WO2006038565A1

WO2006038565A1 - 脆性材料のスクライブ方法およびスクライブ装置

Info

Publication number: WO2006038565A1
Application number: PCT/JP2005/018171
Authority: WO
Inventors: Masahiro Fujii
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2006-04-13
Also published as: CN101043992A; BRPI0515667A; CN101043992B; RU2354616C2; ZA200702229B; RU2007116167A; KR100849696B1; US20080061043A1; EP1803538A1; KR20070088588A; MX2007003742A; JPWO2006038565A1

Abstract

　スクライブ装置は、そのレーザビームによって形成される照射部分が、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅Ｗだけ互いに離間した２つのピーク部分を有し、２つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである。

Description

脆性材料のスクライブ方法およびスクライブ装置

技術分野

[0001] 本発明は、ガラス、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、サフアイャ、半導体ゥエノ、、セラミックなどの脆性材料を分断するためのスクライブ方法およびスクライブ装置に関し、特に、脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記材料がその軟化点より低い温度に加熱されるようにレーザビームを前記基板に対して相対移動させながら照射して前記材料に形成された初期亀裂力分断予定ラインに沿う垂直クラックを進展させ進行させる脆性材料のスクライブ方法およびその方法を用いたスクライブ装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、レーザビームを用いて、脆性材料に垂直クラックを形成し、脆性材料基板等を分断する方法が実用化されて、る。

[0003] レーザビームを用いて脆性材料基板等を分断する方法は、脆性材料の加工始点にスクライブの起点となる初期亀裂を形成し、レーザビームの照射と、その直後の冷媒の供給により発生する熱応力によって前記初期亀裂を進展させつつ、レーザビームと前記基板等を分断予定ラインに沿って相対移動させることにより亀裂を加工終点まで進行させる。

[0004] レーザビームを用いて脆性材料を分断する先行技術として下記の文献の開示がある。

[0005] 特許文献 1：特許第 3210934号公報

特許文献 2：特開 2002-47024号公報

特許文献 3：特開 2001-151525号公報

特許文献 4 :特開 2001-130921号公報

特許文献 5 :国際公開番号 WO 03/026861公報

特許文献 6 :特公平 3-13040号公報

特許文献 7 :国際公開番号 WO 03/0101021公報 [0006] 特許第 3210934号公報の開示によれば、基板の端縁近傍では割断予定線を挟んだ両側の位置にレーザビームを同時に照射して初期亀裂を発生させ、次、で発生した亀裂の前後の位置にレーザビームを照射する。これにより、亀裂の進展を速めかつ発生する亀裂を曲がりにくくする。

[0007] 特開 2002-47024号公報の開示によれば、スクライブ後の分断のために、スクライブによって形成されたスクライブ溝の両側を加熱することにより、微小な曲げ変形を生じさせて垂直クラックを基板裏面まで進行させ基板を切断する。これにより、カレットの発生が少なくなる。

[0008] 特開 2001-151525号公報の開示によれば、脆性材料の表面において先行するカツターホイールによってスクライブ線を形成し、次いで、形成されたスクライブ線の両側に 1対以上のビームスポットを照射する。スクライブ線の両側にビームスポットを照射することにより、垂直クラックを進展させる応力がスクライブ線の直下において均等に作用するので、分断面の品質が向上する。

[0009] 特開 2001— 130921号公報の開示によれば、第 1回目のレーザビームの照射および冷却によりブラインドクラックを形成し、次いで第 2回目のレーザビームの照射によりブラインドクラックを促進する。第 2回目のレーザビームは、形成されたスクライブ線の両側に照射される。これにより、脆性材料のブレイク工程でのカレットの発生が防止される。

[0010] 国際公開番号 WO 03/026861公報の開示によれば、脆性材料の予備加熱のために第 1回目のレーザビームの照射を行い、次いで第 2回目のレーザビームの照射によりブラインドクラックを深く伸展させる。第 1回目のレーザビームは、分断予定ラインの両側に照射される。

特公平 3-13040号公報の開示によれば、脆性材料基板表面に設定された切断予定線を挟んだ両側の位置に 2つのレーザビームを照射して亀裂を誘導することによつて脆性材料を切断する。

国際公開番号 WO 03/0101021公報の開示によれば、非金属材料表面に設定された切込路を挟んだ両側の位置に 2つのレーザビームを照射することによって非金属材料にけがき線 (スクライブ線)を形成する。発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] レーザスクライブ後に、外部カゝらエネルギーを与えて脆性材料を分離させるブレイク工程において、脆性材料の分離が簡単に行われるように、また分離後の脆性材料の分断面の品質が良好であるためには、クラックが垂直方向に少しでも深く形成されて、ることが好まし!/、。

このような良好な垂直クラックの形成を阻害する要因について以下に説明する。なお、以下の説明におヽて用いる「基板」とは「脆性材料基板」をさす。

[0012] 図 15から図 17は、レーザビームを基板表面で走査しながら照射し、次いで冷却することにより基板表面に垂直クラックを進展させる際に、基板内に生じる応力を説明する図である。図 15〜17は基板の断面を示し、レーザビームが各図中の紙面奥側から紙面手前側へ連続して移動するものとする。

[0013] 図 15に示すように、レーザビームの照射により加熱された部位 100には、図中破線矢印で示すような向きの圧縮応力が生じる。次いで、図 16に示すように、レーザビームの照射により加熱された部位 100の近傍に、冷媒の供給によって冷却部位 120が形成されると、図中実線矢印で示すような向きの引張応力が生じ始める。

