JP2000263257A - 非金属材料のレーザによる割断方法及びその装置 - Google Patents
非金属材料のレーザによる割断方法及びその装置Info
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- JP2000263257A JP2000263257A JP11068305A JP6830599A JP2000263257A JP 2000263257 A JP2000263257 A JP 2000263257A JP 11068305 A JP11068305 A JP 11068305A JP 6830599 A JP6830599 A JP 6830599A JP 2000263257 A JP2000263257 A JP 2000263257A
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
- C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
- C03B33/023—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor the sheet or ribbon being in a horizontal position
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
- C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
- C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高寸法精度に割断できる非金属材料基板のレ
ーザによる割断方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 所望速度で一方向に移動する非金属材料
基板表面の一方端にＣＯ2 レーザビームを照射すること
により熱応力によって該基板に亀裂を発生させ、その亀
裂を進展させることによって基板を一方端から他方端ま
で割断する非金属材料のレーザによる割断方法におい
て、一方端側に亀裂を発生させた後は、該レーザビーム
の照射スポット径ｒ1 をスポット径ｒ2 に縮小させて該
亀裂を進展させる。
ーザによる割断方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 所望速度で一方向に移動する非金属材料
基板表面の一方端にＣＯ2 レーザビームを照射すること
により熱応力によって該基板に亀裂を発生させ、その亀
裂を進展させることによって基板を一方端から他方端ま
で割断する非金属材料のレーザによる割断方法におい
て、一方端側に亀裂を発生させた後は、該レーザビーム
の照射スポット径ｒ1 をスポット径ｒ2 に縮小させて該
亀裂を進展させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非金属材料基板を
レーザによって割断する方法及びその装置に係り、特に
高寸法精度に割断できる非金属材料基板のレーザによる
割断方法及びその装置に関するものである。
レーザによって割断する方法及びその装置に係り、特に
高寸法精度に割断できる非金属材料基板のレーザによる
割断方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガラス、セラミックス、単結晶、
絶縁膜付Ｓｉなどの非金属材料基板を分割する方法とし
て、切代幅を限りなく０に近づけることができるという
利点から、ＣＯ2 レーザを用いて非金属材料基板を割断
する方法が注目されるようになってきた。
絶縁膜付Ｓｉなどの非金属材料基板を分割する方法とし
て、切代幅を限りなく０に近づけることができるという
利点から、ＣＯ2 レーザを用いて非金属材料基板を割断
する方法が注目されるようになってきた。
【０００３】図５に従来の割断方法により非金属材料基
板を割断する例を示す。
板を割断する例を示す。
【０００４】図５に示すように、従来の割断方法は、非
金属材料基板１を矢印２方向に移動させつつ、その基板
１の表面上にＣＯ2 レーザビーム３−２を照射し、照射
された部分に熱応力による亀裂５を発生させ、その亀裂
５をレーザ照射軌跡に沿って進展させ、基板１を２つに
分断する方法である。
金属材料基板１を矢印２方向に移動させつつ、その基板
１の表面上にＣＯ2 レーザビーム３−２を照射し、照射
された部分に熱応力による亀裂５を発生させ、その亀裂
５をレーザ照射軌跡に沿って進展させ、基板１を２つに
分断する方法である。
【０００５】この方法において、ＣＯ2 レーザ発振器
（図示せず）からの平行ビームのＣＯ2 レーザビーム３
−１は、集光レンズ４によって集光され、基板１の表面
の上方部Ｏ点で焦点を結び、その後、拡がり、基板１表
面にはいわゆる非集光ビーム（デフォーカスビーム）が
照射される。
（図示せず）からの平行ビームのＣＯ2 レーザビーム３
−１は、集光レンズ４によって集光され、基板１の表面
の上方部Ｏ点で焦点を結び、その後、拡がり、基板１表
面にはいわゆる非集光ビーム（デフォーカスビーム）が
照射される。
【０００６】この非集光ビームにより、基板１に破断強
