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，是對(duì)脆性材料基板掃描激光以進(jìn) 行局部加熱，其次沿加熱部位進(jìn)行冷卻，借此利用于基板表面與基板內(nèi)部之間產(chǎn)生的熱 應(yīng)力形成有限深度的裂痕。本發(fā)明是關(guān)于下述的脆性材料基板的加工方法，沿設(shè)定于基 板的劃線預(yù)定線照射第一次的激光光束，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_。
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、掃描形成于基板上的光束 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，設(shè)定欲從該處分割的假想線(稱為劃線預(yù)定線)。 接著，借由刀輪等于劃線預(yù)定線的開始端即基板端形成初期龜裂，從形成于開始端的初 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，借由對(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 次斷開的“貫通裂痕”(參照例如專利文獻(xiàn)2)。
借由前者的“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 割線稱為全割斷線。上述是借由不同的方式形成。
圖7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，借由先進(jìn) 行的激光加熱，而如圖7 (a)所示于基板GA產(chǎn)生壓縮應(yīng)力HR。其次，借由加熱后的冷 卻，而如圖7(b)所示于基板表面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力CR。此時(shí)因熱的移動(dòng)而使壓縮硬力HR 于基板內(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7(c)所示，產(chǎn)生深度方向的 應(yīng)力梯度，而形成裂痕Cr。
借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，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8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8A)與俯視圖(圖8B)。亦即借由從初期龜裂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)，借由位于光束點(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，于掃描線上(劃線預(yù)定線L上)形成前后方向的應(yīng)力梯度，借由此應(yīng)力梯 度，產(chǎn)生沿掃描線方向使基板左右裂開的力量，而形成貫通裂痕，借以使基板斷開。
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 (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，借由激光劃線加工形成劃線或全切斷線，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。又，有越是急遽加熱基板或急 遽冷卻基板的越極端的條件，即越容易形成全切斷線的傾向。
基于上述情事，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)，選擇不形 成全切斷線而形成劃線的方式的加熱條件、冷卻條件進(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)是進(jìn)行再度裂斷處理)或使裂痕 滲透至背面以使其斷開(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2001-130921號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開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，借由第1次的激光照射進(jìn)行用以形成劃線的激光劃線加工，其次借由 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)生的斷開加工。然而，當(dāng) 激光劃線加工、亦即借由第1次的激光照射而形成的劃線較淺時(shí)，即難以借由其后的激 光裂斷處理使裂痕到達(dá)基板背面。因此，欲借由激光裂斷處理使基板完全地?cái)嚅_，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)欲借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 大于基板產(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)法借由第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，借由適當(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。
再者，除了移行至全切斷線的問(wèn)題以外，亦會(huì)產(chǎn)生易產(chǎn)生“先行”現(xiàn)象的問(wèn) 題。所謂“先行”，是指圖9所示，在劃線預(yù)定線L的開始端附近，形成于開始端的初 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。
因此，本發(fā)明的第1目的在于，提供能將有限深度的劃線所構(gòu)成的劃線形成為 較現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)具有充分深度的加工方法。
