KR101165977B1 - Method for processing fragile material substrate - Google Patents
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Abstract
기판을 완전 분단하거나, 보다 깊은 스크라이브 라인을 형성하거나 하는 가공을, 안정되게 실행할 수 있는 취성 재료 기판의 가공 방법을 제공한다. 제1회째의 레이저 조사에 의한 제1 빔 스폿을 상대 이동시켜 상기 기판을 가열함과 함께, 제1 빔 스폿이 통과한 직후의 부위를 냉각함으로써 스크라이브 라인을 형성하는 레이저 스크라이브 공정과, 제2회째의 레이저 조사에 의한 제2 빔 스폿을 스크라이브 라인을 따라서 상대 이동시켜, 스크라이브 라인을 더욱 깊게 침투, 또는, 완전 분단시키는 레이저 브레이크 공정으로 이루어지며, 레이저 브레이크 공정시에 폴리곤 미러에 입사되는 레이저 빔 지름이, 레이저 스크라이브 공정시에 입사되는 레이저 빔 지름보다도 작아지도록 조정하고, 제2 빔 스폿의 에너지 분포를 제1 빔 스폿보다도 톱 해트형으로 하여 조사한다.Provided are a method of processing a brittle material substrate which can stably perform a process of completely dividing a substrate or forming a deeper scribe line. A laser scribing step of forming a scribe line by cooling the portion immediately after the first beam spot passes while heating the substrate by relatively moving the first beam spot by the first laser irradiation; and the second The laser beam process is performed by relatively moving the second beam spot by the laser irradiation along the scribe line to penetrate the scribe line even more deeply, or completely dividing the laser beam. It adjusts so that it may become smaller than the laser beam diameter which injects at the time of this laser scribing process, and irradiates the energy distribution of a 2nd beam spot into a top hat type rather than a 1st beam spot.
Description
본 발명은, 고속 회전하는 폴리곤 미러로 레이저 빔을 반복 반사함으로써 실질적으로 장축 방향을 갖는 빔 스폿(beam spot)을 취성 재료 기판 상에 정형(整形)하고, 이 빔 스폿을 취성 재료 기판 상에 설정한 스크라이브 예정 라인을 따라서 주사함으로써, 열응력을 이용하여 크랙을 형성하는 취성 재료 기판의 가공 방법에 관한 것이다.According to the present invention, a beam spot having a substantially long axis direction is shaped on a brittle material substrate by repeatedly reflecting a laser beam with a polygon mirror rotating at a high speed, and the beam spot is set on the brittle material substrate. The invention relates to a method for processing a brittle material substrate in which cracks are formed using thermal stress by scanning along one scribe line.
더욱 상세하게는, 본 발명은 취성 재료 기판에 대하여, 제1회째의 빔 스폿의 주사를 행함으로써, 유한 깊이의 크랙으로 이루어지는 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하고, 이어서, 제2회째의 빔 스폿의 주사를 행함으로써, 이 스크라이브 라인의 크랙을 깊게 침투(이후, 크랙이 깊이 방향으로 진행하는 것을 「침투」라고 함)시키거나, 혹은 완전히 분단(dividing)하는 취성 재료 기판의 가공 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention forms a scribe line composed of cracks of a finite depth by scanning the first beam spot on the brittle material substrate, and then the second beam spot. The scanning method of the present invention relates to a method for processing a brittle material substrate that penetrates deeply into the cracks of the scribe line (hereinafter, referred to as "penetration" of the cracks traveling in the depth direction) or divides completely. .
여기에서, 취성 재료 기판이란, 유리 기판, 소결 재료의 세라믹스, 단결정 실리콘, 반도체 웨이퍼, 사파이어 기판, 세라믹 기판 등을 말한다.Here, a brittle material substrate means a glass substrate, ceramics of a sintering material, single crystal silicon, a semiconductor wafer, a sapphire substrate, a ceramic substrate, etc.
고속 회전하는 폴리곤 미러에 레이저 빔을 조사하여, 폴리곤 미러에서 반사된 레이저 빔을 기판 상으로 유도하면, 폴리곤 미러의 1개의 미러면에 의해 반사되는 레이저 빔의 주사 궤적의 범위가, 고속으로 반복 주사되게 되어, 기판 상에는 1개의 미러면에 의해 반사되는 레이저 빔의 주사 궤적의 범위 전체가 마치 1개의 빔 스폿인 것처럼 조사되게 된다. 따라서, 고속 회전 중의 폴리곤 미러의 1개의 미러면에 의해 기판 상에 형성되는 주사 궤적의 범위 전체를 「빔 스폿」이라고 부르기로 한다.When the laser beam is irradiated to the polygon mirror rotating at high speed, and the laser beam reflected from the polygon mirror is guided onto the substrate, the scanning trajectory of the laser beam reflected by one mirror surface of the polygon mirror is repeatedly scanned at high speed. The entire range of the scanning trajectories of the laser beams reflected by one mirror surface is irradiated onto the substrate as if it were one beam spot. Therefore, the entire range of the scanning trajectories formed on the substrate by one mirror surface of the polygon mirror during the high speed rotation is referred to as "beam spot".
취성 재료인 반도체 웨이퍼에 대하여, 폴리곤 미러와 fθ렌즈를 이용하여 레이저 빔을 조사함으로써 타원형의 빔 스폿을 정형하고, 이 빔 스폿을 주사하여 기판을 어블레이션(ablation)하면, 기판 표면에 대하여 경사진 가공면이 형성되게 된다. 이것을 이용하여, 반도체 웨이퍼 상에서 홈을 형성하려고 하는 부분을, 경사 방향(가공면의 법선 방향)으로 기화시켜 증기 형태로 배출하도록 한 레이저 가공 장치가 개시되어 있다(특허문헌 1). 어블레이션에 의한 가공은, 빔 스폿이 통과한 영역이 용융되기 때문에, 가공면이 손상되어 버린다. An elliptical beam spot is shaped by irradiating a laser beam with a polygon mirror and an f? Lens on a brittle material wafer, and the beam spot is scanned to ablate the substrate, thereby inclining the substrate surface. The machining surface is formed. Using this, the laser processing apparatus which vaporized the part which is going to form a groove on a semiconductor wafer in the diagonal direction (normal direction of a processing surface), and discharges it in vapor form is disclosed (patent document 1). In the processing by ablation, the processing surface is damaged because the area where the beam spot has passed melts.
한편, 유리 기판에 대하여, 타원 형상으로 정형한 빔 스폿을 주사하여 기판을 용융 온도(혹은 연화(軟化) 온도) 이하로 가열하여, 응력 구배를 발생시켜 크랙을 형성하는 레이저 스크라이브 가공도 이용되고 있다(특허문헌 2, 특허문헌 3, 특허문헌 4 참조).On the other hand, the laser scribing process which scans the oval-shaped beam spot with respect to a glass substrate, heats a board | substrate below melting temperature (or softening temperature), produces a stress gradient, and forms a crack is also used. (See
일반적으로, 레이저 스크라이브 가공에서는, 앞으로 분단하려고 하는 가상선(스크라이브 예정 라인이라고 함)을 기판에 설정한다. 그리고 스크라이브 예정 라인의 시단(始端)이 되는 기판단(端)에, 커터 휠 등으로 초기 균열(트리거)을 형성하고, 빔 스폿 및 냉각 스폿(냉매가 분사되는 영역)을 초기 균열의 위치로부터 스크라이브 예정 라인을 따라서 주사한다. 이때, 스크라이브 예정 라인 근방에 발생한 온도 분포에 기초하여 응력 구배가 발생하는 결과, 크랙이 형성된다.Generally, in laser scribing, an imaginary line (called a scribe scheduled line) to be divided in the future is set on the substrate. Then, an initial crack (trigger) is formed at the substrate end, which is the beginning of the scribing scheduled line, with a cutter wheel or the like, and the beam spot and the cooling spot (region where the refrigerant is injected) are scribed from the initial crack position. Scan along a predetermined line. At this time, as a result of the stress gradient generated based on the temperature distribution generated near the scribe scheduled line, cracks are formed.
레이저 스크라이브 가공에 의해 형성된 크랙은, 가공 단면(端面)이 아름답고, 우수한 단면(端面) 강도를 갖고 있다. 또한, 커터 휠 등을 이용한 기계적 가공에 의한 크랙에 비하면, 컬릿(cullet)의 발생을 저감시킬 수 있다.The crack formed by the laser scribing process has a beautiful processing cross section and has excellent cross section strength. In addition, the generation of cullets can be reduced as compared with cracks caused by mechanical processing using a cutter wheel or the like.
그 때문에, 플랫 패널 디스플레이를 비롯하여, 유리 기판 등을 분단하는 것이 필요한 여러 가지 제조 공정 등에서 레이저 스크라이브 가공이 채용되고 있다.Therefore, laser scribing is employ | adopted in various manufacturing processes which require the division | segmentation of a glass substrate etc. including a flat panel display.
그런데, 용융 온도 이하로 빔 스폿을 주사함으로써 형성되는 크랙에는, 크랙의 깊이 방향의 선단이 기판의 이면까지 도달하지 않는 「유한 깊이의 크랙」과, 크랙이 기판의 이면까지 도달하여, 기판을 단번에 분단하는 「관통 크랙」(예를 들면 특허문헌 2 참조)이 있다.By the way, in the crack formed by scanning a beam spot below melting temperature, the "finite depth crack" which does not reach the front end of a crack depth to the back surface of a board | substrate, and the crack reaches the back surface of a board | substrate, and a board | substrate is carried out at once There exists a "penetration crack" (for example, refer patent document 2) to segment.
이후, 전자의 「유한 깊이의 크랙」에 의해 형성되는 절단 선을 스크라이브 라인이라고 부르고, 후자의 관통 크랙에 의한 분단 라인을 풀 컷 라인이라고 부른다. 이들은 상이한 메커니즘에 의해 형성된다.Subsequently, the cutting line formed by the former "finite depth crack" is called a scribe line, and the dividing line by the latter through crack is called a full cut line. These are formed by different mechanisms.
도 14는 유한 깊이의 크랙이 형성되는 메커니즘을 모식적으로(schematically) 나타낸 기판의 단면도이다. 즉 선행하는 레이저 가열에 의해, 도 14(a)에 나타내는 바와 같이 기판(GA)에 압축 응력(HR)이 발생한다. 이어서, 가열 후의 냉각에 의해, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이 기판 표면에 인장 응력(CR)이 발생한다. 이때 열의 이동에 의해 기판 내부에 압축 응력(HR)이 이동하여, 내부 응력장(Hin)이 형성되어 있다. 그 결과, 도 14(c)에 나타내는 바와 같이, 기판 표면측에 인장 응력(CR), 기판 내부에 압축 응력(HR)이 분포한 깊이 방향의 응력 구배가 발생하여, 크랙(Cr)이 형성된다. 14 is a cross-sectional view of a substrate that schematically illustrates the mechanism by which cracks of finite depth are formed. That is, compressive stress HR generate | occur | produces in the board | substrate GA as shown to FIG. 14 (a) by preceding laser heating. Next, as a result of cooling after heating, tensile stress CR is generated on the substrate surface as shown in Fig. 14B. At this time, the compressive stress HR moves inside the substrate by the movement of heat, and an internal stress field Hin is formed. As a result, as shown in Fig. 14C, a stress gradient in the depth direction in which the tensile stress CR is distributed on the substrate surface side and the compressive stress HR is generated inside the substrate, whereby crack Cr is formed. .
