JPH10263865A

JPH10263865A - レーザ割断方法及び基板

Info

Publication number: JPH10263865A
Application number: JP9075002A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; 隆松本; Shinichi Wai; 伸一和井; Takeoki Miyauchi; 建興宮内; Hideaki Sasaki; 秀昭佐々木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザによる熱応力に応じて脆性基板を割断す
る場合、割断の交差、熱分布の非対称、２次元的曲げコ
ーナ部、多波長レーザによる周囲への影響等により、精
度が低下する。本法は、予備的加工無しに、レーザで脆
性基板を高精度で割断する方法、基板を提供する。【解決手段】本発明では、３，４のように製造過程で基
板に予備穴を設け、交差部のユガミを解消する。また、
レーザ照射部が基板端に近い場合熱の溜る側をアシスト
ガス１３で拡散させ、熱分布を対称形とする。２次元的
に割断を曲げるポイントでは、熱が溜り、割断線が追従
しないので、ポイントで瞬時にレーザを遮光して、追従
させる。レーザ波長は２０のように単一波長の方が熱分
布が均一化し、精度が向上する。３，４のような予備穴
を設けた基板１で交差割断を行うことによって、コーナ
精度の良いチップ６，７を得ることができる。割断の際
は、レーザの波長を２０のように単一化し、基板の位置
に応じて、アシストガス１３を用いると、全体の精度が
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームによ
るシリコンウェハやセラミック基板等のような脆性基板
の割断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザによる割断技術は、発塵無く切り
代が不要という利点を持つ。このため、レーザによる割
断は、シリコンウェハやセラミック基板等の脆性材料の
加工に適用性が高い。レーザの照射では、レーザビーム
付近では熱膨張に伴う圧縮応力が発生し、レーザビーム
外側周囲では引張り応力が発生する。この応力が材料の
破壊靭性を上回ると亀裂が発生し、これによって切断が
可能となる。しかしながら、引張り応力がレーザビーム
周辺の円周上に分布し、目的とする割断方向への応力集
中化が困難であるため、精度が悪くなり易い。この為、
特開平４−１１８１９０号公報のように化学的エッチン
グにより予備的に小溝を割断線上に形成し、レーザで割
断する方法や、特開平４−１６７９８５号公報のように
予備線に沿って組織の異なる層である改質層を形成し、
レーザで割断する方法が提案されている。しかしなが
ら、基板上の割断線上に微小溝や改質層の形成等の前加
工を行うと、汚染（コンタミ）が発生し、洗浄等の工程
が増す。他方、微小溝や改質層の形成等の前加工なしに
レーザビームのみで割断を行うと、特に終始点では応力
開放等により、目標線より外れ、割断の精度が低下す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の前記問題点を解消し、前加工することなく、レー
ザビームにより脆性基板を高精度に割断できる方法及び
基板を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の前記目的は、レ
ーザによる熱割断において、特に曲線や折れ線の割断精
度の向上の為に、１）予備穴を設けた基板の製作、２）
曲げ部のレーザシャッタ制御（照射停止）によって達成
することができる。

【０００５】また、直線方向の割断精度の向上には、
１）単一波長レーザによる割断、２）アシストガス吹付
による熱分布の片寄り防止により行うことが可能であ
る。

【０００６】上記の対策により、これまで割断では難し
いとされていた、シリコンウェハ以外の脆性セラミック
の多数個取り切断、細かな高精度を要するチップの切り
出しを可能とすることができる。

【０００７】熱応力により行う割断において、以下の作
用が有る。

【０００８】１）基板上の予備穴：チップ等を切り出す
際、コーナ部（切断交差部）の精度低下を方向決めして
防止する。

【０００９】２）多方向アシスト吹付：直線部分の割断
を行う場合、熱源部を中心とした熱分布（特に左右）
が、特に被切断基板の端部で不均化（熱が端部に溜る）
する。熱分布が溜った部分に集中的にアシストガスを吹
き付け、熱を逃がし、均一化することによって、直線性
や断面のテーパの精度を上昇させる。

【００１０】３）切断曲げ部のシャッタ制御：割断線を
２次元的に曲げる必要がある場合、曲げ部では加速度が
急低下（マイナス）し、速度が低下し、熱が溜り易い。
これによって精度が低下するので、瞬時にコーナ部でレ
ーザの出力をシャットし、熱の溜りを防止し、曲げ部の
精度を確保する。

