被加工物的分斷方法及具光學元件圖案的基板的分斷方法

專利名稱：被加工物的分斷方法及具光學元件圖案的基板的分斷方法
技術領域：
本發明涉及一種通過照射激光而分斷被加工物的方法。
背景技術：
作為切出玻璃板或藍寶石基板等較硬且較脆的材料(脆性材料)的加工方法，周知有各種方法。例如，作為玻璃板的加工，廣為人知的有如下方法:以金剛石的結晶等從欲切開的材料的端部呈線狀地設置較淺的傷痕(初期龜裂)即進行所謂的畫線，并對所形成的初期龜裂的兩側施加力而使該初期龜裂沿厚度方向進展，從而分斷玻璃板。然而，在此種方法的情況下，當進行分斷作業時，根據畫線的深度或力的施加方向等而在分斷面產生傾斜、或向預料之外的方向破裂等，無法獲得所期望的分斷精度，在最差的情況下，也有整個材料破損的危險性。另外，廣為人知的也有如下方法:通過預先對被加工物的端部賦予初期龜裂并從該端部進行利用激光的加熱掃描，而使龜裂進展從而分斷被加工物(例如，參照專利文獻I)。在此種方法的情況下，如果作為分斷對象的脆性材料為均質且所產生的應力場為理想的應力場，那么就有可高精度地控制龜裂進展的位置或方向等的可能性，但現實中，就材料的不均質性、或加熱能量分布的不均一性、或加熱點的高精度的位置控制的難度等方面而言，很難以高精度控制龜裂進展。此處所謂的高精度，是假設以μ m級的精度的位置控制。而且，就在被加工物的端部產生應力分散而應力分布變得不均勻等原因而言，在龜裂進展控制中，需要限制加工順序或進行敢于錯開加熱點的處理等(例如，參照專利文獻2) ο另外，當將在表面二維地排列有單位圖案的脆性材料切出為每單位圖案的單片(芯片單位)的情況等時，在設為通過激光割斷而進行在彼此正交的2個方向上的切出的情況下，在某一方向上切出后，再于與該方向正交的方向上進行切出，但在如大量的芯片加工的情況下，初期龜裂的賦予方法等變得更加繁雜。作為以上方法的組合，也已知有如下方法:在利用金剛石或維氏壓頭等在硬脆性材料基板(例如玻璃、硅、陶瓷、藍寶石等)的端部設置微小的傷痕(初期龜裂)后，在基板背面側配置激光吸收材，并對基板背面利用經焦點對準的激光照射進行局部加熱，通過由此產生的應力集中而使龜裂進展從而分斷玻璃(例如，參照專利文獻3)。或者，也周知有如下方法:在預先在被加工物的表面機械地或借助激光的照射而施加稱為畫線或劃線的線狀加工痕后，沿著此種加工痕進行利用激光的照射加熱，而產生從該加工痕的裂痕進展，由此分斷被加工物(例如，參照專利文獻4及專利文獻5)。此外，在專利文獻3中，也揭示有從與畫線相反側的面照射激光而進行分斷的形態。進而，還已周知有如下方法:通過在發光元件的側面借助干式蝕刻而設置凹凸而提高發光效率(例如，參照專利文獻6)。[背景技術文獻][專利文獻][專利文獻I]日本專利特公平3-13040號公報[專利文獻2]日本專利特開平9-45636號公報[專利文獻3]日本專利特開2008-62547號公報[專利文獻4]日本專利第2712723號公報[專利文獻5]日本專利第3036906號公報[專利文獻6]日本專利第3852000號公報

發明內容
[發明所要解決的問題]在專利文獻3中揭示的方法的情況下，通過激光直接加熱的終歸是激光吸收材，硬脆性材料基板只是通過來自激光吸收材的熱傳導而間接被加熱。因此，難以確保熱傳導的均一性，且拉伸應力未必作用于意圖作用的方向上。另外，與如專利文獻I中揭示的以往的激光割斷同樣，難以控制龜裂的進展方向。因此，難以通過此種方法進行高精度的分斷。另外，專利文獻4及專利文獻5中揭示的充其量不過是通過沿著機械地或利用激光形成的加工痕照射激光而分斷被加工物的基本原理，關于高效率地進行此種分斷的方法，并未作任何揭示及暗示。另外，專利文獻6中，關于通過對發光元件的半導體膜的側面實施凹凸加工而提高光提取效率進行了揭示，但關于對于作為該基材的藍寶石晶片的加工并未作揭示。如果利用專利文獻6中揭示的方法對藍寶石基板實施凹凸加工，那么需要重新進行抗蝕劑涂布處理，并且蝕刻本身需要時間，因而存在生產率較低這一問題。本發明是鑒于所述課題而完成的，目的在于提供一種可高精度且高效率地分斷包含脆性材料的被加工物的技術。另外，特別是提供一種當在表面二維地形成著發光元件圖案的具圖案的基板為被加工物的情況下，除這些高精度且高效率的加工以外，還同時實現提高發光元件的發光效率的技術。[解決問題的技術手段]為解決所述課題，技術方案I的發明的特征在于:它是分斷被加工物的方法；且包括:劃線加工步驟，通過使第I激光從第I出射源出射，并對所述被加工物的劃線面照射所述第I激光，而在所述劃線面上形成劃線；及照射加熱步驟，通過使第2激光從第2出射源出射，并從所述劃線面的相反面即非劃線面側沿著所述劃線照射所述第2激光，而將所述被加工物沿著所述劃線進行加熱；且在所述照射加熱步驟中，通過在以使所述劃線面與冷卻介質接觸的方式將所述被加工物載置于所述冷卻介質上的狀態下使所述第2激光沿著所述劃線相對地進行掃描，而借助所述第2激光向所述非劃線面的照射而使形成在包含所述劃線面的所述被加工物的內部即所述劃線附近的拉伸應力場移動并冷卻，由此，通過使因所述劃線位于所述拉伸應力場內而產生的從所述劃線向所述非劃線面的裂痕的進展沿著所述劃線依序產生，從而將所述被加工物分斷。