この結果、これらの応力分布に起因して、図 17に示すように、引張応力に対して垂直方向に、基板の板厚方向に進展する垂直クラック 130が形成される。

[0014] しかし、図 16に示すように、冷却部位 120の形成により基板の表層から除々に熱が取り除かれるが、垂直クラックが進展する際の冷却部位 120の形成は表面部分に限られる。したがって、図 17に示すように内部圧縮応力場 150が内部に存在する。そのため、基板の板厚方向に垂直クラック 130がまつすぐに進展するのが妨げられる。このような理由によって、垂直クラック 130の進展は、板厚の 1〜2割程度の深さまでが限界であった。

[0015] 図 20は、従来のレーザビームを用いて垂直方向に形成されたクラックに沿って基板を分断し、分断により露出した基板の分断面の一方を分断面に沿う方向から撮影された部位を拡大して示す (基板の分断面の表面側の角部のみを示す)。

図 20では、形成された深い垂直クラックが途中で湾曲させられた状況を示している力この原因は上記した内部圧縮応力場 150によるものである（内部圧縮応力場 15 0が存在する概略位置を、説明のために写真中に二点鎖線で追記した)。

[0016] 図 20に示すように、内部圧縮応力場 150が深い垂直クラックの進展を妨げることにより、スクライブ後のブレイクによって得られる基板の分断面は、分断面が基板の表面に対して直角とならずに斜めに形成される.このような現象が発生した場合，基板を分断した後の分断面の品質 (すなわち、分断面の平坦度を損なう損傷の発生等)が低下し、分断面における強度 (すなわち、分断後の工程において基板に付加される外力に抗して基板が破壊するまでの耐カ）が低下する。

なお、基板の分断面における強度を低下させる原因の一つとして上記の現象を挙げたが (この現象は本明細書で後に説明する「そげ」と呼ばれる現象）、基板の分断面における強度を低下させる原因となる現象は、上記の現象に限定されない。

[0017] 本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、基板の厚さ方向にまっすぐな垂直クラックの進展が可能であり、かつ基板の分断面における品質が高ぐ大きい強度が得られるスクライブ方法およびスクライブ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

[0018] 本発明によれば、（クレーム 1の構成)脆性材料に設定された分断予定ラインに沿つて前記材料がその軟ィ匕点より低い温度に加熱されるようにレーザビームを前記材料に対して相対移動させながら照射し、次いで冷却することにより前記材料に形成された初期亀裂から分断予定ラインに沿う垂直クラックを進展させ進行させる脆性材料のスクライブ方法であって、レーザビームの照射を受ける照射部分を分断予定ラインの両側に、レーザビームの照射を受けない非照射部分を分断予定ライン上にそれぞれ形成し、次、で分断予定ライン上を局部冷却することを特徴とする脆性材料のスクライブ方法が提供される。

[0019] 本発明によれば、（クレーム 12の構成)脆性材料にレーザビームを照射する照射部と、脆性材料に冷媒を供給して前記脆性材料を局部冷却する冷却部と，脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記照射部と前記冷却部とを相対移動させる移動部とを備え、照射部は、レーザビームの照射を受ける照射部分が分断予定ラインの両側に形成され、レーザビームの照射を受けない非照射部分が分断予定ライン上に形成されるようにレーザビームを照射し、冷却部が分断予定ライン上を局部冷却する脆性材料のスクライブ装置が提供される。

なお、この発明において、垂直クラックの「進展」とは、基板の厚さ方向に垂直クラックが進むことを意味し、垂直クラックの「進行」とは、基板の厚さ方向と直交する方向に垂直クラックが進むことを意味する。

発明の効果

[0020] (クレーム 1の構成）

垂直クラック進展時に内部圧縮応力場が分断予定ラインの直下に形成されるのが阻止されるので、基板の厚さ方向にまっすぐな垂直クラックの形成が可能であり、基板の分断面における品質が高ぐ大きい強度を有する分断面を備えた基板が得られる。

[0021] (クレーム 2の構成）

照射部分が、ガウス分布力なる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅 Wだけ互いに離間した 2つのピーク部分を有し、 2つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである照射エネルギーを長辺部に集中させ、分断予定ライン近傍に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる。

(クレーム 3の構成）

照射部分が、分断予定ラインを中心として両側に形成された一対のビームスポットからなり、前記照射部分のそれぞれが、分断予定ライン力等距離を有して分断予定ラインの直近で分断予定ラインと平行に延びたほぼ直線状の長辺部を有するので分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅 Wだけ互いに離間した 2つのピーク部分を有し、 2つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである照射エネルギー分布を有するレーザビームが得られる。したがって、照射エネルギーを長辺部に集中させ、分断予定ライン近傍に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる。

(クレーム 4の構成）照射部分は、分断予定ライン力遠ざ力るように長辺部の端部力延びた直線または曲線と、前記長辺部とによって形成される形態が例示される。

(クレーム 5の構成）

照射部分が、分断予定ラインに沿う方向における長さと、分断予定ラインと直交する方向における幅とを有して形成され、前記長さが長辺部によって規定され、前記幅が前記長さより短く形成されているので、分断予定ライン近傍に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる。

[0022] (クレーム 6の構成）

非照射部分が、前記長辺部のそれぞれが互いに対向する間隔を幅 Wとして有し、脆性材料の板厚を Tとするとき、前記 Wが、 TZ30〜2Tの範囲にあるので、分断予定ラインに内部圧縮応力場が発生するのを抑え、分断予定ラインの両側に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる照射部分を形成することができる。

