專利名稱：脆性材料基板的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過對(duì)脆性材料基板照射激光光束進(jìn)行局部加熱， 然后對(duì)加熱部位進(jìn)行冷卻，從而利用在基板上產(chǎn)生的熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力) 形成裂紋的脆性材料基板的加工方法。此處所謂的脆性材料基板指的是玻璃基板、燒結(jié)材料的陶瓷、單晶 硅、半導(dǎo)體芯片、藍(lán)寶石基板、陶瓷基板等。并且，"裂紋"在其深度方向的前端未到達(dá)基板的背面時(shí)是劃線，在到達(dá)基板的背面后則成為分割線(全分割線，foil cut line)。對(duì)于劃線， 通過進(jìn)行沿著劃線施加彎曲力矩的折斷(break)處理來進(jìn)行分割，或者 施加使裂紋進(jìn)一步滲入至基板的深處的后續(xù)工序來進(jìn)行分割。另外，在以下的說明中，為了便于說明，"裂紋的滲入"指的是裂紋 在基板的深度方向(厚度方向)前進(jìn)的狀態(tài)，以與裂紋在基板的表面方 向前進(jìn)的狀態(tài)(稱為"裂紋的伸展")區(qū)別使用。并且，在以下的說明中，"淺裂紋"指的是深度方向的前端未到達(dá)基 板的背面的裂紋(即形成劃線)中、為了直接分割必須沿著裂紋施加較 大的彎曲力矩，必須使裂紋沿厚度方向滲入之后進(jìn)行分割的裂紋。
背景技術(shù)：
玻璃基板等脆性材料基板在各種產(chǎn)品中被加工成適當(dāng)?shù)拇笮『托螤?后進(jìn)行使用。例如，液晶顯示面板通常是經(jīng)過下述工序制造的制成一 種貼合了兩片玻璃基板的大面積母板，在將液晶注入這兩片玻璃基板的 間隙后，分割成一個(gè)一個(gè)的單位顯示基板。在分割玻璃基板的工序中，例如專利文獻(xiàn)1所記載的那樣，利用如 下的方法通過一邊將刀輪壓接在基板上一邊移動(dòng)刀輪，從而在基板上 刻出劃線，然后沿著該劃線在基板的厚度方向上施加彎曲力矩使其折斷， 由此來分割基板。在使用刀輪形成劃線(裂紋)時(shí)，除了沿厚度方向滲入的垂直裂紋之外，有時(shí)還在劃線附近產(chǎn)生碎屑(cullet)。在相對(duì)于母板、即大面積玻璃基板縱橫地形成多根劃線，以得到多面較小的單位基板的情況下，由 刀輪形成的劃線的累計(jì)長度變得相當(dāng)長。隨著該累計(jì)長度變長，產(chǎn)生碎 屑的幾率變高，并且，碎屑的產(chǎn)生量增加。 一旦產(chǎn)生碎屑，則必須頻繁 地清掃那些飛散至劃線形成裝置(裂紋形成裝置)或者沿著劃線對(duì)基板 施加彎曲力矩的折斷裝置的工作臺(tái)上的碎屑。相對(duì)于此，作為能夠抑制碎屑產(chǎn)生量的加工方法，近年來，下述的激光劃線法已經(jīng)實(shí)用化(參照專利文獻(xiàn)2):通過照射激光光束在基板面 上形成射束點(diǎn)，通過沿著劃線預(yù)定線掃描該射束點(diǎn)從而在基板的軟化溫 度以下進(jìn)行局部加熱的工序和沿著射束點(diǎn)通過而成的軌跡局部地噴射制 冷劑進(jìn)行冷卻的工序，在基板上產(chǎn)生熱應(yīng)力，利用該熱應(yīng)力形成劃線。然而，在從母板切除較小的單位基板時(shí)，需要進(jìn)行縱橫地形成劃線的交叉劃線(cross scribe)，但是當(dāng)利用激光劃線法進(jìn)行交叉劃線時(shí)，在 劃線的交差點(diǎn)附近有時(shí)會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致產(chǎn)品不合格的大裂紋(不良裂紋)。為 了防止該情況，公開了以使第二方向的垂直劃線的深度比第一方向的垂 直劃線的深度要淺的方式對(duì)激光劃線的條件進(jìn)行控制的方法(參照專利文獻(xiàn)3)。具體而言，公開了下述的方法與第一方向相比抑制形成第二方向的劃線時(shí)的激光輸出，或者使第二方向的掃描速度比第一方向的掃 描速度快，從而對(duì)垂直裂紋的深度進(jìn)行控制。該情況下，當(dāng)形成第一方向的垂直裂紋時(shí)，必須使裂紋深入。如上 述文獻(xiàn)中所記載的那樣，通過提高激光照射的輸出來增加熱量輸入量， 或者通過降低激光的掃描速度來增加單位長度的加熱時(shí)間由此增加熱量 輸入量?；宓臏囟纫采仙裏崃枯斎肓吭黾拥牧?，通過增大其后的冷卻 時(shí)的溫度差，能夠產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)，能夠使裂紋深入。但是，必須增加對(duì)基板的熱量輸入量以提高基板溫度，但是根據(jù)產(chǎn) 品不同有時(shí)希望避免基板溫度的上升。并且，如果降低掃描速度，則對(duì) 生產(chǎn)率造成影響，因此優(yōu)選盡可能高速地形成裂紋。