技術方案2的發明是如技術方案I的分斷方法，其特征在于:在所述照射加熱步驟中，在利用調整機構調整從所述第2出射源出射的所述第2激光的照射范圍后，將所述第2激光照射至所述非劃線面。技術方案3的發明是如技術方案I或技術方案2的分斷方法，其特征在于:所述第2激光是CO2激光。技術方案4的發明是如技術方案3的分斷方法，其特征在于:在所述照射加熱步驟中，以脈沖振蕩模式照射所述第2激光，在通過分斷所述被加工物而形成的單片的分斷面上，產生具有與脈沖振蕩周期對應的周期的全反射率降低用的起伏。技術方案5的發明是如技術方案I或技術方案2的分斷方法，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倍高次諧波。技術方案6的發明是如技術方案I或技術方案2的分斷方法，其特征在于:更包括將所述被加工物的水平面內的姿勢進行修正的對準處理步驟；且對于進行了所述對準處理步驟的所述被加工物，進行所述劃線加工步驟及所述照射加熱步驟。技術方案7的發明是如技術方案I或技術方案2的分斷方法，其特征在于:在所述劃線加工步驟中，通過在所述第I激光的被照射位置產生熔融及再固化而將所述被照射位置設為變質區域，而形成所述劃線。技術方案8的發明是如技術方案I或技術方案2的分斷方法，其特征在于:在所述劃線加工步驟中，通過在所述第I激光的被照射位置產生燒蝕(ablation)而在所述被照射位置形成槽部，而形成所述劃線。技術方案9的發明是如技術方案I或技術方案2的分斷方法，其特征在于:在所述劃線加工步驟中，在彼此正交的第I方向與第2方向上分別形成復數條劃線；且在所述照射加熱步驟中，在從所述非劃線面側進行沿著在所述第I方向上延伸的所述劃線的照射加熱后，進行沿著在所述第2方向上延伸的所述劃線的照射加熱。技術方案10的發明是如技術方案9的分斷方法，其特征在于:在所述照射加熱步驟中，將所述第2激光的照射光束直徑設為形成所述劃線時的間距以下。技術方案11的發明的特征在于:它是分斷在表面二維地形成著光學元件圖案的具光學元件圖案的基板的方法；且包括:劃線加工步驟，通過使第I激光從第I出射源出射，并對所述具光學元件圖案的基板的劃線面照射所述第I激光，而在所述劃線面上形成劃線；及照射加熱步驟，使作為CO2激光的第2激光從第2出射源出射，并從所述劃線面側沿著所述劃線照射所述第2激光，而將所述具光學元件圖案的基板沿著所述劃線進行加熱；且在所述照射加熱步驟中，通過使所述第2激光沿著所述劃線相對地進行掃描而使在所述具光學元件圖案的基板上借助所述第2激光的照射而形成在照射加熱區域的周圍的拉伸應力場移動，由此，通過使因所述劃線位于所述拉伸應力場內而產生的從所述劃線向所述非劃線面的裂痕的進展沿著所述劃線依序產生，而分斷所述具光學元件圖案的基板，并且通過使所述第2激光以脈沖振蕩模式出射，而在借由分斷所述被加工物而形成的光學元件單片的分斷面上，產生具有與脈沖振蕩周期對應的周期的全反射率降低用的起伏。[發明的效果]根據技術方案I至技術方案11的發明，通過沿著借由照射第I激光而預先形成在被加工物的預定分斷位置的劃線照射第2激光而加熱被加工物，而使拉伸應力作用于劃線，從而使從劃線向非劃線面的裂痕的進展沿著劃線的延伸方向依序產生，由此可高精度地分斷被加工物。而且，通過對非劃線面進行第2激光的照射而使裂痕的進展更高效率地產生，因此可高效率地進行以較高的精度的分斷。特別是根據技術方案4及技術方案11的發明，可在分斷對象物的分斷面上有目的地產生起伏。由此，例如，當在表面二維地形成著LED (Light Emitting Diode,發光二極管)圖案的藍寶石基板即LED制造用基板為分斷對象物，且如將該基板分斷成LED芯片單位的單片的情況下，可抑制在LED芯片的分斷面上的全反射，從而提高LED芯片的發光效率。


圖1是示意性地表示分斷加工中途的情況的圖。圖2是使用CO2激光作為加熱用激光LBh而分斷藍寶石基板時的分斷面的SEM像。圖3 (a)、(b)是表示在分斷面較為平坦的情況下與在平坦面存在起伏的情況下的分斷面中的光的前進方向的不同的圖。圖4是概略地表示分斷裝置100的構成的圖。圖5是表示劃線用激光光學系統20的詳細構成的圖。圖6是表示加熱用激光光學系統30的詳細構成的圖。圖7是示意性地表示通過加熱用激光LBh而掃描被加工物W的非劃線面W2的形態的圖。圖8是示意性地表示通過加熱用激光LBh而掃描被加工物W的非劃線面W2的形態的圖。圖9是表示分斷裝置200的概略構成的圖。圖10是表示在對劃線面Wl照射加熱用激光LBh的構成中，冷卻拉伸應力場SF2的情況的模式圖。圖11是表示在對劃線面Wl照射加熱用激光LBh的構成中，冷卻拉伸應力場SF2的情況的模式圖。圖12是概略地表示在分斷裝置100中實現冷卻氣體CG的噴射的構成的一例的圖。圖13是概略地表示在分斷裝置200中設置冷卻拉伸應力場SF2的構成的情況的一例的圖。圖14是表示對非劃線面W2照射加熱用激光LBh的另一形態的圖。[符號的說明]10 平臺部11 XY 平臺12 加工用平臺13 冷卻機構20 劃線用激光光學系統21 激光振蕩器21a 快門22 衰減器23 物鏡
