JP2002100590A - 割断装置及びその方法 - Google Patents
割断装置及びその方法Info
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【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える割断装置及びその
方法を提供すること。 【解決手段】 レーザー３による加熱個所に冷却パイプ
８を機械的に接触させたり、複数のレーザー２３、３３
間又は少なくとも一方の加熱位置に冷却手段を配し、或
いは全体を所定温度に加熱した状態で被割断位置を冷却
して、被割断位置を十二分に加熱すると共に、その冷却
で生じた温度勾配による熱応力を局部的にかつ均一に、
しかも十二分に生じさせ、高精度の割断加工を可能とす
る。この結果、割断を一工程で行え、特に比較的薄い材
料であれば容易に割断することができ、加工屑を出さな
いで容易かつ経済的に割断することができる。
精度の割断を容易かつ経済的に行える割断装置及びその
方法を提供すること。 【解決手段】 レーザー３による加熱個所に冷却パイプ
８を機械的に接触させたり、複数のレーザー２３、３３
間又は少なくとも一方の加熱位置に冷却手段を配し、或
いは全体を所定温度に加熱した状態で被割断位置を冷却
して、被割断位置を十二分に加熱すると共に、その冷却
で生じた温度勾配による熱応力を局部的にかつ均一に、
しかも十二分に生じさせ、高精度の割断加工を可能とす
る。この結果、割断を一工程で行え、特に比較的薄い材
料であれば容易に割断することができ、加工屑を出さな
いで容易かつ経済的に割断することができる。
Description
【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。
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等の脆性材料を
切断する方法としては、従来、研磨剤を使用する研削、
又はレーザービームによる溶断等の方法があるが、これ
らの方法によると、いずれの場合も、加工点に熱による
歪みが発生したり（溶断時）、機械的な構造破壊等の発
生によって加工点の周辺に研削割れ等が生じる（研削
時）等のように材料の劣化を伴うという欠点があり、
又、研磨屑の発生（研削時）や蒸発や溶融による材料の
損失・ゆがみ（溶断時）が避けられない等の欠点があ
る。
切断する方法としては、従来、研磨剤を使用する研削、
又はレーザービームによる溶断等の方法があるが、これ
らの方法によると、いずれの場合も、加工点に熱による
歪みが発生したり（溶断時）、機械的な構造破壊等の発
生によって加工点の周辺に研削割れ等が生じる（研削
時）等のように材料の劣化を伴うという欠点があり、
又、研磨屑の発生（研削時）や蒸発や溶融による材料の
損失・ゆがみ（溶断時）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ため
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
えば特開平７−３２３３８４公報「脆性材料の割断方
法」に提案されている。
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
えば特開平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ことによって、亀裂を加工
予定線上で発生させ、材料の分子間の結合を切り、加工
屑の発生なしに割断するというものである。
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ことによって、亀裂を加工
予定線上で発生させ、材料の分子間の結合を切り、加工
屑の発生なしに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ことができず、その場
合、切り屑を発生させてしまい、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、切欠きなしで切断してしまっても、結果が変わ
らなくなるという問題が指摘されている。
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ことができず、その場
合、切り屑を発生させてしまい、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、切欠きなしで切断してしまっても、結果が変わ
らなくな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
うために剛性が両側で違ってしまう。この結果、加工予
定線に発生する熱応力に不均衡が生じ、幅の狭い側にお
い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なうことができ
ないという問題もある。
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
うために剛性が両側で違ってしまう。この結果、加工予
定線に発生する熱応力に不均衡が生じ、幅の狭い側にお
い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なうことができ
ないという問題もある。
【０００７】これに対し、例えば特開平７−３２３３８
５公報「脆性材料の割断方法」、特開平７−３２８７８
１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１１−１
０３７４公報「割断加工方法」、特開平１１−１０３７
５公報「割断加工方法」等では、割断（加工）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。
これらは、例えば、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に、それぞれの熱源の熱量を調
整する技術や、常に画像等で加工部分を監視しながら、
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で
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難しいものが多かっ
た。
５公報「脆性材料の割断方法」、特開平７−３２８７８
１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１１−１
０３７４公報「割断加工方法」、特開平１１−１０３７
５公報「割断加工方法」等では、割断（加工）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。
これらは、例えば、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に、それぞれの熱源の熱量を調
整する技術や、常に画像等で加工部分を監視しながら、
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で
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難しいものが多かっ
た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】こうした割断方法で
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ていた。こ
れに対し、レーザービームを移動させながら照射し、こ
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。
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ていた。こ
れに対し、レーザービームを移動させながら照射し、こ
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。
【０００９】即ち、特許第３０２７７６８号「脆弱非金
属材料の分断方法」等では、簡易制御法として、冷却風
の吹付けによる強制冷却で材料の任意の箇所に熱応力差
を発生させて割断する方法が提案されている。しかしな
がら、実際に半導体ウエーハやガラス等で実施してみる
と、これらは熱伝達性が悪い材料であるために、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。このため、切り屑が発
