JP2012006064A - 被加工物の加工方法、被加工物の分割方法およびレーザー加工装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被加工物に分割起点を形成するための加工方法が、被加工物をステージに載置する載置工程と、ステージに載置された被加工物の被加工面の上に、被加工物の加工に用いるパルスレーザー光に対して透明である液体によって液層を形成する液層形成工程と、パルスレーザー光を、液層を透過させつつ、かつ、個々の単位パルス光ごとの被照射領域が被加工面において離散的に形成されるように被加工物に照射することによって、被照射領域同士の間で被加工物の劈開もしくは裂開を順次に生じさせることで、被加工物に分割のための起点を形成する照射工程とを備えるようにする。
【選択図】図1
Description
まず、以下に示す本発明の実施の形態において実現される加工の原理を説明する。本発明において行われる加工は、概略的に言えば、パルスレーザー光(以下、単にレーザー光とも称する)を走査しつつ被加工物の上面(被加工面)に照射することによって、個々のパルスごとの被照射領域の間で被加工物の劈開もしくは裂開を順次に生じさせていき、それぞれにおいて形成された劈開面もしくは裂開面の連続面として分割のための起点(分割起点)を形成するものである。
第1加工パターンは、a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向のいずれかと加工予定線とが平行な場合の劈開/裂開加工の態様である。より一般的にいえば、劈開/裂開容易方向と加工予定線の方向とが一致する場合の加工態様である。
第2加工パターンは、a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向のいずれかと加工予定線とが垂直な場合の劈開/裂開加工の態様である。なお、第2加工パターンにおいて用いるレーザー光の条件は、第1加工パターンと同様である。より一般的にいえば、相異なる2つの劈開/裂開容易方向に対して等価な方向(2つの劈開/裂開容易方向の対称軸となる方向)が加工予定線の方向となる場合の加工態様である。
第3加工パターンは、超短パルスのレーザー光を用いる点、a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向のいずれかと加工予定線とが垂直である(相異なる2つの劈開/裂開容易方向に対して等価な方向が加工予定線の方向となる)点では、第2加工パターンと同様であるが、レーザー光の照射態様が第2加工パターンと異なる。
次に、上述した種々の加工パターンによる加工を実現可能なレーザー加工装置について説明する。
観察部50Bは、ステージ7に載置された被加工物10に対してステージ7の上方から落射照明光源S1からの落射照明光L1の照射と斜光照明光源S2からの斜光透過照明光L2の照射とを重畳的に行いつつ、ステージ7の上方側からの表面観察手段6による表面観察と、ステージ7の下方側からの裏面観察手段16による裏面観察とを、行えるように構成されている。
レーザー光源SLとしては、波長が500nm〜1600nmのものを用いる。また、上述した加工パターンでの加工を実現するべく、レーザー光LBのパルス幅は1psec〜50psec程度である必要がある。また、繰り返し周波数Rは10kHz〜200kHz程度、レーザー光の照射エネルギー(パルスエネルギー)は0.1μJ〜50μJ程度であるのが好適である。
光学系5は、レーザー光が被加工物10に照射される際の光路を設定する部位である。光学系5によって設定された光路に従って、被加工物の所定の照射位置(被照射領域の形成予定位置)にレーザー光が照射される。
コントローラ1は、上述の各部の動作を制御し、後述する種々の態様での被加工物10の加工処理を実現させる制御部2と、レーザー加工装置50の動作を制御するプログラム3pや加工処理の際に参照される種々のデータを記憶する記憶部3とをさらに備える。
レーザー加工装置50においては、加工処理に先立ち、観察部50Bにおいて、被加工物10の配置位置を微調整するアライメント動作が行えるようになっている。アライメント動作は、被加工物10に定められているXY座標軸をステージ7の座標軸と一致させるために行う処理である。係るアライメント処理は、上述した加工パターンでの加工を行う場合に、被加工物の結晶方位と加工予定線とレーザー光の走査方向とが各加工パターンにおいて求められる所定の関係をみたすようにするうえで重要である。
次に、本実施の形態に係るレーザー加工装置50における加工処理について説明する。レーザー加工装置50においては、レーザー光源SLから発せられ光学系5を経たレーザー光LBの照射と、被加工物10が載置固定されたステージ7の移動とを組み合わせることによって、光学系5を経たレーザー光を被加工物10に対して相対的に走査させつつ被加工物10の加工を行えるようになっている。
次に、光路設定手段5cの具体的構成と、その動作の例について、主にマルチモードにおける動作を対象に説明する。
