激光切割方法
激光切割方法
【专利摘要】一种激光切割方法，与时钟信号同步地使用脉冲选择器控制脉冲激光束的通过和截断，从而以光脉冲为单位切换脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射，以裂纹在被加工基板表面上连续的方式形成在被加工基板到达基板表面的裂纹，该激光切割方法具有：第一裂纹形成步骤，对被加工基板沿着第一直线照射脉冲激光束；以及第二裂纹形成步骤，对被加工基板沿着与第一直线正交的第二直线照射脉冲激光束，在第一直线与第二直线交叉的区域，在第一裂纹形成步骤或第二裂纹中形成步骤使脉冲激光束的光脉冲密度增加。
【专利说明】激光切割方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2012年7月6日提交的日本专利申请(JPA) N0.2012-152237并主张其优先权，该申请的全部内容通过引用包含于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及使用脉冲激光束的激光切割(dicing)方法。
【背景技术】
[0004]JP3867107公开了在半导体基板的切割中使用脉冲激光束的方法。在JP3867107的方法中，通过由脉冲激光束产生的光学损伤，在加工对象物的内部形成变性区域(性质变化区域)。而且，以该变性区域为起点切断加工对象物。
[0005]在现有的技术中，以脉冲激光束的能量、光点直径、脉冲激光束与加工对象物的相对移动速度等作为参数来控制变性区域的形成。
[0006]在切割中要求切断部的高直线性。例如，如果只切断成锯齿形状，则产生以下问题:切割对形成于加工对象物的半导体元件的影响及元件特性恶化，或者必须扩大切割线的宽度而能够在基板上形成的元件数减少。
【发明内容】
[0007]本发明的一个形态的激光切割方法，其特征在于，将被加工基板载置于载物台，产生时钟信号，射出与所述时钟信号同步的脉冲激光束，使所述被加工基板与所述脉冲激光束相对移动，与所述时钟信号同步地使用脉冲选择器控制所述脉冲激光束的通过和截断，从而以光脉冲为单位切换所述脉冲激光束向所述被加工基板的照射和非照射，通过控制所述脉冲激光束的照射能量、所述脉冲激光束的加工点深度、以及所述脉冲激光束的照射区域和非照射区域的长度，以裂纹在所述被加工基板表面上连续的方式形成在所述被加工基板上到达基板表面的裂纹，该激光切割方法具有以下步骤:第一裂纹形成步骤，对所述被加工基板沿着第一直线照射脉冲激光束；以及第二裂纹形成步骤，对所述被加工基板沿着与所述第一直线正交的第二直线照射脉冲激光束；在所述第一直线与所述第二直线交叉的区域，在所述第一裂纹形成步骤或所述第二裂纹形成步骤中使脉冲激光束的光脉冲密度增加。
[0008]在上述形态的方法中，优选为，所述第一或第二裂纹形成步骤中，产生照射控制信号，并使用所述照射控制信号使所述第一直线与所述第二直线交叉的区域中的光脉冲密度增加，该照射控制信号具备使脉冲激光束的光脉冲密度增加的部位的信息。
[0009]在上述形态的方法中，优选为，所述裂纹在所述被加工基板表面大致直线地形成。
[0010]在上述形态的方法中，优选为，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
[0011]在上述形态的方法中，优选为，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
[0012]依照本发明，通过使脉冲激光束的照射条件最佳化，能够提供实现优异切断特性 的激光切割方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是表示在实施方式的激光切割方法中使用的激光切割装置的一例的概略构 成图。
[0014]图2是实施方式的激光切割方法的工序流程图。
[0015]图3是实施方式的激光切割方法的说明图。
[0016]图4是表不实施方式的LED的一例的截面图。
[0017]图5A?图5B是说明激光切割方法的问题点的图。
[0018]图6A?图6B是实施方式的激光切割方法的说明图。
[0019]图7是表示实施方式的激光切割方法的作用的图。
[0020]图8是说明实施方式的激光切割方法的定时控制的图。
[0021]图9是表示实施方式的激光切割方法的脉冲选择器动作与调制脉冲激光束PL2的 定时的图。
[0022]图10是实施方式的激光切割方法的照射图案的说明图。
[0023]图11是表示实施方式的裂纹形成步骤中的照射在蓝宝石基板上的照射图案的俯 视图。
[0024]图12是图11的AA截面图。
[0025]图13A?图13D是实施方式的作用的说明图。
[0026]图14是说明实施方式的载物台移动与切割加工的关系的图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。此外，在本说明书中，加工点指的是脉冲 激光束在被加工基板内的聚光位置(焦点位置)附近的点，是被加工基板的变性程度在深度 方向上成为最大的点。而且，加工点深度指的是脉冲激光束的加工点距离被加工基板表面 的深度。
[0028]另外，在本说明书中，光脉冲密度指的是在以光脉冲为单位重复脉冲激光束的照 射和非照射时扫描线上的照射光脉冲数的密度。
[0029]实施方式的激光切割方法为如下激光切割方法:将被加工基板载置于载物台，产 生时钟信号，射出与时钟信号同步的脉冲激光束，使被加工基板与脉冲激光束相对移动，与 时钟信号同步地使用脉冲选择器控制脉冲激光束的通过和截断，从而以光脉冲为单位切换 脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射，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区域和非照射区域的长度，以裂纹在被加工基板表 面上连续的方式形成在被加工基板上到达基板表面的裂纹。而且具有:第一裂纹形成步骤， 对被加工基板沿着第一直线照射脉冲激光束；以及第二裂纹形成步骤，对被加工基板沿着 与第一直线正交的第二直线照射脉冲激光束。而且，在第一直线与第二直线交叉的区域，通 过第一裂纹形成步骤或第二裂纹形成步骤，使脉冲激光束的光脉冲密度增加。[0030]通过上述构成，关于被加工基板，能够提供实现优异切断特性的激光切割方法。在此，优异的切断特性列举了:(1)切断部被直线性良好地切断；(2)工序简单；(3)能够以小的切断力切断，以使切割元件的收获率提高。特别是，在形成于被加工基板上的元件的切割线的交点即脉冲激光束的扫描交叉的区域，能够抑制直线性低的、例如锯齿形状的切断部产生。
[0031]再者，通过在被加工基板表面上形成连续的裂纹，特别是如蓝宝石基板那样硬质的基板的切割变得容易。另外，实现了狭窄切割宽度的切割。
[0032]实现上述激光切割方法的实施方式的激光切割装置具备:载物台，能够载置被加工基板；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，使脉冲激光束与时钟信号同步；脉冲选择器，设于激光振荡器与载物台之间的光路上，切换脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射；以及脉冲选择器控制部，与时钟信号同步地以光脉冲为单位控制脉冲激光束在脉冲选择器中的通过和截断。
[0033]图1是表示实施方式的激光切割装置的一例的概略构成图。如图1所示，实施方式的激光切割装置10作为其主要构成而具备:激光振荡器12、脉冲选择器14、光束整形器
16、聚光透镜18、XYZ载物台部20、激光振荡器控制部22、脉冲选择器控制部24、照射控制部25以及加工控制部26。在加工控制部26中，具备产生期望的时钟信号SI的基准时钟振荡电路28和加工表部30。
[0034]激光振荡器12构成为射出与由基准时钟振荡电路28产生的时钟信号SI同步的周期Tc的脉冲激光束PU。照射脉冲光的强度表现出高斯分布。时钟信号SI是用于激光切割加工的控制的加工控制用时钟信号。
[0035]在此，从激光振荡器12射出的激光波长使用相对于被加工基板具有透过性的波长。作为激光，能够使用Nd: YAG激光、Nd = YVO4激光、Nd: YLF激光等。
[0036]脉冲选择器14设于激光振荡器12与聚光透镜18之间的光路。而且构成为:与时钟信号SI同步地切换脉冲激光束PLl的通过和截断(接通/断开)，从而以光脉冲数为单位切换脉冲激光束PLl向被加工基板的照射和非照射。这样，通过脉冲选择器14的动作，脉冲激光束PLl为了加工被加工基板而对接通/断开进行控制，成为调制后的调制脉冲激光束 PL2。
[0037]脉冲选择器14优选为由例如音响光学元件(AOM)构成。另外，也可使用例如拉曼衍射型的电气光学元件(Ε0Μ)。
[0038]光束整形器16使入射的脉冲激光束PL2成为整形为期望形状的脉冲激光束PL3。例如，是将光束直径以一定倍率扩大的扩束器。另外，例如也可以具备使光束截面的光强度分布均匀的均化器那样的光学元件。另外，例如也可以具备使光束截面为圆形的元件或使光束为圆偏振光的光学兀件。
