JP2013071335A - マザー基板の分断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 分断予定ラインに沿って精度よく分断することのできる基板のブレイク方法を提供する。
【解決手段】スクライブ工程で、複数のスクライブラインを所定のピッチで形成し、続いてブレイク工程で、前記複数のスクライブラインの一つである第１のスクライブラインに沿って基板をブレイクし、第１のスクライブラインに沿って形成された基板の端縁を基準として、所定のピッチを移動するようにして他のスクライブラインに沿ってブレイク手段を位置決めして前記基板をブレイクする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガラス、アルミナ等のセラミック、サファイヤなどの脆性材料からなるマザー基板の分断方法に関する。

従来、マザー基板を単位基板（単位製品）に分断する方法として、例えば特許文献１に開示されているように、局所加熱による熱応力を利用して基板にスクライブライン（亀裂）を形成し、続いてスクライブラインが形成された基板をブレイク装置に送ってブレイクバーやブレイクローラなどで押圧することにより、スクライブラインに沿って分断する方法が知られている。

具体的には、加熱源としてレーザビームにより基板に形成されるビームスポットを使用し、テーブル上に保持させた基板をビームスポットに対して相対的に移動することで、分断しようとするライン（分断予定ライン）に沿って局所的に加熱するとともに、これに追従して冷却ユニットのノズルから冷媒を局所的に噴射する。このとき加熱とその後の急冷によって生じる応力分布を利用して、あらかじめ基板の端部に形成してある初期亀裂（トリガ）を起点にして亀裂を分断予定ラインの方向に進展させ、一筋のスクライブラインを形成する。
そして、このスクライブラインが形成された基板をブレイク装置に搬送し、スクライブラインにブレイクバー等を押し当てることによって基板を撓ませることで、スクライブラインから基板をブレイクして分断するようにしている。

熱応力を利用して形成されるスクライブラインの切溝は、レーザアブレーション加工や、カッターホイールによるメカニカル加工による切溝に比べて、加工品質がはるかに優れており、端面強度の強い分断加工が行える特徴を有している。

ところで、ブレイクバー等で基板を分断する際の加工品質を高めるためには、基板に形成されたスクライブラインに対し、ブレイクバーを当接させる位置を正確に一致させるアライメント作業が必要になる。
そのため、あらかじめマザー基板にカメラで光学的に読み取ることのできる一対のアライメントマークを基板の隅部に付けておき、これを基準としてスクライブ位置を定めてスクライブ加工を行い、続いて再びアライメントマークを基準にしてブレイク位置を定めてブレイク加工を行う方法が用いられている。

特開２００１−０５８２８１号公報

アライメントマークを設けていない基板（素板）に対しても、スクライブとブレイクとを行って分断する加工がなされている。その場合、スクライブ加工で基板上に視認可能な加工痕が形成されるときは、スクライブ加工を行い、続いてブレイク工程の際に、先に形成したスクライブラインの加工痕を光学的に読み取ってブレイクを行う方法が採用されている。

ところが、熱応力を利用して形成したクラックからなるスクライブラインは、加工直後には一時的に熱応力によって生じさせた引張応力の影響によりスクライブ溝が視認できるものの、すぐに視認できないブラインドクラックになる。スクライブラインがブラインドクラックになってしまうと、光学カメラではスクライブラインを検知することができないため、次のブレイク工程の際に、スクライブラインを光学的に読み取って位置決めすることができなくなる。そのため、ブレイク工程で正確にアライメントしてスクライブラインから分断することが困難となる。

そこで、アライメントマークを設けていないガラス基板の場合は、図７に示すように、基板Ｗの端縁３４を光学的に検知してこれを基準として所定ピッチごとにＸ方向のスクライブラインＳ_１を加工した後、基板を９０度回転させて端縁３５を基準としてＹ方向のスクライブラインＳ_２を所定ピッチで加工する。その後、基板Ｗをブレイク装置に搬送してそれぞれの端縁３４、３５を光学的に検知してこれを基準としてスクライブラインＳ_１、Ｓ_２の位置をアライメントし、スクライブラインから基板Ｗをブレイクして単位製品Ｗ１を取り出している。

