JP5590642B2 - Scribing apparatus and scribing method - Google Patents
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Description
この発明は、ガラス、単結晶材料又は焼結セラミックス等の脆性材料を薄板状に成形した基板（以下、脆性基板と称す）に対して、スクライブ線を形成（スクライブ加工）するスクライブ加工装置及びスクライブ加工方法に関する。 The present invention relates to a scribing apparatus and a scribing apparatus for forming (scribing) a scribe line on a substrate (hereinafter referred to as a brittle substrate) in which a brittle material such as glass, single crystal material or sintered ceramic is formed into a thin plate shape. It relates to a processing method.
現在、脆性基板は、産業界において、多種態様な分野で広く必要とされている。特に、フラットディスプレイ（Flat Panel Display：以下、ＦＰＤと称す）に用いられるガラス基板の普及拡大に伴い、マザーガラスから多面取りするため、脆性基板の切断方法の効率化が強く求められている。 At present, brittle substrates are widely required in various fields in the industry. In particular, with the widespread use of glass substrates used for flat panel displays (hereinafter referred to as FPDs), there is a strong demand for an efficient method for cutting brittle substrates because of the multi-faces taken from mother glass.
これに対し、脆性基板の切断方法としては、レーザ等による溶断する方法や、研削ホイールによる切断する方法や、脆性基板の表面に亀裂（スクライブ線、ブラインドクラック又は罫書き線）加工を施した後に、機械的な曲げ応力を加えて割断する方法等の様々な切断方法が存在する。 On the other hand, as a cutting method of the brittle substrate, a method of cutting with a laser or the like, a method of cutting with a grinding wheel, or after processing a crack (scribe line, blind crack or ruled line) on the surface of the brittle substrate There are various cutting methods such as a method of cleaving by applying mechanical bending stress.
このうち、亀裂加工には、レーザアブレーション、研削ホイール又はカッターホイール等を用いて脆性基板の表面にスクライブ線を形成する方法や、レーザにより発生した熱応力で脆性基板の表面にのみ亀裂を成長させる方法や、脆性基板の内部改質により脆性基板の表面にスクライブ線を形成する方法（ステルスダイシング、例えば、特許文献１参照）等がある。 Among these, for crack processing, laser ablation, a method of forming scribe lines on the surface of the brittle substrate using a grinding wheel or a cutter wheel, or a crack is grown only on the surface of the brittle substrate by the thermal stress generated by the laser. And a method of forming scribe lines on the surface of the brittle substrate by internal modification of the brittle substrate (stealth dicing, for example, see Patent Document 1).
一方、脆性基板は、近年のＦＰＤの薄型化に伴い、脆性基板の薄板化が要求されている。これに対し、脆性基板の板厚を薄くすることは、脆性基板を切断した後の端面に生じる切り欠き等により、脆性基板が割れ易いため、抗折強度を強くする必要性がある。 On the other hand, the brittle substrate is required to be thinned with the recent thinning of the FPD. On the other hand, reducing the plate thickness of the brittle substrate requires that the bending strength be increased because the brittle substrate is easily broken due to notches or the like generated on the end face after the brittle substrate is cut.
このため、脆性基板の切断面に欠陥が少なく、抗折強度の強い切断方法として、前述した、レーザにより発生した熱応力で脆性基板の表面にのみ亀裂を成長させたうえで、割断する方法が、近年、注目されている。 For this reason, as a cutting method with few defects on the cut surface of the brittle substrate and strong bending strength, there is a method of cleaving after growing a crack only on the surface of the brittle substrate with the thermal stress generated by the laser described above. In recent years, it has attracted attention.
特に、この脆性基板の切断方法としては、スクライブ線（ブラインドクラック）の成長による、レーザスクライブ加工を施し（第１工程）、機械的な曲げ応力又は熱応力を加えてブレイク加工を施す（第２工程）ことで、脆性基板を切断する方法がある。また、この脆性基板の切断方法としては、レーザ熱により、亀裂を成長させて、１工程で分断する方法（熱応力分断方法、例えば、特許文献２参照）があり、注目されている。 In particular, as a method for cutting the brittle substrate, laser scribing is performed by growing a scribe line (blind crack) (first step), and mechanical bending stress or thermal stress is applied to perform a breaking process (second process). There is a method of cutting a brittle substrate. Further, as a method for cutting the brittle substrate, there is a method of growing a crack by laser heat and dividing it in one step (thermal stress dividing method, for example, see Patent Document 2), which is attracting attention.
なお、前述した、２工程による脆性基板の切断方法は、焦点形状が楕円であるレーザにより、脆性基板上の１点を加熱した直後に、ジェットノズルで急冷却し、急激な温度差から生じる熱応力で、亀裂の深さ方向とレーザの進行方向とに初期亀裂を誘導して、脆性基板の表面に浅い亀裂（スクライブ線、ブラインドクラック）を発生させたうえで、割断する方法がある（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。この脆性基板の切断方法は、高速かつ高精度なクロススクライブが可能であるために、ＦＰＤ用のガラス基板の切断に活用されている。 Note that the brittle substrate cutting method by the two steps described above is a method in which heat is generated from an abrupt temperature difference by immediately cooling a jet nozzle immediately after heating a point on the brittle substrate with a laser whose focal shape is an ellipse. There is a method of cleaving after inducing an initial crack in the crack depth direction and the laser traveling direction by stress to generate a shallow crack (scribe line, blind crack) on the surface of the brittle substrate (for example, Patent Document 3 and Patent Document 4). This method for cutting a brittle substrate is used for cutting a glass substrate for FPD because it enables high-speed and highly accurate cross-scribe.
しかしながら、従来のレーザスコアリングにおける亀裂深さの制御及び非金属材料の分割は、ビームスポットを楕円形に整形する光学系が複雑であり、特に、ガラスシート（非金属材料）の厚さに応じて亀裂の深さを調整するために、その都度、ビームスポットを楕円形に整形する光学系を交換する必要があるという課題がある。 However, the control of crack depth and splitting of non-metallic materials in conventional laser scoring requires a complicated optical system for shaping the beam spot into an ellipse, and in particular, depending on the thickness of the glass sheet (non-metallic material). In order to adjust the depth of the crack, there is a problem in that it is necessary to replace the optical system that shapes the beam spot into an ellipse each time.
すなわち、ビームスポットは、単一の楕円形であるために、原理的に、ビームエネルギー（レーザビーム出力）、加工速度（切断速度）、冷却スポット及び冷却液（冷媒）供給量等を調整して、亀裂の深さを調整することが非常に困難であるという課題がある。 In other words, since the beam spot is a single ellipse, in principle, the beam energy (laser beam output), processing speed (cutting speed), cooling spot and coolant (refrigerant) supply amount, etc. are adjusted. There is a problem that it is very difficult to adjust the depth of the crack.
この発明に係るスクライブ加工装置は、脆性基板上において、間隔を隔てて一の加熱点及び単数の他の加熱点を加熱し、当該一の加熱点が他の加熱点による軌跡に重畳して、当該加熱点に向けてレーザ光を照射するレーザ照射手段と、脆性基板上において、冷却点が前記一の加熱点による軌跡に重畳して、当該冷却点に向けて冷媒を噴射する冷却手段と、を備え、前記脆性基板の表面温度を軟化点よりも低くして、脆性基板の表面に引張応力場を存在させ、前記脆性基板の内部温度を軟化点よりも高くして、脆性基板の内部に圧縮応力場を存在させて、前記脆性基板上にスクライブ線を形成すように、前記一の加熱点の熱量を他の加熱点の熱量よりも高くし、スクライブ速度が、８０ｍｍ／ｓ以下であり、前記一の加熱点及び他の加熱点間の距離が、３ｍｍ〜２３ｍｍであり、前記レーザ照射手段が、レーザ光となる定常波を生成するレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザ光の一部を透過するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタを透過したレーザ光を全反射する反射ミラーとを備え、前記ビームスプリッタにより反射されたレーザ光が、一の加熱点に照射され、前記ビームスプリッタにより透過され、前記反射ミラーにより反射されたレーザ光が、他の加熱点に照射されるものである。 The scribing apparatus according to the present invention heats one heating point and one other heating point at an interval on a brittle substrate, and the one heating point is superimposed on a locus by another heating point, A laser irradiation means for irradiating laser light toward the heating point; a cooling means for injecting a refrigerant toward the cooling point on the brittle substrate, with a cooling point superimposed on a locus by the one heating point; The surface temperature of the brittle substrate is made lower than the softening point, a tensile stress field is present on the surface of the brittle substrate, the internal temperature of the brittle substrate is made higher than the softening point, and the inside of the brittle substrate is in the presence of a compressive stress field, the so as to form a scribe line on a brittle substrate, the heat of the one heating point to higher rather than the amount of heat other heating point, scribing speed, the following 80 mm / s Yes, between the one heating point and the other heating point The laser irradiation means transmits a laser oscillator that generates a standing wave serving as laser light, a beam splitter that transmits part of the laser light from the laser oscillator, and the beam splitter that is transmitted through the beam splitter. A reflection mirror that totally reflects the laser beam, and the laser beam reflected by the beam splitter is irradiated to one heating point, transmitted by the beam splitter, and reflected by the reflection mirror. The heating point is irradiated.
開示のスクライブ加工装置は、スクライブ線となる亀裂の深さ方向への成長を抑制すると共に、脆性基板の表面における引張応力を高め、亀裂を成長させることができ、スクライブ加工を精度よく行なうことができるという効果を奏する。 The disclosed scribing apparatus can suppress the growth in the depth direction of a crack that becomes a scribe line, can increase the tensile stress on the surface of the brittle substrate, can grow the crack, and can accurately perform the scribing process. There is an effect that can be done.
