KR101167236B1

KR101167236B1 - 레이저 스크라이브 가공 방법

Info

Publication number: KR101167236B1
Application number: KR1020117026784A
Authority: KR
Inventors: 토시카즈 카지카와
Original assignee: 세이신 쇼지 가부시키가이샤
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2012-07-23
Also published as: EP2460614A1; TWI391203B; CN102470482A; US8779327B2; JP4651731B2; WO2011013449A1; JP2011025304A; US20120261453A1; EP2460614A4; EP2460614B1; KR20120005507A; CN102470482B; TW201103685A

Abstract

사파이어 등의 경취성 재료 등의 가공에 사용되는 레이저 스크라이브 가공 방법의 제공을 목적으로 한다. 본 발명은 레이저 광선을 출사하는 광원과, 이 레이저 광선을 가공 대상물에 이끄는 조사 광학계를 사용하여, 가공 대상물의 스크라이브 방향을 따른 크랙을 형성하는 레이저 스크라이브 가공 방법으로서, 광원으로부터 레이저 광선을 출사하는 출사 공정과, 레이저 광선을 진행 방향이 상이한 상광 성분 및 이상광 성분으로 분리하는 분리 공정과, 상광 성분 및 이상광 성분을 집광하고, 복수 쌍의 빔 스팟을 형성하는 집광 공정과, 복수 쌍의 빔 스팟을 가지는 레이저 광선을 가공 대상물의 스크라이브 방향으로 간헐적으로 조사하는 조사 공정을 가지는 레이저 스크라이브 가공 방법이다. 이 분리 공정에 있어서의 상광 성분 및 이상광 성분의 분리에, 조사 광학계에 배열설치되는 복굴절성 프리즘을 사용하면 된다.

Description

레이저 스크라이브 가공 방법{LASER SCRIBE PROCESSING METHOD}

본 발명은 경취성 재료등의 가공에 사용되는 레이저 스크라이브 가공 방법에 관한 것이다.

전자 부품을 탑재하는 회로 기판 등을 할단(割斷)하는 수단으로서, 레이저 가공이 널리 사용되고 있다. 레이저 가공은 광원으로부터 출사되는 레이저 광선을 렌즈 등의 조사 광학계를 사용하여 집광함과 아울러, 높은 파워 밀도가 된 레이저 집광 스팟(빔 스팟)을 기판에 대하여 조사하고, 기판을 할단하는 것이다.

상기 기판의 재료로서는, 경취성 재료가 사용되고 있다. 경취성 재료는 유리재로 대표되는 비결정성의 경취성 재료와, 사파이어 등으로 대표되는 결정성의 경취성 재료로 분류된다. 예를 들면, 비결정성의 경취성 재료로부터 형성되는 기판에 레이저 광선을 조사하면, 기판의 일부에 열적 가공의 결과로서 용융 가공흔이나 열 변질부가 형성됨과 아울러, 열적 가공과 동시에 발생하는 뒤틀림 응력을 기인으로 하는 부정형의 크랙이 형성된다. 이러한 크랙은 기판 표면의 여러 방향으로 형성되는 것이며, 이 형성 방향은 레이저 광선이나 조사 광학계의 비대칭성이나 파면 수차 등에 의해 영향을 받는 것이 알려져 있다. 또, 결정성 재료는 벽개가 일어나기 쉬운 방위(벽개면)를 가진다. 이러한 결정성 재료로 구성되는 기판에 레이저 가공을 시행하면, 기판을 구성하는 결정성 재료의 벽개면 방향을 따라 크랙이 형성되는 것이 일반적이다. 이와 같이, 레이저 가공에 의해 기판의 표면 및/또는 내부의 여러 방향으로 형성되는 크랙은 기판의 할단을 불균일(비대칭)하게 함과 아울러, 원하는 할단 방향으로의 할단을 곤란하게 할 가능성이 생각된다.

이와 같은 크랙의 발생에 대하여, (A) 크랙의 발생을 방지하는 수단으로서, 일본 특허 공개 2008-93706호 공보에는, 레이저 빔을 피가공물에 대하여 상대 이동시키면서 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서, 이 레이저 빔이 피가공물의 조사면에 있어서 상대 이동 방향으로 장축을 가지는 타원형상의 빔 직경 형상을 가지고, 장축 방향을 따른 광강도 분포가 비대칭인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법이 개시되어 있다. 또, (B) 크랙의 발생을 이용하여 기판의 할단을 행하는 수단으로서, 일본 특허 공개 2007-260749호 공보에는, 피가공물의 표면 근방에 제1 레이저광을 집광시켜 초기 크랙을 형성하고, 이 초기 크랙을 기점으로 하여 피가공물에 할단 크랙을 진전시켜, 피가공물을 할단하는 레이저 가공 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 (A)의 레이저 가공 방법에서는, 크랙의 발생을 방지하기 위해서 특수한 집광 광학계 등이 필요하게 된다. 또, 상기 (B)의 레이저 가공 방법에서는, 기판의 경취성 재료에 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 열 응력을 이용하여 할단을 행하는 것인데, 이러한 열 응력이 큰 경우에는, 기판의 변형이나 불균일한 할단면을 발생시킨다는 문제가 있다. 또한, 레이저 조사 영역에 냉각 매체를 내뿜는 냉각 공정을 설치할 필요가 있는 점에서, 조제?제작상의 문제가 있다.

일본 특허 공개 2007-260749호 공보 일본 특허 공개 2008-93706호 공보

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 유리나 사파이어 등의 경취성 재료 등으로 형성되는 기판의 레이저 스크라이브 가공에 있어서, 레이저 광선의 조사에 의해 복수 쌍의 빔 스팟을 기판 표면에 동시에 형성하고, 이 복수 쌍의 빔 스팟에 의해 형성되는 크랙의 신장 방향을 제어함으로써, 기판의 할단 방향을 원하는 방향과 일치시키도록 조정 가능한 레이저 스크라이브 가공 방법의 제공을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 발명은,

레이저 광선을 출사하는 광원과, 이 레이저 광선을 가공 대상물에 이끄는 조사 광학계를 사용하여, 가공 대상물의 스크라이브 방향을 따른 크랙을 형성하는 레이저 스크라이브 가공 방법으로서,

광원으로부터 레이저 광선을 출사하는 출사 공정과,

이 레이저 광선을 진행 방향이 상이한 상광(常光) 성분 및 이상광(異常光) 성분으로 분리하는 분리 공정과,

이 상광 성분 및 이상광 성분을 집광하면서, 복수 쌍의 빔 스팟을 형성하는 집광 공정과,

이 복수 쌍의 빔 스팟을 가지는 레이저 광선을 가공 대상물의 스크라이브 방향으로 간헐적으로 조사하는 조사 공정

을 가지는 레이저 스크라이브 가공 방법이다.

