JP2002178179A - 割断装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 加工屑の発生なしに、割断予定線に沿って高
精度の割断を容易かつ経済的に行なえる割断装置及びそ
の方法を提供すること。 【解決手段】 被加工材料１の割断加工予定線を加熱し
て第一のレーザービームスポット１２を生じさせる第一
のレーザー３と、第一のレーザービームスポット１２の
一部に重複する第二のレーザービームスポット１６を生
じさせる第二のレーザー４とを有し、第一及び第二のレ
ーザー３及び４が被加工材料１に対して相対的に移動
し、かつ、第二のレーザービームスポット１６の少なく
とも一部分が上流側に向かって第一及び第二のレーザー
ビームスポット１２及び１６の重複部分と同等若しくは
それ以下の幅を有するように、第２のレーザービームの
マスク５を設ける割断装置及び割断方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、割断装置及びその
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエーハやガラス（例えば、CCD
カメラの表面を形成する）等の脆性材料を切断（ダイシ
ング）する方法としては、従来、研磨材を使用する研
削、或いは、レーザービームによる溶断等の方法がある
が、これ等の方法によると、いずれの場合も、加工点に
熱による歪みが発生（レーザービームによる溶断時）し
たり、機械的な構造破壊（研削時）の発生によって加工
点の周辺に研削割れが生じる等の材料の劣化を伴うとい
う欠点があり、又、研磨屑の発生や蒸発や溶融による材
料の損失・ゆがみ等が避けられない等の欠点がある。

【０００３】そこで、このような欠点を解消する為に、
レーザービームの照射によって生じる熱応力を利用して
材料を割断する、いわゆる、レーザー割断方法が、例え
ば、特許平７−３２３３８４公報「脆性材料の割断方
法」に提案されている。

【０００４】この方法は、脆性材料に、予め切欠き等に
より加工予定線を形成しておき、その近傍にレーザービ
ームを照射して、その加熱によって発生する熱応力によ
り微小亀裂を発生させ、さらに、レーザービームを加工
予定線に沿う方向に誘導する事によって、亀裂を加工予
定線上で発生させて材料の分子間の結合を切って割断す
るというものである。

【０００５】しかし、この技術を実際に実施しようとし
た場合に、予め材料にある程度の深さ以上の切欠きがな
いと加工予定線通りに割断する事ができず、その場合、
切り屑を発生させてしまい、その為に、材料の損失が少
なくなるという利点が若干失われてしまう。又、加工の
手間としては、そのまま切り欠きなしで切断してしまっ
ても結果が変わらなくなってくるという問題が指摘され
ている。

【０００６】そして、もし、切欠きを用いた加工予定線
を予め形成しなかった場合には、特に加工材料におい
て、加工予定箇所を挟んで材料の両側の幅が対称でない
ものでは両側のそれぞれの材料の体積や表面積等が違う
為に、それぞれの剛性をも違ってしまい、加工予定線に
発生する熱応力に不均衡が生じてレーザーのスポットの
中心から外れた部分で割断が起こり、レーザーの誘導通
りに割断を行う事ができないという問題もある。

【０００７】これに対し、例えば、特開平７−３２３３
８５公報「脆性材料の割断方法」、特許平７−３２８７
８１公報「脆性材料の割断方法」、特開平９−１３７０
公報「割断加工方法及び割断加工装置」、特開平１１−
１０３７４公報「割断加工方法」、特開平１１−１０３
７５公報「割断加工方法」等で、割断予定線を挟んだ両
側の幅が非対称なものに対しても、レーザーの誘導通り
に割断するための制御方法が開示されている。

【０００８】しかし、加工用の熱源を２個以上準備して
全体の熱量をセンサー等で監視しながら、亀裂発生部分
の熱が均等に分布するようそれぞれの熱源の熱量を調整
する技術や、又、常に画像等で加工部分を監視しながら
加工し、もし亀裂が加工予定線からずれた場合には、レ
ーザーの位置を調整して加工予定線にもどるように誘導
する技術等があるが、いずれも制御に大変高度な技術が
必要であり、設備等にも多くの費用がかかり、実用化は
難しいものが多かった。

【０００９】なお、ここで、従来の割断方法としては、
レーザービームにより起こる高温部と、レーザー通過後
の自然冷却による温度低下部とで発生する温度勾配（温
度差）から加工予定線に亀裂を発生させる方法も存在し
ていたが、さらに、レーザービームの通過後の熱をもっ
た部分に、冷風を当てることにより急冷し、亀裂の発生
を促進させる方法もあった。

【００１０】即ち、特許第３０２７７６８号「脆性非金
属材料の分断方法」等では、簡易制御法として、強制冷
却により、材料の任意の箇所で熱応力差を発生させて割
断する手法が提案されているが、実際に、半導体ウエー
ハやガラス等で実施してみると、これ等が熱伝達性の悪
い材料である為に、冷却風を当てた部分（表面）では綺
麗にクラックが入るが、完全には材料を割断できず、最
終的には機械的にかつ強制的に分断しなければならない
為に、切り屑も手間も発生し、実用的ではなかった。

【００１１】さらに、この方法によると、吹き出し口か
ら冷風を放出してしまうので、被加工材料上における冷
却部分が広がってしまい、冷却点を絞れないので割断ラ
インが不均一となることがあった。又、冷却用に冷媒等
のガスを使用するので、冷却装置の構造が複雑になった
り、放出されたガスを再利用できないという欠点もあっ
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ここで図１４の（ａ）
及び（ｂ）に示すように、従来までの加工法では、レー
ザー５３から集光レンズ５８を通して被加工材料５１に
照射されると共に矢印の方向へ移動するレーザービーム
５４により起こる高温部（レーザービーム径６０）と、
レーザービーム５４の通過後の自然冷却によって生じる
温度低下部とで発生する温度勾配（温度差）から、ステ
ージ５２に載置された被加工材料５１に亀裂を発生させ
ていたために、加工開始点６５と加工終了点６６とを結
ぶ割断加工予定線５７の両側で材料の幅等が非対称であ
った場合（図１４（ｂ）参照）には、その放熱効率の差
によって、温度分布が割断加工予定線５７を中心に左右
対称にはならずにずれてしまい、これに伴なって発生す
る熱応力も偏りが発生してしまっていた。