度を越える熱応力が加わると亀裂が発生し、さらにレー
ザ照射位置を基板１の一方端から他方端側へ移動するこ
とによって亀裂が進展し、高速で基板１が２つに分断さ
れる。
度を越える熱応力が加わると亀裂が発生し、さらにレー
ザ照射位置を基板１の一方端から他方端側へ移動するこ
とによって亀裂が進展し、高速で基板１が２つに分断さ
れる。
【０００７】ところで、この基板１自身がガラス、セラ
ミックス、単結晶、絶縁膜付Ｓｉなどのように、基板１
の表面に電子回路やメタル配線パターンなどが形成され
ていない場合には、この割断方法は何も問題はない。
ミックス、単結晶、絶縁膜付Ｓｉなどのように、基板１
の表面に電子回路やメタル配線パターンなどが形成され
ていない場合には、この割断方法は何も問題はない。
【０００８】ところが、図６に示すように、基板１上あ
るいは基板１内に、多数の電子回路６−１〜６−９や電
気配線パターンが近接して形成されていると、次のよう
な問題が生ずる。
るいは基板１内に、多数の電子回路６−１〜６−９や電
気配線パターンが近接して形成されていると、次のよう
な問題が生ずる。
【０００９】すなわち、ＣＯ2 レーザビームのビームス
ポット径を数ｍｍにすると、効率良く割断を行うことが
できるが、図６に示したように、多数の電子回路６−１
〜６−９が形成されている基板１を割断線７−１、７−
２、７−３、７−４に沿って割断しようとすると、電子
回路６−１〜６−９同士の間隔Ｗが０．３〜１．０ｍｍ
の範囲内であるために、実装した電子回路（例えば、回
路６−７と回路６−８、回路６−４と回路６−５、回路
６−１と回路６−２など。）にＣＯ2 レーザビームが照
射され、電子回路６−１〜６−９の温度上昇による特性
劣化を誘因することになっていた。
ポット径を数ｍｍにすると、効率良く割断を行うことが
できるが、図６に示したように、多数の電子回路６−１
〜６−９が形成されている基板１を割断線７−１、７−
２、７−３、７−４に沿って割断しようとすると、電子
回路６−１〜６−９同士の間隔Ｗが０．３〜１．０ｍｍ
の範囲内であるために、実装した電子回路（例えば、回
路６−７と回路６−８、回路６−４と回路６−５、回路
６−１と回路６−２など。）にＣＯ2 レーザビームが照
射され、電子回路６−１〜６−９の温度上昇による特性
劣化を誘因することになっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の非金属材料基板の割断方法には、次のような問題点が
ある。
の非金属材料基板の割断方法には、次のような問題点が
ある。
【００１１】（１）基板表面上に照射する割断用のレー
ザビームスポット径が数ｍｍにもなるため、非金属材料
基板上または基板内に形成された電子回路、光回路、電
気配線、光配線などに熱的ダメージを与える。その結
果、電気的特性、光学的特性などの劣化を招く。
ザビームスポット径が数ｍｍにもなるため、非金属材料
基板上または基板内に形成された電子回路、光回路、電
気配線、光配線などに熱的ダメージを与える。その結
果、電気的特性、光学的特性などの劣化を招く。
【００１２】（２）非金属材料基板上または基板内に形
成された電子回路や光回路などへの熱的ダメージを避け
ようとすると、電子回路（あるいは光回路）間の間隔Ｗ
を数ｍｍ以上に拡げなくてはならず、そのため、基板へ
の回路の集積度が低くなる。すなわち、割断による切代
幅を限りなく０に近づけることができるという利点が生
かせなくなる。
成された電子回路や光回路などへの熱的ダメージを避け
ようとすると、電子回路（あるいは光回路）間の間隔Ｗ
を数ｍｍ以上に拡げなくてはならず、そのため、基板へ
の回路の集積度が低くなる。すなわち、割断による切代
幅を限りなく０に近づけることができるという利点が生
かせなくなる。
【００１３】そこで、本発明の目的は、前述した従来の
問題を解決することができ、高寸法精度に割断できる非
金属材料基板のレーザによる割断方法及びその装置を提
供することにある。
問題を解決することができ、高寸法精度に割断できる非
金属材料基板のレーザによる割断方法及びその装置を提
供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、所望速度で一方向に移動する非金
属材料基板表面の一方端にＣＯ2 レーザビームを照射し
て熱応力によって該基板に亀裂を発生させ、その亀裂を
進展させることによって基板を一方端から他方端まで割
断する非金属材料のレーザによる割断方法において、一
方端側に亀裂を発生させた後は、該レーザビームの照射
スポット径を縮小させて該亀裂を進展させる方法であ
る。
に請求項１の発明は、所望速度で一方向に移動する非金
属材料基板表面の一方端にＣＯ2 レーザビームを照射し
て熱応力によって該基板に亀裂を発生させ、その亀裂を
進展させることによって基板を一方端から他方端まで割
断する非金属材料のレーザによる割断方法において、一
方端側に亀裂を発生させた後は、該レーザビームの照射
スポット径を縮小させて該亀裂を進展させる方法であ
る。
【００１５】請求項２の発明は、上記レーザビームの照
射スポット径を略円形から亀裂の進展方向に長円が向い
た楕円形状に変形させる方法である。
射スポット径を略円形から亀裂の進展方向に長円が向い
た楕円形状に変形させる方法である。
【００１６】請求項３の発明は、上記レーザビームの照
