WO2009128334A1 - 脆性材料基板の加工方法 - Google Patents

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WO2009128334A1
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substrate
scribe line
initial crack
crack
laser
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PCT/JP2009/056224
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健司 福原
淳史 井村
幸司 山本
修一 井上
透 熊谷
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三星ダイヤモンド工業株式会社
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    • B28D5/0005—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/133351—Manufacturing of individual cells out of a plurality of cells, e.g. by dicing

Definitions

  • a brittle material substrate is scanned with a laser beam to perform local heating, and then cooled along the heated portion, thereby utilizing a thermal stress generated between the substrate surface and the inside of the substrate to have a finite depth.
  • the present invention relates to a method for processing a brittle material substrate that forms a crack.
  • the present invention irradiates a first laser beam along a scheduled scribe line set on the substrate to form a scribe line composed of cracks of a finite depth on the substrate, and subsequently, a second laser
  • the present invention relates to a processing method of a brittle material substrate that is irradiated with a beam to penetrate deeply into the scribe line or is completely divided.
  • the brittle material substrate means a glass substrate, sintered ceramics, single crystal silicon, a semiconductor wafer, a sapphire substrate, a ceramic substrate, or the like.
  • laser scribing which irradiates a brittle material substrate such as a glass substrate with a laser beam, scans the beam spot formed on the substrate, heats it in a line, and blows and cools the coolant immediately after heating.
  • a brittle material substrate such as a glass substrate
  • laser beam which irradiates a brittle material substrate such as a glass substrate with a laser beam, scans the beam spot formed on the substrate, heats it in a line, and blows and cools the coolant immediately after heating.
  • the occurrence of cullet can be reduced, and the end face strength can be improved.
  • laser scribing is employed in various manufacturing processes and the like that require cutting a glass substrate and the like, including flat panel displays.
  • a virtual line to be divided (referred to as a scribe planned line) is set. Then, an initial crack is formed with a cutter wheel or the like at the substrate end that is the starting end of the scheduled scribe line, and a beam spot and a cooling spot (region where the coolant is injected) are formed at the starting end along the scheduled scribe line. Scan. At this time, as a result of the stress gradient generated based on the temperature distribution generated in the vicinity of the scribe line, a line-shaped crack is formed (see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).
  • a line-shaped crack formed by scanning a laser beam with respect to a brittle material substrate has a “finite depth crack” in which the tip in the depth direction of the crack does not reach the back surface of the substrate, and the crack is formed on the substrate.
  • a “penetrating crack” (see, for example, Patent Document 2) that reaches the back surface of the substrate and divides the substrate all at once.
  • the cutting line formed by the former “crack of finite depth” is called a scribe line, and the dividing line by the latter through crack is called a full cut line.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the substrate schematically showing the mechanism by which cracks of finite depth are formed. That is, the preceding laser heating generates a compressive stress HR on the substrate GA as shown in FIG. Subsequently, as a result of cooling after heating, a tensile stress CR is generated on the substrate surface as shown in FIG. At this time, the compressive stress HR moves inside the substrate due to the movement of heat, and an internal stress field Hin is formed. As a result, as shown in FIG. 7C, a stress gradient in the depth direction is generated, and a crack Cr is formed.
  • the compressive stress field Hin existing inside the substrate prevents further penetration of the crack Cr in the depth direction.
  • the crack Cr has a finite depth. Therefore, in order to completely divide the substrate, a break process must be further performed after a scribe line having a finite depth by the crack Cr is formed.
  • the processed end face of the scribe line by the crack Cr is very beautiful (the surface unevenness is small), and is excellent in straightness, which is an ideal state as the processed end face.
  • FIG. 8A and 8B are a perspective view (FIG. 8A) and a plan view (FIG. 8B) schematically showing a mechanism for forming a through crack, that is, a laser scanned from the position of the initial crack TR.
  • the compressive stress HR is generated on the substrate surface by the beam spot BS of the beam, and simultaneously, the tensile stress CR is generated on the substrate surface by the cooling spot CS behind the beam spot BS.
  • a stress gradient in the front-rear direction is formed on the scribe line L), and a force that tears the substrate left and right along the scan line direction works to form a through crack, so that the substrate is divided. become.
  • this “penetration crack” is formed, it is convenient in that the substrate can be divided (full cut) without performing a break treatment, and depending on the processing application, division by this mechanism may be desired.
  • the straightness of the processing end surface of the full cut line may be impaired, and the beauty (surface irregularities) of the end surface of the full cut line is also described above. The quality is inferior compared to the scribe line.
  • Whether a scribe line or a full cut line is formed by laser scribing depends on heating conditions (laser wavelength, irradiation time, output power, scanning speed, etc.) and cooling conditions (refrigerant temperature, spraying amount, spraying). Position, etc.) and the thickness of the substrate.
  • heating conditions laser wavelength, irradiation time, output power, scanning speed, etc.
  • cooling conditions refrigerant temperature, spraying amount, spraying.
  • Position, etc. and the thickness of the substrate.
  • the thickness of the glass substrate is thin, a full cut line is likely to be formed as compared with the case where the glass substrate is thick, and the process window for processing conditions capable of forming a scribe line is narrow.
  • a full-cut line is more easily formed as the substrate is heated more rapidly and becomes an extreme condition of being rapidly cooled.
  • a mechanical break treatment in which a bending moment is applied by pressing a break bar or the like against a scribe line may be used.
  • cullet may be generated when a large bending moment is applied to the substrate. Therefore, in a manufacturing process that does not like the occurrence of cullet, it is necessary to form a scribe line that is as deep as possible so that the breaking process can be performed only by applying a small bending moment.
  • a second laser irradiation is performed along the scribe line formed by laser scribing to penetrate a finite depth crack deeper (in this case, a break treatment is performed again), or the crack is penetrated to the back surface.
  • a laser break process is performed to divide the frame (see, for example, Patent Documents 1 to 3). JP 2001-130921 A JP 2006-256944 A WO2003 / 008352 Publication
  • “previous run” means that when an initial crack TR formed at the start end is heated by the beam spot BS in the vicinity of the start end of the scribe line L, the heating area by the beam spot BS is the starting point. This is a phenomenon in which a crack K is formed in a direction that cannot be controlled toward the front of the beam spot.
  • “first run” occurs, it becomes impossible to form a scribe line along the planned scribe line L, and the straightness of the scribe line is significantly impaired.
  • the heating and cooling conditions are shifted to more extreme heating and cooling conditions than ever before in order to form a deep scribe line, the frequency of occurrence of such “previous run” increases.
  • the first object of the present invention is to provide a processing method capable of forming a scribe line composed of cracks having a finite depth sufficiently deeper than before.
  • it is an object to provide a processing method capable of forming a scribe line stably by expanding a process window of a heating condition and a cooling condition capable of forming a scribe line instead of a full cut line.
  • a third object of the present invention is to provide a method for processing a scribe line in which “previous run” is unlikely to occur.
  • the present invention can stably perform a process of forming a scribe line on a substrate by laser scribe processing and then performing a laser break process to completely cut the substrate or to form a deeper scribe line. It is an object of the present invention to provide a method for processing a brittle material substrate. Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for processing a brittle material substrate that can stably perform a cutting process with excellent end face quality of a processed end face.
  • the brittle material substrate processing method of the present invention is to set a scribe planned line starting from the substrate end to the brittle material substrate, and to crack a finite depth along the scribe planned line.
  • a method of processing a brittle material substrate to form a scribe line wherein the cutter wheel is pressed against and separated from the start end in the vicinity of the start end of the scribe planned line and on the planned scribe line separated from the start end toward the inside of the substrate.
  • An initial crack is formed, and a beam spot formed on the substrate surface by laser irradiation is locally heated below the softening temperature by moving relative to the scribe line while passing over the initial crack from the start, and then locally heated.
  • a crack with a finite depth starting from the position of the initial crack is planned to be scribed. Formed along the.
