JP2013136067A - 分断装置および被加工物の分断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脆性材料被加工物を高精度かつ効率的に分断することができる技術を提供する。
【解決手段】被加工物の分断装置が、第１のレーザ光をステージに載置固定された前記被加工物の上面であるスクライブ面に対して照射することにより、スクライブ面にスクライブラインを形成するスクライブ加工手段と、被加工物の内部で吸収される第２のレーザ光をスクライブラインに沿って加熱する照射加熱手段と、を備え、照射加熱手段が、第２のレーザ光の照射によって被加工物の内部であってスクライブラインの近傍に形成される引張応力場がスクライブラインに沿って移動するように、第２のレーザ光をスクライブラインに沿って相対走査させることによって、引張応力の作用によるスクライブラインから被加工物の非スクライブ面へのクラックの進展を、スクライブラインに沿って生じさせて、被加工物を分断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光を照射することによって被加工物を分断する装置および方法に関する。

ガラス板やサファイア基板などの硬くて脆い材料（脆性材料）を切り出す加工方法として、種々の手法が公知である。例えば、ガラス板の加工として、切り分けたい材料の端部から線状にダイヤモンドの結晶などで浅い傷（初期亀裂）を設けるいわゆる罫書きを行い、形成された初期亀裂の両側に力をかけて該初期亀裂を厚み方向に進展させて分断する方法が広く知られている。

しかしながら、係る手法の場合、分断作業に際して、罫書きの深さや力の与え方などによっては、分断面に傾きが生じたり、予想外の方向へ割れてしまったりするなどして、所望の分断精度が出ず、最悪の場合、材料全体の破損の危険性もある。

また、被加工物の端部に初期亀裂を与えておき、該端部からレーザ光による加熱走査を行うことより、亀裂を進展させて被加工物を分断する手法も広く知られている（例えば、特許文献１参照）。

係る手法の場合、分断対象たる脆性材料が均質であって発生する応力場が理想的なものであるならば、亀裂進展の位置や方向などを高精度に制御できる可能性はあるが、現実には、材料の不均質性や、加熱エネルギー分布の不均一性や、加熱点の高精度な位置制御の困難さなどの点から、高精度で亀裂進展を制御することは難しい。ここでいう高精度とは、μｍオーダーの精度での位置制御を想定している。

しかも、被加工物の端部では、応力分散が生じ、応力分布が均等でなくなるなどの理由から、亀裂進展制御においては、加工手順の制限や敢えて加熱点をずらす処理などが必要となる（例えば、特許文献２参照）。

また、表面に単位パターンが２次元的に配列された脆性材料を単位パターン毎の個片に（チップ単位に）切り出す場合など、互いに直交する２方向での切り出しを、レーザ割断によって行おうとする場合、ある一方向に切り出した後にそれに直交する方向に切り出しを行うことになるが、大量のチップ加工のような場合には初期亀裂の与え方などがより煩雑になる。

以上の手法の組合せとして、ダイヤモンドやビッカース圧子などによって微小な傷（初期亀裂）を硬脆性材料基板（例えばガラス、シリコン、セラミックス、サファイアなど）の端部に設けたうえで、基板裏面側にレーザ光吸収材を配置し、基板裏面に焦点を合わせたレーザ照射による局所加熱を行い、これによって生じる応力集中によって亀裂を進展させてガラスを分断する手法も知られている（例えば、特許文献３参照）。

あるいは、あらかじめ被加工物の表面に、機械的にあるいはレーザ光の照射によって罫書き線やスクライブラインと称される線状の加工痕を施した後、係る加工痕に沿ってレーザ光による照射加熱を行い、該加工痕からのクラック進展を生じさせることで被加工物を分断する手法も公知である（例えば、特許文献４および特許文献５参照）。

なお、特許文献３には、罫書き線と反対側の面からレーザを照射して分断を行う態様も開示されている。

特公平３−１３０４０号公報 特開平９−４５６３６号公報 特開２００８−６２５４７号公報 特許第２７１２７２３号公報 特許第３０３６９０６号公報

特許文献３に開示された手法の場合、レーザ光によって直接に加熱されるのはあくまでレーザ光吸収材であり、硬脆性材料基板はあくまで、レーザ光吸収材からの熱伝導によって間接的に加熱されるのみである。それゆえ、熱伝導の均一性の確保が難しく、引張応力が意図した方向に作用するとは限らない。また、特許文献１に開示されているような従来のレーザ割断と同じく、亀裂の進展方向を制御することは難しい。従って、係る手法によって精度の良い分断を行うことは難しい。

