JPWO2004002705A1 - Scribing apparatus and scribing method for brittle material substrate - Google Patents

Scribing apparatus and scribing method for brittle material substrate Download PDF

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Abstract

レーザスポットを脆性材料基板端部において、スクライブラインを形成中の速度よりも遅くなるように、または一旦停止するように移動させる。これにより、カッターホイール等のスクライブ用カッターを用いることなく、トリガー（切り目）を形成し、引き続き脆性材料基板のスクライブを行うことができる。The laser spot is moved at the edge of the brittle material substrate so as to be slower than the speed during the formation of the scribe line or to stop once. Thereby, without using a scribing cutter such as a cutter wheel, a trigger (cut) can be formed, and the brittle material substrate can be subsequently scribed.

Description

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及びスクライブラインを形成するためのスクライブ装置に関する。  The present invention relates to a scribing method and a scribing method for forming a scribe line on a brittle material substrate surface in order to sever a brittle material substrate such as a glass substrate or a semiconductor wafer used in a flat panel display (hereinafter referred to as FPD). The present invention relates to a scribing device for forming a line.

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、液晶パネル等のＦＰＤ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パネルは、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所定の大きさに分断することにより製造される。或いは、単板のマザーガラス基板を複数のガラス基板に分断した後、分断された各ガラス基板をそれぞれ貼り合わせることにより製造される。単板のマザーガラス基板を分断する手順について簡単に説明する。この手順は、分断対象となるマザーガラス基板の表面上に分断予定方向に沿ったスクライブラインを形成するスクライブ工程と、形成されたスクライブラインに沿ってガラス基板を分断する分断工程との２工程を順次実施することにより行われる。スクライブ工程には、例えば、カッターホイールが使用される。この場合、マザーガラス基板の表面上に、カッターホイールを加圧しながら所望の方向に転動させることによって、垂直クラックを連続して生成させることによりスクライブラインが形成される。続いて実施される分断工程では、このスクライブラインに沿って曲げ応力を作用させるように力が加えられ、この応力の作用によって垂直クラックがマザーガラス基板の厚み方向に伸展し、マザーガラス基板が分断される。
近年、スクライブ用のカッターを圧接することにより脆性材料基板にスクライブラインを形成する方法とは別に、レーザビームを脆性材料基板に照射させて熱歪み応力を発生させ、この熱歪み応力を利用してスクライブラインを形成する方法が実用化されている。
この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、レーザビームをガラス基板上に照射させる前に、ポイントダイヤモンドをガラス基板の表面に圧接させたり、カッターホイールを圧接しつつ転動させることによって、ガラス基板の表面上の端部の所定のスクライブ開始位置に、垂直クラックの生成の開始点となるトリガーとして切れ目を形成する。次いで、端部に切れ目が形成されたガラス基板にレーザ発振器からレーザビームを照射する。レーザ発振装置から照射されるレーザビームは、ガラス基板上に対してスクライブラインの形成が予め決められているスクライブ予定ラインに沿って長い楕円形状のレーザスポットをガラス基板上に形成する。レーザ発振装置がら照射されるレーザビームは、スクライブ予定ラインに沿ってガラス基板に対して相対的に移動させられる。
ガラス基板上には、ガラス基板が溶融される温度、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ようにビーム強度が調整されたレーザビームが照射される。これにより、レーザスポットが形成されたガラス基板の表面は、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ように、冷却水等の冷却媒体が、冷却ノズル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、また、冷却媒体が吹き付けられることによって、レーザビームの照射領域の近傍部分に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、ガラス基板の端部等に予め形成されたトリガーを起点として、スクライブ予定ラインに沿うスクライブラインがガラス基板に形成される（垂直クラックが連続するラインが生成される）。
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と、カッターホイールを圧接しながら転動させてスクライブラインを形成する方法に比べて、カッターホイールがガラス基板を圧接転動する過程で生じる欠片（カレット）を大幅に低減させることができるので、生じた欠片（カレット）によって、ガラス基板にキズ等が発生することを低減させることができる。
しかし、上記のようにレーザビームを用いてガラス基板にスクライブラインを形成する方法においても、カッターホイール等を用いて、ガラス基板上にスクライブライン形成の開始点となるトリガー（切れ目）を形成しているので、このトリガー（切れ目）を形成する際に、少量ながら欠片（カレット）が発生する。したがって、スクライブラインを形成するために、上記方法を用いた場合においても、欠片に起因してガラス基板上にキズ等が発生する弊害は、依然として存在する。
また、最近では、ガラス基板等の脆性材料基板が使用される表示装置として、液晶表示装置の他に、プラズマディスプレイが製造されている。
このプラズマディスプレイに使用されるガラス基板には、プラズマを発生させるために所定の圧力に加圧されたガスを封止してプラズマ室が形成されるため、液晶表示装置等に使用されるガラス基板に比較して厚型のガラス基板が用いられる。
このような厚型のガラス基板にカッターホイールでトリガーとしての切れ目を形成する場合には、液晶表示装置等に使用されるガラス基板比べて深い切り目（トリガー）を形成する必要があるため、カッターホイールのガラス基板に対する加圧力が高く設定される。このため、トリガー（切れ目）を形成するときに発生する欠片（カレット）が増えて、この欠片（カレット）によってガラス基板の表面にキズ等が発生するおそれが液晶表示装置用のガラス基板の場合に比較してさらに強くなる。
また、今後、このような厚型のガラス基板を有するプラズマディスプレイの需要が拡大することが見込まれおり、プラズマディスプレイの製造を量産化した場合に、スクライブ工程にて発生する欠片（カレット）の量も量産化に応じて大量になる。
以上のような事情により、カッターホイール等を用いた機械的なトリガー（切れ目）形成手段に代えて、レーザビーム照射等を用いてトリガーを形成する技術を開発することが強く求められている。
このようにカッターホイール等を用いないトリガー（切れ目）形成手段として、ＣＯ２レーザを用いることが試みられている。しかしながら、ＣＯ２レーザを用いる方法では、ガラス基板の表面に所定の熱エネルギー分布を有する楕円形状のレーザスポットをガラス基板の端部に形成した場合に、トリガーから予測できない方向に不要なクラックが派生する、いわゆる、先走りの現象が発生することがすでに知られている。このため、スクライブラインを形成するために使用されるレーザビームとは異なる種類のレーザビームであるＹＡＧレーザ等を照射してトリガー（切れ目）を形成する方法がさらに提案されている。
しかし、この場合には、スクライブラインを形成するためのレーザ発振器とは別に、ＹＡＧレーザを発振するＹＡＧレーザ発振器を備える必要があるため、装置構成が複雑になるという問題がある。また、スクライブラインを形成するためのレーザ発振器と、ＹＡＧレーザ発振器とを、それぞれメンテナンスするための費用が大きくなるという問題もある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、トリガー（切れ目）を形成するためのレーザビームを、スクライブラインを形成するためのレーザビームと共通とし、スクライブライン形成の開始点（垂直クラックの生成の開始点）となるトリガー（切れ目）を欠片（カレット）を生じることなく形成し、引き続きスクライブラインを形成するスクライブ方法及びスクライブ装置を提供することを目的とする。In the specification of the present application, forming a scribe line on an FPD mother glass substrate such as a liquid crystal panel belonging to a glass substrate which is a kind of brittle material substrate will be described as an example.