相對(duì)于此，公開了使裂紋深入的其他方法(參照專利文獻(xiàn)4)。首先， 利用熱能強(qiáng)度在長軸方向的各端部形成的最大射束點(diǎn)，分兩階段對(duì)母玻 璃基板的表面進(jìn)行加熱。即，在利用較大熱能強(qiáng)度進(jìn)行加熱后，在利用 較小熱能強(qiáng)度進(jìn)行加熱的期間內(nèi)，最初施加的較大熱量可靠地傳導(dǎo)至內(nèi) 部。此時(shí)，能夠防止利用較大熱能強(qiáng)度持續(xù)加熱基板的表面，能夠防止 基板表面的軟化。在進(jìn)行這種加熱的情況下，由于處在熱量傳遞至基板 內(nèi)部的狀態(tài)，因此僅通過形成冷卻點(diǎn)(冷卻point)的制冷劑進(jìn)行冷卻， 無法在冷卻點(diǎn)之間得到充分的熱應(yīng)力梯度，從而無法形成較深的垂直裂 紋。因此，為了高效且可靠地形成劃線，在射束點(diǎn)的后方，在比冷卻點(diǎn) (主冷卻點(diǎn))還靠近激光點(diǎn)一側(cè)，沿著劃線的區(qū)域(例如在專利文獻(xiàn)4 的實(shí)施例1中距離射束點(diǎn)后端55毫米的后方位置附近)預(yù)先噴射制冷劑 形成冷卻的輔助冷卻點(diǎn)，并且，將輔助冷卻點(diǎn)的制冷劑溫度設(shè)定為比主 冷卻點(diǎn)的制冷劑溫度要高，并掃描輔助冷卻點(diǎn)和主冷卻點(diǎn)。該輔助冷卻點(diǎn)緩和多余的熱沖擊，并將因熱沖擊而損失的能量用于 形成裂紋。圖6是說明沿著分割預(yù)定線P利用射束點(diǎn)BS進(jìn)行基板加熱， 然后依次進(jìn)行輔助冷卻、主冷卻時(shí)的各點(diǎn)的寬度方向(短軸方向)溫度 分布的變化和熱應(yīng)力變化的示意圖。圖6 (a)是示出利用射束點(diǎn)BS進(jìn) 行加熱、利用輔助冷卻點(diǎn)AS和主冷卻點(diǎn)MS進(jìn)行冷卻的區(qū)域的位置關(guān)系 的俯視圖。如圖6 (a)所示，設(shè)利用射束點(diǎn)BS加熱后、就要利用后方的輔助 冷卻點(diǎn)AS進(jìn)行冷卻的位置處的與分割預(yù)定線P正交的剖面為A—A'剖 面，設(shè)利用輔助冷卻點(diǎn)AS進(jìn)行冷卻時(shí)的與分割預(yù)定線P正交的剖面為B 一B'剖面，設(shè)利用主冷卻MS進(jìn)行冷卻時(shí)的與分割預(yù)定線P正交的剖面 為C一C'剖面。圖6 (b)是示出A—A，剖面上的基板表面和基板內(nèi)部(厚度方向的 中間點(diǎn))的溫度分布圖、以及基板內(nèi)部的溫度分布和熱應(yīng)力的示意圖。 在利用射束點(diǎn)BS加熱后、就要利用后方的輔助冷卻點(diǎn)AS進(jìn)行冷卻的A 一A，剖面上，基板表面的溫度分布呈以分割預(yù)定線P為中心、并具有向上凸出的溫度尖峰的分布。并且，對(duì)于A—A，剖面上的基板內(nèi)部的溫度 分布和熱應(yīng)力，在射束點(diǎn)BS通過后熱源的中心在分割預(yù)定線P上向基板 內(nèi)部前進(jìn)，并從熱源中心呈放射狀地傳遞熱量，其結(jié)果是，形成橢圓狀 的溫度分布，自基板表面附近至內(nèi)部作用有壓縮應(yīng)力。圖6 (c)是示出B—B，剖面上的基板表面和基板內(nèi)部的溫度分布圖、 以及基板內(nèi)部的溫度分布和熱應(yīng)力的示意圖。在利用輔助冷卻點(diǎn)AS進(jìn)行 冷卻的B—B，剖面上，由于使基板表面上利用輔助冷卻點(diǎn)AS冷卻的寬度 與利用激光光束BS加熱的寬度相同，因此基板表面附近在寬度方向(短 軸方向)整體緩慢地冷卻，溫度尖峰整體降低(圖中虛線部分是由冷卻 引起的變化)。此時(shí)基板內(nèi)部由于從表面?zhèn)鬟f至基板內(nèi)部的熱而殘留有向 上凸出的尖峰。通過利用輔助冷卻點(diǎn)AS進(jìn)行冷卻，雖然在基板表面產(chǎn)生 較弱的拉伸應(yīng)力，但是不會(huì)因?yàn)榇藭r(shí)產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力(由于應(yīng)力集中不 充分)形成裂紋。圖6 (d)是示出C一C'剖面上的基板表面和基板內(nèi)部的溫度分布圖、 以及基板內(nèi)部的溫度分布和熱應(yīng)力的示意圖。在利用主冷卻點(diǎn)MS進(jìn)行 冷卻的C一C'剖面上，利用基板表面上的主冷卻點(diǎn)MS對(duì)基板表面附近整 體進(jìn)行強(qiáng)冷卻，從而在寬度方向(短軸方向)整體產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力。 此時(shí)，基板內(nèi)部由于從表面?zhèn)鬟f至基板內(nèi)部的熱而殘留有向上凸出的尖 峰，產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。其結(jié)果是，在利用輔助冷卻點(diǎn)AS產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的狀 態(tài)下，進(jìn)一步通過利用形成主冷卻點(diǎn)MS的制冷劑進(jìn)行冷卻，從而在基 板表面上作用有強(qiáng)拉伸應(yīng)力。此時(shí)形成深入裂紋。