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TW201334904A - 被加工物之分斷方法及具有光學元件圖案之基板的分斷方法 - Google Patents

被加工物之分斷方法及具有光學元件圖案之基板的分斷方法 Download PDF

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TW201334904A
TW201334904A TW101142491A TW101142491A TW201334904A TW 201334904 A TW201334904 A TW 201334904A TW 101142491 A TW101142491 A TW 101142491A TW 101142491 A TW101142491 A TW 101142491A TW 201334904 A TW201334904 A TW 201334904A
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TW
Taiwan
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laser light
workpiece
scribe line
scribing
irradiation
Prior art date
Application number
TW101142491A
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English (en)
Inventor
法貴哲夫
長友正平
Original Assignee
三星鑽石工業股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種可高精度且高效率地分斷脆性材料被加工物之技術。被加工物之分斷方法包括以下步驟：藉由對被加工物之劃線面照射第1雷射光，而於劃線面上形成劃線；及藉由自非劃線面側沿著劃線照射第2雷射光，而將被加工物沿著劃線進行加熱；且於後者之步驟中，藉由於使劃線面與冷卻媒體接觸之狀態下使第2雷射光進行相對掃描，而使形成於被加工物之內部且為劃線附近之拉伸應力場移動並冷卻，藉此，使因劃線位於拉伸應力場內而產生之自劃線向非劃線面之裂痕之進展沿著劃線依序產生，從而將被加工物分斷。

Description

被加工物之分斷方法及具有光學元件圖案之基板的分斷方法
本發明係關於一種藉由照射雷射光而分斷被加工物之方法。
作為切出玻璃板或藍寶石基板等較硬且較脆之材料(脆性材料)之加工方法，周知有各種方法。例如，作為玻璃板之加工，熟知有如下方法：以金剛石之結晶等自欲切開之材料之端部呈線狀地設置較淺之傷痕(初期龜裂)即進行所謂之畫線，並對所形成之初期龜裂之兩側施加力而使該初期龜裂沿厚度方向進展，從而分斷玻璃板。
然而，於此種方法之情形時，當進行分斷作業時，根據畫線之深度或力之施加方向等而於分斷面產生傾斜、或向預料外之方向破裂等，無法獲得所期望之分斷精度，於最差之情形時，亦有整個材料破損之危險性。
又，熟知亦有如下方法：藉由預先對被加工物之端部賦予初期龜裂並自該端部進行利用雷射光之加熱掃描，而使龜裂進展從而分斷被加工物(例如，參照專利文獻1)。
於此種方法之情形時，若作為分斷對象之脆性材料為均質且所產生之應力場為理想之應力場，則存在可高精度地控制龜裂進展之位置或方向等之可能性，但現實中，就材料之不均質性、或加熱能量分佈之不均一性、或加熱點之高精度之位置控制之難度等方面而言，很難以高精度控制龜裂進展。此處所謂之高精度，係假設以μm級之精度之 位置控制。
而且，就於被加工物之端部產生應力分散而應力分佈變得不均勻等原因而言，於龜裂進展控制中，需要限制加工順序或進行敢於錯開加熱點之處理等(例如，參照專利文獻2)。
又，當將表面二維地排列有單位圖案之脆性材料切出為每單位圖案之單片(晶片單位)之情形時等，於設為藉由雷射割斷而進行在彼此正交之2個方向上之切出之情形時，於某一方向上切出後，再於與該方向正交之方向上進行切出，但在如大量之晶片加工之情形時，初期龜裂之賦予方法等變得更加繁雜。
作為以上方法之組合，亦已知有如下方法：於利用金剛石或維氏壓頭等在硬脆性材料基板(例如玻璃、矽、陶瓷、藍寶石等)之端部設置微小之傷痕(初期龜裂)後，於基板背面側配置雷射光吸收材，並對基板背面利用經焦點對準之雷射照射進行局部加熱，藉由由此產生之應力集中而使龜裂進展從而分斷玻璃(例如，參照專利文獻3)。
或者，亦周知有如下方法：於預先在被加工物之表面機械地或藉由雷射光之照射而施加稱為畫線或劃線之線狀加工痕後，沿著此種加工痕進行利用雷射光之照射加熱，而產生自該加工痕之裂痕進展，由此分斷被加工物(例如，參照專利文獻4及專利文獻5)。
再者，於專利文獻3中，亦揭示有自與畫線相反側之面照射雷射而進行分斷之形態。
進而，亦周知有如下方法：藉由於發光元件之側面藉由乾式蝕刻而設置凹凸而提高發光效率(例如，參照專利文獻6)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特公平3-13040號公報
[專利文獻2]日本專利特開平9-45636號公報
