JPH0919781A - 基板の割断方法及びその割断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の割断において、レーザ光の照射軌跡に
したがって忠実に割断することができ、しかも割断した
基板のエッジ表面、裏面及び側面にマイクロクラックが
生じさせない。 【解決手段】 炭酸ガスレーザ光３の伝搬方向に沿って
アシストガスを流しながらレーザ光を非金属材料からな
る加工用の基板の表面上に照射しつつ、基板１を移動さ
せて基板１の一端から他端までを割断する基板の割断方
法において、加工用の基板１の一端及び他端側に非金属
材料からなるダミー用基板２−１、２−２を密着させ、
ダミー用基板２−１、２−２ごと加工用の基板１を割断
するようにしたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸ガスレーザ光
の伝搬方向に沿ってアシストガスを流しながら非金属材
料の表面に炭酸ガスレーザ光を照射しつつ、非金属材料
を移動させて非金属材料を加工する非金属材料の加工方
法及びその加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス材料、磁性材料、半導体材
料及び誘電体材料等の非金属材料の基板上や基板中に、
集積回路、光回路を実装した光集積回路或いは電気回路
と光回路とを一体化した電気／光集積回路の製品開発が
活発化してきた。

【０００３】この種の集積回路は、サイズが３インチか
ら１０数インチの円形或いは四角形の基板に数十から数
万個の範囲で高密度に集積化される。例えば図４に示す
ように基板７０１を切断してそれぞれｎ×ｍ個の集積回
路７０２のチップに分離される。基板７０１の切断、分
離方法としては基板７０１を一点鎖線７０３ａ〜７０３
ｎ、７０４ａ〜７０４ｍに沿ってダイヤモンドブレード
ダイシングを行うか、又はレーザ光を照射することによ
りスクライビングを行っている。

【０００４】図５は本発明者が先に提案した炭酸ガスレ
ーザ光の照射によるガラス切断装置の構成図である（特
願平６−２４７４３６号）。

【０００５】これは炭酸ガス（ＣＯ₂ ）レーザ８０１か
ら出射した後集光レンズＬｅで集光されたレーザ光Ｌの
回りに、アシストガス導入管８０２を通してアシストガ
スＧを吹き付けつつ、ベース８０３上に真空吸着で固定
されたガラス基板８０４に照射してＡ、Ｂ２つに切断加
工するものである。尚８０５は貫通口である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示し
た装置を用いてセラミックス基板やガラス基板のような
脆性材料を割断すると以下のような問題点が生じること
がわかった。

【０００７】(1) 図６（ａ）は本発明者が先に提案した
炭酸ガスレーザ光照射装置を用いて割断した非金属材料
の平面図であり、図６（ｂ）はその側面図である。図６
（ａ）に示すように厚さが０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、
１．５ｍｍのセラミックス基板（サイズ：５０ｍｍ×５
０ｍｍ）９０１を、矢印９０２方向に一定速度で移動さ
せながら、セラミックス基板９０１の表面に炭酸ガスレ
ーザ光を照射し、矢印Ａ方向にセラミックス基板９０１
を割断すると、セラミックス基板９０１の一方の端面側
のスタート部分及び他方の端面側のエンド部分に不連続
で非直線的な割れによる欠陥部９０４、９０５が生じる
ことがわかった。これらの欠陥部９０４、９０５は必ず
炭酸ガスレーザ光が最初に照射される一方の端面側と最
後に照射される他方の端面側に生じることが分かった。
このような非直線的な割れは欠陥部９０４、９０５を不
良品として扱わなければならず、結果的にセラミックス
基板の有効利用を阻害することになった。しかもこのよ
うな欠陥部の面積は数ｍｍ² から十数ｍｍ² にも及ぶこ
とが分かった。

【０００８】また、欠陥部９０４、９０５での割れ方も
図６（ａ）、（ｂ）に示すように一定しておらず、目標
とする割断位置９０６から０．数ｍｍ〜数ｍｍもずれた
位置９０７で割れることが分かった。

【０００９】(2) 欠陥部９０４、９０５の発生は、セラ
ミックス基板９０１の移動速度や炭酸ガスレーザ光のパ
ワーを変えてもなかなか抑えることができなかった。た
だ、炭酸レーザ光のビームスポット径を小さくすると減
少する傾向にあった。しかし、スポット径を小さくして
いくと、割断条件からはずれ、割ることができなかっ
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、炭酸ガスレーザ光の伝搬方向に沿ってアシ
ストガスを流しながらレーザ光を非金属材料からなる加
工用の基板の表面上に照射しつつ、基板を移動させて基
板の一端から他端までを割断する基板の割断方法におい
て、加工用の基板の一端及び他端側に非金属材料からな
るダミー用基板を密着させ、ダミー用基板ごと加工用の
基板を割断するようにしたものである。