生し、手間もかかり、実用的ではなかった。
属材料の分断方法」等では、簡易制御法として、冷却風
の吹付けによる強制冷却で材料の任意の箇所に熱応力差
を発生させて割断する方法が提案されている。しかしな
がら、実際に半導体ウエーハやガラス等で実施してみる
と、これらは熱伝達性が悪い材料であるために、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。このため、切り屑が発
生し、手間もかかり、実用的ではなかった。
【００１０】しかも、この方法によると、吹き出し口か
ら冷風を放出するので、冷却風が被加工面に当たって拡
がってしまい、冷却点を絞れないことになるので、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
ガスを使用するので、冷却装置の構造が複雑となった
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。
ら冷風を放出するので、冷却風が被加工面に当たって拡
がってしまい、冷却点を絞れないことになるので、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
ガスを使用するので、冷却装置の構造が複雑となった
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。
【００１１】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にあ
る。
てなされたものであって、その目的は、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にあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第１の発
明は、被割断位置を加熱するための加熱手段と、前記加
熱手段が加熱した個所に機械的に接触して前記個所を冷
却する冷却手段とを有する割断装置、及びその方法に係
るものである。
明は、被割断位置を加熱するための加熱手段と、前記加
熱手段が加熱した個所に機械的に接触して前記個所を冷
却する冷却手段とを有する割断装置、及びその方法に係
るものである。
【００１３】また、本発明の第２の発明は、被割断位置
を加熱する第一の加熱手段と、前記第一の加熱手段に後
続して前記被割断位置を再加熱する第二の加熱手段とを
有し、前記第一の加熱手段による加熱位置と前記第二の
加熱手段による加熱位置との間、又はその少なくとも一
方に冷却手段が配置されている割断装置、及びその方法
に係るものである。
を加熱する第一の加熱手段と、前記第一の加熱手段に後
続して前記被割断位置を再加熱する第二の加熱手段とを
有し、前記第一の加熱手段による加熱位置と前記第二の
加熱手段による加熱位置との間、又はその少なくとも一
方に冷却手段が配置されている割断装置、及びその方法
に係るものである。
【００１４】また、本発明の第３の発明は、被加工体の
全体を所定の温度に設定する第一の温度設定手段と、前
記被加工体の被割断位置を前記所定温度とは逆方向に温
度変化させる第二の温度設定手段を有する割断装置、及
びその方法に係るものである。
全体を所定の温度に設定する第一の温度設定手段と、前
記被加工体の被割断位置を前記所定温度とは逆方向に温
度変化させる第二の温度設定手段を有する割断装置、及
びその方法に係るものである。
【００１５】更に、本発明は、加熱手段によって被割断
位置を走査しながら加熱すると共に、この加熱個所を冷
却手段によって冷却し、しかる後、前記加熱手段を元の
位置に戻して前記被割断位置を再度走査しながら加熱す
る割断方法も提供するものである。
位置を走査しながら加熱すると共に、この加熱個所を冷
却手段によって冷却し、しかる後、前記加熱手段を元の
位置に戻して前記被割断位置を再度走査しながら加熱す
る割断方法も提供するものである。
【００１６】本発明によれば、加熱手段による加熱個所
に冷却手段を機械的に接触させたり、複数の加熱手段間
又は少なくとも一方の加熱位置に冷却手段を配し、また
一旦加熱、冷却した箇所を再び原位置から加熱し、或い
は全体を所定温度に設定した状態で被割断位置を逆方向
に温度変化させているので、被割断位置を十二分に加熱
すると共に、その冷却により生じる温度勾配に基づく熱
応力を局部的にかつ均一に、しかも十二分に生じさせる
ことができ、高精度の割断加工が可能となる。この結
果、割断を一工程で行え、特に比較的薄い材料であれ
ば、容易に割断することができ、加工屑を出さないで容
易かつ経済的に割断することができる。
に冷却手段を機械的に接触させたり、複数の加熱手段間
又は少なくとも一方の加熱位置に冷却手段を配し、また
一旦加熱、冷却した箇所を再び原位置から加熱し、或い
は全体を所定温度に設定した状態で被割断位置を逆方向
に温度変化させているので、被割断位置を十二分に加熱
すると共に、その冷却により生じる温度勾配に基づく熱
応力を局部的にかつ均一に、しかも十二分に生じさせる
ことができ、高精度の割断加工が可能となる。この結
果、割断を一工程で行え、特に比較的薄い材料であれ
ば、容易に割断することができ、加工屑を出さないで容
易かつ経済的に割断することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明においては、前記加熱手段
による加熱面積よりも前記冷却手段による冷却面積が小
さく、前記冷却手段の冷却部が所定幅で若しくは点接触
的に前記個所に接触するのが望ましい。
による加熱面積よりも前記冷却手段による冷却面積が小
さく、前記冷却手段の冷却部が所定幅で若しくは点接触
的に前記個所に接触するのが望ましい。
【００１８】又、前記加熱手段がレーザービームなどの
加熱ビームの照射手段からなり、前記冷却手段が冷媒流
通式に構成され、前記加熱手段と前記冷却手段とが相前
後して配置され、前記被割断位置に対して順次移動する
のが望ましい。
加熱ビームの照射手段からなり、前記冷却手段が冷媒流
通式に構成され、前記加熱手段と前記冷却手段とが相前
後して配置され、前記被割断位置に対して順次移動する
のが望ましい。
【００１９】特に本発明の第２の発明においては、前記
第一の加熱手段による加熱面積よりも前記冷却手段によ
る冷却面積が小さく、前記第一の加熱手段による加熱面
積に対し、前記第二の加熱手段による加熱面積が小さい
のが望ましい。
第一の加熱手段による加熱面積よりも前記冷却手段によ
る冷却面積が小さく、前記第一の加熱手段による加熱面
積に対し、前記第二の加熱手段による加熱面積が小さい
のが望ましい。
【００２０】又、前記冷却手段が所定幅で若しくは点接
触的に前記個所に接触する冷却部を有するか、或いは前
記個所に冷媒を吹付ける構造を有しているのが望まし
い。
触的に前記個所に接触する冷却部を有するか、或いは前
記個所に冷媒を吹付ける構造を有しているのが望まし
い。
【００２１】又、前記第一及び第二の加熱手段がレーザ
ービームなどの加熱ビームの照射手段からなり、前記冷
却手段が冷媒流通式又は冷媒吹付け式に構成され、前記
第一及び第二の加熱手段と前記冷却手段とが相前後して
配置され、被割断位置に対して順次移動するのが望まし
い。
ービームなどの加熱ビームの照射手段からなり、前記冷
却手段が冷媒流通式又は冷媒吹付け式に構成され、前記
第一及び第二の加熱手段と前記冷却手段とが相前後して
配置され、被割断位置に対して順次移動するのが望まし
い。
【００２２】特に本発明の第３の発明においては、前記
第一の温度設定手段が前記被加工体の加熱又は冷却手段
からなり、前記第二の温度設定手段が冷却又は加熱手段
からなるのが望ましい。
第一の温度設定手段が前記被加工体の加熱又は冷却手段
からなり、前記第二の温度設定手段が冷却又は加熱手段
からなるのが望ましい。
【００２３】又、前記第一の温度設定手段が加熱手段か
らなり、前記第二の温度設定手段が所定幅で若しくは点
接触的に前記被加工体に接触する冷却部を有するか、或
いは前記個所に冷媒を吹付ける構造を有しているのがよ
い。この場合、前記第一の温度設定手段がヒーターから
なり、前記第二の温度設定手段が冷媒流通式又は冷媒吹
付け式に構成されているのが望ましい。
らなり、前記第二の温度設定手段が所定幅で若しくは点
接触的に前記被加工体に接触する冷却部を有するか、或
いは前記個所に冷媒を吹付ける構造を有しているのがよ
い。この場合、前記第一の温度設定手段がヒーターから
なり、前記第二の温度設定手段が冷媒流通式又は冷媒吹
