WO2009145008A1 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置およびレーザ加工方法 Download PDF

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WO2009145008A1
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solid
cooling
phase refrigerant
refrigerant
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政二 清水
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三星ダイヤモンド工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0005—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing
    • B28D5/0011—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing with preliminary treatment, e.g. weakening by scoring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/703—Cooling arrangements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Definitions

  • the present invention relates to a processing method and a processing apparatus for a brittle material substrate by laser irradiation, and more particularly, a laser processing method and a laser for generating cracks by applying thermal stress to the brittle material substrate by heating by laser irradiation and cooling immediately thereafter. It relates to a processing apparatus.
  • the brittle material substrate refers to a glass substrate, a sintered ceramic material, a single crystal silicon, a semiconductor wafer, a sapphire substrate, a ceramic substrate, or the like.
  • 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 scribing is employed in various manufacturing processes and the like that require cutting of glass substrates and the like including flat panel displays.
  • a virtual line to be processed (referred to as a processing scheduled line) is set.
  • an initial crack (trigger) is formed on the substrate end, which is the starting end of the planned processing line, with a cutter wheel or the like, and a beam spot by laser beam irradiation is scanned along the planned scribe line from the position of the initial crack formed at the starting end.
  • cooling is performed by spraying a coolant on the processing scheduled line immediately after the beam spot passes.
  • a stress gradient is generated based on the temperature distribution (depth direction temperature distribution or front-rear direction temperature distribution) generated in the vicinity of the processing line, resulting in a finite depth crack (called a scribe line) or the back surface of the substrate. And a crack (referred to as a full cut line) that completely divides the substrate is formed (see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).
  • Laser scribing may be performed under conditions that allow the formation of cracks (scribe lines) with a finite depth as deeply as possible, or conditions that allow the formation of cracks (full cut lines) that can be completely cut off. For this purpose, it is necessary to form a temperature gradient as large as possible by cooling after heating.
  • the method of spraying a gas (which may contain a liquid) in a non-contact state which is a cooling method generally performed so far, may not be sufficiently cooled.
  • a method for generating a large temperature gradient a method is disclosed in which the cooling member is mechanically brought into contact with the substrate surface after the beam spot has passed.
  • a cooling method is disclosed in which a cooling pipe in which a coolant circulates is brought into contact with a substrate (see Patent Document 4).
  • Patent Document 5 a method is disclosed in which the tip of a roller-shaped cooling member (solid), a spherical cooling member (solid), or a rod-shaped cooling member is cooled to come into contact with the substrate surface at a low temperature.
  • a volatile liquid composed of a solvent having a vapor pressure higher than that of water at room temperature is infiltrated into a cooling member made of a material such as sponge or felt, and the cooling member (sponge or the like) is brought into contact with the substrate to make it volatile. It is also disclosed that the liquid is applied and cooled using the heat of vaporization when the volatile liquid evaporates (see Patent Document 5). JP 2001-130921 A JP 2006-256944 A WO2003 / 008352 Publication JP 2002-100590 A JP 2002-362933 A
  • the cooling pipe or roller-shaped cooling member is contacted, or the cooling member such as sponge or felt infiltrated with the volatile liquid is contacted, so that the solid material is mechanically contacted with the substrate for cooling. If it carries out, it will become possible to cool efficiently along a process schedule line, and a crack can be formed accurately and reliably along a process schedule line.
  • a metal (copper, aluminum) having high thermal conductivity capable of cooling the contact surface to a low temperature is used for the cooling pipe or the roller-shaped cooling member.
  • metal powder When such a cooling member moves while being in mechanical contact with the substrate, metal powder remains on the substrate due to friction, and the substrate is contaminated.
  • metal powder is likely to be generated from the scratched portion. Further, since the scratched portion has a high coefficient of friction, the substrate is easily scratched by coming into contact with this portion.
  • the present invention provides a problem that metal powder is generated from the cooling member itself and dirt attached to the cooling member on other substrates when the solid cooling member is mechanically contacted with the cooling after heating in the laser scribing process. It is an object of the present invention to provide a laser processing method and a laser processing apparatus using a cooling method that does not have a problem of adhesion and does not cause scratches due to friction.
  • the laser processing apparatus of the present invention made to solve the above-mentioned problems has been made by devising the property that a solid material to be brought into mechanical contact with a substrate as a cooling member must have.
  • the laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus for a brittle material substrate, and includes a laser irradiation mechanism for forming a beam spot on the substrate to perform local heating by irradiating the laser beam, and a local substrate. And a substrate cooling mechanism for forming a cooling region to be cooled automatically, and further, a beam spot irradiated by the laser irradiation mechanism and a cooling region formed by the substrate cooling mechanism are aligned with a planned processing line set on the substrate.
  • the substrate cooling mechanism uses a solid-phase refrigerant that is solidified by cooling a refrigerant material that becomes a gas or a liquid at room temperature, and includes a contact mechanism that contacts the solid-phase refrigerant with the substrate.
  • the scanning mechanism that relatively moves the beam spot and the cooling region may move the substrate with the laser spot and the cooling region at a fixed position, or the laser irradiation mechanism with the substrate position fixed.
  • the beam spot and the cooling region by the substrate cooling mechanism may be moved with respect to the substrate.
  • the “normal temperature” of the “refrigerant material that becomes a gas or liquid at normal temperature” refers to the normal temperature (room temperature) of the surrounding space where the laser scribing process is performed, specifically 5 ° C. to 40 ° C. Refers to the temperature range.
  • the substrate cooling mechanism brings the solid-phase refrigerant that has been solidified by cooling the refrigerant material that becomes a gas or liquid at room temperature into contact with the substrate by the pressing mechanism.
  • the solid-phase refrigerant is scanned along the scheduled processing line heated immediately before, while one end surface is in contact with the substrate.
  • the processing line of the substrate is efficiently and accurately cooled by the contact surface of the solid-phase refrigerant, and the contact surface of the solid-phase refrigerant is vaporized, liquefied, and consumed.
  • efficient cooling can be performed at the contact surface with the solid-phase refrigerant, and the solid-phase refrigerant is not damaged by friction, so that the substrate is hardly damaged.
  • the contact surface is vaporized or liquefied during cooling, it will be consumed, so even if the substrate is cooled one after another with the same solid phase refrigerant, the dirt adhering to the contact surface of the solid phase refrigerant will adhere to the next substrate. It will not be attached.
  • any one of ice, solid state alcohol, and dry ice may be used as the solid-phase refrigerant.
  • ice is used as the solid-phase refrigerant and this is brought into contact with a heated substrate, a part of the ice is liquefied to become water.
  • solid-state alcohol is used as the solid-phase refrigerant, a part thereof becomes liquid alcohol or gaseous alcohol.
  • dry ice is used as the solid phase refrigerant, a part thereof is vaporized into carbon dioxide. None of these materials contain a solid substance such as metal powder or sponge, so that they remain as solids on the substrate and do not damage or contaminate the substrate.
  • the solid temperature can be lowered as the temperature of the ice is reduced. Therefore, by cooling the solid-phase refrigerant to a low temperature, the cooling efficiency can be further increased, and a steep temperature gradient can be formed to perform accurate processing.