進(jìn)而，公幵了通過執(zhí)行這種輔助冷卻，與不執(zhí)行輔助冷卻的情況相 比，裂紋的深度增加10%左右。專利文獻(xiàn)1日本特開平11-116260號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特表平8-509947號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開2001-58281公報(bào)專利文獻(xiàn)4WO2004/014625號(hào)公報(bào)在利用專利文獻(xiàn)4所述的方法使裂紋深入時(shí)，與不使輔助冷卻點(diǎn)發(fā) 揮作用的情況相比，能夠穩(wěn)定地形成裂紋并使裂紋滲入，但是射束點(diǎn)的
寬度方向的裂紋位置的控制性不充分，難以使裂紋位置正確地對(duì)準(zhǔn)分割 預(yù)定線。其原因在于，輔助冷卻點(diǎn)如上所述緩和多余的熱沖擊，并將因熱沖擊而損失的能量用于形成裂紋，從而在基板表面上產(chǎn)生較弱的拉伸 應(yīng)力，但是在隨后的主冷卻點(diǎn)通過之后才形成裂紋。因此，輔助冷卻點(diǎn) 和主冷卻點(diǎn)這兩個(gè)冷卻點(diǎn)都會(huì)影響裂紋形成位置的定位，因此根據(jù)兩個(gè) 冷卻點(diǎn)的形狀或制冷劑噴射壓力、兩個(gè)冷卻點(diǎn)之間的距離、甚至兩個(gè)冷 卻點(diǎn)的掃描速度等參數(shù)不同，產(chǎn)生裂紋的位置也產(chǎn)生微小的變動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠以比以往更高的穩(wěn)定性形成 裂紋并使其深入，并且能夠使所形成的裂紋沿著分割預(yù)定線準(zhǔn)確定位的 加工方法。為了解決上述課題，本發(fā)明的加工方法是利用加熱工序和冷卻工序 沿著分割預(yù)定線形成裂紋，所述加熱工序在脆性材料基板上設(shè)定分割預(yù) 定線，使激光光束的射束點(diǎn)沿著所述分割預(yù)定線相對(duì)移動(dòng)，從而以比軟 化溫度低的溫度對(duì)上述基板進(jìn)行加熱，所述冷卻工序使通過噴射制冷劑 形成的冷卻點(diǎn)沿著掃描所述射束點(diǎn)所成的軌跡相對(duì)移動(dòng)進(jìn)行冷卻，其中，所述冷卻工序連續(xù)地進(jìn)行下述工序(a)第一冷卻工序，使上述冷卻點(diǎn)的寬度縮小至小于所述射束點(diǎn)的寬度而形成的第一冷卻點(diǎn)緊隨所述射束點(diǎn)相對(duì)移動(dòng)，由此使淺裂紋伸展；以及(b)第二冷卻工序，使上述冷卻 點(diǎn)的寬度擴(kuò)大至所述射束點(diǎn)的寬度以上而形成的第二冷卻點(diǎn)沿著掃描第 一冷卻點(diǎn)的軌跡相對(duì)移動(dòng)，由此使先前形成的淺裂紋在基板的厚度方向 上滲入。根據(jù)本發(fā)明，通過使射束點(diǎn)沿著設(shè)定于基板上的分割預(yù)定線相對(duì)移 動(dòng)(即相對(duì)于基板移動(dòng)射束點(diǎn)、或者相對(duì)于射束點(diǎn)移動(dòng)基板)，對(duì)基板進(jìn) 行局部加熱。加熱后，以緊隨射束點(diǎn)的方式使縮小至寬度小于射束點(diǎn)寬 度的第一冷卻點(diǎn)相對(duì)移動(dòng)進(jìn)行急冷。射束點(diǎn)剛移動(dòng)后的狀態(tài)為僅射束點(diǎn) 通過的表面附近被加熱的狀態(tài)。因此，第一冷卻點(diǎn)對(duì)射束點(diǎn)的后方近處 進(jìn)行急冷，由此僅在分割預(yù)定線的上方近處且表面附近局部地產(chǎn)生較大 的熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)，從而沿著分割預(yù)定線準(zhǔn)確地形成裂紋，并且可靠 地形成裂紋。接著，利用使冷卻點(diǎn)的寬度擴(kuò)大至射束點(diǎn)的寬度以上的第 二冷卻點(diǎn)，對(duì)射束點(diǎn)通過后溫度上升的區(qū)域進(jìn)行整體性冷卻。此時(shí)的冷 卻面積變大，對(duì)由第二冷卻點(diǎn)所冷卻的部分整體都施加有較大的拉伸應(yīng) 力。在通過第一冷卻工序已經(jīng)形成了淺裂紋的區(qū)域中，進(jìn)一步施加較大 的拉伸應(yīng)力，其結(jié)果是，淺裂紋在深度方向上深入。艮P，通過在第一冷卻工序中形成淺裂紋，從而沿著分割預(yù)定線在正 確的位置形成裂紋，進(jìn)而在第二冷卻工序中以先前所形成的淺裂紋為起 點(diǎn)使裂紋深入。根據(jù)本發(fā)明，通過利用兩種不同條件的冷卻點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行形成淺裂紋 的工序和形成深入裂紋的工序，能夠在沿著分割預(yù)定線在正確的位置上 穩(wěn)定地形成裂紋，并且能夠使裂紋深入。在上述發(fā)明中，優(yōu)選射束點(diǎn)的寬度方向的熱能量強(qiáng)度在射束點(diǎn)中央 處最大。