JP2004066745A - レーザー割断方法及びレーザー割断装置 - Google Patents
レーザー割断方法及びレーザー割断装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004066745A JP2004066745A JP2002232017A JP2002232017A JP2004066745A JP 2004066745 A JP2004066745 A JP 2004066745A JP 2002232017 A JP2002232017 A JP 2002232017A JP 2002232017 A JP2002232017 A JP 2002232017A JP 2004066745 A JP2004066745 A JP 2004066745A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- cleaving
- optical element
- diffractive optical
- irradiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- 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
- C03B33/093—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam using two or more focussed radiation beams
-
- 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
【課題】割断用照射ビームの照射形状及び強度分布に関して、所望の照射形状及び強度分布が簡便な構成で実現できる。
【解決手段】基板３の加工始点に形成した亀裂３０，３１を、レーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線４０に沿って誘導することにより基板３を割断する方法において、入射ビーム１０を回折光学素子２により回折させて所定の照射形状及び強度分布を有する照射ビーム２０を生成し、その生成された照射ビーム２０を基板３に照射する。なお、照射ビーム２０の一例は、割断予定線４０に沿う強度分布がほぼ均一な帯状ビームである。
【選択図】 図１
【解決手段】基板３の加工始点に形成した亀裂３０，３１を、レーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線４０に沿って誘導することにより基板３を割断する方法において、入射ビーム１０を回折光学素子２により回折させて所定の照射形状及び強度分布を有する照射ビーム２０を生成し、その生成された照射ビーム２０を基板３に照射する。なお、照射ビーム２０の一例は、割断予定線４０に沿う強度分布がほぼ均一な帯状ビームである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス、セラミックスあるいは半導体材料等の脆性材料にレーザービームを照射することにより発生する熱応力を利用して前記基板を割断する方法ならびにその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス、セラミックスあるいは半導体材料等の脆性材料基板にレーザービーム等を照射し、それにより発生する熱応力を利用して亀裂を誘導させて基板を割断する技術は、特開平１０−３４３６３号公報、特開平１０−３４３６４号公報、特表平８−５０９９４７号公報等にも開示されているように、その研究開発が近年活発に行われている。この割断方法は、材料の溶断、蒸発による切断とは異なり、加工時にドロス等を発生させることなく、精度の高い加工が可能であるという利点を有する。そして、この割断方法においては、その加工の性質上、加工材料に照射するビームの照射形状及びその強度分布が重要な要素の一つになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、割断に適したレーザービームの照射形状及び強度分布に関して、簡便に実現できる手段がなかった。例えば、レンズ等を利用してレーザービームの照射形状を所望の形状にするには、複数のレンズを組み合わせる必要がある。また、レンズの組み合わせで所望の照射形状が得られたとしても、任意のビーム強度分布を自由に得ることは不可能である。
さらに、従来の割断方法では、加工物の端部で照射熱量が不足し、その端部に切り残しが生じる等の問題もあった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、割断用照射ビームの照射形状及び強度分布に関して、所望の照射形状及び強度分布が簡便な構成で実現でき、更に、加工精度の向上、他の部品に対する熱的影響の低減、加工終端部での切り残しの低減、加工速度の向上等が可能な、レーザー割断方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、材料の加工始点に形成した亀裂を、レーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導することにより前記材料を割断する方法において、入射ビームを回折光学素子により回折させて所定の照射形状及び強度分布を有するレーザービームを生成し、前記生成されたレーザービームを前記材料に照射する、ことを特徴とする。回折光学素子の回折を利用して所望の照射形状及び強度分布を得ることは回折光学素子の設計により可能である。従って、割断加工に適した照射形状及び強度分布が得られる回折光学素子を予め設計製作しておき、それを割断用レーザービームの生成に用いることで、簡便な構成でより高精度のレーザー割断が可能となる。
【０００６】
なお、前記回折光学素子により生成されるレーザービーム（照射ビーム）は、例えば、強度分布がほぼ均一な帯状ビームであり、その帯状ビームの長手方向が前記割断予定線上にあるものとすることができる。
また、前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、例えば、前記割断予定線の両側に位置する強度分布がほぼ均一な帯状ビームであって、それらの帯状ビームの長手方向が前記割断予定線に沿っているものとすることができる。また、前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、例えば、前記割断予定線の両側に位置する強度がほぼ等しい集光スポット列であって、それらの集光スポット列が前記割断予定線に沿っているものとすることができる。
これらの照射ビームは、割断予定線の周辺にのみ熱エネルギーを与えながら、亀裂端部付近に温度勾配を形成させ、割断点に必要な引っ張り応力と拘束力を発生させるので、割断材料上に配置された部品等への熱的影響を抑制した、割断が可能となる。
また、前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、例えば、強度分布がほぼ均一な帯状ビームであり、その帯状ビームの長手方向が前記割断予定線とほぼ直交しているものとすることができる。この照射ビームの場合、割断予定線上に形成される温度勾配からの寄与は少なくなるが、割断予定線と直交する方向に伸びたビーム部分からの寄与が加算されるので、割断点には割断に必要な引っ張り応力と拘束力が発生する。
【０００７】
本発明の方法は、また、前記材料の端部領域の割断時に、前記回折光学素子に入射する入射ビームと該回折光学素子との相対位置をずらしながら、前記回折光学素子により生成されるレーザービームの強度分布をほぼ均一状態から前記割断点側に徐々に集中させるようにする、ことを特徴とする。これにより、前記材料の端部領域の割断時においても、必要な熱量が確保でき、従って、材料の切り残しを回避することができる。
また、前記材料の端部領域の割断時に、前記回折光学素子により生成されるレーザービームに関して、長手方向が前記割断予定線に沿う帯状ビームの照射形状を徐々に小さくし長手方向が前記割断予定線とほぼ直交する帯状ビームの照射形状を徐々に大きくしてゆく、ことを特徴とする。これらにより、前記材料の端部領域の割断時においても、割断に必要な熱量が確保でき、従って、材料の切り残しを回避することができる。
【０００８】
本発明の方法は、さらに、材料の加工始点に形成した亀裂を、レーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導することにより前記材料を割断する方法において、回折光学素子により入射ビームを分岐させて前記材料を溶断する溶断用収束ビームと所定の照射形状及び強度分布を有し前記材料を割断する割断用ビームとを生成し、前記溶断用収束ビームが照射された後の前記割断予定線上に前記割断用ビームが照射されるように、前記分岐されたビームと前記材料とを相対移動させる、ことを特徴とする。これによれば、溶断に引き続いて直ちに割断が行われることになり、短時間で高精度の割断が可能となる。
【０００９】
本発明の装置は、レーザー発生装置と、該レーザー発生装置により発生されたレーザービームの照射状態を調整する光路とを備え、材料の加工始点に形成した亀裂を、照射状態が調整されたレーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導するレーザー割断装置において、入射ビームを回折して所定の照射形状及び強度分布を有するレーザービームを生成する回折光学素子を前記光路に備えた、ことを特徴とする。これにより、高精度の割断が可能なレーザー割断装置を簡便な構成で達成することができる。
なお、前記回折光学素子により生成されるレーザービーム（照射ビーム）は、例えば、上記本発明の方法において説明した各態様のいずれかとすることができる。
【００１０】
本発明の装置は、また、前記回折光学素子と該回折光学素子に入射する入射ビームとの相対位置をずらし、前記回折光学素子により生成されるレーザービームの強度分布をほぼ均一状態から前記割断点側に徐々に集中させるようにする入射ビーム／回折光学素子相対移動装置を備えた、ことを特徴とする。この移動装置を利用することで、材料の端部領域の割断時にも、必要な照射熱量を確保することが可能となり、材料の切り残しが回避される。
