JP2010089143A - Method and device for cutting brittle material substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脆性材料基板の割断方法及び割断装置に関し、より詳細には、レーザビームの照射加熱によって、基板表面に対して略垂直方向のクラックを形成し脆性材料基板を割断する方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a cleaving method and cleaving apparatus for a brittle material substrate, and more particularly, to a method and apparatus for cleaving a brittle material substrate by forming a crack in a direction substantially perpendicular to the substrate surface by irradiation with a laser beam. Is.
従来、脆性材料基板の割断方法としては、脆性材料基板の表面にカッターホイール等を圧接させながら転動させて、脆性材料基板の表面に対して略垂直方向のクラック（以下、「スクライブライン」という）を形成し、形成されたスクライブラインに沿って垂直方向に機械的な押圧力を加えて割断する方法（以下、「ブレイク」という）が広く行われていた。 Conventionally, as a method for cleaving a brittle material substrate, the surface of the brittle material substrate is rolled while pressing a cutter wheel or the like, and cracks in a direction substantially perpendicular to the surface of the brittle material substrate (hereinafter referred to as “scribe line”). ), And cleaving by applying a mechanical pressing force in the vertical direction along the formed scribe line (hereinafter referred to as “break”) has been widely performed.
しかし、通常、カッターホイールを用いて脆性材料基板のスクライブを行った場合、カレットと呼ばれる小破片が発生し、このカレットによって脆性材料基板の表面にキズがつくことがあった。また、割断後の脆性材料基板の端部にはマイクロクラックが生じやすく、このマイクロクラックを起因として脆性材料基板の割れが発生することがあった。このため、通常は割断後に、脆性材料基板の表面及び端部を洗浄及び研磨して、カレットやマイクロクラック等を除去していた。 However, usually, when the brittle material substrate is scribed using a cutter wheel, small fragments called cullet are generated, and the cullet sometimes scratches the surface of the brittle material substrate. In addition, microcracks are easily generated at the edge of the brittle material substrate after cleaving, and the brittle material substrate may be cracked due to the microcracks. For this reason, usually, after cleaving, the surface and edges of the brittle material substrate are washed and polished to remove cullet and microcracks.
近年、ＣＯ２レーザビームを用いて溶融温度未満で脆性材料基板を加熱して、脆性材料基板にスクライブラインを形成した後、ブレイクを行って基板を割断する方法が実用化されつつある。具体的には、割断予定ライン上に楕円状のレーザビームを照射して脆性材料基板を部分的に加熱して熱膨張させて圧縮応力を発生させ、次いで冷却媒体等による冷却によって脆性材料基板を収縮させて引張応力を生じさせ脆性材料基板に垂直クラックを形成させる。そして、レーザビームを脆性材料基板に対して相対移動させることによって、垂直クラックを連続的に伸展させてスクライブラインを形成させる。このようにレーザビームを用いて脆性材料基板のスクライブを行う場合には熱応力を利用するため、工具を直接、基板に接触させることがなく、割断面はマイクロクラック等の少ない平滑な面となり、基板の強度が維持される。すなわち、レーザビームを用いた脆性材料基板のスクライブでは、非接触加工であるため、上記した潜在的欠陥の発生が抑えられ、ブレイクを行った際に脆性材料基板に発生する割れ等の損傷が抑えられる。
しかしながら、レーザビームを用いて脆性材料基板にスクライブラインを形成する場合、スクライブラインの深さを調整することは難しかった。また、レーザビームの単位時間当たりの照射量は、脆性材料基板が溶融しないように上限が定められるため、レーザビームの出力を大きくして相対移動速度を速くするということはできなかった。 However, when a scribe line is formed on a brittle material substrate using a laser beam, it is difficult to adjust the depth of the scribe line. Further, since the upper limit of the irradiation amount per unit time of the laser beam is set so that the brittle material substrate does not melt, it is impossible to increase the output of the laser beam to increase the relative movement speed.
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザビームの波長を変えることなくスクライブラインの深さを調整できるようにすることにある。 The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object thereof is to make it possible to adjust the depth of a scribe line without changing the wavelength of a laser beam.
