JP5280825B2 - 基板テーブルおよびそれを用いたレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明はガラスなどの基板を切断するレーザ加工技術に関し、特に基板を固定・保持する基板テーブルに関する。

ガラスやセラミックス、半導体ウェハをはじめとする種々の基板（被切断基板）を切断する方法として、従来よりダイヤモンドなどのカッターによってスクライブラインを形成し、スクライブラインに沿ってブレーク（割断）する技術が用いられている。この方法では、割断時にガラス粉、ガラスカレットが発生するという問題がある。近年では、スクライブラインの形成に、カッターに代えてレーザビームを用いる技術（レーザスクライブという）が開発されている。

レーザスクライブでは、被切断基板上を切断予定線に沿って移動させながら、切断予定線上にレーザを照射して局所的に加熱し、しかる後に加熱領域近傍に冷却媒体を噴射・噴霧して冷却する。その結果、被切断基板の熱分布に応じて、被切断基板を切断予定線と垂直に引っ張る方向に熱応力が発生し、被切断基板上に切断予定線に沿ったスクライブライン（亀裂）が成長・進展していく。その後、ブレイカ装置によって被切断基板に機械的な応力が印加され、スクライブラインに沿って割断される。

また、加熱条件、冷却条件、加工速度等を調整することによって、スクライブラインを被切断基板の厚み方向の深い箇所まで浸透させて、ブレイカ装置による割断処理を経ずに、被切断基板を割断するフルカット（フルボディカットともいう）することも可能である。レーザを利用したフルカットは、ブレイカ装置による後処理が不要となり、単一工程で被切断基板を割断できることから、量産性の観点で非常に有用である。

被切断基板を固定してズレを防止し、あるいはレーザに対して相対移動せしめるために、被切断基板設置用テーブル（以下、単に基板テーブルと称する）が設けられる。かかる基板テーブルとしては、クランプなどの機械的手段を用いたもの、あるいは真空吸着を利用したものが知られている。

真空吸着を利用した基板テーブルの典型的な例としては、被切断基板が接触する面に多数の吸着穴が穴開け加工されたアルミニウム等の金属材料のものが知られている。このテーブルの内部には吸引路が設けられ、この吸引路を真空源と連結することで、被切断基板が吸着固定される。

真空吸着を用いた別の手法として、多孔質材料を利用する技術が提案されている。この技術では、被切断基板と接触する一面を除いて封止、密封された多孔質体に、吸引路を介して真空源（ポンプ）と連結させることで、被切断基板が吸着固定される。多孔質材料からなるテーブルは、吸着孔が微細で、かつ高密度にテーブル表面に存在している。この様な多孔質テーブルを利用した固定方法は、例えば特許文献３などに開示されている。
国際公開第０３／００８１６８号パンフレット 特開２０００−２３３９３６号公報 特開２００４−２０９６３３号公報

穴開け加工された金属の基板テーブルを用いる場合、典型的な吸着孔径（特に断りが内限り、径とは直径をいう）は、０．５ｍｍから１．０ｍｍ程度、孔面密度は０．５〜５個／ｃｍ^２程度である。このような基板テーブルを用いた場合、基板固定は可能だが、その吸着孔の面密度は十分とは言えず、さらには被切断基板の平坦度の悪さも影響して、切断部においての密着性がアンバランスになり、被切断基板の切断線近傍において局在的な機械振動が発生する為に、切断線が曲がるなど切断精度に影響を及ぼす問題があった。

一方、多孔質材料からなるテーブルを用いた場合、多孔質体という構造上、必要な吸引容積が大きいため、真空源が大型化するという問題があった。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、切断精度を高めることが可能なテーブル、およびそれを用いたレーザ加工装置の提供にある。

本発明のある態様は、加工対象の基板を切断予定線に沿って切断するレーザ加工装置に設けられ、基板を固定するための基板テーブルに関する。この基板テーブルは、基板テーブルの基板と接触する表面に形成された複数の吸着孔を備える。基板テーブルは、切断予定線を含む比較的狭い第１領域と、第１領域を除く比較的広い第２領域を含んで構成される。第１領域内に含まれる割断予定線方向の吸着孔の平均線密度は基板固定のための全領域の吸着孔の平均線密度より大きく、第１領域内に含まれる切断予定線上の吸着孔の平均径が全領域の平均径より小さい。

第１領域と第２領域は、物理的、機械的に分割されていてもよいし、仮想的に分割されていてもよい。
この態様によると、切断予定線の近傍の領域に、径の小さな吸着孔を高密度に分布させることにより、基板を確実に固定し、加工精度を高めることができ、また切断予定線から離れた領域には、径の大きな吸着孔を低密度で分布させることにより、ポンプに必要とされる容量を小さくすることができる。