また、前記光学回折素子は、強度分布がほぼ均一な帯状ビームを生成する２つの回折光学素子をそれぞれの帯状ビームが直交するように並置したものであり、前記回折光学素子に入射する入射ビームを、１方の回折光学素子から他方の回折光学素子へ徐々に移行させる入射ビーム／回折光学素子相対移動装置を備えた、ことを特徴とする。これにより、材料の割断途上では割断予定線に沿う帯状ビームを基板に照射させ、端部領域の割断時には照射ビームを割断予定線に沿う帯状ビームから割断予定線に直交する帯状ビームへ徐々に変更する等が可能となって、必要な照射熱量を確保し、材料の切り残しを回避することが可能となる。
【００１１】
本発明の装置は、さらに、レーザー発生装置と、該レーザー発生装置により発生されたレーザービームの照射状態を調整する光路とを備え、材料の加工始点に形成した亀裂を、照射状態が調整されたレーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導するレーザー割断装置において、入射ビームを分岐して前記材料を溶断する溶断用収束ビームと所定の照射形状及び強度分布を有し前記材料を割断する割断用ビームとを生成する回折光学素子を前記光路に備え、前記溶断用収束ビームが照射された後の前記割断予定線上に前記割断用ビームが照射されるように、前記分岐されたビームと前記材料とを相対移動させる、ことを特徴とする。これによれば、材料の溶断に引き続いて直ちに割断が行われることになり、短時間で高精度の割断が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
レーザー割断は、既に説明したように、割断加工を行なおうとする材料にレーザービームを照射し、それにより発生する熱応力を利用して亀裂を誘導させて材料を割断するため、その材料に照射されるビームの照射形状及び強度分布が非常に重要な要素となっている。すなわち、割断には、ある一定量以上の熱量（Ｑとする）が照射されることが必要である。ビーム照射領域内の光エネルギー密度をＥ、照射面積をＳとすると、必要な投入熱量は、∫ＥｄＳ＞Ｑ で与えられる。従って、この条件に応じて加工材に照射される照射ビームの形態をさまざまに変えることができる。ここでは、回折光学素子を用いてレーザー発生装置からの入射ビームを整形あるいは分岐することにより、所望の照射ビーム形状及び強度分布を実現する。以下に、本発明をその実施形態と共に詳しく説明する。
【００１３】
実施形態１．
図１〜図３は本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置の基本構成図である。これらの図において、１はレーザーを発生するレーザー発生装置（またはレーザー光源）、２はレーザー発生装置１から送られてきた入射ビーム１０を回折して所定の照射形状及び強度分布を生成するために配置された回折光学素子２、そして、３が回折光学素子２で生成された照射ビーム２０が照射されて割断加工が行なわれる基板である。
さらに、回折光学素子２から射出された照射ビーム２０と基板３とは相対移動可能に配置されており、例えば、固定されたレーザー割断装置に対して、基板３を載せたＸＹテーブル４がＸ、Ｙ方向にスライドするようになっている。また、回折光学素子２とそこへ入射する入射ビーム１０との相対位置を変更するために、回折光学素子２をスライドさせる回折光学素子移動装置５が備えられている。ただし、図２以下では、ＸＹテーブル４及び回折光学素子移動装置５の図示を省略する。
【００１４】
ここで、レーザー発生装置１は、例えば、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＬＦレーザー等を発生するものである。
また、回折光学素子２は、回折されたビームが所定の照射形状及び強度分布となるよう予め設計製作されたものである。回折光学素子２には、透過型と反射型があるが、それらのいずれも使用できる。ここでは、図１及び図３が透過型の回折光学素子２を用いた例であり、図２が反射型の回折光学素子２を用いた例である。
また、基板３は、ガラス、セラミックスあるいは半導体材料等の脆性材料からなり、基板３上には部品が装着されていてもよい。また、レーザー割断は亀裂を成長させて割断を進行させるものであり、レーザー割断に先んじて亀裂を形成しておく必要がある。なお、以下においては、その亀裂の先端部を割断点３１と称する。
【００１５】
ところで、割断に用いる照射ビームの形状及びその強度分布は次の要求を満たす必要がある。すなわち、（ｉ）ビーム照射強度を必要十分に抑え、加工基板の他の部分に損傷を与えることがないようにすること、（ｉｉ）ビーム照射点後方の割断点において、十分な引っ張り応力と拘束力を発生させること、である。これを満足する照射ビームとしては、各種の形態が可能であるとあると思われるが、本実施形態では、それらの条件を満足し、回折光学素子の製作も比較的簡単にできる以下の４つの形態を提案する。
【００１６】
図４は、回折光学素子２により生成された照射ビーム２０の加工基板３上での位置及び照射形状を示す例示図である。図４において、（ａ）は、割断予定線４０に沿って長く、その長手方向中心軸が割断予定線４０に上にある帯状ビーム２１または細長楕円状ビームである。（ｂ）は、割断予定線４０の両側近傍に位置する２本の帯状ビーム２２または細長楕円状ビームであって、その長手方向が割断予定線４０に沿っている。（ｃ）は、割断予定線４０の両側近傍に位置する２つの集光スポット列２３であって、その列方向が割断予定線４０に沿っているものであり、図３の装置に対応するものである。（ｄ）は、割断予定線４０とほぼ直交する方向に長い、帯状ビーム２４または細長楕円状ビームである。なお、これら（ａ）〜（ｄ）のビームの照射範囲における強度分布は、ほぼ均一な分布とする。また、集光スポット列２３を構成する各スポットの強度はほぼ等しい。
【００１７】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）では、照射ビーム２０（２１，２２，２３）の照射形状が割断予定線方向へ長いため、移動中に基板３が十分に加熱されビーム照射点の後方に必要な温度勾配が形成される。その結果、割断点３１において十分な引っ張り応力と拘束力が発生する。これに対して、図４（ｄ）の照射ビーム２０（２４）の場合は、先の３つのビーム形状と比べると、割断予定線４０上に形成される温度勾配からの寄与は十分とはいえない。しかし、割断予定線４０と直交する方向にビーム形状が伸びているので、その部分からの寄与が加算されるため、結局は割断に十分な引っ張り応力と拘束力が割断点に発生する。
【００１８】
回折光学素子によれば、任意の照射形状及び強度分布を有する照射ビームを１枚の回折素子で実現できるため、上記（ａ）〜（ｄ）のビームは、予めそれらに対応して設計製作された１つの回折光学素子２を用いるだけで得ることができる点で、特に優れている。
【００１９】
基板３の割断において、基板３の割断予定域の大部分は上記（ａ）〜（ｄ）に示したような照射ビームを基板３に照射し、それらの照射ビームと基板３とを相対移動して基板３を割断できる。
【００２０】
これに対して、基板３の端部を割断する際（または照射ビーム２０が基板３から離れようとする段階）には、照射ビーム２０が基板３から外へ逃げるとともに、基板３上のビーム照射面積が狭くなるため、基板３への投入熱量が前述した必要量Ｑ以下になって基板３の端部で切り残しが発生し易い。従って、基板３の端部の割断の際には、照射領域中へ光エネルギーを集め、投入熱量がＱ以下にならないようすることが必要になる。そのために、基板３の端部を加工する際には、∫ＥｄＳ＞Ｑ の関係を保つように、時間経過とともに入射ビーム１０中心に対する回折光学素子２の中心をずらしていく。これによって、照射ビーム２０の強度分布を徐々に変化させて割断点３１側に徐々に集中させ、基板３上の照射領域中へ多くの光エネルギーを集めることができる。
【００２１】
図５〜図７は、基板の端部における割断方法の具体的な説明図であり、それぞれ（ａ）が照射ビームの強度分布の変化を示し、（ｂ）が（ａ）の変化に対応する回折光学素子２とそこへ入射する入射ビーム１０との相対位置関係の変化を示すものである。なお、図５〜図７において、符号３０は割断済ラインを示す。
【００２２】
図５は、照射ビーム２０として割断予定線上に帯状ビーム２１を照射するものであって、割断途上では、入射ビーム１０の中心と回折光学素子２の中心を一致させておく（ｂ−１）。その結果、ほぼ均一な強度分布が基板３に照射される（ａ−１）。これに対して、基板３の端部領域の加工、すなわち照射ビーム２１が基板３から離れようとする割断最終段階では、入射ビーム１０の中心を回折光学素子２の中心から徐々にずらす（ｂ−２）。これによって、照射ビーム２１の強度分布を割断点３１側に徐々に偏らせ、割断点３１に近い側の強度分布を必要十分に強くして（ａ−２）、割断に必要な熱量を割断予定線の終端部まで供給するようにしたものである。こうすることにより、割断線がぶれることもなくなり精度の高い割断が可能となり、かつ、切り残し長さを極力小さくできる。
【００２３】
図６は、照射ビーム２０として図４（ｃ）の集光スポット列の照射ビーム２３を用いたものであって、基本的に図５と同様に説明されるものである。すなわち、割断途上では、入射ビーム１０の中心と回折光学素子２の中心を一致させておく（ｂ−１）。その結果、ほぼ等しい強度の集光スポット列が基板３に照射される（ａ−１）。そして、基板３の端部領域の加工、すなわち照射ビーム２３が基板３から離れようとする割断最終段階では、入射ビーム１０の中心を回折光学素子２の中心から徐々にずらす（ｂ−２）。これによって、０次光４３にエネルギーを残し、照射ビーム２３の強度分布を割断点３１側に徐々に偏らせ、割断点３１に近い側の強度分布を必要十分に強くして（ａ−２）、割断に必要な熱量を割断予定線の終端部まで供給するようにしたものである。
【００２４】