由此，射束點(diǎn)中央受到最大加熱，在利用第一冷卻點(diǎn)進(jìn)行冷卻時(shí)， 射束點(diǎn)中央處的溫度差最大，因此可使熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)的集中部分 位于射束點(diǎn)中央、即分割預(yù)定線上，能夠沿著分割預(yù)定線準(zhǔn)確地形成淺 裂紋。在上述發(fā)明中，優(yōu)選第一冷卻工序以下述方式進(jìn)行冷卻第一冷卻 點(diǎn)剛通過后的垂直于分割預(yù)定線的面內(nèi)的溫度分布隔著分割預(yù)定線在左 右兩側(cè)形成一對(duì)高溫區(qū)域，同時(shí)在分割預(yù)定線上形成溫度比所述高溫區(qū) 域低的溫度極低區(qū)域，并利用由所述一對(duì)高溫區(qū)域和所述溫度極低區(qū)域 之間的溫度差產(chǎn)生的熱應(yīng)力形成淺裂紋。由此，垂直于分割預(yù)定線的面內(nèi)的溫度分布成為溫度極低區(qū)域夾在 兩個(gè)溫度尖峰(高溫區(qū)域)間的形狀，因此熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)集中于 溫度極低區(qū)域，能夠在溫度極低區(qū)域正確地形成裂紋。在上述發(fā)明中也可以是制冷劑中包含水分，第一冷卻點(diǎn)是通過噴 霧形成的，所述噴霧噴涂將水分霧化了的制冷劑，第二冷卻點(diǎn)是通過氣 化冷卻形成的，所述氣化冷卻大范圍地噴涂使水分氣化而自我冷卻所產(chǎn)
生的溫度比上述噴霧低的制冷劑。此處所謂的"霧化了的制冷劑"指的是下述狀態(tài)的制冷劑朝向較 小區(qū)域集中地噴射包含水分的制冷劑，并在難以氣化的狀態(tài)下從噴嘴進(jìn) 行噴射，從而不會(huì)發(fā)生由水分的氣化導(dǎo)致的自我冷卻現(xiàn)象并進(jìn)行噴射的 狀態(tài)。由于在使用霧化了的制冷劑的情況下不會(huì)產(chǎn)生自我冷卻，因此制 冷劑溫度不會(huì)降低，能夠集中地對(duì)較小區(qū)域進(jìn)行冷卻。所謂"氣化冷卻"指的是以擴(kuò)散的方式噴射包含水分的制冷劑，并 以易于氣化的狀態(tài)從噴嘴進(jìn)行噴射，從而利用制冷劑中的水分氣化引起 的自我冷卻現(xiàn)象使制冷劑溫度降低，并利用降溫后的制冷劑進(jìn)行冷卻。 通過氣化冷卻，雖然難以集中地對(duì)較小的區(qū)域進(jìn)行冷卻，但是能夠以低 溫對(duì)廣闊的區(qū)域進(jìn)行冷卻。根據(jù)本發(fā)明，易于利用霧化后的制冷劑進(jìn)行局部冷卻，另一方面， 能夠利用氣化冷卻后的制冷劑對(duì)廣范圍進(jìn)行冷卻。在上述發(fā)明中，優(yōu)選使射束點(diǎn)、第一冷卻點(diǎn)、第二冷卻點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)速度為100毫米/秒 720毫米/秒。根據(jù)本發(fā)明，雖然在板厚、材質(zhì)、加工方法反面存在差異，但是通 過連續(xù)進(jìn)行形成淺裂紋的工序和形成深入裂紋的工序，從而即使進(jìn)行100 毫米/秒 720毫米/秒的高速化，也可以沿著分割預(yù)定線可靠地形成裂紋， 因此能夠以高速度形成裂紋。


圖1是使用本發(fā)明的加工方法的基板加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是示出激光光束的熱能強(qiáng)度分布的一例的圖。 圖3是示出射束點(diǎn)、第一冷卻點(diǎn)、第二冷卻點(diǎn)之間的位置關(guān)系等的 俯視圖。圖4是說明利用射束點(diǎn)進(jìn)行基板加熱、并利用第一冷卻點(diǎn)CS1、第 二冷卻點(diǎn)CS2進(jìn)行冷卻時(shí)各點(diǎn)上的寬度方向(短軸方向)的溫度分布變 化、應(yīng)力變化的示意圖。圖5是示出沿著分割預(yù)定線的方向的剖面上的裂紋產(chǎn)生狀態(tài)的示意圖。圖6是說明利用射束點(diǎn)進(jìn)行基板加熱、然后進(jìn)行輔助冷卻時(shí)的各點(diǎn) 上的寬度方向(短軸方向)的溫度分布變化、熱應(yīng)力變化的示意圖。 標(biāo)號(hào)說明A:玻璃基板(脆性材料基板)；BS:射束點(diǎn)；CS1:第一冷卻點(diǎn)； CS2:第二冷卻點(diǎn)；P:分割預(yù)定線；S2:淺裂紋；S3:深入裂紋；2: 滑動(dòng)工作臺(tái)；12:旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)；13:激光裝置；14:光學(xué)保持器；16a: 第一冷卻噴嘴；16b:第二冷卻噴嘴具體實(shí)施方式