しかし、スクライブ工程においてマザー基板Ｗの端縁３４、３５を基準として、スクライブラインを形成する場合であっても、レーザビームと冷却スポットの位置のずれなどに起因して、形成されたスクライブラインが端縁３４、３５を基準とした所定の位置から一定の距離だけずれてしまう場合がある。この場合、形成された各スクライブラインの間隔は所定の間隔になるが、各スクライブラインの位置は端縁３４、３５からの所定の位置からずれてしまう。このため、ブレイク工程において、マザー基板Ｗの端縁３４、３５を基準として基板のアライメントを調整すると、すべてのスクライブラインに対して、アライメントずれが生じることとなる。

さらに加えて、ブレイク工程において、マザー基板Ｗの端縁３４、３５を光学的に検知してこれを基準としてスクライブラインの位置をアライメントした場合、基準となる端縁３４、３５が粗雑な面で形成されているので、スクライブラインとブレイクバーの刃先稜線との位置に僅かな誤差が生じることがある。ブレイクバーの刃先稜線の幅は約２０μｍであり、この刃先稜線の中心がスクライブラインに対して±１０μｍの精度で正しく配置されないと、押圧力がスクライブラインに対し非対称に加わり、図８に示すように、ブレイク時にスクライブラインの垂直方向の亀裂（クラック）Ｋが基板の裏面近傍で斜め方向に走る所謂「ソゲ」と呼ばれる不具合が発生することがある。このような「ソゲ」は、当然ながら分断後の製品の品質を損なうものであり、製造歩留まりを低下させる大きな原因となる。

そこで本発明は、従来の課題を解決し、分断予定ラインに沿って精度よく分断することのできる基板のブレイク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は、熱応力を利用したレーザスクライブで脆性材料基板に分断用スクライブラインを形成するスクライブ工程と、分断用スクライブラインに沿って基板をブレイクするブレイク工程とからなる脆性材料基板の分断方法であって、以下の手順からなる。
まず、スクライブ工程で、複数のスクライブラインを所定のピッチで形成する。続いて、ブレイク工程で、前記複数のスクライブラインの一つである第１のスクライブラインに沿って基板をブレイクし、このとき第１のスクライブラインに沿って形成された基板の端縁を基準として、前記所定のピッチを移動するようにして、他のスクライブラインに沿ってブレイク手段を位置決めして前記基板をブレイクする。
ここで、「所定のピッチ」とは、あらかじめ設定した隣接するスクライブライン間の距離をいい、通常は、すべての隣接するスクライブライン間のピッチは一定間隔に設定してある。したがって、いずれか一つのスクライブラインの位置が正確に定まれば、他のスクライブラインはそこから「所定のピッチ」の整数倍の距離を移動した位置に存在することになる。

本発明の分断方法によれば、形成した複数のスクライブラインのうち、第１のスクライブラインを先にブレイクして端縁とすることで可視化し、以後はこれを基準にして、所定のピッチの移動でアライメントを行うことで、各分断用スクライブラインがブラインドクラックであっても、正確にブレイク手段を分断用スクライブラインにアライメントすることができる。
これにより、前述した「ソゲ」の発生を著しく減少することができ、分断面のきれいな高品質の単位製品を得ることができるとともに、歩留まりを高めることができる。

上記発明において、ブレイク工程で、第１のスクライブラインに沿って形成された基板の端縁を光学的に検出するのが好ましい。第１のスクライブラインは先にブレイクすることで可視化されているので、光学カメラ等で光学的に検出することができ、これにより正確に位置合わせすることができる。

上記発明において、第１のスクライブラインは、複数のスクライブラインのうち、一方の基板端部に最も近いスクライブラインとすることが好ましい。これにより他の分断用スクライブラインは、一方向に所定のピッチずつ移動しさえすれば、順次正確な位置決めができ、正確なブレイクを行うことができるようになる。