상기 메커니즘에 의해 크랙(Cr)이 형성되는 조건에서는, 기판 내부에 존재하는 압축 응력장(Hin)이 크랙(Cr)의 깊이 방향으로의 더 한층의 침투를 저지해 버리기 때문에, 크랙(Cr)은 기판 내부의 압축 응력장(Hin)의 바로 앞에서 정지하여, 원리적으로 크랙(Cr)은 유한 깊이가 된다. 그 때문에, 기판을 완전히 분단하려면, 크랙(Cr)에 의한 유한 깊이의 스크라이브 라인이 형성된 후에, 추가로 브레이크 처리를 행하지 않으면 안 된다. 그 한편으로, 크랙(Cr)에 의한 스크라이브 라인의 가공 단면은 매우 아름답고(표면의 요철이 작고), 게다가 직진성이 우수하여, 가공 단면으로서 이상적인 상태로 되어 있다.Under the conditions in which the cracks Cr are formed by the above mechanism, since the compressive stress field Hin existing inside the substrate blocks further penetration of the cracks Cr in the depth direction, the cracks Cr By stopping just before the internal compressive stress field Hin, the crack Cr becomes a finite depth in principle. Therefore, in order to completely divide a board | substrate, after a scribe line of finite depth by the crack Cr is formed, you must perform a brake process further. On the other hand, the processing cross section of the scribe line by the crack Cr is very beautiful (surface irregularities are small), and it is excellent in straightness, and it is in an ideal state as a processing cross section.
도 15는 관통 크랙이 형성되는 메커니즘을 모식적으로 나타낸 기판의 사시도(도 15(a))와 평면도(도 15(b))이다. 즉 초기 균열(TR)의 위치로부터 주사되는 레이저 빔의 빔 스폿(BS)에 의해, 기판 표면에 압축 응력(HR)이 발생하고 있다. 동시에, 빔 스폿(BS)의 후방에 있는 냉각 스폿(CS)에 의해, 기판 표면에 인장 응력(CR)이 발생하고 있다. 그 결과, 주사 라인 상(스크라이브 예정 라인(L) 상)에 전후 방향의 응력 구배가 형성되고, 이 응력 구배에 의해, 주사 라인 방향을 따라서 기판을 좌우로 찢는 힘이 작용하여 관통 크랙이 형성되어, 기판이 분단되게 된다.Fig. 15 is a perspective view (Fig. 15 (a)) and a plan view (Fig. 15 (b)) of a substrate which schematically show a mechanism through which a through crack is formed. In other words, the compressive stress HR is generated on the surface of the substrate by the beam spot BS of the laser beam scanned from the position of the initial crack TR. At the same time, tensile stress CR is generated on the substrate surface by the cooling spot CS behind the beam spot BS. As a result, a stress gradient in the front-rear direction is formed on the scan line (on the scribe plan line L), and through this stress gradient, a force for tearing the substrate from side to side in the scan line direction acts to form a through crack. The substrate is divided.
이 「관통 크랙」이 형성되는 경우는, 브레이크 처리를 행하는 일 없이 기판을 분단(풀 컷)할 수 있는 점에서 편리하고, 가공 용도에 따라서는 이들 메커니즘에 의한 분단이 요망되는 경우도 있지만, 전술한 스크라이브 라인의 가공 단면과 비교하면, 풀 컷 라인의 가공 단면의 직진성이 손상되어 있는 경우가 있고, 또한, 풀 컷 라인의 단면의 아름다움(표면의 요철)에 대해서도 전술한 스크라이브 라인에 비하면 품질이 떨어진다. When this "penetration crack" is formed, it is convenient in that the substrate can be divided (full cut) without performing a braking process, and the division by these mechanisms may be desired depending on the processing purpose. Compared with the processing cross section of one scribe line, the straightness of the processing cross section of the full cut line may be impaired, and the quality of the cross section of the full cut line (surface irregularities) is also lower than that of the scribe line described above. Falls.
또한, 레이저 스크라이브 가공에 의해 스크라이브 라인이 형성될지 풀 컷 라인이 형성될지는, 가열 조건(레이저 파장, 조사 시간, 출력 파워, 주사 속도, 빔 스폿 형상 등), 냉각 조건(냉매 온도, 분사량, 분사 위치 등), 기판의 판두께 등에 의존한다.In addition, whether a scribe line is formed or a full cut line is formed by laser scribing, heating conditions (laser wavelength, irradiation time, output power, scanning speed, beam spot shape, etc.), cooling conditions (refrigerant temperature, injection amount, injection position) Etc.), and the board thickness of the substrate.
일반적으로, 유리 기판의 판두께가 얇은 경우는 두꺼운 경우에 비하여 풀 컷 라인이 되기 쉽고, 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 가공 조건의 프로세스 윈도우가 좁다.Generally, when the plate | board thickness of a glass substrate is thin, it becomes easy to become a full cut line compared with the case where it is thick, and the process window of the processing conditions which can form a scribe line is narrow.
이상의 점에서, 유리 기판 등에 대하여 단면 품질이 우수한 분단 가공을 행하고 싶은 경우에는, 풀 컷 라인이 아니라, 스크라이브 라인이 형성되는 메커니즘의 가열 조건, 냉각 조건을 선택하여 레이저 스크라이브 가공을 행하고, 그 후, 브레이크 처리를 행하도록 하고 있다.In view of the above, when it is desired to perform the segmentation processing having excellent cross-sectional quality on a glass substrate or the like, laser scribing is performed by selecting heating conditions and cooling conditions of a mechanism in which a scribe line is formed, not a full cut line. The brake process is performed.
레이저 스크라이브 가공 후에 행하는 브레이크 처리 방법으로서는, 브레이크 바 등을 스크라이브 라인에 가압하여 굽힘 모멘트를 가하는 기계적인 브레이크 처리가 이용되는 경우가 있다. 기계적인 브레이크 처리의 경우, 기판에 큰 굽힘 모멘트를 가하면 컬릿이 발생해 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 컬릿의 발생을 꺼리는 제조 공정에서는, 가능한 한 깊은 스크라이브 라인을 형성하도록 하여, 작은 굽힘 모멘트를 가하는 것만으로 브레이크 처리를 할 수 있도록 할 필요가 있다.As a brake processing method performed after laser scribing, a mechanical brake processing in which a brake bar or the like is applied to a scribe line to apply a bending moment may be used. In the case of a mechanical brake process, a cullet may generate | occur | produce when a large bending moment is applied to a board | substrate. Therefore, in the manufacturing process which avoids generation | occurrence | production of a cullet, it is necessary to form a scribe line as deep as possible, and to make it possible to apply a brake process only by applying a small bending moment.
그래서, 레이저 스크라이브 가공으로 형성한 스크라이브 라인을 따라서, 두 번째의 레이저 조사를 행하여, 유한 깊이의 크랙을 더욱 깊게 침투시키거나(이 경우는 재차 브레이크 처리를 행함), 크랙을 이면까지 침투시켜 분단하거나 하는 레이저 브레이크 처리가 행해지고 있다(예를 들면 특허문헌 2~특허문헌 4 참조).Thus, a second laser irradiation is performed along the scribe line formed by laser scribing to further penetrate the crack of a finite depth (in this case, a brake treatment again), or the crack penetrates to the back surface and divides it. Laser brake processing is performed (for example, see
이와 같이 제1회째의 레이저 조사에 의해 스크라이브 라인을 형성하는 레이저 스크라이브 가공을 행하고, 이어서 제2회째의 레이저 조사에 의해 레이저 브레이크 처리를 행함으로써, 컬릿의 발생을 억제한 분단 가공이 가능해진다.Thus, by performing the laser scribing process which forms a scribe line by the 1st laser irradiation, and performing a laser brake process by the 2nd laser irradiation, the division process which suppressed generation | occurrence | production of a cullet becomes possible.
그러나, 레이저 스크라이브 가공, 즉 제1회째의 레이저 조사로 형성되는 스크라이브 라인이 얕으면, 나중의 레이저 브레이크 처리에 의해 크랙을 기판 이면까지 도달시키는 것이 곤란해진다. 그러므로, 레이저 브레이크 처리로 기판을 완전히 분단하려면, 레이저 스크라이브 가공시에, 깊은 스크라이브 라인을 형성해 두는 것이 바람직하다.However, when the scribe line formed by laser scribing, that is, the first laser irradiation, is shallow, it is difficult to reach the cracks to the back surface of the substrate by a later laser brake process. Therefore, in order to completely divide a board | substrate by a laser brake process, it is preferable to form a deep scribe line at the time of laser scribing.
또한, 레이저 브레이크 처리로 기판을 완전 분단하지 않는 경우라도, 레이저 스크라이브 가공에 있어서 조금이라도 깊은 스크라이브 라인을 형성해 두는 편이, 나중의 레이저 브레이크 처리로 더욱 깊은 스크라이브 라인으로 하는 것을 간단히 할 수 있게 되기 때문에 바람직하다.In addition, even when the substrate is not completely divided by the laser brake process, it is preferable to form a scribe line at least a little deeper in the laser scribing process, since it becomes easier to make a deeper scribe line by a later laser brake process. Do.
그런데, 레이저 스크라이브 가공에 의해, 종래보다도 깊은 스크라이브 라인을 형성하려고 하면, 이제까지 스크라이브 라인을 형성했을 때의 가열 조건이나 냉각 조건을 변경할 필요가 있다. 구체적으로는, 레이저 출력을 높여 가열에 의한 입열량(入熱量)을 증대하거나, 냉각시의 냉매 분사량을 증대하거나 하여, 이제까지보다 깊이 방향의 온도차가 발생하기 쉬운 과격한 조건으로 하여, 기판에 발생하는 깊이 방향의 응력 구배를 크게 할 필요가 있다. By the way, when it is going to form a scribe line deeper than the conventional by laser scribing process, it is necessary to change the heating conditions and cooling conditions at the time of forming a scribe line so far. Specifically, the amount of heat generated by heating is increased to increase the laser output, or the amount of refrigerant injected during cooling is increased, and the temperature generated in the substrate is set as a radical condition where a temperature difference in the depth direction is more likely to occur. It is necessary to increase the stress gradient in the depth direction.
