JP6260168B2 - Method and apparatus for processing brittle material substrate - Google Patents

Method and apparatus for processing brittle material substrate Download PDF

Info

Publication number
JP6260168B2
JP6260168B2 JP2013198627A JP2013198627A JP6260168B2 JP 6260168 B2 JP6260168 B2 JP 6260168B2 JP 2013198627 A JP2013198627 A JP 2013198627A JP 2013198627 A JP2013198627 A JP 2013198627A JP 6260168 B2 JP6260168 B2 JP 6260168B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
brittle material
material substrate
processing
substrate
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013198627A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015062926A (en
Inventor
宇航 蘇
宇航 蘇
山本 幸司
山本  幸司
健司 福原
健司 福原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Original Assignee
Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd filed Critical Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority to JP2013198627A priority Critical patent/JP6260168B2/en
Publication of JP2015062926A publication Critical patent/JP2015062926A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6260168B2 publication Critical patent/JP6260168B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、ガラス基板などの脆性材料基板を分断する技術に関し、特に、パルスレーザ光の照射によって分断の起点を形成する技術に関する。   The present invention relates to a technique for dividing a brittle material substrate such as a glass substrate, and more particularly to a technique for forming a starting point of division by irradiation with pulsed laser light.

ガラス基板などの脆性材料基板を分断するにあたって、その起点となる部分をパルスレーザ光の照射によって形成する技術が既に公知である(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。   In dividing a brittle material substrate such as a glass substrate, a technique for forming a starting portion by irradiation with pulsed laser light is already known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許文献1には、パルスレーザ光の個々のパルス光の被照射領域(局部)において光エネルギ吸収によるアブレーションを生じさせることによって当該領域に存在する物質を蒸発・飛散させることで、当該領域に、その周辺部に形成された微小クラック群を含めた溶解痕を形成し、係る溶解痕が列設してなるミシン目状の分離容易化領域に沿って基板を分断する技術が開示されている。   In Patent Document 1, by causing ablation due to light energy absorption in an irradiated region (local part) of each pulsed laser beam light, by evaporating and scattering a substance present in the region, A technique is disclosed in which a dissolution mark including a group of micro cracks formed in the peripheral portion is formed, and the substrate is divided along a perforated separation facilitating region in which the dissolution marks are arranged.

特許文献2においては、(当該文献においても特許文献1として提示されている)特許文献1に開示された技術の場合には分断後の個片の端面強度が低くなるという問題点が指摘されたうえで、脆性材料基板に対してパルスレーザ光を走査しつつ連続的に(個々のパルス光がオーバーラップする態様にて)照射し、パルスレーザ光の被照射領域において光エネルギ吸収によるアブレーションを生じさせることによって当該領域に存在する物質を蒸発・飛散させるとともに、該アブレーションが生じる領域の隣接領域においては脆性材料基板を局所的に溶融・再固化させることによって、分断の起点となる連続的なスクライブ溝を形成しつつ、分断後の個片の端面強度を従来よりも大きくすることが可能な技術が開示されている。   In Patent Document 2, a problem has been pointed out that in the case of the technique disclosed in Patent Document 1 (presented as Patent Document 1 in this document as well), the end face strength of the individual pieces after division is reduced. In addition, the laser beam is continuously irradiated to the brittle material substrate while scanning with the pulse laser beam (in a mode in which the individual pulse beams overlap), and ablation occurs due to light energy absorption in the irradiated region of the pulse laser beam. In this way, the material present in the region is evaporated and scattered, and in the region adjacent to the region where the ablation occurs, the brittle material substrate is locally melted and re-solidified, thereby providing a continuous scribe that becomes the starting point of the division. There is disclosed a technique capable of increasing the end face strength of an individual piece after dividing while forming a groove.

特開2005−271563号公報JP 2005-271563 A 特開2010−274328号公報JP 2010-274328 A

特許文献2に開示された手法は確かに、分断後の個片における端面強度の向上には一定の効果を奏するが、形成されるスクライブ溝の底部が比較的大きな曲率半径を有する曲面となっているために、係る手法を適用した後の脆性材料基板にける分断のしやすさ(確実性)という点においては、必ずしも十分なものではなかった。   The technique disclosed in Patent Document 2 certainly has a certain effect in improving the end face strength of the divided piece, but the bottom of the formed scribe groove is a curved surface having a relatively large radius of curvature. For this reason, it is not always sufficient in terms of ease of division (certainty) in the brittle material substrate after applying such a method.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも容易かつ確実に脆性材料基板を分断することが可能となるとともに、分断後の個片の端面強度を従来よりも大きくすることが出来る脆性材料基板の加工方法および加工装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to divide a brittle material substrate more easily and surely than before, and to increase the end face strength of an individual piece after division compared to the prior art. An object of the present invention is to provide a processing method and a processing apparatus for a brittle material substrate.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、脆性材料基板を分断予定位置に沿って加工する方法であって、パルスレーザ光を集光して、前記脆性材料基板の表面に、前記分断予定位置に沿って走査しつつ照射することにより、前記分断予定位置に沿った溝部を形成するとともに前記溝部から前記基板の厚み方向へと伸展する亀裂を形成する、溶融アブレーション工程と、前記溶融アブレーション工程を経た前記脆性材料基板の表面を冷却する冷却工程と、を備え、前記溶融アブレーション工程においては、前記パルスレーザ光の被照射領域のうち前記パルスレーザ光の前記集光位置の直下に位置する第1の領域における前記脆性材料基板の構成物質の蒸発および飛散と、前記第1の領域に隣接する第2の領域における前記構成物質の溶融および再固化とを生じさせる、溶融アブレーションが生じる照射条件にて、前記パルス光を照射することにより、前記溝部の対向する1対のエッジをなす部分である前記溝部の上端部が、前記脆性材料基板の上面から連続する曲面として形成される、ことを特徴とする。 To solve the above problems, the invention of claim 1, a method of processing along the brittle material substrate to be cut position, by condensing a pulsed laser beam, the surface of the brittle material substrate, before Symbol A melt ablation step that forms a groove extending along the planned cutting position and forming a crack extending from the groove in the thickness direction of the substrate by irradiating while scanning along the planned cutting position, and the melting Cooling the surface of the brittle material substrate that has undergone an ablation step, and in the melt ablation step, the position is directly below the focused position of the pulsed laser light in the irradiated region of the pulsed laser light. Evaporation and scattering of the constituent material of the brittle material substrate in the first region, and melting and scattering of the constituent material in the second region adjacent to the first region. The upper end portion of the groove portion, which is a portion forming a pair of opposing edges of the groove portion, is irradiated with the pulsed light under an irradiation condition that causes melt ablation that causes solidification and re-solidification. It is formed as a curved surface continuous from the upper surface of the substrate .

請求項2の発明は、請求項1に記載の脆性材料基板の加工方法であって、前記パルスレーザ光はUVレーザである、ことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the method for processing a brittle material substrate according to the first aspect, wherein the pulsed laser beam is a UV laser.

請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の脆性材料基板の加工方法であって、前記冷却工程においては液体、気体または液体と気体の混合物により前記脆性材料基板の表面を冷却する、ことを特徴とする。   Invention of Claim 3 is a processing method of the brittle material substrate of Claim 1 or Claim 2, Comprising: In the said cooling process, the surface of the said brittle material substrate is cooled by the liquid, gas, or the mixture of a liquid and gas. It is characterized by.

