JP2011006313A - Scribing method and scribing apparatus for thin sheet glass substrate - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scribing method which can ensure a scribe processing even if a thin sheet glass substrate has a sheet thickness of a substrate in a range of 0.1-0.4 mm.SOLUTION: The scribing method of a thin sheet glass substrate comprises: computing the relation among a sheet thickness of a substrate when forming a scribe line, a processing condition of a scan rate, and a deformation state of a substrate by stress immediately after performing laser heating and cooling, based on a thermoelastic analysis by a finite element method; setting a sheet thickness and a processing of a scan rate at which a substrate is deformed to form a concave on a laser irradiation face side; mounting the substrate after positioning a scribe-scheduled line so that the straight distance between the scribe-scheduled line and each of holes situated on both right and left sides of the scribe-scheduled line, along the scribe-scheduled line, and adjacent thereto falls within 1 mm; and performing laser irradiation and cooling in a state that the substrate is made to be adsorbed through the holes.

Description

本発明は、ガラス基板のレーザスクライブ方法に関し、さらに詳細には、板厚が0.1mm〜0.4mmの非常に薄いガラス基板のレーザスクライブ方法に関する。
また、本発明は板厚が0.1mm〜0.4mmの非常に薄いガラス基板の加工に適したレーザスクライブ装置に関する。
The present invention relates to a laser scribing method for a glass substrate, and more particularly to a laser scribing method for a very thin glass substrate having a plate thickness of 0.1 mm to 0.4 mm.
The present invention also relates to a laser scribing apparatus suitable for processing a very thin glass substrate having a plate thickness of 0.1 mm to 0.4 mm.

本発明において、「スクライブ」とは、基板上に設定したスクライブ予定ラインに沿って基板を貫通していないクラックを面方向に進行させる加工をいう。スクライブによって面方向に進行したクラックは、スクライブラインを形成することになる。
なお、「スクライブ」はクラックの深さ方向の先端(クラックの最深部分)が基板内にとどまるクラックが形成される加工をいい、フルカット(基板が完全に分断された状態)をひき起こすような、基板の表面から裏面まで貫通するクラックが形成される加工(フルカット加工という)は含まれない。
したがって、スクライブによって形成されたスクライブラインに沿って、基板を完全に分断するには、後から、クラックを深さ方向に進展させるブレイク処理が行われることになる。
In the present invention, “scribe” refers to processing in which a crack not penetrating the substrate is advanced in the surface direction along a scribe line set on the substrate. A crack that progresses in the surface direction by scribing forms a scribe line.
“Scribe” refers to a process that forms a crack where the tip of the crack in the depth direction (the deepest part of the crack) stays in the substrate, causing a full cut (a state where the substrate is completely divided). The processing (called full cut processing) in which a crack penetrating from the front surface to the back surface of the substrate is not included.
Therefore, in order to completely divide the substrate along the scribe line formed by scribing, a break process for extending the crack in the depth direction is performed later.

なお、説明の便宜上、「クラックの進行」とは、クラックが基板の面方向へ成長することをいうこととする。また、クラックが基板の厚み方向(深さ方向)へ浸透することを「クラックの進展」ということとする。   For convenience of explanation, “progress of crack” means that the crack grows in the surface direction of the substrate. Further, the penetration of cracks in the thickness direction (depth direction) of the substrate is referred to as “crack progress”.

ガラス基板に対し、レーザビームを走査しながら照射すると、レーザビームのビームスポットが通過して加熱された領域に、圧縮応力が生じる。そしてビームスポットが通過した直後の位置に冷媒を吹き付けて冷却することにより、冷却された領域(冷却スポット)に引張応力が生じる。このように、基板に圧縮応力が生じる領域と、引張応力が生じる領域とを接近させて形成することにより応力勾配が形成される。
近年、この応力勾配を利用してガラス基板にクラックを形成することにより、基板表面にスクライブ加工を行ったり(例えば特許文献1参照)、ガラス基板のフルカット加工を行ったりする加工技術が利用されている(例えば特許文献2、3参照)。
When the glass substrate is irradiated with a laser beam while being scanned, a compressive stress is generated in a region heated by passing the beam spot of the laser beam. And a cooling stress is produced in the cooled area | region (cooling spot) by spraying a refrigerant | coolant to the position immediately after a beam spot passes, and cooling. Thus, a stress gradient is formed by forming a region where compressive stress is generated on the substrate and a region where tensile stress is generated close to each other.
In recent years, by using this stress gradient to form a crack in a glass substrate, a processing technique for performing scribing on the surface of the substrate (see, for example, Patent Document 1) or performing full-cut processing of a glass substrate has been used. (For example, refer to Patent Documents 2 and 3).

ところで、テーブル上に基板を載置し、レーザ照射による加熱と加熱直後の冷却とにより、基板に応力勾配を形成してガラス基板を分断しようとする場合、上述したように、スクライブラインを形成した後にブレイク処理が必要なスクライブ加工と、ブレイク処理を行わずに基板が分断されるフルカット加工とがある。   By the way, when placing a substrate on a table and forming a stress gradient on the substrate by heating by laser irradiation and cooling immediately after heating, the scribe line was formed as described above. There are a scribing process that requires a break process later and a full-cut process in which the substrate is divided without performing the break process.

このうちフルカット加工は、ブレイク処理を行わずに基板を分断できることから工程が簡略化できる点では好ましいが、最終的に得られる加工端面の直進性等の加工品質について比較すると、スクライブ加工に比べて劣っている。   Of these, full-cut processing is preferable in that the process can be simplified because the substrate can be divided without performing break processing, but when compared with the processing quality such as straightness of the processing end face that is finally obtained, compared to scribe processing It is inferior.

一方、スクライブ加工は、形成される端面の品質が非常に優れている。しかも基板上で縦横にスクライブラインを形成してから、完全分断させることができるクロススクライブ加工が可能であるため、液晶パネルの製造工程等では、大面積基板から方形の小型基板を切り出す加工において、スクライブ加工が利用されることが多い。   On the other hand, in the scribing process, the quality of the formed end face is very excellent. Moreover, since it is possible to perform a cross-scribing process that can be completely divided after forming a scribe line vertically and horizontally on the substrate, in a process of cutting a rectangular small substrate from a large area substrate in a liquid crystal panel manufacturing process, etc. Scribing is often used.

基板を載置するテーブルに関しては、載置された基板にレーザビームを照射し、数mm角のチップサイズに割断する場合に、チップが吹き飛ばされないようにテーブル面に真空吸引孔を多数設けて真空吸着を行うことが開示されている。その場合に、テーブル上に真空吸引孔を1mm間隔で多数設けることは機械寸法精度の面から困難であることから、摂氏500度の温度に耐える多孔質プレートを用いて、真空吸着させることが開示されている(特許文献3参照)。   Regarding the table on which the substrate is placed, when the placed substrate is irradiated with a laser beam and cleaved into a chip size of several mm square, a vacuum is provided by providing a number of vacuum suction holes on the table surface so that the chip is not blown away. It is disclosed to perform adsorption. In that case, it is difficult to provide a large number of vacuum suction holes on the table at intervals of 1 mm from the viewpoint of mechanical dimensional accuracy, and it is disclosed that vacuum suction is performed using a porous plate that can withstand a temperature of 500 degrees Celsius. (See Patent Document 3).

一般に、真空吸着機構を備えたテーブルでは、基板が載置されるテーブル面の形状として、多孔質材料からなるテーブル面を用いる場合と、機械的に孔加工した金属製のテーブル面を用いる場合とがある。
前者の多孔質テーブルは、基板を均一に吸着できる点で優れている。しかし、多孔質材料としてアルミナ等の材料が用いられているため、レーザ加工の際にレーザビームが直接なテーブル面に照射されると、照射された部分が熱によって変質したり、変色したりする場合がある。
In general, in a table having a vacuum suction mechanism, a table surface made of a porous material is used as a shape of a table surface on which a substrate is placed, and a metal table surface mechanically perforated is used. There is.
The former porous table is excellent in that the substrate can be uniformly adsorbed. However, since a material such as alumina is used as the porous material, when the laser beam is irradiated directly on the table surface during laser processing, the irradiated portion is altered or discolored by heat. There is a case.

一方、機械的に孔加工を施した金属製のテーブルは、レーザが直接照射されても変質しない点で優れている。しかしながら、隣接する真空吸引孔の間隔が小さくなるにつれて加工する孔の数が増大し、特に孔の間隔が2mm以下になると孔加工のコストが膨大になり、また、多数の孔を一定精度で加工することも困難になる。   On the other hand, a metal table that is mechanically perforated is excellent in that it does not deteriorate even when directly irradiated with a laser. However, as the distance between adjacent vacuum suction holes decreases, the number of holes to be processed increases. Especially when the distance between the holes is 2 mm or less, the cost of hole processing becomes enormous, and a large number of holes are processed with constant accuracy. It becomes difficult to do.

例えば1cm以下の小さな孔間隔で基板を吸着させることがどうしても必要不可欠となるのは、孔間隔と同程度の大きさ(すなわち1cm)に加工品を割断する場合である。そのような場合は、孔加工テーブルに代えて多孔質テーブルを利用することで十分対応できることから、製作困難な1cm間隔以下の孔加工テーブルを使用する必要性は全くなく、コストのかからない多孔質テーブルを利用している。そして、1cmより大きい加工品では、多孔質テーブルを使用するか、加工コストがかからないように数cmの孔間隔で孔加工を施した金属製のテーブルが用いられている。
すなわち、真空吸着孔の孔間隔を1cm以下に加工した吸着用のテーブル面は、技術的には製作加工可能であるとしても、加工の困難性やコストから、実際上使用されることはほとんどない。特に、孔間隔を2mm以下にしたテーブルとなると、実際上、多孔質テーブルしか使用されることはなかった。
For example, the to adsorb the substrate is absolutely essential in the following small hole spacing 1 cm, a case of splitting the workpiece into the same order of magnitude as the hole spacing (i.e. 1 cm). In such a case, a porous table can be adequately used instead of the hole processing table, so there is no need to use a hole processing table having a 1 cm interval or less, which is difficult to manufacture, and the porous table is inexpensive. Is used. For processed products larger than 1 cm, a porous table is used, or a metal table is used that has been drilled with a hole spacing of several cm so as not to incur processing costs.
That is, a suction table surface processed with a vacuum suction hole interval of 1 cm or less is practically rarely used because of processing difficulty and cost, even if it can be manufactured and processed technically. . In particular, when the table has a hole interval of 2 mm or less, only a porous table is actually used.

国際公開番号WO 03/008352公報International Publication Number WO 03/008352 特開2004-155159号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-155159 特開2001-170786号公報JP 2001-170786 A

携帯電話や液晶テレビ等に使用される液晶パネルの製造分野では、割断する単位基板(加工品)の大きさは1cmよりも大きい。例えば携帯電話用であれば、数cm角程度の大きさの割断が行われる。液晶テレビ用では、携帯電話用よりもはるかに大型の基板が使用される。1cm角以上の吸着テーブルを使用する場合、レーザ照射で変質するおそれがある多孔質テーブルではなく、孔加工された金属製のテーブルを使用することができる。   In the manufacturing field of liquid crystal panels used for mobile phones, liquid crystal televisions, etc., the size of a unit substrate (processed product) to be cut is larger than 1 cm. For example, in the case of a mobile phone, the cleaving is about several cm square. For LCD TVs, a much larger substrate is used than for mobile phones. When a suction table of 1 cm square or more is used, a metal table with holes formed can be used instead of a porous table that may be altered by laser irradiation.

加工する基板の板厚については、これまで1mm以上の板厚のガラス基板が使用されていたが、製品の軽量化のため、できるだけ薄い基板を使用することが求められている。具体的には使用する基板の板厚を0.7mm以下にすること、さらに好ましくは0.1mm〜0.4mmの範囲することが求められている。
そのため、ガラス基板の分断加工技術においては、このような0.4mm以下の板厚の薄板基板をフルカット加工ではなく、スクライブ加工にて加工することが求められている。
As for the thickness of the substrate to be processed, a glass substrate having a thickness of 1 mm or more has been used so far, but it is required to use a substrate as thin as possible in order to reduce the weight of the product. Specifically, the thickness of the substrate to be used is required to be 0.7 mm or less, more preferably in the range of 0.1 mm to 0.4 mm.
Therefore, in the glass substrate dividing processing technique, it is required to process such a thin plate substrate having a thickness of 0.4 mm or less by scribe processing instead of full cut processing.

