JPH08116120A - 基板材料の加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 滑らかな加工、精密な加工ができる基板材料
の加工方法及びその装置を提供する。 【構成】 炭酸ガスレーザ装置１２１で発振した光の波
長を回折格子１１２で選択することにより単一波長に制
御し、この単一波長のレーザ光Ｌを集光すると共にこの
レーザ光Ｌの外周にアシストガスＧをレーザ光Ｌの伝搬
方向に沿って流し、このレーザ光Ｌを基板材料１４１に
照射しながら基板材料１４１を移動させて基板材料１４
１の加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスレーザ光を用
いて基板材料を加工する方法及び装置に係り、特に、滑
らかな加工、精密な加工ができる基板材料の加工方法及
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス材料基板、磁性材料基板、
半導体材料基板、誘電体材料基板等の上や中に電子回路
や光回路を備えた電気集積回路、光集積回路、電気・光
集積回路等の製品開発が活性化してきた。このような集
積回路の製造時には、まず、大きさが３インチから１０
インチの円形或いは四角形の基板材料に数十個から数万
個の集積回路を高密度に集積化して形成し、この基板材
料からひとつひとつの集積回路を切断して分離する。

【０００３】集積回路の切断・分離方法を図７に示す。
図示されるように、基板材料７０１上に縦横に多数の集
積回路７０２が切断切り代を含む間隔をあけて形成され
ている。この基板材料７０１からひとつひとつの集積回
路７０２を切断して分離するには、一般に、集積回路間
に位置する切断線７０３ａ〜７０３ｎ，７０４ａ〜７０
４ｍに従ってダイヤモンドブレードダイシングを行う
か、レーザ光を照射してスクライビングを行う方法など
が用いられている。

【０００４】図８は、本出願人が先に提案した炭酸ガス
レーザ光の照射によるガラスの切断装置（特願平５−６
３７７５号）を示している。この装置は、炭酸ガスレー
ザ（ＣＯ₂ レーザ）８０１のレーザ光Ｌの周りにアシス
トガス導入管８０２からアシストガスＧを吹き付け、こ
のレーザ光Ｌをベース８０３上のガラス基板８０４に照
射して、このガラス基板を２つの基板Ａ及びＢに切断す
る際に、ガラス基板をＡ側及びＢ側でそれぞれベース８
０３に真空吸着して固定するものである。ベース８０３
のＡ側Ｂ側間に設けた溝８０５はレーザ光Ｌがガラス基
板８０４を貫通するようにしたもので、溝８０５がある
ことにより、切断中に同じ切断条件を保つことができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８の装置を用いて石
英ガラス基板、高珪酸ガラス基板（商品名；バイコール
ガラス基板、米国コーニングガラス社製品）、セラミッ
クス基板を切断したり、スリットを形成したりすると、
つぎのような問題を生じることがわかった。

【０００６】（１）図９（ａ）の平面図及び図９（ｂ）
の側面図に示されるように、厚さが１ｍｍ程度の基板材
料９０１を切断すると、切断した基板材料９０１の切断
部分９０２の表面９０３、側面９０４、及び裏面９０５
に凹凸が発生し、滑らかに切断することができない。た
だし、部分的には滑らかなところもあった。また、凹凸
の大きさは、数μｍ〜数十μｍであった。

【０００７】（２）凹凸の発生の仕方は不規則であり、
炭酸ガスレーザ光の出力の強さを一定にしても発生する
ことがわかった。また、石英ガラスよりはセラミックス
や多成分系ガラスのように多成分組成のものほど凹凸が
顕著に発生した。

【０００８】（３）凹凸の発生は、炭酸ガスレーザの発
振の始めに多い。ただし、このとき炭酸ガスレーザ光の
強さをパワメータで測ったところ、強さは安定であっ
た。

【０００９】（４）多成分系ガラス（例えば、ホウケイ
酸ガラス、ソーダガラス）基板の場合には局所的に大き
なクラックが入り、基板材料が割れることもあった。

【００１０】（５）セラミックス基板の場合には、基板
材料の裏面に切断の残存かす、即ちドロスが切断方向に
沿って不均一に生じた。ドロスの高さも数十μｍ〜１ｍ
ｍと不均一となる。また、切断した部分の表面及び側面
に数十μｍ〜数百μｍの長さに亘ってマイクロクラック
が発生し、その発生場所、マイクロクラックの長さも不
均一であった。

【００１１】本発明の目的は、これらの問題を解決し
て、基板材料を加工するに際し滑らかな加工或いは精密
な加工を実現することである。ここで、基板材料とは、
ガラス、セラミックスなどの非金属基板材料を示すだけ
でなく、部分的に金属材料を含んだ非金属基板材料をも
示す。また、加工とは、切断することだけでなく、スリ
ットを形成すること、溝やマーカ（文字、数字、絵等）
を形成することを示す。そして、滑らかな加工とは、前
記した凹凸、クラック、ドロス等を発生しないことを示
す。

