专利名称：被加工物的分断方法及具光学元件图案的基板的分断方法
技术领域：
本发明涉及一种通过照射激光而分断被加工物的方法。
背景技术：
作为切出玻璃板或蓝宝石基板等较硬且较脆的材料(脆性材料)的加工方法，周知有各种方法。例如，作为玻璃板的加工，广为人知的有如下方法:以金刚石的结晶等从欲切开的材料的端部呈线状地设置较浅的伤痕(初期龟裂)即进行所谓的画线，并对所形成的初期龟裂的两侧施加力而使该初期龟裂沿厚度方向进展，从而分断玻璃板。然而，在此种方法的情况下，当进行分断作业时，根据画线的深度或力的施加方向等而在分断面产生倾斜、或向预料之外的方向破裂等，无法获得所期望的分断精度，在最差的情况下，也有整个材料破损的危险性。另外，广为人知的也有如下方法:通过预先对被加工物的端部赋予初期龟裂并从该端部进行利用激光的加热扫描，而使龟裂进展从而分断被加工物(例如，参照专利文献I)。在此种方法的情况下，如果作为分断对象的脆性材料为均质且所产生的应力场为理想的应力场，那么就有可高精度地控制龟裂进展的位置或方向等的可能性，但现实中，就材料的不均质性、或加热能量分布的不均一性、或加热点的高精度的位置控制的难度等方面而言，很难以高精度控制龟裂进展。此处所谓的高精度，是假设以μ m级的精度的位置控制。而且，就在被加工物的端部产生应力分散而应力分布变得不均匀等原因而言，在龟裂进展控制中，需要限制加工顺序或进行敢于错开加热点的处理等(例如，参照专利文献2) ο另外，当将在表面二维地排列有单位图案的脆性材料切出为每单位图案的单片(芯片单位)的情况等时，在设为通过激光割断而进行在彼此正交的2个方向上的切出的情况下，在某一方向上切出后，再于与该方向正交的方向上进行切出，但在如大量的芯片加工的情况下，初期龟裂的赋予方法等变得更加繁杂。作为以上方法的组合，也已知有如下方法:在利用金刚石或维氏压头等在硬脆性材料基板(例如玻璃、硅、陶瓷、蓝宝石等)的端部设置微小的伤痕(初期龟裂)后，在基板背面侧配置激光吸收材，并对基板背面利用经焦点对准的激光照射进行局部加热，通过由此产生的应力集中而使龟裂进展从而分断玻璃(例如，参照专利文献3)。或者，也周知有如下方法:在预先在被加工物的表面机械地或借助激光的照射而施加称为画线或划线的线状加工痕后，沿着此种加工痕进行利用激光的照射加热，而产生从该加工痕的裂痕进展，由此分断被加工物(例如，参照专利文献4及专利文献5)。此外，在专利文献3中，也揭示有从与画线相反侧的面照射激光而进行分断的形态。进而，还已周知有如下方法:通过在发光元件的侧面借助干式蚀刻而设置凹凸而提高发光效率(例如，参照专利文献6)。[背景技术文献][专利文献][专利文献I]日本专利特公平3-13040号公报[专利文献2]日本专利特开平9-45636号公报[专利文献3]日本专利特开2008-62547号公报[专利文献4]日本专利第2712723号公报[专利文献5]日本专利第3036906号公报[专利文献6]日本专利第3852000号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]在专利文献3中揭示的方法的情况下，通过激光直接加热的终归是激光吸收材，硬脆性材料基板只是通过来自激光吸收材的热传导而间接被加热。因此，难以确保热传导的均一性，且拉伸应力未必作用于意图作用的方向上。另外，与如专利文献I中揭示的以往的激光割断同样，难以控制龟裂的进展方向。因此，难以通过此种方法进行高精度的分断。另外，专利文献4及专利文献5中揭示的充其量不过是通过沿着机械地或利用激光形成的加工痕照射激光而分断被加工物的基本原理，关于高效率地进行此种分断的方法，并未作任何揭示及暗示。另外，专利文献6中，关于通过对发光元件的半导体膜的侧面实施凹凸加工而提高光提取效率进行了揭示，但关于对于作为该基材的蓝宝石晶片的加工并未作揭示。如果利用专利文献6中揭示的方法对蓝宝石基板实施凹凸加工，那么需要重新进行抗蚀剂涂布处理，并且蚀刻本身需要时间，因而存在生产率较低这一问题。本发明是鉴于所述课题而完成的，目的在于提供一种可高精度且高效率地分断包含脆性材料的被加工物的技术。另外，特别是提供一种当在表面二维地形成着发光元件图案的具图案的基板为被加工物的情况下，除这些高精度且高效率的加工以外，还同时实现提高发光元件的发光效率的技术。[解决问题的技术手段]为解决所述课题，技术方案I的发明的特征在于:它是分断被加工物的方法；且包括:划线加工步骤，通过使第I激光从第I出射源出射，并对所述被加工物的划线面照射所述第I激光，而在所述划线面上形成划线；及照射加热步骤，通过使第2激光从第2出射源出射，并从所述划线面的相反面即非划线面侧沿着所述划线照射所述第2激光，而将所述被加工物沿着所述划线进行加热；且在所述照射加热步骤中，通过在以使所述划线面与冷却介质接触的方式将所述被加工物载置于所述冷却介质上的状态下使所述第2激光沿着所述划线相对地进行扫描，而借助所述第2激光向所述非划线面的照射而使形成在包含所述划线面的所述被加工物的内部即所述划线附近的拉伸应力场移动并冷却，由此，通过使因所述划线位于所述拉伸应力场内而产生的从所述划线向所述非划线面的裂痕的进展沿着所述划线依序产生，从而将所述被加工物分断。