JP2009262408A - Method for scribing brittle material substrate and device therefor - Google Patents
Method for scribing brittle material substrate and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009262408A JP2009262408A JP2008114669A JP2008114669A JP2009262408A JP 2009262408 A JP2009262408 A JP 2009262408A JP 2008114669 A JP2008114669 A JP 2008114669A JP 2008114669 A JP2008114669 A JP 2008114669A JP 2009262408 A JP2009262408 A JP 2009262408A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass substrate
- brittle material
- laser spot
- laser
- material substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Abstract
Description
本発明は脆性材料、特に、フラットパネルディスプレイ用ガラスや携帯電話ディスプレイ用ガラスなどに使用される厚みが０．３ｍｍ以下の薄いガラスをスクライブするための脆性材料基板のスクライブ方法および装置に関する。以下、脆性材料としてガラスを例に説明するが、本発明はガラスの他にも石英、セラミック、半導体などの脆性材料一般に適用が可能である。 The present invention relates to a brittle material substrate scribing method and apparatus for scribing a brittle material, in particular, a thin glass having a thickness of 0.3 mm or less used for glass for flat panel displays, glass for mobile phone displays and the like. Hereinafter, glass will be described as an example of the brittle material, but the present invention can be applied to brittle materials such as quartz, ceramics, and semiconductors in addition to glass.
最近ガラス割断において、過去１世紀にわたって使用されてきたダイアモンドチップによる機械的方法に代わって、レーザ光照射による熱応力割断方法（以下レーザ割断方法と略記する）が使用されるようになってきた。 Recently, in the glass cleaving, a thermal stress cleaving method by laser light irradiation (hereinafter abbreviated as a laser cleaving method) has been used in place of the diamond chip mechanical method that has been used for the past century.
レーザ割断方法によれば、機械的方法に固有の欠点、すなわちマイクロクラック発生によるガラス強度の低下、割断時のカレット発生による汚染、適用板厚の下限値の存在などが一掃できる。 According to the laser cleaving method, defects inherent in the mechanical method, that is, a decrease in glass strength due to the occurrence of microcracks, contamination due to the occurrence of cullet during cleaving, the presence of a lower limit value of the applied plate thickness, etc. can be eliminated.
このレーザ割断方法によれば機械割断の後工程である研磨、洗浄が不要になり、面粗さ１μｍ以下の鏡面が得られ、製品外形寸法精度は±２５μｍ以上になる。さらにガラス基板厚０．１ｍｍまでの薄さにも使用でき、今後の液晶表示器用ガラスに使用できる。 According to this laser cleaving method, polishing and cleaning, which are subsequent steps of mechanical cleaving, are not required, a mirror surface having a surface roughness of 1 μm or less is obtained, and the product external dimension accuracy is ± 25 μm or more. Furthermore, it can be used for glass substrates with a thickness of up to 0.1 mm, and can be used for future glass for liquid crystal displays.
レーザ割断方法の原理は次の通りである。ガラスに局所的に、加熱だけが発生し、気化、溶融やクラックが発生しない程度のレーザ光照射を行なう。この時ガラス加熱部は熱膨張しようとするが周辺ガラスからの反作用にあい十分な膨張ができず、照射点を中心として圧縮応力が発生する。周辺の非加熱領域でも、加熱部からの膨張に押されてさらに周辺に対して歪みが発生し、その結果圧縮応力が発生する。こうした圧縮応力は半径方向のものである。ところで物体に圧縮応力がある場合には、その直交方向にはポアソン比が関係した引っ張り応力が発生する。ここでは、その方向は接線方向である。この様子を図７に示す。 The principle of the laser cleaving method is as follows. Laser irradiation is performed to such an extent that only heating occurs locally on the glass and vaporization, melting and cracking do not occur. At this time, the glass heating section tries to expand thermally, but cannot sufficiently expand due to the reaction from the surrounding glass, and compressive stress is generated around the irradiation point. Even in the peripheral non-heated region, the peripheral portion is further distorted by the expansion from the heating portion, and as a result, compressive stress is generated. These compressive stresses are radial. By the way, when the object has a compressive stress, a tensile stress related to the Poisson's ratio is generated in the orthogonal direction. Here, the direction is a tangential direction. This is shown in FIG.
図７は、原点に中心をおくガウシアン分布の温度上昇がある場合の、半径方向応力成分σｘと接線方向応力成分σｙの変化を示したものである。半径方向応力成分σｘは終始圧縮応力（図７では負値）であるが、接線方向応力成分σｙは加熱中心（距離ｒ＝０）では圧縮応力であるが、加熱中心から離れると引っ張り応力（図７で正値）に変化する。 FIG. 7 shows changes in the radial stress component σ x and the tangential stress component σ y when there is a temperature increase in the Gaussian distribution centered at the origin. The radial stress component σ x is a compressive stress (negative value in FIG. 7) from beginning to end, while the tangential stress component σ y is a compressive stress at the heating center (distance r = 0), but tensile stress when it is away from the heating center. It changes to (positive value in FIG. 7).
これらの応力のうち、割断に関係するのは引っ張り応力である。引っ張り応力が必要以上に大きい場合は、破壊が随所に発生し制御不能である。レーザ割断方法の場合には、引張り応力をこの不規則破壊値以下に選定しておくので、不安定な破壊は発生しない。 Among these stresses, the tensile stress is related to the cleaving. If the tensile stress is greater than necessary, the fracture occurs everywhere and cannot be controlled. In the case of the laser cleaving method, the tensile stress is selected to be equal to or less than the irregular fracture value, so that unstable fracture does not occur.
ところが、引張り応力存在位置に亀裂がある場合にはこの亀裂先端では応力拡大が発生し応力が集中する。この応力集中の度合いを表す係数である応力拡大係数が材料の破壊靱性値を超えると亀裂が拡大する。すなわち、制御された割断が生じることになる。したがって、レーザ照射点を走査することで、亀裂を延長させていくことができる。このレーザ割断方法では、割断面は結晶の劈開面に類似のものになるので、マイクロクラックもカレット発生もなく、前記した機械的方法の欠点が一掃できて、ガラスの加工方法として優れた特性を有するものである。 However, if there is a crack at the position where the tensile stress is present, stress expansion occurs at the tip of the crack, and the stress is concentrated. When the stress intensity factor, which is a coefficient representing the degree of stress concentration, exceeds the fracture toughness value of the material, the crack expands. That is, controlled cleaving occurs. Therefore, the crack can be extended by scanning the laser irradiation point. In this laser cleaving method, since the fractured surface is similar to the cleavage plane of the crystal, there is no generation of microcracks or cullet, the disadvantages of the mechanical method described above can be eliminated, and excellent characteristics as a glass processing method. It is what you have.
このガラスのレーザ割断方法はコンドラテンコ氏によって初めて開発され、特許文献１の日本特許が成立している。
図８（ａ）に特許文献１によるレーザ割断方法の原理を示す。レーザ光としてはＣＯ２レーザ光が使用され、ＣＯ２レーザ光のビームスポット１におけるエネルギの９９％は、ガラス基板２の深さ３．７μｍのガラス表面層において吸収され、ガラス基板２の全厚みにわたって透過しない。これは、ＣＯ2レーザ波長におけるガラスの吸収係数が著しく大きいことによる。レーザによる割断（以下スクライブと称する）の深さはガラス基板２中の熱伝導４によって助けられても、通常１００μｍ程度である。しかしながら、ガラス基板２は脆性が強く、このスクライブ線にあわせて応力を印加し機械的に割断することが容易である。この機械的応力の印加によって全割断するプロセスをブレークと称する。レーザビームは割断方向３の方向に走査される。
This glass laser cleaving method was first developed by Kondratenko, and the Japanese Patent of Patent Document 1 was established.