  • the initial crack when the initial crack is formed on the scribe line, the initial crack is formed not at the substrate end of the brittle material substrate, but at a position slightly separated from the substrate end toward the inside of the substrate, The initial crack is separated from the substrate edge.
  • the initial crack is formed by pressing the cutter wheel toward the direction of the scribe planned line so that the direction of the initial crack faces the line direction of the scribe planned line.
  • the substrate is locally heated so as to pass over the initial crack from the start end of the planned scribe line by relatively moving the beam spot along the planned scribe line. Further, the region immediately after the locally heated region is cooled. At this time, since there is no initial crack at the substrate end, the crack does not advance from the substrate end.
  • the beam spot advances from the edge of the substrate, and the top of the initial crack is heated slightly (at this time, the compressive stress is applied to the surface of the initial crack and the crack does not advance).
  • a tensile stress is applied to the surface of the initial crack and a compressive stress is applied to the inside of the initial crack
  • a crack having a finite depth starting from the initial crack is formed.
  • the present invention during laser scribing, it is difficult to form a full cut line, and a process window that can form a scribe line consisting of cracks of a finite depth (range of settable heating and cooling conditions) Can be spread. As a result, the scribe line can be stably formed.
  • a grooved cutter wheel in which a periodic groove is formed in the blade edge may be used as the cutter wheel.
  • the separation distance from the start end of the scribe line to the initial crack may be 2 mm to 7 mm.
  • a brittle material substrate processing method made to solve the above-mentioned problem is performed according to the following procedure along a scribe planned line from the first substrate end to the second substrate end set in the brittle material substrate.
  • the substrate is processed by performing laser irradiation twice.
  • a first initial crack forming step is performed in which a first initial crack is formed on the inner side of the substrate so as to be separated from the first substrate end on a scribe line near the first substrate end.
  • the beam spot of the first laser irradiation is relatively moved from the first substrate end side along the scribe line to the second substrate end to heat the substrate below the softening temperature, and A laser scribing process for forming a scribe line with a finite depth along the planned scribe line is performed using a stress gradient in the depth direction generated in the planned scribe line by blowing a coolant on the portion immediately after passing.
  • a scribe line composed of a finite depth crack formed based on the stress gradient in the depth direction is formed, Prevent full cut lines from being formed.
  • the heating condition for example, laser output increase
  • the cooling condition for example, increase in the refrigerant injection amount
  • the scribe line formed in the laser scribe process can be a deep scribe line, or can be easily divided.
  • the settable process window range that can be set as processing conditions
  • deeper heating and cooling conditions can be used.
  • a scribe line can be formed.
  • the process window that can be set is widened during laser break processing, and the scribe line can be stably moved without shifting to full cut. It can be formed deeply or stably and completely divided.
  • the second initial crack may be continuously formed along the scribe line from the first substrate end to the first initial crack.
  • the initial crack of the thin scoring can be reliably formed.
  • the blade edge is less likely to slip with respect to the substrate surface, and a short distance (about 1 mm to 2 mm) when an initial crack is formed at a position separated from the substrate edge. ) Can be surely formed to form a stable initial crack.
  • a grooved cutter wheel having a periodic groove formed at the cutting edge a high penetration cutting edge “Penette” (registered trademark) or “APIO” (registered trademark) manufactured by Samsung Diamond Industrial Co., Ltd. can be used. .
  • the first initial crack is formed by pressing the cutter wheel
  • the second initial crack is formed by partial irradiation of the laser from the first initial crack toward the first substrate end side. You may do it. According to this, the first initial crack on the substrate can be surely formed by the cutter wheel.
  • the second initial crack since the first initial crack has already been formed, by proceeding the crack by partial irradiation of the laser toward the first substrate end side from the first initial crack, A second initial crack can be induced.
  • the second initial crack may be formed deeper than the first initial crack.
  • the press contact force of the cutter wheel when forming the second initial crack may be made stronger than that during the first initial crack. According to this, the depth of the crack can be easily increased in the subsequent laser break process.
  • substrate processing method of this invention The figure which shows the structure of a cutter wheel with a periodic groove.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a substrate processing apparatus LS1 that can implement the processing method of the present invention.
  • a case where a glass substrate is processed will be described as an example, but the same applies to a brittle material substrate such as a silicon substrate.
  • a slide table 2 is provided that reciprocates in the front-rear direction (hereinafter referred to as the Y direction) of FIG. 1 along a pair of guide rails 3 and 4 arranged in parallel on a horizontal base 1.
  • a screw screw 5 is disposed between the guide rails 3 and 4 along the front-rear direction, and a stay 6 fixed to the slide table 2 is screwed to the screw screw 5.
  • the slide table 2 is formed so as to reciprocate in the Y direction along the guide rails 3 and 4 by forward and reverse rotation (not shown).
  • a horizontal pedestal 7 is arranged so as to reciprocate in the left-right direction (hereinafter referred to as X direction) in FIG. 1 along the guide rail 8.
  • a screw screw 10 that is rotated by a motor 9 is threaded through a stay 10a fixed to the pedestal 7, and the pedestal 7 is moved along the guide rail 8 in the X direction by rotating the screw screw 10a forward and backward. Move back and forth.
  • a rotating table 12 that is rotated by a rotating mechanism 11 is provided on the base 7, and the glass substrate A is mounted on the rotating table 12 in a horizontal state.
  • the glass substrate A is a mother substrate for cutting out a small unit substrate, for example.
  • the rotation mechanism 11 is configured to rotate the rotary table 12 around a vertical axis, and is configured to be rotated at an arbitrary rotation angle with respect to a reference position. Further, the glass substrate A is fixed to the rotary table 12 by a suction chuck.
  • a laser device 13 and an optical holder 14 are held by an attachment frame 15.
  • the laser device 13 a general device for processing a brittle material substrate may be used. Specifically, an excimer laser, a YAG laser, a carbon dioxide gas laser, a carbon monoxide laser, or the like is used.
  • a carbon dioxide gas laser that oscillates light having a wavelength with high energy absorption efficiency of the glass material.
  • the laser beam emitted from the laser device 13 is irradiated with a beam spot having a preset shape onto the glass substrate A by an optical holder 14 incorporating a lens optical system for adjusting the beam shape.
  • shapes with long axes are excellent in that they can be efficiently heated along the scribe line, but they should be heated at a temperature lower than the softening temperature.
  • the shape of the beam spot is not particularly limited as long as it can be formed. In the present embodiment, an elliptical beam spot is formed.
  • the mounting frame 15 is provided with a cooling nozzle 16 adjacent to the optical holder 14.
  • a coolant is injected from the cooling nozzle 16.
  • the refrigerant cooling water, compressed air, He gas, carbon dioxide gas, or the like can be used. In this embodiment, compressed air is injected.
  • the cooling medium ejected from the cooling nozzle 16 is directed to a position slightly away from the left end of the beam spot so as to form a cooling spot on the surface of the glass substrate A.
  • a cutter wheel 18 with a periodic groove is attached to the attachment frame 15 via an elevating mechanism 17.
  • the cutter wheel 18 is used so as to temporarily descend from above the glass substrate A when the initial crack Tr is formed in the glass substrate A.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a cutter wheel with a periodic groove
  • FIG. 2 (a) is a front view
  • FIG. 2 (b) is a side view.
  • the periodic grooved cutter wheel 18 has grooves 18b periodically cut out along the blade edge 18a (in FIG. 2, for convenience of explanation, the size of the groove 18b with respect to the blade edge 18 is exaggerated from the actual one. Is drawn).
  • the groove pitch is set in the range of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m according to the wheel diameter of 1 to 20 mm.
  • the groove depth is 2 ⁇ m to 2500 ⁇ m.
  • the initial crack can be surely formed on the substrate surface only by rolling a short distance (about 1 mm to 2 mm).
  • the substrate processing apparatus LS1 is equipped with a camera 20 capable of detecting a positioning alignment mark engraved in advance on the glass substrate A. From the position of the alignment mark detected by the camera 20, the substrate is processed. A corresponding positional relationship between the position of the scheduled scribe line set on A and the rotary table 12 is obtained so that the lowered position of the cutter wheel 18 and the irradiation position of the laser beam can be accurately positioned so as to be on the scheduled scribe line. It is.