【００１２】滑らかな加工を可能とすることにより、切
り代幅、加工幅を小さく、例えば１００μｍ以下として
基板材料上に集積回路を高密度に集積することを目指
し、これによって集積回路の低コスト化を図る。また、
レーザ光のエネルギを利用して気化により基板を加工
し、加工した基板にマイクロクラック、熱変形歪を与え
ず、集積回路の電気的・光学的特性の劣化を防ぐ。

【００１３】また、精密な加工を可能とすることによ
り、例えば数十μｍの切り代幅で数μｍの超精密な加工
を目指す。

【００１４】併せて、気化した基板材料の微粉末を基板
材料に付着させない、いわゆるクリーンでドライな雰囲
気で加工を行い、電気的、光学的に高品質、高性能を得
る方法を提供する。そして、このような加工を再現性よ
く行う装置を提供する。

【００１５】以上まとめると、本発明の目的は、滑らか
な加工、精密な加工ができる基板材料の加工方法及びそ
の装置を提供することにある。

【００１６】

【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、炭酸ガスレーザ装置で発振した光の波長を
回折格子で選択することにより単一波長に制御し、この
単一波長のレーザ光を集光すると共にこのレーザ光の外
周にアシストガスをレーザ光の伝搬方向に沿って流し、
このレーザ光を基板材料に照射しながら基板材料を移動
させて基板材料の加工を行うものである。

【００１７】炭酸ガスレーザ装置は回折格子付き外部共
振器を有し、この外部共振器の回折格子を角度調節自在
に設けてもよい。

【００１８】炭酸ガスレーザ装置内に上記回折格子を角
度調節自在に収容してもよい。

【００１９】上記炭酸ガスレーザ装置を常に発振状態と
し、炭酸ガスレーザ装置から集光用レンズまでの間にレ
ーザ光を遮断するか通過させる開閉器を置き、基板材料
が移動してその加工箇所が集光位置に来たとき、開閉器
を開いてレーザ光を通過させてもよい。

【００２０】基板材料を移動させるための基板移動機構
を設け、この基板移動機構を炭酸ガスレーザ装置と共に
防振装置上に一体的に固定してもよい。

【００２１】アシストガスを基板材料の表側及び裏側か
ら強制排気してもよい。

【００２２】また、その装置は、波長を選択できる回折
格子付き外部共振器を持つ炭酸ガスレーザ装置と、この
炭酸ガスレーザ装置が出力したレーザ光を集光して基板
材料に照射する集光用レンズと、このレーザ光の外周に
アシストガスをレーザ光の伝搬方向に沿って流すガス供
給部と、基板材料を少なくとも一軸方向へ移動させる基
板移動機構とを有し、これら各部が防振装置上に一体的
に固定されているものである。

【００２３】波長を選択的に制御できる回折格子を内蔵
した炭酸ガスレーザ装置と、この炭酸ガスレーザ装置が
出力したレーザ光を集光して基板材料に照射する集光用
レンズと、この集光したレーザ光の外周にアシストガス
をレーザ光の伝搬方向に沿って流すガス供給部と、基板
材料を少なくとも一軸方向へ移動させる基板移動機構と
を有し、これら各部が防振装置上に一体的に固定されて
いるものでもよい。

【００２４】炭酸ガスレーザ装置と集光用レンズとの間
に電気信号によりレーザ光を遮断するか通過させる開閉
器を設けてもよい。

【００２５】少なくとも炭酸ガスレーザ装置、基板移動
機構、開閉器がコンピュータにより制御されるものでも
よい。

【００２６】アシストガスを強制排気する排気手段を基
板材料の表側及び裏側に設けてもよい。

【００２７】基板材料を撮影し、その影像により加工を
監視する監視装置を設けてもよい。

【００２８】

【作用】本出願人は、先に提案した図８の装置を用いて
種々の実験を繰り返すなかから、本発明を創出するに至
った。即ち、ガラスやセラミックスを図７のように切断
した場合、図９のように切断した基板の表面、側面、及
び裏面に凹凸が発生し、その凹凸の発生の仕方が不規則
であり、しかも、切断速度や炭酸ガスレーザの出力の強
さに依存しないが、成分組成などに影響されることか
ら、炭酸ガスレーザ光の波長が不規則に変動し、その変
動によって凹凸が発生するのではないかと考えた。そこ
で、炭酸ガスレーザの発振スペクトル特性を測定したと
ころ、波長が１０．１μｍ〜１０．８μｍの広いスペク
トル分布をもって発振し、その分布内での各波長の出力
値（強さ）も一様でないことがわかった。しかも、この
発振スペクトル特性は、炭酸ガスレーザの冷却用水（図
８には図示せず）の温度変動、炭酸ガスレーザに供給す
る高圧電源の電圧変動、炭酸ガスレーザ管（図８には図
示せず）内の真空度等によって微妙にかつ時々刻々と変
動していることがわかった。この発振スペクトル幅が広
いこと、即ち多波長発振であること及びその発振波長特
性が変動することが凹凸発生の原因であると推定した。
つまり、基板材料は光吸収に波長依存性を持っており、
上記のように広い発振スペクトル幅のなかで発振波長特
性が変動する炭酸ガスレーザ光が基板材料に照射され、
これによって基板材料が切断されると、切断面も波長に
依存して不均一になり、そして、発振スペクトル特性が
変動しているとき、不均一性がさらに増大するものと考
えた。