  • the substrate cooling mechanism further includes: a refrigerant supply unit that supplies the refrigerant material; and a solidification unit that cools the supplied refrigerant material to a temperature equal to or lower than a temperature at which the refrigerant material solidifies to form a solid phase refrigerant.
  • a refrigerant supply unit that supplies the refrigerant material
  • a solidification unit that cools the supplied refrigerant material to a temperature equal to or lower than a temperature at which the refrigerant material solidifies to form a solid phase refrigerant.
  • the refrigerant supply unit includes a nozzle for injecting the refrigerant material, and the solidification unit is provided with an end surface facing the substrate and the core material arranged so that the refrigerant material injected from the nozzle adheres to the end surface And a core material cooling section that cools the end face of the core material to a temperature equal to or lower than the temperature at which the refrigerant material is solidified.
  • the refrigerant material adhering to the end face of the core material is solid by injecting the refrigerant material from the nozzle onto the end face of the core material (for example, a copper rod having a rounded front end face) cooled by the core material cooling unit.
  • the solid-state refrigerant can be formed by being cooled to a temperature equal to or lower than the conversion temperature and solidifying and adhering to the end surface of the core material, and covering the end surface of the core material.
  • substrate can be cooled efficiently by making the solid-phase refrigerant adhering to a core material end surface contact a board
  • the pressing mechanism may include a support member that removably supports the solid-phase refrigerant in a state where one end surface of the solid-phase refrigerant is opposed to the substrate. According to this, the solid-phase refrigerant detachably attached by the support member is pressed against the substrate by the pressing mechanism. When the solid-phase refrigerant is consumed due to contact with the substrate, the used solid-phase refrigerant is removed and replaced with a new solid-phase refrigerant. Thereby, it can cool by a solid-phase refrigerant
  • the substrate cooling mechanism may further include a shaping mechanism for shaping a contact surface of the solid phase refrigerant that contacts the substrate with respect to the solid phase refrigerant.
  • the shape shaped by the shaping mechanism is not particularly limited.
  • the tip may be shaped into a hemisphere or may be shaped into a square shape. Further, it may be shaped into an ellipse so that it can be easily aligned with the planned processing line direction.
  • the laser processing method of the present invention scans a beam spot formed by laser beam irradiation along a planned processing line set on a brittle material substrate.
  • a laser processing method of a brittle material substrate that forms a crack due to thermal stress along a planned processing line by cooling the substrate immediately after passing through the beam spot, and cooling the substrate at room temperature.
  • the cooling is performed by bringing a solid-phase refrigerant that is solidified by cooling a refrigerant material that becomes a gas or a liquid into contact with the substrate.
  • efficient cooling can be performed at the contact surface with the solid-phase refrigerant, and the solid-phase refrigerant is not damaged by friction, so that the substrate is hardly damaged.
  • the contact surface is vaporized or liquefied during cooling, it will be consumed, so even if the substrate is cooled one after another with the same solid phase refrigerant, the dirt adhering to the contact surface of the solid phase refrigerant will adhere to the next substrate. It will not be attached.
  • any one of ice, solid alcohol, and dry ice may be used as the solid-phase refrigerant. Since these materials do not contain a solid substance such as metal powder or sponge, they can be processed without remaining as a solid on the substrate and damaging or soiling the substrate. Further, since it is a material that naturally evaporates at room temperature, it does not need to be removed, and even if it is attached in a liquid state that has not evaporated, it can be easily removed by washing with pure water.
  • the solid phase refrigerant may contain a surfactant or a cleaning agent as an additive.
  • a surfactant By containing a surfactant, the surfactant is applied to the cracks formed along the planned processing line when cooled with a solid-phase refrigerant, and as a result, the surfaces of the cracks adhere to each other. Can be prevented.
  • the cleaning agent By including the cleaning agent, the cleaning agent is applied to the processing scheduled line when cooled by the solid phase refrigerant, and as a result, the cleaning can be performed easily and efficiently.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the partial block diagram which shows the structure of the board
  • the block diagram which shows the control system of the board
  • substrate processing apparatus of FIG. The whole block diagram of the board
  • the partial block diagram which shows the structure of the board
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a substrate processing apparatus LS1 that can implement the processing method of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial configuration diagram showing a configuration of a substrate cooling mechanism that is a part of the substrate processing apparatus LS1.
  • 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.
  • ice used as the solid phase refrigerant
  • the same applies to other solid phase refrigerants in the case of solid alcohol, liquid alcohol is used, and in the case of dry ice, liquefied carbon dioxide gas is used).
  • a slide table 2 that reciprocates in the front-rear direction (hereinafter referred to as the Y direction) in FIG. 1 is provided along a pair of 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 able to rotate at an arbitrary 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 constituting a laser irradiation mechanism 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 has a beam spot having a long axis (elliptical shape, oval shape, etc.) on the glass substrate A by an optical holder 14 incorporating a lens optical system for adjusting the beam shape. Formed.
  • the shape of the beam spot is made into an ellipse so that it can be efficiently heated along the scribe line.
  • the mounting frame 15 is provided with a substrate cooling mechanism 20 in the vicinity of the optical holder 14.
  • the substrate cooling mechanism 20 is mainly composed of two structures: a core member 21 made of a rod-like body and a nozzle 27 that ejects water (water vapor) that becomes liquid at room temperature.
  • the core material 21 is formed of a metal having good heat conductivity (for example, copper or aluminum).
  • the end surface 21a on the lower side of the core material 21 is a mirror surface with no unevenness.
  • the end surface 21a is adapted to adhere the cooling medium ejected from the nozzle 27.
  • the end surface 21a is hemispherical, it may have another shape, and may be an appropriate shape according to the shape and width of the beam spot to be scanned.
  • Fins 21b are provided on the upper side of the core material 21 so that the core material 21 can be efficiently cooled via the fins 21b.
  • a box-shaped core material cooling section 22 is provided around the fins 21b of the core material 21, and the cooling medium flows in and out of the box through the circulation channels 22a and 22b.
  • the cooling medium used is a low-temperature fluid that can cool the temperature of the end face 21a to a desired temperature.
  • a lower temperature gas frreon gas lowered in the refrigeration circuit
  • liquid liquefied carbon dioxide
  • the core material 21 is cooled using gas, liquid nitrogen).
  • the core material 21 may be cooled by using a Peltier element for the core material cooling unit 22.
  • a heat insulating material 23 (for example, a ceramic plate) is attached to the upper surface of the core material cooling unit 22, and a lifting rod 24 is fixed to the upper surface of the heat insulating material 23.
  • the heat insulating material 23 is attached to prevent the cooling heat of the core material cooling unit 22 from being transmitted to the lifting rod 24.
  • the lifting rod 24 is connected to a pressing mechanism 25 for bringing the core material 21 into contact with the substrate A.
  • the pressing mechanism 25 moves the elevating rod 24 up and down by an elevating mechanism 26 composed of a coil spring and an electromagnetic valve (not shown) to elevate and lower the core material 21.
  • the nozzle 27 has an injection direction directed toward the core member 21, and water (water vapor) supplied through the on-off valve 28 is injected from the nozzle 27 and adheres to the end surface 21 a.
