(57)【要約】  スクライブ装置は、そのレーザビームによって形成される照射部分が、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅Ｗだけ互いに離間した２つのピーク部分を有し、２つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記材料がその軟化点より低い温度に加熱されるようにレーザビームを前記材料に対して相対移動させながら照射し、次いで冷却することにより前記材料に形成された初期亀裂から分断予定ラインに沿う垂直クラックを進展させ進行させる脆性材料のスクライブ方法であって、
レーザビームの照射を受ける照射部分を分断予定ラインの両側に、レーザビームの照射を受けない非照射部分を分断予定ライン上にそれぞれ形成し、次いで分断予定ライン上を局部冷却することを特徴とする脆性材料にスクライブ方法。
【請求項２】
照射部分が、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅Ｗだけ互いに離間した２つのピーク部分を有し、２つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである請求項１に記載のスクライブ方法。
【請求項３】
照射部分が、分断予定ラインを中心として両側に形成された一対のビームスポットからなり、前記照射部分のそれぞれが、分断予定ラインから等距離を有して分断予定ラインの直近で分断予定ラインと平行に延びたほぼ直線状の長辺部を有する請求項１に記載のスクライブ方法。
【請求項４】
照射部分が、分断予定ラインから遠ざかるように長辺部の端部から延びた直線または曲線と、前記長辺部とによって形成されている請求項２に記載のスクライブ方法。
【請求項５】
照射部分が、分断予定ラインに沿う方向における長さと、分断予定ラインと直交する方向における幅とを有して形成され、前記長さが長辺部によって規定され、前記幅が前記長さより短く形成されている請求項２に記載のスクライブ方法。
【請求項６】
非照射部分が、前記長辺部のそれぞれが互いに対向する間隔を幅Ｗとして有し、脆性材料の板厚をＴとするとき、前記Ｗが、Ｔ／３０〜２Ｔの範囲にあることを特徴とする請求項２に記載のスクライブ方法。
【請求項７】
照射部分が、１つの円または長円を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状からなる一対のビームスポットで形成される請求項１に記載のスクライブ方法。
【請求項８】
照射部分が、１つの矩形を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状からなる一対のビームスポットで形成される請求項１に記載のスクライブ方法。
【請求項９】
固定光学素子または走査光学素子が配置された光路においてレーザビームを分割し、さらに分割されたレーザビームを分断予定ラインの両側に照射して照射部分を形成する請求項１に記載のスクライブ方法。
【請求項１０】
固定光学素子または走査光学素子が配置された光路において前記光路にさらに配置された遮光部材でレーザビームを遮光して非照射部分を形成し、さらに遮光されなかったレーザビームを分断予定ラインの両側に照射して照射部分を形成する請求項１に記載のスクライブ方法。
【請求項１１】
非照射部分の幅をＷとするとき、前記の幅Ｗの減少量に応じて、脆性材料に対するレーザビームの相対移動速度を増加させる請求項１に記載のスクライブ方法。
【請求項１２】
脆性材料にレーザビームを照射する照射部と、脆性材料に冷媒を供給して前記脆性材料を局部冷却する冷却部と，脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記照射部と前記冷却部とを相対移動させる移動部とを備え，
照射部は、レーザビームの照射を受ける照射部分が分断予定ラインの両側に形成され、かつレーザビームの照射を受けない非照射部分が分断予定ライン上に形成されるようにレーザビームを照射し、冷却部が分断予定ライン上を局部冷却する脆性材料のスクライブ装置。
【請求項１３】
照射部分が、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅Ｗだけ互いに離間した２つのピーク部分を有し、２つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである請求項１２に記載のスクライブ装置。
【請求項１４】
照射部分が、分断予定ラインを中心として両側に形成された一対のビームスポットからなり、前記照射部分のそれぞれが、分断予定ラインから等距離を有して分断予定ラインの直近で分断予定ラインと平行に延びたほぼ直線状の長辺部を有する請求項１３に記載のスクライブ装置。
【請求項１５】
照射部分が、分断予定ラインから遠ざかるように長辺部の端部から延びた直線または曲線と、前記長辺部とによって形成されている請求項１３に記載のスクライブ装置。
【請求項１６】
照射部分が、分断予定ラインに沿う方向における長さと、分断予定ラインと直交する方向における幅とを有して形成され、前記長さが長辺部によって規定され、前記幅が前記長さより短く形成されている請求項１３に記載のスクライブ装置。
【請求項１７】
非照射部分が、前記長辺部のそれぞれが互いに対向する間隔を幅Ｗとして有し、脆性材料の板厚をＴとするとき、前記Ｗが、Ｔ／３０〜２Ｔの範囲にあることを特徴とする請求項１３に記載のスクライブ装置。
【請求項１８】
照射部分が、１つの円または長円を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状からなる一対のビームスポットで形成される請求項１３に記載のスクライブ装置。
【請求項１９】
照射部分が、１つの矩形を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状からなる一対のビームスポットで形成される請求項１３に記載のスクライブ装置。
【請求項２０】
