JP2009172669A - レーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクライブ線が割断予定線から逸脱することなく形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することのできるレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法を提供すること。
【解決手段】被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ１）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するように構成されたレーザスクライブ装置（１０）において、スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置をリアルタイムで検出してその検出データ（Ｓ１）を出力するレーザ変位センサ（１）と、レーザ変位センサ（１）により出力された検出データ（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定する判定手段（４）とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法に関する。より詳しくは、被割断基板における割断予定線にレーザ光を用いてスクライブ線を形成する装置及び方法に関する。

ガラス板、セラミックスまたはウエハーなどの脆性材料（以下、単に基板と記述することがある）の割断は、次のようにして行っている。まず、基板表面にスクライブ線を形成する。スクライブ線とは、基板における割断予定線上に連続して形成される浅い亀裂である。次いで、このスクライブ線のまわりに物理的な力（曲げモーメント）を加え、浅い亀裂を基板の板厚方向に伸展させることで割断予定線を境にブレイク（分断）する。スクライブ線の形成法の一つに、レーザスクライブ法がある。

レーザスクライブ法では、基板に対し、まず、その割断予定線の始端に初期亀裂を形成する。次いで、割断予定線を辿るようにその始端から終端までレーザ光により短時間内に加熱するとともに、加熱された部位をそのレーザ光に追随して急冷させることにより、スクライブ線を形成する（例えば特許文献１参照）。

レーザスクライブ法によりスクライブ線を形成した場合に、正常なスクライブ線が形成されないことがある。レーザスクライブ装置において、初期亀裂が形成されていなかったり、スクライブ線の形成動作中にレーザ光の強度が低下していたりする場合である。

正常なスクライブ線が形成されないと、ブレイク工程において基板を割断できない。特に、スクライブ工程からブレイク工程へ移る際の時間ギャップが長い場合は、異常に気付くのが遅れ、多くの基板に異常なスクライブ線を形成してしまう。これにより、歩留まりの低下を引き起こす。また、リワークが必要となり生産時間の延長を招く。従って、形成されたスクライブ線が正常か異常かを割断前に判定する必要がある。

上記課題を解決する発明として、本出願人は、以前に特許文献２を出願した。この出願の発明では、スクライブ線形成時に当該スクライブ線における亀裂発生部分より放出される超音波をＡＥ（アコースティックエミッション）センサによってリアルタイムで検出し、その検出信号に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定する。特許文献２の発明によると、正常なスクライブ線が確実に形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することができる。
特開平９−１５０２８６号公報 特開２００７−２６８５６３号公報

しかし、特許文献２の発明を用いた場合、正常な深さのスクライブ線が確実に形成されているか否かを確認することはできるが、スクライブ線が割断予定線から逸脱することなく形成されているか否かまでは確認できない。スクライブ線が割断予定線から逸脱して形成された場合は、基板を割断することはできるものの、割断後に得られた基板は、目的としたサイズ及び形状からズレてしまい、結果として、歩留まりの低下を引き起こしてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スクライブ線が割断予定線から逸脱することなく形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することのできるレーザスクライブ装置及びレーザスクライブ方法を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の本発明により達成される。なお「特許請求の範囲」及びこの「課題を解決するための手段」の欄において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本装置発明は、被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ１）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するように構成されたレーザスクライブ装置（１０）において、スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置をリアルタイムで検出してその検出データ（Ｓ１）を出力するレーザ変位センサ（１）と、レーザ変位センサ（１）により出力された検出データ（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定する判定手段（４）とを備えることを特徴とする。

好ましくは、判定手段（４）は、正常なスクライブ線形成時に得られる亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置のそれぞれを正常データ（Ｓ２）として予め登録した記憶部（４２）と、レーザ変位センサ（１）から出力された検出データ（Ｓ１）と記憶部（４２）に登録された正常データ（Ｓ２）とを比較する比較処理部（４３）とを備える構成とする。

更に好ましくは、判定手段（４）により異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに警報を発する警報装置（５）を備える。なお、本発明で言うところの「警報を発する」には、例えばアラーム音や合成音声を発する形態の他、常時消灯のランプを点灯させる形態、或いはこれとは反対に常時点灯のランプを消灯させる形態なども含める。