[0039]聚光透镜18构成为:将由光束整形器16整形后的脉冲激光束PL3聚光，向载置于XYZ载物台部20上的被加工基板W、例如形成有LED的蓝宝石基板照射脉冲激光束PL4。
[0040]XYZ载物台部20能够载置被加工基板W，具备能够沿XYZ方向自由移动的XYZ载物台(以后简称为载物台)、XYZ载物台驱动机构部、以及测量载物台的位置的例如具有激光干涉仪的位置传感器等。在此，XYZ载物台构成为:其定位精度及移动误差为亚微米范围的高精度。而且，通过沿Z方向移动，能够相对于被加工基板W调整脉冲激光束的焦点位置，并控制加工点深度。
[0041]加工控制部26整体控制由激光切割装置10进行的加工。基准时钟振荡电路28 产生期望的时钟信号SI。另外，在加工表部30中存储有以脉冲激光束的光脉冲数记录切割 加工数据的加工表。
[0042]照射控制部25在裂纹形成时脉冲激光束的照射可能重复的部位，为了增加脉冲 激光束的光脉冲密度而存储光脉冲密度增加部位的信息。并且具备以下功能:基于所存储 的信息生成照射控制信号(S6)，并向脉冲选择器控制部24传送，上述照射控制信号(S6)具 备脉冲激光束照射的光脉冲密度增加部位的信息。光脉冲密度增加部位的信息例如为切割 线的交点或者确定包含交点在内的规定范围的XY坐标。
[0043]接着，参照【专利附图】
【附图说明】使用上述激光切割装置10的激光切割方法。图2是实施方式 的激光切割方法的工序流程图。图3为实施方式的激光切割方法的说明图。
[0044]首先，进行将被加工基板W载置到激光切割装置10的XYZ载物台部20上的步骤 (步骤I)。被加工基板W例如是使用蓝宝石基板上的外延半导体层而形成有多个LED100的
曰
曰曰/T o
[0045]如图3所示，在被加工基板W上形成有多个LED100。在LED100之间具有切割线， 该切割线是为了将LED100分割为多个而具备规定宽度的区域。切割线的宽度根据切割装 置的能力、元件的种类等设定为能够实现元件的充分的利用率的规定宽度。
[0046]图4是表示LED100的一例的截面图。如图4所示，LED100例如具备:蓝宝石基 板101 ;以及GaN系半导体层102，在蓝宝石基板101上例如通过外延生长而形成。半导体 层102具备发光层102a。另外，具备用于向半导体层102通电的第一电极103和第二电极 104。
[0047]在步骤I中，以LED100的蓝宝石基板101来到上表面的方式将被加工基板W载 置于XYZ载物台部20上。在此，设LED100的配置的X方向的间距为“a”，Y方向的间距为 “b”。
[0048]接着，进行沿着第一直线(LI)照射脉冲激光束而形成裂纹的第一裂纹形成步骤 (步骤2)。在此，第一直线(LI)指的是沿着与被加工基板的X方向正交的切割线的直线。 即，是在XY坐标上以X = x0 + (n — I) a表示的直线。此外,在图3中n = I?7。
[0049]在第一裂纹形成步骤中，以照射/非照射=1/1的比例照射脉冲激光束。
[0050]接着，进行沿着与第一直线(LI)正交的第二直线(L2)照射脉冲激光束而形成裂 纹的第二裂纹形成步骤(步骤3)。在此，第二直线(L2)指的是沿着与被加工基板的Y方向 正交的切割线的直线。即，是在XY坐标上以Y = ytl + (k — l)b表示的直线。此外，在图 3 中，k = I ?6。
[0051 ] 图5A?图5B是说明激光切割方法的问题的图。图5A是表示脉冲激光束的照射 图案的图，图5B是表示由图5A的照射图案形成的裂纹的形状的图。各个图都是例如由图3 中的虚线圆包围的区域的放大图。另外，在图5A中，实线圆表示向被加工基板W表面照射 脉冲激光束的区域。虚线圆表示脉冲激光束变为非照射的区域。
[0052] 如图5A所示，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域中，与其它区域同样地 以一定的光脉冲密度进行脉冲激光束的照射。在此情况下，如图5B所示，有时候裂纹在第 一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域偏斜且变为锯齿形状。[0053]裂纹通常形成为将通过脉冲激光束的照射而在基板内形成的变性区域间连结。在图5B的情况下，当在第二裂纹形成步骤中沿着第二直线(L2)照射脉冲激光束时，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域中，已经存在通过第一裂纹形成步骤形成的变性区域或裂纹。因此，如果相对于第一或第二直线斜向行进的方向的结晶方向是容易被切断的方向，则在第二裂纹形成步骤时，形成相对于第二直线(L2)斜向行进的裂纹。
[0054]若形成了这样的斜向行进的裂纹或锯齿形状的裂纹，则例如产生以下问题:形成于被加工基板W上的LED等发生元件特性的恶化，元件的利用率降低。或者，如果考虑进这样的锯齿形状而设定切割线的宽度，则产生能够形成于一块被加工基板W上的元件数减少的问题。
[0055]在实施方式中，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域中，通过第一裂纹形成步骤或第二裂纹形成步骤中的任何一个或两个步骤，以使脉冲激光束的光脉冲密度增加的方式控制脉冲激光束的照射。
[0056]图6A?图6B是实施方式的激光切割方法的说明图。图6A、图6B都是由图3中的虚线圆包围的区域的放大图。示出以X = x0 + 2a表示的第一直线(LI)和以Y = yQ +(k 一 l)b表示的第二直线(L2)交叉的区域。
[0057]在图6A?图6B中，实线圆表示向被加工基板W表面照射脉冲激光束的区域。虚线圆表示脉冲激光束变为非照射的区域。
[0058]例如，如图6A所示，在第一裂纹形成步骤中，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域、即切割线的交点，使脉冲激光束的光脉冲密度增加而照射脉冲激光束。具体而言，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的以外的区域，以使原为非照射的区域的至少一部分成为照射区域的图案进行照射。
[0059]接着，如图6B所示，在第二裂纹形成步骤中，也在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域、即切割线的交点，使脉冲激光束的光脉冲密度增加而照射脉冲激光束。具体而言，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的以外的区域，以使原为非照射的区域的至少一部分成为照射区域的图案进行照射。
[0060]图7是表示实施方式的作用的图。如图7所示，依照实施方式，在第一和第二裂纹形成步骤之后，形成直线性高的裂纹。所以，能够形成直线性高的切断部。这是因为，通过在切割线的交点使光脉冲密度增加，变性区域的密度也变高，沿着第一和第二直线的切断容易产生，因而沿着第一或第二直线斜向行进的切断变得难以产生。
[0061]此外，虽然以通过第一和第二裂纹形成步骤的双方使切割线的交点的脉冲激光束的光脉冲密度增加的情况为例进行了说明，但是通过任何一个裂纹形成步骤使脉冲激光束的光脉冲密度增加的方式，也能够使所形成的裂纹的直线性提高。
[0062]特别是，从提高裂纹的直线性的观点来看，期望通过在已经由第一裂纹形成步骤产生了裂纹的状态下进行的第二裂纹形成步骤，使脉冲激光束的光脉冲密度增加。在此情况下，优选为在第二裂纹形成步骤中比第一裂纹形成步骤中更增大第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域的光脉冲密度。
[0063]接着，说明第一和第二裂纹形成步骤(步骤2、3)的基本动作的细节。
[0064]首先，将在被加工基板W (例如蓝宝石基板)上形成有LED100的基板载置于XYZ载物台部20。该被加工基板W例如是在蓝宝石基板的下表面具有外延生长的GaN层且在该GaN层成图有多个LED的晶片。以形成于晶片的切口或定向平面为基准进行晶片相对于 XYZ载物台的对位。
[0065]图8是说明实施方式的激光切割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控制成: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 沿与脉冲激光束的上升沿，产生延迟时间h。
[0066]激光使用相对于被加工基板具有透过性的波长的激光。在裂纹形成步骤中，优选 地使用照射的激光子的能量h V比被加工基板材料的吸收带隙Eg更大的激光。如果能量 h V比带隙Eg大得多，则产生激光的吸收。将其称为多光子吸收，如果使激光的脉冲宽度非 常短而使多光子吸收在被加工基板的内部发生，则多光子吸收的能量不转化为热能，引起 离子价数变化、结晶化、非晶化、极化取向或微小裂纹形成等永久的构造变化，形成色心。
[0067]该激光(脉冲激光束)的照射能量(照射功率)在第一和第二裂纹形成步骤中优选 为选择在被加工基板表面形成连续裂纹方面最合适的条件。