  • the water adhering around the core material 21 becomes ice and covers the end surface 21a because the core material 21 is cooled to 0 ° C. or less. Accordingly, when the core material 21 in this state is lowered and brought into contact with the substrate A, the ice portion adhering to the end surface 21a comes into contact with the substrate A, and the substrate A is thereby cooled.
  • a cutter wheel 18 is attached to the attachment frame 15 via an elevating mechanism 17 on the side opposite to the substrate cooling mechanism 20 in the vicinity of the optical holder 14.
  • the cutter wheel 18 is used so as to temporarily descend from above when an initial crack is formed in the glass substrate A.
  • the substrate processing apparatus LS1 is equipped with a camera 19 capable of detecting a positioning alignment mark engraved on the glass substrate A. From the position of the alignment mark detected by the camera 19, the positional relationship between the position of the scheduled scribe line set on the substrate A and the rotary table 12 is obtained, and the position where the cutter wheel 18 is lowered and the position where the beam spot is irradiated are scribed. It can be positioned accurately so that it is on the planned line.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the substrate processing apparatus LS1.
  • each drive system of the laser / optical system drive unit 31, the substrate cooling mechanism drive unit 32, the scanning mechanism drive unit 33, the trigger mechanism drive unit 34, and the camera drive unit 35 is configured by a computer (CPU).
  • the control unit 40 is controlled.
  • 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.
  • an elliptical beam spot is formed on the substrate A through the lens optical system in the optical holder 14.
  • the substrate cooling mechanism drive unit 32 first performs an operation of injecting the refrigerant from the nozzle 27 by controlling the on-off valve 28, and lowers the core material 21 by the control of the pressing mechanism 25 to adhere to the end surface 21a of the core material 21. An operation of bringing the ice layer into contact with the substrate A is performed.
  • 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 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. 4 is a diagram showing a processing operation procedure of laser scribe processing by the substrate processing apparatus LS1.
  • the glass substrate A is placed on the turntable 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 based on the detection result, the position of the processing scheduled line and the rotary table 12, the slide table 2, and the base 7 are detected. 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 processing scheduled line.
  • the lifting mechanism 17 is operated and the cutter wheel 18 is lowered, the base 7 is operated, and the cutter wheel 18 is brought into contact with the end portion of the substrate A on the rotary table 12 so as to form an initial crack.
  • the lifting mechanism 17 is operated to avoid the cutter wheel 18 from hitting the substrate A. While performing the above operations, water (water vapor) is jetted from the nozzle 27 in parallel to adhere to the end surface 21a of the low-temperature core material 21, thereby forming an ice layer covering the end surface 21a. .
  • the rotary table 12 (pedestal 7) is once moved to the original position, and then the laser light source 13 is operated to irradiate the laser beam. Then, the injection of water (water vapor) from the nozzle 27 is stopped. In this state, the base 7 is driven to start the movement of the rotary table 12.
  • the substrate A is caused to pass directly under the laser beam by the movement of the rotary table 12 (base 7).
  • a beam spot is formed on the substrate A and heated.
  • the ice adhering to the end surface 21a of the core member 21 comes into contact with the position immediately after the heating, so that it is efficiently cooled.
  • a part of the ice melts, but it only becomes water, and no metal powder or the like that causes damage to the substrate is generated. Therefore, no scratch is formed on the substrate A.
  • a large temperature difference is formed by the contact of the solid phase refrigerant, so that a crack is formed along the planned processing line (that is, the line where the beam spot and ice have moved).
  • the crack Cr is formed on the process planned line of the board
  • the crack Cr becomes a scribe line composed of cracks of a finite depth depending on heating conditions, cooling conditions, and the thickness of the substrate, and also serves as a full cut line composed of cracks that completely divide the substrate.
  • FIG. 5 is an overall configuration diagram of the substrate processing apparatus LS2 according to the second embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus LS2 is different from the first embodiment in that it includes a shaping mechanism 50 for adjusting the size and shape of ice formed on the end surface 21a of the core member 21. This is the same as the embodiment.
  • the control system is different in that the substrate cooling mechanism driving unit 32 is also driven for the up-and-down movement and the rotational movement of the shaping mechanism 50. Other controls are the same as those of the substrate processing apparatus LS1.
  • the shaping mechanism 50 includes a heating block 51 and a moving mechanism 56 that moves the heating block 51 up and down and rotationally to avoid the heating block 51 from colliding with the rotary table 12.
  • the heating block 51 is formed with a mold hole 52 and a discharge hole 53 for inserting and shaping the tip portion of the core material 21, and an embedded heater 54 is attached. By energizing the embedded heater 54, the heating block 51 is heated.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the shaping operation by the substrate processing apparatus LS2.
  • the moving mechanism 56 is operated to heat the heating block. 51 is placed directly under the core material 21.
  • the heating block 51 is raised so that the core material 21 is inserted into the mold cavity 52.
  • a part of the ice layer adhering to the periphery of the core material 21 melts and is discharged from the discharge hole 53.
  • the ice layer adhering to the surface of the core material is shaped into a hemisphere that is the bottom shape of the mold cavity 52.
  • the bottom shape of the mold cavity 52 may be other than a hemisphere.
  • the contact surface may be sharpened (even in this case, since it is ice, it smoothly moves on the substrate A so that the substrate A is not damaged).
  • it may be a flat bottom surface.
  • the heating block 51 When the shaping is finished, the heating block 51 is lowered and separated from the core material 21 as shown in FIG. Thereafter, the heating block 51 is returned to the avoidance position (the position shown in FIG. 7A) that does not collide with the turntable 12.
  • the avoidance position the position shown in FIG. 7A
  • the end face 21a on which the ice layer having a fixed shape is always in contact with the substrate A, so that the processing accuracy is further improved. Can be improved.
  • FIG. 8 is an overall configuration diagram of the substrate processing apparatus LS3 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partial configuration diagram showing the substrate cooling mechanism 20a in the substrate processing apparatus LS3. 8 and 9, the same components as those of the substrate processing apparatus LS1 (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the substrate cooling mechanism 20 is cooled to cool the cooling medium sprayed from the nozzle 27 to form a solid phase refrigerant.
  • a solid phase refrigerant for replacement is separately prepared and replaced with a new solid phase refrigerant when the used solid phase refrigerant is consumed. Specifically, columnar ice is formed and prepared by a separate refrigeration apparatus, and is replaced when necessary.
  • the substrate processing apparatus LS3 includes a substrate cooling mechanism 20a including a support member 61 that can attach and remove the solid-phase refrigerant CL.
  • the support member 61 will be described.
  • the support member 61 has a cylindrical housing 62 and the upper end of the ice (solid-phase refrigerant CL) shown in the figure with the lower end of the ice (solid-phase refrigerant CL) previously shaped into a columnar shape facing the substrate A.
  • a grip part 63 that is fixed by a clip that is not used, a lift mechanism 64 for the grip part that lifts and lowers the grip part 63 in the housing 62, and a guide 65 that directs ice (solid-phase refrigerant CL) vertically downward.
  • Ice solid-phase refrigerant CL
  • the lifting mechanism 64 for the gripping portion is gradually lowered according to the amount of ice consumption, so that the lower end surface of the ice (solid phase refrigerant CL) is always exposed to the outside of the housing 62.
  • the raising / lowering operation of the raising / lowering mechanism 64 may be performed in conjunction with counting the number of times the substrate A is cooled.