[專利文獻3]日本專利特開2008-62547號公報
[專利文獻4]日本專利第2712723號公報
[專利文獻5]日本專利第3036906號公報
[專利文獻6]日本專利第3852000號公報
於專利文獻3中揭示之方法之情形時，藉由雷射光直接加熱者終歸為雷射光吸收材，硬脆性材料基板僅為藉由來自雷射光吸收材之熱傳導而間接被加熱。因此，難以確保熱傳導之均一性，且拉伸應力未必作用於意圖作用之方向上。又，與如專利文獻1中揭示之以往之雷射割斷同樣，難以控制龜裂之進展方向。因此，難以藉由此種方法進行高精度之分斷。
又，專利文獻4及專利文獻5中揭示者充其量僅為藉由沿著機械地或利用雷射光形成之加工痕照射雷射光而分斷被加工物之基本原理，關於高效率地進行此種分斷之方法，並未作任何揭示及暗示。
又，專利文獻6中，關於藉由對發光元件之半導體膜之側面實施凹凸加工而提高光掠出效率進行了揭示，但關於對於作為該基材之藍寶石晶圓之加工並未作揭示。若利用專利文獻6中揭示之方法對藍寶石基板實施凹凸加工，則需要重新進行抗蝕劑塗佈處理，並且蝕刻本身需要時間，因而存在生產率較低這一問題。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種可高精度且高效率地分斷包含脆性材料之被加工物之技術。又，特別係提供一種當於表面二維地形成有發光元件圖案之具有圖案之基板為被加工物之情形時，除該等高精度且高效率之加工以外，亦同時實現提高發光元件之發光效率之技術。
為解決上述課題，技術方案1之發明之特徵在於：其係分斷被加工物之方法，且包括：劃線加工步驟，藉由使第1雷射光自第1出射源出射，並對上述被加工物之劃線面照射上述第1雷射光，而於上述劃線面上形成劃線；及照射加熱步驟，藉由使第2雷射光自第2出射源出射，並自上述劃線面之相反面即非劃線面側沿著上述劃線照射上述第2雷射光，而將上述被加工物沿著上述劃線進行加熱；且於上述照射加熱步驟中，藉由於以使上述劃線面與冷卻媒體接觸之方式將上述被加工物載置於上述冷卻媒體上之狀態下使上述第2雷射光沿著上述劃線相對地進行掃描，而藉由上述第2雷射光向上述非劃線面之照射，使形成於包含 上述劃線面之上述被加工物之內部且為上述劃線附近的拉伸應力場移動並冷卻，藉此，使因上述劃線位於上述拉伸應力場內而產生之自上述劃線向上述非劃線面之裂痕之進展沿著上述劃線依序產生，從而將上述被加工物分斷。
技術方案2之發明係如技術方案1之分斷方法，其特徵在於：於上述照射加熱步驟中，於利用調整機構調整自上述第2出射源出射之上述第2雷射光之照射範圍後，將上述第2雷射光照射至上述非劃線面。
技術方案3之發明係如技術方案1或技術方案2之分斷方法，其特徵在於：上述第2雷射光係CO2雷射。
技術方案4之發明係如技術方案3之分斷方法，其特徵在於：於上述照射加熱步驟中，以脈衝振盪模式照射上述第2雷射光，於藉由分斷上述被加工物所形成之單片之分斷面上，產生具有與脈衝振盪週期對應之週期之全反射率降低用之起伏。
技術方案5之發明係如技術方案1或技術方案2之分斷方法，其特徵在於：上述第1雷射光係YAG(Yttrium Aluminum Garnet，釔鋁石榴石)雷射之3倍高次諧波。
技術方案6之發明係如技術方案1或技術方案2之分斷方法，其特徵在於：更包括對上述被加工物之水平面內之姿勢進行修正之對準處理步驟；且對於已進行上述對準處理步驟之上述被加工物，進行上述劃線加工步驟及上述照射加熱步驟。
技術方案7之發明係如技術方案1或技術方案2之分斷方 法，其特徵在於：於上述劃線加工步驟中，藉由於上述第1雷射光之被照射位置產生熔融及再固化，使上述被照射位置成為變質區域，從而形成上述劃線。
技術方案8之發明係如技術方案1或技術方案2之分斷方法，其特徵在於：於上述劃線加工步驟中，藉由於上述第1雷射光之被照射位置產生燒蝕(ablation)而於上述被照射位置形成槽部，從而形成上述劃線。
技術方案9之發明係如技術方案1或技術方案2之分斷方法，其特徵在於：於上述劃線加工步驟中，於彼此正交之第1方向與第2方向上分別形成複數條劃線；且於上述照射加熱步驟中，於已進行自上述非劃線面側沿著於上述第1方向上延伸之上述劃線之照射加熱後，進行沿著於上述第2方向上延伸之上述劃線之照射加熱。
技術方案10之發明係如技術方案9之分斷方法，其特徵在於：於上述照射加熱步驟中，將上述第2雷射光之照射光束直徑設為形成上述劃線時之間距以下。
技術方案11之發明之特徵在於：其係分斷於表面二維地形成有光學元件圖案之具有光學元件圖案之基板之方法，且包括：劃線加工步驟，藉由使第1雷射光自第1出射源出射，並對上述具有光學元件圖案之基板之劃線面照射上述第1雷射光，而於上述劃線面上形成劃線；及照射加熱步驟，使CO2雷射即第2雷射光自第2出射源出射，並自上述劃線面側沿著上述劃線照射上述第2雷射光，而將上述具有光學元件圖案之基板沿著上述劃線進行加熱；且於上述 照射加熱步驟中，藉由使上述第2雷射光沿著上述劃線相對地進行掃描，而使於上述具有光學元件圖案之基板上藉由上述第2雷射光之照射而形成於照射加熱區域之周圍之拉伸應力場移動，藉此，使因上述劃線位於上述拉伸應力場內而產生之自上述劃線向上述非劃線面之裂痕之進展沿著上述劃線依序產生，從而分斷上述具有光學元件圖案之基板，並且藉由使上述第2雷射光以脈衝振盪模式出射，而於藉由分斷上述被加工物所形成之光學元件單片之分斷面上，產生具有與脈衝振盪週期對應之週期之全反射率降低用之起伏。