[0068]而且，在第一和第二裂纹形成步骤中，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、激光到基板内部的焦点附近。所以，能够局部地形成色心。也 将该色心称为变性区域。
[0069]脉冲选择器控制部24参照从加工控制部26输出的加工图案信号S2，生成与时钟 信号SI同步的脉冲选择器驱动信号S3。加工图案信号S2参照加工表而生成，该加工表存 储在加工表部30中，将照射图案的信息以光脉冲为单位以光脉冲数记载。脉冲选择器14 基于脉冲选择器驱动信号S3，与时钟信号SI同步地进行切换脉冲激光束PLl的通过和截断 (接通/断开)的动作。
[0070]通过该脉冲选择器14的动作，生成调制脉冲激光束PL2。此外，在时钟信号SI的 上升沿与脉冲激光束的上升沿、下降沿之间产生延迟时间t2、t3。另外，在脉冲激光束的上 升沿、下降沿与脉冲选择器动作之间产生延迟时间t4、t5。
[0071]在加工被加工基板时，考虑延迟时间h?t5，决定脉冲选择器驱动信号S3等的生 成定时或被加工基板与脉冲激光束的相对移动定时。
[0072]图9是表示实施方式的激光切割方法的脉冲选择器动作与调制脉冲激光束PL2的 定时的图。脉冲选择器动作与时钟信号SI同步而以光脉冲为单位进行切换。这样，通过使 脉冲激光束的振荡和脉冲选择器的动作与相同时钟信号Si同步，能够实现光脉冲为单位 的照射图案。
[0073]具体而言，脉冲激光束的照射和非照射基于由光脉冲数规定的规定条件而进行。 即，基于照射光脉冲数(Pl)和非照射光脉冲数(P2)执行脉冲选择器动作，切换向被加工基 板的照射和非照射。规定脉冲激光束的照射图案的Pl值或P2值例如在加工表中作为照射 区域记录设定、非照射区域记录设定而规定。Pl值或P2值根据被加工基板的材质、激光束 的条件等，设定为最适合裂纹形成步骤的裂纹形成的规定条件。
[0074]调制脉冲激光束PL2是由光束整形器16整形为期望形状的脉冲激光束PL3。再者， 整形后的脉冲激光束PL3成为由聚光透镜18聚光且具有期望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。
[0075]在将晶片沿X轴方向和Y轴方向切割的情况下，首先，例如使XYZ载物台沿Y轴方向以一定速度移动，扫描脉冲激光束PL4。而且，在期望的Y轴方向的切割结束之后，使XYZ 载物台沿X轴方向以一定速度移动，扫描脉冲激光束PL4。由此，进行X轴方向的切割。
[0076]通过上述的照射光脉冲数(P1)、非照射光脉冲数(P2)以及载物台的速度，控制脉 冲激光束的照射非照射的间隔。
[0077]关于Z轴方向(高度方向)，以聚光透镜的聚光位置(焦点位置)位于晶片内外的规 定深度的方式进行调整。该规定深度在裂纹形成步骤时分别设定成:裂纹在被加工基板表 面上形成为期望的形状。
[0078]此时，设被加工基板的折射率为n，距离被加工基板表面的加工位置为L，Z轴移动 距离为Lz，则Lz = L/n0即，在将被加工基板的表面作为Z轴初始位置时，将聚光透镜的聚 光位置加工至离基板表面深度“L”的位置的情况下，使Z轴移动“Lz”即可。
[0079]图10是实施方式的激光切割方法的照射图案的说明图。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截 断，生成调制脉冲激光束PL2。
[0080]而且，通过载物台的横向(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斑点。这样，通过生成调制脉冲激光束PL2，照射斑点以光脉 冲为单位被控制且断续地照射在晶片上。在图10的情况下，设定以下条件:照射光脉冲数 (PD = 2，非照射光脉冲数(P2) = 1，照射光脉冲(高斯光)以光点直径的间距重复照射和 非照射。
[0081]在此，如果在光束光点直径D ( Pm)、重复频率F (kHz)的条件下进行加工，则为 了使照射光脉冲以光点直径的间距重复照射和非照射的载物台移动速度V (m/sec)为V = DXlO - 6XFX103。
[0082]例如，如果在光束光点直径D = 2 ii m、重复频率F = 50kHz的加工条件下进行，则 载物台移动速度为V = 100mm/sec。
[0083]另外，如果使照射光的功率为P (瓦特)，则每脉冲照射脉冲能量P/F的光脉冲照射
至晶片。
[0084]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、以及脉冲激 光束的照射非照射的间隔的参数决定为:在裂纹形成步骤中，裂纹在被加工基板表面上连 续形成。
[0085]此外，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域中，为了使脉冲激光束的光脉 冲密度增加，例如能够采用以下方法。
[0086]事先在照射控制部25中存储以XY坐标指定在第一或第二裂纹形成步骤中使光脉 冲密度增加的范围的信息。该信息例如是第一直线(LI)与第二直线(L2)的交点的XY坐 标或者包含交点的XY坐标范围。该信息作为照射控制信号(S6)传送至脉冲选择器控制部 24。
[0087]在脉冲选择器控制部24中，基于加工图案信号(S2)和照射控制信号(S6)的双方 来控制脉冲激光束的照射。而且，在第一或第二裂纹形成步骤中，在第一直线(LI)与第二 直线(L2)交叉的区域使脉冲激光束的光脉冲密度增加。
[0088]图11是表示裂纹形成步骤中的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，照射光脉冲数(Pl) = 2，非照射光脉冲数(P2) = 1，以照射光点直径的间距形成照射斑点(由虚线表示的圆)。
[0089]图12为图11的AA截面图。如图所示，在蓝宝石基板内部形成变性区域。而且，从该变性区域起形成有沿着光脉冲的扫描线上到达基板表面的裂纹(或槽)。而且，该裂纹在被加工基板表面上连续形成。此外，在实施方式中，裂纹形成为仅露出至基板表面侧，并不到达基板背面侧。
[0090]图13A是图13D为实施方式的作用的说明图。例如，将以能够设定的最大脉冲激光束的激光频率且以能够设定的最快载物台速度照射脉冲激光的情况下的脉冲照射可能位置以图13A的虚线圆表示。图13B为照射/非照射=1/2的情况下的照射图案。实线圆为照射位置，虚线圆为非照射位置。
[0091]在此，假定为使照射斑点的间隔(非照射区域的长度)更短时切断性良好。在此情况下，如图13C所示，能够不改变载物台速度而通过使照射/非照射=1/1来应对。假设如实施方式那样，如果不使用脉冲选择器，则产生以下问题:为了呈现同样的条件，必须使载物台速度降低，切割加工的生产率降低。
[0092]在此，假定为使照射斑点连续而使照射区域的长度更长时切断性良好。在此情况下，如图13D所示，能够不改变载物台速度而通过使照射/非照射=2/1来应对。假设如实施方式那样，如果不使用脉冲选择器，则产生以下问题:为了呈现同样的条件，必须使载物台速度降低且使载物台速度改变，切割加工的生产率降低并且控制变得非常困难。
[0093]或者，在不使用脉冲选择器的情况下，还可以想到通过以图13B的照射图案增加照射能量而成为接近图13D的条件，但是在此情况下，在一点集中的激光功率变大，存在裂纹宽度增大或裂纹直线性的危险。另外，在加工蓝宝石基板上形成有LED原件那样的被加工基板那样的情况下，也存在到达与裂纹为相反侧的LED区域的激光量增大而LED元件恶化的可能。
[0094]这样，依照实施方式，例如，能够不使脉冲激光束的条件或载物台速度条件变化而实现多种切断条件，能够不使生产性或元件特性恶化而发现最合适的切断条件。
[0095]此外，在本说明书中，“照射区域的长度”、“非照射区域的长度”为图13D所示的长度。
[0096]图14为说明载物台移动与切割加工的关系的图。在XYZ载物台中沿X轴、Y轴方向设有检测移动位置的位置传感器。例如，在载物台向X轴或Y轴方向的移动开始之后，事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。而且，当在位置传感器中检测到同步位置时，例如通过将移动位置检测信号S4 (图1)送至脉冲选择器控制部24来许可脉冲选择器动作，由脉冲选择器驱动信号S3使脉冲选择器动作。也可为以下构成:将同步位置作为例如被加工基板的端面，由位置传感器检测该端面。
[0097]这样，对如下参数进行管理:SU从同步位置到基板的距离加工长度J1，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。
[0098]这样，载物台的位置及载置于该载物台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，实现了脉冲激光束的照射和非照射与载物台的位置的同步。因此，在脉冲激光束的照射和非照射时，确保了载物台以一定速度移动(处于速度稳定区域)。所以，确保了照射斑点位置的规则性，实现了稳定的裂纹的形成。
