JP2014241359A - 基板の分断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を用いて圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する基板などを分断する際の生産性を向上させる。【解決手段】レーザ光発振ユニット２１で、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラス基板Ｗに対して透過性を有する３５５ｎｍ以上１０６４ｎｍ以下の波長のレーザ光を前記基板内部で底面から基板厚さの２０％以上８０％以下程度に焦点が位置するように照射するステップと、レーザ光の焦点が同じ深さ位置の状態で、分断予定ラインに沿ったレーザ光の走査を基板Ｗが分断されるまで複数回繰り返すステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、基板の分断方法に関するものである。

発光ダイオード等の発光素子は、サファイア基板上に窒化物半導体を積層することによって形成されている。このようなサファイア基板等から構成される半導体ウェハには、複数の発光ダイオード等の発光素子が、分断予定ラインによって区画されて形成されている。そして、このような半導体ウェハを分断予定ラインに沿って分断することで、複数の発光素子等が形成される。

上述した半導体ウェハなどの基板をレーザ光によって分断する方法が特許文献１に示されている。この特許文献１に示された方法では、まず、レーザ光を基板内部に対して照射した状態でレーザ光を分断予定ラインに沿って走査する。これにより、分断予定ラインに沿って基板内部に改質領域を形成する。そして、このように形成された改質領域にナイフエッジを押し当てて改質領域に引張り応力を作用させて基板を分断する。

この特許文献１に記載の分断方法では、一旦、レーザで改質領域を形成した後に、ナイフエッジを用いて基板を押圧する必要があるため、生産性が良くないという問題がある。

これに対して、特許文献２には、次の分断方法が記載されている。すなわち、特許文献２に記載された分断方法は、分断予定ラインに沿って深さの異なる複数の改質領域を基板内部および基板表面の近傍に形成し、比較的小さい力を加え、または外力を加えることなく基板を切断する。

特開２００６−２３１４１３号公報 特開２００２−２０５１８０号公報

特許文献２に記載された分断方法では、上述したようにナイフエッジ等で外力を加える必要がない。しかしながら、切断された基板の分断面には、深さの異なる複数の改質領域が基板の表面近傍および内部に形成されているため、分断面の全体にわたって凹凸が形成され、分断面の品質が悪化する。

本発明の課題は、レーザ光を用いて基板を分断する際の分断面の品質を悪化させることなく生産性を向上させることにある。

（１）本発明のある側面に係る基板の分断方法は、分断予定ラインに沿って基板を分断する方法であって、次のステップ（ａ）及び（ｂ）を含む。ステップ（ａ）では基板に対して透過性を有するレーザ光を基板内部に焦点が位置するように照射する。ステップ（ｂ）ではレーザ光の焦点が基板に対して同じ深さ位置の状態で、レーザ光を分断予定ラインに沿って複数回走査する。

この方法によれば、レーザ光を複数回走査するだけで基板を分断することができるため、基板を分断する際の生産性を向上させることができる。また、この方法では、同じ深さ位置で複数回走査するため、分断面における加工痕を必要最小限に抑えることができ、分断面の品質を向上させることができる。

（２）好ましくは、分断予定ラインは閉図形である。この方法では、基板に対して抜き加工を施すことができる。

（３）基板は、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスとすることができる。この場合、レーザ光の波長は、基板に対して透過性を有するように、３５５ｎｍ以上１０６４ｎｍ以下程度とすることが好ましい。

（４）好ましくは、レーザ光は一回の走査で基板が分断されない程度の出力で基板を照射する。このように比較的弱い出力のレーザ光を照射することによって、分断面の品質を向上させることができる。

本発明によれば、レーザ光を用いて基板を分断する際の生産性を向上させることができる。

レーザ加工装置の概略図。 実施例１の分断面を示す写真。 実施例２の分断面を示す写真。 実施例３の分断面を示す写真。 実施例４の分断面を示す写真。 実施例５の分断ラインの平面視の写真。 実施例５の分断面の写真 比較例１の分断ラインの平面視の写真。 比較例１の分断面の写真。

以下、本発明に係る基板の分断方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図１は本実施形態に係る基板の分断方法を実行する際に用いるレーザ加工装置の概略図である。