당해 레이저 가공 방법은 레이저 광선을 출사하는 광원과, 이 레이저 광선을 가공 대상물에 이끄는 조사 광학계를 사용하여, 가공 대상물의 스크라이브 방향을 따른 크랙을 형성하는 레이저 스크라이브 가공 방법이다. 구체적으로는, 출사된 레이저 광선을 상광 성분 및 이상광 성분으로 나누면서, 각각 상이한 방향으로 진행시키고, 집광함으로써 형성되는 복수 쌍의 빔 스팟을 가공 대상물에 동시 조사하고, 이 복수 쌍의 빔 스팟 사이에 형성되는 크랙을 이용하여 가공 대상물을 할단하는 방법이다. 이와 같이, 서로 이간하는 복수 쌍의 빔 스팟을 가공 대상물 상에 동시에 형성함으로써, 열 영향층이 적고, 또한 방향성을 가지는 크랙을 효과적으로 형성?신장시킬 수 있고, 그 결과, 가공 대상물의 균일적 또한 대칭적인 할단을 실현할 수 있다. 또, 이 복수 쌍의 빔 스팟을 가지는 레이저 광선을, 가공 대상물의 스크라이브 방향으로 간헐적으로 조사함으로써, 복수 쌍의 빔 스팟을 연결하는 직선 상에 신장하는 크랙끼리가 연결되어, 열 응력의 영향을 최소한으로 억제하면서, 가공 대상물을 균일적 또한 대칭적으로 할단할 수 있다.

상기 분리 공정에 있어서의 상광 성분 및 이상광 성분의 분리에, 조사 광학계에 배열설치되는 복굴절성 프리즘을 사용하면 된다. 이러한 복굴절성 프리즘을 사용함으로써, 레이저 광선의 상광 성분 및 이상광 성분으로의 분리와, 이 분리된 상광 성분 및 이상광 성분의 상이한 방향으로의 진행을 동시에 실현할 수 있고, 그 결과, 장치 구성의 단순화나 조작 용이성을 향상시킬 수 있다.

상기 조사 공정에 있어서의 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을, 가공 대상물의 스크라이브 방향을 따르도록 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하면 된다. 이와 같이, 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하면, 이러한 조정에 대응시켜, 이간하는 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을 가공 대상물의 스크라이브 방향을 따르도록 조정할 수 있는 점에서, 스크라이브 방향에 대하여 크랙을 효과적으로 신장시킬 수 있음과 아울러, 크랙의 신장 방향을 제어하여 원하는 방향으로 형성시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 가공 대상물의 파단을 균일적 또한 대칭적인 것으로 할 수 있다.

상기 조사 공정에 있어서의 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을, 가공 대상물의 벽개면을 따르도록 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하면 된다. 예를 들면, 가공 대상물이 사파이어 등의 경취성 재료로 형성되는 경우에는, 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하고, 이간하는 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을 가공 대상물이 가지는 벽개면을 따르도록 조정함으로써, 벽개면에 대하여 크랙을 신장시킬 수 있고, 이러한 크랙의 신장을 이용하여 원하는 방향에 대한 균일적 또한 대칭적인 할단을 실현할 수 있다.

상기 조사 공정에 있어서의 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향의 조정에, 조사 광학계에 배열설치되고, 조사 광학계의 광축을 중심으로 회전 가능한 복굴절성 프리즘을 사용하면 된다. 이러한 조사 광학계의 광축을 중심으로 회전 가능한 복굴절성 프리즘을 채용함으로써, (1) 레이저 광선을 상광 성분 및 이상광 성분으로 분리하는 것과, (2) 이 상광 성분 및 이상광 성분을 상이한 방향으로 진행시키는 것을 동시에 실현하면서, 또한, (3) 이 상광 성분 및 이상광 성분에 대해서, 조사 광학계의 광축에 수직인 면 내에 있어서의 분리 방향도 용이하게 조정할 수 있다.

상기 조사 공정에 있어서의 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 조정하도록 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하면 된다. 분리된 레이저 광선의 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하면, 이러한 조정에 대응하여 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 조정할 수 있다. 이와 같이, 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 가공 대상물의 종류?성질이나 가공 특성 등에 따른 최적의 값으로 조정함으로써, 이 한 쌍의 빔 스팟을 연결하는 직선 상의 크랙의 형성 및 신장을 효과적으로 실현할 수 있음과 아울러, 이러한 크랙의 형성 및 신장을 용이하게 제어할 수 있다.

상기 조사 공정에 있어서의 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 스팟 직경의 0.2배 이상 50배 이하로 조정하는 것이 바람직하다. 이 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 상기 범위로 함으로써, 한 쌍의 빔 스팟을 연결하는 직선 상의 크랙의 형성?신장을 가장 효과적으로 실현할 수 있고, 그 결과, 가공 대상물의 스크라이브 방향으로 직선적 또한 안정적인 크랙을 형성?신장시켜, 가공 대상물의 할단을 한층 더 균일적 또한 대칭적인 것으로 할 수 있다.

상기 분리 공정에 있어서, 조사 광학계에 배열설치되고, 조사 광학계의 광축을 중심으로 회전 가능한 1/2 파장판을 사용하여 상광 성분 및 이상광 성분의 강도비를 조정하면 된다. 이 1/2 파장판과 같은 편광 회전 소자를 사용하여 상광 성분 및 이상광 성분의 강도비를 조정함으로써, 복수 쌍의 빔 스팟의 파워 밀도를 제어하고, 복수 쌍의 빔 스팟이 형성하는 크랙의 신장 방향을 조정할 수 있다. 그 결과, 가공 대상물의 종류?성질이나 가공 특성에 최적인 열 영향층의 발생이나 가공 대상물의 할단 방향을 용이하게 조정할 수 있다.

상기 조사 공정에 있어서 형성되는 복수 쌍의 빔 스팟의 스팟 직경이 0.3μm 이상 300μm 이하인 것이 바람직하다. 이 스팟 직경을 상기 범위로 함으로써, 복수 쌍의 빔 스팟을 연결하는 직선 상에 형성되는 크랙을 보다 크게 신장시킬 수 있음과 아울러, 열 응력의 영향을 최소한으로 억제하면서, 가공 대상물의 균일적 또한 대칭적인 할단을 용이하게 실현할 수 있다.

