(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性基板にレーザビームを照射して前記脆性基板をその溶融温度以下で加熱するビームスポットを形成し、前記ビームスポットを垂直クラック形成予定ラインに沿って移動させることにより、前記脆性基板に形成された切り欠きから垂直クラック形成予定ラインに沿って熱応力により基板表面に形成される垂直クラックを進展させる脆性基板の垂直クラック形成方法であって、
前記垂直クラック形成予定ラインに沿って、前記脆性基板に高温部分と少なくとも１つの低温部分とが設定され、
前記ビームスポットを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って移動させたときに、前記高温部分はレーザビームの照射を強く受け、前記低温部分は前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受けるように、前記脆性基板に対するレーザビームの照射が行われ、
前記高温部分と前記低温部分とを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成することにより連続した垂直クラックを形成することを特徴とする脆性基板の垂直クラック形成方法。
【請求項２】
低温部分は、高温部分から垂直クラック形成予定ラインに沿って連続して形成された垂直クラックを低温部分で途切れさせない所定の長さを垂直クラック形成予定ラインに沿う方向に有する請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
【請求項３】
低温部分が、レーザビームが照射されない非照射部分である請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
【請求項４】
レーザビームの少なくとも一部が互いに複数回重なるようにレーザビームを照射し、低温部分がレーザビームの重なりの回数が少ない部分からなる請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
【請求項５】
脆性基板上にマスキング部材を配置し、低温部分がマスキング部材によりレーザビームが遮光された部分からなる請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
【請求項６】
脆性基板よりもレーザビームの吸収率が高い高吸収部材を基板上に配設し、高温部分が前記高吸収部材を介してレーザビームが照射された部分からなる請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
【請求項７】
脆性基板を通過したレーザビームを反射させる反射部材をレーザビームが照射される側の反対側に配設し、高温部分が前記反射部材によってレーザビームが反射された部分からなる請求項１に記載の垂直クラック形成方法。
【請求項８】
脆性基板に形成された切り欠きから垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを照射して熱応力により基板表面に形成される垂直クラックを進展させる垂直クラック形成装置であって、
前記脆性基板を溶融温度以下に加熱するためのレーザビーム照射手段と、前記垂直クラック形成予定ラインに沿って前記レーザビーム照射手段を相対移動させるレーザビーム移動手段と、前記レーザビーム照射手段によって加熱された部位を冷却する冷却手段と、前記の各手段を制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、前記垂直クラック形成予定ラインに沿って前記脆性基板に設定された高温部分がレーザビームの照射を強く受け、前記垂直クラック形成予定ラインに沿って前記脆性基板に設定された低温部分が前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受け、前記高温部分と前記低温部分とが垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成されて基板表面に連続した垂直クラックが形成されるよう前記の各手段に指令を行うことを特徴とする垂直クラック形成装置。
【請求項９】
前記制御部は、低温部分が、高温部分から垂直クラック形成予定ラインに沿って連続して形成された垂直クラックを低温部分で途切れさせない所定の長さを垂直クラック形成予定ラインに沿う方向に有するよう前記の各手段に指令を行う請求項８に記載の垂直クラック形成装置。
【請求項１０】
低温部分が、レーザビームが照射されない非照射部分である請求項８に記載の垂直クラック形成装置。
【請求項１１】
前記制御部は、レーザビームの少なくとも一部が互いに複数回重なるようにレーザビームを照射させ、低温部分がレーザビームの重なりの回数が少ない部分からなるよう前記の各手段に指令を行う請求項８に記載の垂直クラック形成装置。
【請求項１２】
脆性基板上に配置されるマスキング部材をさらに有し、前記制御部が基板上に配置されたマスキング部材を介してレーザビームを照射させ、低温部分がマスキング部材によりレーザビームが遮光された部分からなるよう前記の各手段に指令を行う請求項８に記載の垂直クラック形成装置。
【請求項１３】
脆性基板上に配設され脆性基板よりもレーザビームの吸収率が高い高吸収部材をさらに有し、制御部が基板上に配設された前記高吸収部材を介してレーザビームを照射させ、高温部分が前記高吸収部材を介してレーザビームが照射された部分からなるよう前記の各手段に指令を行う請求項８に記載の垂直クラック形成装置。
【請求項１４】
レーザビームが照射される側の反対側に配置され、脆性基板を通過したレーザビームを反射させる反射部材をさらに備え、制御部が前記反射部材の上に配設された脆性基板にレーザビームを照射させ、高温部分が前記反射部材によってレーザビームが反射された部分からなるよう前記の各手段に指令を行う請求項８に記載の垂直クラック形成装置。
【請求項１５】
脆性基板にレーザビームを照射して前記脆性基板をその溶融温度以下で加熱するビームスポットを形成し、前記ビームスポットを垂直クラック形成予定ラインに沿って移動させることにより、前記脆性基板に形成された切り欠きから垂直クラック形成予定ラインに沿って熱応力により基板表面に形成される垂直クラックを進展させることを含む分割された脆性基板の製造方法であって、
