(57)【要約】【課題】線膨張係数の小さい脆性材料基板であっても、レーザビーム照射によってスクライブラインの垂直クラックが基板厚み方向に伸展するようにする【解決手段】脆性材料基板５０に形成されたスクライブライン５２に沿ってレーザビームＬＢを照射する際、レーザビームＬＢの照射側が凹形状となるように脆性材料基板５０を湾曲させる。レーザビーム照射によって垂直クラック５３を確実に伸展させる観点からは、レーザビームＬＢの照射点における脆性材料基板５０の曲率半径を２，０００ｍｍ〜４，０００ｍｍの範囲とするのが好ましく、レーザビームＬＢの照射部分を、脆性材料基板５０の谷底部分とするのが好ましい。【選択図】図２
2010229005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料基板に垂直クラックからなるスクライブラインを形成する第１工程と、前記スクライブラインに又は前記基板の前記スクライブラインが形成された面と反対面の前記スクライブラインに対応する部分に、レーザビームを照射して前記垂直クラックを伸展させる第２工程とを少なくとも有する分断方法であって、
前記第２工程において、レーザビームの照射面側が凹形状となるように前記脆性材料基板を湾曲させることを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
【請求項２】
前記レーザビームの照射点における前記脆性材料基板の曲率半径を２，０００ｍｍ〜４，０００ｍｍの範囲とする請求項１記載の分断方法。
【請求項３】
前記レーザビームの照射部分が、前記脆性材料基板の谷底部分である請求項１又は２記載の分断方法。
【請求項４】
前記第１工程において、スクライブライン形成面側が凸形状となるように前記脆性材料基板を湾曲させて、前記スクライブラインを形成する請求項１〜３のいずれかに記載の分断方法。
【請求項５】
前記第１工程において、前記脆性材料基板に対してレーザビームを相対移動させながら照射して、前記基板を溶融温度未満に加熱した後、前記基板に対して冷却水を噴出させて冷却して、前記基板に生じた熱応力によって、垂直クラックからなるスクライブラインを形成する請求項１〜４のいずれかに記載の分断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性材料基板を分断する方法に関し、より詳細には、脆性材料基板に垂直クラックからなるスクライブラインを形成した後、レーザビームを照射して前記垂直クラックを伸展させて脆性材料基板を分断する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザを用いて脆性材料基板を分断する方法が実用化されている。この方法は、レーザビームを基板に照射して基板を溶融温度未満に加熱した後、冷却媒体により基板を冷却することによって基板に熱応力を生じさせ、この熱応力によって基板の表面から略垂直方向にクラックを形成させ、その後必要により外力を加えて基板を分断するというものである。このレーザビームを用いた脆性材料基板の分断方法では、熱応力を利用するため、工具を基板に直接接触させることがなく、分断面は欠け等の少ない平滑な面となり、基板の強度が維持される。
【０００３】
このようなレーザを用いた脆性材料基板の分断方法では、一度のレーザビーム照射で基板を分断する方法も用いられているが、脆性材料基板に応じた適正なレーザビーム照射の制御が難しく、分断速度も制限される。そこで、通常は基板に対してレーザビーム照射を複数回行って、基板に形成される垂直クラックを基板厚み方向に段階的に伸展させ、そして最後に必要により外力を加えて基板を分断している（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004-223796
