專利名稱：激光切片方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用脈沖激光束的激光切片方法。
背景技術：
半導體基板的切片時使用脈沖激光束的方法公開于日本專利第3867107號公報。該方法利用由脈沖激光束而產生的光學損傷而在加工對象物的內部形成改質區(qū)域。然后，將該改質區(qū)域作為起點來切斷加工對象物?！ぴ诂F(xiàn)有技術中，將脈沖激光束的能量、點直徑、脈沖激光束和加工對象物的相對移動速度等作為參數(shù)來控制改質區(qū)域的形成。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一種形式激光切片方法，其特征在于將被加工基板放置于載物臺；發(fā)生時鐘信號；射出與上述時鐘信號同步的脈沖激光束；使上述被加工基板和上述脈沖激光束相對地移動；通過與上述時鐘信號同步地使用脈沖選擇器來控制上述脈沖激光束的通過和遮斷，從而以光脈沖為單位對上述脈沖激光束向上述被加工基板的照射和非照射進行切換；在上述被加工基板中形成內部改質區(qū)域和到達基板表面的裂縫，其中，通過控制上述脈沖激光束的照射能量、上述脈沖激光束的加工點深度、以及上述脈沖激光束的照射區(qū)域和非照射區(qū)域的長度，而于上述被加工基板表面連續(xù)地形成上述裂縫。在上述形式的方法中，優(yōu)選于上述被加工基板表面大致呈直線地形成上述裂縫。在上述形式的方法中，優(yōu)選上述被加工基板的位置和上述脈沖選擇器的動作開始位置同步。在上述形式的方法中，優(yōu)選上述被加工基板是藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。在上述形式的方法中，優(yōu)選通過使上述載物臺與上述時鐘信號同步地移動，而使上述被加工基板和上述脈沖激光束相對地移動。


圖I是示出實施方式的激光切片方法中所使用的激光切片裝置的一個例子的概要構成圖。圖2是說明實施方式的激光切片方法的定時控制的圖。圖3是示出實施方式的激光切片方法的脈沖選擇器動作和調制脈沖激光束的定時的圖。圖4是實施方式的激光切片方法的照射圖形(pattern，也可稱作模式)的說明圖。圖5是示出藍寶石基板上所照射的照射圖形的頂視圖。圖6是圖5的AA剖面圖。圖7是說明載物臺移動和切片加工之間的關系的圖。圖8是示出實施例I的照射圖形的圖。圖9A —圖9E是示出實施例I 4、比較例I的激光切片的結果的圖。圖10是示出實施例I的激光切片的結果的剖面圖。 圖IlA —圖IlF是示出實施例5 10的激光切片的結果的圖。圖12A —圖12E是示出實施例11 15的激光切片的結果的圖。圖13A —圖13F是示出實施例16 21的激光切片的結果的圖。圖14A、圖14B是對不同的加工點深度的脈沖激光束在基板的同一掃描線上多次進行掃描來形成裂縫的情況的說明圖。圖15A、圖15B是圖14A、圖14B的條件下切斷后的情況的切剖面的光學照片。圖16A —圖16C是示出實施例22 24的激光切片的結果的圖。圖17A —圖17D是實施方式的作用的說明圖。圖18A、圖18B是示出實施例25的激光切片的結果的圖。圖19是示出實施例26 28、比較例2、3的激光切片的結果的圖。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明的實施方式，參照附圖進行說明。而且，本說明書中，所謂“加工點”是脈沖激光束在被加工基板內的聚光位置(焦點位置)附近的點，意味著被加工基板的改質程度在深度方向上為最大的點。另外，所謂“加工點深度”意味著脈沖激光束的加工點的距離被加工基板表面的深度。本實施方式的激光切片方法是如下的方法將被加工基板放置于載物臺；發(fā)生時鐘信號；射出與該時鐘信號同步的脈沖激光束；使被加工基板和脈沖激光束相對地移動；通過與時鐘信號同步來控制脈沖激光束的通過和遮斷，而以光脈沖為單位對脈沖激光束向被加工基板的照射和非照射進行切換；在被加工基板形成內部改質區(qū)域(內部改質層)，形成到達基板表面的裂縫。另外，通過控制脈沖激光束的照射能量、脈沖激光束的加工點深度、以及脈沖激光束的照射非照射的間隔，而在被加工基板表面上大致呈直線狀地連續(xù)形成裂縫。通過上述構成能夠提供實現(xiàn)更優(yōu)的切斷特性的激光切片方法。在此，所謂更優(yōu)的切斷特性，例舉了(I)切斷部被直線性良好地切斷，(2)能用小的切斷力進行切斷，以便提高被切片的元件的收獲率，(3)因內部改質區(qū)域及裂縫形成時照射的激光的影響而設置在基板上的元件，例如，在基板上的外延層所形成的LED元件的劣化等不發(fā)生。另外，通過在被加工基板表面上形成連續(xù)的裂縫，特別是藍寶石基板這樣的硬質的基板的切片變得容易。并且，實現(xiàn)了使用窄的切片寬度的切片。實現(xiàn)上述激光切片方法的本實施方式的激光切片裝置具備能放置被加工基板的載物臺；發(fā)生時鐘信號的基準時鐘振蕩電路；射出脈沖激光束的激光振蕩器；使脈沖激光束與時鐘信號同步的激光振蕩器控制部；設置于在激光振蕩器和載物臺之間的光路上、且對脈沖激光束向被加工基板的照射和非照射進行切換的脈沖選擇器(pulse picker);以及與時鐘信號同步，以光脈沖為單位對脈沖激光束的脈沖選擇器中的通過和遮斷進行控制的脈沖選擇器控制部。