JP2009220142A - Laser beam machining apparatus and laser beam machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示用のディスプレイパネルを加工するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for processing a display panel for image display.
近年、高画質の動映像を表現するディスプレイパネル用のデバイスとして、液晶パネルや有機EL(エレクトロルミネッセンス;Electro luminescence)パネル等のアクティブマトリクスタイプの画像表示装置の開発が進められている。
液晶パネルは、光透過性の基板等に薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下「TFT」と略称する)等のスイッチング素子が配置された基板と、これに対向して、所定画素ごとに赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)のカラーフィルタ層が配置された対向基板を有する貼合わせ基板であり、2つの基板はスペーサーを介して所定の間隔に保たれ、この間に液晶層が保持され、一つの表示要素を構成している。
有機ELパネルは、基板上にTFTが形成されたTFT基板と、陰極と陽極との間に、有機正孔輸送層、有機電子輸送層、有機発光層等を積層した多層構造の有機EL基板と、カラーフィルタが形成された対向基板とが積層され、一つの表示要素を構成している。
In recent years, active matrix type image display devices such as liquid crystal panels and organic EL (Electroluminescence) panels have been developed as devices for display panels that express high-quality moving images.
A liquid crystal panel has a substrate in which a switching element such as a thin film transistor (hereinafter abbreviated as “TFT”) is disposed on a light-transmitting substrate or the like, and a red (R) for each predetermined pixel facing the substrate. , A bonded substrate having a counter substrate on which color filter layers of green (G) and blue (B) are arranged. The two substrates are kept at a predetermined interval via a spacer, and the liquid crystal layer is held between them. , Constituting one display element.
The organic EL panel includes a TFT substrate on which a TFT is formed, and an organic EL substrate having a multilayer structure in which an organic hole transport layer, an organic electron transport layer, an organic light emitting layer, etc. are laminated between a cathode and an anode. The counter substrate on which the color filter is formed is laminated to constitute one display element.
液晶パネルや有機ELパネルは、生産効率を考慮して、例えば縦600mm×横700mmの大面積の基板上に複数個の表示要素が形成され、この大面積の大型パネルから各表示要素を含む所定寸法の小型パネルが切り出されて、この小型パネルが携帯電話等の各デバイスのディスプレイパネルとして使用される。そのため、大面積の大型パネルから小型パネルに基板を切断する技術が重要になっている。 In consideration of production efficiency, a liquid crystal panel or an organic EL panel has a plurality of display elements formed on a large area substrate of, for example, 600 mm in length × 700 mm in width, and a predetermined display element including each display element from the large area panel. A small-sized panel is cut out, and this small panel is used as a display panel for each device such as a mobile phone. Therefore, technology for cutting a substrate from a large panel having a large area into a small panel has become important.
大型パネルから小型パネルに分割(ブレークダウン)する方法として、例えばガラス基板等の基板表面に溝(スクライブ)を形成し、これを起点にして基板を分断(ブレーク)する方法が一般的に用いられている。
例えば、超鋼製やダイヤモンドカッター等のメカニカルな刃(工具)を利用して適当な深さのスクライブを形成し、このスクライブを起点とした垂直なクラックの形成により基板を分断する方法が一般的である。しかし、このようなメカニカルな方法では、基板の表面近傍に水平方向の微小のクラックが発生し、曲げ強度が低下するという問題がある。
As a method of dividing (breaking down) a large panel into a small panel, for example, a method of forming a groove (scribe) on the surface of a substrate such as a glass substrate, and dividing the substrate (breaking) from this is generally used. ing.
For example, a general method is to form a scribe with an appropriate depth using a mechanical blade (tool) made of super steel or diamond cutter, and divide the substrate by forming a vertical crack starting from this scribe. It is. However, such a mechanical method has a problem that horizontal cracks are generated in the vicinity of the surface of the substrate and the bending strength is lowered.
近年、炭酸(CO2)ガスレーザー等のレーザービームを利用して分断する方法も用いられている。例えば、割断始点又は亀裂先端から、その始点又は先端における割断加工線の接線方向の所定距離離れた位置に焦点を設定し、レーザービームを照射する方法が挙げられる(特許文献1)。この方法は、割断加工線から所定距離離れた位置に焦点を設定して、レーザービーム(熱源;800〜850℃)を照射することにより、基板が熱膨張して発生する引張り力に反する圧縮応力を利用して、加工対象物を割断する。 In recent years, a method of cutting using a laser beam such as a carbon dioxide (CO 2 ) gas laser is also used. For example, there is a method in which a focal point is set at a predetermined distance in the tangential direction of the cleaving line at the starting point or tip from the cleaving starting point or crack tip, and a laser beam is irradiated (Patent Document 1). In this method, a compressive stress against the tensile force generated by thermal expansion of the substrate by irradiating a laser beam (heat source; 800 to 850 ° C.) with a focal point set at a predetermined distance from the cleaving line. Use to cut the workpiece.
レーザー光とメカニカルな刃(工具)の両方を利用した方法として、基板の一方の面にスクライビングローラで機械的にイニシャルクラック(スクライブ線)を形成した後、このスクライブ線に沿って、基板の他方の面に例えばCO2ガスレーザー等の加熱レーザーを照射して、基板を割断する方法が挙げられる(特許文献2)。
この方法では、加熱レーザーの照射によってスクライブが形成される際に、加工対象物の熱膨張した部分が周囲を押し広げる力に反して発生する圧縮応力が、スクライブ(溝)底部分に働いて割断効率を低下させる点を考慮して、加熱レーザーによるスクライブに対向して、メカニカルな刃(工具)によるスクライブを形成し、板厚方向に直線的なクラックが形成されるようにしている。
As a method using both a laser beam and a mechanical blade (tool), an initial crack (scribe line) is mechanically formed on one surface of the substrate with a scribing roller, and the other side of the substrate is then moved along the scribe line. For example, a method of cleaving the substrate by irradiating the surface with a heating laser such as a CO 2 gas laser (Patent Document 2).
In this method, when a scribe is formed by the irradiation of a heating laser, the compressive stress generated against the force that the thermally expanded part of the workpiece expands the surroundings acts on the bottom of the scribe (groove) and cleaves it. Considering the point of reducing the efficiency, a scribe by a mechanical blade (tool) is formed facing a scribe by a heating laser so that a linear crack is formed in the thickness direction.
また、CO2ガスレーザーの他に、Nd:YAGレーザー等を利用したレーザー加工装置も用いられている(特許文献3)。 In addition to the CO 2 gas laser, a laser processing apparatus using an Nd: YAG laser or the like is also used (Patent Document 3).
