JP5887929B2

JP5887929B2 - 被加工物の分断方法および光学素子パターン付き基板の分断方法

Info

Publication number: JP5887929B2
Application number: JP2011288173A
Authority: JP
Inventors: 哲夫法貴; 正平長友
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013136075A

Description

本発明は、レーザ光を照射することによって被加工物を分断する方法に関する。

ガラス板やサファイア基板などの硬くて脆い材料（脆性材料）を切り出す加工方法として、種々の手法が公知である。例えば、ガラス板の加工として、切り分けたい材料の端部から線状にダイヤモンドの結晶などで浅い傷（初期亀裂）を設けるいわゆる罫書きを行い、形成された初期亀裂の両側に力をかけて該初期亀裂を厚み方向に進展させて分断する方法が広く知られている。

しかしながら、係る手法の場合、分断作業に際して、罫書きの深さや力の与え方などによっては、分断面に傾きが生じたり、予想外の方向へ割れてしまったりするなどして、所望の分断精度が出ず、最悪の場合、材料全体の破損の危険性もある。

また、被加工物の端部に初期亀裂を与えておき、該端部からレーザ光による加熱走査を行うことより、亀裂を進展させて被加工物を分断する手法も広く知られている（例えば、特許文献１参照）。

係る手法の場合、分断対象たる脆性材料が均質であって発生する応力場が理想的なものであるならば、亀裂進展の位置や方向などを高精度に制御できる可能性はあるが、現実には、材料の不均質性や、加熱エネルギー分布の不均一性や、加熱点の高精度な位置制御の困難さなどの点から、高精度で亀裂進展を制御することは難しい。ここでいう高精度とは、μｍオーダーの精度での位置制御を想定している。

しかも、被加工物の端部では、応力分散が生じ、応力分布が均等でなくなるなどの理由から、亀裂進展制御においては、加工手順の制限や敢えて加熱点をずらす処理などが必要となる（例えば、特許文献２参照）。

また、表面に単位パターンが２次元的に配列された脆性材料を単位パターン毎の個片に（チップ単位に）切り出す場合など、互いに直交する２方向での切り出しを、レーザ割断によって行おうとする場合、ある一方向に切り出した後にそれに直交する方向に切り出しを行うことになるが、大量のチップ加工のような場合には初期亀裂の与え方などがより煩雑になる。

以上の手法の組合せとして、ダイヤモンドやビッカース圧子などによって微小な傷（初期亀裂）を硬脆性材料基板（例えばガラス、シリコン、セラミックス、サファイアなど）の端部に設けたうえで、基板裏面側にレーザ光吸収材を配置し、基板裏面に焦点を合わせたレーザ照射による局所加熱を行い、これによって生じる応力集中によって亀裂を進展させてガラスを分断する手法も知られている（例えば、特許文献３参照）。

あるいは、あらかじめ被加工物の表面に、機械的にあるいはレーザ光の照射によって罫書き線やスクライブラインと称される線状の加工痕を施した後、係る加工痕に沿ってレーザ光による照射加熱を行い、該加工痕からのクラック進展を生じさせることで被加工物を分断する手法も公知である（例えば、特許文献４および特許文献５参照）。

なお、特許文献３には、罫書き線と反対側の面からレーザを照射して分断を行う態様も開示されている。

さらには、発光素子の側面にドライエッチングにより凹凸を設けることで発光効率を向上させる手法も既に公知である（例えば特許文献６参照）。

特公平３−１３０４０号公報特開平９−４５６３６号公報特開２００８−６２５４７号公報特許第２７１２７２３号公報特許第３０３６９０６号公報特許第３８５２０００号公報

特許文献３に開示された手法の場合、レーザ光によって直接に加熱されるのはあくまでレーザ光吸収材であり、硬脆性材料基板はあくまで、レーザ光吸収材からの熱伝導によって間接的に加熱されるのみである。それゆえ、熱伝導の均一性の確保が難しく、引張応力が意図した方向に作用するとは限らない。また、特許文献１に開示されているような従来のレーザ割断と同じく、亀裂の進展方向を制御することは難しい。従って、係る手法によって精度の良い分断を行うことは難しい。

また、特許文献４および特許文献５に開示されているのはせいぜい、機械的にあるいはレーザ光により形成した加工痕に沿ってレーザ光を照射することにより被加工物を分断する基本的な原理に過ぎず、係る分断を効率的に生じさせる手法について、何らの開示も示唆もなされてはいない。

また、特許文献６には、発光素子の半導体膜の側面に凹凸加工を施すことによる光取り出し効率の向上については開示があるものの、その基材であるサファイアウェハに対する加工については開示がない。仮に、特許文献６に開示された手法でサファイア基板に凹凸加工を施すとなると、改めてレジスト塗布処理が必要であるとともに、エッチング自体に時間を要し、生産性が低いという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、脆性材料からなる被加工物を高精度かつ効率的に分断することができる技術を提供することを目的とする。また、特に、表面に発光素子パターンが２次元的に形成されたパターン付き基板が被加工物である場合において、これら高精度かつ効率的な加工に加えて、発光素子の発光効率の向上をも併せて実現する技術を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、被加工物を分断する方法であって、第１の出射源から第１のレーザ光を出射させ、前記第１のレーザ光を前記被加工物のスクライブ面に対して照射することにより、前記スクライブ面にスクライブラインを形成するスクライブ加工工程と、第２の出射源から第２のレーザ光を出射させ、前記第２のレーザ光を前記スクライブ面の側から前記スクライブラインに沿って照射することによって前記被加工物を前記スクライブラインに沿って加熱する照射加熱工程と、を備え、前記スクライブ加工工程による前記スクライブラインの形成と前記照射加熱工程による前記スクライブラインに沿った照射加熱とを、前記第１の出射源と前記第２の出射源とをステージに載置された前記被加工物に対して同時に相対移動させることによって行い、前記照射加熱工程においては、前記被加工物において前記第２のレーザ光の照射により照射加熱領域の周囲に形成される引張応力場に前記スクライブラインが位置することで生じる、前記スクライブラインから前記非スクライブ面へのクラックを、前記スクライブラインに沿って順次に進展させることにより、前記被加工物を分断する、ことを特徴とする。

