積層体の割断方法
【課題】透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体の破損発生を防止しつつ積層体を低コストで割断することが可能な積層体の割断方法を提供する。
【解決手段】所望の割断予定線Ｌに沿って結晶性材料層（Ｓｉ基板）１２における透光性材料層（ガラス基板）１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに各別にレーザビームＬＢａ，ＬＢｂを照射することによって改質部２０ａ，２０ｂを結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後で積層体１０に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部２０ａ，２０ｂを割断起点として積層体１０を割断予定線Ｌに沿って割断する割断工程とを備える。
【解決手段】所望の割断予定線Ｌに沿って結晶性材料層（Ｓｉ基板）１２における透光性材料層（ガラス基板）１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに各別にレーザビームＬＢａ，ＬＢｂを照射することによって改質部２０ａ，２０ｂを結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後で積層体１０に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部２０ａ，２０ｂを割断起点として積層体１０を割断予定線Ｌに沿って割断する割断工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームなどを利用して積層体を割断する積層体の割断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、透光性材料層（例えば、ガラス基板、透光性セラミック基板など）と結晶性材料層（例えば、Ｓｉ基板、化合物半導体基板など）との積層構造を有する積層体を、レーザビームなどを利用して割断する積層体の割断方法が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、上記特許文献１には、ガラス基板とＳｉ基板との積層体を割断する積層体の割断方法として、所望の割断予定線に沿ってガラス基板の表面側からＳｉ基板の内部にレーザビームを集光照射してＳｉ基板の内部に改質部として変質層（溶融再固化層）を形成し、続いて、上記割断予定線に沿ってガラス基板の表面側から当該ガラス基板の内部にレーザビームを集光照射して当該ガラス基板の内部に改質部として変質層（溶融再固化層）を形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後に積層体に上記割断予定線に沿って外力を加えることにより積層体を上記割断予定線に沿って割断する割断工程とを順次行うようにした割断方法が提案されている。
【０００４】
また、従来から、ガラス基板を割断する割断方法として、所望の割断予定線に沿ってガラス基板の表面側からガラス基板の内部にレーザビームを集光照射して改質部を形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後に改質部に吸収される波長のレーザビームを改質部に集光照射することにより改質部を起点としてガラス基板を割断予定線に沿って割断する割断工程とを順次行うようにした割断方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
なお、透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体を割断することにより形成されるデバイスとしては、例えば、マイクロマシニング技術などを利用して形成されたＭＥＭＳ（例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、マイクロリレー、マイクロバルブなど）や、ＬＥＤ、表示装置（例えば、液晶デバイス）などが知られている。
【特許文献１】特開２００７−４５６７５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載された積層体の割断方法では、割断工程において、積層体に上記割断予定線に沿って外力を加えることにより積層体を上記割断予定線に沿って割断するようにしているので、上記特許文献１に記載された積層体の割断方法を利用して製造するデバイスがＭＥＭＳのような３次元構造を有するデバイスの場合、割断工程において積層体に加える外力に起因して３次元構造に生じる機械的ストレスなどによって３次元構造が破壊されてしまう恐れがあった。
【０００７】
そこで、上記特許文献１に記載された積層体の割断方法において、割断工程として上記特許文献２に記載の割断工程と同様の技術を採用することが考えられるが、Ｓｉ基板の内部に変質層を形成するためのレーザビームの波長（１０６４ｎｍ）と、ガラス基板の内部に変質層を形成するためのレーザビームの波長（３５５ｎｍ）とが異なるので、改質部形成工程において、波長の異なる２種類のレーザを必要とするとともに、割断工程において更に波長の異なるレーザを必要とし、これら３種類のレーザごとに光学系を必要とし、コストが高くなってしまうという問題があった。また、積層体を割断する割断工程としては、改質部形成工程の後で積層体に冷媒を噴き付けて冷却することで熱衝撃を生じさせることにより積層体を割断することも考えられるが、この場合にも、改質部形成工程において、波長の異なる２種類のレーザを必要とするので、コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体の破損発生を防止しつつ積層体を低コストで割断することが可能な積層体の割断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体を割断する積層体の割断方法であって、所望の割断予定線に沿って結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに各別にレーザビームを照射することによって改質部を結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後で積層体に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部を割断起点として積層体を割断予定線に沿って割断する割断工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、改質部形成工程では、所望の割断予定線に沿って結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに各別にレーザビームを照射することによって改質部を結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに形成するので、改質部形成工程において結晶性材料層における透光性材料層側の表面に改質部を形成する過程と、透光性材料層の内部に改質部を形成する過程とで共通のレーザを用いることができ、改質部形成工程において１つのレーザにより、結晶性材料層における透光性材料層側の表面の改質部および透光性材料層の内部の改質部を各別に形成することができるから、改質部形成工程において波長の異なる２種類のレーザを必要とする場合に比べて、低コスト化を図れ、しかも、改質部形成工程の後の割断工程では、積層体に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部を割断起点として積層体を割断予定線に沿って割断するので、積層体の破損発生を防止しつつ積層体を割断することができ、また、直線に限らず任意の割断予定線に沿って割断することも可能になる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