一般的にCO2ガスレーザー用いる方法は、ガスレーザーの照射により熱膨張に反する圧縮応力を基板内部に発生させた後、基板に冷却水等を噴霧して急激に冷却することにより、基板内部に熱収縮に反する引張り応力を発生させて、イニシャルクラックを進展させ、基板を分断している。このように急激な熱変化により基板内に引き起こされる急激な応力変化を利用する方法は、基板の体積が大きい程、即ち、基板が厚い程、精度の良い割断が可能となり、逆に、基板の板厚が薄くなると、精度よく割断することが困難になる。
近年、携帯電話等は小型化、薄型化への傾向が強く、液晶パネル等も薄型で、曲げ強度の大きいものが望まれているため、従来のガスレーザーを用いる方法では、例えば200μm程度の薄い基板の割断方法としては適さない。
In general, a method using a CO 2 gas laser generates a compressive stress against the thermal expansion by irradiation with a gas laser, and then rapidly cools the substrate by spraying cooling water or the like to cool the substrate. A tensile stress against thermal contraction is generated to develop initial cracks and divide the substrate. As described above, the method using the rapid stress change caused in the substrate by the rapid thermal change enables the cleaving with higher accuracy as the volume of the substrate is larger, that is, as the substrate is thicker. When the plate thickness is reduced, it becomes difficult to cleave with high accuracy.
In recent years, mobile phones and the like have a strong tendency toward miniaturization and thinning, and liquid crystal panels and the like are also desired to be thin and have high bending strength. Therefore, the conventional method using a gas laser is thin, for example, about 200 μm. It is not suitable as a substrate cleaving method.
また、基板にガスレーザーを照射して、基板を構成するガラスの軟化点以上に基板を昇温(例えば800〜850℃)させた後、急冷させて割断する方法は、強度的には問題ないものの、液晶パネル等のカラーフィルタ材料や、液晶材料、封止樹脂等が熱ダメージを受けて表示素子が破壊するおそれがある。 In addition, there is no problem in terms of strength in the method of irradiating the substrate with a gas laser, raising the temperature of the substrate above the softening point of the glass constituting the substrate (for example, 800 to 850 ° C.), and then rapidly cooling and cleaving. However, a color filter material such as a liquid crystal panel, a liquid crystal material, a sealing resin, or the like may be damaged by heat to destroy the display element.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、液晶パネル、有機ELパネル等の薄型化した大型基板を、効率的かつ高強度に加工することのできるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and a laser processing apparatus and laser capable of processing a thin large substrate such as a liquid crystal panel and an organic EL panel efficiently and with high strength. An object is to provide a processing method.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、レーザー変位計を用いて加工対象物までの距離を正確に測定し、所定の焦点深度となるようにレーザー光を照射することによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have accurately measured the distance to the object to be processed using a laser displacement meter, and irradiating the laser beam so as to have a predetermined depth of focus. The inventors have found that the above object can be achieved and have completed the present invention.
本発明のレーザー加工装置は、波長領域が200〜2000nmのレーザー光を発振するレーザー光源と、上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計と、上記レーザー変位計で測定した測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ100%に対して上記基板の表面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように、上記対物レンズを駆動して焦点距離を調節する調節手段を備えたことを特徴とする。 The laser processing apparatus of the present invention includes a laser light source that oscillates a laser beam having a wavelength region of 200 to 2000 nm, a laser processing unit that includes an objective lens that condenses the laser beam, the objective lens, and an object to be processed. Based on two or more laser displacement meters that measure the distance to the surface of the substrate and the measurement results measured by the laser displacement meter, the focal depth of the laser light is 100% of the total thickness of the substrate. An adjusting means for adjusting the focal length by driving the objective lens so as to be included in a range of 5 to 50% from the surface of the substrate to the inside of the substrate is provided.
波長領域が200〜2000nmのレーザー光を発振するレーザー光源と、上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計と、上記レーザー変位計の測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、基板の表面から基板内部の所定の範囲に含まれるように上記対物レンズを駆動し、焦点距離を調節する調節手段を備えたレーザー加工装置を用いて、大型の基板を小型の基板に加工するレーザー加工方法であって、上記レーザー変位計で、上記対物レンズと上記大型の基板の表面との距離を測定する工程と、上記測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ100%に対して上記基板の表面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する照射工程とを備えたことを特徴とする。 Measures the distance between the laser light source that oscillates laser light having a wavelength region of 200 to 2000 nm, laser processing means having an objective lens for condensing the laser light, and the objective lens and the surface of the substrate that is the object to be processed. And driving the objective lens so that the focal depth of the laser light is included in a predetermined range from the surface of the substrate to the inside of the substrate based on two or more laser displacement meters and the measurement result of the laser displacement meter. , A laser processing method for processing a large substrate into a small substrate using a laser processing apparatus having an adjusting means for adjusting the focal length, wherein the objective lens and the large substrate are Based on the step of measuring the distance to the surface and the measurement result, the focal depth of the laser beam is based on the surface of the substrate with respect to 100% of the total thickness of the substrate. Driving the objective lens to include 5 to 50% of the internal and adjust the focal length, characterized in that a radiation step of irradiating a laser beam.
本発明によれば、加工対象物までの距離を正確に測定し、該測定結果に基づいて、焦点深度が基板内部の所定範囲に含まれるように、焦点距離を調節してレーザー光を照射することによって、加工対象物にダメージを与えることなく、加工部位となる切断縁部分の強度を向上させて、優れた精度で大型の基板を小型の基板に加工することができる。
また、本発明によれば、2個以上のレーザー変位計を用いることによって、複数の加工予定ラインを有する加工対象物と対物レンズとの距離の測定時間を短縮することができる。
更に、本発明によれば、大型の基板を上下反転することなく加工することができるので、生産効率を大幅に向上させることができる。
According to the present invention, the distance to the workpiece is accurately measured, and based on the measurement result, the focal length is adjusted so that the focal depth is included in the predetermined range inside the substrate, and the laser beam is irradiated. Thus, the strength of the cut edge portion that becomes the processing site can be improved without damaging the processing object, and a large substrate can be processed into a small substrate with excellent accuracy.
Further, according to the present invention, by using two or more laser displacement meters, it is possible to shorten the time for measuring the distance between the object to be processed having a plurality of processing lines and the objective lens.
Furthermore, according to the present invention, since a large substrate can be processed without being turned upside down, the production efficiency can be greatly improved.
以下、本発明について図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明のレーザー加工装置の好ましい実施形態の一例を模式的に示す平面図であり、図2は、図1に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of a preferred embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a part of the laser processing apparatus shown in FIG.
