专利名称：激光切片装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用脉冲激光束的激光切片装置。
背景技术：
在日本专利第3867107号公报中，公开了在半导体基板的切片中使用脉冲激光束 的方法。该方法因为通过脉冲激光束产生的光学损伤而在加工对象物的内部形成裂纹区 域。并且，以该裂纹区域为起点，将加工对象物切断。在以往的技术中，以脉冲激光束的能量、光斑径、脉冲激光束和加工对象物的相对 移动速度等为参数来控制裂纹区域的形成。但是，在以往的方法中，有在没有想到的地方产生裂纹等、不能充分地控制裂纹的 产生的问题。因此，特别是难以用于例如蓝宝石等那样的硬质的基板的切片、或者切断宽度 较窄的切片。此外，在例如为了控制生产性而改变切片速度时，难以实现在速度变更前后稳 定的切片加工。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，目的是提供一种具有良好的切断特性、并且即 使改变切片速度也实现稳定的切片加工的激光切片装置。本发明的一技术方案的激光切片装置的特征在于，具备台，可载置被加工基板； 基准时钟振荡电路，产生时钟信号；激光振荡器，射出脉冲激光束；激光振荡器控制部，使 上述脉冲激光束与上述时钟信号同步；脉冲选择器，设在上述激光振荡器与上述台之间的 光路中，切换上述脉冲激光束向上述被加工基板的照射和不照射；脉冲选择器控制部，与上 述时钟信号同步，以光脉冲单位控制上述脉冲激光束在上述脉冲选择器中的通过和截断； 加工表部，存储有加工表，该加工表以上述脉冲激光束的光脉冲数记述有与上述被加工基 板和上述脉冲激光束的标准的相对速度相对应的切片加工数据；速度输入部，输入上述被 加工基板与上述脉冲激光束的相对速度的设定值；以及运算部，基于上述设定值和上述加 工表，运算与上述设定值对应的新的加工表并向上述加工表部存储；基于上述新的加工表， 上述脉冲选择器控制部控制上述脉冲激光束在上述脉冲选择器中的通过和截断。在上述技术方案的激光切片装置中，优选的是，通过移动上述台而使上述被加工 基板与上述脉冲激光束相对地移动，上述设定值是台速度的设定值。
图1是表示实施方式的激光切片装置的一例的概略结构图。图2是说明使用实施方式的激光切片装置的激光切片方法的定时控制的图。
图3是表示使用实施方式的激光切片装置的激光切片方法的脉冲选择器动作和 调制脉冲激光束的定时的图。图4是使用实施方式的激光切片装置的激光切片方法的照射图案的说明图。图5是表示照射在蓝宝石基板上的照射图案的俯视图。图6是图5的AA剖视图。图7是说明台移动与切片加工的关系的图。图8是表示照射图案的一例的图。图9A、图9B、图9C是表示激光切片加工的结果的一例的图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式的激光切片装置具备可载置被加工基板的台、产生时钟信号的基准 时钟振荡电路、射出脉冲激光束的激光振荡器、使脉冲激光束与时钟信号同步的激光振荡 器控制部、设在激光振荡器与台之间的光路中、切换脉冲激光束向被加工基板的照射和不 照射的脉冲选择器、和与时钟信号同步、以光脉冲单位控制脉冲激光束在脉冲选择器中的 通过和截断的脉冲选择器控制部。还具备存储加工表的加工表部，该加工表以脉冲激光束 的光脉冲数记述有与被加工基板和脉冲激光束的标准的相对速度对应的切片加工数据；速 度输入部，输入被加工基板与脉冲激光束的相对速度的设定值；以及运算部，基于上述设定 值和加工表，运算与上述设定值对应的新的加工表而向加工表部存储。并且，基于新的加工 表，脉冲选择器控制部控制脉冲激光束在脉冲选择器中的通过和截断。本实施方式的激光切片装置通过具备上述结构，具有良好的切断特性，并且即使 改变切片速度也实现稳定的切片加工。