JP2006248075A - レーザ光を用いた基板の加工方法および加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 分断箇所にマイクロクラックや切削粉等を残すことなく、レーザ光を用いて安定した基板の分断性能を発揮することができる基板の加工装置を提供すること。
【解決手段】 レーザ光を発生させるレーザ光発生手段１１と、前記レーザ光発生手段１１からのレーザ光１２を集光させて焦点Ｓを形成させる光学手段１５とが備えられ、前記レーザ光の焦点位置を、被加工基板１７の板厚方向（Ｚ−Ｚ′方向）に往復移動させると同時に、前記基板の分断予定ライン（Ｘ方向）に沿って移動させるように動作する。これにより、レーザ光の熱エネルギーにより分断予定ラインに沿って溝（スクライブライン）１７ａが形成される。前記焦点ＳのＺ−Ｚ′方向への往復移動により、前記溝１７ａを基板表面からより深い位置まで形成させることができる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、例えばガラス基板などの被加工基板に対して、その分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工方法および加工装置に関する。

例えば液晶表示装置や、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示パネルにおいては、その量産性を高めるために、大判のガラス基板に対して複数枚分のパネルに対応させたＩＴＯによる配線やＴＦＴなどの半導体素子をそれぞれ形成するようにしている。そして、その後において各表示パネル対応させて前記ガラス基板を分断させるいわゆる多数個取りの手段が採用されている。

前記したように大判のガラス基板を分断して、個々の表示パネルを得ようとする一つの手段として、円盤状のダイヤモンドカッターを用いて前記基板上にスクライブラインを形成し、このスクライブラインに沿って外力を加えることで、個々に分断させる手段が採用され得る。

図１はその様子を模式的に示すものであり、図１（Ａ）における符号１は矢印ａ方向に回転する円盤状のダイヤモンドカッターを示しており、このカッター１は被加工基板としてのガラス基板２における分断予定ラインに沿って矢印ｂ方向に移動される。これによりガラス基板２の表面は前記ダイヤモンドカッター１によって線状に切削され、これによりガラス基板２の分断予定ラインにスクライブライン２ａが形成される。そして、図１（Ｂ）に示すようにスクライブライン２ａを境にして矢印ｃ方向に外力を加えることで、前記基板を分断して個々の表示パネルを得ることができる。

また、被加工基板としてのガラス基板を分断する他の一つの手段として、レーザ光を利用するものが提案されている。図２はその例を模式的に示したものであり、レーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段としてのレンズ３が備えられ、前記光学手段を矢印ｄ方向に移動させることで、ガラス基板２の表面の分断予定ラインにスクライブライン２ａを形成させる。そして、図１（Ｂ）に示した例と同様にスクライブライン２ａを境にして矢印ｃ方向に外力を加えることで、前記基板を分断して個々の表示パネルを得るようになされる。

なお、図２に示したレーザ光を利用する場合においては、よりハイパワーなレーザ光を採用することで、レーザ光による溶融切削作用を促進させて分断予定ラインに沿って即座に基板を分断させる手段も考えられる。

さらに、被加工基板としてのガラス基板を分断する他の一つの手段として、レーザ光と冷却媒体とを併用するものも提案されている。図３はその例を模式的に示したものであり、同じくレーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段としてのレンズ３が備えられ、前記光学手段を矢印ｄ方向に移動させることで、ガラス基板２の表面の分断予定ラインに沿って基板の一部をレーザ光によって加熱する。

その直後において前記加熱部分に対して、例えば水などの冷却媒体を矢印ｅで示すように吐出させることで、前記加熱分に熱歪応力によるクラックを発生させて、前記基板を分断させることができる。

前記したように例えばガラス基板を対象として、図１〜図３に説明したような態様にしたがって基板を分断させる手段については、次に示す特許文献１および特許文献２などに開示されている。
特開２００２−３４６９９５号公報 特開２００４−０４２４２３号公報

ところで、図１に示したようなダイヤモンドカッター１を用いるガラス基板の分断手段によると、カッター１によって切削された切削溝（スクライブライン２ａ）部分にマイクロクラック（微小な欠け）が発生しやすく、また切削に伴うガラス粉が発生し、これがガラス基板に付着するという問題が発生する。またダイヤモンドカッター１に寿命があるために、これを定期的に交換して調整を行う必要があるというメンテナンス上の問題も発生する。

