JP2013202686A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 テーブル下方へ透過したレーザビームの悪影響を受けることなく、基板分断時に発生した端材をテーブルの外側の隙間から効率よく除去することができるレーザ加工装置をコンパクトな構成で提供する。
【解決手段】 レーザ照射部１０から出射されるレーザビームのビームスポットを、テーブル１上に載置した基板Ｍの分断予定ラインに沿って相対移動させることにより基板を加工するレーザ加工装置Ａであって、テーブル１の外側に、基板分断時に発生する端材Ｍａをテーブル下方に落下させる隙間２が設けられ、テーブル１の下方には、隙間２を通過したレーザビームをテーブルの下方空間Ｓを囲む側壁１２に向けて反射させる反射板１３が設けられ、反射板１３は、隙間２から落下する端材Ｍａを受けて傾斜下方に滑落させる傾斜角で形成され、反射板１３の傾斜下端部の下方に、滑り落ちる端材Ｍａを受け入れて集積するカレットボックス１５が設けられた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光源から出射されるレーザビームのビームスポットを、テーブル上に載置した脆性材料基板の分断予定ラインに沿って相対移動させることにより、基板に分断用のスクライブラインを加工したり、直接分断したりするレーザ加工装置に関する。特に本発明は、分断時に脆性材料基板の端部等に発生する不要な端材（切り片）の除去機構を備えた脆性材料基板のレーザ加工装置に関する。
上記脆性材料基板には、ガラス、シリコン、セラミック、半導体などが含まれる。

従来から、レーザビームの照射による熱応力を利用して、基板にスクライブライン（基板を完全分断する前に形成され裏面まで達していないクラックからなる切溝をいう）を形成したり、あるいは分断予定ラインに沿って完全分断したりする方法が知られている。
例えば特許文献１では、レーザビームのビームスポットを、テーブル上に載置した基板の分断予定ラインに沿って相対移動させて局所的に加熱するとともに、これに追従して冷却ユニットのノズルから冷媒を噴射する。このときの加熱によって生じる圧縮応力と、急冷によって生じる引張応力による熱応力分布を利用して、あらかじめ基板の端部に形成してある初期亀裂（トリガ）を起点にして亀裂を分断予定ライン方向に進展させて、スクライブラインを形成する方法が開示されている。なお、スクライブラインが形成された基板を完全分断するには、引き続きブレイク工程を経ることにより完全分断することになる。

また、特許文献２では、一回目のレーザ照射によって、完全分断されないスクライブラインを、端材領域を区分する分断予定ラインに沿って形成し、このスクライブライン上に条件を変えた二回目のレーザを照射することにより、先のスクライブラインに形成された亀裂を浸透させて、基板裏面に達するようにして分断する方法が示されている。

一方、基板が分断された際に発生する端材がテーブル上に取り残されると、それ以降の加工の際にトラブルの原因となる。しかし、テーブル上に残った端材は、幅が小さいために吸盤を備えたロボットアームでは吸着除去することが困難である。また、レーザスクライブ時に液体の冷媒が端材とテーブルとの間に入り込むと、強くテーブル面に付着するので、エアなどを吹き付けても簡単には離れず、除去するのが大変困難であるとともに、エアの吹き付けで分断時に生じたカレット等の微細な屑粉が舞い上がって作業環境を悪化させる。
そこで、特許文献３等に示されているように、チャックにより端材を掴んで除去する方法が提案されているが、チャックの機構は複雑であり、かつ、チャックの機構全体がかなりのスペースを必要とするため、分断装置全体が大型化しかつ高価となるといった問題点がある。

特開２００４−１８２５３０号公報 特開２００５−２６３５７８号公報 特開２００９−００１４８４号公報

したがって、図５に示すように、レーザ加工装置のテーブル１６の外側に端材落下用の隙間１７を設け、上方にレーザ照射部１８を設け、この隙間１７に加工すべき基板Ｍの端材領域を載置して分断予定ラインに沿ってレーザ照射部１８からのレーザビームを走査するとともに、分断されたときに発生した端材をその都度隙間１７から下方に落下させるようにするのが効率的である。
しかし、レーザ加工装置でテーブル１６の外側にこのような隙間を設けると、レーザビーム照射時に、レーザビームがこの隙間からテーブル下方に透過して、予期しない箇所からの反射、散乱、漏光が発生するとともに、テーブル下方が加熱されて装置の駆動部分や落下後の端材に悪影響を与えるおそれがある。