即，例如即使为了控制生产性而使被加工基板与脉 冲激光束的相对速度变化，也能够实现总是大致相同的切片加工形状。图1是表示本实施方式的激光切片装置的一例的概略结构图。如图1所示，本实 施方式的激光切片装置10作为其主要的结构而具备激光振荡器12、脉冲选择器14、光束整 形器16、聚光透镜18、XYZ台部20、激光振荡器控制部22、脉冲选择器控制部M及加工控 制部26。在加工控制部沈中，具备产生希望的时钟信号Sl的基准时钟振荡电路观、加工 表部30、以及运算部42。还具备输入被加工基板与脉冲激光束的相对速度的设定值的速度 输入部40。激光振荡器12构成为，使其射出与由基准时钟振荡电路观产生的时钟信号Sl同 步的周期Tc的脉冲激光束PL1。照射脉冲光的强度表示高斯分布。这里，从激光振荡器12射出的激光波长使用对被加工基板有透过性的波长。此 外，从激光振荡器12输出的脉冲激光束具备固定的频率和照射能量(照射功率)。作为激 光，可以使用Nd: YAG激光、Nd = YVO4激光、Nd: YLF激光等。例如，在被加工基板是蓝宝石基 板的情况下，优选地使用波长532nm的NchYVO4激光。另外，从提高切片加工速度的自由度的观点看，固定的频率优选的是尽量高的频 率、例如IOOKHz以上。脉冲选择器14设在激光振荡器12与聚光透镜18之间的光路中。并且构成为，通 过与时钟信号Sl同步来切换脉冲激光束PLl的通过和截断(开/关)而以光脉冲数单位切换向被加工基板的脉冲激光束PLl的照射和不照射。这样，通过脉冲选择器14的动作，脉 冲激光束PLl为了被加工基板的加工而被控制开/关，成为调制后的调制脉冲激光束PL2。脉冲选择器14优选地由例如声光元件(AOM)构成。此外，也可以使用例如喇曼衍 射型的电光元件(EOM)。光束整形器16使入射的脉冲激光束PL2成为被整形为希望的形状的脉冲激光束 PL3。例如是将光束径以一定的倍率扩大的光束扩展器。此外，也可以具备例如使光束截面 的光强度分布变得均勻的均化器那样的光学元件。此外，也可以具备例如使光束截面为圆 形的元件、或使光束为圆偏振光的光学元件。聚光透镜18构成为，使其将由光束整形器16整形的脉冲激光束PL3聚光、对载置 在XYZ台部20上的被加工基板W、例如在下表面上形成有LED的蓝宝石基板照射脉冲激光 束 PL4。XYZ台部20具备能够载置被加工基板W、能够沿XH方向自由移动的XH台(以 后也单称作台)、其驱动机构部、测量台的位置的具有例如激光干涉仪的位置传感器等。这 里，XYZ台构成为，使其定位精度及移动误差成为超微的范围的高精度。速度输入部40构成为，在例如想要提高生产性时，例如操作者能够输入比标准的 台速度快的台速度的设定值或慢的台速度的设定值。速度输入部40例如是具备键盘的输 入终端。加工控制部沈在整体上控制激光切片装置10的加工。基准时钟振荡电路28产 生希望的时钟信号Si。此外，在加工表部30中，存储有加工表，该加工表以脉冲激光束的 光脉冲数记述有与标准的台速度相对应的切片加工数据。加工表通过例如进行激光束的照 射的光脉冲数(照射光脉冲数)与不进行照射的光脉冲数(不照射光脉冲数)的组合来记 述。运算部42具备基于被从速度输入部40输入的新的台速度的设定值和加工表，运 算与新的台速度的设定值对应的新的加工表并向加工表部存储的功能。此时，制作切片加 工形状在台速度的变更前后大致相同那样的加工表。将对应于标准的台速度的切片加工数据盖写。假如被输入的新的台速度的设定值 与标准的台速度相同，则不进行新的加工表的运算。接着，使用图1 图7，对使用上述激光切片装置10的激光切片方法进行说明。使用本实施方式的激光切片装置10的激光切片方法将被加工基板载置到台上， 产生时钟信号，射出同步于时钟信号的脉冲激光束，使被加工基板和脉冲激光束相对移动， 通过同步于时钟信号而控制脉冲激光束的通过和截断，以光脉冲单位切换向被加工基板的 脉冲激光束的照射和不照射，在被加工基板上形成达到基板表面的裂纹区域。