JP3532100B2 - Laser cleaving method - Google Patents

Laser cleaving method

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JP3532100B2 JP17216398A JP17216398A JP3532100B2 JP 3532100 B2 JP3532100 B2 JP 3532100B2 JP 17216398 A JP17216398 A JP 17216398A JP 17216398 A JP17216398 A JP 17216398A JP 3532100 B2 JP3532100 B2 JP 3532100B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】 本発明は、単結晶サファイア基板のレーザ割断方法に係り、更に詳しくは、単結晶サファイア基板、特に、機能膜を表面に形成した単結晶 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention relates to a laser cleaving method for a single crystal sapphire substrate, more particularly, single crystal sapphire substrate, in particular, to form a functional film on the surface single crystal
サファイア基板の効率的かつ高精度の割断を行うことで、得られた割断面をそのまま素子あるいはデバイスの機能面として使用することを可能ならしめる、生産性に優れたレーザ割断方法に関する。 By performing efficient and accurate fracture of the sapphire substrate, it makes it possible to use as a functional surface of the intact device or devices resulting fractured relates excellent laser cleaving method in productivity. 【0002】 【従来の技術】 SAWフィルタ(表面弾性波フィルタ)やLED(発光ダイオード)、LD(半導体レーザ)は、CVD法やPVD法といった各種の薄膜成形技術を用いて、無機単結晶基板上に種々の機能膜や電極を形成した後、基板を切断してチップ化することで作製されている。 [0002] SAW filters (surface acoustic wave filters) and LED (light emitting diode), LD (laser diode), using a variety of thin film forming technique such as CVD or PVD method, inorganic single crystal substrate after forming the various functional films or electrodes are manufactured by chip by cutting the substrate. 【0003】 近年、窒化ガリウム(GaN)を用いて青色LEDの高輝度化が図られたことをきっかけに、青色LDの室温発振に大きな関心が集まっている。 In recent years, in the wake of the high luminance blue LED using a gallium nitride (GaN) is achieved, there has been great interest in room temperature oscillation of a blue LD. この青色LDでは、レーザ発振のためにチップ内に光共振器構造を必要とし、通常、結晶の劈開面を利用してこの光共振器とする手段が採られる。 In the blue LD, it requires an optical resonator structure in the chip for laser oscillation, typically, the means for the optical resonator is adopted by utilizing the cleavage plane of the crystal. すなわち、GaN系青色L That, GaN-based blue L
Dの製造方法は、単結晶サファイア基板上にバッファ層と呼ばれる中間層を介して、GaNを成膜し、電極のパターニング等を行って多層成膜を行った後、チップ化するといった工程で行われ、光共振器は最後のチップ化工程において形成される。 D method for producing, via an intermediate layer, called a buffer layer on a single crystal sapphire substrate, forming a GaN, after the multilayer film formation by patterning the electrodes and the like, the line in the step such that chips We, the optical resonator is formed at the end of chipping step. 【0004】ここで、チップ化の方法としては、青色L [0004] Here, as a method for chips, the blue L
EDの製造に用いられている方法であるダイヤモンドスクライブ法を用いることができる。 Can be used diamond scribing is a method used in the preparation of ED. このダイヤモンドスクライブ法は、ダイヤモンドポイントにより基板表裏面に溝入れ加工を行い、その後にブレーキング用の刃を溝の一面に当接させた状態で刃に基板表裏面に垂直な方向の力を加えて切断する方法である。 The diamond scribing method performs grooving on the rear surface of the substrate table with a diamond point, then adding blade perpendicular force to the substrate front and back surfaces to the blade being in contact with the one surface of the groove for breaking it is a method of cutting Te. 【0005】 また、ダイヤモンドスクライブ法に代えて、レーザスクライブ、ダイシング、といった方法を用いることもできる。 Further, instead of the diamond scribing method, it is also possible to use the method laser scribing, dicing, such as. レーザスクライブは、溝入れ加工を、例えばYAGレーザの第4次高調波を基板に照射して行い、その他はダイヤモンドスクライブと同様に行うものである。 Laser scribing is a grooving, for example, the fourth harmonic of YAG laser performed by irradiating the substrate, others is performed similarly to the diamond scribe. これらに対して、ダイシングは、ダイヤモンドホイールを用いた切削により基板の切断を行うものである。 For these, dicing is used to perform cutting of the substrate by cutting using a diamond wheel. 【0006】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、単結晶サファイア基板は硬度が高いこと、結晶面によっては弱い劈開性があるものの完全な劈開面がないことから、 [0006] The present invention is, however, single-crystal sapphire substrate that has high hardness, since there is no complete cleavage plane although a weak cleavage by crystal faces,
上記ダイヤモンドスクライブによる切断方法にあっては、ダイヤモンドポイントの摩耗が速く、良好な割断面を得ることが困難であり、さらに、生産歩留が悪いという問題がある。 In the cutting method of the diamond scribing, fast wear of diamond points, it is difficult to obtain a good fractured, further production yield is poor. ダイシングにおいては、加工速度(切断速度)を速くした場合には、砥石の摩耗が早く、切断面にチッピングが発生する問題があり、一方、加工速度を遅くしても砥石の摩耗が極端に低減されるわけではなく、しかも生産性は低下するといった問題がある。 In dicing, when fast processing speed (cutting speed) is faster wear of the grinding wheel, there is a problem that chipping occurs in cut surface, whereas the wear is extremely reduced grindstone even slower machining speed but it is not, moreover productivity is a problem decreases. 【0007】 これに対し、レーザスクライブによる切断方法は、ダイヤモンドスクライブと同様に、ブレーキングによる溝と溝との間の切断が必要であるため、溝入れ加工工程の他にさらにブレーキングのための後工程が必要となり、加工効率が必ずしも良いものではない。 [0007] In contrast, a cutting method by laser scribing, like diamond scribe, since it is necessary to cut between the grooves by braking, for further braking in addition to the grooving process post-process is required, the processing efficiency is not necessarily good. また、基板の表裏に形成する溝の位置ずれによる切断面の形状不良が発生する問題もある。 There is also a problem of poor shape of the cut surface due to positional deviation of the groove to be formed on the front and back of the substrate occurs. 【0008】 このような従来技術に対し、レーザを基板に照射して蓄熱させ、その熱による熱応力により割断させる方法が考えられるが、この方法では、割断面においては良好な加工面が得られるが、表裏面にクラックやチッピング等の欠陥が発生して加工精度が悪くなるという問題があった。 [0008] For such prior art, to heat accumulation by irradiating laser to the substrate, a method for cleaving by thermal stress due to the heat is considered, in this method, a good working surface is obtained in the fractured but defects such as cracks and chipping there is a problem that the machining accuracy is deteriorated occurs on the front and back surfaces. 【0009】 【課題を解決するための手段】 本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単結晶サファイア基板、特に機能膜を表面に形成した単結晶サファイア基板の割断に適したレーザ割断方法を提供し、素子等の製造に用いられた場合、 [0009] The present invention SUMMARY OF] has been made in view of the problems of the prior art described above, and an object, formed single-crystal sapphire substrate, in particular a functional film on the surface If you have provided laser cleaving method suitable for cleaving the single crystal sapphire substrate, it has been used in the manufacture of such devices,
得られる素子の品質および素子製造における生産性の向上を図ることにある。 It is to improve the productivity in the quality and device fabrication of the resulting device. 【0010】すなわち、本発明によれば、 主平として [0010] That is, according to the present invention, as Shutaira surface
三方晶系におけるミラー指数で表される R面又は面、 R plane or c plane represented by Miller indices of trigonal,
及び側面として a面を有する平板状の単結晶サファイア基板に、前記単結晶サファイア基板に吸収されやすいレ<br>ーザを照射して、前記単結晶サファイア基板を割断する方法であって、 前記レーザ光を照射し得るレーザを一 And a plate-shaped single crystal sapphire substrate having a surface as the side surface, and irradiating the single crystal is easily absorbed into the sapphire substrate Les <br> laser light, a method of cleaving the single crystal sapphire substrate, one laser capable of irradiating the laser beam
の前記主平面と前記一の主平面及び前記a面に垂直に想 Main plane and perpendicular to do so the a surface of the principal plane and said one
定した前記単結晶サファイア基板の割断予定面とが交差 Boss was said that the expected splitting plane of the single crystal sapphire substrate intersection
する交差線に対応して走査させつつ前記レーザ光を前記 Wherein the laser beam while scanning at a crossing line
交差線に沿って一回照射することによって、前記単結晶 By irradiating once along the intersection line, the single crystalline
サファイア基板の前記レーザ光を照射された部分を加 The irradiated portion of the laser beam of the sapphire substrate pressurizing
熱、昇華させて、前記単結晶サファイア基板の前記割断 Heat, subliming, the fracturing of the single-crystal sapphire substrate
予定面に沿って、所定の深さの有底の溝を形成して前記 Along the planned surface, said grooves are formed bottomed predetermined depth
単結晶サファイア基板を前記割断予定面の一部で分断す To divide the single crystal sapphire substrate with a part of the expected splitting surface
るとともに、前記溝の底部を加熱して蓄熱させ、この蓄 Rutotomoni, heated to heat storage of the bottom of the groove, this蓄
熱された熱によって前記割断予定面の残部に沿って前記 Along said remaining portion of the expected splitting surface by the heated thermal
溝の底部と前記一の主平面とは反対側の他の主平面との With other main plane of the side opposite to the main plane of the bottom of the groove one
間に熱勾配を発生させ、前記熱勾配に起因する熱応力に The thermal gradient is generated between, the thermal stress due to the thermal gradient
よって前記単結晶サファイア基板を前記割断予定面の残 Therefore remaining the single crystal sapphire substrate of the expected splitting surface
部でさらに分断して、前記単結晶サファイア基板を一工 And further divided in parts, Ichiko the single crystal sapphire substrate
程で割断することを特徴とするレーザ割断方法、が提供される。 Laser cleaving method characterized by cleaving in degree, it is provided. 【0011】本発明のレーザ割断方法は、 単結晶サファ [0011] The laser cleaving method of the present invention, a single crystal Safa
イア基板を一の主平面及びa面に垂直に想定した単結晶 Vertically assumed single crystal ear substrate in the main plane and a-plane single
サファイア基板の割断予定面で割断した後に、割断され After splitting with the expected splitting surface of the sapphire substrate, it is fractured
た単結晶サファイア基板を、一の主平面に垂直で、かつ And the single crystal sapphire substrate, perpendicular to one main plane, and
a面に平行に想定した第二の割断予定面で同様にさらに Similarly further second expected splitting surface that assumes parallel to a plane
割断して、単結晶サファイア基板を所定形状に割断する And cleaving, cleaving the single crystal sapphire substrate in a predetermined shape
ことが好ましく、レーザ光を照射し得るレーザが、CO It is preferred, a laser capable of irradiating a laser beam, CO
2 レーザであることがさらに好ましい。 More preferably 2 laser. 特に、機能膜が In particular, the functional film