上述の劈開/裂開加工は、単位パルス光の照射によって生じる衝撃や応力を利用して、被加工物に劈開/裂開を生じさせる手法である。それゆえ、個々の単位パルス光の照射に際して被加工物に作用する衝撃や応力が大きいほど、被加工物のより深いところまで劈開/裂開が生じ、被加工物のより深い部分にまで分割起点の先端部分が到達することとなる。このような加工を実現するには、単位パルス光が照射される度に被加工物に与えられるエネルギーをできるだけ逃がさず、劈開/裂開面の形成に寄与させることが望ましい。
以下、上述のような液層の形成を実現する種々の態様について、順次説明する。
図12は、液層の第1の形成態様を例示する側断面図である。図12においては、被加工物101を貼り付けた固定シート102がステージ7に載置され、かつその外縁部に固定リング103が載置されている。なお、図12においては、被加工物101がサファイア基板1011とその上にIII族窒化物などによって形成されたLED構造1012とからなる場合を例示している(以降の各図においても同様)。
図13は、液層の第2の形成態様を例示する側断面図である。図12に示す第1の形成態様と同様に、図13に示す第2の形成態様においても、被加工物101を貼り付けた固定シート102がステージ7に載置され、かつその外縁部に固定リング103が載置される。
図13は、液層の第3の形成態様を例示する側断面図である。第3の形成態様においては、ステージ7(図13においては図示省略)に載置固定された被加工物101の被加工面101aに対し、図示しない供給源に接続された吐出手段80から矢印AR4に示すように透明液体104を直接に吐出させることによって、被加工面101aの上に液層105を形成する。より具体的には、被加工面101aのうち、少なくともパルスレーザー光LBの被照射領域となっている部分に、液層105が形成されるように、吐出手段80は透明液体104を吐出する。すなわち、吐出手段80が液層105を形成する液層形成機構として機能する。係る場合、液層105は流液層として形成されることになる。なお、流出した透明液体104を回収するための図示しない排出部が、ステージ7の下方に適宜に設けられる。
2 制御部
3 記憶部
4、102 固定シート
5 光学系
5c 光路設定手段
7 ステージ
7m 移動機構
10、101 被加工物
50 レーザー加工装置
51 ビームエキスパンダー
52 対物レンズ系
53 ハーフミラー
5a、54 ミラー
55 光路選択機構
70 液層形成機構
71 筒状部材
72 貯留槽
73 供給口
74 排出口
75 窓部
76 Oリング
101a (被加工物の)被加工面
103 固定リング
104 透明液体
105 液層
C1〜C3、C11a、C11b、C21〜C24 劈開/裂開面
D (ステージの)移動方向
L 加工予定線
LB、LB0、LB1、LB2 レーザー光
RE、RE1〜RE4、RE11〜RE15、RE21〜RE25 被照射領域
SL レーザー光源
SW 光学スイッチ
図14は、液層の第3の形成態様を例示する側断面図である。第3の形成態様においては、ステージ7(図14においては図示省略)に載置固定された被加工物101の被加工面101aに対し、図示しない供給源に接続された吐出手段80から矢印AR4に示すように透明液体104を直接に吐出させることによって、被加工面101aの上に液層105を形成する。より具体的には、被加工面101aのうち、少なくともパルスレーザー光LBの被照射領域となっている部分に、液層105が形成されるように、吐出手段80は透明液体104を吐出する。すなわち、吐出手段80が液層105を形成する液層形成機構として機能する。係る場合、液層105は流液層として形成されることになる。なお、流出した透明液体104を回収するための図示しない排出部が、ステージ7の下方に適宜に設けられる。
Claims (27)
- 被加工物に分割起点を形成するための加工方法であって、
被加工物をステージに載置する載置工程と、
前記ステージに載置された前記被加工物の被加工面の上に、前記被加工物の加工に用いるパルスレーザー光に対して透明である液体によって液層を形成する液層形成工程と、
前記パルスレーザー光を、前記液層を透過させつつ、かつ、個々の単位パルス光ごとの被照射領域が前記被加工面において離散的に形成されるように前記被加工物に照射することによって、前記被照射領域同士の間で前記被加工物の劈開もしくは裂開を順次に生じさせることで、前記被加工物に分割のための起点を形成する照射工程と、
を備えることを特徴とする被加工物の加工方法。 - 被加工物に分割起点を形成するための加工方法であって、
被加工物をステージに載置する載置工程と、
前記ステージに載置された前記被加工物の被加工面の上に、前記被加工物の加工に用いるパルスレーザー光に対して透明である液体によって液層を形成する液層形成工程と、
前記パルスレーザー光を、前記液層を透過させつつ、かつ、個々の単位パルス光が前記被加工面に離散的に照射されるように前記被加工物に照射し、前記個々の単位パルス光が被照射位置に照射される際の衝撃もしくは応力によって直前にもしくは同時に照射された前記単位パルス光の被照射位置との間に劈開もしくは裂開を生じさせることにより、前記被加工物に前記分割のための起点を形成する照射工程と、
