TW201336609A - 被加工物之加工方法及分割方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種於分割被加工物時，與先前相比更能夠達至被加工物內部之較深位置產生劈開/裂開之加工方法。本發明之加工方法藉由使複數束雷射光之各者之焦點位置為被加工物內部之不同之深度位置並同時進行照射步驟與掃描步驟，而於被加工物之不同深度位置上產生沿著加工預定線之方向之被加工物之劈開或裂開，由此於被加工物上形成用於分割之起點，上述照射步驟係以使各個單位脈衝光之被照射面上之被照射位置於空間上且時間上實質成為相同之方式，自一個照射用透鏡重疊地照射脈衝寬度為psec級之複數束脈衝雷射光；上述掃描步驟係於被照射位置於照射面上離散之條件下沿加工預定線掃描多束脈衝雷射光。

Description

被加工物之加工方法及分割方法
本發明係關於一種照射雷射光而對被加工物進行加工之加工方法。
作為照射脈衝雷射光(以下，亦簡稱為雷射光)而對被加工物進行加工之技術(以下，亦簡稱為雷射加工或雷射加工技術)，已為周知的是如下方法(例如參照專利文獻1)：使脈衝寬度為psec級之超短脈衝之雷射光一面掃描一面照射於被加工物之上表面，由此於各個單位脈衝光之被照射區域之間依次產生被加工物之劈開或裂開，作為形成於各個被照射區域中之解理面或劈理面之連續面而形成用於分割之起點(分割起點)。
專利文獻1中，於將在包含藍寶石等硬脆性且光學上透明之材料之基板上形成有LED(Light Emitting Diode，發光二極體)構造等發光元件構造之被加工物分割為晶片(分割原片)單位之情形時，上述方法尤為有效。其原因在於：藉由於解理/劈理面形成微細之凹凸而使該位置上之全反射率降低，從而可提高發光元件之光提取效率。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-131256號公報
於對被加工物設置分割起點之情形時，通常，將分割起點形成得越深，其後之分割越容易。然而，於專利文獻1中所揭示之方法之情形時，由於產生劈開/裂開之部位僅為被加工物之表面附近，因此如果被加工物之厚度變大，則難以直至更深之位置產生劈開/裂開而形成良好之分割起點。即便單純地增大雷射光之照射功率或劃線之每單位長度之照射能量，亦會對被加工物帶來不必要之傷害，因而欠佳。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種加工方法，於分割被加工物時，與先前相比能夠至被加工物內部之較深位置產生劈開/裂開。
為了解決上述問題，技術方案1之發明之特徵在於，其係一種用以於被加工物上形成分割起點之加工方法，且藉由使複數束雷射光之各者之焦點位置為被加工物內部之不同之深度位置並同時進行照射步驟與掃描步驟，而於上述被加工物之不同深度位置上產生沿著加工預定線之方向之上述被加工物之劈開或裂開，由此於上述被加工物上形成用於分割之起點；上述照射步驟係以使各個單位脈衝光之上述被照射面上之被照射位置於空間上且時間上成為相同之方式，自與上述被加工物對向配置之一個照射用透鏡重疊地照射脈衝寬度為psec級之超短脈衝光即上述複數束脈衝雷射光；上述掃描步驟係於上述被照射位置於上述照射面上離散之條件下沿上述加工預定線掃描上述複數束脈衝 雷射光。
技術方案2之發明係如技術方案1記載之被加工物之加工方法，其特徵在於：將藉由使自一個光源出射之一束脈衝雷射光於光學上分支為不同之多條分支光路而產生之複數束分支光設為上述複數束脈衝雷射光，並且藉由於上述多個分支光路之各者設置共同包含上述一個照射用透鏡但合成焦距不同之透鏡組，而使自上述照射用透鏡對上述被照射位置照射之上述複數束脈衝雷射光之各者之焦點位置不同。
技術方案3之發明係如技術方案2記載之被加工物之加工方法，其特徵在於：藉由使自上述一個光源出射之上述一束脈衝雷射光於光學上分支為第1與第2分支光路，而將上述複數束脈衝雷射光設為第1與第2脈衝雷射光；藉由將設置於上述第1分支光路中之上述透鏡組作為僅上述一個照射用透鏡，而以使與上述一個照射用透鏡相隔僅該照射用透鏡之焦距之位置成為上述焦點位置之方式照射上述第1脈衝雷射光；且藉由於上述第2分支光路中設置包含上述一個照射用透鏡與至少1個焦點位置調整用透鏡之上述透鏡組，而使上述透鏡組之上述合成焦距為與上述照射用透鏡之上述焦距不同之值，由此使上述第2脈衝雷射光之上述焦點位置與上述第1脈衝雷射光之上述焦點位置不同。
