JP2000225480A - レーザを用いた基板の分断方法及びその装置 - Google Patents
レーザを用いた基板の分断方法及びその装置Info
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄膜フィルム基板を高寸法精度で分断できる
レーザを用いた基板の分断方法及びその装置を提供す
る。 【解決手段】 ワークテーブル19上に固定された薄膜
フィルム基板10表面に、レーザビーム2−3を透過す
る平板17を配置することにより、薄膜フィルム基板1
0がワークテーブル19上に抑えられ、レーザビーム照
射時の熱応力により薄膜フィルム基板10が反ることが
なくなり、薄膜フィルム基板10を高寸法精度で分断で
きる。
レーザを用いた基板の分断方法及びその装置を提供す
る。 【解決手段】 ワークテーブル19上に固定された薄膜
フィルム基板10表面に、レーザビーム2−3を透過す
る平板17を配置することにより、薄膜フィルム基板1
0がワークテーブル19上に抑えられ、レーザビーム照
射時の熱応力により薄膜フィルム基板10が反ることが
なくなり、薄膜フィルム基板10を高寸法精度で分断で
きる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いた基
板の分断方法及びその装置に関する。
板の分断方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、プラスチック、ガラス、磁性体、
半導体等の極薄フィルム基板、フィルムシート等をチッ
プ状に分断するニーズが高まってきた。この種の分断方
法として、ダイシングによる切断方法やダイヤモンドカ
ッターによるけがき線を形成した後に応力を加えて分断
する方法が検討され始めている。
半導体等の極薄フィルム基板、フィルムシート等をチッ
プ状に分断するニーズが高まってきた。この種の分断方
法として、ダイシングによる切断方法やダイヤモンドカ
ッターによるけがき線を形成した後に応力を加えて分断
する方法が検討され始めている。
【0003】しかし、切断エッジ面にチッピングが生じ
たり、切断寸法精度が悪かったりする等の問題が生じる
ことが分かった。
たり、切断寸法精度が悪かったりする等の問題が生じる
ことが分かった。
【0004】そこで、本発明者は、レーザを用いて薄膜
フィルム基板やシートを分断する方法及び装置を提案し
た。本発明者が提案した方法及び装置を図4から図6に
示す。
フィルム基板やシートを分断する方法及び装置を提案し
た。本発明者が提案した方法及び装置を図4から図6に
示す。
【0005】図4は本発明者が提案したレーザを用いた
基板の分断方法を示す概念図である。
基板の分断方法を示す概念図である。
【0006】この分断方法は、CO2 レーザを用いて薄
膜フィルム基板(以下「基板」という)10を切断し、
複数個の薄膜フィルムチップ15−1、15−2、…を
形成する方法である。これは、矢印14−2方向あるい
は矢印14−1方向に所望速度で移動する基板10の表
面上に、平行なCO2 レーザビーム(以下「レーザビー
ム」という)2−2を集光レンズ4で集光したレーザビ
ーム2−3を照射し、基板10に熱応力による亀裂16
−1〜16−10を発生させ、亀裂16−1〜16−1
0を進展させて基板10を割断することにより複数個の
薄膜フィルムチップ15に分断する方法である。
膜フィルム基板(以下「基板」という)10を切断し、
複数個の薄膜フィルムチップ15−1、15−2、…を
形成する方法である。これは、矢印14−2方向あるい
は矢印14−1方向に所望速度で移動する基板10の表
面上に、平行なCO2 レーザビーム(以下「レーザビー
ム」という)2−2を集光レンズ4で集光したレーザビ
ーム2−3を照射し、基板10に熱応力による亀裂16
−1〜16−10を発生させ、亀裂16−1〜16−1
0を進展させて基板10を割断することにより複数個の
薄膜フィルムチップ15に分断する方法である。
【0007】なお、レーザビーム2−3を基板10上に
照射する際はレーザビーム2−3に沿ってアシストガス
5−1、5−2を吹き付ける。
照射する際はレーザビーム2−3に沿ってアシストガス
5−1、5−2を吹き付ける。
【0008】図5は本発明者が提案したレーザを用いた
基板の分断装置の概念図である。
基板の分断装置の概念図である。
【0009】同図において、CO2 レーザ発振機1から
出力されたレーザビーム2−1は、フード6内を全反射
ミラー3を通して矢印2−2方向に直角に曲げられ、集
光レンズ4に導かれて集光されたレーザビーム2−3が
ノズル7の出口から基板10上に照射される。
出力されたレーザビーム2−1は、フード6内を全反射
ミラー3を通して矢印2−2方向に直角に曲げられ、集
光レンズ4に導かれて集光されたレーザビーム2−3が
ノズル7の出口から基板10上に照射される。
【0010】レーザビーム2−3の外周にはアシストガ
スが矢印5−1、5−2方向にノズル7を通して吹き付
けられる。基板10はワークテーブル9上に真空吸着さ
れる。この真空吸着は、後述するように真空吸引穴1
1、真空吸引管12を通して真空ポンプ13で排気する
ことにより行われる。
スが矢印5−1、5−2方向にノズル7を通して吹き付
けられる。基板10はワークテーブル9上に真空吸着さ
れる。この真空吸着は、後述するように真空吸引穴1
1、真空吸引管12を通して真空ポンプ13で排気する
ことにより行われる。
【0011】ワークテーブル9はXYZθ移動ステージ
(以下「移動ステージ」という)8に取付けられてお
り、移動ステージ8の駆動系でX、Y、Z、θ方向(θ
は水平面における旋回角度である)に移動され、基板1
0を図4に示したように薄膜フィルムチップ15に分断
加工される。
(以下「移動ステージ」という)8に取付けられてお
り、移動ステージ8の駆動系でX、Y、Z、θ方向(θ
は水平面における旋回角度である)に移動され、基板1
0を図4に示したように薄膜フィルムチップ15に分断
加工される。
【0012】図6(a)は薄膜フィルム基板をワークテ
ーブル上に固定する固定機構の概念図であり、図6
(b)は図6(a)の平面図である。
ーブル上に固定する固定機構の概念図であり、図6
(b)は図6(a)の平面図である。