を備えることを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項1または請求項2に記載の加工方法であって、
前記パルスレーザー光が、パルス幅がpsecオーダーの超短パルス光である、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の加工方法であって、
前記液層形成工程においては、少なくとも前記照射工程が行われている間、前記ステージの上に構成した貯留槽の内部にて前記被加工物を前記液体に浸漬させることにより、前記被加工面の上に前記液層を形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項4に記載の加工方法であって、
前記液層形成工程においては、前記貯留槽に対して連続的または断続的に前記液体を供給および排出させることによって前記被加工面の上に流液層を形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の加工方法であって、
前記液層形成工程においては、少なくとも前記照射工程が行われている間、連続的または断続的に前記液体を流すことによって、前記被加工面の上に流液層を形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項6に記載の加工方法であって、
前記液層形成工程においては、前記被加工物が前記ステージに載置された状態で、前記被加工面に対して所定の吐出手段から前記液体を吐出させることにより前記流液層を形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の加工方法であって、
異なる前記単位パルス光によって形成する少なくとも2つの被照射領域を、前記被加工物の劈開もしくは裂開容易方向において隣り合うように形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項8に記載の加工方法であって、
前記少なくとも2つの被照射領域の形成を、前記被加工物の相異なる2つの前記劈開もしくは裂開容易方向において交互に行う、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項8に記載の加工方法であって、
全ての前記被照射領域を、前記被加工物の劈開もしくは裂開容易方向に沿って形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の加工方法であって、
前記被照射領域を、前記被加工物の相異なる2つの劈開もしくは裂開容易方向に対して等価な方向において形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の加工方法であって、
前記パルスレーザー光の出射源と前記被加工物とを相対移動させつつ、前記パルスレーザー光の出射方向を当該相対移動方向と垂直な面内にて周期的に変化させることによって、前記被加工物に千鳥状の配置関係をみたす複数の前記被照射領域を形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の加工方法であって、
前記パルスレーザー光の複数の出射源と前記被加工物とを相対移動させつつ、前記複数の出射源のそれぞれからの前記単位パルス光の照射タイミングを周期的に変化させることによって、前記被加工物に千鳥状の配置関係をみたす複数の前記被照射領域を形成する、
ことを特徴とする被加工物の加工方法。 - 被加工物を分割する方法であって、
請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の方法によって分割起点が形成された被加工物を、前記分割起点に沿って分割する、
ことを特徴とする被加工物の分割方法。 - パルスレーザー光を発する光源と、
被加工物が載置されるステージと、
を備えるレーザー加工装置であって、
前記ステージに載置された前記被加工物の被加工面の上に、前記被加工物の加工に用いるパルスレーザー光に対して透明である液体によって液層を形成する液層形成機構をさらに備え、
前記ステージに前記被加工物を載置し、かつ、前記被加工面の上に前記液層を形成した状態で、前記パルスレーザー光の個々の単位パルス光ごとの被照射領域が前記被加工面において離散的に形成されるように前記ステージを移動させつつ前記パルスレーザー光を前記被加工物に照射することによって、前記被照射領域同士の間で被加工物の劈開もしくは裂開を順次に生じさせることにより、前記被加工物に分割のための起点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - パルスレーザー光を発する光源と、
被加工物が載置されるステージと、
を備えるレーザー加工装置であって、
