激光切片方法

专利名称：激光切片方法
技术领域：
本发明涉及使用脉冲激光束的激光切片方法。
背景技术：
半导体基板的切片时使用脉冲激光束的方法公开于日本专利第3867107号公报。该方法利用由脉冲激光束而产生的光学损伤而在加工对象物的内部形成改质区域。然后，将该改质区域作为起点来切断加工对象物。·在现有技术中，将脉冲激光束的能量、点直径、脉冲激光束和加工对象物的相对移动速度等作为参数来控制改质区域的形成。

发明内容
本发明的一种形式激光切片方法，其特征在于将被加工基板放置于载物台；发生时钟信号；射出与上述时钟信号同步的脉冲激光束；使上述被加工基板和上述脉冲激光束相对地移动；通过与上述时钟信号同步地使用脉冲选择器来控制上述脉冲激光束的通过和遮断，从而以光脉冲为单位对上述脉冲激光束向上述被加工基板的照射和非照射进行切换；在上述被加工基板中形成内部改质区域和到达基板表面的裂缝，其中，通过控制上述脉冲激光束的照射能量、上述脉冲激光束的加工点深度、以及上述脉冲激光束的照射区域和非照射区域的长度，而于上述被加工基板表面连续地形成上述裂缝。在上述形式的方法中，优选于上述被加工基板表面大致呈直线地形成上述裂缝。在上述形式的方法中，优选上述被加工基板的位置和上述脉冲选择器的动作开始位置同步。在上述形式的方法中，优选上述被加工基板是蓝宝石基板、水晶基板、或玻璃基板。在上述形式的方法中，优选通过使上述载物台与上述时钟信号同步地移动，而使上述被加工基板和上述脉冲激光束相对地移动。


图I是示出实施方式的激光切片方法中所使用的激光切片装置的一个例子的概要构成图。图2是说明实施方式的激光切片方法的定时控制的图。图3是示出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的定时的图。图4是实施方式的激光切片方法的照射图形(pattern，也可称作模式)的说明图。图5是示出蓝宝石基板上所照射的照射图形的顶视图。图6是图5的AA剖面图。图7是说明载物台移动和切片加工之间的关系的图。图8是示出实施例I的照射图形的图。图9A —图9E是示出实施例I 4、比较例I的激光切片的结果的图。图10是示出实施例I的激光切片的结果的剖面图。 图IlA —图IlF是示出实施例5 10的激光切片的结果的图。图12A —图12E是示出实施例11 15的激光切片的结果的图。图13A —图13F是示出实施例16 21的激光切片的结果的图。图14A、图14B是对不同的加工点深度的脉冲激光束在基板的同一扫描线上多次进行扫描来形成裂缝的情况的说明图。图15A、图15B是图14A、图14B的条件下切断后的情况的切剖面的光学照片。图16A —图16C是示出实施例22 24的激光切片的结果的图。图17A —图17D是实施方式的作用的说明图。图18A、图18B是示出实施例25的激光切片的结果的图。图19是示出实施例26 28、比较例2、3的激光切片的结果的图。
具体实施例方式以下，对本发明的实施方式，参照附图进行说明。而且，本说明书中，所谓“加工点”是脉冲激光束在被加工基板内的聚光位置(焦点位置)附近的点，意味着被加工基板的改质程度在深度方向上为最大的点。另外，所谓“加工点深度”意味着脉冲激光束的加工点的距离被加工基板表面的深度。本实施方式的激光切片方法是如下的方法将被加工基板放置于载物台；发生时钟信号；射出与该时钟信号同步的脉冲激光束；使被加工基板和脉冲激光束相对地移动；通过与时钟信号同步来控制脉冲激光束的通过和遮断，而以光脉冲为单位对脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射进行切换；在被加工基板形成内部改质区域(内部改质层)，形成到达基板表面的裂缝。另外，通过控制脉冲激光束的照射能量、脉冲激光束的加工点深度、以及脉冲激光束的照射非照射的间隔，而在被加工基板表面上大致呈直线状地连续形成裂缝。通过上述构成能够提供实现更优的切断特性的激光切片方法。在此，所谓更优的切断特性，例举了(I)切断部被直线性良好地切断，(2)能用小的切断力进行切断，以便提高被切片的元件的收获率，(3)因内部改质区域及裂缝形成时照射的激光的影响而设置在基板上的元件，例如，在基板上的外延层所形成的LED元件的劣化等不发生。另外，通过在被加工基板表面上形成连续的裂缝，特别是蓝宝石基板这样的硬质的基板的切片变得容易。并且，实现了使用窄的切片宽度的切片。实现上述激光切片方法的本实施方式的激光切片装置具备能放置被加工基板的载物台；发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；设置于在激光振荡器和载物台之间的光路上、且对脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射进行切换的脉冲选择器(pulse picker);以及与时钟信号同步，以光脉冲为单位对脉冲激光束的脉冲选择器中的通过和遮断进行控制的脉冲选择器控制部。