したがって、 Wの適切な設定により分断面におけるソゲ等の発生を抑え、スクライブ速度を高めることができる。

(クレーム 7の構成）

照射部分が、 1つの円または長円を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状力なる一対のビームスポットで形成されるので、前記鋭角状の角部が、分断予定ライン力遠ざ力るように長辺部の端部から延びた直線または曲線と、前記長辺部とによって形成されているので、照射エネルギ一分布のピークを長辺部に確実に位置させることができる。したがって、分断予定ラインの両側にほぼ均等な内部圧縮応力場が形成され、深くまっすぐな垂直クラックの形成が可能になる。

なお、この発明における「長円」とは、円が変形された形状であって、楕円形状およびトラック形状 (すなわち両端の半円と、これらの半円部分を接続する直線とからなる形状)を含む。

[0023] (クレーム 8の構成）

照射部分が、 1つの矩形を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状力もなる一対のビームスポットで形成されるので、照射エネルギー分布のピーク部分を幅広く設定することができる。したがって、幅の短い照射部分を形成することによって、分断予定ラインにおける内部圧縮応力場の発生を抑え、分断予定ラインの両側に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる照射部分を形成することができる。

[0024] (クレーム 11の構成）

非照射部分の幅を Wとするとき、前記の幅 Wの減少量に応じて、脆性材料に対するレーザビームの相対移動速度を増加させるので、非照射部分の幅 Wを適宜設定することにより、レーザビームの相対移動速度を調整しながら、そげ等の発生を抑えることがでさる。

[0025] (クレーム 12の構成）

脆性材料のスクライブ装置では、脆性材料にレーザビームを照射する照射部と、脆性材料に冷媒を供給して前記脆性材料を局部冷却する冷却部と，脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記照射部と前記冷却部とを相対移動させる移動部等を備え、照射部は、レーザビームの照射を受ける照射部分が分断予定ラインの両側に形成され、かつレーザビームの照射を受けない非照射部分が分断予定ライン上に形成されるようにレーザビームを照射し、冷却部が分断予定ライン上を局部冷却するので、まっすぐな垂直クラックの形成が可能であり、基板の分断面における品質が高く、大き!ヽ強度を有する分断面を備えた脆性材料の分断条件が得られる。

(クレーム 20の構成）

スクライブ装置は、照射部が、照射部力照射されたレーザビームを 2つに分割する固定光学素子または走査光学素子を具備する構成が好ましい。

(クレーム 21の構成）

スクライブ装置は、照射部がレーザビームの中央部分を遮光する遮光部材を光路に具備する構成が好ましい。

(クレーム 22の構成）

スクライブ装置は、照射部が、脆性材料に対するレーザビームの相対移動速度を増加させるために，前記非照射部分の幅 Wを減少させる光学系調整部を具備する構成が好ましい。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明の一実施形態であるスクライブ装置の構成を示す図である。

[図 2]図 1のスクライブ装置の光学系の実施形態を示す模式図である。

[図 3]図 1のスクライブ装置の光学系の別の実施形態を示す模式図である。

[図 4]本発明のスクライブによって形成されるビームスポット LS'の形状および照射ェネルギー分布を示す図である。

[図 5]従来のビームスポットの形状および照射エネルギー分布を示す図である。

[図 6]従来のビームスポットの形状および照射エネルギー分布を示す図である。

[図 7]従来のビームスポットの形状および照射エネルギー分布を示す図である。

[図 8]「そげ」を説明する、基板の断面図である。

[図 9]本発明および従来の各ビームスポットを用いたときに、形成される「そげ」を比較評価した表である。

[図 10]従来のビームスポットを用いたときに得られた分断面の一方を分断面に沿う方向から撮影した写真である。

[図 11]本発明のレーザビームを用いたときに得られた分断面の一方を分断面に沿う方向から撮影した写真である。

[図 12](a)は従来のビームスポットを用いて得られた、図 10の A— A断面における基板分断面の一端を示す写真であり、（b)は、図 12(a)の部分拡大写真である。

[図 13](a)は、本発明のビームスポットを用いて得られた、図 11の B— B断面における基板分断面の一端を示す写真であり、（b)は、図 13(a)の部分拡大写真である。

[図 14]非照射部分 Mの幅 Wと、「そげ」の長さおよびスクライブ速度 Sの関係を示すグラフである。

[図 15]従来のレーザビームを基板表面で走査して照射し、基板表面に垂直クラックを形成する際に、基板内に生じる応力を説明する模式図である。

[図 16]図 15と同様に、従来のレーザビームの照射により基板内に生じる応力を説明する説明する模式図である。

[図 17]図 15と同様に、従来のレーザビームの照射により基板内に生じる応力を説明する説明する模式図である。

[図 18]従来のビームスポットを用いた場合に形成される内部圧縮応力場の状態を示す模式図である。

[図 19]本発明のビームスポットを用いた場合に形成される内部圧縮応力場の状態を示す模式図である。

[図 20]従来のビームスポットによるスクライブで基板に形成された垂直クラックが途中で湾曲させられた状況を示す図。

[図 21]本発明のビームスポットの照射エネルギー分布の代表例を示す図である。

[図 22]本発明のビームスポットの他の構成例を示す図。

[図 23]本発明のビームスポットの他の構成例を示す図。

[図 24]本発明のビームスポットの他の構成例を示す図。

[図 25]本発明のビームスポットの他の構成例を示す図。

符号の説明

[0027] 1 :照射部

2 :冷却部

4 :光学系

5 :光学系

10 :スクライブ装置

21 :ノズル

50 :基板

51 :遮光部材

発明を実施するための最良の形態

[0028] 〔装置構成例〕

以下、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置の実施の形態について図面を用いて説明する。

図 1は、本発明の一実施形態であるスクライブ装置の概略構成を示す図である。スクライブ装置 10は、例えば、マザ一ガラス基板を、 FPD (フラットパネルディスプレイ）に使用される複数のガラス基板に分断するための装置として用いられるものである。 [0029] スクライブ装置 10は、レーザビームをガラス基板 50に向けて照射する照射部 1と、図示しない冷媒源から供給される冷媒 (水と空気、ヘリウムガス、 Nガス、 COガスな

