DE102019200462A1 - Verfahren zum bearbeiten eines werkstücks mit einem laserstrahl - Google Patents

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Naotoshi Kirihara
Noboru Takeda
Yukihiro KIRIBAYASHI
Hiroshi Morikazu
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Abstract

Ein Verfahren zum Bearbeiten eines plattenförmigen Werkstücks mit einem Laserstrahl, sodass es entlang mehrerer geplanter Teilungslinien an dem Werkstück geteilt werden kann, beinhaltet: einen ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel zum Ausbilden mehrerer erster Abschirmtunnel, die jeweils feine Poren und eine amorphe Substanz beinhalten, welche die feinen Poren umgibt, in dem Werkstück entlang der geplanten Teilungslinien durch Aufbringen eines gepulsten Laserstrahls, der eine Wellenlänge aufweist, die durch das Werkstück transmittiert werden kann, auf dem Werkstück entlang der geplanten Teilungslinien, während eine zusammenlaufende Zone des gepulsten Laserstrahls in dem Werkstück gesetzt ist; einen Änderungsschritt für eine Position einer zusammenlaufenden Zone zum Ändern der zusammenlaufenden Zone des gepulsten Laserstrahls, der auf dem Werkstück aufgebracht werden soll, auf eine Position entlang der Dickenrichtungen des Werkstücks; und einen zweiten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel zum Ausbilden mehrerer zweiter Abschirmtunnel in dem Werkstück benachbart und parallel zu den ersten Abschirmtunneln entlang der Richtung, in welcher der gepulste Laserstrahl aufgebracht wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines relativ dicken plattenförmigen Werkstücks wie einer Glasplatte oder dergleichen mit einem Laserstrahl.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Bisher wurden Schneidvorrichtungen wie Teilungssägen genannt verwendet, um Wafer in einzelne Bauelementchips zu teilen. Jedoch ist es für die Teilungssägen schwierig, harte, spröde Materialien wie Saphir, Siliziumcarbid (SiC) usw., Substrate mit kristallinem Wachstum d. h. epitaktische Substrate wie optische Bauelementwafer und dergleichen zu schneiden.
  • Ein Laserbearbeitungsverfahren, das unter Verwendung einer Laserbearbeitungsvorrichtung verwendet wird, ist eine Technologie, in der ein gepulster Laserstrahl, der eine Wellenlänge aufweist, die durch den Wafer transmittiert werden kann, auf dem Wafer aufgebracht wird, um modifizierte Schichten auszubilden, die reduzierte mechanische Festigkeit in dem Wafer aufweisen, und äußere Kräfte dann auf dem Wafer entlang der modifizierten Schichten durch eine Ausdehnungsvorrichtung oder dergleichen aufgebracht werden, wodurch der Wafer in mehrere Bauelementchips geteilt wird. Die Technologie ist zum Beispiel in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2005-129607 offenbart.
  • Entsprechend dem obigen Laserbearbeitungsverfahren auch als Stealth-Dicing (SD) Prozess bekannt, in dem ein gepulster Laserstrahl, der eine Wellenlänge aufweist, die durch einen Wafer transmittiert werden kann, auf dem Wafer aufgebracht wird, um modifizierte Schichten darin auszubilden, muss der gepulste Laserstrahl mehrfach auf jeder Teilungslinie an dem Wafer aufgebracht werden. Folglich besteht der Bedarf, die Produktivität weiter zu erhöhen.
  • Das japanische Patent Nr. 6151557 offenbart ein Laserbearbeitungsverfahren, bei dem ein gepulster Laserstrahl, der eine Wellenlänge aufweist, die durch einen Wafer transmittiert werden kann, der aus einem Einzelsiliziumsubstrat wie einem Saphirsubstrat, einem SiC-Substrat oder gleichen ausgebildet ist, auf dem Wafer durch eine Kondensorlinse aufgebracht wird, die eine relativ kleine numerische Apertur hat, wodurch periodisch mehrere gerade Abschirmtunnel ausgebildet werden, die jeweils aus feinen Poren und einer amorphen Substanz ausgebildet sind, welche die feinen Poren in dem Substrat abschirmt, worauf äußere Kräfte auf dem Wafer aufgebracht werden, um den Wafer in einzelne Bauelementchips zu teilen.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Entsprechend dem Laserbearbeitungsverfahren, das in dem japanische Patent Nr. 6151557 offenbart ist, falls das plattenförmige Werkstück dicker ist, dann werden die Abschirmtunnel kürzer im Vergleich zur Dicke des Werkstücks mit dem Ergebnis, dass es schwierig oder unmöglich wird, das Werkstück in einzelne Bauelementchips zu teilen.
  • Es ist darum ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahlstrahl bereitzustellen, um das Werkstück effizient in Bauelementchips zu teilen, indem das Werkstück gut teilbar oder spaltbar gemacht wird, sogar falls das Werkstück relativ dick ist.
