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    • 专利摘要:
    讓雷射光(L)聚光於加工對象物(1)，藉由在加工對象物(1)形成含有改質點(S)之改質區域(7)。這時，以讓雷射光(L)的聚光點位置於加工對象物(1)內之作為雷射光入射面的表面(3)附近的方式修正雷射光(L)像差後的狀態，讓雷射光(L)聚光於加工對象物(1)的表面(3)，藉此在加工對象物(1)形成露出表面(3)之第2改質點(S2)。
    公开号:TW201321108A
    申请号:TW101133803
    申请日:2012-09-14
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Daisuke Kawaguchi
    申请人:Hamamatsu Photonics Kk；
    IPC主号:B23K26-00
    专利说明:
    雷射加工方法及雷射加工裝置
    本發明係關於將含有改質點之改質區域形成於加工對象物之雷射加工方法及雷射加工裝置。
    以往的雷射加工方法，讓雷射光聚光於加工對象物，藉此在加工對象物沿著切斷預定線而形成改質區域是已知的(例如參照專利文獻1)。這種雷射加工方法，是沿著切斷預定線形成複數個改質點，利用該等複數個改質點來形成改質區域。
    [專利文獻1]日本特開2006-108459號公報
    在此，上述般的雷射加工方法，按照情況，可能發生即使讓雷射光聚光於加工對象物仍無法形成改質點的現象(所謂空轉現象)，而有無法高精度地形成改質點之虞。
    於是，本發明是課題在於，為了提供一種可在加工對象物高精度地形成改質點之雷射加工方法及雷射加工裝置。
    為了解決上述課題，經本發明人深入探討的結果得知，要在加工對象物形成露出雷射光入射面之改質點時，不是單純地讓雷射光聚光於加工對象物的雷射光入射面，而是以聚光點位於加工對象物內之雷射光入射面附近的方式修正雷射光的像差，可抑制所謂空轉現象的發生而到達本發明的完成。又加工對象物內之雷射光入射面附近，是指從雷射光入射面起算之加工對象物的厚度10%以內的區域，更佳為不論加工對象物的厚度為何其與雷射光入射面的距離都在10μm以下的區域。
    亦即，本發明的一觀點之雷射加工方法，是讓雷射光聚光於加工對象物，藉此在加工對象物形成包含改質點的改質區域之雷射加工方法，係包含以下步驟：以讓雷射光的聚光點位於加工對象物內之雷射光入射面附近的方式修正雷射光的像差後的狀態，讓雷射光聚光於加工對象物之雷射光入射面，藉此在加工對象物形成露出雷射光入射面之改質點。
    依據此雷射加工方法，如上述般可抑制所謂空轉現象的發生，可在加工對象物高精度地形成改質點。
    此外亦可為，加工對象物是由水晶所形成，在形成改質點的步驟，是以聚光點位於加工對象物之從雷射光入射面起算1μm~2μm內部的位置的方式修正雷射光像差後的狀態，讓雷射光聚光於加工對象物之雷射光入射面。如此，在加工對象物由水晶所形成的情況，能在加工對象物高精度地形成改質點。
    此外也會有以下情況，亦即在形成改質點的步驟，對於加工對象物一邊照射雷射光一邊使其沿著切斷預定線相對地移動，藉此沿著切斷預定線形成複數個改質點。這時可進一步包含：以改質區域作為切斷的起點而將加工對象物沿著切斷預定線進行切斷之切斷步驟。如此，能將加工對象物高精度地切斷。
    此外，本發明的一觀點之雷射加工裝置，是讓雷射光聚光於加工對象物，藉此在加工對象物形成含有改質點之改質區域的雷射加工裝置，係具備：將雷射光施以脈衝振盪之雷射光源、讓雷射光源所振盪的雷射光聚光於支承台上的加工對象物的內部之聚光光學系統、用來修正雷射光像差之空間光調變器、以及至少控制雷射光源及空間光調變器之控制手段；控制手段實施以下處理，亦即，在空間光調變器的液晶層顯示既定的像差修正圖案，以讓雷射光的聚光點位於加工對象物內之雷射光入射面附近的方式修正雷射光像差後的狀態，讓雷射光聚光於加工對象物之雷射光入射面，藉此在加工對象物形成露出雷射光入射面之改質點。
    在此雷射加工裝置也是，能抑制所謂空轉現象的發生，能在加工對象物高精度地形成改質點。
