JP2007268563A - レーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正常なスクライブ線が確実に形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認できるようにする。
【解決手段】テーブル２０と、レーザ光照射ユニット４０と、テーブルとレーザ光照射ユニットとを相対移動させる駆動手段２１とを備え、基板の割断予定線Ｊに沿うようにレーザ光Ｌを相対移動させることで割断予定線上にスクライブ線形成を行うレーザスクライブ装置において、スクライブ線形成時に当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分より放出される超音波をリアルタイムで検出するＡＥセンサ１と、正常なスクライブ線形成時に当該正常なスクライブ線における亀裂発生部分より放出される超音波を正常超音波信号Ｓ２として予め登録した記憶手段４２と、ＡＥセンサから出力された超音波信号Ｓ１と、記憶手段に登録された正常超音波信号とに基づき、スクライブ線形成が正常か否かを判定する判定手段４３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法に関する。より詳しくは、被割断基板における割断予定線に沿うようにレーザ光を相対移動させることによりこの割断予定線上にスクライブ線形成を行う装置及び方法に関する。

ガラス板、セラミックスまたはウエハーなどの脆性材料を切断加工する方法として、レーザスクライブ法がある。レーザスクライブ法では、被割断基板とする脆性材料（以下、単に基板と記述することがある）に対し、まず、その割断予定線の始端に初期亀裂を形成する。次いで、割断予定線の始端から終端に沿ってレーザ光により短時間内に加熱するとともに、加熱された部位をそのレーザ光に追随して急冷させることにより、連続した亀裂、つまりスクライブ線を基板の表面に形成する。次いで、このスクライブ線のまわりに物理的な力（曲げモーメント）を加え、浅い亀裂を基板の板厚方向に伸展させることで、スクライブ線を境に基板を割断する。レーザスクライブ法によるスクライブ線の形成は、可動テーブル、初期亀裂形成機構、レーザ光照射ユニット及び冷却ユニットなどを備えるレーザスクライブ装置を用いて行う。

レーザスクライブ装置において、スクライブ線の形成動作中、例えば初期亀裂が形成されていなかったり、レーザ光の強度が低下していたりして、規程の深さの正常なスクライブ線が形成されないことがある。そのような場合は、割断工程において基板を割断できない。従って、形成されたスクライブ線が正常か異常かを割断前に判断できることが望ましい。しかし、レーザスクライブ法によるスクライブ線が正常であるか否かは、目視しても或いは光学顕微鏡で観察しても正確には判断できず、実際に割断してみなければ分からない。このため視認以外による検査方法が有効である。

視認以外による脆性材料の検査方法として、特許文献１や特許文献２には、アコースティックエミッション法（以下、ＡＥ法と略記する）を用いた脆性材料の欠陥検査に関する技術が開示されている。そこで、例えばスクライブ線を形成する工程の後段に、特許文献１及び特許文献２に記載のような技術を用いて、スクライブ線の状態を検査する工程を設け、スクライブ線形成工程から搬出された基板１枚１枚に対し順次に検査を行うことで、異常なスクライブ線の形成された基板を排除する手法が考えられる。

特開平８−９４５９２号公報 特開２００３−２３２７８２号公報

しかし、このような手法によると、正常なスクライブ線が形成されているか否かを確認することはできても、検査をスクライブ線形成工程の後段で行うため、異常なスクライブ線の形成された基板は全く無駄なものとなり、歩留まりの低下は避けられない。併せて生産時間の延長を招く。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、正常なスクライブ線が確実に形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することのできるレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のレーザスクライブ装置１０は、被割断基板Ｋを載置保持するためのテーブル２０と、スクライブ線形成のためのレーザ光Ｌを被割断基板Ｋの表面に向けて照射可能なレーザ光照射ユニット４０と、テーブル２０とレーザ光照射ユニット４０とを相対移動させる駆動手段２１とを備え、被割断基板Ｋにおける割断予定線Ｊに沿うようにレーザ光Ｌを相対移動させることによりこの割断予定線Ｊ上にスクライブ線形成を行うレーザスクライブ装置１０において、スクライブ線形成時に当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分より放出される超音波をリアルタイムで検出するＡＥセンサ１と、正常なスクライブ線形成時に当該正常なスクライブ線における亀裂発生部分より放出される超音波を正常超音波信号Ｓ２として予め登録した記憶手段４２と、ＡＥセンサ１から出力された超音波信号Ｓ１と、記憶手段４２に登録された正常超音波信号Ｓ２とに基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定する判定手段４３とを備えることを特徴とする。

