專利名稱：激光加工裝置及激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于利用激光照射的脆性材料基板加工裝置及加工方法，特別是關(guān)于以因 激光照射導(dǎo)致的加熱與其后立刻的冷卻對基板給予熱應(yīng)力以使裂痕產(chǎn)生的激光加工裝置 及激光加工方法。在此所謂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)：
若使用對玻璃基板等脆性材料基板照射激光束，掃描形成于基板上的光束點(diǎn)并以 直線狀加熱，再在加熱后立刻吹送冷媒以冷卻的激光劃線加工，與由刀輪等進(jìn)行的機(jī)械加 工相比可減少切屑的產(chǎn)生，且可使端面強(qiáng)度提高。因此，激光劃線加工在以平面顯示器為首必須分?jǐn)嗉庸げＡЩ宓鹊母鞣N制造過 程被采用。一般而言，在激光劃線加工是設(shè)定將欲加工的假想線(稱為加工預(yù)定線)。且在為 加工預(yù)定線的始端的基板端以刀輪等形成初期龜裂(觸發(fā))，從在始端形成的初期龜裂的 位置沿加工預(yù)定線掃描由激光束的照射產(chǎn)生的光束點(diǎn)。之后，對光束點(diǎn)剛通過的加工預(yù)定 線吹送冷媒以進(jìn)行冷卻。此時，基于在加工預(yù)定線附近發(fā)生的溫度分布(深度方向的溫度 分布或前后方向的溫度分布)產(chǎn)生應(yīng)力梯度的結(jié)果形成有限深度的裂痕(稱為劃線)或到 達(dá)基板的背面而將基板完全分?jǐn)嗟牧押?稱為全切線)(參考專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2、專利 文獻(xiàn)3)。欲以激光加工使裂痕沿加工預(yù)定線高精度形成必須在加工預(yù)定線上使大熱應(yīng)力 發(fā)生，必須沿加工預(yù)定線形成陡峭的溫度梯度。又，選擇可形成盡可能深的有限深度的裂痕 (劃線)的加工條件或可形成確實(shí)完全分?jǐn)嗟牧押?全切線)雖利于進(jìn)行激光加工，但因此 必須以加熱后的冷卻形成盡可能大的溫度梯度。然而，以時至今日一般冷卻方法即在非接 觸狀態(tài)下吹送氣體(亦可使含有液體)的方法冷卻可能不充分。針對此點(diǎn)，使大溫度梯度發(fā)生的冷卻方法有在光束點(diǎn)通過后使冷卻構(gòu)件機(jī)械式接 觸基板面的方法被揭示。例如，有使冷媒循環(huán)的冷卻管接觸基板以冷卻的方法被揭示(參考專利文獻(xiàn)4)。又，有使?jié)L輪狀的冷卻構(gòu)件(固體)或球狀的冷卻構(gòu)件(固體)或棒狀的冷卻構(gòu) 件(固體)的前端為低溫并接觸基板表面以冷卻的方法被揭示(專利文獻(xiàn)5)。此外，亦有使由在常溫下蒸氣壓比水高的溶劑等構(gòu)成的揮發(fā)性液體浸透由海綿、 氈等素材構(gòu)成的冷卻構(gòu)件，借由使此冷卻構(gòu)件(海綿等)接觸基板涂布揮發(fā)性液體，利用揮 發(fā)性液體蒸發(fā)時的氣化熱冷卻(參考專利文獻(xiàn)5)?！矊＠墨I(xiàn)1〕日本特開2001-130921號公報〔專利文獻(xiàn)2〕日本特開2006-256944號公報〔專利文獻(xiàn) 3〕WO 2003/008352 號公報
〔專利文獻(xiàn)4〕日本特開2002-100590號公報〔專利文獻(xiàn)5〕日本特開2002-362933號公報

發(fā)明內(nèi)容
如上述接觸冷卻管或滾輪狀的冷卻構(gòu)件或接觸使揮發(fā)液體浸透的海綿、氈等冷卻 構(gòu)件，借由將固體物質(zhì)機(jī)械式接觸基板進(jìn)行冷卻可沿加工預(yù)定線高效率冷卻，可沿加工預(yù) 定線高精度且確實(shí)形成裂痕。然而，在冷卻管或滾輪狀的冷卻構(gòu)件是使用能將接觸面冷卻至低溫的熱傳導(dǎo)率較 高的金屬(銅、鋁)。若此種冷卻構(gòu)件在機(jī)械式接觸基板的狀態(tài)下移動，會因摩擦而有金屬 粉殘留于基板上，基板會被污染。特別是若在冷卻構(gòu)件的接觸面因任何原因而產(chǎn)生小傷痕， 金屬粉會更容易從傷痕的部分產(chǎn)生。