JP2017521877A5 - - Google Patents

Description

図２ａに示すように、基板１は、ビームの長軸方向と直交する方向で、かつ、ビーム方向ｚから見て、光学配置６により空間に形成される焦点面２ｆと直交する方向（即ち、紙面と直交する方向）であって、ビーム方向ｚからみて、焦点面２ｆが基板表面１ａの正面から基板表面１ｂの正面まで、かつ該基板の内部となるように配置される。よって、（レーザビーム２を、長さｌ幅ｂで表される領域（即ち表面ｌ・ｂ）に集中させることによりレーザビーム焦点面２ｆにおけるレーザ強度が適したものになっていれば）空間方向ｚ及びｙの双方に膨張したレーザビーム焦点面２ｆは、焦点面２ｆと基板１とが重なり合う領域（即ち、基板材料の、焦点面２ｆによって覆われる部分）において、ビームの長軸方向ｚ及び幅方向に膨張した表面部位２ｃを形成する。当該表面部位２ｃを介して誘導吸収処理が発生し、よって、基板材料に、上記部分２ｃに沿った亀裂形成が誘導される。かかる亀裂形成は局所的にのみ発生するのではなく、誘導吸収処理のされた膨張部分２ｃの全体に発生する。ここでは、当該部分２ｃの長さ（即ち、ｚ方向においてレーザビーム焦点面２ｆと基板１とが重なる長さ）を符号Ｌと示す。また、当該部分２ｃの幅は、上記焦点面２ｆの幅ｂに対応する。誘導吸収処理による当該部分（又は基板１の材料において亀裂形成の対象となる領域）の、面膨張に直交する方向（即ち、ｘ方向）における平均膨張量を符号Ｄで示す。なお、当該平均膨張量Ｄは、ｘ方向におけるレーザビーム焦点面２ｆの平均膨張量と対応する。

Claims (16)

