JP2013087000A - レーザスクライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 分断予定ラインに沿って有限深さのスクライブラインを確実に形成するレーザスクライブ装置を提供する。
【解決手段】 脆性材料基板Ｗが載置されるテーブル面１２ｂを有するテーブル１２と、レーザビーム照射手段１３、１４とを備え、テーブル１２に載置された脆性材料基板Ｗに対し、脆性材料基板Ｗに想定した分断予定ラインＫに沿ってレーザビームＬＡを照射することにより、熱応力を利用してスクライブラインＳを形成するレーザスクライブ装置ＬＳ１であって、テーブル面１２ｂには脆性材料基板Ｗにおける分断予定ラインＫの直下をテーブル面１２ｂに対して非接触にするための溝１２ｄが形成されるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板にレーザビームを照射することによりスクライブラインを形成するレーザスクライブ装置に関する。

ガラス基板、シリコン等の半導体基板、サファイア基板等の脆性材料基板を分断する際に、分断予定ラインに沿ってレーザ照射による局所加熱を行い、熱応力を利用してスクライブラインを形成するレーザスクライブ装置が用いられている（例えば特許文献１参照）。スクライブラインが形成された基板は、その後、ブレイク装置に送られ、スクライブラインが形成された面とは反対側から、ブレイクバーやブレイクローラで当該スクライブラインに沿って基板を撓ませることにより分断するようにしている。

なお、熱応力を生じさせるためのレーザ照射条件を強めに設定すれば、スクライブと同時にブレイクまで進展する、いわゆる「フルカット加工」となる。このように設定することも技術的には可能であるが、フルカット加工で形成された分断面の加工品質の問題や、フルカット加工で分断した後には余分に必要な工程となるアライメント作業を省略したい加工工程上の都合（特にＸ方向、Ｙ方向へのクロスカット加工を行う場合）により、フルカット加工にすることは望まれていない。むしろ意図的に、基板上の全てのスクライブを終えた後に、個々のスクライブラインに沿ってブレイクを行うように両者を分離した工程が要求されている。
したがって、本発明でいうレーザスクライブ装置は、フルカット加工にならない一般的な照射条件下でのレーザ照射が行われ、基板に有限深さの亀裂からなるスクライブラインを形成するためのレーザスクライブ装置をいうものとする。

図５は従来のレーザスクライブ装置によりガラス基板上に有限深さのスクライブラインを形成するときの状態を示す模式図である。
レーザスクライブ装置のテーブル５１は内部５２が中空であり、真空ポンプ（不図示）により減圧するようにしてある。テーブル５１の表面５３には多数の小孔が吸着孔５４として形成されており（あるいは多孔質板が用いられる）、表面５３に載置された基板Ｗが吸着されるようにしてある。そして基板Ｗが吸着された状態で、上方のレーザ光源からレーザビームＬＡを照射し、レーザ照射位置に形成されるビームスポットを分断予定ラインＫに沿って走査することにより、これに沿った熱応力分布が形成され、スクライブラインＳが順次形成される。

国際公開番号ＷＯ２００６／０７０８２５号公報

スクライブラインが形成された基板Ｗは、続いてブレイク装置に搬送されて分断されるが、このようにして形成された分断面の加工品質は非常に良好であるため、様々な分野での分断加工に用いられるようになっている。
近年、分断加工されるガラス基板の中には、いわゆる強化ガラスと呼ばれる種類のガラスも含まれている。一般に、強化ガラスは、製造工程中の化学的、熱的な処理により、基板表面近傍に圧縮応力、基板内部に引張応力が残留するようにして製造されている。
このような強化ガラスの特徴は、基板表面近傍の残留圧縮応力の影響で外力に対し割れにくい性質を有する反面、一旦、基板表面に亀裂が生じて残留引張応力が存在する基板内部まで進展すると、今度は逆に亀裂が進展しやすい性質となる。