FIG. 8A shows the principle of the laser cleaving method according to Patent Document 1. As the laser light, CO 2 laser light is used, and 99% of the energy in the beam spot 1 of the CO 2 laser light is absorbed by the glass surface layer having a depth of 3.7 μm of the glass substrate 2, and the total thickness of the glass substrate 2 is obtained. Not transparent. This is due to the extremely large absorption coefficient of glass at the CO 2 laser wavelength. The depth of cleaving by laser (hereinafter referred to as scribe) is usually about 100 μm even if assisted by heat conduction 4 in the glass substrate 2. However, the glass substrate 2 is highly brittle and can be easily cleaved mechanically by applying stress in accordance with the scribe line. The process of breaking all by application of the mechanical stress is called “break”. The laser beam is scanned in the cleaving direction 3.
これに対して、図８（ｂ）に示すようなガラス基板２に透過して行きその一部が吸収されるようなレーザ光５を照射すると、透過光がガラス基板２の全板厚に対して割断６を発生させるので、ガラス基板２はこの工程のみで割断ができてブレークが不要になる。この割断を、レーザによるフルボディ割断（あるいは全割断）と称する（特許文献２参照）。 On the other hand, when the laser beam 5 is irradiated so as to pass through the glass substrate 2 as shown in FIG. Since the cleaving 6 is generated, the glass substrate 2 can be cleaved only in this step, and a break is unnecessary. This cleaving is called full-body cleaving (or all cleaving) by a laser (see Patent Document 2).
フルボディ割断の採用により、前記したレーザ割断方法の有する技術特徴に加えて、ブレークが不要になりワークの反転が不要になる、自由曲線割断が可能になる、重ねガラスの一方向からの選択的割断が可能になるなどのフルボディ割断特有のメリットが生じ、フラットパネル製造工程において図り知れない改善が実現できるようになった。
特許文献１による割断は従来方法である機械的方法に比較すれば長所があるが、ガラス基板２が０．３ｍｍ以下の薄い場合には、ガラス基板２が完全に切断されてしまったり、浅いスクライブ溝すら形成されないなど、確実にスクライブすることができないという課題があった。
特許文献２によるフルボディ割断方法は優れた技術であるが、いわゆるサイズ効果により割断位置がワーク端部から離れていると割断速度が著しく低下したり、同端部に近いと割断面が曲がるという欠点がある。また、このサイズ効果によりスクライブ方法に比較して切断面の直線性などの精度が劣るという課題があった。
The cleaving according to Patent Document 1 has advantages over the conventional mechanical method. However, when the glass substrate 2 is as thin as 0.3 mm or less, the glass substrate 2 is completely cut or shallow scribe. There was a problem that it was not possible to scribe reliably, such as not forming even grooves.
Although the full body cleaving method according to Patent Document 2 is an excellent technique, the cleaving speed is remarkably reduced when the cleaving position is away from the end of the work due to the so-called size effect, or the cleaved surface is bent when close to the end. There are drawbacks. Moreover, there existed a subject that precision, such as the linearity of a cut surface, was inferior compared with the scribe method by this size effect.
本発明はこれらの従来技術の課題を解決するもので、厚みが０．３ｍｍ以下の薄いガラスでも精度の高いスクライブを確実に行なうことが可能なスクライブ方法を提供することを目的とするものである。 The present invention solves these problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a scribing method capable of reliably performing scribing with high accuracy even with a thin glass having a thickness of 0.3 mm or less. .
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の脆性材料基板のスクライブ方法は、脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿って、前記脆性材料基板の第１の主面に前記脆性材料基板の軟化点よりも低い温度のレーザスポットが形成されるようにレーザビームを照射しつつ前記脆性材料基板の前記第１の主面上を相対的に移動させ、前記レーザスポットの前記脆性材料基板に対する相対的な移動に追従して、前記脆性材料基板の第２の主面における前記レーザスポットの位置に対応する位置に冷却媒体を放射して前記脆性材料基板にスクライブを形成するものである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザスポットにより加熱された脆性材料基板の第１の主面上の温度が前記脆性材料基板の第２の主面上に伝わるまでの時間内に前記冷却ミストを放射するように、前記レーザスポットによる加熱と冷却ミストの放射の時間差を制御するものである。
請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法において、脆性材料基板の厚みに依存するレーザスポットによる加熱のパルス時間を、前記基板の前記レーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、また第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度と前記第１の主面の表面温度との差が十分に得られるように、パルス時間を設定したものである。
請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法において、脆性材料基板の第１の主面にレーザによりレーザスポットを形成する構成において、前記レーザがパルスレーザであることを特徴とするものである。
請求項５に記載の本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の一方の主面にレーザスポットを照射するレーザスポット照射手段と、前記レーザスポットが照射された位置に対応する前記脆性材料基板の他方の主面の位置に冷媒を放射する冷却手段と、前記レーザスポット照射手段および冷却手段と前記脆性材料基板とを前記脆性材料基板の主面方向に相対的に移動させる手段を有し、前記レーザスポット照射手段と前記冷却手段は前記脆性材料基板に対して所定の距離を持って挟むように配されたものである。
請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載の脆性材料基板のスクライブ装置において、脆性材料基板の厚みに依存するレーザスポットによる加熱のパルス時間を、前記基板の前記レーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、また第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度と前記第１の主面の表面温度との差が十分に得られるように、パルス時間を設定したものである。
請求項７に記載の本発明は、請求項５に記載の脆性材料基板のスクライブ装置において、脆性材料基板の第１の主面にレーザによりレーザスポットを形成する構成において、前記レーザがパルスレーザであるものである。
In order to achieve the above object, the brittle material substrate scribing method of the present invention according to claim 1 is characterized in that the brittle material is formed on the first main surface of the brittle material substrate along a scribe line of the brittle material substrate. The brittle material substrate of the laser spot is moved relative to the first main surface of the brittle material substrate while irradiating a laser beam so that a laser spot having a temperature lower than the softening point of the substrate is formed. In accordance with the relative movement of the fragile material substrate, a cooling medium is emitted to a position corresponding to the position of the laser spot on the second main surface of the fragile material substrate to form a scribe on the brittle material substrate.
According to a second aspect of the present invention, in the scribing method for a brittle material substrate according to the first aspect, the temperature on the first main surface of the brittle material substrate heated by the laser spot is the second of the brittle material substrate. The time difference between the heating by the laser spot and the radiation of the cooling mist is controlled so that the cooling mist is radiated within the time until it is transmitted to the main surface.
According to a third aspect of the present invention, in the method for scribing a brittle material substrate according to the first aspect, the laser spot of the substrate is irradiated with a pulse time of heating by the laser spot depending on the thickness of the brittle material substrate. Further, the surface temperature of the first main surface is lower than the softening temperature of the glass, and the difference between the surface temperature of the cooling medium radiation position on the second main surface and the surface temperature of the first main surface is sufficiently obtained. Thus, the pulse time is set.
A fourth aspect of the present invention is the scribing method for a brittle material substrate according to the first aspect, wherein the laser spot is formed by a laser on the first main surface of the brittle material substrate, and the laser is a pulse laser. It is characterized by being.
The brittle material substrate scribing apparatus according to claim 5 is a laser spot irradiation means for irradiating a laser spot on one main surface of the brittle material substrate, and the brittleness corresponding to the position irradiated with the laser spot. A cooling unit that radiates a refrigerant to the position of the other main surface of the material substrate; and a unit that relatively moves the laser spot irradiation unit, the cooling unit, and the brittle material substrate in the direction of the main surface of the brittle material substrate. The laser spot irradiation means and the cooling means are arranged so as to be sandwiched with a predetermined distance from the brittle material substrate.
