JPH0929472A - 割断方法、割断装置及びチップ材料 - Google Patents

割断方法、割断装置及びチップ材料

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JPH0929472A
JPH0929472A JP7179046A JP17904695A JPH0929472A JP H0929472 A JPH0929472 A JP H0929472A JP 7179046 A JP7179046 A JP 7179046A JP 17904695 A JP17904695 A JP 17904695A JP H0929472 A JPH0929472 A JP H0929472A
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cleaving
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隆 松本
Shinichi Wai
伸一 和井
Hideaki Sasaki
秀昭 佐々木
Takeoki Miyauchi
建興 宮内
Tatsuji Sakamoto
達事 坂本
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザによる基板の割断方法で、割断起点付近
の割断方向の精度を向上させる方法を提供すること。 【構成】セラミック基板２の裏面をエッジ型治具６Ａや
半球型治具６Ｂで冷却し、表面にレーザ光１を照射する
と、初期亀裂が発生する。この初期亀裂から所定の方向
にレーザ照射して割断を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として電気機器
や電子計算機等に使用されるセラミック基板や、シリコ
ンウェハ等の脆性材料の割断（切断）方法、そのような
割断方法を行うのに適した割断装置及びレーザを用いて
割断されたチップ材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザによる割断技術は、局所的に加熱
することによって生じる熱応力を利用して亀裂を進展さ
せて切断するもので、無発塵で、ドロス・クラックがな
く、かつ、切り代がないという利点を持つので、各社で
実用化の検討が行われている。特にクリーン化を要する
シリコンウェハや、電子回路基板等の脆性材料に適用性
が高い。
【０００３】従来のレーザによる割断方法として、特開
平４−３７４９２には、レーザで微小穴を形成し、その
周りの微小亀裂から割断を導く方法が提案されている。
また、特開平４−１６７９８５には、割断予定線に沿っ
て改質層を形成し、その上をレーザで走査し、割断する
方法が提案されている。さらに、特開平６−３９５７２
には、回転ミラーを用いてレーザ光を多数回走査させて
割断する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−３７４
９２記載の従来技術は、割断方向が最初の穴明けにより
生じる亀裂の方向より定まるが、亀裂の方向が制御でき
ず、そのため割断起点付近で割断方向の精度が低下する
という問題があった。また、上記特開平４−１６７９８
５に記載の従来技術は、割断予定線に沿って改質層を形
成するため、作業工程が増加するという問題があった。
【０００５】また、特開平６−３９５７２に記載の従来
技術は、直線状の割断以外の場合は、精度が低下すると
いう問題があった。また、いずれの従来技術も、レーザ
吸収率の高いパターン、例えば、金属配線のパターン等
を持つ被処理基板を割断すると、その部分で損傷が発生
したり、大幅に割断精度が低下するという問題があっ
た。
【０００６】本発明の第１の目的は、割断起点付近の割
断方向の精度を向上させた割断方法を提供することにあ
る。
【０００７】本発明の第２の目的は、安定した、高精度
の割断方法を提供することにある。
【０００８】本発明の第３の目的は、割断起点付近の割
断方向の精度を向上させることのできる割断装置を提供
することにある。
【０００９】本発明の第４の目的は、安定に、高精度で
