JP2011194723A - 脆性材料基板の分断方法および分断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 板厚が０．１ｍｍ以下の薄い基板上に、製品となる単位要素が形成されている場合に、単位要素に影響が及ばないように分断する方法を提供する。
【解決手段】 薄い脆性材料基板の片側面の端縁で分断予定ラインの基端部にトリガを形成し、このトリガを設けた面の反対側の面から、トリガに相対する位置を起点としてレーザビームを分断予定ラインに沿って走査させ、これに追従して冷媒を加熱部分に噴射させることにより基板を分断予定ラインから分断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス等の脆性材料からなる基板の分断方法に関し、特に、０．１ｍｍ以下の薄いガラス基板を分断予定ラインに沿ってレーザ光を移動させながら照射して、ガラス基板を個別の単位素子に分断する方法に関する。

図５は、板厚が０．５ｍｍ以上であるガラス基板について、格子状にスクライブ溝を形成した後に（クロススクライブ）、基板を個別の単位要素（製品）に分断する場合の従来例を示す図である。一般に、ガラス基板の板厚が０．５ｍｍ以上厚い場合は、基板に対しレーザ照射でスクライブ溝（基板を貫通しないクラック）を形成することができる。
その場合、あらかじめ、ガラス基板Ｇの一端縁にカッターホイール等を軽く衝突させてトリガＴ_１（初期亀裂）を形成する。そして形成したトリガＴ_１から第１の方向（Ｘ方向）にレーザビームのビームスポットを走査し、続いて直後を追従するように冷媒を噴射して、基板内の深さ方向の熱応力分布を利用して第１のスクライブ溝Ｓ_１を形成する。次いで、ガラス基板ＧのトリガＴ_１を設けた端縁と直交する端縁にトリガＴ_２を形成し、トリガＴ_２から第１のスクライブ溝Ｓ_１と直交する第２の方向（Ｙ方向）に、深さ方向の熱応力を利用して第２のスクライブ溝Ｓ_２を形成する。
これらスクライブ溝Ｓ_１、Ｓ_２は完全に基板を分断するものでなく、ハーフカットの状態で保持される。その後、外力を印加してガラス基板Ｇを撓ませ、スクライブ溝（クラック）に沿って分断することにより、基板上に形成された個別の単位要素（製品）を取り出している。

このようにして得られたガラス基板の単位要素のうち、トリガが形成してある端縁部分の単位要素Ｇ_１を除き、大多数を占める中間部分の単位要素Ｇ_２（クロスハッチングで示す部分）はトリガがなく、滑らかできれいな分断端面が形成されている。即ち、トリガＴ_１、Ｔ_２は、レーザビームでスクライブ溝を形成する場合に、亀裂を進展させるためには必要であるが、単位要素に分断して製品になった場合に、トリガが傷痕として残存することになる。したがってトリガが残存する領域の単位要素Ｇ_１は、製品から除外されるようにして、残りの領域にある単位要素Ｇ_２から製品を取り出すようにしている。

一方、基板の板厚が薄くなり０．３ｍｍ以下になると、ガラス基板内の深さ方向の熱応力分布が形成されにくくなり、その結果、スクライブ溝を形成することが困難になる。板厚が薄い場合は、例えば特許文献１、特許文献２に開示されているように、ガラス基板を局所的に加熱するとともに加熱直後を冷却すると、前後方向の熱応力によって、あらかじめ基板の端縁に形成されるトリガを起点にして基板を貫通するクラックが進展するようになる。そのため、基板はいきなり完全分断（フルカット）されることが知られている。

具体的には、レーザビームにより形成されるビームスポットを使用し、テーブル上に保持させたガラス基板Ｇに対してビームスポットを相対的に移動させながら、ガラス基板の端縁にあらかじめ形成したトリガからビームスポットを分断予定ラインに沿って走査させて加熱する。これにより分断予定ライン上に圧縮応力を発生させる。続いて、冷却機構によって加熱された部分を追いかけるように急冷する。このようにして圧縮応力領域の後ろに引張応力領域を発生させ、前後方向の応力分布によりガラス基板Ｇを貫通するクラックを発生させて基板を分断する。これにより基板に形成された個別の単位要素（製品）ごとに分断する。

