專利名稱：激光刻劃方法以及激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光刻劃(scribe)方法，尤其涉及向脆性材料基板照射脈沖激光進(jìn)行刻劃的激光刻劃方法。本發(fā)明還涉及激光加工裝置，尤其涉及向脆性材料基板照射脈沖激光，沿著分割預(yù)定線對脆性材料基板進(jìn)行刻劃的激光加工裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管等發(fā)光元件是在藍(lán)寶石基板上層疊氮化物半導(dǎo)體而形成的。在這種由藍(lán)寶石基板等構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置中，通過分割預(yù)定線劃分而形成有多個(gè)發(fā)光二極管等元件。而且為了沿著分割預(yù)定線分割半導(dǎo)體裝置，使用激光刻劃方法。激光刻劃方法是對基板等工件照射激光進(jìn)行刻劃的方法，例如在專利文獻(xiàn)I中已經(jīng)對此進(jìn)行了示出。在該專利文獻(xiàn)I所示的方法中，激光的會聚點(diǎn)位置被調(diào)整到了基板背 面，沿著分割預(yù)定線掃描激光。此后使激光的會聚點(diǎn)沿著基板的厚度方向移動，同樣使激光沿著分割預(yù)定線進(jìn)行掃描。另外，專利文獻(xiàn)2示出了向硅基板和玻璃基板等照射脈沖激光，在基板內(nèi)部形成改性區(qū)域而進(jìn)行刻劃的方法。在該專利文獻(xiàn)2所示的方法中，脈沖激光的會聚點(diǎn)被調(diào)整為位于基板內(nèi)部。然后，在向基板照射脈沖激光之后，在不改變會聚點(diǎn)的位置的情況下沿橫向使激光進(jìn)行掃描，照射下一個(gè)脈沖激光。通過重復(fù)進(jìn)行這種激光照射，沿著分割預(yù)定線周期性地形成從基板背面?zhèn)瘸鎮(zhèn)刃毕蜓由斓亩鄠€(gè)改性區(qū)域。專利文獻(xiàn)I日本特開2007-21557號公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2007-167875號公報(bào)其中，尤其是在藍(lán)寶石基板上層疊半導(dǎo)體形成發(fā)光二極管的情況下，為了不使作為最終產(chǎn)品的發(fā)光二極管的品質(zhì)變差，優(yōu)選盡量減少激光照射導(dǎo)致的改性區(qū)域(以下稱作激光加工痕或簡稱加工痕)。另外，為了不會有損端面強(qiáng)度等強(qiáng)度，也優(yōu)選減少改性區(qū)域。另一方面，當(dāng)改性區(qū)域較少的情況下，在刻劃后的分割工序中需要更大的分割力，有時(shí)會產(chǎn)生無法分割的情況。因此，在激光刻劃中，需要通過形成較少(較窄)的且在后續(xù)工序中易于分割的改性區(qū)域進(jìn)行刻劃。為了達(dá)成該目的，可以考慮沿著分割預(yù)定線周期性地形成沿著基板的厚度方向延伸的線狀的多個(gè)改性區(qū)域(以下稱之為線狀加工痕)。這種線狀加工痕能通過專利文獻(xiàn)I和2所示方法形成。然而當(dāng)利用專利文獻(xiàn)I所示激光刻劃方法形成線狀加工痕的情況下，需要在多個(gè)位置設(shè)置激光的會聚點(diǎn)，針對該多個(gè)位置的每一個(gè)沿著分割線掃描激光。基于這種方法的處理十分復(fù)雜，而且裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且昂貴。另外，在專利文獻(xiàn)2所示的方法中，雖然無需變更會聚點(diǎn)的位置，然而沒有公開光束強(qiáng)度等任何激光照射條件。因此即使是本領(lǐng)域的技術(shù)人員也無法參照該專利文獻(xiàn)2穩(wěn)定地形成線狀加工痕。因此有時(shí)會在基板正面和/或背面形成并非線狀而是面積較大的面狀的改性區(qū)域，或者反之線狀加工痕較少，在分割工序中需要較大的分割力。而且，在該專利文獻(xiàn)2中，以I個(gè)脈沖形成300 iim的加工痕，因此無法在厚度為IOOiim左右的基板形成線狀加工痕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，使用激光對藍(lán)寶石基板等脆性材料基板進(jìn)行刻劃時(shí)，能夠以簡單的裝置結(jié)構(gòu)形成適當(dāng)寬度的改性區(qū)域。第一方面涉及的激光刻劃方法是向脆性材料基板照射脈沖激光，并沿著分割預(yù)定線進(jìn)行刻劃的方法，其具備第I工序和第2工序。在第I工序中，向脆性材料基板照射脈沖激光，并且沿著分割預(yù)定線進(jìn)行掃描，在離開脆性材料基板的正面和背面的內(nèi)部形成沿著分割預(yù)定線的改性層。在第2工序中，向脆性材料基板照射調(diào)整了光束強(qiáng)度的激光，并且固定激光的焦點(diǎn)位置，而沿著分割預(yù)定線進(jìn)行掃描，沿著分割預(yù)定線周期性地形成以改性層為起點(diǎn)且發(fā)展到未到達(dá)脆性材料基板正面的深度的多條線狀加工痕。其中，本申請的發(fā)明人開發(fā)出了能夠以簡單的裝置結(jié)構(gòu)形成適當(dāng)寬度的改性區(qū)域的激光刻劃方法，并已提交申請(日本特愿2010-193220)。在該激光刻劃方法中，從脆性材料基板的背面朝正面形成既定長度的線狀加工痕，進(jìn)而沿著分割預(yù)定線周期性地形成該線狀加工痕。然而，例如在發(fā)光二極管中，在藍(lán)寶石基板上層疊半導(dǎo)體形成元件。而且在對這種發(fā)光二極管應(yīng)用在先提交申請的激光刻劃方法的情況下，為了不對元件帶來損傷，從未形成元件的面(正面)照射激光。于是，在先提交申請的方法會使得在形成了元件的面(背面)形成作為線狀加工痕起點(diǎn)的改性區(qū)域。這種情況下，形成于基板的一個(gè)面(背面)的元件可能會受到損傷。而本發(fā)明是在脆性材料基板的離開正面和背面的內(nèi)部形成改性層，以該基板內(nèi)部的改性層作為起點(diǎn)形成線狀加工痕。其中，由于能在較少的改性區(qū)域形成刻劃線，因此能抑制最終產(chǎn)品的品質(zhì)和強(qiáng)度變差。還能夠在后續(xù)工序的分割中較為容易地進(jìn)行分割。另外，改性層形成于基板內(nèi)部，線狀加工痕是以該改性層作為基點(diǎn)發(fā)展的，因此在基板一個(gè)面形成有元件的情況下也能抑制對元件的損傷。第二方面涉及的激光刻劃方法是在第一方面的激光刻劃方法中，在第2工序中，脈沖激光的光束強(qiáng)度被調(diào)節(jié)為在改性層處超過8. 8X 1012W/m2，在正面之內(nèi)的基板內(nèi)部低于8. 8X1012W/m2。其中，在基板內(nèi)部的改性層，脈沖激光的光束強(qiáng)度超過閾值(8. 