JP2020075852A - 基板分断装置及び基板分断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板分断装置において、スクライブラインの近傍のみを加熱することで基板を分断する。【解決手段】基板分断装置１００は、レーザ加工装置１と、プラズマ装置２とを備えている。レーザ加工装置１は、ガラス基板ＧにスクライブラインＳを形成する。プラズマ装置２は、ガラス基板ＧのスクライブラインＳにプラズマＰを照射することで、熱応力によってスクライブラインＳに沿ってガラス基板Ｇを分断する。【選択図】図２

Description

本発明は、基板分断装置及び基板分断方法、特に、スクライブラインに沿って基板を分断する装置及び方法に関する。

従来、基板の分断は、基板の両面にスクライブラインを形成した後、形成されたスクライブラインに沿って、基板の上面と下面に所定の力を付加してブレイクすることにより行われている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４−２００９４０号公報

基板分断方法としては、上記以外に、ＣＯ_２レーザによる熱応力分断がある。
しかし、ＣＯ_２レーザによる熱応力分断では、分断面に金属や誘電体膜などがあると反射され分断できなくなる。また高額なミラーやレンズが必要で、かつ光学設計が必要になるという問題がある。

本発明の目的は、基板分断装置において、スクライブラインの近傍を容易かつ確実に加熱することで基板を分断することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る基板分断装置は、スクライブ装置と、プラズマ装置とを備えている。
スクライブ装置は、基板にスクライブラインを形成する。スクライブラインとは、基板の表面上にライン状に延び、かつ、ブレイクを行うのに十分な程度に基板の厚さ方向に進行したクラックのことをいう。
プラズマ装置は、基板のスクライブラインにプラズマを照射することで、熱応力によってスクライブラインに沿って基板を分断する。
この装置では、プラズマに起因する熱応力によって、基板がスクライブラインに沿って分断される。プラズマは局所的に基板を加熱できるので、例えばスクライブライン近傍のみを加熱できる。

基板は脆性材料からなっていてもよい。

基板はガラスからなっていてもよい。

プラズマ装置は、プラズマを基板のスクライブラインにポイント照射してもよい。ポイント照射とは、スクライブラインに沿って複数の箇所にプラズマを照射することである。

プラズマ装置は、プラズマを基板のスクライブラインにライン照射してもよい。ライン照射とは、スクライブラインに沿って線状にプラズマを照射することである。

プラズマ装置は、基板にプラズマを照射することで、基板の表面を洗浄してもよい。
この装置では、スクライブラインの分断と基板の表面洗浄との両方を、同時に実行できる。

本発明の他の見地に係る基板分断方法は、下記の工程を備えている。
◎基板にスクライブラインを形成するスクライブ工程
◎基板のスクライブラインにプラズマを照射することで、熱応力によってスクライブラインに沿って基板を分断するプラズマ工程
この方法では、プラズマに起因する熱応力によって、基板がスクライブラインに沿って分断される。プラズマは局所的に基板を加熱できるので、例えばスクライブライン近傍のみを加熱できる。
プラズマ工程において、プラズマの周波数が２０ｋHｚ以上であってもよい。
プラズマ工程において、プラズマの電極に印加される電力が８０ｗ以上７００ｗ以下であってもよい。
プラズマ工程において、プラズマ生成用ガスの導入量が１０L／min〜５０L／minであってもよい。

本発明に係る基板分断装置及び基板分断方法では、スクライブラインの近傍のみを加熱することで基板を分断できる。

本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。 プラズマ分断装置の模式図。 プラズマ分断装置によるスクライブラインに沿った基板分断動作を示す模式図。 周波数・印加電力とプラズマ温度の相関を示したグラフ。 実験の評価結果を示す表。

１．第１実施形態
本発明の第１実施形態に係る基板分断装置１００は、図１に示すレーザ加工装置１（スクライブ装置の一例）と、図２及び図３に示すプラズマ装置２（プラズマ装置の一例）とを備えている。レーザ加工装置１とプラズマ装置２は一体に形成された装置であってもよいし、別体に形成された装置であってもよい。
レーザ加工装置１はガラス基板ＧにスクライブラインＳを形成し、次にプラズマ装置２はスクライブラインＳに沿ってガラス基板Ｇを分断する。レーザ加工装置１とプラズマ装置２が別体の場合は、ガラス基板Ｇはレーザ加工装置１からプラズマ装置２に搬送される。

（１）レーザ加工装置
（１−１）全体構成
図１を用いて、第１実施形態に係るスクライブライン形成用のレーザ加工装置１を説明する。図１は、本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図である。

レーザ加工装置１は、レーザ装置３を備えている。レーザ装置３は、ガラス基板Ｇにレーザ光を照射するためのレーザ発振器１５と、レーザ制御部１７とを有している。レーザ制御部１７はレーザ発振器１５の駆動及びレーザパワーを制御できる。なお、ガラス基板Ｇの種類や厚み、レーザ発振器の種類や波長は特に限定されない。