（本発明の第１の実施形態）
図１（ａ）は本実施形態に係るスクライブ加工装置の概略構成を示す概念図、図１（ｂ）は脆性基板上に照射された第１の加熱点と第２の加熱点と冷却点との位置関係を示す説明図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示すレーザ照射手段の他の例を示す説明図である。また、図２（ａ）は有限要素法による解析の解析モデルを示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す解析モデルの部分拡大図、図２（ｃ）は第１の点の位置を説明するための説明図である。また、図３（ａ）は二点間距離とスクライブ速度との関係を示す実験結果、図３（ｂ）はスクライブ線に沿って割断した面を示す断面図、図３（ｃ）は脆性基板上の蒸発痕を示す平面図である。
(First embodiment of the present invention)
FIG. 1A is a conceptual diagram illustrating a schematic configuration of a scribing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 1B is a diagram illustrating a first heating point, a second heating point, and a cooling point irradiated on a brittle substrate. FIG. 1C is an explanatory view showing another example of the laser irradiation means shown in FIG. 2A is a cross-sectional view showing an analysis model for analysis by the finite element method, FIG. 2B is a partially enlarged view of the analysis model shown in FIG. 2A, and FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the position of a point. 3A is an experimental result showing the relationship between the distance between two points and the scribe speed, FIG. 3B is a cross-sectional view showing a surface cut along the scribe line, and FIG. 3C is a brittle substrate. It is a top view which shows the upper evaporation trace.
さらに、図４（ａ）は二点間距離が５ｍｍの場合における温度の時間変化解析の結果である。なお、図４において、２つのピークのうち、左から１つ目は図１（ｂ）に示す第１の加熱点２０１の中心を表し、２つ目は図１（ｂ）に示す第２の加熱点２０２の中心を表す。つまり、２つのピーク間の間隔は、二点間距離５ｍｍを本解析におけるスクライブ速度６０ｍｍ／ｓで移動する場合の時間（約０．０８３秒）を示している。図４（ｂ）は二点間距離が２０ｍｍの場合における同様の温度の解析結果である。また、図５（ａ）は二点間距離が５ｍｍの場合における応力の時間変化解析の結果、図５（ｂ）は二点間距離が２０ｍｍの場合における応力の時間変化解析の結果である。また、図６（ａ）はスクライブ速度が７０ｍｍ／ｓの場合における温度の時間変化解析の結果、図６（ｂ）はスクライブ速度が８０ｍｍ／ｓの場合における温度の時間変化解析の結果である。 Further, FIG. 4A shows the result of temperature change analysis of the temperature when the distance between the two points is 5 mm. In FIG. 4, of the two peaks, the first from the left represents the center of the first heating point 201 shown in FIG. 1 (b), and the second represents the second peak shown in FIG. 1 (b). The center of the heating point 202 is represented. That is, the interval between the two peaks indicates the time (about 0.083 seconds) when the distance between the two points is 5 mm and the scribe speed is 60 mm / s in this analysis. FIG. 4B shows the same temperature analysis result when the distance between two points is 20 mm. FIG. 5A shows the result of the stress time change analysis when the distance between the two points is 5 mm, and FIG. 5B shows the result of the time change analysis of the stress when the distance between the two points is 20 mm. FIG. 6A shows the result of temperature change over time when the scribe speed is 70 mm / s, and FIG. 6B shows the result of temperature change over time when the scribe speed is 80 mm / s.
さらに、図７（ａ）はスクライブ速度が７０ｍｍ／ｓの場合における応力の解析結果、図７（ｂ）はスクライブ速度が８０ｍｍ／ｓの場合における応力の解析結果である。また、図８（ａ）は二点間距離とスクライブ深さの実測値及び最大引張応力の計算値との関係を示すグラフ、図８（ｂ）は二点間距離と最大引張応力の計算値及び最高到達温度の計算値並びにスクライブ加工の成功及び失敗の実験結果との関係を示すグラフである。また、図９はスクライブ速度が６０ｍｍ／ｓの場合における冷却位置と二点間距離との関係を示す実験結果である。さらに、図１０（ａ）は冷却水の噴射方向による失敗例を示す断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す失敗例の平面図、図１０（ｃ）は冷却水の噴射方向による成功例を示す断面図、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）に示す成功例の平面図、図１０（ｅ）は図１０（ｃ）に示す成功例の他の例を示す平面図である。また、図１１は二点間距離とレーザ出力との関係を示す実験結果である。 Further, FIG. 7A shows the stress analysis result when the scribe speed is 70 mm / s, and FIG. 7B shows the stress analysis result when the scribe speed is 80 mm / s. FIG. 8A is a graph showing the relationship between the distance between two points, the measured value of the scribe depth, and the calculated value of the maximum tensile stress, and FIG. 8B is the calculated value of the distance between the two points and the maximum tensile stress. 5 is a graph showing the relationship between the calculated value of the maximum temperature reached and the experimental result of success and failure of the scribing process. FIG. 9 shows experimental results showing the relationship between the cooling position and the distance between two points when the scribe speed is 60 mm / s. 10A is a cross-sectional view showing a failure example depending on the cooling water injection direction, FIG. 10B is a plan view of the failure example shown in FIG. 10A, and FIG. 10C is a cooling water injection. FIG. 10D is a plan view of the successful example shown in FIG. 10C, and FIG. 10E is a plan view showing another example of the successful example shown in FIG. 10C. FIG. FIG. 11 shows experimental results showing the relationship between the distance between two points and the laser output.
また、図１２（ａ）はスプリット比１：２の場合における温度の解析結果、図１２（ｂ）はスプリット比２：１の場合における温度の解析結果である。さらに、図１３は加熱点中心部の深さ方向の応力分布を示す解析結果である。また、図１４は、第１の加熱点及び／又は第２の加熱点の加熱密度を低下させるための第１の加熱点及び第２の加熱点の形状を説明するための説明図である。 FIG. 12A shows the temperature analysis result when the split ratio is 1: 2, and FIG. 12B shows the temperature analysis result when the split ratio is 2: 1. Furthermore, FIG. 13 is an analysis result showing the stress distribution in the depth direction at the center of the heating point. Moreover, FIG. 14 is explanatory drawing for demonstrating the shape of the 1st heating point and 2nd heating point for reducing the heating density of a 1st heating point and / or a 2nd heating point.
図１において、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、脆性基板２００上において、間隔を隔てて一の加熱点及び他の加熱点を加熱し、一の加熱点が他の加熱点による軌跡に重畳して、一の加熱点及び他の加熱点となるレーザ光を照射するレーザ照射手段１０と、脆性基板２００上において、冷却点２０３が一の加熱点による軌跡に重畳して、冷却点２０３となる冷媒を噴射する冷却手段２０と、を備えている。 In FIG. 1, the scribing apparatus 100 according to the present embodiment heats one heating point and another heating point at an interval on a brittle substrate 200, and the one heating point becomes a trajectory due to another heating point. The cooling point 203 is superimposed on the trajectory of one heating point on the brittle substrate 200 and the laser irradiation means 10 for irradiating the laser beam that is the one heating point and the other heating point. And a cooling means 20 for injecting the refrigerant.
なお、他の加熱点は、一の加熱点（以下、第２の加熱点２０２と称す）よりも熱量が低いのであれば、複数の加熱点であってもよいが、他の加熱点を単数の加熱点（以下、第１の加熱点２０１と称す）とすることで、後述する光学系の設計が簡便にできるために好ましい。 The other heating points may be a plurality of heating points as long as the amount of heat is lower than that of one heating point (hereinafter referred to as the second heating point 202). The heating point (hereinafter referred to as the first heating point 201) is preferable because the design of the optical system described later can be simplified.
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００においては、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の形状を、略同一の径を有する略円形状にすることにより、後述する光学系を平行光で組み上げることができ、導光路を簡素化できるために好ましい。また、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２を略円形状にすることは、標準レンズを用いて焦点位置を調整することにより、加熱径を容易に調整できるために好ましい。 Further, in the scribing apparatus 100 according to the present embodiment, the first heating point 201 and the second heating point 202 are formed into a substantially circular shape having substantially the same diameter, whereby an optical system described later is provided. It is preferable because it can be assembled with parallel light and the light guide can be simplified. In addition, it is preferable that the first heating point 201 and the second heating point 202 have a substantially circular shape because the heating diameter can be easily adjusted by adjusting the focal position using a standard lens.
レーザ照射手段１０は、ＣＯ2レーザ等のレーザ光Ｌとなる定常波を生成するレーザ発振器１と、レーザ発振器１から出射されたレーザ光Ｌを一部透過するとともに、残りのレーザ光（以下、第２のレーザ光Ｌ２と称す）を反射して脆性基板２００の表面に照射するビームスプリッタ２と、ビームスプリッタ２から入射されたレーザ光（以下、第１のレーザ光Ｌ１と称す）を下方に反射して脆性基板２００の表面に照射する反射ミラー３とを備えている。すなわち、第１のレーザ光Ｌ１は、脆性基板２００上に照射されることで、第１の加熱点２０１となり、第２のレーザ光Ｌ２は、脆性基板２００上に照射されることで、第２の加熱点２０２となる。 The laser irradiating means 10 transmits a part of the laser beam L emitted from the laser oscillator 1 that generates a standing wave to be a laser beam L such as a CO 2 laser, and the remaining laser beam (hereinafter referred to as a first laser beam). Beam splitter 2 that reflects and irradiates the surface of the brittle substrate 200, and the laser beam incident from the beam splitter 2 (hereinafter referred to as the first laser beam L1) is reflected downward. And the reflecting mirror 3 for irradiating the surface of the brittle substrate 200. That is, the first laser beam L1 is irradiated on the brittle substrate 200 to be the first heating point 201, and the second laser beam L2 is irradiated on the brittle substrate 200, so that the second laser beam L1 is irradiated with the second laser beam L2. The heating point 202 becomes.
