TW201417927A - 雷射切割方法 - Google Patents

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Abstract

一種雷射切割方法，係利用脈衝選擇器控制脈衝雷射光束的通過與遮蔽，藉此以光脈衝單位來切換脈衝雷射光束對被加工基板的照射與非照射，而與時脈訊號同步，而在被加工基板上形成到達基板表面的裂痕，使得前述裂痕會在被加工基板表面連續；該雷射切割方法，具備：第1裂痕形成步驟，對被加工基板沿著第1直線照射脈衝雷射光束；及第2裂痕形成步驟，對被加工基板沿著與第1直線正交之第2直線照射脈衝雷射光束；在第1直線與第2直線交叉之區域，於第1裂痕形成步驟或第2裂痕形成步驟，使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加。

Description

雷射切割方法 關連申請案參照
本申請案係以2012年7月6日申請之日本發明專利申請案特願2012-152237作為優先權主張之基礎。該特願2012-152237記載之所有內容被包含於本申請案當中。
本發明係有關使用脈衝雷射光束之雷射切割方法。
將脈衝雷射光束用於半導體基板切割之方法，如JP3867107所揭示。JP3867107之方法，是藉由脈衝雷射光束而產生之光學性損傷，在加工對象物的內部形成改質區域。而以該改質區域為起點將加工對象物裁斷。
習知技術當中，是以脈衝雷射光束的能量、點徑、脈衝雷射光束與加工對象物的相對移動速度等來作為參數，以控制改質區域之形成。
切割時講求裁斷部要有高度直線性。舉例來說，如果只能裁斷成鋸齒形狀，則加工對象物上形成的半導體元件會受到切割影響及元件特性會劣化，或必須增寬切割線的寬度，使得基板上能夠形成的元件數會減少等，造成問題。
本發明一態樣之雷射切割方法，係將被加工基板載置於平台，產生時脈訊號，射出與前述時脈訊號同步之脈衝雷射光束，使前述被加工基板與前述脈衝雷射光束相對地移動，與前述時脈訊號同步，利用脈衝選擇器(pulse picker)控制前述脈衝雷射光束的通過與遮蔽，藉此以光脈衝單位來切換前述脈衝雷射光束對前述被加工基板的照射與非照射，控制前述脈衝雷射光束的照射能量、前述脈衝雷射光束的加工點深度、及前述脈衝雷射光束的照射區域及非照射區域的長度，藉此在前述被加工基板上形成到達基板表面的裂痕，使得前述裂痕會在前述被加工基板表面連續；該雷射切割方法，其特徵為，具備：第1裂痕形成步驟，對前述被加工基板沿著第1直線照射脈衝雷射光束；及第2裂痕形成步驟，對前述被加工基板沿著與前述第1直線正交之第2直線照射脈衝雷射光束；在前述第1直線與前述第2直線交叉之區域，於前述第1裂痕形成步驟或前述第2裂痕形成步驟，使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加。
在上述態樣之方法當中，較理想是，於前述第1或第2裂痕形成步驟中，產生照射控制訊號，該照射控制訊號係具備欲使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加之處的資訊，利用前述照射控制訊號，使前述第1直線與前述第2直線交叉之區域的光脈衝密度增加。
在上述態樣之方法當中，較理想是，前述裂痕在前述被加工基板表面形成為略直線。
在上述態樣之方法當中，較理想是，前述被加工基板的位置與前述脈衝選擇器的動作開始位置係同步。
在上述態樣之方法當中，較理想是，前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
依照本發明，可提供一種雷射切割方法，藉由將脈衝雷射光束的照射條件最佳化，而實現優良的裁斷特性。
10‧‧‧雷射切割裝置
12‧‧‧雷射振盪器
14‧‧‧脈衝選擇器
16‧‧‧光束整形器
18‧‧‧聚光透鏡
20‧‧‧XYZ平台部
22‧‧‧雷射振盪器控制部
24‧‧‧脈衝選擇器控制部
25‧‧‧照射控制部
26‧‧‧加工控制部
28‧‧‧基準時脈振盪電路
30‧‧‧加工表格部
100‧‧‧LED
圖1為實施形態之雷射切割方法中所使用的雷射切割裝置一例示意概略構成圖。
圖2為實施形態之雷射切割方法工程流程圖。
圖3為實施形態之雷射切割方法說明圖。
圖4為實施形態之LED一例示意截面圖。
圖5A~B為雷射切割方法之問題點說明圖。
圖6A~B為實施形態之雷射切割方法說明圖。
圖7為實施形態之雷射切割方法作用示意圖。
