance; and a setting unit (laser control unit 61) for setting the laser intensity so that a part of a Gaussian distribution of the processing laser is greater than a processing threshold of the workpiece, at a focus of the processing laser.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。また、本発明は、レーザー加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing device. The present invention also relates to a laser processing method.

レーザー加工は、高密度のレーザー光を各種の素材に照射することで、その素材を融解・蒸発させて穴をあけたり、切断したりする加工方法である。レーザー加工は、金属や木材、樹脂などの素材の成形品などに広く用いられている。レーザー加工は、加工対象に直接触れることなく加工ができるため、材料の変形が生じにくいなどの特徴を有している。 Laser processing is a processing method in which high-density laser light is irradiated onto various materials, causing them to melt and vaporize, drilling holes or cutting. Laser processing is widely used for molding products made from materials such as metal, wood, and resin. Laser processing has the advantage that it can be done without directly touching the object being processed, making it less likely to deform the material.

特許文献1は、レーザ発振器より加工ヘッド内に導かれたレーザビームを、該ヘッド内の集光レンズ系により集束させながら被切断材上に導き、所望形状の切断を行うレーザ切断方法において、前記被切断材の少なくとも肉厚に対応する変数を基に、ヘッド内の集光レンズ系に導かれるレーザビームの拡がり角(発散角)を利用して、その光路長を変化させることにより、入射ビーム径を可変させる事を特徴とするレーザ切断方法を開示している。 Patent Document 1 discloses a laser cutting method in which a laser beam is guided from a laser oscillator into a processing head, and is guided onto the workpiece while being focused by a focusing lens system in the head, thereby cutting the workpiece into the desired shape. The method is characterized in that the incident beam diameter is varied by changing the optical path length using the spread angle (divergence angle) of the laser beam guided to the focusing lens system in the head based on a variable corresponding to at least the thickness of the workpiece.

ところで半導体は、集積回路の高集積化により、3次元に実装する開発が行われている。この3次元実装のためには、TSV(Though-Silicon Via、シリコン貫通電極)と呼ばれる貫通穴を設けることが求められる。この貫通穴を設ける手法としてはエッチングなどが採用されており専用のマスクなどを用いられている。 As semiconductors become more highly integrated, development is underway to mount them in three dimensions. For this three-dimensional mounting, it is necessary to create through holes called TSVs (Though-Silicon Vias). To create these through holes, etching is used, and a special mask is used.

特許文献2は、両面銅張積層板において、(1)レーザー加工により片面銅箔のみを残した未貫通穴を形成する(2)エッチング処理により片面銅箔に貫通孔を形成する(3)デスミア処理をする(4)メッキにより貫通孔の封止、基板表裏の導通をさせる(5)封止された孔の位置に半田接続用端子を形成することを特徴とする半導体パッケージ用基板の製造方法を開示している。 Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a substrate for a semiconductor package, which is characterized by the steps of: (1) forming a blind hole by laser processing, leaving only the copper foil on one side; (2) forming a through hole in the copper foil on one side by etching; (3) performing a desmear process; (4) sealing the through hole by plating, and establishing electrical continuity between the front and back of the substrate; and (5) forming a terminal for solder connection at the location of the sealed hole in a double-sided copper-clad laminate.

また、レーザー加工に関する技術として、特許文献3が開示されている。特許文献3は、レーザビームをレーザ出力手段により発振する発振ステップと、レーザビームを被加工物に転写光学系により像転写する像転写ステップと、レーザビーム強度分布変更手段によりレーザビームの強度分布を変更するレーザビーム強度分布変更ステップとを有することを特徴とするレーザ加工方法を開示している。 Patent Document 3 discloses a technology related to laser processing. Patent Document 3 discloses a laser processing method characterized by having an oscillation step of oscillating a laser beam by a laser output means, an image transfer step of transferring an image of the laser beam onto a workpiece by a transfer optical system, and a laser beam intensity distribution changing step of changing the intensity distribution of the laser beam by a laser beam intensity distribution changing means.

特開平4-253584号公報Japanese Patent Application Publication No. 4-253584 特開2001-135750号公報JP 2001-135750 A 特開2004-66322号公報JP 2004-66322 A

レーザー加工はレーザー照射による加工のため、その孔や切断などのレーザー加工したことによる加工痕等となる加工範囲は他の一般的な加工方法よりもはるかに小さい。このため、ほとんどその加工範囲が問題となることはない。しかし、レーザーの回折限界により加工範囲の上限と考えられていた。一方で、半導体の加工などにおいてはウェハに貫通孔を設けることが求められている。この貫通孔は、高集積化や設計の選択肢を多くするために、より微細な孔を任意の位置に設けることができることが求められている。特許文献1や特許文献2では、レーザー加工を用いているが、焦点付近がくびれとなるような厚み方向にテーパー状などの加工径の差が生じた孔となっており、そのまま用いるか、その影響を低減する手法が一部検討されている。 Because laser processing is a process using laser irradiation, the processing range that results in holes, cuts, and other processing marks caused by the laser processing is much smaller than other general processing methods. For this reason, the processing range is hardly a problem. However, it was thought that the upper limit of the processing range was due to the laser diffraction limit. On the other hand, in semiconductor processing, etc., it is required to create through holes in wafers. In order to increase the number of design options and to increase the integration density, it is required that these through holes be made in any position. In Patent Document 1 and Patent Document 2, laser processing is used, but the holes are tapered in the thickness direction, with a difference in the processing diameter, such as a constriction near the focal point, and some methods are being considered to use them as they are or to reduce their effects.

特許文献3は、レーザビーム強度分布変更手段によりレーザビームの強度分布を変更するレーザビーム強度分布変更ステップを有している。そして、具体的には電流供給源を制御する実施形態が記載されている。しかし電流供給源の制御を行うとレーザビームの安定に時間がかかり、加工閾値に対するエネルギーがばらつきやすくなり、また、具体的な条件や試験結果は再現が困難である。 Patent Document 3 has a laser beam intensity distribution changing step in which the intensity distribution of the laser beam is changed by a laser beam intensity distribution changing means. Specifically, an embodiment in which a current supply source is controlled is described. However, when the current supply source is controlled, it takes time for the laser beam to stabilize, the energy relative to the processing threshold tends to vary, and specific conditions and test results are difficult to reproduce.

かかる状況下、本発明は、回折限界よりも小さい微細孔などの加工範囲で被加工物を加工できるレーザー加工装置やレーザー加工方法を提供することを目的とする。 In this situation, the present invention aims to provide a laser processing device and a laser processing method that can process a workpiece with a processing range such as a microhole that is smaller than the diffraction limit.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。 As a result of intensive research aimed at solving the above problems, the inventors discovered that the following invention meets the above objective, and thus arrived at the present invention. That is, the present invention relates to the following inventions.

<1> レーザー強度を調節した加工用レーザーを照射するレーザー照射手段と、
前記レーザー照射手段と被加工物との加工距離を調節する距離制御手段と、
前記加工距離を特定する特定手段と、
前記加工用レーザーの焦点で、前記レーザー強度が、前記加工用レーザーのガウス分布の一部が前記被加工物の加工閾値を超える強度の想定加工領域となるように設定する設定部と、
前記想定加工領域の焦点を、前記被加工物の内部であり前記想定加工領域の上部が前記被加工物の表面側となる配置とする初期焦点設定部と、
前記初期焦点設定部で前記被加工物に前記加工用レーザーを照射した後、前記想定加工領域の焦点を前記被加工物の表面側に移動させる焦点移動部と、を有するレーザー加工装置。
<2> 前記被加工物の被加工領域周辺を観察する観察手段を有し、
前記レーザー照射手段の光路と、前記観察手段の光路との間に設けられた光路調整部を有する前記<1>に記載のレーザー加工装置。
<3> 前記距離制御手段が、前記被加工物の保持手段の高さを調節する高さ制御手段であり、前記レーザー照射手段が、減衰器によりレーザー出力制御を行うものである、前記<1>または<2>に記載のレーザー加工装置。
<4> 前記特定手段が測定手段となるレーザー変位計を用いるものであり、
前記レーザー照射手段の光路と、前記レーザー変位計との光路との間に設けられた光路調整部を有し、
前記レーザー変位計および前記レーザー照射手段のレーザー照射位置が、前記被加工物の同じ部分となる前記<3>に記載のレーザー加工装置。
<5> 前記被加工物が、半導体素子であり、前記半導体素子に前記加工用レーザーの回折限界よりも小さい孔をあけるためのものである前記<1>~<4>のいずれかに記載のレーザー加工装置。
<6> レーザー強度を調節した加工用レーザーを照射するレーザー照射手段と、前記レーザー照射手段と被加工物との加工距離を調節する距離制御手段と、前記加工距離を特定する特定手段と、を有するレーザー加工装置で、前記被加工物を加工するレーザー加工方法であり、
前記加工用レーザーの焦点で、前記レーザー強度が、前記加工用レーザーのガウス分布の一部が前記被加工物の加工閾値を超える強度となるように設定する設定工程と、
前記距離制御手段で前記加工距離を特定して、前記被加工物を前記加工閾値を超える位置に配置する距離制御工程を有し、
前記距離制御工程で、前記想定加工領域の焦点を前記被加工物の内部であり、前記想定加工領域の上部が前記被加工物の表面側となる初期焦点に配置して、前記レーザー強度で前記加工用レーザーを照射する初期照射工程と、
前記初期照射工程で前記被加工物に前記加工用レーザーを照射した後、前記想定加工領域の焦点を前記被加工物の表面側に移動させて、さらに前記加工用レーザーを照射する焦点移動照射工程とを有する、レーザー加工方法。
<1> A laser irradiation means for irradiating a processing laser having an adjusted laser intensity;
a distance control means for adjusting a processing distance between the laser irradiation means and the workpiece;
A means for specifying the processing distance;
A setting unit that sets the laser intensity at a focus of the processing laser so that a part of the Gaussian distribution of the processing laser is an assumed processing region where the intensity exceeds a processing threshold value of the workpiece;
An initial focus setting unit that sets the focus of the intended processing area inside the workpiece and a top of the intended processing area on the surface side of the workpiece;
A laser processing apparatus having a focus moving unit that moves the focus of the intended processing area toward the surface side of the workpiece after the processing laser is irradiated to the workpiece by the initial focus setting unit.
<2> Having an observation means for observing the periphery of the processed region of the workpiece,
The laser processing apparatus according to <1>, further comprising an optical path adjustment unit provided between an optical path of the laser irradiation means and an optical path of the observation means.
<3> The laser processing apparatus according to <1> or <2>, wherein the distance control means is a height control means for adjusting the height of the workpiece holding means, and the laser irradiation means controls the laser output using an attenuator.
<4> The identifying means uses a laser displacement meter as a measuring means,
an optical path adjustment unit provided between an optical path of the laser irradiation means and an optical path of the laser displacement meter;
The laser processing apparatus according to <3>, wherein the laser displacement meter and the laser irradiation position of the laser irradiation means are on the same part of the workpiece.
<5> The laser processing apparatus according to any one of <1> to <4>, wherein the workpiece is a semiconductor element, and the laser processing apparatus is for drilling a hole in the semiconductor element that is smaller than the diffraction limit of the processing laser.
<6> A laser processing method for processing a workpiece using a laser processing apparatus having a laser irradiation means for irradiating a processing laser with an adjusted laser intensity, a distance control means for adjusting a processing distance between the laser irradiation means and the workpiece, and a specifying means for specifying the processing distance,
A setting step of setting the laser intensity at a focus of the processing laser so that a part of the Gaussian distribution of the processing laser exceeds a processing threshold value of the workpiece;
a distance control step of specifying the processing distance by the distance control means and disposing the workpiece at a position exceeding the processing threshold value;
In the distance control step, a focus of the assumed processing area is set inside the workpiece, and an initial irradiation step of irradiating the processing laser at the laser intensity by setting an initial focus where an upper part of the assumed processing area is on the surface side of the workpiece;
A laser processing method comprising: a focus shifting irradiation step in which, after irradiating the workpiece with the processing laser in the initial irradiation step, the focus of the intended processing area is moved toward the surface side of the workpiece, and the processing laser is further irradiated.