【0013】基板10はワークテーブル9に形成された
複数の真空吸引穴11、真空吸引管12(12−1、1
2−2、12−3、12−4)、真空ポンプ13によっ
て真空吸着される。これは、CO2 レーザビーム2−3
の照射による割断加工中、アシストガス吹き付け中等に
分断された薄膜フィルムチップ15が飛散しないように
行う真空吸着である。基板10としては厚さ50μm、
100μm、150μmの酸化膜付きSi基板や厚さが
150μmの磁性体薄膜フィルム基板を用いた。
複数の真空吸引穴11、真空吸引管12(12−1、1
2−2、12−3、12−4)、真空ポンプ13によっ
て真空吸着される。これは、CO2 レーザビーム2−3
の照射による割断加工中、アシストガス吹き付け中等に
分断された薄膜フィルムチップ15が飛散しないように
行う真空吸着である。基板10としては厚さ50μm、
100μm、150μmの酸化膜付きSi基板や厚さが
150μmの磁性体薄膜フィルム基板を用いた。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
を用いて薄膜フィルム基板を分断する場合でも次のよう
な問題が発生することが分かった。
を用いて薄膜フィルム基板を分断する場合でも次のよう
な問題が発生することが分かった。
【0015】(1) 図6において、基板10に亀裂16−
1を形成して分断すると、分断された両エッジ部20−
1、20−2が真空吸着されているにもかかわらず、反
りかえってめくれあがり、両エッジ部20−1、20−
2にギャップが生じることが分かった。このような状態
で亀裂16−4、16−5、16−6を形成しようとす
ると、亀裂16−4、16−5、16−6の交差部21
−1、21−2、21−3に亀裂を形成することが困難
となったり、正確な寸法精度で亀裂を形成することがで
きなかった。
1を形成して分断すると、分断された両エッジ部20−
1、20−2が真空吸着されているにもかかわらず、反
りかえってめくれあがり、両エッジ部20−1、20−
2にギャップが生じることが分かった。このような状態
で亀裂16−4、16−5、16−6を形成しようとす
ると、亀裂16−4、16−5、16−6の交差部21
−1、21−2、21−3に亀裂を形成することが困難
となったり、正確な寸法精度で亀裂を形成することがで
きなかった。
【0016】この現象は基板10の厚さが薄いほど、顕
著に生じ、厚さが50μm以下になると、亀裂を形成す
ることだけでも困難になることが分かった。第1の原因
は、基板10の厚さが薄いため、CO2 レーザビーム2
−3を照射することによって生じた熱応力によって基板
自体に反りが発生することに起因していることが分かっ
た。第2の原因はアシストガス5−1、5−2を基板1
0上に吹き付けているが、このアシストガス5−1、5
−2が亀裂16−1の僅かな隙間から基板10とワーク
テーブル9の上面との間に入り込むことによって基板1
0のエッジ部20−1、20−2が反りかえるものと考
えられる。
著に生じ、厚さが50μm以下になると、亀裂を形成す
ることだけでも困難になることが分かった。第1の原因
は、基板10の厚さが薄いため、CO2 レーザビーム2
−3を照射することによって生じた熱応力によって基板
自体に反りが発生することに起因していることが分かっ
た。第2の原因はアシストガス5−1、5−2を基板1
0上に吹き付けているが、このアシストガス5−1、5
−2が亀裂16−1の僅かな隙間から基板10とワーク
テーブル9の上面との間に入り込むことによって基板1
0のエッジ部20−1、20−2が反りかえるものと考
えられる。
【0017】(2) (1) により基板10を複数の薄膜フィ
ルムチップ15−1、15−2、…のように分断するこ
とが困難であった。
ルムチップ15−1、15−2、…のように分断するこ
とが困難であった。
【0018】(3) エッジ部20−1、20−2の反りか
えりによるめくれあがりを低減する対策として、真空吸
引穴11の径を大きくするか、数を増やすことが考えら
れる。しかし、薄膜フィルムチップ15−1、15−
2、…のチップサイズが小さくなると、上記対策を施す
ことが困難になることが分かった。
えりによるめくれあがりを低減する対策として、真空吸
引穴11の径を大きくするか、数を増やすことが考えら
れる。しかし、薄膜フィルムチップ15−1、15−
2、…のチップサイズが小さくなると、上記対策を施す
ことが困難になることが分かった。
【0019】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、薄膜フィルム基板を高寸法精度で分断できるレーザ
を用いた基板の分断方法及びその装置を提供することに
ある。
し、薄膜フィルム基板を高寸法精度で分断できるレーザ
を用いた基板の分断方法及びその装置を提供することに
ある。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のレーザを用いた基板の分断方法は、所望速度
で移動するワークテーブル上に固定された薄膜フィルム
基板表面に、レーザビームを照射することにより基板を
分断する分断方法であって、薄膜フィルム基板表面にレ
ーザビームを透過する平板を配置し、平板を通してレー
ザビームを照射することにより薄膜フィルム基板を分断
するものである。
に本発明のレーザを用いた基板の分断方法は、所望速度
で移動するワークテーブル上に固定された薄膜フィルム
基板表面に、レーザビームを照射することにより基板を
分断する分断方法であって、薄膜フィルム基板表面にレ
ーザビームを透過する平板を配置し、平板を通してレー
ザビームを照射することにより薄膜フィルム基板を分断
するものである。
【0021】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、薄膜フィルム基板は、ワークテーブル
表面あるいはワークテーブルの表面に形成された凹部内
に真空吸着によって固定されるのが好ましい。
板の分断方法は、薄膜フィルム基板は、ワークテーブル
表面あるいはワークテーブルの表面に形成された凹部内
に真空吸着によって固定されるのが好ましい。
【0022】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、平板は、ワークテーブル上に固定され