第１領域に形成される吸着孔の平均径φ１は、１０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましく、第２領域に形成される吸着孔の平均径φ２は１００μｍ以上であってもよい。また第１領域に形成される吸着孔の切断予定線方向の線密度ｎ１は５０個／ｃｍ以上８００個／ｃｍ以下であり、第２領域に形成される吸着孔の線密度ｎ２は０．１個／ｃｍ以上、１０個／ｃｍ以下であってもよい。

第１領域に設けた吸着孔の平均径φ１と線密度ｎ１とが、
０．５≦ｎ１×φ１≦０．７５
なる関係を有することが好ましい。

第１領域の前記切断予定線と垂直方向の幅は、５ｍｍ以上であることが好ましい。この幅が小さすぎると固定力が不十分となる場合があるが、５ｍｍ以上とすれば、さまざまなサイズ、材料の加工対象物（被切断基板）に対して十分な固定力を維持でき、切断精度を高めることができる。

ある態様において、第１領域に形成された吸着孔は、基板内部で互いに連通しており、第２領域に形成された吸着孔は、基板内部で互いに連通していていもよい。

ある態様の基板テーブルは、少なくとも第１領域に形成された吸着孔と連通する吸引路上に設けられた水除去用のフィルタをさらに備えてもよい。
基板を冷却する際に噴霧される水が基板テーブル上に残留すると加工精度が悪化するところ、この態様によれば、基板テーブルから効率的に除去し、回収することができる。

第１領域に形成される吸着孔と第２領域に形成される吸着孔それぞれの吸気圧は、独立に調節可能であってもよい。この場合、加工対象物を位置ごとに最適な圧力を与えることができるため、より加工精度を高めることができる。

基板テーブルの第１領域の部分と第２領域の部分は物理的に分離しており、少なくとも第１領域の部分は交換可能に構成されてもよい。
第１領域には、基板を介してレーザが照射されるため、熱によるダメージを受け易く、また基板から発生するカレットによる目詰まりが発生し易い。そこで第１領域の部分を交換可能とすることにより、メンテナンスコストを下げることができる。

基板テーブルの第１領域は、レーザ照射による加熱によりガラスなどの基板内部に摂氏３５０度を超える高温領域を形成する必要上、かかる高温に耐え得る材料であり、８０μｍ以下の微細貫通孔あるいは連結した微細孔を緻密に形成しやすくまた平滑面に容易に研削あるいは研磨加工が可能な材料であることが好ましい。例えば、前記耐熱性を有する程度の多孔質セラミックスや多孔質シリカゲルなどを用いてよい。他方、基板テーブルの第２領域は第１領域とは異なりテーブル上で直接レーザ照射をおこなわないことから高い耐熱性は求められないが、基板を固定する比較的広い領域なので、基板の切断品質に影響を及ぼさないよう切断加工時に不要な撓みを生じない程度の剛性を有することが好ましい。また、第１領域とは異なり緻密に微細孔を設ける必要性はないが、バランスのよい固定が可能な程度に複数の吸着孔を設けることが必要なので、アルミやステンレスなどの一般的な金属材料を所定の孔径、孔密度でもって機械的な穴開け加工した多孔板が好ましい。

本発明のある態様は、加工対象の基板を切断予定線に沿って切断するレーザ加工装置に設けられ、基板を固定するための基板テーブルに関する。この基板テーブルは、基板テーブルの基板と接触する表面に形成された複数の吸着孔を備える。基板テーブルは、切断予定線を含む第１領域と、第１領域を挟む第２領域に分割されており、第１領域には第２領域よりも高い密度で吸着孔が形成され、第１領域に形成される吸着孔の径は、第２領域に形成される吸着孔の径よりも小さい。

第１領域に形成される吸着孔の最大径は５０μｍ以下、第２領域に形成される吸着孔の平均径は１００μｍ以上であってもよい。また第１領域に形成される吸着孔の切断予定線方向の線密度は５０個／ｃｍ以上、より好ましくは１００個以上であり、第２領域に形成される吸着孔の面密度は５個／ｃｍ^２以下、より好ましくは１個／ｃｍ^２以下であってもよい。

第１領域を構成する材料の気孔率は１０％から５０％の範囲にあって、第１領域に形成される吸着孔の線密度は５０個／ｃｍから５００個／ｃｍの範囲であってもよい。第２領域に形成される吸着孔の平均径は１００μｍ以上であり、その吸着孔の面密度は０．１個／ｃｍ^２以上、５個／ｃｍ^２以下であってもよい。

