KR101139306B1

KR101139306B1 - 취성 재료 기판의 크랙 형성 방법

Info

Publication number: KR101139306B1
Application number: KR1020107012768A
Authority: KR
Inventors: 유항 수; 세이지 시미즈; 코지 야마모토; 켄지 후쿠하라
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2012-04-26
Also published as: WO2009084398A1; KR20100090788A; TW200936521A; CN101910076A; JPWO2009084398A1; JP5055383B2; CN101910076B; TWI375664B

Abstract

제 1 크랙과의 교차점에서 제 2 크랙을 확실하게 정지시킬 수 있는 취성 재료 기판의 크랙 형성 방법을 제공한다. 제 1 레이저 스크라이브 가공에 의해 제 1 크랙을 형성하고, 계속해서, 제 1 크랙의 균열 내에 마찰계수를 낮추는 마찰계수 강하제를 부착시키고 나서, 제 2 레이저 스크라이브 가공에 의해 제 2 크랙을 상기 제 1 크랙과 교차하는 방향으로 제 1 크랙과의 교차점까지 형성하고, 제 1 크랙과의 교차점에서 제 2 크랙의 진행을 정지시킨다.

Description

취성 재료 기판의 크랙 형성 방법{METHOD FOR FORMING CRACKS ON SUBSTRATE MADE OF BRITTLE MATERIAL}

본 발명은 레이저 스크라이브 가공에 의해 취성 재료 기판에 크랙을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제 1 크랙을 형성한 후에, 제 1 크랙과 교차하는 제 2 크랙을 제 1 크랙과의 교차점까지 형성하는 방법에 관한 것이다.

여기에서, 「레이저 스크라이브 가공」이란, 기판에 레이저빔을 조사하여 빔 스폿을 형성함과 아울러, 이 빔 스폿을 기판에 대하여 상대이동하도록 하여 기판을 연화점 이하의 온도에서 국소 가열하고, 이어서 빔 스폿이 통과한 궤적을 따라 상기 기판을 냉각함으로써 발생시킨 열응력을 이용하여 크랙을 형성하는 가공을 말한다.

또, 「크랙」은, 기판을 완전히 분단하는 브레이크 처리를 실행하기 전에, 기판 위의 분단 예정의 위치에 미리 형성해 두는 선 형상의 균열을 말한다. 크랙은 기판의 이면까지 도달해 있지 않은 균열로 이루어지고, 크랙을 따라 두께방향으로 굽힘 모멘트를 주는 브레이크 처리를 실행함으로써, 크랙이 기판 두께방향으로 진전되고, 크랙 선단이 이면에 도달한 단계에서 완전히 분단된 분단 라인으로 된다.

또, 「취성 재료」에는, 유리 기판 이외에, 세라믹스, 단결정 실리콘, 반도체 웨이퍼, 사파이어 등의 재료가 포함된다.

유리 기판 등의 취성 재료 기판은 적당한 크기나 형상으로 분단함으로써, 여러 제품에 사용되고 있다.

취성 재료 기판을 분단하는 방법으로서, 레이저 가열과 가열 직후의 냉각에 의하여 크랙을 형성하는 레이저 스크라이브 가공과, 레이저 스크라이브 가공으로 형성한 크랙을 따라 굽힘 모멘트를 가하는 브레이크 처리를 실행함으로써 분단하는 방법이 실용화되어 있다. 레이저 스크라이브 가공과 브레이크 처리에 의한 분단을 행함으로써, 우수한 품질의 분단면을 얻을 수 있다.

레이저 스크라이브 가공은 서로 교차하는 복수의 직선 크랙을 기판 위에 형성할 때(크로스 스크라이브라고 함)에 이용되는 경우가 있다. 예를 들면, 대형 기판으로부터 제품이 되는 다수의 소형 사각형 기판을 잘라낼 때, 기판을 종횡으로 분단하는 크로스컷이 실행되는데, 이때 레이저 스크라이브 가공에 의한 크로스 스크라이브가 행해진다.

일반적으로, 레이저 스크라이브 가공에서는, 가공폭을 좁고, 또한, 가열효율을 높이기 위하여, 빔 스폿의 형상을 타원형, 장원형 등의 장축을 갖는 형상으로 하고, 장축방향을 주사방향을 향하도록 하고 있다. 또한 가열 직후에 냉각을 행하는 냉각영역(냉각 스폿이라고 함)을, 빔 스폿에 추종하여 이동하도록 하고 있다(특허문헌 1 참조).