照射部が、照射部から照射されたレーザビームを２つに分割する固定光学素子または走査光学素子を具備する請求項１２に記載のスクライブ装置。
【請求項２１】
照射部が、前記レーザビームの中央部分を遮光する遮光部材を光路に有する請求項１２に記載のスクライブ装置。
【請求項２２】
照射部が、脆性材料に対するレーザビームの相対移動速度を増加させるために，前記非照射部分の幅Ｗを減少させる光学系調整部を具備してなる請求項１３に記載のスクライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、サファイヤ、半導体ウエハ、セラミックなどの脆性材料を分断するためのスクライブ方法およびスクライブ装置に関し、特に、脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記材料がその軟化点より低い温度に加熱されるようにレーザビームを前記基板に対して相対移動させながら照射して前記材料に形成された初期亀裂から分断予定ラインに沿う垂直クラックを進展させ進行させる脆性材料のスクライブ方法およびその方法を用いたスクライブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザビームを用いて、脆性材料に垂直クラックを形成し、脆性材料基板等を分断する方法が実用化されている。【０００３】
レーザビームを用いて脆性材料基板等を分断する方法は、脆性材料の加工始点にスクライブの起点となる初期亀裂を形成し、レーザビームの照射と、その直後の冷媒の供給により発生する熱応力によって前記初期亀裂を進展させつつ、レーザビームと前記基板等を分断予定ラインに沿って相対移動させることにより亀裂を加工終点まで進行させる。【０００４】
レーザビームを用いて脆性材料を分断する先行技術として下記の文献の開示がある。【０００５】
【特許文献１】特許第3210934号公報
【特許文献２】特開2002-47024号公報
【特許文献３】特開2001-151525号公報
【特許文献４】特開2001-130921号公報
【特許文献５】国際公開番号WO 03/026861公報
【特許文献６】特公平 3-13040 号公報
【特許文献７】国際公開番号WO 03/0101021公報
【０００６】
特許第3210934号公報の開示によれば、基板の端縁近傍では割断予定線を挟んだ両側の位置にレーザビームを同時に照射して初期亀裂を発生させ、次いで発生した亀裂の前後の位置にレーザビームを照射する。これにより、亀裂の進展を速めかつ発生する亀裂を曲がりにくくする。【０００７】
特開2002-47024号公報の開示によれば、スクライブ後の分断のために、スクライブによって形成されたスクライブ溝の両側を加熱することにより、微小な曲げ変形を生じさせて垂直クラックを基板裏面まで進行させ基板を切断する。これにより、カレットの発生が少なくなる。【０００８】
特開2001-151525号公報の開示によれば、脆性材料の表面において先行するカッターホイールによってスクライブ線を形成し、次いで、形成されたスクライブ線の両側に１対以上のビームスポットを照射する。スクライブ線の両側にビームスポットを照射することにより、垂直クラックを進展させる応力がスクライブ線の直下において均等に作用するので、分断面の品質が向上する。【０００９】
特開2001―130921号公報の開示によれば、第１回目のレーザビームの照射および冷却によりブラインドクラックを形成し、次いで第２回目のレーザビームの照射によりブラインドクラックを促進する。第２回目のレーザビームは、形成されたスクライブ線の両側に照射される。これにより、脆性材料のブレイク工程でのカレットの発生が防止される。【００１０】
国際公開番号WO 03/026861公報の開示によれば、脆性材料の予備加熱のために第１回目のレーザビームの照射を行い、次いで第２回目のレーザビームの照射によりブラインドクラックを深く伸展させる。第１回目のレーザビームは、分断予定ラインの両側に照射される。
特公平 3-13040 号公報の開示によれば、脆性材料基板表面に設定された切断予定線を挟んだ両側の位置に２つのレーザビームを照射して亀裂を誘導することによって脆性材料を切断する。
国際公開番号WO 03/0101021公報の開示によれば、非金属材料表面に設定された切込路を挟んだ両側の位置に２つのレーザビームを照射することによって非金属材料にけがき線（スクライブ線）を形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
レーザスクライブ後に、外部からエネルギーを与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要因について以下に説明する。
なお、以下の説明において用いる「基板」とは「脆性材料基板」をさす。【００１２】
図１５から図１７は、レーザビームを基板表面で走査しながら照射し、次いで冷却することにより基板表面に垂直クラックを進展させる際に、基板内に生じる応力を説明する図である。図１５〜１７は基板の断面を示し、レーザビームが各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。【００１３】
図１５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向きの圧縮応力が生じる。次いで、図１６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、冷媒の供給によって冷却部位１２０が形成されると、図中実線矢印で示すような向きの引張応力が生じ始める。
この結果、これらの応力分布に起因して、図１７に示すように、引張応力に対して垂直方向に、基板の板厚方向に進展する垂直クラック１３０が形成される。【００１４】
しかし、図１６に示すように、冷却部位１２０の形成により基板の表層から除々に熱が取り除かれるが、垂直クラックが進展する際の冷却部位１２０の形成は表面部分に限られる。したがって、図１７に示すように内部圧縮応力場１５０が内部に存在する。そのため、基板の板厚方向に垂直クラック１３０がまっすぐに進展するのが妨げられる。このような理由によって、垂直クラック１３０の進展は、板厚の１〜２割程度の深さまでが限界であった。【００１５】