  • FIG. 3 is a diagram showing a processing operation procedure of laser scribing until a scribe line having a finite depth is formed by the first laser irradiation
  • FIG. 4 is processing until laser break processing is performed by the second laser irradiation. It is a figure which shows an operation
  • movement procedure. 3 and 4 show only the main part of FIG.
  • the glass substrate A is placed on the rotary table 12 and fixed by a suction chuck.
  • An alignment mark (not shown) engraved on the glass substrate A is detected by the camera 20 (FIG. 1), and the positions of the scheduled scribe line, the rotary table 12, the slide table 2, and the base 7 are determined based on the detection result. Are related.
  • the rotary table 12 and the slide table 2 are operated, and the position is adjusted so that the cutting edge direction of the cutter wheel 18 is aligned with the direction of the scribe line.
  • the base 7 (FIG. 1) is operated to move the turntable 12, and in the vicinity of the first substrate end A ⁇ b> 1 to form the first initial crack in the glass substrate A.
  • the cutter wheel 18 is positioned above the position separated from the first substrate end A1.
  • the lifting mechanism 17 is operated to lower the cutter wheel 18. Then, the first initial crack Tr1 is formed so that the blade edge is pressed against the substrate A. At this time, the pedestal 7 is moved about 2 mm to roll the cutter wheel 18 on the substrate, and the stable first initial crack Tr1 is reliably formed.
  • the lifting mechanism 17 and the rotary table 12 are returned to their original positions (positions shown in FIG. 3A), and the laser device 13 is operated to irradiate the laser beam. Further, the coolant is injected from the cooling nozzle 16. At this time, the heating conditions and cooling conditions such as the laser output and the refrigerant injection amount are set within a range in which no through crack is generated at the position of the first initial crack Tr1 (that is, a full cut is not generated).
  • the first initial crack Tr1 is formed at a position inside the substrate so as to be separated from the substrate end (first substrate end A1), the force to tear the left and right sides at the first substrate end A1 (force to make a full cut state) Even if this works, the first substrate end A1 is in a state in which cracking is difficult to occur, so that it is difficult to achieve a full cut as compared with the case where an initial crack is formed in advance on the substrate end A1.
  • the heating condition and the cooling condition such as the laser output to be irradiated and the refrigerant injection amount
  • the process window in which the condition that does not cause a full cut can be selected is widened. Therefore, as the heating condition and cooling condition to be set, a condition that is more radical than when the initial crack is formed at the substrate end, that is, a condition capable of forming a deep scribe line may be selected.
  • the pedestal 7 is moved, and the beam spot of the laser beam formed on the substrate A and the cooling spot by the coolant from the cooling nozzle 16 are along the scribe line. To be scanned.
  • a scribe line made of the crack Cr having a finite depth starting from the position of the first initial crack Tr1 is formed on the substrate A.
  • a deep scribe line which has been difficult until now, is formed by appropriately selecting the laser heating conditions and the cooling conditions with the refrigerant within a range that does not cause through cracks (ie, extreme conditions within a range that does not result in full cut). it can. It should be noted that a region where the crack Cr is not formed exists at the substrate end (first substrate end A1) of the substrate A on the first initial crack Tr1 side.
  • the laser break process will be described.
  • the rotary table 12 is returned to the original position (position shown in FIG. 3A), the lifting mechanism 17 is operated, and the cutter wheel 18 is lowered.
  • the substrate A and the cutter wheel 18 move so as to approach each other, the cutter wheel 18 is applied to the first substrate end A1, and a second initial crack Tr2 is formed at the substrate end.
  • the table 12 may continue to move so that the second initial crack Tr2 continues to the first initial crack Tr1.
  • the second initial crack Tr2 may be formed deeper than the first initial crack Tr1 by changing the pressure contact force. In this case, as will be described later, the crack can be further deeply penetrated.
  • the elevating mechanism 17 and the rotary table 12 are returned to their original positions (positions shown in FIG. 3A), and the laser device 13 is operated to emit the laser beam. Irradiate.
  • the heating conditions such as the laser output irradiated at this time will be described later.
  • the substrate A is moved, and the beam spot formed on the substrate A is scanned along the scribe line from the first substrate end A1 toward the second substrate end A2.
  • the deep crack Cr2 proceeds along the crack Cr (scribe line) starting from the second initial crack Tr2 (that is, the first substrate end A1), a deeper scribe line is formed at the end of the second substrate. A2 is formed.
  • the heating conditions for the laser break process will be described.
  • the heating conditions such as laser output may be the same as in the first laser irradiation, but are preferably set as follows.
  • the scanning speed is increased compared to the first laser irradiation, the heating time at each point on the scribe line is shortened (laser output is set high), and the surface layer of the scribe line is heated only for a short time.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a stress gradient to be formed during the laser break process.
  • the substrate surface layer is heated for a short time to form a heating region H.
  • a large compressive stress HR is formed on the surface layer of the substrate, and a tensile stress CR is generated inside the substrate in response to the influence. If the crack Cr exists inside the substrate, the tensile stress is concentrated at the tip of the crack Cr, and as a result, the crack Cr penetrates deeper.
  • the temperature difference generated in the depth direction is reduced by transferring heat inside the substrate.
  • the stress gradient in the depth direction is weakened. Therefore, in laser break processing, in order to set heating conditions and cooling conditions in which compressive stress is easily formed on the surface layer of the substrate and tensile stress is formed inside the substrate, heating conditions that heat strongly in a short time within a temperature range where the substrate does not soften Is preferably selected.
  • the temperature difference in the depth direction may be increased by preliminarily blowing the coolant before cooling to increase the tensile stress in the substrate.
  • the reason why a deeper scribe line can be easily made by making the second initial crack deeper than the first initial crack will be described.
  • the initial position of the crack tip where the tensile stress is concentrated can be set to the deep position of the substrate.
  • laser irradiation is performed to give a strong compressive stress to the substrate surface layer.
  • the tensile stress concentrates on the crack tip at a deep position, and the greater the distance from the substrate surface to the crack tip, the larger the force (moment) that attempts to spread the crack tears the crack tip. So that cracks penetrate easily and deeply.
  • the second laser irradiation is performed from the deep second initial crack formed at the first substrate end toward the second substrate end.
  • a scribe line can be formed, and when the crack Cr2 reaches the back surface, the substrate can be completely divided by laser break treatment.
  • the sectional surface formed by this mechanism is very beautiful and excellent in straightness, and is in an ideal state as a processed end face.
  • FIG. 6 is a diagram showing a processing operation procedure in a laser breaking process of the processing method according to the second embodiment. Since the laser scribing process is the same as that shown in FIG. A scribe line made of a crack Cr having a finite depth starting from the position of the first initial crack Tr1 is formed on the substrate A by laser scribing similar to that up to FIG. In this state, the process proceeds to laser break processing.
  • the rotary table 12 is slightly returned so that the first initial crack Tr1 is located below the optical holder.
  • the laser device 13 is operated to irradiate the laser beam to heat the first initial crack Tr1, and the rotary table 12 (pedestal 7) is moved to move the beam spot. Is moved to the first substrate end A1 side. As a result, the crack progresses from the first initial crack Tr1 toward the first substrate end A1, and the second initial crack Tr2 is formed so as to continue from the first substrate end A1 to the first initial crack.
  • the rotary table 12 (base 7) is returned to the original position (position of FIG. 3A), and the laser device 13 is operated to irradiate the laser beam.
  • the substrate A is moved, and the beam spot formed on the substrate A is scanned from the first substrate end A1 toward the second substrate end A2 along the scribe line.
  • the deep initial crack Tr2 that is, the first substrate end A1 starts and the deep crack Cr2 proceeds along the crack Cr (scribe line), and the deep scribe line is formed to the second substrate end A2.
  • the second initial crack is formed so as to be continuous with the first initial crack.
