WO2009128315A1 - 脆性材料基板の加工方法 - Google Patents

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WO2009128315A1
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laser
scribe line
scribe
beam spot
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幸司 山本
則文 在間
久美子 野橋
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三星ダイヤモンド工業株式会社
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    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Definitions

  • the present invention relates to a method for processing a brittle material substrate by laser irradiation, and more specifically, a scribe consisting of cracks of a finite depth on a substrate by irradiating a first laser beam along a scribe line set on the substrate.
  • the present invention relates to a processing method of a brittle material substrate in which a line is formed and then a second laser beam is irradiated to penetrate the scribe line deeply or completely divided.
  • the brittle material substrate means a glass substrate, sintered ceramics, single crystal silicon, a semiconductor wafer, a sapphire substrate, a ceramic substrate, or the like.
  • 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.
  • a brittle material substrate such as a glass substrate
  • laser beam 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.
  • the occurrence of cullet can be reduced, and the end face strength can be improved.
  • laser scribing is employed in various manufacturing processes and the like that require cutting a glass substrate and the like, including flat panel displays.
  • a virtual line to be divided (referred to as a scribe planned line) is set. Then, an initial crack (trigger) is formed on the substrate edge, which is the start of the scribe line, with a cutter wheel, etc., and the scribe is scheduled from the position of the initial crack where the beam spot and the cooling spot (region where the coolant is injected) are formed at the start. Scan along the line. At this time, as a result of the stress gradient occurring based on the temperature distribution generated in the vicinity of the scribe planned line, a line-shaped crack is formed (see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).
  • a line-shaped crack formed by scanning a laser beam with respect to a brittle material substrate has a “finite depth crack” in which the tip in the depth direction of the crack does not reach the back surface of the substrate, and the crack is formed on the substrate.
  • a “penetrating crack” (see, for example, Patent Document 2) that reaches the back surface of the substrate and divides the substrate all at once.
  • the cutting line formed by the former “crack of finite depth” is called a scribe line, and the dividing line by the latter through crack is called a full cut line.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the substrate schematically showing the mechanism by which cracks of finite depth are formed. That is, the preceding laser heating generates a compressive stress HR on the substrate GA as shown in FIG. Subsequently, as a result of cooling after heating, a tensile stress CR is generated on the substrate surface as shown in FIG. At this time, the compressive stress HR moves inside the substrate due to the movement of heat, and an internal stress field Hin is formed. As a result, as shown in FIG. 7C, a stress gradient in the depth direction in which tensile stress CR is distributed on the substrate surface side and compressive stress HR is distributed inside the substrate is generated, and cracks Cr are formed.
  • the compressive stress field Hin existing inside the substrate prevents further penetration of the crack Cr in the depth direction.
  • the crack Cr has a finite depth. Therefore, in order to completely divide the substrate, a break process must be further performed after a scribe line having a finite depth by the crack Cr is formed.
  • the processed end face of the scribe line by the crack Cr is very beautiful (the surface unevenness is small), and is excellent in straightness, which is an ideal state as the processed end face.
  • FIG. 8A and 8B are a perspective view (FIG. 8A) and a plan view (FIG. 8B) schematically showing a mechanism for forming a through crack, that is, a laser scanned from the position of the initial crack TR.
  • the compressive stress HR is generated on the substrate surface by the beam spot BS of the beam, and simultaneously, the tensile stress CR is generated on the substrate surface by the cooling spot CS behind the beam spot BS.
  • a stress gradient in the front-rear direction is formed on the scribe line L), and a force that tears the substrate left and right along the scan line direction works to form a through crack, so that the substrate is divided. become.
  • this “penetration crack” is formed, it is convenient in that the substrate can be divided (full cut) without performing a break treatment, and depending on the processing application, division by this mechanism may be desired.
  • the straightness of the processing end surface of the full cut line may be impaired, and the beauty (surface irregularities) of the end surface of the full cut line is also described above. The quality is inferior compared to the scribe line.
  • Whether a scribe line or a full cut line is formed by laser scribing depends on heating conditions (laser wavelength, irradiation time, output power, scanning speed, etc.) and cooling conditions (refrigerant temperature, spraying amount, spraying). Position, etc.) and the thickness of the substrate.
  • heating conditions laser wavelength, irradiation time, output power, scanning speed, etc.
  • cooling conditions refrigerant temperature, spraying amount, spraying.
  • Position, etc. and the thickness of the substrate.
  • the thickness of the glass substrate is thin, a full cut line is likely to be formed as compared with the case where the glass substrate is thick, and the process window for processing conditions capable of forming a scribe line is narrow.
  • a full-cut line is more easily formed as the substrate is heated more rapidly and becomes an extreme condition of being rapidly cooled.
  • a mechanical break treatment in which a bending moment is applied by pressing a break bar or the like against a scribe line may be used.
  • cullet may be generated when a large bending moment is applied to the substrate. Therefore, in a manufacturing process that does not like the occurrence of cullet, it is necessary to form a scribe line that is as deep as possible so that the breaking process can be performed only by applying a small bending moment.
  • a second laser irradiation is performed along the scribe line formed by laser scribing to penetrate a finite depth crack deeper (in this case, a break treatment is performed again), or the crack is penetrated to the back surface.
  • a laser break process is performed to divide the frame (see, for example, Patent Documents 1 to 3). JP 2001-130921 A JP 2006-256944 A WO2003 / 008352 Publication
  • “first run” means that when an initial crack TR formed at the start end is heated by the beam spot BS in the vicinity of the start end of the scribe line L, the heating area by the beam spot BS is the starting point. This is a phenomenon in which a crack K is formed in a direction that cannot be controlled toward the front of the beam spot.
  • “first run” occurs, it becomes impossible to form a scribe line along the planned scribe line L, and the straightness of the scribe line is significantly impaired.
  • the laser scribing process that performs the first laser irradiation, when the heating and cooling conditions are shifted to more extreme heating and cooling conditions in order to form deep scribe lines, "Occurs more frequently.