図1及び図2に示すように、本例のレーザー加工装置1は、波長領域が200〜2000nmのレーザー光を発振するレーザー光源2と、レーザー光を集光する対物レンズ3を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ3と加工対象物となる大型液晶パネル4の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計5と、レーザー変位計5の測定結果に基づいて、対物レンズ3で集光されたレーザー光の焦点深度が、大型液晶パネル4の表面から大型液晶パネル4の基板内部の所定範囲に含まれるように、対物レンズ3を駆動して焦点距離を調節する調節手段(図示略)を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the laser processing apparatus 1 of this example includes a
レーザー変位計5は、大型液晶パネル4の平行に複数本設定された加工予定ライン(切り出しピッチ)4dと対向するように、対物レンズ3を設置した直線状のアーム6上に等間隔のアレイ状に設置されている。
The
図1に示すように、大型液晶パネル4は、水平方向に移動可能な可動ステージ7上に固定される。
大型液晶パネル4は、TFT(図示略)のスイッチング素子が配置された上側の基板4aと、これに対向して、所定画素ごとにR,G,Bのカラーフィルタ層(図示略)が配置された下側の基板4bとを備えている。この上側の基板4aと下側の基板4bは、スペーサー4cを介して所定の間隔が保たれ、この間隔に液晶層(図示略)が保持されて、スペーサー4cとスペーサー4cの間が一つの表示要素を構成している。スペーサー4cが配置されている部分が、加工予定ライン(切り出しピッチ)4dとなる。
図2に示すように、大型液晶パネル4上に設けられた四角枠は、一つの表示要素を示し、小型液晶パネル4eに分段される大きさを示している。小型液晶パネル4e,4eの間隔が加工予定ライン(切り出しピッチ)4dとなる。
As shown in FIG. 1, the large
The large
As shown in FIG. 2, the square frame provided on the large
本例のレーザー加工装置1は、レーザー変位計5によって、大型液晶パネル4の上側又は下側のどちらか一方の基板の表面との距離を、加工予定ライン4dに沿って正確に測定する。本例においては、大型液晶パネル4の下側の基板4bの表面(下面)と、対物レンズ3との距離を測定する。
この測定結果に基づいて、レーザー光の焦点深度が、基板4bの全厚さ100%に対して、基板4bの表面(下面)から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように、調節手段(図示略)によって対物レンズ3を駆動し、焦点距離を調節する。
調節手段としては、例えばピエゾ素子を用いることができる。また、レーザー変位計としては、例えばヘテロダイン方式や三角測量方式等の非接触式のレーザー変位計を用いることができる。
焦点距離は、レーザー変位計5の測定結果に基づいてピエゾ素子への電圧をコントロールすることによって、対物レンズ3を垂直方向(Z軸方向)に微動させて調節することができる。
The laser processing apparatus 1 of this example uses the
Based on this measurement result, adjustment is made so that the focal depth of the laser light is included in a range of 5 to 50% inside the substrate from the surface (lower surface) of the
As the adjusting means, for example, a piezo element can be used. Further, as the laser displacement meter, for example, a non-contact type laser displacement meter such as a heterodyne method or a triangulation method can be used.
The focal length can be adjusted by finely moving the
レーザー光の焦点深度(D.F.;Depth of Focus)は、次の(1)式で表される数値である。(1)式中、kはプロセス定数であり、λはレーザー光の波長、N.A.は対物レンズの開口率(N.A.;Numerical Aperture)である。焦点深度は、光軸方向(Z軸方向)の長さで表される。
±D(μm)=kλ/(N.A.)2 ・・・(1)
上記の(1)式で表される焦点深度が、基板4bの全厚さ100%に対して、基板4bの表面(下面)から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように、焦点距離を調節する。
The depth of focus (DF) of the laser beam is a numerical value represented by the following equation (1). In the equation (1), k is a process constant, λ is the wavelength of the laser beam, and N.I. A. Is the numerical aperture (NA) of the objective lens. The depth of focus is represented by the length in the optical axis direction (Z-axis direction).
± D (μm) = kλ / (NA) 2 (1)
Focusing is performed so that the depth of focus represented by the above formula (1) is included in a range of 5 to 50% from the front surface (lower surface) of the
上記の(1)式で表される焦点深度が、基板4bの全厚さ100%に対して、基板4bの表面(下面)から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように焦点距離を調節すると、基板がレーザー光を吸収して基板内部のレーザースポットの中心部のみが局所的に基板を構成する材料の軟化点以上に昇温する。
基板には、基板内部のレーザースポット部分の局所的な昇温によりクラックが発生して、チッピング等を生じることなく、精度の高い一定幅の直線状のスクライブが形成される。
大型液晶パネルの上側の基板と下側の基板の両面にスクライブが形成されることにより、垂直方向にクラックが進展して、精密に大型パネルを小型パネルに割断することができる。
レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ100%に対して、基板の表面から5%未満の範囲に含まれるように焦点距離を調節すると、スクライブが浅すぎて基板を分断できない場合があり、加工精度が低下しチッピング等が生じる場合がある。
一方、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ100%に対して、基板の表面から50%を超える範囲に含まれるように焦点距離を調節すると、加工精度が低下しチッピング等が生じる場合がある。
The focal length so that the depth of focus represented by the above formula (1) is included in the range of 5 to 50% from the surface (lower surface) of the
A crack is generated by a local temperature rise in the laser spot portion inside the substrate, and a linear scribe with a constant width and high accuracy is formed without causing chipping or the like.
By forming scribes on both the upper and lower substrates of the large liquid crystal panel, cracks develop in the vertical direction, and the large panel can be accurately cut into small panels.
If the focal length is adjusted so that the focal depth of the laser beam is less than 5% from the surface of the substrate with respect to the total thickness of 100% of the substrate, the scribe may be too shallow to divide the substrate. In some cases, the machining accuracy is lowered and chipping or the like occurs.
On the other hand, when the focal length is adjusted so that the focal depth of the laser light is within 50% from the surface of the substrate with respect to 100% of the total thickness of the substrate, the processing accuracy decreases and chipping occurs. There is.
上記の(1)式で表される焦点深度が上記範囲に含まれるように、焦点距離を調節して集光したレーザー光を大型液晶パネル4に照射すると、基板内部には、レーザースポット部分の局所的な昇温により、基板を破壊させようとする引張り力を打ち消す圧縮応力が発生し、この圧縮応力によって、加工部位となる切断縁部分の曲げ強度、破壊強度等の強度を向上させることができる。なお、破壊強度が大きい場合は、曲げ強度も大きくなる。
従来の加工装置では、割断された小型液晶パネルの破壊強度が250MPaを超えるように加工することは困難であったが、本例のレーザー加工装置1を用いると、大型液晶パネルを高精度に割断して、破壊強度が250MPaを超えるような高強度の小型液晶パネルを得ることができる。
また、基板を構成する材料の軟化点近くまで基板内部を局所的に昇温させても、大型液晶パネルを構成するTFT、液晶材料、カラーフィルタ材料には、局所的な昇温による熱的ダメージを受けず、品質を低下せずに、大型の基板を小型の基板に割断することができる。
When the large-sized
In the conventional processing apparatus, it was difficult to process the fractured small liquid crystal panel so that the breaking strength exceeds 250 MPa. However, when the laser processing apparatus 1 of this example is used, the large liquid crystal panel is cleaved with high accuracy. Thus, a high-strength small liquid crystal panel having a breaking strength exceeding 250 MPa can be obtained.
