JP4961468B2 - レーザー加工方法、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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Description
図1は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置50の構成を概略的に示す模式図である。レーザー加工装置50は、レーザー光照射部50Aと、観察部50Bと、例えば石英などの透明な部材からなり、被加工物10をその上に載置するステージ7と、レーザー加工装置50の種々の動作(観察動作、アライメント動作、加工動作など)を行うコントローラ1とを主として備える。レーザー光照射部50Aは、ステージ7に載置された被加工物10にレーザー光を照射する部位であり、観察部50Bは、該被加工物10をレーザー光が照射される側(これを表面と称する)から直接に観測する表面観察と、ステージ7に載置された側(これを裏面と称する)から該ステージ7を介して観察する裏面観察とを行う部位である。
レーザー光源SLとしては、Nd:YAGレーザーを用いるのが好適な態様である。あるいは、Nd:YVO4レーザーやその他の固体レーザーを用いる態様であってもよい。さらには、レーザー光源SLは、Qスイッチ付きであることが好ましい。
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。
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。アライメント動作は、公知の技術を適用して実行することが可能であり、加工パターンに応じて適宜の態様にて行われればよい。例えば、1つの母基板を用いて作製された多数個のデバイスチップを切り出す場合など、被加工物10の表面に繰り返しパターンが形成されているような場合であれば、パターンマッチングなどの手法を用いることで適切なアライメント動作が実現される。この場合、概略的にいえば、被加工物10に形成されている複数のアライメント用マークの撮像画像をCCDカメラ6aあるいは16aが取得し、それらの撮像画像の撮像位置の相対的関係に基づいて加工処理部25がアライメント量を特定し、駆動制御部21が該アライメント量に応じて移動機構7mによりステージ7を移動させることによって、アライメントが実現される。
本実施の形態に係るレーザー加工装置50は、レーザー光LBを(相対的に)走査することによる加工処理(レーザー加工)を、種々の加工モードにて行えるようになっている点で特徴的である。これは、レーザー光源SLからのレーザー光LBの照射条件とステージ7を移動させることによる被加工物10に対するレーザー光LBの走査条件の組合せを違えることで実現される。
図2は、レーザー加工装置50におけるレーザー光LBの繰り返し周波数と、ステージ7の移動速度と、ビームスポット中心間隔との関係について説明する図である。
上述の第1変調モードは、V/R>Dなる条件のもとで加工を行うことを特徴とするモードであったが、第2変調モードは、V/R≦Dという条件の下で加工を行えるモードである。すなわち、隣接するビームスポットが重なりを有する状態でレーザー光LBが照射される条件下でも取り得る加工モードである。
第3変調モードは、分割予定線と直交する方向にレーザー光LBを走査させつつ、単位パルスごとのビームスポットBSが離散的に位置するように、レーザー光LBを照射する加工モードである。
上述の第3変調モードでは、単位パルスごとのビームスポットBSが離散的に位置するようにしているが、分割予定線Lと直交する方向にレーザー光LBを走査させつつも、隣接するビームスポットが重なりを有する態様での加工も可能である。
上述のような第1ないし第3変調モードによる加工は、サファイア、GaN、あるいはSiCなどの硬脆なかつ光学的に透明な材料からなる基板の上に、LED構造などの発光素子構造を形成した被加工物10をチップ(分割素片)単位に分割する場合の、分割起点の形成に特に好適である。
図8は、サファイア基板を被加工物10として第1変調モードにより除去加工を行った後の、被加工物10の上面についての光学顕微鏡像である。図面視左右方向に一様に延在しているのが、被加工領域REの表面部分(連続領域RE1に相当)である。なお、加工は、R66kHz、V200mm/sec、照射エネルギー1.5W、デフォーカス値−12μmという条件の下で行われた。
図10は、サファイア基板を被加工物10として第2変調モードにより除去加工を行った後の、被加工物10の上面についての光学顕微鏡像である。実施例1と同様に、図面視左右方向に一様に延在しているのが、被加工領域REの表面部分である。なお、加工は、R=100kHz、V=100mm/sec、デフォーカス値=−10μmとし、照射エネルギーを14μJ〜20μJの範囲として、15μm周期で変調させる条件で行った。
7 ステージ
7m 移動機構
10 被加工物
10a、10b 分割素片
18 集光レンズ
50 レーザー加工装置
BS ビームスポット
F ブレイク面
L 分割予定線
LB レーザー光
M1、M2、M3 加工痕
RE 被加工領域
RE1 連続領域
RE2 不連続領域
REu 単位被加工領域
SL レーザー光源
T、T’ 走査軌跡
W 加工予定幅
p 走査幅
Claims (9)