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ソーダガラスなどの線膨張係数の大きい脆性材料基板の場合には、前記複数回のレーザビーム照射によって垂直クラックを基板厚み方向に伸展させることはできるものの、無アルカリガラスなどの線膨張係数の小さい脆性材料基板の場合には、レーザビーム照射を複数回行っても垂直クラックの伸展はほとんど見られない。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、脆性材料基板にスクライブラインを形成した後、レーザビームを照射して前記スクライブラインの垂直クラックを基板厚み方向に伸展させる方法において、線膨張係数の小さい脆性材料基板であっても確実に垂直クラックを基板厚み方向に伸展させることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る分断方法は、垂直クラックからなるスクライブラインを脆性材料基板に形成する第１工程と、前記スクライブライン又は前記基板の前記スクライブラインが形成された面と反対面の前記スクライブラインに対応する部分に、レーザビームを照射して前記垂直クラックを伸展させる第２工程とを少なくとも有する分断方法であって、前記第２工程において、レーザビームの照射側が凹形状となるように前記脆性材料基板を湾曲させることを特徴とする。
【０００８】
レーザビーム照射によって垂直クラックを確実に伸展させる観点からは、前記レーザビームの照射点における前記脆性材料基板の曲率半径を２，０００ｍｍ〜４，０００ｍｍの範囲とするのが好ましく、前記レーザビームの照射部分を、前記脆性材料基板の谷底部分とするのが好ましい。
【０００９】
基板厚み方向により深く垂直クラックを形成する観点からは、前記第１工程において、スクライブライン形成面側が凸形状となるように前記脆性材料基板を湾曲させて、前記スクライブラインを形成するのが好ましい。
【００１０】
また、欠け等の少ない平滑な分断面を得る観点からは、第１工程において、前記脆性材料基板に対してレーザビームを相対移動させながら照射して、前記基板を溶融温度未満に加熱した後、前記基板に対して冷却水を噴出させて冷却して、前記基板に生じた熱応力によって、垂直クラックからなるスクライブラインを形成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る分断方法では、脆性材料基板に形成された垂直クラックをレーザビーム照射によって伸展させる際、レーザビーム照射側が凹形状となるように脆性材料基板を湾曲させるので、線膨張係数の小さい脆性材料基板であっても確実に垂直クラックを基板厚み方向に伸展させることができるようになる。
【００１２】
前記レーザビーム照射点における前記脆性材料基板の曲率半径を２，０００ｍｍ〜４，０００ｍｍの範囲とする、さらには、前記レーザビームの照射部分を、前記脆性材料基板の谷底部分とすると、脆性材料基板に形成された垂直クラックがレーザビーム照射によって確実に伸展するようになる。
【００１３】
また、前記スクライブラインを形成する際に、スクライブライン形成面側が凸形状となるように前記脆性材料基板を湾曲させると、基板厚み方向により深い垂直クラックが形成できるようになる。
【００１４】
さらには、垂直クラックからなる前記スクライブラインを、前記脆性材料基板に対してレーザビームを相対移動させながら照射して、前記基板を溶融温度未満に加熱した後、前記基板に対して冷却水を噴出させて冷却して、前記基板に生じた熱応力によって形成すると、従来のような工具を基板に直接接触させることがなく、欠け等の少ない平滑な分断面が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の分断方法に用いる固定台の一例を示す組み立て図である。
【図２】本発明に係る分断方法の一例を示す工程図である。
【図３】第１工程におけるレーザビームを用いたスクライブの一例を示す斜視図である。
【図４】第２工程における脆性材料基板の湾曲状態を示す概説図である。
【図５】脆性材料基板を湾曲固定する固定台の他の例を示す概説図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る脆性材料基板の分断方法について図に基づいてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１７】
図１に、脆性材料基板を吸着固定するとともに変形させる固定台Ｓの一例を示す組立斜視図を示す。この図に示す固定台Ｓは、基台１と弾性部材２の大きく２つの部材に分かれる。基台１には、３つの溝部１１が形成され、各溝部１１の底面には貫通孔１２が形成されている。この貫通孔１２には、一方端が真空ポンプ（不図示）に接続された接続管１３（図２に図示）のもう一方端が取り付けられる。一方、弾性部材２には、厚み方向に貫通した複数個の吸引孔２１が所定間隔で形成されている。なお、溝部１１は３つに限定されるものではない。