根據技術方案1至技術方案11之發明，藉由沿著藉由照射第1雷射光而預先形成於被加工物之預定分斷位置之劃線照射第2雷射光而加熱被加工物，而使拉伸應力作用於劃線，從而使自劃線向非劃線面之裂痕之進展沿著劃線之延伸方向依序產生，由此可高精度地分斷被加工物。而且，藉由對非劃線面進行第2雷射光之照射而使裂痕之進展更高效率地產生，因此可高效率地進行較高精度之分斷。
特別係根據技術方案4及技術方案11之發明，可在分斷對象物之分斷面上有目的地產生起伏。藉此，例如，當於表面二維地形成有LED(Light Emitting Diode，發光二極體)圖案之藍寶石基板即LED製造用基板為分斷對象物，且如將該基板分斷成LED晶片單位之單片之情形時，可抑制 在LED晶片之分斷面上之全反射，從而提高LED晶片之發光效率。
<加工之基本原理>
首先，對於本實施形態之加工(分斷加工)之基本原理進行說明。於本實施形態中進行之分斷加工大致如下：在藉由對被加工物(分斷對象物)W之預定分斷位置照射第1雷射光(劃線用雷射光)而形成劃線SL後，藉由利用第2雷射光(加熱用雷射光)之照射進行加熱(雷射加熱)而於該劃線SL附近產生應力場，藉此，藉由使龜裂(裂痕)自作為初期龜裂之劃線SL開始進展，而分斷被加工物。
作為被加工物W，例如符合的有：玻璃板或藍寶石基板等脆性材料、或在包含該等脆性材料之基板之表面藉由薄膜層等而二維地形成單位圖案而成之基板(以下，具有圖案之基板)等。
圖1係模式性地表示在本實施形態中進行之分斷加工中途之情形之圖。更具體而言，圖1係表示藉由沿著預先形成於被加工物W上之劃線SL照射加熱用雷射光LBh而進行雷射加熱之情形。
再者，於以下說明中，將被加工物W中形成有劃線SL之面、或預定形成劃線SL之面稱為劃線面W1，將該劃線面W1之相反面稱為非劃線面W2。又，於圖1中，表示藉由使加熱用雷射光LBh在由箭頭AR1表示之掃描方向(當然亦可為劃線SL之延伸方向)上移動而掃描劃線面W1之情形，但 亦可代替該情形而為如下形態：使加熱用雷射光LBh固定地照射某一照射位置，另一方面，藉由未圖示之移動機構而使被加工物W移動，由此利用加熱用雷射光LBh實現向箭頭AR1方向之相對掃描。
若照射加熱用雷射光LBh，則被加工物W之劃線面W1中之加熱用雷射光LBh之照射區域被加熱而膨脹，如圖1所示，成為壓縮應力場SF1。另一方面，該壓縮應力場SF1之外周區域收縮，成為拉伸應力場SF2。若劃線SL包含在該拉伸應力場SF2中，則在被加工物W中，於該劃線SL之側方拉伸應力TS發揮作用。藉由此種拉伸應力TS之作用而裂痕CR自劃線SL向非劃線面W2側之預定分斷位置L0進展。而且，如上所述，由於加熱用雷射光LBh沿著劃線SL相對地進行掃描，因而拉伸應力場SF2亦隨之沿著劃線SL移動。於是，裂痕CR向非劃線面W2側進展之部位沿著劃線SL之延伸方向、即加熱用雷射光LBh之掃描方向遷移。因此，若自設置於劃線面W1側之預定分斷位置之劃線SL之一端至另一端照射加熱用雷射光LBh，則可在劃線SL之整個形成位置，依序產生裂痕CR向預定分斷位置L0之進展，因而，作為結果，可分斷被加工物W。此為本實施形態之分斷加工之基本原理。
在以此種形態分斷被加工物W之情形時，於準確地定位被加工物W後，將高精度地形成於劃線面W1上之特定位置而成之劃線SL設為初期龜裂，使裂痕CR向非劃線面W2側進展。通常，與劃線SL之長度相比，被加工物W之厚度非 常地小，又，由於藉由加熱用雷射光LBh所形成之拉伸應力場SF2相對均勻，因而不易產生分斷位置之偏移。即，於本實施形態中，可進行精度優異之分斷。作為結果，可實現以μm級之精度之分斷。
再者，當將於表面二維地形成有LED圖案之藍寶石基板即LED製造用基板等具有圖案之基板分斷為每單位圖案之單片(晶片單位)之情形時等，於將預定分斷位置設定為格子狀之情形時，在彼此正交之第1方向與第2方向上分別依序形成複數條劃線SL後，對於各方向依序進行利用加熱用雷射光LBh之加熱。於此情形時，若藉由加熱用雷射光LBh而沿著某一在第1方向上延伸之劃線SL(第1劃線)進行雷射加熱，則在與其正交之另一劃線SL(第2劃線)之格子點附近，於沿第2方向延伸之第2劃線上，裂痕CR亦會局部地略微向非劃線面W2進展。然而，於此種情形時，藉由之後進行沿著第2劃線之雷射加熱，亦可進行無精度問題之分斷。
對於劃線用雷射光，只要根據被加工物W之材質等選擇適當之脈衝雷射光來使用即可。例如，若在藍寶石基板、或使用藍寶石基板製作之具有圖案之基板即LED製造用基板為被加工物W之情形時，則較佳之一例係使用YAG雷射之3倍高次諧波(波長355 nm)。又，為了提高在預定分斷位置之分斷精度及確實性，較理想為將劃線SL形成為儘可能地細，因此使劃線用雷射光於數μm~十幾μm左右之照射範圍(照射光束直徑)內進行照射。又，就加工效率(能量利 用效率)之觀點而言，劃線用雷射光以在被加工物W之劃線面W1或內部之劃線面W1附近(自劃線面W1起至數十μm左右為止之範圍)聚焦之方式照射。再者，於本實施形態中，所謂照射光束直徑係指在假設所照射之雷射光束之剖面之能量分佈為高斯分佈形狀之情形時，其能量值為中心之最高值之1/e2以上之區域之直徑。
