JPH11224866A - レーザ割断方法 - Google Patents
レーザ割断方法Info
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- JPH11224866A JPH11224866A JP17216398A JP17216398A JPH11224866A JP H11224866 A JPH11224866 A JP H11224866A JP 17216398 A JP17216398 A JP 17216398A JP 17216398 A JP17216398 A JP 17216398A JP H11224866 A JPH11224866 A JP H11224866A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単結晶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を提供する。 【解決手段】 平板面がＲ面もしくはｃ面であり、側面
にａ面を有する単結晶サファイア基板２にＣＯ2レーザ
１を照射して単結晶サファイア基板２を割断する方法で
ある。ＣＯ2レーザ１をＲ面もしくはｃ面上において、
ａ面に垂直な方向へ走査することにより単結晶サファイ
ア基板２を割断した後、ＣＯ2レーザをＲ面もしくはｃ
面上において、ａ面に平行な方向へ走査することにより
割断された単結晶サファイア基板２をさらに割断する。
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を提供する。 【解決手段】 平板面がＲ面もしくはｃ面であり、側面
にａ面を有する単結晶サファイア基板２にＣＯ2レーザ
１を照射して単結晶サファイア基板２を割断する方法で
ある。ＣＯ2レーザ１をＲ面もしくはｃ面上において、
ａ面に垂直な方向へ走査することにより単結晶サファイ
ア基板２を割断した後、ＣＯ2レーザをＲ面もしくはｃ
面上において、ａ面に平行な方向へ走査することにより
割断された単結晶サファイア基板２をさらに割断する。
Description
【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、機能膜
を表面に形成した単結晶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。
ア基板のレーザ割断方法に係り、更に詳しくは、機能膜
を表面に形成した単結晶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。
【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。
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。
【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。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。すなわち、ＧａＮ系青色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。
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。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。すなわち、ＧａＮ系青色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。
【０００４】 ここで、チップ化の方法としては、青色
ＬＥＤ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。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方向の力を加えて
切断する方法である。
ＬＥＤ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。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方向の力を加えて
切断する方法である。
【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。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。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。
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。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。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。
【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、
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。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。
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、
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。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。
【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。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。
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。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。
【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。
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。
【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、これにより、素子の品質および生
産性の向上を図ることにある。
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、これにより、素子の品質および生
産性の向上を図ることにある。
【００１０】 すなわち、本発明によれば、平板面がＲ
面もしくはｃ面であり、側面にａ面を有する単結晶サフ
ァイア基板にＣＯ2レーザを照射して当該単結晶サファ
イア基板を割断する方法であって、当該ＣＯ2レーザを
当該Ｒ面もしくはｃ面上において、当該ａ面に垂直な方
向へ走査することにより当該単結晶サファイア基板を割
断した後、当該ＣＯ2レーザを当該Ｒ面もしくはｃ面上
において、当該ａ面に平行な方向へ走査することにより
割断された当該単結晶サファイア基板をさらに割断する
ことを特徴とするレーザ割断方法、が提供される。
面もしくはｃ面であり、側面にａ面を有する単結晶サフ
ァイア基板にＣＯ2レーザを照射して当該単結晶サファ
イア基板を割断する方法であって、当該ＣＯ2レーザを
当該Ｒ面もしくはｃ面上において、当該ａ面に垂直な方
向へ走査することにより当該単結晶サファイア基板を割
断した後、当該ＣＯ2レーザを当該Ｒ面もしくはｃ面上
において、当該ａ面に平行な方向へ走査することにより
割断された当該単結晶サファイア基板をさらに割断する
ことを特徴とするレーザ割断方法、が提供される。
【００１１】 本発明のレーザ割断方法は、特に、機能