According to a sixth aspect of the present invention, in the scribing apparatus for a brittle material substrate according to the fifth aspect, the laser spot of the substrate is irradiated with a pulse time of heating by the laser spot depending on the thickness of the brittle material substrate. Further, the surface temperature of the first main surface is lower than the softening temperature of the glass, and the difference between the surface temperature of the cooling medium radiation position on the second main surface and the surface temperature of the first main surface is sufficiently obtained. Thus, the pulse time is set.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the scribing device for a brittle material substrate according to the fifth aspect, wherein the laser spot is formed by a laser on the first main surface of the brittle material substrate, and the laser is a pulse laser. There is something.
本発明によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、０．３ｍｍ以下の薄いガラスなどの脆性材料でも確実にスクライブすることが可能なスクライブ方法を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a scribing method capable of reliably scribing even a brittle material such as a thin glass of 0.3 mm or less while maintaining the high accuracy of the scribing technique using a laser.
本発明の第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿って、脆性材料基板の第１の主面に脆性材料基板の軟化点よりも低い温度のレーザスポットを照射しつつ脆性材料基板の第１の主面上を相対的に移動させ、レーザスポットの脆性材料基板に対する相対的な移動に追従して、脆性材料基板の第２の主面におけるレーザスポットの位置に対応する位置に冷却媒体を放射するものである。この構成によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第２の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザスポットにより加熱された脆性材料基板の第１の主面上の温度が脆性材料基板の第２の主面上に伝わるまで時間内に冷却ミストを放射するものである。この構成によれば、第１の実施の形態と同様に、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第３の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザスポットによる加熱のパルス時間を、基板のレーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、かつ、第１の主面の表面温度が第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度との差が十分に得られるように設定したものである。この構成によれば、第１および第２の実施の形態と同様に、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第４の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザをパルスレーザとしたものである。この構成によれば、脆性材料基板を照射加熱するレーザビームの持続時間であるパルス時間をレーザ発振器のパルス発振時間により任意に設定することができるので、厚みが０．３ｍｍ以下の極端に薄いガラス基板の場合でも容易にスクライブすることができる。
本発明の第５の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板を挟むようにレーザスポットを照射するレーザスポット照射手段と冷媒を放射する冷却手段を配置し、このレーザスポット照射手段および冷却手段と脆性材料基板とを脆性材料基板の主面方向に相対的に移動させるようにしたものである。この構成によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブを形成する装置を実現することができる。
本発明の第６の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置は、第５の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置において、レーザスポットによる加熱のパルス時間を、基板のレーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、かつ、第１の主面の表面温度が第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度との差が十分に得られるように設定したものである。この構成によれば、第５の実施の形態と同様に、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第７の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置は、第５の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置において、レーザをパルスレーザとしたものである。この構成によれば、脆性材料基板を照射加熱するレーザビームの持続時間であるパルス時間をレーザ発振器のパルス発振時間により任意に設定することができるので、厚みが０．３ｍｍ以下の極端に薄いガラス基板の場合でも容易にスクライブすることができる装置を実現することができる。
The brittle material substrate scribing method according to the first embodiment of the present invention has a temperature lower than the softening point of the brittle material substrate on the first main surface of the brittle material substrate along the scribe line of the brittle material substrate. The laser on the second main surface of the brittle material substrate is moved relative to the first main surface of the brittle material substrate while irradiating the laser spot, and follows the relative movement of the laser spot with respect to the brittle material substrate. The cooling medium is radiated to a position corresponding to the position of the spot. According to this configuration, it is possible to scribe at a depth that does not reach the opposite surface of the brittle material with respect to various brittle materials such as a glass substrate while maintaining the high accuracy of the scribing technique using a laser. it can. In particular, even a very thin glass having a thickness of 0.3 mm or less can be scribed reliably without reaching the opposite surface.
The brittle material substrate scribing method according to the second embodiment of the present invention is the brittle material substrate scribing method according to the first embodiment, on the first main surface of the brittle material substrate heated by the laser spot. The cooling mist is radiated in time until the temperature is transmitted to the second main surface of the brittle material substrate. According to this configuration, as in the first embodiment, the surface opposite to the brittle material is reached with respect to various brittle materials such as a glass substrate while maintaining the high accuracy of the scribing technique using a laser. You can scribe at an unprecedented depth. In particular, even a very thin glass having a thickness of 0.3 mm or less can be scribed reliably without reaching the opposite surface.
The brittle material substrate scribing method according to the third embodiment of the present invention is the same as that of the brittle material substrate scribing method according to the first embodiment. The surface temperature of the first main surface is lower than the softening temperature of the glass, and the surface temperature of the first main surface is sufficiently different from the surface temperature of the cooling medium radiation position on the second main surface. Is set. According to this configuration, as in the first and second embodiments, while maintaining the high accuracy of the laser scribing technique, various brittle materials such as a glass substrate are provided on the opposite side of the brittle material. You can scribe at a depth that doesn't reach the surface. In particular, even a very thin glass having a thickness of 0.3 mm or less can be scribed reliably without reaching the opposite surface.
The brittle material substrate scribing method according to the fourth embodiment of the present invention uses the pulse laser as the laser in the brittle material substrate scribing method according to the first embodiment. According to this configuration, since the pulse time, which is the duration of the laser beam for irradiating and heating the brittle material substrate, can be arbitrarily set by the pulse oscillation time of the laser oscillator, an extremely thin glass having a thickness of 0.3 mm or less Even in the case of a substrate, it can be easily scribed.
The brittle material substrate scribing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention includes a laser spot irradiation means for irradiating a laser spot and a cooling means for radiating a refrigerant so as to sandwich the brittle material substrate, and this laser spot irradiation means. In addition, the cooling means and the brittle material substrate are relatively moved in the main surface direction of the brittle material substrate. According to this configuration, it is possible to scribe at a depth that does not reach the opposite surface of the brittle material with respect to various brittle materials such as a glass substrate while maintaining the high accuracy of the scribing technique using a laser. it can. In particular, even with a very thin glass having a thickness of 0.3 mm or less, it is possible to realize a device that reliably forms a scribe without reaching the opposite surface .
The brittle material substrate scribing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention is the same as the brittle material substrate scribing apparatus according to the fifth embodiment. The surface temperature of the first main surface is lower than the softening temperature of the glass, and the surface temperature of the first main surface is sufficiently different from the surface temperature of the cooling medium radiation position on the second main surface. Is set. According to this configuration, as in the fifth embodiment, the surface opposite to the brittle material is reached with respect to various brittle materials such as a glass substrate while maintaining the high accuracy of the scribing technique using a laser. You can scribe at an unprecedented depth. In particular, even a very thin glass having a thickness of 0.3 mm or less can be scribed reliably without reaching the opposite surface.
The brittle material substrate scribing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention is a brittle material substrate scribing apparatus according to the fifth embodiment in which the laser is a pulse laser. According to this configuration, since the pulse time, which is the duration of the laser beam for irradiating and heating the brittle material substrate, can be arbitrarily set by the pulse oscillation time of the laser oscillator, an extremely thin glass having a thickness of 0.3 mm or less An apparatus that can be easily scribed even in the case of a substrate can be realized.
以下本発明を実施例をもとに図面とともに詳細に説明する。なお、以下の説明では脆性材料としてガラスを例に説明するが、ガラスの他にも石英、セラミック、半導体などの脆性材料一般に適用が可能であることは前記したとおりである。 The present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings and the accompanying drawings. In the following description, glass is used as an example of the brittle material, but as described above, it can be applied to other brittle materials such as quartz, ceramics, and semiconductors in addition to glass.