24 鏡30 加熱用激光光學系統31 激光振蕩器31a 快門32 衰減器33 光束調整機構34 物鏡35 鏡36噴嘴37 冷卻氣體供給源38 供給管40 光學系統50 控制系統60反轉機構61 夾頭

62 升降部63反轉部100 分斷裝置200 分斷裝置CG 冷卻氣體CR 裂痕LO 預定分斷位置LBh 加熱用激光LBs 劃線用激光SFl 壓縮應力場SF2拉伸應力場SL 劃線TS 拉伸應力W 被加工物Wl (被加工物的)劃線面W2 (被加工物的)非劃線面
具體實施例方式〈加工的基本原理〉首先，對于本實施方式的加工(分斷加工)的基本原理進行說明。在本實施方式中進行的分斷加工大致如下:在通過對被加工物(分斷對象物)W的預定分斷位置照射第I激光(劃線用激光)而形成劃線SL后，通過利用第2激光(加熱用激光)的照射進行加熱(激光加熱)而在該劃線SL附近產生應力場，由此，通過使龜裂(裂痕)從作為初期龜裂的劃線SL開始進展，而分斷被加工物。
作為被加工物W，例如符合的有:玻璃板或藍寶石基板等脆性材料、或在包含這些脆性材料的基板的表面通過薄膜層等而二維地形成單位圖案而成的基板(以下，具圖案的基板)等。圖1是示意性地表示在本實施方式中進行的分斷加工中途的情況的圖。更具體而言，圖1是表示通過沿著預先形成在被加工物W上的劃線SL照射加熱用激光LBh而進行激光加熱的情況。此外，在以下說明中，將被加工物W中形成著劃線SL的面、或預定形成劃線SL的面稱為劃線面W1，將該劃線面Wl的相反面稱為非劃線面W2。另外，在圖1中，表示通過使加熱用激光LBh在由箭頭ARl表示的掃描方向(當然也可為劃線SL的延伸方向)上移動而掃描劃線面Wl的情況，但也可代替該情況而為如下形態:使加熱用激光LBh固定地照射某一照射位置，另一方面，通過未圖示的移動手段而使被加工物W移動，由此利用加熱用激光LBh實現向箭頭ARl方向的相對掃描。如果照射加熱用激光LBh，那么被加工物W的劃線面Wl中的加熱用激光LBh的照射區域被加熱而膨脹，如圖1所示，成為壓縮應力場SF1。另一方面，該壓縮應力場SFl的外周區域收縮，成為拉伸應力場SF2。如果劃線SL包含在該拉伸應力場SF2中，那么在被加工物W中，在該劃線SL的側方拉伸應力TS發揮作用。通過此種拉伸應力TS的作用而裂痕CR從劃線SL向非劃線面W2側的預定分斷位置LO進展。而且，如上所述，由于加熱用激光LBh沿著劃線SL相對地進行掃描，因而拉伸應力場SF2也隨之沿著劃線SL移動。于是，裂痕CR向非劃線面W2側進展的部位沿著劃線SL的延伸方向、即加熱用激光LBh的掃描方向遷移。因此，如果從設置在劃線面Wl側的預定分斷位置的劃線SL的一端至另一端照射加熱用激光LBh，那么可在劃線SL的整個形成位置，依序產生裂痕CR向預定分斷位置LO的進展，因而，作為結果，可分斷被加工物W。此為本實施方式的分斷加工的基本原理。在以此種形態分斷被加工物W的情況下，在準確地定位被加工物W后，將高精度地形成在劃線面Wl上的特定位置而成的劃線SL設為初期龜裂，使裂痕CR向非劃線面W2側進展。通常，與劃線SL的長度相比，被加工物W的厚度非常地小，另外，由于通過加熱用激光LBh而形成的拉伸應力場SF2相對均勻，因而不易產生分斷位置的偏移。也就是說，在本實施方式中，可進行精度優異的分斷。作為結果，可實現以Pm級的精度的分斷。此外，當將在表面二維地形成著LED圖案的藍寶石基板即LED制造用基板等具圖案的基板分斷為每單位圖案的單片(芯片單位)的情況等時，在將預定分斷位置設定為格子狀的情況下，在彼此正交的第I方向與第2方向上分別依序形成復數條劃線SL后，對于各方向依序進行利用加熱用激光LBh的加熱。在此種情況下，如果通過加熱用激光LBh而進行沿著某一在第I方向上延伸的劃線SL(第I劃線)的激光加熱，那么在同與其正交的另一劃線SL(第2劃線)的格子點附近，在沿第2方向延伸的第2劃線上裂痕CR也局部地略微向非劃線面W2進展。然而，在此種情況下，通過之后進行沿著第2劃線的激光加熱，也可進行精度上無問題的分斷。對于劃線用激光，只要根據被加工物W的材質等選擇適當的脈沖激光來使用即可。例如，如果在藍寶石基板、或使用藍寶石基板制作的具圖案的基板即LED制造用基板為被加工物W的情況下，那么優選的一例是使用YAG激光的3倍高次諧波(波長355nm)。另夕卜，為了提高在預定分斷位置的分斷精度及確實性，而較理想的是將劃線SL形成為盡可能地細，因此劃線用激光在數ym 十幾μπι左右的照射范圍(照射光束直徑)內進行照射。另外，就加工效率(能量利用效率)的觀點而言，劃線用激光以在被加工物W的劃線面Wl或內部的劃線面Wl附近(從劃線面Wl起至數十μ m左右為止的范圍)聚焦的方式被照射。此外，在本實施方式中，所謂照射光束直徑是指在假設所照射的激光光束的剖面的能量分布為高斯分布形狀的情況下，能量值為中心的最高值的Ι/e2以上的區域的直徑。