8X 1012W/m2)，因此若掃描脈沖激光，則激光加工痕會以改性層作為起點(diǎn)朝正面向斜上方行進(jìn)。而且在正面以內(nèi)的基板內(nèi)部，光束強(qiáng)度低于閾值(8. 8 X 1012W/m2)，因此在低于閾值的時(shí)刻，線狀加工痕停止向上方行進(jìn)，再次在改性層形成激光加工痕。通過上述情況的重復(fù)，沿著分割預(yù)定線周期性地形成了從改性層延伸到未到達(dá)正面的深度的線狀加工痕。第三方面涉及的激光刻劃方法是在第二方面的激光刻劃方法中，在第2工序中，將激光照射條件和掃描條件調(diào)節(jié)為使得脆性材料基板每單位體積所吸收的能量處于2. 0X10lclJ/m3 以下。在激光照射和掃描過程中，當(dāng)基于第二方面的條件且每單位體積吸收的能量超過了 2. O X 101(lJ/m3時(shí)，會形成相鄰的線狀加工痕連續(xù)的面狀加工痕，無法減小改性區(qū)域。于是本發(fā)明將激光照射條件和掃描條件調(diào)節(jié)為使得每單位體積所吸收的能量處于2. OX IOltlJ/m3以下。第四方面涉及的激光刻劃方法是在第一至第三方面的激光刻劃方法中，脆性材料為藍(lán)寶石。第五方面涉及的激光刻劃方法是向脆性材料基板照射脈沖激光進(jìn)行刻劃的方法，包括以下工序。第I工序向脆性材料基板照射激光，并且固定焦點(diǎn)位置而使激光沿著分割預(yù)定線進(jìn)行掃描，形成沿著脆性材料基板的厚度方向發(fā)展的線狀的激光加工痕。第2工序當(dāng)線狀的激光加工痕在基板厚度方向發(fā)展到既定位置時(shí)，停止向脆性材料基板照射激光。第3工序在停止向脆性材料基板照射激光的狀態(tài)下，當(dāng)激光的照射位置由于掃描而向掃描方向移動了既定距離時(shí)，重新開始對脆性材料基板照射激光。重復(fù)工序重復(fù)執(zhí)行對脆性材料基板照射激光和掃描激光、停止照射、重新開始照射的各處理，由此沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀激光加工痕。在該激光刻劃方法中，脈沖激光照射到脆性材料基板，而且沿著分割預(yù)定線使激光進(jìn)行掃描。由此就形成了沿著基板厚度方向延伸的線狀加工痕。而且當(dāng)線狀加工痕在基板厚度方向上發(fā)展到既定位置處時(shí)，停止對基板照射激光。因此線狀加工痕的發(fā)展也會停止。并且，持續(xù)進(jìn)行掃描。而當(dāng)激光的照射暫時(shí)停止之后，在激光的照射位置沿掃描方向移動了既定距離的定時(shí)，重新開始對基板照射激光，再次形成線狀的激光加工痕。通過重復(fù)上述對基板照射激光、停止照射，由此沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀加工痕。如上所述，例如在發(fā)光二極管中，在藍(lán)寶石基板的背面層疊半導(dǎo)體形成元件。因此不希望在基板背面形成改性區(qū)域。另一方面，當(dāng)在基板正面未形成元件的情況下，如果線狀加工痕形成到了正面附近，則能在后續(xù)工序中進(jìn)行分割時(shí)，以較少的力容易地分割基板。然而在本發(fā)明申請人提交的在先申請(日本特愿2010-193220)中的激光刻劃方法中，通過激光照射條件確定線狀加工痕的發(fā)展程度(長度)，因此難以精度良好地管理線狀加工痕的長度，使線狀加工痕到達(dá)正面附近。而在本發(fā)明中，在線狀加工痕發(fā)展到既定位置的時(shí)刻暫時(shí)停止對基板照射激光，停止線狀加工痕的發(fā)展。因此，易于使線狀加工痕發(fā)展到期望位置處停止，能夠在不必嚴(yán)格管理激光照射條件的情況下，使線狀加工痕形成至脆性材料基板的正面附近。第六方面涉及的激光刻劃方法是在第五方面的激光刻劃方法中，當(dāng)脈沖激光的照射位置移動至不與已形成的激光加工痕重合的位置處時(shí)，執(zhí)行第3工序。當(dāng)停止照射激光之后重新開始照射時(shí)，若已形成的激光加工痕與新照射的激光重合，則已形成的線狀加工痕會進(jìn)一步發(fā)展而到達(dá)基板正面，有時(shí)形成為不是線狀而是面狀的加工痕。這種面狀的加工痕的改性區(qū)域非常大，因而并不優(yōu)選。而在該第6發(fā)明中，在激光照射位置移動到與已形成的激光加工痕不重合的位置處的定時(shí)重新開始對基板照射激光。由此能防止形成面狀加工痕，可靠形成線狀的激光加工痕。
第七方面涉及的激光刻劃方法是在第五或第六方面的激光刻劃方法中，脈沖激光的照射條件被設(shè)定為線狀激光加工痕的起點(diǎn)在脆性材料基板的背面。在此，能夠容易形成從脆性材料基板的背面延伸到正面附近的線狀加工痕，在后續(xù)工序中能更容易分割基板。第八方面涉及的激光刻劃方法是在第五或第六方面的激光刻劃方法中，激光的照射條件被設(shè)定為線狀激光加工痕的起點(diǎn)在離開脆性材料基板的背面和正面的基板內(nèi)部。在此，以離開脆性材料基板的正面和背面的內(nèi)部作為起點(diǎn)形成線狀加工痕，因此線狀加工痕從離開基板背面的內(nèi)部朝正面?zhèn)妊由煨纬伞Ｒ虼水?dāng)基板背面形成有元件的情況下，能夠抑制對元件的損傷。第九方面涉及的激光刻劃方法是在第五至第八方面中的任一個(gè)激光刻劃方法中，激光的光束強(qiáng)度被調(diào)節(jié)為在脆性材料基板的線狀加工痕形成預(yù)定區(qū)域超過8. 8X 1012W/m2。
在此，在作為線狀加工痕的起點(diǎn)的位置處，激光的光束強(qiáng)度超過閾值(8. 8 X IO12W/m2)，因此當(dāng)掃描激光時(shí)，激光加工痕從起點(diǎn)朝向正面發(fā)展。而且在既定定時(shí)暫時(shí)停止對基板照射激光，因此線狀加工痕的發(fā)展停止于期望位置處。此后，重新開始照射激光，重新從起點(diǎn)形成線狀加工痕。通過重復(fù)上述處理，沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀加工痕。第十方面涉及的激光刻劃方法是在第九方面的激光刻劃方法中，激光的照射條件和掃描條件被調(diào)節(jié)為使得脆性材料基板每單位體積所吸收的能量處于2. OX 101(lJ/m3以下。在激光照射和掃描過程中，當(dāng)以第八方面的條件且每單位體積所吸收的能量超過了 2. OX IOiciJAi3時(shí)，會形成相鄰的線狀加工痕連續(xù)的面狀加工痕，無法減小改性區(qū)域。于是本發(fā)明將激光照射和掃描條件調(diào)節(jié)為使得每單位體積所吸收的能量處于2. OX IOiciJAi3以下。第^^一方面涉及的激光刻劃方法是在第五至第十方面中的任一個(gè)激光刻劃方法中，脆性材料為藍(lán)寶石。