技術方案4之發明係如技術方案1至3中任一項記載之被加工物之加工方法，其特徵在於：於上述掃描步驟中，將上述加工預定線之方向設為相對於上述被加工物之不同之 兩個易劈開或裂開方向為等效之方向。
技術方案5之發明係如技術方案1至3中任一項記載之被加工物之加工方法，其特徵在於：於上述掃描步驟中，使上述加工預定線之方向與上述被加工物之易劈開或裂開方向一致。
技術方案6之發明係如技術方案1至3中任一項記載之被加工物之加工方法，其特徵在於：於上述掃描步驟中，使上述加工預定線之方向於上述被加工物之不同之兩個上述易劈開或裂開方向上交替地改變。
技術方案7之發明之特徵在於，其係一種分割被加工物之方法，其係沿分割起點而分割藉由技術方案1至3中任一項之方法而形成有上述分割起點之被加工物。
根據技術方案1至技術方案7之發明，使被加工物之變質或飛散等之產生限於局部，另一方面，使被加工物之劈開或裂開不僅於加工預定線之方向上，亦於深度方向上積極地產生，由此與先前相比可速度極高地對被加工物形成分割起點。
<加工之基本原理>
本發明之實施形態中所實現之加工之基本原理與專利文獻1中揭示之加工原理相同。因此，以下，僅對其概略進行說明。本發明中進行之加工概言之為如下之加工：使脈衝雷射光(以下，亦簡稱為雷射光)一面掃描一面照射於被 加工物之上表面(被加工面)，由此於各個脈衝之被照射區域之間依次產生被加工物之劈開或裂開，作為形成於各個被照射區域中之解理面或劈理面之連續面而形成用於分割之起點(分割起點)。
此外，於本實施形態中，所謂裂開係指被加工物沿著解理面以外之結晶面大致規則地斷裂之現象，將該結晶面稱為劈理面。另外，除作為完全沿著結晶面之微觀現象之劈開或裂開以外，亦存在作為宏觀上之斷裂之裂痕沿著大致固定之結晶方位產生之情形。根據物質而亦存在主要僅產生劈開、裂開或裂痕中之任一者之情形，但以下為了避免說明之煩雜，不對劈開、裂開及裂痕加以區分而統稱為劈開/裂開等。此外，有時亦將如上述般之態樣之加工簡稱為劈開/裂開加工等。
以下，以如下情形為例進行說明，即被加工物為六方晶之單晶物質，於其C面內相互形成120°之角度而處於相互對稱之位置之a1軸、a2軸及a3軸之各軸方向為易劈開/裂開方向，且加工預定線與a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向中之任一者垂直。更一般而言，此為相對於不同之兩個易劈開/裂開方向為等效之方向(成為兩個易劈開/裂開方向之對稱軸之方向)成為加工預定線之方向之情形。另外，以下，將按各個脈衝照射之雷射光稱為單位脈衝光。
圖1係模式性地表示劈開/裂開加工之加工態樣之圖。於圖1中，例示a1軸方向與加工預定線L正交之情形。圖1(a)係表示該情形時之a1軸方向、a2軸方向及a3軸方向與加工 預定線L之方位關係之圖。圖1(b)表示雷射光之第1脈衝之單位脈衝光照射至加工預定線L之端部之被照射區域RE11上之狀態。
一般而言，單位脈衝光之照射對被加工物之極微小區域施加較高之能量，因此，上述照射使被照射面於與單位脈衝光(雷射光)之被照射區域相當或較被照射區域更大之範圍產生物質之變質、熔融、蒸發去除等。
然而，如果將單位脈衝光之照射時間即脈衝寬度設定得極短，則較雷射光之光點尺寸窄小且存在於被照射區域RE11之大致中央區域之物質自所照射之雷射光中獲得動能，由此等離子化或高溫化為氣體狀態等而發生變質，進而朝與被照射面垂直之方向飛散，另一方面，以伴隨上述飛散而產生之反作用力為代表之因單位脈衝光之照射而產生之衝擊或應力作用於該被照射區域之周圍，尤其作用於作為易劈開/裂開方向之a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向。由此，沿著該方向，雖然於外觀上保持接觸狀態但局部產生微小之劈開或裂開，或者產生雖未達到劈開或裂開但內部存在熱應變之狀態。換言之，亦可說超短脈衝之單位脈衝光之照射係作為用以形成朝向易劈開/裂開方向之俯視大致直線狀之弱強度部分之驅動力而發揮作用。