割断することのできる割断装置を提供することにある。
【００１０】本発明の第５の目的は、高精度な割断が行
われたチップ材料を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の割断方法は、少なくとも被処理基板
の割断開始点を局所的に冷却し、この割断開始点の、好
ましくは冷却した面と異なる他方の面をレーザ照射して
初期亀裂を形成し、次ぎに初期亀裂から所定の方向にレ
ーザ照射して割断を行うようにしたものである。
【００１２】このとき割断開始点と共に、終点も局所的
に冷却することが好ましい。冷却の温度は０℃から−１
０℃程度の範囲が好ましい。また、起点、終点以外に基
板内部の割断線上で割断起点が必要な場合、つまり割断
の交差点等を設けたいとき、割断線上の所望の点を割断
起点として、上記のようにここを冷却して、割断を行う
と、割断線の交差部での寸法位置ズレ等もなく、精度を
向上させることができる。
【００１３】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明の割断方法は、少なくとも被処理基板の割断開始
点の横端面にレーザを照射し、初期亀裂を発生させ、次
ぎに、被処理基板の表面をレーザ照射し、初期亀裂から
所定の方向に割断を行うようにしたものである。この場
合、終点にも同様の端面加工を行うと、切り残しのな
い、直線性の良い割断を実現できる。
【００１４】さらにまた、上記第１の目的を達成するた
めに、本発明の割断方法は、被処理基板を、その材料が
レーザの発光の吸収率が高いような発光波長を持つレー
ザを用いて照射し、被処理基板の割断を行うようにした
ものである。この方法は、いわゆる高吸収波長レーザを
用いるもので、高吸収波長レーザは、ある材料が、望ま
しくはその発光の９０％以上を吸収するような発光波長
を持つレーザをいう。例えば、ムライト板に対し、ＣＯ
2レーザがそれに当たる。
【００１５】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の割断方法は、被処理基板の表、裏両面よりレー
ザを用いて照射し、被処理基板の割断を行うようにした
ものである。
【００１６】さらにまた、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明の割断方法は、レーザ吸収率の高い材料の
パターンを有する被処理基板をレーザを用いて割断する
ときに、レーザ吸収率の高い材料のパターン部分へのレ
ーザの照射を、レーザの透過率を低下させるフィルター
を介して行うようにしたものである。
【００１７】このようなフィルターは、予め上記のレー
ザ吸収率の高い材料のパターンと同じパターンに形成し
ておいてもよく、或は、フィルターをレーザの照射部に
出し入れできるようにして、必要なときにフィルターを
レーザの照射部に存在させるようにしてもよい。
【００１８】さらにまた、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明の割断方法は、レーザを用いて被処理基板
を照射し、被処理基板の割断を行うときに、割断部近傍
のプラズマの温度又は割断部近傍の温度を計測し、この
計測した値に基づいて、レーザの励起用電源を制御して
温度を制御するようにしたものである。この方法によっ
て、照射部の温度の変動を抑え、割断精度を向上させる
ことができる。
【００１９】また、上記第３の目的を達成するために、
本発明の割断装置は、被処理基板を保持する保持具と、
被処理基板を照射するためのレーザ発振器と、少なくと
も被処理基板の割断開始点を局所的に冷却するための治
具と、照射位置を移動させるための駆動手段とから構成
されるようにしたものである。
【００２０】この割断装置は、割断開始点と共に、終点
も局所的に冷却できるようにすることが好ましい。駆動
手段は、被処理基板を保持する保持具をＸＹ方向に移動
させるものでも、レーザ光を光学系でその向きを変えら
れるようにしたものでも、また、両者を併用したもので
もよい。
【００２１】また、上記第４の目的を達成するために、
本発明の割断装置は、被処理基板を保持する保持具と、
被処理基板を照射するためのレーザ発振器と、被処理基
