(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ユニットとレーザユニットとからなり、
前記加工ユニットは枠材で直方体の外観を構成するように組成された加工ユニットフレームにより囲まれ、
前記レーザユニットは前記加工ユニットフレームの上面と同形となる底面形状を有する直方体の外観を構成するように組成されたレーザユニットフレームにより囲まれ、
前記加工ユニットは、前記加工ユニットフレームに囲まれた内側空間で支持される石定盤と、前記石定盤の上面に取り付けられる移動ステージと、前記移動ステージによって移動可能に支持され基板が載置されるテーブルとを備え、
前記レーザユニットは、前記レーザユニットフレームに支持されるレーザ光源およびレーザ光照射部を備え、
前記レーザユニットフレームと前記加工ユニットフレームとは着脱できるようにユニット化されていることを特徴とするレーザスクライブ装置。
【請求項２】
さらに搬送ユニットを備え、前記搬送ユニットは枠材で直方体の外観を構成するように組成された搬送ユニットフレームにより囲まれ、
前記搬送ユニットフレームに囲まれた内側空間には、前記テーブルに対し、基板を搬送するための搬送手段を備え、
前記搬送ユニットフレームと前記加工ユニットフレームとは着脱できるようにユニット化されている請求項１に記載のレーザスクライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板、サファイア基板、半導体基板等の脆性材料基板にレーザビームを照射してスクライブ溝を形成するためのレーザスクライブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脆性材料基板を分断する過程において、脆性材料基板の表面にレーザ光をスクライブ予定ラインに沿って照射させながら相対的に移動させることにより、スクライブ溝を形成する方法は一般的に知られており、例えば、特許文献１で開示されている。
【０００３】
レーザスクライブ装置では、互いに直交するＸ方向とＹ方向に移動可能なＸ−Ｙステージ上のテーブルに脆性材料基板を載置し、レーザ光を照射しながらテーブルをＸ方向並びにＹ方向に移動させて脆性材料基板にスクライブ溝を形成している。大型基板を処理するＸ−Ｙステージを支える台盤には、温度変化が少なくて物理的、機械的強度に優れた石定盤が使用されている。石定盤は精密機械加工の分野で使用されているものと同等のものであって、花崗岩（ミカゲ石）により厚板状に形成され、上下面の水平度が精密に仕上げられている。
【０００４】
図４は石定盤を組み込んだ従来のレーザスクライブ装置を示す概略的な正面図である。
金属製の枠材で組成された下部フレーム３１の上面に、高さ調整可能な連結部３２を介して石定盤３３を基台とする金属製の上部フレーム３４が固定されている。石定盤３３の上面には、Ｘ方向（図４の前後方向）に延設されたレール３５に沿って移動可能に配置されたＸステージ３６と、このＸステージ上でＹ方向（図４の左右方向）に延設されたレール３７に沿って移動可能に配置されたＹステージ３８とからなるＸ−Ｙステージ３９が設けられている。Ｙステージ３８上には鉛直軸（縦軸）の周りで回転する回転機構４０を介してテーブル４１が設けられ、テーブル４１上に加工すべき脆性材料基板Ｗが載置される。
【０００５】
上部フレーム３４の最上部には、レーザ光源４２や位置確認に用いる観察部（不図示）が取り付けられている。レーザ光源４２は内部にレーザ発振源と、レーザ発振源からの光をレーザ光照射部４３に導く反射ミラーや集光レンズなどの光学素子を備えている。脆性材料基板Ｗをテーブル４１上に載置し、レーザ光照射部４３からレーザ光を脆性材料基板Ｗに照射しながら、Ｘ−Ｙステージ３９によりテーブル４１をＸ方向並びにＹ方向に移動させることにより、脆性材料基板Ｗに対してＸ方向並びにＹ方向のスクライブ溝を加工することができるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０８９１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したレーザスクライブ装置では、石定盤３３が下部フレーム３１の上方に配置され、石定盤３３の上面に上部フレーム３４が組み付けられている。