まず本発明の原理について説明する。図１は本発明によるレーザスクライブ方法を実施するためのスクライブ装置の一実施例における概念的側面図である。本発明の基本構成は、レーザスクライブを形成するガラス基板１１の一方の面をＣＯ２レーザ１２からのレーザビーム１３のレーザスポット１４で加熱し、他方の面をノズル１５から放射される水などの冷媒による冷却ミスト１６で冷却する構成を有するものである。この構成により、ガラス板１１の両面間に所定の温度差をつけることによりガラス基板１１の厚み方向に温度分布を形成することを基本的な技術思想とするものである。 First, the principle of the present invention will be described. FIG. 1 is a conceptual side view of an embodiment of a scribing apparatus for carrying out a laser scribing method according to the present invention. In the basic configuration of the present invention, one surface of a glass substrate 11 forming a laser scribe is heated by a laser spot 14 of a laser beam 13 from a CO2 laser 12, and the other surface is a coolant such as water radiated from a nozzle 15. It has the structure cooled with the cooling mist 16 by. With this configuration, the basic technical idea is to form a temperature distribution in the thickness direction of the glass substrate 11 by providing a predetermined temperature difference between both surfaces of the glass plate 11.
ガラス基板１１の厚みは特に制限されるものではないが、ガラス板１１の両面間にスクライブに最適な所定の温度差を持たせるためには最適条件がある。すなわちガラス基板の一点から見たときにはレーザスポット１４による加熱は時間パルス的な加熱であり、このときのパルス時間がガラスの厚みに依存する特定の時間に設定がなされる場合にガラス板１１の両面間に所定の望ましい温度差が得られる。一般的にはガラス基板の厚みが薄い時には最適なパルス時間も短くなる。 The thickness of the glass substrate 11 is not particularly limited, but there is an optimum condition for providing a predetermined temperature difference optimum for scribing between both surfaces of the glass plate 11 . That is, when viewed from one point of the glass substrate, the heating by the laser spot 14 is time-pulse heating, and both sides of the glass plate 11 when the pulse time at this time is set to a specific time depending on the thickness of the glass. A predetermined desired temperature difference is obtained between them. Generally, when the glass substrate is thin, the optimum pulse time is also shortened.
ＣＯ２レーザ１２はたとえば出力３０Ｗの連続波レーザ光を発振するレーザで、ＣＯ２レーザ１２からのレーザビーム１３はミラー１８で反射させてレンズ１９に入射させ、レンズ１９で集光してたとえば径が１．５ｍｍ、エネルギ密度が１２．７Ｊ／ｃｍ２のレーザスポット１４を形成する。ガラス基板１１を基板移動矢印方向にたとえば２００ｍｍ／ｓの速度で移動させながら、レーザスポット１４とガラス基板１１が相対的に移動するようにし、ガラス基板１１の下面側から、すなわち裏面にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射しながらガラス基板１１の一方の主面である裏面上を走査させる。すなわち、ＣＯ２レーザ１２、ミラー１８およびレンズ１９から構成されるレーザスポット照射手段はガラス基板１１には接触せずに所定の距離を有して配置されている。
この結果、ガラス基板１１のレーザスポット１４の照射位置においてスポット状に昇温する。このとき、レーザスポット１４により昇温する温度がガラス基板１１の軟化点よりも低い温度になるようにレーザビーム１３のパワーを制御する。この結果、ガラス基板１１の裏面はレーザビーム１３によるレーザスポット１４により加熱されて昇温する。
The CO 2 laser 12 is a laser that oscillates, for example, a continuous wave laser beam with an output of 30 W. The laser beam 13 from the CO 2 laser 12 is reflected by a mirror 18 and incident on a lens 19, and condensed by a lens 19, for example, having a diameter. Of 1.5 mm and an energy density of 12.7 J / cm 2 is formed. While moving the glass substrate 11 in the direction of the substrate movement arrow at a speed of, for example, 200 mm / s, the laser spot 14 and the glass substrate 11 are moved relative to each other so that the laser beam 13 extends from the lower surface side of the glass substrate 11, that is, from the rear surface. The back surface, which is one main surface of the glass substrate 11, is scanned while irradiating the laser spot 14. That is, the laser spot irradiating means composed of the CO 2 laser 12, the mirror 18 and the lens 19 is arranged at a predetermined distance without contacting the glass substrate 11.
As a result, the temperature is raised in a spot shape at the irradiation position of the laser spot 14 on the glass substrate 11. At this time, the power of the laser beam 13 is controlled so that the temperature raised by the laser spot 14 is lower than the softening point of the glass substrate 11. As a result, the back surface of the glass substrate 11 is heated by the laser spot 14 by the laser beam 13 and the temperature is raised.
ガラス基板１１の上面、すなわち表面側には、ガラス基板１１のレーザスポット１４が照射された位置に対応する位置に冷媒を放射する冷却手段が設けられている。冷却手段は水などの冷媒を放出するノズル１５で構成され、ガラス基板１１の表面に対して所定の距離を持って配置され、このノズル１５とレーザスポット照射手段によりガラス基板を挟むように配されている。 On the upper surface of the glass substrate 11, that is, on the front surface side, a cooling unit that radiates a coolant is provided at a position corresponding to the position irradiated with the laser spot 14 of the glass substrate 11. The cooling means is composed of a nozzle 15 that discharges a coolant such as water, and is disposed at a predetermined distance from the surface of the glass substrate 11, and is arranged so that the glass substrate is sandwiched between the nozzle 15 and the laser spot irradiation means. ing.
ノズル１５から放射される冷媒による冷却ミスト１６は、ガラス基板１１の上面側から、すなわち表面において、レーザスポット１４とともにガラス基板１１に対して相対的に移動させた状態で、レーザビーム１３によるレーザスポット１４の照射位置に対応する反対側の表面位置に放射され、ガラス基板１１の表面を走査させながら冷却する。なお、冷却ミスト１６の放射位置は、必ずしもレーザ光のレーザスポット１４の位置に完全に一致した反対側の表面位置である必要はなく、冷却位置がレーザ光のレーザスポット１４の位置より少し先行した位置または少し遅行した位置であってもよい。この結果、ガラス基板１１の表面は冷却ミスト１６の放射された位置において冷却される。したがって、冷却ミスト１６の径はノズル１５の口径をレーザスポット１４の径と同等またはやや小さくなるように選定し、レーザスポット１４の径が１．５ｍｍであれば１ｍｍ程度に設定する。 The cooling mist 16 due to the coolant radiated from the nozzle 15 is moved from the upper surface side of the glass substrate 11, that is, on the surface thereof, relative to the glass substrate 11 together with the laser spot 14. 14 is emitted to the opposite surface position corresponding to the irradiation position 14 and cooled while scanning the surface of the glass substrate 11. Incidentally, the radiation position of the cooling mist 16 is not necessarily opposite to the surface position of that exactly match the position of the laser spot 14 of the laser beam, and slightly ahead of the position of the laser spot 14 of the cooling position the laser beam It may be a position or a slightly delayed position. As a result, the surface of the glass substrate 11 is cooled at the position where the cooling mist 16 is emitted. Accordingly, the diameter of the cooling mist 16 is selected so that the diameter of the nozzle 15 is equal to or slightly smaller than the diameter of the laser spot 14, and is set to about 1 mm if the diameter of the laser spot 14 is 1.5 mm.
