JPWO2009145008A1 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
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Abstract
金属粉が発生する問題や冷却部材に付着した汚れが基板に付着する問題がなく、摩擦による傷の発生も生じない固体接触による冷却方法を用いたレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供する。ビームスポットを脆性材料基板に形成するレーザ照射機構と、冷却領域を形成する基板冷却機構と、ビームスポット、および、前記冷却領域を、基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構とを備え、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒と、固相冷媒を基板に接触させる押圧機構とからなる。Provided are a laser processing method and a laser processing apparatus using a cooling method based on solid contact that does not have a problem of metal powder generation and a problem of dirt adhering to a cooling member adhering to a substrate and does not generate scratches due to friction. A laser irradiation mechanism for forming a beam spot on a brittle material substrate, a substrate cooling mechanism for forming a cooling region, the beam spot, and the cooling region along the planned processing line set on the substrate. The substrate cooling mechanism includes a solid-phase refrigerant that is solidified by cooling a refrigerant material that is gas or liquid at room temperature, and a pressing mechanism that causes the solid-phase refrigerant to contact the substrate. Consists of.
Description
本発明は、レーザ照射による脆性材料基板の加工方法および加工装置に関し、さらに詳細にはレーザ照射による加熱とその直後の冷却により脆性材料基板に熱応力を与えてクラックを生じさせるレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
ここで脆性材料基板とは、ガラス基板、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、半導体ウエハ、サファイア基板、セラミック基板等をいう。The present invention relates to a processing method and a processing apparatus for a brittle material substrate by laser irradiation, and more particularly, a laser processing method and a laser for generating cracks by applying thermal stress to the brittle material substrate by heating by laser irradiation and cooling immediately thereafter. It relates to a processing apparatus.
Here, the brittle material substrate refers to a glass substrate, a sintered ceramic material, a single crystal silicon, a semiconductor wafer, a sapphire substrate, a ceramic substrate, or the like.
ガラス基板等の脆性材料基板にレーザビームを照射し、基板上に形成されるビームスポットを走査してライン状に加熱し、さらに加熱直後に冷媒を吹き付けて冷却するレーザスクライブ加工を用いると、カッターホイール等による機械的な加工に比べてカレットの発生を低減させることができ、また、端面強度を向上させることができる。
そのため、フラットパネルディスプレイをはじめ、ガラス基板等を分断加工することが必要な種々の製造工程等でレーザスクライブ加工が採用されている。Using laser scribing, which irradiates a brittle material substrate such as a glass substrate with a laser beam, scans the beam spot formed on the substrate, heats it in a line, and blows and cools the coolant immediately after heating. Compared with mechanical processing using a wheel or the like, the occurrence of cullet can be reduced, and the end face strength can be improved.
For this reason, laser scribing is employed in various manufacturing processes and the like that require cutting of glass substrates and the like including flat panel displays.
一般に、レーザスクライブ加工では、これから加工しようとする仮想線(加工予定ラインという)を設定する。そして加工予定ラインの始端となる基板端に、カッターホイール等で初期亀裂(トリガ)を形成し、レーザビームの照射によるビームスポットを始端に形成した初期亀裂の位置からスクライブ予定ラインに沿って走査する。続いて、ビームスポットが通過した直後の加工予定ラインに、冷媒を吹き付けて冷却を行う。このとき、加工予定ライン近傍に発生した温度分布(深さ方向の温度分布又は前後方向の温度分布)に基づいて応力勾配が生じる結果、有限深さのクラック(スクライブラインという)又は、基板の裏面に達して基板を完全に分断するクラック(フルカットラインという)が形成される(特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
In general, in laser scribing processing, a virtual line to be processed (referred to as a processing scheduled line) is set. Then, an initial crack (trigger) is formed on the substrate end, which is the starting end of the planned processing line, with a cutter wheel or the like, and a beam spot by laser beam irradiation is scanned along the planned scribe line from the position of the initial crack formed at the starting end. . Subsequently, cooling is performed by spraying a coolant on the processing scheduled line immediately after the beam spot passes. At this time, a stress gradient is generated based on the temperature distribution (depth direction temperature distribution or front-rear direction temperature distribution) generated in the vicinity of the processing line, resulting in a finite depth crack (called a scribe line) or the back surface of the substrate. And a crack (referred to as a full cut line) that completely divides the substrate is formed (see
レーザスクライブ加工により加工予定ラインに沿って精度よくクラックを形成させるためには、加工予定ライン上に大きな熱応力を発生させる必要があり、加工予定ラインに沿って急峻な温度勾配を形成する必要がある。また、有限深さのクラック(スクライブライン)をできるだけ深く形成できる加工条件にしたり、あるいは確実に完全分断するクラック(フルカットライン)を形成できる加工条件にしたりして、レーザスクライブ加工を行うのが好ましいが、そのためにも加熱後の冷却で、できるだけ大きな温度勾配を形成する必要がある。しかしながら、これまで一般的に行われてきた冷却方法である気体(液体を含有させてもよい)を非接触状態で吹き付ける方法では、冷却が十分でないこともあった。 In order to accurately form a crack along the planned processing line by laser scribing, it is necessary to generate a large thermal stress on the planned processing line, and it is necessary to form a steep temperature gradient along the planned processing line. is there. Laser scribing may be performed under conditions that allow the formation of cracks (scribe lines) with a finite depth as deeply as possible, or conditions that allow the formation of cracks (full cut lines) that can be completely cut off. For this purpose, it is necessary to form a temperature gradient as large as possible by cooling after heating. However, the method of spraying a gas (which may contain a liquid) in a non-contact state, which is a cooling method generally performed so far, may not be sufficiently cooled.