また本発明の目的は、レーザビームの相対移動速度を速くして、脆性材料基板の割断処理効率を向上させることにある。 Another object of the present invention is to increase the relative movement speed of the laser beam and improve the cleaving efficiency of the brittle material substrate.
前記目的を達成する本発明に係る脆性材料基板の割断方法は、脆性材料基板に対してレーザビームを相対移動させながら照射して、前記基板を溶融温度未満で加熱し、前記基板に生じた熱応力によって前記基板の表面から略垂直方向にクラックを形成させて前記基板を割断する方法であって、前記基板の表面と直交する垂線に対してレーザビームの相対移動方向にレーザビームの光軸を傾けて、レーザビームを前記基板に照射することを特徴とするものである。 The method for cleaving a brittle material substrate according to the present invention that achieves the above-described object includes irradiating the brittle material substrate while moving the laser beam relative to it, heating the substrate at a temperature lower than the melting temperature, and generating heat generated in the substrate. A method of cleaving the substrate by forming a crack in a substantially vertical direction from the surface of the substrate by stress, wherein the optical axis of the laser beam is set in the direction of relative movement of the laser beam with respect to a perpendicular perpendicular to the surface of the substrate. The substrate is tilted and irradiated with a laser beam.
ここで、脆性材料基板に垂直クラックを迅速且つ確実に形成する観点からは、レーザビームによる加熱後、冷却媒体によって前記基板を冷却するのが好ましい。 Here, from the viewpoint of forming a vertical crack in the brittle material substrate quickly and reliably, it is preferable to cool the substrate with a cooling medium after heating with a laser beam.
また、本発明によれば、レーザビームを出射するレーザ出力手段と、脆性材料基板に対して前記レーザビームを相対的に移動させる移動手段と、前記基板の表面と直交する垂線に対して前記レーザビームの相対移動方向に前記レーザビームの光軸を傾ける傾斜手段とを備えることを特徴とする脆性材料基板の割断装置が提供される。 Further, according to the present invention, the laser output means for emitting a laser beam, the moving means for moving the laser beam relative to the brittle material substrate, and the laser with respect to the perpendicular perpendicular to the surface of the substrate There is provided an apparatus for cleaving a brittle material substrate, comprising a tilting means for tilting the optical axis of the laser beam in the relative movement direction of the beam.
ここで、脆性材料基板に垂直クラックを迅速且つ確実に形成する観点からは、前記レーザビームの照射領域後側を冷却する冷却手段をさらに設けるのが好ましい。 Here, from the viewpoint of forming the vertical crack in the brittle material substrate quickly and reliably, it is preferable to further provide a cooling means for cooling the rear side of the irradiation region of the laser beam.
本発明の脆性材料基板の割断方法及び割断装置では、脆性材料基板の表面と直交する垂線に対してレーザビームの相対移動方向に前記レーザビームの光軸を傾けて、レーザビームを前記基板に照射するので、レーザビームの光軸の傾きによって前記基板に形成される垂直クラックの深さを調整できるようになる。また、レーザビームの光軸の傾きを大きくするほど、相対移動速度を速くすることもできるようになる。 In the method and apparatus for cleaving a brittle material substrate according to the present invention, the optical axis of the laser beam is tilted in the relative movement direction of the laser beam with respect to a perpendicular perpendicular to the surface of the brittle material substrate, and the laser beam is irradiated onto the substrate. Therefore, the depth of the vertical crack formed on the substrate can be adjusted by the inclination of the optical axis of the laser beam. In addition, the relative movement speed can be increased as the inclination of the optical axis of the laser beam is increased.
また、レーザビームによる加熱後、冷却媒体によって前記基板を冷却するようにすると、脆性材料基板に垂直クラックが迅速且つ確実に形成できるようになる。 Further, if the substrate is cooled by a cooling medium after being heated by the laser beam, a vertical crack can be quickly and reliably formed on the brittle material substrate.
以下、本発明に係る脆性材料基板の割断方法及び割断装置についてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, although the brittle material substrate cleaving method and cleaving apparatus according to the present invention will be described in more detail, the present invention is not limited to these embodiments.