另外，關于劃線SL，既可為將在劃線用激光的被照射位置通過使物質蒸發而形成的剖面觀察為三角形狀或楔形狀的槽部設為劃線SL的形態，也可為將在該被照射位置通過使物質熔融、再固化(融解改質)而形成的剖面觀察為三角形狀或楔形狀的變質區域設為劃線SL的形態。根據采用哪一形態，而決定劃線用激光的照射條件(脈沖寬度、重復頻率、峰值功率密度、掃描速度等)。另外，圖1中例示了連續地形成著劃線SL的情況，但劃線SL的形成形態并不限于此。例如，也可為沿著預定分斷位置呈點線狀或虛線狀地形成劃線SL的形態。另一方面，作為加熱用激光LBh，優選的是使用作為長波長激光的CO2激光(波長9.4μπι 10.6μπι)。CO2激光由于在玻璃或藍寶石的表面確實地被吸收，因而可確實地產生從劃線SL的裂痕CR的進展。此外，與劃線SL的形成這一以被加工物的加工為目的而照射的劃線用激光不同，加熱用激光LBh是以通過加熱被加工物而在形成在加熱區域的壓縮應力場SFl的周圍形成拉伸應力場SF2這一目的而照射的激光。因此，在不使被加工物破壞或變質、或使拉伸應力場SF2形成為盡可能地廣時，加熱用激光LBh的照射范圍比劃線用激光大即可。例如，在被加工物的厚度為150 μ m的情況下，只要為ΙΟΟμπι ΙΟΟΟμπι左右即可。然而，在如從具圖案的基板中切出矩形形狀的芯片的情況下，將加熱用激光LBh的照射光束直徑設定為與芯片的平面尺寸(與預定分斷位置的間距大致同等)相同或其以下。在使照射光束直徑大于芯片的平面尺寸的情況下，產生無法良好地進行分斷因而無法獲得特定形狀的芯片的情況，故而欠佳。<加熱用激光的振蕩模式與分斷面的形狀的關系>例如，在使用CO2激光作為加熱用激光LBh的情況下，能以連續振蕩模式與脈沖振蕩模式這兩種振蕩模式照射加熱用激光LBh。而且，根據該振蕩模式，確認到被加工物W的分斷面的形狀產生不同。具體而言，在連續振蕩模式的情況下，通過裂痕進展而形成的分斷面成為非常光滑的平坦面。另一方面，在脈沖振蕩模式的情況下，在分斷面上形成與脈沖振蕩周期對應的周期性的起伏(凹凸)。圖2是使用CO2激光作為加熱用激光LBh而分斷藍寶石基板時的分斷面的SEM(Scanning Electron Microscope,掃描電子顯微鏡)像。圖中，“Fracture surface (破裂面)”是分斷面，Groove (溝槽)是劃線，“Feeddirection (進給方向)”是藍寶石基板的移動方向(激光的掃描方向的相反方向)。在圖2所示的情況下，分斷面雖透明，但卻以數十μ m的間距形成著起伏而成。通常，優選的是被加工物W的分斷面為平坦面，因而多數情況下，加熱用激光LBh的照射以連續振蕩模式來進行。相對于此，也有優選的是在分斷面上有目的地(積極地)產生起伏的情況。例如，在表面二維地形成著LED (發光元件)圖案的藍寶石基板(晶片)即LED制造用基板為被加工物W，且將該基板分斷為LED芯片單位的單片的情況就符合該情況。圖3是表示在分斷面為平坦的情況下與在平坦面存在起伏的情況下的分斷面中的光的前進方向的不同的圖。
通常，發光元件(LED芯片)被要求在設置在基板上的發光元件構造部分產生的發光盡可能地不被遮擋便向外部提取。由于此種光的一部分也入射至基板部分，因而為了提高發光元件的實質的發光效率(光的提取效率)，而需要在基板部分也使發出的光盡可能地透過。另一方面，在光從折射率較大的介質中向折射率較小的介質中前進的情況下，有相對于其界面(入射面)以臨界角Θ。以上入射的光被全反射這一光學上的限制(斯奈爾定律)。例如，在光從藍寶石向空氣前進的情況下，Θ。= 34.4°。如果分斷面為平坦面，那么如圖3 (a)所示，在發光元件部分產生的光中以臨界角Θ。以上的入射角入射至分斷面的光全部被反射。另外，理論上，根據產生后的行進方向，繼續遭受全反射，作為結果，也會產生成為封閉在LED芯片內部的狀態的光。如上所述，如果在光從藍寶石向空氣前進的情況下，那么以34.4°以上55.6°以下的入射角入射至分斷面的光就符合該情況。相對于此，在分斷面存在起伏的情況下，如圖3(b)所示，即使是從與圖3(a)的情況相同的方向入射的光，也會根據其入射位置而入射角小于圖3(a)，因而產生透過分斷面的成分。另外，即使在某一分斷面遭到反射，在不同的分斷面進行透過的概率也會變高。也就是說，可降低入射至分斷面的光在該分斷面被全反射的比例(全反射率)。因此，在分斷面存在起伏的情況下，相較于分斷面為平坦面的情況，實現易于提取所產生的光的狀態。此夕卜，在實際的發光元件中，LED芯片的基板未必直接露出在外部，有通過樹脂而密封等情況，但即使在此種情況下，也同樣地獲得所述效果。鑒于以上，在被加工物W為LED制造用基板，且將該基板分斷為LED芯片單位的情況下，通過以脈沖振蕩模式照射加熱用激光LBh而在分斷面產生起伏的形態來進行分斷。由此，可獲得光提取效率較高的LED芯片。此種方法可與被加工物W的分斷的同時形成起伏，因而與例如如專利文獻6中揭示的使用干式蝕刻來形成凹凸的方法相比，為高效率且生產率較高的方法。〈分斷裝置〉其次，基于所述加工原理，對進行被加工物的分斷的分斷裝置進行說明。圖4是概略地表示分斷裝置100的構成的圖。如圖4所示，分斷裝置100主要包括平臺部10、劃線用激光光學系統20、加熱用激光光學系統30、及位置讀取光學系統40。