、改質部を割断予定線に沿ってミシン目状に形成することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、改質部形成工程において透光性材料層の内部に改質部を形成する過程のタクトタイムを短縮することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、積層体の厚み方向において異なる複数の位置に改質部を形成することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、積層体を割断予定線に沿ってより精度良く割断することが可能となる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、改質部形成工程では、結晶性材料層における透光性材料層側の表面に改質部を形成するにあたって、改質部を割断予定線に沿ってミシン目状に形成することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、改質部形成工程において結晶性材料層における透光性材料層側の表面に改質部を形成する過程のタクトタイムを短縮することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、格子状の割断予定線の各交差点ごとに改質部を十字状に形成することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、積層体から矩形状の個片を切り出すことができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、改質部形成工程では、レーザビームのパルス幅を２０ｆｓ〜２０ｎｓの範囲で設定することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、改質部形成工程において割断予定線に沿って改質部を形成する際に改質部が透光性材料層の表面に平行な面内で割断予定線に交差する方向へ不要に広がるのを防止することができ、積層体を割断予定線に沿ってより精度良く割断することが可能となって割断工程の歩留まりを高めることが可能になるとともに、割断に必要なエリアであるストリートの幅を狭くすることが可能になる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、割断工程では、透光性材料層の表面にレーザビームを照射することにより温度変化を与えることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、同一のステージ上で改質部形成工程と割断工程とを連続的に行うことが可能となり、積層体の割断方法に用いる割断処理システムの自動化が容易になるとともに割断処理システム全体の小型化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明では、透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体の破損発生を防止しつつ積層体を低コストで割断することが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本実施形態では、図１および図２に示すようにガラス基板からなる透光性材料層１１と主表面が（１００）面の単結晶のＳｉ基板からなる結晶性材料層１２との積層構造を有する積層体１０を割断する割断方法を例示する。ここで、本実施形態では、上述のように、透光性材料層１１がガラス基板により構成され、結晶性材料層１２が単結晶のＳｉ基板により構成されており、透光性材料層１１と結晶性材料層１２とを陽極接合法により直接接合することによって積層体１０を形成している。なお、本実施形態では、透光性材料層１１と結晶性材料層１２との２層の積層構造を有する積層体１０について例示するが、積層体１０は、透光性材料層と結晶性材料層と透光性材料層との３層の積層構造を有するものでもよい。また、本実施形態における積層体１０としては、例えば、ＭＥＭＳ（例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、マイクロリレー、マイクロバルブなど）や、ＬＥＤ、表示装置（例えば、液晶デバイス）などが多数形成されたものを採用することができる。
【００２５】
透光性材料層１１を構成するガラス基板のガラス材料としては、ソーダライムガラスを採用しているが、ソーダライムガラスに限らず、例えば、パイレックス（登録商標）のような硼珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。また、結晶性材料層１２の材料としては、Ｓｉを採用しているが、Ｓｉに限らず、例えば、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＳｉＣなどでもよい。また、透光性材料層１１は、ガラス基板に限らず、例えば、透光性セラミック基板、サファイア基板などでもよく、結晶性材料層１２は、Ｓｉ基板、化合物半導体基板などに限らず、例えば、ＳＯＩ基板、多結晶Ｓｉ層などでもよい。また、Ｓｉ基板の主表面も（１００）面に限らず、（１１０）面でも、（１１１）面でもよい。
【００２６】
本実施形態の積層体１０の割断方法では、所望の割断予定線Ｌに沿って結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに各別にレーザビームを照射することによって改質部２０を結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに形成する改質部形成工程を行い、その後、積層体１０に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部を割断起点として積層体１０を割断予定線Ｌに沿って割断する割断工程を行う。
【００２７】
上述の改質部形成工程では、結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３の改質部２０（以下、第１の改質部２０ａと称す）としてクラックを形成し、透光性材料層１１の内部の改質部２０（以下、第２の改質部２０ｂと称す）としてクラックを形成しており、各改質部２０ａ，２０ｂが、透光性材料層１１の表面に平行な面内で割断予定線Ｌに交差する方向の熱流束の流れを制限する機能を有すると考えられるが、各改質部２０ａ，２０ｂはクラックに限らず、周辺部位に比べて熱伝導率が小さくなるように改質された領域など、割断起点となりうる領域であればよい。
【００２８】
ここで、上述の積層体１０の割断方法に用いる割断処理システムについて図３に基づいて簡単に説明する。
【００２９】
図３に示す構成の割断処理システムは、改質部形成工程にて用いるレーザ（以下、第１のレーザと称す）１ａと、第１のレーザ１ａから出射されたレーザビームＬＢａのビーム径およびプロファイルを調整する第１のビーム調整光学系２ａと、割断工程にて用いるレーザ（以下、第２のレーザと称す）２ａと、第２のレーザ２ａから出射されたレーザビームＬＢｂのビーム径およびプロファイルを調整する第２のビーム調整光学系２ｂと、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂにて調整されたレーザビームＬＢａ，ＬＢｂ（図１および図２参照）の一方を積層体１０へ集光する集光光学系３と、積層体１０が載置され３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）に移動可能なステージ４と、各レーザ１ａ，１ｂ、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂ、集光光学系３およびステージ４を制御する適宜のプログラムが搭載されたマイクロコンピュータなどからなる制御装置（図示せず）とを備えている。
【００３０】