技术方案2的发明是如技术方案I的分断方法，其特征在于:在所述照射加热步骤中，在利用调整机构调整从所述第2出射源出射的所述第2激光的照射范围后，将所述第2激光照射至所述非划线面。技术方案3的发明是如技术方案I或技术方案2的分断方法，其特征在于:所述第2激光是CO2激光。技术方案4的发明是如技术方案3的分断方法，其特征在于:在所述照射加热步骤中，以脉冲振荡模式照射所述第2激光，在通过分断所述被加工物而形成的单片的分断面上，产生具有与脉冲振荡周期对应的周期的全反射率降低用的起伏。技术方案5的发明是如技术方案I或技术方案2的分断方法，其特征在于:所述第I激光是YAG(Yttrium Aluminum Garnet,乾招石槽石)激光的3倍高次谐波。技术方案6的发明是如技术方案I或技术方案2的分断方法，其特征在于:更包括将所述被加工物的水平面内的姿势进行修正的对准处理步骤；且对于进行了所述对准处理步骤的所述被加工物，进行所述划线加工步骤及所述照射加热步骤。技术方案7的发明是如技术方案I或技术方案2的分断方法，其特征在于:在所述划线加工步骤中，通过在所述第I激光的被照射位置产生熔融及再固化而将所述被照射位置设为变质区域，而形成所述划线。技术方案8的发明是如技术方案I或技术方案2的分断方法，其特征在于:在所述划线加工步骤中，通过在所述第I激光的被照射位置产生烧蚀(ablation)而在所述被照射位置形成槽部，而形成所述划线。技术方案9的发明是如技术方案I或技术方案2的分断方法，其特征在于:在所述划线加工步骤中，在彼此正交的第I方向与第2方向上分别形成复数条划线；且在所述照射加热步骤中，在从所述非划线面侧进行沿着在所述第I方向上延伸的所述划线的照射加热后，进行沿着在所述第2方向上延伸的所述划线的照射加热。技术方案10的发明是如技术方案9的分断方法，其特征在于:在所述照射加热步骤中，将所述第2激光的照射光束直径设为形成所述划线时的间距以下。技术方案11的发明的特征在于:它是分断在表面二维地形成着光学元件图案的具光学元件图案的基板的方法；且包括:划线加工步骤，通过使第I激光从第I出射源出射，并对所述具光学元件图案的基板的划线面照射所述第I激光，而在所述划线面上形成划线；及照射加热步骤，使作为CO2激光的第2激光从第2出射源出射，并从所述划线面侧沿着所述划线照射所述第2激光，而将所述具光学元件图案的基板沿着所述划线进行加热；且在所述照射加热步骤中，通过使所述第2激光沿着所述划线相对地进行扫描而使在所述具光学元件图案的基板上借助所述第2激光的照射而形成在照射加热区域的周围的拉伸应力场移动，由此，通过使因所述划线位于所述拉伸应力场内而产生的从所述划线向所述非划线面的裂痕的进展沿着所述划线依序产生，而分断所述具光学元件图案的基板，并且通过使所述第2激光以脉冲振荡模式出射，而在借由分断所述被加工物而形成的光学元件单片的分断面上，产生具有与脉冲振荡周期对应的周期的全反射率降低用的起伏。[发明的效果]根据技术方案I至技术方案11的发明，通过沿着借由照射第I激光而预先形成在被加工物的预定分断位置的划线照射第2激光而加热被加工物，而使拉伸应力作用于划线，从而使从划线向非划线面的裂痕的进展沿着划线的延伸方向依序产生，由此可高精度地分断被加工物。而且，通过对非划线面进行第2激光的照射而使裂痕的进展更高效率地产生，因此可高效率地进行以较高的精度的分断。特别是根据技术方案4及技术方案11的发明，可在分断对象物的分断面上有目的地产生起伏。由此，例如，当在表面二维地形成着LED (Light Emitting Diode,发光二极管)图案的蓝宝石基板即LED制造用基板为分断对象物，且如将该基板分断成LED芯片单位的单片的情况下，可抑制在LED芯片的分断面上的全反射，从而提高LED芯片的发光效率。
图1是示意性地表示分断加工中途的情况的图。图2是使用CO2激光作为加热用激光LBh而分断蓝宝石基板时的分断面的SEM像。图3 (a)、(b)是表示在分断面较为平坦的情况下与在平坦面存在起伏的情况下的分断面中的光的前进方向的不同的图。图4是概略地表示分断装置100的构成的图。图5是表示划线用激光光学系统20的详细构成的图。图6是表示加热用激光光学系统30的详细构成的图。图7是示意性地表示通过加热用激光LBh而扫描被加工物W的非划线面W2的形态的图。图8是示意性地表示通过加热用激光LBh而扫描被加工物W的非划线面W2的形态的图。图9是表示分断装置200的概略构成的图。图10是表示在对划线面Wl照射加热用激光LBh的构成中，冷却拉伸应力场SF2的情况的模式图。图11是表示在对划线面Wl照射加热用激光LBh的构成中，冷却拉伸应力场SF2的情况的模式图。图12是概略地表示在分断装置100中实现冷却气体CG的喷射的构成的一例的图。图13是概略地表示在分断装置200中设置冷却拉伸应力场SF2的构成的情况的一例的图。图14是表示对非划线面W2照射加热用激光LBh的另一形态的图。[符号的说明]10 平台部11 XY 平台12 加工用平台13 冷却机构20 划线用激光光学系统21 激光振荡器21a 快门22 衰减器23 物镜