一方、図７は、基板端部の照射ビーム２０が基板から離れようとする割断最終段階で、照射ビーム２０に関し、それまで割断に使用していた長手方向が割断予定線４０に沿う帯状ビーム２１の照射形状を徐々に小さくしながら、長手方向が割断予定線４０とほぼ直交する帯状ビーム２４の照射形状を徐々に大きくしてゆくようにしたものである。これを実現するためには、例えば、図４（ａ），（ｄ）の２種類の帯状ビーム２１，２４を発生させる２つの回折光学素子２ａと２ｂを並べて配置する。そして、割断始点から途中までは一方の回折素子２ａを利用して割断予定線４０に沿う帯状ビーム２１を、基板３に照射する。これに対して、基板３の端部領域の加工、すなわち帯状ビーム２１が基板３から離れようとする割断最終段階では、入射ビーム１０の回折光学素子２に対する入射位置を、回折光学素子２ａの側から回折光学素子２ｂの側へ徐々にずらしていくことにより（図７（ｂ））、基板３へ照射される照射ビーム２０の形状を割断予定線４０に沿う横長帯状ビーム２１から徐々に縦長帯状ビーム２４へ変更させる（図７（ａ））。ここでは、図７（ｂ）の入射ビーム位置Ａ，Ｂ，Ｃが、図７（ａ）の（ａ−１）、（ａ−２）、（ａ−３）にそれぞれ対応する。これによっても、基板３への投入熱量が必要十分に保たれて、その端部の割断が可能となる。 なお、上記の場合には、帯状ビーム２１または帯状ビーム２４を生成させる同じ回折光学素子を２個用い、それらの照射ビームが互いに直交する向きにそれらの素子を並べることで回折光学素子２が構成できる。
【００２５】
実施形態２．
ここでは、回折光学素子を利用して、材料の溶断に用いる溶断用ビームと材料の割断に用いる割断用ビームとを生成し、材料の割断予定域を割断に先んじて予め溶断用ビームにより溶断させながら、その溶断箇所に短い時間間隔で引き続き割断用ビームを照射して、基板３を割断するようにしたものである。
【００２６】
図８〜図１０に、この実施形態２にかかるレーザー割断装置の基本構成図（ａ）と、それらの各装置により生成された照射ビームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図（ｂ）を示した。
図８〜図１０においても、レーザー発生装置１からの入射ビーム１０を回折光学素子４により回折させて、その回折光を基板３上の割断点３１の進行方向手前側に照射し、その熱応力を利用して割断点３１を含む亀裂を成長させていくことは同じである。
【００２７】
これらの例において、レーザー発生装置１からの入射ビーム１０を回折光学素子４により２本以上に分岐して、それらの分岐ビームを割断予定線点４０上に照射する。回折光学素子４で分岐されたビームのうちの少なくとも１本は、収束ビームとして基板３上に照射され、その照射点を溶断させてスクライブ溝を生じさせる溶断用収束ビーム２５である。そして、回折光学素子４で分岐された残りのビームは、実施形態１の場合の照射ビームと同様、基板３に形成されている亀裂を成長させる熱応力を生じさせための強度分布を有する割断用ビーム２６〜２８である。
【００２８】
ここでも、割断用ビームとして用いられる照射形状には、各種のものが利用できると考えられるが、例えば、図８に示す強度分布がほぼ均一な円形状ビーム２６、図９に示す強度分布がほぼ均一で割断方向に長くかつそれと直交する方向に短い帯状ビーム（または細長楕円状ビーム）２７、さらに図１０に示す強度がほぼ等しい集光スポット列２８等が、比較的簡単に得られて利用できる。
なお、図８の場合、溶断に用いる溶断用収束ビーム２５は１次回折光であり、割断へ用いる円形状ビーム２６は０次回折光である。一方、図９、図１０の場合、溶断に用いる溶断用収束ビーム２５と、割断へ用いる帯状ビーム２７または集光スポット列２８とは、どちらも１次あるいは高次回折光である。
【００２９】
図８〜図１０のレーザー割断装置にあっては、例えば、回折光学素子４により分岐された基板３への照射ビーム（溶断用収束ビームと割断用ビームとを含む）と基板３とが相対移動することで基板３の割断が進む。その際、基板３の割断予定線４０には、先に溶断用ビーム２５が照射されてその部分（溶断点４１）が溶断されてスクライブ溝が形成される。その後短い時間間隔でそのスクライブ溝が形成された割断予定線４０に割断用ビーム２６，２７，２８が照射されるように、照射ビームと基板３との相対移動が行われる。これにより、図１１に示すように、基板３にはその厚み方向に途中まで溶断によるスクライブ溝４２が形成され、続いて割断用ビーム２６，２７，２８の照射による熱応力によって、基板３が割断予定線４０に沿って割断される。このように、溶断加工と割断加工を組み合わせることで加工速度を上げることができる。なお、スクライブ溝４２の深さは任意に決定して良いが、割断の加工速度を上げる点からは、基板厚みの１０〜５０％とするのが好ましい。
【００３０】
ところで、図９あるいは図１０に示す回折光学素子４を実現するには、例えば、図１２に示すように、素子の元となる基板に領域ＡとＢを用意し、溶断用ビームを発生させる構造と割断用ビームを発生させる構造を別々にそれぞれの領域へ形成する。領域ＡとＢの面積は、溶断用ビームと割断用ビームの強度比を考慮して決める。なお、それぞれの領域は、例えば、素子領域に無作為に配置することができる。
【００３１】
上記実施形態で説明した本発明へ用いる回折光学素子２，４は、表面凹凸型素子としてフォトレジスト露光とドライエッチングにより、透過型の場合には、使用波長に対して十分に透明な素材上へ形成する。その素材としては、例えば、ＣＯ２レーザー（波長１０．６μｍ）に対してはＺｅＳｅやＧｅが使用できる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（波長１．０６μｍ）に対しては石英が使える。また、反射型の場合には、凹凸形状を使用波長に対して十分に反射率が高い素材表面へ形成する。例えば、レジストパターンからＮｉ電鋳により素子を作製することもできる。波長１０．６μｍの光がＮｉ中へ侵入する深さは〜１０ｎｍであるため、Ｎｉめっき層を十分に厚く（例えば、〜３００μｍ）すれば十分に高い光利用効率（＞９５％）が得られる。
【００３２】
上記実施形態１、２において、基板３の割断には、回折光学素子２，４からの照射ビームと基板３との相対移動が必須であるが、その相対移動は、レーザー割断装置側を移動させても、または基板３側を移動させてもよい。
また、上記実施形態１において、回折光学素子２とそこへ入射する入射ビーム１０との相対移動を説明したが、その相対移動は、回折光学素子２を移動させて、または入射ビーム１０を移動させて行うことができる。
【００３３】
実施形態１、２において示した照射ビームの形状や強度分布はあくまでも例示であって、本発明の最も基本とするところは、それらの照射ビームを回折光学素子で実現し、回折光学素子を割断用ビームの加工材への照射手段として用いた点にある。従って、割断用照射ビーム２０，２６〜２８や溶断用収束ビーム２５の形態は、ここで説明されたものに限られるものではない。
【００３４】
本発明のレーザー割断技術は、例えば、液晶パネル用ガラス基板の切り出し、半導体実装用シリコンウェハの分離、光部品実装用ガラス基板の分離等へ応用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のレーザー割断方法によれば以下のような効果が期待できる。
（１）加工材を溶断することなく必要な温度勾配を得ることができるので精度の高い割断が可能となる。
（２）基板上の割断予定線と直交する方向に対して及ぶ熱影響の範囲を小さくできるので、基板上に形成された配線、デバイス等への熱影響を少なくできる。
（３）加工材端部での切り残しの発生を少なくできるので、材料むだの発生を低減できる。
（４）溶断後直ちに割断を行う方法にあっては、短時間で精度の高い割断が可能となる。
また、本発明のレーザー割断装置によれば、以上の効果を簡便な装置構成で実現できる。また、所望の照射形状が得られる回折光学素子を予め準備しておくことで、簡単に照射形状の変更をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】透過型回折光学素子を利用した本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置の基本構成図である。
【図２】反射型回折光学素子を利用した本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置の基本構成図である。
【図３】照射レーザービームとして集光スポット列を採用した本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置の基本構成図である。
【図４】本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置で使用する回折光学素子により生成されたレーザービームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図である。
【図５】基板の端部における割断方法の説明図であり、（ａ）が照射ビームの強度分布の変化を示し、（ｂ）が（ａ）の変化に対応する回折光学素子とそこへ入射する入射ビームとの相対位置関係の変化を示す。
【図６】基板の端部における割断方法の他の説明図であり、（ａ）が照射ビームの強度分布の変化を示し、（ｂ）が（ａ）の変化に対応する回折光学素子とそこへ入射する入射ビームとの相対位置関係の変化を示す。
【図７】基板の端部における割断方法のさらに他の説明図であり、（ａ）が照射ビームの強度分布の変化を示し、（ｂ）が（ａ）の変化に対応する回折光学素子とそこへ入射する入射ビームとの相対位置関係の変化を示す。
【図８】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置の基本構成図（ａ）と、その装置により生成された照射ビームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図（ｂ）である。
【図９】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置の他の基本構成図（ａ）と、その装置により生成された照射ビームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図（ｂ）である。
【図１０】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置のさらに他の基本構成図（ａ）と、その装置により生成された照射ビームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図（ｂ）である。