こうして、ガラス基板１１はその厚み方向に、すなわち、ガラス板１１の両面間に温度差が発生する。このとき、レーザビーム１３によるレーザスポット１４の加熱によって昇温して高温になったガラス基板１１の裏面側に圧縮応力が発生し、一方冷却ミスト１６により低温になった表面側に引張り応力が発生する。この結果、圧縮応力が生じた裏面領域の反対側の表面領域に引張り応力が生じるので、両領域間にそれぞれの応力に基づく応力勾配が発生してガラス基板１１の表面側に亀裂が生じ、この亀裂がガラス基板１１の基板移動矢印方向の移動に伴ってガラス基板１１の表面側において進行し、スクライブ線１７が図１の右側から左側に進行するように形成される。 Thus, the glass substrate 11 generates a temperature difference in the thickness direction, that is, between both surfaces of the glass plate 11. At this time, compressive stress is generated on the back surface side of the glass substrate 11 that has been heated to a high temperature by heating the laser spot 14 by the laser beam 13, while tensile stress is generated on the front surface side that has been cooled by the cooling mist 16. To do. As a result, a tensile stress is generated in the surface region opposite to the back surface region where the compressive stress is generated, so that a stress gradient based on the respective stress is generated between both regions, and a crack occurs on the surface side of the glass substrate 11. The crack progresses on the surface side of the glass substrate 11 as the glass substrate 11 moves in the direction of the substrate movement arrow , and the scribe line 17 is formed so as to progress from the right side to the left side in FIG.
レーザスポット１４はガラス基板１１を走査するように照射されているので、ガラス基板１１上の一点から見るとレーザビーム１３によるレーザスポット１４があたかも時間的にはパルス状に照射されることになる。図２はレーザビーム１３によるレーザスポット１４がガラス基板１１上を走査したときのレーザスポット１４が通過時間型パルスとなる様子を示す概念図である。 Since the laser spot 14 is irradiated so as to scan the glass substrate 11, when viewed from one point on the glass substrate 11 , the laser spot 14 by the laser beam 13 is irradiated in a pulse shape in terms of time . FIG. 2 is a conceptual diagram showing how the laser spot 14 is a transit time type pulse when the laser spot 14 by the laser beam 13 scans the glass substrate 11.
図２（ａ）はガラス基板に照射されたレーザスポットの様子を示す平面図で、レーザスポット径をφ、ガラス基板１１の移動速度をｖとすると、レーザスポット１４がガラス基板１１を照射したとき、レーザスポット１４はガラス基板１１の表面をパルス状に加熱照射するようになる。このときのレーザスポット１４の加熱照射によるパルス時間をｔｐとすると、パルス時間ｔｐはレーザスポット径φおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔｐ＝φ／ｖなる関係が成立する。このときのパルス時間をｔｐ、レーザスポット１４の加熱エネルギおよびガラス基板１１における温度変化は図２（ｂ）のようになり、時間の経過とともに徐々に低下していく。このパルス状のレーザスポット１４がガラス基板１１の移動につれて裏面上を走査するように進行する。パルス時間ｔｐは、レーザスポット径が１．５ｍｍ、ガラス基板１１の移動速度が２００ｍｍ／ｓであれば、７．５ｍｓになる。 FIG. 2A is a plan view showing the state of the laser spot irradiated on the glass substrate. When the laser spot diameter is φ and the moving speed of the glass substrate 11 is v, the laser spot 14 irradiates the glass substrate 11. The laser spot 14 heats and irradiates the surface of the glass substrate 11 in a pulsed manner. When the pulse time by heating the irradiation of the laser spot 14 at this time is t p, t p = phi / v the relationship is established between the pulse time t p is the moving velocity v of the laser spot diameter phi and the glass substrate 11 . The pulse time at this time is t p , the heating energy of the laser spot 14 and the temperature change in the glass substrate 11 are as shown in FIG. 2B, and gradually decrease with the passage of time. The pulsed laser spot 14 advances so as to scan the back surface as the glass substrate 11 moves. Pulse time t p, the laser spot diameter is 1.5 mm, if the moving speed of the glass substrate 11 is 200 mm / s, becomes 7.5 ms.
レーザスポット１４はガラス基板１１をパルス状に照射するので、ＣＯ２レーザ１２をパルスレーザとして構成することもできる。図３はＣＯ２レーザ１２をパルスレーザとして構成してガラス基板１１にパルスレーザ光による集光ビームを照射した場合の様子を示す概念図である。 Since the laser spot 14 irradiates the glass substrate 11 in a pulse shape, the CO 2 laser 12 can be configured as a pulse laser. FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which the CO 2 laser 12 is configured as a pulse laser and the glass substrate 11 is irradiated with a condensed beam of pulse laser light.
図３（ａ）において、パルスレーザビームによる各レーザスポットは互いに重なりあうような照射間隔で照射すると図２（ａ）の場合と実質的に同様な連続的な照射として扱うことができる。このときの照射間隔をｄｐ、ガラス基板１１の移動速度をｖ、パルスレーザビームによる各レーザスポットのパルス間隔をｔｒとすると、パルス間隔ｔｒは照射間隔ｄｐおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔｒ＝ｄｐ／ｖなる関係が成立する。このときのパルス時間ｔｐはパルスレーザのレーザパルス時間に相当し、パルスレーザビームによるレーザスポット１４の加熱エネルギおよびガラス基板１１における温度変化は図３（ｂ）のようになる。すなわち、１つのパルスレーザビームによるレーザスポットが照射されたときのガラス基板１１における温度は図２（ｂ）と同様に時間の経過とともに徐々に低下するが、次のパルスレーザビームによるレーザスポットが照射されたときに再び上昇し、以後同様の変化を繰り返していく。 In FIG. 3A, when the laser spots by the pulse laser beam are irradiated at irradiation intervals that overlap each other, they can be handled as continuous irradiation substantially similar to the case of FIG. The irradiation interval of time d p, the movement speed of the glass substrate 11 v, the pulse interval of the laser spot by a pulsed laser beam and t r, the pulse interval t r is the moving speed of the irradiation interval d p and the glass substrate 11 The relationship t r = d p / v is established with v. Pulse time t p in this case corresponds to the laser pulse time of the pulsed laser, temperature change in the heating energy and the glass substrate 11 of the laser spot 14 by the pulse laser beam is as shown in FIG. 3 (b). That is, the temperature in the glass substrate 11 when the laser spot by one pulse laser beam is irradiated gradually decreases with time as in FIG. 2B, but the laser spot by the next pulse laser beam is irradiated. When it is done, it rises again and repeats the same change.
本発明は、ガラス基板１１の裏面からスクライブ予定線に沿ってレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の表面におけるレーザスポット１４に対応する位置に冷却ミスト１６を吹き付けることによりガラス基板１１の両面に温度差をつけることによりガラス基板１１の厚み方向に温度分布を形成し、この温度分布に基づいて発生する熱応力を利用してスクライブを形成するものであるが、この温度分布はガラスの厚みおよび加熱時のパルス時間ｔｐ（図２参照）、すなわちパルス幅、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔなどにより変化する。 The present invention irradiates a laser spot 14 by a laser beam 13 along a planned scribe line from the back surface of the glass substrate 11, and sprays a cooling mist 16 at a position corresponding to the laser spot 14 on the surface of the glass substrate 11. A temperature distribution is formed in the thickness direction of the glass substrate 11 by making a temperature difference between both surfaces of the glass 11, and a scribe is formed using thermal stress generated based on the temperature distribution. pulse time when the thickness of the glass and heated t p (see FIG. 2), i.e. the pulse width varies due elapsed time t from the heating by the laser spot 14.
図４はガラス基板１１の厚みが０．３ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔをパラメータとしたときの厚み方向温度分布を示す図である。 4 when the thickness of the glass substrate 11 is 0.3 mm, the energy density is a heating condition, when the elapsed time t from the heating by the pulse width and the laser spot 14 is the pulse time t p during heating as a parameter it is a diagram illustrating a thickness direction temperature distribution.
