[发明专利]基板加工装置及基板加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用短脉冲激光的基板加工装置，尤其是涉及一种适用于加工作为硬脆性材料基板的蓝宝石基板等的基板加工装置及基板加工方法。

于此，所谓短脉冲激光是指脉宽在10^-13～10^-10秒(0.1～100微微秒)以下的激光。

背景技术

作为对玻璃基板、Si基板、蓝宝石基板等脆性材料基板形成像切割槽(切槽)一样的分割起点的加工方法，已知有使用脉冲激光的若干加工方法。这些加工方法的共通之处在于通过由脉冲激光照射后的能量而将基板加热，但形成分割起点的机制彼此差异较大，分别具有不同特征。

例如，在分断玻璃基板时，为了在分断预定线上形成切割槽，而使用利用“热应变”的激光切割加工(专利文献1)。这种加工是首先通过沿着分断预定线照射激光光束，在软化温度以下(即玻璃不变质的温度范围)进行加热，接着向刚加热后的高温区域喷射制冷剂。通过加热和冷却，对基板赋予局部热应力分布，通过由此热应力产生的热应变，而在基板表面上形成沿着分断预定线的切割槽(龟裂)。

在利用热应变的激光切割加工中，能够非常精美地完成所形成的切割槽的端面，所以能够进行端面强度大的加工。但是，利用热应变的激光切割加工对于玻璃基板有效，而对于像蓝宝石基板这样的硬脆性材料基板来说，难以通过此方法形成切割槽。

另一方面，在针对Si基板或蓝宝石基板的加工中，以往作为使用YAG激光等高功率脉冲激光(脉宽10^-9～10^-7秒)加工基板的方法，是利用“激光消融”或“多光子吸收”。即，使激光聚光于基板表面附近或基板内部，使基板表面附近产生消融而形成切割槽(专利文献2)，通过多光子吸收在基板内部形成加工变质部(专利文献3)，将这些加工部分设为用于分断的分割起点。

但是，在通过激光加工硬脆性材料的蓝宝石基板时，无论是消融、多光子吸收中的哪种方法，若与玻璃加工相比则加工必须提高照射能量，所以在进行消融的情况下切割槽的槽宽变广，在多光子吸收的情况下基板内部的变质部位变广，并且变质部位所形成的分割面的表面粗糙度变粗，无法获得精度良好的分截面。而且，熔融部分的透光性受损。因此，在使用蓝宝石基板作为像发光二极管(LED)这样的发光元件用的基板时，变成出光效率下降的主要原因。

相对于此，近年来，公开了一种使用短脉宽且高功率脉冲的激光的新型激光加工方法(专利文献4)。

根据所述专利文献揭示的使用短脉冲激光的新型激光加工方法，使用Nd:YAG激光(波长1064nm)，以具有短脉宽(2微微秒～8奈秒)及高功率密度(15GW/cm²～8TW/cm²以上)的短脉冲激光在蓝宝石基板的表面附近聚光的方式，调整焦点后出射。此时的激光在聚光点附近以外不会被基板材料(蓝宝石)吸收，而在聚光点则会引起多光子吸收，从而瞬间且局部地产生熔融、升华(局部的微小消融)。而且，在基板的表层部位到表面为止的范围内，由于冲击压而形成微小龟裂。

即，在以往的消融加工(激光脉宽10^-9～10^-7秒)中，照射出的激光光束的能量基本上全部消耗在基板材料的熔融、蒸腾上，适用于宽消融孔(熔融痕)的形成(孔径8μm左右)，而新型激光加工方法中，照射激光的能量是一部分消耗在形成微小熔融痕(孔径1μm以下的小孔)上，剩余的能量作为形成微小龟裂的冲击力而消耗。将这种微小熔解痕沿着分割预定线像穿孔一样离散形成，借此形成邻接熔解痕之间以微小龟裂相连的易分离区域，从而可以沿着此区域分割基板。根据此加工方法，熔融痕得以微小化，所以能够维持基板的透明性，适用于要求出光效率的LED的制造步骤中的蓝宝石基板加工。

另外，作为利用改良短脉冲激光的加工方法，公开有：使用极短脉宽的飞秒级短脉冲激光，对一个分割预定线改变扫描速度而重复扫描激光光束，借此于基板内部形成在分断预定线方向上不连续的改质部，然后于表面形成在分断预定线方向上连续的槽部，相对于基板深度方向而上下地形成槽部及改质部(专利文献5)。据此，能够加工200μm左右的蓝宝石基板。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特表平8-509947号公报

专利文献2：日本专利特开2004-009139号公报

专利文献3：日本专利特开2004-268309号公报

专利文献4：日本专利特开2005-271563号公报

专利文献5：日本专利特开2008-098465号公报