そこで本発明は、隙間からテーブル下方へ透過したレーザビームの悪影響を受けることなく、基板分断時に発生した端材をテーブルの隙間から効率よく除去することができる端材除去機能を備えたレーザ加工装置をコンパクトな構成で提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明のレーザ加工装置は、レーザ照射部から出射されるレーザビームのビームスポットを、テーブル上に載置した基板の分断予定ラインに沿って相対移動させることにより、前記基板を加工するレーザ加工装置であって、前記テーブルの外側に、基板分断時に発生する端材をテーブル下方に落下させる隙間が設けられており、前記テーブルの下方には、前記隙間を通過したレーザビームをテーブルの下方空間を囲む側壁に向けて反射させる反射板が設けられており、前記反射板は、前記隙間から落下する端材を受けて傾斜下方に滑落させる傾斜角で形成され、前記反射板の傾斜下端部の下方に、滑り落ちる端材を受け入れて集積するカレットボックスが設けられている構成とした。

本発明のレーザ加工装置によれば、基板分断時に発生する端材をテーブルの外側に形成した隙間からテーブル下方に落下させて、効率的に端材をテーブル面から除去することができる。しかも、レーザ加工時に隙間からテーブル下方に透過したレーザビームは、反射板でテーブルの下方空間を囲む側壁の内面に向かって反射され、これにより、レーザビームの反射方向がテーブルの下方空間内部で一定方向に制御されて不規則な乱反射をなくすことができ、予期しない箇所からの漏光を防止することができる。
また、隙間から落下した端材は、反射板の傾斜面を滑り落ちて大きな衝撃が加わることなくカレットボックスに集積されるので、まとめて効率的に回収できるとともに、落下時に細かく粉砕された破片や粉塵が加工対象基板や装置の駆動部分に悪影響を及ぼすことを防止することができるといった効果がある。

本発明において、前記レーザビームのビームスポットは分断予定ラインに沿ってＸ−Ｙ方向に相対移動可能にされ、前記隙間は、前記テーブルの外周を巡って形成されている構成とするのがよい。
これにより、基板の四方周辺部における端材領域を、それぞれ隙間に突き出るように配置してＸ−Ｙ方向にレーザ加工することにより、基板の四方の端材を効果的に分断することができる。

本発明に係るレーザ加工装置の概略的な斜視図。 図１のレーザ加工装置による分断工程の一部を示す断面図。 図１のレーザ加工装置による分断工程の他の一部を示す断面図。 テーブル部分を示す平面図。 本発明の課題を説明する図。

以下において、本発明の詳細をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るレーザ加工装置Ａの概略的な斜視図であり、図２はその加工状態の一部を示す断面図であり、図３は加工状態の他の一部を示す断面図であり、図４はテーブル部分の平面図である。

このレーザ加工装置Ａは、加工対象となる基板Ｍを載置する水平なテーブル１を備えている。テーブル１は、この上に載せた基板Ｍを定位置で保持できるように保持機構を備えている。本実施例ではこの保持機構として、テーブル１に開口させた多数の小さなエア吸着孔（図示外）を介して基板を吸着保持するようにしている。また、テーブル１の外側にはＸ方向並びにＹ方向に延びる端材落下用の隙間２が設けられている。本実施例において、この隙間２は、図４に示すようにテーブル１の外周を巡るように四角形の連続した輪郭で形成されている。なお、この外周を巡る隙間２によって周囲から分断されたテーブル１は、その下面で支持材３により装置のフレーム４に固定されている。

テーブル１を挟んで設けてある両側の支持柱５、５と、これら支柱５、５をつなぐようにＸ方向に水平に延びるガイドバー６とを備えたブリッジ７が、テーブル１上を跨ぐようにして設けられている。
ガイドバー６には、Ｘ方向に水平に延びるガイド８が設けられ、このガイド８にスクライブヘッド９がガイド８に沿ってＸ方向に移動できるように取り付けられている。スクライブヘッド９にはレーザ光源（図示外）からのレーザビームを、基板Ｍに出射するように光路を形成したレーザ照射部１０と、このレーザ照射部１０による基板の加熱領域（レーザスポット）に追従して、加熱領域の直後を冷却する冷媒噴射部とが互いに並ぶように設けられている。なお、レーザ光源からレーザ照射部１０にレーザビームを送る光学系や冷媒噴射部は図面の複雑化を避けるために図示を省略した。

さらに、前記スクライブヘッド９を保持するブリッジ７は、左右の支柱５、５の下端部がレール１１、１１に係合されており、レール１１、１１に沿って前記Ｘ方向と直交するＹ方向に移動できるように形成されている。これにより、テーブル１上に載置した基板Ｍに対し、レーザ照射部１０によりＸ−Ｙ方向にレーザ加工できるようになっている。