[0099]在此，在加工厚基板的情况下，将不同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扫描而形成裂纹，由此提高切断特性。在这样的情况下，载物台位置与脉 冲选择器的动作开始位置同步，由此，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，能够实现最佳的切割条件。
[0100]另外，例如，为了进一步提高照射斑点位置的精度，优选为使载物台的移动与时钟 信号同步。这例如能够通过使从加工控制部26发送至XYZ载物台部20的载物台移动信号 S5 (图1)与时钟信号SI同步来实现。
[0101]如实施方式的激光切割方法那样，通过形成到达基板表面且在被加工基板表面上 连续的裂纹，之后的基板切断变得容易。例如，即使如蓝宝石基板那样的硬质基板，通过将 到达基板表面的裂纹切断或作为切断的起点而人为地施加力，切断变得容易，能够实现优 异的切断特性。因此，切割的生产性提高。
[0102]在裂纹形成步骤中，在向基板连续照射脉冲激光束的方法中，例如即使将载物台 移动速度、聚光透镜的开口数、照射光功率等最佳化，也难以将在基板表面连续形成的裂纹 控制成期望形状。如实施方式那样，通过以光脉冲为单位断续地切换脉冲激光束的照射和 非照射而使照射图案最佳化，控制到达基板表面的裂纹的产生，实现了具备优异切断特性 的激光切割方法。
[0103]S卩，例如，能够在基板表面形成沿着激光扫描线的、大致直线地连续的宽度较窄的 裂纹。通过形成这样的大致直线的连续的裂纹，能够在切割时使裂纹对形成于基板的LED 等装置的影响最小化。另外，例如，由于能够形成直线裂纹，因而能够缩窄在基板表面形成 裂纹的区域的宽度。因此，能够缩窄设计上的切割宽度。所以，能够使在同一基板或晶片上 形成的装置的芯片数增大，也有助于装置的制造成本削减。
[0104]另外，使脉冲激光束的脉冲密度增加的方法，如上所述，如果使用照射控制部25， 则能够独立于存储在加工表部30中的加工表而对照射图案进行控制。所以例如有以下优 点:即使在LED100配置的间距“a”、“b”变化的情况下，也能够容易地改变照射图案。
[0105]不过，例如为了简化激光切割装置的构成，也可以事先在加工表部30所基板的加 工表部中记载使脉冲激光束的光脉冲密度增加的部位，由此使光脉冲密度增加。
[0106]以上，参照具体示例说明了本发明的实施方式。但是，本发明并不限于这些具体示 例。在实施方式中，关于激光切割方法、激光切割装置等对本发明的说明无直接必要的部 分，省略了记载，但是能够适当地选择使用必要的与激光切割方法、激光切割装置等相关的 要素。
[0107]此外，具备本发明的要素且操作者可以适当改变设计的全部激光切割方法包含在 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定义。
[0108]例如，在实施方式中，作为被加工基板，以在蓝宝石基板上形成有LED的基板为例 进行了说明。在蓝宝石基板那样硬质且缺乏开裂性的难以切断的基板的情况下，本发明是 有用的，但被加工基板除此以外，也可为包含SiC (碳化硅)基板等半导体材料基板、压电材 料基板、水晶基板、石英玻璃等玻璃基板的基板。
[0109]另外，在实施方式中，以通过使载物台移动而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。然而，例如，也可为通过使用激光束扫描器等、通过扫描脉冲激 光束而使被加工基板与脉冲激光束相对移动的方法。
[0110]另外，在实施方式中，以在裂纹形成步骤中照射光脉冲数(Pl) = 1、非照射光脉冲数(P2) = I的情况、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的值为了成为最合适条件而能够采取任意值。另外，关于实施方式，以照射光脉冲以光点直径的间距重复照射和非照射的情况为例进行了说明，但是通过改变脉冲频率或载物台移动速度，也能够改变照射和非照射的间距而发现最合适条件。例如，还能够使照射和非照射的间距为光点直径的I/η或η倍。
[0111]另外，关于实施方式，使Y方向的扫描为第一裂纹形成步骤、X方向的扫描为第二裂纹形成步骤，但也可调换顺序而使X方向的扫描为第一裂纹形成步骤、Y方向的扫描为第二裂纹形成步骤。
[0112]特别是，在被加工基板为蓝宝石基板的情况下，通过使照射能量为30mW以上15Omff以下、使脉冲激光束的通过为I?4光脉冲为单位、截断为I?4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和直线性良好的裂纹。
[0113]另外，关于切割加工的图案，例如，通过设置多个照射区域记录、非照射区域记录，并且实时地将照射区域记录、非照射区域记录值在期望的定时改变为期望的值，从而向各种切割加工图案的对应成为可能。
[0114]另外，关于激光切割装置，以具备加工表部的装置为例进行了说明，该加工表部存储将切割加工数据以脉冲激光束的光脉冲数记载的加工表。但是，也可不必具备这样的加工表部，为具有以光脉冲为单位控制脉冲激光束在脉冲选择器中的通过和截断的构成的装
置即可。
[0115]另外，为了使切断特性进一步提高，也能够为以下构成:在基板表面形成连续的裂纹之后，进而例如通过照射激光而对表面追加熔融加工或烧蚀加工。
【权利要求】
1.一种激光切割方法，其特征在于，将被加工基板载置于载物台，产生时钟信号，射出与所述时钟信号同步的脉冲激光束，使所述被加工基板与所述脉冲激光束相对移动，与所述时钟信号同步地使用脉冲选择器控制所述脉冲激光束的通过和截断，从而以光脉冲为单位切换所述脉冲激光束向所述被加工基板的照射和非照射，通过控制所述脉冲激光束的照射能量、所述脉冲激光束的加工点深度、以及所述脉冲激光束的照射区域和非照射区域的长度，以裂纹在所述被加工基板表面上连续的方式，形成在所述被加工基板上到达基板表面的裂纹，该激光切割方法具有以下步骤: 第一裂纹形成步骤，对所述被加工基板沿着第一直线照射脉冲激光束；以及第二裂纹形成步骤，对所述被加工基板沿着与所述第一直线正交的第二直线照射脉冲激光束；在所述第一直线与所述第二直线交叉的区域，在所述第一裂纹形成步骤或所述第二裂纹形成步骤中使脉冲激光束的光脉冲密度增加。
2.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，在所述第一或第二裂纹形成步骤中，产生照射控制信号，并使用所述照射控制信号使所述第一直线与所述第二直线交叉的区域中的光脉冲密度增加，该照射控制信号具备使脉冲激光束的光脉冲密度增加的部位的信息。
3.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，所述裂纹在所述被加工基板表面上大致直线地形成。
4.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
5.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
6.根据权利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，所述裂纹在所述被加工基板表面上大致直线地形成。
7.根据权利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
8.根据权利要求3所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
9.根据权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
10.根据权利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
11.根据权利要求3所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
12.根据权利要求4所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
13.根据权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于， 所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
14.根据权利要求7所述的激光切割方法，其特征在于， 所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
15.根据权利要求8所述的激光切割方法，其特征在于， 所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
16.根据权利要求 9所述的激光切割方法，其特征在于， 所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
【文档编号】B23K26/38GK103521932SQ201310280698
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】佐藤庄一 申请人:东芝机械株式会社