【図１１】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置による割断方法の説明図である。
【図１２】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置で用いる回折光学素子の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ レーザー発生装置
２、２ａ，２ｂ、４ 回折光学素子
３ 基板
４ ＸＹテーブル
５ 回折光学素子移動装置
１０ 入射ビーム
２０〜２４ 割断用照射ビーム
２５ 溶断用収束ビーム
２６〜２８ 割断用照射ビーム
３０ 亀裂または割断済ライン
３１ 割断点
４０ 割断予定線
４１ 溶断点
４２ スクライブ溝
４３ ０次光
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス、セラミックスあるいは半導体材料等の脆性材料にレーザービームを照射することにより発生する熱応力を利用して前記基板を割断する方法ならびにその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス、セラミックスあるいは半導体材料等の脆性材料基板にレーザービーム等を照射し、それにより発生する熱応力を利用して亀裂を誘導させて基板を割断する技術は、特開平１０−３４３６３号公報、特開平１０−３４３６４号公報、特表平８−５０９９４７号公報等にも開示されているように、その研究開発が近年活発に行われている。この割断方法は、材料の溶断、蒸発による切断とは異なり、加工時にドロス等を発生させることなく、精度の高い加工が可能であるという利点を有する。そして、この割断方法においては、その加工の性質上、加工材料に照射するビームの照射形状及びその強度分布が重要な要素の一つになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、割断に適したレーザービームの照射形状及び強度分布に関して、簡便に実現できる手段がなかった。例えば、レンズ等を利用してレーザービームの照射形状を所望の形状にするには、複数のレンズを組み合わせる必要がある。また、レンズの組み合わせで所望の照射形状が得られたとしても、任意のビーム強度分布を自由に得ることは不可能である。
さらに、従来の割断方法では、加工物の端部で照射熱量が不足し、その端部に切り残しが生じる等の問題もあった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、割断用照射ビームの照射形状及び強度分布に関して、所望の照射形状及び強度分布が簡便な構成で実現でき、更に、加工精度の向上、他の部品に対する熱的影響の低減、加工終端部での切り残しの低減、加工速度の向上等が可能な、レーザー割断方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、材料の加工始点に形成した亀裂を、レーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導することにより前記材料を割断する方法において、入射ビームを回折光学素子により回折させて所定の照射形状及び強度分布を有するレーザービームを生成し、前記生成されたレーザービームを前記材料に照射する、ことを特徴とする。回折光学素子の回折を利用して所望の照射形状及び強度分布を得ることは回折光学素子の設計により可能である。従って、割断加工に適した照射形状及び強度分布が得られる回折光学素子を予め設計製作しておき、それを割断用レーザービームの生成に用いることで、簡便な構成でより高精度のレーザー割断が可能となる。
【０００６】
なお、前記回折光学素子により生成されるレーザービーム（照射ビーム）は、例えば、強度分布がほぼ均一な帯状ビームであり、その帯状ビームの長手方向が前記割断予定線上にあるものとすることができる。
また、前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、例えば、前記割断予定線の両側に位置する強度分布がほぼ均一な帯状ビームであって、それらの帯状ビームの長手方向が前記割断予定線に沿っているものとすることができる。また、前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、例えば、前記割断予定線の両側に位置する強度がほぼ等しい集光スポット列であって、それらの集光スポット列が前記割断予定線に沿っているものとすることができる。
これらの照射ビームは、割断予定線の周辺にのみ熱エネルギーを与えながら、亀裂端部付近に温度勾配を形成させ、割断点に必要な引っ張り応力と拘束力を発生させるので、割断材料上に配置された部品等への熱的影響を抑制した、割断が可能となる。
また、前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、例えば、強度分布がほぼ均一な帯状ビームであり、その帯状ビームの長手方向が前記割断予定線とほぼ直交しているものとすることができる。この照射ビームの場合、割断予定線上に形成される温度勾配からの寄与は少なくなるが、割断予定線と直交する方向に伸びたビーム部分からの寄与が加算されるので、割断点には割断に必要な引っ張り応力と拘束力が発生する。
【０００７】
本発明の方法は、また、前記材料の端部領域の割断時に、前記回折光学素子に入射する入射ビームと該回折光学素子との相対位置をずらしながら、前記回折光学素子により生成されるレーザービームの強度分布をほぼ均一状態から前記割断点側に徐々に集中させるようにする、ことを特徴とする。これにより、前記材料の端部領域の割断時においても、必要な熱量が確保でき、従って、材料の切り残しを回避することができる。
また、前記材料の端部領域の割断時に、前記回折光学素子により生成されるレーザービームに関して、長手方向が前記割断予定線に沿う帯状ビームの照射形状を徐々に小さくし長手方向が前記割断予定線とほぼ直交する帯状ビームの照射形状を徐々に大きくしてゆく、ことを特徴とする。これらにより、前記材料の端部領域の割断時においても、割断に必要な熱量が確保でき、従って、材料の切り残しを回避することができる。
【０００８】
本発明の方法は、さらに、材料の加工始点に形成した亀裂を、レーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導することにより前記材料を割断する方法において、回折光学素子により入射ビームを分岐させて前記材料を溶断する溶断用収束ビームと所定の照射形状及び強度分布を有し前記材料を割断する割断用ビームとを生成し、前記溶断用収束ビームが照射された後の前記割断予定線上に前記割断用ビームが照射されるように、前記分岐されたビームと前記材料とを相対移動させる、ことを特徴とする。これによれば、溶断に引き続いて直ちに割断が行われることになり、短時間で高精度の割断が可能となる。
【０００９】
本発明の装置は、レーザー発生装置と、該レーザー発生装置により発生されたレーザービームの照射状態を調整する光路とを備え、材料の加工始点に形成した亀裂を、照射状態が調整されたレーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導するレーザー割断装置において、入射ビームを回折して所定の照射形状及び強度分布を有するレーザービームを生成する回折光学素子を前記光路に備えた、ことを特徴とする。これにより、高精度の割断が可能なレーザー割断装置を簡便な構成で達成することができる。
なお、前記回折光学素子により生成されるレーザービーム（照射ビーム）は、例えば、上記本発明の方法において説明した各態様のいずれかとすることができる。
【００１０】
本発明の装置は、また、前記回折光学素子と該回折光学素子に入射する入射ビームとの相対位置をずらし、前記回折光学素子により生成されるレーザービームの強度分布をほぼ均一状態から前記割断点側に徐々に集中させるようにする入射ビーム／回折光学素子相対移動装置を備えた、ことを特徴とする。この移動装置を利用することで、材料の端部領域の割断時にも、必要な照射熱量を確保することが可能となり、材料の切り残しが回避される。
また、前記光学回折素子は、強度分布がほぼ均一な帯状ビームを生成する２つの回折光学素子をそれぞれの帯状ビームが直交するように並置したものであり、前記回折光学素子に入射する入射ビームを、１方の回折光学素子から他方の回折光学素子へ徐々に移行させる入射ビーム／回折光学素子相対移動装置を備えた、ことを特徴とする。これにより、材料の割断途上では割断予定線に沿う帯状ビームを基板に照射させ、端部領域の割断時には照射ビームを割断予定線に沿う帯状ビームから割断予定線に直交する帯状ビームへ徐々に変更する等が可能となって、必要な照射熱量を確保し、材料の切り残しを回避することが可能となる。
【００１１】
本発明の装置は、さらに、レーザー発生装置と、該レーザー発生装置により発生されたレーザービームの照射状態を調整する光路とを備え、材料の加工始点に形成した亀裂を、照射状態が調整されたレーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導するレーザー割断装置において、入射ビームを分岐して前記材料を溶断する溶断用収束ビームと所定の照射形状及び強度分布を有し前記材料を割断する割断用ビームとを生成する回折光学素子を前記光路に備え、前記溶断用収束ビームが照射された後の前記割断予定線上に前記割断用ビームが照射されるように、前記分岐されたビームと前記材料とを相対移動させる、ことを特徴とする。これによれば、材料の溶断に引き続いて直ちに割断が行われることになり、短時間で高精度の割断が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
レーザー割断は、既に説明したように、割断加工を行なおうとする材料にレーザービームを照射し、それにより発生する熱応力を利用して亀裂を誘導させて材料を割断するため、その材料に照射されるビームの照射形状及び強度分布が非常に重要な要素となっている。すなわち、割断には、ある一定量以上の熱量（Ｑとする）が照射されることが必要である。ビーム照射領域内の光エネルギー密度をＥ、照射面積をＳとすると、必要な投入熱量は、∫ＥｄＳ＞Ｑ で与えられる。従って、この条件に応じて加工材に照射される照射ビームの形態をさまざまに変えることができる。ここでは、回折光学素子を用いてレーザー発生装置からの入射ビームを整形あるいは分岐することにより、所望の照射ビーム形状及び強度分布を実現する。以下に、本発明をその実施形態と共に詳しく説明する。