另外，分斷裝置100例如包含未圖示的CPU (Central Processing Unit,中央處理器)、ROM (Read Only Memory,只讀存儲器)、RAM (Random Access Memory，隨機存取存儲器)等，且包括控制系統50，通過在劃線用激光光學系統20、加熱用激光光學系統30、及位置讀取光學系統40等之間授受各種信號，而控制各構成要素的動作。此外，控制系統50既可為與其他構成要素作為一體而并入分斷裝置100的本體中的形態，也可為例如包含個人計算機等，且與分斷裝置100的本體分開地設置的形態。平臺部10主要包含XY平臺11、及設置在該XY平臺11上的加工用平臺12。XY平臺11基于來自控制系統50的驅動控制信號sgl，而在水平面內(XY平面內)的彼此正交的2個方向(X方向、Y方向)上移動自如。此外，將XY平臺11的位置信息信號sg2不斷地反饋至控制系統。加工用平臺12是用以在其上載置固定被加工物W的部位。加工用平臺12包括未圖示的吸附機構，且以如下方式構成:通過基于來自控制系統50的吸附控制信號sg3而使吸附機構作動，而將被加工物W吸附固定在加工用平臺12的上表面12a。另外，加工用平臺12包括未圖示的旋轉驅動機構，且也可基于來自控制系統50的旋轉控制信號sg4而在水平面內進行旋轉動作。此外，雖在圖4中省略圖示，但也可為如下形態:在向加工用平臺12固定時，在被加工物W的非劃線面W2側(載置面側)貼附黏著性膜，并將被加工物W與該膜一同固定。劃線用激光光學系統20是基于由控制系統50提供的劃線用激光控制信號sg5而對被加工物W照射劃線用激光的部位。圖5是表示劃線用激光光學系統20的詳細構成的圖。如圖5所示，劃線用激光光學系統20主要包括:激光振蕩器21，是作為劃線用激光LBs的光源(出射源)；衰減器22，用以進行從激光振蕩器21出射的劃線用激光LBs的光量調整；及物鏡23，用以進行劃線用激光LBs的焦點調整。此外，如上所述，作為劃線用激光LBs，使用與被加工物W的材質等對應的脈沖激光，因而激光振蕩器21只要根據所使用的劃線用激光LBs的種類進行選擇即可。另外，在劃線用激光光學系統20中還包括鏡24，通過反射劃線用激光LBs而適當轉變劃線用激光LBs的光路方向。此外，在圖5中雖例示了僅包括I個鏡24的情況，但鏡24的數量并不限于此，根據劃線用激光光學系統20內部或進而分斷裝置100內部的布局上的要求及其他原因，也可為設置更多的鏡24，且適當設定劃線用激光LBs的光路的形態。更詳細而言，在激光振蕩器21中，設置有用以切換劃線用激光LBs的出射/非出射的快門21a。快門21a的開關動作是基于作為劃線用激光控制信號sg5的一種的ON(開)/OFF(關)控制信號sg5a而進行控制的。另外，衰減器22中的劃線用激光LBs的光量的調整是基于作為劃線用激光控制信號sg5的一種的輸出功率控制信號sg5b而進行控制的。在劃線用激光光學系統20中，從激光振蕩器21出射且由衰減器22調整光量的劃線用激光LBs以在被加工物W的劃線面Wl或內部的劃線面Wl附近(從劃線面Wl起至數十μ m左右為止的范圍)聚焦的方式，且以照射光束直徑成為數μπι 十幾μ m左右的方式調整物鏡23的配置位置。由此，形成良好的劃線SL。加熱用激光光學系統30是基于由控制系統50提供的加熱用激光控制信號sg6而對被加工物W照射加熱用激光的部位。圖6是表不加熱用激光光學系統30的詳細構成的圖。如圖6所不,加熱用激光光學系統30主要包括:激光振蕩器31，是作為加熱用激光LBh的光源(出射源)；衰減器32，用以進行從激光振蕩器31出射的加熱用激光LBh的光量調整；光束調整機構33，用以調整對被加工物W的加熱用激光LBh的照射范圍；及物鏡34，用以進行加熱用激光LBh的焦點調整。如上所述，作為加熱用激光LBh使用CO2激光，因而激光振蕩器31為CO2激光用的振蕩器。另外，在加熱用激光光學系統30中還包括鏡35，通過反射加熱用激光LBh而適當轉變加熱用激光LBh的光路的方向。此外，在圖6中雖例示了僅包括I個鏡35的情況，但鏡35的數量并不限于此，根據加熱用激光光學系統30內部或進而分斷裝置100內部的布局上的要求及其他原因，也可為設置更多的鏡35，且適當設定加熱用激光LBh的光路的形態。
更詳細而言，在激光振蕩器31中，設置有用以切換加熱用激光LBh的出射/非出射的快門31a。快門31a的開關動作是基于作為加熱用激光控制信號sg6的一種的0N/0FF控制信號sg6a而進行控制的。另外，衰減器32中的加熱用激光LBh的光量的調整是基于作為加熱用激光控制信號sg6的一種的輸出功率控制信號sg6b而進行控制的。另外，為了調整從激光振蕩器31直線地出射的加熱用激光LBh的照射范圍而包括光束調整機構33。光束調整機構33例如可通過適當組合各種透鏡而實現，且可通過調整這些透鏡的位置，而對被加工物W以適當的照射范圍照射加熱用激光LBh。此外，在圖6中，例示了通過利用光束調整機構33的調整，而加熱用激光LBh以大于從激光振蕩器31出射時的光束直徑的照射范圍照射至被加工物W的情況。