図２０は、従来のレーザビームを用いて垂直方向に形成されたクラックに沿って基板を分断し、分断により露出した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部位を拡大して示す（基板の分断面の表面側の角部のみを示す）。
図２０では、形成された深い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内部圧縮応力場１５０によるものである（内部圧縮応力場１５０が存在する概略位置を、説明のために写真中に二点鎖線で追記した）。【００１６】
図２０に示すように、内部圧縮応力場１５０が深い垂直クラックの進展を妨げることにより、スクライブ後のブレイクによって得られる基板の分断面は、分断面が基板の表面に対して直角とならずに斜めに形成される．このような現象が発生した場合，基板を分断した後の分断面の品質（すなわち、分断面の平坦度を損なう損傷の発生等）が低下し、分断面における強度（すなわち、分断後の工程において基板に付加される外力に抗して基板が破壊するまでの耐力）が低下する。
なお、基板の分断面における強度を低下させる原因の一つとして上記の現象を挙げたが（この現象は本明細書で後に説明する「そげ」と呼ばれる現象）、基板の分断面における強度を低下させる原因となる現象は、上記の現象に限定されない。【００１７】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、基板の厚さ方向にまっすぐな垂直クラックの進展が可能であり、かつ基板の分断面における品質が高く、大きい強度が得られるスクライブ方法およびスクライブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、（クレーム１の構成）脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記材料がその軟化点より低い温度に加熱されるようにレーザビームを前記材料に対して相対移動させながら照射し、次いで冷却することにより前記材料に形成された初期亀裂から分断予定ラインに沿う垂直クラックを進展させ進行させる脆性材料のスクライブ方法であって、レーザビームの照射を受ける照射部分を分断予定ラインの両側に、レーザビームの照射を受けない非照射部分を分断予定ライン上にそれぞれ形成し、次いで分断予定ライン上を局部冷却することを特徴とする脆性材料のスクライブ方法が提供される。【００１９】
本発明によれば、（クレーム１２の構成）脆性材料にレーザビームを照射する照射部と、脆性材料に冷媒を供給して前記脆性材料を局部冷却する冷却部と，脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記照射部と前記冷却部とを相対移動させる移動部とを備え、照射部は、レーザビームの照射を受ける照射部分が分断予定ラインの両側に形成され、レーザビームの照射を受けない非照射部分が分断予定ライン上に形成されるようにレーザビームを照射し、冷却部が分断予定ライン上を局部冷却する脆性材料のスクライブ装置が提供される。
なお、この発明において、垂直クラックの「進展」とは、基板の厚さ方向に垂直クラックが進むことを意味し、垂直クラックの「進行」とは、基板の厚さ方向と直交する方向に垂直クラックが進むことを意味する。
【発明の効果】
【００２０】
（クレーム１の構成）
垂直クラック進展時に内部圧縮応力場が分断予定ラインの直下に形成されるのが阻止されるので、基板の厚さ方向にまっすぐな垂直クラックの形成が可能であり、基板の分断面における品質が高く、大きい強度を有する分断面を備えた基板が得られる。【００２１】
（クレーム２の構成）
照射部分が、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅Ｗだけ互いに離間した２つのピーク部分を有し、２つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである照射エネルギーを長辺部に集中させ、分断予定ライン近傍に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる。
（クレーム３の構成）
照射部分が、分断予定ラインを中心として両側に形成された一対のビームスポットからなり、前記照射部分のそれぞれが、分断予定ラインから等距離を有して分断予定ラインの直近で分断予定ラインと平行に延びたほぼ直線状の長辺部を有するので、
分断予定ラインを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅Ｗだけ互いに離間した２つのピーク部分を有し、２つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロである照射エネルギー分布を有するレーザビームが得られる。したがって、照射エネルギーを長辺部に集中させ、分断予定ライン近傍に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる。
（クレーム４の構成）
照射部分は、分断予定ラインから遠ざかるように長辺部の端部から延びた直線または曲線と、前記長辺部とによって形成される形態が例示される。
（クレーム５の構成）
照射部分が、分断予定ラインに沿う方向における長さと、分断予定ラインと直交する方向における幅とを有して形成され、前記長さが長辺部によって規定され、前記幅が前記長さより短く形成されているので、分断予定ライン近傍に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる。【００２２】
（クレーム６の構成）