又，關於劃線SL，既可為將在劃線用雷射光之被照射位置藉由使物質蒸發所形成之剖面觀察為三角形狀或楔形狀之槽部設為劃線SL之形態，亦可為將在該被照射位置藉由使物質熔融、再固化(融解改質)所形成之剖面觀察為三角形狀或楔形狀之變質區域設為劃線SL之形態。根據採用哪一形態，而決定劃線用雷射光之照射條件(脈衝寬度、重複頻率、峰值功率密度、掃描速度等)。又，圖1中例示了連續地形成有劃線SL之情形，但劃線SL之形成形態並不限於此。例如，亦可為沿著預定分斷位置呈點線狀或虛線狀地形成劃線SL之形態。
另一方面，作為加熱用雷射光LBh，較佳為使用長波長雷射即CO2雷射(波長9.4 μm~10.6 μm)。CO2雷射由於在玻璃或藍寶石之表面確實地被吸收，因而可確實地產生自劃線SL之裂痕CR之進展。再者，與劃線SL之形成之所謂被加工物之加工為目的而照射之劃線用雷射光不同，加熱用雷射光LBh係以藉由加熱被加工物而於形成於加熱區域之壓縮應力場SF1之周圍形成拉伸應力場SF2之目的而照射之雷射光。因此，於不使被加工物破壞或變質、或使拉伸應 力場SF2形成為儘可能地廣時，加熱用雷射光LBh之照射範圍大於劃線用雷射光即可。例如，於被加工物之厚度為150 μm之情形時，只要為100 μm~1000 μm左右即可。
然而，於如自具有圖案之基板中切出矩形形狀之晶片之情形時，將加熱用雷射光LBh之照射光束直徑設定為與晶片之平面尺寸(與預定分斷位置之間距大致同等)相同或其以下。於使照射光束直徑大於晶片之平面尺寸之情形時，產生無法良好地進行分斷因而無法獲得特定形狀之晶片之情形，故而欠佳。
<加熱用雷射光之振盪模式與分斷面之形狀之關係>
例如，於使用CO2雷射作為加熱用雷射光LBh之情形時，能以連續振盪模式與脈衝振盪模式此兩種振盪模式照射加熱用雷射光LBh。而且，根據該振盪模式，確認被加工物W之分斷面之形狀產生不同。具體而言，於連續振盪模式之情形時，藉由裂痕進展所形成之分斷面成為非常光滑之平坦面。另一方面，於脈衝振盪模式之情形時，於分斷面上形成與脈衝振盪週期對應之週期性之起伏(凹凸)。圖2係使用CO2雷射作為加熱用雷射光LBh而分斷藍寶石基板時之分斷面之SEM(Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡)像。圖中，「Fracture surface(破裂面)」係分斷面，Groove(溝槽)係劃線，「Feed direction(進給方向)」係藍寶石基板之移動方向(雷射光之掃描方向之相反方向)。於圖2所示之情形時，分斷面雖透明，但卻以數十μm之間距形成有起伏而成。通常，較佳為被加工物W之分 斷面為平坦面，因而多數情形時，加熱用雷射光LBh之照射以連續振盪模式來進行。
相對於此，亦有較佳為在分斷面上有目的地(積極地)產生起伏之情形。例如，於表面二維地形成有LED(發光元件)圖案之藍寶石基板(晶圓)即LED製造用基板為被加工物W，且將該基板分斷為LED晶片單位之單片之情形符合該情形。圖3係表示在分斷面為平坦之情形時與在平坦面存在起伏之情形時之分斷面中之光之前進方向之不同之圖。
通常，發光元件(LED晶片)被要求在設置於基板上之發光元件構造部分產生之發光儘可能地不被遮擋便向外部掠出。由於此種光之一部分亦入射至基板部分，因而為了提高發光元件之實質之發光效率(光之掠出效率)，而需要在基板部分亦使發出之光儘可能地透過。另一方面，於光自折射率較大之媒體中向折射率較小之媒體中前進之情形時，有相對於其界面(入射面)以臨界角θc以上入射之光被全反射這一光學上之限制(斯奈爾定律)。例如，於光自藍寶石向空氣前進之情形時，θc=34.4°。
若分斷面為平坦面，則如圖3(a)所示，於發光元件部分產生之光中以臨界角θc以上之入射角入射至分斷面之光全部被反射。又，理論上，根據產生後之行進方向，繼續遭受全反射，作為結果，亦會產生成為封閉在LED晶片內部之狀態之光。如上所述，若在光自藍寶石向空氣前進之情形時，則以34.4°以上55.6°以下之入射角入射至分斷面之光符合該情形。
相對於此，於分斷面存在起伏之情形時，如圖3(b)所示，即便係自與圖3(a)之情形相同之方向入射之光，亦會根據其入射位置而入射角小於圖3(a)，因而產生透過分斷面之成分。又，即便在某一分斷面遭到反射，於不同之分斷面進行透過之概率亦會變高。即，可降低入射至分斷面之光在該分斷面被全反射之比例(全反射率)。因此，於分斷面存在起伏之情形時，相較於分斷面為平坦面之情形，實現易於掠出所產生之光之狀態。再者，於實際之發光元件中，LED晶片之基板未必直接露出在外部，有藉由樹脂而密封等情形，但即便於此種情形時，亦同樣地獲得上述效果。
鑒於以上，於被加工物W為LED製造用基板，且將該基板分斷為LED晶片單位之情形時，藉由以脈衝振盪模式照射加熱用雷射光LBh而於分斷面產生起伏之形態來進行分斷。藉此，可獲得光掠出效率較高之LED晶片。此種方法可與被加工物W之分斷之同時形成起伏，因而與例如如專利文獻6中揭示之使用乾式蝕刻來形成凹凸之方法相比，為高效率且生產率較高之方法。
<分斷裝置>
其次，基於上述加工原理，對進行被加工物之分斷之分斷裝置進行說明。圖4係概略地表示分斷裝置100之構成之圖。
