JP2010232603A

JP2010232603A - 基板固定装置

Info

Publication number: JP2010232603A
Application number: JP2009081253A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamamoto; 山本　　幸司; Noribumi Arima; 則文在間; Tsuyoshi Hata; 強之畑
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-14
Also published as: CN101851060A; KR20100109448A; TW201112351A; TWI451523B; KR101228977B1; CN101851060B

Abstract

【課題】所望の形状に基板を変形でき且つ固定できる基板固定装置を提供する。
【解決手段】吸引孔１２が形成された基板支持面１５を覆うように載置板２を取り付けるとともに、吸引孔１２が連通する減圧室１１ａ〜１１ｃを負圧にする真空ポンプＰを設ける。そして、調整弁Ｖａ〜Ｖｃの開度を調整することによって、減圧室１１ａ〜１１ｃ内を異なる負圧とし、吸引孔１２の吸引力を部分的に異なるものとして、基板を変形させた状態で載置板２上に吸着固定する。ここで、所望形状に滑らかに基板を変形させる観点からは、前記弾性多孔質部材の厚みは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であるのが好ましい。また、前記弾性多孔質部材の弾性率は１０〜２５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であるのが好ましい。さらに、前記弾性多孔質部材の気孔率は２０〜５０％の範囲であるのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は基板固定装置に関し、より詳細には、負圧によって基板を吸着固定する装置に関するものである。

従来、ガラス基板やセラミック基板などの脆性材料基板を切断する方法として、ダイヤモンド等からなるカッターの刃を、平坦な状態に固定した脆性材料基板に押しつけて相対移動させることによって、垂直クラックからなるスクライブラインを形成し、その後、必要により剪断力を加えて垂直クラックを基板の厚み方向全体に伸展させて基板を切断する方法が用いられていた。また、最近では、レーザビーム照射によってスクライブラインを形成する方法も用いられつつある。

スクライブラインを構成する垂直クラックを深くするには、カッターを用いる場合には基板に対する押圧力を大きくする、またレーザを用いる場合にはレーザビームの照射出力を大きくしたり、走査速度を遅くする必要がある。しかし、カッターの押圧力を大きくすると、基板に微細な欠けや割れが生じやすくなると共にカッターの使用寿命が短くなる。また、レーザビームの照射出力を大きくすると、基板表面に加熱による損傷が生じることがあり、走査速度を遅くすると加工効率が低下する。

そこで、基板を湾曲させた状態でスクライブを行って垂直クラックを深くする技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平7-323384

しかしながら、提案技術では、所定の曲面が成形されたステージ上に基板を保持するので、基板の曲面状態に対応したステージをそれぞれ用いる必要であった。

本発明の目的は、ステージを交換することなく所望の形状に基板を変形でき且つ固定できる基板固定装置を提供することにある。

本発明によれば、吸引孔又は吸引溝が形成された基板支持面を有する基台と、前記基板支持面を覆うように取り付けられた弾性多孔質部材と、前記吸引孔又は前記吸引溝の内部に負圧を発生させる吸引手段とを備え、前記弾性多孔質部材の表面に基板を吸着固定する装置であって、前記吸引孔又は前記吸引溝の内部に発生させる負圧を部分的に異なるものとして、吸着固定した前記基板を変形可能としたことを特徴とする基板固定装置が提供される。

ここで、所望形状に滑らかに基板を変形させる観点からは、前記弾性多孔質部材の厚みは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であるのが好ましい。また、前記弾性多孔質部材の弾性率は１０〜２５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であるのが好ましい。さらに、前記弾性多孔質部材の気孔率は２０〜５０％の範囲であるのが好ましい。

本発明の基板固定装置では、吸引孔又は吸引溝が形成された基板支持面を覆うように弾性多孔質部材を取り付けるとともに、前記吸引孔又は前記吸引溝の内部に負圧を発生させる吸引手段を設け、前記吸引孔又は前記吸引溝の内部に部分的に異なる負圧を発生させるようにした。すなわち、前記吸引孔又は前記吸引溝による吸引力を部分的に異なるようにしたので、弾性多孔質部材の表面に吸着固定した基板を所望の形状に変形できる。これにより、従来のような曲面形状ごとに複数のステージを用意する必要がなくなる。

本発明に係る基板固定装置の一例を示す概説縦断面図である。図１の基板固定装置の基台の平面図である。図１の基板固定装置を用いて基板を割断する場合の工程図である。図３（ｂ）における、湾曲した脆性材料基板のレーザビームを用いたスクライブの一例を示す斜視図である。図３（ｃ）における脆性材料基板の湾曲状態を示す概説図である。