- 所定の光源から出射されたパルスレーザー光を走査しつつ照射することにより、光学的に透明な基板と当該基板の上に形成された発光素子構造とを有する被加工物に被加工領域を形成するレーザー加工方法であって、
前記パルスレーザー光が、パルス幅が50nsec以上であるYAG3倍高調波であり、
前記パルスレーザー光の繰り返し周波数をR(kHz)とし、前記パルスレーザー光の前記被加工物に対する相対的な移動速度をV(mm/sec)とし、前記被加工物の前記表面における前記被加工領域の前記第1の方向に直交する方向の予定形成幅をW(μm)とするとき、
10(kHz)≦R≦200(kHz)
かつ
30(mm/sec)≦V≦1000(mm/sec)
であり、前記パルスレーザー光のビームスポットの中心間隔を表すV/Rが、
V/R≧1(μm)
かつ
W/4(μm)≦V/R≦W/2(μm)
という関係をみたす照射条件で前記光源から前記パルスレーザー光を照射しつつ第1の方向に沿って走査することによって、前記被加工物の表面における前記パルスレーザー光の照射範囲を前記パルスレーザー光の単位パルスごとのビームスポットが前記第1の方向に沿って離散する態様にて変調させ、
前記被加工物の表面において第1の方向に連続する第1領域と、
前記第1領域に連接するが前記第1の方向において不連続部分を有する第2領域と、
を有し、第1の方向に連続する部分を有するが、前記第2領域が前記第1の方向に沿って凹凸を有することにより前記第1の方向に垂直な断面の状態が前記第1の方向において変化する前記被加工領域を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工方法。 - 請求項1に記載のレーザー加工方法であって、
V/R≧3(μm)という関係をみたす照射条件のもとで前記パルスレーザー光を走査することを特徴とするレーザー加工方法。 - 請求項1または請求項2に記載のレーザー加工方法であって、
前記パルスレーザー光を照射することによって被照射部分の材料を除去することにより前記被加工領域を形成することを特徴とするレーザー加工方法。 - 請求項1または請求項2に記載のレーザー加工方法であって、
前記パルスレーザー光を照射することによって前記被加工物に融解改質領域を生じさせることにより前記被加工領域を形成することを特徴とするレーザー加工方法。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のレーザー加工方法であって、
前記基板がサファイア基板、GaN基板、あるいはSiC基板のいずれかであることを特徴とするレーザー加工方法。 - 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5のいずれかのレーザー加工方法によって、前記被加工物に、所定の分割予定線に沿った前記被加工領域を形成する形成工程と、
前記被加工物を前記被加工領域に沿って分割する分割工程と、
を備え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、
前記光源に対して相対的に移動可能に設けられた、被加工物が載置されるステージと、
前記光源からのパルスレーザー光の出射と前記ステージの移動とを制御する制御手段と、
を備え、
前記被加工物が載置された状態で、前記ステージを前記光源に対して相対的に移動させつつ前記光源から前記パルスレーザー光を出射させることによって、前記パルスレーザー光を走査しつつ前記被加工物に被加工領域を形成するレーザー加工装置であって、
前記被加工物が、光学的に透明な基板と当該基板の上に形成された発光素子構造とを有するものであり、
前記パルスレーザー光が、パルス幅が50nsec以上であるYAG3倍高調波であり、
前記制御手段が、前記パルスレーザー光の繰り返し周波数をR(kHz)とし、前記パルスレーザー光の前記被加工物に対する相対的な移動速度をV(mm/sec)とするとき、
10(kHz)≦R≦200(kHz)
かつ
30(mm/sec)≦V≦1000(mm/sec)
であり、前記パルスレーザー光のビームスポットの中心間隔を表すV/Rが、
V/R≧1(μm)
かつ
W/4(μm)≦V/R≦W/2(μm)
という関係をみたす照射条件で前記光源から前記パルスレーザー光を照射され、かつ、第1の方向に沿って走査されるように前記光源および前記ステージの動作を制御することによって、前記被加工物の表面における前記パルスレーザー光の照射範囲を前記パルスレーザー光の単位パルスごとのビームスポットが前記第1の方向に沿って離散する態様にて変調させることで、
前記被加工物の表面において第1の方向に連続する第1領域と、
前記第1領域に連接するが前記第1の方向において不連続部分を有する第2領域と、
を有し、第1の方向に連続する部分を有するが、前記第2領域が前記第1の方向に沿って凹凸を有することにより前記第1の方向に垂直な断面の状態が前記第1の方向において変化する前記被加工領域を形成可能である、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項7に記載のレーザー加工装置であって、
前記制御手段が、V/R≧3(μm)という関係をみたすように前記光源および前記ステージの動作を制御することを特徴とするレーザー加工装置。 - 請求項7または請求項8に記載のレーザー加工装置であって、
前記基板がサファイア基板、GaN基板、あるいはSiC基板のいずれかであることを特徴とするレーザー加工装置。
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