  • the present invention can stably perform a process of forming a scribe line on a substrate by laser scribe processing and then performing a laser break process to completely divide the substrate or form a deeper scribe line. It is an object of the present invention to provide a method for processing a brittle material substrate. It is another object of the present invention to provide a substrate processing method capable of forming a deep scribe line or completely cutting without generating a “previous run” phenomenon. It is another object of the present invention to provide a method for processing a brittle material substrate that can stably perform a cutting process with excellent end face quality of a processed end face.
  • the brittle material substrate processing method of the present invention processes a substrate by performing laser irradiation twice according to the following procedure along a scribe line set on the substrate.
  • A First, a laser scribing step is performed in which the beam spot of the first laser irradiation is relatively moved along the scribe line to heat the substrate, and a coolant is sprayed and cooled immediately after the beam spot has passed. Do. However, if the substrate is melted, processing using stress cannot be performed. Therefore, the heating temperature is always lower than the softening temperature of the substrate so that the substrate does not melt. As a result, a stress gradient that changes in the depth direction (referred to as a first stress gradient) is generated in the scribe line.
  • the first stress gradient is a stress gradient in which tensile stress is distributed on the substrate surface side and compressive stress is distributed on the substrate inner side.
  • a scribe line having a finite depth is formed using this first stress gradient.
  • a laser break process is performed in which the beam spot of the second laser irradiation is relatively moved along a scribe line (a crack of a finite depth) at a higher speed than the first laser irradiation.
  • a high temperature region is formed on the substrate surface layer along the scribe line.
  • a stress gradient that changes in the depth direction along the scribe line and is opposite to the first stress gradient (referred to as a second stress gradient) is generated.
  • the second stress gradient a compressive stress is generated on the surface layer of the substrate, and a stress gradient in which tensile stress is distributed inside the substrate is generated due to the reaction effect.
  • the tip of the crack forming the scribe line is present inside the substrate, but since the tensile stress is concentrated on the tip of the crack, the crack tip penetrates in a deeper direction. As a result, the scribe line penetrates more deeply and is completely divided when it reaches the back surface of the substrate.
  • a scribe line (crack of a finite depth) is formed on a substrate by a laser scribe process without forming a full cut line and without causing a “previous run” phenomenon, and then a laser. It is possible to stably perform a process of performing a break process to completely cut the substrate or to form a deeper scribe line. Further, it is possible to stably perform the cutting process with excellent end face quality of the processed end face.
  • the laser output in the second laser irradiation may be higher than the laser output in the first laser irradiation. If the moving speed of the second beam spot is increased while keeping the laser output constant, the amount of heat input per unit area will decrease, so the amount of heat input decreased by increasing the speed, If the output is recovered by increasing the output, the scribe line can be further penetrated deeply or completely divided. However, the heating temperature is lower than the softening temperature of the substrate so that the substrate does not melt.
  • the length of the beam spot in the scribe line direction in the second laser irradiation may be shorter than the length of the beam spot in the scribe line direction in the first laser irradiation.
  • the coolant when the beam spot of the second laser irradiation is relatively moved along the scribe line, the coolant may be sprayed to a front part where the beam spot relatively moves.
  • substrate processing method of this invention The block diagram which shows the control system of the board
  • movement procedure of the processing method which is one Embodiment of this invention Sectional drawing which showed typically the stress gradient which is going to form in the case of a laser break process.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a substrate processing apparatus LS1 that can implement the processing method of the present invention.
  • 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.
  • a slide table 2 is provided that reciprocates in the front-rear direction (hereinafter referred to as the Y direction) of FIG. 1 along a pair of guide rails 3 and 4 arranged in parallel on a horizontal base 1.
  • a screw screw 5 is disposed between the guide rails 3 and 4 along the front-rear direction, and a stay 6 fixed to the slide table 2 is screwed to the screw screw 5.
  • the slide table 2 is formed so as to reciprocate in the Y direction along the guide rails 3 and 4 by forward and reverse rotation (not shown).
  • a horizontal pedestal 7 is arranged so as to reciprocate in the left-right direction (hereinafter referred to as X direction) in FIG. 1 along the guide rail 8.
  • a screw screw 10 that is rotated by a motor 9 is threaded through a stay 10a fixed to the pedestal 7, and the pedestal 7 is moved along the guide rail 8 in the X direction by rotating the screw screw 10a forward and backward. Move back and forth.
  • a rotating table 12 that is rotated by a rotating mechanism 11 is provided on the base 7, and the glass substrate A is mounted on the rotating table 12 in a horizontal state.
  • the glass substrate A is a mother substrate for cutting out a small unit substrate, for example.
  • the rotation mechanism 11 is configured to rotate the rotary table 12 around a vertical axis, and is configured to be rotated at an arbitrary rotation angle with respect to a reference position. Further, the glass substrate A is fixed to the rotary table 12 by a suction chuck.
  • a laser device 13 and an optical holder 14 are held by an attachment frame 15.
  • the laser device 13 a general device for processing a brittle material substrate may be used. Specifically, an excimer laser, a YAG laser, a carbon dioxide gas laser, a carbon monoxide laser, or the like is used.
  • a carbon dioxide gas laser that oscillates light having a wavelength with high energy absorption efficiency of the glass material.
  • the laser beam emitted from the laser device 13 is irradiated with a beam spot having a preset shape onto the glass substrate A by an optical holder 14 incorporating a lens optical system for adjusting the beam shape.
  • a shape having a long axis such as an elliptical shape or an elliptical shape
  • an elliptical beam spot is formed.
  • the mounting frame 15 is provided with a cooling nozzle 16 adjacent to the optical holder 14. From the cooling nozzle 16, the refrigerant is injected or stopped by opening and closing a valve mechanism (not shown). As the refrigerant, cooling water, compressed air, He gas, carbon dioxide gas, or the like can be used. In this embodiment, compressed air is injected.
  • the cooling medium ejected from the cooling nozzle 16 is directed to a position slightly away from the left end of the beam spot so as to form a cooling spot on the surface of the glass substrate A.
  • a cutter wheel 18 is attached to the attachment frame 15 via an elevating mechanism 17.
  • the cutter wheel 18 is used so as to be temporarily lowered from above when the initial crack Tr is formed in the glass substrate A.
