JP2020004889A - 基板の分断方法及び分断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の加工方法において、少ない作業工程によって、基板の端面に面取りを形成する。【解決手段】基板の分断方法では、空間光位相変調を用いて、第１基板Ｗ１に対して外側面３５から延びる面取り部４１を含む複数の第１加工痕３１を、平面方向に連続して形成することで第１スクライブラインＳ１を形成するレーザ光照射ステップが実行される。次に、第１基板Ｗ１に力を加えることで、第１スクライブラインＳ１に沿って第１基板Ｗ１を分断する分断ステップが実行される。【選択図】図３

Description

本発明は、基板の分断方法及び分断装置に関する。

ガラス基板をスクライブ加工する方法として、レーザ加工が知られている。レーザ加工では、例えば、赤外線ピコ秒レーザが用いられている。この場合、レーザがパルスによる内部加工を平面方向に断続的に行って複数のレーザフィラメントを形成することで、スクライブラインを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１に示す技術では、収束レーザビームは、基板内にフィラメントを作り出すように選択されたエネルギー及びパルス持続時間を有するパルスで構成される。そして、複数のフィラメントによって、スクライブラインが形成される。

特表２０１３−５３６０８１号公報

従来、基板を分断した後に、基板の端面において角部を取り去る面取り加工が行われている。
しかし、基板の分断後に面取り加工を行うと、基板の分断と面取り加工の両方が必要になるので、作業工程が増加する。

本発明の目的は、基板の加工方法において、少ない作業工程によって、基板の端面に面取りを形成することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る基板の分断方法は、下記のステップを備えている。
◎空間光位相変調を用いて、基板に対して外側面から延びる面取り部を含む複数の加工痕を、平面方向に連続して形成することでスクライブラインを形成するレーザ光照射ステップ
◎基板に力を加えることで、スクライブラインに沿って基板を分断する分断ステップ
この分断方法では、基板が分断されると、残った基板の端面には面取り部が形成されている。したがって、少ない作業工程によって、基板の端面に面取りを形成できる。
なお、面取り部とは、例えば、Ｃ面（隅切り、コーナーカット）、Ｒ面、逆Ｒ面、エグリ、切り欠き等が形成された部分である。

レーザ光照射ステップは、下記のステップを有していてもよい。
◎複数の加工痕を、面取り部が作成される位置において平面方向に間隔を空けて形成する第１ステップ
◎複数の加工痕を、面取り部が作成される位置において、先に形成された複数の加工痕の平面方向間に形成する第２ステップ

第１ステップでは、加工痕同士の間隔は、独立した加工痕同士の間に形成されてもよいし、複数の加工痕の集まり同士の間に形成されてもよい。
この分断方法では、複数の加工痕を少なくとも２回に分けて形成することで面取り部を形成しているので、レーザ光照射パルスの強度を低くしても、加工痕を連続して形成することで面取り部を加工できる。そのため、面取り部において加工痕が例えば上下方向に極端に長くなることがなく、したがって面取り部の形状が滑らかになる。

本発明の他の見地に係る基板の分断装置は、レーザ装置と、基板分断装置と、を備えている。
レーザ装置は、空間光位相変調を用いて、基板に対して外側面から延びる面取り部を含む複数の加工痕を、平面方向に連続して形成することでスクライブラインを形成するレーザ光照射ステップを実行する。
基板分断装置は、基板に力を加えることで、スクライブラインに沿って基板を分断する分断ステップを実行する。
この分断装置では、基板が分断されると、残った基板の端面には面取り部が形成されている。したがって、少ない作業工程によって、基板の端面に面取りを形成できる。

本発明に係る基板の分断方法及び分断装置では、少ない作業工程によって、基板の端面に面取りを形成できる。

第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。 空間光位相変調器の模式的動作説明図。 スクライブライン形成工程における基板の模式的断面。 基板分断装置の構成及び動作を説明する模式図。 基板分断装置の構成及び動作を説明する模式図。 分断後の基板の模式的断面図。 第２実施形態のスクライブライン形成工程における基板の模式的断面。 第２実施形態のスクライブライン形成工程における基板の模式的断面。 第３実施形態のスクライブブライン形成工程における基板の模式的断面。

