JPWO2005102638A1 - 脆性基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置 - Google Patents

Abstract

分断により良好な基板の端面が得られる脆性基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置を提供することを目的とする。脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを照射してスポット状に加熱し、加熱された部位に冷媒を噴射する工程を具備して垂直クラックを形成する基板の垂直クラック形成方法において、前記工程が、１つの加熱スポットの形成とレーザビームの照射を中止し、続いて行われる１つの冷却スポットの形成とを１つのクラック形成単位動作として構成され、クラック形成単位動作が、加熱スポットによって加熱された部位を冷却スポットで冷却することにより、前記スポットとその周囲における熱的平衡が回復されるように設定される。

Description

本発明は、脆性基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置に関し、特に、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームをスポット状に照射して加熱し、加熱された部位に冷媒を噴射する工程を具備する脆性基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置に関する。

半導体ウェハ、ガラス基板、セラミック基板等の脆性基板を分断するために脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを相対移動させながら、基板上に加熱スポットを形成して基板を加熱しながら、加熱された基板上の部位に冷媒を噴射して冷却スポットを形成する垂直クラック形成方法が知られている。
このようなレーザビームによる垂直クラック形成方法では、加熱スポットの周囲に生じた圧縮応力と、冷却スポットの周囲に生じた引張り応力との間の応力差に基づいて垂直クラックが形成される。
通常、カッター等の工具を用いて基板の端面に刻み目をつけ、この刻み目を突破口にして加熱スポットと冷却スポットを形成することにより、基板の板厚方向に浸透する垂直クラックを基板の面方向に進展させることができる。

特許文献１には、レーザビームを移動させながら照射してガラスを加熱し、加熱された部位に冷却剤を噴射してガラスを切断する方法および装置が開示されている。この文献によれば、ビームの移動位置に応じてビームの移動速度やエネルギーを変化させることにより、ガラスの切断品質を向上させている。

特開２００３−３２１２３４号公報

特許文献２には、入射ビームを回折光学素子により回折させて、基板上の割断予定線に長手方向を有する帯状ビームを生成する基板の分断方法が開示されている。このような帯状ビームを基板上に生成することにより、基板上の割断予定線と直交する方向に対して及ぶ熱影響の範囲を小さくできるので、基板上に形成された配線、デバイスへの熱影響を少なくできる。

特開２００４−６６７４５号公報

特許文献１に記載されたように、レーザビームを移動させながら連続的に照射した場合、冷却剤の噴霧による冷却を連続的に行っても基板の板厚方向に高温域が残存しやすい。

特許文献２に記載されたように、基板上の割断予定線に沿って長手方向を有する帯状ビームを生成する場合、加熱スポットに生じた圧縮応力と、冷却スポットに生じた引張り応力との間の応力勾配は、基板上の割断予定線に沿う方向において大きく、基板上の割断予定線と直交する方向において小さくなる。後者の方向に発生する応力勾配が垂直クラックの形成に寄与する。
したがって、基板上の割断予定線に長手方向を有する帯状ビームを用いて、基板上の割断予定線に沿う方向に垂直クラックを進展させるには、大きなエネルギーを必要とする。このため、基板の板厚方向に高温域が残存しやすい。

基板中に残存する高温域は残留応力として作用するので、形成される垂直クラックの深さが板厚と比較して小さく、その後に行われる分断によって形成される基板の端面の品質は十分なものではない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、分断により良好な基板の端面が得られる脆性基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置を提供することを目的とする。

この発明によれば、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームをスポット状に照射して加熱し、加熱された部位に冷媒を噴射する工程を具備して垂直クラックを形成する基板の垂直クラック形成方法において、前記工程が、１つの加熱スポットの形成とレーザビームの照射を中止し、続いて行われる１つの冷却スポットの形成とを１回のクラック形成単位動作として構成され、クラック形成単位動作が、加熱スポットによって加熱された部位を冷却スポットで冷却することにより、前記スポットとその周囲における熱的平衡が回復されるように設定されることを特徴とする脆性基板の垂直クラック形成方法が提供される。

この発明の別の観点によれば、レーザビームを照射して脆性基板上に加熱スポットを形成し基板を加熱するためのレーザビーム照射手段と、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビーム照射手段から照射されるレーザビームを脆性基板と相対移動させるレーザビーム移動手段と、脆性基板上の加熱スポットが形成された部位に冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、前記の各手段を制御する制御部とを具備し、レーザビーム照射手段は、垂直クラック形成予定ラインに直交する方向に長手軸を有する形状の加熱スポットを形成し、制御部は、加熱スポットの形成と、レーザビームの照射を中止した後に、続いて行われる冷却スポットの形成とからなるクラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って単位長さだけ形成し、次いで、スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行するよう前記の各手段に指令を行い、それによって前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続するクラックを形成し、クラック形成単位動作が、加熱スポットによって加熱された部位を冷却スポットで冷却することにより、前記スポット周囲における熱的平衡が回復されるように設定されることを特徴とする脆性基板の垂直クラック形成装置が提供される。

