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Title:
LASER SCRIBING DEVICE AND LASER SCRIBING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/142745
Kind Code:
A1
Abstract:
[PROBLEMS] To confirm during forming a scribed line whether a normal scribed line is formed reliably. [MEANS FOR SOLVING PROBLEMS] A laser scribing device has a table (20), a laser beam illumination unit (40), and a driving means (21) for moving the table and the laser beam illumination unit relatively, and forms the scribed line on a cutting schedule line by moving laser beam L relatively along the cutting scheduled line J on a substrate. The laser scribing device further has an AE sensor (1) which in real time detects ultrasonic waves radiated from a cracked part on the scribed line SB when the scribed line is formed, a storage means (42) where ultrasonic waves radiated from the cracked part on a normal scribed line when the normal scribed line is formed is previously registered as a normal ultrasonic signal S2, and a judgment means (43) which judges whether formation of the scribed line is normal on the basis of an ultrasonic signal S1 outputted from the AE sensor and the normal ultrasonic signal registered in the storage means.

Inventors:
UCHIKATA TOMOO (JP)
UEHARA YUKIHIRO (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/059651
Publication Date:
November 27, 2008
Filing Date:
May 10, 2007
Export Citation:
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Assignee:
TORAY ENG CO LTD (JP)
UCHIKATA TOMOO (JP)
UEHARA YUKIHIRO (JP)
International Classes:
B23K26/00; B23K26/40; B28D5/00
Foreign References:
JPH0336000A1991-02-15
JPH0437492A1992-02-07
JPH091370A1997-01-07
JPH10291084A1998-11-04
Attorney, Agent or Firm:
TSUGAWA, Tomoo (7-7 Chuo 2-chome, Joto-ku, Osaka-shi Osaka 05, JP)
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Claims:
 被割断基板Kを載置保持するためのテーブル20と、スクライブ線形成のためのレーザ光Lを被割断基板Kの表面に向けて照射可能なレーザ光照射ユニット40と、テーブル20とレーザ光照射ユニット40とを相対移動させる駆動手段21とを備え、被割断基板Kにおける割断予定線Jに沿うようにレーザ光Lを相対移動させることによりこの割断予定線J上にスクライブ線形成を行うレーザスクライブ装置10において、
 スクライブ線形成時に当該スクライブ線SBにおける亀裂発生部分より放出される超音波をリアルタイムで検出するAEセンサ1と、
 正常なスクライブ線形成時に当該正常な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正常超音波信号S2として予め登録した記憶手段42と、
 AEセンサ1から出力された超音波信号S1と、記憶手段42に登録された正常超音波信号S2とに基づいて、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43とを備えることを特徴とするレーザスクライブ装置。
 前記判定手段43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に記載のレーザスクライブ装置。
 前記判定手段43は、AEセンサ1から出力された超音波信号S1と、記憶手段42に予め登録された正常超音波信号S2との振幅及び/または周波数の違いに基づいて前記判定を行う請求項1または請求項2に記載のレーザスクライブ装置。
 被割断基板Kを載置保持するためのテーブル20と、スクライブ線形成のためのレーザ光Lを被割断基板Kの表面に向けて照射可能なレーザ光照射ユニット40と、テーブル20とレーザ光照射ユニット40とを相対移動させる駆動手段21とを備え、被割断基板Kにおける割断予定線Jに沿うようにレーザ光Lを相対移動させることによりこの割断予定線J上にスクライブ線形成を行うレーザスクライブ方法において、
 正常なスクライブ線形成時に当該正常な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正常超音波信号S2として予め記憶手段42に登録しておき、
 スクライブ線形成時に当該スクライブ線SBにおける亀裂発生部分より放出される超音波をAEセンサ1によりリアルタイムで検出し、
 AEセンサ1から出力された超音波信号S1と、記憶手段42に登録された正常超音波信号S2とに基づいて、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43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。
 前記判定手段43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装置5から警報を発する請求項4に記載のレーザスクライブ方法。
 前記AEセンサ1から出力された超音波信号S1と、記憶手段42に予め登録された正常超音波信号S2との振幅及び/または周波数の違いに基づいて前記判定を行う請求項4または請求項5に記載のレーザスクライブ方法。
Description:
レーザスクライブ装置及びレー スクライブ方法

 本発明はレーザスクライブ装置及びレー スクライブ方法に関する。より詳しくは、 割断基板における割断予定線に沿うように ーザ光を相対移動させることによりこの割 予定線上にスクライブ線形成を行う装置及 方法に関する。

