JP5123923B2 - 脆性基板の加工方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ照射により脆性基板を加工する方法及び装置に関する。脆性基板には半導体ウエハーおよびガラス基板が含まれる。

ガラスカッターホイールを用いたガラススクライバーでは、脆性基板であるガラス基板にスクライブを行ない、これによりガラス基板表面に生じたクラックが更に促進する向きにガラス基板を撓ませることでガラス基板をスクライブしたラインでブレイクしている。

この従来のスクライブ法に替わってレーザを用いたスクライブ法が実用化されるようになっている。これは図１７に示すように、矢印方向に移動しているガラス基板101に対してレーザ102よりのレーザビームが長円(その長軸が移動方向に合致)のレーザスポット103にして照射されており、そのレーザビームの照射で加熱された領域が次に冷媒ジェット104で冷却されることにより、ガラス基板101に内部歪応力が発生してクラック(この場合のクラックは目視では確認できないためブラインドクラックと呼んでいる)105が生じる。この後は従来のスクライブ法と同じようにガラス基板を撓ませることでブラインドクラックのラインに沿ってブレイクしている。

このレーザを用いた加工では、ブラインドクラックの形成時にカレットは発生しないが、機械的な外力を与えて行うブレイク工程で微細なカレットが発生するため、ＬＣＤ基板の製造ラインにおいては、基板のブレイク工程をクリーンルームから離隔した空間で行わなければならないという課題があった。

また、脆性基板の板厚が薄くテーブルの移動速度が遅い場合、１回のレーザ照射で脆性基板を割断できるが、加工時間が長くなり、生産効率が悪いという問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、本願はカレットの発生をなくした脆性基板の加工方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、レーザ照射後に冷媒を吹き付けることにより、脆性基板の表面にブラインドクラックを形成した後に、更に多点ビームのレーザ照射を行うことでブラインドクラックの形成を促進させて、脆性基板を完全にブレイクさせている（以下、フルボディ加工という）。
最初に照射するレーザビームは長円でその長軸が脆性基板の移動方向に合致するものであるが、２回目に照射するレーザビームは、多点ビームであり、ブラインドクラックの両側に一対もしくは複数対のビームスポットを照射してもよい。又、あるいは、ブラインドクラックが形成されているラインをはさんで対称に奇数個もしくは偶数個配置したビームスポットで照射してもよい。

以上説明したように、本発明は、レーザ照射および冷媒吹き付けによる通常のブラインドクラック加工を行った後に更に多点ビームのレーザ照射を行ない、ブラインドクラックの形成を更に促進させることにより、脆性基板を機械的な外部応力を加えることなく完全にブレイクするものであり、機械的なブレイク工程を伴なわないためにカレットは生じず、クリーンな環境でブレイクを行える。また２回のレーザ照射により脆性基板を完全分断させることで効率よく分断させることができ、加工時間を短縮できる。

図９は本発明の第１の実施形態を示したレーザ加工装置ＢＳの正面図である。台座１は、当紙面と垂直方向のボールネジ２をモータ３により軸回転させることにより、２列のレール４，５に沿って紙面に垂直な方向(Ｙ方向)に移動する。その台座１の上面には、左右(Ｘ)方向にガイド６とモータ７により軸回転するボールネジ８が設けられている。そのボールネジ８は第２の台座９に設けたボールナット１０に螺合しており、これにより、モータ７が回転すると、台座９はガイド６に沿ってＸ方向に移動する。台座９上にはθ回転機構１１を介してテーブル１２が備えられ、そのテーブル１２上にはガラス基板１３が吸引固定される。

１４はレーザ発振部であり、ここで発振したレーザ光はミラーを介して内部にレンズユニットを備える鏡筒部１５に導かれ、このレンズユニットにより所望サイズに絞り込まれた長円(その長軸がスクライブ方向に合致)のビームスポットがガラス基板１３に対して照射される。