下部フレーム３１は、石定盤載置面の高さＬ１を８００〜８５０ｍｍ程度にするために設けられるものであり、これにより、上面の高さが人の作業しやすい高さになるようにしてある。上部フレーム３４は、テーブル４１に載置した脆性材料基板Ｗに対し、上方からレーザビームを照射するために、レーザ光源４２やレーザ光照射部４３を上方に取り付けるために組み付けられるものである。
【０００８】
上部フレーム３４と下部フレーム３１とは、それぞれ別の目的で用いられるため、装置ごとに、上部フレーム３４と下部フレーム３１とは独立に設計され、これらと石定盤３３とにより装置の骨格を形成するようにしていた。
したがって、使用する石定盤３３に対応して、この上に組み付ける上部フレーム３４の大きさを変更したり、石定盤３３を支える下部フレームを変更したりする必要があり、装置ごとに上部フレーム３４と下部フレーム３１とを別々に設計していた。
【０００９】
また、上部フレーム３４の大きさ、形状が異なると、これに合わせて、レーザ光学系についても取り付け位置を設計する必要があった。
さらに、加工対象の脆性材料基板の種類や厚さが異なると、加工に適したレーザ光源の種類や出力の大きさ、レーザ光照射部の光学系を変更する必要があるので、これらレーザ光学系の使用機種の違いによっても、上部フレーム３４への取り付け方を設計する必要があった。
【００１０】
また、テーブル４１上に脆性材料基板Ｗを搬送したり、加工後の脆性材料基板Ｗを搬出したりする工程を、搬送ロボットで自動化する場合や、手動で行う場合があり、試作段階では手動で基板搬送を行い、生産段階では自動化する場合には、搬送方式を変更することになる。そのような場合に搬送ロボットについても上部フレーム３４や下部フレーム３１や石定盤３３に合わせて設計するようにしていた。
【００１１】
このように、上部フレーム３４、下部フレーム３１、石定盤３３、Ｘ−Ｙステージ３９を含むレーザスクライブ装置の本体部分（加工ユニットと称する）の大きさ、形状に合わせて、レーザ光学系、自動化時の搬送機構を選択し、個々に取り付け方を設計する必要があり、その都度、フレームについて専用の設計が必要となっていた。
【００１２】
そこで、本発明は、レーザスクライブ装置の本体部分（加工ユニット）、レーザ種、搬送機構のバリエーションに合わせて、対応しやすい構造の装置構成を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明のレーザスクライブ装置は、加工ユニットとレーザユニットとからなり、前記加工ユニットは枠材で直方体の外観を構成するように組成された加工ユニットフレームにより囲まれ、前記レーザユニットは前記加工ユニットフレームの上面と同形となる底面形状を有する直方体の外観を構成するように組成されたレーザユニットフレームにより囲まれ、前記加工ユニットは、前記加工ユニットフレームに囲まれた内側空間で支持される石定盤と、前記石定盤の上面に取り付けられる移動ステージと、前記移動ステージによって移動可能に支持され基板が載置されるテーブルとを備え、前記レーザユニットは、前記レーザユニットフレームに支持されるレーザ光源およびレーザ光照射部を備え、前記レーザユニットフレームと前記加工ユニットフレームとは着脱できるようにユニット化してある。
【００１４】