以下，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是作為本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施方式的基板加工裝置LSI的結(jié)構(gòu)示意圖。此處以加工玻璃基 板的情況為例進(jìn)行說明。首先，對(duì)基板加工裝置LSI的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。基板加工裝置LSI 設(shè)有滑動(dòng)工作臺(tái)2，該滑動(dòng)工作臺(tái)2沿著平行地配置在水平架臺(tái)1上的一 對(duì)導(dǎo)軌3、 4在圖1的紙面前后方向(以下稱為Y方向)往復(fù)移動(dòng)。導(dǎo)螺 桿(7夕y二一氺^) 5沿著前后方向配置在兩導(dǎo)軌3、 4之間，在該導(dǎo) 螺桿5上螺合有固定在上述滑動(dòng)工作臺(tái)2上的撐桿6，通過利用電動(dòng)機(jī)(未 圖示)使導(dǎo)螺桿5正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，滑動(dòng)工作臺(tái)2沿著導(dǎo)軌3、 4在Y方向往 復(fù)移動(dòng)。水平的基座7以沿著導(dǎo)軌8在圖1的左右方向(以下稱為X方向) 往復(fù)移動(dòng)的方式配置在滑動(dòng)工作臺(tái)2上。在固定于基座7的撐桿10上貫 通螺合有被電動(dòng)機(jī)9驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)螺桿10a，通過使導(dǎo)螺桿10a正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)，基座7沿著導(dǎo)軌8在X方向往復(fù)移動(dòng)。在基座7上設(shè)有被旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12，玻璃基 板A等脆性材料基板以水平狀態(tài)安裝在該旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12上。該玻璃基板 A例如是供切取較小單位基板的母板。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11使旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12繞 垂直的軸旋轉(zhuǎn)，能夠使其相對(duì)于基準(zhǔn)位置旋轉(zhuǎn)成任意的旋轉(zhuǎn)角度。并且， 玻璃基板A通過吸引夾具固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12上。
在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12的上方，激光裝置13和光學(xué)保持器14保持在安裝 框架15上。激光裝置13用于加工脆性材料基板而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、二氧化碳激光或者一氧化碳激光 等。在玻璃基板A的加工中，優(yōu)選使用可振蕩出玻璃材料的能量吸收效 率較大的波長的光的二氧化碳激光。從激光裝置13射出的激光光束，通過組裝有用于調(diào)整光束形狀的透 鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)保持器14，在玻璃基板A上照射預(yù)先設(shè)定好的形狀的 射束點(diǎn)。對(duì)于射束點(diǎn)的形狀，雖然具有長軸的形狀(橢圓形狀、長圓形 狀等)在沿著分割預(yù)定線高效地進(jìn)行加熱這點(diǎn)上比較優(yōu)異，但是只要是 能夠在比軟化溫度低的溫度進(jìn)行加熱的形狀即可，對(duì)射束點(diǎn)的形狀并無 特殊限制。在本實(shí)施方式中，形成橢圓形狀的射束點(diǎn)。圖2示出所照射的橢圓 形狀的射束點(diǎn)的俯視圖(a)和寬度方向(短軸方向)的熱能強(qiáng)度分布(b)。 射束點(diǎn)BS的寬度方向的熱能分布例如像高斯分布那樣分布成左右對(duì)稱 且射束點(diǎn)中央為最大熱能分布，當(dāng)該射束點(diǎn)BS在基板上移動(dòng)時(shí)，射束點(diǎn) BS的中央部分所通過的軌跡被加熱為最高溫度(但是在軟化溫度以下)。 對(duì)于射束點(diǎn)BS的長軸方向的熱能強(qiáng)度分布，可以是高斯分布，也可以為 了提高加熱效率而采用不同分布形狀的熱能強(qiáng)度分布。在安裝框架15上，接近光學(xué)保持器14設(shè)有第一冷卻噴嘴16a和第 二冷卻噴嘴16b。從這些冷卻噴嘴16a、 16b噴射制冷劑。制冷劑可以使 用冷卻水、壓縮空氣、He氣、二氧化碳等，在本實(shí)施方式中噴射冷卻水 和壓縮空氣的混合流體。從第一冷卻噴嘴16a噴射的制冷劑，朝向從光學(xué)保持器14照射至玻 璃基板A的射束點(diǎn)BS的長度方向的后端部，在玻璃基板A的表面上形 成第一冷卻點(diǎn)CS1。從第一冷卻噴嘴16a噴射的制冷劑以成為霧狀的方 式從噴嘴噴射出來。從第二冷卻噴嘴16b噴射的制冷劑，朝向第一冷卻點(diǎn)CSl的后端部、 或者與第一冷卻點(diǎn)部分重疊的位置、或者略微從第一冷卻點(diǎn)CSl的后端