前記垂直クラック形成予定ラインに沿って、前記脆性基板に高温部分と少なくとも１つの低温部分とが設定され、
前記ビームスポットを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って移動させたときに、前記高温部分はレーザビームの照射を強く受け、前記低温部分は前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受けるように、前記脆性基板に対するレーザビームの照射が行われ、
前記高温部分と前記低温部分とを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成することにより連続した垂直クラックを進展させることを特徴とする分割された脆性基板の製造方法。
【請求項１６】
レーザビームの照射にポリゴンミラーを使用する請求項１記載の垂直クラック形成方法。
【請求項１７】
レーザビームの照射にポリゴンミラーを使用し、レーザ発振器のオン・オフの切り替えにより、レーザ発振器のオンに対応する高温部分と、レーザ発振器のオフに対応する低温部分とを形成する請求項１記載の垂直クラック形成方法。
【請求項１８】
レーザ発振器から発振されたレーザビームを反射してポリゴンミラーの鏡面に入射させるための反射鏡を配置し、当該反射鏡の反射角度を変えることにより、レーザ発振器から発振されたレーザビームがポリゴンミラーの鏡面へ断続的に入射するようにし、入射する時間帯に対応する高温部分と、入射しない時間帯に対応する低温部分とを形成する請求項１７記載の垂直クラック形成方法。
【請求項１９】
ポリゴンミラーで反射されたレーザビームを反射して脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを照射するための反射鏡を配置し、当該反射鏡の反射角度を変えることにより、レーザビームが照射される高温部分と、レーザビームが照射されない低温部分とを形成する請求項１６記載の垂直クラック形成方法。
【請求項２０】
レーザビーム照射手段が、ポリゴンミラーを含む請求項８記載の垂直クラック形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置に関し、特に、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿って脆性基板がその溶融温度以下で加熱されるようレーザビームを照射し、予め形成された切り欠き等から垂直クラックを形成する脆性基板の垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ、ガラス基板、セラミック基板等の脆性基板を分断するために脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを脆性基板と相対移動させながら、脆性基板を加熱し、加熱された脆性基板上の部位に冷媒を供給する垂直クラック形成方法が用いられている。
このようなレーザビームによる垂直クラック形成方法では、加熱部位の周囲に生じた圧縮応力と、冷却部位の周囲に生じた引張り応力との間の応力差に基づいて垂直クラック（ブラインドクラック）を形成する。【０００３】
特許文献１には、脆性非金属材料にレーザビームを照射して垂直クラックを形成するに際して、冷却条件および脆性非金属材料の分断速度に関するビームのパラメータを選択することによって、与えられた特性の脆性非金属材料に必要な深さのブラインドクラックを形成する脆性非金属材料の分断方法が開示されている。【０００４】
【特許文献１】特許第３０２７７６８号公報
【０００５】
特許文献２には、遮光板を用いて、脆性材料の表面に形成されるレーザビームの照射領域内、すなわちビームスポット内においてレーザビームの一部を遮光することによりレーザビーム遮光領域を形成し、レーザビーム照射領域と前記遮光領域との境界付近に温度勾配に起因する熱応力を生じさせることにより、脆性材料を割断する割断装置および割断方法が開示されている。この文献によれば、エネルギー強度の不連続なレーザ光を脆性材料に照射して割断することが開示されている。【０００６】
【特許文献２】特開２００１−２１２６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザビームの照射による脆性材料表面へのレーザスクライブ後に、形成されたクラックの左右に力を加えて脆性材料を分離させるブレイク工程において、脆性材料の分離が簡単に行われるように、また分離後の脆性材料の分断面の品質が良好であるためには、クラックが垂直方向に少しでも深く形成されていることが好ましい。
このような良好な垂直クラックの形成を阻害する基板内の熱歪みについて以下に説明する。【０００８】
図２１から図２３は、レーザビームを脆性基板表面で走査して照射し脆性基板表面に垂直クラックを形成する際に、脆性基板内に生じる熱歪みを説明するための、脆性基板の断面を示す図である。図において、レーザビームは、図中の紙面奥側から紙面手前側へ連続して移動するものとする。【０００９】
図２１に示すように、レーザビームの照射により加熱された部位１００には、図中破線矢印で示すような圧縮応力が生じる。次いで、図２２に示すように、レーザビームの照射により加熱された部位１００の近傍に、冷却剤の供給によって冷却スポット１２０が形成されると、図中実線矢印で示すような引張応力が生じる。
この結果、これらの応力差に応じて、図２３に示すように、引張応力の直角方向に、脆性基板の板厚方向に延びた垂直クラック１３０が形成される。
しかし、冷却スポット１２０が形成されても、クラックを形成するのに十分な応力差は脆性基板表面部分に限られ、冷却スポット１２０から脆性基板の厚さ方向へ拡散する熱と、加熱された部位１００から脆性基板の厚さ方向へ拡散する熱との間に、クラックを形成するのに十分な応力差、すなわち温度差がなくなれば、上記の加熱された部位１００から脆性基板内の板厚方向に拡散された余剰の熱は、高温圧縮応力域１５０として残存すると考えられる。高温圧縮応力域１５０は、脆性基板内における相対的な熱歪みとして定義される。