又，由于傷痕部分的摩擦系數(shù)較高，故基板易因接觸此 部分而損傷。另外，在使用使揮發(fā)性液體浸透的海綿、氈等冷卻構(gòu)件時，雖不會產(chǎn)生金屬粉或摩 擦導(dǎo)致的傷痕的問題，但會有海綿或氈的一部分剝落而附著于基板之虞。又，若污垢附著于 海綿或氈，會使污垢附著于之后接觸的基板。針對此點(diǎn)，本發(fā)明以提供在激光劃線加工中的加熱后的冷卻使用在使固體的冷卻 構(gòu)件機(jī)械式接觸機(jī)板時無從冷卻構(gòu)件本身產(chǎn)生金屬粉的問題或在冷卻構(gòu)件附著的污垢附 著于其他基板的問題，又，摩擦導(dǎo)致的傷痕的發(fā)生亦不會產(chǎn)生的冷卻方法的激光加工裝置 及激光加工方法為目的。為解決上述課題而為的本發(fā)明的脆性材料基板用的激光加工裝置是借由改良不 得不具備機(jī)械式接觸基板的固體材料做為冷卻構(gòu)件的性質(zhì)而成。亦即，本發(fā)明的激光加工裝置是脆性材料基板用的激光加工裝置，具備在脆性材 料基板形成借由照射激光束進(jìn)行局部加熱的光束點(diǎn)的激光照射機(jī)構(gòu)、形成局部冷卻前述基 板的冷卻區(qū)域的基板冷卻機(jī)構(gòu)，并進(jìn)而具備沿在前述基板設(shè)定的加工預(yù)定線以光束點(diǎn)后冷 卻區(qū)域的順序相對移動前述光束點(diǎn)及前述冷卻區(qū)域的掃描機(jī)構(gòu)。此外，基板冷卻機(jī)構(gòu)是使 用將常溫下為氣體或液體的冷媒材料冷卻而固體化的固相冷媒做為冷媒使用，并具備使前 述固相冷媒接觸前述基板的接觸機(jī)構(gòu)。在此，相對移動前述光束點(diǎn)及前述冷卻區(qū)域的掃描機(jī)構(gòu)可將前述光束點(diǎn)及前述冷 卻區(qū)域為一定位置后移動基板，或使基板的位置為一定并使由激光照射機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的光束點(diǎn) 及由基板冷卻機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的冷卻區(qū)域?qū)逡苿印Ｓ?，所謂「常溫下為氣體或液體的冷媒材料」的「常溫」是指進(jìn)行激光加工的周圍 的空間的通常狀態(tài)的溫度(室溫)，具體而言是指5°C以上40°C以下的溫度范圍。利用本發(fā)明，基板冷卻機(jī)構(gòu)是以按壓機(jī)構(gòu)使將常溫下為氣體或液體的冷媒材料冷 卻而固體化的固相冷媒接觸基板，固相冷媒一端面接觸基板并被沿剛被加熱的加工預(yù)定線 掃描。借此，基板的加工預(yù)定線借由冷媒的接觸面而高效率且高精度被冷卻，固相冷媒則接 觸面氣化、液化而逐漸被消耗。利用本發(fā)明，可在與固相冷媒的接觸面高效率冷卻，由于不會因摩擦使固相冷媒 損傷故基板不易損傷。又，由于冷卻時接觸面氣化或液化而消耗，故即使以相同固相冷媒連 續(xù)冷卻基板，附著在固相冷媒的接觸面的污垢亦不會附著于次一基板。
上述發(fā)明中，前述固相冷媒可使用冰、固體狀態(tài)的酒精、干冰其中之一。使用冰做為固相冷媒，將其接觸經(jīng)加熱的基板后，一部分會液化成為水。又，若使 用固體狀態(tài)的酒精做為固相冷媒，一部分會成為液體酒精或氣體酒精。又，若使用干冰做為 固相冷媒，一部分會氣化成為二氧化碳。此等材料由于皆不含如金屬粉或海綿等固形物質(zhì)， 故不會以固形物殘留于基板上使基板受傷或變臟。又，由于是在常溫下會自然蒸發(fā)的材料， 故不必除去，或即使有以未蒸發(fā)的液體狀態(tài)附著亦可以純水洗凈簡單除去。此外，在使冰、固體狀態(tài)的酒精、干冰做為固相冷媒與基板接觸時，越將此等冷卻 便越可使固體溫度低溫化。因此，借由冷卻固相冷媒的溫度以形成低溫，可更加提高冷卻效 率，形成陡峭的溫度梯度以進(jìn)行精度良好的加工。上述發(fā)明中，前述基板冷卻機(jī)構(gòu)可另具備供給前述冷媒材料的冷媒供給部、將被 供給的冷媒材料冷卻至前述冷媒材料固體化的溫度以下以形成固相冷媒的固體化部。借此，固相冷媒的一部分氣化或液化而消耗后，從冷媒供給部供給冷媒材料并冷 卻至固體化溫度以形成固相冷媒，可追加消耗的固相冷媒，可連續(xù)進(jìn)行冷卻。