また、特許文献４および特許文献５に具体的に開示されているのは、機械的にあるいはレーザ光により形成した加工痕に沿ってＣＯ₂レーザを照射することにより被加工物を分断する態様に過ぎず、係る分断を効率的に生じさせる手法については、必ずしも開示されてはいない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、脆性材料からなる被加工物を高精度かつ効率的に分断することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、被加工物を分断する加工を行う装置であって、被加工物を載置固定するステージと、第１の出射源から出射された第１のレーザ光を、前記ステージに対して相対走査させつつ前記ステージに載置固定された前記被加工物の上面であるスクライブ面に対して照射することにより、前記スクライブ面にスクライブラインを形成するスクライブ加工手段と、第２の出射源から出射された、前記被加工物の内部で吸収される第２のレーザ光を、前記ステージに対して相対走査させつつ前記スクライブラインに沿って照射することによって前記被加工物の内部を前記スクライブラインに沿って加熱する照射加熱手段と、を備え、前記照射加熱手段が、前記第２のレーザ光の照射によって前記スクライブ面を含む前記被加工物の内部であって前記スクライブラインの近傍に形成される引張応力場を、前記第２のレーザ光を前記スクライブラインに沿って相対的に走査させることによって移動させ、これによって、前記スクライブラインが前記引張応力場に位置することで生じる前記スクライブラインから前記非スクライブ面へのクラックの進展を、前記スクライブラインに沿って順次に生じさせることにより、前記被加工物を分断する、ことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の分断装置であって、前記第２のレーザ光がＥｒ−ＹＡＧレーザもしくはＮｄ−ＹＡＧレーザのいずれかである、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の分断装置であって、前記照射加熱手段が、前記第２の出射源から出射された前記第２のレーザ光の照射範囲を調整する調整機構を備え、前記調整機構によって照射範囲が調整された前記第２のレーザ光を前記スクライブ面に照射する、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の分断装置であって、前記第１のレーザ光がＹＡＧレーザの３倍高調波である、ことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の分断装置であって、前記ステージが前記被加工物を保持した状態で水平面内で回転自在とされてなり、前記ステージを水平面内で回転させることによって前記ステージに載置固定された前記被加工物の水平面内における姿勢を補正するアライメント処理を行うアライメント処理手段、をさらに備え、前記アライメント処理を行った前記被加工物に対して前記スクライブ加工手段による前記スクライブラインの形成と、前記照射加熱手段による加熱とを行う、ことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の分断装置であって、前記被加工物に対して冷却流体を噴射する冷却流体供給手段、をさらに備え、前記照射加熱手段が、前記冷却流体供給手段による前記冷却流体の噴射によって前記引張応力場を冷却しつつ、前記第２のレーザ光を前記スクライブラインに沿って相対的に走査させることによって移動させる、ことを特徴とする。

請求項７の発明は、被加工物を分断する方法であって、第１の出射源から第１のレーザ光を出射させ、前記第１のレーザ光を前記被加工物のスクライブ面に対して照射することにより、前記スクライブ面にスクライブラインを形成するスクライブ加工工程と、第２の出射源から前記被加工物の内部で吸収される第２のレーザ光を出射させ、前記第２のレーザ光を前記スクライブ面の側から前記スクライブラインに沿って照射することによって前記被加工物の内部を前記スクライブラインに沿って加熱する照射加熱工程と、を備え、前記照射加熱工程においては、前記第２のレーザ光の照射によって前記スクライブ面を含む前記被加工物の内部であって前記スクライブラインの近傍に形成される引張応力場を、前記第２のレーザ光を前記スクライブラインに沿って相対的に走査させることによって移動させ、これによって、前記スクライブラインが前記引張応力場に位置することで生じる前記スクライブラインから前記非スクライブ面へのクラックの進展を、前記スクライブラインに沿って順次に生じさせることにより、前記被加工物を分断する、ことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７に記載の分断方法であって、前記第２のレーザ光がＥｒ−ＹＡＧレーザもしくはＮｄ−ＹＡＧレーザのいずれかである、ことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項７または請求項８に記載の分断方法であって、前記照射加熱工程においては、前記第２の出射源から出射された前記第２のレーザ光の照射範囲を調整機構によって調整したうえで前記第２のレーザ光を前記スクライブ面に照射する、ことを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の分断方法であって、前記第１のレーザ光がＹＡＧレーザの３倍高調波である、ことを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載の分断方法であって、前記被加工物の水平面内における姿勢を補正するアライメント処理工程、をさらに備え、前記アライメント処理工程を行った前記被加工物に対して、前記スクライブ加工工程と前記照射加熱工程とを行う、ことを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の分断方法であって、前記スクライブ加工工程においては、前記第１のレーザ光の被照射位置において溶融および再固化を生じさせ、前記被照射位置を変質領域とすることによって前記スクライブラインを形成する、ことを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の分断方法であって、前記スクライブ加工工程においては、前記第１のレーザ光の被照射位置においてアブレーションを生じさせ、前記被照射位置に溝部を形成することによって前記スクライブラインを形成する、ことを特徴とする。

請求項１４の発明は、請求項７ないし請求項１２のいずれかに記載の分断方法であって、前記照射加熱工程を、前記引張応力場を冷却しつつ行うことを特徴とする。

請求項１５の発明は、請求項１４に記載の分断方法であって、前記照射加熱工程を、冷却流体の噴射によって前記引張応力場を冷却しつつ行うことを特徴とする。

請求項１６の発明は、請求項７ないし請求項１５のいずれかに記載の分断方法であって、前記スクライブ加工工程においては、互いに直交する第１の方向と第２の方向とにおいてそれぞれ所定のピッチにて複数のスクライブラインを形成し、前記照射加熱工程においては、前記第１の方向に延在する前記スクライブラインに沿った照射加熱を行った後、前記第２の方向に延在する前記スクライブラインに沿った照射加熱を行う、ことを特徴とする。

請求項１７の発明は、請求項１６に記載の分断方法であって、前記照射加熱工程においては、前記第２のレーザ光の照射ビーム径を、前記スクライブラインを形成する際のピッチ以下とする、ことを特徴とする。

請求項１ないし請求項１７の発明によれば、第１のレーザ光を照射することによってあらかじめ被加工物の分断予定位置に高精度に形成されたスクライブラインに沿って第２のレーザ光を照射し、被加工物の内部を加熱することで、スクライブラインに対し引張応力を作用させ、スクライブラインから非スクライブ面へのクラックの進展をスクライブラインの延在方向に沿って順次に生じさせることで、被加工物を精度よく分断することができる。しかも、スクライブラインの形成に引き続いて、同一の装置内でレーザ加熱による引張応力の発生を行うことができるので、高精度な分断加工を効率的に行うことができる。また、従来行っていた、スクライブ加工を行う装置から分断を行うブレーカへと被加工物を載置し直す必要が無くなるので、分断加工の工程が簡略化される。