付け式に構成されているのが望ましい。
【００２４】又、前記第二の温度設定手段が前記被割断
位置に対して移動するのが好ましい。
位置に対して移動するのが好ましい。
【００２５】以下、本発明を好ましい実施形態について
図面参照下に詳細に説明する。
図面参照下に詳細に説明する。
【００２６】第１の実施の形態 本実施の形態による装置は、図１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と、ステ
ージ２上に置かれた被加工材料１にレーザービーム１９
を照射するレーザー３及び冷却用の冷却パイプ８を含む
割断加工機１２とで構成されている。
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と、ステ
ージ２上に置かれた被加工材料１にレーザービーム１９
を照射するレーザー３及び冷却用の冷却パイプ８を含む
割断加工機１２とで構成されている。
【００２７】そして、レーザー３と冷却パイプ８とは、
矢印の方向へ移動させることができ、その移動により、
レーザービーム１９の被加工材料１への照射位置を割断
加工予定線７上に沿って移動させることができる。
矢印の方向へ移動させることができ、その移動により、
レーザービーム１９の被加工材料１への照射位置を割断
加工予定線７上に沿って移動させることができる。
【００２８】ここでは、図１（ａ）に示すように、冷媒
１１の循環用の冷却パイプ８を、レーザービーム１９の
照射位置の後方近傍に被加工材料１に接触して配置して
いる。なお、冷却パイプ８の冷却径１４（冷媒１１によ
る冷却域の径）をレーザービーム径１３より小さなもの
とする。これにより、割断に必要な温度勾配をつけ易く
なり、熱応力がシャープになる。
１１の循環用の冷却パイプ８を、レーザービーム１９の
照射位置の後方近傍に被加工材料１に接触して配置して
いる。なお、冷却パイプ８の冷却径１４（冷媒１１によ
る冷却域の径）をレーザービーム径１３より小さなもの
とする。これにより、割断に必要な温度勾配をつけ易く
なり、熱応力がシャープになる。
【００２９】又、本実施の形態では、冷却パイプ８のパ
イプ径は例えばφ０．３ｍｍ程度とし、その先端８ａが
被加工材料１に対してビーム照射位置から例えば１０．
０ｍｍ後方にずらした場所に所定幅又は点接触的に当る
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。
イプ径は例えばφ０．３ｍｍ程度とし、その先端８ａが
被加工材料１に対してビーム照射位置から例えば１０．
０ｍｍ後方にずらした場所に所定幅又は点接触的に当る
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。
【００３０】冷却パイプ８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３に後続して移動するが、
その接触圧や接触面積は任意に変えてもよい。
の圧力で接しながらレーザー３に後続して移動するが、
その接触圧や接触面積は任意に変えてもよい。
【００３１】なお、冷却法としては、冷却パイプ８のよ
うに、レーザービーム径１３より幅の小さな凸状部又は
エッジ状に形成された先端８ａを有し、これを被割断体
１に接触させて熱を奪うものとしてよいが、その他の同
様の形状の冷却部材を用いてもよい。
うに、レーザービーム径１３より幅の小さな凸状部又は
エッジ状に形成された先端８ａを有し、これを被割断体
１に接触させて熱を奪うものとしてよいが、その他の同
様の形状の冷却部材を用いてもよい。
【００３２】次に、割断加工に際しては、先ず、レーザ
ー３からレーザービーム１９を被加工材料１の加工開始
点５に照射して加熱し、そこに熱応力による微小亀裂を
発生させる。
ー３からレーザービーム１９を被加工材料１の加工開始
点５に照射して加熱し、そこに熱応力による微小亀裂を
発生させる。
【００３３】この場合、例えば、レーザー３の出力は８
０Ｗ〜１００Ｗとし、スポット径はφ６〜７ｍｍ程度と
し、レーザー３及び冷却パイプ８を有する割断加工機１
２の送り速度は３０ｍｍ／ｓｅｃとする。
０Ｗ〜１００Ｗとし、スポット径はφ６〜７ｍｍ程度と
し、レーザー３及び冷却パイプ８を有する割断加工機１
２の送り速度は３０ｍｍ／ｓｅｃとする。
【００３４】次いで、レーザー３を、レーザービーム１
９の照射位置が被加工材料１の割断加工予定線７上に沿
うように移動させてスポット加熱を連続して行い、かつ
その照射に後続して、冷却パイプ８によりレーザー加熱
部分を点接触的に冷却し、レーザービーム１９の進行方
向の後方に急峻な温度勾配を生じさせる。
９の照射位置が被加工材料１の割断加工予定線７上に沿
うように移動させてスポット加熱を連続して行い、かつ
その照射に後続して、冷却パイプ８によりレーザー加熱
部分を点接触的に冷却し、レーザービーム１９の進行方
向の後方に急峻な温度勾配を生じさせる。
【００３５】即ち、循環する冷却剤１１によって冷却さ
れた冷却パイプ８の先端部８ａを、加熱された加工部に
点接触させて急冷却する。
れた冷却パイプ８の先端部８ａを、加熱された加工部に
点接触させて急冷却する。
【００３６】その時、亀裂の先端の応力拡大係数が被加
工材料１の破壊靭性値を超えることにより、亀裂がレー
ザー３及び冷却パイプ８の進行に付随して順次進行して
いき、最終的に、亀裂が被加工材料１の加工終点６に達
した時点で、１ライン分の割断加工が完了する。
工材料１の破壊靭性値を超えることにより、亀裂がレー
ザー３及び冷却パイプ８の進行に付随して順次進行して
いき、最終的に、亀裂が被加工材料１の加工終点６に達
した時点で、１ライン分の割断加工が完了する。
【００３７】ここで、従来までの加工法においては、レ
ーザービームにより生じる高温部がレーザービーム通過
後の自然冷却で温度低下することにより発生する温度勾
配（温度差）から亀裂を発生させていたが、本実施の形
態では、レーザービームの通過後の熱をもった部分に冷
却部を点接触で当てることにより急冷し、亀裂の発生を
促進させることができる。
ーザービームにより生じる高温部がレーザービーム通過
後の自然冷却で温度低下することにより発生する温度勾
配（温度差）から亀裂を発生させていたが、本実施の形
態では、レーザービームの通過後の熱をもった部分に冷
却部を点接触で当てることにより急冷し、亀裂の発生を
促進させることができる。
【００３８】これにより、従来の加工法のようにレーザ
ー加工後に自然冷却を用いる方法では、割断加工予定線
７の両側の材料の幅が異なるためにそれぞれの放熱効率
の差によって不均一になる温度勾配の発生部分が、本発
明に基づく方法による強制冷却で意図する限定された場
所である割断加工予定線７上に存在するようになる。従
って、たとえ割断加工予定線７の両側の材料が非対称で
あったとしても、レーザービームの誘導通りに割断でき
るように制御可能となり、これは実験でも確認されてい
る。
ー加工後に自然冷却を用いる方法では、割断加工予定線
７の両側の材料の幅が異なるためにそれぞれの放熱効率
の差によって不均一になる温度勾配の発生部分が、本発
明に基づく方法による強制冷却で意図する限定された場
所である割断加工予定線７上に存在するようになる。従
って、たとえ割断加工予定線７の両側の材料が非対称で
あったとしても、レーザービームの誘導通りに割断でき
るように制御可能となり、これは実験でも確認されてい
る。
【００３９】なお、冷却ノズル８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３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）の水等の液体１１を送ること
により割断加工を行なえる。
度や送量は、被加工材料１の種類、厚さやレーザー３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）の水等の液体１１を送ること
により割断加工を行なえる。
【００４０】さらに、加熱方法に対しては、レーザービ
ームに限らず、赤外線ヒーターや電熱線等の如く加熱で
きるものであればよい。又、冷却パイプ８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。
ームに限らず、赤外線ヒーターや電熱線等の如く加熱で
きるものであればよい。又、冷却パイプ８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。
【００４１】上記したことから、本実施の形態は、レー