【００２９】こうした考えから導かれた本発明は、炭酸
ガスレーザ装置が単一波長、例えば１０．６μｍで発振
するように制御を行うものである。また、基板材料を移
動させる機構が微妙に振動していると、同様に凹凸が発
生することも実験から見出だされたので、炭酸ガスレー
ザ装置と基板移動機構と防振装置上に一体的に固定した
ものである。

【００３０】請求項１の発明によれば、レーザ光の波長
を単一波長に制御したので、基板材料には常に同じ波長
のレーザ光が照射される。このため基板材料の光吸収が
一定となり、その吸収エネルギにより気化する基板材料
の量が一定する。基板材料を移動すると、場所によらず
気化する基板材料の量が一定となるから、凹凸等の発生
がなくなり、加工した基板の表面、側面、及び裏面が滑
らかになる。また、アシストガスを流したので熱変形歪
の発生、マイクロクラックの発生が抑えられる。さら
に、波長を回折格子で単一波長に選択しているので、い
つでも同じ単一波長が再現できることになる。

【００３１】請求項２の発明によれば、回折格子を外部
共振器としたことにより、波長を選択するために行う回
折格子の角度制御が簡素な構成でできる。

【００３２】請求項３の発明によれば、炭酸ガスレーザ
装置内に回折格子を収容したことにより、炭酸ガスレー
ザ装置内の真空が保持されて全反射率特性に優れ、しか
も温度や湿度等の環境変化に対して出力レーザ光が安定
となる。

【００３３】請求項４の発明によれば、炭酸ガスレーザ
装置が常に単一波長を保つので、開閉器を開いたとき、
即ち加工の始まりから滑らかな加工ができる。

【００３４】請求項５の発明によれば、基板移動機構や
炭酸ガスレーザ装置が振動せず、両者の相対的なずれも
なくなる。

【００３５】請求項６の発明によれば、レーザ光の照射
によって気化した材料がアシストガスと共に速やかに排
気されて基板に付着しない。また、アシストガスの流れ
が層流状態に保たれるので、基板の熱変形歪の発生、マ
イクロクラックの発生、凹凸の発生がいっそう抑えられ
る。また、いわゆるクリーンでドライな雰囲気で加工を
行うことができる。

【００３６】請求項７〜１１の発明の装置によれば、本
発明の方法による加工が再現性よく実現できる。

【００３７】請求項１２の発明によれば、加工状況を監
視しながら加工できるので、精密な加工や変則的な加工
に対応しやすくなる。

【００３８】

【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。

【００３９】図１に示されるように、第１の実施例によ
る基板材料加工装置は、防振装置１０１上に炭酸ガスレ
ーザ照射装置１０２と基板移動機構１０３とを一体的に
固定したものである。即ち、炭酸ガスレーザ照射装置１
０２は支柱１０４を介して防振装置１０１に固定され、
基板移動機構１０３は固定部１０５を介して防振装置１
０１に固定されている。

【００４０】炭酸ガスレーザ照射装置１０２は、外部共
振器である外付けグレーティング部１１１を外付けした
炭酸ガスレーザ装置１２１と、出力したレーザ光を集光
して基板材料に照射する光学系１３１とからなる。基板
移動機構１０３は、基板材料１４１を固定する固定台１
４２と、この固定台１４２をＸ，Ｙ，Ｚ各方向に移動さ
せるＸ，Ｙ，Ｚ方向移動機構１４３，１４４，１４５と
からなる。ここで、Ｘ，Ｙ方向は基板材料の縦横方向、
Ｚ方向は基板材料の厚み方向である。

【００４１】基板材料を加工する際には、炭酸ガスレー
ザ装置１２１と外付けグレーティング部１１１とで発振
させる炭酸ガスレーザ光Ｌの波長を単一波長に制御し、
このレーザ光Ｌを光学系１３１により集光して基板材料
１４１に照射し、その基板材料１４１を基板移動機構１
０３で移動させて任意形状に加工する。

【００４２】図１をさらに詳しく説明する。

【００４３】炭酸ガスレーザ装置１２１は、炭酸ガスレ
ーザ管１２２内に炭酸ガス（ＣＯ₂ ），窒素ガス
（Ｎ₂ ），ヘリウム（Ｈｅ）を８：１８：７４の割合で
混合した混合気体１２３を封入し、この炭酸ガスレーザ
管１２２内に反転分布を起こすのに必要な放電をさせる
ために電極１２４ａ，１２４ｂを設けたものである。発
振を起こさせるために反転分布状態にある物質の両側に
設ける光共振器として、炭酸ガスレーザ管１２２の出力
側（図で右）に内部鏡１２５を使用し、反対側（図で
左）に外付けの回折格子１１２を使用する。即ち、炭酸
ガスレーザ管１２２の出力側には出力取出孔１２６が設
けられ、その出力取出孔を覆うように設けた内部鏡１２
５は、発振した炭酸ガスレーザ光の一部を取り出す赤外
透過窓を兼ねている。また、炭酸ガスレーザ管１２２の
反対側には、ブルースター窓１２７が設けられており、
その外側に外付けグレーティング部１１１が接続されて
いる。ブルースター窓１２７は、炭酸ガスレーザ管１２
２内に混合気体を保持するためと、炭酸ガスレーザ光Ｌ
を透過させるために設けられている。炭酸ガスレーザ管
１２２は、図示しないが二重管になっており、水冷され
ている。