この場合、第１のスクライブラインは、マザー基板から単位基板を分離するためのスクライブラインとは別に形成されたアライメント用スクライブラインであってもよい。
一方の基板端部に最も近い最初のスクライブラインを、アライメント用のスクライブラインとして分断用スクライブラインとは別途に形成することで、基板端部とアライメント用スクライブラインとの間隔を他の「所定のピッチ」より小さくすることができるので、基板の端部に（廃棄するための）端材領域を形成するようにして加工する場合に端材領域を小さくすることができる。

上記発明において、脆性材料基板は、ガラス、アルミナセラミック、サファイヤ材料であってもよい。これらの材料は熱応力を利用したスクライブによりブラインドクラックが形成されやすいので、本発明を有効に利用できる。

本発明を実施するためのスクライブ装置の一例を示す概略図である。 本発明を実施するためのブレイク装置の一例を示す概略図である。 本発明におけるスクライブ工程の手順を示す図である。 本発明におけるブレイク工程の手順を示す図である。 基板ブレイク手段の一例を示す断面図である。 本発明における他の実施例を示す図である。 従来のスクライブ方法を説明する平面図である。 従来のブレイク時に生じる「ソゲ」の現象を説明する図である。

以下、本発明に係るマザー基板の分断方法を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明でいう「マザー基板」とは、ガラス基板などの脆性材料であって、分断することにより単位基板（単位製品）に切り出される基板をいう。

図１は、本発明に係る分断方法において、マザー基板にスクライブラインを形成するために使用されるスクライブ装置の一例を示す概略的な図である。
このスクライブ装置Ａは、マザー基板Ｗを載置するテーブル１を備えている。テーブル１は、この上に載置した基板Ｗを定位置で保持できるように保持機構を備えている。本実施例では、この保持機構として、テーブル１に開口させた多数の小さなエア吸着孔（図示外）を介して基板を吸着保持するようにしている。また、テーブル１は、水平なレール２に沿ってＹ方向（図１の前後方向）に移動できるようになっており、モータ（図示外）によって回転するネジ軸３により駆動される。さらにテーブル１は、モータを内蔵する回転駆動部４により水平面内で回動できるようになっている。

テーブル１を挟んで設けてある両側の支持柱５、５と、Ｘ方向に延びるガイドバー６とを備えたブリッジ７が、テーブル１上を跨ぐようにして設けられている。ガイドバー６に形成したガイド８に沿って移動できるようにスクライブヘッド９が設けられ、モータＭ１の回転によりＸ方向に移動できるようになっている。スクライブヘッド９には加熱源としてのレーザ照射部１０と、このレーザ照射部１０による加熱領域（レーザスポット）に追従して、加熱領域の直後を冷却する冷媒噴射部１１とが設けられている。

図２は、本発明に係る分断方法において、スクライブラインからマザー基板をブレイクして分断するブレイク装置の一例を示す概略的な図である。
このブレイク装置Ｂは、マザー基板Ｗを載置する水平なテーブル１２を備えている。このテーブル１２は、レール１３、１３に沿ってＹ方向に移動できるようになっており、モータＭ２によって回転するネジ軸１４により駆動される。また、テーブル１２は、モータを内蔵する回転駆動部１５により水平面内で回動できるようになっている。テーブル１２は、その上面に開口する多数の吸引孔１２ａを備え、テーブル１２上に載置したマザー基板Ｗを定位置で吸着保持できるようになっている。

テーブル１２を挟んで設けてある両側の支持柱１６、１６と、Ｘ方向に延びる横桟１７とを備えたブリッジ１８が、テーブル１２上を跨ぐようにして設けられている。横桟１７にシャフト１９を介してブレイクバー２０が昇降可能に保持され、シリンダ２１によって昇降するように設けられている。