本方法発明は、被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ１）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するレーザスクライブ方法において、スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置をリアルタイムでレーザ変位センサ（１）により検出してその検出データ（Ｓ１）を出力し、レーザ変位センサ（１）により出力された検出データ（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定手段（４）により判定することを特徴とする。

本発明の作用効果について説明する。本発明によると、レーザ変位センサ（１）は、スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置をリアルタイムで検出してその検出データ（Ｓ１）を出力する。判定手段（４）は、レーザ変位センサ（１）により出力された検出データ（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定する。

本発明では、正常なスクライブ線（ＳＢ）が確実に形成されているか否かを、スクライブ線（ＳＢ）の形成直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の深さだけでなく、当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の位置に基づいて判定する。これにより、スクライブ線が割断予定線から逸脱することなく形成されているか否かの判断も、スクライブ線形成中にできるようになる。スクライブ線形成が異常であると判定された場合、直ちに対処できるので、続けて多くの被割断基板（Ｋ）に異常なスクライブ線（ＳＢ）を形成してしまうことが防止できる。正常なスクライブ線形成が行われたと判定された被割断基板（Ｋ）は、確実に割断予定線（Ｊ）を境にして割断できるようになる。また割断後の基板は、割断部分の直進性や断面品質、寸法が優れたものとなり、目的としたサイズ及び形状からズレてしまうことがなくなり、歩留まりの向上を図ることができる。併せて生産時間の延長も招かない。

本発明によると、スクライブ線が割断予定線から逸脱することなく形成されているか否かを、スクライブ線形成中に確認することができる。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明に係るレーザスクライブ装置１０の正面概略図、図２は解析用コンピュータの構成概要を示す図、図３は本発明に係るレーザスクライブ装置１０によるレーザスクライブ動作を平面視的に示す図、図４はレーザスクライブ装置１０によるスクライブ線形成動作を示すフローチャートである。各構成図において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面は水平面、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｚ方向まわりの回転方向をθ方向とする。

図１に示すように、レーザスクライブ装置１０は、可動テーブル２０、初期亀裂形成機構３０、レーザ光照射ユニット４０、冷却ユニット５０及びスクライブ状態検査装置６０を備える。初期亀裂形成機構３０、レーザ光照射ユニット４０、冷却ユニット５０及びレーザ変位センサ１は、可動テーブル２０よりも高い位置において一体的に基台７０に固設される。なお、レーザ変位センサ１はスクライブ状態検査装置６０の構成要素の一つである。

可動テーブル２０は、載置された基板Ｋを真空吸着により保持可能なテーブル面を備えると共に、テーブル駆動装置２１によりＸＹＺθ各方向に駆動可能とされる。スクライブ線形成時はＹ１方向に駆動される。

初期亀裂形成機構３０は、可動テーブル２０に載置保持された基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳに極微少な初期亀裂Ｃを形成可能に構成される。その構成要素として、回転刃ユニット３２を備える。回転刃ユニット３２は、上下駆動可能とされた回転刃３１を先端に有する。

レーザ光照射ユニット４０は、レーザ発振器から出力されたレーザ光Ｌ１を、反射ミラーやエキスパンドレンズなどからなる光学系を経由して、レーザ照射窓４１から基板Ｋの表面に向けて照射可能に構成される。レーザ照射窓４１から照射されるレーザ光Ｌ１は、基板Ｋにスクライブ線ＳＢを形成するのに十分な出力を有するものとされる。レーザ照射窓４１は、スクライブ線形成時における可動テーブル２０に対するレーザ光Ｌ１の相対移動の方向Ｙ２を基準に回転刃３１の後方部に設けられる。

冷却ユニット５０は、霧状の冷却ミストＭを噴射可能な噴射ノズル５１を備える。噴射ノズル５１は、スクライブ線形成時における可動テーブル２０に対するレーザ光Ｌ１の相対移動の方向Ｙ２を基準にレーザ照射窓４１の後方部に設けられる。即ち、スクライブ線形成時に基板Ｋ上に照射されるレーザ光Ｌ１に追随するように設けられる。