24 镜30 加热用激光光学系统31 激光振荡器31a 快门32 衰减器33 光束调整机构34 物镜35 镜36喷嘴37 冷却气体供给源38 供给管40 光学系统50 控制系统60反转机构61 夹头
62 升降部63反转部100 分断装置200 分断装置CG 冷却气体CR 裂痕LO 预定分断位置LBh 加热用激光LBs 划线用激光SFl 压缩应力场SF2拉伸应力场SL 划线TS 拉伸应力W 被加工物Wl (被加工物的)划线面W2 (被加工物的)非划线面
具体实施例方式〈加工的基本原理〉首先，对于本实施方式的加工(分断加工)的基本原理进行说明。在本实施方式中进行的分断加工大致如下:在通过对被加工物(分断对象物)W的预定分断位置照射第I激光(划线用激光)而形成划线SL后，通过利用第2激光(加热用激光)的照射进行加热(激光加热)而在该划线SL附近产生应力场，由此，通过使龟裂(裂痕)从作为初期龟裂的划线SL开始进展，而分断被加工物。
作为被加工物W，例如符合的有:玻璃板或蓝宝石基板等脆性材料、或在包含这些脆性材料的基板的表面通过薄膜层等而二维地形成单位图案而成的基板(以下，具图案的基板)等。图1是示意性地表示在本实施方式中进行的分断加工中途的情况的图。更具体而言，图1是表示通过沿着预先形成在被加工物W上的划线SL照射加热用激光LBh而进行激光加热的情况。此外，在以下说明中，将被加工物W中形成着划线SL的面、或预定形成划线SL的面称为划线面W1，将该划线面Wl的相反面称为非划线面W2。另外，在图1中，表示通过使加热用激光LBh在由箭头ARl表示的扫描方向(当然也可为划线SL的延伸方向)上移动而扫描划线面Wl的情况，但也可代替该情况而为如下形态:使加热用激光LBh固定地照射某一照射位置，另一方面，通过未图示的移动手段而使被加工物W移动，由此利用加热用激光LBh实现向箭头ARl方向的相对扫描。如果照射加热用激光LBh，那么被加工物W的划线面Wl中的加热用激光LBh的照射区域被加热而膨胀，如图1所示，成为压缩应力场SF1。另一方面，该压缩应力场SFl的外周区域收缩，成为拉伸应力场SF2。如果划线SL包含在该拉伸应力场SF2中，那么在被加工物W中，在该划线SL的侧方拉伸应力TS发挥作用。通过此种拉伸应力TS的作用而裂痕CR从划线SL向非划线面W2侧的预定分断位置LO进展。而且，如上所述，由于加热用激光LBh沿着划线SL相对地进行扫描，因而拉伸应力场SF2也随之沿着划线SL移动。于是，裂痕CR向非划线面W2侧进展的部位沿着划线SL的延伸方向、即加热用激光LBh的扫描方向迁移。因此，如果从设置在划线面Wl侧的预定分断位置的划线SL的一端至另一端照射加热用激光LBh，那么可在划线SL的整个形成位置，依序产生裂痕CR向预定分断位置LO的进展，因而，作为结果，可分断被加工物W。此为本实施方式的分断加工的基本原理。在以此种形态分断被加工物W的情况下，在准确地定位被加工物W后，将高精度地形成在划线面Wl上的特定位置而成的划线SL设为初期龟裂，使裂痕CR向非划线面W2侧进展。通常，与划线SL的长度相比，被加工物W的厚度非常地小，另外，由于通过加热用激光LBh而形成的拉伸应力场SF2相对均匀，因而不易产生分断位置的偏移。也就是说，在本实施方式中，可进行精度优异的分断。作为结果，可实现以Pm级的精度的分断。此外，当将在表面二维地形成着LED图案的蓝宝石基板即LED制造用基板等具图案的基板分断为每单位图案的单片(芯片单位)的情况等时，在将预定分断位置设定为格子状的情况下，在彼此正交的第I方向与第2方向上分别依序形成复数条划线SL后，对于各方向依序进行利用加热用激光LBh的加热。在此种情况下，如果通过加热用激光LBh而进行沿着某一在第I方向上延伸的划线SL(第I划线)的激光加热，那么在同与其正交的另一划线SL(第2划线)的格子点附近，在沿第2方向延伸的第2划线上裂痕CR也局部地略微向非划线面W2进展。然而，在此种情况下，通过之后进行沿着第2划线的激光加热，也可进行精度上无问题的分断。对于划线用激光，只要根据被加工物W的材质等选择适当的脉冲激光来使用即可。例如，如果在蓝宝石基板、或使用蓝宝石基板制作的具图案的基板即LED制造用基板为被加工物W的情况下，那么优选的一例是使用YAG激光的3倍高次谐波(波长355nm)。另夕卜，为了提高在预定分断位置的分断精度及确实性，而较理想的是将划线SL形成为尽可能地细，因此划线用激光在数ym 十几μπι左右的照射范围(照射光束直径)内进行照射。另外，就加工效率(能量利用效率)的观点而言，划线用激光以在被加工物W的划线面Wl或内部的划线面Wl附近(从划线面Wl起至数十μ m左右为止的范围)聚焦的方式被照射。此外，在本实施方式中，所谓照射光束直径是指在假设所照射的激光光束的剖面的能量分布为高斯分布形状的情况下，能量值为中心的最高值的Ι/e2以上的区域的直径。