圖8為實施形態之雷射切割方法時間點控制說明圖。
圖9為實施形態之雷射切割方法的脈衝選擇器動作與調變脈衝雷射光束PL2的時間點示意圖。
圖10為實施形態之雷射切割方法照射圖樣說明圖。
圖11為實施形態之裂痕形成步驟中，照射至藍寶石基板上的照射圖樣示意俯視圖。
圖12為圖11之AA截面圖。
圖13A~D為實施形態之作用說明圖。
圖14為實施形態中平台移動與切割加工之間的關係說明圖。
以下參照圖面，說明本發明之實施形態。另，本說明書中，所謂加工點係指脈衝雷射光束在被加工基板內的聚光位置(焦點位置)鄰近的點，且為被加工基板的改質程度於深度方向成為最大之點。而所謂加工點深 度，係指脈衝雷射光束的加工點相距被加工基板表面之深度。
此外，本說明書中，所謂光脈衝密度係指以光脈衝單位來反覆脈衝雷射光束之照射與非照射時，掃描線上的照射光脈衝數之密度。
實施形態之雷射切割方法，係為一種雷射切割方法，其將被加工基板載置於平台，產生時脈訊號，射出與時脈訊號同步之脈衝雷射光束，使被加工基板與脈衝雷射光束相對地移動，利用脈衝選擇器控制脈衝雷射光束的通過與遮蔽，藉此以光脈衝單位來切換脈衝雷射光束對被加工基板的照射與非照射，而與時脈訊號同步，控制脈衝雷射光束的照射能量、脈衝雷射光束的加工點深度、及脈衝雷射光束的照射區域及非照射區域的長度，藉此以裂痕會在被加工基板表面連續的方式，在被加工基板上形成到達基板表面的前述裂痕，又，具備：第1裂痕形成步驟，對被加工基板沿著第1直線照射脈衝雷射光束；及第2裂痕形成步驟，對被加工基板沿著與第1直線正交之第2直線照射脈衝雷射光束。又，在第1直線與第2直線交叉之區域，於第1裂痕形成步驟或第2裂痕形成步驟，使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加。
藉由上述構成，可提供一種雷射切割方法，針對被加工基板實現優良的裁斷特性。此處所謂優良的裁斷特性，例如可舉出(1)裁斷部被裁斷而直線性良好、(2)工程簡略、(3)能以較小的裁斷力裁斷而提升切割 之元件的良率、等等。特別是，在被加工基板上形成之元件的切割線交點，亦即在脈衝雷射光束的掃描交叉之區域，可抑制直線性較低之例如鋸齒形狀的裁斷部產生。
又，藉由在被加工基板表面形成連續的裂痕，特別容易切割如藍寶石基板般之硬質基板。此外，可以較窄的切割寬度來實現切割。
實現上述雷射切割方法之實施形態的雷射切割裝置，係具備：平台，可載置被加工基板；基準時脈振盪電路，產生時脈訊號；雷射振盪器，射出脈衝雷射光束；雷射振盪器控制部，使脈衝雷射光束與時脈訊號同步；脈衝選擇器，設於雷射振盪器與平台之間的光路，切換脈衝雷射光束對被加工基板的照射與非照射；及脈衝選擇器控制部，與時脈訊號同步，以光脈衝單位來控制脈衝雷射光束於脈衝選擇器的通過與遮蔽。
圖1為實施形態之雷射切割裝置一例示意概略構成圖。如圖1所示，實施形態之雷射切割裝置10，其主要構成係具備：雷射振盪器12、脈衝選擇器14、光束整形器(beam shaper)16、聚光透鏡18、XYZ平台部20、雷射振盪器控制部22、脈衝選擇器控制部24、照射控制部25及加工控制部26。於加工控制部26，具備產生所需時脈訊號S1之基準時脈振盪電路28及加工表格部30。
雷射振盪器12係構成為，射出與基準時脈振盪電路28產生之時脈訊號S1同步之，周期Tc的脈衝雷 射光束PL1。照射脈衝光的強度服從高斯分佈。時脈訊號S1係為用於雷射切割加工控制之加工控制用時脈訊號。
在此，從雷射振盪器12射出之雷射波長，係使用相對於被加工基板為穿透性之波長。作為雷射，可使用Nd：YAG雷射、Nd：YVO4雷射、Nd：YLF雷射等。
脈衝選擇器14，係設置於雷射振盪器12與聚光透鏡18之間的光路上。而與時脈訊號S1同步來切換脈衝雷射光束PL1的通過與遮蔽(ON/OFF)，藉此構成為以光脈衝數單位來切換脈衝雷射光束PL1對被加工基板的照射與非照射。像這樣，藉由脈衝選擇器14的動作，脈衝雷射光束PL1，其ON/OFF受到控制以供被加工基板加工之用，成為被調變之調變脈衝雷射光束PL2。
脈衝選擇器14，例如以音響光學元件(AOM)構成為理想。此外，例如也可使用拉曼繞射型之電氣光學元件(EOM)。
光束整形器16，係使入射的脈衝雷射光束PL2成為整形成所需形狀之脈衝雷射光束PL3。舉例來說，係為將光束直徑以一定倍率擴大之光束擴大器(beam expander)。此外，例如亦可具備如均勻器(homogenizer)之類的光學元件，使光束截面的光強度分布均一。此外，例如亦可具備使光束截面變成圓形之元件、或使光束變成圓偏光之光學元件。