請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法であって、前記溶融アブレーション工程においては、前記溝部が、前記上端部と、中間部と、底部との3つの部位からなるように形成され、前記中間部は、それぞれが前記上端部から連続する、前記脆性材料基板の厚み方向に沿った一対の面が、対向するようにあるいは前記上端部の近傍よりも前記底部の近傍の方が間隔が広くなるような平坦面あるいは曲面として形成され、前記底部は、前記中間部をなす前記一対の面のそれぞれと連続してなる曲面として形成される、ことを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法であって、前記溶融アブレーション工程においては、オーバーラップがない場合にはアブレーションが生じることのないレーザ強度の単パルス光をオーバーラップさせた前記パルスレーザ光の照射によって前記溶融アブレーションを生じさせる、ことを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項5に記載の脆性材料基板の加工方法であって、前記パルスレーザ光は波長が355nmのUVレーザであり、前記溶融アブレーション工程においては、レーザ出力:4W〜20W;レーザ強度:1.56×10 10 W/cm 〜7.81×10 10 W/cm ;パルス繰り返し周波数:0.2MHz〜1.0MHz;パルス幅:0.5ns〜100ns;走査速度:100mm/s〜400mm/s;オーバーラップ率:93.5%〜98.25%;集光位置における集光径:6μm〜10μm、という条件で前記パルスレーザ光が照射される、ことを特徴とする。
Invention of Claim 4 is a processing method of the brittle material substrate according to any one of Claims 1 to 3, wherein in the melt ablation step, the groove portion includes the upper end portion, an intermediate portion, The middle part is formed so as to be composed of three parts with the bottom part, each of which is continuous from the upper end part, so that a pair of surfaces along the thickness direction of the brittle material substrate face each other or the upper end part The bottom portion is formed as a flat surface or a curved surface that is wider in the vicinity of the bottom portion than the vicinity thereof, and the bottom portion is formed as a curved surface that is continuous with each of the pair of surfaces forming the intermediate portion. , characterized in that.
A fifth aspect of the present invention is the brittle material substrate processing method according to any one of the first to fourth aspects, wherein in the melt ablation step, ablation does not occur if there is no overlap. The melt ablation is caused by irradiation with the pulsed laser light in which single pulsed light having a laser intensity is overlapped.
Invention of Claim 6 is a processing method of the brittle material substrate of Claim 5, Comprising: The said pulsed laser beam is UV laser whose wavelength is 355 nm, In the said melt ablation process, laser output: 4W-20W Laser intensity: 1.56 × 10 10 W / cm 2 to 7.81 × 10 10 W / cm 2 ; pulse repetition frequency: 0.2 MHz to 1.0 MHz; pulse width: 0.5 ns to 100 ns; scanning speed: 100 mm / s to 400 mm / s; overlap rate: 93.5% to 98.25%; condensing diameter at condensing position: 6 μm to 10 μm To do.

請求項の発明は、脆性材料基板表面の分断予定位置に沿ってレーザ光を照射するレーザ加工装置であって、パルスレーザを出射するレーザ光源と、前記パルスレーザを集光して前記脆性材料基板の表面に照射する照射レンズ機構と、前記脆性材料基板の表面に冷媒を供給する冷却機構と、前記レンズ機構及び冷却機構が脆性材料基板表面の分断予定位置に沿って相対的に移動するように前記脆性材料基板を移動させる移動機構と、を備え、前記集光されるパルスレーザ光は、前記パルスレーザ光の被照射領域のうち前記パルスレーザ光の前記集光位置の直下に位置する第1の領域における前記脆性材料基板の構成物質の蒸発および飛散と、前記第1の領域に隣接する第2の領域における前記構成物質の溶融および再固化とを生じさせる、溶融アブレーションが生じる条件で前記脆性材料基板の表面に照射され、前記冷却機構は、前記パルスレーザが照射された脆性材料基板の表面に冷媒を供給する、ことを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is a laser processing apparatus for irradiating a laser beam along a predetermined cutting position on the surface of a brittle material substrate, the laser light source emitting a pulse laser, and the pulse laser condensing the brittle material. An irradiation lens mechanism for irradiating the surface of the substrate, a cooling mechanism for supplying a coolant to the surface of the brittle material substrate, and the lens mechanism and the cooling mechanism relatively move along a planned division position on the surface of the brittle material substrate. A moving mechanism for moving the brittle material substrate, wherein the focused pulsed laser light is located in a region irradiated with the pulsed laser light and is located immediately below the focused position of the pulsed laser light. evaporation and scattering of constituents of the brittle material substrate in the first region and causes the melting and resolidification of the constituents in the second area adjacent to the first region, soluble Is applied to the surface of the brittle material substrate under the condition that ablation occurs, the cooling mechanism supplies coolant to the surface of the brittle material substrate on which the pulse laser is irradiated, characterized in that.

請求項1ないし請求項の発明によれば、脆性材料基板をあらかじめ定められた分断予定線に沿って分断するにあたって、従来よりも基板厚み方向のより深い位置に分断のための起点を形成出来るとともに、分断後に得られる個片の端面強度を高めることができる。 According to the first to seventh aspects of the invention, when the brittle material substrate is divided along a predetermined dividing line, a starting point for dividing can be formed at a deeper position in the substrate thickness direction than in the prior art. At the same time, it is possible to increase the end face strength of the individual pieces obtained after dividing.

レーザ加工装置10の概略構成を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a laser processing apparatus 10. パルスレーザ光LBがレンズ機構3によって集光されて基板Wに照射される様子を示す、基板Wの厚み方向に垂直な断面図である。It is sectional drawing perpendicular | vertical to the thickness direction of the board | substrate W which shows a mode that the pulse laser beam LB is condensed by the lens mechanism 3, and is irradiated to the board | substrate W. 溶融アブレーション加工とその後の冷却のメカニズムを説明するための、基板Wの厚み方向と加工予定線の延在方向との双方に垂直な断面図である。It is sectional drawing perpendicular | vertical to both the thickness direction of the board | substrate W, and the extending direction of a process planned line for demonstrating the mechanism of a fusion | melting ablation process and subsequent cooling. 実施の形態に係る溶融アブレーション加工および冷却を行った後の基板Wの様子と、他の手法による加工を行った後の基板Wの様子とを対比して示す図である。It is a figure which compares and shows the mode of the board | substrate W after performing the melt ablation process and cooling which concern on embodiment, and the mode of the board | substrate W after performing the process by another method. 条件1に従って溶融アブレーション加工を行った2つの基板Wについての断面SEM像である。2 is a cross-sectional SEM image of two substrates W subjected to melt ablation processing according to Condition 1. FIG. 条件2に従って溶融アブレーション加工を行った2つの基板Wについての断面SEM像である。4 is a cross-sectional SEM image of two substrates W subjected to melt ablation processing according to condition 2. FIG.

<レーザ加工装置の概略>
図1は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置10の概略構成を模式的に示す図である。レーザ加工装置10は、レーザ光源1と、ミラー機構2と、レンズ機構3と、XYステージ4と、冷却機構5と、を主に備える。本実施の形態に係るレーザ加工装置10は、ガラス基板等の脆性材料基板(以下、単に基板)Wを対象とする、後述する態様での溶融アブレーション加工を、好適に実行可能なものとして構成されてなる。
<Outline of laser processing equipment>
FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a laser processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. The laser processing apparatus 10 mainly includes a laser light source 1, a mirror mechanism 2, a lens mechanism 3, an XY stage 4, and a cooling mechanism 5. The laser processing apparatus 10 according to the present embodiment is configured to be capable of suitably performing melt ablation processing in a later-described mode for a brittle material substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) W such as a glass substrate. It becomes.

レーザ光源1は、内部に備わる発振器からパルスレーザ光LBを出射する。本実施の形態では、波長が355nmのUVレーザ光をパルスレーザ光LBとして出射するレーザ光源1を用いる。   The laser light source 1 emits pulsed laser light LB from an internal oscillator. In the present embodiment, a laser light source 1 that emits UV laser light having a wavelength of 355 nm as pulsed laser light LB is used.

ミラー機構2は、基板Wに対するパルスパルスレーザ光LBの照射方向(照射角度)を調整・変更する部位である。図1においては図示の簡単のため、パルスレーザ光LBを反射する一の鏡面のみがミラー機構2を構成し、これによって水平姿勢の基板Wに対し鉛直方向からパルスレーザ光LBが照射される場合を例示しているが、実際には、複数の鏡面によってミラー機構2が構成されていてもよいし、プリズムや回折格子等がミラー機構2の構成要素に含まれる態様であってもよい。   The mirror mechanism 2 is a part for adjusting / changing the irradiation direction (irradiation angle) of the pulse pulse laser beam LB to the substrate W. In FIG. 1, for simplicity of illustration, only one mirror surface that reflects the pulse laser beam LB constitutes the mirror mechanism 2, and thereby the pulse laser beam LB is irradiated from the vertical direction to the substrate W in a horizontal posture. However, in practice, the mirror mechanism 2 may be configured by a plurality of mirror surfaces, and a mode in which prisms, diffraction gratings, and the like are included in the components of the mirror mechanism 2 may be used.