射スポット径を略円形から亀裂の進展方向に長円が延び
た線状の楕円形状に縮小変形させる方法である。
射スポット径を略円形から亀裂の進展方向に長円が延び
た線状の楕円形状に縮小変形させる方法である。
【００１７】請求項４の発明は、上記レーザビームの伝
搬方向に沿ってアシストガスが吹き付けられている方法
である。
搬方向に沿ってアシストガスが吹き付けられている方法
である。
【００１８】請求項５の発明は、上記ＣＯ2 レーザの発
振波長は、中心波長の±０．５μｍの範囲で発振してい
る方法である。
振波長は、中心波長の±０．５μｍの範囲で発振してい
る方法である。
【００１９】請求項６の発明は、照射レーザビームの照
射スポット径を、集光レンズ下方部に設けたテーパ管型
ノズルのノズル形状を調節することによって縮小変形す
るようにした方法である。
射スポット径を、集光レンズ下方部に設けたテーパ管型
ノズルのノズル形状を調節することによって縮小変形す
るようにした方法である。
【００２０】請求項７の発明は、非金属材料基板表面の
一方端にＣＯ2 レーザビームを照射して熱応力によって
該基板に亀裂を発生させ、その亀裂を進展させることに
よって基板を一方端から他方端まで割断する非金属材料
のレーザによる割断装置において、非金属材料基板表面
に略平行ビームを出射するＣＯ2 レーザ発振器と、該平
行ビームを上記基板表面に案内する機構と、該平行ビー
ムを集光する集光レンズと、該集光されたビームのビー
ムスポット径を縮小する変換機構と、該ビームの伝搬方
向に沿ってアシストガスを吹き付ける機構と、該基板を
固定し少なくとも一方向に移動させて基板の一方端から
他方端に上記ビームを照射させる移動ステージとを備え
たものである。
一方端にＣＯ2 レーザビームを照射して熱応力によって
該基板に亀裂を発生させ、その亀裂を進展させることに
よって基板を一方端から他方端まで割断する非金属材料
のレーザによる割断装置において、非金属材料基板表面
に略平行ビームを出射するＣＯ2 レーザ発振器と、該平
行ビームを上記基板表面に案内する機構と、該平行ビー
ムを集光する集光レンズと、該集光されたビームのビー
ムスポット径を縮小する変換機構と、該ビームの伝搬方
向に沿ってアシストガスを吹き付ける機構と、該基板を
固定し少なくとも一方向に移動させて基板の一方端から
他方端に上記ビームを照射させる移動ステージとを備え
たものである。
【００２１】請求項８の発明は、上記ＣＯ2 レーザ発振
器は、中心波長±０．５μｍの範囲で発振するものであ
る。
器は、中心波長±０．５μｍの範囲で発振するものであ
る。
【００２２】請求項９の発明は、上記ビームスポット径
の変換機構は、テーパ管型ノズルの出口口径を調節する
機構を備えたものである。
の変換機構は、テーパ管型ノズルの出口口径を調節する
機構を備えたものである。
【００２３】上記構成によれば、ＣＯ2 レーザ発振器か
ら出射された平行ビームは全反射ミラーで全反射され、
集光レンズに導かれる。この集光レンズで集光されたビ
ームは、その後非集光ビームとなって円錐管ノズル内を
伝搬し、基板の一方端部に照射される。これにより基板
の一方端部に亀裂が発生する。この状態で基板が所定距
離移動された後、そのビームスポット径がビーム径調整
ノズルで縮小され、基板が移動される。これにより基板
の他方端まで亀裂が進展し、基板が割断される。
ら出射された平行ビームは全反射ミラーで全反射され、
集光レンズに導かれる。この集光レンズで集光されたビ
ームは、その後非集光ビームとなって円錐管ノズル内を
伝搬し、基板の一方端部に照射される。これにより基板
の一方端部に亀裂が発生する。この状態で基板が所定距
離移動された後、そのビームスポット径がビーム径調整
ノズルで縮小され、基板が移動される。これにより基板
の他方端まで亀裂が進展し、基板が割断される。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
を添付図面に基づいて詳述する。
【００２５】図３に本発明にかかる非金属材料のレーザ
による割断装置の概略図を示す。
による割断装置の概略図を示す。
【００２６】図３に示すように、非金属材料のレーザに
よる割断装置は、非金属材料である加工用基板１の表面
に略平行ビーム３−１を出射するＣＯ2 レーザ発振器８
と、その平行ビーム３−１を基板１表面に案内する機構
と、平行ビームを集光する集光レンズ４と、その集光さ
れたビーム３−２のビームスポット径を縮小変形する変
換機構と、ビーム３−２の伝搬方向に沿ってアシストガ
ス１２−１，１２−２を吹き付ける機構１２と、基板１
を固定すると共にｘｙｚθ方向に移動させて基板１の一
方端から他方端にビーム３−２を照射させる移動ステー
ジ１５とを備えている。
よる割断装置は、非金属材料である加工用基板１の表面
に略平行ビーム３−１を出射するＣＯ2 レーザ発振器８
と、その平行ビーム３−１を基板１表面に案内する機構
と、平行ビームを集光する集光レンズ４と、その集光さ
れたビーム３−２のビームスポット径を縮小変形する変
換機構と、ビーム３−２の伝搬方向に沿ってアシストガ
ス１２−１，１２−２を吹き付ける機構１２と、基板１
を固定すると共にｘｙｚθ方向に移動させて基板１の一
方端から他方端にビーム３−２を照射させる移動ステー
ジ１５とを備えている。