た薄膜フィルム基板上に配置されると共にワークテーブ
ルに真空吸着されるのが好ましい。
板の分断方法は、平板は、ワークテーブル上に固定され
た薄膜フィルム基板上に配置されると共にワークテーブ
ルに真空吸着されるのが好ましい。
【0023】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、レーザビームとしてCO2 レーザビー
ムを用いるのが好ましい。
板の分断方法は、レーザビームとしてCO2 レーザビー
ムを用いるのが好ましい。
【0024】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、薄膜フィルム基板として少なくとも一
部が非金属材料からなるのが好ましい。
板の分断方法は、薄膜フィルム基板として少なくとも一
部が非金属材料からなるのが好ましい。
【0025】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、レーザビームの照射方向に沿ってアシ
ストガスを吹き付けるのが好ましい。
板の分断方法は、レーザビームの照射方向に沿ってアシ
ストガスを吹き付けるのが好ましい。
【0026】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、レーザビームは、薄膜フィルム基板上
にデフォーカス状態で照射されるのが好ましい。
板の分断方法は、レーザビームは、薄膜フィルム基板上
にデフォーカス状態で照射されるのが好ましい。
【0027】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、レーザビームのスポット形状は略円形
か略楕円形かあるいは幅W、長さLの線状であるのが好
ましい。
板の分断方法は、レーザビームのスポット形状は略円形
か略楕円形かあるいは幅W、長さLの線状であるのが好
ましい。
【0028】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、平板としてZnSeかGeからなる平
板を用いるのが好ましい。
板の分断方法は、平板としてZnSeかGeからなる平
板を用いるのが好ましい。
【0029】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断方法は、薄膜フィルム基板は室温以下の温度に
冷却されるのが好ましい。
板の分断方法は、薄膜フィルム基板は室温以下の温度に
冷却されるのが好ましい。
【0030】また本発明のレーザを用いた基板の分断装
置は、薄膜フィルム基板が固定されるワークテーブル
と、ワークテーブルを所望速度で少なくともX方向及び
Y方向に移動させる移動ステージと、薄膜フィルム基板
表面にレーザビームを照射するレーザ発振機と、薄膜フ
ィルム基板上に配置されレーザビームを透過する平板と
を備えたものである。
置は、薄膜フィルム基板が固定されるワークテーブル
と、ワークテーブルを所望速度で少なくともX方向及び
Y方向に移動させる移動ステージと、薄膜フィルム基板
表面にレーザビームを照射するレーザ発振機と、薄膜フ
ィルム基板上に配置されレーザビームを透過する平板と
を備えたものである。
【0031】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、ワークテーブル表面に形成された平坦
部上あるいは凹部内に薄膜フィルム基板が真空吸着され
て固定される固定機構を設けるのが好ましい。
板の分断装置は、ワークテーブル表面に形成された平坦
部上あるいは凹部内に薄膜フィルム基板が真空吸着され
て固定される固定機構を設けるのが好ましい。
【0032】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、ワークテーブル上に薄膜フィルム基板
及び平板を真空吸着によって固定する真空吸着機構を有
するのが好ましい。
板の分断装置は、ワークテーブル上に薄膜フィルム基板
及び平板を真空吸着によって固定する真空吸着機構を有
するのが好ましい。
【0033】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、レーザビームとして、CO2 レーザビ
ームを用いるのが好ましい。
板の分断装置は、レーザビームとして、CO2 レーザビ
ームを用いるのが好ましい。
【0034】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、薄膜フィルム基板は少なくとも一部が
非金属材料からなる基板であるのが好ましい。
板の分断装置は、薄膜フィルム基板は少なくとも一部が
非金属材料からなる基板であるのが好ましい。
【0035】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、レーザビームの照射方向に沿ってアシ
ストガスを吹き付けるアシストガス吹き付け手段を有す
るのが好ましい。
板の分断装置は、レーザビームの照射方向に沿ってアシ
ストガスを吹き付けるアシストガス吹き付け手段を有す
るのが好ましい。
【0036】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、薄膜フィルム基板表面に照射されるレ
ーザビーム径を制御するレーザビーム径制御手段を有す
るのが好ましい。
板の分断装置は、薄膜フィルム基板表面に照射されるレ
ーザビーム径を制御するレーザビーム径制御手段を有す
るのが好ましい。
【0037】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、薄膜フィルム基板表面に照射されるレ
ーザビームのスポット形状を略円形か略楕円形かあるい
は幅W、長さLの線状に制御するレーザビーム形状制御
手段を有するのが好ましい。
板の分断装置は、薄膜フィルム基板表面に照射されるレ
ーザビームのスポット形状を略円形か略楕円形かあるい
は幅W、長さLの線状に制御するレーザビーム形状制御
手段を有するのが好ましい。
【0038】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、平板としてZnSeかGeからなる平