第十二方面涉及的激光刻劃裝置向脆性材料基板照射激光，沿著分割預(yù)定線對脆性材料基板進(jìn)行刻劃，其具有激光光線振蕩單元、傳輸光學(xué)系統(tǒng)、會聚透鏡、工作臺、移動控制部、以及加工控制部。激光光線振蕩單元射出脈沖激光，包括激光光線振蕩器、調(diào)整激光光線的光束強(qiáng)度的激光控制部。傳輸光學(xué)系統(tǒng)將從激光光線振蕩單元射出的激光引導(dǎo)至既定方向。會聚透鏡是用于使來自傳輸光學(xué)系統(tǒng)的激光會聚的透鏡。工作臺能夠在垂直于來自會聚透鏡的激光光線的平面內(nèi)進(jìn)行相對移動，用于放置被來自會聚透鏡的激光所照射的脆性材料基板。移動控制部使來自會聚透鏡的激光光線與工作臺相對移動。加工控制部控制激光控制部和移動控制部，沿著分割預(yù)定線周期性地形成沿著放置于工作臺的脆性材料基板的厚度方向延伸的多條線狀激光加工痕。另外，加工控制部具有第I功能、第2功能和第3功能。根據(jù)第I功能，向脆性材料基板照射激光并固定焦點(diǎn)位置使激光沿著分割預(yù)定線進(jìn)行掃描，形成在脆性材料基板的厚度方向上發(fā)展的線狀激光加工痕。根據(jù)第2功能，當(dāng)線狀的激光加工痕在基板厚度方向上發(fā)展到既定位置時(shí)，停止對脆性材料基板照射激光；根據(jù)第3功能，在停止對脆性材料基板照射激光的狀態(tài)下，當(dāng)激光的照射位置由于掃描而向掃描方向移動了既定距離時(shí)，重新開始對脆性材料基板照射激光。而且加工控制部重復(fù)執(zhí)行上述各功能，由此沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀的激光加工痕。根據(jù)這種激光加工裝置，能夠與上述情況同樣地，易于使線狀加工痕發(fā)展至既定位置處停止，能夠在不必嚴(yán)格管理激光照射條件的情況下，使線狀加工痕形成至脆性材料基板的正面附近。在如上所述的本發(fā)明中，在對藍(lán)寶石基板等脆性材料基板刻劃時(shí)，能夠以簡單的裝置結(jié)構(gòu)形成適當(dāng)寬度的改性區(qū)域。另外，在基板形成有元件的情況下，能抑制對元件的損傷。還能易于管理線狀的激光加工痕的發(fā)展長度。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的加工方法進(jìn)行分割的半導(dǎo)體晶片的外觀立體圖。圖2是用于實(shí)施本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的加工方法的激光加工裝置的概要構(gòu)成圖。圖3A是表示形成于基板內(nèi)部的改性層的顯微鏡照片的圖。圖3B是表示形成于基板內(nèi)部的改性層的顯微鏡照片的圖。圖4是表示形成于基板內(nèi)部的線狀加工痕的顯微鏡照片的圖。圖5是用于說明線狀加工痕的形成機(jī)理的圖。圖6是用于研究形成線狀加工痕的閾值的裝置構(gòu)成圖。圖7是表示厚度為150 的藍(lán)寶石基板處的光束半徑與焦點(diǎn)位置之間的關(guān)系的圖。圖8是表示僅正面形成有加工痕的基板內(nèi)部的顯微鏡照片的圖。圖9是示出根據(jù)圖7的仿真結(jié)果預(yù)測出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的比較的圖。圖10是表示厚度為200 U m的藍(lán)寶石基板處的光束半徑與焦點(diǎn)位置之間的關(guān)系的圖。圖11是表示背面形成有加工痕的基板內(nèi)部的顯微鏡照片的圖。圖12是表示根據(jù)圖10的仿真結(jié)果預(yù)測出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的比較的圖。圖13是用于說明背面加工與線狀加工之間的邊界的基板內(nèi)部顯微鏡照片的圖。圖14是表示每單位體積吸收的能量與加工狀態(tài)之間的關(guān)系的圖。圖15A是用于說明線狀加工痕的形成機(jī)理的圖。圖15B是用于說明線狀加工痕的形成機(jī)理的圖。圖16A是用于說明激光振蕩的開啟、關(guān)閉距離與線狀加工痕之間的關(guān)系的圖。圖16B是用于說明激光振蕩的開啟、關(guān)閉距離與線狀加工痕之間的關(guān)系的圖。圖16C是用于說明激光振蕩的開啟、關(guān)閉距離與線狀加工痕之間的關(guān)系的圖。圖17是用于說明暫時(shí)停止激光振蕩以形成期望長度的線狀加工痕的具體例I的圖。圖18是表示圖17的例子中的基板內(nèi)部的光束半徑的圖。圖19是用于說明暫時(shí)停止激光振蕩以形成期望長度的線狀加工痕的具體例2的圖。圖20是表示圖19的例子中的基板內(nèi)部的光束半徑的圖。圖21A是用于說明激光振蕩的開啟、關(guān)閉距離的調(diào)整與調(diào)整所形成的線狀加工痕之間的關(guān)系的圖。圖21B是用于說明激光振蕩的開啟、關(guān)閉距離的調(diào)整與調(diào)整所形成的線狀加工痕之間的關(guān)系的圖。
圖21C是用于說明激光振蕩的開啟、關(guān)閉距離的調(diào)整與調(diào)整所形成的線狀加工痕之間的關(guān)系的圖。圖22是以基板內(nèi)部的改性層作為起點(diǎn)形成的線狀加工痕的示意圖。符號說明2藍(lán)寶石基板；4分割預(yù)定線；10激光加工痕；M、Ml M3改性層。
具體實(shí)施例方式I :加工對象圖I是應(yīng)用了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光刻劃方法的半導(dǎo)體晶片的一例。該圖I所示的晶片I是在藍(lán)寶石基板2上層疊氮化物半導(dǎo)體而形成的，通過分割預(yù)定線4劃分形成多個(gè)發(fā)光二極管等發(fā)光元件3。II :激光加工裝置圖2表示用于實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的加工方法的激光加工裝置5的概要構(gòu)成。激光加工裝置5具有包括激光光線振蕩器6a和激光控制部6b的脈沖激光光線振蕩單元6、具有用于將激光向既定方向引導(dǎo)的多個(gè)反射鏡的傳輸光學(xué)系統(tǒng)7、以及用于使來自傳輸光學(xué)系統(tǒng)7的激光會聚的會聚透鏡8。從脈沖激光光線振蕩單元6射出對光束強(qiáng)度等照射條件進(jìn)行了控制的脈沖激光(以下簡稱為激光)。晶片I放置于工作臺9。工作臺9被驅(qū)動控制部20進(jìn)行驅(qū)動控制，能夠在水平面內(nèi)移動。即，放置于工作臺9的晶片I與從會聚透鏡8照射的激光光線能夠在水平面內(nèi)相對移動。另外，會聚透鏡8與放置有晶片I的工作臺9能夠在上下方向上相對移動。激光控制部6b和驅(qū)動控制部20被加工控制部21控制。加工控制部21由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成，控制激光控制部6b和驅(qū)動控制部20。III :激光刻劃方法(I)使用如上的激光加工裝置5的第I激光刻劃方法如下。第I工序首先，在脈沖激光光線振蕩單元6中，控制激光的輸出功率等加工條件。并且，向藍(lán)寶石基板2照射該激光，在藍(lán)寶石基板2的離開正面和背面的內(nèi)部形成改性區(qū)域。并且，激光是透過基板的透射型激光。并且，沿著分割預(yù)定線掃描該激光。由此在基板內(nèi)部形成沿著分割預(yù)定線的改性層。圖3A和圖3B示出了形成于基板內(nèi)部的改性層的具體例。在每個(gè)例子中都使用厚度為330 u m的藍(lán)寶石基板作為試樣。例I圖3A的激光照射條件如下。波長1064nm脈沖寬度20ps脈沖能量1.4ii J