  • the laser break treatment is performed even if they are not continuous.
  • a continuous scribe line can be formed.
  • a continuous scribe line can be formed if the distance to the first initial crack is sufficiently close.
  • the present invention can be used for a process of forming a deep scribe line or completely dividing a brittle material substrate such as a glass substrate.

Abstract

　安定したレーザブレイク処理ができる脆性材料基板の加工方法を提供する。 　第一基板端から第二基板端までのスクライブ予定ラインに沿って加工するとき、（ａ）第一基板端から離隔するようにして第一初期亀裂を形成する工程と、（ｂ）第一回目のレーザ照射のビームスポットを第一基板端側から第二基板端まで相対移動させて加熱するとともに、通過直後の部位に冷媒を吹き付けて冷却し、スクライブ予定ラインに生じる深さ方向の応力勾配を利用して有限深さのスクライブラインを形成する工程と、（ｃ）第一基板端、または、第一基板端と第一初期亀裂との間に第二初期亀裂を形成する工程と、（ｄ）第二回目のレーザ照射のビームスポットを第一基板端から第二基板端まで相対移動させてスクライブラインをさらに深く浸透または完全分断させる工程を行う。

Description

脆性材料基板の加工方法
　本発明は、脆性材料基板にレーザビームを走査して局所加熱を行い、次いで加熱部位に沿って冷却することにより、基板表面と基板内部との間に生じる熱応力を利用して有限深さのクラックを形成する脆性材料基板の加工方法に関する。また、本発明は、基板に設定したスクライブ予定ラインに沿って第一回目のレーザビームを照射して基板上に有限深さのクラックからなるスクライブラインを形成し、続いて、第二回目のレーザビームを照射してこのスクライブラインを深く浸透させるか、あるいは完全に分断する脆性材料基板の加工方法に関する。
　ここで、脆性材料基板とは、ガラス基板、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、半導体ウエハ、サファイア基板、セラミック基板等をいう。
　ガラス基板等の脆性材料基板にレーザビームを照射し、基板上に形成されるビームスポットを走査してライン状に加熱し、さらに加熱直後に冷媒を吹き付けて冷却するレーザスクライブ加工を用いると、カッターホイール等による機械的な加工に比べてカレットの発生を低減させることができ、また、端面強度を向上させることができる。
　そのため、フラットパネルディスプレイをはじめ、ガラス基板等を分断することが必要な種々の製造工程等でレーザスクライブ加工が採用されている。
　一般に、レーザスクライブ加工では、これから分断しようとする仮想線（スクライブ予定ラインという）を設定する。そしてスクライブ予定ラインの始端となる基板端に、カッターホイール等で初期亀裂を形成し、ビームスポットおよび冷却スポット（冷媒が噴射される領域）を始端に形成した初期亀裂の位置からスクライブ予定ラインに沿って走査する。このとき、スクライブ予定ライン近傍に発生した温度分布に基づいて応力勾配が発生する結果、ライン状のクラックが形成される（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
　ところで、脆性材料基板に対しレーザビームを走査することによって形成されるライン状のクラックには、クラックの深さ方向の先端が基板の裏面まで到達しない「有限深さのクラック」と、クラックが基板の裏面まで到達し、基板を一挙に分断する「貫通クラック」（例えば特許文献２参照）とがある。
　前者の「有限深さのクラック」により形成される切筋をスクライブラインと呼び、後者の貫通クラックによる分断ラインをフルカットラインと呼ぶ。これらは異なるメカニズムにより形成される。
　図７は有限深さのクラックが形成されるメカニズムを模式的に示した基板の断面図である。すなわち先行するレーザ加熱により、図７（ａ）に示すように基板ＧＡに圧縮応力ＨＲが生じる。続いて、加熱後の冷却により、図７（ｂ）に示すように基板表面に引張応力ＣＲが生じる。このとき熱の移動により基板内部に圧縮応力ＨＲが移動し、内部応力場Ｈｉｎが形成されている。その結果、図７（ｃ）に示すように、深さ方向の応力勾配が発生し、クラックＣｒが形成される。
　上記メカニズムによってクラックＣｒが形成される条件では、基板内部に存在する圧縮応力場ＨｉｎがクラックＣｒの深さ方向へのさらなる浸透を阻止してしまうために、クラックＣｒは基板内部の圧縮応力場Ｈｉｎの手前で停止し、原理的にクラックＣｒは有限深さとなる。そのため、基板を完全に分断するには、クラックＣｒによる有限深さのスクライブラインが形成された後に、さらにブレイク処理を行わねばならない。その一方で、クラックＣｒによるスクライブラインの加工端面は非常に美しく（表面の凹凸が小さく）、しかも直進性に優れており、加工端面として理想的な状態となっている。
　図８は貫通クラックが形成されるメカニズムを模式的に示した基板の斜視図（図８（ａ））と平面図（図８（ｂ）である。すなわち初期亀裂ＴＲの位置から走査されるレーザビームのビームスポットＢＳにより、基板表面に圧縮応力ＨＲが生じている。同時に、ビームスポットＢＳの後方にある冷却スポットＣＳにより、基板表面に引張応力ＣＲが生じている。その結果、走査ライン上（スクライブ予定ラインＬ上）に前後方向の応力勾配が形成され、この応力勾配により、走査ライン方向に沿って基板を左右に裂くような力が働いて貫通クラックが形成され、基板が分断されるようになる。
　この「貫通クラック」が形成される場合は、ブレイク処理を行うことなく基板を分断（フルカット）することができる点で便利であり、加工用途によってはこちらのメカニズムによる分断が望まれる場合もあるが、上述したスクライブラインの加工端面と比較すると、フルカットラインの加工端面の直進性が損なわれている場合があり、また、フルカットラインの端面の美しさ（表面の凹凸）についても上述したスクライブラインに比べると品質が劣る。
　なお、レーザスクライブ加工によってスクライブラインが形成されるかフルカットラインが形成されるかは、加熱条件（レーザ波長、照射時間、出力パワー、走査速度等）、冷却条件（冷媒温度、吹付量、吹付位置等）、基板の板厚等に依存する。一般に、ガラス基板の板厚が薄い場合は厚い場合に比べてフルカットラインになりやすく、スクライブラインを形成できる加工条件のプロセスウインドウが狭い。また、基板が急加熱され、また、急冷される過激な条件になるほど、フルカットラインが形成されやすい傾向がある。
　以上のことから、ガラス基板等に対し端面品質が優れた分断加工を行いたい場合には、フルカットラインではなく、スクライブラインが形成されるメカニズムの加熱条件、冷却条件を選択してレーザスクライブ加工を行い、その後、ブレイク処理を行うようにしている。
　レーザスクライブ加工後に行うブレイク処理方法としては、ブレイクバー等をスクライブラインに押圧して曲げモーメントを加える機械的なブレイク処理が利用されることがある。機械的なブレイク処理の場合、基板に大きな曲げモーメントを加えるとカレットが生じてしまうことがある。そのため、カレットの発生を嫌う製造工程では、できるだけ深いスクライブラインを形成するようにして、小さな曲げモーメントを加えるだけでブレイク処理ができるようにする必要がある。
　そこで、レーザスクライブ加工で形成したスクライブラインに沿って、２度目のレーザ照射を行い、有限深さのクラックをさらに深く浸透させたり（この場合は再度ブレイク処理を行う）、クラックを裏面まで浸透させて分断したりするレーザブレイク処理が行われている（例えば特許文献１～特許文献３参照）。
特開２００１－１３０９２１号公報 特開２００６－２５６９４４号公報 ＷＯ２００３／００８３５２号公報