また、さらに搬送ユニットを備え、前記搬送ユニットは枠材で直方体の外観を構成するように組成された搬送ユニットフレームにより囲まれ、前記搬送ユニットフレームに囲まれた内側空間には、前記テーブルに対し、基板を搬送するための搬送手段を備え、前記搬送ユニットフレームと前記加工ユニットフレームとは着脱できるようにユニット化してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、加工ユニットに対し、レーザユニット（あるいはレーザユニットと搬送ユニット）がフレームを介して連結、分離可能に組み付けられているので、加工される脆性材料基板の厚みや素材の種類に応じて、それぞれに適した出力を有する別のレーザ光源を備えたレーザユニットや、搬送方式や搬送方向の異なる搬送機構を備えた別の搬送ユニットを加工ユニットに選択的に組み合わせて組成することができ、種々のバリエーションで効果的に使用することが可能となる。
【００１６】
また、従来は下部フレームで石定盤を「腰高」に支持し、下部フレームとは分離した上部フレームを石定盤の上に組み付けてレーザユニットを支持するようにしていたが、本発明では枠材で直方体の外観を構成するように組成した１つの加工ユニットフレームで石定盤を支持するようにしているので、石定盤の高さを低くすることができる。その結果、設置面から石定盤までの高さを低くできる。
【００１７】
一般に、移動ステージ（Ｘ−Ｙステージ）で駆動されるテーブルが急停止するときの慣性力によって発生する水平方向の振動は、移動ステージが載置される石定盤を介してフレームに伝達されるが、石定盤の高さが設置面から遠いほど（重心が高いほど）振動は長周期になり、設置面に近いほど短周期になる。一般に、振動は長周期ほど減衰するまでの時間を要することから、振動の周波数を短くすることで減衰時間を短縮することができる。
したがって、本発明では、設置面から石定盤の載置面までの高さを短くすることができるので、これにより、テーブルの急停止によって振動が発生しても、短周期振動のため、短時間のうちに減衰するようになり、次回のテーブル移動が始まる前に前回の振動は完全に終息するようになり、振動の影響の少ないスクライブ加工が可能になる。
これにより、スクライブ溝の加工を精度よく行うことができるとともに、慣性力が大きくなる移動ステージの高速運転も可能となり、装置性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るレーザスクライブ装置の加工ユニットのフレーム部分を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るレーザスクライブ装置の一部断面正面図である。
【図３】上記スクライブ装置のＸ−Ｙステージ部分を示す概略的な平面図である。
【図４】従来のスクライブ装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下において、本発明のレーザスクライブ装置を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。図２に示すように、レーザスクライブ装置は、互いに連結、分離可能に組成された加工ユニットＡ、レーザユニットＢ、そして基板を自動搬送する場合に取り付ける搬送ユニットＣとからなる。
加工ユニットＡは外観が直方体をなすようにフレーム１で囲まれており、上面は方形になっている。レーザユニットＢも外観が直方体をなすようにフレーム２２で囲まれており、その底面は加工ユニットＡの上面と同形である方形をなしている。レーザユニットＢは加工ユニットＡの上面に固定されている。
また、搬送ユニットＣは外観が直方体をなすようにフレーム２３で囲まれており、加工ユニットＡの側面に固定される。
【００２０】
まず、加工ユニットＡについて説明する。図１は加工ユニットＡのフレーム部分を示す斜視図である。加工ユニットＡのフレーム１は四隅に垂直に立設された４本の柱枠１ａと、これら柱枠１ａの間を水平に連結する下部横枠１ｂおよび上部横枠１ｃと、補強のために必要に応じて設けられる中部横枠１ｄとによって立方体状（直方体でもよい）に組成されている。これらの枠材１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは同一金属材料の角パイプで、例えば板厚９ｍｍ程度の鉄やステンレススチールで形成されるようにしてある。
【００２１】
