JPWO2003008168A1 - 脆性材料基板のスクライブ装置 - Google Patents
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Abstract
脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿った方向に複数の強度分布のピークを持つように複数のレーザスポットを形成し、複数のレーザスポット間の間隔およびレーザスポットの強度分布のピークの間隔をスクライブラインを形成する脆性材料基板の種類に合わせて設定する。
Description
技術分野
本発明は、フラットパネルディスプレイ（以下ＦＰＤと表記する）に使用されるガラス基板、半導体ウエハ等の脆性材料基板を分断する際に使用されるスクライブ装置に関する。
背景技術
一対のガラス基板を貼り合わせたＦＰＤは、それぞれが大寸法の一対のマザーガラス基板同士を相互に貼り合わされた後に、所定の大きさになるように分断されて製造される。マザーガラス基板を分断する際には、マザーガラス基板に、予めカッターによってスクライブラインが形成される。カッターでスクライブラインを形成する際、またはスクライブラインを形成後に、ガラス基板を分断する際に、微細なガラス粉及びガラスカレットが発生し種々の不具合を起こすことがあった。
カッターを用いてスクライブし、分断する際の微細なガラス粉及びガラスカレットの発生を回避するため、近年、スクライブラインを形成するためにレーザビームを使用する方法が実用化されている。レーザビームを使用してガラス基板にスクライブラインを形成する方法では、図５に示すように、ガラス基板５０に対して、レーザ発振装置６１からレーザビームが照射される。レーザ発振装置６１から照射されるレーザビームは、ガラス基板５０上に形成されるスクライブ予定ラインに沿った長円形状のレーザスポットＬＳをガラス基板５０上に形成される。ガラス基板５０と、レーザ発振装置６１から照射されるレーザビームとは、レーザスポットの長手方向に沿って相対的に移動させられる。
ガラス基板５０は、レーザビームによって、ガラス基板５０が溶融される温度、すなわち、ガラス基板の軟化点よりも低い温度に加熱される。これにより、レーザスポットＬＳが照射されたガラス基板５０の表面は、溶融されることなく加熱される。
また、ガラス基板５０の表面におけるレーザビームの照射領域の近傍には、スクライブラインが形成される様に、冷却水等の冷却媒体が、冷却ノズル６２から吹き付けられるようになっている。レーザビームが照射されるガラス基板の表面には、レーザビームによる加熱によって圧縮応力が生じた後に、冷却媒体が吹き付けられることにより、引張り応力が生じる。このように、圧縮応力が生じた領域に近接して引張り応力が生じるために、両領域間に、それぞれの応力に基づく応力勾配が発生し、ガラス基板５０には、ガラス基板５０の端部に予め形成された切れ目からスクライブ予定ラインに沿ってガラスの厚み方向の垂直クラックＢＣが進展していきスクライブラインが形成される。
このようにしてガラス基板５０の表面に形成される垂直クラックは微細な為、通常、肉眼では目視することができないので、ブラインドクラックＢＣと称せられている。
図６は、レーザスクライブ装置によってスクライブされるガラス基板５０上のビーム照射状態を示す模式的斜視図で、図７は、そのガラス基板５０上の物理変化状態を模式的に示す平面図である。
レーザ発振装置６１から発振されたレーザビームＬＢは、ガラス基板５０の表面に、長円形状のレーザスポットＬＳを形成する。レーザスポットＬＳは、例えば、長径ｂが３０．０ｍｍ、短径ａが１．０ｍｍの長円形状になっており、長軸が、形成されるスクライブラインの方向に一致するように照射される。
この場合、ガラス基板５０に形成されるレーザスポットＬＳは、外周縁部のビーム強度が、中央部のビーム強度よりも大きくなっている。従って、スクライブ予定ライン上に位置する長軸方向の各端部において、ビーム強度がそれぞれ最大となり、各端部間にて挟まれたレーザスポットＬＳの中央部分のビーム強度は、各端部におけるビーム強度よりも小さくなっている。
ガラス基板５０は、レーザスポットＬＳの長軸方向に沿って相対的に移動されるようになっており、従って、ガラス基板５０は、スクライブ予定ラインに沿って、レーザスポットＬＳの一方の端部における大きなビーム強度に応じて加熱された後に、レーザスポットＬＳの中央部の小さなビーム強度に応じて加熱され、さらにその後に大きなビーム強度に応じて加熱される。そして、その後に、レーザスポットＬＳの端部が照射される領域に対して、例えば、レーザスポットＬＳの長軸方向に２．５ｍｍの間隔Ｌをあけたスクライブ予定ライン上の冷却ポイントＣＰに、冷却ノズル６２から冷却水が吹き付けられる。
これにより、レーザスポットＬＳと冷却ポイントＣＰとの間の領域に温度勾配が生じ、冷却ポイントＣＰに対してレーザスポットＬＳとは反対側の領域に大きな引張り応力が生じる。そして、この引張り応力を利用して、ガラス基板５０の端部にホイールカッタ３５により形成された切れ目からブラインドクラックＢＣが、スクライブ予定ラインに沿って進展していく。
ガラス基板５０は、長円形状のレーザスポットＬＳによって加熱される。この場合、ガラス基板５０は、レーザスポットＬＳの一方の端部における大きなビーム強度により、その表面から熱が垂直方向に沿って内部に伝わっていくが、レーザビームがガラス基板５０に対して相対的に移動することにより、レーザスポットＬＳの端部によって加熱された部分は、レーザスポットＬＳの中央部における小さなビーム強度に応じて加熱された後に、再度、レーザスポットＬＳの端部における大きなビーム強度に応じて加熱される。
このように、ガラス基板５０の表面においては、最初に大きなビーム強度に応じて加熱された部分は、その後で小さなビーム強度に応じて加熱されている間に、その熱がガラス基板の内部に確実に伝導される。また、ガラス基板５０の表面が大きなビーム強度に応じて加熱され続けることが防止され、ガラス基板５０の表面の溶融が防止されることになる。その後、再度、大きなビーム強度に応じてガラス基板５０が加熱されて、ガラス基板５０の内部を確実に加熱されるようにすると、ガラス基板５０の表面および内部に、圧縮応力が発生する。そして、このような時間が経過した後に、圧縮応力が発生した領域の近傍の冷却ポイントＣＰに冷却水が吹き付けられることにより引張り応力が発生する。
レーザスポットＬＳによる加熱領域に圧縮応力が発生し、冷却水による冷却ポイントＣＰに引張り応力が発生すると、レーザスポットＬＳと冷却ポイントＣＰとの間の熱拡散領域ＨＤに発生している圧縮応力により、冷却ポイントＣＰに対してレーザスポットとは反対側の領域に大きな引張り応力が発生する。そして、この引張り応力を利用して、ガラス基板５０の端部にホイールカッタ３５により形成された切れ目からブラインドクラックＢＣがスクライブ予定ラインに沿って進展していく。
また、レーザビームのガラス基板５０に対する相対的な移動速度を低速にすることにより、ブラインドクラックＢＣ（垂直クラック）はガラス基板５０の厚み方向に伸展して、ガラス基板５０を貫いた状態でスクライブ予定ラインに沿って進展していく（このようにスクライブすることは、通常、ガラス基板５０をフルボディカットすると呼ばれる）。
上述の従来例の説明においては、ガラス基板５０の端部にホイールカッタ３５により形成された切れ目からブラインドクラックＢＣが進展していく例を説明したが、ホイールカッタ３５により形成される切れ目は必ずしもガラス基板５０の端部でなくてもよい。
また、ブラインドクラックＢＣの形成には、必ずしも、ガラス基板５０に切り目を形成する必要はない。
スクライブラインとしてのブラインドクラックＢＣがガラス基板５０に形成されると、ガラス基板５０は、次の分断工程に供給されて、図６の矢印が示す方向であるブラインドクラックＢＣの幅方向に、曲げモーメントが作用するようにガラス基板に力が加えられる。これにより、ガラス基板５０は、ブラインドクラックＢＣのラインであるスクライブラインに沿って分断される。
このようなスクライブ装置では、ガラス基板５０の材質、厚さ等の条件が変更されると、レーザビームによる加熱条件も変更する必要がある。レーザ発振装置は、発振されたレーザビームが、ガラス基板５０上において所定の長円形状のレーザスポットＬＳになるように、レンズ等の光学系の配置、焦点等が予め設定されており、レーザビームによる加熱条件を変更する場合には、ガラス基板５０表面上に形成されるレーザスポットＬＳの形状も変更させる必要がある。しかしながら、レーザスポットＬＳの形状を変更するためには、光学系のレンズ等の交換、焦点の調整、さらには、レーザ発振器から発振されるレーザモードの調整も必要になる等、その調整が容易でないという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、ガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを形成する際に、脆性材料基板の材質、厚さ等の条件が変更された場合にも、その脆性材料基板の条件に容易に対応することができる脆性材料基板のスクライブ装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続的に照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却することにより、スクライブ予定ラインに沿って垂直クラックが形成される脆性材料基板のスクライブ装置であって、同一波長あるいは波長の異なるレーザビームを発生する複数のレーザ発振器から発振されるレーザビームが、脆性材料基板に複数の照射スポットが形成されるように、レーザビームの走査速度や走査経路を高速にて調整された状態で脆性材料基板に照射されることを特徴とする。