板の割断部近傍のプラズマの温度又は割断部近傍の温度
を計測するための計測手段と、計測手段により計測した
値に基づいて、レーザ発振器の励起用電源を制御するた
めの制御手段と、照射位置を移動させるための駆動手段
とから構成されるようにしたものである。
【００２２】この装置によって、照射部の温度の変動を
抑え、割断精度を向上させることができる。駆動手段
は、被処理基板を保持する保持具をＸＹ方向に移動させ
るものでも、レーザ光を光学系でその向きを変えられる
ようにしたものでも、また、両者を併用したものでもよ
い。
【００２３】さらにまた、上記第５の目的を達成するた
めに、本発明のチップ材料は、コーナ部が微小なＲ、例
えば、０．５から０．１の範囲のＲを有し、レーザによ
り割断されてなるものである。
【００２４】
【作用】局所冷却を行うと、周りとの大きな熱膨張差に
より、亀裂が発生するので、起点部加工なしに割断でき
る。また、端面へのレーザ照射は、亀裂方向を制御する
ことができる。また、適正な吸収率の高い波長のレーザ
を用いれば、起点部加工なしで亀裂を発生させることが
できる。
【００２５】基板の表、裏面からレーザ照射すれば、厚
板の割断が可能である。また、レーザ光の高い吸収率を
持つパターン上の割断では、半透過物質を組み込んだマ
スク上にレーザを当てることにより、高い吸収率を持つ
パターンと基板の他の部分との吸収率が略同じになるの
で、損傷を防止できる。また、割断部近傍のプラズマの
温度又は割断部近傍の温度を計測し、この計測した値に
基づいて、レーザの励起用電源を制御すれば、割断時の
温度を一定にできるので、割断精度を向上させることが
できる。
【００２６】上記のような方法で、レーザを用いて基板
を微小なＲを付けて割断すれば、マイクロクラックのな
い、チップが得られる。
【００２７】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。脆性材料のセラミック基板をレーザで割断を
行う場合、割断開始点（始点）と終点に局所的な冷却を
行うことにより、急な温度傾斜をつくり、起点加工を不
要とすることができる。図１（ａ）に示すように、ペル
チェ冷却板５の上に、エッジ型治具６Ａを置き、両側に
ワーク固定用部材４を置く。ワーク固定用部材４上に
は、断熱材３を敷き、その上にセラミック基板２を置
く。冷却器は−５℃程度に設定する。冷却は線接触であ
り、同軸上、集光したレーザ光１で局所加熱を行うと、
周りとの大きな熱膨張差により、亀裂が発生する。この
方法により、起点部加工なしで割断できる。以下、レー
ザを照射してこの起点から割断を行う。冷却器の温度は
０℃から−１０℃程度の範囲とすることが好ましい。
【００２８】また、図１（ｂ）に示すように、エッジ型
治具に代えて、半球型治具６Ｂを用いても同様の結果が
得られた。なお、エッジ型治具や半球型治具は、上下調
整機構を設け、その高さが調整できるようにして、基板
の反りに対応できるようにすることが好ましい。
【００２９】起点、終点以外に基板内部で割断起点が必
要な場合、下からの冷却を移動方式のある針先にするこ
とで可能にできる。まず、図９に示すように、冷却治具
２２をセラミック基板２の両端に位置決めし、終始点下
部を冷却する。次に、基板内部での局所冷却を必要とす
る箇所（割断の交差点等）に冷却針２３を移動して位置
決めし、冷却針２３の先端を当てる。この温度は約−５
℃である。ここを割断起点としてレーザ光１で割断を行
うと、割断線８の交差部では寸法位置ズレ等は発生せ
ず、コーナ部の精度を向上することができる。冷却針２
３は１個でもよく、２個を終始点に配置してもよい。
【００３０】また、基板に対し、高吸収波長レーザを用
いれば、局所冷却を行わなくても、起点加工なしに亀裂
を発生させ、割断を行うことができる。高吸収波長レー
ザは、ある材料がその発光の９０％程度以上を吸収する
ような発光波長を持つレーザをいう。例えば、ムライト
板に対し、ＣＯ2レーザがそれに当たる。
【００３１】また、基板に亀裂起点を発生させる例を、
図２（ａ）に基板の平面図、図２（ｂ）に基板の側面図
を用いて説明する。セラミック基板２の横端面に、レー