強化ガラスは、上述したレーザスクライブ装置によって基板表面にスクライブラインＳを形成した場合に、一般ガラス（例えばソーダガラス等）よりも敏感で割れやすいものの、一般ガラスと同様の照射条件で加工すれば、従来とほぼ同様の有限深さのスクライブラインを形成することができる。

しかしながら、本来なら有限深さのスクライブラインが形成されるはずの照射条件であっても、いきなりフルカットされてしまうという不具合が生じる場合があった。
すなわち、本来なら確実に有限深さのスクライブラインが形成される照射条件で、多数回スクライブを行った場合に、ある確率でフルカットされてしまうという現象が発生していた。なお、この現象は強化ガラスにおいて顕著に現れるが、それ以外の一般ガラスのような脆性材料基板においても稀に生じる現象であることがわかった。
フルカットされた基板は所望の手順での加工ができず、不具合となる。

そこで、本発明は、本来なら有限深さのスクライブラインが形成されるはずの照射条件であるにも関わらず、ある確率で不規則にフルカットされてしまうという不具合をなくして、確実に有限深さのスクライブラインが形成できるレーザスクライブ装置を提供することを目的とする。

本発明の解決課題の、ある確率で不規則にフルカットされてしまう不具合の原因を追究した。その結果、図６に示すように基板Ｗの分断予定ラインＫの下方とテーブルの表面５３との間に、一定以上の大きさのパーティクルＰが偶然入り込んだとき、基板を吸着することにより、パーティクルＰの上方で基板Ｗに微小な撓みが生じるようになる。この撓み状態のままレーザスクライブが行われたときに、フルカットが生じていることが判明した。

そこで、上記課題を解決するために本発明では、脆性材料基板が載置されるテーブル面を有するテーブルと、レーザビーム照射手段とを備え、前記テーブルに載置された脆性材料基板に対し、前記脆性材料基板に想定した分断予定ラインに沿ってレーザビームを照射することにより、熱応力を利用してスクライブラインを形成するレーザスクライブ装置であって、前記テーブル面には、前記脆性材料基板における前記分断予定ラインの直下を前記テーブル面に対して非接触にするための溝が形成されるようにした。

本発明によれば、たとえ分断予定ラインの直下とテーブル面との間にパーティクルが入り込んだ場合でも、パーティクルは溝の中に入ることになり、分断予定ライン近傍には撓みが生じないようにすることができる。その結果、有限深さのスクライブラインが形成されるはずのレーザ照射条件で加工する限り、確実にスクライブラインが形成できるようになる。

ここで、前記溝の溝幅は２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが好ましい。レーザの照射幅は通常１〜３ｍｍ程度であり、照射による伝熱作用によって熱応力の影響を受ける幅が最小２ｍｍ程度となる。したがって、熱応力の影響を受ける幅である２ｍｍ以上の溝を形成し、非接触領域として撓みがないようにすることで、フルカットされてしまうという現象を確実に防止することができる。なお、溝幅が広すぎると逆方向に撓んでスクライブラインにカケが生じたりするおそれがあるので、最大でも１０ｍｍ程度とするようにした。

この発明において、前記溝は平行な複数条の溝または格子状の溝であってもよい。
基板に形成するスクライブラインが平行な複数条である場合や格子状の溝である場合に、これらのラインに対応した間隔で溝を形成しておくことで、溝との位置合わせを１回で済ませることができる。

本発明の一実施形態であるレーザスクライブ装置の概略構成を示す図。 図１のレーザスクライブ装置のテーブルを示す断面斜視図。 テーブルの他の実施形態を示す平面図。 本発明のレーザスクライブ装置により基板上に有限深さのスクライブラインを形成するときの状態を示す模式図。 従来のレーザスクライブ装置で基板上に有限深さのスクライブラインを形成するときの状態を示す模式図。 基板の分断予定ラインの下方とテーブル表面との間にパーティクルが入り込んだ状態を示す模式図。