レーザ照射により、スクライブ加工、フルカット加工のいずれが成立するかは、加熱条件(照射時間、照射パワー、走査速度等)や冷却条件(冷媒温度、吹付量、吹付位置等)などの加工条件パラメータとともに、ガラス基板の板厚にも依存する。   Whether scribe processing or full cut processing is achieved by laser irradiation depends on processing condition parameters such as heating conditions (irradiation time, irradiation power, scanning speed, etc.) and cooling conditions (refrigerant temperature, spray amount, spray position, etc.) In addition, it depends on the thickness of the glass substrate.

一般に、ガラス基板の板厚が厚い場合には、簡単、かつ、確実にスクライブ加工を成立させることができるが、板厚が0.7mmよりも薄くなるにつれてスクライブ加工が成立するかどうかが不確実になる。さらに、0.4mm以下になると、スクライブ加工が困難になり、無理に加工すると、貫通クラックとなってフルカット加工になってしまう傾向があった。以下、基板の板厚と、加工モードとの関係について模式図を用いて説明する。   Generally, when the glass substrate is thick, scribe processing can be established easily and reliably, but it is uncertain whether scribe processing will be established as the plate thickness becomes thinner than 0.7 mm. become. Further, when the thickness is 0.4 mm or less, scribing becomes difficult, and when forcibly processed, there is a tendency to form a through-crack and a full-cut processing. Hereinafter, the relationship between the thickness of the substrate and the processing mode will be described with reference to schematic diagrams.

<厚板基板>
まず、板厚が厚いガラス基板の場合について説明する。ここでいう板厚が厚い場合とは、基板上面にレーザビームが照射され、上面付近に発生した熱(温熱)が基板内に伝達されるときに、基板の板厚が十分厚いために、基板表面にクラックが形成される時点で、熱の伝達が基板の内部でとどまり基板下面まで熱が伝達されることのない場合をいう。具体的には、ガラス基板の場合、1mm以上の板厚になると熱の伝達が基板内部にとどまる傾向がある。
<Thick board>
First, the case of a glass substrate having a large plate thickness will be described. The case where the plate thickness is thick here means that the substrate is sufficiently thick when the laser beam is irradiated on the upper surface of the substrate and the heat (heat) generated near the upper surface is transferred into the substrate. When the crack is formed on the surface, the heat transfer is stopped inside the substrate and the heat is not transferred to the lower surface of the substrate. Specifically, in the case of a glass substrate, heat transfer tends to stay inside the substrate when the thickness is 1 mm or more.

図9は、1mm以上の板厚を有する厚板基板に対し、レーザ照射および冷却を行うことによりクラックを進展、進行させたときに、基板に生じる応力分布を説明するための模式図であり、図9(a)は斜視図、図9(b)はその平面図である。
また、図10(a)、図10(b)および図10(c)、は、それぞれ図9のA−A’断面、B−B’断面およびC−C’断面における温度分布と応力分布を説明するための模式図である。なお、別の視点から見れば、図10(a)、図10(b)および図10(c)は、ビームスポットBSおよび冷却スポットCSの通過に起因する同一地点の温度分布および応力分布の時間的な変化を表している。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a stress distribution generated in a substrate when a crack is developed and advanced by performing laser irradiation and cooling on a thick substrate having a plate thickness of 1 mm or more. FIG. 9A is a perspective view, and FIG. 9B is a plan view thereof.
10 (a), 10 (b), and 10 (c) show the temperature distribution and stress distribution in the AA ′, BB ′, and CC ′ sections of FIG. 9, respectively. It is a schematic diagram for demonstrating. From another viewpoint, FIGS. 10 (a), 10 (b), and 10 (c) show the time of temperature distribution and stress distribution at the same point due to the passage of the beam spot BS and the cooling spot CS. This represents a typical change.

図9において、レーザビーム照射機構(不図示)から照射されるレーザビームにより、楕円状のビームスポットBSが形成される。ビームスポットBSの後方には、冷却機構(不図示)から吹き付けられる冷媒により、楕円状の冷却スポットCSが形成される。ビームスポットBSと冷却スポットCSとは、少し距離を隔てた位置関係を維持しつつ、厚板基板GAの上を、予め初期亀裂TRが形成してある一端側から他端側に向けて、スクライブ予定ラインSLに沿って走査される。   In FIG. 9, an elliptical beam spot BS is formed by a laser beam irradiated from a laser beam irradiation mechanism (not shown). An elliptical cooling spot CS is formed behind the beam spot BS by the refrigerant blown from a cooling mechanism (not shown). The beam spot BS and the cooling spot CS are scribed on the thick substrate GA from one end side where the initial crack TR is formed in advance toward the other end side while maintaining a positional relationship with a slight distance. Scan along the planned line SL.

このとき、厚板基板GAの上面付近には、ビームスポットBSの通過により加熱された領域近傍に、加熱による膨張の影響で圧縮応力(図中破線矢印で示す)が生じる。次いで、冷却スポットCSの通過により冷却された領域近傍に、厚板基板GAに形成された温度分布に起因する引張応力(図中実線矢印で示す)が生じる。   At this time, a compressive stress (indicated by a broken-line arrow in the figure) is generated in the vicinity of the upper surface of the thick substrate GA in the vicinity of the region heated by the passage of the beam spot BS due to the expansion due to the heating. Next, a tensile stress (indicated by a solid arrow in the figure) due to the temperature distribution formed in the thick plate substrate GA is generated in the vicinity of the region cooled by the passage of the cooling spot CS.

次に、図10に基づいて厚板基板GAの内部に生じる応力および歪について説明する。
厚板基板GAでは、レーザビームのビームスポットBSの通過による加熱によって、図10(a)に示すように加熱部位HRが基板内部に形成され、加熱部位HRが局所的に膨張することにより、圧縮応力(図中破線矢印で示す)が生じる。
Next, the stress and strain generated in the thick substrate GA will be described with reference to FIG.
In the thick substrate GA, the heating part HR is formed inside the substrate as shown in FIG. 10 (a) by heating due to the passage of the beam spot BS of the laser beam, and the heating part HR expands locally, thereby compressing. Stress (indicated by broken arrows in the figure) is generated.

続いて、少し遅れてから冷却スポットCSの通過による冷熱によって、図10(b)に示すように冷却部位CRが表面近傍に形成され、冷却部位CRが局所的に収縮することにより、引張応力(図中実線矢印で示す)が生じる。
厚板基板GAの場合には、加熱部位HRは徐々に基板内部に伝達されるが、基板が厚いためクラック形成時に裏面まで到達することはなく、加熱部位HRが基板内部にとどまった状態になる。
Subsequently, the cooling part CR is formed in the vicinity of the surface as shown in FIG. 10 (b) due to the cooling by the passage of the cooling spot CS after a little delay, and the cooling part CR locally contracts, whereby the tensile stress ( (Indicated by solid arrows in the figure) occurs.
In the case of the thick substrate GA, the heating portion HR is gradually transmitted to the inside of the substrate, but since the substrate is thick, it does not reach the back surface when the crack is formed, and the heating portion HR stays inside the substrate. .

そして、図10(c)に示すように、冷却部位CRの形成により厚板基板GAの表層から徐々に冷熱が伝達されると、冷却部位CRは基板上面近傍に存在し、その下方に加熱部位HRが存在するようになる。この加熱部位HRは、圧縮応力が発生している部位であるので、基板内部に存在する内部圧縮応力場Hinと言い換えることができる。   Then, as shown in FIG. 10C, when the cooling heat is gradually transmitted from the surface layer of the thick substrate GA by forming the cooling portion CR, the cooling portion CR exists in the vicinity of the upper surface of the substrate, and the heating portion is located below the cooling portion CR. HR comes to exist. Since this heating part HR is a part where compressive stress is generated, it can be rephrased as an internal compressive stress field Hin existing inside the substrate.

厚板基板GAに内部圧縮応力場Hinが形成され、基板の上面近傍に引張応力が形成されることにより、厚板基板GAには、局所的に上に凸となる歪が発生し、引張応力と同じ方向に基板を撓ませる力(図中一点鎖線矢印で示す)が基板上面に発生することになる。なお、図10(c)では、撓みの方向を示すため、便宜上、厚板基板GAに生じる歪による変形を誇張して示している。   The internal compressive stress field Hin is formed on the thick substrate GA, and the tensile stress is formed near the upper surface of the substrate. As a result, a strain that locally protrudes upward is generated on the thick substrate GA. A force (indicated by a one-dot chain line arrow in the figure) that bends the substrate in the same direction is generated on the upper surface of the substrate. In FIG. 10C, in order to show the direction of bending, the deformation due to the distortion generated in the thick substrate GA is exaggerated for convenience.

その結果、厚板基板GAの上面には、引張応力、および、基板が上に凸となるように撓ませる力により、基板上面から厚み方向(深さ方向)に、垂直なクラックCが形成される。このクラックCがスクライブラインを形成することになる。   As a result, a vertical crack C is formed on the upper surface of the thick substrate GA in the thickness direction (depth direction) from the upper surface of the substrate by a tensile stress and a force that causes the substrate to be convex upward. The This crack C forms a scribe line.

この場合、厚板基板GAの内部には、既述のように、内部圧縮応力場Hinが形成されているために、クラックCがこの内部圧縮応力場に到達すると進展が妨げられ、厚板基板GAにおけるクラックCの進展は内部圧縮応力場近傍で停止することになる。   In this case, since the internal compressive stress field Hin is formed in the thick plate substrate GA as described above, when the crack C reaches the internal compressive stress field, the progress is hindered, and the thick plate substrate The progress of crack C in GA stops in the vicinity of the internal compressive stress field.

よって、厚板基板GAにおいては、クラックCが裏面に到達するまで進展することが困難となり、基板の上面近傍に貫通しないクラックが形成されるスクライブ加工となる。換言すれば、スクライブ加工モードは、基板の厚さ方向に形成された温熱と冷熱の温度勾配に起因する応力勾配によってクラックを進展させる加工モードである。   Therefore, in the thick substrate GA, it becomes difficult for the crack C to progress until it reaches the back surface, and the scribing process is performed in which a crack that does not penetrate near the upper surface of the substrate is formed. In other words, the scribe processing mode is a processing mode in which a crack is developed by a stress gradient caused by a temperature gradient between hot and cold formed in the thickness direction of the substrate.

<薄板基板>
次に、板厚が薄いガラス基板の場合について説明する。ここでいう板厚が薄い場合とは、基板上面にレーザビームが照射され基板上面付近に発生した熱(温熱)が基板内に伝達されるときに、基板の板厚が十分薄いため、その後、基板表面が冷却されてクラックが形成される時点で、温熱が下面に達する場合をいう。具体的には、0.7mm以下、特に0.4mm以下の板厚になると基板上面に与えられた温熱が下面に達するようになる。
<Thin board>
Next, the case of a thin glass substrate will be described. The case where the plate thickness is thin here means that the plate thickness of the substrate is sufficiently thin when the laser beam is irradiated on the upper surface of the substrate and the heat (thermal heat) generated near the upper surface of the substrate is transmitted into the substrate. When the substrate surface is cooled and cracks are formed, the heat reaches the lower surface. Specifically, when the plate thickness is 0.7 mm or less, particularly 0.4 mm or less, the heat applied to the upper surface of the substrate reaches the lower surface.

図11は、板厚が0.7mm以下の薄板ガラス基板に対し、レーザ照射および冷却を行うことによりクラックを進展、進行させるときに、基板に生じる応力分布を説明するための模式図であり、図11(a)は斜視図、図11(b)は平面図である。
また、図12(a)、(b)および(c)は、それぞれ図11のD−D’、断面E−E’および断面F−F’断面におけるレーザ照射後の温度分布と応力分布を説明するための模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a stress distribution generated in a substrate when a crack is developed and advanced by performing laser irradiation and cooling on a thin glass substrate having a thickness of 0.7 mm or less. FIG. 11A is a perspective view, and FIG. 11B is a plan view.
FIGS. 12A, 12B, and 12C illustrate the temperature distribution and stress distribution after laser irradiation in the DD ′, section EE ′, and section FF ′ sections of FIG. 11, respectively. It is a schematic diagram for doing.