図１に、本発明に係る脆性材料基板の割断装置の一実施形態を示す概説図を示す。この図の割断装置は、架台１１上に紙面に対して垂直方向（Ｙ方向）に移動自在のスライドテーブル１２と、スライドテーブル上に図の左右方向（Ｘ方向）に移動自在の台座１９と、台座１９上に設けられた回転機構２５とを備え、この回転機構２５上に設けられた回転テーブル２６に載置・固定された脆性材料基板５０はこれらの移動手段によって水平面内を自在に移動される。 FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a brittle material substrate cleaving apparatus according to the present invention. The cleaving apparatus in this figure includes a slide table 12 that is movable on the gantry 11 in a direction perpendicular to the paper surface (Y direction), a pedestal 19 that is movable on the slide table in the left and right direction (X direction), and The brittle material substrate 50 provided with a rotating mechanism 25 provided on the pedestal 19 and placed and fixed on the rotating table 26 provided on the rotating mechanism 25 is freely moved in the horizontal plane by these moving means. The
スライドテーブル１２は、架台１１の上面に所定距離隔てて平行に配置された一対のガイドレール１４，１５上に移動自在に取り付けられている。そして、一対のガイドレール１４，１５の間には、ガイドレール１４，１５と平行にボールネジ１３が、不図示のモータによって正・逆回転自在に設けられている。また、スライドテーブル１２の底面にはボールナット１６が設けられている。このボールナット１６はボールネジ１３に螺合している。ボールネジ１３が正転又は逆転することによって、ボールナット１６はＹ方向に移動し、これによってボールナット１６が取り付けられたスライドテーブル１２が、ガイドレール１４，１５上をＹ方向に移動する。 The slide table 12 is movably mounted on a pair of guide rails 14 and 15 arranged in parallel with a predetermined distance on the upper surface of the gantry 11. Between the pair of guide rails 14 and 15, a ball screw 13 is provided in parallel to the guide rails 14 and 15 so as to be rotatable forward and backward by a motor (not shown). A ball nut 16 is provided on the bottom surface of the slide table 12. The ball nut 16 is screwed into the ball screw 13. When the ball screw 13 rotates forward or backward, the ball nut 16 moves in the Y direction, whereby the slide table 12 to which the ball nut 16 is attached moves on the guide rails 14 and 15 in the Y direction.
また台座１９は、スライドテーブル１２上に所定距離隔てて平行に配置された一対のガイド部材２１に移動可能に支持されている。そして、一対のガイド部材２１間には、ガイド部材２１と平行にボールネジ２２が、モータ２３によって正逆回転自在に設けられている。また、台座１９の底面にはボールナット２４が設けられ、ボールネジ２２に螺合している。ボールネジ２２が正転又は逆転することによって、ボールナット２４はＸ方向に移動し、これによって、ボールナット２４と共に台座１９が、一対のガイド部材２１に沿ってＸ方向に移動する。 The pedestal 19 is movably supported by a pair of guide members 21 disposed in parallel on the slide table 12 at a predetermined distance. Between the pair of guide members 21, a ball screw 22 is provided in parallel with the guide member 21 so as to be rotatable forward and backward by a motor 23. A ball nut 24 is provided on the bottom surface of the pedestal 19 and is screwed into the ball screw 22. When the ball screw 22 rotates forward or backward, the ball nut 24 moves in the X direction, whereby the pedestal 19 together with the ball nut 24 moves in the X direction along the pair of guide members 21.
台座１９上には回転機構２５が設けられている。そして、この回転機構２５上に回転テーブル２６が設けられている。割断対象である脆性材料基板５０は、回転テーブル２６上に真空吸着によって固定される。回転機構２５は、回転テーブル２６を垂直方向の中心軸の周りに回転させる。 A rotation mechanism 25 is provided on the pedestal 19. A rotating table 26 is provided on the rotating mechanism 25. The brittle material substrate 50 to be cleaved is fixed on the rotary table 26 by vacuum suction. The rotation mechanism 25 rotates the rotary table 26 around the central axis in the vertical direction.