掃描速度500mm/s激光照射方向從正面照射焦點(diǎn)位置z= -100 V- m
在該例I中，在基板厚度方向的大致中間部形成有改性層Ml。例2圖3B的激光照射條件如下。波長1064nm脈沖寬度20ps脈沖能量1.Oil J掃描速度50mm/s激光照射方向從正面照射
焦點(diǎn)位置z= -140 V- m在該例2中，在基板內(nèi)部接近背面的區(qū)域形成有改性層M2。并且，在例I和例2中，除了焦點(diǎn)位置以外還變更了重復(fù)頻率、輸出和掃描速度，但是也可以僅通過變更焦點(diǎn)位置來變更形成改性層的位置(深度)。第2工序接著，控制激光的輸出功率等加工條件(后面詳細(xì)敘述)，向藍(lán)寶石基板2照射該激光。此后，固定激光的焦點(diǎn)(此處與“會聚點(diǎn)”相同)的位置，在該情況下使激光沿著分割預(yù)定線相對移動進(jìn)行掃描。由此就如作為基板內(nèi)部的顯微鏡照片的圖4所示，沿著分割預(yù)定線周期性地形成作為改性區(qū)域的多條線狀的激光加工痕10。這樣，晶片I就被沿著分割預(yù)定線刻劃。并且，圖4示出了以基板背面為起點(diǎn)形成線狀加工痕的例子，而在本發(fā)明中，并非在基板背面，而是以在第I工序形成的改性層作為起點(diǎn)形成線狀加工痕。如上所述，在基板內(nèi)部形成了周期性的線狀加工痕10之后，通過對形成有該線狀加工痕10的部分施加彎曲應(yīng)力，從而能夠沿著刻劃線輕易分割晶片I。線狀加工痕的形成機(jī)理使用圖5說明第2工序的線狀加工痕的形成機(jī)理。如圖5(a)所示，以使得焦點(diǎn)位置處于基板內(nèi)部的改性層M附近的方式設(shè)定激光照射條件，照射激光。關(guān)于激光的條件將會在后面敘述。當(dāng)照射激光時(shí)，如圖5(b)所示，基于某個(gè)激光脈沖(以下有時(shí)簡稱為“脈沖”)在改性層M形成加工痕10a。將包括焦點(diǎn)位置在內(nèi)的激光照射條件維持在相同條件的情況下掃描激光(圖5(c))。于是，激光脈沖重疊，下一個(gè)脈沖照射在之前的加工痕IOa上，由此如圖5(d)所示，在之前的加工痕IOa上接著形成新的加工痕10b。通過重復(fù)進(jìn)行以上的加工，如圖5(e) 5(g)所示，形成線狀的加工痕10。激光的焦點(diǎn)位置始終被設(shè)定為基板內(nèi)部的改性層M附近，因此在基板內(nèi)部激光光束的直徑隨著朝向上方而變大，因而每單位面積的光束強(qiáng)度變?nèi)?。而且在接連形成的加工痕10到達(dá)基板正面之前，若光束強(qiáng)度在既定的深度位置處低于某個(gè)值，則加工痕10不會進(jìn)一步上升，再次在改性層M形成加工痕10c。圖5 (h)、圖5 (i)示出了這種情況。通過重復(fù)上述加工，如圖5(j)所示，沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀加工痕10。形成線狀加工痕的閾值接著說明上述形成有線狀加工痕的光束強(qiáng)度的閾值。其中，圖7起示出了以如下的計(jì)算條件對藍(lán)寶石基板內(nèi)部的光束直徑進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。并且，基板內(nèi)部的光束直徑為圖6所示的d，在圖7以后示出了基板內(nèi)部的光束半徑。另外，從圖7開始，為了便于說明，將基板背面作為線狀加工痕的起點(diǎn)，而在本發(fā)明中，線狀加工痕的起點(diǎn)并非基板背面，而是在第I工序中形成于基板內(nèi)部的改性層M。因此以下說明中的“基板背面”對應(yīng)于本發(fā)明的“基板內(nèi)部的改性層”?！从?jì)算條件〉激光波長355nm入射光束直徑(圖6的Do) 5mmM2 1. 2會聚透鏡8的焦點(diǎn)20mm
藍(lán)寶石折射率1. 76<計(jì)算結(jié)果I :基板厚度150 u m>圖7中示出了在厚度為150 的試樣(藍(lán)寶石基板)中設(shè)基板正面位置為“0”并使得焦點(diǎn)位置從+50 u m到-250 y m產(chǎn)生7個(gè)階段變化時(shí)的光束半徑與高度(設(shè)基板正面為“0”時(shí))的計(jì)算結(jié)果。并且圖7僅示出了光束的單側(cè)，而實(shí)際的激光的光束形狀是夾著光束半徑“0”對稱的。另外，例如在焦點(diǎn)位置為“-50 iim”時(shí)，光束在-IOOiim的位置處會聚，而這是由于激光在藍(lán)寶石基板內(nèi)部折射所致，各焦點(diǎn)位置表示激光在空氣中行進(jìn)時(shí)的值。關(guān)于該圖7的條件做出如下假定。假定I :能通過光束半徑8iim以下的光束強(qiáng)度形成加工痕。假定2 :在基板內(nèi)部和正面的加工痕未形成區(qū)域中，通過閾值以上的強(qiáng)度也無法形成加工痕。雖然憑借光束半徑在8 u m以下的光束強(qiáng)度也無法從基板內(nèi)部形成線狀加工痕，然而能從基板背面(相當(dāng)于“基板內(nèi)部的改性層”)形成線狀加工痕?；谝陨系募俣?，根據(jù)圖7的基板內(nèi)部的光束半徑可推測出如下的焦點(diǎn)位置與加工痕之間的關(guān)系(根據(jù)計(jì)算結(jié)果預(yù)測出的狀態(tài))。+50iim:X (無法加工)0:X(無法加工)-50um = O (正面加工)-IOOum (線狀加工)-150 ii m : X (無法加工)-200 um X (無法加工)-250 u m _這里，“正面加工”指的是在圖5所示的加工痕的形成機(jī)理中，激光的光束強(qiáng)度在基板內(nèi)部的整個(gè)區(qū)域(厚度整體)中較強(qiáng)，加工痕到達(dá)了基板正面的加工。具體而言，觀察圖7的焦點(diǎn)位置“-50 ym”的光束形狀可知，在試樣(基板)內(nèi)部的整體厚度范圍內(nèi)光束半徑在8iim以下。因此光束強(qiáng)度在基板內(nèi)部的整個(gè)區(qū)域較高，加工痕到達(dá)正面。如上所述，在加工痕到達(dá)基板正面的正面加工中，所有能量都在基板正面較淺的范圍內(nèi)被吸收。而當(dāng)每單位體積所吸收的能量超過了某個(gè)閾值時(shí)，如圖8所示，在基板正面形成均勻深度的改性區(qū)域?qū)?2。這種正面加工不會形成作為目的的線狀加工痕。另外，“無法加工”指的是激光的光束強(qiáng)度在基板內(nèi)部的整個(gè)區(qū)域(厚度整體)中較低，未能形成線狀加工痕，而在正面和背面等不均勻地形成加工痕的加工。