図11において、レーザビーム照射機構(不図示)から照射されるレーザビームにより、楕円状のビームスポットBSが形成される。ビームスポットBSの後方には、冷却機構(不図示)から吹き付けられる冷媒により、楕円状の冷却スポットCSが形成される。ビームスポットBSと冷却スポットCSとは、少し距離を隔てた位置関係を維持しつつ、薄板基板GBの上を、予め初期亀裂TRが形成してある一端側から他端側に向けて、分断予定ラインSLに沿って走査される。   In FIG. 11, an elliptical beam spot BS is formed by a laser beam irradiated from a laser beam irradiation mechanism (not shown). An elliptical cooling spot CS is formed behind the beam spot BS by the refrigerant blown from a cooling mechanism (not shown). The beam spot BS and the cooling spot CS are scheduled to be divided from the one end side where the initial crack TR has been formed in advance toward the other end side while maintaining the positional relationship at a slight distance. Scan along line SL.

このとき、薄板基板GBの上面付近には、ビームスポットBSの通過により加熱された領域近傍に、加熱による膨張の影響で圧縮応力(図中破線矢印で示す)が生じる。次いで、冷却スポットCSの通過により冷却された領域近傍に、冷却による収縮の影響で引張応力(図中実線矢印で示す)が生じる。
その結果、薄板基板GBの上面付近には、前方(奥側)が圧縮応力で、後方(手前側)が引張応力である応力勾配が発生する。
この場合、薄板基板GB上面付近における応力分布については、板厚が薄くなったことで基板上下方向の温度差が生じにくくなり、その結果、面方向に進行しようとするクラックが形成されやすい状態になる。この理由について、基板内部に生じる応力に基づいて説明する。
At this time, a compressive stress (indicated by a broken-line arrow in the figure) is generated in the vicinity of the upper surface of the thin substrate GB near the region heated by the passage of the beam spot BS due to the expansion due to the heating. Next, tensile stress (indicated by solid arrows in the figure) is generated in the vicinity of the region cooled by the passage of the cooling spot CS due to the shrinkage due to cooling.
As a result, a stress gradient is generated in the vicinity of the upper surface of the thin substrate GB, with the front (back side) being compressive stress and the rear (front side) being tensile stress.
In this case, the stress distribution near the upper surface of the thin substrate GB is less likely to cause a temperature difference in the vertical direction of the substrate due to the thin plate thickness, and as a result, cracks that tend to progress in the plane direction are likely to be formed. Become. The reason for this will be described based on the stress generated in the substrate.

図12は薄板基板GBの内部に生じる応力および歪を説明するための模式図である。
薄板基板GBでは、基板上面に照射されるレーザビームのビームスポットBSの通過による加熱によって、図12(a)に示すように加熱部位HRが基板内部に形成され、加熱部位HRが局所的に膨張することにより、圧縮応力(図中破線矢印で示す)が生じる。この場合、基板の板厚が薄いために、すぐに加熱部位HRが基板GBの下面に達するようになる。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the stress and strain generated in the thin substrate GB.
In the thin substrate GB, the heating part HR is formed inside the substrate as shown in FIG. 12A by heating by passing the beam spot BS of the laser beam irradiated on the upper surface of the substrate, and the heating part HR expands locally. As a result, compressive stress (indicated by broken line arrows in the figure) is generated. In this case, since the thickness of the substrate is thin, the heated portion HR immediately reaches the lower surface of the substrate GB.

次いで、冷却スポットCSの通過による冷熱によって、図12(b)に示すように冷却部位CRが表面近傍に形成される。
薄板基板GBの場合は、冷熱部位CRがすぐに基板GBの中央まで達するようになる。
Next, the cooling region CR is formed in the vicinity of the surface as shown in FIG.
In the case of the thin substrate GB, the cold part CR immediately reaches the center of the substrate GB.

さらに冷熱が伝達されると、図12(c)に示すように、冷却部位CRが薄板基板GBの下面に達する。このように、薄板基板GBでは温熱および冷熱が薄板基板GBの上面から下面に速やかに伝達されるため、基板の厚さ方向の温度勾配に起因する応力勾配を維持することが困難である。したがって、薄板基板では、スクライブ加工が成立し難い。また、成立する場合であってもプロセスウィンドウが狭くなり、安定的な加工が困難である。   When the cooling heat is further transmitted, the cooling portion CR reaches the lower surface of the thin plate substrate GB as shown in FIG. As described above, in the thin substrate GB, the heat and cold are quickly transmitted from the upper surface to the lower surface of the thin substrate GB, so that it is difficult to maintain the stress gradient caused by the temperature gradient in the thickness direction of the substrate. Therefore, scribing is difficult to achieve with a thin substrate. Even if it is true, the process window becomes narrow and stable machining is difficult.

このため、薄板基板GBでは、ビームスポットBSによって下面まで加熱された領域と冷却スポットによって下面まで冷却された領域の存在により分断予定ラインに沿って前後方向に生じる温度差に起因する応力勾配によって基板のクラックが進行することとなる。すなわち、加熱部位HRと冷却部位CRとがそれぞれ薄板基板GBの上面から下面まで存在している状態では、加熱部位HRと冷却部位CRの境界付近に薄板基板GBの上面から下面にわたって引張応力が生じることとなる。その結果、薄板基板の上面から下面まで達するクラックが冷却部位CRから加熱部位HRの方向に進行することとなる。したがって、フルカット加工モードが成立しやすくなる。   For this reason, in the thin-plate substrate GB, the substrate is caused by a stress gradient caused by a temperature difference generated in the front-rear direction along the division line due to the presence of the region heated to the lower surface by the beam spot BS and the region cooled to the lower surface by the cooling spot. The crack will progress. That is, in the state where the heating part HR and the cooling part CR are present from the upper surface to the lower surface of the thin plate substrate GB, tensile stress is generated from the upper surface to the lower surface of the thin plate substrate GB in the vicinity of the boundary between the heating site HR and the cooling site CR. It will be. As a result, cracks reaching from the upper surface to the lower surface of the thin plate substrate proceed in the direction from the cooling region CR to the heating region HR. Therefore, the full cut processing mode is easily established.

このように基板の板厚が厚いときはスクライブ加工になるが、基板の板厚が薄くなるにつれて、フルカット加工になりやすくなり、スクライブ加工が困難になる。
そのため、加工に際して、フルカット加工になることを避け、しかも確実にスクライブラインが形成できるスクライブ加工モードにするには、ガラス基板の板厚を厚くしておく必要があった。そして板厚が0.4mm以下の非常に薄い基板の加工については、スクライブ加工による分断は、狭いプロセスウィンドウの範囲の中から加工条件を選択するか、スクライブ加工は困難であるとしてあきらめて、フルカット加工で分断することを前提としていた。
Having thus become scribing when the thickness of the substrate is thick, as the thickness of the substrate becomes thinner, it tends to be full-cut processing, it is difficult to scribing.
Therefore, it is necessary to increase the thickness of the glass substrate in order to enter a scribe processing mode in which a scribe line can be reliably formed while avoiding full cut processing. For the processing of very thin substrates with a plate thickness of 0.4 mm or less, slicing by scribing should either select processing conditions from a narrow process window range, or give up because scribing is difficult. It was premised on cutting by cutting.

そこで、本発明は、これまではスクライブ加工ができないと考えられていた基板の板厚が0.1mm〜0.4mmの範囲の薄板ガラス基板であっても、確実にスクライブ加工を行うことができるスクライブ方法を提供することを目的とする。
また、本発明は上記板厚の薄板ガラス基板において、スクライブ加工ができる加工条件のプロセスウィンドウを広げることを目的とする。
Therefore, the present invention can surely scribe even a thin glass substrate having a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm, which has been thought to be impossible to scribe until now. An object is to provide a scribing method.
Another object of the present invention is to widen the process window under the processing conditions capable of performing the scribe processing in the thin glass substrate having the above thickness.

さらに、本発明は、0.1mm〜0.4mmの範囲の薄膜ガラス基板のスクライブ加工を行うのに好ましいスクライブ装置を提供することを目的とする。   Furthermore, an object of the present invention is to provide a scribing device preferable for performing scribing of a thin film glass substrate in the range of 0.1 mm to 0.4 mm.

基板にレーザ照射による加熱が行われ、その後に冷却が行われると、冷却直後のクラックが形成される時点の基板内には、レーザ照射面(基板上面)側に引張応力が発生する。そのため、加熱と冷却がなされた後の基板は、上に凸(レーザ照射面側に凸)に変形するものと考えられていた。
しかしながら、板厚が異なる複数のガラス基板のレーザスクライブを行って、板厚の影響を実験的に求め、その実験結果に基づいた有限要素法による二次元熱弾性解析を行ってみた。その結果、基板の板厚が0.4mmより薄くなり、しかもレーザビームの走査速度が遅いときは(すなわち加熱と冷却との間の時間差が大きくなるとき)、加工条件によっては基板が上に凹(レーザ照射面側に凹)に変形することを発見した。そして、このような加工条件を設定すると、クラックの進行およびクラックの進展が抑制されてクラックが形成されなくなると考えられるので、本発明では以下のスクライブ方法およびスクライブ装置を考案したものである。
Heating by laser irradiation is performed to the substrate, the subsequent cooling is performed, the substrate at the time the crack immediately after cooling is formed, the tensile stress is generated in the laser irradiation surface (the substrate upper surface) side. For this reason, it has been considered that the substrate after being heated and cooled is deformed upward (convex to the laser irradiation surface side).
However, by performing the laser scribing of a plurality of glass substrates thickness is different, obtains the thickness of the impact experimentally, I went a two-dimensional thermal elastic analysis by the finite element method based on the experimental results. As a result, when the thickness of the substrate is thinner than 0.4 mm and the scanning speed of the laser beam is slow (that is, when the time difference between heating and cooling becomes large), the substrate may be recessed upward depending on the processing conditions. It was discovered that it was deformed (concave on the laser irradiation surface side). And if such processing conditions are set, it is considered that the progress of cracks and the progress of cracks are suppressed, so that no cracks are formed. Therefore, in the present invention, the following scribing method and scribing apparatus are devised.

上記課題を解決するためになされた本発明のスクライブ方法は、板厚が0.1mm〜0.4mmである薄板ガラス基板のスクライブ予定ラインに対し、基板に熱的損傷を与えない温度で加熱するようにレーザビームを相対移動させながらスクライブ予定ラインに沿って照射し、次いで冷却することにより、基板を貫通しないクラックがスクライブ予定ライン上を進行するようにして、スクライブラインを形成する薄板ガラス基板のスクライブ方法であって、以下の構成をなす。
有限要素法による熱弾性解析に基づいて、スクライブラインを形成するときの基板の板厚、走査速度の加工条件と、レーザ加熱と冷却とが行われた直後の応力による基板の変形状態との関係を算出する。
算出結果に基づいて、冷却された直後の前記基板の変形状態がレーザ照射面側に凹となる変形をする板厚および走査速度の加工条件を設定する。
そして、隣接する孔どうしの間隔が2mm以内の多数の孔が規則的に形成された金属製のテーブル面を有するとともに、テーブル面の孔で基板を吸着する基板吸着機構が設けられたテーブルを用意し、その上に基板を載置する。
薄膜ガラス基板を前記テーブル面に載置する際に、スクライブ予定ラインの左右両側で、スクライブ予定ラインに沿ってライン近傍に、スクライブ予定ラインと近接するそれぞれの孔との直線距離が1mm以内になるように、スクライブ予定ラインの位置を定めて載置し、薄膜ガラス基板を、孔を介して吸引することによりテーブル面に前記基板を吸着させた状態でレーザ照射と冷却とを行う。
The scribing method of the present invention made to solve the above-mentioned problem is to heat a scribe line of a thin glass substrate having a plate thickness of 0.1 mm to 0.4 mm at a temperature that does not cause thermal damage to the substrate. Of the thin glass substrate that forms the scribe line by irradiating along the scribe line while moving the laser beam in a relative manner, and then cooling, so that cracks that do not penetrate the substrate travel on the scribe line. A scribing method having the following configuration.
Based on thermoelastic analysis by the finite element method, the relationship between the processing conditions of the substrate thickness and scanning speed when forming the scribe line, and the deformation state of the substrate due to the stress immediately after the laser heating and cooling are performed Is calculated.
Based on the calculation result, the processing conditions of the plate thickness and the scanning speed are set so that the deformation state of the substrate immediately after being cooled becomes a concave on the laser irradiation surface side.
A table having a metal table surface in which a large number of holes with an interval between adjacent holes of 2 mm or less are regularly formed and a substrate suction mechanism for sucking a substrate through holes in the table surface is prepared. Then, a substrate is placed thereon.
When placing the thin-film glass substrate on the table surface, on both the left and right sides of the planned scribe line, the linear distance between each hole adjacent to the planned scribe line is within 1 mm in the vicinity of the line along the planned scribe line. as such, it placed defines the position of the scribed line, a thin film glass substrate, performing the cooling and the laser irradiation in a state of being adsorbed to the substrate on the table surface by sucking through the hole.