A liquid crystal panel configured by bonding a pair of glass substrates is manufactured by bonding a large pair of mother glass substrates to each other and then dividing each mother glass substrate into a predetermined size. Alternatively, it is manufactured by dividing a single mother glass substrate into a plurality of glass substrates and then bonding the divided glass substrates together. A procedure for dividing the single-plate mother glass substrate will be briefly described. This procedure includes two steps: a scribe process for forming a scribe line along the planned cutting direction on the surface of the mother glass substrate to be divided, and a dividing process for dividing the glass substrate along the formed scribe line. It is performed by carrying out sequentially. For example, a cutter wheel is used in the scribe process. In this case, a scribe line is formed on the surface of the mother glass substrate by continuously generating vertical cracks by rolling the cutter wheel in a desired direction while applying pressure. In the subsequent cutting step, a force is applied so as to apply a bending stress along the scribe line, and the vertical crack extends in the thickness direction of the mother glass substrate by the action of the stress, and the mother glass substrate is divided. Is done.
In recent years, apart from the method of forming a scribe line on a brittle material substrate by press-contacting a scribe cutter, a thermal strain stress is generated by irradiating the brittle material substrate with a laser beam, and this thermal strain stress is utilized. A method of forming a scribe line has been put into practical use.
In this method of forming a scribe line on a glass substrate by using this laser beam, the point diamond is brought into pressure contact with the surface of the glass substrate before the laser beam is irradiated onto the glass substrate or the cutter wheel is pressed against the glass substrate. By doing so, a cut is formed as a trigger to be a starting point for generating a vertical crack at a predetermined scribe start position at the end on the surface of the glass substrate. Next, a laser beam is irradiated from a laser oscillator onto a glass substrate having a cut at the end. The laser beam emitted from the laser oscillation device forms a long elliptical laser spot on the glass substrate along a predetermined scribe line on which a scribe line is formed on the glass substrate. The laser beam emitted from the laser oscillation device is moved relative to the glass substrate along the scribe line.
The glass substrate is irradiated with a laser beam whose beam intensity is adjusted so as to be heated to a temperature at which the glass substrate is melted, that is, a temperature lower than the softening point of the glass substrate. Thereby, the surface of the glass substrate on which the laser spot is formed is heated without being melted.
Further, a cooling medium such as cooling water is blown from the cooling nozzle so that a scribe line is formed in the vicinity of the laser beam irradiation region on the surface of the glass substrate. Compressive stress is generated on the surface of the glass substrate irradiated with the laser beam by heating with the laser beam, and tensile stress is generated in the vicinity of the laser beam irradiation region by spraying the cooling medium. In this way, since tensile stress is generated in the vicinity of the region where the compressive stress is generated, a stress gradient based on each stress is generated between the two regions, and a trigger formed in advance on the end portion of the glass substrate or the like is applied. As a starting point, a scribe line along the scribe line is formed on the glass substrate (a line in which vertical cracks are continuous is generated).
When a scribe line is formed on a glass substrate using a laser beam, compared to a method in which a scribe line is formed by rolling the cutter wheel while being pressed, fragments generated during the process of the cutter wheel pressing and rolling the glass substrate ( Since the cullet can be significantly reduced, it is possible to reduce the occurrence of scratches or the like on the glass substrate due to the generated pieces (cullet).
However, even in the method of forming a scribe line on a glass substrate using a laser beam as described above, a trigger (break) serving as a starting point of scribe line formation is formed on the glass substrate using a cutter wheel or the like. Therefore, when this trigger (cut) is formed, a small amount of pieces (cullet) are generated. Therefore, even when the above method is used to form a scribe line, there is still a problem that scratches and the like are generated on the glass substrate due to the fragments.
Recently, as a display device using a brittle material substrate such as a glass substrate, a plasma display is manufactured in addition to a liquid crystal display device.
The glass substrate used in the plasma display is formed by sealing a gas pressurized to a predetermined pressure in order to generate plasma, so that a plasma chamber is formed. A thick glass substrate is used.
When forming a cut as a trigger on such a thick glass substrate with a cutter wheel, it is necessary to form a deeper cut (trigger) than a glass substrate used in a liquid crystal display device or the like. The pressure applied to the glass substrate is set high. For this reason, in the case of a glass substrate for a liquid crystal display device, the number of pieces (cullet) generated when a trigger (cut) is formed increases, and the surface of the glass substrate may be scratched by this piece (cullet). It becomes stronger than that.
In addition, the demand for plasma displays having such a thick glass substrate is expected to increase in the future, and the amount of cullet generated in the scribing process when plasma display production is mass-produced. However, it will become a large quantity according to mass production.
Under the circumstances as described above, it is strongly demanded to develop a technique for forming a trigger using laser beam irradiation or the like instead of a mechanical trigger (cut) forming means using a cutter wheel or the like.
As described above, it has been attempted to use a CO 2 laser as a trigger (cut) forming means that does not use a cutter wheel or the like. However, in the method using the CO 2 laser, when an elliptical laser spot having a predetermined thermal energy distribution is formed on the end of the glass substrate on the surface of the glass substrate, an unnecessary crack is derived in a direction that cannot be predicted from the trigger. It is already known that a so-called pre-run phenomenon occurs. For this reason, there has been further proposed a method of forming a trigger (cut) by irradiating a YAG laser or the like which is a laser beam of a different type from the laser beam used for forming the scribe line.
However, in this case, since it is necessary to provide a YAG laser oscillator that oscillates a YAG laser separately from the laser oscillator for forming the scribe line, there is a problem that the apparatus configuration becomes complicated. There is also a problem that the cost for maintaining the laser oscillator for forming the scribe line and the YAG laser oscillator is increased.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a laser beam for forming a trigger (cut) is made common with a laser beam for forming a scribe line, and the starting point of scribe line formation. It is an object of the present invention to provide a scribing method and a scribing device in which a trigger (cut) that becomes a (starting point of generation of a vertical crack) is formed without generating a piece (caret) and a scribe line is subsequently formed.

上記課題を解決するための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軟化点よりも低い温度の第１のレーザスポットが、スクライブ予定ラインに沿って形成されるようにレーザビームを連続的に照射する手段と、該第１のレーザスポットによって加熱された領域の近傍を冷却する冷却手段とを具備し、該脆性材料基板の表面にスクライブラインを形成するスクライブ装置において、該第１のレーザスポットが該脆性材料基板のスクライブ予定ラインの端部に切り目を形成し、引き続き、該脆性材料基板にスクライブラインを形成することを特徴する。
また、前記第１レーザスポットは前記レーザビームによって前記脆性材料基板上に形成される第２のレーザスポットを所定形状の軌道上を高速で走査させることによって形成されることを特徴とする。
さらに、前記第２のレーザスポットは熱エネルギー分布が中央部分になるに従って大きくなる山型であることを特徴とする。
上記課題を解決するための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予定ラインに沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の第１の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照射しつつ移動させ、該第１の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することにより、スクライブ予定ラインにそってスクライブラインを形成するスクライブ方法において、該第１のレーザスポットが該脆性材料基板のスクライブ予定ラインの端部に切り目を形成し、引き続いて、該脆性材料基板にスクライブラインを形成することを特徴する。
また、前記第１レーザスポットは前記レーザビームによって前記脆性材料基板上に形成される第２のレーザスポットを所定形状の軌道上を高速で走査させることによって形成されることを特徴とする。
さらに、前記第２のレーザスポットは熱エネルギー分布が中央部分になるに従って大きくなる山型であることを特徴とする。The brittle material substrate scribing apparatus of the present invention for solving the above-mentioned problems is such that the first laser spot having a temperature lower than the softening point of the brittle material substrate is continuously formed along the planned scribe line. In the scribing apparatus for forming a scribe line on the surface of the brittle material substrate, the irradiating means and cooling means for cooling the vicinity of the region heated by the first laser spot are provided. The laser spot is characterized by forming a cut at the end of the scribe line of the brittle material substrate, and subsequently forming a scribe line on the brittle material substrate.