１．第１実施形態
（１）全体構成
図１及び図２を用いて、レーザ加工装置１の全体構成を説明する。図１は、第１実施形態のレーザ加工装置の模式図である。図２は、空間光位相変調器の模式的動作説明図である。

レーザ加工装置１は、貼り合わせ基板Ｗ（以下、「基板Ｗ」）にスクライブラインを形成する装置である。基板Ｗは、第１基板Ｗ１と、第２基板Ｗ２とを有している。基板Ｗは、例えば、液晶ガラス基板である。
図２に示すように、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２は、シール材４０によって貼り合わされている。第１基板Ｗ１は外側面３５と内側面３６を有している。第２基板Ｗ２は外側面３７と内側面３８とを有している。内側面３６と内側面３８の間にシール材４０が配置されている。

レーザ加工装置１は、第１レーザ装置３Ａを有している。第１レーザ装置３Ａは、第１基板Ｗ１に第１スクライブラインＳ１（図３）を形成する装置である。

第１レーザ装置３Ａは、第１レーザ発振器１５Ａと、第１レーザ制御部１７Ａとを有している。第１レーザ発振器１５Ａは、例えば、波長３４０〜１１００ｎｍのピコ秒レーザである。第１レーザ制御部１７Ａは、第１レーザ発振器１５Ａの駆動及びレーザパワーを制御できる。
レーザ加工装置１は、第１伝送光学系５Ａを有している。第１伝送光学系５Ａは、第１レーザ装置３Ａから出射されたレーザ光を変調する第１空間光位相変調器２１Ａを有している。第１空間光位相変調器２１Ａは、例えば透過型であり、透過型の空間光移送変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であってもよい。また透過型の空間光移送変調器に代えて反射型液晶（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）の空間光位相変調器などの反射型の空間光移送変調器を使用してもよい。第１空間光位相変調器２１Ａは、レーザ光を変調すると共に、下方に第１レーザＬ１を照射する。第１伝送光学系５Ａは、第１空間光位相変調器２１Ａの下方に、第１集光レンズ２３Ａを有している。

レーザ加工装置１は、第２レーザ装置３Ｂを備えている。第２レーザ装置３Ｂは、第２基板Ｗ２に第２スクライブラインＳ２（図３）を形成する装置である。
第２レーザ装置３Ｂは、第２レーザ発振器１５Ｂと、第２レーザ制御部１７Ｂとを有している。第２レーザ発振器１５Ｂは、例えば、波長３４０〜１１００ｎｍのピコ秒レーザである。第２レーザ制御部１７Ｂは第２レーザ発振器１５Ｂの駆動及びレーザパワーを制御できる。
レーザ加工装置１は、第２伝送光学系５Ｂを有している。第２伝送光学系５Ｂは、第２レーザ装置３Ｂから出射されたレーザ光を変調する第２空間光位相変調器２１Ｂを有している。第２空間光位相変調器２１Ｂは、第１空間光位相変調器２１Ａと同じく、ＳＬＭであってもよい。第２空間光位相変調器２１Ｂは、レーザ光を変調すると共に、上方に第２レーザ光Ｌ２を照射する。第２伝送光学系５Ｂは、第２空間光位相変調器２１Ｂの上方に、第２集光レンズ２３Ｂを有している。

レーザ加工装置１は、駆動部２５を有している。駆動部２５は、第１空間光位相変調器２１Ａ及び第２空間光位相変調器２１Ｂにおける各画素電極に所定電圧を印加し、液晶層に所定の変調パターンを表示させ、これにより、レーザ光を第１空間光位相変調器２１Ａ及び第２空間光位相変調器２１Ｂで所望に変調させる。ここで、液晶層に表示される変調パターンは、例えば、加工痕を形成しようとする位置、照射するレーザ光の波長、加工対象物の材料、及び第１伝送光学系５Ａ及び第２伝送光学系５Ｂや加工対象物の屈折率等に基づいて予め導出され、制御部９に記憶されている。
この結果、図２に示すように、第１空間光位相変調器２１Ａ及び第２空間光位相変調器２１Ｂは、任意の多数のビームを形成することができ、多数のビームによる同時加工が可能になる。