图I是示出本实施方式的激光切片装置的一个例子的概要构成图。如图I所示，本实施方式的激光切片装置10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载物台部20、激光振荡器控制部22、脉冲选择器控制部24及加工控制部26，作为其主要的构成。在加工控制部26中，具备发生所期望的时钟信号SI的 基准时钟振荡电路28及加工表部30。激光振荡器12构成为射出与由基准时钟振荡电路28发生的时钟信号SI同步的周期Tc的脉冲激光束PL1。照射脉冲光的强度表现出高斯分布(Gaussian distribution)。时钟信号SI是激光切片加工的控制所使用的加工控制用时钟信号。在此，从激光振荡器12射出的激光波长，使用对被加工基板具有透射性的波长。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，优选使用波长532nm的、Nd =YVO4激光。脉冲选择器14设置在激光振荡器12和聚光透镜18之间的光路上。另外，构成为通过与时钟信号SI同步地切换脉冲激光束PLl的通过和遮断(0N/0FF)，对脉冲激光束PLl向被加工基板的照射和非照射，以光脉冲数为单位进行切换。如上所述，通过脉冲选择器14的动作，脉冲激光束PLl的0N/0FF为了被加工基板的加工而被控制，成为被调制的调制脉冲激光束PL2。脉冲选择器14优选例如由音响光学元件(AOM)构成。并且，也可以使用例如喇曼(Raman)衍射型的电气光学元件(Ε0Μ)。光束整形器16使射入的脉冲激光束PL2形成为被整形为所期望的形状的脉冲激光束PL3。例如，是将光束直径以一定的放大率进行扩大的光束扩大器。并且，例如，也可以具备使光束剖面的光强度分布均匀的均质器那样的光学元件。并且，也可以具备例如使光束剖面为圆形的元件，或使光束为圆偏光的光学元件。聚光透镜18构成为，将通过光束整形器16而被整形的脉冲激光束PL3聚光，对放置在XYZ载物台部20上的被加工基板W，例如在下表面形成了 LED的蓝宝石基板，照射脉冲激光束PL4。XYZ载物台部20具备能放置被加工基板W，可在XYZ方向上自如移动的XYZ载物台(以后简称作“载物台”)；其驱动机构部；具有对载物台的位置进行计测的例如激光干涉计的位置传感器等。在此，XYZ载物台构成为，其定位精度及移动误差为亚微米的范围的高精度。另外，通过使其在Z方向上移动，能相对于被加工基板W来调整脉冲激光束的焦点位置，控制加工点深度。加工控制部26整体性地控制基于激光切片装置10的加工。基准时钟振荡电路28发生所期望的时钟信号SI。并且，在加工表部30中，存储着用脉冲激光束的光脉冲数记述了切片加工数据的加工表。接着，对使用了上述激光切片装置10的激光切片方法，使用图I 图7进行说明。首先，将被加工基板W，例如蓝宝石基板，放置于XYZ载物台部20。该蓝宝石基板例如是在下表面具有外延成长的GaN层、并在该GaN层上构图形成多个LED的晶片。将在晶片上形成的凹部或取向平面作为基准，进行相对于XYZ载物台的、晶片的位置对准。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26内的基准时钟振荡电路28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，以使得激光振荡器12射出与时钟信号SI同步的周期Tc的脉冲激光束PLl。此时，在时钟信号SI的上升沿和脉冲激光束的上升沿，产生延迟时间h。激光光使用对被加工基板具有透射性的波长的激光。在此，优选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带隙Eg大的激光光。若能量hv与带隙Eg相比较非常之大，则产生激光光的吸收。将这称之为多光子吸收，使激光光的脉冲宽度为极短，而使多光子吸收发生在被加工基板的内部时，多光子吸收的能量不转化为热能，诱发离子价数变化、结晶化、非晶质化、分极取向或微小裂缝形成等持续的构造变化而形成色中心。该激光光(脉冲激光束)的照射能量(照射功率)，选择在被加工基板表面形成连续·的裂缝的基础上的最佳的条件。另外，若使用对被加工基板材料具有透射性的波长，则在基板内部的焦点附近能对激光光进行导光、聚光。因此，能够局部地做成色中心。以后，将该色中心称作改质区域。脉冲选择器控制部24参照从加工控制部26输出的加工图形信号S2，生成与时钟信号SI同步的脉冲选择器驱动信号S3。加工图形信号S2被存储在加工表部30中，而且参照以光脉冲为单位用光脉冲数对照射图形的信息进行记述的加工表而被生成。脉冲选择器14根据脉冲选择器驱动信号S3，进行与时钟信号SI同步地切换脉冲激光束PLl的通过和遮断(0N/0FF)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。而且，在时钟信号SI的上升沿和脉冲激光束的上升沿、下降沿，产生延迟时间〖243。