分断加工の原理を模式的に示す図である。 分断加工の途中の様子を模式的に示す図である。 分断装置１００の構成を概略的に示す図である。 スクライブ用レーザ光学系２０の詳細構成を示す図である。 加熱用レーザ光学系３０の詳細構成を示す図である。 スクライブ面Ｗ１に加熱用レーザ光ＬＢｈが照射される構成において、引張応力場ＳＦ２を冷却する様子を示す模式図である。 スクライブ面Ｗ１に加熱用レーザ光ＬＢｈが照射される構成において、引張応力場ＳＦ２を冷却する様子を示す模式図である。 分断装置１００において冷却ガスＣＧの噴射を実現する構成の一例を概略的に示す図である。

＜加工の基本原理＞
まず、本実施の形態に係る加工（分断加工）の基本原理について説明する。本実施の形態において行う分断加工は、概略、被加工物（分断対象物）Ｗの分断予定位置に対して第１のレーザ光（スクライブ用レーザ光）を照射することによってスクライブラインＳＬを形成した後、第２のレーザ光（加熱用レーザ光）の照射による加熱（レーザ加熱）を行うことで該スクライブラインＳＬ近傍に応力場を生じさせ、これによって初期亀裂であるスクライブラインＳＬから亀裂（クラック）を進展させることで、被加工物を分断するというものである。

被加工物Ｗとしては、例えば、ガラス板やサファイア基板などの脆性材料、あるいはそれら脆性材料からなる基板の表面に薄膜層などによって単位パターンが２次元的に形成されたもの（以下、パターン付き基板）などが該当する。

図１は、分断加工の原理を模式的に示す図である。より具体的には、図１は、被加工物Ｗにあらかじめ形成されたスクライブラインＳＬに沿って加熱用レーザ光ＬＢｈを照射することにより、レーザ加熱を行う様子を示している。

なお、以降の説明においては、被加工物ＷにおいてスクライブラインＳＬが形成されている面、もしくはスクライブラインＳＬの形成が予定される面をスクライブ面Ｗ１と称し、該スクライブ面Ｗ１の反対面を非スクライブ面Ｗ２と称する。また、図１においては、加熱用レーザ光ＬＢｈが矢印ＡＲ１にて示す走査方向（当然ながらスクライブラインＳＬの延在方向でもある）を移動することによりスクライブ面Ｗ１を走査する様子を示しているが、これに代わり、加熱用レーザ光ＬＢｈがある照射位置にて固定的に照射される一方で、被加工物Ｗが図示しない移動手段にて移動させられることによって、加熱用レーザ光ＬＢｈによる矢印ＡＲ１方向への相対的な走査が実現される態様であってもよい。

図１に示す場合においては、被加工物Ｗの表面で吸収が生じる加熱用レーザ光ＬＢｈを照射する場合を例示している。なお、このような加熱用レーザ光ＬＢｈとしては、長波長レーザであるＣＯ₂レーザ（波長９．４μｍ〜１０．６μｍ）がある。係る場合、加熱用レーザ光ＬＢｈが照射されると、被加工物Ｗのスクライブ面Ｗ１における加熱用レーザ光ＬＢｈの照射領域は加熱されて膨張し、図１に示すように圧縮応力場ＳＦ１となる。一方で、該圧縮応力場ＳＦ１の外周領域は収縮し、引張応力場ＳＦ２となる。スクライブラインＳＬがこの引張応力場ＳＦ２に含まれると、被加工物Ｗにおいては、該スクライブラインＳＬの側方において引張応力ＴＳが作用する。係る引張応力ＴＳの作用により、スクライブラインＳＬから非スクライブ面Ｗ２側の分断予定位置Ｌ０に向けてクラックＣＲが進展する。加えて、上述のように、加熱用レーザ光ＬＢｈはスクライブラインＳＬに沿って相対的に走査されるので、これに伴い、引張応力場ＳＦ２もスクライブラインＳＬに沿って移動する。すると、非スクライブ面Ｗ２側へとクラックＣＲが進展する箇所が、スクライブラインＳＬの延在方向、つまりは加熱用レーザ光ＬＢｈの走査方向に沿って遷移していくこととなる。それゆえ、加熱用レーザ光ＬＢｈを、スクライブ面Ｗ１側の分断予定位置に設けられたスクライブラインＳＬの一方端から他方端に至るまで照射すれば、スクライブラインＳＬの形成位置全体で、分断予定位置Ｌ０へのクラックＣＲの進展を順次に生じさせることができるので、結果として、被加工物Ｗを分断することができる。

ただし、図１に示すように被加工物Ｗの表面で吸収が生じる加熱用レーザ光ＬＢｈを用いた場合、スクライブ面Ｗ１においては加熱用レーザ光ＬＢｈの照射領域が必ず圧縮応力場ＳＦ１となる。それゆえ、加熱用レーザ光ＬＢｈの照射領域ではスクライブラインＳＬに対して圧縮応力ＣＳが作用する。係る圧縮応力ＣＳは、上述した引張応力場ＳＦ２におけるクラックＣＲの進展を妨げるように作用するので、図１に示す場合、クラックＣＲが進展するのは加熱用レーザ光ＬＢｈの照射領域の周囲に限られてしまう。