そして、前記複数のレーザスポットが複数の強度分布のピークを持つことを特徴とする。
さらに、前記複数のレーザスポットの強度分布が非ガウスモードであることを特徴とする。
また、本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続的に照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却することにより、スクライブラインに沿って垂直クラックを形成する脆性材料基板のスクライブ装置であって、
複数のレーザ発振器からそれぞれ発振されるレーザビームが、複数の強度分布のピークが得られるように合成されて、脆性材料基板に照射されることを特徴とする。
前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が、ガウスモードであることを特徴とする。
そして、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が非ガウスモードであることを特徴とする。
さらに、本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続して照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却させることにより、スクライブラインに沿って垂直クラックが形成される脆性材料基板のスクライブ装置であって、１つのレーザ発振器から発振されるレーザビームから、脆性材料基板において複数の強度分布のピークが得られるように、一旦分割された後に合成されて、脆性材料基板に照射されることを特徴とする。
前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が、ガウスモードであることを特徴とする。
そして、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が、非ガウスモードであることを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の脆性材料基板のスクライブ装置の実施形態を示す概略構成図である。このスクライブ装置は、例えば、ＦＰＤに使用されるガラス基板を切断する際に、ガラス基板５０にスクライブラインを形成するために使用され、図１に示すように、水平な架台１１上に所定の水平方向（Ｙ方向）に沿って往復移動するスライドテーブル１２を有している。
スライドテーブル１２は、架台１１の上面にＹ方向に沿って平行に配置された一対のガイドレール１４および１５に、水平な状態で各ガイドレール１４および１５に沿ってスライド可能に支持されている。両ガイドレール１４および１５の中間部には、各ガイドレール１４および１５と平行にボールネジ１３が、モータ（図示せず）によって回転するように設けられている。ボールネジ１３は、正転および逆転可能になっており、このボールネジ１３にボールナット１６が螺合する状態で取り付けられている。ボールナット１６は、スライドテーブル１２に回転しない状態で一体的に取り付けられており、ボールネジ１３の正転および逆転によって、ボールネジ１３に沿って両方向にスライドする。これにより、ボールナット１６と一体的に取り付けられたスライドテーブル１２が、各ガイドレール１４および１５に沿ってＹ方向にスライドする。
スライドテーブル１２上には、台座１９が水平な状態で配置されている。台座１９は、スライドテーブル１２上に平行に配置された一対のガイドレール２１に、スライド可能に支持されている。各ガイドレール２１は、スライドテーブル１２のスライド方向であるＹ方向と直交するＸ方向に沿って配置されている。また、各ガイドレール２１間の中央部には、各ガイドレール２１と平行にボールネジ２２が配置されており、ボールネジ２２がモータ２３によって正転および逆転されるようになっている。
ボールネジ２２には、ボールナット２４が螺合する状態で取り付けられている。ボールナット２４は、台座１９に回転しない状態で一体的に取り付けられており、ボールネジ２２の正転および逆転によって、ボールネジ２２に沿って両方向に移動する。これにより、台座１９が、各ガイドレール２１に沿ったＸ方向にスライドする。
台座１９上には、回転機構２５が設けられており、この回転機構２５上に、切断対象であるガラス基板５０が載置される回転テーブル２６が水平な状態で設けられている。回転機構２５は、回転テーブル２６を、垂直方向に沿った中心軸の周り（θ方向）に回転させるようになっている。回転テーブル２６上には、ガラス基板５０が、例えば吸引チャックによって固定される。
回転テーブル２６の上方には、回転テーブル２６とは適当な間隔をあけて、支持台３１が配置されている。この支持台３１は、垂直状態で配置された光学ホルダー３３の下端部に水平な状態で支持されている。光学ホルダー３３の上端部は、架台１１上に設けられた取付台３２の下面に取り付けられている。取付台３２上には、レーザビームを発振するレーザ発振装置３４が設けられている。
レーザ発振装置３４は、レーザ発振器から照射されるレーザビームを光学ホルダー３３内に保持された光学系に照射する。
光学ホルダー３３の下端部に取り付けられた支持台３１には、ガラス基板５０の端面部に切れ目を形成するホイールカッタ３５が設けられている。このホイールカッタ３５は、ガラス基板５０に照射されるレーザビームの長手方向の端部に対して、適当な間隔をあけて、しかも、レーザビームの長手方向に沿った線状に沿って配置されており、チップホルダー３６によって、昇降可能に保持されている。
また、支持台３１には、光学ホルダー３３に近接して、冷却ノズル３７が設けられている。この冷却ノズル３７からは、冷却水、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等の冷却媒体がガラス基板５０に噴射されるようになっている。冷却ノズル３７から噴射される冷却媒体は、光学ホルダー３３からガラス基板５０に照射されるレーザスポットの長手方向の端部に近接した位置に吹き付けられる。
また、取付台３２には、ガラス基板５０に予め刻印されたアライメントマークを撮像する一対のＣＣＤカメラ３８および３９が設けられており、各ＣＣＤカメラ３８および３９にて撮像された画像を表示するモニター２８および２９が、取付台３２上にそれぞれ設けられている。
図２は、レーザ発振装置３４および光学ホルダー３３内に設けられる光学系の概略構成図である。レーザ発振装置３４は、１本のレーザビームを発振するレーザ発振器３４ａを有しており、このレーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームが、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂ、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃおよび、光学ホルダー３３内に配置されたｆ−θレンズ３３ａを介して、ガラス基板５０に照射されるようになっている。
Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂは高速回転しており、レーザ発振器３４ａから照射されるレーザビームを高速で走査して、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃに向かって反射させている。また、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃも同様に高速回転しており、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｃから照射されるレーザビームを高速で走査してガラス基板５０に向かって反射させている。そして、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃにて反射されたレーザビームが、ｆ−θレンズ３３ａを介してガラス基板５０上に照射される。
ｆ−θレンズ３３ａを介してガラス基板５０上に照射されるレーザビームは、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂおよびＹ軸ガルバノミラー３４ｃのそれぞれの回転速度に基づいて、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に沿った楕円形状のレーザスポットＬＳ１およびＬＳ２をそれぞれ形成する。
上述のＹ軸ガルバノミラー３４ｃにて反射されたレーザビームに使用されるレンズはｆ−θレンズに限らない。
各レーザビームＬＳ１とＬＳ２の間隔は、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂおよびＹ軸ガルバノミラー３４ｃのそれぞれの回転速度を調整することにより、変更される。そして、Ｘ軸方向に沿った楕円形状ＬＳ２に近接した位置に、冷却ノズル３７から冷却水が吹き付けられる。
このようなスクライブ装置によってガラス基板５０をスクライブする場合には、まず、所定の大きさに分断されるガラス基板５０が、スクライブ装置の回転テーブル２６上に載置され吸引手段により固定される。そして、ＣＣＤカメラ３８および３９によって、ガラス基板５０に設けられたアライメントマークが撮像される。撮像されたアライメントマークは、モニター２８および２９によって表示され、その表示に基づいて、ガラス基板５０が、所定の位置に位置決めされる。
