JPH07323384A

JPH07323384A - 脆性材料の割断方法

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Publication number: JPH07323384A
Application number: JP6121038A
Authority: JP
Inventors: Hideki Morita; 英毅森田; Shunichi Maekawa; 俊一前川; Toshihiro Okiyama; 俊裕沖山; Hideyuki Shirahama; 秀幸白浜; Toshiyuki Yokoyama; 敏幸横山; Eishin Oonita; 英信大仁田
Original assignee: SOUEI TSUSHO KK; Research Development Corp of Japan; Nagasaki Prefectural Government
Current assignee: SOUEI TSUSHO KK; Japan Science and Technology Agency; Nagasaki Prefectural Government
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 1995-12-12
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: JP2700136B2

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザビームを用いて脆性材料の割断を行う
にあたり、その加工起点の初期亀裂の発生率が高く、し
かも割断の加工速度が速い方法を提供する。【構成】被加工材料Ｗの裏面側で割断予定線ＣL に沿
う位置を、突起１ａで支持して当該材料Ｗの裏面側に空
間Ｓを設け、その空間Ｓの雰囲気を負圧に維持した状態
で、この材料Ｗの表面にレーザビームLBを照射して亀裂
の発生とその誘導を行う。また、材料Ｗを曲面上に配置
して、その全体を撓ませた状態で材料の表面にレーザビ
ームを照射して同様に亀裂の発生・誘導を行う。そし
て、このような手法により、レーザビーム照射位置の付
近には熱応力による引張応力に加えて機械的な引張応力
が作用し、その局部的な集中応力が大となる結果、所期
の目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス、セラミックあ
るいは半導体材料等の脆性材料にレーザビームを照射す
ることにより発生する熱応力を利用して、その材料を割
断する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体材料等のウェハを切断する方法と
しては、例えば、ウェハにレーザビームを照射して、ウ
ェハを局部的に溶解もしくは蒸発させ、さらにレーザビ
ーム照射位置を切断すべき方向に沿って移動させること
によってウェハを切断する技術がある。

【０００３】しかし、このようなレーザビームを利用し
た切断（溶断）方法によると、レーザビーム照射により
溶解もしくは蒸発した物質が、ウェハに集積したＬＳＩ
やＩＣ等のデバイス表面に付着し、これによりその電極
部の導電性を劣化させる等の悪影響が及ぶという問題、
さらには、レーザビームを細く絞ってもそのスポット径
を約１０μｍ程度にしかできないため、どうしても切り
しろを無くすことができず、しかも蒸発等による材料の
損失が避けられないといった問題がある。

【０００４】そこで、このような問題を解決するため
に、レーザビーム照射による熱応力を利用して材料を割
断する、いわゆるレーザ割断方法が提案されている。こ
の方法は、脆性材料にレーザビームを照射して、その照
射位置に生じる熱応力により微小亀裂を発生させ、その
亀裂をレーザビームによる熱応力によって加工予定線に
沿う方向に誘導することによって材料を割断する方法
で、レーザビームを利用した溶断に比して加工エネルギ
が小さく、しかも材料の損失がないといった利点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したレ
ーザ割断方法では、加工の起点となる初期亀裂を、材料
の端縁の近傍にレーザビームを照射して、そのビーム中
心と周辺との間に発生する急峻な温度勾配で生じる局部
的な集中応力で発生させるわけであるが、レーザビーム
の照射条件、例えば加工周辺の雰囲気温度、材料表面で
の散乱状態及び材料中での光の吸収率などの条件が悪い
ときには、レーザビームを長時間にわたって照射しても
十分な温度勾配が得られず初期亀裂が発生しない場合が
ある。

【０００６】また、この種のレーザ割断方法では、微小
亀裂を発生させた後、レーザビーム照射位置を割断予定
線に沿って移動し、この予定線上を部分的に加熱するこ
とにより、ビーム進行方向の後方に熱応力を発生させ、
亀裂先端の応力拡大係数を材料の破壊靱性値を超えさせ
るというメカニズムにより亀裂の進展を行うが、レーザ
ビームの進行速度が速いと、亀裂進展のための熱応力つ
まり温度勾配が十分とはならず、このため割断速度が遅
いという問題が残されており、この割断速度の点と上記
した初期亀裂の発生率の点の二つの問題が、レーザ割断
方法の実用化のはかる上での大きな妨げとなっている。