【００１３】
実施形態１．
図１〜図３は本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置の基本構成図である。これらの図において、１はレーザーを発生するレーザー発生装置（またはレーザー光源）、２はレーザー発生装置１から送られてきた入射ビーム１０を回折して所定の照射形状及び強度分布を生成するために配置された回折光学素子２、そして、３が回折光学素子２で生成された照射ビーム２０が照射されて割断加工が行なわれる基板である。
さらに、回折光学素子２から射出された照射ビーム２０と基板３とは相対移動可能に配置されており、例えば、固定されたレーザー割断装置に対して、基板３を載せたＸＹテーブル４がＸ、Ｙ方向にスライドするようになっている。また、回折光学素子２とそこへ入射する入射ビーム１０との相対位置を変更するために、回折光学素子２をスライドさせる回折光学素子移動装置５が備えられている。ただし、図２以下では、ＸＹテーブル４及び回折光学素子移動装置５の図示を省略する。
【００１４】
ここで、レーザー発生装置１は、例えば、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＬＦレーザー等を発生するものである。
また、回折光学素子２は、回折されたビームが所定の照射形状及び強度分布となるよう予め設計製作されたものである。回折光学素子２には、透過型と反射型があるが、それらのいずれも使用できる。ここでは、図１及び図３が透過型の回折光学素子２を用いた例であり、図２が反射型の回折光学素子２を用いた例である。
また、基板３は、ガラス、セラミックスあるいは半導体材料等の脆性材料からなり、基板３上には部品が装着されていてもよい。また、レーザー割断は亀裂を成長させて割断を進行させるものであり、レーザー割断に先んじて亀裂を形成しておく必要がある。なお、以下においては、その亀裂の先端部を割断点３１と称する。
【００１５】
ところで、割断に用いる照射ビームの形状及びその強度分布は次の要求を満たす必要がある。すなわち、（ｉ）ビーム照射強度を必要十分に抑え、加工基板の他の部分に損傷を与えることがないようにすること、（ｉｉ）ビーム照射点後方の割断点において、十分な引っ張り応力と拘束力を発生させること、である。これを満足する照射ビームとしては、各種の形態が可能であるとあると思われるが、本実施形態では、それらの条件を満足し、回折光学素子の製作も比較的簡単にできる以下の４つの形態を提案する。
【００１６】
図４は、回折光学素子２により生成された照射ビーム２０の加工基板３上での位置及び照射形状を示す例示図である。図４において、（ａ）は、割断予定線４０に沿って長く、その長手方向中心軸が割断予定線４０に上にある帯状ビーム２１または細長楕円状ビームである。（ｂ）は、割断予定線４０の両側近傍に位置する２本の帯状ビーム２２または細長楕円状ビームであって、その長手方向が割断予定線４０に沿っている。（ｃ）は、割断予定線４０の両側近傍に位置する２つの集光スポット列２３であって、その列方向が割断予定線４０に沿っているものであり、図３の装置に対応するものである。（ｄ）は、割断予定線４０とほぼ直交する方向に長い、帯状ビーム２４または細長楕円状ビームである。なお、これら（ａ）〜（ｄ）のビームの照射範囲における強度分布は、ほぼ均一な分布とする。また、集光スポット列２３を構成する各スポットの強度はほぼ等しい。
【００１７】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）では、照射ビーム２０（２１，２２，２３）の照射形状が割断予定線方向へ長いため、移動中に基板３が十分に加熱されビーム照射点の後方に必要な温度勾配が形成される。その結果、割断点３１において十分な引っ張り応力と拘束力が発生する。これに対して、図４（ｄ）の照射ビーム２０（２４）の場合は、先の３つのビーム形状と比べると、割断予定線４０上に形成される温度勾配からの寄与は十分とはいえない。しかし、割断予定線４０と直交する方向にビーム形状が伸びているので、その部分からの寄与が加算されるため、結局は割断に十分な引っ張り応力と拘束力が割断点に発生する。
【００１８】
回折光学素子によれば、任意の照射形状及び強度分布を有する照射ビームを１枚の回折素子で実現できるため、上記（ａ）〜（ｄ）のビームは、予めそれらに対応して設計製作された１つの回折光学素子２を用いるだけで得ることができる点で、特に優れている。
【００１９】
基板３の割断において、基板３の割断予定域の大部分は上記（ａ）〜（ｄ）に示したような照射ビームを基板３に照射し、それらの照射ビームと基板３とを相対移動して基板３を割断できる。
【００２０】
これに対して、基板３の端部を割断する際（または照射ビーム２０が基板３から離れようとする段階）には、照射ビーム２０が基板３から外へ逃げるとともに、基板３上のビーム照射面積が狭くなるため、基板３への投入熱量が前述した必要量Ｑ以下になって基板３の端部で切り残しが発生し易い。従って、基板３の端部の割断の際には、照射領域中へ光エネルギーを集め、投入熱量がＱ以下にならないようすることが必要になる。そのために、基板３の端部を加工する際には、∫ＥｄＳ＞Ｑ の関係を保つように、時間経過とともに入射ビーム１０中心に対する回折光学素子２の中心をずらしていく。これによって、照射ビーム２０の強度分布を徐々に変化させて割断点３１側に徐々に集中させ、基板３上の照射領域中へ多くの光エネルギーを集めることができる。
【００２１】
図５〜図７は、基板の端部における割断方法の具体的な説明図であり、それぞれ（ａ）が照射ビームの強度分布の変化を示し、（ｂ）が（ａ）の変化に対応する回折光学素子２とそこへ入射する入射ビーム１０との相対位置関係の変化を示すものである。なお、図５〜図７において、符号３０は割断済ラインを示す。
【００２２】
図５は、照射ビーム２０として割断予定線上に帯状ビーム２１を照射するものであって、割断途上では、入射ビーム１０の中心と回折光学素子２の中心を一致させておく（ｂ−１）。その結果、ほぼ均一な強度分布が基板３に照射される（ａ−１）。これに対して、基板３の端部領域の加工、すなわち照射ビーム２１が基板３から離れようとする割断最終段階では、入射ビーム１０の中心を回折光学素子２の中心から徐々にずらす（ｂ−２）。これによって、照射ビーム２１の強度分布を割断点３１側に徐々に偏らせ、割断点３１に近い側の強度分布を必要十分に強くして（ａ−２）、割断に必要な熱量を割断予定線の終端部まで供給するようにしたものである。こうすることにより、割断線がぶれることもなくなり精度の高い割断が可能となり、かつ、切り残し長さを極力小さくできる。
【００２３】
図６は、照射ビーム２０として図４（ｃ）の集光スポット列の照射ビーム２３を用いたものであって、基本的に図５と同様に説明されるものである。すなわち、割断途上では、入射ビーム１０の中心と回折光学素子２の中心を一致させておく（ｂ−１）。その結果、ほぼ等しい強度の集光スポット列が基板３に照射される（ａ−１）。そして、基板３の端部領域の加工、すなわち照射ビーム２３が基板３から離れようとする割断最終段階では、入射ビーム１０の中心を回折光学素子２の中心から徐々にずらす（ｂ−２）。これによって、０次光４３にエネルギーを残し、照射ビーム２３の強度分布を割断点３１側に徐々に偏らせ、割断点３１に近い側の強度分布を必要十分に強くして（ａ−２）、割断に必要な熱量を割断予定線の終端部まで供給するようにしたものである。
【００２４】
一方、図７は、基板端部の照射ビーム２０が基板から離れようとする割断最終段階で、照射ビーム２０に関し、それまで割断に使用していた長手方向が割断予定線４０に沿う帯状ビーム２１の照射形状を徐々に小さくしながら、長手方向が割断予定線４０とほぼ直交する帯状ビーム２４の照射形状を徐々に大きくしてゆくようにしたものである。これを実現するためには、例えば、図４（ａ），（ｄ）の２種類の帯状ビーム２１，２４を発生させる２つの回折光学素子２ａと２ｂを並べて配置する。そして、割断始点から途中までは一方の回折素子２ａを利用して割断予定線４０に沿う帯状ビーム２１を、基板３に照射する。これに対して、基板３の端部領域の加工、すなわち帯状ビーム２１が基板３から離れようとする割断最終段階では、入射ビーム１０の回折光学素子２に対する入射位置を、回折光学素子２ａの側から回折光学素子２ｂの側へ徐々にずらしていくことにより（図７（ｂ））、基板３へ照射される照射ビーム２０の形状を割断予定線４０に沿う横長帯状ビーム２１から徐々に縦長帯状ビーム２４へ変更させる（図７（ａ））。ここでは、図７（ｂ）の入射ビーム位置Ａ，Ｂ，Ｃが、図７（ａ）の（ａ−１）、（ａ−２）、（ａ−３）にそれぞれ対応する。これによっても、基板３への投入熱量が必要十分に保たれて、その端部の割断が可能となる。 なお、上記の場合には、帯状ビーム２１または帯状ビーム２４を生成させる同じ回折光学素子を２個用い、それらの照射ビームが互いに直交する向きにそれらの素子を並べることで回折光学素子２が構成できる。
【００２５】
実施形態２．
ここでは、回折光学素子を利用して、材料の溶断に用いる溶断用ビームと材料の割断に用いる割断用ビームとを生成し、材料の割断予定域を割断に先んじて予め溶断用ビームにより溶断させながら、その溶断箇所に短い時間間隔で引き続き割断用ビームを照射して、基板３を割断するようにしたものである。
【００２６】
図８〜図１０に、この実施形態２にかかるレーザー割断装置の基本構成図（ａ）と、それらの各装置により生成された照射ビームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図（ｂ）を示した。
図８〜図１０においても、レーザー発生装置１からの入射ビーム１０を回折光学素子４により回折させて、その回折光を基板３上の割断点３１の進行方向手前側に照射し、その熱応力を利用して割断点３１を含む亀裂を成長させていくことは同じである。
【００２７】