非照射部分が、前記長辺部のそれぞれが互いに対向する間隔を幅Ｗとして有し、脆性材料の板厚をＴとするとき、前記Ｗが、Ｔ／３０〜２Ｔの範囲にあるので、分断予定ラインに内部圧縮応力場が発生するのを抑え、分断予定ラインの両側に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる照射部分を形成することができる。
したがって、Ｗの適切な設定により分断面におけるソゲ等の発生を抑え、スクライブ速度を高めることができる。
（クレーム７の構成）
照射部分が、１つの円または長円を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状からなる一対のビームスポットで形成されるので、前記鋭角状の角部が、分断予定ラインから遠ざかるように長辺部の端部から延びた直線または曲線と、前記長辺部とによって形成されているので、照射エネルギー分布のピークを長辺部に確実に位置させることができる。したがって、分断予定ラインの両側にほぼ均等な内部圧縮応力場が形成され、深くまっすぐな垂直クラックの形成が可能になる。
なお、この発明における「長円」とは、円が変形された形状であって、楕円形状およびトラック形状（すなわち両端の半円と、これらの半円部分を接続する直線とからなる形状）を含む。【００２３】
（クレーム８の構成）
照射部分が、１つの矩形を、その長手軸が分断予定ラインに沿うように、非照射部分を中間に介在させて分割した形状からなる一対のビームスポットで形成されるので、照射エネルギー分布のピーク部分を幅広く設定することができる。したがって、幅の短い照射部分を形成することによって、分断予定ラインにおける内部圧縮応力場の発生を抑え、分断予定ラインの両側に冷却時に垂直クラックの形成に有効な応力を発生させることができる照射部分を形成することができる。【００２４】
（クレーム１１の構成）
非照射部分の幅をＷとするとき、前記の幅Ｗの減少量に応じて、脆性材料に対するレーザビームの相対移動速度を増加させるので、非照射部分の幅Ｗを適宜設定することにより、レーザビームの相対移動速度を調整しながら、そげ等の発生を抑えることができる。【００２５】
（クレーム１２の構成）
脆性材料のスクライブ装置では、脆性材料にレーザビームを照射する照射部と、脆性材料に冷媒を供給して前記脆性材料を局部冷却する冷却部と，脆性材料に設定された分断予定ラインに沿って前記照射部と前記冷却部とを相対移動させる移動部等を備え、照射部は、レーザビームの照射を受ける照射部分が分断予定ラインの両側に形成され、かつレーザビームの照射を受けない非照射部分が分断予定ライン上に形成されるようにレーザビームを照射し、冷却部が分断予定ライン上を局部冷却するので、まっすぐな垂直クラックの形成が可能であり、基板の分断面における品質が高く、大きい強度を有する分断面を備えた脆性材料の分断条件が得られる。
（クレーム２０の構成）
スクライブ装置は、照射部が、照射部から照射されたレーザビームを２つに分割する固定光学素子または走査光学素子を具備する構成が好ましい。
（クレーム２１の構成）
スクライブ装置は、照射部がレーザビームの中央部分を遮光する遮光部材を光路に具備する構成が好ましい。
（クレーム２２の構成）
スクライブ装置は、照射部が、脆性材料に対するレーザビームの相対移動速度を増加させるために，前記非照射部分の幅Ｗを減少させる光学系調整部を具備する構成が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態であるスクライブ装置の構成を示す図である。
【図２】図１のスクライブ装置の光学系の実施形態を示す模式図である。
【図３】図１のスクライブ装置の光学系の別の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明のスクライブによって形成されるビームスポットＬＳ’の形状および照射エネルギー分布を示す図である。
【図５】従来のビームスポットの形状および照射エネルギー分布を示す図である。
【図６】従来のビームスポットの形状および照射エネルギー分布を示す図である。
【図７】従来のビームスポットの形状および照射エネルギー分布を示す図である。
【図８】「そげ」を説明する、基板の断面図である。
【図９】本発明および従来の各ビームスポットを用いたときに、形成される「そげ」を比較評価した表である。
【図１０】従来のビームスポットを用いたときに得られた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１１】本発明のレーザビームを用いたときに得られた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１２】(ａ)は従来のビームスポットを用いて得られた、図１０のＡ―Ａ断面における基板分断面の一端を示す写真であり、(b)は、図１２(ａ)の部分拡大写真である。
【図１３】(ａ)は、本発明のビームスポットを用いて得られた、図１１のＢ―Ｂ断面における基板分断面の一端を示す写真であり、 (b)は、図１３(ａ)の部分拡大写真である。
【図１４】非照射部分Ｍの幅Ｗと、「そげ」の長さおよびスクライブ速度Ｓの関係を示すグラフである。
【図１５】従来のレーザビームを基板表面で走査して照射し、基板表面に垂直クラックを形成する際に、基板内に生じる応力を説明する模式図である。
【図１６】図１５と同様に、従来のレーザビームの照射により基板内に生じる応力を説明する説明する模式図である。
【図１７】図１５と同様に、従来のレーザビームの照射により基板内に生じる応力を説明する説明する模式図である。
【図１８】従来のビームスポットを用いた場合に形成される内部圧縮応力場の状態を示す模式図である。
【図１９】本発明のビームスポットを用いた場合に形成される内部圧縮応力場の状態を示す模式図である。
【図２０】従来のビームスポットによるスクライブで基板に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す図。
【図２１】本発明のビームスポットの照射エネルギー分布の代表例を示す図である。
【図２２】本発明のビームスポットの他の構成例を示す図。
【図２３】本発明のビームスポットの他の構成例を示す図。