聚光透鏡18係構成為，將被光束整形器16整形之脈衝雷射光束PL3加以聚光，而將脈衝雷射光束 PL4照射至XYZ平台部20上載置之被加工基板W，例如形成有LED的藍寶石基板。
XYZ平台部20，係為可載置被加工基板W，能夠於XYZ方向自由移動之XYZ平台(以下或簡稱為平台)，且具備例如具有雷射干涉計的位置感測器等，以計測其驅動機構部、平台的位置。在此，XYZ平台係構成為，其定位精度及移動誤差是達到次微米(submicron)範圍的高精度。而使其於Z方向移動，藉由可相對於被加工基板W調整脈衝雷射光束的焦點位置，以控制加工點深度。
加工控制部26係整體地控制雷射切割裝置10之加工。基準時脈振盪電路28係產生所需之時脈訊號S1。此外，在加工表格部30記憶有加工表格，其以脈衝雷射光束的光脈衝數來記述切割加工資料。
照射控制部25，在裂痕形成時，為了於脈衝雷射光束可能會反覆照射之處使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加，係記憶光脈衝密度增加處的資訊。而還具備下述功能，即，依據記憶之資訊而生成照射控制訊號(S6)，該生成照射控制訊號(S6)具備脈衝雷射光束照射的光脈衝密度增加處之資訊，而傳達給脈衝選擇器控制部24。光脈衝密度增加處之資訊，例如為切割線的交點，或是將包含交點的規定範圍加以特定之XY座標。
接下來，參照圖面，說明使用上述雷射切割裝置10之雷射切割方法。圖2為實施形態之雷射切割方 法工程流程圖。圖3為實施形態之雷射切割方法說明圖。
首先，進行將被加工基板W載置於雷射切割裝置10的XYZ平台部20上之步驟(Step1)。被加工基板W例如為晶圓，其利用藍寶石基板上的磊晶半導體層而形成有複數個LED100。
如圖3所示，在被加工基板W形成有複數個LED100。LED100之間係為為了將LED100一個個分割而具備規定寬度之區域，也就是切割線。切割線的寬度係依據切割裝置的能力、元件的種類等而設定成規定寬度，以實現元件的充分良率。
圖4為LED100一例示意截面圖。如圖4所示，LED100例如具備藍寶石基板101、及在藍寶石基板101上例如藉由磊晶成長而形成之GaN系的半導體層102。半導體層102具備發光層102a。此外，具備第1電極103及第2電極104，以便對半導體層102通電。
Step1中，將被加工基板W載置於XYZ平台部20上，使LED100的藍寶石基板101在上面。在此，將LED100配置的X方向間距訂為「a」、Y方向間距訂為「b」。
接著，沿著第1直線(L1)照射脈衝雷射光束，進行形成裂痕之第1裂痕形成步驟(Step2)。在此，所謂第1直線(L1)係指沿著與被加工基板的X方向垂直之切割線的直線。也就是說，為XY座標上以X=x0+(n-1)a表示之直線。另，圖3中n=1~7。
第1裂痕形成步驟中，是以照射/非照射=1/1之比例來照射脈衝雷射光束。
接著，沿著與第1直線(L1)正交之第2直線(L2)照射脈衝雷射光束，進行形成裂痕之第2裂痕形成步驟(Step3)。在此，所謂第2直線(L2)係指沿著與被加工基板的Y方向垂直之切割線的直線。也就是說，為XY座標上以Y=y0+(k-1)b表示之直線。另，圖3中k=1~6。
圖5A~B為雷射切割方法之問題點說明圖。圖5A為脈衝雷射光束之照射圖樣示意圖，圖5B為藉由圖5A之照射圖樣而形成的裂痕形狀示意圖。各圖均為例如圖3中以虛線圓圍繞之區域的擴大圖。此外，圖5A中的實線圓表示脈衝雷射光束照射於被加工基板W表面之區域。虛線圓表示脈衝雷射光束為非照射之區域。
如圖5A所示，即使是在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉之區域，也和其他區域同樣，以一定的光脈衝密度進行脈衝雷射光束之照射。在此情形下，如圖5B所示，裂痕在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉之區域可能會斜行而成為鋸齒形狀。
裂痕通常是將藉由脈衝雷射光束照射而在基板內形成之改質區域間予以連結而形成。圖5B的情形中，於第2裂痕形成步驟，沿著第2直線(L2)照射脈衝雷射光束時，在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉之區域，已經存在藉由第1裂痕形成步驟形成之改質區域或 裂痕。因此，可以認為，當例如相對於第1或第2直線為斜行方向之結晶方向是比較容易被裁斷的方向，那麼在第2裂痕形成步驟時，便會相對於第2直線(L2)形成斜行的裂痕。