【００１８】
図２に示すように、弾性部材２が基台１に取り付けられると、基台１に形成された３つの溝部１１の開放面が弾性部材２によって封止されて気密な３つの減圧室１５ａ〜１５ｃとなる。そして、各減圧室１５ａ〜１５ｃの空気が不図示の真空ポンプによって接続管１３を介して排出されることによって、減圧室１５ａ〜１５ｃは減圧され、吸引孔２１から空気が吸い込まれる。減圧室１５ａ〜１５ｃの減圧度合いを調整することによって、各減圧室１５ａ〜１５ｃに連通する吸引孔２１群ごとに吸引圧力が変化し、弾性部材２に吸引固定される脆性材料基板５０を所望の形状に変化させることができるようになる。減圧室１５ａ〜１５ｃの数に限定はなく、数を多くするほど脆性材料基板５０の形状をより種々に変化させることができるようになる。なお、脆性材料基板５０を凹形状や凸形状に変形させるには少なくとも３つの減圧室が必要となる。
【００１９】
なお、弾性部材２の吸引孔２１の孔径、形状および間隔は、弾性部材２の弾性率や脆性材料基板５０の材質、形状および厚さ等に応じて、脆性材料基板５０の所望される曲率半径の条件を満たすように適宜設定すればよい。
【００２０】
図２に、図１に示した固定台Ｓを用いた、本発明に係る脆性材料基板の分断方法の一実施形態を示す工程図を示す。固定台Ｓの弾性部材２の表面に脆性材料基板５０を載置する。そして、不図示の真空ポンプを起動させる（図２（ａ））。真空ポンプは減圧室１５ａ〜１５ｃごとにそれぞれ設けてもよいが、設備の大型化・重量化を回避する観点からは、真空ポンプは１台として各減圧室１５ａ〜１５ｃへの接続管１３を分岐させるのが好ましい。各減圧室１５ａ〜１５ｃからの吸引量は接続管１３の途中に設けた調整弁Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの開度によって調整される。
【００２１】
調整弁Ｖａと調整弁Ｖｃの開度を大きくし、調整弁Ｖｂの開度を小さくすることによって、減圧室１５ａと減圧室１５ｃからの吸引量が減圧室１５ｂからの吸引量よりも多くなり、減圧室１５ａと減圧室１５ｃに連通している吸引孔２１の吸引力が、減圧室１５ｂに連通している吸引孔２１の吸引力よりも大きくなる。これによって、弾性部材２上の脆性材料基板５０は、中央部が上方に凸形状に湾曲する。
【００２２】
次に、湾曲した脆性材料基板５０の略中央部の、最も突出した部分（稜線部分）に、基板表面に対して略垂直にレーザビームＬＢを照射する（同図（ｂ））。また同時に、図３に示すように、レーザビーム照射領域の後端近傍に冷却媒体としての水をノズル３７から噴出させる。脆性材料基板５０にレーザビームＬＢを照射することによって、脆性材料基板５０は厚み方向に溶融温度未満で加熱され、脆性材料基板５０は熱膨張しようとするが、局所加熱のため膨張できず照射点を中心に圧縮応力が発生する。そして加熱直後に、脆性材料基板５０の表面が水により冷却されることによって、脆性材料基板５０が今度は収縮して引張応力が発生する。この引張応力の作用によって、不図示のトリガークラックを開始点として分断予定ライン５１に沿って垂直クラック５３が脆性材料基板５０に形成される。加えて、脆性材料基板５０がスクライブ形成面側が凸形状となるように湾曲していることによって、脆性材料基板５０のスクライブ形成面に引張応力が発生しているので、垂直クラック５３はより形成されやすくなる。
【００２３】
そしてレーザビームＬＢ及び冷却ノズル３７を分断予定ライン５１に従って相対的に移動させることによって、垂直クラック５３が伸展し脆性材料基板５０にスクライブライン５２が形成される。この実施形態の場合には、レーザビームＬＢと冷却ノズル３７とは所定位置に固定された状態で、固定台Ｓを移動させることによって脆性材料基板５０を移動させている。もちろん、脆性材料基板５０を固定した状態で、レーザビームＬＢと冷却ノズル３７とを移動させても構わない。あるいは脆性材料基板５０及びレーザビームＬＢ・冷却ノズル３７の双方を移動させても構わない。
【００２４】
スクライブラインを形成する際の、湾曲した脆性材料基板５０におけるレーザビーム照射点の曲率半径としては２，０００〜４，０００ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは２，５００〜３，５００ｍｍの範囲である。
【００２５】