そこで、本実施の形態においては、被加工物Ｗの内部で吸収を生じさせる態様にて、加熱用レーザ光ＬＢｈによる照射加熱を行うようにする。図２は、本実施の形態に係る分断加工の途中の様子を模式的に示す断面図である。なお、図２においては、スクライブラインＳＬが溝部として形成される場合を例示しているが、後述するように、スクライブラインＳＬの形成態様はこれに限られるものではない（図６も同様）。

図２に示す場合、加熱用レーザ光ＬＢｈがスクライブラインＳＬに沿って照射される点は、図１に示す場合と同様であるが、加熱用レーザ光ＬＢｈを吸収することで加熱されて圧縮応力場ＳＦ１となるのは、被加工物Ｗの内部の領域である。そして、スクライブラインＳＬの形成されてなるスクライブ面Ｗ１を含め、当該領域の外周領域が引張応力場ＳＦ２となる。係る場合、スクライブラインＳＬの形成位置は引張応力場ＳＦ２のみに含まれるので、非スクライブ面Ｗ２へのクラックＣＲの進展が圧縮応力の作用によって妨げられることがない。それゆえ、クラックＣＲの進展が効率的に生じる。

また、係る態様にて被加工物Ｗを分断する場合、被加工物Ｗを正確に位置決めした上でスクライブ面Ｗ１上の所定の位置に精度良く形成されてなるスクライブラインＳＬを初期亀裂として、非スクライブ面Ｗ２側へとクラックＣＲを進展させることになる。通常、スクライブラインＳＬの長さに比べて被加工物Ｗの厚みは十分に小さく、また、加熱用レーザ光ＬＢｈによって形成される引張応力場ＳＦ２は比較的均一であるので、分断位置のずれは生じにくい。すなわち、本実施の形態においては、精度の優れた分断が可能となる。結果として、μｍオーダーの精度での分断が可能となる。

なお、表面にＬＥＤパターンが２次元的に形成されたサファイア基板であるＬＥＤ製造用基板などのパターン付き基板を、単位パターン毎の個片に（チップ単位に）分断する場合など、分断予定位置が格子状に設定されている場合、互いに直交する第１の方向と第２の方向とにおいてそれぞれ複数のスクライブラインＳＬが順次に形成されたうえで、それぞれの方向について、順次に加熱用レーザ光ＬＢｈによる加熱が行われる。係る場合、加熱用レーザ光ＬＢｈによってある第１の方向に延在するスクライブラインＳＬ（第１のスクライブライン）に沿ったレーザ加熱を行うと、これに直交する他のスクライブラインＳＬ（第２のスクライブライン）との格子点近傍では、部分的に、第２の方向に延在する第２のスクライブラインにおいてもわずかに非スクライブ面Ｗ２へのクラックＣＲの進展は生じる。しかしながら、係る場合においても、後で第２のスクライブラインに沿ったレーザ加熱を行うことで、精度には問題のない分断が行える。

スクライブ用レーザ光には、被加工物Ｗの材質等に応じて適宜のパルスレーザ光を選択して用いればよい。例えば、サファイア基板や、サファイア基板を用いて作製されたパターン付き基板であるＬＥＤ製造用基板が被加工物Ｗである場合であれば、ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）を用いるのが好適な一例である。また、分断予定位置での分断の精度および確実性を高めるためには、スクライブラインＳＬはできるだけ細く形成されることが望ましいことから、スクライブ用レーザ光は数μｍ〜十数μｍ程度の照射範囲（照射ビーム径）で照射されるようにする。また、加工効率（エネルギーの利用効率）の観点から、スクライブ用レーザ光は、被加工物Ｗのスクライブ面Ｗ１あるいは内部のスクライブ面Ｗ１近傍（スクライブ面Ｗ１から数十μｍ程度までの範囲）で合焦するように照射される。なお、本実施の形態において、照射ビーム径とは、照射するレーザビームの断面のエネルギー分布がガウス分布形状であると仮定した場合に、そのエネルギー値が中心の最高値の１／ｅ²以上である領域の直径をいう。

また、スクライブラインＳＬについては、スクライブ用レーザ光の被照射位置において物質を蒸発させることによって形成される断面視三角形状もしくはくさび形状の溝部がスクライブラインＳＬとされる態様であってもよいし、当該被照射位置において物質を溶融・再固化させる（融解改質させる）ことによって形成される断面視三角形状もしくはくさび形状の変質領域がスクライブラインＳＬとされる態様であってもよい。いずれの態様を取るかに応じて、スクライブ用レーザ光の照射条件（パルス幅、繰り返し周波数、ピークパワー密度、走査速度など）が定められる。また、図１ではスクライブラインＳＬが連続的に形成されている場合を例示しているが、スクライブラインＳＬの形成態様はこれに限られない。例えば、分断予定位置に沿って点線状もしくは破線状にスクライブラインＳＬが形成される態様であってもよい。

一方、加熱用レーザ光ＬＢｈとしては、Ｅｒ−ＹＡＧレーザの基本波（波長２９４０ｎｍ）や、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いるのが好適である。これらのレーザ光であれば、ガラスやサファイアの内部における吸収を好適に生じさせることが出来る。なお、スクライブラインＳＬの形成という、被加工物の加工を目的として照射するスクライブ用レーザ光とは異なり、加熱用レーザ光ＬＢｈは、被加工物を加熱することによって加熱領域に形成される圧縮応力場ＳＦ１の周囲に引張応力場ＳＦ２を形成するという目的で照射されるものである。それゆえ、被加工物を破壊や変質させないようにすることや、引張応力場ＳＦ２をなるべく広く形成させるようにするうえにおいては、加熱用レーザ光ＬＢｈの照射範囲はスクライブ用レーザ光に比べて大きくてよい。例えば、被加工物の厚みが１５０μmの場合では、１００μｍ〜１０００μｍ程度であればよい。