并且，在脉冲激光束的上升沿、下降沿和脉冲选择器动作，产生延迟时间t4、t5。在加工被加工基板时，考虑延迟时间h t5，确定脉冲选择器驱动信号S3等的生成定时，被加工基板和脉冲激光束的相对移动定时。图3是示出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。与时钟信号SI同步，以光脉冲为单位切换脉冲选择器动作。如上所述，通过使脉冲激光束的振荡和脉冲选择器的动作，同样与时钟信号Si同步，从而可以实现光脉冲单位的照射图形。具体而言，根据由光脉冲数规定的预定的条件来进行脉冲激光束的照射和非照射。即，根据照射光脉冲数(Pl)和非照射光脉冲数(P2)来实行脉冲选择器动作，切换向被加工基板的照射和非照射。对脉冲激光束的照射图形进行规定的Pl值、P2值，例如，在加工表中作为照射区域寄存器设定、非照射区域寄存器设定而被规定。通过被加工基板的材质、激光束的条件等，将Pl值、P2值设定为使切片时的改质区域及裂缝形成最佳化的预定的条件。调制脉冲激光束PL2通过光束整形器16而成为被整形为所期望的形状的脉冲激光束PL3。进而，被整形后的脉冲激光束PL3，被聚光透镜18聚光、成为具有所期望的光束直径的脉冲激光束PL4，照射在作为被加工基板的晶片上。
在X轴方向及Y轴方向上对晶片进行切片的情况下，首先，例如，使XYZ载物台在X轴方向上以一定速度移动，扫描脉冲激光束PL4。然后，所期望的X轴方向的切片结束后，使XYZ载物台在Y轴方向上以一定速度移动，扫描脉冲激光束PL4。由此，进行Y轴方向的切片。通过上述的照射光脉冲数(P1)、非照射光脉冲数(P2)及载物台的速度，来控制脉冲激光束的照射非照射的间隔。对于Z轴方向(高度方向)进行调整，以使得聚光透镜的聚光位置(焦点位置)位于晶片内的预定深度。该预定深度被设定为，在切片时形成改质区域(改质层)，裂缝在被加工基板表面被形成为所期望的形状。此时，若设定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，Lz = L/n。即，在将被加工基板的表面作为Z轴初始位置时，将基于聚光透镜的聚光位置加工成距离基板表面为深度“L”的位置的情况下，使Z轴移动“Lz”即可。图4是本实施方式的激光切片方法的照射图形的说明图。如图所示，与时钟信号SI同步地生成脉冲激光束PLl。然后，通过与时钟信号SI同步地控制脉冲激光束的通过和遮断，生成调制脉冲激光束PL2。另外，通过载物台的横方向(X轴方向或Y轴方向)的移动，调制脉冲激光束PL2的照射光脉冲在晶片上形成为照射点。如上所述，通过生成调制脉冲激光束PL2，在晶片上以光脉冲为单位来控制照射点，并断续地照射。图4的情况，设定照射光脉冲数(Pl) = 2，非照射光脉冲数(P2) = I，并设定照射光脉冲(高斯光)以点直径的节距反复进行照射和非照射的条件。在此，若使用光束点直径D ( μ m)反复频率F(KHz)的条件进行加工，则照射光脉冲以点直径的节距反复进行照射和非照射用的载物台移动速度V (m/sec)为，V = DX KT6XFX IO3。例如，若使用光束点直径D = 2ym反复频率F= 5OKHz的加工条件进行，则载物台移动速度V = 100mm/sec。并且，若将照射光的功率设为P (瓦特)，则每个脉冲的照射脉冲能量P/F的光脉冲被照射于晶片。确定脉冲激光束的照射能量(照射光的功率)、脉冲激光束的加工点深度、及脉冲激光束的照射非照射的间隔的参数，以使得裂缝在被加工基板表面上连续形成。图5是示出蓝宝石基板上所照射的照射图形的顶视图。从照射面上看，照射光脉冲数(Pl)= 2，非照射光脉冲数(P2)= 1，以照射点直径的节距形成照射点。图6是图5的AA剖面图。如图所示，在蓝宝石基板内部形成改质区域。然后，从该改质区域，沿着光脉冲的扫描线上形成到达基板表面的裂缝(或沟槽)。另外，该裂缝在被加工基板表面上连续形成。而且，在本实施方式中，裂缝仅在基板表面侧露出地形成，不到达基板背面侧。图17是本实施方式的作用的说明图。例如，用图17A的虚线圆圈来表示以能设定的最大的脉冲激光束的激光频率，而且，以能设定的最快的载物台速度，照射脉冲激光的情况的脉冲照射可能位置。图17B是照射/非照射=1/2的情况的照射图形。实线圆圈是照射位置，虚线圆圈是非照射位置。在此，假设将照射点的间隔(非照射区域的长度)设定得较短时，切断性优良。这种情况下，如图17C所示，不改变载物台速度而通过使照射/非照射=1/1，能够对应。假设不像本实施方式那样使用脉冲选择器，则产生为了出现同样的条件而需要降低载物台速·度，切片加工的处理量降低这样的问题。在此，假设使照射点连续且使照射区域的长度更长时，切断性优良。这种情况下，如图17D所示，不改变载物台速度而通过使照射/非照射=2/1，能够对应。假设不像本实施方式那样使用脉冲选择器，则为了出现同样的条件而需要降低载物台速度，而且改变载物台速度，产生切片加工的处理量降低而且控制极难这样的问题。