The first laser spot may be formed by scanning a second laser spot formed on the brittle material substrate with a laser beam at a high speed on an orbit having a predetermined shape.
Further, the second laser spot has a mountain shape in which the thermal energy distribution becomes larger as it becomes a central portion.
The brittle material substrate scribing method of the present invention for solving the above-described problem is that a first laser spot having a temperature lower than the softening point of the brittle material substrate is formed along a scribe line on the surface of the brittle material substrate. The scribe line is moved along the planned scribe line by continuously moving the laser beam while continuously irradiating the laser beam and cooling the region adjacent to the first laser spot along the planned scribe line. The scribing method to be formed is characterized in that the first laser spot forms a cut at an end of a scribe planned line of the brittle material substrate, and subsequently forms a scribe line in the brittle material substrate.
The first laser spot may be formed by scanning a second laser spot formed on the brittle material substrate with a laser beam at a high speed on an orbit having a predetermined shape.
Further, the second laser spot has a mountain shape in which the thermal energy distribution becomes larger as it becomes a central portion.

図１は、本発明の実施の形態のスクライブ装置の概略構成を示す構成図である。
図２は、そのスクライブ装置に使用されるレーザ発振装置及び光学系の一例を示す概略構成図である。
図３は、ガルバノスキャンにより楕円形状に形成されたレーザスポットの一例を示す平面図である。
図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ガルバノスキャンにより楕円形状に形成されたレーザスポットの一例を示す平面図であり、（ａ）は、中央部分に照射スポットを集約した場合、（ｂ）は、長軸の両端部分に照射スポットを集約した場合を示している。
図５（ａ）及び（ｂ）は、ガルバノスキャンにより楕円形状のビームスポットを形成した場合の熱エネルギー分布を示しており、（ａ）は、領域Ａに照射スポットを集中させた場合、（ｂ）は、領域Ｂに照射スポットを集中させた場合を、それぞれ示している。
図６は、ガラス基板の端部に、第一の方法によりトリガーを形成する方法を示す説明図である。
図７は、ガラス基板の端部に、第二の方法によりトリガーを形成する方法を示す説明図である。
図８は、ガラス基板の端部に、円形状の照射スポットを用いてトリガーを形成する方法を示す説明図である。
図９は、ガルバノスキャンによる楕円状のレーザスポットを形成した場合において、ガラス基板上に形成される熱エネルギー分布を示す図である。
図１０は、スクライブ方向の前後に、２つの楕円形状のレーザスポットを有するように形成した８の字楕円のレーザスポットを示す図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a scribing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a laser oscillation device and an optical system used in the scribe device.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a laser spot formed in an elliptical shape by galvano scanning.
FIGS. 4A and 4B are plan views showing examples of laser spots formed in an elliptical shape by galvano scanning, respectively, and FIG. ) Shows a case where irradiation spots are concentrated at both ends of the long axis.
FIGS. 5A and 5B show thermal energy distributions when an elliptical beam spot is formed by galvano scanning. FIG. 5A shows a case where the irradiation spot is concentrated on the region A when (b) ) Shows the cases where the irradiation spots are concentrated in the region B, respectively.
FIG. 6 is an explanatory view showing a method of forming a trigger on the end of the glass substrate by the first method.
FIG. 7 is an explanatory view showing a method of forming a trigger on the end of the glass substrate by the second method.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method of forming a trigger using a circular irradiation spot at the end of the glass substrate.
FIG. 9 is a diagram showing a thermal energy distribution formed on a glass substrate when an elliptical laser spot is formed by galvano scanning.
FIG. 10 is a diagram showing an 8-shaped elliptical laser spot formed so as to have two elliptical laser spots before and after the scribe direction.

以下、本発明に係るスクライブ装置及びスクライブ方法を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態のスクライブ装置を示す概略構成図である。
このスクライブ装置は、例えば、プラズマディスプレイ等のＦＰＤに使用されるガラス基板等の脆性材料基板を分断する際に、脆性材料基板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及び１５に、水平な状態で各ガイドレール１４及び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及び１５の中間部には、各ガイドレール１４及び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、正転及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がネジ結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の正転及び逆転によって、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及び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によって正転及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がネジ結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の正転及び逆転によって、ボールネジ２２に沿って両方向に移動する。これにより、ボールナット２４と一体的に取り付けられた台座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、スクライブ対象であるガラス基板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の両側端部の鉛直方向に延材する部材に架設された取付台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、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、ガラス基板５０の表面に形成される楕円形状の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。