レンズ機構3はパルスレーザ光LBを集光する部位である。図1においては図示の簡単のため、レンズ機構3が一のレンズのみによって構成される場合を例示しているが、実際には、複数のレンズによってレンズ機構3が構成されていてもよい。レンズ機構3は、パルスレーザ光LBの集光位置の上下方向の位置を調整可能に設けられる。   The lens mechanism 3 is a part that condenses the pulsed laser beam LB. In FIG. 1, the case where the lens mechanism 3 is configured by only one lens is illustrated for simplicity of illustration, but in reality, the lens mechanism 3 may be configured by a plurality of lenses. The lens mechanism 3 is provided so that the vertical position of the condensing position of the pulse laser beam LB can be adjusted.

なお、本実施の形態において、集光位置とは、パルスレーザ光LBの照射方向に垂直な断面におけるビーム径が最小となる位置である。これは、一般的にいうパルスレーザ光LBの焦点位置に相当するが、パルスレーザ光LBが焦点位置においても有限のビーム径を有することを考慮し、本実施の形態では、ビーム径が最小となる位置との意を込めて、焦点位置という文言に代えて集光位置なる文言を用いている。   In the present embodiment, the condensing position is a position where the beam diameter in the cross section perpendicular to the irradiation direction of the pulsed laser light LB is minimized. This generally corresponds to the focal position of the pulse laser beam LB, but in consideration of the fact that the pulse laser beam LB has a finite beam diameter at the focal position, in this embodiment, the beam diameter is the minimum. In consideration of the position, the word “focus position” is used instead of the word “focus position”.

係る集光位置の調整は、レンズ機構3を構成するレンズを交換することによって実現されてもよいし、レンズ機構3を構成するレンズの位置を図示しないアクチュエータ等の位置調整手段によって変更することによって実現される態様であってもよい。   The adjustment of the condensing position may be realized by exchanging the lenses constituting the lens mechanism 3, or by changing the position of the lenses constituting the lens mechanism 3 by a position adjusting means such as an actuator (not shown). It may be realized.

XYステージ4は、基板Wを載置するテーブルであり、水平面内において互いに直交する2つの方向(これらをX方向およびY方向とする)に移動可能である。XYステージ4の上面に基板Wを載置固定した状態で、XYステージ4をX方向またはY方向に移動させつつ、レーザ光源1からパルスレーザ光LBを出射させることにより、パルスレーザ光LBによる基板Wの走査が実現される。例えば、基板Wの表面にあらかじめ設定されてなる加工予定線に沿ってパルスレーザ光LBを移動させることにより、該加工予定線に沿った基板Wの加工が実現される。   The XY stage 4 is a table on which the substrate W is placed, and is movable in two directions orthogonal to each other (the X direction and the Y direction) in the horizontal plane. In a state where the substrate W is placed and fixed on the upper surface of the XY stage 4, the pulse laser beam LB is emitted from the laser light source 1 while moving the XY stage 4 in the X direction or the Y direction. W scanning is realized. For example, by moving the pulse laser beam LB along a planned processing line set in advance on the surface of the substrate W, processing of the substrate W along the planned processing line is realized.

冷却機構5は、基板Wの表面に冷却媒体CMを供給する。冷媒CMは、水、アルコール、炭酸ガス、窒素ガスなどの液体もしくは気体、または液体と気体の混合物である。例えば、図1においてXYステージ4を紙面左方向に移動させつつ、パルスレーザ光LBを基板Wの表面に照射すると同時に、冷却機構5から基板Wの表面に冷媒CMを供給することにより、パルスレーザ光LBによって加工された基板Wの表面を冷却する。   The cooling mechanism 5 supplies the cooling medium CM to the surface of the substrate W. The refrigerant CM is a liquid or gas such as water, alcohol, carbon dioxide gas or nitrogen gas, or a mixture of liquid and gas. For example, the pulse laser beam LB is irradiated on the surface of the substrate W while the XY stage 4 is moved leftward in FIG. 1 while supplying the coolant CM from the cooling mechanism 5 to the surface of the substrate W. The surface of the substrate W processed by the light LB is cooled.

<溶融アブレーション加工>
次に、本実施の形態において行う、パルスレーザ光LBによる溶融アブレーション加工について説明する。本実施の形態においては、基板Wをその表面にあらかじめ設定されてなる直線状の加工予定線(分断予定線)に沿って分断する際に起点となる部位を形成する目的で、溶融アブレーション加工を行うものとする。すなわち、本実施の形態に係る溶融アブレーション加工は、直線状の加工予定線に沿って溶融アブレーションを生じさせるものである。
<Melting ablation>
Next, melt ablation processing using pulsed laser light LB performed in the present embodiment will be described. In the present embodiment, melt ablation processing is performed for the purpose of forming a portion that becomes a starting point when the substrate W is divided along a linear processing scheduled line (scheduling scheduled line) that is preset on the surface thereof. Assumed to be performed. That is, the melt ablation processing according to the present embodiment causes the melt ablation to occur along a linear planned processing line.

図2は、パルスレーザ光LBがレンズ機構3によって集光されて基板Wに照射される様子を示す、基板Wの厚み方向に垂直な断面図である。図3は、本実施の形態における溶融アブレーション加工とその後の冷却のメカニズムを説明するための、基板Wの厚み方向と加工予定線の延在方向との双方に垂直な断面図である。いずれの場合も、図面に垂直な方向がパルスレーザ光LBの走査方向ということになる。   FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the thickness direction of the substrate W, showing how the pulse laser beam LB is condensed by the lens mechanism 3 and irradiated onto the substrate W. FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to both the thickness direction of the substrate W and the extending direction of the planned processing line, for explaining the mechanism of melt ablation processing and subsequent cooling in the present embodiment. In either case, the direction perpendicular to the drawing is the scanning direction of the pulse laser beam LB.

係る態様にて本実施の形態に係る溶融アブレーション加工を行うにあたっては、図2に示すように、パルスレーザ光LBを、基板Wの上面Wa(XYステージ4に載置されていない側の表面)を集光位置Fとする態様にて、基板Wに照射する。係る態様にてパルスレーザ光LBが照射されると、集光位置Fの近傍において基板Wが加熱される。パルスレーザ光LBの照射条件を適宜に設定した場合、集光位置Fの直下の領域RE1は、基板Wの沸点を超える温度にまで加熱される。それゆえ、係る領域RE1からは、図3(a)に矢印AR1にて示すような基板Wの構成物質の蒸発・飛散、いわゆるアブレーションが生じる。一方、該領域RE1の周辺の領域RE2は、沸点よりは低いものの基板Wの融点を超える温度にまで加熱される。係る領域RE2では、基板Wの溶融が生じる。パルスレーザ光LBが通過した後、放熱により温度が低下すると、領域RE2に存在している物質は再固化する。なお、溶融アブレーション加工とは、アブレーションが生じる領域RE1の周囲に、このような溶融・再固化が生じる領域RE2を積極的に形成することを意図した手法である点であり、このような領域の積極的な形成を意図しない単なるアブレーション加工とは異なるものである。   In performing the melt ablation processing according to the present embodiment in this manner, as shown in FIG. 2, the pulse laser beam LB is irradiated with the upper surface Wa of the substrate W (the surface on the side not placed on the XY stage 4). Is irradiated to the substrate W in a mode in which the light is focused on the light. When the pulse laser beam LB is irradiated in this manner, the substrate W is heated in the vicinity of the condensing position F. When the irradiation condition of the pulse laser beam LB is appropriately set, the region RE1 immediately below the condensing position F is heated to a temperature exceeding the boiling point of the substrate W. Therefore, from such a region RE1, evaporation and scattering of the constituent material of the substrate W as shown by an arrow AR1 in FIG. On the other hand, the region RE2 around the region RE1 is heated to a temperature lower than the boiling point but exceeding the melting point of the substrate W. In such a region RE2, the substrate W is melted. After the pulse laser beam LB passes, when the temperature decreases due to heat dissipation, the substance existing in the region RE2 is solidified again. The melt ablation processing is a method intended to actively form such a region RE2 in which melting / resolidification occurs around the region RE1 in which ablation occurs. This is different from mere ablation that is not intended to be aggressively formed.