ザービーム１９による加熱個所に冷却パイプ８の先端部
８ａを機械的に接触させているので、被割断位置を十二
分に加熱すると共に、その冷却で生じる温度勾配による
熱応力を局部的にかつ均一に、しかも十二分に生じさせ
ることができ、高精度の割断加工が可能となる。この結
果、割断を一工程で行え、特に比較的薄い材料であれ
ば、容易に割断することができ、加工屑を出さないで容
易かつ経済的に割断することができる。
ザービーム１９による加熱個所に冷却パイプ８の先端部
８ａを機械的に接触させているので、被割断位置を十二
分に加熱すると共に、その冷却で生じる温度勾配による
熱応力を局部的にかつ均一に、しかも十二分に生じさせ
ることができ、高精度の割断加工が可能となる。この結
果、割断を一工程で行え、特に比較的薄い材料であれ
ば、容易に割断することができ、加工屑を出さないで容
易かつ経済的に割断することができる。
【００４２】しかも、冷却パイプ８からは冷媒１１が放
出されないので、冷却点を先端部８ａにより絞れて割断
ラインが均一となり、又、冷却用の冷媒を循環させて再
利用できる。
出されないので、冷却点を先端部８ａにより絞れて割断
ラインが均一となり、又、冷却用の冷媒を循環させて再
利用できる。
【００４３】このように、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。
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。
【００４４】従来までの割断技術では、切り屑、研磨屑
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。
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。
【００４５】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。
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。
【００４６】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。
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。
【００４７】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１１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。
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１１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。
【００４８】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
の洗浄が行なわれるが、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。
質の維持のために、クリーンルームでの加工や、何回も
の洗浄が行なわれるが、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。
【００４９】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。
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。
【００５０】第２の実施の形態 本実施の形態による装置は、図２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と、このステージ２上に置
かれた被加工材料１にレーザービーム１９を照射するレ
ーザー３及び冷却用の冷却ノズル４を含む割断加工機１
２とで構成されている。
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と、このステージ２上に置
かれた被加工材料１にレーザービーム１９を照射するレ
ーザー３及び冷却用の冷却ノズル４を含む割断加工機１
２とで構成されている。
【００５１】そして、レーザー３と冷却ノズル４とは、
矢印の方向へ移動させることができ、その移動により、
レーザービーム１９の被加工材料１への照射位置を割断
加工予定線上に沿って移動させることができる。
矢印の方向へ移動させることができ、その移動により、
レーザービーム１９の被加工材料１への照射位置を割断
加工予定線上に沿って移動させることができる。
【００５２】そして、図２に示すように、冷風噴出用の
冷却ノズル４をレーザービーム１９の照射位置の後方近
傍に配置していて、その被加工材料１に所定幅又は点接
触的に接する冷却部４ａの冷却径は、レーザービーム１
９の径より小さなものとする。これにより、温度勾配の
幅が狭くなり、熱応力がシャープになる。
冷却ノズル４をレーザービーム１９の照射位置の後方近
傍に配置していて、その被加工材料１に所定幅又は点接
触的に接する冷却部４ａの冷却径は、レーザービーム１
９の径より小さなものとする。これにより、温度勾配の
幅が狭くなり、熱応力がシャープになる。
【００５３】又、本実施の形態では、冷却ノズル４の径
は例えばφ０．３ｍｍ程度とし、被加工材料１へのビー
ム照射位置から例えば１０．０ｍｍ後方にずらした場所
に先端部４ａが当るよう配置した。しかし、同等の効果
があるならば、ノズルの径や位置は自由に変えてよい。
は例えばφ０．３ｍｍ程度とし、被加工材料１へのビー
ム照射位置から例えば１０．０ｍｍ後方にずらした場所
に先端部４ａが当るよう配置した。しかし、同等の効果
があるならば、ノズルの径や位置は自由に変えてよい。
【００５４】さらに、冷却ノズル４の曲部（先端部）４
ａ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３に後続して移動するが、その接触圧や接触面積
は任意に変えてよい。
ａ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３に後続して移動するが、その接触圧や接触面積
は任意に変えてよい。
【００５５】次に、割断加工に際しては、先ず、レーザ
ー３からレーザービーム１９を被加工材料１の加工開始
点５に照射して加熱し、そこに熱応力による微小な亀裂
を発生させる。
ー３からレーザービーム１９を被加工材料１の加工開始
点５に照射して加熱し、そこに熱応力による微小な亀裂
を発生させる。
【００５６】この場合も、例えば、レーザー３の出力は
８０Ｗ〜１００Ｗとし、スポット径はφ６〜７ｍｍ程度
とし、レーザー３及び冷却ノズル４を有する割断加工機
１２の送り速度は３０ｍｍ／ｓｅｃとする。
８０Ｗ〜１００Ｗとし、スポット径はφ６〜７ｍｍ程度
とし、レーザー３及び冷却ノズル４を有する割断加工機
１２の送り速度は３０ｍｍ／ｓｅｃとする。
【００５７】次いで、レーザー３を、レーザービーム１
９の照射位置が被加工材料１の割断加工予定線（図示せ
ず）上に沿うように移動させて加熱し、レーザービーム
１９の進行方向の後方に急峻な温度勾配を生じさせる。
９の照射位置が被加工材料１の割断加工予定線（図示せ
ず）上に沿うように移動させて加熱し、レーザービーム
１９の進行方向の後方に急峻な温度勾配を生じさせる。
【００５８】即ち、冷却ノズル４内を通る冷却材１１に
よって冷却された冷却ノズル４の曲部４ａをレーザー加
熱された加工部に点接触させて急冷却する。なお、冷却
剤１１は噴出口１６より噴出する。
よって冷却された冷却ノズル４の曲部４ａをレーザー加
熱された加工部に点接触させて急冷却する。なお、冷却
剤１１は噴出口１６より噴出する。
【００５９】その時、亀裂の先端の応力拡大係数が被加
工材料１の破壊靭性値を超えることにより、亀裂がレー
ザー３及び冷却ノズル４の進行に付随して順次進行して
いき、最終的に、亀裂が被加工材料１の加工終点６に達
した時点で、１ライン分の割断加工が完了する。
工材料１の破壊靭性値を超えることにより、亀裂がレー
ザー３及び冷却ノズル４の進行に付随して順次進行して
いき、最終的に、亀裂が被加工材料１の加工終点６に達
した時点で、１ライン分の割断加工が完了する。
【００６０】本実施の形態では、レーザービームの通過
後の熱をもった部分に冷却部４ａを点接触で当てること
により急冷し、亀裂の発生を促進させることができる。