另外，关于划线SL，既可为将在划线用激光的被照射位置通过使物质蒸发而形成的剖面观察为三角形状或楔形状的槽部设为划线SL的形态，也可为将在该被照射位置通过使物质熔融、再固化(融解改质)而形成的剖面观察为三角形状或楔形状的变质区域设为划线SL的形态。根据采用哪一形态，而决定划线用激光的照射条件(脉冲宽度、重复频率、峰值功率密度、扫描速度等)。另外，图1中例示了连续地形成着划线SL的情况，但划线SL的形成形态并不限于此。例如，也可为沿着预定分断位置呈点线状或虚线状地形成划线SL的形态。另一方面，作为加热用激光LBh，优选的是使用作为长波长激光的CO2激光(波长9.4μπι 10.6μπι)。CO2激光由于在玻璃或蓝宝石的表面确实地被吸收，因而可确实地产生从划线SL的裂痕CR的进展。此外，与划线SL的形成这一以被加工物的加工为目的而照射的划线用激光不同，加热用激光LBh是以通过加热被加工物而在形成在加热区域的压缩应力场SFl的周围形成拉伸应力场SF2这一目的而照射的激光。因此，在不使被加工物破坏或变质、或使拉伸应力场SF2形成为尽可能地广时，加热用激光LBh的照射范围比划线用激光大即可。例如，在被加工物的厚度为150 μ m的情况下，只要为ΙΟΟμπι ΙΟΟΟμπι左右即可。然而，在如从具图案的基板中切出矩形形状的芯片的情况下，将加热用激光LBh的照射光束直径设定为与芯片的平面尺寸(与预定分断位置的间距大致同等)相同或其以下。在使照射光束直径大于芯片的平面尺寸的情况下，产生无法良好地进行分断因而无法获得特定形状的芯片的情况，故而欠佳。<加热用激光的振荡模式与分断面的形状的关系>例如，在使用CO2激光作为加热用激光LBh的情况下，能以连续振荡模式与脉冲振荡模式这两种振荡模式照射加热用激光LBh。而且，根据该振荡模式，确认到被加工物W的分断面的形状产生不同。具体而言，在连续振荡模式的情况下，通过裂痕进展而形成的分断面成为非常光滑的平坦面。另一方面，在脉冲振荡模式的情况下，在分断面上形成与脉冲振荡周期对应的周期性的起伏(凹凸)。图2是使用CO2激光作为加热用激光LBh而分断蓝宝石基板时的分断面的SEM(Scanning Electron Microscope,扫描电子显微镜)像。图中，“Fracture surface (破裂面)”是分断面，Groove (沟槽)是划线，“Feeddirection (进给方向)”是蓝宝石基板的移动方向(激光的扫描方向的相反方向)。在图2所示的情况下，分断面虽透明，但却以数十μ m的间距形成着起伏而成。通常，优选的是被加工物W的分断面为平坦面，因而多数情况下，加热用激光LBh的照射以连续振荡模式来进行。相对于此，也有优选的是在分断面上有目的地(积极地)产生起伏的情况。例如，在表面二维地形成着LED (发光元件)图案的蓝宝石基板(晶片)即LED制造用基板为被加工物W，且将该基板分断为LED芯片单位的单片的情况就符合该情况。图3是表示在分断面为平坦的情况下与在平坦面存在起伏的情况下的分断面中的光的前进方向的不同的图。
通常，发光元件(LED芯片)被要求在设置在基板上的发光元件构造部分产生的发光尽可能地不被遮挡便向外部提取。由于此种光的一部分也入射至基板部分，因而为了提高发光元件的实质的发光效率(光的提取效率)，而需要在基板部分也使发出的光尽可能地透过。另一方面，在光从折射率较大的介质中向折射率较小的介质中前进的情况下，有相对于其界面(入射面)以临界角Θ。以上入射的光被全反射这一光学上的限制(斯奈尔定律)。例如，在光从蓝宝石向空气前进的情况下，Θ。= 34.4°。如果分断面为平坦面，那么如图3 (a)所示，在发光元件部分产生的光中以临界角Θ。以上的入射角入射至分断面的光全部被反射。另外，理论上，根据产生后的行进方向，继续遭受全反射，作为结果，也会产生成为封闭在LED芯片内部的状态的光。如上所述，如果在光从蓝宝石向空气前进的情况下，那么以34.4°以上55.6°以下的入射角入射至分断面的光就符合该情况。相对于此，在分断面存在起伏的情况下，如图3(b)所示，即使是从与图3(a)的情况相同的方向入射的光，也会根据其入射位置而入射角小于图3(a)，因而产生透过分断面的成分。另外，即使在某一分断面遭到反射，在不同的分断面进行透过的概率也会变高。也就是说，可降低入射至分断面的光在该分断面被全反射的比例(全反射率)。因此，在分断面存在起伏的情况下，相较于分断面为平坦面的情况，实现易于提取所产生的光的状态。此夕卜，在实际的发光元件中，LED芯片的基板未必直接露出在外部，有通过树脂而密封等情况，但即使在此种情况下，也同样地获得所述效果。鉴于以上，在被加工物W为LED制造用基板，且将该基板分断为LED芯片单位的情况下，通过以脉冲振荡模式照射加热用激光LBh而在分断面产生起伏的形态来进行分断。由此，可获得光提取效率较高的LED芯片。此种方法可与被加工物W的分断的同时形成起伏，因而与例如如专利文献6中揭示的使用干式蚀刻来形成凹凸的方法相比，为高效率且生产率较高的方法。〈分断装置〉其次，基于所述加工原理，对进行被加工物的分断的分断装置进行说明。图4是概略地表示分断装置100的构成的图。如图4所示，分断装置100主要包括平台部10、划线用激光光学系统20、加热用激光光学系统30、及位置读取光学系统40。