　このように第一回目のレーザ照射によりスクライブラインを形成するレーザスクライブ加工を行い、続いて第二回目のレーザ照射によりレーザブレイク処理を行うことにより、カレットの発生を抑えた分断加工が可能になる。しかしながら、レーザスクライブ加工、すなわち第一回目のレーザ照射で形成するスクライブラインが浅いと、後のレーザブレイク処理によってクラックを基板裏面まで到達させることが困難になる。それゆえ、レーザブレイク処理で基板を完全に分断するには、レーザスクライブ加工時に、深いスクライブラインを形成しておくことが必要になる。
　また、レーザブレイク処理で基板を完全分断しない場合であっても、レーザスクライブ加工において少しでも深いスクライブラインを形成しておく方が、後のレーザブレイク処理でさらに深いスクライブラインにすることが簡単にできるようになるので望ましい。
　ところで、レーザスクライブ加工により、従来よりも深いスクライブラインを形成しようとすると、これまでスクライブラインを形成していたときの加熱条件や冷却条件を変更する必要がある。具体的には、レーザ出力を高めて加熱による入熱量を増大したり、冷却時の冷媒吹き付け量を増大したりして、これまでより深さ方向の温度差が生じやすい過激な条件にして、基板に発生する深さ方向の応力勾配を大きくする必要がある。
　しかしながら、従来のレーザスクライブ加工の加工手順のまま、応力勾配を大きくするような加熱条件、冷却条件に移行しようとすると、１回目のレーザ照射で深いスクライブラインを形成することができず、代わりにクラックが基板を貫通してしまい（貫通クラックが形成されるメカニズムに移行）、フルカットラインが形成されることになった。すなわち、レーザスクライブ加工の際の加熱条件や冷却条件を適切に選ぶことで、浅いスクライブラインは比較的容易に形成できるが、深いスクライブラインを形成しようとして、加熱条件や冷却条件をこれまで使用していた条件から少し過激な条件に変更しようとしても、設定可能な加熱条件や冷却条件の範囲が存在しないか、存在したとしても設定可能な範囲（プロセスウインドウ）が狭くて不安定となり、いきなりフルカットラインが形成されてしまう条件に移行してしまい、思い通りの深いスクライブラインを形成することが困難であった。
　さらに、フルカットラインに移行してしまう問題とは別に、「先走り」現象が発生しやすくなる問題も生じる。「先走り」とは、図９に示すように、スクライブ予定ラインＬの始端近傍において、始端に形成された初期亀裂ＴＲがビームスポットＢＳによって加熱された際に、ビームスポットＢＳによる加熱領域を起点にビームスポットの前方に向けて制御できない方向にクラックＫが形成される現象である。「先走り」が発生すると、スクライブ予定ラインＬに沿ったスクライブラインを形成することができなくなり、スクライブラインの直進性が著しく損なわれてしまう。
　深いスクライブラインを形成しようとして、加熱条件や冷却条件をこれまでよりも過激な加熱条件や冷却条件にシフトさせた場合に、このような「先走り」の発生する頻度が高まる。
　そこで、本発明は、第一に、有限深さのクラックからなるスクライブラインを、これまでよりも十分に深く形成することができる加工方法を提供することを目的とする。
　また、第二に、フルカットラインではなく、スクライブラインを形成することができる加熱条件や冷却条件のプロセスウインドウを広げ、安定してスクライブラインを形成することができる加工方法を提供することを目的とする。
　また、第三に、「先走り」の発生しにくいスクライブラインの加工方法を提供することを目的とする。
　また、本発明は、レーザスクライブ加工により基板にスクライブラインを形成し、続いてレーザブレイク処理を行って基板を完全分断したり、より深いスクライブラインを形成したりする加工を、安定して実行できる脆性材料基板の加工方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は加工端面の端面品質が優れた分断加工を安定して行える脆性材料基板の加工方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するためになされた本発明の脆性材料基板の加工方法は、脆性材料基板に対し、基板端を始端とするスクライブ予定ラインを設定し、スクライブ予定ラインに沿って有限深さのクラックを形成する脆性材料基板の加工方法であって、スクライブ予定ラインの前記始端近傍で、かつ、始端から基板内側方向に離隔したスクライブ予定ライン上の位置に、カッターホイールを圧接して始端から離隔した初期亀裂を形成し、レーザ照射により基板面に形成されるビームスポットを、始端から前記初期亀裂上を通過しつつスクライブ予定ラインに沿って相対移動することにより軟化温度以下で局所加熱し、次いで局所加熱した領域の直後を冷却することにより、初期亀裂の位置を起点とする有限深さのクラックをスクライブ予定ラインに沿って形成する。
　本発明によれば、スクライブ予定ライン上に初期亀裂を形成するときに、初期亀裂の形成位置を脆性材料基板の基板端ではなく、基板端から少し基板の内側方向へ離隔した位置に形成し、初期亀裂を基板端から分離させておく。初期亀裂は、カッターホイールをスクライブ予定ラインの方向に向けて圧接するようにして形成し、初期亀裂の方向がスクライブ予定ラインのライン方向に向くようにする。続いて、ビームスポットをスクライブ予定ラインに沿って相対移動させることにより、スクライブ予定ラインの始端から、初期亀裂上を通過するようにして基板を局所加熱する。さらに、局所加熱した領域の直後を冷却する。このとき、基板端には初期亀裂が存在しないので、基板端からクラックが進行することはない。そして、ビームスポットが基板端から前進し、少し離れた位置の初期亀裂の上が加熱され（このとき初期亀裂表面には圧縮応力が加わり亀裂は進行しない）、さらに少し前進し、初期亀裂の上が冷却された時点（このとき初期亀裂表面には引張応力が加わり初期亀裂の内部には圧縮応力が加わる）で、初期亀裂を起点とする有限深さのクラックが形成されるようになる。
　このとき、基板端近傍に前後方向（スクライブ予定ライン方向）の応力分布が形成されて左右に引き裂こうとする力（フルカットラインを誘導する力）が働いたとしても、基板端に初期亀裂が形成されていないため、基板端から進行するフルカットラインが形成されることはない。そして、一旦、初期亀裂を起点とする有限深さのクラックが形成されると、その後は、ビームスポットの走査にともなってスクライブ予定ライン上を有限深さのクラックが連続して形成されるようになり、所望のスクライブラインが形成される。このようにフルカットラインが形成されにくい状況が作り出されているので、ビームスポットによる加熱条件や冷却条件をこれまでよりも過激な条件に変更しても、フルカットラインに移行することがなくなり、代わりに深いスクライブラインが形成されるようになる。
　本発明によれば、レーザスクライブの際に、フルカットラインが形成されにくくなり、有限深さのクラックからなるスクライブラインを形成することができるプロセスウインドウ（設定可能な加熱条件や冷却条件の範囲）を広げることができる。その結果、安定してスクライブラインを形成することができるようになる。
　また、本発明によれば、レーザスクライブの加工条件（加熱条件、冷却条件）を、これまでよりも過激な条件に変更してもフルカットラインではなく、スクライブラインを形成することができるようになり、その結果、これまで以上の深いスクライブラインを形成することができる。さらに、基板端にクラックが形成されないため、「先走り」の発生を抑制することができる。
　上記発明において、カッターホイールとして、刃先に周期溝が形成された溝付きカッターホイールを用いてもよい。
また、上記発明において、スクライブ予定ラインの始端から初期亀裂までの離隔距離が２ｍｍ～７ｍｍであるようにしてもよい。
また、上記課題を解決するためになされた他の脆性材料基板の加工方法は、脆性材料基板に設定した第一の基板端から第二の基板端までのスクライブ予定ラインに沿って、以下の手順で二度のレーザ照射を行うことにより基板を加工する。