回転テーブル２６の上方には、回転テーブル２６と離隔対向するように、支持台３１が、取付台３２から垂下する保持部材３３によって支持されている。支持台３１には、脆性材料基板５０の表面にトリガークラックを形成するためのカッタホイール３５と、脆性材料基板５０にレーザビームを照射するための開口（不図示）と、脆性材料基板５０の表面を冷却するための冷却ノズル３７とが設けられている。 A support base 31 is supported above the rotary table 26 by a holding member 33 that hangs down from the mounting base 32 so as to face the rotary table 26 at a distance. The support base 31 includes a cutter wheel 35 for forming a trigger crack on the surface of the brittle material substrate 50, an opening (not shown) for irradiating the brittle material substrate 50 with a laser beam, and the surface of the brittle material substrate 50. And a cooling nozzle 37 for cooling.
カッタホイール３５は、チップホルダー３６によって、脆性材料基板５０に圧接する位置と非接触な位置とに昇降可能に保持されており、スクライブラインの開始起点となるトリガークラックを形成するときのみ、脆性材料基板５０に圧接する位置に下降する。トリガークラックは、レーザービームの移動予定ラインの方向に形成された切り目と、この切り目に垂直なもう一つの切り目とがそれぞれの中点で交差した十字形状とするのが好ましい。もちろん、トリガークラックは、１本の切り目のみからなるものであってもよいが、トリガークラックから予測不能な方向にクラックが生じる先走り現象を抑制するためには、十字形状のものが望ましい。また、トリガークラックの形成位置は、脆性材料基板５０の表面側端よりも内側に形成するのが、前述の先走り現象の抑制の点で好ましい。 The cutter wheel 35 is held by the chip holder 36 so as to be movable up and down between a position in pressure contact with the brittle material substrate 50 and a non-contact position, and the brittle material is formed only when a trigger crack is formed as a starting point of the scribe line. It descends to a position where it comes into pressure contact with the substrate 50. The trigger crack is preferably formed in a cross shape in which a cut formed in the direction of the planned moving line of the laser beam and another cut perpendicular to the cut intersect each other at the midpoint. Of course, the trigger crack may be composed of only one cut, but a cross-shaped one is desirable in order to suppress the pre-run phenomenon in which the crack is generated in an unpredictable direction from the trigger crack. In addition, it is preferable that the trigger crack is formed on the inner side of the surface side end of the brittle material substrate 50 from the viewpoint of suppressing the above-mentioned pre-run phenomenon.
取付台３２上にはレーザ出力装置（レーザ出力手段）３４が設けられている。レーザ出力装置３４から出射されたレーザビームＬＢは、反射ミラー（傾斜手段）４４で下方に反射され、保持部材３３内に保持された光学系を介して支持台３１に形成された開口から、回転テーブル２６上に固定された脆性材料基板５０に照射される。反射ミラー４４は、駆動部（傾斜手段）４３によって紙面垂直方向の軸を中心として回動自在に設けられている。レーザビームＬＢの光軸の傾きは、駆動部４３を駆動させて反射ミラー４４の傾斜角度を変更することによって自在に変えられる。 A laser output device (laser output means) 34 is provided on the mount 32. The laser beam LB emitted from the laser output device 34 is reflected downward by a reflection mirror (tilting means) 44 and rotated from an opening formed in the support base 31 through an optical system held in the holding member 33. The brittle material substrate 50 fixed on the table 26 is irradiated. The reflection mirror 44 is provided by a drive unit (tilting means) 43 so as to be rotatable about an axis perpendicular to the paper surface. The inclination of the optical axis of the laser beam LB can be freely changed by driving the drive unit 43 and changing the inclination angle of the reflection mirror 44.
また、支持台３１の、レーザビームＬＢが出射する開口近傍に設けられた冷却ノズル３７からは、冷却水、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等の冷却媒体が脆性材料基板５０に向かって噴射される。冷却媒体が噴射される脆性材料基板５０上の位置は、割断予定ライン５１上で且つレーザビームＬＢの照射領域の後側である（図２を参照）。 Further, a cooling medium such as cooling water, He gas, N 2 gas, and CO 2 gas is directed toward the brittle material substrate 50 from the cooling nozzle 37 provided in the vicinity of the opening of the support 31 where the laser beam LB is emitted. Be injected. The position on the brittle material substrate 50 where the cooling medium is ejected is on the planned cutting line 51 and behind the irradiation region of the laser beam LB (see FIG. 2).