なお、本実施形態に係るビームスプリッタ２は、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とのスプリット比が１対２になるようにレーザ光Ｌを分光しているが、第１の加熱点２０１よりも第２の加熱点２０２の熱量が高くなるのであれば、このスプリット比に限られるものではない。また、本実施形態に係るビームスプリッタ２は、レーザ発振器１からのレーザ光Ｌを脆性基板２００に対して略垂直に反射するように、レーザ光Ｌの進行方向に対して４５度傾けて配置している。 The beam splitter 2 according to the present embodiment splits the laser light L so that the split ratio of the first laser light L1 and the second laser light L2 is 1: 2. As long as the amount of heat at the second heating point 202 is higher than that at the heating point 201, the split ratio is not restrictive. Further, the beam splitter 2 according to the present embodiment is disposed with an inclination of 45 degrees with respect to the traveling direction of the laser light L so as to reflect the laser light L from the laser oscillator 1 substantially perpendicularly to the brittle substrate 200. ing.
また、本実施形態に係る反射ミラー３は、基材に金を蒸着して形成し、入射光を全反射して出射光とする金コートミラーであり、ビームスプリッタ２を透過した第１のレーザ光Ｌ１を脆性基板２００に対して略垂直に反射するように、第１のレーザ光Ｌ１の進行方向に対して４５度傾けて配置している。 The reflection mirror 3 according to the present embodiment is a gold-coated mirror that is formed by vapor deposition of gold on a base material, totally reflects incident light to be emitted light, and is a first laser that passes through the beam splitter 2. In order to reflect the light L1 substantially perpendicularly to the brittle substrate 200, the light L1 is disposed at an inclination of 45 degrees with respect to the traveling direction of the first laser light L1.
また、本実施形態に係る反射ミラー３は、マイクロメータ４により、第１の加熱点２０１（反射ミラー３）及び第２の加熱点２０２（ビームスプリッタ２）間の距離を、水平方向に精密に調整できる構成である。しかしながら、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２間の距離を変更することなく、固定するのであれば、レーザ照射手段１０にマイクロメータ４を備える必要はない。 In addition, the reflection mirror 3 according to this embodiment uses the micrometer 4 to accurately measure the distance between the first heating point 201 (reflection mirror 3) and the second heating point 202 (beam splitter 2) in the horizontal direction. The configuration can be adjusted. However, if the distance between the first heating point 201 and the second heating point 202 is fixed without being changed, the laser irradiation unit 10 does not need to include the micrometer 4.
また、本実施形態に係るレーザ照射手段１０は、１台のレーザ発振器１からのレーザ光Ｌを、ビームスプリッタ２により、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２として、脆性基板２００上に照射しているが、図１（ｃ）に示すように、ビームスプリッタ２を用いることなく、レーザ光の出力が異なる２台のレーザ発振器１を用いて、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を、脆性基板２００上に照射してもよい。 Further, the laser irradiation means 10 according to the present embodiment uses the beam splitter 2 to convert the laser light L from one laser oscillator 1 into the first laser light L1 and the second laser light L2 on the brittle substrate 200. As shown in FIG. 1 (c), the first laser beam L1 and the second laser beam 2 are used by using two laser oscillators 1 having different laser beam outputs without using the beam splitter 2. The brittle substrate 200 may be irradiated with the laser beam L2.
冷却手段２０は、水等の液体又は空気やヘリウム等の気体を冷媒として、脆性基板２００の表面に向けて噴射し、脆性基板２００の表面を冷却するのであれば、特に限定されるものではない。なお、本実施形態に係る冷却手段２０においては、水を冷媒として、冷却ノズル２０ａから冷却水Ｗを噴水している。また、冷却水Ｗは、脆性基板２００上に噴射されることで、冷却点２０３となる。特に、本実施形態に係る冷却手段２０においては、１本の冷却ノズル２０ａから脆性基板２００の一の冷却点２０３に向けて冷却水Ｗを噴水しているが、複数の冷却ノズル２０ａから脆性基板２００の一の冷却点２０３に向けて冷却水Ｗを噴水してもよい。 The cooling means 20 is not particularly limited as long as it cools the surface of the brittle substrate 200 by injecting the liquid such as water or a gas such as air or helium toward the surface of the brittle substrate 200 as a coolant. . In the cooling unit 20 according to the present embodiment, the cooling water W is sprayed from the cooling nozzle 20a using water as a refrigerant. Further, the cooling water W becomes a cooling point 203 by being sprayed onto the brittle substrate 200. In particular, in the cooling means 20 according to the present embodiment, the cooling water W is sprayed from one cooling nozzle 20a toward one cooling point 203 of the brittle substrate 200, but the brittle substrate is formed from the plurality of cooling nozzles 20a. The cooling water W may be fountained toward one cooling point 203 of 200.
また、本実施形態に係る冷却手段２０は、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の中心が通る直線（以下、スクライブ予定線２０５ａと称す）上であり、第２の加熱点２０２に対して第１の加熱点２０１の反対側において、冷却点２０３の中心の位置が、自由に調節できる構成である。しかしながら、第２の加熱点２０２及び冷却点２０３間の距離を変更することなく、固定するのであれば、冷却点２０３の中心の位置を自由に調節できる構成でなくてもよい。 In addition, the cooling means 20 according to the present embodiment is on a straight line (hereinafter, referred to as a scribe planned line 205a) passing through the centers of the first heating point 201 and the second heating point 202, and the second heating point 202. On the other hand, on the opposite side of the first heating point 201, the center position of the cooling point 203 can be freely adjusted. However, if the distance between the second heating point 202 and the cooling point 203 is fixed without changing, the center position of the cooling point 203 may not be freely adjustable.
特に、ＣＯ2レーザの波長は、水の吸収域であるために、冷却点２０３が第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の軌跡を追従するように、冷却手段２０を配置することで、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２による加熱の妨げにならず、引張応力の低下を抑制することができる。 In particular, since the wavelength of the CO 2 laser is in the water absorption region, the cooling means 20 is arranged so that the cooling point 203 follows the trajectory of the first heating point 201 and the second heating point 202. Thus, heating by the first heating point 201 and the second heating point 202 is not hindered, and a decrease in tensile stress can be suppressed.
なお、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、脆性基板２００をステージ３０上に載置して、図示しないアクチュエータにより、レーザ照射手段１０に対して水平方向に移動可能にしているが、脆性基板２００とレーザ照射手段１０とを相対的に平行移動できるのであれば、この構成に限られるものではなく、例えば、固定したステージ３０に対してレーザ照射手段１０を水平方向に移動可能にしてもよい。 In the scribing apparatus 100 according to the present embodiment, the brittle substrate 200 is placed on the stage 30 and is movable in the horizontal direction with respect to the laser irradiation means 10 by an actuator (not shown). The configuration is not limited to this configuration as long as 200 and the laser irradiation unit 10 can be relatively moved in parallel. For example, the laser irradiation unit 10 may be movable in the horizontal direction with respect to the fixed stage 30. .
つぎに、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００による、脆性基板２００に対するスクライブ線の形成方法（スクライブ加工方法）について説明する。なお、脆性基板２００の一端には、予め、工具を用いて形成した切欠きやレーザ光により穿孔した孔等による、スクライブ加工の開始点となる初期亀裂２０４が形成されている。 Next, a scribe line forming method (scribing method) for the brittle substrate 200 by the scribe processing apparatus 100 according to the present embodiment will be described. Note that an initial crack 204 serving as a starting point for scribing is formed at one end of the brittle substrate 200 in advance by a notch formed using a tool, a hole drilled by a laser beam, or the like.
まず、スクライブ加工装置１００は、脆性基板２００を載置したステージ３０を、第１の加熱点２０１が初期亀裂２０４に位置するようにセットする。 First, the scribing apparatus 100 sets the stage 30 on which the brittle substrate 200 is placed so that the first heating point 201 is positioned in the initial crack 204.
そして、スクライブ加工装置１００は、レーザ発振器１を駆動し、レーザ発振器１から出射されたレーザ光Ｌを、ビームスプリッタ２により、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に分光する。また、スクライブ加工装置１００は、冷却手段２０を起動して、冷却ノズル２０ａから脆性基板２００に向けて冷却水Ｗを噴射する。 The scribing apparatus 100 drives the laser oscillator 1 and splits the laser light L emitted from the laser oscillator 1 into the first laser light L1 and the second laser light L2 by the beam splitter 2. In addition, the scribing apparatus 100 activates the cooling unit 20 and jets the cooling water W from the cooling nozzle 20 a toward the brittle substrate 200.
一方、スクライブ加工装置１００は、ステージ３０を平行移動させるアクチュエータを駆動して、図１（ａ）において、紙面の左側に脆性基板２００を移動させる。これにより、脆性基板２００上の同一点において、時間を異にして、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とが順次照射され、第２のレーザ光Ｌ２による第２の加熱点２０２が、第１のレーザ光Ｌ１による第１の加熱点２０１の軌跡に沿って、脆性基板２００に対して、図１（ａ）において、紙面の右側に移動することになる。 On the other hand, the scribing apparatus 100 drives an actuator that moves the stage 30 in parallel, and moves the brittle substrate 200 to the left side of the paper surface in FIG. Accordingly, the first laser beam L1 and the second laser beam L2 are sequentially irradiated at the same point on the brittle substrate 200 at different times, and the second heating point 202 by the second laser beam L2 is irradiated. However, along the locus of the first heating point 201 by the first laser beam L1, the brittle substrate 200 moves to the right side of the page in FIG.
また、脆性基板２００上の同一点において、時間を異にして、冷却水Ｗが第２のレーザ光Ｌ２の次に噴射され、冷却水Ｗによる冷却点２０３が、第２のレーザ光Ｌ２による第２の加熱点２０２の軌跡に沿って、脆性基板２００に対して、図１（ａ）において、紙面の右側に移動することになる。 Further, at the same point on the brittle substrate 200, the cooling water W is jetted next to the second laser light L2 at different times, and the cooling point 203 by the cooling water W becomes the second point by the second laser light L2. In FIG. 1A, the brittle substrate 200 moves to the right side of the paper surface along the trajectory of the second heating point 202.