（ａ）まず、第一基板端近傍のスクライブ予定ライン上に、第一基板端から離隔するようにして、基板内側に第一初期亀裂を形成する第一初期亀裂形成工程を実行する。（ｂ）続いて、第一回目のレーザ照射のビームスポットを第一基板端側からスクライブ予定ラインに沿って第二基板端まで相対移動させて基板を軟化温度以下で加熱するとともに、ビームスポットの通過直後の部位に冷媒を吹き付けて冷却し、スクライブ予定ラインに生じる深さ方向の応力勾配を利用してスクライブ予定ラインに沿って有限深さのスクライブラインを形成するレーザスクライブ工程を実行する。
このとき、ビームスポットによる加熱条件、冷却スポットによる冷却条件を、適切に選択することにより、深さ方向の応力勾配に基づいて形成される有限深さのクラックからなるスクライブラインを形成するようにし、フルカットラインが形成されないようにする。具体的には、基板表面の温度差が激しくなる加熱条件（例えばレーザ出力増大）や冷却条件（例えば冷媒噴射量増大）にしすぎると、スクライブラインよりもフルカットラインになりやすい傾向があるので、加熱条件や冷却条件があまり過激な条件にならないようにする。ただし、第一基板端には初期亀裂が形成されていないので、基板端から始まるフルカットラインが発生しにくくなっており、選択できるプロセスウインドウは広がっているので、従来よりも温度差が大きな加熱条件、冷却条件でレーザスクライブ加工ができるようになっている。
（ｃ）続いて、第一基板端、または、第一基板端と第一初期亀裂との間のスクライブ予定ラインの少なくともいずれかに第二初期亀裂を形成する第二初期亀裂形成工程を実行する。
　これにより、次のレーザブレイク工程のときにクラックの進行方向を誘導する切り筋を第一基板端近傍に形成しておく。
（ｄ）続いて、第二回目のレーザ照射のビームスポットをスクライブラインに沿って第一基板端から第二基板端まで相対移動させてスクライブラインをさらに深く浸透させるか、または、完全に分断させるレーザブレイク工程を実行する。
　これにより、第一基板端から第二基板端までクラックが進行し、確実にクラックを形成することができるようになり、しかも第二初期亀裂によって第一基板端近傍に形成されるクラックの進行方向を誘導することができるので、「先走り」のような制御できないクラックが形成されることを防ぐことができる。
　この発明によれば、レーザスクライブ工程で形成されたスクライブラインを、深いスクライブラインにすることができ、あるいは簡単に分断加工ができるようになる。
　また、レーザスクライブ加工の際に、設定可能なプロセスウインドウ（加工条件として設定できる範囲）を広くすることができるようになるので、これまでよりも過激な加熱条件、冷却条件を用いて、より深いスクライブラインを形成することができる。また、深いスクライブラインを形成することで、レーザブレイク処理の際に、設定可能なプロセスウインドウ（加工条件として設定できる範囲）が広くなり、フルカットに移行することなく、安定してスクライブラインをより深く形成したり、安定して完全分断したりすることができる。
　上記発明の（ｃ）の第二初期亀裂形成工程において、第二初期亀裂は第一基板端から第一初期亀裂まで前記スクライブ予定ラインに沿って連続して形成されるようにしてもよい。
　これにより、次のレーザブレイク工程の際に、第一基板端から第一初期亀裂までスクライブ予定ラインに沿って、クラックが進行するようになり、先走り現象を完全になくすることができる。
　また、上記発明において、第一初期亀裂および第二初期亀裂はカッターホイールを圧接することにより形成されるようにしてもよい。これにより、基板端から離隔した基板面上であっても細い切筋の初期亀裂を、確実に形成することができる。
　特に、刃先に周期溝が形成されたカッターホイールを用いることにより、基板面に対して刃先が滑りにくくなり、基板端から離隔した位置に初期亀裂を形成する際に、短い距離（１ｍｍ～２ｍｍ程度）を転動させるだけで確実に安定した初期亀裂を形成することができる。刃先に周期溝が形成された溝付カッターホイールとしては、具体的には三星ダイヤモンド工業株式会社製の高浸透刃先「ぺネット」（登録商標）や「ＡＰＩＯ」（登録商標）を用いることができる。
　また、上記発明において、第一初期亀裂はカッターホイールを圧接することにより形成され、第二初期亀裂は第一初期亀裂上から第一基板端側へ向けたレーザの部分的な照射により形成されるようにしてもよい。
　これによれば、基板上の第一初期亀裂はカッターホイールにより、細い切筋の初期亀裂を、確実に形成することができる。また、第二初期亀裂については、第一初期亀裂が既に形成されているので、第一初期亀裂上から第一基板端側へ向けたレーザの部分的な照射により、クラックを進行させることで、第二初期亀裂を誘導することができる。
　また、上記発明において、第二初期亀裂は第一初期亀裂よりも深く形成するようにしてもよい。具体的には、例えば第二初期亀裂を形成するときのカッターホイールの圧接力を第一初期亀裂のときよりも強くすればよい。
　これによれば、続いて行われるレーザブレイク工程でクラックの深さを簡単に深くすることができるようになる。
本発明の基板加工方法を実施する際に用いる基板加工装置の概略的な構成図。 周期溝付カッターホイールの構成を示す図。 本発明の一実施形態である加工方法の動作手順の一部を示す図。 本発明の一実施形態である加工方法の動作手順の一部を示す図。 レーザブレイク処理の際に形成しようとする応力勾配を模式的に示した断面図。 本発明の他の一実施形態である加工方法の動作手順の一部を示す図。 有限深さのクラックが形成されるメカニズムを模式的に示した断面図。 フルカットラインが形成されるメカニズムを模式的に示した斜視図および平面図。 基板端で生じる先走り現象を示す図。
符号の説明
２　スライドテーブル
７　台座
１２　回転テーブル
１３　レーザ装置
１６　冷却ノズル
１７　昇降機構
１８　周期溝付カッターホイール
Ａ　ガラス基板（脆性材料基板）
ＢＳ　ビームスポット
ＣＳ　冷却スポット
Ｃｒ　クラック
Ｃｒ１　深いクラック
Ｃｒ２　クラック
Ｔｒ　初期亀裂
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　最初に、本発明の加工方法を実施する際に用いる基板加工装置の一例について説明する。
　図１は本発明の加工方法を実施することができる基板加工装置ＬＳ１の概略構成図である。ここではガラス基板を加工する場合を例に説明するが、シリコン基板等の脆性材料基板であっても同様である。
　まず、基板加工装置ＬＳ１の全体構成について説明する。水平な架台１上に平行に配置された一対のガイドレール３，４に沿って、図１の紙面前後方向（以下Ｙ方向という）に往復移動するスライドテーブル２が設けられている。両ガイドレール３，４の間に、スクリューネジ５が前後方向に沿って配置され、このスクリューネジ５に、スライドテーブル２に固定されたステー６が螺合されており、スクリューネジ５をモーター（図示外）によって正、逆転することにより、スライドテーブル２がガイドレール３，４に沿ってＹ方向に往復移動するように形成されている。
　スライドテーブル２上に、水平な台座７がガイドレール８に沿って、図１の左右方向（以下Ｘ方向という）に往復移動するように配置されている。台座７に固定されたステー１０ａに、モーター９によって回転するスクリューネジ１０が貫通螺合されており、スクリューネジ１０ａが正、逆転することにより、台座７がガイドレール８に沿って、Ｘ方向に往復移動する。
　台座７上には、回転機構１１によって回転する回転テーブル１２が設けられており、この回転テーブル１２の上に、ガラス基板Ａが水平な状態で取り付けられる。このガラス基板Ａは、例えば、小さな単位基板を切り出すためのマザー基板である。回転機構１１は、回転テーブル１２を、垂直な軸の周りで回転させるようになっており、基準位置に対して任意の回転角度になるように回転できるように形成されている。また、ガラス基板Ａは、吸引チャックによって回転テーブル１２に固定される。
　回転テーブル１２の上方には、レーザ装置１３と光学ホルダ１４とが取付フレーム１５に保持されている。