この発明の脆性基板の垂直クラック形成方法では、その工程が、１つの加熱スポットの形成と、レーザビームの照射を中止し、続いて行われる１つの冷却スポットの形成とを１つのクラック形成単位動作として構成され、クラック形成単位動作が、加熱スポットによって加熱された部位を冷却スポットで冷却することにより、前記スポットとその周囲における熱的平衡が回復されるように設定されるので、１つのクラック形成単位動作を終える毎にそのクラック形成単位動作が行われたスポットについて熱的な清算を行うことができる。したがって、熱的応力を残留させない状況下において順次間欠的に垂直クラックを連続して形成することができ、ブレーク後の断面良質の良好なクラックを形成することが可能となる。

加熱スポットが、垂直クラック形成予定ラインに直交する方向に長手軸を有する形状であるようにすれば、垂直クラック形成予定ラインに直交する方向により大きな圧縮応力を発生させることができる。したがって、付加されたレーザビームのエネルギーを垂直クラック形成予定ラインに沿う方向に残留応力の発生を抑えつつ垂直クラックを形成するために有効に活用できるので、残留応力の発生を抑えることができる。

加熱スポットの形成と、レーザビームの照射を中止し、続いて行われる冷却スポットの形成とからなるクラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って単位長さだけ形成し、次いで、スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行することにより、前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続する垂直クラックを形成するようにすれば、基板の厚さや材質、クラックの形成位置などの諸条件に応じてクラック形成単位動作時間長さと各動作の繰返し回数を適宜設定することにより、エネルギーを無駄なく活用できる。
また、従来のように、加熱スポットを連続して照射させながら移動させる形成方法ではないので、加熱スポットを垂直クラック形成予定ラインに直交する方向に長手軸を有する形状とした利点を損なうことなく、付加されたレーザビームのエネルギーを垂直クラック形成予定ラインに沿う方向に垂直クラックを形成するために有効に活用させることができる。

垂直クラック形成予定ラインの開始点となる基板端部の近傍において、クラック形成単位動作を各スポットの形成位置を変えずに複数回繰り返すようにすれば、カッター等の工具を別途用いなくても、基板の端面に垂直クラックが基板の面方向に進展するためのトリガーとなる開始点刻み目を形成し、この開始点刻み目を突破口にして基板の板厚方向に浸透する垂直クラックを基板の面方向に進展させることができる。
冷却スポットが、主として冷媒の蒸発潜熱を用いて加熱スポットより広い範囲を冷却するよう形成するようにすれば、加熱スポットを速やかに冷却して熱的平衡を迅速に回復することができる。
冷却スポットが、インクジェット方式による冷媒液体の噴射により形成されるようにすれば、クラック形成単位動作の周期を短くしかつ除熱に十分な量の冷媒を加熱スポットに供給することができる。

加熱スポットが、レーザビームの照射出力、照射時間、加熱スポットの形状あるいは加熱スポットの間隔をパラメータとして設定されるようにすれば、基板の厚さや材質、クラックの形成位置などの諸条件に応じてクラック形成単位動作の最適条件を適宜変更することができる。

１回のクラック形成単位動作を実行することによって形成される垂直クラックの垂直クラック形成予定ライン方向における単位長さをＬとするとき、加熱スポットの間隔Dが、L／2＜D＜Lを満たすように設定されるようにすれば、単位長さのクラックを一部重ね合わせたり、単位長さのクラックを隙間なく形成することにより、途切れのない１本のクラックが形成できる。

基板の端部近傍において、加熱スポットの長手軸が垂直クラック形成予定ラインに交わる角度を変更するようにすれば、加熱スポットに生じた圧縮応力と、冷却スポットに生じた引張り応力との間の応力勾配の向きを変化させることができるので、基板の端部近傍で生じやすい垂直クラックの湾曲を補正し垂直クラックを垂直クラック形成予定ラインに沿う直線として形成することができる。
また、このような垂直クラックの湾曲を補正する動作を曲線形状の垂直クラック形成予定ラインとすることにより、連続した曲線クラックを形成することができる。

垂直クラック形成予定ラインが垂直クラック形成予定ラインと平行する基板の辺縁部に近接して位置するとき、加熱スポットの長手軸を垂直クラック形成予定ラインとの交点を中心として基板の近接する辺縁部から遠位側に後退させた状態でクラック形成単位動作を繰り返し行うようにしてもよい。これにより、前記基板の端部近傍で生じやすい垂直クラックの湾曲を補正し垂直クラックを垂直クラック形成予定ラインに沿う直線として形成することができる。

垂直クラックの形成方向に向かってほぼ同時にN個の加熱スポットを形成し、次いで、形成されたそれぞれの加熱ビームにほぼ同時に冷却スポットを形成する工程からなるクラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿ってN個分の単位長さだけ形成し、次いで、スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行することにより、前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続するクラックを形成する構成にしてもよい。
このような構成によれば、スポットの形成位置を１回変えるごとにN個の加熱スポットを形成することができるので、スポットの距離を長くして照射する回数を減らして垂直クラックの形成速度を上げることができる。