ただし、パターン付き基板から矩形形状のチップを切り出すような場合においては、加熱用レーザ光ＬＢｈの照射ビーム径を、チップの平面サイズ（分断予定位置のピッチとほぼ同等）と同じかそれ以下に設定する。これよりも照射ビーム径を大きくした場合、分断が良好に行われず、所定の形状のチップが得られなくなることが生じ、好ましくない。

＜分断装置＞
次に、上述した加工原理に基づいて被加工物の分断を行う分断装置について説明する。図３は、分断装置１００の構成を概略的に示す図である。

図３に示すように、分断装置１００は、ステージ部１０と、スクライブ用レーザ光学系２０と、加熱用レーザ光学系３０と、位置読み取り光学系４０とを主として備える。また、分断装置１００は、例えば図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、スクライブ用レーザ光学系２０、加熱用レーザ光学系３０、および位置読み取り光学系４０などとの間で種々の信号を授受することにより、各構成要素の動作を制御する制御系５０を備える。なお、制御系５０は他の構成要素と一体のものとして分断装置１００の本体に組み込まれる態様であってもよいし、例えばパーソナルコンピュータ等で構成されて、分断装置１００の本体とは別に設けられる態様であってもよい。

ステージ部１０は、主として、ＸＹステージ１１と、該ＸＹステージ１１の上に設けられた加工用ステージ１２とから構成される。

ＸＹステージ１１は、制御系５０からの駆動制御信号ｓｇ１に基づいて、水平面内（ＸＹ平面内）の互いに直交する２つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動自在とされてなる。なお、ＸＹステージ１１の位置情報信号ｓｇ２は絶えず制御系にフィードバックされる。

加工用ステージ１２は、その上に被加工物Ｗを載置固定するための部位である。加工用ステージ１２は図示しない吸着機構を備えており、制御系５０からの吸着制御信号ｓｇ３に基づいて吸着機構を作動させることにより、加工用ステージ１２の上面１２ａに被加工物Ｗを吸着固定するように構成されている。また、加工用ステージ１２は、図示しない回転駆動機構を備えており、制御系５０からの回転制御信号ｓｇ４に基づいて水平面内で回転動作が行えるようにもなっている。

なお、図３においては図示を省略するが、加工用ステージ１２への固定にあたっては、被加工物Ｗの非スクライブ面Ｗ２側（載置面側）に粘着性のフィルムを貼り付け、該フィルムともども被加工物Ｗを固定する態様であってもよい。

スクライブ用レーザ光学系２０は、制御系５０から与えられるスクライブ用レーザ制御信号ｓｇ５に基づいて、スクライブ用レーザ光を被加工物Ｗに対して照射する部位である。

図４は、スクライブ用レーザ光学系２０の詳細構成を示す図である。図４に示すように、スクライブ用レーザ光学系２０は、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの光源（出射源）であるレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１から出射されたスクライブ用レーザ光ＬＢｓの光量調整を行うためのアッテネータ２２と、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの焦点調整を行うための対物レンズ２３とを主として備える。なお、上述のように、スクライブ用レーザ光ＬＢｓとしては、被加工物Ｗの材質等に応じたパルスレーザ光が用いられるので、レーザ発振器２１は、使用するスクライブ用レーザ光ＬＢｓの種類に応じて選択されればよい。

また、スクライブ用レーザ光学系２０には、スクライブ用レーザ光ＬＢｓを反射することによってスクライブ用レーザ光ＬＢｓの光路の向きを適宜に切り替えるミラー２４も備わっている。なお、図４においてはミラー２４が１つのみ備わる場合を例示しているが、ミラー２４の数はこれには限られず、スクライブ用レーザ光学系２０内部あるいはさらに分断装置１００内部におけるレイアウト上の要請その他の理由から、さらに多くのミラー２４が設けられ、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの光路が適宜に設定される態様であってもよい。

より詳細には、レーザ発振器２１には、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの出射／非出射を切り替えるためのシャッター２１ａが設けられてなる。シャッター２１ａの開閉動作は、スクライブ用レーザ制御信号ｓｇ５の一種であるＯＮ／ＯＦＦ制御信号ｓｇ５ａに基づいて制御される。また、アッテネータ２２におけるスクライブ用レーザ光ＬＢｓの光量の調整は、スクライブ用レーザ制御信号ｓｇ５の一種である出力パワー制御信号ｓｇ５ｂに基づいて制御される。

スクライブ用レーザ光学系２０においては、レーザ発振器２１から出射され、アッテネータ２２によって光量が調整されたスクライブ用レーザ光ＬＢｓが、被加工物Ｗのスクライブ面Ｗ１あるいは内部のスクライブ面Ｗ１近傍（スクライブ面Ｗ１から数十μｍ程度までの範囲）で合焦するように、かつ、照射ビーム径が数μｍ〜十数μｍ程度となるように、対物レンズ２３の配置位置が調整される。これにより、良好なスクライブラインＳＬが形成される。