高温圧縮応力域１５０は、図２３に示すように、垂直クラック１３０が脆性基板の板厚方向にまっすぐに延びるのを妨げるので、板厚方向へのクラックの進行は、生産現場でレーザビームを脆性基板表面で実用的な速度で走査させた場合には、板厚の２〜４割程度の深さまでが限界であった。【００１０】
図２４は、形成された垂直クラックに沿って脆性基板を分断し、分断により露出した脆性基板の分断面の一方を分断面に沿う方向から撮影した写真である。
図２４は、形成された垂直クラックが途中で湾曲させられた状況を示しているが、この原因は上記した高温圧縮応力域１５０によるものである（高温圧縮応力域１５０は、説明のために写真に破線で追記した）。
図２３および図２４に示すように、残存する高温圧縮応力域１５０が、深くまっすぐな垂直クラックの形成を妨げることにより、分断によって形成される脆性基板の分断面はその品質が低下する。具体的には、分断面が局部的な場合を含めて脆性基板の表面に対して直角とならずに斜めに形成される「ソゲ」と呼ばれる現象が発生する。
前記した特許文献１および特許文献２では、ビームスポットがその進行方向において途切れることなく、割断予定線（垂直クラック形成予定ライン）の近傍を連続して照射されるので、ガラス板の内部に高温圧縮応力域が残存する。【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、深くまっすぐな垂直クラックの形成が可能であり、分断により良好な脆性基板の分断面が得られる垂直クラック形成方法および垂直クラック形成装置を提供することを目的とする。なお、この発明において、基板とは脆性材料からなる単板又は複数の基板から構成される基板（脆性基板）を意味する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明によれば、脆性基板にレーザビームを照射して前記脆性基板をその溶融温度以下で加熱するビームスポットを形成し、前記ビームスポットを垂直クラック形成予定ラインに沿って移動させることにより、前記脆性基板に形成された切り欠きから垂直クラック形成予定ラインに沿って熱応力により基板表面に形成される垂直クラックを進展させる脆性基板の垂直クラック形成方法であって、前記垂直クラック形成予定ラインに沿って、前記脆性基板に高温部分と少なくとも１つの低温部分とが設定され、前記ビームスポットを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って移動させたときに、前記高温部分はレーザビームの照射を強く受け、前記低温部分は前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受けるように、前記脆性基板に対するレーザビームの照射が行われ、前記高温部分と前記低温部分とを前記垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成することにより連続した垂直クラックを形成することを特徴とする脆性基板の垂直クラック形成方法が提供される。
この発明によれば、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿って脆性基板がその溶融温度以下で加熱されるようレーザビームを照射して脆性基板に形成された切り欠きから垂直クラック形成予定ラインに沿って熱応力により基板表面に垂直クラックを発生させ成長させる単個の脆性基板の製造方法であって、レーザビームの照射を強く受ける高温部分と、前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受ける低温部分とを垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成することにより連続した垂直クラックを形成し、マザー基板から分断して単個の脆性基板を製造する方法が提供される。
ここで、高温部分は、レーザビームが照射される表面領域の直下部分に相当し、低温部分は、レーザビームが照射されない表面領域の直下部分に相当する。高温と低温とは、２つの部分での相対的な温度差を意味し、例えば、レーザビームが照射される領域であっても脆性基板に吸収され上昇する温度に大きな違いが生じる表面領域の直下付近が低温部分に相当する場合も含まれる。
【００１３】
レーザビームの照射には、例えば、ポリゴンミラーを使用してもよい。レーザビームの照射に、ポリゴンミラーを使用する場合、例えば、以下のようにして、レーザビームの照射を強く受ける高温部分と、前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受ける低温部分とを垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成することができる。
（１）ミラーを断続的に動かしてビームの照射位置を制御することにより、断続的に高温部分を形成させる。
（２）レーザビームの照射にポリゴンミラーを使用し、レーザ発振器のオン・オフの切り替えにより、レーザ発振器のオンに対応する高温部分と、レーザ発振器のオフに対応する低温部分とを形成させる。
（３）レーザ発振器から発振されたレーザビームを反射してポリゴンミラーの鏡面に入射させるための反射鏡を配置し、当該反射鏡の反射角度を変えることにより、レーザ発振器から発振されたレーザビームがポリゴンミラーの鏡面へ断続的に入射するようにし、入射する時間帯に対応する高温部分と、入射しない時間帯に対応する低温部分とを形成させる。
（４）ポリゴンミラーで反射されたレーザビームを反射して脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを照射するための反射鏡を配置し、当該反射鏡の反射角度を変えることにより、レーザビームが照射される高温部分と、レーザビームが照射されない低温部分とを形成させる。【００１４】
この発明の別の観点によれば、脆性基板に形成された切り欠きから垂直クラック形成予定ラインに沿って、レーザビームを照射して熱応力により基板表面に形成される垂直クラックを進展させる垂直クラック形成装置であって、前記脆性基板を溶融温度以下に加熱するためのレーザビーム照射手段と、前記垂直クラック形成予定ラインに沿って前記レーザビーム照射手段を相対移動させるレーザビーム移動手段と、前記レーザビーム照射手段によって加熱された部位を冷却する冷却手段と、前記の各手段を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記垂直クラック形成予定ラインに沿って前記脆性基板に設定された高温部分がレーザビームの照射を強く受け、前記垂直クラック形成予定ラインに沿って前記脆性基板に設定された低温部分が前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受け、前記高温部分と前記低温部分とが垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成されて基板表面に連続した垂直クラックが形成されるよう前記の各手段に指令を行うことを特徴とする垂直クラック形成装置が提供される。
この発明によれば、例えば、レーザビームを透過させる非遮光部分とレーザビームを遮光する遮光部分とを、交互に有するマスキング部材を用いて、垂直クラック形成予定ラインに沿って、レーザビームの照射を強く受ける高温部分と、レーザビームが照射されない低温部分とを交互に形成させてもよい。
この発明によれば、例えば、レーザビームを高吸収する高吸収部分とレーザビームを透過させる透過部分とを、交互に有する高吸収部材を用いて、垂直クラック形成予定ラインに沿って、レーザビームを高吸収する高温部分と、前記高温部分よりレーザビームを低吸収する低温部分とを交互に形成させてもよい。
この発明によれば、例えば、レーザビームを反射する反射部分とレーザビームを透過させるスリットを有する反射部材を用いて、垂直クラック形成予定ラインに沿って、レーザビームの反射を受ける高温部分と、レーザビームの反射を受けない低温部分とを交互に形成させてもよい。
【００１５】
すなわち、本発明者らは、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを照射して脆性基板表面に垂直クラックを形成する際に、脆性基板上の垂直クラック形成予定ライン上の一部の脆性基板表面を遮光してレーザビームの照射領域が形成されないようにすることにより、以下のような現象が生じることを見出した。
つまり、レーザビームに対する遮光長さ（垂直クラック形成予定ライン方向の長さ）が大きいと遮光部分で垂直クラックの進展が停止するが、前記遮光長さを小さくしていくと、遮光部分においても垂直クラックが形成されるとともに、遮光部分において形成される垂直クラックはその深さが深いものになるという現象である。
本発明者らは上記の現象に着目し、上記の遮光部分を非遮光部分との相対比較において低温部分と定義するとき、この低温部分の垂直クラックの形成方向における長さを適正化することにより、低温部分での熱歪みの発生を抑え、高温部分で連続して形成された垂直クラックを低温部分で途切れさせることなく、むしろ深い垂直クラックを形成しながら、この垂直クラックをレーザビームが照射される次の高温部分に誘導させることが可能になった。
【発明の効果】
【００１６】
この発明では、レーザビームの照射を強く受ける高温部分と、前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受ける低温部分とを垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成させるので、垂直クラック形成予定ラインに沿って脆性基板（ガラス板など）の内部に高温圧縮応力域の発生を抑えることができる。形成される垂直クラックは、その内部に高温圧縮応力域が存在しないか、あるいは存在してもその発生が最小限に抑えられているので、低温部分と高温部分にまっすぐで深い連続した垂直クラックを高い位置精度で形成することができる。【００１７】
低温部分においては必要以上の加熱が抑えられ、高温部分との間に必要な温度勾配を形成することができるので、まっすぐで深い垂直クラックを高い位置精度で形成することができ、脆性基板を分割するためのブレイク装置の簡略化または脆性基板の材質や厚みによるが、場合によっては省略が可能になる。【００１８】
低温部分は、高温部分から垂直クラック形成予定ラインに沿って連続して形成された垂直クラックを、低温部分で途切れさせない所定の長さを垂直クラック形成予定ラインに沿う方向に有する。
垂直クラック形成予定ラインに沿う方向における低温部分の限界長さを適正化することにより、高温部分から低温部分を経て次の高温部分へ連続するまっすぐで深い垂直クラックを形成することができる。【００１９】
低温部分が、レーザビームが照射されない非照射部分の直下領域であるので、低温部分における熱歪みの発生をほぼ完全に抑えることができる。したがって、少ない熱エネルギーの供給で脆性基板の板厚方向へ深く延びた垂直クラックを形成することができる。
レーザビームの少なくとも一部が互いに複数回重なるようにレーザビームを照射し、低温部分がレーザビームの重なりの回数が少ない部分またはレーザビームが重ならない部分に相当するので、マスキング部材等を別途用いることなく高温部分と低温部分とを交互に形成することができ、機構の簡略化が図れる。
脆性基板上にマスキング部材を配置し、低温部分がマスキング部材によりレーザビームが遮光された部分からなるので、ビームスポットの形成位置等の制御機構が簡略化される。【００２０】
脆性基板よりもレーザビームの吸収率が高い高吸収部材を脆性基板上に配設し、高温部分が前記高吸収部材を介してレーザビームが照射された部分に相当するので、少ない熱エネルギーの供給で低温部分との間に必要な温度勾配を形成させることができる。したがって、脆性基板内に残留する応力が低減され、それによって脆性基板の板厚方向へ深く成長した垂直クラックを形成することができる。
脆性基板を通過したレーザビームを反射させる反射部材をレーザビームが照射される側の反対側に配設し、高温部分が前記反射部材によってレーザビームが反射される部分に相当するので、脆性基板の搬送に伴って反射部材を移動させる作業工程が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の垂直クラック形成方法を方式別に分類して説明する図である。
【図２】この発明の垂直クラック形成方法を方式別に分類して説明する図である。
【図３】この発明の垂直クラック形成方法を方式別に分類して説明する図である。
【図４】この発明の垂直クラック形成方法を方式別に分類して説明する図である。
【図５】この発明の垂直クラック形成方法を方式別に分類して説明する図である。