ここで「熱的損傷を与えない温度」とは、ビームスポットが通過したときに過度に加熱され、目視で確認できる変形、溶融等の損傷が残る温度をいう。具体的には、例えばソーダガラス基板では、後述するように、実験的に求められた500℃(図5参照)よりも低ければよい。
板厚が0.1mm〜0.4mmの薄板ガラス基板を加工する際に、基板吸着機構で基板をテーブルに吸着させて固定する。これにより、スクライブ予定ラインに沿った前後方向の応力勾配により、スクライブ予定ラインに対し横方向に裂こうとする力を抑制し、フルカット状態になるのを防ぐ。
Here, the “temperature not causing thermal damage” refers to a temperature that is excessively heated when the beam spot passes and remains damaged such as deformation and melting that can be visually confirmed. Specifically, for example, in a soda glass substrate, it may be lower than 500 ° C. (see FIG. 5) obtained experimentally as described later.
When processing a thin glass substrate having a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm, the substrate is attracted to the table by a substrate adsorption mechanism and fixed. Thus, the longitudinal direction of the stress gradient along the scribed line, to suppress the force to Sako transversely to scribed, preventing from becoming full cut state.

一方、レーザ照射面側に凹となる変形をしている基板は、レーザ照射側の表面に発生した引張応力が基板の変形により緩和されているので、クラックが基板の表面のみで進展しにくい状態になっており、亀裂が全く進展しないか亀裂が進展してもフルカットになってしまう。しかしながら、基板吸着機構で基板を固定することで、上に凹になっていた撓みを解消させることにより、(フルカットの抑制とともに)クラックが進展できるようになり、その結果、これまで不可能であった加工条件でスクライブ加工を成立させることができるようになる。   On the other hand, in the case of a substrate that is deformed to be concave on the laser irradiation surface side, the tensile stress generated on the surface on the laser irradiation side is relaxed by the deformation of the substrate, so that cracks hardly propagate only on the surface of the substrate The crack does not progress at all, or even if the crack progresses, it becomes a full cut. However, by fixing the substrate with the substrate adsorption mechanism, it becomes possible to develop cracks (with the suppression of full cut) by eliminating the bending that has been recessed upward, and as a result, it has not been possible so far Scribe processing can be established under the appropriate processing conditions.

ここで、基板吸着機構のテーブル面が多孔質テーブルであるか金属製の孔加工テーブルであるかの違いによる影響について説明する。多孔質テーブルを用いた場合は、撓みを解消できる点では優れた効果を奏するが、既述のように、多孔質テーブルに直接レーザビームが照射されると、変質、変色してしまう可能性がある。そこで、レーザ照射によって影響されにくい金属製の孔加工テーブルで吸着するようにする。その場合、吸着される孔近傍では撓みを解消できるが、孔から離れると撓みを解消させる力が弱まる。後述する有限要素法による計算結果から、スクライブ予定ラインと孔との直線距離が1mm以内であるときに、基板に有効に引張応力が働き、撓みを与えることができることが判明した。そして、スクライブ予定ラインに沿って、ライン近傍に、次の吸着用の孔がある程度接近して存在すれば、スクライブ予定ラインに沿って、クラックが進行できることが判明した。
そのため、薄膜ガラス基板を孔加工テーブルに載置する際に、スクライブ予定ラインの左右両側で、スクライブ予定ラインの近傍に沿って、スクライブ予定ラインと近接するそれぞれの孔との直線距離が1mm以内になるように、スクライブ予定ラインの位置を定めて載置し、薄膜ガラス基板を、孔を介して吸引することにより、テーブル面に基板を吸着させ、撓みを与えるようにすることにより、スクライブ加工を進行させることができる。
Here, the influence by the difference whether the table surface of a board | substrate adsorption | suction mechanism is a porous table or a metal hole processing table is demonstrated. When a porous table is used, it has an excellent effect in terms of eliminating the deflection, but as described above, if the porous table is directly irradiated with a laser beam, there is a possibility that it will be altered or discolored. is there. Therefore, adsorption is performed with a metal hole processing table which is not easily affected by laser irradiation. In that case, the bending can be eliminated in the vicinity of the hole to be adsorbed, but the force for eliminating the bending is weakened when the hole is separated from the hole. From the calculation result by the finite element method to be described later, it was found that when the linear distance between the scribe line and the hole is within 1 mm, a tensile stress is effectively applied to the substrate and the substrate can be bent. Then, it has been found that if the next suction hole is close to the scribe line and close to the scribe line, the crack can proceed along the scribe line.
Therefore, when placing the thin-film glass substrate on the hole processing table, the linear distance between each hole adjacent to the planned scribe line is within 1 mm along the vicinity of the planned scribe line on both the left and right sides of the planned scribe line. As shown, the scribing line is positioned and placed, and the thin-film glass substrate is sucked through the holes so that the substrate is adsorbed to the table surface, and the scribe processing is performed. Can be advanced.

本発明によれば、板厚が0.1mm〜0.4mmの薄板基板であっても、フルカット加工ではなくスクライブ加工を成立させることが可能になり、スクライブ加工ができるプロセスウィンドウを広げることができる。しかも、金属製の孔加工テーブルを用いるので、たとえ、レーザビームが直接、テーブル面に照射されてしまってもテーブル面が変質、変色することはない。   According to the present invention, even a thin substrate having a plate thickness of 0.1 mm to 0.4 mm can be made scribe processing instead of full cut processing, and the process window capable of scribe processing can be widened. it can. Moreover, since a metal hole processing table is used, even if the laser beam is directly irradiated onto the table surface, the table surface will not be altered or discolored.

上記発明において、テーブル面に形成される孔は三角格子、正方格子、千鳥格子のいずれかのパターンで規則的に形成されるようにしてもよい。
これらのいずれかのパターンでテーブル面の孔を形成することにより、スクライブ予定ラインの両側で、スクライブ予定ラインに沿って、スクライブ予定ラインから1mm以内に孔を、次々と並ぶように配置させることが確実にできる。
In the above invention, the holes formed in the table surface may be regularly formed in any pattern of a triangular lattice, a square lattice, and a staggered lattice.
By forming holes on the table surface with any of these patterns, holes can be arranged on both sides of the planned scribe line along the planned scribe line so that they are lined up within 1 mm from the planned scribe line. You can be sure.

また、上記発明において、冷却された直後の前記基板がレーザ照射面側に凹となる変形をする板厚および走査速度の加工条件を設定する際に、基板の板厚、走査速度の加工条件と、レーザ加熱と冷却とが行われた直後の応力による基板の変形状態との関係として、式(1)に基づいて設定するようにしてもよい。
y<7.5x−2.8 ・・・(1)
ここで、yは走査速度(mm/秒)、xは板厚(mm)である。
この範囲から加工条件を設定することにより、上に凹の状態を形成することができる。
Further, in the above invention, when the substrate immediately after being cooled to set the processing conditions of the thickness and scan speed variations as a concave laser irradiation surface, the thickness of the substrate, and processing conditions of the scanning speed The relation between the deformation state of the substrate due to the stress immediately after the laser heating and cooling may be set based on the equation (1).
y <7.5x -2.8 (1)
Here, y is a scanning speed (mm / second), and x is a plate thickness (mm).
By setting the processing conditions from this range, a concave state can be formed.

本発明のスクライブ方法を実施するために用いるレーザスクライブ装置の要部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the principal part of the laser scribing apparatus used in order to implement the scribing method of this invention. 有限要素法による熱弾性解析によって求めたガラス基板の板厚、ビームスポットおよび冷却スポットの走査速度と、基板の変形状態との関係を示す図。The figure which shows the board | substrate thickness calculated | required by the thermoelastic analysis by a finite element method, the scanning speed of a beam spot and a cooling spot, and the deformation | transformation state of a board | substrate. 各板厚hにおけるレーザスクライブ可能な加工条件を、レーザ出力Pに対する走査速度Vとして求めたデータ(図3(a1)〜図3(d1))と、レーザ出力Pに対するクラック深さDcを求めたデータ(図3(a2)〜図3(d2))とを示す図。The data (FIG. 3 (a1) to FIG. 3 (d1)) obtained as the scanning speed V with respect to the laser output P, and the crack depth Dc with respect to the laser output P were obtained as the laser scribing processing conditions at each plate thickness h. The figure which shows data (FIG. 3 (a2)-FIG.3 (d2)). クラック深さDcを、板厚に対して整理した結果を示す図。The figure which shows the result which arranged the crack depth Dc with respect to plate | board thickness. 熱弾性解析の結果を示す図。The figure which shows the result of a thermoelastic analysis. 冷却域の最大引張応力σtmax発生位置におけるx−z面の温度分布と変形状態とを示す図。The figure which shows the temperature distribution and deformation | transformation state of xz surface in the maximum tensile stress (sigma) tmax generation | occurrence | production position of a cooling region. 図6に対応する応力分布を示す図。The figure which shows the stress distribution corresponding to FIG. 冷却域の最大引張応力σtmaxを、板厚に関して整理して示した図。The figure which arranged the maximum tensile stress (sigma) tmax of the cooling region in order regarding plate | board thickness. 厚板基板に対し、レーザ照射および冷却を行うことによりクラックを進展、進行させたときに基板に生じる応力分布を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the stress distribution which arises in a board | substrate when a crack progresses and advances by performing laser irradiation and cooling with respect to a thick board | substrate. 図9のA−A’断面、B−B’断面およびC−C’断面における温度分布と応力分布を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the temperature distribution and stress distribution in the A-A 'cross section of FIG. 9, B-B' cross section, and C-C 'cross section. 薄板基板に対し、レーザ照射および冷却を行うことによりクラックを進展、進行させるときの基板に生じる応力分布を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the stress distribution which arises in a board | substrate when a crack progresses and advances by performing laser irradiation and cooling with respect to a thin board | substrate. 図11のD−D’、断面E−E’および断面F−F’断面における温度分布と応力分布を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the temperature distribution and stress distribution in D-D 'of FIG. 11, the cross section E-E', and the cross section F-F 'cross section. ガラス基板のスクライブ予定ラインと、孔加工テーブルの吸着用の孔との直線距離との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the scribe plan line of a glass substrate, and the linear distance of the hole for adsorption | suction of a hole processing table. 板厚が0.15mmの基板で、スクライブ予定ラインから孔までの直線距離に対する冷却直後の基板表面に発生する引張応力の関係を示した図。The figure which showed the relationship of the tensile stress which generate | occur | produces on the board | substrate surface immediately after cooling with respect to the linear distance from a scribe planned line to a hole with the board | plate thickness of 0.15 mm. 板厚が0.2mmの基板で、スクライブ予定ラインから孔までの直線距離に対する冷却直後の基板表面に発生する引張応力の関係を示した図。The figure which showed the relationship of the tensile stress which generate | occur | produces on the board | substrate surface immediately after cooling with respect to the linear distance from a scribe planned line to a hole with the board | plate thickness of 0.2 mm. 板厚が0.3mmの基板で、スクライブ予定ラインから孔までの直線距離に対する冷却直後の基板表面に発生する引張応力の関係を示した図。The figure which showed the relationship of the tensile stress which generate | occur | produces on the board | substrate surface immediately after cooling with respect to the linear distance from a scribe planned line to a hole with the board | plate thickness of 0.3 mm. 板厚が0.4mmの基板で、スクライブ予定ラインから孔までの直線距離に対する冷却直後の基板表面に発生する引張応力の関係を示した図。The figure which showed the relationship of the tensile stress which generate | occur | produces on the board | substrate surface immediately after cooling with respect to the linear distance from a scribe planned line to a hole with the board | plate thickness of 0.4 mm. 板厚が0.5mmの基板で、スクライブ予定ラインから孔までの直線距離に対する冷却直後の基板表面に発生する引張応力の関係を示した図。The figure which showed the relationship of the tensile stress which generate | occur | produces on the board | substrate surface immediately after cooling with respect to the linear distance from a scribe planned line to a hole with a board | substrate with a board thickness of 0.5 mm. 孔配置のパターン例を示す図。The figure which shows the example of a pattern of hole arrangement | positioning.

