JP5421687B2 - 基板の分断方法および分断用テーブル - Google Patents

Description

本発明は、ガラス、シリコン、セラミック、化合物半導体等の脆性材料からなる基板の分断方法および分断装置に関し、さらに詳細には、分断予定ラインに沿ってレーザビームを移動しながら照射して、基板を分断する方法並びに分断装置に関する。

一般に、ガラス等の脆性材料からなる基板を分断する方法として、図９に示すように、多数のエア吸引孔２０…を備えた吸着テーブル（支持テーブル）２１の上面に、基板Ｗを載置して吸引することにより密着保持させ、分断予定ラインに沿ってレーザビームを走査して加熱するとともに加熱直後に冷媒を噴射して急冷することにより、あるいは、レーザビームを走査して加熱することにより、レーザビームが照射された領域近傍の基板内部に局所的な熱応力を生じさせて分断する方法が知られている。

しかしながら、上記の分断方法によれば、吸着テーブルに接している基板全域が吸着テーブルに吸着されている。そのため、基板を安定よく確実に保持させることができる反面、基板が拘束されて変形しにくくなっており、レーザビームを照射して基板表面付近に分断を促進させるための引張応力が発生した場合でも、基板表面付近で引張応力による撓み変形が小さくなり、そのため、基板が分断されにくくなっていた。

そこで、上記課題を解決することを目的として、基板を支持テーブルから浮上させた状態にして、レーザビームを照射する分断方法手段が特許文献１で提案されている。
この分断方法によれば、脆性材料の基板を、支持テーブルに設けたエア噴出孔からエアを噴出させ、基板の周辺をストッパピン並びに係合ピンで挟みつけるようにして、基板を支持テーブルから一定の間隔だけ浮上させた状態を保持させておき、レーザビームを分断予定ラインに沿って移動させながら照射するようにしている。

特開２００７−２４６２９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の分断方法では、基板を支持テーブルから一定の間隔だけ浮上させた状態を保持させるために、基板の周辺に配置される複数のストッパピンや係合ピンを必要とし、係合ピンには基板を横方向に押しつけるシリンダ等の押圧部材が必要となり、装置構成が複雑となり、さらにはコスト高となるといった問題点がある。
また、基板の大きさ、形状に合わせてストッパピンや係合ピンの位置を変えることが必要になる。
また、レーザビームを分断予定ライン全体に沿って均一に照射するためには、基板を継続して水平に保持する必要があるが、浮上している基板を、ストッパピンや係合ピンによって水平に保持し続ける調整が面倒である。さらに、基板全体を吸着テーブルによって密着保持させる従前の方法に比べて、基板保持力が不安定であるといった問題点があった。

そこで本発明は、基本的には基板を吸着テーブルによる吸着させて保持するものでありながら、レーザ照射およびその後の冷却を行ったときに、基板に発生する引張応力が有効に働くようにして、分断が促進されやすくした基板の分断方法並びに分断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち、本発明の基板分断方法では、多数の小孔を有する支持テーブル上に脆性材料基板を載置し、基板の分断予定ライン近傍を除く、分断予定ラインを挟んだ両側の領域は、小孔により吸引して基板を支持テーブルに密着保持させ、基板の分断予定ライン近傍の領域は、小孔により圧縮空気を噴出して基板を浮上させ、この浮上させた分断予定ラインに沿ってレーザビームを移動させながら照射することにより基板を分断するようにしている。

また、本発明の基板分断装置は、支持テーブル上に脆性材料基板を載置して、レーザ照射機構により基板の分断予定ラインに沿ってレーザビームを移動させながら照射することにより基板を分断する基板分断装置であって、以下の構成を有する。すなわち、支持テーブルは、上面に向かって開口した多数の小孔を有し、載置される基板の分断予定ライン近傍の小孔の下方にはエア噴出機構が設けられ、基板の分断予定ライン近傍を除く、分断予定ラインを挟んだ両側の領域の小孔の下方にはエア吸引機構が設けられ、エア噴出機構とエア吸引機構とを同時に作動して基板を撓ませるようにしている。