상기 조사 광학계가 1/4 파장판을 추가로 구비하는 것이면 된다. 이 1/4 파장판을 구비함으로써, 레이저 광선의 직선 편광을 원 편광으로 변환하여 편광의 영향을 제거하고, 가공 특성의 안정화를 용이하게 도모할 수 있다.

여기서, 「스크라이브 방향」은 가공 대상물에 대하여 레이저 광선을 간헐적으로 조사해가는 방향을 의미한다. 「할단 방향」은 가공 대상물에 발생하는 파단의 방향을 의미한다. 「한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향」은 상광 성분 및 이상광 성분으로부터 형성되는 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향이며, 또한 조사 광학계의 광축과 수직인 면 내에 있어서의 분리 방향을 의미한다. 「한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리」는 상광 성분 및 이상광 성분으로부터 형성되는 한 쌍의 빔 스팟이 조사 광학계의 광축과 수직인 면 내에 각각 형성하는 대략 원형의 중심점끼리의 거리를 의미한다. 「조사 광학계의 광축」은 이 광축의 대비 대상이 되는 조사 대상물 부분의 광축을 의미한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 레이저 스크라이브 가공 방법은, 레이저 광선의 조사에 의해 복수 쌍의 빔 스팟을 가공 대상물에 동시에 형성함과 아울러, 이 복수 쌍의 빔 스팟에 의해 형성되는 크랙을 가공 대상물이 분할되기 쉬운 방향으로 신장시키도록 제어함으로써, 가공 대상물의 균일적이며 대칭적인 할단을 효과적 또한 용이하게 실현할 수 있다. 또, 본 발명의 레이저 스크라이브 가공 방법은 간편하고 또한 단순한 공정으로 구성되어 있어, 크랙의 형성?신장 방향의 제어를 용이하게 행할 수 있는 점에서, 작업 효율의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 레이저 가공 방법을 나타내는 플로우도.
도 2는 도 1의 레이저 가공 방법의 시스템 구성예를 나타내는 개략 구성도.
도 3은 실시예 1에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 4는 실시예 2에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 5는 실시예 3에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 6은 비교예 1에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 7은 비교예 2에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 8은 비교예 3에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 9는 비교예 4에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 10은 실시예 4에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 11은 실시예 5에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 12는 실시예 6에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 13은 실시예 7에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 14는 실시예 8에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.
도 15는 실시예 9에 있어서 형성된 크랙을 나타내는 관찰 화상.

이하, 적당히 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.

도 1의 레이저 스크라이브 가공 방법은 레이저 광선(P)을 경취성 재료 등으로 형성되는 가공 대상물(Q)(기판)에 조사하고, 가공 대상물(Q)의 스크라이브 방향을 따른 크랙을 형성하여 가공을 행하는 것이다. 당해 레이저 스크라이브 가공 방법은 출사 공정(STP1), 분리 공정(STP2), 집광 공정(STP3) 및 조사 공정(STP4)을 가진다.

당해 레이저 스크라이브 가공 방법을 실현하기 위한 시스템 구성예는, 도 2에 나타내는 바와 같이 광원(1), 스테이지(2) 및 조사 광학계(3)를 구비하고 있다. 광원(1)은 레이저 광선(P)을 출사하는 것이다. 스테이지(2)는 가공 대상물(Q)을 설치하는 것이며, 조사 광학계(3)에 대한 가공 대상물(Q)의 위치를, 조사 광학계(3)의 광축(R)과 수직인 면 내에 있어서의 직교 2방향(X축 방향, Y축 방향)으로 이동시키는 수단을 구비하는 것이다.

조사 광학계(3)는 광원(1)으로부터 출사되는 레이저 광선(P)을 가공 대상물(Q)에 도광 및 집광하는 것이며, 빔 익스펜더(4), 1/2 파장판(5), 복굴절성 프리즘(6), 광로 보정 광학계(7), 미러(8), 1/4 파장판(9) 및 집광 렌즈(10)를 주로 구비한다.

빔 익스펜더(4)는 오목 렌즈(11) 및 볼록 렌즈(12)를 레이저 광선(P)의 진행 방향순으로 가지고, 광원(1)으로부터 출사되는 레이저 광선(P)을 확대하는 것이다. 1/2 파장판(5)은 레이저 광선(P)의 진행 방향을 기준으로 하여 빔 익스펜더(4)의 뒤에 배열설치되고, 레이저 광선(P)의 전기장 벡터를 회전시키는 것이며, 레이저 광선(P)의 광축(R)을 중심으로 회전 가능한 구성을 채용하고 있다. 복굴절성 프리즘(6)은 광원(1)으로부터 출사되는 레이저 광선(P)을 진행 방향이 상이한 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)으로 분리하는 것이다. 광로 보정 광학계(7)는 복굴절성 프리즘(6)을 투과하는 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 진행 방향을 보정하는 것이다. 미러(8)는 광로 보정 광학계(7)를 투과하는 레이저 광선(P)을 집광 렌즈(10)에 도광하는 것이며, 이 미러(8)를 사용하여 레이저 광선(P)의 반사 각도를 변화시킴으로써, 레이저 광선(P)의 진행 방향을 용이하게 조정할 수 있다. 1/4 파장판(9)은 레이저 광선(P)의 진행 방향을 기준으로 하여 광로 보정 광학계(7)의 뒤에 배열설치되고, 미러(8)로부터 도광되는 레이저 광선(P)의 직선 편광을 원 편광으로 변환하는 것이다. 집광 렌즈(10)는 1/4 파장판(9)을 투과하는 레이저 광선(P)의 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)을 가공 대상물(Q)에 집광하는 것이다.

출사 공정(STP1)은 광원(1)으로부터 레이저 광선(P)을 출사하는 공정이다. 레이저 광선(P)의 발진 수단으로서는 펄스 발진을 채용하면 된다. 이 발진 수단으로서 펄스 발진을 채용함으로써, 짧은 시간폭 중에 에너지를 집중하면서 높은 피크 파워를 가지는 레이저 펄스를 발생시킬 수 있고, 그 결과, 가공 대상물(Q)에 대하여 열 영향층이 적은 효율적인 가공을 실현할 수 있다.