또, 레이저 스크라이브 가공에서, 가열 직후에 냉매를 분사하여 냉각할 때, 기체 냉매보다도 액체 냉매를 사용함으로써, 기판의 절단속도를 향상시키는 것이 개시되어 있다(특허문헌 2 참조).

이것에 의하면, 급속 가열된 기판에 액체 냉매로서, 물(순수)을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 에탄올, 에틸렌글리콜, 메탄올, 아세톤, 계면활성제 중 어느 하나와 물을 혼합한 액체 냉매를 사용함으로써, 기체의 물리적 특성을 갖는 냉매를 사용했을 때와 비교하여, 빠른 절단속도로 절단할 수 있는 것이 개시되어 있다. 또한, 기체의 물리적 성질을 갖는 냉매인 실리콘 오일(비열이 프레온 가스와 동일한 정도로 작음)을 사용하면, 절단속도가 저하되어, 냉매로서 바람직하지 못한 것이 개시되어 있다.

한편, 유리 기판을 폐곡선을 따라 잘라내는 가공도 행해지고 있다. 예를 들면, 원형 태양전지 장치를 제조하는 공정에서, 직사각형의 대형 기판 위에 간격을 두고 배치되는 복수의 원형의 균열 외주선(균열 외주선의 내측에 원형 태양전지 장치가 형성됨)이 형성되고, 인접하는 원형 균열 외주선의 사이, 및, 대형 기판의 외주와 원형 균열 외주선과의 사이에, 선 형상의 균열을 형성함으로써 원형 기판을 가공하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 3 참조).

이것에 의하면, CO₂ 레이저를 사용하여 원형의 균열 외주선을 형성한다. 계속해서, 원형 기판(태양전지 장치)의 위는 CO₂ 레이저의 빔 스폿이 차단되도록 하면서, CO₂ 레이저를 직선 형상으로 주사하고, 대형 기판의 외주에서 근접하는 균열 외주선에 이르는 선 형상의 균열을 형성하고, 인접하는 균열 외주선 사이에도 선 형상의 균열을 형성한다. 이상의 공정에 의해, 원형 기판을 용이하게 분리할 수 있도록 하고 있다.

일본 특표 평8-509947호 공보 일본 특개 2002-346995호 공보 일본 특개 2002-87836호 공보

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

도 1은 레이저 스크라이브 가공을 이용하여, 사각형의 유리 기판(G)으로부터 원형 부재(10)를 도려낼 때의 전형적인 가공 수순을 도시하는 모식도이다. 도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 원형 부재(10)의 외주를 이루는 원형 크랙(R-1)을 형성함과 아울러, 복수의 직선 크랙(X-1, X-2, Y-1, Y-2)이 형성된다. 이 직선 크랙은 「잘라버림」이라고 불리며, 원형 부재(10)를 분리하기 쉽게 하기 위하여 필요한 개수가 형성된다.

이 경우, 도 1(b)에 가공순을 원숫자로 나타내는 바와 같이, 최초에 원형 크랙(R-1)(제 1 크랙)을 형성하고, 계속해서 원형 크랙(R-1)과 교차하는 위치까지, 각각의 직선 크랙(X-1, Y-1, X-2, Y-2)(제 2 크랙)을 형성하게 된다.

이 때 크랙은 가열영역(빔 스폿)과 냉각영역(냉각 스폿)의 경계 부근에서 형성되는데, 가열영역과 냉각영역의 미묘한 밸런스에 의해 크랙의 발생 위치가 미묘하게 변화된다. 또 기판의 내부 상태에 따라 응력 분포가 미묘하게 변화하는 것에 의해서도 크랙의 발생 위치가 변화된다. 따라서, 직선 크랙을 원형 크랙과의 교차점에서 정확하게 정지시키는 것은 대단히 곤란하다. 그 결과, 도 1(c)에 도시하는 바와 같이, 크랙의 정지 위치가 벗어나, 직선 크랙(X-1, Y-1, X-2)이 원형 크랙과의 교차점을 넘어 진행해 버리거나, 직선 크랙(Y-1)이 원형 크랙에 도달하지 않거나 하는 경우가 있다.

이러한 문제를 막기 위한 하나의 방법으로서, 상기한 특허문헌 3에 기재되어 있는 바와 같이, 원형 부재(10)의 위는 빔 스폿이 차단되도록 해 두고, 직선 크랙을 형성할 때, 빔 스폿의 일부가 교차점을 넘어 원형 부재(10)에 도달해도, 원형 부재(10) 자체는 직접 가열되지 않도록 하는 것을 생각할 수 있다.