另外，分断装置100例如包含未图示的CPU (Central Processing Unit,中央处理器)、ROM (Read Only Memory,只读存储器)、RAM (Random Access Memory，随机存取存储器)等，且包括控制系统50，通过在划线用激光光学系统20、加热用激光光学系统30、及位置读取光学系统40等之间授受各种信号，而控制各构成要素的动作。此外，控制系统50既可为与其他构成要素作为一体而并入分断装置100的本体中的形态，也可为例如包含个人计算机等，且与分断装置100的本体分开地设置的形态。平台部10主要包含XY平台11、及设置在该XY平台11上的加工用平台12。XY平台11基于来自控制系统50的驱动控制信号sgl，而在水平面内(XY平面内)的彼此正交的2个方向(X方向、Y方向)上移动自如。此外，将XY平台11的位置信息信号sg2不断地反馈至控制系统。加工用平台12是用以在其上载置固定被加工物W的部位。加工用平台12包括未图示的吸附机构，且以如下方式构成:通过基于来自控制系统50的吸附控制信号sg3而使吸附机构作动，而将被加工物W吸附固定在加工用平台12的上表面12a。另外，加工用平台12包括未图示的旋转驱动机构，且也可基于来自控制系统50的旋转控制信号sg4而在水平面内进行旋转动作。此外，虽在图4中省略图示，但也可为如下形态:在向加工用平台12固定时，在被加工物W的非划线面W2侧(载置面侧)贴附黏着性膜，并将被加工物W与该膜一同固定。划线用激光光学系统20是基于由控制系统50提供的划线用激光控制信号sg5而对被加工物W照射划线用激光的部位。图5是表示划线用激光光学系统20的详细构成的图。如图5所示，划线用激光光学系统20主要包括:激光振荡器21，是作为划线用激光LBs的光源(出射源)；衰减器22，用以进行从激光振荡器21出射的划线用激光LBs的光量调整；及物镜23，用以进行划线用激光LBs的焦点调整。此外，如上所述，作为划线用激光LBs，使用与被加工物W的材质等对应的脉冲激光，因而激光振荡器21只要根据所使用的划线用激光LBs的种类进行选择即可。另外，在划线用激光光学系统20中还包括镜24，通过反射划线用激光LBs而适当转变划线用激光LBs的光路方向。此外，在图5中虽例示了仅包括I个镜24的情况，但镜24的数量并不限于此，根据划线用激光光学系统20内部或进而分断装置100内部的布局上的要求及其他原因，也可为设置更多的镜24，且适当设定划线用激光LBs的光路的形态。更详细而言，在激光振荡器21中，设置有用以切换划线用激光LBs的出射/非出射的快门21a。快门21a的开关动作是基于作为划线用激光控制信号sg5的一种的ON(开)/OFF(关)控制信号sg5a而进行控制的。另外，衰减器22中的划线用激光LBs的光量的调整是基于作为划线用激光控制信号sg5的一种的输出功率控制信号sg5b而进行控制的。在划线用激光光学系统20中，从激光振荡器21出射且由衰减器22调整光量的划线用激光LBs以在被加工物W的划线面Wl或内部的划线面Wl附近(从划线面Wl起至数十μ m左右为止的范围)聚焦的方式，且以照射光束直径成为数μπι 十几μ m左右的方式调整物镜23的配置位置。由此，形成良好的划线SL。加热用激光光学系统30是基于由控制系统50提供的加热用激光控制信号sg6而对被加工物W照射加热用激光的部位。图6是表不加热用激光光学系统30的详细构成的图。如图6所不,加热用激光光学系统30主要包括:激光振荡器31，是作为加热用激光LBh的光源(出射源)；衰减器32，用以进行从激光振荡器31出射的加热用激光LBh的光量调整；光束调整机构33，用以调整对被加工物W的加热用激光LBh的照射范围；及物镜34，用以进行加热用激光LBh的焦点调整。如上所述，作为加热用激光LBh使用CO2激光，因而激光振荡器31为CO2激光用的振荡器。另外，在加热用激光光学系统30中还包括镜35，通过反射加热用激光LBh而适当转变加热用激光LBh的光路的方向。此外，在图6中虽例示了仅包括I个镜35的情况，但镜35的数量并不限于此，根据加热用激光光学系统30内部或进而分断装置100内部的布局上的要求及其他原因，也可为设置更多的镜35，且适当设定加热用激光LBh的光路的形态。
更详细而言，在激光振荡器31中，设置有用以切换加热用激光LBh的出射/非出射的快门31a。快门31a的开关动作是基于作为加热用激光控制信号sg6的一种的0N/0FF控制信号sg6a而进行控制的。另外，衰减器32中的加热用激光LBh的光量的调整是基于作为加热用激光控制信号sg6的一种的输出功率控制信号sg6b而进行控制的。另外，为了调整从激光振荡器31直线地出射的加热用激光LBh的照射范围而包括光束调整机构33。光束调整机构33例如可通过适当组合各种透镜而实现，且可通过调整这些透镜的位置，而对被加工物W以适当的照射范围照射加热用激光LBh。此外，在图6中，例示了通过利用光束调整机构33的调整，而加热用激光LBh以大于从激光振荡器31出射时的光束直径的照射范围照射至被加工物W的情况。