如圖4所示，分斷裝置100主要包括載物台部10、劃線用雷射光學系統20、加熱用雷射光學系統30、及位置讀取光 學系統40。又，分斷裝置100例如包含未圖示之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)等，且包括控制系統50，藉由於劃線用雷射光學系統20、加熱用雷射光學系統30、及位置讀取光學系統40等之間授受各種信號，而控制各構成要素之動作。再者，控制系統50既可為與其他構成要素作為一體而併入分斷裝置100之本體中之形態，亦可為例如包含個人電腦等，且與分斷裝置100之本體分開地設置之形態。
載物台部10主要包含XY載物台11、及設置於該XY載物台11上之加工用載物台12。
XY載物台11基於來自控制系統50之驅動控制信號sg1，而於水平面內(XY平面內)之彼此正交之2個方向(X方向、Y方向)上移動自如。再者，將XY載物台11之位置信息信號sg2不斷地反饋至控制系統。
加工用載物台12係用以在其上載置並固定被加工物W之部位。加工用載物台12包括未圖示之吸附機構，且以如下方式構成：藉由基於來自控制系統50之吸附控制信號sg3而使吸附機構作動，而將被加工物W吸附固定於加工用載物台12之上表面12a。又，加工用載物台12包括未圖示之旋轉驅動機構，且亦可基於來自控制系統50之旋轉控制信號sg4而於水平面內進行旋轉動作。
再者，雖在圖4中省略圖示，但亦可為如下形態：在向 加工用載物台12固定時，於被加工物W之非劃線面W2側(載置面側)貼附黏著性膜，並將被加工物W與該膜一同固定。
劃線用雷射光學系統20係基於由控制系統50提供之劃線用雷射控制信號sg5而對被加工物W照射劃線用雷射光之部位。
圖5係表示劃線用雷射光學系統20之詳細構成之圖。如圖5所示，劃線用雷射光學系統20主要包括：雷射振盪器21，其係作為劃線用雷射光LBs之光源(出射源)；衰減器22，用以進行自雷射振盪器21出射之劃線用雷射光LBs之光量調整；及物鏡23，用以進行劃線用雷射光LBs之焦點調整。再者，如上所述，作為劃線用雷射光LBs，使用與被加工物W之材質等對應之脈衝雷射光，因而雷射振盪器21只要根據所使用之劃線用雷射光LBs之種類進行選擇即可。
又，於劃線用雷射光學系統20中亦包括鏡24，藉由反射劃線用雷射光LBs而適當轉變劃線用雷射光LBs之光路方向。再者，於圖5中雖例示了僅包括1個鏡24之情形，但鏡24之數量並不限於此，根據劃線用雷射光學系統20內部或進而根據分斷裝置100內部之佈局上之要求及其他原因，亦可為設置更多之鏡24，且適當設定劃線用雷射光LBs之光路之形態。
更詳細而言，於雷射振盪器21中，設置有用以切換劃線用雷射光LBs之出射/非出射之快門21a。快門21a之開關動 作係基於作為劃線用雷射控制信號sg5之一種之ON(接通)/OFF(斷開)控制信號sg5a而進行控制。又，衰減器22中之劃線用雷射光LBs之光量之調整係基於作為劃線用雷射控制信號sg5之一種之輸出功率控制信號sg5b而進行控制。
在劃線用雷射光學系統20中，自雷射振盪器21出射且由衰減器22調整光量之劃線用雷射光LBs以在被加工物W之劃線面W1或內部之劃線面W1附近(自劃線面W1起至數十μm左右為止之範圍)聚焦之方式，且以照射光束直徑成為數μm~十幾μm左右之方式調整物鏡23之配置位置。藉此，形成良好之劃線SL。
加熱用雷射光學系統30係基於由控制系統50提供之加熱用雷射控制信號sg6而對被加工物W照射加熱用雷射光之部位。
圖6係表示加熱用雷射光學系統30之詳細構成之圖。如圖6所示，加熱用雷射光學系統30主要包括：雷射振盪器31，其係作為加熱用雷射光LBh之光源(出射源)；衰減器32，用以進行自雷射振盪器31出射之加熱用雷射光LBh之光量調整；光束調整機構33，用以調整對被加工物W之加熱用雷射光LBh之照射範圍；及物鏡34，用以進行加熱用雷射光LBh之焦點調整。如上所述，作為加熱用雷射光LBh使用CO2雷射，因而雷射振盪器31為CO2雷射用之振盪器。
又，於加熱用雷射光學系統30中亦包括鏡35，藉由反射 加熱用雷射光LBh而適當轉變加熱用雷射光LBh之光路之方向。再者，於圖6中雖例示了僅包括1個鏡35之情形，但鏡35之數量並不限於此，根據加熱用雷射光學系統30內部或進而分斷裝置100內部之佈局上之要求及其他原因，亦可為設置更多之鏡35，且適當設定加熱用雷射光LBh之光路之形態。
更詳細而言，於雷射振盪器31中，設置有用以切換加熱用雷射光LBh之出射/非出射之快門31a。快門31a之開關動作係基於作為加熱用雷射控制信號sg6之一種之ON/OFF控制信號sg6a而進行控制。又，衰減器32中之加熱用雷射光LBh之光量之調整係基於作為加熱用雷射控制信號sg6之一種之輸出功率控制信號sg6b而進行控制。
又，為了調整自雷射振盪器31直線地出射之加熱用雷射光LBh之照射範圍而包括光束調整機構33。光束調整機構33例如可藉由適當組合各種透鏡而實現，且可藉由調整該等透鏡之位置，而對被加工物W以適當之照射範圍照射加熱用雷射光LBh。再者，於圖6中，例示了藉由利用光束調整機構33之調整，而加熱用雷射光LBh以大於自雷射振盪器31出射時之光束直徑之照射範圍照射至被加工物W之情形。
位置讀取光學系統40利用未圖示之CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)攝像機等對吸附固定於加工用載物台12之被加工物W進行攝像，並將所獲得之攝像圖像之數據作為圖像信息信號sg7而供給至控制系統50。控制系統 50基於所獲得之圖像信息信號sg7而進行XY載物台11之移動範圍、或劃線用雷射光LBs或加熱用雷射光LBh之照射位置等之設定。