離開的位置，在玻璃基板A的表面上形成第二冷卻點(diǎn)CS2。從第二冷卻 噴嘴16b噴射的制冷劑以大范圍擴(kuò)散的方式從噴嘴噴射，能夠使水分氣 化從而有效地進(jìn)行冷卻。圖3是示出在玻璃基板A上，沿著分割預(yù)定線P形成的射束點(diǎn)BS、 第一冷卻點(diǎn)CS1、以及第二冷卻點(diǎn)CS2之間的位置關(guān)系和尺寸關(guān)系的俯 視圖。使射束點(diǎn)BS、第一冷卻點(diǎn)CS1、以及第二冷卻點(diǎn)CS2都形成為具有 長軸的橢圓形狀或者長圓，且長軸方向分別與分割預(yù)定線P軸向重合。 設(shè)射束點(diǎn)BS的寬度(短軸)為wb、第一冷卻點(diǎn)的寬度為WCS1、第二冷 卻點(diǎn)的寬度為WCS2，則這些寬度的大小關(guān)系為WcS1<WB《WCS2。具體而言，第一冷卻點(diǎn)CS1的寬度W^被設(shè)定為射束點(diǎn)BS的寬度 WB的1/4 3/4左右，進(jìn)一步優(yōu)選為1/2左右。例如將射束點(diǎn)BS的寬度 (短軸)設(shè)定為2毫米，將第一冷卻點(diǎn)CS1的短軸設(shè)定為1毫米進(jìn)行噴 射。并且，將第二冷卻點(diǎn)CS2的寬度Wcs2設(shè)定為與射束點(diǎn)BS的寬度 Wb相同、或者比其稍寬。例如將射束點(diǎn)BS的寬度(短軸)設(shè)定為2毫 米，將第二冷卻點(diǎn)CS2的短軸設(shè)定為3毫米左右進(jìn)行噴射。并且，刀輪18經(jīng)由上下移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17安裝在安裝框架15上。該 刀輪18在玻璃基板A的端緣形成初始龜裂(觸發(fā)點(diǎn))時(shí)，以使基座7 — 邊沿X方向移動(dòng)一邊暫時(shí)下降的方式使用。并且，在基板加工裝置LS1上搭載有能夠檢測在玻璃基板A上刻印 的定位用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的照相機(jī)20，能夠從由照相機(jī)20檢測到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的 位置求出分割預(yù)定線P的位置，進(jìn)行定位。其次，對(duì)上述基板加工裝置LS1的加工動(dòng)作進(jìn)行說明。玻璃基板A 載置在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12上，并利用吸引夾具進(jìn)行固定。利用照相機(jī)20檢 測出刻印在玻璃基板A上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，并根據(jù)該檢測結(jié)果建立分割預(yù)定 線P、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12以及滑動(dòng)工作臺(tái)2之間的位置關(guān)系。進(jìn)而調(diào)整旋轉(zhuǎn) 工作臺(tái)12和滑動(dòng)工作臺(tái)2的位置，以使分割預(yù)定線P到達(dá)與刀輪18相 對(duì)的位置。接著，為了在玻璃基板A的端部形成初始龜裂TR，使旋轉(zhuǎn)工作臺(tái) 12返回初始位置(圖1中為右端)，通過在使刀輪18下降的狀態(tài)下使旋 轉(zhuǎn)工作臺(tái)12向一X方向(圖1中為從右向左)移動(dòng)，從而將刀輪18壓 接在玻璃基板A的側(cè)端，形成初始龜裂(TR)。形成初始龜裂(TR)之后，再次使旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12返回初始位置， 并從激光裝置13射出激光光束，從第一冷卻噴嘴16a和第二冷卻噴嘴16b 噴射制冷劑。在該狀態(tài)下，使旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12向一X方向(圖1中為從右向左)移 動(dòng)。由此，沿著玻璃基板A的分割預(yù)定線P，按照激光光束BS、第一冷 卻點(diǎn)CS1、第二冷卻點(diǎn)CS2的順序進(jìn)行掃描。針對(duì)以下的狀態(tài)進(jìn)行說明，即，通過以上的動(dòng)作，沿著玻璃基板A 的分割預(yù)定線P以初始龜裂TR為起點(diǎn)形成裂紋，但此時(shí)在玻璃基板A 上生成的裂紋由于第一冷卻點(diǎn)CS1和第二冷卻點(diǎn)CS2的冷卻而滲入至基 板內(nèi)部。圖4是說明沿著分割預(yù)定線P，利用射束點(diǎn)BS進(jìn)行基板加熱、并利 用第一冷卻點(diǎn)CS1、第二冷卻點(diǎn)CS2進(jìn)行冷卻時(shí)各點(diǎn)上的寬度方向(短 軸方向)的溫度分布變化、應(yīng)力變化的示意圖。