以下、本発明について図面を用いて説明する。
なお、本発明が完成するまでの経緯を説明すると、最初に、薄板ガラス基板(板厚が0.1mm〜0.4mm)を、多孔質テーブルの吸着機構を用いることでレーザスクライブ加工を行うことができる発明がなされた(特願2008−274768)。しかし、多孔質テーブルを使用した場合には、多孔質テーブル自体が直接レーザ照射されると変質するという新たな課題が発生した。そこで、さらに改良を重ねて本発明を完成させるに至ったものである。
したがって、本発明を説明する上で、多孔質テーブルによるレーザスクライブ加工の発明についても説明が必要であるので、説明の便宜上、最初に、本発明の前提となる多孔質テーブルを用いたレーザスクライブ加工装置、レーザスクライブ加工方法の説明を行い、その後に、本発明の金属製の孔加工テーブルによるレーザスクライブ加工の説明を行うこととする。
[装置構成]
レーザスクライブ方法を実施するための装置構成について説明する。ここでは多孔質テーブルの基板吸着機構が搭載された汎用のレーザスクライブ装置を用いる。図1は使用するレーザスクライブ装置LSの要部の概略構成を示す図である。図2は後述する有限要素法による熱弾性解析によって求めたガラス基板の板厚、ビームスポットおよび冷却スポットの走査速度と、基板の変形状態との関係を示す図である。
The present invention will be described below with reference to the drawings.
The process up to the completion of the present invention will be described. First, a thin glass substrate (plate thickness is 0.1 mm to 0.4 mm) is subjected to laser scribing using a porous table adsorption mechanism. Has been made (Japanese Patent Application No. 2008-274768). However, when a porous table is used, there is a new problem that the porous table itself is altered when directly irradiated with laser. Thus, the present invention has been completed with further improvements.
Therefore, in explaining the present invention, it is necessary to explain the invention of laser scribing using a porous table. For convenience of explanation, first, laser scribing using a porous table as a premise of the present invention is used. The apparatus and the laser scribe processing method will be described, and then the laser scribe processing by the metal hole processing table of the present invention will be described.
[Device configuration]
An apparatus configuration for carrying out the laser scribing method will be described. Here, a general-purpose laser scribing device equipped with a substrate adsorption mechanism for a porous table is used. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a main part of a laser scribing device LS to be used. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the plate thickness of the glass substrate, the scanning speed of the beam spot and the cooling spot obtained by thermoelastic analysis by the finite element method described later, and the deformation state of the substrate.

真空吸着機構が設けられたテーブル10が用いられる。テーブル10の上面には、多孔質部材(例えばアルミナ等の多孔質セラミック)で形成され、基板Gが載置されるプレート11が設けられている(後で説明するように、本発明ではこの多孔質部材に代えて金属製の孔加工テーブルが用いられることになる)。テーブル10は、プレート11の周囲に密着し、底面が形成され、プレート11との間に中空空間12aが形成されるボディ12と、中空空間12aに繋がる流路13が形成され、外部流路14に接続されるプラグ15と、流路13、外部流路14、開度調節弁16aを介して中空空間12aを減圧する真空ポンプ16と、流路13、外部流路14、圧力調整弁17aを介して中空空間12aに加圧空気を送るエアー源17とからなる。このテーブル10は、真空ポンプ16を作動させることで、プレート上に載置されたガラス基板Gを吸着することができ、エアー源17から空気を送ることで吸着状態を解除することができるようにしてある。   A table 10 provided with a vacuum suction mechanism is used. On the upper surface of the table 10, a plate 11 formed of a porous member (for example, a porous ceramic such as alumina) and on which a substrate G is placed is provided (as will be described later, in the present invention, this porous Instead of a material member, a metal hole machining table is used). The table 10 is in close contact with the periphery of the plate 11 and has a bottom surface. A body 12 in which a hollow space 12a is formed between the table 11 and a flow path 13 connected to the hollow space 12a is formed. A vacuum pump 16 that depressurizes the hollow space 12a via a plug 15, a flow path 13, an external flow path 14, and an opening degree adjustment valve 16a; a flow path 13, an external flow path 14, and a pressure adjustment valve 17a. And an air source 17 for sending pressurized air to the hollow space 12a. The table 10 can suck the glass substrate G placed on the plate by operating the vacuum pump 16, and can release the suction state by sending air from the air source 17. It is.

プレート11の上方には、基板上に楕円状のビームスポットを照射するレーザ照射機構21と、冷媒を噴射して基板上に楕円形の冷却スポットを形成する冷却機構22とを一体に走査するスクライブヘッド23が配置されている。スクライブヘッド23は図示しない走査駆動機構および制御部により、走査速度が10mm/秒から500mm/秒の間で制御できるようにしてある。   Above the plate 11 is a scribe that integrally scans a laser irradiation mechanism 21 that irradiates an elliptical beam spot on the substrate and a cooling mechanism 22 that jets a coolant to form an elliptical cooling spot on the substrate. A head 23 is arranged. The scribe head 23 can be controlled at a scanning speed between 10 mm / second and 500 mm / second by a scanning drive mechanism and a control unit (not shown).

[スクライブ方法]
板厚が0.1mm〜0.4mmのガラス基板が対象となる。これまで、この板厚範囲のガラス基板をスクライブ加工することは困難であり、狭いプロセスウィンドウから加工条件を選択する必要があった。特に基板の板厚が薄くなるほど、プロセスウィンドウが狭くなり、0.2mmくらいまで薄くなると、全くスクライブ加工ができないと考えられていた。
しかしながら、後述する実験と、その実験結果に基づいた有限要素法による二次元熱弾性解析を行うことにより、図2に示すように、基板がレーザ照射面側に凹となる変形をする板厚および走査速度の加工条件があることを見出した。そこで、レーザ照射面側に凹となる変形をする板厚および走査速度の加工条件で、基板吸着機構で基板を吸着させた状態にして、上記加工条件の範囲で加工することで、フルカットになるのを防ぐとともに、基板上面側に引張応力と同じ方向の力を与えるようにする。その結果、確実にスクライブ加工ができるようになる。
[Scribe method]
A glass substrate having a plate thickness of 0.1 mm to 0.4 mm is a target. Until now, it was difficult to scribe a glass substrate in this thickness range, and it was necessary to select processing conditions from a narrow process window. In particular, it has been considered that the scribe process cannot be performed at all when the thickness of the substrate is reduced and the process window is narrowed to about 0.2 mm.
However, the experiments described below, by performing a two-dimensional thermal elastic analysis by the finite element method based on the experimental results, as shown in FIG. 2, the plate thickness and the deformation substrate is concave on the laser irradiation surface side It has been found that there are processing conditions for scanning speed. Therefore, with the processing conditions of the plate thickness and scanning speed that deforms to become concave on the laser irradiation surface side, the substrate is sucked by the substrate suction mechanism and processed within the range of the above processing conditions, so that a full cut is achieved. In addition, a force in the same direction as the tensile stress is applied to the upper surface side of the substrate. As a result, scribing can be reliably performed.

[実験]
レーザスクライブ加工におけるガラス基板の板厚の影響を検討するために、板厚が1.1mm、0.7mm、0.55mm、0.4mmのガラス基板に対するレーザスクライブが可能な加工条件の範囲を実験により求め、その結果に基づいて有限要素法による二次元熱弾性解析を行った。
[Experiment]
To study the effect of the thickness of the glass substrate in the laser scribing, the plate thickness is 1.1 mm, 0.7 mm, 0.55 mm, the range of the laser scribing is possible machining conditions for a glass substrate of 0.4mm experiments Based on the results, a two-dimensional thermoelastic analysis by the finite element method was performed.

実験方法について説明する。300mm×400mmのソーダガラス基板を真空吸着機構(図1参照)に固定して、フルカット加工になりにくい状態にする。ガラス基板の端部には、予め、スクライブの起点となる初期亀裂をカッターホイールで設ける。レーザ光源にはCOレーザを用いるとともに、ガラス表面で楕円状のビームスポットになるように成形する。冷却スポットは、ウォータージェットにより形成し、ビームスポットの後端付近に形成する。なお、ビームスポットと冷却スポットの位置関係は、図9(b)や図11(b)に図示したビームスポットBS、冷却スポットCSと同じであり、寸法関係は以下のとおりである。
ビームスポットの長軸YA: 22mm
ビームスポットの短軸XA: 2.1mm
冷却スポットの長軸YB : 3.0mm
冷却スポットの短軸YA : 2.0mm
ビームスポット中心と冷却スポット中心間の距離d: 10mm
The experimental method will be described. A 300 mm × 400 mm soda glass substrate is fixed to a vacuum suction mechanism (see FIG. 1) to make it difficult to be fully cut. An initial crack serving as a starting point for scribing is previously provided at the end of the glass substrate with a cutter wheel. A CO 2 laser is used as the laser light source, and it is shaped so as to form an elliptical beam spot on the glass surface. The cooling spot is formed by a water jet and is formed near the rear end of the beam spot. The positional relationship between the beam spot and the cooling spot is the same as that of the beam spot BS and the cooling spot CS shown in FIGS. 9B and 11B, and the dimensional relationship is as follows.
Beam spot long axis YA: 22 mm
Beam spot minor axis XA: 2.1 mm
Long axis YB of the cooling spot: 3.0 mm
Short axis YA of the cooling spot: 2.0 mm
Distance d between beam spot center and cooling spot center: 10 mm

図3は、各板厚hにおけるレーザスクライブが可能な加工条件を、レーザ出力Pに対する走査速度Vとして求めたデータ(図3(a1)〜図3(d1))と、レーザ出力Pに対するクラック深さDcを求めたデータ(図3(a2)〜図3(d2))である。
板厚hが0.4mmでは、図3(d1)に見られるように、装置の最高走査速度500mm/秒でもスクライブが可能である。図3(a1)〜図3(d1)において、高速側の×印はクラックの進行が停止した状態を表しており、低速側の×印は熱的損傷がガラス基板に残った状態を表している。
FIG. 3 shows data (FIGS. 3 (a1) to 3 (d1)) obtained as the scanning speed V with respect to the laser output P, and the crack depth with respect to the laser output P. This is data (Fig. 3 (a2) to Fig. 3 (d2)) for which the depth Dc is obtained.
When the plate thickness h is 0.4 mm, as shown in FIG. 3 (d1), scribing is possible even at the maximum scanning speed of 500 mm / sec. 3 (a1) to FIG. 3 (d1), the x mark on the high speed side represents the state where the progress of the crack is stopped, and the x mark on the low speed side represents the state where the thermal damage remains on the glass substrate. Yes.

いずれの板厚においてもレーザ出力が増加するにつれて、スクライブ可能な走査速度が高速になる傾向がある。また熱的損傷が生じた加工条件(低速側の×印)は、板厚によらず、ほぼ同じ条件になっている。
図3(a2)〜図3(d2)における各レーザ出力に対するクラック深さDcは、その深さが深い方が走査速度の低速側、浅い方が高速側に対応している。
In any plate thickness, as the laser output increases, the scribing scanning speed tends to increase. In addition, the processing conditions (x mark on the low speed side) where the thermal damage occurred are almost the same regardless of the plate thickness.
As for the crack depth Dc for each laser output in FIGS. 3A2 to 3D2, the deeper one corresponds to the low speed side of the scanning speed and the shallower one corresponds to the high speed side.