本発明の別の態様は、加工対象の基板を切断予定線に沿って切断するレーザ加工装置に関する。このレーザ加工装置は、基板を固定する上述のいずれかの態様の基板テーブルと、レーザビームをパターニングし、パターニングされたレーザビームを基板テーブル上に固定された基板の切断予定線上に照射するレーザ照射装置と、切断予定線上の所定の冷却領域を、冷却媒体を噴射して冷却する冷却装置と、基板を固定する基板テーブルとレーザの照射領域および冷却領域とを、切断予定線の方向に相対移動させる可動機構と、を備える。

本発明のある態様によれば、切断精度を向上できる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、実施の形態に係るレーザ加工装置１００の全体構成を示すブロック図である。レーザ加工装置１００は、加工対象物である基板１１０を切断予定線に沿って、始端部１１２から終端部１１４に向かって切断（フルカット）し、あるいはその表面にスクライブラインを形成する。具体的な基板１１０としては、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）に利用される種々のガラス基板が例示される。ガラス基板は単板であっても貼り合わせ基板であってもよい。加工対象の基板は、あるいはガラス以外の脆性材料基板であってもよいし、シリコンなどの半導体ウェハの切断にも用いることができる。

なお、説明の簡略化のため、図１の紙面左方向をＸ方向、紙面垂直の手前方向をＹ方向、紙面上方向をＺ軸とする。また、いくつかの図面に示される各部材等のディメンジョンは、発明の本質と関係のない範囲で理解の容易のために適宜拡大、縮小されており、また各部材の位置関係も、理解の容易のために適宜修正、変更して示されている。

レーザ加工装置１００は、可動ステージ２、基板テーブル４、初期クラック生成部６、レーザ光源８、レーザ照射装置１０、冷却装置２０、温度センサ３０、制御部３２を備える。

基板１１０は、基板テーブル４上に固定される。詳しくは後述するが、基板テーブル４は、その表面に穿孔された多数の吸着孔を有しており、負圧吸着（真空吸着）によって基板テーブル４を固定する。基板１１０は、ＸＹ平面と平行に配置される。

可動ステージ２は、基板１１０が固定される基板テーブル４を移動させる。基板テーブル４を切断予定線と平行なスキャン方向ＳＣＡＮ（Ｘ軸反対方向）に移動させることにより、基板１１０が、後述するレーザ照射領域および冷却領域に対して相対移動する。図１は、切断予定線がＸ軸方向に形成される場合を想定している。また可動ステージ２は、Ｚ軸回りの角度Φを調整可能に構成され、それによって基板１１０に対する切断予定線の方向を調整できる。可動ステージ２を固定ステージとして、レーザ照射装置１０および温度センサ３０を基板１１０に対して相対的に移動させてもよい。

レーザ光源８は、基板１１０の吸収率の波長依存性に応じて適宜選択され、たとえばＦＰＤに使用されるガラス基板の場合、１０．６μｍの波長を有する炭酸ガスレーザ（ＣＯ_２レーザ）が好適に利用できる。ガラス基板は、可視光に対しては透明であるが、かかる赤外線の波長域に対しては不透明であるため、レーザ光のエネルギーが効率的に吸収されて、熱に変換される。レーザを用いたスクライブ装置、切断装置では、可視光、紫外領域、あるいは近赤外領域の波長のレーザを用いたものも存在する。したがってＣＯ_２レーザを用いた本実施の形態に係る加工技術は、近赤外あるいは近赤外よりも短い波長を利用した加工技術と、加熱、あるいはその後の冷却プロセスにおいて類似しており、本実施の形態に係る加工技術で得られた知見が、そうした加工技術に役立つことに留意されたい。

レーザ光源８は、円形のビームプロファイルを有するレーザビームＬＢ１を出射する。通常、レーザビームの断面強度プロファイルがガウシアン分布を有するが、アパーチャなどによって外周が切り取られたビームであっても構わず、さらには別の強度分布を有するビームであっても構わない。また、ビームプロファイルは通常は正円であるが、後段の照射光学系によって形状を修正できるため、楕円であっても構わず、あるいは正方形、長方形であっても構わない。むしろ、フルカットに最適な加熱を実現するためには、レーザ光源から出射されるレーザビームの形状を積極的に修正した方がよい場合もあろう。

レーザ照射装置１０は、レーザ光源８から出射されるレーザビームＬＢ１をパターニングし、パターニングされたレーザビームＬＢ２を基板１１０である基板の切断予定線上に照射する。基板１１０に照射されるレーザビームＬＢ２は、切断予定線が長手方向となる細長い形状を有している。

基板１１０上のレーザビームＬＢ２が照射される領域（レーザ照射領域）のサイズは、基板１１０の材質、厚みに応じて最適化される。さらにはレーザビームを照射する位置に応じて、そのサイズや形状を変化させてもよい。