圖4 (a)是表示利用射 束點(diǎn)BS進(jìn)行加熱、并利用第一冷卻點(diǎn)CS1、第二冷卻點(diǎn)CS2進(jìn)行冷卻 的區(qū)域的位置關(guān)系的俯視圖。如圖4 (a)所示，設(shè)利用射束點(diǎn)BS加熱后、就要利用第一冷卻點(diǎn) CS1進(jìn)行冷卻的位置處的與分割預(yù)定線P正交的剖面為D—D'剖面，設(shè) 利用第一冷卻點(diǎn)CS1進(jìn)行冷卻時(shí)的與分割預(yù)定線P正交的剖面為E—E' 剖面，設(shè)利用第二冷卻半CS2進(jìn)行冷卻時(shí)的與分割預(yù)定線P正交的剖面 為F—F'剖面。如4 (b)是示出D—D'剖面上的基板表面的溫度分布圖、以及基板 內(nèi)部的溫度分布和熱應(yīng)力的示意圖。在利用射束點(diǎn)BS加熱后、就要利用 第一冷卻點(diǎn)CS1進(jìn)行冷卻后的D—D，剖面上，由于射束點(diǎn)BS的熱能強(qiáng) 度分布在中央最大，因此基板表面的溫度分布呈以分割預(yù)定線P為中心、 并具有向上凸出的溫度尖峰的分布。并且，對(duì)于D—D，剖面上的基板內(nèi)
部的溫度分布和熱應(yīng)力，由于熱以分割預(yù)定線P為中心從基板表面?zhèn)瘸?放射狀地?cái)U(kuò)展，其結(jié)果是，形成半圓狀的溫度分布，在基板表面附近作 用有壓縮應(yīng)力。圖4 (c)是示出E—E，剖面上的基板表面和基板內(nèi)部的溫度分布圖、 以及基板內(nèi)部的溫度分布和熱應(yīng)力的示意圖。在利用第一冷卻點(diǎn)CS1進(jìn) 行冷卻后的E—E'剖面上，由于使基板表面上利用第一冷卻點(diǎn)CS1冷卻 的寬度被縮小至小于利用射束點(diǎn)BS加熱的寬度，因此溫度分布在溫度尖 峰的中央形成低谷(溫度極低區(qū)域)，尖峰變?yōu)楸环譃閮蓚€(gè)。其結(jié)果是， 在分割預(yù)定線P的上方且在表面附近局部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)， 從而在表面形成裂紋。另一方面，由于基板內(nèi)部剛被射束點(diǎn)BS局部加熱， 因此從基板表面?zhèn)鬟f來的熱量并未充分地傳遞至基板內(nèi)部，在基板內(nèi)部 基本不會(huì)產(chǎn)生溫度上升。其結(jié)果是，通過僅在基板表面附近產(chǎn)生的較大 的熱應(yīng)力從而在基板表面附近可靠地形成裂紋，但由于裂紋無法滲入至 基板內(nèi)部，其結(jié)果是形成淺裂紋。圖4 (d)是示出F—F'剖面上的基板表面和基板內(nèi)部的溫度分布圖、 以及基板內(nèi)部的溫度分布和熱應(yīng)力的示意圖。在利用第二冷卻點(diǎn)CS2進(jìn) 行冷卻后的F—F'剖面上，利用基板表面上的第二冷卻點(diǎn)CS2進(jìn)行冷卻 的寬度與利用射束點(diǎn)BS加熱的寬度相同或者比其寬，因此溫度尖峰整體 都被冷卻，溫度尖峰消失，在表面整體形成較大的熱應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)。 另一方面，在基板內(nèi)部殘存有從表面?zhèn)鬟f來的熱量，其結(jié)果是，在基板 內(nèi)部和基板表面上的大范圍內(nèi)產(chǎn)生大溫度差。通過該溫度差在基板表面 產(chǎn)生拉伸應(yīng)力、在基板內(nèi)部產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，由此利用周圍的應(yīng)力分布產(chǎn) 生使先前形成的淺裂紋裂開的力，發(fā)揮使淺裂紋深入的作用。圖5是示出沿著分割預(yù)定線P的方向的剖面上的裂紋產(chǎn)生狀態(tài)的示 意圖。如到目前為止說明了的那樣，在利用射束點(diǎn)BS加熱的區(qū)域L1中， 雖然在表面附近作用有垂直于紙面方向的壓縮應(yīng)力，但是并不產(chǎn)生裂紋。在利用第一冷卻點(diǎn)CS1冷卻的區(qū)域L2中，在表面附近產(chǎn)生垂直于 紙面的方向的局部拉伸應(yīng)力(參照?qǐng)D4 (c))，形成淺裂紋S2。
進(jìn)一步在利用第二冷卻點(diǎn)CS2冷卻的區(qū)域L3中，通過基板內(nèi)部的 垂直于紙面的方向的壓縮應(yīng)力和基板表面的垂直于紙面的方向的拉伸應(yīng) 力，發(fā)揮使形成于表面附近的淺裂紋S2進(jìn)一步滲入的力的作用(參照?qǐng)D 4 (d))，從而形成深入裂紋S3。這樣，作為第一階段，穩(wěn)定并可靠地形成淺裂紋，并以此為觸發(fā)點(diǎn) 在第二階段使裂紋深入，由此即使是在以比目前為止的速度都高的速度 掃描射束點(diǎn)BS等的情況下，也能夠穩(wěn)定地形成深入裂紋。具體而言，即 使是對(duì)于以往100毫米/秒以上的速度無法穩(wěn)定地形成裂紋的玻璃基板， 也能夠以720毫米/秒以下的速度穩(wěn)定地形成裂紋。