板を用いるのが好ましい。
板の分断装置は、平板としてZnSeかGeからなる平
板を用いるのが好ましい。
【0039】上記構成に加え本発明のレーザを用いた基
板の分断装置は、薄膜フィルム基板を冷却するための冷
却手段を有するのが好ましい。
板の分断装置は、薄膜フィルム基板を冷却するための冷
却手段を有するのが好ましい。
【0040】本発明によれば、薄膜フィルム基板はレー
ザビームを透過する平板で圧着された状態でレーザビー
ムを照射して加工されるので、薄膜フィルム基板に亀裂
を発生させて分断しても基板分断部から基板が反りかえ
ってめくれあがることがない。
ザビームを透過する平板で圧着された状態でレーザビー
ムを照射して加工されるので、薄膜フィルム基板に亀裂
を発生させて分断しても基板分断部から基板が反りかえ
ってめくれあがることがない。
【0041】すなわち、薄膜フィルム基板は常に平坦な
状態を保った状態でレーザビーム照射による分断が行わ
れるので、極めて寸法精度よく分断することができる。
また、亀裂の交差部での不均一性も生じないので、この
交差部でも直交性よく分断することができ、チッピング
も生じにくい。
状態を保った状態でレーザビーム照射による分断が行わ
れるので、極めて寸法精度よく分断することができる。
また、亀裂の交差部での不均一性も生じないので、この
交差部でも直交性よく分断することができ、チッピング
も生じにくい。
【0042】ワークテーブル表面に凹部が形成されてい
る場合には、凹部内に薄膜フィルム基板が確実に真空吸
着され、さらに薄膜フィルム基板の上にレーザビームを
透過する平板を配置することにより、亀裂発生時の薄膜
フィルム基板の位置ずれが生じない。
る場合には、凹部内に薄膜フィルム基板が確実に真空吸
着され、さらに薄膜フィルム基板の上にレーザビームを
透過する平板を配置することにより、亀裂発生時の薄膜
フィルム基板の位置ずれが生じない。
【0043】レーザビームを透過する平板が薄膜フィル
ム基板ごとワークテーブル上に真空吸着されている場合
には、より高寸法精度の分断加工を行うことができる。
ム基板ごとワークテーブル上に真空吸着されている場合
には、より高寸法精度の分断加工を行うことができる。
【0044】レーザビームとして、CO2 レーザビーム
を用いることにより、ガラス、セラミックス、サファイ
ア、LiNbO3 、LiTaO5 、水晶、絶縁膜付き半
導体(例えば、酸化膜付きSi、酸化膜付きGaAs、
Si3 N4 付きSi等)等の広い非金属材料からなる薄
膜フィルム基板を分断加工することができる。また、薄
膜フィルム基板以外に厚膜基板にも適用することができ
る。
を用いることにより、ガラス、セラミックス、サファイ
ア、LiNbO3 、LiTaO5 、水晶、絶縁膜付き半
導体(例えば、酸化膜付きSi、酸化膜付きGaAs、
Si3 N4 付きSi等)等の広い非金属材料からなる薄
膜フィルム基板を分断加工することができる。また、薄
膜フィルム基板以外に厚膜基板にも適用することができ
る。
【0045】レーザビームの照射方向に沿ってアシスト
ガスを吹き付ける場合、レーザビームを透過する平板で
アシストガスが遮断されるため、従来のようなアシスト
ガスによる分断された薄膜フィルム基板のめくれや位置
ずれが生じない。また薄膜フィルム基板が平板で覆われ
ているのでレーザビーム照射時のゴミ付着等の問題が生
じない。
ガスを吹き付ける場合、レーザビームを透過する平板で
アシストガスが遮断されるため、従来のようなアシスト
ガスによる分断された薄膜フィルム基板のめくれや位置
ずれが生じない。また薄膜フィルム基板が平板で覆われ
ているのでレーザビーム照射時のゴミ付着等の問題が生
じない。
【0046】レーザビームを薄膜フィルム基板上にデフ
ォーカス状態で照射してもレーザビームを透過する平板
によってレーザビームの不均一性が生じることがなく、
かえって従来のようにアシストガス吹き付けによるビー
ムの不均一性を解消することができる。
ォーカス状態で照射してもレーザビームを透過する平板
によってレーザビームの不均一性が生じることがなく、
かえって従来のようにアシストガス吹き付けによるビー
ムの不均一性を解消することができる。
【0047】レーザビームスポットの形状を略円形、略
楕円形あるいは線状にすることによって高寸法精度で分
断加工、曲線パターン分断加工等自由に選択することが
できる。
楕円形あるいは線状にすることによって高寸法精度で分
断加工、曲線パターン分断加工等自由に選択することが
できる。
【0048】レーザビームを透過する平板として、CO
2 レーザビームを透過するZnSeかGeからなる平板
は透過率が良いので、少ないパワー損失で分断加工を行
うことができる。
2 レーザビームを透過するZnSeかGeからなる平板
は透過率が良いので、少ないパワー損失で分断加工を行
うことができる。
【0049】薄膜フィルム基板を分断加工する時に室温
以下に冷却することにより、割断速度の向上、割断寸法
精度の向上、熱影響層の低減、より低レーザエネルギー
密度での加工が可能となる。
以下に冷却することにより、割断速度の向上、割断寸法
精度の向上、熱影響層の低減、より低レーザエネルギー
密度での加工が可能となる。
【0050】以上において、本発明によれば、ワークテ
ーブル上に固定された薄膜フィルム基板表面に、レーザ
ビームを透過する平板を配置することにより、薄膜フィ
ルム基板がワークテーブル上に抑えられ、レーザビーム
照射時の熱応力により薄膜フィルム基板が反ることがな
くなり、薄膜フィルム基板を高寸法精度で分断できる。
ーブル上に固定された薄膜フィルム基板表面に、レーザ
ビームを透過する平板を配置することにより、薄膜フィ
ルム基板がワークテーブル上に抑えられ、レーザビーム
照射時の熱応力により薄膜フィルム基板が反ることがな
くなり、薄膜フィルム基板を高寸法精度で分断できる。
【0051】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【0052】図1は本発明のレーザを用いた基板の分断
方法を適用した分断装置の一実施の形態を示す概念図で
ある。なお、従来例と同様の部材には共通の符号を用い
た。
方法を適用した分断装置の一実施の形態を示す概念図で
ある。なお、従来例と同様の部材には共通の符号を用い