冷却装置２０は、基板１１０上のレーザが照射される領域（レーザ照射領域）の近傍の、切断予定線上の所定の冷却領域に対して冷却媒体ＣＭを噴射する。冷却装置２０は、たとえば気体と液体の混合体を噴射するノズルで構成される。ノズルはＸ軸方向に対して可動に構成されており、冷却領域とレーザ照射領域４０のテール側の端部との間隔は、基板１１０の材質、厚み、レーザ照射領域のサイズ等に応じて最適化される。

初期クラック生成部６は、切断予定線上の基板１１０の始端部１１２に、初期クラックを形成するために設けられる。たとえば初期クラック生成部６は、ダイヤモンドなどのカッターで構成される。レーザ照射領域と冷却領域は、初期クラックを始点として切断予定線に沿ってスキャンされ、フルカットの割断面が初期クラックを種として成長していく。なお、基板１１０および加工条件によっては初期クラックの形成をしなくてもフルカットできる場合もある。

以上がレーザ加工装置１００の全体構成である。続いて、その特徴的な基板テーブル４について詳細に説明する。

図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る基板テーブル４の構成を示す図である。
図２（ａ）は、基板テーブル４およびその周辺の構成を示す。基板テーブル４の表面には、加工対象の基板１１０が搭載される。加工時には、切断予定線Ｌ１上のレーザ照射領域４０にレーザビームが照射され、冷却領域４４が冷却される。

基板テーブル４の基板１１０と接触する表面には、複数の吸着孔（不図示）が形成される。この吸着孔は、基板テーブル４の内部を介して排気孔５０、５２と連通している。排気孔５０、５２はそれぞれ、吸引路６８、７０を介して真空源６０と接続される。真空源６０によって発生する真空圧力によって、基板１１０が基板テーブル４に対して吸着固定される

図２（ｂ）は、基板テーブル４の上方からみた平面図である。基板テーブル４の表面には、複数の吸着孔Ｈ１、Ｈ２が形成されている。

基板テーブル４は、大きく第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２に分割されている。第１領域Ｒ１は、切断予定線Ｌ１を含む帯状であり、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１を挟む両端の領域である。第１領域Ｒ１に形成される複数の第１吸着孔Ｈ１は、図２（ａ）の排気孔５０に接続されており、第２領域Ｒ２に形成される複数の第２吸着孔Ｈ２は、図２（ａ）の第２排気孔５２に接続される。

第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２では、それぞれ内部に形成される吸着孔Ｈ１、Ｈ２の径および密度が以下の２つの条件の少なくとも一方、好ましくは両方を満たすように設計されている。

（条件１）
第１領域Ｒ１に形成される吸着孔（第１吸着孔とも称する）Ｈ１の平均径φ１は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２を含む全領域の吸着孔の平均径φよりも小さい。
φ１＜φ …（１）

あるいは、第１吸着孔Ｈ１の平均径φ１を、第２領域Ｒ２に形成される吸着孔（第２吸着孔とも称する）Ｈ２の平均径φ２よりも小さくしてもよい。この条件は、上記（１）と同時に満たされる場合もある。
φ１＜φ２ …（１ａ）

好ましくは、第１領域に形成される吸着孔の平均径φ１は、１０μｍ以上８０μｍ以下であり、第２領域に形成される吸着孔Ｈ２の平均径φ２は１００μｍ以上である。
１０μｍ≦φ１≦８０μｍ …（１ｂ）
φ２≧１００μｍ …（１ｃ）

第１領域Ｒ１に高密度で形成される吸着孔Ｈ１の平均径が１０μｍ未満の場合目詰まりが発生し吸着力が不十分になりやすく、８０μｍを超えると開孔端が脆くなり失われてテーブルの機械的損傷を誘発しやすくなり、結果として切断品質に大きなダメージを与える。第２領域Ｒ２に形成される吸着孔Ｈ２の平均径φ２が１００μｍ未満になると穴あけのための機械加工が煩雑になる。

（条件２）
基板テーブル４の第１領域Ｒ１内に設けられた吸着孔Ｈ１の平均先密度ｎ１は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２から構成される全領域における吸着孔のＨの平均線密度ｎよりも高い。
ｎ１＞ｎ …（２）

好ましくは、第１領域Ｒ１に形成される吸着孔Ｈ１の切断予定線Ｌ１方向の線密度は５０個／ｃｍ以上、８００個／ｃｍ以下であり、第２領域Ｒ２に形成される吸着孔Ｈ２の線密度は０．１個／ｃｍ以上１０個／ｃｍ以下である。