  • In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines plattenförmigen Werkstücks mit einem Laserstrahl bereitgestellt, sodass es entlang mehrerer geplanter Teilungslinien an dem Werkstück geteilt werden kann, beinhaltend: einen ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel zum Ausbilden mehrerer erste Abschirmtunnel, die jeweils feine Poren und eine amorphe Substanz, welche die feinen Poren umgibt, beinhalten, in dem Werkstück entlang der geplanten Teilungslinien durch Aufbringen eines gepulsten Laserstrahls, der eine Wellenlänge aufweist, die durch das Werkstück transmittiert werden kann, auf dem Werkstück entlang der geplanten Teilungslinien, während eine zusammenlaufende Zone des gepulsten Laserstrahls in dem Werkstück positioniert wird; nach dem ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel einen Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone zum Ändern der Position der zusammenlaufenden Zone des gepulsten Laserstrahls, der auf dem Werkstück aufgebracht werden soll, auf eine Position entlang einer Dickenrichtung des Werkstücks; und nach dem Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone einen zweiten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel zum Ausbilden mehrerer zweiter Abschirmtunnel in dem Werkstück benachbart und parallel zu den ersten Abschirmtunneln entlang der Richtung, in welcher der gepulste Laserstrahl aufgebracht wird, in denen der gepulste Laserstrahlstrahl, der eine Wellenlänge aufweist, die durch das Werkstück transmittiert werden kann, auf dem Werkstück entlang der geplanten Teilungslinien aufgebracht wird, während die zusammenlaufende Zone des gepulsten Laserstrahls in dem Werkstück positioniert wird, indem der Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone und der zweite Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel wiederholt werden, bis die Summe einer Länge der ersten Abschirmtunnel und einer Länge der zweiten Abschirmtunnel entlang der Dickenrichtung des Werkstücks im Wesentlichen die gleiche wie die Dicke des Werkstücks ist.
  • Vorzugsweise weisen die ersten Abschirmtunnel, die in dem Werkstück ausgebildet sind, Enden auf, die an einer der gegenüberliegenden Oberflächen des Werkstücks freiliegen. Vorzugsweise sind erste Abschirmtunnel und zweite Abschirmtunnel, die benachbart und parallel zueinander in dem Werkstück entlang der Dickenrichtung des Werkstücks ausgebildet sind, miteinander in der Richtung, in welcher der gepulste Laserstrahl aufgebracht wird, in einem Bereich von ± 20µm überlappend.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung ermöglicht es das Verfahren effizient, ein relativ dickes plattenförmiges Werkstück zu teilen, das nicht geteilt oder schwierig durch konventionelle Methoden geteilt werden kann, und folglich kann die Produktivität der geteilten Produkte aus dem Werkstück erhöht werden.
  • Das obige und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Weise des Realisierens dieser wird klarer und die Erfindung selbst am besten durch ein Studieren der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche mit Bezug zu den angehängten Figuren, die einige bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, verstanden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Aufbringungseinheit für einen Laserstrahl entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Aufbringungseinheit für einen Laserstrahl entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 3A ist ein Diagramm, das schematisch einen gepulsten Laserstrahl, der von einem Laseroszillator der Aufbringungseinheit für einen Laserstrahl entsprechend der zweiten Ausführungsform emittiert wird, darstellt;
    • 3B ist ein Diagramm, das schematisch einen gepulsten Laserstrahl darstellt, der durch ein erstes Ausdünnmittel der Ausaufbringungseinheit für einen Laserstrahl entsprechend der zweiten Ausführungsform gelaufen ist;
    • 3C ist ein Diagramm, das schematisch einen gepulsten Laserstrahl darstellt, der durch einen Verstärker der Aufbringungseinheit für einen Laserstrahl entsprechend der zweiten Ausführungsform verstärkt wurde;
    • 3D ist ein Diagramm, das schematisch einen Burstpuls-Laserstrahlstrahl darstellt, der durch ein zweites Ausdünnmittel der Aufbringungseinheit für einen Laserstrahl entsprechend der zweiten Ausführungsform ausgebildet wurde;
    • 4 ist eine perspektivische Teilansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die dazu geeignet ist, erste und zweite Ausbildungsschritte für Abschirmtunnel auszuführen;
    • 5A ist eine seitliche Aufsicht, die einen Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel darstellt, der an einem Werkstück entsprechend der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
    • 5B ist eine seitliche Aufsicht, teilweise im Querschnitt, des Werkstücks, nachdem der Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend ersten Ausführungsform daran durchgeführt wurde;
    • 6A ist eine schematische Teilansicht des Werkstücks im Querschnitt, nachdem ein erster Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der ersten Ausführungsform daran durchgeführt wurde, um Abschirmtunnel in dem Werkstück von einer unteren Oberfläche davon ausgehend auszubilden;