スクライブ状態検査装置６０は、レーザ変位センサ１、ＡＤ変換器３、解析用コンピュータ４、警報装置５及び制御装置６などを備える。

レーザ変位センサ１は、半導体レーザ光源１ｃから発したレーザ光Ｌ２を走査制御しながら測定対象に投光する投光部１ａ、その反射光を受光する受光部１ｂ、及び受光部１ｂの信号を演算処理することにより測定対象の変位検出を行う演算部１ｄなどを備え、本実施形態ではスクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分Ｒの深さ及び位置を同時にリアルタイムで検出可能なタイプを使用する。なお、レーザ変位センサ１が検出する亀裂発生部分Ｒの位置とは、より具体的に言えば割断予定線Ｊからの相対位置を意味する。

また、レーザ変位センサ１は、検出により取得した検出データＳ１を解析用コンピュータ４にリアルタイムで送信可能に構成される。レーザ変位センサ１の配置位置は、スクライブ線形成時におけるレーザ光照射ユニット４０及び冷却ユニット５０の移動方向Ｙ１を基準として、冷却ユニット５０の後方に設けられる。レーザ変位センサ１の投光部１ａは、噴射ノズル５１により噴射した冷却ミストＭで冷却された直後の亀裂発生部分Ｒに対してレーザ光Ｌ２を投光することのできる位置とされる。つまり、スクライブ線形成時に冷却ユニット５０に追随してスクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分Ｒの深さ及び位置を測定できる位置に取り付けられる。

解析用コンピュータ４は、形成中のスクライブ線ＳＢが正常か否かを解析するコンピュータであり、図２に示すように、記憶部４２と比較処理部４３とを有する。記憶部４２には、次に示す正常データＳ２が予め登録されている。すなわち正常データＳ２とは、正常なスクライブ線形成時の亀裂成長時にその亀裂発生部分Ｒの深さと位置のデータのことである。比較処理部４３は、レーザ変位センサ１で検出した基板Ｋからの検出データＳ１と、記憶部４２に登録された正常データＳ２とを比較して、両者が一致する場合はスクライブ線形成が正常であると判断し、不一致の場合はスクライブ線形成が異常であると判断して異常信号Ｓ３を出力するように構成される。このような記憶部４２及び比較処理部４３は、メモリチップやマイクロプロセッサーなどを主体とした適当なハードウエア及びこれに組み込んだコンピュータプログラムにより実現される。

警報装置５は、解析用コンピュータ４から異常信号Ｓ３を受信したときに、ブザーやランプにより警報を発するように構成される。

制御装置６は、解析用コンピュータ４が出力した異常信号Ｓ３に基づいて、レーザ光照射ユニット４０、冷却ユニット５０及びテーブル駆動装置２１を停止させると共に警報装置５を励起させるように構成される。

次に、図３，４，５を参照して、レーザスクライブ装置１０のスクライブ線形成動作について説明する。

まず、ステップ１００において、テーブル駆動装置２１は、基板Ｋを載置保持した可動テーブル２０を、回転刃３１と基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳとを結ぶ直線ｔ１（図３（Ａ）参照）がＹ方向に平行となるように駆動配置する。続いて、ステップ１１０において、初期亀裂形成機構３０は回転刃３１を降下させて、その刃先が基板Ｋの表面よりも低くなる位置に配置する。

続いて、ステップ１２０において、テーブル駆動装置２１は、可動テーブル２０をＹ１方向に駆動する（図３（Ｂ）参照）。可動テーブル２０の移動により、回転刃３１が基板Ｋにおける割断予定線Ｊの始端ＪＳに衝突する。その直後に初期亀裂形成機構３０は回転刃３１を上昇させる。これにより、割断予定線Ｊの始端ＪＳに所定深さ及び長さの極微少な初期亀裂Ｃが形成される。