それらの理由は、第１領域Ｒ１に形成される吸着孔Ｈ１の切断予定線Ｌ１方向の線密度が５０個／ｃｍ未満では吸着力が不足し、８００個／ｃｍを超えると目詰まりを起こしやすくなるからである。また第２領域Ｒ２に形成される吸着孔Ｈ２の線密度は０．１個／ｃｍ未満ではガラス基板の固定力が不足し、１０個／ｃｍを超えると穴あけの機械加工が煩雑になる。

またより好ましくは、第１領域に形成される吸着孔Ｈ１に関しては、平均線密度ｎ１と平均径φ１とが
０．５０≦ｎ１×φ１≦０．７５
なる関係を有する。

第１領域Ｒ１に形成される吸着孔Ｈ１の平均線密度ｎ１と平均径φ１がなす関係χ＝ｎ１×φ１が０．５未満の場合、吸着力が不十分になり、０．７５を超えると剛性が失われてテーブルの機械的損傷を誘発しやすくなり切断品質に大きなダメージを与える。また、目詰まりにより吸着力が低下する。

条件１、２を同時に充足するために、好ましくは基板テーブル４は具体的に以下のように構成される。

第１領域Ｒ１は、密に基板を固定する吸着孔を設けて適正な吸着力を供することにより切断の際の機械的振動を排除して切断品質を高く維持するために必要最小限に設けられた領域であり、第２領域Ｒ２は、疎に吸着孔を設け必要最小限の吸着力でもって切断基板を固定するための領域である。

第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とには異なる吸着力を供することが可能なように物理的に分離されているが、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２は物理的に分離されており、異なる材料で形成される。二種類の構造体は、切断品質に影響を与えることがないように互いに隙間も段差も無く接触可能に構成される。第１領域Ｒ１にはレーザが照射されることから消耗し易く、また基板１１０から発生するカレットによる目詰まりが発生しやすいことから、カートリッジ式で容易に交換可能な構造であることが望ましい。第１領域Ｒ１の部分のみを交換可能であれば、基板テーブル４全体を交換する必要がないため、メンテナンスコストを大幅に下げることが可能となる。

第１領域Ｒ１としては、高密度で微細な孔を有する多孔質セラミックスが好適であり、たとえば低融点バインダーを用いてアルミナ粒子を焼結して作成した、耐熱温度が摂氏４００度、気孔率が２０％から４５％程度の市販の多孔質アルミナが利用できる。

切断予定線近傍以外の低密度の吸着孔領域（第２領域Ｒ２）は、複数の吸着孔Ｈ２が機械的に穴開け加工された金属で形成される。より具体的には、吸着孔径０．５ｍｍ、孔の面密度１個／ｃｍ^２にて機械加工により多数の孔が穿設されたアルミニウムテーブル構造が利用できる。

この構成をまとめると、以下の通りである。すなわち、基板テーブル４は少なくとも二つの領域から構成されている。即ち基板テーブル４は、基板１１０を固定するための低密度の吸着孔領域（第２領域Ｒ２）と、より高品質な切断品質を確保するために高密度に設けた微細な吸着孔の領域（第１領域Ｒ１）から構成された複合テーブル（Ｈｙｂｒｉｄ Ｔａｂｌｅ）である。実施の形態に係る基板テーブル４においては、かかる低密度の吸着孔領域（Ｒ２）として、吸着孔及び吸引路が加工されたアルミニウム製のテーブル構造を用いており、切断予定線近傍の高密度に設けた微細な吸着孔の領域（Ｒ１）に関しては吸引路を加工した多孔質アルミナ製のテーブル構造を用いている。

以上が基板テーブル４の構成である。

より良好な固定状態を実現するために、基板テーブル４は以下の特徴を有している。
図２（ａ）に示すように、第１領域Ｒ１に形成された吸着孔Ｈ１に接続される吸引路６８上には、水除去用フィルタ６４が設けられる。冷却領域４４に噴射される冷媒としては高沸点、大熱容量であることが要求されるため、水が利用される場合が多い。冷却領域４４に噴射される水滴は、切断予定線Ｌ１を中心とした領域、すなわち第１領域Ｒ１に設けられた第１吸着孔Ｈ１を介して第１排気孔５０から排水され、水除去用フィルタ６４にて回収されて外部へと排出される。必要に応じて吸引路７０上にも、水除去用フィルタ６４を設けてもよい。

さらに基板テーブル４が基板１１０を安定に固定するためには、第１領域Ｒ１に形成される吸着孔Ｈ１と第２領域Ｒ２に形成される吸着孔Ｈ２それぞれの吸気圧は、独立に調節可能であることが望ましい。このために、第１吸引路６８および第２吸引路７０にはそれぞれ、第１圧力調節器６２および第２圧力調節器６６が設けられている。