レーザ加工装置１は、レーザ光を後述する機械駆動系に伝送する伝送光学系５を有している。伝送光学系５は、例えば、集光レンズ１９、複数のミラー（図示せず）、プリズム（図示せず）等を有する。
レーザ加工装置１は、集光レンズ１９の位置を光軸方向に移動させることによって、レーザ光の集光角を変更する駆動機構１１を有している。

レーザ加工装置１は、ガラス基板Ｇが載置される加工テーブル７を有している。加工テーブル７は、テーブル駆動部１３によって移動される。テーブル駆動部１３は、加工テーブル７をベッド（図示せず）に対して水平方向に移動させる移動装置（図示せず）を有している。移動装置は、ガイドレール、モータ等を有する公知の機構である。

レーザ加工装置１は、制御部９を備えている。制御部９は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。制御部９は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
制御部９は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。

制御部９は、レーザ制御部１７を制御できる。制御部９は、駆動機構１１を制御できる。制御部９は、テーブル駆動部１３を制御できる。
制御部９には、図示しないが、ガラス基板Ｇの大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。

（１−２）スクライブ加工方法
レーザ加工装置１は、レーザ光を照射することでガラス基板ＧにスクライブラインＳを形成する。具体的には、レーザ光の照射中に、テーブル駆動部１３によって加工テーブル７を移動させ、それによりガラス基板ＧにスクライブラインＳを形成する。

（２）プラズマ装置
（２−１）全体構成
図２〜図３を用いて、プラズマ装置２を説明する。図２は、プラズマ分断装置の模式図である。図３は、プラズマ分断装置によるスクライブラインに沿った基板分断動作を示す模式図である。
プラズマ装置２は、プラズマＰを発生する装置であって、対向する電極間に電力を印加し、大気圧近傍下で電極間にグロー放電プラズマを発生させる。具体的には、プラズマ装置２は、放電空間から活性種を吹き出して照射対象に照射するリモート方式を採用している。
大気圧近傍とは、１．０１３×１０^４〜５０．６６３×１０^４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡易化の観点からは、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４Ｐａがより好ましい。

プラズマ装置２は、図２に示すように、プラズマ電源２１を備えている。プラズマ電源２１は、プラズマ装置２において、プラズマＰを実際に発生する装置である。
プラズマ装置２は、図２〜図３に示すように、プラズマヘッド２３を有している。プラズマヘッド２３はプラズマを発生及び照射するための装置である。

プラズマ電源２１は、図２に示すように、ガス供給装置２５を有している。ガス供給装置２５は、プラズマＰの照射量を制御する照射量制御機能を実現しており、例えば、プロセスガス（プラズマ生成用ガス）の導入量を制御する機器である。ガス供給装置２５は、例えば、プロセスガスのボンベ（図示せず）と、そこから配管を介してプラズマヘッド２３に導入されるプロセスガスの流量を制御するマスフローコントローラ等（図示せず）を有している。
プラズマ電源２１は、図２に示すように、電力供給装置２７を有している。電力供給装置２７は、プラズマヘッド２３に設けられたプラズマ電極（図示せず）に電力を印加する。以上に述べたガス供給装置２５と電力供給装置２７とによって、プラズマ電源制御部が構成されている。
以上の構成により、プラズマ電源２１からプラズマヘッド２３に対して、プロセスガス及び電力が供給され、さらに、プラズマのＯＮ／ＯＦＦ動作が行われる。

加工テーブル７、テーブル駆動部１３及び制御部９は、レーザ加工装置１と共通であってもよい。
制御部９は、プラズマ電源２１を制御できる。

（２−２）プラズマ装置による基板分断動作
プラズマ装置２は、図３に示すように、プラズマＰをガラス基板ＧのスクライブラインＳの一部又は全体に沿って複数回ポイント照射することで、ガラス基板ＧをスクライブラインＳに沿って分断する。具体的には、プラズマＰのポイント照射ごとに、テーブル駆動部１３によって加工テーブル７を移動させ、それによりガラス基板ＧをスクライブラインＳに沿って分断する。
ポイント照射によって、スクライブラインＳが非直線形状であっても、熱プラズマによる分断を効率よく実行できる。

上記のように、プラズマ装置２は、ガラス基板ＧにプラズマＰを照射することで、熱応力によってスクライブラインＳに沿ってガラス基板Ｇを分断する。プラズマＰは局所的にガラス基板Ｇを加熱できるので、例えばスクライブラインＳ近傍のみを加熱できる。

プラズマ装置２は、ガラス基板ＧにプラズマＰを照射することで、ガラス基板Ｇの表面を洗浄できる。具体的には洗浄対象は、スクライブライン形成のためのレーザ加工の際に発生した飛散物及び他の工程や搬送中にガラス基板Ｇに付着した異物である。
以上の実施例では、スクライブラインＳの分断とガラス基板Ｇの表面洗浄の両方を同時に実行できる。