また、本発明のレーザスクライブ方法は、被割断基板Ｋを載置保持するためのテーブル２０と、スクライブ線形成のためのレーザ光Ｌを被割断基板Ｋの表面に向けて照射可能なレーザ光照射ユニット４０と、テーブル２０とレーザ光照射ユニット４０とを相対移動させる駆動手段２１とを備え、被割断基板Ｋにおける割断予定線Ｊに沿うようにレーザ光Ｌを相対移動させることによりこの割断予定線Ｊ上にスクライブ線形成を行うレーザスクライブ方法において、正常なスクライブ線形成時に当該正常なスクライブ線における亀裂発生部分より放出される超音波を正常超音波信号Ｓ２として予め記憶手段４２に登録しておき、スクライブ線形成時に当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分より放出される超音波をＡＥセンサ１によりリアルタイムで検出し、ＡＥセンサ１から出力された超音波信号Ｓ１と、記憶手段４２に登録された正常超音波信号Ｓ２とに基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定手段４３により判定することを特徴とする。

なお、前記判定手段４３により異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに警報装置５から警報を発するようにすることが好ましい。また、前記ＡＥセンサ１から出力された超音波信号Ｓ１と、記憶手段４２に予め登録された正常超音波信号Ｓ２との振幅及び／または周波数の違いに基づいて前記判定を行うことが好ましい。

本発明のレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法によると、正常なスクライブ線が確実に形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することができる。スクライブ線形成が異常であった場合、直ちに対処できるので、割断工程において基板を確実に割断できるようになる。また、続けて多くの基板に異常なスクライブ線を形成してしまうことが防止でき、歩留まりの向上を図ることができる。併せて生産時間の延長も招かない。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るレーザスクライブ装置１０の正面概略図、図２は本発明に係るレーザスクライブ装置１０によるレーザスクライブ動作を平面視的に示す図、図３は解析用コンピュータの構成概要を示す図である。各図において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面は水平面、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｚ方向まわりの回転方向をθ方向とする。

図１に示すように、レーザスクライブ装置１０は、可動テーブル２０、初期亀裂形成機構３０、レーザ光照射ユニット４０、冷却ユニット５０及びスクライブ状態検査装置６０を備える。初期亀裂形成機構３０、レーザ光照射ユニット４０及び冷却ユニット５０は、可動テーブル２０よりも高い位置において一体的に基台７０に固設される。

可動テーブル２０は、載置された基板Ｋを真空吸着により保持可能なテーブル面を備えると共に、テーブル駆動装置２１によりＸＹＺθ各方向に駆動可能とされる。スクライブ線形成時はＹ１方向に駆動される。

初期亀裂形成機構３０は、先端に回転刃３１を有し上下駆動可能とされた回転刃ユニット３２を備え、可動テーブル２０に載置保持された基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳに極微少な初期亀裂Ｃを形成可能に構成される。

レーザ光照射ユニット４０は、レーザ発振器から出力されたレーザ光Ｌを、反射ミラーやエキスパンドレンズなどからなる光学系を経由して、レーザ照射窓４１から基板Ｋの表面に向けて照射可能に構成される。レーザ照射窓４１から照射されるレーザ光Ｌは、基板Ｋにスクライブ線ＳＢを形成するのに十分な出力を有するものとされる。レーザ照射窓４１は、スクライブ線形成時における可動テーブル２０に対するレーザ光Ｌの相対移動の方向Ｙ２を基準に回転刃３１の後方部に設けられる。