【００４４】外付けグレーティング部１１１にはグレー
ティング（回折格子）１１２が収容され、このグレーテ
ィング１１２の角度θを調節する角度調節部１１３が設
けられている。角度調節部１１３は、マイクロメータを
回転させることによって角度θを変える機構である。グ
レーティング１１２は、角度θに応じて単一波長、例え
ば１０．６μｍの光を選択的に反射するものであり、こ
こでは光共振器の鏡として使用される。

【００４５】光学系１３１は、炭酸ガスレーザ管１２２
に近い順に、光を遮るシャッタ１３２及びこのシャッタ
１３２を光路に挿入／取外しする挿入／取外し機構１３
３を有する開閉器１３４、レーザ光を下向きに反射する
ミラー１３５、レーザ光を集光するレンズ１３６からな
る。開閉器１３４は、レーザ光の基板材料への照射／非
照射を制御するためのもので、挿入／取外し機構１３３
が電気信号によって駆動される。

【００４６】炭酸ガスレーザ照射装置１０２には、ガス
供給部（図示せず）が設けられている。ガス供給部は、
レーザ光Ｌの外周にアシストガスＧをレーザ光Ｌの伝搬
方向に沿って流すものであり、レンズ１３６下方に設け
られた漏斗状のガス導入ガイド管１５１の大径側にアシ
ストガスＧを供給し、小径側から基板材料１４１へ向け
てアシストガスＧを流すようになっている。アシストガ
スＧは、基板材料１４１を加工するときに発生する基板
材料からの蒸発物を吹き飛ばして蒸発物が基板材料１４
１やレンズ１３６に付着するのを防止し、基板材料１４
１を冷却し、蒸発物を溝１４６を通して排気装置（図示
せず）側に強制的に排気するために用いられる。

【００４７】基板移動機構１０３のＸ，Ｙ，Ｚ方向移動
機構１４３，１４４，１４５は、それぞれが数値制御に
よって制御されるパルスモータで駆動され、固定台１４
２上の基板材料１４１の移動を行うものである。固定台
１４２はＡ、Ｂに分割され、両固定台Ａ、Ｂ間には溝１
４６が設けられている。この溝１４６は、図８の溝８０
５と同じであり、レーザ光Ｌの光路としての役割と、ア
シストガスＧの排気路としての役割とを持っている。基
板材料１４１は、各固定台Ａ、Ｂの上面に図示されない
真空吸着器により真空吸着される。

【００４８】次に実施例の作用を述べる。

【００４９】角度調節部１１３によりグレーティング１
１２の角度θを調節したときのマイクロメータの目盛り
と、炭酸ガスレーザ装置１２１が単一波長で発振したと
きの発振波長及び光出力特性との関係を図２に示す。実
線で示すように、グレーティング１２１の角度θを変え
ることにより、単一波長での発振波長が変わり、その波
長範囲は１０．１μｍ〜１０．８μｍである。また、破
線で示すように、単一波長で発振したときの光出力は３
０Ｗ〜７１Ｗである。なお、グレーティング１２１を用
いないで、全反射型鏡を用いた場合には、１０．１μｍ
〜１０．８μｍの広い発振スペクトル分布を持つ光出力
となる。この結果から、外付けグレーティング部１１１
を外付けした炭酸ガスレーザ装置１２１は、波長１０．
１μｍ〜１０．８μｍの範囲で所望の単一波長の炭酸ガ
スレーザ光を取り出すことができる。本発明では、この
波長範囲のなかから一つの単一波長を選択して用いる。
例えば、波長１０．６μｍでのグレーティング１１２の
角度θは約３３°である。

【００５０】この単一波長の炭酸ガスレーザ光は、開閉
器１３４、ミラー１３５、レンズ１３６を介し基板材料
１４１に集光される。一方、レンズ１３６下方に設けら
れた漏斗状のガス導入ガイド管１５１の大径側にはアシ
ストガスＧが供給され、小径側から基板材料１４１へ向
けてアシストガスＧが流れる。

【００５１】基板移動機構１０３は、予めＺ方向に移動
させることにより、上記集光された炭酸ガスレーザ光が
基板材料１４１の表面に照射されるように焦点合わせし
てある。次いで基板移動機構１０３をＸ又はＹ方向に移
動させることにより、照射位置を移動させる。一方、開
閉器１３４は、基板材料１４１が移動してその加工箇所
が集光位置に来たとき、開かれてレーザ光を通過させ
る。