加熱用レーザ光学系３０は、制御系５０から与えられる加熱用レーザ制御信号ｓｇ６に基づいて、加熱用レーザ光を被加工物Ｗに対して照射する部位である。

図５は、加熱用レーザ光学系３０の詳細構成を示す図である。図５に示すように、加熱用レーザ光学系３０は、加熱用レーザ光ＬＢｈの光源（出射源）であるレーザ発振器３１と、レーザ発振器３１から出射された加熱用レーザ光ＬＢｈの光量調整を行うためのアッテネータ３２と、被加工物Ｗに対する加熱用レーザ光ＬＢｈの照射範囲を調整するためのビーム調整機構３３と、加熱用レーザ光ＬＢｈの焦点調整を行うための対物レンズ３４とを主として備える。上述のように、加熱用レーザ光ＬＢｈとしてはＥｒ−ＹＡＧレーザもしくはＮｄ−ＹＡＧレーザを用いるので、レーザ発振器３１はいずれかのレーザの発振器である。

また、加熱用レーザ光学系３０には、加熱用レーザ光ＬＢｈを反射することによって加熱用レーザ光ＬＢｈの光路の向きを適宜に切り替えるミラー３５も備わっている。なお、図５においてはミラー３５が１つのみ備わる場合を例示しているが、ミラー３５の数はこれには限られず、加熱用レーザ光学系３０内部あるいはさらに分断装置１００内部におけるレイアウト上の要請その他の理由から、さらに多くのミラー３５が設けられ、加熱用レーザ光ＬＢｈの光路が適宜に設定される態様であってもよい。

より詳細には、レーザ発振器３１には、加熱用レーザ光ＬＢｈの出射／非出射を切り替えるためのシャッター３１ａが設けられてなる。シャッター３１ａの開閉動作は、加熱用レーザ制御信号ｓｇ６の一種であるＯＮ／ＯＦＦ制御信号ｓｇ６ａに基づいて制御される。また、アッテネータ３２における加熱用レーザ光ＬＢｈの光量の調整は、加熱用レーザ制御信号ｓｇ６の一種である出力パワー制御信号ｓｇ６ｂに基づいて制御される。

また、ビーム調整機構３３は、レーザ発振器３１から直線的に出射された加熱用レーザ光ＬＢｈの照射範囲を調整するために備わる。ビーム調整機構３３は、例えば、種々のレンズを適宜に組み合わせることによって実現され、それらのレンズの位置を調整することにより、被加工物Ｗに対して加熱用レーザ光ＬＢｈを適切な照射範囲で照射出来るようになっている。なお、図５においては、ビーム調整機構３３による調整によって、加熱用レーザ光ＬＢｈが、レーザ発振器３１から出射されたときのビーム径よりも大きな照射範囲で被加工物Ｗに照射される場合を例示している。

位置読み取り光学系４０は、加工用ステージ１２に吸着固定された被加工物Ｗを図示しないＣＣＤカメラなどで撮像し、得られた撮像画像のデータを画像情報信号ｓｇ７として制御系５０に与える。制御系５０は、得られた画像情報信号ｓｇ７に基づいて、ＸＹステージ１１の移動範囲や、スクライブ用レーザ光ＬＢｓや加熱用レーザ光ＬＢｈの照射位置などの設定を行う。

以上のような構成を有する分断装置１００においては、被加工物Ｗを加工用ステージ１２に吸着固定させた状態でＸＹステージ１１を移動させることにより、被加工物Ｗを、スクライブ用レーザ光学系２０、加熱用レーザ光学系３０、および位置読み取り光学系４０のそれぞれに対して下方から対向配置できるようになっている。なお、係る場合において、被加工物Ｗは、スクライブ面Ｗ１が上面（非載置面）となるように加工用ステージ１２に固定される。

そして、被加工物Ｗをスクライブ用レーザ光学系２０と対向配置させた状態で、スクライブ用レーザ光学系２０から被加工物Ｗに対してスクライブ用レーザ光ＬＢｓを照射しつつＸＹステージ１１を移動させることにより、被加工物Ｗに対するスクライブ用レーザ光ＬＢｓの相対走査が実現される。スクライブ面Ｗ１のあらかじめ想定された分断予定位置に沿ってスクライブ用レーザ光ＬＢｓを相対的に走査させることで、スクライブラインＳＬを形成することが出来る。

同様に、被加工物Ｗを加熱用レーザ光学系３０と対向配置させた状態で、加熱用レーザ光学系３０から被加工物Ｗに対して加熱用レーザ光ＬＢｈを照射しつつＸＹステージ１１を移動させることにより、被加工物Ｗに対する加熱用レーザ光ＬＢｈの相対走査が実現される。スクライブ用レーザ光ＬＢｓの照射によって形成されたスクライブラインＳＬに沿って加熱用レーザ光ＬＢｈを相対的に走査させることで、スクライブラインＳＬからクラックＣＲを被加工物Ｗの非スクライブ面Ｗ２の分断予定位置に向けて進展させ、これによって、被加工物Ｗを分断することが出来る。

また、分断装置１００においては、被加工物Ｗを位置読み取り光学系４０と対向配置させた状態で位置読み取り光学系４０による被加工物Ｗの撮像を行い、得られる撮像画像データに基づいて、被加工物Ｗの水平面内における傾き（姿勢）を補正するアライメント動作を行うことが出来る。具体的には、制御系５０が、該撮像画像データの画像内容（例えば、アライメントマークの配置位置や繰り返しパターンの配置位置など）に基づいて、被加工物Ｗの水平面内における傾き（ＸＹステージ１１の移動方向からの傾き）を特定し、係る傾きがキャンセルされるように、加工用ステージ１２に対して回転制御信号ｓｇ４を与えて、該加工用ステージ１２を回転させる。被加工物Ｗの水平面内における傾きを特定する主要としては、パターンマッチング法など、公知の手法を適用することが出来る。