圖I是示出本實施方式的激光切片裝置的一個例子的概要構成圖。如圖I所示，本實施方式的激光切片裝置10具備激光振蕩器12、脈沖選擇器14、光束整形器16、聚光透鏡18、XYZ載物臺部20、激光振蕩器控制部22、脈沖選擇器控制部24及加工控制部26，作為其主要的構成。在加工控制部26中，具備發(fā)生所期望的時鐘信號SI的 基準時鐘振蕩電路28及加工表部30。激光振蕩器12構成為射出與由基準時鐘振蕩電路28發(fā)生的時鐘信號SI同步的周期Tc的脈沖激光束PL1。照射脈沖光的強度表現(xiàn)出高斯分布(Gaussian distribution)。時鐘信號SI是激光切片加工的控制所使用的加工控制用時鐘信號。在此，從激光振蕩器12射出的激光波長，使用對被加工基板具有透射性的波長。作為激光，可以使用Nd =YAG激光，Nd =YVO4激光，Nd =YLF激光等。例如，在被加工基板是藍寶石基板的情況下，優(yōu)選使用波長532nm的、Nd =YVO4激光。脈沖選擇器14設置在激光振蕩器12和聚光透鏡18之間的光路上。另外，構成為通過與時鐘信號SI同步地切換脈沖激光束PLl的通過和遮斷(0N/0FF)，對脈沖激光束PLl向被加工基板的照射和非照射，以光脈沖數(shù)為單位進行切換。如上所述，通過脈沖選擇器14的動作，脈沖激光束PLl的0N/0FF為了被加工基板的加工而被控制，成為被調制的調制脈沖激光束PL2。脈沖選擇器14優(yōu)選例如由音響光學元件(AOM)構成。并且，也可以使用例如喇曼(Raman)衍射型的電氣光學元件(Ε0Μ)。光束整形器16使射入的脈沖激光束PL2形成為被整形為所期望的形狀的脈沖激光束PL3。例如，是將光束直徑以一定的放大率進行擴大的光束擴大器。并且，例如，也可以具備使光束剖面的光強度分布均勻的均質器那樣的光學元件。并且，也可以具備例如使光束剖面為圓形的元件，或使光束為圓偏光的光學元件。聚光透鏡18構成為，將通過光束整形器16而被整形的脈沖激光束PL3聚光，對放置在XYZ載物臺部20上的被加工基板W，例如在下表面形成了 LED的藍寶石基板，照射脈沖激光束PL4。XYZ載物臺部20具備能放置被加工基板W，可在XYZ方向上自如移動的XYZ載物臺(以后簡稱作“載物臺”)；其驅動機構部；具有對載物臺的位置進行計測的例如激光干涉計的位置傳感器等。在此，XYZ載物臺構成為，其定位精度及移動誤差為亞微米的范圍的高精度。另外，通過使其在Z方向上移動，能相對于被加工基板W來調整脈沖激光束的焦點位置，控制加工點深度。加工控制部26整體性地控制基于激光切片裝置10的加工。基準時鐘振蕩電路28發(fā)生所期望的時鐘信號SI。并且，在加工表部30中，存儲著用脈沖激光束的光脈沖數(shù)記述了切片加工數(shù)據(jù)的加工表。接著，對使用了上述激光切片裝置10的激光切片方法，使用圖I 圖7進行說明。首先，將被加工基板W，例如藍寶石基板，放置于XYZ載物臺部20。該藍寶石基板例如是在下表面具有外延成長的GaN層、并在該GaN層上構圖形成多個LED的晶片。將在晶片上形成的凹部或取向平面作為基準，進行相對于XYZ載物臺的、晶片的位置對準。圖2是說明本實施方式的激光切片方法的定時控制的圖。在加工控制部26內的基準時鐘振蕩電路28中，生成周期Tc的時鐘信號SI。激光振蕩器控制部22進行控制，以使得激光振蕩器12射出與時鐘信號SI同步的周期Tc的脈沖激光束PLl。此時，在時鐘信號SI的上升沿和脈沖激光束的上升沿，產生延遲時間h。激光光使用對被加工基板具有透射性的波長的激光。在此，優(yōu)選使用照射的激光光的光子的能量hv比被加工基板材料的吸收的帶隙Eg大的激光光。若能量hv與帶隙Eg相比較非常之大，則產生激光光的吸收。將這稱之為多光子吸收，使激光光的脈沖寬度為極短，而使多光子吸收發(fā)生在被加工基板的內部時，多光子吸收的能量不轉化為熱能，誘發(fā)離子價數(shù)變化、結晶化、非晶質化、分極取向或微小裂縫形成等持續(xù)的構造變化而形成色中心。該激光光(脈沖激光束)的照射能量(照射功率)，選擇在被加工基板表面形成連續(xù)·的裂縫的基礎上的最佳的條件。另外，若使用對被加工基板材料具有透射性的波長，則在基板內部的焦點附近能對激光光進行導光、聚光。因此，能夠局部地做成色中心。以后，將該色中心稱作改質區(qū)域。脈沖選擇器控制部24參照從加工控制部26輸出的加工圖形信號S2，生成與時鐘信號SI同步的脈沖選擇器驅動信號S3。加工圖形信號S2被存儲在加工表部30中，而且參照以光脈沖為單位用光脈沖數(shù)對照射圖形的信息進行記述的加工表而被生成。脈沖選擇器14根據(jù)脈沖選擇器驅動信號S3，進行與時鐘信號SI同步地切換脈沖激光束PLl的通過和遮斷(0N/0FF)的動作。通過該脈沖選擇器14的動作，生成調制脈沖激光束PL2。而且，在時鐘信號SI的上升沿和脈沖激光束的上升沿、下降沿，產生延遲時間〖243。并且，在脈沖激光束的上升沿、下降沿和脈沖選擇器動作，產生延遲時間t4、t5。