また、図２に示すように、テーブル１の下方には、隙間２を通過したレーザビームを、テーブル１の下方空間Ｓを囲む側壁１２、１２に向かって反射させる反射板１３が設けられている。

反射板１３はアルミなどの金属製の板材により、Ｙ方向に沿った稜線を持つ屋根状に形成されている。反射板１３の反射面の傾斜角は、隙間２を通過したレーザビームをテーブル１の下方空間を囲む側壁１２、１２に向けて反射させるとともに、隙間２から落下する端材を傾斜下方に滑落させることができる角度で形成されている。その角度としては約３０〜６０度程度が好ましい。

さらに、反射板１３の傾斜下端部の下方には、滑り落ちる端材を受け入れて集積するカレットボックス１５が設けられている。このカレットボックス１５は、装置のフレーム４から出し入れ可能に形成するのが好ましい。

図２並びに図３は、レーザビームにより、基板ＭのＹ方向に沿った端材を分断する工程を示すものである。図２に示すように、基板Ｍを、テーブル１の外側のＹ方向に延びる隙間２に端材相当部分が突き出た状態でテーブル１に載置する。この状態で、ブリッジ７をレール１１に沿ってＹ方向に移動させることにより、レーザ照射部１０からのレーザビームを走査させて端材を分断し、隙間２から下方に落下させる。落下した端材Ｍａは、図３に示すように、反射板１３の傾斜面を滑り落ちてカレットボックス１５に落下して集積される。
これにより、端材Ｍａをまとめて効率的に回収できるとともに、落下の衝撃が緩和され、落下時に細かく粉砕された端材の破片や粉塵が加工対象基板や装置の駆動部分に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
また、基板のＸ方向に沿った端材を分断するときは、基板Ｍをテーブル１の外側のＸ方向に延びる隙間２（図１参照）に端材相当部分が突き出た状態にしてテーブル１に載置する。そしてスクライブヘッド９をガイド８に沿ってＸ方向に移動させて行う。

なお、本実施例では、隙間２がテーブル１の外周を巡るように四角形の輪郭で形成されているので、図４に示すように、あらかじめ規格寸法で形成した基板Ｍの四方周辺部における端材領域を、それぞれ四角形の隙間２に突き出るように配置してＸ−Ｙ方向にレーザ加工することにより、基板の四方の端材を効果的に分断することができる。

レーザビームによる端材の完全分断は、レーザビームの照射光学系を工夫したり、出力を上げたり、走査速度を遅くしたりすることによって、一回のレーザ加工により行うことができるが、先に述べたように、一回目のレーザ照射で切り溝となるスクライブラインを形成し、このスクライブライン上に照射条件を変えて二回目のレーザビームを走査することにより、先のスクライブラインに形成された亀裂を、基板裏面に達するまで浸透させて分断することができる。

上記のレーザビームのスクライブ時において、隙間２からテーブル下方に通過したレーザビームは、反射板１３でテーブル１の下方空間を囲む側壁１２、１２の内面に向かって反射される。これにより、隙間２を通過したレーザビームの反射方向がテーブルの下方空間内部で一定方向に制御されることになり、不規則な乱反射をなくすことができ、予期しない箇所からの漏光を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はなく、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。

本発明は、レーザビームを用いて脆性材料基板に分断用のスクライブラインを加工したり、分断したりするレーザ加工装置に利用することができる。

Ａ レーザ加工装置
Ｍ 脆性材料基板
Ｍａ 端材
Ｓ テーブルの下方空間
１ テーブル
２ 隙間
１０ レーザ照射部
１２ 下方空間の側壁
１３ 反射板
１５ カレットボックス

Claims (2)

1. レーザ照射部から出射されるレーザビームのビームスポットを、テーブル上に載置した基板の分断予定ラインに沿って相対移動させることにより、前記基板を加工するレーザ加工装置であって、
   前記テーブルの外側に、基板分断時に発生する端材をテーブル下方に落下させる隙間が設けられており、
   前記テーブルの下方には、前記隙間を通過したレーザビームをテーブルの下方空間を囲む側壁に向けて反射させる反射板が設けられており、
   前記反射板は、前記隙間から落下する端材を受けて傾斜下方に滑落させる傾斜角で形成され、
   前記反射板の傾斜下端部の下方に、滑り落ちる端材を受け入れて集積するカレットボックスが設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記レーザビームのビームスポットは分断予定ラインに沿ってＸ−Ｙ方向に相対移動可能にされ、
   前記隙間は、前記テーブルの外周を巡って形成されている請求項１に記載のレーザ加工装置。

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