冷却ユニット５０は、霧状の冷却ミストＭを噴射可能な噴射ノズル５１を備える。噴射ノズル５１は、基板Ｋ上に照射されるレーザ光Ｌに追随するように、スクライブ線形成時における可動テーブル２０に対するレーザ光Ｌの相対移動の方向Ｙ２を基準にレーザ照射窓４１の後方部に設けられる。

スクライブ状態検査装置６０は、スクライブ線形成時に当該スクライブ線における亀裂発生部分より放出される超音波をリアルタイムで検出可能なように可動テーブル２０に取り付けられたＡＥセンサ１、ＡＥセンサ１の出力信号を増幅するアンプ２、アンプ２の出力信号をＡ−Ｄ（アナログ−デジタル）変換するＡＤ変換器３、ＡＤ変換器３に接続された解析用コンピュータ４、ブザーやランプにより警報を発する警報装置５、解析用コンピュータ４が出力した異常信号Ｓ３に基づいてレーザ光照射ユニット４０、冷却ユニット５０及びテーブル駆動装置２１を停止させると共に警報装置５を励起させる制御装置６を備える。

解析用コンピュータ４は、形成中のスクライブ線ＳＢが正常か否かを解析するコンピュータであり、図３に示すように、記憶部４２と比較処理部４３とを有する。記憶部４２には、次に示す正常超音波信号Ｓ２が予め登録されている。すなわち正常超音波信号Ｓ２とは、正常なレーザスクライブ動作時の亀裂成長時にその亀裂発生部分より放出される固有の音波信号のことである。比較処理部４３は、ＡＥセンサ１で検出した基板Ｋからの超音波信号Ｓ１と、記憶部４２に登録された正常超音波信号Ｓ２とを比較して、両者が一致する場合はレーザスクライブ動作が正常であると判断し、不一致の場合はレーザスクライブ動作が異常であると判断して異常信号Ｓ３を出力するように構成される。このような記憶部４２及び比較処理部４３は、メモリチップやマイクロプロセッサーなどを主体とした適当なハードウエア及びこれに組み込んだコンピュータプログラムにより実現される。

次に、図４を参照して、レーザスクライブ装置１０のスクライブ線形成動作について説明する。図４はレーザスクライブ装置１０によるスクライブ線形成動作を示すフローチャートである。

まず、ステップ１００において、テーブル駆動装置２１は、基板Ｋを載置保持した可動テーブル２０を、回転刃３１と基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳとを結ぶ直線ｔ１（図２（Ａ）参照）がＹ方向に平行となるように駆動配置する。続いて、ステップ１１０において、初期亀裂形成機構３０は回転刃３１を降下させて、その刃先が基板Ｋの表面よりも低くなる位置に配置する。

続いて、ステップ１２０において、テーブル駆動装置２１は、可動テーブル２０をＹ１方向に駆動する（図２（Ｂ）参照）。可動テーブル２０の移動により、回転刃３１が基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳに衝突する。その直後に初期亀裂形成機構３０は回転刃３１を上昇させる。これにより、割断予定線Ｊの始端ＪＳに所定深さ及び長さの極微少な初期亀裂Ｃが形成される。

初期亀裂Ｃが形成されると、ステップ１３０において、レーザ光照射ユニット４０は、レーザ照射窓４１から基板Ｋに向けてレーザ光Ｌを照射する。また、ステップ１４０において、冷却ユニット５０は、レーザ光Ｌに追随するように噴射ノズル５１から冷却ミストＭを噴射する。基板Ｋに対するレーザ光Ｌ及び冷却剤Ｍの相対的な移動により、始端JＳを起点として、レーザ光Ｌは割断予定線Ｊを急激に加熱し局所的に熱膨張させて圧縮応力を生じさせ、冷却剤Ｍはその直後に加熱部分を急激に冷却することで局所的に収縮させて引張応力を生じさせる。これにより、初期亀裂Ｃを亀裂進展の開始点として、基板Ｋの表面に、割断予定線Ｊに沿う微小亀裂を連続成長させてスクライブ線ＳＢを形成していく。

