專利名稱：脆性材料基板的加工方法
脆性材料基板的加工方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于一種脆性材料基板的加工方法，更詳言之，是沿設(shè)定在基板的劃 線預(yù)定線照射第一次的激光(即雷射)光束，在基板上形成由有限深度的裂痕構(gòu)成的劃 線，其次照射第2次的激光光束，以使劃線更深地滲透或完全地?cái)嚅_(kāi)。
此處的脆性材料基板是指玻璃基板、燒結(jié)材料的陶瓷、單結(jié)晶硅、半導(dǎo)體晶 圓、藍(lán)寶石基板、陶瓷基板等。
背景技術(shù)：
若使用對(duì)玻璃基板等的脆性材料基板照射激光光束、掃描形成在基板上的光束 點(diǎn)進(jìn)行線狀加熱并進(jìn)而在加熱后立即噴吹冷媒以使其冷卻的激光劃線加工方法，即能使 碎屑的產(chǎn)生較使用刀輪等機(jī)械式加工更為減低，且能提升端面強(qiáng)度。
因此，在分割以平面面板顯示器為首的玻璃基板等所需的各種工藝中，是采用 激光劃線加工。
一般而言，激光劃線加工中，是設(shè)定欲從該處分割的假想線(稱為劃線預(yù)定 線)。接著，藉由刀輪等在劃線預(yù)定線的開(kāi)始端即基板端形成初期龜裂，從形成于開(kāi)始端 的初期龜裂的位置沿劃線預(yù)定線掃描光束點(diǎn)及冷卻點(diǎn)(噴射冷媒的區(qū)域)。此時(shí)，在基于 劃線預(yù)定線附近所產(chǎn)生的溫度分布而產(chǎn)生應(yīng)力梯度的結(jié)果，即會(huì)形成線狀的裂痕(參照 專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3)。
此外，藉由對(duì)脆性材料基板掃描激光光束而形成的線狀裂痕中，有裂痕的深度 方向的前端未到達(dá)基板背面的「有限深度的裂痕」、以及裂痕到達(dá)基板背面而使基板一 次斷開(kāi)的「貫通裂痕」(參照例如專利文獻(xiàn)2)。
藉由前者的「有限深度的裂痕」而形成的切痕稱為劃線，后者的貫通裂痕的分 割線稱為全切斷線。此等是藉由不同的方式形成。
圖8是以示意方式顯示形成有限深度的方式的基板的截面圖。亦即，藉由先進(jìn) 行的激光加熱，而如圖8 (a)所示在基板GA產(chǎn)生壓縮應(yīng)力HR。其次，藉由加熱后的冷 卻，而如圖8(b)所示在基板表面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力CR。此時(shí)因熱的移動(dòng)而使壓縮應(yīng)力HR 在基板內(nèi)部移動(dòng)，而形成內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)ffin。其結(jié)果，即如圖8(c)所示，產(chǎn)生深度方向 的應(yīng)力梯度，而形成裂痕Cr。
藉由上述方式形成裂痕Cr的條件中，需為了阻止存在于基板內(nèi)部的壓縮應(yīng)力場(chǎng) Hin往裂痕Cr的深度方向進(jìn)一步滲透，裂痕Cr是在基板內(nèi)部的壓縮應(yīng)力場(chǎng)Hin前停止， 原理上裂痕Cr即形成有限深度。因此，為了使基板完全斷開(kāi)，在形成裂痕Cr的有限深 度的劃線后，必須進(jìn)一步進(jìn)行裂斷處理。另一方面，裂痕Cr的劃線的加工端面非常漂亮 (表面凹凸小)且直進(jìn)性優(yōu)異，作為加工端面為理想狀態(tài)。
圖9是以示意方式顯示形成貫通裂痕的方式的基板的立體圖(圖9(a))與俯視圖 (圖9(b))。亦即藉由從初期龜裂TR的位置掃描的激光光束的光束點(diǎn)BS，使基板表面產(chǎn) 生壓縮應(yīng)力HR。同時(shí)，藉由位于光束點(diǎn)BS后方的冷卻點(diǎn)CS，使基板表面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力CR。其結(jié)果，在掃描線上(劃線預(yù)定線L上)形成前后方向的應(yīng)力梯度，藉由此應(yīng)力梯 度，產(chǎn)生沿掃描線方向使基板左右裂開(kāi)的力量，而形成貫通裂痕，藉以使基板斷開(kāi)。
形成此「貫通裂痕」的情形，具有在不進(jìn)行裂斷處理的情況下即能使基板斷開(kāi) (全切斷)的優(yōu)點(diǎn)，依加工用途的不同雖亦有使用此方式的斷開(kāi)較佳的情形，然而與上述 劃線的加工端面相較，有時(shí)會(huì)有全切斷線的加工端面的直進(jìn)性受損的情形，又，全切斷 線的端面的漂亮程度(表面的凹凸)與上述劃線相較其品質(zhì)亦較差。