  • the lifting rod 24 is fixed to the upper surface of the housing 62.
  • the lifting rod 24 is connected to a pressing mechanism 25 for bringing the support member 61 into contact with the substrate A.
  • the pressing mechanism 25 moves the support member 61 up and down by moving the lifting rod 24 up and down by a lifting mechanism 26 composed of a coil spring and a solenoid valve (not shown).
  • the substrate cooling mechanism driving unit 32 drives the lifting operation of the lifting mechanism 64 for the gripping unit.
  • Other controls are the same as those of the substrate processing apparatus LS1. Note that the replacement of ice (solid-phase refrigerant CL) can be automated by the robot hand, but in this case, the substrate cooling mechanism driving unit 32 also controls the replacement operation by the robot hand.
  • the first ice (solid-phase refrigerant CL) is attached to the support member 61, and the beam spot scan and the ice (solid-phase refrigerant CL) scan are executed in the same manner as in the first embodiment. A crack due to a temperature difference is formed on the substrate.
  • the gripping part lifting mechanism 64 is operated to lower the ice (solid-phase refrigerant CL).
  • the initial ice (solid-phase refrigerant CL) is almost gone, the remaining ice is extracted and replaced with new ice (solid-phase refrigerant CL). In this way, laser scribing is continued.
  • the present invention can be used for a laser processing apparatus capable of accurately forming a crack along a planned processing line on a brittle material substrate such as a glass substrate.

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Abstract

　金属粉が発生する問題や冷却部材に付着した汚れが基板に付着する問題がなく、摩擦による傷の発生も生じない固体接触による冷却方法を用いたレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供する。 　ビームスポットを脆性材料基板に形成するレーザ照射機構と、冷却領域を形成する基板冷却機構と、ビームスポット、および、前記冷却領域を、基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構とを備え、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒と、固相冷媒を基板に接触させる押圧機構とからなる。

Description

レーザ加工装置およびレーザ加工方法
　本発明は、レーザ照射による脆性材料基板の加工方法および加工装置に関し、さらに詳細にはレーザ照射による加熱とその直後の冷却により脆性材料基板に熱応力を与えてクラックを生じさせるレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
　ここで脆性材料基板とは、ガラス基板、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、半導体ウエハ、サファイア基板、セラミック基板等をいう。
　ガラス基板等の脆性材料基板にレーザビームを照射し、基板上に形成されるビームスポットを走査してライン状に加熱し、さらに加熱直後に冷媒を吹き付けて冷却するレーザスクライブ加工を用いると、カッターホイール等による機械的な加工に比べてカレットの発生を低減させることができ、また、端面強度を向上させることができる。
　そのため、フラットパネルディスプレイをはじめ、ガラス基板等を分断加工することが必要な種々の製造工程等でレーザスクライブ加工が採用されている。
　一般に、レーザスクライブ加工では、これから加工しようとする仮想線（加工予定ラインという）を設定する。そして加工予定ラインの始端となる基板端に、カッターホイール等で初期亀裂（トリガ）を形成し、レーザビームの照射によるビームスポットを始端に形成した初期亀裂の位置からスクライブ予定ラインに沿って走査する。続いて、ビームスポットが通過した直後の加工予定ラインに、冷媒を吹き付けて冷却を行う。このとき、加工予定ライン近傍に発生した温度分布（深さ方向の温度分布又は前後方向の温度分布）に基づいて応力勾配が生じる結果、有限深さのクラック（スクライブラインという）又は、基板の裏面に達して基板を完全に分断するクラック（フルカットラインという）が形成される（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
　レーザスクライブ加工により加工予定ラインに沿って精度よくクラックを形成させるためには、加工予定ライン上に大きな熱応力を発生させる必要があり、加工予定ラインに沿って急峻な温度勾配を形成する必要がある。また、有限深さのクラック（スクライブライン）をできるだけ深く形成できる加工条件にしたり、あるいは確実に完全分断するクラック（フルカットライン）を形成できる加工条件にしたりして、レーザスクライブ加工を行うのが好ましいが、そのためにも加熱後の冷却で、できるだけ大きな温度勾配を形成する必要がある。しかしながら、これまで一般的に行われてきた冷却方法である気体（液体を含有させてもよい）を非接触状態で吹き付ける方法では、冷却が十分でないこともあった。
　そこで大きな温度勾配を発生させる冷却方法として、ビームスポットが通過した後に、冷却部材を基板面に機械的に接触するようにして行う方法が開示されている。
　例えば、冷媒が循環する冷却パイプを基板に接触するようにして冷却する方法が開示されている（特許文献４参照）。
　また、ローラ状の冷却部材（固体）や球状の冷却部材（固体）や棒状の冷却部材の先端を、低温にして基板表面に接触するようにして冷却する方法が開示されている（特許文献５）。
　さらに、常温で水よりも蒸気圧の高い溶剤などからなる揮発性液体をスポンジ、フェルトなどの素材からなる冷却部材に浸透させ、この冷却部材（スポンジ等）を基板に接触させることにより、揮発性液体を塗布し、揮発性液体が蒸発するときの気化熱を利用して冷却することも開示されている（特許文献５参照）。
特開２００１－１３０９２１号公報 特開２００６－２５６９４４号公報 ＷＯ２００３／００８３５２号公報 特開２００２－１００５９０号公報 特開２００２－３６２９３３号公報
　このように冷却パイプやローラ状の冷却部材を接触したり、揮発液体を浸透させたスポンジ、フェルト等の冷却部材を接触したりして、固体物質を基板に機械的に接触することにより冷却を行えば、加工予定ラインに沿って効率的に冷却することができるようになり、加工予定ラインに沿って精度よく、かつ、確実にクラックを形成することができる。