そこで大きな温度勾配を発生させる冷却方法として、ビームスポットが通過した後に、冷却部材を基板面に機械的に接触するようにして行う方法が開示されている。
例えば、冷媒が循環する冷却パイプを基板に接触するようにして冷却する方法が開示されている(特許文献4参照)。Therefore, as a cooling method for generating a large temperature gradient, a method is disclosed in which the cooling member is mechanically brought into contact with the substrate surface after the beam spot has passed.
For example, a cooling method is disclosed in which a cooling pipe in which a coolant circulates is brought into contact with a substrate (see Patent Document 4).
また、ローラ状の冷却部材(固体)や球状の冷却部材(固体)や棒状の冷却部材の先端を、低温にして基板表面に接触するようにして冷却する方法が開示されている(特許文献5)。
さらに、常温で水よりも蒸気圧の高い溶剤などからなる揮発性液体をスポンジ、フェルトなどの素材からなる冷却部材に浸透させ、この冷却部材(スポンジ等)を基板に接触させることにより、揮発性液体を塗布し、揮発性液体が蒸発するときの気化熱を利用して冷却することも開示されている(特許文献5参照)。
In addition, a volatile liquid composed of a solvent having a vapor pressure higher than that of water at room temperature is infiltrated into a cooling member made of a material such as sponge or felt, and the cooling member (sponge or the like) is brought into contact with the substrate to make it volatile. It is also disclosed that the liquid is applied and cooled using the heat of vaporization when the volatile liquid evaporates (see Patent Document 5).
このように冷却パイプやローラ状の冷却部材を接触したり、揮発液体を浸透させたスポンジ、フェルト等の冷却部材を接触したりして、固体物質を基板に機械的に接触することにより冷却を行えば、加工予定ラインに沿って効率的に冷却することができるようになり、加工予定ラインに沿って精度よく、かつ、確実にクラックを形成することができる。 In this way, the cooling pipe or roller-shaped cooling member is contacted, or the cooling member such as sponge or felt infiltrated with the volatile liquid is contacted, and the solid material is mechanically brought into contact with the substrate for cooling. If it carries out, it will become possible to cool efficiently along a process schedule line, and a crack can be formed accurately and reliably along a process schedule line.
しかしながら、冷却パイプやローラ状の冷却部材には、接触面を低温に冷却できる熱伝導率の高い金属(銅、アルミニウム)が用いられる。このような冷却部材が基板に機械的に接触した状態で移動すると、摩擦によって金属粉が基板上に残り、基板が汚染されてしまう。特に、冷却部材の接触面に何らかの原因で小さな傷が生じると、傷の部分から金属粉が発生しやすくなる。また、傷の部分は摩擦係数が高いので、この部分に接することにより基板に傷が付きやすくなる。 However, a metal (copper, aluminum) having a high thermal conductivity capable of cooling the contact surface to a low temperature is used for the cooling pipe or the roller-shaped cooling member. When such a cooling member moves while being in mechanical contact with the substrate, metal powder remains on the substrate due to friction, and the substrate is contaminated. In particular, when a small scratch occurs on the contact surface of the cooling member for some reason, metal powder is likely to be generated from the scratched portion. Further, since the scratched portion has a high coefficient of friction, the substrate is easily scratched by coming into contact with this portion.
一方、揮発液体を浸透させたスポンジ、フェルト等の冷却部材を用いる場合は、金属粉や摩擦による傷の問題は生じないが、スポンジやフェルトの一部が剥がれて、基板に付着してしまうおそれがある。また、スポンジやフェルトに、汚れが付着すると、それ以降に接触する基板に汚れを付着させてしまうことになる。 On the other hand, when using a cooling member such as sponge or felt infiltrated with volatile liquid, there is no problem of scratches due to metal powder or friction, but there is a risk that part of the sponge or felt may peel off and adhere to the substrate There is. Moreover, if dirt adheres to the sponge or felt, the dirt adheres to the substrate that comes into contact thereafter.
そこで、本発明は、レーザスクライブ加工における加熱後の冷却を固体の冷却部材を機械的に接触させる場合に、冷却部材自身から金属粉が発生する問題や冷却部材に付着した汚れが他の基板に付着する問題がなく、また、摩擦による傷の発生も生じない冷却方法を用いたレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a problem that metal powder is generated from the cooling member itself and dirt attached to the cooling member on other substrates when the solid cooling member is mechanically contacted with the cooling after heating in the laser scribing process. It is an object of the present invention to provide a laser processing method and a laser processing apparatus using a cooling method that does not have a problem of adhesion and does not cause scratches due to friction.
上記課題を解決するためになされた本発明のレーザ加工装置は、冷却部材として基板に機械的に接触させる固体材料が備えなければならない性質を工夫することによりなされたものである。
すなわち、本発明のレーザ加工装置は、脆性材料基板用のレーザ加工装置であって、レーザビームを照射することにより局所的な加熱を行うビームスポットを基板に形成するレーザ照射機構と、基板を局所的に冷却する冷却領域を形成する基板冷却機構とを備え、さらに、レーザ照射機構により照射されるビームスポット、および、基板冷却機構により形成される冷却領域を、基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構を備える。そして、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を冷媒として用いるようにし、この固相冷媒を基板に接触させる接触機構を備えるようにする。The laser processing apparatus of the present invention made to solve the above-mentioned problems has been made by devising the property that a solid material to be brought into mechanical contact with a substrate as a cooling member must have.
In other words, the laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus for a brittle material substrate, and includes a laser irradiation mechanism for forming a beam spot on the substrate to perform local heating by irradiating the laser beam, and a local substrate. And a substrate cooling mechanism for forming a cooling region to be cooled automatically, and further, a beam spot irradiated by the laser irradiation mechanism and a cooling region formed by the substrate cooling mechanism are aligned with a planned processing line set on the substrate. And a scanning mechanism that relatively moves in the order of the beam spot and the cooling region. The substrate cooling mechanism uses a solid-phase refrigerant that is solidified by cooling a refrigerant material that becomes a gas or a liquid at room temperature, and includes a contact mechanism that contacts the solid-phase refrigerant with the substrate.
