KR101398288B1 - 피가공물의 분단 방법 및 광학 소자 패턴이 부여된 기판의 분단 방법 - Google Patents

피가공물의 분단 방법 및 광학 소자 패턴이 부여된 기판의 분단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 취성 재료 피가공물을 고정밀도이고 또한 효율적으로 분단할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
피가공물을 분단하는 방법이, 제1 레이저광을 피가공물 스크라이브면에 대해 조사함으로써, 스크라이브면에 스크라이브 라인을 형성하는 공정과, 제2 레이저광을 비스크라이브면의 측으로부터 스크라이브 라인을 따라서 조사함으로써 피가공물을 스크라이브 라인을 따라서 가열하는 공정을 구비하고, 후자에 있어서는, 스크라이브면을 냉각 매체와 접촉시킨 상태에서 제2 레이저광을 상대 주사시킴으로써, 피가공물의 내부이며 스크라이브 라인의 근방에 형성되는 인장 응력장을 이동시키는 동시에 냉각하고, 이에 의해, 스크라이브 라인이 인장 응력장에 위치함으로써 생기는 스크라이브 라인으로부터 비스크라이브면으로의 크랙의 진전을, 스크라이브 라인을 따라서 순차적으로 발생시킴으로써, 피가공물을 분단한다.

Description

피가공물의 분단 방법 및 광학 소자 패턴이 부여된 기판의 분단 방법{SPLITTING METHOD OF PROCESSED OBJECT AND SPLITTING METHOD OF SUBSTRATE HAVING OPTICAL ELEMENT PATTERN}
본 발명은 레이저광을 조사함으로써 피가공물을 분단하는 방법에 관한 것이다.
글래스판이나 사파이어 기판 등의 단단하고 무른 재료(취성 재료)를 잘라내는 가공 방법으로서, 다양한 방법이 공지이다. 예를 들어, 글래스판의 가공으로서, 잘라내고 싶은 재료의 단부로부터 선 형상으로 다이아몬드의 결정 등으로 얕은 흠집(초기 균열)을 형성하는, 소위 스크래칭을 행하여, 형성된 초기 균열의 양측에 힘을 가하여 상기 초기 균열을 두께 방향으로 진전시켜 분단하는 방법이 널리 알려져 있다.
그러나, 이러한 방법의 경우, 분단 작업 시에, 스크래칭의 깊이나 힘을 부여하는 방법 등에 따라서는, 분단면에 기울기가 생기거나, 예상 외의 방향으로 깨져 버리는 것 등, 원하는 분단 정밀도가 나오지 않고, 최악의 경우, 재료 전체의 파손의 위험성도 있다.
또한, 피가공물의 단부에 초기 균열을 부여해 두고, 상기 단부로부터 레이저광에 의한 가열 주사를 행함으로써, 균열을 진전시켜 피가공물을 분단하는 방법도 널리 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
이러한 방법의 경우, 분단 대상인 취성 재료가 균질이며 발생하는 응력장이 이상적인 것이면, 균열 진전의 위치나 방향 등을 고정밀도로 제어할 수 있을 가능성은 있지만, 현실적으로는 재료의 불균질성이나, 가열 에너지 분포의 불균일성이나, 가열점의 고정밀도의 위치 제어의 곤란 등의 점으로부터, 고정밀도로 균열 진전을 제어하는 것은 어렵다. 여기서 말하는 고정밀도라 함은, ㎛ 오더의 정밀도에서의 위치 제어를 상정하고 있다.
또한, 피가공물의 단부에서는 응력 분산이 발생하여, 응력 분포가 균등하게 되지 않는 등의 이유로부터, 균열 진전 제어에 있어서는, 가공 수순의 제한이나 일부러 가열점을 어긋나게 하는 처리 등이 필요해진다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).
또한, 표면에 단위 패턴이 2차원적으로 배열된 취성 재료를 단위 패턴마다의 개편(個片)으로(칩 단위로) 잘라내는 경우 등, 서로 직교하는 2방향에서의 잘라내기를, 레이저 할단에 의해 행하려고 하는 경우, 어떤 일방향으로 잘라낸 후에 그것에 직교하는 방향으로 잘라내기를 행하게 되지만, 대량의 칩 가공과 같은 경우에는 초기 균열의 부여 방법 등이 보다 번잡해진다.
이상의 방법의 조합으로서, 다이아몬드나 비커스 압자 등에 의해 미소한 흠집(초기 균열)을 경취성 재료 기판(예를 들어, 글래스, 실리콘, 세라믹스, 사파이어 등)의 단부에 설치한 후, 기판 이면측에 레이저광 흡수재를 배치하여, 기판 이면에 초점을 맞춘 레이저 조사에 의한 국소 가열을 행하고, 이에 의해 발생하는 응력 집중에 의해 균열을 진전시켜 글래스를 분단하는 방법도 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 3 참조).
혹은, 미리 피가공물의 표면에, 기계적으로 혹은 레이저광의 조사에 의해 스크래칭 선이나 스크라이브 라인이라고 칭해지는 선 형상의 가공흔을 실시한 후, 이러한 가공흔을 따라서 레이저광에 의한 조사 가열을 행하고, 상기 가공흔으로부터의 크랙 진전을 발생시킴으로써 피가공물을 분단하는 방법도 공지이다(예를 들어, 특허 문헌 4 및 특허 문헌 5 참조).
또한, 특허 문헌 3에는 스크래칭 선과 반대측의 면으로부터 레이저를 조사하여 분단을 행하는 형태도 개시되어 있다.
또한, 발광 소자의 측면에 드라이 에칭에 의해 요철을 형성함으로써 발광 효율을 향상시키는 방법도 이미 공지이다(예를 들어, 특허 문헌 6 참조).
일본 특허 공고 평3-13040호 공보 일본 특허 출원 공개 평9-45636호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-62547호 공보 일본 특허 제2712723호 공보 일본 특허 제3036906호 공보 일본 특허 제3852000호 공보
특허 문헌 3에 개시된 방법의 경우, 레이저광에 의해 직접적으로 가열되는 것은 어디까지나 레이저광 흡수재이고, 경취성 재료 기판은 어디까지나 레이저광 흡수재로부터의 열전도에 의해 간접적으로 가열될 뿐이다. 그로 인해, 열전도의 균일성의 확보가 어려워, 인장 응력이 의도한 방향으로 작용한다고는 할 수 없다. 또한, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 종래의 레이저 할단과 동일하게, 균열의 진전 방향을 제어하는 것은 어렵다. 따라서, 이러한 방법에 의해 정밀도가 좋은 분단을 행하는 것은 어렵다.
또한, 특허 문헌 4 및 특허 문헌 5에 개시되어 있는 것은 겨우, 기계적으로 혹은 레이저광에 의해 형성한 가공흔을 따라서 레이저광을 조사함으로써 피가공물을 분단하는 기본적인 원리에 지나지 않고, 이러한 분단을 효율적으로 발생시키는 방법에 대해, 전혀 개시도 시사도 이루어져 있지 않다.