  • the substrate processing apparatus LS1 is equipped with a camera 20 capable of detecting a positioning alignment mark engraved in advance on the glass substrate A. From the position of the alignment mark detected by the camera 20, the substrate is processed. A corresponding positional relationship between the position of the scheduled scribe line set on A and the rotary table 12 is obtained so that the lowered position of the cutter wheel 18 and the irradiation position of the laser beam can be accurately positioned so as to be on the scheduled scribe line. It is.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the substrate processing apparatus LS1.
  • the control unit substrate processing apparatus LS1 includes a laser (optical system) drive unit 31, a cooling mechanism drive unit 32, a scanning mechanism drive unit 33, a trigger mechanism drive unit 34, and a camera drive unit 35. It is controlled by the configured control unit 40.
  • the control unit 40 is connected to an input unit 41 including input devices such as operation buttons, a keyboard, and a mouse, and a display unit 42 including a display screen for performing various displays, and necessary messages are displayed on the display screen. Necessary operations, instructions and settings can be input.
  • the laser / optical system drive unit 31 operates and stops the laser device 13 to perform the laser beam irradiation operation and the stop operation.
  • the first laser irradiation (laser scribing process) and the second laser irradiation (laser break process) are controlled. What is necessary is just to irradiate the output in these laser irradiation with the same output. Since the moving speed is increased by the second laser irradiation (laser break treatment), the substantial laser irradiation time at each irradiation site is reduced, and the laser does not soften the substrate even if the laser output is increased. The upper limit of output will be lowered.
  • the adjustment operation may be performed so that the laser output in the second laser irradiation (laser break treatment) is slightly increased (in a range where the substrate does not melt) according to the moving speed.
  • the laser output of the first laser irradiation is 100 to 150 W (moving speed is 150 to 200 mm / second)
  • the laser output of the second laser irradiation is 130 W. Switching to ⁇ 180W (moving speed is 400 ⁇ 500mm / sec).
  • the lens optical system in the optical holder 14 is adjusted to perform an operation for adjusting the shape of the beam spot.
  • the length of the beam spot formed on the substrate A in the scribe line direction is changed. Specifically, the shape of the beam spot is adjusted so that the length of the beam spot in the scribe line direction in the second laser irradiation is shorter than the length of the beam spot in the scribe line direction in the second laser irradiation.
  • the beam spot of the first irradiation has an elongated elliptical shape having a long axis in the scribe line direction
  • the beam spot of the second irradiation has an elliptical shape that is almost the same as the first irradiation and has a nearly circular shape. Make adjustments.
  • the cooling mechanism driving unit 32 performs an operation of injecting the refrigerant from the cooling nozzle 16 by controlling a valve (not shown).
  • the second laser irradiation laser break process
  • the second laser irradiation can be operated so as to inject the coolant to a position immediately before the beam spot passes.
  • the scanning mechanism driving unit 33 drives the slide table 2, the pedestal 7, and the rotating mechanism 11 to move the substrate A.
  • the base 7 is reciprocated to perform laser scribing on the forward path and laser break processing on the backward path.
  • an adjustment operation is performed to adjust the moving speed V2 of the return path faster than the moving speed V1 of the forward path.
  • the moving speed V1 of the first laser irradiation (laser scribing process) is switched to 150 to 200 mm / sec
  • the moving speed V2 of the second laser irradiation (laser breaking process) is switched to 400 to 500 mm / sec.
  • the moving speeds V1 and V2 may be further increased.
  • the moving speed V1 of the first laser irradiation (laser scribing process) is switched to 300 mm / second or more
  • the moving speed V2 of the second laser irradiation (laser break treatment) is switched to 1000 mm / second or more.
  • the trigger mechanism driving unit 34 drives the lifting mechanism 17 of the cutter wheel 18 to perform an operation of forming an initial crack in the substrate A.
  • the camera driving unit 35 operates to drive the camera 20 and display the position of the substrate A on the display unit 42.
  • FIG. 3 is a diagram showing a processing operation procedure for laser scribing
  • FIG. 4 is a diagram showing a processing operation procedure for laser break processing. 3 and 4 show only the main part of FIG.
  • the substrate processing apparatus LS1 performs laser processing on the substrate A in a reciprocating operation in which laser scribe processing is performed in the forward path and laser break processing is performed in the return path.
  • the glass substrate A is placed on the rotary table 12 and fixed by a suction chuck.
  • An alignment mark (not shown) engraved on the glass substrate A is detected by the camera 20 (FIG. 1), and the positions of the scheduled scribe line, the rotary table 12, the slide table 2, and the base 7 are determined based on the detection result. Are related.
  • the rotary table 12 and the slide table 2 are operated, and the position is adjusted so that the cutting edge direction of the cutter wheel 18 is aligned with the direction of the scribe line. Further, the lifting mechanism 17 is operated to lower the cutter wheel 18.
  • the rotary table 12 (base 7) is moved to approach the substrate end A1, and the cutter wheel 18 is pressed against the substrate end A1. Thereby, the initial crack TR is formed.
  • the lifting mechanism 17 is operated to raise the cutter wheel 18.
  • the substrate A is returned to the original position (position shown in FIG. 3A), and the laser device 13 is operated to irradiate the laser beam. Further, the coolant is injected from the cooling nozzle 16. At this time, the heating conditions and cooling conditions such as the laser output and the refrigerant injection amount are set within a range in which no through cracks occur (that is, no full cut occurs) immediately from the position of the initial crack Tr.
  • the laser output set at this time is assumed to be P1 for convenience.
  • the elliptical beam spot formed by the laser beam is scanned along the planned scribe line of the substrate A by moving the rotary table 12 (base 7) at a speed V1 (for example, 150 mm / second).
  • V1 for example, 150 mm / second
  • the refrigerant is injected at a position immediately after that.
  • a stress gradient in which tensile stress is distributed on the surface side of the substrate and compressive stress is distributed inside the substrate along the planned scribe line is generated on the substrate A (see FIG. 7).
  • a crack of depth is formed.
  • the scribe line Cr (the finite depth crack Cr) is formed on the scribe line of the substrate A.
  • the laser break process will be described.
  • the rotary table 12 (pedestal 7) is stopped at the position where the laser scribing process has been completed (the position shown in FIG. 3D), and the laser device 13 is adjusted and output. Is changed to a laser output P2 larger than the laser output P1 so far.