位置讀取光學系統40利用未圖示的CO)(Charge Coupled Device,電荷稱合器件)攝像機等對吸附固定在加工用平臺12的被加工物W進行攝像，并將所獲得的攝像圖像的數據作為圖像信息信號sg7而提供給控制系統50。控制系統50基于所獲得的圖像信息信號sg7而進行XY平臺11的移動范圍、或劃線用激光LBs或加熱用激光LBh的照射位置等的設定。在具有如上構成的分斷裝置100中，通過在將被加工物W吸附固定在加工用平臺12的狀態下使XY平臺11移動，而可將被加工物W相對于劃線用激光光學系統20、加熱用激光光學系統30、及位置讀取光學系統40的各者從下方對向配置。此外，在此種情況下，被加工物W以劃線面Wl成為上表面(非載置面)的方式固定在加工用平臺12上。而且，通過在使被加工物W與劃線用激光光學系統20對向配配置的狀態下從劃線用激光光學系統20對被加工物W照射劃線用激光LBs并且使XY平臺11移動，而實現對于被加工物W的劃線用激光LBs的相對掃描。通過使劃線用激光LBs沿著劃線面Wl的預先假設的預定分斷位置相對地進行掃描，而可形成劃線SL。同樣地，通過在使被加工物W與加熱用激光光學系統30對向配置的狀態下從加熱用激光光學系統30對被加工物W照射加熱用激光LBh并且使XY平臺11移動，而實現對于被加工物W的加熱用激光LBh的相對掃描。通過使加熱用激光LBh沿著借助劃線用激光LBs的照射而形成的劃線SL相對地進行掃描，而使裂痕CR從劃線SL向被加工物W的非劃線面W2的預定分斷位置進展，由此，可分斷被加工物W。另外，在分斷裝置100中，可在使被加工物W與位置讀取光學系統40對向配置的狀態下進行利用位置讀取光學系統40的被加工物W的攝像，并基于所獲得的攝像圖像數據，而進行修正被加工物W的水平面內的傾斜(姿勢)的對準動作。具體而言，控制系統50基于該攝像圖像數據的圖像內容(例如，對準標記的配置位置或重復圖案的配置位置等)而特定被加工物W的水平面內的傾斜(從XY平臺11的移動方向的傾斜)，并對加工用平臺12提供旋轉控制信號sg4，使該加工用平臺12旋轉，以取消此種傾斜。作為特定被加工物W的水平面內的傾斜的主要方法，可應用圖案匹配法等周知的方法。在通常的分斷加工的情況下，在以劃線面Wl成為上表面(非載置面)的方式將被加工物W固定在加工用平臺12的狀態下進行利用位置讀取光學系統40的攝像及其后的對準處理后，進行利用劃線用激光光學系統20的劃線SL的形成，進而，通過在加熱用激光光學系統30中照射加熱用激光LBh而分斷被加工物W。<對非劃線面照射加熱用激光>
以下，對于應用了所述原理的各種分斷處理的形態依序進行說明。圖7及圖8是示意性地表示通過加熱用激光LBh而掃描被加工物W的非劃線面W2的形態的圖。圖7是與劃線SL的延伸方向垂直的被加工物W的剖視圖，圖8是沿著劃線SL的被加工物W的剖視圖。在圖7及圖8所示的情況下，與圖1的情況不同，預先形成著劃線SL的劃線面Wl載置于加工用平臺12，且向作為非載置面的非劃線面W2的預定分斷位置LO照射加熱用激光LBh。如果以此種形態照射加熱用激光LBh，那么非劃線面W2的加熱用激光LBh的照射位置附近成為壓縮應力場SF1，其周圍也包含壓縮應力場SFl的下方成為拉伸應力場SF2。此外，在圖7所示的情況下，例示了劃線SL作為槽部而形成的情況，但劃線SL的形成形態并不限于此(圖7、圖14也同樣)。更具體而言，如果以圖7所示的形態照射加熱用激光LBh，那么不僅在非劃線面W2而且在被加工物W的內部也形成拉伸應力場SF2。因此，拉伸應力TS作用于位于被加工物W的內部的劃線SL的前端部分。其結果，裂痕CR從劃線SL向其上方的預定分斷位置LO進展。由于加熱用激光LBh沿著圖8中由箭頭ARl表示的掃描方向進行掃描，因而裂痕CR的進展部位也隨之移動。作為結果，與圖1的情況同樣地實現基板的分斷。此外，如果更詳細來說，那么通過加熱用激光LBh而形成的應力場的空間上的分布本身既與圖1的情況相同又與圖7及圖8的情況相同。在圖1的情況下，將劃線面Wl設為加熱用激光LBh的被照射面，主要利用作為水平面的該劃線面Wl內的應力分布使裂痕CR進展，相對于此，在圖7及圖8的情況下，主要利用被加工物W的厚度方向(剖面方向)上的應力分布使裂痕CR進展，在此方面兩者不同。圖9是表示實現如上對于非劃線面W2照射加熱用激光LBh的分斷裝置200的概略構成的圖。此外，在圖9中，對于與圖4至圖6所示的分斷裝置100相同的構成要素附注相同的符號。另外，圖9中雖省略圖示，但分斷裝置200與分斷裝置100同樣地包括控制系統50。分斷裝置200概略上具有對于分斷裝置100附加反轉機構60的構成。反轉機構60相對于被加工物W如由箭頭AR3所示般進退自如，且包括:夾頭61，從側方夾持被加工物W ;升降部62，使夾持著被加工物W的狀態的夾頭61如箭頭AR4所示般在鉛垂方向上升降；及反轉部63，通過使夾持著被加工物W的狀態的夾頭61保持其夾持狀態地圍繞與圖式垂直的軸反轉180°而使被加工物W表里翻轉。反轉機構60按照來自控制系統50的控制信號進行動作。