【００５２】このようにして、レーザ光Ｌを基板材料１
４１に照射しながら基板材料１４１を移動させることに
より、基板材料１４１の加工が行われる。

【００５３】この実施例により、切断加工における凹凸
等の発生がなくなり、加工した基板の表面、側面、及び
裏面が滑らかになった。従って、１００μｍ以下の切り
代幅があれば十分となった。さらに、防振装置１０１上
に炭酸ガスレーザ照射装置１０２と基板移動機構１０３
とを一体的に固定したので、μｍオーダの加工精度が実
現され、数十μｍの切り代幅で切断が可能となった。そ
して、切断した基板のエッジには凹凸が殆ど無く、切断
端面は鏡面状態とすることができた。

【００５４】固定台Ａ、Ｂ間に溝１４６が設けられてい
ることによってレーザ光は基板材料中を反射光なく効率
良く吸収及び透過する。また、アシストガスの流れが効
率良く溝１４６に導かれ、その結果、レーザ光及びアシ
ストガスの流れの乱れが抑えられ、凹凸が殆ど無く、端
面は鏡面状態となった。

【００５５】また、従来は切断等の加工中に、一度、不
均一な凹凸が発生すると、その部分を起点としてしばら
く不均一な凹凸が残る傾向があったが、本発明によりこ
れも解消された。

【００５６】次に第２の実施例を説明する。

【００５７】図３に示される基板材料加工装置は、回折
格子を炭酸ガスレーザ管に内蔵した、いわゆるグレーテ
ィング内蔵型炭酸ガスレーザ装置を用いたものである。
即ち、炭酸ガスレーザ管３２２にグレーティング（回折
格子）３２１が収容されている。このグレーティング内
蔵型炭酸ガスレーザ装置３２１に第１の実施例と同じ光
学系１３１を接続して炭酸ガスレーザ照射装置３０２が
構成されている。基板移動機構１０３などは第１の実施
例と同じである。炭酸ガスレーザ装置３２１に回折格子
を内蔵したことにより、炭酸ガスレーザ装置内の真空が
常に保持されているので、全反射率特性を向上させるこ
とができ、結果的にレーザ光の高出力化を図ることがで
きる。また、温度や湿度等の環境変化に対しても、所望
の単一波長のレーザ光を安定して出力させることができ
る。このことは凹凸の極めて少ない加工を実現する上で
非常に有効となる。なお、第１の実施例と比較すると、
グレーティング３１２の角度θを調節する角度調節部３
１３が炭酸ガスレーザ管３２２内の真空中に置かれるた
め、角度調節部１１３が外付けである第１の実施例のほ
うが駆動の機構が簡素である。

【００５８】次に具体的な実施例を説明する。

【００５９】図４に示される基板材料加工装置は、外付
けグレーティング部４１１を持った炭酸ガスレーザ装置
４２１を用いたものであり、光学系１３１を収容したレ
ーザ光ガイド筒４３７を炭酸ガスレーザ装置４２１に接
続して炭酸ガスレーザ照射装置４０２を構成し、一方、
防振装置４０１は防振機構４０６を持った振動防止定盤
４０７で構成し、この振動防止定盤４０７上に、支柱４
０４を介した炭酸ガスレーザ照射装置４０２と基板移動
機構１０３とを一体的に固定したものである。光学系１
３１、基板移動機構１０３は第１の実施例と同じであ
る。

【００６０】レーザ光ガイド筒４３７の下端部がガス導
入ガイド管４５１を兼ねており、このガス導入ガイド管
４５１の大径側にアシストガスＧを供給するガス供給管
４５２が挿入されている。ガス導入ガイド管４５１の小
径側の近傍に、排気筒４５３が設けられている。また、
溝１４６に排気筒４５４が設けられている。排気筒４５
３，４５４は強制排気ドラフト４５５に接続されてお
り、基板材料１４１の表側及び裏側より排気筒４５３，
４５４を通してアシストガスＧ及び蒸発した基板材料の
微粒子が強制的に排気されるように構成されている。

【００６１】強制的に排気することにより、レーザ光の
照射によって蒸発した材料がアシストガスと共に速やか
に排気されて基板材料１４１の表面、裏面、切断端面に
付着しない。また、切断部分からの蒸発微粒子の発生を
促進させ、切断端面下部にドロスが生じるのを抑える。
また、アシストガスの流れが層流状態に保たれるので、
基板の熱変形歪の発生、マイクロクラックの発生、凹凸
の発生がおさえられる。また、いわゆるクリーンでドラ
イな雰囲気で加工を行うことができる。さらに、レンズ
１３６や基板移動機構１０３に微粒子が付着しない。環
境中に微粒子が漏れて人体に影響することも防止され
る。

【００６２】なお、アシストガスＧには、基板材料１４
１としてガラス、セラミックス、半導体等を用いる場
合、窒素（Ｎ₂ ）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス
か、酸素（Ｏ₂ ）、空気等の酸化性ガスを用いる。ま
た、アシストガスＧの圧力は１Ｋｇ／ｃｍ² 〜８Ｋｇ／
ｃｍ² が望ましい。ガス圧が高いほど蒸発物の基板材料
１４１への付着やドロスの発生等を抑えることができ
る。