又，第2目的在于，提供非透過(guò)全切斷線、而是能擴(kuò)大能形成劃線的加熱條件 或冷卻條件的工藝容許度，能穩(wěn)定地形成劃線的加工方法。
又，第3目的在于，提供不易產(chǎn)生“先行”現(xiàn)象的劃線的加工方法。
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)行透 過(guò)激光劃線加工于基板形成劃線、進(jìn)而進(jìn)行激光裂斷處理使基板完全斷開或形成較深的 裂痕的加工。再者，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)異的斷開加工。
為解決上述課題，本發(fā)明的脆性材料基板的加工方法，對(duì)脆性材料基板設(shè)定以 基板端為開始端的劃線預(yù)定線，并沿劃線預(yù)定線形成有限深度的裂痕，對(duì)劃線預(yù)定線的 該開始端附近且自開始端往基板內(nèi)側(cè)方向分離的劃線預(yù)定線上的位置，壓接刀輪以形成 與開始端分離的初期龜裂；其次，使借由激光照射而形成于基板面的光束點(diǎn)，一邊從開 始端通過(guò)該初期龜裂上、一邊沿劃線預(yù)定線相對(duì)移動(dòng)，借此以軟化溫度以下的溫度進(jìn)行 局部加熱，接著借由冷卻局部加熱后的區(qū)域的后方近處，以沿劃線預(yù)定線形成以初期龜 裂的位置為起點(diǎn)的有限深度的裂痕。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)于劃線預(yù)定線上形成初期龜裂時(shí)，初期龜裂的形成位置并非脆 性材料基板的基板端而是自基板端稍往基板內(nèi)側(cè)方向分離的位置，以使初期龜裂與基板 端分離。初期龜裂，是借由將刀輪往劃線預(yù)定線的方向壓接而形成，初期龜裂的方向是 朝向劃線預(yù)定線的線方向。其次，使光束點(diǎn)沿劃線預(yù)定線相對(duì)移動(dòng)，借此從劃線預(yù)定線 的開始端通過(guò)初期龜裂上而局部加熱基板。進(jìn)而，冷卻局部加熱后的區(qū)域的后方近處。 此時(shí)，由于在基板端不存在初期龜裂，因此裂痕不會(huì)自基板端行進(jìn)。接著，使光束點(diǎn)從 基板端前進(jìn)，將稍微分離的位置的初期龜裂上加熱(此時(shí)于初期龜裂表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力 而使龜裂不會(huì)行進(jìn))，進(jìn)而稍微前進(jìn)，在已冷卻初期龜裂上的時(shí)間點(diǎn)(此時(shí)因于初期龜裂 表面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力而于初期龜裂內(nèi)部產(chǎn)生壓縮應(yīng)力)，形成以初期龜裂為起點(diǎn)的有限深度的裂痕。
此時(shí)，即使于基板端附近形成前后方向(劃線預(yù)定線方向)的應(yīng)力分布而產(chǎn)生往 左右拉斷之力(誘導(dǎo)全切斷線之力)，由于在基板端未形成有初期龜裂，因此不會(huì)形成自 基板端行進(jìn)的全切斷線。接著，一旦形成以初期龜裂為起點(diǎn)的有線深度的裂痕后，其后 即隨著光束點(diǎn)的掃描在劃線預(yù)定線上連續(xù)形成有限深度的裂痕，而形成所欲的劃線。如 上述，由于營(yíng)造了一種不易形成全切斷線的狀況，因此即使不將光束點(diǎn)的加熱條件或冷 卻條件變更為較以往更極端的條件，亦不會(huì)移行至全切斷線，取而代之地形成較深的劃 線。
根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)行激光劃線時(shí)，不易形成全切斷線，且能擴(kuò)大能形成有限深 度的裂痕所構(gòu)成的劃線的工藝容許度(可供設(shè)定的加熱條件或冷卻條件的范圍)。其結(jié) 果，能穩(wěn)定地形成劃線。
又，根據(jù)本發(fā)明，即使不將激光劃線的加工條件(加熱條件、冷卻條件)變更為 較以往更極端的條件，亦不會(huì)形成全切斷線，而能形成劃線。其結(jié)果，能形成較以往深 的劃線。再者，由于不于基板端形成裂痕，因此能抑制“先行”現(xiàn)象的產(chǎn)生。
上述發(fā)明中，亦可使用于刀尖形成有周期槽的具槽部刀輪來(lái)作為刀輪。
又，上述發(fā)明中，劃線預(yù)定線的開始端至初期龜裂的分離距離亦可為2mm 7mm ο
又，為解決上述課題的其他脆性材料基板的加工方法，沿設(shè)定于脆性材料基板 的第1基板端至第2基板端的劃線預(yù)定線，以下述步驟進(jìn)行二度激光照射以對(duì)該基板進(jìn)行加工。
(a)首先執(zhí)行第1初期龜裂形成步驟，在第1基板端附近的劃線預(yù)定線上，以與 第1基板端分離的方式于基板內(nèi)側(cè)形成第1初期龜裂。(b)其次執(zhí)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，借以利 用產(chǎn)生于劃線預(yù)定線的深度方向的應(yīng)力梯度沿劃線預(yù)定線形成有限深度的劃線。
此時(shí)，借由適當(dāng)?shù)剡x擇光束點(diǎn)的加熱條件、冷卻點(diǎn)的冷卻條件，而能形成基于 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，而不致形成全切斷線。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，因此不將加 熱條件或冷卻條件設(shè)定成過(guò)于極端的條件。不過(guò)，由于在第1基板端未形成初期龜裂， 因此不易產(chǎn)生從基板端開始的全切斷線，而能選擇的工藝容許度增大，因此能以溫度差 較以往大的加熱條件、冷卻條件進(jìn)行激光劃線加工。
(c)其次執(zhí)行第2初期龜裂形成步驟，在第1基板端或第1基板端與第1初期龜 裂之間的劃線預(yù)定線的至少其中之一形成第2初期龜裂。
借此，能在下一激光裂斷步驟時(shí)將用以誘導(dǎo)裂痕的行進(jìn)方向的切痕先形成于第1 基板端附近。
