(57)【要約】【課題】レーザビームを用いて、互いに交差する２方向のスクライブラインを形成し、脆性材料基板を割断する場合に、２つのスクライブラインが交差する領域において、最初に形成したスクライブラインの垂直クラックの固着発生を抑える。【解決手段】第１スクライブライン５２ａを形成した後、第１スクライブライン５２ａと交差する第２スクライブライン５２ｂを形成する際、脆性材料基板５０を冷却するための冷却水量を０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下とする。ここで、第１スクライブライン５２ａの垂直クラック５３ａの固着を一層防止する観点からは、冷却水を気体と共に基板５０に対して噴出させるようにするのが好ましい。【選択図】図３
2010150068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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第１スクライブラインを形成し、次いで、第１スクライブラインと同様にして、第１スクライブラインと交差する第２スクライブラインを形成した後、第１スクライブライン及び第２スクライブラインに沿って前記基板表面に対して略垂直方向に外力を加えて前記基板を割断する方法において、
第２スクライブラインの形成工程における冷却水量を０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下とすることを特徴とする脆性材料基板の割断方法。
【請求項２】
冷却水を気体と共に前記基板に対して噴出させる請求項１記載の割断方法。
【請求項３】
前記脆性材料基板がガラス基板であり、前記レーザビームの波長が９〜１１μｍの範囲である請求項１又は２記載の脆性材料基板の割断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板などの脆性材料基板にレーザビームを照射して加熱した後、冷却することにより、互いに交差する２方向のスクライブラインを形成し、これら２方向に沿って脆性材料基板を割断する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、脆性材料基板の割断方法としては、カッターホイール等を圧接転動させてスクライブラインを形成した後、スクライブラインに沿って基板に対して垂直方向から外力を加え基板を割断する方法が広く行われている。
【０００３】
通常、カッターホイールを用いて脆性材料基板のスクライブを行った場合、カッターホイールによって脆性材料基板に付与される機械的な応力によって基板の欠陥が生じやすく、ブレイクを行った際に上記欠陥に起因する割れ等が発生する。
【０００４】
そこで、近年、レーザビームを用いて基板にスクライブラインを形成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にスクライブラインを形成する方法では、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、割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。
【０００５】
ところが、図５に示すように、互いに交差する２方向のスクライブライン５２ａ，５２ｂを形成した場合、２つのスクライブライン５２ａ、５２ｂが交差する領域において、最初に形成したスクライブライン５２ａの垂直クラック５３ａが固着し、スクライブライン５２ａが見掛け上消滅する現象が生じる。このため、最初に形成したスクライブライン５２ａに沿って基板表面に対して略垂直方向に外力を加えて基板を割断する際に(以下、「ブレーク」と記すことがある)、割断ラインがスクライブライン５２ａから外れて割断不良が生じることがあった。
【０００６】
かかる不具合を防止するため、例えば特許文献１では、脆性材料基板の一方面に第１スクライブラインを形成し、脆性材料基板のもう一方面に、第１スクライブラインに交差するように第２スクライブラインを形成し、脆性材料基板をブレイクする技術が提案されている。また、特許文献２では、第１スクライブラインの形成、第２スクライブラインの形成、第１スクライブラインに沿ってのブレイク、第２スクライブラインに沿ってのブレイクの順序で脆性材料基板を割断する方法が提案されている。
【０００７】
また、特許文献３では、冷却媒体に界面活性剤を添加して、スクライブラインを構成する垂直クラックの固着を防止する技術が提案されている。
【特許文献１】特表平11-511385
【特許文献２】特開2008-162824
【特許文献３】特表2005-536428
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の提案技術では、脆性材料基板の表裏両面をスクライブする必要があるため、表面用と裏面用の２つのスクライブ装置を設ける、あるいはスクライブ装置は１つとし脆性材料基板の表裏を反転させる装置を設ける必要がある。また、特許文献２の提案技術では、スクライブラインが消滅した領域を存在させたまま基板のブレイクを行うので、依然として割断ラインがスクライブラインから外れることがある。
【０００９】
さらに、特許文献３の提案技術では、脆性材料基板を割断した後に、冷却媒体に含まれる界面活性剤を基板から除去する洗浄工程が必要となり、製造工程が複雑化し生産効率が低下するおそれがある。
【００１０】