  • the laser output P2 is set as large as possible within a range in which the substrate A is not excessively heated and melted or damaged.
  • the refrigerant injection by the cooling nozzle 16 stops, in order to easily generate a large stress gradient (second stress gradient) necessary for forming a deep crack, the refrigerant is continuously injected even during the laser break process. Also good.
  • the rotary table 12 (pedestal 7) is moved at a speed V2 (for example, 400 mm / second) higher than the speed V1 at the time of laser scribing.
  • the beam spot of the laser beam is scanned along the scribe line. That is, as a result of heating the surface layer of the substrate A, a compressive stress is applied to the substrate surface layer, and as a reaction, a stress gradient (second stress) in which a tensile stress is distributed at the tip of the crack Cr having a finite depth existing inside the substrate. Gradient).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a stress gradient to be formed during the laser break process.
  • the beam spot is moved at a high speed V2 to heat the substrate surface layer for a short time to form a heating region H.
  • a large compressive stress HR is formed on the surface layer of the substrate, and a tensile stress CR is generated inside the substrate in response to the influence. If the crack Cr exists inside the substrate, the tensile stress is concentrated at the tip of the crack Cr, and as a result, the crack Cr penetrates deeper.
  • the irradiation time of the substrate surface layer is lengthened (that is, the moving speed of the beam spot is slowed), heat is transferred to the inside of the substrate, and the temperature difference generated in the depth direction becomes small. As a result, the stress gradient in the depth direction (second stress gradient) is weakened. Therefore, in the laser break treatment, in order to set a heating condition and a cooling condition in which a compressive stress is easily formed on the surface layer of the substrate and a tensile stress is easily formed inside the substrate, heating that strongly heats in a short time within a temperature range in which the substrate does not melt. It is preferable to select the conditions.
  • the moving speed of the beam spot in the laser break process is preferably set to 400 to 500 mm / second or more, for example. Further, by cooling in advance by blowing a refrigerant before heating, the temperature difference in the depth direction can be increased, and tensile stress can easily be generated inside the substrate.
  • the beam spot is moved at a higher speed than during the laser scribe processing to heat the substrate surface layer for a short time, preferably by forming the heating region H at a speed higher than 400 mm / second,
  • a stress gradient (second stress gradient) is formed in which the substrate surface is a compressive stress and the inside of the substrate is a tensile stress.
  • the laser scribe processing is performed by the forward movement of the substrate A, and the laser break processing is performed by the backward movement.
  • the laser scribe processing and the laser break processing are performed by two forward movements. May be. That is, as shown in FIG. 6A, the rotary table 12 (pedestal 7) is moved from the position where the laser scribing process is completed (position shown in FIG. 3D) to the original position (position shown in FIG. 3A). Then, the laser device 13 is adjusted, and the laser output is changed to a laser output P2 larger than the laser output P1 so far.