在加工被加工基板時，考慮延遲時間h t5，確定脈沖選擇器驅動信號S3等的生成定時，被加工基板和脈沖激光束的相對移動定時。圖3是示出本實施方式的激光切片方法的脈沖選擇器動作和調制脈沖激光束PL2的定時的圖。與時鐘信號SI同步，以光脈沖為單位切換脈沖選擇器動作。如上所述，通過使脈沖激光束的振蕩和脈沖選擇器的動作，同樣與時鐘信號Si同步，從而可以實現(xiàn)光脈沖單位的照射圖形。具體而言，根據(jù)由光脈沖數(shù)規(guī)定的預定的條件來進行脈沖激光束的照射和非照射。即，根據(jù)照射光脈沖數(shù)(Pl)和非照射光脈沖數(shù)(P2)來實行脈沖選擇器動作，切換向被加工基板的照射和非照射。對脈沖激光束的照射圖形進行規(guī)定的Pl值、P2值，例如，在加工表中作為照射區(qū)域寄存器設定、非照射區(qū)域寄存器設定而被規(guī)定。通過被加工基板的材質、激光束的條件等，將Pl值、P2值設定為使切片時的改質區(qū)域及裂縫形成最佳化的預定的條件。調制脈沖激光束PL2通過光束整形器16而成為被整形為所期望的形狀的脈沖激光束PL3。進而，被整形后的脈沖激光束PL3，被聚光透鏡18聚光、成為具有所期望的光束直徑的脈沖激光束PL4，照射在作為被加工基板的晶片上。
在X軸方向及Y軸方向上對晶片進行切片的情況下，首先，例如，使XYZ載物臺在X軸方向上以一定速度移動，掃描脈沖激光束PL4。然后，所期望的X軸方向的切片結束后，使XYZ載物臺在Y軸方向上以一定速度移動，掃描脈沖激光束PL4。由此，進行Y軸方向的切片。通過上述的照射光脈沖數(shù)(P1)、非照射光脈沖數(shù)(P2)及載物臺的速度，來控制脈沖激光束的照射非照射的間隔。對于Z軸方向(高度方向)進行調整，以使得聚光透鏡的聚光位置(焦點位置)位于晶片內的預定深度。該預定深度被設定為，在切片時形成改質區(qū)域(改質層)，裂縫在被加工基板表面被形成為所期望的形狀。此時，若設定被加工基板的折射率n
距離被加工基板表面的加工位置LZ軸移動距離Lz則，Lz = L/n。即，在將被加工基板的表面作為Z軸初始位置時，將基于聚光透鏡的聚光位置加工成距離基板表面為深度“L”的位置的情況下，使Z軸移動“Lz”即可。圖4是本實施方式的激光切片方法的照射圖形的說明圖。如圖所示，與時鐘信號SI同步地生成脈沖激光束PLl。然后，通過與時鐘信號SI同步地控制脈沖激光束的通過和遮斷，生成調制脈沖激光束PL2。另外，通過載物臺的橫方向(X軸方向或Y軸方向)的移動，調制脈沖激光束PL2的照射光脈沖在晶片上形成為照射點。如上所述，通過生成調制脈沖激光束PL2，在晶片上以光脈沖為單位來控制照射點，并斷續(xù)地照射。圖4的情況，設定照射光脈沖數(shù)(Pl) = 2，非照射光脈沖數(shù)(P2) = I，并設定照射光脈沖(高斯光)以點直徑的節(jié)距反復進行照射和非照射的條件。在此，若使用光束點直徑D ( μ m)反復頻率F(KHz)的條件進行加工，則照射光脈沖以點直徑的節(jié)距反復進行照射和非照射用的載物臺移動速度V (m/sec)為，V = DX KT6XFX IO3。例如，若使用光束點直徑D = 2ym反復頻率F= 5OKHz的加工條件進行，則載物臺移動速度V = 100mm/sec。并且，若將照射光的功率設為P (瓦特)，則每個脈沖的照射脈沖能量P/F的光脈沖被照射于晶片。確定脈沖激光束的照射能量(照射光的功率)、脈沖激光束的加工點深度、及脈沖激光束的照射非照射的間隔的參數(shù)，以使得裂縫在被加工基板表面上連續(xù)形成。圖5是示出藍寶石基板上所照射的照射圖形的頂視圖。從照射面上看，照射光脈沖數(shù)(Pl)= 2，非照射光脈沖數(shù)(P2)= 1，以照射點直徑的節(jié)距形成照射點。圖6是圖5的AA剖面圖。如圖所示，在藍寶石基板內部形成改質區(qū)域。然后，從該改質區(qū)域，沿著光脈沖的掃描線上形成到達基板表面的裂縫(或溝槽)。另外，該裂縫在被加工基板表面上連續(xù)形成。而且，在本實施方式中，裂縫僅在基板表面?zhèn)嚷冻龅匦纬桑坏竭_基板背面?zhèn)?。圖17是本實施方式的作用的說明圖。例如，用圖17A的虛線圓圈來表示以能設定的最大的脈沖激光束的激光頻率，而且，以能設定的最快的載物臺速度，照射脈沖激光的情況的脈沖照射可能位置。圖17B是照射/非照射=1/2的情況的照射圖形。實線圓圈是照射位置，虛線圓圈是非照射位置。在此，假設將照射點的間隔(非照射區(qū)域的長度)設定得較短時，切斷性優(yōu)良。這種情況下，如圖17C所示，不改變載物臺速度而通過使照射/非照射=1/1，能夠對應。假設不像本實施方式那樣使用脈沖選擇器，則產生為了出現(xiàn)同樣的條件而需要降低載物臺速·度，切片加工的處理量降低這樣的問題。在此，假設使照射點連續(xù)且使照射區(qū)域的長度更長時，切斷性優(yōu)良。這種情況下，如圖17D所示，不改變載物臺速度而通過使照射/非照射=2/1，能夠對應。假設不像本實施方式那樣使用脈沖選擇器，則為了出現(xiàn)同樣的條件而需要降低載物臺速度，而且改變載物臺速度，產生切片加工的處理量降低而且控制極難這樣的問題?；蛘?