本発明の分断方法および分断装置によれば、基板の分断予定ラインに沿った領域だけを圧縮空気の噴出により支持テーブルから浮き上がらせ、この浮き上がらせた分断予定ラインに沿ってレーザビームを移動させながら照射するものであるから、レーザ照射により基板上面に形成されたクラックは、浮き上がらせたことによる基板表面に生じる機械的な引張応力によって分断が助長されやすくなる。さらに加えて、基板は、分断予定ライン近傍の領域を除き、吸引により均等に支持テーブルに吸着保持されているので、強い拘束力で保持され、分断加工中に基板がずれるようなことがなく、正確に分断予定ラインに沿って基板を分断することができる。

本発明の一実施形態である分断装置の全体構成を示す図である。 図１の分断装置における支持テーブルの断面図である。 図１の分断装置における加工時の分断予定ライン近傍の状態を示す断面図である。 図１〜図３で示した支持テーブルの変形使用例である。 本発明の他の一実施形態である分断装置における支持テーブルを示す斜視図である。 図５で示した支持テーブルの下部枠体部分を示す斜視図である。 図５で示した支持テーブルの断面図である。 本発明の分断装置における支持テーブルの別の実施例を示す斜視図である。 従来の分断方法で使用される支持テーブルを示す断面図である。

以下において、本発明にかかる分断方法の詳細をその実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる分断方法を実施するための分断装置の全体構成を示す図である。図２は、図１の分断装置における支持テーブルの断面を示す図である。図３は、図１の分断装置における加工時の分断予定ライン近傍の状態を示す断面図である。

分断装置は、主としてレーザ照射機構ＬＡと、支持テーブル１とからなる。レーザ照射機構ＬＡは、レーザ装置Ｌ１と冷媒噴射装置Ｌ２とが一体にしてあり、搬送機構（図示せず）により、直線的に移動するようにしてある。レーザ装置Ｌ１によってレーザビームが照射された直後を冷媒噴射装置Ｌ２から冷媒が噴射されるようにして、加熱後の急冷により基板に大きな熱応力が加わるようにしてある。なお、冷媒噴射装置Ｌ２は、設けた方が大きな熱応力が発生するので好ましいが、レーザ装置Ｌ１だけでも分断することにおいて支障はない。

支持テーブル１は、ガラス等の脆性材料からなる基板Ｗを載置するための平らな上面２を有し、かつ、上面２に多数の小孔３…が設けられている。この小孔３…は、載置される基板Ｗの分断予定ラインＬの下方に位置するエア噴出エリア３ａとエア吸引エリア３ｂ，３ｂとに区分けされてある。
分断予定ラインＬの下方近傍に位置するエア噴出エリア３ａには、エア（圧縮空気）を噴出させるための圧縮ポンプＰ１が連通され、エア噴出機構として機能する。他方のエア吸引エリア３ｂ，３ｂには、エアを吸引するための吸引ポンプＰ２が連通され、エア吸引機構として機能する。すなわち、エア噴出エリア３ａは、支持テーブル１に設けられたマニホールド４およびパイプ５を介して圧縮ポンプＰ１に接続してある。また、エア吸引エリア３ｂ，３ｂは、支持テーブル１に設けられた共通のマニホールド６およびパイプ７，７を介して吸引ポンプＰ２に接続してある。

次に、この分断装置による分断動作について説明する。基板Ｗを分断予定ラインＬから分断するに際して、基板Ｗを図２に示すように、基板Ｗの分断予定ラインＬが支持テーブル１のエア噴出エリア３ａ上に位置するように支持テーブル１に載置する。その後、吸引ポンプＰ２を動作させてエア吸引エリア３ｂにより基板Ｗを吸着保持させる。そして、圧縮ポンプＰ１を動作させてエア噴出エリア３ａからエア（圧縮空気）を噴出させる。これにより、図３に示すように基板Ｗの分断予定ラインＬの近傍領域を、上に凸のドーム状になるように、支持テーブル１から浮き上がらせる。

