JP5993684B2 - 脆性材料基板の分断方法及びスクライブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、脆性材料基板の分断方法、特に、厚みの薄い脆性材料基板を分断予定ラインに沿って分断する脆性材料基板の分断方法及びその方法を実施するためのスクライブ装置に関する。

例えばガラス基板を分断する技術として、レーザを用いてスクライブ溝を形成し、分断する方法が提案されている。具体的には、まず、例えばＣＯ_２レーザをガラス基板の分断予定ラインに沿って走査させながら照射し、ガラス基板を加熱して圧縮応力を生じさせる。さらに、レーザ光が照射された近傍に冷却媒体を吹き付けて冷却し、冷却領域に引張応力を生じさせる。以上の処理によってガラス基板内部には応力勾配が形成される。この応力勾配によってガラス基板に亀裂が形成され、基板表面にスクライブ溝が形成される。その後、分断予定ラインの両側を押圧することによって、分断予定ラインに沿ってガラス基板が分断される。

ところが、以上のような分断方法では、ガラス基板の板厚が薄くなるほどスクライブ溝を形成することが困難になる。これは、ガラス基板が薄くなると、レーザ光の照射による加工時に、板厚方向において適切な温度分布を形成することができず、スクライブ溝（亀裂）を形成するために必要な引張応力を発生することができないためである。

また、従来の方法では、特にガラス基板の厚みが例えば２００μm以下になると、スクライブ溝の形成（ハーフカット）ではなくフルカットされてしまう。そして、フルカットになった場合、（１）分断ラインにうねりが生じる、（２）分断予定ラインの位置（例えば中央と端部）で条件が異なる、（３）基板サイズ効果がある、（４）クロススクライブができない、等の問題がある。

そこで、特許文献１に示されるように、分断対象としてのガラス基板を支持基板上に固着して分断する方法が提案されている。この方法では、分断対象であるガラス基板から支持基板に熱が伝達され、支持基板には、上に凸となる歪みが分断予定ラインの近傍に生じる。

なお、「ハーフカット」とは、基板裏面に達しない深さの亀裂を形成することにより、基板にスクライブ溝を形成する加工をいう。この場合は、スクライブ溝形成後に、スクライブ溝に沿ってブレイクバーを押し当てて曲げモーメントを加える分断処理を行うことにより基板を分断することができる。

また、「フルカット」とは、基板表面から基板裏面に達する亀裂を形成する加工であり、前述のような分断処理を行うことなく基板が分断される。

再公表特許ＷＯ２００９／０１１２４６

特許文献１の方法によれば、支持基板と、この支持基板の上に固着された分断対象としてのガラス基板とを、一体の基板として加工することができる。このため、厚みの薄いガラス基板であっても、厚みの厚いガラス基板を分断する際と同様に、端面品質が良好で、直進性に優れた分断を実現することができる。

しかし、特許文献１の方法では、ガラス基板を１枚分断するごとにガラス基板を支持基板に着脱するための工程が必要なる。このため、ガラス１枚あたりの加工時間が長くなり、コストが割高になる。

本発明の課題は、特に厚みの薄い脆性材料基板を分断する際に、簡単にかつ安価に分断することができるようにすることにある。

本発明の第１側面に係る脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板を分断予定ラインに沿って分断する分断方法であって、以下の工程を含んでいる。

第１工程：第１基板と、第１基板より線膨張係数の大きい第２基板と、を密着させてワークテーブルに載置する。

第２工程：第１基板に対して初期亀裂を形成する。

第３工程：初期亀裂の形成された基板に対して分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射して加熱し、分断予定ラインに沿って第１及び第２基板内部に亀裂を形成する。

第４工程：分断予定ラインの両側を押圧して分断予定ラインに沿って第１及び第２基板を分断する。

ここでは、まず、第１基板及び第２基板が密着されてワークテーブル上に載置される。第２基板は、第１基板より線膨張係数の大きい脆性材料の基板である。そして、第１基板に初期亀裂が形成され、その後、分断予定ラインに沿ってレーザ光が照射される。これにより、第１及び第２基板に対して亀裂が形成される。このように、分断予定ラインに沿って亀裂が形成された第１及び第２基板に対して、分断予定ラインの両側を押圧することによって、２つの基板を分断予定ラインに沿って分断することができる。

ここでは、２つの基板を密着して加工を行うので、１枚の基板の厚みが薄い場合であっても、精度よく分断することができる。特に、第１基板を支持する第２基板の線膨張係数を第１基板より大きくしているので、第１基板と第２基板が加熱された際に、両者の線膨率の差によって、第１基板側を引っ張り応力、第２基板側を圧縮応力とする応力勾配が第１基板から第２基板にかけて生じることとなる。このため、第１基板と第２基板とに容易に亀裂を生じさせることができる。

また、従来の方法のように支持基板が不要となり、しかも複数の基板を同時に分断できるので、分断に要するコストを低減できる。

本発明の第２側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第１側面の分断方法において、第２基板は第１基板より厚い。

ここでは、レーザ光が照射される側に、厚みのより薄い基板を配置することによって、薄い基板を精度よく分断することができる。

本発明の第３側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第２側面の分断方法において、第１基板の厚みは１０μm以上２００μm以下である。

ここで、第１基板の厚みが１０μmより薄い場合は、初期亀裂が基板の厚さを貫通してしまい、初期亀裂から分断予定ラインに沿わない不要な亀裂が進展しまう恐れがある。また、第１基板の厚みが２００μmを超えると、第１基板を貫通させて第２基板まで亀裂を進展させることが困難になる。

本発明の第４側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第３側面の分断方法において、第２基板の厚みは２００μm以上である。

ここで、第２基板の厚みが２００μmより薄い場合は、第２基板が加熱されることによって生じる圧縮応力が小さいため、亀裂を形成するために必要な引張り応力を十分に第１基板に発生させることができない。

本発明の第５側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第１から第４側面のいずれかの分断方法において、第３工程では、互いに直交する第１方向及び第２方向に沿って延びる分断予定ラインに沿って第１及び第２基板内部に亀裂を形成する。

ここでは、いわゆるクロススクライブを行う場合に本発明を適用している。特に厚みの薄い基板にクロススクライブを行う場合、第１方向にスクライブ処理を実行すると、基板はフルカットされてしまう。フルカットされると、第２方向にスクライブ処理を実行した場合、フルカットされた部分で亀裂が止まってしまい、第２方向に沿ってスクライブ溝を形成することができない。

しかし、本発明を適用することによって、薄い基板に対しても精度よくクロススクライブを行うことができる。

本発明の第６側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第１から第５側面のいずれかの分断方法において、第１工程では、第１及び第２基板を静電気放電によって密着させる。

本発明の第７側面に係る脆性材料基板の分断方法は、第１から第５側面のいずれかの分断方法において、分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射して加熱しつつ、加熱した領域を冷却する。

本発明の第８側面に係る脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板に分断予定ラインに沿って亀裂を形成するスクライブ装置であって、第１基板と第１基板より線膨張係数の大きい第２基板とを密着させて載置するワークテーブルと、複数の基板のうちの最上位に位置する基板に対して初期亀裂を形成する初期亀裂形成機構と、初期亀裂の形成された基板に対して分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射して加熱するレーザ照射機構とを備えている。

以上のような本発明では、第１基板及びこれより線膨張係数の大きい第２基板を密着して各基板に亀裂を形成することによって、特に厚みの薄い脆性材料基板を分断する際に、簡単にかつ安価に分断することができる。

本発明の一実施形態による分断方法を実施するための装置の概略構成図。 本発明の方法によってスクライブ処理されたガラス基板の断面を模式的に示す図。 本発明の方法によってスクライブ処理されたガラス基板の断面の写真。 本発明の方法によって分断可能なレーザ光の出力と走査速度の範囲を示す図。 本発明を用いてクロススクライブした場合のチップの角部の表面状態を示す写真。 本発明を用いてクロススクライブした場合のチップの角部の断面状態を示す写真。

［装置構成］
図１は、本発明の一実施形態による方法を実施するためのスクライブ装置の概略構成を示す図である。スクライブ装置１は、例えば、マザーガラス基板を、FPD（フラットパネルディスプレイ）に使用される複数の単位基板に分断するための装置である。

スクライブ装置１は、複数のガラス基板Ｇが積層されて載置されるテーブル２と、カッターホイール３と、レーザ照射部４と、冷却部５と、駆動機構６と、吸引ポンプ７と、制御部８と、を備えている。なお、この実施形態では、２枚のガラス基板が積層されて分断される例を示している。具体的には、上部には第１厚みの第１ガラス基板Ｇ１が配置され、下部には第１厚みより厚い第２厚みでかつ線膨張係数が第１ガラス基板より大きい第２ガラス基板Ｇ２が配置されている。

テーブル２には、上部がテーブル表面に解放された複数の貫通孔１０が形成されている。複数の貫通孔１０は通路１１を介して吸引ポンプ７に接続されている。

カッターホイール３は、第１ガラス基板Ｇ１の端部にスクライブの起点となる初期亀裂を形成するためのツールである。このカッターホイール３は主に、ホルダと、ホルダに支持されたスクライビングホイールとを有している。

レーザ照射部４は、レーザ光を照射するレーザ発振器（例えば、ＣＯ_２レーザ）を有し、このレーザ光を、光学系を介してガラス基板Ｇ上にビームスポットとして照射する。また、冷却部５は、図示しない冷媒源から供給される冷媒（例えば、水と空気、ヘリウムガス等）を、ノズルを介して噴射して冷却スポットを形成する。

駆動機構６は、カッターホイール３、レーザ照射部４、及び冷却部５を、レール１４に沿って移動させる機構である。この駆動機構６によって、カッターホイール３、レーザ照射部４、及び冷却部５が、ガラス基板Ｇに設定されたスクライブ予定ラインに沿って移動させられる。

制御部８は、カッターホイール３、レーザ照射部４、冷却部５、駆動機構６、及び吸引ポンプ７を制御する。具体的には、制御部８によって、カッターホイール３のガラス基板Ｇへの押圧力、レーザ出力、冷媒の噴射量、駆動速度（走査速度）、吸引ポンプ７の回転数（吸着圧）が制御される。

［分断方法］
まず、加工対象となる第１及び第２ガラス基板Ｇ１，Ｇ２を、例えばＥＳＤ（Electrostatic Discharge）法によって密着させ、この積層された２枚のガラス基板Ｇをテーブル２上に載置する。ここで、前述のように、第２ガラス基板Ｇ２は第１ガラス基板Ｇ１よりも線膨張係数の大きい材料のガラス基板である。そして、吸引ポンプ７を駆動して、ガラス基板Ｇをテーブル２上に吸着する。

次に、カッターホイール３を用いて第１ガラス基板Ｇ１の端部にスクライブの起点となる初期亀裂を形成する。

初期亀裂形成後に、ガラス基板Ｇに対して、レーザ照射部４からレーザ光が照射される。このレーザ光はビームスポットとしてガラス基板Ｇ上に照射される。そして、レーザ照射部４から出射されるレーザ光が、分断予定ラインに沿って走査される。ガラス基板Ｇはビームスポットによってガラス基板Ｇの軟化点よりも低い温度に加熱される。また、冷却スポットをビームスポットの移動方向後方において追従させる。

以上のようにして、レーザ光の照射によって加熱されたビームスポットの近傍には圧縮応力が生じるが、第１基板と第２基板とが加熱されると、第２基板の線膨張係数が第１基板よりも大きいので、第２基板の膨張率が第１基板よりも大きくなる。このため、第１基板から第２基板にかけて引張応力が生じる。また、加熱直後に冷媒の噴射によって冷却スポットが形成されるので、垂直クラックの形成に有効な引張応力をさらに大きくする。この引張応力により、第１ガラス基板Ｇ１の端部に形成された初期亀裂を起点として、２つのガラス基板Ｇ１，Ｇ２に、分断予定ラインに沿った垂直クラックが形成される。

なお、クロススクライブを行う場合は、互いに直交するＸ及びＹ方向に設定された分断予定ラインに沿って以上の処理を実行する。

その後、分断予定ラインの両側に押圧力を加えることによって、２つのガラス基板Ｇ１，Ｇ２は分断予定ラインに沿って分断される。

［実験例］
以上のような本発明の方法を用いて、以下の条件で分断を検証した。

＜ガラス基板＞
板厚：第１ガラス基板＝０．０５mmで、レーザ光照射側である上部に配置。

第２ガラス基板＝０．５mm
材質：第１ガラス基板＝無アルカリガラス、線膨張係数α＝３．７×１０^−６／Ｋ
第２ガラス基板＝ソーダガラス、 線膨張係数α＝８．７×１０^−６／Ｋ
サイズ：ともに、３７０mm×４７０mm
＜レーザ光＞
ＣＯ_２レーザ
波長：１０．６μm
図２にスクライブ処理を実行した後の（分断前の）基板の断面図を模式的に示している。また、図３に、スクライブ処理開始側、中央部、終了側におけるそれぞれの断面写真を示している。

この実験により、２枚のガラス基板ともに、ハンドブレイク（手によって押圧力を加えての分断）が可能であった。

断面観察をしたところ、図３に示すように、厚みが０．０５mmの第１ガラス基板についてはフルカットされており、また厚みが０．５mmの第２ガラス基板については約４０μmの深さの亀裂が形成されていた。なお、スクライブ開始側については、初期亀裂の終端から第１ガラス基板に亀裂が発生し、その亀裂が進展した。また、スクライブ終了側では、スクライブ終端の直前でスクライブ（亀裂進展）が停止した。

また、図４に、レーザ光の出力と走査速度を変えてスクライブ処理を行った実験例を示している。なお、ガラス基板の仕様については図２及び図３の実験例と同じである。この図４において、「○」はスクライブ溝が形成されたことを示している。

図４から明らかなように、スクライブ溝が形成可能な範囲は以下のとおりである。

レーザ光の出力が１３０Ｗの場合は、走査速度は２００〜４２０mm
レーザ光の出力が１４０Ｗの場合は、走査速度は３００〜５００mm
レーザ光の出力が１５０Ｗの場合は、走査速度は３８０〜５００mm
なお、ガラス基板としては、レーザ光が照射される側の第１ガラス基板Ｇ１は、厚みが１０μm以上２００μm以下が好ましい。第１ガラス基板Ｇ１の厚みが１０μmより薄い場合は、積層しても精度よく分断することができず、また２００μmより厚い場合は、第２ガラス基板Ｇ２の分断ができない。

また、第２ガラス基板Ｇ２の厚みは２００μm以上が好ましい。

［実験例２］
図５に、クロススクライブを行った場合の角部の表面を観察した写真を示している。また、図６に、同様にクロススクライブを行った場合の角部の断面を観察した写真を示している。

なお、クロススクライブの条件は、１チップのサイズが２０mm×５０mmであり、５０mm側の辺を最初にスクライブ処理し、次に２０mm側の辺をスクライブ処理した。レーザ照射条件は、２０mm側の辺では、出力が１３０Ｗで走査速度は３８０mmで実行し、５０mm側の辺では、出力は１３０Ｗで走査速度は３７０mmで実行した。なお、ガラス基板の仕様は先の実験例１と同様である。

図５及び図６から明らかなように、各チップの角部の表面及び断面には異常は認められなかった。

［特徴］
厚みの薄い第１ガラス基板Ｇ１と、第１ガラス基板Ｇ１より厚くかつ線膨張係数の大きい第２ガラス基板Ｇ２とを密着させてスクライブ処理及び分断処理をすることにより、１枚では精度よく分断できない第１ガラス基板Ｇ１を、精度よく分断することができる。また、２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２を同時に分断できるので、分断に要するコストを低減できる。

クロススクライブを行った場合、薄いガラス基板に対しても精度よくクロススクライブを行うことができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

前記実施形態では、ガラス基板を例にとって説明したが、分断対象はガラス基板に限定されるものではなく、他の脆性材料基板を分断する場合にも本発明を適用することができる。

また、前記実施形態では、第１及び第２のガラス基板を加熱した後に、加熱した領域に冷媒を噴射して冷却することとしたが、加熱した領域を冷却する工程を省略してもよい。

１ スクライブ装置
２ テーブル
３ カッターホイール
４ レーザ照射部
５ 冷却部
６ 駆動機構
８ 制御部

Claims (4)

1. 脆性材料基板を分断予定ラインに沿って分断する分断方法であって、
   第１基板と、前記第１基板より線膨張係数の大きい第２基板と、を密着させてワークテーブルに載置する第１工程と、
   前記第１基板に対して初期亀裂を形成する第２工程と、
   前記初期亀裂の形成された基板に対して分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射して加熱し、分断予定ラインに沿って前記第１及び第２基板内部に亀裂を形成する第３工程と、
   前記分断予定ラインの両側を押圧して前記分断予定ラインに沿って前記第１及び第２基板を分断する第４工程と、
   を含み、
   前記第１基板の厚みは１０μm以上２００μm以下であり、
   前記第２基板の厚みは２００μm以上である、
   脆性材料基板の分断方法。
2. 前記第３工程では、互いに直交する第１方向及び第２方向に沿って延びる分断予定ラインに沿って前記第１及び第２基板内部に亀裂を形成する、請求項１に記載の脆性材料基板の分断方法。
3. 前記第１工程では、前記第１及び第２基板を静電気放電によって密着させる、請求項１又は２に記載の脆性材料基板の分断方法。
4. 前記第３工程では、分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射して加熱しつつ、加熱した領域を冷却する、請求項１から３のいずれかに記載の脆性材料基板の分断方法。