，在不使用脈沖選擇器的情況下，雖然可以考慮通過使用圖17B的照射圖形提高照射能量，而成為接近圖17D的條件，但這種情況下，恐怕有集中于I點的激光功率變大，裂縫寬度的增大、裂縫的直線性的劣化的可能。并且，在對在藍寶石基板上形成了 LED元件這樣的被加工基板進行加工的情況下，恐怕有到達與裂縫相反一側的LED區(qū)域的激光量增大，發(fā)生LED元件的劣化這樣的可能。如上所述，根據(jù)本實施方式，例如，能夠不改變脈沖激光束的條件、載物臺速度條件就實現(xiàn)多樣的切斷條件，能夠不使生產性、元件特性劣化地找到最佳的切斷條件。而且，本說明書中，所謂“照射區(qū)域的長度”、“非照射區(qū)域的長度”為圖17D所圖示的長度。圖7是說明載物臺移動和切片加工的關系的圖。在XYZ載物臺上，設有在X軸、Y軸方向上檢測移動位置的位置傳感器。例如，載物臺向X軸或Y軸方向的移動開始后，預先將載物臺速度進入速度穩(wěn)定區(qū)域的位置設定為同步位置。然后，在位置傳感器中檢測到同步位置時，例如，移動位置檢測信號S4 (圖I)被送到脈沖選擇器控制部24而允許脈沖選擇器動作，通過脈沖選擇器驅動信號S3使脈沖選擇器動作。也可以是將同步位置例如作為被加工基板的端面，用位置傳感器來檢測該端面的構成。如上所述，Sl :從同步位置到基板的距離Wl :加工長W1 :從基板端到照射開始位置的距離W2 :加工范圍W3 :從照射結束位置到基板端的距離被管理。
這樣一來，載物臺的位置及其上放置的被加工基板的位置，與脈沖選擇器的動作開始位置同步。即，脈沖激光束的照射和非照射，取得與載物臺的位置的同步。因此，擔保在脈沖激光束的照射和非照射之際，載物臺以一定速度移動(位于速度穩(wěn)定區(qū)域)。因此，照射點位置的規(guī)則性被擔保，實現(xiàn)穩(wěn)定的裂縫的形成。在此，在加工厚的基板情況下，考慮對不同的加工點深度的脈沖激光束在(多層)基板的同一掃描線上多次進行掃描而形成裂縫，從而提高切斷特性。這樣的情況，載物臺位置和脈沖選擇器的動作開始位置同步，從而在不同深度的掃描中，能夠任意地精度良好地控制脈沖照射位置的關系，切片條件的最佳化成為可能。圖14是在基板的同一掃描線上多次掃描不同的加工點深度的脈沖激光束而形成裂縫的情況的說明圖。是基板剖面上的照射圖形的示意圖。ON (帶顏色)是照射區(qū)域，OFF(白色)是非照射區(qū)域。圖14A是照射的掃描的第I層和第2層為同相的情況，即，在第I層和第2層，照射脈沖位置的上下關系對齊的情況。圖14B是照射的掃描的第I層和第2層為異相的情況，即，在第I層和第2層，照射脈沖位置的上下關系錯位的情況。 圖15是圖14的條件下切斷后的情況的切剖面的光學照片。圖15A是同相的情況，圖15B是異相的情況。上側的照片為低放大率，下側的照片為高放大率。如上所述，使載物臺位置和脈沖選擇器的動作開始位置同步從而能精度更好地控制照射的掃描的第I層和第2層的關系。而且，圖15A、B所示的被加工基板是厚度為150 μ m的藍寶石基板。這種情況下，切斷所需要的切斷力，在同相的情況下為O. 31N，在異相的情況下為O. 38N,同相的切斷特性優(yōu)良。而且，在此，示出了設定照射/非照射的脈沖數(shù)在第I層和第2層為相同的情況為例，但在第I層和第2層，設定不同的照射/非照射的脈沖數(shù)來找到最佳的條件的情形也是可能的。并且，例如，使載物臺的移動與時鐘信號同步，可以進一步提高照射點位置的精度而優(yōu)選。例如，這可以通過使從加工控制部26送到XYZ載物臺部20的載物臺移動信號S5(圖I)與時鐘信號SI同步而實現(xiàn)。像本實施方式的激光切片方法那樣，通過改質區(qū)域的形成，形成到達基板表面、且在被加工基板表面連續(xù)的裂縫，從而使之后的基板的切斷變得容易。例如，即使是像藍寶石基板這樣的硬質的基板，也可以通過將到達基板表面的裂縫作為切斷或切斷的起點，人為地施加力，從而使切斷變得容易，能夠實現(xiàn)優(yōu)良的切斷特性。因此，切片的生產性提高。像現(xiàn)有技術那樣，將脈沖激光束連續(xù)地照射到基板上的方法中，即使最佳化載物臺移動速度、聚光透鏡的數(shù)值孔徑、照射光功率等，將在基板表面上連續(xù)形成的裂縫控制為所期望的形狀也是困難的。像本實施方式那樣，通過以光脈沖為單位斷續(xù)地切換脈沖激光束的照射和非照射來最佳化照射圖形，從而使改質區(qū)域的形成及到達基板表面的裂縫的發(fā)生被控制，實現(xiàn)具備優(yōu)良的切斷特性的激光切片方法。S卩，例如，在基板表面上沿著激光的掃描線的大致直線的連續(xù)的寬度為窄的裂縫的形成成為可能。通過形成這樣的大致直線的連續(xù)的裂縫，可以在切片時，使波及到形成于基板的LED等器件的、裂縫的影響最小化。并且，例如，由于直線的裂縫的形成成為可能，所以可以使在基板表面上形成了裂縫的區(qū)域的寬度為較窄。因此，使設計上的切片寬度較窄是可能的。因此，能夠增加在同一基板或者晶片上形成的器件的芯片數(shù)量，對器件的制造成本削減做出貢獻。以上，參照具體例對本發(fā)明的實施方式進行了說明。但是，本發(fā)明不限于這些具體例子。