一旦形成這種斜行的裂痕或鋸齒形狀的裂痕，則例如在被加工基板W上形成之LED等便會發生元件特性劣化等，而造成元件良率降低之問題產生。或者是，如果設定切割線的寬度使其涵蓋這種鋸齒形狀，便會造成一片被加工基板W上可形成的元件數減少之問題產生。
實施形態中，在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉之區域，於第1裂痕形成步驟或第2裂痕形成步驟的其中一者或兩者之步驟當中，係控制脈衝雷射光束之照射，以使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加。
圖6A~B為實施形態之雷射切割方法說明圖。圖6A、圖6B均為圖3中以虛線圓圍繞之區域的擴大圖。其揭示以X=x0+2a表示之第1直線(L1)、以及以Y=y0+(k-1)b表示之第2直線(L2)交叉之區域。
此外，圖6A~B中的實線圓表示脈衝雷射光束照射於被加工基板W表面之區域。虛線圓表示脈衝雷射光束為非照射之區域。
例如如圖6A所示，於第1裂痕形成步驟，在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉之區域，亦即切割線的交點，係使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加而照射脈 衝雷射光束。具體來說，在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉以外之區域，使原本為非照射區域的至少一部分成為照射區域之圖樣而進行照射。
接著，如圖6B所示，於第2裂痕形成步驟，同樣在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉之區域，亦即切割線的交點，係使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加而照射脈衝雷射光束。具體來說，在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉以外之區域，使原本為非照射區域的至少一部分成為照射區域之圖樣而進行照射。
圖7為實施形態之作用示意圖。如圖7所示，按照實施形態，在第1及第2裂痕形成步驟之後，會形成直線性高的裂痕。是故，可形成直線性高的裁斷部。其原因可認為是，藉由在切割線的交點使光脈衝密度增加，改質區域的密度也會變高，而容易沿著第1及第2直線發生裁斷，故第1或第2直線斜行而發生裁斷之情況便不易產生。
另，上述舉例說明之情形雖是於第1及第2裂痕形成步驟雙方，在切割線的交點使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加，但即使是於其中一個裂痕形成步驟使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加之形態，仍可提升形成之裂痕的直線性。
特別是，在裂痕已經藉由第1裂痕形成步驟而產生之狀態下所進行之第2裂痕形成步驟中，從提升裂痕直線性的觀點看來，使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加 較理想。在此情形下，相較於第1裂痕形成步驟，理想是在第2裂痕形成步驟中將第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉之區域的光脈衝密度增大。
接著，說明第1及第2裂痕形成步驟(Step2、3)之基本動作細節。
首先，將被加工基板W，例如在藍寶石基板上形成有LED100之基板，載置於XYZ平台部20。該被加工基板W例如為晶圓，其在藍寶石基板的下面具有經磊晶成長之GaN層，而在該GaN層形成有複數個LED圖樣。以晶圓上形成的缺口(notch)或定向平面(orientation flat)為基準，對XYZ平台進行晶圓之對位。
圖8為實施形態之雷射切割方法時間點控制說明圖。在加工控制部26內的基準時脈振盪電路28，會生成周期Tc的時脈訊號S1。雷射振盪器控制部22會控制以使雷射振盪器12射出與時脈訊號S1同步之，周期Tc的脈衝雷射光束PL1。此時，時脈訊號S1的上升(rise)與脈衝雷射光束的上升之間，會發生遲延時間t1。