この状態で、レーザ装置Ｌ１により、レーザビームＢを分断予定ラインＬに沿って移動させながら照射し、局所的に加熱する。このとき、さらに冷媒噴射装置Ｌ２により、加熱直後の位置を急冷する。基板Ｗはドーム状に浮き上がることによって機械的な引張応力が付与される。この状態で、浮き上がった頂点部分にレーザビームを照射することによって、クラックが発生するとともに、基板表面に熱応力による引張応力が加わり、さらに機械的な引張応力が加えられた状態になる。これにより、クラックは深さ方向に成長しやすくなる。
また基板Ｗは、分断予定ラインＬの近傍領域を除き、エア吸引エリア３ｂの多数のエア孔３によって均等に吸着保持されているので、基板拘束力が強く、分断加工中にずれることなく正確に分断予定ラインに沿って分断することができる。

さらに、基板Ｗは、支持テーブル１の平らな上面２に載置され分断予定ラインＬを挟んだ両側の領域が吸着保持された後に、分断予定ラインＬの近傍を支持テーブル１から浮き上がらせて湾曲させられるため、基板Ｗを湾曲させる際に基板Ｗが支持テーブル１に対してずれるおそれがなく、正確に分断予定ラインＬに沿って分断することができる。また、１つの分断予定ラインＬの近傍のみを湾曲させるため、基板全体を湾曲させる場合や複数の分断予定ラインＬを同時に湾曲させる場合と比較して、基板の変形に起因する分断予定ラインＬとエア噴出エリア３ａとの位置ずれを抑制することができる。

上記実施例において、基板Ｗに複数の分断予定ラインがある場合、基板Ｗを分断予定ラインと直交する方向に水平移動させて、順次、分断予定ラインを支持テーブル１のエア噴出エリア３ａに位置させることにより、それぞれの分断予定ラインに沿って分断することができる。この場合、図４に示すように、支持テーブル１の基板載置面積を基板Ｗより大きくし、基板Ｗを載置した後に開口した状態で残るエア吸引エリア３ｂの吸引孔を遮蔽板８で閉じるようにするようにすればよい。これにより基板Ｗを支持テーブル１上で順次移動させることにより、複数の分断予定ラインに沿って基板を分断することができる。

次に、変形実施例について説明する。図５は、本発明の他の一実施例である分断装置における支持テーブルを示す斜視図であり（レーザ照射機構は図示を省略する）、図６はその支持テーブルの下部の枠体部を示す斜視図である。また、図７は図５の支持テーブルの断面図である。

この実施例では、支持テーブル１のエア噴出エリア３ａとエア吸引エリア３ｂとを区分けするために、支持テーブル１の下面に下部枠体１０が設けられている。
支持テーブル１は、その上面と下面を貫通する多数の小孔３が設けられた平らな板状部材である。下部枠体１０には支持テーブル１との間でエア噴出エリア３ａにエア（圧縮空気）を導入する空間１１と、エア吸引エリア３ｂを減圧する空間１２とが隔壁で区切られて、空間１１はパイプ５を介して圧縮ポンプＰ１に連通され、空間１２はパイプ７，７を介して吸引ポンプＰ２に連通されている。
この実施例では、下部枠体１０を支持テーブル１に設けることによって、先の実施例のように支持テーブル１にマニホールド６や導通穴４を切削加工することが省略でき、安価に製作することができるとともに、支持テーブル１と下部枠体１０を分離することにより分解掃除などのメンテナンスが簡単にできる。

なお、支持テーブル１は、支持テーブル１の上面に平行に下部枠体１０に対して相対的に移動可能、かつ支持テーブル１の上面に垂直な軸を中心として下部枠体１０に対して相対的に回転可能に設けられることとしてもよい。下部枠体１０の空間１１の位置および方向に合わせて支持テーブル１に載置した基板Ｗの分断予定ラインＬの位置および方向を調整することにより、支持テーブル１に載置した基板Ｗを移動させることなく、分断予定ラインＬの位置および方向を空間１１上に設けられたエア噴出エリア３ａに合わせることができる。また、支持テーブル１を下部枠体に対して任意の位置および方向に移動させることにより、支持テーブル１に対して基板Ｗを移動させることなく、基板Ｗに方向の異なる複数のクラックを形成することができる。