図４（ａ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔ ｐ が０．５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。この場合は、ガラス基板１１の厚み方向を示す表面からの深さｘに対して温度差は発生するが、ガラス基板１１の裏面、すなわち、レーザビーム１３のレーザスポット１４を照射した側の温度が、時間ｔ＝０．４ｍｓでガラス基板１１の軟化点よりも高い温度である約１２５０度になってしまうので、この条件の場合はスクライブすることができない。 4 (a) shows heating condition is 12.7J / cm 2, when the pulse width t p is 0.5 ms, which is the thickness direction temperature distribution view with respect to the elapsed time t from the heating by the laser spot 14. In this case, a temperature difference is generated with respect to the depth x from the surface indicating the thickness direction of the glass substrate 11, but the temperature on the back surface of the glass substrate 11, that is, the temperature on the side irradiated with the laser spot 14 of the laser beam 13 is At time t = 0.4 ms, the temperature becomes higher than the softening point of the glass substrate 11, which is about 1250 degrees. Therefore, scribing cannot be performed under this condition .
図４（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔ ｐ が５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。図４（ｂ）からわかるように、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔがｔ＝０．０１５〜０．０２ｓではガラス基板１１の裏面の温度が約２９０〜２５０Ｋでガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約２５０〜１９０Ｋの表面と裏面の温度差が発生し、良好なスクライブが可能である。すなわちレーザスポット１４による加熱から経過時間ｔ＝０．０１５〜０．０２ｓでスクライブが進展することが分かる。また、この時までには冷却ミスト１６が放射されている必要が有る。 FIG. 4 (b) heating conditions 10J / cm 2, when the pulse width t p is 5 ms, which is the thickness direction temperature distribution view with respect to the elapsed time t from the heating by the laser spot 14. As can be seen from FIG. 4B, when the elapsed time t from the heating by the laser spot 14 is t = 0.015 to 0.02 s, the temperature of the back surface of the glass substrate 11 is about 290 to 250 K, and the softening point of the glass substrate 11. And a temperature difference between the front surface and the back surface of about 250 to 190K occurs, and good scribing is possible. That is, it can be seen that the scribing progresses after the heating by the laser spot 14 at an elapsed time t = 0.015 to 0.02 s. In addition, the cooling mist 16 needs to be radiated by this time.
図４（ｃ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔ ｐ が７．５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。これは、レーザスポット径が１．５ｍｍ、ガラス基板１１の移動速度が２００ｍｍ／ｓである場合に相当する。加熱からの経過時間ｔがｔ＝０．０１５〜０．０２ｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度が約３００〜３２５Ｋでガラス基板１１の軟化点よりもやや低い温度であり、かつ約２７０〜２４０Ｋの温度差が発生する。この条件ではレーザスポット１４による加熱から経過時間ｔ＝０．０１５〜０．０２ｓでスクライブが進展することが分かる。また、この時までには冷却ミスと１６が放射されている必要が有る。この構成では図４（ｃ）の条件はほぼ最適に近い条件であると推定される。 FIG. 4 (c) heating conditions 12.7J / cm 2, when the pulse width t p is 7.5 ms, which is the thickness direction temperature distribution view with respect to the elapsed time t from the heating by the laser spot 14. This corresponds to a case where the laser spot diameter is 1.5 mm and the moving speed of the glass substrate 11 is 200 mm / s. When the elapsed time t from heating is t = 0.015 to 0.02 s, the temperature of the back surface of the glass substrate 11 is about 300 to 325 K, which is slightly lower than the softening point of the glass substrate 11 and about 270 to 240 K. Temperature difference occurs. Under this condition, it can be seen that scribing progresses after the laser spot 14 has been heated for an elapsed time t = 0.015 to 0.02 s. Also, by this time, it is necessary that the cooling error 16 is radiated. In this configuration, the condition shown in FIG. 4C is estimated to be almost the optimum condition.
図４（ｄ）は加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔ ｐ が５０ｍｓの場合で、ガラス基板１１の厚み方向を示す表面からの深さｘに対して、すなわち表面と裏面の温度差が発生していない。したがって、この条件の場合はスクライブすることができない。 FIG. 4 (d) heating conditions 40 J / cm 2, when the pulse width t p is 50 ms, the depth x from the surface indicating the thickness direction of the glass substrate 11, i.e., the temperature difference between the front and back It has not occurred. Therefore, scribing cannot be performed under this condition.
以上から、ガラス板１１の厚みが０．３ｍｍの場合は、加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍFrom the above, when the thickness of the glass plate 11 is 0.3 mm, the heating condition is 12.7 J / cm. ２2 、パルス幅ｔ, Pulse width t ｐp が７．５ｍｓにおいて、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍIs 7.5 ms, a scribe with a depth that does not reach the back surface of the glass substrate 11 is stably formed. The heating condition is 10 J / cm ２2 、パルス幅ｔ, Pulse width t ｐp が５ｍｓにおいて、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、加熱条件が４０Ｊ／ｃｍHowever, at 5 ms, a scribe having a depth that does not reach the back surface of the glass substrate 11 is stably formed. The heating condition is 40 J / cm ２2 、パルス幅が５０ｍｓにおいては、表面と裏面の温度差がほとんど発生しないためスクライブはなされない。逆にパルス幅が短い、加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍWhen the pulse width is 50 ms, there is almost no temperature difference between the front surface and the back surface, and no scribing is performed. Conversely, the pulse width is short and the heating condition is 12.7 J / cm. ２2 、パルス幅が０．５ｍｓの場合には裏面温度がガラス基板１１の軟化点よりも高い温度である１２５０度になってしまうので、この条件の場合もスクライブすることができない。即ち、ガラス板１１の厚みが０．３ｍｍの場合はパルス幅が５ｍｓから７．５ｍｓが最適なパルス幅であり、これより大幅に外れると表面温度が軟化温度を上回ったり、または表面と裏面の温度差が不足したりでスクライブができない。When the pulse width is 0.5 ms, the back surface temperature is 1250 ° C., which is higher than the softening point of the glass substrate 11, so that even under this condition, scribing cannot be performed. That is, when the thickness of the glass plate 11 is 0.3 mm, the optimal pulse width is 5 ms to 7.5 ms. If the thickness is significantly larger than this, the surface temperature may exceed the softening temperature, or Cannot scribe due to insufficient temperature difference.
図５はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布を示す図である。 5 when the thickness of the glass substrate 11 is 0.2 mm, the energy density is a heating condition, a thickness direction temperature distribution with respect to the elapsed time t from the heating by the pulse width and the laser spot 14 is the pulse time t p when heated FIG.
図５（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍIn FIG. 5A, the heating condition is 10 J / cm. ２2 、パルス幅ｔ, Pulse width t ｐp が５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。加熱からの経過時間ｔがｔ＝０．０１〜０．０２ではガラス基板１１の裏面の温度がガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約１５０〜２００Ｋの温度差が発生するのでスクライブに適している。また、この時までには冷却ミスト１６が放射されている必要が有る。Is a temperature distribution diagram in the thickness direction with respect to an elapsed time t from the heating by the laser spot 14 in the case of 5 ms. When the elapsed time t from heating is t = 0.01 to 0.02, the temperature of the back surface of the glass substrate 11 is lower than the softening point of the glass substrate 11, and a temperature difference of about 150 to 200K occurs. Suitable for scribe. In addition, the cooling mist 16 needs to be radiated by this time.
図５（ｂ）はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍで、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔ ｐ が１０ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。加熱からの経過時間ｔの大きさに係わらず、いずれの場合もガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。 5 (b) is at 0.2mm thickness of the glass substrate 11, the heating condition is 10J / cm 2, when the pulse width t p is 10 ms, the thickness direction temperature distribution with respect to the elapsed time t from the heating by the laser spot 14 FIG. Regardless of the magnitude of the elapsed time t from the heating, the temperature of the back surface of the glass substrate 11 is lower than the softening point in any case, but is not suitable for scribing because the temperature difference generated on both surfaces is small.