【００６３】次に、図５に示される基板材料加工装置
は、図４で説明した基板材料加工装置に、基板材料を撮
影し、その影像により加工を監視する監視装置を設けた
ものである。監視装置５６１は、基板材料１４１に臨む
ＣＣＤカメラ５６２と、その画像を扱うコンピュータ５
６３とからなる。基板材料の加工の様子をＣＣＤカメラ
５６２で観測し、コンピュータ５６３でモニタする。

【００６４】図６に示される基板材料加工装置は、コン
ピュータによる自動加工を行うものである。基板移動機
構１０３を制御する駆動回路を備えた基板移動機構制御
部６６４が設けられ、その基板移動機構制御部６６４は
自動制御装置６６１のコンピュータ６６３で制御され
る。また、開閉器１３４もコンピュータ６６３で制御さ
れる。即ち、ＣＣＤカメラ５６２の出力信号が制御線６
６５を介してコンピュータ６６３に入力され、コンピュ
ータ６６３の制御信号が、ひとつは制御線６６６を介し
て開閉器１３４に送られ、もうひとつは制御線６６７を
介して基板移動機構制御部６６４に送られる。これによ
りレーザ光の基板材料１４１への照射／非照射が制御さ
れると共に基板材料１４１のＸ，Ｙ，Ｚ各方向への移動
が制御され、直線、曲線、或いはそれらの組み合わせた
形状の切断、溝・スリット形成等の加工が自動化され
る。

【００６５】次に図６の基板材料加工装置を用いて非金
属材料（石英系ガラス、多成分系ガラス、セラミック
ス、Ｓｉなどからなる基板）を切断加工したり、スリッ
ト形成加工したりした場合の実施例について述べる。

【００６６】１）第１の切断加工例 基板材料１４１に厚さ１ｍｍの１００ｍｍ角の石英ガラ
ス基板を用いた。外付けグレーティング部４１１により
炭酸ガスレーザ装置４２１の炭酸ガスレーザ光を波長１
０．６μｍの単一波長に制御し、その出力の強さを７０
Ｗとして連続発振させた。アシストガスＧとしては二次
圧が２Ｋｇ／ｃｍ² の窒素ガスを導入した。そして、強
制排気ドラフト４５５により５ｍ³ ／ｍｉｎの排気速度
で強制排気した。このような状態で開閉器１３４を開
き、石英ガラス基板（基板材料１４１）０．２ｍｍ／ｓ
ｅｃの速度で移動させながら切断した。その結果、必要
な切断切り代は約６０μｍであり、基板材料の表面、側
面、及び裏面は鏡面状態となり、凹凸は検出限界値であ
る１μｍ以下となった。即ち、非常に滑らかな加工が達
成され、切断端面は表面及び裏面に対し９０°であっ
た。また、長さ１００ｍｍの切断線に沿って非常に均一
に切断されていた。

【００６７】２）第２の切断加工例 第１の切断加工例の切断条件において、基板材料１４１
の移動速度を０．４ｍｍ／ｓｅｃに速めて同様の切断加
工を行った。結果は第１の切断加工例と同じであった。

【００６８】３）第３の切断加工例 第１の切断加工例の切断条件において、外付けグレーテ
ィング部４１１により炭酸ガスレーザ装置４２１の炭酸
ガスレーザ光を波長１０．４８μｍの単一波長に選択し
た。炭酸ガスレーザ光の出力の強さは約６４Ｗであっ
た。それ以外の条件は一定とし、石英ガラス基板を同様
に切断した。この場合も、非常に均一な切断端面が得ら
れた。

【００６９】４）第４の切断加工例 第３の切断加工例の切断条件において、炭酸ガスレーザ
光を波長１０．７４μｍの単一波長に選択し、出力の強
さを６０Ｗとし、石英ガラス基板を同様に切断した。こ
の場合も、非常に均一な切断端面が得られた。また、波
長を１０．７４μｍに変更し、出力の強さ７０Ｗの条件
でも同様に非常に均一な切断端面が得られた。

【００７０】５）第５の切断加工例 第１の切断加工例の切断条件において、窒素ガスの二次
圧を２Ｋｇ／ｃｍ² から低い方に下げていくと、切断し
た基板の裏面に盛り上がり、即ちドロスが残存する傾向
が見られた。二次圧が０．４Ｋｇ／ｃｍ² よりも低くな
ると、ドロスの高さが数μｍから数十μｍ程度発生し
た。また、強制排気ドラフト４５５の排気速度が低下す
ると、アシストガスＧの流れに乱れが生じ、その結果、
切断端面にわずかの不均一部分を生じた。