位置读取光学系统40利用未图示的CO)(Charge Coupled Device,电荷稱合器件)摄像机等对吸附固定在加工用平台12的被加工物W进行摄像，并将所获得的摄像图像的数据作为图像信息信号sg7而提供给控制系统50。控制系统50基于所获得的图像信息信号sg7而进行XY平台11的移动范围、或划线用激光LBs或加热用激光LBh的照射位置等的设定。在具有如上构成的分断装置100中，通过在将被加工物W吸附固定在加工用平台12的状态下使XY平台11移动，而可将被加工物W相对于划线用激光光学系统20、加热用激光光学系统30、及位置读取光学系统40的各者从下方对向配置。此外，在此种情况下，被加工物W以划线面Wl成为上表面(非载置面)的方式固定在加工用平台12上。而且，通过在使被加工物W与划线用激光光学系统20对向配配置的状态下从划线用激光光学系统20对被加工物W照射划线用激光LBs并且使XY平台11移动，而实现对于被加工物W的划线用激光LBs的相对扫描。通过使划线用激光LBs沿着划线面Wl的预先假设的预定分断位置相对地进行扫描，而可形成划线SL。同样地，通过在使被加工物W与加热用激光光学系统30对向配置的状态下从加热用激光光学系统30对被加工物W照射加热用激光LBh并且使XY平台11移动，而实现对于被加工物W的加热用激光LBh的相对扫描。通过使加热用激光LBh沿着借助划线用激光LBs的照射而形成的划线SL相对地进行扫描，而使裂痕CR从划线SL向被加工物W的非划线面W2的预定分断位置进展，由此，可分断被加工物W。另外，在分断装置100中，可在使被加工物W与位置读取光学系统40对向配置的状态下进行利用位置读取光学系统40的被加工物W的摄像，并基于所获得的摄像图像数据，而进行修正被加工物W的水平面内的倾斜(姿势)的对准动作。具体而言，控制系统50基于该摄像图像数据的图像内容(例如，对准标记的配置位置或重复图案的配置位置等)而特定被加工物W的水平面内的倾斜(从XY平台11的移动方向的倾斜)，并对加工用平台12提供旋转控制信号sg4，使该加工用平台12旋转，以取消此种倾斜。作为特定被加工物W的水平面内的倾斜的主要方法，可应用图案匹配法等周知的方法。在通常的分断加工的情况下，在以划线面Wl成为上表面(非载置面)的方式将被加工物W固定在加工用平台12的状态下进行利用位置读取光学系统40的摄像及其后的对准处理后，进行利用划线用激光光学系统20的划线SL的形成，进而，通过在加热用激光光学系统30中照射加热用激光LBh而分断被加工物W。<对非划线面照射加热用激光>
以下，对于应用了所述原理的各种分断处理的形态依序进行说明。图7及图8是示意性地表示通过加热用激光LBh而扫描被加工物W的非划线面W2的形态的图。图7是与划线SL的延伸方向垂直的被加工物W的剖视图，图8是沿着划线SL的被加工物W的剖视图。在图7及图8所示的情况下，与图1的情况不同，预先形成着划线SL的划线面Wl载置于加工用平台12，且向作为非载置面的非划线面W2的预定分断位置LO照射加热用激光LBh。如果以此种形态照射加热用激光LBh，那么非划线面W2的加热用激光LBh的照射位置附近成为压缩应力场SF1，其周围也包含压缩应力场SFl的下方成为拉伸应力场SF2。此外，在图7所示的情况下，例示了划线SL作为槽部而形成的情况，但划线SL的形成形态并不限于此(图7、图14也同样)。更具体而言，如果以图7所示的形态照射加热用激光LBh，那么不仅在非划线面W2而且在被加工物W的内部也形成拉伸应力场SF2。因此，拉伸应力TS作用于位于被加工物W的内部的划线SL的前端部分。其结果，裂痕CR从划线SL向其上方的预定分断位置LO进展。由于加热用激光LBh沿着图8中由箭头ARl表示的扫描方向进行扫描，因而裂痕CR的进展部位也随之移动。作为结果，与图1的情况同样地实现基板的分断。此外，如果更详细来说，那么通过加热用激光LBh而形成的应力场的空间上的分布本身既与图1的情况相同又与图7及图8的情况相同。在图1的情况下，将划线面Wl设为加热用激光LBh的被照射面，主要利用作为水平面的该划线面Wl内的应力分布使裂痕CR进展，相对于此，在图7及图8的情况下，主要利用被加工物W的厚度方向(剖面方向)上的应力分布使裂痕CR进展，在此方面两者不同。图9是表示实现如上对于非划线面W2照射加热用激光LBh的分断装置200的概略构成的图。此外，在图9中，对于与图4至图6所示的分断装置100相同的构成要素附注相同的符号。另外，图9中虽省略图示，但分断装置200与分断装置100同样地包括控制系统50。分断装置200概略上具有对于分断装置100附加反转机构60的构成。反转机构60相对于被加工物W如由箭头AR3所示般进退自如，且包括:夹头61，从侧方夹持被加工物W ;升降部62，使夹持着被加工物W的状态的夹头61如箭头AR4所示般在铅垂方向上升降；及反转部63，通过使夹持着被加工物W的状态的夹头61保持其夹持状态地围绕与图式垂直的轴反转180°而使被加工物W表里翻转。反转机构60按照来自控制系统50的控制信号进行动作。