　しかしながら、冷却パイプやローラ状の冷却部材には、接触面を低温に冷却できる熱伝導率の高い金属（銅、アルミニウム）が用いられる。このような冷却部材が基板に機械的に接触した状態で移動すると、摩擦によって金属粉が基板上に残り、基板が汚染されてしまう。特に、冷却部材の接触面に何らかの原因で小さな傷が生じると、傷の部分から金属粉が発生しやすくなる。また、傷の部分は摩擦係数が高いので、この部分に接することにより基板に傷が付きやすくなる。
　一方、揮発液体を浸透させたスポンジ、フェルト等の冷却部材を用いる場合は、金属粉や摩擦による傷の問題は生じないが、スポンジやフェルトの一部が剥がれて、基板に付着してしまうおそれがある。また、スポンジやフェルトに、汚れが付着すると、それ以降に接触する基板に汚れを付着させてしまうことになる。
　そこで、本発明は、レーザスクライブ加工における加熱後の冷却を固体の冷却部材を機械的に接触させる場合に、冷却部材自身から金属粉が発生する問題や冷却部材に付着した汚れが他の基板に付着する問題がなく、また、摩擦による傷の発生も生じない冷却方法を用いたレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するためになされた本発明のレーザ加工装置は、冷却部材として基板に機械的に接触させる固体材料が備えなければならない性質を工夫することによりなされたものである。
　すなわち、本発明のレーザ加工装置は、脆性材料基板用のレーザ加工装置であって、レーザビームを照射することにより局所的な加熱を行うビームスポットを基板に形成するレーザ照射機構と、基板を局所的に冷却する冷却領域を形成する基板冷却機構とを備え、さらに、レーザ照射機構により照射されるビームスポット、および、基板冷却機構により形成される冷却領域を、基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構を備える。そして、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を冷媒として用いるようにし、この固相冷媒を基板に接触させる接触機構を備えるようにする。
　ここで、ビームスポットおよび冷却領域を相対的に移動する走査機構は、レーザスポットおよび冷却領域を一定の位置にして基板を移動するようにしてもよいし、基板の位置を一定にしてレーザ照射機構によるビームスポットおよび基板冷却機構による冷却領域を基板に対し移動するようにしてもよい。
　また、「常温で気体または液体となる冷媒材料」の「常温」とは、レーザスクライブ加工が行われる周囲の空間の通常状態の温度（室温）いい、具体的には５℃以上４０℃以下の温度範囲をいう。
　本発明によれば、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を、押圧機構によって基板に接触させる。固相冷媒は、一端面が基板に接触しながら、直前に加熱された加工予定ラインに沿って走査されるようになる。これにより、基板の加工予定ラインが、固相冷媒の接触面によって効率よく、かつ、精度よく冷却され、固相冷媒は接触面が気化、液化し、消耗されていくことになる。
　本発明によれば、固相冷媒との接触面で効率的な冷却ができ、摩擦によって固相冷媒に傷が付くこともないので基板に傷が付きにくくなる。また、冷却の際に接触面が気化または液化して消耗することになるので、同じ固相冷媒で次々と基板を冷却しても、固相冷媒の接触面に付着した汚れが次の基板に付着されていくこともなくなる。
　上記発明において、固相冷媒として、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられるようにしてもよい。
　固相冷媒として氷を用い、これを加熱された基板に接触すると、一部が液化して水になる。また、固相冷媒として固体状態のアルコールを用いると、一部が液体アルコールまたは気体アルコールになる。また、固相冷媒としてドライアイスを用いると、一部が気化して二酸化炭素になる。これら材料は、いずれも金属粉やスポンジのような固形物質を含まないので、基板上に固形物として残って基板を傷つけたり汚したりすることはない。また、常温で自然に蒸発する材料であるため、除去する必要がないか、また、蒸発していない液体状態で付着していても簡単に純水洗浄により除去することができる。
　さらに、氷、アルコール、ドライアイスを固相冷媒として基板と接触させるときに、これらを冷却すればするほど、固体温度を低温化することができる。したがって、固相冷媒の温度を冷却して低温にすることにより、さらに冷却効率を高めることができ、急峻な温度勾配を形成して精度のよい加工を行うことができる。
　上記発明において、基板冷却機構は、さらに前記冷媒材料を供給する冷媒供給部と、供給された冷媒材料を前記冷媒材料が固体化する温度以下に冷却して固相冷媒にする固体化部とを備えるようにしてもよい。
　これによれば、固相冷媒の一部が気化または液化して消耗すると、冷媒供給部から冷媒材料を供給して固体化温度まで冷却して固相冷媒にすることで、消耗した固相冷媒を追加することができるようになり、連続して冷却を行うことができる。また、固相冷媒に傷が付いても修復することができる。
　ここで、冷媒供給部は前記冷媒材料を噴射するノズルを備え、固体化部は、基板に対向する端面が設けられるとともにノズルから噴射された冷媒材料が端面に付着するように配置される芯材と、芯材の端面を冷媒材料が固体化する温度以下に冷却する芯材冷却部とからなるようにしてもよい。
　これによれば、芯材冷却部によって冷却された芯材（例えば先端面を丸めた銅製の棒体）の端面にノズルから冷媒材料を噴射することにより、芯材端面に付着した冷媒材料が固体化温度以下に冷却されて固体化し、芯材端面に付着するようになり、芯材端面を覆う固相冷媒を形成することができる。
　そして芯材端面に付着した固相冷媒を、基板に機械的に接触させることにより、基板を効率よく冷却させることができる。このとき芯材自身は基板と直接接触することはないので、芯材の一部が剥離して金属粉等が残ることもない。
　また、上記発明において、押圧機構は、前記固相冷媒の一端面を前記基板に対向させた状態で前記固相冷媒を着脱可能に支持する支持部材を備えるようにしてもよい。
　これによれば、支持部材によって着脱可能に取り付けられた固相冷媒は、押圧機構によって基板に押し付けられる。そして、基板との接触により固相冷媒が消耗されてくると、使用していた固相冷媒を取り外し、新しい固相冷媒に交換する。これにより、引き続いて固相冷媒による冷却することができる。
　また、上記発明において、基板冷却機構は、固相冷媒に対し前記基板と接触する固相冷媒の接触面を整形する整形機構をさらに備えてもよい。
　ここで、整形機構が整形する形状は、特に限定されない。具体的には、先端を半球状に整形してもよいし、角状に整形してもよい。また、加工予定ライン方向に合わせやすくするために楕円状に整形してもよい。
　また、上記課題を解決するために、別の観点からなされた本発明のレーザ加工方法は、レーザビームの照射により形成されるビームスポットを脆性材料基板に設定した加工予定ラインに沿って走査することにより基板を加熱し、次いでビームスポットの通過した直後を冷却することにより、加工予定ラインに沿って熱応力によるクラックを形成する脆性材料基板のレーザ加工方法であって、基板の冷却を、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を基板に接触させることにより行うようにしている。
　本発明によれば、固相冷媒との接触面で効率的な冷却ができ、摩擦によって固相冷媒に傷が付くこともないので基板に傷が付きにくくなる。また、冷却の際に接触面が気化または液化して消耗することになるので、同じ固相冷媒で次々と基板を冷却しても、固相冷媒の接触面に付着した汚れが次の基板に付着されていくこともなくなる。
　また、上記方法において、固相冷媒に、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられるようにしてもよい。
　これら材料は、いずれも金属粉やスポンジのような固形物質を含まないので、基板上に固形物として残って基板を傷つけたり汚したりすることはなく、加工することができる。また、常温で自然に蒸発する材料であるため、除去する必要がないか、また、蒸発していない液体状態で付着していても簡単に純水洗浄により除去することができる。
　ここで、固相冷媒は、界面活性剤または洗浄剤を添加剤として含有するようにしてもよい。