これらの例において、レーザー発生装置１からの入射ビーム１０を回折光学素子４により２本以上に分岐して、それらの分岐ビームを割断予定線点４０上に照射する。回折光学素子４で分岐されたビームのうちの少なくとも１本は、収束ビームとして基板３上に照射され、その照射点を溶断させてスクライブ溝を生じさせる溶断用収束ビーム２５である。そして、回折光学素子４で分岐された残りのビームは、実施形態１の場合の照射ビームと同様、基板３に形成されている亀裂を成長させる熱応力を生じさせための強度分布を有する割断用ビーム２６〜２８である。
【００２８】
ここでも、割断用ビームとして用いられる照射形状には、各種のものが利用できると考えられるが、例えば、図８に示す強度分布がほぼ均一な円形状ビーム２６、図９に示す強度分布がほぼ均一で割断方向に長くかつそれと直交する方向に短い帯状ビーム（または細長楕円状ビーム）２７、さらに図１０に示す強度がほぼ等しい集光スポット列２８等が、比較的簡単に得られて利用できる。
なお、図８の場合、溶断に用いる溶断用収束ビーム２５は１次回折光であり、割断へ用いる円形状ビーム２６は０次回折光である。一方、図９、図１０の場合、溶断に用いる溶断用収束ビーム２５と、割断へ用いる帯状ビーム２７または集光スポット列２８とは、どちらも１次あるいは高次回折光である。
【００２９】
図８〜図１０のレーザー割断装置にあっては、例えば、回折光学素子４により分岐された基板３への照射ビーム（溶断用収束ビームと割断用ビームとを含む）と基板３とが相対移動することで基板３の割断が進む。その際、基板３の割断予定線４０には、先に溶断用ビーム２５が照射されてその部分（溶断点４１）が溶断されてスクライブ溝が形成される。その後短い時間間隔でそのスクライブ溝が形成された割断予定線４０に割断用ビーム２６，２７，２８が照射されるように、照射ビームと基板３との相対移動が行われる。これにより、図１１に示すように、基板３にはその厚み方向に途中まで溶断によるスクライブ溝４２が形成され、続いて割断用ビーム２６，２７，２８の照射による熱応力によって、基板３が割断予定線４０に沿って割断される。このように、溶断加工と割断加工を組み合わせることで加工速度を上げることができる。なお、スクライブ溝４２の深さは任意に決定して良いが、割断の加工速度を上げる点からは、基板厚みの１０〜５０％とするのが好ましい。
【００３０】
ところで、図９あるいは図１０に示す回折光学素子４を実現するには、例えば、図１２に示すように、素子の元となる基板に領域ＡとＢを用意し、溶断用ビームを発生させる構造と割断用ビームを発生させる構造を別々にそれぞれの領域へ形成する。領域ＡとＢの面積は、溶断用ビームと割断用ビームの強度比を考慮して決める。なお、それぞれの領域は、例えば、素子領域に無作為に配置することができる。
【００３１】
上記実施形態で説明した本発明へ用いる回折光学素子２，４は、表面凹凸型素子としてフォトレジスト露光とドライエッチングにより、透過型の場合には、使用波長に対して十分に透明な素材上へ形成する。その素材としては、例えば、ＣＯ２レーザー（波長１０．６μｍ）に対してはＺｅＳｅやＧｅが使用できる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（波長１．０６μｍ）に対しては石英が使える。また、反射型の場合には、凹凸形状を使用波長に対して十分に反射率が高い素材表面へ形成する。例えば、レジストパターンからＮｉ電鋳により素子を作製することもできる。波長１０．６μｍの光がＮｉ中へ侵入する深さは〜１０ｎｍであるため、Ｎｉめっき層を十分に厚く（例えば、〜３００μｍ）すれば十分に高い光利用効率（＞９５％）が得られる。
【００３２】
上記実施形態１、２において、基板３の割断には、回折光学素子２，４からの照射ビームと基板３との相対移動が必須であるが、その相対移動は、レーザー割断装置側を移動させても、または基板３側を移動させてもよい。
また、上記実施形態１において、回折光学素子２とそこへ入射する入射ビーム１０との相対移動を説明したが、その相対移動は、回折光学素子２を移動させて、または入射ビーム１０を移動させて行うことができる。
【００３３】
実施形態１、２において示した照射ビームの形状や強度分布はあくまでも例示であって、本発明の最も基本とするところは、それらの照射ビームを回折光学素子で実現し、回折光学素子を割断用ビームの加工材への照射手段として用いた点にある。従って、割断用照射ビーム２０，２６〜２８や溶断用収束ビーム２５の形態は、ここで説明されたものに限られるものではない。
【００３４】
本発明のレーザー割断技術は、例えば、液晶パネル用ガラス基板の切り出し、半導体実装用シリコンウェハの分離、光部品実装用ガラス基板の分離等へ応用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のレーザー割断方法によれば以下のような効果が期待できる。
（１）加工材を溶断することなく必要な温度勾配を得ることができるので精度の高い割断が可能となる。
（２）基板上の割断予定線と直交する方向に対して及ぶ熱影響の範囲を小さくできるので、基板上に形成された配線、デバイス等への熱影響を少なくできる。
（３）加工材端部での切り残しの発生を少なくできるので、材料むだの発生を低減できる。
（４）溶断後直ちに割断を行う方法にあっては、短時間で精度の高い割断が可能となる。
また、本発明のレーザー割断装置によれば、以上の効果を簡便な装置構成で実現できる。また、所望の照射形状が得られる回折光学素子を予め準備しておくことで、簡単に照射形状の変更をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】透過型回折光学素子を利用した本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置の基本構成図である。
【図２】反射型回折光学素子を利用した本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置の基本構成図である。
【図３】照射レーザービームとして集光スポット列を採用した本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置の基本構成図である。
【図４】本発明の実施形態１にかかるレーザー割断装置で使用する回折光学素子により生成されたレーザービームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図である。
【図５】基板の端部における割断方法の説明図であり、（ａ）が照射ビームの強度分布の変化を示し、（ｂ）が（ａ）の変化に対応する回折光学素子とそこへ入射する入射ビームとの相対位置関係の変化を示す。
【図６】基板の端部における割断方法の他の説明図であり、（ａ）が照射ビームの強度分布の変化を示し、（ｂ）が（ａ）の変化に対応する回折光学素子とそこへ入射する入射ビームとの相対位置関係の変化を示す。
【図７】基板の端部における割断方法のさらに他の説明図であり、（ａ）が照射ビームの強度分布の変化を示し、（ｂ）が（ａ）の変化に対応する回折光学素子とそこへ入射する入射ビームとの相対位置関係の変化を示す。
【図８】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置の基本構成図（ａ）と、その装置により生成された照射ビームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図（ｂ）である。
【図９】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置の他の基本構成図（ａ）と、その装置により生成された照射ビームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図（ｂ）である。
【図１０】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置のさらに他の基本構成図（ａ）と、その装置により生成された照射ビームの加工基板上での位置及び照射形状を示す例示図（ｂ）である。
【図１１】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置による割断方法の説明図である。
【図１２】本発明の実施形態２にかかるレーザー割断装置で用いる回折光学素子の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ レーザー発生装置
２、２ａ，２ｂ、４ 回折光学素子
３ 基板
４ ＸＹテーブル
５ 回折光学素子移動装置
１０ 入射ビーム
２０〜２４ 割断用照射ビーム
２５ 溶断用収束ビーム
２６〜２８ 割断用照射ビーム
３０ 亀裂または割断済ライン
３１ 割断点
４０ 割断予定線
４１ 溶断点
４２ スクライブ溝
４３ ０次光
Claims (16)
- 材料の加工始点に形成した亀裂を、レーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導することにより前記材料を割断する方法において、
入射ビームを回折光学素子により回折させて所定の照射形状及び強度分布を有するレーザービームを生成し、その生成されたレーザービームを前記材料に照射する、ことを特徴とするレーザー割断方法。 - 前記回折光学素子により生成されたレーザービームは、強度分布がほぼ均一な帯状ビームであり、その帯状ビームの長手方向が前記割断予定線上にある、ことを特徴とする請求項１記載のレーザー割断方法。
- 前記回折光学素子により生成されたレーザービームは、前記割断予定線の両側に位置する強度分布がほぼ均一な帯状ビームであって、それらの帯状ビームの長手方向が前記割断予定線に沿っている、ことを特徴とする請求項１記載のレーザー割断方法。
- 前記回折光学素子により生成されたレーザービームは、前記割断予定線の両側に位置する強度がほぼ等しい集光スポット列であって、それらの集光スポット列が前記割断予定線に沿っている、ことを特徴とする請求項１記載のレーザー割断方法。
- 前記回折光学素子により生成されたレーザービームは、強度分布がほぼ均一な帯状ビームであり、その帯状ビームの長手方向が前記割断予定線とほぼ直交している、ことを特徴とする請求項１記載のレーザー割断方法。
