TWI419757B - 雷射加工裝置、被加工物之加工方法及被加工物之分割方法 - Google Patents

雷射加工裝置、被加工物之加工方法及被加工物之分割方法 Download PDF

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TWI419757B
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Ikuyoshi Nakatani
Mitsuru Sugata
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Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd
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Description

雷射加工裝置、被加工物之加工方法及被加工物之分割方法
本發明係關於一種照射雷射光束而對被加工物進行加工之雷射加工方法及使用該雷射加工方法之雷射加工裝置。
作為照射脈衝雷射光束而對被加工物進行加工之技術(以下亦僅稱為雷射加工或雷射加工技術)，已知業已存在有各種(例如參照專利文獻1至專利文獻4)。
專利文獻1中揭示之內容，係一種分割被加工物槽模時，利用雷射剝蝕沿分割預定線形成剖面V字形之槽(斷開槽)，並以此槽為起點而分割模具之手法。另一方面，專利文獻2中揭示之內容，係一種將散焦狀態之雷射光束沿被加工物(被分割體)之分割預定線照射，而於被照射區域產生結晶狀態較周圍更潰散之剖面大致V字形之融解改質區域(變質區域)，並以此融解改質區域之最下點為起點而分割被加工物之手法。
使用專利文獻1及專利文獻2揭示之技術而形成分割起點時，為了良好地進行後面之分割，重要之處均為沿雷射光束之掃描方向即分割預定線方向而形成形狀均勻之V字形剖面(槽剖面或變質區域剖面)。作為應對此之方法，例如有以每1脈衝之雷射光束之被照射區域(光束點)前後重複之方式，控制雷射光束之照射。
例如，將雷射加工之最基本之參數重複頻率(單位kHz)設為R，將掃描速度(單位mm/sec)設為V時，兩者之比V/R變成光束點之中心間隔，於專利文獻1及專利文獻2所揭示之技術中，為了使光束點彼此產生重疊，而以V/R為1 μm以下之條件進行雷射光束之照射及掃描。
此外，於專利文獻3中揭示有如下態樣：於表面具有積層部之基板內部使聚光點對準而照射雷射光束，藉此於基板內部形成改質區域，並將此改質區域設為切斷起點。
而且，於專利文獻4中揭示有如下態樣：相對於1個分離線而重複多次雷射光束掃描，於深度方向之上下形成於分離線方向上連續之槽部及改質部、以及於分離線方向上不連續之內部改質部。
另一方面，於專利文獻5中揭示有一種使用脈寬為psec級之超短脈衝雷射光束之加工技術，且揭示有如下態樣：藉由調整脈衝雷射光束之聚光點位置，形成自被加工物(板體)之表層部位遍及表面之微小龜裂簇生而成之微小熔痕，從而形成由該等熔痕連接而成之線狀易分離區域。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]　日本專利特開2004-9139號公報
[專利文獻2]　國際公開第2006/062017號
[專利文獻3]　日本專利特開2007-83309號公報
[專利文獻4]　日本專利特開2008-98465號公報
[專利文獻5]　日本專利特開2005-271563號公報
利用雷射光束形成分割起點後藉由斷開器進行分割之手法，與先前使用之機械切斷法即金剛石劃線相比，於自動性‧高速性‧穩定性‧高精度性方面更有利。
然而，藉由先前手法利用雷射光束形成分割起點時，將不可避免地於照射雷射光束之部分形成所謂之加工痕(雷射加工痕)。所謂加工痕，係指照射雷射光束後材質或構造與照射前相比發生變化之變質區域。加工痕之形成通常會對經分割之各被加工物(分割素片)之特性等帶來惡劣影響，因此較佳為儘可能抑制。
例如，藉由如專利文獻2揭示之先前雷射加工，將由藍寶石等具有硬脆性且光學透明之材料而成之基板上形成LED構造等發光元件構造之被加工物，以晶片單位分割所得之發光元件之邊緣部分(分割時受到雷射光束照射之部分)，連續形成有寬度數μm左右、深度數μm~數十μm左右之加工痕。該加工痕會吸收發光元件內部產生之光，存在使元件之光掠出效率降低之問題。於使用折射率高之藍寶石基板之發光元件構造之情形時該問題尤其顯著。
本發明之發明者經過反覆銳意研究後發現：對被加工物照射雷射光束而形成分割起點時，藉由利用該被加工物之劈開性或裂開性，可以適宜地抑制加工痕之形成。此外，發現該加工使用超短脈衝之雷射光束時較為適宜。
專利文獻1至專利文獻5中，關於利用被加工物之劈開性或裂開性而形成分割起點之態樣，並未進行任何揭示。
而且，另一方面使用雷射光束形成分割起點後，以晶片單位分割被加工物之製程中，較佳為分割起點之前端部分到達被加工物之儘可能深之部位，如此可提高分割確實性。該情形於使用超短脈衝之雷射光束時亦相同。
本發明係鑒於上述問題研究而成者，其目的在於提供一種可抑制加工痕形成、且可形成更確實地實現被加工物分割之分割起點之被分割體之加工方法、及使用該加工方法之雷射加工裝置。
為了解決上述問題，第1技術方案之發明係一種雷射加工裝置，其特徵在於具備發出脈衝雷射光束之光源、及載置被加工物之載物台，進而具備冷卻機構，其用以冷卻上述載物台上載置之上述被加工物之載置面，於上述載物台上載置上述被加工物，且利用上述冷卻機構冷卻上述載置面，於該狀態下，以上述脈衝雷射光束之各單位脈衝光之被照射區域於與上述載置面對向之被加工面上離散形成之方式，移動上述載物台且對上述被加工物照射上述脈衝雷射光束，藉此於上述被照射區域彼此之間依序產生被加工物之劈開或裂開，從而於上述被加工物上形成用於分割之起點。
第2技術方案之發明係如第1技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：上述脈衝雷射光束係脈寬為psec級之超短脈衝光。
第3技術方案之發明係如第1或2技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：至少於與上述被加工物相對之上述脈衝雷射光束之照射時，上述冷卻機構配置於上述載物台下方，且上述冷卻機構自下方冷卻上述載物台，藉此冷卻上述載置面。
第4技術方案之發明係如第3技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：上述冷卻機構具備珀耳帖元件，至少於與上述被加工物相對之上述脈衝雷射光束之照射時，於上述珀耳帖元件接近配置於上述載物台之狀態下利用上述珀耳帖元件冷卻上述載物台，藉此冷卻上述載置面。
第5技術方案之發明係如第3技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：於上述載物台之下方側設置掘入部，且上述冷卻機構以與上述載物台接近之方式配置於上述掘入部。
第6技術方案之發明係如第1或2技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：於上述被加工物上形成用於上述分割之起點時，將利用不同之上述單位脈衝光形成之至少2個被照射區域以於上述被加工物之劈開或裂開容易方向上相鄰之方式形成。