前記第１の出射源と前記第２の出射源とを前記被加工物の同一直線上において同時に相対移動させることで、一の相対移動によって前記第１のレーザ光により形成される一の前記スクライブラインに対し、同じ相対移動の間に前記第２のレーザ光による照射加熱を行う、こともできる。

第１の方向においてそれぞれ所定のピッチにて前記第１のレーザ光の照射による複数の前記スクライブラインの形成と当該スクライブラインに沿った前記第２のレーザ光の照射加熱を行った後、前記第１の方向に直交する第２の方向においてそれぞれ所定のピッチにて前記第１のレーザ光の照射による複数の前記スクライブラインの形成と当該スクライブラインに沿った前記第２のレーザ光の照射加熱を行う、こともできる。

前記照射加熱工程においては、前記第２のレーザ光の照射ビーム径を、前記スクライブラインを形成する際のピッチ以下とする、こともできる。

前記照射加熱工程においては、前記第２の出射源から出射された前記第２のレーザ光の照射範囲を調整機構によって調整したうえで前記第２のレーザ光を前記スクライブ面に照射する、こともできる。

前記第２のレーザ光がＣＯ2レーザである、こともできる。

本発明は、前記分断方法であって、前記照射加熱工程においては、記第２のレーザ光をパルス発振モードにて照射し、前記被加工物が分断されることで形成される個片の分断面に、パルス発振周期に応じた周期を有する全反射率低減用のうねりを生じさせる、ことを特徴とする。

前記照射加熱工程を、前記引張応力場を冷却しつつ行うこともできる。

前記照射加熱工程を、冷却流体の噴射によって前記引張応力場を冷却しつつ行うこともできる。

前記第１のレーザ光がＹＡＧレーザの３倍高調波である、こともできる。

前記被加工物の水平面内における姿勢を補正するアライメント処理工程、をさらに備え、前記アライメント処理工程を行った前記被加工物に対して、前記スクライブ加工工程と前記照射加熱工程とを行う、こともできる。

前記スクライブ加工工程においては、前記第１のレーザ光の被照射位置において溶融および再固化を生じさせ、前記被照射位置を変質領域とすることによって前記スクライブラインを形成する、こともできる。

前記スクライブ加工工程においては、前記第１のレーザ光の被照射位置においてアブレーションを生じさせ、前記被照射位置に溝部を形成することによって前記スクライブラインを形成する、こともできる。

本発明によれば、表面に光学素子パターンが２次元的に形成された光学素子パターン付き基板を分断する方法において、第１の出射源から第１のレーザ光を出射させ、前記第１のレーザ光を前記光学素子パターン付き基板のスクライブ面に対して照射することにより、前記スクライブ面にスクライブラインを形成するスクライブ加工工程と、第２の出射源からＣＯ2レーザである第２のレーザ光を出射させ、前記第２のレーザ光を前記スクライブ面の側から前記スクライブラインに沿って照射することによって前記光学素子パターン付き基板を前記スクライブラインに沿って加熱する照射加熱工程と、を備え、前記スクライブ加工工程による前記スクライブラインの形成と前記照射加熱工程による前記スクライブラインに沿った照射加熱とを、前記第１の出射源と前記第２の出射源とをステージに載置された前記被加工物に対して同時に相対移動させることによって行い、前記照射加熱工程においては、前記被加工物において前記第２のレーザ光の照射により照射加熱領域の周囲に形成される引張応力場に前記スクライブラインが位置することで生じる、前記スクライブラインから前記非スクライブ面へのクラックを、前記スクライブラインに沿って順次に進展させることにより、前記被加工物を分断するとともに、前記第２のレーザ光をパルス発振モードで出射させることにより、前記被加工物が分断されることで形成される光学素子個片の分断面に、パルス発振周期に応じた周期を有する全反射率低減用のうねりを生じさせる、こともできる。

本発明によれば、第１のレーザ光を照射することによって被加工物の分断予定位置に形成したスクライブラインに沿って第２のレーザ光を照射し、被加工物を加熱することで、スクライブラインに対し引張応力を作用させ、スクライブラインから非スクライブ面へのクラックの進展をスクライブラインの延在方向に沿って順次に生じさせることで、被加工物を精度よく分断することができる。しかも、第１のレーザ光の照射によるスクライブラインの形成と第２のレーザ光による照射加熱とを並行して行えるので、高精度な分断加工を高い生産性で行うことが可能となる。

特に、本発明によれば、分断対象物の分断面に意図的にうねりを生じさせることができる。これにより、例えば、表面にＬＥＤパターンが２次元的に形成されたサファイア基板であるＬＥＤ製造用基板が分断対象物であり、これをＬＥＤチップ単位の個片に分断するような場合において、ＬＥＤチップの分断面における全反射を抑制し、ＬＥＤチップの発光効率を向上させることができる。

分断加工の途中の様子を模式的に示す図である。加熱用レーザ光ＬＢｈとしてＣＯ₂レーザを用い、サファイア基板を分断した時の分断面のＳＥＭ像である。分断面が平坦な場合と平坦面にうねりがある場合との分断面における光の進み方の違いを示す図である。分断装置１００の構成を概略的に示す図である。スクライブ用レーザ光学系２０の詳細構成を示す図である。加熱用レーザ光学系３０の詳細構成を示す図である。コンビネーション加工の様子を模式的に示す図である。スクライブ面Ｗ１に加熱用レーザ光ＬＢｈが照射される構成において、引張応力場ＳＦ２を冷却する様子を示す模式図である。スクライブ面Ｗ１に加熱用レーザ光ＬＢｈが照射される構成において、引張応力場ＳＦ２を冷却する様子を示す模式図である。分断装置１００において冷却ガスＣＧの噴射を実現する構成の一例を概略的に示す図である。スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とがＹ方向に沿って近接配置された場合のコンビネーション加工の様子を示す図である。変形例に係るコンビネーション加工におけるスクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とのピッチと分断予定位置のピッチとの関係を示す図である。