在實施方式中，在激光切片方法、激光切片裝置等中，對本發(fā)明的說明所不直接需要的部分省略了記載，可以適當選擇必要的激光切片方法、激光切片裝置等有關的要素來使用。其它具備本發(fā)明的要素、本領域的技術人員進行適當?shù)脑O計變更就能得到的所有激光切片方法，都包含在本發(fā)明的范圍內。本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同的范圍來定義。例如，在實施方式中，作為被加工基板，以形成了 LED的藍寶石基板為例進行了說明。對于像藍寶石基板這樣的硬質且解理性缺乏的切斷困難的基板，本發(fā)明是有用的，但被加工基板也可以是其它，SiC (碳化娃)基板等半導體材料基板、圧電材料基板、水晶基板、石英玻璃等玻璃基板。
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并且，在實施方式中，以通過移動載物臺而使被加工基板和脈沖激光束相對地移動的情況為例進行了說明。但是，例如，也可以是通過使用激光束掃描儀等，通過掃描脈沖激光束，而使被加工基板和脈沖激光束相對地移動的方法。并且，在實施方式中，以照射光脈沖數(shù)(Pl)= 2，非照射光脈沖數(shù)(P2)= I的情況為例進行了說明，但Pl和P2的值，由于取最佳條件而能夠取任意的值。并且，在實施方式中，以照射光脈沖以點直徑的節(jié)距而反復照射和非照射的情況為例進行了說明，但也可以通過改變脈沖頻率或者載物臺移動速度，來改變照射和非照射的節(jié)距而找到最佳條件。例如，能夠使照射和非照射的節(jié)距為點直徑的1/η、η倍。特別是，在被加工基板是藍寶石基板的情況下，使照射能量為30mW以上、150mW以下，使脈沖激光束的通過以I 4個光脈沖為單位,使遮斷以I 4個光脈沖為單位,從而使照射的間隔為I 6μπι，由此能夠在被加工基板表面上形成連續(xù)性及直線性良好的裂縫。并且，有關切片加工的圖形，例如，設置多個照射區(qū)域寄存器、非照射區(qū)域寄存器，實時地將照射區(qū)域寄存器、非照射區(qū)域寄存器值在所期望的定時變更為所期望的值，從而能夠對應各種各樣的切片加工圖形。并且，作為激光切片裝置，以具備存儲用脈沖激光束的光脈沖數(shù)記述了切片加工數(shù)據(jù)的加工表的加工表部的裝置為例進行了說明。但是，也不必具備這樣的加工表部，具有以光脈沖為單位對脈沖激光束的脈沖選擇器的通過和遮斷進行控制的構成的裝置即可。并且，為了進一步提高切斷特性，也可以是在改質區(qū)域、基板表面上形成連續(xù)的裂縫之后，進一步例如通過照射激光而對表面增加熔融加工或磨擦加工的構成。實施例以下，說明本發(fā)明的實施例。(實施例I)通過實施方式所記載的方法，用下述條件進行了激光切片。被加工基板藍寶石基板，基板厚100 μ m激光光源Nd =YVO4激光波長532nm
照射能量50mW激光頻率20KHz照射光脈沖數(shù)(Pl) :1非照射光脈沖數(shù)(P2) :2載物臺速度25mm/ sec加工點深度距離被加工基板表面約25. 2 μ m圖8是示出實施例I的照射圖形的圖。如圖所示，照射I次光脈沖 之后，以光脈沖為單位進行2個脈沖程度的非照射。以后，將該條件用照射/非照射=1/2這樣的形式來記述。而且，在此，照射·非照射的節(jié)距與點直徑相等。實施例I的情況，點直徑約為I. 2 μ m。因此，照射的間隔約為3. 6 μ m。將激光切片的結果示于圖9A。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。并且，圖10是與裂縫的方向垂直的基板的剖面SEM照片。被加工基板是寬度約5mm的長方形狀，在長方形的延伸方向上垂直地照射脈沖激光束，形成了裂縫。在形成裂縫之后，使用裂片機(breaker)來評價切斷所要的切斷力。(實施例2)在設定照射/非照射=1/1以外，用與實施例I同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖9B。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。(實施例3)在設定照射/非照射=2/2以外，用與實施例I同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖9C。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。(實施例4)在設定照射/非照射=2/3以外，用與實施例I同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖9E。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。(比較例I)在設定照射/非照射=1/3以外，用與實施例I同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖9D。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。