그러나, 종래의 레이저 스크라이브 가공의 가공 순서인 채로, 응력 구배를 크게 하는 가열 조건, 냉각 조건으로 이행하려고 하면, 1회째의 레이저 조사로 깊은 스크라이브 라인을 형성하지 못하고, 대신에 크랙이 기판을 관통해 버려(관통 크랙이 형성되는 메커니즘으로 이행), 풀 컷 라인이 형성되게 되었다. 즉, 레이저 스크라이브 가공시의 가열 조건이나 냉각 조건을 적절히 선택함으로써, 얕은 스크라이브 라인은 비교적 용이하게 형성할 수 있지만, 깊은 스크라이브 라인을 형성하려고 하여, 가열 조건이나 냉각 조건을 이제까지 사용하고 있었던 조건으로부터 조금 과격한 조건으로 변경하려고 해도, 설정 가능한 가열 조건이나 냉각 조건의 범위가 존재하지 않거나, 존재했다고 해도 설정 가능한 범위(프로세스 윈도우)가 좁아서 불안정하게 되어, 갑자기 풀 컷 라인이 형성되어 버리는 조건으로 이행해 버려, 생각한 대로의 깊은 스크라이브 라인을 형성하는 것이 곤란했다.However, when attempting to shift to a heating condition and a cooling condition that increase the stress gradient while maintaining the processing order of conventional laser scribing, the first laser irradiation does not form a deep scribe line, and instead the crack penetrates the substrate. Discarded (the transition to the mechanism through which penetrating cracks are formed), a full cut line is formed. That is, by appropriately selecting the heating conditions and cooling conditions at the time of laser scribing, a shallow scribe line can be formed relatively easily, but trying to form a deep scribe line, a little from the conditions which have previously used heating conditions and cooling conditions. Even if you try to change to extreme conditions, the range of the settable heating and cooling conditions does not exist, or even if it exists, the settable range (process window) is too narrow and unstable, and the transition to the condition that a full cut line is formed suddenly occurs. It was difficult to form a deep scribe line as expected.
또한, 풀 컷 라인으로 이행해 버리는 문제와는 별개로, 「앞질러 감」 현상이 발생하기 쉬워지는 문제도 생긴다. 「앞질러 감」이란, 도 16에 나타내는 바와 같이, 스크라이브 예정 라인(L)의 시단 근방에 있어서, 시단에 형성된 초기 균열(TR)이 빔 스폿(BS)에 의해 가열되었을 때에, 빔 스폿(BS)에 의한 가열 영역을 기점으로 빔 스폿의 전방을 향하여 제어할 수 없는 방향으로 크랙(K)이 형성되는 현상이다. 「앞질러 감」이 발생하면, 스크라이브 예정 라인(L)을 따른 스크라이브 라인을 형성할 수 없게 되어, 스크라이브 라인의 직진성이 현저히 손상되어 버린다. In addition to the problem of shifting to a full cut line, there is also a problem in that the phenomenon of "falling ahead" easily occurs. As shown in Fig. 16, the term “preceding” means that the beam spot BS is formed when the initial crack TR formed at the start end is heated near the start end of the scribe scheduled line L by the beam spot BS. This is a phenomenon in which the crack K is formed in a direction that cannot be controlled toward the front of the beam spot starting from the heating region by. When "winding ahead" occurs, the scribe line along the scribe scheduled line L cannot be formed, and the straightness of the scribe line is significantly impaired.
제1회째의 레이저 조사를 행하는 레이저 스크라이브 가공에 있어서, 깊은 스크라이브 라인을 형성하려고 하여, 가열 조건이나 냉각 조건을 이제까지보다도 과격한 가열 조건이나 냉각 조건으로 시프트시킨 경우에, 이러한 「앞질러 감」이 발생하는 빈도가 높아진다.In the laser scribing process of performing the first laser irradiation, when the deep scribe line is formed and the heating condition or the cooling condition is shifted to a more intense heating condition or cooling condition, such "winding over" occurs. The frequency increases.
그래서, 본 발명은, 레이저 스크라이브 가공에 의해 기판에 스크라이브 라인을 형성하고, 이어서 레이저 브레이크 처리를 행하여 기판을 완전 분단하거나, 보다 깊은 스크라이브 라인을 형성하거나 하는 가공을, 안정되게 실행할 수 있는 취성 재료 기판의 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention provides a brittle material substrate which can stably perform a process of forming a scribe line on a substrate by laser scribing and then performing a laser break treatment to completely divide the substrate or to form a deeper scribe line. An object of the present invention is to provide a processing method.
또한, 「앞질러 감」 현상을 발생시키는 일 없이, 깊은 스크라이브 라인을 형성하거나, 완전 분단하거나 할 수 있는 기판의 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is also an object of the present invention to provide a method for processing a substrate that can form a deep scribe line or completely divide it without causing a "winding over" phenomenon.
또한, 가공 단면의 단면 품질이 우수한 분단 가공을 안정되게 행할 수 있는 취성 재료 기판의 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, it aims at providing the processing method of a brittle material board | substrate which can perform the division | segmentation process excellent in the cross-sectional quality of a process cross section stably.
또한, 본 발명은 폴리곤 미러를 이용하여 레이저 스폿을 형성하고, 이 레이저 스폿을 주사하여 레이저 브레이크를 행할 때에, 폴리곤 미러를 이용하여 레이저 스폿의 에너지 분포를 조정할 수 있도록 하여, 에너지 분포의 조정에 의해, 안정된 레이저 브레이크가 가능한 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention forms a laser spot using a polygon mirror, and when the laser spot is scanned by scanning the laser spot, it is possible to adjust the energy distribution of the laser spot using the polygon mirror, thereby adjusting the energy distribution. It is an object of the present invention to provide a processing method capable of stable laser brake.
상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 취성 재료 기판의 가공 방법은, 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저 빔을, 고속 회전하는 폴리곤 미러로 반복 반사하여 취성 재료 기판에 빔 스폿이 형성되도록 하고, 기판에 설정한 스크라이브 예정 라인을 따라서, 이 빔 스폿을 상대 이동함으로써 기판을 가공하는 취성 재료 기판의 가공 방법으로서, 이하의 순서를 행한다.In the method of processing the brittle material substrate of the present invention made to solve the above problems, a beam spot is formed on a brittle material substrate by repeatedly reflecting a laser beam emitted from a laser light source with a polygon mirror rotating at high speed, and setting the substrate. The following procedure is performed as a processing method of a brittle material substrate which processes a board | substrate by carrying out the relative movement of this beam spot along one scribe plan line.
우선, 제1회째의 레이저 조사에 의한 제1 빔 스폿을 스크라이브 예정 라인을 따라서 상대 이동시켜 상기 기판을 가열함과 함께, 제1 빔 스폿이 통과한 직후의 부위에 냉매를 분사하여 냉각함으로써, 깊이 방향으로 변화하는 응력 구배를 발생시켜 유한 깊이의 크랙으로 이루어지는 스크라이브 라인을 형성하는 레이저 스크라이브 공정을 행한다. 단, 기판이 용융되어 버리면 응력을 이용한 가공을 할 수 없게 되기 때문에, 기판이 용융되지 않도록 가열 온도는 항상 기판의 연화 온도 미만으로 한다.First, the first beam spot by the first laser irradiation is relatively moved along the scribe scheduled line to heat the substrate, and a coolant is injected by cooling to a portion immediately after the first beam spot passes, thereby providing depth. A laser scribing step is performed in which a stress gradient that changes in the direction is generated to form a scribe line consisting of cracks of finite depth. However, when 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 is not melted.
이에 따라, 스크라이브 예정 라인에는, 깊이 방향으로 변화하는 응력 구배(제1 응력 구배라고 함)가 발생한다. 제1 응력 구배는 기판 표면측에 인장 응력, 기판 내부측에 압축 응력이 분포되어 있는 응력 구배이다. 이 제1 응력 구배를 이용하여 유한 깊이의 크랙으로 이루어지는 스크라이브 라인을 형성한다.As a result, a stress gradient (called a first stress gradient) that changes in the depth direction occurs in the scribe plan 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. Using this first stress gradient, a scribe line composed of cracks of finite depth is formed.
이어서, 제2회째의 레이저 조사에 의한 제2 빔 스폿을 스크라이브 라인(유한 깊이의 크랙)을 따라서 상대 이동시켜 레이저 브레이크 공정을 행한다. 이때, 폴리곤 미러에 입사되는 레이저 빔 지름이, 레이저 스크라이브 공정시에 입사되는 레이저 빔 지름보다도 작아지도록 조정한다. 이 조정은, 구체적으로는 레이저 빔의 빔 지름 자체를 작게 해도 좋고, 광로 상에 빔 지름을 조정하는 기구를 형성해도 좋다. 이 조정에 의해, 폴리곤 미러에 조사되는 레이저 빔이 폴리곤 미러의 1개의 미러면에만 조사되고 있을 때의 비율이 증가하고, 인접하는 2개의 미러면으로 분할된 상태에서 조사될 때의 비율이 감소하게 되고, 그 결과, 제2 빔 스폿의 에너지 분포는 에너지가 증감하는 양단의 영역이 짧아져, 제2 빔 스폿 전체의 길이가 제1 빔 스폿 전체의 길이보다 짧아짐과 함께, 에너지가 균일한 중앙부의 영역이 긴 톱 해트형(top hat type)의 에너지 분포가 된다(도 11에서 상술함). 또한, 여기에서 말하는 「톱 해트형의 에너지 분포」란, 빔 스폿의 중앙부의 에너지가 대략 균일하고, 빔 스폿의 양단의 영역에서 에너지가 변화하는 에너지 분포를 말한다.Subsequently, a laser brake process is performed by relatively moving the second beam spot by the second laser irradiation along the scribe line (a crack of finite depth). At this time, the laser beam diameter incident on the polygon mirror is adjusted to be smaller than the laser beam diameter incident on the laser scribe process. This adjustment may specifically reduce the beam diameter itself of a laser beam, and may provide the mechanism which adjusts a beam diameter on an optical path. By this adjustment, the ratio when the laser beam irradiated to the polygon mirror is irradiated to only one mirror surface of the polygon mirror increases, and the ratio when irradiated in the state divided into two adjacent mirror surfaces decreases. As a result, the energy distribution of the second beam spot is shortened at both ends of the energy increase and decrease, so that the entire length of the second beam spot is shorter than the entire length of the first beam spot and the energy is uniform. The area becomes an energy distribution of a long top hat type (described in detail in FIG. 11). In addition, the "top hat type energy distribution" here means the energy distribution which energy of the center part of a beam spot is substantially uniform, and energy changes in the area | region of the both ends of a beam spot.
제2 빔 스폿의 에너지 분포를 이와 같이 변화시킴으로써, 단위 시간당의 입열량을 늘릴 수 있고, 기판의 표층을 집중하여 가열할 수 있어, 기판 표층에 고온 영역이 형성된다. 그 결과, 레이저 스크라이브 가공시의 깊이 방향으로 변화하는 응력 구배(제1 응력 구배)와는 깊이 방향으로 역방향으로 변화하는 응력 구배(제2 응력 구배)가 형성되게 된다. 즉, 기판 표면에 압축 응력이 발생하고, 그 반작용으로서 기판 내부에 인장 응력이 형성된다. 기판 내부에는 스크라이브 라인을 형성하는 크랙의 선단이 존재하고 있지만, 이 크랙 선단에 인장 응력이 집중하여 가해지게 되기 때문에, 크랙 선단이 보다 깊게 침투하게 되어, 기판 이면에 도달하면 완전 분단되게 된다.By changing the energy distribution of the second beam spot in this manner, the amount of heat input per unit time can be increased, the surface layer of the substrate can be concentrated and heated, and a high temperature region is formed in the substrate surface layer. As a result, a stress gradient (second stress gradient) that changes in the reverse direction in the depth direction is formed from the stress gradient (first stress gradient) that changes in the depth direction during laser scribing. That is, compressive stress is generated on the surface of the substrate, and tensile stress is formed inside the substrate as a reaction thereof. The crack tip forming the scribe line is present inside the substrate, but since the tensile stress is concentrated and applied to the crack tip, the crack tip penetrates deeper and is completely broken when reaching the back surface of the substrate.