図５（ｃ）はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍで、加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔ ｐ が１５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。加熱からの経過時間ｔの大きさに係わらず、いずれの場合もガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。 FIG. 5 (c) with 0.2mm thickness of the glass substrate 11, the heating condition is 40 J / cm 2, when the pulse width t p is 15 ms, the thickness direction temperature distribution with respect to the elapsed time t from the heating by the laser spot 14 FIG. Regardless of the magnitude of the elapsed time t from the heating, the temperature of the back surface of the glass substrate 11 is lower than the softening point in any case, but is not suitable for scribing because the temperature difference generated on both surfaces is small.
以上からガラス板１１の厚みが０．２ｍｍの場合は、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔ ｐ が５ｍｓの場合において、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔ＝０．０１〜０．０２において、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、この時までには冷却ミスト１６が放射されている必要が有ることは同様である。 If the thickness of the glass plate 11 is 0.2mm from the above, the heating condition is 10J / cm 2, when the pulse width t p is 5 ms, the elapsed time from the heating by the laser spot 14 t = 0.01~0. Oite 02, without the glass substrate 11 is softened, good scribe depth not reach the back surface of the glass substrate 11 can be stably formed. Similarly, the cooling mist 16 needs to be radiated by this time.
図６はガラス基板１１の厚みが０．１ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを変化させたときの厚み方向温度分布を示す図である。 6 if the thickness of the glass substrate 11 is 0.1 mm, the energy density is a heating condition, to change the time difference t of the heating and cooling mist 16 by the pulse width and the laser spot 14 is the pulse time t p when heated It is a figure which shows the thickness direction temperature distribution at the time.
図６（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍIn FIG. 6A, the heating condition is 10 J / cm. ２2 、パルス幅ｔ, Pulse width t ｐp が１．４ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔ＝２ｍｓ〜５ｍｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約２２０Ｋ〜１００Ｋの温度差が発生する。したがって、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、この時までには冷却ミスト１６が放射されている必要が有ることは同様である。Is a temperature distribution diagram in the thickness direction with respect to the elapsed time t from the heating by the laser spot 14 in the case of 1.4 ms. In the elapsed time t = 2 ms to 5 ms from the heating by the laser spot 14, the temperature of the back surface of the glass substrate 11 is lower than the softening point of the glass substrate 11, and a temperature difference of about 220K to 100K occurs. Therefore, the glass substrate 11 is not softened, and a favorable scribe having a depth that does not reach the back surface of the glass substrate 11 is stably formed. Similarly, the cooling mist 16 needs to be radiated by this time.
図６（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔ ｐ が２ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する温度分布図である。レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔ＝３ｍｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約１２０Ｋの温度差が発生する。したがって、なんとかスクライブが形成される。 6 (b) is heated condition 10J / cm 2, when the pulse width t p is 2 ms, a temperature distribution view with respect to the elapsed time t from the heating by the laser spot 14. At the elapsed time t = 3 ms from the heating by the laser spot 14, the temperature of the back surface of the glass substrate 11 is lower than the softening point of the glass substrate 11, and a temperature difference of about 120K occurs. Therefore, a scribe is formed somehow.
図６（ｃ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍIn FIG. 6C, the heating condition is 10 J / cm. ２2 、パルス幅ｔ, Pulse width t ｐp が５mｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する温度分布図である。加熱からの経過時間ｔの大きさに係わらず、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。5 is a temperature distribution diagram with respect to an elapsed time t from the heating by the laser spot 14 in the case of 5 ms. Regardless of the elapsed time t from the heating, the temperature difference generated on both sides is small, so it is not suitable for scribing.
以上からガラス板１１の厚みが０．１ｍｍの場合は、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅がｔ＝１．４ｍｓ〜２ｍｓの場合においてガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さのスクライブが形成される。 From the above, when the thickness of the glass plate 11 is 0.1 mm, the back surface of the glass substrate 11 is not softened when the heating condition is 10 J / cm 2 and the pulse width is t = 1.4 ms to 2 ms. A scribe with a depth that does not reach this depth is formed.
図４〜図６によれば、一般にレーザスポット１４のパルス時間ｔAccording to FIGS. 4 to 6, generally the pulse time t of the laser spot 14 ｐp であるパルス幅が長すぎるとガラス基板１１の裏面の温度が上がらず、両面に発生する温度差が大きくならない。また、逆にパルス幅ｔIf the pulse width is too long, the temperature of the back surface of the glass substrate 11 does not rise, and the temperature difference generated on both surfaces does not increase. Conversely, the pulse width t ｐp が極端に短い場合には裏面温度がガラス基板１１の軟化点よりも高い温度になってしまうので、この条件の場合もスクライブすることができない。即ち、ガラス板１１の厚みが０．１ｍｍの場合はパルス幅ｔIs extremely short, the back surface temperature is higher than the softening point of the glass substrate 11, so that scribing cannot be performed even under this condition. That is, when the thickness of the glass plate 11 is 0.1 mm, the pulse width t ｐp が１．４ｍｓから２ｍｓが適当なパルス幅であり、これより大幅に外れると表面温度が軟化温度を上回ったり、または表面と裏面の温度差が不足したりでスクライブができない。一般的にガラス基板の厚みが薄い時ほど最適なパルス時間も短くなる。 1.4 ms to 2 ms is a suitable pulse width. If the pulse width deviates significantly from this, scribing cannot be performed because the surface temperature exceeds the softening temperature or the temperature difference between the front and back surfaces is insufficient. Generally, the optimum pulse time is shortened as the glass substrate is thinner.
これよりパルス時間あるいはパルス幅ｔFrom this, pulse time or pulse width t ｐp はガラス基板の厚さに大きく依存して最適な設定が必要であることがわかる。パルス時間ｔIt can be seen that optimum setting is required depending on the thickness of the glass substrate. Pulse time t ｐp は図１の構成では図２（ｂ）で前述したように、レーザスポット径φおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔIn the configuration of FIG. 1, as described above with reference to FIG. 2B, t is between the laser spot diameter φ and the moving speed v of the glass substrate 11. ｐp ＝φ／ｖなる関係が成立する。ここでガラス基板の厚さが極めて薄くなると最適なパルス時間ｔ= Φ / v is established. Here, when the thickness of the glass substrate becomes extremely thin, the optimum pulse time t ｐp は極端に短くなる。例えば基板厚み０．１ｍｍではパルス幅ｔBecomes extremely short. For example, when the substrate thickness is 0.1 mm, the pulse width t ｐp が１．４ｍｓが最適であり、レーザスポット径φを極端に小さくするか、移動速度ｖを極端に早くする必要がある。このような極端な条件設定は装置化が難しくなる。そこでレーザスポット径φおよびガラス基板１１の移動速度ｖに依存しないでパルス時間ｔ1.4 ms is optimal, and it is necessary to extremely reduce the laser spot diameter φ or to extremely increase the moving speed v. Such an extreme condition setting makes it difficult to make a device. Therefore, the pulse time t does not depend on the laser spot diameter φ and the moving speed v of the glass substrate 11. ｐp が設定されることが望ましい。Is preferably set.