スクライブ線ＳＢの形成動作時に、ＡＥセンサ１は、当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分より放出される超音波をリアルタイムで検出して解析用コンピュータ４に送信している。解析用コンピュータ４は、比較処理部４３において、ＡＥセンサ１から出力された超音波信号Ｓ１と、記憶部４２に登録された正常超音波信号Ｓ２とを比較する。検出した超音波信号Ｓ１と正常超音波信号Ｓ２とが一致している限りは、比較処理部４３はレーザスクライブ動作が正常であると判断して（ステップ１５０でイエス）、割断予定線Ｊの終端ＪＥに至るまでレーザスクライブ動作を続行する。終端ＪＥまでスクライブ線ＳＢを形成した時点でレーザ光Ｌの照射、ミストＭの噴射、及び可動テーブル２０の走行を停止する（ステップ１８０）。

割断予定線Ｊの終端ＪＥまでに到達するまでに、両超音波信号が不一致となる部分があった場合は（ステップ１５０でノー）、比較処理部４３はレーザスクライブ動作が異常であると判断して異常信号Ｓ３を出力する。制御装置６は、異常信号Ｓ３により機器制御信号Ｓ４を出力する。機器制御信号Ｓ４により、警報装置５が励起して警報を発し（ステップ１６０）、レーザ光Ｌの照射、ミストＭの噴射、及び可動テーブル２０の走行を停止する（ステップ１８０）。なお、上記両超音波信号の一致または不一致の判定基準は、振幅及び／または周波数、すなわち振幅の強さの違いと周波数の違いとの両方またはいずれか一方に基づいて行うことが好ましい。また、ノイズによる判断ミスを防止するため１００ｋＨｚ以下、２００ｋＨｚ以上の周波数信号は除去しておくことが好ましい。

このように、レーザスクライブ装置１０によると、正常なスクライブ線が確実に形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することができる。スクライブ線形成が異常であった場合、直ちに対処できるので、割断工程において基板を確実に割断できるようになる。また、割断後の基板は、割断部分の直進性や断面品質が優れたものとなる。また、続けて多くの基板に異常なスクライブ線を形成してしまうことが防止でき、歩留まりの向上を図ることができる。併せて生産時間の延長も招かない。

以下、本発明を実施例により説明する。図５は本発明の実施例に用いたレーザスクライブ装置１１の正面概略図、図６は図５に示すレーザスクライブ装置１１により得た正常超音波信号と異常超音波信号を示す図であり、図６（Ａ）は正常超音波信号を示し、図６（Ｂ）は異常超音波信号を示す。

スクライブ状態検査装置６０を有さない従来型のレーザスクライブ装置１１の可動テーブル２０に、ＡＥセンサ１を図５のように取り付け、アンプ２、ディスクリミネータ７及びＡＤ変換器３を介してオシロスコープ８に接続し、正常レーザスクライブ時、及び異常レーザスクライブ時の波形を観測した。

このときの具体的諸元は次のとおりである。

〔基板〕製造会社：旭硝子株式会社、型番：ＡＮ１００、品種：厚さ０．７ｍｍのガラス基板
〔テーブル速度〕１００ｍｍ／ｓｅｃ
〔ＡＥセンサ〕製造会社：株式会社エヌエフ回路設計ブロック、型番：ＡＥ９０１Ｓ−ＷＰ
〔ディスクリミネータ〕製造会社：株式会社エヌエフ回路設計ブロック製、型番：ＡＥ９９２２
異常スクライブ線形成時は、基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳに意図的に初期亀裂Ｃを形成しないでレーザ光Ｌの照射及びミストＭの噴射を行った。なお、ノイズが多かったため、１００ｋＨｚ以下、２００ｋＨｚ以上の周波数信号は、ディスクリミネータ７により除去した。その結果、異常超音波信号の振幅は、正常超音波信号の振幅よりも大きいことがわかった。これは、正常な亀裂が進展しているときにスクライブ線における亀裂発生部分（進展部分）より放出される音波が、異常なときに比べて大きいことによる。その他、レーザ出力が規程値から逸脱している場合や、ミストの噴射量が規程値から逸脱している場合なども、正常時に比べて波形の特性に違いが表れると考えられ、その違いを基に正常か異常かの判定基準とすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