(d)其次執(zhí)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1基板端相 對(duì)移動(dòng)至第2基板端，而使劃線進(jìn)一步滲透或完全地?cái)嚅_。
借此，能使裂痕自第1基板端行進(jìn)至第2基板端，而確實(shí)地形成裂痕，且能誘導(dǎo)借由第2初期龜裂而形成于第1基板端附近的裂痕的行進(jìn)方向，因此能防止形成如“先 行”現(xiàn)象的無(wú)法控制的裂痕。
根據(jù)本發(fā)明，能將激光劃線步驟所形成的劃線形成為較深的劃線，或能簡(jiǎn)單地 進(jìn)行斷開加工。
又，在進(jìn)行激光劃線加工時(shí)，由于能擴(kuò)大可供設(shè)定的工藝容許度(作為加工條 件能設(shè)定的范圍)，因此能使用較以往極端的加熱條件、冷卻條件形成較深的劃線。又， 借由形成較深的劃線，而能使激光裂斷處理時(shí)可供設(shè)定的工藝容許度(作為加工條件能 設(shè)定的范圍)擴(kuò)大，可在不移行至全切斷的狀態(tài)下穩(wěn)定地將劃線形成為較深或穩(wěn)定地完 全斷開。
上述(c)的第2初期龜裂形成步驟中，第2初期龜裂是沿該劃線預(yù)定線自第1基 板端連續(xù)形成至第1初期龜裂。
借此，借由在次一激光裂斷步驟時(shí)，使裂痕沿劃線預(yù)定線自第1基板端行進(jìn)至 第1初期龜裂，而能完全解決先行現(xiàn)象。
又，上述發(fā)明中，第1初期龜裂及第2初期龜裂亦可借由壓接刀輪而形成。借 此，即使在與基板端分離的基板面上，亦可確實(shí)地形成細(xì)切痕的初期龜裂。
特別是，借由使用于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)，而于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。作為于刀尖形成有周期槽的具槽部刀輪，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))。
又，上述發(fā)明中，第1初期龜裂亦可借由壓接刀輪而形成，第2初期龜裂亦可借 由自第1初期龜裂上朝向第1基板端側(cè)的激光的部分地照射而形成。
借此，基板上的第1初期龜裂可借由刀輪確實(shí)地形成細(xì)切痕的初期龜裂。又， 關(guān)于第2初期龜裂，由于已形成第1初期龜裂，因此能借由自第1初期龜裂上朝向第1基 板端側(cè)的激光的部分地照射而使裂痕行進(jìn)，借以誘導(dǎo)第2初期龜裂。
又，上述發(fā)明中，第2初期龜裂亦可形成為較第1初期龜裂深。具體而言，只 要在形成例如第2初期龜裂時(shí)的刀輪的壓接力較形成第1初期龜裂時(shí)強(qiáng)即可。
借此，能在接著進(jìn)行的激光裂斷步驟中簡(jiǎn)單地加深裂痕的深度。


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)及圖2(b)是顯示具周期槽部的刀輪構(gòu)成的圖。
圖3(a) 圖3(e)是本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的加工方法的部分動(dòng)作步驟圖。
圖4(a) 圖4(d)是本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的加工方法的部分動(dòng)作步驟圖。
圖5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6(a) 圖6(d)是本發(fā)明另一實(shí)施形態(tài)的加工方法的部分動(dòng)作步驟圖。
圖7(a) 圖7(c)是以示意方式顯示形成有限深度的方式的截面圖。
圖8(a)及圖8(b)是以示意方式顯示形成全切斷線的方式的基板的立體圖及俯視 圖。
圖9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Cr2 裂痕
Tr 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)有滑動(dòng)臺(tái)2，該滑動(dòng)臺(tái)2可沿著 于水平架臺(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)。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，并借由以馬達(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上貫通并螺合有以馬達(dá)9轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)螺桿10， 借由導(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是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借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)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)借由組裝有用于調(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)中系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)中系噴射壓縮空 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，借以于玻璃基 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2A是主視圖，圖2B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，將 位于刀尖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。
