JP5249979B2 - Method of processing brittle material substrate and laser processing apparatus used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス、シリコン、セラミック、半導体等の脆性材料基板に対し、分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射して局所加熱し、続いて冷媒を噴射して局所冷却することにより当該基板に亀裂を形成する加工方法に関する。ここでいう「加工」は、加熱と冷却により基板に熱応力分布を発生させて当該基板に亀裂を形成する加工をいうが、形成される亀裂が基板表面から裏面に達するようにして完全分断させる場合とともに、分断予定ラインに深い亀裂(基板厚さの80%以上の亀裂)を形成して完全分断の直前状態にするような加工も含まれる。 In the present invention, a brittle material substrate such as glass, silicon, ceramic, or semiconductor is locally heated by irradiating a laser beam along a line to be divided, and then locally cooled by jetting a coolant. The present invention relates to a processing method for forming a crack. “Processing” as used herein refers to processing that generates a thermal stress distribution in a substrate by heating and cooling to form a crack in the substrate, but is completely divided so that the formed crack reaches the back surface from the substrate surface. In some cases, a process of forming a deep crack (crack of 80% or more of the substrate thickness) in the line to be cut to a state immediately before complete cutting is included.
従来、脆性材料であるガラス基板を分断(割断)する方法として、例えば特許文献1並びに特許文献2で開示されているように、基板を局所的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力(圧縮応力並びに引張応力)によって、あらかじめ基板の端部に形成してある初期亀裂(トリガ)を起点にして亀裂を所望の方向に進展させて、基板にスクライブラインを形成したり、完全分断(板厚が極端に薄いときなど)したりする加工方法が知られている。
Conventionally, as a method of dividing (cleaving) a glass substrate which is a brittle material, as disclosed in
具体的には、熱源としてレーザビームを使用し、テーブル上に保持させた基板をレーザビームに対して相対的に移動することでレーザビームを基板の分断予定ラインに沿って局所的に照射して加熱するとともに、これに追従して冷却ユニットのノズルから冷媒を噴射する。このとき加熱によって生じる圧縮応力と、急冷によって生じる引張応力による応力分布を利用して、亀裂を分断予定ラインの方向に進展させ、一筋のスクライブラインを形成する。 Specifically, a laser beam is used as a heat source, and the substrate held on the table is moved relative to the laser beam to locally irradiate the laser beam along the planned dividing line of the substrate. While heating, following this, a refrigerant is injected from the nozzle of the cooling unit. At this time, using the compressive stress generated by heating and the stress distribution due to the tensile stress generated by rapid cooling, the crack is propagated in the direction of the planned split line to form a single scribe line.
そして、基板が極端に薄い場合等で完全分断されてしまう場合を除き、スクライブライン(亀裂)に沿って、ブレイクバーを押し当てたり、ローラを圧接転動したりすることによって基板を撓ませることで基板を分断するようにしている。 Except when the substrate is extremely thin, etc., the substrate is bent by pressing the break bar or rolling the roller against the scribe line (crack). In this way, the substrate is divided.
しかし、上述した従来方法では、加熱、冷却を行った後に、外力を与えて基板を撓ませて分断するときに、分断されて形成された端面同士が互いに押圧してしまい、精度よく分断予定ラインに沿って分断することができないことがあった。また、分断面が粗雑になるといった問題点もあった。 However, in the above-described conventional method, after heating and cooling, when an external force is applied to bend and divide the substrate, the divided end surfaces are pressed against each other, and the line to be divided is accurately obtained. In some cases, it could not be divided along. In addition, there is a problem that the sectional surface becomes rough.
そこで本発明は、本課題を解決し、分断予定ラインに沿って精度よく分断することのできる基板の分断方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve this problem and to provide a method for dividing a substrate that can be accurately divided along a planned division line.
上記課題を検討する上で、発明者の反復実験により、分断されて形成された端面同士が互いに押圧するのは、以下の点が要因となっていることがわかった。図6は、局所加熱後に、加熱部分に追従して、冷媒を噴射して冷却した直後の基板の状態を示す断面図である。なお、説明の便宜上、亀裂等を誇張して図示している。 In examining the above-mentioned problems, it has been found by the inventor's iterative experiments that the end faces formed by being divided are pressed against each other due to the following points. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state of the substrate immediately after the local heating and following the heated portion and immediately after jetting and cooling the coolant. For convenience of explanation, cracks and the like are exaggerated.