本発明によれば、回折限界よりも小さい微細孔などの加工範囲で被加工物を加工できる。 The present invention makes it possible to process workpieces with a processing range that is smaller than the diffraction limit, such as microholes.

本発明の実施形態にかかるレーザー加工装置の概要図である。1 is a schematic diagram of a laser processing device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態にかかるレーザー加工装置による加工を説明するための概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining processing by a laser processing device according to an embodiment of the present invention. 本発明のレーザー加工装置等による加工の原理を説明するための概要図である。1 is a schematic diagram for explaining the principle of processing by the laser processing apparatus etc. of the present invention. FIG. 本発明のレーザー加工装置等による加工の原理を説明するための概要図である。1 is a schematic diagram for explaining the principle of processing by the laser processing apparatus etc. of the present invention. FIG. 本発明のレーザー加工方法の実施形態にかかるフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram according to an embodiment of the laser processing method of the present invention. 本発明のレーザー加工方法の実施形態にかかるフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram according to an embodiment of the laser processing method of the present invention. 本発明の試験例にかかるレーザー加工を行った材料の像である。1 is an image of a material that has been laser-processed according to a test example of the present invention. 本発明の試験例にかかるレーザー加工を行った材料の像である。1 is an image of a material that has been laser-processed according to a test example of the present invention. 本発明の試験例にかかるレーザー加工を行った材料の像である。1 is an image of a material that has been laser-processed according to a test example of the present invention.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「~」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。 The following describes in detail the embodiment of the present invention, but the description of the constituent elements described below is one example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following content as long as the gist of the present invention is not changed. Note that when the expression "~" is used in this specification, it is used as an expression including the numerical values before and after it.

[本発明のレーザー加工装置]
本発明のレーザー加工装置は、レーザー強度を調節した加工用レーザーを照射するレーザー照射手段と、前記レーザー照射手段と被加工物との加工距離を調節する距離制御手段と、前記加工距離を特定する特定手段と、前記加工用レーザーの焦点で、前記レーザー強度が、前記加工用レーザーのガウス分布の一部が前記被加工物の加工閾値を超える強度の想定加工領域となるように設定する設定部と、を有する。また、本発明のレーザー加工装置は、前記想定加工領域の焦点を、前記被加工物の内部であり前記想定加工領域の上部が前記被加工物の表面側となる配置とする初期焦点設定部と、前記初期焦点設定部で前記被加工物に前記加工用レーザーを照射した後、前記想定加工領域の焦点を前記被加工物の表面側に移動させる焦点移動部と、を有するものとすることができる。
[Laser processing device of the present invention]
The laser processing device of the present invention includes a laser irradiation means for irradiating a processing laser with an adjusted laser intensity, a distance control means for adjusting the processing distance between the laser irradiation means and the workpiece, a specifying means for specifying the processing distance, and a setting unit for setting the laser intensity at the focus of the processing laser so that a part of the Gaussian distribution of the processing laser is an assumed processing region where the intensity exceeds the processing threshold value of the workpiece. The laser processing device of the present invention may also include an initial focus setting unit for positioning the focus of the assumed processing region inside the workpiece and with the top of the assumed processing region on the surface side of the workpiece, and a focus moving unit for moving the focus of the assumed processing region to the surface side of the workpiece after the processing laser is irradiated to the workpiece by the initial focus setting unit.

[本発明のレーザー加工方法]
本発明のレーザー加工方法は、レーザー強度を調節した加工用レーザーを照射するレーザー照射手段と、前記レーザー照射手段と被加工物との加工距離を調節する距離制御手段と、前記加工距離を特定する特定手段と、を有するレーザー加工装置で、前記被加工物を加工するレーザー加工方法である。本発明のレーザー加工方法は、前記加工用レーザーの焦点で、前記レーザー強度が、前記加工用レーザーのガウス分布の一部が前記被加工物の加工閾値を超える強度となるように設定する設定工程と、前記距離制御手段で前記加工距離を特定して、前記被加工物を前記加工閾値を超える位置に配置する距離制御工程を有し、前記距離制御工程で、前記想定加工領域の焦点を前記被加工物の内部であり、前記想定加工領域の上部が前記被加工物の表面側となる初期焦点に配置して、前記レーザー強度で前記加工用レーザーを照射する初期照射工程と、前記初期照射工程で前記被加工物に前記加工用レーザーを照射した後、前記想定加工領域の焦点を前記被加工物の表面側に移動させて、さらに前記加工用レーザーを照射する焦点移動照射工程とを有するものとすることができる。
[Laser processing method of the present invention]
The laser processing method of the present invention is a laser processing method for processing a workpiece with a laser processing device having a laser irradiation means for irradiating a processing laser with an adjusted laser intensity, a distance control means for adjusting the processing distance between the laser irradiation means and the workpiece, and a specifying means for specifying the processing distance. The laser processing method of the present invention includes a setting step for setting the laser intensity at the focus of the processing laser so that a part of the Gaussian distribution of the processing laser exceeds the processing threshold of the workpiece, a distance control step for specifying the processing distance with the distance control means and locating the workpiece at a position exceeding the processing threshold, and an initial irradiation step for irradiating the processing laser with the laser intensity by locating the focus of the assumed processing area at an initial focus inside the workpiece and the top of the assumed processing area on the surface side of the workpiece in the distance control step, after irradiating the workpiece with the processing laser in the initial irradiation step, moving the focus of the assumed processing area to the surface side of the workpiece, and further irradiating the processing laser.

なお、本願において本発明のレーザー加工装置により本発明のレーザー加工方法を行うこともでき、本願においてそれぞれに対応する構成は相互に利用することができる。 In addition, in this application, the laser processing method of the present invention can also be performed using the laser processing device of the present invention, and the corresponding configurations in this application can be used mutually.

図1は、本発明の実施形態にかかるレーザー加工装置の概要図である。図2は、本発明の実施形態にかかるレーザー装置による加工を説明するための概要図である。図3は、本発明のレーザー加工装置等による加工の原理を説明するための概要図である。 Figure 1 is a schematic diagram of a laser processing device according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a schematic diagram for explaining processing by a laser device according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is a schematic diagram for explaining the principle of processing by the laser processing device of the present invention.

図1に示すように、レーザー加工装置10は、レーザー照射手段21と、保持手段となるステージ40と、測定手段のレーザー変位計31と、距離制御手段となる移動手段41と、設定部の制御部6とを有する。このようなレーザー加工装置10を用いて、図2に示すように、所定の条件に設定されているレーザー照射手段21に対する被加工物9の距離を調整して、孔などの所定の加工範囲で加工を行う。 As shown in FIG. 1, the laser processing device 10 has a laser irradiation means 21, a stage 40 serving as a holding means, a laser displacement meter 31 serving as a measuring means, a moving means 41 serving as a distance control means, and a control unit 6 in the setting section. Using this laser processing device 10, as shown in FIG. 2, the distance of the workpiece 9 from the laser irradiation means 21, which is set to a predetermined condition, is adjusted to perform processing within a predetermined processing range such as a hole.