さらにダイヤモンドカッター１を用いる場合においては、スクライブライン２ａは一般的に直線状に形成せざるを得ず、自由な曲線をもって基板を分断させることが不可能である。また、スクライブラインの形成後における分断（ブレイク）工程において、基板の分断端面に無数の傷が残されるという問題点も抱えている。

一方、図２に示したようにレーザ光を用いたガラス基板の分断手段によると、前記したような幾つかの問題点は解消することができるが、スクライブラインの形成後における分断（ブレイク）工程において、基板の分断端面に無数の傷が残されるという問題点は同様に残される。またスクライブライン２ａにおける溝の深さを深くするためにレーザ光のパワーを上昇させた場合には、溝の両側部分等にマイクロクラックが発生するという問題を有している。

さらに、図２に示したガラス基板の分断手段において、ハイパワーなレーザ光を用いて前記レーザ光による溶融切削作用を促進させて、分断予定ラインに沿って即座に基板を分断させるようにした場合においては、ハイパワーなレーザ光の影響を受けて、切断部の周辺に熱的な影響を与え、ガラス基板面にすでに形成されたＴＦＴなどにストレスを与えるという問題が発生し得る。

また、図３に示したようにレーザ光と冷却媒体との併用による熱歪応力による基板の分断手段においては、冷却機構が必要となるため装置が複雑化する。また、レーザ光の焦点位置と冷却機構の位置関係で、分断方向が決定されるため、分断のための往復動作や斜め方向の分断加工が困難となる。しかもレーザ光による熱投与と冷却度合いとのバランス調整が難しく、熱歪応力による分断性能が不安定であるといった問題点を抱えている。

この発明は前記したような従来の問題点に着目してなされたものであり、分断箇所にマイクロクラックやガラス粉等を残すことなく、レーザ光を用いて安定した基板の分断性能もしくは分断用の溝を形成することができる基板の加工方法および加工装置を提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる基板の加工方法における好ましい第１の態様は、請求項１に記載のとおり、被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工方法であって、前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向に相対的に往復移動させると同時に、前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させる点に特徴を有する。

また、この発明にかかる基板の加工方法における好ましい第２の態様は、請求項３に記載のとおり、被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工方法であって、前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に相対的に往復移動させる点に特徴を有する。

さらに、この発明にかかる基板の加工方法における好ましい第３の態様は、請求項５に記載のとおり、被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工方法であって、前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向に相対的に往復移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に相対的に往復移動させ、同時に前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させる点に特徴を有する。

一方、前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかる基板の加工装置における好ましい第１の形態は、請求項９に記載のとおり、被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工装置であって、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段からのレーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段とが備えられ、前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向に相対的に往復移動させると同時に、前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させるように構成したことを特徴とする。

また、この発明にかかる基板の加工装置における好ましい第２の形態は、請求項１１に記載のとおり、被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工装置であって、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段からのレーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段とが備えられ、前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に相対的に往復移動させるように構成したことを特徴とする。

さらに、この発明にかかる基板の加工装置における好ましい第３の形態は、請求項１３に記載のとおり、被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工装置であって、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段からのレーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段とが備えられ、前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向に相対的に往復移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に相対的に往復移動させ、同時に前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させるように構成したことを特徴とする。

以下、この発明にかかる前記した基板の加工方法を実現する加工装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図４（Ａ）はその第１の実施の形態を模式的に示したものであり、符号１１はレーザ光発生手段としてのレーザ発振器を示している。このレーザ発振器１１は、例えば２０ｋＨｚ〜５０ＫＨｚのパルス発振によるレーザ光１２を生成し、例えばＣＯ₂ レーザ、ＹＡＧレーザなどの被加工基板を構成する素材の吸収波長に対応したものが選択される。そして、このレーザ光は光学手段１５を構成するベントミラー１３を介して垂直下方に光路が折り曲げられ、前記レーザ光１２を集光して焦点Ｓを形成するレンズ１４に入射されるように構成されている。

一方、前記光学手段１５の直下には被加工基板の搭載テーブル１６が配置されており、このテーブル１６上には、被加工基板としてのガラス基板１７が載置されている。なお、図に示すガラス基板１７は説明の便宜上、基板の分断予定ラインに沿って破断した状態で示している。そして、ベントミラー１３およびレンズ１４を含む前記光学手段１５は、前記レーザ光の焦点Ｓの位置を基板１７の分断予定ラインであるＸ方向に沿って移動されると共に、前記レンズ１４を基板１７の板厚方向（Ｚ−Ｚ′方向）に往復移動させる動作が実行されるように構成されている。