【００１３】それが、図１４の（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、被加工材料５１で、割断加工予定線５７の両側
で材料が非対称であった場合に、割断が対称時割断辺５
５に示されるように割断加工予定線５７通りに直線に行
かずに、非対称時割断辺５６に示すように、割断線が弧
状にずれてしまう原因と考えられ、又、問題となってい
た。

【００１４】なお、この非対称な形に被加工材料５１が
割断される時の挙動を解析を用いて確認すると、割断加
工予定線５７を境とした時に、被加工材料５１の剛性の
弱い（幅や形等が小さい）側に発生した熱応力が編って
たわみとなって作用し、それが、結果的に弧状に割断加
工線がずれてしまう原因となっていることが確認でき
た。

【００１５】それは、従来、図１７（ａ）に示すよう
に、被加工材料５１をＬ１部及びＬ１部よりも幅の短い
Ｌ２部のそれぞれの幅に割断加工する際には、割断加工
予定線５７に沿ってレーザービームスポット５９によっ
て生じる加熱部を、レーザー進行方向に向かって移動さ
せて熱分布線６２を生じさせて行なう。

【００１６】この際に、図１７の（ｂ）に示すように、
Ｌ１部よりも幅の短いＬ２部の剛性が小さいために、レ
ーザービームスポット５９の加熱によって割断加工予定
線５７付近が局所的に膨張すると、Ｌ２部側の応力が大
きくなって歪んでしまう。即ち、加熱部分の局所的な膨
張によって圧縮力が働き、その外周部には引っ張り力が
生じるという応力分布は、剛性の低いＬ２部側にシフト
する。

【００１７】その結果、図１７の（ｃ）に示すように、
実際の割断線６１は剛性の低いＬ２部側へ膨らんで弧を
描くような形状になり、割断加工予定線５７から大きく
ずれてしまい、割断加工予定線５７に忠実な高精度の加
工ができなかった。

【００１８】次に、図１５に示すように、レーザーによ
るレーザービーム照射を受けた部分である加熱部６３
（円形にて図示）は加熱されるために、割断加工線５７
上のレーザービームセンター２０から円形の加熱部６３
の外部に向かって矢印の方向へ膨張する。しかし、その
外周部は相対的にその影響を受けて伸ばされるために、
割断加工予定線５７に沿って矢印９の方向にそれぞれ引
っ張り応力を受ける。又、加熱部６３は逆に圧縮応力を
受ける。

【００１９】なお、ＸＹ可動テーブル（図示せず）の動
きによりレーザービームが、被加工材料５１の端部であ
る加工開始点６５から加熱してゆき、レーザービームの
移動によってビーム径より若干内側まで照射された場合
を考えると、膨張を受ける外周部で一番材料の薄い部
分、即ち、レーザービームの移動した位置の後方のＡ部
が一番剛性が低いため、引っ張り応力が矢印ｂに示すよ
うに集中する。この引っ張り応力により、被加工材料５
１に亀裂が発生し進行する。

【００２０】即ち、レーザービームセンター２０から加
工開始点６５までの距離Ｌがレーザービームセンター２
０から加工終了点６６までの距離Ｌ３や割断加工線５７
から被加工材料５１のそれぞれの外辺部６７までの距離
であるＬ１及びＬ２等より小さいので、Ａ部は剛性が弱
く、引っ張り応力が強大になる。そのために、クラック
が発生し進展する。

【００２１】この時の、被加工材料５１上の最大主応力
の分布を、有限要素法解析によりシミュレートしたのが
図１６である。

【００２２】被加工材料５１の端部（加工開始点６５）
の応力が集中しているのが分かる。なお、引っ張り方向
の応力が＋と定義されるので、この応力は引っ張り応力
である。そして、端部（加工開始点６５）の応力は、前
述の図１５に示すように、割断加工予定線５７を挟んだ
それぞれの板幅の長さＬ１、Ｌ２が均等でない場合、長
さの短い側（図１５においてはＬ１）に応力ピークが寄
る傾向がある。即ち、図１６に示すように、割断加工予
定線５７に対して応力のピーク位置がずれる。

【００２３】これは応力ピーク位置から応力の減少する
方向にかけての勾配がゆるいので、ピーク位置が面内応
力の影響を受けやすいことが原因であると考えられる。

【００２４】本発明は、上記のような従来の実情に鑑み
てなされたものであって、その目的は、加工手段を比較
的簡易で経済的なものとしながらも、割断予定線に沿っ
て高精度の割断を容易に行える割断装置及びその方法を
提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、被加工
材料の被割断位置を加熱して第一の加熱部を生じさせる
第一の加熱手段と、前記第一の加熱部の一部に重複する
第二の加熱部を生じさせる第二の加熱手段とを有し、前
記第一及び第二の加熱手段が前記被加工材料に対して相
対的に移動し、かつ、前記第二の加熱部の少なくとも一
部分が上流側に向かって前記第一及び第二の加熱部の重
複部分と同等若しくはそれ以下の幅を有している割断装
置に係るものである。

【００２６】本発明は又、被加工材料の被割断位置を加
熱して加熱部を生じさせる加熱手段が前記被加工材料に
対して相対的に移動し、かつ、前記加熱部が、上流側に
向かって幅の狭くなる領域を有している割断装置に係る
ものである。

【００２７】本発明は又、被加工材料の被割断位置を加
熱して第一の加熱部を生じさせる第一の加熱手段と、前
記第一の加熱部の一部に重複する第二の加熱部を生じさ
せる第二の加熱手段とを前記被加工材料に対して相対的
に移動させながら加熱を行ない、この際、上流側に向か
って前記第一及び第二の加熱部の重複部分と同等若しく
はそれ以下の幅をなすように、前記第二の加熱部の少な
くとも一部分を形成する割断方法に係るものである。