そして、脆性基板２００は、スクライブ予定線２０５ａ上の任意の点において、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の通過後に冷却点２０３が通過することで、表面に急激な温度低下が生じると共に、内部に冷却の影響を受けない高温域が残存する熱分布となる。つまり、脆性基板２００の表面は、表面温度が軟化点より低く、引張応力場が存在し、脆性基板２００の内部は、内部温度が軟化点よりも高く、圧縮応力場が存在することになる。 The brittle substrate 200 has a rapid temperature drop on the surface when the cooling point 203 passes after passing through the first heating point 201 and the second heating point 202 at any point on the scribe line 205a. A heat distribution is generated and a high temperature region that is not affected by cooling remains inside. That is, the surface of the brittle substrate 200 has a surface temperature lower than the softening point and a tensile stress field exists, and the internal temperature of the brittle substrate 200 is higher than the softening point and a compressive stress field exists.
このため、脆性基板２００には、スクライブ予定線２０５ａの直下の熱応力として、表面近傍で引張応力が生じ、内部で圧縮応力が生じ、この引張応力の作用により、脆性基板２００の表面にスクライブ線２０５が発生する。一方、内部で生じた圧縮応力は、表面で発生したスクライブ線２０５が裏面に達しないように抑制（閉口）する作用をして、貫通亀裂にならないようにしている。このスクライブ線２０５は、ステージ３０の移動に伴う、第１の加熱点２０１、第２の加熱点２０２及び冷却点２０３の移動によって、脆性基板２００における初期亀裂２０４が形成された一端面から当該一端面に対向する他端面に向かって進展する。
以上により、スクライブ加工装置１００は、脆性基板２００上にスクライブ線２０５を形成する。
For this reason, in the brittle substrate 200, a tensile stress is generated in the vicinity of the surface as a thermal stress immediately below the planned scribe line 205a, and a compressive stress is generated in the interior. By the action of the tensile stress, a scribe line is formed on the surface of the brittle substrate 200. 205 occurs. On the other hand, the compressive stress generated inside suppresses (closes) the scribe line 205 generated on the front surface so as not to reach the back surface, thereby preventing a through crack. The scribe line 205 is formed from the one end face where the initial crack 204 in the brittle substrate 200 is formed by the movement of the first heating point 201, the second heating point 202, and the cooling point 203 as the stage 30 moves. It progresses toward the other end surface facing the end surface.
As described above, the scribing apparatus 100 forms the scribe line 205 on the brittle substrate 200.
なお、スクライブ線２０５に沿って脆性基板２００を割断（フルカット又はブレイク加工）する方法については、既存のブレイク加工装置を用いて、機械的に曲げ応力を作用させて割断するものであり、既存のブレイク加工装置及び方法についての説明は省略する。 In addition, about the method of cleaving (full cut or breaking process) the brittle board | substrate 200 along the scribe line 205, it cuts by applying a bending stress mechanically using the existing breaking process apparatus, A description of the breaking processing apparatus and method will be omitted.
つぎに、スクライブ加工における最適な加工条件について、スクライブ加工装置１００を用いた実験と、有限要素法（例えば、株式会社計算力学研究センター製「３次元熱加工問題専用／汎用伝熱解析プログラム（Quick Therm）」）による理論解析とにより検証する。 Next, for optimum machining conditions in scribing, experiments using the scribing machine 100 and a finite element method (for example, “Computational Mechanics Research Center Co., Ltd. Therm) ”) and the theoretical analysis.
なお、加工条件としては、第１の加熱点２０１の中心及び第２の加熱点２０２の中心間の距離（以下、二点間距離ｄhと称す）によるスクライブ加工の影響と、ステージ３０（第１の加熱点２０１、第２の加熱点２０２、冷却点２０３）の水平方向への移動速度（以下、スクライブ速度と称す）によるスクライブ加工の影響と、第２の加熱点２０２の中心及び冷却点２０３の中心間の距離（以下、冷却位置ｄcと称す）によるスクライブ加工の影響と、レーザ発振器１からのレーザ光Ｌの出力（以下、レーザ出力と称す）によるスクライブ加工の影響とについて、それぞれ検証した。 The processing conditions include the effect of scribing due to the distance between the center of the first heating point 201 and the center of the second heating point 202 (hereinafter referred to as the distance between two points d h ), and the stage 30 (first 1 heating point 201, second heating point 202, cooling point 203) by the scribing process due to the moving speed in the horizontal direction (hereinafter referred to as scribe speed), the center of the second heating point 202 and the cooling point 203 the distance between the centers of (hereinafter, referred cooling position d c) and the influence of scribing by the output of the laser beam L from the laser oscillator 1 (hereinafter, referred to as laser output) for the effects of scribing by, respectively Verified.
また、後述する実験１〜実験５に使用する脆性基板２００としては、矩形状（形状寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）のソーダ石灰ガラスを使用した。
また、後述する理論解析１〜理論解析６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す解析モデルを用い、図２（ｃ）に示す、脆性基板２００表面のスクライブ予定線２０５ａ上であり、脆性基板２００の中央にある点（以下、第１の点２００ａと称す）における、温度及び応力（引張応力、圧縮応力）の時間変化を解析した。なお、解析モデルは、スクライブ予定線２０５ａを基準として対照性があるために、脆性基板２００の表面に垂直であり、スクライブ予定線２０５ａを含む平面により分断される一方の領域に対して解析を行なった。
Moreover, as the brittle board | substrate 200 used for Experiment 1-Experiment 5 mentioned later, the rectangular shape (shape dimension 50mm x 50mm, thickness 0.7mm) was used.
Further, theoretical analysis 1 to theoretical analysis 6 to be described later use an analytical model shown in FIGS. 2A and 2B, and on a scribe line 205a on the surface of the brittle substrate 200 shown in FIG. 2C. The temperature and stress (tensile stress, compressive stress) change over time at a point in the center of the brittle substrate 200 (hereinafter referred to as the first point 200a) was analyzed. Since the analysis model has a contrast with respect to the planned scribe line 205a, analysis is performed on one region perpendicular to the surface of the brittle substrate 200 and divided by the plane including the planned scribe line 205a. It was.
また、後述する理論解析１〜理論解析６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す解析モデルを用い、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．１０ｍｍにある点（以下、第２の点２００ｂと称す）と、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．１５ｍｍにある点（以下、第３の点２００ｃと称す）と、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．２０ｍｍにある点（以下、第４の点２００ｄと称す）と、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．２５ｍｍにある点（以下、第５の点２００ｅ）とにおける、温度及び応力（引張応力、圧縮応力）を解析した。 Further, theoretical analysis 1 to theoretical analysis 6 described later use the analysis model shown in FIGS. 2A and 2B, and are directly below (depth) from the first point 200a to the brittle substrate 200 surface. A point located at 0.10 mm (hereinafter referred to as the second point 200b) and a point located directly below (depth) 0.15mm from the first point 200a to the surface of the brittle substrate 200 (hereinafter referred to as a third point). A point 200 c), a point perpendicular to the surface of the brittle substrate 200 (depth) 0.20 mm from the first point 200 a (hereinafter referred to as a fourth point 200 d), and a first point 200 a The temperature and stress (tensile stress, compressive stress) at a point (hereinafter referred to as the fifth point 200e) that is 0.25 mm vertically (depth) with respect to the surface of the brittle substrate 200 were analyzed.
まず、二点間距離ｄh及びスクライブ速度によるスクライブ加工の影響について、スクライブ加工装置１００を用いた実験１により検証する。
実験１では、二点間距離ｄh及びスクライブ速度を変化させた、次表１の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行ない、曲げ応力により分断することにより、図３（ａ）に示す結果が得られた。
First, the effect of scribing by the distance d h between two points and the scribing speed will be verified by Experiment 1 using the scribing apparatus 100.
In Experiment 1, scribing was performed on the brittle substrate 200 under the experimental conditions shown in the following Table 1 in which the distance d h between the two points and the scribe speed were changed, and the brittle substrate 200 was divided by bending stress, whereby FIG. ) Results were obtained.
なお、図３（ａ）において、丸印は、図３（ｂ）に示すように、スクライブ線２０５に沿って脆性基板２００を割断することができたこと（スクライブ加工の成功）を示し、三角印は、スクライブ加工に成功したが、図２（ｃ）に示すように、脆性基板２００の表面に蒸発痕２０６が生じたこと（蒸発痕あり）を示し、バツ印は、スクライブ線２０５に沿って脆性基板２００を割断することができなかったこと（スクライブ加工の失敗）を示している。また、後述する図８（ｂ）、図９及び図１１についても同様である。 In FIG. 3A, a circle indicates that the brittle substrate 200 could be cleaved along the scribe line 205 (success in scribe processing) as shown in FIG. The mark indicates that the scribing process was successful, but as shown in FIG. 2C, the evaporation mark 206 was generated on the surface of the brittle substrate 200 (there was an evaporation mark), and the cross mark was along the scribe line 205. This means that the brittle substrate 200 could not be cleaved (failed scribing process). The same applies to FIG. 8B, FIG. 9 and FIG.
図３（ａ）に示すように、スクライブ速度が６０ｍｍ／ｓの場合には、二点間距離ｄhを４ｍｍ〜２３ｍｍとする広い範囲でスクライブ加工が成功しているが、スクライブ速度が上がるにつれて、スクライブ加工の成功する範囲が狭くなり、スクライブ速度が９０ｍｍ／ｓの場合には、二点間距離ｄhに関わらず、スクライブ加工が失敗していることがわかる。
さらに、二点間距離ｄhのみによるスクライブ加工の影響を検証するために、有限要素法による理論解析１により検証する。
As shown in FIG. 3A, when the scribe speed is 60 mm / s, scribing has been successful in a wide range in which the distance between two points d h is 4 mm to 23 mm, but as the scribe speed increases. It can be seen that when the scribing success range is narrow and the scribing speed is 90 mm / s, the scribing has failed regardless of the distance d h between the two points.