上述のような、領域RE1における蒸発・飛散と、その周辺の領域RE2における溶融・再固化とが生じた結果として、基板Wには、図3(b)に示すように、走査方向に垂直な断面視において基板Wの上面Waから下方へと(基板Wの厚み方向へと)延在する溝部Gが、加工予定線に沿って形成される。溝部Gは、基板Wを構成する物質が溶融・再固化することによりその表面形状が形成されてなり、かつ、基板Wの厚み方向に対して略対称な形状を有するが、局所的な形状的特徴の相違により、基板Wの上面側から順に、上端部G1、中間部G2、および底部G3という3つの部位が連続してなるものということができる。   As a result of the evaporation / scattering in the region RE1 and the melting / resolidification in the surrounding region RE2 as described above, the substrate W is perpendicular to the scanning direction as shown in FIG. Grooves G extending downward (in the thickness direction of the substrate W) from the upper surface Wa of the substrate W in the cross-sectional view are formed along the planned processing line. The groove part G has a surface shape formed by melting and re-solidifying the substance constituting the substrate W, and has a shape that is substantially symmetrical with respect to the thickness direction of the substrate W. Due to the difference in characteristics, it can be said that the three parts of the upper end G1, the intermediate part G2, and the bottom G3 are successively formed from the upper surface side of the substrate W.

上端部G1は、溝部Gの対向する1対のエッジをなす部分であり、それぞれのエッジ部分は、基板Wの上面Waから連続する曲面からなる。それぞれのエッジ部分が、基板Wを溝部Gのところで分断することで得られる個々の個片のエッジとなる。より詳細には、上端部G1は、パルスレーザ光LBの走査方向(溝部Gの延在方向)に垂直な断面との交線が適宜の曲率半径を有する滑らかな曲線となるように形成されてなる。その結果として、該分断後の個片は、大きな端面強度を有するものとなっている。これは、上述のような状態にて曲面状に形成されてなる上端部G1においては、マイクロクラックが発生しにくくなっているからであると考えられる。   The upper end portion G1 is a portion forming a pair of opposing edges of the groove portion G, and each edge portion is formed of a curved surface continuous from the upper surface Wa of the substrate W. Each edge portion becomes an edge of an individual piece obtained by dividing the substrate W at the groove G. More specifically, the upper end portion G1 is formed such that a line of intersection with a cross section perpendicular to the scanning direction of the pulse laser beam LB (the extending direction of the groove portion G) has a smooth curve having an appropriate radius of curvature. Become. As a result, the piece after the division has a large end surface strength. This is presumably because microcracks are less likely to occur in the upper end G1 formed in a curved shape in the above-described state.

中間部G2は、それぞれが上端部G1から連続する、基板の厚み方向に沿った一対の面が、対向してなる部位である。換言すると、中間部G2は、溝部Gの基板Wの厚み方向における延在部分に相当する部位であるともいえる。なお、中間部G2は、例えばパルスレーザ光LBの走査方向(溝部Gの延在方向)に垂直な断面との交線が厚み方向に沿った直線となるような、略平坦な面が対向することで形成されていてもよいし、上端部G1の近傍よりも底部G3の近傍の方が間隔が広くなるような平坦面あるいは曲面として形成されていてもよい。   The intermediate portion G2 is a portion formed by opposing a pair of surfaces along the thickness direction of the substrate, each continuous from the upper end portion G1. In other words, it can be said that the intermediate portion G2 is a portion corresponding to an extending portion of the groove portion G in the thickness direction of the substrate W. The intermediate portion G2 is opposed to a substantially flat surface such that, for example, the line of intersection with the cross section perpendicular to the scanning direction of the pulse laser beam LB (the extending direction of the groove portion G) is a straight line along the thickness direction. Alternatively, it may be formed as a flat surface or a curved surface in which the distance near the bottom G3 is wider than the vicinity near the upper end G1.

底部G3は、中間部G2をなす一対の面のそれぞれと連続してなる曲面である。より詳細には、底部G3は、溝部Gの延在方向に垂直な断面との交線が適宜の曲率半径を有する曲線となるように、形成されてなる。   The bottom G3 is a curved surface that is continuous with each of the pair of surfaces forming the intermediate portion G2. More specifically, the bottom G3 is formed so that the line of intersection with the cross section perpendicular to the extending direction of the groove G is a curve having an appropriate radius of curvature.

また、パルスレーザ光LBの集光位置Fの近傍であって、領域RE2よりも外側の領域では、融点にまでは達しないものの、パルスレーザ光LBによる加熱は生じている。係る領域においては熱膨張が生じ、集光位置Fから外側に向けて引張応力S1が作用する。その一方、パルスレーザ光LBによる加熱の影響を受けない基板Wの内部においては、上述の熱膨張を打ち消すべく、パルスレーザ光LBの照射位置の下方に向けて圧縮応力S2が作用する。   Further, in the vicinity of the condensing position F of the pulse laser beam LB and outside the region RE2, the melting point does not reach the melting point, but heating by the pulse laser beam LB occurs. In such a region, thermal expansion occurs, and a tensile stress S1 acts from the condensing position F toward the outside. On the other hand, in the inside of the substrate W not affected by the heating by the pulse laser beam LB, the compressive stress S2 acts below the irradiation position of the pulse laser beam LB in order to cancel the thermal expansion described above.

このとき、パルスレーザ光LBの走査速度が遅いなどの理由で、入熱量が一定量よりも大きい場合、圧縮応力S2が作用した結果として、パルスレーザ光LBが通過した直後から始まる放熱時に、パルスレーザ光LBの照射によって形成された溝部Gの底部G3の最下端部から下方に向けて、亀裂(垂直クラック)CRが伸展する。   At this time, when the amount of heat input is larger than a certain amount because the scanning speed of the pulse laser beam LB is slow, as a result of the compressive stress S2, the pulse is emitted during heat radiation starting immediately after the pulse laser beam LB passes. A crack (vertical crack) CR extends downward from the lowermost end of the bottom G3 of the groove G formed by irradiation with the laser beam LB.

すなわち、本実施の形態においては、基板Wに対し溶融アブレーション加工を行った結果として、溝部Gの形成と、その直下からの亀裂CRの伸展との双方が、実現されるものとなっている。   That is, in the present embodiment, as a result of performing the melt ablation processing on the substrate W, both the formation of the groove portion G and the extension of the crack CR immediately below the groove portion G are realized.

そして、図3(b)に示すように、上端部G1、中間部G2、および底部G3のそれぞれの深さをD1、D2、D3とすると、D1、D2、D3の総和が溝部Gの深さDとなり、さらに亀裂CRの長さをLとすると、溝部Gの深さDと亀裂CRの長さの和D+Lが、本実施の形態に係る溶融アブレーション加工における加工深さということになる。   As shown in FIG. 3B, when the depths of the upper end G1, the intermediate portion G2, and the bottom G3 are D1, D2, and D3, the sum of D1, D2, and D3 is the depth of the groove G. Assuming that the length of the crack CR is L, the sum D + L of the depth D of the groove G and the length of the crack CR is the processing depth in the melt ablation processing according to the present embodiment.

なお、上述のような態様での溝部Gと亀裂CRの同時形成が実現される、本実施の形態における溶融アブレーション加工は、上述のように、波長が355nmのUVレーザ光をパルスレーザ光LBとし、基板Wの上面Waを集光位置とするほか、以下のような加工条件をみたすことで実現される。   Note that, as described above, the melt ablation processing in the present embodiment in which the groove portion G and the crack CR are simultaneously formed in the above-described manner is performed by using the UV laser beam having a wavelength of 355 nm as the pulse laser beam LB. In addition to setting the upper surface Wa of the substrate W as the light condensing position, this is realized by satisfying the following processing conditions.