以下、本発明に係る基板固定装置についてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明に係る基板固定装置の一実施例を示す概説垂直断面図を示す。この図に示す固定台（基板固定装置）Ｓは、基台１と載置板（弾性多孔質部材）２の２つの部材に大きく分かれる。基台１の内部には、紙面に対して垂直方向に細長い３つの減圧室１１ａ〜１１ｃが形成されている。基台１の上面の基板支持面１５には、複数個の吸引孔１２が所定間隔で形成され、これらの吸引孔１２は減圧室１１ａ〜１１ｃのいずれかに連通している。また各減圧室１１ａ〜１１ｃの底面には貫通孔１３がそれぞれ形成されている。この貫通孔１３には、一方端が真空ポンプＰに接続された接続管１４のもう一方端が取り付けられる。接続管１４の途中には調整弁Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが設けられている。なお、減圧室は３つに限定されるものではない。

図２に、基台１の平面図を示す。同図（ａ）では、基台１の基板支持面１５に複数の吸引孔１２が縦横に整列配置されている。もちろん、吸引孔１２に配置はこれに限定されるものではない。同じ減圧室に連通する吸引孔１２には同じ吸引力が発生し、後述するように、減圧室ごとに吸引力を変えることによって基板の吸引が部分的に異なり基板を湾曲させることができるようになる。同図（ｂ）は、吸引孔１２に代えて吸引溝１６を基板支持面１５に形成したものであって、このような実施形態の場合にも、同様の作用効果が奏される。

図１において、基台１の基板支持面１５の上には、載置板２が取り付けられている。基板支持面１５と載置板２との間には接着剤層などを設けても構わない。この載置板２は多孔質部材からなり、吸引孔１２からの吸引力は載置板２の表面に緩やかな広がりを持って伝えられる。また、載置板２は弾性を有するので、載置板２に載置された基板の湾曲などの厚み方向の変形が可能となる。

吸引孔１２からの部分的に異なる吸引力を載置板２の表面に緩やかな広がりを持って伝えるには、載置板の気孔率は２０〜５０％の範囲が好ましく、厚みは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲が好ましい。また、基板の湾曲等の所望の変形を容易且つ高精度で行うには、弾性率は１０〜２５Ｎ／ｍｍ^２の範囲が好ましく、より好ましくは１８〜２２Ｎ／ｍｍ^２の範囲である。このような載置板としては、連続気泡を有する発泡ウレタンゴムや焼結多孔質樹脂などが好適に使用できる。なお、連続気泡を有する多孔質材料を使用する場合は、脆性材料基板５０が載置された部分以外の載置板２の表面に吸引力が発生しないように遮蔽するのが好ましい。

このような構成の固定台Ｓにおいて、各減圧室１１ａ〜１１ｃの空気が真空ポンプＰによって接続管１４を介して排出されると、減圧室１１ａ〜１１ｃは減圧され、吸引孔１２から空気が吸い込まれる。調整弁Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの開度によって、減圧室１１ａ〜１１ｃの減圧度合いを調整することによって、各減圧室１１ａ〜１１ｃに連通する吸引孔１２群ごとに吸引圧力が変化し、載置板２に吸引固定される脆性材料基板５０を所望の形状に変化させることができるようになる。減圧室１１ａ〜１１ｃの数に限定はなく、数を多くするほど脆性材料基板５０の形状をより種々に変化させることができるようになる。なお、脆性材料基板５０を凹形状や凸形状に変形させるには少なくとも３つの減圧室が必要となる。

図３に、図１に示した固定台Ｓを用いて脆性材料基板を割断する場合の工程図を示す。固定台Ｓの載置板２の表面に脆性材料基板５０を載置する。そして、真空ポンプＰ（図１に図示）を起動させる（図３（ａ））。真空ポンプは減圧室１１ａ〜１１ｃごとにそれぞれ設けてもよいが、設備の大型化・重量化を回避する観点からは、真空ポンプＰは１台として各減圧室１１ａ〜１１ｃへの接続管１４を分岐させるのが好ましい。各減圧室１１ａ〜１１ｃからの吸引量は接続管１４の途中に設けた調整弁Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの開度によって調整される。