进而，根据 被输入的被加工基板与脉冲激光束的相对速度改写加工表，以实现总是大致相同的切片形 状，控制脉冲激光束的通过和截断。通过上述结构，能够以最适当的分配高精度地执行向被加工基板的脉冲激光束的 照射和不照射。因而，能够控制达到基板表面的裂纹的产生，将裂纹区域稳定地形成为最适 当的形状。由此，能够提供实现良好的切断特性的激光切片方法。此外，即使改变切片速度 也实现稳定的切片加工。先对标准的台速度下的激光切片方法进行说明。
首先，将被加工基板W、例如蓝宝石基板载置到CTZ台部20上。该蓝宝石基板例如 是在下表面上具有外延成长的GaN层、在该GaN层上布图形成有多个LED的晶片。以形成 在晶片上的槽口或定向平面为基准进行晶片相对于CTZ台的对位。图2是说明本实施方式的激光切片方法的定时控制的图。在加工控制部沈内的 基准时钟振荡电路观中，生成周期Tc的时钟信号Si。激光振荡器控制部22进行控制，以 使激光振荡器12射出同步于时钟信号Sl的周期Tc的脉冲激光束PLl。此时，在时钟信号 Sl的上升沿和脉冲激光束的上升沿中产生延迟时间、。激光使用相对于被加工基板具有透过性的波长的激光。这里，优选地使用照射的 激光的光子的能量hv比被加工基板材料的吸收的带隙Eg大的激光。如果能量hv与带隙 Eg相比非常大，则发生激光的吸收。将其称作多光子吸收，如果使激光的脉冲宽度很短，使 多光子吸收在被加工基板的内部中发生，则多光子吸收的能量没有转化为热能，引起离子 价数变化、结晶化、非晶质化、极化取向或微小裂纹形成等的持久的构造变化，形成折射率 变化区域(彩色中心)。并且，如果使用相对于被加工基板材料具有透过性的波长，则能够将激光导光、聚 光到基板内部的焦点附近。因而，能够局部地加工折射率变化区域。将该折射率变化区域 以后称作改性区域。脉冲选择器控制部M参照从加工控制部沈输出的加工图案信号S2，生成同步于 时钟信号Sl的脉冲选择器驱动信号S3。加工图案信号S2存储在加工表部30中，参照以光 脉冲单位、光脉冲数记述照射图案的信息的加工表生成。脉冲选择器14基于脉冲选择器驱 动信号S3，同步于时钟信号Sl进行切换脉冲激光束PLl的通过和截断(开/关)的动作。通过该脉冲选择器14的动作，生成调制脉冲激光束PL2。另外，在时钟信号Sl的 上升沿与脉冲激光束的上升沿、下降沿产生延迟时间t2、t3。此外，在脉冲激光束的上升沿、 下降沿与脉冲选择器动作中，产生延迟时间t4、t5。在被加工基板的加工的时，考虑延迟时间、 t5而决定脉冲选择器驱动信号S3 等的生成定时、被加工基板与脉冲激光束的相对移动定时。图3是表示本实施方式的激光切片方法的脉冲选择器动作和调制脉冲激光束PL2 的定时的图。脉冲选择器动作同步于时钟信号Sl而被以光脉冲单位切换。这样，通过使脉 冲激光束的振荡和脉冲选择器的动作同步于相同的时钟信号Si，能够实现光脉冲单位的照 射图案。具体而言，基于用光脉冲数规定的规定条件进行脉冲激光束的照射和不照射。艮口， 基于照射光脉冲数(Pl)和不照射光脉冲数(P2)执行脉冲选择器动作，切换向被加工基板 的照射和不照射。规定脉冲激光束的照射图案的Pl值及P2值例如在加工表中作为照射区 域寄存器设定、不照射区域寄存器设定来规定。Pl值及P2值根据被加工基板的材质、激光 束的条件等而设定为使切片时的裂纹形成最优化的规定条件。调制脉冲激光束PL2通过光束整形器16成为整形为希望的形状的脉冲激光束 PL3。进而，整形后的脉冲激光束PL3被聚光透镜18聚光而成为具有希望的光束径的脉冲 激光束PL4，被照射在作为被加工基板的晶片上。在将晶片沿X轴方向及Y轴方向的情况下，首先，例如使XYZ台沿X轴方向以一定 速度移动，扫描脉冲激光束PL4。