後の熱をもった部分に冷却部４ａを点接触で当てること
により急冷し、亀裂の発生を促進させることができる。
【００６１】これにより、温度勾配が発生する部分が、
上記の如き強制冷却により意図する限定された場所であ
る割断加工予定線７上に存在するようになり、たとえ割
断加工予定線の両側の材料の形が非対称であったとして
も、レーザービームの誘導通りに割断することができる
ようになる。
上記の如き強制冷却により意図する限定された場所であ
る割断加工予定線７上に存在するようになり、たとえ割
断加工予定線の両側の材料の形が非対称であったとして
も、レーザービームの誘導通りに割断することができる
ようになる。
【００６２】なお、冷却ノズル４内に送り込む冷却剤１
１の温度や送量は、被加工材料１の種類、厚さやレーザ
ー３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）の冷却材１１を冷却ノ
ズル４内に送ることで割断加工を行なえる。
１の温度や送量は、被加工材料１の種類、厚さやレーザ
ー３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）の冷却材１１を冷却ノ
ズル４内に送ることで割断加工を行なえる。
【００６３】その他、本実施の形態は、上述の第１の実
施の形態の優れた作用効果を得ることができる。
施の形態の優れた作用効果を得ることができる。
【００６４】第３の実施の形態 本実施の形態による装置は、図３（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と２と、こ
のステージ２上に置かれた被加工材料１にレーザービー
ムを照射する第１のレーザー２３、冷却パイプ８、第２
のレーザー３３を順次配置した割断加工機１２で構成さ
れている。
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と２と、こ
のステージ２上に置かれた被加工材料１にレーザービー
ムを照射する第１のレーザー２３、冷却パイプ８、第２
のレーザー３３を順次配置した割断加工機１２で構成さ
れている。
【００６５】そして、第１のレーザー２３と冷却パイプ
８と第２のレーザー３３とは矢印の方向へ同時に移動さ
せることができ、その移動により第１及び第２のレーザ
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
７上に沿って移動させることができる。
８と第２のレーザー３３とは矢印の方向へ同時に移動さ
せることができ、その移動により第１及び第２のレーザ
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
７上に沿って移動させることができる。
【００６６】ここでは、図３に示すように、冷却パイプ
８を第１のレーザー２３と第２のレーザー３３との間
で、かつレーザービームの照射位置近傍に配置してい
る。
８を第１のレーザー２３と第２のレーザー３３との間
で、かつレーザービームの照射位置近傍に配置してい
る。
【００６７】冷却パイプ８のパイプ径は例えばφ０．３
ｍｍ程度とし、その冷却部８ａは被加工材料１への第１
のレーザー２３のレーザービーム１９の照射位置から例
えば１０．０ｍｍ後方にずらした場所に当るよう配置し
ている。しかし、パイプ径や位置は同等の効果があるな
らば、自由に変えて良い。
ｍｍ程度とし、その冷却部８ａは被加工材料１への第１
のレーザー２３のレーザービーム１９の照射位置から例
えば１０．０ｍｍ後方にずらした場所に当るよう配置し
ている。しかし、パイプ径や位置は同等の効果があるな
らば、自由に変えて良い。
【００６８】さらに、冷却パイプ８の曲部（冷却部）８
ａは、被加工材料１に一定の圧力で接しながら、レーザ
ー２３、３３と共に移動するが、その接触圧、接触面積
は任意に変えてよい。
ａは、被加工材料１に一定の圧力で接しながら、レーザ
ー２３、３３と共に移動するが、その接触圧、接触面積
は任意に変えてよい。
【００６９】次に、割断加工に際しては、先ず、第１の
レーザー２３からレーザービーム１９を被加工材料１の
加工開始点５に照射して加熱し、そこに熱応力による微
小亀裂を発生させる。
レーザー２３からレーザービーム１９を被加工材料１の
加工開始点５に照射して加熱し、そこに熱応力による微
小亀裂を発生させる。
【００７０】ここで、例えば、第１及び第２のレーザー
２３、３３の出力は、それぞれ７０Ｗとし、スポット径
はφ６〜７ｍｍ程度とし、加工機１２の送り速度は３０
ｍｍ／ｓｅｃとする。又、冷却パイプ８の冷却径１４は
第１のレーザー２３のレーザービーム１９の径より小さ
なものとする。これによって温度勾配が生じる領域が狭
くなり、熱応力がシャープになる。
２３、３３の出力は、それぞれ７０Ｗとし、スポット径
はφ６〜７ｍｍ程度とし、加工機１２の送り速度は３０
ｍｍ／ｓｅｃとする。又、冷却パイプ８の冷却径１４は
第１のレーザー２３のレーザービーム１９の径より小さ
なものとする。これによって温度勾配が生じる領域が狭
くなり、熱応力がシャープになる。
【００７１】次いで、第１のレーザー２３を、レーザー
ビーム１９の照射位置が被加工材料１の割断加工予定線
７上に沿うように移動させ、そのレーザービーム１９の
進行方向の後方に急峻な温度勾配を生じさせる。
ビーム１９の照射位置が被加工材料１の割断加工予定線
７上に沿うように移動させ、そのレーザービーム１９の
進行方向の後方に急峻な温度勾配を生じさせる。
【００７２】即ち、循環する冷却剤１１によって冷却さ
れた冷却パイプ８の曲部８ａを第１のレーザー２３のレ
ーザービーム１９によって加熱された加工部に点接触さ
せて急冷却する。
れた冷却パイプ８の曲部８ａを第１のレーザー２３のレ
ーザービーム１９によって加熱された加工部に点接触さ
せて急冷却する。
【００７３】次いで、それに追随して、第２のレーザー
３３を、第１のレーザービームより小さなスポット径１
３の第２のレーザービーム１９の照射位置が被加工材料
１の割断加工予定線７上に沿うように移動させて、冷却
された加工部を急速加熱し、急峻な温度勾配を再び生じ
させる。
３３を、第１のレーザービームより小さなスポット径１
３の第２のレーザービーム１９の照射位置が被加工材料
１の割断加工予定線７上に沿うように移動させて、冷却
された加工部を急速加熱し、急峻な温度勾配を再び生じ
させる。
【００７４】その時、亀裂の先端の応力拡大係数が被加
工材料１の破壊靭性値を超えることにより、亀裂が第１
のレーザー２３と冷却パイプ８と第２のレーザー３３と
の進行に付随して順次進行していき、最終的に、亀裂が
被加工材料１の加工終点６に達した時点で、１ライン分
の割断加工が完了する。
工材料１の破壊靭性値を超えることにより、亀裂が第１
のレーザー２３と冷却パイプ８と第２のレーザー３３と
の進行に付随して順次進行していき、最終的に、亀裂が
被加工材料１の加工終点６に達した時点で、１ライン分
の割断加工が完了する。
【００７５】本実施の形態では、第１のレーザービーム
の通過後の熱をもった部分に冷却部８ａを点接触させる
ことにより急冷し、さらに第２のレーザービームによっ
て再加熱することによって亀裂の発生を一層促進させる
ことができる。
の通過後の熱をもった部分に冷却部８ａを点接触させる
ことにより急冷し、さらに第２のレーザービームによっ
て再加熱することによって亀裂の発生を一層促進させる
ことができる。
【００７６】これにより、割断加工予定線７の両側の材
料のそれぞれの放熱効率の差によって生じうる不均一な
温度勾配の発生部分が、上記の如く強制冷却により意図
する限定された場所である割断加工予定線７上に存在す
るようになり、たとえ割断加工予定線７の両側の材料の
形が非対称であったとしても、レーザービームの誘導通
りに割断できるように制御できるようになる。
料のそれぞれの放熱効率の差によって生じうる不均一な
温度勾配の発生部分が、上記の如く強制冷却により意図
する限定された場所である割断加工予定線７上に存在す
るようになり、たとえ割断加工予定線７の両側の材料の
形が非対称であったとしても、レーザービームの誘導通
りに割断できるように制御できるようになる。
【００７７】なお、冷却パイプ８を循環する冷却剤１１
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）の冷媒を送ることで割断加
工を行なう。又、この方法は、加熱部を強制冷却するこ
とが目的であるため、ガス等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。