或者，在不使用脉冲选择器的情况下，虽然可以考虑通过使用图17B的照射图形提高照射能量，而成为接近图17D的条件，但这种情况下，恐怕有集中于I点的激光功率变大，裂缝宽度的增大、裂缝的直线性的劣化的可能。并且，在对在蓝宝石基板上形成了 LED元件这样的被加工基板进行加工的情况下，恐怕有到达与裂缝相反一侧的LED区域的激光量增大，发生LED元件的劣化这样的可能。如上所述，根据本实施方式，例如，能够不改变脉冲激光束的条件、载物台速度条件就实现多样的切断条件，能够不使生产性、元件特性劣化地找到最佳的切断条件。而且，本说明书中，所谓“照射区域的长度”、“非照射区域的长度”为图17D所图示的长度。图7是说明载物台移动和切片加工的关系的图。在XYZ载物台上，设有在X轴、Y轴方向上检测移动位置的位置传感器。例如，载物台向X轴或Y轴方向的移动开始后，预先将载物台速度进入速度稳定区域的位置设定为同步位置。然后，在位置传感器中检测到同步位置时，例如，移动位置检测信号S4 (图I)被送到脉冲选择器控制部24而允许脉冲选择器动作，通过脉冲选择器驱动信号S3使脉冲选择器动作。也可以是将同步位置例如作为被加工基板的端面，用位置传感器来检测该端面的构成。如上所述，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被管理。
这样一来，载物台的位置及其上放置的被加工基板的位置，与脉冲选择器的动作开始位置同步。即，脉冲激光束的照射和非照射，取得与载物台的位置的同步。因此，担保在脉冲激光束的照射和非照射之际，载物台以一定速度移动(位于速度稳定区域)。因此，照射点位置的规则性被担保，实现稳定的裂缝的形成。在此，在加工厚的基板情况下，考虑对不同的加工点深度的脉冲激光束在(多层)基板的同一扫描线上多次进行扫描而形成裂缝，从而提高切断特性。这样的情况，载物台位置和脉冲选择器的动作开始位置同步，从而在不同深度的扫描中，能够任意地精度良好地控制脉冲照射位置的关系，切片条件的最佳化成为可能。图14是在基板的同一扫描线上多次扫描不同的加工点深度的脉冲激光束而形成裂缝的情况的说明图。是基板剖面上的照射图形的示意图。ON (带颜色)是照射区域，OFF(白色)是非照射区域。图14A是照射的扫描的第I层和第2层为同相的情况，即，在第I层和第2层，照射脉冲位置的上下关系对齐的情况。图14B是照射的扫描的第I层和第2层为异相的情况，即，在第I层和第2层，照射脉冲位置的上下关系错位的情况。 图15是图14的条件下切断后的情况的切剖面的光学照片。图15A是同相的情况，图15B是异相的情况。上侧的照片为低放大率，下侧的照片为高放大率。如上所述，使载物台位置和脉冲选择器的动作开始位置同步从而能精度更好地控制照射的扫描的第I层和第2层的关系。而且，图15A、B所示的被加工基板是厚度为150 μ m的蓝宝石基板。这种情况下，切断所需要的切断力，在同相的情况下为O. 31N，在异相的情况下为O. 38N,同相的切断特性优良。而且，在此，示出了设定照射/非照射的脉冲数在第I层和第2层为相同的情况为例，但在第I层和第2层，设定不同的照射/非照射的脉冲数来找到最佳的条件的情形也是可能的。并且，例如，使载物台的移动与时钟信号同步，可以进一步提高照射点位置的精度而优选。例如，这可以通过使从加工控制部26送到XYZ载物台部20的载物台移动信号S5(图I)与时钟信号SI同步而实现。像本实施方式的激光切片方法那样，通过改质区域的形成，形成到达基板表面、且在被加工基板表面连续的裂缝，从而使之后的基板的切断变得容易。例如，即使是像蓝宝石基板这样的硬质的基板，也可以通过将到达基板表面的裂缝作为切断或切断的起点，人为地施加力，从而使切断变得容易，能够实现优良的切断特性。因此，切片的生产性提高。像现有技术那样，将脉冲激光束连续地照射到基板上的方法中，即使最佳化载物台移动速度、聚光透镜的数值孔径、照射光功率等，将在基板表面上连续形成的裂缝控制为所期望的形状也是困难的。像本实施方式那样，通过以光脉冲为单位断续地切换脉冲激光束的照射和非照射来最佳化照射图形，从而使改质区域的形成及到达基板表面的裂缝的发生被控制，实现具备优良的切断特性的激光切片方法。S卩，例如，在基板表面上沿着激光的扫描线的大致直线的连续的宽度为窄的裂缝的形成成为可能。通过形成这样的大致直线的连续的裂缝，可以在切片时，使波及到形成于基板的LED等器件的、裂缝的影响最小化。并且，例如，由于直线的裂缝的形成成为可能，所以可以使在基板表面上形成了裂缝的区域的宽度为较窄。因此，使设计上的切片宽度较窄是可能的。因此，能够增加在同一基板或者晶片上形成的器件的芯片数量，对器件的制造成本削减做出贡献。以上，参照具体例对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限于这些具体例子。在实施方式中，在激光切片方法、激光切片装置等中，对本发明的说明所不直接需要的部分省略了记载，可以适当选择必要的激光切片方法、激光切片装置等有关的要素来使用。其它具备本发明的要素、本领域的技术人员进行适当的设计变更就能得到的所有激光切片方法，都包含在本发明的范围内。本发明的范围由权利要求及其等同的范围来定义。例如，在实施方式中，作为被加工基板，以形成了 LED的蓝宝石基板为例进行了说明。对于像蓝宝石基板这样的硬质且解理性缺乏的切断困難的基板，本发明是有用的，但被加工基板也可以是其它，SiC (碳化娃)基板等半导体材料基板、圧电材料基板、水晶基板、石英玻璃等玻璃基板。