【０００７】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、レーザビームを用いて脆性材料の割断を行うに
あたり、その加工起点の初期亀裂の発生率が高く、しか
も割断の加工速度が速い方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の第１の方法は、図１(a) の模式断面図に示
すように、被加工材料Ｗの裏面側で割断予定線ＣL に沿
う位置を、突起１ａ・・１ａで支持して当該材料Ｗの裏面
側に空間Ｓを設け、その空間Ｓの雰囲気を負圧に維持し
た状態で、この材料Ｗの表面にレーザビームLBを照射し
て亀裂の発生とその誘導を行うことによって特徴づけら
れる。

【０００９】また、同じ目的を達成するため、本発明の
第２の方法は、図５の模式断面図に示すように、保持面
１０１ａが上方に凸の曲面形状のステージ１０１上に被
加工材料Ｗを置き、この材料Ｗを保持面１０１ａに吸着
した状態で、当該材料表面にレーザビームLBを照射して
亀裂の発生とその誘導を行うことを特徴としている。

【００１０】

【作用】被加工材料Ｗの加工始点の近傍となる位置を突
起１ａの先端で支持して、この材料Ｗの裏面側を真空吸
着等により負圧にすると、図１(b) に示すように、材料
Ｗが突起１ａのまわりで撓んで材料Ｗの表面に引張応力
が作用する。そして、材料Ｗの突起１ａが当たっている
部分の表面側にレーザビームLBを照射すると、ビーム照
射位置に発生する熱応力（引張応力）が先の突起１ａに
よる機械的な引張応力に重畳し、これにより局部的な集
中応力が材料の許容応力を十分に超える値となる結果、
加工始点に確実に微小亀裂が発生する。

【００１１】また、被加工材料Ｗの割断予定線に沿う部
分も突起１ａの先端で支持されているので、先に発生し
た亀裂の先端付近にレーザビームLBを照射すると、その
照射位置付近には、上記と同等のメカニズムにより機械
的な引張応力と熱応力とが重畳し局部的な集中応力が大
きなる。その結果、亀裂先端の応力拡大係数が材料の破
壊靱性値を超えるのに要する時間が短くなって亀裂の進
展が速くなる。

【００１２】一方、被加工材料Ｗを曲面形状の保持面１
０１ａに置いて吸着すると、材料Ｗの全体が撓んで材料
Ｗの表面に引張応力が作用する。従って、この場合も、
レーザビーム照射による熱応力に加えて機械的な引張応
力が重畳し、その照射位置付近の局部的な集中応力が大
きくなる。

【００１３】

【実施例】本発明方法の実施例を、以下、図面に基づい
て説明する。まず、本発明の第１の方法の実施例におい
て使用する装置は、図２(a),(b) に示すように、被加工
材料であるウェハＷを載置するステージ１と、このステ
ージ１上のウェハＷにレーザビームLBを照射するＹＡＧ
レーザ発振器等のレーザ発振器（図示せず）などによっ
て構成されている。

【００１４】ステージ１はＸ−Ｙの２軸の方向に移動可
能な構造の移動ステージで、その材料保持面には複数本
の突起１ａが配置されている。この各突起１ａは、Ｘと
Ｙ方向の各方向に沿って直線状に延びる形状の突条で、
ステージ１に載置するウェハＷの割断予定線ＣL に対応
する位置関係で配列されている。

【００１５】また、ステージ１には、各突起１ａと１ａ
との間にそれぞれ吸引孔１ｂ・・１ｂが設けられている。
この各吸引孔１ｂはマニホールド１ｃを通じて排気口１
ｄに連通している。そして、排気口１ｄには真空排気系
（図示せず）が接続され、その排気系の真空弁の開閉操
作によりウェハＷをステージ１に真空吸着することがで
きる。

【００１６】さて、本発明の第１の方法の実施例の加工
手順は、まず、被加工対象であるウェハＷをステージ１
上に載せ、その割断予定線ＣL を各突起１ａの先端に合
わせつつ位置決めする。次いで、真空排気系の真空弁の
操作によりウェハＷをステージ１に真空吸着する。

【００１７】次に、ステージ１の移動によりレーザ発振
器の光軸とウェハＷとの相対的な位置合わせを行って、
レーザビームLBのスポット中心をウェハＷの割断予定線
ＣL上の加工始点Ｐ1 の近傍位置に合わせ、この状態で
ウェハＷの表面にレーザビームLBを照射して、その照射
中心からウェハＷの端縁にまで達する亀裂を発生させ
る。

【００１８】このとき、レーザビームLBの照射位置に
は、先の図１(b) で示したように、突起１ａが当たって
いる部分のまわりに機械的な引張応力が作用しており、
この引張応力にレーザビーム照射による熱応力が重畳す
るので、その局部的な集中応力が十分に大きな値とな
り、これにより初期亀裂は確実に発生する。なお、その
亀裂の発生確率は、突起１ａの形状寸法及びレーザの発
振パワーなどの諸条件に左右されるが、その確率は実験
等により１００％を達成できることが現段階で確認でき
ている。