【００２８】本発明は、更に、被加工材料の被割断位置
を加熱して加熱部を生じさせる加熱手段を、前記被加工
材料に対して相対的に移動させながら加熱を行ない、こ
の際、上流側に向かって幅が狭くなる領域を有するよう
に、前記加熱部を形成する割断方法に係るものである。

【００２９】本発明によれば、第一の加熱部による加熱
加えて、この第一の加熱部と第二の加熱部との重複部に
おける二重の加熱がなされるために、割断加工予定線に
対する加熱効率が十分となり、かつ、これに続けて、割
断加工予定線を挟んで上流方向へ同等若しくはそれ以下
の幅で第二の加熱手段による加熱がなされることにな
る。これにより、この加熱部においては割断加工予定線
が連続して十分に加熱されると同時に、その周囲との間
には十分な温度差が生じることになり、加熱による応力
が被加工材料の厚さ方向へ生じ易く、しかも割断加工予
定線の近傍に温度差による応力を集中させることがで
き、そのためにクラックが厚さ方向へ生じ易くかつ割断
加工予定線に沿って生じることとなり、常に目的とする
ライン上を高精度に割断加工することができる。

【００３０】又、単一の加熱手段による加熱において
も、加熱部が上流側へ向かって幅が狭くなる領域を有し
ているので、この加熱においては、下流側で十分に加熱
した後に幅狭の加熱を上流側へ連続して行えることにな
る。これにより、この加熱部においては、割断加工予定
線が連続して十分に加熱されると同時に、その周囲との
間には十分な温度差が生じることにより、加熱による応
力が被加工材料の厚さ方向へ生じ易く、しかも、割断加
工予定線の近傍に温度差による応力を集中させることが
でき、そのために、クラックが厚さ方向へ生じ易く、か
つ割断加工予定線に沿って生じることとなり、常に目的
とするライン上を高精度に割断加工することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明においては、加熱手段に加
熱ビームが用いられ、加熱部が、加熱ビームを部分的に
遮蔽するマスク手段によって形成され、このマスク手段
に設けられた切り欠き部によって加熱部が形成されるの
が望ましい。

【００３２】又、加熱部の外側が冷却手段によって冷却
され、加熱部が、被割断位置に関して対称的な形状をな
しているのが望ましい。

【００３３】以下に、本発明の好ましい実施の形態を図
面の参照下に詳しく説明する。

【００３４】第１の実施の形態 本実施の形態による割断装置は、図３に示すように、台
座１９と、ガラス或いはアルミナセラミック、シリコン
ウエーハ等の被加工材料１を載置するＸＹ可動テーブル
２と、このＸＹ可動テーブル２上に置かれた被加工材料
１の加工開始点６から加工終了点７にかけてレーザービ
ーム１５を照射し、レーザー発振器１１、外部ミラー１
０及び集光レンズ９より成る第一のレーザー３及び第二
のレーザー４と、マスク支持脚１８によって支持されて
ＸＹ可動テーブル２を遮蔽するマスク５等とで構成され
ている。

【００３５】そして、ＸＹ可動テーブル２は、Ｘ軸及び
Ｙ軸方向に可動させることができ、その移動により、第
一及び第二のレーザー３及び４からそれぞれ照射される
レーザービーム１５の被加工材料１への照射位置を割断
加工予定線８（図示せず）上に沿って移動させる事がで
きる。

【００３６】なお、本実施の形態では、この第二のレー
ザー４から照射されるレーザービーム１５の一部を遮っ
て被加工材料１上の第二のレーザービームスポット１６
に冷却用の影部１４を設けることができるように、被加
工材料１と第二のレーザー４との間にマスク５を設置す
る。

【００３７】なお、マスク５は、例えば、図２（図３を
Ａ方向から見た）及び図４に示すような、切り欠き部１
７を有する形をしており、例えば、第二のレーザービー
ムスポット１６の径が６ｍｍφであるとするならば、第
二のレーザー４のレーザービームスポット１６に対し
て、その径の１／５〜１／１０程度と小さい、そして、
割断加工予定線８に沿って等幅で、例えば０．７ｍｍ幅
の帯状のレーザービーム照射域を発生することの可能な
形状を有するものである。なお、マスク５は、割断加工
予定線８に対して、第二のレーザービームスポット１６
にマスク５の切り欠き部１７によって生じる影部１４が
左右対称になるように位置するように、配置する。

【００３８】さらに、本実施の形態では、第一及び第二
のレーザー３、４の出力はそれぞれ７０Ｗであり、ＸＹ
可動テーブル２の移動速度は３０ｍｍ／ｓｅｃである。

【００３９】次に、本実施の形態によるレーザー２本構
成の割断装置で、後方の第二のレーザービームスポット
１６にマスク５で影部（非加熱帯）１４を与えた場合に
ついて述べる。

【００４０】さて、第一のレーザー３により照射を受け
た部分である第一のレーザービームスポット１２が加熱
されて膨張するのは、従来の１本レーザー構成の場合と
同様である。しかしながら、さらに、第一のレーザー３
による加熱に加え第二のレーザー４によっても加熱さ
れ、又、さらにその第二のレーザービームスポット１６
は、マスク５により、割断加工予定線８付近のみを加熱
するようになっているので、第二のレーザービームスポ
ット１６の割断加工予定線８上は、１本レーザー構成の
時よりさらに加熱される。

【００４１】次に、この時の、被加工材料１上の最大主
応力の分布を有限要素法解析によりシミュレートして示
したのが図５である。被加工材料１の端部（加工開始点
６）の応力が高いのは、従来例による図１６の１本ビー
ム構成の場合と同様であるが、割断加工予定線８付近が
後続のレーザーによって限定した領域でさらに加熱され
ていることから、熱勾配が急であり、それに伴い、最大
主応力の勾配も急になっていることが分かる。