또한, 특허 문헌 6에는 발광 소자의 반도체막의 측면에 요철 가공을 실시하는 것에 의한 광 취출 효율의 향상에 대해서는 개시가 있지만, 그 기재(基材)인 사파이어 웨이퍼에 대한 가공에 대해서는 개시가 없다. 가령, 특허 문헌 6에 개시된 방법으로 사파이어 기판에 요철 가공을 실시하게 되면, 다시 레지스트 도포 처리가 필요해지는 동시에, 에칭 자체에 시간을 필요로 해, 생산성이 낮다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 취성 재료로 이루어지는 피가공물을 고정밀도이고 또한 효율적으로 분단할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 특히, 표면에 발광 소자 패턴이 2차원적으로 형성된 패턴이 부여된 기판이 피가공물인 경우에 있어서, 이들 고정밀도이고 또한 효율적인 가공에 추가하여, 발광 소자의 발광 효율의 향상도 더불어 실현하는 기술을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 피가공물을 분단하는 방법이며, 제1 출사원으로부터 제1 레이저광을 출사시키고, 상기 제1 레이저광을 상기 피가공물의 스크라이브면에 대해 조사함으로써, 상기 스크라이브면에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 가공 공정과, 제2 출사원으로부터 제2 레이저광을 출사시키고, 상기 제2 레이저광을 상기 스크라이브면의 반대면인 비스크라이브면의 측으로부터 상기 스크라이브 라인을 따라서 조사함으로써 상기 피가공물을 상기 스크라이브 라인을 따라서 가열하는 조사 가열 공정을 구비하고, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 스크라이브면이 냉각 매체와 접촉하도록 상기 피가공물을 상기 냉각 매체 상에 적재한 상태에서 상기 제2 레이저광을 상기 스크라이브 라인을 따라서 상대적으로 주사시킴으로써, 상기 비스크라이브면으로의 상기 제2 레이저광의 조사에 의해 상기 스크라이브면을 포함하는 상기 피가공물의 내부이며 상기 스크라이브 라인의 근방에 형성되는 인장 응력장을 이동시키는 동시에 냉각하고, 이에 의해, 상기 스크라이브 라인이 상기 인장 응력장에 위치함으로써 생기는 상기 스크라이브 라인으로부터 상기 비스크라이브면으로의 크랙의 진전을, 상기 스크라이브 라인을 따라서 순차적으로 발생시킴으로써, 상기 피가공물을 분단하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재된 분단 방법이며, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 제2 출사원으로부터 출사된 상기 제2 레이저광의 조사 범위를 빔 조정 기구에 의해 조정한 후 상기 제2 레이저광을 상기 비스크라이브면에 조사하는 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 분단 방법이며, 상기 제2 레이저광이 CO2 레이저인 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명은, 청구항 3에 기재된 분단 방법이며, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 제2 레이저광을 펄스 발진 모드로 조사하여, 상기 피가공물이 분단됨으로써 형성되는 개편의 분단면에, 펄스 발진 주기에 따른 주기를 갖는 전반사율 저감용 굴곡을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 분단 방법이며, 상기 제1 레이저광이 YAG 레이저의 3배 고조파인 것을 특징으로 한다.
청구항 6의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 분단 방법이며, 상기 피가공물의 수평면 내에 있어서의 자세를 보정하는 얼라인먼트 처리 공정을 더 구비하고, 상기 얼라인먼트 처리 공정을 행한 상기 피가공물에 대해, 상기 스크라이브 가공 공정과 상기 조사 가열 공정을 행하는 것을 특징으로 한다.
청구항 7의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 분단 방법이며, 상기 스크라이브 가공 공정에 있어서는, 상기 제1 레이저광의 피조사 위치에 있어서 용융 및 재고화를 발생시켜, 상기 피조사 위치를 변질 영역으로 함으로써 상기 스크라이브 라인을 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 8의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 분단 방법이며, 상기 스크라이브 가공 공정에 있어서는, 상기 제1 레이저광의 피조사 위치에 있어서 애브레이션을 발생시켜, 상기 피조사 위치에 홈부를 형성함으로써 상기 스크라이브 라인을 형성하는 것을 특징으로 한다.
청구항 9의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 분단 방법이며, 상기 스크라이브 가공 공정에 있어서는, 서로 직교하는 제1 방향과 제2 방향에 있어서 각각 복수의 스크라이브 라인을 형성하고, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 비스크라이브면의 측으로부터, 상기 제1 방향으로 연장되는 상기 스크라이브 라인을 따른 조사 가열을 행한 후, 상기 제2 방향으로 연장되는 상기 스크라이브 라인을 따른 조사 가열을 행하는 것을 특징으로 한다.
청구항 10의 발명은, 청구항 9에 기재된 분단 방법이며, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 제2 레이저광의 조사 빔 직경을, 상기 스크라이브 라인을 형성할 때의 피치 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 11의 발명은, 표면에 광학 소자 패턴이 2차원적으로 형성된 광학 소자 패턴이 부여된 기판을 분단하는 방법이며, 제1 출사원으로부터 제1 레이저광을 출사시켜, 상기 제1 레이저광을 상기 광학 소자 패턴이 부여된 기판의 스크라이브면에 대해 조사함으로써, 상기 스크라이브면에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 가공 공정과, 제2 출사원으로부터 CO2 레이저인 제2 레이저광을 출사시켜, 상기 제2 레이저광을 상기 스크라이브면의 측으로부터 상기 스크라이브 라인을 따라서 조사함으로써 상기 광학 소자 패턴이 부여된 기판을 상기 스크라이브 라인을 따라서 가열하는 조사 가열 공정을 구비하고, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 광학 소자 패턴이 부여된 기판에 있어서 상기 제2 레이저광의 조사에 의해 조사 가열 영역의 주위에 형성되는 인장 응력장을, 상기 제2 레이저광을 상기 스크라이브 라인을 따라서 상대적으로 주사시킴으로써 이동시키고, 이에 의해, 상기 스크라이브 라인이 상기 인장 응력장에 위치함으로써 생기는 상기 스크라이브 라인으로부터 비스크라이브면으로의 크랙의 진전을, 상기 스크라이브 라인을 따라서 순차적으로 발생시킴으로써, 상기 광학 소자 패턴이 부여된 기판을 분단하는 동시에, 상기 제2 레이저광을 펄스 발진 모드로 출사시킴으로써, 상기 피가공물이 분단됨으로써 형성되는 광학 소자 개편의 분단면에, 펄스 발진 주기에 따른 주기를 갖는 전반사율 저감용 굴곡을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 11의 발명에 따르면, 제1 레이저광을 조사함으로써 미리 피가공물의 분단 예정 위치에 형성된 스크라이브 라인을 따라서 제2 레이저광을 조사하고, 피가공물을 가열함으로써, 스크라이브 라인에 대해 인장 응력을 작용시켜, 스크라이브 라인으로부터 비스크라이브면으로의 크랙의 진전을 스크라이브 라인의 연장 방향을 따라서 순차적으로 발생시킴으로써, 피가공물을 고정밀도로 분단할 수 있다. 또한, 제2 레이저광의 조사를, 비스크라이브면에 대해 행함으로써, 크랙의 진전이 보다 효율적으로 일어나므로, 높은 정밀도에 의한 분단을 효율적으로 행할 수 있다.
특히, 청구항 4 및 청구항 11의 발명에 따르면, 분단 대상물의 분단면에 의도적으로 굴곡을 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 예를 들어, 표면에 LED 패턴이 2차원적으로 형성된 사파이어 기판인 LED 제조용 기판이 분단 대상물이고, 이것을 LED 칩 단위의 개편으로 분단하는 경우에 있어서, LED 칩의 분단면에 있어서의 전반사를 억제하여, LED 칩의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 분단 가공의 도중의 모습을 모식적으로 도시하는 도면.
도 2는 가열용 레이저광(LBh)으로서 CO2 레이저를 사용하여, 사파이어 기판을 분단했을 때의 분단면의 SEM상.
도 3은 분단면이 평탄한 경우와 평탄면에 굴곡이 있는 경우의 분단면에 있어서의 광의 진행 방법의 차이를 도시하는 도면.
도 4는 분단 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 스크라이브용 레이저 광학계(20)의 상세 구성을 도시하는 도면.
도 6은 가열용 레이저 광학계(30)의 상세 구성을 도시하는 도면.
도 7은 가열용 레이저광(LBh)에 의해 피가공물(W)의 비스크라이브면(W2)을 주사하는 형태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 8은 가열용 레이저광(LBh)에 의해 피가공물(W)의 비스크라이브면(W2)을 주사하는 형태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 9는 분단 장치(200)의 개략적인 구성을 도시하는 도면.
도 10은 스크라이브면(W1)에 가열용 레이저광(LBh)이 조사되는 구성에 있어서, 인장 응력장(SF2)을 냉각하는 모습을 도시하는 모식도.
도 11은 스크라이브면(W1)에 가열용 레이저광(LBh)이 조사되는 구성에 있어서, 인장 응력장(SF2)을 냉각하는 모습을 도시하는 모식도.
도 12는 분단 장치(100)에 있어서 냉각 가스(CG)의 분사를 실현하는 구성의 일례를 개략적으로 도시하는 도면.
도 13은 분단 장치(200)에 있어서 인장 응력장(SF2)을 냉각하는 구성을 설치하는 경우의 일례를 개략적으로 도시하는 도면.
도 14는 비스크라이브면(W2)에 대해 가열용 레이저광(LBh)을 조사하는 다른 형태에 대해 도시하는 도면.
<가공의 기본 원리>
우선, 본 실시 형태에 관한 가공(분단 가공)의 기본 원리에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서 행하는 분단 가공은, 개략, 피가공물(분단 대상물)(W)의 분단 예정 위치에 대해 제1 레이저광(스크라이브용 레이저광)을 조사함으로써 스크라이브 라인(SL)을 형성한 후, 제2 레이저광(가열용 레이저광)의 조사에 의한 가열(레이저 가열)을 행함으로써 상기 스크라이브 라인(SL) 근방에 응력장을 발생시키고, 이에 의해 초기 균열인 스크라이브 라인(SL)으로부터 균열(크랙)을 진전시킴으로써, 피가공물을 분단한다는 것이다.
피가공물(W)로서는, 예를 들어 글래스판이나 사파이어 기판 등의 취성 재료, 혹은 그들 취성 재료로 이루어지는 기판의 표면에 박막층 등에 의해 단위 패턴이 2차원적으로 형성된 것(이하, 패턴이 부여된 기판) 등이 해당한다.
도 1은 본 실시 형태에 있어서 행해지는 분단 가공의 도중의 모습을 모식적으로 도시하는 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 1은 피가공물(W)에 미리 형성된 스크라이브 라인(SL)을 따라서 가열용 레이저광(LBh)을 조사함으로써, 레이저 가열을 행하는 모습을 도시하고 있다.
또한, 이후의 설명에 있어서는, 피가공물(W)에 있어서 스크라이브 라인(SL)이 형성되어 있는 면, 혹은 스크라이브 라인(SL)의 형성이 예정되는 면을 스크라이브면(W1)이라고 칭하고, 상기 스크라이브면(W1)의 반대면을 비스크라이브면(W2)이라고 칭한다. 또한, 도 1에 있어서는, 가열용 레이저광(LBh)이 화살표 AR1로 나타내는 주사 방향[당연히 스크라이브 라인(SL)의 연장 방향이기도 함]을 이동함으로써 스크라이브면(W1)을 주사하는 모습을 도시하고 있지만, 이것 대신에, 가열용 레이저광(LBh)이 어떤 조사 위치에서 고정적으로 조사되는 한편, 피가공물(W)이 도시하지 않은 이동 수단으로 이동됨으로써, 가열용 레이저광(LBh)에 의한 화살표 AR1 방향으로의 상대적인 주사가 실현되는 형태여도 된다.
가열용 레이저광(LBh)이 조사되면, 피가공물(W)의 스크라이브면(W1)에 있어서의 가열용 레이저광(LBh)의 조사 영역은 가열되어 팽창하여, 도 1에 도시한 바와 같이 압축 응력장(SF1)으로 된다. 한편, 상기 압축 응력장(SF1)의 외주 영역은 수축하여, 인장 응력장(SF2)으로 된다. 스크라이브 라인(SL)이 이 인장 응력장(SF2)에 포함되면, 피가공물(W)에 있어서는, 상기 스크라이브 라인(SL)의 측방에 있어서 인장 응력(TS)이 작용한다. 이러한 인장 응력(TS)의 작용에 의해, 스크라이브 라인(SL)으로부터 비스크라이브면(W2)측의 분단 예정 위치(L0)를 향해 크랙(CR)이 진전된다. 또한, 상술한 바와 같이, 가열용 레이저광(LBh)은 스크라이브 라인(SL)을 따라서 상대적으로 주사되므로, 이에 수반하여, 인장 응력장(SF2)도 스크라이브 라인(SL)을 따라서 이동한다. 그러면, 비스크라이브면(W2)측으로 크랙(CR)이 진전되는 개소가, 스크라이브 라인(SL)의 연장 방향, 결국은 가열용 레이저광(LBh)의 주사 방향을 따라서 천이해 가게 된다. 그로 인해, 가열용 레이저광(LBh)을, 스크라이브면(W1)측의 분단 예정 위치에 형성된 스크라이브 라인(SL)의 한쪽 단부로부터 다른 쪽 단부에 이르기까지 조사하면, 스크라이브 라인(SL)의 형성 위치 전체에서, 분단 예정 위치(L0)로의 크랙(CR)의 진전을 순차적으로 발생시킬 수 있으므로, 결과적으로, 피가공물(W)을 분단할 수 있다. 이것이, 본 실시 형태에 관한 분단 가공의 기본 원리이다.
이러한 형태로 피가공물(W)을 분단하는 경우, 피가공물(W)을 정확하게 위치 결정한 후 스크라이브면(W1) 상의 소정의 위치에 고정밀도로 형성되어 이루어지는 스크라이브 라인(SL)을 초기 균열로 하고, 비스크라이브면(W2)측으로 크랙(CR)을 진전시키게 된다. 통상, 스크라이브 라인(SL)의 길이에 비해 피가공물(W)의 두께는 충분히 작고, 또한 가열용 레이저광(LBh)에 의해 형성되는 인장 응력장(SF2)은 비교적 균일하므로, 분단 위치의 어긋남은 발생하기 어렵다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 정밀도가 우수한 분단이 가능해진다. 결과적으로, ㎛ 오더의 정밀도에서의 분단이 가능해진다.
또한, 표면에 LED 패턴이 2차원적으로 형성된 사파이어 기판인 LED 제조용 기판 등의 패턴이 부여된 기판을, 단위 패턴마다의 개편으로(칩 단위로) 분단하는 경우 등, 분단 예정 위치가 격자 형상으로 설정되어 있는 경우, 서로 직교하는 제1 방향과 제2 방향에 있어서 각각 복수의 스크라이브 라인(SL)이 순차적으로 형성된 후, 각각의 방향에 대해, 순차적으로 가열용 레이저광(LBh)에 의한 가열이 행해진다. 이러한 경우, 가열용 레이저광(LBh)에 의해 어떤 제1 방향으로 연장되는 스크라이브 라인(SL)(제1 스크라이브 라인)을 따른 레이저 가열을 행하면, 이것에 직교하는 다른 스크라이브 라인(SL)(제2 스크라이브 라인)과의 격자점 근방에서는, 부분적으로, 제2 방향으로 연장되는 제2 스크라이브 라인에 있어서도 약간 비스크라이브면(W2)으로의 크랙(CR)의 진전은 발생한다. 그러나, 이러한 경우에 있어서도, 나중에 제2 스크라이브 라인을 따른 레이저 가열을 행함으로써, 정밀도에는 문제가 없는 분단을 행할 수 있다.
스크라이브용 레이저광에는 피가공물(W)의 재질 등에 따라서 적절한 펄스 레이저광을 선택하여 사용하면 된다. 예를 들어, 사파이어 기판이나, 사파이어 기판을 사용하여 제작된 패턴이 부여된 기판인 LED 제조용 기판이 피가공물(W)인 경우이면, YAG 레이저의 3배 고조파(파장 355㎚)를 사용하는 것이 적합한 일례이다. 또한, 분단 예정 위치에서의 분단의 정밀도 및 확실성을 높이기 위해서는, 스크라이브 라인(SL)은 가능한 한 가늘게 형성되는 것이 바람직하므로, 스크라이브용 레이저광은 수㎛ 내지 수십㎛ 정도의 조사 범위(조사 빔 직경)에서 조사되도록 한다. 또한, 가공 효율(에너지의 이용 효율)의 관점으로부터, 스크라이브용 레이저광은 피가공물(W)의 스크라이브면(W1) 혹은 내부의 스크라이브면(W1) 근방[스크라이브면(W1)으로부터 수십㎛ 정도까지의 범위]에서 포커싱되도록 조사된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 조사 빔 직경이라 함은, 조사하는 레이저 빔의 단면의 에너지 분포가 가우스 분포 형상이라고 가정한 경우에, 그 에너지값이 중심의 최고값의 1/e2 이상인 영역의 직경을 말한다.
또한, 스크라이브 라인(SL)에 대해서는, 스크라이브용 레이저광의 피조사 위치에 있어서 물질을 증발시킴(애브레이션)으로써 형성되는 단면에서 볼 때 삼각 형상 혹은 쐐기 형상의 홈부가 스크라이브 라인(SL)이 되는 형태여도 되고, 당해 피조사 위치에 있어서 물질을 용융ㆍ재고화시킴(융해 개질시킴)으로써 형성되는 단면에서 볼 때 삼각 형상 혹은 쐐기 형상의 변질 영역이 스크라이브 라인(SL)이 되는 형태여도 된다. 어떤 형태를 취하는지에 따라서, 스크라이브용 레이저광의 조사 조건(펄스 폭, 반복 주파수, 피크 파워 밀도, 주사 속도 등)이 정해진다. 또한, 도 1에서는 스크라이브 라인(SL)이 연속적으로 형성되어 있는 경우를 예시하고 있지만, 스크라이브 라인(SL)의 형성 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 분단 예정 위치에 따라서 점선 형상 혹은 파선 형상으로 스크라이브 라인(SL)이 형성되는 형태여도 된다.
한편, 가열용 레이저광(LBh)으로서는, 장파장 레이저인 CO2 레이저(파장 9.4㎛ 내지 10.6㎛)를 사용하는 것이 적합하다. CO2 레이저는 글래스나 사파이어의 표면에 있어서 확실하게 흡수되므로, 스크라이브 라인(SL)으로부터의 크랙(CR)의 진전을 확실하게 발생시킬 수 있다. 또한, 스크라이브 라인(SL)의 형성이라고 하는, 피가공물의 가공을 목적으로 하여 조사하는 스크라이브용 레이저광과는 달리, 가열용 레이저광(LBh)은 피가공물을 가열함으로써 가열 영역에 형성되는 압축 응력장(SF1)의 주위에 인장 응력장(SF2)을 형성한다고 하는 목적으로 조사되는 것이다. 그로 인해, 피가공물을 파괴나 변질되지 않도록 하는 것이나, 인장 응력장(SF2)을 가능한 한 넓게 형성시키도록 하는 데 있어서는, 가열용 레이저광(LBh)의 조사 범위는 스크라이브용 레이저광에 비해 커도 된다. 예를 들어, 피가공물의 두께가 150㎛인 경우에는, 100㎛ 내지 1000㎛ 정도이면 된다.
단, 패턴이 부여된 기판으로부터 직사각 형상의 칩을 잘라내는 경우에 있어서는, 가열용 레이저광(LBh)의 조사 빔 직경을, 칩의 평면 사이즈(분단 예정 위치의 피치와 대략 동등)와 동일하거나 그 이하로 설정한다. 이것보다도 조사 빔 직경을 크게 한 경우, 분단이 양호하게 행해지지 않아, 소정의 형상의 칩이 얻어지지 않게 되는 것이 발생하여, 바람직하지 않다.
<가열용 레이저광의 발진 모드와 분단면의 형상의 관계>
예를 들어, 가열용 레이저광(LBh)으로서 CO2 레이저를 사용하는 경우, 연속 발진 모드와 펄스 발진 모드의 2가지의 발진 모드로 가열용 레이저광(LBh)을 조사할 수 있다. 그리고, 이 발진 모드에 따라서, 피가공물(W)의 분단면의 형상에 차이가 발생하는 것이 확인되어 있다. 구체적으로는, 연속 발진 모드의 경우, 크랙 진전에 의해 형성되는 분단면은 매우 매끄러운 평탄면으로 된다. 한편, 펄스 발진 모드의 경우, 분단면에는 펄스의 발진 주기에 따른 주기적인 굴곡(요철)이 형성된다. 도 2는 가열용 레이저광(LBh)으로서 CO2 레이저를 사용하여, 사파이어 기판을 분단했을 때의 분단면의 SEM(주사 전자 현미경)상이다. 도면 중, "Fracture surface"가 분단면이고, Groove는 스크라이브 라인이고, "Feed direction"은 사파이어 기판의 이동 방향(레이저광의 주사 방향의 반대 방향)이다. 도 2에 도시하는 경우에 있어서는, 분단면은 투명하기는 하지만, 수십㎛ 피치로 굴곡이 형성되어 이루어진다. 일반적으로, 피가공물(W)의 분단면은 평탄면인 것이 바람직하므로, 대부분의 경우에는, 가열용 레이저광(LBh)의 조사는 연속 발진 모드로 행해진다.
이에 대해, 분단면에 의도적으로(적극적으로) 굴곡을 발생시키는 것이 바람직한 경우도 있다. 예를 들어, 표면에 LED(발광 소자) 패턴이 2차원적으로 형성된 사파이어 기판(웨이퍼)인 LED 제조용 기판이 피가공물(W)이고, 이를 LED 칩 단위의 개편으로 분단하는 경우가 이에 해당한다. 도 3은 분단면이 평탄한 경우와 평탄면에 굴곡이 있는 경우의 분단면에 있어서의 광의 진행 방법의 차이를 도시하는 도면이다.
일반적으로, 발광 소자(LED 칩)는 기판 상에 설치된 발광 소자 구조 부분에 있어서 발생하는 발광이 가능한 한 차단되지 않고 외부로 취출되는 것이 요구된다. 이러한 광의 일부는 기판 부분에도 입사하므로, 발광 소자의 실질적인 발광 효율(광의 취출 효율)을 높이기 위해서는, 기판 부분에 있어서도 발광된 광을 가능한 한 투과시키는 것이 필요해진다. 한편, 굴절률이 큰 매질 중으로부터 굴절률이 작은 매질 중을 향해 광이 진행되는 경우, 그 계면(입사면)에 대해 임계각 θc 이상에서 입사한 광은 전반사되어 버린다고 하는 광학적인 제한(스넬의 법칙)이 있다. 예를 들어, 사파이어로부터 공기로 광이 진행되는 경우에는 θc＝34.4°이다.
가령, 분단면이 평탄면이라고 하면, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 발광 소자 부분에서 발생한 광 중, 임계각 θc 이상의 입사각에서 분단면에 입사한 광은 모두 반사되게 된다. 또한, 원리적으로는, 발생 후의 진행 방향에 따라서는, 전반사를 계속해서 받아, 결과적으로 LED 칩 내부에 가둬진 상태로 되는 광도 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이 사파이어로부터 공기로 광이 진행되는 경우이면, 34.4° 이상 55.6° 이하의 입사각에서 분단면에 입사하는 광이 이에 해당한다.
이에 대해, 분단면에 굴곡이 있는 경우, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 도 3의 (a)의 경우와 동일 방향으로부터 입사한 광이어도, 그 입사 위치에 따라서는 입사각이 도 3의 (a)를 하회하게 되므로, 분단면을 투과하는 성분이 발생하게 된다. 또한, 가령 어떤 분단면에서 반사를 받았다고 해도, 다른 분단면에서 투과를 할 확률이 높아진다. 즉, 분단면에 입사한 광이 상기 분단면에서 전반사되는 비율(전반사율)을 저감시킬 수 있다. 그로 인해, 분단면에 굴곡이 있는 경우, 분단면이 평탄면인 경우보다도, 발생한 광이 취출되기 쉬운 상태가 실현된다. 또한, 실제의 발광 소자에서는, 반드시 LED 칩의 기판이 직접적으로 외부로 노출되어 있는 것은 아니고, 수지에 의해 밀봉 등이 되는 경우가 있지만, 이러한 경우라도, 상술한 효과는 마찬가지로 얻어진다.
이상을 감안하여, 피가공물(W)이 LED 제조용 기판이고, 이를 LED 칩 단위로 분단하는 경우에는, 가열용 레이저광(LBh)을 펄스 발진 모드로 조사하여, 분단면에 굴곡을 발생시키는 형태로 분단을 행하도록 한다. 이에 의해, 광 취출 효율이 높은 LED 칩을 얻을 수 있다. 이러한 방법은 피가공물(W)의 분단에 맞추어 굴곡을 형성할 수 있으므로, 예를 들어 특허 문헌 6에 개시되어 있는 바와 같은 드라이 에칭을 사용하여 요철을 형성하는 방법에 비해, 효율적이고 또한 생산성이 높은 것이다.
<분단 장치>
다음에, 상술한 가공 원리에 기초하여 피가공물의 분단을 행하는 분단 장치에 대해 설명한다. 도 4는 분단 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 분단 장치(100)는 스테이지부(10)와, 스크라이브용 레이저 광학계(20)와, 가열용 레이저 광학계(30)와, 위치 판독 광학계(40)를 주로 구비한다. 또한, 분단 장치(100)는, 예를 들어 도시하지 않은 CPU, ROM, RAM 등으로 이루어지고, 스크라이브용 레이저 광학계(20), 가열용 레이저 광학계(30) 및 위치 판독 광학계(40) 등의 사이에서 다양한 신호를 수수함으로써, 각 구성 요소의 동작을 제어하는 제어계(50)를 구비한다. 또한, 제어계(50)는 다른 구성 요소와 일체의 것으로서 분단 장치(100)의 본체에 내장되는 형태여도 되고, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터 등으로 구성되어, 분단 장치(100)의 본체와는 별도로 설치되는 형태여도 된다.
스테이지부(10)는, 주로, XY 스테이지(11)와, 상기 XY 스테이지(11) 상에 설치된 가공용 스테이지(12)로 구성된다.
XY 스테이지(11)는 제어계(50)로부터의 구동 제어 신호 sg1에 기초하여, 수평면 내(XY 평면 내)의 서로 직교하는 2개의 방향(X방향, Y방향)으로 이동 가능하게 되어 이루어진다. 또한, XY 스테이지(11)의 위치 정보 신호 sg2는 끊임없이 제어계에 피드백된다.
가공용 스테이지(12)는 그 위에 피가공물(W)을 적재 고정하기 위한 부위이다. 가공용 스테이지(12)는 도시하지 않은 흡착 기구를 구비하고 있고, 제어계(50)로부터의 흡착 제어 신호 sg3에 기초하여 흡착 기구를 작동시킴으로써, 가공용 스테이지(12)의 상면(12a)에 피가공물(W)을 흡착 고정하도록 구성되어 있다. 또한, 가공용 스테이지(12)는 도시하지 않은 회전 구동 기구를 구비하고 있고, 제어계(50)로부터의 회전 제어 신호 sg4에 기초하여 수평면 내에서 회전 동작을 행할 수 있도록 되어 있다.
또한, 도 4에 있어서는 도시를 생략하지만, 가공용 스테이지(12)로의 고정에 있어서는, 피가공물(W)의 비스크라이브면(W2)측(적재면측)에 점착성의 필름을 부착하여, 상기 필름 모두 피가공물(W)을 고정하는 형태여도 된다.
스크라이브용 레이저 광학계(20)는 제어계(50)로부터 부여되는 스크라이브용 레이저 제어 신호 sg5에 기초하여, 스크라이브용 레이저광을 피가공물(W)에 대해 조사하는 부위이다.
도 5는 스크라이브용 레이저 광학계(20)의 상세 구성을 도시하는 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 스크라이브용 레이저 광학계(20)는 스크라이브용 레이저광(LBs)의 광원(출사원)인 레이저 발진기(21)와, 레이저 발진기(21)로부터 출사된 스크라이브용 레이저광(LBs)의 광량 조정을 행하기 위한 감쇠기(22)와, 스크라이브용 레이저광(LBs)의 초점 조정을 행하기 위한 대물 렌즈(23)를 주로 구비한다. 또한, 상술한 바와 같이, 스크라이브용 레이저광(LBs)으로서는, 피가공물(W)의 재질 등에 따른 펄스 레이저광이 사용되므로, 레이저 발진기(21)는 사용하는 스크라이브용 레이저광(LBs)의 종류에 따라서 선택되면 된다.
또한, 스크라이브용 레이저 광학계(20)에는 스크라이브용 레이저광(LBs)을 반사함으로써 스크라이브용 레이저광(LBs)의 광로의 방향을 적절히 전환하는 미러(24)도 구비되어 있다. 또한, 도 5에 있어서는 미러(24)가 1개만 구비되는 경우를 예시하고 있지만, 미러(24)의 수는 이것으로는 한정되지 않고, 스크라이브용 레이저 광학계(20) 내부 혹은 더욱 분단 장치(100) 내부에 있어서의 레이아웃상의 요청, 그 밖의 이유로부터, 더 많은 미러(24)가 설치되어, 스크라이브용 레이저광(LBs)의 광로가 적절하게 설정되는 형태여도 된다.
보다 상세하게는, 레이저 발진기(21)에는 스크라이브용 레이저광(LBs)의 출사/비출사를 전환하기 위한 셔터(21a)가 설치되어 이루어진다. 셔터(21a)의 개폐 동작은 스크라이브용 레이저 제어 신호 sg5의 일종인 ON/OFF 제어 신호 sg5a에 기초하여 제어된다. 또한, 감쇠기(22)에 있어서의 스크라이브용 레이저광(LBs)의 광량의 조정은 스크라이브용 레이저 제어 신호 sg5의 일종인 출력 파워 제어 신호 sg5b에 기초하여 제어된다.
스크라이브용 레이저 광학계(20)에 있어서는, 레이저 발진기(21)로부터 출사되어, 감쇠기(22)에 의해 광량이 조정된 스크라이브용 레이저광(LBs)이, 피가공물(W)의 스크라이브면(W1) 혹은 내부의 스크라이브면(W1) 근방[스크라이브면(W1)으로부터 수십㎛ 정도까지의 범위]에서 포커싱하도록, 또한 조사 빔 직경이 수㎛ 내지 수십㎛ 정도로 되도록 대물 렌즈(23)의 배치 위치가 조정된다. 이에 의해, 양호한 스크라이브 라인(SL)이 형성된다.
가열용 레이저 광학계(30)는 제어계(50)로부터 부여되는 가열용 레이저 제어 신호 sg6에 기초하여, 가열용 레이저광을 피가공물(W)에 대해 조사하는 부위이다.
도 6은 가열용 레이저 광학계(30)의 상세 구성을 도시하는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 가열용 레이저 광학계(30)는 가열용 레이저광(LBh)의 광원(출사원)인 레이저 발진기(31)와, 레이저 발진기(31)로부터 출사된 가열용 레이저광(LBh)의 광량 조정을 행하기 위한 감쇠기(32)와, 피가공물(W)에 대한 가열용 레이저광(LBh)의 조사 범위를 조정하기 위한 빔 조정 기구(33)와, 가열용 레이저광(LBh)의 초점 조정을 행하기 위한 대물 렌즈(34)를 주로 구비한다. 상술한 바와 같이, 가열용 레이저광(LBh)으로서는 CO2 레이저를 사용하므로, 레이저 발진기(31)는 CO2 레이저용 발진기이다.
또한, 가열용 레이저 광학계(30)에는 가열용 레이저광(LBh)을 반사함으로써 가열용 레이저광(LBh)의 광로의 방향을 적절하게 전환하는 미러(35)도 구비되어 있다. 또한, 도 6에 있어서는 미러(35)가 1개만 구비되는 경우를 예시하고 있지만, 미러(35)의 수는 이것으로는 한정되지 않고, 가열용 레이저 광학계(30) 내부 혹은 더욱 분단 장치(100) 내부에 있어서의 레이아웃상의 요청, 그 밖의 이유로부터, 더 많은 미러(35)가 설치되어, 가열용 레이저광(LBh)의 광로가 적절하게 설정되는 형태여도 된다.
보다 상세하게는, 레이저 발진기(31)에는 가열용 레이저광(LBh)의 출사/비출사를 전환하기 위한 셔터(31a)가 설치되어 이루어진다. 셔터(31a)의 개폐 동작은 가열용 레이저 제어 신호 sg6의 일종인 ON/OFF 제어 신호 sg6a에 기초하여 제어된다. 또한, 감쇠기(32)에 있어서의 가열용 레이저광(LBh)의 광량의 조정은 가열용 레이저 제어 신호 sg6의 일종인 출력 파워 제어 신호 sg6b에 기초하여 제어된다.
또한, 빔 조정 기구(33)는 레이저 발진기(31)로부터 직선적으로 출사된 가열용 레이저광(LBh)의 조사 범위를 조정하기 위해 구비된다. 빔 조정 기구(33)는, 예를 들어 다양한 렌즈를 적절하게 조합함으로써 실현되고, 그들 렌즈의 위치를 조정함으로써, 피가공물(W)에 대해 가열용 레이저광(LBh)을 적절한 조사 범위에서 조사할 수 있도록 되어 있다. 또한, 도 6에 있어서는, 빔 조정 기구(33)에 의한 조정에 의해, 가열용 레이저광(LBh)이, 레이저 발진기(31)로부터 출사되었을 때의 빔 직경보다도 큰 조사 범위에서 피가공물(W)에 조사되는 경우를 예시하고 있다.
위치 판독 광학계(40)는 가공용 스테이지(12)에 흡착 고정된 피가공물(W)을 도시하지 않은 CCD 카메라 등으로 촬상하여, 얻어진 촬상 화상의 데이터를 화상 정보 신호 sg7로서 제어계(50)에 부여한다. 제어계(50)는 얻어진 화상 정보 신호 sg7에 기초하여, XY 스테이지(11)의 이동 범위나, 스크라이브용 레이저광(LBs)이나 가열용 레이저광(LBh)의 조사 위치 등의 설정을 행한다.
이상과 같은 구성을 갖는 분단 장치(100)에 있어서는, 피가공물(W)을 가공용 스테이지(12)에 흡착 고정시킨 상태에서 XY 스테이지(11)를 이동시킴으로써, 피가공물(W)을, 스크라이브용 레이저 광학계(20), 가열용 레이저 광학계(30) 및 위치 판독 광학계(40)의 각각에 대해 하방으로부터 대향 배치할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이러한 경우에 있어서, 피가공물(W)은 스크라이브면(W1)이 상면(비적재면)으로 되도록 가공용 스테이지(12)에 고정된다.
그리고, 피가공물(W)을 스크라이브용 레이저 광학계(20)와 대향 배치시킨 상태에서, 스크라이브용 레이저 광학계(20)로부터 피가공물(W)에 대해 스크라이브용 레이저광(LBs)을 조사하면서 XY 스테이지(11)를 이동시킴으로써, 피가공물(W)에 대한 스크라이브용 레이저광(LBs)의 상대 주사가 실현된다. 스크라이브면(W1)의 미리 상정된 분단 예정 위치에 따라서 스크라이브용 레이저광(LBs)을 상대적으로 주사시킴으로써, 스크라이브 라인(SL)을 형성할 수 있다.
마찬가지로, 피가공물(W)을 가열용 레이저 광학계(30)와 대향 배치시킨 상태에서, 가열용 레이저 광학계(30)로부터 피가공물(W)에 대해 가열용 레이저광(LBh)을 조사하면서 XY 스테이지(11)를 이동시킴으로써, 피가공물(W)에 대한 가열용 레이저광(LBh)의 상대 주사가 실현된다. 스크라이브용 레이저광(LBs)의 조사에 의해 형성된 스크라이브 라인(SL)을 따라서 가열용 레이저광(LBh)을 상대적으로 주사시킴으로써, 스크라이브 라인(SL)으로부터 크랙(CR)을 피가공물(W)의 비스크라이브면(W2)의 분단 예정 위치를 향해 진전시키고, 이에 의해, 피가공물(W)을 분단할 수 있다.
또한, 분단 장치(100)에 있어서는, 피가공물(W)을 위치 판독 광학계(40)와 대향 배치시킨 상태에서 위치 판독 광학계(40)에 의한 피가공물(W)의 촬상을 행하여, 얻어지는 촬상 화상 데이터에 기초하여, 피가공물(W)의 수평면 내에 있어서의 기울기(자세)를 보정하는 얼라인먼트 동작을 행할 수 있다. 구체적으로는, 제어계(50)가, 상기 촬상 화상 데이터의 화상 내용(예를 들어, 얼라인먼트 마크의 배치 위치나 반복 패턴의 배치 위치 등)에 기초하여, 피가공물(W)의 수평면 내에 있어서의 기울기[XY 스테이지(11)의 이동 방향으로부터의 기울기]를 특정하여, 이러한 기울기가 캔슬되도록, 가공용 스테이지(12)에 대해 회전 제어 신호 sg4를 부여하여, 상기 가공용 스테이지(12)를 회전시킨다. 피가공물(W)의 수평면 내에 있어서의 기울기를 특정하는 주요로서는, 패턴 매칭법 등 공지의 방법을 적용할 수 있다.
통상의 분단 가공의 경우에는, 스크라이브면(W1)이 상면(비적재면)으로 되도록 피가공물(W)이 가공용 스테이지(12)에 고정된 상태에서, 위치 판독 광학계(40)에 의한 촬상과 그 후의 얼라인먼트 처리가 행해진 후에, 스크라이브용 레이저 광학계(20)에 의한 스크라이브 라인(SL)의 형성이 행해지고, 또한 가열용 레이저 광학계(30)에 있어서 가열용 레이저광(LBh)이 조사됨으로써, 피가공물(W)이 분단된다.
<비스크라이브면으로의 가열용 레이저광 조사>
이하, 상술한 원리를 응용한 다양한 분단 처리의 형태에 대해, 순차적으로 설명한다. 도 7 및 도 8은 가열용 레이저광(LBh)에 의해 피가공물(W)의 비스크라이브면(W2)을 주사하는 형태를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 7은 스크라이브 라인(SL)의 연장 방향에 수직인 피가공물(W)의 단면도이고, 도 8은 스크라이브 라인(SL)을 따른 피가공물(W)의 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시한 경우에 있어서는, 도 1의 경우와는 달리, 스크라이브 라인(SL)이 미리 형성되어 있는 스크라이브면(W1)은 가공용 스테이지(12)에 적재되고, 비적재면인 비스크라이브면(W2)의 분단 예정 위치(L0)를 향해 가열용 레이저광(LBh)이 조사되어 있다. 이러한 형태에서 가열용 레이저광(LBh)이 조사되면, 비스크라이브면(W2)의 가열용 레이저광(LBh)의 조사 위치 근방이 압축 응력장(SF1)으로 되고, 그 주위가 압축 응력장(SF1)의 하방도 포함시켜 인장 응력장(SF2)으로 된다. 또한, 도 7에 도시한 경우에 있어서는, 스크라이브 라인(SL)이 홈부로서 형성되는 경우를 예시하고 있지만, 스크라이브 라인(SL)의 형성 형태는 이것으로 한정되는 것은 아니다(도 7, 도 14도 마찬가지임).
보다 구체적으로는, 도 7에 도시하는 형태에서 가열용 레이저광(LBh)이 조사되면, 비스크라이브면(W2) 뿐만 아니라 피가공물(W)의 내부에 있어서도, 인장 응력장(SF2)은 형성된다. 그로 인해, 피가공물(W)의 내부에 위치하는 스크라이브 라인(SL)의 선단 부분에 대해, 인장 응력(TS)이 작용한다. 그 결과, 스크라이브 라인(SL)으로부터 그 상방의 분단 예정 위치(L0)를 향해, 크랙(CR)이 진전된다. 가열용 레이저광(LBh)은 도 8에 화살표 AR1로 나타내는 주사 방향으로 주사되므로, 이에 수반하여, 크랙(CR)의 진전 개소도 이동한다. 결과적으로 도 1의 경우와 마찬가지로, 기판의 분단이 실현된다.
또한, 보다 상세하게 하면, 가열용 레이저광(LBh)에 의해 형성되는 응력장의 공간적인 분포 자체는 도 1의 경우도, 도 7 및 도 8의 경우도 동일하다. 도 1의 경우에는, 스크라이브면(W1)을 가열용 레이저광(LBh)의 피조사면으로 하고, 수평면인 상기 스크라이브면(W1) 내에 있어서의 응력 분포를 주로 이용하여 크랙(CR)을 진전시키고 있는 것에 비해, 도 7 및 도 8의 경우에는, 피가공물(W)의 두께 방향(단면 방향)에 있어서의 응력 분포를 주로 이용하여 크랙(CR)을 진전시키고 있다는 점에서, 양자는 상이하다.
도 9는 이상과 같은 비스크라이브면(W2)으로의 가열용 레이저광(LBh)의 조사를 실현하는 분단 장치(200)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 도 9에 있어서는, 도 4 내지 도 6에 도시한 분단 장치(100)와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 번호를 부여하고 있다. 또한, 도 9에 있어서는 도시를 생략하고 있지만, 분단 장치(200)는 분단 장치(100)와 마찬가지로 제어계(50)를 구비하고 있다.
분단 장치(200)는, 개략, 분단 장치(100)에 반전 기구(60)를 부가한 구성을 갖는다. 반전 기구(60)는 피가공물(W)에 대해 화살표 AR3으로 나타낸 바와 같이 진퇴 가능하게 되어 이루어지고, 피가공물(W)을 측방으로부터 끼움 지지하는 척(61)과, 피가공물(W)을 끼움 지지한 상태의 척(61)을 화살표 AR4로 나타낸 바와 같이 연직 방향으로 승강시키는 승강부(62)와, 피가공물(W)을 끼움 지지한 상태의 척(61)을 그 끼움 지지 상태를 유지하여 도면에 수직인 축 주위로 180° 반전시킴으로써 피가공물(W)을 표리 반전시키는 반전부(63)를 구비한다. 반전 기구(60)는 제어계(50)로부터의 제어 신호에 따라서 동작한다.
이러한 반전 기구(60)를 구비하는 분단 장치(200)에 있어서는, 스크라이브면(W1)이 상면(비적재면)으로 되도록 피가공물(W)이 가공용 스테이지(12)에 고정된 상태에서, 분단 장치(100)와 마찬가지로, 위치 판독 광학계(40)에 의한 촬상과 그 후의 얼라인먼트 처리 및 스크라이브용 레이저 광학계(20)에 있어서의 스크라이브 라인(SL)이 행해진다. 스크라이브 라인(SL)의 형성이 완료되면, 피가공물(W)을 고정하여 이루어지는 가공용 스테이지(12)가 반전 기구(60)의 하방으로 이동한다.
피가공물(W)이 반전 기구(60)의 바로 아래에 위치하면, 가공용 스테이지(12)에 있어서의 피가공물의 흡인 고정은 해제되고, 척(61)에 의해 피가공물(W)이 끼움 지지된다. 피가공물(W)을 끼움 지지한 척(61)은 승강부(62)에 의해 상방으로 들어올려진다. 계속해서, 가공용 스테이지(12)가 일단 반전 기구(60)의 바로 아래로부터 후퇴한 후, 반전부(63)는 피가공물(W)을 반전시킨다. 이러한 반전이 종료되면, 가공용 스테이지(12)가 다시 반전 기구(60)의 하방으로 배치된다. 그리고, 승강부(62)가 척(61)을 하강시킴으로써, 피가공물(W)은 비스크라이브면(W2)이 상면으로 된 상태에서, 가공용 스테이지(12)에 적재되고, 다시 흡착 고정된다.
그 후에는, 다시 위치 판독 광학계(40)에 의한 촬상과 얼라인먼트 처리가 행해진 후, 가열용 레이저 광학계(30)에 있어서의 분단 처리에 제공된다.
또한, 반전 기구(60)에 의해 반전시킨 피가공물(W)을, 비스크라이브면(W2)을 상면으로 하여 가공용 스테이지(12)에 고정하는 것에 앞서, 가공용 스테이지(12) 상에 점착성의 필름을 부착한 링을 적재해 두고, 상기 필름 상에 가공 반전시킨 피가공물(W)을 배치하여 상기 필름에 부착하여, 상기 필름 모두 피가공물(W)을 고정하는 형태여도 된다.
<인장 응력장의 냉각>
인장 응력장(SF2)에 있어서의 크랙(CR)의 진전을 보다 효과적으로 일으키는 방법으로서 인장 응력장(SF2)을 냉각하는 방법이 있다.
도 10 및 도 11은 스크라이브면(W1)에 가열용 레이저광(LBh)이 조사되는 구성에 있어서, 인장 응력장(SF2)을 냉각하는 모습을 도시하는 모식도이다. 도 10은 스크라이브 라인(SL)의 연장 방향에 수직인 피가공물(W)의 단면도이고, 도 11은 피가공물(W)의 상면도이다.
도 10 및 도 11에 있어서는, 가열용 레이저광(LBh)에 의해 스크라이브면(W1)을 화살표 AR1로 나타내는 주사 방향으로 주사할 때에, 형성되는 인장 응력장(SF2) 중 주사 방향 후방의 부분에 대해, 냉각 가스(CG)가 분사되어 있다.
이러한 형태에서 냉각을 행하면, 인장 응력장(SF2)의 냉각된 개소와, 가열용 레이저광(LBh)의 조사에 의해 가열되어 이루어지는 압축 응력장(SF1)의 온도차가 보다 높아져, 인장 응력장(SF2)에 있어서의 인장 응력이 보다 강해진다. 이에 의해, 크랙(CR)의 진전의 확실성이 높아진다. 결과적으로, 피가공물(W)을 보다 고정밀도로 분단할 수 있게 된다.
또한, 냉각 가스(CG)로서는, 예를 들어 불활성 가스 등, 피가공물(W)과 반응하지 않는 가스를 적절하게 사용하면 된다.
도 12는 도 4 내지 도 6에 도시한 분단 장치(100)에 있어서 냉각 가스(CG)의 분사를 실현하는 구성의 일례를 개략적으로 도시하는 도면이다. 즉, 도 12에 도시한 경우에 있어서는, 가열용 레이저 광학계(30)에 냉각 가스(CG)을 분사하기 위한 노즐(36)이 부설되어 있고, 냉각 가스 공급원(37)으로부터 공급관(38)을 통해 공급되는 냉각 가스(CG)를, 가열용 레이저광(LBh)의 주사(상대 주사)와 동기시켜 노즐(36)로부터 인장 응력장(SF2)을 향해 분사할 수 있도록 되어 있다.
단, 인장 응력장(SF2)을 냉각하는 형태는 이상과 같은 냉각 가스(CG)의 분사에 의한 것으로는 한정되지 않고, 피가공물과의 반응성이나, 분단 장치의 부식 등의 문제가 없으면, 액체에 의한 냉각을 행해도 된다. 즉, 가스 및 액체를 포함하는 유체에 의한 냉각을 행하도록 해도 된다. 또한, 고체 냉매를 인장 응력장(SF2)에 근접 또는 접촉시킴으로써 냉각을 행하는 형태여도 된다.
도 13은 도 9에 도시한 분단 장치(200)에 있어서 인장 응력장(SF2)을 냉각하는 구성을 설치하는 경우의 일례를 개략적으로 도시하는 도면이다. 분단 장치(200)에 있어서는, 가공용 스테이지(12)에 고정된 피가공물(W)의 내부로부터 적재면측에 걸쳐서 인장 응력장(SF2)이 형성된다. 따라서, 도 13에 도시한 바와 같이, 가공용 스테이지(12)에, 그 상면에 적재된 피가공물(W)을 스크라이브면(W1)의 측으로부터 냉각하기 위한 냉각 기구(13)를 설치한다. 이러한 냉각 기구(13)를 설치함으로써, 인장 응력장(SF2)에 있어서는 인장 응력이 보다 강해진다. 이에 의해, 크랙(CR)의 진전의 확실성이 높아진다. 결과적으로, 피가공물(W)을 보다 고정밀도로 분단할 수 있게 된다.
냉각 기구(13)로서는, 예를 들어 펠티에 소자나 쿨 플레이트 등을 사용할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 스크라이브용 레이저광을 조사함으로써 미리 피가공물의 분단 예정 위치에 형성된 스크라이브 라인을 따라서 가열용 레이저광을 조사하여, 피가공물을 가열함으로써, 스크라이브 라인에 대해 인장 응력을 작용시켜, 스크라이브 라인으로부터 비스크라이브면으로의 크랙의 진전을 스크라이브 라인의 연장 방향을 따라서 순차적으로 발생시킴으로써, 피가공물을 분단할 수 있다. 또한, 인장 응력장을 냉각함으로써, 크랙의 진전을 보다 효율적으로 일으킬 수 있다.
또한, 스크라이브용 레이저광을 조사하여 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 가공은 고정밀도로 가공 대상 위치를 위치 결정한 후에 행하는 것이 가능하다. 그로 인해, 동일한 장치 내에서, 분단 예정 위치에 고정밀도로 스크라이브 라인을 형성하고, 이것에 이어서, 레이저 가열에 의한 인장 응력의 발생을 행하도록 함으로써, 고정밀도의 분단 가공을 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.
<변형예>
도 14는 비스크라이브면(W2)에 대해 가열용 레이저광(LBh)을 조사하는 다른 형태에 대해 도시하는 도면이다. 상술한 실시 형태에 있어서는, 비스크라이브면(W2)을 상측을 향하게 하고, 상방으로부터 가열용 레이저광(LBh)을 조사함으로써, 비스크라이브면(W2)에 대해 가열용 레이저광(LBh)을 조사하는 형태를 도시하고 있지만, 이것 대신에, 도 14에 도시한 바와 같이, 비스크라이브면(W2)을 하측을 향하게 한 상태에서, 하방으로부터 비스크라이브면(W2)을 향해 가열용 레이저광(LBh)을 조사함으로써, 스크라이브 라인(SL)에 인장 응력(TS)을 작용시키도록 해도 된다. 이는, 예를 들어, 분단 장치(100)에 있어서, 가공용 스테이지(12)를 가열용 레이저광(LBh)을 투과시키는 재질로 형성하고, 가공용 스테이지(12)의 하방에 가열용 레이저 광학계(30)를 설치함으로써 실현할 수 있다.
10 : 스테이지부
11 : XY 스테이지
12 : 가공용 스테이지
13 : 냉각 기구
20 : 스크라이브용 레이저 광학계
21 : 레이저 발진기
21a : 셔터
22 : 감쇠기
23 : 대물 렌즈
24 : 미러
30 : 가열용 레이저 광학계
31 : 레이저 발진기
31a : 셔터
32 : 감쇠기
33 : 빔 조정 기구
34 : 대물 렌즈
35 : 미러
36 : 노즐
37 : 냉각 가스 공급원
38 : 공급관
40 : 광학계
50 : 제어계
60 : 반전 기구
61 : 척
62 : 승강부
63 : 반전부
100, 200 : 분단 장치
CG : 냉각 가스
CR : 크랙
L0 : 분단 예정 위치
LBh : 가열용 레이저광
LBs : 스크라이브용 레이저광
SF1 : 압축 응력장
SF2 : 인장 응력장
SL : 스크라이브 라인
TS : 인장 응력
W : 피가공물
W1 : (피가공물의) 스크라이브면
W2 : (피가공물의) 비스크라이브면

Claims (11)

  1. 피가공물을 분단하는 방법이며,
    제1 출사원으로부터 제1 레이저광을 출사시켜, 상기 제1 레이저광을 상기 피가공물의 스크라이브면에 대해 조사함으로써, 상기 스크라이브면에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 가공 공정과,
    제2 출사원으로부터 제2 레이저광을 출사시켜, 상기 제2 레이저광을 상기 스크라이브면의 반대면인 비스크라이브면의 측으로부터 상기 스크라이브 라인을 따라서 조사함으로써 상기 피가공물을 상기 스크라이브 라인을 따라서 가열하는 조사 가열 공정을 구비하고,
    상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 스크라이브면이 냉각 매체와 접촉하도록 상기 피가공물을 상기 냉각 매체 상에 적재한 상태에서 상기 제2 레이저광을 상기 스크라이브 라인을 따라서 상대적으로 주사시킴으로써, 상기 비스크라이브면으로의 상기 제2 레이저광의 조사에 의해 상기 스크라이브면을 포함하는 상기 피가공물의 내부이며 상기 스크라이브 라인의 근방에 형성되는 인장 응력장을 이동시키는 동시에 냉각하고, 이에 의해, 상기 스크라이브 라인이 상기 인장 응력장에 위치함으로써 생기는 상기 스크라이브 라인으로부터 상기 비스크라이브면으로의 크랙의 진전을, 상기 스크라이브 라인을 따라서 순차적으로 발생시킴으로써, 상기 피가공물을 분단하는 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 제2 출사원으로부터 출사된 상기 제2 레이저광의 조사 범위를 빔 조정 기구에 의해 조정한 후 상기 제2 레이저광을 상기 비스크라이브면에 조사하는 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 레이저광이 CO2 레이저인 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 제2 레이저광을 펄스 발진 모드로 조사하여, 상기 피가공물이 분단됨으로써 형성되는 개편의 분단면에, 펄스 발진 주기에 따른 주기를 갖는 전반사율 저감용 굴곡을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 레이저광이 YAG 레이저의 3배 고조파인 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피가공물의 수평면 내에 있어서의 자세를 보정하는 얼라인먼트 처리 공정을 더 구비하고,
    상기 얼라인먼트 처리 공정을 행한 상기 피가공물에 대해, 상기 스크라이브 가공 공정과 상기 조사 가열 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스크라이브 가공 공정에 있어서는, 상기 제1 레이저광의 피조사 위치에 있어서 용융 및 재고화를 발생시켜, 상기 피조사 위치를 변질 영역으로 함으로써 상기 스크라이브 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스크라이브 가공 공정에 있어서는, 상기 제1 레이저광의 피조사 위치에 있어서 애브레이션을 발생시켜, 상기 피조사 위치에 홈부를 형성함으로써 상기 스크라이브 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스크라이브 가공 공정에 있어서는, 서로 직교하는 제1 방향과 제2 방향에 있어서 각각 소정의 피치로 복수의 스크라이브 라인을 형성하고,
    상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 비스크라이브면의 측으로부터, 상기 제1 방향으로 연장되는 상기 스크라이브 라인을 따른 조사 가열을 행한 후, 상기 제2 방향으로 연장되는 상기 스크라이브 라인을 따른 조사 가열을 행하는 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 조사 가열 공정에 있어서는, 상기 제2 레이저광의 조사 빔 직경을, 상기 스크라이브 라인을 형성할 때의 피치 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 피가공물의 분단 방법.
  11. 표면에 광학 소자 패턴이 2차원적으로 형성된 광학 소자 패턴이 부여된 기판을 분단하는 방법이며,
    제1 출사원으로부터 제1 레이저광을 출사시켜, 상기 제1 레이저광을 상기 광학 소자 패턴이 부여된 기판의 스크라이브면에 대해 조사함으로써, 상기 스크라이브면에 스크라이브 라인을 형성하는 스크라이브 가공 공정과,
    제2 출사원으로부터 CO2 레이저인 제2 레이저광을 출사시켜, 상기 제2 레이저광을 상기 스크라이브면의 측으로부터 상기 스크라이브 라인을 따라서 조사함으로써 상기 광학 소자 패턴이 부여된 기판을 상기 스크라이브 라인을 따라서 가열하는 조사 가열 공정을 구비하고,
    상기 조사 가열 공정에 있어서는,
    상기 광학 소자 패턴이 부여된 기판에 있어서 상기 제2 레이저광의 조사에 의해 조사 가열 영역의 주위에 형성되는 인장 응력장을, 상기 제2 레이저광을 상기 스크라이브 라인을 따라서 상대적으로 주사시킴으로써 이동시키고, 이에 의해, 상기 스크라이브 라인이 상기 인장 응력장에 위치함으로써 생기는 상기 스크라이브 라인으로부터 비스크라이브면으로의 크랙의 진전을, 상기 스크라이브 라인을 따라서 순차적으로 발생시킴으로써, 상기 광학 소자 패턴이 부여된 기판을 분단하는 동시에,
    상기 제2 레이저광을 펄스 발진 모드로 출사시킴으로써, 상기 피가공물이 분단됨으로써 형성되는 광학 소자 개편의 분단면에, 펄스 발진 주기에 따른 주기를 갖는 전반사율 저감용 굴곡을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 광학 소자 패턴이 부여된 기판의 분단 방법.
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