ここで、ビームスポットおよび冷却領域を相対的に移動する走査機構は、レーザスポットおよび冷却領域を一定の位置にして基板を移動するようにしてもよいし、基板の位置を一定にしてレーザ照射機構によるビームスポットおよび基板冷却機構による冷却領域を基板に対し移動するようにしてもよい。
また、「常温で気体または液体となる冷媒材料」の「常温」とは、レーザスクライブ加工が行われる周囲の空間の通常状態の温度(室温)いい、具体的には5℃以上40℃以下の温度範囲をいう。Here, the scanning mechanism that relatively moves the beam spot and the cooling region may move the substrate with the laser spot and the cooling region at a fixed position, or the laser irradiation mechanism with the substrate position fixed. The beam spot and the cooling region by the substrate cooling mechanism may be moved with respect to the substrate.
The “normal temperature” of the “refrigerant material that becomes a gas or liquid at normal temperature” refers to the normal temperature (room temperature) of the surrounding space where the laser scribing process is performed, specifically 5 ° C. to 40 ° C. Refers to the temperature range.
本発明によれば、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を、押圧機構によって基板に接触させる。固相冷媒は、一端面が基板に接触しながら、直前に加熱された加工予定ラインに沿って走査されるようになる。これにより、基板の加工予定ラインが、固相冷媒の接触面によって効率よく、かつ、精度よく冷却され、固相冷媒は接触面が気化、液化し、消耗されていくことになる。 According to the present invention, the substrate cooling mechanism brings the solid-phase refrigerant that has been solidified by cooling the refrigerant material that becomes a gas or a liquid at room temperature into contact with the substrate by the pressing mechanism. The solid-phase refrigerant is scanned along the scheduled processing line heated immediately before, while one end surface is in contact with the substrate. As a result, the processing line of the substrate is efficiently and accurately cooled by the contact surface of the solid-phase refrigerant, and the contact surface of the solid-phase refrigerant is vaporized, liquefied, and consumed.
本発明によれば、固相冷媒との接触面で効率的な冷却ができ、摩擦によって固相冷媒に傷が付くこともないので基板に傷が付きにくくなる。また、冷却の際に接触面が気化または液化して消耗することになるので、同じ固相冷媒で次々と基板を冷却しても、固相冷媒の接触面に付着した汚れが次の基板に付着されていくこともなくなる。 According to the present invention, efficient cooling can be performed on the contact surface with the solid-phase refrigerant, and the solid-phase refrigerant is not damaged by friction, so that the substrate is hardly damaged. In addition, since the contact surface is vaporized or liquefied during cooling, it will be consumed, so even if the substrate is cooled one after another with the same solid phase refrigerant, the dirt adhering to the contact surface of the solid phase refrigerant will adhere to the next substrate. It will not be attached.
上記発明において、固相冷媒として、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられるようにしてもよい。
固相冷媒として氷を用い、これを加熱された基板に接触すると、一部が液化して水になる。また、固相冷媒として固体状態のアルコールを用いると、一部が液体アルコールまたは気体アルコールになる。また、固相冷媒としてドライアイスを用いると、一部が気化して二酸化炭素になる。これら材料は、いずれも金属粉やスポンジのような固形物質を含まないので、基板上に固形物として残って基板を傷つけたり汚したりすることはない。また、常温で自然に蒸発する材料であるため、除去する必要がないか、また、蒸発していない液体状態で付着していても簡単に純水洗浄により除去することができる。
さらに、氷、アルコール、ドライアイスを固相冷媒として基板と接触させるときに、これらを冷却すればするほど、固体温度を低温化することができる。したがって、固相冷媒の温度を冷却して低温にすることにより、さらに冷却効率を高めることができ、急峻な温度勾配を形成して精度のよい加工を行うことができる。In the above invention, any one of ice, solid state alcohol, and dry ice may be used as the solid-phase refrigerant.
When ice is used as the solid-phase refrigerant and this is brought into contact with a heated substrate, a part of the ice is liquefied to become water. Further, when solid-state alcohol is used as the solid-phase refrigerant, a part thereof becomes liquid alcohol or gaseous alcohol. In addition, when dry ice is used as the solid phase refrigerant, a part thereof is vaporized into carbon dioxide. None of these materials contain a solid substance such as metal powder or sponge, so that they remain as solids on the substrate and do not damage or contaminate the substrate. Further, since it is a material that naturally evaporates at room temperature, it does not need to be removed, and even if it is attached in a liquid state that has not evaporated, it can be easily removed by washing with pure water.
Further, when ice, alcohol, or dry ice is brought into contact with the substrate as a solid-phase refrigerant, the solid temperature can be lowered as the temperature of the ice is reduced. Therefore, by cooling the solid-phase refrigerant to a low temperature, the cooling efficiency can be further increased, and a steep temperature gradient can be formed to perform accurate processing.
上記発明において、基板冷却機構は、さらに前記冷媒材料を供給する冷媒供給部と、供給された冷媒材料を前記冷媒材料が固体化する温度以下に冷却して固相冷媒にする固体化部とを備えるようにしてもよい。
これによれば、固相冷媒の一部が気化または液化して消耗すると、冷媒供給部から冷媒材料を供給して固体化温度まで冷却して固相冷媒にすることで、消耗した固相冷媒を追加することができるようになり、連続して冷却を行うことができる。また、固相冷媒に傷が付いても修復することができる。In the above invention, the substrate cooling mechanism further includes: a refrigerant supply unit that supplies the refrigerant material; and a solidification unit that cools the supplied refrigerant material to a temperature equal to or lower than a temperature at which the refrigerant material solidifies to form a solid phase refrigerant. You may make it prepare.
According to this, when a part of the solid-phase refrigerant is vaporized or liquefied and consumed, the exhausted solid-phase refrigerant is supplied by supplying the refrigerant material from the refrigerant supply unit and cooling to the solidification temperature to form the solid-phase refrigerant. Can be added, and cooling can be performed continuously. Moreover, even if the solid-phase refrigerant is damaged, it can be repaired.
ここで、冷媒供給部は前記冷媒材料を噴射するノズルを備え、固体化部は、基板に対向する端面が設けられるとともにノズルから噴射された冷媒材料が端面に付着するように配置される芯材と、芯材の端面を冷媒材料が固体化する温度以下に冷却する芯材冷却部とからなるようにしてもよい。
これによれば、芯材冷却部によって冷却された芯材(例えば先端面を丸めた銅製の棒体)の端面にノズルから冷媒材料を噴射することにより、芯材端面に付着した冷媒材料が固体化温度以下に冷却されて固体化し、芯材端面に付着するようになり、芯材端面を覆う固相冷媒を形成することができる。
そして芯材端面に付着した固相冷媒を、基板に機械的に接触させることにより、基板を効率よく冷却させることができる。このとき芯材自身は基板と直接接触することはないので、芯材の一部が剥離して金属粉等が残ることもない。Here, the refrigerant supply unit includes a nozzle for injecting the refrigerant material, and the solidification unit is provided with an end surface facing the substrate and the core material arranged so that the refrigerant material injected from the nozzle adheres to the end surface And a core material cooling section that cools the end face of the core material to a temperature equal to or lower than the temperature at which the refrigerant material is solidified.
According to this, the refrigerant material adhering to the end face of the core material is solid by injecting the refrigerant material from the nozzle onto the end face of the core material (for example, a copper rod having a rounded front end face) cooled by the core material cooling unit. The solid-state refrigerant can be formed by being cooled to a temperature equal to or lower than the conversion temperature and solidifying and adhering to the end surface of the core material, and covering the end surface of the core material.
And the board | substrate can be cooled efficiently by making the solid-phase refrigerant adhering to a core material end surface contact a board | substrate mechanically. At this time, since the core material itself does not directly contact the substrate, a part of the core material is not peeled off and the metal powder or the like does not remain.
また、上記発明において、押圧機構は、前記固相冷媒の一端面を前記基板に対向させた状態で前記固相冷媒を着脱可能に支持する支持部材を備えるようにしてもよい。
これによれば、支持部材によって着脱可能に取り付けられた固相冷媒は、押圧機構によって基板に押し付けられる。そして、基板との接触により固相冷媒が消耗されてくると、使用していた固相冷媒を取り外し、新しい固相冷媒に交換する。これにより、引き続いて固相冷媒による冷却することができる。In the above invention, the pressing mechanism may include a support member that removably supports the solid-phase refrigerant in a state where one end surface of the solid-phase refrigerant is opposed to the substrate.
According to this, the solid-phase refrigerant detachably attached by the support member is pressed against the substrate by the pressing mechanism. When the solid-phase refrigerant is consumed due to contact with the substrate, the used solid-phase refrigerant is removed and replaced with a new solid-phase refrigerant. Thereby, it can cool by a solid-phase refrigerant | coolant subsequently.
また、上記発明において、基板冷却機構は、固相冷媒に対し前記基板と接触する固相冷媒の接触面を整形する整形機構をさらに備えてもよい。
ここで、整形機構が整形する形状は、特に限定されない。具体的には、先端を半球状に整形してもよいし、角状に整形してもよい。また、加工予定ライン方向に合わせやすくするために楕円状に整形してもよい。In the above invention, the substrate cooling mechanism may further include a shaping mechanism for shaping a contact surface of the solid phase refrigerant that contacts the substrate with respect to the solid phase refrigerant.
Here, the shape shaped by the shaping mechanism is not particularly limited. Specifically, the tip may be shaped into a hemisphere or may be shaped into a square shape. Further, it may be shaped into an ellipse so that it can be easily aligned with the planned processing line direction.
また、上記課題を解決するために、別の観点からなされた本発明のレーザ加工方法は、レーザビームの照射により形成されるビームスポットを脆性材料基板に設定した加工予定ラインに沿って走査することにより基板を加熱し、次いでビームスポットの通過した直後を冷却することにより、加工予定ラインに沿って熱応力によるクラックを形成する脆性材料基板のレーザ加工方法であって、基板の冷却を、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を基板に接触させることにより行うようにしている。 Further, in order to solve the above-mentioned problem, the laser processing method of the present invention, which has been made from another viewpoint, scans a beam spot formed by laser beam irradiation along a planned processing line set on a brittle material substrate. Is a laser processing method of a brittle material substrate that forms a crack due to thermal stress along a planned processing line by cooling the substrate immediately after passing through the beam spot, and cooling the substrate at room temperature. The cooling is performed by bringing a solid-phase refrigerant that is solidified by cooling a refrigerant material that becomes a gas or a liquid into contact with the substrate.
本発明によれば、固相冷媒との接触面で効率的な冷却ができ、摩擦によって固相冷媒に傷が付くこともないので基板に傷が付きにくくなる。また、冷却の際に接触面が気化または液化して消耗することになるので、同じ固相冷媒で次々と基板を冷却しても、固相冷媒の接触面に付着した汚れが次の基板に付着されていくこともなくなる。 According to the present invention, efficient cooling can be performed on the contact surface with the solid-phase refrigerant, and the solid-phase refrigerant is not damaged by friction, so that the substrate is hardly damaged. In addition, since the contact surface is vaporized or liquefied during cooling, it will be consumed, so even if the substrate is cooled one after another with the same solid phase refrigerant, the dirt adhering to the contact surface of the solid phase refrigerant will adhere to the next substrate. It will not be attached.
また、上記方法において、固相冷媒に、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられるようにしてもよい。
これら材料は、いずれも金属粉やスポンジのような固形物質を含まないので、基板上に固形物として残って基板を傷つけたり汚したりすることはなく、加工することができる。また、常温で自然に蒸発する材料であるため、除去する必要がないか、また、蒸発していない液体状態で付着していても簡単に純水洗浄により除去することができる。In the above method, any one of ice, solid alcohol, and dry ice may be used as the solid-phase refrigerant.
Since these materials do not contain a solid substance such as metal powder or sponge, they can be processed without remaining as a solid on the substrate and damaging or soiling the substrate. Further, since it is a material that naturally evaporates at room temperature, it does not need to be removed, and even if it is attached in a liquid state that has not evaporated, it can be easily removed by washing with pure water.
ここで、固相冷媒は、界面活性剤または洗浄剤を添加剤として含有するようにしてもよい。
界面活性剤を含有させることにより、固相冷媒で冷却したときに界面活性剤が加工予定ラインに沿って形成されたクラックに塗布されるようになり、その結果、クラックの表面同士が固着することを防止できる。また、洗浄剤を含有させることにより、固相冷媒で冷却したときに洗浄剤が加工予定ラインに塗布されるようになり、その結果洗浄が簡単かつ効率的に行えるようになる。Here, the solid phase refrigerant may contain a surfactant or a cleaning agent as an additive.
By containing a surfactant, the surfactant is applied to the cracks formed along the planned processing line when cooled with a solid-phase refrigerant, and as a result, the surfaces of the cracks adhere to each other. Can be prevented. Further, by including the cleaning agent, the cleaning agent is applied to the processing scheduled line when cooled by the solid phase refrigerant, and as a result, the cleaning can be performed easily and efficiently.
2 スライドテーブル
7 台座(走査機構)
12 回転テーブル
13 レーザ装置(レーザ照射機構)
14 光学ホルダ(レーザ照射機構)
20、20a 基板冷却機構
21 芯材(固体化部)
21a 端面
22 芯材冷却部
24 昇降ロッド
25 押圧機構
26 昇降機構
27 ノズル(冷媒供給部)
50 整形機構
51 加熱ブロック
52 移動機構
61 支持部材
A ガラス基板(脆性材料基板)
Cr クラック
CL 固相冷媒2 Slide table 7 Base (scanning mechanism)
12 rotary table 13 laser device (laser irradiation mechanism)
14 Optical holder (laser irradiation mechanism)
20, 20a
50
Cr crack CL solid phase refrigerant
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の加工方法を実施することができる基板加工装置LS1の全体構成図である。また、図2は基板加工装置LS1の一部である基板冷却機構の構成を示す部分構成図である。
本実施形態ではガラス基板を加工する場合を例に説明するが、シリコン基板等の脆性材料基板であっても同様である。また、固相冷媒として氷を用いる場合について説明するが、他の固相冷媒(固体アルコールの場合は液体アルコールを使用、ドライアイスの場合は液化炭酸ガスを使用)でも同様である。(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a substrate processing apparatus LS1 that can implement the processing method of the present invention. FIG. 2 is a partial configuration diagram showing a configuration of a substrate cooling mechanism that is a part of the substrate processing apparatus LS1.
In the present embodiment, a case where a glass substrate is processed will be described as an example, but the same applies to a brittle material substrate such as a silicon substrate. Although the case where ice is used as the solid phase refrigerant will be described, the same applies to other solid phase refrigerants (in the case of solid alcohol, liquid alcohol is used, and in the case of dry ice, liquefied carbon dioxide gas is used).
まず、基板加工装置LS1の全体構成について説明する。水平な架台1上に平行に配置された一対のガイドレール3、4に沿って、図1の紙面前後方向(以下Y方向という)に往復移動するスライドテーブル2が設けられている。両ガイドレール3,4の間に、スクリューネジ5が前後方向に沿って配置され、このスクリューネジ5に、スライドテーブル2に固定されたステー6が螺合されており、スクリューネジ5をモーター(図示外)によって正、逆転することにより、スライドテーブル2がガイドレール3,4に沿ってY方向に往復移動するように形成されている。
First, the overall configuration of the substrate processing apparatus LS1 will be described. A slide table 2 that reciprocates in the front-rear direction (hereinafter referred to as the Y direction) in FIG. 1 is provided along a pair of
スライドテーブル2上に、水平な台座7がガイドレール8に沿って、図1の左右方向(以下X方向という)に往復移動するように配置されている。台座7に固定されたステー10aに、モーター9によって回転するスクリューネジ10が貫通螺合されており、スクリューネジ10aが正、逆転することにより、台座7がガイドレール8に沿って、X方向に往復移動する。
A
台座7上には、回転機構11によって回転する回転テーブル12が設けられており、この回転テーブル12の上に、ガラス基板Aが水平な状態で取り付けられる。このガラス基板Aは、例えば、小さな単位基板を切り出すためのマザー基板である。回転機構11は、回転テーブル12を、垂直な軸の周りで回転させるようになっており、基準位置に対して任意の角度になるように回転できるように形成されている。また、ガラス基板Aは、吸引チャックによって回転テーブル12に固定される。
On the
回転テーブル12の上方には、レーザ照射機構を構成するレーザ装置13と光学ホルダ14とが取付フレーム15に保持されている。
レーザ装置13は、脆性材料基板の加工用として一般的なものを使用すればよく、具体的にはエキシマレーザ、YAGレーザ、炭酸ガスレーザ又は一酸化炭素レーザなどが使用される。ガラス基板Aの加工には、ガラス材料のエネルギー吸収効率が大きい波長の光を発振する炭酸ガスレーザを使用することが好ましい。Above the
As the
レーザ装置13から出射されたレーザビームは、ビーム形状を調整するレンズ光学系が組み込まれた光学ホルダ14によって、長軸を有する形状(楕円形状、長円形状など)のビームスポットがガラス基板A上に形成される。ここではビームスポットの形状を楕円にすることにより、スクライブ予定ラインに沿って効率よく加熱できるようにしている。
The laser beam emitted from the
取付フレーム15には、光学ホルダ14に近接して、基板冷却機構20が設けられている。図2に示すように、基板冷却機構20は、主として、棒状体からなる芯材21と、常温で液体となる水(水蒸気)を噴射するノズル27との2つの構造体からなる。芯材21は良熱伝導性の金属(例えば銅、アルミ)で形成される。芯材21の下方側の端面21aは、凹凸のない鏡面にしてある。この端面21aは、ノズル27から噴射される冷却媒体が付着するようにしてある。端面21aは半球状にしてあるが、他の形状でもよく、走査するビームスポットの形状や幅に合わせて適当な形状にすればよい。芯材21の上側にはフィン21bが設けてあり、フィン21bを介して芯材21を効率よく冷却できるようにしてある。
The mounting
芯材21のフィン21bの周囲には、箱状の芯材冷却部22が設けてあり、この中を、冷却媒体が循環流路22a、22bを介して流入、排出されるようにしてある。使用される冷却媒体は、端面21aの温度を所望の温度に冷却できる低温流体が用いられる。例えばノズル27から冷媒材料として水を噴射させる場合は、端面21aが氷点(0°C)以下になればよいので、それよりも低温のガス(冷凍回路で低温化したフレオンガス)や液体(液化炭酸ガス、液体窒素)を用いて芯材21を冷却する。なお、芯材冷却部22にペルチェ素子を用いて芯材21を冷却するようにしてもよい。
A box-shaped core
芯材冷却部22の上面には、断熱材23(例えばセラミック板)が取り付けられ、断熱材23の上面には昇降用ロッド24が固定されている。断熱材23は、芯材冷却部22の冷熱が昇降ロッド24に伝達されるのを防止するために取り付けられている。
昇降ロッド24は、芯材21を基板Aに接触させるための押圧機構25に接続される。押圧機構25は、コイルばねと電磁弁(不図示)とからなる昇降機構26により、昇降ロッド24を上下に移動することで芯材21を昇降する。そして芯材21が下降して基板Aに接触しているときに、コイルばねによる適度の力で端面21aが基板Aを押圧するように調整してある。A heat insulating material 23 (for example, a ceramic plate) is attached to the upper surface of the core
The lifting
ノズル27は、噴射方向が芯材21に向けてあり、開閉弁28を介して供給される水(水蒸気)がノズル27から噴射されて端面21aに付着するようにしてある。芯材21の回りに付着した水は、芯材21が0°C以下に冷却されているため、氷となり、端面21aを覆うようになる。したがって、この状態の芯材21を下降させて基板Aに接触させると、端面21aに付着した氷の部分が基板Aに接するようになり、これにより基板Aが冷却される。
The
また、取付フレーム15には、光学ホルダ14に近接して、基板冷却機構20とは反対側にカッターホイール18が昇降機構17を介して取り付けられている。
このカッターホイール18は、ガラス基板Aに初期亀裂を形成するときに、上方から一時的に下降するようにして用いられる。Further, a
The
さらに、基板加工装置LS1には、ガラス基板Aに刻印されている位置決め用のアライメントマークを検出することができるカメラ19が搭載してある。カメラ19により検出されたアライメントマークの位置から、基板A上に設定するスクライブ予定ラインの位置と回転テーブル12との位置関係を求め、カッターホイール18を下降させる位置やビームスポットを照射させる位置がスクライブ予定ライン上にくるように、正確に位置決めできるようにしてある。
Further, the substrate processing apparatus LS1 is equipped with a
次に、基板加工装置LS1の制御系について説明する。図3は基板加工装置LS1の制御系を示すブロック図である。基板加工装置LS1は、レーザ/光学系駆動部31、基板冷却機構駆動部32、走査機構駆動部33、トリガ機構駆動部34、カメラ駆動部35との各駆動系が、コンピュータ(CPU)で構成される制御部40によってコントロールされる。
制御部40には、操作ボタン、キーボード、マウス等の入力装置からなる入力部41、および各種の表示を行う表示画面からなる表示部42が接続され、必要なメッセージが表示画面に表示されるとともに、必要な操作、指示、設定が入力できるようにしてある。Next, a control system of the substrate processing apparatus LS1 will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the substrate processing apparatus LS1. In the substrate processing apparatus LS1, each drive system of the laser / optical
The
次に制御部40がコントロールする各駆動部が行う動作について説明する。
レーザ/光学系駆動部31は、レーザ装置13を作動、停止してレーザビームの照射動作や停止動作を行う。レーザビームが照射されると、光学ホルダ14内のレンズ光学系を介して楕円状のビームスポットが基板A上に形成される。Next, an operation performed by each drive unit controlled by the
The laser / optical
基板冷却機構駆動部32は、まず、開閉弁28の制御によりノズル27から冷媒を噴射する動作を行い、また、押圧機構25の制御により芯材21を下降させて芯材21の端面21aに付着した氷層を基板Aに接触させる動作を行う。
The substrate cooling
走査機構駆動部33は、スライドテーブル2および台座7および回転機構11を駆動して、基板Aを移動する動作を行う。
The scanning
トリガ機構駆動部34は、カッターホイール18の昇降機構17を駆動して、基板Aに初期亀裂を形成する動作を行う。
カメラ駆動部35は、カメラ20を駆動して、基板Aの位置を表示部42に表示する動作を行う。The trigger
The
次に、上記基板加工装置LS1による加工動作について説明する。図4は基板加工装置LS1によるレーザスクライブ加工の加工動作手順を示す図である。 Next, the processing operation by the substrate processing apparatus LS1 will be described. FIG. 4 is a diagram showing a processing operation procedure of laser scribe processing by the substrate processing apparatus LS1.