【专利摘要】一种激光切割方法，与时钟信号同步地使用脉冲选择器控制脉冲激光束的通过和截断，从而以光脉冲为单位切换脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射，以裂纹在被加工基板表面上连续的方式形成在被加工基板到达基板表面的裂纹，该激光切割方法具有：第一裂纹形成步骤，对被加工基板沿着第一直线照射脉冲激光束；以及第二裂纹形成步骤，对被加工基板沿着与第一直线正交的第二直线照射脉冲激光束，在第一直线与第二直线交叉的区域，在第一裂纹形成步骤或第二裂纹中形成步骤使脉冲激光束的光脉冲密度增加。
【专利说明】激光切割方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2012年7月6日提交的日本专利申请(JPA) N0.2012-152237并主张其优先权，该申请的全部内容通过引用包含于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及使用脉冲激光束的激光切割(dicing)方法。
【背景技术】
[0004]JP3867107公开了在半导体基板的切割中使用脉冲激光束的方法。在JP3867107的方法中，通过由脉冲激光束产生的光学损伤，在加工对象物的内部形成变性区域(性质变化区域)。而且，以该变性区域为起点切断加工对象物。
[0005]在现有的技术中，以脉冲激光束的能量、光点直径、脉冲激光束与加工对象物的相对移动速度等作为参数来控制变性区域的形成。
[0006]在切割中要求切断部的高直线性。例如，如果只切断成锯齿形状，则产生以下问题:切割对形成于加工对象物的半导体元件的影响及元件特性恶化，或者必须扩大切割线的宽度而能够在基板上形成的元件数减少。
【发明内容】
[0007]本发明的一个形态的激光切割方法，其特征在于，将被加工基板载置于载物台，产生时钟信号，射出与所述时钟信号同步的脉冲激光束，使所述被加工基板与所述脉冲激光束相对移动，与所述时钟信号同步地使用脉冲选择器控制所述脉冲激光束的通过和截断，从而以光脉冲为单位切换所述脉冲激光束向所述被加工基板的照射和非照射，通过控制所述脉冲激光束的照射能量、所述脉冲激光束的加工点深度、以及所述脉冲激光束的照射区域和非照射区域的长度，以裂纹在所述被加工基板表面上连续的方式形成在所述被加工基板上到达基板表面的裂纹，该激光切割方法具有以下步骤:第一裂纹形成步骤，对所述被加工基板沿着第一直线照射脉冲激光束；以及第二裂纹形成步骤，对所述被加工基板沿着与所述第一直线正交的第二直线照射脉冲激光束；在所述第一直线与所述第二直线交叉的区域，在所述第一裂纹形成步骤或所述第二裂纹形成步骤中使脉冲激光束的光脉冲密度增加。
[0008]在上述形态的方法中，优选为，所述第一或第二裂纹形成步骤中，产生照射控制信号，并使用所述照射控制信号使所述第一直线与所述第二直线交叉的区域中的光脉冲密度增加，该照射控制信号具备使脉冲激光束的光脉冲密度增加的部位的信息。
[0009]在上述形态的方法中，优选为，所述裂纹在所述被加工基板表面大致直线地形成。
[0010]在上述形态的方法中，优选为，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
[0011]在上述形态的方法中，优选为，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
[0012]依照本发明，通过使脉冲激光束的照射条件最佳化，能够提供实现优异切断特性 的激光切割方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是表示在实施方式的激光切割方法中使用的激光切割装置的一例的概略构 成图。
[0014]图2是实施方式的激光切割方法的工序流程图。
[0015]图3是实施方式的激光切割方法的说明图。
[0016]图4是表不实施方式的LED的一例的截面图。
[0017]图5A?图5B是说明激光切割方法的问题点的图。
[0018]图6A?图6B是实施方式的激光切割方法的说明图。
[0019]图7是表示实施方式的激光切割方法的作用的图。
[0020]图8是说明实施方式的激光切割方法的定时控制的图。
[0021]图9是表示实施方式的激光切割方法的脉冲选择器动作与调制脉冲激光束PL2的 定时的图。
[0022]图10是实施方式的激光切割方法的照射图案的说明图。
[0023]图11是表示实施方式的裂纹形成步骤中的照射在蓝宝石基板上的照射图案的俯 视图。
[0024]图12是图11的AA截面图。
[0025]图13A?图13D是实施方式的作用的说明图。
[0026]图14是说明实施方式的载物台移动与切割加工的关系的图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。此外，在本说明书中，加工点指的是脉冲 激光束在被加工基板内的聚光位置(焦点位置)附近的点，是被加工基板的变性程度在深度 方向上成为最大的点。而且，加工点深度指的是脉冲激光束的加工点距离被加工基板表面 的深度。
[0028]另外，在本说明书中，光脉冲密度指的是在以光脉冲为单位重复脉冲激光束的照 射和非照射时扫描线上的照射光脉冲数的密度。
[0029]实施方式的激光切割方法为如下激光切割方法:将被加工基板载置于载物台，产 生时钟信号，射出与时钟信号同步的脉冲激光束，使被加工基板与脉冲激光束相对移动，与 时钟信号同步地使用脉冲选择器控制脉冲激光束的通过和截断，从而以光脉冲为单位切换 脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射，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区域和非照射区域的长度，以裂纹在被加工基板表 面上连续的方式形成在被加工基板上到达基板表面的裂纹。而且具有:第一裂纹形成步骤， 对被加工基板沿着第一直线照射脉冲激光束；以及第二裂纹形成步骤，对被加工基板沿着 与第一直线正交的第二直线照射脉冲激光束。而且，在第一直线与第二直线交叉的区域，通 过第一裂纹形成步骤或第二裂纹形成步骤，使脉冲激光束的光脉冲密度增加。[0030]通过上述构成，关于被加工基板，能够提供实现优异切断特性的激光切割方法。在此，优异的切断特性列举了:(1)切断部被直线性良好地切断；(2)工序简单；(3)能够以小的切断力切断，以使切割元件的收获率提高。特别是，在形成于被加工基板上的元件的切割线的交点即脉冲激光束的扫描交叉的区域，能够抑制直线性低的、例如锯齿形状的切断部产生。
[0031]再者，通过在被加工基板表面上形成连续的裂纹，特别是如蓝宝石基板那样硬质的基板的切割变得容易。另外，实现了狭窄切割宽度的切割。
[0032]实现上述激光切割方法的实施方式的激光切割装置具备:载物台，能够载置被加工基板；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，使脉冲激光束与时钟信号同步；脉冲选择器，设于激光振荡器与载物台之间的光路上，切换脉冲激光束向被加工基板的照射和非照射；以及脉冲选择器控制部，与时钟信号同步地以光脉冲为单位控制脉冲激光束在脉冲选择器中的通过和截断。
[0033]图1是表示实施方式的激光切割装置的一例的概略构成图。如图1所示，实施方式的激光切割装置10作为其主要构成而具备:激光振荡器12、脉冲选择器14、光束整形器
16、聚光透镜18、XYZ载物台部20、激光振荡器控制部22、脉冲选择器控制部24、照射控制部25以及加工控制部26。在加工控制部26中，具备产生期望的时钟信号SI的基准时钟振荡电路28和加工表部30。
[0034]激光振荡器12构成为射出与由基准时钟振荡电路28产生的时钟信号SI同步的周期Tc的脉冲激光束PU。照射脉冲光的强度表现出高斯分布。时钟信号SI是用于激光切割加工的控制的加工控制用时钟信号。
[0035]在此，从激光振荡器12射出的激光波长使用相对于被加工基板具有透过性的波长。作为激光，能够使用Nd: YAG激光、Nd = YVO4激光、Nd: YLF激光等。
[0036]脉冲选择器14设于激光振荡器12与聚光透镜18之间的光路。而且构成为:与时钟信号SI同步地切换脉冲激光束PLl的通过和截断(接通/断开)，从而以光脉冲数为单位切换脉冲激光束PLl向被加工基板的照射和非照射。这样，通过脉冲选择器14的动作，脉冲激光束PLl为了加工被加工基板而对接通/断开进行控制，成为调制后的调制脉冲激光束 PL2。
[0037]脉冲选择器14优选为由例如音响光学元件(AOM)构成。另外，也可使用例如拉曼衍射型的电气光学元件(Ε0Μ)。
[0038]光束整形器16使入射的脉冲激光束PL2成为整形为期望形状的脉冲激光束PL3。例如，是将光束直径以一定倍率扩大的扩束器。另外，例如也可以具备使光束截面的光强度分布均匀的均化器那样的光学元件。另外，例如也可以具备使光束截面为圆形的元件或使光束为圆偏振光的光学兀件。
[0039]聚光透镜18构成为:将由光束整形器16整形后的脉冲激光束PL3聚光，向载置于XYZ载物台部20上的被加工基板W、例如形成有LED的蓝宝石基板照射脉冲激光束PL4。