    • 6B ist eine schematische Teilansicht des Werkstücks im Querschnitt, nachdem ein zweiter Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der ersten Ausführungsform daran durchgeführt wurde;
    • 6C ist eine schematische Teilansicht des Werkstücks im Querschnitt, nachdem ein dritter Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der ersten Ausführungsform daran durchgeführt wurde, d. h. nachdem ein zweiter Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der ersten Ausführungsform daran wiederholt ausgeführt wurde;
    • 7A ist eine seitliche Aufsicht, die einen Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel darstellt, der an einem Werkstück entsprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführt wurde;
    • 7B ist eine seitliche Aufsicht, teilweise im Querschnitt, des Werkstücks, nachdem ein Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der zweiten Ausführungsform daran ausgebildet wurde;
    • 8A ist eine schematische Teilansicht des Werkstücks im Querschnitt, nachdem ein erster Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der zweiten Ausführungsform daran durchgeführt wurde, um Abschirmtunnel in einem Werkstück von einer oberen Oberfläche davon auszubilden;
    • 8B ist eine schematische Teilansicht des Werkstücks im Querschnitt, nachdem ein zweiter Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der zweiten Ausführungsform daran durchgeführt wurde;
    • 8C ist eine schematische Teilansicht des Werkstücks im Querschnitt, nachdem ein dritter Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der zweiten Ausführungsform daran durchgeführt wurde, d. h. nachdem der zweite Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der zweiten Ausführungsform daran wiederholt ausgeführt wurde;
    • 9A ist eine schematische Teilansicht des Werkstücks im Querschnitt, die eine überlappende Beziehung zwischen dem ersten und zweiten Abschirmtunnel in dem Werkstück darstellt;
    • 9B ist eine vergrößerte schematische Schnittansicht eines Abschnitts P des Werkstücks, das in 9A dargestellt ist, im Querschnitt, in dem die ersten und zweiten Abschirmtunnel nicht miteinander überlappen, d. h. sie sind in einem Zustand, der als ein negativ überlappender Zustand definiert ist; und
    • 9C ist eine vergrößerte schematische Teilansicht im Querschnitt eines anderen Abschnitts P des Werkstücks, das in 9A dargestellt ist, in dem die ersten und zweiten Abschirmtunnel miteinander überlappen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Ähnliche oder entsprechende Teile werden mit gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen über alle Ansichten hinweg gekennzeichnet.
  • Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl oder Laserbearbeitungsverfahren entsprechend bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden detailliert mit Bezug zu den Figuren beschrieben. 1 stellt eine Aufbringungseinheit 3 für einen Laserstrahl in Blockform entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 1 dargestellt beinhaltet die Aufbringungseinheit 3 für einen Laserstrahl eine Generatoreinheit 5 für einen gepulsten Laserstrahl zum Generieren und Emittieren eines gepulsten Laserstrahls und einen Strahlkondensor 8 zum Konvergieren des gepulsten Laserstrahls, der von der Generatoreinheit 5 für einen gepulsten Laserstrahl emittiert wird, und Aufbringen des konvergierten Laserstrahls auf dem plattenförmigen Werkstück 11, das an einem Einspanntisch 14 gehalten ist.
  • Die Generatoreinheit 5 für einen gepulsten Laserstrahl beinhaltet einen gepulsten Laseroszillator 2 wie zum Beispiel einen YAG oder YV04 Laser, der einen gepulsten Laserstrahl LB1 oszilliert und emittiert, der eine Wellenlänge von 1030 nm oder 1064 nm zum Beispiel aufweist. Der gepulste Laserstrahl LB1, der von dem gepulsten Laseroszillator 2 emittiert wird, weist zum Beispiel eine sehr hohe Wiederholungsfrequenz von mehreren zehn MHz auf.
  • Der gepulste Laserstrahl LB1 von dem gepulsten Laseroszillator 2 wird auf einem Ausdünnmittel 4 aufgebracht. Das Ausdünnmittel 4 dünnt die Pulse des gepulsten Laserstrahls LB1 in vorbestimmten Abständen aus, wodurch der gepulste Laserstrahl LB1 in einen gepulsten Laserstrahl LB2 umgeformt wird, der eine Wiederholungsfrequenz in einem Bereich von 10 kHz bis 50 kHz aufweist. Das Ausdünnmittel 4 kann einen akustooptischen Modulator (AOM) mit Strahlverschlusseigenschaften zum Beispiel beinhalten.
  • Der gepulste Laserstrahl LB2, der von dem Ausdünnmittel 4 emittiert wird, wird auf einem Verstärker 6 aufgebracht, der der gepulsten Laserstrahl LB2 in einen gepulsten Laserstrahl LB2' umwandelt. Der gepulste Laserstrahl LB2' wird auf den Strahlkondensor 8 aufgebracht. Der Strahlkondensor 8 beinhaltet einen Spiegel 10 und eine Kondensorlinse 12.
  • In dem Strahlkondensor 8 wird der gepulste Laserstrahl LB2', der durch den Verstärker 6 verstärkt wurde, durch den Spiegel 10 reflektiert, um vertikal zu der Kondensorlinse 12 zu laufen. Vorzugsweise sollte die Kondensorlinse 12 eine Linse sein, die eine relativ kleine numerische Apertur (NA) und sphärischen Aberration aufweist.