在實施例I 4中，通過如上設定脈沖激光束的照射能量、加工點深度、及照射非照射的間隔，而如圖9及圖10所示，可以在被加工基板表面上形成連續(xù)的裂縫。特別是，使用實施例I的條件，在被加工基板表面形成極直線的裂縫。因此，切斷后的切斷部的直線性也優(yōu)良。另外，實施例I的條件能夠用最小的切斷力來切斷基板。因此，在被加工基板是藍寶石基板的情況下，若還考慮各條件的控制性，則優(yōu)選將照射能量設為50±5mW，將加工點深度設為25. O ±2. 5 μ m，將脈沖激光束的通過設為以I個光脈沖為單位，將遮斷設為以2個光脈沖為單位，從而使照射的間隔為3. 6±0. 4μ m。另一方面，如實施例3那樣，看出改質區(qū)域接近，改質區(qū)域間的基板內部形成裂縫時表面的裂縫彎曲，裂縫發(fā)生的區(qū)域的寬度變大的傾向。這認為是因為集中在窄的區(qū)域內的激光光的功率過大。在比較例I中，條件未被最佳化，在基板表面未形成連續(xù)的裂縫。因此，切斷力的評價也是不可能的。(實施例5)通過實施方式所記載的方法，使用下述條件進行了激光切片。被加工基板藍寶石基板，基板厚100 μ m激光光源Nd =YVO4激光波長532nm 照射能量90mW激光頻率20KHz照射光脈沖數(shù)(Pl) :1非照射光脈沖數(shù)(P2) :1載物臺速度25mm/ sec加工點深度距離被加工基板表面約25. 2 μ m將激光切片的結果示于圖11A。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。(實施例6)在設定照射/非照射=1/2以外，用與實施例5同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖11B。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。(實施例7)在設定照射/非照射=2/2以外，用與實施例5同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖lie。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。(實施例8)在設定照射/非照射=1/3以外，用與實施例5同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖11D。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。(實施例9)在設定照射/非照射=2/3以外，用與實施例5同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖HE。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。(實施例10)在設定照射/非照射=2/3以外，用與實施例5同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖HF。上側的光學照片是將焦點對準基板內部的改質區(qū)域而拍攝的。下側的光學照片是將焦點對準基板表面的裂縫而拍攝的。在實施例5 10中，通過如上設定脈沖激光束的照射能量、加工點深度、及照射非照射的間隔，可以如圖11所示，在被加工基板表面形成連續(xù)的裂縫。
特別是，使用實施例8的條件，在被加工基板表面形成了比較直線的裂縫。并且，實施例8的條件的切斷力也小。不過，可以看出與實施例I 4的照射能量為50mW的情況相比較，表面的裂縫彎曲，裂縫發(fā)生的區(qū)域的寬度變大的傾向。因此，切斷部的直線性也在50mff的情況下是優(yōu)良的。這認為是因為90mW的情況下，與50mW相比較，集中在窄的區(qū)域內的激光光的功率過大。(實施例11)通過實施方式所記載的方法，使用下述條件進行了激光切片。被加工基板藍寶石基板，基板厚100 μ m激光光源Nd =YVO4激光波長532nm
照射能量50mW激光頻率20KHz照射光脈沖數(shù)(Pl) :1非照射光脈沖數(shù)(P2) :2載物臺速度25mm/ sec加工點深度距離被加工基板表面約15. 2 μ m使用與實施例I相比加工點深度淺10 μ m的條件，即，用與實施例I相比較脈沖激光束的聚光位置更接近被加工基板表面的條件進行了切片加工。將激光切片的結果示于圖12A。在基板表面上對焦來拍攝。在照片中，右側的線(+ IOym)是實施例11的條件。為了進行比較，僅加工點深度不同的實施例I的條件(O)示于左側。(實施例12)在設定照射/非照射=1/1以外，用與實施例11同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖12Β。(實施例13)在設定照射/非照射=2/2以外，用與實施例11同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖12C。(實施例14)在設定照射/非照射=1/3以外，用與實施例11同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖12D。(實施例15)在設定照射/非照射=2/3以外，用與實施例11同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖12Ε。在實施例11 15中，通過如上設定脈沖激光束的照射能量、加工點深度、及照射非照射的間隔，可以如圖12所示，在被加工基板表面形成連續(xù)的裂縫。不過，與實施例I 4的情況相比較，在表面露出改質區(qū)域的大的龜裂。另外，可以看出表面的裂縫彎曲，裂縫發(fā)生的區(qū)域的寬度變大的傾向。(實施例16)通過實施方式所記載的方法，使用下述條件進行了激光切片。