上記の様な要求を充たす、本発明によるレーザスクライブ方法を実施するためのスクライブ装置の第二実施例は、図１に示すＣＯ A second embodiment of the scribing apparatus for carrying out the laser scribing method according to the present invention that satisfies the above-described requirements is shown in FIG. ２2 レーザ１２をパルスレーザとすることである。多くのＣＯThe laser 12 is a pulse laser. Many CO ２2 レーザは電源のスイッチングにより、パルス発振時間ｔThe laser generates a pulse oscillation time t by switching the power supply. ｐp ＞０．１ｍｓのパルス運転が容易に可能である。この場合は、パルス時間ｔPulse operation of> 0.1 ms is easily possible. In this case, the pulse time t ｐp は実質的にレーザのパルス発振時間となるため最適な値に設定が可能である。また、図３（ｂ）で前述したように照射間隔をｄIs substantially the laser pulse oscillation time, and can be set to an optimum value. Further, as described above with reference to FIG. ｐp 、ガラス基板１１の移動速度をｖ、パルスレーザビームによる各レーザスポットのパルス間隔をｔThe moving speed of the glass substrate 11 is v, and the pulse interval of each laser spot by the pulse laser beam is t. ｒr とすると、パルス間隔ｔThen, the pulse interval t ｒr は照射間隔ｄIs the irradiation interval d ｐp およびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔAnd t between the moving speed v of the glass substrate 11 ｒr ＝ｄ= D ｐp ／ｖなる関係が成立する。すなわち、パルスレーザビームによる各レーザスポットは互いに重なりあうような照射間隔で照射すると実質的には連続照射と同様なスクライブが可能であって、かつパルス時間ｔThe relationship / v is established. That is, if the laser spots by the pulse laser beam are irradiated at irradiation intervals that overlap each other, substantially the same scribing as in continuous irradiation is possible, and the pulse time t ｐp はレーザのパルス発振時間で任意に設定が可能になり、上述した問題点が解消される。この結果、第二実施例の構成により極端に薄いガラス基板も容易に装置化することが可能となる。Can be arbitrarily set by the pulse oscillation time of the laser, and the above-mentioned problems are solved. As a result, the configuration of the second embodiment makes it possible to easily form an extremely thin glass substrate.
なお、実施例の数値は液晶パネルディスプレイ装置などで使用されている一般的な無アルカリガラスの熱伝導率、比熱、密度などより計算した数値であり、アルカリガラスなど材料が変化すれば最適な数値は変化することは当然である。In addition, the numerical value of an Example is a numerical value calculated from the thermal conductivity, specific heat, density, etc. of the general alkali-free glass used by the liquid crystal panel display apparatus etc., and an optimal numerical value if materials, such as alkali glass, change It is natural to change.
なお、以上の説明では、本特許は薄いガラス基板を中心に説明してきたが厚いガラス基板でも基板厚さに合ったパルス時間ｔ In the above description, the present patent has been described centering on a thin glass substrate. However, even with a thick glass substrate, a pulse time t suitable for the substrate thickness is set. ｐp を設定することにより本発明の実施例が適用可能であることは当然である。It is natural that the embodiment of the present invention can be applied by setting.
以上の説明では、ガラス基板１１の下面である裏面側にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の上面である表面側に冷却ミスト１６を吹き付けるようにしているが、これを逆にして、ガラス基板１１の上面である表面側にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の下面である裏面側に冷却ミスト１６を吹き付けるようにしてもよい。 In the above description, the laser spot 14 by the laser beam 13 is irradiated on the back surface, which is the lower surface of the glass substrate 11, and the cooling mist 16 is sprayed on the front surface, which is the upper surface of the glass substrate 11. Then, the laser spot 14 by the laser beam 13 may be irradiated on the front surface side that is the upper surface of the glass substrate 11, and the cooling mist 16 may be sprayed on the rear surface side that is the lower surface of the glass substrate 11.
本発明による脆性材料基板のスクライブ方法および装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、携帯電話ディスプレイなどのディスプレイ用ガラスなどに使用される薄いガラスや石英、セラミック、半導体などの各種の薄い脆性材料を高い精度を保ちながらスクライブするスクライブ方法およびスクライブ装置に適用して好適である。 The brittle material substrate scribing method and apparatus according to the present invention is highly accurate for thin glass used for display glass for liquid crystal displays, plasma displays, mobile phone displays, and various thin brittle materials such as quartz, ceramic, and semiconductor. It is suitable to be applied to a scribing method and a scribing device for scribing while maintaining the above.
１１ ガラス基板
１２ ＣＯ２レーザ
１３ レーザビーム
１４ レーザスポット
１５ ノズル
１６ 冷却ミスト
１７ スクライブ線
１８ ミラー
１９ レンズ
11 Glass substrate 12 CO2 laser 13 Laser beam 14 Laser spot 15 Nozzle 16 Cooling mist 17 Scribe line 18 Mirror 19 Lens
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008114669A JP2009262408A (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Method for scribing brittle material substrate and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008114669A JP2009262408A (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Method for scribing brittle material substrate and device therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009262408A true JP2009262408A (en) | 2009-11-12 |
Family
ID=41388881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008114669A Pending JP2009262408A (en) | 2008-04-24 | 2008-04-24 | Method for scribing brittle material substrate and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009262408A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013112532A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | Scribing method of brittle material substrate |
| CN103182602A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-03 | 三星钻石工业股份有限公司 | To-be-processed object disjunction method and disjunction method for substrate provided with optical element pattern |
| KR20200135733A (en) * | 2019-05-22 | 2020-12-03 | 쇼오트 아게 | Method and apparatus for processing glass elements |
-
2008
- 2008-04-24 JP JP2008114669A patent/JP2009262408A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013112532A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | Scribing method of brittle material substrate |
| KR101440481B1 (en) * | 2011-11-25 | 2014-09-18 | 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤 | Method for scribing brittle material substrate and device for scribing brittle material substrate |
| CN103182602A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-03 | 三星钻石工业股份有限公司 | To-be-processed object disjunction method and disjunction method for substrate provided with optical element pattern |
| KR101398288B1 (en) * | 2011-12-28 | 2014-06-30 | 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤 | Splitting method of processed object and splitting method of substrate having optical element pattern |
| KR20200135733A (en) * | 2019-05-22 | 2020-12-03 | 쇼오트 아게 | Method and apparatus for processing glass elements |
| KR102445072B1 (en) | 2019-05-22 | 2022-09-19 | 쇼오트 아게 | Method and apparatus for processing glass elements |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5345334B2 (en) | Thermal stress cleaving method for brittle materials | |
| JP5113462B2 (en) | Method for chamfering a brittle material substrate | |
| KR100701013B1 (en) | Method and Apparatus for cutting non-metal substrate using a laser beam | |
| JP5864988B2 (en) | Tempered glass sheet cutting method | |
| US8720228B2 (en) | Methods of separating strengthened glass substrates | |
| JP5303238B2 (en) | Cleaving method of brittle material substrate | |
| JP4414473B2 (en) | Cutting method | |
| JP2003154517A (en) | Method and equipment for fracturing fragile material and manufacturing method for electronic component | |
| US20080035617A1 (en) | Method for processing brittle substrates without micro-cracks | |
| JP2015523296A (en) | Thermal laser scribe cutting method and apparatus for manufacturing electrochromic devices and corresponding cut glass panels | |
| JP2011079690A (en) | Laser thermal stress dividing of thick plate glass using diffraction grating | |
| JP2006035710A (en) | Glass processing method using laser and device | |
| JP2008127223A (en) | Method for cutting flat panel display thin glass sheet | |
| JP5562254B2 (en) | Brittle material splitting apparatus and splitting method | |
| JP2009084089A (en) | Method and apparatus for cutting glass | |
| JP2009040665A (en) | Full body cutting method of brittle material | |
| JP2007260749A (en) | Laser beam machining method and apparatus, and machined product of brittle material | |
| JP2005212364A (en) | Fracturing system of brittle material and method thereof | |
| KR100636852B1 (en) | Scribing method and cutting method for glass using mode-locked uv-laser | |
| JP2013136074A (en) | Splitting device, method for splitting workpiece and method for splitting substrate with optical element pattern | |
| JP2009107304A (en) | Thermal stress cutting method for brittle material | |
| JP2007076077A (en) | Laser beam cutting method for fully cutting brittle material and apparatus for the method | |
| JP2009107301A (en) | Full body cutting method for brittle material | |
| JP2009262408A (en) | Method for scribing brittle material substrate and device therefor | |
| JP2004035315A (en) | Method and apparatus for dividing brittle material substrates |