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、互いに交差する２方向のスクライブラインを形成し、脆性材料基板を割断する場合に、２つのスクライブラインが交差する領域において、最初に形成したスクライブラインの垂直クラックの固着の発生を抑え、スクライブラインに沿って基板をきれいに割断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】
【００１１】
前記目的を達成する本発明に係る割断方法は、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第１スクライブラインを形成し、次いで、第１スクライブラインと同様にして、第１スクライブラインと交差する第２スクライブラインを形成した後、第１スクライブライン及び第２スクライブラインに沿って前記基板表面に対して略垂直方向に外力を加えて前記基板を割断する方法であって、第２スクライブラインの形成工程における冷却水量を０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下とすることを特徴とする。
【００１２】
ここで、第１スクライブラインの垂直クラックの固着を一層防止する観点からは、冷却水を気体と共に前記基板に対して噴出させるようにするのが好ましい。
【００１３】
前記脆性材料基板としてはガラス基板が好ましく、前記レーザビームの波長としては９〜１１μｍの範囲が好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の割断方法では、第２スクライブラインの形成工程における冷却水量を０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下としたので、２つのスクライブラインが交差する領域における、第１スクライブラインの消滅が抑制される。これにより、ブレーク工程において第１スクライブラインに沿って基板をきれいに割断できるようになる。
【００１５】
冷却水を気体と共に前記基板に対して噴出させるようにすると、第１スクライブラインの垂直クラックの固着を一層防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る脆性材料基板の割断方法につ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、本発明の割断方法の実施に用いる割断装置の一例を示す概説図を示す。この図の割断装置は、架台１１上に紙面に対して垂直方向（Ｙ方向）に移動自在のスライドテーブル１２と、スライドテーブル上に図の左右方向（Ｘ方向）に移動自在の台座１９と、台座１９上に設けられた回転機構２５とを備え、この回転機構２５上に設けられた回転テーブル２６に載置・固定された脆性材料基板５０はこれらの移動手段によって水平面内を自在に移動される。
【００１８】
スライドテーブル１２は、架台１１の上面に所定距離隔てて平行に配置された一対のガイドレール１４，１５上に移動自在に取り付けられている。そして、一対のガイドレール１４，１５の間には、ガイドレール１４，１５と平行にボールネジ１３が、不図示のモータによって正・逆回転自在に設けられている。また、スライドテーブル１２の底面にはボールナット１６が設けられている。このボールナット１６はボールネジ１３に螺合している。ボールネジ１３が正転又は逆転することによって、ボールナット１６はＹ方向に移動し、これによってボールナット１６が取り付けられたスライドテーブル１２が、ガイドレール１４，１５上をＹ方向に移動する。
【００１９】
また台座１９は、スライドテーブル１２上に所定距離隔てて平行に配置された一対のガイド部材２１に移動可能に支持されている。そして、一対のガイド部材２１間には、ガイド部材２１と平行にボールネジ２２が、モータ２３によって正逆回転自在に設けられている。また、台座１９の底面にはボールナット２４が設けられ、ボールネジ２２に螺合している。ボールネジ２２が正転又は逆転することによって、ボールナット２４はＸ方向に移動し、これによって、ボールナット２４と共に台座１９が、一対のガイド部材２１に沿ってＸ方向に移動する。
【００２０】
台座１９上には回転機構２５が設けられている。そして、この回転機構２５上に回転テーブル２６が設けられている。割断対象である脆性材料基板５０は、回転テーブル２６上に真空吸着によって固定される。回転機構２５は、回転テーブル２６を垂直方向の中心軸の周りに回転させる。
【００２１】
回転テーブル２６の上方には、回転テーブル２６と離隔対向するように、支持台３１が、取付台３２から垂下する保持部材３３によって支持されている。支持台３１には、脆性材料基板５０の表面にトリガークラックを形成するためのカッタホイール３５と、脆性材料基板５０にレーザビームを照射するための開口（不図示）と、脆性材料基板５０の表面を冷却するための冷却ノズル３７とが設けられている。
【００２２】
カッタホイール３５は、チップホルダー３６によって、脆性材料基板５０に圧接する位置と非接触な位置とに昇降可能に保持されており、スクライブラインの開始起点となるトリガークラックを形成するときのみ、脆性材料基板５０に圧接する位置に下降する。トリガークラックの形成位置は、トリガークラックから予測不可能な方向にクラックが生じる先走り現象を抑制するために、脆性材料基板５０の表面側端よりも内側に形成するのが好ましい。
【００２３】
取付台３２上にはレーザ出力装置３４が設けられている。レーザ出力装置３４から出射されたレーザビームＬＢは、反射ミラー４４で下方に反射され、保持部材３３内に保持された光学系を介して支持台３１に形成された開口から、回転テーブル２６上に固定された脆性材料基板５０に照射される。