  • Das plattenförmige Werkstück 11 ist ein relativ dickes Werkstück, das eine Dicke von 1 mm oder mehr aufweist. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Glasplatte, die eine Dicke von 3 mm aufweist, als das plattenförmige Werkstück 11 verwendet. Jedoch ist das Werkstück 11 nicht auf eine Glasplatte beschränkt, sondern kann aus vielen Materialen ausgebildet sein, solange sie relativ dick sind und dazu geeignet sind, einen gepulsten Laserstrahl von dem Strahlkondensor 8 zu transmittieren.
  • 2 stellt in Blockform eine Aufbringungseinheit 7 für einen Laserstrahl entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Aufbringungseinheit 7 für einen Laserstrahl eine Generatoreinheit 16 für einen Burstpulslaserstrahl und einen Strahlkondensor 8. Die Generatoreinheit 16 für einen Burstpulslaserstrahl beinhaltet den gepulsten Laseroszillator 2 wie einen YAG oder YV04 Laser, der einen gepulsten Laserstrahl LB1 oszilliert und emittiert, der eine Wellenlänge von 1030 nm oder 1064 nm zum Beispiel aufweist.
  • Der gepulste Laserstrahl LB1, der von dem gepulsten Laseroszillator 2 emittiert wird, weist eine hohe Wiederholungsfrequenz von mehreren zehn MHz zum Beispiel auf, wie in 3A dargestellt.
  • Der gepulste Laserstrahl LB1 von dem gepulsten Laseroszillator 2 wird auf dem ersten Ausdünnmittel 18 aufgebracht. Das erste Ausdünnmittel 18 dünnt die Pulse des gepulsten Laserstrahls LB1 in vorbestimmten Abständen aus, wodurch der gepulste Laserstrahl LB1 in einen gepulsten Laserstrahl LB3 umgewandelt wird, der eine Wiederholungsfrequenz in einem Bereich von einigen MHz bis einigen zehn MHz aufweist, wie in 3B dargestellt. Das erste Ausdünnmittel 18 kann einen akustooptischen Modulator (AOM) mit Strahlverschlusseigenschaften zum Beispiel aufweisen.
  • Der gepulste Laserstrahl LB3, der von dem ersten Ausdünnmittel 18 emittiert wird, wird auf dem Verstärker 6 aufgebracht, der den gepulsten Laserstrahl LB3 in einen gepulsten Laserstrahl LB3', wie in 3C dargestellt, verstärkt. Der gepulste Laserstrahl LB3', der durch den Verstärker 6 verstärkt wird, wird auf einem zweiten Ausdünnmittel 20 aufgebracht, das auch einen akustooptischen Modulator (AOM) mit einer Strahlverschlusseigenschaft zum Beispiel aufweisen kann.
  • Das zweite Ausdünnmittel 20 dünnt Pulse des gepulsten Laserstrahls LB3' sukzessive und periodisch in vorbestimmten Abständen aus, wodurch der gepulste Laserstrahl LB3 in einen Burstpulslaserstrahl LB4 umgewandelt wird, der gebündelte Pulse 22, wie in 3D dargestellt, aufweist. Der Burstpulslaserstrahl LB4 wird von dem zweiten Ausdünnmittel 20 emittiert.
  • Benachbarte Burstpulse 22, die in 3D dargestellt sind, sind voneinander in einem Abstand t in einem Bereich von 50 bis 100 µs beabstandet. Der Burstpulslaserstrahl LB4, der durch das zweite Ausdünnmittel 20 generiert wird, wird durch den Spiegel 10 des Strahlkondensors 8 reflektiert und durch die Kondensorlinse 12 auf dem Werkstück 11, das an dem Einspanntisch 14 gehalten ist, aufgebracht.
  • Wie in der Aufbringungseinheit 3 für einen Laserstrahl entsprechend der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, verwendet die Aufbringungseinheit 7 für einen Laserstrahl entsprechend der zweiten Ausführungsform ein relativ dickes Werkstück als das plattenförmige Werkstück 11. Entsprechend der zweiten Ausführungsform wird eine Glasplatte, die 3 mm dick ist, als das Werkstück 11 verwendet.
  • 4 stellt einen Teil einer Laserbearbeitungsvorrichtung perspektivisch dar, die zum Durchführen der Verfahren des Bearbeitens eines Werkstücks mit einem Laserstrahl entsprechend der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Wie in 4 dargestellt, beinhaltet die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Aufbringungseinheit 3 oder 7 für einen Laserstrahl sowie einen Einspanntisch 14. Die Aufbringungseinheit 3 oder 7 weist ein Gehäuse 26 auf, das über dem Einspanntisch 14 angeordnet ist und darin die Generatoreinheit 5 für einen gepulsten Laserstrahl, die in 1 dargestellt ist, oder die Generatoreinheit 16 für einen Burstpulslaserstrahl, die in 2 dargestellt ist, einhaust.