【００４２】なお、従来例である図１６に示した最大主
応力の分布図においては、端部、最大主応力の幅方向の
勾配が緩やかであるために、図１５に示すように、被加
工材料５１の板幅への長さＬ１、Ｌ２が均等でないため
に、長さの短いＬ１側に応力のピークが寄る影響が大き
くなりやすい。一方、図５においては、端部最大主応力
の幅方向への勾配は急であるため、図１５に示したよう
に、Ｌ１、Ｌ２が均等でない応力の影響は従来例と同様
に受けるものの、応力のピークが幅の短いＬ１側に寄る
量は少なくなる。これは、熱による最大主応力が支配的
で、構造非対称による面内応力の短い辺への偏りの影響
は少ないためであると考えられる。

【００４３】次に、第二のレーザーより照射されるレー
ザービーム１５の一部を遮光するマスク５においては、
本実施の形態の図１（ａ）に示すように、第二のレーザ
ービームを０．７ｍｍ幅に等幅で狭くする方法を用いる
のが１例であるが、図１の（ｂ）や（ｃ）のように、上
流に向かって直線的に徐々に幅を狭めるものであっても
その効果は同じであると考えられる。又、温度変化の連
続性を重視して、上記の他、曲線の影部（非加熱帯）１
４をつけても、その効果は同じであると考えられる。

【００４４】又、レーザー１本構成のレーザービームで
あっても、図１の（ｄ）及び（ｅ）のように、下流側は
広いが連続して上流に向かって直線的に徐々に幅を狭め
る領域を有するように影部（非加熱帯）１４をつける
と、同様な効果があることが確認されている。

【００４５】なお、第一及び第二のレーザーの設置位
置、台数、それぞれの出力、設置角度、移動速度、移動
方法、レーザービームスポットの大きさ、第一及び第二
のレーザーから被加工材料までの距離等は被加工材料の
状況等に合わせて変化して良い。

【００４６】更に、第一及び第二のレーザーは、それぞ
れが各個移動式となるか連動式となるかは自由に変化し
て良い。又、被加工材料への加熱手段は、所定の効果が
あるならばレーザー以外の方法を用いても良い。

【００４７】又、ＸＹ可動テーブルの長さ、幅、厚さ、
形状、移動方法、移動速度等は被加工材料の状況に合わ
せて自由に変えられる。又、マスクの大きさ、形状、長
さ、幅、圧さ、材質、移動速度、移動手段等は所定の効
果があるならば様々に変えて良い。

【００４８】又、第二のレーザービームスポットの遮蔽
手段については、所定の効果があるならばマスク以外の
方法等を用いて良い。又、切り欠き部の幅、長さ、厚
さ、形状等は自由に変えて良い。又、レーザー、ＸＹ可
動テーブル、マスク等の移動方法については、それぞれ
が各個移動式或いは連動式のどちらでも良い。

【００４９】又、レーザービームスポットにおいては、
第一のレーザービームスポットと第二のレーザービーム
スポットとの重複する加熱部分の径は、第二のレーザー
ビームスポットの径よりも小さく、しかも所定の効果が
あるならば、自由に変えて良い。又、第二のレーザービ
ームスポットにおける影部（非加熱帯）の面積は所定の
効果が得られれば自由に変えて良い。

【００５０】なお、１本ビーム使用の割断装置において
は、レーザービームスポットの下流における加熱部の径
は、レーザービームスポット径より小さく、かつ所定の
効果が得られれば、自由に変えて良い。

【００５１】又、上記の影部（非加熱帯）の形状は相対
的に上流に向かって直線的に広まっていく（加熱部が狭
くなる。）が、他にも、曲線状、ステップ状或いは上記
の組み合わせ等の様々な形状に自由に変えて良い。

【００５２】なお、上記の実施の形態は、被加工材料を
強制冷却せずにレーザービーム１５に影部１４を作るこ
とで、熱勾配を意図的に作り出すものであり、冷却装置
の風量や温度等の設定が不要で、簡便であり、設備的に
も安価で実施することが可能である。

【００５３】又、割断加工に冷却手段を併用して割断す
る従来の方法は、被加工材料の熱伝導率が悪い場合に
は、冷却状態が、被加工材料１の裏側まで伝わらないう
ちにクラッキングを起こし、また厚い被加工材料の場合
は、表面が割断状態になるだけなので、さらに力を加え
て割ったりせねばならず、２度手間であった。

【００５４】しかし、この実施の形態においては、熱が
厚み方向に伝わることを利用するので、被加工材料があ
る程度の透過性をもつガラス等の場合は、強制冷却する
場合よりも深い位置に温度勾配を設けることができるた
め、より厚い被加工材料でも、レーザーだけでの割断が
可能となる。

【００５５】なお、この実施の形態は、レーザースポッ
トに影部（非加熱帯）を設定するだけの簡便なものであ
り、レーザーのパワーによっては、例えば、一本のレー
ザービームに影部（非加熱帯）をつけるだけで、温度勾
配を急峻にすることが可能で、複数のレーザーで温度勾
配の制御を行なうよりも簡便で安価な割断加工が可能で
ある。

【００５６】又、これまでネックとなっていたレーザー
ビームによる割断加工の制御を、安価で簡易に実施でき
るようになり、また、材料の損失が少なくなり、効率的
に材料を使用することができるようになる。

【００５７】なお、従来までの割断技術では、切り屑、
研摩屑等が発生し、洗浄工程が材料の加工後に必要であ
ったが、この加工方法を実現できることにより、屑が殆
ど発生しないため、洗浄の必要が無くなり、工程削減が
図れ、洗浄設備も必要無くなり、大幅なコストダウンが
可能となる。

【００５８】又、従来までの接触加工方法では、治具の
磨耗等が発生するため、加工前半と後半とでの製品の精
度のバラツキ、定期的なメンテナンス、又、治具の刃等
の消耗品の交換等が発生していたが、非接触のレーザー
が使用できるので、その必要がなくなる。

【００５９】又、非接触加工であるレーザービームの溶
断加工方法は、ウエーハ等で実施しようとすると、溶解
若しくは蒸発した物質がウエーハ等に集積したＬＳＩや
ＩＣの表面に付着し、電極部の導電性を劣化させる等の
悪影響があったため、行なえなかったが、本発明に基づ
けば実施できるようになる。