膜が平板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
ィルタもしくは青色ＬＥＤもしくは青色ＬＤとして用い
られるものである場合に有用である。使用するＣＯ2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０．０５〜０．
４Ｊの範囲内の短パルスＣＯ2レーザを用いることが好
ましい。なお、単結晶サファイア基板の厚さは一般的な
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。
膜が平板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
ィルタもしくは青色ＬＥＤもしくは青色ＬＤとして用い
られるものである場合に有用である。使用するＣＯ2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０．０５〜０．
４Ｊの範囲内の短パルスＣＯ2レーザを用いることが好
ましい。なお、単結晶サファイア基板の厚さは一般的な
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。
【００１２】 また、上述した本発明のレーザ割断方法
によれば、ＣＯ2レーザの照射によって単結晶サファイ
ア基板に生ずる溝の深さは、単結晶サファイア基板の基
板厚みの１０％以上であれば割断が可能であるが、この
溝の深さは基板厚みの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、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。
によれば、ＣＯ2レーザの照射によって単結晶サファイ
ア基板に生ずる溝の深さは、単結晶サファイア基板の基
板厚みの１０％以上であれば割断が可能であるが、この
溝の深さは基板厚みの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、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。
【００１３】
【発明の実施の形態】 本発明においては、平板面がＲ
面であり、側面にａ面を有する単結晶サファイア基板
（以下、「Ｒ面基板」という。）、もしくは平板面がｃ
面であり、側面にａ面を有する単結晶サファイア基板
（以下、「ｃ面基板」という。）が好適に用いられ、こ
のＲ面基板もしくはｃ面基板表面にＣＯ2レーザを照射
してＲ面基板もしくはｃ面基板を割断する。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 −２ ０）面を指す。
面であり、側面にａ面を有する単結晶サファイア基板
（以下、「Ｒ面基板」という。）、もしくは平板面がｃ
面であり、側面にａ面を有する単結晶サファイア基板
（以下、「ｃ面基板」という。）が好適に用いられ、こ
のＲ面基板もしくはｃ面基板表面にＣＯ2レーザを照射
してＲ面基板もしくはｃ面基板を割断する。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 −２ ０）面を指す。
【００１４】 このようなＲ面はＳＡＷフィルタ用のＡ
ｌＮ膜等の形成に適した面であり、一方、ｃ面は青色Ｌ
ＥＤ用のＧａＮ膜の形成に適した面である。本発明にお
いてはＣＯ2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、たとえば、Ｙ
ＡＧレーザの第４次高調波等を用いることもできる。
ｌＮ膜等の形成に適した面であり、一方、ｃ面は青色Ｌ
ＥＤ用のＧａＮ膜の形成に適した面である。本発明にお
いてはＣＯ2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、たとえば、Ｙ
ＡＧレーザの第４次高調波等を用いることもできる。
【００１５】 上述の通り、本発明のレーザ割断方法に
おいては、Ｒ面基板もしくは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。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。
おいては、Ｒ面基板もしくは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。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。
【００１６】 本発明におけるレーザ割断のメカニズム
は、図１に示す通りである。すなわち、まず、レーザ光
１をＲ面基板２上の割断面３の位置において、紙面に垂
直な方向に一定の速度で走査して照射すると、Ｒ面基板
２の割断面３の位置において、Ｒ面基板２の成分の加熱
・昇華により、紙面に垂直な方向に延在する溝４が形成
され、同時に、溝４の底部がレーザ光１の照射により加
熱され、溝４の底部に蓄熱される。この蓄熱された熱に
より、溝４の底部とＲ面基板２の割断面３におけるレー
ザ光１の照射側の反対側面との間に熱勾配が発生し、こ
の熱勾配に起因する熱応力によって、Ｒ面基板２の連続
している割断面３の部分が割断されるものである。
は、図１に示す通りである。すなわち、まず、レーザ光
１をＲ面基板２上の割断面３の位置において、紙面に垂
直な方向に一定の速度で走査して照射すると、Ｒ面基板
２の割断面３の位置において、Ｒ面基板２の成分の加熱
・昇華により、紙面に垂直な方向に延在する溝４が形成
され、同時に、溝４の底部がレーザ光１の照射により加
熱され、溝４の底部に蓄熱される。この蓄熱された熱に
より、溝４の底部とＲ面基板２の割断面３におけるレー
ザ光１の照射側の反対側面との間に熱勾配が発生し、こ
の熱勾配に起因する熱応力によって、Ｒ面基板２の連続
している割断面３の部分が割断されるものである。
【００１７】 このような割断メカニズムを用い、本発
明においては、ＣＯ2レーザをＲ面上において、ａ面に
垂直な方向へ走査することによりＲ面基板を割断した
後、ＣＯ2レーザをＲ面上において、ａ面に平行な方向
へ走査することにより、先に割断されたＲ面基板をさら
に割断する。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。
明においては、ＣＯ2レーザをＲ面上において、ａ面に
垂直な方向へ走査することによりＲ面基板を割断した
後、ＣＯ2レーザをＲ面上において、ａ面に平行な方向
へ走査することにより、先に割断されたＲ面基板をさら
に割断する。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。
【００１８】 ここで、図２（ａ）に、ａ面に平行な方
向にＣＯ2レーザを走査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」という。）の組織
を示す写真を、図２（ｂ）にａ面に垂直な方向にＣＯ2
レーザを走査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。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。
向にＣＯ2レーザを走査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」という。）の組織
を示す写真を、図２（ｂ）にａ面に垂直な方向にＣＯ2
レーザを走査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。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。
【００１９】 また、図３はＲ面基板におけるレーザ照
射面の対面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）はａ垂直割断面の亀裂組織を示している。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。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。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。