ここにおいて、第１のビーム調整光学系２ａは、第１のレーザ１ａから出射されたレーザビームＬＢａのプロファイルをガウシアン分布に調整し、第２のビーム調整光学系２ｂは、第２のレーザ１ｂから出射されたレーザビームＬＢｂのプロファイルをリング状に調整するように光学設計されている。ステージ４は、集光光学系３の光軸に交差する面内で互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向と、集光光学系３の光軸方向に沿ったＺ軸方向との３軸方向に移動可能となっている。なお、積層体１０は、Ｓｉ基板１２の裏面側がダイシングテープ（粘着剤の付いたプラスチックフィルム）にフラットリングとともに接着固定された状態でステージ４上に載置する。
【００３１】
また、上述の割断処理システムは、積層体１０を撮像するＣＣＤカメラからなる撮像装置（図示せず）を備えており、上記制御装置は、上記撮像装置の出力に基づいて、結晶性材料層１２を構成するＳｉ基板における透光性材料層１１側の表面に予め設けられているアライメント用マーク（図示せず）を認識して積層体１０における仮想の割断予定線Ｌの位置を決定する割断予定線決定手段を有し、当該割断予定線決定手段にて決定された割断予定線Ｌに沿ってレーザビームＬＢａ，ＬＢｂが各別に照射されるように、各レーザ１ａ，１ｂ、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂ、集光光学系３およびステージ４を制御する。ここにおいて、上記制御装置は、割断予定線Ｌに沿ってレーザビームＬＢａ，ＬＢｂが照射されるようにステージ４を各軸方向に適宜移動させる。なお、割断予定線決定手段は、上記マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。
【００３２】
また、本実施形態では、割断予定線Ｌに沿って第１の改質部２０ａを形成する際にレーザビームＬＢａをスキャンニングする向き（図１（ａ）における矢印の向き）と、当該割断予定線Ｌに沿って第２の改質部２０ｂを形成する際にレーザビームＬＢａをスキャンニングする向き（図１（ａ）における矢印の向き）とを逆向きとしてあり、第１の改質部２０ａと第２の改質部２０ｂとでスキャンニングする向きが同じである場合に比べて、高速の処理が可能となる。
【００３３】
ここにおいて、改質部形成工程で用いる第１のレーザ１ａとしては、波長が８００ｎｍ、パルス幅が１００ｆｓ、パルスの繰り返し周波数が１ｋＨｚのＴｉ：サファイアレーザを用い、集光光学系３において第１のレーザ１ａからのレーザビームＬＢａを積層体１０に集光する集光レンズ（以下、第１の集光レンズと称す）３ａとして、開口数（ＮＡ）が０．５の対物レンズを用いている。
【００３４】
ここで、第１のレーザ１ａから出力するレーザビームＬＢａのパルス幅は、１００ｆｓに限らず、２０ｆｓ〜２０ｎｓの範囲で適宜設定すれば、割断予定線Ｌに沿って各改質部２０ｂ，２０ａを形成する際に各改質部２０ｂ，２０ａが透光性材料層１１の表面に平行な面内で割断予定線Ｌに交差する方向へ不要に広がるのを防止することができ、後の割断工程において積層体１０を割断予定線Ｌに沿ってより精度良く割断することが可能となって割断工程の歩留まりを高めることが可能になるとともに、割断に必要なエリアであるストリートの幅を狭くすることが可能になり、パルス幅をｆｓオーダとすることにより、集光スポット径よりもストリートの幅を狭くすることが可能になるとともに、周辺部位への熱損傷の発生を防止することができ、積層体１０へ熱ストレスがかかるのを防止することができる。ただし、レーザビームＬＢａのパルス幅が短くなるにつれて単位体積当たりのエネルギが小さくなるので、パルス幅の下限値は１００ｆｓ以上とすることがより望ましく、また、クラックサイズ（クラックの幅）が大きくなるとチッピングを誘発する可能性が高まるので、パルス幅の上限値は３００ｐｓ以下とすることがより望ましい。なお、レーザビームＬＢａのパルス幅が２０ｆｓよりも短くなると、割断起点となりうる改質部２０ｂ，２０ａの形成は難しくなり、屈折率が数％変化した程度の改質にとどまってしまう。
【００３５】
また、改質部形成工程において用いる第１のレーザ１ａは、多光子吸収による改質部２０ｂ，２０ａの形成が可能なものであればよく、Ｔｉ：サファイアレーザに限らず、例えば、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波発振を用いたものや、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザなどを用いてもよい。
【００３６】
上述の改質部形成工程の後の割断工程では、割断予定線Ｌに沿って積層体１０の表面（透光性材料層１１の表面）にレーザビームＬＢｂを照射することにより積層体１０を溶融させることなく積層体１０に局所的に温度変化を与えるようにしている。
【００３７】
ここにおいて、割断工程で用いる第２のレーザ２ｂとしては、中心波長が１０．６μｍ、出力が２５Ｗ、発振形態がＣＷ発振のＣＯ２レーザを用い、集光光学系３において第２のレーザ２ａからのレーザビームＬＢｂを積層体１０に集光する集光レンズ（以下、第２の集光レンズと称す）３ｂとして、ＮＡが０．２８の対物レンズを用いている。なお、本実施形態では、レーザビームＬＢｂにより積層体１０が溶融されないように積層体１０の表面におけるレーザビームＬＢｂのパワーを４．７Ｗ、スキャンニング速度を４５００μｍ／ｓｅｃとしてあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、割断工程において用いる第２のレーザ２ｂは、ＣＯ２レーザに限らず、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどを用いてもよい。
【００３８】
以上説明した本実施形態の積層体１０の割断方法によれば、改質部形成工程では、所望の割断予定線Ｌに沿って結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに各別にレーザビームＬＢａ，ＬＢｂを照射することによって改質部２０ａ，２０ｂを結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに形成するので、改質部形成工程において結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３に第１の改質部２０ａを形成する過程と、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂ形成する過程とで共通のレーザ１ａを用いることができ、改質部形成工程において１つのレーザ１ａにより、結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３の改質部２０ａおよび透光性材料層１１の内部の改質部２０ｂを各別に形成することができるから、改質部形成工程において波長の異なる２種類のレーザを必要とする場合に比べて、低コスト化を図れ、しかも、改質部形成工程の後の割断工程では、積層体１０に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部２０ａ，２０ｂを割断起点として積層体１０を割断予定線に沿って割断するので、外力を加えることなく積層体１０を割断したり、或いは温度変化を与えることにより生じる熱応力によって完全な割断が行われなかった場合でも補足的に小さな外力を印加することによって積層体１０を割断することができるから、積層体１０の破損発生を防止しつつ積層体１０を割断することができ、また、直線に限らず任意の割断予定線Ｌに沿って割断することも可能になる。
【００３９】
また、本実施形態では、割断工程において、透光性材料層１１の表面にレーザビームＬＢｂを照射することにより積層体１０に局所的に温度変化を与えるようにしているので、同一のステージ４上で改質部形成工程と割断工程とを連続的に行うことが可能となり、積層体１０の割断方法に用いる割断処理システムの自動化が容易になるとともに割断処理システム全体の小型化を図ることが可能となる。