　レーザ装置１３は、脆性材料基板の加工用として一般的なものを使用すればよく、具体的にはエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ又は一酸化炭素レーザなどが使用される。ガラス基板Ａの加工には、ガラス材料のエネルギー吸収効率が大きい波長の光を発振する炭酸ガスレーザを使用することが好ましい。
　レーザ装置１３から出射されたレーザビームは、ビーム形状を調整するためのレンズ光学系が組み込まれた光学ホルダ１４によって、予め設定した形状のビームスポットがガラス基板Ａ上に照射される。ビームスポットの形状については、長軸を有する形状（楕円形状、長円形状など）が、スクライブ予定ラインに沿って効率よく加熱できる点で優れているが、軟化温度よりも低温にて加熱することができる形状であれば、ビームスポットの形状は特に限定されない。本実施形態では、楕円形状のビームスポットが形成されるようにしてある。
　取付フレーム１５には、光学ホルダ１４に近接して、冷却ノズル１６が設けられている。冷却ノズル１６からは冷媒が噴射される。冷媒には、冷却水、圧縮空気、Ｈeガス、炭
酸ガス等を用いることができるが、本実施形態では圧縮空気を噴射するようにしてある。冷却ノズル１６から噴射される冷却媒体は、ビームスポットの左端から少し離れた位置に向けられ、ガラス基板Ａの表面に冷却スポットを形成するようにしてある。
　また、取付フレーム１５には、周期溝付きのカッターホイール１８が、昇降機構１７を介して取り付けられている。このカッターホイール１８は、ガラス基板Ａに初期亀裂Ｔｒを形成するときに、ガラス基板Ａの上方から一時的に下降するようにして用いられる。
　図２は周期溝付カッターホイールの模式図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図である。この周期溝付きカッターホイール１８は、刃先１８ａに沿って周期的に溝１８ｂが切り欠いてある（なお、図２では説明の便宜上、刃先１８に対する溝１８ｂの大きさを、実際よりも誇張して描いてある）。具体的には１～２０ｍｍのホイール径に応じて、溝ピッチを２０μｍ～２００μｍの範囲で設けるようにしてある。また、溝深さは２μｍ～２５００μｍとしてある。
　このような特殊刃先のカッターホイールを用いることにより、溝がない通常のカッターホイールよりも深く浸透したクラックを形成することができるだけでなく、基板面に対し刃先が滑りにくくなるので、初期亀裂を形成する際に、短い距離（１ｍｍ～２ｍｍ程度）を転動させるだけで基板面に初期亀裂を確実に形成することができるようにしてある。
　さらに、基板加工装置ＬＳ１には、あらかじめガラス基板Ａに刻印されている位置決め用のアライメントマークを検出することができるカメラ２０が搭載されており、カメラ２０により検出されたアライメントマークの位置から、基板Ａ上に設定するスクライブ予定ラインの位置と回転テーブル１２との対応位置関係を求め、カッターホイール１８の下降位置やレーザビームの照射位置がスクライブ予定ライン上にくるように、正確に位置決めできるようにしてある。
　次に、上記基板加工装置ＬＳ１による加工動作手順について説明する。図３は第一回レーザ照射により有限深さのスクライブラインを形成するまでのレーザスクライブ加工の加工動作手順を示す図であり、図４は第二回目レーザ照射によりレーザブレイク処理を行うまでの加工動作手順を示す図である。なお、図３、図４では図１の要部のみを図示している。
　まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板Ａが回転テーブル１２の上に載置され、吸引チャックによって固定される。カメラ２０（図１）によってガラス基板Ａに刻印されてあるアライメントマーク（不図示）が検出され、その検出結果に基づいて、スクライブ予定ラインと、回転テーブル１２、スライドテーブル２、台座７との位置が関係付けられる。そして回転テーブル１２およびスライドテーブル２を作動し、カッターホイール１８の刃先方向がスクライブ予定ラインの方向に並ぶように位置が調整される。
　続いて、図３（ｂ）に示すように、台座７(図１)を作動して回転テーブル１２を移動し、ガラス基板Ａにおける第一初期亀裂を形成しようとする第一基板端Ａ１の近傍でかつ第一基板端Ａ１から離隔した位置の上方に、カッターホイール１８がくるようにする。
　続いて、図３（ｃ）に示すように、昇降機構１７を作動してカッターホイール１８を下降する。そして基板Ａに刃先を圧接するようにして第一初期亀裂Ｔｒ１を形成する。このとき台座７を２ｍｍ程度移動して基板上でカッターホイール１８を転動させ、安定した第一初期亀裂Ｔｒ１を確実に形成する。
　続いて、図３（ｄ）に示すように、昇降機構１７および回転テーブル１２を元の位置（図３（ａ）の位置）に戻し、レーザ装置１３を作動してレーザビームを照射する。また冷却ノズル１６から冷媒を噴射する。このとき照射するレーザ出力や冷媒噴射量等の加熱条件、冷却条件は、第一初期亀裂Ｔｒ１の位置に貫通クラックが発生しない（すなわちフルカットにならない）範囲内で設定する。
　第一初期亀裂Ｔｒ１を基板端（第一基板端Ａ１）から離隔させて基板内側位置に形成してあるので、第一基板端Ａ１に左右に裂こうとする力（フルカット状態にする力）が働いたとしても、第一基板端Ａ１はクラック発生が困難な状態になっているので、基板端Ａ１に予め初期亀裂を形成してある場合に比べて、フルカットになりにくい。また、照射するレーザ出力や冷媒噴射量等の加熱条件、冷却条件については、フルカットにならない条件を選択できるプロセスウインドウが広くなっている。したがって、設定する加熱条件や冷却条件としては、初期亀裂が基板端に形成されているときよりも過激な条件、すなわちスクライブラインを深く形成することができる条件を選択してもよい。
　続いて、図３（ｅ）に示すように、台座７を移動し、基板Ａ上に形成されるレーザビームのビームスポット、および、冷却ノズル１６からの冷媒による冷却スポットが、スクライブ予定ラインに沿って走査されるようにする。
　以上の動作により、基板Ａには、第一初期亀裂Ｔｒ１の位置を起点とする、有限深さのクラックＣｒからなるスクライブラインが形成される。そして、このとき貫通クラックとならない範囲でレーザの加熱条件や冷媒による冷却条件を適切に選択（すなわちフルカットにならない範囲で過激な条件）することにより、これまで困難であった深いスクライブラインが形成できる。なお、基板Ａの第一初期亀裂Ｔｒ１側の基板端（第一基板端Ａ１）には、クラックＣｒが形成されていない領域が存在するようになる。
　次にレーザブレイク処理について説明する。
　図４（ａ）に示すように、回転テーブル１２を元の位置（図３（ａ）の位置）に戻し、昇降機構１７を作動してカッターホイール１８を下降しておく。
　続いて、図４（ｂ）に示すように、基板Ａとカッターホイール１８とが近づくように移動して、第一基板端Ａ１にカッターホイール１８を当て、基板端に第二初期亀裂Ｔｒ２を形成する。このときテーブル１２を移動し続けて、第二初期亀裂Ｔｒ２が第一初期亀裂Ｔｒ１まで連続するようにしてもよい。
　また、圧接力を変えることで第二初期亀裂Ｔｒ２を第一初期亀裂Ｔｒ１よりも深く形成しておくようにしてもよい。この場合は、後述するようにクラックを深く浸透させることがさらに簡単にできるようになる。
　続いて、図４（ｃ）に示すように、昇降機構１７および回転テーブル１２（台座７）を元の位置（図３（ａ）の位置）に戻し、レーザ装置１３を作動してレーザビームを照射する。このとき照射するレーザ出力等の加熱条件については後述する。
　続いて、図４（ｄ）に示すように、基板Ａを移動し、基板Ａ上に形成されるビームスポットを、スクライブラインに沿って第一基板端Ａ１から第二基板端Ａ２に向けて走査する。これにより第二初期亀裂Ｔｒ２（すなわち第一基板端Ａ１）が起点となって深いクラックＣｒ２がクラックＣｒ（スクライブライン）に沿って進行していくので、これまでより深いスクライブラインが第二基板端Ａ２まで形成されるようになる。
　ここで、レーザブレイク処理の際の加熱条件について説明する。レーザ出力等の加熱条件については、第一回目レーザ照射のときと同様でもよいが、以下のように設定することが好ましい。