【００６０】又、特に、ウエーハに関しては、加熱温度
が３００℃を越えると、配線、回路にダメージを与える
ため、強力なレーザービームを照射し難かったが、冷却
媒体の温度を低くすることにより加熱部と冷却部との温
度差を大きくとれるので、レーザー自体の加熱温度を抑
え、冷却に例えば液体窒素を使うことで大きな温度差を
生じさせることができ、実施できるようになる。

【００６１】又、特に、ウエーハ等の加工では、その品
質の維持のために、クリーンルームでの加工や、何回も
の洗浄が行われるが、屑の出ない本加工法により、工程
を大幅に削減でき、又、品質信頼性を向上させることが
できる。

【００６２】さらに、この手法においては、急峻な温度
勾配（又は応力勾配）で割断を行なうため、割断後の形
状は短冊状に限定する必要がなく、意図的な曲線でカッ
トすることも可能となり、例えば円形にカットすること
も可能となる。

【００６３】本実施の形態によれば、第一の加熱部によ
る加熱に加えて、この第一の加熱部と第二の加熱部との
重複部における二重の加熱がなされるために、割断加工
予定線に対する加熱効率が十分となり、かつ、これに続
けて、割断加工線を挟んで上流方向へ同等若しくはそれ
以下の幅で第二の加熱手段による加熱がなされることに
なる。

【００６４】これにより、この加熱部においては、割断
加工予定線が連続して十分に加熱されるのと同時に、そ
の周囲との間には十分な温度差が生じることにより、加
熱による応力が被加工材料の厚さ方向へ生じ易く、しか
も割断加工予定線の近傍に温度差による応力を集中させ
ることができ、そのためにクラックが厚さ方向へ生じ易
く、かつ、割断加工予定線に沿って生じることとなり、
常に目的とするライン上の高精度な割断加工が可能であ
る。

【００６５】又、単一のレーザーによる加熱手段におい
ても、加熱部が上流に向かって幅が狭くなる領域を有し
ているので、この加熱部においては、下流側で十分に加
熱した後に幅狭の加熱を上流側へ連続して行なうことに
なる。これにより、この加熱部においては、割断加工予
定線が連続して十分に加熱されるのと同時に、その周囲
との間には十分な温度差が生じることにより、加熱によ
る応力が被加工材料の厚さ方向へ生じ易く、しかも割断
加工予定線の近傍に温度差による応力を集中させること
ができ、そのためにクラックが厚さ方向へ生じ易く、か
つ、割断加工予定線に沿って生じることとなり、常に目
的とするライン上の高精度な割断加工が可能となる。

【００６６】第２の実施の形態 本実施の形態による割断装置は、図６に示すように、台
座１９と、ガラス、或いはアルミナセラミック、シリコ
ンウエーハ等の被加工材料１を載置するＸＹ可動テーブ
ル２と、このＸＹ可動テーブル２上に置かれた被加工材
料１の加工開始点６から加工終了点７にかけて光ビーム
２３を照射し、光源２１、外部ミラー１０及び集光レン
ズ９よりなる光源装置２２と、光源装置２２から照射さ
れる光ビーム２３の一部を透過又は反射させるビームス
プリッタ２４と、反射したビーム２３を反射するミラー
２５と、マスク支持脚１８によって支持されてＸＹ可動
テーブル２を遮蔽するマスク５等とで構成されている。

【００６７】そして、ＸＹ可動テーブル２は、Ｘ軸及び
Ｙ軸方向に可動させることができ、その移動により、ビ
ームスプリッタ２４を透過した光ビーム２３と、ビーム
スプリッタ２４によって反射し、ミラー２５によって反
射される光ビーム２３との被加工材料１への各照射位置
を割断加工予定線８（図示せず）上に沿って移動させる
ことができる。

【００６８】なお、本実施の形態では、光源装置２２か
らビームスプリッタ２４を透過して照射される光ビーム
２３の一部を遮って、被加工材料１の第二の光ビームス
ポット２７に冷却用のに影部１４を設けることができる
ように、被加工材料１と光源装置２２との間にマスク５
を設置する。

【００６９】なお、マスク５は、例えば、図２に示すの
ような切り欠き部１７を有する形をしており、例えば第
二の光ビームスポット２７の径が６ｍｍφであるとする
ならば、第二の光ビームスポット２７に対して、その径
の１／５〜１／１０程度と小さく、そして、割断加工予
定線８に沿って等幅な例えば、０．７ｍｍ幅の帯状の光
ビーム照射スポットを発生することの可能な形状を有す
るものである。なお、マスク５は、割断加工予定線８に
対して第二の光ビームスポット２７にマスク５の切り欠
き部によって生じる影部１４が左右対称になるように配
置する。

【００７０】さらに本実施の形態では、光源装置２２の
出力は７０Ｗであり、ＸＹ可動テーブル２の移動速度は
３０ｍｍ／ｓｅｃである。

【００７１】次に、本実施の形態による光ビーム２本構
成で、後方の第二の光ビームスポット２７にマスク５で
影部（非加熱帯）１４（図示せず）を与える場合につい
て述べる。

【００７２】さて、第一の光ビーム４１により照射を受
けた部分が加熱されて膨張する。続けて、第二の光ビー
ム４２によっても加熱される。そして、生じる第二の光
ビームスポット２７は、マスク５の切り欠き部１７によ
り、割断加工予定線８（図示せず）付近のみを加熱する
ようになっているので、第二の光ビームレーザースポッ
ト２７の割断加工予定線８上はさらに加熱される。

【００７３】なお、所定の効果があるならば、光源装置
２２における光源の種類、光源装置から被加工材料１の
表面までの距離、光ビームの出力等は自由に変えて良
い。又、所定の効果があるならば、ビームスプリッタ２
４の設置する位置、設置角度、大きさ、形状、材質、設
置手段等は自由に変えて良い。