この場合、被加工基板がガラス基板であり、前記したように２０ｋＨｚ〜５０ＫＨｚのパルス発振のレーザ光を利用することで、１０〜１００パルス数の投射により深さ数十ミクロンの凹み（スクライブライン）を、ガラス基板上に形成させることが可能である。そして、焦点Ｓを板厚方向（Ｚ−Ｚ′方向）に往復移動させる動作は、好ましくは前記パルス発振周波数の１／１０〜／１００程度に設定される。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す構成によって加工されるガラス基板１７の一部を拡大して示した模式図である。レーザ光の焦点Ｓの位置は前記したとおり基板１７の分断予定ラインであるＸ方向に移動すると同時に、基板１７の板厚方向、すなわちＺ−Ｚ′方向に往復移動するように動作するので、前記分断予定ラインにはレーザ光の熱エネルギーによって基板を分断するための溝１７ａが形成される。しかも前記溝１７ａは、前記焦点ＳのＺ−Ｚ′方向への往復移動により、基板表面からより深い位置まで形成させることができる。

前記した作用を伴うスクライブラインの形成手段によると、比較的パワーの小さなレーザ光を利用しつつ、より深い位置まで分断用の溝１７ａを形成させることができるので、前記溝１７ａの側壁部分にマイクロクラック等を残す度合いを低減させることができる。また前記溝１７ａの形成後における基板の分断（ブレイク）工程において、分断予定ライン以外の部分に亀裂を入れるような不良の発生率を確実に低減させることができると共に、基板の分断端面に無数の傷を残す度合いも低減させることができる。

なお、以上の説明においては、基板の分断予定ラインに沿って分断用の溝を形成し、その後において基板を分断させる工程を実行することを前提としているが、図４に示した装置によると、レーザ光の焦点Ｓの板厚方向（Ｚ−Ｚ′方向）への往復移動のストロークをより増大させることで、被加工基板を即座に分断させることもできる。

また、図４に示した実施の形態においては、ベントミラー１３およびレンズ１４を含む光学手段１５がＸ方向に移動すると共に、前記レンズ１４がＺ方向に移動するように構成されているが、これは前記光学手段１５を固定状態として、被加工基板を搭載するテーブル１６がＸおよびＺ方向に移動するように構成しても同様の作用効果を得ることができる。

次に図５は、この発明にかかる第２の実施の形態を模式的に示したものである。なお、図５においては図４に示した各部と同一の機能を果たす部分は同一符号で示しており、したがってその詳細な説明は省略する。この図５に示す実施の形態においては、ベントミラー１３およびレンズ１４を含む光学手段１５が基板の分断予定ラインに沿って移動されると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に往復移動するように構成されている。

すなわち、図５（Ａ）に示すようにベントミラー１３およびレンズ１４を含む前記光学手段１５は、前記レーザ光の焦点Ｓの位置を基板１７の分断予定ラインであるＸ方向に沿って移動させると共に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向（Ｙ−Ｙ′方向）に往復移動させる動作が実行される。

図５（Ｂ）は、前記した焦点Ｓの移動動作を説明するものであり、これは被加工基板であるガラス基板１７を分断予定ライン（Ｘ方向）に沿って上面より見た拡大図で示している。前記したようにレーザ光の焦点Ｓの位置がＸ方向に移動すると同時に、Ｙ−Ｙ′方向に往復移動する動作が繰り返されるので、分断予定ラインにはレーザ光の熱エネルギーによって基板を分断するための溝１７ａが徐々に深くなるように加工される。

前記した作用を伴うスクライブラインの形成手段においても、比較的パワーの小さなレーザ光を利用しつつ、より深い位置まで分断用の溝１７ａを形成させることができるので、図４に示した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、図５に示した実施の形態においては、ベントミラー１３およびレンズ１４を含む光学手段１５がＸおよびＹ方向に移動するように構成されているが、これも前記光学手段１５を固定状態として、被加工基板を搭載するテーブル１６がＸおよびＹ方向に移動するように構成しても同様の作用効果を得ることができる。

なお、この発明にかかる基板の加工装置においては、先に説明した図４および図５に示したレーザ光の焦点移動動作を複合的に組み合わせた構成も好適に採用し得る。すなわち、ベントミラー１３およびレンズ１４を含む光学手段１５は、図４に示したとおり、基板の分断予定ラインに沿ってＸ方向に移動される。