2 2 ど）をノズル 21を介して噴射して冷却スポット CPを形成する冷却部 2と、照射部 1および冷却部 2のノズル 21をガラス基板 50に設定された分断予定ライン SLに沿つてガラス基板 50との間で相対移動させる図示しなヽ移動部を備えて!/ヽる。

照射部 1は、レーザビーム LBを照射する図示しないレーザ発振器 (例えば、 COレ

2 一ザ)を有し、レーザ発振器力も照射されるレーザビームを、後述する光学系を介してガラス基板 50上に非照射部 Mを有するビームスポット LS'として照射することができる。

なお、この発明における「ビームスポット」とは、レーザビームが基板の表面に照射されることによって基板の表面に形成される照射部分を意味する。

また、照射部 1を中心にしてノズル 21と反対側には、ガラス基板 50の端部にスクライブの起点となる初期亀裂を形成する図示しない初期亀裂形成手段 (例えばカツタ一ホイール）が取り付けられて、ることが望まし、。

[0030] 図 2および図 3は、照射部 1が具備する光学系のそれぞれの実施の形態を示す。

図 2の光学系 4は、光路分割用光学素子 41、集光レンズ 42および 43が光路に配設されている。

レーザ発振器から照射されたレーザビーム LBは、光路分割用光学素子 41で二分され、集光レンズ 42および 43を介して楕円形状のビームスポット LS，としてガラス基板 50上に照射される。ビームスポット LS'は、帯状の非照射部 Mを分断予定ライン S L上に有する。

形成されるビームスポット LS'の長軸方向の長さ a、短軸方向の長さ bおよび非照射部 Mの幅 Wは、図 2に示した各光学素子とガラス基板 50との距離の調整、すなわち集光レンズ 43とガラス基板 50との距離 d、集光レンズ 42とガラス基板 50との距離 eおよび光路分割用光学素子 41とガラス基板 50との距離 gをそれぞれ調整することによつて変えることができる。

これらの調整は、光学系 4が具備する図示しない公知の光学系調整部によって行うことができる。 [0031] 図 3の光学系 5は、図 2の光学系 4の光路分割用光学素子 41に代えて、遮光部材 5 1を光路に配設した以外は図 2の光学系 4と共通する。

遮光部材 51としては、例えば、集光レンズ 43とガラス基板 50との間の光路に配置された所望する直径のワイヤーが例示される。

前記した装置構成例では、光学系 5に遮光部材 51を組み込んだが、遮光部材 51 を基板 50上に設置してもよい。具体的には、基板 50を載置するテーブルに遮光部材 51としてのワイヤーを貼設し、その上力もレーザビーム LBが照射されるような形態が挙げられる。このように、遮光部材 51を基板 50上に設置することにより、光学系 5 に別途、遮光部材 51を組み込まなくても、従来の光学系をそのまま用いることができる。

[0032] 上記の光学系の実施の形態では、固定光学素子である光路分割用光学素子 41を用いる例を示した力 DOEやディフラクタ一ミラー等の固定光学素子を用いることができる。また、ガルバノミラー、ポリゴンミラーおよびレゾナント等の走査光学素子を用いることちでさる。

[0033] 〔動作例〕

まず、図 1に示すように、初期亀裂形成手段（図示せず)を用いてガラス基板 50の端部にスクライブの起点となる初期亀裂 TRを形成する。次いで、ガラス基板 50に対して、照射部 1からレーザビーム LBが照射される。

[0034] 図 2の光学系 4を用いた場合には、照射部 1から照射されたレーザビーム LBは、図 2の光路分割用光学素子 41で二分され、集光レンズ 42および 43を介して楕円状のビームスポット LS 'としてガラス基板 50上に照射される。ビームスポット LS'は、中央部に光路分割用光学素子 41によって形成された帯状の非照射部 Mを有し、非照射部 Mによって 2つに分割された各ビームスポット LS，は、分断予定ライン SLの両側に対称に形成される。

[0035] 図 3の光学系 5を用いた場合には、照射部 1から照射されたレーザビーム LBは、集光レンズ 42およびレンズ 43を介して，図 3の遮光部材 51で遮光され、長軸方向を有する楕円状のビームスポット LS 'としてガラス基板 50上に照射される。ビームスポット LS 'は、中央部に遮光部材 51によって形成された帯状の非照射部 Mを有し、非照射部 Mによって 2つに分割された各ビームスポット LS，は、分断予定ライン SLの両側に形成される。

[0036] 上記したように、光学系 4または光学系 5により、レーザビーム LBの照射を受ける照射部分がビームスポット LS'となって分断予定ライン SLの両側に形成され、レーザビーム LBの照射を受けない非照射部分が帯状の非照射部 Mとなって分断予定ライン SL上に形成される。なお、ビームスポット LS'の非照射部 Mの幅 Wは、ガラス基板 5 0の厚さ Tおよび物性に応じて設定される。