【００２７】ＣＯ2 レーザ発振器８は、そのＣＯ2 レー
ザビームのパワーが連続発振パワー８０Ｗに設定されて
おり、ＣＯ2 レーザの発振波長は、中心波長の±０．５
μｍの範囲で発振している。
ザビームのパワーが連続発振パワー８０Ｗに設定されて
おり、ＣＯ2 レーザの発振波長は、中心波長の±０．５
μｍの範囲で発振している。
【００２８】また、ビーム３−１を基板１表面に案内す
る機構は、全反射ミラー９と、一方の開口端にＣＯ2 レ
ーザ発振器８が内部に臨んで設けられると共に他方の開
口端に集光レンズ４が取り付けられたフード１０とから
構成されている。
る機構は、全反射ミラー９と、一方の開口端にＣＯ2 レ
ーザ発振器８が内部に臨んで設けられると共に他方の開
口端に集光レンズ４が取り付けられたフード１０とから
構成されている。
【００２９】ビームスポット径を縮小変形する変換機構
は、上下動によりビームスポット径を小さくできる摺動
式のノズル径可変機構（マスク機構）が用いられてい
る。このノズル径可変機構は、テーパ管型円錐管ノズル
１１のノズル出射端に、ビーム径調節ノズル１３が、集
光レンズ４を通過したＣＯ2 レーザビーム３−２の照射
方向に沿って上下動自在に取り付けられて構成されてお
り、図４（ａ）に示すようにビームスポット径３を縮小
変形率が約１／２倍のビームスポット径３ａに縮小でき
るようにビーム径調節ノズル１３の出口口径１６が形成
されている。
は、上下動によりビームスポット径を小さくできる摺動
式のノズル径可変機構（マスク機構）が用いられてい
る。このノズル径可変機構は、テーパ管型円錐管ノズル
１１のノズル出射端に、ビーム径調節ノズル１３が、集
光レンズ４を通過したＣＯ2 レーザビーム３−２の照射
方向に沿って上下動自在に取り付けられて構成されてお
り、図４（ａ）に示すようにビームスポット径３を縮小
変形率が約１／２倍のビームスポット径３ａに縮小でき
るようにビーム径調節ノズル１３の出口口径１６が形成
されている。
【００３０】また、円錐管ノズル１１の側部には、アシ
ストガス導入口が形成されている。このアシストガス導
入口には、レーザと共にビーム径調整ノズル１３から基
板１上に吹き付けられるアシストガス１２−１，１２−
２を供給するための、アシストガスを吹き付ける機構１
２が接続されている。
ストガス導入口が形成されている。このアシストガス導
入口には、レーザと共にビーム径調整ノズル１３から基
板１上に吹き付けられるアシストガス１２−１，１２−
２を供給するための、アシストガスを吹き付ける機構１
２が接続されている。
【００３１】移動ステージ１５は、図示していないが、
ｘｙｚθ方向に移動させるための駆動手段が設けられて
いると共にその移動速度が２５ｍｍ／ｓで移動するよう
に設定されており、さらに、それに載置される加工用基
板１を固定するための固定手段が設けられている。
ｘｙｚθ方向に移動させるための駆動手段が設けられて
いると共にその移動速度が２５ｍｍ／ｓで移動するよう
に設定されており、さらに、それに載置される加工用基
板１を固定するための固定手段が設けられている。
【００３２】次に、この割断装置を用いて非金属材料の
レーザによる割断方法を作用と共に図３を用いて説明す
る。
レーザによる割断方法を作用と共に図３を用いて説明す
る。
【００３３】非金属材料基板として、厚さ１ｍｍ、長さ
５０ｍｍ、幅５０ｍｍのサファイア基板（表面のみ鏡面
研磨した基板）を用い、これを割断する場合について述
べる。
５０ｍｍ、幅５０ｍｍのサファイア基板（表面のみ鏡面
研磨した基板）を用い、これを割断する場合について述
べる。
【００３４】まず、基板１の一方端に亀裂を発生させる
際には、ビーム径調整ノズル１３を矢印１４の上方向に
移動した状態でＣＯ2 レーザ発振器８から平行ビーム３
−１を出射する。
際には、ビーム径調整ノズル１３を矢印１４の上方向に
移動した状態でＣＯ2 レーザ発振器８から平行ビーム３
−１を出射する。
【００３５】このＣＯ2 レーザ発振器８から出射された
平行ビーム３−１はフード１０内を伝搬し、全反射ミラ
ー９で全反射され、集光レンズ４に導かれる。そしてこ
の集光レンズ４を透過したビーム３−２は集光され、円
錐管ノズル１１内を伝搬して基板１表面の上方部のＯ点
で焦点を結んだ後、拡がり、非集光ビーム３−３となっ
て基板１に照射される。この非集光ビーム３−３を照射
すると共に基板１はＡ領域内を所定方向に移動される。
これにより、基板１の一方端に亀裂が発生する。
平行ビーム３−１はフード１０内を伝搬し、全反射ミラ
ー９で全反射され、集光レンズ４に導かれる。そしてこ
の集光レンズ４を透過したビーム３−２は集光され、円
錐管ノズル１１内を伝搬して基板１表面の上方部のＯ点
で焦点を結んだ後、拡がり、非集光ビーム３−３となっ
て基板１に照射される。この非集光ビーム３−３を照射
すると共に基板１はＡ領域内を所定方向に移動される。
これにより、基板１の一方端に亀裂が発生する。
【００３６】そして、基板１に発生した亀裂を進展させ
る際には、円錐管ノズル１１に取り付けられたビーム径
調節ノズル１３を矢印１４の下方向に移動する。この移
動により、ビーム径調節ノズル１３にビームスポットの
外周部分がマスクされ、ビームスポット径は１／２倍に
縮小される。すなわち、ビーム径調節ノズル１３をビー