【００４０】
ところで、上述の改質部形成工程では、第２の改質部２０ｂを割断予定線Ｌに沿った直線状に形成しているが、図４に示すように、第２の改質部２０ｂを割断予定線Ｌに沿ってミシン目状に形成するようにすれば、改質部形成工程において透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成する過程のタクトタイムを短縮することができる。
【００４１】
同様に、改質部形成工程において結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３に第１の改質部２０ａを形成するにあたって、図４に示すように、第１の改質部２０ａを割断予定線Ｌに沿ってミシン目状に形成するようにすれば、改質部形成工程において結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３に第１の改質部２０ａを形成する過程のタクトタイムを短縮することができる。
【００４２】
ところで、上述の改質部形成工程では、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成するにあたって、図５に示すように積層体１０の厚み方向において異なる複数の位置に第２の改質部２０ｂを形成するようにすれば、積層体１０をより精度良く割断予定線Ｌに沿って割断することが可能となる。この場合には、レーザビームＬＢａを透光性材料層１１の内部に集光照射してスキャンニングする過程を、透光性材料層１１の厚み方向における形成位置（深さ）を変えながら繰り返すようにすればよい。このように、積層体１０の厚み方向において異なる複数の位置に第２の改質部２０ｂを形成するようにすれば、積層体１０を精度良く割断予定線Ｌに沿って割断することが可能となる。なお、この場合、レーザビームＬＢａを単方向へスキャンニングすることにより、つまり、レーザビームＬＢａを割断予定線Ｌに沿って単方向へスキャンニングすることにより第２の改質部２０ｂを始点から終点まで形成する度に、デフォーカス距離を変えてレーザビームＬＢａを割断予定線Ｌに沿ってスキャンニングすることにより第２の改質部２０ｂを始点から終点まで形成するようにしてもよいし、双方向にスキャンニングするようにしてもよい。
【００４３】
また、上述の改質部形成工程では、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成するにあたって、図６に示すように積層体１０の厚み方向において異なる複数の位置に第２の改質部２０ｂをミシン目状に形成するようにしてもよく、図５の場合に比べてタクトタイムを短縮できる。
【００４４】
また、上述の改質部形成工程では、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成するにあたって、例えば、図７（ａ）に示すように透光性材料層１１の表面との距離が割断予定線Ｌの始点から終点に向かう方向（同図（ａ）における右方向）において徐々に長くなるように形成してもよいし、同図（ｂ）に示すように透光性材料層１１の表面との距離が割断予定線Ｌの始点から終点に向かう方向（同図（ｂ）における右方向）において徐々に長くなる第２の改質部２０ｂと、透光性材料層１１の表面との距離が上記方向において徐々に短くなる第２の改質部２０ｂとを交互に形成するようにしてもよいし、同図（ｃ）に示すように透光性材料層１１の表面との距離が割断予定線Ｌの始点から終点に向かう方向（同図（ｃ）における右方向）において徐々に長くなる第２の改質部２０ｂと、透光性材料層１１の表面との距離が上記方向において徐々に短くなる第２の改質部２０ｂとが、たすき状に交差するように形成してもよい。
【００４５】
また、改質部形成工程において、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成するにあたって、図８に示すように、格子状の割断予定線Ｌの各交差点ごとに第２の改質部２０ｂを平面視形状が十字状となるように形成するようにすれば、積層体１０から矩形状の個片を切り出すことができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、透光性材料層１１の表面にレーザビームＬＢｂを照射することにより積層体１０に局所的に温度変化を与えているが、割断予定線Ｌに沿って透光性材料層１１の表面に冷媒（例えば、液体窒素など）を噴き付けることにより局所的に温度変化を与えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態における積層体の割断方法の説明図である。
【図２】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図３】同上において用いる割断処理システムのシステム構成図である。
【図４】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図５】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図６】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図７】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図８】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 積層体
１１ 透光性材料層
１２ 結晶性材料層
１３ 表面
２０ａ 改質部
２０ｂ 改質部
Ｌ 割断予定線
ＬＢａ レーザビーム
ＬＢｂ レーザビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームなどを利用して積層体を割断する積層体の割断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、透光性材料層（例えば、ガラス基板、透光性セラミック基板など）と結晶性材料層（例えば、Ｓｉ基板、化合物半導体基板など）との積層構造を有する積層体を、レーザビームなどを利用して割断する積層体の割断方法が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、上記特許文献１には、ガラス基板とＳｉ基板との積層体を割断する積層体の割断方法として、所望の割断予定線に沿ってガラス基板の表面側からＳｉ基板の内部にレーザビームを集光照射してＳｉ基板の内部に改質部として変質層（溶融再固化層）を形成し、続いて、上記割断予定線に沿ってガラス基板の表面側から当該ガラス基板の内部にレーザビームを集光照射して当該ガラス基板の内部に改質部として変質層（溶融再固化層）を形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後に積層体に上記割断予定線に沿って外力を加えることにより積層体を上記割断予定線に沿って割断する割断工程とを順次行うようにした割断方法が提案されている。
【０００４】
また、従来から、ガラス基板を割断する割断方法として、所望の割断予定線に沿ってガラス基板の表面側からガラス基板の内部にレーザビームを集光照射して改質部を形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後に改質部に吸収される波長のレーザビームを改質部に集光照射することにより改質部を起点としてガラス基板を割断予定線に沿って割断する割断工程とを順次行うようにした割断方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