【００１１】上記構成に加え本発明は、ダミー用基板と
加工用の基板とが加工時に分離しないように移動ステー
ジ上に両基板を強制的に密着、固定するものである。

【００１２】上記構成に加え本発明は、ダミー用基板と
加工用の基板とを密着、固定する移動ステージは金属材
料からなるものである。

【００１３】本発明は、炭酸ガスレーザ装置と、炭酸ガ
スレーザ装置から出射されたレーザ光をレンズで集光す
ると共に加工用の基板へ案内する光学系と、非金属材料
からなるダミー用基板ではさんだ非金属材料からなる加
工用の基板を少なくとも一方向に移動させるステージ
と、ステージ上にダミー用基板と加工用の基板とを強制
的に密着、固定させる密着固定機構とを備えたものであ
る。

【００１４】上記構成によれば、基板の一方の端面側の
スタート部分及び他方の端面側のエンド部分にそれぞれ
ダミー用基板を密着したまま炭酸ガスレーザ光を照射し
て割断すると、割断のスタート部分及びエンド部分に不
連続で非直線的な割れが生じるが加工用基板には不連続
で非直線的な割れは生じない。このため、レーザ光の照
射軌跡にしたがって加工用の基板を忠実に割断すること
ができ、しかも割断した基板のエッジ表面、裏面及び側
面にマイクロクラックが生じない。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明を基板の割断に適用した場
合には、基板の一方の端面側のスタート部分及び他方の
端面側のエンド部分にそれぞれダミー用基板を密着した
まま炭酸ガスレーザ光を照射することで基板が割断す
る。割断のスタート部分及びエンド部分にのみ不連続で
非直線的な割れが生じる。このため、レーザ光の照射軌
跡にしたがって加工用の基板を忠実に割断することがで
き、しかも割断した基板のエッジ表面、裏面及び側面に
マイクロクラックが生じない。

【００１６】加工用の基板としてはセラミックスやガラ
ス等を用いる。ダミー用基板としては加工用の基板と同
じものを用いる。アシストガスとしては、Ｎ₂ 、Ａｒ、
Ｏ₂ 、空気或いはこれらの混合ガスを用いる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００１８】図１は本発明の基板の割断方法の原理を説
明するための説明図である。

【００１９】割断すべく加工用セラミックス基板１の両
端側にダミー用のセラミックス基板２−１、２−２が密
に接して配置され、これらの基板１、２−１、２−２が
あたかも１枚の一体化基板のようにＸＹ移動ステージ
（図示せず）上に固定されている。各基板１、２−１、
２−２の接触面はほとんど隙間無く密着されている。Ｘ
Ｙ移動ステージ上に固定された基板１、２−１、２−２
は矢印Ｂ方向に一定速度で移動される。基板１、２−
１、２−２上に炭酸ガスレーザ光（以下「レーザビー
ム」という。）３を照射する。このレーザビーム３の伝
搬方向に沿ってアシストガスが矢印Ｃ方向にレーザビー
ム３を覆うように同心円状に吹き付けられる。

【００２０】ここで、レーザビーム３は基板の上方向の
６ｍｍから１２ｍｍの位置で焦点を結び、基板１上には
わずかにビームのスポット径が拡がった状態（ビームの
スポット径：２００〜７００μｍφ）で照射される。こ
のようにレーザビーム３のスポット径を拡げ、かつアシ
ストガス（Ｎ₂ 、Ａｒ、Ｏ₂ 、空気等）の圧力として
２．５Ｋｇ／ｃｍ² から５Ｋｇ／ｃｍ² に選び、レーザ
ビーム３のパワーを５０〜８０Ｗ、矢印Ｂ方向の移動速
度を４ｍｍ／ｓｅｃから１０ｍｍ／ｓｅｃの範囲に選べ
ば基板１上に、図示したように熱応力による亀裂４が発
生し、この亀裂がレーザビーム３の移動軌跡に沿って進
展し、結果的に基板１が割断されることが分かった。こ
の割断による切り代幅Ｗは「０」であった。そして、ダ
ミー用の基板２−１、２−２の一方の端面側のスタート
部分に欠陥部５が生じた。また図には示してないが、基
板１の他方の端面側のエンド部分にも欠陥部が生じた。
しかし、本来加工すべき基板１はレーザビーム３の移動
軌跡に忠実にしたがって割断することができた（この場
合のレーザビーム３の移動軌跡は直線であり、基板１を
直線的に割断することができた）。