前記鏡筒部１５の下端にはＸ方向に延在する支持ユニット１６が設けられており、鏡筒部１５の筒中心軸より右側には、カッターホイールチップ１７を回転自在に保持するチップホルダー１８が昇降自在に設けられ、又、鏡筒部１５の筒中心軸より左側には水ジェット、Ｈeガス、Ｎ2ガスやＣＯ2ガスをガラス基板１３に冷媒として吹き付けるためのノズル１９が所定の吹き付け角で設置されている。

ガラス基板１３に刻印されたアライメントマークを撮影するＣＣＤカメラ２０、２１で撮影されたアライメントマークは画像認識装置により、そのの位置が認識され、これにより、テーブル１２にセットしたガラス基板１３の位置ずれを知ることができる。２２、２３はＣＣＤカメラ２０、２１による撮影像を表示するモニターである。

このレーザ加工装置ＢＳでの動作を図１２に従って説明する。ステップ(Ａ)にてガラス基板１３のアライメントマークを読み取り、ステップ(Ｂ)にてガラス基板１３の端部に切り目を付け、ステップ(Ｃ)にてレーザ照射と冷媒吹き付けを行い、ステップ(Ｄ)ではテーブル１２を元の位置に戻してから再度テーブル１２を左方向に移動させ、このときはレーザ照射のみを行い、冷媒の吹き付けは行わない。

尚、図９のレーザ加工装置ＢＳおよび後述の図５のレーザ加工装置Ｗ３では、２回目のレーザ照射時に冷媒吹き付けを行うと、一段とブラインドクラックの形成を促進させる効果がある。

また、このレーザ加工装置ＢＳは、レーザ発振部の取付位置を変えたり、鏡筒部１５ののレンズ系を変更するなどによりビームの走行方向を９０゜変えることができ、これにより加工対象の脆性基板の形状寸法やライン配置により、最適なビームの走行方向を選択できる機器構成となっている。

図１０はレーザ加工装置ＢＳを用いたシステム構成を示し、ガラス基板１３が単板の場合は、加工済みのガラス基板１３は搬送ロボット５２により、ストッカー５４へ搬出されるが、ガラス基板１３が貼り合わせの場合は、前記加工済みのガラス基板１３は搬送ロボット５２により、中間テーブル５３に載置され、そのガラス基板１３を持ちかえる(反対面で吸引する)ことにより、表裏を反転させた状態でテーブル１２に再セットし、再び図１２のステップ(Ａ)〜ステップ(Ｄ)を繰返す。

図１１は、ガラス基板の両面に対して加工を行うシステム構成を示し、レーザ加工装置ＢＳ１でガラス基板の一方の面にフルボディ加工を行い、次に反転用の中間テーブル５３により反転させたガラス基板に対して、第２のレーザ加工装置ＢＳ２において同様なフルボディ加工を行う。

図１２ではレーザ照射により１条のブラインドクラックを形成する毎に続けて２回目のレーザ照射を行う例であったが、複数条のブラインドクラックを形成してからそれぞれのブラインドクラックに対して２回目のレーザ照射を行うようにしてもよい。２回目のレーザ照射においては、前述の多点スポットとしてもよい。

ブラインドクラックを直交する方向にも加工を行う時には、テーブル１２を９０゜回転させ、また、ブラインドクラックの形成前後に、ブラインドクラックを形成予定のストリートの交点にカッターホイールチップ１７により切り目を付けておく。

また、前記ブラインドクラックを形成予定のストリートの交点に切り目を付けるのにパルスレーザを用いてもよい。

図１３は本発明の第２の実施形態を示したレーザ照射装置Ｌを示す。この装置Ｌは図９のレーザ加工装置ＢＳからチップホルダー１８および冷媒吹き付けノズル１９を取り除いたものと同じである。このレーザ照射装置Ｌは単独で使用するのではなく、図１４、図１５のシステム図に示すようにレーザ加工装置ＢＳやＢＳ１、ＢＳ２に併用して使用する。