また、ブリッジ１８の上部には、テーブル１２に載置されたマザー基板Ｗの端縁を検出することのできるカメラ２２が設けられている。このカメラ２２は手動操作で上下動することにより撮像の焦点を調整することができる。カメラ２２で撮影された画像はモニタ２３に表示される。

次に、上記のスクライブ装置Ａならびにブレイク装置Ｂを用いた本発明の分断方法を詳述する。本発明の分断方法では、ブレイクに先立って、スクライブ装置Ａによりマザー基板Ｗに分断予定ラインに沿ったスクライブラインを形成する。このスクライブ工程において、図３（ａ）に示すように、まず最初にマザー基板Ｗの端縁３０から一定のピッチを隔てて当該ラインと平行なＸ方向の分断用のスクライブラインＳ１…を順次形成する。

分断用のスクライブラインＳ１は、レーザ照射部１０からレーザビームを基板Ｗに照射して局所的に圧縮応力を生じさせ、この加熱領域（レーザスポット）に追従して、加熱領域の直後を冷媒噴射部１１から冷媒液を噴射して、急冷による引張応力を生じさせ、亀裂を分断予定ラインの方向に進展させることにより形成する。亀裂は、基板内部に隠れた「ブラインドクラック」が形成されるようにする。

次いで、図３（ｂ）に示すように、回転駆動部４（図１参照）を回転させることにより、マザー基板Ｗを９０度回転させた後、図３（ｃ）に示すように、前記と同様に、先のスクライブラインＳ１と交差するスクライブラインＳ２…を形成する。この後、マザー基板Ｗをブレイク装置Ｂに搬送する。ブレイク装置Ｂではスクライブラインを形成した側がテーブル面側に向くように載置する。

ブレイク装置Ｂでのブレイク工程において、まず、カメラ２２によりマザー基板Ｗの端縁３０を検出して、この端縁３０を基準として端縁３０に一番近いスクライブラインＳ１がブレイクバー２０の直下になるように基板Ｗを配置する。この後、ブレイクバー２０を押し下げることにより、図４（ａ）から図４（ｂ）に示すように、端縁３０に一番近いスクライブラインＳ１からマザー基板Ｗをブレイクする。これにより最初の部分Ｗｂが分断される。
なお、ブレイクバー２０による基板のブレイクは、例えば図５に示すように、テーブル１２にクッションシート２４（吸着孔１２ａに対応する図示外の孔が形成されている）を介してマザー基板Ｗを載置し、分断用スクライブラインＳ１の上方からブレイクバー２０で基板Ｗを押しつけてマザー基板ＷをＶ字形に撓ませることにより行うことができる。

マザー基板Ｗを端縁３０に一番近いスクライブラインＳ１から分断した後、この分断によって形成された基板Ｗの端縁３２をカメラ２２で検出して、この端縁３２を基準としてスクライブラインＳ１のピッチだけマザー基板Ｗをテーブル１２により移行させる。そして、正確にブレイクバー２０と分断用スクライブラインＳ１とを一致させた状態で、分断用スクライブラインＳ１から図４（ｃ）に示すような短冊状の基板Ｗａに分断する。

さらに、短冊状基板Ｗａを９０度回転させてテーブル１２に載置し、これまでと同様に、基板Ｗａの端縁３１に一番近いスクライブラインＳ２から基板Ｗａを分断し、分断によって形成された端縁３３を基準としてスクライブラインＳ２のピッチだけ基板Ｗａを移行させ、ブレイクバー２０により分断用スクライブラインＳ２から分断する（図４（ｄ）および図４（ｅ）参照）。これにより、図４（ｆ）に示すように単位製品Ｗ１が取り出される。なお、最終のスクライブラインＳ１並びにＳ２と基板端縁との間に形成される狭い領域部分は、端材として廃棄される。