＜加工の基本原理＞
まず、本実施の形態に係る加工（分断加工）を説明するに先立ち、その基本原理について説明する。本実施の形態において行う分断加工は、概略、被加工物（分断対象物）Ｗの分断予定位置に対して第１のレーザ光（スクライブ用レーザ光）を照射することによってスクライブラインＳＬを形成した後、第２のレーザ光（加熱用レーザ光）の照射による加熱（レーザ加熱）を行うことで該スクライブラインＳＬ近傍に応力場を生じさせ、これによって初期亀裂であるスクライブラインＳＬから亀裂（クラック）を進展させることで、被加工物を分断するというものである。

被加工物Ｗとしては、例えば、ガラス板やサファイア基板などの脆性材料、あるいはそれら脆性材料からなる基板の表面に薄膜層などによって単位パターンが２次元的に形成されたもの（以下、パターン付き基板）などが該当する。

図１は、分断加工の途中の様子を模式的に示す図である。より具体的には、図１は、被加工物Ｗにあらかじめ形成されたスクライブラインＳＬに沿って加熱用レーザ光ＬＢｈを照射することにより、被加工物Ｗのレーザ加熱を行う様子を示している。

なお、以降の説明においては、被加工物ＷにおいてスクライブラインＳＬが形成されている面、もしくはスクライブラインＳＬの形成が予定される面をスクライブ面Ｗ１と称し、該スクライブ面Ｗ１の反対面を非スクライブ面Ｗ２と称する。また、図１においては、加熱用レーザ光ＬＢｈが矢印ＡＲ１にて示す走査方向（当然ながらスクライブラインＳＬの延在方向でもある）を移動することによりスクライブ面Ｗ１を走査する様子を示しているが、これに代わり、加熱用レーザ光ＬＢｈがある照射位置にて固定的に照射される一方で、被加工物Ｗが図示しない移動手段にて移動させられることによって、加熱用レーザ光ＬＢｈによる矢印ＡＲ１方向への相対的な走査が実現される態様であってもよい。

加熱用レーザ光ＬＢｈが照射されると、被加工物Ｗのスクライブ面Ｗ１における加熱用レーザ光ＬＢｈの照射領域は加熱されて膨張し、図１に示すように圧縮応力場ＳＦ１となる。一方で、該圧縮応力場ＳＦ１の外周領域は収縮し、引張応力場ＳＦ２となる。スクライブラインＳＬがこの引張応力場ＳＦ２に含まれると、被加工物Ｗにおいては、該スクライブラインＳＬの側方において引張応力ＴＳが作用する。係る引張応力ＴＳの作用により、スクライブラインＳＬから非スクライブ面Ｗ２側の分断予定位置Ｌ０に向けてクラックＣＲが進展する。加えて、上述のように、加熱用レーザ光ＬＢｈはスクライブラインＳＬに沿って相対的に走査されるので、これに伴い、引張応力場ＳＦ２もスクライブラインＳＬに沿って移動する。すると、非スクライブ面Ｗ２側へとクラックＣＲが進展する箇所が、スクライブラインＳＬの延在方向、つまりは加熱用レーザ光ＬＢｈの走査方向に沿って遷移していくこととなる。それゆえ、加熱用レーザ光ＬＢｈを、スクライブ面Ｗ１側の分断予定位置に設けられたスクライブラインＳＬの一方端から他方端に至るまで照射すれば、スクライブラインＳＬの形成位置全体で、分断予定位置Ｌ０へのクラックＣＲの進展を順次に生じさせることができるので、結果として、被加工物Ｗを分断することができる。これが、本実施の形態に係る分断加工の基本原理である。

係る態様にて被加工物Ｗを分断する場合、被加工物Ｗを正確に位置決めした上でスクライブ面Ｗ１上の所定の位置に精度良く形成されてなるスクライブラインＳＬを初期亀裂として、非スクライブ面Ｗ２側へとクラックＣＲを進展させることになる。通常、スクライブラインＳＬの長さに比べて被加工物Ｗの厚みは十分に小さく、また、加熱用レーザ光ＬＢｈによって形成される引張応力場ＳＦ２は比較的均一であるので、分断位置のずれは生じにくい。すなわち、本実施の形態においては、精度の優れた分断が可能となる。結果として、μｍオーダーの精度での分断が可能となる。

なお、表面にＬＥＤパターンが２次元的に形成されたサファイア基板であるＬＥＤ製造用基板などのパターン付き基板を、単位パターン毎の個片に（チップ単位に）分断する場合など、分断予定位置が格子状に設定されている場合、互いに直交する第１の方向と第２の方向とにおいてそれぞれ複数のスクライブラインＳＬが順次に形成されたうえで、それぞれの方向について、順次に加熱用レーザ光ＬＢｈによる加熱が行われる。係る場合、加熱用レーザ光ＬＢｈによってある第１の方向に延在するスクライブラインＳＬ（第１のスクライブライン）に沿ったレーザ加熱を行うと、これに直交する他のスクライブラインＳＬ（第２のスクライブライン）との格子点近傍では、部分的に、第２の方向に延在する第２のスクライブラインにおいてもわずかに非スクライブ面Ｗ２へのクラックＣＲの進展は生じる。しかしながら、係る場合においても、後で第２のスクライブラインに沿ったレーザ加熱を行うことで、精度には問題のない分断が行える。