射面の対面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）はａ垂直割断面の亀裂組織を示している。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。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。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。
【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。
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。
【００２１】 上述した割断面を性状を考慮すると、本
発明のレーザ割断方法は、機能膜が平板面上に形成され
たＲ面基板の割断にも好適に用いることができる。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、
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。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。
発明のレーザ割断方法は、機能膜が平板面上に形成され
たＲ面基板の割断にも好適に用いることができる。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、
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。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。
【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
（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。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。
断面におけるＡｌＮ膜の断面は平滑であり、また、図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。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。
【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もしくは青色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。
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もしくは青色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。
【００２４】 このようなレーザ割断方法に用いられる
ＣＯ2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０．０
５〜０．４Ｊの範囲内の短パルスＣＯ2レーザを用いる
ことが好ましい。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１００μ
ｍ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。一方、パルス幅がこの値よりも大きい場合に
は、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。
ＣＯ2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０．０
５〜０．４Ｊの範囲内の短パルスＣＯ2レーザを用いる
ことが好ましい。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１００μ
ｍ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。一方、パルス幅がこの値よりも大きい場合に
は、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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。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。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。
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。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。
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。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。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。
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。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。
【００２９】 上述したエネルギ範囲にある短パルスＣ
Ｏ2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。しかし、短パルスＣＯ2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。但し、短パルスＣＯ2
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。
Ｏ2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。しかし、短パルスＣＯ2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。但し、短パルスＣＯ2
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。
【００３０】 さて、本発明のレーザ割断方法において
は、短パルスＣＯ2レーザの照射によってＲ面基板に生
ずべき溝の深さは、基板厚みの１０％以上であることが
好ましく、さらに溝の深さは基板厚みの２０％以上５０
％以下の範囲内であることがより好ましい。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である。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欠点があ
る。
は、短パルスＣＯ2レーザの照射によってＲ面基板に生
ずべき溝の深さは、基板厚みの１０％以上であることが
好ましく、さらに溝の深さは基板厚みの２０％以上５０
％以下の範囲内であることがより好ましい。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である。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欠点があ
る。
【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。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。
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。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。
