JPWO2003026861A1 - 脆性材料基板のスクライブ方法およびスクライブ装置 - Google Patents
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Abstract
マザーガラス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スクライブ予定ラインＳＬに沿って、マザーガラス基板の軟化点よりも低い温度に第１レーザスポットＬＳ１によって連続的に加熱しつつ、その第１レーザスポットＬＳ１に近接した領域をスクライブ予定ラインＳＬに沿って連続して冷却し、さらに、第１レーザスポットＬＳ１とは反対側において前記冷却される領域に近接した領域を、スクライブ予定ラインＳＬに沿って、マザーガラス基板の軟化点よりも低い温度に第２レーザスポットＬＳ２によって連続的に加熱する。
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ために、脆性材料基板の表面にスクライブラインを形成するためのスクライブ方法およびスクライブ装置に関する。
背景技術
本願の明細書においては、脆性材料基板の一種であるガラス基板に属する液晶表示パネルのマザーガラス基板に、スクライブラインを形成することを一例として説明する。
一対のガラス基板を貼り合わせて構成される液晶表示パネル等のＦＰＤを製造する場合には、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せた後に、各マザーガラス基板を、ＦＰＤを構成するガラス基板の大きさになるように分断するようになっている。各マザーガラス基板を分断する場合には、各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。
近年、マザーガラス基板の表面に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マザーガラス基板にスクライブラインを形成する方法では、図６に示すように、マザーガラス基板５０に対して、レーザ発振装置６１からレーザビームＬＢ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ＬＢは、マザーガラス基板５０上に形成されるスクライブ予定ラインＳＬに沿った楕円形状のレーザスポットＬＳをマザーガラス基板５０の表面に形成する。マザーガラス基板５０と、レーザ発振装置６１から照射されるレーザビームＬＢとは、レーザスポットＬＳの長手方向に沿って相対的に移動させられる。
マザーガラス基板５０は、レーザビームＬＢによって、マザーガラス基板５０が溶融される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が形成されたマザーガラス基板５０の表面は、溶融されることなく加熱される。
また、マザーガラス基板５０の表面におけるレーザビームＬＢの照射領域の近傍には、スクライブラインが形成されるように、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ＬＢが照射されるマザーガラス基板５０の表面には、レーザビームＬＢによる加熱によって圧縮応力が生じるとともに、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、マザーガラス基板５０には、マザーガラス基板５０の端部に予め形成された切り込みＴＲからスクライブ予定ラインＳＬに沿った垂直クラックが形成されていく。
図７は、スクライブ装置によってスクライブされるマザーガラス基板５０上のレーザビームＬＢの照射状態を示す模式的斜視図、図８は、そのマザーガラス基板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、マザーガラス基板５０の表面に、楕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の楕円形状になっており、長軸が、スクライブ予定ラインＳＬに一致するように照射される。
この場合、マザーガラス基板５０に形成されるレーザスポットＬＳは、外周縁部の熱エネルギー強度が、中央部の熱エネルギー強度よりも大きくなっている。このようなレーザスポットＬＳは、熱エネルギー強度が正規分布であるレーザビームを、長軸方向の各端部が最大の熱エネルギー強度となるような熱エネルギー分布とされてマザーガラス基板５０に照射される。従って、スクライブ予定ラインＳＬ上に位置する長軸方向の各端部において、熱エネルギー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の中央部分の熱エネルギー強度は、各端部における熱エネルギー強度よりも小さくなっている。
マザーガラス基板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、マザーガラス基板５０は、スクライブ予定ラインＳＬ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熱エネルギー強度にて加熱された後に、レーザスポットＬＳの中央部の小さな熱エネルギー強度にて加熱され、さらにその後に大きな熱エネルギー強度にて加熱される。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０〜数ｍｍの間隔Ｌをあけたスクライブ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、マザーガラス基板５０の端部に形成された切り込みＴＲからスクライブ予定ラインに沿って、マザーガラス基板５０の厚さｔ方向に垂直クラックが形成されていく。
マザーガラス基板５０は、楕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、マザーガラス基板５０は、レーザスポットＬＳの一方の端部における大きな熱エネルギー強度により、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、レーザスポットＬＳがマザーガラス基板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の前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熱エネルギー強度によって加熱された後に、再度、レーザスポットＬＳの後端部における大きな熱エネルギー強度によって加熱される。
このように、マザーガラス基板５０の表面は、大きな熱エネルギー強度によって加熱された後に、小さな熱エネルギー強度によって加熱されている間に、その熱が内部にまで確実に伝導される。また、このとき、マザーガラス基板５０の表面が大きな熱エネルギー強度によって加熱され続けることが防止され、マザーガラス基板５０の表面の溶融が防止されることになる。その後、再度、大きな熱エネルギー強度によってマザーガラス基板５０が加熱されると、マザーガラス基板５０の内部にまで確実に熱が行き渡ることになり、マザーガラス基板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ＬＳ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、マザーガラス基板５０の端部に形成された切り込みＴＲからブラインドクラックがスクライブ予定ラインに沿って発生する。
スクライブラインとしてのブラインドクラックがマザーガラス基板５０に形成されると、マザーガラス基板５０は、次の分断工程に供給されて、ブラインドクラックの両側に、ブラインドクラックがマザーガラス基板５０の厚さ方向に伸展するような曲げモーメントが発生するようにマザーガラス基板５０に力が加えられる。これにより、マザーガラス基板５０は、スクライブ予定ラインＳＬに沿って形成されたブラインドクラックに沿って分断される。
このようなスクライブ装置では、マザーガラス基板５０の表面に形成されるレーザスポットＬＳによる加熱と、冷却ポイントＣＰにおける冷却との間の応力勾配によって垂直クラックを形成するために、レーザスポットＬＳによって形成される圧縮応力と、冷却ポイントＣＰにおける引張り応力との応力差を大きくする必要がある。このために、レーザスポットＬＳによる加熱と冷却ポイントＣＰによる冷却とを、それぞれ十分に行うために、マザーガラス基板とレーザスポットＬＳおよび冷却ポイントＣＰとの相対的な移動速度を小さくしなければならず、その結果、垂直クラックの形成効率が悪くなるという問題がある。