【００１１】４）レーザ波長の均一化：熱源のレーザ波
長を均一化し、吸収波長を限定することにより、熱分布
の向上と精度の向上をはかる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
示した実施例を参照して更に説明する。

【００１３】図１において、被加工基板１を固定し、上
からレーザを照射し、割断していく上面図を示す。基板
においては、切り出すチップ２のコーナ外の４箇所（割
断で交差する位置）に、あらかじめ４角形の穴３か丸形
の穴４を設ける。これは、加工ではなく、基板を製造す
る過程において、積層する前にシートに明けることによ
って形成する。図１での基板は厚さ１．０ｍｍ、材質は
ムライトである。これに熱源のレーザ（ＣＯ₂レーザ、
波長１０．６μｍ）を照射し、４チップ２の外周に沿っ
て割断を行う。割断線５が交差する位置には予備穴３，
４が存在するので、コーナ部での著しい割断線のユガミ
は発生せず、図２の６，７のようなテーパを持ったチッ
プが得られる。穴の寸法としては、４角形３で１辺約
１．０ｍｍである。丸形４で直径φ１．０ｍｍである。
この予備穴が無い基板で割断を行うと、基板２１のよう
に交差部で著しいユガミが発生する。その結果、図２の
チップ８のような、コーナ部が異形（ハネ９、凹み１
０）となってしまう。

【００１４】このように、あらかじめ交差部に予備穴を
設けた基板１は、チップ６，７のようなコーナ異形の無
いチップ材料を提供する。

【００１５】次に、基板に対し、レーザを照射している
ときの基板表面の高温の温度分布の模式図を図３に示
す。スポット１１は、レーザスポットの中心を表し、１
２は高温領域（約２００℃以上）を表す。左端のＩで
は、レーザスポット中心１１から基板の端までの距離が
レーザスポット半径より、十分に長い場合である。この
場合、１１周囲の高温分布１２が左右対称形であり、熱
応力が割断線の左右で等しく発生するので、精度が確保
できる。この場合、レーザ条件は、スポット半径φ３ｍ
ｍ、出力は約１００ＷのＣＯ₂レーザである。スポット
中心から基板端までの距離は、１０ｍｍ以上が条件であ
る。

【００１６】これに対し、スポット中心から基板端まで
の距離が１０ｍｍ未満となると、IIのように基板端側
に、熱が溜る（拡散されなくなる）ので、熱分布１２が
非対称となっている。これによって、熱応力分布が不規
則となり、割断線５がユガミを生じ、断面もテーパがつ
き易くなり、著しい精度の低下となる。これに対し、II
I のように、熱の溜る側を、斜め方向１３からアシスト
ガスを吹付け、熱の拡散を最適とすることにより、熱分
布１２をほぼ対称とすることができる。この場合、サー
モビュア等熱分布を可視化しながら、アシストのノズル
方向、ガス圧を決定するのが望ましい。これによって、
対称形の分布と同程度の割断精度を得ることができる。