第7技術方案之發明係如第6技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：上述至少2個被照射區域之形成係於上述被加工物之相異之2個上述劈開或裂開容易方向上交替進行。
第8技術方案之發明係如第6技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：上述被照射區域整體係沿上述被加工物之劈開或裂開容易方向而形成。
第9技術方案之發明係如第1或2技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：於上述被加工物上形成用於上述分割之起點時，上述被照射區域係於相對於上述被加工物之相異之2個劈開或裂開容易方向而等價之方向上形成。
第10技術方案之發明係如第1或2技術方案之雷射加工裝置，其特徵在於：利用上述各單位脈衝光照射上述被照射位置時之衝擊或應力，而於與之前剛照射或同時照射之上述單位脈衝光之被照射位置之間，產生上述劈開或上述裂開。
第11技術方案之發明係一種加工方法，其特徵在於其係用以於被加工物上形成分割起點者，且包含：載置步驟，其係將被加工物載置於載物台；及照射步驟，其係於上述被加工物之與上述載物台相對之載置面已冷卻之狀態下，將上述脈衝雷射光束以各單位脈衝光之被照射區域於與上述載置面對向之被加工面上離散形成之方式照射於上述被加工物，藉此於上述被照射區域彼此之間依序產生上述被加工物之劈開或裂開，從而於上述被加工物上形成用於分割之起點。
第12技術方案之發明係如第11技術方案之加工方法，其特徵在於：上述脈衝雷射光束係脈寬為psec級之超短脈衝光。
第13技術方案之發明係如第11或12技術方案之加工方法，其特徵在於：於上述照射步驟中，將上述冷卻機構配置於上述載物台之下方，利用上述冷卻機構自下方冷卻上述載物台，藉此冷卻上述載置面。
第14技術方案之發明係如第13技術方案之加工方法，其特徵在於：上述冷卻機構具備珀耳帖元件，且於上述照射步驟中，於上述珀耳帖元件接近配置於上述載物台之狀態下利用上述珀耳帖元件冷卻上述載物台，藉此冷卻上述載置面。
第15技術方案之發明係如第11或12技術方案之加工方法，其特徵在於：將利用不同上述單位脈衝光所形成之至少2個被照射區域以於上述被加工物之劈開或裂開容易方向上相鄰之方式形成。
第16技術方案之發明係如第15技術方案之加工方法，其特徵在於：上述至少2個被照射區域之形成係於上述被加工物之相異之2個上述劈開或裂開容易方向上交替進行。
第17技術方案之發明係如第16技術方案之加工方法，其特徵在於：上述被照射區域整體係沿上述被加工物之劈開或裂開容易方向而形成。
第18技術方案之發明係如第11或12技術方案之加工方法，其特徵在於：上述被照射區域係於相對於上述被加工物之相異之2個劈開或裂開容易方向而等價之方向上形成。
第19技術方案之發明係如第11或12技術方案之加工方法，其特徵在於：使上述脈衝雷射光束之出射源與上述被加工物相對移動，並使上述脈衝雷射光束之出射方向於與相應之相對移動方向垂直之面內週期性變化，藉此於上述被加工物上形成滿足鋸齒狀配置關係之多個上述被照射區域。
第20技術方案之發明係如第11或12技術方案之加工方法，其特徵在於：使上述脈衝雷射光束之多個出射源與上述被加工物相對移動，並使該等出射源各自之上述單位脈衝光之照射時序週期性變化，藉此於上述被加工物上形成滿足鋸齒狀配置關係之多個上述被照射區域。
第21技術方案之發明係如第11或12技術方案之加工方法，其特徵在於：於上述照射步驟中，利用上述各單位脈衝光照射上述被照射位置時之衝擊或應力，而於與之前剛照射或同時照射之上述單位脈衝光之被照射位置之間產生上述劈開或上述裂開。
第22技術方案之發明係一種被加工物之分割方法，其特徵在於包含：載置步驟，其係將被加工物載置於載物台；照射步驟，其係於上述被加工物之與上述載物台相對之載置面已冷卻之狀態下，將上述脈衝雷射光束以各單位脈衝光之被照射區域於與上述載置面對向之被加工面上離散形成之方式照射於上述被加工物，藉此於上述被照射區域彼此之間依序產生上述被加工物之劈開或裂開，從而於上述被加工物上形成用於分割之起點；及分割步驟，其係將藉由上述照射步驟而形成有分割起點之被加工物沿上述分割起點進行分割。
根據第1至22技術方案之發明，可將因被加工物變質引起之加工痕之形成或被加工物之飛散等控制為局部者，另一方面藉由積極地產生被加工物之劈開或裂開，與先前相比可以極為高速地於被加工物上形成分割起點。而且，藉由冷卻被加工物之載置面可以有助於使脈衝雷射光束之能量更有效地形成分割起點，因此可以使分割起點之前端部到達更深部位。
尤其係根據第7技術方案、第9技術方案、第16技術方案、及第18技術方案至第20技術方案之發明，可以於沿形成之分割起點而分割被加工物時之分割剖面即被加工物之表面附近，以利用相鄰劈開或裂開面彼此形成凹凸之方式形成分割起點。當被加工物係於由藍寶石等具有硬脆性且光學透明之材料而成之基板上形成LED構造等發光元件構造時，藉由於基板之分割剖面上形成此種凹凸形狀，可以提高發光元件之發光效率。
<加工之原理>
首先，說明以下所示之本發明實施形態中實現之加工原理。本發明中進行之加工簡而言之，係掃描脈衝雷射光束(以下亦僅稱為雷射光束)並將其照射於被加工物之上表面(被加工面)，藉此於各脈衝之被照射區域之間依序產生被加工物之劈開或裂開，作為各上形成之劈開面或裂開面之連續面而形成用於分割之起點(分割起點)。
再者，於本實施形態中，所謂裂開係指沿劈開面以外之結晶面使被加工物大致規則地斷裂之現象，將相應結晶面稱為裂開面。再者，除了完全沿結晶面之微觀現象之劈開或裂開以外，亦存在宏觀斷裂之龜裂沿大致固定之結晶方位而產生之情形。根據物質不同，亦有主要僅產生劈開、裂開或龜裂中之任一種之物質，以下為了避免說明之繁雜，不區別劈開、裂開、及龜裂而僅統稱為劈開/裂開等。此外，存在將此種態樣之加工亦僅稱為劈開/裂開加工等之情形。
以下，以被加工物為六方晶之單晶物質、且其a1軸、a2軸、及a3軸之各軸方向為劈開/裂開容易方向之情形為例進行說明。例如，相應的有c面藍寶石基板等。六方晶之a1、a2軸、a3軸於c面內彼此呈120°之角度而位於相互對稱之位置。於本發明之加工中，根據上述多軸之方向與加工預定線之方向(加工預定方向)之關係不同，而存在若干圖案。以下，對該等圖案進行說明。再者，以下將按各脈衝照射之雷射光束稱為單位脈衝光。
<第1加工圖案>
第1加工圖案係a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向之任一者與加工預定線平行時之劈開/裂開加工之態樣。更簡單而言，係劈開/裂開容易方向與加工預定線之方向一致時之加工態樣。
圖1係表示第1加工圖案之加工態樣之模式圖。圖1中例示了a1軸方向與加工預定線L平行之情形。圖1(a)表示此情形時之a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向與加工預定線L之方位關係。圖1(b)表示雷射光束之第1脈衝之單位脈衝光照射於加工預定線L端部之被照射區域RE1之狀態。
通常而言，單位脈衝光之照射會對被加工物之極微小區域賦予高能量，故該照射會於被照射面上與單位脈衝光之(雷射光束之)被照射區域相當或比被照射區域更廣之範圍內產生物質之變質‧熔融‧蒸發除去等。