此外，藉由激光劃線加工形成劃線或全切斷線，是取決于加熱條件(激光波 長(zhǎng)、照射時(shí)間、輸出功率、掃描速度等)、冷卻條件(冷媒溫度、噴吹量、噴吹位置 等)、基板的板厚等。一般而言，玻璃基板的板厚較薄的情形與較厚的情形相較，較容易 成為全切斷線，能形成劃線的加工條件的工藝容許度較為狹窄。
基于上述，當(dāng)欲對(duì)玻璃基板等進(jìn)行端面品質(zhì)優(yōu)異的分割加工時(shí)，是選擇不形成 全切斷線而形成劃線的方式的條件進(jìn)行激光劃線，其后進(jìn)行裂斷處理。
在激光劃線加工后進(jìn)行的裂斷處理方法，有利用機(jī)械式的裂斷處理，亦即將裂 斷具等緊壓于劃線以施加彎曲力矩。在機(jī)械式裂斷處理的情形，當(dāng)對(duì)基板施加較大的彎 曲力矩時(shí)即會(huì)產(chǎn)生碎屑。因此，在須避免碎屑產(chǎn)生的工藝中，需盡可能地形成深劃線， 并僅施加較小彎曲力矩來(lái)進(jìn)行裂斷處理。
因此，以往是進(jìn)行以下的激光裂斷處理沿透過(guò)激光劃線加工形成的劃線進(jìn)行 第二次的激光照射，使有限深度的裂痕更深地滲透(此時(shí)是再度進(jìn)行機(jī)械式裂斷處理)或 使裂痕滲透至背面以使其斷開(kāi)(參照例如專利文獻(xiàn)1 專利文獻(xiàn)3)。
專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2001-130921號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2006-256944號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 W02003/008352號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容
如上述，藉由第1次的激光照射進(jìn)行用以形成劃線的激光劃線加工，其次藉由 第2次的激光照射進(jìn)行激光裂斷處理，即能實(shí)現(xiàn)可抑制碎屑產(chǎn)生的斷開(kāi)加工。然而，當(dāng) 激光劃線加工、亦即藉由第1次的激光照射而形成的劃線較淺時(shí)，即難以藉由其后的激 光裂斷處理使裂痕到達(dá)基板背面。因此，欲藉由激光裂斷處理使基板完全地?cái)嚅_(kāi)，須在 激光劃線加工時(shí)先形成較深的劃線。
又，即使透過(guò)激光裂斷處理不完全使基板斷開(kāi)的情形，在激光劃線加工先形成 較深的劃線，亦能在其后的激光裂斷處理中較容易地形成更深的劃線，因此非常理想。
此外，當(dāng)欲藉由激光劃線加工形成較以往技術(shù)深的劃線，則須變更以往形成劃 線時(shí)的加熱條件或冷卻條件。具體而言，需提高激光輸出以增大加熱的熱輸入量，或增 大冷卻時(shí)的冷媒噴吹量，設(shè)定成較以往更容易產(chǎn)生深度方向的溫度差的極端條件，以增 大在基板產(chǎn)生的深度方向的應(yīng)力梯度。
然而，若按照以往激光劃線加工的加工步驟，移行至增大應(yīng)力梯度的加熱條 件、冷卻條件，即無(wú)法藉由第1次的激光照射形成較深的劃線，反倒是裂痕會(huì)貫通基板 (移行至形成貫通裂痕的方式)，而形成全切斷線。亦即，藉由適當(dāng)?shù)剡x擇激光劃線加工 時(shí)的加熱條件或冷卻條件雖能較容易地形成淺劃線，然而即使欲形成較深劃線，而將加熱條件或冷卻條件變更為較以往所使用的條件稍微極端的條件，即會(huì)有可供設(shè)定的加熱 條件或冷卻條件的范圍不存在或即使存在但可供設(shè)定的范圍(工藝容許度)亦狹窄而不穩(wěn) 定，導(dǎo)致突然移行至形成全切斷線的條件，而難以形成所欲的較深劃線。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種脆性材料基板的加工方法，其能在藉由激 光劃線加工于基板形成劃線后，進(jìn)行激光裂斷處理使基板完全斷開(kāi)或形成較深的裂痕 時(shí)，能進(jìn)行穩(wěn)定的激光裂斷處理。
又，本發(fā)明的目的在于提供一種脆性材料基板的加工方法，其能穩(wěn)定地執(zhí)行加 工端面的端面品質(zhì)優(yōu)異的斷開(kāi)加工。