并且，在希望的X轴方向的切片结束后，使XH台沿Y轴方向以一定速度移动，扫描脉冲激光束PL4。由此，进行Y轴方向的切片。关于Z轴方向(高度方向)，进行调节以使聚光透镜的聚光位置位于晶片内的规定 深度。该规定深度设定为，使得在切片时裂纹形成为希望的形状。此时，如果设为被加工基板的折射率n距离被加工基板表面的加工位置LZ轴移动距离Lz，则为Lz = L/n。S卩，在设聚光透镜的聚光位置在被加工基板的表面上为Z轴初始位置时，在加工 到距离基板表面为深度“L”的位置的情况下，只要使Z轴移动到“Lz”就可以。图4是本实施方式的激光切片方法的照射图案的说明图。如图那样同步于时钟信 号Sl而生成脉冲激光束PL1。并且，通过同步于时钟信号Sl控制脉冲激光束的通过和截 断，生成调制脉冲激光束PL2。并且，通过台的横向(X轴方向或Y轴方向)的移动，将调制脉冲激光束PL2的照 射光脉冲作为照射光斑形成在晶片上。这样，通过生成调制脉冲激光束PL2，在晶片上以光 脉冲单位控制照射光斑而断续地照射。在图4的情况下，设为照射光脉冲数(Pl) =2、不照 射光脉冲数(P2) = 1，设定为照射光脉冲(高斯光)以光斑径的间距反复进行照射和不照 射的条件。这里，如果在光束光斑径D (μ m)重复频率F(KHz)的条件下进行加工，则用于使照射光脉冲以光斑径的间距反复进行照射和不照射 的台移动速度V(m/SeC)为V = DX KT6XFX IO3。例如，如果在光束光斑径D = 2 μ m重复频率F= 50KHz的加工条件下进行，则为台移动速度-M = 100mm/sec。此外，如果设照射光的功率为P (瓦特)，则将每脉冲照射脉冲能量P/F的光脉冲照 射在晶片上。图5是表示照射在蓝宝石基板上的照射图案的俯视图。从照射面上观察，通过照 射光脉冲数(Pl) = 2、不照射光脉冲数(P2) = 1，以照射光斑径的间距形成照射光斑。图6 是图5的AA剖视图。如图所示，在蓝宝石基板内部中形成改性区域。并且，形成从该改性 区域沿着光脉冲的扫描线上达到基板表面的裂纹。并且，该裂纹在被加工基板表面上连续 地以大致直线形成。这样，通过形成达到基板表面的裂纹，之后的基板的切断变得容易。因而，能够实 现切片成本的削减。另外，裂纹形成后的最终的基板的切断、即向各个LED芯片的分割，既可以是在裂纹形成后自然分割，也可以是通过再施加人为的力而分割。如以往那样，在将脉冲激光束连续地对基板照射的方法中，例如，即使将台移动速 度、聚光透镜的数值孔径、照射光功率等最优化，也难以将达到基板表面的裂纹的产生控制 为希望的形状。通过如本实施方式那样将脉冲激光束的照射和不照射以光脉冲单位断续地 切换而将照射图案最优化，控制达到基板表面的裂纹的产生，实现具备良好的切断特性的 激光切片方法。S卩，例如能够在基板表面上形成沿着激光的扫描线的直线性的、宽度较窄的裂纹。 因此，在切片时能够使对形成在基板上的LED等的设备带来的裂纹的影响最小化。此外，由 于能够形成例如直线性的裂纹，所以能够缩窄在基板表面上形成裂纹的区域的宽度。因此， 能够缩窄设计上的切片宽度。因而，能够增大形成在同一基板或晶片上的设备的片数，也有 利于设备的制造成本削减。图7是说明台移动与切片加工的关系的图。在XYZ台上，设有在X轴、Y轴方向上 检测移动位置的位置传感器。例如，将在台的向X轴或Y轴方向的移动开始后、台速度进入 到速度稳定区域的位置预先设定为同步位置。并且，在位置传感器中检测到同步位置时，通 过例如将移动位置检测信号S4(图1)发送给脉冲选择器控制部M而许可脉冲选择器动 作，通过脉冲选择器驱动信号S3使脉冲选择器动作。这样，管理Sl 从同步位置到基板的距离Wl 加工长W1 从基板端到照射开始位置的距离W2 加工范围W3 从照射结束位置到基板端的距离。