    依據本發明，能在加工對象物高精度地形成改質點。
    以下，針對本發明的較佳實施方式，參照圖式詳細地說明。又在以下說明中，對於相同或相當的要素是賦予相同符號而省略重複說明。
    本實施方式的雷射加工方法，是讓雷射光聚光於加工對象物，藉此沿著切斷預定線形成含有改質點之改質區域。於是，首先針對改質區域的形成，參照第1圖~第6圖作說明。
    如第1圖所示般，雷射加工裝置100係具備：將雷射光L施以脈衝振盪之雷射光源101、配置成讓雷射光L的光軸(光路)方向改變90°之分光鏡103、以及用來將雷射光L聚光之聚光用透鏡(聚光光學系統)105。此外，雷射加工裝置100還具備：用來支承加工對象物1(被經由聚光用透鏡105聚光後之雷射光L所照射)之支承台107、讓支承台107移動之載台111、為了調節雷射光L的輸出和脈衝寬、脈衝波形等而控制雷射光源101之雷射光源控制部(控制手段)102、以及控制載台111的移動之載台控制部115。
    在該雷射加工裝置100，從雷射光源101射出的雷射光L，經由分光鏡103將其光軸方向改變90°後，藉由聚光用透鏡105聚光於支承台107上所載置之加工對象物1的內部。在此同時，讓載台111移動，使加工對象物1相對於雷射光L沿著切斷預定線5進行相對移動。藉此，讓沿著切斷預定線5之改質區域形成於加工對象物1。又在此，為了讓雷射光L相對移動雖是讓載台111移動，但讓聚光用透鏡105移動亦可，或是讓雙方移動亦可。
    作為加工對象物1是使用半導體材料、壓電材料等，如第2圖所示般，在加工對象物1設定有切斷預定線5，其是作為用來形成改質區域之改質區域形成預定線。切斷預定線5是用來切斷加工對象物1的，是呈直線狀延伸的假想線。要在加工對象物1的內部形成改質區域的情況，如第3圖所示般，是在讓聚光點(聚光位置)P對準加工對象物1內部的狀態下，讓雷射光L沿著切斷預定線5(亦即第2圖的箭頭A方向)相對地移動。藉此，如第4圖~第6圖所示般，使改質區域7沿著切斷預定線5形成於加工對象物1的內部，沿著切斷預定線5所形成的改質區域7成為切斷起點區域8。
    又聚光點P是雷射光L所聚光的部位。此外，切斷預定線5，並不限於直線狀而是曲線狀亦可，亦可為其等所組合成之三維狀，或是座標被指定者。此外，切斷預定線5並不限於假想線而是在加工對象物1表面3上實際畫設的線亦可。此外，改質區域7，可以是連續形成的情況，也可以是斷續形成的情況。此外，改質區域7是列狀或點狀皆可，重點是改質區域7至少形成於加工對象物1的內部即可。此外，會有以改質區域7為起點而形成龜裂的情況，龜裂及改質區域7是露出加工對象物1的外表面(表面3、背面21、或外周面)亦可。此外，形成改質區域7時的雷射光入射面，並不限定為加工對象物1的表面3，亦可為加工對象物1的背面21。
    附帶一提的，在此的雷射光L，是讓加工對象物1透過且特別是在加工對象物1內部之聚光點附近被吸收，藉此在加工對象物1形成改質區域7(亦即內部吸收型雷射加工)。如此，在加工對象物1的表面3幾乎不會吸收雷射光L，因此加工對象物1的表面3不致發生熔融。一般而言，在從表面3被熔融除去而形成孔洞、溝槽等除去部(表面吸收型雷射加工)的情況，加工區域是從表面3側逐漸朝背面側進展。
    然而，本實施形態所形成的改質區域，是指密度、折射率、機械強度、其他的物理特性變成與周圍不同的狀態之區域。作為改質區域，例如包括熔融處理區域(指一旦熔融後再固化的區域、熔融狀態中的區域、及從熔融再固化的狀態中的區域當中之至少任一者)、裂痕區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，也可以是其等混合存在的區域。再者，作為改質區域，也包括：加工對象物的材料中改質區域的密度相較於非改質區域的密度發生改變的區域、形成有晶格缺陷的區域(其等也能統稱為高密度差排區域)。
    此外，熔融處理區域、折射率變化區域、改質區域的密度相較於非改質區域的密度發生改變的區域、形成有晶格缺陷的區域，進一步會有在該等區域的內部、或改質區域和非改質區域的界面包含龜裂(裂縫、微裂痕)的情況。所包含的龜裂，可能遍及改質區域的全面、僅形成於一部分、或是形成於複數部分。作為加工對象物1，例如包含矽、玻璃、LiTaO3或藍寶石(Al2O3)、水晶(SiO2)，或是其等所構成者。