  • Der gepulste Laserstrahl, der von der Generatoreinheit 5 für einen gepulsten Laserstrahl oder der Generatoreinheit 16 für einen Burstpulslaserstrahl emittiert wird, wird in dem Werkstück 11 durch den Strahlkondensor 8 fokussiert, wodurch Abschirmtunnel 15, die später detailliert beschrieben werden, in dem Werkstück 11 entlang der geplanten Teilungslinien oder Straßen an dem Werkstück 11 ausgebildet werden.
  • Die Laserbearbeitungsvorrichtung beinhaltet eine Bildaufnahmeeinheit 28, die ein Mikroskop und eine Kamera zum Durchführen eines Ausrichtungsprozesses zum Fokussieren des gepulsten Laserstrahls mit dem Strahlkondensor 8 aufweist. Die Bildaufnahmeeinheit 28 ist in dem Gehäuse 26 der Aufbringungseinheit 3 oder 7 für einen Laserstrahl in Ausrichtung mit dem Strahlkondensor 8 entlang einer X-Achse montiert.
  • Zum Ausbilden von Abschirmtunneln 15 in dem Werkstück 11 wird das Werkstück 11 unter einem Saugen an dem Einspanntisch 14 der Laserbearbeitungsvorrichtung gehalten. Dann bringt der Strahlkondensor 8 den gepulsten Laserstrahl oder den Burstpulslaserstrahl, der davon emittiert wird, auf dem Werkstück 11 auf, um Abschirmtunnel 15 in dem Werkstück 11 auszubilden. Der Einspanntisch 14 ist um seine eigene vertikale zentrale Achse drehbar und kann auch entlang der X-Achse sowie der Y-Achse senkrecht zu der X-Achse bewegt werden.
  • Die Laserbearbeitungsverfahren entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden detailliert im Folgenden mit Bezug zu 5A bis 9C beschrieben. In dem Laserbearbeitungsverfahren entsprechend der ersten Ausführungsform, wie in 5A dargestellt, wird der gepulste Laserstrahl LB2' oder Burstpulslaserstrahl LB4 durch den Strahlkondensor 8 in einer Zone, die als „zusammenlaufende Zone“ bezeichnet wird, in der Nähe einer unteren Oberfläche 11b des Werkstücks 11 konvergiert.
  • Der Begriff „zusammenlaufende Zone“ wird verwendet, um eine Zone in dem gepulsten Laserstrahl LB zwei oder dem Burstpulslaserstrahl LB4 zu bezeichnen, die in verschiedenen Fokuspunkten und entlang des optischen Pfades der Kondensorlinse 12 aufgrund der sphärischen Aberration der Kondensorlinse 12 konvergiert wurde. Darum erstreckt sich die zusammenlaufende Zone entlang einer Dickenrichtung des Werkstücks 11.
  • Wie in 5A dargestellt, wird der gepulste Laserstrahl LB2' oder der Burstpulslaserstrahl LB4, die von dem Strahlkondensor 8 emittiert wurden, auf dem Werkstück 11 aufgebracht, während die zusammenlaufende Zone davon in der Nähe der unteren Oberfläche 11b des Werkstücks 11 ist. Gleichzeitig wird der Einspanntisch 14 in der Richtung bearbeitungszugeführt, die durch den Pfeil X1 in 5A angegeben ist. Als ein Ergebnis, wie in 5B dargestellt, werden erste Abschirmtunnel 15a, die sich von einer unteren Oberfläche als 1b des Werkstücks 11 zu einer Oberfläche 11a davon erstrecken, in dem Werkstück 11 ausgebildet. Die ersten Abschirmtunnel 15a weisen untere Enden an der unteren Oberfläche 11b freiliegend auf. Wie in dem japanischen Patent Nr. 6151557 offenbart, ist jeder der ersten Abschirmtunnel 15a aus feinen Poren und einer amorphen Substanz ausgebildet, welche die feinen Poren umgibt. Der Prozess zum Durchführen von Abschirmtunneln in dem Werkstück 11 wird als ein „Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel“ bezeichnet.
  • Das Laserbearbeitungsverfahren entsprechend der ersten Ausführungsform wird ferner detailliert mit Bezug zu 6A bis 6C beschrieben. Falls das Werkstück 11 relativ dünn ist, z.B. falls das Werkstück 11 400 µm oder weniger dick ist, dann ist es möglich, Abschirmtunnel 15 in dem Werkstück 11, die sich von der unteren Oberfläche 11b zu der oberen Oberfläche 11a davon erstrecken, in einem einzelnen Durchgang des Abrasterns eines Laserstrahls auszubilden, der in der Richtung, die durch den Pfeil X1 angegeben ist, abgerastert wird. Jedoch, da das Werkstück 11, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, dicker ist, erstrecken sich die ersten Abschirmtunnel 15a, die in einem einzelnen Durchgang eines Abrasterns eines Laserstrahls ausgebildet werden können, von der unteren Oberfläche 11b des Werkstücks 11 zu einer Position irgendwo entlang der Dickenrichtung des Werkstücks 11.