　レーザブレイク処理では走査速度を第一回目レーザ照射のときよりも速め、スクライブライン上の各点での加熱時間を短くし（レーザ出力は高く設定する）、スクライブラインの表層を短時間だけ加熱するように設定する。これは基板表層と基板内部との間でクラックＣｒを深く浸透させるための応力勾配を形成するためである。
　図５は、レーザブレイク処理の際に形成しようとする応力勾配を模式的に示した断面図である。基板表層を短時間加熱し、加熱領域Ｈを形成する。すると、基板表層に大きな圧縮応力ＨＲが形成され、その影響を受けて基板内部には、反対に引張応力ＣＲが発生する。基板内部にクラックＣｒが存在すると、引張応力はクラックＣｒの先端に集中するようになり、その結果、クラックＣｒは、さらに深く浸透するようになる。
　基板表層の加熱時間を長くしていくと、基板内部に熱が伝達されて深さ方向に生じる温度差が小さくなる。その結果、深さ方向の応力勾配が弱まってしまう。したがって、レーザブレイク処理では、基板表層に圧縮応力、基板内部に引張応力が形成されやすい加熱条件、冷却条件を設定するために、基板が軟化しない温度範囲で、短時間内に強く加熱する加熱条件を選択するようにするのが好ましい。また、加熱前に、予め冷媒を吹き付けて冷却しておくことにより、深さ方向の温度差を大きくして、基板内部に引張応力が生じやすくしてもよい。
　また、第二初期亀裂を第一初期亀裂よりも深くすることにより、さらに深いスクライブラインが簡単にできる理由について説明する。
　第一基板端Ａ１近傍に形成された深い第二初期亀裂Ｔｒ２をレーザブレイク処理の開始端とすることにより、引張応力が集中するクラック先端の初期位置を基板の深い位置にすることができる。この状態で、レーザ照射を行うことにより、基板表層に強い圧縮応力を与える。これにより、深い位置のクラック先端に引張応力が集中するようになり、さらに、基板表面からクラック先端までの距離がある程度長いほど、クラックを広げようとする大きな力（モーメント）がクラック先端を引き裂く方向に働くようになるので、クラックが簡単に深く浸透するようになる。
　このように、レーザブレイク処理の際に、第一基板端に形成した深い第二初期亀裂から第二基板端に向けて第二回目のレーザ照射をすることにより、これまで以上の深いクラックＣｒ２からなるスクライブラインを形成することができるようになり、また、クラックＣｒ２が裏面まで達した場合にはレーザブレイク処理によって基板を完全分断することができるようになる。
　このメカニズムにより形成された分断面は、非常に美しく、しかも直進性に優れており、加工端面として理想的な状態となっている。
　次に、本発明の第二の実施形態である加工方法について説明する。ここでは第二初期亀裂Ｔｒ２をレーザ照射により形成する。図６は第二の実施形態である加工方法のレーザブレイク工程の加工動作手順を示す図である。なお、レーザスクライブ工程までは図３と同じであるので説明を省略する。
　図３（ｅ）までと同様のレーザスクライブ加工により、基板Ａには、第一初期亀裂Ｔｒ１の位置を起点とする有限深さのクラックＣｒからなるスクライブラインが形成されている。この状態でレーザブレイク処理に移行する。
　図６（ａ）に示すように、回転テーブル１２を少し戻し、光学ホルダ１４の下方に第一初期亀裂Ｔｒ１がくるようにする。
　続いて、図６（ｂ）に示すように、レーザ装置１３を作動してレーザビームを照射して第一初期亀裂Ｔｒ１を加熱するとともに、回転テーブル１２（台座７）を移動して、ビームスポットを第一基板端Ａ１側に移動する。これにより、第一初期亀裂Ｔｒ１から第一基板端Ａ１に向けてクラックが進行するようになり、第一基板端Ａ１から第一初期亀裂まで連続するように第二初期亀裂Ｔｒ２が形成される。
　続いて、図６（ｃ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）を元の位置（図３（ａ）の位置）に戻し、レーザ装置１３を作動してレーザビームを照射する。
　続いて、図６（ｄ）に示すように、基板Ａを移動し、基板Ａ上に形成されるビームスポットを、スクライブラインに沿って第一基板端Ａ１から第二基板端Ａ２に向けて走査する。これにより第二初期亀裂Ｔｒ２（すなわち第一基板端Ａ１）が起点となって深いクラックＣｒ２がクラックＣｒ（スクライブライン）に沿って進行していき、深いスクライブラインが第二基板端Ａ２まで形成されるようになる。
　なお、上述した２つの実施形態では、いずれも第二初期亀裂が第一初期亀裂に連続するように形成したが、初期亀裂どうしがある程度接近していれば、連続していない場合でもレーザブレイク処理の結果、連続したスクライブラインが形成できるようになる。また、第二初期亀裂を第一基板端に形成しただけでも、第一初期亀裂までの距離が十分近ければ連続したスクライブラインが形成できるようになる。
　本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板に対し、深いスクライブラインを形成したり、完全分断したりする加工に利用することができる。

Claims (8)

  1. 　脆性材料基板に対し、基板端を始端とするスクライブ予定ラインを設定し、スクライブ予定ラインに沿って有限深さのクラックを形成する脆性材料基板の加工方法であって、
    前記スクライブ予定ラインの前記始端近傍で、かつ、始端から基板内側方向に離隔したスクライブ予定ライン上の位置に、カッターホイールを圧接して始端から離隔した初期亀裂を形成し、
    　次いで、レーザ照射により基板面に形成されるビームスポットを、前記始端から前記初期亀裂上を通過しつつ前記スクライブ予定ラインに沿って相対移動することにより軟化温度以下で局所加熱し、次いで局所加熱した領域の直後を冷却することにより、前記初期亀裂の位置を起点とする有限深さのクラックをスクライブ予定ラインに沿って形成する脆性材料基板の加工方法。
  2. 　前記カッターホイールとして、刃先に周期溝が形成された溝付きカッターホイールを用いる請求項１に記載のレーザスクライブ方法。
  3. 　スクライブ予定ラインの始端から初期亀裂までの離隔距離が２ｍｍ～７ｍｍである請求項１に記載のレーザスクライブ方法。
  4. 　脆性材料基板に設定した第一の基板端から第二の基板端までのスクライブ予定ラインに沿って二度のレーザ照射を行うことにより前記基板を加工する脆性材料基板の加工方法であって、
    　（ａ）第一基板端近傍のスクライブ予定ライン上に第一基板端から離隔するようにして第一初期亀裂を形成する第一初期亀裂形成工程と、
    　（ｂ）第一回目のレーザ照射のビームスポットを第一基板端側から前記スクライブ予定ラインに沿って第二基板端まで相対移動させて前記基板を軟化温度以下で加熱するとともに、前記ビームスポットの通過直後の部位に冷媒を吹き付けて冷却し、前記スクライブ予定ラインに沿って有限深さのスクライブラインを形成するレーザスクライブ工程と、
    　（ｃ）第一基板端、または、第一基板端と第一初期亀裂との間のスクライブ予定ラインの少なくともいずれかに第二初期亀裂を形成する第二初期亀裂形成工程と、
    　（ｄ）第二回目のレーザ照射のビームスポットを前記スクライブラインに沿って第一基板端から第二基板端まで相対移動させて前記スクライブラインをさらに深く浸透させるか、または、完全に分断させるレーザブレイク工程とからなる脆性材料基板の加工方法。
  5. 　（ｃ）の第二初期亀裂形成工程において、第二初期亀裂は第一基板端から第一初期亀裂まで前記スクライブ予定ラインに沿って連続して形成される請求項４に記載の脆性材料基板の加工方法。
  6. 　第一初期亀裂および第二初期亀裂はカッターホイールを圧接することにより形成される請求項４に記載の脆性材料基板の加工方法。
  7. 　第一初期亀裂はカッターホイールを圧接することにより形成され、第二初期亀裂は第一初期亀裂上から第一基板端側へ向けたレーザの部分的な照射により形成される請求項４に記載の脆性材料基板の加工方法。
  8. 　第二初期亀裂は第一初期亀裂よりも深く形成する請求項４に記載の脆性材料基板の加工方法。
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