ザ光１を照射すると、初期亀裂７は一方向に１本のみ発
生するので、割断線８をこの方向に定めれば、起点での
曲りのない割断をすることができる。以下、セラミック
基板２上面をレーザ照射し、割断を行う。また、終点に
も同様の端面加工を行うと、切り残しのない、直線性の
良い割断を実現できる。
【００３２】比較のために、従来の割断起点にピアッシ
ング穴明けを行う方法を説明する。図３に示すように、
レーザにより亀裂起点を発生させる場合、起点にピアッ
シング穴明けを行い、その周りに発生する初期亀裂７を
起点として、レーザで割断する。しかし、初期亀裂７は
穴９を中心として放射状に多方向に発生するので、割断
線８が起点付近で、所望の方向から曲がってしまい、そ
れを修正して所望の方向に向けることが必要であった。
【００３３】なお、上記のように起点加工を行う場合、
発塵が発生し、割断する基板の汚染の原因となる。これ
を防止するために、図４に示すように、ワーク固定用部
材１３上のセラミック基板２上を、起点部を除き、隙間
を空けてカバー板１０で覆い、他方からノズル１１よ
り、起点部へ向かってセラミック基板２とカバー１０の
間にアシストガスを流し、また、起点部横でダクト吸引
口１２を設け、集塵を行うことが望ましい。ガス圧を６
気圧以上にすると、瞬時に発生する塵あいも１００％集
塵し、汚染のない割断を実現できる。
【００３４】以上述べてきた例は、主に割断始点に関す
るものである。上記いずれかの方法により割断始点を形
成し、さらに割断を行う方法について以下に説明する。
レーザによる割断は、その局所加熱によって発生する熱
応力に基づき、亀裂を導くものであるので、温度分布、
材料形状、寸法、パターン等による影響を受け、精度が
変動し易い。これらの影響をなくし、割断を行うための
実施の形態の一つに、図７に示すような方法がある。ま
ず、先行するレーザ光１９で微小溝２０を形成する。こ
の場合、溝幅は約５０μｍ以下とすることが望ましい。
レーザは、パルスレーザ、特にＱスイッチレーザを用い
ることが好ましい。また、このとき、微小な発塵が有る
ので、吸引ノズル２１により、強力に吸引するのがよ
い。その後、割断用のレーザ光１で微小溝２０上を照射
し、精度の良い割断を行うことができる。
【００３５】また、レーザによって厚い脆性材料、例え
ば、２ｍｍ以上の脆性材料を割断するには、薄い材料に
比較してより大きな熱応力が必要となる。従って、レー
ザを高い出力パワーへ上げることが必要になるが、発振
器能力、材料に対する溶融発生条件により、パワー値に
は限界が有る。そこで、図８に示すように、両者のパワ
ー限界内でセラミック基板２の表、裏から同位置にレー
ザ光１を集光することにより、両面から同位置に亀裂を
発生させ、割断を可能とする。ただし、両出射光学部間
にセラミック基板がないと、互いにダメージを発生する
ので、安全装置を付加することが必要である。例えば、
セラミック基板の周囲に厚い金属板を配置するか、或
は、照射位置検知手段を設け、照射位置にセラミック基
板がないことを検知したら、速やかに照射を中止するよ
うにする。
【００３６】また、パターン（メタライズ）の多い電子
回路基板を割断する場合、基板に対し、パターンのレー
ザ吸収が大きいと、損傷が発生し易い。特にレーザとし
てＹＡＧレーザを用いた場合損傷が発生し易い。これを
防止するには、図５に示すように、基板２’上に半透過
（半吸収）物質１４をパターン上に来るようにしたガラ
スマスク１５を設置し、その上からレーザ光１を照射す
ることにより、高吸光物質パターン１６を損傷なしに割
断することができる。また、ダメージ防止をフレキシブ
ルにパターンに対して行うには、パターンを感知するセ
ンサを設置し、その応答に対し、半透過物質１４のカバ
ーをレーザ出射口に移動させることによっても可能であ
る。半透過物質１４としては、例えば、薄いセラミック
板等が用いられ、レーザ光を３０％カットし、これによ
り、高吸光物質パターン１６部分と他の基板２の部分が
略同じ吸収量になるようにする。
【００３７】また、格子状の割断は、割断交差点で時に
割断が停止したり、異形が生じたりし易い。これを対策
するには、基板若しくはレーザヘッド又はその両者をＮ