た。
【0053】本分断装置は、CO2 レーザビームを用い
て薄膜フィルム基板(ガラス、セラミックス、サファイ
ア、水晶、LiNbO3 、LiTaO5 、酸化膜付きS
iあるいはGaAs等)10を割断による分断加工を行
う装置であり、本装置の特徴は薄膜フィルム基板(以下
「基板」という)10表面にレーザビーム2−3を透過
するZnSe平板(以下「平板」という)17を配置
し、平板17を通してレーザビーム2−3を照射するこ
とにより基板10を分断する点にある。
て薄膜フィルム基板(ガラス、セラミックス、サファイ
ア、水晶、LiNbO3 、LiTaO5 、酸化膜付きS
iあるいはGaAs等)10を割断による分断加工を行
う装置であり、本装置の特徴は薄膜フィルム基板(以下
「基板」という)10表面にレーザビーム2−3を透過
するZnSe平板(以下「平板」という)17を配置
し、平板17を通してレーザビーム2−3を照射するこ
とにより基板10を分断する点にある。
【0054】本分断装置は、主に基板10が固定される
凹部付きのワークテーブル(以下「ワークテーブル」と
いう)19と、ワークテーブル19を所望速度でX方
向、Y方向、Z方向及びθ方向(θは水平面における旋
回角度である)に移動させるXYZθ移動ステージ(以
下「移動ステージ」という)8と、基板10表面にレー
ザビーム2−3を照射するレーザ発振機1と、レーザビ
ーム2−3を集光する集光レンズ4と、基板10上に配
置されレーザビーム2−3を透過する平板17とで構成
されている。
凹部付きのワークテーブル(以下「ワークテーブル」と
いう)19と、ワークテーブル19を所望速度でX方
向、Y方向、Z方向及びθ方向(θは水平面における旋
回角度である)に移動させるXYZθ移動ステージ(以
下「移動ステージ」という)8と、基板10表面にレー
ザビーム2−3を照射するレーザ発振機1と、レーザビ
ーム2−3を集光する集光レンズ4と、基板10上に配
置されレーザビーム2−3を透過する平板17とで構成
されている。
【0055】基板10はワークテーブル19の凹部18
内に収納されている。この凹部18内には多数の真空吸
引穴11が形成されており、基板10の裏面は真空吸引
穴11及び真空吸引管12を通して真空ポンプ13で真
空吸引され、凹部18内の底面に真空吸着されるように
なっている。
内に収納されている。この凹部18内には多数の真空吸
引穴11が形成されており、基板10の裏面は真空吸引
穴11及び真空吸引管12を通して真空ポンプ13で真
空吸引され、凹部18内の底面に真空吸着されるように
なっている。
【0056】基板10の上面にはレーザビーム2−3を
透過する平板17が圧着され、平板17も真空吸引穴1
1を通して真空ポンプ13によりワークテーブル19上
に確実に真空吸着される。ワークテーブル19は移動ス
テージ8上に搭載され、駆動部(図示せず)によってX
方向、Y方向、Z方向あるいはθ方向に移動される。こ
のワークテーブル19の移動と共に、平板17を通して
基板10上にCO2 レーザビーム2−3が照射される。
レーザビーム2−3の外周からはノズル7に取付けられ
たガス導入管を通してアシストガス(N2 、O2 、空気
等)が矢印5−1、5−2方向に吹き付けられる。基板
10に熱応力による亀裂を発生させて割断により分断す
る場合には、レーザビーム2−3は基板10上にデフォ
ーカス状態で照射される。このデフォーカス条件は、移
動ステージ8のZ軸を調節することによって定めること
ができる。
透過する平板17が圧着され、平板17も真空吸引穴1
1を通して真空ポンプ13によりワークテーブル19上
に確実に真空吸着される。ワークテーブル19は移動ス
テージ8上に搭載され、駆動部(図示せず)によってX
方向、Y方向、Z方向あるいはθ方向に移動される。こ
のワークテーブル19の移動と共に、平板17を通して
基板10上にCO2 レーザビーム2−3が照射される。
レーザビーム2−3の外周からはノズル7に取付けられ
たガス導入管を通してアシストガス(N2 、O2 、空気
等)が矢印5−1、5−2方向に吹き付けられる。基板
10に熱応力による亀裂を発生させて割断により分断す
る場合には、レーザビーム2−3は基板10上にデフォ
ーカス状態で照射される。このデフォーカス条件は、移
動ステージ8のZ軸を調節することによって定めること
ができる。
【0057】CO2 レーザ発振機1から出射されるCO
2 レーザビーム2−1は連続発振波でもパルス発振波で
もよい。またCO2 レーザビーム2−1の発振波長は多
モード発振による発振波長でも特定波長をグレーティン
グにより選択した波長でもよく、さらに数波長で発振し
たものでもよい。平板17は厚さは0.5mmから数m
mの範囲のものが好ましい。平板17の表面及び裏面は
波長10.6μm帯の無反射コーティング膜が形成され
ていることが好ましい。基板10の上面と、平板17の
裏面との間には隙間が無いことが好ましいが、数十μm
の隙間は許容できる。ワークテーブル19の凹部18の
深さは基板10の厚さに合わせて形成したものが用いら
れる。
2 レーザビーム2−1は連続発振波でもパルス発振波で
もよい。またCO2 レーザビーム2−1の発振波長は多
モード発振による発振波長でも特定波長をグレーティン
グにより選択した波長でもよく、さらに数波長で発振し
たものでもよい。平板17は厚さは0.5mmから数m
mの範囲のものが好ましい。平板17の表面及び裏面は
波長10.6μm帯の無反射コーティング膜が形成され
ていることが好ましい。基板10の上面と、平板17の
裏面との間には隙間が無いことが好ましいが、数十μm
の隙間は許容できる。ワークテーブル19の凹部18の
深さは基板10の厚さに合わせて形成したものが用いら
れる。
【0058】CO2 レーザ発振機1から出射されたCO
2 レーザビーム2−1は、フード6内を伝搬し、全反射
ミラー3で直角に曲げられ、矢印2−2方向に集光レン
ズ4に導かれる。CO2 レーザビーム2−3は集光レン
ズ4で集光され、平板17を透過して薄膜フィル基板1
0に照射される。CO2 レーザビーム2−3の照射によ
って薄膜フィル基板10が分断される。
2 レーザビーム2−1は、フード6内を伝搬し、全反射
ミラー3で直角に曲げられ、矢印2−2方向に集光レン