又，即使固相 冷媒有傷痕亦可修復(fù)。在此，可為前述冷媒供給部具備噴射前述冷媒材料的噴嘴，前述固體化部是由設(shè) 置對向在前述基板的端面并配置為從前述噴嘴被噴射的前述冷媒材料會附著于前述端面 的芯材、將前述芯材的前述端面冷卻至前述冷媒材料固體化的溫度以下的芯材冷卻部構(gòu) 成。借此，從噴嘴對被芯材冷卻部冷卻的芯材(例如使前端面圓滑化的銅制的棒體) 的端面噴射冷煤材料使附著于芯材端面的冷煤材料被冷卻至固體化溫度以下而固體化，附 著于芯材端面，可形成覆蓋芯材端面的固相冷媒。之后借由使附著于芯材端面的固相冷媒機(jī)械式接觸基板可使基板高效率冷卻。此 時由于芯材本身未與基板直接接觸，故不會有芯材的一部分剝離而殘留金屬粉等。又，在上述發(fā)明中，前述按壓機(jī)構(gòu)可具備在使前述固相冷媒的一端面對向在前述 基板的狀態(tài)下將前述固相冷媒支持為可裝卸的支持構(gòu)件。借此，借由支持構(gòu)件被安裝為可裝卸的固相冷媒被按壓機(jī)構(gòu)按壓于基板。此外，在 固相冷媒因與基板的接觸而被消耗后，卸下之前使用的固相冷媒，交換為新固相冷媒。借 此，可繼續(xù)以固相冷媒冷卻。又，在上述發(fā)明中，前述基板冷卻機(jī)構(gòu)可另具備對固相冷媒整形與前述基板接觸 的固相冷媒的接觸面的整形機(jī)構(gòu)。在此，整形機(jī)構(gòu)整形的形狀并未特別受限。具體而言，可將前端整形為半球形，亦 可整形為角狀。又，亦可為使易于配合加工預(yù)定線方向而整形為橢圓狀。又，為解決上述課題而由另一觀點(diǎn)而為的本發(fā)明的激光加工方法是借由沿在脆性 材料基板設(shè)定的加工預(yù)定線掃描以激光束的照射形成的光束點(diǎn)加熱前述基板，其次借由冷 卻光束點(diǎn)剛通過的位置而沿前述加工預(yù)定線形成由熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂痕的脆性材料基板用 的激光加工方法，以使將常溫下為氣體或液體的冷媒材料冷卻而固體化的固相冷媒接觸前 述基板進(jìn)行基板的冷卻。利用本發(fā)明，可在與固相冷媒的接觸面高效率冷卻，由于不會因摩擦使固相冷媒 損傷故基板不易損傷。又，由于冷卻時接觸面氣化或液化而消耗，故即使以相同固相冷媒連續(xù)冷卻基板，附著于固相冷媒的接觸面的污垢亦不會附著于次一基板。又，上述方法中，前述固相冷媒可使用冰、固體狀態(tài)的酒精、干冰其中之一。使用冰做為固相冷媒，將其接觸經(jīng)加熱的基板后，一部分會液化成為水。又，若使 用固體狀態(tài)的酒精做為固相冷媒，一部分會成為液體酒精或氣體酒精。又，若使用干冰做為 固相冷媒，一部分會氣化成為二氧化碳。此等材料由于皆不含如金屬粉或海綿等固形物質(zhì)， 故不會以固形物殘留于基板上使基板受傷或變臟。又，由于是在常溫下會自然蒸發(fā)的材料， 故不必除去，或即使有以未蒸發(fā)的液體狀態(tài)附著亦可以純水洗凈簡單除去。在此，前述固相冷媒可含有表面活性劑或洗凈劑做為添加劑。借由使含有表面活性劑，在以固相冷媒冷卻時表面活性劑被涂布于沿加工預(yù)定線 被形成的裂痕，其結(jié)果可防止裂痕的表面間固著。又，借由使含有洗凈劑，在以固相冷媒冷 卻時洗凈劑被涂布于加工預(yù)定線，其結(jié)果洗凈可簡單且有效進(jìn)行。


圖1為本發(fā)明的一實(shí)施形態(tài)的基板加工裝置的全體構(gòu)成圖。圖2為顯示圖1的基板加工裝置的一部分即基板冷卻機(jī)構(gòu)的構(gòu)成的部分構(gòu)成圖。圖3為顯示圖1的基板加工裝置的控制系統(tǒng)的方塊圖。圖4為顯示利用圖1的基板加工裝置的加工動作流程的圖。圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)的基板加工裝置的全體構(gòu)成圖。圖6為顯示圖5中的加熱塊的構(gòu)成的圖。圖7為顯示圖5的基板加工裝置中的整形機(jī)構(gòu)的動作流程的圖。圖8為本發(fā)明的第三實(shí)施形態(tài)的基板加工裝置的全體構(gòu)成圖。圖9為顯示圖8的基板加工裝置的一部分即基板冷卻機(jī)構(gòu)的構(gòu)成的部分構(gòu)成圖。主要元件符號說明2滑動平臺12旋轉(zhuǎn)平臺14光學(xué)保持具(激光照射機(jī)構(gòu))21芯材(固體化部)22芯材冷卻部25按壓機(jī)構(gòu)27噴嘴(冷媒供給部)51加熱塊61支持構(gòu)件Cr 裂痕