第１圧力調節器６２によって、基板１１０の性質に応じて、具体的には材質、厚み、サイズに応じて、切断予定線Ｌ１近傍の第１領域Ｒ１の吸着力を調整、最適化することができる。同様に、低密度吸着孔Ｈ２を設けた第２領域Ｒ２の第２圧力調節器６６によって、基板１１０全体の吸着力を調整することができる。

続いて、実施の形態に係る基板テーブル４を用いて、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）セル構造を有するガラス基板を固定し、図１の装置によって切断した場合の切断品質について検証した結果について説明する。

加工対象のＬＣＤセル構造を有するガラス基板は、２枚のガラスを貼り合わせて構成される。具体的には、ガラス厚み０．１５ｍｍのガラスを貼り合わせた１４４ｍｍ×１４４ｍｍのサイズのセル構造ＬＣＤ用基板から、３６ｍｍ×４４ｍｍのＬＣＤセルユニット（個辺）を切り出す分断加工を行い、その後、切断加工終端部（図１の１１４）における、「曲がり量δ」を測定した。曲がり量δの測定は、形状測定器（ナカデン製：ＦＳ１４００）を用いて、曲り量δが最も大きく、発生し易い基板切断終端部１１４にて行った。ここでの「曲り量δ」は、図３（ａ）に示されるように、基板切断終端部１１４の地点と、終端部１１４の手前３ｍｍ地点それぞれにおける、切断予定線Ｌ１の直交方向に対する変位量（δ２−δ１）の差で定義される。

実験に用いた基板テーブル４の第１領域Ｒ１の部分は、気孔率４０％でもって高密度に微細孔を形成している多孔質セラミックス材であり、第１領域Ｒ１の切断予定線Ｌ１を中心とした幅は１０ｍｍである。本実験に用いた多孔質アルミナの孔の平均線密度ｎ１と平均径φ１は、それぞれ２００個／ｃｍ、３６μｍ程度である。平均線密度ｎ１は、実体顕微鏡を用いて切断予定線上の５箇所を測定し平均値を求めるが、凡そ１０μｍ以上の孔径のみをカウントする。平均孔径φ１は直接求めることが困難であることから気孔率γの測定値から換算して求める。気孔率γはＪＩＳ Ｒ１６３４（ファインセラミックスの焼結体密度・開気孔率の測定方法）に準じて測定される。換算式は下記の通りである。
厚みｄの多孔質アルミナ板を考える。その中に含まれる全空隙体積をΔV１、板の嵩体積をＶ１とすると、気孔率γとの関係が次式で与えられる。
γ＝ΔV１／Ｖ１ ・・・・・（３）
したがって、開孔端の形状を近似的に円とみなすことにより仮想的な平均孔径φ１は円周率をπとして次式で与えられる。
φ１＝２（γ／π）^１／２／ｎ１ ・・・・・・（４）
即ち、気孔率γが４０％、平均線密度ｎ１が１００個／ｃｍなので、平均径φ１が３６μｍとして求められる。
また比較のために、吸着穴径０．５ｍｍ、吸着孔の線密度１個／ｃｍでもって低密度吸着孔のみが機械加工により穿孔されたアルミ製のテーブルを用いて、同様のガラス基板の切断を行った。

加熱に用いたレーザはＣＯ_２レーザであり、切断速度は５０ｍｍ／ｓ、基板１１０に与えた熱量は１．３Ｗ／ｍｍ^２、また、冷却水量は約６．６ミリリットル／分であった。

従来のアルミテーブルを用いた場合と、実施の形態に係る基板テーブル４を用いた場合それぞれについて、ｎ＝２０個のサンプルに対して曲がり量δを測定し、その平均値およびばらつき（標準偏差）σを算出した結果を図３（ｂ）に示す。
実施の形態に係る図２（ａ）、（ｂ）のハイブリッド型の基板テーブル４にて固定した場合、従来のアルミテーブルにて固定した場合と比べて、曲り量δの平均値が１／４、ばらつきが１／５となっており、大幅な改善が得られた。

また切断時においては、基板１１０を従来のアルミテーブルにて固定した場合、テーブルと基板１１０の間に介在する水は不安定であり、切断が途中で止まることもあった。これに対して、基板１１０を実施の形態に係るハイブリッド型の基板テーブル４にて固定した場合は切断が途中で止まることは無かった。これは基板テーブル４を利用することにより生産性が高まることを意味する。

さらに切断後においては、基板１１０を従来のアルミテーブルにて固定した場合、テーブルと基板１１０の間に介在する水により、基板１１０がテーブルに張り付き、取り外しが困難であった。これに対して、実施の形態に係る基板テーブル４を用いた場合、基板１１０の張り付きは無く、取り外しが容易となるという効果が得られた。