  • the laser is moved along the scribe line of the substrate A by moving the rotary table 12 (base 7) at a speed V2 higher than the speed V1 at the time of laser scribe processing.
  • the beam spot of the beam is scanned.
  • the surface layer of the substrate A is heated so that the compressive stress is applied to the substrate surface layer, and the stress gradient (second stress gradient) in which tensile stress is distributed at the tip of the crack Cr having a finite depth existing inside the substrate as the reaction.
  • a deep scribe line Cr2 is formed by the same mechanism as in FIG.
  • the present invention can be used for a process of forming a deep scribe line or completely dividing a brittle material substrate such as a glass substrate.

Abstract

　基板を完全分断したり、より深いスクライブラインを形成したりする加工を、安定して実行できる脆性材料基板の加工方法を提供する。 　（ａ）第一回目のレーザ照射のビームスポットをスクライブ予定ラインに沿って相対移動させて基板を加熱するとともに、冷媒を吹き付けて冷却し、深さ方向に変化する第一の応力勾配を利用して有限深さのスクライブラインを形成するレーザスクライブ工程と、（ｂ）第二回目のレーザ照射のビームスポットを第一回目のレーザ照射よりも高速度でスクライブラインに沿って相対移動させ、第一の応力勾配とは逆向きの第二の応力勾配を利用してスクライブラインをさらに深く浸透、または、完全に分断する。

Description

脆性材料基板の加工方法
　本発明は、レーザ照射による脆性材料基板の加工方法に関し、さらに詳細には基板に設定したスクライブ予定ラインに沿って第一回目のレーザビームを照射して基板上に有限深さのクラックからなるスクライブラインを形成し、続いて、第二回目のレーザビームを照射してこのスクライブラインを深く浸透させるか、あるいは完全に分断する脆性材料基板の加工方法に関する。
　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。
　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。
　一般に、レーザスクライブ加工では、これから分断しようとする仮想線（スクライブ予定ラインという）を設定する。そしてスクライブ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、ビームスポットおよび冷却スポット（冷媒が噴射される領域）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。このとき、スクライブ予定ライン近傍に発生した温度分布に基づいて応力勾配が生じる結果、ライン状のクラックが形成される（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
　ところで、脆性材料基板に対しレーザビームを走査することによって形成されるライン状のクラックには、クラックの深さ方向の先端が基板の裏面まで到達しない「有限深さのクラック」と、クラックが基板の裏面まで到達し、基板を一挙に分断する「貫通クラック」（例えば特許文献２参照）とがある。
　前者の「有限深さのクラック」により形成される切筋をスクライブラインと呼び、後者の貫通クラックによる分断ラインをフルカットラインと呼ぶ。これらは異なるメカニズムにより形成される。
　図７は有限深さのクラックが形成されるメカニズムを模式的に示した基板の断面図である。すなわち先行するレーザ加熱により、図７（ａ）に示すように基板ＧＡに圧縮応力ＨＲが生じる。続いて、加熱後の冷却により、図７（ｂ）に示すように基板表面に引張応力ＣＲが生じる。このとき熱の移動により基板内部に圧縮応力ＨＲが移動し、内部応力場Ｈｉｎが形成されている。その結果、図７（ｃ）に示すように、基板表面側に引張応力ＣＲ、基板内部に圧縮応力ＨＲが分布した深さ方向の応力勾配が発生し、クラックＣｒが形成される。
　上記メカニズムによってクラックＣｒが形成される条件では、基板内部に存在する圧縮応力場ＨｉｎがクラックＣｒの深さ方向へのさらなる浸透を阻止してしまうために、クラックＣｒは基板内部の圧縮応力場Ｈｉｎの手前で停止し、原理的にクラックＣｒは有限深さとなる。そのため、基板を完全に分断するには、クラックＣｒによる有限深さのスクライブラインが形成された後に、さらにブレイク処理を行わねばならない。その一方で、クラックＣｒによるスクライブラインの加工端面は非常に美しく（表面の凹凸が小さく）、しかも直進性に優れており、加工端面として理想的な状態となっている。
　図８は貫通クラックが形成されるメカニズムを模式的に示した基板の斜視図（図８（ａ））と平面図（図８（ｂ）である。すなわち初期亀裂ＴＲの位置から走査されるレーザビームのビームスポットＢＳにより、基板表面に圧縮応力ＨＲが生じている。同時に、ビームスポットＢＳの後方にある冷却スポットＣＳにより、基板表面に引張応力ＣＲが生じている。その結果、走査ライン上（スクライブ予定ラインＬ上）に前後方向の応力勾配が形成され、この応力勾配により、走査ライン方向に沿って基板を左右に裂くような力が働いて貫通クラックが形成され、基板が分断されるようになる。
　この「貫通クラック」が形成される場合は、ブレイク処理を行うことなく基板を分断（フルカット）することができる点で便利であり、加工用途によってはこちらのメカニズムによる分断が望まれる場合もあるが、上述したスクライブラインの加工端面と比較すると、フルカットラインの加工端面の直進性が損なわれている場合があり、また、フルカットラインの端面の美しさ（表面の凹凸）についても上述したスクライブラインに比べると品質が劣る。
　なお、レーザスクライブ加工によってスクライブラインが形成されるかフルカットラインが形成されるかは、加熱条件（レーザ波長、照射時間、出力パワー、走査速度等）、冷却条件（冷媒温度、吹付量、吹付位置等）、基板の板厚等に依存する。一般に、ガラス基板の板厚が薄い場合は厚い場合に比べてフルカットラインになりやすく、スクライブラインを形成できる加工条件のプロセスウインドウが狭い。また、基板が急加熱され、また、急冷される過激な条件になるほど、フルカットラインが形成されやすい傾向がある。
　以上のことから、ガラス基板等に対し端面品質が優れた分断加工を行いたい場合には、フルカットラインではなく、スクライブラインが形成されるメカニズムの加熱条件、冷却条件を選択してレーザスクライブ加工を行い、その後、ブレイク処理を行うようにしている。
　レーザスクライブ加工後に行うブレイク処理方法としては、ブレイクバー等をスクライブラインに押圧して曲げモーメントを加える機械的なブレイク処理が利用されることがある。機械的なブレイク処理の場合、基板に大きな曲げモーメントを加えるとカレットが生じてしまうことがある。そのため、カレットの発生を嫌う製造工程では、できるだけ深いスクライブラインを形成するようにして、小さな曲げモーメントを加えるだけでブレイク処理ができるようにする必要がある。
