YAGレーザを用いたシリコンウエハの精密割断加工システム

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Siウエハを一定速度で移動させながらパルスYAGレーザを照射する方法で割断加工を行った.加工中は,光ファイバ型2色温度計を用いて照射部温度を測定すると同時に,ウエハ上にセンサを取り付けて割断の際に発生するAE(Acoustic Emission)波を測定した.測定した照射部温度より割断条件を温度の面から検討し,レーザ照射面および割断面における加工損傷・精度と温度との関係を明らかとした.加工中に測定したAE波から,割断加工に要する主き裂発生と加工物の欠けなどの原因となる副き裂発生の判別が可能となった.測定したAE波発生のタイミングから主き裂発生時の応力分布をFEM熱応力解析によって求めることが可能となった.熱応力解析においては,より正確な解析結果を得るために,解析に先立ちシリコンウエハのレーザ光吸収率を積分球を用いて測定した.解析により得られた応力分布から,き裂先端周囲の応力拡大係数を計算した.解析によって求めた応力拡大係数は,別の材料試験によって求めたシリコンウエハの破壊靭性値と比較し,き裂が進展してAE波が発生する際にき裂先端の応力拡大係数が破壊靭性地と等しくなることを示し,割断加工の基本的メカニズムを明らかとした.また,他のセラミックス材料にもレーザ割断加工を適用して,アルミナ,Al_2O_3, Si_3N_4,ジルコニア,ガラスの割断加工を行い,それぞれの加工精度,加工損傷について評価を行った.これら材料の割断加工においてはパルスYAGレーザのほかに,連続発振のYAGレーザ,C0_2レーザを用いて,加工材料によって最適な加工条件を明らかとしている.