また、図９（ａ）に示すように、スクライブ予定ラインに沿って、レーザスポットＬＳによって加熱が開始されるマザーガラス基板５０の側縁部において、レーザスポットＬＳの端部によって急激に加熱されると、マザーガラス基板５０には、レーザスポットＬＳの前方に、制御不能なクラックＣＲが形成されるおそれがある。
マザーガラス基板５０の側縁部は、マザーガラス基板５０を所定形状に分断した際に、応力が残留した状態になっており、その残留応力が、レーザスポットＬＳによって急激に加熱することにより解放されて、クラックが発生する。このように、レーザスポットＬＳの前方に形成されるクラックＣＲは、制御不能であり、スクライブ予定ラインに沿って形成することができない。
さらに、図９（ｂ）に示すように、スクライブ予定ラインに沿ってブラインドクラックＢＣを形成して、レーザスポットＬＳによって加熱が終了するマザーガラス基板５０の側縁部においても、レーザスポットＬＳの端部によって急激に加熱されると、マザーガラス基板５０には、マザーガラス基板５０の側面から、レーザスポットＬＳの移動方向とは反対方向に向かって制御不能なクラックＣＲが形成されるおそれがある。このクラックＣＲも、制御不能であり、スクライブ予定ラインに沿って形成することができない。
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、マザーガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを、効率よく、しかも確実に形成することができる脆性材料基板のスクライブ方法およびスクライブ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、脆性材料基板の側縁部において、制御不能なクラックが形成されることを確実に予防することができる脆性材料基板のスクライブ方法および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方法は、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スクライブ予定ラインに沿って、第１レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に加熱しつつ、その第１レーザスポットに近接した領域をスクライブ予定ラインに沿って連続して冷却し、さらに、前記第１レーザスポットとは反対側において前記冷却される領域に近接した領域を、前記スクライブ予定ラインに沿って、第２レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に加熱することを特徴とする。
前記冷却領域が、前記スクライブ予定ラインに沿って長くなっている。
前記脆性材料基板の側縁部における前記スクライブ予定ラインの両側が、第１レーザスポットによって加熱される直前に、予備加熱される。
前記脆性材料基板における前記スクライブ予定ラインの両側が、第１レーザスポットによる加熱と同時に、予備加熱される。
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スクライブ予定ラインに沿って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、第１レーザスポットが形成されるようにレーザビームを連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に照射する手段と、その第１レーザスポットによって加熱される領域の近傍の領域をスクライブ予定ラインに沿って連続して冷却する手段と、前記第１レーザスポットとは反対側の前記冷却される領域に近接した領域を、前記スクライブ予定ラインに沿って、第２レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に照射する手段と、を具備す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。
本発明の脆性材料基板のスクライブ方法は、例えば、マザーガラス基板を分断して、液晶表示パネル等のＦＰＤを構成する複数のガラス基板とするために、マザーガラス基板を分断する前に、マザーガラス基板にスクライブラインとなるブラインドクラックを形成するために実施される。図１は、そのスクライブ方法を実施する際におけるマザーガラス基板表面の状態の模式図である。
図１に示すように、マザーガラス基板の表面には、スクライブ予定ラインＳＬに沿って、レーザビームの照射によって第１レーザスポットＬＳ１が形成される。なお、マザーガラス表面におけるスクライブ予定ラインＳＬの端部には、そのスクライブ予定ラインに沿う方向に切り込みが形成されている。
第１レーザスポットＬＳ１は、例えば、長径が３０．０ｍｍ、短径が１．０ｍｍの楕円形状になっており、長径がスクライブ予定ラインＳＬに沿った状態で、マザーガラス基板の表面に対して矢印Ａで示す方向に相対的に移動される。
マザーガラスの表面に形成される第１レーザスポットＬＳ１の長軸方向に沿った熱エネルギー強度の分布は、長軸方向の各端部においてそれぞれ最大の熱エネルギー強度になり、両者の中間部においては、熱エネルギー強度が低くなっている。楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１は、マザーガラス基板の表面におけるスクライブ予定ラインＳＬに沿って移動し、スクライブ予定ラインＳＬを、順次、加熱する。
第１レーザスポットＬＳ１は、マザーガラス基板が溶融される軟化点よりも低い温度で、マザーガラス基板を加熱する。これにより、レーザスポットＬＳ１が形成されたマザーガラス基板の表面は、溶融されることなく加熱される。
マザーガラス基板の表面には、第１レーザスポットＬＳ１の進行方向の後方に、第１レーザスポットＬＳ１に近接したスクライブ予定ラインＳＬ上に、小さな円形状の冷却ポイントＣＰが形成される。冷却ポイントＣＰは、冷却ノズルからマザーガラス基板の表面に吹き付けられる冷却水、圧縮空気、水と圧縮空気の混合流体、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等の冷却媒体によって形成され、マザーガラス基板に対する第１レーザスポットＬＳ１と同方向に同様の速度で、マザーガラス基板の表面のスクライブ予定ラインＳＬに沿って移動される。
マザーガラス基板の表面には、冷却ポイントＣＰの進行方向の後方であって、冷却ポイントＣＰに近接して、スクライブ予定ラインに沿って延びる円形または楕円形状の第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
本実施の形態では第２レーザスポットが楕円形状場合を一例として説明する。
第２レーザスポットＬＳ２は、例えば、第１レーザスポットＬＳ２と同様に、長径が３０．０ｍｍ、短径が１．０ｍｍの楕円形状になっており、長径がスクライブ予定ラインＳＬに沿った状態で、マザーガラス基板の表面に対して、第１レーザスポットＬＳ１および冷却ポイントＣＰと同方向に同様の速度で移動される。
第２レーザスポットＬＳ２の長軸方向に沿った熱エネルギー強度の分布も、第１レーザスポットＬＳ１の強度分布と同様に、長軸方向の各端部においてそれぞれ最大の熱エネルギー強度になり、両者の中間部においては、熱エネルギー強度が低くなっている。
第２レーザスポットＬＳ２も、マザーガラス基板が溶融される温度よりも低い温度、すなわち、マザーガラス基板の軟化点よりも低い温度で、しかも、マザーガラス基板に対して高速で移動しつつ、マザーガラス基板を加熱する。
マザーガラス基板の表面は、スクライブ予定ラインＳＬに沿って、第１レーザスポットＬＳ１によって順次加熱された後に、その加熱部分が、冷却ポイントＣＰによって順次冷却され、さらにその後に、その冷却部分が、第２レーザスポットＬＳ２によって順次加熱される。
このように、第１レーザビームＬＳ１の後端部における最大の熱エネルギー強度による加熱によって圧縮応力が生じ、冷却ポイントＣＰによって冷却されると、引張り応力が生じ、両者の応力勾配が発生する。