 ガラス板、セラミックスまたはウエハー どの脆性材料を切断加工する方法として、 ーザスクライブ法がある。レーザスクライ 法では、被割断基板とする脆性材料(以下、 単に基板と記述することがある)に対し、ま 、その割断予定線の始端に初期亀裂を形成 る。次いで、割断予定線の始端から終端に ってレーザ光により短時間内に加熱すると もに、加熱された部位をそのレーザ光に追 して急冷させることにより、連続した亀裂 つまりスクライブ線を基板の表面に形成す 。次いで、このスクライブ線のまわりに物 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、スクラ イブ線を境に基板を割断する。レーザスクラ イブ法によるスクライブ線の形成は、可動テ ーブル、初期亀裂形成機構、レーザ光照射ユ ニット及び冷却ユニットなどを備えるレーザ スクライブ装置を用いて行う。

 レーザスクライブ装置において、スクラ ブ線の形成動作中、例えば初期亀裂が形成 れていなかったり、レーザ光の強度が低下 ていたりして、規程の深さの正常なスクラ ブ線が形成されないことがある。そのよう 場合は、割断工程において基板を割断でき い。従って、形成されたスクライブ線が正 か異常かを割断前に判断できることが望ま い。しかし、レーザスクライブ法によるス ライブ線が正常であるか否かは、目視して 或いは光学顕微鏡で観察しても正確には判 できず、実際に割断してみなければ分から い。このため視認以外による検査方法が有 である。

 視認以外による脆性材料の検査方法として 特許文献1や特許文献2には、アコースティ クエミッション法(以下、AE法と略記する)を いた脆性材料の欠陥検査に関する技術が開 されている。そこで、例えばスクライブ線 形成する工程の後段に、特許文献1及び特許 文献2に記載のような技術を用いて、スクラ ブ線の状態を検査する工程を設け、スクラ ブ線形成工程から搬出された基板1枚1枚に対 し順次に検査を行うことで、異常なスクライ ブ線の形成された基板を排除する手法が考え られる。

特開平8-94592号公報

特開2003-232782号公報

 しかし、このような手法によると、正常 スクライブ線が形成されているか否かを確 することはできても、検査をスクライブ線 成工程の後段で行うため、異常なスクライ 線の形成された基板は全く無駄なものとな 、歩留まりの低下は避けられない。併せて 産時間の延長を招く。本発明は、このよう 事情に鑑みてなされたものであり、正常な クライブ線が確実に形成されているか否か 、スクライブ線形成中に確認することので るレーザスクライブ装置及びレーザスクラ ブ方法を提供することを目的とする。

 上述の目的を達成するために、本発明の ーザスクライブ装置10は、被割断基板Kを載 保持するためのテーブル20と、スクライブ 形成のためのレーザ光Lを被割断基板Kの表面 に向けて照射可能なレーザ光照射ユニット40 、テーブル20とレーザ光照射ユニット40とを 相対移動させる駆動手段21とを備え、被割断 板Kにおける割断予定線Jに沿うようにレー 光Lを相対移動させることによりこの割断予 線J上にスクライブ線形成を行うレーザスク ライブ装置10において、スクライブ線形成時 当該スクライブ線SBにおける亀裂発生部分 り放出される超音波をリアルタイムで検出 るAEセンサ1と、正常なスクライブ線形成時 当該正常なスクライブ線における亀裂発生 分より放出される超音波を正常超音波信号S2 として予め登録した記憶手段42と、AEセンサ1 ら出力された超音波信号S1と、記憶手段42に 登録された正常超音波信号S2とに基づいて、 常なスクライブ線形成が行われているか否 を判定する判定手段43とを備えることを特 とする。

 また、本発明のレーザスクライブ方法は 被割断基板Kを載置保持するためのテーブル 20と、スクライブ線形成のためのレーザ光Lを 被割断基板Kの表面に向けて照射可能なレー 光照射ユニット40と、テーブル20とレーザ光 射ユニット40とを相対移動させる駆動手段21 とを備え、被割断基板Kにおける割断予定線J 沿うようにレーザ光Lを相対移動させること によりこの割断予定線J上にスクライブ線形 を行うレーザスクライブ方法において、正 なスクライブ線形成時に当該正常なスクラ ブ線における亀裂発生部分より放出される 音波を正常超音波信号S2として予め記憶手段 42に登録しておき、スクライブ線形成時に当 スクライブ線SBにおける亀裂発生部分より 出される超音波をAEセンサ1によりリアルタ ムで検出し、AEセンサ1から出力された超音 信号S1と、記憶手段42に登録された正常超音 信号S2とに基づいて、正常なスクライブ線 成が行われているか否かを判定手段43により 判定することを特徴とする。