例如，在照射C02激光進(jìn)行劃線加工時(shí)，僅能以輸出240W且在500 毫米/秒以下的掃描速度進(jìn)行劃線加工，但是通過使用本發(fā)明，即使對(duì)于 相同的基板將掃描速度加速至550毫米/秒也可以進(jìn)行加工。其結(jié)果是， 能夠以高速實(shí)現(xiàn)交叉切割。進(jìn)而，最大720毫米/秒的高速裂紋形成也己 經(jīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明，能夠使裂紋比以往深入。其結(jié)果是，以往通 過使用折斷裝置沿著裂紋(劃線)按壓折斷桿來折斷基板，但是根據(jù)本 發(fā)明，無需進(jìn)行這種折斷工序即可分割基板，并且能夠?qū)崿F(xiàn)沒有折斷工 序的整體切割。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠用于在玻璃基板等脆性材料基板上形成裂紋、進(jìn)而進(jìn)行 分割。
權(quán)利要求
1、一種脆性材料基板的加工方法，所述脆性材料基板的加工方法利用加熱工序和冷卻工序沿著分割預(yù)定線形成裂紋，所述加熱工序在脆性材料基板上設(shè)定分割預(yù)定線，使激光光束的射束點(diǎn)沿著所述分割預(yù)定線相對(duì)移動(dòng)，從而以比軟化溫度低的溫度對(duì)上述基板進(jìn)行加熱，所述冷卻工序使通過噴射制冷劑形成的冷卻點(diǎn)沿著掃描所述射束點(diǎn)所成的軌跡相對(duì)移動(dòng)進(jìn)行冷卻，其特征在于，所述冷卻工序連續(xù)地進(jìn)行下述工序(a)第一冷卻工序，使上述冷卻點(diǎn)的寬度縮小至小于所述射束點(diǎn)的寬度而形成的第一冷卻點(diǎn)緊隨所述射束點(diǎn)相對(duì)移動(dòng)，由此使淺裂紋伸展；以及(b)第二冷卻工序，使上述冷卻點(diǎn)的寬度擴(kuò)大至所述射束點(diǎn)的寬度以上而形成的第二冷卻點(diǎn)沿著掃描第一冷卻點(diǎn)的軌跡相對(duì)移動(dòng)，由此使先前形成的淺裂紋在基板的厚度方向上滲入。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脆性材料基板的加工方法，其特征在于， 射束點(diǎn)的寬度方向的熱能強(qiáng)度在射束點(diǎn)中央處最大。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脆性材料基板的加工方法，其特征在于， 第一冷卻工序以下述方式進(jìn)行冷卻第一冷卻點(diǎn)剛通過后的垂直于分割預(yù)定線的面內(nèi)的溫度分布為隔著分割預(yù)定線在左右兩側(cè)形成一對(duì)高 溫區(qū)域，同時(shí)在分割預(yù)定線上形成溫度比所述高溫區(qū)域低的溫度極低區(qū) 域，并利用由所述一對(duì)高溫區(qū)域和所述溫度極低區(qū)域之間的溫度差產(chǎn)生 的熱應(yīng)力形成淺裂紋。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脆性材料基板的加工方法，其特征在于， 制冷劑中包含水分，第一冷卻點(diǎn)是通過噴霧形成的，所述噴霧噴涂將水分霧化了的制冷劑，第二冷卻點(diǎn)是通過氣化冷卻形成的，所述氣化 冷卻大范圍地噴涂使水分氣化而自我冷卻所產(chǎn)生的溫度比上述噴霧低的 制冷劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，使射束點(diǎn)、第一冷卻點(diǎn)、第二冷卻點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)速度為100毫米/秒 720毫米/秒。
全文摘要
本發(fā)明提供脆性材料基板的加工方法，能夠在沿著分割預(yù)定線在正確位置上可靠地形成有深入基板內(nèi)部的裂紋。所述脆性材料基板的加工方法是利用加熱工序和冷卻工序形成裂紋的脆性材料基板的加工方法，該加熱工序使射束點(diǎn)(BS)沿著分割預(yù)定線(P)相對(duì)移動(dòng)進(jìn)行加熱，該冷卻工序使冷卻點(diǎn)沿著掃描射束點(diǎn)的軌跡相對(duì)移動(dòng)進(jìn)行冷卻，所述冷卻工序連續(xù)地進(jìn)行下述工序(a)第一冷卻工序，使縮小至小于射束點(diǎn)的寬度的第一冷卻點(diǎn)(CS1)緊隨射束點(diǎn)相對(duì)移動(dòng)，由此使淺裂紋(S2)伸展；以及(b)第二冷卻工序，使擴(kuò)大至射束點(diǎn)的寬度以上的第二冷卻點(diǎn)(CS2)沿著掃描第一冷卻點(diǎn)的軌跡相對(duì)移動(dòng)，由此使先前形成的淺裂紋在基板的厚度方向上滲入。
文檔編號(hào)B23K26/40GK101396771SQ200810149190
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者井村淳史 申請(qǐng)人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司