さらに基板１１０をテーブルから取り外した後においては、従来のアルミテーブルを用いた場合、その表面に水が残留するため除去作業が必要であった。これに対して実施の形態に係る基板テーブル４を用いた場合、第１領域Ｒ１に高密度に設けられた第１吸着孔Ｈ１によって効率的に排水することができるため、基板テーブル４上に水は存在しておらず、除去作業が不要となるという利点も得られる。

さらに、基板１１０の固定に必要なテーブル面全体を、平均線密度２００個／ｃｍ、平均孔径３６μｍ、気孔率４０％仕様の多孔質セラミックスにて構成した際と比較し、同サイズのハイブリッド型の基板テーブル４では、必要とされる吸引容量は計算上において約半分となり、より容量の小さい小型の真空源を用いることが可能である。このことは装置全体のサイズダウン、コストダウンにつながり、実施の形態に係る基板テーブル４の大きな利点といえる。

実施の形態に係る基板テーブル４では、第１領域Ｒ１の幅Ｗが重要なパラメータとなる。図３（ｂ）の実験に用いた基板テーブル４において、第１領域Ｒ１の切断予定線Ｌ１を中心とする幅は１０ｍｍであった。第１領域Ｒ１の部分を交換可能とする場合、あるいは交換可能でなくても、多孔質セラミックス材などの高価な材料を用いる場合、その幅は可能な限り小さくすることが望ましいといえる。この観点から、第１領域Ｒ１の幅Ｗに対する検証を行った。

第１領域Ｒ１（微細孔領域）の適正な幅Ｗの範囲（切断線に直交する方向）を求めるために、２００ｍｍ×２００ｍｍの大きさのテーブルを用いて実験をおこなった。
実験に用いたテーブル構造は、
（１）第２領域Ｒ２の部分としてアルミ製の低密度吸着孔構造を、第１領域Ｒ１の部分として切断予定線Ｌ１を中心にして幅３ｍｍの高密度微細孔の多孔質セラミックス材を設けた構造、
（２）第２領域Ｒ２の部分としてアルミ製の低密度吸着孔構造を、第１領域Ｒ１の部分として切断予定線Ｌ１を中心にして多孔質セラミックス材からなる幅５ｍｍの高密度微細孔を設けた構造
（３）テーブル全体が多孔質セラミックス材のみから構成された構造
の３種類である。

（１）〜（３）の３種類の構造を用いて、基板の大きさとして１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのソーダライムガラス板を３０ｍｍ×１５０ｍｍの大きさの短冊状に５分割する切断加工をおこない、加工後に切断線の曲りδを比較した。加熱に用いたレーザはＣＯ_２レーザであり、切断速度は５０ｍｍ／ｓ、基板１１０に与えた熱量は１．８Ｗ／ｍｍ^２、また、冷却水量は約１．５ミリリットル／分であった。

測定したサンプルの数は、各々８枚である。測定の結果では、（２）の切断線近傍に設けた多孔質セラミックス材の幅Ｗが５ｍｍの場合、曲がり量の平均値が２２０μmであり、（３）の場合の平均値１９０μmとほぼ変わらなかった。一方、（１）の切断線近傍に設けた多孔質セラミックス材の幅Ｗを３ｍｍにした場合、曲がり量δの平均値が３３０μmとなり約１．５倍に悪化した。したがって、切断線近傍に設ける高密度微細孔からなる第１領域Ｒ１の幅Ｗは切断線を中心に少なくとも５ｍｍ以上確保することが好ましいことがわかる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

図２（ａ）、（ｂ）に示す基板テーブル４を用いた場合、第１領域Ｒ１が１本の帯状に設けられているため、単一の基板１１０を複数回にわたって切断したい場合、切断ごとに、基板１１０を位置合わせする必要がある。一方、基板１１０全体のサイズおよび切断後の個辺のサイズが予め定まっている場合には、想定される切断予定線Ｌ１に沿って第１領域Ｒ１を格子状に配置しておくことにより、基板１１０の位置あわせの手間が軽減される。図４は、変形例に係る基板テーブル４の構成を示す図である基板テーブル４ａは、１枚のガラス基板を、３行３列の個辺に切り出す際に利用可能であり、Ｘ方向の切断予定線Ｌ１ｘと、Ｙ方向の切断予定線Ｌ１ｙに沿って、高密度微細孔を有する第１領域Ｒ１が所定の幅で設けられている。第１領域Ｒ１以外の領域は、低密度吸着孔構造を有する第２領域Ｒ２となっている。