而且在圖7的焦 點(diǎn)位置為“-100 Pm”的情況下，光束半徑在從基板背面到大致基板厚度的中間位置(大約-75 ym)的范圍內(nèi)都在Sym以下。因此可推測出在從基板背面到大致一半的深度形成線狀加工痕。圖9示出根據(jù)上述仿真推測的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果(激光輸出3. 2W)。根據(jù)該圖9可知，在焦點(diǎn)位置“-lOOym”的情況下，即使改變了掃描速度也能形成線狀加工痕(表中的“◎”示出形成了線狀加工痕的情況)。因此可知基于上述激光照射條件而將“光束半徑8 V- m”作為閾值的假定是正確的。<計(jì)算結(jié)果2 :基板厚度200 u m>圖10中示出了在厚度為200 的藍(lán)寶石基板中設(shè)基板正面位置為“0”并使得焦點(diǎn)位置從+50 u m到-250 y m產(chǎn)生7個(gè)階段變化時(shí)的光束半徑與高度(設(shè)基板正面為“0”)的計(jì)算結(jié)果。并且對于該圖10的條件也與上述同樣做出假定I和2。這種情況下，根據(jù)圖10的基板內(nèi)部的光束半徑可推測出如下的焦點(diǎn)位置與加工痕之間的關(guān)系(根據(jù)計(jì)算結(jié)果預(yù)測的狀態(tài))。+50 ii m : X (無法加工)0:X(無法加工)-50 U m 0 (正面加工)-IOOum (線狀加工)-150 U m:A (背面加工)-200 um X (無法加工)-250 Um:-在此，“正面加工”指的是在圖5所示的加工痕的形成機(jī)理中，加工痕的上升高度較低，所有能量都在背面的較窄的范圍內(nèi)被吸收，在基板背面(相當(dāng)于“基板內(nèi)部的改性層”)附近形成均勻深度的改性區(qū)域的層的加工。并且如上所述，在本發(fā)明中，線狀加工痕的起點(diǎn)并非基板背面而是形成于基板內(nèi)部的改性層M。因此，準(zhǔn)確而言“背面加工”指的是在第I工序中形成的改性層附近呈面狀形成加工痕的加工。具體而言，觀察圖10的焦點(diǎn)位置“_150iim”的光束形狀可知，僅試樣(基板)內(nèi)部的背面附近處于光束半徑8 y m以下。因此，加工痕不會如線狀加工那樣上升，而是如圖11所示，在基板背面形成均勻深度(厚度)的改性區(qū)域的層(面狀的加工痕)13。這種情況下也不會形成作為目的的線狀加工痕。而且在圖10的焦點(diǎn)位置“-100 u m”的情況下，光束半徑在從基板背面到約-75 u m的高度位置都在8 以下，推測為在該范圍內(nèi)形成了線狀加工痕。圖12示出了根據(jù)上述仿真推測出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果(激光輸出3. 2W)。根據(jù)該圖12可知，在焦點(diǎn)位置“-100 u m”的情況下，即使改變了掃描速度也能形成線狀加工痕。因此可知基于上述激光照射條件而將“光束半徑8 u m”作為閾值的假定是正確的?！葱〗Y(jié)〉綜上所述，當(dāng)對加工痕重疊照射激光脈沖時(shí)，由于輸出為3. 2W、頻率為120MHz、脈沖寬度為15ps、光束半徑為8 iim，因此接著之前的加工痕形成新加工痕的激光的光束強(qiáng)度為 8. 8X1012W/m2。即，當(dāng)光束強(qiáng)度在作為線狀加工痕的起點(diǎn)的改性層M的部分超過了閾值時(shí)，加工痕會上升。而當(dāng)光束強(qiáng)度在線狀加工痕到達(dá)基板正面之前低于閾值的情況下，加工痕的上升會停止于該位置處，而再次從改性層M形成加工痕，其結(jié)果以改性層M為起點(diǎn)形成周期性的線狀加工痕。線狀加工痕與面狀加工痕之間的閾值在 此，如上所述，在“背面加工”中，線狀加工痕并非周期性形成的，在基板內(nèi)部的改性層的附近形成在掃描方向相鄰的線狀加工痕連續(xù)的面狀加工痕。下面討論形成有這種面狀加工痕的“面狀加工”與形成有線狀加工痕的“線狀加工”的邊界。圖13是將會聚點(diǎn)的位置設(shè)定為-150 ii m，以200mm/s的掃描速度對厚度為200 u m的藍(lán)寶石基板照射激光并進(jìn)行掃描的情況下基板內(nèi)部的顯微鏡照片。并且，其他的激光照射條件也與上述條件相同。在該圖13中，可觀察到在背面加工(面狀加工)痕中局部形成有線狀加工痕的情況。即，該圖13所示的加工的條件可被推測為是面狀加工與線狀加工的邊界條件。可通過下式求出圖13的加工中每單位體積所吸收的能量。輸出(J/s) + (掃描速度(m/s) X改性層尺寸(m) X光束直徑(m))具體而言，在圖12的例子中，每單位體積所吸收的能量為3. 2 (J/s) / (200 (mm/s) X 72 ( u m) X 14. 6 ( u m)) = I. 5 X IO10 (J/m3)。圖 14 示出了對于各種加工結(jié)果計(jì)算每單位體積所吸收的能量的結(jié)果。根據(jù)該圖14可知，在面狀加工的情況下，每單位體積所吸收的能量在2. OX 101°(J/m3)以上。由此可認(rèn)為以每單位體積所吸收的能量2. OX IOkiCJAi3)作為閾值加工狀態(tài)發(fā)生變化，在閾值以下形成線狀加工痕，當(dāng)超過閾值時(shí)則形成相鄰的線狀加工痕連續(xù)的面狀加工痕。總結(jié)總結(jié)以上情況，為了在藍(lán)寶石基板內(nèi)部形成周期性的線狀加工痕，需要通過以下條件進(jìn)行加工。(I)向基板照射透射性脈沖激光。(2)使脈沖激光在掃描方向重疊。(3)光束強(qiáng)度在基板內(nèi)部的改性層處于8. 8X 1012W/m2以上。(4)光束強(qiáng)度在到達(dá)基板正面為止的范圍內(nèi)低于8. 8X 1012W/m2。(5)每單位體積所吸收的能量在2. OX IOkiCJAi3)以下。基于以上的條件對藍(lán)寶石基板進(jìn)行加工，從而能沿著分割預(yù)定線形成周期性的線狀加工痕。而且通過形成這種線狀加工痕，能夠在不使基板強(qiáng)度顯著變差的情況下，易于進(jìn)行后續(xù)工序的分割。還能夠抑制藍(lán)寶石基板的質(zhì)量變差，將加工痕面積抑制得較小，當(dāng)例如形成發(fā)光二極管作為最終產(chǎn)品的情況下，能形成發(fā)光效率好的元件。尤其在基板內(nèi)部形成改性層，以該改性層為起點(diǎn)形成線狀加工痕，因此能抑制對形成在基板正面或背面的元件的損傷。IV:激光刻劃方法(2)下面說明第2激光刻劃方法。在該方法中，加工控制部21執(zhí)行如下處理。(I)向基板2照射調(diào)整了光束強(qiáng)度的激光，而且固定激光的焦點(diǎn)位置并使激光沿著分割預(yù)定線4進(jìn)行掃描，形成作為在基板2的厚度方向發(fā)展的改性區(qū)域的線狀的激光加工痕。