在包括此種反轉機構60的分斷裝置200中，在以劃線面Wl成為上表面(非載置面)的方式將被加工物W固定在加工用平臺12的狀態下，與分斷裝置100同樣地，進行利用位置讀取光學系統40的攝像及其后的對準處理、以及劃線用激光光學系統20中的劃線SL的形成。如果完成劃線SL的形成，那么使固定被加工物W而成的加工用平臺12向反轉機構60的下方移動。如果被加工物W位于反轉機構60的正下方，那么加工用平臺12中的被加工物的吸引固定被解除，而由夾頭61夾持被加工物W。夾持著被加工物W的夾頭61借助升降部62而向上方提升。繼而，在加工用平臺12暫且從反轉機構60的正下方退避后，反轉部63使被加工物W反轉。如果結束此種反轉，那么加工用平臺12再次向反轉機構60的下方配置。而且，通過升降部62使夾頭61下降，而被加工物W在非劃線面W2成為上表面的狀態下載置于加工用平臺12，并再次被吸附固定。其后，在重新進行利用位置讀取光學系統40的攝像及對準處理后，供于加熱用激光光學系統30中的分斷處理。此外，也可為如下形態:在將通過反轉機構60而反轉的被加工物W以非劃線面W2為上表面而固定在加工用平臺12之前，預先將貼具黏著性膜的環載置于加工用平臺12上，并在該膜上配置經加工反轉的被加工物W并貼附在該膜上，而將被加工物W與該膜一并固定。<拉伸應力場的冷卻>作為使拉伸應力場SF2中的裂痕CR的進展更有效地產生的方法，有冷卻拉伸應力場SF2的方法。圖10及圖11是表示在對劃線面Wl照射加熱用激光LBh的構成中，冷卻拉伸應力場SF2的情況的模式圖。圖10是與劃線SL的延伸方向垂直的被加工物W的剖視圖，圖11是被加工物W的上表面圖。在圖10及圖11中，在通過加熱用激光LBh而沿由箭頭ARl所示的掃描方向掃描劃線面Wl時,對于所形成的拉伸應力場SF2中的掃描方向后方的部分，噴射冷卻氣體CG(cooling gas)。如果以此種形態進行冷卻，那么拉伸應力場SF2的被冷卻的部位與通過加熱用激光LBh的照射而加熱的壓縮應力場S Fl的溫度差變得更高，拉伸應力場SF2中的拉伸應力變得更強。由此，提高裂痕CR的進展的確實性。作為結果，可更高精度地分斷被加工物W。此外，作為冷卻氣體CG，例如只要適當使用惰性氣體等與被加工物W不發生反應的氣體即可。圖12是概略地表示在圖4至圖6所示的分斷裝置100中實現冷卻氣體CG的噴射的構成的一例的圖。也就是說，在圖12所示的情況下，附設有用以對加熱用激光光學系統30噴射冷卻氣體CG的噴嘴36，且可使從冷卻氣體供給源37通過供給管38而供給的冷卻氣體CG與加熱用激光LBh的掃描(相對掃描)同步地從噴嘴36向拉伸應力場SF2噴射。然而，冷卻拉伸應力場SF2的形態并不限于利用如上冷卻氣體CG的噴射的形態，只要無與被加工物的反應性、或分斷裝置的腐蝕等問題，那么也可進行利用液體的冷卻。也就是說，也可進行利用包含氣體及液體的流體的冷卻。另外，也可為如通過使固體冷媒接近或接觸于拉伸應力場SF2而進行冷卻的形態。圖13是概略地表示在圖9所示的分斷裝置200中設置冷卻拉伸應力場SF2的構成的情況的一例的圖。在分斷裝置200中，從固定在加工用平臺12的被加工物W的內部至載置面側形成著拉伸應力場SF2。因此，如圖13所示，在加工用平臺12上設置用以將載置于其上表面的被加工物W從劃線面Wl側進行冷卻的冷卻機構13。通過設置此種冷卻機構13，而拉伸應力場SF2中的拉伸應力進一步增強。由此，提高裂痕CR的進展的確實性。作為結果，可更高精度地分斷被加工物W。作為冷卻機構13，例如可使用珀爾帖(Peltier)元件或冷卻板(coolplate)等。如以上說明般，根據本實施方式，通過照射劃線用激光而沿著預先形成在被加工物的預定分斷位置的劃線照射加熱用激光，并通過加熱被加工物而使拉伸應力作用于劃線，而使從劃線向非劃線面的裂痕的進展沿著劃線的延伸方向依序產生，由此可分斷被加工物。另外，通過冷卻拉伸應力場，而可使裂痕的進展更高效率地產生。而且，照射劃線用激光而形成劃線的劃線加工可在高精度地定位加工對象位置后進行。因此，在相同的裝置內，在預定分斷位置高精度地形成劃線，緊接著，進行利用激光加熱的拉伸應力的產生，由此可高效率地進行高精度的分斷加工。〈變形例〉圖14是表示對非劃線面W2照射加熱用激光LBh的另一形態的圖。在所述實施方式中，表示通過使非劃線面W2朝向上側，且從上方照射加熱用激光LBh，而對非劃線面W2照射加熱用激光LBh的形態，但也可代替該形態而如圖14所示，通過在使非劃線面W2朝向下側的狀態下從下方朝向非劃線面W2照射加熱用激光LBh，而使拉伸應力TS作用于劃線SL。此可通過以下來實現:例如在分斷裝置100中，借由使加熱用激光LBh透過的材質而形成加工用平臺12，并在加工用平臺12的下方設置加熱用激光光學系統30。
權利要求