なお、透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体を割断することにより形成されるデバイスとしては、例えば、マイクロマシニング技術などを利用して形成されたＭＥＭＳ（例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、マイクロリレー、マイクロバルブなど）や、ＬＥＤ、表示装置（例えば、液晶デバイス）などが知られている。
【特許文献１】特開２００７−４５６７５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載された積層体の割断方法では、割断工程において、積層体に上記割断予定線に沿って外力を加えることにより積層体を上記割断予定線に沿って割断するようにしているので、上記特許文献１に記載された積層体の割断方法を利用して製造するデバイスがＭＥＭＳのような３次元構造を有するデバイスの場合、割断工程において積層体に加える外力に起因して３次元構造に生じる機械的ストレスなどによって３次元構造が破壊されてしまう恐れがあった。
【０００７】
そこで、上記特許文献１に記載された積層体の割断方法において、割断工程として上記特許文献２に記載の割断工程と同様の技術を採用することが考えられるが、Ｓｉ基板の内部に変質層を形成するためのレーザビームの波長（１０６４ｎｍ）と、ガラス基板の内部に変質層を形成するためのレーザビームの波長（３５５ｎｍ）とが異なるので、改質部形成工程において、波長の異なる２種類のレーザを必要とするとともに、割断工程において更に波長の異なるレーザを必要とし、これら３種類のレーザごとに光学系を必要とし、コストが高くなってしまうという問題があった。また、積層体を割断する割断工程としては、改質部形成工程の後で積層体に冷媒を噴き付けて冷却することで熱衝撃を生じさせることにより積層体を割断することも考えられるが、この場合にも、改質部形成工程において、波長の異なる２種類のレーザを必要とするので、コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体の破損発生を防止しつつ積層体を低コストで割断することが可能な積層体の割断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体を割断する積層体の割断方法であって、所望の割断予定線に沿って結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに各別にレーザビームを照射することによって改質部を結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後で積層体に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部を割断起点として積層体を割断予定線に沿って割断する割断工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、改質部形成工程では、所望の割断予定線に沿って結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに各別にレーザビームを照射することによって改質部を結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに形成するので、改質部形成工程において結晶性材料層における透光性材料層側の表面に改質部を形成する過程と、透光性材料層の内部に改質部を形成する過程とで共通のレーザを用いることができ、改質部形成工程において１つのレーザにより、結晶性材料層における透光性材料層側の表面の改質部および透光性材料層の内部の改質部を各別に形成することができるから、改質部形成工程において波長の異なる２種類のレーザを必要とする場合に比べて、低コスト化を図れ、しかも、改質部形成工程の後の割断工程では、積層体に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部を割断起点として積層体を割断予定線に沿って割断するので、積層体の破損発生を防止しつつ積層体を割断することができ、また、直線に限らず任意の割断予定線に沿って割断することも可能になる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、改質部を割断予定線に沿ってミシン目状に形成することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、改質部形成工程において透光性材料層の内部に改質部を形成する過程のタクトタイムを短縮することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、積層体の厚み方向において異なる複数の位置に改質部を形成することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、積層体を割断予定線に沿ってより精度良く割断することが可能となる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、改質部形成工程では、結晶性材料層における透光性材料層側の表面に改質部を形成するにあたって、改質部を割断予定線に沿ってミシン目状に形成することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、改質部形成工程において結晶性材料層における透光性材料層側の表面に改質部を形成する過程のタクトタイムを短縮することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、格子状の割断予定線の各交差点ごとに改質部を十字状に形成することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、積層体から矩形状の個片を切り出すことができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、改質部形成工程では、レーザビームのパルス幅を２０ｆｓ〜２０ｎｓの範囲で設定することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、改質部形成工程において割断予定線に沿って改質部を形成する際に改質部が透光性材料層の表面に平行な面内で割断予定線に交差する方向へ不要に広がるのを防止することができ、積層体を割断予定線に沿ってより精度良く割断することが可能となって割断工程の歩留まりを高めることが可能になるとともに、割断に必要なエリアであるストリートの幅を狭くすることが可能になる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、割断工程では、透光性材料層の表面にレーザビームを照射することにより温度変化を与えることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、同一のステージ上で改質部形成工程と割断工程とを連続的に行うことが可能となり、積層体の割断方法に用いる割断処理システムの自動化が容易になるとともに割断処理システム全体の小型化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明では、透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体の破損発生を防止しつつ積層体を低コストで割断することが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本実施形態では、図１および図２に示すようにガラス基板からなる透光性材料層１１と主表面が（１００）面の単結晶のＳｉ基板からなる結晶性材料層１２との積層構造を有する積層体１０を割断する割断方法を例示する。ここで、本実施形態では、上述のように、透光性材料層１１がガラス基板により構成され、結晶性材料層１２が単結晶のＳｉ基板により構成されており、透光性材料層１１と結晶性材料層１２とを陽極接合法により直接接合することによって積層体１０を形成している。なお、本実施形態では、透光性材料層１１と結晶性材料層１２との２層の積層構造を有する積層体１０について例示するが、積層体１０は、透光性材料層と結晶性材料層と透光性材料層との３層の積層構造を有するものでもよい。また、本実施形態における積層体１０としては、例えば、ＭＥＭＳ（例えば、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ、マイクロリレー、マイクロバルブなど）や、ＬＥＤ、表示装置（例えば、液晶デバイス）などが多数形成されたものを採用することができる。