基板Wをレーザビームによって局所的に加熱した後、この加熱部分を冷却装置のノズル13からの冷媒によって急冷すると、引張応力が発生する。この引張応力によって、図6(a)に示すように亀裂11が発生する。この亀裂の開口部は冷媒が噴射される冷却ポイントから離れるにしたがって、やがて閉じ、図6(b)に示すように目視で見ることができないブラインドクラック12となる。ブラインドクラックは、冷却によって引張応力が生じている領域が、時間経過により温度が緩和して再び表面温度が上昇したときに、圧縮応力に変わるようになり、亀裂面が圧縮されて亀裂が閉じていると考えられる。このようなブラインドブラック(一度発生した亀裂の開口部が再び閉じて目視で見えなくなっているが内部に亀裂が残っている状態)が生じている状態で、外力を印加して基板を撓ませてブレイクを行うと、亀裂の開口部に圧縮応力が残留して閉じているので大きな外力を必要とし、無理に分断しようとすると分断されて形成された端面同士が互いに押圧してしまうと考えられる。この圧縮応力が、精度よく分断予定ラインに沿って分断できなくなる場合の要因となっている。
After the substrate W is locally heated by the laser beam, when this heated portion is rapidly cooled by the refrigerant from the
したがって、上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、本発明の基板加工方法では、脆性材料基板の分断予定ラインに沿ってレーザビームを相対的に移動させながら照射することによって加熱し基板に局所的な圧縮応力を生じさせる加熱工程と、加熱された領域の直後に冷媒を噴射して形成した冷却領域をレーザビームに追従して移動させながら脆性材料基板を局所冷却することによって引張応力を生じさせ分断予定ラインに沿って亀裂を進展させる冷却工程と、この引張応力が残留して亀裂の開口部が開いている間に、この亀裂の開口部が生じている領域に対して外力を印加して亀裂を厚さ方向に浸透させるブレイク工程とからなるようにしている。 Therefore, in order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means. That is, according to the substrate processing method of the present invention, a heating step of generating a local compressive stress on the substrate by heating while irradiating the laser beam while moving relatively along the line to be cut of the brittle material substrate, and heating Cooling in which a brittle material substrate is locally cooled while moving a cooling region formed by injecting a refrigerant immediately after the formed region to follow the laser beam, thereby generating tensile stress and causing cracks to propagate along the planned dividing line And a breaking process in which an external force is applied to a region where the crack opening is generated while the tensile stress remains and the crack opening is opened, and the crack penetrates in the thickness direction. Is made up of.
ここで、ブレイク工程における外力を印加させる位置は、冷却工程による冷却領域の冷却中心から冷却領域の移動方向後方側へ20mm、並びに、冷却領域の移動方向前方側へ5mmの範囲に配置するのがよい。特に、冷却によって生じた亀裂の開口部が最大に開いている位置が最も好ましく、基板の冷却中心(cp)から冷却領域の移動方向と反対方向となる後方へ向けて0mm〜10mmの範囲の位置が適切である。
また、上記目的を達成するためになされた本発明のレーザ加工装置は、テーブル上に載置された脆性材料基板の分断予定ラインに沿って前記基板の上方からレーザビームを相対的に移動させながら照射することによって加熱して基板に局所的な圧縮応力を生じさせるレーザ照射機構と、加熱された領域の直後に冷媒を噴射して形成した冷却領域をレーザビームに追従するように移動させて脆性材料基板を局所冷却することによって引張応力を生じさせ分断予定ラインに沿って亀裂を進展させる冷却機構とを備えたレーザ加工装置であって、前記テーブルは前記基板の分割予定ラインの下面側を露出させるための間隙を挟んで両側に分割され、冷媒の噴射によって生じた引張応力が残留して亀裂の開口部が開いている間に、この亀裂の開口部が生じている領域に対して、前記基板の下方から外力を印加して亀裂を厚さ方向に浸透させるブレイク機構を備えるようにしている。
Here, the position where the external force is applied in the break process is arranged within the range of 20 mm from the cooling center of the cooling region in the cooling step to the rear side in the moving direction of the cooling region and 5 mm to the front side in the moving direction of the cooling region. Good. In particular, the position where the opening portion of the crack generated by cooling is opened to the maximum is most preferable, and the position is in the range of 0 mm to 10 mm from the cooling center (cp) of the substrate toward the rear in the direction opposite to the moving direction of the cooling region. Is appropriate.