In addition, even if the temperature inside the substrate is locally raised to near the softening point of the material constituting the substrate, the TFT, liquid crystal material, and color filter material constituting the large liquid crystal panel are thermally damaged by the local temperature rise. Therefore, a large substrate can be cleaved into a small substrate without degrading quality.
レーザー光源2としては、200〜2000nm(0.2〜2.0μm)の波長領域のレーザー光を発振するものであればよく、断続的なレーザー光を発振するパルスレーザー、連続的なレーザー光を発振するCW(continuous wave)レーザー、媒体が気体のエキシマレーザー、媒体が固体であり高調波を利用する固体レーザー、短波長を利用する半導体レーザー等を用いることができる。具体的には、波長が355nmの3倍波のYAGレーザー等を用いる。
As the
レーザー光源2から発振されたレーザー光は、ミラー8を経由して、水平方向に長距離伝送され、ミラー9で大型液晶パネル4の方向に変換されて、対物レンズ3で集光され、大型液晶パネル4に照射される。
The laser light oscillated from the
レーザー光源2から発振するレーザー光は、200〜2000nm(0.2〜2.0μm)である。
レーザー光源から発振されるレーザー光の波長が200nm未満の短波長であると、空気中のレーザー光の透過効率が著しく低下する。
一方、レーザー光源から発振されるレーザー光の波長が2000nm(2.0μm)を超えると、このような長波長のレーザー光を集光する対物レンズの材質が高コストになり、集光したレーザー光の焦点深度を、基板の全厚さ100%に対して、基板の表面から基板内部の5〜50%の範囲に含めるように制御することが難しくなる。
例えば、200〜2000nmの波長のレーザー光を高効率で吸収するガラス等の透明な基板は、レーザー光の照射により基板内部のレーザースポット部分が局所的にガラスの軟化点以上に昇温され、所定範囲内の精密な深さ及び幅のスクライブを形成することができる。
The laser light oscillated from the
When the wavelength of the laser light oscillated from the laser light source is a short wavelength of less than 200 nm, the transmission efficiency of the laser light in the air is significantly reduced.
On the other hand, if the wavelength of the laser light oscillated from the laser light source exceeds 2000 nm (2.0 μm), the material of the objective lens for condensing such long-wavelength laser light becomes expensive, and the condensed laser light Therefore, it is difficult to control the depth of focus within a range of 5 to 50% from the surface of the substrate to the inside of the substrate with respect to 100% of the total thickness of the substrate.
For example, in a transparent substrate such as glass that absorbs laser light with a wavelength of 200 to 2000 nm with high efficiency, the laser spot portion inside the substrate is locally heated above the softening point of the glass by laser light irradiation, and the predetermined A scribe with a precise depth and width within the range can be formed.
レーザー光源2の駆動周波数は、1〜500KHzであることが好ましい。
レーザー光源2の駆動周波数が1KHz未満であると、加工対象物である基板の移動速度が速くなると、パルスレーザーの場合に、パルス発振の間隔が、移動速度に相対して長くなるので、連続加工が不可能となり、加工速度を速くすることができないので、生産性が低下する。
一方、レーザー光源2の駆動周波数が500KHzを超えると、パルスレーザーの場合に、パルス出力特性が著しく低下するため、加工品の品質が著しく低下する。
The drive frequency of the
If the driving frequency of the
On the other hand, when the driving frequency of the
対物レンズ3の開口率(N.A.)は、0.01〜0.5であることが好ましい。
対物レンズの開口率(N.A.)が0.01未満であると、焦点距離が長くなり、工学系の加工機に搭載するには実用的でなく、更にレーザースポット径を50μm以下にすることが難しくなる。
一方、対物レンズの開口率(N.A.)が0.5を超えると、焦点距離が短くなり、レーザー光を照射して基板を加工する際に、飛散した被加工物が対物レンズに付着してレンズの光透過性を著しく低下させる。
対物レンズの開口率(N.A.)は、次の(2)式で表される数値である。(2)式中、nは対物レンズと加工対象物の間の媒質が有する屈折率であり、媒質が空気の場合は、n=1.0になる。また、(2)式中、θは、対物レンズの一番外側を通る光線と対物レンズの中心(光軸)との成す角度である。
N.A.=n・sinθ ・・・(2)
The aperture ratio (NA) of the
When the aperture ratio (NA) of the objective lens is less than 0.01, the focal length becomes long, which is not practical for mounting on an engineering processing machine, and further the laser spot diameter is set to 50 μm or less. It becomes difficult.
On the other hand, when the numerical aperture (NA) of the objective lens exceeds 0.5, the focal length is shortened, and scattered workpieces adhere to the objective lens when the substrate is processed by irradiating laser light. Thus, the light transmittance of the lens is significantly reduced.
The numerical aperture (NA) of the objective lens is a numerical value represented by the following equation (2). In the formula (2), n is the refractive index of the medium between the objective lens and the object to be processed. When the medium is air, n = 1.0. In the equation (2), θ is an angle formed between a light beam passing through the outermost side of the objective lens and the center (optical axis) of the objective lens.