板厚hが1.1mmにおいてクラック進行が停止した加工条件(高速側の×印)は、レーザの低出力側でスクライブ可能な走査速度の範囲が広いのに対し、高出力側では狭くなる。走査速度が350mm/秒以上ではスクライブができなくなっている。
一方、板厚hが0.4mmでは、低出力側でスクライブ可能な走査速度の範囲が狭く、レーザ出力が30.4Wでは、すべての走査速度においてスクライブができなくなっている。これに対して、高出力側のスクライブが可能な走査速度範囲は広く、走査速度が500mm/秒でもスクライブができている。
すなわち、板厚hが厚くなるほど、走査速度の高速側でスクライブが困難になり、板厚hが薄くなるほど、低速側でスクライブが困難になる。
The processing conditions (x mark on the high speed side) in which the crack progress stopped when the plate thickness h is 1.1 mm are wide on the low output side of the laser, but narrow on the high output side. When the scanning speed is 350 mm / second or more, scribing cannot be performed.
On the other hand, when the plate thickness h is 0.4 mm, the range of scanning speed that can be scribed on the low output side is narrow, and when the laser output is 30.4 W, scribing cannot be performed at all scanning speeds. On the other hand, the scanning speed range in which scribing on the high output side is wide is possible, and scribing is possible even at a scanning speed of 500 mm / sec.
That is, as the plate thickness h increases, scribing becomes more difficult on the high speed side of the scanning speed, and as the plate thickness h decreases, scribing becomes difficult on the low speed side.

図4は、熱的損傷が発生しなかった5つの加工条件のクラック深さDcを、板厚に対して整理した結果を示す図である。クラック進行が停止してスクライブができなかった条件を×印で示している。
レーザ出力71.0W、走査速度320mm/秒の加工条件では、板厚1.1mmでスクライブができなくなっており、レーザ出力30.4W、走査速度80mm/秒の条件では、板厚0.4mmでスクライブができなくなっている。これら以外ではすべての板厚においてスクライブができている。
FIG. 4 is a diagram showing the results of arranging the crack depth Dc under the five processing conditions in which thermal damage did not occur with respect to the plate thickness. The conditions under which the progress of cracks stopped and scribing could not be performed are indicated by crosses.
Under the conditions of a laser output of 71.0 W and a scanning speed of 320 mm / second, scribing cannot be performed at a plate thickness of 1.1 mm. Under the conditions of a laser output of 30.4 W and a scanning speed of 80 mm / second, the plate thickness is 0.4 mm. You cannot scribe. Except for these, scribing is possible at all plate thicknesses.

次に、実験で求めた加工条件に基づいて、以下の方法で有限要素法による熱弾性解析を行い、スクライブの加工条件における板厚の影響を検討した。有限要素法解析プログラムは、計算力学計算センター製のQuick Welderである。
レーザ照射面をx−y座標とし、y軸をスクライブ方向、z軸を板厚方向として要素分割を行う。要素分割は、ビーム方向(y方向)の分割最小値を3.7μmとし、板厚方向(z方向)の分勝最小値を2.7μmとした。
ソーダガラス基板の物性値は以下のとおりである。
密度: 2520kg/m
比熱: 800J/kgK
熱伝導率: 1.03W/mK
熱膨張係数: 8.7×10−6−1
ヤング率: 71.6GPa
ポアソン比: 0.23
軟化温度: 720℃〜730℃
曲げ強度: 49MPa
Next, based on the processing conditions obtained in the experiment, a thermoelastic analysis by the finite element method was performed by the following method, and the influence of the plate thickness on the scribing processing conditions was examined. The finite element method analysis program is Quick Welder manufactured by the Center for Computational Mechanics.
The element is divided with the laser irradiation surface as the xy coordinate, the y axis as the scribe direction, and the z axis as the plate thickness direction. In the element division, the division minimum value in the beam direction (y direction) was 3.7 μm, and the minimum winning value in the plate thickness direction (z direction) was 2.7 μm.
The physical property values of the soda glass substrate are as follows.
Density: 2520kg / m 2
Specific heat: 800J / kgK
Thermal conductivity: 1.03 W / mK
Thermal expansion coefficient: 8.7 × 10 −6 K −1
Young's modulus: 71.6 GPa
Poisson's ratio: 0.23
Softening temperature: 720 ° C to 730 ° C
Bending strength: 49MPa

時間ステップは、0.25mmを走査速度Vで除した時間である0.25mm/Vとした。ビームスポットおよび冷却スポットの大きさは、上述したものと同じ楕円形状でありガウス分布とした。   The time step was set to 0.25 mm / V, which is a time obtained by dividing 0.25 mm by the scanning speed V. The size of the beam spot and the cooling spot was the same elliptical shape as described above, and had a Gaussian distribution.

x−z面の二次元熱伝導解析では、レーザビーム中心をy=−15mmの位置からy方向に走査し、加熱、冷却条件を時間とともに変化させた。このとき、ガラスへの入熱量は光学系の減衰率、ガラスの反射率を考慮して、レーザ出力P(W)に対し、0.798P(W)とした。また、冷却域の熱伝達率αは、10W/mKとした。
続いて、得られた温度場を用いて、σyy=τyx=τyz=0と仮定した平面応力問題としてx−z面の二次元熱弾性解析を行った。レーザビームの照射端をx方向に拘束し、他端をx方向およびz方向にそれぞれ拘束した。
以下の説明においては、レーザスクライブ時のガラス基板表面の最高到達温度をTmax、冷却域で発生するガラス基板表面のσxxの最大引張応力をσtmaxとする。
In the two-dimensional heat conduction analysis on the xz plane, the center of the laser beam was scanned from the position y = -15 mm in the y direction, and the heating and cooling conditions were changed with time. At this time, the amount of heat input to the glass was set to 0.798 P (W) with respect to the laser output P (W) in consideration of the attenuation rate of the optical system and the reflectance of the glass. Further, the heat transfer coefficient α 0 in the cooling region was set to 10 5 W / m 2 K.
Subsequently, using the obtained temperature field was carried out a two-dimensional thermal elastic analysis of x-z plane as the plane stress problems assuming σ yy = τ yx = τ yz = 0. The irradiation end of the laser beam was constrained in the x direction, and the other end was constrained in the x direction and the z direction, respectively.
In the following description, T max is the maximum temperature reached on the glass substrate surface during laser scribing, and σ tmax is the maximum tensile stress of σ xx generated on the glass substrate surface in the cooling region.

板厚0.4mm、0.55mm、0.7mm、1.1mmのガラス基板において、レーザスクライブが可能であった出力および走査速度の加工条件のもとで、熱弾性解析を行った。
図5は、熱弾性解析の結果を示す図である。図5(a)〜図5(d)はそれぞれ板厚1.1mm、0.7mm、0.55mm、0.4mmの解析結果を示している。
図中の上側のプロット点群は、ガラス基板表面の最高到達温度Tmaxを表し(右縦軸)、下側のプロット点群は、ガラス基板表面の最大引張応力σtmaxを表している(左縦軸)。
それぞれのプロット点群の高速側の×印が、図3(a1)〜図3(d1)においてレーザスクライブのクラック進行が途中で停止した加工条件に対応しており、低速側の×印が、熱的損傷の生じた加工条件に対応している。
Thermoelastic analysis was performed on glass substrates having a thickness of 0.4 mm, 0.55 mm, 0.7 mm, and 1.1 mm under processing conditions of output and scanning speed at which laser scribing was possible.
FIG. 5 is a diagram showing the results of thermoelastic analysis. FIGS. 5A to 5D show the analysis results of plate thicknesses of 1.1 mm, 0.7 mm, 0.55 mm, and 0.4 mm, respectively.
In the drawing, the upper plot point group represents the maximum temperature T max reached on the glass substrate surface (right vertical axis), and the lower plot point group represents the maximum tensile stress σ tmax on the glass substrate surface (left). Vertical axis).
The x mark on the high speed side of each plot point group corresponds to the processing conditions in which the crack progress of the laser scribe stopped in the middle of FIGS. 3 (a1) to 3 (d1). Corresponds to the processing conditions that caused thermal damage.

各板厚において、レーザ出力が一定のとき、走査速度が低速になるとTmaxは増加する。いずれのレーザ出力のときもTmaxの上限値は走査速度に依存せずほぼ一定(約500℃)となっている。したがって、Tmaxの上限値以下ではガラスに熱的損傷は発生しないといえる。 At each plate thickness, when the laser output is constant, T max increases as the scanning speed decreases. At any laser output, the upper limit value of T max is almost constant (about 500 ° C.) regardless of the scanning speed. Therefore, it can be said that the glass is not thermally damaged below the upper limit of Tmax .

一方、レーザ出力が一定のとき、走査速度が高速になるとσtmaxは減少している。これが図3(a2)〜図3(d2)において、高速側でクラック深さが浅くなる理由である。いずれのレーザ出力のときものσtmaxの下限値は走査速度に依存せずほぼ一定(約65MPa)となっている。したがって、σtmaxの下限値以上でレーザスクライブでのクラックが進行するといえる。
これにより、熱弾性解析の結果から、板厚にかかわらず、レーザスクライブが可能な加工条件が、表面最高到達温度Tmaxと、冷却域の最大引張応力σtmaxから推定することができる。
On the other hand, when the laser output is constant, σ tmax decreases as the scanning speed increases. This is the reason why the crack depth is shallow on the high speed side in FIGS. 3 (a2) to 3 (d2). The lower limit of σ tmax at any laser output is almost constant (about 65 MPa) regardless of the scanning speed. Therefore, it can be said that the crack in laser scribing progresses above the lower limit of σ tmax .
Thereby, from the result of the thermoelastic analysis, regardless of the plate thickness, the processing conditions capable of laser scribing can be estimated from the maximum surface temperature T max and the maximum tensile stress σ tmax in the cooling region.

次に、レーザスクライブにおける板厚の影響について説明する。
図6は冷却域の最大引張応力σtmax発生位置におけるx−z面(ただしスクライブ予定ラインを一端とする片側半分)の温度分布と変形状態とを示す図である。各図の左端はスクライブ予定ライン直下の位置に対応している。したがって左上端がレーザ入射位置となる。スクライブ予定ラインを挟んだ反対側では、対称性からこれらの図を鏡面対称にした温度分布および変形状態が形成されている。
各図における傾斜は、基板変形の大きさおよび変形方向(上に凸又は上に凹)を表している。すなわち、右下がりの図は、上に凸の変形状態であり、右上がりの図は、上に凹の変形状態をしていることになる。
Next, the influence of the plate thickness in laser scribe will be described.
6 is a diagram showing the temperature distribution and deformation of the x-z plane at the maximum tensile stress sigma tmax generation position of the cooling zone (although one half to one end of the line to be scribed). The left end of each figure corresponds to the position directly under the scribe line. Therefore, the upper left corner is the laser incident position. On the opposite side of the scribe line, a temperature distribution and a deformed state are formed in which these figures are mirror-symmetrical due to symmetry.
The inclination in each figure represents the magnitude of the substrate deformation and the deformation direction (convex upward or concave upward). In other words, the downward-right view is an upward convex deformation state, and the upward-right view is an upward concave deformation state.

ここでは、板厚が1.1mm、0.7mm、0.55mm、0.4mmの基板に対して、(a)レーザ出力P=30.4W、走査速度V=80mm/秒と、(b)レーザ出力P=52.8W、走査速度V=80mm/秒と、(c)レーザ出力P=71.0W、走査速度V=320mm/秒の各加工条件について示している。   Here, for a substrate having a plate thickness of 1.1 mm, 0.7 mm, 0.55 mm, and 0.4 mm, (a) laser output P = 30.4 W, scanning speed V = 80 mm / second, and (b) Processing conditions of laser output P = 52.8 W, scanning speed V = 80 mm / second, and (c) laser output P = 71.0 W, scanning speed V = 320 mm / second are shown.

x−z面の温度分布は冷却直下のガラス内部に高温領域が残存している。走査速度が低速になるほど高温領域が深くなり、内部まで熱が伝達されている。
これらの中で、特に、板厚0.4mmでレーザ出力P=30.4W、走査速度V=80mm/秒の加工条件では、裏面が約200℃まで温度上昇している。そして、この加工条件の基板では、他と異なり、上に凹に変形するようになっている。
As for the temperature distribution on the xz plane, a high temperature region remains in the glass immediately under cooling. The lower the scanning speed, the deeper the high temperature region, and heat is transferred to the inside.
Among these, in particular, under the processing conditions where the plate thickness is 0.4 mm, the laser output P is 30.4 W, and the scanning speed V is 80 mm / second, the temperature of the back surface rises to about 200 ° C. And in the board | substrate of this process condition, unlike others, it deform | transforms into a concave upward.