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并且，在实施方式中，以通过移动载物台而使被加工基板和脉冲激光束相对地移动的情况为例进行了说明。但是，例如，也可以是通过使用激光束扫描仪等，通过扫描脉冲激光束，而使被加工基板和脉冲激光束相对地移动的方法。并且，在实施方式中，以照射光脉冲数(Pl)= 2，非照射光脉冲数(P2)= I的情况为例进行了说明，但Pl和P2的值，由于取最佳条件而能够取任意的值。并且，在实施方式中，以照射光脉冲以点直径的节距而反复照射和非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载物台移动速度，来改变照射和非照射的节距而找到最佳条件。例如，能够使照射和非照射的节距为点直径的1/η、η倍。特别是，在被加工基板是蓝宝石基板的情况下，使照射能量为30mW以上、150mW以下，使脉冲激光束的通过以I 4个光脉冲为单位,使遮断以I 4个光脉冲为单位,从而使照射的间隔为I 6μπι，由此能够在被加工基板表面上形成连续性及直线性良好的裂缝。并且，有关切片加工的图形，例如，设置多个照射区域寄存器、非照射区域寄存器，实时地将照射区域寄存器、非照射区域寄存器值在所期望的定时变更为所期望的值，从而能够对应各种各样的切片加工图形。并且，作为激光切片装置，以具备存储用脉冲激光束的光脉冲数记述了切片加工数据的加工表的加工表部的装置为例进行了说明。但是，也不必具备这样的加工表部，具有以光脉冲为单位对脉冲激光束的脉冲选择器的通过和遮断进行控制的构成的装置即可。并且，为了进一步提高切断特性，也可以是在改质区域、基板表面上形成连续的裂缝之后，进一步例如通过照射激光而对表面增加熔融加工或磨擦加工的构成。实施例以下，说明本发明的实施例。(实施例I)通过实施方式所记载的方法，用下述条件进行了激光切片。被加工基板蓝宝石基板，基板厚100 μ m激光光源Nd =YVO4激光波长532nm
照射能量50mW激光频率20KHz照射光脉冲数(Pl) :1非照射光脉冲数(P2) :2载物台速度25mm/ sec加工点深度距离被加工基板表面约25. 2 μ m图8是示出实施例I的照射图形的图。如图所示，照射I次光脉冲 之后，以光脉冲为单位进行2个脉冲程度的非照射。以后，将该条件用照射/非照射=1/2这样的形式来记述。而且，在此，照射·非照射的节距与点直径相等。实施例I的情况，点直径约为I. 2 μ m。因此，照射的间隔约为3. 6 μ m。将激光切片的结果示于图9A。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。并且，图10是与裂缝的方向垂直的基板的剖面SEM照片。被加工基板是宽度约5mm的长方形状，在长方形的延伸方向上垂直地照射脉冲激光束，形成了裂缝。在形成裂缝之后，使用裂片机(breaker)来评价切断所要的切断力。(实施例2)在设定照射/非照射=1/1以外，用与实施例I同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图9B。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。(实施例3)在设定照射/非照射=2/2以外，用与实施例I同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图9C。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。(实施例4)在设定照射/非照射=2/3以外，用与实施例I同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图9E。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。(比较例I)在设定照射/非照射=1/3以外，用与实施例I同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图9D。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。在实施例I 4中，通过如上设定脉冲激光束的照射能量、加工点深度、及照射非照射的间隔，而如图9及图10所示，可以在被加工基板表面上形成连续的裂缝。