N. A. = N · sin θ (2)
図3〜図6は、図1及び図2に示すレーザー加工装置で、大型液晶パネル4を加工する一工程を示す説明図であり、図3〜6中、矢印は、大型液晶パネル4を固定した可動ステージ7を動かす方向を示している。
図3〜6に基づき、レーザー加工装置1を用いて大型液晶パネル4を加工する場合の一例を説明する。
図3に示すように、大型液晶パネル4を固定した可動ステージ7をY方向(図3中矢印方向)に移動して、大型液晶パネル4の加工予定ライン(切り出しピッチ)4dに対応して、アーム6上にアレイ状に設置されたレーザー変位計5(図1及び図2参照)で、同じアーム6上に設置された対物レンズ3と大型液晶パネル4の表面の距離を正確に測定する。
レーザー変位計5で測定した測定結果(焦点距離)は、加工予定ライン4dの加工順序、即ち、可動ステージ7をY方向に往復移動する移動経路に従って、シーケンシャルデータとして電子制御部品(図示略)にストレージする。
本例のレーザー加工装置1は、大型液晶パネル4の加工予定ライン4dに対応してアレイ状に設置された複数のレーザー変位計5を備えているため、可動ステージを1方向に1回移動させるだけで、対物レンズ3と大型液晶パネル4との距離情報を得ることができ、計測時間を大幅に短縮することができる。
3-6 is explanatory drawing which shows one process which processes the large sized
Based on FIGS. 3-6, an example in the case of processing the large sized
As shown in FIG. 3, the
The measurement result (focal length) measured by the
Since the laser processing apparatus 1 of this example includes a plurality of
次に、図4に示すように、対物レンズ3(図示略)と、大型液晶パネル4の1つの加工予定ライン4dとの位置を合わせる。
そして、加工予定ライン4dに沿って可動ステージ7が最短距離で移動するように、可動ステージ7をY方向に移動し、次に、分断する小型液晶パネル4aの間隔だけX方向に可動ステージ7を移動した後、可動ステージ7を再びY方向に往復移動する。
可動ステージ7のY方向の往復移動に伴って、電子制御部品にストレージした焦点距離のシーケンシャルデータに基づいて、対物レンズ3の焦点距離をピエゾ素子等の調節手段で調節しつつ、可動ステージ7をY方向に往復移動して、大型液晶パネル4にレーザー光を照射する。
Next, as shown in FIG. 4, the positions of the objective lens 3 (not shown) and one processing scheduled
Then, the
As the
次に、可動ステージ7を90°回転する。そして、図5に示すように、可動ステージ7をY方向(図8中矢印方向)に1回移動して、既にレーザー光が照射された加工予定ライン4dと直交する加工予定ライン4dに対応してアーム6上にアレイ状に設置されたレーザー変位計5で、対物レンズ3と大型液晶パネル4の表面の距離を正確に測定する。
Next, the
その後、図6に示すように、対物レンズ3と加工予定ライン4dとの位置を合わせ、加工予定ライン4dに沿って、可動ステージ7が最短距離で移動するように、可動ステージ7をY方向に移動した後、割断する小型液晶パネル4aの間隔だけX方向に可動ステージ7を移動し、次いで、再び可動ステージ7をY方向に往復移動する。可動ステージ7の移動と同時に、シーケンシャルデータとしてストレージされたレーザー変位計5の測定結果に基づいて、対物レンズの焦点距離を調節し、大型液晶パネル4にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、基板内部のレーザースポット部分が局所的に昇温され、加工予定ライン4dに沿ってスクライブが形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the
By laser light irradiation, the laser spot portion inside the substrate is locally heated, and a scribe is formed along the planned
加工対象物が、図1〜6に示す大型液晶パネルのように、上側と下側の2枚の基板を貼り合わせた、貼り合わせ基板である場合は、下側の基板に、図3〜図6に示す順序でレーザー光を照射した後、上側の基板に、同様に図3〜図6に示す順序でレーザー光を照射することが好ましい。
先に上側の基板にレーザー光を照射してしまうと、このレーザー光の照射により上側の基板の表面にスクライブが形成され、その後に、下側の基板にレーザー光を照射しても、上側の基板に形成されたスクライブによりレーザー光を正確に集光することが難しくなり、加工の信頼性が低下する。
In the case where the object to be processed is a bonded substrate in which the upper and lower substrates are bonded together like the large liquid crystal panel shown in FIGS. After irradiating laser light in the order shown in FIG. 6, it is preferable to similarly irradiate the upper substrate with laser light in the order shown in FIGS.
If the upper substrate is irradiated with laser light first, scribing is formed on the surface of the upper substrate by this laser light irradiation, and even if the lower substrate is irradiated with laser light after that, The scribing formed on the substrate makes it difficult to focus the laser beam accurately, and the processing reliability is lowered.
本例のレーザー加工装置を用いた場合は、先ず、大型液晶パネルの下側の基板にレーザー光を照射することによって、レーザースポット部分が局所的に昇温されて、下側の基板にスクライブが形成される。次いで、大型液晶パネルの上側の基板にレーザー光を照射することによって、レーザースポット部分の局所的な昇温により上側の基板にスクライブが形成され、このスクライブの底部からクラックが垂直方向に進展して、大型液晶パネルをチッピング等を生じることなく、精度よく小型液晶パネルに割断することができる。
このように、本例のレーザー加工装置を用いた場合、大型液晶パネルのような貼り合わせ基板を上下反転させることなく、大型液晶パネルを小型液晶パネルに割断することができるので、生産効率を大幅に向上させることができる。
When using the laser processing apparatus of this example, first, by irradiating the lower substrate of the large liquid crystal panel with laser light, the laser spot portion is locally heated, and the lower substrate is scribed. It is formed. Next, by irradiating the upper substrate of the large liquid crystal panel with laser light, a scribe is formed on the upper substrate due to local temperature rise in the laser spot portion, and the crack propagates vertically from the bottom of the scribe. The large liquid crystal panel can be cleaved into small liquid crystal panels with high accuracy without causing chipping or the like.
In this way, when the laser processing apparatus of this example is used, the large liquid crystal panel can be cleaved into a small liquid crystal panel without flipping the bonded substrate like the large liquid crystal panel up and down, greatly increasing the production efficiency. Can be improved.
本例のレーザー加工装置は、レーザー光の照射により、基板内部のレーザースポット部分を局所的に昇温するが、昇温される部分が小さいので、冷却水等を噴霧しなくても、昇温された部分が急冷される。そのため、急激な温度変化に伴う熱的ダメージを低減して、加工品の品質を向上させることができる。 The laser processing apparatus of this example locally raises the temperature of the laser spot inside the substrate by irradiating laser light, but the temperature rise is small, so the temperature rises without spraying cooling water or the like. The applied part is rapidly cooled. Therefore, the thermal damage accompanying a rapid temperature change can be reduced and the quality of a processed product can be improved.
本例のレーザー加工装置1において、加工条件の好ましい一例は以下の通りである。
レーザー光源の波長が200〜2000nm、レーザーパワーが、好ましくは1〜30W、駆動周波数が、好ましくは10〜500KHz、対物レンズの加工率(N.A.)が、好ましくは0.01〜0.5、可動ステージの移動速度が、好ましくは10〜500mm/sec(mm/秒)であると、例えば、基板の厚さが500μm以下の薄い基板であっても、加工品の品質精度を向上させて、良好な加工を行うことができる。
In the laser processing apparatus 1 of this example, a preferable example of processing conditions is as follows.
The wavelength of the laser light source is 200 to 2000 nm, the laser power is preferably 1 to 30 W, the driving frequency is preferably 10 to 500 KHz, and the processing rate (NA) of the objective lens is preferably 0.01 to 0. 5. If the moving speed of the movable stage is preferably 10 to 500 mm / sec (mm / sec), for example, even if the substrate thickness is 500 μm or less, the quality accuracy of the processed product is improved. Thus, good processing can be performed.