[0037] 次いで、図 1に示すように、照射部 1から出射されるレーザビーム LB力ビームスポット LS 'の長軸に沿ってガラス基板 50と相対的に移動させられる。ガラス基板 50は、ビームスポット LS 'によってガラス基板 50の軟ィ匕点よりも低い温度に加熱される。レーザビーム LBの相対移動により、ビームスポット LS'が分断予定ライン SLの両側にほぼ等しヽ幅を有する 2本の帯状の照射部分をそれぞれ形成し、これらが分断予定ライン SLに沿って伸びていく。分断予定ライン SL上には、 1本の帯状の非照射部 Mが伸びていく。

[0038] さらに、ガラス基板 50上において相対移動するビームスポット LS'の後方を、ノズル 21から冷媒が噴射されて形成される冷却スポット CPが追従する。レーザビーム LBの照射によって加熱されたビームスポット LS 'の近傍には圧縮応力が生じる力その直後に冷媒が噴射されることにより、冷却スポット CPの近傍に、垂直クラックの形成に有効な引張応力が生じる。このような引張応力により、ガラス基板 50の端部に形成された初期亀裂 TRを起点として分断予定ライン SLに沿った垂直クラックが冷却スポット C Pの近傍に形成される。

[0039] 〔ビームスポットの構成〕

図 4〜7および図 21を用いて、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置により形成されるビームスポット（以下、「本発明のビームスポット」と略称する）の特徴を従来のスクライブ方法およびスクライブ装置により形成されるビームスポット（以下、「従来のビームスポット」と略称する）との比較によって説明する。

図 21は、本発明のビームスポットの照射エネルギー分布を示したものである。図 21において、横軸は分断予定ライン SLからの距離であり、縦軸は照射エネルギ一である。

本発明のビームスポットは、ガウス分布力もなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成された照射部分力もなる。

照射部分の照射エネルギー分布は、分断予定ライン SLを中心に幅 Wだけ離間した 2つのピーク部分を有し、 2つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロであることを特徴とする。

[0040] 図 4は、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置により形成されるビームスポット LS，の形状の一例（上段）と、上記ビームスポット LS，の照射エネルギー分布（下段 )とを示したものである。

ビームスポット LS，は、レーザビームの照射により形成される 1つの楕円形 (長円状）ビームスポットを分割して、照射部分 R'が分断予定ライン SLの両側に対称に形成される。

照射部分 R'は、非照射部分 Mを中間に介在させて、 1つの楕円を、その長手軸が分断予定ライン SLに沿うように、分割した形状力もなる一対の照射部分である。照射部分 R'のそれぞれは、分断予定ライン SLから等距離を有して分断予定ライン SLと平行に延びた、ほぼ直線状の長辺部 fを分断予定ライン SLの直近に具備する。

[0041] 長辺部 fの両端の角部 nは、分断予定ライン SLから遠ざ力る方向へ長辺部 fの端部力延びた曲線と長辺部 fとによって形成される。

照射部分 R'が、分断予定ライン SLに沿う方向における長さ aと、分断予定ライン SL と直交する方向における幅 b2とを有して形成され、長さ aが長辺部 fによって規定され、幅 b2が長さ aより短く形成されている。言い換えると、照射部分 R'は、分断予定ライン SLに沿う方向の最大寸法が、分断予定ライン SLと直交する方向における最大寸法よりち大さい。

[0042] 照射部分 R'は、ガウス分布カゝらなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、照射エネルギー分布が、分断予定ライン SLを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅 Wだけ離間した 2つのピーク P'を有する。

非照射部分 Mの幅 Wは、脆性材料の板厚を Tとするとき、 TZ30〜2Tの範囲にあるのが好ましい。なお、非照射部分 Μの幅 Wについての説明は後述する。 [0043] 上記したように、本発明のビームスポット LS'の形状は以下のような条件で形成される。

(1)一対の同形状の照射部分 R'からなり、それぞれが分断予定ライン SLから等距離に対称に形成される。

(2)分断予定ライン SLと平行な長辺部 fを有する。

(3)長辺部 fと直交する方向における幅 b2が、長辺部 fの長さ aよりも短く形成される

(4)脆性材料の板厚 Tおよび物性によって設定される、非照射部分 Mの幅 Wを有する。

[0044] 図 5〜7は、従来のビームスポットの形状の一例（上段）と、上記ビームスポットの照射エネルギー分布（下段）とを示したものである。

図 5は、レーザビームの照射により形成される 1つの楕円形ビームスポット LS0を示す。

ビームスポット LS0の照射部分 (斜線を施した部分）は、ビームスポット LS0の長軸が分断予定ライン SLに位置するように形成される。ビームスポット LS0の照射エネルギ一分布は、ピーク P0を有するガウス分布となる。

ビームスポット LS0は、図 17で示したように、内部圧縮応力場 150が分断予定ライン SL直下に形成されるので、まっすぐな垂直クラックを分断予定ライン SL上に形成することが困難である。

[0045] 図 6は、レーザビームの照射により形成される 2つの楕円形ビームスポットが照射部分 R1となって、分断予定ライン SLの両側に形成されるビームスポット LSIを示す。ビームスポット LSIの照射エネルギー分布は、 2つのピーク P1を有する 2つのガウス曲線となる。この例では、 2つのピーク P1の間隔を、ビームスポット LS'の非照射部分 Mの幅 Wに設定した。

この場合、 2つの照射部分 R1が重なり、照射の重複する照射部分 R2が分断予定ライン SL上に形成される。

照射部分 R2が形成されたビームスポット LSIでは、照射エネルギー分布は破線で示した曲線となり、合成されたピーク P2が分断予定ライン SL上に形成される。したがって、ビームスポット LSIでは、前記の内部圧縮応力場 150が分断予定ライン SL直下に形成されるので、まっすぐな垂直クラックを分断予定ライン SL上に形成することが困難になる。

[0046] 図 7は、図 6のビームスポット LSIにおける 2つの照射部分 R1が重ならないように、ビ一ムスポットの軸線間距離 L2が設定されたビームスポット LS2の形状と、その照射ェネルギー分布とを示したものである。

ビームスポット LS2の照射エネルギー分布は、 2つのピーク P1を有する 2つのガウス分布となる。

ビームスポット LS2では、前記内部圧縮応力場 150が分断予定ライン SL直下に形成されな!/、ので、垂直クラックをまっすぐに進展させることができる。

し力し、ビームスポット LS2の照射エネルギー分布における 2つのピーク P1が分断予定ライン SL力比較的遠、位置にあるので、冷却時にお、て分断予定ライン SLの近傍に垂直クラックの形成に有効な引張応力を発生させることが困難になる。したがつて、深くまっすぐな垂直クラックを分断予定ライン SL直下に形成することが困難になる。

また、ビームスポット LS2では、所望する深さの垂直クラックを得るためには、スクライブ速度をビームスポット LS 'よりも相対的に遅くせざるを得な、ので、スクライブの高速ィ匕を図ることが困難になる。

[0047] 前記したように、ビームスポット LS，は、従来のビームスポット LS0および LSIとの比較において、分断予定ライン SL上に与える照射エネルギーを大幅に抑えることができる。したがって、深くまっすぐな垂直クラックを分断予定ライン SL直下に形成することがでさる。

さらに、ビームスポット LS，は、従来のビームスポット LS2との比較において、照射ェネルギー分布におけるピーク間距離を短く設定することができるので、冷却時において分断予定ライン SLの近傍に垂直クラックの形成に有効な引張応力をより大きく発生させることが可會となる。

したがって、まっすぐな垂直クラックを分断予定ライン SL直下に形成することができる。また、スクライブの高速ィ匕を図ることができる。 [0048] 〔実験 1〕

図 4に示した本発明のビームスポット LS'と、図 5に示した従来のビームスポット LS0 とによる分断面の品質の比較実験について以下に示す。

この発明における「分断面の品質」は、基板にそれぞれのビームスポット LS'および LS0で分断予定ライン SL上をそれぞれスクライブして垂直クラックを分断予定ライン S L上に形成した後、機械的外力を与えて分断予定ライン SLに沿って基板を分断して得られたそれぞれの分断面の「そげ」について評価したものである。

[0049] 「そげ」の定義と、その評価方法について以下に説明する。

図 8は、基板を分断して得られた板厚 Tの基板 50を、その分断面 Eに沿う方向から見た断面図である。

「そげ」とは、図 8に示すように、基板 50を分断して得られた基板の分断面 Eにおける分断面 Eの欠けあるいは出っ張りの最大長さである K1を評価したものである。

[0050] 「そげ」を評価するための加工対象となる基板の条件およびスクライブの条件を以下に示す。

〔基板の条件〕

厚さ 2. 8mmのソーダガラスの単板

〔スクライブの条件〕

レーザ出力： 150W (ビームスポット LS，および LS0共通）

スクライブ速度： 120mmZsec (ビームスポット LS，および LS0共通）

非照射部分 Mの幅 W: 0. 2mm (ビームスポット LS，）

なお、ビームスポット LS'は、図 2の光学系 4を用いた。

[0051] 「そげ」の評価結果を図 9に示す。図中左端欄の「No.」は、試料番号である。

図 9から明らかなように、ビームスポット LS，では、ビームスポット LS0に比較して、「そげ」の発生が格段に少ないことが理解されるであろう。

[0052] 〔実験 2〕

図 4に示した本発明のビームスポット LS'と、図 5に示した従来のビームスポット LS0 とによる「そげ」の形成についての写真比較の結果を以下に示す。

なお、基板の条件および本発明のビームスポット LS'と従来のビームスポット LS0のスクライブの条件は、実験 1と同じである。

[0053] 図 10は、従来のビームスポット LS0によるスクライブで得られた、分断後の基板分断面を示す写真である。

図 10において、基板 50の表面と「亀裂の終点 A '」との深さ「K2」は亀裂深さを示す図 11は、本発明のビームスポット LS'によるスクライブで得られた、分断後の基板分断面を示す写真である。

図 11にお、て、基板 50の表面と「亀裂の終点 Β，」との深さ「Κ2」は亀裂深さを示すなお、「亀裂深さ」とは、分断予定ライン SL上をスクライブすることによって形成される基板の厚さ方向における垂直クラックの深さである。

[0054] 図 10に示すように、従来のビームスポット LS0によるスクライブで得られた、分断後の基板分断面では、「亀裂の終点 Α'」の下方において発生した「そげ」によって、写真に横方向に帯状の影が形成される。

一方、図 11に示すように、本発明のビームスポット LS'によるスクライブで得られた、分断後の基板分断面では、「亀裂の終点 Β'」の下方において「そげ」の発生が抑えられて、るので、写真には「そげ」の発生を示す帯状の影は見られな!/、。

[0055] 図 12(a)は、従来のビームスポット LS0によるスクライブで得られた、図 10で示す分断後の基板 50 (板厚を Τで表す)を、図 10の Α— Α断面において前記基板 50を分断することによって得られた新たな分断面の一端を示す写真であり、図 12(b)は、図 12( a)の部分拡大写真である。

図 13(a)は、本発明のビームスポット LS'によるスクライブで得られた、図 11で示す分断後の基板 50 (板厚を Tで表す)を、図 11の B— B断面において前記基板 50を分断することによって得られた新たな分断面の一端を示す写真であり、図 13(b)は、図 1 3(a)の部分拡大写真である。

図 12(b)において、ビームスポット LS0によるスクライブで得られた垂直クラックの板厚方向の深さ (亀裂深さ)を K2、「そげ」の長さを K1で表わす。

[0056] 図 12 (b) に示したように、従来のビームスポット LS0を用いた場合、ビームスポット L SOの照射によりガラス基板 50に形成された分断面には、湾曲した斜め方向のクラック

、すなわち「そげ」が形成されていることが分力る。

一方、図 13(b)に示したように、本発明に力かるビームスポット LS'を用いた場合、ビームスポット LS 'の照射によりガラス基板 50に形成された分断面には、垂直方向の深、クラックが形成され、「そげ」は発生して！/、な！/、ことが分かる。

[0057] 上記の現象は、図 18に示したように、従来のビームスポット LS0を用いた場合、ビームスポット LS0が照射されたガラス基板 50の直下に形成される内部圧縮応力場 150 によって、深くまっすぐな垂直クラックの形成が阻止される。

これに対して、図 19に示したように、本発明のビームスポット LS'を用いた場合、分断予定ライン SL上にはビームスポット LS'が照射されず、内部圧縮応力場 150が分断予定ライン SL近傍の両側下方に形成され、分断予定ライン SLの直下には形成されない。したがって、まっすぐな垂直クラックの形成が可能であり、分断により良好な基板の分断面が得られるものと考えられる。

[0058] 〔実験 3〕

図 4に示した本発明のビームスポット LS'における非照射部分 Mの幅 Wと、「そげ」の長さおよびスクライブ速度との関係を求める実験を行った。

図 14は、横軸を非照射部分 Mの幅 Wとし、縦軸の一方を「そげ」の長さ Kl、縦軸の他方をスクライブ速度 Sとするグラフである。

図 14において、実線は、非照射部分 Μの幅 Wと「そげ」の長さ K1との関係を、破線は非照射部分 Μの幅 Wとスクライブ速度 Sとの関係をそれぞれ示す。

なお、実験 3における評価対象の基板の条件およびスクライブの条件は、実験 1と同じである。また、ビームスポット LS'は、図 2の光学系 4を用いて形成した。

[0059] 図 14から、非照射部分 Μの幅 Wと、そげの長さ K1およびスクライブ速度 Sとは以下の関係を有することが明らかである。

1)非照射部分 Μの幅 Wが増加するにともない、そげの長さ K1が減少する。

2)非照射部分 Μの幅 Wが減少すると、スクライブ速度 Sが増加する。

[0060] 非照射部分の幅を Wとし、脆性材料の板厚を Τとするとき、非照射部分の幅 Wが、 ΤΖ30〜2Τの範囲にあるのが好ましい。非照射部分の幅 Wが、 ΤΖ30以下の場合には光学系の精度保持が困難になり、 2T以上の場合にはスクライブ速度 Sの実用上の限界以下となってしまう。なお、非照射部分 Mの幅 Wは、脆性材料の板厚のみに関係付けられるのではなぐ基板の物性、すなわち、組成や表面処理等にも関係付けられることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。

[0061] 〔他の構成例〕

図 22〜25は、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置により形成されるビームスポットの他の構成例を示す。

[0062] 図 22のビームスポット 61は、照射部分が直角三角形を呈する一例を示す。

図 23のビームスポット 62は、照射部分が二等辺三角形を呈する一例を示す。図 24のビームスポット 63は、照射部分が長方形 (矩形)を呈する一例を示す。図 25のビームスポット 64は、角部 nが、直線および曲線（図中 nで示した方）のそれぞれを備えたビームスポットの一例を示す。

なお、ビームスポット 61およびビームスポット 64の分断予定ライン SLに沿った進行方向は、図中の上下、ずれの方向に対しても選択可能である。

[0063] 図 22〜25のそれぞれのビームスポットは、前記した以下の条件を有する。

すなわち、

(1)一対の同形状の照射部分からなり、それぞれが分断予定ライン SLから等距離に対称に形成される。

(2)分断予定ライン SLと平行な長辺部 fを有する。

(4)脆性材料の板厚 Tおよび物性によって設定される非照射部分の幅 Wを有する。したがって、上記条件を満たす図 22〜25のそれぞれのビームスポットは、図 21に示す照射エネルギー分布を有する。

[0064] すなわち、図 22〜25のそれぞれのビームスポットは、照射部分が、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有し、前記照射エネルギー分布が、分断予定ライン SLを中心に幅 Wだけ互いに離間した 2つのピーク部分を有し、 2つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロであることを特徴とする。なお、上記の「ピーク部分」とは、点状の「ピーク点」のみならず、平坦で比較的長い領域力もなる「ピーク領域」を形成する場合も含むものである。

[0065] 上記のそれぞれのビームスポットは、 DOEやディフラクタ一ミラー等の固定光学素子およびガノレバノミラー、ポリゴンミラーおよびレゾナント等の走査光学素子を用いて形成することができる。

産業上の利用可能性

[0066] 本発明の脆性材料のスクライブ方法およびその方法を用いたスクライブ装置によれば、基板の厚さ方向にまっすぐな垂直クラックの進展が可能であり、品質が高ぐかつ大き!、強度を有する基板の分断面が得られる。

本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置が適用される脆性材料としては、ガラス、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、サフアイャ、半導体ウェハ、セラミック基板などの脆性材料が挙げられる。このような脆性材料としては、単板あるいは貼り合せ基板が含まれ、回路パターンや電極を形成する金属膜ゃ榭脂膜が付!ヽた基板が含まれる。