상기 펄스 발진의 발진 형태로서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 펄스 폭이 0.1ps 내지 20ns정도인 펄스 발진, Q스위치 펄스 발진 등을 들 수 있다. 또, 이 Q스위치 펄스 발진에 있어서, 고속 반복용의 A/O 소자나, 단펄스 발생용의 E/O 소자를 채용할 수도 있다. 또한, 연속파 발진이여도, A/O-Q 스위치 등을 사용함으로써, 약 수십KHz의 반복으로 펄스와 같은 발진 출력을 얻을 수도 있다.

출사 공정(STP1)에서 출사되는 레이저 광선(P)의 파장으로서는, 가공 대상물(Q)이 사파이어 등의 경취성 재료로 형성되어 있는 경우에는, 200nm 이상 11μm 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 240nm 이상 1600nm 이하로 조정하는 것이 특히 바람직하다. 이 레이저 광선(P)의 파장을 상기 범위로 조정함으로써, 결정성의 경취성 재료로 형성되는 가공 대상물(Q)의 할단에 최적인 레이저 출력을 실현할 수 있고, 레이저 스크라이브 가공의 효율성 및 확실성을 향상시킬 수 있다.

광원(1)의 종류로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 Nd:YAG 레이저, Nd:YVO4 레이저, Yb:YAG 레이저, Ti:사파이어 레이저 등의 고체 레이저;파이버 레이저 및 그 고조파;엑시머 레이저, CO₂ 레이저 등의 기체 레이저 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 열 영향이 적은 단펄스 레이저나, 경취성 재료에 강하게 흡수되는 자외 영역의 발진 파장을 가지는 레이저를 채용하는 것이 바람직하다.

분리 공정(STP2)은 광원(1)으로부터 출사되는 레이저 광선(P)을 진행 방향이 상이한 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)으로 분리하는 공정이다. 이 분리 공정(STP2)에 의해, 단일속의 레이저 광선(P)을 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 2개의 성분으로 나누고, 이 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)을 조사 광학계(3)의 광축(R)과 수직인 면 내에 있어서의 방향으로 분리하면서, 각각 상이한 방향으로 진행시키고, 그 결과, 한 쌍의 빔 스팟을 가공 대상물(Q)에 대하여 이간하여 형성할 수 있다. 이와 같이 이간한 한 쌍의 빔 스팟이 형성하는 크랙은 열 영향층이 적고, 한 쌍의 빔 스팟을 연결하는 직선 방향으로 연속하여 신장한다. 이 크랙의 신장 방향을 따라 가공 대상물(Q)은 할단하기 쉬워지고, 그 결과, 균일적 또한 대칭적인 할단이 가능해진다. 또한, 이러한 빔 스팟을 이간하지 않고 단일의 스팟으로 하면, 스팟의 가공흔 중앙부로부터 형성되는 크랙이 가공 대상물(Q) 표면의 주변 방향으로 다수 형성되어, 균일적 또한 대칭적인 할단이 곤란해지기 때문에 바람직하지 않다.

분리 공정(STP2)에 있어서의 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리에, 조사 광학계(3)에 배열설치되는 복굴절성 프리즘(6)을 사용하면 된다. 이러한 복굴절성 프리즘(6)을 사용함으로써, (1) 레이저 광선(P)을 상광 성분(13) 및 이상광 성분으로 분리하는 것과, (2) 분리된 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)을 상이한 방향으로 진행시키는 것을 동시에 실현할 수 있다. 그 결과, 장치 구성의 단순화나 조작 용이성의 향상을 도모할 수 있다.

상기 복굴절성 프리즘(6)은 결정 방위에 관하여 2개의 상이한 굴절율을 가지고, 이들의 굴절율차를 이용함으로써, 입사한 레이저 광선(P)을 상광 성분(13)과 이상광 성분(14)으로 분리할 수 있다. 이러한 복굴절성 프리즘(6)의 결정축(S)의 방향을 조사 광학계(3)의 광축(R)의 방향과 직교시키고, 결정축(S)의 방향과 광원(1)으로부터 출사된 레이저 광선(P)의 전계 방향이 이루는 각을 조정함으로써, 레이저 광선(P)의 성분을 상광 성분(13)과 이상광 성분(14)으로 확실하고 또한 효율적으로 분리할 수 있다. 또, 복굴절성 프리즘(6)은 웨지 정각 θ_W(프리즘의 광입사면과 광출사면과의 교차 각도)를 가짐으로써, 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)을 각각 상이한 방향으로 진행시키는 것이 용이해진다.

상기 복굴절성 프리즘(6)의 소재로서는, 예를 들면 광학수정, 사파이어, 방해석 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 레이저 광선에 대한 높은 내광강도를 발휘하고, 넓은 파장범위에 대한 높은 투과율을 발휘할 수 있는 광학수정을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 복굴절성 프리즘(6)의 종류로서는, 예를 들면 웨지 프리즘, 도브 프리즘, 니콜 프리즘, 월라스톤 프리즘, 로션 프리즘 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 상기 서술한 바와 같이, 웨지 프리즘인 것이 바람직하다.

분리 공정(STP2)에 있어서, 조사 공정(STP4)에서 형성되는 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을, 가공 대상물(Q)의 스크라이브 방향을 따르도록 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향을 조정하면 된다. 조사 공정(STP4)에서 형성되는 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향은 분리 공정(STP2)에서 분리되는 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향에 의해 결정된다. 이 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향을 조정하고, 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을 가공 대상물의 스크라이브 방향을 따르도록 조정함으로써, 스크라이브 방향에 대하여 크랙을 효과적으로 신장시킬 수 있음과 아울러, 스크라이브 방향과는 상이한 방향으로 신장하는 크랙의 형성을 억제할 수 있다. 그 결과, 가공 대상물(Q)의 파단을 균일적 또한 대칭적인 것으로 할 수 있다. 또한, 이러한 크랙의 신장 방향을 용이하게 제어하고, 원하는 방향(스크라이브 방향)으로 신장시키는 것도 가능해진다.

또, 가공 대상물(Q)이 사파이어 등의 결정성의 경취성 재료인 경우는, 분리 공정(STP2)에 있어서, 조사 공정(STP4)에 있어서의 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을 가공 대상물(Q)의 벽개면을 따르도록 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향을 조정하면 된다. 결정성의 경취성 재료는 결정 구조의 종류에 따른 특유의 벽개면을 가지고, 이러한 벽개면의 방향으로 파단하기 쉽다는 성질을 가진다. 이러한 성질을 이용하여, 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향을 조정하고, 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을 가공 대상물(Q)의 벽개면을 따르도록 조정함으로써, 벽개면에 대하여 크랙이 신장하고, 이 크랙의 신장 방향으로 균일적 또한 대칭적인 할단을 실현할 수 있다. 또한, 당해 레이저 스크라이브 가공 방법에 있어서 가공 가능한 결정성의 경취성 재료의 결정 구조로서는, 예를 들면 삼사정, 단사정, 사방정, 육방정, 삼방정, 정방정, 입방정 등을 들 수 있다.