図3は、本発明による加工に関する原理を説明するための図である。レーザー照射を行う照射手段の絞り部22の開口部から、レーザーが照射される。レーザーは、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(誘導放出による光増幅放射)の略であり、指向性と収束性に優れた光が照射される。しかし、レーザー照射時も、顕微鏡等の解像限界と類似するように、レーザー照射が可能な範囲で限界まで開口部を小さくしても、焦点で回折限界が生じる。さらに実用上は機器の精度や誤差などから回折限界よりも大きいものとなっていた。この回折限界とその誤差は、実質、レーザー照射による加工範囲の最も小さい範囲となっていた。 Figure 3 is a diagram for explaining the principle of processing according to the present invention. A laser is irradiated from the opening of the aperture 22 of the irradiation means that performs the laser irradiation. Laser is an abbreviation for Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, and irradiates light with excellent directivity and convergence. However, similar to the resolution limit of a microscope, etc., when irradiating with a laser, even if the opening is made as small as possible within the range in which laser irradiation is possible, a diffraction limit occurs at the focus. Furthermore, in practice, due to the precision and error of the equipment, it is larger than the diffraction limit. This diffraction limit and its error are essentially the smallest range of processing range by laser irradiation.

図3の(x´)に示すように、従来のレーザー加工は、焦点深度を確保するために、焦点付近では回折限界の範囲の全体がすべて被加工物を加工するための閾値を超えるように十分に強いレーザー強度で照射することが一般的となっている。これは、回折限界とその誤差を含むと、実用的な波長のレーザーを用いると実質的に、およそφ1.2μm程度の加工範囲が下限となり一般的な加工よりも相当小さい手法である。また、レーザー加工を効率よく行う観点や、レーザー加工の焦点の制御が難しいことからも、回折限界の焦点からの許容範囲となる焦点深度が広い十分に強いレーザー強度で加工条件を設定することが一般的となっている。よって、一般的なレーザー加工の場合は、回折限界となる焦点深度付近ではレーザー光路2aを超える範囲がそのまま加工範囲となっている。 As shown in (x') of FIG. 3, in conventional laser processing, in order to ensure the focal depth, it is common to irradiate the workpiece with a sufficiently strong laser intensity so that the entire range of the diffraction limit near the focal point exceeds the threshold for processing the workpiece. This is a method in which, when using a laser with a practical wavelength, the processing range is substantially limited to approximately φ1.2 μm, which is considerably smaller than general processing, including the diffraction limit and its error. In addition, from the viewpoint of efficient laser processing and the difficulty of controlling the focus of laser processing, it is common to set processing conditions with a sufficiently strong laser intensity that has a wide focal depth that is an allowable range from the diffraction limit focus. Therefore, in the case of general laser processing, the range that exceeds the laser optical path 2a near the focal depth where the diffraction limit is reached is the processing range as it is.

しかし、本発明者らは、より微細加工を行うにあたって、レーザー光のガウス分布に着目した。レーザー光もその強度分布はガウス分布が生じている。焦点で、ガウス分布の一部のみが被加工物を加工するための閾値を超える場合、その範囲のみが加工範囲となる。すなわち、図3に示すようにレーザー光路2aにおいて、加工閾値範囲2bのみが、被加工物を加工する範囲となる。よって、回折限界となる焦点から離れた部分では、図3(a)に示すように閾値を超えることがなく加工ができない。また、図3(c)に示すように焦点で、一部のみが閾値を超えて、加工範囲となる。すなわち、回折限界径L0の範囲の内、加工径L1の範囲のみが加工される。このような設定とすると、焦点からわずかに離れたところでも、閾値を超えにくくなり、図3(b)に示すように、より狭い範囲が加工できる閾値を超えるのみとなる。これは、レーザー光路2a内に、菱形状の加工範囲2bが存在しているものと考えられる。本発明の想定加工領域は、この菱形状の加工範囲の中央の幅が広いところが焦点となる。 However, the inventors focused on the Gaussian distribution of laser light in order to perform finer processing. The intensity distribution of laser light is also a Gaussian distribution. When only a part of the Gaussian distribution exceeds the threshold for processing the workpiece at the focus, only that range becomes the processing range. That is, as shown in FIG. 3, in the laser light path 2a, only the processing threshold range 2b becomes the range for processing the workpiece. Therefore, in the part away from the focus where the diffraction limit is reached, the threshold is not exceeded as shown in FIG. 3(a) and processing is not possible. Also, as shown in FIG. 3(c), only a part at the focus exceeds the threshold and becomes the processing range. That is, within the range of the diffraction limit diameter L0, only the range of the processing diameter L1 is processed. With such a setting, even at a slight distance from the focus, it becomes difficult to exceed the threshold, and as shown in FIG. 3(b), only the threshold for processing a narrower range is exceeded. This is considered to be due to the presence of a diamond-shaped processing range 2b in the laser light path 2a. The assumed processing area of the present invention is the focus of the wide central part of this diamond-shaped processing range.

本発明は、このようなレーザー光の照射強度で加工することで、回折限界よりも小さい範囲の加工を可能とするものである。これは、1μm未満のようなごく小さい孔を開けることも可能となる技術である。このためには、加工条件が非常に狭い範囲となるため、焦点深度は限られレーザー照射手段と被加工物との距離を正確に把握することが重要である。このために、実際の被加工物とレーザー照射手段との距離を測定し、その高さを制御する手段と組み合わせたものとする。本発明はかかる知見に基づく。 The present invention makes it possible to process a range smaller than the diffraction limit by processing with such a laser light irradiation intensity. This is a technology that makes it possible to drill extremely small holes, such as those less than 1 μm in size. For this reason, since the processing conditions are in a very narrow range, it is important to accurately grasp the distance between the laser irradiation means and the workpiece, as the focal depth is limited. For this reason, the distance between the actual workpiece and the laser irradiation means is measured and combined with a means for controlling the height. The present invention is based on such findings.

[レーザー照射手段]
レーザー照射手段21は、レーザー強度を調節した加工用レーザーを照射する手段である。レーザー照射は、任意の照射手段を採用することができる。例えば、CO2レーザーや、YAGレーザー、ファイバーレーザーなどを用いることができる。レーザーの波長は、任意のものでよく、その選択された波長のレーザーの回折限界よりも小さい範囲で加工することもできる。特に加工範囲を小さくしたい場合は、紫外線の波長のレーザーを用いることが好ましい。レーザー照射手段21で照射するレーザーは、そのレーザーの波長や絞り部22の開口部に基づく回折限界のレーザーが照射される。また、レーザー照射手段21のレーザーは、その強度を熱量や、照射時間、回数などを被加工物9に合わせて設定することができる。
[Laser irradiation means]
The laser irradiation means 21 is a means for irradiating a processing laser with adjusted laser intensity. Any irradiation means can be used for laser irradiation. For example, a CO2 laser, a YAG laser, a fiber laser, etc. can be used. The wavelength of the laser can be any, and processing can be performed in a range smaller than the diffraction limit of the laser of the selected wavelength. In particular, when it is desired to reduce the processing range, it is preferable to use a laser with an ultraviolet wavelength. The laser irradiated by the laser irradiation means 21 is a laser with a diffraction limit based on the wavelength of the laser and the opening of the diaphragm unit 22. In addition, the intensity of the laser of the laser irradiation means 21 can be set according to the heat amount, irradiation time, number of times, etc., according to the workpiece 9.

[減衰器]
レーザー照射手段21は、減衰器を備えるものとすることが好ましい。減衰器によりレーザー出力制御することで、レーザー照射エネルギーの安定性が向上する。減衰器は、アッテネーターとも呼ばれ、吸収型アッテネーターや、変更ビームスプリット型アッテネーター、無偏光用ビームスプリッターなどを用いることができる。本発明にかかるレーザー加工のためには、加工閾値付近でエネルギー照射強度を高度に安定させて操作することが重要である。電流調整などをおこなうとレーザー強度が安定するまで時間がかかりやすいため、減衰器により出力制御することが有効である。
[Attenuator]
The laser irradiation means 21 is preferably equipped with an attenuator. The stability of the laser irradiation energy is improved by controlling the laser output with the attenuator. The attenuator is also called an attenuator, and an absorption type attenuator, a variable beam split type attenuator, a non-polarized beam splitter, etc. can be used. For the laser processing according to the present invention, it is important to operate the energy irradiation intensity with high stability near the processing threshold. Since it is likely to take time for the laser intensity to stabilize when current adjustment is performed, it is effective to control the output with an attenuator.

[特定手段]
特定手段は、レーザー照射手段21と、被加工物9との加工距離(図2(b)加工距離を特定する手段である。この加工距離の特定は、高さ方向のステージ(Zステージ)の設定値の信頼性が高く、その設定値に基づいてレンズからの位置を決定できる場合などは、その設定値により特定することができる。または、実際の加工距離を測定することで特定してもよい。また、適宜、観察手段で観察している像の加工領域周辺の焦点があっているかを参照しながら加工距離を設定して特定することもできる。
[Specification Means]
The specifying means is a means for specifying the processing distance (FIG. 2(b) processing distance) between the laser irradiation means 21 and the workpiece 9. When the set value of the stage in the height direction (Z stage) is highly reliable and the position from the lens can be determined based on the set value, the processing distance can be specified by the set value. Alternatively, the actual processing distance may be measured to specify the processing distance. Furthermore, the processing distance can be set and specified by appropriately referring to whether the periphery of the processing area of the image observed by the observation means is in focus.