然而，若單位脈衝光之照射時間即脈寬設定地極短，則比雷射光束之點尺寸更小且存在於被照射區域RE1之大致中央區域之物質，會因自照射之雷射光束中獲得運動能量而向與被照射面垂直之方向飛散或者變質，另一方面，以伴隨該飛散產生之反力為首之因照射單位脈衝光而產生之衝擊或應力，會作用於該被照射區域之周圍、尤其係劈開/裂開容易方向即a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向。藉此，產生沿相應方向，外觀上雖保持接觸狀態但部分產生微小之劈開或裂開，或者未達到劈開或裂開程度且內部存在熱畸變之狀態。換言之，亦可以說超短脈衝之單位脈衝光之照射係作為用以形成朝向劈開/裂開容易方向之俯視大致直線狀之弱強度部分之驅動力發揮作用。
於圖1(b)中，以虛線箭頭示意性表示上述各劈開/裂開容易方向上形成之弱強度部分中之、與加工預定線L之延伸方向吻合之+a1方向之弱強度部分W1。
接下來，如圖1(c)所示，若照射雷射光束之第2脈衝之單位脈衝光，於加工預定線L上與被照射區域RE1相距特定距離之位置處形成被照射區域RE2，則與第1脈衝同樣地，此第2脈衝亦形成沿劈開/裂開容易方向之弱強度部分。例如，於-a1方向上形成弱強度部分W2a，於+a1方向上形成弱強度部分W2b。
然而，於該時刻，因第1脈衝之單位脈衝光之照射而形成之弱強度部分W1係存在於弱強度部分W2a之延伸方向上。即，弱強度部分W2a之延伸方向變成利用比其他部位小之能量而能產生劈開或裂開之部位。因此，實際上，若照射第2脈衝之單位脈衝光，則此時產生之衝擊或應力傳播到劈開/裂開容易方向及之前存在之弱強度部分，自弱強度部分W2a至弱強度部分W1，於大致照射瞬間產生完全之劈開或裂開。藉此，形成圖1(d)所示之劈開/裂開面C1。再者，劈開/裂開面C1於被加工物之圖式俯視垂直方向上可以形成為數μm~數十μm左右之深度。而且，如下所述，於劈開/裂開面C1上受到強衝擊或應力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，之後藉由沿加工預定線L掃描雷射光束，依序對被照射區域RE1、RE2、RE3、RE4...照射單位脈衝光，相對應地，依序形成劈開/裂開面C2、C3...。該態樣中係連續形成劈開/裂開面，稱為第1加工圖案之劈開/裂開加工。
即，於第1加工圖案中，沿加工預定線L而離散存在之多個被照射區域、與該等被照射區域之間形成之劈開/裂開面就整體而言，成為沿加工預定線L分割被加工物時之分割起點。形成該分割起點之後，使用特定夾具或裝置進行分割，藉此能夠以大致沿加工預定線L之態樣分割被加工物。
再者，為了實現此種劈開/裂開加工，需要照射脈寬短、且短脈衝之雷射光束。具體而言，必須使用脈寬為100 psec以下之雷射光束。例如，較佳使用具有1 psec~50 psec左右之脈寬之雷射光束。
另一方面，單位脈衝光之照射間距(被照射點之中心間隔)規定於4 μm~50 μm之範圍內便可。若照射間距大於該範圍，則劈開/裂開容易方向之弱強度部分之形成有時會跟不上劈開/裂開面之形成，因此就確實地形成由如上所述之劈開/裂開面構成之分割起點之觀點而言，不佳。再者，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劈開/裂開面，理想的是規定於4 μm~30 μm之範圍，更佳為4 μm~15 μm左右。
以下當雷射光束之重複頻率為R(kHz)時，每1/R(msec)時自雷射光源發出單位脈衝光。當雷射光束相對於被加工物而以相對速度V(mm/sec)移動時，照射間距Δ(μm)係藉由Δ=V/R規定。因此，雷射光束之掃描速度V與重複頻率係以Δ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，尤其係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、導熱率、熔點等而適當規定便可。
雷射光束較佳係以約1 μm~10 μm左右之光束直徑照射。此時，雷射光束之照射之峰值功率密度約為0.1 TW/cm2 ~數10 TW/cm2 。
此外，雷射光束之照射能量(脈衝能量)於0.1 μJ~50 μJ之範圍內適當規定便可。
圖2係利用第1加工圖案之劈開/裂開加工而形成分割起點之被加工物之表面之光學顯微鏡圖像。具體而言，表示將藍寶石c面基板設為被加工物，於其c面上將a1軸方向設為加工預定線L之延伸方向而以7 μm間隔離散形成被照射點之加工之結果。圖2所示之結果示意實際之被加工物藉由上述機制而被加工。
而且，圖3係將利用第1加工圖案之加工而形成分割起點之藍寶石c面基板，沿該分割起點分割之後之表面(c面)至剖面之SEM(掃描電子顯微鏡)圖像。再者，圖3中以虛線表示表面與剖面之邊界部分。
圖3中觀察到之與相應表面相距10 μm前後之範圍內大致等間隔存在之、具有自被加工物表面到內部之長度方向之細長三角形狀或針狀區域，係藉由單位脈衝光之照射而直接變質或產生飛散除去等現象之區域(以下稱為直接變質區域)。而且，該等直接變質區域之間存在之、觀察到紙面俯視左右方向上具有長度方向之筋狀部分以次微米間距於紙面俯視上下方向連續多個之區域係劈開/裂開面。該等直接變質區域及劈開/裂開面之更下方，係因分割而形成之分割面。
形成有劈開/裂開面之區域並非受到雷射光束照射之區域，故上述第1加工圖案之加工中，進行離散形成之直接變質區域變成加工痕。而且，直接變質區域之被加工面之尺寸僅為數百nm~1 μm左右。即，藉由進行第1加工圖案之加工，可以形成與先前相比能適當抑制加工痕之形成之分割起點。
再者，SEM圖像中觀察到之筋狀部分實際上係劈開/裂開面上形成之具有0.1 μm~1 μm左右高低差之微小凹凸。該凹凸係於以如藍寶石之硬脆性無機化合物作為對象而進行劈開/裂開加工時，因單位脈衝光之照射而對被加工物作用強衝擊或應力，且因特定之結晶面產生滑動而形成。
此種微細凹凸雖然存在，但根據圖3判斷表面與剖面以波線部分為邊界大致正交，故只要微細凹凸位於加工誤差之容許範圍，則可以說能夠藉由第1加工圖案形成分割起點，沿該分割起點分割被加工物，藉此將被加工物相對於其表面大致垂直地進行分割。
再者，如下所述，亦存在積極形成該微細凹凸為佳之情形。例如，藉由第1加工圖案之加工，亦可以於某種程度上獲得藉由下述第2加工圖案之加工而顯著獲得之光掠出效率提高之效果。
<第2加工圖案>
第2加工圖案係a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向中之任一者與加工預定線垂直時之劈開/裂開加工之態樣。再者，第2加工圖案使用之雷射光束之條件與第1加工圖案相同。更簡單而言，係相對於相異之2個劈開/裂開容易方向而等價之方向(成為2個劈開/裂開容易方向之對稱軸之方向)變成加工預定線之方向時之加工態樣。
圖4係表示第2加工圖案之加工態樣之模式圖。圖4中例示了a1軸方向與加工預定線L正交之情形。圖4(a)表示此時之a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向與加工預定線L之方位關係。圖4(b)表示雷射光束之第1脈衝之單位脈衝光照射於加工預定線L之端部之被照射區域RE11之狀態。
第2加工圖案亦係藉由照射超短脈衝之單位脈衝光，與第1加工圖案同樣地形成弱強度部分。圖4(b)中，以虛線箭頭示意性表示了上述各劈開/裂開容易方向上形成之弱強度部分中之、接近加工預定線L之延伸方向之-a2方向及+a3方向上之弱強度部分W11a、W12a。