【００２４】
また、支持台３１の、レーザビームＬＢが出射する開口近傍に設けられた冷却ノズル３７からは、脆性材料基板５０に向かって冷却水が空気と共に噴出される。冷却水が噴出される脆性材料基板５０上の位置は、割断予定ライン５１上で且つレーザビームＬＢの照射領域の後側である（図２を参照）。冷却水の噴出条件については後述する。
【００２５】
取付台３２には、脆性材料基板５０に予め刻印されたアライメントマークを認識する一対のＣＣＤカメラ３８，３９が設けられている。これらのＣＣＤカメラ３８，３９により、脆性材料基板５０のセット時の位置ずれが検出され、例え脆性材料基板５０が角度θずれていた場合は回転テーブル２６が−θだけ回転され、脆性材料基板５０がＹずれていたときはスライドテーブル１２が−Ｙだけ移動される。
【００２６】
このような構成の割断装置において脆性材料基板５０を割断する場合には、まず、脆性材料基板５０を回転テーブル２６上に載置し吸引手段により固定する。そして、ＣＣＤカメラ３８および３９によって、脆性材料基板５０に設けられたアライメントマークを撮像し、前述のように、撮像データに基づいて脆性材料基板５０を所定の位置に位置決めする。
【００２７】
次いで、前述のように、ホイールカッタ３５によって脆性材料基板５０にトリガークラックを形成する。そして、レーザ出力装置３４からレーザビームＬＢを出射する。レーザビームＬＢは反射ミラー４４よって、図２に示すように、脆性材料基板５０表面に対して略垂直に照射する。また同時に、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、トリガークラックを開始点として割断予定ライン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。
【００２８】
そしてレーザビームＬＢ及び冷却ノズル３７を割断予定ライン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、スライドテーブル１２と台座１９、回転テーブル２６の回転機構２５とによって脆性材料基板５０が移動される。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。
【００２９】
次に、本発明に係る割断方法について説明する。図３に、本発明の割断方法の一例を示す工程図を示す。まず同図（ａ）に示すように、前述のようにして、レーザビームＬＢ及び冷却ノズル３７を割断予定ライン５１ａに従って相対的に移動させることによって、不図示のトリガークラックを開始点とする垂直クラック５３ａを相対移動方向に伸展させて、脆性材料基板５０に第１スクライブライン５２ａを形成する。
【００３０】
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、脆性材料基板の材質や厚み、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には、基板表面での吸収が大きいことから波長９〜１１μｍのレーザビームが好ましい。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長い楕円形状が好ましく、長径は１０〜６０ｍｍの範囲、短径は１〜５ｍｍの範囲が好適である。
【００３１】
冷却ノズル３７から噴出させる水としては蒸留水が好ましい。ただし、割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を水に添加しても構わない。冷却水量としては通常は１〜２ｍｌ／ｍｉｎの範囲である。水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。冷却水による冷却領域は、直径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、加熱域の後端付近に形成するのが好ましい。
【００３２】
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。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。
【００３３】
スクライブライン５２ａを構成する垂直クラック５３ａの深さとしては、特に限定はないが、後工程のブレークで基板を円滑に割断するためには、基板厚み対して１０〜５０％程度の深さが好ましい。
【００３４】
次いで図３（ｂ）に示すように、第１スクライブライン５２ａを形成した後、第１スクライブライン５２ａに直交するように第２スクライブライン５２ｂを形成する。第２スクライブライン５２ｂの形成条件としては、冷却ノズル３７から噴出させる冷却水量以外は、第１スクライブライン５２ａの形成条件と同じ条件がここでも挙げられる。
【００３５】