基板上の加熱スポットの長手軸の長さをaとし、基板の板厚をｔとするとき、
0＜a＜４tとなるように、加熱スポットを形成するようにすれば、基板の板厚に応じたエネルギーの加熱スポットを形成することができる。

基板上に形成される加熱スポットの長手軸の長さをaとし、基板上に形成される冷却スポットの円相当径をCとするとき、0＜C＜a／２となるよう冷媒の噴射を行うようにすれば、前記スポットとその周囲における熱的平衡が回復されるように設定されるので、１つのクラック形成単位動作を終える毎にそのクラック形成単位動作が行われたスポットについて熱的な清算を行うことができる。したがって、残留応力の残存量を抑えることができる。

この発明の基板の垂直クラック形成装置によれば、制御部は、加熱スポットの形成と、レーザビームの照射を中止した後に、続いて行われる冷却スポットの形成とからなるクラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って単位長さだけ形成し、次いで、スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行するよう前記の各手段に指令を行い、それによって前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続するクラックを形成し、クラック形成単位動作が、加熱スポットによって加熱された部位を冷却スポットで冷却することにより、前記スポット周囲における熱的平衡が回復されるように設定されるようにしてもよい。
これにより、１つのクラック形成単位動作を終える毎にそのクラック形成単位動作が行われたスポットについて熱的な清算を行うことができる。したがって、熱的応力の残存量を極力少なくさせながら垂直クラックを形成することができる。基板の厚さや材質、クラックの形成位置などの諸条件に応じてクラック形成単位動作の回数を適宜設定することができるので、エネルギーを無駄なく活用できる。
また、従来のように、加熱スポットを連続して照射させながら移動させる形成方法ではないので、加熱スポットを垂直クラック形成予定ラインに直交する方向に長手軸を有する形状とした利点を損なうことなく、付加されたレーザビームのエネルギーを垂直クラック形成予定ラインに沿う方向に垂直クラックを形成するために有効に作用させることができる。

制御部は、垂直クラック形成予定ラインの開始点となる基板端部の近傍において、クラック形成単位動作を各スポットの形成位置を変えずに複数回繰り返して行うよう前記の各手段に指令を行うようにすれば、カッター等の工具を別途用いなくても、基板の端面に垂直クラックが基板の面方向に進展するためのトリガーとなる開始点刻み目を形成し、この開始点刻み目を突破口にして基板の板厚方向に浸透する垂直クラックを基板の面方向に進展させることができる。
冷媒噴射手段が、インクジェット方式による冷媒液体の噴射により冷却スポットを形成するようにすれば、クラック形成単位動作の周期を短くしかつ除熱に十分な量の冷媒を加熱スポットに供給させることができる。
冷媒噴射手段が、冷媒の噴射により冷却スポットを形成した後、さらに補助冷却手段により加熱スポットより広い範囲を冷却するようにすれば、加熱スポットを速やかに冷却して熱的平衡を迅速に回復することができる。

制御部は、加熱スポットが、レーザビームの照射出力、照射時間、加熱スポットの形状あるいは加熱スポットの間隔をパラメータとして設定されるよう前記各手段に指令を行うようにすれば、基板の厚さや材質、クラックの形成位置などの諸条件に応じてクラック形成単位動作の設定を適宜変更することができる。

制御部は、クラックの単位長さをLとするとき、加熱スポットの間隔Dが、L／2＜D＜Lを満たすように設定されるべくレーザビーム移動手段に指令を行うようにすれば、単位長さのクラックを一部重ね合わせたり、単位長さのクラックを隙間なく形成することにより、途切れのない１本のクラックが形成できる。

制御部は、基板の端部近傍において、加熱スポットの長手軸が垂直クラック形成予定ラインに交わる角度を変更するようレーザビーム照射手段に指令を行うようにすれば、加熱スポットに生じる圧縮応力と、冷却スポットに生じる引張り応力との間の応力勾配の向きを変化させることができるので、基板の端部近傍で生じやすい垂直クラックの湾曲を補正し垂直クラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿う直線として形成することができる。

制御部は、垂直クラック形成予定ラインが垂直クラック形成予定ラインと平行する基板の辺縁部に近接して位置するとき、加熱スポットの長手軸を垂直クラック形成予定ラインとの交点を中心として基板の近接する辺縁部から遠位側で後退させて前記クラック形成単位動作を繰り返し行うよう前記の各手段に指令を行うようにすれば、基板の端部近傍で生じやすい垂直クラックの湾曲を補正し垂直クラックを垂直クラック形成予定ラインに沿う直線として形成することができる。