図２は、レーザ発振装置３４及び光学ホルダー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Ｌが、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂ、Ｙ軸ガルバノミラー３４ｃ及び光学ホルダー３３内に配置された光学レンズ３３ａを介して、ガラス基板５０の表面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、スキャンモータ３４ｄによって高速回転移動できるようになっており、レーザ発振器３４ａから照射されるレーザビームＬ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は、スキャンモータ３４ｅによって高速回転移動できるようになっており、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂから反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、光学レンズ３３ａを介してガラス基板５０上に照射される。
光学レンズ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、図２に示すような円形状の照射スポットＬＳ１をガラス基板５０の表面上に形成する。
この円形状の照射スポットＬＳ１（第２のレーザスポット）を、Ｘ軸ガルバノミラー３４ｂおよびＹ軸ガルバミラー３４ｃにより図３に示すようにガラス基板５０の楕円軌道上を高速で走査することにより、ガラス基板５０に楕円形状のレーザスポットＬＳ２（第１のレーザスポット）を形成する。
このような楕円形状のレーザスポットＬＳ２を形成する場合、円形状の照射スポットＬＳ１を楕円軌道上の何箇所にわたって照射するかが重要となる。照射する円形状レーザスポットＬＳ１の数が少なくなると、ガラス基板５０上に与えられる熱量が不足し、楕円形状のレーザスポットＬＳ２の熱エネルギー分布が連続でなくなるおそれがある。また、照射する円形状レーザスポットＬＳ１の数が多すぎると、楕円軌道を１周するためのサイクルタイムが遅くなるおそれがある。
このため、例えば、更新サイクルタイムを１２．９６ｍｓとして、長軸方向の長さ２５ｍｍ、短軸方向の長さ１ｍｍの楕円軌道上に１０８箇所にわたって円形状の照射スポットＬＳ１を照射することにより形成された楕円形状のレーザスポットＬＳ２が用いられる。
このようにガルバノスキャンを用いて形成した楕円形状のレーザスポットＬＳ２は、レーザスポットＬＳ２の短軸方向の長さが１ｍｍ程度であるため、円形状のレーザスポットＬＳ１を走査軌道である楕円軌道上での分布を変動させることによって、レーザスポットＬＳ２の長軸方向のエネルギー分布を調整することが可能である。
すなわち、図３に示すように、円形状の照射スポットＬＳ１を楕円軌道上の全体にわたって均一に分布させた場合、楕円状のレーザスポットＬＳ２のエネルギー分布は、全体にわたって均一になる。また、図４（ａ）に示すように、円形状の照射スポットＬＳ１を、楕円軌道の中心側に偏って分布させた場合に形成される楕円状のレーザスポットＬＳ２Ａのエネルギー分布は、楕円状のスポットの中心よりにエネルギーが高くなったエネルギー分布が形成される。また、図４（ｂ）に示すように、円形状の照射スポットＬＳ１を、楕円軌道の長軸の両端部に偏って分布させた場合に形成される楕円状のレーザスポットＬＳ２Ｂのエネルギー分布は、楕円状のスポットの長軸の両端部寄りにエネルギーが高くなったエネルギー分布が形成される。このように、円形状の照射スポットＬＳ１の楕円軌道上への分布を調整することによって、楕円状のレーザスポットＬＳ２のエネルギー分布を調整することができる。
楕円状のレーザスポットＬＳ２のエネルギー分布は、実際には、コンピュータのソフトにより、描いた楕円に対してパーセンテージ入力することによって調整することが可能である。便宜上、以下の説明では、楕円軌道上に均等に円形状の照射スポットＬＳ１を分布させた場合を１００％と表記し、円形状の照射スポットＬＳ１を図５中のＡで示される楕円形状の中心寄りに分布を集中させる場合を、パーセンテージ入力の数値を小さくなるように表記し、円形状の照射スポットＬＳ１を図５中のＢで示される楕円形状の長軸の両端部寄りに集中させる場合を、パーセンテージ入力の数値が大きくなるように表記する。図５（ａ）には、ソフトにより描いた楕円に対して、パーセンテージ入力を低くして、Ａの領域に示される中央寄りに、熱エネルギー分布が集中したパターンを示しており、図５（ｂ）には、ソフトにより描いた楕円に対して、パーセンテージを高くして、Ｂの領域に示される長軸の両端部寄りに、熱エネルギー分布が集中したパターンを示している。
上記構成のスクライブ装置を用いてガラス基板にスクライブラインを形成する方法について説明する。
まず、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、回転テーブル２６が所定の撮影位置に移動し、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に表示され、画像処理装置を用いてアライメントマークのスクライブ装置内の位置情報が処理される。
その後、ガラス基板５０のスクライブ予定ラインと実際スクライブ方向が一致するように、回転テーブル２６は移動して支持台３１に対して位置決めされる。
このように位置決めされた回転テーブル２６に保持されているガラス基板５０の端部に、上記のガルバノスキャンによって楕円形状のレーザスポットＬＳ２を形成して、スクライブライン形成の開始点となるトリガー（切れ目）を形成する。
ガラス基板５０に照射されるレーザビームは高速で楕円軌道上に走査されて、この楕円軌道上に１０８箇所に円形状の照射スポットＬＳ１を形成し、ガラス基板に長軸方向の長さ２５ｍｍ、短軸方向の長さ１ｍｍの楕円形状のレーザスポットＬＳ２を形成する。さらに、ソフトにより描いた楕円に対して、入力されるパーセンテージを８８％として、熱エネルギーの分布が中央に山型になるように調整し、楕円形状のレーザスポットＬＳ２Ａとする。
このようなガルバノスキャンによって形成された入力パーセンテージ８８％の熱分布を有するレーザスポットＬＳ２Ａを、レーザスポットＬＳ２Ａの中央部がガラス基板５０の端部に一致するまでガラス基板５０に対して相対的に１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の低速で移動させる。このように、レーザスポットＬＳ２Ａをガラス基板５０の端部に低速で移動させることにより、ガラス基板５０の端部にトリガー（切り目）が形成される。
ガラス基板５０の端部にトリガー（切り目）が形成された後、引き続いて、レーザスポットＬＳ２Ａの走行を継続させる。
レーザスポットＬＳ２Ａをガラス基板５０に対して相対的に走行させ、レーザスポットＬＳ２Ａの走行方向の後部側に設置されている冷却ノズル３７から冷却媒体がガラス基板５０に噴出される。冷却ノズル３７から冷却媒体が噴射して形成される冷却領域（冷却スポット）が、ガラス基板５０の端部の切れ目に達したときに、スクライブラインの形成が開始され、ガラス基板５０に形成された切れ目をトリガーとしてこの切れ目から垂直クラックが連続して生成される。このスクライブを実施するときのレーザスポットのガラス基板５０に対する相対的な走行スピードは、トリガーを形成したときのレーザスポットの走行スピードよりも高速化され、５０ｍｍ／ｓｅｃ〜３００ｍｍ／ｓｅｃとされる。
ガラス基板５０へのスクライブラインの形成が完了すると、ガラス基板５０は、次のブレーク工程へ搬送されて、本発明のスクライブ装置を備えたスクライブ工程で形成されたスクライブラインに対して曲げ応力が作用するようにガラス基板５０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沿って分断される。
以上説明したように、本実施の形態のスクライブ装置では、カッターホイール等によるガラス基板５０に対する加圧力を加えることなく、ガラス基板５０にトリガー（切れ目）を形成することができるため、ガラス基板５０に対してスクライブラインを形成するスクライブ工程で、欠片（カレット）が全く生じることがなく、プラズマディスプレイ等の厚型のガラス基板を大量に分断する場合に問題となる欠片（カレット）の発生を解消することができる。
上記のガルバノスキャンを用いた楕円形状のレーザスポットＬＳ２を用いることによってガラス基板５０にトリガー（切れ目）を形成する工程は、分断されるガラス基板５０の種類、厚さ等によって最適な条件が異なると考えられるので、種々のガラス基板５０に対するトリガー（切れ目）の形成の最適条件について検討する実験を行った。以下、その実験結果について説明する。また、この実験では、最適条件の設定に併せて、ガラス基板５０に対するガルバノスキャンによるレーザスポットを照射する方法についても、検討したので、その方法について、それぞれ説明する。
まず、第１のトリガー形成条件として、図６に示すように、レーザスポットＬＳ２をガラス基板５０に対して１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で低速走行させることによりトリガーを形成する場合について検討した。このときの実験条件を、下記の表１に示している。

Figure 2004002705
また、第２のトリガー形成条件として、図７に示すように、レーザスポットＬＳ２の中央部分をガラス基板５０の端部上に位置させた状態で、レーザスポットＬＳ２の走行を停止し、ガラス基板５０の端部にトリガーを形成した後に、再び、レーザスポットＬＳ２をガラス基板５０に対して走行させてスクライブラインを形成した。このときの実験における条件を、下記の表２に示す。
Figure 2004002705