第１レーザビームＬＳ１と冷却ポイントＣＰとの間に応力勾配が発生することにより、マザーガラス基板には、スクライブ予定ラインＳＬに沿って垂直方向のブラインドクラックが形成される。
スクライブ予定ラインＳＬに沿って垂直方向にブラインドクラックが形成されると、ブラインドクラックが形成された領域が、第２レーザスポットＬＳ２によって、再度加熱される。これにより、マザーガラス基板に形成された垂直クラックがさらに垂直方向に沿って伸展し、脆性材料基板の板底まで達する（脆性材料基板がフルボディカットされる）。
なお、第１レーザスポットＬＳ１と第２レーザスポットＬＳ２の間に設けられる冷却ポイントＣＰは、円形状に限らず、図２に示すように、スクライブ予定ラインＳＬに沿って長くなった長方形状であってもよい。このように、冷却ポイントＣＰが、スクライブ予定ラインＳＬに沿って長く形成されていることにより、第１レーザスポットＬＳ１によって加熱された領域が、確実に冷却されることになる。
スクライブ予定ラインＳＬに沿って長く延びる冷却ポイントＣＰは、冷却ノズルの冷却媒体の噴射孔を長方形状とすることにより、あるいは、冷却ノズルにおける小さな円形状の噴射孔を、スクライブ予定ラインＳＬに沿って列状して線的に設けることにより、形成される。
図３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。本発明のスクライブ装置は、例えば、大寸法のマザーガラス基板からＦＰＤに使用されるガラス基板を分断するためのスクライブラインを形成する。このスクライブ装置は、図３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。
ホールネジ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、切断対象であるマザーガラス基板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に回転させるようになっており、基準位置に対して任意の回転角度θになるように、回転テーブル２６を回転させることができる。回転テーブル２６上には、マザーガラス基板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第１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。第１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、第１レーザビームを発振する第１レーザ発振器３４が設けられており、第１レーザ発振器３４から発振されるレーザビームが、第１光学ホルダー３３内に保持された光学系に照射される。
第１レーザ発振器３４から発振されるレーザビームは、熱エネルギー強度分布が正規分布になっており、第１光学ホルダー３３内に設けられた光学系によって、所定の熱エネルギー強度分布を有する楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１をガラス基板５０の表面に形成するように、しかも、その長軸方向が、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス基板５０のＸ方向に平行になるように、照射される。
また、取付台３２には、第１レーザ発振器３４に隣接して、第２レーザビームを発振する第２レーザ発振器４１が設けられており、この第２レーザ発振器４１から発振されたレーザビームが、支持台３１に第１光学ホルダー３３に隣接して設けられた第２光学ホルダー４２内の光学系に照射される。第２レーザ発振器４１から発振されるレーザビームは、熱エネルギー強度分布が正規分布となっており、第２光学ホルダー４２内に設けられた光学系によって、所定の熱エネルギー強度分布を有する楕円形状の第２レーザビームＬＳ２をガラス基板５０の表面に形成するように、その長軸方向が、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス基板５０のＸ方向に沿った状態で、第１レーザスポットＬＳ１に適当な間隔をあけた状態で照射される。
支持台３１における第１光学ホルダー３３と第２光学ホルダー４２との間には、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス５０に対向して、冷却ノズル３７が配置されている。この冷却ノズル３７は、第１光学ホルダー３３から照射される第１レーザスポットＬＳ１および第２光学ホルダー４２から照射される第２レーザスポットＬＳ２のそれぞれの間に、長軸方向に沿った長方形状に冷却水などの冷媒を吹き付けるようになっている。
なお、冷却ノズル３７としては、このように長方形状に冷却水を吹き付ける構成にかえて、小さな円形領域に冷却水をそれぞれ吹き付ける多数の冷却ノズルを、Ｘ方向に並べるように配置してもよい。
また、支持台３１には、第１光学ホルダーから照射される第１レーザスポットＬＳ１に対して、冷却ノズル３７とは反対側に、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス５０に対向して、カッターホイールチップ３５が設けられている。カッターホイールチップ３５は、第１光学ホルダー３３から照射される第１レーザスポットＬＳ１の長軸方向に沿って配置されており、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス５０の側縁部に、スクライブ予定ラインに沿って切り込みを形成する。
なお、スライドテーブル１２および台座１９の位置決め、回転機構２５の制御、第１レーザ発振器３４、第２レーザ発振器４１等は、制御部によって制御される。
このようなスクライブ装置によってマザーガラス基板５０の表面にブラインドクラックを形成する場合には、まず、マザーガラス基板５０のサイズ、スクライブ予定ラインの位置等の情報が、制御部に入力される。
そして、マザーガラス基板５０が、回転テーブル２６上に載置されて吸引手段によって固定される。このような状態になると、ＣＣＤカメラ３８および３９によって、マザーガラス基板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、画像処理装置でアライメントマークの位置情報が処理される。
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、マザーガラス基板５０の側縁部におけるスクライブ予定ラインが、カッターホイールチップ３５に対向される。そして、カッターホイールチップ３５が下降されて、マザーガラス基板５０のスクライブ予定ラインの端部に切り込みが形成される。
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、第１レーザ発振装置３４および第２レーザ発振装置４１から、それぞれ、第１レーザビームおよび第２レーザビームが発振されるとともに、冷却ノズル３７から冷却水が圧縮エアーとともに噴射され、スクライブ予定ラインに沿って長くなった長方形状の冷却ポイントが形成される。
第１レーザ発振装置３４から発振されるレーザビームにより、マザーガラス基板５０上には、マザーガラス基板５０の走査方向に沿って、Ｘ軸方向に沿って長くなった楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１が形成される。そして、そのレーザスポットＬＳ１の後方に、冷却水がスクライブ予定ラインに沿って吹き付けられて冷却ポイントＣＰが形成される。さらに、第２レーザ発振装置４１から発振されるレーザビームにより、マザーガラス基板５０上には、冷却ポイントＣＰの後方に、Ｘ軸方向に沿って長くなった楕円形状の第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
このように、第１レーザスポットＬＳ１による加熱と、冷却ポイントＣＰによる冷却との応力勾配により、マザーガラス基板５０に、ブラインドクラックが形成される。そして、冷却水が吹き付けられた冷却ポイントＣＰに近接した領域が、第２レーザスポットＬＳ２によって加熱されることにより、すでに形成されたブラインドクラックは、マザーガラス基板５０の裏面に向かってさらに深く伸展していく。