Ｃ制御で、図６（ａ）に示す階段状の割断線１７ａ、１
７ｂ、１７ｃ、１７ｄの順に割断すれば格子状割断がで
きる。また、図６（ｂ）に示す段違い形状の割断線１８
ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの順に割断しても同様に格
子状割断ができる。これは、主として割断線の交差を防
ぐ方法であるが、この原理に基づけば、他の色々な形状
へ応用できる。
【００３８】レーザで脆性材料を割断する際、照射部の
温度の変動により、寸法の精度に変動が発生し易い。原
因は主としてレーザ出力の変動、材料の成分変化等が考
えられる。この変動を管理し、所望の条件を維持するた
めには、照射部のプラズマ等の温度を計測し、レーザ出
力にフィードバックすればよい。図１０に、そのような
割断装置の模式図を示す。レーザ発振器２９からのレー
ザ光１は、ミラー３１、集光レンズ３０を介してセラミ
ック基板２を照射する。レーザ照射部に発生するプラズ
マ光２４を温度計測カメラ２５で計測し、その結果をフ
ィードバック装置２６からレーザ用電源２７のパワー調
整電流へフィードバックし、温度が一定となるようにす
る。これにより、割断時の温度の変動をおさえ、割断精
度を向上させることができる。また、２軸テーブルコン
トローラ３３は、ＸＹ２軸テーブル３２を制御する。レ
ーザ照射部の移動は、ＸＹ２軸テーブルでなく、レーザ
光学系により行っても、また、両者を併用してよい。ま
た、高吸収波長レーザでないＹＡＧレーザ等を用いると
きは、プラズマの温度計測が困難であるので、割断部近
傍の温度を測定すればよい。
【００３９】以上述べてきた割断方式により、高精度な
切断を実現することができる。高精度な寸法を要する電
子回路基板のコーナ部は、他の物質との接触により欠け
が生じ易く、微小なＲをつけることが望ましい。この加
工は、通常の砥石切断では難しく、機械加工では、マイ
クロクラックが生じる。これに対し、レーザによる上記
割断方式によれば、図１１に示すような高精度でマイク
ロクラックのない、微小なＲのコーナ部２８を有するセ
ラミック基板２を割断加工することができる。微小なＲ
とは、０．５から０．１の範囲が好ましい。
【００４０】
【発明の効果】以上述べたように、局所冷却を行うと、
起点部加工なしに、高精度で割断できる。また、端面へ
のレーザ照射により、亀裂方向を制御することができ
る。さらにまた、適正な吸収率の高い波長のレーザを用
いれば、起点部加工なしで亀裂を発生させることがで
き、高精度で割断できる。
【００４１】基板の表、裏面からレーザ照射すれば、厚
板の割断を、安定に高精度で行うことができる。また、
レーザ光の高い吸収率を持つパターン上の割断では、半
透過物質を組み込んだマスク上にレーザを当てることに
より、安定に高精度で割断できる。また、割断部近傍の
プラズマの温度又は割断部近傍の温度を計測し、この計
測した値に基づいて、レーザの励起用電源を制御して温
度を制御すれば、安定に高精度で割断できる。
【００４２】被処理基板の割断開始点を冷却する治具を
設けた割断装置を用いれば、起点部加工なしに、高精度
で割断することができる。また、割断部近傍のプラズマ
の温度又は割断部近傍の温度を計測する計測手段と、こ
の計測手段からの値に基づいてレーザ発振器の励起用電
源を制御する制御手段を設けた割断装置を用いれば、高
精度で割断することができる。
【００４３】レーザを用いて基板を微小なＲを付けて割
断すれば、マイクロクラックのないチップが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のセラミック基板の割断方法
を説明するためのその断面図。
【図２】本発明の一実施例のセラミック基板の割断方法
を説明するためのその平面図及び側面図。
【図３】従来のセラミック基板の割断方法を説明するた
めのその平面図。
【図４】本発明の一実施例の割断方法を説明するための
模式図。
【図５】本発明の一実施例の割断方法を示す模式図。
【図６】本発明の一実施例の割断方法を示す基板の平面
図。
【図７】本発明の一実施例の割断方法を説明するための
模式図。
【図８】本発明の一実施例の割断方法を示すためのセラ
ミック基板の断面図。