また、図８は、図５に示した実施例の変形例である。ここでは、空間１１の位置を下部枠体１０内で移動することができるようにして、支持テーブル１上の基板Ｗを定置させたまま、分断予定ラインを変更できるようにしたものである。
すなわち、下部枠体１０内に空間１１を形成するスライド枠体１３が設けられており、スライド枠体１３には、レール１７に沿って図のＸ方向にスライドするためのスライド機構ＳＬが設けられている。スライド機構ＳＬは、下部枠体１０の側壁を貫通してＸ方向に延びる平行な一対のシャフト１４を備え、シャフト１４と同方向に延びるラック１５が設けられており、このラック１５にモータ（図示せず）で駆動するピニオン１６が噛み合わされている。このピニオン１６の回動によってスライド枠体１３を下部枠体１０内でスライドさせることにより、エア噴出エリア３ａを変更することができ、所望の分断予定ラインの下に移動して基板Ｗを局所的に浮上させて撓ませることができる。

なお、スライド枠体１３を駆動させるスライド機構ＳＬは、ラックとピニオンに限らず、例えばモータによって駆動される歯車やプーリとの組合せや、シリンダ等によって達成することができる。

なお、支持テーブル１は、支持テーブル１の上面に垂直な軸を中心として下部枠体１０に対して相対的に回転可能に設けられることとしてもよい。下部枠体１０の空間１１の方向に合わせて支持テーブル１に載置した基板Ｗの分断予定ラインＬの方向を調整することにより、支持テーブル１に載置した基板Ｗを移動させることなく、分断予定ラインＬの方向を空間１１上に設けられたエア噴出エリア３ａに合わせることができる。また、支持テーブル１を下部枠体１０に対して任意の方向に移動させることにより、支持テーブル１に対して基板Ｗを移動させることなく、基板Ｗに方向の異なる複数のクラックを形成することができる。

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形態に特定されるものでなく、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。

本発明の分断方法は、ガラス等の脆性材料からなる基板を分断するのに利用することができる。

Ｗ 基板
Ｌ 分断予定ライン
Ｂ レーザビーム
１ 支持テーブル
３ 小孔
３ａ エア噴出エリア
３ｂ エア吸引エリア

Claims (5)

1. 多数の小孔を有する支持テーブル上に脆性材料基板を載置し、
   前記基板の分断予定ライン近傍を除く、分断予定ラインを挟んだ両側の領域を、小孔により吸引して前記基板を支持テーブルに密着保持させ、
   前記基板の分断予定ライン近傍の領域は、小孔により圧縮空気を噴出して基板を浮上させ、この浮上させた分断予定ラインに沿ってレーザビームを移動させながら照射することにより前記基板を分断するようにしたことを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
2. 支持テーブル上に脆性材料基板を載置し、レーザ照射機構により前記基板の分断予定ラインに沿ってレーザビームを移動させながら照射することにより分断する基板分断装置であって、
   前記支持テーブルは、上面に向かって開口した多数の小孔を有し、
   前記基板の分断予定ライン近傍に設けられた小孔の下方にはエア噴出機構が設けられ、
   前記基板の分断予定ライン近傍を除く、分断予定ラインを挟んだ両側の領域に設けられた小孔の下方にはエア吸引機構が設けられ、
   エア噴出機構とエア吸引機構とを同時に作動して基板を撓ませることを特徴とする基板分断装置。
3. 前記エア噴出機構がマニホールドを介して小孔と連通する圧縮ポンプからなり、
   前記エア吸引機構がマニホールドを介して小孔と連通する吸引ポンプからなる請求項２に記載の基板分断装置。
4. 前記支持テーブルの下面に下部枠体が設けられ、前記下部枠体内は圧縮空気を導入する空間と減圧する空間とに隔壁で区切られ、
   前記エア噴出機構は圧縮空気を導入する空間に連通する圧縮ポンプからなり、
   前記エア吸引機構は減圧する空間に連通する吸引ポンプからなる請求項２に記載の基板分断装置。
5. 下部枠体内で圧縮空気を導入する空間は、スライド機構により下部枠体内で移動するスライド枠体によって形成される請求項４に記載の基板分断装置。
   

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