実施の形態に係る基板テーブル４において、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２は、物理的に切り分けられている場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、同一の材料で一体成形されていてもよい。この場合であっても、基板テーブル４を第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２を仮想的に分割し、それぞれの領域に、上述した条件（１）、（２）の少なくとも一方、好ましくは両方を満たす吸着孔を加工形成すればよい。

本発明は別の観点から以下のように把握することもできる。
１． ある態様の基板テーブルは、加工対象の基板を切断予定線に沿って切断するレーザ加工装置に設けられ、基板を固定する。この基板テーブルは、基板と接触する表面に形成された複数の吸着孔を備える。複数の吸着孔の分布密度は、切断予定線に近づくほど高く、遠ざかるほど低い。
吸着孔の分布密度は、図２（ｂ）のように、離散的、段階的に変化してもよいし、連続的に変化してもよい。

２． ある態様の基板テーブルは、加工対象の基板を切断予定線に沿って切断するレーザ加工装置に設けられ、基板を固定する。この基板テーブルは、基板と接触する表面に形成された複数の吸着孔を備える。複数の吸着孔の径は、切断予定線に近づくほど小さく、遠ざかるほど大きい。
吸着孔の径は、図２（ｂ）のように、離散的、段階的に変化してもよいし、連続的に変化してもよい。

実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

実施の形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示すブロック図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る基板テーブルの構成を示す図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る基板テーブルを用いた場合の曲がり量を説明する図である。 変形例に係る基板テーブルの構成を示す図である。

符号の説明

１００…レーザ加工装置、２…可動ステージ、４…基板テーブル、６…初期クラック生成部、８…レーザ光源、１０…レーザ照射装置、２０…冷却装置、３０…温度センサ、３２…制御部、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｈ１，Ｈ２…吸着孔、４０…レーザ照射領域、４４…冷却領域、Ｌ１…切断予定線、５０…第１排気孔、５２…第２排気孔、６０…真空源、６２…第１圧力調節器、６４…水除去用フィルタ、６６…第２圧力調節器、６８…第１吸引路、７０…第２吸引路、１１０…基板、１１２…始端部、１１４…終端部。

Claims (10)

1. 加工対象の基板を切断予定線に沿って切断するレーザ加工装置に設けられ、前記基板を表面に設けた複数の吸着孔を介して負圧により固定する基板テーブルであって、 前記基板テーブルは前記切断予定線を含む比較的狭い第１領域と前記第１領域を除く比較的広い第２領域を含んで構成されており、前記第１領域内に含まれる切断予定線方向の吸着孔の平均線密度は基板固定のための全領域の吸着孔の平均線密度より大きく、前記第１領域内に含まれる切断予定線上の吸着孔の平均径が全領域の平均径より小さいことを特徴とする基板テーブル。
2. 前記第１領域に設けた吸着孔の平均径φ１は、１０μｍ以上８０μｍ以下の範囲にあって、線密度ｎ１は５０個／ｃｍから８００個／ｃｍの範囲にあり、前記第２領域に形成される吸着孔の平均径φ２は１００μｍ以上であり、その吸着孔の線密度ｎ２は０．１個／ｃｍ以上、１０個／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の基板テーブル。
3. 前記第１領域に設けた吸着孔の平均径φ１と線密度ｎ１とが、
   ０．５０≦ｎ１×φ１≦０．７５
   なる関係を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板テーブル。
4. 前記第１領域の前記切断予定線と垂直方向の幅は、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の基板テーブル。
5. 少なくとも前記第１領域に形成された吸着孔と連通する吸引路上に設けられた水除去用のフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の基板テーブル。
6. 前記第１領域に形成される吸着孔と前記第２領域に形成される吸着孔それぞれの吸気圧は、独立に調節可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の基板テーブル。
7. 前記基板テーブルの前記第１領域の部分と前記第２領域の部分は物理的に分離しており、少なくとも前記第１領域の部分は交換可能に構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の基板テーブル。
8. 前記基板テーブルの前記第１領域は、多孔質セラミックスで形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の基板テーブル。
9. 前記基板テーブルの前記第２領域は、前記複数の吸着孔が機械的に穴開け加工された金属で形成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の基板テーブル。
10. 加工対象の基板を切断予定線に沿って切断するレーザ加工装置であって、
    前記基板を固定する、請求項１から９のいずれかに記載の基板テーブルと、
    レーザビームをパターニングし、パターニングされたレーザビームを前記基板テーブル上に固定された前記基板の切断予定線上に照射するレーザ照射装置と、
    前記切断予定線上の所定の冷却領域を、冷却媒体を噴射して冷却する冷却装置と、
    前記基板を固定する前記基板テーブルと、レーザの照射領域および前記冷却領域とを、前記切断予定線の方向に相対移動させる可動機構と、
    を備えることを特徴とするレーザ加工装置。

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