本發(fā)明是觀察以激光劃線加工形成的加工面并檢討其特征后所完成。亦即，為 解決上述課題而完成的本發(fā)明的脆性材料基板的加工方法，是沿設(shè)定在脆性材料基板的 第1基板端至第2基板端的劃線預(yù)定線，藉由以下步驟進(jìn)行二次激光照射，以對(duì)基板進(jìn)行加工。
(a)首先進(jìn)行初期龜裂形成步驟，在該第1基板端附近的劃線預(yù)定線上形成初期 龜裂。此時(shí)，雖亦可與以往的激光劃線加工時(shí)的初期龜裂同樣地形成于基板端(第1基 板端)，但亦可在劃線預(yù)定線上形成于基板內(nèi)側(cè)。
(b)其次進(jìn)行激光劃線步驟，使第1次激光照射的光束點(diǎn)自第1基板端側(cè)沿劃線 預(yù)定線相對(duì)移動(dòng)至第2基板端，而將基板以軟化溫度以下的溫度加熱，且對(duì)光束點(diǎn)通過(guò) 后的部位立即噴吹冷媒以使其冷卻，利用在劃線預(yù)定線產(chǎn)生的深度方向的應(yīng)力梯度沿劃 線預(yù)定線形成有限深度的劃線。
此時(shí)，藉由適當(dāng)選擇光束點(diǎn)的加熱條件、冷卻點(diǎn)的冷卻條件，形成基于深度方 向的應(yīng)力梯度形成的有限深度的裂痕所構(gòu)成的劃線，且不形成全切斷線。具體而言，若 過(guò)于設(shè)定使基板表面的溫度差變?yōu)闃O端的加熱條件(例如增大激光輸出)或冷卻條件(例 如增大冷媒噴射量)，即會(huì)有較劃線更容易形成為全切斷線的傾向，因此不設(shè)成與以往相 同程度的條件，亦即不將加熱條件或冷卻條件設(shè)定成過(guò)于極端的條件。
(c)進(jìn)而進(jìn)行激光裂斷步驟，使第2次激光照射的光束點(diǎn)沿劃線自第2基板端以 反方向相對(duì)移動(dòng)至該第1基板端，以使劃線更深地滲透或完全地?cái)嚅_(kāi)。
亦即，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可在進(jìn)行(b)的激光劃線步驟后的加工終端即第2基板端局 部地形成較深的裂痕。接著，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若以較深裂痕為起點(diǎn)進(jìn)行激光裂斷處理，與 以較淺裂痕為起點(diǎn)的激光裂斷處理相較，能將劃線形成為較深。
因此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在(b)的激光劃線步驟后，執(zhí)行第2次激光照射的激光裂斷 步驟時(shí)，可從局部形成有較深裂痕的第2基板端沿劃線往反方向進(jìn)行加熱。藉此，以存 在于第2基板端的較深裂痕為起點(diǎn)的裂痕，即可沿劃線一邊維持裂痕深度一邊進(jìn)行，而 能將此時(shí)形成的裂痕深度，形成為與第2基板端附近的深裂痕同等以上的深度。藉由此 方法，可簡(jiǎn)單地形成較第2次激光照射沿與第1次激光照射相同方向進(jìn)行時(shí)更深的裂痕， 又，能使深裂痕到達(dá)背面?zhèn)榷蛊鋽嚅_(kāi)。
根據(jù)本發(fā)明，藉由以在激光劃線步驟形成的第2基板端的局部較深的裂痕為起 點(diǎn)進(jìn)行激光裂斷處理，即能沿劃線預(yù)定線往反方向使較深裂痕進(jìn)展，而能簡(jiǎn)單且穩(wěn)定地 形成較以往技術(shù)深的劃線，且能簡(jiǎn)單地進(jìn)行斷開(kāi)加工。
又，由于能以局部較深的裂痕為起點(diǎn)執(zhí)行激光裂斷處理，因此在激光裂斷處理時(shí)，能使可供設(shè)定的工藝容許度(能設(shè)定為加工條件的范圍)較寬。
在上述發(fā)明的(a)的初期龜裂形成步驟中，該初期龜裂最好是形成為與第1基板 端分離。
藉由使初期龜裂與第1基板端分離，而可在(b)的激光劃線步驟時(shí)不易形成全切 斷線。因此，能將激光劃線步驟時(shí)的加熱條件或冷卻條件，變更為較以往技術(shù)溫度差更 大的條件(較以往技術(shù)更為激烈的條件)，可供設(shè)定的工藝容許度較寬廣，且能形成較以 往技術(shù)更深的裂痕。