Furthermore, in order to verify the influence of the scribing process by only the distance d h between the two points, verification is performed by theoretical analysis 1 using the finite element method.
理論解析１では、前述した実験１の実験条件２における、スクライブ加工に成功した二点間距離ｄh（＝５ｍｍ）とスクライブ加工に失敗した二点間距離ｄh（＝２０ｍｍ）との解析条件下（次表２）において、有限要素法による解析を行なうことにより、図４及び図５に示す結果が得られた。 In the theoretical analysis 1, the analysis conditions of the distance between two points d h (= 5 mm) that succeeded in scribing and the distance between two points d h (= 20 mm) that failed in scribing in the experimental condition 2 of Experiment 1 described above. The results shown in FIG. 4 and FIG. 5 were obtained by performing analysis by the finite element method below (Table 2 below).
なお、図４及び図５において、太い実線は第１の点２００ａにおける温度及び応力の時間変化を示し、点線は第２の点２００ｂにおける温度及び応力の時間変化を示し、細い実線は第３の点２００ｃにおける温度及び応力の時間変化を示し、破線は第４の点２００ｄにおける温度及び応力の時間変化を示し、長破線は第５の点２００ｅにおける温度及び応力の時間変化を示している。また、図５において、応力０Ｐａを境界として、上側（正の値）が引張応力であり、下側（負の値）が圧縮応力である。また、後述する図７についても同様である。 In FIGS. 4 and 5, the thick solid line indicates the time change of the temperature and stress at the first point 200a, the dotted line indicates the time change of the temperature and stress at the second point 200b, and the thin solid line indicates the third point. The time and temperature change at the point 200c are shown, the broken line shows the temperature and stress change at the fourth point 200d, and the long broken line shows the temperature and stress change at the fifth point 200e. In FIG. 5, with the stress 0 Pa as a boundary, the upper side (positive value) is tensile stress, and the lower side (negative value) is compressive stress. The same applies to FIG. 7 described later.
図４に示すように、スクライブ加工に成功した二点間距離ｄh（＝５ｍｍ）の場合（図４（ａ））は、スクライブ加工に失敗した二点間距離ｄh（＝２０ｍｍ）の場合（図４（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける温度の最大値（以下、最高到達温度と称す）が、高いことがわかる。 As shown in FIG. 4, in the case of the distance between two points d h (= 5 mm) that succeeded in the scribe processing (FIG. 4A), the case of the distance between two points d h (= 20 mm) that failed in the scribe processing. It can be seen that the maximum value of the temperature at the first point 200a (hereinafter referred to as the maximum temperature reached) is higher than that of (FIG. 4B).
また、図５に示すように、スクライブ加工に成功した二点間距離ｄh（＝５ｍｍ）の場合（図５（ａ））は、スクライブ加工に失敗した二点間距離ｄh（＝２０ｍｍ）の場合（図５（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける引張応力の最大値（以下、最大引張応力と称す）が、大きいことがわかる。
さらに、スクライブ速度のみによるスクライブ加工の影響を検証するために、有限要素法による理論解析２により検証する。
Further, as shown in FIG. 5, in the case of the distance between two points d h (= 5 mm) that succeeded in the scribing process (FIG. 5A), the distance between the two points d h (= 20 mm) that failed in the scribing process. It can be seen that the maximum value of the tensile stress at the first point 200a (hereinafter referred to as the maximum tensile stress) is larger than in the case of FIG. 5 (FIG. 5B).
Furthermore, in order to verify the influence of the scribing process by only the scribing speed, verification is performed by theoretical analysis 2 using a finite element method.
理論解析２では、前述した実験１の実験条件２及び実験条件３（共に、二点間距離ｄhが１０ｍｍの場合）における、スクライブ加工に成功したスクライブ速度（＝７０ｍｍ／ｓ）とスクライブ加工に失敗したスクライブ速度（＝８０ｍｍ／ｓ）との解析条件下（次表３）において、有限要素法による解析を行なうことにより、図６及び図７に示す結果が得られた。 In the theoretical analysis 2, the scribing speed (= 70 mm / s) and the scribing process succeeded in the scribing process in the experimental condition 2 and the experimental condition 3 of the above-described experiment 1 (both when the distance d h between the two points is 10 mm). The analysis shown in FIGS. 6 and 7 was obtained by performing the analysis by the finite element method under the analysis conditions (next table 3) with the failed scribe speed (= 80 mm / s).
図６に示すように、スクライブ加工に成功したスクライブ速度（＝７０ｍｍ／ｓ）の場合（図６（ａ））は、スクライブ加工に失敗したスクライブ速度（＝８０ｍｍ／ｓ）の場合（図６（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける最高到達温度が、高いことがわかる。 As shown in FIG. 6, in the case of the scribe speed (= 70 mm / s) that succeeded in the scribe process (FIG. 6A), the case of the scribe speed that failed in the scribe process (= 80 mm / s) (FIG. 6 ( It can be seen that the highest temperature reached at the first point 200a is higher than in b)).
また、図７に示すように、スクライブ加工に成功したスクライブ速度（＝７０ｍｍ／ｓ）の場合（図７（ａ））は、スクライブ加工に失敗したスクライブ速度（＝８０ｍｍ／ｓ）の場合（図７（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける最大引張応力が、大きいことがわかる。 Further, as shown in FIG. 7, in the case of the scribe speed (= 70 mm / s) that succeeded in the scribe process (FIG. 7A), the case of the scribe speed (= 80 mm / s) that failed in the scribe process (see FIG. 7). 7 (b)), it can be seen that the maximum tensile stress at the first point 200a is large.
さらに、二点間距離ｄh及び／又はスクライブ速度によるスクライブ加工の影響について、スクライブ加工装置１００を用いた実験２と、有限要素法による理論解析３及び理論解析４とにより比較検証する。 Further, the effect of scribing by the distance between two points d h and / or the scribing speed is compared and verified by Experiment 2 using the scribing apparatus 100, and theoretical analysis 3 and theoretical analysis 4 by the finite element method.
実験２では、二点間距離ｄhを変化させた、次表４の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行なうことにより、スクライブ線２０５の深さについて、図８（ａ）に示す結果（丸印で示す実験値）が得られた。 In Experiment 2, by scribing the brittle substrate 200 under the experimental conditions shown in the following Table 4 where the distance d h between the two points is changed, the depth of the scribe line 205 is shown in FIG. (Results indicated by circles) were obtained.
また、理論解析３では、二点間距離ｄhを変化させた、次表４の解析条件下において、有限要素法による解析を行なうことにより、第１の点２００ａにおける最大引張応力について、図８（ａ）に示す結果（四角印で示す理論計算値）が得られた。 In the theoretical analysis 3, the maximum tensile stress at the first point 200a is shown in FIG. 8 by performing an analysis by the finite element method under the analysis conditions in the following table 4 where the distance d h between the two points is changed. The results shown in (a) (theoretical calculation values indicated by square marks) were obtained.
図８（ａ）に示すように、スクライブ線２０５の深さは、二点間距離ｄhに比例して、浅くなっていることがわかる。
また、理論解析４では、二点間距離ｄh及びスクライブ速度を変化させた、次表５の解析条件下において、有限要素法による解析を行なうことにより、第１の点２００ａにおける最大引張応力及び最高到達温度について、図８（ｂ）に示す結果が得られた。
As shown in FIG. 8A, it can be seen that the depth of the scribe line 205 is shallower in proportion to the distance d h between the two points.
In the theoretical analysis 4, the maximum tensile stress at the first point 200a and the first point 200a are analyzed by performing the analysis by the finite element method under the analysis conditions of the following table 5 in which the distance d h between the two points and the scribe speed are changed. The results shown in FIG. 8B were obtained for the maximum temperature reached.
なお、図８（ｂ）に示す最大引張応力については、実験１で得られた結果（スクライブ加工の成功：丸印、スクライブ加工の失敗：バツ印）を追記している。
図８（ｂ）に示すように、二点間距離ｄhが狭まるにつれて、最大引張応力は大きくなるが、最高到達温度が上昇するために、図３（ａ）に示すように、蒸発痕２０６が残る場合があることがわかる。また、図８（ｂ）に示すように、二点間距離ｄhが広がるにつれて、最大引張応力は小さくなり、やがてスクライブ加工に失敗することになることがわかる。また、図８（ｂ）に示すように、スクライブ速度が上がるにつれて、最大引張応力は小さくなるため、スクライブ加工に成功する範囲が狭くなっていることがわかる。
For the maximum tensile stress shown in FIG. 8B, the results obtained in Experiment 1 (success in scribing: circle, failure in scribing: cross mark) are added.
As shown in FIG. 8B, the maximum tensile stress increases as the distance d h between the two points decreases. However, since the maximum temperature reached increases, as shown in FIG. It can be seen that may remain. Further, as shown in FIG. 8B, it can be seen that as the distance d h between the two points increases, the maximum tensile stress decreases and the scribing process eventually fails. Further, as shown in FIG. 8B, the maximum tensile stress decreases as the scribe speed increases, and thus it can be seen that the range of successful scribe processing is narrowed.
つぎに、冷却位置ｄcによるスクライブ加工の影響について、スクライブ加工装置１００を用いた実験３により検証する。
実験３では、冷却位置ｄcを変化させた、次表６の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行ない、曲げ応力により割断することにより、図９に示す結果が得られた。
Next, the influence of scribing by the cooling position d c, is verified by experiment 3 using the scribing apparatus 100.
In Experiment 3, changing the cooling position d c, under the experimental conditions in the following table 6 performs scribing against brittle substrate 200, by cleaving the bending stress, the results shown in FIG. 9 was obtained .