レーザ加工装置１は、基板Ｗを保持して駆動する駆動装置７を有している。駆動装置７は、駆動装置操作部１３によって移動される。駆動装置操作部１３は、駆動装置７を水平方向に移動させる。

レーザ加工装置１は、制御部９を備えている。制御部９は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。制御部９は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
制御部９は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。

制御部９は、第１レーザ制御部１７Ａ及び第２レーザ制御部１７Ｂを制御できる。制御部９は、駆動部２５を制御できる。制御部９は、駆動装置操作部１３を制御できる。
制御部９には、図示しないが、基板Ｗの大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。

（２）スクライブ加工方法
図３を用いて、レーザ加工装置１によるスクライブ加工方法を説明する。図３は、スクライブライン形成工程における基板の模式的断面である。

（２−１）第１レーザ光照射ステップ
第１基板Ｗ１側から第１レーザ光Ｌ１を照射することで、第１スクライブラインＳ１を形成する。具体的には、第１基板Ｗ１内部に光軸に沿って形成された複数の第１加工痕３１が、平面方向に（紙面直交方向に）連続して形成される。第１加工痕３１の厚み方向の形成位置は、第１基板Ｗ１の外側面３５と内側面３６との間である。

第１スクライブラインＳ１の第１加工痕３１は、第１基板Ｗ１に対して外側面３５から延びる面取り部４１を有する。第１加工痕３１は、さらに、面取り部４１から内側面３６に向かって延びる直線部４３を有する。面取り部４１は、断面直線状であり、他面の外側面３５側の角を落とす形状である。
この実施形態では、第１スクライブラインのＳ１の平面視の１箇所では、複数の第１加工痕３１は厚み方向に同時に形成される。
なお、第１加工痕３１のうち面取り部４１を構成するものは、直線部４３を構成するものに比べて、基板Ｗの厚さ方向の長さが短い。なぜなら、面取り部４１の集光点は、直線部４３の集光点よりも集光のＮＡが大きくなるようにしているからである。この結果、直線部４３には基板Ｗの厚さ方向に長い第１加工痕３１が形成され、面取り部４１には基板Ｗの厚さ方向に短い第１加工痕３１が形成される。

（２−２）第２レーザ光照射ステップ
第２基板Ｗ２側から第２レーザ光Ｌ２を照射することで、第２スクライブラインＳ２を形成する。具体的には、第２基板Ｗ２内部に光軸に沿って形成された複数の第２加工痕３３が、第１加工痕３１に沿って平面方向に（紙面直交方向に）連続して形成される。

第２加工痕３３の厚み方向の形成位置は、第２基板Ｗ２の内側面３８と外側面３７との間である。
第２スクライブラインＳ２の第２加工痕３３は、第２基板Ｗ２に対して外側面３７から延びる面取り部４５を有する。第２加工痕３３は、さらに、面取り部４５から内側面３８に向かって延びる直線部４７を有する。面取り部４５は、断面直線状であり、端面の外側面３７側の角を落とす形状である。
この実施形態では、第２スクライブラインのＳ２の平面視の１箇所では、複数の第２加工痕３３は厚み方向に同時に形成される。
なお、第２加工痕３３のうち面取り部４５を構成するものは、直線部４７を構成するものに比べて、基板Ｗの厚さ方向の長さが短い。なぜなら、面取り部４５の集光点は、直線部４７の集光点よりも集光のＮＡが大きくなるようにしているからである。この結果、直線部４７には基板Ｗの厚さ方向に長い第２加工痕３３が形成され、面取り部４１には基板Ｗの厚さ方向に短い第２加工痕３３が形成される。