ブラインドクラックがマザーガラス基板５０に形成されると、マザーガラス基板５０は、次の分断工程に供給されて、ブラインドクラックの幅方向に曲げモーメントが作用するようにマザーガラス基板に力が加えられる。これにより、マザーガラス基板５０は、ブラインドクラックに沿って分断される。
なお、マザーガラス基板５０の側縁部に、第１レーザスポットＬＳ１が照射される直前に、図４に示すように、スクライブ予定ラインの両側に、予備加熱用レーザスポットＬＳ３をそれぞれ照射して加熱するようにしてもよい。このように、スクライブ予定ラインに第１レーザスポットＬＳ１が照射される直前に、応力が残留しているマザーガラス基板の側縁部におけるスクライブ予定ラインの両側が、予備加熱用レーザスポットＬＳ３によってそれぞれ加熱されると、マザーガラス基板５０の側縁部に残留する応力がスクライブ予定ラインの両側で同程度に近い状態に緩和される。これにより、その後に、マザーガラス基板５０の側縁部に第１レーザスポットＬＳ１が照射されても、マザーガラス基板５０の側面から第１レーザスポットＬＳ１の移動方向の前方にクラックが形成されることが防止される。
同様に、マザーガラス基板５０に照射される第１レーザスポットＬＳ１が、マザーガラス基板５０の反対側の側縁部に達する直前にも、スクライブ予定ラインの両側に、予備加熱用レーザスポットＬＳ３をそれぞれ照射して加熱するようにしてもよい。このように、第１レーザスポットＬＳ１がマザーガラス基板５０の側縁部に達する直前に、応力が残留するマザーガラス基板５０の側縁部におけるスクライブ予定ラインの両側が予備加熱用レーザスポットＬＳ３によって、それぞれ加熱されると、マザーガラス基板５０の側縁部に残留する応力が、スクライブ予定ラインの両側において同程度に近い状態で緩和される。これにより、その後に、マザーガラス基板５０の側縁部に第１レーザスポットＬＳ１が照射されても、マザーガラス基板５０の側面から、第１レーザスポットＬＳ１の移動方向の先の箇所でクラックが形成されることが防止される。
なお、一対の予備加熱用レーザスポットＬＳ３は、第１レーザスポットＬＳ１がマザーガラス基板５０に照射される直前、または、マザーガラス基板５０の反対側の側縁部に達する直前に、それぞれ照射される構成に限らず、第１レーザスポットＬＳ１の前方において、マザーガラス基板５０に対して連続的に照射するようにしてもよい。
さらに、一対の予備加熱用レーザスポットＬＳ３は、図１０に示すように第１レーザスポットＬＳ１の両側に第１レーザスポットと平行となるように照射してもよい。
図５は、一対の予備加熱用レーザスポットＬＳ３を形成するレーザ照射機構の概略構成図である。このレーザ照射機構には、一対の予備加熱用レーザ発振器７１および７２から、それぞれ発振されるレーザビームが照射される。第１の予備加熱用レーザ発振器７１は、水平方向にレーザビームを照射し、第２の予備加熱用レーザ発振器７２は、下方に向かって垂直にレーザビームを照射する。
各予備加熱用レーザ発振器７１および７２から照射されるレーザビームは、水平方向に対して４５°傾斜したシャッター７３に与えられている。シャッター７３は、光を透過させる状態では、第１の予備加熱用レーザ発振器７１から水平方向に照射されるレーザビームを、水平に透過させ、光を遮断する状態では、第１の予備加熱用レーザ発振器７１から水平方向に照射されるレーザビームを、下方に向かって垂直に反射する。
また、シャッター７３は、光を透過させる状態では、第２の予備加熱用レーザ発振器７２から下方に向かって照射されるレーザビームを、垂直に透過させ、光を遮断する状態では、第２の予備加熱用レーザ発振器７２から下方に照射されるレーザビームを、水平方向に反射させる。
シャッター７３の下方には、第１の予備加熱用レーザ発振器７１から照射されてシャッター７３によって下方に向かって反射されるレーザビーム、第２の予備加熱用レーザ発振器７２から照射されてシャッター７３を透過したレーザビームがそれぞれ照射される冷却板７４が設けられている。
第１の予備加熱用レーザ発振器７１から照射されてシャッター７３を水平に透過したレーザビーム、および、第２の予備加熱用レーザ発振器７２から照射されてシャッター７３にて水平方向に反射されたレーザビームは、ツインスポット形式のレンズ７５に照射される。このレンズ７５は、照射される一対のレーザビームを、それぞれ平行な光束として、反射ミラー７６に与えており、反射ミラー７６に与えられた各光束が、反射ミラー７６にてそれぞれ反射されて、集光レンズ７７に照射されており、集光レンズ７７は、マザーガラス基板５０の表面におけるスクライブ予定ラインの両側に、所定形状のレーザスポットをそれぞれ形成する。
シャッター７３は、光を透過させる状態を「ＯＮ」とし、光を遮断する状態を「ＯＦＦ」とすると、高速で「ＯＮ」と「ＯＦＦ」が切り替えられる。
このようなレーザ照射機構は、図３に示すスクライブ装置に、第１光学ホルダー３３に対して第２光学ホルダー４２とは反対側に配置される。そして、マザーガラス基板５０の側縁部におけるスクライブ予定ラインの両側に、レーザ照射機構から照射される一対のレーザビームによって、予備加熱用レーザスポットＬＳ３がそれぞれ形成される。
本願では、脆性材料基板の一例として液晶表示パネルのマザーガラス基板を用いて説明したが、貼り合わせガラス基板、単板ガラス、半導体ウエハ、セラミックス等のスクライブ加工においても同様の効果が得られる。
また、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置は、ガラス基板同士を貼り合わせた液晶表示基板、透過型プロジェクター基板、有機ＥＬ素子、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、ＦＥＤ（フィールドエミッションデイスプレイ）やガラス基板とシリコン基板とを貼り合わせた反射型プロジェクター基板等のマザー基板のスクライブに対しても適用可能である。
産業上の利用可能性
本発明の脆性材料基板のスクライブ方法および装置は、このように、マザーガラス基板等の脆性材料基板の表面が、第１レーザスポットによる加熱された後に冷却され、さらにその後に、第２レーザスポットによって加熱されるために、垂直方向に深くなったブラインドクラックを確実に形成することができる。
また、脆性材料基板の側縁部が、第１レーザスポットによる加熱される直前に予備加熱されることにより、制御不能なクラックが形成されるおそれがない。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のスクライブ方法の実施状態の一例を示す模式的平面図である。
図２は、本発明のスクライブ方法の実施状態の他の例を示す模式的平面図である。
図３は、本発明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４は、本発明のスクライブ方法の実施状態のさらに他の例を示す模式的平面図である。
図５は、本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振機構の一例を示す概略構成図である。
図６は、レーザビームを使用したスクライブ方法を説明する概略図である。
図７は、スクライブ装置によるスクライブライン形成中のマザーガラス基板の状態を模式的に示す斜視図である。
図８は、そのマザーガラス基板の状態を模式的に示す平面図である。
図９は、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、そのマザーガラス基板の側縁部に形成される制御不能なクラックの発生状態を模式的に示す平面図である。
図１０は、本発明のスクライブ方法の実施状態の他の例を示す模式的平面図である。
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ために、脆性材料基板の表面にスクライブラインを形成するためのスクライブ方法およびスクライブ装置に関する。
背景技術
本願の明細書においては、脆性材料基板の一種であるガラス基板に属する液晶表示パネルのマザーガラス基板に、スクライブラインを形成することを一例として説明する。
一対のガラス基板を貼り合わせて構成される液晶表示パネル等のＦＰＤを製造する場合には、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せた後に、各マザーガラス基板を、ＦＰＤを構成するガラス基板の大きさになるように分断するようになっている。各マザーガラス基板を分断する場合には、各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。