    此外，在本實施方式，藉由沿著切斷預定線5形成複數個改質點(加工痕)，而形成改質區域7。改質點，是藉由脈衝雷射光之1脈衝的照射(亦即1脈衝的雷射照射：Laser Shot)所形成的改質部分，改質點的集合成為改質區域7。作為改質點，是包含裂痕點、熔融處理點、折射率變化點、或是混合存在有該等點之至少一個等。
    關於該改質點較佳為，考慮所要求的切斷精度、所要求的切斷面之平坦性、加工對象物的厚度、種類、結晶方位等，來適當地控制其大小、所發生的龜裂長度。
    接下來說明本實施方式之雷射加工裝置。
    如第7圖所示般，雷射加工裝置200係具備：支承板狀的加工對象物1之支承台201、射出雷射光L之雷射光源202、用來修正從雷射光源202射出的雷射光L像差之反射型空間光調變器203、讓經由反射型空間光調變器203修正像差後的雷射光L聚光於藉由支承台201所支承的加工對象物1內部之聚光光學系統204、至少控制反射型空間光調變器203之控制部205(控制手段)。雷射加工裝置200，藉由對加工對象物1照射雷射光L，沿著加工對象物1的切斷預定線5形成含有複數個改質點之改質區域7。
    反射型空間光調變器203設置於殼體231內，雷射光源202設置於殼體231的頂板。此外，聚光光學系統204是包含複數個透鏡而構成，透過包含壓電元件等而構成之驅動單元232設置於殼體231的底板。而且，藉由設置於殼體231的零件來構成雷射引擎230。又控制部205也能設置於雷射引擎230的殼體231內。
    在殼體231設置有讓殼體231朝加工對象物1的厚度方向移動之移動機構(未圖示)。藉此，能對應於加工對象物1的深度讓雷射引擎230上下移動，因此能改變聚光光學系統204的位置而將雷射光L聚光於加工對象物1的期望深度位置。又除了在殼體231設置移動機構以外，也能在支承台201設置讓支承台201朝加工對象物1的厚度方向移動之移動機構。此外，利用後述的AF單元212讓聚光光學系統204朝加工對象物1的厚度方向移動亦可。又且將其等予以組合亦可。
    控制部205除了控制反射型空間光調變器203，還控制雷射加工裝置200全體。例如，控制部205在形成改質區域7時，控制包含聚光光學系統204之雷射引擎230，使雷射光L的聚光點P位於離加工對象物1表面(雷射光入射面)3既定距離且讓雷射光L的聚光點P沿著切斷預定線5相對地移動。又控制部205為了相對於加工對象物1使雷射光L的聚光點P相對地移動，不是控制包含聚光光學系統204之雷射引擎230而是控制支承台201亦可，或是控制包含聚光光學系統204之雷射引擎230及支承台201雙方亦可。
    從雷射光源202射出的雷射光L，在殼體231內，藉由反射鏡206，207依序反射後，藉由稜鏡等的反射構件208反射而射入反射型空間光調變器203。射入反射型空間光調變器203後的雷射光L，經由反射型空間光調變器203調變而從反射型空間光調變器203射出。從反射型空間光調變器203射出的雷射光L，在殼體231內，以沿著聚光光學系統204的光軸的方式被反射構件208反射，依序透過光束分離器209，210而射入聚光光學系統204。射入聚光光學系統204後的雷射光L，藉由聚光光學系統204聚光於被載置於支承台201上之加工對象物1內部。
    此外，雷射加工裝置200，在殼體231內具備用來觀察加工對象物1的表面3之表面觀察單元211。表面觀察單元211，射出被光束分離器209反射且透過光束分離器210之可見光VL，藉由檢測利用聚光光學系統204聚光而被加工對象物1的表面3反射之可見光VL，來取得加工對象物1的表面3像。
    再者，雷射加工裝置200，在殼體231內具備AF(自動聚焦)單元212，即使是在加工對象物1的表面3存在有起伏的情況，仍能讓雷射光L的聚光點P精度良好地對準離表面3既定距離的位置。AF單元212，射出被光束分離器210反射後的AF用雷射光LB，藉由檢測利用聚光光學系統204聚光而被加工對象物1的表面3反射之AF用雷射光LB，例如使用非點像差法來取得沿著切斷預定線5之表面3的移位資料。而且，AF單元212在形成改質區域7時，根據所取得的移位資料來驅動驅動單元232，以沿著加工對象物1的表面3之起伏的方式讓聚光光學系統204在其光軸方向往復移動，藉此將聚光光學系統204和加工對象物1的距離進行微調。
