JP2009172668A - レーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザスクライブ法により形成されたスクライブ線が正常であるか否かを、スクライブ線形成中に確実に判定することのできるレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法を提供すること。
【解決手段】被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するように構成されたレーザスクライブ装置（１０）において、スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分の画像（Ｓ１）を撮像する撮像装置（１）と、撮像装置（１）による撮像で得た画像（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かをリアルタイムで判定する判定手段（４３）とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法に関する。より詳しくは、被割断基板における割断予定線にレーザ光を用いてスクライブ線を形成する装置及び方法に関する。

ガラス板、セラミックスまたはウエハーなどの脆性材料（以下、単に基板と記述することがある）の割断は、次のようにして行っている。まず、基板表面にスクライブ線を形成する。スクライブ線とは、基板における割断予定線上に連続して形成される浅い亀裂である。次いで、このスクライブ線のまわりに物理的な力（曲げモーメント）を加え、浅い亀裂を基板の板厚方向に伸展させることで割断予定線を境にブレイク（分断）する。スクライブ線の形成には、回転刃等のメカ二カルな刃（以下、メカ刃と記述する）を使うメカスクライブ法や、レーザ光を使うレーザスクライブ法が用いられる。

メカスクライブ法では、基板とメカ刃とを接触させた状態で割断予定線を辿るようにその始端から終端まで相対移動させることにより、スクライブ線を形成する（例えば特許文献１参照）。

レーザスクライブ法では、基板に対し、まず、その割断予定線の始端に初期亀裂を形成する。次いで、割断予定線を辿るようにその始端から終端までレーザ光により短時間内に加熱するとともに、加熱された部位をそのレーザ光に追随して急冷させることにより、スクライブ線を形成する（例えば特許文献２参照）。

メカスクライブ法或いはレーザスクライブ法によりスクライブ線を形成した場合に、正常なスクライブ線が形成されないことがある。例えばメカスクライブ装置において、メカ刃が破損していたり、メカ刃の高さ位置が不適切であったりする場合である。また、レーザスクライブ装置において、初期亀裂が形成されていなかったり、スクライブ線の形成動作中にレーザ光の強度が低下していたりする場合である。

正常なスクライブ線が形成されないと、ブレイク工程において基板を割断できない。特に、スクライブ工程からブレイク工程へ移る際の時間ギャップが長い場合は、異常に気付くのが遅れ、多くの基板に異常なスクライブ線を形成してしまう。これにより、歩留まりの低下を引き起こす。また、リワークが必要となり生産時間の延長を招く。従って、形成されたスクライブ線が正常か異常かを割断前に判定する必要がある。

一般にメカスクライブで形成されたスクライブ線は、スクライブ線形成後に時間が経過しても、スクライブ線を視認できる。このため、メカスクライブで形成されたスクライブ線は、カメラを用いた基板の外観検査技術（例えば特許文献３参照）によって、その正常／異常の判定を行うことができる。スクライブ線を形成する工程の後段に、この外観検査工程を設けて良否判定を行うようにすればよい。
特開平６−１０２４８０号公報 特開平９−１５０２８６号公報 特開２００１−３３３９５号公報

これに対して、レーザスクライブ法により形成されたスクライブ線は、終端までスクライブが終わった後では、目視しても或いは光学顕微鏡で観察しようとしてもその存在自体が確認できず、実際に割断してみなければ、スクライブ線が正常であったか否かは分からない。スクライブ線形成の直後に間もなく基板表面の亀裂が閉じてしまうからである。レーザスクライブ法により形成されたスクライブ線が正常であるか否かを、スクライブ線形成中に確実に判定できる技術が要望されている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、レーザスクライブ法により形成されたスクライブ線が正常であるか否かを、スクライブ線形成中に確実に判定することのできるレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の本発明により達成される。なお「特許請求の範囲」及びこの「課題を解決するための手段」の欄において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明は、被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するように構成されたレーザスクライブ装置（１０）において、スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）を撮像する撮像装置（１）と、撮像装置（１）による撮像で得た画像（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かをリアルタイムで判定する判定手段（４３）とを備えることを特徴とする。

前記判定手段（４３）により異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに、警報を発する警報装置（５）を備えることが好ましい。

前記判定手段（４３）は、撮像装置（１）による撮像で得た画像（Ｓ１）の中に亀裂発生部分（Ｒ）が認識できる場合はレーザスクライブ動作が正常であると判定し、認識できない場合はレーザスクライブ動作が異常であると判定するように構成されることが好ましい。なお、本発明で言うところの「警報を発する」には、例えばアラーム音や合成音声を発する形態の他、常時消灯のランプを点灯させる形態、或いはこれとは反対に常時点灯のランプを消灯させる形態なども含める。