【図９】本発明の一実施例のセラミック基板の割断方法
を説明するためのその平面図及び断面図。
【図１０】本発明の一実施例の割断装置のブロック図。
【図１１】本発明の一実施例のセラミックチップの平面
図及び部分斜視図。
【符号の説明】
１、１９…レーザ光 ２…セラミック基板 ２’…基板 ３…断熱材 ４…ワーク固定用部材 ５…ペルチェ冷却板 ６Ａ…エッジ型治具 ６Ｂ…半球型治具 ７…初期亀裂 ８、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１８ａ、１８
ｂ、１８ｃ、１８ｄ…割断線 ９…穴 １０…カバー板 １１…ノズル １２…ダクト吸収口 １３…ワーク固定台 １４…半透過物質 １５…ガラスマスク １６…高吸収物質パターン ２０…微小溝 ２１…吸引ノズル ２２…冷却用治具 ２３…冷却針 ２４…プラズマ光 ２５…温度計測カメラ ２６…フィードバック装置 ２７…レーザ用電源 ２８…コーナ部 ２９…レーザ発振器 ３０…集光レンズ ３１…ミラー、 ３２…ＸＹ２軸テーブル ３３…２軸テーブルコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/301 Ｈ０１Ｓ 3/104 // Ｈ０１Ｓ 3/104 Ｈ０１Ｌ 21/78 Ｔ Ｂ (72)発明者 宮内 建興 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 坂本 達事 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも被処理基板の割断開始点を局所
    的に冷却し、上記割断開始点をレーザ照射して初期亀裂
    を形成し、レーザ照射により、上記初期亀裂から割断を
    行うことを特徴とする割断方法。
  2. 【請求項２】少なくとも被処理基板の割断開始点の横端
    面にレーザを照射し、初期亀裂を発生させ、上記被処理
    基板の表面をレーザ照射し、上記初期亀裂から所定の方
    向に割断を行うことを特徴とする割断方法。
  3. 【請求項３】被処理基板を、その材料がレーザの発光の
    吸収率が高いような発光波長を持つレーザを用いて照射
    し、被処理基板の割断を行うことを特徴とする割断方
    法。
  4. 【請求項４】被処理基板の表、裏両面よりレーザを用い
    て照射し、被処理基板の割断を行うことを特徴とする割
    断方法。
  5. 【請求項５】レーザ吸収率の高い材料のパターンを有す
    る被処理基板をレーザを用いて割断する割断方法におい
    て、上記レーザ吸収率の高い材料のパターン部分への上
    記レーザの照射は、レーザの透過率を低下させるフィル
    ターを介して行うことを特徴とする割断方法。
  6. 【請求項６】レーザを用いて被処理基板を照射し、被処
    理基板の割断を行う割断方法において、割断部近傍のプ
    ラズマの温度又は割断部近傍の温度を計測し、上記計測
    した値に基づいて、上記レーザの励起用電源を制御して
    上記温度を制御することを特徴とする割断方法。
  7. 【請求項７】被処理基板を保持する保持具と、上記被処
    理基板を照射するためのレーザ発振器と、少なくとも上
    記被処理基板の割断開始点を局所的に冷却するための治
    具と、上記照射位置を移動させるための駆動手段とを有
    することを特徴とする割断装置。
  8. 【請求項８】被処理基板を保持する保持具と、上記被処
    理基板を照射するためのレーザ発振器と、上記被処理基
    板の割断部近傍のプラズマの温度又は割断部近傍の温度
    を計測するための計測手段と、上記計測手段により計測
    した値に基づいて、上記レーザ発振器の励起用電源を制
    御するための制御手段と、上記照射位置を移動させるた
    めの駆動手段とを有することを特徴とする割断装置。
  9. 【請求項９】コーナ部が微小なＲを有し、レーザにより
    割断されてなることを特徴とするチップ材料。
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