【００１７】次に、割断を行う際、途中で２次元的に曲
げる場合を考える。図４には、目標線１４、実際の割断
線５、レーザビームの通過線１５を示す。まず、レーザ
の移動を目標線１４の通りに行なった場合の割断線の結
果を図４−Ｉに示す。コーナ曲げ部では、変更前方向の
加速度がマイナス∞になる為、著しく熱が溜る。また、
割断線はレーザビームの約２ｍｍ後方を追従するので、
コーナ部１６では、垂直とならず、線のユガミとなって
現れる。これを対策するため、コーナ部で外へ２ｍｍ迂
回した場合を図４−IIに示す。コーナ１６はＩに比べ、
改善するものの、熱の溜りは改善できず、厳密な直角と
なり得ない。そこで、瞬時にレーザｏｆｆ（シャッタ
閉）することによる方法を図４−III に示す。原理的に
は、まずコーナ部から２ｍｍオーバー照射し、割断線を
コーナ１６まで導く。ここで瞬時にレーザｏｆｆ（シャ
ッタ閉）して、２ｍｍ、１６の位置に戻し、方向を９０
°変化させる。ここからレーザｏｎ（シャッタ開）し、
垂直方向へ割断を移動する。これによって、コーナ部１
６は、精度良い垂直な割断線を形成することができる。
（１４，５を一致できる。）次に、割断を行う際のレーザ波長について説明する。本
件で使用したＣＯ₂レーザでは、図５の１９のように、
９μｍ〜１１μｍまでの範囲で、多波長の発振となって
いる。この条件で判断を行うと、特に割断付近に異なる
材質のパターンが有るときや、不純物が存在し、多波長
中に吸収の高い波長が有る場合は、吸収分布に不均化が
起り、あるいは、加工（溶融）が発生し、精度の低下へ
つながり易い。これを対策する方法として、波長選択が
ある。これは、レーザ発振器の増幅用反射ミラーに回析
格子をつけることによって、ある１つの波長のみを発振
させることができる。多波長分布１９に比較し、単波長
（ムライト割断の場合は１０．６μｍ）２０のような単
一モード発振とすることにより、割断する際、周囲の吸
収に影響されにくくなり、吸収分布が均一化され、精度
が向上する。割断では温度分布（熱応力分布）が大きく
精度を左右するので、上記の波長選択とアシストガス条
件等の組合せにより、高精度な割断を提供できる。例え
ば、厚さｔ１．０ｍｍのムライトセラミックを精度良く
割断できる条件は、１０．６μｍ波長選択で、出力１０
０Ｗ、速度１５mm／ｓであった。同じ条件で９〜１１μ
ｍの多波長発振条件で行うと、吸光量の増加（不純物に
よるものも含む）により、溶融加工が発生した。これに
より、溶融レス割断を行う条件を求めると、出力１００
Ｗ，２０mm／ｓであった。しかしこれにより、熱分布の
不均化、亀裂進行の不安定化により、精度が１ケタ低下
する結果となった。これにより、波長選択により、割断
精度が有効に効果が有ることが示されている。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかのように、本発明
の場合は、以下の効果により、高精度な割断を実現でき
る。

【００１９】外部コーナ４箇所に、基板に製造段階で予
備穴を設けることによって、精度の良いコーナテーパを
有するチップを割断することができ、コーナの精度低下
防止を実現できる。

【００２０】また、基板の端の部分を割断する場合、端
の側に熱が拡散しない為、熱が溜り、熱分布の不均一化
が発生する。これを防止する為に、溜り側にアシストを
吹付け、均一化をはかり、精度を確保できる。

【００２１】また、途中で割断線を曲げる場合、コーナ
部でレーザ光を瞬時に停止することによって、コーナ部
の寸法精度を確保できる。

【００２２】また、レーザの波長を選択し、単一波長の
レーザで割断することによって、全体的に精度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す予備穴を設けたことを
特徴とする基板。

【図２】本発明の一実施例における予備穴を設けた基板
から切り出したチップと、予備穴の無い基板から切り出
したチップ。

【図３】基板を割断しているときの高温度分布。Ｉ：レ
ーザ中心と基板端が十分長い場合 II：短い場合、 II
I：アシストを適用した例。

【図４】割断を途中で曲げた割断線Ｉ：従来法 II：
迂回法 III：遮光法。

【図５】レーザの発振する波長の分布。多波長と単波長
の比較図。

【符号の説明】１…基板、２…切り出しチッ
プ、３…角形予備穴、４…丸形予備
穴、５…割断線、６…テーパ付チ
ップ、７…コーナＲ~付チップ、８…予備穴な
しで切り出したチップ、９…コーナ部異形ハネ、
１０…コーナ部異形凹み、１１…レーザ光スポット、
１２…高温分布領域、１３…補助アシスト吹付
方向、１４…割断目標ライン、１５…レーザ経路、
１６…コーナ部、１７…レーザ出力、
１８…波長、１９…発振出力(波長選択な
し)、２０…発振出力(波長選択有での単一波長)、２
１…予備穴を設けていない基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木秀昭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

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工脆性材料の基板において、積層前の
シートにあらかじめ割断線上に予備穴を設け、積層した
後、その上からレーザを照射することによって割断する
ことを特徴とするレーザ割断方法。
【請求項２】レーザ割断において、少なくとも一方向か
らアシストガスを吹きつけ、熱分布の不均一化の防止を
行うことを特徴とするレーザ割断方法。
【請求項３】レーザ割断において、途中で割断線を曲げ
る際にコーナ部で熱が溜るのを防止するために、コーナ
部で瞬時にレーザ出射を停止することにより、熱の均一
化と精度を向上させることを特徴とするレーザ割断方
法。
【請求項４】レーザ割断において、レーザの波長を選択
し、単一化した波長とすることによって精度を上げるこ
とを特徴とするレーザ割断方法。
【請求項５】レーザにより割断を行う際の交差部の位置
にあらかじめ穴を明けたことを特徴とするセラミック基
板。