【００２５】
透光性材料層１１を構成するガラス基板のガラス材料としては、ソーダライムガラスを採用しているが、ソーダライムガラスに限らず、例えば、パイレックス（登録商標）のような硼珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。また、結晶性材料層１２の材料としては、Ｓｉを採用しているが、Ｓｉに限らず、例えば、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＳｉＣなどでもよい。また、透光性材料層１１は、ガラス基板に限らず、例えば、透光性セラミック基板、サファイア基板などでもよく、結晶性材料層１２は、Ｓｉ基板、化合物半導体基板などに限らず、例えば、ＳＯＩ基板、多結晶Ｓｉ層などでもよい。また、Ｓｉ基板の主表面も（１００）面に限らず、（１１０）面でも、（１１１）面でもよい。
【００２６】
本実施形態の積層体１０の割断方法では、所望の割断予定線Ｌに沿って結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに各別にレーザビームを照射することによって改質部２０を結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに形成する改質部形成工程を行い、その後、積層体１０に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部を割断起点として積層体１０を割断予定線Ｌに沿って割断する割断工程を行う。
【００２７】
上述の改質部形成工程では、結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３の改質部２０（以下、第１の改質部２０ａと称す）としてクラックを形成し、透光性材料層１１の内部の改質部２０（以下、第２の改質部２０ｂと称す）としてクラックを形成しており、各改質部２０ａ，２０ｂが、透光性材料層１１の表面に平行な面内で割断予定線Ｌに交差する方向の熱流束の流れを制限する機能を有すると考えられるが、各改質部２０ａ，２０ｂはクラックに限らず、周辺部位に比べて熱伝導率が小さくなるように改質された領域など、割断起点となりうる領域であればよい。
【００２８】
ここで、上述の積層体１０の割断方法に用いる割断処理システムについて図３に基づいて簡単に説明する。
【００２９】
図３に示す構成の割断処理システムは、改質部形成工程にて用いるレーザ（以下、第１のレーザと称す）１ａと、第１のレーザ１ａから出射されたレーザビームＬＢａのビーム径およびプロファイルを調整する第１のビーム調整光学系２ａと、割断工程にて用いるレーザ（以下、第２のレーザと称す）２ａと、第２のレーザ２ａから出射されたレーザビームＬＢｂのビーム径およびプロファイルを調整する第２のビーム調整光学系２ｂと、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂにて調整されたレーザビームＬＢａ，ＬＢｂ（図１および図２参照）の一方を積層体１０へ集光する集光光学系３と、積層体１０が載置され３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）に移動可能なステージ４と、各レーザ１ａ，１ｂ、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂ、集光光学系３およびステージ４を制御する適宜のプログラムが搭載されたマイクロコンピュータなどからなる制御装置（図示せず）とを備えている。
【００３０】
ここにおいて、第１のビーム調整光学系２ａは、第１のレーザ１ａから出射されたレーザビームＬＢａのプロファイルをガウシアン分布に調整し、第２のビーム調整光学系２ｂは、第２のレーザ１ｂから出射されたレーザビームＬＢｂのプロファイルをリング状に調整するように光学設計されている。ステージ４は、集光光学系３の光軸に交差する面内で互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向と、集光光学系３の光軸方向に沿ったＺ軸方向との３軸方向に移動可能となっている。なお、積層体１０は、Ｓｉ基板１２の裏面側がダイシングテープ（粘着剤の付いたプラスチックフィルム）にフラットリングとともに接着固定された状態でステージ４上に載置する。
【００３１】
また、上述の割断処理システムは、積層体１０を撮像するＣＣＤカメラからなる撮像装置（図示せず）を備えており、上記制御装置は、上記撮像装置の出力に基づいて、結晶性材料層１２を構成するＳｉ基板における透光性材料層１１側の表面に予め設けられているアライメント用マーク（図示せず）を認識して積層体１０における仮想の割断予定線Ｌの位置を決定する割断予定線決定手段を有し、当該割断予定線決定手段にて決定された割断予定線Ｌに沿ってレーザビームＬＢａ，ＬＢｂが各別に照射されるように、各レーザ１ａ，１ｂ、各ビーム調整光学系２ａ，２ｂ、集光光学系３およびステージ４を制御する。ここにおいて、上記制御装置は、割断予定線Ｌに沿ってレーザビームＬＢａ，ＬＢｂが照射されるようにステージ４を各軸方向に適宜移動させる。なお、割断予定線決定手段は、上記マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。
【００３２】
また、本実施形態では、割断予定線Ｌに沿って第１の改質部２０ａを形成する際にレーザビームＬＢａをスキャンニングする向き（図１（ａ）における矢印の向き）と、当該割断予定線Ｌに沿って第２の改質部２０ｂを形成する際にレーザビームＬＢａをスキャンニングする向き（図１（ａ）における矢印の向き）とを逆向きとしてあり、第１の改質部２０ａと第２の改質部２０ｂとでスキャンニングする向きが同じである場合に比べて、高速の処理が可能となる。
【００３３】
ここにおいて、改質部形成工程で用いる第１のレーザ１ａとしては、波長が８００ｎｍ、パルス幅が１００ｆｓ、パルスの繰り返し周波数が１ｋＨｚのＴｉ：サファイアレーザを用い、集光光学系３において第１のレーザ１ａからのレーザビームＬＢａを積層体１０に集光する集光レンズ（以下、第１の集光レンズと称す）３ａとして、開口数（ＮＡ）が０．５の対物レンズを用いている。
【００３４】
ここで、第１のレーザ１ａから出力するレーザビームＬＢａのパルス幅は、１００ｆｓに限らず、２０ｆｓ〜２０ｎｓの範囲で適宜設定すれば、割断予定線Ｌに沿って各改質部２０ｂ，２０ａを形成する際に各改質部２０ｂ，２０ａが透光性材料層１１の表面に平行な面内で割断予定線Ｌに交差する方向へ不要に広がるのを防止することができ、後の割断工程において積層体１０を割断予定線Ｌに沿ってより精度良く割断することが可能となって割断工程の歩留まりを高めることが可能になるとともに、割断に必要なエリアであるストリートの幅を狭くすることが可能になり、パルス幅をｆｓオーダとすることにより、集光スポット径よりもストリートの幅を狭くすることが可能になるとともに、周辺部位への熱損傷の発生を防止することができ、積層体１０へ熱ストレスがかかるのを防止することができる。ただし、レーザビームＬＢａのパルス幅が短くなるにつれて単位体積当たりのエネルギが小さくなるので、パルス幅の下限値は１００ｆｓ以上とすることがより望ましく、また、クラックサイズ（クラックの幅）が大きくなるとチッピングを誘発する可能性が高まるので、パルス幅の上限値は３００ｐｓ以下とすることがより望ましい。なお、レーザビームＬＢａのパルス幅が２０ｆｓよりも短くなると、割断起点となりうる改質部２０ｂ，２０ａの形成は難しくなり、屈折率が数％変化した程度の改質にとどまってしまう。