    在此針對反射型空間光調變器203作說明。反射型空間光調變器203，是用來修正從雷射光源202射出的雷射光L像差，例如可使用反射型液晶(LCOS：Liquid Crystal on Silicon)之空間光調變器(SLM：Spatial Light Modulator)。第8圖係第7圖的雷射加工裝置之反射型空間光調變器的局部剖面圖。如第8圖所示般，反射型空間光調變器203係具備：矽基板213、驅動電路層914、複數個像素電極214、電介質多層膜反射鏡等的反射膜215、配向膜999a、液晶層216、配向膜999b、透明導電膜217、及玻璃基板等的透明基板218，其等是依此順序積層。
    透明基板218具有沿著XY平面的表面218a，該表面218a構成反射型空間光調變器203的表面。透明基板218主要包含例如玻璃等的光透過性材料，用來讓從反射型空間光調變器203的表面218a射入之既定波長的雷射光L透過反射型空間光調變器203的內部。透明導電膜217形成於透明基板218的背面218b上，主要包含讓雷射光L透過之導電性材料(例如ITO)而構成。
    複數個像素電極214，按照複數像素的排列而排列成二維狀，是沿著透明導電膜217排列在矽基板213上。各像素電極214例如由鋁等的金屬材料所構成，其等的表面214a被加工成平坦且平滑。複數個像素電極214，是藉由設置於驅動電路層914之主動陣列電路進行驅動。
    主動陣列電路，設置於複數個像素電極214和矽基板213之間，對應於要從反射型空間光調變器203輸出之光像而控制各像素電極214的施加電壓。這種主動陣列電路例如具有：未圖示之用來控制沿X軸方向排列的各像素列的施加電壓之第1驅動電路、以及用來控制沿Y軸方向排列的各像素列的施加電壓之第2驅動電路，藉由控制部250對於雙方的驅動電路所指定之像素的像素電極214施加既定電壓。
    又配向膜999a，999b配置於液晶層216的兩端面，用來讓液晶分子群朝一定方向排列。配向膜999a，999b例如由聚醯亞胺高分子材料所構成，是採用在其與液晶層216的接觸面實施摩擦處理等的。
    液晶層216配置於複數個像素電極214和透明導電膜217之間，對應於各像素電極214和透明導電膜217所形成的電場將雷射光L施以調變。亦即，若藉由主動陣列電路對某個像素電極214施加電壓，會在透明導電膜217和該像素電極214之間形成電場。
    該電場，對於反射膜215及液晶層216各別地，以對應於各別厚度的比例施加。而且，對應於施加於液晶層216之電場大小，液晶分子216a的排列方向會改變。若雷射光L透過透明基板218及透明導電膜217而射入液晶層216，該雷射光L在通過液晶層216的期間藉由液晶分子216a施以調變，在反射膜215被反射後，再度藉由液晶層216調變而被取出。而且，用來讓雷射光L的光束波面整形(調變)之像差修正(波面整形)圖案顯示於液晶層216，如此，透過液晶層216的像差修正圖案後之雷射光L，對應於該像差修正圖案而被施以相位調變並修正像差。
    控制部205，在形成改質區域7時，將關於像差修正圖案之圖案資訊輸入反射型空間光調變器203，在液晶層216上顯示既定的像差修正圖案，藉此控制從反射型空間光調變器203射出的雷射光L之像差。又輸入反射型空間光調變器203的圖案資訊，可逐次輸入，也能選擇事先儲存的圖案資訊而輸入。
    然而，嚴格來說，藉由反射型空間光調變器203修正像差後的雷射光L，經由在空間傳送其波面形狀會改變。特別是從反射型空間光調變器203射出的雷射光L或射入聚光光學系統204的雷射光L是具有既定發散的光(亦即平行光以外的光)的情況，反射型空間光調變器203之波面形狀和聚光光學系統204的波面形狀不一致，結果可能妨礙目的之精密內部加工。於是，讓反射型空間光調變器203之波面形狀和聚光光學系統204之波面形狀一致變得很重要。因此更佳為，藉由計測等求出雷射光L從反射型空間光調變器203傳送至聚光光學系統204時的波面形狀改變，將考慮到該波面形狀的改變之像差修正圖案的圖案資訊輸入反射型空間光調變器203。