於圖1(b)中，以虛線箭頭模式性地表示上述各易劈開/裂開方向上所形成之弱強度部分中與加工預定線L之延伸方向接近之-a2方向及+a3方向上之弱強度部分W11a、W12a。
繼而，如圖1(c)所示，當照射雷射光之第2脈衝之單位脈衝光，而於加工預定線L上於與被照射區域RE11相隔僅特定距離之位置上形成被照射區域RE12時，與第1脈衝同樣地，於該第2脈衝下亦形成沿著易劈開/裂開方向之弱強度部分。例如，於-a3方向上形成弱強度部分W11b，於+a2方向上形成弱強度部分W12b，於+a3方向上形成弱強度部分W12c，於-a2方向上形成弱強度部分W11c。
然而，於該時間點，藉由第1脈衝之單位脈衝光之照射而形成之弱強度部分W11a、W12a分別存在於弱強度部分W11b、W12b之延伸方向上。即，弱強度部分W11b、W12b之延伸方向成為可利用較其他部位小之能量產生劈開或裂開(能量之吸收率較高)之部位。因此，實際上，如果進行第2脈衝之單位脈衝光之照射，則此時所產生之衝擊或應力朝易劈開/裂開方向及存在於其前方之弱強度部分傳播，大體上於照射之瞬間自弱強度部分W11b至弱強度部分W11a、及自弱強度部分W12b至弱強度部分W12a產生徹底之劈開或裂開。由此，形成圖1(d)所示之解理/劈理面C11a、C11b。此外，解理/劈理面C11a、C11b可於被加工物之附圖中之垂直方向上形成至數μm~數十μm左右之深度。此外，於解理/劈理面C11a、C11b上，作為受到較強之衝擊或應力之結果而產生結晶面之滑動，從而於深度方向上產生起伏。
而且，如圖1(e)所示，其後如果藉由使雷射光沿著加工預定線L掃描而依次對被照射區域RE11、RE12、RE13、 RE14．．．．照射單位脈衝光，則藉由於該照射時所產生之衝擊或應力，而沿著加工預定線L依次形成附圖中直線狀之解理/劈理面C11a及C11b、C12a及C12b、C13a及C13b、C14a及C14b...。於上述態樣中解理/劈理面為連續地形成，此乃本實施形態中之劈開/裂開加工之基本原理。
換個角度來看，亦可說藉由單位脈衝光之照射而賦予熱能，由此被加工物之表層部分膨脹，於被照射區域RE11、RE12、RE13、RE14．．．．之各者之較大致中央區域更靠外側，垂直之拉伸應力會作用於解理/劈理面C11a及C11b、C12a及C12b、C13a及C13b、C14a及C14b...，從而使劈開/裂開進展。
即，於圖1所示之情形時，沿著加工預定線L離散地存在之多個被照射區域與形成於這些多個被照射區域之間之解理/劈理面整體上成為沿著加工預定線L分割被加工物時之分割起點。於形成上述分割起點後，進行使用特定之夾具或裝置之分割，由此能夠於大致沿著加工預定線L之態樣下分割被加工物。
此外，於圖1所示之情形時，以加工預定線成為與a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向之任一者垂直之方式照射單位脈衝光，作為代替，亦可為以加工預定線成為與a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向之任一者平行之方式照射單位脈衝光之態樣，或者，亦可為以各個被照射區域於交替沿著夾持加工預定線L之兩個易劈開/裂開方向之態樣下形成為鋸齒狀(Z字形)之方式，照射形成各個被照射區域之單位 脈衝光之態樣。
為了實現如上述般之劈開/裂開加工，必需照射脈衝寬度較短之短脈衝之雷射光。具體而言，必需使用脈衝寬度為100 psec以下之雷射光。例如，較佳為使用具有1 psec~50 psec左右之脈衝寬度之雷射光。
<同時多焦點加工>
於本實施形態中，利用使上述原理之劈開/裂開加工進一步發展之同時多焦點加工，於被加工物形成分割起點。圖2係模式性地表示同時多焦點加工之情形之圖。圖3係將同時多焦點加工中之脈衝雷射光之行進方式及焦點位置與依據上述之加工原理之通常之劈開/裂開加工進行對比而表示之圖。圖3(a)表示同時多焦點加工之情形，圖3(b)表示僅照射單一之脈衝雷射光LB之通常之劈開/裂開加工之情形。