Further, the laser processing apparatus of the present invention made to achieve the above object is configured to relatively move the laser beam from above the substrate along the planned cutting line of the brittle material substrate placed on the table. A laser irradiation mechanism that heats up by irradiation and generates local compressive stress on the substrate, and a cooling region formed by injecting a refrigerant immediately after the heated region moves to follow the laser beam and is brittle A laser processing apparatus including a cooling mechanism that generates a tensile stress by locally cooling a material substrate and causes a crack to propagate along a planned dividing line, wherein the table exposes a lower surface side of the planned dividing line of the substrate While the crack opening is opened while the tensile stress generated by the injection of the refrigerant remains and the crack opening is opened, the crack opening is divided. Flip respect to that area, so that provided a break mechanism to penetrate by applying an external force from the lower side of the substrate cracks in a thickness direction.
本発明の加工方法によれば、ブレイク工程での外力を印加する位置を、冷却工程による急激な冷却によって生じた亀裂がブラインドクラックにならないで、亀裂の開口部が開いている領域内にしているので、外力を少し与えるだけで、即ち、亀裂の開口部が開いている領域を外力で少し撓ませるだけで、無理なく亀裂を浸透させて分断することができる。これにより、従来のような、分断されて形成された端面同士が互いに押圧するような現象をなくすることができて、分断予定ラインに沿って精度よく分断することができるとともに、滑らかで、きれいな加工面を得ることができるといった効果がある。 According to the processing method of the present invention, the position where the external force is applied in the breaking process is set in the region where the crack opening caused by the rapid cooling in the cooling process does not become a blind crack and the opening of the crack is open. Therefore, the crack can be easily penetrated and divided by simply applying a little external force, that is, by slightly bending the region where the opening of the crack is opened by the external force. As a result, it is possible to eliminate the phenomenon in which the end surfaces formed by being divided are pressed against each other as in the prior art, and can be accurately divided along the planned dividing line, and are smooth and clean. There is an effect that a processed surface can be obtained.
本発明において、ブレイク工程における外力の印加手段として基板に圧接するローラを使用し、このローラを基板のレーザビーム照射面とは反対側に配置して、ローラを押し当てることにより外力を印加するようにするのがよい。
これにより、亀裂の開口部が開いている領域を的確に撓ませることができ、無理なく亀裂を浸透させて分断することができる。
In the present invention, a roller that presses against the substrate is used as an external force application means in the breaking process, and this roller is disposed on the side opposite to the laser beam irradiation surface of the substrate, and the external force is applied by pressing the roller. It is good to make it.
Thereby, the area | region in which the opening part of a crack is open can be bent appropriately, and a crack can be penetrate | infiltrated reasonably and can be divided.
以下、本発明にかかる加工方法の詳細を、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は本発明にかかる加工方法を実施するためのレーザ加工装置の一例を示す概略的な斜視図であり、図2は加工方法を説明するための図である。
レーザ加工装置は、ガラス基板Wを載置するための二分割されたテーブル1を備えている。テーブル1は、基板Wを載置するための平らな上面2を有しており、上面2には多数のエア吸引孔3が設けられている。このエア吸引孔3は、載置される基板Wを吸引保持するためのものであって、テーブル1の内部に設けられたマニホールド(不図示)を介してエア吸引ポンプ(不図示)に連通されている。さらに、テーブル1に載置された基板Wを、吸盤4を介して持ち上げて搬送させるための搬送ロボット5が設けられている。
Hereinafter, the details of the processing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments thereof.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a laser processing apparatus for carrying out the processing method according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the processing method.