レーザ出力:4W〜20W;
レーザ強度:1.56×1010W/cm〜7.81×1010W/cm
パルス繰り返し周波数:0.2MHz〜1.0MHz;
パルス幅:0.5ns〜100ns;
走査速度:100mm/s〜400mm/s;
オーバーラップ率:93.5%〜98.25%;
集光位置における集光径:6μm〜10μm
Laser power: 4W-20W;
Laser intensity: 1.56 × 10 10 W / cm 2 to 7.81 × 10 10 W / cm 2 ;
Pulse repetition frequency: 0.2 MHz to 1.0 MHz;
Pulse width: 0.5 ns to 100 ns;
Scanning speed: 100 mm / s to 400 mm / s;
Overlap rate: 93.5% to 98.25%;
Condensing diameter at condensing position: 6 μm to 10 μm

ここで、走査速度とは、一般的にはパルスレーザ光LBを基板Wに対して相対移動させる際の速度であるが、レーザ加工装置10においては、パルスレーザ光LBに対して基板Wを載置したXYステージ4を移動させる速度がこれに該当する。   Here, the scanning speed is generally a speed at which the pulse laser beam LB is moved relative to the substrate W. In the laser processing apparatus 10, the substrate W is mounted on the pulse laser beam LB. The speed at which the placed XY stage 4 is moved corresponds to this.

また、オーバーラップ率とは、パルスレーザ光LBの個々のパルス光(単パルス光)の被照射領域の重なりの程度を示す値であり、パルス繰り返し周波数と走査速度とで定まる単パルス光のピッチに対する集光径の比として求められる。ピッチの値が集光径よりも大きければ、オーバーラップ率は0%となり、ピッチの値が集光径の1/2であれば、オーバーラップ率は50%となる。   The overlap rate is a value indicating the degree of overlap of irradiated areas of individual pulsed light (single pulsed light) of the pulsed laser light LB, and the pitch of the single pulsed light determined by the pulse repetition frequency and the scanning speed. It is calculated | required as ratio of the condensing diameter with respect to. If the pitch value is larger than the light collection diameter, the overlap rate is 0%, and if the pitch value is ½ of the light collection diameter, the overlap rate is 50%.

なお、上述の加工条件のうち、レーザ強度は、一の被照射領域に対し単パルス光が一度照射されるのみでは、つまりは、オーバーラップ率が0%の場合にはアブレーションが生じることのない範囲の値として設定されてなる。より詳細には、上述の範囲のオーバーラップ率がみたされる場合にのみ、溶融アブレーションが生じるように設定されてなる。なお、仮に、レーザ強度が上述の範囲に設定され、かつ、オーバーラップ率が0より大きいものの上述の範囲より小さい値に設定された場合には、集光位置Fにおいて、物質の蒸発・飛散のない溶融・再固化のみか、あるいは、クラックの発生・伸展のみが生じることが、本発明の発明者によってあらかじめ確認されている。   Of the above-described processing conditions, the laser intensity is such that a single irradiation region is irradiated with a single pulse of light once, that is, no ablation occurs when the overlap rate is 0%. It is set as a range value. More specifically, it is set so that melt ablation occurs only when an overlap rate in the above-described range is observed. If the laser intensity is set in the above range and the overlap rate is larger than 0 but set to a value smaller than the above range, the substance is evaporated / scattered at the light condensing position F. It has been confirmed in advance by the inventor of the present invention that only melting and re-solidification or only crack generation and extension occur.

また、上述の加工条件を適宜に調整することで、溝部Gの深さDは10μm〜15μmとすることができ、亀裂CRの長さLは2μm〜3μmとすることが可能である。ただし、実際の値は、個々の基板Wの材質によっても異なる。   Moreover, the depth D of the groove part G can be 10 micrometers-15 micrometers by adjusting the above-mentioned processing conditions suitably, and the length L of the crack CR can be 2 micrometers-3 micrometers. However, the actual value varies depending on the material of each substrate W.

<冷却処理>
以上のような態様にて溶融アブレーション加工がなされた基板Wは、当該加工後の状態のままでも、亀裂CRの最下端部を起点とした分断を行い得るものではあるが、本実施の形態においては、上述した態様にて形成された亀裂CRをより伸展させるべく、図3(c)に示すように、溶融アブレーション加工がなされた直後の基板Wの上面Waに対し、矢印AR2に示すような態様にて冷媒を接触させることで、基板Wを上面Waの側から冷却する。
<Cooling treatment>
In the present embodiment, the substrate W that has been melt-ablated in the above-described manner can be divided starting from the lowest end of the crack CR even in the state after the processing. In order to further extend the crack CR formed in the above-described manner, as shown in FIG. 3C, as shown by an arrow AR2 with respect to the upper surface Wa of the substrate W immediately after the melt ablation processing is performed. The substrate W is cooled from the side of the upper surface Wa by bringing the refrigerant into contact with the aspect.

係る態様にて冷却を行うと、基板Wの上面Waの近傍では、一時的に、溝部Gから外側に向けて引張応力S3が作用する。一方、直接に冷媒と接触しない基板Wの内部においては、係る引張応力S3が作用したことに伴って、亀裂CRに向けて圧縮応力S4が作用する。別の見方をすれば、基板Wの内部においては、上面Waとの間に温度差が生じることに伴って、圧縮応力S4が作用する。係る圧縮応力S4が作用した結果として、図3(d)に示すように、亀裂CRが基板の厚み方向へとさらに伸展する。係る冷却時の亀裂CRの伸展長さをΔLとすると、LL=L+ΔLが最終的な亀裂CRの長さとなる。なお、冷却による亀裂CRの伸展長さΔLは、4μm程度である。   When cooling is performed in this manner, in the vicinity of the upper surface Wa of the substrate W, a tensile stress S3 acts temporarily from the groove G toward the outside. On the other hand, in the inside of the substrate W that is not in direct contact with the refrigerant, the compressive stress S4 acts toward the crack CR as the tensile stress S3 acts. From another viewpoint, in the inside of the substrate W, a compressive stress S4 acts as a temperature difference occurs with the upper surface Wa. As a result of the action of the compressive stress S4, as shown in FIG. 3D, the crack CR further extends in the thickness direction of the substrate. When the extension length of the crack CR during cooling is ΔL, LL = L + ΔL is the final crack CR length. The extension length ΔL of the crack CR due to cooling is about 4 μm.

係る冷却後の基板Wにおいては、後工程において分断する際の起点が、基板Wの上面Waから距離D+LLの深さにある亀裂CRの最下端部となる。基板Wの種類や溶融アブレーションの条件にもよるが、冷却を行うことで、冷却後の加工深さD+LLは、冷却前の加工深さD+Lに対して数十%程度大きくなる。溶融アブレーション加工後に冷却を行うことにより、溝Gのみが形成され、溝Gの最下端部が分断の起点となる場合に比して、あるいは、溶融アブレーション加工のみを行った場合に比して、より容易かつ確実な分断が実現される。   In such a cooled substrate W, the starting point when dividing in the subsequent process is the lowermost end portion of the crack CR at a depth D + LL from the upper surface Wa of the substrate W. Although depending on the type of the substrate W and the conditions of melt ablation, by cooling, the processing depth D + LL after cooling becomes several tens of percent larger than the processing depth D + L before cooling. By cooling after melt ablation, compared to the case where only the groove G is formed and the lowest end of the groove G is the starting point of the division, or compared to the case where only the melt ablation is performed, Easier and more reliable division is realized.