(그 외의 과제를 해결하기 위한 수단 및 효과)(Means and effects to solve other problems)
상기 발명에 있어서, 레이저 광원과 폴리곤 미러와의 사이의 레이저 빔의 광로 상에 형성된 집광 광학 소자의 위치를 변경하여, 폴리곤 미러에 입사되는 레이저 빔 지름을 조정하도록 해도 좋다.In the above invention, the position of the condensing optical element formed on the optical path of the laser beam between the laser light source and the polygon mirror may be changed to adjust the laser beam diameter incident on the polygon mirror.
여기에서 집광 광학 소자로서는, 집광 렌즈(예를 들면 메니스커스 렌즈), 집광경을 이용할 수 있다.As the condensing optical element, condensing lenses (for example, meniscus lenses) and condensing mirrors can be used.
이에 따르면, 집광 광학 소자를 광로 방향으로 평행 이동하는 것만으로 레이저 빔 지름을 조정할 수 있어, 에너지 분포를 에너지가 균일한 중앙부의 영역이 긴 톱 해트형으로 하는 조정을 간단히 실현할 수 있다.According to this, the laser beam diameter can be adjusted only by moving the light converging optical element in parallel in the optical path direction, and the adjustment which makes the energy distribution the top hat type with the long region of the uniform energy can be easily realized.
상기 발명에 있어서, 레이저 브레이크 공정시에, 집광 광학 소자의 초점 거리 근방에 폴리곤 미러를 접근시키도록 조정하도록 해도 좋다.In the above invention, in the laser brake step, the polygon mirror may be adjusted to approach the focal length of the light converging optical element.
이에 따르면, 초점 거리 근방에 접근함에 따라, 레이저 빔 지름이 작아지기 때문에, 폴리곤 미러를 이상적인 톱 해트형에 가까워지게 할 수 있게 된다.According to this, as the laser beam diameter becomes smaller as the vicinity of the focal length approaches, the polygon mirror can be brought closer to the ideal top hat type.
상기 발명에 있어서, 집광 광학 소자의 위치와 함께, 폴리곤 미러와 기판과의 사이의 거리를 동시에 조정하도록 해도 좋다.In the above invention, the distance between the polygon mirror and the substrate may be adjusted simultaneously with the position of the condensing optical element.
이에 따라, 에너지 분포를 톱 해트형으로 함과 함께, 빔 스폿의 긴 방향의 길이 등의 빔 형상에 대해서도 조정할 수 있기 때문에, 단위 시간당의 입열량과 함께 입열 영역도 조정할 수 있게 되어, 레이저 브레이크의 프로세스 윈도우를 더욱 넓힐 수 있다.This makes it possible to adjust the energy distribution to the top hat shape and to adjust the beam shape such as the length of the beam spot in the long direction, so that the heat input area can be adjusted together with the heat input amount per unit time. The process window can be wider.
본 발명에 의하면, 풀 컷 라인이 형성되는 일이 없고, 또한, 「앞질러 감」 현상을 발생시키는 일 없이, 레이저 스크라이브 공정에 의해 기판에 스크라이브 라인(유한 깊이의 크랙)을 형성하고, 이어서 레이저 브레이크 처리를 행하여 기판을 완전 분단하거나, 보다 깊은 스크라이브 라인을 형성하거나 하는 가공을 실행할 수 있는 프로세스 윈도우를 확대할 수 있어, 안정된 가공을 실현할 수 있다. According to the present invention, a scribe line (crack of finite depth) is formed on the substrate by a laser scribing process without a full cut line being formed and without causing a "winding over" phenomenon, and then a laser brake. The process window which can perform a process which performs a process which fully divides a board | substrate and forms a deep scribe line, and can process can be expanded, and stable processing can be implement | achieved.
또한, 가공 단면의 단면 품질이 우수한 분단 가공을 안정되게 행할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 폴리곤 미러를 이용하여 빔 스폿을 형성하고, 이 빔 스폿을 주사하여 레이저 브레이크를 행할 때에, 폴리곤 미러를 이용하여 빔 스폿의 에너지 분포를 조정할 수 있다. 이것을 이용하여 안정된 레이저 브레이크가 가능해진다.Moreover, the parting process which is excellent in the cross-sectional quality of a process cross section can be performed stably. In addition, according to the present invention, when the beam spot is formed using the polygon mirror, and the laser spot is scanned by scanning the beam spot, the energy distribution of the beam spot can be adjusted using the polygon mirror. By using this, a stable laser brake can be obtained.
도 1은 본 발명의 기판 가공 방법을 실시할 때에 이용되는 기판 가공 장치의 일 예의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 기판 가공 장치의 제어계를 나타내는 블록도이다.
도 3은 광로 조정 기구(14)의 동작예를 나타내는 도면이다.
도 4는 빔 지름이 큰 경우의 폴리곤 미러의 회전 각도와 레이저 빔의 광로 및 빔 스폿과의 관계를 나타내는 도면이다(1개의 미러면의 시단(始端) 근방에 조사되는 경우).
도 5는 빔 지름이 큰 경우의 폴리곤 미러의 회전 각도와 레이저 빔의 광로 및 빔 스폿과의 관계를 나타내는 도면이다(1개의 미러면의 중앙에 조사되는 경우).
도 6은 빔 지름이 큰 경우의 폴리곤 미러의 회전 각도와 레이저 빔의 광로 및 빔 스폿과의 관계를 나타내는 도면이다(1개의 미러면의 종단 근방에 조사되는 경우).
도 7은 빔 지름이 작은 경우에 있어서, 고속 회전하는 미러면에 조사되는 레이저 빔의 단면 형상의 시간 경과에 따른 변화와, 미러면에 의해 유리 기판(G)에 조사되는 빔 스폿의 에너지 분포와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 빔 지름이 작은 경우의 폴리곤 미러의 회전 각도와 레이저 빔의 광로 및 빔 스폿과의 관계를 나타내는 도면이다(1개의 미러면의 시단 근방에 조사되는 경우).
도 9는 빔 지름이 작은 경우의 폴리곤 미러의 회전 각도와 레이저 빔의 광로 및 빔 스폿과의 관계를 나타내는 도면이다(1개의 미러면의 중앙에 조사되는 경우).
도 10은 빔 지름이 작은 경우의 폴리곤 미러의 회전 각도와 레이저 빔의 광로 및 빔 스폿과의 관계를 나타내는 도면이다(1개의 미러면의 종단 근방에 조사되는 경우).
도 11은 빔 지름이 작은 경우에 있어서, 고속 회전하는 미러면에 조사되는 레이저 빔의 단면 형상의 시간 경과에 따른 변화와, 미러면에 의해 유리 기판(G)에 조사되는 빔 스폿의 에너지 분포와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 레이저 브레이크 공정시에 형성하려고 하는 응력 구배를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 13은 본 발명의 기판 가공 방법에 따른 가공 순서의 플로우 차트이다.
도 14는 유한 깊이의 크랙이 형성되는 메커니즘을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 풀 컷 라인이 형성되는 메커니즘을 모식적으로 나타낸 사시도 및 평면도이다.
도 16은 기판단에서 발생하는 앞질러 감 현상을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram of an example of the substrate processing apparatus used when implementing the substrate processing method of this invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a control system of the substrate processing apparatus of FIG. 1.
3 is a diagram illustrating an example of the operation of the optical
Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the polygon mirror when the beam diameter is large, the optical path and the beam spot of the laser beam (when irradiated near the start end of one mirror surface).
Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the polygon mirror when the beam diameter is large, the optical path and the beam spot of the laser beam (when irradiated to the center of one mirror surface).
Fig. 6 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the polygon mirror when the beam diameter is large, the optical path and the beam spot of the laser beam (when irradiated near the end of one mirror surface).
7 shows the change over time of the cross-sectional shape of the laser beam irradiated to the mirror plane rotating at high speed when the beam diameter is small, and the energy distribution of the beam spot irradiated to the glass substrate G by the mirror plane. It is a figure which shows the relationship of.
Fig. 8 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the polygon mirror when the beam diameter is small, the optical path and the beam spot of the laser beam (when irradiated near the start end of one mirror surface).
Fig. 9 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the polygon mirror when the beam diameter is small, the optical path and the beam spot of the laser beam (when irradiated to the center of one mirror surface).
Fig. 10 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the polygon mirror when the beam diameter is small, the optical path and the beam spot of the laser beam (when irradiated near the end of one mirror surface).
11 shows the change over time of the cross-sectional shape of the laser beam irradiated to the mirror surface rotating at high speed, the energy distribution of the beam spot irradiated to the glass substrate G by the mirror surface, when the beam diameter is small; It is a figure which shows the relationship of.
It is sectional drawing which shows typically the stress gradient which is going to form at the time of a laser brake process.
13 is a flowchart of a processing procedure according to the substrate processing method of the present invention.
It is sectional drawing which shows typically the mechanism in which the crack of finite depth is formed.
15 is a perspective view and a plan view schematically showing a mechanism in which a full cut line is formed.
FIG. 16 is a diagram illustrating a winding phenomenon occurring at the substrate end. FIG.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)Best Mode for Carrying Out the Invention [
(장치 구성)(Device configuration)
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
맨 처음에, 본 발명의 가공 방법을 실시할 때에 이용하는 기판 가공 장치의 일 예에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 레이저 분단 장치(LC1)의 개략 구성도이다. 도 2는 도 1의 레이저 분단 장치(LC1)에 있어서의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.First, an example of the substrate processing apparatus used when implementing the processing method of this invention is demonstrated. 1 is a schematic configuration diagram of a laser splitting device LC1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control system in the laser dividing apparatus LC1 of FIG. 1.
우선, 도 1에 기초하여, 레이저 분단 장치(LC1)의 전체 구성에 대해서 설명한다.First, based on FIG. 1, the whole structure of laser dividing apparatus LC1 is demonstrated.