第２スクライブライン５２ｂの形成工程では、冷却ノズル３７から噴出される冷却水量を０．５ｍｌ／ｍｉｎ以下とする。この点が本発明の割断方法の大きな特徴である。このように冷却水量を従来よりも少ない量とすることによって、第２スクライブライン５２ｂと第１スクライブライン５２ａとが交差する領域における、第１スクライブライン５２ａの垂直クラック５３ａの固着が効果的に抑えられる。第２スクライブライン５２ｂの形成時の冷却水量を上記範囲にすると、第１スクライブライン５２ａの垂直クラック５３ａの固着が抑えられる機構については、未だ明確にはなっていないが、次のような機構によるものではないかと本発明者らは推測している。垂直クラックの固着は、第２スクライブラインを形成する際の第２スクライブライン方向の圧縮応力により、第１スクライブラインの垂直クラックの亀裂面同士が押し付け合わされることにより生じると考えられる。第２スクライブ方向の圧縮応力は、第２スクライブの加熱領域で最大になる。加熱の直後に冷却することにより、基板表面の圧縮応力は急激に減少するが、基板の内部では、表面の圧縮応力の急激な減少の影響を受けて、逆に圧縮応力が増加すると考えられる。つまり、冷却水量が多いと、加熱領域から冷却領域までの間で、大きな圧縮応力が維持される。このため、冷却水量を減少させると、冷却領域の基板内部での圧縮応力が大きくならず、交点固着が抑制されるものと推測される。
【００３６】
第２スクライブライン５２ｂの形成工程における冷却水量の下限値としては、第２スクライブライン５２ｂが形成できる範囲、すなわち基板に引張応力が生じ垂直クラック５３ｂができる範囲であれば特に限定はない。通常、冷却水量は０．２ｍｌ／ｍｉｎ以上が好ましい。
【００３７】
次に、同図（ｃ）に示すように、第１スクライブライン５２ａに沿ってブレイクバー６を脆性材料基板５０の表面に押し当て、基板に対して垂直方向に押圧力を加える。これによって、基板５０に応力が生じ、第１スクライブライン５２ａの垂直クラック５３ａが基板裏面にまで伸展し、第１スクライブライン５２ａで基板５０が割断される。そして同図（ｄ）に示すように、第２スクライブライン５２ｂにおいても同様にして、ブレイクバー６で基板５０を押圧し基板５０を割断する。なお、ブレイクバー６に換えてローラを用いてブレイクを行ってももちろん構わない。また、第２スクライブライン５２ｂで基板５０を割断した後、第１スクライブライン５２ａを割断しても構わない。
【００３８】
以上、説明した実施形態では第１スクライブライン５２ａと第２スクライブライン５２ｂとを各１本形成して基板を割断していたが、大面積の脆性材料基板に第１スクライブライン５２ａ及び第２スクライブライン５２ｂをそれぞれ複数本の形成して、多数個の小面積基板に割断する場合も本発明の割断方法は当然ながら適用できる。また、本発明の割断方法は、２つのスクライブラインを直交させる場合の他、所望の角度で交差させる場合にももちろん適用できる。
【実施例】
【００３９】
実施例１
図１に示した割断装置を用いて、厚さ０．５５ｍｍの化学強化ソーダガラス基板に、第１スクライブラインと第２スクライブラインとを、互いに直交し、交点が４０個となるように複数本形成した。スクライブ条件は下記の通りである。スクライブ終了後、第２スクライブラインでガラス基板を手割りした後、第１スクライブラインでガラス基板を手割りし、交点部分の割断面を光学顕微鏡で観察した。一例として、図４に、交点固着のある場合と交点固着のない場合の光学顕微鏡写真を示す。そして、第１スクライブラインにおいて固着が生じた交点数を数え、交点固着率（％）として算出した。結果を表１に示す。
【００４０】
スクライブ条件
レーザービーム：ＣＯ２レーザ（出力５８．７Ｗ）
相対移動速度  ：２２０ｍｍ／ｓｅｃ
レーザスポット：楕円形（長径２２ｍｍ，短径２．１ｍｍ）
冷却スポット  ：楕円形（長径３ｍｍ  ，短径２ｍｍ）
レーザスポットと冷却スポットの中心点間距離：１０ｍｍ
冷却水量      ：０．５ｍｌ／ｍｉｎ
【００４１】
比較例１〜３
冷却水量をそれぞれ１．７ｍｌ／ｍｉｎ，３．０ｍｌ／ｍｉｎ，４．３ｍｌ／ｍｉｎとした以外は実施例１と同様にして、交差する２本のスクライブラインを形成し、ガラス基板を手割りして交点部分の割断面を光学顕微鏡で観察し、交点固着率（％）を算出した。結果を表１に合わせて示す。
【００４２】
【表１】
2010150068.tif 000003
【００４３】
交点固着率の実使用上の目安としての基準は４０％以下であるところ、表１において、冷却水量を０．５ｍｌ／ｍｉｎとした実施例１では、交点固着率が２７．０％と実使用上の基準を大きく下回っていた。これに対し、冷却水量を０．５ｍｌ／ｍｉｎよりも多くした比較例１〜３では、交点固着率はいずれも基準値を超えていた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の脆性材料基板の割断方法では、第２スクライブライン形成工程における冷却水量を所定値以下として、第１スクライブラインの垂直クラックの固着を抑えるようにしたので、既存の割断装置でも簡単に実施でき有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の割断方法を実施する装置の一例を示す概説図である。
【図２】スクライブラインの形成工程の説明図である。
【図３】本発明の割断方法の一例を示す工程図である。
【図４】交点固着ありとなしの光学顕微鏡写真である。
【図５】２つのスクライブラインの交差領域における垂直クラックの固着を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
６    ブレイクバー
３７    冷却ノズル
５０    脆性材料基板
５１，５１ａ，５１ｂ    割断予定ライン
５２    スクライブライン
５２ａ  第１スクライブライン
５２ｂ  第２スクライブライン
５３，５３ａ，５３ｂ    垂直クラック
ＬＢ    レーザビーム
【図１】
2010150068.tif 000004
【図２】
2010150068.tif 000005
【図３】
2010150068.tif 000006
【図４】
2010150068.tif 000007
【図５】
2010150068.tif 000008