【００２１】図２は本発明の基板の割断方法を適用した
割断装置の一実施例を示す。

【００２２】同図において、２０は炭酸ガスレーザ装置
であり、ボックス２１内には外付けグレーティング部２
２と炭酸ガスレーザ管２３とが設けられている。炭酸ガ
スレーザ管２３の両端には内部鏡２４とブルースター窓
２５とがそれぞれ設けられている。炭酸ガスレーザ管２
３には混合気体（ＣＯ₂ 、Ｎ₂ 、Ｈｅを混合比８：１
８：７４の割合で混合した気体）２６が封入されてい
る。炭酸ガスレーザ管２３の端部付近には一対の電極２
７−１、２７−２が設けられており、両電極２７−１、
２７−２は駆動電源２８にそれぞれ接続されている。

【００２３】炭酸ガスレーザ装置２０の出射口（内部鏡
２４側）には、出射したレーザ光Ｌ１の一部Ｌ２を取り
出すためのハーフミラーからなるモニタ光検出用ミラー
２９が設けられている。モニタ光検出用ミラー２９で反
射されたレーザ光Ｌ２はモニタ光検出器３０でモニタさ
れ、モニタ信号３１として取り出されるようになってい
る。このモニタ信号３１を基にしたフィードバック信号
３２が駆動電源２８にフィードバックされ、レーザ光Ｌ
１の出力が一定に保たれるようになっている。

【００２４】モニタ光検出用ミラー２９を透過したレー
ザ光Ｌ３は、光シャッタ開閉調節部３３を経て全反射ミ
ラー３４で加工用の基板３５側（図では下側）へ反射さ
れる。全反射ミラー３４で反射されたレーザ光Ｌ３は集
光レンズ３６で集光されてレーザビームとなる。

【００２５】これら全反射ミラー３４と集光レンズ３６
とで光学系３７が形成されており、光学系３７はモニタ
光検出用ミラー２９、光シャッタ開閉調節部３３の光シ
ャッタ３８と共に断面Ｌ字形状の筒状体からなる筐体３
９内に収容されている。

【００２６】光学系３７の筐体３９のレーザ光出射口に
はレーザ光Ｌ３の伝搬方向に沿ってアシストガスＧ１を
吹き付けるためのガス供給口４０とガスノズル４１とか
らなるガス導入系４２が設けられている。ガス導入系４
２の下には基板保持移動装置４３が配置されている。

【００２７】基板保持移動装置４３は、加工用の基板３
５及びダミー用基板４４−１、４４−２を少なくともＸ
方向（或いはＹ方向）に移動させることが可能なステー
ジとしての基板固定台４５と、基板固定台４５上に各基
板３５、４４−１、４４−２を強制的に密着固定させる
ためのストッパ４５−１、４５−２と真空吸引装置４６
とからなる密着固定機構４７とで構成されている。尚４
８は基板固定台４５を移動させるＸＹ移動装置である。

【００２８】このような加工装置を用いてセラミックス
やガラス等からなる基板を割断するためには、基板３５
は集光レンズ３６の焦点距離Ｆから距離Ｓだけ下方に設
置する必要がある。ここでＳは６ｍｍから１２ｍｍの範
囲が好適である。またレーザビームのパワーやＸＹ移動
装置４８の移動速度やアシストガス圧力等は前述した値
が好適である。

【００２９】次に実施例の作用を述べる。

【００３０】加工用の基板３５の一方の端面側のスター
ト部分及び他方の端面側のエンド部分にそれぞれダミー
用基板４４−１、４４−２が配置されるように、基板固
定台４５に基板３５とダミー用基板４４−１、４４−２
とを載せる。ストッパ４５−１、４５−２でダミー用基
板４４−１及び基板３５を両側からはさんで密着させ、
真空吸引装置４６で各基板３５、４４−１、４４−２を
基板固定台４５上に固定させる。

【００３１】アシストガスＧ１を基板３５へ吹き付ける
と共に、レーザビームをスタート部分側のダミー用基板
４４−１に照射して割断すると、割断のスタート部分及
びエンド部分に不連続で非直線的な割れが生じるが、基
板３５には不連続で非直線的な割れは生じない。このた
め、レーザビームの照射軌跡にしたがって基板３５を忠
実に割断することができ、しかも割断した基板３５のエ
ッジ表面、裏面及び側面にはマイクロクラックが生じな
い。