 なお、前記判定手段43により異常なスク イブ線形成が行われていると判定されたと に警報装置5から警報を発するようにするこ が好ましい。また、前記AEセンサ1から出力 れた超音波信号S1と、記憶手段42に予め登録 された正常超音波信号S2との振幅及び/または 周波数の違いに基づいて前記判定を行うこと が好ましい。

 本発明のレーザスクライブ装置及びレー スクライブ方法によると、正常なスクライ 線が確実に形成されているか否かを、スク イブ線形成中に確認することができる。ス ライブ線形成が異常であった場合、直ちに 処できるので、割断工程において基板を確 に割断できるようになる。また、続けて多 の基板に異常なスクライブ線を形成してし うことが防止でき、歩留まりの向上を図る とができる。併せて生産時間の延長も招か い。

 以下に、本発明を実施するための最良の 態を、添付図面を参照しながら説明する。 1は本発明に係るレーザスクライブ装置10の 面概略図、図2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 視的に示す図、図3は解析用コンピュータの 構成概要を示す図である。各図において直交 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 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 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及び 却ユニット50は、可動テーブル20よりも高い 置において一体的に基台70に固設される。

 可動テーブル20は、載置された基板Kを真 吸着により保持可能なテーブル面を備える 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、先端に回転刃31を 有し上下駆動可能とされた回転刃ユニット32 備え、可動テーブル20に載置保持された基 Kにおける割断予定線Jの始端JSに極微小な初 亀裂Cを形成可能に構成される。

 レーザ光照射ユニット40は、レーザ発振 から出力されたレーザ光Lを、反射ミラーや キスパンドレンズなどからなる光学系を経 して、レーザ照射窓41から基板Kの表面に向 て照射可能に構成される。レーザ照射窓41 ら照射されるレーザ光L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 とされる。レーザ照射窓41は、スクライブ 形成時における可動テーブル20に対するレー ザ光Lの相対移動の方向Y2を基準に回転刃31の 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 射可能な噴射ノズル51を備える。噴射ノズ 51は、基板K上に照射されるレーザ光Lに追随 るように、スクライブ線形成時における可 テーブル20に対するレーザ光Lの相対移動の 向Y2を基準にレーザ照射窓41の後方部に設け られる。

 スクライブ状態検査装置60は、スクライ 線形成時に当該スクライブ線における亀裂 生部分より放出される超音波をリアルタイ で検出可能なように可動テーブル20に取り付 けられたAEセンサ1、AEセンサ1の出力信号を増 幅するアンプ2、アンプ2の出力信号をA-D(アナ ログ-デジタル)変換するAD変換器3、AD変換器3 接続された解析用コンピュータ4、ブザーや ランプにより警報を発する警報装置5、解析 コンピュータ4が出力した異常信号S3に基づ てレーザ光照射ユニット40、冷却ユニット50 びテーブル駆動装置21を停止させると共に 報装置5を励起させる制御装置6を備える。

 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 であり、図3に示すように、記憶部42と比較 理部43とを有する。記憶部42には、次に示す 正常超音波信号S2が予め登録されている。す わち正常超音波信号S2とは、正常なレーザ クライブ動作時の亀裂成長時にその亀裂発 部分より放出される固有の音波信号のこと ある。比較処理部43は、AEセンサ1で検出した 基板Kからの超音波信号S1と、記憶部42に登録 れた正常超音波信号S2とを比較して、両者 一致する場合はレーザスクライブ動作が正 であると判断し、不一致の場合はレーザス ライブ動作が異常であると判断して異常信 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 マイクロプロセッサーなどを主体とした適 なハードウエア及びこれに組み込んだコン ュータプログラムにより実現される。

 次に、図4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 る。図4はレーザスクライブ装置10によるス ライブ線形成動作を示すフローチャートで る。