主平面上に形成された単結晶サファイア基板の割断に好適に用いることができ、また、このような機能膜が形成された単結晶サファイア基板が、割断後にSAWフィル<br>タ青色LED 又は青色LDとして用いられるものである場合に有用である。 Can be suitably used in cleaving the single crystal sapphire substrate formed Shutaira plane, also, a single crystal sapphire substrate such functional film is formed, SAW fill <br> data after cleaving, blue LED or it is useful when is used as a blue LD. 使用するCO 2レーザとしては、 The CO 2 laser used,
加工周波数を500Hz以上、パルス幅を300μse The processing frequency 500Hz or more, the pulse width 300μse
c以下、投入エネルギを0.05〜0.4Jの範囲内の短パルスCO 2レーザを用いることが好ましい。 c or less, it is preferable to use a short pulse CO 2 laser in the range of 0.05~0.4J the input energy. なお、 It should be noted that,
単結晶サファイア基板の厚さは一般的な0.3mm〜 The thickness of the single crystal sapphire substrate general 0.3mm~
0.5mmの範囲内のものが好適に用いられるが、厚さ1mm程度以上のものでも、割断することは可能である。 But are preferably used in a range of 0.5 mm, also more than a thickness of about 1 mm, it is possible to fracture. 【0012】また、上述した本発明のレーザ割断方法によれば、CO 2レーザのレーザ光の照射によって単結晶サファイア基板に形成する溝の深さは、単結晶サファイア基板の基板厚の10%以上であれば割断が可能であるが、この溝の深さは基板厚の20%以上50%以下の範囲の場合に、より良好な割断面が得られるために好ましく、 単結晶サファイア基板を割断予定面で割断する Further, according to the laser cleaving method of the present invention described above, the depth of the groove you formed in the single crystal sapphire substrate by irradiation of CO 2 laser of laser light 10 of the substrate thickness of the single crystal sapphire substrate but if more than% is possible breaking, the depth of the groove in the case of the range of 20% to 50% of the substrate thickness, preferably to better fractured to obtain a single-crystal sapphire substrate to breaking with the planned cutting surface
ことによって得られた単結晶サファイア基板に生じた割断面の亀裂真直度は±10μmの範囲内に納められる This crack straightness fractured generated in the single crystal sapphire substrate obtained by being placed in a range of ± 10 [mu] m
とが好ましい Door is preferable. 【0013】 【発明の実施の形態】 本発明においては、 主平とし [0013] In the Detailed Description of the Invention The present invention, as Shutaira surface
て三方晶系におけるミラー指数で表される R面側面 R plane represented by Miller indices of trigonal Te, and the side
して a面を有する平板状の単結晶サファイア基板(以下、「R面基板」という。)、 又は主平として c面 And plate-shaped single crystal sapphire substrate having a surface (hereinafter, referred to as "R-plane substrate".), Or c-plane as Shutaira surface,
として a面を有する平板状の単結晶サファイア基板(以下、「c面基板」という。) が用いられ、このR面基板又は c面基板表面にレーザ光(たとえば、 CO 2レーザのレーザ光)を照射してR面基板又は c面基板を割断する。 Plate-shaped single crystal sapphire substrate having a surface as a side surface (hereinafter, referred to as "c-plane substrate".) Is use Irare, laser light to the R-plane substrate or a c-plane substrate surface (e.g., CO 2 lasers lasers by irradiating light) fracturing the R-plane substrate or a c-plane substrate. ここで、結晶化学的に、R面は三方晶系におけるミラー指数(1 −1 0 2)で表される面であり、c面は(0 0 0 1)面、a面は(1 1 − Here, crystalline chemical, R plane is a plane represented by Miller indices in trigonal (1 -1 0 2), c plane (0 0 0 1) plane, a-plane (1 1 -
2 0)面を指す。 It refers to the 2 0) plane. 【0014】このようなR面はSAWフィルタ用のAl [0014] Such a R surface Al of the SAW filter
N膜等の形成に適した面であり、一方、c面は青色LE A surface suitable for forming the N film or the like, whereas, c plane blue LE
D用のGaN膜の形成に適した面である。 It is a surface suitable for forming a GaN film for D. 本発明においてはCO 2レーザが好適に用いられるが、割断する基板の使用するレーザの波長における吸光係数が大きい、すなわち、レーザ光が基板に吸収されやすいという条件を満足するならば、他の種類のレーザ光を照射し得るレー Although CO 2 laser is preferably used in the present invention, the absorption coefficient at the wavelength of laser used for the substrate of cleaving large, i.e., if the laser beam satisfies the condition that is easily absorbed in the substrate, other types Leh capable of irradiating a laser beam
、たとえば、YAGレーザの第4次高調波等を用いることもできる。 The, for example, it may be used a fourth harmonic or the like of a YAG laser. 【0015】上述の通り、本発明のレーザ割断方法においては、R面基板又は c面基板が用いられるが、いずれの基板を用いた場合であっても、基本的な割断性能や得られた割断面の性状に大きな差はない。 [0015] As described above, in the laser cleaving method of the present invention, the R-plane substrate or a c-plane substrate is used, even when using any of the substrates, basic cleaving performance and resulting split there is no significant difference in the properties of the cross-section. そこで、以下において、R面基板を例として本発明を説明することとする。 Therefore, in the following there will be described the present invention by way of example R-plane substrate. 【0016】本発明におけるレーザ割断の構成は、図1 The structure of the laser breaking in the present invention, FIG. 1
に示す通りである。 It is as shown in FIG. すなわち、まず、レーザ光1を照射 That is, first, a laser beam 1
し得るレーザ(図示せず)を R面基板2 の主平面と主平 The main plane Shutaira of which may be a laser (not shown) R face substrate 2
面及びa面に垂直に想定したR面基板2の割断予定面3 Preset cleaving surface 3 of the R-plane substrate 2 which assumes perpendicular to the plane and a plane
とが交差する交差線に対応して一定の速度で走査させつ Doo is corresponding to the crossing lines crossing the scanning at a constant speed turn
つレーザ光1を交差線に沿って一回照射することによっ Depending on the irradiation once One laser beam 1 along the intersecting line