スクライブ用レーザ光には、被加工物Ｗの材質等に応じて適宜のパルスレーザ光を選択して用いればよい。例えば、サファイア基板や、サファイア基板を用いて作製されたパターン付き基板であるＬＥＤ製造用基板が被加工物Ｗである場合であれば、ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）を用いるのが好適な一例である。また、分断予定位置での分断の精度および確実性を高めるためには、スクライブラインＳＬはできるだけ細く形成されることが望ましいことから、スクライブ用レーザ光は数μｍ〜十数μｍ程度の照射範囲（照射ビーム径）で照射されるようにする。また、加工効率（エネルギーの利用効率）の観点から、スクライブ用レーザ光は、被加工物Ｗのスクライブ面Ｗ１あるいは内部のスクライブ面Ｗ１近傍（スクライブ面Ｗ１から数十μｍ程度までの範囲）で合焦するように照射される。なお、本実施の形態において、照射ビーム径とは、照射するレーザビームの断面のエネルギー分布がガウス分布形状であると仮定した場合に、そのエネルギー値が中心の最高値の１／ｅ²以上である領域の直径をいう。

また、スクライブラインＳＬについては、スクライブ用レーザ光の被照射位置において物質を蒸発させることによって形成される断面視三角形状もしくはくさび形状の溝部がスクライブラインＳＬとされる態様であってもよいし、当該被照射位置において物質を溶融・再固化させる（融解改質させる）ことによって形成される断面視三角形状もしくはくさび形状の変質領域がスクライブラインＳＬとされる態様であってもよい。いずれの態様を取るかに応じて、スクライブ用レーザ光の照射条件（パルス幅、繰り返し周波数、ピークパワー密度、走査速度など）が定められる。また、図１ではスクライブラインＳＬが連続的に形成されている場合を例示しているが、スクライブラインＳＬの形成態様はこれに限られない。例えば、分断予定位置に沿って点線状もしくは破線状にスクライブラインＳＬが形成される態様であってもよい。

一方、加熱用レーザ光ＬＢｈとしては、長波長レーザであるＣＯ₂レーザ（波長９．４μｍ〜１０．６μｍ）を用いるのが好適である。ＣＯ₂レーザは、ガラスやサファイアの表面において確実に吸収されるので、スクライブラインＳＬからのクラックＣＲの進展を確実に生じさせることが出来る。なお、スクライブラインＳＬの形成という、被加工物の加工を目的として照射するスクライブ用レーザ光とは異なり、加熱用レーザ光ＬＢｈは、被加工物を加熱することによって加熱領域に形成される圧縮応力場ＳＦ１の周囲に引張応力場ＳＦ２を形成するという目的で照射されるものである。それゆえ、被加工物を破壊や変質させないようにすることや、引張応力場ＳＦ２をなるべく広く形成させるようにするうえにおいては、加熱用レーザ光ＬＢｈの照射範囲はスクライブ用レーザ光に比べて大きくてよい。例えば、被加工物の厚みが１５０μmの場合では、１００μｍ〜１０００μｍ程度であればよい。

ただし、パターン付き基板から矩形形状のチップを切り出すような場合においては、加熱用レーザ光ＬＢｈの照射ビーム径を、分断後に得られるチップの平面サイズ（分断予定位置のピッチとほぼ同等）と同じかそれ以下に設定する。これよりも照射ビーム径を大きくした場合、分断が良好に行われず、所定の形状のチップが得られなくなることが生じ、好ましくない。

＜加熱用レーザ光の発振モードと分断面の形状との関係＞
例えば加熱用レーザ光ＬＢｈとしてＣＯ₂レーザを用いる場合、連続発振モードとパルス発振モードとの２通りの発振モードで加熱用レーザ光ＬＢｈを照射することができる。そして、この発振モードに応じて、被加工物Ｗの分断面の形状に違いが生じることが確認されている。具体的には、連続発振モードの場合、クラック進展によって形成される分断面は非常に滑らかな平坦面となる。一方、パルス発振モードの場合、分断面には、パルスの発振周期に応じた周期的なうねり（凹凸）が形成される。図２は、加熱用レーザ光ＬＢｈとしてＣＯ₂レーザを用い、サファイア基板を分断した時の分断面のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）像である。図中、”Fracture surface”が分断面であり、Grooveはスクライブラインであり、”Feed direction”はサファイア基板の移動方向（レーザ光の走査方向の反対方向）である。図２に示す場合においては、分断面は透明ではあるものの、数十μｍピッチでうねりが形成されてなる。一般に、被加工物Ｗの分断面は平坦面であることが好まれるため、多くの場合は、加熱用レーザ光ＬＢｈの照射は連続発振モードで行われる。

これに対して、分断面に意図的に（積極的に）うねりを生じさせることが好ましい場合もある。例えば、表面にＬＥＤ（発光素子）パターンが２次元的に形成されたサファイア基板（ウェハ）であるＬＥＤ製造用基板が被加工物Ｗであり、これをＬＥＤチップ単位の個片に分断する場合がこれに該当する。図３は、分断面が平坦な場合と平坦面にうねりがある場合との分断面における光の進み方の違いを示す図である。

一般に、発光素子（ＬＥＤチップ）は、基板の上に設けられた発光素子構造部分において生じる発光が出来るだけ遮られることなく外部に取り出されることが求められる。係る光の一部は、基板部分にも入射することから、発光素子の実質的な発光効率（光の取り出し効率）を高めるには、基板部分においても発光された光をできるだけ透過させることが必要となる。その一方で、屈折率の大きい媒質中から屈折率の小さい媒質中に向けて光が進む場合、その界面（入射面）に対して臨界角θ_c以上で入射した光は全反射されてしまうという光学的な制限（スネルの法則）がある。例えば、サファイアから空気へと光が進む場合はθ_c＝３４．４°である。