【図２４】本発明のビームスポットの他の構成例を示す図。
【図２５】本発明のビームスポットの他の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１：照射部
２：冷却部
４：光学系
５：光学系
１０：スクライブ装置
２１：ノズル
５０：基板
５１：遮光部材
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
〔装置構成例〕
以下、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるスクライブ装置の概略構成を示す図である。スクライブ装置１０は、例えば、マザーガラス基板を、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に使用される複数のガラス基板に分断するための装置として用いられるものである。【００２９】
スクライブ装置１０は、レーザビームをガラス基板５０に向けて照射する照射部１と、図示しない冷媒源から供給される冷媒（水と空気、ヘリウムガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガスなど）をノズル２１を介して噴射して冷却スポットＣＰを形成する冷却部２と、照射部１および冷却部２のノズル２１をガラス基板５０に設定された分断予定ラインＳＬに沿ってガラス基板５０との間で相対移動させる図示しない移動部を備えている。
照射部１は、レーザビームＬＢを照射する図示しないレーザ発振器（例えば、ＣＯ２レーザ）を有し、レーザ発振器から照射されるレーザビームを、後述する光学系を介してガラス基板５０上に非照射部Ｍを有するビームスポットＬＳ’として照射することができる。
なお、この発明における「ビームスポット」とは、レーザビームが基板の表面に照射されることによって基板の表面に形成される照射部分を意味する。
また、照射部１を中心にしてノズル２１と反対側には、ガラス基板５０の端部にスクライブの起点となる初期亀裂を形成する図示しない初期亀裂形成手段（例えばカッターホイール）が取り付けられていることが望ましい。【００３０】
図２および図３は、照射部１が具備する光学系のそれぞれの実施の形態を示す。
図２の光学系４は、光路分割用光学素子４１、集光レンズ４２および４３が光路に配設されている。
レーザ発振器から照射されたレーザビームＬＢは、光路分割用光学素子４１で二分され、集光レンズ４２および４３を介して楕円形状のビームスポットＬＳ’としてガラス基板５０上に照射される。ビームスポットＬＳ’は、帯状の非照射部Ｍを分断予定ラインＳＬ上に有する。
形成されるビームスポットＬＳ’の長軸方向の長さa、短軸方向の長さbおよび非照射部Ｍの幅Ｗは、図２に示した各光学素子とガラス基板５０との距離の調整、すなわち集光レンズ４３とガラス基板５０との距離d、集光レンズ４２とガラス基板５０との距離eおよび光路分割用光学素子４１とガラス基板５０との距離ｇをそれぞれ調整することによって変えることができる。
これらの調整は、光学系４が具備する図示しない公知の光学系調整部によって行うことができる。【００３１】
図３の光学系５は、図２の光学系４の光路分割用光学素子４１に代えて、遮光部材５１を光路に配設した以外は図２の光学系４と共通する。
遮光部材５１としては、例えば、集光レンズ４３とガラス基板５０との間の光路に配置された所望する直径のワイヤーが例示される。
前記した装置構成例では、光学系５に遮光部材５１を組み込んだが、遮光部材５１を基板５０上に設置してもよい。具体的には、基板５０を載置するテーブルに遮光部材５１としてのワイヤーを貼設し、その上からレーザビームＬＢが照射されるような形態が挙げられる。このように、遮光部材５１を基板５０上に設置することにより、光学系５に別途、遮光部材５１を組み込まなくても、従来の光学系をそのまま用いることができる。【００３２】
上記の光学系の実施の形態では、固定光学素子である光路分割用光学素子４１を用いる例を示したが、ＤＯＥやディフラクターミラー等の固定光学素子を用いることができる。また、ガルバノミラー、ポリゴンミラーおよびレゾナント等の走査光学素子を用いることもできる。【００３３】
〔動作例〕
まず、図１に示すように、初期亀裂形成手段（図示せず）を用いてガラス基板５０の端部にスクライブの起点となる初期亀裂ＴＲを形成する。次いで、ガラス基板５０に対して、照射部１からレーザビームＬＢが照射される。【００３４】
図２の光学系４を用いた場合には、照射部１から照射されたレーザビームＬＢは、図２の光路分割用光学素子４１で二分され、集光レンズ４２および４３を介して楕円状のビームスポットＬＳ’としてガラス基板５０上に照射される。ビームスポットＬＳ’は、中央部に光路分割用光学素子４１によって形成された帯状の非照射部Ｍを有し、非照射部Ｍによって２つに分割された各ビームスポットＬＳ’は、分断予定ラインＳＬの両側に対称に形成される。【００３５】
図３の光学系５を用いた場合には、照射部１から照射されたレーザビームＬＢは、集光レンズ４２およびレンズ４３を介して，図３の遮光部材５１で遮光され、長軸方向を有する楕円状のビームスポットＬＳ’としてガラス基板５０上に照射される。ビームスポットＬＳ’は、中央部に遮光部材５１によって形成された帯状の非照射部Ｍを有し、非照射部Ｍによって２つに分割された各ビームスポットＬＳ’は、分断予定ラインＳＬの両側に形成される。【００３６】
上記したように、光学系４または光学系５により、レーザビームＬＢの照射を受ける照射部分がビームスポットＬＳ’となって分断予定ラインＳＬの両側に形成され、レーザビームＬＢの照射を受けない非照射部分が帯状の非照射部Ｍとなって分断予定ラインＳＬ上に形成される。なお、ビームスポットＬＳ’の非照射部Ｍの幅Ｗは、ガラス基板５０の厚さＴおよび物性に応じて設定される。【００３７】