　界面活性剤を含有させることにより、固相冷媒で冷却したときに界面活性剤が加工予定ラインに沿って形成されたクラックに塗布されるようになり、その結果、クラックの表面同士が固着することを防止できる。また、洗浄剤を含有させることにより、固相冷媒で冷却したときに洗浄剤が加工予定ラインに塗布されるようになり、その結果洗浄が簡単かつ効率的に行えるようになる。
本発明の一実施形態である基板加工装置の全体構成図。 図１の基板加工装置の一部である基板冷却機構の構成を示す部分構成図。 図１の基板加工装置の制御系を示すブロック図。 図１の基板加工装置による加工動作手順を示す図。 本発明の第二実施形態である基板加工装置の全体構成図。 図５における加熱ブロックの構成を示す図。 図５の基板加工装置における整形機構の動作手順を示す図。 本発明の第三実施形態である基板加工装置の全体構成図。 図８の基板加工装置の一部である基板冷却機構の構成を示す部分構成図。
２　スライドテーブル
７　台座（走査機構）
１２　回転テーブル
１３　レーザ装置（レーザ照射機構）
１４　光学ホルダ（レーザ照射機構）
２０、２０ａ　基板冷却機構
２１　芯材（固体化部）
２１ａ　端面
２２　芯材冷却部
２４　昇降ロッド
２５　押圧機構
２６　昇降機構
２７　ノズル（冷媒供給部）
５０　整形機構
５１　加熱ブロック
５２　移動機構
６１　支持部材
Ａ　ガラス基板（脆性材料基板）
Ｃｒ　クラック
ＣＬ　固相冷媒
（実施形態１）
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１は本発明の加工方法を実施することができる基板加工装置ＬＳ１の全体構成図である。また、図２は基板加工装置ＬＳ１の一部である基板冷却機構の構成を示す部分構成図である。
　本実施形態ではガラス基板を加工する場合を例に説明するが、シリコン基板等の脆性材料基板であっても同様である。また、固相冷媒として氷を用いる場合について説明するが、他の固相冷媒（固体アルコールの場合は液体アルコールを使用、ドライアイスの場合は液化炭酸ガスを使用）でも同様である。
　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、レーザ照射機構を構成するレーザ装置１３と光学ホルダ１４とが取付フレーム１５に保持されている。
　レーザ装置１３は、脆性材料基板の加工用として一般的なものを使用すればよく、具体的にはエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ又は一酸化炭素レーザなどが使用される。ガラス基板Ａの加工には、ガラス材料のエネルギー吸収効率が大きい波長の光を発振する炭酸ガスレーザを使用することが好ましい。
　レーザ装置１３から出射されたレーザビームは、ビーム形状を調整するレンズ光学系が組み込まれた光学ホルダ１４によって、長軸を有する形状（楕円形状、長円形状など）のビームスポットがガラス基板Ａ上に形成される。ここではビームスポットの形状を楕円にすることにより、スクライブ予定ラインに沿って効率よく加熱できるようにしている。
　取付フレーム１５には、光学ホルダ１４に近接して、基板冷却機構２０が設けられている。図２に示すように、基板冷却機構２０は、主として、棒状体からなる芯材２１と、常温で液体となる水（水蒸気）を噴射するノズル２７との２つの構造体からなる。芯材２１は良熱伝導性の金属（例えば銅、アルミ）で形成される。芯材２１の下方側の端面２１ａは、凹凸のない鏡面にしてある。この端面２１ａは、ノズル２７から噴射される冷却媒体が付着するようにしてある。端面２１ａは半球状にしてあるが、他の形状でもよく、走査するビームスポットの形状や幅に合わせて適当な形状にすればよい。芯材２１の上側にはフィン２１ｂが設けてあり、フィン２１ｂを介して芯材２１を効率よく冷却できるようにしてある。
　芯材２１のフィン２１ｂの周囲には、箱状の芯材冷却部２２が設けてあり、この中を、冷却媒体が循環流路２２ａ、２２ｂを介して流入、排出されるようにしてある。使用される冷却媒体は、端面２１ａの温度を所望の温度に冷却できる低温流体が用いられる。例えばノズル２７から冷媒材料として水を噴射させる場合は、端面２１ａが氷点（０°Ｃ）以下になればよいので、それよりも低温のガス（冷凍回路で低温化したフレオンガス）や液体（液化炭酸ガス、液体窒素）を用いて芯材２１を冷却する。なお、芯材冷却部２２にペルチェ素子を用いて芯材２１を冷却するようにしてもよい。
　芯材冷却部２２の上面には、断熱材２３（例えばセラミック板）が取り付けられ、断熱材２３の上面には昇降用ロッド２４が固定されている。断熱材２３は、芯材冷却部２２の冷熱が昇降ロッド２４に伝達されるのを防止するために取り付けられている。
昇降ロッド２４は、芯材２１を基板Ａに接触させるための押圧機構２５に接続される。押圧機構２５は、コイルばねと電磁弁（不図示）とからなる昇降機構２６により、昇降ロッド２４を上下に移動することで芯材２１を昇降する。そして芯材２１が下降して基板Ａに接触しているときに、コイルばねによる適度の力で端面２１ａが基板Ａを押圧するように調整してある。
　ノズル２７は、噴射方向が芯材２１に向けてあり、開閉弁２８を介して供給される水（水蒸気）がノズル２７から噴射されて端面２１ａに付着するようにしてある。芯材２１の回りに付着した水は、芯材２１が０°Ｃ以下に冷却されているため、氷となり、端面２１ａを覆うようになる。したがって、この状態の芯材２１を下降させて基板Ａに接触させると、端面２１ａに付着した氷の部分が基板Ａに接するようになり、これにより基板Ａが冷却される。
　また、取付フレーム１５には、光学ホルダ１４に近接して、基板冷却機構２０とは反対側にカッターホイール１８が昇降機構１７を介して取り付けられている。
　このカッターホイール１８は、ガラス基板Ａに初期亀裂を形成するときに、上方から一時的に下降するようにして用いられる。
　さらに、基板加工装置ＬＳ１には、ガラス基板Ａに刻印されている位置決め用のアライメントマークを検出することができるカメラ１９が搭載してある。カメラ１９により検出されたアライメントマークの位置から、基板Ａ上に設定するスクライブ予定ラインの位置と回転テーブル１２との位置関係を求め、カッターホイール１８を下降させる位置やビームスポットを照射させる位置がスクライブ予定ライン上にくるように、正確に位置決めできるようにしてある。
　次に、基板加工装置ＬＳ１の制御系について説明する。図３は基板加工装置ＬＳ１の制御系を示すブロック図である。基板加工装置ＬＳ１は、レーザ／光学系駆動部３１、基板冷却機構駆動部３２、走査機構駆動部３３、トリガ機構駆動部３４、カメラ駆動部３５との各駆動系が、コンピュータ（ＣＰＵ）で構成される制御部４０によってコントロールされる。
　制御部４０には、操作ボタン、キーボード、マウス等の入力装置からなる入力部４１、および各種の表示を行う表示画面からなる表示部４２が接続され、必要なメッセージが表示画面に表示されるとともに、必要な操作、指示、設定が入力できるようにしてある。
　次に制御部４０がコントロールする各駆動部が行う動作について説明する。
　レーザ／光学系駆動部３１は、レーザ装置１３を作動、停止してレーザビームの照射動作や停止動作を行う。レーザビームが照射されると、光学ホルダ１４内のレンズ光学系を介して楕円状のビームスポットが基板Ａ上に形成される。
　基板冷却機構駆動部３２は、まず、開閉弁２８の制御によりノズル２７から冷媒を噴射する動作を行い、また、押圧機構２５の制御により芯材２１を下降させて芯材２１の端面２１ａに付着した氷層を基板Ａに接触させる動作を行う。
　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。
　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による加工動作について説明する。図４は基板加工装置ＬＳ１によるレーザスクライブ加工の加工動作手順を示す図である。
　まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板Ａが回転テーブル１２の上に載置され、吸引チャックによって固定される。カメラ２０（図１）によってガラス基板Ａに刻印されてあるアライメントマーク（不図示）が検出され、その検出結果に基づいて、加工予定ラインと、回転テーブル１２、スライドテーブル２、台座７との位置が関係付けられる。そして回転テーブル１２およびスライドテーブル２を作動し、カッターホイール１８の刃先方向が加工予定ラインの方向に並ぶように位置が調整される。さらに昇降機構１７を作動してカッターホイール１８を下降させた状態で、台座７を作動し、回転テーブル１２上の基板Ａの端部にカッターホイール１８を当接させて、初期亀裂を形成するようにする。初期亀裂を形成した後は、昇降機構１７を作動してカッターホイール１８が基板Ａに当たらないように上方に回避させておく。