수평인 가대(架臺,stand; 1) 상에 평행으로 배치된 한 쌍의 가이드 레일(3, 4)을 따라서, 도 1의 지면 전후 방향(이하 Y방향이라고 함)으로 왕복 이동하는 슬라이드 테이블(2)이 형성되어 있다. 양 가이드 레일(3, 4)의 사이에, 스크루 나사(5)가 전후 방향을 따라서 배치되고, 이 스크루 나사(5)에, 상기 슬라이드 테이블(2)에 고정된 스테이(6)가 나사결합되어 있어, 스크루 나사(5)를 모터(도시 외)에 의해 정, 역회전함으로써, 슬라이드 테이블(2)이 가이드 레일(3, 4)을 따라서 Y방향으로 왕복 이동하도록 형성되어 있다.A slide table which reciprocates in the front and rear direction of the paper (hereinafter referred to as the Y-direction) of FIG. 1 along a pair of
슬라이드 테이블(2) 상에, 수평인 대좌(pedestal;7)가 가이드 레일(8)을 따라서, 도 1의 좌우 방향(이하 X방향이라고 함)으로 왕복 이동하도록 배치되어 있다. 대좌(7)에 고정된 스테이(10)에, 모터(9)에 의해 회전하는 스크루 나사(10a)가 관통 나사결합되어 있어, 스크루 나사(10a)가 정, 역회전함으로써, 대좌(7)가 가이드 레일(8)을 따라서, X방향으로 왕복 이동한다.On the slide table 2, a
대좌(7) 상에는, 회전 기구(11)에 의해 회전하는 회전 테이블(12)이 형성되어 있고, 이 회전 테이블(12)에, 절단 대상의 취성 재료 기판인 유리 기판(G)이 수평인 상태로 부착된다. 회전 기구(11)는, 회전 테이블(12)을, 수직인 축의 주위로 회전시키게 되어 있고, 기준 위치에 대하여 임의의 회전 각도가 되도록 회전할 수 있도록 형성되어 있다. 유리 기판(G)은, 예를 들면 흡인 척에 의해 회전 테이블(12)에 고정된다. On the
회전 테이블(12)의 상방에는, 레이저 발진기(13)와 광로 조정 기구(14)가 부착 프레임(15)에 보지(保持,holding)되어 있다. 광로 조정 기구(14)는, 레이저 발진기(13)로부터 출사되는 레이저광의 광로를 조정하기 위한 광로 조정 소자군(14a)(메니스커스 렌즈(31), 반사 미러(32), 폴리곤 미러(33))과, 광로 조정 소자군(14a)의 위치를 이동하는 모터군(14b)(모터(34~36))과, 광로 조정 소자군(14a)과 모터군(14b)을 연결하는 아암군(14c)(아암(37~39))으로 이루어진다. 메니스커스 렌즈(31)는 아암(37)을 개재하여 승강 모터(34)에 접속되어 상하 방향의 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 반사 미러(32)는 아암(38)을 개재하여 승강 모터(35)에 접속되어 상하 방향의 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 폴리곤 미러(33)는 아암(39)을 개재하여 승강 모터(36)에 접속되어 상하 방향의 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다.Above the rotary table 12, the
레이저 발진기(13)로부터 출사된 레이저 빔은, 이들 광로 조정 소자군(14a)을 통과함으로써, 소망하는 단면 형상을 갖는 빔 다발이 형성되어, 기판(G)의 위에 빔 스폿으로서 조사된다. 본 실시 형태에서는 원형의 레이저 빔이 출사되어, 메니스커스 렌즈(31)에서 빔 지름이 조정되고, 폴리곤 미러(33)로 주사됨으로써, 실질적으로 타원 형상의 레이저 스폿(LS)(도 2)이 유리 기판(G) 상에 형성된다. 그리고 광로 조정 소자군(14a)을 조정함으로써, 1회째 레이저 조사(레이저 스크라이브 공정)시에 이용하는 제1 빔 스폿, 2회째 레이저 조사(레이저 브레이크 공정)시에 이용하는 제2 빔 스폿을 전환하도록 한다.The laser beam emitted from the
또한, 조정시에, 반사 미러(32)와 폴리곤 미러(33)를 독립적으로 조정함으로써, 세세한 조정이 가능해지지만, 그 반면, 조정 작업이 복잡해진다. 그 때문에, 반사 미러(32)와 폴리곤 미러(33)를 일체로 이동하도록 하여 조정 작업을 간소화하도록 해도 좋다. 구체적으로는, 반사 미러(32)와 폴리곤 미러(33)를 연동시켜 이동함으로써 기판(G)과 폴리곤 미러(33)와의 사이의 거리 조정을 행하고, 메니스커스 렌즈(31)를 이동하여 메니스커스 렌즈(31)와 폴리곤 미러(33)와의 거리 조정을 행하도록 해도 좋다.In addition, fine adjustment is possible by adjusting the
부착 프레임(15)에는, 광로 조정 기구(14)에 근접하여, 냉각 노즐(16)이 형성되어 있다. 이 냉각 노즐(16)로부터는, 냉각수, He 가스, 탄산 가스 등의 냉각 매체가 유리 기판(G)에 분사되도록 되어 있다. 냉각 매체는, 유리 기판(G)에 조사된 타원 형상의 레이저 스폿(LS)의 근방에 분사되어, 유리 기판(G)의 표면에 냉각 스폿(CS)(도 2)을 형성한다.In the
부착 프레임(15)에는, 커터 휠(18)이, 상하 이동 조절 기구(17)를 개재하여 부착되어 있다. 이 커터 휠(18)은, 소결 다이아몬드 또는 초경합금을 재료로 하고, 외주면에 정점을 날끝으로 하는 V자형의 능선부를 구비한 것으로서, 유리 기판(G)으로의 압접력이 상하 이동 조절 기구(17)에 의해 미세하게 조정할 수 있게 되어 있다. 커터 휠(18)은, 오로지, 유리 기판(G)의 단테두리에 초기 균열(TR)(도 2)을 형성할 때에, 대좌(7)를 X방향으로 이동하면서 일시적으로 하강하도록 하여 이용한다. The
또한, 부착 프레임(15)의 상방에, 한 쌍의 카메라(20, 21)가 고정되어 있어, 기판(G)에 각인(刻印)되어 있는 위치 결정용 마커를 비출 수 있도록 되어 있다.Moreover, the pair of
이어서, 도 2에 기초하여 제어계를 설명한다. 레이저 분단 장치(LC1)는, 메모리에 기억된 제어 파라미터 및 프로그램(소프트웨어)과 CPU에 의해, 각종 처리를 실행하는 제어부(50)를 구비하고 있다. 이 제어부(50)는, 슬라이드 테이블(2), 대좌(7), 회전 테이블(12)의 위치 결정이나 이동을 행하기 위한 모터(모터(9) 등)를 구동하는 테이블 구동부(51), 레이저 조사를 행하는 레이저 구동부(52)(레이저 발진기(13)를 구동하는 레이저 광원 구동부(52a), 광로 조정 소자군(14a)용의 모터군(14b)을 구동하는 광로 조정 기구 구동부(52b)를 포함함), 냉각 노즐(16)에 의한 냉매 분사를 제어하는 개폐 밸브(도시하지 않음)을 구동하는 노즐 구동부(53), 커터 휠(18) 및 상하 이동 조절 기구(17)에 의해 유리 기판(G)에 초기 균열을 형성하는 커터 구동부(54), 카메라(20, 21)에 의해 기판(G)에 각인되어 있는 위치 결정용 마커를 비추는 카메라 구동부(55)의 각 구동계를 제어한다. 또한, 제어부(50)는, 키보드, 마우스 등으로 이루어지는 입력부(56), 및, 표시 화면 상에 각종 표시를 행하는 표시부(57)가 접속되어, 필요한 정보가 화면에 표시됨과 함께, 필요한 지령이나 설정을 입력할 수 있도록 되어 있다.Next, a control system is demonstrated based on FIG. The laser dividing apparatus LC1 is provided with the
또한, 제어부(50)는, 테이블 구동부(51), 레이저 구동부(52)(레이저 광원 구동부(52a), 광로 조정 기구 구동부(52b)), 노즐 구동부(53), 커터 구동부(54)를 종합적으로 구동하여 유리 기판(G)의 가공을 행하는 가공 제어부(58)를 구비하고 있고, 이 가공 제어부(58)에 의해, 1회째 레이저 조사, 냉각, 2회째 레이저 조사의 순서에 따른 레이저 가공이 실행된다.Moreover, the
구체적으로는, 가공 제어부(58)가, 우선 커터 구동부(54)와 테이블 구동부(51)를 제어하여, 커터 휠(18)을 하강한 상태에서 기판(G)을 이동하고, 이에 따라 초기 균열(TR)을 형성하는 처리가 행해진다. 이어서 테이블 구동부(51), 레이저 구동부(52), 노즐 구동부(53)를 제어하여, 레이저 빔(제1 빔 스폿)을 조사함과 함께 냉매를 분사한 상태에서 기판(G)을 이동한다. 이에 따라 1회째 레이저 조사 및 냉각을 행하여, 기판에 유한 깊이의 크랙으로 이루어지는 스크라이브 라인을 형성하는 처리가 행해진다. 이어서 테이블 구동부(51), 레이저 구동부(52)를 제어하여, 레이저 빔(제2 빔 스폿)을 조사한 상태에서 기판(G)을 이동한다. 이에 따라 2회째 레이저 조사를 행하여, 크랙을 침투시키는 처리(혹은 완전 분단시키는 처리)가 행해진다.Specifically, the
(광로 조정 동작)(Optical path adjustment operation)
다음으로, 가공 제어부(58)가 광로 조정 기구(14)(광로 조정 소자군(14a), 모터군(14b), 아암군(14c))를 제어함으로써 행해지는 광로 조정에 대해서 설명한다. Next, the optical path adjustment performed by the
도 3은 광로 조정 기구(14)의 동작예를 나타내는 도면으로, 구체적으로는, 메니스커스 렌즈(31)의 상하 이동에 의해, 폴리곤 미러(33)의 미러면에 조사하는 빔 지름을 변화시켜, 기판(G)에 조사되는 빔 스폿의 에너지 분포를 변화시키는 동작을 설명하는 도면이다.3 is a view showing an example of the operation of the optical
레이저 광원(13)으로부터 출사되는 원형 단면의 레이저 빔(LB0)의 진행 방향은 연직 하방으로 향해져 있어, 레이저 빔(LB0)은 메니스커스 렌즈(31)에 입사된다. 메니스커스 렌즈(31)를 통과한 레이저 빔(LB1)은 집광되면서 추가로 연직 방향으로 진행하여, 반사 미러(32)에 입사된다. 이때 반사 미러(32)의 반사면에 45도의 입사 각도로 입사됨과 함께, 45도의 반사 각도로 출사되도록 반사 미러(32)의 부착 각도가 조정되어 있고, 반사 미러(32)에서 반사된 레이저 빔(LB2)은, 수평 방향으로 진행한다. The advancing direction of the laser beam LB0 of the circular cross section emitted from the
수평 방향으로 진행하는 레이저 빔(LB2)은 회전 중의 폴리곤 미러(33)에 입사된다. 이때, 메니스커스 렌즈(31)와 폴리곤 미러(33)와의 사이의 거리에 따라서, 폴리곤 미러의 미러면에 조사되는 빔 지름이 변화하게 된다. The laser beam LB2 traveling in the horizontal direction is incident on the
도 4~도 6은 폴리곤 미러(33)의 미러면에 조사되는 빔 지름이 비교적 큰 경우의 폴리곤 미러의 회전 각도와 레이저 빔의 광로 및 빔 스폿과의 관계를 나타내는 도면이다.4-6 is a figure which shows the relationship between the rotation angle of a polygon mirror, the optical path of a laser beam, and a beam spot when the beam diameter irradiated to the mirror surface of the
이 상태의 빔 지름은, 메니스커스 렌즈(31)를 반사 미러(32)에 접근시켜, 메니스커스 렌즈(31)의 초점이 폴리곤 미러(33)의 미러면보다도 기판(G)측이 되도록 조정했을 때에 실현된다. 그리고 이 상태의 빔 지름은, 레이저 스크라이브 공정시에 이용된다.The beam diameter in this state causes the
도 4(a)에 있어서, 시계 방향으로 회전 중의 폴리곤 미러(33)에 있어서의 2개의 미러면(M0과 M1)에 주목한다. 미러면(M0)은, 직전까지 레이저 빔(LB2)이 조사되고 있던 미러면이다. 회전이 진행되어, 레이저 빔(LB2)의 미러면(M0)으로의 조사가 이윽고 종료되는 시점이 되면, 미러면(M0)의 종단과 다음의 미러면(M1)의 시단에 레이저 빔(LB2)이 분할되어 동시에 조사되게 된다. 도 4(c)는 미러면(M0)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다. 또한, 도 4(d)는 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다.In Fig. 4A, attention is paid to two mirror surfaces M0 and M1 in the
분할된 레이저 빔의 단면의 면적비에 따라서, 미러면(M0, M1)에 조사되는 레이저 빔의 에너지가 분배되게 된다. 이때 미러면(M0)측에서 반사된 레이저 빔(LB3a)은 유리 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치의 좌단 부분을 조사하게 되어, 이 부분에 에너지를 부여한다. 한편, 미러면(M1)측에서 반사된 레이저 빔(LB3b)은 빔 스폿(LS1)의 위치의 우단 부분을 조사하게 되어, 이 부분에 에너지를 부여한다.According to the area ratio of the cross section of the divided laser beam, the energy of the laser beam irradiated to the mirror surfaces M0 and M1 is distributed. At this time, the laser beam LB3a reflected by the mirror surface M0 side irradiates the left end part of the position of the beam spot LS1 of the glass substrate G, and provides energy to this part. On the other hand, the laser beam LB3b reflected from the mirror surface M1 side irradiates the right end portion of the position of the beam spot LS1, thereby applying energy to this portion.