て、 R面基板2 のレーザ光1を照射された部分を加熱、 Te, heating the irradiated portion of the laser beam 1 of R-plane substrate 2,
昇華させて、R面基板2の割断予定面3に沿って、所定 Subliming, along the preset cleaving surface 3 of the R-plane substrate 2, a predetermined
の深さの有底の溝4 形成してR面基板2を割断予定面 Expected splitting surface R side substrate 2 to form a groove 4 having a bottom depth
3の一部で分断するとともに、溝4の底部加熱して蓄<br>熱させ、この蓄熱された熱によって割断予定面3の残部 With severing a portion of 3, by heating the bottom of the groove 4 is蓄<br> heat the remainder of the expected splitting surface 3 I by this heat storage thermal
に沿って溝4の底部と主平面とは反対側の他の主平面との間に熱勾配発生させ、この熱勾配に起因する熱応力によって、R面基板2 割断予定面3の残部でさらに分 Along the thermal gradient is generated between the other main flat surface opposite to the bottom portion and the main plane of the groove 4, the thermal stress caused by the thermal gradient, the R-plane substrate 2 of the planned cutting face 3 further fractionated in the balance
断して、R面基板2を一工程で割断することを特徴とす And cross, it is characterized by cleaving the R-plane substrate 2 in one step
ものである。 It is those that. 【0017】 発明においては、R面基板を主平面及び [0017] In the present invention, the R-plane substrate main plane and
a面に垂直に想定した割断予定面で割断した後に、割断 After splitting with the planned cutting surface which is assumed perpendicular to a surface, fracture
されたR面基板を主平面に垂直で、かつa面に平行に想 Perpendicular to R-plane substrate, which is the main plane and parallel to virtual to a surface
定した(割断予定面と直交するように想定した)第二の Boss was (assumed to be perpendicular to the planned cutting surface) second
割断予定面で同様にさらに割断して、R面基板を所定形 Further splitting the same on the planned cutting surface, given the R-plane substrate type
状に割断することが好ましい It is preferred to cleaving the Jo. こうして、R面基板から、良好な形状精度を有するチップ、素子等を得ることができる。 Thus, it is possible to obtain an R-plane substrate, a chip having a good shape accuracy, the element or the like. 【0018】ここで、図2(a)に、 主平面と第二の割 [0018] Here, in FIG. 2 (a), the main plane and the second split
断予定面とが交差する交差線に対応して CO 2レーザを走査しつつレーザ光を交差線に沿って照射することにより得られるR面基板の割断面(以下、「a平行割断面」 Fractured R-plane substrate obtained by the the cross-sectional plan surface is irradiated along the line of intersection of the laser beam while scanning the CO 2 laser at a crossing line intersecting (hereinafter, "a parallel fractured"
という。 That. )の組織を示す写真を、図2(b)に主平面と A photograph illustrating the organization), and the main plane in FIG. 2 (b)
割断予定面とが交差する交差線に対応して CO 2レーザを走査しつつレーザ光を交差線に沿って照射することにより得られるR面基板の割断面(以下、「a垂直割断面」という。)の組織を示す写真をそれぞれ示す。 Fractured R-plane substrate obtained by planned cutting surface and is irradiated along the line of intersection of the laser beam while scanning the CO 2 laser at a crossing line intersecting (hereinafter, referred to as "a vertical fractured" . a photograph illustrating the organization of) respectively. 明らかに、a平行割断面において、平滑な割断面が得られており、a垂直割断面においては、レーザ光の走査方向に縞状の凹凸が生じていることがわかる。 Obviously, in a parallel fractured, and smooth fractured is obtained, in a vertical fractured, it can be seen that the striped unevenness is generated in the scanning direction of the laser beam. 【0019】また、図3はR面基板におけるレーザ照射 [0019] FIG. 3 is a laser irradiation in the R-plane substrate
から見た割断面の切り口の組織を示す写真であり、図3(a)はa平行割断面の亀裂組織を示し、図3(b) Is a photograph showing a cut tissue fractured viewed from the side, FIG. 3 (a) shows a crack tissue a parallel fractured, and FIG. 3 (b)
はa垂直割断面の亀裂組織を示している。 It shows the crack organization of a vertical fractured. a平行割断面、a垂直割断面のいずれの場合においても、レーザ走査方向の最後部において、レーザ走査方向軸からずれた波状亀裂が生じていることがわかる。 a parallel fractured, in any of a vertical fractured, in the last part of the laser scanning direction, it can be seen that the wavy crack deviating from the laser scanning axis occurs. しかし、a平行割断面においては、a垂直割断面よりもこの波状亀裂の進展幅が狭く、レーザ走査最後部以外の部分での割断面の直進性が良好である。 However, in a parallel fractured, narrow progress width of the wave-like crack than a vertical fractured, straightness fractured at a portion other than the laser scanning end portion is good. 一方、a垂直割断面では、レーザ走査最後部での波状亀裂の進展幅は広いものの、その他の部分での割断面の直進性には問題がない。 On the other hand, in a vertical fractured, despite progress width wavy cracks in laser scanning end portion is wider, the straightness of the split cross section of the other part there is no problem. 【0020】 したがって、R面基板から本発明のレーザ割断方法によって、角状チップを得る場合には、まず、最初にa垂直割断面を形成し、この場合の直進性が良好な部分において、a平行割断面を形成すると、得られる四角形状のチップにおいては、a垂直割断面を形成する場合のレーザ走査最後部における波状断面が発生し難く、形状精度の良好なチップが得られるとともに、生産性の向上が図られる。 [0020] Therefore, by the laser cleaving method of the present invention from the R-plane substrate, in the case of obtaining the angular tip is first initially form a vertical fractured, the straightness good part of this case, a to form a parallel fractured in the square chips obtained wavy cross section hardly occurs in the laser scanning end portion of the case of forming the a vertical fractured, with good chip shape accuracy can be obtained, productivity improvement of is achieved. 【0021】上述した割断面性状を考慮すると、本発明のレーザ割断方法は、機能膜が主平面上に形成されたR面基板の割断にも好適に用いることができる。 [0021] Considering the properties of the fractured described above, the laser cleaving method of the present invention, the functional film can be suitably used for cleaving the R-plane substrate formed on Shutaira surface. つまり、一般に無機単結晶基板表面に形成される機能膜は、 That is, the function film generally formed on the inorganic single crystal substrate surface,