　そこで、レーザスクライブ加工で形成したスクライブラインに沿って、２度目のレーザ照射を行い、有限深さのクラックをさらに深く浸透させたり（この場合は再度ブレイク処理を行う）、クラックを裏面まで浸透させて分断したりするレーザブレイク処理が行われている（例えば特許文献１～特許文献３参照）。
特開２００１－１３０９２１号公報 特開２００６－２５６９４４号公報 ＷＯ２００３／００８３５２号公報
　このように第一回目のレーザ照射によりスクライブラインを形成するレーザスクライブ加工を行い、続いて第二回目のレーザ照射によりレーザブレイク処理を行うことにより、カレットの発生を抑えた分断加工が可能になる。しかしながら、レーザスクライブ加工、すなわち第一回目のレーザ照射で形成するスクライブラインが浅いと、後のレーザブレイク処理によってクラックを基板裏面まで到達させることが困難になる。それゆえ、レーザブレイク処理で基板を完全に分断するには、レーザスクライブ加工時に、深いスクライブラインを形成しておくことが必要になる。
　また、レーザブレイク処理で基板を完全分断しない場合であっても、レーザスクライブ加工において少しでも深いスクライブラインを形成しておく方が、後のレーザブレイク処理でさらに深いスクライブラインにすることが簡単にできるようになるので望ましい。
　ところで、レーザスクライブ加工により、従来よりも深いスクライブラインを形成しようとすると、これまでスクライブラインを形成していたときの加熱条件や冷却条件を変更する必要がある。具体的には、レーザ出力を高めて加熱による入熱量を増大したり、冷却時の冷媒吹き付け量を増大したりして、これまでより深さ方向の温度差が生じやすい過激な条件にして、基板に発生する深さ方向の応力勾配を大きくする必要がある。
　しかしながら、従来のレーザスクライブ加工の加工手順のまま、応力勾配を大きくするような加熱条件、冷却条件に移行しようとすると、１回目のレーザ照射で深いスクライブラインを形成することができず、代わりにクラックが基板を貫通してしまい（貫通クラックが形成されるメカニズムに移行）、フルカットラインが形成されることになった。すなわち、レーザスクライブ加工の際の加熱条件や冷却条件を適切に選ぶことで、浅いスクライブラインは比較的容易に形成できるが、深いスクライブラインを形成しようとして、加熱条件や冷却条件をこれまで使用していた条件から少し過激な条件に変更しようとしても、設定可能な加熱条件や冷却条件の範囲が存在しないか、存在したとしても設定可能な範囲（プロセスウインドウ）が狭くて不安定となり、いきなりフルカットラインが形成されてしまう条件に移行してしまい、思い通りの深いスクライブラインを形成することが困難であった。
　さらに、フルカットラインに移行してしまう問題とは別に、「先走り」現象が発生しやすくなる問題も生じる。「先走り」とは、図９に示すように、スクライブ予定ラインＬの始端近傍において、始端に形成された初期亀裂ＴＲがビームスポットＢＳによって加熱された際に、ビームスポットＢＳによる加熱領域を起点にビームスポットの前方に向けて制御できない方向にクラックＫが形成される現象である。「先走り」が発生すると、スクライブ予定ラインＬに沿ったスクライブラインを形成することができなくなり、スクライブラインの直進性が著しく損なわれてしまう。
　第一回目のレーザ照射を行うレーザスクライブ加工において、深いスクライブラインを形成しようとして、加熱条件や冷却条件をこれまでよりも過激な加熱条件や冷却条件にシフトさせた場合に、このような「先走り」の発生する頻度が高まる。
　そこで、本発明は、レーザスクライブ加工により基板にスクライブラインを形成し、続いてレーザブレイク処理を行って基板を完全分断したり、より深いスクライブラインを形成したりする加工を、安定して実行できる脆性材料基板の加工方法を提供することを目的とする。
　また、第二に「先走り」現象を発生させることなく、深いスクライブラインを形成したり、完全分断したりすることができる基板の加工方法を提供することを目的とする。
また、第三に加工端面の端面品質が優れた分断加工を安定して行える脆性材料基板の加工方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するためになされた本発明の脆性材料基板の加工方法は、基板に設定したスクライブ予定ラインに沿って、以下の手順で二度のレーザ照射を行うことにより基板を加工する。
（ａ）まず、第一回目のレーザ照射のビームスポットをスクライブ予定ラインに沿って相
対移動させて基板を加熱するとともに、ビームスポットが通過した直後の部位に冷媒を吹き付けて冷却するレーザスクライブ工程を行う。ただし、基板が溶融してしまうと応力を利用した加工ができなくなるので、基板が溶融しないように加熱温度は常に基板の軟化温度未満にする。これにより、スクライブ予定ラインには、深さ方向に変化する応力勾配（第一応力勾配という）が発生する。第一応力勾配は基板表面側に引張応力、基板内部側に圧縮応力が分布している応力勾配である。この第一応力勾配を利用して有限深さのスクライブラインを形成する。
（ｂ）続いて、第二回目のレーザ照射のビームスポットを、第一回目のレーザ照射よりも高速度でスクライブライン（有限深さのクラック）に沿って相対移動させるレーザブレイク工程を行う。このとき、スクライブラインに沿って基板表層に高温領域が形成される。その結果、スクライブラインに沿って、深さ方向に変化し、かつ、第一応力勾配とは逆向きの応力勾配（第二応力勾配という）が発生する。すなわち、第二応力勾配として、基板表層に圧縮応力、その反作用的な影響で基板内部に引張応力が分布している応力勾配が発生する。
　このとき、基板内部にはスクライブラインを形成するクラックの先端が存在しているが、このクラック先端に引張り応力が集中して加わるようになるため、クラック先端がより深い方向に浸透する。その結果、スクライブラインはさらに深く浸透するようになり、基板裏面に達すると完全分断されるようになる。
　本発明によれば、フルカットラインが形成されることなく、また、「先走り」現象を発生させることなく、レーザスクライブ工程により基板にスクライブライン（有限深さのクラック）を形成し、続いてレーザブレイク処理を行って基板を完全分断したり、より深いスクライブラインを形成したりする加工を、安定して実行することができる。
また、加工端面の端面品質が優れた分断加工を安定して行うことができる。
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
　上記発明において、第二回目のレーザ照射におけるレーザ出力を、第一回目レーザ照射のレーザ出力よりも高くするようにしてもよい。
　レーザ出力を一定にしたままで第二回目のビームスポットの移動速度を高速にすれば、単位面積当たりの入熱量が減少することになるため、速度を速めたことによる入熱量の減少分を、出力を高くすることで取り戻すようにすれば、さらに安定してスクライブラインを深く浸透させたり、完全分断させたりすることができる。ただし、基板が溶融しないように加熱温度は基板の軟化温度未満にする。
　上記発明において、第二回目レーザ照射におけるビームスポットのスクライブライン方向の長さを、第一回目レーザ照射におけるビームスポットのスクライブライン方向の長さよりも短くするようにしてもよい。
　これにより基板を加熱する時間が短縮され、実質的に、基板表層に圧縮応力、その反作用的な影響で基板内部に引張応力が分布している第二応力勾配が発生しやすくすることができる。
　上記発明において、第二回目レーザ照射のビームスポットをスクライブラインに沿って相対移動させる際に、ビームスポットが相対移動する前方の部位に冷媒を吹き付けるようにしてもよい。
　これにより、基板表層に圧縮応力、その反作用的な影響で基板内部に引張応力が分布している第二応力勾配が発生しやすくすることができる。