図９に示すように、冷却位置ｄcが２ｍｍの場合には、二点間距離ｄhを４ｍｍ〜２３ｍｍとする広い範囲でスクライブ加工が成功しているが、冷却位置ｄcが３ｍｍ及び４ｍｍの場合には、スクライブ線２０５が全く形成できず、二点間距離ｄhに関わらず、スクライブ加工が失敗していることがわかる。 As shown in FIG. 9, when the cooling position d c is 2mm, although scribing is successful in a wide range with 4mm~23mm the distance d h between two points, the cooling position d c is 3mm and 4mm In this case, the scribe line 205 cannot be formed at all, and it can be seen that the scribe process has failed regardless of the distance d h between the two points.
すなわち、レーザ光Ｌが総出力５０Ｗであり、スプリット比が１：２である場合に、スクライブ加工における最適な加工条件としては、冷却位置ｄcを３ｍｍ未満の間隔に設定することが好ましく、冷却位置ｄcを２ｍｍに設定することがより好ましいことがわかる。 That is, a laser beam L is the total output 50 W, the split ratio is 1: when it is 2, the optimum processing conditions in scribing, it is preferable to set the cooling position d c a spacing of less than 3 mm, cooled the position d c it can be seen that it is more preferably set to 2 mm.
これは、冷却位置ｄcが２ｍｍより広い場合には、冷却点２０３が第２の加熱点２０２の軌跡に重畳する前に、第２の加熱点２０２による熱が空気中に放熱してしまうために、脆性基板２００に対する加熱が不足し、スクライブ予定線２０５ａにおける引張応力が不足して、スクライブ線２０５が形成できないためと考えられる。 This is because when the cooling position d c is greater than 2mm, before cooling point 203 is superimposed on the trajectory of the second heating point 202, heat of the second heating point 202 will be dissipated into the air Further, it is considered that the heating to the brittle substrate 200 is insufficient, the tensile stress in the scribe line 205a is insufficient, and the scribe line 205 cannot be formed.
また、冷却位置ｄcが２ｍｍより狭い場合には、第２のレーザ光Ｌ２が冷却水Ｗに接触し、冷却水Ｗが第２のレーザ光Ｌ２を吸収するために、脆性基板２００に対する加熱が不足し、スクライブ予定線２０５ａにおける引張応力が不足して、スクライブ線２０５が形成できないためと考えられる。 Further, when the cooling position d c is smaller than 2mm, the second laser beam L2 is in contact with the cooling water W, the cooling water W is to absorb the second laser beam L2, the heating of the brittle substrate 200 This is presumably because the scribe line 205 cannot be formed due to a shortage of tensile stress in the scribe line 205a.
特に、冷却水Ｗの噴射方向は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、飛散した冷却水Ｗが第２のレーザ光Ｌ２に及んでしまうと、スクライブ加工に失敗したために、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示すように、飛散した冷却水Ｗが第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に及ばないように、設定することが好ましい。また、図１０（ｅ）に示すように、飛散した冷却水Ｗが第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に及ばないように、冷却水Ｗの噴射方向を設定し、２本の冷却ノズル２０ａから脆性基板２００に向けて冷却水Ｗを噴水してもよい。 In particular, as shown in FIGS. 10A and 10B, the spraying direction of the cooling water W is because the scribing process has failed when the scattered cooling water W reaches the second laser light L2. As shown in FIGS. 10C and 10D, it is preferable to set so that the scattered cooling water W does not reach the first laser light L1 and the second laser light L2. Further, as shown in FIG. 10E, the injection direction of the cooling water W is set so that the scattered cooling water W does not reach the first laser light L1 and the second laser light L2, and the two water The cooling water W may be sprayed from the cooling nozzle 20a toward the brittle substrate 200.
つぎに、レーザ光Ｌの出力によるスクライブ加工の影響について、スクライブ加工装置１００を用いた実験４により検証する。
実験４では、レーザ光Ｌの出力を変化させた、次表７の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行ない、曲げ応力により割断することにより、図１１に示す結果が得られた。
Next, the influence of the scribing process due to the output of the laser beam L is verified by Experiment 4 using the scribing apparatus 100.
In Experiment 4, the results shown in FIG. 11 are obtained by scribing the brittle substrate 200 under the experimental conditions shown in Table 7 below, where the output of the laser beam L is changed, and cleaving with bending stress. It was.
図１１に示すように、第２のレーザ光Ｌ２の出力が３３Ｗの場合には、二点間距離ｄhを３ｍｍ〜２３ｍｍとする広い範囲でスクライブ加工が成功しているが、第２のレーザ光Ｌ２の出力を下げるにつれて、スクライブ加工の成功する範囲が狭くなることがわかる。逆に、第２のレーザ光Ｌ２の出力を高くする（３３Ｗの場合）と、場合（二点間距離ｄhが２ｍｍ）によっては、蒸発痕２０６が生じていることがわかる。 As shown in FIG. 11, when the output of the second laser beam L2 is 33 W, scribing has been successful in a wide range where the distance d h between the points is 3 mm to 23 mm. It can be seen that as the output of the light L2 is lowered, the range in which the scribing process is successful becomes narrower. Conversely, when the output of the second laser beam L2 is increased (in the case of 33 W), it can be seen that depending on the case (the distance d h between the two points is 2 mm), the evaporation mark 206 is generated.
従って、二点間距離ｄhが狭すぎる場合には、脆性基板２００表面の急激な温度上昇のため蒸発痕２０６が発生し、二点間距離ｄhが広すぎる場合には、脆性基板２００表面の引張応力が不足する。このため、速度条件によって、最適な二点間距離ｄhを設定する必要がある。 Therefore, when the distance d h between the two points is too narrow, evaporation marks 206 are generated due to a rapid temperature rise on the surface of the brittle substrate 200, and when the distance d h between the two points is too wide, the surface of the brittle substrate 200 The tensile stress of is insufficient. For this reason, it is necessary to set the optimal distance between two points d h depending on the speed condition.
つぎに、第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）が第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）よりも熱量（レーザ出力）が高いことによる作用効果について、スクライブ加工装置１００を用いた実験５と、有限要素法による理論解析５及び理論解析６とにより検証する。 Next, a scribing apparatus will be described with respect to the effect of the second heating point 202 (second laser beam L2) having a higher amount of heat (laser output) than the first heating point 201 (first laser beam L1). Verification is performed by Experiment 5 using 100, theoretical analysis 5 and theoretical analysis 6 by the finite element method.
なお、実験５では、第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）が第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）よりも熱量（レーザ出力）が高い場合（特許文献２に相当、以下、比較例１と称す）について検証する。 In Experiment 5, the first heating point 201 (first laser beam L1) has a higher amount of heat (laser output) than the second heating point 202 (second laser beam L2) (see Patent Document 2). Correspondingly, hereinafter referred to as Comparative Example 1) will be verified.
また、理論解析５では、第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）が第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）よりも熱量（レーザ出力）が高い場合（本発明に相当、以下、実施例１と称す）と、比較例１とについて検証する。
また、理論解析６では、実施例１と、比較例１と、加熱点が１点の場合（以下、比較例２と称す）とについて検証する。
実験５では、二点間距離ｄhを変化させた、次表８の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行なった。
Further, in the theoretical analysis 5, when the second heating point 202 (second laser beam L2) has a higher amount of heat (laser output) than the first heating point 201 (first laser beam L1) (in the present invention). Correspondingly, hereinafter referred to as Example 1) and Comparative Example 1 are verified.
The theoretical analysis 6 verifies Example 1, Comparative Example 1, and the case where there is one heating point (hereinafter referred to as Comparative Example 2).
In Experiment 5, scribing was performed on the brittle substrate 200 under the experimental conditions shown in Table 8 below where the distance d h between the two points was changed.
実験５の実験結果としては、図８（ｂ）に示すように、スクライブ加工が失敗した場合と、スクライブ線２０５が脆性基板２００の裏面にまで達する割断（フルカット）した場合とに分かれ、スクライブ加工が成功する場合はなかった。 As shown in FIG. 8B, the experimental result of Experiment 5 is divided into a case where the scribing process fails and a case where the scribe line 205 is cleaved (full cut) reaching the back surface of the brittle substrate 200. There was no case of successful processing.
また、理論解析５では、次表９の解析条件下において、有限要素法による解析を行なうことにより、図１２に示す結果が得られた。 Moreover, in the theoretical analysis 5, the result shown in FIG. 12 was obtained by performing the analysis by the finite element method under the analysis conditions of the following Table 9.
なお、図１２において、細い実線は第１の点２００ａにおける温度の時間変化を示し、中太の実線は第２の点２００ｂにおける温度の時間変化を示し、太い実線は第３の点２００ｃにおける温度の時間変化を示し、細い破線は第４の点２００ｄにおける温度の時間変化を示し、太い破線は第５の点２００ｅにおける温度の時間変化を示している。 In FIG. 12, the thin solid line shows the time change of the temperature at the first point 200a, the thick solid line shows the time change of the temperature at the second point 200b, and the thick solid line shows the temperature at the third point 200c. The thin broken line shows the time change of the temperature at the fourth point 200d, and the thick broken line shows the time change of the temperature at the fifth point 200e.
図１２に示すように、実施例１（図１２（ａ））は、比較例１（図１２（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける最高到達温度が高いことがわかる。
また、理論解析６では、二点間距離ｄhを変化させた、前表９の解析条件下において、有限要素法による解析を行なうことにより、図１３に示す結果が得られた。
As shown in FIG. 12, it can be seen that Example 1 (FIG. 12A) has a higher maximum temperature at the first point 200a compared to Comparative Example 1 (FIG. 12B).
Further, in the theoretical analysis 6, the results shown in FIG. 13 were obtained by performing the analysis by the finite element method under the analysis conditions shown in Table 9 with the distance d h between the two points changed.