而且，如圖4(c)所示，若照射雷射光束之第2脈衝之單位脈衝光，於加工預定線L上於與被照射區域RE11相距特定距離之位置處形成被照射區域RE12，則與第1脈衝同樣地，此第2脈衝亦形成沿劈開/裂開容易方向之弱強度部分。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W11c，於-a2方向上形成弱強度部分W12c。
此情形與第1加工圖案同樣地，因第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，實際上若照射第2脈衝之單位脈衝光，則此時產生之衝擊或應力會於劈開/裂開容易方向及之前存在之弱強度部分傳播。即，如圖4(d)所示，形成劈開/裂開面C11a、C11b。再者，此情形時，劈開/裂開面C11a、C11b於被加工物之紙面俯視垂直方向上可形成為數μm~數十μm左右之深度。
接下來，如圖4(e)所示，沿加工預定線L掃描雷射光束，對被照射區域RE11、RE12、RE13、RE14...依序照射單位脈衝光，則因此時產生之衝擊或應力，沿加工預定線L而依序形成紙面俯視直線狀之劈開/裂開面C11a及C11b、C12a及C12b、C13a及C13b、C14a及C14b...。
如此，實現劈開/裂開面相對於加工預定線L而對稱之狀態。第2加工圖案中，沿加工預定線L離散存在之多個被照射區域、與該等鋸齒狀存在之劈開/裂開面就整體而言，成為沿加工預定線L分割被加工物時之分割起點。
圖5係利用第2加工圖案之劈開/裂開加工而形成分割起點之被加工物之表面之光學顯微鏡圖像。具體而言，表示將藍寶石C面基板設為被加工物，且於其C面上將與a1軸方向正交之方向設為加工預定線L之延伸方向而以7 μm間隔離散形成被照射點之加工。根據圖5，實際之被加工物亦與圖4(e)之模式圖同樣地，確認表面視鋸齒狀之(Z字狀之)劈開/裂開面。該結果示意實際之被加工物係藉由上述機制而加工。
此外，圖6係將藉由第2加工圖案之加工而形成分割起點之藍寶石C面基板沿該分割起點分割之後之、表面(c面)至剖面之SEM圖像。再者，圖6中以虛線表示表面與剖面之邊界部分。
根據圖6，確認於分割後之被加工物之剖面之與表面相距10 μm前後之範圍內，被加工物之剖面具有與圖4(e)示意性表示之鋸齒狀配置相對應之凹凸。形成此凹凸之係劈開/裂開面。再者，圖6中之凹凸之間距係5 μm左右。與第1加工圖案之加工之情形同樣地，劈開/裂開面並不平坦，而是因單位脈衝光之照射導致特定之結晶面產生滑動，且伴隨此而產生次微米間距之凹凸。
而且，對應於該凹凸之凸部之位置而自表面部分向深度方向延伸之係直接變質區域之剖面。與圖3所示之第1加工圖案之加工所形成之直接變質區域相比，其形狀不均勻。而且，該等直接變質區域及劈開/裂開面之更下方係因分割而形成之分割面。
第2加工圖案之情形與第1加工圖案相同，僅離散形成之直接變質區域變成加工痕。而且，直接變質區域之被加工面之尺寸僅為數百nm~2 μm程度。即，進行第2加工圖案之加工時，亦能實現加工痕之形成較先前更佳之分割起點之形成。
於第2加工圖案之加工之情形時，除了劈開/裂開面上形成之次微米間距之凹凸，還以相鄰之劈開/裂開面彼此為數μm左右之間距形成凹凸。形成具有此種凹凸形狀之剖面之態樣，於由藍寶石等具有硬脆性且光學透明之材料構成之基板上，將形成LED構造等發光元件構造之被加工物以晶片(分割素片)單位分割之情形時有效。於發光元件之情形時，利用雷射加工而於基板上形成之加工痕之部位，會吸收發光元件內部產生之光，使得元件之光掠出效率降低，但藉由進行第2加工圖案之加工而於基板加工剖面上有意形成如此圖6所示之凹凸之情形時，相應位置之全反射率下降，發光元件實現更高之光掠出效率。
<第3加工圖案>
第3加工圖案與第2加工圖案之相同之處在於使用超短脈衝之雷射光束、及a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向之任一者與加工預定線垂直(相對於相異之2個劈開/裂開容易方向而等價之方向成為加工預定線之方向)，而與第2加工圖案之不同之處在於雷射光束之照射態樣。
圖7係表示第3加工圖案之加工態樣之模式圖。圖7中例示了a1軸方向與加工預定線L正交之情形。圖7(a)表示此時之a1軸方向、a2軸方向、a3軸方向與加工預定線L之方位關係。
於上述第2加工圖案中，係根據與圖7(a)所示相同之方位關係，將雷射光束沿加工預定線L之延伸方向、即a2軸方向與a3軸方向之正中之方向(相對於a2軸方向與a3軸方向而等價之方向)而直線地掃描。於第3加工圖案中，代替於此，如圖7(b)所示，係以各被照射區域以交替沿與夾持加工預定線L之2個劈開/裂開容易方向之態樣鋸齒狀(Z字)形成之方式，照射形成各被照射區域之單位脈衝光。若為圖7之情形，則交替沿-a2方向與+a3方向而形成被照射區域RE21、RE22、RE23、RE24、RE25...。
以該態樣照射單位脈衝光時，亦與第1及第2加工圖案同樣地，伴隨各單位脈衝光之照射而於被照射區域之間形成劈開/裂開面。若為圖7(b)所示之情形，藉由依序形成被照射區域RE21、RE22、RE23、RE24、RE25...，而依序形成劈開/裂開面C21、C22、C23、C24...。
如此，第3加工圖案中，以加工預定線L為軸而鋸齒狀配置之離散存在之多個被照射區域、與各被照射區域之間形成之劈開/裂開面就整體而言，成為沿加工預定線L分割被加工物時之分割起點。
而且，沿相應分割起點實際進行分割時，與第2加工圖案同樣地，於分割後之被加工物之剖面之與表面相距10 μm前後之範圍內，形成劈開/裂開面導致之數μm間距之凹凸。而且，各劈開/裂開面上，與第1及第2加工圖案之情形同樣地，因單位脈衝光之照射而於特定之結晶面產生滑動，且伴隨此而產生次微米間距之凹凸。此外，直接變質區域之形成態樣亦與第2加工圖案相同。即，第3加工圖案中，亦可以將加工痕之形成抑制為與第2加工圖案相同程度。
因此，於此種第3加工圖案之加工之情形時，與第2圖案之加工同樣地，除了劈開/裂開面上形成之次微米間距之凹凸以外，還藉由劈開/裂開面彼此而形成數μm左右之間距之凹凸，故以發光元件為對象時就所得發光元件提高如上所述之光掠出效率之觀點而言，第3加工圖案之加工更適宜。
再者，根據被加工物之種類不同，為了更確實地產生劈開/裂開，亦可以於任一加工預定線L上之位置即圖7(b)之被照射區域RE21與被照射區域RE22之中點、被照射區域RE22與被照射區域RE23之中點、被照射區域RE23與被照射區域RE24之中點、被照射區域RE24與被照射領城RE25之中點...上形成被照射區域。
然而，第3加工圖案之被照射區域之配置位置係部分沿劈開/裂開容易方向。與如上述般於加工預定線L上之中點位置亦形成被照射區域之情形相同。即，第3加工圖案與第1加工圖案之共通之處可為，至少2個被照射區域於被加工物之劈開/裂開容易方向上相鄰形成。因此，換言之，第3加工圖案亦可以認為係週期性改變掃描雷射光束之方向並進行第1加工圖案之加工。