近年、マザーガラス基板の表面に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マザーガラス基板にスクライブラインを形成する方法では、図６に示すように、マザーガラス基板５０に対して、レーザ発振装置６１からレーザビームＬＢ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ＬＢは、マザーガラス基板５０上に形成されるスクライブ予定ラインＳＬに沿った楕円形状のレーザスポットＬＳをマザーガラス基板５０の表面に形成する。マザーガラス基板５０と、レーザ発振装置６１から照射されるレーザビームＬＢとは、レーザスポットＬＳの長手方向に沿って相対的に移動させられる。
マザーガラス基板５０は、レーザビームＬＢによって、マザーガラス基板５０が溶融される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が形成されたマザーガラス基板５０の表面は、溶融されることなく加熱される。
また、マザーガラス基板５０の表面におけるレーザビームＬＢの照射領域の近傍には、スクライブラインが形成されるように、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ＬＢが照射されるマザーガラス基板５０の表面には、レーザビームＬＢによる加熱によって圧縮応力が生じるとともに、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、マザーガラス基板５０には、マザーガラス基板５０の端部に予め形成された切り込みＴＲからスクライブ予定ラインＳＬに沿った垂直クラックが形成されていく。
図７は、スクライブ装置によってスクライブされるマザーガラス基板５０上のレーザビームＬＢの照射状態を示す模式的斜視図、図８は、そのマザーガラス基板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、マザーガラス基板５０の表面に、楕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の楕円形状になっており、長軸が、スクライブ予定ラインＳＬに一致するように照射される。
この場合、マザーガラス基板５０に形成されるレーザスポットＬＳは、外周縁部の熱エネルギー強度が、中央部の熱エネルギー強度よりも大きくなっている。このようなレーザスポットＬＳは、熱エネルギー強度が正規分布であるレーザビームを、長軸方向の各端部が最大の熱エネルギー強度となるような熱エネルギー分布とされてマザーガラス基板５０に照射される。従って、スクライブ予定ラインＳＬ上に位置する長軸方向の各端部において、熱エネルギー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の中央部分の熱エネルギー強度は、各端部における熱エネルギー強度よりも小さくなっている。
マザーガラス基板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、マザーガラス基板５０は、スクライブ予定ラインＳＬ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熱エネルギー強度にて加熱された後に、レーザスポットＬＳの中央部の小さな熱エネルギー強度にて加熱され、さらにその後に大きな熱エネルギー強度にて加熱される。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０〜数ｍｍの間隔Ｌをあけたスクライブ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、マザーガラス基板５０の端部に形成された切り込みＴＲからスクライブ予定ラインに沿って、マザーガラス基板５０の厚さｔ方向に垂直クラックが形成されていく。
マザーガラス基板５０は、楕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、マザーガラス基板５０は、レーザスポットＬＳの一方の端部における大きな熱エネルギー強度により、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、レーザスポットＬＳがマザーガラス基板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の前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熱エネルギー強度によって加熱された後に、再度、レーザスポットＬＳの後端部における大きな熱エネルギー強度によって加熱される。
このように、マザーガラス基板５０の表面は、大きな熱エネルギー強度によって加熱された後に、小さな熱エネルギー強度によって加熱されている間に、その熱が内部にまで確実に伝導される。また、このとき、マザーガラス基板５０の表面が大きな熱エネルギー強度によって加熱され続けることが防止され、マザーガラス基板５０の表面の溶融が防止されることになる。その後、再度、大きな熱エネルギー強度によってマザーガラス基板５０が加熱されると、マザーガラス基板５０の内部にまで確実に熱が行き渡ることになり、マザーガラス基板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ＬＳ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、マザーガラス基板５０の端部に形成された切り込みＴＲからブラインドクラックがスクライブ予定ラインに沿って発生する。
スクライブラインとしてのブラインドクラックがマザーガラス基板５０に形成されると、マザーガラス基板５０は、次の分断工程に供給されて、ブラインドクラックの両側に、ブラインドクラックがマザーガラス基板５０の厚さ方向に伸展するような曲げモーメントが発生するようにマザーガラス基板５０に力が加えられる。これにより、マザーガラス基板５０は、スクライブ予定ラインＳＬに沿って形成されたブラインドクラックに沿って分断される。
このようなスクライブ装置では、マザーガラス基板５０の表面に形成されるレーザスポットＬＳによる加熱と、冷却ポイントＣＰにおける冷却との間の応力勾配によって垂直クラックを形成するために、レーザスポットＬＳによって形成される圧縮応力と、冷却ポイントＣＰにおける引張り応力との応力差を大きくする必要がある。このために、レーザスポットＬＳによる加熱と冷却ポイントＣＰによる冷却とを、それぞれ十分に行うために、マザーガラス基板とレーザスポットＬＳおよび冷却ポイントＣＰとの相対的な移動速度を小さくしなければならず、その結果、垂直クラックの形成効率が悪くなるという問題がある。
また、図９（ａ）に示すように、スクライブ予定ラインに沿って、レーザスポットＬＳによって加熱が開始されるマザーガラス基板５０の側縁部において、レーザスポットＬＳの端部によって急激に加熱されると、マザーガラス基板５０には、レーザスポットＬＳの前方に、制御不能なクラックＣＲが形成されるおそれがある。
マザーガラス基板５０の側縁部は、マザーガラス基板５０を所定形状に分断した際に、応力が残留した状態になっており、その残留応力が、レーザスポットＬＳによって急激に加熱することにより解放されて、クラックが発生する。このように、レーザスポットＬＳの前方に形成されるクラックＣＲは、制御不能であり、スクライブ予定ラインに沿って形成することができない。
さらに、図９（ｂ）に示すように、スクライブ予定ラインに沿ってブラインドクラックＢＣを形成して、レーザスポットＬＳによって加熱が終了するマザーガラス基板５０の側縁部においても、レーザスポットＬＳの端部によって急激に加熱されると、マザーガラス基板５０には、マザーガラス基板５０の側面から、レーザスポットＬＳの移動方向とは反対方向に向かって制御不能なクラックＣＲが形成されるおそれがある。このクラックＣＲも、制御不能であり、スクライブ予定ラインに沿って形成することができない。