【００３５】
また、改質部形成工程において用いる第１のレーザ１ａは、多光子吸収による改質部２０ｂ，２０ａの形成が可能なものであればよく、Ｔｉ：サファイアレーザに限らず、例えば、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザ、ＦＨＧ−ＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波発振を用いたものや、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザなどを用いてもよい。
【００３６】
上述の改質部形成工程の後の割断工程では、割断予定線Ｌに沿って積層体１０の表面（透光性材料層１１の表面）にレーザビームＬＢｂを照射することにより積層体１０を溶融させることなく積層体１０に局所的に温度変化を与えるようにしている。
【００３７】
ここにおいて、割断工程で用いる第２のレーザ２ｂとしては、中心波長が１０．６μｍ、出力が２５Ｗ、発振形態がＣＷ発振のＣＯ２レーザを用い、集光光学系３において第２のレーザ２ａからのレーザビームＬＢｂを積層体１０に集光する集光レンズ（以下、第２の集光レンズと称す）３ｂとして、ＮＡが０．２８の対物レンズを用いている。なお、本実施形態では、レーザビームＬＢｂにより積層体１０が溶融されないように積層体１０の表面におけるレーザビームＬＢｂのパワーを４．７Ｗ、スキャンニング速度を４５００μｍ／ｓｅｃとしてあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、割断工程において用いる第２のレーザ２ｂは、ＣＯ２レーザに限らず、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどを用いてもよい。
【００３８】
以上説明した本実施形態の積層体１０の割断方法によれば、改質部形成工程では、所望の割断予定線Ｌに沿って結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに各別にレーザビームＬＢａ，ＬＢｂを照射することによって改質部２０ａ，２０ｂを結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３および透光性材料層１１の内部それぞれに形成するので、改質部形成工程において結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３に第１の改質部２０ａを形成する過程と、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂ形成する過程とで共通のレーザ１ａを用いることができ、改質部形成工程において１つのレーザ１ａにより、結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３の改質部２０ａおよび透光性材料層１１の内部の改質部２０ｂを各別に形成することができるから、改質部形成工程において波長の異なる２種類のレーザを必要とする場合に比べて、低コスト化を図れ、しかも、改質部形成工程の後の割断工程では、積層体１０に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部２０ａ，２０ｂを割断起点として積層体１０を割断予定線に沿って割断するので、外力を加えることなく積層体１０を割断したり、或いは温度変化を与えることにより生じる熱応力によって完全な割断が行われなかった場合でも補足的に小さな外力を印加することによって積層体１０を割断することができるから、積層体１０の破損発生を防止しつつ積層体１０を割断することができ、また、直線に限らず任意の割断予定線Ｌに沿って割断することも可能になる。
【００３９】
また、本実施形態では、割断工程において、透光性材料層１１の表面にレーザビームＬＢｂを照射することにより積層体１０に局所的に温度変化を与えるようにしているので、同一のステージ４上で改質部形成工程と割断工程とを連続的に行うことが可能となり、積層体１０の割断方法に用いる割断処理システムの自動化が容易になるとともに割断処理システム全体の小型化を図ることが可能となる。
【００４０】
ところで、上述の改質部形成工程では、第２の改質部２０ｂを割断予定線Ｌに沿った直線状に形成しているが、図４に示すように、第２の改質部２０ｂを割断予定線Ｌに沿ってミシン目状に形成するようにすれば、改質部形成工程において透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成する過程のタクトタイムを短縮することができる。
【００４１】
同様に、改質部形成工程において結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３に第１の改質部２０ａを形成するにあたって、図４に示すように、第１の改質部２０ａを割断予定線Ｌに沿ってミシン目状に形成するようにすれば、改質部形成工程において結晶性材料層１２における透光性材料層１１側の表面１３に第１の改質部２０ａを形成する過程のタクトタイムを短縮することができる。
【００４２】
ところで、上述の改質部形成工程では、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成するにあたって、図５に示すように積層体１０の厚み方向において異なる複数の位置に第２の改質部２０ｂを形成するようにすれば、積層体１０をより精度良く割断予定線Ｌに沿って割断することが可能となる。この場合には、レーザビームＬＢａを透光性材料層１１の内部に集光照射してスキャンニングする過程を、透光性材料層１１の厚み方向における形成位置（深さ）を変えながら繰り返すようにすればよい。このように、積層体１０の厚み方向において異なる複数の位置に第２の改質部２０ｂを形成するようにすれば、積層体１０を精度良く割断予定線Ｌに沿って割断することが可能となる。なお、この場合、レーザビームＬＢａを単方向へスキャンニングすることにより、つまり、レーザビームＬＢａを割断予定線Ｌに沿って単方向へスキャンニングすることにより第２の改質部２０ｂを始点から終点まで形成する度に、デフォーカス距離を変えてレーザビームＬＢａを割断予定線Ｌに沿ってスキャンニングすることにより第２の改質部２０ｂを始点から終点まで形成するようにしてもよいし、双方向にスキャンニングするようにしてもよい。
【００４３】
また、上述の改質部形成工程では、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成するにあたって、図６に示すように積層体１０の厚み方向において異なる複数の位置に第２の改質部２０ｂをミシン目状に形成するようにしてもよく、図５の場合に比べてタクトタイムを短縮できる。
【００４４】
また、上述の改質部形成工程では、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成するにあたって、例えば、図７（ａ）に示すように透光性材料層１１の表面との距離が割断予定線Ｌの始点から終点に向かう方向（同図（ａ）における右方向）において徐々に長くなるように形成してもよいし、同図（ｂ）に示すように透光性材料層１１の表面との距離が割断予定線Ｌの始点から終点に向かう方向（同図（ｂ）における右方向）において徐々に長くなる第２の改質部２０ｂと、透光性材料層１１の表面との距離が上記方向において徐々に短くなる第２の改質部２０ｂとを交互に形成するようにしてもよいし、同図（ｃ）に示すように透光性材料層１１の表面との距離が割断予定線Ｌの始点から終点に向かう方向（同図（ｃ）における右方向）において徐々に長くなる第２の改質部２０ｂと、透光性材料層１１の表面との距離が上記方向において徐々に短くなる第２の改質部２０ｂとが、たすき状に交差するように形成してもよい。
【００４５】