1.一種被加工物的分斷方法，其特征在于:它是分斷被加工物的方法；且包括: 劃線加工步驟，通過使第I激光從第I出射源出射，并對所述被加工物的劃線面照射所述第I激光，而在所述劃線面上形成劃線 '及 照射加熱步驟，通過使第2激光從第2出射源出射，并從所述劃線面的相反面即非劃線面側沿著所述劃線照射所述第2激光，而將所述被加工物沿著所述劃線進行加熱；且 在所述照射加熱步驟中，通過在以使所述劃線面與冷卻介質接觸的方式將所述被加工物載置于所述冷卻介質上的狀態下，使所述第2激光沿著所述劃線相對地進行掃描，而借助所述第2激光對所述非劃線面的照射而使形成在包含所述劃線面的所述被加工物的內部即所述劃線附近的拉伸應力場移動并冷卻，由此，通過使因所述劃線位于所述拉伸應力場內而產生的從所述劃線向所述非劃線面的裂痕的進展沿著所述劃線依序產生，從而將所述被加工物分斷。
2.根據權利要求1所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 在所述照射加熱步驟中，在利用調整機構調整從所述第2出射源出射的所述第2激光的照射范圍后，將所述第2激光照射至所述非劃線面。
3.根據權利要求1或2所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 所述第2激光是CO2激光。
4.根據權利要求3所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 在所述照射加熱步驟中，以脈沖振蕩模式照射所述第2激光，在通過分斷所述被加工物而形成的單片的分斷面上，產生具有與脈沖振蕩周期對應的周期的全反射率降低用的起伏。
5.根據權利要求1或2所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 所述第I激光是YAG激光的3倍高次諧波。
6.根據權利要求1或2所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 更包括對準處理步驟，對所述被加工物的水平面內的姿勢進行修正；且 對于進行了所述對準處理步驟的所述被加工物，進行所述劃線加工步驟及所述照射加熱步驟。
7.根據權利要求1或2所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 在所述劃線加工步驟中，通過在所述第I激光的被照射位置產生熔融及再固化而將所述被照射位置設為變質區域，而形成所述劃線。
8.根據權利要求1或2所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 在所述劃線加工步驟中，通過在所述第I激光的被照射位置產生燒蝕而在所述被照射位置形成槽部，而形成所述劃線。
9.根據權利要求1或2所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 在所述劃線加工步驟中，在彼此正交的第I方向與第2方向上分別以特定間距形成復數條劃線；且 在所述照射加熱步驟中，在進行了從所述非劃線面側沿著在所述第I方向上延伸的所述劃線的照射加熱后，進行沿著在所述第2方向上延伸的所述劃線的照射加熱。
10.根據權利要求9所述的被加工物的分斷方法，其特征在于: 在所述照射加熱步驟中，將所述第2激光的照射光束直徑設為形成所述劃線時的間距以下。
11.一種具光學元件圖案的基板的分斷方法，其特征在于:它是分斷在表面二維地形成著光學元件圖案的具光學元件圖案的基板的方法；且包括: 劃線加工步驟，通過使第I激光從第I出射源出射，并對所述具光學元件圖案的基板的劃線面照射所述第I激光，而在所述劃線面上形成劃線 '及 照射加熱步驟，通過使作為CO2激光的第2激光從第2出射源出射，并從所述劃線面側沿著所述劃線照射所述第2激光，而將所述具光學元件圖案的基板沿著所述劃線進行加執.且在所述照射加熱步驟中， 通過使所述第2激光沿著所述劃線相對地進行掃描而使在所述具光學元件圖案的基板上借助所述第2激光的照射而形成在照射加熱區域的周圍的拉伸應力場移動，由此，通過使因所述劃線位于所述拉伸應力場內而產生的從所述劃線向所述非劃線面的裂痕的進展沿著所述劃線依序產生，而分斷所述具光學元件圖案的基板；并且 通過使所述第2激光以脈沖振蕩模式出射，而在借由分斷所述被加工物而形成的光學元件單片的分斷面上，產生具有與脈沖振蕩周期對應的周期的全反射率降低用的起伏。
全文摘要
本發明涉及一種被加工物的分斷方法及具光學元件圖案的基板的分斷方法。本發明提供一種可高精度且高效率地分斷脆性材料被加工物的技術。本發明的被加工物的分斷方法包括以下步驟通過對被加工物的劃線面照射第1激光，而在劃線面上形成劃線；及通過從非劃線面側沿著劃線照射第2激光，而將被加工物沿著劃線進行加熱；且在后一步驟中，通過在使劃線面與冷卻介質接觸的狀態下使第2激光進行相對掃描，而使形成在被加工物的內部即劃線附近的拉伸應力場移動并冷卻，由此，通過使因劃線位于拉伸應力場內而產生的從劃線向非劃線面的裂痕的進展沿著劃線依序產生，從而將被加工物分斷。
文檔編號B28D5/00GK103182602SQ20121052831
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月10日 優先權日2011年12月28日
發明者法貴哲夫, 長友正平 申請人:三星鉆石工業股份有限公司