【００７４】又、所定の効果があるならば、ミラー２５
の設置する位置、設置角度、大きさ、形状、材質、設置
手段等は自由に変えて良い。

【００７５】本実施の形態によれば、一基の加熱装置
（光源装置）で被加工材料を加熱できるので、割断装置
を比較的簡易な構造にし、かつ、安価なものにできると
考えられる。

【００７６】その他、本実施の形態は、上述した第１の
実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００７７】第３の実施の形態 本実施の形態による割断装置は、図７及び８に示すよう
に、台座１９と、ガラス或いはアルミナセラミック、シ
リコンウエハ等の被加工材料１を載置するＸＹ可動テー
ブル２と、このＸＹ可動テーブル２上に置かれた被加工
材料１の加工開始点６から加工終了点７にかけてパルス
レーザービーム３３を照射するための複数のパルスレー
ザー３０と、そのパルス発振によってレーザービームを
制御して照射するパルス発振器２９と、外部ミラー１０
と、レーザービーム３３のスポットサイズを調整する対
物レンズ３２等とで構成されている。

【００７８】そして、ＸＹ可動テーブル２は、Ｘ軸及び
Ｙ軸方向に可動させることができ、その移動により、レ
ーザービーム３３の被加工材料１への照射位置を割断加
工予定線８（図示せず）上に沿って移動させることがで
きる。

【００７９】なお、本実施の形態では、対物レンズ３２
を通してパルスレーザ３０から照射されるレーザービー
ムのスポット２８のサイズを変えることによって、従来
の１本型の円形のレーザービームスポットではなく、図
１３（ｃ）に示すように、複数のレーザービームスポッ
ト２８による加熱部が、例えば中央のものは一定とし、
その両側で徐々に小さくなるようにし、かつ割断加工予
定線８をはさんで上流に向かって狭まるような形状にす
る。

【００８０】なお、割断加工予定線８に対して、レーザ
ービームスポット２８の集合体の形状が左右対称になる
ように配置する。さらに、本実施の形態では、例えばパ
ルスレーザー３１の出力は７０Ｗであり、ＸＹ可動テー
ブル２の移動速度は３０ｍｍ／ｓｅｃである。

【００８１】なお、上記の実施の形態においては、所定
の効果があるならば、パルス発振器２９の発するパルス
波形、大きさ、形状、設置方法、被加工材料までの距離
等は自由に変えて良い。又、所定の効果があるならば、
パルスレーザー３０から照射されるパルスレーザービー
ムの本数、出力等は自由に変えて良い又、図１３（ｃ）
に仮想線によって示すように、レーザービームスポット
の径を変えてもよい。

【００８２】本実施の形態によれば、パルスレーザーと
対物レンズとによってパルスレーザービームスポットの
形状を自在に変化させることによって、影部を設けるた
めのマスク等の遮蔽手段が不要となり、割断装置を比較
的簡易で安価な構造にできる。

【００８３】その他、本実施の形態は、上述した第１の
実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００８４】第４の実施の形態 本実施の形態による割断装置は、図９及び図１０に示す
ように、台座１９と、ガラス或いはアルミナセラミッ
ク、シリコンウエーハ等の被加工材料１を載置するＸＹ
可動テーブル２と、このＸＹ可動テーブル２上に置かれ
た被加工材料１の加工開始点６から加工終了点７にかけ
てにレーザービームを照射するレーザー（図示せず）
と、レーザービームスポット１３の一部を冷却する冷却
ノズル３８及び冷却部を限定する折曲された遮蔽板３６
等で形成されている。

【００８５】そして、ＸＹ可動テーブル２はＸ軸及びＹ
軸方向に可動させることができ、その移動により、レー
ザービームの被加工材料１への照射位置を割断加工予定
線８上に沿って移動させることができる。

【００８６】なお、本実施の形態では、レーザービーム
スポット１３に対し、割断加工予定線８を挟み、かつ上
流に向かって狭まる部分以外を冷却することができるよ
うに、被加工材料１とレーザーとの間に冷却ノズル３８
及び冷却部を限定する折曲形状の遮蔽板３６を設置す
る。

【００８７】そして、レーザービームスポット１３の移
動に供なって冷却ノズル３８も移動し、遮蔽板３６の冷
却ノズル３８側の部分を、冷却ノズル３８を通って噴出
口３９より噴出する冷却剤３７によって冷却する。

【００８８】なお、冷却ノズル３８は、割断加工予定線
８に対して、レーザービームスポット１３における冷却
部３４が割断加工予定線８を挟んで左右対称になるよう
に位置する。又、本実施の形態では、レーザーの出力は
７０Ｗであり、ＸＹ可動テーブル２の移動速度は３０ｍ
ｍ／ｓｅｃである。

【００８９】次に、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに、一本ビーム及び２本ビームの双方の構成におい
て、加熱部が徐々に幅を狭めるように冷却ノズル３８の
遮蔽板３６の取付け角度と位置とを決める。

【００９０】なお、遮蔽板３６の厚さ、材質、長さ、
幅、取付け位置、取付け角度、折曲の形状等は所定の効
果があるならば自由に変えて良い。

【００９１】又、本実施の形態では、冷却ノズル３８の
径は、例えば０．３ｍｍφ程度とした。しかし、同等の
効果があるならば、ノズルの径や位置等は自由に変えて
よい。

【００９２】さらに、冷却ノズル３８の曲部（先端部）
３８ａは被加工材料１の表面に一定の圧力で接しなが
ら、レーザーに伴なって移動してよいが、その接触圧や
接触面積は任意に変えてよい。

【００９３】又、冷却ノズル３８内を通過する冷媒の温
度や送量は、被加工材料１の種類、厚さやレーザーの出
力パワー等の諸条件によって異なるが、本実施の形態で
は、室温（２５℃程度）の水等の冷却剤３７を送ること
により割断加工を行なえる。

【００９４】本実施の形態によれば、レーザーによる加
熱部の一部の遮蔽板で仕切られた個所のみに冷却剤を吹
き付けて強制冷却するために、レーザーによる加熱部と
冷却ノズルによる冷却部との間の温度差によって生じる
応力がシャープになり、割断加工予定線８に沿った被加
工材料の厚さ方向へのクラックが入り易くなると考えら
れる。