　以上の動作を行う間に、同時並行して、ノズル２７から水（水蒸気）を噴射して低温の芯材２１の端面２１ａに付着させることにより、端面２１ａを覆う氷の層を形成しておく。
　続いて、図４（ｂ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）を一旦元の位置に移動してからレーザ光源１３を作動してレーザビームを照射させる。そしてノズル２７からの水（水蒸気）の噴射を停止する。この状態で、台座７を駆動して回転テーブル１２の移動を開始する。
　続いて、図４（ｃ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）の移動により基板Ａがレーザビームの真下を通過するようにする。このとき基板Ａ上にビームスポットが形成され、加熱される。さらに、加熱直後の位置に芯材２１の端面２１ａに付着している氷が接触することにより、効率よく冷却される。このとき氷の一部が融解するが、水になるだけであり、基板に傷がつく原因となる金属粉等は発生しない。それゆえ、基板Ａに傷が形成されることもない。そして、固相冷媒の接触によって大きな温度差が形成されることにより、加工予定ライン（すなわちビームスポットおよび氷が移動したライン）に沿ってクラックが形成される。
　そして、図４（ｄ）に示すように、基板Ａの加工予定ライン上をビームスポットおよび氷が移動した結果、基板Ａの加工予定ライン上に、クラックＣｒが形成される。なお、クラックＣｒは加熱条件、冷却条件、基板の板厚によって、有限深さのクラックからなるスクライブラインにもなり、基板を完全分断するクラックからなるフルカットラインにもなる。
（実施形態２）
　図５は、本発明の第二実施形態である基板加工装置ＬＳ２の全体構成図である。図において基板加工装置ＬＳ１（図１）と同じ構成部分については同符号を付すことにより説明を省略する。基板加工装置ＬＳ２では、芯材２１の端面２１ａに形成される氷の大きさや形状を調整するための整形機構５０を備えている点が第一実施形態と異なり、それ以外の構成は、第一実施形態と同様である。制御系については、基板冷却機構駆動部３２が整形機構５０の昇降移動、回転移動についても駆動するようになった点が異なる。それ以外の制御は基板加工装置ＬＳ１と同様である。
　整形機構５０は、加熱ブロック５１と、加熱ブロック５１が回転テーブル１２と衝突することを回避するため加熱ブロック５１を上下移動および回転移動させる移動機構５６とからなる。
　図６に示すように、加熱ブロック５１には、芯材２１の先端部分を挿入して整形するための型穴５２、排出孔５３が形成され、埋め込みヒータ５４が取り付けられている。この埋め込みヒータ５４に通電することにより、加熱ブロック５１は加熱されるようになる。
　図７は基板加工装置ＬＳ２による整形動作例を示す図である。
　まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板Ａが載置された回転テーブル１２が基板冷却機構２０から離れた加工開始位置にある状態のときに、移動機構５６を作動して加熱ブロック５１を芯材２１の真下にくるようにする。
　続いて、図７（ｂ）に示すように、加熱ブロック５１を上昇し、型穴５２に芯材２１が挿入されるようにする。このとき芯材２１の周囲に付着している氷の層は一部が溶けて排出孔５３から排出される。その結果、芯材表面に付着する氷の層は型穴５２の底面形状である半球状に整形される。なお、型穴５２の底面形状は半球以外であってもよい。例えば、接触面の面積をできるだけ小さくしたい場合には角状に尖らせてもよい（この場合でも氷であるため基板Ａ上を滑らかに移動するため基板Ａを傷つけることはない）。一方、接触面の面積を広げたい場合は平坦な底面にしてもよい。
　整形を終えると、図７（ｃ）に示すように、加熱ブロック５１は下降し、芯材２１から離れる。その後、加熱ブロック５１は回転テーブル１２と衝突しない回避位置（図７（ａ）の位置）に戻される。
　以上の整形動作をレーザスクライブ加工時に組み込む（図４（ａ）の後に組み込む）ことにより、常に一定形状の氷の層が形成された端面２１ａが基板Ａに接するようになるので、さらに加工精度を向上させることができる。
（実施形態３）
　図８は、本発明の第三実施形態である基板加工装置ＬＳ３の全体構成図である。また、図９は基板加工装置ＬＳ３における基板冷却機構２０ａを示す部分構成図である。図８、図９において、基板加工装置ＬＳ１（図１）と同じ構成部分については同符号を付すことにより説明を省略する。
　実施形態１の基板加工装置ＬＳ１および実施形態２の基板加工装置ＬＳ２では、基板冷却機構２０においてノズル２７から噴射した冷却媒体を冷却することにより固体化して固相冷媒を形成するようにしていた。これに対し、基板加工装置ＬＳ３では、交換用の固相冷媒を別途に準備しておき、使用中の固相冷媒が消耗した時点で新しい固相冷媒に交換する。具体的には、別置の冷凍装置で円柱状の氷を形成して準備しておき、必要時に交換するようにしている。
　そのため、基板加工装置ＬＳ３では、固相冷媒ＣＬを着脱することができる支持部材６１を備えた基板冷却機構２０ａを備えている。
　支持部材６１について説明する。支持部材６１は、円筒状のハウジング６２と、予め円柱状に整形された氷（固相冷媒ＣＬ）の下端を基板Ａに対向させた状態で、氷（固相冷媒ＣＬ）の上端を、図示しないクリップで固定する把持部６３と、把持部６３をハウジング６２内で昇降する把持部用の昇降機構６４と、氷（固相冷媒ＣＬ）を鉛直下方に向けるためのガイド６５とからなる。氷（固相冷媒ＣＬ）は、ハウジングの下方からガイド６５に沿って挿入することにより把持部６３のクリップで固定される。そして把持部用の昇降機構６４は氷の消耗量に応じて少しずつ下降し、常に氷（固相冷媒ＣＬ）の下側端面がハウジング６２の外側に露出するようにしてある。昇降機構６４の昇降動作は、基板Ａの冷却回数をカウントしてこれに連動して行うようにしてもよい。
　ハウジング６２の上面は、昇降用ロッド２４が固定されている。昇降ロッド２４は、支持部材６１を基板Ａに接触させるための押圧機構２５に接続される。押圧機構２５は、コイルばねと電磁弁（不図示）とからなる昇降機構２６により、昇降ロッド２４を上下に移動することで支持部材６１を昇降する。そして支持部材６１が下降し氷（固相冷媒ＣＬ）が基板Ａに接触しているときに、コイルばねによる適度の力で固相冷媒ＣＬが基板Ａを押圧するように調整してある。
　基板加工装置ＬＳ３の制御系については、基板冷却機構駆動部３２が把持部用の昇降機構６４の昇降動作を駆動する。それ以外の制御は基板加工装置ＬＳ１と同様である。なお、氷（固相冷媒ＣＬ）の交換をロボットハンドによって自動化することもできるが、その場合はロボットハンドによる交換動作も基板冷却機構駆動部３２が制御する。
　基板加工装置ＬＳ３による加工動作について説明する。最初の氷（固相冷媒ＣＬ）を支持部材６１に取り付け、実施形態１と同様に、ビームスポットの走査および氷（固相冷媒ＣＬ）の走査を実行することにより、加工予定ラインに沿って急峻な温度差によるクラックを基板に形成する。最初の氷（固相冷媒ＣＬ）が消耗するにつれて、把持部昇降機構６４を作動して氷（固相冷媒ＣＬ）を下降させる。やがて、最初の氷（固相冷媒ＣＬ）がほとんどなくなると、残りを抜き出して、新しい氷（固相冷媒ＣＬ）に交換する。このようにしてレーザスクライブ加工を続けて行うようにする。
　本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板に対し、精度よく加工予定ラインに沿ってクラックを形成することができるレーザ加工装置に利用することができる。

Claims (10)

  1. 　レーザビームを照射することにより局所的な加熱を行うビームスポットを脆性材料基板に形成するレーザ照射機構と、
    　前記基板を局所的に冷却する冷却領域を形成する基板冷却機構と、
    　前記ビームスポット、および、前記冷却領域を、前記基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構とを備え、
    　ビームスポットが通過した直後を冷却領域が通過することにより前記加工予定ラインに沿って熱応力によるクラックを形成する脆性材料基板用のレーザ加工装置であって、
    　前記基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒と、前記固相冷媒を前記基板に接触させる押圧機構とからなることを特徴とする脆性材料基板用のレーザ加工装置。
  2. 　前記固相冷媒に、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられる請求項１に記載のレーザ加工装置。