雷射光係使用對於被加工基板具有穿透性之波長者。於裂痕形成步驟中，使用之雷射光，較佳是照射之雷射光光子的能量hv，比被加工基板材料吸收之能隙Eg還大。若能量hv比能隙Eg還大非常多，則會發生雷射光吸收。這稱為多光子吸收，當極度縮短雷射光的脈衝 寬度，使被加工基板的內部引起多光子吸收，那麼多光子吸收的能量便不會轉化為熱能量，而會誘發離子價數變化、結晶化、非晶質化、分極配向或微小裂痕形成等永續性的構造變化，而形成色中心(color center)。
該雷射光(脈衝雷射光束)的照射能量(照射功率)，於第1及第2裂痕形成步驟中，理想是在被加工基板表面形成連續性裂痕的前提下選擇最適當的條件。
而於第1及第2裂痕形成步驟中，若使用對於被加工基板材料具有穿透性之波長，則便可將雷射光導光、聚光至基板內部的焦點附近。是故，可局部地作出色中心。該色中心亦稱為改質區域。
脈衝選擇器控制部24，是參照從加工控制部26輸出之加工圖樣訊號S2，來生成與時脈訊號S1同步之脈衝選擇器驅動訊號S3。加工圖樣訊號S2被記憶於加工表格部30中，參照以光脈衝數記述之加工表格，以光脈衝單位生成照射圖樣之資訊。脈衝選擇器14是依據脈衝選擇器驅動訊號S3，而與時脈訊號S1同步，進行切換脈衝雷射光束PL1的通過與遮蔽(ON/OFF)之動作。
藉由該脈衝選擇器14之動作，生成調變脈衝雷射光束PL2。此時，時脈訊號S1的上升(rise)與脈衝雷射光束的上升、下降(fall)之間，會發生遲延時間t2、t3。此外，脈衝雷射光束的上升、下降與脈衝選擇器動作之間，會發生遲延時間t4、t5。
被加工基板加工時，會考量遲延時間t1~t5， 來決定脈衝選擇器驅動訊號S3等的生成時間點、或被加工基板與脈衝雷射光束之間的相對移動時間點。
圖9為實施形態之雷射切割方法的脈衝選擇器動作與調變脈衝雷射光束PL2的時間點示意圖。脈衝選擇器動作是與時脈訊號S1同步，而以光脈衝單位切換。像這樣，使脈衝雷射光束的振盪與脈衝選擇器的動作與同一時脈訊號S1同步，藉此能夠實現光脈衝單位的照射圖樣。
具體來說，脈衝雷射光束的照射與非照射，係依據以光脈衝數規定之規定條件而進行。也就是說，依據照射光脈衝數(P1)與非照射光脈衝數(P2)來執行脈衝選擇器動作，切換對被加工基板的照射與非照射。將脈衝雷射光束的照射圖樣予以規定之P1值或P2值，例如是在加工表格中作為照射區域暫存器設定、非照射區域暫存器設定來規定。P1值或P2值是依照被加工基板的材質、雷射光束的條件等，而設定成使裂痕形成步驟的裂痕形成最佳化之規定條件。
調變脈衝雷射光束PL2會藉由光束整形器16而成為整形成所需形狀之脈衝雷射光束PL3。又，整形後之脈衝雷射光束PL3，係被聚光透鏡18聚光而成為具有所需光束直徑之脈衝雷射光束PL4，照射至被加工基板即晶圓上。
於X軸方向及Y軸方向切割晶圓的情形下，首先，例如使XYZ平台於Y軸方向以一定速度移動，掃 描脈衝雷射光束PL4。接著，所需Y軸方向之切割結束後，使XYZ平台於X軸方向以一定速度移動，掃描脈衝雷射光束PL4。藉此，進行X軸方向之切割。
藉由上述照射光脈衝數(P1)、非照射光脈衝數(P2)及平台的速度，來控制脈衝雷射光束的照射非照射之間隔。
針對Z軸方向(高度方向)，係調整以使聚光透鏡的聚光位置(焦點位置)位於晶圓內外的規定深度。該規定深度，是於裂痕形成步驟時分別被設定，以使裂痕在被加工基板表面形成為所需形狀。
此時，訂定被加工基板的折射率：n
距離被加工基板表面的加工位置：L
Z軸移動距離：Lz則，Lz=L/n。亦即，將聚光透鏡之聚光位置，以被加工基板表面作為Z軸初始位置時，當對距離基板表面的深度「L」之位置加工之情形下，只要使Z軸移動「Lz」即可。
圖10為實施形態之雷射切割方法照射圖樣說明圖。如圖所示，與時脈訊號S1同步而生成脈衝雷射光束PL1。接著，與時脈訊號S1同步來控制脈衝雷射光束的通過與遮蔽，藉此生成調變脈衝雷射光束PL2。
接著，藉由平台的橫方向(X軸方向或Y軸 方向)移動，調變脈衝雷射光束PL2的照射光脈衝會在晶圓上形成為照射光點。像這樣，藉由生成調變脈衝雷射光束PL2，在晶圓上，照射光點會以光脈衝單位受到控制而間歇性地照射。圖10的情形中，係設定條件為，照射光脈衝數(P1)=2、非照射光脈衝數(P2)=1，照射光脈衝(高斯光)以點徑的間距來反覆照射與非照射。
在此，若依光束點徑：D(μm)