도 4(b)는 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치에 조사되는 에너지 분포이다. 즉, 레이저 빔(LB3a, LB3b)으로 분할되어 조사되기 때문에, 기판(G)에 부여되는 에너지도 2개로 분할되어, 빔 스폿(LS1)의 양단은 각각 분할비에 대응한 에너지로 가열되게 된다.4B is an energy distribution irradiated to the position of the beam spot LS1 of the substrate G. As shown in FIG. That is, since the radiation is divided into laser beams LB3a and LB3b, the energy applied to the substrate G is also divided into two, and both ends of the beam spot LS1 are heated with energy corresponding to the split ratio, respectively.
도 5(a)는 추가로 회전이 진행되어, 미러면(M1)의 중앙 부분에 레이저 빔(LB2)이 조사되게 된 상태이다. 이 시점에서는, 1개의 미러면(M1)에만 원형 단면의 레이저 빔(LB2)이 조사되게 된다. 도 5(c)는 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다. 레이저 빔(LB2)이 갖는 원형 단면의 빔이 그대로 조사되고 있다. 이때 미러면(M1)에서 반사된 레이저 빔(LB3c)은 빔 스폿(LS1)의 위치의 중앙을 조사하여, 이 부분에 전(全) 에너지를 부여한다.In FIG. 5A, the rotation is further performed, and the laser beam LB2 is irradiated to the center portion of the mirror surface M1. At this time, the laser beam LB2 of circular cross section is irradiated to only one mirror surface M1. 5C is a diagram showing a cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1. The beam of the circular cross section which the laser beam LB2 has irradiated as it is. At this time, the laser beam LB3c reflected from the mirror surface M1 irradiates the center of the position of the beam spot LS1, and gives total energy to this part.
도 5(b)는 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치에 조사되는 에너지 분포이다. 빔 스폿(LS1)의 위치의 중앙 부분에 에너지가 부여되어, 이 부분이 집중적으로 가열된다.5B is an energy distribution irradiated to the position of the beam spot LS1 of the substrate G. As shown in FIG. Energy is applied to the central portion of the position of the beam spot LS1, and this portion is heated intensively.
도 6은 추가로 회전이 진행되어, 미러면(M1)의 종단과 다음의 미러면(M2)의 시단에 레이저 빔(LB2)이 분할되어 동시에 조사된 상태이다. 도 6(c)는 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다. 또한, 도 6(d)는 미러면(M2)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다.FIG. 6 further shows that rotation is performed, and the laser beam LB2 is divided and irradiated at the same time to the end of the mirror surface M1 and the start of the next mirror surface M2. FIG. 6C is a diagram showing a cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1. 6D is a diagram showing a cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M2.
도 4의 경우와 동일하게, 분할된 레이저 빔의 단면의 면적비에 따라서, 미러면(M1, M2)에 조사되는 레이저 빔의 에너지가 분배되게 된다. 이때 미러면(M1)측에서 반사된 레이저 빔(LB3d)은 유리 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치의 좌단 부분을 조사하여, 이 부분에 에너지를 부여한다. 미러면(M2)측에서 반사된 레이저 빔(LB3e)은 빔 스폿(LS1)의 위치의 우단 부분을 조사하게 되어, 이 부분에 에너지를 부여한다.As in the case of FIG. 4, the energy of the laser beam irradiated to the mirror surfaces M1 and M2 is distributed according to the area ratio of the cross section of the divided laser beam. At this time, the laser beam LB3d reflected by the mirror surface M1 side irradiates the left end part of the position of the beam spot LS1 of the glass substrate G, and provides energy to this part. The laser beam LB3e reflected at the mirror surface M2 side irradiates the right end portion of the position of the beam spot LS1 to impart energy to this portion.
도 6(b)는 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치에 조사되는 에너지 분포이다. 기판(G)에 조사되는 에너지는 2개로 분배되어, 빔 스폿(LS1)의 양단은 각각 분할비에 대응한 에너지로 가열되게 된다. FIG. 6B is an energy distribution irradiated to the position of the beam spot LS1 of the substrate G. FIG. The energy irradiated to the substrate G is divided into two, and both ends of the beam spot LS1 are heated with energy corresponding to the split ratio, respectively.
그리고, 고속 회전하는 폴리곤 미러(33)에 의해 도 4에서 도 6까지의 레이저 조사가 반복되게 됨으로써, 도 4(b), 도 5(b), 도 6(b)에서 나타낸 에너지 분포가 더해 합쳐진 에너지 분포를 갖는 빔 스폿(LS1)이 형성되게 된다.The laser irradiation from FIGS. 4 to 6 is repeated by the
도 7은 고속 회전하는 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상의 시간 경과에 따른 변화와 미러면(M1)에 의해 유리 기판(G)에 조사되는 빔 스폿(LS1)의 에너지 분포와의 관계를 나타내는 도면이다.7 shows a change over time of the cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror plane M1 that rotates at high speed, and the beam spot LS1 irradiated to the glass substrate G by the mirror plane M1. It is a figure which shows the relationship with an energy distribution.
도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면은, 회전이 진행됨에 따라 변화한다.As shown to Fig.7 (a), the cross section of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 changes as rotation progresses.
즉, 미러면(M1)의 시단(미러면(M0)과의 경계)이 레이저 빔(LB2)의 조사 범위를 통과하는 기간에는, 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상은, 원형 단면의 일부가 결여된 형상이며, 이 동안은 단면적이 점차 증가한다. 그 후는, 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상은 원형 단면이 되며, 미러면(M1)의 종단(미러면(M2)과의 경계)이 레이저 빔(LB2)의 조사 범위에 들어갈 때까지는 원형 단면이 계속된다. 그리고 미러면(M1)의 종단이, 레이저 빔(LB2)의 조사 범위를 통과하는 기간에는, 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상은, 다시 원형 단면의 일부가 결여된 단면 형상이 되어, 단면적이 점차 감소한다.That is, the cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 in the period in which the start end (boundary to the mirror surface M0) of the mirror surface M1 passes through the irradiation range of the laser beam LB2. Is a shape in which a part of the circular cross section is missing, and the cross sectional area gradually increases during this time. Thereafter, the cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 becomes a circular cross section, and the end of the mirror surface M1 (the boundary with the mirror surface M2) is formed of the laser beam LB2. The circular cross section continues until it enters the irradiation range. And in the period in which the end of the mirror surface M1 passes the irradiation range of the laser beam LB2, the cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 again lacks a part of the circular cross section. The cross-sectional shape is obtained, and the cross-sectional area gradually decreases.
이러한 단면적의 변화에 대응하여, 미러면(M1)에 의해 기판(G) 상에 형성되는 빔 스폿(LS1)의 에너지 분포가 변화한다. 에너지 분포를 도 7(b)에 나타낸다. 빔 스폿(LS1)의 에너지 분포는, 중앙부의 에너지가 균일하고(톱 해트형), 그 양단이 완만하게 변화하는 에너지 분포가 된다. 양단의 완만한 부분의 폭은, 레이저 빔(LB2)의 조사 범위를 미러면(M1)의 시단 또는 종단이 통과하는 기간에, 미러면(M1)에 의해 반사된 레이저 빔이 기판(G) 상에 조사된 범위에 상당한다. 따라서, 레이저 빔(LB2)의 빔 지름이 커짐에 따라 빔 스폿(LS1)의 양단의 에너지 분포가 완만하게 변화하는 부분의 폭이 넓어진다. 그리고 회전하는 폴리곤 미러(33)의 각 미러면에 의해, 도 7(b)의 에너지 분포를 갖는 조사가 반복된다.In response to such a change in the cross-sectional area, the energy distribution of the beam spot LS1 formed on the substrate G by the mirror surface M1 changes. The energy distribution is shown in Fig. 7 (b). The energy distribution of the beam spot LS1 is an energy distribution in which the energy of the center portion is uniform (top hat type) and both ends thereof change gently. As for the width | variety of the gentle part of both ends, the laser beam reflected by the mirror surface M1 is reflected on the board | substrate G in the period which the beginning or end of the mirror surface M1 passes through the irradiation range of the laser beam LB2. It corresponds to the range investigated in. Therefore, as the beam diameter of the laser beam LB2 increases, the width of the portion where the energy distribution of both ends of the beam spot LS1 changes slowly becomes wider. And with each mirror surface of the
다음으로, 미러면에 조사되는 빔 지름이 작은 경우에 대해서 설명한다. 도 8~도 10은 미러면에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 빔 지름이 비교적 작은 경우의 폴리곤 미러의 회전 각도와 레이저 빔의 광로 및 빔 스폿과의 관계를 나타내는 도면이다.Next, the case where the beam diameter irradiated to the mirror surface is small is demonstrated. 8-10 is a figure which shows the relationship between the rotation angle of a polygon mirror, the optical path of a laser beam, and a beam spot when the beam diameter of the laser beam LB2 irradiated to a mirror surface is comparatively small.