於本實施形態中，所謂同時多焦點加工，概言的是指如下之加工態樣：將多束脈衝雷射光一面以各個單位脈衝光之被照射面上之被照射位置於空間且時間上成為相同、且各自之焦點位置成為被加工物內部之不同之深度位置之方式自照射用透鏡重疊地照射，一面於被照射位置於照射面上離散之條件下沿著加工預定線進行掃描，由此於被加工物之不同之深度位置產生沿著加工預定線之方向之劈開/裂開。
此外，於本實施形態中，所謂被照射位置係指被加工物之被照射面上之單位脈衝光之被照射區域之中心位置(目 標位置)。明確而言，於同時多焦點加工中，各個脈衝雷射光之單位脈衝光之被照射位置相同，但被照射區域亦可不同。
另外，所謂照射用透鏡係指與被加工物之被照射面(被加工面)對向配置之透鏡，且為對被加工物而言成為脈衝雷射光之直接之出射源者。
此外，所謂使被照射面上之單位脈衝光之被照射位置於空間且時間上相同，係指針對被加工物之沿著加工預定線之各個被照射位置使所有脈衝雷射光之照射時間相同。
根據同時多焦點加工，藉由適當設定自各個脈衝雷射光之照射用透鏡至焦點位置之距離，而形成藉由各個脈衝雷射光形成之解理/劈理面連續之較大之解理/劈理面。即，與僅照射單一之脈衝雷射光之情形相比，可於更深之位置形成分割起點。
此外，本實施形態中所說之焦點位置，不一定指與照射用透鏡相隔僅其焦距之位置。其原因在於：焦距係透鏡或透鏡組所固有之值，通常，存在於透鏡之一面側之焦點僅為1個，因此關於一個照射透鏡無法於上述一面側規定不同之多個焦點位置。下文敍述詳細情形，於本實施形態之情形時，雖共同使用照射用透鏡但準備構成不同之多個透鏡組而使各者之合成焦距不同，由此實現多束脈衝雷射光之焦點位置不同之狀態。於上述情形時，方便起見，僅包含照射用透鏡之透鏡構成之情形亦視為形成透鏡組，於上述情形時，將照射用透鏡之焦距視為合成焦距。
作為同時多焦點加工之典型例，於圖2及圖3(a)中表示重疊地照射焦點位置不同之兩束脈衝雷射光之情形。更詳細而言，作為同時多焦點加工時之脈衝雷射光之照射態樣之一例，於圖2及圖3(a)中例示如下情形：將共用光軸AX且自照射用透鏡LE至焦點位置之距離於被加工物S之深度方向(厚度方向)上不同之第1加工用雷射光LBα與第2加工用雷射光LBβ，以一面使各個單位脈衝光之照射時間及被照射面上之被照射位置一致一面重疊地照射，且被照射位置沿著加工預定線離散之方式相對於被加工物S相對性地掃描。
更詳細而言，於圖2及圖3(a)中表示作為平行光之入射至照射用透鏡LE之第1加工用雷射光LBα之焦點Fα，較作為非平行光之一種之收斂光之入射至照射用透鏡LE之第2加工用雷射光LBβ之焦點Fβ位於更深處之情形。
此外，於本實施形態中，所謂雷射光為平行光係指於光軸方向上雷射光之光束直徑實質上不發生變化(不有意地使之變化)。與此相對，將於光軸方向上雷射光之光束直徑發生變化之雷射光稱為非平行光。例如，當使平行光入射至凹透鏡等時，來自該凹透鏡之出射光成為非平行光(發散光)。
於圖2及圖3(a)所示之情形時，於焦點Fα之深度位置及其附近產生利用第1加工用雷射光LBα之單位脈衝光之劈開/裂開，而於焦點Fβ之深度位置及其附近產生利用第2加工用雷射光LBβ之單位脈衝光之劈開/裂開。如圖2中箭頭AR1 所示，如果使第1加工用雷射光LBα與第2加工用雷射光LBβ一面保持重疊狀態一面相對於被加工物S相對移動，則藉由兩者形成之解理/劈理面不僅於相對移動方向上連續，還於深度方向上連續，其結果，形成於深度方向上具有較大之擴散之解理/劈理面。
於圖3(b)所示之僅照射單一之脈衝雷射光LB之通常之情形時，必需以自被加工物之表面確實地產生劈開/裂開之方式規定其焦點F之位置，於圖2及圖3(a)所示之同時多焦點加工之情形時，由於在被加工物之表面附近藉由照射第2加工用雷射光LBβ而產生劈開/裂開，因此藉由第1加工用雷射光LBα之照射而直接形成之解理/劈理面無須到達被加工物之表面。
因此，於同時多焦點加工之情形時，可將第1加工用雷射光LBα之焦點Fα之位置設定為較照射單一之脈衝雷射光LB進行劈開/裂開加工之情形時之焦點F之位置更深之位置。
於使兩個脈衝雷射光重疊而進行同時多焦點加工之情形時，為了使藉由各者而形成之解理/劈理面於深度方向上連續，各個雷射光之焦點位置較佳為距離被照射面較近者(圖2中之第2加工用雷射光LBβ)為4 μm~45 μm左右，且距離被照射面較遠者(圖2中之第1加工用雷射光LBα)為16 μm~60 μm左右。