冷却手法としては、種々の態様が適用可能である。例えば、冷媒には、純水などの液体を用いてもよいし、低温の炭酸ガスなどの気体を用いてもよい。また、冷媒の供給態様としては、溶融アブレーション加工が終了した後の基板Wの上面Wa全体に冷媒を供給する態様であってもよいし、パルスレーザ光LBの照射の進行中に(つまりは溝部Gおよび亀裂CRの形成途中に)、すでに溝部Gおよび亀裂CRが形成されている箇所に対しピンポイントに冷媒を供給する態様であってもよい。   Various modes can be applied as the cooling method. For example, a liquid such as pure water may be used as the refrigerant, or a gas such as low-temperature carbon dioxide may be used. Moreover, as a supply mode of the coolant, a mode in which the coolant is supplied to the entire upper surface Wa of the substrate W after the melt ablation processing is finished, or while the irradiation of the pulse laser beam LB is in progress (that is, the groove portion). In the middle of formation of G and crack CR), a mode may be used in which the coolant is supplied to the pin point with respect to the location where the groove G and crack CR are already formed.

図4は、本実施の形態に係る溶融アブレーション加工およびその後の冷却を行った後の基板Wの様子と、他の手法による加工を行った後の基板Wの様子とを対比して示す図である。図4(a)は、図3(d)に示した冷却後の様子を再掲したものである。   FIG. 4 is a diagram showing the state of the substrate W after the melt ablation processing and the subsequent cooling according to the present embodiment are compared with the state of the substrate W after processing by another method. is there. FIG. 4 (a) shows the state after cooling shown in FIG. 3 (d) again.

これに対して、図4(b)に示すのは、溶融を積極的に生じさせない単なるアブレーションのみが生じる条件で加工を行った場合(以下、従来手法1と称する)の、基板Wの厚み方向と加工予定線の延在方向との双方に垂直な断面図である。係る加工は、上述の範囲よりもレーザ強度を大きくすることで実現される。   On the other hand, FIG. 4B shows the thickness direction of the substrate W when processing is performed under the condition that only mere ablation that does not actively cause melting (hereinafter referred to as conventional method 1) is performed. It is sectional drawing perpendicular | vertical to both the extending direction of a process planned line. Such processing is realized by increasing the laser intensity beyond the above range.

図4(b)に示すように、従来手法1の場合も、本実施の形態に係る溶融アブレーションを行った場合と同様、溝部Gαが形成される。ただし、溝部Gαの深さDαは溝部Gの深さDと同程度となるものの、溝部Gαの底部からは亀裂(垂直クラック)はほとんど伸展しない。これは、仮に引き続き基板Wを冷却したとしても同様である。   As shown in FIG. 4B, in the case of the conventional method 1, the groove portion Gα is formed as in the case where the melt ablation according to the present embodiment is performed. However, although the depth Dα of the groove part Gα is substantially the same as the depth D of the groove part G, cracks (vertical cracks) hardly extend from the bottom part of the groove part Gα. This is the same even if the substrate W is subsequently cooled.

すなわち、本実施の形態に係る溶融アブレーションと冷却との組合せの方が、図4(b)に例示する、従来手法1よりも(あるいはさらに冷却を行った場合よりも)、分断の起点をより深い位置に形成することができるので、容易かつ確実な分断が実現可能となる。   In other words, the combination of melt ablation and cooling according to the present embodiment is more effective at the starting point of division than the conventional method 1 illustrated in FIG. 4B (or more than when cooling is performed). Since it can be formed in a deep position, it is possible to realize easy and reliable division.

また、溝部GαのエッジEは、角張っている。それゆえ、分断後に得られる個片の端面強度は、エッジ部分が曲面となる本実施の形態の場合に比して弱くなる。本実施の形態に係る態様にて溶融アブレーションを行った場合、分断後の個片の端面強度は、従来手法1の場合の概ね4倍から5倍程度となる。それゆえ、従来手法1にて加工を行った場合よりも分断後の個片の端面強度をより高めることができる、という効果も得られる。   Further, the edge E of the groove part Gα is angular. Therefore, the end face strength of the piece obtained after the division is weaker than in the case of the present embodiment in which the edge portion is a curved surface. When melt ablation is performed in the aspect according to the present embodiment, the end face strength of the piece after the division is about 4 to 5 times that in the case of the conventional method 1. Therefore, it is possible to obtain an effect that the end face strength of the piece after the division can be further increased as compared with the case where the processing is performed by the conventional method 1.

また、図4(c)に示すのは、特許文献2に例示された態様と同様、パルスレーザ光として波長が266nmのUVレーザを用い、かつ、基板Wの下面Wbよりも下方に集光位置を設定して溶融アブレーション加工を行った場合(以下、従来手法2と称する)の、基板Wの厚み方向と加工予定線の延在方向との双方に垂直な断面図である。   Further, FIG. 4C shows a condensing position below the lower surface Wb of the substrate W using a UV laser having a wavelength of 266 nm as the pulse laser beam as in the embodiment exemplified in Patent Document 2. 6 is a cross-sectional view perpendicular to both the thickness direction of the substrate W and the extending direction of the planned processing line when melt ablation processing is performed with the above set (hereinafter referred to as conventional method 2).

図4(c)に示すように、従来手法2の場合も、本実施の形態に係る溶融アブレーションを行った場合と同様、溝部Gβが形成される。ただし、溝部Gβの深さDβは溝部Gの深さDに比して小さい範囲に留まる。具体的には、せいぜい6μm〜8μm程度である。溝部Gβは、概略、本実施の形態において形成される溝部Gの中間部G2に相当する部分を有さず、上端部G1と底部G3に相当する部分のみを有するように形成される。また、溝部Gβの底部からも亀裂(垂直クラック)はほとんど伸展しない。   As shown in FIG. 4C, in the case of the conventional method 2, the groove portion Gβ is formed as in the case where the melt ablation according to the present embodiment is performed. However, the depth Dβ of the groove part Gβ remains in a smaller range than the depth D of the groove part G. Specifically, it is about 6 μm to 8 μm at most. The groove part Gβ is roughly formed so as not to have a part corresponding to the intermediate part G2 of the groove part G formed in the present embodiment, but to have only parts corresponding to the upper end part G1 and the bottom part G3. Also, cracks (vertical cracks) hardly extend from the bottom of the groove Gβ.

それゆえ、本実施の形態に係る溶融アブレーションと冷却との組合せの方が、図4(c)に例示する従来手法2よりも、分断の起点をより深い位置にまで形成することができるので、容易かつ確実な分断が実現可能である。   Therefore, since the combination of melt ablation and cooling according to the present embodiment can form the starting point of the fragmentation deeper than the conventional method 2 illustrated in FIG. Easy and reliable division can be realized.

また、従来手法2の場合においても分断後の個片のエッジは曲面となるが、本実施の形態に係る溶融アブレーション加工の方が、分断後に得られる個片の端面強度が大きくなることが、実験的に確認されている。   Further, even in the case of the conventional method 2, the edge of the piece after dividing becomes a curved surface, but the melt ablation processing according to the present embodiment increases the end face strength of the piece obtained after dividing, It has been confirmed experimentally.

以上、説明したように、本実施の形態によれば、脆性材料基板をあらかじめ定められた分断予定線に沿って分断するにあたって、波長が355nmのUVレーザ光を、基板の上面に集光位置を保った状態で、溶融アブレーションが生じる条件で分断予定線に沿って走査しつつ照射し、その後冷却を行うことで、従来よりも基板厚み方向のより深い位置に分断のための起点を形成出来るとともに、分断後に得られる個片の端面強度を高めることができる。   As described above, according to the present embodiment, when a brittle material substrate is divided along a predetermined dividing line, UV laser light having a wavelength of 355 nm is focused on the upper surface of the substrate. In this state, irradiation is performed while scanning along the planned dividing line under conditions where melt ablation occurs, and then cooling is performed, so that a starting point for dividing can be formed at a deeper position in the substrate thickness direction than before. It is possible to increase the end face strength of the piece obtained after dividing.

実施例として、厚さ0.3mmのガラス基板(日本電気硝子社製OA−10G、熱膨張係数38×10−7/℃)に対し、直線状に定めた加工予定線に沿って、以下の4通りに条件を違えて溝部Gおよび亀裂CRの形成を試みた。 As an example, with respect to a glass substrate having a thickness of 0.3 mm (OA-10G manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., thermal expansion coefficient 38 × 10 −7 / ° C.), along the planned processing line defined linearly, the following An attempt was made to form the groove G and the crack CR under four different conditions.