初期亀裂Ｃが形成されると、ステップ１３０において、レーザ光照射ユニット４０は、レーザ照射窓４１から基板Ｋに向けてレーザ光Ｌ１を照射する。また、ステップ１４０において、冷却ユニット５０は、レーザ光Ｌ１に追随するように噴射ノズル５１から冷却ミストＭ を噴射する。基板Ｋに対するレーザ光Ｌ１及び冷却ミストＭの相対的な移動により、始端JＳを起点として、レーザ光Ｌ１は割断予定線Ｊを急激に加熱し局所的に熱膨張させて圧縮応力を生じさせ、冷却ミストＭはその直後に加熱部分を急激に冷却することで局所的に収縮させて引張応力を生じさせる。これにより、初期亀裂Ｃを亀裂進展の開始点として、基板Ｋの表面に、割断予定線Ｊに沿う微小亀裂を連続成長させてスクライブ線ＳＢを形成していく。

スクライブ線ＳＢの形成動作時に、レーザ変位センサ１は、当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分Ｒの深さ及び位置のデータをリアルタイムで検出し検出データＳ１として解析用コンピュータ４に送信している。解析用コンピュータ４は、比較処理部４３において、レーザ変位センサ１から出力された検出データＳ１と、記憶部４２に登録された正常データＳ２とを比較する。検出データＳ１と正常データＳ２とが一致している限りは、比較処理部４３はスクライブ線形成が正常であると判断して（ステップ１５０、１５１でイエス）、割断予定線Ｊの終端ＪＥに至るまでレーザスクライブ動作を続行する。終端ＪＥまでスクライブ線ＳＢを形成した時点でレーザ光Ｌ１の照射、冷却ミストＭの噴射、及び可動テーブル２０の走行を停止する（ステップ１８０）

割断予定線Ｊの終端ＪＥまでに到達するまでに、検出によって得た亀裂発生部分Ｒの深さのデータと登録された深さのデータとが一致しない場合（ステップ１５０でノー）、または検出によって得た亀裂発生部分Ｒの位置のデータと登録された位置のデータとが一致しない場合（ステップ１５１でノー）は、比較処理部４３はスクライブ線形成が異常であると判断して異常信号Ｓ３を出力する。制御装置６は、異常信号Ｓ３により機器制御信号Ｓ４を出力する。機器制御信号Ｓ４により、警報装置５が励起して警報を発し（ステップ１６０）、レーザ光Ｌ１の照射、冷却ミストＭの噴射、及び可動テーブル２０の走行を停止する（ステップ１８０）。

上の実施形態では、比較処理部４３において、レーザ変位センサ１から出力された検出データＳ１と、記憶部４２に登録された正常データＳ２とを比較することで正常／異常の判定を行っているが、図５に示すように、亀裂発生部分の深さと位置のデータがそれぞれ適切な閾値の範囲内にあるか否かにより、正常／異常の判断を行うようにしてもよい。

例えば図５（Ａ）のグラフは、正常なスクライブ線形成が行われた場合の検出データＳ１を示す。図５（Ａ）の検出データＳ１のうち窪み部分Ｓ１１の高さがスクライブ線ＳＢの深さを示し、窪み部分Ｓ１１の突端がスクライブ線ＳＢの位置（割断予定線ＪからのＸ方向ズレ量）を示す。窪み部分Ｓ１１の突端（Ｘ方向位置）が幅閾値Ｔ３，Ｔ４の間の範囲内にあることにより、正常な位置にスクライブ線ＳＢが形成されていると判定される。また、窪み部分Ｓ１１の高さが深さ閾値Ｔ１，Ｔ２の間の範囲内にあることにより、正常な深さのスクライブ線ＳＢが形成されていると判定される。

これに対して、図５（Ｂ）のように、窪み部分が全くない場合は、何らかの原因によりスクライブ線ＳＢが形成されていないと判定される。また、図５（Ｃ）のように、窪み部分Ｓ１１の高さが深さ閾値Ｔ１，Ｔ２の間の範囲内にあるが、窪み部分Ｓ１１の突端が幅閾値Ｔ３，Ｔ４の間の範囲内にないことにより、スクライブ線ＳＢは正常な深さで形成されているが正常な位置に形成されていないと判定される。