上記のようにして取り出された単位製品Ｗ１は、ブレイク時にブレイクバー２０と分断用スクライブラインＳ１とが正確に一致した状態にアライメントされて、分断用スクライブラインＳ１からブレイクされているので、前述した「ソゲ」の発生を著しく減少することができ、分断面のきれいな高品質の単位製品を得ることができる。
下記の表１は、本発明方法によって得られた単位製品の「ソゲ」量を、図７で示した従来からのスクライブ方法によって得られた製品と比較した数値を示すものである。単位製品は同一素材のものでそれぞれ３個ずつ製作し、単位製品Ｗ１の（１）〜（４）の４カ所で「ソゲ」を観察した。
その結果、本発明方法によって得られた単位製品ではいずれの箇所においても「ソゲ」量が著しく減少していることが判明した。

以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

例えば、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、スクライブ工程においてアライメント専用のスクライブラインＡＳ１、ＡＳ２を基板Ｗの端縁近傍に別途形成し、そこから製品取り出し用の分断用スクライブラインＳ１、Ｓ２を、ピッチを一定にして形成するようにしてもよい。この場合は、続くブレイク工程においてアライメント専用のスクライブラインＡＳ１、ＡＳ２を先にブレイクするようにし、以後はこれらＡＳ１、ＡＳ２の位置に形成された端縁を基準にして、スクライブラインＳ１、Ｓ２のピッチ間隔ずつ基板Ｗを移動させ、ブレイクバー２０により分断用スクライブラインＳ１、Ｓ２から分断するようにする。

また、上記実施例では、第１のスクライブラインを、基板端部に最も近いスクライブラインを選択したが、それ以外のスクライブラインを第１のスクライブラインとし、これに沿って先にブレイクを行って２つに分断し、以後は２つに分割された基板それぞれについて、当該基板端面（端縁）を基準にして位置合わせを行うようにしてもよい。さらに、上記実施例では、ブレイク手段としてブレイクバーを用いたが、スクライブラインに沿って基板を押圧しながら移動するローラや、スクライブラインに沿って基板を加熱するレーザ照射機構を用いることとしてもよい。

本発明の分断方法は、脆性材料基板において、高品質の端面が形成されるようにブラインドクラックを利用して単位製品を取り出すブレイク方法に利用することができる。

Ａ スクライブ装置
Ｂ ブレイク装置
Ｗ マザー基板
Ｗ１ 単位製品
ＡＳ１、ＡＳ２ アライメント用スクライブライン
Ｓ１、Ｓ２ 分断用スクライブライン
１ スクライブ装置のテーブル
１２ ブレイク装置のテーブル
２０ ブレイクバー
３０、３１ マザー基板の端縁
３２、３３ アライメント用スクライブラインから分断後に形成されるマザー基板の端縁

Claims (5)

1. 熱応力を利用したレーザスクライブで脆性材料基板に分断用スクライブラインを形成するスクライブ工程と、前記分断用スクライブラインに沿って前記基板をブレイクするブレイク工程とからなる脆性材料基板の分断方法であって、
   前記スクライブ工程で、複数のスクライブラインを所定のピッチで形成し、
   続いて、前記ブレイク工程で、前記複数のスクライブラインの一つである第１のスクライブラインに沿って前記基板をブレイクし、第１のスクライブラインに沿って形成された基板の端縁を基準として、前記所定のピッチを移動するようにして他のスクライブラインに沿ってブレイク手段を位置決めして前記基板をブレイクすることを特徴とするマザー基板の分断方法。
2. 前記ブレイク工程で、第１のスクライブラインに沿って形成された基板の端縁を光学的に検出する請求項１に記載のマザー基板の分断方法。
3. 第１のスクライブラインは、前記複数のスクライブラインのうち、一方の基板端部に最も近いスクライブラインである、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のマザー基板の分断方法。
4. 第１のスクライブラインは、マザー基板から単位基板を分離するためのスクライブラインとは別に形成されたアライメント用スクライブラインである、請求項３に記載のマザー基板の分断方法。
5. 前記脆性材料基板は、ガラス、アルミナセラミック、サファイヤ材料で形成されている請求項１〜請求項４のいずれかに記載のマザー基板の分断方法。

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