具體實(shí)施例方式(實(shí)施形態(tài)1)以下，基于圖面說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。圖1為可實(shí)施本發(fā)明的加工方法的基板加工裝置LSl的全體構(gòu)成圖。圖2為顯示 基板加工裝置LSl的一部分即基板冷卻機(jī)構(gòu)的構(gòu)成的部分構(gòu)成圖。
7臺座(掃描機(jī)構(gòu)) 13激光裝置(激光照射機(jī)構(gòu)) 20、20a基板冷卻機(jī)構(gòu) 21a端面 M升降桿 26升降機(jī)構(gòu)
50整形機(jī)構(gòu) 52移動機(jī)構(gòu)
A玻璃基板(脆性材料基板) CL固相冷媒
在本實(shí)施形態(tài)雖以加工玻璃基板為例說明，但即使為硅基板等脆性材料基板亦 同。又，雖說明使用冰做為固相冷媒，但其他固相冷媒(固體酒精時是使用液態(tài)酒精，干冰 時是使用液化二氧化碳?xì)怏w)亦同。首先說明基板加工裝置LSl的全體構(gòu)成。沿平行配置于水平的架臺1上的一對導(dǎo) 軌3、4設(shè)有在圖1的紙面前后方向(以下稱Y方向)往復(fù)移動的滑動平臺2。在兩導(dǎo)軌3、 4之間沿前后方向配置有導(dǎo)螺桿5，在此導(dǎo)螺桿5螺合有固定于前述滑動平臺2的支柱6，以 馬達(dá)(圖示外)正反轉(zhuǎn)導(dǎo)螺桿5使滑動平臺2沿導(dǎo)軌3、4在Y方向往復(fù)移動。在滑動平臺2上沿導(dǎo)軌8配置有在圖1的左右方向(以下稱X方向)往復(fù)移動的 水平臺座7。在固定于臺座7的支柱IOa貫通螺合有借由馬達(dá)9旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)螺桿10，導(dǎo)螺桿 10正反轉(zhuǎn)會使臺座7沿導(dǎo)軌8于X方向往復(fù)移動。在臺座7上設(shè)有以旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)平臺12，在此旋轉(zhuǎn)平臺12之上以水平 的狀態(tài)安裝玻璃基板A。此玻璃基板A是例如切出小單位基板的母基板。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11使旋 轉(zhuǎn)平臺12繞垂直的軸旋轉(zhuǎn)，可旋轉(zhuǎn)為對基準(zhǔn)位置為任意旋轉(zhuǎn)角度。又，玻璃基板A是以例 如吸引夾頭固定于旋轉(zhuǎn)平臺12。在旋轉(zhuǎn)平臺12的上方有構(gòu)成激光照射機(jī)構(gòu)的激光裝置13與光學(xué)保持具14受安 裝架15保持。激光裝置13做為脆性材料基板的加工用使用一般者即可，具體而言是使用準(zhǔn)分 子激光、YAG激光、二氧化碳?xì)怏w激光或一氧化碳激光等。在玻璃基板A的加工使用發(fā)射玻 璃材料的能量吸收效率較大的波長的光的二氧化碳?xì)怏w激光較理想。從激光裝置13射出的激光借由組裝有調(diào)整光束形狀的透鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)保持 具14，在玻璃基板A上形成具有長軸的形狀(橢圓形狀、長圓形狀等)的光束點(diǎn)。在此是使 光束點(diǎn)的形狀為橢圓以使可沿劃線預(yù)定線高效率加熱。在安裝架15接近光學(xué)保持具14設(shè)有基板冷卻機(jī)構(gòu)20。如圖2所示，基板冷卻機(jī) 構(gòu)20主要是由由棒狀體構(gòu)成的芯材21、噴射在常溫下為液體的水(水蒸氣)的噴嘴27的 2個構(gòu)造體構(gòu)成。芯材21是以良好熱傳導(dǎo)性的金屬(例如銅、鋁)形成。芯材21的下方側(cè) 的端面21a形成為無凹凸的鏡面。此端面21a使從噴嘴27被噴射的冷卻媒體附著。