[0040]XYZ载物台部20能够载置被加工基板W，具备能够沿XYZ方向自由移动的XYZ载物台(以后简称为载物台)、XYZ载物台驱动机构部、以及测量载物台的位置的例如具有激光干涉仪的位置传感器等。在此，XYZ载物台构成为:其定位精度及移动误差为亚微米范围的高精度。而且，通过沿Z方向移动，能够相对于被加工基板W调整脉冲激光束的焦点位置，并控制加工点深度。
[0041]加工控制部26整体控制由激光切割装置10进行的加工。基准时钟振荡电路28 产生期望的时钟信号SI。另外，在加工表部30中存储有以脉冲激光束的光脉冲数记录切割 加工数据的加工表。
[0042]照射控制部25在裂纹形成时脉冲激光束的照射可能重复的部位，为了增加脉冲 激光束的光脉冲密度而存储光脉冲密度增加部位的信息。并且具备以下功能:基于所存储 的信息生成照射控制信号(S6)，并向脉冲选择器控制部24传送，上述照射控制信号(S6)具 备脉冲激光束照射的光脉冲密度增加部位的信息。光脉冲密度增加部位的信息例如为切割 线的交点或者确定包含交点在内的规定范围的XY坐标。
[0043]接着，参照【专利附图】
【附图说明】使用上述激光切割装置10的激光切割方法。图2是实施方式 的激光切割方法的工序流程图。图3为实施方式的激光切割方法的说明图。
[0044]首先，进行将被加工基板W载置到激光切割装置10的XYZ载物台部20上的步骤 (步骤I)。被加工基板W例如是使用蓝宝石基板上的外延半导体层而形成有多个LED100的
曰
曰曰/T o
[0045]如图3所示，在被加工基板W上形成有多个LED100。在LED100之间具有切割线， 该切割线是为了将LED100分割为多个而具备规定宽度的区域。切割线的宽度根据切割装 置的能力、元件的种类等设定为能够实现元件的充分的利用率的规定宽度。
[0046]图4是表示LED100的一例的截面图。如图4所示，LED100例如具备:蓝宝石基 板101 ;以及GaN系半导体层102，在蓝宝石基板101上例如通过外延生长而形成。半导体 层102具备发光层102a。另外，具备用于向半导体层102通电的第一电极103和第二电极 104。
[0047]在步骤I中，以LED100的蓝宝石基板101来到上表面的方式将被加工基板W载 置于XYZ载物台部20上。在此，设LED100的配置的X方向的间距为“a”，Y方向的间距为 “b”。
[0048]接着，进行沿着第一直线(LI)照射脉冲激光束而形成裂纹的第一裂纹形成步骤 (步骤2)。在此，第一直线(LI)指的是沿着与被加工基板的X方向正交的切割线的直线。 即，是在XY坐标上以X = x0 + (n — I) a表示的直线。此外,在图3中n = I?7。
[0049]在第一裂纹形成步骤中，以照射/非照射=1/1的比例照射脉冲激光束。
[0050]接着，进行沿着与第一直线(LI)正交的第二直线(L2)照射脉冲激光束而形成裂 纹的第二裂纹形成步骤(步骤3)。在此，第二直线(L2)指的是沿着与被加工基板的Y方向 正交的切割线的直线。即，是在XY坐标上以Y = ytl + (k — l)b表示的直线。此外，在图 3 中，k = I ?6。
[0051 ] 图5A?图5B是说明激光切割方法的问题的图。图5A是表示脉冲激光束的照射 图案的图，图5B是表示由图5A的照射图案形成的裂纹的形状的图。各个图都是例如由图3 中的虚线圆包围的区域的放大图。另外，在图5A中，实线圆表示向被加工基板W表面照射 脉冲激光束的区域。虚线圆表示脉冲激光束变为非照射的区域。
[0052] 如图5A所示，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域中，与其它区域同样地 以一定的光脉冲密度进行脉冲激光束的照射。在此情况下，如图5B所示，有时候裂纹在第 一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域偏斜且变为锯齿形状。[0053]裂纹通常形成为将通过脉冲激光束的照射而在基板内形成的变性区域间连结。在图5B的情况下，当在第二裂纹形成步骤中沿着第二直线(L2)照射脉冲激光束时，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域中，已经存在通过第一裂纹形成步骤形成的变性区域或裂纹。因此，如果相对于第一或第二直线斜向行进的方向的结晶方向是容易被切断的方向，则在第二裂纹形成步骤时，形成相对于第二直线(L2)斜向行进的裂纹。
[0054]若形成了这样的斜向行进的裂纹或锯齿形状的裂纹，则例如产生以下问题:形成于被加工基板W上的LED等发生元件特性的恶化，元件的利用率降低。或者，如果考虑进这样的锯齿形状而设定切割线的宽度，则产生能够形成于一块被加工基板W上的元件数减少的问题。
[0055]在实施方式中，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域中，通过第一裂纹形成步骤或第二裂纹形成步骤中的任何一个或两个步骤，以使脉冲激光束的光脉冲密度增加的方式控制脉冲激光束的照射。
[0056]图6A?图6B是实施方式的激光切割方法的说明图。图6A、图6B都是由图3中的虚线圆包围的区域的放大图。示出以X = x0 + 2a表示的第一直线(LI)和以Y = yQ +(k 一 l)b表示的第二直线(L2)交叉的区域。
[0057]在图6A?图6B中，实线圆表示向被加工基板W表面照射脉冲激光束的区域。虚线圆表示脉冲激光束变为非照射的区域。
[0058]例如，如图6A所示，在第一裂纹形成步骤中，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域、即切割线的交点，使脉冲激光束的光脉冲密度增加而照射脉冲激光束。具体而言，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的以外的区域，以使原为非照射的区域的至少一部分成为照射区域的图案进行照射。
[0059]接着，如图6B所示，在第二裂纹形成步骤中，也在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域、即切割线的交点，使脉冲激光束的光脉冲密度增加而照射脉冲激光束。具体而言，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的以外的区域，以使原为非照射的区域的至少一部分成为照射区域的图案进行照射。
[0060]图7是表示实施方式的作用的图。如图7所示，依照实施方式，在第一和第二裂纹形成步骤之后，形成直线性高的裂纹。所以，能够形成直线性高的切断部。这是因为，通过在切割线的交点使光脉冲密度增加，变性区域的密度也变高，沿着第一和第二直线的切断容易产生，因而沿着第一或第二直线斜向行进的切断变得难以产生。
[0061]此外，虽然以通过第一和第二裂纹形成步骤的双方使切割线的交点的脉冲激光束的光脉冲密度增加的情况为例进行了说明，但是通过任何一个裂纹形成步骤使脉冲激光束的光脉冲密度增加的方式，也能够使所形成的裂纹的直线性提高。
[0062]特别是，从提高裂纹的直线性的观点来看，期望通过在已经由第一裂纹形成步骤产生了裂纹的状态下进行的第二裂纹形成步骤，使脉冲激光束的光脉冲密度增加。在此情况下，优选为在第二裂纹形成步骤中比第一裂纹形成步骤中更增大第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域的光脉冲密度。
[0063]接着，说明第一和第二裂纹形成步骤(步骤2、3)的基本动作的细节。
[0064]首先，将在被加工基板W (例如蓝宝石基板)上形成有LED100的基板载置于XYZ载物台部20。该被加工基板W例如是在蓝宝石基板的下表面具有外延生长的GaN层且在该GaN层成图有多个LED的晶片。以形成于晶片的切口或定向平面为基准进行晶片相对于 XYZ载物台的对位。
[0065]图8是说明实施方式的激光切割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控制成: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 沿与脉冲激光束的上升沿，产生延迟时间h。
[0066]激光使用相对于被加工基板具有透过性的波长的激光。在裂纹形成步骤中，优选 地使用照射的激光子的能量h V比被加工基板材料的吸收带隙Eg更大的激光。如果能量 h V比带隙Eg大得多，则产生激光的吸收。将其称为多光子吸收，如果使激光的脉冲宽度非 常短而使多光子吸收在被加工基板的内部发生，则多光子吸收的能量不转化为热能，引起 离子价数变化、结晶化、非晶化、极化取向或微小裂纹形成等永久的构造变化，形成色心。
[0067]该激光(脉冲激光束)的照射能量(照射功率)在第一和第二裂纹形成步骤中优选 为选择在被加工基板表面形成连续裂纹方面最合适的条件。
[0068]而且，在第一和第二裂纹形成步骤中，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、激光到基板内部的焦点附近。所以，能够局部地形成色心。也 将该色心称为变性区域。