この時、図４に示したようにレーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向（Ｚ方向）に往復移動させると同時に、図５に示したように基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向（Ｙ方向）に往復移動させる動作が伴われる。このような複合的な動作を実行させることによっても、基板を分断するための溝を効果的に形成させることが可能である。この場合においても、光学手段を固定状態とし、被加工基板を搭載するテーブルをＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させるように構成しても同様の作用効果を得ることができる。

以上の説明においては、被加工基板としてガラス基板を例にしているが、この発明にかかる前記した加工装置においては、ガラス基板の他に、セラミック基板、サファイア基板、半導体ウェーハなどの分断加工に好適に採用することができる。

ダイヤモンドカッターを用いた従来の基板の分断手段を説明する模式図である。 レーザ光を用いた従来の基板の分断手段を説明する模式図である。 レーザ光と冷却媒体を併用した熱歪応力による従来の基板の分断手段を説明する模式図である。 この発明にかかる基板の加工装置における第１の実施の形態を示した模式図である。 同じく第２の実施の形態を示した模式図である。

符号の説明

１１ レーザ発振器（レーザ光発生手段）
１２ レーザ光
１３ ベントミラー
１４ レンズ
１５ 光学手段
１６ テーブル
１７ 被加工基板
１７ａ 溝（スクライブライン）
Ｓ レーザ光の焦点

Claims (16)

1. 被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工方法であって、
   前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向に相対的に往復移動させると同時に、前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させることを特徴とする基板の加工方法。
2. 前記レーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段を、前記基板の板厚方向に往復移動させると同時に、前記基板の分断予定ラインに沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載された基板の加工方法。
3. 被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工方法であって、
   前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に相対的に往復移動させることを特徴とする基板の加工方法。
4. 前記レーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段を、前記基板の分断予定ラインに沿って移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に往復移動させることを特徴とする請求項３に記載された基板の加工方法。
5. 被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工方法であって、
   前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向に相対的に往復移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に相対的に往復移動させ、同時に前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させることを特徴とする基板の加工方法。
6. 前記レーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段を、前記基板の板厚方向に往復移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に往復移動させ、同時に前記基板の分断予定ラインに沿って移動させることを特徴とする請求項５に記載された基板の加工方法。
7. パルス発振のレーザ光を使用することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載された基板の加工方法。
8. 前記基板が、ガラス基板、セラミック基板、サファイア基板、半導体ウェーハである請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載された基板の加工方法。
9. 被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工装置であって、
   レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段からのレーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段とが備えられ、
   前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向に相対的に往復移動させると同時に、前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させるように構成したことを特徴とする基板の加工装置。
10. 前記光学手段を前記基板の板厚方向に往復移動させると同時に、前記基板の分断予定ラインに沿って移動させるように構成したことを特徴とする請求項９に記載された基板の加工装置。
11. 被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工装置であって、
    レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段からのレーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段とが備えられ、
    前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に相対的に往復移動させるように構成したことを特徴とする基板の加工装置。
12. 前記光学手段を前記基板の分断予定ラインに沿って移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に往復移動させるように構成したことを特徴とする請求項１１に記載された基板の加工装置。
13. 被加工基板の分断予定ラインの表面に沿ってレーザ光を照射することで、前記基板を分断もしくは前記基板に分断用の溝を形成する基板の加工装置であって、
    レーザ光を発生させるレーザ光発生手段と、前記レーザ光発生手段からのレーザ光を集光させて焦点を形成させる光学手段とが備えられ、
    前記レーザ光の焦点位置を、前記基板の板厚方向に相対的に往復移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に相対的に往復移動させ、同時に前記基板の分断予定ラインに沿って相対移動させるように構成したことを特徴とする基板の加工装置。
14. 前記光学手段を前記基板の板厚方向に往復移動させると同時に、前記基板の面方向でなおかつ前記分断予定ラインに直交する方向に往復移動させ、同時に前記基板の分断予定ラインに沿って移動させるように構成したことを特徴とする請求項１３に記載された基板の加工装置。
15. 前記レーザ光発生手段は、パルス発振によるレーザ光を発生させるように構成されていることを特徴とする請求項９ないし請求項１４のいずれか１項に記載された基板の加工装置。
16. 前記基板が、ガラス基板、セラミック基板、サファイア基板、半導体ウェーハである請求項９ないし請求項１５のいずれか１項に記載された基板の加工装置。

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