    或者，為了讓反射型空間光調變器203之波面形狀和聚光光學系統204之波面形狀一致，如第9圖所示般，在行進於反射型空間光調變器203和聚光光學系統204間之雷射光L的光路上設置調整光學系統240亦可。如此，可實現正確的波面整形。
    調整光學系統240至少具有透鏡241a及透鏡241b。透鏡241a，241b，是用來讓反射型空間光調變器203之波面形狀和聚光光學系統204之波面形狀成為相似地一致。關於透鏡241a，241b，反射型空間光調變器203和透鏡241a的距離成為透鏡241a的焦點距離f1，聚光光學系統204和透鏡241b的距離成為透鏡241b的焦點距離f2，透鏡241a和透鏡241b的距離成為f1+f2，而且透鏡241a和透鏡241b是以成為兩側遠心光學系統的方式配置於反射型空間光調變器203和反射構件208之間。
    藉由如此般配置，即使是具有1°以下程度的小發散角之雷射光L，仍能使反射型空間光調變器203之波面和聚光光學系統204之波面一致。此外，雷射光L的光束徑，是依f1和f2的比而決定(射入聚光光學系統204之雷射光L的光束徑，成為從反射型空間光調變器203射出的雷射光L的光束徑之f2/f1倍)。因此，即使雷射光L為平行光、或具有小發散的光之任一者的情況，仍能保持從反射型空間光調變器203射出的角度，而在射入聚光光學系統204的雷射光L獲得期望的光束徑。
    又較佳為，調整光學系統240具備能將透鏡241a，241b各別的位置予以獨立地微調之機構。此外，為了有效地使用反射型空間光調變器203之有效區域，在反射型空間光調變器203和雷射光源202之間的雷射光L光路上設置光束擴展器亦可。
    接下來說明本實施方式之雷射加工方法。
    本實施方式之雷射加工方法，例如適用於作為製造水晶振盪器之水晶振盪器的製造方法，是將六方柱狀結晶、即水晶所形成之加工對象物1藉由雷射加工裝置200切斷成複數個水晶片。於是，首先參照第10圖概略地說明水晶振盪器全體的製造步驟流程。
    首先，將人工水晶原石藉由例如鑽石研削切出，加工成既定尺寸的棒狀體(棒材)(S1)。接著，藉由X射線測定對應於水晶振盪器的溫度特性要求之切斷角度，根據該切斷角度將棒材藉由線鋸加工切斷成複數個薄片(wafer)狀的加工對象物1(S2)。在此的加工對象物1，呈10mm×10mm的矩形板狀，具有相對於厚度方向呈35.15°傾斜之結晶軸。
    接著，對加工對象物1的表面3及背面21實施拋光加工，使其厚度成為既定厚度(S3)。接著，以微小角度水平儀藉由X射線測定切斷角度，進行加工對象物1的分選及分類後，對加工對象物1的表面3及背面21再度實施與上述S3同樣的拋光加工，將加工對象物1的厚度微調成例如100μm左右(S4，S5)。
    而且，作為切斷加工及外形加工，是在加工對象物1形成改質區域7，以該改質區域7作為切斷起點而將加工對象物1沿著切斷預定線5切斷(S6：詳如後述)。如此，獲得具有±數μm以下的尺寸精度之既定外形尺寸的複數個水晶片。在本實施方式，從表面3觀察，切斷預定線5呈格子狀設定於加工對象物1，將加工對象物1切斷成1mm×0.5mm之矩形板狀的水晶片。
    接著，以成為既定頻率的方式將水晶片實施去角加工(凸面加工)，以成為既定頻率的方式實施蝕刻加工而調整水晶片的厚度(S7，S8)。然後將該水晶片組裝成水晶振盪器(S9)。具體而言，在水晶片上藉由濺鍍來形成電極，將該水晶片裝載於安裝器內，在真空雰圍中實施熱處理後，藉由離子蝕刻將水晶片的電極切削而調整頻率，將安裝器內實施縫熔接密封。如此完成水晶振盪器的製造。
    第8圖係用來說明將加工對象物切斷成水晶片的步驟之概略圖。圖中，為了便於說明，係例示出沿著1條切斷預定線5之切斷。將加工對象物1切斷成水晶片之上述S6，首先在加工對象物1的背面21貼附擴展膠帶31並將加工對象物1載置於支承台201(參照第7圖)上。