【００９５】その他、本実施の形態は、上述した第１の
実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００９６】第５の実施の形態 本実施の形態は、図１１に示すように、冷却手段に冷却
パイプ４０を用いる以外は第４の実施の形態と同様であ
り、同様の効果が得られる。

【００９７】即ち、冷却パイプ８の所定幅の先端部４０
ａを、第４の実施の形態における冷却用の遮蔽板３６と
同じ位置に配置することにより、レーザービーム（図示
せず）による加熱部の一部をレーザービームの移動に供
って強制冷却し、それによって、レーザーによる加熱部
と冷却パイプの先端部４０ａも冷却された冷却部との温
度差によって応力がシャープになり、割断加工予定線８
に沿った被加工材料の厚さ方向へのクラックが入り易く
なると考えらえる。

【００９８】なお、本実施の形態では、冷却パイプ４０
のパイプ径は、例えば０．３ｍｍφ程度とし、レーザー
ビームスポットに所定幅で接触するように配置する。し
かし、同等の効果があるならば、パイプ径や位置等は自
由に変えてよい。

【００９９】又、冷却パイプ４０は被加工材料１の表面
に一定の圧力で接しながらレーザーに供なって移動して
よいが、その接触圧や接触面積は任意に変えてもよい。

【０１００】なお、冷却パイプ４０内の冷媒の冷却温度
については、温度勾配によって熱応力を発生させて亀裂
を進展させる技術であるため、低くできればできる程、
加工速度が上がることから、結果が一層良好となる。な
お、加熱部を強制冷却することが目的であるため、冷媒
はガス状の気体である必要はなく、冷却水や液体窒素等
の冷却液体を用いてよい。

【０１０１】その他、本実施の形態は、上述した第１の
実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【０１０２】次に、本実施の形態による冷却手段は、例
えば、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガラ
ス、アルミナセラミック、シリコンウエーハ等の被加工
材料１を載置するステージ２上に置かれた被加工材料１
に冷却剤３７を吹き付ける冷却ノズル３８を具備してい
る。

【０１０３】そして、冷却ノズル３８は矢印の方向へ移
動させることができ、その移動により、冷却ノズル３８
の被加工材料１への冷媒噴出口３９の位置をレーザーの
移動に伴なって割断加工予定線８上に沿って移動させる
ことができる。

【０１０４】又、本実施の形態による冷却手段は、レー
ザービームによって加熱された被加工材料１を局部的に
強制冷却することが目的であるので、冷却剤３７として
必ずしも冷却風のような気体を用いる必要はなく、冷却
水や液体窒素等の冷却液体を用いてもよい。

【０１０５】この場合は、図１２の（ａ）に示すよう
に、冷却剤３７を通した冷却パイプ４０の先端部４０ａ
を加熱された被加工材料１に所定幅で接触させ、強制冷
却する方法や、図１２の（ｂ）に示すように、冷却剤３
７を通した冷却ノズル３８の曲部３８ａを加熱された被
加工材料１に所定幅で接触させる方法等を用いてもよ
く、その方法にはこだわらない。

【０１０６】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
上述の実施の形態は本発明の技術的思想に基づいて更に
変形が可能である。

【０１０７】例えば、所定の効果が得られるならば、被
加工材料の加熱に二本のレーザービームを使う際に、双
方のレーザービームスポットがマスクによって遮蔽され
ても良い。

【０１０８】又、所定の効果があり、先頭からレーザー
ビームスポットを次第に小さくするならば、レーザービ
ームの本数は二本以上に増やしても良い。

【０１０９】又、被加工材料に所定幅で接触する冷却手
段は、上述したもの以外であってよく、例えば、ペルテ
ィエ素子のような電気的制御が可能な冷却用素子を用い
ると、冷却径を一層小さくでき、かつ高効率な冷却が可
能となり、また冷却部を小型、軽量化し、構造も簡略化
できる。ペルティエ素子はまた、局部加熱用としてもレ
ーザービームの代りに用いることもできる。

【０１１０】

【発明の作用効果】本発明によれば、第一の加熱部によ
る加熱に加えて、この第一の加熱部と第二の加熱部との
重複部における２重の加熱がなされるために、割断加工
予定線に対する加熱効率が十分となり、かつ、これに続
けて、割断加工線を挟んで上流方向へ同等若しくはそれ
以下の幅で第２の加熱手段による加熱がなされることに
なる。これにより、この加熱部においては、割断加工予
定線が連続して十分に加熱されるのと同時に、その周囲
との間には十分な温度差が生じることにより、加熱によ
る応力が被加工材料の厚さ方向へ生じ易く、しかも割断
加工予定線の近傍に温度差による応力を集中させること
ができ、そのためにクラックが厚さ方向へ生じ易く、か
つ、割断加工予定線に沿って生じることとなり、常に目
的とするライン上の高精度な割断加工が可能となる。

【０１１１】又、単一の加熱手段を用いる場合において
も、加熱部が上流に向かって幅が狭くなる領域を有して
いるので、この加熱部においては、下流側で十分に加熱
した後に幅狭の加熱を上流側へ連続して行なうことにな
る。これにより、この加熱部においては、割断加工予定
線が連続して十分に加熱されるのと同時に、その周囲と
の間には十分な温度差が生じることにより、加熱による
応力が被加工材料の厚さ方向へ生じ易く、しかも割断加
工予定線の近傍に温度差による応力を集中させることが
でき、そのためにクラックが厚さ方向へ生じ易く、か
つ、割断加工予定線に沿って生じることとなり、常に目
的とするライン上の高精度な割断加工ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるレーザービ
ームスポットの平面図である。

【図２】同、割断装置の平面図である。

【図３】同、割断装置の側面図である。

【図４】同、割断装置の斜視図である。

【図５】同、レーザー照射時の立体応力分布図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態における割断装置の
側面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態における割断装置の
側面図である。