ム伝搬方向に移動すれば、ビームスポット径を小さくす
ることができ、逆方向に移動すればビームスポット径を
大きくすることができる。
る際には、円錐管ノズル１１に取り付けられたビーム径
調節ノズル１３を矢印１４の下方向に移動する。この移
動により、ビーム径調節ノズル１３にビームスポットの
外周部分がマスクされ、ビームスポット径は１／２倍に
縮小される。すなわち、ビーム径調節ノズル１３をビー
ム伝搬方向に移動すれば、ビームスポット径を小さくす
ることができ、逆方向に移動すればビームスポット径を
大きくすることができる。
【００３７】このビームスポット径の変換は、以下に示
す領域間で行う。
す領域間で行う。
【００３８】図１に基板を割断する際のレーザビームの
照射位置に対するビームスポット径の大きさを示す。
照射位置に対するビームスポット径の大きさを示す。
【００３９】図１に示すように、基板の一方端に亀裂を
発生させるＡ領域にあっては、レーザビームのビームス
ポット径ｒ1 を例えば４ｍｍとして照射し、ビームの照
射位置が亀裂を進展させるＢ領域に入ると、ビーム径調
節ノズルを移動してビームスポット径ｒ2 を２ｍｍにま
で縮小させ、この状態で照射する。これにより、Ａ領域
では非金属材料基板の一方端に亀裂が発生し、Ｂ領域で
はその亀裂がレーザビームによって基板の他方端まで進
展され、基板は割断される。
発生させるＡ領域にあっては、レーザビームのビームス
ポット径ｒ1 を例えば４ｍｍとして照射し、ビームの照
射位置が亀裂を進展させるＢ領域に入ると、ビーム径調
節ノズルを移動してビームスポット径ｒ2 を２ｍｍにま
で縮小させ、この状態で照射する。これにより、Ａ領域
では非金属材料基板の一方端に亀裂が発生し、Ｂ領域で
はその亀裂がレーザビームによって基板の他方端まで進
展され、基板は割断される。
【００４０】以上説明したように、亀裂進展領域でのレ
ーザビームスポット径ｒ2 を１／２倍に小さくすること
によって割断線近傍付近の熱的ダメージも大幅に低減す
ることができ、基板表面上または基板内に形成された電
子回路、光回路、電気配線、光配線などに熱的ダメージ
を与えることがない。
ーザビームスポット径ｒ2 を１／２倍に小さくすること
によって割断線近傍付近の熱的ダメージも大幅に低減す
ることができ、基板表面上または基板内に形成された電
子回路、光回路、電気配線、光配線などに熱的ダメージ
を与えることがない。
【００４１】また割断したチップに電子回路、光回路、
電気配線、光配線などを高集積度で集積することができ
る。
電気配線、光配線などを高集積度で集積することができ
る。
【００４２】さらに、亀裂を進展させて基板を割断する
際の照射ビームスポット径ｒ2 を従来に比し縮小するこ
とができるので、チップサイズを小さくすることができ
る。
際の照射ビームスポット径ｒ2 を従来に比し縮小するこ
とができるので、チップサイズを小さくすることができ
る。
【００４３】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。
る。
【００４４】図２は、図１の場合よりも割断による熱的
影響をより少なくした場合の実施の形態である。
影響をより少なくした場合の実施の形態である。
【００４５】この割断方法は、ＣＯ2 レーザビームのパ
ワーを連続発振パワー６０Ｗとしたものである。尚、こ
の場合も基板には厚さ１ｍｍ、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍ
ｍのサファイア基板（表面：鏡面研磨、裏面：鏡面研磨
せず。）を用いた。
ワーを連続発振パワー６０Ｗとしたものである。尚、こ
の場合も基板には厚さ１ｍｍ、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍ
ｍのサファイア基板（表面：鏡面研磨、裏面：鏡面研磨
せず。）を用いた。
【００４６】また、スポット径は約２．４ｍｍφ、基板
の移動速度は１８ｍｍ／ｓとする。
の移動速度は１８ｍｍ／ｓとする。
【００４７】この場合、基板の一方端から約１０ｍｍの
領域（Ａ領域）まではビームスポット径ｒ1 を約２．４
ｍｍφとして亀裂を発生させ、その後、Ｂ領域に入って
からはビームスポット径ｒ2 をノズル径可変機構を用い
て約１ｍｍφに絞って割断を行なう。
領域（Ａ領域）まではビームスポット径ｒ1 を約２．４
ｍｍφとして亀裂を発生させ、その後、Ｂ領域に入って
からはビームスポット径ｒ2 をノズル径可変機構を用い
て約１ｍｍφに絞って割断を行なう。
【００４８】この割断方法によっても、基板の一方端か
ら他方端まで亀裂を進展させて基板を分断することがで
きる。この場合には、ビームスポット径が約１ｍｍφの
ため、割断による熱影響を幅約１ｍｍ以内に抑えること
ができることが分かった。
ら他方端まで亀裂を進展させて基板を分断することがで
きる。この場合には、ビームスポット径が約１ｍｍφの
ため、割断による熱影響を幅約１ｍｍ以内に抑えること
ができることが分かった。
【００４９】次に、ビームのスポット形状の変形例につ
いて図４（ｂ）〜図４（ｄ）を用いて説明する。
いて図４（ｂ）〜図４（ｄ）を用いて説明する。
【００５０】図４（ｂ）に変形例１を、図４（ｃ）に変
形例２を、図４（ｄ）に変形例３を示す。
形例２を、図４（ｄ）に変形例３を示す。