    接著，藉由控制部205控制雷射引擎230及反射型空間光調變器203，沿著切斷預定線5，讓雷射光L適當地聚光於加工對象物1而形成含有複數個改質點S之改質區域7(改質區域形成處理(改質區域形成步驟))。
    具體而言，如第11(a)圖所示般，例如以輸出0.03W、重複頻率15kHz及脈衝寬500微微秒~640微微秒的條件將雷射光L從表面3側照射，並讓該雷射光L沿著切斷預定線5相對移動，藉此沿著切斷預定線5形成一列僅位於加工對象物1內部之複數個第1改質點S1(第1掃描)。
    接著，如第11(b)圖所示般，以例如輸出0.03W、重複頻率15kHz及脈衝寬500微微秒~640微微秒的條件將雷射光L從表面3側照射，並讓該雷射光L沿著切斷預定線5相對移動，藉此沿著切斷預定線5形成一列露出加工對象物1的表面3之複數個第2改質點(改質點)S2(第2掃描)。
    在此，在形成露出作為雷射光入射面之表面3的第2改質點S2之上述第2掃描時，不是單純地讓雷射光L聚光於加工對象物1的表面3，若以聚光點位於加工對象物1內的表面3附近的方式修正該雷射光L的像差，可抑制所謂空轉現象(即使讓雷射光L聚光於加工對象物1仍無法形成改質點S的現象)的發生。
    於是，在上述第2掃描中，讓既定的像差修正圖案顯示於反射型空間光調變器203的液晶層216，該既定的像差修正圖案，是用來以雷射光L的聚光點位於加工對象物1內之表面3附近的方式修正雷射光L的像差。在此同時，讓聚光光學系統204的焦點位於加工對象物1的表面3。在此狀態下，將雷射光L從表面3側照射，亦即讓以聚光點位於加工對象物1內之表面3附近的方式修正像差後之雷射光L，聚光於作為雷射光入射面之表面3。
    特別是本實施方式的上述第2掃描，是在液晶層216顯示讓聚光點位於加工對象物1內之從表面3起算1μm~2μm內側的位置之既定像差修正圖案，藉此，讓以聚光點位於加工對象物1內之從表面3起算1μm~2μm內側的位置的方式進行像差修正後的雷射光L聚光於表面3。
    如此，如第13圖所示般，可抑制所謂空轉現象的發生，且不致形成露出表面3的龜裂、即半切割(half-cut)，而能僅將露出表面3之複數個第2改質點S2(亦即斷續地從表面3露出之改質區域7)整齊地沿著切斷預定線5繼續地形成。
    接著，對於所有的切斷預定線5實施上述第1及第2掃描後，如第12(a)圖所示般，對於加工對象物1從背面21側，透過擴展膠帶31以沿著切斷預定線5的方式將刀刃32抵接，沿著切斷預定線5從外部對加工對象物1施力(切斷步驟)。
    如此，複數個第1改質點S1作為主要貢獻於切斷之改質點發揮作用，且複數個第2改質點S2作為輔助切斷之斷續的表面打痕形態的改質點發揮作用，藉此以改質區域7作為切斷的起點而將加工對象物1切斷成複數個水晶片。而且，如第12(b)圖所示般讓擴展膠帶31擴展，以確保片間隔。藉由以上作業將加工對象物1切斷成複數個水晶片10。
    以上，在本實施方式，以在加工對象物1內讓雷射光L之聚光點位於表面3附近的方式修正雷射光L的像差後之狀態，讓雷射光L聚光於加工對象物1的表面3，藉此形成露出表面3之第2改質點S2。如此，可抑制所謂空轉現象的發生，而能在加工對象物1高精度地形成第2改質點S2。
    這時，如上述般，以聚光點位於從表面3起算1μm~2μm內部的方式進行像差修正後的狀態，讓雷射光L聚光於加工對象物1的表面3。如此，特別是像本實施方式這樣加工對象物1是由水晶所形成的情況，能在加工對象物1高精度地形成第2改質點S2。
    又在形成露出表面3的第2改質點S2時，以聚光點位於加工對象物1內之離表面3未達1μm的位置之方式進行像差修正後的狀態讓雷射光L聚光於表面3的情形，以及以聚光點位於離表面3為2μm的位置的方式進行像差修正後的狀態讓雷射光L聚光於表面3的情況，容易發生所謂空轉現象。在這些情況加工品質會降低。
    第14圖係顯示比較例之形成有第2改質點的加工對象物表面之相片。圖中，以聚光點位於加工對象物1內之從表面3起算3~6μm內側的位置的方式進行像差修正後的狀態，讓雷射光L聚光於表面3而形成第2改質點S2。如第14圖所示般，在形成露出表面3之第2改質點S2時，以讓聚光點位於離表面3較深的位置的方式進行像差修正後的狀態讓雷射光L聚光於表面3的情況，會發生空轉現象(參照圖中的框內)。