以下、本発明に係るレーザスクライブ装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるレーザスクライブ装置ＬＳ１の概略構成を示す図であり、図２はこの装置で基板Ｗが載置される回転テーブル１２（後述する）を示す断面斜視図である。
このレーザスクライブ装置ＬＳ１は、水平な架台１上に平行に配置された一対のガイドレール３、４に沿って、紙面前後方向（以下Ｙ方向という）に往復移動するスライドテーブル２が設けられている。両ガイドレール３、４の間に、スクリューネジ５が前後方向に沿って配置され、このスクリューネジ５に、スライドテーブル２に固定されたステー６が螺合されており、スクリューネジ５をモータ（不図示）によって正、逆転することにより、スライドテーブル２がガイドレール３、４に沿ってＹ方向に往復移動するように形成されている。

スライドテーブル２上に、水平な台座７がガイドレール８に沿って、図１の左右方向（以下Ｘ方向という）に往復移動するように配置されている。台座７に固定されたステー１０ａに、モータ９によって回転するスクリューネジ１０が螺合されており、スクリューネジ１０が正、逆転することにより、台座７がガイドレール８に沿って、Ｘ方向に往復移動する。

台座７上には、回転機構１１によって回転する回転テーブル１２が設けられており、この回転テーブル１２の上に、ガラス基板Ｗが水平な状態で載置される。ガラス基板Ｗは、例えば、小さな単位基板を切り出すための強化ガラス製のマザー基板である。回転機構１１は、回転テーブル１２を、垂直な軸の周りで回転させるようになっており、基準位置に対して任意の回転角度で回転できるように形成されている。また、回転テーブル１２の内側には中空空間１２ａが形成してあり、真空ポンプ（不図示）により減圧状態にすることができる。回転テーブル１２のテーブル面１２ｂには、吸着孔１２ｃとなる多数の小孔が形成してあり、テーブル面１２ｂに載置されたガラス基板Ｗが吸着孔１２ｃによって吸着されるようにしてある。

さらに、基板Ｗが載置されるテーブル面１２ｂには、溝１２ｄが形成してある。この溝幅は５ｍｍ程度にしてあり、レーザ照射幅が２ｍｍ幅のときにガラス基板Ｗが熱の影響を受ける幅である４ｍｍよりも大きい幅にしてある。好ましい溝幅は２ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

なお、基板Ｗを短冊状に分断したり、格子状に分断したりする場合には、図３に平面視で示すように、想定する分断予定ライン（すなわちスクライブライン）の本数や方向に対応させて、複数条の平行な溝１２ｅを形成したり、格子状の溝１２ｆを形成したりしてもよい。

回転テーブル１２の上方には、レーザ装置１３と、レーザビームＬＡを基板Ｗに導く光学系が内蔵された光学ホルダ１４とが取付フレーム１５に保持されている。
レーザ装置１３は、加工対象の脆性材料基板に応じてスクライブ用として一般的なレーザ発振器を使用すればよく、具体的にはエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザまたは一酸化炭素レーザなどが使用される。例えば、ガラス基板Ｗの加工には、ガラス材料のエネルギー吸収効率が大きい波長の光を発振する炭酸ガスレーザを使用することが好ましい。なお、レーザ装置１３と光学ホルダ１４をレーザ照射手段と称する。

レーザ装置１３から出射されたレーザビームＬＡは、ビーム形状を調整するためのレンズ光学系が組み込まれた光学ホルダ１４によって、予め設定した形状のビームスポットがガラス基板Ｗ上に照射される。ビームスポットの形状については、長軸を有する形状（楕円形状、長円形状など）が好ましく、そのビーム長さおよび幅は、長さ方向が２０ｍｍ程度、幅方向が２ｍｍ程度に絞ってある。