特開２００４−１５５１５９号公報 特開２００１−１７０７８６号公報

近年、単位要素（製品）の軽量化を図るため、ガラス基板の板厚を薄くすることが求められている。そのため、板厚０．１ｍｍ以下の薄いガラス基板を基板として用いるようになってきている。
ところが、レーザビームを使用して、Ｘ−Ｙ方向にクロスカットしようとすると、Ｘ方向もしくはＹ方向の何れか一方にレーザビームを走査したときに、板厚が非常に薄いために完全分断（フルカット）されることになり、クロスカットすることができない。したがって、このような薄いガラス基板を使用する場合、図６（ａ）に示すように、先ずガラス基板Ｇの一端縁にＸ方向用のトリガＴ_１を形成して、このトリガＴ_１からＸ方向にレーザビームを走査して図６（ｂ）に示すような短冊状のガラス基板Ｇ_３を完全分断（フルカット）する。次いで、短冊状ガラス基板Ｇ_３の端縁にＹ方向用のトリガＴ_３を設けて、このトリガＴ_３からＹ方向にレーザビームを走査して個別の単位要素に完全分断（フルカット）する。

このようにして分断された単位要素Ｇ_４は、図６（ｃ）に示すように、その全てにおいて、レーザビーム照射面側の端縁にトリガＴ_１もしくはＴ_３の痕跡が残る。トリガの存在により見栄えが悪くなる。したがって、トリガが傷痕として残存する単位要素を製品から除外するとなると、良品をひとつも得ることができないことになる。

また、たとえ、トリガの痕跡が残った単位要素を製品として許容するにしても、図７に示すように、トリガ作成時にトリガ先端付近に小さな傷が生じることがあり、これらトリガ、傷痕が表面となるガラス基板のレーザビーム照射面の一部に微少なひび割れを誘引させる原因となるため、端面強度が劣化することとなる。そして、単位要素の表面に形成した電子回路等に回路切断等の重大な悪影響をもたらすおそれがある。

なお、電子回路等を形成する側の面を「表面」として、トリガを「裏面」側に形成し、レーザ照射および冷媒噴射を「裏面」側から行うようにすれば、「表面」についてはトリガの傷痕は発生しないことになる。しかしながら、「裏面」に向けてレーザを照射するために反対面である「表面」側をテーブルに接するように載置してレーザ照射を行うと、テーブル面との摩擦で電子回路の破損や汚損などの不具合が生じてしまう。そのため、常に「裏面」側のテーブル面に接するように載置して加工する必要がある。その場合、レーザビームは「裏面」が接するテーブルの下側から照射しなければならなくなるので、加工装置の構成や加工工程がどうしても複雑になってしまい、技術的な困難度が増すとともに、装置コストが増大することになる。

そこで本発明は、板厚が０．１ｍｍ以下の薄いガラス基板上に単位要素（製品）が形成されている場合に、単位要素に影響が及ばないように分断する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、本発明の基板分断方法では、板厚が０．１ｍｍ以下の脆性材料基板の片側面の端縁で分断予定ラインの基端部にトリガを形成し、このトリガを設けた面の反対側の面から、トリガに相対する位置を起点としてレーザビームのビームスポットを分断予定ラインに沿って走査させ、これに追従して冷媒を加熱部分に噴射させることにより基板を分断予定ラインから分断するようにしている。