[0069]脉冲选择器控制部24参照从加工控制部26输出的加工图案信号S2，生成与时钟 信号SI同步的脉冲选择器驱动信号S3。加工图案信号S2参照加工表而生成，该加工表存 储在加工表部30中，将照射图案的信息以光脉冲为单位以光脉冲数记载。脉冲选择器14 基于脉冲选择器驱动信号S3，与时钟信号SI同步地进行切换脉冲激光束PLl的通过和截断 (接通/断开)的动作。
[0070]通过该脉冲选择器14的动作，生成调制脉冲激光束PL2。此外，在时钟信号SI的 上升沿与脉冲激光束的上升沿、下降沿之间产生延迟时间t2、t3。另外，在脉冲激光束的上 升沿、下降沿与脉冲选择器动作之间产生延迟时间t4、t5。
[0071]在加工被加工基板时，考虑延迟时间h?t5，决定脉冲选择器驱动信号S3等的生 成定时或被加工基板与脉冲激光束的相对移动定时。
[0072]图9是表示实施方式的激光切割方法的脉冲选择器动作与调制脉冲激光束PL2的 定时的图。脉冲选择器动作与时钟信号SI同步而以光脉冲为单位进行切换。这样，通过使 脉冲激光束的振荡和脉冲选择器的动作与相同时钟信号Si同步，能够实现光脉冲为单位 的照射图案。
[0073]具体而言，脉冲激光束的照射和非照射基于由光脉冲数规定的规定条件而进行。 即，基于照射光脉冲数(Pl)和非照射光脉冲数(P2)执行脉冲选择器动作，切换向被加工基 板的照射和非照射。规定脉冲激光束的照射图案的Pl值或P2值例如在加工表中作为照射 区域记录设定、非照射区域记录设定而规定。Pl值或P2值根据被加工基板的材质、激光束 的条件等，设定为最适合裂纹形成步骤的裂纹形成的规定条件。
[0074]调制脉冲激光束PL2是由光束整形器16整形为期望形状的脉冲激光束PL3。再者， 整形后的脉冲激光束PL3成为由聚光透镜18聚光且具有期望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。
[0075]在将晶片沿X轴方向和Y轴方向切割的情况下，首先，例如使XYZ载物台沿Y轴方向以一定速度移动，扫描脉冲激光束PL4。而且，在期望的Y轴方向的切割结束之后，使XYZ 载物台沿X轴方向以一定速度移动，扫描脉冲激光束PL4。由此，进行X轴方向的切割。
[0076]通过上述的照射光脉冲数(P1)、非照射光脉冲数(P2)以及载物台的速度，控制脉 冲激光束的照射非照射的间隔。
[0077]关于Z轴方向(高度方向)，以聚光透镜的聚光位置(焦点位置)位于晶片内外的规 定深度的方式进行调整。该规定深度在裂纹形成步骤时分别设定成:裂纹在被加工基板表 面上形成为期望的形状。
[0078]此时，设被加工基板的折射率为n，距离被加工基板表面的加工位置为L，Z轴移动 距离为Lz，则Lz = L/n0即，在将被加工基板的表面作为Z轴初始位置时，将聚光透镜的聚 光位置加工至离基板表面深度“L”的位置的情况下，使Z轴移动“Lz”即可。
[0079]图10是实施方式的激光切割方法的照射图案的说明图。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截 断，生成调制脉冲激光束PL2。
[0080]而且，通过载物台的横向(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斑点。这样，通过生成调制脉冲激光束PL2，照射斑点以光脉 冲为单位被控制且断续地照射在晶片上。在图10的情况下，设定以下条件:照射光脉冲数 (PD = 2，非照射光脉冲数(P2) = 1，照射光脉冲(高斯光)以光点直径的间距重复照射和 非照射。
[0081]在此，如果在光束光点直径D ( Pm)、重复频率F (kHz)的条件下进行加工，则为 了使照射光脉冲以光点直径的间距重复照射和非照射的载物台移动速度V (m/sec)为V = DXlO - 6XFX103。
[0082]例如，如果在光束光点直径D = 2 ii m、重复频率F = 50kHz的加工条件下进行，则 载物台移动速度为V = 100mm/sec。
[0083]另外，如果使照射光的功率为P (瓦特)，则每脉冲照射脉冲能量P/F的光脉冲照射
至晶片。
[0084]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、以及脉冲激 光束的照射非照射的间隔的参数决定为:在裂纹形成步骤中，裂纹在被加工基板表面上连 续形成。
[0085]此外，在第一直线(LI)与第二直线(L2)交叉的区域中，为了使脉冲激光束的光脉 冲密度增加，例如能够采用以下方法。
[0086]事先在照射控制部25中存储以XY坐标指定在第一或第二裂纹形成步骤中使光脉 冲密度增加的范围的信息。该信息例如是第一直线(LI)与第二直线(L2)的交点的XY坐 标或者包含交点的XY坐标范围。该信息作为照射控制信号(S6)传送至脉冲选择器控制部 24。
[0087]在脉冲选择器控制部24中，基于加工图案信号(S2)和照射控制信号(S6)的双方 来控制脉冲激光束的照射。而且，在第一或第二裂纹形成步骤中，在第一直线(LI)与第二 直线(L2)交叉的区域使脉冲激光束的光脉冲密度增加。
[0088]图11是表示裂纹形成步骤中的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，照射光脉冲数(Pl) = 2，非照射光脉冲数(P2) = 1，以照射光点直径的间距形成照射斑点(由虚线表示的圆)。
[0089]图12为图11的AA截面图。如图所示，在蓝宝石基板内部形成变性区域。而且，从该变性区域起形成有沿着光脉冲的扫描线上到达基板表面的裂纹(或槽)。而且，该裂纹在被加工基板表面上连续形成。此外，在实施方式中，裂纹形成为仅露出至基板表面侧，并不到达基板背面侧。
[0090]图13A是图13D为实施方式的作用的说明图。例如，将以能够设定的最大脉冲激光束的激光频率且以能够设定的最快载物台速度照射脉冲激光的情况下的脉冲照射可能位置以图13A的虚线圆表示。图13B为照射/非照射=1/2的情况下的照射图案。实线圆为照射位置，虚线圆为非照射位置。
[0091]在此，假定为使照射斑点的间隔(非照射区域的长度)更短时切断性良好。在此情况下，如图13C所示，能够不改变载物台速度而通过使照射/非照射=1/1来应对。假设如实施方式那样，如果不使用脉冲选择器，则产生以下问题:为了呈现同样的条件，必须使载物台速度降低，切割加工的生产率降低。
[0092]在此，假定为使照射斑点连续而使照射区域的长度更长时切断性良好。在此情况下，如图13D所示，能够不改变载物台速度而通过使照射/非照射=2/1来应对。假设如实施方式那样，如果不使用脉冲选择器，则产生以下问题:为了呈现同样的条件，必须使载物台速度降低且使载物台速度改变，切割加工的生产率降低并且控制变得非常困难。
[0093]或者，在不使用脉冲选择器的情况下，还可以想到通过以图13B的照射图案增加照射能量而成为接近图13D的条件，但是在此情况下，在一点集中的激光功率变大，存在裂纹宽度增大或裂纹直线性的危险。另外，在加工蓝宝石基板上形成有LED原件那样的被加工基板那样的情况下，也存在到达与裂纹为相反侧的LED区域的激光量增大而LED元件恶化的可能。
[0094]这样，依照实施方式，例如，能够不使脉冲激光束的条件或载物台速度条件变化而实现多种切断条件，能够不使生产性或元件特性恶化而发现最合适的切断条件。
[0095]此外，在本说明书中，“照射区域的长度”、“非照射区域的长度”为图13D所示的长度。
[0096]图14为说明载物台移动与切割加工的关系的图。在XYZ载物台中沿X轴、Y轴方向设有检测移动位置的位置传感器。例如，在载物台向X轴或Y轴方向的移动开始之后，事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。而且，当在位置传感器中检测到同步位置时，例如通过将移动位置检测信号S4 (图1)送至脉冲选择器控制部24来许可脉冲选择器动作，由脉冲选择器驱动信号S3使脉冲选择器动作。也可为以下构成:将同步位置作为例如被加工基板的端面，由位置传感器检测该端面。
[0097]这样，对如下参数进行管理:SU从同步位置到基板的距离加工长度J1，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。
[0098]这样，载物台的位置及载置于该载物台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，实现了脉冲激光束的照射和非照射与载物台的位置的同步。因此，在脉冲激光束的照射和非照射时，确保了载物台以一定速度移动(处于速度稳定区域)。所以，确保了照射斑点位置的规则性，实现了稳定的裂纹的形成。
[0099]在此，在加工厚基板的情况下，将不同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扫描而形成裂纹，由此提高切断特性。在这样的情况下，载物台位置与脉 冲选择器的动作开始位置同步，由此，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，能够实现最佳的切割条件。