(2)當(dāng)線狀的激光加工痕在基板厚度方向發(fā)展到既定位置處時(shí)，停止對基板2照射激光。并且持續(xù)進(jìn)行掃描(工作臺9的移動)。(3)在工作臺9移動使得激光的照射位置移動到不與已形成的線狀加工痕重合的位置處的定時(shí)，重新開始對基板2照射激光。(4)通過重復(fù)執(zhí)行上述各處理，沿著分割預(yù)定線4周期性地形成多條線狀的激光加工痕。
并且，對基板2照射激光以及停止對基板2的照射是通過激光振蕩的開啟、關(guān)閉來進(jìn)行的。通過上述這樣的加工控制部21控制各部分，基于以下的方法執(zhí)行激光刻劃。首先，在激光光線振蕩單元6中，控制激光的輸出功率等加工條件。然后向基板2照射該激光，在基板2的背面形成改性區(qū)域。并且，從未形成元件3的基板2的正面照射激光。另外，激光是透過基板2的透射性激光。此后，在固定了激光的焦點(diǎn)(此處與“會聚點(diǎn)”相同)的位置的狀態(tài)下，沿著分割預(yù)定線使激光相對移動進(jìn)行掃描。由此，如作為基板內(nèi)部的顯微鏡照片的圖4所示，作為改性區(qū)域的線狀的激光加工痕10以基板背面為起點(diǎn)向正面?zhèn)劝l(fā)展。接著，當(dāng)線狀激光加工痕10在基板厚度方向上發(fā)展到期望位置時(shí)，停止激光振蕩，停止對基板2的激光照射。由此使得線狀加工痕10的上升也停止。當(dāng)激光的照射位置移動到不與已形成的線狀加工痕10重疊的位置時(shí)，開始激光振蕩，重新開始對基板2照射激光。由此再次以基板背面為起點(diǎn)，形成另一個(gè)線狀加工痕10。通過重復(fù)執(zhí)行如上處理，沿著分割預(yù)定線周期性地形成圖4所示的多條線狀加工痕10。當(dāng)在基板內(nèi)部按照如上所述形成多條線狀加工痕10之后，對形成有該線狀加工痕10的部分施加彎曲應(yīng)力，從而能沿著刻劃線容易地分割晶片I。線狀加工痕的形成機(jī)理使用圖15A和圖15B說明基于該第2方法的線狀加工痕的形成機(jī)理。如圖15A(a)所示，設(shè)定激光照射條件以使得焦點(diǎn)位置在基板背面附近，并且照射激光。當(dāng)照射激光時(shí)，如圖15A的(b)所示，通過某個(gè)激光脈沖在基板背面形成加工痕10a。將包括焦點(diǎn)位置在內(nèi)的激光照射條件維持在相同條件的情況下掃描激光(圖15A的(C))。于是，激光脈沖重疊，下一個(gè)脈沖照射在之前的加工痕IOa上，由此如圖15A的(d)所示，在之前的加工痕IOa上接著形成新的加工痕10b。通過重復(fù)進(jìn)行以上的加工，如圖15A的(e) (g)所示，形成線狀的加工痕10。然后，如圖15B所示，在線狀加工痕10發(fā)展到期望高度的定時(shí)停止激光振蕩。通過停止激光振蕩,線狀加工痕10的上升也停止。接著，當(dāng)激光的照射位置沿著掃描方向前進(jìn)了一定距離之后，重新開始激光振蕩。由此再次以基板的背面作為起點(diǎn)形成加工痕,并且線狀加工痕10上升。通過重復(fù)以上處理，如圖15B所示，沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀加工痕10。形成線狀加工痕的閾值
通過第2方法形成線狀加工痕的閾值與第I方法中的閾值相同。即，當(dāng)對加工痕重疊照射激光脈沖時(shí)，形成接著之前的加工痕的新加工痕的激光的光束強(qiáng)度為8. 8 X 1012W/m2。在此，若光束強(qiáng)度在基板背面超過閾值，則加工痕上升。于是，當(dāng)線狀加工痕上升到既定位置時(shí)，若使激光振蕩關(guān)閉，停止對基板照射激光，使光束強(qiáng)度低于8. 8 X 1012W/m2，則線狀加工痕的上升就會停止。并且，當(dāng)激光的照射位置移動了既定距離之后使激光振蕩開啟并重新開始對基板照射激光時(shí)，重新以基板背面為起點(diǎn)形成線狀加工痕。通過重復(fù)以上處理，沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀加工痕。線狀加工與面狀加工(背面加工)之間的閾值該第2刻劃方法中面狀加工(背面加工)與線狀加工的邊界與第I刻劃方法中研究的結(jié)果相同。
S卩，根據(jù)圖13和圖14可知，在成為正面加工或背面加工的情況下，每單位體積所吸收的能量在2. OX IOkiCJAi3)以上。因此可認(rèn)為加工狀態(tài)以每單位體積所吸收的能量為2. OX IO10 (J/m3)作為閾值發(fā)生變化，在閾值以下時(shí)形成線狀加工痕，超過閾值時(shí)形成相鄰的線狀加工痕連續(xù)的面狀的加工痕。停止激光振蕩的距離下面使用圖16A、圖16B和圖16C討論停止激光振蕩的距離、即圖15B中的“激光振湯關(guān)閉”的時(shí)間。并且，圖16A表不停止激光振湯的距尚足夠長的情況，圖16B和圖16C表示停止激光振蕩的距離較短的情況。如圖16A所示，當(dāng)重新開始激光振蕩時(shí)，若已形成的線狀加工痕10與激光Lb不重合，則能夠以背面為起點(diǎn)形成加工痕，再次形成線狀加工痕。另一方面，如圖16B所示，當(dāng)重新開始激光振蕩時(shí)，若已形成的線狀加工痕10與激光Lb重合，則存在已形成的線狀加工痕10進(jìn)一步上升的可能性。若線狀加工痕10上升到了基板正面，則成為在正面附近形成面狀加工痕的正面加工，無法周期性地形成多條線狀加工痕。并且，在圖16C所示的例子中，停止激光振蕩的距離比圖16的例子長或者激光的輸出比圖16B的例子低，因而已形成的線狀加工痕10與激光Lb的一部分重合，而在已形成的線狀加工痕10處吸收的激光的能量并不滿足能夠形成線狀加工痕的大小。這種情況下，已形成的線狀加工痕10不會進(jìn)一步上升。因此，作為用于周期性形成多條線狀加工痕的條件，使得已形成的加工痕與重新開始振蕩的激光不重合并非必須的條件。而且在重新開始激光振蕩之后，若未被已形成的加工痕遮蔽而到達(dá)基板背面的激光超過了既定值，則即使已形成的線狀加工痕與激光的一部分重合，也能以背面為起點(diǎn)形成加工痕，而再次形成線狀加工痕。管理發(fā)展長度、形成線狀加工痕的具體例〈例1>以下示出形成圖17所示的距離基板背面150 Pm且寬度為25 Pm的線狀加工痕時(shí)的加工條件。激光振蕩距離Im 25um停止激光振蕩的距離1。