  • In dem Bearbeitungsverfahren entsprechend der ersten Ausführungsform wird der Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel mehrere Male wiederholt, bis die zusammenlaufende Zone des gepulsten Laserstrahls LB2' oder des Burstpulslaserstrahls LB4 in der Dickenrichtung des Werkstücks 11 geändert wird. Weitere Details der Laserbearbeitungsverfahren entsprechend der ersten Ausführungsform werden im Folgenden mit Bezug zu 6A bis 6C beschrieben.
  • 6A ist eine schematische Teilansicht des Werkstücks 11 im Querschnitt, nachdem ein erster Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel entsprechend der ersten Ausführungsform daran durchgeführt wurde. Bei dem ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel wird der gepulste Laserstrahl LB2' oder der Burstpulslaserstrahl LB4, die eine Wellenlänge aufweisen, die durch das Werkstück 11 transmittiert werden kann, auf dem Werkstück 11 aufgebracht, wobei die zusammenlaufende Zone davon in der Nähe der unteren Oberfläche 11b des Werkstücks 11 positioniert wird, wodurch mehrere erste Abschirmtunnel 15a, die jeweils aus feinen Poren und einer amorphen Substanz ausgebildet sind, welche die feinen Poren umgibt, in dem Werkstück 11 in der Nähe der unteren Oberfläche 11b entlang der geplanten Teilungslinien ausgebildet werden.
  • Nachdem der erste Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel an dem Werkstück 11 durchgeführt wurde, wird die zusammenlaufende Zone des gepulsten Laserstrahls LB2' oder des Burstpulslaserstrahl LB4 durch den Strahlkondensor 8 in der Dickenrichtung des Werkstücks 11 auf eine Position oberhalb der ersten Abschirmtunnel 15a in einem Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone geändert.
  • Nachdem der Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone durchgeführt wurde, wie in 6B dargestellt, wird der gepulste Laserstrahl LB2' oder der Burstpulslaserstrahl LB4, der eine Wellenlänge aufweist, die durch das Werkstück 11 transmittiert werden kann, auf dem Werkstück 11 aufgebracht, wobei die zusammenlaufende Zone davon oberhalb der ersten Abschirmtunnel 15a positioniert ist, wodurch mehrere zweite Abschirmtunnel 15b in dem Werkstück 11 entlang der Richtung ausgebildet werden, in welcher der Laserstrahl aufgebracht wird, d. h. in der Dickenrichtung des Werkstücks 11, in einer Anordnung benachbart und parallel zu den ersten Abschirmtunneln 15a in einem zweiten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel. Die ersten Abschirmtunnel 15a und die zweiten Abschirmtunnel 15b müssen nicht notwendigerweise mit der Bearbeitungszufuhrrichtung, die durch den Pfeil X1 angegeben ist, ausgerichtet sein.
  • Falls die Summe der Längen der Abschirmtunnel 15a, 15b, die übereinander entlang der Dickenrichtung des Werkstücks 11 in dem ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel und dem zweiten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel kleiner als die Dicke des Werkstücks 11 ist, d. h. falls die oberen Enden der zweiten Abschirmtunnel 15b die obere Oberfläche 11a des Werkstücks 12 nicht erreichen, dann werden der Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone und der Ausbildungsschritt für zweite Abschirmtunnel wiederholt.
  • Anders ausgedrückt, der Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone und der zweite Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel werden wiederholt, bis die Summe der Längen der Abschirmtunnel 15a und 15b, die übereinander entlang der Dickenrichtung des Werkstücks 11 in dem ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel und in dem zweiten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel ausgebildet werden, im Wesentlichen die gleiche wie die Dicke des Werkstücks 11 ist.
  • Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6C dargestellt, nachdem die zusammenlaufende Zone in den Dickenrichtungen des Werkstücks 11 auf eine Position oberhalb der zweiten Abschirmtunnel 15b in dem Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone geändert wurde, wird der zweite Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel wieder durchgeführt, um dritte Abschirmtunnel 15c in dem Werkstück 11 über den zweiten Abschirmtunneln 15b unterhalb der oberen Oberfläche 11a auszubilden.
  • Der erste und zweite Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel werden unter den folgenden Laserbearbeitungsbedingungen zum Beispiel durchgeführt:
    • Werkstück: eine Glasplatte, die eine Dicke von 3 mm aufweist
    • Laseroszillator: LD-angeregter-Q geschalteter Nd:YAG Pulslaser
    • Wellenlänge: 1030 nm
    • Wiederholungsfrequenz: 10 kHz
    • Pulsenergie: 60 µJ
    • Pulsdauer: 600 fs
    • Bearbeitungszufuhrgeschwindigkeit: 100 mm/s
  • Falls der gepulste Laserstrahl, der auf dem Werkstück 11 aufgebracht wird, ein Burstpulslaserstrahl LB4 ist, dann gibt die Wiederholungsfrequenz von 10 kHz die Frequenz der Burstpulse 22 an und die Wiederholungsfrequenz von jedem der Burstpulse 22 ist die Frequenz des gepulsten Laserstrahls LB3 aus dem dritten Ausdünnmittel 18, das in 2 dargestellt ist, in einem Bereich von einigen Mhz bis mehreren zehn MHz.