又，與在第1基板端形成初期龜裂的情形相較，能減低裂痕的行進(jìn)方向無(wú)法控 制的先行現(xiàn)象的產(chǎn)生。所謂「先行」，是指圖10所示，在劃線預(yù)定線L的開(kāi)始激光照 射的側(cè)的基板端即開(kāi)始端(第1基板端)，形成于開(kāi)始端的初期龜裂TR被光束點(diǎn)BS加熱 時(shí)，在以光束點(diǎn)BS的加熱區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)朝向光束點(diǎn)前方的無(wú)法控制的方向形成裂痕K的現(xiàn) 象。當(dāng)產(chǎn)生「先行」現(xiàn)象時(shí)，即無(wú)法形成沿著劃線預(yù)定線L的劃線，劃線的直進(jìn)性顯著 受損。
在第1基板端形成初期龜裂的情形下，雖在欲形成較深劃線而將加熱條件或冷 卻條件調(diào)整至較以往更極端的加熱條件或冷卻條件時(shí)，上述「先行」現(xiàn)象產(chǎn)生的頻率亦 增高，但藉由使初期龜裂與第1基板端分離，即使調(diào)整至稍微極端的加熱條件或冷卻條 件時(shí)，亦不會(huì)產(chǎn)生先行現(xiàn)象。
再者，在(a)的初期龜裂形成步驟中，該初期龜裂亦可藉由壓接于刀尖形成有周 期槽的具槽部刀輪而形成。
此處，作為具周期槽部刀輪，具體而言可使用三星鉆石工業(yè)股份有限公司制的 高滲透刀尖「PENET」(注冊(cè)商標(biāo))或「APIO」(注冊(cè)商標(biāo))。
藉由使用在刀尖形成有周期槽的刀輪，在刀尖于基板面變得不易滑動(dòng)，而在與 基板端分離的位置形成初期龜裂時(shí)，能僅滾動(dòng)較短的距離(Imm 2mm左右)即確實(shí)地 形成穩(wěn)定的初期龜裂。
又，在(c)的激光裂斷步驟中，亦可在使第2次激光照射的光束點(diǎn)沿劃線自第2 基板端沿反方向相對(duì)移動(dòng)至第1基板端時(shí)，對(duì)光束點(diǎn)通過(guò)的前方部位噴吹冷媒以使其冷卻。
藉此，在激光裂斷步驟時(shí)，可藉由基板表面與基板內(nèi)部間的較大溫度差，使基 板表面強(qiáng)烈產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，使基板內(nèi)部強(qiáng)烈產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，而能產(chǎn)生往深度方向拉裂的 力，使深裂痕更深地滲透。


圖1是在實(shí)施本發(fā)明的基板加工方法時(shí)所使用的基板加工裝置的概略構(gòu)成圖。
圖2(a)及(b)是顯示具周期槽部的刀輪構(gòu)成的圖。
圖3(a) (e)是顯示本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的加工方法的動(dòng)作步驟一部分的圖。
圖4(f)及(g)是顯示本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的加工方法的動(dòng)作步驟一部分的圖。
圖5(a)及(b)是顯示劃線的分割面的照片。
圖6是示意地顯示將在激光裂斷處理時(shí)形成的應(yīng)力梯度的截面圖。
圖7(a) (C)是以示意方式顯示以深裂痕為開(kāi)始端進(jìn)行激光裂段處理時(shí)的分割面的行進(jìn)狀態(tài)的截面圖。
圖8(a) (c)是以示意方式顯示形成有限深度的方式的截面圖。
圖9(a)及(b)是以示意方式顯示形成全切斷線的方式的立體圖及俯視圖。
圖10是顯示在基板端產(chǎn)生的先行現(xiàn)象的圖。
2滑動(dòng)臺(tái)7臺(tái)座
12旋轉(zhuǎn)臺(tái)13激光裝置
16冷卻嘴17升降機(jī)構(gòu)
18具周期槽部的刀輪 A玻璃基板(脆性材料基板)
BS光束點(diǎn)CS冷卻點(diǎn)
Cr裂痕Crl深裂痕
Cr2裂痕 初期龜裂具體實(shí)施方式
以下，根據(jù)圖式說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
最初，說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的加工方法時(shí)所使用的基板加工裝置一例。
圖1是能實(shí)施本發(fā)明的加工方法的基板加工裝置LSl的概略構(gòu)成圖。此處雖以 加工玻璃基板的情形為例進(jìn)行說(shuō)明，但硅基板等的脆性材料基板亦相同。
首先，說(shuō)明基板加工裝置LSl的整體構(gòu)成。設(shè)有沿著在水平架臺(tái)1上平行配置 的一對(duì)導(dǎo)軌3、4在圖1紙面前后方向(以下稱為Y方向)上往復(fù)移動(dòng)的滑動(dòng)臺(tái)2。且形 成為在兩導(dǎo)軌3、4之間沿著前后方向配置有導(dǎo)螺桿5，在該導(dǎo)螺桿5上螺合有固定于 滑動(dòng)臺(tái)2的固定件6，并藉由以馬達(dá)(未圖示)使導(dǎo)螺桿5正、反轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑動(dòng)臺(tái)2沿著 導(dǎo)軌3、4往復(fù)移動(dòng)于Y方向上。
在滑動(dòng)臺(tái)2上配置有沿著導(dǎo)軌8往復(fù)移動(dòng)于圖1的左右方向(以下稱為X方向) 的水平臺(tái)座7。在固定于臺(tái)座7上的支架IOa上貫通螺合有以馬達(dá)9轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)螺桿10， 藉由導(dǎo)螺桿10正、反轉(zhuǎn)動(dòng)，使臺(tái)座7沿著導(dǎo)軌8往復(fù)移動(dòng)于X方向。
在臺(tái)座7上設(shè)置有以旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)12，且玻璃基板A在水平的狀態(tài) 下安裝于該旋轉(zhuǎn)臺(tái)12上。該玻璃基板A例如用于切出較小單位基板的母基板。旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)11使旋轉(zhuǎn)臺(tái)12繞垂直的軸旋轉(zhuǎn)，且形成為可以相對(duì)于基準(zhǔn)位置成為任意旋轉(zhuǎn)角度的方 式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。又，玻璃基板A藉由吸引夾頭固定于旋轉(zhuǎn)臺(tái)12上。
在旋轉(zhuǎn)臺(tái)12的上方，激光裝置13與光學(xué)保持器14保持于安裝框架15上。
激光裝置13，作為脆性材料基板的加工用途，使用通常的激光裝置即可，具體 而言，使用準(zhǔn)分子激光、YAG激光、二氧化碳激光或一氧化碳激光等。在玻璃基板A 的加工中，較佳為使用可振蕩出玻璃材料的能量吸收效率較大的波長(zhǎng)的光的二氧化碳激 光。
自激光裝置13射出的激光光束，其預(yù)先設(shè)定的形狀的光束點(diǎn)藉由組裝有用于調(diào) 整光束形狀的透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)保持器14照射至玻璃基板A上。關(guān)于光束點(diǎn)的形狀， 雖具有長(zhǎng)軸的形狀(橢圓形、長(zhǎng)圓形等)可沿著劃線預(yù)定線高效率地進(jìn)行加熱這一方面較 為優(yōu)異，但只要可在低于軟化溫度的溫度下進(jìn)行加熱的形狀，光束點(diǎn)的形狀并無(wú)特別限 定。本實(shí)施形態(tài)中是形成橢圓形狀的光束點(diǎn)。
在安裝框架15，接近光學(xué)保持器14設(shè)置有冷卻嘴16。冷媒由冷卻嘴16進(jìn)行噴 射。冷媒可使用冷卻水、壓縮空氣、氦氣、二氧化碳等，在本實(shí)施形態(tài)中是噴射壓縮空 氣。從冷卻嘴16噴射出的冷卻媒體朝向自光束點(diǎn)的左端稍微分離的位置，藉以在玻璃基 板A表面形成冷卻點(diǎn)。
又，在安裝框架15透過(guò)升降機(jī)構(gòu)17安裝有具周期槽部的刀輪18。該刀輪18是 在于玻璃基板A形成初期龜裂 時(shí)，從玻璃基板A上方暫時(shí)地下降而使用。
圖2是具周期槽部的刀輪的示意圖，圖2(a)是前視圖，圖2(b)是側(cè)視圖。此具 周期槽部的刀輪18是沿刀尖18a周期性地形成有槽部18b(此外，圖2中為了方便說(shuō)明， 是將在刀尖18a的槽部18b的大小較實(shí)際更為夸張地描繪)。具體而言是按照1 20mm 的刀輪徑，在20μιη 200μιη的范圍設(shè)置槽間距。又，槽深為2 μ m 2500 μ m。
藉由使用上述特殊刀尖的刀輪，不僅能形成較不具槽部的刀輪更深地滲透的裂 痕，且刀尖不易于基板面滑動(dòng)，因此在形成初期龜裂時(shí)，能僅滾動(dòng)較短的距離(Imm 2mm左右)即在基板面確實(shí)地形成初期龜裂。
又，在基板加工裝置LSl中搭載有可檢測(cè)刻印在玻璃基板A上的用于定位的對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記的攝影機(jī)20，可自藉由攝影機(jī)20所檢測(cè)出的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置求出設(shè)定于基板A上 的劃線預(yù)定線的位置與旋轉(zhuǎn)臺(tái)12的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，并正確地定位成刀輪18的下降位置或 激光光束的照射位置可到達(dá)劃線預(yù)定線上。
繼而，就上述基板加工裝置LSl的加工動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖3是顯示藉由第1次 激光照射而形成劃線為止的激光劃線加工的加工動(dòng)作步驟的圖，圖4是顯示藉由第2次激 光照射而進(jìn)行激光裂斷處理為止的加工動(dòng)作步驟的圖。此外，圖3、圖4中僅圖示圖1的 主要部位。
首先，如圖3(a)所示，將玻璃基板A載置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)12之上，且以吸引夾頭固 定。藉由攝影機(jī)20(圖1)檢測(cè)出刻印于玻璃基板A的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(未圖示)，并根據(jù)其檢 測(cè)結(jié)果，建立劃線預(yù)定線、旋轉(zhuǎn)臺(tái)12、滑動(dòng)臺(tái)2、臺(tái)座7的位置關(guān)系。之后，使旋轉(zhuǎn)臺(tái) 12以及滑動(dòng)臺(tái)2作動(dòng)，以將位置調(diào)整成刀輪18的刀尖方向與劃線預(yù)定線的方向一致。
其次，如圖3(b)所示，使臺(tái)座7作動(dòng)以使旋轉(zhuǎn)臺(tái)12移動(dòng)，以使刀輪18來(lái)到玻 璃基板A中將形成第1初期龜裂 的第1基板端Al附近且與第1基板端Al分離的位置 的上方。
其次，如圖3(c)所示，使升降機(jī)構(gòu)17作動(dòng)而使刀輪18下降。接著使刀尖壓接 于基板A以形成初期龜裂 。此時(shí)使臺(tái)座7移動(dòng)2mm左右而在基板上使刀輪18滾動(dòng)， 藉以確實(shí)地形成穩(wěn)定的初期龜裂 。
其次，如圖3(d)所示，使升降機(jī)構(gòu)17及旋轉(zhuǎn)臺(tái)12返回原來(lái)的位置(圖3 (a)的 位置)，并使激光裝置13作動(dòng)以照射激光光束。且自冷卻嘴16噴射冷媒。此時(shí)照射的 激光輸出或冷媒噴射量等的加熱條件、冷卻條件，是設(shè)定在不會(huì)在初期龜裂 的位置產(chǎn) 生貫通裂痕(亦即不成為全切斷)的范圍內(nèi)。
如本實(shí)施形態(tài)所示，由于將初期龜裂 與基板端(第1基板端Al)分離而形成 于基板內(nèi)側(cè)位置，因此即使在第1基板端Al產(chǎn)生往左右拉裂的力(使之成為全切斷狀態(tài) 的力)，無(wú)初期龜裂 的第1基板端Al仍是難以產(chǎn)生裂痕的狀態(tài)，因此與預(yù)先在基板端 Al形成初期龜裂的情形相較，不易成為全切斷。又，關(guān)于所照射的激光輸出或冷媒噴射量等加熱條件、冷卻條件，可選擇不致成為全切斷的條件的工藝容許度增加。因此，作 為所設(shè)定的加熱條件或冷卻條件，亦可選擇較初期龜裂形成于基板端時(shí)更極端的條件、 亦即可形成更深劃線的條件。
其次，如圖3(e)所示，使臺(tái)座7(圖1)移動(dòng)，以使形成于基板A上的激光光束 的光束點(diǎn)及來(lái)自冷卻嘴16的冷媒的冷卻點(diǎn)沿劃線預(yù)定線掃描。
藉由以上動(dòng)作，在基板A形成以初期龜裂 的位置為起點(diǎn)的由有限深度的裂痕 Cr所構(gòu)成的劃線。接著，在不致成為貫通裂痕的范圍內(nèi)選擇激光的加熱條件或冷媒的冷 卻條件，藉此能形成以往難以形成的較深劃線。此時(shí)，在基板A的初期龜裂 側(cè)的基板 端(第1基板端Al)存在未形成有裂痕Cr的區(qū)域。
另一方面，在基板A的劃線終端(第2基板端A》，局部地形成有較形成于基板 中央的有限深度的裂痕Cr深的裂痕Crl的區(qū)域。其原因在于，在基板中央的劃線與基板 終端的劃線之間，加熱、冷卻后的熱的移動(dòng)狀況不同，在基板端的熱較中央部分更容易 聚集，且溫度變化較為激烈。