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、マザーガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを、効率よく、しかも確実に形成することができる脆性材料基板のスクライブ方法およびスクライブ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、脆性材料基板の側縁部において、制御不能なクラックが形成されることを確実に予防することができる脆性材料基板のスクライブ方法および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方法は、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スクライブ予定ラインに沿って、第１レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に加熱しつつ、その第１レーザスポットに近接した領域をスクライブ予定ラインに沿って連続して冷却し、さらに、前記第１レーザスポットとは反対側において前記冷却される領域に近接した領域を、前記スクライブ予定ラインに沿って、第２レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に加熱することを特徴とする。
前記冷却領域が、前記スクライブ予定ラインに沿って長くなっている。
前記脆性材料基板の側縁部における前記スクライブ予定ラインの両側が、第１レーザスポットによって加熱される直前に、予備加熱される。
前記脆性材料基板における前記スクライブ予定ラインの両側が、第１レーザスポットによる加熱と同時に、予備加熱される。
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スクライブ予定ラインに沿って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、第１レーザスポットが形成されるようにレーザビームを連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に照射する手段と、その第１レーザスポットによって加熱される領域の近傍の領域をスクライブ予定ラインに沿って連続して冷却する手段と、前記第１レーザスポットとは反対側の前記冷却される領域に近接した領域を、前記スクライブ予定ラインに沿って、第２レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に照射する手段と、を具備す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。
本発明の脆性材料基板のスクライブ方法は、例えば、マザーガラス基板を分断して、液晶表示パネル等のＦＰＤを構成する複数のガラス基板とするために、マザーガラス基板を分断する前に、マザーガラス基板にスクライブラインとなるブラインドクラックを形成するために実施される。図１は、そのスクライブ方法を実施する際におけるマザーガラス基板表面の状態の模式図である。
図１に示すように、マザーガラス基板の表面には、スクライブ予定ラインＳＬに沿って、レーザビームの照射によって第１レーザスポットＬＳ１が形成される。なお、マザーガラス表面におけるスクライブ予定ラインＳＬの端部には、そのスクライブ予定ラインに沿う方向に切り込みが形成されている。
第１レーザスポットＬＳ１は、例えば、長径が３０．０ｍｍ、短径が１．０ｍｍの楕円形状になっており、長径がスクライブ予定ラインＳＬに沿った状態で、マザーガラス基板の表面に対して矢印Ａで示す方向に相対的に移動される。
マザーガラスの表面に形成される第１レーザスポットＬＳ１の長軸方向に沿った熱エネルギー強度の分布は、長軸方向の各端部においてそれぞれ最大の熱エネルギー強度になり、両者の中間部においては、熱エネルギー強度が低くなっている。楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１は、マザーガラス基板の表面におけるスクライブ予定ラインＳＬに沿って移動し、スクライブ予定ラインＳＬを、順次、加熱する。
第１レーザスポットＬＳ１は、マザーガラス基板が溶融される軟化点よりも低い温度で、マザーガラス基板を加熱する。これにより、レーザスポットＬＳ１が形成されたマザーガラス基板の表面は、溶融されることなく加熱される。
マザーガラス基板の表面には、第１レーザスポットＬＳ１の進行方向の後方に、第１レーザスポットＬＳ１に近接したスクライブ予定ラインＳＬ上に、小さな円形状の冷却ポイントＣＰが形成される。冷却ポイントＣＰは、冷却ノズルからマザーガラス基板の表面に吹き付けられる冷却水、圧縮空気、水と圧縮空気の混合流体、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等の冷却媒体によって形成され、マザーガラス基板に対する第１レーザスポットＬＳ１と同方向に同様の速度で、マザーガラス基板の表面のスクライブ予定ラインＳＬに沿って移動される。
マザーガラス基板の表面には、冷却ポイントＣＰの進行方向の後方であって、冷却ポイントＣＰに近接して、スクライブ予定ラインに沿って延びる円形または楕円形状の第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
本実施の形態では第２レーザスポットが楕円形状場合を一例として説明する。
第２レーザスポットＬＳ２は、例えば、第１レーザスポットＬＳ２と同様に、長径が３０．０ｍｍ、短径が１．０ｍｍの楕円形状になっており、長径がスクライブ予定ラインＳＬに沿った状態で、マザーガラス基板の表面に対して、第１レーザスポットＬＳ１および冷却ポイントＣＰと同方向に同様の速度で移動される。
第２レーザスポットＬＳ２の長軸方向に沿った熱エネルギー強度の分布も、第１レーザスポットＬＳ１の強度分布と同様に、長軸方向の各端部においてそれぞれ最大の熱エネルギー強度になり、両者の中間部においては、熱エネルギー強度が低くなっている。
第２レーザスポットＬＳ２も、マザーガラス基板が溶融される温度よりも低い温度、すなわち、マザーガラス基板の軟化点よりも低い温度で、しかも、マザーガラス基板に対して高速で移動しつつ、マザーガラス基板を加熱する。
マザーガラス基板の表面は、スクライブ予定ラインＳＬに沿って、第１レーザスポットＬＳ１によって順次加熱された後に、その加熱部分が、冷却ポイントＣＰによって順次冷却され、さらにその後に、その冷却部分が、第２レーザスポットＬＳ２によって順次加熱される。
このように、第１レーザビームＬＳ１の後端部における最大の熱エネルギー強度による加熱によって圧縮応力が生じ、冷却ポイントＣＰによって冷却されると、引張り応力が生じ、両者の応力勾配が発生する。
第１レーザビームＬＳ１と冷却ポイントＣＰとの間に応力勾配が発生することにより、マザーガラス基板には、スクライブ予定ラインＳＬに沿って垂直方向のブラインドクラックが形成される。
スクライブ予定ラインＳＬに沿って垂直方向にブラインドクラックが形成されると、ブラインドクラックが形成された領域が、第２レーザスポットＬＳ２によって、再度加熱される。これにより、マザーガラス基板に形成された垂直クラックがさらに垂直方向に沿って伸展し、脆性材料基板の板底まで達する（脆性材料基板がフルボディカットされる）。
なお、第１レーザスポットＬＳ１と第２レーザスポットＬＳ２の間に設けられる冷却ポイントＣＰは、円形状に限らず、図２に示すように、スクライブ予定ラインＳＬに沿って長くなった長方形状であってもよい。このように、冷却ポイントＣＰが、スクライブ予定ラインＳＬに沿って長く形成されていることにより、第１レーザスポットＬＳ１によって加熱された領域が、確実に冷却されることになる。
スクライブ予定ラインＳＬに沿って長く延びる冷却ポイントＣＰは、冷却ノズルの冷却媒体の噴射孔を長方形状とすることにより、あるいは、冷却ノズルにおける小さな円形状の噴射孔を、スクライブ予定ラインＳＬに沿って列状して線的に設けることにより、形成される。
図３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。本発明のスクライブ装置は、例えば、大寸法のマザーガラス基板からＦＰＤに使用されるガラス基板を分断するためのスクライブラインを形成する。このスクライブ装置は、図３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。