그렇지만, 이 방법을 채용하게 되면, 미리 레이저 차단용의 피막을 원형 부재(10)의 위에 형성해 두거나, 원형 크랙을 형성한 후에 원형 부재(10)의 위에 마스크 부재를 위치 결정하면서 부착할 필요가 있다. 전자의 경우에는 직선 크랙을 형성한 후, 피막을 제거하는 공정이 필요하게 된다. 후자의 경우에는 위치 결정 공정이 필요하게 되어, 모두 공정이 늘어나, 손이 많이 간다.

게다가, 가령 피막 형성이나 마스크 부재의 부착에 의해 원형 부재(10) 자체는 직접 가열되지 않도록 한 경우에도, 후방의 냉각영역(냉각 스폿)에서 발생한 인장응력이 전방으로 전달되고, 직선 크랙의 선단이 원형 크랙과의 교차점을 넘어 진행하는 현상(상세한 것은 후술함)이 발생하는 경우가 있어, 직선 크랙을 확실하게 정지시킬 수는 없었다.

동일한 문제는 직선 형상의 레이저 스크라이브 가공을 행하는 경우에도 발생한다. 도 2는 레이저 스크라이브 가공을 이용하여, 유리 기판(G)으로부터 복수의 스트립 부재(11)를 잘라낼 때의 전형적인 가공 수순을 나타내는 모식도이다. 유리 기판(G)의 크기와 스트립 부재(11)의 크기와의 관계에 의해 단재부(端材部)(12)가 형성되는 경우에, 단재부(12)를 다른 목적으로 유효하게 이용하고 싶을 때, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(G)에 대하여, 제 1 방향에 직선 형상의 제 1 크랙(X-1)과, 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 복수의 제 2 크랙(Y-1~Y-5)이 형성된다.

이 경우, 도 2(b)에 가공순을 원숫자로 나타내는 바와 같이, 최초에 제 1 크랙(X-1)을 형성하고, 계속해서 제 2 크랙(Y-1~Y-5)을 제 1 크랙(X-1)과 교차하는 위치까지 형성하게 된다.

이 때도 제 2 크랙(Y-1~Y-5)의 선단을 제 1 크랙(X-1)과의 교차점에서 정확하게 정지시키는 것은 대단히 곤란하다. 그 결과, 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 제 2 크랙(Y-1~Y-4)의 정지 위치가 벗어나, 제 1 크랙(X-1)과의 교차점을 넘어 진행해 버리거나, 제 2 크랙(Y-5)이 제 1 크랙과의 교차점에 도달하지 않거나 하게 된다.

그래서, 본 발명은 레이저 스크라이브 가공을 이용하여, 제 1 크랙을 형성하고, 계속해서 제 1 크랙과 교차하는 방향에 제 1 크랙과의 교차점까지 제 2 크랙을 형성할 때, 제 2 크랙을 확실하게 교차점에서 정지시킬 수 있는 취성 재료 기판의 크랙 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 행해진 본 발명의 크랙 형성 방법은, 제 1 레이저 스크라이브 가공에 의해 제 1 크랙을 형성한다. 계속해서, 제 1 크랙의 균열 내에 마찰계수를 낮추는 마찰계수 강하제를 부착시키고 나서, 제 2 레이저 스크라이브 가공에 의해 제 2 크랙을 상기 제 1 크랙과 교차하는 방향으로 제 1 크랙과의 교차점까지 형성한다.

이와 같이, 제 1 크랙을 형성한 후에, 제 1 크랙의 균열 내에 마찰계수 강하제를 부착시켜 둠으로써, 제 1 크랙의 균열 내에서 양측의 면이 미끄러지게 된다. 이 상태에서 제 2 레이저 스크라이브 가공을 행했을 때, 제 2 크랙이 제 1 크랙과의 교차점에 도달하면, 교차점의 앞쪽에서는 제 2 크랙의 균열이 교차점까지 진행하지만, 교차점에서 제 1 크랙의 균열에 교차하면, 인장응력에 의해 제 2 크랙의 균열이 퍼지는 방향이, 제 1 크랙의 균열면이 미끄러지는 방향과 일치하기 때문에, 제 2 크랙의 균열의 진행이 미끄러짐 작용에 의해 도중에 끊어지게 된다. 그 결과, 교차점에서 제 2 크랙의 균열의 진행이 정지하게 된다. 그 후, 교차점보다 전방에, 다소의 가열이나 냉각이 이루어졌다고 해도, 이 부분에 초기 균열이 형성되지 않는 한, 제 2 크랙이 전방으로 진행되지는 않는다.

본 발명에 의하면, 제 1 크랙의 균열 내에 마찰계수를 낮추는 마찰계수 강하제를 부착시킴으로써, 균열 내에서 균열 양측의 면이 미끄러지게 되고, 그 결과, 제 2 크랙의 진행이 제 1 크랙과의 교차점에서 정지되어, 제 2 크랙을 확실하게 정지시킬 수 있다.

(그 밖의 과제를 해결하기 위한 수단 및 효과)

마찰계수 강하제는, 윤활 오일을 함유하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘 오일을 함유하도록 하는 것이 바람직하다.

마찰계수 강하제는 제 1 크랙의 균열 내에서 균열 양측면의 마찰계수를 내릴 수 있는 재료이면 되는데, 예를 들면, 윤활제를 함유시키면 된다. 바람직하게는 실리콘 오일을 적당히 함유시키면, 마찰계수 강하제로서 이용할 수 있다.

여기에서 실리콘 오일에서도 많은 종류가 있지만, 수용성(냉매로서의 물과 함께 스프레이 하는 경우), 침투성(균열 내로의 침투 용이), 윤활성(마찰계수 내림 용이)을 고려하여, 크랙에 들어가기 쉽고, 마찰계수를 내리기 쉬운 재료를 선택하는 쪽이 보다 바람직하다. 구체적으로는 실리콘 중에서도, 윤활성을 향상시킨 변성 실리콘 오일이 바람직하다.

실리콘 오일 등의 윤활 오일 이외의 재료에서는, 예를 들면, 알킬기를 갖는 재료, 구체적으로는 알킬알코올, 알킬에테르, 지방산 알킬에스테르를 알코올 첨가에 의해 용액으로 바꾼 재료를, 마찰계수 강하제로서 이용할 수 있다. 그중에서도 알킬기를 갖는 재료가 탄소수 1~30의 직쇄 또는 분기 알킬기를 갖는 알킬알코올, 알킬에테르, 지방산 알킬에스테르이면, 마찰계수 강하제로서 우수하여 바람직하다.

또, 마찰계수 강하제는, 제 1 레이저 스크라이브 가공에서 기판을 냉각할 때, 냉매와 함께 스프레이 하도록 해도 된다.

레이저 스크라이브 가공에서는, 가열후의 냉각시 및 냉각 직후에 큰 인장응력이 작용하여, 크랙의 균열이 퍼지므로, 기판을 냉각할 때 냉매와 함께 스프레이 함으로써, 확실하게 균열 내에 마찰계수 강하제를 부착시킬 수 있고, 게다가 냉매 분사와 동시에 부착시킬 수 있으므로, 새로운 공정을 추가할 필요도 없게 된다.

냉매로서 실리콘 오일을 함유한 물을 사용하도록 해도 된다.

종래부터 냉각제로서 질소가스나 압축공기와 함께 분사시키고 있던 물(수증기), 알코올 등의 냉매는 단독으로는 마찰계수 강하제로서는 기능하지 않는다. 이들 액체에 실리콘 오일을 함유시킴으로써, 분사 가능한 마찰계수 강하제로서 이용할 수 있다.

마찰계수 강하제는, 제 1 레이저 스크라이브 가공에서 기판을 냉각한 직후에, 교차점 근방에 도포 또는 스프레이 해도 된다.

냉각 직후에, 냉각제와는 별도로, 도포 또는 스프레이 함으로써, 제 1 크랙 전체 중, 필요한 교차점 근방에만 마찰계수 강하제를 부착시킬 수 있다. 이것에 의해, 마찰계수 강하제의 사용량을 줄일 수 있고, 또, 불필요한 부분에 마찰계수 강하제가 부착되는 것을 억제할 수 있다.

도 1에 레이저 스크라이브 가공에 의해 폐곡선을 도려낼 때의 전형적인 가공 수순을 나타내는 모식도.
도 2는 레이저 스크라이브 가공에 의해 복수의 스트립 부재를 잘라낼 때의 전형적인 가공 수순을 나타내는 모식도.
도 3은 레이저 스크라이브 가공 중의 유리 기판의 상태를 도시하는 도면.
도 4는 분단 예정 라인 위에 있어서의 각 위치에서의 크랙의 발생 상태를 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명의 1실시형태인 크랙 형성 방법의 각 공정을 도시하는 도면.
도 6은 냉각 스폿(CS)의 선단이 제 1 크랙에 도달한 상태를 도시하는 도면.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 설명의 편의상, 처음에 일반적인 레이저 스크라이브 가공에 의해 형성되는 크랙에 대하여 설명해 둔다.

도 3은 레이저 스크라이브 가공 중의 유리 기판(G)의 상태를 나타내는 도면으로, 도 3(a)는 사시도, 도 3(b)는 기판 표면의 일부를 확대한 평면도이다. 도 3(c)는 도 4의 각 단면 위치를 나타내는 도면이다. 또 도 4는 도 3(c)에 도시한 위치의 크랙의 발생 상태를 나타내는 단면도이다.

유리 기판(G) 위에 분단 예정 라인(L0)을 정하고, 레이저빔을 조사하여 타원형의 빔 스폿(BS)을 형성하고, 그 장축방향을 분단 예정 라인(L0)을 향하여 주사한다. 또 도시하지 않은 노즐로부터 빔 스폿(BS)의 후방을 향하여, 냉매(예를 들면, 물을 포함하는 압축공기)를 분사함으로써 냉각 스폿(CS)을 형성하고, 빔 스폿(BS)을 따르도록 주사한다.

구체적으로는, 빔 스폿(BS)을 형성하는 레이저빔, 및, 냉각 스폿(CS)을 형성하는 노즐의 위치를 고정해 두고, 기판(G)을 분단 예정 라인(L0)을 따라 정면 방향(도면 중 화살표 방향)으로 상대이동시킴으로써, 빔 스폿(BS) 및 냉각 스폿(CS)을 분단 예정 라인(L0) 방향을 따라 초기균열(TR)로부터 주사한다.

이 때 기판 표면 근방에 발생하는 압축응력 및 인장응력을 도 3(b)에 나타낸다. 도면에서는 압축응력의 크기를 파선 화살표로 나타냄과 아울러, 인장응력의 크기를 실선 화살표로 나타낸다.

빔 스폿(BS)이 통과함에 따라, 압축응력이 강해져 간다. 계속해서, 빔 스폿(BS)의 직후를 냉각 스폿(CS)이 통과하면, 압축응력으로부터 인장응력으로 일거에 반전된다. 그 후는 조금씩 인장응력이 완화하게 되고, 또한 내부의 열이 표면에 전도되어 다시 약한 압축력으로 반전하게 되어, 균열이 끝난다.

도 4(a)는 빔 스폿(BS)이 통과한 직후의 단면 A-A'(도 3(c) 참조. 이하에 설명하는 각 단면에 대해서도 동일함)을 도시하는 도면이다. 압축응력이 작용하고 있기 때문에, 크랙은 발생하지 않았다. 도 4(b)는 냉각 스폿(CS)이 통과하고, 인장응력으로 반전된 단면 B-B'을 도시하는 도면이다. 강한 인장응력에 의해 굵은 크랙(L1)이 발생하고, 게다가 큰 인장응력에 의해 균열이 퍼지려고 하는 상태로 되어 있다. 도 4(c)는 냉각 스폿이 통과한 후, 인장응력이 약해져 가는 영역의 단면 C-C'을 도시하는 도면이다. 약한 인장응력에 의해 굵은 크랙(L1)보다는 균열의 폭이 좁아진 가는 크랙(L2)이 남아있다. 도 4(d)는 더욱 시간이 경과하고, 인장응력이 소실되어, 다시 약한 압축응력으로 반전했을 때의 단면 D-D'을 도시하는 도면이다. 이 영역에서는 약한 압축응력에 의해, 지금까지 보이고 있던 가는 크랙(L2)은 눈에 보이지 않는 크랙(L3)(블라인드 크랙이라고 함)으로 된다.

다음에 본 발명의 크랙 형성 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 1실시형태인 크랙 형성 방법의 각 공정을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서는, 제 1 크랙 형성 공정, 마찰계수 강하제의 부착 공정, 제 2 크랙 형성의 각 공정을 실행하는데, 제 1 크랙 형성과 마찰계수 강하제의 부착을 동시에 행하도록 하고 있다.

도 5(a)는 제 1 크랙 형성 공정 및 마찰계수 강하제의 부착 공정을 도시하는 도면이다. 제 1 크랙 형성 공정(및 마찰계수 강하제의 부착 공정)에서는, 도 3, 도 4에서 설명한 레이저 스크라이브 가공을 실행한다. 단, 냉매에 마찰계수 강하제인 미량의 실리콘 오일을 포함시킨 점만이 상이하다.

즉, 레이저빔(LB)을 기판(G)에 조사하여 타원의 빔 스폿(BS)을 형성한다. 또한 냉각 노즐(CN)로부터 냉매를 분사하여 냉각 스폿(CS)을 형성한다. 빔 스폿(BS)과 냉각 스폿(CS)의 위치는 고정하고, 기판(G)을 재치하는 테이블(도시하지 않음)을 구동하여, 기판(G)을 X방향을 향한 분단 예정 라인(L0)을 따라 이동함으로써, 빔 스폿(BS) 및 냉각 스폿(CS)을 초기균열(TR)로부터 기판(G)을 횡단하도록 주사한다. 이것에 의해 제 1 크랙(X-1)을 형성한다.

냉매에는, 마찰계수 강하제인 실리콘 오일을 1% 이하, 예를 들면, 0.4%로 하여, 물(본래의 냉각제)에 함유시켜 두고, 압축공기와 함께 노즐로부터 스프레이 가능한 상태로 해 둔다. 실리콘 오일의 농도를 높게 하면, 노즐로부터 분사할 수 없게 되기 때문에, 함유 농도는 상당히 옅게 되어 있다.

이렇게 하여, 냉매와 함께 마찰계수 강하제를 분사시킨다. 냉매가 분사된 직후에는, 굵은 크랙(L1)이 형성된다. 도 4(b)에서 설명한 바와 같이, 굵은 크랙(L1)에서는 큰 인장응력에 의해 균열이 퍼져 있어, 균열 내에 실리콘 오일이 부착되기 쉽다. 그 후, 시간경과에 따라, 가는 크랙(L2)을 거쳐, 눈으로 보이지 않는 크랙(L3)(블라인드 크랙)으로 되는데, 균열 내의 마찰계수는 부착된 실리콘 오일에 의해 저하되어 있다. 계속해서, 제 2 크랙 형성 공정을 실행한다.

도 5(b)는 제 2 크랙 형성 공정을 도시하는 도면이다. 제 2 크랙 형성 공정에서는, 기판(G)의 주사방향을 Y방향을 향하여, 도 3, 도 4에서 설명한 레이저 스크라이브 가공을 실행한다. 이 때의 냉매에는 마찰계수 강하제를 포함시킬 필요는 없기 때문에, 물과 압축공기만의 냉매를 사용하면 되는데, 실리콘 오일(마찰계수 강하제)에 의한 악영향이 없는 한, 제 1 크랙 형성 공정(및 마찰계수 강하제의 부착 공정)에서 사용한 냉매를 그대로 사용하면 된다. 제 2 크랙 형성 공정에서는 제 1 크랙(X-1)과의 교차점(F)에 냉각 스폿(CS)이 도달하고, 또한 제 1 크랙을 넘을 때까지 주사를 계속한다.

도 6은 냉각 스폿(CS)의 선단이 제 1 크랙(X-1)에 도달한 상태를 나타내는 도면으로, 도 6(a)는 사시도, 도 6(b)는 평면도이다. 또, 도 6(c)~도 6(d)는 각각 도 6(b)의 영역(S)에 대한 상이한 상태의 확대도이다. 이 중 도 6(c)는 냉각 스폿(CS)이 영역(S)에 도달하기 전의 영역(S)의 상태, 도 6(d)는 제 1 크랙(X-1)에 실리콘 오일이 부착되어 있을 때의 도 6(b)의 영역(S), 도 6(e)는 비교예로서, 제 1 크랙(X-1)에 실리콘 오일이 부착되어 있지 않을 때의 도 6(b)의 영역(S)이다.

도 6(c)~도 6(e)에는, 4개의 마커(P1~P4)를 도시하고 있다. 이것들은 제 2 크랙 형성 공정에 의한 기판의 위치 변화를, 마커의 이동에 의해 설명하기 위하여, 편의상 붙여진 마커이다.

이 때 제 1 크랙(X-1)은 눈에 보이지 않는 크랙(L3)(블라인드 크랙)으로 되어 있지만, 균열 내에는 실리콘 오일(마찰계수 강하제)이 부착되어 있다.

도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 냉각 스폿(CS)이 영역(S)에 도달하기 전은, Y방향의 분단 예정 라인(L0)에는 크랙이 발생되어 있지 않다. 이 때의 4개의 마커(P1~P4)는 제 1 크랙(X-1)과 분단 예정 라인(L0)과의 교차점(F)으로부터 등거리에 붙여져 있다.

그 후, 냉각 스폿(CS)이 영역(S)에 도달하면, 도 6(d)에 도시하는 바와 같이, 분단 예정 라인(L0)을 따라 제 2 크랙(Y-1)이 형성된다. 냉각 스폿(CS)이 통과한 직후는 강한 인장응력이 발생하고, 제 2 크랙(Y-1)은 굵은 크랙(L1)으로 되어 있다. 이 때 제 2 크랙(Y-1)의 선단은 교차점(F)에서 정지한다. 이것은 제 1 크랙(X-1)의 균열 내의 마찰계수가 실리콘 오일의 부착에 의해 저하되어 있어, P1측(P2측)에 발생해 있는 인장응력이 교차점(F)을 넘어 P4측(P3측)으로 전달되지 않기 때문이다. 이 때 P1측(P2측)의 균열면이 P4측(P3측)의 균열면에 대하여 화살표 방향으로 미끄러짐으로써, 크랙의 진행이 정지된다.

이 때 빔 스폿(BS)은 교차점(F)을 넘어 전방(P3, P4측)에 도달하고 있지만 압축응력을 주고 있는 것만으로 크랙을 진행시키지는 않는다. 교차점(F)에 초기균열(TR)이 형성되어 있지 않은 한, P4측(P3측)에 다소의 가열이 행해져도 크랙은 진행할 수 없다.

도 6(e)는 비교예로서, 제 1 크랙(X-1)의 균열 내에 실리콘 오일을 부착시키지 않았을 때, 냉각 스폿(CS)이 영역(S)에 도달한 경우이다.

제 1 크랙(X-1)의 균열면에는 압축응력이 발생해 있기 때문에 마찰에 의해, P1측(P2측)의 균열면이 제 1 크랙의 방향을 따라 이동하면, P4측(P3측)의 균열면은 마찰력으로 끌려다니듯이 이동한다. 즉, P1측의 움직임에 연동하여 P4측이 이동하고, P2측의 움직임에 연동하여 P3측이 이동한다.

따라서, 제 2 크랙 형성 공정에서, 냉각 스폿(CS)이 통과한 직후에 강한 인장응력이 발생하고, 제 2 크랙(Y-1)이 굵은 크랙(L1)으로 되어 퍼지면, 교차점(F)을 넘어 굵은 크랙(L1)이 전달되어, 크랙(L1)과 동일한 균열폭으로 퍼지는 굵은 크랙(L4)이 형성된다. 즉, 교차점에서 정지하지 않고, 크랙이 전방으로 진행해 버린다.

(실시예)

(실험)

냉매에 마찰계수 강하제로서 실리콘 오일을 함유시킨 경우와, 함유시키지 않았을 경우와의 비교실험을 행했다.

실험조건을 이하에 나타낸다.

유리 기판 무알칼리 유리(코닝사제 ＃1737)

레이저 출력 160W

주사속도 200mm/sec

냉매 분사량 2ml/min

균열 깊이 125㎛

냉매수 99.6%

실리콘 오일 0.4%(신에츠카가쿠고교 가부시키가이샤제

KF-643)

상기 혼합비로 압축공기와 함께 분사시킴

이상의 조건하에서, 레이저 스크라이브 가공을 행했다. 우선, X방향에 제 1 크랙을 형성하고, 그 후 Y방향에 제 2 크랙을 형성하고, 제 2 크랙을 형성할 때, 빔 스폿(BS) 및 냉각 스폿(CS)이 제 1 크랙과의 교차점을 넘을 때까지 주사하도록 했다.

그 결과, 제 2 크랙은 교차점에서 완전하게 정지하여, 제 1 크랙을 넘어 전방으로 진행하는 일은 없었다.

비교예로서, 냉매를 100% 물(실리콘 오일 0%)로 바꾸어 동일한 레이저 스크라이브 가공을 행한 결과, 제 2 크랙은 교차점에서 정지하는 않고 제 1 크랙을 넘어 전방으로 진행했다.

이상의 결과로부터, 미량의 실리콘 오일(마찰계수 강하제)을 제 1 크랙의 균열 내에 부착시킴으로써, 교차점에서 크랙의 진행을 억제할 수 있는 것을 알았다.

또, 실리콘 오일 이외의 재료에 대해서도, 마찰계수 강하제로서 작용하는 재료의 검토를 행했다. 그 결과, 알킬기를 갖는 재료인 알킬알코올, 알킬에테르, 지방산 알킬에스테르(탄소수 1~30의 직쇄 또는 분지 알킬기를 갖는 것)를 알코올 첨가에 의해 용액으로 한 재료를, 마찰계수 강하제로서 냉매에 함유시킨 경우에도, 균열의 진행을 정지시키는 효과가 얻어졌다.

(변형 실시형태)

상기 실시형태에서는, 냉각 노즐을 이용하여, 냉매와 함께 실리콘 오일(마찰계수 강하제)을 분사시켰지만, 냉각 노즐의 후방에 제 2 노즐을 설치하고, 실리콘 오일(마찰계수 강하제)을 필요한 부분에만 분사하도록 해도 된다. 즉, 교차점(F)의 근방에만 실리콘 오일을 부착시키도록 한다. 이와 같이 함으로써, 실리콘 오일의 부착이 신경이 쓰이는 용도의 경우에, 실리콘 오일의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는 노즐로부터의 분사에 의해 실리콘 오일을 부착시켰는데, 도포에 의해 부착시켜도 된다. 그 경우에도, 냉각 직후에 도포하는 쪽이 균열 내에 들어가기 쉽다.

또, 제 2 크랙 형성 공정에서, 빔 스폿이 제 1 크랙과의 교차점에 도달했을 때, 레이저 조사를 정지하여 빔 스폿을 소거하면, 크랙의 진행을 정지하는 이외에, 가열에 의한 기판으로의 악영향을 억제할 수도 있다. 그 경우는, 교차점까지 냉각 스폿을 이동시키고나서 냉각 스폿의 이동을 정지함으로써, 제 2 크랙은 확실하게 교차점까지 형성하도록 한다.

(산업상의 이용가능성)

본 발명의 크랙 형성 방법은 유리 기판 등의 취성 재료 기판의 분단에 이용할 수 있다.

10 원형 부재 11 스트립 부재
BS 빔 스폿 CS 냉각 스폿
L0 분단 예정 라인 L1 굵은 크랙
L2 가는 크랙 L3 블라인드 크랙
F 교차점 X-1 제 1 크랙
Y-1 제 2 크랙

Claims

취성 재료 기판에 레이저빔을 조사하여 빔 스폿을 형성하고, 상기 빔 스폿을 상대이동시켜 상기 기판이 연화되는 온도 이하로 가열하고, 이어서 상기 빔 스폿이 통과한 궤적을 따라 상기 기판을 냉각하는 레이저 스크라이브 가공에 의해 크랙을 형성하는 취성 재료 기판의 크랙 형성 방법으로서,
제 1 레이저 스크라이브 가공에 의해 제 1 크랙을 형성하고,
상기 제 1 크랙의 균열 내에 마찰계수를 낮추는 마찰계수 강하제를 부착시키고 나서, 제 2 레이저 스크라이브 가공에 의해 제 2 크랙을 상기 제 1 크랙과 교차하는 방향으로 제 1 크랙과의 교차점까지 형성하고,
상기 제 1 크랙과의 교차점에서 제 2 크랙의 진행을 정지시키는 것을 특징으로 하는 취성 재료 기판의 크랙 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 마찰계수 강하제는 윤활 오일을 함유하는 것을 특징으로 하는 크랙 형성 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 마찰계수 강하제는 실리콘 오일을 함유하는 것을 특징으로 하는 크랙 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 마찰계수 강하제는 알킬알코올, 알킬에테르, 지방산 알킬에스테르 중 어느 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 크랙 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 마찰계수 강하제는 제 1 레이저 스크라이브 가공에서 기판을 냉각할 때, 냉매와 함께 스프레이 되는 것을 특징으로 하는 크랙 형성 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 냉매로서 실리콘 오일을 함유한 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 크랙 형성 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 마찰계수 강하제는, 제 1 레이저 스크라이브 가공에서 기판을 냉각한 직후에, 상기 교차점 근방에 도포 또는 스프레이 되는 것을 특징으로 하는 크랙 형성 방법.