また、比較のため、上記のガルバノスキャンによる楕円形状のレーザスポットＬＳ２をガラス基板５０の表面に形成する代わりに、図８に示すように、円形状の照射スポットＬＳ１を、ガラス基板５０の端部上に照射した状態で、レーザスポットＬＳ１の走行を停止し、このレーザスポットＬＳ１の照射によってガラス基板５０にトリガーを形成した後に、ガルバノスキャンによりレーザビームを高速走査させて楕円形状のレーザスポットＬＳ２を形成し、ガラス基板に対して相対的に走行させてスクライブラインを形成したときの実験条件を下記の表３に示す。
Figure 2004002705
上記の各実験条件により、ガラス基板上に照射されるガルバノスキャンによる楕円形状のレーザスポットＬＳ２の照射条件を調整することによって、ソーダガラス等の厚型のガラス基板に対しても、トリガーを形成できることが明らかになった。これに対して、比較例のように、円形状の照射スポットＬＳ１をガラス基板５０の端部に形成することにより、ガラス基板５０の端部にトリガーを形成した場合には、トリガー（切れ目）から予測できない方向に不要なクラックが派生する「先走り」現象が発生することが確認された。
また、上記各実験条件にて、レーザスポットを照射することにより形成されたトリガーは、カッターホイール等のスクライブカッターによって形成されたトリガー（切れ目）と比較して、その深さが、約２０％程度深くなるという結果も得られている。
図６または図７に示すような楕円形状のレーザスポットＬＳ２において、レーザスポットの中央部付近の熱エネルギー強度が高くなっているレーザスポットを用いることによって、ガラス基板の端部にトリガーが形成されることが可能になる。
以下、このように、ガルバノスキャンによる山型の熱エネルギー分布を有するレーザスポットを用いることによる効果について説明する。
図９は、上記ガルバノスキャンにより円形状の照射スポットＬＳ１をガラス基板に照射した場合に形成されるレーザスポットＬＳ２が山型の熱エネルギー分布を有している状況を示している。図中Ａで表される領域は、レーザスポットＬＳ２の移動方向の前方側を示しており、この領域Ａでは、熱エネルギー強度が前方側になるに従って徐々に低下する。一方、図中Ｂで表される領域はレーザスポットの移動方向の後方側を示しており、この領域Ｂでは熱エネルギー強度が後方側になるに従って徐々に低下する。
領域Ａは、ガラス基板５０にトリガーを形成する場合に、ガラス基板５０の表面を予熱する領域として機能すると考えられ、領域Ｂは、ガラス基板５０にトリガーを形成する場合に、トリガーを形成するための形成領域になっていると考えられる。
領域Ａについては、ガラス基板５０を除々に予熱するためにある程度の距離が必要になる。領域Ａの長さが短い場合には、ガラス基板５０にトリガーを形成する場合に、十分な予熱を行うことができない状態で、熱分布のピークポイントがガラス基板５０の端部に乗り上がることになり、いわゆる「先走り」と呼ばれる現象が発生するおそれがある。また、この領域Ａの熱分布は、熱エネルギー分布のピークポイントである中央部分に向かってなだらかに熱エネルギーが上昇する分布になっていることが好ましいと考えられる。
例えば、領域Ａの熱分布が上記と逆に、周縁に向かって上昇している場合には、「先走り」の現象が生じるおそれがある。
次に、領域Ｂについては、ガラス基板５０の端部に所定の深さのトリガー（切り目）を形成するためには、熱がガラス基板の表面からある程度の深さまで伝熱させる必要があるために、ガラス基板の材質や厚み等に応じた長さが必要になる。この領域Ｂの長さが短い場合には、ガラス基板５０にトリガーを形成することが困難になる。
また、ガラス基板の表面に形成される照射スポットＬＳ１を楕円軌道上にガルバノスキャンにより高速で走査させることによって形成される楕円形状のレーザスポットＬＳ２はスクライブ予定ライン上等に熱が拡散する領域が確保され、ガラス基板の圧縮力、引っ張り力等の特性を引き出したバランスをとることができると考えられる。これに対して、レーザスポットＬＳ１をスクライブ予定ライン上にのみ高速走査させた場合には、スクライブラインを形成することが困難になる。すなわち、基板面の垂直方向に熱量が蓄積され、ガラス基板の表面が熔融する。
また、楕円軌道上にビームスポットが照射されない空間を形成した場合、空間が形成された領域で熱量が低下する。
さらに、楕円形状のレーザスポットの幅は、レーザ発振器により出射される円形状の照射スポットが有する直径の２倍を超えない程度にすることが好ましい。
また、上述の説明においては、ガラス基板５０上に形成されるレーザスポットとして、楕円形状のものについて説明したが、図１０に示すように、スクライブ方向の前後に、２つの楕円形状を有するように８の字状のレーザスポットとしてもよい。
前後の２つの楕円軌道上に円形状のレーザスポットＬＳ１を高速で８の字状に走査させることにより形成される２つの楕円形状を有するレーザスポットは楕円形状のレーザスポットが１つである場合よりも、ガラス基板に対してより多くのエネルギー（熱量）を加えることができる。
また、前後２つの楕円形状のレーザスポットＬＳ１およびＬＳ２の熱エネルギ分布を、それぞれ、図９で説明した予熱領域（図９のＡの領域）及びトリガー形成領域（図９のＢの領域）に適するように、任意に形状を変更することが可能になる。
図１０の前方側の楕円形状のレーザスポットＬＳ３の長さ方向の寸法ａ及び幅方向の寸法ｂについて、それぞれ、適正な長さをガラス基板の種類に応じて変更することができる。例えば、薄型のガラス基板にトリガーを形成する場合には、長さ方向寸法ａを短くし、硬質ガラスまたは厚型のガラス基板にトリガーを形成する場合には、長さ方向寸法ａを長く形成する。一方、ガラス基板に与える熱量を多くする場合には、幅方向寸法ｂを短くし、ガラス基板に与える熱量を少なくする場合には、幅方向寸法ｂを長くする。
以上説明したように、本発明のスクライブ装置及びスクライブ方法によれば、レーザビームを照射することにより、スクライブラインの形成の開始点となるトリガー（切り目）を形成し、引き続きスクライブラインを形成するため、スクライブラインを形成するスクライブ工程において、欠片（カレット）を発生させることなくガラス基板をスクライブすることができ、また、プラズマディスプレイ等に用いられる厚型のガラス基板に対して、大量にスクライブラインを形成しても、欠片（カレット）によるガラス基板表面上に付与されるキズ等が発生することを防止することができる。
また、トリガーを形成するためのカッターホイール等のスクライブカッターを備える必要がないので、装置構成をコンパクトで且つ安価にすることができ、さらに、カッターホイール等の消耗品を削減することができる。
本願では、脆性材料基板の一例としてＦＰＤのマザーガラス基板を用いて説明したが、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有効に適用させることができる。
また、本願のスクライブ装置およびスクライブ方法はガラス基板同士を貼り合わせた液晶パネル、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ィスプレイ）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有効に適用させることができる。Hereinafter, a scribing apparatus and a scribing method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a scribing apparatus according to an embodiment of the present invention.
This scribe device is used, for example, to form a scribe line in a brittle material substrate when dividing a brittle material substrate such as a glass substrate used in an FPD such as a plasma display, as shown in FIG. A slide table 12 that reciprocates along a predetermined horizontal direction (Y direction) is provided on a horizontal base 11.
The slide table 12 is supported by a pair of guide rails 14 and 15 disposed in parallel along the Y direction on the upper surface of the gantry 11 so as to be slidable along the guide rails 14 and 15 in a horizontal state. A ball screw 13 is provided at an intermediate portion between the guide rails 14 and 15 so as to be rotated by a motor (not shown) in parallel with the guide rails 14 and 15. The ball screw 13 is capable of normal rotation and reverse rotation, and a ball nut 16 is attached to the ball screw 13 in a state where it is screw-coupled. The ball nut 16 is integrally attached to the slide table 12 without rotating, and slides in both directions along the ball screw 13 by forward and reverse rotation of the ball screw 13. Thus, the slide table 12 attached integrally with the ball nut 16 slides in the Y direction along the guide rails 14 and 15.