對於同時多焦點加工中之各個脈衝雷射光之提供方式而存在多種態樣，作為其中較佳之一例而存在如下態樣：使 自一個出射源出射之脈衝雷射光於光學上分支為兩個方向，並使共用照射用透鏡且設置於雙方中之透鏡組不同，由此使雙方之脈衝雷射光重疊。於上述情形時，易於使各個脈衝雷射光之單位脈衝光之對於被照射面之照射時間實質上相同。
或者，亦可代替如上述般之分支而於照射用透鏡自身之構成下功夫，由此產生焦點位置不同之多束脈衝雷射光。
進行同時多焦點加工之情形時之單位脈衝光之照射間距(被照射位置之中心間隔)只要於3 μm~50 μm之範圍規定即可。如果照射間距大於該範圍，則會產生易劈開/裂開方向上之弱強度部分之形成未進展至可形成解理/劈理面之程度之情形，因此就確實地形成包含如上述般之解理/劈理面之分割起點之觀點而言欠佳。另外，就掃描速度、加工效率、產品品質方面而言，照射間距越大越好，但為了更確實地形成解理/劈理面，較為理想的是於3 μm~30 μm之範圍規定，更佳為3 μm~20 μm左右。
目前，於雷射光之重複頻率為R(kHz)之情形時，每隔1/R(msec)便自雷射光源發出單位脈衝光。於雷射光相對於被加工物相對性地以速度V(mm/sec)移動之情形時，照射間距△(μm)由△=V/R規定。因此，雷射光之掃描速度V與重複頻率係以△成為數μm左右之方式規定。例如，較佳為掃描速度V為50 mm/sec~3000 mm/sec左右，重複頻率R為1 kHz~200 kHz，尤佳為10 kHz~200 kHz左右。V或R之具體值只要考慮被加工物之材質或吸收率、熱導率、熔點等而 適當規定即可。
雷射光較佳為以約1 μm~10 μm左右之光束直徑照射。然而，所重疊之各個雷射光之光束直徑亦可不同。
此外，各個雷射光之照射能量(脈衝能量)於0.1 μJ~50 μJ之範圍內適當規定即可。然而，於本實施形態中，於0.1 μJ~10 μJ之範圍內可進行足夠佳之加工。
圖4係藉由兩個脈衝雷射光對藍寶石單晶基板進行同時多焦點加工，並沿著借此而形成之解理/劈理面分割該基板所獲得之分割單片之SEM(Scanning Electron Microscope，掃描電子顯微鏡)像。更詳細而言，圖4係該分割單片之上表面(被加工物之被照射面)與包含解理/劈理面之分割面之交線附近之SEM像。圖中，上側約1/3之部分為上表面，除此以外之部分為分割面。於同時多焦點加工中，對於各個脈衝雷射光之焦點位置，距離被照射面較近者設定為6 μm，距離被照射面較遠者設定為16 μm，單位脈衝光之照射間距(被照射位置之中心間隔)設定為10 μm。
根據圖4，於分割面之距離被照射面較遠之部位，存在沿上下方向延伸之楔形之區域及於其左右大致對稱之於斜方向上出現多個條紋之條紋狀部分。前者係單位脈衝光照射之區域。後者係解理/劈理面，條紋狀部分係具有0.1 μm~1 μm左右之高低差之微小之凹凸，且係藉由照射脈衝雷射光而對被加工物作用較強之衝擊或應力，由此於特定之結晶面產生滑動而形成者。
於圖4中表示單位脈衝光之照射間距為10 μm，如果以此為參考，則可知解理/劈理面之最大深度為33 μm左右。通常之劈開/裂開加工中之解理/劈理面之最大深度(分割起點之深度)最多為12 μm左右，因此，藉由進行同時多焦點加工，可於通常之約3倍左右之深度位置形成分割起點。由此，藉由進行同時多焦點加工並進行分割，可更高精度地分割被加工物。
如上述般，於本實施形態中，藉由進行使上述劈開/裂開加工進一步發展之同時多焦點加工，將被加工物之變質或飛散等之產生停留於局部，另一方面，使被加工物之劈開或裂開不僅於加工預定線之方向上積極地產生，於深度方向亦積極地產生，由此與先前相比，可速度極高地對被分割體形成分割起點。
<雷射加工裝置之概要>
圖5係模式性地表示可實現本實施形態之同時多焦點加工之雷射加工裝置100之構成之圖。此外，並不限定於同時多焦點加工，雷射加工裝置100藉由適當改變光學系統或脈衝雷射光之照射態樣等，亦可對被加工物進行溝槽加工或開孔加工等。如圖5所示，雷射加工裝置100主要包含載物台部10與光學系統20。此外，雷射加工裝置100包含控制各部分之動作之未圖示之控制部。