［レーザ加工装置］
図１に示すように、レーザ加工装置１は、装置本体２と、テーブル３とを備えている。装置本体２は、パルスレーザ光線発振ユニット２１、伝送光学系２２、及び集光レンズ２３を有している。パルスレーザ光線発振ユニット２１は、レーザ光線発振器及び制御部などを含んでいる。伝送光学系２２は、複数のミラーを含んでおり、パルスレーザ光線発振ユニット２１からのレーザ光を集光レンズ２３に導く。集光レンズ２３は、伝送光学系２２からのレーザ光を集光させるためのレンズである。テーブル３には、レーザ加工の対象物である基板Ｗが載置される。このテーブル３は、装置本体２に対して相対的に基板Ｗを上下方向又は水平方向に移動させることができる。

［分断方法］
上述したレーザ加工装置１を用いて基板Ｗを分断する方法について説明する。

まず、レーザ光発振ユニット２１において、パルスレーザ光の条件を制御する。例えばレーザ光の出力は、１Ｗ以上１０Ｗ以下程度とすることが好ましい。また、走査速度は、２５mm/s以上５００mm/s程度とすることが好ましい。そして、出力を速度で割った値である入熱量（エネルギー量）を０．０２以上０．０６以下程度に設定することが好ましい。この入熱量を０．０２以上に設定することによって確実に分断が可能となり、また入熱量を０．０６以下に設定することによってきれいな分断面を得ることができる。

パルスレーザ光の波長は、加工対象の基板Ｗに対して透過性を有する波長とする。例えば、加工対象の基板Ｗが圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスであり、その厚さが０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下程度である場合、レーザ光の波長は、３５５ｎｍ以上１０６４ｎｍ以下程度とすることが好ましい。

以上のように制御されたレーザ光を基板Ｗに照射する。なお、集光レンズ２３の位置を調整したり、テーブル３の高さを調整したりすることなどによって、レーザ光を基板Ｗの内部に集光させる、すなわちレーザ光の焦点位置を基板Ｗの内部とする。なお、レーザ光の焦点位置は、特に限定されるものではないが、例えば、基板Ｗ内部において、底面から基板厚さの２０％以上８０％以下程度の位置とすることが好ましい。レーザ光の焦点位置をこの範囲にすることによって、より効率的に基板Ｗを分断することができる。

以上のように基板Ｗの内部にレーザ光を集光させた状態で、装置本体２を移動させてレーザ光を分断予定ラインに沿って走査する。この分断予定ラインは、直線状であってもよいし、矩形状又は環状のような閉図形を描くラインであってもよい。また、このときのレーザ光の走査速度は、２０ｍｍ／ｓ以上３００ｍｍ／ｓ以下程度とすることが好ましい。走査速度を２０ｍｍ／ｓ以上とすることによりきれいな分断面を得ることができ、また、走査速度を３００ｍｍ／ｓ以下とすることによって確実に分断が可能となる。

この分断予定ラインに沿ったレーザ光の走査を基板Ｗが分断されるまで複数回繰り返す。このときの繰り返し走査回数（初回の走査も含む）は、レーザ光の出力及び基板Ｗの厚さなどによっても変わってくるが、一般的に２回以上３０回以下程度である。各走査において、レーザ光の焦点は基板Ｗに対して同じ深さ位置にある。すなわち、各走査において、レーザ光の焦点位置は同じである。このようにレーザ光を複数回走査することによって、基板Ｗが分断される。走査方向は、全ての走査において同一方向であってもよいし、第１方向に進む走査と第１方向の逆方向である第２方向に進む走査とが交互に行われてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

［実施例１〜４］
実施例１〜４の４通りの方法によってレーザ光を照射して、水平面上に載置された基板Ｗを分断した。基板Ｗは材質が強化ガラス（コーニング社製、商品名「ＧＯＲＩＬＬＡガラス」（「ＧＯＲＩＬＬＡ」はコーニング社の登録商標））であり、厚さが１１００μｍである。実施例１〜４におけるレーザ光の条件は、以下の通りである。
波長：３５５（ｎｍ）
繰返周波数：１（ＭＨｚ）
パルス幅：１（ｎｓ）
焦点の深さ位置：基板の表面から下方に７００μｍ
また、実施例１〜４におけるレーザ光の出力は、以下の表１に示す通りである。

実施例１〜４ともに、上述した条件のレーザ光を基板Ｗの分断予定ラインに沿って走査し、この走査を基板Ｗが分断されるまで繰り返した。分断予定ラインは直線状とし、走査方向は同一方向とした。また、基板Ｗに対するレーザ光の焦点の深さ位置は一定とした。実施例１〜４におけるレーザ光の走査速度は、以下の表１に示すとおりである。実施例１〜４ともに２１回の繰り返し走査回数で基板Ｗは分断された。