  • Als nächstes wird ein Laserbearbeitungsverfahren entsprechend der zweiten Ausführungsform im Folgenden mit Bezug zu 7A bis 8C beschrieben. In dem Laserbearbeitungsverfahren entsprechend der zweiten Ausführungsform, wie in 7A dargestellt, wird der gepulste Laserstrahl LB2' oder der Burstpulslaserstrahl LB4, die eine Wellenlänge aufweisen, die durch das Werkstück 11 transmittiert werden kann, der von dem Strahlkondensor 8 emittiert wird, auf dem Werkstück 11 aufgebracht, während die zusammenlaufende Zone davon in der Nähe der oberen Oberfläche 11a des Werkstücks 11 ist. Gleichzeitig wird der Einspanntisch 14 in der Richtung, die durch den Pfeil X1 in 7A dargestellt ist, bearbeitungszugeführt. Als ein Ergebnis, wie in 7B und 8A dargestellt, werden mehrere erste Abschirmtunnel 15a, die sich von der oberen Oberfläche 11a des Werkstücks 11 zu der unteren Oberfläche 11b davon erstrecken, in dem Werkstück 11 entlang der geplanten Teilungslinien in einem ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel ausgebildet. Die ersten Abschirmtunnel 15a weisen obere Enden freiliegend an der oberen Oberfläche 11a auf.
  • Danach folgt auf den ersten Ausbildungsschritt für einen Abschirmtunnel, der in 8A dargestellt ist, ein Änderungsschritt für eine Position einer zusammenlaufenden Zone und ein zweiter Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel, die wiederholt werden, wie in 8B und 8C dargestellt, in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform. Insbesondere nachdem der erste Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel ausgeführt wurde, um erste Abschirmtunnel 15a in dem Werkstück 11 unterhalb der oberen Oberfläche 11a auszubilden, wie in 8A dargestellt, werden der Änderungsschritt für eine Position einer zusammenlaufenden Zone und der Ausbildungsschritt für zweite Abschirmtunnel durchgeführt, um zweite Abschirmtunnel 15b in dem Werkstück 11 unterhalb der ersten Abschirmtunnel 15a auszubilden, wie in 8B dargestellt. Danach werden der Änderungsschritt für eine Position einer zusammenlaufenden Zone und der zweite Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel wiederholt, um Dritte Abschirmtunnel 15c in dem Werkstück 11 unterhalb der zweiten Abschirmtunnel 15b auszubilden, wie in 8C dargestellt.
  • Eine überlappende Beziehung zwischen Anordnungen der Abschirmtunnel entlang der Richtung, in welcher der Laserstrahl aufgebracht wird, d. h. in der Dickenrichtung des Werkstücks 11, wird im Folgenden mit Bezug zu 9A bis 9C beschrieben. In 9A bezeichnet das Bezugszeichen X die Bearbeitungszufuhrrichtung und das Bezugszeichen T die Dickenrichtung des Werkstücks 11. 9B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Abschnitts P des Werkstücks 1, das in 9A dargestellt ist. In 9B sind die Anordnungen erster Abschirmtunnel 15a und die Anordnung zweiter Abschirmtunnel 15b voneinander mit einem Abstand von 20 µm beabstandet. Der Zustand, in dem die ersten und zweiten Abschirmtunnel 15a und 15b voneinander beabstandet sind, d. h. nicht miteinander überlappen, ist als ein sich negativ überlappender Zustand definiert. In dem negativ überlappenden Zustand, der in 9B dargestellt ist, können die ersten und zweiten Abschirmtunnel 15a und 15b als mit einem Abstand von -20 µm überlappend beschrieben werden. 9C ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines anderen Abschnitts P des Werkstücks 11, das in 9A dargestellt ist. In 9C ist die Anordnung erste Abschirmtunnel 15a und die Anordnung zweite Abschirmtunnel 15b miteinander mit einem Abstand von 20 µm überlappend.
  • Ein Experiment wurde an verschiedenen Werkstücken 11 durchgeführt, indem die Anordnung erste Abschirmtunnel 15a und die Anordnung zweiter Abschirmtunnel 15b sich einander unterschiedlich überlappen. In diesem Experiment wurden äußere Kräfte auf dem Werkstück 11 aufgebracht, um das Werkstück entlang der daran geplanter Teilungslinien zu spalten oder zu teilen. Als ein Ergebnis wurde herausgefunden, dass die Werkstücke 11, in denen die Anordnung erster Abschirmtunnel 15a und die Anordnung zweiter Abschirmtunnel 15b, in der Richtung, in welcher der Laserstrahl aufgebracht wird, d. h. in der Dickenrichtung des Werkstücks 11, mit Abständen einem Bereich von ± 20 µm einander überlappen, eine gute Spaltbarkeit aufweisen, d. h. gut geteilt werden konnten.