ズ4に導かれる。CO2 レーザビーム2−3は集光レン
ズ4で集光され、平板17を透過して薄膜フィル基板1
0に照射される。CO2 レーザビーム2−3の照射によ
って薄膜フィル基板10が分断される。
【0059】図2(a)は図1に示した分断装置に用い
られるワークテーブルの構造図であり、図2(b)は図
2(a)の平面図である。
られるワークテーブルの構造図であり、図2(b)は図
2(a)の平面図である。
【0060】基板10と平板17とを真空吸着した場合
で説明する。基板10は、凹部18内に収納され、その
凹部18の底面に真空吸着されている。この真空吸着は
凹部18の底部に形成された真空吸引穴11及び真空吸
引管を通して真空ポンプ13で真空吸引することによっ
て行われる。
で説明する。基板10は、凹部18内に収納され、その
凹部18の底面に真空吸着されている。この真空吸着は
凹部18の底部に形成された真空吸引穴11及び真空吸
引管を通して真空ポンプ13で真空吸引することによっ
て行われる。
【0061】平板17も真空吸引穴11によってワーク
テーブル19に真空吸着され、基板10を圧着して動か
ないように保持される。また基板10自体が反りを生じ
ないように常に平坦な状態を保つように保持される。
テーブル19に真空吸着され、基板10を圧着して動か
ないように保持される。また基板10自体が反りを生じ
ないように常に平坦な状態を保つように保持される。
【0062】CO2 レーザビーム2−3の基板10の表
面上でのビーム径は数百μmから数mmの範囲で制御さ
れ、ビーム径は基板10の材質、厚さ等によって調節さ
れる。
面上でのビーム径は数百μmから数mmの範囲で制御さ
れ、ビーム径は基板10の材質、厚さ等によって調節さ
れる。
【0063】図3は本発明のレーザを用いた基板の分断
方法を適用した分断装置の他の実施の形態を示す概念図
である。
方法を適用した分断装置の他の実施の形態を示す概念図
である。
【0064】図1に示した実施の形態との相違点は、基
板10を冷却するための冷却機構22と、レーザビーム
径制御手段としての集光レンズ移動機構23と、レーザ
ビーム形状制御手段としてのZnSeロッドレンズ25
とを有する点である。
板10を冷却するための冷却機構22と、レーザビーム
径制御手段としての集光レンズ移動機構23と、レーザ
ビーム形状制御手段としてのZnSeロッドレンズ25
とを有する点である。
【0065】冷却機構22は、移動ステージ8とワーク
テーブル19との間に設けられており、例えば水を循環
させることによって基板10を冷却するようになってお
り、基板10を0℃付近まで冷却することができ、高速
の割断加工と高寸法精度の割断加工を行うことができ
る。また冷却機構22は、CO2 レーザビーム2−3の
光エネルギーを下げて加工することができ、低消費電力
化を実現することができる。さらに冷却機構22は、基
板10上への熱影響層を小さくすることができる。
テーブル19との間に設けられており、例えば水を循環
させることによって基板10を冷却するようになってお
り、基板10を0℃付近まで冷却することができ、高速
の割断加工と高寸法精度の割断加工を行うことができ
る。また冷却機構22は、CO2 レーザビーム2−3の
光エネルギーを下げて加工することができ、低消費電力
化を実現することができる。さらに冷却機構22は、基
板10上への熱影響層を小さくすることができる。
【0066】集光レンズ移動機構23は、フード6に設
けられており、集光レンズ4を上下方向に矢印24方向
に移動させることにより、CO2 レーザビーム2−3の
径を調節することができ、種々の材料や異なる厚さの基
板10への対応が可能となる。
けられており、集光レンズ4を上下方向に矢印24方向
に移動させることにより、CO2 レーザビーム2−3の
径を調節することができ、種々の材料や異なる厚さの基
板10への対応が可能となる。
【0067】ZnSeロッドレンズ25(以下「ロッド
レンズ」という)は、集光レンズ4と平板17との間に
矢印26方向に挿入されており、CO2 レーザビーム2
−3のスポットの形状を略円形ビーム形状から幅W、長
さLの線状に変換することができる。この長さL及び幅
Wは、集光レンズ4とロッドレンズ25との間隔、ロッ
ドレンズ25と平板17との間隔、ロッドレンズ25の
直径等によって調節することができる。また、CO2 レ
ーザビーム2−3のスポットの形状を従来技術を用いて
楕円形状にしてもよい。
レンズ」という)は、集光レンズ4と平板17との間に
矢印26方向に挿入されており、CO2 レーザビーム2
−3のスポットの形状を略円形ビーム形状から幅W、長
さLの線状に変換することができる。この長さL及び幅
Wは、集光レンズ4とロッドレンズ25との間隔、ロッ
ドレンズ25と平板17との間隔、ロッドレンズ25の
直径等によって調節することができる。また、CO2 レ
ーザビーム2−3のスポットの形状を従来技術を用いて
楕円形状にしてもよい。
【0068】以上において、CO2 レーザビーム2−3
のビーム形状を制御することにより、割断速度及び割断
寸法精度を向上させることができるほか、熱影響層の幅
を制御することもできる。
のビーム形状を制御することにより、割断速度及び割断
寸法精度を向上させることができるほか、熱影響層の幅
を制御することもできる。
【0069】本発明は上記実施の形態に限定されない。
まず、レーザビームにはCO2 レーザビーム以外に、C
Oレーザビーム、YAGレーザビーム、YAGレーザの
高調波(第2高調波あるいは第3高調波)レーザビー
ム、エキシマレーザビームなどを用いることができる。
これらのレーザは基板10の材質によって選択すること
ができる。また、基板10には、少なくとも二つの材料
を積層させた複合材料基板、メタル層が混入した基板等
を用いてもよい。さらに基板10と凹部18の底面との
間にスペーサ材料(非金属材料、金属材料)を挟んでも
よい。
まず、レーザビームにはCO2 レーザビーム以外に、C
Oレーザビーム、YAGレーザビーム、YAGレーザの
高調波(第2高調波あるいは第3高調波)レーザビー
ム、エキシマレーザビームなどを用いることができる。
これらのレーザは基板10の材質によって選択すること
ができる。また、基板10には、少なくとも二つの材料