이와 같이, 분리 공정(STP2)에 있어서, 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향을 조정하는 경우에는, 조사 광학계(3)의 광축(R)을 중심으로 회전 가능한 복굴절성 프리즘(6)을 사용하면 된다. 이러한 조사 광학계(3)의 광축(R)을 중심으로 회전 가능한 복굴절성 프리즘(6)을 사용함으로써, 장치 구성을 복잡화하지 않고 레이저 광선(P)을 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)으로 분리하고, 각각 상이한 방향으로 진행시킬 수 있음과 아울러, 복굴절성 프리즘(6)의 회전이라는 간단한 조작에 의해 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향을 용이하게 조정할 수 있다. 이러한 분리 방향의 조정 기구를 상세히 설명하면, 복굴절 프리즘(6)을 조사 광학계(3)의 광축(R)을 중심으로 45° 회전시키면, 이 회전에 대응하여 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향이 동일하게 45° 회전하고, 그 결과, 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향이 조사 광학계(3)의 광축(R)과 수직인 면 내에 있어서 45° 회전한다. 또한, 이러한 복굴절 프리즘(6)의 회전은 조사 광학계(3)의 광축(R)을 중심으로 360° 회전 가능하기 때문에, 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을 조사 광학계(3)의 광축(R)과 수직인 면 내에 있어서 360°의 방향으로 조정할 수 있다.

또, 상기 조사 광학계(3)의 광축(R)을 중심으로 회전 가능한 복굴절성 프리즘(6)을 사용하는 경우에는, 레이저 광선(P)의 진행 방향을 기준으로 하여, 복굴절성 프리즘(6) 뒤에, 조사 광학계(3)의 광축(R)을 중심으로 회전 가능한 광로 보정 광학계(7)를 구비하면 된다. 이 광로 보정 광학계(7)는 복굴절성을 가지지 않는 프리즘이다. 또, 그 정각은 사용하는 소재의 레이저 광선에 대한 굴절율로부터 결정되는 값이며, 통상은 복굴절성 프리즘(6)의 정각 θ_W와는 상이한 것이다. 이러한 광로 보정 광학계(7)를 사용함으로써, 복굴절성 프리즘(6)을 회전함으로써 발생하는 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 진행 방향의 변위를 보정할 수 있고, 그 결과, 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)을 원하는 방향으로 진행시킬 수 있다. 또한, 이러한 광로 보정 광학계(7)의 소재로서는, 예를 들면 합성 석영 등을 들 수 있다.

분리 공정(STP2)에 있어서, 조사 공정(STP4)에 있어서의 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 조정하도록 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향을 조정하면 된다. 가공 대상물(Q)에 대하여 한 쌍의 빔 스팟을 형성하고, 이 한 쌍의 빔 스팟을 연결하는 직선 상에 형성되는 크랙을 효율적으로 발생시키면서, 이러한 크랙을 원하는 방향으로 신장시키기 위해서는, 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 가공 대상물(Q)의 종류?성질이나 가공 특성 등에 따른 최적인 값으로 조정할 필요가 있다. 따라서, 분리된 레이저 광선(P)의 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 분리 방향을 조정함으로써, 이러한 조정에 대응하여 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리도 조정되고, 그 결과, 가공 대상물(Q)의 종류?성질이나 가공 특성 등에 따른 최적의 크랙의 형성 및 신장을 효과적으로 실현할 수 있음과 아울러, 이러한 크랙의 형성 및 신장을 용이하게 제어할 수 있다.

상기 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리의 조정 수단으로서는, 예를 들면 복굴절성 프리즘(6)의 웨지 정각 θ_W를 조정하는 수단, 렌즈 광학계(도시하지 않음)를 사용하여 레이저 빔 직경을 확대하는 수단 등을 들 수 있다. 복굴절성 프리즘(6)의 웨지 정각 θ_W를 조정하는 수단에 대해서 상세히 설명하면, 예를 들면 레이저 광선(P)의 파장을 1.064μm, 집광 렌즈의 촛점거리를 100mm, 웨지 정각 θ_W를 약2°로 설정하는 경우, 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리는 약60μm가 된다. 이와 같이, 웨지 정각 θ_W가 상이한 복수의 복굴절 프리즘을 준비함으로써, 가공 대상물(Q)의 성질 등에 최적인 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리의 조정이 가능해진다. 또, 렌즈 광학계를 사용하여 레이저 빔 직경을 확대하는 수단에 대해서 상세히 설명하면, 예를 들면 오목 렌즈 및 볼록 렌즈를 레이저 광선(P)의 진행 방향순으로 가지는 렌즈 광학계를 사용하여 레이저 광선(P)을 확대함으로써, 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 조정할 수 있다. 또한, 이러한 렌즈 광학계의 레이저 빔 직경의 확대 기구를 연속계로 함으로써, 중심간 거리의 연속적인 조정이 가능해진다.

상기 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리는 스팟 직경의 0.2배 이상 50배 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 0.5배 이상 40배 이하로 조정하는 것이 특히 바람직하다. 이 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 상기 범위로 함으로써, 가공 대상물(Q)의 할단 방향으로 직선적 또한 안정적인 크랙을 형성?신장시키기 위한 최적의 빔 스팟의 조건을 부여할 수 있다. 이러한 중심간 거리가 스팟 직경의 0.2배 미만이면, 단일의 스팟으로 한 경우와 전혀 변화가 없고, 가공 대상물(Q) 표면의 주변 방향으로 다수 형성되어, 균일적 또한 대칭적인 할단을 실현하는 것이 곤란해지기 때문에 바람직하지 않다. 또, 50배를 넘으면, 간헐적으로 형성되는 한 쌍의 빔 스팟군에 있어서, 각 빔 스팟에서 신장하는 크랙끼리가 연결되지 않고, 그 결과, 가공 대상물(Q)의 할단이 곤란해지기 때문에 바람직하지 않다.