在具有如上構成之分斷裝置100中，藉由於將被加工物W吸附固定於加工用載物台12之狀態下使XY載物台11移動，而可將被加工物W相對於劃線用雷射光學系統20、加熱用雷射光學系統30、及位置讀取光學系統40之各者自下方對向配置。再者，於此種情形時，被加工物W以劃線面W1成為上表面(非載置面)之方式固定於加工用載物台12上。
而且，藉由於使被加工物W與劃線用雷射光學系統20對向配置之狀態下自劃線用雷射光學系統20對被加工物W照射劃線用雷射光LBs並且使XY載物台11移動，而實現對於被加工物W之劃線用雷射光LBs之相對掃描。藉由使劃線用雷射光LBs沿著劃線面W1之預先假設之預定分斷位置相對地進行掃描，而可形成劃線SL。
同樣地，藉由於使被加工物W與加熱用雷射光學系統30對向配置之狀態下自加熱用雷射光學系統30對被加工物W照射加熱用雷射光LBh並且使XY載物台11移動，而實現對於被加工物W之加熱用雷射光LBh之相對掃描。藉由使加熱用雷射光LBh沿著藉由劃線用雷射光LBs之照射所形成之劃線SL相對地進行掃描，而使裂痕CR自劃線SL向被加工物W之非劃線面W2之預定分斷位置進展，藉此，可分斷被加工物W。
又，於分斷裝置100中，可在使被加工物W與位置讀取光學系統40對向配置之狀態下進行利用位置讀取光學系統40之被加工物W之攝像，並基於所獲得之攝像圖像數據，而進行修正被加工物W之水平面內之傾斜(姿勢)之對準動作。具體而言，控制系統50基於該攝像圖像數據之圖像內容(例如，對準標記之配置位置或重複圖案之配置位置等)而特定被加工物W之水平面內之傾斜(自XY載物台11之移動方向之傾斜)，並對加工用載物台12提供旋轉控制信號sg4，使該加工用載物台12旋轉，以取消此種傾斜。作為特定被加工物W之水平面內之傾斜之主要方法，可應用圖案匹配法等周知之方法。
在通常之分斷加工之情形時，於以劃線面W1成為上表面(非載置面)之方式將被加工物W固定於加工用載物台12之狀態下進行利用位置讀取光學系統40之攝像及其後之對準處理後，進行利用劃線用雷射光學系統20之劃線SL之形成，進而，藉由於加熱用雷射光學系統30中照射加熱用雷射光LBh而分斷被加工物W。
<對非劃線面照射加熱用雷射光>
以下，對於應用了上述原理之各種分斷處理之形態依序進行說明。圖7及圖8係模式性地表示藉由加熱用雷射光LBh而掃描被加工物W之非劃線面W2之形態之圖。圖7係與劃線SL之延伸方向垂直之被加工物W之剖面圖，圖8係沿著劃線SL之被加工物W之剖面圖。
在圖7及圖8所示之情形時，與圖1之情形不同，預先形 成有劃線SL之劃線面W1載置於加工用載物台12，且向作為非載置面之非劃線面W2之預定分斷位置L0照射加熱用雷射光LBh。若以此種形態照射加熱用雷射光LBh，則非劃線面W2之加熱用雷射光LBh之照射位置附近成為壓縮應力場SF1，其周圍亦包含壓縮應力場SF1之下方成為拉伸應力場SF2。再者，於圖7所示之情形時，例示了劃線SL作為槽部而形成之情形，但劃線SL之形成形態並不限於此(圖7、圖14亦同樣)。
更具體而言，若以圖7所示之形態照射加熱用雷射光LBh，則不僅在非劃線面W2而且於被加工物W之內部亦形成拉伸應力場SF2。因此，拉伸應力TS作用於位於被加工物W之內部之劃線SL之前端部分。其結果，裂痕CR自劃線SL向其上方之預定分斷位置L0進展。由於加熱用雷射光LBh沿著圖8中由箭頭AR1表示之掃描方向進行掃描，因而裂痕CR之進展部位亦隨之移動。作為結果，與圖1之情形同樣地實現基板之分斷。
再者，若更詳細來說，則藉由加熱用雷射光LBh所形成之應力場之空間上之分佈本身既與圖1之情形相同又與圖7及圖8之情形相同。於圖1之情形時，將劃線面W1設為加熱用雷射光LBh之被照射面，主要利用作為水平面之該劃線面W1內之應力分佈使裂痕CR進展，相對於此，於圖7及圖8之情形時，主要利用被加工物W之厚度方向(剖面方向)上之應力分佈使裂痕CR進展，於此方面兩者不同。
圖9係表示實現如上對於非劃線面W2照射加熱用雷射光 LBh之分斷裝置200之概略構成之圖。再者，於圖9中，對於與圖4至圖6所示之分斷裝置100相同之構成要素附註相同之符號。又，圖9中雖省略圖示，但分斷裝置200與分斷裝置100同樣地包括控制系統50。
分斷裝置200概略上具有對於分斷裝置100附加反轉機構60之構成。反轉機構60相對於被加工物W如由箭頭AR3所示般進退自如，且包括：夾頭61，自側方夾持被加工物W；升降部62，使夾持有被加工物W之狀態之夾頭61如箭頭AR4所示般在鉛垂方向上升降；及反轉部63，藉由使夾持有被加工物W之狀態之夾頭61保持其夾持狀態地圍繞與圖式垂直之軸反轉180°而使被加工物W表裏翻轉。反轉機構60按照來自控制系統50之控制信號進行動作。
在包括此種反轉機構60之分斷裝置200中，於以劃線面W1成為上表面(非載置面)之方式將被加工物W固定於加工用載物台12之狀態下，與分斷裝置100同樣地，進行利用位置讀取光學系統40之攝像及其後之對準處理、以及劃線用雷射光學系統20中之劃線SL之形成。若完成劃線SL之形成，則使固定有被加工物W而成之加工用載物台12向反轉機構60之下方移動。