[測定手段]
測定手段は、レーザー照射手段21と、被加工物9との加工距離(図2(b)における高さh1)を測定することで特定する手段である。測定手段は、レーザー照射手段と、被加工物との距離を高精度に特定できるものであればよい。例えば、鉛直方向にレーザー照射する装置構成のとき、被加工物を載せたステージの高さ方向(Z方向)の制御値による高さで測定してもよい。レーザー加工装置10は、測定手段としてレーザー変位計31を用いている。レーザー変位計31は、距離を高精度で測定することができ、極めて狭い範囲となる焦点深度に相当する距離も測定することができるため、本発明に適している。
[Measurement means]
The measuring means is a means for determining the processing distance (height h1 in FIG. 2B) between the laser irradiation means 21 and the workpiece 9 by measuring it. The measuring means may be any means capable of determining the distance between the laser irradiation means and the workpiece with high accuracy. For example, in an apparatus configuration in which the laser is irradiated in the vertical direction, the height may be measured based on a control value in the height direction (Z direction) of the stage on which the workpiece is placed. The laser processing apparatus 10 uses a laser displacement meter 31 as the measuring means. The laser displacement meter 31 is suitable for the present invention because it can measure distance with high accuracy and can also measure distances equivalent to the focal depth, which is an extremely narrow range.

レーザー加工装置10は、レーザー照射手段21の光路と、レーザー変位計31との光路との間に設けられた光路調整部51を有している。この光路調整部51を通って、レーザー照射手段21から照射するときは、直接、被加工物9にレーザーを照射する。一方で、被加工物9との距離(高さh1)を測定するときは、光路調整部51を介することで、光路を切り替えて、レーザー変位計31でその距離を測定することができる。このため、レーザー変位計31およびレーザー照射手段21のレーザー照射位置は、被加工物9の実質的に同じ部分となる。なお、レーザー変位計31に加工用レーザー等の反射光等による入り込みを避けるために、適宜、レーザー変位計31との間にはシャッター52などを設けて、操作に合わせて使用する光路を調整することができる。 The laser processing device 10 has an optical path adjustment unit 51 provided between the optical path of the laser irradiation means 21 and the optical path of the laser displacement meter 31. When irradiating from the laser irradiation means 21 through this optical path adjustment unit 51, the laser is directly irradiated onto the workpiece 9. On the other hand, when measuring the distance (height h1) to the workpiece 9, the optical path can be switched via the optical path adjustment unit 51 and the distance can be measured by the laser displacement meter 31. Therefore, the laser irradiation positions of the laser displacement meter 31 and the laser irradiation means 21 are substantially the same part of the workpiece 9. In addition, in order to prevent reflected light of the processing laser or the like from entering the laser displacement meter 31, a shutter 52 or the like can be provided between the laser displacement meter 31 as appropriate, and the optical path used can be adjusted according to the operation.

また、レーザー加工装置10は、光路調整部51や、任意の組み込み顕微鏡の構成などを用いて、さらに、カメラや照明も追加して被加工物9の加工位置を観察できるものとしてもよい。 The laser processing device 10 may also be configured to be able to observe the processing position of the workpiece 9 by using the optical path adjustment unit 51 or any built-in microscope configuration, and further adding a camera and lighting.

[観察手段]
観察手段は、被加工物9の被加工領域周辺を観察する手段である。観察手段32は、レーザー変位計31に代えて取り付けることができ、光路調整部51を利用したものとすることができる。レーザー加工装置10は、レーザー変位計31と、観察手段32のいずれかを一方を取り付けてもよいし、さらに光路調整部や切替部などを設けて双方を利用できるものとしてもよい。観察手段は、例えば、対物レンズで適宜拡大した像を、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor=相補性金属酸化膜半導体)センサーを用いて撮像して、モニターなどに表示するものとできる。具体的な加工対象の部分を観察しながら、加工することで、加工位置や孔径などの加工状況を把握しながら加工することもできる。
[Observation Method]
The observation means is a means for observing the periphery of the processing area of the workpiece 9. The observation means 32 can be attached instead of the laser displacement meter 31, and can be one that uses the optical path adjustment unit 51. The laser processing device 10 may be attached with either the laser displacement meter 31 or the observation means 32, or may be one that uses both by providing an optical path adjustment unit or a switching unit. The observation means can be, for example, one that captures an image appropriately enlarged by an objective lens using a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor and displays it on a monitor or the like. By processing while observing a specific part of the processing target, it is also possible to process while grasping the processing situation such as the processing position and hole diameter.

[保持手段]
保持手段は、被加工物9を保持する手段である。保持手段は、レーザー照射手段21から照射されるレーザーの光路を阻害しないものであればよく、被加工物9を載せるものや、周囲を把持するものなどを用いることができる。レーザー加工装置10は、保持手段としてステージ40上に被加工物9を配置する。
[Holding means]
The holding means is a means for holding the workpiece 9. The holding means may be any means that does not obstruct the optical path of the laser irradiated from the laser irradiation means 21, and may be a means for placing the workpiece 9 thereon or a means for gripping the periphery thereof. The laser processing apparatus 10 places the workpiece 9 on the stage 40 as the holding means.

[距離制御手段]
距離制御手段は、レーザー照射手段21と被加工物9との加工距離を調節する。距離制御手段は、相対的な距離を調節することができれば、レーザー照射手段21を有する光学系側が被加工物9に接近するものでもよく、被加工物9の保持手段が光学系側に移動するものでもよい。
[Distance Control Means]
The distance control means adjusts the processing distance between the laser irradiation means 21 and the workpiece 9. As long as the distance control means can adjust the relative distance, the optical system side having the laser irradiation means 21 may approach the workpiece 9, or the holding means for the workpiece 9 may move toward the optical system.

レーザー加工装置10は、ステージ40の上に置いた被加工物9の上からレーザー照射手段21でレーザーを照射する。このため、距離制御手段は、保持手段となっているステージ40の高さを制御する高さ制御手段である。 The laser processing device 10 irradiates the workpiece 9 placed on the stage 40 with a laser from above using the laser irradiation means 21. Therefore, the distance control means is a height control means that controls the height of the stage 40, which serves as a holding means.

移動手段41は、高さ制御手段としても機能し、さらに、加工位置を制御することもできる。いわゆる、XYZステージや回転ステージを組み合わせたものを用いることができる。特に、焦点深度に合わせて高さを制御できるように、XYZ方向、すなわち幅(X)、奥行き(Y)、高さ(Z)のそれぞれを0.1~10μm程度や、好ましくは0.1~1μm程度の移動距離を制御できるものを用いることが好ましい。このXYZ方向の移動距離の制御は、それぞれ独立して必要なものだけ調整できるものでもよいし、必要に応じて連動させながら、複数を調整できるものでもよい。 The moving means 41 also functions as a height control means, and can also control the processing position. A combination of an XYZ stage and a rotary stage can be used. In particular, it is preferable to use a stage that can control the moving distance in each of the XYZ directions, i.e., width (X), depth (Y), and height (Z), by about 0.1 to 10 μm, and preferably about 0.1 to 1 μm, so that the height can be controlled according to the focal depth. The control of the moving distance in the XYZ directions can be either independent and only the necessary adjustments can be made, or multiple adjustments can be made while linking them together as necessary.

[設定部]
設定部は、加工用レーザーの焦点で、レーザー強度が、加工用レーザーのガウス分布の一部が被加工物の加工閾値を超える強度となるように設定する。図3等を用いて前述したように、レーザー光は、スリットなどを調整しても、レーザー光の波長やスリット形状、レンズの分解能による回折限界が存在する。レーザーは、回折限界程度の大きさとしても狭い範囲しか加工されないため従来はより焦点深度の許容範囲を深くする観点などからも焦点ではガウス分布が無視されるような非常に強いレーザー強度で照射されていた。一方で、本発明では、レーザー光のガウス分布を考慮して、焦点でもガウス分布の一部のみが加工閾値を超えるものとなる強度で照射する。
[Settings section]
The setting unit sets the laser intensity at the focus of the processing laser so that a part of the Gaussian distribution of the processing laser exceeds the processing threshold of the workpiece. As described above with reference to FIG. 3 and the like, even if the slit or the like is adjusted, the laser light has a diffraction limit due to the wavelength of the laser light, the slit shape, and the resolution of the lens. Since the laser can only process a narrow range even if it is about the size of the diffraction limit, it has been irradiated with a very strong laser intensity at the focus such that the Gaussian distribution is ignored from the viewpoint of deepening the allowable range of the focal depth. On the other hand, in the present invention, the laser light is irradiated with an intensity that takes into account the Gaussian distribution of the laser light and that only a part of the Gaussian distribution exceeds the processing threshold even at the focus.

[加工閾値]
加工閾値は、素材に応じて、レーザーの種類や設定による条件が存在する。具体的な加工閾値を把握するときは、まず、回折限界となる焦点を光学系の設計等から把握する。そして、その焦点となる位置で、強いレーザー強度で照射して回折限界と同程度、または回折限界を超えるような加工範囲(貫通孔径など)で加工されているか否かを確認することで、過剰強度を把握する。次に、繰り返し照射しても貫通孔が生じない強度を把握することで、過小強度を把握する。
[Processing threshold]
The processing threshold has conditions that depend on the type and settings of the laser depending on the material. When determining the specific processing threshold, first determine the focal point at which the diffraction limit is reached from the design of the optical system, etc. Then, at the focal position, a strong laser is irradiated to confirm whether processing is achieved at a processing range (through hole diameter, etc.) that is equal to or exceeds the diffraction limit, thereby determining whether the laser is excessively strong. Next, by determining the intensity at which no through holes are created even with repeated irradiation, the insufficient intensity is determined.