端面 21a雖是形成為半球狀，但亦可為其他形狀，只要配合掃描的光束點(diǎn)的形狀或?qū)挾刃纬蔀檫m 當(dāng)?shù)男螤罴纯?。在芯?1的上側(cè)設(shè)有翼片21b，以使可透過翼片21b高效率冷卻芯材21。在芯材21的翼片21b的周圍設(shè)有箱狀的芯材冷卻部22，使冷卻媒體透過循環(huán)流 路22a、22b流入、排出其中。被使用的冷卻媒體是使用可將端面21a的溫度冷卻至所要的 溫度的低溫流體。例如從噴嘴27使水做為冷媒材料噴射時，由于端面21a成為冰點(diǎn)(0°C) 以下即可，故使用比其低溫的氣體(在冷凍回路低溫化的氟氯烷氣體)或液體(液化二氧 化碳?xì)怏w、液態(tài)氮)冷卻芯材21。另外，亦可在芯材冷卻部22使用帕耳帖(Peltier)元件 冷卻芯材21。在芯材冷卻部22的上面安裝有絕熱材23 (例如陶瓷板)，在絕熱材23的上面固定 有升降桿M。絕熱材23是為防止芯材冷卻部22的低溫被傳達(dá)至升降桿M而被安裝。升降桿M連接于使芯材21接觸基板A的按壓機(jī)構(gòu)25。按壓機(jī)構(gòu)25是借由由線 圈彈簧與電磁閥(不圖示)構(gòu)成的升降機(jī)構(gòu)26上下移動升降桿M以升降芯材21。且被調(diào) 整為芯材21下降而接觸基板A時，端面21a以由線圈彈簧產(chǎn)生的適度的力按壓基板A。
噴嘴27是噴射方向朝向芯材21，并使透過開閉閥觀被供給的水(水蒸氣)從噴 嘴27被噴射并附著于端面21a。附著于芯材21的周圍的水會因芯材21被冷卻至0°C以下 而成為冰，覆蓋端面21a。因此，若使此狀態(tài)的芯材21下降并接觸基板A，附著于端面21a 的冰的部分會接觸基板，借此基板被冷卻。又，在安裝架15接近光學(xué)保持具14在與基板冷卻機(jī)構(gòu)20相反側(cè)透過升降機(jī)構(gòu)17 安裝有刀輪18。此刀輪18是用于在玻璃基板A的端緣形成初期龜裂時從上方暫時下降。又，在基板加工裝置LSl搭載有可檢出刻印于玻璃基板A的定位用對準(zhǔn)標(biāo)記的攝 影機(jī)19。從以攝影機(jī)19檢出的對準(zhǔn)標(biāo)記的位置求取在基板A上設(shè)定的劃線預(yù)定線的位置 與旋轉(zhuǎn)平臺的位置關(guān)系，可正確定位為使刀輪下降的位置或使光束點(diǎn)照射的位置位于劃線 預(yù)定線上。其次說明基板加工裝置LSl的控制系統(tǒng)。圖3為顯示圖1的基板加工裝置LSl的 控制系統(tǒng)的方塊圖?；寮庸ぱb置LSl是激光/光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動部31、基板冷卻機(jī)構(gòu)驅(qū)動部 32、掃描機(jī)構(gòu)驅(qū)動部33、觸發(fā)機(jī)構(gòu)驅(qū)動部34、攝影機(jī)驅(qū)動部35各驅(qū)動系統(tǒng)受以電腦(CPU) 構(gòu)成的控制部40控制。在控制部40連接有由操作按鈕、鍵盤、滑鼠等輸入裝置構(gòu)成的輸入部41、由進(jìn)行 各種顯示的顯示畫面構(gòu)成的顯示部42，可將必要的資訊顯示在顯示畫面且必要的操作、指 示、設(shè)定可輸入。其次說明控制部40控制的各驅(qū)動部進(jìn)行的動作。激光/光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動部31是作動、停止激光裝置13以進(jìn)行激光束的照射動作或 停止動作。激光束被照射后，透過光學(xué)保持具14內(nèi)的透鏡光學(xué)系統(tǒng)在基板上形成橢圓狀的 光束點(diǎn)?；謇鋮s機(jī)構(gòu)驅(qū)動部32是先以開閉閥觀的控制進(jìn)行從噴嘴27噴射冷媒的動作， 再以按壓機(jī)構(gòu)25的控制進(jìn)行使芯材21下降并使附著于芯材21的端面21a的冰層接觸基 板A的動作。掃描機(jī)構(gòu)驅(qū)動部33驅(qū)動滑動平臺2、臺座7、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11，進(jìn)行移動基板A的動作。