まず、図4(a)に示すように、ガラス基板Aが回転テーブル12の上に載置され、吸引チャックによって固定される。カメラ20(図1)によってガラス基板Aに刻印されてあるアライメントマーク(不図示)が検出され、その検出結果に基づいて、加工予定ラインと、回転テーブル12、スライドテーブル2、台座7との位置が関係付けられる。そして回転テーブル12およびスライドテーブル2を作動し、カッターホイール18の刃先方向が加工予定ラインの方向に並ぶように位置が調整される。さらに昇降機構17を作動してカッターホイール18を下降させた状態で、台座7を作動し、回転テーブル12上の基板Aの端部にカッターホイール18を当接させて、初期亀裂を形成するようにする。初期亀裂を形成した後は、昇降機構17を作動してカッターホイール18が基板Aに当たらないように上方に回避させておく。
以上の動作を行う間に、同時並行して、ノズル27から水(水蒸気)を噴射して低温の芯材21の端面21aに付着させることにより、端面21aを覆う氷の層を形成しておく。First, as shown in FIG. 4A, the glass substrate A is placed on the
While performing the above operations, water (water vapor) is jetted from the
続いて、図4(b)に示すように、回転テーブル12(台座7)を一旦元の位置に移動してからレーザ光源13を作動してレーザビームを照射させる。そしてノズル27からの水(水蒸気)の噴射を停止する。この状態で、台座7を駆動して回転テーブル12の移動を開始する。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the rotary table 12 (pedestal 7) is once moved to the original position, and then the
続いて、図4(c)に示すように、回転テーブル12(台座7)の移動により基板Aがレーザビームの真下を通過するようにする。このとき基板A上にビームスポットが形成され、加熱される。さらに、加熱直後の位置に芯材21の端面21aに付着している氷が接触することにより、効率よく冷却される。このとき氷の一部が融解するが、水になるだけであり、基板に傷がつく原因となる金属粉等は発生しない。それゆえ、基板Aに傷が形成されることもない。そして、固相冷媒の接触によって大きな温度差が形成されることにより、加工予定ライン(すなわちビームスポットおよび氷が移動したライン)に沿ってクラックが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the substrate A passes through just below the laser beam by the movement of the turntable 12 (base 7). At this time, a beam spot is formed on the substrate A and heated. Furthermore, the ice adhering to the
そして、図4(d)に示すように、基板Aの加工予定ライン上をビームスポットおよび氷が移動した結果、基板Aの加工予定ライン上に、クラックCrが形成される。なお、クラックCrは加熱条件、冷却条件、基板の板厚によって、有限深さのクラックからなるスクライブラインにもなり、基板を完全分断するクラックからなるフルカットラインにもなる。 Then, as shown in FIG. 4D, as a result of the movement of the beam spot and the ice on the processing line of the substrate A, a crack Cr is formed on the processing line of the substrate A. Note that the crack Cr becomes a scribe line composed of cracks of a finite depth depending on heating conditions, cooling conditions, and the thickness of the substrate, and also serves as a full cut line composed of cracks that completely divide the substrate.
(実施形態2)
図5は、本発明の第二実施形態である基板加工装置LS2の全体構成図である。図において基板加工装置LS1(図1)と同じ構成部分については同符号を付すことにより説明を省略する。基板加工装置LS2では、芯材21の端面21aに形成される氷の大きさや形状を調整するための整形機構50を備えている点が第一実施形態と異なり、それ以外の構成は、第一実施形態と同様である。制御系については、基板冷却機構駆動部32が整形機構50の昇降移動、回転移動についても駆動するようになった点が異なる。それ以外の制御は基板加工装置LS1と同様である。(Embodiment 2)
FIG. 5 is an overall configuration diagram of the substrate processing apparatus LS2 according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those of the substrate processing apparatus LS1 (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The substrate processing apparatus LS2 is different from the first embodiment in that it includes a
整形機構50は、加熱ブロック51と、加熱ブロック51が回転テーブル12と衝突することを回避するため加熱ブロック51を上下移動および回転移動させる移動機構56とからなる。
図6に示すように、加熱ブロック51には、芯材21の先端部分を挿入して整形するための型穴52、排出孔53が形成され、埋め込みヒータ54が取り付けられている。この埋め込みヒータ54に通電することにより、加熱ブロック51は加熱されるようになる。The
As shown in FIG. 6, the
図7は基板加工装置LS2による整形動作例を示す図である。
まず、図7(a)に示すように、ガラス基板Aが載置された回転テーブル12が基板冷却機構20から離れた加工開始位置にある状態のときに、移動機構56を作動して加熱ブロック51を芯材21の真下にくるようにする。FIG. 7 is a diagram showing an example of the shaping operation by the substrate processing apparatus LS2.