【図８】同、割断装置の斜視図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態における割断装置の
断面図及び平面図である。

【図１０】同、割断装置の斜視図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態における割断装置
の斜視図である。

【図１２】同、割断装置の断面図である。

【図１３】本発明の他の実施の形態におけるレーザービ
ームスポットの平面図である。

【図１４】従来例による割断装置の断面図及び平面図で
ある。

【図１５】同、レーザー照射時の平面応力分布図であ
る。

【図１６】同、レーザー照射時の立体応力分布図であ
る。

【図１７】同、割断される被加工材料の応力分布と割断
状態を示す平面図である。

【図１８】同、割断された被加工材料の平面図である。

【符号の説明】

１…被加工材料、２…ＸＹ可動テーブル、３…第一のレ
ーザー、４…第二のレーザー、５…マスク、６…加工開
始点、７…加工終了点３９、８…割断加工予定線４０、
９…集光レンズ、１０…外部ミラー、１１…レーザー発
振器、１２…第一のレーザービームスポット、１３…レ
ーザービームスポット、１４…影部（非加熱帯）、１５
…レーザービーム、１６…第二のレーザービームスポッ
ト、１７…切り欠き部、１８…マスク支持脚、１９…台
座、２０…レーザービームセンター、２１…光源、２２
…光源装置、２３…光ビーム、２４…ビームスプリッ
タ、２５…ミラー、２６…第一の光ビームスポット、２
７…第二の光ビームスポット、２８…パルスレーザービ
ームスポット、２９…パルス発振器、３０…パルスレー
ザー発振器、３１…パルスレーザー、３２…対物レン
ズ、３３…パルスレーザービーム、３４…冷却部、３５
…加熱部、３６…遮蔽板、３７…冷却剤、３８…冷却ノ
ズル

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工材料の被割断位置を加熱して第一
   の加熱部を生じさせる第一の加熱手段と、 前記第一の加熱部の一部に重複する第二の加熱部を生じ
   させる第二の加熱手段とを有し、前記第一及び第二の加
   熱手段が前記被加工材料に対して相対的に移動し、か
   つ、前記第二の加熱部の少なくとも一部分が上流側に向
   かって前記第一及び第二の加熱部の重複部分と同等若し
   くはそれ以下の幅を有している割断装置。
2. 【請求項２】 前記第一及び第二の加熱手段に加熱ビー
   ムが用いられ、前記第二の加熱部が、加熱ビームを部分
   的に遮蔽するマスク手段によって形成される、請求項１
   に記載の割断装置。
3. 【請求項３】 前記マスク手段に設けられた切り欠き部
   によって前記第二の加熱部が形成される、請求項２に記
   載の割断装置。
4. 【請求項４】 前記第二の加熱部の外側が冷却手段によ
   って冷却される、請求項１又は２に記載の割断装置。
5. 【請求項５】 前記第一及び第二の加熱部が、前記被割
   断位置に関して対称的な形状をなしている、請求項１に
   記載の割断装置。
6. 【請求項６】 被加工材料の被割断位置を加熱して加熱
   部を生じさせる加熱手段が前記被加工材料に対して相対
   的に移動し、かつ、前記加熱部が、上流側に向かって幅
   の狭くなる領域を有している割断装置。
7. 【請求項７】 前記加熱手段に加熱ビームが用いられ、
   前記加熱部が、加熱ビームを部分的に遮蔽するマスク手
   段によって形成される、請求項６に記載の割断装置。
8. 【請求項８】 前記マスク手段に設けられた切り欠き部
   によって前記加熱部が形成される、請求項７に記載の割
   断装置。
9. 【請求項９】 前記加熱部の外側が冷却手段によって冷
   却される、請求項６又は７に記載の割断装置。
10. 【請求項１０】 前記加熱部が、前記被割断位置に関し
    て対称的な形状をなしている、請求項６に記載の割断装
    置。
11. 【請求項１１】 被加工材料の被割断位置を加熱して第
    一の加熱部を生じさせる第一の加熱手段と、前記第一の
    加熱部の一部に重複する第二の加熱部を生じさせる第二
    の加熱手段とを前記被加工材料に対して相対的に移動さ
    せながら加熱を行ない、この際、上流側に向かって前記
    第一及び第二の加熱部の重複部分と同等若しくはそれ以
    下の幅をなすように、前記第二の加熱部の少なくとも一
    部分を形成する割断方法。
12. 【請求項１２】 前記第一及び第二の加熱手段に加熱ビ
    ームを用い、前記第二の加熱部を、加熱ビームを部分的
    に遮蔽するマスク手段によって形成する、請求項１１に
    記載の割断方法。
13. 【請求項１３】 前記マスク手段に設けられた切り欠き
    部によって前記第二の加熱部を形成する、請求項１２に
    記載の割断方法。
14. 【請求項１４】 前記第二の加熱部の外側を冷却手段に
    よって冷却する、請求項１１又は１２に記載の割断方
    法。
15. 【請求項１５】 前記第一及び第二の加熱部を、前記被
    割断位置に関して対称的な形状とする、請求項１１に記
    載の割断方法。
16. 【請求項１６】 被加工材料の被割断位置を加熱して加
    熱部を生じさせる加熱手段を、前記被加工材料に対して
    相対的に移動させながら加熱を行ない、この際、上流側
    に向かって幅が狭くなる領域を有するように、前記加熱
    部を形成する割断方法。
17. 【請求項１７】 前記加熱手段に加熱ビームを用い、前
    記加熱部を、加熱ビームを部分的に遮蔽するマスク手段
    によって形成する、請求項１６に記載の割断方法。
18. 【請求項１８】 前記マスク手段に設けられた切り欠き
    部によって前記加熱部を形成する、請求項１７に記載の
    割断装置。
19. 【請求項１９】 前記加熱部の外側を冷却手段によって
    冷却する、請求項１６又は１７に記載の割断方法。
20. 【請求項２０】 前記加熱部を、前記被割断位置に関し
    て対称的な形状とする、請求項１６に記載の割断方法。