在包括此种反转机构60的分断装置200中，在以划线面Wl成为上表面(非载置面)的方式将被加工物W固定在加工用平台12的状态下，与分断装置100同样地，进行利用位置读取光学系统40的摄像及其后的对准处理、以及划线用激光光学系统20中的划线SL的形成。如果完成划线SL的形成，那么使固定被加工物W而成的加工用平台12向反转机构60的下方移动。如果被加工物W位于反转机构60的正下方，那么加工用平台12中的被加工物的吸引固定被解除，而由夹头61夹持被加工物W。夹持着被加工物W的夹头61借助升降部62而向上方提升。继而，在加工用平台12暂且从反转机构60的正下方退避后，反转部63使被加工物W反转。如果结束此种反转，那么加工用平台12再次向反转机构60的下方配置。而且，通过升降部62使夹头61下降，而被加工物W在非划线面W2成为上表面的状态下载置于加工用平台12，并再次被吸附固定。其后，在重新进行利用位置读取光学系统40的摄像及对准处理后，供于加热用激光光学系统30中的分断处理。此外，也可为如下形态:在将通过反转机构60而反转的被加工物W以非划线面W2为上表面而固定在加工用平台12之前，预先将贴具黏着性膜的环载置于加工用平台12上，并在该膜上配置经加工反转的被加工物W并贴附在该膜上，而将被加工物W与该膜一并固定。<拉伸应力场的冷却>作为使拉伸应力场SF2中的裂痕CR的进展更有效地产生的方法，有冷却拉伸应力场SF2的方法。图10及图11是表示在对划线面Wl照射加热用激光LBh的构成中，冷却拉伸应力场SF2的情况的模式图。图10是与划线SL的延伸方向垂直的被加工物W的剖视图，图11是被加工物W的上表面图。在图10及图11中，在通过加热用激光LBh而沿由箭头ARl所示的扫描方向扫描划线面Wl时,对于所形成的拉伸应力场SF2中的扫描方向后方的部分，喷射冷却气体CG(cooling gas)。如果以此种形态进行冷却，那么拉伸应力场SF2的被冷却的部位与通过加热用激光LBh的照射而加热的压缩应力场S Fl的温度差变得更高，拉伸应力场SF2中的拉伸应力变得更强。由此，提高裂痕CR的进展的确实性。作为结果，可更高精度地分断被加工物W。此外，作为冷却气体CG，例如只要适当使用惰性气体等与被加工物W不发生反应的气体即可。图12是概略地表示在图4至图6所示的分断装置100中实现冷却气体CG的喷射的构成的一例的图。也就是说，在图12所示的情况下，附设有用以对加热用激光光学系统30喷射冷却气体CG的喷嘴36，且可使从冷却气体供给源37通过供给管38而供给的冷却气体CG与加热用激光LBh的扫描(相对扫描)同步地从喷嘴36向拉伸应力场SF2喷射。然而，冷却拉伸应力场SF2的形态并不限于利用如上冷却气体CG的喷射的形态，只要无与被加工物的反应性、或分断装置的腐蚀等问题，那么也可进行利用液体的冷却。也就是说，也可进行利用包含气体及液体的流体的冷却。另外，也可为如通过使固体冷媒接近或接触于拉伸应力场SF2而进行冷却的形态。图13是概略地表示在图9所示的分断装置200中设置冷却拉伸应力场SF2的构成的情况的一例的图。在分断装置200中，从固定在加工用平台12的被加工物W的内部至载置面侧形成着拉伸应力场SF2。因此，如图13所示，在加工用平台12上设置用以将载置于其上表面的被加工物W从划线面Wl侧进行冷却的冷却机构13。通过设置此种冷却机构13，而拉伸应力场SF2中的拉伸应力进一步增强。由此，提高裂痕CR的进展的确实性。作为结果，可更高精度地分断被加工物W。作为冷却机构13，例如可使用珀尔帖(Peltier)元件或冷却板(coolplate)等。如以上说明般，根据本实施方式，通过照射划线用激光而沿着预先形成在被加工物的预定分断位置的划线照射加热用激光，并通过加热被加工物而使拉伸应力作用于划线，而使从划线向非划线面的裂痕的进展沿着划线的延伸方向依序产生，由此可分断被加工物。另外，通过冷却拉伸应力场，而可使裂痕的进展更高效率地产生。而且，照射划线用激光而形成划线的划线加工可在高精度地定位加工对象位置后进行。因此，在相同的装置内，在预定分断位置高精度地形成划线，紧接着，进行利用激光加热的拉伸应力的产生，由此可高效率地进行高精度的分断加工。〈变形例〉图14是表示对非划线面W2照射加热用激光LBh的另一形态的图。在所述实施方式中，表示通过使非划线面W2朝向上侧，且从上方照射加热用激光LBh，而对非划线面W2照射加热用激光LBh的形态，但也可代替该形态而如图14所示，通过在使非划线面W2朝向下侧的状态下从下方朝向非划线面W2照射加热用激光LBh，而使拉伸应力TS作用于划线SL。此可通过以下来实现:例如在分断装置100中，借由使加热用激光LBh透过的材质而形成加工用平台12，并在加工用平台12的下方设置加热用激光光学系统30。
权利要求