觸發(fā)機(jī)構(gòu)驅(qū)動部34驅(qū)動刀輪18的升降機(jī)構(gòu)17，進(jìn)行于基板A形成初期龜裂的動作。攝影機(jī)驅(qū)動部35驅(qū)動攝影機(jī)，進(jìn)行將基板A的位置顯示于顯示部42的動作。其次說明上述基板加工裝置LSl的加工動作。圖4為顯示利用圖1的基板加工裝 置LSl的激光劃線加工的加工動作流程的圖。首先，如圖4 (a)所示，玻璃基板A被載置于旋轉(zhuǎn)平臺12之上，以吸引夾頭固定。以 攝影機(jī)20(圖1)檢出刻印于玻璃基板A的對準(zhǔn)標(biāo)記(不圖示)，基于該檢出結(jié)果連結(jié)加工 預(yù)定線與旋轉(zhuǎn)平臺12、滑動平臺2、臺座7的位置關(guān)系。之后作動旋轉(zhuǎn)平臺12及滑動平臺 2，調(diào)整位置使刀輪18的刃前緣方向與加工預(yù)定線的方向相同。再在作動升降機(jī)構(gòu)17使刀 輪18下降的狀態(tài)作動臺座7，使刀輪18抵接于旋轉(zhuǎn)平臺12上的玻璃基板A的端部，形成初 期龜裂。形成初期龜裂后作動升降機(jī)構(gòu)17使往上方回避以使刀輪18不接觸基板A。在進(jìn)行以上的動作期間同時從噴嘴27噴射水(水蒸氣)以使附著于芯材21的端 面21a，借此形成覆蓋端面21a的冰層。之后如圖4(b)所示，先移動旋轉(zhuǎn)平臺12(臺座7)至原本位置后作動激光源13使激光束照射。此外，停止從噴嘴27的水(水蒸氣)的噴射。在此狀態(tài)下驅(qū)動臺座7開始旋 轉(zhuǎn)平臺12的移動。之后如圖4(c)所示，借由旋轉(zhuǎn)平臺12(臺座7)的移動使基板A通過激光束的下 方近處。此時在基板A上光束點(diǎn)被形成、加熱。此外，借由附著于芯材21的端面21a的冰 接觸剛加熱后的位置，高效率被冷卻。此時冰的一部分雖會溶解，但僅成為水，成為于基板 造成傷痕的原因的金屬粉等不會產(chǎn)生。因此，不會在基板形成傷痕。此外，因固相冷媒的接 觸形成大溫度差，借此沿加工預(yù)定線(亦即光束點(diǎn)及冰移動的線)形成裂痕。之后如圖4(d)所示，光束點(diǎn)及冰在基板A的加工預(yù)定線上移動的結(jié)果，在基板A 的加工預(yù)定線上形成裂痕Cr。另外，裂痕Cr隨加熱條件、冷卻條件、基板的板厚，可能成為 由有限深度的裂痕構(gòu)成的劃線亦或由將基板完全分?jǐn)嗟牧押蹣?gòu)成的全切線。(實(shí)施形態(tài)2)圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)的基板加工裝置LS2的全體構(gòu)成圖。借由對圖中與 基板加工裝置LSl (圖1)相同構(gòu)成部分給予相同符號省略說明。在基板加工裝置LS2，具 備調(diào)整形成于芯材21的端面21a的冰的大小或形狀的整形機(jī)構(gòu)50的點(diǎn)與第一實(shí)施形態(tài)不 同，此點(diǎn)以外的構(gòu)成與第一實(shí)施形態(tài)相同?？刂葡到y(tǒng)是基板冷卻機(jī)構(gòu)驅(qū)動部32亦驅(qū)動整形 機(jī)構(gòu)50的升降移動、旋轉(zhuǎn)移動的點(diǎn)不同。此點(diǎn)以外的控制與第一實(shí)施形態(tài)的基板加工裝置 LSl相同。整形機(jī)構(gòu)50是由加熱塊51、為回避加熱塊51與旋轉(zhuǎn)平臺12碰撞而使加熱塊51 上下移動及旋轉(zhuǎn)移動的移動機(jī)構(gòu)56構(gòu)成。如圖6所示，在加熱塊51形成有插入芯材21的前端部分以整形的型孔52、排出孔 53，安裝有埋入加熱器M。借由在此埋入加熱器M通電，加熱塊51被加熱。圖7為顯示以基板加工裝置LS2進(jìn)行的整形動作例的圖。首先如圖7(a)所示，在載置有玻璃基板A的旋轉(zhuǎn)平臺12位于從基板冷卻機(jī)構(gòu)20 遠(yuǎn)離的加工開始位置的狀態(tài)時，作動移動機(jī)構(gòu)56使加熱塊51位于芯材21的正下方。之后如圖7(b)所示，上升加熱塊51，使芯材21插入型孔52。此時附著于芯材21 的周圍的冰層一部分溶化而從排出孔53被排出。其結(jié)果，附著于芯材21表面的冰層被整 形為型孔52的底面形狀即半球狀。