制御部は、垂直クラックの形成方向に向かってほぼ同時にN個の加熱スポットを形成し、レーザビームの照射を中止した後に、形成されたそれぞれの加熱スポットにほぼ同時に冷却スポットを形成する工程からなるクラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿ってN個分の単位長さだけ形成し、次いで、スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行するよう前記の各手段に指令を行い、それによって、前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続するクラックを形成するようにしてもよい。
これにより、スポットの形成位置を１回変えるごとにN個の加熱スポットを形成することができるので、スポットの形成位置の移動距離を長くして移動する回数を減らして垂直クラックの形成速度を上げることができる。

制御部は、基板上の加熱スポットの長手軸の長さをaとし、基板の板厚をｔとするとき、0＜a＜４tとなる加熱スポットを形成するようレーザビーム照射手段に指令を行うようにすれば、基板の板厚に応じたエネルギーの加熱スポットを形成することができる。

制御部は、基板上に形成される加熱スポットの長手軸の長さをaとし、基板上に形成される冷却スポットの円相当径をCとするとき、0＜C＜a／２となる冷却スポットを形成するよう冷媒噴射手段に指令を行うようにすれば、前記スポットとその周囲における熱的平衡が回復されるように設定されるので、１つのクラック形成単位動作を終える毎にそのクラック形成単位動作が行われたスポットについて熱的な清算を行うことができる。したがって、熱的応力の残存量を極力少なくさせながら垂直クラックを形成することができる。

この発明において、垂直クラック形成予定ラインに沿って連続したクラックを形成する工程を説明する図である。 レーザビームの照射位置の設定を説明する図である。 垂直クラック形成装置の構成を模式的に示す図である。 図３のヘッド部５の構成を模式的に示す図である。 垂直クラック形成予定ラインが垂直クラック形成予定ラインと平行する基板の辺縁部に近接して位置するときの、垂直クラックの形成方法を説明する図である。 曲線状の垂直クラックの形成方法を説明する図である。

符号の説明

１ 垂直クラック形成装置
２ レーザビーム照射手段
３ 冷媒噴射手段
４ 駆動部
５ ヘッド部
６ レーザビーム移動手段
７ 制御部
１０ 加熱スポット
１１ レーザ発振機
１２ ビームスプリッタ
１５ ミラー移動機構部
２０ 冷却スポット
２１ レーザ出射口部
３１ 冷媒噴射口部

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明の脆性基板としては、形態、材質、用途および大きさについて特に限定されるものではなく、単板からなる基板または２枚以上の単板を貼り合わせた貼り合せ基板であってもよく、これらの表面または内部に薄膜あるいは端子部などの半導体材料を付着あるいは包含させたものであってもよい。
脆性基板の材質としては、ガラス、焼結材料のセラミックス、単結晶材料のシリコン、サファイヤ等が挙げられ、その用途としては液晶ディスプレイパネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のパネルあるいはセラミックコンデンサー用セラミック基板、半導体チップ用ウェハー基板などが挙げられる。

この発明の垂直クラック形成装置の実施の形態を以下に示すが、この発明はこれらに限定されるものではない。

図１から図６を用いて、この発明の実施の形態を説明する。
この発明では、垂直クラック形成予定ラインに沿って連続する垂直クラックを形成するために、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを脆性基板と相対移動させながら基板上に加熱スポットを形成して基板を加熱し、脆性基板上の加熱された部位に冷媒を噴射することにより冷却ポイントを形成する工程を備えている。
前記工程は、１つの加熱スポットの形成と、レーザビームの照射を中止し続いて行われる１つの冷却スポットの形成とを１つのクラック形成単位動作として構成されている。
なお、この発明における垂直クラックとは、脆性基板の板厚方向に浸透するクラックであって、肉眼視が困難なブラインドクラック、基板の完全な分断には到らないクラックおよび形成された垂直クラックによって基板がほぼ完全に分断された状態が含まれる。
図１および図２は、垂直クラック形成予定ラインに沿って連続したクラックを形成する工程を説明する図である。

図１に示すように、レーザビームの照射により基板上に形成される加熱スポット１０は、垂直クラック形成予定ラインSに直交する方向に長手軸bを有し、長径はaで示される。
このような加熱スポット１０の形状は、垂直クラック形成予定ラインSに沿う方向よりも垂直クラック形成予定ラインSに直交する方向により大きな圧縮応力(破線で模式的に示す)を発生させる。
加熱スポット１０は、１箇所におけるクラック形成単位動作の繰り返し回数を減らすために、垂直クラックの形成に必要かつ十分な最小単位のレーザーエネルギー量で構成される。

次いで、加熱スポット１０の近傍に冷媒を噴射して冷却スポット２０を形成することにより、加熱部位を急冷する。冷却スポット２０は、通常、垂直クラック形成予定ラインS上で長手軸bの加熱スポットほぼ中央部に形成され、その直径はCで示される。
冷却スポット２０の大きさや冷媒使用量は、加熱スポット１０とその周囲における熱的平衡が回復されるように設定される。これにより、１つのクラック形成単位動作を終える毎にそのクラック形成単位動作が行われたスポット部位について熱的な清算を行うことができる。したがって、残留応力の発生を抑えることができるとともに、冷却スポット２０を形成する冷媒は加熱スポット１０の近傍に必要最小限の量を噴射すればよいので、冷媒を不必要に浪費することなく加熱スポット１０を冷却することができる。