【図６】この発明の垂直クラック形成方法を方式別に分類して説明する図である。
【図７】この発明の垂直クラック形成方法を方式別に分類して説明する図である。
【図８】この発明の垂直クラック形成装置の実施の形態を説明する図である。
【図９】この発明の垂直クラック形成装置の他の実施の形態を説明する図である。
【図１０】この発明の垂直クラック形成装置の他の実施の形態を説明する図である。
【図１１】この発明の垂直クラック形成装置の他の実施の形態を説明する図である。
【図１２】この発明の垂直クラック形成装置のレーザビーム照射手段の実施の形態を説明する図である。
【図１３】マスクの長さを変えてレーザビームの照射によって形成される垂直クラックを撮影した写真である。
【図１４】マスクの長さを変えてレーザビームの照射によって形成される垂直クラックを撮影した写真である。
【図１５】マスクの長さを変えてレーザビームの照射によって形成される垂直クラックを撮影した写真である。
【図１６】マスクの長さを変えてレーザビームの照射によって形成される垂直クラックを撮影した写真である。
【図１７】マスクの長さを変えてレーザビームの照射によって形成される垂直クラックを撮影した写真である。
【図１８】レーザビームの加熱域（ビームスポット）、ウォータジェットによる冷却域（冷却スポット）、およびマスクの位置関係を示す図である。
【図１９】垂直クラックの深さの最大値Ｄｃｍａｘとマスクの長さＷｃとの関係を示すグラフである。
【図２０】脆性基板裏面まで到達した垂直クラックを撮影した写真である。
【図２１】レーザビームの照射により脆性基板表面に垂直クラックを形成する際に、脆性基板内に生じる熱的ひずみを説明する脆性基板の断面図である。
【図２２】レーザビームの照射により脆性基板表面に垂直クラックを形成する際に、脆性基板内に生じる熱的ひずみを説明する脆性基板の断面図である。
【図２３】レーザビームの照射により脆性基板表面に垂直クラックを形成する際に、脆性基板内に生じる熱的ひずみを説明する断面図である。
【図２４】従来の方法で形成された垂直クラックに沿って脆性基板を分断し、分断により露出した脆性基板の分断面の一方を分断面に沿う方向から撮影された写真である。
【符号の説明】
【００２２】
１    垂直クラック形成装置
２    垂直クラック形成装置
３    垂直クラック形成装置
４    垂直クラック形成装置
６    マスキング部材
７    反射部材
８    吸収部材
９    反射部材
１１    レーザ管
１２    ビーム伝送部
１３    ビーム形成部
１４    冷媒供給部
１５    制御部
１６    制御部
１７    制御部
１８    マーカー
１９    制御部
２２    高温部分
２３    低温部分
２５    高温部分
２６    低温部分
３０    垂直クラック形成装置のレーザビーム照射手段
３１    ポリゴンミラー
３２    反射鏡
１２０    冷却スポット
１３０    垂直クラック
１５０    高温圧縮応力域
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明の脆性基板としては、形態、材質、用途および大きさについて特に限定されるものではなく、単板からなる基板または２枚以上の単板を貼り合わせた貼り合せ基板であってもよく、これらの表面または内部に薄膜あるいは端子部などの半導体材料を付着あるいは包含させたものであってもよい。【００２４】
脆性基板の材質としては、ガラス、焼結材料のセラミックス、半導体（例えば、単結晶材料のシリコン、サファイヤ等）等が挙げられ、その用途としては液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル等のフラットパネルディスプレイ用パネルあるいはセラミックコンデンサー、半導体チップなどが挙げられる。また、ＬＣＯＳと呼ばれるプロジェクター用基板の内の反射型の基板の場合は、石英基板と半導体ウェハとが貼り合わせられた一対の脆性基板が用いられるが、このような脆性基板も含まれる。【００２５】
図１から図２０を用いて、この発明の実施の形態を説明する。
なお、この発明における垂直クラックとは、脆性基板の板厚方向に延びるクラックであって、肉眼視が困難なブラインドクラック、脆性基板の完全な分断には到らないクラックおよび形成された垂直クラックによって脆性基板がほぼ完全に分断された状態（フルボディカット）に到るものが含まれる。
図１〜図７は、この発明の垂直クラック形成方法を方式別に分類して説明する図である。【００２６】
図１の方式は、脆性基板Ｓ上に照射されるレーザビームの熱エネルギーの大小あるいはパルス波の照射回数を制御する方式である。例えば、図中の細い矢印部分では加熱量を小さく、図中の太い矢印部分では加熱量を大きく、あるいは、図中の細い矢印部分ではパルス波の照射回数を少なくし、図中の太い矢印部分ではパルス波の照射回数を多くするような制御を行う。あるいは、これらを組み合わせた制御も行うことができる。【００２７】
図２の方式では、レーザビームを機械的に遮光する制御を行うものであり、例えば、レーザヘッドに内蔵された光学系にマスキング部材６を挿入することによって可能となる。
図３の方式は、図２の方式と同様にレーザビームを機械的に遮光する制御を行うものであり、例えば、脆性基板Ｓ上にレーザビームを反射する反射部材７（マスキング部材）を配置することによって可能となる。反射部材７は、脆性基板Ｓの表面に反射膜を塗布する方法あるいは、反射部材７を脆性基板Ｓの表面に載置する方法がある。
マスキング部材の構成材料としては、例えば、金属（アルミニウムなど）などのレーザビームを透過させない材料が例示できる。マスキング部材の形状は、レーザビームを透過させる非遮光部分とレーザビームを遮光する遮光部分とを、交互に有する形状であれば、特に限定はなく、例えば、遮光部分同士が相互につながり、非遮光部分が開口したシート、フィルム、あるいは脆性基板Ｓ上に形成された層などであってもよく、遮光部分同士がつながっておらず、点在した形状であってもよい。遮光部分の長さは、例えば、０．１〜０．８ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍであってもよい。【００２８】
図４の方式は、脆性基板Ｓ表面におけるレーザビームの吸収度合いに強弱が設定されるよう制御を行うものであり、例えば、脆性基板Ｓ上にレーザビームの吸収率が高い吸収部材８を配置することによって可能となる。