レーザー光源の波長は、加工対象物の光吸収特性によって適切な波長であることが好ましく、加工対象物が透明なガラス基板である場合は、レーザー光源として、ガラスの透過率の高い266〜532nmの波長のものを用いることがより好ましい。
また、レーザー光源の駆動周波数は加工速度、即ち、可動ステージ7の移動速度によって、より適切な駆動周波数を選択することができる。加工速度の高速化の観点から、レーザー光源の駆動周波数は、より好ましくは20〜200KHzである。
The wavelength of the laser light source is preferably an appropriate wavelength depending on the light absorption characteristics of the object to be processed. When the object to be processed is a transparent glass substrate, the laser light source has a high glass transmittance of 266 to 532 nm. It is more preferable to use one having a wavelength.
The driving frequency of the laser light source can be selected more appropriately depending on the processing speed, that is, the moving speed of the
次に、本発明のレーザー加工装置の好ましい実施形態の他の例について説明する。
図7は、本例のレーザー加工装置1の好ましい実施形態の他の例を模式的に示す平面図であり、図8は、図7に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。なお、図7及び図8において、図1及び図2と同様の部材には、同一の符号を付した。
Next, another example of a preferred embodiment of the laser processing apparatus of the present invention will be described.
FIG. 7 is a plan view schematically showing another example of the preferred embodiment of the laser processing apparatus 1 of this example, and FIG. 8 is a plan view showing a part of the laser processing apparatus shown in FIG. 7 and 8, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
図7及び図8に示すように、本例のレーザー加工装置1は、波長領域が200〜2000nmのレーザー光を発振するレーザー光源2と、対物レンズ3を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ3と加工対象物となる大型液晶パネル4の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計5と、レーザー変位計5の測定結果に基づいて、対物レンズ3で集光されたレーザー光の焦点深度が、大型液晶パネル4の表面から大型液晶パネル4の基板内部の所定範囲に含まれるように、対物レンズ3を駆動して焦点距離を調節する調節手段(例えば、ピエゾ素子、図示略)を備えている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the laser processing apparatus 1 of this example includes a
図9は、本例のレーザー加工装置1に設置したレーザー変位計5を示す平面図である。
レーザー変位計5は、対物レンズ3を備えたレーザー加工手段を中心として、水平方向の対称位置に設置している。本例のレーザー加工装置1においては、対物レンズ3を中心として、X軸及びY軸上の対称位置に4つのレーザー変位計5を、対物レンズ3を設置した共通アーム6上に設置している。
FIG. 9 is a plan view showing the
The
本例のレーザー加工装置1は、対物レンズ3を中心としてX軸及びY軸上の対称位置に設置された4つのレーザー変位計5によって、大型液晶パネル4の上側又は下側のどちらか一方の基板の表面と、対物レンズ3との距離を、大型液晶パネル4の加工予定ライン4dに沿って正確に測定する。
本例のレーザー加工装置1は、対物レンズ3を中心としてX軸及びY軸上の対称位置に設置した4つのレーザー変位計5で、可動ステージ7の移動に合わせて、対物レンズ3と大型液晶パネル4との距離を正確に測定するとともに、この測定結果に基づいて、ピエゾ素子で対物レンズ3をZ軸方向に駆動して、レーザー光の焦点深度が、基板4bの全厚さ100%に対して、基板4bの表面(下面)から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように焦点距離を調節する。
本例のレーザー加工装置1は、可動ステージ7の移動と共に、対物レンズ3と大型液晶パネル4との距離を測定しつつ、この測定結果に基づいて、可動ステージ7の移動に合わせてリアルタイムで、焦点距離を調節して、レーザー光を照射することができるので、加工時間を著しく短縮することができる。
また、本例のレーザー変位計5は、対物レンズ3を中心としてX軸及びY軸上の対称位置に設置されているので、基板の表面と対物レンズ3の間隔を正確に測定することができる。
The laser processing apparatus 1 of the present example has one of the upper side and the lower side of the large
The laser processing apparatus 1 of this example includes four
The laser processing apparatus 1 of this example measures the distance between the
In addition, since the
図10及び図11は、図7〜9に示すレーザー加工装置1で、大型液晶パネル4を加工する際に、大型液晶パネル4を固定した可動ステージ7を動かす方向の一例を矢印で示した説明図である。
先ず、図10に示すように、対物レンズ3(図示略)と、大型液晶パネル4の1つの加工予定ライン4dとの位置を合わせる。加工予定ライン4dに沿って可動ステージ7が最短距離で移動するように、可動ステージ7をY方向に移動し、次に、分断する小型液晶パネル4aの間隔だけX方向に可動ステージ7を移動した後、可動ステージ7を再びY方向に往復移動する。
この可動ステージ7の往復移動に伴って、上記の4つのレーザー変位計5によって、大型液晶パネル4の上側又は下側のどちらか一方の基板(本例では下側の基板4b)の表面(下面)と、対物レンズ3との距離を正確に測定する。この測定結果に基づいて、可動ステージ7を往復移動させながら、ピエゾ素子等の調節手段で対物レンズ3をZ軸方向に駆動して、レーザー光の焦点深度が、基板4bの全厚さ100%に対して、基板4bの表面(下面)から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように焦点距離を調節し、レーザー光を照射し、下側の基板4bにスクライブを形成する。
大型液晶パネル4は、下側の基板を先に加工することが好ましい。先に上側の基板にレーザー光を照射してしまうと、上側の基板に先に形成されたスクライブにより、下側の基板内部の所定部分にレーザー光を正確に照射することが難しくなり、加工の信頼性が低下するからである。
10 and 11 illustrate an example of a direction in which the
First, as shown in FIG. 10, the positions of the objective lens 3 (not shown) and one processing scheduled
As the
The large
次に、可動ステージ7を90°回転する。図11に示すように、加工予定ライン4dに沿って、可動ステージ7が最短距離で移動するように、分断する小型液晶パネル4aの間隔だけX方向に可動ステージ7を移動しつつ、可動ステージ7をY方向に往復移動する。
そして、可動ステージ7を移動しながら、レーザー変位計5によって、上側の基板4aの表面(上面)と対物レンズ3との距離を正確に測定し、この測定結果に基づいて、対物レンズ3をZ軸方向に駆動して、レーザー光の焦点深度が所定範囲に含まれるように焦点距離を調節し、レーザー光を照射して、上側の基板4aにスクライブを形成する。
上側の基板4aにスクライブを形成した際に、下側の基板4bのスクライブの方向(垂直方向)にクラックが進展して、大型液晶パネル4を、精度よく小型パネルに分断することができる。
Next, the
And while moving the
When the scribe is formed on the
次に、本発明のレーザー加工方法の好ましい実施形態の一例について説明する。
本例のレーザー加工方法は、波長領域が200〜2000nmのレーザー光を発振するレーザー光源と、上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計と、上記レーザー変位計の測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、基板の表面から基板内部の所定の範囲に含まれるように上記対物レンズを駆動し、焦点距離を調節する調節手段を備えたレーザー加工装置を用いて、大型の基板を小型の基板に加工するレーザー加工方法であって、上記レーザー変位計で、上記対物レンズと上記大型の基板の表面との距離を測定する工程と、上記測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ100%に対して上記基板の表面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する照射工程とを行う。
Next, an example of a preferred embodiment of the laser processing method of the present invention will be described.