本発明の基板加工方法を実施する際に用いられる基板加工装置の一例の概略構成図。 図１の基板加工装置の制御系を示すブロック図。 本発明の一実施形態である加工方法の動作手順の一部を示す図。 本発明の一実施形態である加工方法の動作手順の一部を示す図。 レーザブレイク処理の際に形成しようとする応力勾配を模式的に示した断面図。 本発明の他の一実施形態である加工方法の動作手順の一部を示す図。 有限深さのクラックが形成されるメカニズムを模式的に示した断面図。 フルカットラインが形成されるメカニズムを模式的に示した斜視図および平面図。 基板端で生じる先走り現象を示す図。
符号の説明
２　スライドテーブル
７　台座
１２　回転テーブル
１３　レーザ装置
１６　冷却ノズル
１７　昇降機構
１８　カッターホイール
Ａ　ガラス基板（脆性材料基板）
ＢＳ　ビームスポット
ＣＳ　冷却スポット
Ｃｒ　クラック
Ｃｒ２　深いクラック
Ｔｒ　初期亀裂
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　最初に、本発明の加工方法を実施する際に用いる基板加工装置の一例について説明する。
　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の概略構成図である。ここ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。
　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。
　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回転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。
　回転テーブル１２の上方には、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。
　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ためのレンズ光学系が組み込まれた光学ホルダ１４によって、予め設定した形状のビームスポットがガラス基板Ａ上に照射される。ビームスポットの形状については、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するため、長軸を有する形状（楕円形状、長円形状など）が用いられる。本実施形態では、具体的には楕円形状のビームスポットが形成されるようにしてある。
　取付フレーム１５には、光学ホルダ１４に近接して、冷却ノズル１６が設けられている。冷却ノズル１６からは、図示しないバルブ機構の開閉により冷媒が噴射されたり停止されたりする。冷媒には、冷却水、圧縮空気、Ｈeガス、炭酸ガス等を用いることができるが、本実施形態では圧縮空気を噴射するようにしてある。
　冷却ノズル１６から噴射される冷却媒体は、ビームスポットの左端から少し離れた位置に向けられ、ガラス基板Ａの表面に冷却スポットを形成するようにしてある。
　また、取付フレーム１５には、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Ｔｒ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。
　さらに、基板加工装置ＬＳ１には、あらかじめガラス基板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２０が搭載されており、カメラ２０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との対応位置関係を求め、カッターホイール１８の下降位置やレーザビームの照射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。
(制御系)
　次に、基板加工装置ＬＳ１の制御系について説明する。図２は基板加工装置ＬＳ１の制御系を示すブロック図である。制御部基板加工装置ＬＳ１は、レーザ／光学系駆動部３１、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。
　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。
　本発明においては、第一回目レーザ照射（レーザスクライブ加工）と第二回目レーザ照射（レーザブレイク処理）との制御を行う。これらのレーザ照射における出力は同じ出力で照射すればよい。
　なお、第二回目レーザ照射（レーザブレイク処理）で移動速度を高速にするので、各照射部位での実質的なレーザ照射時間は減少することになり、レーザ出力を上げても基板が軟化しないレーザ出力の上限値が下がるようになる。したがって、移動速度に応じて第二回目レーザ照射（レーザブレイク処理）でのレーザ出力を（基板が溶融しない範囲で）少し高めるように調整動作を行うようにしてもよい。
　例えば入力部４１からの設定により、１回目レーザ照射（レーザスクライブ加工）のレーザ出力が１００～１５０Ｗ（移動速度は１５０～２００ｍｍ／秒）、二回目レーザ照射（レーザブレイク処理）のレーザ出力が１３０Ｗ～１８０Ｗ（移動速度は４００～５００ｍｍ／秒）に切り替わるようにする。
　さらに、光学ホルダ１４内のレンズ光学系を調整し、ビームスポットの形状を調整する動作を行う。本発明との関係では、基板Ａに形成されるビームスポットのスクライブライン方向の長さを変更する。具体的には第一回目のレーザ照射におけるビームスポットのスクライブライン方向の長さに対し、第二回目のレーザ照射におけるビームスポットのスクライブライン方向の長さが短くなるようにビームスポットの形状を調整する動作を行う。例えば、第一回目照射のビームスポットはスクライブライン方向に長軸を有する細長い楕円形状にし、第二回目照射のビームスポットは、第一回目とほぼ同じ照射面積であって円形に近い楕円形状にする調整を行う。
　冷却機構駆動部３２は、バルブ（不図示）の制御により、冷却ノズル１６から冷媒を噴射する動作を行う。本発明との関係では、必要に応じて、第二回目のレーザ照射（レーザブレイク処理）の際に、ビームスポットが通過する直前の位置に冷媒の噴射を行うように動作させることもできる。
　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。本発明との関係では、台座７を往復移動して、往路でレーザスクライブ加工、復路でレーザブレイク処理を行う。その際に、往路の移動速度Ｖ１よりも、復路の移動速度Ｖ２を高速に調整する調整動作を行う。例えば、上述したように、１回目レーザ照射（レーザスクライブ加工）の移動速度Ｖ１が１５０～２００ｍｍ／秒、二回目レーザ照射（レーザブレイク処理）の移動速度Ｖ２が４００～５００ｍｍ／秒に切り替わるようにする。なお、加工する基板の大面積化にともなって、さらに高速移動させることが望まれる。そのような場合は、移動速度Ｖ１、Ｖ２をさらに大きくすればよい。例えば一回目レーザ照射（レーザスクライブ加工）の移動速度Ｖ１が３００ｍｍ／秒以上、二回目レーザ照射（レーザブレイク処理）の移動速度Ｖ２が１０００ｍｍ／秒あるいはそれ以上に切り替わるようにする。
　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。
　次に、上記基板加工装置ＬＳ１による加工動作手順について説明する。図３はレーザスクライブ加工の加工動作手順を示す図であり、図４はレーザブレイク処理の加工動作手順を示す図である。なお、図３、図４では図１の要部のみを図示している。
基板加工装置ＬＳ１では、基板Ａに対し、往路でレーザスクライブ加工、復路でレーザブレイク処理を行う往復動作でのレーザ加工処理を行う。
　まず、図３（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、スクライブ予定ラインと、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の刃先方向がスクライブ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を下降する。