載物台部10係載置固定被加工物S之部位。載物台部10包含未圖示之吸附機構，其可吸附固定載置於載物台部10之上表面10a之被加工物S。此外，載物台部10包含移動機 構10m，藉由上述移動機構10m之作用而可進行向正交之兩個方向之水平移動及於水平面內之旋轉移動。
光學系統20係用於對載置固定於載物台部10上之被加工物S照射雷射光之部位。光學系統20主要包含雷射光源21、3個1/2波長板22(第1個1/2波長板22a、第2個1/2波長板22b、第3個1/2波長板22c)、4個偏振分光鏡23(第1偏振分光鏡23a、第2偏振分光鏡23b、第3偏振分光鏡23c、第4偏振分光鏡23d)、焦點位置調整用透鏡24(第1調整用透鏡24a、第2調整用透鏡24b)及照射用透鏡25。
雷射光源21出射作為直線偏光且平行光之雷射光LB0。作為上述雷射光源21，可使用各種周知之光源。只要根據加工目的而選擇使用適當之光源即可。較佳為使用Nd：YAG(Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet，摻釹釔鋁石榴石)雷射光、Nd：YVO4(Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate，摻釹釩酸釔)雷射光或其他固體雷射光之態樣。此外，於雷射光源21中附帶有快門ST。
例如，如果為於將藍寶石單晶基材用作基底基板之LED基板之切割道位置上形成劃線之情形，則較佳為使用psec雷射。此外，於本實施形態中，所謂LED基板係指於表面上形成有二維地排列著各自構成LED之單位圖案之LED電路圖案之半導體基板，上述切割道係指將上述LED基板分割為單個LED晶片(單片化)時之分割預定位置。
打開快門ST而自雷射光源21出射之雷射光LB0，藉由設置於其光路P0上之第1個1/2波長板22a，予以適當地調整 其偏光程度(P偏光與S偏光之比率)。
經過第1個1/2波長板22a之雷射光LB0到達設置於光路P0上之第1偏振分光鏡23a。第1偏振分光鏡23a使雷射光LB0分支為沿第1分支光路P1行進之第1分支光LB1及沿第2分支光路P2行進之第2分支光LB2。換言之，第1偏振分光鏡23a係作為使雷射光LB0分支為第1分支光LB1與第2分支光LB2之分支單元而發揮功能。
更詳細而言，第1偏振分光鏡23a係使第1分支光LB1作為P偏光之透過光而出射，使第2分支光LB2作為S偏光之反射光而出射。另外，作為以第1偏振分光鏡23a為代表之偏振分光鏡23，使用透過效率為90%~95%且反射效率為約99%者。由此，偏振分光鏡23之光學上之損失降低至最小限度。
第1分支光路P1及第2分支光路P2係藉由於設置於其中途之第1反射鏡26或第2反射鏡27反射第1分支光LB1或第2分支光LB2而適當地改變各者之方向。
此外，於圖5中，第1反射鏡26與第2反射鏡27於附圖所成之平面內以僅反射脈衝雷射光之姿勢配置，但此只不過係為了便於圖示。此外，第1反射鏡26與第2反射鏡27之個數亦不限定於圖5中例示之情形。即，第1反射鏡26與第2反射鏡27根據構成光學系統20之各要素之配置佈局上之要求等，以適當之個數、配置位置及姿勢設置。
第1分支光路P1係於第1分支光LB1行進之方向上依序包含第2個1/2波長板22b與第2偏振分光鏡23b。此外，第1分 支光路P1係以使透過第2偏振分光鏡23b之作為P偏光之第1分支光LB1到達第4偏振分光鏡23d之方式構成。
第2個1/2波長板22b與第2偏振分光鏡23b係用於能夠調整第1分支光LB1之光量而設置。具體而言，自第1偏振分光鏡23a作為P偏光而出射之第1分支光LB1於不存在第2個1/2波長板22b之情形時，以上述透過效率透過第2偏振分光鏡23b。與此相對，於如上述般設置有第2個1/2波長板22b之情形時，藉由利用第2個1/2波長板22b調整偏光程度，能夠對可透過第2偏振分光鏡23b之第1分支光LB1之P偏光之比率進行調整。由此，作為結果，第1分支光LB1之光量被調整。
另一方面，第2分支光路P2係於第2分支光LB2行進之方向上依序包含第3個1/2波長板22c、第3偏振分光鏡23c及焦點位置調整用透鏡24。此外，於圖5中雖然被簡化，但第2分支光路P2係以於第3偏振分光鏡23c反射之作為S偏光之第2分支光LB2經過焦點位置調整用透鏡24之後到達第4偏振分光鏡23d之方式構成。