このように、レーザスクライブ装置１０では、正常なスクライブ線ＳＢが確実に形成されているか否かを、スクライブ線ＳＢの形成直後に当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分Ｒの深さだけでなく、当該スクライブ線ＳＢにおける亀裂発生部分Ｒの位置に基づいて判定する。これにより、スクライブ線が割断予定線から逸脱することなく形成されているか否かの判断も、スクライブ線形成中にできるようになる。スクライブ線形成が異常であった場合、直ちに対処できるので、続けて多くの基板Ｋに異常なスクライブ線ＳＢを形成してしまうことが防止できる。正常なスクライブ線形成が行われたと判定された基板Ｋは、確実に割断予定線Ｊを境にして割断できるようになる。また割断後の基板は、割断部分の直進性や断面品質、寸法が優れたものとなり、目的としたサイズ及び形状からズレてしまうことがなくなり、歩留まりの向上を図ることができる。併せて生産時間の延長も招かない。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

本発明に係るレーザスクライブ装置の正面概略図である。 解析用コンピュータの構成概要を示す図である。 本発明に係るレーザスクライブ装置によるレーザスクライブ動作を平面視的に示す図である。 レーザスクライブ装置によるスクライブ線形成動作を示すフローチャートである。 スクライブ線形成の正常／異常の判断を閾値により行う例を説明するための図である。

符号の説明

１ レーザ変位センサ
４ 解析用コンピュータ（判定手段）
５ 警報装置
１０ レーザスクライブ装置
４２ 記憶部
４３ 比較処理部
Ｊ 割断予定線
Ｋ 基板（被割断基板）
Ｌ１ レーザ光
Ｒ 亀裂発生部分
Ｓ１ 検出データ
Ｓ２ 正常データ
ＳＢ スクライブ線

Claims (6)

1. 被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ１）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するように構成されたレーザスクライブ装置（１０）において、
   スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置をリアルタイムで検出してその検出データ（Ｓ１）を出力するレーザ変位センサ（１）と、
   レーザ変位センサ（１）により出力された検出データ（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定する判定手段（４）と
   を備えることを特徴とするレーザスクライブ装置。
2. 判定手段（４）は、正常なスクライブ線形成時に得られる亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置のそれぞれを正常データ（Ｓ２）として予め登録した記憶部（４２）と、レーザ変位センサ（１）から出力された検出データ（Ｓ１）と記憶部（４２）に登録された正常データ（Ｓ２）とを比較する比較処理部（４３）とを備える請求項１に記載のレーザスクライブ装置。
3. 判定手段（４）により異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに警報を発する警報装置（５）を備える請求項１または請求項２に記載のレーザスクライブ装置。
4. 被割断基板（Ｋ）における割断予定線（Ｊ）を辿るようにレーザ光（Ｌ１）と被割断基板（Ｋ）とを相対移動させることによりこの割断予定線（Ｊ）上にスクライブ線（ＳＢ）を形成するレーザスクライブ方法において、
   スクライブ線（ＳＢ）を形成した直後に当該スクライブ線（ＳＢ）における亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置をリアルタイムでレーザ変位センサ（１）により検出してその検出データ（Ｓ１）を出力し、
   レーザ変位センサ（１）により出力された検出データ（Ｓ１）に基づいて、正常なスクライブ線形成が行われているか否かを判定手段（４）により判定する
   ことを特徴とするレーザスクライブ方法。
5. 正常なスクライブ線形成が行われているか否かの判定は、正常なスクライブ線形成時に得られる亀裂発生部分（Ｒ）の深さ及び位置のそれぞれを正常データ（Ｓ２）として記憶部（４２）に予め登録しておき、レーザ変位センサ（１）から出力された検出データ（Ｓ１）と予め登録された正常データ（Ｓ２）とを比較処理部（４３）で比較することにより行う請求項４に記載のレーザスクライブ方法。
6. 異常なスクライブ線形成が行われていると判定されたときに警報を発生させる請求項５に記載のレーザスクライブ方法。

Images