取付台３２には、脆性材料基板５０に予め刻印されたアライメントマークを認識する一対のＣＣＤカメラ３８，３９が設けられている。これらのＣＣＤカメラ３８，３９により、脆性材料基板５０のセット時の位置ずれが検出され、例え脆性材料基板５０が角度θずれていた場合は回転テーブル２６が−θだけ回転され、脆性材料基板５０がＹずれていたときはスライドテーブル１２が−Ｙだけ移動される。 The mounting base 32 is provided with a pair of CCD cameras 38 and 39 for recognizing alignment marks engraved in advance on the brittle material substrate 50. These CCD cameras 38 and 39 detect a positional shift when the brittle material substrate 50 is set. For example, when the brittle material substrate 50 is shifted by the angle θ, the rotary table 26 is rotated by −θ, and the brittle material substrate 50 is detected. When Y is misaligned, the slide table 12 is moved by -Y.
このような構成の割断装置において脆性材料基板５０を割断する場合には、まず、脆性材料基板５０を回転テーブル２６上に載置し吸引手段により固定する。そして、ＣＣＤカメラ３８および３９によって、脆性材料基板５０に設けられたアライメントマークを撮像し、前述のように、撮像データに基づいて脆性材料基板５０を所定の位置に位置決めする。 When the brittle material substrate 50 is cleaved in the cleaving apparatus having such a configuration, first, the brittle material substrate 50 is placed on the rotary table 26 and fixed by suction means. Then, the CCD cameras 38 and 39 capture an image of the alignment mark provided on the brittle material substrate 50, and position the brittle material substrate 50 at a predetermined position based on the imaging data as described above.
次いで、前述のように、ホイールカッタ３５によって脆性材料基板５０にトリガークラックを形成する。そして、レーザ出力装置３４からレーザビームＬＢを出射する。レーザビームＬＢは反射ミラー４４よって、図２に示すように、脆性材料基板５０表面に直交する垂線Ｌに対して照射角θで脆性材料基板５０に照射する。また同時に、レーザビーム照射領域の後端近傍に冷却媒体としての水をノズル３７から噴霧する。脆性材料基板５０にレーザビームＬＢを照射することによって、脆性材料基板５０は厚み方向に溶融温度未満で加熱され、脆性材料基板５０は熱膨張しようとするが、局所加熱のため膨張できず照射点を中心に圧縮応力が発生する。そして加熱直後に、脆性材料基板５０の表面が冷却媒体により冷却されることによって、脆性材料基板５０が今度は収縮して引張応力が発生する。この引張応力の作用によって、トリガークラックを開始点として、脆性材料基板５０にスクライブライン５２が形成される。 Next, as described above, a trigger crack is formed in the brittle material substrate 50 by the wheel cutter 35. Then, a laser beam LB is emitted from the laser output device 34. As shown in FIG. 2, the laser beam LB is irradiated onto the brittle material substrate 50 at an irradiation angle θ with respect to a perpendicular L perpendicular to the surface of the brittle material substrate 50. At the same time, water as a cooling medium is sprayed from the nozzle 37 in the vicinity of the rear end of the laser beam irradiation region. By irradiating the brittle material substrate 50 with the laser beam LB, the brittle material substrate 50 is heated below the melting temperature in the thickness direction, and the brittle material substrate 50 tries to thermally expand, but cannot expand due to local heating, and the irradiation point Compressive stress is generated around the center. Immediately after the heating, the surface of the brittle material substrate 50 is cooled by the cooling medium, so that the brittle material substrate 50 is contracted and tensile stress is generated. By the action of the tensile stress, the scribe line 52 is formed on the brittle material substrate 50 with the trigger crack as a starting point.