분리 공정(STP2)에 있어서, 조사 광학계(3)에 배열설치되고, 조사 광학계(3)의 광축(R)을 중심으로 회전 가능한 1/2 파장판(5)을 사용하여 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 강도비를 조정하면 된다. 이 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 강도비에 의해, 한 쌍의 빔 스팟이 형성하는 크랙의 길이나 방향을 최적화할 수 있다. 따라서, 1/2 파장판(5)과 같은 편광 회전 소자를 사용하여 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 강도비를 조정함으로써, 한 쌍의 빔 스팟의 파워 밀도를 제어하고, 가공 대상물(Q)의 종류나 성질에 최적인 열 영향층의 발생이나 크랙의 신장 방향을 용이하게 조정할 수 있다. 이러한 기구를 상세히 설명하면, 1/2 파장판(5)은 분리되기 전의 레이저 광선(P)의 전기장 벡터를 회전시키는 작용을 가진다. 예를 들면 1/2 파장판(5)의 지상축 및 입사 레이저 광선의 전기장 벡터가 이루는 각도를 θ로 한 경우에, 레이저 광선(P)이 1/2 파장판(5)을 투과하면, 투과 후의 전기장 벡터는 2θ 회전한다. 이러한 1/2 파장판(5)을 사용함으로써, 장치 구성을 복잡화하지 않고 분리된 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 강도비를 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 이 1/2 파장판(5)을 레이저 광선(P)의 광축(R)을 중심으로 회전 가능하게 함으로써, 그 회전 각도에 따라, 지상축에 수직인 상광 성분(13)과, 이것에 직교하는 이상광 성분(14)의 강도비를 용이하게 또한 연속적으로 변화시킬 수 있다.

집광 공정(STP3)은 분리 공정(STP2)에 있어서 분리되고, 진행 방향이 각각 상이한 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)을 집광하면서, 한 쌍의 빔 스팟을 형성하는 공정이다. 이러한 집광 수단으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 사용하는 레이저 광선(P)의 파장에 대하여 광학 수차를 보정한 단렌즈 또는 조합 렌즈인 집광 렌즈(10)를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 집광 렌즈(10)를 구성하는 렌즈의 종류로서는, 예를 들면 양볼록 렌즈, 평볼록 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 양오목 렌즈, 평오목 렌즈, 오목 메니스커스 렌즈 등을 들 수 있다.

조사 공정(STP4)은 집광 공정(STP3)에서 형성되는 한 쌍의 빔 스팟을 가지는 레이저 광선(P)을, 가공 대상물(Q)의 스크라이브 방향을 따라 간헐적으로 조사하는 공정이다. 이와 같이, 한 쌍의 빔 스팟을 스크라이브 방향을 따라 간헐적으로 조사함으로써, 한 쌍의 빔 스팟을 연결하는 직선 상에 신장하는 크랙끼리가 연결되고, 그 결과, 열 응력의 영향을 최소한으로 억제하면서, 가공 대상물(Q)을 균일적 또한 대칭적으로 할단할 수 있다. 또한, 이러한 조사 공정(STP4)에 있어서, 레이저 광선(P)의 간헐적 조사의 펄스 폭을 조정함으로써, 1회째의 펄스 발진에 의해 형성된 크랙과, 2회째의 펄스 발진에 의해 형성된 크랙의 연결을 조정?제어하는 것도 가능하다.

조사 공정(STP4)에 있어서 형성되는 한 쌍의 빔 스팟의 스팟 직경은 0.3μm 이상 300μm 이하인 것이 바람직하고, 0.5μm 이상 200μm 이하로 조정하는 것이 특히 바람직하다. 이 스팟 직경을 상기 범위로 함으로써, 한 쌍의 빔 스팟을 연결하는 직선 상에 형성되는 크랙을 보다 크게 신장시킬 수 있다. 이 스팟 직경이 200μm를 넘으면, 가공 대상물(Q) 표면의 광범위에 열 응력이 발생하고, 가공 대상물(Q)의 변형을 발생시킬 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

상기 조사 광학계(3)가 1/4 파장판(9)을 추가로 구비하면 된다. 이 1/4 파장판(9)을 사용함으로써, 레이저 광선(P)의 직선 편광을 원 편광으로 변환하여 편광의 영향을 제거하고, 가공 특성의 안정화를 도모할 수 있다. 또한, 이 1/4 파장판(9)의 지상축(도시하지 않음)을, 상광 성분(13) 및 이상광 성분(14)의 편광 방향에 대하여 모두 45°의 각도를 이루게 설정함으로써, 원 편광으로의 변환을 보다 확실하게 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 레이저 가공 방법은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가공 대상물의 성질에 따라 복수 쌍의 빔 스팟의 편광 방향을 구별하는 것이 유효하다고 상정되는 경우에는, 조사 광학계에 1/4 파장판을 배열설치하지 않을 수도 있다. 또, 광원으로부터 출사되는 레이저 광선의 빔 직경이 집광 렌즈의 입사동경보다 큰 경우에는, 조사 광학계에 빔 익스펜더를 배열설치하지 않을 수도 있다.

또, 조사 광학계에 있어서, (1) 1/2 파장판, (2) 복굴절성 프리즘 및 (3) 광로 보정 광학계를 1유닛으로 한 빔 분리 유닛을, 조사 광학계의 광축 상에 복수 배열설치함으로써, 4개 이상의 빔 스팟을 형성할 수도 있다. 예를 들면, 이러한 빔 유닛을 2개 배열설치한 경우(레이저 광선의 진행 방향순으로 제1 유닛, 제2 유닛으로 함)에는, 제2 유닛의 1/2 파장판의 회전각을 22.5°로 설정하면, 제1 유닛으로 분리한 이상광 성분 및 상광 성분이 제2 유닛의 결정축에 대하여 각각 45도 기울고, 각각의 빔 성분이 추가로 이상광 성분 및 상광 성분으로 분리된다. 그 결과, 제2 유닛을 투과한 레이저 광선은 4개의 빔 스팟으로 분리된다.

(실시예)

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 상세히 서술하는데, 이 실시예의 기재에 기초하여 본 발명이 한정적으로 해석되는 것은 아니다.

(실험 1)

[실시예 1 내지 3]

<실험계의 설명>

광원과, 스테이지와, 적어도 1/2 파장판, 복굴절성 프리즘, 집광 렌즈를 구비하는 조사 광학계를 사용하여, 가공 대상물인 붕규산유리(비결정성의 경취성 재료)에 대하여, 한 쌍의 빔 스팟을 조사하고, 크랙을 형성시켰다. 그 후, 형성된 크랙의 상태의 관찰 화상을 촬영했다.