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）の冷媒を送ることで割断加
工を行なう。又、この方法は、加熱部を強制冷却するこ
とが目的であるため、ガス等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。
【００７８】本実施の形態によれば、２本のレーザービ
ームの中間に冷却部を配置しているので、割断面の蛇行
が１本のレーザービームの時よりは少なく、割断面の断
面が垂直になり易い。即ち、１本ビームの時は、割断加
工予定線の両側のうち被加工材料の面積が小さい側に割
断エッジがせり出す傾向があり、また１本ビームの場合
にはそのパワーを上げると、マイクロクラック（うろこ
状の断面）が入りやすいが、本実施の形態に用いる２本
ビームでは、各レーザーのパワー（熱源エネルギー）を
増やさず、割断加工予定線の付近に効率良く、急峻な温
度勾配を形成できるので、１本ビームの場合のような傾
向は生じ難くなる。
ームの中間に冷却部を配置しているので、割断面の蛇行
が１本のレーザービームの時よりは少なく、割断面の断
面が垂直になり易い。即ち、１本ビームの時は、割断加
工予定線の両側のうち被加工材料の面積が小さい側に割
断エッジがせり出す傾向があり、また１本ビームの場合
にはそのパワーを上げると、マイクロクラック（うろこ
状の断面）が入りやすいが、本実施の形態に用いる２本
ビームでは、各レーザーのパワー（熱源エネルギー）を
増やさず、割断加工予定線の付近に効率良く、急峻な温
度勾配を形成できるので、１本ビームの場合のような傾
向は生じ難くなる。
【００７９】このように冷却部を両レーザービームの中
間に配置する場合は、１本目のレーザービームで与えら
れた熱とこれに続く冷却によって、表面に微細なクラッ
クが入り、２本目のレーザービームが通過した時点で、
再度加熱され、後方に引っ張り応力の極大値が生じ、割
断されることになるが、割断は表面のクラックが起点と
なって進展するので、割断の蛇行が抑制される。
間に配置する場合は、１本目のレーザービームで与えら
れた熱とこれに続く冷却によって、表面に微細なクラッ
クが入り、２本目のレーザービームが通過した時点で、
再度加熱され、後方に引っ張り応力の極大値が生じ、割
断されることになるが、割断は表面のクラックが起点と
なって進展するので、割断の蛇行が抑制される。
【００８０】なお、冷却パイプ８の如き冷却部は、レー
ザービームの１本目と２本目の中間に配したが、２本目
のビームの真下に冷却位置を持っていくこともできる。
このように２本目のビームの真下に冷却位置を持ってい
く場合は、レーザービームの後方にて冷却するより、よ
り急峻な温度差を形成でき、割断深さが大きくなると考
えられる。
ザービームの１本目と２本目の中間に配したが、２本目
のビームの真下に冷却位置を持っていくこともできる。
このように２本目のビームの真下に冷却位置を持ってい
く場合は、レーザービームの後方にて冷却するより、よ
り急峻な温度差を形成でき、割断深さが大きくなると考
えられる。
【００８１】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。
実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００８２】第４の実施の形態 本実施の形態による装置は図４の（ａ）及び（ｂ）に示
すように、第１のレーザー２３と第２のレーザー３３と
の間に、冷却剤１１’（例えば冷却風）を吹付けるよう
に構成しており、それ以外は上述の第３の実施の形態と
同様である。
すように、第１のレーザー２３と第２のレーザー３３と
の間に、冷却剤１１’（例えば冷却風）を吹付けるよう
に構成しており、それ以外は上述の第３の実施の形態と
同様である。
【００８３】割断加工に際しては、先ず、第１のレーザ
ー２３からレーザービーム１９を被加工材料１の加工開
始点５に照射して加熱し、そこに熱応力による微小亀裂
を発生させる。
ー２３からレーザービーム１９を被加工材料１の加工開
始点５に照射して加熱し、そこに熱応力による微小亀裂
を発生させる。
【００８４】次に、ノズル４’から冷却風１１’を、第
１のレーザー２３のレーザービーム１９によって加熱さ
れた加工部に吹付けて急冷却する。
１のレーザー２３のレーザービーム１９によって加熱さ
れた加工部に吹付けて急冷却する。
【００８５】次いで、それに追随して第２のレーザー３
３を、レーザービーム１９の照射位置が被加工材料１の
割断加工予定線７上に沿うように移動させて、冷却され
た加工部を急速加熱し、急峻な温度勾配を再び生じさせ
る。
３を、レーザービーム１９の照射位置が被加工材料１の
割断加工予定線７上に沿うように移動させて、冷却され
た加工部を急速加熱し、急峻な温度勾配を再び生じさせ
る。
【００８６】その時、亀裂の先端の応力拡大係数が被加
工材料１の破壊靭性値を超えることにより、亀裂が第１
のレーザー２３と冷却ノズル４と第２のレーザー３３と
の進行に付随して順次進行していき、最終的に、亀裂が
被加工材料１の加工終点６に達した時点で、１ライン分
の割断加工が完了する。
工材料１の破壊靭性値を超えることにより、亀裂が第１
のレーザー２３と冷却ノズル４と第２のレーザー３３と
の進行に付随して順次進行していき、最終的に、亀裂が
被加工材料１の加工終点６に達した時点で、１ライン分
の割断加工が完了する。
【００８７】第５の実施の形態 本実施の形態による装置は、図５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にヒータ
ー（図示せず）を内蔵し、被加工材料１の全体を予め２
００℃以上に加熱すると共に、ステージ２上に置かれた
被加工材料１に冷却剤１１’を吹き付ける冷却ノズル
４’を具備している。
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にヒータ
ー（図示せず）を内蔵し、被加工材料１の全体を予め２
００℃以上に加熱すると共に、ステージ２上に置かれた
被加工材料１に冷却剤１１’を吹き付ける冷却ノズル
４’を具備している。
【００８８】そして、冷却ノズル４’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４’
の被加工材料１への冷媒噴出口１６の位置を割断加工予
定線７上に沿って移動させることができる。
動させることができ、その移動により、冷却ノズル４’
の被加工材料１への冷媒噴出口１６の位置を割断加工予
定線７上に沿って移動させることができる。
【００８９】なお、本実施の形態では、冷却ノズル４’
は上述の第４の実施の形態のものと同様である。
は上述の第４の実施の形態のものと同様である。
【００９０】割断加工に際しては、電熱線（又は赤外線
ランプ）で被加工材料１の全体を２００℃以上に加熱し
た後、冷却ノズル４’の噴出口１６から噴出する冷却剤
１１’を被加工材料１の加工開始点５に吹付けて冷却
し、熱応力による微小な亀裂を発生させる。
ランプ）で被加工材料１の全体を２００℃以上に加熱し
た後、冷却ノズル４’の噴出口１６から噴出する冷却剤
１１’を被加工材料１の加工開始点５に吹付けて冷却
し、熱応力による微小な亀裂を発生させる。
【００９１】なお、この方法は、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、冷媒
１１’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。この場合は、図６の（ａ）に示すように、冷却剤１
１を通した冷却パイプ８の先端部８ａを加熱された被加
工材料１に点接触させ、強制冷却する方法や、図６の
（ｂ）に示すように、冷却剤１１を通した冷却ノズル４
の曲部４ａを加熱された被加工材料１に点接触させる方
法等を用いてもよく、その方法にはこだわらない。パイ
プ８や４は上述した第１、第２の実施の形態と同様のも
のである。
１を局部的に強制冷却することが目的であるので、冷媒
１１’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。この場合は、図６の（ａ）に示すように、冷却剤１
１を通した冷却パイプ８の先端部８ａを加熱された被加
工材料１に点接触させ、強制冷却する方法や、図６の
（ｂ）に示すように、冷却剤１１を通した冷却ノズル４
の曲部４ａを加熱された被加工材料１に点接触させる方
法等を用いてもよく、その方法にはこだわらない。パイ