[0100]另外，例如，为了进一步提高照射斑点位置的精度，优选为使载物台的移动与时钟 信号同步。这例如能够通过使从加工控制部26发送至XYZ载物台部20的载物台移动信号 S5 (图1)与时钟信号SI同步来实现。
[0101]如实施方式的激光切割方法那样，通过形成到达基板表面且在被加工基板表面上 连续的裂纹，之后的基板切断变得容易。例如，即使如蓝宝石基板那样的硬质基板，通过将 到达基板表面的裂纹切断或作为切断的起点而人为地施加力，切断变得容易，能够实现优 异的切断特性。因此，切割的生产性提高。
[0102]在裂纹形成步骤中，在向基板连续照射脉冲激光束的方法中，例如即使将载物台 移动速度、聚光透镜的开口数、照射光功率等最佳化，也难以将在基板表面连续形成的裂纹 控制成期望形状。如实施方式那样，通过以光脉冲为单位断续地切换脉冲激光束的照射和 非照射而使照射图案最佳化，控制到达基板表面的裂纹的产生，实现了具备优异切断特性 的激光切割方法。
[0103]S卩，例如，能够在基板表面形成沿着激光扫描线的、大致直线地连续的宽度较窄的 裂纹。通过形成这样的大致直线的连续的裂纹，能够在切割时使裂纹对形成于基板的LED 等装置的影响最小化。另外，例如，由于能够形成直线裂纹，因而能够缩窄在基板表面形成 裂纹的区域的宽度。因此，能够缩窄设计上的切割宽度。所以，能够使在同一基板或晶片上 形成的装置的芯片数增大，也有助于装置的制造成本削减。
[0104]另外，使脉冲激光束的脉冲密度增加的方法，如上所述，如果使用照射控制部25， 则能够独立于存储在加工表部30中的加工表而对照射图案进行控制。所以例如有以下优 点:即使在LED100配置的间距“a”、“b”变化的情况下，也能够容易地改变照射图案。
[0105]不过，例如为了简化激光切割装置的构成，也可以事先在加工表部30所基板的加 工表部中记载使脉冲激光束的光脉冲密度增加的部位，由此使光脉冲密度增加。
[0106]以上，参照具体示例说明了本发明的实施方式。但是，本发明并不限于这些具体示 例。在实施方式中，关于激光切割方法、激光切割装置等对本发明的说明无直接必要的部 分，省略了记载，但是能够适当地选择使用必要的与激光切割方法、激光切割装置等相关的 要素。
[0107]此外，具备本发明的要素且操作者可以适当改变设计的全部激光切割方法包含在 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定义。
[0108]例如，在实施方式中，作为被加工基板，以在蓝宝石基板上形成有LED的基板为例 进行了说明。在蓝宝石基板那样硬质且缺乏开裂性的难以切断的基板的情况下，本发明是 有用的，但被加工基板除此以外，也可为包含SiC (碳化硅)基板等半导体材料基板、压电材 料基板、水晶基板、石英玻璃等玻璃基板的基板。
[0109]另外，在实施方式中，以通过使载物台移动而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。然而，例如，也可为通过使用激光束扫描器等、通过扫描脉冲激 光束而使被加工基板与脉冲激光束相对移动的方法。
[0110]另外，在实施方式中，以在裂纹形成步骤中照射光脉冲数(Pl) = 1、非照射光脉冲数(P2) = I的情况、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的值为了成为最合适条件而能够采取任意值。另外，关于实施方式，以照射光脉冲以光点直径的间距重复照射和非照射的情况为例进行了说明，但是通过改变脉冲频率或载物台移动速度，也能够改变照射和非照射的间距而发现最合适条件。例如，还能够使照射和非照射的间距为光点直径的I/η或η倍。
[0111]另外，关于实施方式，使Y方向的扫描为第一裂纹形成步骤、X方向的扫描为第二裂纹形成步骤，但也可调换顺序而使X方向的扫描为第一裂纹形成步骤、Y方向的扫描为第二裂纹形成步骤。
[0112]特别是，在被加工基板为蓝宝石基板的情况下，通过使照射能量为30mW以上15Omff以下、使脉冲激光束的通过为I?4光脉冲为单位、截断为I?4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和直线性良好的裂纹。
[0113]另外，关于切割加工的图案，例如，通过设置多个照射区域记录、非照射区域记录，并且实时地将照射区域记录、非照射区域记录值在期望的定时改变为期望的值，从而向各种切割加工图案的对应成为可能。
[0114]另外，关于激光切割装置，以具备加工表部的装置为例进行了说明，该加工表部存储将切割加工数据以脉冲激光束的光脉冲数记载的加工表。但是，也可不必具备这样的加工表部，为具有以光脉冲为单位控制脉冲激光束在脉冲选择器中的通过和截断的构成的装
置即可。
[0115]另外，为了使切断特性进一步提高，也能够为以下构成:在基板表面形成连续的裂纹之后，进而例如通过照射激光而对表面追加熔融加工或烧蚀加工。
【权利要求】
1.一种激光切割方法，其特征在于，将被加工基板载置于载物台，产生时钟信号，射出与所述时钟信号同步的脉冲激光束，使所述被加工基板与所述脉冲激光束相对移动，与所述时钟信号同步地使用脉冲选择器控制所述脉冲激光束的通过和截断，从而以光脉冲为单位切换所述脉冲激光束向所述被加工基板的照射和非照射，通过控制所述脉冲激光束的照射能量、所述脉冲激光束的加工点深度、以及所述脉冲激光束的照射区域和非照射区域的长度，以裂纹在所述被加工基板表面上连续的方式，形成在所述被加工基板上到达基板表面的裂纹，该激光切割方法具有以下步骤: 第一裂纹形成步骤，对所述被加工基板沿着第一直线照射脉冲激光束；以及第二裂纹形成步骤，对所述被加工基板沿着与所述第一直线正交的第二直线照射脉冲激光束；在所述第一直线与所述第二直线交叉的区域，在所述第一裂纹形成步骤或所述第二裂纹形成步骤中使脉冲激光束的光脉冲密度增加。
2.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，在所述第一或第二裂纹形成步骤中，产生照射控制信号，并使用所述照射控制信号使所述第一直线与所述第二直线交叉的区域中的光脉冲密度增加，该照射控制信号具备使脉冲激光束的光脉冲密度增加的部位的信息。
3.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，所述裂纹在所述被加工基板表面上大致直线地形成。
4.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
5.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
6.根据权利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，所述裂纹在所述被加工基板表面上大致直线地形成。
7.根据权利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
8.根据权利要求3所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
9.根据权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板的位置与所述脉冲选择器的动作开始位置同步。
10.根据权利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
11.根据权利要求3所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
12.根据权利要求4所述的激光切割方法，其特征在于，所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
13.根据权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于， 所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
14.根据权利要求7所述的激光切割方法，其特征在于， 所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
15.根据权利要求8所述的激光切割方法，其特征在于， 所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
16.根据权利要求 9所述的激光切割方法，其特征在于， 所述被加工基板包括蓝宝石基板、水晶基板或玻璃基板。
【文档编号】B23K26/38GK103521932SQ201310280698
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月5日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】佐藤庄一 申请人:东芝机械株式会社
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