  • Nachdem Abschirmtunnel in dem Werkstück 11 von der oberen Oberfläche 11a zu der unteren Oberfläche 11b entlang der geplanten Teilungslinien ausgebildet wurden, wird ein Teilungsschritt durchgeführt, um das Werkstück 11 entlang der geplanten Teilungslinien zu teilen. Der Teilungsschritt kann durch verschiedene bekannte Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise inklusive einem Ätzprozess, einem Prozess zum Ankleben eines dehnbaren Bands an dem Werkstück und dann Ausdehnen des dehnbaren Bands, um das Werkstück zu teilen, eines Prozesses zum Brechen des Werkstücks mit einem Keil, eines Prozesses zum Rollen einer Walze an dem Werkstück, um das Werkstück zu teilen.
  • Zum Ausbilden von Abschirmtunneln in einem Werkstück mit einem gepulsten Laserstrahl ist es bevorzugt, dass die zusammenlaufende Zone des gepulsten Laserstrahlstrahls, sich in der Dickenrichtung des Werkstücks erstreckt. Der gepulste Laserstrahl kann entweder der gepulste Laserstrahl LB2', der in 1 dargestellt ist, oder Burstpulslaserstrahl LB4, der in 2 dargestellt ist, beim Ausbilden des der Abschirmtunnel in dem Werkstück sein. Jedoch wurde experimentell herausgefunden, dass die Werkstücke eine gute Spaltbarkeit aufweisen, wenn ein Burstpulslaserstrahl auf ihnen aufgebracht wurde.
  • In den dargestellten Ausführungsformen wird eine Glasplatte als ein Werkstück 11 verwendet. Jedoch ist das Werkstück, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, nicht auf eine Glasplatte beschränkt, sondern es können verschiedene Werkstücke sein, soweit sie eine vorbestimmte Dicke oder mehr aufweisen und dazu geeignet sind, einen gepulsten Laserstrahl, der eine bestimmte Wellenlänge aufweist, zu transmittieren.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der Umfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und alle Änderungen und Modifikation, die in das Äquivalente des Umfangs der Ansprüche fallen, werden darum durch die Erfindung umfasst.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2005129607 [0003]
    • JP 6151557 [0005, 0006, 0032]

Claims (3)

  1. Verfahren zum Bearbeiten eines plattenförmigen Werkstücks mit einem Laserstrahl, das entlang mehrerer geplanter Teilungslinien geteilt werden soll an dem Werkstück, umfassend: einen ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel zum Ausbilden mehrerer erste Abschirmtunnel, die jeweils feine Löcher und eine amorphe Substanz die feinen Löcher umgebend beinhalten, in dem Werkstück entlang der geplanten Teilungslinien durch Aufbringen eines gepulsten Laserstrahls, der eine Wellenlänge aufweist, die durch das Werkstück transmittiert werden kann, auf dem Werkstück entlang der geplanten Teilungslinien, während eine zusammenlaufende Zone des gepulsten Laserstrahls in dem Werkstück positioniert wird; nach dem ersten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel einen Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone zum Ändern einer Position der zusammenlaufenden Zone des gepulsten Laserstrahls, der auf dem Werkstück aufgebracht wird, auf eine Position entlang der Dickenrichtungen des Werkstücks; und nach dem Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone einen zweiten Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel zum Ausbilden mehrerer zweiter Abschirmtunnel in dem Werkstück benachbart und parallel zu den ersten Abschirmtunneln entlang der Richtung, in welcher der gepulste Laserstrahl aufgebracht wird, durch Aufbringen des gepulsten Laserstrahls auf dem Werkstück entlang der geplanten Teilungslinien, während die zusammenlaufende Zone des Werkstücks in dem Werkstück positioniert wird, wobei der Änderungsschritt für eine Position der zusammenlaufenden Zone und der zweite Ausbildungsschritt für Abschirmtunnel wiederholt werden, bis eine Summe einer Länge der ersten Abschirmtunnel und einer Länge der zweiten Abschirmtunnel entlang der Dickenrichtung des Werkstücks im Wesentlichen die gleiche wie die Dicke des Werkstücks wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Abschirmtunnel, die in dem Werkstück ausgebildet sind, Enden aufweisen, die an einer der gegenüberliegenden Oberflächen des Werkstücks freiliegen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten Abschirmtunnel und zweiten Abschirmtunnel, die benachbart oder parallel zueinander entlang der Dickenrichtung des Werkstücks angeordnet sind, miteinander entlang der Dickenrichtung, in welcher der gepulste Laserstrahl aufgebracht wird, um einen Abstand in einem Bereich von ± 20 µm überlappen.
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