反覆頻率：F(KHz)的條件進行加工，則為了使照射光脈衝以點徑的間距來反覆照射與非照射，平台移動速度V(m/sec)為V=D×10-6×F×103。
舉例來說，若依光束點徑：D=2μm
反覆頻率：F=50KHz的加工條件進行，則平台移動速度：V=100mm/sec。
此外，若照射光的功率訂為P(瓦特)，則會有每脈衝照射脈衝能量P/F之光脈衝照射至晶圓。
脈衝雷射光束的照射能量(照射光的功率)、脈衝雷射光束的加工點深度、及脈衝雷射光束的照射非照射間隔之參數，於裂痕形成步驟係被決定，以使裂痕在被加工基板表面連續形成。
另，在第1直線(L1)與第2直線(L2)交 叉之區域，為使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加，例如可採取以下方法。
事先在照射控制部25記憶資訊，該資訊是以XY座標來指定在第1或第2裂痕形成步驟中使光脈衝密度增加之範圍。該資訊例如為第1直線(L1)與第2直線(L2)之交點的XY座標，或是包含交點的XY座標範圍。該資訊會被傳達至脈衝選擇器控制部24，作為照射控制訊號(S6)。
脈衝選擇器控制部24中，依據加工圖樣訊號(S2)與照射控制訊號(S6)雙方，來控制脈衝雷射光束的照射。接著，於第1或第2裂痕形成步驟中，在第1直線(L1)與第2直線(L2)交叉之區域，使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加。
圖11為裂痕形成步驟中，照射至藍寶石基板上的照射圖樣示意俯視圖。從照射面上觀察，是以照射光脈衝數(P1)=2、非照射光脈衝數(P2)=1、且以照射點徑的間距形成有照射光點(虛線所示之圓)。
圖12為圖11之AA截面圖。如圖所示，在藍寶石基板內部形成有改質區域。而從該改質區域，形成有沿著光脈衝的掃描線上而達到基板表面之裂痕(或溝)。而該裂痕係於被加工基板表面連續形成。另，實施形態中，裂痕係形成為僅會從基板表面側露出，不會到達基板背面側。
圖13A~D為實施形態之作用說明圖。舉例來 說，以能夠設定的最大的脈衝雷射光束雷射頻率，且以能夠設定的最快平台速度來照射脈衝雷射之情形下，脈衝可照射位置如圖13A的虛線圓所示。圖13B為照射/非照射=1/2情形下的照射圖樣。實線圓為照射位置，虛線圓為非照射位置。
在此，假設照射光點的間隔(非照射區域的長度)縮得愈短，裁斷性愈好。在此情形下，如圖13C所示，不變更平台速度而使照射/非照射=1/1，藉此便可因應。如果不像實施形態般使用脈衝選擇器，則為了還原同樣條件，必須使平台速度降低，會造成切割加工的產量降低之問題產生。
在此，假設使照射光點連續而照射區域的長度拉得愈長，裁斷性愈好。在此情形下，如圖13D所示，不變更平台速度而使照射/非照射=2/1，藉此便可因應。如果不像實施形態般使用脈衝選擇器，則為了還原同樣條件，必須使平台速度降低，且必須使平台速度變動，會造成切割加工的產量降低而且極難控制之問題產生。
或者是，在不使用脈衝選擇器的情形下，亦可考慮依圖13B的照射圖樣而提高照射能量，藉此做成近似圖13D的條件，但在此情形下，集中於1點的雷射功率會變大，恐會導致裂痕寬度增大或裂痕的直線性劣化。此外，當對藍寶石基板上形成有LED元件這類的被加工基板進行加工的情形下，到達裂痕相反側的LED區域之雷射量會增大，LED元件也可能發生劣化。
像這樣，依照實施形態，例如可不需使脈衝雷射光束的條件或平台速度條件變化即可實現多樣的裁斷條件，可找出最適當的裁斷條件而不使生產性或元件特性劣化。
另，本說明書中，「照射區域的長度」「非照射區域的長度」係指圖13D中圖示之長度。
圖14為平台移動與切割加工之間的關係說明圖。在XYZ平台，於X軸、Y軸方向設有檢測移動位置之位置感測器。舉例來說，平台朝X軸或Y軸方向開始移動後，將平台速度進入速度穩定域之位置，預先設定成同步位置。接著，於位置感測器檢測到同步位置時，例如移動位置檢測訊號S4(圖1)會被發送至脈衝選擇器控制部24，藉此來許可脈衝選擇器動作，並藉由脈衝選擇器驅動訊號S3來使脈衝選擇器動作。同步位置例如也可訂為被加工基板的端面，且構成為以位置感測器來檢測該端面。
像這樣，SL：同步位置至基板之距離
WL：加工長
W1：從基板端至照射開始位置之距離
W2：加工範圍
W3：從照射結束位置至基板端之距離，係受到管理。
如此，平台的位置及載置於其上的被加工基 板的位置，會與脈衝選擇器的動作開始位置同步。也就是說，脈衝雷射光束的照射與非照射，會與平台的位置取得同步。因此，在脈衝雷射光束照射與非照射時，會確保平台以一定速度移動(落在速度穩定域)。是故，會確保照射光點位置的規則性，而實現穩定地形成裂痕。