また、本発明は、被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するレーザスクライブ方法において、スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）を撮像するステップ（１４５）と、撮像で得た亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かをリアルタイムで判定するステップ（１４７）とを備えることを特徴とする。

本発明の作用効果について説明する。本発明によると、撮像装置（１）は、スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）を撮像する。判定手段（４３）は、撮像装置（１）による撮像で得た亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かをリアルタイムで判定する。スクライブ線形成直後においては、亀裂発生部分（Ｒ）は開いた状態であり、認識が可能である。

亀裂発生部分（Ｒ）とは、図６のように、スクライブ線（ＳＢ）を中心としてこのスクライブ線（ＳＢ）に直交する水平方向両側に微少長さ（Ｄ１）及び微少幅（Ｄ２）で開口する領域である。亀裂発生部分（Ｒ）は、レーザ光（Ｌ）に追随した冷却用ミスト（Ｍ）を噴射した直後にのみ表れる。本発明は、この現象を撮像装置（１）で捉えることで、スクライブ線形成の正常／異常の判定を行う。判定は、例えば正常なスクライブ線形成時に得られる亀裂発生部分（Ｒ）の像のコントラストの違いと形状の違いとの両方またはいずれか一方に基づいて行うことができる。これにより、正常なスクライブ線（ＳＢ）が確実に形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することができる。そしてスクライブ線形成が異常であった場合、直ちに対処できるので、ブレイク工程において基板を確実に割断できるようになる。また、続けて多くの基板に異常なスクライブ線（ＳＢ）を形成してしまうことが防止でき、歩留まりの向上を図ることができる。併せて生産時間の延長も招かない。

本発明によると、レーザスクライブ法により形成されたスクライブ線が正常であるか否かを、スクライブ線形成中に確実に判定することができる。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明に係るレーザスクライブ装置１０の正面概略図、図２は解析用コンピュータの構成概要を示す図、図３はレーザスクライブ装置１０によるスクライブ線形成動作を示すフローチャート、図４は本発明に係るレーザスクライブ装置１０によるレーザスクライブ動作を平面視的に示す図である。各構成図において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面は水平面、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｚ方向まわりの回転方向をθ方向とする。

図１に示すように、レーザスクライブ装置１０は、可動テーブル２０、初期亀裂形成機構３０、レーザ光照射ユニット４０、冷却ユニット５０及びスクライブ状態検査装置６０を備える。初期亀裂形成機構３０、レーザ光照射ユニット４０、冷却ユニット５０及び撮像装置１は、可動テーブル２０よりも高い位置において一体的に基台７０に固設される。なお、撮像装置１はスクライブ状態検査装置６０の構成要素の一つである。

可動テーブル２０は、載置された基板Ｋを真空吸着により保持可能なテーブル面を備えると共に、テーブル駆動装置２１によりＸＹＺθ各方向に駆動可能とされる。スクライブ線形成時はＹ１方向に駆動される。

初期亀裂形成機構３０は、可動テーブル２０に載置保持された基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳに極微少な初期亀裂Ｃを形成可能に構成される。その構成要素として、回転刃ユニット３２を備える。回転刃ユニット３２は、上下駆動可能とされた回転刃３１を先端に有する。

レーザ光照射ユニット４０は、レーザ発振器から出力されたレーザ光Ｌを、反射ミラーやエキスパンドレンズなどからなる光学系を経由して、レーザ照射窓４１から基板Ｋの表面に向けて照射可能に構成される。レーザ照射窓４１から照射されるレーザ光Ｌは、基板Ｋにスクライブ線ＳＢを形成するのに十分な出力を有するものとされる。レーザ照射窓４１は、スクライブ線形成時における可動テーブル２０に対するレーザ光Ｌの相対移動の方向Ｙ２を基準に回転刃３１の後方部に設けられる。

冷却ユニット５０は、霧状の冷却ミストＭを噴射可能な噴射ノズル５１を備える。噴射ノズル５１は、スクライブ線形成時における可動テーブル２０に対するレーザ光Ｌの相対移動の方向Ｙ２を基準にレーザ照射窓４１の後方部に設けられる。即ち、スクライブ線形成時に基板Ｋ上に照射されるレーザ光Ｌに追随するように設けられる。

スクライブ状態検査装置６０は、撮像装置１、解析用コンピュータ４、警報装置５及び制御装置６などを備える。

撮像装置１は、予め指定されたシャッター時間で撮像を行う撮像部２を有する。撮像部２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）搭載カメラからなり、撮像により取得した画像Ｓ１を解析用コンピュータ４にリアルタイムで送信可能に構成される。また、撮像時は照明用光を照射するように構成される。撮像装置１の配置位置は、スクライブ線形成時におけるレーザ光照射ユニット４０及び冷却ユニット５０の相対移動方向Ｙ２を基準として、冷却ユニット５０の後方に設けられる。撮像部２は、冷却ユニット５０により噴射した冷却ミストＭの直後の映像を撮像できる位置に取り付けられる。つまり、スクライブ線形成時に冷却ユニット５０に追随してスクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分の画像Ｓ１を撮像できる位置取り付けられる。