The laser processing method of this example is a laser light source that oscillates laser light having a wavelength region of 200 to 2000 nm, laser processing means including an objective lens that condenses the laser light, the objective lens, and an object to be processed. Two or more laser displacement meters that measure the distance to the surface of the substrate and the depth of focus of the laser light are included in a predetermined range from the surface of the substrate to the inside of the substrate based on the measurement result of the laser displacement meter. A laser processing method for processing a large substrate into a small substrate using a laser processing apparatus equipped with an adjusting means for adjusting the focal length by driving the objective lens as described above. Based on the step of measuring the distance between the objective lens and the surface of the large substrate and the measurement result, the focal depth of the laser beam is 100% of the total thickness of the substrate. Performing an irradiation step of adjusting the focal length by driving the objective lens to include 5 to 50% of the inner substrate from the surface of the substrate is irradiated with laser light it is.
また、本例のレーザー加工方法は、加工対象物である基板が大型液晶パネルのような貼り合わせ基板の場合は、上記照射工程として、上記レーザー光の焦点深度が、上記貼り合わせ基板の下側の基板の全厚さ100%に対して上記下側の基板の下面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する第1の照射工程と、上記レーザー光の焦点深度が、上記貼り合わせ基板の上側の基板の全厚さ100%に対して上側の基板の上面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する第2の照射工程を含む。
また、本例のレーザー加工方法は、加工対象物が大型有機ELパネルや大型液晶パネルのような貼り合わせ基板の場合に、下側の基板にカラーフィルタを備え、上側の基板にTFTを備えたものを加工するのに好適である。
先に上側の基板にレーザー光を照射してしまうと、上側の基板に先に形成されたスクライブにより、下側の基板内部の所定部分にレーザー光を正確に照射することが難しくなり、加工の信頼性が低下するからである。
Further, in the laser processing method of this example, when the substrate to be processed is a bonded substrate such as a large liquid crystal panel, as the irradiation step, the focal depth of the laser beam is below the bonded substrate. The objective lens is driven to adjust the focal length so as to be included in the range of 5 to 50% of the inside of the substrate from the lower surface of the lower substrate with respect to the total thickness of 100% of the substrate, and the laser beam is irradiated. The first irradiation step and the depth of focus of the laser beam are included in a range of 5 to 50% from the upper surface of the upper substrate to the inside of the substrate with respect to 100% of the total thickness of the upper substrate of the bonded substrate. Thus, the objective lens is driven, the focal length is adjusted, and the second irradiation step of irradiating the laser beam is included.
The laser processing method of this example includes a color filter on the lower substrate and a TFT on the upper substrate when the object to be processed is a bonded substrate such as a large organic EL panel or a large liquid crystal panel. Suitable for processing things.
If the upper substrate is irradiated with the laser beam first, it becomes difficult to accurately irradiate the predetermined portion inside the lower substrate with the laser beam due to the scribe previously formed on the upper substrate. This is because reliability is lowered.
本発明のレーザー加工装置及びレーザー加工方法によれば、パネルを構成する材料にダメージを与えることなく、加工部位となる切断縁部分の強度を向上させて、大型の基板を小型の基板に加工することができるので、大型液晶パネルや大型有機ELパネルを各デバイスの大きさに小さく分断する装置及び方法として好適である。
また、本発明によれば、2個以上のレーザー変位計を用いることによって、複数の加工予定ラインを有する加工対象物と対物レンズとの距離の測定時間を短縮することができ、しかも、大型の基板を上下反転することなく加工することができるので、生産効率を大幅に向上させることができる。
According to the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, a large substrate is processed into a small substrate by improving the strength of a cutting edge portion serving as a processing portion without damaging the material constituting the panel. Therefore, it is suitable as an apparatus and method for dividing a large liquid crystal panel or a large organic EL panel into small sizes for each device.
Further, according to the present invention, by using two or more laser displacement meters, it is possible to shorten the time for measuring the distance between the object to be processed having a plurality of processing lines and the objective lens, Since the substrate can be processed without being turned upside down, the production efficiency can be greatly improved.
以下、本発明を実施例に基づき説明する。なお、本発明は次の実施例に限定されるものではない。
(実施例)
図1に示すレーザー加工装置で、厚さが100μmの無アルカリガラスの基板を次の条件で加工した。
レーザー光源2として、波長が355nmのUV−YAGレーザーを用いた。このレーザー光源2は、レーザーパワーが5W、駆動周波数が50KHzである。対物レンズ3の開口率(N.A.)は0.1であり、可動ステージ7の移動速度は50mm/sec(mm/秒)である。
レーザー光の焦点を基板の表面から基板内部の30μmの位置に設定し、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ100%(100μm)に対して、基板の表面から基板内部の50%(50μm)の範囲に含まれるように、対物レンズ3の焦点距離を調節し、レーザー光を照射した。
Hereinafter, the present invention will be described based on examples. The present invention is not limited to the following examples.
(Example)
With the laser processing apparatus shown in FIG. 1, a non-alkali glass substrate having a thickness of 100 μm was processed under the following conditions.
As the
The focal point of the laser beam is set at a position 30 μm from the surface of the substrate to the inside of the substrate, and the focal depth of the laser beam is 50% from the surface of the substrate to the inside of the substrate with respect to the total thickness of 100% (100 μm). The focal length of the
図12は、実施例のレーザー加工装置及び加工方法で加工したガラス基板の光学顕微鏡写真を示し、ガラス基板の平面図(a)及び断面図(b)である。
図12に示すように、実施例のレーザー加工装置及び加工方法で加工したガラス基板は、チッピンング等を発生することなく、深さが44.1μm、幅が17.6μmの精度のよい細い直線状のスクライブが形成された。また、スクライブの形成によりガラス基板の表面から基板内部の70μmの深さまで垂直なクラックが進展していた。
また、スクライブが形成された部位(加工部位)である切断縁部分は、破壊応力が250MPaを超えており、曲げ強度が30Nを超えていた。破壊応力は、4点曲げ強度評価法で測定した。
この結果から、ガラス基板にはレーザースポット部分の局所的な昇温により、ガラス基板を破壊させようとする引張り力を打ち消す圧縮応力が発生して熱変質層が形成され、加工品の加工部位(切断縁部分)の破壊応力が向上されていることが確認できた。また、本例のレーザー加工装置及び加工方法によれば、優れた精度で、加工品の品質を向上させて、大型の基板を小型の基板に加工できた。
FIG. 12: shows the optical microscope photograph of the glass substrate processed with the laser processing apparatus and processing method of an Example, and is the top view (a) and sectional drawing (b) of a glass substrate.