特别是，使用实施例I的条件，在被加工基板表面形成极直线的裂缝。因此，切断后的切断部的直线性也优良。另外，实施例I的条件能够用最小的切断力来切断基板。因此，在被加工基板是蓝宝石基板的情况下，若还考虑各条件的控制性，则优选将照射能量设为50±5mW，将加工点深度设为25. O ±2. 5 μ m，将脉冲激光束的通过设为以I个光脉冲为单位，将遮断设为以2个光脉冲为单位，从而使照射的间隔为3. 6±0. 4μ m。另一方面，如实施例3那样，看出改质区域接近，改质区域间的基板内部形成裂缝时表面的裂缝弯曲，裂缝发生的区域的宽度变大的倾向。这认为是因为集中在窄的区域内的激光光的功率过大。在比较例I中，条件未被最佳化，在基板表面未形成连续的裂缝。因此，切断力的评价也是不可能的。(实施例5)通过实施方式所记载的方法，使用下述条件进行了激光切片。被加工基板蓝宝石基板，基板厚100 μ m激光光源Nd =YVO4激光波长532nm 照射能量90mW激光频率20KHz照射光脉冲数(Pl) :1非照射光脉冲数(P2) :1载物台速度25mm/ sec加工点深度距离被加工基板表面约25. 2 μ m将激光切片的结果示于图11A。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。(实施例6)在设定照射/非照射=1/2以外，用与实施例5同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图11B。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。(实施例7)在设定照射/非照射=2/2以外，用与实施例5同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图lie。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。(实施例8)在设定照射/非照射=1/3以外，用与实施例5同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图11D。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。(实施例9)在设定照射/非照射=2/3以外，用与实施例5同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图HE。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。(实施例10)在设定照射/非照射=2/3以外，用与实施例5同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图HF。上侧的光学照片是将焦点对准基板内部的改质区域而拍摄的。下侧的光学照片是将焦点对准基板表面的裂缝而拍摄的。在实施例5 10中，通过如上设定脉冲激光束的照射能量、加工点深度、及照射非照射的间隔，可以如图11所示，在被加工基板表面形成连续的裂缝。
特别是，使用实施例8的条件，在被加工基板表面形成了比较直线的裂缝。并且，实施例8的条件的切断力也小。不过，可以看出与实施例I 4的照射能量为50mW的情况相比较，表面的裂缝弯曲，裂缝发生的区域的宽度变大的倾向。因此，切断部的直线性也在50mff的情况下是优良的。这认为是因为90mW的情况下，与50mW相比较，集中在窄的区域内的激光光的功率过大。(实施例11)通过实施方式所记载的方法，使用下述条件进行了激光切片。被加工基板蓝宝石基板，基板厚100 μ m激光光源Nd =YVO4激光波长532nm
照射能量50mW激光频率20KHz照射光脉冲数(Pl) :1非照射光脉冲数(P2) :2载物台速度25mm/ sec加工点深度距离被加工基板表面约15. 2 μ m使用与实施例I相比加工点深度浅10 μ m的条件，即，用与实施例I相比较脉冲激光束的聚光位置更接近被加工基板表面的条件进行了切片加工。将激光切片的结果示于图12A。在基板表面上对焦来拍摄。在照片中，右侧的线(+ IOym)是实施例11的条件。为了进行比较，仅加工点深度不同的实施例I的条件(O)示于左侧。(实施例12)在设定照射/非照射=1/1以外，用与实施例11同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图12Β。(实施例13)在设定照射/非照射=2/2以外，用与实施例11同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图12C。(实施例14)在设定照射/非照射=1/3以外，用与实施例11同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图12D。(实施例15)在设定照射/非照射=2/3以外，用与实施例11同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图12Ε。在实施例11 15中，通过如上设定脉冲激光束的照射能量、加工点深度、及照射非照射的间隔，可以如图12所示，在被加工基板表面形成连续的裂缝。不过，与实施例I 4的情况相比较，在表面露出改质区域的大的龟裂。另外，可以看出表面的裂缝弯曲，裂缝发生的区域的宽度变大的倾向。(实施例16)通过实施方式所记载的方法，使用下述条件进行了激光切片。