这样，台位置与脉冲选择器的动作开始位置同步。即，取得脉冲激光束的照射和不 照射、与台的位置的同步。因此，在脉冲激光束的照射和不照射时，能够确保台以一定速度 移动(处于速度稳定区域)。因而，能够确保照射光斑位置的规则性，实现稳定的裂纹的形 成。此外，为了进一步提高照射光斑位置的精度，例如优选地使台的移动同步于时钟 信号。这例如可以通过使加工控制部沈对XYZ台部20发送的台移动信号S5(图1)同步 于时钟信号Sl来实现。图8是表示照射图案的具体例的图。如图所示，在将光脉冲照射1次后，以光脉冲 单位使2脉冲量为不照射。将该条件以后以照射/不照射=1/2的形式记述。另外，照射、 不照射的间距与光斑径相等。在图9中表示激光切片的具体结果。图9(a)是基板上表面的照片，图9 (b)是比 图9(a)低倍率的基板上表面的照片，图9(c)是基板的沿着切片方向的截面的照片。该具体例中的激光切片条件是被加工基板蓝宝石基板激光源Nd: YVO4激光波长53&im照射光脉冲数(Pl) 1
不照射光脉冲数(P2) :2。由图9(c)的截面照片可知，形成有从基板内部的改性区域达到基板表面的裂纹。 此外，由图9(a)的照片可知，在基板上表面上形成有较直线性、宽度较窄的裂纹。以上，通过将脉冲激光束的照射和不照射以光脉冲单位切换、在进行激光切片时 将照射图案最优化，来控制裂纹的产生，能够实现良好的切断特性。接着，对从标准的台速度变更台速度的情况下的激光切片方法进行说明。例如在 想要提高生产性的情况下，例如操作者对图1的速度输入部40输入从标准的台速度加快的 台速度的设定值。于是，运算部42基于从速度输入部40输入的新的台速度的设定值和加 工表，运算对应于新的台速度的设定值的新的加工表。例如，假设标准的台速度的情况下的加工条件是以下的条件。重复频率F= 500KHz照射光脉冲数(Pl) 1不照射光脉冲数(P2) 9台移动速度-M = 200mm/sec在为了提高生产性而将台移动速度设为倍速的V = 400mm/sec的情况下，如果输 入该设定值，则运算部42运算能够得到与标准的速度的情况大致相同的切片加工形状的 加工表。具体地讲，求出照射光脉冲与不照射光脉冲的间隔大致相同的照射光脉冲数(Pl) 和不照射光脉冲数(P2)。在该例的情况下，为照射光脉冲数(Pl) 1不照射光脉冲数(P2) :4。反之，在为了降低生产性而将台移动速度设为一半的V = 100mm/sec的情况下，如 果也输入该设定值，则运算部42运算能够得到与标准的速度的情况实质上相同的切片加 工形状的加工表。这里，所谓降低生产性的情况，是不断降低生产性、例如为了维持装置自 身的热稳定性，装置不停止而仅降低台速度那样的情况。在该例的情况下，为照射光脉冲数(Pl) 1不照射光脉冲数(P2) :19。这样，用由运算部42求出的新的加工表将以前的加工表覆盖，将新的加工表向加 工表部存储。并且，基于新的加工表，脉冲选择器控制部M控制脉冲激光束的脉冲选择器 14中的通过和截断。由此，即使变更台的速度也能够得到与标准的速度的情况大致同样的 切片加工形状。以上，根据本实施方式的激光切片装置，具有良好的切断特性，并且即使改变切片 速度也能够实现稳定的切片加工。只是在脉冲激光束的重复频率、照射能量、焦点位置等固 定的状态下，运算并匹配光脉冲的照射与不照射的间隔。因而，不需要变更其他参数。由此， 即使改变加工速度，也能够再现相同的切片加工形状。以上，参照具体例对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明并不限定于这些 具体例。在实施方式中，在激光切片装置、激光切片方法等中，对于在本发明的说明中不直 接需要的部分省略了记载，但可以适当选择使用需要的关于激光切片装置、激光切片方法等的要素。