具体的には、2つの基板Wに対して以下の条件1に従った溶融アブレーションを行い、そのうちの一方の基板Wのみに、純水による冷却を行った。   Specifically, melt ablation according to the following condition 1 was performed on the two substrates W, and only one of the substrates W was cooled with pure water.

<条件1>
レーザ波長:355nm;
レーザ出力:12.0W;
レーザ強度:4.69×1010W/cm
パルス繰り返し周波数:1MHz;
パルス幅:1ns;
走査速度:350mm/s;
オーバーラップ率:93.9%;
集光位置:基板表面;
集光位置における集光径:6μm。
<Condition 1>
Laser wavelength: 355 nm;
Laser power: 12.0W;
Laser intensity: 4.69 × 10 10 W / cm 2 ;
Pulse repetition frequency: 1 MHz;
Pulse width: 1 ns;
Scanning speed: 350 mm / s;
Overlap rate: 93.9%;
Condensing position: substrate surface;
Condensing diameter at the condensing position: 6 μm.

冷却処理は、パルスレーザ光LBの走査方向においてパルスレーザ光LBの集光位置より15mm後方の位置に対し、基板Wの上面Waより5mm上方の位置から純水を供給することにより行った。供給流量は1ml/min.とした。   The cooling process was performed by supplying pure water from a position 5 mm above the upper surface Wa of the substrate W to a position 15 mm behind the focusing position of the pulse laser light LB in the scanning direction of the pulse laser light LB. Supply flow rate is 1 ml / min. It was.

また、別の2つの基板Wに対して以下の条件2に従った溶融アブレーションを行い、そのうちの一方の基板Wのみに、炭酸ガスによる冷却を行った。   Further, melt ablation according to the following condition 2 was performed on another two substrates W, and only one of the substrates W was cooled with carbon dioxide gas.

<条件2>
レーザ波長:355nm;
レーザ出力:4.0W;
レーザ強度:1.56×1010W/cm
パルス繰り返し周波数:1MHz;
パルス幅:1ns;
走査速度:100mm/s;
オーバーラップ率:98.3%;
集光位置:基板表面;
集光位置における集光径:6μm。
<Condition 2>
Laser wavelength: 355 nm;
Laser power: 4.0W;
Laser intensity: 1.56 × 10 10 W / cm 2 ;
Pulse repetition frequency: 1 MHz;
Pulse width: 1 ns;
Scanning speed: 100 mm / s;
Overlap rate: 98.3%;
Condensing position: substrate surface;
Condensing diameter at the condensing position: 6 μm.

冷却処理は、パルスレーザ光LBの走査方向においてパルスレーザ光LBの集光位置より15mm後方の位置に対し、基板Wの上面Waより5mm上方の位置から低温(約−20℃)の炭酸ガスを供給することにより行った。供給流量は1ml/min.とした。   In the cooling process, carbon dioxide gas at a low temperature (about −20 ° C.) is applied from a position 5 mm above the upper surface Wa of the substrate W to a position 15 mm behind the focused position of the pulse laser light LB in the scanning direction of the pulse laser light LB. Done by feeding. Supply flow rate is 1 ml / min. It was.

図5および図6はそれぞれ、条件1および条件2に従って溶融アブレーション加工を行った2つの基板Wについての断面SEM像である。図5(a)および図6(a)が冷却を行わなかった基板Wについての像であり、図5(b)および図6(b)が冷却を行わなかった基板Wについての像である。   5 and 6 are cross-sectional SEM images of two substrates W that have been subjected to melt ablation processing in accordance with Condition 1 and Condition 2, respectively. FIGS. 5A and 6A are images of the substrate W that has not been cooled, and FIGS. 5B and 6B are images of the substrate W that has not been cooled.

図5および図6のいずれにおいても、冷却を行った場合の加工深さ(D+LL)が、冷却を行わなかった場合の加工深さ(D+L)よりも大きくなっている。   In both FIG. 5 and FIG. 6, the processing depth (D + LL) when cooling is performed is larger than the processing depth (D + L) when cooling is not performed.

係る結果は、溶融アブレーション加工と冷却処理とを組み合わせることが、分断の起点をより深い位置に形成するうえにおいて有効であることを意味している。   Such a result means that the combination of the melt ablation process and the cooling process is effective in forming the starting point of the division at a deeper position.

1 レーザ光源
2 ミラー機構
3 レンズ機構
4 XYステージ
5 冷却機構
10 レーザ加工装置
CM 冷却媒体
CR 亀裂
E (溝部Gαの)エッジ
F 集光位置
G、Gα、Gβ 溝
G1 (溝部Gの)上端部
G2 (溝部Gの)中間部
G3 (溝部Gの)底部
LB パルスレーザ光
S1、S3 引張応力
S2、S4 圧縮応力
W 基板
Wa (基板Wの)上面
Wb (基板Wの)下面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Mirror mechanism 3 Lens mechanism 4 XY stage 5 Cooling mechanism 10 Laser processing apparatus CM Cooling medium CR Crack E Edge (of groove part Gα) F Condensing position G, Gα, Gβ Groove G1 (Upper part of groove part G) G2 Intermediate portion G3 (of groove G) Bottom portion of LB pulse laser beam S1, S3 Tensile stress S2, S4 Compressive stress W Substrate Wa (Substrate W) upper surface Wb (Substrate W) lower surface

Claims (7)