ホールネジ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、切断対象であるマザーガラス基板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に回転させるようになっており、基準位置に対して任意の回転角度θになるように、回転テーブル２６を回転させることができる。回転テーブル２６上には、マザーガラス基板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第１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。第１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、第１レーザビームを発振する第１レーザ発振器３４が設けられており、第１レーザ発振器３４から発振されるレーザビームが、第１光学ホルダー３３内に保持された光学系に照射される。
第１レーザ発振器３４から発振されるレーザビームは、熱エネルギー強度分布が正規分布になっており、第１光学ホルダー３３内に設けられた光学系によって、所定の熱エネルギー強度分布を有する楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１をガラス基板５０の表面に形成するように、しかも、その長軸方向が、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス基板５０のＸ方向に平行になるように、照射される。
また、取付台３２には、第１レーザ発振器３４に隣接して、第２レーザビームを発振する第２レーザ発振器４１が設けられており、この第２レーザ発振器４１から発振されたレーザビームが、支持台３１に第１光学ホルダー３３に隣接して設けられた第２光学ホルダー４２内の光学系に照射される。第２レーザ発振器４１から発振されるレーザビームは、熱エネルギー強度分布が正規分布となっており、第２光学ホルダー４２内に設けられた光学系によって、所定の熱エネルギー強度分布を有する楕円形状の第２レーザビームＬＳ２をガラス基板５０の表面に形成するように、その長軸方向が、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス基板５０のＸ方向に沿った状態で、第１レーザスポットＬＳ１に適当な間隔をあけた状態で照射される。
支持台３１における第１光学ホルダー３３と第２光学ホルダー４２との間には、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス５０に対向して、冷却ノズル３７が配置されている。この冷却ノズル３７は、第１光学ホルダー３３から照射される第１レーザスポットＬＳ１および第２光学ホルダー４２から照射される第２レーザスポットＬＳ２のそれぞれの間に、長軸方向に沿った長方形状に冷却水などの冷媒を吹き付けるようになっている。
なお、冷却ノズル３７としては、このように長方形状に冷却水を吹き付ける構成にかえて、小さな円形領域に冷却水をそれぞれ吹き付ける多数の冷却ノズルを、Ｘ方向に並べるように配置してもよい。
また、支持台３１には、第１光学ホルダーから照射される第１レーザスポットＬＳ１に対して、冷却ノズル３７とは反対側に、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス５０に対向して、カッターホイールチップ３５が設けられている。カッターホイールチップ３５は、第１光学ホルダー３３から照射される第１レーザスポットＬＳ１の長軸方向に沿って配置されており、回転テーブル２６上に載置されたマザーガラス５０の側縁部に、スクライブ予定ラインに沿って切り込みを形成する。
なお、スライドテーブル１２および台座１９の位置決め、回転機構２５の制御、第１レーザ発振器３４、第２レーザ発振器４１等は、制御部によって制御される。
このようなスクライブ装置によってマザーガラス基板５０の表面にブラインドクラックを形成する場合には、まず、マザーガラス基板５０のサイズ、スクライブ予定ラインの位置等の情報が、制御部に入力される。
そして、マザーガラス基板５０が、回転テーブル２６上に載置されて吸引手段によって固定される。このような状態になると、ＣＣＤカメラ３８および３９によって、マザーガラス基板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、画像処理装置でアライメントマークの位置情報が処理される。
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、マザーガラス基板５０の側縁部におけるスクライブ予定ラインが、カッターホイールチップ３５に対向される。そして、カッターホイールチップ３５が下降されて、マザーガラス基板５０のスクライブ予定ラインの端部に切り込みが形成される。
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、第１レーザ発振装置３４および第２レーザ発振装置４１から、それぞれ、第１レーザビームおよび第２レーザビームが発振されるとともに、冷却ノズル３７から冷却水が圧縮エアーとともに噴射され、スクライブ予定ラインに沿って長くなった長方形状の冷却ポイントが形成される。
第１レーザ発振装置３４から発振されるレーザビームにより、マザーガラス基板５０上には、マザーガラス基板５０の走査方向に沿って、Ｘ軸方向に沿って長くなった楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１が形成される。そして、そのレーザスポットＬＳ１の後方に、冷却水がスクライブ予定ラインに沿って吹き付けられて冷却ポイントＣＰが形成される。さらに、第２レーザ発振装置４１から発振されるレーザビームにより、マザーガラス基板５０上には、冷却ポイントＣＰの後方に、Ｘ軸方向に沿って長くなった楕円形状の第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
このように、第１レーザスポットＬＳ１による加熱と、冷却ポイントＣＰによる冷却との応力勾配により、マザーガラス基板５０に、ブラインドクラックが形成される。そして、冷却水が吹き付けられた冷却ポイントＣＰに近接した領域が、第２レーザスポットＬＳ２によって加熱されることにより、すでに形成されたブラインドクラックは、マザーガラス基板５０の裏面に向かってさらに深く伸展していく。
ブラインドクラックがマザーガラス基板５０に形成されると、マザーガラス基板５０は、次の分断工程に供給されて、ブラインドクラックの幅方向に曲げモーメントが作用するようにマザーガラス基板に力が加えられる。これにより、マザーガラス基板５０は、ブラインドクラックに沿って分断される。
なお、マザーガラス基板５０の側縁部に、第１レーザスポットＬＳ１が照射される直前に、図４に示すように、スクライブ予定ラインの両側に、予備加熱用レーザスポットＬＳ３をそれぞれ照射して加熱するようにしてもよい。このように、スクライブ予定ラインに第１レーザスポットＬＳ１が照射される直前に、応力が残留しているマザーガラス基板の側縁部におけるスクライブ予定ラインの両側が、予備加熱用レーザスポットＬＳ３によってそれぞれ加熱されると、マザーガラス基板５０の側縁部に残留する応力がスクライブ予定ラインの両側で同程度に近い状態に緩和される。これにより、その後に、マザーガラス基板５０の側縁部に第１レーザスポットＬＳ１が照射されても、マザーガラス基板５０の側面から第１レーザスポットＬＳ１の移動方向の前方にクラックが形成されることが防止される。
同様に、マザーガラス基板５０に照射される第１レーザスポットＬＳ１が、マザーガラス基板５０の反対側の側縁部に達する直前にも、スクライブ予定ラインの両側に、予備加熱用レーザスポットＬＳ３をそれぞれ照射して加熱するようにしてもよい。このように、第１レーザスポットＬＳ１がマザーガラス基板５０の側縁部に達する直前に、応力が残留するマザーガラス基板５０の側縁部におけるスクライブ予定ラインの両側が予備加熱用レーザスポットＬＳ３によって、それぞれ加熱されると、マザーガラス基板５０の側縁部に残留する応力が、スクライブ予定ラインの両側において同程度に近い状態で緩和される。これにより、その後に、マザーガラス基板５０の側縁部に第１レーザスポットＬＳ１が照射されても、マザーガラス基板５０の側面から、第１レーザスポットＬＳ１の移動方向の先の箇所でクラックが形成されることが防止される。