解析用コンピュータ４は、図２に示すように、画像処理部４３を有する。画像処理部４３は、撮像装置１から送られた画像Ｓ１に基づいて、形成中のスクライブ線ＳＢが正常か否かを解析するように構成される。具体的には、撮像装置１で撮像した画像Ｓ１の中にスクライブ線ＳＢが認識できる場合はレーザスクライブ動作が正常であると判定し、認識できない場合は、異常であると判定して異常信号Ｓ３を出力するように構成される。正常／異常の判定は、予め指定したパラメータにより行なうように構成される。更に具体的には、上記画像Ｓ１が認識可能か不可能かの判定基準は、像のコントラストの違いと形状の違いとの両方またはいずれか一方に基づいて行うように構成される。このような画像処理部４３は、メモリチップやマイクロプロセッサーなどを主体とした適当なハードウエア及びこれに組み込んだコンピュータプログラムにより実現される。

警報装置５は、解析用コンピュータ４から異常信号Ｓ３を受信したときに、ブザーやランプにより警報を発するように構成される。

制御装置６は、解析用コンピュータ４が出力した異常信号Ｓ３に基づいて、レーザ光照射ユニット４０、冷却ユニット５０及びテーブル駆動装置２１を停止させると共に警報装置５を励起させるように構成される。

次に、図３，４を参照して、レーザスクライブ装置１０のスクライブ線形成動作について説明する。

まず、ステップ１００において、テーブル駆動装置２１は、基板Ｋを載置保持した可動テーブル２０を、回転刃３１と基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳとを結ぶ直線ｔ１（図４（Ａ）参照）がＹ方向に平行となるように駆動配置する。続いて、ステップ１１０において、初期亀裂形成機構３０は回転刃３１を降下させて、その刃先が基板Ｋの表面よりも低くなる位置に配置する。

続いて、ステップ１２０において、テーブル駆動装置２１は、可動テーブル２０をＹ１方向に駆動する（図４（Ｂ）参照）。可動テーブル２０の移動により、回転刃３１が基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳに衝突する（ステップ１２４）。その直後に初期亀裂形成機構３０は回転刃３１を上昇させる（ステップ１２６）。これにより、割断予定線Ｊの始端ＪＳに所定深さ及び長さの極微少な初期亀裂Ｃが形成される。

初期亀裂Ｃが形成されると、ステップ１３０において、レーザ光照射ユニット４０は、レーザ照射窓４１から基板Ｋに向けてレーザ光Ｌを照射する。また、ステップ１４０において、冷却ユニット５０は、レーザ光Ｌに追随するように噴射ノズル５１から冷却ミストＭを噴射する。基板Ｋに対するレーザ光Ｌ及び冷却ミストＭの相対的な移動により、始端JＳを起点として、レーザ光Ｌは割断予定線Ｊを急激に加熱し局所的に熱膨張させて圧縮応力を生じさせ、冷却ミストＭがその直後に加熱部分を急激に冷却することで局所的に収縮させて引張応力を生じさせる。これにより、初期亀裂Ｃを亀裂進展の開始点として、基板Ｋの表面に、割断予定線Ｊに沿う微小亀裂を連続成長させてスクライブ線ＳＢを形成していく。

スクライブ線ＳＢの形成時に、撮像装置１は、当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分の画像Ｓ１をリアルタイムで撮像して解析用コンピュータ４に送信している（ステップ１４５）。解析用コンピュータ４は、画像処理部４３において、撮像装置１で撮像された画像Ｓ１が認識できるか否かを判定し（ステップ１４７）、認識できている限りは（ステップ１５０でイエス）、割断予定線Ｊの終端ＪＥに至るまでレーザスクライブ動作を続行する。終端ＪＥまでスクライブ線ＳＢを形成した時点で（ステップ１７０でイエス）、レーザ光Ｌの照射、冷却ミストＭの噴射、及び可動テーブル２０の走行を停止する（ステップ１８０）。

割断予定線Ｊの終端ＪＥまでに到達するまでに、撮像した画像が認識できない部分があった場合は（ステップ１５０でノー）、画像処理部４３はレーザスクライブ動作が異常であると判定して異常信号Ｓ３を出力する。制御装置６は、異常信号Ｓ３により機器制御信号Ｓ４を出力する。機器制御信号Ｓ４により、警報装置５が励起して警報を発し（ステップ１６０）、レーザ光Ｌの照射、冷却ミストＭの噴射、及び可動テーブル２０の走行を停止する（ステップ１８０）。