仮に、分断面が平坦面であるとすると、図３（ａ）に示すように、発光素子部分で生じた光のうち、臨界角θ_c以上の入射角で分断面に入射した光は全て、反射されることになる。また、原理的には、発生後の進行方向によっては、全反射を受け続け、結果としてＬＥＤチップ内部に閉じこめられた状態となる光も生じ得る。上述のようにサファイアから空気へと光が進む場合であれば、３４．４°以上５５．６°以下の入射角で分断面に入射する光がこれに該当する。

これに対して、分断面にうねりがある場合、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の場合と同じ方向から入射した光であっても、その入射位置によっては入射角が図３（ａ）を下回ることになるため、分断面を透過する成分が生じることになる。また、仮にある分断面で反射を受けたとしても、異なる分断面で透過をする確率が高くなる。すなわち、分断面に入射した光が該分断面で全反射される割合（全反射率）を低減させることが出来る。それゆえ、分断面にうねりがある場合、分断面が平坦面である場合よりも、発生した光が取り出されやすい状態が実現される。なお、実際の発光素子では、必ずしもＬＥＤチップの基板が直接に外部に露出しているわけではなく、樹脂により封止等される場合があるが、係る場合でも、上述の効果は同様に得られる。

以上を鑑み、被加工物ＷがＬＥＤ製造用基板であり、これをＬＥＤチップ単位に分断する場合には、加熱用レーザ光ＬＢｈをパルス発振モードで照射し、分断面にうねりを生じさせる態様にて分断を行うようにする。これにより、光取り出し効率の高いＬＥＤチップを得ることが出来る。係る手法は、被加工物Ｗの分断に併せてうねりを形成することができるので、例えば特許文献６に開示されているようなドライエッチングを用いて凹凸を形成する手法に比べて、効率的でかつ生産性が高いものである。

＜分断装置と実際の加工態様＞
次に、上述した加工原理に基づいて被加工物の分断を行う分断装置と、該分断装置において行われる実際の加工態様について説明する。図４は、分断装置１００の構成を概略的に示す図である。

図４に示すように、分断装置１００は、ステージ部１０と、スクライブ用レーザ光学系２０と、加熱用レーザ光学系３０と、位置読み取り光学系４０とを主として備える。また、分断装置１００は、例えば図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、スクライブ用レーザ光学系２０、加熱用レーザ光学系３０、および位置読み取り光学系４０などとの間で種々の信号を授受することにより、各構成要素の動作を制御する制御系５０を備える。なお、制御系５０は他の構成要素と一体のものとして分断装置１００の本体に組み込まれる態様であってもよいし、例えばパーソナルコンピュータ等で構成されて、分断装置１００の本体とは別に設けられる態様であってもよい。

また、本実施の形態に係る分断装置１００においては、スクライブ用レーザ光学系２０と加熱用レーザ光学系３０とが加工用光学系群１００Ａとして一体的に設けられてなり、前者に備わる対物レンズ（スクライブ用対物レンズ）２３（図５参照）と、後者に備わる対物レンズ（加熱用対物レンズ）３４（図６参照）が近接配置されてなる。なお、本実施の形態においては、便宜上、スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とが水平面内のＸ方向に隣り合っているものとし、両対物レンズの近接配置の態様はこれに限られるものではない。

ステージ部１０は、主として、ＸＹステージ１１と、該ＸＹステージ１１の上に設けられた加工用ステージ１２とから構成される。

ＸＹステージ１１は、制御系５０からの駆動制御信号ｓｇ１に基づいて、水平面内（ＸＹ平面内）の互いに直交する２つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動自在とされてなる。なお、ＸＹステージ１１の位置情報信号ｓｇ２は絶えず制御系にフィードバックされる。なお、本実施の形態においては、便宜上、ＸＹステージ１１がＸ方向を移動する際に加工を行うものとする。

加工用ステージ１２は、その上に被加工物Ｗを載置固定するための部位である。加工用ステージ１２は図示しない吸着機構を備えており、制御系５０からの吸着制御信号ｓｇ３に基づいて吸着機構を作動させることにより、加工用ステージ１２の上面１２ａに被加工物Ｗを吸着固定するように構成されている。また、加工用ステージ１２は、図示しない回転駆動機構を備えており、制御系５０からの回転制御信号ｓｇ４に基づいて水平面内で回転動作が行えるようにもなっている。

なお、図４においては図示を省略するが、加工用ステージ１２への固定にあたっては、被加工物Ｗの非スクライブ面Ｗ２側（載置面側）に粘着性のフィルムを貼り付け、該フィルムともども被加工物Ｗを固定する態様であってもよい。

スクライブ用レーザ光学系２０は、制御系５０から与えられるスクライブ用レーザ制御信号ｓｇ５に基づいて、スクライブ用レーザ光を被加工物Ｗに対して照射する部位である。

図５は、スクライブ用レーザ光学系２０の詳細構成を示す図である。図５に示すように、スクライブ用レーザ光学系２０は、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの光源（出射源）であるレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１から出射されたスクライブ用レーザ光ＬＢｓの光量調整を行うためのアッテネータ２２と、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの焦点調整を行うための対物レンズ（スクライブ用対物レンズ）２３とを主として備える。なお、上述のように、スクライブ用レーザ光ＬＢｓとしては、被加工物Ｗの材質等に応じたパルスレーザ光が用いられるので、レーザ発振器２１は、使用するスクライブ用レーザ光ＬＢｓの種類に応じて選択されればよい。

また、スクライブ用レーザ光学系２０には、スクライブ用レーザ光ＬＢｓを反射することによってスクライブ用レーザ光ＬＢｓの光路の向きを適宜に切り替えるミラー２４も備わっている。なお、図５においてはミラー２４が１つのみ備わる場合を例示しているが、ミラー２４の数はこれには限られず、スクライブ用レーザ光学系２０内部あるいはさらに分断装置１００内部におけるレイアウト上の要請その他の理由から、さらに多くのミラー２４が設けられ、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの光路が適宜に設定される態様であってもよい。

より詳細には、レーザ発振器２１には、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの出射／非出射を切り替えるためのシャッター２１ａが設けられてなる。シャッター２１ａの開閉動作は、スクライブ用レーザ制御信号ｓｇ５の一種であるＯＮ／ＯＦＦ制御信号ｓｇ５ａに基づいて制御される。また、アッテネータ２２におけるスクライブ用レーザ光ＬＢｓの光量の調整は、スクライブ用レーザ制御信号ｓｇ５の一種である出力パワー制御信号ｓｇ５ｂに基づいて制御される。

スクライブ用レーザ光学系２０においては、レーザ発振器２１から出射され、アッテネータ２２によって光量が調整されたスクライブ用レーザ光ＬＢｓが、被加工物Ｗのスクライブ面Ｗ１あるいは内部のスクライブ面Ｗ１近傍（スクライブ面Ｗ１から数十μｍ程度までの範囲）で合焦するように、かつ、照射ビーム径が数μｍ〜十数μｍ程度となるように、対物レンズ２３の配置位置が調整される。これにより、良好なスクライブラインＳＬが形成される。

加熱用レーザ光学系３０は、制御系５０から与えられる加熱用レーザ制御信号ｓｇ６に基づいて、加熱用レーザ光を被加工物Ｗに対して照射する部位である。

図６は、加熱用レーザ光学系３０の詳細構成を示す図である。図６に示すように、加熱用レーザ光学系３０は、加熱用レーザ光ＬＢｈの光源（出射源）であるレーザ発振器３１と、レーザ発振器３１から出射された加熱用レーザ光ＬＢｈの光量調整を行うためのアッテネータ３２と、被加工物Ｗに対する加熱用レーザ光ＬＢｈの照射範囲を調整するためのビーム調整機構３３と、加熱用レーザ光ＬＢｈの焦点調整を行うための対物レンズ（加熱用対物レンズ）３４とを主として備える。上述のように、加熱用レーザ光ＬＢｈとしてはＣＯ₂レーザを用いるので、レーザ発振器３１はＣＯ₂レーザ用の発振器である。

また、加熱用レーザ光学系３０には、加熱用レーザ光ＬＢｈを反射することによって加熱用レーザ光ＬＢｈの光路の向きを適宜に切り替えるミラー３５も備わっている。なお、図６においてはミラー３５が１つのみ備わる場合を例示しているが、ミラー３５の数はこれには限られず、加熱用レーザ光学系３０内部あるいはさらに分断装置１００内部におけるレイアウト上の要請その他の理由から、さらに多くのミラー３５が設けられ、加熱用レーザ光ＬＢｈの光路が適宜に設定される態様であってもよい。

より詳細には、レーザ発振器３１には、加熱用レーザ光ＬＢｈの出射／非出射を切り替えるためのシャッター３１ａが設けられてなる。シャッター３１ａの開閉動作は、加熱用レーザ制御信号ｓｇ６の一種であるＯＮ／ＯＦＦ制御信号ｓｇ６ａに基づいて制御される。また、アッテネータ３２における加熱用レーザ光ＬＢｈの光量の調整は、加熱用レーザ制御信号ｓｇ６の一種である出力パワー制御信号ｓｇ６ｂに基づいて制御される。

また、ビーム調整機構３３は、レーザ発振器３１から直線的に出射された加熱用レーザ光ＬＢｈの照射範囲を調整するために備わる。ビーム調整機構３３は、例えば、種々のレンズを適宜に組み合わせることによって実現され、それらのレンズの位置を調整することにより、被加工物Ｗに対して加熱用レーザ光ＬＢｈを適切な照射範囲で照射出来るようになっている。なお、図６においては、ビーム調整機構３３による調整によって、加熱用レーザ光ＬＢｈが、レーザ発振器３１から出射されたときのビーム径よりも大きな照射範囲で被加工物Ｗに照射される場合を例示している。

位置読み取り光学系４０は、加工用ステージ１２に吸着固定された被加工物Ｗを図示しないＣＣＤカメラなどで撮像し、得られた撮像画像のデータを画像情報信号ｓｇ７として制御系５０に与える。制御系５０は、得られた画像情報信号ｓｇ７に基づいて、ＸＹステージ１１の移動範囲や、スクライブ用レーザ光ＬＢｓや加熱用レーザ光ＬＢｈの照射位置などの設定を行う。

以上のような構成を有する分断装置１００においては、被加工物Ｗを加工用ステージ１２に吸着固定させた状態でＸＹステージ１１を移動させることにより、被加工物Ｗを、加工用光学系群１００Ａおよび位置読み取り光学系４０のそれぞれに対して下方から対向配置できるようになっている。なお、係る場合において、被加工物Ｗは、スクライブ面Ｗ１が上面（非載置面）となるように加工用ステージ１２に固定される。

そして、被加工物Ｗを加工用光学系群１００Ａと対向配置させた状態で、ＸＹステージ１１の移動によってスクライブ用対物レンズ２３（第１の出射源）と加熱用対物レンズ３４（第２の出射源）とに対して加工用ステージ１２に載置された被加工物Ｗを同時に相対移動させつつ、スクライブ用レーザ光ＬＢｓの照射によるスクライブラインＳＬの形成と、加熱用レーザ光ＬＢｈによるスクライブラインＳＬに沿った照射加熱とを、同時に行えるようになっている。これらの照射を、ＸＹステージ１１をＸ方向に移動させつつ行うことで、被加工物Ｗの一の分断予定位置におけるスクライブラインＳＬの形成と該スクライブラインＳＬからのクラックＣＲの進展による当該分断予定位置での分断とを、一度のＸＹステージ１１の移動で完了できるようになっている。以下、係る態様での分断（加工）を、コンビネーション加工と称する。

図７は、コンビネーション加工の一態様を模式的に示す図である。図７に示す場合においては、スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とを同一直線上（Ｘ方向）に配列しているので、ＸＹステージ１１が矢印ＡＲ２にて示すＸ方向に移動すると、被加工物Ｗのスクライブ面Ｗ１側の分断予定位置Ｌ１に沿って（矢印ＡＲ１にて示す走査方向に沿って）スクライブ用レーザ光ＬＢｓが照射されてスクライブラインＳＬが形成される際に、加熱用レーザ光ＬＢｈがスクライブ用レーザ光ＬＢｓの後を追うように、形成されたばかりのスクライブラインＳＬに沿って照射される。これにより、スクライブラインＳＬを形成しつつ、該スクライブラインＳＬから被加工物Ｗの非スクライブ面Ｗ２の分断予定位置Ｌ０に向けてクラックＣＲを進展させ、被加工物Ｗを分断することが出来る。すなわち、一の分断予定位置での分断を、一度のＸＹステージ１１の移動で完了できるようになっている。

なお、同一方向に複数の分断予定位置が設定されていたり、あるいは、分断予定位置が格子状に設定されていたりする場合にコンビネーション加工を適用する際の加工順序は、上述したような、スクライブラインＳＬを全て形成した後に全てのスクライブラインＳＬに沿った照射加熱によって分断を行うという原理的な手法とは異なる。すなわち、同一方向に複数の分断予定位置が設定されている場合であれば、１つ目の分断予定位置における分断が完了した後、ＸＹステージ１１を分断予定位置のピッチに相当する距離だけＹ方向に移動させて、２つ目の分断予定位置に対して同様のコンビネーション加工を行う、という処理を繰り返すようにすればよい。そして、直交する２方向について分断を行う場合は、第１の方向についてコンビネーション加工による分断を順次に行った後、第１の方向に直交する第２の方向について同様にコンビネーション加工を行うようにすればよい。

係るコンビネーション加工は、スクライブラインＳＬの形成のためのスクライブ用レーザ光ＬＢｓと、該スクライブラインＳＬに沿った分断を行うための加熱用レーザ光ＬＢｈとを、それぞれにＸＹステージ１１の移動を伴う別個の工程として行う態様よりも生産性の点で優れた手法であるといえる。また、スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４との配置関係が固定的であるので、スクライブラインＳＬの形成位置と該スクライブラインＳＬに対する照射加熱位置との関係が固定的である。従って、スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４との配置位置を好適に調整することで、安定した精度で分断を行うことが可能となる。

なお、同時分断加工の場合においても、加熱用レーザ光ＬＢｈをパルス発振モードにて照射することにより分断面にうねりを生じさせる態様での被加工物Ｗの分断は、問題なく行える。

また、分断装置１００においては、被加工物Ｗを位置読み取り光学系４０と対向配置させた状態で位置読み取り光学系４０による被加工物Ｗの撮像を行い、得られる撮像画像データに基づいて、被加工物Ｗの水平面内における傾き（姿勢）を補正するアライメント動作を行うことが出来る。具体的には、制御系５０が、該撮像画像データの画像内容（例えば、アライメントマークの配置位置や繰り返しパターンの配置位置など）に基づいて、被加工物Ｗの水平面内における傾き（ＸＹステージ１１の移動方向からの傾き）を特定し、係る傾きがキャンセルされるように、加工用ステージ１２に対して回転制御信号ｓｇ４を与えて、該加工用ステージ１２を回転させる。被加工物Ｗの水平面内における傾きを特定する主要としては、パターンマッチング法など、公知の手法を適用することが出来る。

＜引張応力場の冷却＞
引張応力場ＳＦ２におけるクラックＣＲの進展をより効果的に引き起こす手法として引張応力場ＳＦ２を冷却する手法がある。

図８および図９は、スクライブ面Ｗ１に加熱用レーザ光ＬＢｈが照射される構成において、引張応力場ＳＦ２を冷却する様子を示す模式図である。図８は、スクライブラインＳＬの延在方向に垂直な被加工物Ｗの断面図であり、図９は、被加工物Ｗの上面図である。

図８および図９においては、加熱用レーザ光ＬＢｈによってスクライブ面Ｗ１を矢印ＡＲ１にて示す走査方向に走査する際に、形成される引張応力場ＳＦ２のうち走査方向後方の部分に対して、冷却ガスＣＧが噴射されている。

係る態様にて冷却を行うと、引張応力場ＳＦ２の冷却された箇所と、加熱用レーザ光ＬＢｈの照射によって加熱されてなる圧縮応力場ＳＦ１との温度差がより高くなり、引張応力場ＳＦ２における引張応力がより強められる。これにより、クラックＣＲの進展の確実性が高められる。結果として、被加工物Ｗをより精度よく分断することが出来るようになる。

なお、冷却ガスＣＧとしては、例えば不活性ガスなど、被加工物Ｗと反応しないガスを適宜に用いればよい。

図１０は、図４ないし図６に示した分断装置１００において冷却ガスＣＧの噴射を実現する構成の一例を概略的に示す図である。すなわち、図１０に示す場合においては、加熱用レーザ光学系３０に冷却ガスＣＧを噴射するためのノズル３６が付設されており、冷却ガス供給源３７から供給管３８を通じて供給される冷却ガスＣＧを、加熱用レーザ光ＬＢｈの走査（相対走査）と同期させてノズル３６から引張応力場ＳＦ２に向けて噴射することができるようになっている。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、スクライブ用レーザ光を照射することによってあらかじめ被加工物の分断予定位置に形成されたスクライブラインに沿って加熱用レーザ光を照射し、被加工物を加熱することで、スクライブラインに対し引張応力を作用させ、スクライブラインから非スクライブ面へのクラックの進展をスクライブラインの延在方向に沿って順次に生じさせることで、被加工物を分断することができる。また、引張応力場を冷却することで、クラックの進展をより効率的に引き起こすことが出来る。