図7は、図6に対応する応力分布を示す図である。冷却域の表面に引張応力が生じ、冷却域直下の基板内部に高温領域が形成され、圧縮応力場となっている。
そして、板厚が0.4mmでレーザ出力P=30.4W、走査速度V=80mm/秒の加工条件で加工したときの内部圧縮応力場の深さ(板厚に対する相対的な深さ)が、他の加工条件に比べると深くなっている。これが、基板が上に凹状態に変形する一因と考えられる。
FIG. 7 is a diagram showing a stress distribution corresponding to FIG. A tensile stress is generated on the surface of the cooling region, a high temperature region is formed inside the substrate immediately below the cooling region, and a compressive stress field is formed.
The laser output P = 30.4W plate thickness at 0.4 mm, an internal compressive stress field depth when processing with processing conditions of the scanning velocity V = 80 mm / sec (relative depth to plate thickness) of , Deeper than other processing conditions. This is considered to be a cause of the substrate being deformed upwardly.

図8は、図4で示した5つの加工条件の冷却域の最大引張応力σtmaxを、板厚に関して整理して示した図である。いずれの加工条件でも、σtmaxは上に凸となり、極大となる板厚は走査速度が高速になるほど薄い方にシフトし、低速になるほど厚い方にシフトする傾向がある。例えばレーザ出力P=71.0W、走査速度V=320mm/秒の加工条件では、最大引張応力σtmaxが極大となる板厚は0.4mmに近づく。板厚1.1mmのときの最大引張応力σtmaxがクラック進行する下限値より小さくなっており、その結果スクライブができなくなったと考えられる。
また、レーザ出力P=30.4W、走査速度V=80mm/秒の条件では最大引張応力σtmaxが極大となる板厚は1.1mm以上となる。その結果、板厚0.4mmの最大引張応力σtmaxがクラック進行する下限値より小さくなり、スクライブができなくなったと考えられる。
FIG. 8 is a diagram showing the maximum tensile stress σ tmax in the cooling region under the five processing conditions shown in FIG. Under any processing condition, σ tmax is convex upward, and the maximum plate thickness tends to shift to a thinner side as the scanning speed increases, and to a thicker side as the speed decreases. For example, under the processing conditions of laser output P = 71.0 W and scanning speed V = 320 mm / second, the plate thickness at which the maximum tensile stress σ tmax is maximized approaches 0.4 mm. It is considered that the maximum tensile stress σ tmax when the plate thickness is 1.1 mm is smaller than the lower limit value at which the crack progresses, and as a result, scribing can no longer be performed.
Further, under the conditions of laser output P = 30.4 W and scanning speed V = 80 mm / sec, the plate thickness at which the maximum tensile stress σ tmax is maximized is 1.1 mm or more. As a result, it is considered that the maximum tensile stress σ tmax with a plate thickness of 0.4 mm is smaller than the lower limit value at which the crack progresses, and scribing can no longer be performed.

先に示した図2は、板厚と走査速度とをパラメータとして基板の変形状態(上に凸状態、上に凹状態)を整理して表した図である。
上述した熱弾性解析の結果を整理すると、基板が上に凸になる状態(境界より右側)は、下記式(1)を境界にして分かれる。
y<7.5x−2.8 ・・・(1)
ここで、yは走査速度(mm/秒)、xは板厚(mm)である。
FIG. 2 described above is a diagram showing the deformation state of the substrate (upwardly convex state and upwardly concave state) using the plate thickness and the scanning speed as parameters.
If the result of the thermoelastic analysis mentioned above is arranged, the state in which the substrate is convex upward (right side from the boundary) is divided with the following formula (1) as the boundary.
y <7.5x -2.8 (1)
Here, y is a scanning speed (mm / second), and x is a plate thickness (mm).

例えば、基板の板厚が0.4mmのときは、走査速度が320mm/秒、160mm/秒のときは上に凸状態に変形しているが、走査速度が80mm/秒になると上に凹状態に変形するようになる。   For example, when the substrate thickness is 0.4 mm, the scanning speed is 320 mm / second, and when it is 160 mm / second, it is deformed upward, but when the scanning speed is 80 mm / second, it is concave upward. It will be transformed into.

そして、基板の板厚が0.1mm〜0.4mmになると、式(1)において上に凹状態になる範囲が支配的になる。
その結果、既述のように、上に凹状態になる範囲では、基板吸着機構でテーブルに密着させて基板の凹状態への変形を抑制することで、基板上面に引張応力を加えた状態にすることができ、クラックを進展、進行させやすくすることができるようになる。したがって、スクライブ加工ができるプロセスウィンドウが広がるようになる。なお、スクライブ予定ラインにおける基板の変形を抑制するためには、スクライブ予定ラインの近傍を吸着する必要があるが、多孔質部材を上面に設けた真空吸着機構を有するテーブルを用いることによりスクライブ加工ができるプロセスウィンドウが広がることを確認した。
When the thickness of the substrate is 0.1 mm to 0.4 mm, the range in which the substrate is concave in Formula (1) becomes dominant.
As a result, as described above, in the range where the concave state is formed, the substrate suction mechanism is brought into close contact with the table to suppress the deformation of the substrate into the concave state, so that a tensile stress is applied to the upper surface of the substrate. It is possible to make the cracks progress and progress easily. Therefore, a process window that can be scribed is expanded. In order to suppress the deformation of the substrate in the scribe line, it is necessary to suck the vicinity of the scribe line, but scribe processing can be performed by using a table having a vacuum suction mechanism provided with a porous member on the upper surface. Confirmed that the process window can be expanded.

ちなみに、上に凸状態になる領域では、フルカット状態になるのを避けるために基板を吸着機構で吸着させると、基板を吸着させることでスクライブ予定ラインの位置に圧縮応力と同じ方向の力が加わるようになり、むしろスクライブ加工が困難になってしまうことから、薄板基板をスクライブ加工する場合は、上に凹状態になる領域で加工するスクライブ方法を用いる方法が有意義であることが判明した。   By the way, in the region that protrudes upward, if the substrate is adsorbed with an adsorption mechanism to avoid becoming a full cut state, a force in the same direction as the compressive stress is applied to the position of the planned scribe line by adsorbing the substrate. However, when scribing a thin plate substrate, it has been proved that a method using a scribing method for processing in a region that is recessed upward is significant.

(実施形態)
以上は、多孔質テーブルを用いた吸着機構で基板を吸着したときのスクライブ加工について説明を行った。多孔質テーブルを採用することで、0.1mm〜0.4mmの薄板ガラス基板のスクライブ加工のプロセスウィンドウを広げることができた。
しかし、既述のように、多孔質テーブルは、直接、レーザビームが照射されてしまうと、テーブル面が変質し、変色することがある。スクライブ予定ラインの始端と終端は、通常はガラス基板の基板端にくることから、基板端近傍をレーザ照射する際に、どうしてもレーザビームの一部が多孔質テーブルに直接照射されてしまうことになる。レーザ照射を繰り返し受けた多孔質テーブルを使用すると、やがて変質部分で吸着性能や平坦度が劣化し、加工均一性が維持できなくなる。
(Embodiment)
The scribe processing when the substrate is adsorbed by the adsorption mechanism using the porous table has been described above. By adopting the porous table, it was possible to widen the process window for scribing the thin glass substrate of 0.1 mm to 0.4 mm.
However, as described above, if the porous table is directly irradiated with the laser beam, the table surface may be altered and discolored. Since the start and end of the planned scribe line usually come to the substrate end of the glass substrate, when the laser irradiation is performed on the vicinity of the substrate end, a part of the laser beam is irradiated directly on the porous table. . If a porous table that has been repeatedly subjected to laser irradiation is used, the adsorption performance and flatness will deteriorate at the altered portion, and the processing uniformity cannot be maintained.

そこで、本発明では、図1のレーザスクライブ装置LSにおいて、プレート11を多孔質部材から、金属製で孔加工されたプレートに代えたものを用いるようにする。
従来、孔加工テーブルは、せいぜい1cm間隔で正方格子等の形状で配置されていたものがほとんどである。それよりも短い間隔(例えば2mm間隔)で孔加工するとなると、加工コストが膨大になる反面、吸着性能面で多孔質プレートよりも優れているメリットがなかったからである。
Therefore, in the present invention, in the laser scribing apparatus LS shown in FIG. 1, a plate 11 is replaced with a plate made of a metal and drilled with a hole.
Conventionally, most of the hole processing tables are arranged in a square lattice or the like at intervals of 1 cm at most. When it comes to hole processing at intervals shorter (e.g. 2mm intervals) than, although the processing cost is enormous, because there is no benefit is better than the porous plate in the adsorption performance.

しかしながら、1cm間隔で孔加工テーブルを用いた場合に、板厚が0.1mm〜0.4mmのガラス基板のスクライブ加工では、多孔質テーブルで得られたようなスクライブ加工のプロセスウィンドウを広げる効果は得られず、スクライブラインが形成されなかったり、フルカット加工に移行したりしてしまった。   However, in the case of scribing a glass substrate with a plate thickness of 0.1 mm to 0.4 mm when using a hole processing table at an interval of 1 cm, the effect of expanding the scribing process window as obtained with a porous table is It was not obtained, scribe lines could not be formed, or it shifted to full cut processing.

そこで、孔加工テーブルを用いて、板厚が0.1mm〜0.4mmのガラス基板のスクライブ加工を実現できるための条件を、有限要素法による熱弾性解析を用いて検討した。解析に用いた走査速度は、走査速度V=200mm/秒とした。なお、走査速度V=200mm/秒の条件では、板厚0.3mm以下のガラス基板は、冷却域で上に凹状態に変形する(図2参照)。
その結果、図13に示すように、ガラス基板Gのスクライブ予定ラインSと孔加工テーブルTの吸着用の孔h、hとの最短距離となる直線距離Lが重要であり、この距離が閾値以上になると、基板表面の引張応力を強くできることが計算により判明した。
Then, the conditions for realizing the scribing of a glass substrate having a plate thickness of 0.1 mm to 0.4 mm using a hole processing table were examined using thermoelastic analysis by a finite element method. The scanning speed used for the analysis was scanning speed V = 200 mm / sec. Note that under the condition of the scanning speed V = 200 mm / sec, a glass substrate having a thickness of 0.3 mm or less is deformed upward in the cooling region (see FIG. 2).
As a result, as shown in FIG. 13, a linear distance L that is the shortest distance between the scribe line S of the glass substrate G and the suction holes h, h of the hole processing table T is important, and this distance is greater than or equal to a threshold value. Then, it was found by calculation that the tensile stress on the substrate surface can be increased.

図14〜図18は、板厚が0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mmの各基板において、スクライブ予定ラインSから孔hまでの直線距離Lに対する冷却直後の基板表面(図11(b)におけるFの位置)に発生する引張り応力の関係を示した図である。   FIGS. 14 to 18 show the state immediately after cooling with respect to the linear distance L from the scribe planned line S to the hole h in each substrate having a plate thickness of 0.15 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, and 0.5 mm. It is the figure which showed the relationship of the tensile stress which generate | occur | produces on a substrate surface (position of F in FIG.11 (b)).