若被加工物W位於反轉機構60之正下方，則加工用載物台12中之被加工物之吸附固定被解除，而由夾頭61夾持被加工物W。夾持有被加工物W之夾頭61藉由升降部62而向上方上升。繼而，一旦於加工用載物台12自反轉機構60之正下方退避後，反轉部63使被加工物W反轉。若結束此種 反轉，則將加工用載物台12再次向反轉機構60之下方配置。而且，藉由升降部62使夾頭61下降，則被加工物W在非劃線面W2成為上表面之狀態下被載置於加工用載物台12，並再次被吸附固定。
其後，於重新進行利用位置讀取光學系統40之攝像及對準處理後，供於加熱用雷射光學系統30中之分斷處理。
再者，亦可為如下形態：在將藉由反轉機構60而反轉之被加工物W以非劃線面W2為上表面而固定於加工用載物台12之前，預先將貼附有黏著性膜之環載置於加工用載物台12上，並在該膜上配置經加工反轉之被加工物W並貼附在該膜上，而將被加工物W與該膜一併固定。
<拉伸應力場之冷卻>
作為使拉伸應力場SF2中之裂痕CR之進展更有效地產生之方法，有冷卻拉伸應力場SF2之方法。
圖10及圖11係表示在對劃線面W1照射加熱用雷射光LBh之構成中，冷卻拉伸應力場SF2之情形之模式圖。圖10係與劃線SL之延伸方向垂直之被加工物W之剖面圖，圖11係被加工物W之俯視圖。
在圖10及圖11中，於藉由加熱用雷射光LBh而沿由箭頭AR1所示之掃描方向掃描劃線面W1時，對於所形成之拉伸應力場SF2中之掃描方向後方之部分，噴射冷卻氣體CG。
若以此種形態進行冷卻，則拉伸應力場SF2之被冷卻之部位與藉由加熱用雷射光LBh之照射而加熱之壓縮應力場SF1之溫度差變得更高，拉伸應力場SF2中之拉伸應力變得 更強。藉此，提高裂痕CR之進展之確實性。作為結果，可更高精度地分斷被加工物W。
再者，作為冷卻氣體CG，例如只要適當使用惰性氣體等與被加工物W不發生反應之氣體即可。
圖12係概略地表示在圖4至圖6所示之分斷裝置100中實現冷卻氣體CG之噴射之構成之一例之圖。即，於圖12所示之情形中，附設有用以對加熱用雷射光學系統30噴射冷卻氣體CG之噴嘴36，且可使自冷卻氣體供給源37通過供給管38而供給之冷卻氣體CG與加熱用雷射光LBh之掃描(相對掃描)同步地自噴嘴36向拉伸應力場SF2噴射。
然而，冷卻拉伸應力場SF2之形態並不限於利用如上冷卻氣體CG之噴射之形態，只要無與被加工物之反應性、或分斷裝置之腐蝕等問題，則亦可進行利用液體之冷卻。即，亦可進行利用包含氣體及液體之流體之冷卻。又，亦可為如藉由使固體冷媒接近或接觸於拉伸應力場SF2而進行冷卻之形態。
圖13係概略地表示在圖9所示之分斷裝置200中設置冷卻拉伸應力場SF2之構成之情形之一例之圖。於分斷裝置200中，自固定於加工用載物台12之被加工物W之內部至載置面側形成有拉伸應力場SF2。因此，如圖13所示，於加工用載物台12上設置用以將載置於其上表面之被加工物W自劃線面W1側進行冷卻之冷卻機構13。藉由設置此種冷卻機構13，而拉伸應力場SF2中之拉伸應力進一步增強。藉此，提高裂痕CR之進展之確實性。作為結果，可更高精 度地分斷被加工物W。
作為冷卻機構13，例如可使用珀爾帖(Peltier)元件或冷卻板(coolplate)等。
如以上說明般，根據本實施形態，藉由照射劃線用雷射光而沿著預先形成於被加工物之預定分斷位置之劃線照射加熱用雷射光，並藉由加熱被加工物而使拉伸應力作用於劃線，而使自劃線向非劃線面之裂痕之進展沿著劃線之延伸方向依序產生，由此可分斷被加工物。又，藉由冷卻拉伸應力場，而可使裂痕之進展更高效率地產生。
而且，照射劃線用雷射光而形成劃線之劃線加工可在高精度地定位加工對象位置後進行。因此，於相同之裝置內，於預定分斷位置高精度地形成劃線，緊接著，進行利用雷射加熱之拉伸應力之產生，由此可高效率地進行高精度之分斷加工。
<變形例>
圖14係表示對非劃線面W2照射加熱用雷射光LBh之另一形態之圖。於上述實施形態中，表示藉由使非劃線面W2朝向上側，且自上方照射加熱用雷射光LBh，而對非劃線面W2照射加熱用雷射光LBh之形態，但亦可代替該形態而如圖14所示，藉由於使非劃線面W2朝向下側之狀態下自下方朝向非劃線面W2照射加熱用雷射光LBh，而使拉伸應力TS作用於劃線SL。此可藉由以下來實現：例如在分斷裝置100中，藉由使加熱用雷射光LBh透過之材質而形成加工用載物台12，並在加工用載物台12之下方設置加熱用雷 射光學系統30。
10‧‧‧載物台部
11‧‧‧XY載物台
12‧‧‧加工用載物台
13‧‧‧冷卻機構
20‧‧‧劃線用雷射光學系統
21‧‧‧雷射振盪器
21a‧‧‧快門
22‧‧‧衰減器
23‧‧‧物鏡
24‧‧‧鏡
30‧‧‧加熱用雷射光學系統
31‧‧‧雷射振盪器
31a‧‧‧快門
32‧‧‧衰減器
33‧‧‧光束調整機構
34‧‧‧物鏡
35‧‧‧鏡
36‧‧‧噴嘴
37‧‧‧冷卻氣體供給源
38‧‧‧供給管
40‧‧‧光學系統
50‧‧‧控制系統
60‧‧‧反轉機構
61‧‧‧夾頭
62‧‧‧升降部
63‧‧‧反轉部
100‧‧‧分斷裝置
200‧‧‧分斷裝置
CG‧‧‧冷卻氣體
CR‧‧‧裂痕
L0‧‧‧預定分斷位置
LBh‧‧‧加熱用雷射光
LBs‧‧‧劃線用雷射光
SF1‧‧‧壓縮應力場
SF2‧‧‧拉伸應力場
SL‧‧‧劃線
TS‧‧‧拉伸應力
W‧‧‧被加工物