次いで、図１に示すように、照射部１から出射されるレーザビームＬＢが、ビームスポットＬＳ’の長軸に沿ってガラス基板５０と相対的に移動させられる。ガラス基板５０は、ビームスポットＬＳ’によってガラス基板５０の軟化点よりも低い温度に加熱される。レーザビームＬＢの相対移動により、ビームスポットＬＳ’が分断予定ラインＳＬの両側にほぼ等しい幅を有する２本の帯状の照射部分をそれぞれ形成し、これらが分断予定ラインＳＬに沿って伸びていく。分断予定ラインＳＬ上には、１本の帯状の非照射部Ｍが伸びていく。【００３８】
さらに、ガラス基板５０上において相対移動するビームスポットＬＳ’の後方を、ノズル２１から冷媒が噴射されて形成される冷却スポットＣＰが追従する。レーザビームＬＢの照射によって加熱されたビームスポットＬＳ’の近傍には圧縮応力が生じるが、その直後に冷媒が噴射されることにより、冷却スポットＣＰの近傍に、垂直クラックの形成に有効な引張応力が生じる。このような引張応力により、ガラス基板５０の端部に形成された初期亀裂ＴＲを起点として分断予定ラインＳＬに沿った垂直クラックが冷却スポットＣＰの近傍に形成される。【００３９】
〔ビームスポットの構成〕
図４〜７および図２１を用いて、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置により形成されるビームスポット（以下、「本発明のビームスポット」と略称する）の特徴を従来のスクライブ方法およびスクライブ装置により形成されるビームスポット（以下、「従来のビームスポット」と略称する）との比較によって説明する。
図２１は、本発明のビームスポットの照射エネルギー分布を示したものである。
図２１において、横軸は分断予定ラインＳＬからの距離であり、縦軸は照射エネルギーである。
本発明のビームスポットは、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成された照射部分からなる。
照射部分の照射エネルギー分布は、分断予定ラインＳＬを中心に幅Ｗだけ離間した２つのピーク部分を有し、２つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロであることを特徴とする。【００４０】
図４は、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置により形成されるビームスポットＬＳ’の形状の一例（上段）と、上記ビームスポットＬＳ’の照射エネルギー分布（下段）とを示したものである。
ビームスポットＬＳ’は、レーザビームの照射により形成される１つの楕円形（長円状）ビームスポットを分割して、照射部分Ｒ’が分断予定ラインＳＬの両側に対称に形成される。
照射部分Ｒ’は、非照射部分Ｍを中間に介在させて、１つの楕円を、その長手軸が分断予定ラインＳＬに沿うように、分割した形状からなる一対の照射部分である。
照射部分Ｒ’のそれぞれは、分断予定ラインＳＬから等距離を有して分断予定ラインＳＬと平行に延びた、ほぼ直線状の長辺部ｆを分断予定ラインＳＬの直近に具備する。【００４１】
長辺部fの両端の角部ｎは、分断予定ラインＳＬから遠ざかる方向へ長辺部ｆの端部から延びた曲線と長辺部ｆとによって形成される。
照射部分Ｒ’が、分断予定ラインＳＬに沿う方向における長さaと、分断予定ラインＳＬと直交する方向における幅b2とを有して形成され、長さaが長辺部ｆによって規定され、幅b2が長さaより短く形成されている。言い換えると、照射部分Ｒ’は、分断予定ラインＳＬに沿う方向の最大寸法が、分断予定ラインＳＬと直交する方向における最大寸法よりも大きい。【００４２】
照射部分Ｒ’は、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有するレーザビームで形成され、照射エネルギー分布が、分断予定ラインＳＬを中心軸とした場合に、前記中心軸を中心に幅Ｗだけ離間した２つのピークＰ’を有する。
非照射部分Ｍの幅Ｗは、脆性材料の板厚をＴとするとき、Ｔ／３０〜２Ｔの範囲にあるのが好ましい。なお、非照射部分Ｍの幅Ｗについての説明は後述する。【００４３】
上記したように、本発明のビームスポットＬＳ’の形状は以下のような条件で形成される。
（１）一対の同形状の照射部分Ｒ’からなり、それぞれが分断予定ラインＳＬから等距離に対称に形成される。
（２）分断予定ラインＳＬと平行な長辺部ｆを有する。
（３）長辺部ｆと直交する方向における幅b2が、長辺部ｆの長さaよりも短く形成される。
（４）脆性材料の板厚Ｔおよび物性によって設定される、非照射部分Ｍの幅Ｗを有する。【００４４】
図５〜７は、従来のビームスポットの形状の一例（上段）と、上記ビームスポットの照射エネルギー分布（下段）とを示したものである。
図５は、レーザビームの照射により形成される１つの楕円形ビームスポットLS0を示す。
ビームスポットLS0の照射部分（斜線を施した部分）は、ビームスポットLS0の長軸が分断予定ラインＳＬに位置するように形成される。ビームスポットLS0の照射エネルギー分布は、ピークＰ0を有するガウス分布となる。
ビームスポットLS0は、図１７で示したように、内部圧縮応力場１５０が分断予定ラインＳＬ直下に形成されるので、まっすぐな垂直クラックを分断予定ラインＳＬ上に形成することが困難である。【００４５】
図６は、レーザビームの照射により形成される２つの楕円形ビームスポットが照射部分R1となって、分断予定ラインＳＬの両側に形成されるビームスポットLS1を示す。
ビームスポットLS1の照射エネルギー分布は、２つのピークＰ1を有する２つのガウス曲線となる。この例では、２つのピークＰ1の間隔を、ビームスポットＬＳ’の非照射部分Ｍの幅Ｗに設定した。
この場合、２つの照射部分R1が重なり、照射の重複する照射部分Ｒ２が分断予定ラインＳＬ上に形成される。
照射部分Ｒ２が形成されたビームスポットLS1では、照射エネルギー分布は破線で示した曲線となり、合成されたピークＰ2が分断予定ラインＳＬ上に形成される。
したがって、ビームスポットLS1では、前記の内部圧縮応力場１５０が分断予定ラインＳＬ直下に形成されるので、まっすぐな垂直クラックを分断予定ラインＳＬ上に形成することが困難になる。【００４６】