高吸収部材の構成材料としては、例えば、シリカ、カーボン、着色剤（例えば、黒色）などのレーザビームを高吸収する材料、またはそれらを含む組成物が例示できる。高吸収部材の形状は、レーザビームを高吸収する高吸収部分とレーザビームを透過させる透過部分とを、交互に有する形状であれば、特に限定はなく、例えば、高吸収部分同士が相互につながり、透過部分が開口したシート、フィルム、あるいは脆性基板Ｓ上に形成された層などであってもよく、高吸収部分同士がつながっておらず、点在した形状であってもよい。【００２９】
図５の方式は、脆性基板Ｓ表面に高温部分と低温部分が設定されるよう制御を行うものであり、例えば、テーブルＴと脆性基板Ｓの間にレーザビームを反射する反射部材９（再入射部材）を配置することによって実現される。
反射部材の構成材料としては、例えば、金属（アルミニウムなど）などのレーザビームを反射する材料が例示できる。反射部材の形状は、レーザビームを反射する反射部分とレーザビームを透過させる透過部分とを、交互に有する形状であれば、特に限定はなく、例えば、反射部分同士が相互につながり、透過部分が開口したシート、フィルム、あるいは脆性基板Ｓ上に形成された層などであってもよく、反射部分同士がつながっておらず、点在した形状であってもよい。【００３０】
図６の上段の方式は、レーザビームにより形成されるビームスポット２１を所定の間隔で形成することによって照射部分と非照射部分とが交互に形成されるものであり、例えば、ビームスポットの形状、間隔、加熱量、あるいはパルス波の照射回数の制御を行うことにより可能となる。【００３１】
また、図６の下段の方式は、隣接するビームスポットの少なくとも一部が互いに重なり合うようにレーザビームを照射し、ビームスポットが重なり合う部分とそれ以外の部分とを交互に形成することによってレーザビームの照射を強く受ける高温部分２２と、高温部分２２より低い熱エネルギーのレーザビームが照射される低温部分２３とが交互に形成される。【００３２】
図７の方式は、図６とビームスポットの形状が異なるだけであり、図６と同様に、ビームスポット２４が重なり合う部分とそれ以外の部分とを交互に形成することによってレーザビームの照射を強く受ける高温部分２５と、高温部分２５より低い熱エネルギーのレーザビームが照射される低温部分２６とが交互に形成される。
図６および図７の方式では、例えば集光光学系でビーム形状を変えることによって大小の大きさのビームスポットを重ね合わせたり、ガルバノミラー、ポリゴンミラーによりレーザ光を走査することによりビームスポットを重ね合わせたりしてもよい。ビームスポットの重ね合わせの回数は２回以上であってもよい。
脆性基板の材質、大きさ、厚さ、レーザの種類などによって変化するため、一概にはいえないが、低温部分の長さは、一例として、０．８ｍｍ以下であり、例えば、０．１〜０．８ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍである。
また、高温部分の長さは、一例として、５〜１００ｍｍであり、例えば、１０〜８０ｍｍ、好ましくは２０〜６０ｍｍである。【００３３】
この発明の垂直クラック形成装置の実施の形態を以下に示すが、この発明はこれらに限定されるものではない。【００３４】
図８〜図１１は、この発明の垂直クラック形成装置の具体例を説明する図である。
また、図１２は、この発明の垂直クラック形成装置のレーザビーム照射手段の具体例を説明する図である。
図８〜図１２に基づいて、垂直クラック形成装置の実施の形態を説明する。
なお、以下において説明する垂直クラック形成装置は、脆性基板上の垂直クラック予定ラインに沿ってレーザビームを照射して加熱し、加熱された部位に冷媒を供給することによって脆性基板内部に垂直クラックを形成する構成である。【００３５】
〔実施の形態１〕
図８は、図１、図２、図６および図７の各方式において使用される垂直クラック形成装置１の構成を示す。
図８において、垂直クラック形成装置１は、レーザ管１１と、レーザ管１１から照射されるレーザビームを伝送するビーム伝送部１２と、ビーム伝送部１２から伝送されたレーザビームを所定のレーザビームに加工するビーム形成部１３と、脆性基板Ｓ上に冷媒を供給する冷媒供給部１４と、レーザ管１１、ビーム形成部１３および冷媒供給部１４の各部を制御する制御部１５とを具備する。【００３６】
図８の構成を使用した図１の方式において、制御部１５は、複数のレーザビームが照射されるビーム形成部１３に対して高温部分と低温部分とを交互に形成するよう指令を行う。【００３７】
図８の構成を使用したレーザビームを遮光する図２の方式において、ビーム形成部１３は脆性基板Ｓの表面に照射される複数のレーザビームを所定の間隔で反射させるための、図示しない反射部材をその内部に具備する。反射部材は、マスク部分とスリット部分とが交互に形成され、前記スリット部分を通過するレーザビームが照射される照射部分と、レーザビームが照射されない非照射部分とを形成させる。
さらに、図６および図７の方式において、高温部分と低温部分とは、レーザビームが照射される照射部分と、レーザビームが照射されない非照射部分とから構成される。または、レーザビームの少なくとも一部が互いに複数回重なるようにレーザビームを照射し、レーザビームの重なりの回数が多い部分からなる高温部分と、レーザビームの重なりの回数が少ない部分からなる低温部分とを形成させる。【００３８】
〔実施の形態２〕
図９は、図３および図４の方式において使用される垂直クラック形成装置２の構成を示す。
図９において、垂直クラック形成装置２は、レーザ管１１と、レーザ管１１から照射されるレーザビームを伝送するビーム伝送部１２と、ビーム伝送部１２から伝送されたレーザビームを所定のレーザビームに加工するビーム形成部１３と、冷媒を供給する冷媒供給部１４と、レーザ管１１、ビーム形成部１３および冷媒供給部１４の各部を制御する制御部１６とを具備する。【００３９】