これによれば、解析を行った走査速度V=200mm/秒の条件において、冷却域で上に凹状態に変形する板厚が0.15mm〜0.3mmのガラス基板では、直線距離Lが1mm以下になると引張応力が急激に増大することが判明した。一方、解析を行った走査速度V=200mm/秒の条件において、冷却域で上に凸状態に変形する板厚が0.4mmおよび0.5mmのガラス基板では、逆に直線距離Lが1mm以下になると引張り応力が減少している。なお、図示はしていないが、0.4mmのガラス基板であっても、走査速度V=80mm/秒の条件にして(図2および図7参照)、ガラス基板が冷却域で上に凹状態に変形するようにすれば、直線距離Lが1mm以下になると引張応力が増大するようになる。
以上のことから、0.1mm〜0.4mmの薄板ガラス基板は、スクライブ予定ラインから孔までの距離を1mm以下にすることで、走査速度を適切に設定しさえすればスクライブ予定ラインに強い引張応力を与えることができるようになり、スクライブ加工を成立させることができることが判明した。
According to this, on the condition of the analyzed scanning speed V = 200 mm / sec, the linear distance L is 1 mm for a glass substrate with a plate thickness of 0.15 mm to 0.3 mm that is deformed upward in the cooling region. It was found that the tensile stress suddenly increased below. On the other hand, in the scanning speed V = 200 mm / sec of the conditions analyzed, the glass substrate thickness which deforms in a convex state to top of 0.4mm and 0.5mm in the cooling zone, the linear distance L is 1mm or less in the opposite Then, the tensile stress decreases. Incidentally, although not shown, be a glass substrate 0.4 mm, in the conditions of the scanning speed V = 80 mm / sec (see FIGS. 2 and 7), concave shape on the glass substrate in the cooling zone If the straight line distance L is 1 mm or less, the tensile stress increases.
From the above, for thin glass substrates of 0.1 mm to 0.4 mm, the distance from the scribe line to the hole is set to 1 mm or less, and if the scanning speed is set appropriately, strong tension is applied to the scribe line. It was found that stress can be applied and scribe processing can be established.

そこで、薄板ガラス基板をテーブル上に載置したときに、確実に、スクライブ予定ラインの両側で、スクライブ予定ラインと孔との直線距離を1mm以下にすることができるようにするために必要な要件として、隣接する孔どうしの間隔が2mm以内の多数の孔が規則的に形成した金属製のテーブルにすれば、確実に要件を満たすことができるようになる。
すなわち、図13に示すように、薄板ガラス基板上に設定されたスクライブ予定ラインSを、隣接する2つの孔の中央にくるように基板Gを載置すれば、左右両側において、スクライブ予定ラインSとの直線距離Lを1mm以下にすることができる。
Therefore, when a thin glass substrate is placed on a table, requirements necessary to ensure that the linear distance between the planned scribe line and the hole can be 1 mm or less on both sides of the planned scribe line. As a metal table in which a large number of holes having an interval between adjacent holes of 2 mm or less are regularly formed, the requirements can be surely satisfied.
That is, as shown in FIG. 13, if the substrate G is placed so that the scheduled scribe line S set on the thin glass substrate is positioned at the center of two adjacent holes, the scheduled scribe line S is formed on both the left and right sides. Can be 1 mm or less.

ガラス基板の性質として、クラックが一旦発生すると、そこから数mm〜数cm程度はクラックが進行するので、スクライブ予定ラインに沿って、数mmから数cmの間隔をあけて、隣接する孔どうしの間隔が2mm以内になる孔を規則的に配置されれば、スクライブ予定ライン上を連続してクラックを進行させることができる。   As a property of the glass substrate, once a crack occurs, the crack progresses from several mm to several centimeters. Therefore, along the scribe planned line, an interval of several millimeters to several centimeters is provided at intervals of adjacent holes. If the holes having an interval of 2 mm or less are regularly arranged, cracks can be continuously advanced on the scribe line.

そこで、具体的な孔のパターンとして、図19(a)に示す正方格子、図19(b)に示す三角格子、図19(c)に示す千鳥格子のような規則的なパターンを形成すればよい。これらの格子形状であれば、図に示した位置(隣接する2つの孔h、hを結ぶ線分の垂直二等分線の位置)にスクライブ予定ラインSがくるように基板を載置すれば、確実にスクライブ加工ができるようになる。もちろん、これら以外の孔パターンであっても、隣接する2つ孔どうしの間隔が2mm以内になる孔を、スクライブ予定ラインに沿って規則的に配置できるパターンであれば同様の効果を得ることができる。   Therefore, regular patterns such as a square lattice shown in FIG. 19A, a triangular lattice shown in FIG. 19B, and a staggered lattice shown in FIG. 19C are formed as specific hole patterns. That's fine. With these lattice shapes, if the substrate is placed so that the scribe line S is at the position shown in the figure (the position of the vertical bisector connecting the two adjacent holes h, h). And scribe processing can be surely performed. Of course, even if it is a hole pattern other than these, if the pattern which can arrange | position the hole which the space | interval of adjacent two holes is less than 2 mm regularly along a scribe planned line, the same effect can be acquired. it can.

本発明を実施する上で、テーブル面全面に、隣接する孔どうしの間隔が2mm以内になる孔を配置することが好ましいが、その場合、テーブルの面積に比例して孔の数が増大することになり、加工コストが増大する。そのため、テーブル面の一部だけに本発明を適用することもできる。例えば、基板に対し直線状のスクライブラインを形成する場合には、テーブルに帯状の領域(例えば幅1cm程度)を設け、その領域内の孔については、隣接する孔どうしの間隔が2mm以内になる孔を形成し、それ以外の領域については、数cmの間隔で孔を設けるようにしてもよい。   In practicing the present invention, it is preferable to arrange holes on the entire surface of the table so that the distance between adjacent holes is within 2 mm. In this case, the number of holes increases in proportion to the area of the table. As a result, the processing cost increases. Therefore, the present invention can be applied to only a part of the table surface. For example, when a linear scribe line is formed on the substrate, a band-like region (for example, about 1 cm in width) is provided on the table, and for the holes in the region, the interval between adjacent holes is within 2 mm. Holes may be formed, and holes other than that may be provided at intervals of several centimeters.

また、スクライブ予定ラインの位置合わせの作業を容易にするため、予め、テーブル面上に、位置決めの目印となる基準線を引いておけば、この基準線上にスクライブ予定ラインSを位置合わせするだけで、簡単に基板の位置決めができるようになる。   In addition, in order to facilitate the alignment operation of the scribe planned line, if a reference line serving as a positioning mark is previously drawn on the table surface, it is only necessary to align the scribe planned line S on this reference line. The substrate can be easily positioned.

本発明は、板厚が0.1mm〜0.4mmの薄板ガラス基板に対するスクライブ加工を行うときに利用される。   The present invention is used when scribing a thin glass substrate having a plate thickness of 0.1 mm to 0.4 mm.

10: テーブル
11: プレート(多孔質部材)
12: ボディ
16: 真空ポンプ
17: エアー源
21: レーザ照射機構
22: 冷却機構
23: スクライブヘッド
LS: レーザスクライブ装置
G : ガラス基板
T : テーブル
S : スクライブ予定ライン
P : 孔ピッチ
L : スクライブ予定ラインと孔との直線距離
10: Table 11: Plate (porous member)
12: Body 16: Vacuum pump 17: Air source 21: Laser irradiation mechanism 22: Cooling mechanism 23: Scribe head LS: Laser scriber G: Glass substrate T: Table S: Scribe line P: Hole pitch L: Scribe line Distance between hole and hole

Claims (5)

板厚が0.1mm〜0.4mmである薄板ガラス基板のスクライブ予定ラインに対し、基板に熱的損傷を与えない温度で加熱するようにレーザビームを相対移動させながらスクライブ予定ラインに沿って照射し、次いで冷却することにより、基板を貫通しないクラックがスクライブ予定ライン上を進行するようにする薄板ガラス基板のスクライブ方法であって、
有限要素法による熱弾性解析に基づいて、スクライブラインを形成するときの基板の板厚、走査速度の加工条件と、レーザ加熱と冷却とが行われた直後の応力による基板の変形状態との関係を算出し、
算出結果に基づいて、冷却された直後の前記基板の変形状態がレーザ照射面側に凹となる変形をする板厚および走査速度の加工条件を設定し、
隣接する孔どうしの間隔が2mm以内の多数の孔が規則的に形成された金属製のテーブル面を有するとともに、前記テーブル面の孔で基板を吸着する基板吸着機構が設けられたテーブルを使用し、
前記薄膜ガラス基板を前記テーブル面に載置する際に、スクライブ予定ラインの左右両側で、当該スクライブ予定ラインに沿ってライン近傍に、当該スクライブ予定ラインと近接するそれぞれの孔との直線距離が1mm以内になるように、スクライブ予定ラインの位置を定めて載置し、
前記薄膜ガラス基板を、前記孔を介して吸着させた状態でレーザ照射と冷却とを行うことを特徴とするスクライブ方法。
Irradiation along the planned scribe line while moving the laser beam relative to the planned scribe line of a thin glass substrate with a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm at a temperature that does not cause thermal damage to the substrate. Then, by cooling, a method for scribing a thin glass substrate that allows cracks not penetrating the substrate to progress on the scribe line,
Based on thermoelastic analysis by the finite element method, the relationship between the processing conditions of the substrate thickness and scanning speed when forming the scribe line, and the deformation state of the substrate due to the stress immediately after the laser heating and cooling are performed To calculate
Based on the calculation result, set the processing conditions of the plate thickness and the scanning speed that deforms the deformation state of the substrate immediately after being cooled becomes concave on the laser irradiation surface side,
A table having a metal table surface in which a large number of holes with an interval of 2 mm or less between adjacent holes are regularly formed and a substrate adsorption mechanism for adsorbing a substrate through the holes in the table surface is used. ,
When the thin-film glass substrate is placed on the table surface, the linear distance between each hole adjacent to the planned scribe line is 1 mm on the left and right sides of the planned scribe line, in the vicinity of the line along the planned scribe line. Set the position of the scribe line to be within,
A scribing method comprising performing laser irradiation and cooling in a state where the thin film glass substrate is adsorbed through the holes.
テーブル面に形成される孔は三角格子、正方格子、千鳥格子のいずれかのパターンで規則的に形成される請求項1に記載のスクライブ方法。   The scribing method according to claim 1, wherein the holes formed in the table surface are regularly formed in a pattern of any of a triangular lattice, a square lattice, and a staggered lattice. 冷却された直後の前記基板がレーザ照射面側に凹となる変形をする板厚および走査速度の加工条件を設定する際に、基板の板厚、走査速度の加工条件と、レーザ加熱と冷却とが行われた直後の応力による基板の変形状態との関係として、式(1)に基づいて設定する請求項1に記載のスクライブ方法。
y<7.5x−2.8 ・・・(1)
ここで、yは走査速度(mm/秒)、xは板厚(mm)である。
When the substrate immediately after being cooled to set the processing conditions of the thickness and scan speed variations as a concave laser irradiation surface, the thickness of the substrate, and processing conditions of the scanning speed, the laser heating and cooling and The scribing method according to claim 1, wherein the scribing method is set based on the formula (1) as a relationship with a deformation state of the substrate due to a stress immediately after the step is performed.
y <7.5x -2.8 (1)
Here, y is a scanning speed (mm / second), and x is a plate thickness (mm).
板厚が0.1mm〜0.4mmである薄板ガラス基板のスクライブ予定ラインに対し、基板に熱的損傷を与えない温度で加熱するようにレーザビームを相対移動させながらスクライブ予定ラインに沿って照射し、次いで冷却することにより、前記基板を貫通しないクラックがスクライブ予定ライン上を進行するようにする薄板ガラス基板のスクライブ装置であって、
前記基板を載置する金属製のテーブル面を備えたテーブルが設けられ、
前記テーブル面には隣接する孔どうしの間隔が2mm以内の多数の孔が規則的に形成されるとともに、前記テーブル面の孔で基板を吸着する基板吸着機構が設けられたことを特徴とするスクライブ装置。
Irradiation along the planned scribe line while moving the laser beam relative to the planned scribe line of a thin glass substrate with a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm at a temperature that does not cause thermal damage to the substrate. Then, by cooling, a scribing device for a thin glass substrate in which a crack that does not penetrate the substrate proceeds on the scribe line,
A table provided with a metal table surface on which the substrate is placed;
The table surface is provided with a substrate suction mechanism for regularly forming a large number of holes having an interval of 2 mm or less between adjacent holes, and suctioning a substrate through the holes on the table surface. apparatus.
テーブル面に形成される孔は三角格子、正方格子、千鳥格子のいずれかのパターンで規則的に形成される請求項1に記載のスクライブ装置。


The scribing device according to claim 1, wherein the holes formed in the table surface are regularly formed in a pattern of any of a triangular lattice, a square lattice, and a staggered lattice.


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