基板表面の結晶の原子配列の影響を受けるため、R面基板上に形成された機能膜の割断面は、R面基板の割断面と同等の組織を有することが期待される。 Due to the influence of the atomic arrangement of the crystals of the substrate surface, the fractured functional film formed R-plane substrate is expected to have a fractured equivalent tissue for R-plane substrate. そこで、実際に、R面にAlN膜を形成したR面基板を割断して得られた割断面の組織を示す写真を図4に示す。 Therefore, in practice, it shows a photograph showing the structure of the obtained fractured by cleaving the R plane substrate formed with the AlN film on the R-plane in FIG. 【0022】 図4(a)に示されるように、a平行割断面におけるAlN膜の断面は平滑であり、また、図4 [0022] As shown in FIG. 4 (a), the cross section of the AlN film in a parallel fractured is smooth, FIG. 4
(b)に示されるように、a垂直割断面においてもR面基板自体の割断面よりも凹凸の小さい割断面が得られた。 As shown in (b), a small fractured uneven even than fractured R-plane substrate itself in the vertical fractured was obtained. したがって、上記基板の加工精度と機能膜の割断面組織とから、本発明によるレーザ割断方法を用いた場合には、レーザ割断のみによって所定の形状を有するチップ等を基板から取り出すことができるので、後加工により形状の調整を行うことが実質上、不要であり、しかも得られる機能膜の断面性状が良好であるので、ここでも研磨等による後加工を必要としない。 Therefore, from the fractured tissue processing accuracy and the functional layer of the substrate, when using a laser cleaving method according to the invention, it is possible to take out the chip or the like having a predetermined shape only by laser cleaving the substrate, it is virtually performing shape adjustment of the post-processing is unnecessary, and since sectional properties of the resulting functional film is good, does not require post-processing by grinding or the like again. 【0023】したがって、たとえば、機能膜が形成されたR面基板からSAWフィルタ等を得る場合には、本発明のレーザ割断方法のみによって所定の加工精度を有するものが得られる利点があり、また、機能膜が形成されたc面基板が、割断後に青色LED 又は青色LDとして用いられるものである場合にも、割断面をそのまま発光面あるいは光共振器とすることが可能となるため、本発明のレーザ割断方法は、歩留の向上および生産性の向上に著しく寄与する。 [0023] Thus, for example, when an R-plane substrate functional film is formed to obtain a SAW filter or the like, has the advantage of having a predetermined machining accuracy only by laser cleaving method of the present invention is obtained, also, c-plane substrate in which a functional film is formed, even when is used as a blue LED or a blue LD after cleaving, it becomes possible to a fractured as the light emitting surface or the optical resonator, the present invention laser cleaving method contributes significantly to the improvement and increase of productivity of the yield. 【0024】このようなレーザ割断方法に用いられるC [0024] C used in such a laser cleaving method
2レーザとしては、加工周波数を500Hz以上、パルス幅を300μsec以下、投入エネルギを0.05 O The 2 laser, the processing frequency 500Hz or more, the pulse width 300μsec below, the input energy 0.05
〜0.4Jの範囲内の短パルスCO 2レーザを用いることが好ましい。 It is preferable to use a short pulse CO 2 laser in the range of ~0.4J. パルス幅を300μsec以下とすることで、一度の照射により熱が拡散する領域を100μm The pulse width is set to be lower than or equal 300 .mu.sec, 100 [mu] m and the area where the heat is diffused by a single irradiation
以下とし、広い領域での熱応力の発生を抑えることができ、例えばSAWフィルタに要求される±0.1mmといった加工精度にも十分に対応することができるようになる。 It follows and, it is possible to suppress the generation of thermal stress in a wide region, for example, it is possible to sufficiently cope with the machining precision such as ± 0.1mm required for the SAW filter. 一方、パルス幅がこの値よりも大きい場合には、 On the other hand, if the pulse width is greater than this value,
端面のチッピングにより加工精度が低下する問題が生ずることがある Machining accuracy chipping of the end face is sometimes caused a problem of lowering. 【0025】 また、加工周波数を500Hz以上、すなわちレーザパルスの照射間隔を2msec以下とすると、その直前に照射されたレーザパルスの熱が十分に冷めきらないうちに、次のレーザパルスが照射されることとなり、これにより徐々に熱応力を大きくすることができるため好ましい。 Further, the processing frequency 500Hz or more, that is, the irradiation interval of the laser pulse or less 2 msec, while the heat of the laser pulses irradiated immediately before is not completely cooled sufficiently, the next laser pulse is irradiated thing becomes preferable because it can gradually increase the thermal stress thereby. 【0026】 このような短パルスレーザ光を用いた場合には、1回の照射により加わるエネルギが小さいために、1回の照射では溝となる除去部及び蓄熱部はそれほど形成されないが、同じ部分に2回、3回と続けて照射するにしたがって、溝が深くなるとともに蓄熱部の熱容量が大きくなり、数回照射したある状態で蓄熱部の熱に起因する熱応力が溝以外の基板の残っている部分を割断することができる。 [0026] When using such a short-pulse laser beam, for the energy imparted by irradiation of one small, but not so formed is removed portion and the heat storage unit comprising a groove in a single irradiation, like parts twice, according irradiated continuously three times, the groove capacity of the heat storage section is increased with becomes deeper, the remaining thermal stress caused by the heat of the heat storage unit in a certain state of being irradiated several times of the substrate other than the trench it is possible to fracture the portions are. 【0027】 すなわち、切断すべき基板の深さは溝が深くなった分だけ少なくて済むために、割断に必要なエネルギすなわち熱応力に寄与するエネルギの発生を最小限に止めることができ、結果的にR面基板の割断面と接するR面基板の表裏の部分におけるチッピング等の欠陥を無くすことができるようになる。 [0027] That is, the depth of the substrate to be cut in order to be small by the amount of the grooves becomes deeper, it is possible to minimize the occurrence of contributing energy to the energy or heat stress required to fracture, results to it is possible to eliminate defects such as chipping in the front and back portions of the R-plane substrate in contact with the fractured faces R-plane substrate. 【0028】 なお、上述した投入エネルギ等の条件を満足するパルスにあっては、そのスポット径を変化させることが可能である。 [0028] Incidentally, in the pulse that satisfies the conditions such as input energy as described above, it is possible to vary the spot diameter. 図5は、スポット径が加工深さと投入エネルギに与える影響を示した説明図であるが、投入エネルギは同じ場合には、スポット径の小さい場合に、深い溝が形成されやすくなる。 Figure 5 is an explanatory view spot diameter showed the effect on machining depth and energy input, when input energy is the same, when the spot diameter small, deep grooves is easily formed. すなわち、エネルギは溝の形成に多く利用されて、蓄熱に寄与するエネルギはスポット径にほとんど依存していないと考えられる。 That is, energy is often used to form grooves, the energy contributes to the heat storage is considered not to be almost independent of the spot diameter.
その結果、スポット径が100μmと200μmのいずれの場合であっても、約0.05J以上の投入エネルギが必要であることがわかる。 As a result, it can be seen that the spot diameter is in any case of 100μm and 200 [mu] m, it is necessary to input energy above about 0.05 J. さらに、スポット径を変化させても、割断に必要な投入エネルギは変わらないと考えられる。 Furthermore, by changing the spot diameter, input energy required for cleaving it is believed to remain unchanged. 【0029】上述したエネルギ範囲にある短パルスCO The short pulse CO in the energy range mentioned above
2レーザを用いた場合に、良好な割断面を得ることができるR面基板の厚さは、0.3mm〜0.5mmの範囲内のものであることが好ましい When using two laser, the thickness of the R-plane substrate in which it is possible to obtain a good fractured, it is preferable that the range of 0.3 mm to 0.5 mm. しかし、短パルスCO However, short-pulse CO
2レーザのエネルギを増大させれば、厚さ1mm程度以上のものでも、割断することは可能である。 If caused to increase the energy of the second laser, also more than a thickness of about 1 mm, it is possible to fracture. 但し、短パルスCO 2レーザのエネルギを増大させた場合には、レーザ光の照射部分におけるR面基板材料の昇華もまた激しくなることから、得られる割断面の性状は、R面基板厚さが0.3mm程度のものの場合よりも悪くなる傾向がある。 However, when increasing the energy of the short-pulse CO 2 laser, since the also also severely sublimation of R-plane substrate material in the irradiated portion of the laser beam, the properties of the resulting fractured, it R-plane substrate thickness It tends to be worse than in the case of those on the order of 0.3mm. 【0030】さて、本発明のレーザ割断方法においては、短パルスCO 2レーザの照射によってR面基板に生ずべき溝の深さは、基板厚の10%以上であることが好ましく、さらに溝の深さは基板厚の20%以上50 [0030] Now, in the laser cleaving method of the present invention, the depth of the short pulse CO 2 laser grooves which may arise in the R-plane substrate by irradiation of, preferably at least 10% of the substrate thickness, further groove 50 depth of more than 20% of the substrate thickness
%以下の範囲内であることがより好ましい。 % And more preferably within the following range. レーザ光によって形成される溝の深さがこのような範囲よりも浅い場合は、亀裂の発生と進展に必要なエネルギが蓄積され難いために割断を行うことが困難となることがある When the depth of the groove formed by the laser beam is shallower than the above range is sometimes energy necessary for generation and development of a crack is difficult to perform cleaving to hard to be accumulated. 一方、溝の深さを深くすると、割断面において基板材料が昇華した面が広くなるために、平滑性が損なわれ易くなることがある。 On the other hand, when the depth of the groove, in order to face the substrate material is sublimed becomes wider in fractured, it may easily smoothness is impaired. 【0031】 上述した条件に従って得られたR面基板の割断面における亀裂真直度は±10μmの範囲内に納めることができる。 The crack straightness in fractured R-plane substrate obtained according to the above-mentioned conditions can be kept within a range of ± 10 [mu] m. ここで、亀裂真直度とは、図6に示すように、溝の底部からR面基板の対面へ向かって延びる亀裂がレーザ光の走査中心軸からどの程度の距離範囲に納まっているかを示すもので、この距離範囲が狭いほど、亀裂が直線的に進展していることを示す。 Here, the crack straightness, as illustrated in FIG. 6, indicates how cracks extending from the bottom of the groove of the R-plane substrate to face is accommodated in the extent of the distance range from the scanning center axis of the laser beam in, the more the distance range is narrow, indicating that the crack is progressing linearly. 【0032】以上、本発明のレーザ割断方法について、 [0032] Although the laser cleaving method of the present invention,