    此外，在本實施方式，如上述般，讓位於加工對象物1內部之複數個第1改質點S1沿著切斷預定線5形成，且讓露出表面3之複數個第2改質點S2沿著切斷預定線5形成。如此，藉由複數個第1改質點S1容易沿著切斷預定線5將加工對象物1切斷，又露出表面3之複數個第2改質點S2發揮所謂切取線的作用，利用該複數個第2改質點S2能輔助該切斷。因此，能將加工對象物1尺寸精度良好地切斷，可提昇加工品質。
    然而，在水晶所形成的加工對象物1，若產生半切割，該半切割基於例如水晶所具有的加工特性而容易發生蛇行，因此難以控制切斷後的加工對象物1之尺寸精度。關於這點，在本實施方式，如上述般能以不致從第2改質點S2形成半切割的方式進行雷射加工，因此能將加工對象物1以更良好的尺寸精度予以切斷。
    此外，在本實施方式，如上述般，使用刀刃32將外部應力沿著切斷預定線5施加於加工對象物1，藉此以改質區域7作為切斷起點而將加工對象物1切斷。如此，縱使是難以切斷之水晶所形成的加工對象物1，仍能將加工對象物1確實地沿著切斷預定線5予以高精度地切斷。
    附帶一提的，因為水晶振盪器是利用水晶材料本身特性之裝置，水晶振盪器用的水晶片之尺寸精度會大幅影響溫度特性及振盪器特性。關於這點，能尺寸精度良好地將加工對象物1切斷成水晶片之本實施方式特別的有效。此外，縱使在表面3讓第2改質點S2殘存(露出)的情況，對水晶片之溫度特性及振盪器特性造成的影響很小。此外，縱使單純地將雷射光L的加工點輸出增高，不僅難以抑制所謂空轉現象的發生，且容易在表面3發生燒焦、損傷，因此並不理想。
    以上雖是針對本發明的較佳實施方式作說明，但本發明並不限定於上述實施方式，在未變更各請求項所記載的要旨之範圍內可予以變形或採用其他手法。
    例如在上述實施方式，作為反射型空間光調變器203雖是使用LCOS-SLM，但也能採用MEMS-SLM、或DMD(可變形反射鏡裝置)等。上述實施方式之反射型空間光調變器203，雖是具備電介質多層膜反射鏡，但利用矽基板之像素電極的反射亦可。再者，在上述實施方式雖是使用反射型空間光調變器203，但亦可為透過型的空間光調變器。作為空間光調變器，可列舉液晶單元型、LCD型。
    此外，在上述實施方式，雖是在加工對象物1內部之既定深度位置形成第1改質點S1而形成改質區域7，但並不限定於此，也可以是第1改質點S1(亦即僅位於加工對象物1內部之改質區域)不形成的情況。
    此外，在上述實施方式，雖是在形成第1改質點S1之後再形成第2改質點S2，但在形成第2改質點S2之後再形成第1改質點S1亦可。要將厚度方向的位置互為不同之複數列的改質區域7形成於加工對象物1的情況，改質區域7的形成順序是不同的。
    上述說明中關於像差修正之各數值，可容許加工上、製造上及設計上等的誤差。又本發明雖可視為藉由上述雷射加工方法來製造水晶振盪器之水晶振盪器的製造方法或製造裝置，但並不限定於製造水晶振盪器，而能適用於用來將含有改質點之改質區域形成於加工對象物之各種方法或裝置。
    依據本發明，能在加工對象物高精度地形成改質點。
    1‧‧‧加工對象物
    5‧‧‧切斷預定線
    7‧‧‧改質區域
    100，200‧‧‧雷射加工裝置
    101，202‧‧‧雷射光源
    102‧‧‧雷射光源控制部(控制手段)
    105‧‧‧聚光用透鏡(聚光光學系統)
    107，201‧‧‧支承台
    203‧‧‧反射型空間光調變器(空間光調變器)
    204‧‧‧聚光光學系統
    205‧‧‧控制部(控制手段)
    L‧‧‧雷射光
    S‧‧‧改質點
    S1‧‧‧第1改質點(改質點)
    S2‧‧‧第2改質點(改質點)
    第1圖係用來形成改質區域之雷射加工裝置的概略構造圖。
    第2圖係作為改質區域的形成對象之加工對象物的俯視圖。
    第3圖係沿著第2圖的加工對象物之III-III線的剖面圖。
    第4圖係雷射加工後的加工對象物之俯視圖。
    第5圖係沿著第4圖的加工對象物之V-V線的剖面圖。
    第6圖係沿著第4圖的加工對象物之VI-VI線的剖面圖。