図１３に示すように、実施例１（図１３の太い実線）は、比較例１（図１３の破線）及び比較例２（図１３の細い実線）と比較して、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．３ｍｍ近傍において、最大引張応力が小さいことがわかる。 As shown in FIG. 13, Example 1 (thick solid line in FIG. 13) starts from the first point 200a as compared with Comparative Example 1 (broken line in FIG. 13) and Comparative Example 2 (thin solid line in FIG. 13). It can be seen that the maximum tensile stress is small in the vicinity of 0.3 mm directly below (depth) perpendicular to the surface of the brittle substrate 200.
すなわち、比較例１及び比較例２では、脆性基板２００表面から深さ０．３ｍｍ近傍にかけて最大引張応力が大きくなるために、スクライブ線２０５となる亀裂が圧縮応力の部分を回避して反るように進展し、その後、脆性基板２００表面に掛かる引張応力により、フルカットになり易いものと考えられる。 That is, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the maximum tensile stress increases from the surface of the brittle substrate 200 to a depth of about 0.3 mm, so that the crack that becomes the scribe line 205 is warped while avoiding the compressive stress portion. It is considered that a full cut is likely to occur due to the tensile stress applied to the surface of the brittle substrate 200 thereafter.
また、第１の加熱点２０１（比較例２では１点の加熱点）の軌跡に冷却点２０３が重畳するまでに、第１の加熱点２０１の熱量が脆性基板２００の深さ方向に浸透し、浸透した地点に圧縮応力場が生じ、スクライブ線２０５となる亀裂の深さ方向への成長を制止するストッパーとなる。このため、比較例１及び比較例２では、第１の加熱点２０１（比較例２では１点の加熱点）の熱量が高いために、熱が深くまで浸透し、スクライブ線２０５となる亀裂が深くなり、脆性基板２００をフルカットしたものと考えられる。 In addition, the amount of heat of the first heating point 201 penetrates in the depth direction of the brittle substrate 200 until the cooling point 203 is superimposed on the locus of the first heating point 201 (one heating point in Comparative Example 2). , A compressive stress field is generated at the permeated point, and serves as a stopper that stops the growth in the depth direction of the crack that becomes the scribe line 205. For this reason, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, since the amount of heat at the first heating point 201 (one heating point in Comparative Example 2) is high, the heat penetrates deeply and cracks that become scribe lines 205 occur. It is considered that the brittle substrate 200 was fully cut deeper.
これに対し、実施例１では、第１の加熱点２０１の熱量を低くすることで、スクライブ線２０５となる亀裂の深さ方向への成長を抑制すると共に、第２の加熱点２０２の熱量を高くすることで、冷却点２０３との急激な温度差により、脆性基板２００の表面における引張応力を高めることができる。 On the other hand, in Example 1, by suppressing the amount of heat of the first heating point 201, the growth in the depth direction of the crack that becomes the scribe line 205 is suppressed, and the amount of heat of the second heating point 202 is reduced. By making it high, the tensile stress on the surface of the brittle substrate 200 can be increased due to a rapid temperature difference from the cooling point 203.
すなわち、第１の加熱点２０１は、スクライブ線２０５となる亀裂の深さ方向への成長を制止するという役割を有し、第２の加熱点２０２は、スクライブ線２０５となる亀裂を面方向に成長（開口）させるという役割を有する。 That is, the first heating point 201 has a role of stopping the growth in the depth direction of the crack that becomes the scribe line 205, and the second heating point 202 has the crack that becomes the scribe line 205 in the surface direction. It has a role of growing (opening).
従って、脆性基板２００の表面における充分な引張応力を確保しつつ、脆性基板２００の内部における引張応力を抑制するためには、第２の加熱点２０２の熱量を第１の加熱点２０１の熱量よりも高くする必要がある。 Therefore, in order to suppress the tensile stress inside the brittle substrate 200 while securing a sufficient tensile stress on the surface of the brittle substrate 200, the amount of heat at the second heating point 202 is made larger than the amount of heat at the first heating point 201. Need to be higher.
以上のように、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、複雑な光学系を用いてレーザ光による加熱点を楕円形状にする必要がなく、２点の加熱点における二点間距離ｄh及び各レーザ出力を調整するという比較的簡単な方法により、様々な加工条件に対してスクライブ加工が成立するように、柔軟に対応することができるという作用効果を奏する。 As described above, the scribing apparatus 100 according to the present embodiment does not need to make the heating point by the laser beam elliptical using a complicated optical system, and the distance between the two points d h at the two heating points and By a relatively simple method of adjusting each laser output, there is an effect that it is possible to flexibly cope with scribing for various processing conditions.
特に、レーザ光による加熱点を楕円形状にする場合には、加熱点の形状やレーザ光の出力分布を変更することが困難であるのに対して、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、複雑な光学系を用いることなく、装置の簡素化によるコストの削減や、スクライブ加工の高速化による作業時間の短縮に繋げることができるという作用効果を奏する。 In particular, when the heating point by the laser beam is elliptical, it is difficult to change the shape of the heating point and the output distribution of the laser beam, whereas the scribing apparatus 100 according to the present embodiment is There is an effect that the cost can be reduced by simplifying the apparatus and the working time can be shortened by speeding up the scribing without using a complicated optical system.
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、二点間距離ｄhを調整することにより、スクライブ線２０５の深さの制御が可能であり、従来から使用されている板厚の厚いガラス基板のみならず、テレビや携帯電話等に使用される薄いガラス基板に対しても、簡便に適用することができるという作用効果を奏する。 In addition, the scribing apparatus 100 according to the present embodiment can control the depth of the scribe line 205 by adjusting the distance d h between the two points, and a conventionally used thick glass substrate. In addition to the thin glass substrate used for televisions, mobile phones, and the like, there is an effect that it can be easily applied.
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）が、スクライブ線２０５となる亀裂の深さ方向への成長を抑制すると共に、第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）が、冷却点２０３に近いために、脆性基板２００の表面における引張応力を高め、亀裂を成長させることができるという作用効果を奏する。なお、この引張応力は、亀裂を開口（成長）させる作用を有する。 Further, the scribing apparatus 100 according to the present embodiment suppresses the growth of the first heating point 201 (first laser beam L1) in the depth direction of the crack that becomes the scribe line 205 and the second heating point 201. Since the heating point 202 (second laser beam L2) is close to the cooling point 203, there is an effect that the tensile stress on the surface of the brittle substrate 200 can be increased and a crack can be grown. This tensile stress has an action of opening (growing) the crack.
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）と第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）との距離を制御することにより、スクライブ加工の深さを制御することができるという作用効果を奏する。すなわち、薄い板厚の脆性基板２００に対しては、脆性基板が分断しない（フルカットとならない）ように、亀裂（スクライブ線２０５）の深さを浅くし、厚い板厚の脆性基板２００に対しては、亀裂（スクライブ線２０５）の深さを浅くすることができる。 The scribing apparatus 100 according to the present embodiment controls the distance between the first heating point 201 (first laser beam L1) and the second heating point 202 (second laser beam L2). There is an effect that the depth of scribing can be controlled. That is, with respect to the brittle substrate 200 having a thin plate thickness, the depth of the crack (scribe line 205) is made shallow so that the brittle substrate is not divided (not fully cut). As a result, the depth of the crack (scribe line 205) can be reduced.
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第２の加熱点２０２の熱量を第１の加熱点２０１の熱量よりも高くし、最適な加工条件を設定することで、スクライブ加工の開始端（初期亀裂２０４がある端面）における、不規則な割れを防止することができるという作用効果を奏する。 In addition, the scribing apparatus 100 according to the present embodiment sets the optimal amount of processing by setting the amount of heat at the second heating point 202 to be higher than the amount of heat at the first heating point 201, thereby starting the scribing process. There is an effect that irregular cracks in the (end face with the initial crack 204) can be prevented.
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第２の加熱点２０２の熱量を第１の加熱点２０１の熱量よりも高くし、最適な加工条件を設定することで、スクライブ加工の終了端における欠けや曲がりを防止することができるという作用効果を奏する。 In addition, the scribing apparatus 100 according to the present embodiment sets the optimal amount of heat at the second heating point 202 to be higher than the amount of heat at the first heating point 201, thereby setting the end of the scribing process. There is an effect that it is possible to prevent chipping or bending in the case.
特に、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の直径、二点間距離ｄh及びレーザ出力を調整することで、スクライブ線２０５を構成する深さ方向の面（スクライブ面）の曲がりを防止することができるという作用効果を奏する。 In particular, the scribing apparatus 100 according to the present embodiment configures the scribe line 205 by adjusting the diameter, the distance d h between the two points, and the laser output of the first heating point 201 and the second heating point 202. There is an effect that the bending of the surface in the depth direction (scribe surface) can be prevented.
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、割断面にパーティクルの発生が少ないことや、ガラスエッジの強度が向上すること等の、熱応力を利用したスクライブ加工方法の利点も兼ね備えているものである。 The scribing apparatus 100 according to the present embodiment also has the advantages of the scribing method using thermal stress, such as less generation of particles on the fractured surface and improved strength of the glass edge. It is.
なお、前述した実験１〜実験５に使用したレーザ光Ｌは、５０Ｗの総出力を有するＣＯ2レーザであるが、レーザ光Ｌの出力を上げることで、更なる高速化が可能である。
また、スクライブ加工を行なうにあたり、脆性基板２００の表面の温度が高すぎる場合は、レーザ光Ｌの総出力は変えず、第１の加熱点２０１及び／又は第２の加熱点２０２の加熱密度を低下させることで、脆性基板２００の表面温度を調整することができる。
Note that the laser light L used in Experiments 1 to 5 described above is a CO 2 laser having a total output of 50 W. However, by increasing the output of the laser light L, it is possible to further increase the speed.
Further, when the surface temperature of the brittle substrate 200 is too high when performing the scribing process, the total output of the laser light L is not changed, and the heating density of the first heating point 201 and / or the second heating point 202 is changed. By lowering, the surface temperature of the brittle substrate 200 can be adjusted.