光学ホルダー３３の下端に位置する支持台３１に対して位置決めされたガラス基板５０にレーザによるスクライブが実施される。ガラス基板５０をスクライブする際には、光学ホルダー３３からガラス基板５０の表面に照射される各レーザスポットＬＳ１およびＬＳ２が、ガラス基板５０のスクライブ予定ライン上に形成される。回転テーブル２６の位置決めは、スライドテーブル１２のスライド、台座１９のスライド、および回転機構２５による回転テーブル２６の回転によって行われる。
回転テーブル２６が支持台３１に対して位置決めされると、回転テーブル２６がＸ方向に沿ってスライドされて、ガラス基板５０の端部が、ホイールカッタ３５に対向される。そして、ホイールカッタ３５が下降されて、ガラス基板５０の端部に、スクライブ予定ラインに沿って切れ目が形成される。
その後、回転テーブル２６が、スクライブ予定ラインに沿ってＸ方向にスライドされつつ、レーザ発振装置３４からレーザビームが発振されるとともに、冷却ノズル３７から冷却媒体、例えば、冷却水が圧縮エアーとともに噴射される。
レーザ発振装置３４から発振されるレーザビームにより、ガラス基板５０上には、ガラス基板５０の走査方向に沿って、Ｙ軸方向に沿って長くなった楕円形状のレーザスポットＬＳ１と、Ｘ軸方向に沿って長くなった楕円形状のレーザスポットＬＳ２とが、予め設定された所定の距離だけ離れて、形成される。そして、そのレーザスポットＬＳ２に対して、ガラス基板５０の移動方向とは反対側に所定の間隔をあけた領域に、冷却水が吹き付けられる。これにより、ガラス基板５０に、ブラインドクラックがスクライブラインとして形成される。
スクライブラインとしてのブラインドクラックがガラス基板５０に形成されると、ガラス基板５０は、次の分断工程に供給されて、スクライブラインの幅方向に曲げモーメントが作用するようにガラス基板に力が加えられる。これにより、ガラス基板５０は、スクライブラインに沿って分断される。
スクライブ装置によってスクライブラインが形成されるガラス基板５０の種類が変更されると、レーザ発振装置３４におけるＸ軸ガルバノミラー３４ｂおよびＹ軸ガルバノミラー３４ｃの回転速度がそれぞれ調整され、レーザビームによってガラス基板５０の表面に形成されるレーザスポットＬＳ１とＬＳ２の間隔が調整される。
また、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂとＹ軸ガルバノミラー３４ｃによりレーザビームの走査パターンを変えることにより、レーザスポットＬＳ１とＬＳ２のそれぞれの長軸方向に沿った強度分布に複数のピークを持たせることができる。
これらより、レーザスポットＬＳ１とＬＳ２の間隔およびそれぞれの強度分布の状態が、ガラス基板５０の材質等の種類に適した状態とされて、レーザビームがガラス基板５０に照射されるために、ガラス基板５０は、その内部にわたって、ブラインドクラックが深く形成されるために必要とされる状態にまで確実に加熱される。
更に、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂとＹ軸ガルバノミラー３４ｃによりレーザビームの走査パターンを変えることにより、複数のレーザスポットＬＳ２を直列に所定の間隔で形成し、形成された複数のレーザスポットの強度分布の状態を種々に設定することができる。
好ましくは、複数のレーザスポットＬＳ２に形成される複数の強度分布のピークを一直線上に設けることで、ガラス基板５０に材質等の種類により一層適応した状態とすることができ、ブラインドクラックを深く形成するための条件設定が容易となる。
上述のようにレーザビームの走査速度や走査経路を高速にて調整することで、複数のレーザスポットが形成される。これら複数のレーザスポットはあたかもマルチモードのレーザスポットであるかのようにガラス基板５０に形成される。
ガラス基板５０が厚い場合、あるいは、熱伝導率が低い場合には、レーザスポットＬＳ１とＬＳ２の間隔は小さく設定され、また、ＬＳ２が複数のときにはＬＳ２相互の間隔は小さく設定され、さらに、Ｘ軸に沿ったレーザスポットの強度分布のピークの間隔も小さく設定される。反対に、ガラス基板５０が薄い場合、あるいは、熱伝導率が高い場合には、レーザスポットＬＳ１とＬＳ２の間隔は大きく設定され、また、ＬＳ２が複数のときにはＬＳ２相互の間隔は大きく設定され、さらに、Ｘ軸に沿った複数のレーザスポットの強度分布のピークの間隔も大きく設定される。
このように、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板に照射されるレーザビームを、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができるために、各種条件のガラス基板に対して容易に対応することができる。
レーザスポットＬＳ１はスポット全体が均一な強度分布になるよう形成される。または、レーザスポットＬＳ１はスクライブ予定ラインを挟んで、２つの強度分布のピークを持つようにＹ軸に沿って形成することが好ましい。
これにより、スクライブ予定ラインには、このラインの両側より圧縮の応力が加わり、レーザスポットＬＳ１によるガラス基板５０上のスクライブ予定ラインへの加熱時に、ブラインドクラックとは異なる異常な亀裂がガラス基板５０の端部等より発生することを防ぐことができる。
上述の説明においては図２に示すような、レーザ発振装置３４ａと光学系を有し、レーザ発振装置３４ａから一本のレーザビームを発振するレーザ発振装置３４と光学ホルダー３３を備えるスクライブ装置の場合を説明したが、複数のレーザ発振装置とそれに対応する複数の光学ホルダーを備え、複数の光学ホルダーに図２で示される光学系が設置されているスクライブ装置であってもよい。
このように、複数のレーザ発振装置と複数の光学ホルダーを備えることで、複数の異なる波長をもつレーザビームをガラス基板５０上に照射することができる。通常、材料には光を吸収するのに最適な光の波長領域があり、この波長領域に近いレーザビームを材料に照射すると材料の内部まで短時間で加熱される。したがって、脆性材料基板の光の吸収波長に近いレーザビームを照射することで、ブラインドクラックが形成されやすくなる。
種々の脆性材料基板の分断に最適なブラインドクラックのラインを形成するためには脆性材料基板に形成される複数のレーザスポットの間隔、複数のレーザスポットの強度分布と、さらに、複数のレーザスポットを形成するレーザビームの波長が最適に調整されることが必要である。このために、複数のレーザ発振装置と複数の光学ホルダーを備えるスクライブ装置が用いられる。
さらに、レーザスポットＬＳ１と複数のレーザスポットＬＳ２はその強度分布が非ガウスモードであってもよい。
図３は、レーザ発振装置３４および光学系の他の例を示す概略構成図である。レーザ発振装置３４は、第１レーザ発振器３４ａおよび第２レーザ発振器３４ｇを有している。第１および第２の各レーザ発振器３４ａおよび３４ｇは、それぞれ、ガウスモードの強度分布を有するレーザビームを相互に平行になるように、水平方向に沿って照射する。
第１レーザ発振器３４ａから発振されたレーザビームは、移動ステージ３３ｄに取り付けられた第１反射ミラー３３ｃによって、ガラス基板５０に向かって垂直に反射される。第１反射ミラー３３ｃは、移動ステージ３３ｄによって、第１レーザ発振器３４ａに対して接近および離間する方向に移動されるようになっている。移動ステージ３３ｄは、ステッピングモーターによって移動され、これにより、第１レーザ発振器３４ａに対する第１反射ミラー３３ｃの位置が微調整される。
また、第２レーザ発振器３４ｇから照射されたレーザビームは、第１反射ミラー３３ｃの下方の移動ステージ３３ｄ’に固定された第１半円ミラー３３ｆに照射される。この第１半円ミラー３３ｆは、その上方に配置された第１反射ミラー３３ｃにて反射されたレーザビームを透過させるとともに、第２レーザ発振器３４ｇから照射されたレーザビームを下方に向かって反射する。
第１半円ミラー３３ｆに照射される第１および第２の各レーザ発振器からそれぞれ発振されたレーザビームは、位相がずれた状態になり、第１半円ミラー３３ｆにおいて、一対の強度分布のピークを有するレーザビームに合成される。この場合、各強度分布のピークの間隔は、第１反射ミラー３３ｃと第１半円ミラー３３ｆの位置を移動ステージ３３ｄと３３ｄ’によって調整することにより、随時変化させて新しく設定することができる。
このようにして、第１半円ミラー３３ｆによって、一対の強度分布のピークを有するように合成されたレーザビームは、ｆ−θレンズ３３ａを介して、ガラス基板５０に照射される。
尚、第１半円ミラー３３ｆによって合成されたレーザビームに使用されるレンズはｆ−θレンズに限定されない。
第１半円ミラー３３ｆによって合成されたレーザビームは、その強度分布のピークが、ガラス基板５０の移動方向であるＸ軸方向に沿った状態になるように、ガラス基板５０に照射される。
このようなレーザ発振装置および光学系を有するスクライブ装置も、Ｘ軸方向に沿って移動されるガラス基板５０に対して、Ｘ軸方向に沿って一対の強度分布のピークを有するレーザビームが照射されて、ガラス基板５０の表面が加熱される。そして、レーザビームの照射によって加熱された部分に近接したガラス基板５０の表面に、冷却媒体が吹き付けられることにより、ガラス基板にスクライブラインとしてのブラインドクラックが形成される。
この場合、スクライブ装置によってブラインドクラックが形成されるガラス基板５０の材質や厚さ等が変更されると、第１反射ミラー３３ｃによる第１半円ミラー３３ｆに対するレーザビームの反射位置が、移動ステージ３３ｄ及び／又は３３ｄ’によって調整され、レーザビームによってガラス基板５０の表面に形成されるレーザスポットの強度分布のピークの間隔が調整される。これにより、ガラス基板５０の材質等に適した状態とされる。このように、ガラス基板５０の移動方向に沿って一対の強度分布のピークを有するレーザスポットがガラス基板５０に形成されると、ガラス基板５０の内部にわたって、ブラインドクラックを形成するために必要とされる状態にまで有効に加熱される。
従って、図３に示す光学系を有するスクライブ装置でも、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板に照射されるレーザビームの各種物理的パラメータを、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができ、各種条件が変動する場合のガラス基板に対しても容易に対応することができる。
図３（ｂ）は、レーザ発振器３４ａ、３４ｇから発振されるレーザビームの強度分布がガウスモードの時、ガラス基板５０に対して一対の強度分布のピークを有するレーザスポットが得られる様子を描いた模式図である。
尚、ピーク間の距離は移動ステージ３３ｄと３３ｄ’を調整することで変化させることが可能で、必要な場合には２つのピークの並び順を変更させることも可能である。
また、図３（ａ）の第１反射ミラー３３ｃを高速で複数回ピッチ送りして移動させることにより、図８に示すような複数のレーザスポットをガラス基板５０上に形成させることができる。このときに形成されるレーザスポット間の間隔は第１反射ミラー３３ｃがピッチ送りされる移動量となる。この移動量を変更することで、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板に照射される複数のレーザビームの間隔を、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができ、各種条件のガラス基板に対して容易に対応することができる。
レーザ発振器３４ａと３４ｇから発振されるレーザビームの強度分布がガウスモードになっていると、ガラス基板５０上に形成されるレーザスポットの外周部分は、ガラス基板５０の加熱に直ぐに関与せず、ガラス基板５０の加熱効率が低下するおそれがある。このために、図３（ｃ）の様に、レーザ発振器３４ａと３４ｇから発振されるレーザビームの強度分布は、非ガウスモードになっていることが好ましい。
また、複数のレーザ発振器とそれに対応した半円ミラーと半円ミラーを移動させる手段を図３に示された構成に追加して、３３ａのレンズを介して複数のレーザビームをガラス基板５０に照射し、ガラス基板５０に形成されたレーザスポットが、ガラス基板５０の移動方向に沿って複数の強度分布のピークが得られる構成とすることが好ましい。
さらに、複数のレーザ発振器は異なる波長のレーザビームを発振するものであってもよい。
図４は、レーザ発振装置３４および光学系の他の例を示す概略構成図である。この場合、レーザ発振装置３４には第１レーザ発振器３４ａのみが設けられており、このレーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームが、移動ステージ３３ｂ’に固定的に配置された第２ハーフミラー３３ｂに照射されるようになっている。第２ハーフミラー３３ｂは、レーザ発振器３４ａから発振されたレーザビームを、第１反射ミラー３３ｃに向かって透過させるビームと、下方に向かって反射されるビームとに分割する。
第２ハーフミラー３３ｂによって下方に反射されたレーザビームは、第２ハーフミラー３３ｂの下方に配置された第２反射ミラー３３ｅによって、第１半円ミラー３３ｆに照射されるようになっている。
その他の構成は、図３に示すレーザ発振装置および光学系の構成と同様になっている。
このような構成の場合には、第２ハーフミラー３３ｂによって分割されたレーザビームが、第１半円ミラー３３ｆによって合成されて、ｆ−θレンズ３３ａを介してガラス基板５０に照射され、ガラス基板５０の表面に、一対の強度分布のピークを有するレーザスポットが形成される。レーザスポットにおける一対の強度分布のピークの間隔は、図３の場合と同様に、第１反射ミラー３３ｃによる第１半円ミラーに対するレーザビームの反射位置を、移動ステージ３３ｄ、３３ｄ’と３３ｂ’の移動によって調整することにより、適宜設定することができる。従って、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板５０に照射されるレーザビームの強度分布と相互の間隔を、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができ、各種条件のガラス基板に対して容易に対応することができる。
図４（ｂ）はレーザ発振器３４ａから発振されるレーザモードの強度分布がガウスモードの時、ガラス基板５０に対して一対の熱エネルギーピークのレーザスポットが得られる様子を描いた模式図である。
尚、ピーク間の距離は移動ステージ３３ｄ、３３ｄ’と３３ｂ’を調整することで変化させることが可能で、必要な場合には２つのピークの並び順を変更させることも可能である。
また、図４（ａ）の第１反射ミラー３３ｃを高速で複数回ピッチ送りして移動させることにより、図８に示すような複数のレーザスポットをガラス基板５０上に形成させることができる。このときに形成されるレーザスポット間の間隔は第１反射ミラー３３ｃがピッチ送りされる移動量となる。この移動量を変更することで、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板に照射される複数のレーザビームの間隔を、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができ、各種条件のガラス基板に対して容易に対応することができる。
なお、このように、１つのレーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームを、分割した後に合成する場合には、レーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームの強度分布がガウスモードになっていると、ガラス基板５０上に形成されるレーザスポットの外周部分は、ガラス基板５０のスクライブにあたっての照射後直ぐに加熱にあまり関与せず、ガラス基板５０の加熱効率が低下するおそれがある。このために、図４（ｃ）の様に、レーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームの強度分布は、非ガウスモードになっていることが好ましい。
産業上の利用可能性
本発明は、脆性材料基板のスクライブ装置の技術分野において、ブラインドクラックが形成されるガラス基板等の脆性材料基板の種類や厚さ等が変更されても、容易に対応することができ、各種脆性材料基板に対して、確実に深いブラインドクラックを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の脆性材料基板のスクライブ装置の実施の形態の一例を示す正面図である。
図２は、本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置および光学系の一例を示す概略構成図である
図３（ａ）は、本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置および光学系の他の例を示す概略構成図、図３（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、その装置からガラス基板に照射されるレーザスポットの強度分布を示す模式図である。
図４（ａ）は、本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置および光学系のさらに他の例を示す概略構成図、図４（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、その装置からガラス基板に照射されるレーザスポットの強度分布を示す模式図である。
図５は、レーザビームを使用したスクライブ装置の動作説明のための概略図である。
図６は、レーザスクライブ装置によるスクライブライン形成作業中のガラス基板の状態を模式的に示す斜視図である。
図７は、そのガラス基板の状態を模式的に示す平面図である。
図８（ａ）は、図３（ａ）及び図４（ｂ）で示される本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置および光学系でガラス基板に形成される複数のレーザースポットを示す模式図、図８（ｂ）は、レーザスポットの拡大図および強度分布図である。
本発明は、フラットパネルディスプレイ（以下ＦＰＤと表記する）に使用されるガラス基板、半導体ウエハ等の脆性材料基板を分断する際に使用されるスクライブ装置に関する。
背景技術
一対のガラス基板を貼り合わせたＦＰＤは、それぞれが大寸法の一対のマザーガラス基板同士を相互に貼り合わされた後に、所定の大きさになるように分断されて製造される。マザーガラス基板を分断する際には、マザーガラス基板に、予めカッターによってスクライブラインが形成される。カッターでスクライブラインを形成する際、またはスクライブラインを形成後に、ガラス基板を分断する際に、微細なガラス粉及びガラスカレットが発生し種々の不具合を起こすことがあった。
カッターを用いてスクライブし、分断する際の微細なガラス粉及びガラスカレットの発生を回避するため、近年、スクライブラインを形成するためにレーザビームを使用する方法が実用化されている。レーザビームを使用してガラス基板にスクライブラインを形成する方法では、図５に示すように、ガラス基板５０に対して、レーザ発振装置６１からレーザビームが照射される。レーザ発振装置６１から照射されるレーザビームは、ガラス基板５０上に形成されるスクライブ予定ラインに沿った長円形状のレーザスポットＬＳをガラス基板５０上に形成される。ガラス基板５０と、レーザ発振装置６１から照射されるレーザビームとは、レーザスポットの長手方向に沿って相対的に移動させられる。
ガラス基板５０は、レーザビームによって、ガラス基板５０が溶融される温度、すなわち、ガラス基板の軟化点よりも低い温度に加熱される。これにより、レーザスポットＬＳが照射されたガラス基板５０の表面は、溶融されることなく加熱される。
また、ガラス基板５０の表面におけるレーザビームの照射領域の近傍には、スクライブラインが形成される様に、冷却水等の冷却媒体が、冷却ノズル６２から吹き付けられるようになっている。レーザビームが照射されるガラス基板の表面には、レーザビームによる加熱によって圧縮応力が生じた後に、冷却媒体が吹き付けられることにより、引張り応力が生じる。このように、圧縮応力が生じた領域に近接して引張り応力が生じるために、両領域間に、それぞれの応力に基づく応力勾配が発生し、ガラス基板５０には、ガラス基板５０の端部に予め形成された切れ目からスクライブ予定ラインに沿ってガラスの厚み方向の垂直クラックＢＣが進展していきスクライブラインが形成される。
このようにしてガラス基板５０の表面に形成される垂直クラックは微細な為、通常、肉眼では目視することができないので、ブラインドクラックＢＣと称せられている。
図６は、レーザスクライブ装置によってスクライブされるガラス基板５０上のビーム照射状態を示す模式的斜視図で、図７は、そのガラス基板５０上の物理変化状態を模式的に示す平面図である。
レーザ発振装置６１から発振されたレーザビームＬＢは、ガラス基板５０の表面に、長円形状のレーザスポットＬＳを形成する。レーザスポットＬＳは、例えば、長径ｂが３０．０ｍｍ、短径ａが１．０ｍｍの長円形状になっており、長軸が、形成されるスクライブラインの方向に一致するように照射される。
この場合、ガラス基板５０に形成されるレーザスポットＬＳは、外周縁部のビーム強度が、中央部のビーム強度よりも大きくなっている。従って、スクライブ予定ライン上に位置する長軸方向の各端部において、ビーム強度がそれぞれ最大となり、各端部間にて挟まれたレーザスポットＬＳの中央部分のビーム強度は、各端部におけるビーム強度よりも小さくなっている。
ガラス基板５０は、レーザスポットＬＳの長軸方向に沿って相対的に移動されるようになっており、従って、ガラス基板５０は、スクライブ予定ラインに沿って、レーザスポットＬＳの一方の端部における大きなビーム強度に応じて加熱された後に、レーザスポットＬＳの中央部の小さなビーム強度に応じて加熱され、さらにその後に大きなビーム強度に応じて加熱される。そして、その後に、レーザスポットＬＳの端部が照射される領域に対して、例えば、レーザスポットＬＳの長軸方向に２．５ｍｍの間隔Ｌをあけたスクライブ予定ライン上の冷却ポイントＣＰに、冷却ノズル６２から冷却水が吹き付けられる。
これにより、レーザスポットＬＳと冷却ポイントＣＰとの間の領域に温度勾配が生じ、冷却ポイントＣＰに対してレーザスポットＬＳとは反対側の領域に大きな引張り応力が生じる。そして、この引張り応力を利用して、ガラス基板５０の端部にホイールカッタ３５により形成された切れ目からブラインドクラックＢＣが、スクライブ予定ラインに沿って進展していく。
ガラス基板５０は、長円形状のレーザスポットＬＳによって加熱される。この場合、ガラス基板５０は、レーザスポットＬＳの一方の端部における大きなビーム強度により、その表面から熱が垂直方向に沿って内部に伝わっていくが、レーザビームがガラス基板５０に対して相対的に移動することにより、レーザスポットＬＳの端部によって加熱された部分は、レーザスポットＬＳの中央部における小さなビーム強度に応じて加熱された後に、再度、レーザスポットＬＳの端部における大きなビーム強度に応じて加熱される。
このように、ガラス基板５０の表面においては、最初に大きなビーム強度に応じて加熱された部分は、その後で小さなビーム強度に応じて加熱されている間に、その熱がガラス基板の内部に確実に伝導される。また、ガラス基板５０の表面が大きなビーム強度に応じて加熱され続けることが防止され、ガラス基板５０の表面の溶融が防止されることになる。その後、再度、大きなビーム強度に応じてガラス基板５０が加熱されて、ガラス基板５０の内部を確実に加熱されるようにすると、ガラス基板５０の表面および内部に、圧縮応力が発生する。そして、このような時間が経過した後に、圧縮応力が発生した領域の近傍の冷却ポイントＣＰに冷却水が吹き付けられることにより引張り応力が発生する。
レーザスポットＬＳによる加熱領域に圧縮応力が発生し、冷却水による冷却ポイントＣＰに引張り応力が発生すると、レーザスポットＬＳと冷却ポイントＣＰとの間の熱拡散領域ＨＤに発生している圧縮応力により、冷却ポイントＣＰに対してレーザスポットとは反対側の領域に大きな引張り応力が発生する。そして、この引張り応力を利用して、ガラス基板５０の端部にホイールカッタ３５により形成された切れ目からブラインドクラックＢＣがスクライブ予定ラインに沿って進展していく。
また、レーザビームのガラス基板５０に対する相対的な移動速度を低速にすることにより、ブラインドクラックＢＣ（垂直クラック）はガラス基板５０の厚み方向に伸展して、ガラス基板５０を貫いた状態でスクライブ予定ラインに沿って進展していく（このようにスクライブすることは、通常、ガラス基板５０をフルボディカットすると呼ばれる）。
上述の従来例の説明においては、ガラス基板５０の端部にホイールカッタ３５により形成された切れ目からブラインドクラックＢＣが進展していく例を説明したが、ホイールカッタ３５により形成される切れ目は必ずしもガラス基板５０の端部でなくてもよい。
また、ブラインドクラックＢＣの形成には、必ずしも、ガラス基板５０に切り目を形成する必要はない。
スクライブラインとしてのブラインドクラックＢＣがガラス基板５０に形成されると、ガラス基板５０は、次の分断工程に供給されて、図６の矢印が示す方向であるブラインドクラックＢＣの幅方向に、曲げモーメントが作用するようにガラス基板に力が加えられる。これにより、ガラス基板５０は、ブラインドクラックＢＣのラインであるスクライブラインに沿って分断される。
このようなスクライブ装置では、ガラス基板５０の材質、厚さ等の条件が変更されると、レーザビームによる加熱条件も変更する必要がある。レーザ発振装置は、発振されたレーザビームが、ガラス基板５０上において所定の長円形状のレーザスポットＬＳになるように、レンズ等の光学系の配置、焦点等が予め設定されており、レーザビームによる加熱条件を変更する場合には、ガラス基板５０表面上に形成されるレーザスポットＬＳの形状も変更させる必要がある。しかしながら、レーザスポットＬＳの形状を変更するためには、光学系のレンズ等の交換、焦点の調整、さらには、レーザ発振器から発振されるレーザモードの調整も必要になる等、その調整が容易でないという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、ガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを形成する際に、脆性材料基板の材質、厚さ等の条件が変更された場合にも、その脆性材料基板の条件に容易に対応することができる脆性材料基板のスクライブ装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続的に照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却することにより、スクライブ予定ラインに沿って垂直クラックが形成される脆性材料基板のスクライブ装置であって、同一波長あるいは波長の異なるレーザビームを発生する複数のレーザ発振器から発振されるレーザビームが、脆性材料基板に複数の照射スポットが形成されるように、レーザビームの走査速度や走査経路を高速にて調整された状態で脆性材料基板に照射されることを特徴とする。
そして、前記複数のレーザスポットが複数の強度分布のピークを持つことを特徴とする。
さらに、前記複数のレーザスポットの強度分布が非ガウスモードであることを特徴とする。
また、本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続的に照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却することにより、スクライブラインに沿って垂直クラックを形成する脆性材料基板のスクライブ装置であって、
複数のレーザ発振器からそれぞれ発振されるレーザビームが、複数の強度分布のピークが得られるように合成されて、脆性材料基板に照射されることを特徴とする。
前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が、ガウスモードであることを特徴とする。
そして、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が非ガウスモードであることを特徴とする。
さらに、本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続して照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却させることにより、スクライブラインに沿って垂直クラックが形成される脆性材料基板のスクライブ装置であって、１つのレーザ発振器から発振されるレーザビームから、脆性材料基板において複数の強度分布のピークが得られるように、一旦分割された後に合成されて、脆性材料基板に照射されることを特徴とする。
前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が、ガウスモードであることを特徴とする。
そして、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が、非ガウスモードであることを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の脆性材料基板のスクライブ装置の実施形態を示す概略構成図である。このスクライブ装置は、例えば、ＦＰＤに使用されるガラス基板を切断する際に、ガラス基板５０にスクライブラインを形成するために使用され、図１に示すように、水平な架台１１上に所定の水平方向（Ｙ方向）に沿って往復移動するスライドテーブル１２を有している。
スライドテーブル１２は、架台１１の上面にＹ方向に沿って平行に配置された一対のガイドレール１４および１５に、水平な状態で各ガイドレール１４および１５に沿ってスライド可能に支持されている。両ガイドレール１４および１５の中間部には、各ガイドレール１４および１５と平行にボールネジ１３が、モータ（図示せず）によって回転するように設けられている。ボールネジ１３は、正転および逆転可能になっており、このボールネジ１３にボールナット１６が螺合する状態で取り付けられている。ボールナット１６は、スライドテーブル１２に回転しない状態で一体的に取り付けられており、ボールネジ１３の正転および逆転によって、ボールネジ１３に沿って両方向にスライドする。これにより、ボールナット１６と一体的に取り付けられたスライドテーブル１２が、各ガイドレール１４および１５に沿ってＹ方向にスライドする。
スライドテーブル１２上には、台座１９が水平な状態で配置されている。台座１９は、スライドテーブル１２上に平行に配置された一対のガイドレール２１に、スライド可能に支持されている。各ガイドレール２１は、スライドテーブル１２のスライド方向であるＹ方向と直交するＸ方向に沿って配置されている。また、各ガイドレール２１間の中央部には、各ガイドレール２１と平行にボールネジ２２が配置されており、ボールネジ２２がモータ２３によって正転および逆転されるようになっている。
ボールネジ２２には、ボールナット２４が螺合する状態で取り付けられている。ボールナット２４は、台座１９に回転しない状態で一体的に取り付けられており、ボールネジ２２の正転および逆転によって、ボールネジ２２に沿って両方向に移動する。これにより、台座１９が、各ガイドレール２１に沿ったＸ方向にスライドする。
台座１９上には、回転機構２５が設けられており、この回転機構２５上に、切断対象であるガラス基板５０が載置される回転テーブル２６が水平な状態で設けられている。回転機構２５は、回転テーブル２６を、垂直方向に沿った中心軸の周り（θ方向）に回転させるようになっている。回転テーブル２６上には、ガラス基板５０が、例えば吸引チャックによって固定される。
回転テーブル２６の上方には、回転テーブル２６とは適当な間隔をあけて、支持台３１が配置されている。この支持台３１は、垂直状態で配置された光学ホルダー３３の下端部に水平な状態で支持されている。光学ホルダー３３の上端部は、架台１１上に設けられた取付台３２の下面に取り付けられている。取付台３２上には、レーザビームを発振するレーザ発振装置３４が設けられている。
レーザ発振装置３４は、レーザ発振器から照射されるレーザビームを光学ホルダー３３内に保持された光学系に照射する。
光学ホルダー３３の下端部に取り付けられた支持台３１には、ガラス基板５０の端面部に切れ目を形成するホイールカッタ３５が設けられている。このホイールカッタ３５は、ガラス基板５０に照射されるレーザビームの長手方向の端部に対して、適当な間隔をあけて、しかも、レーザビームの長手方向に沿った線状に沿って配置されており、チップホルダー３６によって、昇降可能に保持されている。
また、支持台３１には、光学ホルダー３３に近接して、冷却ノズル３７が設けられている。この冷却ノズル３７からは、冷却水、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等の冷却媒体がガラス基板５０に噴射されるようになっている。冷却ノズル３７から噴射される冷却媒体は、光学ホルダー３３からガラス基板５０に照射されるレーザスポットの長手方向の端部に近接した位置に吹き付けられる。
また、取付台３２には、ガラス基板５０に予め刻印されたアライメントマークを撮像する一対のＣＣＤカメラ３８および３９が設けられており、各ＣＣＤカメラ３８および３９にて撮像された画像を表示するモニター２８および２９が、取付台３２上にそれぞれ設けられている。
図２は、レーザ発振装置３４および光学ホルダー３３内に設けられる光学系の概略構成図である。レーザ発振装置３４は、１本のレーザビームを発振するレーザ発振器３４ａを有しており、このレーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームが、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂ、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃおよび、光学ホルダー３３内に配置されたｆ−θレンズ３３ａを介して、ガラス基板５０に照射されるようになっている。
Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂは高速回転しており、レーザ発振器３４ａから照射されるレーザビームを高速で走査して、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃに向かって反射させている。また、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃも同様に高速回転しており、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｃから照射されるレーザビームを高速で走査してガラス基板５０に向かって反射させている。そして、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃにて反射されたレーザビームが、ｆ−θレンズ３３ａを介してガラス基板５０上に照射される。
ｆ−θレンズ３３ａを介してガラス基板５０上に照射されるレーザビームは、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂおよびＹ軸ガルバノミラー３４ｃのそれぞれの回転速度に基づいて、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に沿った楕円形状のレーザスポットＬＳ１およびＬＳ２をそれぞれ形成する。
上述のＹ軸ガルバノミラー３４ｃにて反射されたレーザビームに使用されるレンズはｆ−θレンズに限らない。
各レーザビームＬＳ１とＬＳ２の間隔は、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂおよびＹ軸ガルバノミラー３４ｃのそれぞれの回転速度を調整することにより、変更される。そして、Ｘ軸方向に沿った楕円形状ＬＳ２に近接した位置に、冷却ノズル３７から冷却水が吹き付けられる。
このようなスクライブ装置によってガラス基板５０をスクライブする場合には、まず、所定の大きさに分断されるガラス基板５０が、スクライブ装置の回転テーブル２６上に載置され吸引手段により固定される。そして、ＣＣＤカメラ３８および３９によって、ガラス基板５０に設けられたアライメントマークが撮像される。撮像されたアライメントマークは、モニター２８および２９によって表示され、その表示に基づいて、ガラス基板５０が、所定の位置に位置決めされる。
光学ホルダー３３の下端に位置する支持台３１に対して位置決めされたガラス基板５０にレーザによるスクライブが実施される。ガラス基板５０をスクライブする際には、光学ホルダー３３からガラス基板５０の表面に照射される各レーザスポットＬＳ１およびＬＳ２が、ガラス基板５０のスクライブ予定ライン上に形成される。回転テーブル２６の位置決めは、スライドテーブル１２のスライド、台座１９のスライド、および回転機構２５による回転テーブル２６の回転によって行われる。
回転テーブル２６が支持台３１に対して位置決めされると、回転テーブル２６がＸ方向に沿ってスライドされて、ガラス基板５０の端部が、ホイールカッタ３５に対向される。そして、ホイールカッタ３５が下降されて、ガラス基板５０の端部に、スクライブ予定ラインに沿って切れ目が形成される。
その後、回転テーブル２６が、スクライブ予定ラインに沿ってＸ方向にスライドされつつ、レーザ発振装置３４からレーザビームが発振されるとともに、冷却ノズル３７から冷却媒体、例えば、冷却水が圧縮エアーとともに噴射される。
レーザ発振装置３４から発振されるレーザビームにより、ガラス基板５０上には、ガラス基板５０の走査方向に沿って、Ｙ軸方向に沿って長くなった楕円形状のレーザスポットＬＳ１と、Ｘ軸方向に沿って長くなった楕円形状のレーザスポットＬＳ２とが、予め設定された所定の距離だけ離れて、形成される。そして、そのレーザスポットＬＳ２に対して、ガラス基板５０の移動方向とは反対側に所定の間隔をあけた領域に、冷却水が吹き付けられる。これにより、ガラス基板５０に、ブラインドクラックがスクライブラインとして形成される。
スクライブラインとしてのブラインドクラックがガラス基板５０に形成されると、ガラス基板５０は、次の分断工程に供給されて、スクライブラインの幅方向に曲げモーメントが作用するようにガラス基板に力が加えられる。これにより、ガラス基板５０は、スクライブラインに沿って分断される。
スクライブ装置によってスクライブラインが形成されるガラス基板５０の種類が変更されると、レーザ発振装置３４におけるＸ軸ガルバノミラー３４ｂおよびＹ軸ガルバノミラー３４ｃの回転速度がそれぞれ調整され、レーザビームによってガラス基板５０の表面に形成されるレーザスポットＬＳ１とＬＳ２の間隔が調整される。
また、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂとＹ軸ガルバノミラー３４ｃによりレーザビームの走査パターンを変えることにより、レーザスポットＬＳ１とＬＳ２のそれぞれの長軸方向に沿った強度分布に複数のピークを持たせることができる。
これらより、レーザスポットＬＳ１とＬＳ２の間隔およびそれぞれの強度分布の状態が、ガラス基板５０の材質等の種類に適した状態とされて、レーザビームがガラス基板５０に照射されるために、ガラス基板５０は、その内部にわたって、ブラインドクラックが深く形成されるために必要とされる状態にまで確実に加熱される。
更に、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂとＹ軸ガルバノミラー３４ｃによりレーザビームの走査パターンを変えることにより、複数のレーザスポットＬＳ２を直列に所定の間隔で形成し、形成された複数のレーザスポットの強度分布の状態を種々に設定することができる。
好ましくは、複数のレーザスポットＬＳ２に形成される複数の強度分布のピークを一直線上に設けることで、ガラス基板５０に材質等の種類により一層適応した状態とすることができ、ブラインドクラックを深く形成するための条件設定が容易となる。
上述のようにレーザビームの走査速度や走査経路を高速にて調整することで、複数のレーザスポットが形成される。これら複数のレーザスポットはあたかもマルチモードのレーザスポットであるかのようにガラス基板５０に形成される。
ガラス基板５０が厚い場合、あるいは、熱伝導率が低い場合には、レーザスポットＬＳ１とＬＳ２の間隔は小さく設定され、また、ＬＳ２が複数のときにはＬＳ２相互の間隔は小さく設定され、さらに、Ｘ軸に沿ったレーザスポットの強度分布のピークの間隔も小さく設定される。反対に、ガラス基板５０が薄い場合、あるいは、熱伝導率が高い場合には、レーザスポットＬＳ１とＬＳ２の間隔は大きく設定され、また、ＬＳ２が複数のときにはＬＳ２相互の間隔は大きく設定され、さらに、Ｘ軸に沿った複数のレーザスポットの強度分布のピークの間隔も大きく設定される。
このように、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板に照射されるレーザビームを、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができるために、各種条件のガラス基板に対して容易に対応することができる。
レーザスポットＬＳ１はスポット全体が均一な強度分布になるよう形成される。または、レーザスポットＬＳ１はスクライブ予定ラインを挟んで、２つの強度分布のピークを持つようにＹ軸に沿って形成することが好ましい。
これにより、スクライブ予定ラインには、このラインの両側より圧縮の応力が加わり、レーザスポットＬＳ１によるガラス基板５０上のスクライブ予定ラインへの加熱時に、ブラインドクラックとは異なる異常な亀裂がガラス基板５０の端部等より発生することを防ぐことができる。
上述の説明においては図２に示すような、レーザ発振装置３４ａと光学系を有し、レーザ発振装置３４ａから一本のレーザビームを発振するレーザ発振装置３４と光学ホルダー３３を備えるスクライブ装置の場合を説明したが、複数のレーザ発振装置とそれに対応する複数の光学ホルダーを備え、複数の光学ホルダーに図２で示される光学系が設置されているスクライブ装置であってもよい。
このように、複数のレーザ発振装置と複数の光学ホルダーを備えることで、複数の異なる波長をもつレーザビームをガラス基板５０上に照射することができる。通常、材料には光を吸収するのに最適な光の波長領域があり、この波長領域に近いレーザビームを材料に照射すると材料の内部まで短時間で加熱される。したがって、脆性材料基板の光の吸収波長に近いレーザビームを照射することで、ブラインドクラックが形成されやすくなる。
種々の脆性材料基板の分断に最適なブラインドクラックのラインを形成するためには脆性材料基板に形成される複数のレーザスポットの間隔、複数のレーザスポットの強度分布と、さらに、複数のレーザスポットを形成するレーザビームの波長が最適に調整されることが必要である。このために、複数のレーザ発振装置と複数の光学ホルダーを備えるスクライブ装置が用いられる。
さらに、レーザスポットＬＳ１と複数のレーザスポットＬＳ２はその強度分布が非ガウスモードであってもよい。
図３は、レーザ発振装置３４および光学系の他の例を示す概略構成図である。レーザ発振装置３４は、第１レーザ発振器３４ａおよび第２レーザ発振器３４ｇを有している。第１および第２の各レーザ発振器３４ａおよび３４ｇは、それぞれ、ガウスモードの強度分布を有するレーザビームを相互に平行になるように、水平方向に沿って照射する。
第１レーザ発振器３４ａから発振されたレーザビームは、移動ステージ３３ｄに取り付けられた第１反射ミラー３３ｃによって、ガラス基板５０に向かって垂直に反射される。第１反射ミラー３３ｃは、移動ステージ３３ｄによって、第１レーザ発振器３４ａに対して接近および離間する方向に移動されるようになっている。移動ステージ３３ｄは、ステッピングモーターによって移動され、これにより、第１レーザ発振器３４ａに対する第１反射ミラー３３ｃの位置が微調整される。
また、第２レーザ発振器３４ｇから照射されたレーザビームは、第１反射ミラー３３ｃの下方の移動ステージ３３ｄ’に固定された第１半円ミラー３３ｆに照射される。この第１半円ミラー３３ｆは、その上方に配置された第１反射ミラー３３ｃにて反射されたレーザビームを透過させるとともに、第２レーザ発振器３４ｇから照射されたレーザビームを下方に向かって反射する。
第１半円ミラー３３ｆに照射される第１および第２の各レーザ発振器からそれぞれ発振されたレーザビームは、位相がずれた状態になり、第１半円ミラー３３ｆにおいて、一対の強度分布のピークを有するレーザビームに合成される。この場合、各強度分布のピークの間隔は、第１反射ミラー３３ｃと第１半円ミラー３３ｆの位置を移動ステージ３３ｄと３３ｄ’によって調整することにより、随時変化させて新しく設定することができる。
このようにして、第１半円ミラー３３ｆによって、一対の強度分布のピークを有するように合成されたレーザビームは、ｆ−θレンズ３３ａを介して、ガラス基板５０に照射される。
尚、第１半円ミラー３３ｆによって合成されたレーザビームに使用されるレンズはｆ−θレンズに限定されない。
第１半円ミラー３３ｆによって合成されたレーザビームは、その強度分布のピークが、ガラス基板５０の移動方向であるＸ軸方向に沿った状態になるように、ガラス基板５０に照射される。
このようなレーザ発振装置および光学系を有するスクライブ装置も、Ｘ軸方向に沿って移動されるガラス基板５０に対して、Ｘ軸方向に沿って一対の強度分布のピークを有するレーザビームが照射されて、ガラス基板５０の表面が加熱される。そして、レーザビームの照射によって加熱された部分に近接したガラス基板５０の表面に、冷却媒体が吹き付けられることにより、ガラス基板にスクライブラインとしてのブラインドクラックが形成される。
この場合、スクライブ装置によってブラインドクラックが形成されるガラス基板５０の材質や厚さ等が変更されると、第１反射ミラー３３ｃによる第１半円ミラー３３ｆに対するレーザビームの反射位置が、移動ステージ３３ｄ及び／又は３３ｄ’によって調整され、レーザビームによってガラス基板５０の表面に形成されるレーザスポットの強度分布のピークの間隔が調整される。これにより、ガラス基板５０の材質等に適した状態とされる。このように、ガラス基板５０の移動方向に沿って一対の強度分布のピークを有するレーザスポットがガラス基板５０に形成されると、ガラス基板５０の内部にわたって、ブラインドクラックを形成するために必要とされる状態にまで有効に加熱される。
従って、図３に示す光学系を有するスクライブ装置でも、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板に照射されるレーザビームの各種物理的パラメータを、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができ、各種条件が変動する場合のガラス基板に対しても容易に対応することができる。
図３（ｂ）は、レーザ発振器３４ａ、３４ｇから発振されるレーザビームの強度分布がガウスモードの時、ガラス基板５０に対して一対の強度分布のピークを有するレーザスポットが得られる様子を描いた模式図である。
尚、ピーク間の距離は移動ステージ３３ｄと３３ｄ’を調整することで変化させることが可能で、必要な場合には２つのピークの並び順を変更させることも可能である。
また、図３（ａ）の第１反射ミラー３３ｃを高速で複数回ピッチ送りして移動させることにより、図８に示すような複数のレーザスポットをガラス基板５０上に形成させることができる。このときに形成されるレーザスポット間の間隔は第１反射ミラー３３ｃがピッチ送りされる移動量となる。この移動量を変更することで、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板に照射される複数のレーザビームの間隔を、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができ、各種条件のガラス基板に対して容易に対応することができる。
レーザ発振器３４ａと３４ｇから発振されるレーザビームの強度分布がガウスモードになっていると、ガラス基板５０上に形成されるレーザスポットの外周部分は、ガラス基板５０の加熱に直ぐに関与せず、ガラス基板５０の加熱効率が低下するおそれがある。このために、図３（ｃ）の様に、レーザ発振器３４ａと３４ｇから発振されるレーザビームの強度分布は、非ガウスモードになっていることが好ましい。