:若Ioff ^ L/2+rtop,則重新開始激光振蕩時(shí)激光與加工痕不會重合。
L :加工痕尺寸rtop :加工痕上升停止位置處的光束半徑根據(jù)圖18可知，由于距離背面的高度150 iim的位置處的光束半徑為4 iim，因而當(dāng)L = 10 ii m時(shí)，取Itjff ^ 9um,從而能形成多條線狀加工痕?！蠢?>以下示出形成圖19所示的距離基板背面100 Pm且寬度為20 Pm的線狀加工痕時(shí)的加工條件。激光振蕩距離Im 20um停止激光振蕩的距離Itjff :若1。
^ L/2+rtop,則重新開始激光振蕩時(shí)激光與加工 痕不會重合。根據(jù)圖20可知，由于距離背面的高度100 u m的位置處的光束半徑為2 ii m，因而當(dāng)L = 10 ii m時(shí)，取Itjff ^ 7um,從而能形成多條線狀加工痕。另外，即使Itjff < L/2+rt()p，只要加工痕與激光的重合足夠小，就能如圖16C所示形成線狀加工痕。另外，線狀加工痕的傾斜度P會根據(jù)激光的重復(fù)頻率與掃描速度之比而發(fā)生變化，因此需要適當(dāng)設(shè)定這些條件。而且，停止激光振蕩的1。 越小則每單位體積所吸收的能量就越大，因此為了不形成面狀的加工痕，就需要設(shè)定為不超過上述能量閾值。激光振蕩開啟、關(guān)閉調(diào)整帶來的加工痕的變化圖21A、圖21B和圖21C示意性示出了使激光振蕩開啟的距離(I J、激光振蕩關(guān)閉的距離(Itjff)進(jìn)行各種變化時(shí)的線狀加工痕的變化。圖21A是使激光振蕩開啟的距離與激光振蕩關(guān)閉的距離都為25 y m時(shí)所形成的線狀加工痕的示意圖。圖21B是設(shè)激光振蕩開啟的距離為25 u m、激光振蕩關(guān)閉的距離為50 U m時(shí)所形成的線狀加工痕的示意圖。在本例中，線狀加工痕的長度與圖21A的情況相同，而相鄰的線狀加工痕的間隔變大。因此相比圖21A的情況而言，基板整體的改性區(qū)域較窄，在分割工序中需要比圖2IA的情況大的力。圖21C是設(shè)激光振蕩開啟的距離為12. 5 U m、激光振蕩關(guān)閉的距離為25 U m時(shí)所形成的線狀加工痕的示意圖。在本例中，線狀加工痕的長度比圖21A的情況要短。另外，相鄰的線狀加工痕的間隔與圖21A的情況相同。在該例子中，與圖21B相同地，基板整體的改性區(qū)域比圖21A的情況窄，在分割工序中需要比圖21A的情況大的力。總結(jié)總結(jié)以上內(nèi)容，在第2激光刻劃方法中，為了在藍(lán)寶石基板內(nèi)部形成周期性的線狀加工痕，需要基于以下條件進(jìn)行加工。(I)向基板照射透射性脈沖激光。(2)使脈沖激光在掃描方向重疊。(3)在線狀加工痕的起點(diǎn)處，每單位時(shí)間的光束強(qiáng)度在8. 8 X 1012W/m2以上。(4)在線狀加工痕到達(dá)基板正面之前，停止激光振蕩，使光束強(qiáng)度低于8. 8X1012W/m2。(5)在單位時(shí)間內(nèi)每單位體積所吸收的能量在2. OX 101°(J/m3)以下。
基于以上條件對藍(lán)寶石基板進(jìn)行加工，從而能夠沿著分割預(yù)定線形成周期性的線狀加工痕。尤其當(dāng)線狀加工痕發(fā)展到了期望位置處時(shí)，停止激光振蕩以停止線狀加工痕的發(fā)展，因此能夠防止形成面狀加工痕，可靠地形成多個(gè)線狀加工痕。還能任意控制線狀加工痕的發(fā)展位置。而且通過形成上述的線狀加工痕，能夠在不使得基板強(qiáng)度顯著變差的情況下容易進(jìn)行后續(xù)工序的分割。還能夠?qū)⒓庸ず勖娣e抑制得較小，因此能抑制藍(lán)寶石基板的質(zhì)量惡化，例如在形成發(fā)光二極管作為最終產(chǎn)品的情況下，能形成發(fā)光效率好的元件。V :激光刻劃方法(3)例如在發(fā)光二極管中，在藍(lán)寶石基板上層疊半導(dǎo)體以形成元件。當(dāng)把第2激光刻劃方法應(yīng)用于這種發(fā)光二極管的情況下，為了不對元件帶來損傷，從未形成元件的正面照射激光。于是，在第2方法中，在形成有元件的背面形成作為線狀加工痕的起點(diǎn)的改性區(qū)域。此時(shí)，形成于基板背面的元件可能會受到損傷。 于是，在第3激光刻劃方法中，在基板中離開正面和背面的內(nèi)部形成改性層，以該基板內(nèi)部的改性層作為起點(diǎn)，形成線狀加工痕。該激光刻劃方法如下所述。并且，激光加工裝置的構(gòu)成與第2激光刻劃方法的情況相同。首先，在激光光線振蕩單元6中，控制激光的輸出功率等加工條件。然后向基板2照射該激光，在基板2中離開正面和背面的內(nèi)部形成改性區(qū)域。并且激光是透過基板的透射性激光。而且沿著分割預(yù)定線使該激光進(jìn)行掃描。由此在基板內(nèi)部形成沿著分割預(yù)定線的改性層。關(guān)于形成于基板內(nèi)部的改性層的具體例子與圖3A和圖3B相同。在如上所述的在基板內(nèi)部形成改性層之后的處理與第2激光刻劃方法相同。即，以形成于基板內(nèi)部的改性層作為起點(diǎn)，沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀加工痕。圖22示意性示出了通過該第3方法形成的改性層M、多條線狀加工痕10。并且在圖22中，“開啟”表示激光振蕩開啟的距離(時(shí)間)，“關(guān)閉”表示激光振蕩關(guān)閉的距離(時(shí)間)。如上所述，在基板內(nèi)部形成了多條線狀加工痕10之后，對形成有該線狀加工痕10的部分施加彎曲應(yīng)力，從而能沿著刻劃線容易地分割晶片I。在該第3方法中，能夠在較少的改性區(qū)域形成刻劃線，因此能抑制最終的產(chǎn)品質(zhì)量和強(qiáng)度變差。另外，能夠在后續(xù)工序的分割中較容易地進(jìn)行分割。另外，由于改性層形成于基板內(nèi)部，線狀加工痕以該改性層作為基點(diǎn)發(fā)展，因此當(dāng)基板背面形成元件的情況下，能抑制對元件造成的損傷。其他實(shí)施方式本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行各種變形和修改。在上述第I工序和第2工序的具體例中，在各工序中變更了激光的波長，而當(dāng)然更當(dāng)然優(yōu)選在兩個(gè)工序中采取同一波長。在上述實(shí)施方式中，作為構(gòu)成晶片的基板舉例說明的是藍(lán)寶石基板，而本發(fā)明同樣能應(yīng)用于其他脆性材料基板。其中，閾值是根據(jù)基板材質(zhì)不同而不同的。
權(quán)利要求