借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)即于基板面確實(shí)地形成初期龜裂。
又，于基板加工裝置LSl中搭載有可檢測(cè)刻印于玻璃基板A上的用于定位的對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記的攝影機(jī)20，可自借由攝影機(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是顯示借由第1次 激光照射而形成有限深度的劃線為止的激光劃線加工的加工動(dòng)作步驟圖，圖4是顯示借 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。借由攝影機(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(圖1)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以形成第1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)，借以確實(shí)地形成穩(wěn)定的第1初期龜裂 1。
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，設(shè)定在不會(huì)于第1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)。
由于將第1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，因此即使于第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)之力)，第1 基板端Al仍難以產(chǎn)生裂痕的狀態(tài)，因此與預(yù)先于基板端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。
借由以上動(dòng)作，在基板A形成以第1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)適當(dāng)?shù)剡x擇(亦即在不致成 為全切斷的范圍內(nèi)的極端條件)激光的加熱條件或冷媒的冷卻條件，借此能形成以往難 以形成的較深劃線。此外，在基板A的第1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。
其次，說(shuō)明激光裂斷處理。
如圖4(a)所示，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)12返回原來(lái)的位置(圖3(a)的位置)，并使升降機(jī)構(gòu) 17作動(dòng)以使刀輪18下降。
其次，如圖4(b)所示，使基板A與刀輪18移動(dòng)成彼此接近，使刀輪18抵接于 第1基板端Al，以于基板端形成第2初期龜裂 2。此時(shí)亦可使旋轉(zhuǎn)臺(tái)12持續(xù)移動(dòng)，使 第2初期龜裂 2連續(xù)形成至第1初期龜裂 1。
又，亦可借由改變壓接力將第2初期龜裂 2形成為較第1初期龜裂深。此 時(shí)，能如后述將裂痕簡(jiǎn)單地形成較深。
其次，如圖4(c)所示，使升降機(jī)構(gòu)17及旋轉(zhuǎn)臺(tái)12(臺(tái)座7)返回原來(lái)位置(圖 3(a)的位置)，使激光裝置13作動(dòng)以照射激光光束。此時(shí)照射的激光輸出等的加熱條 件，留待后述。
其次，如圖4(d)所示，使基板A移動(dòng)，以將形成于基板A上的光束點(diǎn)沿劃線從 第1基板端Al朝向第2基板端A2掃描。借此，由于以第2初期龜裂亦即第1基 板端Al)為起點(diǎn)使較深裂痕Cr2沿裂痕Cr (劃線)行進(jìn)，因此可將較以往深的劃線形成至 第2基板端A2。
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5，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)于基板內(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)于短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)烈加熱的加熱條件。又，亦可借由在加熱前預(yù) 先噴吹冷媒先予以冷卻，即能使深度方向的溫度差變大，以較容易于基板內(nèi)部產(chǎn)生拉伸 應(yīng)力。
又，說(shuō)明借由將第2初期龜裂形成為較第1初期龜裂，即能簡(jiǎn)單地形成更深的劃線的理由。
借由以形成于第1基板端Al附近的較深的第2初期龜裂 2作為激光裂斷處理 的開始端，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，借此能給予基板表層強(qiáng)烈的壓縮應(yīng)力。借此，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。
如上述，在激光裂斷處理時(shí)，借由從形成于第1基板端的第2初期龜裂朝向第2 基板端照射第2次的激光照射，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)即能借由激光裂斷處理使基板完全斷開。
借由此方式形成的斷開面非常漂亮且直進(jìn)性優(yōu)異，作為加工端面為理想狀態(tài)。
其次，說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的加工方法。此處，借由激光照射形成第2初 期龜裂 2。圖6顯示第2實(shí)施形態(tài)的加工方法的激光裂斷步驟的加工動(dòng)作步驟圖。此 外，至激光劃線步驟為止均與圖3相同，因此省略說(shuō)明。
借由與至圖3(e)為止的步驟相同的激光劃線加工，在基板A形成以第1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。在此狀態(tài)下移行至激光裂斷處理。
如圖6(a)所示，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)12稍微返回，以使第1初期龜裂來(lái)到光學(xué)保持器 14下方。
其次，如圖6(b)所示，使激光裝置13作動(dòng)以照射激光光束，借以加熱第1初期 龜裂 1，且使旋轉(zhuǎn)臺(tái)12(臺(tái)座7)移動(dòng)，使光束點(diǎn)往第1基板端Al側(cè)移動(dòng)。借此，使 裂痕從第1初期龜裂朝向第1基板端Al行進(jìn)，而將第2初期龜裂 2從第1基板端 Al連續(xù)形成至第1初期龜裂。
其次，如圖6(c)所示，使旋轉(zhuǎn)臺(tái)12(臺(tái)座7)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。
其次，如圖6(d)所示，使基板A移動(dòng)，以將形成于基板A上的光束點(diǎn)沿劃線從 第1基板端Al朝向第2基板端A2掃描。借此，由于以第2初期龜裂Tr2(亦即第1基 板端Al)為起點(diǎn)使較深裂痕Cr2沿裂痕Cr (劃線)行進(jìn)，因此可將較深的劃線形成至第2 基板端A2。
此外，上述兩個(gè)實(shí)施形態(tài)中，雖均是第2初期龜裂連續(xù)形成至第1初期龜裂，但 只要初期龜裂彼此接近至某程度，即使在未連續(xù)的情形下進(jìn)行激光裂斷處理，其結(jié)果仍 能形成連續(xù)的劃線。又，即使將第2初期龜裂Tr2僅形成于第1基板端，只要至第1初 期龜裂為止的距離充分近，即能形成連續(xù)的劃線。
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 用于使之完全斷開的加工。
權(quán)利要求
1.一種脆性材料基板的加工方法，對(duì)脆性材料基板設(shè)定以基板端為開始端的劃線預(yù) 定線，并沿劃線預(yù)定線形成有限深度的裂痕，其特征在于對(duì)該劃線預(yù)定線的該開始端附近且自開始端往基板內(nèi)側(cè)方向分離的劃線預(yù)定線上的 位置，壓接刀輪以形成與開始端分離的初期龜裂；其次，使借由激光照射而形成于基板面的光束點(diǎn)，一邊從該開始端通過(guò)該初期龜裂 上、一邊沿該劃線預(yù)定線相對(duì)移動(dòng)，借此以軟化溫度以下的溫度進(jìn)行局部加熱，接著借 由冷卻局部加熱后的區(qū)域的后方近處，以沿劃線預(yù)定線形成以該初期龜裂的位置為起點(diǎn) 的有限深度的裂痕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，其是使用于刀尖形成有 周期槽的具槽部刀輪來(lái)作為該刀輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，所述劃線預(yù)定線的開始 端至初期龜裂的分離距離為2_ 7mm。
4.一種脆性材料基板的加工方法，沿設(shè)定于脆性材料基板的第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)第1初期龜裂形成步驟，是在第1基板端附近的劃線預(yù)定線上，以和第1基板端 分離的方式形成第1初期龜裂；(b)激光劃線步驟，使第1次激光照射的光束點(diǎn)自第1基板端側(cè)沿該劃線預(yù)定線相對(duì) 移動(dòng)至第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，借以沿該劃線預(yù)定線形成有限深度的劃線；(C)第2初期龜裂形成步驟，在第1基板端或第1基板端與第1初期龜裂之間的劃線 預(yù)定線的至少其中之一形成第2初期龜裂；(d)激光裂斷步驟，使第2次激光照射的光束點(diǎn)沿該劃線自第1基板端相對(duì)移動(dòng)至第 2基板端，而使該劃線進(jìn)一步滲透或完全地?cái)嚅_。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，在所述(C)的第2初期龜裂形成步驟中，第2初期龜裂是沿該劃線預(yù)定線自第1基板端連續(xù)形成至第1初期龜 m農(nóng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，所述第1初期龜裂及第 2初期龜裂借由壓接刀輪而形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，所述第1初期龜裂借由 壓接刀輪而形成，所述第2初期龜裂借由自第1初期龜裂上朝向第1基板端側(cè)的激光的部 分地照射而形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，所述第2初期龜裂形成 為較第1初期龜裂深。
全文摘要
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。在沿第1基板端至第2基板端的劃線預(yù)定線進(jìn)行加工時(shí)，進(jìn)行(a)以與第1基板端分離的方式形成第1初期龜裂的步驟；(b)使第1次激光照射的光束點(diǎn)自第1基板端側(cè)相對(duì)移動(dòng)至第2基板端，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，借以利用產(chǎn)生于劃線預(yù)定線的深度方向的應(yīng)力梯度形成有限深度的劃線的步驟；(c)于第1基板端或第1基板端與第1初期龜裂之間形成第2初期龜裂的步驟；(d)使第2次激光照射的光束點(diǎn)自第1基板端相對(duì)移動(dòng)至第2基板端，而使劃線進(jìn)一步滲透或完全地?cái)嚅_的步驟。
文檔編號(hào)B28D5/00GK102026926SQ20098011703
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者井上修一, 井村淳史, 山本幸司, 熊谷透, 福原健司 申請(qǐng)人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司