【００３２】 以上、本発明のレーザ割断方法につい
て、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ることはいうまでもなく、さらに、
本発明が上記実施の形態に限定されるものでないことは
いうまでもない。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、平板面がＲ面もしくは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
ことができることはいうまでもない。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。
て、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ることはいうまでもなく、さらに、
本発明が上記実施の形態に限定されるものでないことは
いうまでもない。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、平板面がＲ面もしくは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
ことができることはいうまでもない。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。
【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用いた種々のチッ
プ、素子等の作製を、形状精度を良好に維持しつつ、か
つ生産効率よく行うことが可能となるという優れた効果
を奏する。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の製造に有利である。
によれば、単結晶サファイア基板を用いた種々のチッ
プ、素子等の作製を、形状精度を良好に維持しつつ、か
つ生産効率よく行うことが可能となるという優れた効果
を奏する。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の製造に有利である。
【図１】 本発明のレーザ割断メカニズムを示す説明図
である。
である。
【図２】 本発明の一実施形態によるサファイア基板の
割断面の組織を示す写真であり、（ａ）はａ平行割断面
を示し、（ｂ）はａ垂直割断面を示す。
割断面の組織を示す写真であり、（ａ）はａ平行割断面
を示し、（ｂ）はａ垂直割断面を示す。
【図３】 本発明のレーザ割断方法の一実施形態による
サファイア基板の基板平面側から見た割断面の組織を示
す写真であり、（ａ）はａ平行割断面の亀裂組織を示
し、（ｂ）はａ垂直割断面の亀裂組織を示す。
サファイア基板の基板平面側から見た割断面の組織を示
す写真であり、（ａ）はａ平行割断面の亀裂組織を示
し、（ｂ）はａ垂直割断面の亀裂組織を示す。
【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、（ａ）はａ平行割断面を示
し、（ｂ）はａ垂直割断面を示す。
の組織を示す写真であり、（ａ）はａ平行割断面を示
し、（ｂ）はａ垂直割断面を示す。
【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。
入エネルギに与える影響を示す説明図である。
【図６】 亀裂真直度の定義を示す説明図である。
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…割断面、４…溝、５…レーザ走査中
心線、６…基板、７…溝、８…亀裂、９…幅。
（Ｒ面基板）、３…割断面、４…溝、５…レーザ走査中
心線、６…基板、７…溝、８…亀裂、９…幅。
Claims (8)
- 【請求項１】 平板面がＲ面もしくはｃ面であり、側面
にａ面を有する単結晶サファイア基板にＣＯ2レーザを
照射して当該単結晶サファイア基板を割断する方法であ
って、 当該ＣＯ2レーザを当該Ｒ面もしくはｃ面上において、
当該ａ面に垂直な方向へ走査することにより当該単結晶
サファイア基板を割断した後、 当該ＣＯ2レーザを当該Ｒ面もしくはｃ面上において、
当該ａ面に平行な方向へ走査することにより割断された
当該単結晶サファイア基板をさらに割断することを特徴
とするレーザ割断方法。 - 【請求項２】 当該単結晶サファイア基板の平板面上に
機能膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載
のレーザ割断方法。 - 【請求項３】 当該機能膜が形成された当該単結晶サフ
ァイア基板が、ＳＡＷフィルタもしくは青色ＬＥＤもし
くは青色ＬＤとして用いられるものであること特徴とす
る請求項２記載のレーザ割断方法。 - 【請求項４】 当該ＣＯ2レーザの加工周波数を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１〜３のいずれか一項に記載のレーザ割断方
法。 - 【請求項５】 当該単結晶サファイア基板の厚さが０．
３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請
求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ割断方法。 - 【請求項６】 当該ＣＯ2レーザの照射によって当該単
結晶サファイア基板に生ずる溝の深さが、当該単結晶サ
ファイア基板の基板厚みの１０％以上であることを特徴
とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ割断
方法。 - 【請求項７】 当該溝の深さが、当該単結晶サファイア
基板の基板厚みの２０％以上５０％以下であることを特
徴とする請求項６記載のレーザ割断方法。 - 【請求項８】 当該ＣＯ2レーザの照射によって当該単
結晶サファイア基板に生ずる割断面の亀裂真直度が±１
０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜７の
いずれか一項に記載のレーザ割断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17216398A JP3532100B2 (ja) | 1997-12-03 | 1998-06-04 | レーザ割断方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-332807 | 1997-12-03 | ||
| JP33280797 | 1997-12-03 | ||
| JP17216398A JP3532100B2 (ja) | 1997-12-03 | 1998-06-04 | レーザ割断方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224866A true JPH11224866A (ja) | 1999-08-17 |
| JP3532100B2 JP3532100B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=26494614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17216398A Expired - Fee Related JP3532100B2 (ja) | 1997-12-03 | 1998-06-04 | レーザ割断方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3532100B2 (ja) |
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- 1998-06-04 JP JP17216398A patent/JP3532100B2/ja not_active Expired - Fee Related
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