이 상태의 빔 지름은, 메니스커스 렌즈(31)의 초점이 폴리곤 미러(33)의 미러면(M1)의 근방에 오도록 메니스커스 렌즈(31)의 위치를 조정했을 때에 실현된다. 그리고 이 상태의 빔 지름은 레이저 브레이크 공정시에 이용된다. The beam diameter in this state is realized when the position of the
도 8(a)에 있어서, 도 4(a)와 동일하게, 시계 방향으로 회전 중의 폴리곤 미러(33)에 있어서의 2개의 미러면(M0과 M1)에 주목한다. 미러면(M0)은, 직전까지 레이저 빔(LB2)이 조사되고 있던 미러면이다. 회전이 진행되어, 레이저 빔(LB2)의 미러면(M0)으로의 조사가 이윽고 종료되는 시점이 되면, 미러면(M0)의 종단과 다음의 미러면(M1)의 시단에 레이저 빔(LB2)이 분할되어 동시에 조사되게 된다. 도 8(c)는 미러면(M0)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다. 또한, 도 8(d)는 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상이다. 빔 지름이 작기 때문에, 2개의 미러면(M0, M1)이 동시에 조사되는 범위(시단, 종단에서 빔 지름까지의 범위)는, 도 4의 경우에 비하여 좁아진다.In FIG. 8A, similarly to FIG. 4A, attention is paid to two mirror surfaces M0 and M1 in the
미러면(M0, M1)에 조사되는 레이저 빔의 에너지는, 도 4와 동일하게, 분할된 빔의 면적비에 따라서 분배되게 된다. 이때 미러면(M0)측에서 반사된 레이저 빔(LB3a)은 유리 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치의 좌단 부분을 조사하여, 이 부분에 에너지를 부여한다. 한편, 미러면(M1)측에서 반사된 레이저 빔(LB3b)은 빔 스폿(LS1)의 위치의 우단 부분을 조사하여, 이 부분에 에너지를 부여한다.The energy of the laser beam irradiated to the mirror surfaces M0 and M1 is distributed according to the area ratio of the divided beam, similarly to FIG. At this time, the laser beam LB3a reflected by the mirror surface M0 side irradiates the left end part of the position of the beam spot LS1 of the glass substrate G, and provides energy to this part. On the other hand, the laser beam LB3b reflected by the mirror surface M1 side irradiates the right end part of the position of the beam spot LS1, and gives energy to this part.
도 8(b)는 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치에 조사되는 에너지 분포이다. 즉, 레이저 빔(LB3a, LB3b)으로 분할되어 조사되기 때문에, 기판(G)에 조사되는 에너지도 2개로 분배되어, 빔 스폿(LS1)의 양단은 각각 분할비에 대응한 에너지로 가열되게 된다.8B is an energy distribution irradiated to the position of the beam spot LS1 of the substrate G. As shown in FIG. That is, since the radiation is divided into the laser beams LB3a and LB3b, the energy irradiated to the substrate G is also divided into two, and both ends of the beam spot LS1 are heated with energy corresponding to the split ratio, respectively.
도 9(a)는 추가로 회전이 진행되어, 미러면(M1)의 중앙 부분에 레이저 빔(LB2)이 조사되게 된 상태이다.In FIG. 9A, the rotation is further progressed so that the laser beam LB2 is irradiated to the center portion of the mirror surface M1.
이 시점에서는, 1개의 미러면(M1)에만 원형 단면의 레이저 빔(LB2)이 조사되게 된다. 도 9(c)는 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다. 레이저 빔(LB2)이 갖는 원형 단면의 빔이 그대로 조사되고 있다. 이때 미러면(M1)에서 반사된 레이저 빔(LB3c)은 빔 스폿(LS1)의 위치의 중앙을 조사하여, 이 부분에 전(全) 에너지를 부여한다.At this time, the laser beam LB2 of circular cross section is irradiated to only one mirror surface M1. FIG. 9C is a diagram showing a cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1. The beam of the circular cross section which the laser beam LB2 has irradiated as it is. At this time, the laser beam LB3c reflected from the mirror surface M1 irradiates the center of the position of the beam spot LS1, and gives total energy to this part.
도 9(b)는, 이때 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치에 조사되는 에너지 분포이다. 빔 스폿(LS1)의 위치의 중앙 부분에 에너지가 부여되어, 이 부분이 집중적으로 가열된다.FIG. 9B is an energy distribution irradiated to the position of the beam spot LS1 of the substrate G at this time. Energy is applied to the central portion of the position of the beam spot LS1, and this portion is heated intensively.
도 10은 추가로 회전이 진행되어, 미러면(M1)의 종단과 다음의 미러면(M2)의 시단에 레이저 빔(LB2)이 분할되어 동시에 조사된 상태이다. 도 10(c)는 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다. 또한, 도 10(d)는 미러면(M2)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상을 나타내는 도면이다.10 is further rotated, and the laser beam LB2 is divided and irradiated simultaneously at the end of the mirror surface M1 and the start of the next mirror surface M2. 10C is a diagram showing a cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1. 10 (d) is a figure which shows the cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M2.
도 6과 동일하게, 분할된 레이저 빔의 단면의 면적비에 따라서, 미러면(M1, M2)에 조사되는 레이저 빔의 에너지가 분배되게 된다. 이때 미러면(M1)측에서 반사된 레이저 빔(LB3d)은 유리 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치의 좌단 부분을 조사하여, 이 부분에 에너지를 부여한다. 미러면(M2)측에서 반사된 레이저 빔(LB3e)은 빔 스폿(LS1)의 위치의 우단 부분을 조사하게 되어, 이 부분에 에너지를 부여한다.As in FIG. 6, the energy of the laser beam irradiated to the mirror surfaces M1 and M2 is distributed according to the area ratio of the cross section of the divided laser beam. At this time, the laser beam LB3d reflected by the mirror surface M1 side irradiates the left end part of the position of the beam spot LS1 of the glass substrate G, and provides energy to this part. The laser beam LB3e reflected at the mirror surface M2 side irradiates the right end portion of the position of the beam spot LS1 to impart energy to this portion.
도 10(b)는 이때 기판(G)의 빔 스폿(LS1)의 위치에 조사되는 에너지 분포이다. 기판(G)에 조사되는 에너지는 2개로 분배되고, 빔 스폿(LS1)의 양단은 각각 분할비에 대응한 에너지로 가열되게 된다. 10 (b) is an energy distribution irradiated at the position of the beam spot LS1 of the substrate G at this time. The energy irradiated to the substrate G is divided into two, and both ends of the beam spot LS1 are heated with energy corresponding to the split ratio, respectively.
그리고, 고속 회전하는 폴리곤 미러(33)에 의해 도 8에서 도 10까지의 레이저 조사가 반복됨으로써, 도 8(b), 도 9(b), 도 10(b)에서 나타낸 에너지 분포가 더해 합쳐진 에너지 분포를 갖는 빔 스폿(LS1)이 형성되게 된다.Then, the laser irradiation from Figs. 8 to 10 is repeated by the
도 11은 고속 회전하는 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면 형상의 시간 경과에 따른 변화와 미러면(M1)에 의해 유리 기판(G)에 조사되는 빔 스폿(LS1)의 에너지 분포와의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 11 shows the change over time of the cross-sectional shape of the laser beam LB2 irradiated to the mirror plane M1 rotating at high speed, and the beam spot LS1 irradiated to the glass substrate G by the mirror plane M1. It is a figure which shows the relationship with an energy distribution.
미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 빔 지름이 작기 때문에, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 도 7(a)에서 나타낸 빔 지름이 큰 경우에 비하여 조사되는 단면적이 전체적으로 작아지지만, 에너지 밀도는 높아지고 있다. 또한, 도 11(a)에서 나타내는 바와 같이, 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면은 회전이 진행됨에 따라서 변화한다. 즉, 도 7(a)와 동일하게, 미러면(M1)의 시단(미러면(M0)과의 경계)이 레이저 빔(LB2)의 조사 범위를 통과하는 기간, 및, 미러면(M1)의 종단(미러면(M2)과의 경계)이 레이저 빔(LB2)의 조사 범위를 통과하는 기간에 대해서는, 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면은, 원형 단면의 일부가 결여된 단면 형상이 되어, 이 범위 내에서 단면적이 증대 또는 감소한다. 그 사이의, 레이저 빔(LB2)의 조사 범위 전체가 미러면(M1)에 조사되는 기간에 대해서는, 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면은, 원형 단면이 된다.Since the beam diameter of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 is small, as shown in FIG. 11 (a), the cross-sectional area to be irradiated is generally smaller than the case where the beam diameter shown in FIG. 7 (a) is large. However, energy density is increasing. 11 (a), the cross section of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 changes as rotation progresses. That is, similarly to FIG. 7A, a period during which the start end of the mirror surface M1 (the boundary with the mirror surface M0) passes through the irradiation range of the laser beam LB2, and the mirror surface M1 In the period in which the terminal (boundary with the mirror surface M2) passes the irradiation range of the laser beam LB2, the cross section of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 lacks a part of the circular cross section. The cross sectional shape is increased, and the cross sectional area increases or decreases within this range. In the meantime, the cross section of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 becomes a circular cross section about the period in which the whole irradiation range of the laser beam LB2 is irradiated to the mirror surface M1.
레이저 빔(LB2)의 빔 지름이 작기 때문에, 미러면(M1)의 시단 근방 및 종단 근방에서 미러면(M1)에 조사되는 레이저 빔(LB2)의 단면적이 변화되는 범위의 폭은, 도 7(a)에 비하면 좁아져, 단면적이 급격하게 증감한다. 이 단면적의 변화에 대응하여, 미러면(M1)에 의해 기판(G) 상에 형성되는 빔 스폿(LS1)의 에너지 분포가 변화한다. 이때의 빔 스폿(LS1)의 에너지 분포를 도 11(b)에 나타낸다. 또한, 비교를 위해, 빔 지름이 작은 경우의 에너지 분포를 실선으로 나타냄과 함께, 빔 지름이 큰 경우의 에너지 분포(도 7(b)의 에너지 분포)를 일점쇄선으로 나타내 둔다.Since the beam diameter of the laser beam LB2 is small, the width of the range in which the cross-sectional area of the laser beam LB2 irradiated to the mirror surface M1 is changed in the vicinity of the start end and the end of the mirror surface M1 is shown in FIG. Compared with a), it becomes narrower, and the cross sectional area rapidly increases or decreases. In response to this change in cross-sectional area, the energy distribution of the beam spot LS1 formed on the substrate G by the mirror surface M1 changes. The energy distribution of the beam spot LS1 at this time is shown in Fig. 11B. In addition, for comparison, the energy distribution when the beam diameter is small is shown by a solid line, and the energy distribution (energy distribution of FIG. 7 (b)) when the beam diameter is large is shown by a dashed-dotted line.
조사되는 레이저 빔(LB2)의 빔 지름이 작아질수록, 빔 스폿(LS1)의 에너지 분포는, 에너지가 변화하는 양단의 영역이 짧아져, 빔 스폿(LS1) 전체의 길이가 짧아짐과 함께, 에너지가 균일한 중앙부의 영역이 긴 톱 해트형의 에너지 분포가 된다. As the beam diameter of the laser beam LB2 to be irradiated becomes smaller, the energy distribution of the beam spot LS1 becomes shorter in the regions at both ends where the energy changes, and the length of the entire beam spot LS1 becomes shorter, The area of the central portion where the shape is uniform is a long top hat-shaped energy distribution.