圖5是顯示劃線的分割面的照片，圖5(a)是基板中央部分，圖5(b)是終端部 分。板厚為2.8mm的基板中，相較于裂痕Cr的深度在基板中央部分為0.48mm，終端的 裂痕Crl滲透至1.6mm。
如上述，由于可在劃線終端形成局部較深的裂痕Crl，因此為了利用此點(diǎn)進(jìn)行激 光裂斷處理，第2次激光照射是自終端(第2基板端A2)側(cè)往反方向掃描。
亦即，如圖4(f)所示，使激光裝置13作動(dòng)而照射激光光束。此時(shí)的加熱條件， 留待后述。
其次，如圖4(g)所示，使臺(tái)座7移動(dòng)，而使基板A上所形成的光束點(diǎn)沿劃線自 第2基板端A2以反方向往第1基板端Al掃描。藉此深裂痕Crl即成為起點(diǎn)而陸續(xù)沿劃 線行進(jìn)，而可將較以往深的劃線形成至第1基板端Al為止。此外，在第1基板端Al附 近雖存在未形成有裂痕Cr的區(qū)域，但深裂痕仍能毫無(wú)問(wèn)題地連續(xù)行進(jìn)至第1基板端Al。
此處，說(shuō)明激光裂斷處理時(shí)的加熱條件。激光輸出等的加熱條件，雖亦可與第 1次激光照射時(shí)相同，但最好設(shè)定成如下。
在激光裂斷處理中，設(shè)定成使掃描速度較第1次激光照射時(shí)更快，縮短在劃線 上的各點(diǎn)的加熱時(shí)間(激光輸出設(shè)定成較高)，且對(duì)劃線表層僅加熱短時(shí)間。其理由在 于，如此可在基板表層與基板內(nèi)部之間形成用以使裂痕Cr深入滲透的應(yīng)力梯度。
圖6，是以示意方式顯示將在激光裂斷處理時(shí)形成的應(yīng)力梯度的截面圖。短時(shí)間 加熱基板表層而形成加熱區(qū)域H。接著，在基板表層形成較大壓縮應(yīng)力HR，受到其影響 使基板內(nèi)部產(chǎn)生相反的拉伸應(yīng)力CR。當(dāng)在基板內(nèi)部存在裂痕Cr時(shí)，拉伸應(yīng)力即集中于 裂痕Cr前端，其結(jié)果，裂痕Cr可更深地滲透。
若逐漸增長(zhǎng)基板表層的加熱時(shí)間，熱即傳遞至基板內(nèi)部使產(chǎn)生于深度方向的溫 度差變小。其結(jié)果使深度方向的應(yīng)力梯度變?nèi)酢Ｒ虼?，在激光裂斷處理中，為了設(shè)定易 于基板表層形成壓縮應(yīng)力、在基板內(nèi)部形成拉伸應(yīng)力的加熱條件、冷卻條件，最好選擇 在基板不軟化的溫度范圍內(nèi)在短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)烈加熱的加熱條件。又，亦可藉由在加熱前預(yù) 先噴吹冷媒先予以冷卻，即能使深度方向的溫度差變大，以較容易在基板內(nèi)部產(chǎn)生拉伸 應(yīng)力。
又，說(shuō)明藉由以深裂痕Crl為起點(diǎn)而形成較以往深的劃線的理由。
藉由以形成于第2基板端A2的較深的裂痕Crl作為激光裂斷處理的開(kāi)始端， 能將拉伸應(yīng)力集中的裂痕前端的初期位置設(shè)為基板的較深位置。在此狀態(tài)下進(jìn)行激光 照射，藉此能給予基板表層強(qiáng)烈的壓縮應(yīng)力。藉此，拉伸應(yīng)力集中于較深位置的裂痕 前端，基板表面至裂痕前端的距離越長(zhǎng)至某程度，即越能使欲將裂痕擴(kuò)展開(kāi)的較大力量 (力矩)作用于拉斷裂痕前端的方向，因此能使裂痕簡(jiǎn)單地滲透。
圖7，是以示意方式顯示以深裂痕Crl為開(kāi)始端進(jìn)行激光裂斷處理時(shí)的分割面的 行進(jìn)狀態(tài)的截面圖。隨著光束點(diǎn)的掃描，而如圖7(a)、圖7(b)、圖7(c)所示，藉由一 邊維持深裂痕Crl的深度一邊進(jìn)行激光裂斷處理，使裂痕&2陸續(xù)行進(jìn)。
如上述，在激光裂斷處理時(shí)，藉由從第2基板端側(cè)朝向第1基板端以反方向照射 激光照射，而能形成較以往更深的裂痕Cr2所構(gòu)成的劃線，又，當(dāng)裂痕Cr2深達(dá)背面時(shí)即 能藉由激光裂斷處理使基板完全斷開(kāi)。
藉由此方式形成的斷開(kāi)面非常漂亮且直進(jìn)性優(yōu)異，作為加工端面為理想狀態(tài)。