プ８や４は上述した第１、第２の実施の形態と同様のも
のである。
【００９２】こうして、加熱された被加工材料１に、局
部冷却による温度勾配で熱応力を発生させ、亀裂を進展
させることができる。
部冷却による温度勾配で熱応力を発生させ、亀裂を進展
させることができる。
【００９３】この手法は、冷却に常温より遥かに低いも
のを利用することによって、加熱自体をレーザーに頼ら
ず、ヒーター等で被加工材料全体を加熱し、割断加工予
定線に沿って冷却するので、設備的にも安価で実施する
ことも可能である。
のを利用することによって、加熱自体をレーザーに頼ら
ず、ヒーター等で被加工材料全体を加熱し、割断加工予
定線に沿って冷却するので、設備的にも安価で実施する
ことも可能である。
【００９４】以上に説明した実施の形態は、本発明の技
術的思想に基づいて更に変形が可能である。
術的思想に基づいて更に変形が可能である。
【００９５】例えば、被加工材料に所定幅若しくは点接
触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。
触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。
【００９６】また、上述の第３又は第４の実施の形態と
は異なり、１本のレーザーを用い、これを走査して加熱
した直後に、接触式又は非接触式の冷却（例えば水冷パ
イプや冷風噴出ノズル又は自然冷却）で冷却して割断加
工予定線上にクラックを入れた後、上記レーザーを元の
位置に戻して前記被割断位置を再度走査しながら加熱す
ると、上述の第３又は第４の実施の形態と同様の効果を
1本のレーザーの使用によって（或いは既知の割断装置
を用いても）得ることができる。
は異なり、１本のレーザーを用い、これを走査して加熱
した直後に、接触式又は非接触式の冷却（例えば水冷パ
イプや冷風噴出ノズル又は自然冷却）で冷却して割断加
工予定線上にクラックを入れた後、上記レーザーを元の
位置に戻して前記被割断位置を再度走査しながら加熱す
ると、上述の第３又は第４の実施の形態と同様の効果を
1本のレーザーの使用によって（或いは既知の割断装置
を用いても）得ることができる。
【００９７】また、被加工材料の全体を冷却しておき、
これを割断加工線に沿って加熱して熱応力による割断を
行うこともできる。レーザーによる加熱個所及びその冷
却個所の個数や位置も種々変えてよい。
これを割断加工線に沿って加熱して熱応力による割断を
行うこともできる。レーザーによる加熱個所及びその冷
却個所の個数や位置も種々変えてよい。
【００９８】
【発明の作用効果】本発明によれば、加熱手段による加
熱個所に冷却手段を機械的に接触させたり、複数の加熱
手段間又は少なくとも一方の加熱位置に冷却手段を配
し、或いは全体を所定温度に設定した状態で被割断位置
を逆方向に温度変化させているので、被割断位置を十二
分に加熱すると共に、その冷却により生じる温度勾配に
基づく熱応力を局部的にかつ均一に、しかも十二分に生
じさせることができ、高精度の割断加工が可能となる。
この結果、割断を一工程で行え、特に比較的薄い材料で
あれば、容易に割断することができ、加工屑を出さない
で容易かつ経済的に割断することができる。
熱個所に冷却手段を機械的に接触させたり、複数の加熱
手段間又は少なくとも一方の加熱位置に冷却手段を配
し、或いは全体を所定温度に設定した状態で被割断位置
を逆方向に温度変化させているので、被割断位置を十二
分に加熱すると共に、その冷却により生じる温度勾配に
基づく熱応力を局部的にかつ均一に、しかも十二分に生
じさせることができ、高精度の割断加工が可能となる。
この結果、割断を一工程で行え、特に比較的薄い材料で
あれば、容易に割断することができ、加工屑を出さない
で容易かつ経済的に割断することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による割断加工機の
断面図及びその平面図である。
断面図及びその平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による割断加工機の
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による割断加工機の
断面図及びその平面図である。
断面図及びその平面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態による割断加工機の
断面図及びその平面図である。
断面図及びその平面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態による割断加工機の
断面図及びその平面図である。
断面図及びその平面図である。
【図６】同、他の割断加工機の断面図である。
１…被加工材料、２…ステージ、３…レーザー、４、
４’…冷却ノズル、５…加工開始点、６…加工終了点、
７…割断加工予定線、８…冷却パイプ、１０…集光レン
ズ、１１、１１’…冷却剤（冷媒）、１２…割断加工
機、１３…レーザービーム径、１４…冷却径、１５…熱
分布曲線、１６…噴出口、１９…レーザービーム、２３
…第１のレーザー、３３…第２のレーザー
４’…冷却ノズル、５…加工開始点、６…加工終了点、
７…割断加工予定線、８…冷却パイプ、１０…集光レン
ズ、１１、１１’…冷却剤（冷媒）、１２…割断加工
機、１３…レーザービーム径、１４…冷却径、１５…熱
分布曲線、１６…噴出口、１９…レーザービーム、２３
…第１のレーザー、３３…第２のレーザー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/78 Ｂ (72)発明者 沢田 直樹 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 3C060 CF08 CF16 4E068 AA05 AE01 AJ00 AJ03 CB06 DA10 DB13 4G015 FA06 FB01 FC11
Claims (37)
- 【請求項１】 被割断位置を加熱するための加熱手段
と、前記加熱手段が加熱した個所に機械的に接触して前
記個所を冷却する冷却手段とを有する割断装置。 - 【請求項２】 前記加熱手段による加熱面積よりも前記
冷却手段による冷却面積が小さい、請求項１に記載の割
断装置。 - 【請求項３】 前記冷却手段の冷却部が所定幅で若しく
は点接触的に前記個所に接触する、請求項１に記載の割
断装置。 - 【請求項４】 前記加熱手段が加熱ビーム照射手段から
なり、前記冷却手段が冷媒流通式に構成されている、請
求項１に記載の割断装置。 - 【請求項５】 前記加熱手段と前記冷却手段とが相前後
して配置され、前記被割断位置に対して順次移動する、
請求項１に記載の割断装置。 - 【請求項６】 被割断位置を加熱する第一の加熱手段
と、前記第一の加熱手段に後続して前記被割断位置を再
加熱する第二の加熱手段とを有し、前記第一の加熱手段
による加熱位置と前記第二の加熱手段による加熱位置と
の間、又はその少なくとも一方に冷却手段が配置されて
いる割断装置。 - 【請求項７】 前記第一の加熱手段による加熱面積より
も前記冷却手段による冷却面積が小さい、請求項６に記
載の割断装置。 - 【請求項８】 前記第一の加熱手段による加熱面積に対
し、前記第二の加熱手段による加熱面積が小さい、請求
項６に記載の割断装置。 - 【請求項９】 前記冷却手段が所定幅で若しくは点接触
的に前記個所に接触する冷却部を有するか、或いは前記
個所に冷媒を吹付ける構造を有している、請求項６に記
載の割断装置。 - 【請求項１０】 前記第一及び第二の加熱手段が加熱ビ
ーム照射手段からなり、前記冷却手段が冷媒流通式又は
冷媒吹付け式に構成されている、請求項６に記載の割断
装置。 - 【請求項１１】 前記第一及び第二の加熱手段と前記冷
却手段とが相前後して配置され、前記被割断位置に対し
て順次移動する、請求項６に記載の割断装置。 - 【請求項１２】 被加工体の全体を所定の温度に設定す
る第一の温度設定手段と、前記被加工体の被割断位置を
前記所定温度とは逆方向に温度変化させる第二の温度設
定手段を有する割断装置。 - 【請求項１３】 前記第一の温度設定手段が前記被加工
体の加熱又は冷却手段からなり、前記第二の温度設定手
段が冷却又は加熱手段からなる、請求項１２に記載の割
断装置。 - 【請求項１４】 前記第一の温度設定手段が加熱手段か
らなり、前記第二の温度設定手段が所定幅で若しくは点
接触的に前記被加工体に接触する冷却部を有するか、或
いは前記個所に冷媒を吹付ける構造を有している、請求