A pedestal 19 is arranged on the slide table 12 in a horizontal state. The pedestal 19 is slidably supported by a pair of guide rails 21 arranged in parallel on the slide table 12. Each guide rail 21 is arranged along the X direction orthogonal to the Y direction, which is the sliding direction of the slide table 12. In addition, a ball screw 22 is disposed in the center between the guide rails 21 in parallel with the guide rails 21, and the ball screw 22 is rotated forward and reverse by a motor 23.
A ball nut 24 is attached to the ball screw 22 in a state where it is screw-coupled. The ball nut 24 is integrally attached to the pedestal 19 so as not to rotate, and moves in both directions along the ball screw 22 due to normal rotation and reverse rotation of the ball screw 22. Thereby, the pedestal 19 attached integrally with the ball nut 24 slides in the X direction along each guide rail 21.
A rotating mechanism 25 is provided on the pedestal 19, and a rotating table 26 on which a glass substrate to be scribed is placed is provided on the rotating mechanism 25 in a horizontal state. The rotation mechanism 25 is configured to rotate the rotary table 26 around a central axis along the vertical direction. On the turntable 26, the glass substrate 50 is fixed by, for example, a suction chuck.
A support base 31 is disposed above the turntable 26 with an appropriate distance from the turntable 26. The support base 31 is supported in a horizontal state at the lower end portion of the optical holder 33 arranged in a vertical state. The upper end portion of the optical holder 33 is attached to the lower surface of a mounting base 32 that is installed on a member extending in the vertical direction at both side end portions of the base 11. A laser oscillation device 34 that oscillates a laser beam is provided on the mount 32.
The laser oscillation device 34 irradiates the optical system held in the optical holder 33 with the laser beam emitted from the laser oscillator.
A cooling nozzle 37 is provided on the support base 31 attached to the lower end of the optical holder 33 in the vicinity of the optical holder 33. From the cooling nozzle 37, a cooling medium such as cooling water, He gas, N 2 gas, and CO 2 gas is jetted onto the glass substrate 50. The cooling medium sprayed from the cooling nozzle 37 is sprayed to a position close to the end in the longitudinal direction of an elliptical laser spot formed on the surface of the glass substrate 50.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical system provided in the laser oscillation device 34 and the optical holder 33.
The laser oscillation device 34 includes a laser oscillator 34a that oscillates one laser beam. The laser beam L oscillated from the laser oscillator 34a is converted into an X-axis galvano mirror 34b, a Y-axis galvano mirror 34c, and an optical holder. The surface of the glass substrate 50 is irradiated through an optical lens 33 a arranged in the inside 33.
The X-axis galvanometer mirror 34b can be rotated at high speed by a scan motor 34d, scans the laser beam L emitted from the laser oscillator 34a at high speed, and reflects the laser beam L toward the Y-axis galvanometer mirror 34c. . The Y-axis galvanometer mirror 34c can be rotated at a high speed by a scan motor 34e. The laser beam reflected from the X-axis galvanometer mirror 34b is scanned at a high speed and reflected toward the glass substrate 50. Yes. The laser beam reflected by the Y-axis galvanometer mirror 34c is irradiated onto the glass substrate 50 through the optical lens 33a.
The laser beam irradiated onto the glass substrate 50 through the optical lens 33a forms a circular irradiation spot LS1 as shown in FIG. 2 on the surface of the glass substrate 50.
The circular irradiation spot LS1 (second laser spot) is scanned at high speed on the elliptical orbit of the glass substrate 50 by the X-axis galvanometer mirror 34b and the Y-axis galvanometer mirror 34c as shown in FIG. An elliptical laser spot LS2 (first laser spot) is formed on the substrate 50.
When such an elliptical laser spot LS2 is formed, it is important how many points on the elliptical trajectory are irradiated with the circular irradiation spot LS1. If the number of circular laser spots LS1 to be irradiated decreases, the amount of heat given to the glass substrate 50 is insufficient, and the thermal energy distribution of the elliptical laser spot LS2 may not be continuous. If the number of circular laser spots LS1 to be irradiated is too large, the cycle time for making one round of the elliptical trajectory may be delayed.
For this reason, for example, the update cycle time is set to 12.96 ms, and the circular irradiation spot LS1 is irradiated to 108 points on an elliptical orbit having a length of 25 mm in the major axis direction and a length of 1 mm in the minor axis direction. An elliptical laser spot LS2 is used.
The elliptical laser spot LS2 formed by using the galvano scan in this way has a length in the minor axis direction of the laser spot LS2 of about 1 mm. It is possible to adjust the energy distribution in the major axis direction of the laser spot LS2 by varying the distribution of.
That is, as shown in FIG. 3, when the circular irradiation spot LS1 is uniformly distributed over the entire elliptical orbit, the energy distribution of the elliptical laser spot LS2 is uniform over the entire area. Further, as shown in FIG. 4A, the energy distribution of the elliptical laser spot LS2A formed when the circular irradiation spot LS1 is distributed to the center side of the elliptical trajectory is elliptical. An energy distribution is formed in which the energy is higher than the center of the spot. Also, as shown in FIG. 4B, the energy distribution of the elliptical laser spot LS2B formed when the circular irradiation spot LS1 is distributed to both ends of the major axis of the elliptical orbit is An energy distribution with higher energy is formed near both ends of the major axis of the elliptical spot. Thus, the energy distribution of the elliptical laser spot LS2 can be adjusted by adjusting the distribution of the circular irradiation spot LS1 on the elliptical orbit.
The energy distribution of the elliptical laser spot LS2 can be actually adjusted by inputting a percentage with respect to the drawn ellipse by computer software. For convenience, in the following description, the case where the circular irradiation spot LS1 is evenly distributed on the elliptical trajectory is expressed as 100%, and the circular irradiation spot LS1 is the center of the elliptical shape indicated by A in FIG. When the distribution is concentrated near, the numerical value of the percentage input is expressed so as to be small, and the circular irradiation spot LS1 is concentrated near both ends of the long axis of the elliptical shape indicated by B in FIG. , Express the percentage input value to be larger. FIG. 5A shows a pattern in which the thermal energy distribution is concentrated near the center shown in the area A by lowering the percentage input with respect to the ellipse drawn by software. ) Shows a pattern in which the thermal energy distribution is concentrated near both ends of the long axis shown in the area B by increasing the percentage of the ellipse drawn by software.
A method for forming a scribe line on a glass substrate using the scribing apparatus having the above configuration will be described.
First, the glass substrate 50 is placed on the rotary table 26 and fixed by suction means. In such a state, the rotary table 26 moves to a predetermined photographing position, and the alignment marks provided on the glass substrate 50 are imaged by the CCD cameras 38 and 39. The captured alignment mark is displayed on the monitors 28 and 29, and the position information of the alignment mark in the scribing apparatus is processed using the image processing apparatus.
Thereafter, the rotary table 26 is moved and positioned with respect to the support base 31 so that the scheduled scribe line of the glass substrate 50 coincides with the actual scribe direction.
A trigger (cut) that forms an elliptical laser spot LS2 by the above-described galvano scan at the end of the glass substrate 50 held by the rotary table 26 positioned in this way, and serves as a starting point for scribe line formation. Form.