    第7圖係本實施方式的雷射加工裝置之概略構造圖。
    第8圖係第7圖的雷射加工裝置之反射型空間光調變器的局部剖面圖。
    第9圖係本實施方式的其他雷射加工裝置的概略構造圖。
    第10圖係顯示本實施方式的水晶振盪器的製造步驟之流程圖。
    第11(a)(b)圖係用來說明將加工對象物切斷成水晶片的步驟之概略圖。
    第12(a)(b)圖係用來說明將加工對象物切斷成水晶片的步驟之其他概略圖。
    第13(a)圖係顯示本實施方式之形成有第2改質點的加工對象物表面之相片，第13(b)圖係對應於沿著第13(a)圖之b-b線的剖面之相片。
    第14圖係顯示比較例之形成有第2改質點的加工對象物表面之相片。
    1‧‧‧加工對象物
    3‧‧‧表面
    5‧‧‧切斷預定線
    7‧‧‧改質區域
    21‧‧‧背面
    31‧‧‧擴展膠帶
    L‧‧‧雷射光
    S‧‧‧改質點
    S1‧‧‧第1改質點(改質點)
    S2‧‧‧第2改質點(改質點)
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] 一種雷射加工方法，是讓雷射光聚光於加工對象物，藉此在前述加工對象物形成包含改質點的改質區域之雷射加工方法，係包含以下步驟：以讓前述雷射光的聚光點位於前述加工對象物內之雷射光入射面附近的方式修正前述雷射光的像差後的狀態，讓前述雷射光聚光於前述加工對象物之前述雷射光入射面，藉此在前述加工對象物形成露出前述雷射光入射面之前述改質點。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工方法，其中，前述加工對象物是由水晶所形成，在形成前述改質點的步驟，以讓前述聚光點位於前述加工對象物之從前述雷射光入射面起算1μm~2μm內部的位置的方式修正前述雷射光的像差後的狀態，讓前述雷射光聚光於前述加工對象物之前述雷射光入射面。
    [3] 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射加工方法，其中，在形成前述改質點的步驟，對於前述加工對象物一邊照射前述雷射光一邊使其沿著切斷預定線相對地移動，藉此將複數個前述改質點沿著前述切斷預定線形成。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述之雷射加工方法，其中，進一步包含：以前述改質區域作為切斷起點而將前述加工對象物沿著前述切斷預定線切斷之切斷步驟。
    [5] 一種雷射加工裝置，是讓雷射光聚光於加工對象物，藉此在前述加工對象物形成含有改質點之改質區域的雷射加工裝置；係具備：將前述雷射光施以脈衝振盪之雷射光源、讓前述雷射光源所振盪的前述雷射光聚光於支承台上的前述加工對象物的內部之聚光光學系統、用來修正前述雷射光的像差之空間光調變器、以及至少控制前述雷射光源及前述空間光調變器之控制手段；前述控制手段實施以下處理，亦即，在前述空間光調變器的液晶層顯示既定的像差修正圖案，以讓前述雷射光的聚光點位於前述加工對象物內之前述雷射光入射面附近的方式修正前述雷射光的像差後的狀態，讓前述雷射光聚光於前述加工對象物之前述雷射光入射面，藉此在前述加工對象物形成露出前述雷射光入射面之前述改質點。
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    JP5840215B2|2016-01-06|
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    US9821408B2|2017-11-21|
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    TWI625186B|2018-06-01|
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    法律状态:
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