【００７１】６）第６の切断加工例 第１の切断加工例の切断条件において、基板材料１４１
に厚さ１ｍｍのムライト（セラミックスの一種）を用
い、基板材料１４１の移動速度を種々変えて切断実験を
行った。その結果、切断切り代は約６０μｍであり、基
板材料１４１の移動速度は０．２ｍｍ／ｓｅｃから８ｍ
ｍ／ｓｅｃの範囲で凹凸の極めて少ない切断ができた。
ただし、上記の移動速度の範囲でも低速に近いほうで
は、切断端面にわずかのマイクロクラック（長さ数十μ
ｍ）が発生することがある。その場合、窒素ガスの二次
圧を２Ｋｇ／ｃｍ² から４Ｋｇ／ｃｍ² 、６４Ｋｇ／ｃ
ｍ² と高圧にすることによってマイクロクラックを大幅
に低減することができた。また、基板裏面のドロスの残
存は、窒素ガスの二次圧を高圧にするのと強制排気ドラ
フト４５５の排気速度を大きくする（好ましい範囲は数
ｍ³ ／ｍｉｎ〜十数ｍ³／ｍｉｎ）ことによって、ほぼ
完全になくすことができた。

【００７２】７）第７の切断加工例 第６の切断加工例の切断条件において、基板材料１４１
に厚さ０．６ｍｍと１．１ｍｍのアルミナ（セラミック
スの一種）を用い、同様の切断を行ったが、この場合も
均一に切断加工を行うことができた。

【００７３】８）第８の切断加工例 第１の切断加工例の切断条件において、基板材料１４１
にホウケイ酸ガラス（厚さ１．１ｍｍ、製品名パイレッ
クスガラス；コーニング社）を用い、炭酸ガスレーザ光
の出力の強さを６０Ｗとして切断加工を行った。その結
果、基板材料１４１の移動速度が０．５ｍｍ／ｓｅｃ〜
４ｍｍ／ｓｅｃではほとんどクラックが発生せずに切断
することができた。しかし、石英ガラス基板の場合より
も切断切り代は大きく約８０μｍとなり、また切断面も
若干の凹凸（数μｍ程度）があった。

【００７４】９）第９の切断加工例 第８の切断加工例の切断条件において、基板材料１４１
にソーダガラス（厚さ１ｍｍ）を用い、同様の切断を行
ったが、この場合も良好な切断面を得ることができた。
ただし、アシストガスの二次圧を大きくし、かつ強制排
気速度を大きくすることが良好な切断面を実現する上で
重要であることがわかった。

【００７５】１０）第１の溝加工例 図６の基板材料加工装置を用い、コーニング社製の７０
５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ）の基板表面に幅約１
５０μｍ、深さ約２００μｍの溝を形成する実験を行っ
た。炭酸ガスレーザ光の波長は１０．６μｍの単一波長
に選択し、出力の強さを約３０Ｗとし、基板材料の移動
速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとし、ガス圧、排気速度は４Ｋ
ｇ／ｃｍ² 、５ｍ³ ／ｍｉｎとし、上記の溝を形成する
ことができた。

【００７６】１１）第２の溝加工例 図６の基板材料加工装置を用い、直径３インチ、０．４
６ｍｍのＳｉ基板表面に厚さ１０μｍのＳｉＯ₂ 膜の形
成された基板のＳｉＯ₂ 膜中に幅約７０μｍの溝を形成
した。このときの炭酸ガスレーザ光の波長は１０．６μ
ｍの単一波長に選択し、出力の強さは約７０Ｗであっ
た。基板の移動速度は０．４ｍｍ／ｓｅｃ、アシストガ
スの二次圧は１．２Ｋｇ／ｃｍ² 、排気速度は５５ｍ³
／ｍｉｎとした。

【００７７】１２）第１のスリット加工例 第１の切断加工例の切断条件を用いて、厚さ１ｍｍの石
英ガラス基板に幅が約６０μｍのコ字状のスリットを形
成した。このスリットの表面、側面及び裏面には凹凸が
なく、鏡面状態に加工することができた。また、アシス
トガスとして窒素ガスの代わりに酸素、アルゴン、空気
等を用いてもほぼ同様な加工を行うことができた。

【００７８】１３）第２のスリット加工例 第１のスリット加工例の加工条件において、１００ｍｍ
角の石英ガラス基板の中央付近に４か所、コ字状のスリ
ットを所望間隔で形成するために、基板の移動中に開閉
器をコンピュータにより開閉制御した。この結果、μｍ
の位置精度で４か所に再現性よくスリットを形成するこ
とができた。なお、このコ字状のスリット形成は基板移
動機構をＸ方向及びＹ方向に移動させることによって実
現した。

【００７９】１４）部分的に金属材料を含んだ非金属材
料の切断加工例 厚さが０．２ｍｍのセラミックス基板上にＡｌ配線パタ
ーンが形成されたものを多層上に６枚積層されたセラミ
ックス基板を第６の切断加工例の切断条件で切断した結
果、Ａｌ配線パターンが形成されている基板部分も切断
することができた。

【００８０】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００８１】（１）炭酸ガスレーザ装置の発振波長を単
一波長にしたので、加工した基板の表面、側面、及び裏
面に凹凸等の発生がなくなり、極めて均一な加工面が得
られる。切断切り代も１００μｍ以下である。