本発明で用いる加工閾値は、この過剰強度と、過小強度の間に存在するため、この間で、段階的にレーザー照射による貫通孔径などの加工範囲を確認することで、加工閾値を見出すことができる。なお、加工閾値付近での貫通孔の加工は、照射時間やパルス幅を長くしたり、照射を繰り返して回数を多くしたりすることで、貫通孔を確認することができる傾向がみられるため、過剰強度よりも低い条件で、照射時間や照射回数を増やして加工閾値を見出すほうがよい。本発明は、この加工閾値を超える範囲を、想定加工領域としてレーザー加工を行う。 The processing threshold used in the present invention exists between this excessive intensity and insufficient intensity, so the processing threshold can be found by checking the processing range, such as the through-hole diameter, by stepwise checking the processing range by laser irradiation between these two levels. Note that, since there is a tendency for through-holes to be able to be confirmed by increasing the irradiation time or pulse width or by repeating irradiation many times when processing through-holes near the processing threshold, it is better to find the processing threshold by increasing the irradiation time or number of irradiations under conditions lower than the excessive intensity. In the present invention, the range exceeding this processing threshold is used as the expected processing area for laser processing.

加工用レーザーのガウス分布の一部が被加工物の加工閾値を超えるものとするとき、このガウス分布の一部は、貫通孔などを得るために点で加工する際に、図3における回折限界径L0と、加工径L1との比に相当する。この径が、L0>L1である。L1/L0は、0.95以下が好ましく、0.90以下がより好ましい。 When a portion of the Gaussian distribution of the processing laser exceeds the processing threshold of the workpiece, this portion of the Gaussian distribution corresponds to the ratio of the diffraction limit diameter L0 in FIG. 3 to the processing diameter L1 when processing at points to obtain a through hole or the like. This diameter is L0>L1. L1/L0 is preferably 0.95 or less, and more preferably 0.90 or less.

従来のレーザー照射では、理論上の回折限界を超えることが多い。これは、理論上の回折限界が、収差が極めて少ない理想レンズと理想レーザーを想定して、厚み方向を無視した値のためであると考えられる。このため、実際は、回折限界の深度の周囲はわずかにずれるだけでも加工範囲は拡がっていく。また、レーザー光の進行方向にみたとき、焦点が最も狭い範囲となり、その前後は幅が拡がっていくような加工範囲となる。このため、加工後の被加工物を厚み方向に見たときに焦点に向けて先細りするようなテーパー状となってしまう。 Conventional laser irradiation often exceeds the theoretical diffraction limit. This is thought to be because the theoretical diffraction limit is a value that ignores the thickness direction, assuming an ideal lens and ideal laser with extremely little aberration. For this reason, in reality, the processing range will expand even if there is a slight deviation around the depth of the diffraction limit. Also, when viewed in the direction of laser light propagation, the focal point is the narrowest range, and the processing range before and after that expands in width. For this reason, when viewed in the thickness direction after processing, the workpiece has a tapered shape that tapers toward the focal point.

本発明によれば焦点では回折限界よりも狭い加工範囲で加工でき、厚み方向に見たときに焦点を段階的に移動させれば、焦点部分が最も幅が広いものとなっているため、この最も幅が広い部分を上下させることで、厚み方向に先細りが生じず、厚み方向の孔径や線幅などが一定程度の加工ができる。 According to the present invention, processing can be performed at the focal point with a processing range narrower than the diffraction limit, and by moving the focal point in stages when viewed in the thickness direction, the focal point becomes the widest part, so by moving this widest part up and down, no tapering occurs in the thickness direction, and the hole diameter and line width in the thickness direction can be processed to a certain degree.

[条件入力]
被加工物の材料や素材に適応した加工閾値を見出した後は、「素材・材料」、「厚み」などの条件を選択して入力することで、その条件に適したレーザー強度でレーザー照射手段のレーザー照射条件を制御する。レーザー照射条件は、熱量や、時間、回数などを制御対象とする。条件入力部72は、このような制御条件を決めるための条件を入力するための部分である。また、具体的な制御条件などは、記憶部71などに、条件表などとして保存しておいた情報を読み取って利用することができる。
[Condition input]
After finding the processing threshold suitable for the material or raw material of the workpiece, the laser irradiation conditions of the laser irradiation means are controlled with a laser intensity suitable for the conditions by selecting and inputting conditions such as "raw material/material" and "thickness". The laser irradiation conditions include heat quantity, time, number of times, etc. to be controlled. The condition input unit 72 is a section for inputting conditions for determining such control conditions. In addition, specific control conditions, etc. can be read and used from information stored in the memory unit 71, etc., as a condition table.

[制御部]
制御部6は、レーザー加工装置10を制御するための各種制御を行う部分である。制御部6は、レーザー制御部61や、高さ制御部62、位置制御部63等を有する。レーザー制御部61は、条件入力部72などから入力された被加工物9に合わせて、レーザー照射手段21のレーザー照射条件を設定して制御する。高さ制御部62は、絞り部22から、被加工物9までの距離(高さ)を測定するための制御を行う部分であり、レーザー変位計31の動作や光路調整部51の光路の設定、レーザー変位計31から入力された情報に基づく高さの換算などの制御を行う。位置制御部63は、高さ測定結果や、加工位置の情報に基づいて、加工閾値範囲2bに、被加工物9が配置されるように移動手段41を介したステージ40の位置の制御などを行う。
[Control unit]
The control unit 6 is a part that performs various controls for controlling the laser processing device 10. The control unit 6 has a laser control unit 61, a height control unit 62, a position control unit 63, etc. The laser control unit 61 sets and controls the laser irradiation conditions of the laser irradiation means 21 according to the workpiece 9 input from the condition input unit 72, etc. The height control unit 62 is a part that performs control for measuring the distance (height) from the diaphragm unit 22 to the workpiece 9, and controls the operation of the laser displacement meter 31, the setting of the optical path of the optical path adjustment unit 51, and the conversion of height based on the information input from the laser displacement meter 31. The position control unit 63 controls the position of the stage 40 via the moving means 41 so that the workpiece 9 is placed in the processing threshold range 2b based on the height measurement result and the information on the processing position.

制御部6は、さらに、初期焦点設定部64と、焦点移動部65を有するものとすることができる。初期焦点設定部64は、加工用レーザーを照射するために、想定加工領域の焦点を被加工物9の内部であり、想定加工領域の上部が被加工物9の表面側となる配置とするための制御を行う部分である。また、焦点移動部65は、初期焦点設定部64で被加工物9に加工用レーザーを照射した後、さらに加工用レーザーを照射するために、想定加工領域の焦点を被加工物9の表面側に移動させる制御を行う部分である。 The control unit 6 may further include an initial focus setting unit 64 and a focus shifting unit 65. The initial focus setting unit 64 is a unit that performs control to position the focus of the intended processing area inside the workpiece 9 and the top of the intended processing area on the surface side of the workpiece 9 in order to irradiate the processing laser. The focus shifting unit 65 is a unit that performs control to shift the focus of the intended processing area to the surface side of the workpiece 9 in order to further irradiate the processing laser after the initial focus setting unit 64 irradiates the workpiece 9 with the processing laser.

[表示部]
表示部73は、これらの加工のために入力した条件の確認や、適宜、光学系に顕微鏡などを組み合わせて、実際の加工位置の視覚的な確認、加工状況の確認などを行うための情報を表示する部分である。また、これらの制御や、加工条件や加工結果は、記憶部71に記憶させて、適宜読みだして用いることができる。
[Display]
The display unit 73 is a section for displaying information for confirming the conditions input for these processes, visually confirming the actual processing position by combining a microscope or the like with the optical system as appropriate, and confirming the processing status, etc. In addition, these controls, processing conditions, and processing results can be stored in the memory unit 71 and can be read out and used as appropriate.

[被加工物]
被加工物9は、レーザー加工対象となる任意のものを用いることができる。被加工物9は、半導体素子であることが好ましい。また、レーザー加工装置10は、半導体素子に貫通孔をあけるためのものであることが好ましい。
[Workpiece]
Any object to be laser-processed can be used as the workpiece 9. The workpiece 9 is preferably a semiconductor element. The laser processing device 10 is preferably used to open a through hole in the semiconductor element.

試験条件(1)として、波長355nmのレーザーを用いたときに、線源スリット測定値が0.7μm、対物レンズ倍率100倍、対物レンズNA値0.5のとき、理論上の回折限界は0.87μmである。従来通り、過剰強度でレーザー照射すると、貫通孔は、1.2μmを超えるような大きさ程度となる。しかし、本発明によれば、0.8μm程度の貫通孔を得ることもできる。 When a laser with a wavelength of 355 nm is used as test condition (1), the theoretical diffraction limit is 0.87 μm when the source slit measurement value is 0.7 μm, the objective lens magnification is 100 times, and the objective lens NA value is 0.5. As in the past, when the laser is irradiated with excessive intensity, the through-holes will be larger than 1.2 μm. However, according to the present invention, it is possible to obtain through-holes of about 0.8 μm.

本発明の実施形態に則って、半導体ウェハを対象として、前述の試験条件(1)で加工したとき、従来のレーザー照射に則った過剰強度に相当する出力強度2mJを100ショットしたとき、貫通孔径は1.2μmであった。一方、加工閾値となる出力強度1mJで100ショットしたとき、回折限界よりも小さい貫通孔径0.8μmの貫通孔を加工することができた。 In accordance with an embodiment of the present invention, when a semiconductor wafer was processed under the above-mentioned test condition (1), 100 shots were performed with an output intensity of 2 mJ, which corresponds to the excessive intensity in accordance with conventional laser irradiation, and the through-hole diameter was 1.2 μm. On the other hand, when 100 shots were performed with an output intensity of 1 mJ, which is the processing threshold, a through-hole with a diameter of 0.8 μm, which is smaller than the diffraction limit, could be processed.