なお、一対の予備加熱用レーザスポットＬＳ３は、第１レーザスポットＬＳ１がマザーガラス基板５０に照射される直前、または、マザーガラス基板５０の反対側の側縁部に達する直前に、それぞれ照射される構成に限らず、第１レーザスポットＬＳ１の前方において、マザーガラス基板５０に対して連続的に照射するようにしてもよい。
さらに、一対の予備加熱用レーザスポットＬＳ３は、図１０に示すように第１レーザスポットＬＳ１の両側に第１レーザスポットと平行となるように照射してもよい。
図５は、一対の予備加熱用レーザスポットＬＳ３を形成するレーザ照射機構の概略構成図である。このレーザ照射機構には、一対の予備加熱用レーザ発振器７１および７２から、それぞれ発振されるレーザビームが照射される。第１の予備加熱用レーザ発振器７１は、水平方向にレーザビームを照射し、第２の予備加熱用レーザ発振器７２は、下方に向かって垂直にレーザビームを照射する。
各予備加熱用レーザ発振器７１および７２から照射されるレーザビームは、水平方向に対して４５°傾斜したシャッター７３に与えられている。シャッター７３は、光を透過させる状態では、第１の予備加熱用レーザ発振器７１から水平方向に照射されるレーザビームを、水平に透過させ、光を遮断する状態では、第１の予備加熱用レーザ発振器７１から水平方向に照射されるレーザビームを、下方に向かって垂直に反射する。
また、シャッター７３は、光を透過させる状態では、第２の予備加熱用レーザ発振器７２から下方に向かって照射されるレーザビームを、垂直に透過させ、光を遮断する状態では、第２の予備加熱用レーザ発振器７２から下方に照射されるレーザビームを、水平方向に反射させる。
シャッター７３の下方には、第１の予備加熱用レーザ発振器７１から照射されてシャッター７３によって下方に向かって反射されるレーザビーム、第２の予備加熱用レーザ発振器７２から照射されてシャッター７３を透過したレーザビームがそれぞれ照射される冷却板７４が設けられている。
第１の予備加熱用レーザ発振器７１から照射されてシャッター７３を水平に透過したレーザビーム、および、第２の予備加熱用レーザ発振器７２から照射されてシャッター７３にて水平方向に反射されたレーザビームは、ツインスポット形式のレンズ７５に照射される。このレンズ７５は、照射される一対のレーザビームを、それぞれ平行な光束として、反射ミラー７６に与えており、反射ミラー７６に与えられた各光束が、反射ミラー７６にてそれぞれ反射されて、集光レンズ７７に照射されており、集光レンズ７７は、マザーガラス基板５０の表面におけるスクライブ予定ラインの両側に、所定形状のレーザスポットをそれぞれ形成する。
シャッター７３は、光を透過させる状態を「ＯＮ」とし、光を遮断する状態を「ＯＦＦ」とすると、高速で「ＯＮ」と「ＯＦＦ」が切り替えられる。
このようなレーザ照射機構は、図３に示すスクライブ装置に、第１光学ホルダー３３に対して第２光学ホルダー４２とは反対側に配置される。そして、マザーガラス基板５０の側縁部におけるスクライブ予定ラインの両側に、レーザ照射機構から照射される一対のレーザビームによって、予備加熱用レーザスポットＬＳ３がそれぞれ形成される。
本願では、脆性材料基板の一例として液晶表示パネルのマザーガラス基板を用いて説明したが、貼り合わせガラス基板、単板ガラス、半導体ウエハ、セラミックス等のスクライブ加工においても同様の効果が得られる。
また、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置は、ガラス基板同士を貼り合わせた液晶表示基板、透過型プロジェクター基板、有機ＥＬ素子、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、ＦＥＤ（フィールドエミッションデイスプレイ）やガラス基板とシリコン基板とを貼り合わせた反射型プロジェクター基板等のマザー基板のスクライブに対しても適用可能である。
産業上の利用可能性
本発明の脆性材料基板のスクライブ方法および装置は、このように、マザーガラス基板等の脆性材料基板の表面が、第１レーザスポットによる加熱された後に冷却され、さらにその後に、第２レーザスポットによって加熱されるために、垂直方向に深くなったブラインドクラックを確実に形成することができる。
また、脆性材料基板の側縁部が、第１レーザスポットによる加熱される直前に予備加熱されることにより、制御不能なクラックが形成されるおそれがない。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のスクライブ方法の実施状態の一例を示す模式的平面図である。
図２は、本発明のスクライブ方法の実施状態の他の例を示す模式的平面図である。
図３は、本発明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４は、本発明のスクライブ方法の実施状態のさらに他の例を示す模式的平面図である。
図５は、本発明のスクライブ装置に使用されるレーザ発振機構の一例を示す概略構成図である。
図６は、レーザビームを使用したスクライブ方法を説明する概略図である。
図７は、スクライブ装置によるスクライブライン形成中のマザーガラス基板の状態を模式的に示す斜視図である。
図８は、そのマザーガラス基板の状態を模式的に示す平面図である。
図９は、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、そのマザーガラス基板の側縁部に形成される制御不能なクラックの発生状態を模式的に示す平面図である。
図１０は、本発明のスクライブ方法の実施状態の他の例を示す模式的平面図である。
Claims (5)
- 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スクライブ予定ラインに沿って、第１レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に加熱しつつ、その第１レーザスポットに近接した領域をスクライブ予定ラインに沿って連続して冷却し、さらに、前記第１レーザスポットとは反対側において前記冷却される領域に近接した領域を、前記スクライブ予定ラインに沿って、第２レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に加熱することを特徴とする脆性材料基板のスクライブ方法。
- 前記冷却領域が、前記スクライブ予定ラインに沿って長くなっている請求の範囲第１項に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
- 前記脆性材料基板の側縁部における前記スクライブ予定ラインの両側が、第１レーザスポットによって加熱される直前に、予備加熱される請求の範囲第１項に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
- 前記脆性材料基板における前記スクライブ予定ラインの両側が、第１レーザスポットによる加熱と同時に、予備加熱される請求の範囲第１項に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
- 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スクライブ予定ラインに沿って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、
第１レーザスポットが形成されるようにレーザビームを連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に照射する手段と、
その第１レーザスポットによって加熱される領域の近傍の領域をスクライブ予定ラインに沿って連続して冷却する手段と、
前記第１レーザスポットとは反対側の前記冷却される領域に近接した領域を、前記スクライブ予定ラインに沿って、第２レーザスポットによって連続的に該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度に照射する手段と、
を具備することを特徴とする脆性材料基板のスクライブ装置。
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