以上の実施例１〜４の方法で分断した基板Ｗの各分断面の分断結果として、真直度及び品質を表１に示す。ここで真直度とは、所定の３０ｍｍの区間内において、実際の分断ラインと分断予定ラインとの差を平面視において測定したもののうち、最も差が大きい値を示すものである。また、表１中の「分断品質」項目における「○」は、基板Ｗの分断面に欠けなどが生じずにきれいに仕上がっていることを示し、「×」は基板Ｗの分断面に欠けなどが生じていることを示す。

また、実施例１の分断面の写真を図２に、実施例２の分断面の写真を図３に、実施例３の分断面の写真を図４に、実施例４の分断面の写真を図５に示す。図２〜５の写真から、実施例１〜４における分断面には欠けなどが生じておらず、また、加工痕も小さく、分断品質が高いことが分かる。

［実施例５及び比較例１］
次に、実施例５及び比較例１の２通りの方法によってレーザ光を照射して、水平面上に載置された基板Ｗを分断した。基板Ｗは材質が強化ガラス（コーニング社製、商品名「Ｆｉｔガラス」）であり、厚さが８００μｍである。実施例５及び比較例１におけるレーザ光の条件は以下の通りである。
波長：３５５（ｎｍ）
繰返周波数：１（ＭＨｚ）
パルス幅：１（ｎｓ）
出力：３（Ｗ）

実施例５では、上述した条件のレーザ光を分断予定ラインに沿って走査し、この走査を基板Ｗが分断されるまで繰り返した。分断予定ラインは矩形状とし、走査方向は同一方向とした。基板Ｗに対するレーザ光の焦点の深さ位置は、基板の表面から下方に４００μｍである。このレーザ光の焦点の深さ位置は一定である。実施例５におけるレーザ光の走査速度は、５０ｍｍ／ｓとした。実施例５では、繰り返し走査回数１０回（１０周）で基板Ｗが分断された。この実施例５の分断ラインの平面視の写真を図６に示す。実施例５における分断ラインの幅は約１０μｍである。また、実施例５の分断面の写真を図７に示す。図７の写真から、実施例５の分断面には欠けなどが生じておらず、また、加工痕も小さく、分断品質が高いことが分かる。

比較例１では、上述した条件のレーザ光を分断予定ラインに沿って走査し、この走査を基板Ｗが分断されるまで繰り返した。分断予定ライン、走査速度、及び走査方向は実施例５と同じとした。基板Ｗに対するレーザ光の焦点の深さ位置は、１回目の走査では基板の表面から下方に６７０μｍ、２回目の走査では基板の表面から下方に５３０μｍ、３回目の走査では基板の表面から下方に４００μｍ、４回目の走査では基板の表面から下方に２６０μｍ、５回目の走査では基板の表面から下方に１３０μｍとした。すなわち、比較例１では、実施例５とは異なり、レーザ光の焦点の深さ位置が走査ごとに異なり一定ではない。なお、比較例１では、５回目の走査で基板Ｗが分断された。この比較例１の分断ラインの平面視の写真を図８に示す。なお、比較例１における分断ラインの幅は約１６０μｍである。また、比較例１の分断面の写真を図９に示す。図９の写真から、比較例１の分断面には欠けが生じており、加工痕が実施例５に比べて大きく、実施例５に比べて分断品質が低いことが分かる。

Claims (5)

1. 基板を分断予定ラインに沿って分断する方法であって、
   （ａ）前記基板に対して透過性を有するレーザ光を前記基板内部に焦点が位置するように照射するステップと、
   （ｂ）前記レーザ光の焦点が前記基板に対して同じ深さ位置の状態で、前記レーザ光を分断予定ラインに沿って複数回走査するステップと、
   を含む、分断方法。
2. 前記分断予定ラインは、閉図形である、請求項１に記載の分断方法。
3. 前記基板は、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスである、請求項１又は２に記載の分断方法。
4. 前記レーザ光の波長は、３５５ｎｍ以上１０６４ｎｍ以下である、請求項３に記載の分断方法。
5. 前記レーザ光は、一回の走査で前記基板が分断されない程度の出力で前記基板を照射する、請求項１から４のいずれかに記載の分断方法。