R面基板を主な例として説明してきたが、c面基板についても同様であり、さらに、本発明上記実施の形態に限定されるものでい。 Having described the R-plane substrate as a primary example, similarly der true for the c-plane substrate is, further, the present invention is not name limited to the above embodiment. 割断すべき基板としては、単結晶サファイア基板であれば、 主平面がR面又は c面ではなく、他の結晶面を有するものであっても、レーザの走査方向による割断面の性状が異なるといった加工上の異方性を有する場合に、本発明のレーザ割断方法を利用することができる。 As the substrate to be fractured, if a single crystal sapphire substrate, rather than Shutaira plane R plane or c plane, even those having other crystal faces, the properties of the fractured by the laser scanning direction are different when having anisotropy on the work such as, Ru can use laser cleaving method of the present invention. また、割断すべき基板が単結晶サファイア基板でなくとも、本発明のレーザの走査順序により割断に異方性を有する場合にも利用することができる。 Moreover, without a substrate is a single crystal sapphire substrate to be fractured, it can also be used when having anisotropy in cleaving the scanning order of the laser of the present invention. 【0033】 【発明の効果】 上述の通り、本発明のレーザ割断方法によれば、単結晶サファイア基板を、形状精度を良好に維持しつつ、かつ生産効率よく割断することが可能となるという優れた効果を奏する。 [0033] [Effect of the Invention] described above as, according to the laser cleaving method of the present invention, a single crystal sapphire substrate, while maintaining the shape accuracy good, and of making it possible to produce efficiently cleaving It exhibits an excellent effect. 特に、単結晶サファイア In particular, single crystal sapphire
基板を用いた種々のチップ、素子等の作製等に有効に用 Various chip, use effective in making such as device using the substrate
いられる。 It is needed. また、本発明は、単結晶サファイア基板の表面に機能膜を形成した場合には、機能膜の割断面をそのまま利用することができるため、特に、青色LEDや青色LDの製造に有である。 Further, the present invention is, in the case of forming a functional film on the surface of the single crystal sapphire substrate, it is possible to directly utilize the fractured faces functional film, in particular, is a perforated in the production of blue LED and a blue LD .

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明のレーザ割断方法の一の実施の形態を An embodiment of a laser cleaving method BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] The present invention
示す説明図である。 It is an explanatory diagram showing. 【図2】 本発明のレーザ割断方法の実施形態に<br>よって得られたサファイア基板の割断面の組織を示す写真であり、 図2 (a)はa平行割断面を示し、 図2 Figure 2 is a photograph showing the tissue fractured sapphire substrate obtained I by <br> to one embodiment of the laser cleaving method of the present invention, FIG. 2 (a) a parallel fractured shown, Figure 2
(b)はa垂直割断面を示す。 (B) shows a a vertical fractured. 【図3】 本発明のレーザ割断方法の一実施形態に<br>よって得られたサファイア基板の基板面側から見た割断面の組織を示す写真であり、 図3 (a)はa平行割断面の亀裂組織を示し、 図3 (b)はa垂直割断面の亀裂組織を示す。 FIG. 3 is a photograph showing the tissue fractured viewed from a substrate top surface side of the sapphire substrate obtained I by <br> to an embodiment of the laser cleaving method of the present invention, FIG. 3 (a ) represents a crack tissue a parallel fractured, FIG. 3 (b) shows a crack tissue a vertical fractured. 【図4】 AlN膜を形成したサファイア基板の割断面の組織を示す写真であり、 図4 (a)はa平行割断面を示し、 図4 (b)はa垂直割断面を示す。 [Figure 4] is a photograph showing the tissue fractured sapphire substrate provided with the AlN film, 4 (a) shows an a parallel fractured, FIG. 4 (b) shows the a vertical fractured. 【図5】 本発明において、スポット径が加工深さと投入エネルギに与える影響を示す説明図である。 In Figure 5 the present invention, is an explanatory diagram showing the effect of spot size has on the machining depth and applied energy. 【図6】 亀裂真直度の定義を示す説明図である。 6 is an explanatory diagram showing the definition of a crack straightness. 【符号の説明】 1…短パルスレーザ、2…R面単結晶サファイア基板(R面基板)、3…割断予定面、4…溝、5…レーザ走査中心線、6…基板、7…溝、8…亀裂、9…幅。 [Reference Numerals] 1 ... short pulse laser, 2 ... R plane single crystal sapphire substrate (R plane substrate), 3 ... expected splitting surface, 4 ... groove, 5 ... laser scanning center line, 6 ... substrate, 7 ... groove, 8 ... crack, 9 ... width.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−82587(JP,A) 特開 昭58−44739(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) H01L 21/301 B23K 26/00 H01L 33/00 Following (56) references of the front page Patent flat 9-82587 (JP, A) JP Akira 58-44739 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H01L 21 / 301 B23K 26/00 H01L 33/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 主平として三方晶系におけるミラー指 (57) Claims: 1. A mirror finger in trigonal as Shutaira surface
    数で表される R面又は面、及び側面として a面を有する平板状の単結晶サファイア基板に、前記単結晶サファ R surface or c-plane is represented by the number, and the plate-shaped single crystal sapphire substrate having a surface as a side, the single crystal Safa
    イア基板に吸収されやすいレーザを照射して、前記単結晶サファイア基板を割断する方法であって、 前記レーザ光を照射し得るレーザを一の前記主平面と前 By irradiating easily absorbed into ear substrate laser beam, wherein a method of cleaving a single-crystal sapphire substrate, before the laser one of the main planes capable of irradiating the laser beam
    記一の主平面及び前記a面に垂直に想定した前記単結晶 The single crystal assumed perpendicular to the main plane and the a-plane of the keys