（３）基板分断装置
図４〜図６を用いて、基板分断装置２０１を説明する。図４及び図５は、基板分断装置の構成及び動作を説明する模式図である。図６は、分断後の基板の模式的断面図である。なお、基板分断装置２０１は、レーザ加工装置１の制御部９によって制御されてもよいし、他の制御部によって制御されてもよい。
基板分断装置２０１は、スクライブラインが形成された基板から端材を分割除去することで製品を切り出す装置である。

基板分断装置２０１は、保持テーブル２０３を有している。保持テーブル２０３は、水平な吸着面２０３ａを有しており、そこには加工対象となる基板Ｗが載置される。保持テーブル２０３の吸着面２０３ａには、基板Ｗを安定保持する多数のエア吸着孔（図示せず）が設けられている。
保持テーブル２０３は、特に、基板Ｗの製品部分を吸着固定する吸着台である。第２スクライブラインＳ２が保持テーブル２０３の縁部に一致するように、基板Ｗは保持テーブル２０３に置かれる。

基板分断装置２０１は、チャック機構２１１を有している。チャック機構２１１は、保持テーブル２０３の吸着面２０３ａからはみ出した基板Ｗの一端である端材Ｗ３を掴むように把持する装置である。
チャック機構２１１は、チャック部材２１３を有している。チャック部材２１３は、開閉自在に構成されている。
チャック機構２１１は、チャック部材２１３を駆動するための把持動作機構（図示せず）を有している。
基板分断装置２０１は、基板Ｗの製品部分（第１及び第２スクライブラインＳ１、Ｓ２を挟んで端材Ｗ３と反対側の部分）を上側から押さえて固定するための押圧機構２１５をさらに有している。

基板分断装置２０１は、回動機構（図示せず）を有している。回動機構は、チャック部材２１３が紙面直交方向に延びる軸を支点として所定角度だけ回動できるように、チャック部材２１３を保持している。回動機構は、例えば、回転モータを有している。
基板分断装置２０１は、昇降機構（図示せず）を有している。昇降機構は、チャック部材２１３及び回動機構を昇降させるための装置である。昇降機構は、例えば、圧力シリンダを有している。

基板分断装置２０１は、図４に示すように、チャック部材２１３によって端材Ｗ３を把持する。
次に、基板分断装置２０１は、図５に示すように、チャック部材２１３を昇降して傾けることで、端材Ｗ３を製品から切り離す。このとき、押圧機構２１５は、基板Ｗの製品部分を保持テーブル２０３との間で挟むことで、その部分を保持テーブル２０３から浮かないようにしている。
なお、チャック部材２１３は、一方向に傾けた後に、逆方向に傾けてもよい。これにより、分断がより確実に行われる。
この結果、第１基板Ｗ１の第１スクライブラインＳ１と第２基板Ｗ２の第２スクライブラインＳ２に沿って、分断が行われる。

この結果、図６に示すように、基板Ｗが分断されると、残った基板Ｗの端面には面取り部４１、４５が形成されている。つまり、分断と共に面取りが実現される。したがって、少ない作業工程によって、基板Ｗの端面に面取り部４１、４５を形成できる。

２．第２実施形態
第１実施形態では、複数の加工痕は平面視の１箇所において基板の厚み方向に同時に形成されていたが、複数回に分けて加工痕を形成してもよい。図７及び図８を用いて、そのような実施形態を説明する。図７及び図８は、第２実施形態のスクライブライン形成工程における基板の模式的断面である。

以下、第１基板の第１スクライブラインＳ１の形成を説明する。
最初に、図７に示すように、直線部作成位置４３Ａに第１加工痕３１が形成される。このとき、同時に、面取り部作成位置４１Ａにおいて例えば最終的な第１加工痕３１に対して一つおきに第１加工痕３１が形成される。つまり、複数の第１加工痕３１が、面取り部作成位置４１Ａにおいて平面方向に間隔を空けて形成される。
次に、図８に示すように、複数の第１加工痕３１が、面取り部作成位置４１Ａにおいて、先に形成された複数の第１加工痕３１の平面方向間に形成される。具体的には、１つずつ独立して形成された第１加工痕３１の間に、１つの第１加工痕３１が形成される。