そしてレーザビームＬＢ及び冷却ノズル３７を割断予定ライン５１に従って相対的に移動させることによって、スクライブライン５２はレーザビームＬＢの相対移動に追従して進行する。この実施形態の場合には、レーザビームＬＢと冷却ノズル３７とは所定位置に固定された状態で、スライドテーブル１２と台座１９、回転テーブル２６の回転機構２５とによって脆性材料基板５０が移動される。もちろん、脆性材料基板５０を固定した状態で、レーザビームＬＢ１と冷却ノズル３７とを移動させても構わない。あるいは脆性材料基板５０及びレーザビームＬＢ・冷却ノズル３７の双方を移動させても構わない。 Then, by moving the laser beam LB and the cooling nozzle 37 relatively in accordance with the planned cutting line 51, the scribe line 52 advances following the relative movement of the laser beam LB. In the case of this embodiment, the brittle material substrate 50 is moved by the slide table 12, the pedestal 19, and the rotating mechanism 25 of the rotating table 26 while the laser beam LB and the cooling nozzle 37 are fixed at predetermined positions. . Of course, the laser beam LB1 and the cooling nozzle 37 may be moved while the brittle material substrate 50 is fixed. Alternatively, both the brittle material substrate 50 and the laser beam LB / cooling nozzle 37 may be moved.
図３に示すように、レーザビームＬＢの光軸は、脆性材料基板５０の表面と直交する垂線Ｌに対してレーザビームＬＢの相対移動方向に所定角度θ傾いていればよい。換言すると、レーザビームの相対移動方向をｘ座標軸とし、垂線Ｌをｙ座標軸としたｘ−ｙ直交座標において、レーザビームＬＢの光軸が右上がりの傾きを有していればよく、ｙ座標軸とｘ座標軸に垂直なｚ座標軸方向に傾きを有していても構わない。なお、レーザビームＬＢの光軸がｚ座標軸方向に傾きを有している場合、脆性材料基板５０に形成されるクラックは、ｙ−ｚ直交座標においてｙ座標軸に対して傾きを有するものとなる。 As shown in FIG. 3, the optical axis of the laser beam LB only needs to be inclined by a predetermined angle θ in the relative movement direction of the laser beam LB with respect to the perpendicular L perpendicular to the surface of the brittle material substrate 50. In other words, in the xy orthogonal coordinate system in which the relative movement direction of the laser beam is the x-coordinate axis and the perpendicular L is the y-coordinate axis, the optical axis of the laser beam LB only needs to have an upward slope. It may have an inclination in the z coordinate axis direction perpendicular to the x coordinate axis. When the optical axis of the laser beam LB has an inclination in the z coordinate axis direction, the crack formed in the brittle material substrate 50 has an inclination with respect to the y coordinate axis in the yz orthogonal coordinates.
垂線Ｌに対するレーザビームＬＢ光軸の傾斜角度θに特に限定はなく、形成しようとするスクライブライン５２の深さやレーザビームＬＢの相対移動速度に応じて適宜決定すればよい。例えば、図４（ａ）に示すように、レーザビームＬＢ光軸の、垂線Ｌからの傾斜角度θ１が小さいと、レーザビームＬＢの脆性材料基板５０内への進入が深くなり、形成されるスクライブライン５２は深さｄ１は深くなる。反対に、同図（ｂ）に示すように、レーザビームＬＢ光軸の傾斜角度θ２が大きいと、レーザビームＬＢの脆性材料基板５０内への進入が浅くなり、形成されるスクライブライン５２の深さｄ２は浅くなると共に、レーザビームＬＢの傾斜角度θが小さい場合に比べて、レーザビームＬＢの相対移動速度を速めることができる。 The inclination angle θ of the optical axis of the laser beam LB with respect to the normal L is not particularly limited, and may be determined as appropriate according to the depth of the scribe line 52 to be formed and the relative moving speed of the laser beam LB. For example, as shown in FIG. 4 (a), the laser beam LB optical axis, the inclination angle theta 1 from the perpendicular L is small, penetration of the laser beam LB of the brittle material substrate 50 is deepened, it is formed scribe lines 52 depth d 1 becomes deeper. Conversely, as shown in FIG. (B), when the inclination angle theta 2 of the laser beam LB optical axis is large, penetration of the laser beam LB of the brittle material substrate 50 becomes shallow, the scribe lines 52 formed the depth d 2 together with shallower, as compared with the case in which the inclination angle θ of the laser beam LB is small, it is possible to increase the relative movement speed of the laser beam LB.