例如，在实施方式中，作为被加工基板，以形成有LED的蓝宝石基板为例进行说 明。本发明对于蓝宝石基板那样因硬质而难以切断的基板是有用的，但被加工基板除此以 外也可以是SiC(碳化硅)基板等的半导体材料基板、压电材料基板、玻璃基板等。此外，在实施方式中，以通过使台移动、使被加工基板与脉冲激光束相对移动的情 况为例进行了说明。但是，也可以是例如通过由使用激光束扫描器等扫描脉冲激光束，使被 加工基板与脉冲激光束相对移动的装置或方法。此外，在实施方式中，以照射光脉冲数(Pl) = 2、不照射光脉冲数(P2) = 1的情况 等为例进行了说明，但Pl和P2的值为了设为最优条件而能够取任意的值。此外，在实施方 式中，以照射光脉冲以光斑径的间距重复照射和不照射的情况为例进行了说明，但也可以 通过改变脉冲频率或者台移动速度，改变照射和不照射的间距来找到最优条件。例如，也可 以将照射与不照射的间距设为光斑径的1/n或η倍。此外，关于切片加工的图案，例如也可以设置多个照射区域寄存器、不照射区域寄 存器，通过实时地将照射区域寄存器、不照射区域寄存器值以希望的定时变更为希望的值， 能够实现向各种切片加工图案的对应。此外，具备本发明的要素、本领域的技术人员能够适当进行设计变更的所有激光 切片装置都包含在本发明的范围中。本发明的范围由权利要求书及其等价物的范围来定 义。
权利要求
1.一种激光切片装置，其特征在于，具备 台，可载置被加工基板；基准时钟振荡电路，产生时钟信号； 激光振荡器，射出脉冲激光束；激光振荡器控制部，使上述脉冲激光束与上述时钟信号同步； 脉冲选择器，设在上述激光振荡器与上述台之间的光路中，切换上述脉冲激光束向上 述被加工基板的照射和不照射；脉冲选择器控制部，与上述时钟信号同步，以光脉冲单位控制上述脉冲激光束在上述 脉冲选择器中的通过和截断；加工表部，存储有加工表，该加工表以上述脉冲激光束的光脉冲数记述有与上述被加 工基板和上述脉冲激光束的标准的相对速度相对应的切片加工数据；速度输入部，输入上述被加工基板与上述脉冲激光束的相对速度的设定值；以及 运算部，基于上述设定值和上述加工表，运算与上述设定值对应的新的加工表并向上 述加工表部存储；基于上述新的加工表，上述脉冲选择器控制部控制上述脉冲激光束在上述脉冲选择器 中的通过和截断。
2.如权利要求1所述的激光切片装置，其特征在于，通过移动上述台而使上述被加工基板与上述脉冲激光束相对移动，上述设定值是台速 度的设定值。
3.如权利要求1所述的激光切片装置，其特征在于，上述加工表及上述新的加工表用进行上述激光束的照射的光脉冲数与不进行照射的 光脉冲数的组合来记述。
4.如权利要求1所述的激光切片装置，其特征在于，上述运算部运算新的加工表，以得到与以上述标准的相对速度将被加工基板切片加工 的情况实质上相同的切片加工形状。
5.如权利要求1所述的激光切片装置，其特征在于， 上述脉冲选择器是声光元件或电光元件。
全文摘要
一种激光切片装置，具有良好的切断特性、并且即使改变切片速度也实现稳定的切片加工。激光切片装置具备台、基准时钟振荡电路、射出脉冲激光束的激光振荡器、使脉冲激光束同步于时钟信号的激光振荡器控制部、切换脉冲激光束向被加工基板的照射和不照射的脉冲选择器、同步于时钟信号而以光脉冲单位控制脉冲激光束的通过和截断的脉冲选择器控制部、存储记述有与被加工基板和脉冲激光束的标准的相对速度对应的切片加工数据的加工表的加工表部、输入相对速度的新的设定值的速度输入部、以及运算新的加工表并向加工表部存储的运算部，基于新的加工表，脉冲选择器控制部控制脉冲激光束的通过和截断。
文档编号B23K26/42GK102133690SQ201110023878
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者井出光广, 林诚 申请人:东芝机械株式会社