図１に示すように、冷却スポット２０の形成により、垂直クラック形成予定ラインSに直交する方向により大きな引張り応力(実線で模式的に示す)が発生する。これにより、垂直クラック形成予定ラインSに直交する方向に応力差が生じ、基板の板厚方向に浸透する、単位長さLの垂直クラックが前記垂直クラック形成予定ラインSに沿って形成される。垂直クラック形成予定ラインSに沿って形成される冷却スポット２０の単位長さLの垂直クラックを以下で、単位クラックnと称する。

このような単位クラックnを垂直クラック形成予定ラインに沿って形成するには垂直クラック形成予定ラインSに直交する方向における大きな応力差を発生させることが必要である。すなわち、垂直クラック形成予定ラインSに沿う方向に発生する応力差は、垂直クラック形成予定ラインSに沿って形成される単位クラックnの形成に寄与しないばかりか、このような単位クラックnの形成を阻害するからである。

従来のように、垂直クラック形成予定ラインSに沿う方向に長手軸を有する形状の加熱スポットを用いた場合、垂直クラック形成予定ラインSに沿う方向の応力差を打ち消してこれを無効とするように、垂直クラック形成予定ラインSに沿う方向の応力差を大きく設定せねばならなかった。
これに対して、本発明の加熱スポット１０は、垂直クラック形成予定ラインSに直交する方向に長手軸bを有する形状であるため、必要最小限のレーザビームの照射時間、照射エネルギーで単位クラックnを発生させることができる。

本発明では、クラック形成単位動作において、加熱スポット１０が、レーザビームの移動を停止した状態で照射される。
これは、従来のように、レーザビームを移動させながら連続して照射する場合に、形成される加熱スポット１０は、結果的に垂直クラック形成予定ラインSに沿う方向に長く伸びた帯状となり、上記した、垂直クラック形成予定ラインSに直交する方向に長手軸bを有する本発明の加熱スポット１０の利点が損なわれるからである。

冷却スポット２０の形成が終了すると、次のレーザビームの照射位置が決定される。
図２は、レーザビームの照射位置を説明する図である。
図２に示すように、単位クラックnの単位長さをL、隣り合う加熱スポット１０の間隔をDとするとき、レーザビームの照射によって形成される加熱スポット１０の間隔Dは、L／2＜D＜Lを満たすことが好ましい。
すなわち、少なくとも隣接して形成される単位クラックnどうしの間に隙間がなく、単位クラックnどうしがその長さの半分以上で重ならないよう設定される。
レーザビームの照射位置が決定されると、次のクラック形成単位動作に移行する。１つのクラック形成単位動作の周期、すなわち、加熱スポットの形成開始から次の加熱スポットの形成開始までの時間は、０．０１〜０．１秒である。
クラック形成単位動作を繰り返して行うことにより、図１に示すように、単位クラックnが垂直クラック形成予定ラインSに沿って連続する垂直クラックEが形成される。

この発明では、図１に示すように、垂直クラック形成予定ラインSの開始点となる基板端部の近傍ｍにおいて、クラック形成単位動作を各スポットの形成位置を変えずに複数回繰り返す。これにより、カッター等の工具を別途用いなくても、基板の端面に垂直クラックが基板の面方向に進展するためのトリガーとなる開始点刻み目を形成し、この開始点刻み目を突破口にして基板の板厚方向に浸透する垂直クラックを基板の面方向に進展させることができる。
上記した同一スポット位置でのクラック形成単位動作の繰り返しは、垂直クラック形成予定ラインSの開始点となる基板端部の近傍ｍにおいてだけではなく、基板上の所望する部位で行うことができ、その回数は、加工対象の基板の材質、厚さ、レーザ照射源の設定出力等に応じて適宜設定される。
なお、加熱スポット１０の形成は、基板上の加熱スポット１０の長手軸の長さ（長径）をaとし、基板の板厚をｔとするとき、0＜a＜４tとなることが好ましく、冷却スポット２０の形成は、基板上に形成される加熱スポット１０の長手軸の長さをaとし、冷却スポット２０の円相当径（直径）をCとするとき、0＜C＜a／２となるよう形成されることが好ましい。したがって、好ましい基板の板厚ｔと、冷却スポット２０の円相当径Cとの関係は、0＜C＜2tとなる。

図３および図４は、この発明の垂直クラック形成装置の一例を示す図である。
図３は、垂直クラック形成装置の構成を模式的に示す図である。
図３に示すように、垂直クラック形成装置１は、レーザビーム照射手段２、冷媒噴射手段３およびこれら手段の駆動部４を具備するヘッド部５と、ヘッド部５を脆性基板と相対移動させるレーザビーム移動手段６と、前記の各手段を制御する制御部７とを具備する。