また、改質部形成工程において、透光性材料層１１の内部に第２の改質部２０ｂを形成するにあたって、図８に示すように、格子状の割断予定線Ｌの各交差点ごとに第２の改質部２０ｂを平面視形状が十字状となるように形成するようにすれば、積層体１０から矩形状の個片を切り出すことができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、透光性材料層１１の表面にレーザビームＬＢｂを照射することにより積層体１０に局所的に温度変化を与えているが、割断予定線Ｌに沿って透光性材料層１１の表面に冷媒（例えば、液体窒素など）を噴き付けることにより局所的に温度変化を与えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態における積層体の割断方法の説明図である。
【図２】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図３】同上において用いる割断処理システムのシステム構成図である。
【図４】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図５】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図６】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図７】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【図８】同上における積層体の割断方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 積層体
１１ 透光性材料層
１２ 結晶性材料層
１３ 表面
２０ａ 改質部
２０ｂ 改質部
Ｌ 割断予定線
ＬＢａ レーザビーム
ＬＢｂ レーザビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体を割断する積層体の割断方法であって、所望の割断予定線に沿って結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに各別にレーザビームを照射することによって改質部を結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後で積層体に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部を割断起点として積層体を割断予定線に沿って割断する割断工程とを備えることを特徴とする積層体の割断方法。
【請求項２】
改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、改質部を割断予定線に沿ってミシン目状に形成することを特徴とする請求項１記載の積層体の割断方法。
【請求項３】
改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、積層体の厚み方向において異なる複数の位置に改質部を形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の積層体の割断方法。
【請求項４】
改質部形成工程では、結晶性材料層における透光性材料層側の表面に改質部を形成するにあたって、改質部を割断予定線に沿ってミシン目状に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。
【請求項５】
改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、格子状の割断予定線の各交差点ごとに改質部を十字状に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。
【請求項６】
改質部形成工程では、レーザビームのパルス幅を２０ｆｓ〜２０ｎｓの範囲で設定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。
【請求項７】
割断工程では、透光性材料層の表面にレーザビームを照射することにより温度変化を与えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。
【請求項１】
透光性材料層と結晶性材料層との積層構造を有する積層体を割断する積層体の割断方法であって、所望の割断予定線に沿って結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに各別にレーザビームを照射することによって改質部を結晶性材料層における透光性材料層側の表面および透光性材料層の内部それぞれに形成する改質部形成工程と、改質部形成工程の後で積層体に局所的に温度変化を与えることにより生じる熱応力によって改質部を割断起点として積層体を割断予定線に沿って割断する割断工程とを備えることを特徴とする積層体の割断方法。
【請求項２】
改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、改質部を割断予定線に沿ってミシン目状に形成することを特徴とする請求項１記載の積層体の割断方法。
【請求項３】
改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、積層体の厚み方向において異なる複数の位置に改質部を形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の積層体の割断方法。
【請求項４】
改質部形成工程では、結晶性材料層における透光性材料層側の表面に改質部を形成するにあたって、改質部を割断予定線に沿ってミシン目状に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。
【請求項５】
改質部形成工程では、透光性材料層の内部に改質部を形成するにあたって、格子状の割断予定線の各交差点ごとに改質部を十字状に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。
【請求項６】
改質部形成工程では、レーザビームのパルス幅を２０ｆｓ〜２０ｎｓの範囲で設定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。
【請求項７】
割断工程では、透光性材料層の表面にレーザビームを照射することにより温度変化を与えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の積層体の割断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２３２１５（Ｐ２００９−２３２１５Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８８５１１（Ｐ２００７−１８８５１１）
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「高集積・複合ＭＥＭＳ製造技術開発事業 多層ウェハレベル接合体の低ストレスダイシング技術」に係わる委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【出願人】（５９１１１４８０３）財団法人レーザー技術総合研究所 (36)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「高集積・複合ＭＥＭＳ製造技術開発事業 多層ウェハレベル接合体の低ストレスダイシング技術」に係わる委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【出願人】（５９１１１４８０３）財団法人レーザー技術総合研究所 (36)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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