【００５１】図４（ｂ）に示すように、Ｂ領域での変形
例１のビームスポット形状３ｂは、Ａ領域での元のスポ
ット形状３と比較して、長円側の径は若干縮小すると共
に短円側の径を約１／２倍に縮小したスポット形状であ
る。このように、楕円形状にすれば、より直線性良く、
かつ高寸法精度で割断することができる。
例１のビームスポット形状３ｂは、Ａ領域での元のスポ
ット形状３と比較して、長円側の径は若干縮小すると共
に短円側の径を約１／２倍に縮小したスポット形状であ
る。このように、楕円形状にすれば、より直線性良く、
かつ高寸法精度で割断することができる。
【００５２】また、図４（ｃ）に示すように、Ｂ領域で
の変形例２のビームスポット形状３ｃは、Ａ領域での元
のスポット形状３と比較して、長円側の径はそのままで
短円側の径を約１／３倍に縮小したスポット形状であ
る。このように、楕円形状の短円よりも長円の大きさを
大きくするほど、より直線性良く、かつ高寸法精度で割
断できる効果を顕著に得ることができる。
の変形例２のビームスポット形状３ｃは、Ａ領域での元
のスポット形状３と比較して、長円側の径はそのままで
短円側の径を約１／３倍に縮小したスポット形状であ
る。このように、楕円形状の短円よりも長円の大きさを
大きくするほど、より直線性良く、かつ高寸法精度で割
断できる効果を顕著に得ることができる。
【００５３】またさらに、図４（ｄ）に示すように、Ｂ
領域での変形例３のビームスポット形状３ｄは、Ａ領域
での元のスポット形状３と比較して、長円側の径は約２
倍に拡大すると共に短円側の径を約１／５倍に縮小した
スポット形状である。このように形成することで、熱影
響もより狭い領域のみに止どめることができる。
領域での変形例３のビームスポット形状３ｄは、Ａ領域
での元のスポット形状３と比較して、長円側の径は約２
倍に拡大すると共に短円側の径を約１／５倍に縮小した
スポット形状である。このように形成することで、熱影
響もより狭い領域のみに止どめることができる。
【００５４】このように、ビーム径調節ノズル１３の出
口部の形状は、円形以外に楕円形状に変形して形成して
もよい。すなわち、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示すよう
に、Ａ領域ではビーム径調節ノズルの出口部の形状は円
形とし、Ｂ領域では、図４（ａ）に示したような口径を
小さくした円形以外に、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示す
ように楕円形にしても良い。尚、この場合、ビームはそ
の照射を長円方向を割断方向に向けて割断を行う。
口部の形状は、円形以外に楕円形状に変形して形成して
もよい。すなわち、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示すよう
に、Ａ領域ではビーム径調節ノズルの出口部の形状は円
形とし、Ｂ領域では、図４（ａ）に示したような口径を
小さくした円形以外に、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示す
ように楕円形にしても良い。尚、この場合、ビームはそ
の照射を長円方向を割断方向に向けて割断を行う。
【００５５】また、Ａ領域でのビーム径調節ノズルの出
口部の形状を楕円形状とし、Ｂ領域では楕円形状の長円
をさらに延ばし、逆に短円を縮めるようにするか、ある
いはＢ領域では楕円形状を相対的に縮小するようにして
も良い。さらにビーム径調節ノズルには光さい絞り構造
のものを用いても良く、またズーム形状の口径縮小機構
を用いても良い。
口部の形状を楕円形状とし、Ｂ領域では楕円形状の長円
をさらに延ばし、逆に短円を縮めるようにするか、ある
いはＢ領域では楕円形状を相対的に縮小するようにして
も良い。さらにビーム径調節ノズルには光さい絞り構造
のものを用いても良く、またズーム形状の口径縮小機構
を用いても良い。
【００５６】また、ＣＯ2 レーザ発振器には、単一波長
で発振することができるグレーティング付ＣＯ2 レーザ
発振器を用いれば、例えば１０．６μｍの波長のレーザ
ビームを取り出すことができ、高寸法精度で割断するこ
とができる。さらに、グレーティングを用いないＣＯ2
レーザ発振器としては、その発振波長が例えば１０．６
μｍ±０．５μｍ以内の方が加工寸法精度を向上させる
上で好ましい。
で発振することができるグレーティング付ＣＯ2 レーザ
発振器を用いれば、例えば１０．６μｍの波長のレーザ
ビームを取り出すことができ、高寸法精度で割断するこ
とができる。さらに、グレーティングを用いないＣＯ2
レーザ発振器としては、その発振波長が例えば１０．６
μｍ±０．５μｍ以内の方が加工寸法精度を向上させる
上で好ましい。
【００５７】このように、ＣＯ2 レーザ発振器からのレ
ーザビームを集光レンズで集光した後に略楕円ビームに
変換するには、例えば集光レンズの後に円柱あるいは円
管を挿入すればよい。
ーザビームを集光レンズで集光した後に略楕円ビームに
変換するには、例えば集光レンズの後に円柱あるいは円
管を挿入すればよい。
【００５８】また、この楕円ビームをより長円が延びた
楕円ビームに縮小変換するには、図３に示したように、
ビーム径調節ノズル１３を下方向に移動させるか、楕円
形状の光さい絞りを挿入する、などの方法を用いて行な