First, as shown in FIG. 7A, when the
続いて、図7(b)に示すように、加熱ブロック51を上昇し、型穴52に芯材21が挿入されるようにする。このとき芯材21の周囲に付着している氷の層は一部が溶けて排出孔53から排出される。その結果、芯材表面に付着する氷の層は型穴52の底面形状である半球状に整形される。なお、型穴52の底面形状は半球以外であってもよい。例えば、接触面の面積をできるだけ小さくしたい場合には角状に尖らせてもよい(この場合でも氷であるため基板A上を滑らかに移動するため基板Aを傷つけることはない)。一方、接触面の面積を広げたい場合は平坦な底面にしてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the
整形を終えると、図7(c)に示すように、加熱ブロック51は下降し、芯材21から離れる。その後、加熱ブロック51は回転テーブル12と衝突しない回避位置(図7(a)の位置)に戻される。
以上の整形動作をレーザスクライブ加工時に組み込む(図4(a)の後に組み込む)ことにより、常に一定形状の氷の層が形成された端面21aが基板Aに接するようになるので、さらに加工精度を向上させることができる。When the shaping is finished, the
By incorporating the above shaping operation at the time of laser scribing (incorporated after FIG. 4A), the
(実施形態3)
図8は、本発明の第三実施形態である基板加工装置LS3の全体構成図である。また、図9は基板加工装置LS3における基板冷却機構20aを示す部分構成図である。図8、図9において、基板加工装置LS1(図1)と同じ構成部分については同符号を付すことにより説明を省略する。(Embodiment 3)
FIG. 8 is an overall configuration diagram of the substrate processing apparatus LS3 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a partial configuration diagram showing the
実施形態1の基板加工装置LS1および実施形態2の基板加工装置LS2では、基板冷却機構20においてノズル27から噴射した冷却媒体を冷却することにより固体化して固相冷媒を形成するようにしていた。これに対し、基板加工装置LS3では、交換用の固相冷媒を別途に準備しておき、使用中の固相冷媒が消耗した時点で新しい固相冷媒に交換する。具体的には、別置の冷凍装置で円柱状の氷を形成して準備しておき、必要時に交換するようにしている。
In the substrate processing apparatus LS1 of the first embodiment and the substrate processing apparatus LS2 of the second embodiment, the
そのため、基板加工装置LS3では、固相冷媒CLを着脱することができる支持部材61を備えた基板冷却機構20aを備えている。
支持部材61について説明する。支持部材61は、円筒状のハウジング62と、予め円柱状に整形された氷(固相冷媒CL)の下端を基板Aに対向させた状態で、氷(固相冷媒CL)の上端を、図示しないクリップで固定する把持部63と、把持部63をハウジング62内で昇降する把持部用の昇降機構64と、氷(固相冷媒CL)を鉛直下方に向けるためのガイド65とからなる。氷(固相冷媒CL)は、ハウジングの下方からガイド65に沿って挿入することにより把持部63のクリップで固定される。そして把持部用の昇降機構64は氷の消耗量に応じて少しずつ下降し、常に氷(固相冷媒CL)の下側端面がハウジング62の外側に露出するようにしてある。昇降機構64の昇降動作は、基板Aの冷却回数をカウントしてこれに連動して行うようにしてもよい。Therefore, the substrate processing apparatus LS3 includes a
The
ハウジング62の上面は、昇降用ロッド24が固定されている。昇降ロッド24は、支持部材61を基板Aに接触させるための押圧機構25に接続される。押圧機構25は、コイルばねと電磁弁(不図示)とからなる昇降機構26により、昇降ロッド24を上下に移動することで支持部材61を昇降する。そして支持部材61が下降し氷(固相冷媒CL)が基板Aに接触しているときに、コイルばねによる適度の力で固相冷媒CLが基板Aを押圧するように調整してある。
基板加工装置LS3の制御系については、基板冷却機構駆動部32が把持部用の昇降機構64の昇降動作を駆動する。それ以外の制御は基板加工装置LS1と同様である。なお、氷(固相冷媒CL)の交換をロボットハンドによって自動化することもできるが、その場合はロボットハンドによる交換動作も基板冷却機構駆動部32が制御する。The lifting
Regarding the control system of the substrate processing apparatus LS3, the substrate cooling
基板加工装置LS3による加工動作について説明する。最初の氷(固相冷媒CL)を支持部材61に取り付け、実施形態1と同様に、ビームスポットの走査および氷(固相冷媒CL)の走査を実行することにより、加工予定ラインに沿って急峻な温度差によるクラックを基板に形成する。最初の氷(固相冷媒CL)が消耗するにつれて、把持部昇降機構64を作動して氷(固相冷媒CL)を下降させる。やがて、最初の氷(固相冷媒CL)がほとんどなくなると、残りを抜き出して、新しい氷(固相冷媒CL)に交換する。このようにしてレーザスクライブ加工を続けて行うようにする。
Processing operations by the substrate processing apparatus LS3 will be described. The first ice (solid-phase refrigerant CL) is attached to the
本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板に対し、精度よく加工予定ラインに沿ってクラックを形成することができるレーザ加工装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a laser processing apparatus that can accurately form a crack along a planned processing line on a brittle material substrate such as a glass substrate.
Claims (10)
前記基板を局所的に冷却する冷却領域を形成する基板冷却機構と、
前記ビームスポット、および、前記冷却領域を、前記基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構とを備え、
ビームスポットが通過した直後を冷却領域が通過することにより前記加工予定ラインに沿って熱応力によるクラックを形成する脆性材料基板用のレーザ加工装置であって、
前記基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒と、前記固相冷媒を前記基板に接触させる押圧機構とからなることを特徴とする脆性材料基板用のレーザ加工装置。A laser irradiation mechanism for forming a beam spot on a brittle material substrate for local heating by irradiation with a laser beam;
A substrate cooling mechanism for forming a cooling region for locally cooling the substrate;
A scanning mechanism that relatively moves the beam spot and the cooling region in the order of the beam spot and the cooling region along a processing scheduled line set on the substrate;
A laser processing apparatus for a brittle material substrate that forms a crack due to thermal stress along the planned processing line by passing a cooling region immediately after a beam spot has passed,
The substrate cooling mechanism is composed of a solid-phase refrigerant that is solidified by cooling a refrigerant material that becomes a gas or a liquid at room temperature, and a pressing mechanism that brings the solid-phase refrigerant into contact with the substrate. Laser processing equipment.
基板の冷却は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を前記基板に接触させることにより行うことを特徴とする脆性材料基板のレーザ加工方法。The substrate is heated by scanning a beam spot formed by laser beam irradiation along a scheduled processing line set on a brittle material substrate, and then cooled immediately after the beam spot passes to the planned processing line. A method of laser processing a brittle material substrate that forms a crack due to thermal stress along
The method for laser processing a brittle material substrate is characterized in that the substrate is cooled by bringing a solid-phase refrigerant solidified by cooling a refrigerant material that becomes a gas or a liquid at room temperature into contact with the substrate.
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