プラズマ装置は構成が簡単であるので、安価になる。さらに、取り扱いが容易になる。

（２−３）実験結果
図４〜図５を用いて、周波数と印加電力の組み合わせによって、プラズマ温度がどのように変化するか確認し、プラズマを用いてガラス基板を分断するとともに、レーザを用いたガラス基板の分断と比較した実験について説明する。図４は、周波数・印加電力とプラズマ温度の相関を示したグラフである。図５は、実験の評価結果を示す表である。
図５の評価結果では、全てのサンプルにおいて良好な結果が得られた。なお、図５において、◎は最も優れた値が得られたことを意味し、○は次に優れた値が得られたことを意味し、△は普通に優れた値が得られたことを意味する。
図４に示すように、周波数が２０ＫＨｚの場合は印加電力の大きさによっては、プラズマ温度がレーザを用いてガラス基板を分断する際のガラス基板の温度の範囲であるレーザ装置温度域（２００〜４００℃）より低いことがあった。言い換えると、周波数が２０ＫＨｚを超えていれば、プラズマ温度がレーザ装置温度域に入っていることが分かる。

図５に示すように、サンプル１は、周波数が２０ＫＨｚであって、レーザとの比較において十分なプラズマ温度が得られていなかった。ただし、サンプル２〜６は印加電力を比較的大きくすることで、十分に優れた効果が得られた。また、サンプル５〜２０は、周波数が２０ＫＨｚを超えているので、レーザとの比較、ガラス切断、総合判断において十分に優れた結果が得られた。特に、サンプル５〜２０では、印加電力が最も小さい２００Ｗであっても、十分に優れた効果が得られた。

（２−４）各種条件
電極に印加される電力は、例えば、８０ｗ〜７００ｗの範囲である。
プラズマヘッドに印加される電力の周波数は、例えば、２０ＫＨｚを超えていることが好ましく、３８０ＫＨｚ以上であることがより好ましい。
プラズマ生成用ガスの種類は、例えば、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ_２、Ｏ_２、ＣＤＡ（クリーンドライエアー）のいずれかである。

プラズマヘッド２３へのプラズマ生成用ガスの導入量は、例えば、１０Ｌ／ｍｉｎ〜５０Ｌ／ｍｉｎの範囲である。
プラズマＰの温度は、例えば、２００℃以上であることが好ましい。
プラズマＰの照射口の面積は、３ｍｍ^２〜８０ｍｍ^２の範囲である。

２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
基板はガラス以外の脆性材料であってもよい。
スクライブライン形成のレーザ加工方法は特に限定されず、熱応力による方式、深さ方向に複数の焦点を形成する方式でもよい。
スクライブライン形成はレーザ加工以外の方法でもよい。例えば、カッタホイールによってスクライブラインを形成してもよい。

プラズマ装置２は、プラズマをライン照射することでガラス基板ＧをスクライブラインＳに沿って分断してもよい。具体的には、プラズマＰをスクライブラインＳの全体又は一部に対して同時に照射させる。
なお、ライン照射のパワー条件は、ポイント照射と同等である。

本発明は、基板分断装置に広く適用できる。

１ ：レーザ加工装置
２ ：プラズマ装置
３ ：レーザ装置
５ ：伝送光学系
７ ：加工テーブル
９ ：制御部
１１ ：駆動機構
１３ ：テーブル駆動部
１５ ：レーザ発振器
１７ ：レーザ制御部
１９ ：集光レンズ
２１ ：プラズマ電源
２５ ：ガス供給装置
２７ ：電力供給装置
１００ ：基板分断装置
Ｇ ：ガラス基板
Ｐ ：プラズマ
Ｓ ：スクライブライン

Claims (10)

1. 基板にスクライブラインを形成するスクライブ装置と、
   前記基板の前記スクライブラインにプラズマを照射することで、熱応力によって前記スクライブラインに沿って前記基板を分断するプラズマ装置と、
   を備えた基板分断装置。
2. 前記基板は脆性材料からなる、請求項１に記載の基板分断装置。
3. 前記基板はガラスからなる、請求項２に記載の基板分断装置。
4. 前記プラズマ装置は、プラズマを前記基板の前記スクライブラインにポイント照射する、請求項１〜３のいずれかに記載の基板分断装置。
5. 前記プラズマ装置は、プラズマを前記基板の前記スクライブラインにライン照射する、請求項１〜３のいずれかに記載の基板分断装置。
6. 前記プラズマ装置は、前記基板にプラズマを照射することで、前記基板の表面を洗浄する、請求項１〜５のいずれかに記載の基板分断装置。
7. 基板にスクライブラインを形成するスクライブ工程と、前記基板の前記スクライブラインにプラズマを照射することで、熱応力によって前記スクライブラインに沿って前記基板を分断するプラズマ工程とを備えた基板分断方法。
8. 前記プラズマ工程において、プラズマの周波数が２０ｋHｚ以上である、請求項７に記載の基板分断方法。
9. 前記プラズマ工程において、プラズマの電極に印加される電力が８０ｗ以上７００ｗ以下である、請求項７又は８に記載の基板分断方法。
10. 前記プラズマ工程において、プラズマ生成用ガスの導入量が１０L／min〜５０L／minである、請求項７〜９のいずれかに記載の基板分断方法。