The laser beam applied to the glass substrate 50 is scanned on an elliptical orbit at high speed, and circular irradiation spots LS1 are formed at 108 locations on the elliptical orbit, and the glass substrate has a long axis length of 25 mm and a short length. An elliptical laser spot LS2 having an axial length of 1 mm is formed. Furthermore, with respect to the ellipse drawn by software, the input percentage is set to 88%, and the distribution of thermal energy is adjusted so as to form a mountain shape at the center, thereby obtaining an elliptical laser spot LS2A.
The laser spot LS <b> 2 </ b> A having a heat distribution with an input percentage of 88% formed by such a galvano scan is set to 100 mm relative to the glass substrate 50 until the center of the laser spot LS <b> 2 </ b> A coincides with the edge of the glass substrate 50. Move at a low speed of less than / sec. As described above, by moving the laser spot LS <b> 2 </ b> A to the end of the glass substrate 50 at a low speed, a trigger (cut) is formed at the end of the glass substrate 50.
After the trigger (cut) is formed at the end of the glass substrate 50, the laser spot LS2A continues to run.
The laser spot LS2A is caused to travel relative to the glass substrate 50, and a cooling medium is ejected to the glass substrate 50 from a cooling nozzle 37 installed on the rear side in the traveling direction of the laser spot LS2A. When a cooling region (cooling spot) formed by jetting a cooling medium from the cooling nozzle 37 reaches a break at the end of the glass substrate 50, formation of a scribe line was started and formed on the glass substrate 50. Using this break as a trigger, vertical cracks are continuously generated from this break. The relative traveling speed of the laser spot with respect to the glass substrate 50 when the scribing is performed is higher than the traveling speed of the laser spot when the trigger is formed, and is 50 mm / sec to 300 mm / sec.
When the formation of the scribe line on the glass substrate 50 is completed, the glass substrate 50 is transferred to the next break process, and bending stress acts on the scribe line formed in the scribe process including the scribe device of the present invention. Thus, a force is applied to the glass substrate 50. Thereby, the glass substrate 50 is divided along the scribe line.
As described above, in the scribing device of the present embodiment, a trigger (cut) can be formed on the glass substrate 50 without applying a pressure to the glass substrate 50 by a cutter wheel or the like. On the other hand, in the scribing process for forming a scribe line, no shards (carets) are generated at all, and the generation of shards (cullets), which is a problem when dividing large-sized glass substrates such as plasma displays, is eliminated. be able to.
The process of forming a trigger (cut) in the glass substrate 50 by using the elliptical laser spot LS2 using the galvano scan described above has different optimum conditions depending on the type and thickness of the glass substrate 50 to be divided. Since it is considered, the experiment which examines the optimal conditions of formation of the trigger (cut) with respect to various glass substrates 50 was conducted. Hereinafter, the experimental result will be described. In this experiment, a method of irradiating a laser spot by galvano scanning on the glass substrate 50 was also examined in conjunction with setting of the optimum conditions, and each method will be described.
First, as a first trigger formation condition, as shown in FIG. 6, the case where the trigger is formed by causing the laser spot LS2 to travel at a low speed of 100 mm / sec or less with respect to the glass substrate 50 was examined. The experimental conditions at this time are shown in Table 1 below.
Figure 2004002705
Further, as the second trigger formation condition, as shown in FIG. 7, the traveling of the laser spot LS2 is stopped in a state where the central portion of the laser spot LS2 is positioned on the end of the glass substrate 50, and the glass substrate 50 After forming the trigger at the end of the laser beam, the laser spot LS2 was moved again with respect to the glass substrate 50 to form a scribe line. The conditions in this experiment are shown in Table 2 below.
Figure 2004002705
For comparison, instead of forming the elliptical laser spot LS2 by the galvano scan described above on the surface of the glass substrate 50, as shown in FIG. The laser spot LS1 is stopped traveling while being irradiated, and a trigger is formed on the glass substrate 50 by irradiation with the laser spot LS1, and then the laser beam is scanned at a high speed by galvano scanning to thereby form an elliptical laser spot LS2. Table 3 below shows the experimental conditions when the scribe line was formed by forming and running relative to the glass substrate.
Figure 2004002705
A trigger can be formed even on a thick glass substrate such as soda glass by adjusting the irradiation condition of the elliptical laser spot LS2 by the galvano scan irradiated on the glass substrate according to each experimental condition described above. Became clear. On the other hand, when the trigger is formed at the end of the glass substrate 50 by forming the circular irradiation spot LS1 at the end of the glass substrate 50 as in the comparative example, from the trigger (cut). It was confirmed that a “first run” phenomenon in which unnecessary cracks were derived in an unpredictable direction occurred.
In addition, the trigger formed by irradiating the laser spot under the above experimental conditions has a depth of about 20% compared to a trigger (cut) formed by a scribe cutter such as a cutter wheel. The result of deepening is also obtained.
In the elliptical laser spot LS2 as shown in FIG. 6 or FIG. 7, a trigger is formed at the edge of the glass substrate by using a laser spot having a high thermal energy intensity near the center of the laser spot. It becomes possible.
Hereinafter, the effect of using the laser spot having the mountain-shaped thermal energy distribution by the galvano scan will be described.
FIG. 9 shows a situation where the laser spot LS2 formed when the glass substrate is irradiated with the circular irradiation spot LS1 by the galvano scan has a mountain-shaped thermal energy distribution. The area represented by A in the figure indicates the front side in the moving direction of the laser spot LS2, and in this area A, the thermal energy intensity gradually decreases as it goes to the front side. On the other hand, the region represented by B in the figure shows the rear side in the moving direction of the laser spot, and in this region B, the thermal energy intensity gradually decreases as it goes to the rear side.
The region A is considered to function as a region for preheating the surface of the glass substrate 50 when a trigger is formed on the glass substrate 50, and the region B is for forming a trigger when a trigger is formed on the glass substrate 50. It is thought that this is a formation region.
For the region A, a certain distance is required to gradually preheat the glass substrate 50. When the length of the region A is short, when the trigger is formed on the glass substrate 50, the peak point of the heat distribution climbs to the end of the glass substrate 50 in a state where sufficient preheating cannot be performed. Therefore, there is a possibility that a phenomenon called “first run” may occur. In addition, it is considered that the heat distribution in the region A is preferably a distribution in which the heat energy increases gently toward the central portion that is the peak point of the heat energy distribution.
For example, when the heat distribution in the region A is rising toward the periphery, contrary to the above, there is a possibility that the “first run” phenomenon occurs.
Next, for region B, in order to form a trigger (cut) having a predetermined depth at the end of the glass substrate 50, heat must be transferred from the surface of the glass substrate to a certain depth. The length corresponding to the material and thickness of the glass substrate is required. When the length of the region B is short, it is difficult to form a trigger on the glass substrate 50.
In addition, the elliptical laser spot LS2 formed by scanning the irradiation spot LS1 formed on the surface of the glass substrate at a high speed on the elliptical orbit by galvano scan secures a region where heat is diffused on the scribe line. Therefore, it is considered that a balance that draws characteristics such as the compressive force and tensile force of the glass substrate can be obtained. On the other hand, when the laser spot LS1 is scanned at high speed only on the scribe line, it becomes difficult to form a scribe line. That is, heat is accumulated in the direction perpendicular to the substrate surface, and the surface of the glass substrate is melted.
In addition, when a space where the beam spot is not irradiated is formed on the elliptical orbit, the amount of heat decreases in the region where the space is formed.
Furthermore, it is preferable that the width of the elliptical laser spot not exceed twice the diameter of the circular irradiation spot emitted from the laser oscillator.