另外，型孔52的底面形狀為半球以外亦可。例如，欲使 接觸面的面積盡可能小時可使其突起為角狀(即使在此狀況亦因為冰而在基版A上順利移 動，故不會傷害基板A)。另外，欲增大接觸面的面積時可選擇平坦的底面。結(jié)束整形后，如圖7(c)所示，加熱塊51下降，從芯材21遠(yuǎn)離。之后，加熱塊51返 回不與旋轉(zhuǎn)平臺12碰撞的回避位置(圖7(a)的位置)。借由在激光劃線加工時加入以上的整形動作(加入至圖4(a)之后)，始終形成有 一定形狀的冰層的端面21a接觸基板A，故可使加工精度更加提高。(實(shí)施形態(tài)3)圖8為本發(fā)明的第三實(shí)施形態(tài)的基板加工裝置LS3的全體構(gòu)成圖。圖9為顯示圖 8的基板加工裝置LS3的一部分即基板冷卻機(jī)構(gòu)20a的構(gòu)成的部分構(gòu)成圖。借由對圖8、圖 9中與基板加工裝置LSl (圖1)相同構(gòu)成部分給予相同符號省略說明。在實(shí)施形態(tài)1的基板加工裝置LSl及實(shí)施形態(tài)2的基板加工裝置LS2是借由于 基板冷卻機(jī)構(gòu)20冷卻從噴嘴27噴射的冷卻媒體而固體化形成固相冷媒。相對于此，在基板加工裝置LS3是另準(zhǔn)備交換用的固相冷媒，在使用中的固相冷媒消耗時交換為新固相冷 媒。具體而言，以另外設(shè)置的冷凍裝置形成圓柱狀的冰備用，在必要時交換。因此，在基板加工裝置LS3具備具備可裝卸固相冷媒CL的支持構(gòu)件61的基板冷 卻機(jī)構(gòu)20a。說明支持構(gòu)件61。支持構(gòu)件61是由圓筒狀的外殼62、在使事先被整形為圓柱狀 的冰(固相冷媒CL)的下端對向在基板A的狀態(tài)下以不圖示的夾固定冰(固相冷媒CL)的 上端的把持部63、在把持部63內(nèi)升降外殼62的把持部用的升降機(jī)構(gòu)64、使冰(固相冷媒 CL)朝向鉛直下方的導(dǎo)引部65構(gòu)成。冰(固相冷媒CL)是借由從外殼62下方沿導(dǎo)引部65 插入而被以把持部63的夾固定。此外，把持部用的升降機(jī)構(gòu)64對應(yīng)于冰的消耗量逐漸下 降，保持冰(固相冷媒CL)的下側(cè)端面始終露出至外殼62的外側(cè)。升降機(jī)構(gòu)64的升降動 作亦可計算基板A的冷卻次數(shù)并與其連動。外殼62的上面固定有升降桿M。升降桿M連接于使支持構(gòu)件61接觸基板A的 按壓機(jī)構(gòu)25。按壓機(jī)構(gòu)25是借由由線圈彈簧與電磁閥(不圖示)構(gòu)成的升降機(jī)構(gòu)沈上下 移動升降桿M以升降支持構(gòu)件61。且被調(diào)整為支持構(gòu)件61下降而冰(固相冷媒CL)接觸 基板A時，冰(固相冷媒CL)以由線圈彈簧產(chǎn)生的適度的力按壓基板A?；寮庸ぱb置LS3的控制系統(tǒng)是基板冷卻機(jī)構(gòu)驅(qū)動部32驅(qū)動把持部用的升降機(jī) 構(gòu)64的升降動作。此點(diǎn)以外的控制與第一實(shí)施形態(tài)的基板加工裝置LSl相同。另外，亦可 借由機(jī)械手臂使冰(固相冷媒CL)的交換自動化，此時，以機(jī)械手臂進(jìn)行的交換動作亦由基 板冷卻機(jī)構(gòu)驅(qū)動部32控制。說明以基板加工裝置LS3進(jìn)行的加工動作。將最初的冰(固相冷媒CL)安裝于支 持構(gòu)件61，與實(shí)施形態(tài)1同樣借由實(shí)行光束點(diǎn)的掃描及冰(固相冷媒CL)的掃描沿加工預(yù) 定線于基板形成利用急遽溫度差的裂痕。隨最初的冰(固相冷媒CL)消耗，作動把持部升 降機(jī)構(gòu)64使冰(固相冷媒CL)下降。最后，最初的冰(固相冷媒CL)幾乎用盡后將剩余抽 出，交換為新冰(固相冷媒CL)。如此使激光劃線加工續(xù)行。本發(fā)明可利用于可對玻璃基板等脆性材料基板沿加工預(yù)定線高精度形成裂痕的 激光加工裝置。
權(quán)利要求