The laser processing apparatus includes a table 1 that is divided into two parts for placing a glass substrate W thereon. The table 1 has a flat
また、テーブル1上に載置された基板Wを、分断予定ラインに沿って加工するために、基板Wに局所的な圧縮応力を生じさせる加熱手段としてのレーザ照射機構6と、このレーザ照射機構6による加熱領域(レーザスポット)に追従して、加熱領域の直後を冷媒噴射により冷却することによって引張応力を生じさせ、亀裂を分断予定ラインに沿って進展させる冷却機構7と、この引張応力が残留している間に、冷却領域近傍(亀裂の開口部が生じている領域)に対して外力を印加して亀裂を厚み方向に浸透させるブレイク機構8とが設けられている。
Further, in order to process the substrate W placed on the table 1 along the line to be cut, a
冷却機構7は、先端から冷媒を噴射するノズル7aを備えている。また、ブレイク機構8は、基板Wの下方側に配置されたローラ8aを備えており、このローラ8aを分割されたテーブル1の間隙で、下から押圧させることにより基板Wを押圧して分断するようになっている。なお、ローラ8aに相対して、基板Wの上方側に凹面状の周面を有する受けローラ8bを配設しておくのが好ましい。
The
レーザ照射機構6、冷却機構7、ブレイク機構8は、レーザ照射機構6を先頭として順次一直線上に配列されて共通の保持部材9により保持されており、駆動機構(不図示)によって、基板Wを載せたテーブル1に対して相対的に配列方向に沿って移動できるように形成されている。
The
ブレイク機構8のローラ8aは、ノズル7aからの冷媒噴射による急激な冷却によって生じた亀裂10(図4参照)がブラインドクラックにならないで、亀裂の開口部が開いている領域に配置される。
具体的には、加工すべきガラス基板Wの厚みが0.4mm〜1.1mm程度、基板Wの送り速度が50mm/秒〜500mm/秒としたときに、ノズル7aによる冷却ポイントの中心cp(図2)からノズル7aの基板Wに対する移動方向(矢印方向)と反対方向である後方側の20mm並びに移動方向前方側5mmの範囲にローラ8aが配置される。
特に、冷却によって生じた亀裂の開口部が大きく開いている位置が最も好ましく、冷却ポイントの中心cp(図2)からノズル7aの基板Wに対する移動方向とは反対方向の後方側に向けて0mm〜10mmの範囲内の位置が適切である。ちなみに、従来はスクライブとブレイクとは別工程で行うべきとの考えがあり、ローラブレイクを行う場合には、なるべく振動を与えない方がよいと考え、また基板Wが十分に冷却されて亀裂が基板の厚さ方向に進展しきった後にブレイク工程を設ける方がよいと考え、十分に冷媒噴射位置から離れた位置(冷却中心cpから後方側に向けて20mm以上離隔)にローラが配置されるようにしていた。
なお、ローラ8aを冷却ポイントの中心cpからノズル7aの基板Wに対する移動方向前方側に5mmより離れた位置に配置した場合には、亀裂を浸透させる効果が見られなかった。
The roller 8a of the
Specifically, when the thickness of the glass substrate W to be processed is about 0.4 mm to 1.1 mm and the feed speed of the substrate W is 50 mm / second to 500 mm / second, the center cp ( The roller 8a is arranged in a range of 20 mm on the rear side which is opposite to the moving direction (arrow direction) of the nozzle 7a with respect to the substrate W from FIG.
In particular, the position where the opening portion of the crack generated by cooling is widely opened is most preferable, and 0 mm to the rear side in the direction opposite to the moving direction of the nozzle 7a relative to the substrate W from the center cp (FIG. 2) of the cooling point. A position within the range of 10 mm is appropriate. By the way, there is a conventional idea that scribing and breaking should be performed in separate processes, and when performing roller breaking, it is better not to give vibration as much as possible, and the substrate W is sufficiently cooled and cracked. I think that it is better to provide a break process after it has progressed in the thickness direction of the substrate, so that the roller is disposed at a position sufficiently separated from the refrigerant injection position (at least 20 mm away from the cooling center cp toward the rear side). I was doing.
In addition, when the roller 8a was disposed at a position separated from the center cp of the cooling point by 5 mm on the front side in the movement direction with respect to the substrate W of the nozzle 7a, the effect of permeating cracks was not seen.
次に、加工動作について説明する。基板Wを分断予定ラインLに沿って加工するに際して、基板Wの分断予定ラインLがレーザ加工装置における所定の加工位置にくるように位置合わせしながらテーブル1に保持させる。そして、レーザ照射機構6(保持部材9)を分断予定ラインLに沿って相対的に移動させながら基板Wにレーザビームを照射することにより、図3に示すように、基板Wに局所的な圧縮応力の場P1を生じさせる。次いで、図4に示すように、レーザビームに追従させてレーザビームにより加熱された領域の直後(したがって、P1は少し基板内部に移動する)を、冷却機構7のノズル7aからの冷媒噴射により急冷して引張応力P2を生じさせる。
Next, the machining operation will be described. When the substrate W is processed along the planned cutting line L, the substrate W is held on the table 1 while being aligned so that the planned cutting line L of the substrate W is at a predetermined processing position in the laser processing apparatus. Then, the substrate W is irradiated with the laser beam while relatively moving the laser irradiation mechanism 6 (holding member 9) along the planned division line L, thereby locally compressing the substrate W as shown in FIG. A stress field P1 is generated. Next, as shown in FIG. 4, immediately after the region heated by the laser beam following the laser beam (and thus P1 moves slightly inside the substrate), the coolant is rapidly cooled by jetting the refrigerant from the nozzle 7a of the
これにより亀裂10が分断予定ラインL(図1)に沿って形成される。さらに図5に示すように、ブレイク機構8のローラ8aを上昇させて、冷却工程によって亀裂10の生じている領域を撓ませて、亀裂深さを板厚の100%(完全分断)から80%まで浸透させる。
このとき、ブレイク機構8のローラ8aの圧接位置が、ノズル7aによる急激な冷却によって生じた亀裂10がブラインドクラックにならないで、亀裂10の開口部が開いている領域にしてあるので、ローラ8aを少し押圧させるだけで、即ち、亀裂10の開口部が開いている領域をローラ8aで少し撓ませるだけで、無理なく亀裂を浸透させることができる。これにより、分断されて形成された端面同士が互いに押圧するような現象をなくすことができ、分断予定ラインに沿って精度よく分断することができるとともに、滑らかで、きれいな分断面を得ることができる。
Thereby, the
At this time, the pressure contact position of the roller 8a of the
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。 Although typical examples of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments. The present invention achieves its purpose and appropriately modifies and changes within the scope of the claims. It is possible.