In the above description, the laser spot formed on the glass substrate 50 has been described as having an elliptical shape. However, as shown in FIG. 10, the laser spot has two elliptical shapes before and after the scribe direction. It may be an 8-shaped laser spot.
The laser spot having two elliptical shapes formed by scanning the circular laser spot LS1 on the two front and rear elliptical orbits at a high speed in a figure of 8 is faster than the case where there is one elliptical laser spot. However, more energy (amount of heat) can be applied to the glass substrate.
Further, the thermal energy distributions of the two front and rear elliptical laser spots LS1 and LS2 are suitable for the preheating region (region A in FIG. 9) and the trigger formation region (region B in FIG. 9) described in FIG. 9, respectively. As described above, the shape can be arbitrarily changed.
With respect to the dimension a in the length direction and the dimension b in the width direction of the elliptical laser spot LS3 on the front side in FIG. 10, the appropriate length can be changed according to the type of the glass substrate. For example, when the trigger is formed on a thin glass substrate, the length direction dimension a is shortened, and when the trigger is formed on a hard glass or thick glass substrate, the length direction dimension a is formed long. . On the other hand, when the amount of heat applied to the glass substrate is increased, the width direction dimension b is shortened, and when the amount of heat applied to the glass substrate is decreased, the width direction dimension b is increased.
As described above, according to the scribing apparatus and the scribing method of the present invention, by irradiating a laser beam, a trigger (cut) as a starting point for forming a scribe line is formed, and a scribe line is subsequently formed. In a scribing process for forming a scribe line, a glass substrate can be scribed without generating a piece (cullet), and a large number of scribe lines are formed on a thick glass substrate used for a plasma display or the like. Even if it forms, the flaw etc. which are provided on the glass substrate surface by a piece (cullet) can be prevented.
Moreover, since it is not necessary to provide a scribe cutter such as a cutter wheel for forming the trigger, the apparatus configuration can be made compact and inexpensive, and consumables such as the cutter wheel can be reduced.
In the present application, an FPD mother glass substrate has been described as an example of a brittle material substrate, but the present invention can also be effectively applied to scribe processing of semiconductor wafers, ceramics, and the like.
In addition, the scribing apparatus and scribing method of the present application includes a liquid crystal panel, a transmissive projector substrate, an organic EL element, a PDP (plasma display panel), an FED (field emission display), a glass substrate and a silicon substrate bonded together. The present invention can also be effectively applied to the scribing of a mother substrate such as a reflection type projector substrate that has been bonded.

本発明のスクライブ装置及びスクライブ形成方法は、ガルバノスキャンにより脆性材料基板に照射される照射スポットを高速で走査することで熱エネルギー強度が中央部分になるに従って大きくなる山型になったレーザスポットを形成し、そのレーザスポットの移動は、脆性材料基板の端部において、スクライブラインを形成中の速度よりも遅くなるように、または一旦停止するようにされる。これにより、カッターホイール等の刃先を用いることなく、スクライブの開始点となるトリガーを形成することができるので、スクライブ工程において、欠片（カレット）が発生することが無く、プラズマディスプレイ等に用いられる厚型のガラス基板に対して、大量にトリガー（切れ目）を形成しても、欠片（カレット）によるガラス基板表面上に付与されるキズ等が発生することを防止することができる。
また、トリガーを形成するためのカッターホイール等の刃先を備える必要がないので、装置構成をコンパクトで且つ安価にすることができ、さらに、カッターホイール等の消耗品を削減することができる。The scribing apparatus and the scribing method of the present invention form a laser spot having a mountain shape in which the thermal energy intensity increases toward the center by scanning the irradiation spot irradiated to the brittle material substrate at high speed by galvano scanning. Then, the movement of the laser spot is made slower than the speed during the formation of the scribe line at the end of the brittle material substrate, or once stopped. Accordingly, a trigger that becomes a starting point of scribing can be formed without using a cutting edge such as a cutter wheel, so that a piece (cullet) is not generated in the scribing process, and the thickness used for a plasma display or the like. Even if a large number of triggers (cuts) are formed on the glass substrate of the mold, it is possible to prevent generation of scratches or the like imparted on the surface of the glass substrate due to pieces (cullet).
Further, since it is not necessary to provide a cutting edge such as a cutter wheel for forming the trigger, the apparatus configuration can be made compact and inexpensive, and consumables such as the cutter wheel can be reduced.

Claims (6)

脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の第１のレーザスポットが、スクライブ予定ラインに沿って形成されるようにレーザビームを連続的に照射する手段と、
該第１のレーザスポットによって加熱された領域の近傍を冷却する冷却手段とを具備し、脆性材料基板の表面にスクライブラインを形成するスクライブ装置において、
該第１のレーザスポットが該脆性材料基板のスクライブ予定ラインの端部に切り目を形成し、引き続き、該脆性材料基板にスクライブラインを形成することを特徴するスクライブ装置。Means for continuously irradiating a laser beam so that a first laser spot having a temperature lower than a softening point of the brittle material substrate is formed along a scribe line;
A scribing device for forming a scribe line on the surface of the brittle material substrate, comprising a cooling means for cooling the vicinity of the region heated by the first laser spot,
A scribing apparatus, wherein the first laser spot forms a cut at an end of a scribe planned line of the brittle material substrate, and subsequently forms a scribe line in the brittle material substrate. 前記第１レーザスポットは前記レーザビームによって前記脆性材料基板上に形成される第２のレーザスポットを所定形状の軌道上を高速で走査させることによって形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスクライブ装置。The first laser spot is formed by causing a second laser spot formed on the brittle material substrate by the laser beam to scan on a predetermined shape at high speed. The scribing device according to item. 前記第２のレーザスポットは熱エネルギー分布が中央部分になるに従って大きくなる山型であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のスクライブ装置。The scribing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the second laser spot has a mountain shape in which a thermal energy distribution becomes larger as it reaches a central portion. 脆性材料基板の表面におけるスクライブ予定ラインに沿って、該脆性材料基板の軟化点よりも低い温度の第１の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照射しつつ移動させ、該第１の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することにより、スクライブ予定ラインにそってスクライブラインを形成するスクライブ方法において、
該第１のレーザスポットが該脆性材料基板のスクライブ予定ラインの端部に切り目を形成し、引き続いて、該脆性材料基板にスクライブラインを形成することを特徴するスクライブ方法。A laser beam is continuously irradiated along the planned scribe line on the surface of the brittle material substrate so that a first laser spot having a temperature lower than the softening point of the brittle material substrate is formed. In a scribing method of forming a scribe line along a planned scribe line by continuously cooling a region adjacent to one laser spot along the planned scribe line,
A scribing method, wherein the first laser spot forms a cut at an end of a scribe line of the brittle material substrate, and subsequently forms a scribe line in the brittle material substrate. 前記第１レーザスポットは前記レーザビームによって前記脆性材料基板上に形成される第２のレーザスポットを所定形状の軌道上を高速で走査させることによって形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスクライブ方法。The first laser spot is formed by causing a second laser spot formed on the brittle material substrate by the laser beam to scan on a predetermined shape at high speed. The scribing method according to item. 前記第２のレーザスポットは熱エネルギー分布が中央部分になるに従って大きくなる山型であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のスクライブ方法。3. The scribing method according to claim 1, wherein the second laser spot has a mountain shape in which a thermal energy distribution increases toward a central portion. 4.
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