被加工基板藍寶石基板激光光源Nd =YVO4激光波長532nm照射能量90mW激光頻率20KHz照射光脈沖數(shù)(Pl) :1非照射光脈沖數(shù)(P2) :1
載物臺速度25mm/ sec加工點深度距離被加工基板表面約15. 2 μ m使用加工點深度比實施例5淺10 μ m的條件，即，脈沖激光束的聚光位置比實施例5更接近被加工基板表面的條件，進行了切片加工。將激光切片的結果示于圖13A。在基板內部的改質區(qū)域上對焦來拍攝。在照片中，右側的線(+ IOym)是實施例16的條件。為了進行比較，僅加工點深度不同的實施例5的條件(O)示于左側。(實施例17)在設定照射/非照射=1/2以外，用與實施例16同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖13Β。(實施例18)在設定照射/非照射=2/2以外，用與實施例16同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖13C。(實施例19)在設定照射/非照射=1/3以外，用與實施例16同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖13D。(實施例20)在設定照射/非照射=2/3以外，用與實施例16同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖13Ε。(實施例21)在設定照射/非照射=1/4以外，用與實施例16同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖13F。在實施例16 21中，通過如上設定脈沖激光束的照射能量、加工點深度、及照射非照射的間隔，可以如圖13所示，在被加工基板表面形成連續(xù)的裂縫。不過，與實施例5 10的情況相比較，在表面露出改質區(qū)域的大的龜裂。另外，可以看出表面的裂縫彎曲，裂縫發(fā)生的區(qū)域的寬度變大的傾向。因此，切斷后的切斷部也看出彎曲。以上，以上實施例I 21，從比較例I的評價，可以明白在被加工基板的厚度為ΙΟΟμπι的情況下，裂縫的直線性優(yōu)良，所以切斷部的直線性也優(yōu)良，切斷力還小的實施例I的條件是最佳的。(實施例22)通過實施方式所記載的方法，使用下述條件進行了激光切片。
被加工基板藍寶石基板，基板厚150 μ m激光光源Nd =YVO4激光波長532nm照射能量200mW激光頻率200KHz照射光脈沖數(shù)(Pl) :1非照射光脈沖數(shù)(P2) :2載物臺速度5mm/ sec 加工點深度距離被加工基板表面約23. 4 μ m與實施例I 21是被加工基板厚為100 μ m的藍寶石基板的情形相對，本實施例是被加工基板厚為150 μ m的藍寶石基板。將激光切片的結果示于圖16A。上側是基板的切剖面的光學照片，下側是基板剖面的照射圖形的示意圖。ON (帶顏色)是照射區(qū)域，OFF (白色)是非照射區(qū)域。被加工基板是寬度約5mm的長方形狀，在長方形的延伸方向上垂直地照射脈沖激光束，形成了裂縫。在形成裂縫之后，使用裂片機來評價切斷所要的切斷力。(實施例23)在設定照射/非照射=2/4以外，用與實施例22同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖16B。(實施例24)在設定照射/非照射=3/5以外，用與實施例22同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖16C。裂縫的直線性與實施例22 23的程度相同，切斷后的切斷部的直線性的程度也相同。并且，實施例22的切斷所要的切斷力是2. 39N 2. 51N,實施例23是2. 13N 2. 80N，實施例24是I. 09N I. 51N。其結果，得知切斷所要的切斷力為照射/非照射=3/5的實施例24的條件最少。因此，明確在被加工基板的厚度為150 μ m的情況下，實施例24的條件是最佳。以上，通過實施例可以知道，即使被加工基板的厚度發(fā)生了變化的情況下，在控制脈沖激光束的照射能量、脈沖激光束的加工點深度等的基礎上，還對脈沖激光束的照射和非照射，與脈沖激光束同步相同，與加工控制用的時鐘信號同步進行控制，以光脈沖為單位進行切換，從而可以實現(xiàn)最佳的切斷特性。而且，在實施例中例示了被加工基板為IOOym和150 μ m的情況，但即使是更厚的200 μ m、250 μ m的被加工基板也可以實現(xiàn)最佳的切斷特性。(實施例25)通過實施方式所記載的方法，使用下述條件進行了激光切片。被加工基板水晶基板，基板厚100 μ m激光光源Nd =YVO4激光波長532nm照射能量250mW激光頻率IOOKHz