1.一種向脆性材料基板照射脈沖激光而沿著分割預(yù)定線進(jìn)行刻劃的激光刻劃方法，其中，該激光刻劃方法包括 第I工序，向脆性材料基板照射脈沖激光，并且沿著上述分割預(yù)定線掃描脈沖激光，在上述脆性材料基板的離開正面和背面的內(nèi)部形成沿著上述分割預(yù)定線的改性層；以及 第2工序，向上述脆性材料基板照射激光，并且固定上述激光的焦點(diǎn)位置而沿著分割預(yù)定線掃描上述激光，沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀加工痕，該多條線狀加工痕以上述改性層為起點(diǎn)且發(fā)展到未到達(dá)上述脆性材料基板的正面的深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光刻劃方法，其中，在上述第2工序中，激光的光束強(qiáng)度被調(diào)節(jié)為，在上述改性層處超過8. 8 X 1012W/m2，在正面之內(nèi)的基板內(nèi)部低于8. 8 X 1012W/m2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光刻劃方法，其中，在上述第2工序中，將激光照射和掃描條件調(diào)節(jié)為，使得脆性材料基板每單位體積所吸收的能量為2. OX 101(lJ/m3以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的激光刻劃方法，其中，上述脆性材料為藍(lán)寶石。
5.一種向脆性材料基板照射脈沖激光而進(jìn)行刻劃的激光刻劃方法，其中，該激光刻劃方法包括 第I工序，向脆性材料基板照射激光，并且固定焦點(diǎn)位置，使激光沿著分割預(yù)定線進(jìn)行掃描，形成在脆性材料基板的厚度方向上發(fā)展的線狀的激光加工痕； 第2工序，當(dāng)上述線狀的激光加工痕在基板厚度方向上發(fā)展到既定位置時(shí)，停止向脆性材料基板照射上述激光；以及 第3工序，在停止向脆性材料基板照射上述激光的狀態(tài)下，當(dāng)上述激光的照射位置通過上述掃描而向掃描方向移動了既定距離時(shí)，重新開始對脆性材料基板照射上述激光， 重復(fù)執(zhí)行上述第I工序、上述第2工序和上述第3工序，由此沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀激光加工痕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光刻劃方法，其中，當(dāng)上述脈沖激光的照射位置移動至不與已形成的激光加工痕重合的位置處時(shí)，執(zhí)行上述第3工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的激光刻劃方法，其中，上述激光的照射條件被設(shè)定為，使得線狀激光加工痕的起點(diǎn)在脆性材料基板的背面。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的激光刻劃方法，其中，上述激光的照射條件被設(shè)定為，使得線狀激光加工痕的起點(diǎn)在離開脆性材料基板的背面和正面的基板內(nèi)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的激光刻劃方法，其中，上述激光的光束強(qiáng)度被調(diào)節(jié)為，在脆性材料基板的線狀加工痕形成預(yù)定區(qū)域超過8. 8X 1012W/m2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光刻劃方法，其中，上述激光的照射條件和掃描條件被調(diào)節(jié)為，使得脆性材料基板每單位體積所吸收的能量為2.0X101(lJ/m3以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的激光刻劃方法，其中，上述脆性材料為藍(lán)寶O
12.一種激光加工裝置，其向脆性材料基板照射脈沖激光，沿著分割預(yù)定線對脆性材料基板進(jìn)行刻劃，其中，該激光加工裝置具有 激光光線振蕩單兀，其射出脈沖激光，包括激光光線振蕩器和調(diào)整激光光線的光束強(qiáng)度的激光控制部； 傳輸光學(xué)系統(tǒng)，其用于將從上述激光光線振蕩單元射出的激光引導(dǎo)至既定方向；會聚透鏡，其用于使來自上述傳輸光學(xué)系統(tǒng)的激光會聚； 工作臺，其能夠在垂直于來自上述會聚透鏡的激光光線的平面內(nèi)進(jìn)行相對移動，用于放置被來自上述會聚透鏡的激光照射的脆性材料基板； 移動控制部，其使來自上述會聚透鏡的激光光線與上述工作臺相對移動；以及加工控制部，其控制上述激光控制部和上述移動控制部，沿著分割預(yù)定線周期性地形成沿著放置于上述工作臺的脆性材料基板的厚度方向延伸的多條線狀激光加工痕， 上述加工控制部具有 第I功能，向脆性材料基板照射激光，并且固定焦點(diǎn)位置而使激光沿著分割預(yù)定線進(jìn)行掃描，形成在脆性材料基板的厚度方向上發(fā)展的線狀激光加工痕； 第2功能，當(dāng)上述線狀激光加工痕在基板厚度方向上發(fā)展到既定位置時(shí)，停止對脆性材料基板照射上述激光；以及 第3功能，在停止對脆性材料基板照射上述脈沖激光的狀態(tài)下，當(dāng)上述激光的照射位置由于上述掃描而向掃描方向移動了既定距離時(shí)，重新開始對脆性材料基板照射上述激光， 重復(fù)執(zhí)行上述各功能，由此沿著分割預(yù)定線周期性地形成多條線狀激光加工痕。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光刻劃方法以及激光加工裝置，在利用激光對藍(lán)寶石基板進(jìn)行刻劃時(shí)，能夠以簡單的裝置結(jié)構(gòu)形成適當(dāng)寬度的改性區(qū)域，而且還能抑制對形成于基板的元件的損傷。作為解決手段，利用該方法向脆性材料基板照射脈沖激光，沿著分割預(yù)定線進(jìn)行刻劃，該方法包括第1工序和第2工序。在第1工序中，向基板照射脈沖激光，并且沿著分割預(yù)定線使激光進(jìn)行掃描，在離開基板正面和背面的內(nèi)部形成沿著分割預(yù)定線的改性層。在第2工序中，向基板照射調(diào)整了光束強(qiáng)度的脈沖激光，而且固定脈沖激光的焦點(diǎn)位置，沿著分割預(yù)定線使脈沖激光進(jìn)行掃描，沿著分割預(yù)定線周期性地形成以改性層作起點(diǎn)且發(fā)展到未達(dá)到基板正面的深度的多條線狀加工痕。
文檔編號B23K26/40GK102626835SQ20121002444
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月4日
發(fā)明者八幡惠輔, 清水政二 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司