1. 基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工方法であって、
   前記基板を加工するためのレーザのレーザビームを照射し、
   前記レーザのビーム路に配置された光学配置において、前記光学配置に照射された前記レーザビームにより、前記光学配置のビーム出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点面を形成し、
   前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置し、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
   前記光学配置により前記レーザビーム焦点面が形成され、
   円錐形プリズム又はアキシコンを、規定長さ、即ち前記ビーム方向において規定の膨張量を有する前記レーザビーム焦点面を形成するための非球形自由表面を備えた、前記光学配置の第１光学素子として用い、さらに、
   前記第２方向における前記レーザビームの膨張を遮り、該レーザビームを前記第１方向における所望の方向に向かわせるダイアフラムを、前記非球形自由表面を備えた前記第１光学素子の前記ビーム出力側から所定距離ｚ１離間して配置する
   ことを特徴とする方法。
2. 基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工方法であって、
   前記基板を加工するためのレーザのレーザビームを照射し、
   前記レーザのビーム路に配置された光学配置において、前記光学配置に照射された前記レーザビームにより、前記光学配置のビーム出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点面を形成し、
   前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置し、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
   前記光学配置により前記レーザビーム焦点面が形成され、
   円錐形プリズム又はアキシコンを、規定長さ、即ち前記ビーム方向から見た規定膨張量を有する前記レーザビーム焦点面を形成するための非球形自由表面を備えた、前記光学配置の第１光学素子として用い、さらに、
   前記レーザビームを前記第１方向にフォーカスする一方前記第２方向にはフォーカスさせない第２光学素子を、前記非球形自由表面を備えた前記第１光学素子の前記ビーム出力側から既定距離ｚ２離間して配置する
   ことを特徴とする方法。
3. 基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工方法であって、
   前記基板を加工するためのレーザのレーザビームを照射し、
   前記レーザのビーム路に配置された光学配置において、前記光学配置に照射された前記レーザビームにより、前記光学配置のビーム出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点面を形成し、
   前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置し、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
   前記光学配置により前記レーザビーム焦点面が形成され、
   前記第１方向から見て前記光学配置の光軸に対してそれぞれ反対側に位置する２つの半空間からビーム束を前記光軸に向けて平行に偏向させるダブルウェッジを、前記光学配置の第３光学素子として用い、さらに、
   前記レーザビームを少なくとも前記第１方向にフォーカスさせる第４光学素子を、前記第３光学素子の前記ビーム出力側に配置する
   ことを特徴とする方法。
4. 前記平面結晶性基板が、
   ・半導体基板、
   ・絶縁基板、
   又は、
   ・少なくとも１つの結晶性又は準結晶性構造の炭素系材料を含む又はからなる基板、
   からなる、又はを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された方法。
5. 前記第１方向における前記レーザビーム焦点面の膨張量（幅ｂ）が、前記第２方向における前記レーザビーム焦点面の膨張量Ｄに比して少なくとも５倍大きい、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された方法。
6. ビーム方向で見て、前記材料、即ち前記基板内部の、前記誘導吸収処理による前記膨張表面部位が、前記基板の表面と裏面の少なくともいずれか一方まで延びるように、前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載された方法。
7. ビーム方向で見て、前記材料、即ち基板内部の、前記誘導吸収処理による前記膨張表面部位が、前記基板の表面と裏面の一方から、他方までは届かないものの、前記基板の内部に延びる、即ち前記基板の全層厚さｄ未満となるように、前記基板と前記レーザビーム焦点面とを相対配置する、
   ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
8. 前記基板の材料の除去及び溶解が発生することなく前記基板の構造内に前記亀裂形成が実現されるように前記誘導吸収処理を発生させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載された方法。
9. 前記レーザ（３）としてパルスレーザを用いる
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載された方法。
10. 前記レーザのパルス幅τは、前記基板の材料との相互作用時間内で該材料の熱拡散が無視できるほど小さく設定され、
    又は、
    前記レーザのパルス繰返周波数が１０ｋＨｚから１，０００ｋＨｚの間であり、
    又は、
    前記レーザが単パルスレーザとして若しくはバーストパルスレーザであり、
    又は、
    前記レーザ出力側で測定した平均レーザ出力が、５ワットから１００ワットの間である、
    ことを特徴とする請求項９に記載された方法。
11. 前記レーザビームが、前記基板の前記表面に対し、複数のパーツを得るために前記基板を分割するためのラインに沿って動かされ、よって、前記基板の内部において、前記誘導吸収処理による多数の膨張表面部位が該ラインに沿って生成される
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載された方法。
12. 前記基板内部における前記誘導吸収処理による前記多数の膨張表面部位の生成中及び／又は生成後において、隣接する前記誘導処理による膨張表面部位間で、機械的な力が前記基板に加えられ、及び／又は熱応力が前記基板内に加えられ、具体的には前記基板が不均一に熱せされた後に再び冷やされることで、前記基板を前記複数のパーツに分割するための亀裂形成を実現することを特徴とする請求項１１に記載された方法。
13. 基板を加工するためのレーザのレーザビームを用いて、前記基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工装置であって、
    照射された前記レーザビームにより、出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点表面が形成される、前記レーザのビーム路に配置された前記光学配置を有し、
    前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とが相対配置可能又は相対配置され、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
    前記ビーム方向と前記ビーム方向に直交する前記第１方向とにおいて膨張する一方、前記第２方向においては膨張しない前記レーザビーム焦点面を形成するための光学配置が、
    前記光学配置が、規定長さ、即ちビーム方向において規定の膨張量を持つ前記レーザビーム焦点面を形成するための非球形自由表面を備えた第１光学素子としての円錐プリズム又はアキシコンと、
    前記非球形自由表面を有する第１光学素子の出力側から所定距離ｚ１の位置に、前記第２方向における前記レーザビームの膨張を遮る、即ち前記第１方向における所望の方向に向かわせるダイアフラムと、
    を備えることを特徴とする装置。
14. 基板を加工するためのレーザのレーザビームを用いて、前記基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工装置であって、
    照射された前記レーザビームにより、出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点表面が形成される、前記レーザのビーム路に配置された前記装置の光学配置を有し、
    前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とが相対配置可能又は相対配置され、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
    前記光学配置は、前記ビーム方向と前記ビーム方向に直交する前記第１方向とにおいて膨張する一方、前記第２方向においては膨張しない前記レーザビーム焦点面を形成するための光学配置であって、
    規定長さ、即ちビーム方向において規定の膨張量を持つ前記レーザビーム焦点面を形成するための非球形自由表面を有する第１光学素子としての円錐プリズム又はアキシコンと、
    前記非球形自由表面を有する第１光学素子の出力側から既定距離ｚ２の位置に、前記レーザビームを前記第１方向にフォーカスする一方前記第２方向にはフォーカスしない第２光学素子と、
    を備えることを特徴とする装置。
15. 基板を加工するためのレーザのレーザビームを用いて、前記基板を複数のパーツに分割するための平面結晶性基板のレーザ加工装置であって、
    照射された前記レーザビームにより、出力側において、ビーム方向及び該ビーム方向に直交する第１方向の両方向から見て拡がる一方、前記第１方向及び前記ビーム方向の両方と直交する第２方向には拡がらないレーザビーム焦点表面が形成される、前記レーザのビーム路に配置された前記装置の光学配置を有し、
    前記基板の内部において、前記レーザビーム焦点面によって前記基板の材料の膨張表面部位に沿って誘導吸収処理が発生するように前記基板と前記レーザビーム焦点面とが相対配置可能又は相対配置され、よって前記基板の材料において前記膨張表面部位に沿って誘導亀裂形成が実現されるものであって、
    前記光学配置は、前記ビーム方向と前記ビーム方向に直交する前記第１方向とにおいて膨張する一方、前記第２方向においては膨張しない前記レーザビーム焦点面を形成するための光学配置であって、
    前記第１方向から見て前記光学配置の光軸に対してそれぞれ反対側に位置する２つの半空間からビーム束を前記光軸に向けて平行に偏向させる第３光学素子としてのダブルウェッジと、さらに、
    前記第３光学素子の前記ビーム出力側に設けられた、前記レーザビームを少なくとも前記第１方向にフォーカスする光学素子と、
    を備えることを特徴とする装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載された方法又は装置の使用方法であって、
    ・半導体基板を分離し、
    ・絶縁基板を分離し、
    又は、
    ・少なくとも１つの結晶性又は準結晶性構造の炭素系材料を含む又はからなる基板を分離する、
    ことを特徴とする方法。