此外，上述實(shí)施形態(tài)中，雖是將初期龜裂 形成于與第1基板端Al分離的位 置，但亦可與現(xiàn)有習(xí)知相同地自第1基板端Al形成。此情形下，在激光劃線加工時(shí)，由 于在第1次激光照射的加熱條件、冷卻條件的工藝容許度較為狹窄，因此藉由第1次激光 照射形成的劃線與現(xiàn)有習(xí)知同樣地?zé)o法形成地較深，但在此情形下，藉由使第2次的激 光照射從第2基板端A2朝向第1基板端Al掃描，即能以深裂痕Crl為開(kāi)始端形成較以 往深的裂痕Cr2所構(gòu)成的劃線。
此外，為了確認(rèn)激光劃線加工中的裂痕的形成及激光裂斷處理中的裂痕的滲 透，亦可以光學(xué)感測(cè)器檢測(cè)裂痕的有無(wú)或深度。此時(shí)，只要在激光劃線加工時(shí)以冷卻點(diǎn) 的相對(duì)移動(dòng)方向后方為檢查范圍，在激光裂斷處理時(shí)以光束點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)方向后方為檢 查范圍檢測(cè)裂痕的有無(wú)或深度即可。亦可在與上述兩個(gè)檢查范圍分別對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置兩 個(gè)感測(cè)器，亦可設(shè)置一個(gè)感測(cè)器使其藉由氣缸等而能移動(dòng)至與上述兩個(gè)檢查范圍分別對(duì) 應(yīng)的位置。
本發(fā)明，能利用于將較深劃線形成于玻璃基板等的脆性材料基板的加工，或利 用于使之完全斷開(kāi)的加工。
權(quán)利要求
1.一種脆性材料基板的加工方法，沿設(shè)定在脆性材料基板的第1基板端至第2基板端 的劃線預(yù)定線進(jìn)行二度激光照射，以對(duì)該基板進(jìn)行加工，其特征在于，具有(a)初期龜裂形成步驟，是在該第1基板端附近的劃線預(yù)定線上形成初期龜裂；(b)激光劃線步驟，使第1次激光照射的光束點(diǎn)自該第1基板端側(cè)沿該劃線預(yù)定線相 對(duì)移動(dòng)至該第2基板端，而將該基板以軟化溫度以下的溫度加熱，且對(duì)該光束點(diǎn)通過(guò)后 的部位立即噴吹冷媒以使其冷卻，利用在該劃線預(yù)定線產(chǎn)生的深度方向的應(yīng)力梯度沿該 劃線預(yù)定線形成有限深度的劃線；(C)激光裂斷步驟，使第2次激光照射的光束點(diǎn)沿該劃線自該第2基板端以與激光劃 線步驟相反方向相對(duì)移動(dòng)至E該第1基板端，以使該劃線更深地滲透或完全地?cái)嚅_(kāi)。
2.如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板的加工方法，其中，在(a)的初期龜裂形成步驟 中，該初期龜裂形成為與第1基板端分離。
3.如權(quán)利要求2所述的脆性材料基板的加工方法，其中，在(a)的初期龜裂形成步驟 中，該初期龜裂是藉由壓接于刀尖形成有周期槽的具槽部刀輪形成。
4.如權(quán)利要求1至3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的脆性材料基板的加工方法，其中，在(c)的激 光裂斷步驟中，在使第2次激光照射的光束點(diǎn)沿該劃線自該第2基板端沿反方向相對(duì)移動(dòng) 至該第1基板端時(shí)，對(duì)光束點(diǎn)通過(guò)的前方部位噴吹冷媒以使其冷卻。
全文摘要
本發(fā)明提供能進(jìn)行穩(wěn)定的激光裂斷處理的脆性材料基板的加工方法。藉由下述步驟進(jìn)行加工(a)初期龜裂形成步驟，在第1基板端附近的劃線預(yù)定線上形成初期龜裂；(b)激光劃線步驟，使第1次激光照射的光束點(diǎn)自該第1基板端側(cè)沿劃線預(yù)定線相對(duì)移動(dòng)至第2基板端以進(jìn)行加熱，且冷卻光束點(diǎn)通過(guò)后一刻的部位，利用在劃線預(yù)定線產(chǎn)生的深度方向的應(yīng)力梯度沿劃線預(yù)定線形成有限深度的劃線；(c)激光裂斷步驟，使第2次激光照射的光束點(diǎn)沿劃線自第1基板端反方向相對(duì)移動(dòng)至第2基板端，以使劃線更深地滲透或完全地?cái)嚅_(kāi)。
文檔編號(hào)C03B33/09GK102026925SQ20098011703
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者井村淳史, 山本幸司, 福原健司 申請(qǐng)人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司