WO2005102638A1

WO2005102638A1 - 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

Info

Publication number: WO2005102638A1
Application number: PCT/JP2005/007993
Authority: WO
Inventors: Noboru Hasaka; Toru Kumagai; Koji Yamamoto
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2005-11-03
Also published as: CN1929978A; JPWO2005102638A1; EP1741534A4; TW200604118A; KR20070005604A; EP1741534A1; US20080135532A1

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

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技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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、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。

[0003] 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、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。

[0004] 特許文献 1：特開 2003— 321234号公報

[0005] 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。

[0006] 特許文献 2 :特開 2004— 66745号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 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ゃすい。

[0008] 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ぐ基板上の割断予定線と直交する方向にお!、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。

[0009] 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ぐ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!/、。

[0010] 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。

課題を解決するための手段

[0011] 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。

[0012] 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、それによつ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。

発明の効果

[0013] 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力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。 [0014] 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。

[0015] 加熱スポットの形成と、レーザビームの照射を中止し、続、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ぐ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。

[0016] 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、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。

[0017] 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。

[0018] 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、 LZ2< 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。

[0019] 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!ヽ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。

[0020] 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。

[0021] 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。

[0022] 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ェネルギ一の加熱スポットを形成することができる。

[0023] 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< aZ2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。

[0024] 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、次ヽで、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、それによつ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!、。

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ぐ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。

[0025] 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。

[0026] 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。

[0027] 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力 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。

[0028] 制御部は、基板の端部近傍にぉヽて、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。

[0029] 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、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。

[0030] 制御部は、垂直クラックの形成方向に向力つてほぼ同時に 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カゝ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、それによつて、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つて連続するクラックを形成するようにしてもょ、。

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。

[0031] 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。

[0032] 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< aZ2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。

図面の簡単な説明

[図 1]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。

[図 2]レーザビームの照射位置の設定を説明する図である。

[図 3]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 4]図 3のヘッド部 5の構成を模式的に示す図である。

[図 5]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。

[図 6]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

発明を実施するための最良の形態

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ぐ単板力もなる基板または 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ぐ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、。

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、サフアイャ等が挙げられ、その用途としては液晶ディスプレイパネル、プラズマデイスプレイパネル、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。

[0036] 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。

[0037] 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。

[0038] 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。

[0039] 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の大きさゃ冷媒使用量は、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〖こより、 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 2 0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。

[0040] 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。

[0041] 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。

[0042] 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力た。

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。

[0043] 本発明では、クラック形成単位動作にぉ、て、加熱スポット 10力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。

[0044] 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、 LZ2 < D < Lを満たすことが好まし、。

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ぐ単位クラック 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。

[0045] 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におヽて、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ぐ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く 4tとなることが好ましぐ冷却スポット 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< aZ2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く C < 2tとなる。

[0046] 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。

[0047] 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。

[0048] 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ゃ、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さる。

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、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。

[0049] 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から基板上に向力つ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がー列に 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、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、。

[0050] 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。

[0051] 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、 TZN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。

[0052] 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 X 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 X 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さる。

[0053] 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、て温度分布の対称性は比較的保たれて、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、それによつ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。

[0054] 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 力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、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 hi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 hiに遠、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。

[0055] 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 5 1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つ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のうち力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。産業上の利用可能性

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

請求の範囲

[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ぉヽて、

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力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、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つ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ぉヽて、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、 LZ2 < 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] 基板の端部近傍にぉ、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カゝ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< aZ2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力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、それによつ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力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力 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ヽ、それによつて、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力つてほぼ同時に 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カゝ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< aZ2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。