被加工基板蓝宝石基板激光光源Nd =YVO4激光波长532nm照射能量90mW激光频率20KHz照射光脉冲数(Pl) :1非照射光脉冲数(P2) :1
载物台速度25mm/ sec加工点深度距离被加工基板表面约15. 2 μ m使用加工点深度比实施例5浅10 μ m的条件，即，脉冲激光束的聚光位置比实施例5更接近被加工基板表面的条件，进行了切片加工。将激光切片的结果示于图13A。在基板内部的改质区域上对焦来拍摄。在照片中，右侧的线(+ IOym)是实施例16的条件。为了进行比较，仅加工点深度不同的实施例5的条件(O)示于左侧。(实施例17)在设定照射/非照射=1/2以外，用与实施例16同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图13Β。(实施例18)在设定照射/非照射=2/2以外，用与实施例16同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图13C。(实施例19)在设定照射/非照射=1/3以外，用与实施例16同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图13D。(实施例20)在设定照射/非照射=2/3以外，用与实施例16同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图13Ε。(实施例21)在设定照射/非照射=1/4以外，用与实施例16同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图13F。在实施例16 21中，通过如上设定脉冲激光束的照射能量、加工点深度、及照射非照射的间隔，可以如图13所示，在被加工基板表面形成连续的裂缝。不过，与实施例5 10的情况相比较，在表面露出改质区域的大的龟裂。另外，可以看出表面的裂缝弯曲，裂缝发生的区域的宽度变大的倾向。因此，切断后的切断部也看出弯曲。以上，以上实施例I 21，从比较例I的评价，可以明白在被加工基板的厚度为ΙΟΟμπι的情况下，裂缝的直线性优良，所以切断部的直线性也优良，切断力还小的实施例I的条件是最佳的。(实施例22)通过实施方式所记载的方法，使用下述条件进行了激光切片。
被加工基板蓝宝石基板，基板厚150 μ m激光光源Nd =YVO4激光波长532nm照射能量200mW激光频率200KHz照射光脉冲数(Pl) :1非照射光脉冲数(P2) :2载物台速度5mm/ sec 加工点深度距离被加工基板表面约23. 4 μ m与实施例I 21是被加工基板厚为100 μ m的蓝宝石基板的情形相对，本实施例是被加工基板厚为150 μ m的蓝宝石基板。将激光切片的结果示于图16A。上侧是基板的切剖面的光学照片，下侧是基板剖面的照射图形的示意图。ON (带颜色)是照射区域，OFF (白色)是非照射区域。被加工基板是宽度约5mm的长方形状，在长方形的延伸方向上垂直地照射脉冲激光束，形成了裂缝。在形成裂缝之后，使用裂片机来评价切断所要的切断力。(实施例23)在设定照射/非照射=2/4以外，用与实施例22同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图16B。(实施例24)在设定照射/非照射=3/5以外，用与实施例22同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图16C。裂缝的直线性与实施例22 23的程度相同，切断后的切断部的直线性的程度也相同。并且，实施例22的切断所要的切断力是2. 39N 2. 51N,实施例23是2. 13N 2. 80N，实施例24是I. 09N I. 51N。其结果，得知切断所要的切断力为照射/非照射=3/5的实施例24的条件最少。因此，明确在被加工基板的厚度为150 μ m的情况下，实施例24的条件是最佳。以上，通过实施例可以知道，即使被加工基板的厚度发生了变化的情况下，在控制脉冲激光束的照射能量、脉冲激光束的加工点深度等的基础上，还对脉冲激光束的照射和非照射，与脉冲激光束同步相同，与加工控制用的时钟信号同步进行控制，以光脉冲为单位进行切换，从而可以实现最佳的切断特性。而且，在实施例中例示了被加工基板为IOOym和150 μ m的情况，但即使是更厚的200 μ m、250 μ m的被加工基板也可以实现最佳的切断特性。(实施例25)通过实施方式所记载的方法，使用下述条件进行了激光切片。被加工基板水晶基板，基板厚100 μ m激光光源Nd =YVO4激光波长532nm照射能量250mW激光频率IOOKHz