取付フレーム１５には、光学ホルダ１４に近接して、冷却ノズル１６が設けられている。冷却ノズル１６からは冷媒が噴射される。冷媒には、冷却水、圧縮空気、Ｈｅガス、炭酸ガス等を用いることができる。
冷却ノズル１６から噴射される冷却媒体は、ビームスポットの左端から少し離れた位置に向けられ、ガラス基板Ｗの表面に冷却スポットを形成するようにしてある。
なお、冷却ノズル１６は急激な温度変化を与えて熱応力によるスクライブを促進させる効果があるので、取り付けておくことが好ましいが、これを取り付けず、加熱のみでスクライブする場合であってもスクライブラインを形成することは可能である。

また、図示は省略するが、必要に応じて、光学ホルダ１４の前方（図の右側）に隣接した位置に、昇降可能なカッターホイールを取り付けてもよい。これにより基板Ｗの端部にスクライブラインの起点となる初期亀裂を形成するようにする。なお基板Ｗ自体に初期亀裂が別途に形成されている場合は不要である。

また、取付フレーム１５の上部には、テーブル１２に載置された基板Ｗに付されたアライメントマークを検出して位置合わせをするためのカメラ２０が設けられている。このカメラ２０で撮影された基板の画像を確認することにより、テーブル面１２ｂの溝１２ｄに対する基板Ｗの位置を正確に調整することができる。

次に、レーザスクライブ装置ＬＳ１による加工動作について説明する。図４はレーザスクライブ装置ＬＳ１で基板Ｗ上に有限深さのスクライブラインＳを形成するときのテーブル面１２ｂの断面の模式図である。
テーブル面１２ｂ上に基板Ｗを載置し、基板Ｗ上でこれから加工する分断予定ラインＫの直下に溝１２ｄが配置されるように位置を合わせる。テーブル面１２ｂと基板Ｗとの位置合わせを完了すると、吸着孔１２ｃによる吸引を開始して基板Ｗを固定する。そして、レーザビームＬＡが出射される光学ホルダ１４の真下に、分断予定ラインＫおよび溝１２ｄがくるように移動する。そして有限深さのスクライブラインＳが形成できる出力設定でレーザ照射を行う。

このとき、基板Ｗとテーブル面１２ｂとの間に、偶然にパーティクルＰが入り込んだ場合でも、溝１２ｄの中にパーティクルＰが落ちるので、スクライブラインＳの直下に撓みが生じることはない。
よって、強化ガラスのような割れやすい基板Ｗであっても、テーブル面１２ｂとの間にパーティクルＰが挟まることが原因となって、撓みによるブレイクが発生することはなくなる。

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。

例えば、上記実施例では、基板吸着手段として吸着孔（あるいは多孔質板）による真空吸着機構を採用したが、これに限定されず、例えば静電吸着を利用したものでもよい。また、テーブルに基板を吸着する機構を省略してもよい。

本発明のレーザスクライブ装置は、脆性材料基板にスクライブラインを形成するスクライブ加工に利用することができる。

ＬＳ１ レーザスクライブ装置
ＬＡ レーザビーム
Ｗ 基板
Ｓ スクライブライン
Ｋ 分断予定ライン
Ｐ パーティクル
１２ テーブル
１２ｂ テーブル面
１２ｃ 吸着孔
１２ｄ 溝
１３ レーザ光源
１４ 光学ホルダ（レーザ出射機構）
１６ 冷却ノズル（冷媒噴射機構）

Claims (3)

1. 脆性材料基板が載置されるテーブル面を有するテーブルと、
   レーザビーム照射手段とを備え、
   前記テーブルに載置された脆性材料基板に対し、前記脆性材料基板に想定した分断予定ラインに沿ってレーザビームを照射することにより、熱応力を利用してスクライブラインを形成するレーザスクライブ装置であって、
   前記テーブル面には、前記脆性材料基板における前記分断予定ラインの直下を前記テーブル面に対して非接触にするための溝が形成されるようにしたことを特徴とするレーザスクライブ装置。
2. 前記溝の溝幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１に記載のレーザスクライブ装置。
3. 前記溝は平行な複数条の溝または格子状の溝である請求項１または請求項２に記載のレーザスクライブ装置。

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