ここで使用するレーザビームＬＢとしては特に限定はなく、基板５０の材質や厚み、形成したい垂直クラックの深さなどから適宜決定すればよい。脆性材料基板がガラス基板の場合、ガラス基板表面での吸収が大きい波長９〜１１μｍのレーザビームが好適に使用される。このようなレーザビームとしてはＣＯ２レーザが挙げられる。レーザビームの基板への照射形状としては、レーザビームの相対移動方向に細長い楕円形状が好ましく、相対移動方向の照射長さＬは１０〜６０ｍｍの範囲、照射幅Ｗは１〜５ｍｍの範囲が好適である。
【００２６】
冷却ノズル３７から噴出させる冷却媒体としては水やアルコールなどが挙げられる。また、分断後の脆性材料基板を使用する上で悪影響を与えない範囲において、界面活性剤等の添加剤が添加されていても構わない。冷却媒体の吹き付け量としては通常は１〜２ｍｌ／ｍｉｎの範囲である。冷却媒体による基板の冷却は、レーザービームによって加熱された基板を急冷する観点からは、気体（通常は空気）と共に水を噴射させるいわゆるウォータジェット方式が望ましい。冷却媒体による冷却領域は、長径１〜５ｍｍ程度の円形状又は楕円形状であることが好ましい。また、冷却領域は、レーザビームによる加熱領域の相対移動方向後方であって、冷却領域と加熱領域との中心点間の距離が５〜３０ｍｍ程度となるように形成するのが好ましい。
【００２７】
レーザビームＬＢ及び冷却ノズル３７の相対移動速度としては特に限定はなく、得たい垂直クラックの深さなどから適宜決定すればよい。一般に相対移動速度を遅くするほど、形成される垂直クラックは深くなる。通常、相対移動速度は数百ｍｍ／ｓｅｃ程度である。
【００２８】
なお、スクライブライン５２の形成は、レーザビームＬＢの照射によるものに限定されるものではなく、スクライビングカッターを用いてスクライブライン５２を形成してももちろん構わない。ただし、後述するように、本発明の分断方法では次工程においてレーザビームＬＢの照射によってスクライブライン５２の垂直クラック５３を伸展させるので、次工程で使用するレーザビームＬＢをスクライブライン形成にも用いるようにすれば分断装置のコンパクト化が図れ望ましい。また、スクライブライン５２は、脆性材料基板５０を湾曲させることなく、平面状態で形成してももちろん構わない。
【００２９】
以上のようにして、脆性材料基板５０にスクライブライン５２が形成されると（図２（ｃ））、次に、調整弁Ｖｂの開度を大きくし、調整弁Ｖａと調整弁Ｖｃの開度を小さくする。これによって、減圧室１５ｂからの吸引量が減圧室１５ａと減圧室１５ｃからの吸引量よりも多くなり、減圧室１５ｂに連通している吸引孔２１の吸引力が減圧室１５ａと減圧室１５ｂに連通している吸引孔２１の吸引力よりも大きくなり、弾性部材２上の脆性材料基板５０は、中央部が凹形状となるように湾曲する（同図（ｄ））。
【００３０】
そして、湾曲した脆性材料基板５０のスクライブライン５２に沿ってレーザビームＬＢを再び照射する。図４（ａ）に示すように、脆性材料基板５０を、レーザビームＬＢの照射側が凹形状となるように湾曲させた状態で、レーザビームＬＢをスクライブライン５２に沿って照射することによって、レーザビームＬＢの照射側と反対側面に引張応力が発生するので、線膨張係数の小さい脆性材料基板５０であっても確実に垂直クラック５３を基板厚み方向に伸展させることができるようになる。垂直クラック５３が、脆性材料基板５０の反対側面まで、あるいは反対側面近傍まで伸展すれば、これによって脆性材料基板５０は分断される。一方、垂直クラック５３が脆性材料基板５０の反対側面まで達しないときは、レーザビームＬＢをスクライブライン５２に沿って繰り返し照射し、垂直クラック５３を伸展させればよい。また、必要により、脆性材料基板５０に外部応力を加えて分断してもよい。
【００３１】
垂直クラック５３を伸展させる際の、湾曲した脆性材料基板５０におけるレーザビームＬＢ照射点の曲率半径としては２，０００〜４，０００ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは２，５００〜３，５００ｍｍの範囲である。また垂直クラック５３を効率的に伸展させる観点からは、レーザビームＬＢの照射部分が、脆性材料基板５０の谷底部分であるのが望ましい。
【００３２】