を積層させた複合材料基板、メタル層が混入した基板等
を用いてもよい。さらに基板10と凹部18の底面との
間にスペーサ材料(非金属材料、金属材料)を挟んでも
よい。
【0070】本発明は直線割断加工以外に、円形、楕円
形等の曲線割断加工にも適用でき、三角形、台形等の割
断加工に適用してもよい。
形等の曲線割断加工にも適用でき、三角形、台形等の割
断加工に適用してもよい。
【0071】図1から図3に示した実施の形態では、ワ
ークテーブル19の表面には凹部18が形成され、凹部
18に基板10が収納され、真空吸着されているもので
あったが、本発明はワークテーブル19の表面が平坦
で、真空吸引穴11が形成されているだけでもよい。な
ぜならば、基板10の厚さが100μm前後の場合に
は、この基板10を平坦なワークテーブル19の表面に
真空吸着させ、その基板10の上に平板17を配置し、
この平板17を真空吸着させても十分にワークテーブル
19上に吸着されて移動することがないからである。
ークテーブル19の表面には凹部18が形成され、凹部
18に基板10が収納され、真空吸着されているもので
あったが、本発明はワークテーブル19の表面が平坦
で、真空吸引穴11が形成されているだけでもよい。な
ぜならば、基板10の厚さが100μm前後の場合に
は、この基板10を平坦なワークテーブル19の表面に
真空吸着させ、その基板10の上に平板17を配置し、
この平板17を真空吸着させても十分にワークテーブル
19上に吸着されて移動することがないからである。
【0072】また、平板17は真空吸着以外の方法で固
定してもよい。例えば平板17の少なくとも2カ所をス
トッパーで動かないように固定したり、平板17上を少
なくとも2か所で押さえるようにしてもよい。
定してもよい。例えば平板17の少なくとも2カ所をス
トッパーで動かないように固定したり、平板17上を少
なくとも2か所で押さえるようにしてもよい。
【0073】
【実施例】図1に示した分断装置による具体的な分断例
について具体的な数値を挙げて説明するが限定されるも
のではない。
について具体的な数値を挙げて説明するが限定されるも
のではない。
【0074】基板10には厚さが100μmの酸化膜付
き(厚さ約3μm)Si基板を用い、平板17には厚さ
が2mmの両面無反射コーティング付きのものを用い
た。CO2 レーザビーム2−3として連続発振出力30
W、基板10表面でのビーム径(1/eのパワーとなる
ビーム径)約1.1mmを照射した。アシストガスには
0.5kg/cm2 のガス圧のN2 ガスを吹き付け、ワ
ークテーブル19の移動速度を変えて割断実験を行っ
た。
き(厚さ約3μm)Si基板を用い、平板17には厚さ
が2mmの両面無反射コーティング付きのものを用い
た。CO2 レーザビーム2−3として連続発振出力30
W、基板10表面でのビーム径(1/eのパワーとなる
ビーム径)約1.1mmを照射した。アシストガスには
0.5kg/cm2 のガス圧のN2 ガスを吹き付け、ワ
ークテーブル19の移動速度を変えて割断実験を行っ
た。
【0075】その結果、10mm/sから18mm/s
の範囲で割断することができた。
の範囲で割断することができた。
【0076】また最小薄膜フィルムチップとして3mm
角のものを30mm角の基板10から六十数個に分断す
ることができた。
角のものを30mm角の基板10から六十数個に分断す
ることができた。
【0077】以上において本発明によれば、 (1) 厚さが数十μmから数百μmの薄膜フィルム基板を
高寸法精度でレーザ割断することができる。これによ
り、数mm角の薄膜フィルムチップを1枚の基板から複
数個に分断して得ることができる。
高寸法精度でレーザ割断することができる。これによ
り、数mm角の薄膜フィルムチップを1枚の基板から複
数個に分断して得ることができる。
【0078】(2) 分断したチップのエッジ面にはほとん
どチッピングが生じることがなく、角型のチップを得る
ことができる。
どチッピングが生じることがなく、角型のチップを得る
ことができる。
【0079】(3) 良好な割断寸法精度が得られる。特に
割断線の交差部の不均一性がほとんど生じない。
割断線の交差部の不均一性がほとんど生じない。
【0080】(4) 薄膜フィルム基板の熱による反りがレ
ーザ透過性平板で抑えられるので、平坦なチップが得ら
れる。
ーザ透過性平板で抑えられるので、平坦なチップが得ら
れる。
【0081】(5) CO2 レーザビームを用いることによ
り、種々の非金属材料を割断加工することができる。
り、種々の非金属材料を割断加工することができる。
【0082】(6) 薄膜フィルム基板の表面及び裏面がレ
ーザ加工により全く汚染されないので、(電気的及び光
学的に)良質なチップを得ることができる。
ーザ加工により全く汚染されないので、(電気的及び光
学的に)良質なチップを得ることができる。
【0083】(7) アシストガスの影響を全く受けないの
で、アシストガス流量を増加させることにより、集光レ
ンズや平板の光学的特性寿命を延ばすことができ、信頼
性の高い装置を得ることができる。
で、アシストガス流量を増加させることにより、集光レ
ンズや平板の光学的特性寿命を延ばすことができ、信頼
性の高い装置を得ることができる。
【0084】(8) 厚さが1mm以上の基板の分断加工に
もそのまま適用することができる。
もそのまま適用することができる。
【0085】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【0086】薄膜フィルム基板を高寸法精度で分断でき
るレーザを用いた基板の分断方法及びその装置の提供を
実現することができる。
るレーザを用いた基板の分断方法及びその装置の提供を
実現することができる。
【図1】本発明のレーザを用いた基板の分断方法を適用
した分断装置の一実施の形態を示す概念図である。
した分断装置の一実施の形態を示す概念図である。
【図2】(a)は図1に示した分断装置に用いられるワ
ークテーブルの構造図であり、(b)は(a)の平面図
である。
ークテーブルの構造図であり、(b)は(a)の平面図
である。
【図3】本発明のレーザを用いた基板の分断方法を適用
した分断装置の他の実施の形態を示す概念図である。
した分断装置の他の実施の形態を示す概念図である。