在此，當對較厚基板進行加工的情形下，可以考慮將加工點深度不同的脈衝雷射光束在基板的同一掃描線上掃描複數次(複數層)來形成裂痕，藉此提升裁斷特性。在這樣的情形下，藉由平台位置與脈衝選擇器的動作開始位置同步，便可於不同深度的掃描下，任意而高精度地控制脈衝照射位置之關係，可達成切割條件的最佳化。
此外，例如使平台的移動與時脈訊號同步，會進一步提升照射光點位置的精度，故較理想。這可藉由例如使從加工控制部26發送至XYZ平台部20的平台移動訊號S5(圖1)與時脈訊號S1同步來實現。
如實施形態之雷射切割方法般，形成到達基板表面且於被加工基板表面連續之裂痕，藉此，後續的基板裁斷會變得容易。舉例來說，即使是像藍寶石基板般硬質的基板，仍可藉由將到達基板表面的裂痕作為裁斷或切斷之起點而人為地施加力，而使裁斷變得容易，實現優良的裁斷特性。是故，切割的生產性會提升。
裂痕形成步驟中，若採用將脈衝雷射光束連續性地照射至基板的方法，則就算已將平台移動速度、聚 光透鏡的數值孔徑、照射光功率等最佳化，仍然難以將基板表面上連續形成之裂痕控制成所需形狀。而如實施形態般，以光脈衝單位來間歇性地切換脈衝雷射光束的照射與非照射，來將照射圖樣最佳化，藉此，到達基板表面的裂痕發生情形便受到控制，而實現具備優良裁斷特性之雷射切割方法。
也就是說，例如能夠在基板表面形成沿著雷射掃描線而呈略直線且連續性之寬度狹窄的裂痕。像這樣形成略直線且連續性的裂痕，藉此，在切割時，對於基板上形成之LED等裝置，能夠使裂痕造成的影響最小化。此外，例如因可形成直線的裂痕，故能夠使基板表面上形成裂痕的區域寬度變窄。因此，可縮減設計上的切割寬度。是故，便可使同一基板或晶圓上形成之裝置的晶片數增大，也有助於裝置的製造成本減低。
此外，使脈衝雷射光束的脈衝密度增加之方法，如上述般，只要利用照射控制部25，便能與加工表格部30中記憶之加工表格相互獨立而控制照射圖樣。是故，例如即使LED100的配置間距「a」、「b」有變化的情形下，也能容易地變更照射圖樣，是其優點。
不過，例如為了使雷射切割裝置的構成簡化，亦可預先在加工表格部30中記憶之加工表格，記述欲使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加之處，藉此來使光脈衝密度增加。
以上已參照具體例說明了本發明之實施形 態。但，本發明並非受該些具體例所限定。實施形態中，在雷射切割方法、雷射切割裝置等當中，對於與本發明說明無直接必要之部分雖省略記載，但對於認為有必要的雷射切割方法、雷射切割裝置等之相關要素，可適當選擇使用。
除此之外，具備本發明之要素，且所屬技術領域者能夠適當設計變更之所有雷射切割方法，均包含於本發明之範圍中。本發明之範圍，係藉由申請專利範圍及其均等物範圍所定義。
舉例來說，實施形態中，係舉例說明作為被加工基板，係為在藍寶石基板上形成有LED之基板。本發明在包括像藍寶石基板這樣硬質且缺乏劈裂性而難以裁斷的基板的情形下十分有用，但除此之外，被加工基板亦可為包括SiC(碳化矽)基板等半導體材料基板、壓電材料基板、水晶基板、石英玻璃等玻璃基板之基板。
此外，實施形態中，係舉例說明藉由使平台移動，藉此使被加工基板與脈衝雷射光束相對性移動之情形。然而，例如亦可為利用雷射光束掃描器等來掃描脈衝雷射光束，藉此使被加工基板與脈衝雷射光束相對性移動之方法。
此外，實施形態中，係舉例說明於裂痕形成步驟中，訂定照射光脈衝數(P1)=1、非照射光脈衝數(P2)=1，及訂定照射光脈衝數(P1)=2、非照射光脈衝數(P2)=1之情形，但P1與P2的值可取任意值以便 達成最佳條件。此外，實施形態中，係舉例說明照射光脈衝是以點徑的間距來反覆照射與非照射之情形，但藉由改變脈衝頻率或平台移動速度，也可改變照射與非照射的間距而找出最佳條件。舉例來說，亦可使照射與非照射的間距成為點徑的1/n或n倍。
此外，實施形態中，是以Y方向掃描作為第1裂痕形成步驟、X方向掃描作為第2裂痕形成步驟，但亦可調換順序而以X方向掃描作為第1裂痕形成步驟、Y方向掃描作為第2裂痕形成步驟。
特別是，當被加工基板為藍寶石基板的情形下，藉由將照射能量訂為30mW以上150mW以下、脈衝雷射光束的通過訂為1~4光脈衝單位、遮蔽訂為1~4光脈衝單位，而使照射間隔成為1~6μm，藉此便可於被加工基板表面形成連續性及直線性良好的裂痕。