另外，於第2分支光路P2中，兩個第2反射鏡27藉由移動機構27m而自如移動。由此，於雷射加工裝置100中，可適當調整第2分支光路P2之光路長。
第3個1/2波長板22c與第3偏振分光鏡23c係用於能夠調整第2分支光LB2之光量而設置。具體而言，自第1偏振分光鏡23a作為S偏光而出射之第2分支光LB2於不存在第3個1/2波長板22c之情形時，以上述反射效率於第3偏振分光 鏡23c反射。與此相對，於如上述般設置有第3個1/2波長板22c之情形時，藉由利用第3個1/2波長板22c調整偏光程度，能夠對可於第3偏振分光鏡23c反射之第2分支光LB2之S偏光之比率進行調整。由此，作為結果，第2分支光LB2之光量被調整。
另外，於圖5所示之情形時，由作為凹透鏡之第1調整用透鏡24a與作為凸透鏡之第2調整用透鏡24b構成焦點位置調整用透鏡24。於上述情形時，作為平行光入射至第1調整用透鏡24a之第2分支光LB2，作為越向前方則光軸周圍之擴散越大之非平行光即發散光而自第1調整用透鏡24a出射，雖然藉由第2調整用透鏡24b而調整光軸周圍之擴散程度，但仍然以非平行光之狀態到達第4偏振分光鏡23d。
第1分支光路P1與第2分支光路P2於第4偏振分光鏡23d匯合而成為共用光路P3。於共用光路P3上具有照射用透鏡25，載物台部10位於該照射用透鏡25之前方。
經由第1分支光路P1之作為P偏光之第1分支光LB1，透過第4偏振分光鏡23d並沿共用光路P3行進，經過照射用透鏡25後照射至載置於載物台部10上之被加工物S。由於設置於第1分支光路P1及連接於其之共用光路P3上之透鏡僅為照射用透鏡，因此第1分支光LB1係以與照射用透鏡25相隔僅其焦距之位置為焦點位置而照射於被加工物S上。
另一方面，經由第2分支光路P2之作為S偏光之第2分支光LB2，於第4偏振分光鏡23d反射並沿共用光路P3行進，經過照射用透鏡25後照射至載置於載物台部10上之被加工 物S。此時，由於在第2分支光路P2及連接於其之共用光路P3上設置有包含焦點位置調整用透鏡24與照射用透鏡25之透鏡組，因此第2分支光LB2以與照射用透鏡25相隔僅該透鏡組之合成焦距之位置為焦點位置而照射於被加工物S上。
根據具有如上述般之構成之雷射加工裝置100，概言之，藉由一面使載置固定有被加工物S之載物台部10適當移動，一面對被加工物S重疊地照射焦點位置不同之第1分支光LB1與第2分支光LB2，從而可對被加工物S之所期望之加工位置進行多種加工。其中代表性之加工態樣為上述之同時多焦點加工。
即，如果作為雷射光源21而設為可出射作為脈衝寬度為100 psec以下之超短脈衝光之脈衝雷射光者，以第1分支光路P1與第2分支光路P2之光路長成為相等之方式藉由移動機構27m調整第2反射鏡27之配置位置，並適當規定照射用透鏡25之高度位置及第2分支光路P2上之焦點位置調整用透鏡24之配置位置，由此將第1分支光LB1與第2分支光LB2之焦點位置設定於被加工物S之內部，且適當設定脈衝雷射光之重複頻率、光束直徑或載物台部10之移動速度之照射條件，則可於雷射加工裝置100中較佳地進行同時多焦點加工。此時，於以包含焦點位置調整用透鏡24與照射用透鏡25之透鏡組之合成焦距短於照射用透鏡25之焦距之方式配置焦點位置調整用透鏡24之情形時，第1分支光LB1成為上述第1加工用雷射光LBα，第2分支光LB2成為第 2加工用雷射光LBβ，可進行圖2及圖3(a)所示之態樣下之同時多焦點加工。
<變形例>
可於雷射加工裝置100中實施之加工並不限定於上述同時多焦點加工。例如，亦可進行使用出射脈衝寬度更大之脈衝雷射光之雷射光源21之加工。另外，亦可進行於各個單脈衝光之被照射位置連續之條件下照射脈衝雷射光之態樣下之加工。此外，亦可進行藉由調整第2分支光路P2之光路長而使第1加工用雷射光LBα與第2加工用雷射光LBβ之照射時間不同之狀態下之加工。
另外，於上述雷射加工裝置中，藉由使雷射光LB0分支為第1分支光路P1與第2分支光路P2之兩者，可對被加工物S照射焦點位置不同之兩個脈衝雷射光，雷射加工裝置亦可具有如下構成：藉由設置更多之分支光路，並使各個透鏡組之合成焦距互不相同，而可對被加工物S照射焦點位置不同之3個以上之脈衝雷射光。