レーザビームＬＢの脆性材料基板５０に対する相対移動速度は、脆性材料基板５０の材質や厚さ、レーザビームＬＢの出力、そしてスクライブライン５２の深さ、すなわちレーザビームＬＢ光軸の傾斜角度などから適宜決定される。レーザビームＬＢの種類によっては１０００ｍｍ／ｓ以上と、従来の相対移動速度１〜数百ｍｍ／ｓに比べて格段の高速化も可能となる。 The relative moving speed of the laser beam LB with respect to the brittle material substrate 50 is appropriately determined from the material and thickness of the brittle material substrate 50, the output of the laser beam LB, the depth of the scribe line 52, that is, the inclination angle of the optical axis of the laser beam LB. It is determined. Depending on the type of the laser beam LB, 1000 mm / s or more can be achieved, which is significantly faster than the conventional relative movement speed of 1 to several hundred mm / s.
ここで使用するレーザビームＬＢは、脆性材料基板５０の材質とスクライブライン５２の深さ等から適宜決定すればよい。例えば、脆性材料基板がガラス基板の場合、波長１０．６μｍのＣＯ２レーザを用いると、ガラス基板表面から深さ３．７μｍという表層だけでそのエネルギーの９９％が吸収される。つまり、レーザビームの照射によってガラス基板の表層のみ加熱され、ガラス基板の厚み方向の直接加熱は少ない。他方、波長２．９４μｍのＥｒ−ＹＡＧレーザを用いると、ガラス基板による吸収が少なくガラス基板の深くまでレーザビームが進入する。 The laser beam LB used here may be appropriately determined based on the material of the brittle material substrate 50, the depth of the scribe line 52, and the like. For example, when the brittle material substrate is a glass substrate, if a CO 2 laser with a wavelength of 10.6 μm is used, 99% of the energy is absorbed only by the surface layer having a depth of 3.7 μm from the surface of the glass substrate. That is, only the surface layer of the glass substrate is heated by the laser beam irradiation, and direct heating in the thickness direction of the glass substrate is small. On the other hand, when an Er-YAG laser having a wavelength of 2.94 μm is used, the laser beam enters deep into the glass substrate with little absorption by the glass substrate.
物体に真空中の波長λ０、強度Ｉ０のレーザビームを照射したとき、深さｚの場所でのレーザビームの強度Ｉは、次のように表される。
Ｉ＝Ｉ０・ｅｘｐ（−α・ｚ） ・・・・・・（１）
ここで、αは吸収能と呼ばれる物理量で、
α＝（４π／λ０）ｋ＝（４π／λ０）ｎκ ・・・（２）
（式中、ｎはその物体の屈折率、ｋ，κは減衰係数）
で表される。
When an object is irradiated with a laser beam having a wavelength λ 0 and an intensity I 0 in a vacuum, the intensity I of the laser beam at a depth z is expressed as follows.