図４は、図３のヘッド部５の構成を模式的に示す図である。
図４に示すように、ヘッド部５は、レーザビームを出射するレーザ発振機１１と、レーザ発振機１１から出射されたレーザビームを所定の割合で反射光と透過光に分配する複数のビームスプリッタ１２と、ビームスプリッタ１２で反射されたレーザビームのそれぞれを所定のタイミングおよび通過時間で通過させるシャッター１３と、シャッター１３を通過したレーザビームを任意の形状の加熱スポット１０に調整する光学系１４と、それぞれのビームスプリッタ１２を調整するミラー移動機構部１５とを具備する。

レーザ発振機１１は、例えば、炭酸ガスレーザであり、パルス周波数０〜２００kHz、パルス幅が０．０１〜０．１秒、レーザ発振出力３〜２０Wの範囲で設定される。本願発明ではＲＦ発振源の周波数に関連するパルス幅は連続しているものとする。
光学系１４は、基板上の垂直クラック形成予定ラインSに沿って所望する形状および大きさ、すなわち加熱スポット１０の長軸と短軸の長さの比率および最大径や、加熱スポット１０の長軸と基板上の垂直クラック形成予定ラインSが交差する角度θを調整することができる。
ミラー移動機構部１５は、複数のビームスプリッタ１２どうしの間隔あるいはそれぞれのビームスプリッタ１２の角度姿勢を調整することによって単位クラックnどうしを重ね合わせる長さを設定できる。

図３に示すように、レーザビーム照射手段２は、図４に示した光学系１４から基板上に向かって出射されるレーザビームの複数のレーザ出射口部２１を具備する。また、冷媒噴射手段３は、液滴状の冷媒をジェット噴射する複数の冷媒噴射口部３１を具備する。レーザ出射口部２１と冷媒噴射口部３１は１つのユニット５１を形成するように隣接させてあり、ヘッド部５はユニット５１が一列にN個配置されてなる。
レーザビーム移動手段６は、ヘッド部５を所望する周期で断続的に垂直クラック形成予定ラインSの方向を含む３つの軸方向に移動させる構成を備えている。冷媒噴射口部３１は、例えば、プリンタ等で広く用いられているインクジェット方式の液滴噴射機構を具備し、噴射される冷媒としては、例えば、水、アンモニア、液体窒素の液体が挙げられる。また、噴射される冷媒は、前記液体と、ヘリウム、空気あるいは二酸化炭素等の気体との混合物であってもよい。

制御部７は、駆動部４を介してレーザビーム照射手段２によるN個の加熱スポット１０の形成を制御する。具体的には、N個のレーザ出射口部２１からレーザビームをほぼ同時に出射してN個の加熱スポット１０を形成する。

次いで、制御部７は、形成されたそれぞれの加熱スポット１０の近傍に冷媒をほぼ同時に噴射するよう冷媒噴射手段３に対して指令を行う。これにより、冷媒噴射口部３１のそれぞれから冷媒が噴射され、前記各加熱スポット１０の近傍に冷却スポット２０がそれぞれ形成される。
加熱スポット１０に生じた圧縮応力と、冷却スポット２０に生じた引張り応力との間の応力差に基づいてN個の単位クラックnが形成される。このとき、順次形成される単位クラックnは、経時的に進展し隣接する単位クラックnどうしがつながるようになる。
また、冷却スポット２０は、主として冷媒の蒸発潜熱を用いて加熱スポット１０より広い範囲を冷却するよう形成されるので、加熱スポット１０を速やかに冷却して熱的平衡を迅速に回復することができる。
前記したように１つのクラック形成単位動作の周期をTとするとき、垂直クラック形成装置１はN個のスポットを同時に形成するので、垂直クラック形成装置１における１つのクラック形成単位動作の周期は、T／Nとなる。
なお、インクジェット方式による冷媒の噴射後、空気冷却等の補助冷却手段を用いてもよい。

垂直クラック形成装置１では、加熱スポット１０と冷却スポット２０とを形成する工程からなるクラック形成単位動作を連続して実行することにより、まず、基板の板厚方向に浸透する単位クラックnを垂直クラック形成予定ラインSに沿ってＮ個連結させて単位長さL×N個分の長さの垂直クラックを形成し（図３中のN1）、次いで、ヘッド部５を移動させることによってスポットの形成位置を変え、前記と同様に、単位クラックnを垂直クラック形成予定ラインSに沿って連結させて単位長さL×N個分の長さの垂直クラックを形成する（図中のN2）。このような動作は図中のNnまで繰り返し実行される。
このように、スポットの形成位置を１回変えるごとにN個の加熱スポットを形成することができ、レーザ出射口部２１と冷媒噴射口部３１とを１つずつ備えた場合に比べると、スポットの形成位置を変える回数を減らし、垂直クラックの形成速度を格段に上げることができる。

次に、垂直クラック形成予定ラインSが垂直クラック形成予定ラインSと平行する基板の辺縁部に近接して位置するときの補正について説明する。
図５は、垂直クラック形成予定ラインSが垂直クラック形成予定ラインSと平行する基板の辺縁部に近接して位置するときの補正について説明する図である。
垂直クラック形成予定ラインSが、垂直クラック形成予定ラインSと平行する基板の辺縁部から遠い場合には、単位動作の繰り返し後、垂直クラック形成予定ラインSの両側において温度分布の対称性は比較的保たれている。
しかし、垂直クラック形成予定ラインSが垂直クラック形成予定ラインSと平行する基板の辺縁部に近接して位置するときには、温度分布の対称性がくずれ、形成される単位クラックnは、垂直クラック形成予定ラインSより端面側にその先端が引き寄せられ、それによって垂直クラック形成予定ラインSより端面側にずれるという現象が発生した。

そこで、本発明では、制御部7は、垂直クラック形成予定ラインSが垂直クラック形成予定ラインSと平行する基板の辺縁部ｈに近接して位置するとき、加熱スポット１０の長手軸ｂを垂直クラック形成予定ラインSとの交点を中心として基板の近接する辺縁部ｈから遠位側で後退させた状態でクラック形成単位動作を繰り返し行うようレーザビーム照射手段２およびレーザビーム移動手段６に指令を行う。
すなわち、図５に示すように、垂直クラック形成予定ラインSが垂直クラック形成予定ラインSと平行する基板の右側の辺縁部hrに近接して位置するときには、加熱スポット１０の長手軸ｂの前記右側辺縁部hrに遠い側を後退させた状態で、図中矢印方向へ単位動作を繰り返し行う。一方、垂直クラック形成予定ラインSが垂直クラック形成予定ラインSと平行する基板の左側の辺縁部hlに近接して位置するときには、加熱スポット１０の長手軸ｂの前記左側辺縁部hlに遠い側を後退させた状態で、図中矢印方向へ単位動作を繰り返し行う。
これにより、単位クラックnが垂直クラック形成予定ラインSに沿って連続した直線クラックを形成することができる。

本発明の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置は、単位クラックnを連続させて曲線状の垂直クラックを形成することができる。
図６は、曲線状の垂直クラックを形成する動作を説明する図である。
垂直クラック形成装置１を用いた場合、その制御部７は、図６に示すように、曲線状の垂直クラック形成予定ラインS’に沿って曲線状の垂直クラックを形成する際、垂直クラック形成予定ラインS’の接線に対して加熱スポット１０の長手軸ｂを直交させた状態でクラック形成単位動作を繰り返し行うようレーザビーム照射手段２、冷媒噴射手段３およびレーザビーム移動手段６に指令を行う。
それぞれがレーザビーム照射手段２および冷媒噴射手段３からなるN個のユニット５１は、垂直クラック形成予定ラインS’の曲率等に応じて、そのうちの１つまたはいくつかによってクラック形成単位動作が行われる。１つのクラック形成単位動作ごとに使用するユニット５１をN組のユニット５１のうちから選択変更することが可能である。
これにより、単位クラックｎが連続した１本の曲線クラックUを形成することができる。

本発明は、半導体ウェハ、ガラス基板、セラミック基板等の脆性基板を分断するためにの垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置に利用することができる。

Claims (24)

1. 脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームをスポット状に照射して加熱し、加熱された部位に冷媒を噴射する工程を具備して垂直クラックを形成する基板の垂直クラック形成方法において、
   前記工程が、１つの加熱スポットの形成とレーザビームの照射を中止し、続いて行われる１つの冷却スポットの形成とを１つのクラック形成単位動作として構成され、
   クラック形成単位動作が、加熱スポットによって加熱された部位を冷却スポットで冷却することにより、前記スポットとその周囲における熱的平衡が回復されるように設定されることを特徴とする脆性基板の垂直クラック形成方法。
2. 加熱スポットが、垂直クラック形成予定ラインに直交する方向に長手軸を有する形状である請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
3. クラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、脆性基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って単位長さだけ形成し、次いで、加熱スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行することにより、前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続する垂直クラックを形成する請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
4. 垂直クラック形成予定ラインの開始点となる基板端部の近傍において、クラック形成単位動作を各スポットの形成位置を変えずに複数回繰り返す請求項１から３のいずれか１つに記載の垂直クラック形成方法。
5. 冷却スポットが、主として冷媒の蒸発潜熱を用いて加熱スポットより広い範囲を冷却するよう形成される請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
6. 冷却スポットが、インクジェット方式による冷媒液体の噴射により形成される請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
7. 加熱スポットが、レーザビームの照射出力、照射時間、加熱スポットの形状あるいは加熱スポットの間隔をパラメータとして設定される請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
8. １回のクラック形成単位動作を実行することによって形成される垂直クラックの垂直クラック形成予定ライン方向における単位長さをLとするとき、加熱スポットの間隔Dが、L／2＜D＜Lを満たすように設定される請求項３に記載の垂直クラック形成方法。
9. 基板の端部近傍において、垂直クラック形成予定ラインに加熱スポットの長手軸が交わる角度を変更する請求項２に記載の垂直クラック形成方法。
10. 垂直クラック形成予定ラインが垂直クラック形成予定ラインと平行する基板の辺縁部に近接して位置するとき、加熱スポットの長手軸を垂直クラック形成予定ラインとの交点を中心として基板の近接する辺縁部から遠位側に後退させた状態でクラック形成単位動作を繰り返し行うことにより、前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続した直線状の垂直クラックを形成する請求項１または２に記載の垂直クラック形成方法。
11. 垂直クラックの形成方向に向かってほぼ同時にN個の加熱スポットを形成し、レーザビームの照射を中止した後に、形成されたそれぞれの加熱スポットにほぼ同時に冷却スポットを形成する工程からなるクラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿ってN個分の単位長さだけ形成し、次いで、スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行することにより、前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続する垂直クラックを形成する請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
12. 脆性基板上の加熱スポットの長手軸の長さをaとし、脆性基板の板厚をｔとするとき、
    0＜a＜４tとなるように、加熱スポットを形成する請求項１または２に記載の垂直クラック形成方法。
13. 脆性基板上に形成される加熱スポットの長手軸の長さをaとし、基板上に形成される冷却スポットの円相当径をCとするとき、0＜C＜a／２となるよう冷却スポットを形成する請求項１または２に記載の垂直クラック形成方法。
14. レーザビームを照射して脆性基板上に加熱スポットを形成し基板を加熱するためのレーザビーム照射手段と、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビーム照射手段から照射されるレーザビームを脆性基板と相対移動させるレーザビーム移動手段と、脆性基板上の加熱スポットが形成された部位に冷媒を噴射する冷媒噴射手段と、前記の各手段を制御する制御部とを具備し、
    レーザビーム照射手段は、垂直クラック形成予定ラインに直交する方向に長手軸を有する形状の加熱スポットを形成し、
    制御部は、加熱スポットの形成と、レーザビームの照射を中止した後に、続いて行われる冷却スポットの形成とからなるクラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、脆性基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って単位長さだけ形成し、次いで、スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行するよう前記の各手段に指令を行い、それによって前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続するクラックを形成し、クラック形成単位動作が、加熱スポットによって加熱された部位を冷却スポットで冷却することにより、前記スポット周囲における熱的平衡が回復されるように設定されることを特徴とする基板の垂直クラック形成装置。
15. 制御部は、垂直クラック形成予定ラインの開始点となる基板端部の近傍において、クラック形成単位動作を各スポットの形成位置を変えずに複数回繰り返して行うよう前記の各手段に指令を行う請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
16. 冷媒噴射手段が、インクジェット方式による冷媒液体の噴射により冷却スポットを形成する請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
17. 冷媒噴射手段が、冷媒の噴射により冷却スポットを形成した後、さらに補助冷却手段が加熱スポットより広い範囲を冷却する請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
18. 制御部は、加熱スポットが、レーザビームの照射出力、照射時間、加熱スポットの形状あるいは加熱スポットの間隔をパラメータとして設定されるよう前記各手段に指令を行う請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
19. 制御部は、クラックの単位長さをLとするとき、加熱スポットの間隔Dが、L／2＜D＜Lを満たすように設定されるべくレーザビーム移動手段に指令を行う請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
20. 制御部は、加熱スポットの長手軸が垂直クラック形成予定ラインに交わる角度を変更するようレーザビーム照射手段に指令を行う請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
21. 制御部は、垂直クラック形成予定ラインが垂直クラック形成予定ラインと平行する脆性基板の辺縁部に近接して位置するとき、加熱スポットの長手軸を垂直クラック形成予定ラインとの交点を中心として基板の近接する辺縁部から遠位側で後退させて前記クラック形成単位動作を繰り返し行うよう前記の各手段に指令を行い、それによって、前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続した直線状の垂直クラックを形成する請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
22. 制御部は、垂直クラックの形成方向に向かってほぼ同時にN個の加熱スポットを形成し、レーザビームを照射した後に、形成されたそれぞれの加熱ビームにほぼ同時に冷却スポットを形成する工程からなるクラック形成単位動作を少なくとも１回実行することによって、基板の板厚方向に浸透するクラックを前記垂直クラック形成予定ラインに沿ってN個分の単位長さだけ形成し、次いで、スポットの形成位置を変えて前記クラック形成単位動作を少なくとも１回実行するよう前記の各手段に指令を行い、それによって、前記単位長さのクラックが前記垂直クラック形成予定ラインに沿って連続する垂直クラックを形成する請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
23. 制御部は、基板上の加熱スポットの長手軸の長さをaとし、基板の板厚をｔとするとき、0＜a＜４tとなる加熱スポットを形成するようレーザビーム照射手段に指令を行う請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。
24. 制御部は、基板上に形成される加熱スポットの長手軸の長さをaとし、基板上に形成される冷却スポットの円相当径をCとするとき、0＜C＜a／２となる冷却スポットを形成するよう冷媒噴射手段に指令を行う請求項１４に記載の垂直クラック形成装置。

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