 まず、ステップ100において、テーブル駆 装置21は、基板Kを載置保持した可動テーブ 20を、回転刃31と基板Kにおける割断予定線J 始端JSとを結ぶ直線t1(図2(A)参照)がY方向に 行となるように駆動配置する。続いて、ス 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 装置21は、可動テーブル20をY1方向に駆動す (図2(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J S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小な初期 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 射窓41から基板Kに向けてレーザ光L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L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 るレーザ光L及び冷却剤Mの相対的な移動によ り、始端JSを起点として、レーザ光Lは割断予 定線Jを急激に加熱し局所的に熱膨張させて 縮応力を生じさせ、冷却剤Mはその直後に加 部分を急激に冷却することで局所的に収縮 せて引張応力を生じさせる。これにより、 期亀裂Cを亀裂進展の開始点として、基板K 表面に、割断予定線Jに沿う微小亀裂を連続 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、AEセンサ 1は、当該スクライブ線SBにおける亀裂発生部 分より放出される超音波をリアルタイムで検 出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 て、AEセンサ1から出力された超音波信号S1と 、記憶部42に登録された正常超音波信号S2と 比較する。検出した超音波信号S1と正常超音 波信号S2とが一致している限りは、比較処理 43はレーザスクライブ動作が正常であると 断して(ステップ150でイエス)、割断予定線J 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 時点でレーザ光Lの照射、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 、両超音波信号が不一致となる部分があっ 場合は(ステップ150でノー)、比較処理部43は レーザスクライブ動作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 制御信号S4により、警報装置5が励起して警 を発し(ステップ160)、レーザ光Lの照射、ミ トMの噴射、及び可動テーブル20の走行を停 する(ステップ180)。なお、上記両超音波信号 の一致または不一致の判定基準は、振幅及び /または周波数、すなわち振幅の強さの違い 周波数の違いとの両方またはいずれか一方 基づいて行うことが好ましい。また、ノイ による判断ミスを防止するため100kHz以下、20 0kHz以上の周波数信号は除去しておくことが ましい。

 このように、レーザスクライブ装置10に ると、正常なスクライブ線が確実に形成さ ているか否かを、スクライブ線形成中に確 することができる。スクライブ線形成が異 であった場合、直ちに対処できるので、割 工程において基板を確実に割断できるよう なる。また、割断後の基板は、割断部分の 進性や断面品質が優れたものとなる。また 続けて多くの基板に異常なスクライブ線を 成してしまうことが防止でき、歩留まりの 上を図ることができる。併せて生産時間の 長も招かない。

 以下、本発明を実施例により説明する。 5は本発明の実施例に用いたレーザスクライ ブ装置11の正面概略図、図6は図5に示すレー スクライブ装置11により得た正常超音波信号 と異常超音波信号を示す図であり、図6(A)は 常超音波信号を示し、図6(B)は異常超音波信 を示す。

 スクライブ状態検査装置60を有さない従 型のレーザスクライブ装置11の可動テーブル 20に、AEセンサ1を図5のように取り付け、アン プ2、ディスクリミネータ7及びAD変換器3を介 てオシロスコープ8に接続し、正常レーザス クライブ時、及び異常レーザスクライブ時の 波形を観測した。

 このときの具体的諸元は次のとおりであ 。

 〔基板〕製造会社:旭硝子株式会社、型番:AN 100、品種:厚さ0.7mmのガラス基板
 〔テーブル速度〕100mm/sec
 〔AEセンサ〕製造会社:株式会社エヌエフ回 設計ブロック、型番:AE901S-WP
 〔ディスクリミネータ〕製造会社:株式会社 エヌエフ回路設計ブロック、型番:AE9922
 異常スクライブ線形成時は、基板Kにおける 割断予定線Jの始端JSに意図的に初期亀裂Cを 成しないでレーザ光Lの照射及びミストMの噴 射を行った。なお、ノイズが多かったため、 100kHz以下、200kHz以上の周波数信号は、ディス クリミネータ7により除去した。その結果、 常超音波信号の振幅は、正常超音波信号の 幅よりも大きいことがわかった。これは、 常な亀裂が進展しているときにスクライブ における亀裂発生部分(進展部分)より放出さ れる音波が、異常なときに比べて大きいこと による。その他、レーザ出力が規程値から逸 脱している場合や、ミストの噴射量が規程値 から逸脱している場合なども、正常時に比べ て波形の特性に違いが表れると考えられ、そ の違いを基に正常か異常かの判定基準とする ことができる。

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

本発明に係るレーザスクライブ装置の 面概略図である。 本発明に係るレーザスクライブ装置に るレーザスクライブ動作を平面視的に示す である。 解析用コンピュータの構成概要を示す である。 レーザスクライブ装置によるスクライ 線形成動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例に用いたレーザスクラ ブ装置の正面概略図である。 図5に示すレーザスクライブ装置により 得た正常超音波信号と異常超音波信号を示す 図である。

符号の説明

 1 AEセンサ
 5 警報装置
 10 レーザスクライブ装置
 20 可動テーブル(テーブル)
 21 テーブル駆動装置(駆動手段)
 40 レーザ光照射ユニット
 42 記憶部(記憶手段)
 43 比較処理部(判定手段)
 J 割断予定線
 K 基板(被割断基板)
 L レーザ光
 S1 超音波信号
 S2 正常超音波信号