また、複数のレーザ発振器とそれに対応した半円ミラーと半円ミラーを移動させる手段を図３に示された構成に追加して、３３ａのレンズを介して複数のレーザビームをガラス基板５０に照射し、ガラス基板５０に形成されたレーザスポットが、ガラス基板５０の移動方向に沿って複数の強度分布のピークが得られる構成とすることが好ましい。
さらに、複数のレーザ発振器は異なる波長のレーザビームを発振するものであってもよい。
図４は、レーザ発振装置３４および光学系の他の例を示す概略構成図である。この場合、レーザ発振装置３４には第１レーザ発振器３４ａのみが設けられており、このレーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームが、移動ステージ３３ｂ’に固定的に配置された第２ハーフミラー３３ｂに照射されるようになっている。第２ハーフミラー３３ｂは、レーザ発振器３４ａから発振されたレーザビームを、第１反射ミラー３３ｃに向かって透過させるビームと、下方に向かって反射されるビームとに分割する。
第２ハーフミラー３３ｂによって下方に反射されたレーザビームは、第２ハーフミラー３３ｂの下方に配置された第２反射ミラー３３ｅによって、第１半円ミラー３３ｆに照射されるようになっている。
その他の構成は、図３に示すレーザ発振装置および光学系の構成と同様になっている。
このような構成の場合には、第２ハーフミラー３３ｂによって分割されたレーザビームが、第１半円ミラー３３ｆによって合成されて、ｆ−θレンズ３３ａを介してガラス基板５０に照射され、ガラス基板５０の表面に、一対の強度分布のピークを有するレーザスポットが形成される。レーザスポットにおける一対の強度分布のピークの間隔は、図３の場合と同様に、第１反射ミラー３３ｃによる第１半円ミラーに対するレーザビームの反射位置を、移動ステージ３３ｄ、３３ｄ’と３３ｂ’の移動によって調整することにより、適宜設定することができる。従って、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板５０に照射されるレーザビームの強度分布と相互の間隔を、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができ、各種条件のガラス基板に対して容易に対応することができる。
図４（ｂ）はレーザ発振器３４ａから発振されるレーザモードの強度分布がガウスモードの時、ガラス基板５０に対して一対の熱エネルギーピークのレーザスポットが得られる様子を描いた模式図である。
尚、ピーク間の距離は移動ステージ３３ｄ、３３ｄ’と３３ｂ’を調整することで変化させることが可能で、必要な場合には２つのピークの並び順を変更させることも可能である。
また、図４（ａ）の第１反射ミラー３３ｃを高速で複数回ピッチ送りして移動させることにより、図８に示すような複数のレーザスポットをガラス基板５０上に形成させることができる。このときに形成されるレーザスポット間の間隔は第１反射ミラー３３ｃがピッチ送りされる移動量となる。この移動量を変更することで、スクライブされるガラス基板５０の材質等の条件が変更された場合にも、ガラス基板に照射される複数のレーザビームの間隔を、そのガラス基板５０に適した状態に容易に変更することができ、各種条件のガラス基板に対して容易に対応することができる。
なお、このように、１つのレーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームを、分割した後に合成する場合には、レーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームの強度分布がガウスモードになっていると、ガラス基板５０上に形成されるレーザスポットの外周部分は、ガラス基板５０のスクライブにあたっての照射後直ぐに加熱にあまり関与せず、ガラス基板５０の加熱効率が低下するおそれがある。このために、図４（ｃ）の様に、レーザ発振器３４ａから発振されるレーザビームの強度分布は、非ガウスモードになっていることが好ましい。
産業上の利用可能性
本発明は、脆性材料基板のスクライブ装置の技術分野において、ブラインドクラックが形成されるガラス基板等の脆性材料基板の種類や厚さ等が変更されても、容易に対応することができ、各種脆性材料基板に対して、確実に深いブラインドクラックを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の脆性材料基板のスクライブ装置の実施の形態の一例を示す正面図である。
図２は、本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置および光学系の一例を示す概略構成図である
図３（ａ）は、本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置および光学系の他の例を示す概略構成図、図３（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、その装置からガラス基板に照射されるレーザスポットの強度分布を示す模式図である。
図４（ａ）は、本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置および光学系のさらに他の例を示す概略構成図、図４（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、その装置からガラス基板に照射されるレーザスポットの強度分布を示す模式図である。
図５は、レーザビームを使用したスクライブ装置の動作説明のための概略図である。
図６は、レーザスクライブ装置によるスクライブライン形成作業中のガラス基板の状態を模式的に示す斜視図である。
図７は、そのガラス基板の状態を模式的に示す平面図である。
図８（ａ）は、図３（ａ）及び図４（ｂ）で示される本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置および光学系でガラス基板に形成される複数のレーザースポットを示す模式図、図８（ｂ）は、レーザスポットの拡大図および強度分布図である。
Claims (7)
- 脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続的に照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却することにより、スクライブ予定ラインに沿って垂直クラックが形成される脆性材料基板のスクライブ装置であって、
同一波長あるいは波長の異なるレーザビームを発生する複数のレーザ発振器から発振されるレーザビームが、脆性材料基板に複数の照射スポットが形成されるように、レーザビームの走査速度や走査経路を高速にて調整された状態で脆性材料基板に照射されることを特徴とする脆性材料基板のスクライブ装置。 - 前記複数のレーザスポットが複数の強度分布のピークを持つことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の脆性材料基板のスクライブ装置。
- 前記複数のレーザスポットの強度分布が非ガウスモードであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の脆性材料基板のスクライブ装置。
- 脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続的に照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却することにより、スクライブラインに沿って垂直クラックが形成される脆性材料基板のスクライブ装置であって、
複数のレーザ発振器からそれぞれ発振されるレーザビームが、複数の強度分布のピークが得られるように合成されて、脆性材料基板に照射されることを特徴とする脆性材料基板のスクライブ装置。 - 脆性材料基板の表面におけるスクライブラインの形成が予定される領域に沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の照射スポットが形成されるようにレーザビームを連続または高速で断続的に照射しつつ、そのレーザスポットの近傍の領域を連続して冷却することにより、スクライブ予定ラインに沿って垂直クラックが形成される脆性材料基板のスクライブ装置であって、
１つのレーザ発振器から発振されるレーザビームから、複数の強度分布のピークが得られるように、一旦分割された後に合成されて、脆性材料基板に照射されることを特徴とする脆性材料基板のスクライブ装置。 - 前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が、ガウスモードであることを特徴とする請求の範囲第１項、第４項、第５項のいずれかに記載の脆性材料基板のスクライブ装置。
- 前記レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布が、非ガウスモードであることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の脆性材料基板のスクライブ装置。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051031 |
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| A521 | Written amendment |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060228 |