此外，針對切割加工的圖樣，例如設置複數個照射區域暫存器、非照射區域暫存器，將照射區域暫存器、非照射區域暫存器值在所需時間點即時地變更成所需值，藉此便可因應各式各樣的切割加工圖樣。
此外，作為雷射切割裝置，係舉例說明了具備記憶有加工表格的加工表格部之裝置，該加工表格是以脈衝雷射光束的光脈衝數來記述切割加工資料。但，並非一定要具備這樣的加工表格部，只要裝置之構成具有以光脈衝單位來控制脈衝雷射光束的脈衝選擇器之通過與遮蔽即可。
此外，為了進一步提升裁斷特性，亦可構成為，在基板表面形成連續性裂痕後，更藉由照射雷射來對表面追加熔融加工或消蝕(ablation)加工。

Claims (16)

  1. 一種雷射切割方法，係將被加工基板載置於平台，產生時脈訊號，射出與前述時脈訊號同步之脈衝雷射光束，使前述被加工基板與前述脈衝雷射光束相對地移動，與前述時脈訊號同步，利用脈衝選擇器控制前述脈衝雷射光束的通過與遮蔽，藉此以光脈衝單位來切換前述脈衝雷射光束對前述被加工基板的照射與非照射，控制前述脈衝雷射光束的照射能量、前述脈衝雷射光束的加工點深度、及前述脈衝雷射光束的照射區域及非照射區域的長度，藉此以裂痕會在前述被加工基板表面連續的方式，在前述被加工基板上形成到達基板表面的前述裂痕，該雷射切割方法，其特徵為，具備：第1裂痕形成步驟，對前述被加工基板沿著第1直線照射脈衝雷射光束；及第2裂痕形成步驟，對前述被加工基板沿著與前述第1直線正交之第2直線照射脈衝雷射光束；在前述第1直線與前述第2直線交叉之區域，於前述第1裂痕形成步驟或前述第2裂痕形成步驟，使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射切割方法，其中，於前述第1或第2裂痕形成步驟中，產生照射控制訊號，該照射控制訊號係具備欲使脈衝雷射光束的光脈衝密度增加 之處的資訊，利用前述照射控制訊號，使前述第1直線與前述第2直線交叉之區域的光脈衝密度增加。
  3. 如申請專利範圍第1項之雷射切割方法，其中，前述裂痕在前述被加工基板表面形成為略直線。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板的位置與前述脈衝選擇器的動作開始位置係同步。
  5. 如申請專利範圍第1項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
  6. 如申請專利範圍第2項之雷射切割方法，其中，前述裂痕在前述被加工基板表面形成為略直線。
  7. 如申請專利範圍第2項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板的位置與前述脈衝選擇器的動作開始位置係同步。
  8. 如申請專利範圍第3項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板的位置與前述脈衝選擇器的動作開始位置係同步。
  9. 如申請專利範圍第6項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板的位置與前述脈衝選擇器的動作開始位置係同步。
  10. 如申請專利範圍第2項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
  11. 如申請專利範圍第3項之雷射切割方法，其中， 前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
  12. 如申請專利範圍第4項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
  13. 如申請專利範圍第6項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
  14. 如申請專利範圍第7項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
  15. 如申請專利範圍第8項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
  16. 如申請專利範圍第9項之雷射切割方法，其中，前述被加工基板包含藍寶石基板、水晶基板、或玻璃基板。
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