前記ステージに載置された前記被加工物の被加工面の上に、前記被加工物の加工に用いるパルスレーザー光に対して透明である液体によって液層を形成する液層形成機構をさらに備え、
前記ステージに前記被加工物を載置し、かつ、前記被加工面の上に前記液層を形成した状態で、前記パルスレーザー光の個々の単位パルス光が前記被加工面に離散的に照射されるように前記ステージを移動させつつ前記パルスレーザー光を前記被加工物に照射し、前記個々の単位パルス光が被照射位置に照射される際の衝撃もしくは応力によって直前にもしくは同時に照射された前記単位パルス光の被照射位置との間に劈開もしくは裂開を生じさせることにより、前記被加工物に前記分割のための起点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項15または請求項16に記載のレーザー加工装置であって、
前記液層形成機構が、前記ステージの上に配置されることで前記液体を貯留可能な貯留槽を構成する筒状部材を有し、
前記被加工物を、前記貯留槽の内部において前記ステージに載置し、かつ前記液体に浸漬させることにより、前記被加工面の上に前記液層を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項17に記載のレーザー加工装置であって、
前記筒状部材が、前記ステージの上において前記被加工物を固定する固定部材よりも外周に配置されることを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項17に記載のレーザー加工装置であって、
前記筒状部材が、前記ステージの上において前記被加工物に接着された固定用シートの上に配置されることを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項15または請求項16に記載のレーザー加工装置であって、
前記液層形成機構が、前記ステージを底部とする貯留槽を有し、
前記被加工物を、前記貯留槽の内部において前記ステージに載置し、かつ前記液体に浸漬させることにより、前記被加工面の上に前記液層を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項17ないし請求項20のいずれかに記載のレーザー加工装置であって、
前記液層形成機構が、前記貯留槽に対して連続的または断続的に前記液体を供給および排出させることによって前記ステージに載置された前記被加工物の前記被加工面の上に流液層を形成する流液層形成手段を備え、
前記流液層を形成した状態で前記パルスレーザー光を照射することにより、前記被加工物に前記分割のための起点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項17ないし請求項21のいずれかに記載のレーザー加工装置であって、
前記貯留槽の上面に前記パルスレーザー光に対して透明な部材からなる窓部が設けられており、前記貯留槽においては前記窓部に接するように前記液層が貯留されてなる、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項15または請求項16に記載のレーザー加工装置であって、
前記液層形成機構が、前記被加工物が前記ステージに載置された状態で、前記被加工面に対して前記液体を吐出可能な吐出手段、
を備え、
前記吐出手段から吐出された前記液体によって流液層を形成した状態で、前記パルスレーザー光を照射することにより、前記被加工物に前記分割のための起点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項15ないし請求項23のいずれかに記載のレーザー加工装置であって、
前記被加工物に前記分割のための起点を形成する際に、異なる前記単位パルス光によって形成する少なくとも2つの被照射領域を、前記被加工物の劈開もしくは裂開容易方向において隣り合うように形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項24に記載のレーザー加工装置であって、
前記少なくとも2つの被照射領域の形成を、前記被加工物の相異なる2つの前記劈開もしくは裂開容易方向において交互に行う、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項24に記載のレーザー加工装置であって、
全ての前記被照射領域を、前記被加工物の劈開もしくは裂開容易方向に沿って形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項15ないし請求項22のいずれかに記載のレーザー加工装置であって、
前記被加工物に前記分割のための起点を形成する際に、前記被照射領域を、前記被加工物の相異なる2つの劈開もしくは裂開容易方向に対して等価な方向において形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
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