1.一种被加工物的分断方法，其特征在于:它是分断被加工物的方法；且包括: 划线加工步骤，通过使第I激光从第I出射源出射，并对所述被加工物的划线面照射所述第I激光，而在所述划线面上形成划线 '及 照射加热步骤，通过使第2激光从第2出射源出射，并从所述划线面的相反面即非划线面侧沿着所述划线照射所述第2激光，而将所述被加工物沿着所述划线进行加热；且 在所述照射加热步骤中，通过在以使所述划线面与冷却介质接触的方式将所述被加工物载置于所述冷却介质上的状态下，使所述第2激光沿着所述划线相对地进行扫描，而借助所述第2激光对所述非划线面的照射而使形成在包含所述划线面的所述被加工物的内部即所述划线附近的拉伸应力场移动并冷却，由此，通过使因所述划线位于所述拉伸应力场内而产生的从所述划线向所述非划线面的裂痕的进展沿着所述划线依序产生，从而将所述被加工物分断。
2.根据权利要求1所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 在所述照射加热步骤中，在利用调整机构调整从所述第2出射源出射的所述第2激光的照射范围后，将所述第2激光照射至所述非划线面。
3.根据权利要求1或2所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 所述第2激光是CO2激光。
4.根据权利要求3所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 在所述照射加热步骤中，以脉冲振荡模式照射所述第2激光，在通过分断所述被加工物而形成的单片的分断面上，产生具有与脉冲振荡周期对应的周期的全反射率降低用的起伏。
5.根据权利要求1或2所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 所述第I激光是YAG激光的3倍高次谐波。
6.根据权利要求1或2所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 更包括对准处理步骤，对所述被加工物的水平面内的姿势进行修正；且 对于进行了所述对准处理步骤的所述被加工物，进行所述划线加工步骤及所述照射加热步骤。
7.根据权利要求1或2所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 在所述划线加工步骤中，通过在所述第I激光的被照射位置产生熔融及再固化而将所述被照射位置设为变质区域，而形成所述划线。
8.根据权利要求1或2所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 在所述划线加工步骤中，通过在所述第I激光的被照射位置产生烧蚀而在所述被照射位置形成槽部，而形成所述划线。
9.根据权利要求1或2所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 在所述划线加工步骤中，在彼此正交的第I方向与第2方向上分别以特定间距形成复数条划线；且 在所述照射加热步骤中，在进行了从所述非划线面侧沿着在所述第I方向上延伸的所述划线的照射加热后，进行沿着在所述第2方向上延伸的所述划线的照射加热。
10.根据权利要求9所述的被加工物的分断方法，其特征在于: 在所述照射加热步骤中，将所述第2激光的照射光束直径设为形成所述划线时的间距以下。
11.一种具光学元件图案的基板的分断方法，其特征在于:它是分断在表面二维地形成着光学元件图案的具光学元件图案的基板的方法；且包括: 划线加工步骤，通过使第I激光从第I出射源出射，并对所述具光学元件图案的基板的划线面照射所述第I激光，而在所述划线面上形成划线 '及 照射加热步骤，通过使作为CO2激光的第2激光从第2出射源出射，并从所述划线面侧沿着所述划线照射所述第2激光，而将所述具光学元件图案的基板沿着所述划线进行加执.且在所述照射加热步骤中， 通过使所述第2激光沿着所述划线相对地进行扫描而使在所述具光学元件图案的基板上借助所述第2激光的照射而形成在照射加热区域的周围的拉伸应力场移动，由此，通过使因所述划线位于所述拉伸应力场内而产生的从所述划线向所述非划线面的裂痕的进展沿着所述划线依序产生，而分断所述具光学元件图案的基板；并且 通过使所述第2激光以脉冲振荡模式出射，而在借由分断所述被加工物而形成的光学元件单片的分断面上，产生具有与脉冲振荡周期对应的周期的全反射率降低用的起伏。
全文摘要
本发明涉及一种被加工物的分断方法及具光学元件图案的基板的分断方法。本发明提供一种可高精度且高效率地分断脆性材料被加工物的技术。本发明的被加工物的分断方法包括以下步骤通过对被加工物的划线面照射第1激光，而在划线面上形成划线；及通过从非划线面侧沿着划线照射第2激光，而将被加工物沿着划线进行加热；且在后一步骤中，通过在使划线面与冷却介质接触的状态下使第2激光进行相对扫描，而使形成在被加工物的内部即划线附近的拉伸应力场移动并冷却，由此，通过使因划线位于拉伸应力场内而产生的从划线向非划线面的裂痕的进展沿着划线依序产生，从而将被加工物分断。
文档编号B28D5/00GK103182602SQ20121052831
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月10日 优先权日2011年12月28日
发明者法贵哲夫, 长友正平 申请人:三星钻石工业股份有限公司