10‧‧‧載物台部
10m‧‧‧移動機構
11a‧‧‧弱強度部分
20‧‧‧光學系統
21‧‧‧雷射光源
22‧‧‧1/2波長板
23‧‧‧偏振分光鏡
24‧‧‧焦點位置調整用透鏡
25、LE‧‧‧照射用透鏡
26‧‧‧第1反射鏡
27‧‧‧第2反射鏡
27m‧‧‧移動機構
100‧‧‧雷射加工裝置
AR1‧‧‧箭頭
AX‧‧‧光軸
C11a~C14a、C11b~C14b‧‧‧解理/劈理面
F、Fα、Fβ‧‧‧焦點
L‧‧‧加工預定線
LB、LB0‧‧‧(脈衝)雷射光
LB1‧‧‧第1分支光
LB2‧‧‧第2分支光
LBα‧‧‧第1加工用雷射光
LBβ‧‧‧第2加工用雷射光
P0‧‧‧光路
P1‧‧‧第1分支光路
P2‧‧‧第2分支光路
P3‧‧‧共用光路
RE11、RE12、RE13、RE14‧‧‧被照射區域
S‧‧‧被加工物
ST‧‧‧快門
W11a~W11c、W12a~W12c‧‧‧弱強度部分
圖1(a)~(e)係模式性地表示劈開/裂開加工之加工態樣之圖式。
圖2係模式性地表示同時多焦點加工之情形之圖式。
圖3(a)、(b)係使同時多焦點加工中之脈衝雷射光之行進方式和焦點位置與通常之劈開/裂開加工進行對比而表示之圖式。
圖4係藉由分割進行了同時多焦點加工之藍寶石單晶基 板而獲得之分割單片之SEM像。
圖5係模式性地表示雷射加工裝置100之構成之圖式。
AR1‧‧‧箭頭
AX‧‧‧光軸
LBα‧‧‧第1加工用雷射光
LBβ‧‧‧第2加工用雷射光
LE‧‧‧照射用透鏡
S‧‧‧被加工物

Claims (7)

  1. 一種被加工物之加工方法，其特徵在於，其係用以於被加工物上形成分割起點之加工方法，且藉由使複數束雷射光之各者之焦點位置為被加工物內部之不同之深度位置並同時進行照射步驟與掃描步驟，而於上述被加工物之不同深度位置上產生沿著加工預定線之方向之上述被加工物之劈開或裂開，由此於上述被加工物上形成用於分割之起點；上述照射步驟係以使各個單位脈衝光之上述被照射面上之被照射位置於空間上且時間上成為相同之方式，自與上述被加工物對向配置之一個照射用透鏡重疊地照射脈衝寬度為psec級之超短脈衝光即上述複數束脈衝雷射光；上述掃描步驟係於上述被照射位置於上述照射面上離散之條件下沿上述加工預定線掃描上述複數束脈衝雷射光。
  2. 如請求項1之被加工物之加工方法，其中將藉由使自一個光源出射之一束脈衝雷射光於光學上分支為不同之多條分支光路而產生之複數束分支光設為上述複數束脈衝雷射光，並且藉由於上述多個分支光路之各者設置共同包含上述一個照射用透鏡但合成焦距不同之透鏡組，而使自上述照射用透鏡對上述被照射位置照射之上述複數束脈衝雷射光之各者之焦點位置不同。
  3. 如請求項2之被加工物之加工方法，其中藉由使自上述一個光源出射之上述一束脈衝雷射光於光學上分支為第1與第2分支光路，而將上述複數束脈衝雷射光設為第1與第2脈衝雷射光，藉由將設置於上述第1分支光路中之上述透鏡組作為僅上述一個照射用透鏡，而以使與上述一個照射用透鏡相隔僅該照射用透鏡之焦距之位置成為上述焦點位置之方式照射上述第1脈衝雷射光，且藉由於上述第2分支光路中設置包含上述一個照射用透鏡與至少1個焦點位置調整用透鏡之上述透鏡組，而使上述透鏡組之上述合成焦距為與上述照射用透鏡之上述焦距不同之值，由此使上述第2脈衝雷射光之上述焦點位置與上述第1脈衝雷射光之上述焦點位置不同。
  4. 如請求項1至3中任一項之被加工物之加工方法，其中於上述掃描步驟中，將上述加工預定線之方向設為相對於上述被加工物之不同之兩個易劈開或裂開方向為等效之方向。
  5. 如請求項1至3中任一項之被加工物之加工方法，其中於上述掃描步驟中，使上述加工預定線之方向與上述被加工物之易劈開或裂開方向一致。
  6. 如請求項1至3中任一項之被加工物之加工方法，其中於上述掃描步驟中，使上述加工預定線之方向於上述被加工物之不同之兩個上述易劈開或裂開方向上交替地改變。
  7. 一種被加工物之分割方法，其特徵在於，其係分割被加工物之方法，且沿分割起點而分割藉由如請求項1至3中任一項之上述方法而形成有上述分割起點之被加工物。
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