本発明の加工方法は、ガラス基板等の脆性材料からなる基板を加工するのに利用することができる。 The processing method of the present invention can be used to process a substrate made of a brittle material such as a glass substrate.
W 基板
L 分断予定ライン
1 テーブル
6 レーザ照射機構
7 冷却機構
7a ノズル
8 ブレイク機構
8a ローラ
10 亀裂
W Substrate L Line to be cut 1 Table 6
Claims (5)
加熱された領域の直後に冷媒を噴射して形成した冷却領域をレーザビームに追従して移動させながら脆性材料基板を局所冷却することによって引張応力を生じさせ分断予定ラインに沿って亀裂を進展させる冷却工程と、
前記基板に外力を印加して亀裂を厚さ方向に浸透させるブレイク工程とからなる脆性材料基板の加工方法において、
前記ブレイク工程における外力を印加させる位置は、前記冷却領域の範囲内であって、かつ、前記冷却領域の冷却中心から冷却領域の移動方向後方側へ20mm、冷却領域の移動方向前方側へ5mmの範囲内であることを特徴とする脆性材料基板の加工方法。 A heating step of generating a local compressive stress in the substrate by heating by irradiating while moving the laser beam relatively along the planned cutting line of the brittle material substrate;
A brittle material substrate is locally cooled while moving a cooling region formed by jetting a refrigerant immediately after the heated region while following the laser beam, thereby causing a tensile stress and causing a crack to propagate along the planned cutting line. A cooling process;
In the processing method of the brittle material substrate comprising a breaking step of applying an external force to the substrate to penetrate the crack in the thickness direction,
Position for applying an external force in the breaking process is within the range of the cooling zone, and, 20 mm in the moving direction rearward side of the cooling center or al cold却領region of the cooling area, the moving direction front side of the cooling area A method for processing a brittle material substrate , which is within a range of 5 mm.
加熱された領域の直後に冷媒を噴射して形成した冷却領域をレーザビームに追従するように移動させて脆性材料基板を局所冷却することによって引張応力を生じさせ分断予定ラインに沿って亀裂を進展させる冷却機構とを備え、
前記テーブルは前記基板の分割予定ラインの下面側を露出させるための間隙を挟んで両側に分割され、前記基板の下方から前記基板に外力を印加して亀裂を厚さ方向に浸透させるブレイク機構を備えたレーザ加工装置であって、
前記冷却機構は冷媒を噴射するノズルを有し、冷媒が噴射される冷却領域の範囲内であって、かつ、前記冷却領域の冷却中心からノズルの基板に対する移動方向と反対側である後方側20mm、移動方向前方側5mmの範囲内に前記ブレイク機構が配置されることを特徴とするレーザ加工装置。 Laser irradiation that heats and generates local compressive stress on the substrate by irradiating it while moving the laser beam relatively from above the substrate along the planned cutting line of the brittle material substrate placed on the table Mechanism,
A cooling region formed by jetting a refrigerant immediately after the heated region is moved so as to follow the laser beam to locally cool the brittle material substrate, thereby generating a tensile stress and causing a crack to propagate along the planned dividing line. And a cooling mechanism
The table is divided into both sides with a gap for exposing the lower surface side of the division line of the substrate, and a break mechanism that applies an external force to the substrate from below the substrate to penetrate the crack in the thickness direction. A laser processing apparatus comprising:
The cooling mechanism has a nozzle for injecting a refrigerant, and is within a range of a cooling area in which the refrigerant is injected , and a rear side of 20 mm from the cooling center of the cooling area opposite to the moving direction of the nozzle with respect to the substrate. The laser processing apparatus is characterized in that the break mechanism is disposed within a range of 5 mm on the front side in the moving direction.
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