　続いて、図３（ｂ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）を移動して基板端Ａ１に近づけ、基板端Ａ１にカッターホイール１８を圧接する。これにより初期亀裂ＴＲを形成する。初期亀裂ＴＲが形成されると、昇降機構１７を作動してカッターホイール１８を上昇させる。
　続いて、図３（ｃ）に示すように、基板Ａを元の位置(図３（ａ）の位置)に戻し、レーザ装置１３を作動してレーザビームを照射する。また冷却ノズル１６から冷媒を噴射する。このとき照射するレーザ出力、冷媒噴射量等の加熱条件、冷却条件は、初期亀裂Ｔｒの位置からいきなり貫通クラックが発生しない（すなわちフルカットにならない）範囲内に設定する。このとき設定したレーザ出力を便宜上Ｐ１とする。
　続いて、回転テーブル１２（台座７）を速度Ｖ１（例えば１５０ｍｍ／秒）で移動することにより、基板Ａのスクライブ予定ラインに沿って、レーザビームにより形成される楕円状ビームスポットを走査し、さらにその直後の位置に冷媒を噴射する。
　このとき、基板Ａにはスクライブ予定ラインに沿って、基板表面側に引張応力、基板内部に圧縮応力が分布する応力勾配（第一応力勾配）が発生するようになり（図７参照）、有限深さのクラックが形成される。
　以上の動作により、基板Ａのスクライブ予定ライン上に、スクライブラインＣｒ（有限深さのクラックＣｒ）が形成される。
　次にレーザブレイク処理について説明する。
　図４（ａ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）を、レーザスクライブ加工が終了した位置（図３（ｄ）の位置）で停止させたまま、レーザ装置１３を調整して、出力がこれまでのレーザ出力Ｐ１よりも大きいレーザ出力Ｐ２に変更する。ただし、基板Ａに照射するビームスポットの移動速度にも依存するが、基板Ａが過度に加熱されて溶融したり損傷したりすることがない範囲内で、レーザ出力Ｐ２はできるだけ大きく設定する。
　また、冷却ノズル１６による冷媒噴射は停止するが、深いクラックの形成に必要な大きな応力勾配（第二応力勾配）を発生しやすくするために、レーザブレイク処理中にも、冷媒を噴射し続けてもよい。
　続いて、図４（ｂ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）を、レーザスクライブ加工時の速度Ｖ１よりも高速の速度Ｖ２（例えば４００ｍｍ／秒）で移動することにより、基板Ａのスクライブラインに沿ってレーザビームのビームスポットを走査する。すなわち、これにより、基板Ａの表層を加熱するようにして、基板表層に圧縮応力、その反作用として基板内部に存在する有限深さのクラックＣｒの先端に引張応力が分布する応力勾配（第二応力勾配）を形成する。
　図５は、レーザブレイク処理の際に形成しようとする応力勾配を模式的に示した断面図である。ビームスポットを速い速度Ｖ２で移動して基板表層を短時間加熱し、加熱領域Ｈを形成する。すると、基板表層に大きな圧縮応力ＨＲが形成され、その影響を受けて基板内部には、反対に引張応力ＣＲが発生する。基板内部にクラックＣｒが存在すると、引張応力はクラックＣｒの先端に集中するようになり、その結果、クラックＣｒは、さらに深く浸透するようになる。
　この場合に、基板表層の照射時間を長くしていくと（すなわちビームスポットの移動速度を遅くする）、基板内部に熱が伝わって、深さ方向に生じる温度差が小さくなる。その結果、深さ方向の応力勾配（第二応力勾配）が弱まってしまう。したがって、レーザブレイク処理では、基板表層に圧縮応力、基板内部に引張応力が形成されやすい加熱条件、冷却条件を設定するために、基板が溶融しない温度範囲内で、短時間内に強く加熱する加熱条件を選択するようにするのが好ましい。具体的にはレーザブレイク処理でのビームスポットの移動速度を例えば４００～５００ｍｍ／秒あるいはそれ以上にすることが好ましい。
　また、加熱前に、予め冷媒を吹き付けて冷却しておくことにより、深さ方向の温度差を大きくして、基板内部に引張応力が生じやすくすることもできる。
　このように、レーザスクライブ加工の後に、ビームスポットをレーザスクライブ加工時よりも高速で移動して基板表層を短時間加熱し、好ましくは４００ｍｍ／秒よりも高速で加熱領域Ｈを形成することにより、基板表装が圧縮応力、基板内部が引張応力となる応力勾配（第二応力勾配）が形成されるようになり、この応力勾配を利用して深いクラックＣｒ２をこれまでより深く浸透させることができるようになり、また、深いクラックＣｒ２が裏面まで達した場合にはレーザブレイク処理によって基板を完全分断することができるようになる。
　そして、このメカニズムにより形成された分断面は、非常に美しく、しかも直進性に優れており、加工端面として理想的な状態となっている。
　次に、他の実施形態について説明する。図４で説明したレーザブレイク処理では、基板Ａの往路移動でレーザスクライブ加工、復路移動でレーザブレイク処理を行ったが、レーザスクライブ加工、レーザブレイク処理を二度の往路方向の移動で行うようにしてもよい。
　すなわち、図６（ａ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）を、レーザスクライブ加工が終了した位置（図３（ｄ）の位置）から元の位置（図３（ａ）の位置）に戻し、その後、レーザ装置１３を調整して、レーザ出力をこれまでのレーザ出力Ｐ１よりも大きいレーザ出力Ｐ２に変更する。
　続いて、図６（ｂ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）を、レーザスクライブ加工時の速度Ｖ１よりも高速の速度Ｖ２で移動することにより、基板Ａのスクライブラインに沿ってレーザビームのビームスポットを走査する。これにより、基板Ａの表層を加熱するようにして、基板表層に圧縮応力、その反作用として基板内部に存在する有限深さのクラックＣｒの先端に引張応力が分布する応力勾配（第二応力勾配）を形成する。
　その結果、図４の場合と同様のメカニズムによって、深いスクライブラインＣｒ２が形成されるようになる。
　本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板に対し、深いスクライブラインを形成したり、完全分断したりする加工に利用することができる。

Claims (4)

  1. 　脆性材料基板に設定したスクライブ予定ラインに沿ってレーザ照射を行うことにより前記基板を加工する脆性材料基板の加工方法であって、
    　（ａ）第一回目のレーザ照射のビームスポットをスクライブ予定ラインに沿って相対移動させて前記基板を加熱するとともに、ビームスポットが通過した直後の部位に冷媒を吹き付けて冷却し、前記スクライブ予定ラインにて深さ方向に変化する第一の応力勾配を利用して有限深さのスクライブラインを形成するレーザスクライブ工程と、
    　（ｂ）第二回目のレーザ照射のビームスポットを第一回目のレーザ照射よりも高速度で前記スクライブラインに沿って相対移動させ、前記スクライブラインにて深さ方向に変化し、かつ、前記第一の応力勾配とは逆向きの第二の応力勾配を利用して前記スクライブラインをさらに深く浸透させるか、または、完全に分断させるレーザブレイク工程とからなる脆性材料基板の加工方法。
  2. 　第二回目のレーザ照射におけるレーザ出力を、第一回目レーザ照射のレーザ出力よりも高くする請求項１に記載の脆性材料基板の加工方法。
  3. 　第二回目レーザ照射におけるビームスポットのスクライブライン方向の長さを、第一回目レーザ照射におけるビームスポットのスクライブライン方向の長さよりも短くする請求項１または請求項２のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法。
  4. 　第二回目レーザ照射のビームスポットを前記スクライブラインに沿って相対移動させる際に、ビームスポットが相対移動する前方の部位に冷媒を吹き付ける請求項１に記載の脆性材料基板の加工方法。
PCT/JP2009/055060 2008-04-15 2009-03-16 脆性材料基板の加工方法 WO2009128315A1 (ja)

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