1.一種脆性材料基板用的激光加工裝置，具備在脆性材料基板形成借由照射激光束 進(jìn)行局部加熱的光束點(diǎn)的激光照射機(jī)構(gòu)、形成局部冷卻前述基板的冷卻區(qū)域的基板冷卻機(jī) 構(gòu)、以及沿在前述基板設(shè)定的加工預(yù)定線以光束點(diǎn)后冷卻區(qū)域的順序相對移動前述光束點(diǎn) 及前述冷卻區(qū)域的掃描機(jī)構(gòu)，借由冷卻區(qū)域通過光束點(diǎn)剛通過的位置而沿前述加工預(yù)定線 形成由熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂痕，其特征在前述基板冷卻機(jī)構(gòu)是由將常溫下為氣體或液體的冷媒材料冷卻而固體化的固相冷媒、 以及使前述固相冷媒接觸前述基板的按壓機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在其中，前述固相冷媒是使用冰、固體 狀態(tài)的酒精、干冰其中之一。
3.如權(quán)利要求1或2所述的激光加工裝置，其特征在其中，前述基板冷卻機(jī)構(gòu)另具備 供給前述冷媒材料的冷媒供給部、以及將被供給的冷媒材料冷卻至前述冷媒材料固體化的 溫度以下以形成固相冷媒的固體化部。
4.如權(quán)利要求3所述的激光加工裝置，其特征在其中，前述冷媒供給部具備噴射前述 冷媒材料的噴嘴，前述固體化部是由設(shè)置對向在前述基板的端面并配置為從前述噴嘴被噴 射的前述冷媒材料會附著于前述端面的芯材、以及將前述芯材的前述端面冷卻至前述冷媒 材料固體化的溫度以下的芯材冷卻部構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1或2所述的激光加工裝置，其特征在其中，前述按壓機(jī)構(gòu)具備在使前 述固相冷媒的一端面對向在前述基板的狀態(tài)下將前述固相冷媒支持為可裝卸的支持構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在其中，前述基板冷卻機(jī)構(gòu)另具備對固 相冷媒整形與前述基板接觸的固相冷媒的接觸面的整形機(jī)構(gòu)。
7.一種脆性材料基板用的激光加工方法，借由沿在脆性材料基板設(shè)定的加工預(yù)定線掃 描以激光束的照射形成的光束點(diǎn)加熱前述基板，其次借由冷卻光束點(diǎn)剛通過的位置而沿前 述加工預(yù)定線形成由熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂痕，其特征在基板的冷卻是以使將常溫下為氣體或液體的冷媒材料冷卻而固體化的固相冷媒接觸 前述基板進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求7所述的激光加工方法，其特征在其中，前述固相冷媒是使用冰、固體 狀態(tài)的酒精、干冰其中之一。
9.如權(quán)利要求7或8所述的激光加工方法，其特征在其中，前述固相冷媒含有表面活 性劑做為添加劑。
10.如權(quán)利要求7或8所述的激光加工方法，其特征在其中，前述固相冷媒含有洗凈 劑做為添加劑。
全文摘要
提供無金屬粉產(chǎn)生的問題或在冷卻構(gòu)件附著的污垢附著于基板的問題，且摩擦導(dǎo)致的傷痕的發(fā)生亦不會產(chǎn)生的使用固體接觸冷卻方法的激光加工裝置及激光加工方法。具備在脆性材料基板形成光束點(diǎn)的激光照射機(jī)構(gòu)、形成冷卻區(qū)域的基板冷卻機(jī)構(gòu)、沿在前述基板設(shè)定的加工預(yù)定線以光束點(diǎn)后冷卻區(qū)域的順序相對移動前述光束點(diǎn)及前述冷卻區(qū)域的掃描機(jī)構(gòu)，前述基板冷卻機(jī)構(gòu)是由將常溫下為氣體或液體的冷媒材料冷卻而固體化的固相冷媒、使前述固相冷媒接觸前述基板的按壓機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
文檔編號B23K26/42GK102089115SQ20098012710
公開日2011年6月8日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者清水政二 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司