- 前記材料の端部領域の割断時に、前記回折光学素子に入射する入射ビームと該回折光学素子との相対位置をずらしながら、前記回折光学素子により生成されるレーザービームの強度分布をほぼ均一状態から前記割断点側に徐々に集中させるようにする、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザー割断方法。
- 前記材料の端部領域の割断時に、前記回折光学素子により生成されるレーザービームに関して、長手方向が前記割断予定線に沿う帯状ビームの照射形状を徐々に小さくし長手方向が前記割断予定線とほぼ直交する帯状ビームの照射形状を徐々に大きくしてゆく、ことを特徴とする請求項１または２記載のレーザー割断方法。
- 材料の加工始点に形成した亀裂を、レーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導することにより前記材料を割断する方法において、
回折光学素子により入射ビームを分岐させて前記材料を溶断する溶断用収束ビームと所定の照射形状及び強度分布を有し前記材料を割断する割断用ビームとを生成し、
前記溶断用収束ビームが照射された後の前記割断予定線上に前記割断用ビームが照射されるように、前記分岐されたビームと前記材料とを相対移動させる、ことを特徴とするレーザー割断方法。 - レーザー発生装置と、該レーザー発生装置により発生されたレーザービームの照射状態を調整する光路とを備え、材料の加工始点に形成した亀裂を、照射状態が調整されたレーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導するレーザー割断装置において、
入射ビームを回折して所定の照射形状及び強度分布を有するレーザービームを生成する回折光学素子を前記光路に備えた、ことを特徴とするレーザー割断装置。 - 前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、強度分布がほぼ均一な帯状ビームであり、その帯状ビームの長手方向が前記割断予定線上にある、ことを特徴とする請求項９記載のレーザー割断装置。
- 前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、前記割断予定線の両側に位置する強度分布がほぼ均一な帯状ビームであって、それらの帯状ビームの長手方向が前記割断予定線に沿っている、ことを特徴とする請求項９記載のレーザー割断装置。
- 前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、前記割断予定線の両側に位置する強度がほぼ等しい集光スポット列であって、それらの集光スポット列が前記割断予定線に沿っている、ことを特徴とする請求項９記載のレーザー割断装置。
- 前記回折光学素子により生成されるレーザービームは、強度分布がほぼ均一な帯状ビームであり、その帯状ビームの長手方向が前記割断予定線とほぼ直交している、ことを特徴とする請求項９記載のレーザー割断装置。
- 前記回折光学素子と該回折光学素子に入射する入射ビームとの相対位置をずらし、前記回折光学素子により生成されるレーザービームの強度分布をほぼ均一状態から前記割断点側に徐々に集中させるようにする入射ビーム／回折光学素子相対移動装置を備えた、ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載のレーザー割断装置。
- 前記光学回折素子は、強度分布がほぼ均一な帯状ビームを生成する２つの回折光学素子をそれぞれの帯状ビームが直交するように並置したものであり、
前記回折光学素子に入射する入射ビームを、１方の回折光学素子から他方の回折光学素子へ徐々に移行させる入射ビーム／回折光学素子相対移動装置を備えた、ことを特徴とする請求項９記載のレーザー割断装置。 - レーザー発生装置と、該レーザー発生装置により発生されたレーザービームの照射状態を調整する光路とを備え、材料の加工始点に形成した亀裂を、照射状態が調整されたレーザービームの照射により発生する熱応力を利用して割断予定線に沿って誘導するレーザー割断装置において、
入射ビームを分岐して前記材料を溶断する溶断用収束ビームと所定の照射形状及び強度分布を有し前記材料を割断する割断用ビームとを生成する回折光学素子を前記光路に備え、
前記溶断用収束ビームが照射された後の前記割断予定線上に前記割断用ビームが照射されるように、前記分岐されたビームと前記材料とを相対移動させる、ことを特徴とするレーザー割断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002232017A JP2004066745A (ja) | 2002-08-08 | 2002-08-08 | レーザー割断方法及びレーザー割断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002232017A JP2004066745A (ja) | 2002-08-08 | 2002-08-08 | レーザー割断方法及びレーザー割断装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004066745A true JP2004066745A (ja) | 2004-03-04 |
Family
ID=32017600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002232017A Pending JP2004066745A (ja) | 2002-08-08 | 2002-08-08 | レーザー割断方法及びレーザー割断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004066745A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006000888A (ja) * | 2004-06-17 | 2006-01-05 | Laser Solutions Co Ltd | レーザ光によるライン加工方法およびレーザ加工装置。 |
| JP2008508180A (ja) * | 2004-07-30 | 2008-03-21 | コーニング インコーポレイテッド | 脆い材料の罫書き方法および装置 |
| JPWO2006011608A1 (ja) * | 2004-07-30 | 2008-05-01 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | 基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置 |
| JP2010090010A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | 脆性材料基板の割断方法及び割断装置 |
| JP2012501855A (ja) * | 2008-09-12 | 2012-01-26 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | レーザービームのｑ値を回折光学部材によって変更する手段を用いる、レーザー切断方法および装置 |
| WO2012060162A1 (ja) * | 2010-11-01 | 2012-05-10 | 住友電気工業株式会社 | 切削工具とその製造方法および製造装置 |
| US20130064706A1 (en) * | 2009-12-04 | 2013-03-14 | Slm Solutions Gmbh | Optical irradiation unit for a plant for producing workpieces by irradiation of powder layers with laser radiation |
| US20130183474A1 (en) * | 2005-09-08 | 2013-07-18 | Imra America, Inc. | Transparent material processing with an ultrashort pulse laser |
| WO2014081745A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | Corning Incorporated | Methods of cutting a laminate strengthened glass substrate |
| WO2016156234A1 (de) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | Schott Ag | Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen trennen von glas |
| JP2019133119A (ja) * | 2018-02-01 | 2019-08-08 | 日本電信電話株式会社 | 回折素子 |
| JP2020008720A (ja) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | 大日本印刷株式会社 | 反射型回折光学素子、反射型回折光学素子の製造方法 |
| JP2020032440A (ja) * | 2018-08-29 | 2020-03-05 | 日本電信電話株式会社 | レーザー加工装置 |
-
2002
- 2002-08-08 JP JP2002232017A patent/JP2004066745A/ja active Pending
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006000888A (ja) * | 2004-06-17 | 2006-01-05 | Laser Solutions Co Ltd | レーザ光によるライン加工方法およびレーザ加工装置。 |
| KR101193874B1 (ko) * | 2004-07-30 | 2012-10-26 | 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤 | 기판의 수직크랙 형성방법 및 수직크랙 형성장치 |