例えば、図１４に示すように、実施例１における第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の形状に対して、第１の加熱点２０１又は第２の加熱点２０２のいずれかの半径を広げること（変形例１、実施例２）や、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の両方の半径を広げること（変形例３）や、第１の加熱点２０１又は第２の加熱点２０２のいずれかを真円ではなく矩形又は加熱点の進行方向を長軸とする楕円にすること（変形例４、実施例５）や、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の両方を真円ではなく矩形又は加熱点の進行方向を長軸とすること（変形例６）、のいずれかで調整することができる。 For example, as shown in FIG. 14, the radius of either the first heating point 201 or the second heating point 202 with respect to the shape of the first heating point 201 and the second heating point 202 in the first embodiment. (Modification 1, Example 2), expanding the radii of both the first heating point 201 and the second heating point 202 (Modification 3), the first heating point 201 or the second Any of the heating points 202 is not a perfect circle but a rectangle or an ellipse whose major axis is the traveling direction of the heating point (Modification 4, Example 5), the first heating point 201 and the second heating Both of the points 202 can be adjusted by either a rectangle instead of a perfect circle or by making the traveling direction of the heating point the long axis (Modification 6).
この場合に、冷却点２０３の形状は、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点のうち、最長の直径又は短辺の長さ以上を有する、円、矩形、又は冷却点２０３の進行方向を短軸とする楕円にすることが好ましい。 In this case, the shape of the cooling point 203 is a circle, a rectangle, or a traveling direction of the cooling point 203 having the longest diameter or the short side length of the first heating point 201 and the second heating point. It is preferable to use an ellipse with a short axis.
また、スクライブ加工を行なうにあたり、脆性基板２００の表面温度が低すぎる場合は、上記変形例１〜変形例５と逆に、半径を小さくするか進行方向を短軸とする楕円にするかのいずれかで調整することができる。 In addition, when the surface temperature of the brittle substrate 200 is too low when performing the scribing process, contrary to the first to fifth modifications, either the radius is reduced or the ellipse with the traveling direction as the short axis is selected. Can be adjusted.
なお、以上の説明においては、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、脆性基板２００の表面にスクライブ線２０５を形成するまでであり、脆性基板２００を割断するには、既存のブレイク加工装置を用いる必要があることを説明したが、スクライブ加工とブレイク加工とを１工程（走査）で行なうことも考えられる。 In the above description, the scribing apparatus 100 according to the present embodiment is the process until the scribe line 205 is formed on the surface of the brittle substrate 200. To break the brittle substrate 200, an existing break processing apparatus is used. Although it has been explained that it is necessary to use it, it is conceivable to perform the scribe process and the break process in one step (scanning).
この場合には、第１の加熱点２０１と第２の加熱点２０２とが重なるように第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を脆性基板２００の表面に照射し、１点の加熱点（二点間距離ｄhを０ｍｍ）とする。すなわち、この場合には、１点加熱の状態になるように、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の焦点を制御することで、図１３の比較例２（細い実線）に示すように、脆性基板２００内部の引張応力が増加するため、脆性基板２００の裏面まで亀裂が進展しやすい状態となり、脆性基板２００の割断（フルカット）となる。 In this case, the surface of the brittle substrate 200 is irradiated with the first laser beam L1 and the second laser beam L2 so that the first heating point 201 and the second heating point 202 overlap each other, and one point of heating is performed. Let it be a point (the distance d h between two points is 0 mm). That is, in this case, the focus of the first laser beam L1 and the second laser beam L2 is controlled so as to be in a one-point heating state, as shown in Comparative Example 2 (thin solid line) in FIG. As described above, since the tensile stress inside the brittle substrate 200 increases, a crack easily develops to the back surface of the brittle substrate 200, and the brittle substrate 200 is cut (full cut).
１ レーザ発振器
２ ビームスプリッタ
３ 反射ミラー
４ マイクロメータ
１０ レーザ照射手段
２０ 冷却手段
２０ａ 冷却ノズル
３０ ステージ
１００ スクライブ加工装置
２００ 脆性基板
２００ａ 第１の点
２００ｂ 第２の点
２００ｃ 第３の点
２００ｄ 第４の点
２００ｅ 第５の点
２０１ 第１の加熱点
２０２ 第２の加熱点
２０３ 冷却点
２０４ 初期亀裂
２０５ スクライブ線
２０５ａ スクライブ予定線
２０６ 蒸発痕
Ｌ レーザ光
Ｌ１ 第１のレーザ光
Ｌ２ 第２のレーザ光
Ｗ 冷却水
ｄｃ 冷却位置
ｄｈ 二点間距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Beam splitter 3 Reflection mirror 4 Micrometer 10 Laser irradiation means 20 Cooling means 20a Cooling nozzle 30 Stage 100 Scribe processing apparatus 200 Brittle board | substrate 200a 1st point 200b 2nd point 200c 3rd point 200d 4th Point 200e Fifth point 201 First heating point 202 Second heating point 203 Cooling point 204 Initial crack 205 Scribe line 205a Scribe line 206 Evaporation trace L Laser light L1 First laser light L2 Second laser light W Cooling water dc Cooling position dh Distance between two points
Claims (3)
脆性基板上において、間隔を隔てて一の加熱点及び単数の他の加熱点を加熱し、当該一の加熱点が他の加熱点による軌跡に重畳して、当該加熱点に向けてレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
脆性基板上において、冷却点が前記一の加熱点による軌跡に重畳して、当該冷却点に向けて冷媒を噴射する冷却手段と、
を備え、
前記脆性基板の表面温度を軟化点よりも低くして、脆性基板の表面に引張応力場を存在させ、前記脆性基板の内部温度を軟化点よりも高くして、脆性基板の内部に圧縮応力場を存在させて、前記脆性基板上にスクライブ線を形成すように、前記一の加熱点の熱量を他の加熱点の熱量よりも高くし、
スクライブ速度が、８０ｍｍ／ｓ以下であり、
前記一の加熱点及び他の加熱点間の距離が、３ｍｍ〜２３ｍｍであり、
前記レーザ照射手段が、レーザ光となる定常波を生成するレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザ光の一部を透過するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタを透過したレーザ光を全反射する反射ミラーとを備え、
前記ビームスプリッタにより反射されたレーザ光が、一の加熱点に照射され、
前記ビームスプリッタにより透過され、前記反射ミラーにより反射されたレーザ光が、他の加熱点に照射されることを特徴とするスクライブ加工装置。 A scribing apparatus for forming a scribe line on a brittle substrate,
On a brittle substrate, one heating point and one other heating point are heated at intervals, and the one heating point is superimposed on a locus by another heating point, and laser light is directed toward the heating point. Laser irradiation means for irradiating;
On the brittle substrate, a cooling unit that superimposes a cooling point on the locus of the one heating point and injects a refrigerant toward the cooling point; and
With
The surface temperature of the brittle substrate is made lower than the softening point so that a tensile stress field exists on the surface of the brittle substrate, the internal temperature of the brittle substrate is made higher than the softening point, and the compressive stress field is inside the brittle substrate. the be present, the so as to form a scribe line on a brittle substrate, the heat of the one heating point to higher rather than the amount of heat other heating point,
The scribe speed is 80 mm / s or less,
The distance between the one heating point and the other heating point is 3 mm to 23 mm,
A laser oscillator that generates a standing wave that becomes laser light; a beam splitter that transmits a part of the laser light from the laser oscillator; and a reflection mirror that totally reflects the laser light transmitted through the beam splitter; With
The laser beam reflected by the beam splitter is irradiated to one heating point,
The scribing apparatus, wherein the laser beam transmitted by the beam splitter and reflected by the reflecting mirror is irradiated to another heating point.
前記一の加熱点及び冷却点間の距離が、２ｍｍ以上であり、３ｍｍ未満であることを特徴とするスクライブ加工装置。 In the scribing apparatus according to claim 1,
A scribing apparatus, wherein a distance between the one heating point and the cooling point is 2 mm or more and less than 3 mm .
脆性基板上において、間隔を隔てて一の加熱点及び他の加熱点を加熱し、当該一の加熱点が他の加熱点による軌跡に重畳して、当該加熱点に向けてレーザ光を照射するレーザ照射工程と、
脆性基板上において、冷却点が前記一の加熱点による軌跡に重畳して、当該冷却点に向けて冷媒を噴射する冷却工程と、
を有し、
スクライブ速度が、８０ｍｍ／ｓ以下であり、
前記一の加熱点及び他の加熱点間の距離が、３ｍｍ〜２３ｍｍであり、
前記脆性基板の表面温度を軟化点よりも低くして、脆性基板の表面に引張応力場を存在させ、前記脆性基板の内部温度を軟化点よりも高くして、脆性基板の内部に圧縮応力場を存在させて、前記脆性基板上にスクライブ線を形成するように、前記一の加熱点の熱量を他の加熱点の熱量よりも高くすることを特徴とするスクライブ加工方法。 A scribing method for forming a scribe line on a brittle substrate,
On a brittle substrate, one heating point and another heating point are heated at intervals, and the one heating point is superimposed on a locus by another heating point, and laser light is irradiated toward the heating point. Laser irradiation process;
On the brittle substrate, a cooling step in which a cooling point is superimposed on a trajectory by the one heating point, and a coolant is injected toward the cooling point;
Have
The scribe speed is 80 mm / s or less,
The distance between the one heating point and the other heating point is 3 mm to 23 mm,
The surface temperature of the brittle substrate is made lower than the softening point so that a tensile stress field exists on the surface of the brittle substrate, the internal temperature of the brittle substrate is made higher than the softening point, and the compressive stress field is inside the brittle substrate. The scribing method is characterized in that the amount of heat at the one heating point is higher than the amount of heat at the other heating point so that a scribe line is formed on the brittle substrate .
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