    サファイア基板の割断予定面とが交差する交差線に対応 Corresponding to the intersection line and the expected splitting surface of the sapphire substrate is cross
    して走査させつつ前記レーザ光を前記交差線に沿って一 One said laser beam while scanned along said line of intersection
    回照射することによって、前記単結晶サファイア基板の By irradiation times, of the single-crystal sapphire substrate
    前記レーザ光を照射された部分を加熱、昇華させて、前 The irradiated portion of the laser beam heating, subliming, before
    記単結晶サファイア基板の前記割断予定面に沿って、所 Serial along the expected splitting plane of the single crystal sapphire substrate, place
    定の深さの有底の溝を形成して前記単結晶サファイア基 Wherein forming a bottom groove of constant depth single crystal sapphire group
    板を前記割断予定面の一部で分断するとともに、前記溝 With dividing the plate in a part of the expected splitting surface, said groove
    の底部を加熱して蓄熱させ、この蓄熱された熱によって Bottom heated to heat storage of, this heat storage thermal
    前記割断予定面の残部に沿って前記溝の底部と前記一の The expected splitting surface along the remainder of the groove bottom portion and the one
    主平面とは反対側の他の主平面との間に熱勾配を発生さ A thermal gradient occurs is between the other main plane of the side opposite to the main plane
    せ、前記熱勾配に起因する熱応力によって前記単結晶サ So, the single crystal support by thermal stress due to the thermal gradient
    ファイア基板を前記割断予定面の残部でさらに分断し The fire board further divided by the remainder of the expected splitting surface
    て、前記単結晶サファイア基板を一工程で割断する ことを特徴とするレーザ割断方法。 Te, laser cleaving method characterized by cleaving in a single step the single crystal sapphire substrate. 【請求項2】 前記単結晶サファイア基板を前記一の主 Wherein said single crystal main sapphire substrate of the one
    平面及び前記a面に垂直に想定した前記単結晶サファイ Plane and the single crystalline sapphire assuming perpendicular to said a surface
    ア基板の割断予定面で割断した後に、割断された前記単 After cleaving with expected splitting surface of A substrate, cleaving been the single
    結晶サファイア基板を、前記一の主平面に垂直で、かつ The crystal sapphire substrate, perpendicular to the main plane of the one, and
    前記a面に平行に想定した第二の割断予定面で同様にさ Similarly, in the second expected splitting surface that assumes parallel to the a-plane
    らに割断して、前記単結晶サファイア基板を所定形状に And cleaving the et, the single crystal sapphire substrate in a predetermined shape
    割断することを特徴とする請求項1に記載のレーザ割断 The laser cleaving of claim 1, characterized in that fracturing
    方法。 Method. 【請求項3】 前記レーザ光を照射し得るレーザが、C 3. A laser capable of radiating the laser beam, C
    2 レーザであることを特徴とする請求項1又は2に記 Serial to claim 1 or 2, characterized in that O is 2 laser
    載のレーザ割断方法。 Laser cleaving method of mounting. 【請求項4】 前記単結晶サファイア基板の前記主平面上に機能膜が形成されていることを特徴とする請求項1 4. The method of claim 1, characterized in that the functional film on the main flat surface of the single crystal sapphire substrate is formed
    〜3のいずれか一項に記載のレーザ割断方法。 Laser cleaving method according to any one of to 3. 【請求項5】 前記機能膜が形成された前記単結晶サファイア基板が、SAWフィルタ青色LED 又は青色L Wherein said single crystal sapphire substrate on which the functional film is formed, SAW filter, a blue LED or a blue L
    Dとして用いられるものであること特徴とする請求項 Claim, characterized it is used as a D 4
    記載のレーザ割断方法。 Laser cleaving method described in. 【請求項6】 前記 CO 2レーザの加工周波数を500 6. The processing frequency of the CO 2 laser 500
    Hz以上、パルス幅を300μsec以下、投入エネルギを0.05〜0.4Jの範囲内とすることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載のレーザ割断方法。 Hz or more, the pulse width 300μsec below, laser cleaving method according to any one of claims 3-5, characterized in that the input energy in the range of 0.05~0.4J. 【請求項7】 前記単結晶サファイア基板の厚さが0. 7. The thickness of the single crystal sapphire substrate 0.
    3mm〜0.5mmの範囲内であることを特徴とする請求項1〜 のいずれか一項に記載のレーザ割断方法。 Laser cleaving method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in the range of 3Mm~0.5Mm. 【請求項8】 前記 CO 2レーザのレーザ光の照射によって前記単結晶サファイア基板に形成する溝の深さが、 8. The depth of the groove you formed on the single crystal sapphire substrate by laser irradiation of the CO 2 laser,
    前記単結晶サファイア基板の基板厚の10%以上であることを特徴とする請求項3〜7のいずれか一項に記載のレーザ割断方法。 Laser cleaving method according to any one of claims 3-7, wherein the at least 10% of the substrate thickness of the single crystal sapphire substrate. 【請求項9】 前記溝の深さが、 前記単結晶サファイア基板の基板厚の20%以上50%以下であることを特徴とする請求項8に記載のレーザ割断方法。 9. The depth of the groove, the laser cleaving method according to claim 8, wherein the 50% or less than 20% of the substrate thickness of the single crystal sapphire substrate. 【請求項10】 前記 CO 2レーザのレーザ光の照射によって前記単結晶サファイア基板を前記割断予定面で割 10. split said single crystal sapphire substrate by the expected splitting surface by the laser irradiation of the CO 2 laser
    断することによって前記単結晶サファイア基板に生ずる割断面の亀裂真直度が±10μmの範囲内にあることを特徴とする請求項3〜9のいずれか一項に記載のレーザ割断方法。 Laser cleaving method according to any one of claims 3 to 9 cracks straightness fractured generated in the single crystal sapphire substrate is characterized in that in the range of ± 10 [mu] m by disconnection.
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