図１４は、単板のガラス基板を加工するシステム図を示し、左からストッカー５１、レーザ加工装置ＢＳ、レーザ照射装置Ｌ、ストッカー５４を備え、ストッカー５１のガラス基板をレーザ加工装置ＢＳのテーブルに供給し、そしてそのテーブルからガラス基板を中間テーブル５３に搬送するロボット５２ａと、その中間テーブル５３のガラス基板をレーザ照射装置Ｌのテーブルに供給する、その後、そのガラス基板をストッカー５４に搬出するロボット５２ｂからなる。

これらの装置ＢＳおよび装置Ｌの動作を図１６に従って述べる。ステップ(Ａ)ではＣＣＤカメラ２０、２１にてガラス基板１３のアライメントマークを読み取る。ステップ(Ｂ)にてガラス基板１３の端部に切り目を付ける。続いてレーザ照射および冷媒吹き付けによるブラインドクラック加工が行われる。そのガラス基板１３はロボット５２bによりレーザ照射装置Ｌへ搬送される。（Ｃ）同装置ＬのＣＣＤカメラ２０'、２１'によってアライメントマークの読み取りと、それに基づくテーブル１２の位置修正が行われた後、ステップ(Ｄ)にて鏡筒部１５'によりレーザ照射のみによるフルボディ加工が行われる。

図１５は両面加工用のシステムを示し、左からレーザ加工装置ＢＳ１、レーザ照射装置Ｌ１、レーザ加工装置ＢＳ２、レーザ照射装置Ｌ２が備えられ、レーザ加工装置ＢＳ１およびレーザ照射装置Ｌ１にて、ガラス基板の一方の面に２回のレーザ照射によるフルボディ加工がなされ、そのガラス基板は中間テーブル５３ｂを介して反転され、レーザ加工装置ＢＳ２およびレーザ照射装置Ｌ２にて他方の面に同様に２回のレーザ照射によるフルボディ加工がなされる。

この場合においては、ブラインドクラックを形成してからそれぞれのブラインドクラックに対して２回目のレーザ照射を行う。

図１は本発明の第３の実施形態を示したレーザ加工装置Ｗの正面図である。構成はレーザー加工装置ＢＳのレーザ発振部１４および鏡筒部１５と同等のレーザ発振部３１および鏡筒部３２を更に備える。その他の機器構成は図９の第１の実施形態のものと同様であるので説明を省略する。

図２は本レーザ加工装置Ｗを採用したシステム図を示している。未加工のガラス基板がストックされるストッカー５１、ガラス基板の搬送を行う搬送ロボット５２、ガラス基板を反転させるために用いる中間テーブル５３及び加工済みのガラス基板をストックするストッカー５４を備える。

図４に本レーザ加工装置Ｗにおける加工手順を示している。ステップ(Ａ)では、搬送ロボット５２によりストッカー５１から供給されたガラス基板１３が、テーブル１２の移動によりＣＣＤカメラ２０、２１の下方に移動し、ガラス基板１３のアライメントマークが読み取られることにより、ガラス基板１３のセット時のずれが認識される。そのずれ量を修正すべく、テーブル１２のＹ方向の移動、テーブル１２のＸ方向移動およびθ回転機構１１によるテーブル１２のθ回転が行われる。

ステップ(Ｂ)ではチップホルダー１８が所定量降下した状態でテーブル１２が所定の速度で図中左方向に移動する。これにより、カッターホイールチップ１７がガラス基板１２を乗り上げる時にガラス基板端部に切り目がつけられる。この後は直ちにチップホルダー１８は上昇する。

ステップ(Ｃ)ではガラス基板１３が鏡筒部１５下を通過する間にレーザ照射および冷媒の吹き付けによるブラインドクラックの形成が行われる。
ステップ(Ｄ)ではガラス基板１３が第２の鏡筒部３２下を通過するときに再びレーザ照射が行われ、先のブラインドクラックの形成が促進されることにより、ガラス基板は完全にブレイクされる。

複数条でブレイク加工を行う場合は、テーブル１２をＸ又はＹの一方向に移動させる毎に上述した一連の動作を繰返すか、あるいは最初に複数条のブラインドクラックを形成してから、各ブラインドクラックに対して２回目のレーザ照射を行う。又、これらのブラインドクラックと直交する方向にも加工を行うときは、テーブル１２を９０°回転させ、ブラインドクラックの形成前後に、ブラインドクラックを形成するストリートの交点にカッターホイールチップ１７により切り目をつける。

また、前記ブラインドクラックを形成するストリートの交点に切り目をつけるのにパルスレーザを用いてもよい。

ガラス基板１３が単板の場合は、加工済みのガラス基板１３は搬送ロボット５２により、ストッカー５４へ搬出されるが、ガラス基板１３が貼り合わせの場合は、前記加工済みのガラス基板１３は搬送ロボット５２により、中間テーブル５３に載置され、そのガラス基板１３を持ちかえる(反対面で吸引する)ことにより、表裏を反転させた状態でテーブル１２に再セットし、再び図４のステップ(Ａ)〜ステップ(Ｄ)を繰返す。

図３は第２のシステム構成を示しており、図２で示したレーザ加工装置ＷをＷ１、Ｗ２のごとく２台設置し、両機の間に中間テーブル５３を設置し、装置Ｗ１に対してはストッカー５１および搬送ロボット５２aを設置し、装置Ｗ２に対してはストッカー５４および搬送ロボット５２bを設置している。これらの搬送ロボット５２a、５２bは図２の搬送ロボット５２と同じものである。

レーザ加工装置Ｗでは、複数のレーザ発振部が搭載可能で、レーザ発振部の取付位置を変えたり、鏡筒部のレンズ系を変更することで、レーザビームの走行方向を９０゜変えることが可能であり、２台のレーザ発振部を搭載した場合、ビームの走行速度が遅いときには、２本ずつフルボディ加工を実行することが可能である。また、ブラインドクラックを２本ずつ複数本形成した後、２本ずつ順次２回目のレーザ照射を行い、フルボディ加工することも可能である。または、９０゜ビームの走行方向を変えることで、１回のテーブル移動時に２箇所でレーザ照射を同期して行うことが可能な装置構成となっている。

図１のレーザ加工装置Ｗでは鏡筒１５と第２の鏡筒部３２とをスクライブ(Ｘ)方向に配列したが鏡筒部をスクライブ方向と直交する(Ｙ)方向に配列してもよい。その場合は、鏡筒部１５によるレーザ照射の後、同一個所を第２の鏡筒部３２によってレーザ照射できるようにテーブル１２をＹ方向に移動する。

図５のレーザ加工装置Ｗ３は、第２の鏡筒部３２に、支持ユニット１６と同一の支持ユニット３３を設けたものであり、但し、チップホルダー３４およびカッターホイールチップ３５は、支持ユニット１６におけるものと左右反対に設けている。

このレーザ加工装置Ｗ３ではテーブル１２を左方向に移動させるときは、図１の装置と同じ動作(第２の鏡筒部３２でレーザ照射のみを行う)をなすが、そのテーブルが右方向に移動するとき、第２の鏡筒部３２でレーザ照射および冷媒吹き付けを行い、鏡筒部１５ではレーザ照射のみを行うことで、テーブル１２がいずれの方向に移動するときでも２回のレーザ照射によるフルボディ加工を行うことができる。

図５のレーザ加工装置Ｗ３では、鏡筒１５と第２の鏡筒部３２とを紙面に平行な（Ｘ）方向に配列したが、それらの取付け位置の配列を変えずに鏡筒部１５、３２のレンズ系を変えるなりしてそれらから照射されるビームの長円方向を９０゜回転させる。そうすることにより、同一加工装置で、別のレーザ加工方法のモードを選択することが可能となる。すなわち、図１の当初の配列では１本のＢＬを形成するのに続いて、同一ＢＬに対して第２のレーザ照射が行われるのに対して、レンズ系を９０゜回転させた後の加工装置では、第１回目のレーザ照射が２箇所（２列）で並行して同時に行われ２本のＢＬが同時に並行して形成されていき、次の第２回目のレーザ照射が２箇所（２列）で並行して同時に行われ２箇所で同時に並行して分断が実行されていきます。

図６は、図１のレーザ加工装置Ｗにおけるビームスポットの位置関係を示している。Ｂ１およびＣが鏡筒部１５によるビームスポットおよび冷媒吹き付けによる冷却スポットであり、Ｂ２が第２の鏡筒部３２によるビームスポットであり、いずれもブラインドクラックＢＬ上に位置する。又、ビームスポットはこの場合は長円である。

図７は、図６のビームスポットＢ２に替えて多点スポットＢ３としたものである。この多点スポットＢ３では各スポットはブラインドクラックＢＬ上にはなく、その両側に２対のスポットを照射している。このような多点スポットＢ３を用いると、よりよいスクライブ結果が得られることがある。上記の多点スポットは、Ｂ３'のごとくブラインドクラックＢＬに対称に奇数個配置してもよい。

多点スポットを得るには、図８のレーザスクライブ装置に示すように、第２の鏡筒部３２の下端にビームスプリッタ３８を装着すればよい。このビームスプリッタ３８は複数のハーフミラーを用いて１本のレーザビームを複数本に分けている。各ハーフミラーの位置および角度を替えることで、冷却スポットＣからの距離ａ、各スポット間の間隔ｂ，ｃを調整できるようになっている。

本発明の１実施形態を示したレーザ加工装置の正面図 図１の装置のシステム構成図 図１の装置の別のシステム構成図 図１の装置における動作の流れを示した図 図１の装置の別の形態を示したレーザ加工装置の正面図 図１の装置におけるビームスポットの位置関係を示した図 図８の装置におけるビームスポットの位置関係を示した図 図１の装置の別の形態を示したレーザ加工装置の正面図 本発明の第２の実施形態を示したレーザ加工装置の正面図 図９の装置のシステム構成図 図９の装置の別のシステム構成図 図９の装置における動作の流れを示した図 本発明の第３の実施形態を示したレーザ照射装置の正面図 図１３の装置のシステム構成図 図１３の装置の別のシステム構成図 図１３の装置における動作の流れを示した図 レーザを用いたスクライブ法を示した図

１ 台座
１１ θ回転機構
１２ テーブル
１３ ガラス基板
１４、３１ レーザ発振部
１５、３２ 鏡筒部
１７ カッターホィールチップ
１８ チップホルダー
１９ ノズル
２０、２１ ＣＣＤカメラ
２２、２３ モニター
３８ ビームスプリッタ

Claims (1)

1. 脆性基板（１３）がセットされるテーブル（１２）と、テーブル（１２）を移動させるテーブル移動機構（７、８、１０）と、第１のレーザ照射手段（１４、１５）と、第１のレーザ照射手段（１４、１５）に設置した冷媒吹き付け手段（１９）と、第２のレーザ照射手段（３１、３２）と、第２のレーザ照射手段（３１、３２）の出力端に設けたビームスプリッタ（３８）とを備える脆性基板（１３）の加工装置において、
   テーブル移動機構（７、８、１０）によるテーブル（１２）の移動中に、脆性基板（１３）に対して、
   第１のレーザ照射手段（１４、１５）によるレーザビームの照射と冷媒吹き付け手段（１９）による冷媒の吹き付けを行った後、第２のレーザ照射手段（３１、３２）とビームスプリッタ（３８）による多点ビームの照射を行うことを特徴とする脆性基板（１３）の加工装置。

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