As shown in FIG. 12, the glass substrate processed by the laser processing apparatus and processing method of the example has a fine linear shape with a depth of 44.1 μm and a width of 17.6 μm without causing chipping or the like. A scribe was formed. In addition, vertical cracks progressed from the surface of the glass substrate to a depth of 70 μm inside the substrate due to the formation of the scribe.
Moreover, the cutting edge part which is a site | part (processed site | part) in which the scribe was formed had a fracture stress exceeding 250 MPa and a bending strength exceeding 30N. The fracture stress was measured by a four-point bending strength evaluation method.
From this result, due to the local temperature rise of the laser spot portion on the glass substrate, a compressive stress that counteracts the tensile force to destroy the glass substrate is generated, and a thermally deteriorated layer is formed. It was confirmed that the fracture stress at the cutting edge portion was improved. In addition, according to the laser processing apparatus and the processing method of this example, it was possible to improve the quality of a processed product with excellent accuracy and process a large substrate into a small substrate.
(比較例)
レーザー光の焦点をガラス基板の表面から基板内部の70μmの位置に設定し、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ100%(100μm)に対して、基板の表面から基板内部の70%(70μm)の位置を含むように、対物レンズ3の焦点距離を調節してレーザー光を照射したこと以外は、実施例と同様にして、ガラス基板を加工した。
(Comparative example)
The focal point of the laser beam is set at a position of 70 μm inside the substrate from the surface of the glass substrate, and the focal depth of the laser beam is 70% from the substrate surface to the inside of the substrate with respect to the total thickness of the substrate 100% (100 μm). A glass substrate was processed in the same manner as in the example except that the focal length of the
図13は、比較例1のガラス基板の光学顕微鏡写真を示し、(a)平面図及び(b)断面図である。図13に示すように、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ100%に対して、基板の表面から基板内の5〜50%の範囲外(具体的には70%)に含まれるように焦点距離を調節すると、加工部分にチッピングが発生し、精度のよい加工はできなかった。 FIG. 13: shows the optical microscope photograph of the glass substrate of the comparative example 1, (a) Top view and (b) Sectional drawing. As shown in FIG. 13, the depth of focus of the laser beam is included outside the range of 5 to 50% in the substrate from the surface of the substrate with respect to the total thickness of the substrate of 100% (specifically, 70%). When the focal length was adjusted in this way, chipping occurred in the processed portion, and accurate processing could not be performed.
1…レーザー加工装置、2…レーザー光源、3…対物レンズ、4…大型液晶パネル、4a…上側の基板、4b…下側の基板、4c…スペーサー,4d…加工予定ライン(切り出しピッチ),4e…小型液晶パネル、5…レーザー変位計、6…アーム、7…可動ステージ、8,9…ミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser processing apparatus, 2 ... Laser light source, 3 ... Objective lens, 4 ... Large liquid crystal panel, 4a ... Upper board | substrate, 4b ... Lower board | substrate, 4c ... Spacer, 4d ... Processing planned line (cutting pitch), 4e ... small liquid crystal panel, 5 ... laser displacement meter, 6 ... arm, 7 ... movable stage, 8,9 ... mirror
Claims (10)
上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、
上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計と、
上記レーザー変位計で測定した測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ100%に対して上記基板の表面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように、上記対物レンズを駆動して焦点距離を調節する調節手段を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。 A laser light source that oscillates a laser beam having a wavelength region of 200 to 2000 nm;
A laser processing means comprising an objective lens for condensing the laser beam;
Two or more laser displacement meters that measure the distance between the objective lens and the surface of the substrate that is the workpiece;
Based on the measurement result measured by the laser displacement meter, the depth of focus of the laser beam is included in the range of 5 to 50% inside the substrate from the surface of the substrate with respect to 100% of the total thickness of the substrate. And an adjusting means for adjusting the focal length by driving the objective lens.
上記調節手段が、上記レーザー変位計の測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ100%に対して上記基板の上下の各表面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように、上記対物レンズを駆動して焦点距離を調節することを特徴とする請求項1に記載のレーザー加工装置。 The laser displacement meter measures the distance between the objective lens and the upper and lower surfaces of the substrate,
Based on the measurement result of the laser displacement meter, the adjusting means has a focal depth of the laser beam of 5 to 50% from the upper and lower surfaces of the substrate to 100% of the total thickness of the substrate. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the focal length is adjusted by driving the objective lens so as to be included in the range.
上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、
上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計と、
上記レーザー変位計の測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、基板の表面から基板内部の所定の範囲に含まれるように上記対物レンズを駆動し、焦点距離を調節する調節手段を備えたレーザー加工装置を用いて、大型の基板を小型の基板に加工するレーザー加工方法であって、
上記レーザー変位計で、上記対物レンズと上記大型の基板の表面との距離を測定する工程と、
上記測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ100%に対して上記基板の表面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する照射工程とを備えたことを特徴とするレーザー加工方法。 A laser light source that oscillates a laser beam having a wavelength region of 200 to 2000 nm;
A laser processing means comprising an objective lens for condensing the laser beam;
Two or more laser displacement meters that measure the distance between the objective lens and the surface of the substrate that is the workpiece;
Adjusting means for driving the objective lens and adjusting the focal length so that the focal depth of the laser light is included in a predetermined range inside the substrate from the surface of the substrate based on the measurement result of the laser displacement meter. A laser processing method for processing a large substrate into a small substrate using the laser processing apparatus,
Measuring the distance between the objective lens and the surface of the large substrate with the laser displacement meter;
Based on the measurement result, the objective lens is driven so that the focal depth of the laser light is included in the range of 5 to 50% from the surface of the substrate to the inside of the substrate with respect to 100% of the total thickness of the substrate. A laser processing method comprising: an irradiation step of adjusting a focal length and irradiating a laser beam.
上記照射工程は、上記レーザー光の焦点深度が、上記貼り合わせ基板の下側の基板の全厚さ100%に対して上記下側の基板の下面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する第1の照射工程と、
上記レーザー光の焦点深度が、上記貼り合わせ基板の上側の基板の全厚さ100%に対して上側の基板の上面から基板内部の5〜50%の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する第2の照射工程を含むことを特徴とする請求項8に記載のレーザー加工方法。 The substrate is a bonded substrate,
In the irradiation step, the depth of focus of the laser beam is included in a range of 5 to 50% inside the substrate from the lower surface of the lower substrate with respect to 100% of the total thickness of the lower substrate of the bonded substrate. A first irradiation step of driving the objective lens and adjusting the focal length to irradiate the laser beam,
The objective lens is driven so that the focal depth of the laser beam is within a range of 5 to 50% of the inside of the substrate from the upper surface of the upper substrate with respect to 100% of the total thickness of the upper substrate of the bonded substrate. The laser processing method according to claim 8, further comprising a second irradiation step of adjusting the focal length and irradiating the laser beam.
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