通常の分断加工の場合は、スクライブ面Ｗ１が上面（非載置面）となるように被加工物Ｗが加工用ステージ１２に固定された状態で、位置読み取り光学系４０による撮像とその後のアライメント処理が行われた上で、スクライブ用レーザ光学系２０によるスクライブラインＳＬの形成が行われ、さらに、加熱用レーザ光学系３０において加熱用レーザ光ＬＢｈが照射されることにより、被加工物Ｗが分断される。

＜引張応力場の冷却＞
引張応力場ＳＦ２におけるクラックＣＲの進展をより効果的に引き起こす手法として引張応力場ＳＦ２を冷却する手法がある。

図６および図７は、スクライブ面Ｗ１に加熱用レーザ光ＬＢｈが照射される構成において、引張応力場ＳＦ２を冷却する様子を示す模式図である。図６は、スクライブラインＳＬの延在方向に垂直な被加工物Ｗの断面図であり、図７は、被加工物Ｗの上面図である。

図６および図７においては、加熱用レーザ光ＬＢｈによってスクライブ面Ｗ１を矢印ＡＲ１にて示す走査方向に走査する際に、形成される引張応力場ＳＦ２のうち走査方向後方の部分に対して、冷却ガスＣＧが噴射されている。

係る態様にて冷却を行うと、引張応力場ＳＦ２の冷却された箇所と、加熱用レーザ光ＬＢｈの照射によって加熱されてなる圧縮応力場ＳＦ１との温度差がより高くなり、引張応力場ＳＦ２における引張応力がより強められる。これにより、クラックＣＲの進展の確実性が高められる。結果として、被加工物Ｗをより精度よく分断することが出来るようになる。

なお、冷却ガスＣＧとしては、例えば不活性ガスなど、被加工物Ｗと反応しないガスを適宜に用いればよい。

図８は、図３ないし図５に示した分断装置１００において冷却ガスＣＧの噴射を実現する構成の一例を概略的に示す図である。すなわち、図８に示す場合においては、加熱用レーザ光学系３０に冷却ガスＣＧを噴射するためのノズル３６が付設されており、冷却ガス供給源３７から供給管３８を通じて供給される冷却ガスＣＧを、加熱用レーザ光ＬＢｈの走査（相対走査）と同期させてノズル３６から引張応力場ＳＦ２に向けて噴射することができるようになっている。

ただし、引張応力場ＳＦ２を冷却する態様は、以上のような冷却ガスＣＧの噴射によるものには限られず、被加工物との反応性や、分断装置の腐食等の問題がなければ、液体による冷却を行ってもよい。つまりは、ガスおよび液体を含む流体による冷却を行うようにしてもよい。また、固体冷媒を引張応力場ＳＦ２に近接または接触させることにて冷却を行うような態様であってもよい。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、スクライブ用レーザ光を照射することによってあらかじめ被加工物の分断予定位置に形成されたスクライブラインに沿って加熱用レーザ光を照射し、被加工物の内部を加熱することで、スクライブラインに対し引張応力を作用させ、スクライブラインから非スクライブ面へのクラックの進展をスクライブラインの延在方向に沿って順次に生じさせることで、被加工物を分断することができる。また、引張応力場を冷却することで、クラックの進展をより効率的に引き起こすことが出来る。

しかも、スクライブ用レーザ光を照射してクライブラインを形成するスクライブ加工は、高精度に加工対象位置を位置決めしたうえで行うことが可能である。それゆえ、同一の装置内で、分断予定位置に高精度にスクライブラインを形成し、これに引き続いて、レーザ加熱による引張応力の発生を行うようにすることで、高精度な分断加工を効率的に行うことが可能となる。

１０ ステージ部
１１ ＸＹステージ
１２ 加工用ステージ
２０ スクライブ用レーザ光学系
２１ レーザ発振器
２１ａ シャッター
２２ アッテネータ
２３ 対物レンズ
２４ ミラー
３０ 加熱用レーザ光学系
３１ レーザ発振器
３１ａ シャッター
３２ アッテネータ
３３ ビーム調整機構
３４ 対物レンズ
３５ ミラー
３６ ノズル
３７ 冷却ガス供給源
３８ 供給管
４０ 光学系
５０ 制御系
１００ 分断装置
ＣＧ 冷却ガス
ＣＲ クラック
ＣＳ 圧縮応力
Ｌ０ 分断予定位置
ＬＢｈ 加熱用レーザ光
ＬＢｓ スクライブ用レーザ光
ＳＦ１ 圧縮応力場
ＳＦ２ 引張応力場
ＳＬ スクライブライン
ＴＳ 引張応力
Ｗ 被加工物
Ｗ１ （被加工物の）スクライブ面
Ｗ２ （被加工物の）非スクライブ面

Claims (17)