【００１９】次いで、ステージ１の移動によりレーザビ
ームLBの照射位置を割断予定線ＣL上に沿って移動し
て、加工始点Ｐ1 で発生した亀裂を誘導してゆく。ここ
で、亀裂の誘導は、レーザビームLBの進行方向の後方に
発生する熱応力を利用して行うわけであるが、ウェハＷ
の割断予定線ＣL に沿う部分の表面には、先と同様に突
起１ａのまわりに機械的な引張応力が作用しており、そ
の引張応力と熱応力の合成により局部的な集中応力が大
となる。これにより、誘導を行う亀裂先端の応力拡大係
数が材料の破壊靱性値を瞬時に超えることになり、従っ
て、レーザビーム進行速度つまり割断速度を速くしても
亀裂の進展が停止することはない。なお、その割断速度
は、従来では４〜２０mm/s程度であったのに対し、現段
階で１５０mm/sにまで高めるられることが実験等により
確認できている。

【００２０】そして、亀裂を割断予定線ＣL の終点Ｐ2
まで誘導した時点で１ライン分の割断が完了し、以後、
同等な操作によりウェハＷのＸ−Ｙ方向の全ての割断予
定線ＣL についての加工を行う。

【００２１】なお、以上の実施例では、ウェハＷをステ
ージ１上に置いた状態で、ウェハＷの周縁に隙間ができ
て真空吸着の際に洩れが発生する虞れがあるが、これを
防止するには、ウェハＷの周縁に配置するリング状のパ
ッキン２を配置し、さらに、パッキン２の配置位置にも
吸引孔１ｂを設けておけばよい（図２参照）。

【００２２】ここで、突起１ａの大きさは、ウェハＷの
厚さ，突起の配列ピッチ及びレーザの出力パワーなどの
諸条件によって決定されるが、その高さは、例えば０．
１５〜０．３mm程度が適当である。

【００２３】また、突起１ａの形状は、図３(a) の縦断
面図に示すように、一様高さの突条であってもよいし、
あるいは同図(b) に示すように、突起３１ａの両端のう
ち加工始点Ｐ1 となる側の端部を、他の部分よりも少し
高くした形状としておけば、初期亀裂の発生確率を更に
高めることができる。

【００２４】さらに、突起は、図３(c) に示すように、
固い材料製のコア３２ａの外部に可撓性材料製の洩れ止
め層３２ｂを設けた二重構造としてもよい。この場合、
洩れ止め層３２ｂはコア３２ａの頂部だけに設けておい
てもよい。

【００２５】なお、以上の実施例では、ウェハＷの表面
に機械的な引張応力を作用させるため直線状の突起をス
テージ上に配置しているが、これに代えて、例えば略円
錐形状の突起などの単独突起をステージ上に配置しても
先と同等の作用効果を達成できる。なお、その場合、ウ
ェハＷの加工始点を含む割断予定線上の複数に部位に所
定のピッチで配置する。また、このような単独突起は、
ウェハの割断予定線に沿う位置にはなくても、ウェハＷ
の加工始点となる位置にさえあれば、初期亀裂の発生確
率の向上という目的は達成できる。

【００２６】また、以上の実施例では、ステージの材料
保持面に突起を設けているが、これに代えて、例えば図
４(a),(b) に示すように、突起１１ａ及び吸引孔１１ｂ
を設けた治具１１にウェハＷを保持して、この治具１１
をステージ１０に装着するといった手法を採用してもよ
い。この場合、複数個の治具１１を用意しておくこと
で、ステージ上での複雑な位置合わせ、つまりウェハの
割断予定線と突起先端との精密な位置合わせを省略で
き、これにより加工の１サイクル当たりのステージの使
用時間の短縮、ひいては加工能率の向上をはかることが
できる。また、複数種のサイズのウェハに応じた治具を
揃えておけば、１台の割断装置（ステージ）で各種サイ
ズのウェハの割断加工に対応可能となるといった利点も
ある。なお、図４(b) は同図(a) のＢ矢視図である。

【００２７】さらに、以上の実施例では、突起をステー
ジの材料保持面に対して固定配置としているが、これに
限られることなく、突起を保持面に対して直交する方向
に変位自在な構造として、その保持面から突出する位置
と、保持面下に没する位置の２位置に選択的に配置し得
るように構成してもよい。