本発明の分断方法によれば、板厚が０．１ｍｍ以下の基板では、板厚が厚い場合（０．３ｍｍ以上）とは異なり、基板端に亀裂を形成したときに、亀裂を設けた面と反対側の面からレーザを照射した場合でも、亀裂がトリガとして機能できるようになる。したがって、トリガ（初期亀裂）を設けた面の反対側の面から、トリガに相対する位置を起点としてレーザビームを分断予定ラインに沿って走査させて分断する。それゆえ分断後において、レーザビーム照射面側の端縁にはトリガがなく、傷痕のないきれいな状態で分断することができる。これにより、分断後の製品にはトリガのないきれいな表面（レーザビーム照射面）と、トリガや小さな傷痕の残った裏面とがはっきりと区分けされて、きれいな表面を電子回路形成等の使用面として選択することができ、微少なひび割れに起因する回路の切断等を未然に防止することができる。

本発明において、板厚が０．１ｍｍ以下の脆性材料基板の片側面の端縁で第１の分断予定ラインの基端部に第１のトリガを形成し、この第１のトリガを設けた面の反対側の面から、第１のトリガに相対する位置を起点としてレーザビームのビームスポットを第１の分断予定ラインに沿って走査させ、これに追従して冷媒を加熱部分に噴射させることにより基板を短冊状に分断し、次いで、短冊状に分断された基板の前記第１のトリガを形成した同じ片側面の端縁で、前記第１の分断予定ラインと直交する第２の分断予定ラインの基端部に第２のトリガを形成し、この第２のトリガを設けた面の反対側の面から、第２のトリガに相対する位置を起点としてレーザビームのビームスポットを第２の分断予定ラインに沿って走査させ、これに追従して冷媒を加熱部分に噴射させることにより基板を単位要素に分断するようにしてもよい。
これにより、縦横に分断面を有する単位要素(製品)を、トリガ痕跡を表面にすることなく、確実に製作することができる。

本発明にかかる分断方法の一実施態様を示す斜視図。 第１のトリガと第１方向（Ｘ方向）の分断予定ラインを表示したガラス基板の斜視図。 短冊状に分断されたガラス基板の斜視図。 単位要素に分断されたガラス基板の斜視図。 従来のガラス基板の分断方法を説明する図。 従来のレーザビームを用いた分断方法により、０．１ｍｍ以下の薄いガラス基板を分断する場合を示す図。 一般的なトリガ形成部分の拡大斜視図。

以下において本発明にかかる分断方法の詳細を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかる分断方法の実施態様を示す斜視図であり、図２は第１のトリガと第１方向（Ｘ方向）の分断予定ラインを表示したガラス基板の斜視図、図３は第２のトリガと第２方向（Ｙ方向）の分断予定ラインを表示した短冊状ガラス基板の斜視図であり、図４は単位要素に分断されたガラス基板の斜視図である。

本発明方法によって分断されるガラス基板１は、０．１ｍｍ以下の薄い板厚で形成されており、支持テーブル２に適宜の固定機構、例えばエア吸引機構等により保持されている。ガラス基板１上には多数の単位要素（製品となる単位）が縦横に形成されている。
支持テーブル２の上方には、支持テーブル２に載置されたガラス基板１を、分断予定ラインに沿って分断するために、基板１に局所的な圧縮応力を生じさせる加熱手段としてのレーザ光学系３と、このレーザ光学系３に追従し、加熱された領域を冷却することによって引張応力を生じさせて、貫通クラックを分断予定ラインに沿って進展させる冷却機構４とが設けられている。冷却機構４の先端には冷媒を噴射するノズル４ａが取り付けられている。

レーザ光学系３並びに冷却機構４は、レーザ光学系３を前にして一列に配列され、共通の保持部材５により支持されており、ガラス基板１を載せた支持テーブル２に対して相対的に配列方向に沿って移動できるように形成されている。