図７は、図６のビームスポットLS1における２つの照射部分R1が重ならないように、ビームスポットの軸線間距離Ｌ２が設定されたビームスポットLS2の形状と、その照射エネルギー分布とを示したものである。
ビームスポットLS2の照射エネルギー分布は、２つのピークＰ1を有する２つのガウス分布となる。
ビームスポットLS2では、前記内部圧縮応力場１５０が分断予定ラインＳＬ直下に形成されないので、垂直クラックをまっすぐに進展させることができる。
しかし、ビームスポットLS2の照射エネルギー分布における２つのピークＰ1が分断予定ラインＳＬから比較的遠い位置にあるので、冷却時において分断予定ラインＳＬの近傍に垂直クラックの形成に有効な引張応力を発生させることが困難になる。したがって、深くまっすぐな垂直クラックを分断予定ラインＳＬ直下に形成することが困難になる。
また、ビームスポットLS2では、所望する深さの垂直クラックを得るためには、スクライブ速度をビームスポットＬＳ’よりも相対的に遅くせざるを得ないので、スクライブの高速化を図ることが困難になる。【００４７】
前記したように、ビームスポットＬＳ’は、従来のビームスポットLS0およびLS1との比較において、分断予定ラインＳＬ上に与える照射エネルギーを大幅に抑えることができる。したがって、深くまっすぐな垂直クラックを分断予定ラインＳＬ直下に形成することができる。
さらに、ビームスポットＬＳ’は、従来のビームスポットLS2との比較において、照射エネルギー分布におけるピーク間距離を短く設定することができるので、冷却時において分断予定ラインＳＬの近傍に垂直クラックの形成に有効な引張応力をより大きく発生させることが可能となる。
したがって、まっすぐな垂直クラックを分断予定ラインＳＬ直下に形成することができる。また、スクライブの高速化を図ることができる。【００４８】
〔実験1〕
図４に示した本発明のビームスポットＬＳ’と、図５に示した従来のビームスポットLS0とによる分断面の品質の比較実験について以下に示す。
この発明における「分断面の品質」は、基板にそれぞれのビームスポットＬＳ’およびLS0で分断予定ラインＳＬ上をそれぞれスクライブして垂直クラックを分断予定ラインＳＬ上に形成した後、機械的外力を与えて分断予定ラインＳＬに沿って基板を分断して得られたそれぞれの分断面の「そげ」について評価したものである。【００４９】
「そげ」の定義と、その評価方法について以下に説明する。
図８は、基板を分断して得られた板厚Ｔの基板５０を、その分断面Ｅに沿う方向から見た断面図である。
「そげ」とは、図８に示すように、基板５０を分断して得られた基板の分断面Ｅにおける分断面Ｅの欠けあるいは出っ張りの最大長さであるK1を評価したものである。【００５０】
「そげ」を評価するための加工対象となる基板の条件およびスクライブの条件を以下に示す。
〔基板の条件〕
厚さ２．８ｍｍのソーダガラスの単板
〔スクライブの条件〕
レーザ出力: １５０Ｗ（ビームスポットＬＳ’およびLS0共通）
スクライブ速度: １２０mm／sec（ビームスポットＬＳ’およびLS0共通）
非照射部分Ｍの幅Ｗ:  ０．２mm(ビームスポットＬＳ’)
なお、ビームスポットＬＳ’は、図２の光学系４を用いた。【００５１】
「そげ」の評価結果を図９に示す。図中左端欄の「No.」は、試料番号である。
図９から明らかなように、ビームスポットＬＳ’では、ビームスポットLS0に比較して、「そげ」の発生が格段に少ないことが理解されるであろう。【００５２】
〔実験２〕
図４に示した本発明のビームスポットＬＳ’と、図５に示した従来のビームスポットLS0とによる「そげ」の形成についての写真比較の結果を以下に示す。
なお、基板の条件および本発明のビームスポットＬＳ’と従来のビームスポットLS0のスクライブの条件は、実験１と同じである。【００５３】
図１０は、従来のビームスポットLS0によるスクライブで得られた、分断後の基板分断面を示す写真である。
図１０において、基板５０の表面と「亀裂の終点Ａ’」との深さ「K2」は亀裂深さを示す。
図１１は、本発明のビームスポットＬＳ’によるスクライブで得られた、分断後の基板分断面を示す写真である。
図１１において、基板５０の表面と「亀裂の終点Ｂ’」との深さ「K2」は亀裂深さを示す。
なお、「亀裂深さ」とは、分断予定ラインＳＬ上をスクライブすることによって形成される基板の厚さ方向における垂直クラックの深さである。【００５４】
図１０に示すように、従来のビームスポットLS0によるスクライブで得られた、分断後の基板分断面では、「亀裂の終点Ａ’」の下方において発生した「そげ」によって、写真に横方向に帯状の影が形成される。
一方、図１１に示すように、本発明のビームスポットＬＳ’によるスクライブで得られた、分断後の基板分断面では、「亀裂の終点Ｂ’」の下方において「そげ」の発生が抑えられているので、写真には「そげ」の発生を示す帯状の影は見られない。【００５５】
図１２(ａ)は、従来のビームスポットLS0によるスクライブで得られた、図１０で示す分断後の基板５０（板厚をＴで表す）を、図１０のＡ―Ａ断面において前記基板５０を分断することによって得られた新たな分断面の一端を示す写真であり、図１２(b)は、図１２(ａ)の部分拡大写真である。
図１３(ａ)は、本発明のビームスポットＬＳ’によるスクライブで得られた、図１１で示す分断後の基板５０（板厚をＴで表す）を、図１１のＢ―Ｂ断面において前記基板５０を分断することによって得られた新たな分断面の一端を示す写真であり、図１３(b)は、図１３(ａ)の部分拡大写真である。
図１２(b)において、ビームスポットLS0によるスクライブで得られた垂直クラックの板厚方向の深さ（亀裂深さ）をK2、「そげ」の長さをK1で表わす。【００５６】
図１２ (b)  に示したように、従来のビームスポットLS0を用いた場合、ビームスポットLS0の照射によりガラス基板５０に形成された分断面には、湾曲した斜め方向のクラック、すなわち「そげ」が形成されていることが分かる。
一方、図１３(b) に示したように、本発明にかかるビームスポットＬＳ’を用いた場合、ビームスポットＬＳ’ の照射によりガラス基板５０に形成された分断面には、垂直方向の深いクラックが形成され、「そげ」は発生していないことが分かる。【００５７】
上記の現象は、図１８に示したように、従来のビームスポットLS0を用いた場合、ビームスポットLS0が照射されたガラス基板５０の直下に形成される内部圧縮応力場１５０によって、深くまっすぐな垂直クラックの形成が阻止される。
これに対して、図１９に示したように、本発明のビームスポットＬＳ’を用いた場合、分断予定ラインＳＬ上にはビームスポットＬＳ’が照射されず、内部圧縮応力場１５０が分断予定ラインＳＬ近傍の両側下方に形成され、分断予定ラインＳＬの直下には形成されない。したがって、まっすぐな垂直クラックの形成が可能であり、分断により良好な基板の分断面が得られるものと考えられる。【００５８】
〔実験３〕
図４に示した本発明のビームスポットＬＳ’における非照射部分Ｍの幅Ｗと、「そげ」の長さおよびスクライブ速度との関係を求める実験を行った。
図１４は、横軸を非照射部分Ｍの幅Ｗとし、縦軸の一方を「そげ」の長さK1、縦軸の他方をスクライブ速度Ｓとするグラフである。
図１４において、実線は、非照射部分Ｍの幅Ｗと「そげ」の長さK1との関係を、破線は非照射部分Ｍの幅Ｗとスクライブ速度Ｓとの関係をそれぞれ示す。
なお、実験３における 評価対象の基板の条件およびスクライブの条件は、実験１と同じである。また、ビームスポットＬＳ’は、図２の光学系４を用いて形成した。【００５９】
図１４から、非照射部分Ｍの幅Ｗと、そげの長さK1およびスクライブ速度Ｓとは以下の関係を有することが明らかである。
１）非照射部分Ｍの幅Ｗが増加するにともない、そげの長さK1が減少する。
２）非照射部分Ｍの幅Ｗが減少すると、スクライブ速度Ｓが増加する。【００６０】
非照射部分の幅をＷとし、脆性材料の板厚をＴとするとき、非照射部分の幅Ｗが、Ｔ／３０〜２Ｔの範囲にあるのが好ましい。非照射部分の幅Ｗが、Ｔ／３０以下の場合には光学系の精度保持が困難になり、２Ｔ以上の場合にはスクライブ速度Ｓの実用上の限界以下となってしまう。なお、非照射部分Ｍの幅Ｗは、脆性材料の板厚のみに関係付けられるのではなく、基板の物性、すなわち、組成や表面処理等にも関係付けられることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。【００６１】
〔他の構成例〕
図２２〜２５は、本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置により形成されるビームスポットの他の構成例を示す。【００６２】
図２２のビームスポット６１は、照射部分が直角三角形を呈する一例を示す。
図２３のビームスポット６２は、照射部分が二等辺三角形を呈する一例を示す。
図２４のビームスポット６３は、照射部分が長方形（矩形）を呈する一例を示す。
図２５のビームスポット６４は、角部ｎが、直線および曲線（図中nで示した方）のそれぞれを備えたビームスポットの一例を示す。
なお、ビームスポット６１およびビームスポット６４の分断予定ラインＳＬに沿った進行方向は、図中の上下いずれの方向に対しても選択可能である。【００６３】
図２２〜２５のそれぞれのビームスポットは、前記した以下の条件を有する。
すなわち、
（１）一対の同形状の照射部分からなり、それぞれが分断予定ラインＳＬから等距離に対称に形成される。
（２）分断予定ラインＳＬと平行な長辺部ｆを有する。
（３）長辺部ｆと直交する方向における幅b2が、長辺部ｆの長さaよりも短く形成される。
（４）脆性材料の板厚Ｔおよび物性によって設定される非照射部分の幅Ｗを有する。したがって、上記条件を満たす図２２〜２５のそれぞれのビームスポットは、図２１に示す照射エネルギー分布を有する。【００６４】
すなわち、図２２〜２５のそれぞれのビームスポットは、照射部分が、ガウス分布からなる照射エネルギー分布を有し、前記照射エネルギー分布が、分断予定ラインＳＬを中心に幅Ｗだけ互いに離間した２つのピーク部分を有し、２つのピーク部分の間の照射エネルギーがゼロであることを特徴とする。
なお、上記の「ピーク部分」とは、点状の「ピーク点」のみならず、平坦で比較的長い領域からなる「ピーク領域」を形成する場合も含むものである。【００６５】
上記のそれぞれのビームスポットは、ＤＯＥやディフラクターミラー等の固定光学素子およびガルバノミラー、ポリゴンミラーおよびレゾナント等の走査光学素子を用いて形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の脆性材料のスクライブ方法およびその方法を用いたスクライブ装置によれば、基板の厚さ方向にまっすぐな垂直クラックの進展が可能であり、品質が高く、かつ大きい強度を有する基板の分断面が得られる。
本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置が適用される脆性材料としては、ガラス、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、サファイヤ、半導体ウエハ、セラミック基板などの脆性材料が挙げられる。このような脆性材料としては、単板あるいは貼り合せ基板が含まれ、回路パターンや電極を形成する金属膜や樹脂膜が付いた基板が含まれる。
本発明のスクライブ方法およびスクライブ装置が適用された脆性材料の具体的な用途としては、液晶パネル、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ディスプレイパネルあるいはセラミックコンデンサ、半導体チップなどが挙げられる。
【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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【図２５】
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【国際調査報告】
2006038565.tif 000027
2006038565.tif 000028