このように、レーザスクライブ装置１０によると、正常なスクライブ線ＳＢが確実に形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することができる。スクライブ線形成が異常であった場合、直ちに対処できるので、ブレイク工程において基板を確実に割断できるようになる。また、続けて多くの基板に異常なスクライブ線を形成してしまうことが防止でき、歩留まりの向上を図ることができる。併せて生産時間の延長も招かない。

以下、本発明を実施例により説明する。図５は本発明の実施例に用いたレーザスクライブ装置１１の正面概略図、図６は図５に示すレーザスクライブ装置１１により得た正常時の画像と異常時の画像を示す図であり、図６（Ａ）は正常時の画像を示し、図６（Ｂ）は異常時の画像を示す。なお、各図において、基板Ｋにおいてハッチングされた部分は照明用光の照射されていない部分を示し、ハッチングされていない部分は照明用光の照射された部分を示す。

スクライブ状態検査装置６０を有さない従来型のレーザスクライブ装置１１における噴射ノズル５１の直後に、撮像装置１を図５のように取り付け、画像処理ユニット７を介し、カメラモニタ８に接続し、正常レーザスクライブ時、及び異常レーザスクライブ時の画像を観測した。

このときの具体的諸元は次のとおりである。
〔基板〕製造会社： コーニング株式会社、型番：ＥＡＧＬＥ２０００、
品種：厚さ０．５ｍｍのガラス基板
〔テーブル速度〕３００ｍｍ／ｓｅｃ
〔カメラ〕製造会社： 株式会社キーエンス、型番：ＣＶ−３５Ｍ
〔画像処理ユニット〕製造会社：株式会社キーエンス、型番：ＣＶ−３０００
〔カメラモニタ〕製造会社：ウィンメイト、型式：Ｒ１５Ｌ６３０−ＲＭＣ３

異常スクライブ線形成は、レーザ光Ｌのパワーを上げることで行った。レーザパワーが規程値よりも高いとスクライブ線ＳＢが波打ったり、途中で止まってしまったりする。規定値よりも低いとスクライブ線ＳＢは初期亀裂から進展せずに止まってしまう。このように、レーザ出力が規程値から逸脱している場合や、冷却ミストＭの噴射量が規程値から逸脱している場合や、スクライブ速度が規定値から逸脱している場合には、スクライブ線ＳＢを認識できないことで正常なスクライブ形成であるか異常なスクライブ形成であるか判定することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

本発明に係るレーザスクライブ装置の正面概略図である。 解析用コンピュータの構成概要を示す図である。 本発明に係るレーザスクライブ装置によるレーザスクライブ動作を平面視的に示す図である。 レーザスクライブ装置によるスクライブ線形成動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例に用いたレーザスクライブ装置の正面概略図である。 図５に示すレーザスクライブ装置により得た正常スクライブ線形成時の画像と異常スクライブ線形成時の画像を示す図である。

符号の説明

１ 撮像装置
５ 警報装置
１０ レーザスクライブ装置
４３ 画像処理部（判定手段）
１４５ ステップ
１４７ ステップ
Ｊ 割断予定線
Ｋ 基板（被割断基板）
Ｌ レーザ光
Ｓ１ 画像
ＳＢ スクライブ線

Claims (6)

1. 被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するように構成されたレーザスクライブ装置（１０）において、
   スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）を撮像する撮像装置（１）と、
   撮像装置（１）による撮像で得た亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かをリアルタイムで判定する判定手段（４３）と
   を備えることを特徴とするレーザスクライブ装置。
2. 前記判定手段（４３）により異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに、警報を発する警報装置（５）を備える請求項１に記載のレーザスクライブ装置。
3. 前記判定手段（４３）は、撮像装置（１）による撮像で得た画像（Ｓ１）の中に亀裂発生部分（Ｒ）が認識できる場合はレーザスクライブ動作が正常であると判定し、認識できない場合はレーザスクライブ動作が異常であると判定するように構成された請求項１または請求項２に記載のレーザスクライブ装置。
4. 被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するレーザスクライブ方法において、
   スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）を撮像するステップ（１４５）と、
   撮像で得た亀裂発生部分（Ｒ）の画像（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かをリアルタイムで判定するステップ（１４７）と
   を備えることを特徴とするレーザスクライブ方法。
5. 前記判定により異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに、警報を発する請求項４に記載のレーザスクライブ方法。
6. 前記撮像で得た画像（Ｓ１）の中に亀裂発生部分（Ｒ）が認識できる場合はレーザスクライブ動作が正常であると判定し、認識できない場合はレーザスクライブ動作が異常であると判定する請求項４または請求項５に記載のレーザスクライブ方法。

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