調整弁Ｖａと調整弁Ｖｃの開度を大きくし、調整弁Ｖｂの開度を小さくすることによって、減圧室１１ａと減圧室１１ｃからの吸引量が減圧室１１ｂからの吸引量よりも多くなり、減圧室１１ａと減圧室１１ｃに連通している吸引孔１２の吸引力が、減圧室１１ｂに連通している吸引孔１２の吸引力よりも大きくなる。これによって、載置板２上の脆性材料基板５０は、中央部が上方に凸形状に湾曲する。

次に、湾曲した脆性材料基板５０の略中央部の谷底部分に、基板表面に対して略垂直にレーザビームＬＢを照射する（同図（ｂ））。また同時に、図４に示すように、レーザビーム照射領域の後端近傍に冷却媒体としての水をノズル３７から噴出させる。脆性材料基板５０にレーザビームＬＢを照射することによって、脆性材料基板５０は厚み方向に溶融温度未満で加熱され、脆性材料基板５０は熱膨張しようとする。このとき、脆性材料基板５０は、緩やかな広がりをもつ多孔質部材を介して吸引されているので基板の変形が抑制されることによって膨張できず照射点を中心に圧縮応力が発生する。そして加熱直後に、脆性材料基板５０の表面が水により冷却されることによって、脆性材料基板５０が今度は収縮して引張応力が発生する。この引張応力の作用によって、不図示のトリガークラックを開始点として割断予定ライン５１に沿って垂直クラック５３が脆性材料基板５０に形成される。加えて、脆性材料基板５０がスクライブ形成面側が凸形状となるように湾曲していることによって、脆性材料基板５０のスクライブ形成面に引張応力が発生しているので、垂直クラック５３はより形成されやすくなる。

そしてレーザビームＬＢ及び冷却ノズル３７を割断予定ライン５１に従って相対的に移動させることによって、垂直クラック５３が伸展し脆性材料基板５０にスクライブライン５２が形成される。この実施形態の場合には、レーザビームＬＢと冷却ノズル３７とは所定位置に固定された状態で、固定台Ｓを移動させることによって脆性材料基板５０を移動させている。もちろん、脆性材料基板５０を固定した状態で、レーザビームＬＢと冷却ノズル３７とを移動させても構わない。あるいは脆性材料基板５０及びレーザビームＬＢ・冷却ノズル３７の双方を移動させても構わない。

スクライブラインを形成する際の、湾曲した脆性材料基板５０におけるレーザビーム照射点の曲率半径としては２，０００〜４，０００ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは２，５００〜３，５００ｍｍの範囲である。

ここで使用するレーザビームＬＢとしては特に限定はなく、基板５０の材質や厚み、形成したい垂直クラックの深さなどから適宜決定すればよい。脆性材料基板がガラス基板の場合、ガラス基板表面での吸収が大きい波長９〜１１μｍのレーザビームが好適に使用される。このようなレーザビームとしてはＣＯ_２レーザが挙げられる。レーザビームの基板への照射形状としては、レーザビームの相対移動方向に細長い楕円形状が好ましく、相対移動方向の照射長さＬは１０〜６０ｍｍの範囲、照射幅Ｗは１〜５ｍｍの範囲が好適である。

冷却ノズル３７から噴出させる冷却媒体としては水やアルコールなどが挙げられる。また、割断後の脆性材料基板を使用する上で悪影響を与えない範囲において、界面活性剤等の添加剤が添加されていても構わない。冷却媒体の吹き付け量としては通常は１〜２ｍｌ／ｍｉｎの範囲である。冷却媒体による基板の冷却は、レーザービームによって加熱された基板を急冷する観点からは、気体（通常は空気）と共に水を噴射させるいわゆるウォータジェット方式が望ましい。冷却媒体による冷却領域は、長径１〜５ｍｍ程度の円形状又は楕円形状であることが好ましい。また、冷却領域は、レーザビームによる加熱領域の相対移動方向後方であって、冷却領域と加熱領域との中心点間の距離が５〜３０ｍｍ程度となるように形成するのが好ましい。

レーザビームＬＢ及び冷却ノズル３７の相対移動速度としては特に限定はなく、得たい垂直クラックの深さなどから適宜決定すればよい。一般に相対移動速度を遅くするほど、形成される垂直クラックは深くなる。通常、相対移動速度は数百ｍｍ／ｓｅｃ程度である。