半導体素子の微細加工技術は、その加工の選択肢を広げる観点からも多様なものが求められている。現在、貫通電極などでは、1μm未満の貫通孔を設けることなども求められている。従来のレーザー照射では、この1μm未満を達成することはできていなかった。しかし、本発明は、この回折限界未満のような、1μm未満の貫通孔を設けることもできる。 Diversity is being sought in the microfabrication technology of semiconductor elements in order to expand the processing options. Currently, there is a demand for through holes of less than 1 μm in through electrodes and the like. Conventional laser irradiation has not been able to achieve a size of less than 1 μm. However, the present invention can also create through holes of less than 1 μm, which is below the diffraction limit.

図2は、レーザー加工装置10による加工をより詳しく説明するための図である。図2(a)に示すように、まず被加工物9をステージ40上に配置する。このとき、絞り部22と被加工物9との距離h0が離れていると、加工閾値範囲とならずに繰り返しレーザー照射しても加工はできない。次に、図2(b)に示すように、レーザー変位計31で被加工物9との距離を測定しながら、回折限界となる焦点付近となる距離h1にステージ40を移動させる。そして、図2(c)に示すように、加工閾値範囲2bで加工できるようにレーザー照射手段21の照射する加工用レーザーを制御して照射する。これにより、図2(d)に示すように、孔91が開いた被加工物9が得られる。 2 is a diagram for explaining the processing by the laser processing device 10 in more detail. As shown in FIG. 2(a), first, the workpiece 9 is placed on the stage 40. At this time, if the distance h0 between the diaphragm 22 and the workpiece 9 is far, the processing threshold range is not reached and processing cannot be performed even if the laser is repeatedly irradiated. Next, as shown in FIG. 2(b), while measuring the distance to the workpiece 9 with the laser displacement meter 31, the stage 40 is moved to a distance h1 near the focus at the diffraction limit. Then, as shown in FIG. 2(c), the processing laser irradiated by the laser irradiation means 21 is controlled and irradiated so that processing can be performed within the processing threshold range 2b. As a result, the workpiece 9 with a hole 91 is obtained as shown in FIG. 2(d).

図4は、発明のレーザー加工装置等による加工の原理を説明するための概要図である。後述する試験例等でも説明するが、本発明者らは、試験条件を種々検討した結果、意外にも、想定加工領域の焦点を被加工物の内部とした状態でレーザー加工した後に、焦点を被加工物の表面側に移動させることで、孔径が小さく、高アスペクト比の孔が得られることを見出した。なお、被加工物のレーザー照射手段側を、被加工物の表面として説明する。また、想定加工領域について、菱形状の最も幅が広くなるところを想定加工領域の焦点と呼び、レーザー照射手段側を想定加工領域の上部と呼ぶ。 Figure 4 is a schematic diagram for explaining the principle of processing using the laser processing device of the invention. As will be explained in the test examples described later, the inventors have unexpectedly found, after examining various test conditions, that by performing laser processing with the focal point of the intended processing area set inside the workpiece, and then moving the focal point to the surface side of the workpiece, a hole with a small diameter and a high aspect ratio can be obtained. Note that the side of the workpiece facing the laser irradiation means is described as the surface of the workpiece. In addition, the widest part of the intended processing area is called the focal point of the intended processing area, and the side facing the laser irradiation means is called the top of the intended processing area.

図4(a)は、初期焦点設定部で、加工用レーザーに対する被加工物の配置を設定した状態である。加工範囲2bが、想定加工領域であり、この想定加工領域の焦点を、被加工物9の厚み方向の中央付近となるように配置し、想定加工領域の上端付近の上部が、被加工物9の表面付近となるように配置している。この配置は、レーザー照射手段のレーザーを調節したり、レーザー照射手段と被加工物の相対的な距離を制御することで調節でき、図4では被加工物9の高さを制御することで調節している。この図4では、この初期焦点の高さを高さh0とする。 Figure 4 (a) shows the state in which the position of the workpiece relative to the processing laser has been set by the initial focus setting unit. The processing range 2b is the expected processing area, and the focus of this expected processing area is positioned so that it is near the center in the thickness direction of the workpiece 9, and the top near the upper end of the expected processing area is positioned near the surface of the workpiece 9. This position can be adjusted by adjusting the laser of the laser irradiation means or by controlling the relative distance between the laser irradiation means and the workpiece, and in Figure 4 it is adjusted by controlling the height of the workpiece 9. In this Figure 4, the height of this initial focus is set to height h0.

初期焦点は、被加工物9の厚みをd1とした場合、被加工物9の表面からの位置が0.3×d1~0.7×d1や、0.4×d1~0.6×d1程度とすることができる。例えば、厚みが50μmの場合、表面から15μm~35μmや、20μm~30μm程度の厚さの部分に焦点を合わせる。好ましくは、厚さ方向のほぼ中央付近に焦点をあわせることが好ましい。 When the thickness of the workpiece 9 is d1, the initial focus can be set at a position from the surface of the workpiece 9 that is approximately 0.3 x d1 to 0.7 x d1, or 0.4 x d1 to 0.6 x d1. For example, when the thickness is 50 μm, the focus is set at a portion that is approximately 15 μm to 35 μm, or 20 μm to 30 μm from the surface. It is preferable to set the focus at approximately the center in the thickness direction.

初期焦点設定部による初期照射工程は、この配置で、加工用レーザーを照射する。この状態では、被加工物9の内部には、実際には、被加工物9の上部で遮光されているため、十分な加工エネルギーが届かない状態となっている。一方、想定加工領域の上端付近は、焦点よりも狭い幅でエネルギー強度もわずかに閾値を越えているだけのため、小さい孔がわずかに得られる。一方で、このまま、照射を続けると、孔にレーザー光がはいりこみやすくなるため、厚み方向に孔が得られるが、被加工物9の表面側で遮光されているため十分に集光されず想定加工領域の大きさよりも小さい加工領域しか加工されないと考えられる。このため図4(a)の状態で加工しても、裏面側まで孔が拡がらない場合がある。 In the initial irradiation process by the initial focus setting unit, the processing laser is irradiated in this position. In this state, sufficient processing energy does not reach the inside of the workpiece 9 because the light is actually blocked by the top of the workpiece 9. Meanwhile, near the top end of the expected processing area, a small hole is obtained because the width is narrower than the focus and the energy intensity only slightly exceeds the threshold. On the other hand, if irradiation is continued in this state, the laser light will easily enter the hole, and a hole will be obtained in the thickness direction, but since the light is blocked on the front side of the workpiece 9, it is thought that only a processing area smaller than the size of the expected processing area will be processed because it is not sufficiently focused. For this reason, even if processing is performed in the state of Figure 4 (a), the hole may not extend to the back side.

図4(b)は、図4(a)による加工用レーザーを照射した後に、さらに加工用レーザーを照射するために、想定加工領域の焦点を被加工物の表面側となる配置に移動させた状態である。図4(b)は、図4(a)のとき高さh0に配置していた被加工物9をレーザー照射手段から遠ざける高さhnに移動することで、想定加工領域の焦点が被加工物9の表面側に移動している。 Figure 4(b) shows the state in which, after irradiation with the processing laser according to Figure 4(a), the focus of the expected processing area has been moved to a position on the surface side of the workpiece in order to further irradiate the processing laser. In Figure 4(b), the workpiece 9, which was positioned at height h0 in Figure 4(a), has been moved to height hn, away from the laser irradiation means, and the focus of the expected processing area has been moved to the surface side of the workpiece 9.

このように移動させると、被加工物9の表面側で想定加工領域の範囲が広くなる。また、初期焦点の配置で初期照射しているときに表面付近に孔ができているため、この孔に入り込む光が一定程度生じている。このような操作は、レーザー加工手段のレーザー強度を変更することなく、表面付近で孔が開いたあとの孔をさらに深くする加工を行いやすい状態となる。これにより、図4(c)に示すように、被加工物9に対する孔の深さを効率よく加工していくことができ、高いアスペクト比の孔92を効率よく加工できる。 By moving in this manner, the range of the anticipated processing area on the surface side of the workpiece 9 is expanded. Also, because a hole is created near the surface during initial irradiation with the initial focus position, a certain amount of light enters this hole. This type of operation makes it easier to process the hole to be deeper after it is created near the surface without changing the laser intensity of the laser processing means. This makes it possible to efficiently process the depth of the hole in the workpiece 9, as shown in Figure 4 (c), and efficiently process a hole 92 with a high aspect ratio.

図4(a)の初期焦点は、被加工物の厚みの中央付近を目安とすることができる。また、図4(b)の焦点移動は、厚みにもよるが、1回以上でもよく、中央付近の初期焦点から、複数回移動するものとすることもできる。 The initial focus in FIG. 4(a) can be approximately near the center of the thickness of the workpiece. Also, the focus movement in FIG. 4(b) can be one or more times, depending on the thickness, or can be multiple times from the initial focus near the center.

また、被加工物9の表面付近で遮光している状態のとき、一時的に想定加工領域の焦点よりも上部の加工エネルギーを上昇させるために、一時的に、スリットサイズを調整して、光量を多くすることで加工効率を向上させてもよい。電流での強度変更は変動が大きく不安定な時間が長いが、スリットサイズの調整の場合は、短時間で安定した光量の調整ができる。 In addition, when the light is blocked near the surface of the workpiece 9, the slit size may be temporarily adjusted to increase the amount of light in order to temporarily increase the processing energy above the focus of the intended processing area, thereby improving processing efficiency. Changing the intensity by current fluctuates greatly and is unstable for a long period of time, but adjusting the slit size allows for a stable adjustment of the light amount in a short period of time.