그리고 회전하는 폴리곤 미러(33)의 각 미러면에 의해, 미러면(M1)과 동일한 에너지 분포를 갖는 빔 스폿(LS1)으로 조사가 반복된다.Irradiation is repeated to the beam spot LS1 which has the same energy distribution as the mirror surface M1 by each mirror surface of the
이와 같이 하여, 메니스커스 렌즈(31)의 높이 조정만으로 빔 스폿의 에너지 분포의 조정을 행할 수 있다.In this way, the energy distribution of the beam spot can be adjusted only by adjusting the height of the
또한, 메니스커스 렌즈(31)의 높이를 바꿈으로써, 기판(G)에 조사되는 빔 스폿의 에너지 분포를 조정할 수 있지만, 그때에, 빔 스폿 전체의 길이도 변화되게 된다.In addition, although the energy distribution of the beam spot irradiated to the board | substrate G can be adjusted by changing the height of the
그 때문에, 공정마다 빔 스폿의 장축 길이를 변화시키고 싶지 않은 경우나, 반대로, 레이저 브레이크 공정에 있어서 장축의 길이를 더욱 짧게 조정하고 싶은 경우에는, 메니스커스 렌즈(31)와 폴리곤 미러(33)와의 거리를 조정함과 동시에, 폴리곤 미러(33), 반사 미러(32)를 일체로 이동하여, 기판(G)과의 거리를 조정하도록 하고, 장축 길이도 조정하도록 한다.Therefore, when the long axis length of the beam spot is not to be changed for each step, or on the contrary, when the long axis length is to be shortened in the laser brake step, the
이에 따라, 소망하는 빔 스폿 형상이고, 그리고, 소망하는 에너지 분포로써 가열을 행하도록 한다.As a result, a beam spot shape is desired, and heating is performed with a desired energy distribution.
레이저 브레이크 공정시에는, 에너지가 균일한 중앙부의 영역이 긴 톱 해트형의 에너지 분포를 갖는 빔 스폿을 조사함으로써 단시간에 보다 큰 입열량을 부여하도록 한다.In the laser brake process, a larger heat input amount can be given in a short time by irradiating a beam spot having a long hat-shaped energy distribution in a region in which the energy is uniform.
도 12는, 본 발명의 가공 방법에 따라서 레이저 브레이크 공정시에 형성하려고 하는 응력 구배를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 빔 스폿을 톱 해트형의 에너지 분포로 하여 기판 표층으로부터 단시간에 집중하여 가열해, 가열 영역(H)을 형성한다. 그러면, 기판 표층에 큰 압축 응력(HR)이 형성되고, 그 영향을 받아 기판 내부에는, 반대로 인장 응력(CR)이 발생한다. 기판 내부에 직전의 레이저 스크라이브 공정에 의해 발생한 크랙(Cr)이 존재하면, 인장 응력은 크랙(Cr)의 선단에 집중하게 되고, 그 결과, 크랙(Cr)은 더욱 깊게 침투하게 된다. 또한, 크랙(Cr)이 이면까지 도달함으로써 완전 분단되게 된다.12 is a cross-sectional view schematically showing a stress gradient to be formed during a laser brake process according to the machining method of the present invention. The beam spot is a top hat-shaped energy distribution, concentrated and heated in a short time from the substrate surface layer to form the heating region H. Then, large compressive stress HR is formed in the substrate surface layer, and under the influence, tensile stress CR is generated inside the substrate. If the crack Cr generated by the laser scribing process immediately before exists in the substrate, the tensile stress is concentrated at the tip of the crack Cr, and as a result, the crack Cr penetrates more deeply. In addition, when the crack Cr reaches to the rear surface, it is completely divided.
(가공 순서)(Processing sequence)
다음으로, 가공 장치(LC1)를 이용하여 기판(G)을 분단할 때의 가공 순서에 대해서 설명한다. 도 13은 가공 순서의 플로우 차트이다.Next, the processing procedure at the time of dividing the board | substrate G using the processing apparatus LC1 is demonstrated. 13 is a flowchart of a processing procedure.
우선, 기판(G)을 회전 테이블(12) 위에 올려놓고, 흡인 척(chuck)에 의해 고정한다. 회전 테이블(12)을 카메라(20, 21)의 아래로 이동하여, 카메라(20, 21)에 의해 유리 기판(A)에 각인되어 있는 얼라이먼트 마크(도시하지 않음)가 검출된다. 그 검출 결과에 기초하여, 스크라이브 예정 라인과, 회전 테이블(12), 슬라이드 테이블(2), 대좌(7)와의 위치의 관계 지음을 기억한다. 그리고 회전 테이블(12) 및 슬라이드 테이블(2)을 작동하여, 커터 휠(18)의 날끝 방향이 스크라이브 예정 라인의 방향으로 나란히 서도록 함과 함께, 초기 균열을 형성하는 위치의 근방에 날끝이 오도록 한다(S101). 이때의 위치를 가공 개시 위치로서 기억한다.First, the substrate G is placed on the rotary table 12 and fixed by a suction chuck. The rotary table 12 is moved below the
이어서, 승강 기구(17)를 작동하여 커터 휠(18)을 하강한다.Next, the
회전 테이블(12)(대좌(7))을 이동하여 기판단 커터 휠(18)을 압접한다. 이에 따라 초기 균열(TR)을 형성한다. 초기 균열(TR)이 형성되면, 승강 기구(17)를 작동하여 커터 휠(18)을 상승한다(S102).The rotary table 12 (base 7) is moved to press-contact the substrate
이어서, 기판(G)을 가공 개시 위치로 되돌리고, 레이저 장치(13)를 작동하여 제1회째의 레이저 빔을 조사한다. 이때 메니스커스 렌즈(31)의 위치를 조정하여, 폴리곤 미러(31)의 미러면에 비교적 큰 빔 지름(도 4~도 7 참조)으로 입사한다. 이에 따라, 기판(G)에 형성되는 빔 스폿의 에너지 분포가 완만하게 상승하는 상태의 에너지 분포로 한다. 또한, 냉각 노즐(16)로부터 냉매를 분사한다. 이 상태에서, 회전 테이블(12)(대좌(7))을 이동하여, 스크라이브 예정 라인을 따라서 빔 스폿 및 냉각 스폿을 주사함으로써, 스크라이브 라인을 형성한다(S103).Subsequently, the substrate G is returned to the processing start position, and the
이어서, 기판(G)을 가공 개시 위치로 되돌려, 제2회째의 레이저 빔을 조사한다. 이때 메니스커스 렌즈(31)의 위치를, 제1회째의 조사시보다도 반사 미러(32)로부터 멀리하여, 폴리곤 미러(33)의 미러면에 입사되는 빔 지름을 작게 줄인다(도 8~도 11 참조). 이에 따라, 기판(G)에 형성되는 빔 스폿의 에너지 분포가 가파르게 상승하여, 제1회째보다 톱 해트형의 에너지 분포로 한다. 냉각 노즐(16)은 분사를 계속해도 좋지만, 반드시 필요한 것은 아니기 때문에, 여기에서는 정지한다. 이 상태에서, 회전 테이블(12)(대좌(7))을 이동하여, 전회의 주사로 형성한 스크라이브 라인을 따라서, 톱 해트형의 에너지 분포를 갖는 빔 스폿을 주사한다. 이에 따라, 스크라이브 라인을 형성하고 있는 크랙이 깊게 침투하여, 기판 이면에 도달하면 완전 분단된다(S104).Subsequently, the substrate G is returned to the processing start position and the second laser beam is irradiated. At this time, the position of the
이와 같이 하여 형성된 스크라이브 라인은, 매우 우수한 가공 단면이며, 단면 강도도 강해진다.The scribe line formed in this way is a very excellent process cross section, and cross-sectional strength also becomes strong.
본 발명은, 유리 기판 등의 취성 재료 기판에 대하여, 깊은 스크라이브 라인을 형성하거나, 완전 분단하거나 하는 가공에 이용할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for processing to form a deep scribe line or to completely divide a brittle material substrate such as a glass substrate.
2 : 슬라이드 테이블
7 : 대좌(臺座)
12 : 회전 테이블
13 : 레이저 장치
16 : 냉각 노즐
17 : 승강 기구
18 : 커터 휠
31 : 메니스커스 렌즈
32 : 반사 미러
33 : 폴리곤 미러
G : 유리 기판(취성 재료 기판)
Cr : 크랙
Tr : 초기 균열2: slide table
7: pedestal
12: rotating table
13: laser device
16: cooling nozzle
17 lifting mechanism
18: cutter wheel
31: meniscus lens
32: reflective mirror
33: polygon mirror
G: glass substrate (brittle material substrate)
Cr: Crack
Tr: initial crack
Claims (4)
제1회째의 레이저 조사에 의한 제1 빔 스폿을 스크라이브 예정 라인을 따라서 상대 이동시켜 상기 기판을 가열함과 함께, 제1 빔 스폿이 통과한 직후의 부위를 냉각함으로써, 깊이 방향으로 변화하는 응력 구배를 발생시켜 유한 깊이의 스크라이브 라인을 형성하는 레이저 스크라이브 공정과,
제2회째의 레이저 조사에 의한 제2 빔 스폿을 상기 스크라이브 라인을 따라서 상대 이동시켜, 상기 스크라이브 라인을 더욱 깊게 침투, 또는, 완전 분단시키는 레이저 브레이크 공정으로 이루어지고,
레이저 브레이크 공정시에 폴리곤 미러에 입사되는 레이저 빔 지름이, 레이저 스크라이브 공정시에 입사되는 레이저 빔 지름보다도 작아지도록 조정하여 조사하는 취성 재료 기판의 가공 방법.The substrate is processed by repeatedly reflecting a laser beam emitted from a laser light source with a polygon mirror rotating at a high speed so that a beam spot is formed on a brittle material substrate, and moving the beam spot along a predetermined scribe line set on the substrate. As a processing method of a brittle material substrate to
The stress gradient changes in the depth direction by relatively moving the first beam spot by the first laser irradiation along the scribe scheduled line to heat the substrate and cooling the portion immediately after the first beam spot passes. A scribe process for generating a scribe line having a finite depth by
And a laser brake process in which the second beam spot by the second laser irradiation is relatively moved along the scribe line, so as to penetrate the scribe line even more deeply or completely divide it.
A method for processing a brittle material substrate in which the laser beam diameter incident on the polygon mirror during the laser brake process is adjusted to be smaller than the laser beam diameter incident on the laser scribe process.
레이저 광원과 폴리곤 미러와의 사이의 레이저 빔의 광로 상에 형성된 집광 광학 소자의 위치를 변경하여 폴리곤 미러에 입사되는 레이저 빔 지름을 조정하는 취성 재료 기판의 가공 방법.The method of claim 1,
A method for processing a brittle material substrate, in which a laser beam diameter incident on a polygon mirror is adjusted by changing a position of a light converging optical element formed on an optical path of a laser beam between a laser light source and a polygon mirror.
레이저 브레이크 공정시에, 상기 집광 광학 소자의 초점 위치 근방에 폴리곤 미러를 접근시키도록 조정하는 취성 재료 기판의 가공 방법.The method of claim 2,
A method of processing a brittle material substrate, the laser brake step of adjusting to bring the polygon mirror near the focal position of the light converging optical element.
집광 광학 소자의 위치와 함께, 폴리곤 미러와 기판과의 사이의 거리를 동시에 조정하는 취성 재료 기판의 가공 방법.The method according to claim 2 or 3,
A processing method of a brittle material substrate which simultaneously adjusts the distance between the polygon mirror and the substrate together with the position of the condensing optical element.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |