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CN102248283A - 激光加工方法和脆性材料基板 - Google Patents

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CN102248283A CN2011100741664A CN201110074166A CN102248283A CN 102248283 A CN102248283 A CN 102248283A CN 2011100741664 A CN2011100741664 A CN 2011100741664A CN 201110074166 A CN201110074166 A CN 201110074166A CN 102248283 A CN102248283 A CN 102248283A
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Abstract

本发明涉及激光加工方法和脆性材料基板，该加工方法在将蓝宝石基板等脆性材料基板截断时，没有飞散物，且即使较厚的基板也能够以较少的扫描次数容易地截断。该激光加工方法是照射脉冲激光光线将脆性材料基板截断的激光加工方法，包括第1工序和第2工序。第1工序中，以聚光点位于脆性材料基板的内部的方式照射规定重复频率的脉冲激光，在脆性材料基板的内部形成改性层。第2工序中，将脉冲激光沿截断预定线进行扫描。于是，通过以上工序，相对于脆性材料基板的厚度t，使龟裂以厚度t的15％以上55％以下的长度从改性层向基板的表面发展。

Description

激光加工方法和脆性材料基板
技术领域
本发明涉及激光加工方法，特别是涉及照射脉冲激光光线将脆性材料基板截断的激光加工方法。并且，本发明涉及通过激光加工得到的脆性材料基板。
背景技术
发光二极管等发光元件是通过在蓝宝石基板上层积氮化物半导体而形成的。在由这样的蓝宝石基板等构成的半导体晶片上，通过截断预定线进行划分，形成多个发光二极管等发光元件。然后，在沿截断预定线将这样的半导体晶片截断时，使用激光加工。
在专利文献1中公开了一种截断蓝宝石基板等脆性材料基板的激光加工方法。该专利文献1所公开的方法中，在蓝宝石基板的与截断预定线对应的区域照射激光光线，进行加热熔融，由此形成截断槽，分割为一个个发光元件。
并且，在专利文献2中公开了其他激光加工方法。该专利文献2所公开的方法中，使激光光线的聚光点会聚在基板的内部，将聚光点沿截断预定线进行扫描，在基板的内部形成因多光子吸收所产生的改性(改質)区域，从而截断基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭58-44738号公报
专利文献2：日本特开2002-192371号公报
发明内容
专利文献1给出的激光加工方法中，在基板表面形成截断槽。因此，形成截断槽后抗弯强度降低，具有后续工序中用于截断的力较小的优点。但是，因为基板表面被加热熔融，所以有时熔融的飞散物附着在元件区域，易产生次品。
另外，专利文献2所公开的激光加工方法中，由于在基板内部形成了改性区域，所以不存在飞散物附着于元件区域的问题。但是，此时，由于在基板表面没有形成截断槽，所以在后续的截断工序中需要较大的力。
因此，也进行了改进，改变基板内部中聚光点的深度位置，在与预先形成的改性区域的层不同的深度位置形成其他改性层。但是，此时，需要多次扫描，生产节拍(タクトタイム)变长。并且，为了使截断力小，需要在接近基板表面形成改性层，但难以在不产生飞散物的情况下在接近基板表面形成改性层。
本发明的课题在于，在截断蓝宝石基板等脆性材料基板时，没有飞散物，且即使是较厚的基板，也能够减少扫描次数而容易地截断。
方案1的激光加工方法是照射脉冲激光光线将脆性材料基板截断的方法，包括第1工序和第2工序。第1工序中，以聚光点位于脆性材料基板的内部的方式照射规定重复频率的脉冲激光，在脆性材料基板的内部形成改性层。第2工序中，将脉冲激光沿截断预定线进行扫描。于是，相对于脆性材料基板的厚度t，使龟裂以厚度t的15％以上55％以下的长度从改性层向基板的表面发展。
此处，脆性材料基板的表面没有发生熔融。并且，在基板内部形成改性层，而且从该改性层向基板表面形成规定长度的龟裂。因此，在作为后续工序的截断工序中，能够用较小的力截断。
方案2的激光加工方法如方案1的激光加工方法所述，其中，龟裂发展幅度为50μm以上且不达到基板表面。
在此，由于龟裂发展幅度不到达基板表面，所以能够确实地不产生飞散物。
方案3的激光加工方法如方案1或2的激光加工方法所述，其中，第2工序中的激光的扫描速度为25mm/s以下且500mm/s以上。
通过以这样的扫描速度扫描激光(レ一ザ光)，激光在适当的范围重叠，能够使龟裂发展适当长度。
方案4的激光加工方法如方案1～3的任一项的激光加工方法所述，其中，第1工序中的激光的输出功率为4.2W以上。
方案5的激光加工方法如方案1～4的任一项的激光加工方法所述，其中，在第2工序后，进一步包括在截断预定线的两侧施加力以将脆性材料基板截断的第3工序。
在此，能够以较小的力截断基板。
方案6的激光加工方法如方案5的激光加工方法所述，其中，截断负荷(加重)为60N以下。
方案7的脆性材料基板是照射脉冲激光光线进行激光加工而得到的，该脆性材料基板具有改性层和龟裂发展层。改性层是通过照射规定重复频率的脉冲激光而在内部形成的层。龟裂发展层是通过沿截断预定线扫描脉冲激光而形成的，并且是形成有从改性层向表面延伸的龟裂的层。而且，龟裂发展层的基板厚度方向的幅度(幅)为脆性材料基板的厚度t的15％以上55％以下。
方案8的脆性材料基板如方案7的脆性材料基板所述，其中，龟裂发展层的幅度(幅)为50μm以上且达不到基板表面。
方案9的脆性材料基板如方案7或8的脆性材料基板所述，其中，脆性材料为蓝宝石。
如上所述的本发明中，由于在基板内部形成改性层的同时，使龟裂从该改性层向基板表面发展，所以能够不产生飞散物且以较少的扫描次数容易地进行截断。
附图说明
图1是通过本发明一实施方式的加工方法截断的半导体晶片的外观立体图。
图2是激光加工装置的示意性构成图，该激光加工装置用于实施本发明一实施方式的加工方法。
图3是用于说明在晶片上形成的改性区域的示意图。
图4是将形成有改性层和龟裂发展层的基板的显微镜照片制成的附图。
图5是表示将激光输出功率和激光光线的相对速度作为参数进行实验而得到的龟裂发展结果的图。
图6是表示激光光线的相对速度与改性幅度(改質幅)的关系图。
图7是表示激光光线的相对速度与龟裂发展幅度(亀裂進展幅)的关系图。
图8是表示激光光线的输出功率与改性幅度的关系图。
图9是表示激光光线的输出功率与龟裂发展幅度的关系图。
图10是表示激光光线的输出功率与龟裂发展幅度/改性幅度的关系图。
图11是表示激光光线的各输出功率下激光的扫描速度与截断(分断)负荷的关系图。
符号说明
2蓝宝石基板
4截断预定线(分断予定ライン)
12改性层
13龟裂发展层
具体实施方式
图1是应用了本发明一实施方式的加工方法的半导体晶片的一例。该图1所示的半导体晶片1中，在蓝宝石基板2上层积有氮化物半导体，通过分割预定线4进行划分，形成了多个发光二极管等发光元件3。
并且，图2中给出了用于实施本发明一实施方式的加工方法的激光加工装置5的示意性构成。激光加工装置5具有：包括激光光线振荡器或控制部的激光光线振荡单元6；包括用于将激光光线导向规定方向的多个镜的传送光学系统7；和用于将来自传送光学系统7的激光光线在晶片1的内部聚焦的聚光透镜8。需要说明的是，晶片1载置于台座(テ一ブル)9上，激光光线和载置晶片1的台座9可以在上下方向相对移动，同时，可以在水平面内相对移动。
使用了以上那样的激光加工装置5的激光加工方法如下。
首先，在激光光线振荡单元6中，将激光的输出功率等加工条件控制为产生多光子吸收的条件，使聚光点P形成在晶片1的蓝宝石基板的内部(参照图3)。然后，对晶片1照射该激光光线，在蓝宝石基板内部形成改性区域10。
其后，通过使激光光线沿截断预定线相对移动，将聚光点P沿截断预定线进行扫描。由此，如显微镜照片的图4所示，改性区域10沿截断预定线移动，形成改性层12，改性层12由仅在蓝宝石基板的内部改性的区域形成。此时，由于晶片1的表面几乎没有吸收激光光线，所以晶片1的表面没有发生熔融。并且，通过控制激光加工条件，如图4所示，可形成从改性层12向晶片1的表面延伸的龟裂。即，在改性层12的晶片表面侧形成龟裂从改性层12进行延伸的龟裂发展层13。该龟裂是热应力作用于改性层12的上下而产生的。
如上操作，在晶片1的内部形成改性层12和龟裂发展层13后，通过对形成了这些层12、13的部分施加弯曲应力，能够以截断槽为分界容易地截断晶片1。
以下，给出形成改性层12和龟裂发展层13的激光加工方法的参考例和实施例。
[实验条件]
各参考例和实施例中通用的实验条件如下。需要说明的是，在此，将构成半导体晶片1的蓝宝石基板作为截断对象。
基板：蓝宝石    厚度t＝330μm
扫描次数：1次
脉冲激光重复频率：5MHz
聚光位置：基板内部170μm
<参考例1>
激光输出功率为2.8W，改变激光光线相对基板的相对扫描速度(以下简记为扫描速度)为25mm/s、50mm/s、100mm/s、200mm/s、500mm/s，进行观察，但没有发现改性层和龟裂发展层。
<参考例2>
激光输出功率为3.3W，同样地将扫描速度改变至25mm/s～500mm/s，进行观察，但没有发现改性层和龟裂发展层。
<参考例3>
激光输出功率为3.84W，同样地将扫描速度改变至25mm/s～500mm/s，进行观察，虽然观察到部分改性层，但没有观察到龟裂发展层。
<实施例1>
激光输出功率为4.27W，改变扫描速度至25mm/s～500m/s，该情况下，在扫描速度为25mm/s～300mm/s的条件下能够观察到以下所示长度的龟裂发展。需要说明的是，在给出龟裂发展长度的同时还给出了相对于基板的比例。
25mm/s：165μm---(50％)
50mm/s：159.5μm---(48％)
100mm/s：158.9μm---(48％)
200mm/s：189.9μm---(58％)
300mm/s：93.6μm---(28％)
<实施例2>
激光输出功率为4.62W，改变扫描速度至25mm/s～500m/s，该情况下，在扫描速度为25mm/s～400mm/s的条件下能够观察到以下所示长度的龟裂发展。需要说明的是，在给出龟裂发展长度的同时也给出了相对于基板的比例。
25mm/s：128.2μm---(39％)
50mm/s：86.8μm---(26％)
100mm/s：71.4μm---(22％)
200mm/s：104.3μm---(32％)
300mm/s：113.1μm---(34％)
400mm/s：54.6μm---(17％)
<实施例3>
激光输出功率为4.95W，改变扫描速度至25mm/s～500m/s，该情况下，在扫描速度为25mm/s～500mm/s的条件下能够观察到以下所示长度的龟裂发展。需要说明的是，在给出龟裂发展长度的同时也给出了相对于基板的比例。
25mm/s：137.9μm---(42％)
50mm/s：130.5μm---(40％)
100mm/s：105μm---(32％)
200mm/s：84μm---(25％)
300mm/s：111.9μm---(34％)
400mm/s：75μm---(23％)
500mm/s：78.7μm---(24％)
<实施例4>
激光输出功率为6.62W，改变扫描速度至25mm/s～500m/s，该情况下，在扫描速度为25mm/s～500mm/s的条件下能够观察到以下所示长度的龟裂发展。需要说明的是，在给出龟裂发展长度的同时也给出了相对于基板的比例。
25mm/s：179.4μm---(54％)
50mm/s：165μm---(50％)
100mm/s：152.7μm---(46％)
200mm/s：134.2μm---(41％)
300mm/s：140μm---(42％)
400mm/s：125.4μm---(38％)
500mm/s：107.4μm---(33％)
将以上的实验结果归纳成表，示于图5。图5中，“×”表示没有观察到龟裂发展，“○”表示观察到龟裂发展。并且，在标有“○”的一栏中并排记载的数值是龟裂发展的长度。由该结果可知，以上的实验中，相对于基板厚度t，观察到该厚度t的15％以上55％以下的长度的龟裂发展。并且，对于激光的重复频率，并非在所有加工条件下进行了实验，但例如在输出功率5.5W、扫描速度300mm/s下，以2MHz～5MHz能够观察到所期望的龟裂发展。
需要说明的是，以上的实施例中，“龟裂发展的长度”是指龟裂的最大长度。
并且，以上述实验数据为基础，在图6中给出了各输出功率下的扫描速度与改性幅度的关系，图7中给出了各输出功率下的扫描速度与龟裂发展幅度的关系。由这些图可知，降低扫描速度，使激光点的重叠率增高时，改性幅度增大。并且，可知，龟裂发展幅度也显示出同样的倾向。特别是，由图7可知，将扫描速度设定为100mm/s以下时，在某些输出功率下，产生的龟裂的长度会为基板的一半左右。另外，关于图9，如后所述，龟裂发展幅度并没有随输出功率的大小(大きさ)成比例地增大。
并且，在图8中给出了各扫描速度下相对于输出功率的改性幅度，在图9中给出了各扫描速度下相对于输出功率的龟裂发展幅度。由图8可知，通过增加输出功率，改性幅度增大。并且，由图9可知，相对于输出功率，龟裂发展幅度具有极小值。
图10给出了相对于输出功率，龟裂发展幅度与改性幅度的比例(龟裂发展幅度/改性幅度)如何变化。由该图10可知，扫描速度为25～500mm/s、输出功率为4.2～7W的范围时，龟裂发展幅度/改性幅度为1.4～3.6。
图11给出了改变激光输出功率，对激光的扫描速度与截断负荷(分断荷重)的关系进行测定而得到的结果。由该图可知，各输出功率下都具有扫描速度越慢(即激光照射的区域的重叠范围(オ一バ一ラツプ範囲)越大)，截断强度越小的倾向。
[其他实施方式]
本发明不限于以上的实施方式，可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变形或修正。
上述实施方式中，作为构成晶片的基板，以蓝宝石基板为例进行了说明，但其他的脆性材料基板也同样能够适用本发明。

Claims (9)

1.一种激光加工方法，其是照射脉冲激光光线将脆性材料基板截断的激光加工方法，该方法包括第1工序和第2工序，
所述第1工序中，以聚光点位于脆性材料基板的内部的方式照射规定重复频率的脉冲激光，在脆性材料基板的内部形成改性层，
所述第2工序中，将脉冲激光沿截断预定线进行扫描，
相对于脆性材料基板的厚度t，使龟裂以所述厚度t的15％以上55％以下的长度从所述改性层向所述基板的表面发展。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其中，所述龟裂发展幅度为50μm以上且不到达所述基板表面的长度。
3.如权利要求1或2所述的激光加工方法，其中，所述第2工序中的激光的扫描速度为25mm/s以下且500mm/s以上。
4.如权利要求1～3的任一项所述的激光加工方法，其中，所述第1工序中的激光的输出功率为4.2W以上。
5.如权利要求1～4的任一项所述的激光加工方法，其中，在所述第2工序后，进一步包括在所述截断预定线的两侧施加力以将脆性材料基板截断的第3工序。
6.如权利要求5所述的激光加工方法，其中，进行所述截断的负荷为60N以下。
7.一种脆性材料基板，其是照射脉冲激光光线进行激光加工而得到的脆性材料基板，其中，
该脆性材料基板具有改性层和龟裂发展层，
该改性层是通过照射规定重复频率的脉冲激光而在内部形成的，
该龟裂发展层是通过沿截断预定线扫描脉冲激光而形成，并且形成有从所述改性层向表面延伸的龟裂，
所述龟裂发展层的基板厚度方向的幅度为脆性材料基板的厚度t的15％以上且55％以下。
8.如权利要求7所述的脆性材料基板，其中，所述龟裂发展层的幅度为50μm以上且不到达所述基板表面的长度。
9.如权利要求7或8所述的脆性材料基板，其中，所述脆性材料为蓝宝石。
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