【００８２】（２）加工した基板の表面、側面、及び裏
面にマイクロクラック等の発生がなくなり、集積回路の
電気的・光学的特性の劣化を防ぐ。

【００８３】（３）切断、スリット、溝、マーキング等
の加工を再現性よく行うことができ、低コスト化を図れ
る。

【００８４】（４）超精密な加工ができる。

【００８５】（５）気化した基板材料の微粉末を基板材
料に付着させない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す基板材料加工装置
の構成図である。

【図２】炭酸ガスレーザ装置の発振波長及び光出力特性
を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す基板材料加工装置
の構成図である。

【図４】本発明の具体的実施例を示す基板材料加工装置
の構成図である。

【図５】本発明の具体的実施例を示す基板材料加工装置
の構成図である。

【図６】本発明の具体的実施例を示す基板材料加工装置
の構成図である。

【図７】集積回路の切断・分離方法を説明するための基
板材料の平面図である。

【図８】従来例を示すガラス切断装置の構成図である。

【図９】従来例における基板材料の平面図及び断面図で
ある。

【符号の説明】

１０１ 防振装置 １０３ 基板移動機構 １１１ 外付けグレーティング部 １１２ 回折格子（グレーティング） １１３ 角度調節部 １２１ 炭酸ガスレーザ装置 １３４ 開閉器 １３６ レンズ １４１ 基板材料 １５１ ガス導入ガイド管

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｎ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭酸ガスレーザ装置で発振した光の波長
   を回折格子で選択することにより単一波長に制御し、こ
   の単一波長のレーザ光を集光すると共にこのレーザ光の
   外周にアシストガスをレーザ光の伝搬方向に沿って流
   し、このレーザ光を基板材料に照射しながら基板材料を
   移動させて基板材料の加工を行うことを特徴とする基板
   材料の加工方法。
2. 【請求項２】 炭酸ガスレーザ装置は回折格子付き外部
   共振器を有し、この外部共振器の回折格子を角度調節自
   在に設けたことを特徴とする請求項１記載の基板材料の
   加工方法。
3. 【請求項３】 炭酸ガスレーザ装置内に上記回折格子を
   角度調節自在に収容したことを特徴とする請求項１記載
   の基板材料の加工方法。
4. 【請求項４】 上記炭酸ガスレーザ装置を常に発振状態
   とし、炭酸ガスレーザ装置から集光用レンズまでの間に
   レーザ光を遮断するか通過させる開閉器を置き、基板材
   料が移動してその加工箇所が集光位置に来たとき、開閉
   器を開いてレーザ光を通過させることを特徴とする請求
   項１〜３いずれか記載の基板材料の加工方法。
5. 【請求項５】 基板材料を移動させるための基板移動機
   構を設け、この基板移動機構を炭酸ガスレーザ装置と共
   に防振装置上に一体的に固定したことを特徴とする請求
   項１〜４いずれか記載の基板材料の加工方法。
6. 【請求項６】 アシストガスを基板材料の表側及び裏側
   から強制排気することを特徴とする請求項１〜５いずれ
   か記載の基板材料の加工方法。
7. 【請求項７】 波長を選択できる回折格子付き外部共振
   器を持つ炭酸ガスレーザ装置と、この炭酸ガスレーザ装
   置が出力したレーザ光を集光して基板材料に照射する集
   光用レンズと、このレーザ光の外周にアシストガスをレ
   ーザ光の伝搬方向に沿って流すガス供給部と、基板材料
   を少なくとも一軸方向へ移動させる基板移動機構とを有
   し、これら各部が防振装置上に一体的に固定されている
   ことを特徴とする基板材料の加工装置。
8. 【請求項８】 波長を選択的に制御できる回折格子を内
   蔵した炭酸ガスレーザ装置と、この炭酸ガスレーザ装置
   が出力したレーザ光を集光して基板材料に照射する集光
   用レンズと、この集光したレーザ光の外周にアシストガ
   スをレーザ光の伝搬方向に沿って流すガス供給部と、基
   板材料を少なくとも一軸方向へ移動させる基板移動機構
   とを有し、これら各部が防振装置上に一体的に固定され
   ていることを特徴とする基板材料の加工装置。
9. 【請求項９】 炭酸ガスレーザ装置と集光用レンズとの
   間に電気信号によりレーザ光を遮断するか通過させる開
   閉器を設けたことを特徴とする請求項７又は８記載の基
   板材料の加工装置。
10. 【請求項１０】 少なくとも炭酸ガスレーザ装置、基板
    移動機構、開閉器がコンピュータにより制御されること
    を特徴とする請求項９記載の基板材料の加工装置。
11. 【請求項１１】 アシストガスを強制排気する排気手段
    を基板材料の表側及び裏側に設けたことを特徴とする請
    求項７〜１０いずれか記載の基板材料の加工装置。
12. 【請求項１２】 基板材料を撮影し、その影像により加
    工を監視する監視装置を設けたことを特徴とする請求項
    ７〜１１いずれか記載の基板材料の加工装置。