本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置が適用された脆性材料の具体的な用途としては、液晶パネル、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ディスプレイパネルあるいはセラミックコンデンサ、半導体チップなどが挙げられる。

Claims

請求の範囲

[1] 脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記材料がその軟ィ匕点より低い温度に加熱されるようにレーザビームを前記材料に対して相対移動させながら照射し、次いで冷却することにより前記材料に形成された初期亀裂力分断予定ラインに沿う垂直クラックを進展させ進行させる脆性材料のスクライブ方法であって、

レーザビームの照射を受ける照射部分を分断予定ラインの両側に、レーザビームの照射を受けな、非照射部分を分断予定ライン上にそれぞれ形成し、次、で分断予定ライン上を局部冷却することを特徴とする脆性材料にスクライブ方法。

[2] 照射部分が、ガウス分布力もなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅 Wだけ互いに離間した 2つのピーク部分を有し、 2つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである請求項 1に記載のスクライブ方法。

[3] 照射部分が、分断予定ラインを中心として両側に形成された一対のビームスポットからなり、前記照射部分のそれぞれが、分断予定ライン力等距離を有して分断予定ラインの直近で分断予定ラインと平行に延びたほぼ直線状の長辺部を有する請求項 1に記載のスクライブ方法。

[4] 照射部分が、分断予定ライン力遠ざ力るように長辺部の端部から延びた直線または曲線と、前記長辺部とによって形成されている請求項 2に記載のスクライブ方法。

[5] 照射部分が、分断予定ラインに沿う方向における長さと、分断予定ラインと直交する方向における幅とを有して形成され、前記長さが長辺部によって規定され、前記幅が前記長さより短く形成されている請求項 2に記載のスクライブ方法。

[6] 非照射部分が、前記長辺部のそれぞれが互いに対向する間隔を幅 Wとして有し、脆性材料の板厚を Tとするとき、前記 Wが、 TZ30〜2Tの範囲にあることを特徴とする請求項 2に記載のスクライブ方法。

[7] 照射部分が、 iつの円または長円を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状力なる一対のビームスポットで形成される請求項 1に記載のスクライブ方法。

[8] 照射部分が、 1つの矩形を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状力もなる一対のビームスポットで形成される請求項 1に記載のスクライブ方法。

[9] 固定光学素子または走査光学素子が配置された光路においてレーザビームを分割し、さらに分割されたレーザビームを分断予定ラインの両側に照射して照射部分を形成する請求項 1に記載のスクライブ方法。

[10] 固定光学素子または走査光学素子が配置された光路において前記光路にさらに配置された遮光部材でレーザビームを遮光して非照射部分を形成し、さらに遮光されな力つたレーザビームを分断予定ラインの両側に照射して照射部分を形成する請求項 1に記載のスクライブ方法。

[11] 非照射部分の幅を Wとするとき、前記の幅 Wの減少量に応じて、脆性材料に対するレーザビームの相対移動速度を増カロさせる請求項 1に記載のスクライブ方法。

[12] 脆性材料にレーザビームを照射する照射部と、脆性材料に冷媒を供給して前記脆性材料を局部冷却する冷却部と，脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記照射部と前記冷却部とを相対移動させる移動部とを備え，

照射部は、レーザビームの照射を受ける照射部分が分断予定ラインの両側に形成され、かつレーザビームの照射を受けない非照射部分が分断予定ライン上に形成されるようにレーザビームを照射し、冷却部が分断予定ライン上を局部冷却する脆性材料のスクライブ装置。

[13] 照射部分が、ガウス分布力なる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅 Wだけ互いに離間した 2つのピーク部分を有し、 2つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである請求項 12に記載のスクライブ装置。

[14] 照射部分が、分断予定ラインを中心として両側に形成された一対のビームスポットからなり、前記照射部分のそれぞれが、分断予定ライン力等距離を有して分断予定ラインの直近で分断予定ラインと平行に延びたほぼ直線状の長辺部を有する請求項 13に記載のスクライブ装置。

[15] 照射部分が、分断予定ライン力遠ざ力るように長辺部の端部から延びた直線または曲線と、前記長辺部とによって形成されている請求項 13に記載のスクライブ装置。

[16] 照射部分が、分断予定ラインに沿う方向における長さと、分断予定ラインと直交する方向における幅とを有して形成され、前記長さが長辺部によって規定され、前記幅が前記長さより短く形成されている請求項 13に記載のスクライブ装置。

[17] 非照射部分が、前記長辺部のそれぞれが互いに対向する間隔を幅 Wとして有し、脆性材料の板厚を Tとするとき、前記 Wが、 TZ30〜2Tの範囲にあることを特徴とする請求項 13に記載のスクライブ装置。

[18] 照射部分が、 iつの円または長円を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状力なる一対のビームスポットで形成される請求項 13に記載のスクライブ装置。

[19] 照射部分が、 1つの矩形を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状力もなる一対のビームスポットで形成される請求項 13に記載のスクライブ装置。

[20] 照射部が、照射部から照射されたレーザビームを 2つに分割する固定光学素子または走査光学素子を具備する請求項 12に記載のスクライブ装置。

[21] 照射部が、前記レーザビームの中央部分を遮光する遮光部材を光路に有する請求項 12に記載のスクライブ装置。

[22] 照射部が、脆性材料に対するレーザビームの相対移動速度を増加させるために，前記非照射部分の幅 Wを減少させる光学系調整部を具備してなる請求項 13に記載のスクライブ装置。