本実施形態では、下部横枠１ｂは、隣接する柱枠１ａの最下部どうしを水平に連結する４本の枠材の他に、対向する一対の下部横枠１ｂ、１ｂの中央どうしを水平に連結するさらに１本の下部横断横枠１ｅ（図２参照）との合計５本で構成される。柱枠１ａの下端面には設置面Ｒに対する高さ調整のアジャスタ１８が取り付けてあり、また、下部横枠１ｂには移動用のキャスタ１９が取り付けてある。
【００２２】
そして、設置面Ｒに近接した位置に底部支持板２（加工ユニットの一部）を介して石定盤３が下部横枠１ｂ（および下部横断横枠１ｅ）により水平に支持されるようにしてある。
【００２３】
上部横枠１ｃは、隣接する柱枠１ａの最上部どうしを水平に連結する４本の枠材で方形をなすように構成され、その上に上部支持板２０（レーザユニットの一部）が載置されるようにして固定してある。上部支持板２０の上には後述するレーザ光源１６が載置され、さらにレーザ光照射部１７が上部支持板２０に形成した開口部２１から下方に向けてレーザが照射されるようにして支持されている。
【００２４】
また、中部横枠１ｄは、柱枠１ａの中央部どうしを水平に連結する４本の枠材で方形をなすように構成される。
【００２５】
石定盤３は、温度変化が少なくて物理的、機械的強度に優れた花崗岩（ミカゲ石）により厚板状に形成され、上下面の水平度が精密に仕上げられている。
【００２６】
底部支持板２は、石定盤３の底面が完全に載置されるように石定盤３の占める面（投影面）より大きくしてあり、フレーム１と石定盤３とが直接には接触しないようにしてフレーム１に囲まれる内側空間に取り付けてある。また、図２に示すように、石定盤３の一側面がアングル状の取付片４並びにボルト５を介して底部支持板２に固定するようにして取り付けてあり、石定盤３の反対側の側縁部は、押さえ片６により固定することなく、自由に膨張できるようにして、上面が軽く押さえ片６に接するようにしてある。これにより、周囲温度の変化が生じたときに、底部支持板２は石定盤３によって拘束されることなく熱膨張が許容され、石定盤３との熱膨張率の差による影響で底部支持板２に偏った変形が生じないようにし、ひいてはフレーム１に石定盤３との熱膨張率の差に起因する影響がでないようにしてある。
【００２７】
設置面Ｒから石定盤３下面までの石定盤載置高さＬ２は、これまでは人の作業性の観点から８００ｍｍ程度にしていたが、後述するテーブルの移動に起因して発生する振動の周波数が設置面Ｒからの高さに依存するので、石定盤載置高さＬ２を５０ｍｍ〜４００ｍｍ、より好ましくは５０ｍｍ〜２００ｍｍ以下になるようにして、発生する振動の周波数を充分に高くして短時間のうちに振動が減衰するようにしている。
【００２８】
石定盤３の上面には、図２並びに図３に示すように、Ｘ方向に延設されたレール７に沿って駆動軸８により移動可能に配置されたＸステージ９と、このＸステージ９上でＸ方向と平面上で直交するＹ方向に延設されたレール１０に沿って駆動軸１１により移動可能に配置されたＹステージ１２とからなるＸ−Ｙステージ１３が設けられている。Ｙステージ１２上には縦軸の周りで回転する回転機構１４を介してテーブル１５が設けられ、テーブル１５上に加工すべき脆性材料基板Ｗが載置される。
【００２９】
次に、レーザユニットＢについて説明する。加工ユニットＡの上部横枠１ｃには、上部支持板２０（レーザユニットの一部）がビスなどを介して着脱自在に取り付けてある。上部支持板２０はレーザユニットＢの底面をなし、上部横枠１ｃが形成する方形と同形（同面積）にしてある。そして上部支持板２０はレーザユニットＢのフレーム２２に固定され、これらによって直方体をなすようにしてある。フレーム２２はフレーム１と同じ金属枠材が用いられている。既述のように上部支持板２０にはレーザ光源１６とレーザ光照射部１７とが取り付けられている。レーザ光源１６には、図示は省略するが、レーザ発振源と、レーザ発振源からのレーザ光をレーザ光照射部１７に導くための反射ミラーや集光レンズなどの光学系素子とが含まれる。また、上部支持板２０の上には、レーザ光を照射するポイントを検出してズレを修正するための光学系観察部（撮像カメラ）も備えている。さらに、レーザ照射による加熱とともに加熱直後の冷却を行うことにより熱応力を利用したスクライブ加工を行う際には、冷媒噴射機構も上部支持板２０の上に取り付けられる。レーザ光照射部１７は、上部支持板２０に形成した開口部２１から加工ユニットフレーム１内にレーザ照射できるようにしてある。