照射光脈沖數(shù)(PI ):3非照射光脈沖數(shù)(P2) :3載物臺速度5mm/ sec加工點深度距離被加工基板表面約10 μ m被加工基板是寬度約5mm的長方形狀，在長方形的延伸方向上垂直地照射脈沖激光束，形成了裂縫。在形成裂縫之后，使用裂片機進行切斷。將激光切片的結果示于圖18。圖18A是基板上表面的光學照片，圖18B是基板剖面的光學照片。如圖18所示使被加工基板為水晶基板的情況下，也在內部形成改質層，在被加工基板表面形成連續(xù)的裂縫。因此，能通過裂片機進行直線的切斷。(實施例26)·通過實施方式所記載的方法，使用下述條件進行了激光切片。被加工基板石英玻璃基板，基板厚500 μ m
激光光源Nd =YVO4激光波長532nm照射能量150mW激光頻率IOOKHz照射光脈沖數(shù)(Pl) :3非照射光脈沖數(shù)(P2) :3載物臺速度5mm/ sec加工點深度距離被加工基板表面約12 μ m被加工基板是寬度約5mm的長方形狀，在長方形的延伸方向上垂直地照射脈沖激光束，形成了裂縫。在形成裂縫之后，使用裂片機進行切斷。將激光切片的結果示于圖19。圖19是基板上表面的光學照片。(實施例27)在設定加工點深度為距離被加工基板表面約14 μ m以外，用與實施例26同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖19。(實施例28)在設定加工點深度為距離被加工基板表面約16 μ m以外，用與實施例26同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖19。(比較例2)在設定加工點深度為距離被加工基板表面約18 μ m以外，用與實施例26同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖19。(比較例3)在設定加工點深度為距離被加工基板表面約20 μ m以外，用與實施例26同樣的方法進行了激光切片。將激光切片的結果示于圖19。如圖19所示使被加工基板為石英玻璃基板的情況下，使用實施例26 實施例28的條件，也在被加工基板表面形成連續(xù)的裂縫。因此，通過裂片機能夠進行直線的切斷。特別是，在實施例27中，可以形成直線性最高的裂縫，能夠進行直線性高的切斷。在比較例2、3中，條件未被最佳化，在基板表面未形成連續(xù)的裂縫。
以上，通過實施例25 28可以知道，在被加工基板從藍寶石基板變?yōu)樗Щ?、石英玻璃基板的情況下，也可以在控制脈沖激光束的照射能量、脈沖激光束的加工點深度等的基礎上，對脈沖激光束的照射和非照射，與脈沖激光束同步相同，與加工控制用的時鐘信號同步進行控制，以光脈沖為單位進行切換，從而能夠實現(xiàn)最佳的切斷特性?！?br> 權利要求
1.一種激光切片方法,其特征在于， 將被加工基板放置于載物臺； 發(fā)生時鐘信號； 射出與上述時鐘信號同步的脈沖激光束； 使上述被加工基板和上述脈沖激光束相對地移動； 與上述時鐘信號同步，使用脈沖選擇器控制上述脈沖激光束的通過和遮斷，從而以光脈沖為單位對上述脈沖激光束向上述被加工基板的照射和非照射進行切換； 在上述被加工基板中形成到達基板表面的裂縫； 其中，通過控制上述脈沖激光束的照射能量、上述脈沖激光束的加工點深度、以及上述脈沖激光束的照射區(qū)域和非照射區(qū)域的長度，而于上述被加工基板表面連續(xù)地形成上述裂縫。
2.如權利要求I記載的激光切片方法，其中， 于上述被加工基板表面大致呈直線地形成上述裂縫。
3.如權利要求I記載的激光切片方法，其中， 上述被加工基板的位置和上述脈沖選擇器的動作開始位置同步。
4.如權利要求I記載的激光切片方法，其中， 上述被加工基板是藍寶石基板、水晶基板或玻璃基板。
5.如權利要求3記載的激光切片方法，其中， 通過使上述載物臺與上述時鐘信號同步地移動，而使上述被加工基板和上述脈沖激光束相對地移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光切片方法，將被加工基板放置于載物臺；發(fā)生時鐘信號；射出與時鐘信號同步的脈沖激光束；使被加工基板和脈沖激光束相對地移動；與時鐘信號同步，使用脈沖選擇器來控制脈沖激光束的通過和遮斷，從而以光脈沖為單位對脈沖激光束向被加工基板的照射和非照射進行切換；在被加工基板中形成到達基板表面的裂縫，其中，通過控制脈沖激光束的照射能量、脈沖激光束的加工點深度、以及脈沖激光束的照射非照射的間隔，從而于被加工基板表面連續(xù)地形成裂縫。
文檔編號B23K26/00GK102896417SQ20121026529
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權日2011年7月27日
發(fā)明者井出光廣, 林誠 申請人:東芝機械株式會社