此外，於第1及第2加工圖案之情形時，被照射區域係位於一直線上，故使雷射光束之出射源沿加工預定線而於一直線上移動，且每當到達特定之形成對象位置時照射單位脈衝光而形成被照射區域便可，此形成態樣最為有效。然而，於第3加工圖案之情形時，被照射區域並非位於一直線上而是形成為鋸齒狀(Z字)，故不僅可以利用使雷射光束之出射源實際上鋸齒狀(Z字)移動之手法，還可以利用各種手法來形成被照射區域。再者，於本實施形態中，所謂出射源之移動係指被加工物與出射源之相對移動，不僅包含被加工物固定而出射源移動之情形，還包含出射源固定而被加工物移動(實際上係載置被加工物之載物台移動)之態樣。
例如，使出射源與載物台和加工預定線平行地等速相對移動，且使雷射光束之出射方向於與加工預定線垂直之面內週期性變化等，藉此亦能夠以滿足如上所述之鋸齒狀配置關係之態樣形成被照射區域。
或者，使多個出射源平行地等速相對移動，且使各出射源之單位脈衝光之照射時序週期性變化，藉此亦能夠以滿足如上所述之鋸齒狀配置關係之態樣形成被照射區域。
圖8表示上述2個情形時之加工預定線與被照射區域之形成預定位置之關係。任一情形時，如圖8所示，將被照射區域RE21、RE22、RE23、RE24、RE25...之形成預定位置P21、P22、P23、P24、P25...於恰好與加工預定線L平行之直線Lα、Lβ上交替設定，沿直線Lα之形成預定位置P21、P23、P25...之被照射區域之形成、與沿直線Lβ之形成預定位置P22、P24...之被照射區域之形成，亦可以看成係同時並列進行。
再者，使出射源鋸齒狀(Z字)移動之情形時，不論使雷射光束之出射源直接移動，還是使載置被加工物之載物台移動而使雷射光束相對掃描，出射源或者載物台之移動均為二軸同時動作。相對於此，僅使出射源或者載物台與加工預定線平行地移動之動作係一軸動作。因此，就實現出射源之高速移動即加工效率提高方面而言，後者更適宜。
如以上之各加工圖案所示，本實施形態中進行之劈開/裂開加工係將單位脈衝光之離散照射作為主要用以對被加工物賦予產生連續劈開/裂開之衝擊或應力之機構而使用之加工態樣。被照射區域之被加工物之變質(即加工痕之形成)或飛散等僅係隨附物而局部產生。具有此種特徵之本實施形態之劈開/裂開加工，與藉由使單位脈衝光之照射區域重疊並連續或者間斷地產生變質‧熔融‧蒸發除去而進行加工之先前加工手法相比，其機制存在本質上之不同。
而且，對各被照射區域瞬間施加強衝擊或應力便可，故可高速掃描雷射光束並照射。具體而言，可以實現最大1000 mm/sec之極高速掃描即高速加工。先前之加工方法之加工速度最多為200 mm/sec左右，其差異顯著。當然，本實施形態中實現之加工方法與先前之加工方法相比顯著提高生產性。
再者，本實施形態之劈開/裂開加工於如上述各加工圖案般被加工物之結晶方位(劈開/裂開容易方向之方位)與加工預定線滿足特定關係時特別有效，但適用對象並不限於此，原理上亦可以適用於兩者滿足任意關係之情形或被加工物為多晶體之情形。該等情形時，相對於加工預定線而產生劈開/裂開之方向並非必須固定，故分割起點可以產生不規則凹凸，藉由適當地設定被照射區域之間隔、或以脈寬為首之雷射光束之照射條件，而進行該凹凸控制於加工誤差之容許範圍內之實用上無問題之加工。
<雷射加工裝置之概要>
其次，說明能夠實現上述各種加工圖案之加工之雷射加工裝置。
圖9係概略表示本實施形態之雷射加工裝置50之構成之模式圖。雷射加工裝置50主要具備雷射光束照射部50A、觀察部50B、由例如石英等透明構件形成且於其上載置被加工物10之載物台7、及控制雷射加工裝置50之各種動作(觀察動作、對準動作、加工動作等)之控制器1。雷射光束照射部50A具備雷射光源SL與光學系統5，且係對載物台7上載置之被加工物10照射雷射光束之部位，相當於上述雷射光束之出射源。觀察部50B係進行自照射雷射光束側(將其稱為表面或被加工面)直接觀察該被加工物10之正面觀察、及自載物台7上之載置側(將其稱為背面或載置面)透過該載物台7而觀察該被加工物10之背面觀察之部位。
載物台7藉由移動機構7m而可以於雷射光束照射部50A與觀察部50B之間水平方向移動。移動機構7m藉由未圖示之驅動機構之作用而使載物台7於水平面內向特定之XY2軸方向移動。藉此，實現雷射光束照射部50A內之雷射光束照射位置之移動、觀察部50B內之觀察位置之移動、及雷射光束照射部50A與觀察部50B之間之載物台7之移動等。再者，對於移動機構7m而言，以特定旋轉軸為中心而於水平面內之旋轉(θ旋轉)動作亦可以與水平驅動獨立地進行。
此外，雷射加工裝置50中可以適當地切換正面觀察與背面觀察。藉此，可以靈活且迅速地進行對應於被加工物10之材質或狀態之最佳觀察。
載物台7係由石英等透明構件形成，其內部設有成為用以將被加工物10吸附固定之吸氣通路之未圖示抽吸用配管。抽吸用配管係藉由例如利用機械加工對載物台7之特定位置進行削孔而設置。
於被加工物10載置於載物台7上之狀態下，利用例如抽吸泵等抽吸機構11對抽吸用配管進行抽吸，而對抽吸用配管之載物台7載置面側前端所設之抽吸孔賦予負壓，藉此將被加工物10(及固定薄片4)固定於載物台7。再者，圖9中例示了作為加工對象之被加工物10貼附於固定薄片4之情形，較佳為於固定薄片4之外緣部配置用以固定該固定薄片4之未圖示之固定環。
此外，圖9中雖然省略了圖示，但雷射光束照射部50A中於載物台7之下方位置設有冷卻機構60(參照圖12)。本實施形態之雷射加工裝置50之特徵在於具備該冷卻機構60。關於冷卻機構60之詳細說明將於下文進行敍述。
<照明系統及觀察系統>
觀察部50B構成為相對於載物台7上載置之被加工物10而重疊進行自載物台7上方照射落射照明光源S1之落射照明光L1以及自斜光照明光源S2照射斜光透過照明光L2，且進行自載物台7之上方側利用正面觀察機構6之正面觀察、以及自載物台7下方側利用背面觀察機構16之背面觀察。
具體而言，自落射照明光源S1發出之落射照明光L1由省略圖示之鏡筒內所設之半反射鏡9反射後，照射於被加工物10。而且，觀察部50B具備正面觀察機構6，此正面觀察機構6包含設於半反射鏡9上方(鏡筒上方)之CCD相機6a及連接於該CCD相機6a之監視器6b，可以於照射落射照明光L1之狀態下即時地觀察被加工物10之明視野像。
此外，於觀察部50B中，載物台7下方更佳為具備背面觀察機構16，此背面觀察機構16包含設於下述半反射鏡19下方(鏡筒下方)之CCD相機16a及連接於該CCD相機16a之監視器16b。再者，監視器16b與正面觀察機構6具備之監視器6b亦可以通用。
而且，自載物台7下方具備之同軸照明光源S3發出之同軸照明光L3由省略圖示之鏡筒內所設之半反射鏡19反射，並被聚光透鏡18聚光之後，可以透過載物台7而照射於被加工物10。更佳為，於載物台7下方具備斜光照明光源S4，可以將斜光照明光L4透過載物台7而照射於被加工物10。該等同軸照明光源S3及斜光照明光源S4較佳為於例如被加工物10之表面側有不透明金屬層等且表面側之觀察因該金屬層產生反射而困難之情形等、自背面側觀察被加工物10時使用。
<雷射光源>
雷射光源SL之波長為500 nm~1600 nm。而且，為了實現上述加工圖案之加工，雷射光束LB之脈寬必須為1 psec~50 psec左右。而且，較佳為重複頻率R為10 kHz~200 kHz左右，雷射光束之照射能量(脈衝能量)為0.1 μJ~50 μJ左右。
再者，自雷射光源SL出射之雷射光束LB之偏光狀態可以係圓偏光亦可以係直線偏光。其中，於直線偏光之情形時，就結晶性被加工材料中之加工剖面之彎曲與能量吸收率之觀點而言，較佳為偏光方向與掃描方向大致平行，例如兩者所成之角為±1°以內。
<光學系統>
光學系統5係設定雷射光束照射於被加工物10時之光路之部位。按照由光學系統5設定之光路，將雷射光束照射於被加工物之特定之照射位置(被照射區域之形成預定位置)。
圖10係例示光學系統5之構成之模式圖。光學系統5主要具備光束放大器51與物鏡系統52。而且，於光學系統5中，為了變換雷射光束LB之光路朝向，亦可以於適當位置處設置適當個數之鏡片5a。圖10中例示設有2個鏡片5a之情形。
此外，於出射光為直線偏光之情形時，光學系統5較佳具備衰減器5b。衰減器5b配置於雷射光束LB之光路上之適當位置處，用以調整出射之雷射光束LB之強度。
再者，圖10中例示之光學系統5中，設為於加工處理期間，自雷射光源SL發出之雷射光束LB以其光路被固定之狀態照射於被加工物10。除此之外，還可以為如下構成：實際地或虛擬地設定多個自雷射光源SL發出之雷射光束LB照射於被加工物10時之雷射光束LB之光路，並且可以利用光路設定機構5c(圖11)，於設定之多個光路中切換雷射光束LB之各單位脈衝光照射於被加工物時之光路。於後者之情形時，可以實現被加工物10上表面之多個部位同時並列進行掃描之狀態、或者虛擬地同時並列掃描之狀態。換言之，此係將雷射光束LB之光路多重化。
再者，圖9中例示了利用3個雷射光束LB0、LB1、LB2掃描3個部位之情形，但光學系統5之光路多重化之態樣並不一定限定於此。光學系統5之具體構成例將於下文敍述。
<控制器>
控制器1控制上述各部之動作，且進而具備：控制部2，其實現下述各種態樣下之被加工物10之加工處理；及記憶部3，其儲存控制雷射加工裝置50之動作之程式3p及加工處理時參照之各種資料。
控制部2係利用例如個人電腦或微電腦等通用電腦而實現，藉由將記憶部3中儲存之程式3p讀入該電腦並加以執行，而實現各種構成要素作為控制部2之功能性構成要素。
具體而言，控制部2主要具備：驅動控制部21，其控制移動機構7m之載物台7之驅動及聚光透鏡18之合焦動作等、與加工處理相關之各種驅動部分之動作；攝像控制部22，其控制CCD相機6a及16a之攝像；照射控制部23，其控制雷射光源SL之雷射光束LB之照射及光學系統5之光路設定態樣；吸附控制部24，其控制抽吸機構11將被加工物10向載物台7吸附之吸附固定動作；及加工處理部25，其根據提供之加工位置資料D1(下述)及加工模式設定資料D2(下述)，執行對加工對象位置之加工處理。
記憶部3係利用ROM或RAM及硬碟等記憶媒體而實現。再者，記憶部3可以係由實現控制部2之電腦之構成要素實現之態樣，於硬碟之情形時亦可以係設置於該電腦以外之態樣。
記憶部3中儲存有自外部提供之描述了對被加工物10設定之加工預定線之位置之加工位置資料D1。而且，記憶部3中預先儲存有加工模式設定資料D2，其中按各加工模式而描述了雷射光束之各參數相關之條件或光學系統5之光路之設定條件或載物台7之驅動條件(或者其等之可設定範圍)等。
再者，由操作員提供給雷射加工裝置50之各種輸入指示較佳利用控制器1中實現之GUI來進行。例如，根據加工處理部25之作用而由GUI提供加工處理用選單。操作員根據該加工處理用選單，進行下述加工模式之選擇、或加工條件之輸入等。
<對準動作>
於雷射加工裝置50中，實施加工處理之前，利用觀察部50B進行微調整被加工物10之配置位置之對準動作。對準動作係為了使被加工物10規定之XY座標軸與載物台7之座標軸一致而進行之處理。於進行上述加工圖案之加工之情形時，為了使被加工物之結晶方位、加工預定線及雷射光束之掃描方向滿足各加工圖案中求出之特定關係，該對準處理較為重要。
對準動作可以應用周知技術而執行，只要對應於加工圖案以適當態樣進行便可。例如，將使用1個母板製作出之多個元件晶片切出等情形時，若為被加工物10之表面形成有重複圖案之情形，則藉由使用圖案匹配等手法而實現適當之對準動作。此種情形時，簡單而言，由CCD相機6a或者16a取得被加工物10上形成之多個對準用標記之攝像圖像，根據該等攝像圖像之攝像位置之相對關係，加工處理部25確定對準量，驅動控制部21根據該對準量，藉由移動機構7m而使載物台7移動，從而實現對準。
藉由進行該對準動作，可以準確地確定加工處理之加工位置。再者，對準動作結束之後，載置有被加工物10之載物台7向雷射光束照射部50A移動，然後進行照射雷射光束LB之加工處理。再者，載物台7自觀察部50B向雷射光束照射部50A之移動，係為了保證對準動作時假定之加工預定位置與實際加工位置不發生偏差。
<加工處理之概略>
接下來，說明本實施形態之雷射加工裝置50之加工處理。雷射加工裝置50將雷射光源SL發出後經過光學系統5之雷射光束LB之照射、與載置固定有被加工物10之載物台7之移動加以組合，藉此使經過光學系統5之雷射光束相對於被加工物10而相對掃描，並進行被加工物10之加工。
雷射加工裝置50之特徵在於：作為(相對)掃描雷射光束LB之加工處理之模式(加工模式)，可以自基本模式與多重模式中二者選一。該等加工模式係對應於上述光學系統5之光路設定態樣而設定。
基本模式係固定地規定雷射光源SL發出之雷射光束LB之光路之模式。基本模式中，雷射光束LB始終藉由1個光路，載置有被加工物10之載物台7以特定速度移動，藉此實現雷射光束於一個方向上掃描被加工物10之態樣之加工。於圖10例示之光學系統5之情形時，僅可以進行該基本模式下之加工。
基本模式適合於進行上述第1及第2加工圖案之加工之情形。即，對於加工預定線L設定為與劈開/裂開容易方向平行之被加工物10而言，以該劈開/裂開容易方向與載物台7之移動方向一致之方式對準被加工物10，然後進行基本模式下之加工，藉此進行第1加工圖案之加工。另一方面，對於加工預定線L設定為與劈開/裂開容易方向垂直之被加工物10而言，以該劈開/裂開容易方向與載物台7之移動方向正交之方式對準被加工物10，然後進行基本模式下之加工，藉此進行第2加工圖案之加工。
此外，原理上而言，藉由適當變更載物台7之移動方向，亦可以應用第3加工圖案之加工。
另一方面，多重模式係將雷射光束LB之光路實體地或者虛擬地多重化而設定多個光路之模式。該模式如下：例如，如圖8所示之沿與加工預定線L平行之直線Lα、Lβ或者進而沿加工預定線L自身，實體地或者虛擬地掃描多個雷射光束，藉此實現與以加工預定線L重複交叉之態樣掃描雷射光束時相同之加工。再者，所謂虛擬地掃描多個雷射光束，實際上係指雖然與基本模式同樣地以1個光路照射雷射光束但其光路時間地變化，藉此實現與以多個光路照射雷射光束時相同之掃描態樣。
多重模式適用於進行第3加工圖案之加工之情形。即，與第2加工圖案之情形同樣地，對加工預定線L設定為與劈開/裂開容易方向垂直之被加工物10而言，以該劈開/裂開容易方向與載物台7之移動方向正交之方式對準被加工物10，然後進行多重模式之加工，藉此進行第3加工圖案之加工。
加工模式較佳為例如根據加工處理部25之作用，可以由控制器1根據提供給操作員之可利用之加工處理選單而進行選擇。加工處理部25取得加工位置資料D1並且自加工模式設定資料D2取得與選出之加工圖案對應之條件，為了執行對應於相應條件之動作，藉由驅動控制部21、照射控制部23及其他而控制對應之各部之動作。
例如，由控制器1之照射控制部23而實現由雷射光源SL發出之雷射光束LB之波長、輸出、脈衝之重複頻率、脈寬之調整等。若自加工處理部25對照射控制部23發出依照加工模式設定資料D2之特定之設定信號，則照射控制部23根據該設定信號，設定雷射光束LB之照射條件。
此外，尤其係以多重模式進行加工時，照射控制部23使光路設定機構5c之光路切換時序，與來自雷射光源SL之單位脈衝光之出射時序同步。藉此，相對於各被照射區域之形成預定位置，以光路設定機構5c設定之多個光路中與該形成預定位置對應之光路而照射單位脈衝光。
再者，於雷射加工裝置50中，進行加工處理時，視需要亦可以合焦位置有意地自被加工物10之表面偏離之散焦狀態，照射雷射光束LB。可以藉由例如調整載物台7與光學系統5之相對距離而實現。
<光路設定機構之構成例及其動作>
接下來，針對光路設定機構5c之具體構成、及其動作例，主要以多重模式之動作為對象進行說明。
再者，以下說明中，於進行加工處理時，係使載置有被加工物10之載物台7沿與加工預定線L之延伸方向一致之移動方向D移動並進行加工。
此外，於多重模式之動作中，加工預定線L上形成被照射區域RE時所照射者係雷射光束LB0，於與加工預定線L平行之直線Lα上形成被照射區域RE時照射者係雷射光束LB1，於與同一加工預定線L平行且相對於加工預定線L對稱之位置上之直線Lβ上形成被照射區域RE時所照射者係雷射光束LB2。
而且，多重模式下之第3加工圖案之加工係藉由依序或同時形成之多個被照射區域沿劈開/裂開容易方向形成之方式而實現。
圖11係表示光路設定機構5c之構成之模式圖。光路設定機構5c係作為光學系統5之一構成要素而設置。光路設定機構5c具備多個半反射鏡53、鏡片54、及光路選擇機構55。
設置半反射鏡53與鏡片54之目的在於，使雷射光源SL出射之雷射光束LB之光路於與載物台7之移動方向D垂直之面內方向上分支，而形成多個光路(雷射光束LB0、LB1、LB2之光路)。再者，半反射鏡53之數量係根據光路數量而定。圖11中為了獲得3個光路而設有2個半反射鏡53。藉由具備該等半反射鏡53及鏡片54，出射雷射光束LB並使載物台7移動，藉此實現多個雷射光束掃描被加工物10之狀態。
設置光路選擇機構55之目的在於控制多個光路之被加工物10之雷射光束之出射時序。更具體而言，光路選擇機構55於由半反射鏡53及鏡片54分支之各雷射光束之光路途中具備光學開關SW。光學開關SW係由例如AOM(音響光學調變器)或EOM(電氣光學器)等構成，且具有ON狀態時使入射之雷射光束通過，OFF狀態時使入射之雷射光束遮斷或者衰減(非通過狀態)之功能。藉此，光路選擇機構55僅使通過ON狀態之光學開關SW之雷射光束照射於被加工物10。
具備具有此種構成之光路設定機構5c之雷射加工裝置50之多重模式下之動作係藉由如下方式實現：照射控制部23根據依照重複頻率R之雷射光束LB之單位脈衝光之出射時序，以雷射光束LB0、LB1、LB2之光路上之光學開關SW依序且週期性變成ON狀態之方式，控制各光學開關SW之ON/OFF動作。藉由該控制，各雷射光束LB0、LB1、LB2僅於到達形成被照射區域之時序時，各雷射光束LB0、LB1、LB2藉由光路選擇機構55而照射於被加工物10。
即，照射於被加工物10之雷射光束之光路實際上設有多個，使該等雷射光束各自之單位脈衝光之照射時序分別不同並同時並列地進行掃描，藉此執行多重模式之動作。
再者，基本模式之動作亦可以藉由如下方式實現：例如，僅使雷射光束LB0、LB1、LB2中任一者之光路上之光學開關SW始終為ON狀態而出射雷射光束LB，並使載物台7移動。
<被加工物之冷卻及劈開/裂開加工之高效率化>
上述劈開/裂開加工係利用因單位脈衝光之照射而產生之衝擊或應力，使被加工物產生劈開/裂開之手法。因此，各單位脈衝光之照射時能以更少能量消耗形成劈開/裂開面，即便提供之能量相同亦可以使劈開/裂開到達被加工物之更深處，分割起點之前端部分到達被加工物之更深部分，從而可更有效地形成劈開/裂開面。
根據以上觀點，本實施形態中，於使被加工面預先作用拉伸應力之狀態下照射脈衝雷射光束，藉此可實現更有效之劈開/裂開加工。具體而言，藉由冷卻被加工物之載置面而使載置面與被加工面之間產生溫度差。若產生該溫度差，則被加工物上之載置面側變成比被加工面側更收縮之狀態，從而於被加工面側上作用拉伸應力。若於該狀態下照射脈衝雷射光束，則該拉伸應力作用之部分能降低形成劈開/裂開面時消耗之能量，如此劈開/裂開面之進展變得容易。
此外，通常若溫度下降則固體之破壞韌性值變低。而且，破壞韌性值越低則劈開/裂開面越容易形成。因此，上述態樣中藉由冷卻載置面，被加工物處於越靠近載置面側則破壞韌性值越低之狀態、即劈開/裂開面之進展越容易之狀態。自該方面出發，冷卻被加工物之載置面之做法有助於劈開/裂開加工之高效率化。
即，本實施形態中，係以藉由冷卻被加工物之載置面，同時產生對被加工面之拉伸應力施加及載置面側之破壞韌性值下降這2個現象之狀態下，進行劈開/裂開加工，因此能夠更有效地形成劈開/裂開面。
<冷卻機構>
接下來，對雷射加工裝置50中用以冷卻上述被加工物之載置面側之冷卻機構60進行說明。圖12係例示冷卻機構60之構成及配置位置之圖。再者，圖12中例示了被加工物10由藍寶石基板101及其上利用III族氮化物等形成之LED構造102所構成之情形。
如圖12所示，冷卻機構60具備：作為冷卻構件之珀耳帖元件61；散熱部62，其包含支撐珀耳帖元件61之支撐部62a、及以與該支撐部62a連續之態樣設置且具有多個翼片之翼片部62b；及風扇部63，其鄰接於翼片部62b而配置，且藉由驅動內部所設之風扇而對翼片部62b進行送風。
冷卻機構60係以如下方式配置：至少載物台7位於雷射光束照射部50A時，珀耳帖元件61接近於載物台7之與載置有被加工物10之上表面7a為相反側之背面7b。於該配置狀態下，若利用未圖示之通電機構對珀耳帖元件61進行通電，則其表面61a產生吸熱。藉由該吸熱而冷卻載物台7，進而冷卻其上載置之被加工物10之載置面10a。再者，珀耳帖元件61因其原理，當表面61a進行吸熱時，其相反面不可避免地會發熱，故冷卻機構60上設有用以將產生之熱向外部散發之散熱部62及風扇部63。該冷卻機構60可以藉由組合周知構件而實現。
雷射光束照射部50A照射脈衝雷射光束而進行劈開/裂開加工時，該冷卻機構60自載物台7側冷卻被加工物10之載置面10a，藉此實現上述劈開/裂開加工之高效率化。再者，冷卻機構60之冷卻處理較佳為藉由加工處理部25而與加工處理一體地控制。
然而，圖12所示構成係載物台7於與載置有被加工物10之上表面7a為相反側之背面7b之中央部分具有掘入部71。而且，以珀耳帖元件61藉由該掘入部71而與載物台7接近之方式，來配置冷卻機構60。即，載物台7係僅掘入部71之形成部分變得比其他部分薄。採用該構成之情形時，被加工物10之載置面10a因珀耳帖元件61而更有效地被冷卻。
再者，於該情形時，為了於載物台7移動到觀察部50B時不與冷卻機構60干擾，而於載物台7與冷卻機構60之至少一個上，具備未圖示之向紙面俯視上下方向移動之移動機構。
或者，亦可為與紙面垂直之方向係移動機構7m之載物台7之移動方向，掘入部71於相應方向上延伸而設之態樣。
<變形例>
使載置面與被加工面之間產生溫度差之態樣並不限於上述實施形態。例如，代替冷卻載置面，而加熱被加工面側，藉此亦可獲得相同效果。
1．．．控制器
2．．．控制部
3．．．記憶部
4．．．固定薄片
5．．．光學系統
5a、54．．．鏡片
5c．．．光路設定機構
7．．．載物台
7m．．．移動機構
10．．．被加工物
10a．．．(被加工物之)載置面
50．．．雷射加工裝置
50A．．．雷射光束照射部
51．．．光束放大器
52．．．物鏡系統