W1‧‧‧(被加工物之)劃線面
W2‧‧‧(被加工物之)非劃線面
圖1係模式性地表示分斷加工中途之情形之圖。
圖2係使用CO2雷射作為加熱用雷射光LBh而分斷藍寶石基板時之分斷面之SEM像。
圖3(a)、(b)係表示在分斷面較為平坦之情形時與在平坦面存在起伏之情形時之分斷面中之光之前進方向之不同之圖。
圖4係概略地表示分斷裝置100之構成之圖。
圖5係表示劃線用雷射光學系統20之詳細構成之圖。
圖6係表示加熱用雷射光學系統30之詳細構成之圖。
圖7係模式性地表示藉由加熱用雷射光LBh而掃描被加工物W之非劃線面W2之形態之圖。
圖8係模式性地表示藉由加熱用雷射光LBh而掃描被加工物W之非劃線面W2之形態之圖。
圖9係表示分斷裝置200之概略構成之圖。
圖10係表示在對劃線面W1照射加熱用雷射光LBh之構成中，冷卻拉伸應力場SF2之情形之模式圖。
圖11係表示在對劃線面W1照射加熱用雷射光LBh之構成中，冷卻拉伸應力場SF2之情形之模式圖。
圖12係概略地表示在分斷裝置100中實現冷卻氣體CG之噴射之構成之一例之圖。
圖13係概略地表示在分斷裝置200中設置冷卻拉伸應力場SF2之構成之情形之一例之圖。
圖14係表示對非劃線面W2照射加熱用雷射光LBh之另一形態之圖。
12‧‧‧加工用載物台
13‧‧‧冷卻機構
30‧‧‧加熱用雷射光學系統
W‧‧‧被加工物

Claims (11)

  1. 一種被加工物之分斷方法，其特徵在於，其係分斷被加工物之方法，且包括：劃線加工步驟，其係藉由使第1雷射光自第1出射源出射，並對上述被加工物之劃線面照射上述第1雷射光，而於上述劃線面上形成劃線；及照射加熱步驟，其係藉由使第2雷射光自第2出射源出射，並自上述劃線面之相反面即非劃線面側沿著上述劃線照射上述第2雷射光，而將上述被加工物沿著上述劃線進行加熱；且於上述照射加熱步驟中，藉由於以使上述劃線面與冷卻媒體接觸之方式將上述被加工物載置於上述冷卻媒體上之狀態下使上述第2雷射光沿著上述劃線相對地進行掃描，而藉由上述第2雷射光對上述非劃線面之照射，使形成於包含上述劃線面之上述被加工物之內部且為上述劃線附近之拉伸應力場移動並冷卻，藉此，使因上述劃線位於上述拉伸應力場內而產生之自上述劃線向上述非劃線面之裂痕之進展沿著上述劃線依序產生，從而將上述被加工物分斷。
  2. 如請求項1之被加工物之分斷方法，其中於上述照射加熱步驟中，於利用調整機構調整自上述第2出射源出射之上述第2雷射光之照射範圍後，將上述第2雷射光照射至上述非劃線面。
  3. 如請求項1或2之被加工物之分斷方法，其中 上述第2雷射光係CO2雷射。
  4. 如請求項3之被加工物之分斷方法，其中於上述照射加熱步驟中，以脈衝振盪模式照射上述第2雷射光，於藉由分斷上述被加工物所形成之單片之分斷面上，產生具有與脈衝振盪週期對應之週期之全反射率降低用之起伏。
  5. 如請求項1或2之被加工物之分斷方法，其中上述第1雷射光係YAG雷射之3倍高次諧波。
  6. 如請求項1或2之被加工物之分斷方法，其中更包括對準處理步驟，該對準處理步驟係對上述被加工物之水平面內之姿勢進行修正；且對於已進行上述對準處理步驟之上述被加工物，進行上述劃線加工步驟及上述照射加熱步驟。
  7. 如請求項1或2之被加工物之分斷方法，其中於上述劃線加工步驟中，藉由於上述第1雷射光之被照射位置產生熔融及再固化，使上述被照射位置成為變質區域，從而形成上述劃線。
  8. 如請求項1或2之被加工物之分斷方法，其中於上述劃線加工步驟中，藉由於上述第1雷射光之被照射位置產生燒蝕而於上述被照射位置形成槽部，從而形成上述劃線。
  9. 如請求項1或2之被加工物之分斷方法，其中於上述劃線加工步驟中，於彼此正交之第1方向與第2方向上分別以特定間距形成複數條劃線；且 於上述照射加熱步驟中，於已進行自上述非劃線面側沿著於上述第1方向上延伸之上述劃線之照射加熱後，進行沿著於上述第2方向上延伸之上述劃線之照射加熱。
  10. 如請求項9之被加工物之分斷方法，其中於上述照射加熱步驟中，將上述第2雷射光之照射光束直徑設為形成上述劃線時之間距以下。
  11. 一種具有光學元件圖案之基板之分斷方法，其特徵在於：其係分斷於表面二維地形成有光學元件圖案之具有光學元件圖案之基板之方法，且包括：劃線加工步驟，其係藉由使第1雷射光自第1出射源出射，並對上述具有光學元件圖案之基板之劃線面照射上述第1雷射光，而於上述劃線面上形成劃線；及照射加熱步驟，其係藉由使CO2雷射即第2雷射光自第2出射源出射，並自上述劃線面側沿著上述劃線照射上述第2雷射光，而將上述具有光學元件圖案之基板沿著上述劃線進行加熱；且於上述照射加熱步驟中，藉由使上述第2雷射光沿著上述劃線相對地進行掃描，而使於上述具有光學元件圖案之基板上藉由上述第2雷射光之照射而形成於照射加熱區域之周圍之拉伸應力場移動，藉此，使因上述劃線位於上述拉伸應力場內而產生之自上述劃線向上述非劃線面之裂痕之進展沿著上述劃線依序產生，從而分斷上述具有光學元件圖案之 基板；並且藉由使上述第2雷射光以脈衝振盪模式出射，而於藉由分斷上述被加工物所形成之光學元件單片之分斷面上，產生具有與脈衝振盪週期對應之週期之全反射率降低用之起伏。
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