項１３に記載の割断装置。 - 【請求項１５】 前記第一の温度設定手段がヒーターか
らなり、前記第二の温度設定手段が冷媒流通式又は冷媒
吹付け式に構成されている、請求項１３に記載の割断装
置。 - 【請求項１６】 前記第二の温度設定手段が前記被割断
位置に対して移動する、請求項１２に記載の割断装置。 - 【請求項１７】 被割断位置を加熱し、この加熱個所に
冷却手段を機械的に接触させて前記個所を冷却する割断
方法。 - 【請求項１８】 前記加熱による加熱面積よりも前記冷
却による冷却面積を小さくする、請求項１７に記載の割
断方法。 - 【請求項１９】 前記冷却手段の冷却部を所定幅で若し
くは点接触的に前記加熱個所に接触させる、請求項１７
に記載の割断方法。 - 【請求項２０】 前記加熱を加熱ビームの照射によって
行ない、前記冷却を冷媒流通式に行なう、請求項１７に
記載の割断方法。 - 【請求項２１】 前記加熱と前記冷却とを前記被割断位
置に対して順次行なう、請求項１７に記載の割断方法。 - 【請求項２２】 被割断位置を加熱する第一の加熱を行
ない、この第一の加熱に後続して前記被割断位置を再加
熱する第二の加熱を行ない、前記第一の加熱による加熱
位置と前記第二の加熱による加熱位置との間、又はその
少なくとも一方を冷却する割断方法。 - 【請求項２３】 前記第一の加熱による加熱面積よりも
前記冷却による冷却面積を小さくする、請求項２２に記
載の割断方法。 - 【請求項２４】 前記第一の加熱による加熱面積に対
し、前記第二の加熱による加熱面積を小さくする、請求
項２２に記載の割断方法。 - 【請求項２５】 前記冷却を所定幅で若しくは点接触的
に前記個所に接触する冷却部によって行なうか、或いは
前記個所に冷媒を吹付けることによって行なう、請求項
２２に記載の割断方法。 - 【請求項２６】 前記第一及び第二の加熱を加熱ビーム
の照射によって行ない、前記冷却を冷媒流通式又は冷媒
吹付け式で行なう、請求項２２に記載の割断方法。 - 【請求項２７】 前記第一及び第二の加熱と前記冷却と
を前記被割断位置に対して順次行なう、請求項２２に記
載の割断方法。 - 【請求項２８】 加熱手段によって被割断位置を走査し
ながら加熱すると共に、この加熱個所を冷却手段によっ
て冷却し、しかる後、前記加熱手段を元の位置に戻して
前記被割断位置を再度走査しながら加熱する割断方法。 - 【請求項２９】 前記加熱による加熱面積よりも前記冷
却による冷却面積を小さくする、請求項２８に記載の割
断方法。 - 【請求項３０】 前記冷却手段の冷却部を所定幅で若し
くは点接触的に前記加熱個所に接触させる、請求項２８
に記載の割断方法。 - 【請求項３１】 前記加熱を加熱ビームの照射によって
行ない、前記冷却を冷媒流通式に行なう、請求項２８に
記載の割断方法。 - 【請求項３２】 前記加熱と前記冷却とを前記被割断位
置に対して順次行なう、請求項２８に記載の割断方法。 - 【請求項３３】 被加工体の全体を所定の温度に設定
し、前記被加工体の被割断位置を前記所定温度とは逆方
向に温度変化させる割断方法。 - 【請求項３４】 前記被加工体の加熱又は冷却して前記
温度設定を行ない、前記逆方向への温度変化を冷却又は
加熱で行なう、請求項３３に記載の割断方法。 - 【請求項３５】 前記温度設定を加熱によって行い、前
記逆方向への温度変化を所定幅で若しくは点接触的に前
記被加工体に冷却部を接触させることにより行なう、請
求項３３に記載の割断方法。 - 【請求項３６】 前記温度設定をヒーターによる加熱で
行い、前記冷媒流通式又は冷媒吹付け式に行なう、請求
項３３に記載の割断方法。 - 【請求項３７】 前記逆方向への温度変化を前記被割断
位置に対して移動しながら行なう、請求項３３に記載の
割断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000288717A JP2002100590A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 割断装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000288717A JP2002100590A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 割断装置及びその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002100590A true JP2002100590A (ja) | 2002-04-05 |
Family
ID=18772251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000288717A Pending JP2002100590A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 割断装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002100590A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003008352A1 (en) * | 2001-07-18 | 2003-01-30 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. | Device and method for scribing fragile material substrate |
| WO2003026861A1 (fr) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. | Procede pour ecrire sur un substrat de materiau friable et pointe a tracer |
| US6995466B2 (en) | 2002-12-12 | 2006-02-07 | Denso Corporation | Semiconductor device having passivation cap and method for manufacturing the same |
| KR100579173B1 (ko) * | 2002-09-27 | 2006-05-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 레이저 절단기 |
| JP2008246808A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Japan Steel Works Ltd:The | 高脆性非金属材料製の被加工物の加工方法及びその装置 |
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| KR100971042B1 (ko) * | 2005-08-12 | 2010-07-16 | 시바우라 메카트로닉스 가부시키가이샤 | 취성 재료의 할단가공 시스템 및 그 방법 |
| CN105084748A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-11-25 | 苏州凯锝微电子有限公司 | 一种基于激光引切的玻璃切割装置 |
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| JP2018052770A (ja) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | 脆性材料基板の分断方法並びに分断装置 |
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-
2000
- 2000-09-22 JP JP2000288717A patent/JP2002100590A/ja active Pending
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| WO2009128334A1 (ja) * | 2008-04-14 | 2009-10-22 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | 脆性材料基板の加工方法 |
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