照射光脉冲数(PI ):3非照射光脉冲数(P2) :3载物台速度5mm/ sec加工点深度距离被加工基板表面约10 μ m被加工基板是宽度约5mm的长方形状，在长方形的延伸方向上垂直地照射脉冲激光束，形成了裂缝。在形成裂缝之后，使用裂片机进行切断。将激光切片的结果示于图18。图18A是基板上表面的光学照片，图18B是基板剖面的光学照片。如图18所示使被加工基板为水晶基板的情况下，也在内部形成改质层，在被加工基板表面形成连续的裂缝。因此，能通过裂片机进行直线的切断。(实施例26)·通过实施方式所记载的方法，使用下述条件进行了激光切片。被加工基板石英玻璃基板，基板厚500 μ m
激光光源Nd =YVO4激光波长532nm照射能量150mW激光频率IOOKHz照射光脉冲数(Pl) :3非照射光脉冲数(P2) :3载物台速度5mm/ sec加工点深度距离被加工基板表面约12 μ m被加工基板是宽度约5mm的长方形状，在长方形的延伸方向上垂直地照射脉冲激光束，形成了裂缝。在形成裂缝之后，使用裂片机进行切断。将激光切片的结果示于图19。图19是基板上表面的光学照片。(实施例27)在设定加工点深度为距离被加工基板表面约14 μ m以外，用与实施例26同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图19。(实施例28)在设定加工点深度为距离被加工基板表面约16 μ m以外，用与实施例26同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图19。(比较例2)在设定加工点深度为距离被加工基板表面约18 μ m以外，用与实施例26同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图19。(比较例3)在设定加工点深度为距离被加工基板表面约20 μ m以外，用与实施例26同样的方法进行了激光切片。将激光切片的结果示于图19。如图19所示使被加工基板为石英玻璃基板的情况下，使用实施例26 实施例28的条件，也在被加工基板表面形成连续的裂缝。因此，通过裂片机能够进行直线的切断。特别是，在实施例27中，可以形成直线性最高的裂缝，能够进行直线性高的切断。在比较例2、3中，条件未被最佳化，在基板表面未形成连续的裂缝。
以上，通过实施例25 28可以知道，在被加工基板从蓝宝石基板变为水晶基板、石英玻璃基板的情况下，也可以在控制脉冲激光束的照射能量、脉冲激光束的加工点深度等的基础上，对脉冲激光束的照射和非照射，与脉冲激光束同步相同，与加工控制用的时钟信号同步进行控制，以光脉冲为单位进行切换，从而能够实现最佳的切断特性。·
权利要求
1.一种激光切片方法,其特征在于， 将被加工基板放置于载物台； 发生时钟信号； 射出与上述时钟信号同步的脉冲激光束； 使上述被加工基板和上述脉冲激光束相对地移动； 与上述时钟信号同步，使用脉冲选择器控制上述脉冲激光束的通过和遮断，从而以光脉冲为单位对上述脉冲激光束向上述被加工基板的照射和非照射进行切换； 在上述被加工基板中形成到达基板表面的裂缝； 其中，通过控制上述脉冲激光束的照射能量、上述脉冲激光束的加工点深度、以及上述脉冲激光束的照射区域和非照射区域的长度，而于上述被加工基板表面连续地形成上述裂缝。
2.如权利要求I记载的激光切片方法，其中， 于上述被加工基板表面大致呈直线地形成上述裂缝。
3.如权利要求I记载的激光切片方法，其中， 上述被加工基板的位置和上述脉冲选择器的动作开始位置同步。
4.如权利要求I记载的激光切片方法，其中， 上述被加工基板是蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
5.如权利要求3记载的激光切片方法，其中， 通过使上述载物台与上述时钟信号同步地移动，而使上述被加工基板和上述脉冲激光束相对地移动。
全文摘要
本发明涉及激光切片方法，将被加工基板放置于载物台；发生时钟信号；射出与时钟信号同步的脉冲激光束；使被加工基板和脉冲激光束相对地移动；与时钟信号同步，使用脉冲选择器来控制脉冲激光束的通过和遮断，从而以光脉冲为单位对脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射进行切换；在被加工基板中形成到达基板表面的裂缝，其中，通过控制脉冲激光束的照射能量、脉冲激光束的加工点深度、以及脉冲激光束的照射非照射的间隔，从而于被加工基板表面连续地形成裂缝。
文档编号B23K26/00GK102896417SQ20121026529
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者井出光广, 林诚 申请人:东芝机械株式会社