I = I 0 · exp (−α · z) (1)
Where α is a physical quantity called absorption capacity,
α = (4π / λ 0 ) k = (4π / λ 0 ) nκ (2)
(Where n is the refractive index of the object and k and κ are attenuation coefficients)
It is represented by
上記式から理解されるように、レーザビームの波長が短いと、基板の深くまでレーザビームが進入する。すなわち、波長の短いレーザビームを用いると深いスクライブラインを形成できる。したがって、レーザビームによって形成されるスクライブラインの深さを、脆性材料基板の厚み方向全部とし、ブレーク工程を経ることなく脆性材料基板を割断する所謂フルカットを行う場合には、脆性材料基板の厚みに合わせて上記式から算出される波長のレーザビームを用いる。例えば、波長２．９μｍのレーザビームを用いれば、少なくとも厚さ２．９ｍｍのソーダガラス基板をフルカットできることになる。ただし、今のところ、波長を連続的に変化できるレーザ出力装置は現存せず、固有の波長を有するそれぞれのレーザ出力装置から、所望の波長に近い波長のレーザビームを出力するものを選択し使用する。代表的なレーザ出力装置とレーザビーム波長を表１に示す。 As understood from the above formula, when the wavelength of the laser beam is short, the laser beam enters deep into the substrate. That is, when a laser beam with a short wavelength is used, a deep scribe line can be formed. Therefore, when the depth of the scribe line formed by the laser beam is the entire thickness direction of the brittle material substrate and the so-called full cut is performed in which the brittle material substrate is cleaved without undergoing a break process, the thickness of the brittle material substrate And a laser beam having a wavelength calculated from the above equation is used. For example, if a laser beam having a wavelength of 2.9 μm is used, a soda glass substrate having a thickness of at least 2.9 mm can be fully cut. However, at present, there is no laser output device that can continuously change the wavelength, and one that outputs a laser beam with a wavelength close to the desired wavelength is selected and used from each laser output device having a specific wavelength. To do. Table 1 shows typical laser output devices and laser beam wavelengths.
前記実施形態では、レーザビーム照射領域の後端近傍に冷却媒体を噴霧して、脆性材料基板５０を冷却していたが、冷却手段を用いることなく自然放冷によって冷却しても構わない。ただし、脆性材料基板５０にクラックを迅速且つ確実に形成する観点からは、冷却手段によって脆性材料基板５０の加熱された部分を冷却するのが望ましい。また、脆性材料基板５０のフルカットを行う場合などには、クラックの形成を迅速に行うために、脆性材料基板５０の裏面を表面と共に冷却してもよい。 In the above embodiment, the brittle material substrate 50 is cooled by spraying a cooling medium in the vicinity of the rear end of the laser beam irradiation region. However, it may be cooled by natural cooling without using a cooling means. However, from the viewpoint of quickly and reliably forming a crack in the brittle material substrate 50, it is desirable to cool the heated portion of the brittle material substrate 50 by a cooling means. Further, when the full cut of the brittle material substrate 50 is performed, the back surface of the brittle material substrate 50 may be cooled together with the front surface in order to quickly form a crack.
本発明によれば、レーザビームの波長を変えることなくスクライブラインの深さを調整でき、またレーザビームの相対移動速度を速くして、脆性材料基板の割断処理効率を向上させることもできるようになり、液晶ディスプレイ等のパネル製造工程などで好適に使用される。 According to the present invention, the depth of the scribe line can be adjusted without changing the wavelength of the laser beam, and the relative movement speed of the laser beam can be increased to improve the cleaving efficiency of the brittle material substrate. Therefore, it is preferably used in a panel manufacturing process such as a liquid crystal display.
１２ スライドテーブル（移動手段）
１９ 台座（移動手段）
２５ 回転機構（移動手段）
２６ 回転テーブル
３４ レーザ出力装置（レーザ出力手段）
３７ 冷却ノズル（冷却手段）
５０ 脆性材料基板
５１ 割断予定ライン
Ｌ 垂線
ＬＢ レーザビーム
12 Slide table (moving means)
19 Pedestal (moving means)
25 Rotating mechanism (moving means)
26 Rotary table 34 Laser output device (laser output means)
37 Cooling nozzle (cooling means)
50 Brittle material substrate 51 Planned cutting line L Normal LB Laser beam
Claims (4)
前記基板の表面と直交する垂線に対してレーザビームの相対移動方向にレーザビームの光軸を傾けて、レーザビームを前記基板に照射することを特徴とする脆性材料基板の割断方法。 Irradiating the brittle material substrate while moving the laser beam relatively, heating the substrate below the melting temperature, and forming a crack in a substantially vertical direction from the surface of the substrate by the thermal stress generated in the substrate. A brittle material substrate cleaving method for cleaving a substrate,
A cleaving method for a brittle material substrate, wherein the substrate is irradiated with a laser beam by tilting an optical axis of the laser beam in a direction of relative movement of the laser beam with respect to a perpendicular perpendicular to the surface of the substrate.
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