[發明專利]基板加工裝置及基板加工方法

有效

• 申請號: 201110395139.7
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102649199A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 中谷郁祥;巖坪佑磨
• 申請（專利權）人: 三星鉆石工業股份有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/08;B23K26/06
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 孟銳

技術領域

本發明涉及一種使用短脈沖激光的基板加工裝置，尤其是涉及一種適用于加工作為硬脆性材料基板的藍寶石基板等的基板加工裝置及基板加工方法。

于此，所謂短脈沖激光是指脈寬在10^-13～10^-10秒(0.1～100微微秒)以下的激光。

背景技術

作為對玻璃基板、Si基板、藍寶石基板等脆性材料基板形成像切割槽(切槽)一樣的分割起點的加工方法，已知有使用脈沖激光的若干加工方法。這些加工方法的共通之處在于通過由脈沖激光照射后的能量而將基板加熱，但形成分割起點的機制彼此差異較大，分別具有不同特征。

例如，在分斷玻璃基板時，為了在分斷預定線上形成切割槽，而使用利用“熱應變”的激光切割加工(專利文獻1)。這種加工是首先通過沿著分斷預定線照射激光光束，在軟化溫度以下(即玻璃不變質的溫度范圍)進行加熱，接著向剛加熱后的高溫區域噴射制冷劑。通過加熱和冷卻，對基板賦予局部熱應力分布，通過由此熱應力產生的熱應變，而在基板表面上形成沿著分斷預定線的切割槽(龜裂)。

在利用熱應變的激光切割加工中，能夠非常精美地完成所形成的切割槽的端面，所以能夠進行端面強度大的加工。但是，利用熱應變的激光切割加工對于玻璃基板有效，而對于像藍寶石基板這樣的硬脆性材料基板來說，難以通過此方法形成切割槽。

另一方面，在針對Si基板或藍寶石基板的加工中，以往作為使用YAG激光等高功率脈沖激光(脈寬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內部，使基板表面附近產生消融而形成切割槽(專利文獻2)，通過多光子吸收在基板內部形成加工變質部(專利文獻3)，將這些加工部分設為用于分斷的分割起點。

但是，在通過激光加工硬脆性材料的藍寶石基板時，無論是消融、多光子吸收中的哪種方法，若與玻璃加工相比則加工必須提高照射能量，所以在進行消融的情況下切割槽的槽寬變廣，在多光子吸收的情況下基板內部的變質部位變廣，并且變質部位所形成的分割面的表面粗糙度變粗，無法獲得精度良好的分截面。而且，熔融部分的透光性受損。因此，在使用藍寶石基板作為像發光二極管(LED)這樣的發光元件用的基板時，變成出光效率下降的主要原因。

相對于此，近年來，公開了一種使用短脈寬且高功率脈沖的激光的新型激光加工方法(專利文獻4)。

根據所述專利文獻揭示的使用短脈沖激光的新型激光加工方法，使用Nd:YAG激光(波長1064nm)，以具有短脈寬(2微微秒～8奈秒)及高功率密度(15GW/cm²～8TW/cm²以上)的短脈沖激光在藍寶石基板的表面附近聚光的方式，調整焦點后出射。此時的激光在聚光點附近以外不會被基板材料(藍寶石)吸收，而在聚光點則會引起多光子吸收，從而瞬間且局部地產生熔融、升華(局部的微小消融)。而且，在基板的表層部位到表面為止的范圍內，由于沖擊壓而形成微小龜裂。

即，在以往的消融加工(激光脈寬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、蒸騰上，適用于寬消融孔(熔融痕)的形成(孔徑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(孔徑1μm以下的小孔)上，剩余的能量作為形成微小龜裂的沖擊力而消耗。將這種微小熔解痕沿著分割預定線像穿孔一樣離散形成，借此形成鄰接熔解痕之間以微小龜裂相連的易分離區域，從而可以沿著此區域分割基板。根據此加工方法，熔融痕得以微小化，所以能夠維持基板的透明性，適用于要求出光效率的LED的制造步驟中的藍寶石基板加工。

另外，作為利用改良短脈沖激光的加工方法，公開有：使用極短脈寬的飛秒級短脈沖激光，對一個分割預定線改變掃描速度而重復掃描激光光束，借此于基板內部形成在分斷預定線方向上不連續的改質部，然后于表面形成在分斷預定線方向上連續的槽部，相對于基板深度方向而上下地形成槽部及改質部(專利文獻5)。據此，能夠加工200μm左右的藍寶石基板。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特表平8-509947號公報

專利文獻2：日本專利特開2004-009139號公報

專利文獻3：日本專利特開2004-268309號公報

專利文獻4：日本專利特開2005-271563號公報

專利文獻5：日本專利特開2008-098465號公報