う。
楕円ビームに縮小変換するには、図３に示したように、
ビーム径調節ノズル１３を下方向に移動させるか、楕円
形状の光さい絞りを挿入する、などの方法を用いて行な
う。
【００５９】尚、本実施の形態及び他の実施の形態で
は、割断する非金属材料基板として厚さ１ｍｍ、長さ５
０ｍｍ、幅５０ｍｍのサファイア基板（表面：鏡面研
磨、裏面：鏡面研磨せず。）を用いたが、サファイア基
板の面積はこれに限定されず、また、基板の厚さによっ
て、ＣＯ2 レーザビームのパワー及びレーザビームスポ
ット径、基板の移動速度を適宜変更して、基板に亀裂が
発生するように設定すれば良いことは言うまでもない。
は、割断する非金属材料基板として厚さ１ｍｍ、長さ５
０ｍｍ、幅５０ｍｍのサファイア基板（表面：鏡面研
磨、裏面：鏡面研磨せず。）を用いたが、サファイア基
板の面積はこれに限定されず、また、基板の厚さによっ
て、ＣＯ2 レーザビームのパワー及びレーザビームスポ
ット径、基板の移動速度を適宜変更して、基板に亀裂が
発生するように設定すれば良いことは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下に示
すような優れた効果を発揮する。
すような優れた効果を発揮する。
【００６１】（１）基板表面上または基板内に形成され
た電子回路、光回路、電気配線、光配線などに熱的ダメ
ージを与えることがない。また割断したチップに電子回
路、光回路、電気配線、光配線などを高集積度で集積す
ることができる。さらに、基板の亀裂を進展させて割断
する際の照射ビームスポット径を従来に比し縮小するこ
とができるので、上記チップサイズを小さくすることが
できる。
た電子回路、光回路、電気配線、光配線などに熱的ダメ
ージを与えることがない。また割断したチップに電子回
路、光回路、電気配線、光配線などを高集積度で集積す
ることができる。さらに、基板の亀裂を進展させて割断
する際の照射ビームスポット径を従来に比し縮小するこ
とができるので、上記チップサイズを小さくすることが
できる。
【００６２】（２）照射ビームスポット径を略円形から
楕円形に変換することにより、また楕円形から長円を延
ばした線状の楕円形に変換することにより、基板をより
高寸法精度で割断することができる。
楕円形に変換することにより、また楕円形から長円を延
ばした線状の楕円形に変換することにより、基板をより
高寸法精度で割断することができる。
【００６３】（３）亀裂の進展方向に長円が延びた線状
の楕円形に変換することにより、より高速で割断するこ
とができる。
の楕円形に変換することにより、より高速で割断するこ
とができる。
【図１】本発明にかかる非金属材料のレーザによる割断
方法の一実施の形態を示す図である。
方法の一実施の形態を示す図である。
【図２】本発明にかかる非金属材料のレーザによる割断
方法の他の実施の形態を示す図である。
方法の他の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す非金属材料のレー
ザによる割断装置の概略図である。
ザによる割断装置の概略図である。
【図４】本発明に用いるレーザのビームスポット形状を
示し、（ａ）は本実施の形態のビームスポット形状を、
（ｂ）から（ｄ）はその変形例を示す図である。
示し、（ａ）は本実施の形態のビームスポット形状を、
（ｂ）から（ｄ）はその変形例を示す図である。
【図５】従来の非金属材料のレーザによる割断方法を説
明するための図である。
明するための図である。
【図６】従来の割断方法で割断される非金属材料基板の
平面図である。
平面図である。
ｒ1 亀裂発生（Ａ）領域でのスポット径 ｒ2 亀裂進展（Ｂ）領域でのスポット径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０３Ｂ 33/09 Ｃ０３Ｂ 33/09 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｎ
Claims (9)
- 【請求項１】 所望速度で一方向に移動する非金属材料
基板表面の一方端にＣＯ2 レーザビームを照射して熱応
力によって該基板に亀裂を発生させ、その亀裂を進展さ
せることによって基板を一方端から他方端まで割断する
非金属材料のレーザによる割断方法において、一方端側
に亀裂を発生させた後は、該レーザビームの照射スポッ
ト径を縮小させて該亀裂を進展させるようにしたことを
特徴とする非金属材料基板のレーザによる割断方法。 - 【請求項２】 レーザビームの照射スポット径を略円形
から亀裂の進展方向に長円が向いた楕円形状に変形させ
るようにした請求項１記載の非金属材料基板のレーザに
よる割断方法。 - 【請求項３】 レーザビームの照射スポット径を略円形
から亀裂の進展方向に長円が延びた線状の楕円形状に縮
小変形させるようにした請求項１記載の非金属材料基板
のレーザによる割断方法。 - 【請求項４】 レーザビームの伝搬方向に沿ってアシス
トガスが吹き付けられている請求項１から請求項３のい
ずれかに記載の非金属材料基板のレーザによる割断方
法。 - 【請求項５】 ＣＯ2 レーザの発振波長は、中心波長の
±０．５μｍの範囲で発振している請求項１から請求項
４のいずれかに記載の非金属材料基板のレーザによる割
断方法。 - 【請求項６】 照射レーザビームの照射スポット径を、