脆性基板Ｓを遮光する図３の方式を実施させた形式の図９の垂直クラック形成装置２により垂直クラックを形成する際、脆性基板Ｓ上の垂直クラック形成予定ラインに沿って図３の反射部材７が所定の形状、大きさおよび間隔を有して配置される。例えば、反射部材７は、スリットが所定のパターンで形成されたシート状部材である。制御部１６は、上記各部に指令を行い、図示しない垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを照射すると、レーザビームが脆性基板Ｓ表面で反射されずに脆性基板Ｓを照射する高温部分と、レーザビームが反射部材７によって脆性基板Ｓ表面で反射される低温部分とが交互に形成される。【００４０】
図４の方式を実施させた図９の垂直クラック形成装置２では、脆性基板Ｓ上の垂直クラック形成予定ラインに沿って図４の吸収部材８が所定の形状、大きさおよび間隔を有して配置される。例えば、吸収部材８は、吸収剤が所定のパターンで配設されたシート状部材である。制御部１６は、上記各部に指令を行い、図示しない垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを照射すると、吸収部材８によって脆性基板Ｓ表面でレーザビームが高吸収される高温部分と、脆性基板Ｓ表面でレーザビームが通常に吸収される低温部分とが交互に形成される。【００４１】
〔実施の形態３〕
図１０は、図５の方式において使用される垂直クラック形成装置３の構成を示す。
図１０において、垂直クラック形成装置３は、レーザ管１１と、レーザ管１１から照射されるレーザビームを伝送するビーム伝送部１２と、ビーム伝送部１２から伝送されたレーザビームを所定のレーザビームに加工するビーム形成部１３と、冷媒を供給する冷媒供給部１４と、レーザ管１１、ビーム形成部１３および冷媒供給部１４の各部を制御する制御部１７とを具備する。【００４２】
垂直クラック形成装置３により垂直クラックを形成する際には、まず、脆性基板Ｓのテーブルの載置面上に反射部材９のシートを載置する。反射部材９のシートは、図３の反射部材９が所定の形状、大きさおよび間隔を有して反射パターンとしてシート上に形成されたものである。次いで、反射部材９のシートの上に、反射パターンが垂直クラック形成予定ラインに沿うように、脆性基板Ｓが載置される。
図５の方式を実施させた図１０の垂直クラック形成装置３では、制御部１７が上記各部に指令を行い、図示しない垂直クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームが照射されると、脆性基板Ｓ表面から入射し、反射部材９のシートの反射パターンで反射して脆性基板Ｓ内に再入射する高温部分と、脆性基板Ｓ表面から入射し透過してしまう低温部分とが交互に形成される。
実施の形態３において、レーザ管１１は、脆性基板Ｓがガラスの場合、ガラスに対してある程度の深さまで光が透過するＹＡＧレーザなどが好ましい。【００４３】
〔実施の形態４〕
図１１は、図３および図４の方式において使用される垂直クラック形成装置４の構成を示す。
図１１において、垂直クラック形成装置４は、レーザ管１１と、レーザ管１１から照射されるレーザビームを伝送するビーム伝送部１２と、ビーム伝送部１２から伝送されたレーザビームを所定のレーザビームに加工するビーム形成部１３と、冷媒を供給する冷媒供給部１４と、レーザビームの高吸収が可能な高吸収剤で脆性基板Ｓ上に所定のパターンを描くマーカー１８と、レーザ管１１、ビーム形成部１３、冷媒供給部１４およびマーカー１８の各部を制御する制御部１９とを具備する。【００４４】
垂直クラック形成装置４により垂直クラックを形成する際には、まず、脆性基板Ｓ上の垂直クラック形成予定ラインに沿ってマーカー１８がビーム形成部１３に先行して脆性基板Ｓ上を移動しながら、レーザビームの高吸収が可能な高吸収剤で脆性基板Ｓ上に所定のパターンを描く。次いで、マーカー１８に追従するビーム形成部１３からレーザビームが照射される。照射されるレーザビームは、高吸収剤のパターンが描かれた部分で高吸収され、脆性基板Ｓ上に高温部分を形成する。
図４の方式を実施させた図１１の垂直クラック形成装置４では、高吸収剤のパターンが描かれなかった部分では通常の吸収がなされるので、相対的に低温部分を形成する。
上記の高吸収剤に替えてレーザビームを反射する反射剤をマーカー１８に充填し、マーカー１８により反射剤で脆性基板Ｓ上に所定のパターンを描く構成とすれば、図３の方式が実施可能なことはあきらかであろう。
実施の形態１〜４において、脆性基板Ｓに照射されるレーザビームは、所定の周波数でオンオフ状態を繰り返すパルス波であってもよいし、オン状態が連続する連続波であってもよい。【００４５】
〔実施の形態５〕
図１２は、ポリゴンミラーを使用した垂直クラック形成装置のレーザビーム照射手段３０の構成を示す。
図１２において、レーザビーム照射手段３０は、レーザ管１１と、レーザ管１１から照射されるレーザビームを伝送するビーム伝送部１２と、ビーム伝送部１２から伝送されたレーザビームを反射するポリゴンミラー３１と、ポリゴンミラー３１で反射されたレーザビームを反射して脆性基板Ｓ上の垂直クラック形成予定ラインに沿って照射するための反射鏡３２とを具備する。
レーザビーム照射手段３０により、脆性基板上の垂直クラック形成予定ライン（ＳＬ）に沿って、レーザビームが照射される高温部分と、レーザビームが照射されない低温部分とを形成する際には、反射鏡３２の反射角度を変えることにより、ポリゴンミラー３１で反射されたレーザビームを、脆性基板上の垂直クラック形成予定ラインに沿って、照射部分（高温部分）と、非照射部分（低温部分）とが交互に形成されるように反射させる。【００４６】
〔実験１〕
図１３〜図１７は、脆性基板表面にレーザビームが照射されないように遮光するマスクを配設し、種々の長さのマスクを用いて、レーザビームを部分的にブロックして基板に照射することによって形成される垂直クラックを撮影した写真である。
使用した脆性基板は、厚さ０.７ｍｍのソーダガラス板であり、マスクはアルミニウムの薄膜を所定の長さに成形して前記ガラス板に貼付した。レーザ管はＣＯ２レーザ発振器を用い、レーザ出力は６０Ｗ、レーザビームの移動速度は毎秒２００ｍｍに設定した。マスクは、図中において、Ｍで示す。【００４７】
図１３および図１４に示すように、マスクの長さＷｃが、１.３ｍｍおよび０.８８ｍｍの場合には、図中左側から進行してきた垂直クラックの形成がマスクによって中断される。
しかし、マスクの長さＷｃが、図１５に示すように０.６６ｍｍの場合には、図中左側から進行してきた垂直クラックの形成がマスクによって中断されることなく連続して形成される。しかも、進行してきた垂直クラックはマスクされた直下部分でより大きくなって内部下方に膨らむように形成される。