支持テーブル２の下方には、昇降機構によって上下移動可能なカッターホイール８が設けられている。

基板１の端縁は、支持テーブル２の端より少し外側に出した状態で載置される。分断予定ラインに沿って分断するに際して、ガラス基板１の端縁で、Ｘ方向に沿った第１の分断予定ライン６ａの基端部に第１のトリガ７ａを形成する。トリガ７ａは、カッターホイールを端縁に衝突させることで形成する。
図１、図２に示すように、この第１のトリガ７ａを設けた面の裏側に対して、第１のトリガ７ａに相対する位置を起点としてレーザ光学系３並びに冷却機構４を第１の分断予定ライン６ａに沿って相対的に移動させる。これにより、レーザビームの加熱による圧縮応力と冷却機構４の急冷による引張応力の前後方向の分布により、ガラス基板１を図３に示すような横長の短冊状の基板１ａに分断する。この場合、ガラス基板１の板厚が０．１ｍｍ以下と薄いため、反対面にあるトリガ７ａを起点として、前後方向の圧縮応力と引張応力との応力分布により、スクライブ溝が形成されず、いきなり分断される。

次いで短冊状に分断されたガラス基板１ａの、第１のトリガを形成した同じ面の端縁で、カッターホイール８を用いて、第１の分断予定ライン６ａと直交してＹ方向に延びる第２の分断予定ライン６ｂの基端部に第２のトリガ７ｂを形成する。
この第２のトリガ７ｂを設けた面の裏側に対して、第２のトリガ７ｂに相対する位置を起点としてレーザ光学系３、冷却機構４を第２の分断予定ライン６ｂに沿って相対的に移動させる。
これにより、反対面にあるトリガ７ｂを起点として、前後方向の圧縮応力と引張応力との応力分布により、ガラス基板１ａを図４に示すような単位要素１ｂに分断する。

このようにして分断された単位要素１ｂは、レーザビーム照射面側の端縁にトリガの痕跡が残らない。これにより、分断後の製品はトリガのないきれいな表面で形成される。したがって、トリガ痕跡がないきれいな表面を電子回路形成等の使用面として選択することができ、微少なひび割れに起因する回路の切断等を未然に防止することができる。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明の分断方法は、ガラス基板の他に、シリコン、セラミック、化合物半導体等の脆性材料からなる薄い板厚の基板を分断する場合にも利用することができる。

１ ガラス基板
１ａ 短冊状に分断されたガラス基板
１ｂ 単位要素に分断されたガラス基板
２ 支持テーブル
３ レーザ光学系
４ 冷却機構
４ａ ノズル
６ａ 第１の分断予定ライン
６ｂ 第２の分断予定ライン
７ａ 第１のトリガ
７ｂ 第２のトリガ

Claims (3)

1. 板厚が０．１ｍｍ以下の脆性材料基板の片側面の端縁で分断予定ラインの基端部にトリガを形成し、
   このトリガを設けた面の反対側の面から、トリガに相対する位置を起点としてレーザビームのビームスポットを分断予定ラインに沿って走査させ、これに追従して冷媒を加熱部分に噴射させることにより基板を分断予定ラインから分断することを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
2. 板厚が０．１ｍｍ以下の脆性材料基板の片側面の端縁で第１の分断予定ラインの基端部に第１のトリガを形成し、
   この第１のトリガを設けた面の反対側の面から、第１のトリガに相対する位置を起点としてレーザビームのビームスポットを第１の分断予定ラインに沿って走査させ、これに追従して冷媒を加熱部分に噴射させることにより基板を短冊状に分断し、
   次いで、短冊状に分断された基板の前記第１のトリガを形成した同じ片側面の端縁で、前記第１の分断予定ラインと直交する第２の分断予定ラインの基端部に第２のトリガを形成し、
   この第２のトリガを設けた面の反対側の面から、第２のトリガに相対する位置を起点としてレーザビームのビームスポットを第２の分断予定ラインに沿って走査させ、これに追従して冷媒を加熱部分に噴射させることにより基板を単位要素に分断することを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
3. 前記基板がガラス基板である請求項１又は請求項２に記載の脆性材料基板の分断方法。

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