この実施形態では、複数の第１加工痕３１を少なくとも２回に分けて形成することで面取り部４１を形成しているので、レーザ光照射パルスの強度を低くしても、第１加工痕３１を連続して形成することで面取り部４１を加工できる。そのため、面取り部４１において第１加工痕３１が例えば上下方向に極端に長くなることがなく、したがって面取り部４１の形状が滑らかになる。
なお、前記実施形態では面取り部作成位置４１Ａにおける第１ステップでは第１加工痕３１は１つずつ独立して形成されていたが、複数の第１加工痕３１同士が連続して形成されたグループが複数形成されてもよい。

３．第３実施形態
第１実施形態及び第２実施形態では面取り部はＣ面であったが、他の形状であってもよい。図９を用いて、そのような実施形態を説明する。図９は、第３実施形態のスクライブブライン形成工程における基板の模式的断面である。
図９に示すように、Ｒ面の面取り部にも第１実施形態及び第２実施形態のレーザ光照射によるスクライブライン形成を適用できる。

４．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
基板は、ガラス、半導体ウェハ、セラミックス等の脆性材料基板であればよく、特に限定されない。
貼り合わせ基板以外の基板にも本発明を適用できる。
前記実施形態では基板分断装置は基板の端材を除去する装置であったが、他の基板分断装置であってもよい。

本発明は、レーザ装置を用いたパルスによる基板の内部加工を平面方向に断続的に行うことでスクライブラインを形成する方法及び装置に広く適用できる。

１ ：レーザ加工装置
３Ａ ：第１レーザ装置
３Ｂ ：第２レーザ装置
５Ａ ：第１伝送光学系
５Ｂ ：第２伝送光学系
７ ：駆動装置
９ ：制御部
１１ ：チャック機構
１３ ：駆動装置操作部
１５Ａ ：第１レーザ発振器
１５Ｂ ：第２レーザ発振器
１７Ａ ：第１レーザ制御部
１７Ｂ ：第２レーザ制御部
２１Ａ ：第１空間光位相変調器
２１Ｂ ：第２空間光位相変調器
２３Ａ ：第１集光レンズ
２３Ｂ ：第２集光レンズ
２５ ：駆動部
３１ ：第１加工痕
３３ ：第２加工痕
３５ ：外側面
３６ ：内側面
３７ ：外側面
３８ ：内側面
４０ ：シール材
４１ ：面取り部
４１Ａ ：面取り部作成位置
４３ ：直線部
４３Ａ ：直線部作成位置
４５ ：面取り部
４７ ：直線部
Ｓ１ ：第１スクライブライン
Ｓ２ ：第２スクライブライン
Ｗ ：貼り合わせ基板
Ｗ１ ：第１基板
Ｗ２ ：第２基板
Ｗ３ ：端材

Claims (3)

1. 基板の分断方法であって、
   空間光位相変調を用いて、基板に対して外側面から延びる面取り部を含む複数の加工痕を、平面方向に連続して形成することでスクライブラインを形成するレーザ光照射ステップと、
   前記基板に力を加えることで、前記スクライブラインに沿って前記基板を分断する分断ステップと、
   を備えた基板の分断方法。
2. 前記レーザ光照射ステップは、
   前記複数の加工痕を、前記面取り部が作成される位置において平面方向に間隔を空けて形成する第１ステップと、
   前記複数の加工痕を、前記面取り部が作成される位置において先に形成された複数の加工痕の平面方向間に形成する第２ステップと、を有する、請求項１に記載の基板の分断方法。
3. 基板の分断装置であって、
   空間光位相変調を用いて、基板に対して外側面から延びる面取り部を含む複数の加工痕を、平面方向に連続して形成することでスクライブラインを形成するレーザ光照射ステップを実行するレーザ装置と、
   前記基板に力を加えることで、前記スクライブラインに沿って前記基板を分断する分断ステップを実行する基板分断装置と、
   を備えた基板の分断装置。

Images