このような初期焦点設定部で初期照射し、そのあとに焦点移動部で表面側に焦点移動して照射することで、高アスペクト比の孔が得られることは、一部前述のように実験的な知見にも基づくものであり、その原理を限定するものではないが、次のようなものと考えられる。レーザー照射による加工は、加工閾値を越えるエネルギーのときに加工されると考えられる。 By initially irradiating with this type of initial focus setting unit, and then shifting the focus to the surface side with the focus shifting unit, holes with a high aspect ratio can be obtained. This is based in part on experimental findings as mentioned above, and the principle is not limited to these, but is thought to be as follows: Processing by laser irradiation is thought to occur when the energy exceeds the processing threshold.

一方で、レーザー照射は、光が照射されることと、エネルギー蓄積による加熱を伴う溶解やアブレーション(焼却)なども関与していると考えられる。被加工物の表面やその表面よりも上側に想定加工領域の焦点を配置して、いわゆる掘り進めるように加工すると、焦点の幅を上限に掘り進めることができるとも考えられるが、実際には表面側で広幅となり、裏面側で狭幅となるテーパー状の孔となる場合や、裏面に達することが難しい場合がある。これは、加工後の部分は光が届きやすく光の乱反射などの影響が生じることや、エネルギーが表面側からのみ蓄積しやすい状態のためと考えられる。 On the other hand, laser irradiation is thought to involve not only the irradiation of light, but also melting and ablation (burning) that accompanies heating due to energy accumulation. If the focus of the intended processing area is placed on the surface of the workpiece or above that surface and processing is performed in a so-called digging manner, it is thought that it is possible to dig up to the width of the focus, but in reality, a tapered hole that is wider on the surface side and narrower on the back side may be formed, or it may be difficult to reach the back side. This is thought to be because light is more likely to reach the processed area, causing effects such as diffuse reflection of light, and because energy is more likely to accumulate only from the surface side.

次に、図4(a)の状態のまま加工するような方法も考えられるが、表面側で遮光されている状態のままと考えられ、表面側での加工速度が遅く、深さ方向の加工が進みにくい。本願の好適例にかかるように、図4(a)、図4(b)に示したような加工を行うと、焦点付近にエネルギーがある程度達していることが考えられ、表面付近から順に閾値を十分に超えて光も到達する部分が生じていくことで、効率よく深さ方向に高アスペクト比の加工ができると考えられる。本発明における高アスペクト比は、素材や加工目的などにもよるが、例えば、アスペクト比5以上や、7以上、10以上、15以上などとすることができる。上限は特に設けなくてもよいが、50以下や、40以下程度を上限としてもよい。 Next, a method of processing the state shown in FIG. 4(a) can be considered, but the surface side is considered to remain in a light-shielded state, the processing speed on the surface side is slow, and processing in the depth direction is difficult to progress. When processing is performed as shown in FIG. 4(a) and FIG. 4(b) as in the preferred embodiment of the present application, it is considered that a certain amount of energy reaches the focal point, and a portion where the light also reaches and sufficiently exceeds the threshold value is generated from the surface vicinity, and it is considered that processing with a high aspect ratio in the depth direction can be efficiently performed. The high aspect ratio in the present invention depends on the material and processing purpose, and can be, for example, an aspect ratio of 5 or more, 7 or more, 10 or more, 15 or more, etc. Although there is no particular upper limit, it may be set to 50 or less or about 40 or less.

図5は、本発明のレーザー加工方法の実施形態にかかるフロー図である。ステップS11は、被加工物の条件を入力して設定する工程である。ステップS21は、被加工物とレーザー照射手段との距離(高さ)を測定しながら、適切な高さに移動させて設定する工程である。ステップS31は、被加工物にレーザー照射する工程である。これにより、被加工物にレーザー加工を行うことができる。 Figure 5 is a flow diagram of an embodiment of the laser processing method of the present invention. Step S11 is a process of inputting and setting the conditions of the workpiece. Step S21 is a process of measuring the distance (height) between the workpiece and the laser irradiation means and moving it to an appropriate height and setting it. Step S31 is a process of irradiating the workpiece with a laser. This allows laser processing to be performed on the workpiece.

図6は、本発明のレーザー加工方法の実施形態にかかるフロー図である。特に図4の加工と対応するフローである。まず、加工条件について、ステップS12は、被加工物の条件を設定する。この条件に基づいて、ステップS22は、被加工物を初期焦点の位置に配置する。これにより、想定加工領域の焦点を被加工物の内部であり、想定加工領域の上部が被加工物の表面側となる初期焦点に配置して、加工用レーザーを照射する初期照射工程を行う。そして、ステップS32は、被加工物の焦点位置を移動させる。これは、初期照射工程で被加工物に加工用レーザーを照射した後、想定加工領域の焦点を被加工物の表面側に移動させて、さらに加工用レーザーを照射する焦点移動照射工程を行う。これにより、高アスペクト比の孔を得ることができる。 Figure 6 is a flow diagram of an embodiment of the laser processing method of the present invention. In particular, this flow corresponds to the processing of Figure 4. First, step S12 sets the conditions of the workpiece for processing conditions. Based on these conditions, step S22 places the workpiece at the initial focus position. As a result, the focus of the expected processing area is placed at the initial focus inside the workpiece, and the top of the expected processing area is placed at the surface side of the workpiece, and an initial irradiation step is performed in which the processing laser is irradiated. Then, step S32 moves the focus position of the workpiece. This is to perform a focus movement irradiation step in which the focus of the expected processing area is moved to the surface side of the workpiece after the processing laser is irradiated to the workpiece in the initial irradiation step, and the processing laser is further irradiated. This makes it possible to obtain a hole with a high aspect ratio.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless the gist of the invention is changed.

[実験例1]
シリコンウェハに用いられる厚さ約400μmのポリシリコン膜を用いて、本発明に基づくレーザー加工試験を行った。
レーザー源や対物レンズの仕様として、次のものを使用した。このときの回折限界は、およそ0.87μmである。
・波長:355nm、線源スリット設定値:0.7μm、対物レンズ倍率:100倍、対物レンズNA値:0.5
[Experimental Example 1]
A laser processing test based on the present invention was carried out using a polysilicon film having a thickness of about 400 μm, which is used for silicon wafers.
The following specifications were used for the laser source and objective lens, and the diffraction limit in this case was approximately 0.87 μm.
Wavelength: 355 nm, radiation source slit setting: 0.7 μm, objective lens magnification: 100 times, objective lens NA value: 0.5

予備試験として、熱量とパルス幅が、2mJ・5nsec、1mJ・5nsec、0.7mJ・5nsec、0.6mJ・5nsecであり、約6Hz程度のショットレーザーを用いて、焦点をポリシリコン膜の表面周辺から深さ方向に10μm毎に50ショット照射して、加工閾値の検証等を行った。 As a preliminary test, the heat amount and pulse width were 2 mJ/5 nsec, 1 mJ/5 nsec, 0.7 mJ/5 nsec, and 0.6 mJ/5 nsec, and a shot laser at about 6 Hz was used to irradiate the polysilicon film with a focal point at 10 μm intervals in the depth direction from the surface periphery to verify the processing threshold.

この検証の結果、ガウス分布の一部のみが加工閾値を超えるものとなる条件として、0.7mJを熱量の条件として採用するものとした。なお、1mJ以上とすると大きな孔となり、0.6mJとすると孔を確認しにくく加工しにくい条件であった。 As a result of this verification, we decided to adopt a heat amount of 0.7 mJ as the condition under which only a portion of the Gaussian distribution exceeds the processing threshold. Note that a heat amount of 1 mJ or more would result in a large hole, while a heat amount of 0.6 mJ would make it difficult to see the hole and make processing difficult.

これらの条件検証を踏まえて、ポリシリコン膜に、貫通孔を設ける試験を行ったのち、走査型電子顕微鏡(SEM)で、貫通孔を加工した部分を観察した像を、図7に示す。このような操作による加工を行うことで、この条件の理論上の回折限界0.87μmよりも小さい、0.79μmの貫通孔を設けることができることが確認された。 Based on these condition verifications, a test was conducted to create a through hole in the polysilicon film, and then an image of the part with the through hole machined was observed with a scanning electron microscope (SEM) as shown in Figure 7. It was confirmed that by performing the processing in this manner, it is possible to create a through hole of 0.79 μm, which is smaller than the theoretical diffraction limit of 0.87 μm for these conditions.

[実験例2]
実験例1に準じる条件で、レーザー源や対物レンズの仕様として、次のものを使用した。このときの回折限界は、およそ1.3μmである。
・波長:532nm、線源スリット設定値:0.7μm、対物レンズ倍率:100倍、対物レンズNA値:0.5
[Experimental Example 2]
The following specifications for the laser source and objective lens were used under conditions similar to those in Experimental Example 1. The diffraction limit in this case was approximately 1.3 μm.
Wavelength: 532 nm, radiation source slit setting: 0.7 μm, objective lens magnification: 100 times, objective lens NA value: 0.5

実験例1の条件検証を参照して、ポリシリコン膜に、貫通孔を設ける試験を行ったのち、走査型電子顕微鏡(SEM)で、貫通孔を加工した部分を観察した像を、図8に示す。このような操作による加工を行うことで、理論上の回折限界1.3μmよりも小さい、0.77μmの貫通孔を設けることができることが確認された。 Referring to the condition verification of Experimental Example 1, a test was conducted to create a through hole in the polysilicon film. Figure 8 shows an image of the part where the through hole was created, observed with a scanning electron microscope (SEM). It was confirmed that by performing processing in this manner, it is possible to create a through hole of 0.77 μm, which is smaller than the theoretical diffraction limit of 1.3 μm.