【００３０】
次に、搬送ユニットＣについて説明する。搬送ユニットＣは、フレーム１と同一金属材料の搬送ユニットフレーム２３で囲まれ、その内側空間に、加工ユニットＡとの間で脆性材料基板Ｗを搬送する搬送ロボット２４や、未処理基板や処理済み基板をストックするためのカセット２５を備えている。
【００３１】
以上の構成において、脆性材料基板Ｗにスクライブ溝を加工する場合は、搬送ロボット２４がカセット２５から脆性材料基板Ｗを取り出し、脆性材料基板Ｗを加工ユニットＡのテーブル１５上に載置し、レーザ光照射部１７からレーザ光を脆性材料基板Ｗに照射しながら、Ｘ−Ｙステージ１３によりテーブル１５をＸ方向並びにＹ方向に移動させることにより、脆性材料基板ＷにＸ方向並びにＹ方向のスクライブ溝を加工する。
【００３２】
加工ユニットＡは、フレーム１の内部で設置面Ｒに近接した底部支持板２に石定盤３を配置したので、Ｘ−Ｙステージ１３で発生した振動の周波数は、石定盤３から設置面Ｒとの間隔Ｌ２が短い分だけ小さくなって、Ｘ−Ｙステージ１３の反復運動による振動の増幅を抑えることができる。これにより、スクライブ溝の加工を精度よく行うことができると共に、Ｘ−Ｙステージ１３の高速運転も可能となり、装置性能を高めることができる。また、装置の重心を下げたことにより装置の安定性がよくなって、振動の発生を抑制することができ、精度のよいスクライブ溝を加工することができる
【００３３】
そして本発明では、加工ユニットＡ、レーザユニットＢ、搬送ユニットＣが独立し、加工される脆性材料基板Ｗの厚みや素材の種類に応じて、それぞれに適した出力を有する別のレーザ光源を備えたレーザユニットＢや、搬送方式や搬送方向の異なる搬送機構を備えた別の搬送ユニットＣを加工ユニットＡに選択的に組み合わせて組成することができるので、種々のバリエーションで効果的に使用することが可能となる。
【００３４】
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例構造のみに特定されるものではない。例えば、加工ユニットＡにおいて、加工ユニットフレーム１の底面に設けたキャスタ１９やアジャスタ１８を排除してフレーム１を設置面Ｒに直接設置するようにしてもよい。
また、移動ステージは、Ｘ−Ｙステージに代えて一方向だけに移動するＸステージであってもよい。
また、搬送ユニットＣを用いて、スクライブされた脆性材料基板Ｗを搬送するようにしたが、これを省略して手動で転送するようにしてもよい。
その他、本発明では、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。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ガラス基板、サファイア基板、半導体基板等の脆性材料基板にスクライブ溝を形成するためのスクライブ装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ  加工ユニット
Ｂ  レーザユニット
Ｃ  搬送ユニット
Ｒ  設置面
Ｗ  脆性材料基板
１  加工ユニットフレーム
２  底部支持板
３  石定盤
１３  Ｘ−Ｙステージ（移動ステージ）
１５  テーブル
１６  レーザ光源
１７  レーザ光照射部
２０  上部支持板
２２  レーザユニットフレーム
２３  搬送ユニットフレーム
２４  搬送ロボット
【図１】
0005271394.tif 000002
【図２】
0005271394.tif 000003
【図３】
0005271394.tif 000004
【図４】
0005271394.tif 000005