なお、スクライブライン５２の形成は、レーザビームＬＢの照射によるものに限定されるものではなく、スクライビングカッターを用いてスクライブライン５２を形成してももちろん構わない。ただし、次工程においてレーザビームＬＢの照射によってスクライブライン５２の垂直クラック５３を伸展させる場合には、次工程で使用するレーザビームＬＢをスクライブライン形成にも用いるようにすれば割断装置のコンパクト化が図れ望ましい。

以上のようにして、脆性材料基板５０にスクライブライン５２を形成した後、調整弁Ｖｂの開度を大きくし、調整弁Ｖａと調整弁Ｖｃの開度を小さくする。これによって、減圧室１１ｂからの吸引量が減圧室１１ａと減圧室１１ｃからの吸引量よりも多くなり、減圧室１１ｂに連通している吸引孔１２の吸引力が減圧室１１ａと減圧室１１ｂに連通している吸引孔１２の吸引力よりも大きくなり、載置板２上の脆性材料基板５０は、中央部が凹形状となるように湾曲する（同図（ｃ））。

そして、湾曲した脆性材料基板５０のスクライブライン５２に沿ってレーザビームＬＢを再び照射する。図５に示すように、脆性材料基板５０を、レーザビームＬＢの照射側が凹形状となるように湾曲させることによって、レーザビームＬＢの照射側と反対側面に引張応力が発生するので、線膨張係数の小さい脆性材料基板５０であっても確実に垂直クラック５３を基板厚み方向に伸展させることができるようになる。垂直クラック５３が、脆性材料基板５０の反対側面まで、あるいは反対側面近傍まで伸展すれば、これによって脆性材料基板５０は割断される。一方、垂直クラック５３が脆性材料基板５０の反対側面まで達しないときは、レーザビームＬＢをスクライブライン５２に沿って繰り返し照射し、垂直クラック５３を伸展させればよい。また、必要により、脆性材料基板５０に外部応力を加えて割断してもよい。

垂直クラック５３を伸展させる際の、湾曲した脆性材料基板５０におけるレーザビームＬＢ照射点の曲率半径としては２，０００〜４，０００ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは２，５００〜３，５００ｍｍの範囲である。また垂直クラック５３を効率的に伸展させる観点からは、レーザビームＬＢの照射部分が、脆性材料基板５０の曲率半径の最も小さい部分であるのが望ましい。

なお、脆性材料基板５０にスクライブライン５２を形成した後、脆性材料基板５０の表裏を反転させてスクライブライン形成面を下側とし、スクライブライン形成面と反対面のスクライブライン５２に対応する部分にレーザビームＬＢを照射することによっても、スクライブライン５２の垂直クラック５３を伸展させることができる。ただし、脆性材料基板５０を反転させる工程が図３で示す方法に加えて必要となるので、生産効率の点などからは図５に示すようなスクライブライン５２に沿ってレーザビームＬＢを照射するのが好ましい。

以上説明した割断対象である脆性材料基板としては、例えばガラス基板やセラミックス基板、単結晶シリコン基板、サファイヤ基板などが挙げられる。本発明の基板固定装置は例えば液晶ディスプレイ等のパネル製造分野などで好適に使用できる。

本発明の基板固定装置は、吸引孔又は吸引溝による吸引力を部分的に異なるようにすることによって、基板を所望の形状に変形固定でき、従来のような曲面形状に対応する複数のステージを用意する必要がなくなり有用である。

１基台
２載置板（弾性多孔質部材）
Ｓ固定台（基板固定装置）
Ｐ真空ポンプ（吸引手段）
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ減圧室（吸引手段）
１２吸引孔
１３貫通孔
１４接続管
１５基板支持面
１６吸引溝
５０脆性材料基板
５２スクライブライン
５３垂直クラック
ＬＢレーザビーム
Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ調整弁

Claims

吸引孔又は吸引溝が形成された基板支持面を有する基台と、前記基板支持面を覆うように取り付けられた弾性多孔質部材と、前記吸引孔又は前記吸引溝の内部に負圧を発生させる吸引手段とを備え、前記弾性多孔質部材の表面に基板を吸着固定する装置であって、
前記吸引孔又は前記吸引溝の内部に発生させる負圧を部分的に異なるものとして、吸着固定した前記基板を変形可能としたことを特徴とする基板固定装置。
前記弾性多孔質部材の厚みが０．１〜５ｍｍの範囲である請求項１記載の基板固定装置。
前記弾性多孔質部材の弾性率が１０〜２５Ｎ／ｍｍ^２の範囲である請求項１又は２記載の基板固定装置。
前記弾性多孔質部材の気孔率が２０〜５０％の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の基板固定装置。