【００２８】次に、本発明の第２の方法の実施例を参照
しつつ説明する。この実施例で使用するステージは、図
６(a) に示すように、材料保持面１０１ａが円柱面のか
ま鉾形状のステージ１０１で、その長手方向に沿って複
数の吸着孔１０１ｂ・・１０１ｂが所定のピッチで設けら
れている。

【００２９】そして、この例では、被加工対象であるウ
ェハＷをステージ１０１上に置き、保持面１０１ａに真
空吸着して、ウェハＷの全体を撓ませた状態で（図
５）、ウェハＷの表面にレーザビームLBを照射する。こ
れにより、レーザビーム照射位置付近には熱応力に加え
て機械的な引張応力が作用し、その局部的な集中応力が
大きくなる結果、先の実施例と同等な作用効果を達成で
きる。

【００３０】なお、本発明の第２の方法で使用するステ
ージとしては、図６(a) の構造のほか、例えば図６(b)
に示すように、材料保持面１１１ａが半球面で吸着孔１
１１ｂが放射状に配置されたステージ１１１であっても
よいし、あるいは保持面の形状が楕円面などの他の２次
曲面のステージであってもよい。要するに、保持面が上
方に凸の流線形のステージであれば、この第２の方法は
実施可能である。

【００３１】ここで、本発明の第１及び第２方法は、半
導体材料のほか、ガラス、石英あるいはセラミック等の
他の脆性材料に適用できることは勿論である。なお、切
断材料の材質によって使用するレーザ発振器はＹＡＧレ
ーザもしくはＣＯ₂レーザ等を適宜に選択する。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の方
法によれば、被加工材料の割断予定線に沿う位置を突起
で支持し、この材料の裏面側の空間の雰囲気を負圧にし
た状態で材料の表面にレーザビームを照射するので、そ
の照射位置付近にはレーザビームによる熱応力に加えて
機械的な引張応力が作用し、その局部的な集中応力が大
きくなる結果、初期亀裂の発生確率が高くなるととも
に、その発生亀裂の進展速度つまり割断速度も速くな
る。これにより、レーザ割断方法の実用化が達成可能と
なる。

【００３３】また、第２の方法によると、被加工材料を
曲面上に配置して、その全体を撓ませた状態で材料の表
面にレーザビームを照射するので、この方法でもレーザ
ビーム照射位置付近に熱応力と機械的な引張応力との合
成力が作用し、その結果、上記した第１の方法と同等の
効果を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の方法の説明図で、(a) は模式断
面図，(b) は作用説明図

【図２】その第１の方法の実施例で使用するステージ１
の構成を示す図で(a) 及び(b)はそれぞれ縦断面図及び
平面図

【図３】そのステージ１に設ける突起の形状を示す図

【図４】本発明の他の実施例で使用する治具１１の構成
を示す図

【図５】本発明の第２の方法の説明図

【図６】その第２の方法の実施例で試料するステージの
構成を示す図

【符号の説明】

１ステージ１ａ突起１ｂ吸引孔Ｗウェハ（被加工材料）Ｓ被加工材料の裏面側の空間ＣL 割断予定線 LB レーザビーム１０１ステージ１０１ａ材料保持面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前川俊一兵庫県伊丹市春日丘１−15 (72)発明者沖山俊裕兵庫県姫路市御国野町御着1174−22 (72)発明者白浜秀幸長崎県長崎市川平町199−３ (72)発明者横山敏幸長崎県大村市三城町1011番地三城アパートイ−206 (72)発明者大仁田英信長崎県大村市三城町955−１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】脆性材料の端縁近傍にレーザビームを照
射し、その位置に生じる熱応力により亀裂を発生させ、
この亀裂をレーザビームの照射位置の移動により割断予
定線に沿って誘導することにより材料を割断する方法に
おいて、被加工材料の裏面側で割断予定線に沿う位置を
突起で支持して当該材料の裏面側に空間を設け、その空
間の雰囲気を負圧に維持した状態で、この材料の表面に
レーザビームを照射して上記の亀裂の発生とその誘導を
行うことを特徴とする脆性材料の割断方法。
【請求項２】脆性材料の端縁近傍にレーザビームを照
射し、その位置に生じる熱応力により亀裂を発生させ、
この亀裂をレーザビームの照射位置の移動により割断予
定線に沿って誘導することにより材料を割断する方法に
おいて、材料保持面が上方に凸の曲面形状のステージ上
に被加工材料を置き、この材料を上記保持面に吸着した
状態で、当該材料表面にレーザビームを照射して上記の
亀裂の発生とその誘導を行うことを特徴とする脆性材料
の割断方法。