図１６に示すように、マスクの長さＷｃが、０.１５ｍｍの場合には、上記と同様に、図中左側から進行してきた垂直クラックがマスクによって中断されることなく連続して形成されるが、マスクされた直下部分での垂直クラックの内部下方への膨らみは小さい。【００４８】
図１７は、長さＷｃが０.６６ｍｍのマスクを略等間隔に並べて配設し、レーザビームの照射によって形成される垂直クラックを撮影した写真である。
図中左側から進行してきた垂直クラックが遮光部分で中断されることなく連続して形成され、それぞれのマスクされた直下部分で垂直クラックがより大きくなって内部下方に膨らむように形成されることがわかる。
図１７の垂直クラックが形成された脆性基板を垂直クラックに沿って分断したところ、良好な分断面が得られた。【００４９】
〔実験２〕
図１８は、レーザビームによる加熱域（ビームスポット（ＬＳ））、ウォータジェットによる冷却域（冷却スポット（ＣＳ））、およびマスクの位置関係を示す図である。
実験２では、レーザ管としては、ＣＯ２レーザ発振器を用いた。レーザ出力Ｐは５８．７Ｗ、レーザビームの移動速度ｖは毎秒２００ｍｍ、ビームスポットＬＳは楕円形［長径２ｙｏ（レーザビームの移動方向）２２．０ｍｍ、短径２ｘｏ２．１ｍｍ］、冷却スポットＣＳは楕円形［長径２ｙｃ（レーザビームの移動方向）３．０ｍｍ、短径２ｘｃ２．０ｍｍ］、ビームスポットＬＳの中心点と冷却スポットＣＳの中心点との距離ｄは１０ｍｍに設定した（なお、図１８中、距離ｄは縮小表示してある）。
脆性基板としては、板厚ｔが０．５５ｍｍのソーダガラス板および板厚ｔが１．１ｍｍのソーダガラス板を用いた。マスクとしては、板厚０．１ｍｍの金属板を所定の長さ（０．１７ｍｍから約０．１ｍｍ刻みで０．９７ｍｍまでの計９種類）に成形したマスクを用いた。
垂直クラックが形成された脆性基板を、垂直クラックに沿って分断したところ、良好な分断面が得られた。
垂直クラックの深さが最大となる位置は、マスク部分（遮蔽領域）のほぼ中央であった。遮蔽領域のクラックの端面は滑らかで、垂直クラックの深さが最大値に到達するまで、クラックの進展が停止した痕跡が見受けられなかった。【００５０】
図１９に垂直クラックの深さの最大値Ｄｃｍａｘ（μｍ）とマスクの長さＷｃ（ｍｍ）との関係を示す。図１９中、ｔ０．５５ｍｍは、脆性基板の板厚が０．５５ｍｍの場合のＤｃｍａｘとＷｃとの関係、ｔ０．７ｍｍは、脆性基板の板厚が０．７ｍｍの場合のＤｃｍａｘとＷｃとの関係、ｔ１．１ｍｍは、脆性基板の板厚が１．１ｍｍの場合のＤｃｍａｘとＷｃとの関係を示すグラフを示す。
図１９中の板厚ｔが０．７ｍｍのグラフおよび１．１ｍｍのグラフにおいて、Ｄｃｍａｘが０の各点は、スクライブ方向の垂直クラックの進行が、ほぼ遮蔽開始端で停止した状態（図１３および図１４のような状態）を示している。板厚ｔが０．５５ｍｍのグラフにおいて、白抜き印（□）は、垂直クラックが脆性基板裏面まで到達した状態を示している。【００５１】
図２０は、脆性基板裏面まで到達した垂直クラックを撮影した写真である。
なお、実験１において行われた脆性基板の板厚ｔが０．７ｍｍの場合、マスクの長さＷｃが０．８７ｍｍまでは、マスクの長さＷｃの増加にともない垂直クラックの深さの最大値Ｄｃｍａｘも増加し、マスクの長さＷｃ０．８８ｍｍで垂直クラックの進行が停止した。垂直クラックの進行が停止するマスクの長さＷｃの値は異なるが、板厚ｔが０．５５ｍｍおよび１．１ｍｍの脆性基板でも板厚ｔが０．７ｍｍの脆性基板と同様の傾向となった。【００５２】
実験１及び実験２から、レーザスクライブのレーザ照射を部分的に遮蔽することにより、遮蔽領域で、垂直クラックを部分的に深くすることができることがわかる。また、レーザビームに対する遮光長さが大きいと遮光部分で垂直クラックの進展が停止するが、前記遮光長さを小さくしていくと、遮光部分の直下の領域においても垂直クラックが形成されるとともに、遮光部分の直下の領域において形成される垂直クラックはその深さが深いものになることがわかる。【００５３】
このような現象は、以下のように考察される。
すなわち、レーザビームの照射を強く受ける高温部分と、前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受ける低温部分（マスクによる遮光部分）とが垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成される場合、ビームスポットはその進行方向において断続的に、すなわち、途切れながら形成されるので、高温部分が進行方向において連続した帯状に形成されないことになる。
したがって、高温圧縮応力域が形成されないように、低温部分が高温部分の余剰な熱を拡散あるいは吸収するような作用を行うことによって、垂直クラック形成予定ラインに沿ってガラス板の内部に熱歪みとなる高温圧縮応力域の発生を抑えることができる。したがって、この垂直クラック形成予定ライン上に所望する垂直クラックを高い位置精度で形成することができる。形成される垂直クラックは、その内部に熱歪みとなる高温圧縮応力域が存在しないか、あるいは存在してもその発生が最小限に抑えられているので、まっすぐで深い垂直クラックが形成されることになる。【００５４】
実施の形態１〜４において、使用されるレーザ管１１、ビーム伝送部１２およびビーム形成部１３では、それらによって構成される光学系の一部にガルバノミラーおよび／またはポリゴンミラーを設置する構成も本発明に含まれる。【００５５】
この発明では、レーザビームの照射を強く受ける高温部分と、前記高温部分よりレーザビームの照射を弱く受ける低温部分とが垂直クラック形成予定ラインに沿って交互に形成されるので、垂直クラック形成予定ラインに沿ってガラス板の内部に熱歪みとなる高温圧縮応力域の発生を抑えることができる。形成される垂直クラックは、その内部に熱歪みとなる高温圧縮応力域が存在しないか、あるいは存在してもその発生が最小限に抑えられているので、低温部分と高温部分にまっすぐ脆性基板内部に延びる連続した深い垂直クラックを高い位置精度で形成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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