集光レンズ下方部に設けたテーパ管型ノズルのノズル形
状を調節することによって縮小変形するようにした請求
項１から請求項５のいずれかに記載の非金属材料基板の
レーザによる割断方法。 - 【請求項７】 非金属材料基板表面の一方端にＣＯ2 レ
ーザビームを照射して熱応力によって該基板に亀裂を発
生させ、その亀裂を進展させることによって基板を一方
端から他方端まで割断する非金属材料のレーザによる割
断装置において、非金属材料基板表面に略平行ビームを
出射するＣＯ2 レーザ発振器と、該平行ビームを上記基
板表面に案内する機構と、該平行ビームを集光する集光
レンズと、該集光されたビームのビームスポット径を縮
小する変換機構と、該ビームの伝搬方向に沿ってアシス
トガスを吹き付ける機構と、該基板を固定し少なくとも
一方向に移動させて基板の一方端から他方端に上記ビー
ムを照射させる移動ステージとを備えたことを特徴とす
る非金属材料基板のレーザによる割断装置。 - 【請求項８】 ＣＯ2 レーザ発振器は、中心波長±０．
５μｍの範囲で発振する請求項７記載の非金属材料基板
のレーザによる割断装置。 - 【請求項９】 ビームスポット径の変換機構は、テーパ
管型ノズルの出口口径を調節する機構を備えた請求項７
又は請求項８記載の非金属材料基板のレーザによる割断
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11068305A JP2000263257A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 非金属材料のレーザによる割断方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11068305A JP2000263257A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 非金属材料のレーザによる割断方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000263257A true JP2000263257A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13369961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11068305A Pending JP2000263257A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 非金属材料のレーザによる割断方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000263257A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007032392A1 (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
| CN104891496A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-09-09 | 常州市奥普泰科光电有限公司 | 一种光学玻璃无损割大到小的方法 |
| JP2019523137A (ja) * | 2016-07-15 | 2019-08-22 | テラダイオード， インコーポレーテッド | 可変ビーム形状を有するレーザを利用する材料処理 |
| JP7446843B2 (ja) | 2020-02-10 | 2024-03-11 | キヤノン株式会社 | レーザ加工装置、レーザ加工方法及び物品の製造方法 |
-
1999
- 1999-03-15 JP JP11068305A patent/JP2000263257A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007032392A1 (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
| US8513567B2 (en) | 2005-09-16 | 2013-08-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method for forming a modified region for cutting in an object |
| CN104891496A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-09-09 | 常州市奥普泰科光电有限公司 | 一种光学玻璃无损割大到小的方法 |
| JP2019523137A (ja) * | 2016-07-15 | 2019-08-22 | テラダイオード， インコーポレーテッド | 可変ビーム形状を有するレーザを利用する材料処理 |
| JP7446843B2 (ja) | 2020-02-10 | 2024-03-11 | キヤノン株式会社 | レーザ加工装置、レーザ加工方法及び物品の製造方法 |
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