실험 1에서는, 광원으로서 Nd:YAG(THG) 레이저를 채용하고, 복굴절성 프리즘으로서 수정 웨지판을 채용했다. 또, 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리가 3μm 내지 4μm가 되도록, 수정 웨지판의 정각과 집광 렌즈 촛점거리를 선정했다. 레이저 광선의 스팟 조사에 의해 형성되는 크랙의 길이는 경취성 재료의 벽개면 파괴 강도 및 빔 스팟의 특성(예를 들면 파장, 파워, 펄스 폭, 스팟 직경 등)에 밀접하게 관련되어 있지만, 크랙을 소정 방향으로 효율적으로 생성시키기 위해서는, 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를, 레이저 광선의 집광 스팟 직경의 0.5배 내지 40배정도로 하는 것이 바람직하다. 그래서, 실험 1에서는, 경취성 재료 기판을 빔 스팟에 대하여 상대 이동시키는 XY 스테이지(X축 방향과 Y축 방향으로 상대 이동)의 이동 속도와, Q스위치 펄스 레이트를 선정하고, 가공흔 간격을 15μm가 되도록 설정했다. 또한, 집광점에서의 파워 밀도는 각 빔 스팟 모두 스팟 직경이 2.2μmφ, 1쇼트의 파워 밀도가 2.3×10¹⁰W/cm²가 되도록 레이저 파워, 집광 렌즈 등을 선정하고 있다.

실시예 1에서는, 수정 웨지판을 조사 광학계의 광축 둘레에 45° 회전시키고, 한 쌍의 빔 스팟이 가공 대상물의 XY 평면상에 있어서의 스크라이브 방향에 대하여 45°의 각도가 되도록 설정하여 가공을 행했다. 실시예 2에서는, 실시예 1에 있어서의 회전 방향과는 역방향으로 45° 회전하여 가공을 행했다. 실시예 3에서는, 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을 가공 대상물의 XY 평면상에 있어서의 스크라이브 방향과 평행하게 하여 가공을 행했다.

(실험 2)

[비교예 1 내지 3]

<실험계의 설명>

공지의 레이저 가공 방법과 마찬가지로, 광원(THG 레이저), 스테이지 및 조사 광학계를 사용하여, 가공 대상물인 붕규산유리에 대하여 1개의 빔 스팟을 조사하고, 크랙을 형성시켰다. 그 후, 형성된 크랙의 상태의 관찰 화상을 촬영했다.

비교예 1에서는, 실험 1의 경우와 마찬가지로, 빔 스팟 직경은 2.2μmφ로 설정했다. 또, 파워 밀도는 1스팟인 점을 고려하여, 실험 1의 경우의 값의 약2배인 3.9×10¹⁰W/cm²로 설정하고, 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리가 15μm가 되도록 설정하여 가공을 행했다. 비교예 2에서는, 1스팟 가공의 경우에 있어서, 각 조사 스팟의 중심간 거리를 작게 하면, 2스팟 가공의 경우와 마찬가지로 크랙의 발생이 스크라이브 방향으로 집중되는지 여부를 확인한 결과이다. 이 비교예 2에서는, Q스위치 펄스 레이트를 실험 1의 경우와 마찬가지로 설정하고, 스테이지의 이동 속도를 실험 1의 경우의 약 절반으로 설정하여 가공을 행했다. 비교예 3에서는, 파워 밀도를 2스팟 가공시에 있어서의 1개의 스팟 파워 밀도와 거의 동등한 값인 2.3×10¹⁰W/cm²로 설정하여 가공을 행했다.

<실험 1 및 2에 있어서의 특성의 평가>

실험 1 및 2의 결과를 도 3 내지 도 8에 나타낸다.

실시예 1 및 실시예 2에서는, 수정 웨지판을 조사 광학계의 광축 둘레에 90°(45°+45°) 회전시킴으로써, 한 쌍의 빔 스팟 사이에 발생한 크랙의 형성 방향이 90도 변화되는 것을 알 수 있었다. 실시예 3에서는, 한 쌍의 빔 스팟 사이에 발생한 크랙의 형성 방향이 스크라이브 방향과 일치하고, 스크라이브 방향과는 상이한 방향으로 신장하는 크랙의 형성은 억제되는 것을 알 수 있었다.

비교예 1에서는, 각 빔 스팟 가공흔 중앙부로부터 형성된 크랙이, 스크라이브 방향 뿐만아니라, 가공흔의 주변 방향에도 다수 형성되어 있는 것을 알 수 있었다. 비교예 2에서는, 가공흔 간격은 7.5μm이며, 각 빔 스팟 가공흔의 중앙부로부터 형성된 크랙이, 스크라이브 방향 뿐만아니라, 가공흔의 주변 방향에도 다수 형성되어 있는 것을 알 수 있었다. 비교예 3에서는, 가공흔의 주변 방향으로의 크랙 형성은 억제되어 있지만, 스크라이브 속도가 실시예에 있어서의 속도의 절반이 되고, 스루풋의 저하가 확인되었다.

이들 결과로부터, 본 발명의 레이저 가공 방법에 의하면, 한 쌍의 빔 스팟 사이에 형성되는 크랙의 신장 방향을 제어할 수 있고, 그 결과, 가공 속도를 저하시키지 않고, 스크라이브 홈 주변으로의 크랙 발생을 억제한 스크라이브 가공을 실현할 수 있다고 생각된다.

(실험 3)

[비교예 4]

<실험계의 설명>

공지의 레이저 가공 방법과 마찬가지로, 광원(THG 레이저), 스테이지 및 조사 광학계를 사용하여, C면을 주면으로 하는 사파이어 기판에 대하여 1개의 빔 스팟을 조사하고, 크랙을 형성시켰다. 그 후, 형성된 크랙의 상태의 관찰 화상을 촬영했다. 이러한 실험 3에 있어서의 스팟 직경은 1.1μmφ로 설정하고, 파워 밀도는 13×10¹⁰W/cm²로 설정했다.

(실험 4)

[실시예 4 내지 9]

<실험계의 설명>

실험계는 가공 대상물이 C면을 주면으로 하는 사파이어 기판인 것을 제외하고, 실험 1의 경우와 마찬가지이다. 각 빔 스팟 직경은 1.1μmφ, 각 빔 스팟의 파워 밀도는 4.6×10¹⁰W/cm², 한 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리는 약3μm가 되도록, 수정 웨지판의 정각과 집광 렌즈 촛점거리를 선정했다. 또한, 조사 스팟 간격은 Q스위치 펄스 레이트 및 스테이지의 이동 속도를 조정함으로써 15μm가 되도록 설정했다.