なお、図４（ｂ）に示すように、脆性材料基板５０にスクライブライン５２を形成した後、脆性材料基板５０の表裏を反転させてスクライブライン形成面を下側とし、スクライブライン形成面と反対面のスクライブライン５２に対応する部分にレーザビームＬＢを照射することによっても、スクライブライン５２の垂直クラック５３を伸展させることができる。ただし、脆性材料基板５０を反転させる工程が図２で示す方法に加えて必要となるので、生産効率の点などからは図４（ａ）に示すようなスクライブライン５２に沿ってレーザビームＬＢを照射するのが好ましい。
【００３３】
本発明に係る分断方法は、ガラス基板やセラミックス基板、単結晶シリコン基板、サファイヤ基板など従来公知の脆性材料基板の分断に用いることができ、例えば液晶ディスプレイ等のパネル製造分野などで好適に使用できる。
【００３４】
図５に、本発明の分断方法に用いることができる固定台の他の実施形態を示す。同図（ａ）は脆性材料基板のレーザビームの照射面側を凸にする固定台を示し、同図（ｂ）は脆性材料基板のレーザビームの照射面側を凹にする固定台を示す。すなわち、ここで使用する固定台は、前記実施形態で示した固定台と異なって弾性部材を用いておらず、固定台の脆性材料基板を固定する面そのものの形状を凸形状又は凹形状としている。
【００３５】
図５（ａ）に示す固定台６は、基台６１と、基台６１の上面に形成された、上に凸形状に湾曲した載置部６２と、基台６１の内部に形成された減圧室６３と、載置部６２の表面と減圧室６３とを連通する複数の吸引孔６４と、減圧室６３に形成された、空気を吸引するための貫通孔６５とを有する。貫通孔６５には不図示の真空ポンプに繋がった接続管６６が接続され、接続管６６の途中には調整弁Ｖが設けられている。この調整弁Ｖの開度によって空気吸引量が調整される。
【００３６】
一方、同図（ｂ）に示す固定台７は、固定台６と同様に、基台７１と、基台７１の上面に形成された載置部７２と、基台７１の内部に形成された減圧室７３と、載置部７２の表面と減圧室７３とを連通する複数の吸引孔７４と、貫通孔７５と、接続管７６と、調整弁Ｖとを有し、載置部７２が凹形状に湾曲している点が異なる。
【００３７】
同図（ａ）及び（ｂ）において、基台の載置部に脆性材料基板が載置されると、真空ポンプが起動され、接続管を介して減圧室の空気が吸引される。これによって、吸引孔に吸引力が生じ脆性材料基板は凸形状又は凹形状の載置部に吸い付けられ凸状又は凹状に湾曲する。なお、前記実施形態と異なって、吸引孔による吸引力に部分的な差はない。吸引孔による吸引力は、脆性材料基板を載置部に隙間なく引きつける力であればよく、脆性材料基板の材質や厚み、大きさなどから適宜決定すればよい。
【００３８】
同図（ａ）の固定台６を用いて脆性材料基板５０にスクライブラインを形成し、同図（ｂ）の固定台７を用いて脆性材料基板５０にレーザビームを照射し、スクライブラインの垂直クラックを伸展させる。具体的条件は、前記実施形態で示したものと同じである。
【００３９】
なお、固定台６及び固定台７において、載置部６２及び載置部７２と脆性材料基板５０との間に、連続気孔を有する焼結金属等の多孔質部材を介在させてもよい。
【００４０】
本発明において、脆性材料基板を凸形状又は凹形状に湾曲させて固定する手段や装置は特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の脆性材料基板の分断方法では、線膨張係数の小さい脆性材料基板であっても確実に垂直クラックを基板厚み方向に伸展させることができ有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１    基台
２    弾性部材
Ｓ    固定台
１１    溝部
１２    貫通孔
１３    接続管
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ    減圧室
２１    吸引孔
５０    脆性材料基板
５２    スクライブライン
５３    垂直クラック
ＬＢ    レーザビーム
Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ    調整弁
【図１】
2010229005.tif 000003
【図２】
2010229005.tif 000004
【図３】
2010229005.tif 000005
【図４】
2010229005.tif 000006
【図５】
2010229005.tif 000007