本発明に係るレーザスクライブ装置の正面概略図である。 本発明に係るレーザスクライブ装置によるレーザスクライブ動作を平面視的に示す図である。 解析用コンピュータの構成概要を示す図である。 レーザスクライブ装置によるスクライブ線形成動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例に用いたレーザスクライブ装置の正面概略図である。 図５に示すレーザスクライブ装置により得た正常超音波信号と異常超音波信号を示す図である。

符号の説明

１ ＡＥセンサ
５ 警報装置
１０ レーザスクライブ装置
２０ 可動テーブル（テーブル）
２１ テーブル駆動装置（駆動手段）
４０ レーザ光照射ユニット
４２ 記憶部（記憶手段）
４３ 比較処理部（判定手段）
Ｊ 割断予定線
Ｋ 基板（被割断基板）
Ｌ レーザ光
Ｓ１ 超音波信号
Ｓ２ 正常超音波信号

Claims (6)

1. 被割断基板Ｋを載置保持するためのテーブル２０と、スクライブ線形成のためのレーザ光Ｌを被割断基板Ｋの表面に向けて照射可能なレーザ光照射ユニット４０と、テーブル２０とレーザ光照射ユニット４０とを相対移動させる駆動手段２１とを備え、被割断基板Ｋにおける割断予定線Ｊに沿うようにレーザ光Ｌを相対移動させることによりこの割断予定線Ｊ上にスクライブ線形成を行うレーザスクライブ装置１０において、
   スクライブ線形成時に当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分より放出される超音波をリアルタイムで検出するＡＥセンサ１と、
   正常なスクライブ線形成時に当該正常なスクライブ線における亀裂発生部分より放出される超音波を正常超音波信号Ｓ２として予め登録した記憶手段４２と、
   ＡＥセンサ１から出力された超音波信号Ｓ１と、記憶手段４２に登録された正常超音波信号Ｓ２とに基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定する判定手段４３とを備えることを特徴とするレーザスクライブ装置。
2. 前記判定手段４３により異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに警報を発する警報装置５を備える請求項１に記載のレーザスクライブ装置。
3. 前記判定手段４３は、ＡＥセンサ１から出力された超音波信号Ｓ１と、記憶手段４２に予め登録された正常超音波信号Ｓ２との振幅及び／または周波数の違いに基づいて前記判定を行う請求項１または請求項２に記載のレーザスクライブ装置。
4. 被割断基板Ｋを載置保持するためのテーブル２０と、スクライブ線形成のためのレーザ光Ｌを被割断基板Ｋの表面に向けて照射可能なレーザ光照射ユニット４０と、テーブル２０とレーザ光照射ユニット４０とを相対移動させる駆動手段２１とを備え、被割断基板Ｋにおける割断予定線Ｊに沿うようにレーザ光Ｌを相対移動させることによりこの割断予定線Ｊ上にスクライブ線形成を行うレーザスクライブ方法において、
   正常なスクライブ線形成時に当該正常なスクライブ線における亀裂発生部分より放出される超音波を正常超音波信号Ｓ２として予め記憶手段４２に登録しておき、
   スクライブ線形成時に当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分より放出される超音波をＡＥセンサ１によりリアルタイムで検出し、
   ＡＥセンサ１から出力された超音波信号Ｓ１と、記憶手段４２に登録された正常超音波信号Ｓ２とに基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定手段４３により判定することを特徴とするレーザスクライブ方法。
5. 前記判定手段４３により異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに警報装置５から警報を発する請求項４に記載のレーザスクライブ方法。
6. 前記ＡＥセンサ１から出力された超音波信号Ｓ１と、記憶手段４２に予め登録された正常超音波信号Ｓ２との振幅及び／または周波数の違いに基づいて前記判定を行う請求項４または請求項５に記載のレーザスクライブ方法。

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