실시예 4에서는, 스크라이브 방향을 오리엔테이션 플랫과 평행으로 하여 가공을 행했다. 실시예 5에서는, 스크라이브 방향을 오리엔테이션 플랫과 직교 방향으로 하여 가공을 행했다. 실시예 6 및 실시예 7에서는, 수정 웨지판을 조사 광학계의 광축 둘레에 45° 회전시키고, 한 쌍의 빔 스팟의 분리 방향이 가공 대상물의 XY 평면상에 있어서의 스크라이브 방향에 대하여 45°의 각도가 되도록 설정한 다음, 실시예 6에서는 스크라이브 방향을 오리엔테이션 플랫과 평행으로 하고, 실시예 7에서는 스크라이브 방향을 오리엔테이션 플랫과 직교 방향으로 하여 가공을 행했다. 실시예 8 및 실시예 9에서는, 실시예 6 및 실시예 7에 있어서의 회전 방향과는 역방향으로 45°회전시키고, 한 쌍의 빔 스팟이 가공 대상물의 XY 평면상에 있어서의 스크라이브 방향에 대하여 45°의 각도가 되도록 설정한 다음, 실시예 8에서는 스크라이브 방향을 오리엔테이션 플랫과 평행으로 하고, 실시예 9에서는 스크라이브 방향을 오리엔테이션 플랫과 직교 방향으로 하여 가공을 행했다.

<실험 3 및 4에 있어서의 특성의 평가>

비교예 4에서는, 조사 스팟으로부터 3방향으로 크랙이 형성되어 있지만, 쇼트마다의 크랙 발생 상황에 불균일이 확인되고, 크랙의 형성이 불균일했다. 또, 각 가공흔 사이에서 크랙이 연결되지 않는 경우도 발생했다.

실시예 4에서는, 크랙의 규칙적인 연결이 확인되었다. 실시예 5에서는, 실시예 4와 마찬가지로, 크랙의 규칙적인 연결이 확인되었다. 실시예 6 및 실시예 7에서는, 빔 스팟이 늘어서는 45°방향의 크랙이 크게 신장하고 있는 것이 확인되었다. 실시예 8 및 실시예 9에서는, 실시예 6 및 실시예 7에 대하여, 최대 크랙의 방향이 90° 회전하고 있는 것이 확인되었다.

이상의 결과로부터, 결정성의 경취성 재료여도 벽개 방향을 용이하게 조정?제어할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이러한 조정?제어를 행함으로써, 레이저 조사에 의해 발생하는 벽개 방향을 제어하고, 사파이어 등의 기판의 스크라이브 방향에 가까운 벽개를 성장시킴으로써, 원하는 스크라이브 홈의 형성을 실현할 수 있다고 생각된다.

(산업상 이용가능성)

이상과 같이, 본 발명의 레이저 스크라이브 가공 방법은, 복수 쌍의 빔 스팟을 가지는 레이저 광선을 가공 대상물에 조사하고, 이 복수 쌍의 빔 스팟에 의해 형성되는 크랙을 가공 대상물이 분할되기 쉬운 방향으로 신장시켜 할단을 행하는 것인 점에서, 적은 레이저 파워로 가공을 행할 수 있고, 에너지 절약화를 실현할 수 있다. 또, 열 응력의 영향을 최소한으로 억제하는 점에서, 가공 대상물의 변형 등을 효과적으로 막을 수 있고, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 레이저 스크라이브 가공 방법은 단순하며 간편한 공정으로 구성되어 있어, 저비용화나 작업 효율의 향상을 도모할 수 있다.

1…광원 2…스테이지
3…조사 광학계 4…빔 익스펜더
5…1/2 파장판 6…복굴절성 프리즘
7…광로 보정 광학계 8…미러
9…1/4 파장판 10…집광 렌즈
11…오목 렌즈 12…볼록 렌즈
13…상광 성분 14…이상광 성분
P…레이저 광선 Q…가공 대상물
R…조사 광학계의 광축 S…결정축
STP1…출사 공정 STP2…분리 공정
STP3…집광 공정 STP4…조사 공정

Claims

레이저 광선을 출사하는 광원과, 이 레이저 광선을 가공 대상물에 이끄는 조사 광학계를 사용하는 레이저 스크라이브 가공 방법으로서,
광원으로부터 레이저 광선을 출사하는 출사 공정과,
이 레이저 광선을 진행 방향이 상이한 상광 성분 및 이상광 성분으로 분리하는 분리 공정과,
이 상광 성분 및 이상광 성분을 집광하면서, 하나 또는 복수 쌍의 빔 스팟을 형성하는 집광 공정과,
이 하나 또는 복수 쌍의 빔 스팟을 가지는 레이저 광선을 가공 대상물의 스크라이브 방향으로 간헐적으로 조사하고, 쌍을 이루는 빔 스팟 사이에 크랙을 형성시키는 조사 공정
을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 분리 공정에 있어서의 상광 성분 및 이상광 성분의 분리에, 조사 광학계에 배열설치되는 복굴절성 프리즘을 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 조사 공정에 있어서의 하나 또는 복수 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을, 가공 대상물의 스크라이브 방향을 따르도록 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 조사 공정에 있어서의 하나 또는 복수 쌍의 빔 스팟의 분리 방향을, 가공 대상물의 벽개면을 따르도록 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 조사 공정에 있어서의 하나 또는 복수 쌍의 빔 스팟의 분리 방향의 조정에, 조사 광학계에 배열설치되고, 조사 광학계의 광축을 중심으로 회전 가능한 복굴절성 프리즘을 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 조사 공정에 있어서의 하나 또는 복수 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를 조정하도록 상광 성분 및 이상광 성분의 분리 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 조사 공정에 있어서의 하나 또는 복수 쌍의 빔 스팟의 중심간 거리를, 스팟 직경의 0.2배 이상 50배 이하로 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 분리 공정에 있어서, 조사 광학계에 배열설치되고, 또한 조사 광학계의 광축을 중심으로 회전 가능한 1/2 파장판을 사용하여 상광 성분 및 이상광 성분의 강도비를 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 조사 공정에 있어서 형성되는 하나 또는 복수 쌍의 빔 스팟의 스팟 직경이 0.3μm 이상 300μm 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 스크라이브 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 조사 광학계가 1/4 파장판을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.