【００３２】以上において、加工用の基板の一端及び他
端側に非金属材料からなるダミー用基板を密着させ、ダ
ミー用基板ごと加工用の基板を割断することにより、レ
ーザ光の照射軌跡にしたがって忠実に割断することがで
き、しかも割断した基板のエッジ表面、裏面及び側面に
マイクロクラックが生じない。

【００３３】次に角型形状の非金属材料基板をマトリク
ス状に割断する場合の割断方法の概略図を図３に示す。

【００３４】これは、角型形状の加工用セラミックス基
板５０に割断により亀裂５１−１、５１−２、５１−
３、５１−４、５１−５、５１−６を発生させ、マトリ
クス状に加工する場合の例を示したものである。この場
合に、加工用セラミックス基板５０の外周にダミーのセ
ラミックス基板５２−１、５２−２、５２−３、５２−
４を密着、固定して配置し、ダミーのセラミックス基板
５２−１、５２−２、５２−３、５２−４を含めて加工
用のセラミックス基板５０を割断するようにしたもので
ある。このような構成で割断することにより、加工用の
セラミックス基板５０を均一に割断することができた。

【００３５】また、割断した基板５０のエッジの表面及
び裏面の凹凸は数μｍ以内であった。さらに割断した基
板５０の側面も略鏡面に近い平坦な面であった。また前
述した条件下ではマイクロクラックが発生しなかった。

【００３６】以上において、炭酸ガスレーザ光の伝搬方
向に沿ってアシストガスを流しながらレーザ光を非金属
材料からなる加工用の基板の表面上に照射しつつ、基板
を移動させて基板の一端から他端までを割断する基板の
割断方法において、加工用の基板の一端及び他端側に非
金属材料からなるダミー用基板を密着させ、ダミー用基
板ごと加工用の基板を割断するようにしたので、レーザ
ビーム照射によって割断した加工用の基板のエッジ表面
及び裏面にはわずか数μｍの凹凸しか生じなかった。ま
た割断面にはマイクロクラックが全く入らなかった。

【００３７】

【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。

【００３８】加工用の基板の一端及び他端側に非金属材
料からなるダミー用基板を密着させ、ダミー用基板ごと
加工用の基板を割断するようにしたので、レーザ光の照
射軌跡にしたがって忠実に割断することができ、しかも
割断した基板のエッジ表面、裏面及び側面にマイクロク
ラックが生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板の割断方法の原理を説明するため
の説明図である。

【図２】本発明の基板の割断方法を適用した割断装置の
一実施例を示す。

【図３】本発明の基板の割断方法を適用して角型形状の
非金属材料基板をマトリクス状に割断する場合を示す。

【図４】集積回路の切断、分離方法を説明するための基
板材料の平面図を示す。

【図５】本発明者が先に提案した炭酸ガスレーザ光の照
射によるガラス切断装置の構成図を示す。

【図６】本発明者が先に提案した炭酸ガスレーザ光照射
装置を用いて割断した非金属材料を示す。

【符号の説明】

１ 加工用の基板 ２−１、２−２ ダミー用基板 ３ 炭酸ガスレーザ光（レーザビーム）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭酸ガスレーザ光の伝搬方向に沿ってア
   シストガスを流しながら上記レーザ光を非金属材料から
   なる加工用の基板の表面上に照射しつつ、該基板を移動
   させて該基板の一端から他端までを割断する基板の割断
   方法において、上記加工用の基板の一端及び他端側に非
   金属材料からなるダミー用基板を密着させ、該ダミー用
   基板ごと上記加工用の基板を割断するようにしたことを
   特徴とする基板の割断方法。
2. 【請求項２】 上記ダミー用基板と上記加工用の基板と
   が加工時に分離しないように移動ステージ上に両基板を
   強制的に密着、固定する請求項１記載の基板の割断方
   法。
3. 【請求項３】 上記ダミー用基板と上記加工用の基板と
   を密着、固定する移動ステージは金属材料からなる請求
   項１又は２記載の基板の割断方法。
4. 【請求項４】 炭酸ガスレーザ装置と、該炭酸ガスレー
   ザ装置から出射されたレーザ光をレンズで集光すると共
   に加工用の基板へ案内する光学系と、非金属材料からな
   るダミー用基板ではさんだ非金属材料からなる加工用の
   基板を少なくとも一方向に移動させるステージと、該ス
   テージ上にダミー用基板と加工用の基板とを強制的に密
   着、固定させる密着固定機構とを備えたことを特徴とす
   る基板の割断装置。