しかも、本実施の形態によれば、高い位置決め精度のもとでのスクライブラインの形成と該スクライブラインからのクラック進展による分断とを、一度のＸＹステージの移動で実現することが出来る。それゆえ、高精度な分断加工を高い生産性で行うことが可能となる。

＜変形例＞
上述の実施の形態に係る分断装置１００においては、加工用光学系群１００Ａが固定される一方で、加工用ステージ１２が上に設けられたＸＹステージ１１が移動自在とされてなり、コンビネーション加工に際してのスクライブ用レーザ光ＬＢｓと加熱用レーザ光ＬＢｈによる相対走査は、ＸＹステージ１１が移動することによって実現されてなるが、コンビネーション加工を実現する分断装置の構成は、これに限られない。例えば、分断装置が、加工用光学系群１００Ａが少なくともＸ方向に移動自在とされてなる一方で、加工用ステージ１２が固定的に設けられた構成を有してなり、被加工物Ｗを加工用ステージ１２に載置した状態で、加工用光学系群１００Ａを分断予定位置に沿って移動させることによって、コンビネーション加工が実現される態様であってもよい。

また、上述の実施の形態に係る分断装置１００においては、スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とがＸ方向に沿って近接配置させてなるとともに、ＸＹステージ１１をＸ方向に移動させることにより、一の分断予定位置において、加熱用レーザ光ＬＢｈにスクライブ用レーザ光ＬＢｓを後追いさせる態様にて、コンビネーション加工が実現されてなるが、コンビネーション加工を実現する態様は、これに限られない。

図１１は、スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とがＹ方向に沿って近接配置された場合のコンビネーション加工の様子を示す図である。図１２は、変形例に係るコンビネーション加工におけるスクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とのピッチと分断予定位置のピッチとの関係を示す図である。

図１１の場合、スクライブ用レーザ光ＬＢｓによるスクライブラインＳＬの形成が一ラインずつ先行する態様にてコンビネーション加工が行われる。すなわち、ＸＹステージ１１が矢印ＡＲ２にて示すＸ方向に移動すると、矢印ＡＲ１にて示す走査方向に沿ってスクライブ用レーザ光ＬＢｓが照射されることでスクライブラインＳＬ２が形成されるとともに、直前に形成されたスクライブラインＳＬ１に沿って加熱用レーザ光ＬＢｈが照射される。これによって、スクライブラインＳＬ１に沿った分断が実現される。

ただし、図１１に示す場合、分断を行えるのは、図１２（ａ）に示すようにＹ方向におけるスクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とのピッチｐが分断予定位置のピッチｐ１と同じである場合に限られてしまう。すなわち、適用できる局面が限定的である。

そこで、図１２（ｂ）に矢印ＡＲ３およびＡＲ４にて示すように、スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４との配置位置を調整可能とすることで、ピッチｐを可変とするのが好ましい。係る場合、ピッチｐを調整して所望する分断予定位置のピッチｐ２と一致させたうえでコンビネーション加工を行うことが可能となる。

あるいは、図１２（ｃ）に示すように、加工用光学系群１００Ａを（あるいは少なくともスクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とを含む部分を）矢印ＡＲ５のように水平面内で回転可能とすることで、スクライブ用対物レンズ２３と加熱用対物レンズ３４とのＹ方向についてのピッチｐαを調整可能とする態様であってもよい。係る場合、加工用光学系群１００Ａの回転によってピッチｐαを調整し、所望する分断予定位置のピッチｐ３と一致させたうえでコンビネーション加工を行うことが可能となる。

１０ステージ部
１１ＸＹステージ
１２加工用ステージ
２０スクライブ用レーザ光学系
２１レーザ発振器
２１ａシャッター
２２アッテネータ
２３対物レンズ
２４ミラー
３０加熱用レーザ光学系
３１レーザ発振器
３１ａシャッター
３２アッテネータ
３３ビーム調整機構
３４対物レンズ
３５ミラー
３６ノズル
３７冷却ガス供給源
３８供給管
４０光学系
５０制御系
１００分断装置
１００Ａ加工用光学系群
ＣＧ冷却ガス
ＣＲクラック
Ｌ０分断予定位置
ＬＢｈ加熱用レーザ光
ＬＢｓスクライブ用レーザ光
ＳＦ１圧縮応力場
ＳＦ２引張応力場
ＳＬスクライブライン
ＴＳ引張応力
Ｗ被加工物
Ｗ１（被加工物の）スクライブ面
Ｗ２（被加工物の）非スクライブ面

Claims

表面に光学素子パターンが２次元的に形成された光学素子パターン付き基板を分断する方法であって、
第１の出射源から第１のレーザ光を出射させ、前記第１のレーザ光を前記光学素子パターン付き基板のスクライブ面に対して照射することにより、前記スクライブ面にスクライブラインを形成するスクライブ加工工程と、
第２の出射源からＣＯ2レーザである第２のレーザ光を出射させ、前記第２のレーザ光を前記スクライブ面の側から前記スクライブラインに沿って照射することによって前記光学素子パターン付き基板を前記スクライブラインに沿って加熱する照射加熱工程と、
を備え、
前記スクライブ加工工程による前記スクライブラインの形成と前記照射加熱工程による前記スクライブラインに沿った照射加熱とを、前記第１の出射源と前記第２の出射源とをステージに載置された前記被加工物に対して同時に相対移動させることによって行い、
前記照射加熱工程においては、
前記被加工物において前記第２のレーザ光の照射により照射加熱領域の周囲に形成される引張応力場に前記スクライブラインが位置することで生じる、前記スクライブラインから前記非スクライブ面へのクラックを、前記スクライブラインに沿って順次に進展させることにより、前記被加工物を分断するとともに、
前記第２のレーザ光をパルス発振モードで出射させることにより、前記被加工物が分断されることで形成される光学素子個片の分断面に、パルス発振周期に応じた周期を有する全反射率低減用のうねりを生じさせる、
ことを特徴とする光学素子パターン付き基板の分断方法。