| JP2008508180A (ja) * | 2004-07-30 | 2008-03-21 | コーニング インコーポレイテッド | 脆い材料の罫書き方法および装置 |
| JPWO2006011608A1 (ja) * | 2004-07-30 | 2008-05-01 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | 基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置 |
| US20130183474A1 (en) * | 2005-09-08 | 2013-07-18 | Imra America, Inc. | Transparent material processing with an ultrashort pulse laser |
| US9636773B2 (en) * | 2005-09-08 | 2017-05-02 | Imra America, Inc. | Transparent material processing with an ultrashort pulse laser |
| JP2012501855A (ja) * | 2008-09-12 | 2012-01-26 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | レーザービームのｑ値を回折光学部材によって変更する手段を用いる、レーザー切断方法および装置 |
| JP2010090010A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | 脆性材料基板の割断方法及び割断装置 |
| US20130064706A1 (en) * | 2009-12-04 | 2013-03-14 | Slm Solutions Gmbh | Optical irradiation unit for a plant for producing workpieces by irradiation of powder layers with laser radiation |
| US9221100B2 (en) * | 2009-12-04 | 2015-12-29 | Slm Solutions Gmbh | Optical irradiation unit for a plant for producing workpieces by irradiation of powder layers with laser radiation |
| WO2012060162A1 (ja) * | 2010-11-01 | 2012-05-10 | 住友電気工業株式会社 | 切削工具とその製造方法および製造装置 |
| CN103189160A (zh) * | 2010-11-01 | 2013-07-03 | 住友电气工业株式会社 | 切削刀具以及该切削刀具的制造方法和制造装置 |
| US9415466B2 (en) | 2010-11-01 | 2016-08-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Cutting tool and method and apparatus for manufacturing the same |
| CN105189380A (zh) * | 2012-11-21 | 2015-12-23 | 康宁股份有限公司 | 切割层叠强化玻璃基材的方法 |
| US9212081B2 (en) | 2012-11-21 | 2015-12-15 | Corning Incorporated | Methods of cutting a laminate strengthened glass substrate |
| WO2014081745A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | Corning Incorporated | Methods of cutting a laminate strengthened glass substrate |
| CN105189380B (zh) * | 2012-11-21 | 2017-12-01 | 康宁股份有限公司 | 切割层叠强化玻璃基材的方法 |
| WO2016156234A1 (de) * | 2015-03-27 | 2016-10-06 | Schott Ag | Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen trennen von glas |
| CN107438584A (zh) * | 2015-03-27 | 2017-12-05 | 肖特股份有限公司 | 用于连续分离玻璃的方法和装置 |
| US20170369357A1 (en) * | 2015-03-27 | 2017-12-28 | Schott Ag | Method and device for continuous separation of glass |
| US10584054B2 (en) | 2015-03-27 | 2020-03-10 | Schott Ag | Method and device for continuous separation of glass |
| CN107438584B (zh) * | 2015-03-27 | 2020-07-24 | 肖特股份有限公司 | 用于连续分离玻璃的方法和装置 |
| JP2019133119A (ja) * | 2018-02-01 | 2019-08-08 | 日本電信電話株式会社 | 回折素子 |
| JP2020008720A (ja) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | 大日本印刷株式会社 | 反射型回折光学素子、反射型回折光学素子の製造方法 |
| JP2020032440A (ja) * | 2018-08-29 | 2020-03-05 | 日本電信電話株式会社 | レーザー加工装置 |
| JP7073986B2 (ja) | 2018-08-29 | 2022-05-24 | 日本電信電話株式会社 | レーザー加工装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI683736B (zh) | 晶圓的生成方法 | |
| TWI510321B (zh) | Laser processing method | |
| KR102318041B1 (ko) | 2차원의 결정질 기판, 특히 반도체 기판의 레이저 기반 가공을 위한 방법 및 장치 | |
| KR101408491B1 (ko) | 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치 | |
| JP4907984B2 (ja) | レーザ加工方法及び半導体チップ | |
| KR101252884B1 (ko) | 레이저 가공방법 | |
| KR20170082974A (ko) | SiC 웨이퍼의 생성 방법 | |
| KR100614108B1 (ko) | 취성재료의 가공방법 및 가공장치 | |
| JP2004066745A (ja) | レーザー割断方法及びレーザー割断装置 | |
| WO2007004607A1 (ja) | 加工対象物切断方法 | |
| KR20080003736A (ko) | 레이저 가공 방법 및 칩 | |
| KR20090064529A (ko) | 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 | |
| KR20100076918A (ko) | 레이저 가공 방법 | |
| WO2008035610A1 (fr) | Procédé de traitement au laser | |
| JP5037082B2 (ja) | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 | |
| KR20070031467A (ko) | 레이저 가공 방법 및 반도체 장치 | |
| TW201139029A (en) | Laser lift off systems and methods | |
| TW200911433A (en) | Laser working method, laser working apparatus, and its manufacturing method | |
| JP2012146874A (ja) | レーザ加工方法 | |
| TWI522199B (zh) | A laser processing apparatus, a processing method of a workpiece, and a method of dividing a workpiece | |
| JP2013141701A (ja) | 基板製造方法、および改質層形成装置 | |
| JP2008012542A (ja) | レーザ加工方法 | |
| JP5240267B2 (ja) | レーザー加工装置、被加工物の加工方法および被加工物の分割方法 | |
| JP6664686B2 (ja) | 基板加工方法及び剥離基板製造方法 | |
| JP2008213024A (ja) | 加工対象物切断方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050121 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070124 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071016 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071214 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080916 |