  3. 　前記基板冷却機構は、さらに前記冷媒材料を供給する冷媒供給部と、供給された冷媒材料を前記冷媒材料が固体化する温度以下に冷却して固相冷媒にする固体化部とを備えた請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
  4. 　前記冷媒供給部は前記冷媒材料を噴射するノズルを備え、前記固体化部は、前記基板に対向する端面が設けられるとともに前記ノズルから噴射された前記冷媒材料が前記端面に付着するように配置される芯材と、前記芯材の前記端面を前記冷媒材料が固体化する温度以下に冷却する芯材冷却部とからなる請求項３に記載のレーザ加工装置。
  5. 　前記押圧機構は、前記固相冷媒の一端面を前記基板に対向させた状態で前記固相冷媒を着脱可能に支持する支持部材を備えた請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
  6. 　前記基板冷却機構は、固相冷媒に対し前記基板と接触する固相冷媒の接触面を整形する整形機構をさらに備えた請求項１に記載のレーザ加工装置。
  7. 　レーザビームの照射により形成されるビームスポットを脆性材料基板に設定した加工予定ラインに沿って走査することにより前記基板を加熱し、次いでビームスポットの通過した直後を冷却することにより前記加工予定ラインに沿って熱応力によるクラックを形成する脆性材料基板のレーザ加工方法であって、
    基板の冷却は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を前記基板に接触させることにより行うことを特徴とする脆性材料基板のレーザ加工方法。
  8. 　前記固相冷媒に、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられる請求項７に記載のレーザ加工方法。
  9. 　前記固相冷媒は、界面活性剤を添加剤として含有する請求項７または請求項８のいずれかに記載のレーザ加工方法。
  10. 　前記固相冷媒は、洗浄剤を添加剤として含有する請求項７または請求項８のいずれかに記載のレーザ加工方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011144092A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Nippon Electric Glass Co Ltd 板状ガラスの切断方法及びその切断装置
CN112809205A (zh) * 2021-02-05 2021-05-18 广西鑫润精密机械有限公司 一种不锈钢筛网的光纤激光制作方法
CN113798595A (zh) * 2021-09-24 2021-12-17 烟台华皓电子科技有限公司 一种计算机硬件开发用刻印装置及其使用方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150084758A (ko) * 2012-11-13 2015-07-22 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 판 유리의 제조 방법 및 제조 장치
JP6483404B2 (ja) * 2014-11-04 2019-03-13 株式会社ディスコ レーザー加工装置
KR20180008383A (ko) * 2015-05-19 2018-01-24 이스메카 세미컨덕터 홀딩 에스.아. 부품 취급 조립체 및 부품 취급 조립체를 조정하는 방법
KR102364643B1 (ko) * 2015-08-21 2022-02-17 임동빈 레이저 및 액화탄산가스를 이용한 ic 패키지 디캡 장치 및 그 방법
CN106826169A (zh) * 2017-03-07 2017-06-13 湖北国瑞智能装备股份有限公司 一种新型汽车发动机数控合装机
CN109676264A (zh) * 2018-12-25 2019-04-26 于丽娟 一种集成电路半导体嵌入蚀刻沟槽加工装置
CN112404697B (zh) * 2020-11-09 2022-04-05 松山湖材料实验室 一种晶圆剥离方法及晶圆剥离装置
CN113225923A (zh) * 2021-04-23 2021-08-06 厦门大学 一种基于激光直写的柔性线路制造装置及制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002126892A (ja) * 2000-10-25 2002-05-08 Ricoh Microelectronics Co Ltd レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP2003137578A (ja) * 2001-11-02 2003-05-14 Seiko Epson Corp 脆性材料の割断加工方法およびその加工装置、並びに電子部品の製造方法
JP2007099587A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Kyoto Seisakusho Co Ltd 脆性材料の割断加工方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6423928B1 (en) * 2000-10-12 2002-07-23 Ase Americas, Inc. Gas assisted laser cutting of thin and fragile materials
TW461810B (en) * 2000-10-19 2001-11-01 Liau Wen Hu Ice bag capable of rapid cooling
WO2003010102A1 (en) * 2001-07-25 2003-02-06 Kondratenko Vladimir Stepanovi Cutting method for brittle non-metallic materials (two variants)
JP2004042423A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd スクライブ装置
AU2003247104A1 (en) * 2002-08-21 2004-03-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of breaking a brittle substrate
TW200742762A (en) * 2006-05-09 2007-11-16 Ling-Fu Lin Protective agent used in cooling system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002126892A (ja) * 2000-10-25 2002-05-08 Ricoh Microelectronics Co Ltd レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP2003137578A (ja) * 2001-11-02 2003-05-14 Seiko Epson Corp 脆性材料の割断加工方法およびその加工装置、並びに電子部品の製造方法
JP2007099587A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Kyoto Seisakusho Co Ltd 脆性材料の割断加工方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011144092A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Nippon Electric Glass Co Ltd 板状ガラスの切断方法及びその切断装置
CN112809205A (zh) * 2021-02-05 2021-05-18 广西鑫润精密机械有限公司 一种不锈钢筛网的光纤激光制作方法
CN112809205B (zh) * 2021-02-05 2022-11-01 广西鑫润精密机械有限公司 一种不锈钢筛网的光纤激光制作方法
CN113798595A (zh) * 2021-09-24 2021-12-17 烟台华皓电子科技有限公司 一种计算机硬件开发用刻印装置及其使用方法

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