【図4】本発明者が提案したレーザを用いた基板の分断
方法を示す概念図である。
方法を示す概念図である。
【図5】本発明者が提案したレーザを用いた基板の分断
装置の概念図である。
装置の概念図である。
【図6】(a)は薄膜フィルム基板をワークテーブル上
に固定する固定機構の概念図であり、(b)は(a)の
平面図である。
に固定する固定機構の概念図であり、(b)は(a)の
平面図である。
2−3 レーザビーム 10 薄膜フィルム基板 17 平板 19 ワークテーブル
Claims (20)
- 【請求項1】 所望速度で移動するワークテーブル上に
固定された薄膜フィルム基板表面に、レーザビームを照
射することにより上記基板を分断する分断方法であっ
て、上記薄膜フィルム基板表面にレーザビームを透過す
る平板を配置し、該平板を通してレーザビームを照射す
ることにより上記薄膜フィルム基板を分断することを特
徴とするレーザを用いた基板の分断方法。 - 【請求項2】 上記薄膜フィルム基板は、上記ワークテ
ーブル表面あるいは該ワークテーブルの表面に形成され
た凹部内に真空吸着によって固定されている請求項1に
記載のレーザを用いた基板の分断方法。 - 【請求項3】 上記平板は、上記ワークテーブル上に固
定された薄膜フィルム基板上に配置されると共に上記ワ
ークテーブルに真空吸着される請求項1または2に記載
のレーザを用いた基板の分断方法。 - 【請求項4】 上記レーザビームとしてCO2 レーザビ
ームを用いる請求項1から3のいずれかに記載のレーザ
を用いた基板の分断方法。 - 【請求項5】 上記薄膜フィルム基板として少なくとも
一部が非金属材料からなる請求項1から4のいずれかに
記載のレーザを用いた基板の分断方法。 - 【請求項6】 上記レーザビームの照射方向に沿ってア
シストガスを吹き付けるようにした請求項1から5のい
ずれかに記載のレーザを用いた基板の分断方法。 - 【請求項7】 上記レーザビームは、上記薄膜フィルム
基板上にデフォーカス状態で照射される請求項1から6
のいずれかに記載のレーザを用いた基板の分断方法。 - 【請求項8】 上記レーザビームのスポット形状は略円
形か略楕円形かあるいは幅W、長さLの線状である請求
項1から7のいずれかに記載のレーザを用いた基板の分
断方法。 - 【請求項9】 上記平板としてZnSeかGeからなる
平板を用いた請求項4に記載のレーザを用いた基板の分
断方法。 - 【請求項10】 上記薄膜フィルム基板は室温以下の温
度に冷却される請求項1から9のレーザを用いた基板の
分断方法。 - 【請求項11】 薄膜フィルム基板が固定されるワーク
テーブルと、該ワークテーブルを所望速度で少なくとも
X方向及びY方向に移動させる移動ステージと、上記薄
膜フィルム基板表面にレーザビームを照射するレーザ発
振機と、上記薄膜フィルム基板上に配置され上記レーザ
ビームを透過する平板とを備えたことを特徴とするレー
ザを用いた基板の分断装置。 - 【請求項12】 上記ワークテーブル表面に形成された
平坦部上あるいは凹部内に上記薄膜フィルム基板が真空
吸着されて固定される固定機構を設けた請求項11に記
載のレーザを用いた基板の分断装置。 - 【請求項13】 上記ワークテーブル上に薄膜フィルム
基板及び平板を真空吸着によって固定する真空吸着機構
を有する請求項11または12に記載のレーザを用いた
基板の分断装置。 - 【請求項14】 上記レーザビームとして、CO2 レー
ザビームを用いた請求項11から13のいずれかに記載
のレーザを用いた基板の分断装置。 - 【請求項15】 上記薄膜フィルム基板は少なくとも一
部が非金属材料からなる基板である請求項11から14
のいずれかに記載のレーザを用いた基板の分断装置。 - 【請求項16】 上記レーザビームの照射方向に沿って
アシストガスを吹き付けるアシストガス吹き付け手段を
有する請求項11から15のいずれかに記載のレーザを
用いた基板の分断装置。 - 【請求項17】 上記薄膜フィルム基板表面に照射され
るレーザビーム径を制御するレーザビーム径制御手段を
有する請求項11から16のいずれかに記載のレーザを
用いた基板の分断装置。 - 【請求項18】 上記薄膜フィルム基板表面に照射され
るレーザビームのスポット形状を略円形か略楕円形かあ
るいは幅W、長さLの線状に制御するレーザビーム形状
制御手段を有する請求項11から17のいずれかに記載
のレーザを用いた基板の分断装置。 - 【請求項19】 上記平板としてZnSeかGeからな
る平板を用いた請求項14に記載のレーザを用いた基板
の分断装置。 - 【請求項20】 上記薄膜フィルム基板を冷却するため
の冷却手段を有する請求項11から19のいずれかに記
載のレーザを用いた基板の分断装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11026142A JP2000225480A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | レーザを用いた基板の分断方法及びその装置 |
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| JP11026142A JP2000225480A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | レーザを用いた基板の分断方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000225480A true JP2000225480A (ja) | 2000-08-15 |
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ID=12185305
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP11026142A Pending JP2000225480A (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | レーザを用いた基板の分断方法及びその装置 |
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