1. 被加工物を分断する加工を行う装置であって、
   被加工物を載置固定するステージと、
   第１の出射源から出射された第１のレーザ光を、前記ステージに対して相対走査させつつ前記ステージに載置固定された前記被加工物の上面であるスクライブ面に対して照射することにより、前記スクライブ面にスクライブラインを形成するスクライブ加工手段と、
   第２の出射源から出射された、前記被加工物の内部で吸収される第２のレーザ光を、前記ステージに対して相対走査させつつ前記スクライブラインに沿って照射することによって前記被加工物の内部を前記スクライブラインに沿って加熱する照射加熱手段と、
   を備え、
   前記照射加熱手段が、前記第２のレーザ光の照射によって前記スクライブ面を含む前記被加工物の内部であって前記スクライブラインの近傍に形成される引張応力場を、前記第２のレーザ光を前記スクライブラインに沿って相対的に走査させることによって移動させ、これによって、前記スクライブラインが前記引張応力場に位置することで生じる前記スクライブラインから前記非スクライブ面へのクラックの進展を、前記スクライブラインに沿って順次に生じさせることにより、前記被加工物を分断する、
   ことを特徴とする分断装置。
2. 請求項１に記載の分断装置であって、
   前記第２のレーザ光がＥｒ−ＹＡＧレーザもしくはＮｄ−ＹＡＧレーザのいずれかである、
   ことを特徴とする分断装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の分断装置であって、
   前記照射加熱手段が、前記第２の出射源から出射された前記第２のレーザ光の照射範囲を調整する調整機構を備え、
   前記調整機構によって照射範囲が調整された前記第２のレーザ光を前記スクライブ面に照射する、
   ことを特徴とする分断装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の分断装置であって、
   前記第１のレーザ光がＹＡＧレーザの３倍高調波である、
   ことを特徴とする分断装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の分断装置であって、
   前記ステージが前記被加工物を保持した状態で水平面内で回転自在とされてなり、
   前記ステージを水平面内で回転させることによって前記ステージに載置固定された前記被加工物の水平面内における姿勢を補正するアライメント処理を行うアライメント処理手段、
   をさらに備え、
   前記アライメント処理を行った前記被加工物に対して前記スクライブ加工手段による前記スクライブラインの形成と、前記照射加熱手段による加熱とを行う、
   ことを特徴とする分断装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の分断装置であって、
   前記被加工物に対して冷却流体を噴射する冷却流体供給手段、
   をさらに備え、
   前記照射加熱手段が、前記冷却流体供給手段による前記冷却流体の噴射によって前記引張応力場を冷却しつつ、前記第２のレーザ光を前記スクライブラインに沿って相対的に走査させることによって移動させる、
   ことを特徴とする分断装置。
7. 被加工物を分断する方法であって、
   第１の出射源から第１のレーザ光を出射させ、前記第１のレーザ光を前記被加工物のスクライブ面に対して照射することにより、前記スクライブ面にスクライブラインを形成するスクライブ加工工程と、
   第２の出射源から前記被加工物の内部で吸収される第２のレーザ光を出射させ、前記第２のレーザ光を前記スクライブ面の側から前記スクライブラインに沿って照射することによって前記被加工物の内部を前記スクライブラインに沿って加熱する照射加熱工程と、
   を備え、
   前記照射加熱工程においては、前記第２のレーザ光の照射によって前記スクライブ面を含む前記被加工物の内部であって前記スクライブラインの近傍に形成される引張応力場を、前記第２のレーザ光を前記スクライブラインに沿って相対的に走査させることによって移動させ、これによって、前記スクライブラインが前記引張応力場に位置することで生じる前記スクライブラインから前記非スクライブ面へのクラックの進展を、前記スクライブラインに沿って順次に生じさせることにより、前記被加工物を分断する、
   ことを特徴とする被加工物の分断方法。
8. 請求項７に記載の分断方法であって、
   前記第２のレーザ光がＥｒ−ＹＡＧレーザもしくはＮｄ−ＹＡＧレーザのいずれかである、
   ことを特徴とする被加工物の分断方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の分断方法であって、
   前記照射加熱工程においては、前記第２の出射源から出射された前記第２のレーザ光の照射範囲を調整機構によって調整したうえで前記第２のレーザ光を前記スクライブ面に照射する、
   ことを特徴とする被加工物の分断方法。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の分断方法であって、
    前記第１のレーザ光がＹＡＧレーザの３倍高調波である、
    ことを特徴とする被加工物の分断方法。
11. 請求項７ないし請求項１０のいずれかに記載の分断方法であって、
    前記被加工物の水平面内における姿勢を補正するアライメント処理工程、
    をさらに備え、
    前記アライメント処理工程を行った前記被加工物に対して、前記スクライブ加工工程と前記照射加熱工程とを行う、
    ことを特徴とする被加工物の分断方法。
12. 請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の分断方法であって、
    前記スクライブ加工工程においては、前記第１のレーザ光の被照射位置において溶融および再固化を生じさせ、前記被照射位置を変質領域とすることによって前記スクライブラインを形成する、
    ことを特徴とする被加工物の分断方法。
13. 請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の分断方法であって、
    前記スクライブ加工工程においては、前記第１のレーザ光の被照射位置においてアブレーションを生じさせ、前記被照射位置に溝部を形成することによって前記スクライブラインを形成する、
    ことを特徴とする被加工物の分断方法。
14. 請求項７ないし請求項１２のいずれかに記載の分断方法であって、
    前記照射加熱工程を、前記引張応力場を冷却しつつ行うことを特徴とする被加工物の分断方法。
15. 請求項１４に記載の分断方法であって、
    前記照射加熱工程を、冷却流体の噴射によって前記引張応力場を冷却しつつ行うことを特徴とする被加工物の分断方法。
16. 請求項７ないし請求項１５のいずれかに記載の分断方法であって、
    前記スクライブ加工工程においては、互いに直交する第１の方向と第２の方向とにおいてそれぞれ所定のピッチにて複数のスクライブラインを形成し、
    前記照射加熱工程においては、前記第１の方向に延在する前記スクライブラインに沿った照射加熱を行った後、前記第２の方向に延在する前記スクライブラインに沿った照射加熱を行う、
    ことを特徴とする被加工物の分断方法。
17. 請求項１６に記載の分断方法であって、
    前記照射加熱工程においては、前記第２のレーザ光の照射ビーム径を、前記スクライブラインを形成する際のピッチ以下とする、
    ことを特徴とする被加工物の分断方法。