[実験例3]
厚み50μmのシリコンウェハ用の膜に、レーザー加工を行った。YAGレーザー加工機で、使用波長355nmとし、照射強度を調整して、シリコンウェハに対する想定加工領域が、焦点付近の幅が広くレーザーの進行方向の横向きから見たとき菱形となるものに調節した。この想定加工領域は、焦点で直径2μm、高さ約50μm程度である。また、1ショット・1mJのレーザー照射を行った。このレーザー照射により、以下の予備試験や、参考試験、試験をおこなった。これらの予備試験や、参考試験、試験の加工結果の像や、その試験位置を、図9に示す。
[Experimental Example 3]
Laser processing was performed on a film for a silicon wafer with a thickness of 50 μm. A YAG laser processing machine was used with a wavelength of 355 nm, and the irradiation intensity was adjusted to adjust the expected processing area on the silicon wafer to be a diamond shape with a wide width near the focus when viewed from the side of the laser's traveling direction. This expected processing area was about 2 μm in diameter and about 50 μm in height at the focus. In addition, one shot of laser irradiation with 1 mJ was performed. The following preliminary test, reference test, and test were performed using this laser irradiation. Images of the processing results of these preliminary test, reference test, and test, and the test positions are shown in FIG. 9.

なお、本実験例は、レーザー照射手段の光路に光路調整部を設けて、対物レンズの像をCMOSセンサーで観察しながら撮像できるものとすることで、レーザー加工位置や加工結果を観察しながら加工できるものとして行った。また、シリコンウェハは、免振台に固定し、精密制御したXYZ+回転ステージに取り付けたステージにおいて行うことで、高さ方向の位置は、観察手段から得られる像の焦点を参照しながらZステージの設定値を利用して調整した。 In this experimental example, an optical path adjustment unit was provided in the optical path of the laser irradiation means, and the image of the objective lens could be captured while being observed with a CMOS sensor, making it possible to perform processing while observing the laser processing position and processing results. In addition, the silicon wafer was fixed to a vibration-proof table and placed on a stage attached to a precisely controlled XYZ+ rotation stage, and the height position was adjusted using the setting value of the Z stage while referring to the focus of the image obtained from the observation means.

予備試験(3-1)、予備試験(3-2)として、このレーザー照射手段の焦点を、シリコンウェハの表面付近として、各予備試験ごとに、210ショット行った。この結果、表面付近に2μmよりもやや広い孔径の孔が得られているものの、裏面側には孔が達していなかった。 In preliminary test (3-1) and preliminary test (3-2), the focus of the laser irradiation means was set near the surface of the silicon wafer, and 210 shots were performed for each preliminary test. As a result, holes with a diameter slightly wider than 2 μm were obtained near the surface, but the holes did not reach the back side.

参考試験(3-1)として、同様のレーザー照射手段の設定条件で、焦点を、シリコンウェハの表面から、厚み方向に25μmの位置として、210ショット行った。この結果、表面付近に、予備試験(3-1)等よりも小さい孔が得られていたが、裏面側には孔が達していなかった。 As a reference test (3-1), 210 shots were performed under the same laser irradiation means settings, with the focal point set at a position 25 μm from the surface of the silicon wafer in the thickness direction. As a result, smaller holes than those in the preliminary test (3-1) were obtained near the surface, but the holes did not reach the back side.

試験(3-1)、試験(3-2)として、同様のレーザー照射手段の設定条件で、初期焦点として、焦点を、シリコンウェハの表面から、厚み方向に25μmの位置として、30ショット行った。その後、シリコンウェハを、2μmずつ遠ざけることで、想定加工領域の焦点を相対的にシリコンウェハの表面側に移動させて、30ショット行った。同様に、2μm移動させて30ショット行う(30ショット/2μm)操作を繰り返し行った。初期焦点を1回目として、6回の移動で、12μm移動させたとき、合計210ショットとなるため、レーザー照射を終了した。この試験を2回行った。試験(3-1)、試験(3-2)の結果、表面に直径約2μmの孔が得られ、この孔は裏面にも達していた。これは、厚み50μmの被加工物に対して、径2μmの孔が得られていることから、アスペクト比25程度が達成されている。 In tests (3-1) and (3-2), 30 shots were performed under the same laser irradiation means setting conditions, with the initial focus set at a position 25 μm from the surface of the silicon wafer in the thickness direction. After that, the silicon wafer was moved away by 2 μm at a time, and the focus of the expected processing area was moved relatively toward the surface side of the silicon wafer, and 30 shots were performed. Similarly, the operation of moving 2 μm and performing 30 shots (30 shots/2 μm) was repeated. When the initial focus was moved 12 μm for six movements, a total of 210 shots were obtained, and the laser irradiation was terminated. This test was performed twice. As a result of tests (3-1) and (3-2), a hole with a diameter of about 2 μm was obtained on the surface, and this hole also reached the back surface. This is because a hole with a diameter of 2 μm was obtained for a workpiece with a thickness of 50 μm, and an aspect ratio of about 25 was achieved.

本発明は、被加工物の加工に利用することができ、産業上有用である。 The present invention can be used to process workpieces and is industrially useful.

10 レーザー加工装置
21 レーザー照射手段
22 絞り部
2a レーザー光路
2b 加工閾値範囲
31 変位計
32 観察手段
40 ステージ
41 移動手段
51 光路調整部
52 シャッター
6 制御部
61 レーザー制御部
62 高さ制御部
63 位置制御部
64 初期焦点設定部
65 焦点移動部
71 記憶部
72 条件入力部
73 表示部
9 被加工物
91 孔
REFERENCE SIGNS LIST 10 Laser processing device 21 Laser irradiation means 22 Diaphragm section 2a Laser optical path 2b Processing threshold range 31 Displacement meter 32 Observation means 40 Stage 41 Moving means 51 Optical path adjustment section 52 Shutter 6 Control section 61 Laser control section 62 Height control section 63 Position control section 64 Initial focus setting section 65 Focus movement section 71 Memory section 72 Condition input section 73 Display section 9 Workpiece 91 Hole

Claims (5)

レーザー強度を調節した加工用レーザーを照射するレーザー照射手段と、
前記レーザー照射手段と被加工物との加工距離を調節する距離制御手段と、
前記加工距離を測定する測定手段と、
前記加工用レーザーの焦点で、前記レーザー強度が、前記加工用レーザーのガウス分布の一部が前記被加工物の加工閾値を超える強度となるように設定する設定部と、を有する、レーザー加工装置。
A laser irradiation means for irradiating a processing laser with adjusted laser intensity;
a distance control means for adjusting a processing distance between the laser irradiation means and the workpiece;
A measuring means for measuring the processing distance;
a setting unit that sets the laser intensity at a focus of the processing laser so that a part of the Gaussian distribution of the processing laser exceeds a processing threshold value of the workpiece.
前記距離制御手段が、前記被加工物の保持手段の高さを調節する高さ制御手段である、請求項1に記載のレーザー加工装置。 The laser processing device according to claim 1, wherein the distance control means is a height control means for adjusting the height of the workpiece holding means. 前記測定手段が、レーザー変位計であり、
前記レーザー照射手段の光路と、前記レーザー変位計との光路との間に設けられた光路調整部を有し、
前記レーザー変位計および前記レーザー照射手段のレーザー照射位置が、前記被加工物の同じ部分となる請求項2に記載のレーザー加工装置。
the measuring means is a laser displacement meter,
an optical path adjustment unit provided between an optical path of the laser irradiation means and an optical path of the laser displacement meter;
3. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the laser displacement meter and the laser irradiation position of the laser irradiation means are located on the same part of the workpiece.
前記被加工物が、半導体素子であり、前記半導体素子に前記加工用レーザーの回折限界よりも小さい孔をあけるためのものである請求項3に記載のレーザー加工装置。 The laser processing device according to claim 3, wherein the workpiece is a semiconductor element, and the laser processing device is for drilling a hole in the semiconductor element that is smaller than the diffraction limit of the processing laser. レーザー強度を調節した加工用レーザーを照射するレーザー照射手段と、前記レーザー照射手段と被加工物との加工距離を調節する距離制御手段と、前記加工距離を測定する測定手段と、を有するレーザー加工装置で、前記被加工物を加工するレーザー加工方法であり、
前記加工用レーザーの焦点で、前記レーザー強度が、前記加工用レーザーのガウス分布の一部が前記被加工物の加工閾値を超える強度となるように設定する設定工程と、
前記距離制御手段で前記加工距離を測定して、前記被加工物を前記加工閾値を超える位置に配置する距離制御工程と、
前記レーザー強度で前記被加工物に前記加工用レーザーを照射するレーザー照射工程と、を有する、レーザー加工方法。
A laser processing method for processing a workpiece using a laser processing apparatus having a laser irradiation means for irradiating a processing laser with an adjusted laser intensity, a distance control means for adjusting a processing distance between the laser irradiation means and the workpiece, and a measurement means for measuring the processing distance,
A setting step of setting the laser intensity at a focus of the processing laser so that a part of the Gaussian distribution of the processing laser exceeds a processing threshold value of the workpiece;
a distance control step of measuring the processing distance by the distance control means and positioning the workpiece at a position exceeding the processing threshold value;
a laser irradiation step of irradiating the workpiece with the processing laser at the laser intensity.
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