53．．．半反射鏡
55．．．光路選擇機構
60．．．冷卻機構
61．．．珀耳帖元件
a1~a3．．．軸方向
C1~C3、C11a、C11b、C21~C24．．．劈開/裂開面
D．．．(載物台之)移動方向
L．．．加工預定線
LB、LB0、LB1、LB2．．．雷射光束
RE、RE1~RE4、RE11~RE15、RE21~RE25．．．被照射區域
SL．．．雷射光源
SW．．．光學開關
W1、W2、W2a、W2b．．．弱強度部分
圖1(a)~(e)係第1加工圖案之加工之說明圖；
圖2係利用第1加工圖案之劈開/裂開加工而形成分割起點之被加工物之表面之光學顯微鏡圖像；
圖3係利用第1加工圖案之加工而形成分割起點之藍寶石C面基板沿該分割起點分割後之、表面(c面)至剖面之SEM圖像；
圖4(a)~(e)係表示第2加工圖案之加工態樣之模式圖；
圖5係利用第2加工圖案之劈開/裂開加工而形成分割起點之被加工物之表面之光學顯微鏡圖像；
圖6係利用第2加工圖案之加工而形成分割起點之藍寶石c面基板沿該分割起點分割後之、表面(c面)至剖面之SEM圖像；
圖7(a)、(b)係表示第3加工圖案之加工態樣之模式圖；
圖8係表示第3加工圖案之加工預定線與被照射區域之形成預定位置之關係之圖；
圖9係概略表示本發明之實施形態之雷射加工裝置50之構成之模式圖；
圖10係例示光學系統5之構成之模式圖；
圖11係表示光路設定機構5c之構成之模式圖；及
圖12係例示冷卻機構60之構成及配置位置之圖。
a1~a3．．．軸方向
C1~C3．．．劈開/裂開面
L．．．加工預定線
RE1~RE4．．．被照射區域
W1、W2、W2a、W2b．．．弱強度部分

Claims (22)

  1. 一種雷射加工裝置，其特徵在於具備：光源，其發出脈衝雷射光束；及載物台，其載置有被加工物；進而具備冷卻機構，其用以冷卻上述載物台上載置之上述被加工物之載置面，於上述載物台上載置上述被加工物，且利用上述冷卻機構冷卻上述載置面之狀態下，以上述脈衝雷射光束之各單位脈衝光之被照射區域於與上述載置面對向之被加工面上離散形成之方式，使上述載物台與上述光源連續地相對移動並將上述脈衝雷射光束照射於上述被加工物，藉此於上述被照射區域彼此之間依序產生被加工物之劈開或裂開，從而於上述被加工物上形成用於分割之起點。
  2. 如請求項1之雷射加工裝置，其中，上述脈衝雷射光束係脈寬為psec級之超短脈衝光。
  3. 如請求項1或2之雷射加工裝置，其中，至少於對上述被加工物照射上述脈衝雷射光束時，將上述冷卻機構配置於上述載物台下方，上述冷卻機構自下方冷卻上述載物台，藉此冷卻上述載置面。
  4. 如請求項3之雷射加工裝置，其中，上述冷卻機構具備珀耳帖元件，至少於對上述被加工物照射上述脈衝雷射光束時，以上述珀耳帖元件接近於上述載物台而配置之狀態利用上 述珀耳帖元件冷卻上述載物台，藉此冷卻上述載置面。
  5. 如請求項3之雷射加工裝置，其中，於上述載物台之下方側設有掘入部，上述冷卻機構係以藉由上述掘入部而與上述載物台接近之方式配置。
  6. 如請求項1或2之雷射加工裝置，其中，於上述被加工物上形成用於上述分割之起點時，以不同之上述單位脈衝光所形成之至少2個被照射區域於上述被加工物之劈開或裂開容易方向上相鄰之方式而形成。
  7. 如請求項6之雷射加工裝置，其中，上述至少2個被照射區域之形成係於上述被加工物之相異之2個上述劈開或裂開容易方向上交替進行。
  8. 如請求項6之雷射加工裝置，其中，上述被照射區域整體係沿上述被加工物之劈開或裂開容易方向而形成。
  9. 如請求項1或2之雷射加工裝置，其中，於上述被加工物上形成用於上述分割之起點時，上述被照射區域係於相對於上述被加工物之相異之2個劈開或裂開容易方向而等價之方向上形成。
  10. 如請求項1或2之雷射加工裝置，其中，利用上述各單位脈衝光照射於上述被照射位置時之衝擊或應力，而於與之前剛照射或同時照射之上述單位脈衝光之被照射位置之間產生上述劈開或上述裂開。
  11. 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者，且包含：載置步驟，其係將被加工物載置於載物台；及 照射步驟，其係於上述被加工物之與上述載物台相對之載置面已冷卻之狀態下，一邊使上述載物台與上述脈衝雷射光束之光源連續地相對移動，一邊將上述脈衝雷射光束以各單位脈衝光之被照射區域於與上述載置面對向之被加工面上離散形成之方式照射於上述被加工物，藉此於上述被照射區域彼此之間依序產生上述被加工物之劈開或裂開，從而於上述被加工物上形成用於分割之起點。
  12. 如請求項11之被加工物之加工方法，其中，上述脈衝雷射光束係脈寬為psec級之超短脈衝光。
  13. 如請求項11或12之被加工物之加工方法，其中，上述照射步驟中，將上述冷卻機構配置於上述載物台下方，利用上述冷卻機構自下方冷卻上述載物台，藉此冷卻上述載置面。
  14. 如請求項13之被加工物之加工方法，其中，上述冷卻機構具備珀耳帖元件，上述照射步驟中，以上述珀耳帖元件接近上述載物台而配置之狀態，利用上述珀耳帖元件冷卻上述載物台，藉此冷卻上述載置面。
  15. 如請求項11或12之被加工物之加工方法，其中，利用不同之上述單位脈衝光而形成之至少2個被照射區域，係以於上述被加工物之劈開或裂開容易方向上相鄰之方式形成。
  16. 如請求項15之被加工物之加工方法，其中，上述至少2個 被照射區域之形成係於上述被加工物之相異之2個上述劈開或裂開容易方向上交替進行。
  17. 如請求項16之被加工物之加工方法，其中，上述被照射區域整體係沿上述被加工物之劈開或裂開容易方向而形成。
  18. 如請求項11或12之被加工物之加工方法，其中，上述被照射區域係於相對於上述被加工物之相異之2個劈開或裂開容易方向而等價之方向上形成。
  19. 如請求項11或12之被加工物之加工方法，其中，使上述脈衝雷射光束之出射源與上述被加工物相對移動，並使上述脈衝雷射光束之出射方向於與該相對移動方向垂直之面內週期性變化，藉此於上述被加工物上形成滿足鋸齒狀配置關係之多個上述被照射區域。
  20. 如請求項11或12之被加工物之加工方法，其中，使上述脈衝雷射光束之多個出射源與上述被加工物相對移動，並使來自該等出射源各者之上述單位脈衝光之照射時序週期性變化，藉此於上述被加工物上形成滿足鋸齒狀配置關係之多個上述被照射區域。
  21. 如請求項11或12之被加工物之加工方法，其中，上述照射步驟中，利用上述各單位脈衝光照射於上述被照射位置時之衝擊或應力，而於與之前剛照射或同時照射之上述單位脈衝光之被照射位置之間產生上述劈開或上述裂開。
  22. 一種被加工物之分割方法，其特徵在於用以分割被加工 物者，且包含：載置步驟，其係將被加工物載置於載物台；照射步驟，其係於上述被加工物之與上述載物台相對之載置面已冷卻之狀態下，一邊使上述載物台與上述脈衝雷射光束之光源連續地相對移動，一邊將上述脈衝雷射光束以各單位脈衝光之被照射區域於與上述載置面對向之被加工面上離散形成之方式照射於上述被加工物，藉此於上述被照射區域彼此之間依序產生上述被加工物之劈開或裂開，從而於上述被加工物上形成用於分割之起點；及分割步驟，其係將利用上述照射步驟而形成有分割起點之被加工物沿上述分割起點加以分割。
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