脆性材料基板を分断予定位置に沿って加工する方法であって、
パルスレーザ光を集光して、前記脆性材料基板の表面に、前記分断予定位置に沿って走査しつつ照射することにより、前記分断予定位置に沿った溝部を形成するとともに前記溝部から前記基板の厚み方向へと伸展する亀裂を形成する、溶融アブレーション工程と、
前記溶融アブレーション工程を経た前記脆性材料基板の表面を冷却する冷却工程と、
を備え
前記溶融アブレーション工程においては、前記パルスレーザ光の被照射領域のうち前記パルスレーザ光の前記集光位置の直下に位置する第1の領域における前記脆性材料基板の構成物質の蒸発および飛散と、前記第1の領域に隣接する第2の領域における前記構成物質の溶融および再固化とを生じさせる、溶融アブレーションが生じる照射条件にて、前記パルス光を照射することにより、前記溝部の対向する1対のエッジをなす部分である前記溝部の上端部が、前記脆性材料基板の上面から連続する曲面として形成される、
ことを特徴とする脆性材料基板の加工方法。
A method of processing a brittle material substrate along a planned cutting position,
It condenses the pulsed laser beam, the substrate from the groove with the surface of the brittle material substrate, by irradiating while scanning along the front SL be cut position to form a groove along the cutting scheduled position Forming a crack extending in the thickness direction of the melt ablation process;
A cooling step of cooling the surface of the brittle material substrate that has undergone the melt ablation step;
Equipped with a,
In the melt ablation step, evaporation and scattering of constituent materials of the brittle material substrate in a first region located immediately below the condensing position of the pulsed laser light among irradiated regions of the pulsed laser light, By irradiating the pulsed light under irradiation conditions in which melt ablation occurs, which causes melting and re-solidification of the constituent material in the second region adjacent to the first region, a pair of opposing grooves The upper end portion of the groove portion that is a portion forming the edge of is formed as a curved surface continuous from the upper surface of the brittle material substrate.
A method for processing a brittle material substrate, characterized in that:
請求項1に記載の脆性材料基板の加工方法であって、
前記パルスレーザ光はUVレーザである、
ことを特徴とする脆性材料基板の加工方法。
A method for processing a brittle material substrate according to claim 1,
The pulse laser beam is a UV laser;
A method for processing a brittle material substrate, characterized in that:
請求項1または請求項2に記載の脆性材料基板の加工方法であって、
前記冷却工程においては液体、気体または液体と気体の混合物により前記脆性材料基板の表面を冷却する、
ことを特徴とする脆性材料基板の加工方法。
A method for processing a brittle material substrate according to claim 1 or 2,
In the cooling step, the surface of the brittle material substrate is cooled by liquid, gas, or a mixture of liquid and gas.
A method for processing a brittle material substrate, characterized in that:
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法であって、
前記溶融アブレーション工程においては、前記溝部が、前記上端部と、中間部と、底部との3つの部位からなるように形成され、
前記中間部は、それぞれが前記上端部から連続する、前記脆性材料基板の厚み方向に沿った一対の面が、対向するようにあるいは前記上端部の近傍よりも前記底部の近傍の方が間隔が広くなるような平坦面あるいは曲面として形成され、
前記底部は、前記中間部をなす前記一対の面のそれぞれと連続してなる曲面として形成される、
ことを特徴とする脆性材料基板の加工方法。
A method for processing a brittle material substrate according to any one of claims 1 to 3,
In the melt ablation step, the groove portion is formed so as to consist of three portions, the upper end portion, an intermediate portion, and a bottom portion,
The intermediate portion is continuously spaced from the upper end portion so that a pair of surfaces along the thickness direction of the brittle material substrate face each other or in the vicinity of the bottom portion rather than in the vicinity of the upper end portion. It is formed as a flat or curved surface that becomes wider,
The bottom portion is formed as a curved surface continuous with each of the pair of surfaces forming the intermediate portion,
A method for processing a brittle material substrate, characterized in that:
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法であって、A method for processing a brittle material substrate according to any one of claims 1 to 4,
前記溶融アブレーション工程においては、オーバーラップがない場合にはアブレーションが生じることのないレーザ強度の単パルス光をオーバーラップさせた前記パルスレーザ光の照射によって前記溶融アブレーションを生じさせる、In the melt ablation step, when there is no overlap, the melt ablation is caused by irradiation with the pulsed laser light that is overlapped with a single pulse light having a laser intensity that does not cause ablation.
ことを特徴とする脆性材料基板の加工方法。A method for processing a brittle material substrate, characterized in that:
請求項5に記載の脆性材料基板の加工方法であって、A method for processing a brittle material substrate according to claim 5,
前記パルスレーザ光は波長が355nmのUVレーザであり、The pulse laser beam is a UV laser having a wavelength of 355 nm,
前記溶融アブレーション工程においては、In the melt ablation process,
レーザ出力:4W〜20W;Laser power: 4W-20W;
レーザ強度:1.56×10Laser intensity: 1.56 × 10 1010 W/cmW / cm 2 〜7.81×10~ 7.81 × 10 1010 W/cmW / cm 2 ;
パルス繰り返し周波数:0.2MHz〜1.0MHz;Pulse repetition frequency: 0.2 MHz to 1.0 MHz;
パルス幅:0.5ns〜100ns;Pulse width: 0.5 ns to 100 ns;
走査速度:100mm/s〜400mm/s;Scanning speed: 100 mm / s to 400 mm / s;
オーバーラップ率:93.5%〜98.25%;Overlap rate: 93.5% to 98.25%;
集光位置における集光径:6μm〜10μm、Condensing diameter at the condensing position: 6 μm to 10 μm,
という条件で前記パルスレーザ光が照射される、The pulse laser beam is irradiated under the condition
ことを特徴とする脆性材料基板の加工方法。A method for processing a brittle material substrate, characterized in that:
脆性材料基板表面の分断予定位置に沿ってレーザ光を照射するレーザ加工装置であって、
パルスレーザを出射するレーザ光源と、
前記パルスレーザを集光して前記脆性材料基板の表面に照射する照射レンズ機構と、
前記脆性材料基板の表面に冷媒を供給する冷却機構と、
前記レンズ機構及び冷却機構が脆性材料基板表面の分断予定位置に沿って相対的に移動するように前記脆性材料基板を移動させる移動機構と、
を備え、
前記集光されるパルスレーザ光は、前記パルスレーザ光の被照射領域のうち前記パルスレーザ光の前記集光位置の直下に位置する第1の領域における前記脆性材料基板の構成物質の蒸発および飛散と、前記第1の領域に隣接する第2の領域における前記構成物質の溶融および再固化とを生じさせる、溶融アブレーションが生じる条件で前記脆性材料基板の表面に照射され、
前記冷却機構は、前記パルスレーザが照射された脆性材料基板の表面に冷媒を供給する、
ことを特徴とする脆性材料基板の加工装置。
A laser processing apparatus for irradiating a laser beam along a planned cutting position on a brittle material substrate surface,
A laser light source that emits a pulsed laser;
An irradiation lens mechanism for condensing the pulse laser and irradiating the surface of the brittle material substrate;
A cooling mechanism for supplying a coolant to the surface of the brittle material substrate;
A moving mechanism for moving the brittle material substrate so that the lens mechanism and the cooling mechanism move relatively along the planned cutting position on the brittle material substrate surface;
With
The condensed pulsed laser light is evaporated and scattered in the first region located directly below the focused position of the pulsed laser light in the irradiated region of the pulsed laser light. And irradiating the surface of the brittle material substrate under conditions where melt ablation occurs, causing melting and resolidification of the constituents in a second region adjacent to the first region ,
The cooling mechanism supplies a coolant to the surface of the brittle material substrate irradiated with the pulse laser.
An apparatus for processing a brittle material substrate.
JP2013198627A 2013-09-25 2013-09-25 Method and apparatus for processing brittle material substrate Expired - Fee Related JP6260168B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013198627A JP6260168B2 (en) 2013-09-25 2013-09-25 Method and apparatus for processing brittle material substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013198627A JP6260168B2 (en) 2013-09-25 2013-09-25 Method and apparatus for processing brittle material substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015062926A JP2015062926A (en) 2015-04-09
JP6260168B2 true JP6260168B2 (en) 2018-01-17

Family

ID=52831287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013198627A Expired - Fee Related JP6260168B2 (en) 2013-09-25 2013-09-25 Method and apparatus for processing brittle material substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6260168B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI466749B (en) * 2007-11-02 2015-01-01 Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd Method for Segmentation of Fragile Material Substrate
JP2010138046A (en) * 2008-12-15 2010-06-24 Japan Steel Works Ltd:The Method and device for working material to be cut
JP5770446B2 (en) * 2010-09-30 2015-08-26 株式会社ディスコ Split method
JP5292420B2 (en) * 2011-02-17 2013-09-18 三星ダイヤモンド工業株式会社 Glass substrate scribing method
JP6255147B2 (en) * 2011-12-28 2017-12-27 三星ダイヤモンド工業株式会社 Cutting device and method for cutting workpiece

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015062926A (en) 2015-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7090594B2 (en) Equipment and methods for laser machining
CN111065485B (en) Apparatus and method for laser machining transparent workpieces using an afocal beam adjustment assembly
CN107755904B (en) Device and method for cutting profiles from flat substrates by means of laser
JP5193326B2 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
US20170250113A1 (en) Method of laser processing for substrate cleaving or dicing through forming &#34;spike-like&#34; shaped damage structures
WO2010116917A1 (en) Laser machining device and laser machining method
JP2009066851A5 (en)
TW201343296A (en) Laser scribing system and method with extended depth affectation into a workpiece
JP2011056544A5 (en)
JP5879106B2 (en) Method for scribing a brittle material substrate
JP2009066851A (en) Method of chamfering brittle substrate
TWI647187B (en) Method of separating a glass sheet from a carrier
KR20120098869A (en) Laser machining and scribing systems and methods
JP2008538324A (en) Method for precisely polishing / structuring a heat-sensitive dielectric material with a laser beam
JP2010274328A (en) Laser beam machining method and laser beam machining device
JP4256840B2 (en) Laser cutting method and apparatus
JP2008183599A (en) Method for working workpiece made of highly brittle and non-metallic material, and device therefor
JP2007055000A (en) Method and device for cutting article to be processed made of nonmetal material
KR100381165B1 (en) A Glass Cutting Device and a Method
JP5560096B2 (en) Laser processing method
JP6260168B2 (en) Method and apparatus for processing brittle material substrate
JP2015062927A (en) Processing method and processing device of brittle material substrate
TWI587960B (en) Laser processing method and laser processing device
TWI716589B (en) Breaking method and breaking device of brittle material substrate
JP5625184B2 (en) Chip manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160726

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170412

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170418

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170612

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171127

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6260168

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees