KR20180035111A - Method and apparatus of dividing brittleness material substrate - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method and a device for dividing a brittleness material substrate using a division laser beam and an aberration laser beam which focuses a laser beam by generating aberration. The method for dividing a brittleness material substrate passes a laser beam (L1) including a burst of a pulse laser beam through an aberration generating lens (4c) generating the aberration to generate the aberration laser beam (L2), scans the aberration laser beam (L2) along a line to be divided (S) of a brittleness material substrate (W) to form a modified layer, and irradiates the division laser beam (L3) along the modified layer and cools in the forward direction of an irradiation point (P) of the division laser beam (L3), thereby dividing the brittleness material substrate (W).

Description

취성 재료 기판의 분단 방법 그리고 분단 장치{METHOD AND APPARATUS OF DIVIDING BRITTLENESS MATERIAL SUBSTRATE}METHOD AND APPARATUS OF DIVIDING BRITTENESS MATERIAL SUBSTRATE BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은, 분단용 레이저 빔을 이용한 유리 등의 취성 재료 기판의 분단 방법 그리고 분단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method of dividing a brittle material substrate such as glass using a dividing laser beam and a cutting apparatus.

종래부터 기판에 대하여 투과성을 갖는 (투명한)펄스 레이저 빔을 조사하여 내부 개질층을 형성하는 「스텔스 다이싱」이라고 칭해지는 레이저 가공 기술이 이용되고 있다(특허문헌 1 참조). 이 레이저 가공 기술에서는, 분단해야 할 영역의 기판 내부에 초점을 맞추어 펄스 레이저 빔을 조사하여 개질하고, 이를 스트리트(분단 예정 라인)를 따라 연속적으로 행함으로써 개질층을 형성한다. 그리고, 강도가 저하된 개질층을 따라 외력을 가함으로써 분단하고 있다.A laser machining technique called " stealth dicing " for forming an inner modified layer by irradiating a pulsed laser beam having transparency to a substrate has been conventionally used (see Patent Document 1). In this laser processing technique, the modified layer is formed by irradiating a pulsed laser beam with a focus on the inside of the substrate to be divided and modifying the laser beam, and continuously performing the modification along the street (line to be divided). Then, an external force is applied along the reformed layer whose strength has been lowered to separate it.

또한, 최근, 펄스폭(펄스 지속 시간)이 나노초(㎱), 피코초(ps)의 분단용 레이저 빔의 연구 및 개발이 진행된 결과, 개개의 펄스가 분할된 버스트열(列)(버스트 펄스광)로서 발진되는 「버스트 모드」라고 칭해지는 분단용 레이저 빔을 조사하여 기판의 내부 개질을 행하는 레이저 가공 기술도 이용되고 있다(특허문헌 2 참조).Recently, as a result of research and development of a laser beam for dividing a pulse width (pulse duration) of nanoseconds and picoseconds (ps), as a result of the research and development of individual pulse burst columns Quot; burst mode " which is oscillated as a laser beam (hereinafter referred to as " burst mode ") (refer to Patent Document 2).

즉, 기판에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저를 이용하고, 그 펄스 레이저 빔의 반복 주파수나 펄스폭이 가공에 적합한 분단용 레이저 빔이 되도록 조정하여, 기판 내부에 집광점을 맞추어 조사함으로써 애블레이션을 발생시키는 일 없이 개질층을 형성할 수 있다. 이 레이저 가공 기술에서는, 조정된 펄스폭을 갖는 분단용 레이저 빔을 그대로 조사하는 것이 아니라, 개개의 펄스를 복수(예를 들면 2∼10개)의 미세 펄스폭으로 이루어지는 버스트 펄스광(버스트열)으로 분할된 상태로 발진시켜 조사하도록 하고 있다.That is, a laser with a wavelength that is transparent to the substrate is used, the repetition frequency and pulse width of the pulsed laser beam are adjusted so as to be suitable for processing, and the laser beam is irradiated in the substrate with the light- The modified layer can be formed without causing it to occur. In this laser processing technique, instead of directly irradiating the dividing laser beam having the adjusted pulse width, each pulse is divided into a burst pulse light (burst column) composed of a plurality of (for example, 2 to 10) So as to be irradiated.

예를 들면, 펄스광 생성 수단에 의해, 반복 주파수 100㎑(10μ초(μs) 주기로 펄스를 생성) 또한 펄스폭 200㎱의 분단용 레이저 빔이, 펄스광 에너지 10μJ로 생성될 때에, 버스트 펄스광 형성 수단에 의해 이 분단용 레이저 빔을 미세 펄스폭이 1㎱인 10개의 버스트 펄스광(버스트열)으로 분할된 상태로 발진시킨다. 이 경우, 버스트 펄스광의 피크 파워는, 이론적으로는 평균으로(10μJ/10개)/1㎱＝1kW가 되지만, 각 버스트 펄스광의 피크 파워는 서로 동등하게 하는 것도, 서로 상이하게 하는 것(예를 들면, 각 버스트 펄스광의 피크 파워를 순차 크게 해나가는 것, 순차 작게 해나가는 것 등)도 할 수 있다.For example, when a laser beam for division with a pulse width of 200 mu m is generated with a pulse light energy of 10 mu J by a pulse light generating means at a repetition frequency of 100 kHz (producing a pulse with a 10 mu sec (s) cycle) And the dividing laser beam is oscillated by the forming means in a state of being divided into 10 burst pulse lights (burst columns) having a fine pulse width of 1 k. In this case, the peak power of the burst pulse light is theoretically an average (10 mu J / 10 pieces) / 1 mu peak = 1 kW, but the peak power of each burst pulse light may be made equal to each other or different from each other The peak power of each burst pulse light is sequentially increased, and the peak power of each burst pulse light is gradually decreased).

그리고, 실리콘 기판에 대하여 투과성을 갖는 파장(예를 들면 1064㎚)으로서 개질에 적절한 펄스폭의 펄스 레이저 빔을, 이러한 복수의 미세 펄스폭으로 이루어지는 버스트 펄스광으로 하여 발진시키고, 집광기에 의해 버스트 펄스광의 집광점을 기판의 두께 방향 중앙부에 맞추어, 실리콘 기판에 「버스트 모드」로 하여 조사를 행한다. 이에 따라, 피가공물에 있어서의 레이저 입사면과 반대면측으로의 누락 광이 반대면에 주는 데미지를 억제할 수 있게 되어, 이 반대면 상에 미리 형성되어 있는 디바이스로의 데미지를 억제할 수 있는 것이 개시되어 있다.Then, a pulsed laser beam having a pulse width suitable for modification as a wavelength (for example, 1064 nm) having permeability to the silicon substrate is oscillated as burst pulse light having a plurality of such fine pulse widths, and a burst pulse The light-converging point of the light is aligned with the central portion in the thickness direction of the substrate, and the silicon substrate is irradiated in a " burst mode ". This makes it possible to suppress the damage to the opposite surface of the workpiece due to the missing light on the side opposite to the laser incident surface and to suppress the damage to the device previously formed on the opposite surface Lt; / RTI >

또한, 분단용 레이저 빔의 버스트열(버스트 펄스광)을 이용하여 기판을 벽개(劈開)하는 가공 방법으로서, 다른 문헌에서는 기판 내에 「필라멘트」를 형성하여 가공하는 레이저 가공 기술이 개시되어 있다. 즉, 대물 렌즈에 의해 집속된 집속 레이저 빔을 기판에 조사하여, 길이가 수백 마이크론 또는 수 밀리미터의 「레이저 필라멘트」(이하 「필라멘트」라고 약기함)라고 칭하는, 레이저 에너지를 축적시킨 길고 좁은 채널을 기판 내에 형성하고, 기판을 병진하여 직선 형상 혹은 곡선 형상으로 필라멘트를 이동함으로써 필라멘트 트랙을 새겨 가공하는 것이 특허문헌 3에 개시되어 있다(특히 0035, 0039란). 동일 문헌에서는 이 가공 방법이 적용 가능한 기판 재료로서, 유리, 반도체, 투명 세라믹, 폴리머, 투명 도체, 넓은 밴드갭 유리, 수정, 결정 석영, 다이아몬드 및, 사파이어가 기재되어 있다.Further, as a processing method for cleaving a substrate by using a burst column of laser beams for division (burst pulse light), another literature discloses a laser processing technique for forming and processing a " filament " That is, a focused laser beam focused by an objective lens is irradiated to a substrate to form a long narrow channel that stores laser energy, which is called a " laser filament " (hereinafter abbreviated as " filament ") of several hundreds of microns or several millimeters Patent Document 3 discloses that a filament track is formed by being formed in a substrate and the filament is moved in a straight or curved shape by translating the substrate to form a filament track (specifically, Fields 0035 and 0039). In the same document, glass, a semiconductor, a transparent ceramic, a polymer, a transparent conductor, a wide bandgap glass, crystal, crystal quartz, diamond and sapphire are described as a substrate material to which this processing method is applicable.

또한, 상기 특허문헌 3에 기재된 「레이저 필라멘트」를 더욱 공간적으로 확장하여, 공간적으로 동질인 필라멘트를 길게 형성하는 개량 방법이 특허문헌 4에 개시되어 있다.Further, Patent Document 4 discloses an improvement method of spatially increasing the spatially homogeneous filament by further spatially expanding the " laser filament " described in Patent Document 3 above.

동일 문헌에 의하면, 특허문헌 3에서는 초고속 펄스 레이저 빔의 버스트로 이루어지는 입사 레이저 빔이 「집속 렌즈」에 의해 기판 내부에서 집속되어, 기판 내부에서 수백 마이크론 정도의 필라멘트를 형성할 수 있는 것이 개시되어 있다고 하고 있다.According to the same document, in Patent Document 3, it is disclosed that an incident laser beam, which is a burst of an ultra-high speed pulsed laser beam, is focused inside a substrate by a "condenser lens" to form a filament of about several hundred microns in the substrate .

일본특허공보 제3408805호Japanese Patent Publication No. 3408805 일본공개특허공보 2014-104484호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-104484 일본공표특허공보 2013-536081호Japanese Patent Publication No. 2013-536081 일본공개특허공보 2015-037808호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2015-037808

상기 특허문헌 3, 4에서 나타나 있는 「레이저 필라멘트」에 의해 강도가 약해진 개질층이 형성된 유리 기판을 분단하는 데에는, 개질층을 따라 브레이크 바를 밀어붙여서 기판을 기계적으로 휘게 함으로써 분단하는 방법이 취해지고 있다. 이때, 개질층을 형성한 분단 예정 라인이 직선인 경우는 분단 예정 라인을 따라 깨끗하게 분단할 수 있지만, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이 분단 예정 라인(S)이 각부(角部)에 원호(S1)를 갖는 4각 형상의 경우나, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 직선 형상의 분단 예정 라인(S)의 중간에 원호 형상의 볼록부(S2)가 있는 경우에는, 원호(S1)나 볼록부(S2)의 영역을 분단 예정 라인(S)을 따라 균등하게 휘게 하는 것이 곤란해져, 깨끗하게 분단할 수 없다.In order to separate the glass substrate on which the modified layer with the weakened strength is formed by the "laser filament" shown in the above Patent Documents 3 and 4, a method of dividing the glass substrate by mechanically bending the substrate by pushing the brake bar along the modified layer is taken . At this time, when the line to be divided with the modified layer formed is a straight line, it can be divided cleanly along the line to be divided. However, as shown in Fig. 7 (a) S1 in the case of a quadrangular shape with the arc S1 and the arcuate convex portion S2 in the middle of the line S as the line to be divided as shown in Fig. 7 (b) It is difficult to evenly bend the region of the convex portion S2 along the line along which the material is to be divided S so that it can not be divided cleanly.

그래서, 브레이크 바에 의한 기계적 분단 수단을 대신하여, CO2 레이저를 개질층에 조사하여 가열에 의한 압축 응력에 의해 분단하는 방법도 고려된다.Therefore, a method of irradiating the CO 2 laser to the modifying layer instead of mechanical breaking means by the brake bar and dividing the CO 2 laser by compressive stress by heating is also considered.

그러나, CO2 레이저에 의한 브레이크에서는, 레이저 빔을 개질층에 조사하여 스캔했을 때, 도 8에 나타내는 바와 같이 레이저 조사 포인트(P)로부터 레이저 진행 방향 전방측으로 작은 깨짐(K)이 선행하여 발생하는 경향이 있다. 이 현상은, 분단 예정 라인(S)이 직선인 경우는 문제가 없지만, 원호인 경우는 원호의 접선 방향으로 깨짐이 선행하기 때문에, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이 균열(K1)이 앞지르는 등 하여 깨끗하게 분단할 수 없다. 특히 원호의 반경이 5㎜ 이하인 경우는 분단이 더욱 곤란해진다. 또한, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 직선의 분단 예정 라인(S)의 중간에 원호 형상의 볼록부(S2)가 있는 경우에는, 볼록부(S2)의 저변을 가로지르도록 균열(K2)이 발생하는 등 하여 수율이 나빠진다는 문제점이 있었다.However, in the braking by the CO 2 laser, when the laser beam is irradiated to the modified layer and scanned, as shown in Fig. 8, a small crack (K) occurs from the laser irradiation point (P) There is a tendency. In this phenomenon, there is no problem in the case where the line S to be divided is a straight line, but in the case of an arc, since the break in the tangential direction of the arc precedes the crack, the crack K1 is ahead We can not divide cleanly. Particularly, when the radius of the arc is 5 mm or less, the division becomes more difficult. 9 (b), when there is an arc-shaped convex portion S2 in the middle of the straight line S to be divided, the crack K2 is formed so as to traverse the base of the convex portion S2, And the yield is deteriorated.

그래서 본 발명은, 펄스 레이저 빔의 버스트를 포함하는 수차(收差) 레이저 빔과, CO2 레이저 등의 분단용 레이저 빔을 이용하여, 취성 재료 기판을 정밀도 좋게 깨끗하게 분단할 수 있는 분단 방법 그리고 분단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention is directed to a method of dividing a brittle material substrate accurately and accurately using an aberration laser beam including a pulse laser beam burst and a laser beam for division such as a CO 2 laser, And an object of the present invention is to provide a device.

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명의 취성 재료 기판의 분단 방법은, 펄스 레이저 빔의 버스트를 포함하는 레이저 빔을, 수차를 발생시키는 수차 생성 렌즈를 투과시켜 수차 레이저 빔으로 생성하고, 상기 수차 레이저 빔을 취성 재료 기판의 분단 예정 라인을 따라 스캔하여 개질층(통상, 강도가 저하된 개질층)을 형성하고, 이 개질층을 따라 분단용 레이저 빔을 조사함과 함께, 이에 추종하여 당해 분단용 레이저 빔의 조사 포인트의 진행 방향 전방측(바람직하게는 진행 방향 전방측을 포함하는 주변)을 냉각(예를 들면, 냉각 매체의 분사에 의해 냉각)함으로써 상기 취성 재료 기판을 분단 예정 라인을 따라 분단하도록 하고 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of breaking a brittle material substrate, comprising: generating aberration laser beam by transmitting a laser beam including a pulse laser beam burst through an aberration generating lens for generating an aberration; The beam is scanned along a line to be divided of the brittle material substrate to form a modified layer (typically, a modified layer having reduced strength), irradiating a laser beam for division along the modified layer, The brittle material substrate is divided along the scheduled line to be divided by cooling (for example, cooling by spraying the cooling medium) on the front side (preferably the front side including the front side in the traveling direction) of the irradiation point of the laser beam, .

본 발명의 분단 방법에 있어서는, 수차 레이저 빔이 가장 집속하는 최집속부를 취성 재료 기판의 두께의 중간 위치에 맞추어 스캔하는 것이 바람직하다. 여기에서, 수차 레이저 빔의 최집속부는, 수차 레이저 빔의 조사 방향을 따라, 빔 프로파일(강도 분포)을 측정했을 때에, 빔 프로파일의 피크 파워가 가장 높아지는 위치(수차 레이저 빔의 조사 방향을 따른 위치)를 의미한다. 또한, 분단용 레이저 빔으로서는, 파장 10.6㎛의 CO2 레이저 빔이나, 파장 1064㎚의 Nd;YAG 레이저 빔이 바람직하다.In the dividing method of the present invention, it is preferable that the most convergent portion to which the aberration laser beam is most concentrated is scanned at an intermediate position of the thickness of the brittle material substrate. Here, when the beam profile (intensity distribution) is measured along the irradiation direction of the aberration laser beam, the most converging portion of the aberration laser beam is located at a position where the peak power of the beam profile becomes highest (a position along the irradiation direction of the aberration laser beam ). As the divisional laser beam, a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm or an Nd: YAG laser beam having a wavelength of 1064 nm is preferable.

또는, 다른 관점으로 이루어진 본 발명의 취성 재료 기판의 분단 장치에 있어서는, 취성 재료 기판을 올려놓는 테이블과, 광원으로부터 출사된 펄스 레이저 빔의 버스트를 포함한 레이저 빔을, 수차를 발생시키는 수차 생성 렌즈를 통하여 수차 레이저 빔으로 생성하는 수차 레이저 빔 발광 부재와, 상기 수차 레이저 빔 발광 부재를, 상기 취성 재료 기판의 분단 예정 라인을 따라 상대적으로 이동시키는 수차 레이저 빔 발광 부재 이동 기구와, 상기 수차 레이저 빔이 조사된 상기 분단 예정 라인을 따라 분단용 레이저 빔을 조사하는 분단용 레이저 빔 발광 부재와, 상기 분단용 레이저 빔의 조사 포인트의 레이저 빔 진행 방향 전방측(바람직하게는 진행 방향 전방측을 포함하는 주변)을 냉각하는 냉매 분사 부재와, 상기 분단용 레이저 빔 발광 부재 그리고 냉매 분사 부재를 상기 취성 재료 기판의 분단 예정 라인을 따라 상대적으로 이동시키는 분단용 레이저 빔 발광 부재 이동 기구로 이루어지는 구성으로 했다.In another aspect of the present invention, there is provided a brittle material substrate cutting apparatus comprising a table on which a brittle material substrate is placed, a laser beam including a burst of pulsed laser beams emitted from a light source, An aberration laser beam emitting member for moving the aberration laser beam emitting member relative to the brittle material substrate along a line along which the brittle material is to be divided, A beam splitting laser beam emitting member for irradiating a dividing laser beam along the irradiated divided line to be divided, and a beam splitting member for splitting the irradiation point of the dividing laser beam in the direction of advance of the laser beam (preferably, ), A laser beam emitting member for division Has a structure composed of the coolant member to the divided laser beam emitting member moving mechanism for relatively moving along a division planned line of the brittle material substrate.

본 발명은 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 수차 레이저 빔에 의해 형성된 개질층의 라인을 따라 분단용 레이저 빔을 조사하면서 이동시킴으로써, 유리 기판 등의 취성 재료 기판을 분단 예정 라인을 따라 완전 분단할 수 있다. 이때, 분단용 레이저 빔의 조사 포인트의 진행 방향 전방측(바람직하게는 진행 방향 전방측을 중심으로 조사 포인트의 주변)이 냉각되기 때문에, 조사 포인트의 부위에서 발생하는 열 응력, 즉, 가열에 의한 압축 응력과, 냉각에 의한 인장 응력을 효과적으로 높일 수 있고, 이에 따라, 레이저 진행 방향 전방측에서의 깨짐을 발생시키는 일 없이, 조사 포인트의 부위만을 효과적으로 분단할 수 있다. 따라서, 분단 예정 라인이, 각부에 원호를 갖는 4각 형상이거나, 직선 형상의 분단 예정 라인의 도중에 만곡한 볼록부를 갖는 바와 같은 복잡한 형상이거나 해도, 원호의 접선 방향으로 앞지르는 균열이나, 볼록부의 저변을 가로지르는 균열 등을 발생시키는 일 없이, 분단 예정 라인을 따라 깨끗하게 분단할 수 있다고 하는 효과가 있다.Since the present invention is configured as described above, the brittle material substrate such as a glass substrate can be completely divided along the line to be divided by moving the laser beam for division along the line of the modified layer formed by the aberration laser beam have. At this time, since the front side in the traveling direction of the irradiation point of the dividing laser beam (preferably the periphery of the irradiation point about the front side in the traveling direction) is cooled, the thermal stress generated at the site of the irradiation point, The compressive stress and the tensile stress due to the cooling can be effectively increased. Thus, only the site of the irradiation point can be effectively divided without causing cracking on the front side in the laser advancing direction. Therefore, even if the line to be divided is a quadrangular shape having an arc in each corner, or a complex shape having a curved convex portion in the middle of the linear divided line to be divided, cracks that protrude in the tangential direction of the arc, There is an effect that it is possible to divide cleanly along the line to be divided without causing cracks or the like to be crossed.

본 발명에 있어서, 상기 수차 생성 렌즈는 평볼록 렌즈로 형성하는 것이 좋다. 이 경우, 레이저 빔을 평볼록 렌즈의 평면측으로부터 입사시킴으로써, 볼록면측으로부터 수차 레이저 빔을 출사시킬 수 있다.In the present invention, it is preferable that the aberration-generating lens is formed of a plano-convex lens. In this case, the aberration laser beam can be emitted from the convex surface side by making the laser beam incident from the plane side of the flat convex lens.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 수차 레이저 빔의 광원이 파장 0.7∼2.5㎛(예를 들면, Nd:YAG 레이저의 기본파)의 근적외 레이저이고, 또한, 펄스폭이 100피코초 이하의 레이저 빔의 버스트를 이용하도록 해도 좋다.Further, in the present invention, it is preferable that the light source of the aberration laser beam is a near-infrared laser having a wavelength of 0.7 to 2.5 占 퐉 (for example, a fundamental wave of an Nd: YAG laser), and a laser beam having a pulse width of 100 picoseconds May be used.

도 1은 본 발명에 따른 분단 장치의 개략적인 설명도이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 수차 레이저 빔 발광 부재의 광학계를 나타내는 블록도이다.
도 3은 수차 레이저 빔의 집속 상태를 나타내는 확대 설명도이다.
도 4는 펄스 레이저 빔의 버스트의 프로파일을 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 분단 가공 공정의 제1 단계를 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명에 있어서의 분단 가공 공정의 제2 단계를 나타내는 설명도이다.
도 7은 분단 예정 라인의 형상의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 8은 CO2 레이저 빔에 의한 분단시의 깨짐의 발생을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 도 7로 나타낸 분단 예정 라인에서의 균열의 발생을 설명하기 위한 평면도이다.1 is a schematic explanatory diagram of a breaking apparatus according to the present invention.
2 is a block diagram showing an optical system of an aberration laser beam emitting member according to the present invention.
3 is an enlarged explanatory view showing the focusing state of the aberration laser beam.
4 is a conceptual diagram showing the burst profile of the pulsed laser beam.
Fig. 5 is an explanatory diagram showing the first step of the divisional machining process in the present invention. Fig.
Fig. 6 is an explanatory view showing the second step of the division machining step in the present invention. Fig.
7 is a plan view showing an example of a shape of a line to be divided.
Fig. 8 is a plan view for explaining the occurrence of cracking at the time of division by the CO 2 laser beam. Fig.
9 is a plan view for explaining the occurrence of cracks in the line along which the dividing line is to be divided as shown in Fig.

(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for carrying out the invention)

이하에 있어서, 본 발명의 상세를 도면에 나타낸 실시예에 기초하여 설명한다.Hereinafter, the details of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 스크라이브 장치(분단 장치)(A)를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a scribing apparatus (division apparatus) A according to the present invention.

스크라이브 장치(A)에는, 좌우의 지주(1, 1)에 X 방향을 따른 가이드(2)를 구비한 수평인 빔(가로 들보)(3)이 설치되어 있다. 이 빔(3)의 가이드(2)에는, 수차 레이저 빔 발광 부재(4)를 구비한 스크라이브 헤드(5)와, 분단용 레이저 빔 발광 부재(6) 및 냉각 부재(냉각 매체)(7)를 구비한 스크라이브 헤드(8)가 모터(M1)에 의해 X 방향으로 이동할 수 있도록 부착되어 있다. 가공 대상이 되는 취성 재료 기판(W)을 올려놓고 흡착 보유지지하는 테이블(9)은, 세로축을 지점으로 하는 회동 기구(10)를 통하여 대반(臺盤)(11) 상에 보유지지되어 있고, 대반(11)은, 모터(M2)에 의해 구동하는 스크루 나사(12)에 의해 Y 방향(도 1에 있어서의 전후 방향)으로 이동할 수 있도록 형성되어 있다. 또한 본 실시예에서는, 수차 레이저 빔 발광 부재(4)와 분단용 레이저 빔 발광 부재(6)는 개별의 스크라이브 헤드(5, 8)로 나누어 부착되어 있지만, 공통의 스크라이브 헤드에 부착되도록 해도 좋다.Horizontal beams (transverse beams) 3 provided with guides 2 along the X direction are provided on the left and right pillars 1, 1 on the scribing device A, respectively. The scribe head 5 provided with the aberration laser beam emitting member 4 and the laser beam emitting member 6 for division and the cooling member (cooling medium) 7 are provided in the guide 2 of the beam 3 And the scribe head 8 provided thereon is attached by the motor M1 so as to be movable in the X direction. A table 9 on which a brittle material substrate W to be processed is placed and held by suction is held on a table 11 via a turning mechanism 10 having a vertical axis as a point, The mandrel 11 is formed so as to be movable in the Y direction (forward and backward directions in Fig. 1) by the screw 12 driven by the motor M2. In the present embodiment, the aberration laser beam emitting member 4 and the divisional laser beam emitting member 6 are separately attached to the respective scribe heads 5 and 8, but they may be attached to a common scribe head.

스크라이브 헤드(5)에 부착된 수차 레이저 빔 발광 부재(4)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 펄스폭(펄스 지속 시간)이 100피코초 이하, 바람직하게는 50피코초 이하(통상은 1피코초 이상), 여기에서는 15피코초의 펄스 레이저 빔을 출사하는 광원(4a)과, 이 광원(4a)으로부터 발진된 펄스 레이저 빔이 분할된 버스트열의 집합으로서 출사시키는 광 변조기(4b)와, 이 광 변조기(4b)로부터 출사된 레이저 빔(L1)에 수차를 발생시키는 수차 생성 렌즈(4c)를 구비한다.As shown in Fig. 2, the aberration laser beam emitting member 4 attached to the scribe head 5 has a pulse width (pulse duration) of 100 picoseconds or less, preferably 50 picoseconds or less A light modulator 4b that emits a pulsed laser beam emitted from the light source 4a as an aggregate of burst columns in which the pulse laser beam emitted from the light source 4a is divided, And an aberration generating lens 4c for generating aberration in the laser beam L1 emitted from the modulator 4b.

또한 광원(4a)에는 파장 0.7∼2.5㎛의 근적외 레이저를 사용할 수 있다.A near infrared laser having a wavelength of 0.7 to 2.5 占 퐉 may be used for the light source 4a.

또한, 펄스 레이저 빔의 버스트열을 출사시키는 광 변조기(4b)에 대해서는, 예를 들면 일본공표특허공보 2012-515450호에 개시되어 있고, 여기에서는 공지의 광 변조기를 이용하여 펄스 레이저 빔의 버스트열을 출사하는 것으로 하고, 상세에 대해서는 설명을 생략한다.The optical modulator 4b for emitting the burst heat of the pulsed laser beam is disclosed in, for example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2012-515450. Here, a well-known optical modulator is used, And description thereof will be omitted.

광 변조기(4b)로부터 출사된 레이저 빔(L1)에 수차를 발생시키기 위해서 이용하는 수차 생성 렌즈(4c)는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 여기에서는 초점을 광축 방향으로 분산시키고, 통과한 레이저 빔(L1)을 축 방향으로 희미해진 초점을 연결하도록 집속시켜 수차를 발생시키는 평볼록 렌즈를 이용하고 있다. 이 평볼록 렌즈를 통과한 레이저 빔(L1)은, 초점이 분산된 수차 레이저 빔(L2)이 된다. 레이저 빔(L1)을 평볼록 렌즈의 평면측으로부터 입사시킴으로써, 볼록면측으로부터 수차 레이저 빔(L2)을 출사시킬 수 있다.Although the aberration generating lens 4c used to generate aberration in the laser beam L1 emitted from the optical modulator 4b is not particularly limited, the focus is dispersed in the optical axis direction, and the laser beam L1 ) Are converged so as to connect focuses blurred in the axial direction to generate aberration. The laser beam L1 having passed through the flat convex lens becomes an aberration laser beam L2 whose focal point is dispersed. The aberration laser beam L2 can be emitted from the convex surface side by making the laser beam L1 enter from the plane side of the flat convex lens.

펄스 레이저 빔의 버스트열로부터 생성된 수차 레이저 빔(L2)은, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 수차 생성 렌즈(4c)로 집속시킴으로써 레이저 에너지를 각 초점부(f)로 축적시킨 좁고 긴 고에너지 분포 영역(F)을 형성할 수 있다. 이 고에너지 분포 영역(F)을 개략적으로 확대한 도면을 도 3(b)에 나타낸다. 이러한 고에너지 분포 영역(F)의 형성에 의해, 가공 대상물인 취성 재료 기판(W)으로서, 예를 들면 소다 유리 기판의 표면에 조사했을 때에, 가공 대상 기판(W)의 피조사면으로부터 내부 깊이까지 강도가 약해진 개질층을 가공할 수 있다.As shown in Fig. 3A, the aberration laser beam L2 generated from the burst heat of the pulsed laser beam is converged by the aberration generating lens 4c so that the laser energy is accumulated in each focal portion f, The high energy distribution region F can be formed. Fig. 3 (b) shows a schematic enlarged view of the high energy distribution region F. As shown in Fig. By the formation of such a high energy distribution region F, as the brittle material substrate W to be processed, for example, when irradiated onto the surface of the soda glass substrate, the surface of the substrate W to be processed from the irradiated surface to the inner depth The modified layer having a weaker strength can be processed.

다른 한쪽의 스크라이브 헤드(8)에 부착된 분단용 레이저 빔 발광 부재(6)로부터 출사되는 분단용 레이저 빔(L3)(도 6 참조)에는, 가열에 의한 압축력에 의해 강도가 약해진 개질층을 완전 분단할 수 있는 레이저 빔이 이용된다. 본 실시예에서는, 이 분단용 레이저 빔(L3)으로서 파장 10.6㎛의 CO2 레이저 빔을 사용했다. 또한 CO2 레이저 빔을 대신하여, 파장 0.7∼10㎛의 IR 레이저 빔 등을 이용할 수도 있다. 또한, 냉각 부재(7)로부터 분사되는 냉매로서, 냉각 에어나 분무 형상의 물 등을 이용할 수 있다.The laser beam L3 for division (see Fig. 6), which is emitted from the laser beam-emitting member 6 for division attached to the other scribe head 8, A laser beam which can be divided is used. In this embodiment, a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 탆 is used as the dividing laser beam L 3 . Alternatively, an IR laser beam having a wavelength of 0.7 to 10 mu m or the like may be used instead of the CO 2 laser beam. As the refrigerant sprayed from the cooling member 7, cooling air or water in the form of spray can be used.

다음으로, 상기의 스크라이브 장치(A)를 이용한 본 발명에 따른 취성 재료 기판(W)의 분단 방법에 대해서, 도 1∼6을 참조하면서 이하에 설명한다. 본 실시예에서는, 가공 대상이 되는 취성 재료 기판(W)으로서, 두께 1.8㎜의 소다 유리 기판을 이용했다.Next, a method for separating the brittle material substrate W according to the present invention using the above scribing device (A) will be described with reference to Figs. 1 to 6. Fig. In this embodiment, a soda glass substrate having a thickness of 1.8 mm was used as the brittle material substrate W to be processed.

우선, 도 5, 6에 나타내는 바와 같이, 테이블(9) 상에 기판(W)을 올려놓고, 수차 레이저 빔 발광 부재(4)로부터 출사되는 수차 레이저 빔(L2)을 기판(W)을 향하여 조사하면서, 스크라이브 헤드(5)와 가이드(2)에 의한 수차 레이저 빔 발광 부재 이동 기구에 의해 기판(W)의 분단 예정 라인(S)을 따라 이동시킨다. 이때, 수차 레이저 빔(L2)의 집속부에 있어서의 고에너지 분포 영역(F)이 기판(W)의 두께의 중간 위치가 되도록 한다. 이에 의해, 기판(W)의 피조사면으로부터 내부의 깊게까지, 분단 예정 라인(S)을 따라 개질층(통상은, 강도가 약해진 개질층)을 가공할 수 있다.First, as shown in Figs. 5 and 6, the substrate W is placed on the table 9, and the aberration laser beam L2 emitted from the aberration laser beam emitting member 4 is irradiated , Along the line S to be divided of the substrate W by the aberration laser beam emitting member moving mechanism by the scribe head 5 and the guide 2. [ At this time, the high energy distribution region F in the focusing part of the aberration laser beam L2 is set to the intermediate position of the thickness of the substrate W. Thereby, the modified layer (usually, the modified layer whose strength is weakened) can be processed along the line S to be divided from the surface to be processed of the substrate W to the inside thereof.

여기에서, 버스트를 포함하는 수차 레이저 빔(L2)(펄스 레이저 빔의 버스트열)의 바람직한 실시 조건의 일 예를 하기에 나타낸다.Hereinafter, an example of preferred conditions of the aberration laser beam L2 (burst laser beam beam) including the burst is shown below.

레이저 출력: 19.4WLaser power: 19.4W

반복 주파 : 32.5㎑Repetition frequency: 32.5 kHz

펄스폭: 15피코초Pulse width: 15 picoseconds

펄스 간격(레이저 펄스의 기판 상에서의 조사 스폿의 조사 간격): 4㎛Pulse interval (irradiation interval of irradiation spot on the substrate of laser pulse): 4 탆

버스트: 4 펄스Burst: 4 pulses

펄스 에너지: 155μJ/1버스트Pulse energy: 155 占 / / 1 burst

주사 속도: 130㎜/sScanning speed: 130 mm / s

또한, 가공 깊이나 가공 상태는, 상기한 레이저 출력, 반복 주파수, 펄스폭, 버스트 수나 펄스 간격, 수차 등의 조정에 의해 용이하게 컨트롤할 수 있다.Further, the processing depth and the processing state can be easily controlled by adjusting the laser output, the repetition frequency, the pulse width, the number of bursts, the pulse interval, and the aberration.

도 4는 펄스 레이저 빔의 버스트열을 나타내는 개략도이다. 하나하나의 펄스 레이저 빔이 분할된 4개의 미세 펄스(p)가 형성되고, 이것이 반복 주파수마다 간헐적으로 조사된다.4 is a schematic view showing a burst column of a pulsed laser beam. Four fine pulses p in which one pulse laser beam is divided are formed, and this is intermittently irradiated at each repetition frequency.

상기와 같이 하여, 기판(W)에 대하여 분단 예정 라인(S)을 따라 강도가 약해진 개질층을 가공한 후, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 개질층을 가공한 분단 예정 라인(S)을 향하여 분단용 레이저 빔 발광 부재(6)로부터 CO2 레이저 빔(L3)을 조사하면서, 스크라이브 헤드(8) 그리고 가이드(2)를 포함하는 분단용 레이저 빔 발광 부재 이동 기구에 의해 분단 예정 라인(S)을 따라 이동시킨다. 동시에, CO2 레이저 빔(L3)의 조사 포인트(P)의 진행 방향 전방측을 향하여 냉각 부재(7)로부터 냉매를 분사한다. 도 6(b)는, 기판(W)에 대한 CO2 레이저 빔(L3)의 조사 포인트(P)의 부위를 상면에서 본 평면도로서, 냉각 부재(7)에 의한 냉각 영역을 부호 B로 나타낸다. 냉각 영역(B)은 냉매의 비산에 의해 레이저 빔의 조사 포인트(P)의 진행 방향 전방측을 냉각하도록(바람직하게는 조사 포인트(P)의 진행 방향 전방측을 중심으로 조사 포인트(P)의 주변을 둘러싸도록) 형성된다.6 (a), after the modified layer having the weakened strength is processed with respect to the substrate W along the line S to be divided with respect to the substrate W as described above, Emitting laser beam L3 from the dividing laser beam emitting member 6 toward the dividing line V2 by the laser beam emitting member moving mechanism for dividing including the scribing head 8 and the guide 2 while irradiating the CO 2 laser beam L3 from the dividing laser beam emitting member 6 toward the dividing line S). At the same time, the coolant is sprayed from the cooling member 7 toward the front side in the traveling direction of the irradiation point P of the CO 2 laser beam L3. 6B is a top plan view of a portion of the CO 2 laser beam L3 irradiated to the substrate W at the irradiation point P and a cooling area by the cooling member 7 is indicated by a reference character B. In Fig. The cooling region B is preferably arranged so as to cool the front side in the traveling direction of the irradiation point P of the laser beam by scattering of the refrigerant (preferably, As shown in FIG.

이와 같이 하여, 개질층을 가공한 분단 예정 라인(S)을 따라 CO2 레이저 빔(L3)을 조사하면서 이동시킴으로써, 열 응력에 의해 기판(W)이 분단 예정 라인(S)을 따라 완전 분단된다. 이때, CO2 레이저 빔(L3)의 조사 포인트(P)의 진행 방향 전방측(바람직하게는 조사 포인트(P)의 진행 방향 전방측을 중심으로 조사 포인트(P)의 주변)이 냉각되기 때문에, 조사 포인트(P)의 부위에서 발생하는 열 응력, 즉, 가열에 의한 압축 응력과, 냉각에 의한 인장 응력을 효과적으로 높일 수 있고, 이에 의해, 먼저 도 8에서 서술한 바와 같은, 레이저 진행 방향 전방측에서의 깨짐(K)을 발생시키는 일 없이, 조사 포인트(P)의 부위만을 효과적으로 분단할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이 분단 예정 라인(S)이, 각부에 원호(S1)를 갖는 4각 형상인 경우나, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 직선 형상의 분단 예정 라인(S)의 중간에 원호 형상 볼록부(S2)를 갖는 경우라도, 원호의 접선 방향으로 앞지르는 균열(K1)이나, 볼록부(S2)의 저변을 가로지르는 균열(K2)을 발생시키는 일 없이, 분단 예정 라인(S)을 따라 깨끗하게 분단할 수 있다.In this way, the substrate W is completely divided along the line along which the material is to be divided S by the thermal stress by moving the CO 2 laser beam L3 while irradiating the modified line along the line S to be divided . At this time, since the CO 2 laser beam L3 is cooled on the front side in the traveling direction of the irradiation point P (preferably the periphery of the irradiation point P about the forward side in the traveling direction of the irradiation point P) It is possible to effectively increase the thermal stress generated at the site of the irradiation point P, that is, the compressive stress due to heating and the tensile stress due to cooling, and thereby, at first, It is possible to effectively divide only the site of the irradiation point P without causing the crack K to occur. Therefore, for example, as shown in Fig. 9 (a), the line to be divided S may be a quadrangle having an arc S1 at each corner, or a quadrangle having a straight line as shown in Fig. 9 (b) Even when the arcuate convex portion S2 is provided in the middle of the line S to be divided, a crack K1 that extends in the tangential direction of the arc or a crack K2 that crosses the base of the convex portion S2 is generated It is possible to divide cleanly along the scheduled line S to be divided.

또한, CO2 레이저 빔(L3)의 조사 포인트(P)의 진행 방향 전방측(바람직하게는 조사 포인트(P)의 진행 방향 전방측을 중심으로 그 주변)을 냉각함으로써 열 응력을 높일 수 있기 때문에, CO2 레이저 빔(L3)의 출력을 내려도 분단하는 것이 가능해져, 소비 전력을 경감할 수 있다.In addition, since the thermal stress can be increased by cooling the CO 2 laser beam L 3 on the front side in the traveling direction of the irradiation point P (preferably around the front side in the traveling direction of the irradiation point P) , It is possible to separate even if the output of the CO 2 laser beam L3 is lowered, and the power consumption can be reduced.

이상, 본 발명의 대표적인 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상기의 실시 형태에만 특정되는 것이 아니다. 예를 들면, 상기 실시예에서는, 수차 레이저 빔의 조사에 의해 모든 분단 예정 라인에 개질층을 형성한 후, CO2 레이저 빔 등의 분단용 레이저 빔을 개질층에 조사하여 분단하도록 했지만, 수차 레이저 빔의 조사에 추종하여 분단용 레이저 빔을 조사하도록 해도 좋다. 그 외 본 발명에서는, 본 발명의 목적을 달성하고, 청구의 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 수정 및 변경하는 것이 가능하다.Although the representative embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, after the modified layer is formed on all the lines to be divided by irradiation of the aberration laser beam, the divided laser beam such as the CO 2 laser beam is split and irradiated to the modified layer. It may be irradiated with a laser beam for division so as to follow the irradiation of the beam. In addition, in the present invention, it is possible to suitably modify and change the invention within the scope of attaining the object of the present invention and without departing from the scope of the claims.

본 발명은, 유리 기판 등의 취성 재료 기판을 분단할 때에 이용할 수 있다.The present invention can be used when a brittle material substrate such as a glass substrate is divided.

A : 스크라이브 장치(분단 장치)
B : 냉각 영역
F : 고에너지 분포 영역
K : 깨짐
L1 : 레이저 빔
L2 : 수차 레이저 빔
L3 : 분단용 레이저 빔(CO2 레이저 빔)
P : 분단용 레이저 빔의 조사 포인트
S : 분단 예정 라인
W : 취성 재료 기판
2 : 가이드
4 : 수차 레이저 빔 발광 부재
4a : 광원
4b : 광 변조기
4c : 수차 생성 렌즈
5 : 스크라이브 헤드
6 : 분단용 레이저 빔 발광 부재
7 : 냉각 부재(냉각 매체)
8 : 스크라이브 헤드
9 : 테이블A: Scribing device (division device)
B: Cooling zone
F: high energy distribution region
K: broken
L1: laser beam
L2: aberration laser beam
L3: Laser beam for division (CO 2 laser beam)
P: irradiation point of laser beam for division
S: Line to be divided
W: brittle material substrate
2: Guide
4: aberration laser beam emitting member
4a: Light source
4b: optical modulator
4c: aberration-generating lens
5: Scribe head
6: Laser beam emitting member for division
7: cooling member (cooling medium)
8: Scribe head
9: Table

Claims (7)

취성 재료 기판의 분단 방법으로서,
펄스 레이저 빔의 버스트를 포함하는 레이저 빔을, 수차를 발생시키는 수차 생성 렌즈를 투과시켜 수차 레이저 빔으로 생성하고,
상기 수차 레이저 빔을 취성 재료 기판의 분단 예정 라인을 따라 스캔하여 개질층을 형성하고,
이 개질층을 따라 분단용 레이저 빔을 조사함과 함께, 이에 추종하여 당해 분단용 레이저 빔의 조사 포인트의 진행 방향 전방측을 냉각함으로써 상기 취성 재료 기판을 분단 예정 라인을 따라 분단하는 것을 특징으로 하는 취성 재료 기판의 분단 방법.A method of separating a brittle material substrate,
A laser beam including a burst of a pulsed laser beam is transmitted through an aberration generating lens for generating an aberration to generate an aberration laser beam,
Scanning the aberration laser beam along a line along which the brittle material substrate is to be divided to form a modified layer,
Irradiating a laser beam for division along the modified layer and cooling the front side in the traveling direction of the irradiation point of the laser beam for division so as to follow the brittle material substrate along the line to be divided Method of breaking a brittle material substrate. 제1항에 있어서,
상기 분단용 레이저 빔의 조사 포인트의 진행 방향 전방측을 포함하는 주변을 냉각 매체의 분사에 의해 냉각하는 취성 재료 기판의 분단 방법.The method according to claim 1,
And cooling the periphery including the front side in the traveling direction of the irradiation point of the dividing laser beam by jetting the cooling medium. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수차 레이저 빔의 광원이 파장 0.7∼2.5㎛의 근적외 레이저이고, 또한, 펄스폭이 100피코초 이하인 레이저 빔의 버스트를 이용하는 취성 재료 기판의 분단 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the light source of the aberration laser beam is a near infrared laser having a wavelength of 0.7 to 2.5 占 퐉 and the pulse width of the laser beam is not more than 100 picoseconds. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분단용 레이저 빔이, 파장 10.6㎛의 CO2 레이저 빔인 취성 재료 기판의 분단 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the dividing laser beam is a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 탆. 취성 재료 기판을 올려놓는 테이블과,
광원으로부터 출사된 펄스 레이저 빔의 버스트를 포함한 레이저 빔을, 수차를 발생시키는 수차 생성 렌즈를 통하여 수차 레이저 빔으로 생성하는 수차 레이저 빔 발광 부재와,
상기 수차 레이저 빔 발광 부재를, 상기 취성 재료 기판의 분단 예정 라인을 따라 상대적으로 이동시키는 수차 레이저 빔 발광 부재 이동 기구와,
상기 수차 레이저 빔이 조사된 상기 분단 예정 라인을 따라 분단용 레이저 빔을 조사하는 분단용 레이저 빔 발광 부재와,
상기 분단용 레이저 빔의 조사 포인트의 레이저 빔 진행 방향 전방측을 냉각하는 냉매 분사 부재와,
상기 분단용 레이저 빔 발광 부재 그리고 냉매 분사 부재를 상기 취성 재료 기판의 분단 예정 라인을 따라 상대적으로 이동시키는 분단용 레이저 빔 발광 부재 이동 기구로 이루어지는 취성 재료 기판의 분단 장치.A table on which a brittle material substrate is placed,
An aberration laser beam emitting member for generating a laser beam including a burst of a pulsed laser beam emitted from a light source as an aberration laser beam through an aberration generating lens for generating an aberration,
An aberration laser beam emitting member moving mechanism for relatively moving the aberration laser beam emitting member along a line along which the brittle material substrate is to be divided,
A laser beam emitting member for division for emitting a laser beam for division along the line along which the divided material is irradiated with the aberration laser beam,
A coolant injection member for cooling the front side of the irradiation point of the laser beam for division in the laser beam traveling direction,
And a laser beam emitting member moving mechanism for dividing the laser beam emitting member for division and the refrigerant jetting member relatively along the line along which the brittle material substrate is to be divided. 제5항에 있어서,
상기 냉매 분사 부재가 상기 분단용 레이저 빔의 조사 포인트의 레이저 빔 진행 방향 전방측을 포함하는 주변을 냉각하는 취성 재료 기판의 분단 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the coolant injection member cools the periphery including the front side in the laser beam traveling direction of the irradiation point of the divisional laser beam. 제3항에 있어서,
상기 분단용 레이저 빔이, 파장 10.6㎛의 CO2 레이저 빔인 취성 재료 기판의 분단 방법.The method of claim 3,
Wherein the dividing laser beam is a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 탆.
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